JPH0639178B2 - サ−マルプリンタの印字制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発熱素子に通電し感熱紙、又は転写フイルム
を介して普通紙に印刷する如きサーマルプリンタの印字
制御装置に関し、特にサーマルヘッドの熱履歴制御に関
するものである。

［従来の技術］ 従来からサーマルプリンタの印字制御装置に於いては、
発熱素子の過去の駆動履歴を記憶しそれぞれの発熱素子
の次の印字エネルギを決定する熱履歴制御するものがあ
った。

これらの従来例は、過去の熱履歴に応じて、次の通電時
間を一定時間減ずるものであった。

［発明が解決しようとする問題点］ これら従来技術では、環境温度やサーマルヘッドの温度
等の条件や、発熱素子への供給電圧の条件が変動した場
合、一般に発熱素子への通電時間を補正し、その条件に
合った通電時間に調整される。しかし熱履歴制御によっ
て減ずる通電時間は一定であったため、基本通電時間に
よって得られる印加エネルギに対してしめる割合が変動
してしまい、温度変化や、電圧変動に対して良好な印字
品質が得られなかった。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を除去し、
熱履歴制御を行う時に、発熱素子への印加エネルギを温
度や電圧条件によって変化させた場合に於いても、減ず
る印加エネルギの比を一定にし常に良好な印字品質を得
るサーマルプリンタの制御装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によるサーマルプリンタの印字制御装置は、これ
らの問題点を解決するための手段として以下のものを有
している。

ａ．サーマルヘッドもしくは周囲温度を検出する発熱抵
抗素子 ｂ．該感熱抵抗素子を包含する抵抗回路網 ｃ．該抵抗回路網の所定の分圧点の電位を増幅する増幅
回路 ｄ．コンデンサと抵抗器を直列に接続した複数のＣＲ回
路 ｅ．前記増幅回路の出力電圧を基準とし前記コンデンサ
の充放電時間をパルス幅に変換する複数の電圧比較回路 ｆ．前記電圧比較回路に接続された前記複数のコンデン
サを同時に放電する放電回路 以上の手段を有し、前記電圧比較回路の１つを前記発熱
素子の基準通電時間の設定用に、他を駆動履歴に応じて
発熱素子の通電時間を減する時の削減量の決定に用いる
制御装置である。

［実施例］ 第１図は本発明によるサーマルプリンタの印字制御装置
の通電幅制御回路の一実施例の回路図である。

１は感熱抵抗素子の一種であるサーミスタ、２はサーミ
スタ１を包含する抵抗回路網であり、１７、１８は抵抗
器、３４はコンデンサをそれぞれ示している。コンデン
サ３４はノイズ防止用であり特性に全く関係しない。

３はオペアンプ１０を有する増幅回路であり、オペアン
プの入力として、前記抵抗回路網の所定の分圧点と可変
抵抗器２０を有する分圧回路３０の所定の分圧点とを有
している。又、このオペアンプ１０はフィードバック用
抵抗器２２、ダイオード２３、入力抵抗器２４を有して
いる。前記分圧回路３０は抵抗器１９、２１、及び可変
抵抗器２０から構成され、オペアンプ１０の基準入力部
を形成している。

１１、１２、１３は電圧比較回路で、基準入力としてオ
ペアンプ１０の出力端子に、共通に接続されている。
又、被比較入力としてそれぞれＣＲ回路３１、３２、３
３が接続されている。４、５、６は抵抗器、７、８、
９、はコンデンサをそれぞれ示している。２７、２８、
２９は放電用のトランジスタであり、このトランジスタ
２７、２８、２９、及び入力抵抗器３７、３８、３９を
主な構成要素として放電回路を形成している。

３５はトリガ入力端子、３６は電源入力端子、１４、１
５、１６はこの通電幅制御回路の出力端子をそれぞれ示
している。

（動作） 抵抗回路網２はサーミスタの温度特性を補正する曲線補
正部である。

サーミスタの抵抗値Ｒｔは一般にＢ定数を用いて２０℃
の値Ｒ(20)、絶対温度Ｔとして次の式で表される。

Ｒｔ＝Ｒ(20)ｅｘｐＢ（１／Ｔ(t) −１／Ｔ(20)）……
式１ Ｔ(t) ＝任意の温度に於ける絶対温度 Ｔ(20)＝２０℃時の絶対温度 式１を見るとｅｘｐの項が入っているため、温度の逆数
がｌｏｇリニアになっている。すなわち抵抗値は温度上
昇と共に減少し、その割合は高温側の方が変化量が少な
くなる。

サーマルヘッドの場合、高温時ほど印加エネルギを減少
させた方が、良い印字品質となり、かつ発熱要素にとっ
て安全であり、このサーミスタの特性を補正する必要が
ある。

第２図は、サーミスタの抵抗値Ｒｔと抵抗回路網２の分
圧点Ａの出力電圧とオペアンプの出力電圧の特性を示す
グラフであり、横軸は絶対温度、縦軸は抵抗値Ｒｔと分
圧点Ａの電圧及びオペアンプの出力電圧Ｖopを示してい
る。

４１は、サーミスタの抵抗値Ｒｔの温度特性を、４２
は、分圧点Ａの電位の温度特性を、４３はオペアンプの
出力電圧Ｖopの温度特性をそれぞれ示す特性曲線であ
る。サーミスタは特性曲線に示すように温度変化に対し
負特性を有している。

このような補正を行う特徴として以下の事項が上げられ
る。

１．周辺素子が少なくバラツキ等の変動が少ない。

２．比較的広い範囲でリニアリティが持たせられる。

３．使用温度範囲外、例えば０℃以下、４０℃以上等で
の温度に対する出力電圧の変化が小さくでき、サーマル
ヘッドを破壊から守ることができる。

増幅回路３は、補正された温度特性を用い部分的に拡大
するためで、特性曲線４２を得る分圧点Ａを一方の入力
とし、抵抗器による分圧回路を他方の入力としている。

本回路の倍率は以下で表わされる。

抵抗器２４の値をＲ24，抵抗器２２の値をＲ22とすると
倍率Ｋは Ｋ＝（Ｒ24＋Ｒ22）／Ｒ24 となる。

ダイオード２３の働きとしては、 １．低温時の基準電位の急激な上昇を抑制するため、結
果として電圧比較回路１１，１２，１３の出力パルス幅
の低温時に於ける増大を防止する。

２．部分拡大の変曲点を変えることができる。

１と２の特性を利用しダイオードの本数を変える又はな
くす等して様々な特性曲線を作り出すことができる。

分圧回路３０内の可変抵抗器２０は温度変化に対するオ
ペアンプの出力電圧Ｖopの変化率を変えずにＶopを調整
するものであり、後段の電圧比較部の出力パルス幅を所
定の値に設定するものである。

ＣＲ回路３１，３２，３３の時定数は次のような関係を
有している。

抵抗器４，５，６の値をそれぞれＲ4 ，Ｒ5 ，Ｒ6 とし
コンデンサ７，８，９の値をＣ7 ，Ｃ8 ，Ｃ9 とする
と、 Ｃ7 ×Ｒ4 ＞Ｃ8 ×Ｒ5 ＞Ｃ9 ×Ｒ6 となっている。

第３図は、第１図の通電幅制御回路の電圧比較回路の入
出力波形を示す説明図である。

５１は放電回路の入力端子３５に与えられるトリガ入力
波形でありそのパルス幅ｔｇはきわめて小さいので特性
上は無視できる。５２は出力端子１４の波形を、５３は
出力端子１５の波形を、５４は出力端子１６の波形をそ
れぞれ示している。それぞれのパルス幅は、ＴＷ14，Ｔ
Ｗ15，ＴＷ16で示していて次の関係となる。

ＴＷ14＞ＴＷ15＞ＴＷ16 第４図はそれぞれの出力波形５２、５３、５４のパルス
幅の温度特性を示す特性図である。サーミスタ１及び増
幅回路の作用により、電圧比較回路の非反転入力側の電
圧は温度の上昇とともに低下するため、電圧比較回路の
反転入力側の電圧がＣＲ回路３１、３２、３３固有の時
定数で放電状態から上昇して非反転入力側の電圧を越え
るまでの時間、即ち出力パルス幅が短くなる。

２０℃における出力パルス幅ＴＷ14、ＴＷ15、ＴＷ16の
値は大きい方から順にｔ１，ｔ２，ｔ３となり、０℃で
は順にｔ４，ｔ５，ｔ６となる。この時次のような関係
となる。

ｔ２／ｔ１≒ｔ５／ｔ４ ｔ２／ｔ３≒ｔ５／ｔ６ このような特性は全温度範囲にわたって有している。

これは次のような理論式に基づいている。

オペアンプ１０の出力電圧を２０℃の時Ｖop(20)とし、
電源電圧をＶc とすると電圧比較回路１１の出力パルス
幅ＴＷ14は次の式で表される。

ｌｎ：自然対数として、 ＴＷ14＝−Ｃ７ ×Ｒ４ｌｎ（１−Ｖｏｐ（２０）／Ｖｃ） 同様にＴＷ15は、 ＴＷ15＝−Ｃ８ ×Ｒ５ｌｎ（１−Ｖｏｐ（２０）／Ｖｃ） となる。

この時、両パルス幅の比は ＴＷ14／ＴＷ15 ＝（Ｃ７×Ｒ４）／（Ｃ８×Ｒ５） となり、温度に関係する項が消え、時定数の比となる。

このような特性を有する通電幅制御回路を用いてサーマ
ルプリンタの熱履歴制御を行うことによりきわめて良好
な印字品質を実現できる。

第５図は本発明による印字制御装置の一実施例を示す略
図であり、４０は第１図に示した通電幅制御回路（以下
ＣＴＣＣと略す）、４６は複数の発熱素子４５を配した
サーマルヘッド、４７はヘッドドライバをそれぞれ示し
ている。サーマルヘッド４６上にはＣＴＣＣ内のサーミ
スタ１が接触配置されている。

４４はヘッドドライバ４７の電源端子をオンオフする給
電制御トランジスタ、５０はサーマルプリンタ全体を統
括制御するＣＰＵである。ＣＰＵ５０は印字データ入力
に応じ、ヘッド通電タイミング毎に、ＣＰＣＣ４０のト
リガ入力端子３５へトリガを出力すると当時に、ヘッド
ドライバ４７へ各々の発熱素子に対応するヘッドデータ
４８を送出する。発熱素子への通電はヘッドドライバ４
７への給電が為され、且つヘッドデータが能動状態の時
に行われる。従って、所望のドットの印刷は、このドッ
トを印刷するべき発熱素子に対応するヘッドデータを能
動状態に、これ以外の発熱素子に対応するヘッドデータ
を非能動状態にすることによって実現される。

４３はＣＴＣＣ４０の出力端子１４に接続されたインバ
ータであり、トランジスタ４４によってヘッドドライバ
の作動時間が決定され発熱素子４５の基準通電時間が決
定される。

ＣＴＣＣ４０の出力端子１５、１６から出力される、そ
れぞれＴＷ15、ＴＷ16なるパルス幅を有するパルス信号
はＣＰＵ５０に入力される。

第６図は本実施例の履歴制御方法によるサーマルヘッド
の１の発熱素子への通電状態を示す説明図であり、２０
℃の場合の例示である。以下、ＣＰＵにおける、過去の
駆動履歴に応じた基準通電時間からの削減量の設定方法
につき、本図を用いて説明する。

６１は通電が連続した時、即ち削減時間を設定すべき通
電区間の直前の通電区間において当該発熱素子への通電
が行われた時の状態を示し、削減時間を設定すべき当該
通電区間の二つ前の通電区間における通電の有無に応じ
て異なる削減時間が設定される。即ち、削減時間は当該
通電があった時はＴＷ15と、なかった時はＴＷ16とな
る。２０℃の場合の例示であるのでＴＷ15、ＴＷ16の値
はそれぞれｔ２、ｔ３である。

また、６２は１ドットおきに通電が行われた時、即ち削
減時間を設定すべき通電区間の直前の通電区間において
通電が行われずに、削減時間を設定すべき当該通電区間
の二つ前の通電区間において通電が行われた時の状態を
示し、削減時間はＴＷ16となる。２０℃においてはｔ３
である。

６１、６２は削減時間を有する場合を説明する通電パル
ス波形であるが、これらのどちらの場合にも属さない場
合には、６１、６２の第１番めのパルスのように、削減
時間はゼロとされる。

このようにＣＰＵ５０はサーマルヘッドの発熱素子４５
の過去の駆動履歴に応じて基準通電時間からの削減時間
を設定し、ＣＴＣＣの出力端子１５および１６からのパ
ルス信号に同期して、ヘッドデータ出力端子より通電を
行うべき発熱素子に対応するヘッドデータ４８を出力す
る。

この動作を第５図に従い、第６図中、６１に示す通電波
形を例に取って更に詳細に説明する。尚、ここではヘッ
ドデータ４８が高レベル（以下、「Ｈ」と略記する）の
場合に、対応する発熱素子への通電を許可し、低レベル
（以下、「Ｌ」と略記する）の場合には通電を停止する
ものとする。通電波形６１の左側の通電区間では、ＣＰ
Ｕ５０は前述のとおりトリガ入力端子３５へトリガを出
力すると同時にヘッドドライバ４７へヘッドデータ４８
として「Ｈ」を出力する。これにより、ＣＴＣＣ４０の
出力端子１４が「Ｈ」となって給電制御トランジスタ４
４がオン状態となりヘッドドライバ４７への給電が開始
されるとともに、対応する発熱素子への通電が許可さ
れ、従って、通電が開始される。また、通電波形６１の
中央の通電区間では、ＣＰＵ５０は上述のとおり削減時
間をＴＷ16と設定しているので、トリガ出力と同時にヘ
ッドデータ４８を「Ｌ」とする。この時点では、ヘッド
ドライバへの給電は開始されるが、対応する発熱素子へ
の通電は行われない。そして、ＴＷ16時間が経過しＣＴ
ＣＣ４０の出力端子１６が「Ｈ」から「Ｌ」へと変化す
ると、ＣＰＵ５０はこのタイミングでヘッドデータ４８
を「Ｈ」とし、対応する発熱素子への通電を開始する。
同様に、通電波形６１の右側の通電区間に於いては、Ｃ
ＰＵ５０は上述のとおり削減時間をＴＷ15と設定してい
るので、トリガ出力と同時にヘッドデータ「Ｌ」を出力
し、ＴＷ15時間経過後ＣＴＣＣ４０の出力端子１５が
「Ｈ」から「Ｌ」へと変化した時にヘッドデータ「Ｈ」
を出力することによって対応する発熱素子への通電を開
始する。

このようにして、基準通電時間がＣＴＣＣの出力端子１
４からの出力パルス幅ＴＷ14を用いてヘッドドライバへ
の給電時間を設定することによって設定され、基準通電
時間からの削減時間が当該発熱素子の駆動履歴に応じて
ＴＷ15若しくはＴＷ16、又はゼロから選択されることに
よって設定され、従って、通電時間がこれらの差として
決定される。

尚、電圧比較回路の数は３個に限定されるものではな
く、数を増すことによって更にきめ細かい熱履歴制御が
できる。

又、ＣＲ回路３１，３２，３３をサーマルヘッド４６へ
の供給電源と共通にすることによってサーマルヘッドの
電源変動に対しても通電幅を補償することが可能であ
る。

更に、感熱抵抗素子はサーミスタだけでなく、温度変化
に正特性な素子でも同様の効果を有している。

第７図は本発明によるサーマルプリンタの印字制御装置
の他の実施例を示す略図であり、第５図と同一物は同一
番号で示し説明を略す。

７１，７２，７３はＴＴＬのＬＳ−３７４、即ち８回路
３ステイトＤ型フリップフロップと同様のラッチ回路で
あり、ヘッド通電データを一時保持するものである。７
４，７５はＣＴＣＣ４０の出力端子に接続された微分回
路、７６はヘッド通電データ４８の出力と同時にそのア
ドレス情報をラッチするデコーダ、７７はＣＰＵのＷＲ
端子、７８はアドレス情報とＷＲ信号とを同期するゲー
ト、７９は微分回路７４，７５，ゲート７８の信号を複
合し、ラッチ回路７１，７２，７３のクロック信号を得
るゲートをそれぞれ示している。

本実施例を第３図を用いて以下に詳述する。

微分回路７４，７５は第３図の出力波形の立下がりタイ
ミングに同期したトリガ出力を得るものであり、ＴＷ15
の時間経過と同時に微分回路７４からトリガ出力が発生
し、同様にＴＷ16の時間経過と同時に微分回路７５から
トリカ出力が発生する。

始めにＣＰＵ５０から通電データ４８を履歴データまで
含めて３回出力する。データ出力に同期してゲート７８
からクロック信号が出力され、ラッチ回路７１，７２，
７３にそれぞれのデータが格納される。次に通電タイミ
ングと同時に入力端子３５にトリガが出力されヘッドド
ライバ４７が作動し、ラッチ回路７３内に格納されたデ
ータに基づいて所定の発熱素子への通電が行なわれる。

ＴＷ16時間経過するとゲート７９にトリガ出力が発生
し、これをクロックとしてラッチ回路７２のデータはラ
ッチ回路７３へ移動し、所定の通電がなされ、更にＴＷ
15時間経過後同様にゲート７９からトリガ出力が発せさ
れ、最後のデータがヘッドドライバに送出される。その
後所定のドットが形成されると、ＴＷ14時間経過後トラ
ンジスタ４４が閉じ通電が終了する。

第７図の実施例は、履歴のデータを送出するタイミング
にＣＰＵが関与しないため、処理スピードを高速にで
き、ハイスピードなサーマルプリンタ応用が可能であ
る。

［発明の効果］ このように本発明によるサーマルプリンタの印字制御装
置は、環境温度条件、及び発熱素子の電圧変動によっ
て、発熱素子への基準通電時間を変化させた場合に於い
ても、適正に熱履歴制御時の印加エネルギを設定でき、
きわめて良好な印字品質を実現することができる。

又、電圧比較回路を増すことによって容易にきめこまか
い熱履歴制御を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサーマルプリンタの印字制御装置の通
電幅制御回路の一実施例の回路図。 第２図はサーミスタの抵抗値と抵抗回路網の分圧点とオ
ペアンプの出力電位との関係を示す特性図。 第３図は本発明の通電幅制御回路の入出力波形を示す説
明図。 第４図は本発明の通電幅制御回路の出力波形の温度特性
を示す特性図。 第５図は本発明による印字制御装置の一実施例の略図。 第６図は本発明を用いたサーマルヘッドの印字制御方法
の説明図。 第７図は本発明による印字制御装置の他の実施例の略
図。 １……サーミスタ ２……抵抗回路網 ３……増幅回路 １１，１２，１３……電圧比較回路 ３１，３２，３３……ＣＲ回路 ４６……サーマルヘッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の発熱素子によってドットを形成し感
   熱紙に直接、又は普通紙に転写フィルムを介して印刷す
   る如きサーマルプリンタであって、各発熱素子の駆動履
   歴を記憶する記憶手段と、該発熱素子に通電し駆動する
   サーマルヘッド駆動回路と、記憶された前記駆動履歴に
   より次のドット、或いはそれ以後のドットを印刷する場
   合のそれぞれの発熱素子への通電時間を設定する制御手
   段とを有する如きサーマルプリンタに於いて、 a. 前記発熱素子を配置したサーマルヘッドの温度もし
   くは、該サーマルヘッドの周囲温度を検出する感熱抵抗
   素子と、 b. 該感熱抵抗素子を包含する抵抗回路網と、 c. 該抵抗回路網の所定の分圧点の電位を増幅する増幅
   回路と、 d. 時間の経過に従って出力電位の上昇する、時定数の
   異なる複数の積分回路と、 e. 前記増幅回路の出力電位と前記積分回路の出力電位
   とを比較し、前記増幅回路の出力電位をパルス幅に変換
   する複数の電圧比較回路と、 f. 前記複数の積分回路を同時に初期化する初期化回路
   と、 g. 前記複数の電圧比較回路の内の１の電圧比較回路の
   出力を用いて前記サーマルヘッド駆動回路の基準通電時
   間を設定する基準通電時間設定回路と、 h. 前記記憶手段に記憶された駆動履歴に基づき、前記
   複数の電圧比較回路の内の他の電圧比較回路の出力を用
   いて前記基準通電時間に於ける通電停止時間を設定する
   削減時間設定手段と、 を有することを特徴とするサーマルプリンタの印字制御
   装置。