JPS6036949B2 - サ−マルプリンタの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サーマルプリンタの駆動回路に関する。

第１図は従来の熱ペンの定温度制御回路の一部であり、
特公昭５３一１５３７８にて公知とされている回路であ
る。

第１図の回路を多少変更することによりサーマルプリン
外こ応用することが可能であり、この時の不具合点につ
いて以下に詳述する。１は電池等の変動要素を持つ電源
で電圧Ｖを発生する。

２は抵抗器、３はコンデンサ、該コンデンサは前記抵抗
器２を介して電源１に直列接続され、スイッチ４が前記
コンデンサ３に並列接続されて、上記回路によって充放
電回路１１を形成する。５は前記スイッチ４を一定周期
で開閉するスイッチ駆動回路、６は比較回路、７は基準
電源、８は可変分圧器をそれぞれ示している。

９は熱ペン、１０は熱ペン９のスイッチで比較回路６の
出力によってオンオフされ、熱ペン９の温度を電源電圧
Ｖの変動によらず一定温度に保たれるよう作動する。

第１図をサーマルプリンタに応用するには、熱ペン９に
相当する発熱素子の数を増し、選択的にスイッチ１０を
制御する回路等が必要であるが、一定温度に熱して安定
した印字品質を得る原理は変らない。第１図に於けるス
イッチ４を瞬時オンしてコンデンサ３を放電し、基準電
源７の電圧Ｅを可変分圧器８によって分圧された電圧Ｋ
・Ｅまでの充電時間ｔを比較回路６によって取り出し、
加熱時間ｔだけ一定周期Ｔごとにスイッチ１０をオンし
熱ペンの温度制御をする。第２図は、加熱時間ｔと電源
電圧Ｖの関係を示す図で、電源電圧が高いＶＩの時は充
電時間が速くなり、加熱時間は短いｔ，となり電源電圧
が低いＶ２の時は、加熱時間は長いらとなる。

熱ペンの抵抗値をｒとすると、熱ペンに加えられた単位
時間当りのェネルキ（Ｐｗ）は次式ｔｌ｝で示される。

ＰＷ＝学Ｘ字 ‘１’温度が一定になるた
めには、ェネルギが一定であれば良いからその時のｔ〈
Ｖの関係はにＣ声 【２１ となればよい。

第１図に示す回路の加熱時間ｔは、コンデンサ３の容量
をＣ、抵抗器２の抵抗値をＲとすると｛３’式で表わさ
れる。

ｔ＝−ｃ．Ｒ１ｎ（・−寧） ‘３’ これをｘ軸にＶ／ＫＥ ｙ軸にｔ／ＣＲを対数目盛にと
って示したのが第３図である。

３１は‘３’式をＣＲで除した特性曲線であり、３２は
傾きが−２の直線である。

この直線３２と平行な点の軌跡の関係式は次式｛４ーで
表わされる。Ｉ Ｑ＝定数 ■ ｙ＝Ｑ声 すなわち等温度特性のｔとＶの関係式【２｝も式■と同
じであり、直線３２と平行な軌跡では温度が一定である
。

特性曲線３１の直線３２に平行に近似できる部分はＰ点
からＱ点であり、ｘの値にしてｘ＝１．３〜１．母屋度
である。いま仮に電源をマンガン電池４本とすると、初
期値は６．５Ｖ程度でありこの時、ｘ＝Ｖ／ＫＥ＝１．
６となるのでＫＥ＝４．０６Ｗ）ｘ＝１．３のときＫＥ
＝４．０６であればその時のＶは約５．３（Ｖ）となる
。すなわち、６．５（Ｖ）〜５．３（Ｖ）程度しか等ェ
ネルキ駆動ができないということである。一般にマンガ
ン電池では、ＳＵＭ３に於いて０．５０程度の内部抵抗
があり、サーマルプリンタのように、熱ペン９に相当す
る発熱要素が複数個存在し、かつ同時に通電される時に
は、電圧降下が箸るしいため、もっと広い電圧範囲にわ
たって等ェネルキ特性を有する回路が必要である。又、
サーマルプリンタのように、与えたェネルキを瞬時に熱
に変え、ドットを形成して行くような方式では、ェネル
キの差が微少であっても印字品質に大きく影響を与える
ためもっと直線３２に近い特性を必要とする。加えて特
性曲線３１の湾曲方向が電圧が高くても低くても双方に
ェネルキ過多の方向となっているため、サ−マルプリン
タの発熱要素のように破壊しやすい発熱体を制御するに
は不向きである。このような不具合点を解消するために
、定電圧回路を用いて、サーマルプリンタを駆動する方
法も考えられるが、電源を電池で駆動する場合には、電
源回路による電力消費が大きく、電池駆動に不向きであ
る。本発明の目的は、従来の定温度制御回路の特性を大
幅に改善し、サーマルプリンタのマンガン電池駆動を可
能にする駆動回路を提供することにある。

更にマンガン電池の終了が近づくとともに印字濃度を減
少させ電池の終了を警告することも可能なサーマルプリ
ンタの駆動回路を提供することにある。第４図は本発明
によるサーマルプリンタの駆動回路の一実施例を用いた
、電子卓上計算機（以下電卓と略す）の回路の略図であ
る。

４１は電源である電池、４２は第一の分圧回路であり、
抵抗器４４及び抵抗器４５から構成されている。

４３は、定電圧手段の一種であるゼナーダイオード４６
を含む第二の分圧回路であり、４７は直列抵抗を示す。

４８は第一の分圧回路の分圧点であり、電源４１の電位
Ｖｄを所定の比率で分圧している。この分圧比をｎとす
る。第二の分圧回路は、ゼナーダイオード４６の特性に
より、分圧点４９では、ゼナーダィオードの定電圧の値
をＶＺとすると、Ｖｄ−ＶＺという電圧が発生している
。５０は分圧点４８に接続されたダイオード、５１は分
圧点４９に接続されたダイオードをそれぞれ示しダイオ
ード５０、５１を介して、第一の分圧回路４２と第二の
分圧回路４３が結合され、この結合点５２に、調整用抵
抗器５３が接続されている。

調整用抵抗器５３と電源電圧の一端との間に充電用コン
デンサ５４が挿入されている。前記第一の分圧回路４２
、第二の分圧回路４３、ダイオード５０，５１，調整用
抵抗器５３、コンデンサ５４とによって充電回路を形成
している。５６は、コンデンサ５４に接続された放電回
路の放電トランジスタであり、放電電流を制限する保護
抵抗器５５を介して、コンデンサ５４の両端を開閉する
。

５７は、コンデンサ５４の充電レベルに応じてオンオフ
するスイッチング回路の一種である電圧比較回路である
。

定電圧素子の一種であるゼナーダィオード５８と直列抵
抗器５９とによって基準電圧ＶＣを作り出し、この基準
電圧ＶＣとコンデンサ５４のレベルを比較し、電圧比較
回路の出力がオンオフする。第４図では、充電レベルが
ＶＣを越えると、比較回路５７の出力は、ローレベルと
なる。以上の回路により、サーマルプリンタの発熱要素
への通電時間が電源電圧に応じて決定され、これらの回
路を総称して通電幅制御回路という。６０は、発熱要素
、６１は、発熱要素を配置したセラミック等の基材から
なる発熱ヘッドをそれぞれ表わす。

一般に縦一列にに７ドットの発熱要素６０を配置した発
熱ヘッド６１を横方向に移動しながら、５×７マトリッ
クスの文字をドットによって形成して行く。この時、発
熱要素６０への通電を選択的に制御するのが通電制御手
段の一つであるトランジスタ６３である。６４は、演算
処理及びプリンタのコントロールを行うＣＰＵ，６５は
文字信号発生装置であり、ＣＰＵ６４にマイクロプロセ
ッサを用いている時は１／０ボートが一般に使用される
。

文字信号発生装置６５の出力と電圧比較回路５７の出力
をアンドゲート６６に通すことによりトランジスタ６３
は、電源電圧Ｖｄの値に応じた時間だけオンし、適正な
濃度の印字がなされることになる。６７は、発熱ヘッド
の位置を検出し、印字のタイミングシグナルを発生する
タイミングシグナル発生装置であり放電トランジスタ５
６を瞬時オンする信号を発生している。

放電トランジスタ５６のオン時間は、所定の、数仏ｓｅ
ｃ〜数十ムｓｅｃの時間であれば良い。次に、通電幅制
御回路の動作について第５図を用いて詳説する。第５図
は本発明によるサーマルプリンタの駆動回路の通電幅制
御回路の特性を示すグラフであり第３図のグラフと同様
の目盛を使用している。

７１は第３図のグラ・フ示した従釆の定温度制御回路の
特性曲線と同一であり、その特性を表わす式は次の（５
）式である。

ｙ＝ｔ／ＣＲ＝−ｌｎ（１−き） （５ーＣはコンデン
サ５４の値を、Ｒは調整抵抗器５３の値をそれぞれ示し
ている。

‘５｝式をｘ＝ｖ／Ｖｃとしてグラフ化したものが特性
曲線７１である。（ダイオード５川こ電圧降下は小さい
ので無視して考える）。第一の分圧回路４２の特性は、
Ｖ＝ｎＶｄとして、ｎの値を選ぶことにより、特性曲線
７１上の任意の点をとることができる。

ｙの値に時定数ＣＲを乗じた値がｔであり、トランジス
タ０３のオン時間となる。７２は、第二の分圧回路４３
のみによる、特性を示すグラフである。

第二の分圧回路４３の充電電位は、Ｖ＝Ｖｄ−ＶＺとな
るからｔは次の‘６ー式で表わされる。ｙ＝ｔ／ＣＲ申
−ｌｎ（・−ｖ；当方〉【６，一例としてＹＺ＝ＶＣ×
１．８（ボルト）の時、ｘ＝Ｖｄ／ＶＣとしてグラフ化
したのが特性曲線７２である。

（ダイオード５１による電圧降下は無視して考える）、
７３、７４は傾き−２の直線を示している。特性曲線７
２は特性曲線７１に比較し、懐き−２に近似できる範囲
がきわめて広くなっていることがわかる。ｘ＝７〜４、
すなわちＪ点からＫ点までほぼ直線に近似することがで
きる。その後、電圧ｙｄが低くなるに従って、又ｙが急
激に大きくなる傾向であるため、通電時間が広がり過ぎ
印字ェネルキ過多となる。これを電池電圧に置き換えて
考えるとＶＣ＝０．９とすれば、Ｖｄｉ６．３ボルト〜
３．６ボルトとなり、マンガン電池駆動では、電圧範囲
が若干少なすぎる。又、電圧が下がってくるに従って、
印字濃度が濃くなってしまい、各々のドットの濃さのバ
ラツキも大きくなってしまう。そこで第一の分圧回路４
２も同時に連動させると、上記不具合点を解消すること
ができる。第一の分圧回路４２の電位は、ｎ×Ｖｄで表
わされる。

電池電圧Ｖｄが初期の時には、Ｖｄ−ＶＺ＞ｎ・Ｖｄで
あるとすると、Ｖｄが徐々に低下して来ると、ある電位
では、Ｖｄ−ＶＺ＝ｎ・Ｖｄとなり、かつＶｄが更に下
がると、Ｖｄ−ＶＺ＞ｎ・ＶｄとなるようなＶＺ及びｎ
を設定することが可能である。例えばＶｄ＝３．６ボル
トの時第一の分圧回路４２と第二の分圧回路４３との分
圧点の電位が同じになったとするとｎ，＝０．４５であ
ればよい。電源電圧が下降して３．６ボルト以下となる
と第一の分圧回路４２の分圧点の電位の方が第二の分圧
回路４３の電位より高くなるため、Ｖｄ＝３．６ボルト
以下では、特性曲線７１のＬ点からＭ点近辺までの軌跡
をたどることとなり、従来の等ェネルキ特性をそのまま
使用することが可能となり大幅に等ェネルキ印字の電圧
範囲が広がる。しかも、ＶＺやｎの数値の取り方によっ
て、電位が下がるに従って、ェネルキを減少させる特性
を持たせることも可能となるため、電源電圧の低下を、
電卓の使用者に、印字濃度を落とすという視覚で確認さ
せることが可能となる。これによって印字途中に電卓の
使用が不可能となってしまうなどのトラブルを未然に防
ぐことができる。このように本発明によるサーマルプリ
ンタの駆動回路は、マンガン電池等の電圧範囲の広い電
源でのサ−マルプリンタの駆動を可能にし、かつ電池の
容量を効率的に使用することを可能にするものである。

第６図は、本発明による、サーマルプリンタの駆動回路
の他の実施例の略図である。

第４図と同一物は同一番号で示している。第一の分圧回
路４２は、第４図と全く同様である。第二の分圧回路４
３の定電圧手段に、トランジスタ８１、抵抗器８２、８
３を用いて、トランジスタの定電圧特性を利用している
ため、抵抗器８３（もしくは抵抗器８２＞に可変抵抗器
を使用することによって、ＶＺを調整し、特性を変える
ことができる。又、コンデンサ５４の充電レベルに応じ
てオンオフするスイッチイング回路には、トランジスタ
８４と負荷抵抗器８５によってきわめて簡略な回路を使
用している。８６はアンドゲート８７との接続のための
波形整形用バッファである。

この時の基準電圧は、トランジスタのベースェミッタ間
電圧（以下ＶＢＥという）となり一般に０．７ボルト程
度となる。かつＶＢＥの温度特性が、発熱要素６０への
通電時間の温度特性と一致するため、温度補償の働きを
兼ねることができる。すなわち低温に於いてはＶＢＥが
上昇し、コンデンサ５４への充電完了の時間が遅くなり
、発熱要素６０への通電時間が伸びる。逆に高温では、
通電時間が減少しそれぞれ適正な印字品質となる。以上
の回路によって通電幅制御回路９５を構成している。発
熱ヘッド６１上に配置された発熱要素６川ま、移動方向
Ａと同一方向にａ群とｂ群にずらして配置されていて、
同一タイミングに通電されるドット数を最大４ドットに
している。９２は、ａ群の文字信号発生装置、９３はｂ
群の文字信号発生装置をそれぞれ示していいる。

一般には、１／０ボートを用いるので、９２，９３を同
一素子で形成し、ＣＰＵ６４からの命令でａ群とｂ群の
選択をすることが可能である。８８はサーマルプリンタ
の駆動源であるモータで発熱ヘッド６１をＡ方向に移動
したり、紙送り装置（図示していない）を作動したりす
る機能を有する。

８９は、モータ８８の鞄上に固定された永久磁石で、コ
イルを含むヘッド９０と共にタコジェネレータ９１（以
下ＴＧ９１と略す）を構成している。

ＴＧ９１は、発熱要素６０のａ群及びｂ群の印字のタイ
ミングを検出する波形を発生する。ＴＧ９１を設置する
ことによりモータ８８のスピードに無関係に、印刷紙（
図示していない）に対して等ピッチのドット間隔を保証
することができる。ＴＧ９１の出力をタイミングシグナ
ル発生装置６７によって、放電トランジスタ５１を瞬時
オンする波形に変換しかつ、ＣＰＵ６４への入力信号を
作り出している。ＴＧ９１とタイミングシグナル発生装
贋６７によって印字の位置を検出する位置検出器９４を
構成している。第７図は、第６図のサーマルプリンタの
駆動回路のタイミング図である。

１ ０１は、ＴＧ９ １の出力波形でありモータの回転
によってヘッド９０のコイルに正弦波が発生する。

１０２は位置検出器９４の波形で、パルス幅のきわめて
小さいパルス波形であり、放電トランジスタ５１は、Ｔ
Ｇ９１の周期に同期してオンオフを繰り返す。

最初の通電位置をＴｏ‘ａーとするとＴ○【ｂーのタイ
ミングで一列分の印字を完了し、順次Ｔ，‘ａ｝，Ｔ２
‘ｂ｝と進み文字が形成される。１０３は、通電幅制御
回路９５のトランジスタ８４の出力波形を示し、電源電
圧Ｖｄの変化に応じてパルス幅が変化する。

Ｔｏ｛ｂ｝のタイミング時のように仮に通電するドット
数が多く電圧が低いＶｄｌとなるとパルス幅ｔは伸びて
長いＴｗｌとなり逆に電圧が上昇して高いＶｄ２となる
とパルス幅ｔは短いＴｗ２となる。出力波形１０３と、
文字信号発生装置９２，９３とをアンドゲート８７によ
って結合し、ａ群ｂ群の選択、発熱要素６０の選択を行
いながら所定の文字が形成されて行く。尚、温度特性を
ＶＢＥによる変化以上に必要とする場合は、調整用抵抗
器５３に直列に、サーミスタ等の温度検出素子を接続す
れば良い。

又本発明によるサ−マルプリンタの駆動回路は、第４図
、第６図に上げた回路に限定されるものではなく、同様
の原理を用いるものすべてに適用されるものである。例
えば、定電圧手段には、第４図第６図に示したものの他
に、ダイオードの順方向特性を利用し、電圧ｙＺの大き
さにあわせて、ーコあるいは数個を直列接続して用いる
ことでも代用することができる。以上本発明によるサー
マルプリンタの駆動回路は、きわめて簡略でかつ安価な
通電幅制御回路によって、電源電圧の変動に対して安定
な印字品質を得るものであり、マンガン電池等の内部抵
抗が大きく、小容量の電池に於けるサーマルプリンタの
駆動を可能にし、かつ省電力を可能にするきわめて有用
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の熱ペンの定温度制御回路の一部を示す
図であり、１は電源、１１は充放電回路、９は熱ペンを
それぞれ示している。 第２図、加熱時間ｔと電源電圧Ｖの関係を示す図である
。 第３図は、第１図に示す回路の特性を示す図であり、ｘ
軸にＶ／Ｋ・Ｅ，ｙ軸にｔ／Ｃ・Ｒを対数目盛にとって
示したものである。 第４図は、本発明によるサーマルプリンタの駆動回路の
一実施例を用いた電子卓上計算機の回路の略図であり、
４２は第一の分圧回路、４３は第二の分圧回路、５３は
調整用抵抗器、５４はコンデンサ、５６は放電トランジ
スタ、５７は、電圧比較回路、６川ま発熱要素、６３は
通電制御トランジスタをそれぞれ示している。 第５図は、本発明によるサーマルプリンタの駆動回路の
特性を示すグラフである。 第６図は、本発明によるサーマルプリンタの他の実施例
の略図であり、９４は印字位置を検出する位置検出器で
ある。 第７図は、第６図に示したサーマルプリンタの駆動回路
のタイミング図である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の発熱要素を有し、選択的に前記発熱要素に
   通電し、印刷紙に印刷する如きサーマルプリンタの駆動
   回路に於いて、前記発熱要素の通電をオン，オフする通
   電制御手段と、該通電制御手段のオン時間を前記発熱要
   素に印加される電源電圧に応じて変化させる通電幅制御
   回路を有し、該通電幅制御回路は、前記電源電圧を抵抗
   器により分圧する第一の分圧回路と、少くとも一つの定
   電圧手段と少くとも一つの抵抗器との直列回路による第
   二の分圧回路と、前記第一の分圧回路と第二の分圧回路
   のそれぞれの分圧点を結ぶ結合点と前記電源電圧の一端
   との間に挿入されたコンデンサとを主な構成要素とする
   充電回路と、前記コンデンサの両端を開閉する放電回路
   と、前記コンデンサの充電レベルに応じてオン、オフす
   るスイツチング回路とかなることを特徴とするサーマル
   プリンタの駆動回路。 ２ 前記発熱要素の移動に対応して、印字位置を検出す
   る位置検出器を備え、該位置検出器の出力にて前記放電
   回路を作動する特許請求範囲第１項記載のサーマルプリ
   ンタの駆動回路。