JPS6238152B2 - - 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方法に関す
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―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タに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
Vc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２を介して電源１に直列
接続され、スイツチ４が前記コンデンサ３に並列
接続されて、上記回路によつて充放電回路１１を
形成する。５は前記スイツチ４を一定周期で開閉
するスイツチ駆動回路、６は電圧比較回路、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のスイツチで、
電圧比較回路６の出力によつてオン，オフされ、
熱ペン９の温度を電源電圧Vc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、選択的にスイツチ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
に於けるスイツチ４を、瞬時オンしてコンデンサ
３を放電し、基準電源７の電圧を可変分圧器８に
よつて分圧された基準電圧Ｅまでの充電時間ｔを
電圧比較回路６によつて取り出し、加熱時間ｔだ
け一定周期Toごとにスイツチ１０をオンし、熱
ペンの温度制御をする。

第２図は、電圧比較回路６の出力波形を示し加
熱時間ｔと電源電圧Vcの関係を示す図で、電源
電圧が高いV₁の時は充電時間が速くなり、加熱
時間は短いt₁となり、電源電圧が低いV₂の時は、
加熱時間は長いt₂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エネルギ（Pw）は、次式(1)
で示される。

Pw＝Ｖｃ_２／ｒ×ｔ／Ｔｏ ………(1) 温度が一定になるためには、エネルギが一定で
あれば良いから、この時のｔとVcの関係は toc１／Ｖｃ_２ ………(2) となれば良い。

このような関係を、等エネルギ特性又は等温度
特性と呼ぶことにする。

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)で表わされる。

ｔ＝Ｃ・Rln（１−Ｅ／Ｖｃ） ………(3) これをＸ軸にVc／Ｅ，ｙ軸にｔ／CRを対数目
盛にとつて示したのが、第３図である。１２は(3)
式をCRで除した特性曲線であり、１３は傾きが
−２の直線である。この直線１３と平行な点の軌
跡の関係式は、次式(4)で表わされる。

ｙ＝α１／Ｘ^２ α＝定数 ………(4) すなわち、等温度特性のｔとＶの関係式(2)も式
(4)と同じであり、直線１３と平行な軌跡では温度
が一定である。特性曲線１２の直線１３と平行に
近似できる部分はＰ点からＱ点であり、ｘの値に
してｘ＝1.3〜1.6程度である。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＝Vc／Ｅ＝1.6となるのでＥ
＝4.06（Ｖ），ｘ＝1.3のときＥ＝4.06であれば、
その時のVcは約5.3（Ｖ）となる。すなわち、6.5
（Ｖ）〜5.3（Ｖ）程度しか等温度駆動ができない
ということである。一般にマンガン電池では、
SUM３に於いて0.5Ω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、電圧降下が著しいため、もつと広い電圧範
囲にわたつて等エネルギ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
エネルギを瞬時に熱に変え、ドツトを形成して行
くような方法では、エネルギの差が微少であつて
も印字品質に大きく影響を与えるため、もつと直
線１３に近い特性を必要とする。加えて、特性曲
線１２の湾曲方向が、電圧が高くても低くても双
方にエネルギ過多の方向となつているため、サー
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、電力消費が少なく、安価な、サーマル
プリンタの駆動方法を提供することにある。

第４図は、従来から用いられている、シリアル
駆動方法のサーマルプリンタの略図である。第４
Ａ図はサーマルプリンタの正面図であり、２１
は、発熱要素２２を配置した発熱ヘツドである。
２４はプラテン、２５は発熱ヘツド２１を固定す
るキヤリツジ、２７は溝カム２８を有し、この溝
カムとキヤリツジ２５に設けられた突起物によつ
て、キヤリツジ２５を桁方向（図では横方向）に
移動する駆動軸、２９は駆動軸を作動する駆動源
であるモータ、３２はモータ２９の回転を伝達す
る歯車をそれぞれ表わしている。第４Ｂ図は、サ
ーマルプリンタの側面図であり、２３は、印刷
紙、２６は、プラテン２４を発熱ヘツド２１に押
圧するプラテン押えバネ、３０は、紙送りロー
ラ、３１は紙押えローラをそれぞれ示し、一行の
印字が終了するごとに、モータ２９と係合した紙
送りローラが回転し、紙送りがなされる。発熱要
素２２は、シリアル駆動方式のサーマルプリンタ
では、一般に、縦５ドツトもしくは７ドツトの発
熱要素を有し、これを配置した発熱ヘツドをＤ方
向に移動しながら、４×５もしくは５×７マトリ
ツクスの文字を形成して行く。

第５図は、本発明による電圧―周波数変換器
（以下Ｖ〜ｆコンバータと略す）の一実施例であ
り、以下に詳述する。４１は電池等の電圧変動の
ある電源であり、Vcなる電位を発生している。
４２は定電圧手段の一種であるゼナーダイオード
であり端子電圧Vzを有している。４３は抵抗器
であり、ゼナーダイオード４２の端子電圧Vzを
安定化するために設けられ、ゼナーダイオード４
２と合わせて分圧回路４４を形成している。４５
は周波数を設定するための調整用抵抗器、４６は
分圧回路４４の任意の分圧点Ｓ点と電源４１の一
端との間に挿入されたコンデンサである。分圧回
路４４と調整用抵抗器４５、コンデンサ４６とに
よつて充電回路を構成している。４７はコンデン
サ４６の充電レベルに応じてオン、オフするスイ
ツチング手段の一種であるトランジスタ、４８は
該トランジスタ４７の負荷抵抗器、５３はコンデ
ンサ４６の電荷を放電する放電用のトランジス
タ、５０はトランジスタ４７の出力を反転するイ
ンバータの一種であるトランジスタ、５１は該ト
ランジスタ５０の負荷抵抗器、５２は、放電用の
トランジスタ５３へ信号を伝達する抵抗器、４９
はコンデンサ、５４は出力用の抵抗器をそれぞれ
示している。

第５図に示されたＶ〜ｆコンバータの発振原理
は次のようなものである。電源４１が投入されて
コンデンサ４６への充電が開始され、コンデンサ
４６の電位がトランジスタ４７のベースエミツタ
間電圧（VBEと呼ぶ）に達するとトランジスタ
４７がオンする。これがトランジスタ５０に伝達
され、トランジスタ５０がオフし、更にこれがト
ランジスタ５３に伝達され、トランジスタ５３が
オンしコンデンサ４６の電荷が放電される。この
結果、トランジスタ４７オフ→トランジスタ５０
オン→トランジスタ５３オフとなり、コンデンサ
４６への充電が開始される。こうして、トランジ
スタ、４７，５０，５３は交互にオン、オフを繰
り返し、発振する。この時の発振周期Ｔは、コン
デンサ４６の充電時間にほぼ等しい。コンデンサ
４９は、トランジスタ５３のオン時間を保証する
ために設けられたものできわめて小さくて良い。
又これによる遅延時間もごくわずかであるため、
周期Ｔにおよぼす影響は小さい。

第６図は、第５図のＶ〜ｆコンバータのトラン
ジスタ５０の出力波形を示し、５５は電源電圧
Vcが高いＶ１の時の出力波形で周期Ｔ１は短
く、遂に５６は、電源電圧が低いＶ２の時の出力
波形で周期Ｔ２は長い。この時の電源電圧Vcと
周期Ｔの関係は次の(5)式で表わされる。Ｃはコン
デンサ４６の容量値、Ｒは抵抗器４５の抵抗値を
示している。

Ｔ＝−Ｃ・Rln（１−ＶＢＥ／Ｖｃ−Ｖｚ）………(5) VBEは、第１図に示した従来の熱ペンの定温
度制御回路の基準電圧Ｅと同じである。

第７図は、本発明による電圧―周波数変換器の
特性を示すグラフである。一例として、Vz＝2.5
（Ｖ）、Ｅ＝VBE＝0.7（Ｖ）とした時の周期Ｔの
特性を示すものである。縦軸は、ｙ＝Ｔ／Ｃ・Ｒ
を対数目盛りで目盛つてあり、従来の特性曲線
は、ｙ＝ｔ／Ｃ・Ｒで目盛つてある。横軸は、第
３図と同様Ｘ＝VC／Ｅである。７１は、式(5)を
グラフ化した特性曲線であり、７２は、傾き−２
の直線である。直線７２に近似される部分はＴ点
からＫ点まででＸ値で6.6から9.2までである。こ
れを電圧に置き換えると、Ｘ＝VC／Ｅであるか
ら、4.6（Ｖ）から6.4（Ｖ）までとなる。すなわ
ち、第５図に示した本発明による電圧―周波数変
換器は4.6（Ｖ）から6.4（Ｖ）まで電圧の２乗に
比例する周波数を有する特性となる。これは従来
の回路と比較して大幅に等エネルギ特性を示す電
圧範囲が広くなつている。

第８図は、本発明によるサーマルプリンタの駆
動方法を用いた電子卓上計算機（以下電卓と略
す）の略図である。８１は電源、８２は第５図に
示したＶ―ｆコンバータ、２１は、第４図で示し
た、発熱ヘツド、２２は発熱要素をそれぞれ示し
ている。８３は発熱要素２２への通電を制御する
給電トランジスタ、８４はアンドゲート、８５は
文字信号発生装置、８６はＶ―ｆコンバータの出
力を所定の数だけ計数するカウンタ、８７は、演
算及びサーマルプリンタの制御等をする中央処理
装置、略してCPUである。８８は、Ｖ―ｆコン
バータ８２の出力を所定の数だけ計数するカウン
タ、８９はステツプモータへの駆動信号を発生す
るデイバイダー、２９は第４図に示したサーマル
プリンタの駆動源であるモータであり、Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３，Ｃ４の４相のコイル９１とロータ９２
を有するステツプモータを示している。９０はス
テツプモータ２９のコイル９１への通電を制御す
るトランジスタである。CPU８７には一般にマ
イクロプロセツサが用いられ、文字信号発生装置
８５には一般にＩ／Ｏポートが用いられる。所定
のタイミングに於いて通電すべき発熱要素２２へ
の通電信号が文字信号発生装置８５から出力さ
れ、同時にカウンタ８６から電源電圧Vcの電位
に応じたパルス幅の信号が出力され、アンドゲー
ト８４によつて、両出力を結合され、電源電圧に
応じた通電が発熱要素２２になされる。

上記したように、電源電圧に応じた時間しか発
熱要素２２へ通電されないため、電力の損失がほ
とんどないという特徴を備えている。又、ステツ
プモータは一般に、電源電圧が高い時は、応答時
間が速く、逆に電圧が低い時は応答時間が遅いと
言う特徴を有している。このため、電圧が高い時
には、通電時間を短くすることによつて無駄な電
力を抑制することができる。第８図に示した電卓
では、ステツプモータ２９への通電時間を決定す
る基準信号に前記Ｖ―ｆコンバータを用い発熱要
素２２への通電だけでなく、ステツプモータへの
通電も電源電圧に応じてパルス幅を変化させてい
る。このため、マンガン電池等の限られた容量の
電源を用いたサーマルプリンタの駆動方法に於い
て、上記、ステツプモータへ通電時間の制御は、
印字可能な回数を増大させ、きわめて有益なこと
である。

第９Ａ図は、本発明によるサーマルプリンタの
駆動方法を用いた第８図の電卓のタイムチヤート
図であり、第９Ｂは、印字文字とタイミングの関
係を示す図である。１００はＶ―ｆコンバータ８
２の出力波形、１０１は、カウンタ８６の出力波
形でありＶ―ｆコンバータの出力を３パルス分だ
け計数している。１０２は、発熱ヘツド２１によ
る印字を示し、発熱ヘツド２１はＤ方向に移動し
ながら印字して行く。１０３はタイミングを示
し、１列目はTP１、２列目はTP２ｎ列目はTPn
と表わす。TPnとTPn＋１の間は１ドツトサイク
ルと呼ぶ。１０４はステツプモータ２９への通電
信号を示し、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の４相のコ
イルによつてロータ９２が１回転する。電源電圧
が高いVc１の時、Ｖ―ｆコンバータの周期は小
さく、従つて通電時間も短い。１列分の印字が
TP１のタイミングで行なわれると、ステツプモ
ータのＣ１とＣ２に順次通電が行なわれ、第４図
に示した駆動軸が回転し、発熱ヘツド２１はＤ方
向へ一列分移動する。次にTP２のタイミングで
２列目の印字が終了するとＣ３とＣ４へ通電され
るというように順次印字がされて行く。TP５で
１列分の印字が終了するとＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ
４と４相に通電することによつて文字間スペース
を１ドツト分あけることができる。この時、連続
回転モータでは、１ドツトサイクル分余計に必要
となるが、ステツプモータではTP５〜TP７間を
つめることができ、印字スピードの上昇に寄与す
る。TP１からTP６の終了までで一文字の印字が
終了し、これを１文字サイクルと言う。第９Ａ図
に於いては、ステツプモータの一相当りの通電時
間は、Ｖ―ｆコンバータの２パルスを用いてい
る。ステツプモータの応答速度によつて、このパ
ルス数は変更することができる。又、１列分の移
動に於ける、通電コイルの数も２相に限定される
ものでなく、ステツプモータ及びサーマルプリン
タの構造などにより変更する必要がある。電源電
圧が低いVc２の時、第９図のTPnからTPn＋３
のタイミングに示すように、発熱要素２２への通
電時間が広がる。

上記した如く、Ｖ―ｆコンバータ８２の出力に
よつて、発熱要素２２及び、ステツプモータ２９
への通電を決定することにより、無駄な電力損失
のないサーマルプリンタの駆動方法を実現するこ
とができる。又、モータ２９に連続モータを用い
た場合は、電源８１が電池の場合、電圧が低下し
た時のことを考慮してモータスピードを設定しな
ければならないという、汎雑な問題があり、か
つ、電圧が低下した時にモータのスピードを設定
すると、電圧の高い時は、発熱ヘツドへの通電時
間より通電周期が大すぎて無駄な時間が生じる。
しかしステツプモータと本発明によるＶ―ｆコン
バータを組み合わせることにより、ステツプモー
タのコイルに対してたえず適切な通電が保証さ
れ、ステツプモータ２９のコイル９１の発熱を抑
制し、印字スピードを向上し、かつ低消費電力化
を実現できるというきわめて理想的なサーマルプ
リンタの駆動方法を実現することができる。

第１０図は本発明による電圧―周波数変換回路
（Ｖ―ｆコンバータ）の他の実施例を示す回路図
であり、第５図と同一物は同一番号で示し説明を
省略する。６１はトランジスタであり、抵抗器６
２，６３と共に第一の定電圧手段６６を構成して
いる。６５は第二の定電圧手段の一種であるダイ
オードである。前記第一の定電圧手段６６と第二
の定電圧手段６５との間に抵抗器６４が挿入され
ていて、この直列回路を分圧回路４４と呼ぶ。第
一の定電圧手段６６と抵抗器６４との結合点をＳ
２点とするとこのＳ２点と電源４１の一端との間
に、ダイオード６７と調整用抵抗器４５を介して
コンデンサ４６が挿入されている。Ｓ２点は分圧
回路中の任意の点で良いが、得たい特性に応じて
選ばなくてはならない。この分圧点Ｓ２点の電位
をVs２とするとこれは第５図に示した回路の分
圧点Ｓ点の電位と電源電圧Vcとの関係と若干、
異つている。第１１図は電源電圧Vcと分圧点Ｓ
２点の電位Vs２との関係を示すグラフである。
電源電圧Vcが高い時は、定電圧手段６６の端子
電圧をVzとするとVs２は、ほぼ次式で表わされ
る。Vzは第５図と同様2.5（Ｖ）程度である。

Vs２＝Vc−Vz ………(6) しかし、電源電圧が低下してくると、ダイオー
ド６５の電位に近づく。このためVs２は第１１
図の特性曲線１１０のような特性を示す。ダイオ
ード６７は、Ｖ―ｆコンバータの出力特性を微妙
に変化したい場合に挿入されるものである。後段
のトランジスタ、コンデンサ、抵抗器は第５図と
同一物であり機能も同じであるので説明を略す。

第１０図に示したＶ―ｆコンバータの特性は第
７図に破線で示した特性曲線７３であり、直線７
２に近似される範囲はＬ点からＫ点であり、第５
図に示したＶ―ｆコンバータより電圧範囲が広が
つている。すなわち、サーマルプリンタの等濃度
印字が可能な電圧範囲が広いということになる。

第１２図は本発明による更に他の実施例であ
り、第１０図と同一物は同一番号で示している。
第12の回路は素子数を減らし簡略な回路にしたも
のである。５７は抵抗器で一定電圧手段の一種で
あるゼナーダイオード５８との直列回路より基準
電圧Ｅを作り出している。６０は、スイツチング
手段の一種である電圧比較回路であり、ダイオー
ド５９によつて出力端子とコンデンサ４６の接続
されている反転入力とを結合することにより発振
回路を構成することができる。この時の周波数
は、分圧回路６６、調整用抵抗器４５、コンデン
サ４６によつて決定される。

尚、本発明によるＶ―ｆコンバータは、温度変
化に対しても周波数が変動し、一般にトランジス
タのVBEの温度特性によつて、高温になると周
波数が高く、低温では低くなる。これはサーマル
プリンタの発熱ヘツドの要求する通電時間の温度
特性と一致し、サーマルプリンタの温度補償にも
役立つ。更に温度による影響を上昇するには調整
用抵抗器４５と直列もしくは並列にサーミスタ等
の温度検出素子を接続すれば良い。

上記Ｖ―ｆコンバータの発振周波数を中心値で
50KHz〜200KHz程度にすることにより、CPU等
の電卓の回路のクロツクパルスとして兼用するこ
とも可能であり、コストダウンの要因ともなる。

以上、本発明によるサーマルプリンタの駆動方
法は、きわめて簡略にして、安価な電圧―周波数
変換器を用いることにより、電源電圧の変動に対
して、安定な印字濃度を得るものであり、マンガ
ン電池等の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、かつ電力を有効に利用する
ことを可能にしたきわめて画期的なものである。

【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
であり、１は電源、２は抵抗器、３はコンデン
サ、６は電圧比較回路、７は基準電源、９は熱ペ
ンをそれぞれ示している。第２図は、第１図の電
圧比較回路６の出力波形を示す図である。第３図
は、従来の熱ペンの定温度制御回路の特性を示す
グラフであり、縦軸にｙ＝ｔ／Ｃ・Ｒ，横軸にＸ
＝VC／Ｅを対数目盛で目盛つてある。第４図
Ａ，Ｂは、サーマルプリンタの一実施例の略図で
あり、２１は発熱ヘツド、２２は発熱要素、２９
はモータをそれぞれ示している。第５図は本発明
による電圧―周波数変換器の一実施例の回路図で
あり、４１は電源、４２は定電圧手段、４３は抵
抗器、４５は調整用抵抗器、４６はコンデンサを
それぞれ示している。第６図は、第５図に示した
電圧―周波数変換器の出力波形を示している。第
７図は本発明による電圧―周波数変換器の出力の
特性を示すグラフであり、１２は従来の熱ペンの
定温度制御回路の特性曲線であり、７１は第５図
に示した本発明による電圧―周波数変換器の特性
曲線である。第８図は本発明によるサーマルプリ
ンタの駆動方法を用いた電子卓上計算機の略図で
あり、８２は電圧―周波数変換器、８７は
CPU、２９は、ステツプモータ、２１は発熱ヘ
ツドをそれぞれ示している。第９図Ａ図は第８図
の電卓のタイムチヤート図であり、１００は電圧
―周波数変換器の出力波形を示す。第９図Ｂは、
印字文字とタイミングの関係を示す図である。第
１０図は本発明による電圧―周波数変換器の他の
実施例を示す回路図であり、６６は第一の定電圧
手段、６４は抵抗器、６５は第二の定電圧手段を
それぞれ示している。第１１図は第１０図の電圧
―周波数変換器の分圧点Ｓ２と電源Vcとの関係
を示すグラフである。第１２図は本発明による電
圧―周波数変換器の、更に他の実施例の回路図で
あり、７０は電圧比較回路、６８は基準電圧Ｅを
作るためのゼナーダイオードをそれぞれ示してい
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の発熱要素と、該発熱要素を配置した
   発熱ヘツドと、該発熱ヘツドと接触し熱によつて
   発色する印刷紙と、該印刷紙を移動する紙送り装
   置等の駆動源であるモータを備えたサーマルプリ
   ンタの駆動方法に於いて、前記発熱要素に印加さ
   れる電源の電圧に応じて周波数の変化する電圧―
   周波数変換器を有し、該電圧―周波数変換器は、
   前記電源の両端に挿入された少なくとも一つの定
   電圧手段と抵抗器との直列回路による分圧回路
   と、該分圧回路の任意の点と前記電源の一端との
   間に挿入されたコンデンサと、該コンデンサの充
   電レベルに応じてオン，オフするスイツチング手
   段とを備え、前記電圧―周波数変換器の出力を基
   準として前記発熱要素への通電時間を決定する如
   きサーマルプリンタの駆動方法。 ２ 前記モータに、ステツプモータを用いたサー
   マルプリンタに於いて、前記電圧―周波数変換器
   の出力を基準として、前記ステツプモータへの通
   電時間を決定する如き、特許請求の範囲第１項記
   載のサーマルプリンタの駆動方法。