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JP2005096141A - サーマルプリンタ - Google Patents

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Tomoyoshi Nishimura
友良 西村
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

【課題】サーマルプリンタにおいて、発熱素子の抵抗値変化により発生する濃度むらやプリント画像の全体的な濃度変化を自動的に補正する。
【解決手段】カウンタ48の積算プリント枚数が1000枚以上になる毎に、抵抗値測定部45が発熱素子31i の抵抗値Ri を測定する。抵抗値Ri と平均抵抗値Rm との比較から補正データを算出し、フラッシュメモリ46に記憶する。平均抵抗値Rm とフラッシュメモリ46に記憶されている基準平均抵抗値R0mとの比に補正係数K1を乗算して、補正量K2を算出する。電源42からの電源電圧Vhが、プリンタ出荷時の電源電圧Vh0 に補正量√K2を乗算した値となるように、変圧器43が制御されるとともに、補正データがフラッシュメモリ46から読み出されてフレームメモリ34の画像データが補正され、画像がプリントされる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、熱転写プリンタや感熱プリンタ等のサーマルプリンタに関し、更に詳しくは使用によって発熱素子の抵抗値が変化するサーマルプリンタに関するものである。
熱転写プリンタや感熱プリンタのサーマルプリンタに用いられるサーマルヘッドは、多数の発熱素子(抵抗素子)をライン状に配列した発熱素子アレイを有する。
画像データに忠実な印画結果を得るには、各発熱素子の抵抗値が全て均一であることが必要である。しかしながら、発熱素子の抵抗値は、一般に5〜10%程度のばらつきがあり、このため記録画像に濃度むらや色むら等の不都合な現象が発生する。各発熱素子の抵抗値が例えば2400オームとなるように作製されているから、120〜240オームの抵抗値誤差がある。
これを改善するため、各発熱素子の抵抗値を測定し、それに基づいて各発熱素子による感熱記録紙への付与熱エネルギーが一定となるように補正データを演算し、この補正データに基づいて各発熱素子の駆動信号を補正する感熱プリンタが知られている(特許文献1)。
また、サーマルプリンタで実際にテストプリントを印画し、この印画濃度を測定し、この測定結果と目標濃度とを比較することにより、濃度差に相当する抵抗値補正幅を求め、これに基づいて、従来周知のパルストリミング法やレーザートリミング法等を用いて、各発熱素子の抵抗値を調整するサーマルヘッドの抵抗値調整方法が知られている(特許文献2)。
特開平05−008421号公報 特開2002−029079号公報
上記のようなサーマルヘッドの抵抗値調整は、サーマルプリンタの出荷前に行われているが、各発熱素子の抵抗値は、サーマルヘッドの経時や使用頻度によって変化する。特に、テンプレートのような同じパターンの画像をプリントし続けた場合、各発熱素子の抵抗値に偏り(ばらつき)が生じ、別のパターンの画像をプリントすると、濃度むらが発生する。
このような場合、従来は、サービスマンが現地に赴き、各発熱素子の抵抗値を再測定し、抵抗値の補正を行う対応がとられていた。その上、仮に濃度むらが軽減されても、ヘッドの平均抵抗値が変化している場合には、プリント全体の濃度も変化しているため、このようなプリント全体の濃度調整も行う必要がある。このため、プリンタの稼働率が低下し、メンテナンス工数・費用がかかるという問題がある。
本発明は、使用によって発熱素子の抵抗値が変化することにより発生する濃度むらやプリント画像の全体的な濃度変化をユーザが意識することなく自動的に補正できるサーマルプリンタを提供することを目的とする。
本発明のサーマルプリンタは、多数の発熱素子をライン状に配列したサーマルヘッドと記録紙とを相対移動しながら画像データに基づいて各発熱素子を駆動し、記録紙に画像を記録するサーマルプリンタにおいて、所定プリント枚数毎または所定時間経過後に各発熱素子の抵抗値を測定し、この測定抵抗値に基づいて画像データを補正してプリントを行うとともに、前記測定抵抗値の平均抵抗値を算出し、この平均抵抗値を予めメモリに記憶してある基準抵抗値と比較し、この結果に基づいて、プリント画像の全体的な濃度レベルが一定に維持されるように、各発熱素子を駆動する電源電圧又は各発熱素子への通電時間を変更することを特徴とする。
また、前記基準抵抗値は、工場出荷前に測定した各発熱素子の抵抗値の平均値であることを特徴とする。
本発明のサーマルプリンタによれば、定期的又は所定プリント枚数毎に各発熱素子の抵抗値を測定し、この測定抵抗値に基づいて画像データを補正してプリントを行うとともに、測定抵抗値の平均抵抗値を算出し、この平均抵抗値を予めメモリに記憶してある基準抵抗値と比較し、この結果に基づいて、プリント画像の全体的な濃度レベルが一定に維持されるように、各発熱素子を駆動する電源電圧又は各発熱素子への通電時間を変更するので、使用によって発熱素子の抵抗値が変化することにより発生する濃度むらや、プリント画像の全体的な濃度変化をユーザが意識することなく、自動的に補正できる。
また、前記基準抵抗値を工場出荷前に測定した各発熱素子の抵抗値の平均値としたから、特に高精度の抵抗器を基準抵抗として用いる必要がなく、ローコストに目的を達成できる。
本発明で用いるカラー感熱記録紙(以下、単に記録紙という)10の層構造を示す図1において、記録紙10は、周知のカラー感熱記録材料から構成されており、ベース部材11に対して、シアン、マゼンタ、イエローの各感熱発色層12,13,14、及び透明な保護層15が順に層設されている。
シアン感熱発色層12は、深層にあるため熱感度が最も低く、比較的大きな熱エネルギーを与えたときに、シアンに発色する。マゼンタ感熱発色層13は、熱感度がシアン感熱発色層12とイエロー感熱発色層14との中間であり、イエロー感熱発色層14よりも高く、シアン感熱発色層12よりも低い熱エネルギーを与えたときにマゼンタに発色する。イエロー感熱発色層14は、表面側にあるため熱感度が最も高く、比較的に小さな熱エネルギーを与えた時にイエローに発色する。
また、各感熱発色層12〜14の間には、熱感度を調整するための中間層16,17が設けられている。また、ベース部材11の裏面にはバック層18が設けられている。なお、各感熱発色層12〜14の順番は入れ換えてもよい。保護層15はPVA(ポリビニルアルコール)を主剤とする透明な樹脂層であり、各感熱発色層12〜14に傷が付いたりするのを防止する。
イエロー感熱発色層14とマゼンタ感熱発色層13とは、その下層になる感熱発色層を発色記録する際に、未発色の発色成分が発色することがないように、電磁線による定着性が与えられている。すなわち、マゼンタ感熱発色層13は、最大吸収波長が約365nmであり、この波長域の紫外線が照射されると、発色能力が消失する。イエロー感熱発色層14は、最大吸収波長が約420nmであり、この波長域の紫色可視光線によって発色能力が消失する。
本発明のカラー感熱プリンタを概略的に示す図2において、給紙カセット21から給紙ローラ22の回転により給紙されたカラー感熱記録紙10は、記録紙10の搬送路に設けられたプリント位置に送られる。水平方向に設けられた記録紙10の搬送路に沿って、サーマルヘッド23、プラテンローラ24、搬送ローラ対25、定着器26,記録紙センサ27が配置してある。プラテンローラ24は、記録紙10をサーマルヘッド23の発熱素子アレイ31に圧着させる。搬送ローラ対25は、記録紙10を往復動させる。記録紙センサ27は、排出口近傍に設けられ、記録紙10の検出信号を後述するカウンタ48に送る。
搬送ローラ対25による記録紙10の矢印P方向への送りに同期させて、サーマルヘッド23の発熱素子アレイ31が駆動されることで、記録紙10の各感熱発色層12〜14を感熱発色させる。定着器26は、イエロー定着ランプ28及びマゼンタ定着ランプ29を備えている。そして、イエロー記録時に、イエロー定着ランプ28を点灯させて、イエロー感熱発色層14を光定着する。また、マゼンタ記録時に、マゼンタ定着ランプ29を点灯させて、マゼンタ感熱発色層13を光定着する。
発熱素子アレイ31には、多数の発熱素子311 〜31n が主走査方向にライン状に形成されている(図3参照)。各発熱素子311 〜31n は抵抗素子から構成されており、1画素を熱記録する際に、発色の直前まで加熱するバイアス熱エネルギーと、発色濃度に応じた階調表現熱エネルギーとを記録紙10に与える。イエロー定着ランプ28は、発光ピークが420nm付近の紫外線を放出し、マゼンタ定着ランプ29は、発光ピークが365nm付近の紫外線を放出する。
カラー感熱プリンタの電気的構成を示す図3において、フレームメモリ34には、例えば電子スチルカメラで撮影した1フレームの画像データが色毎に分離された状態で書き込まれている。階調表現加熱に際して、フレームメモリ34からプリントすべき色の画像データが1ラインずつ読み出されてラインメモリ35に書き込まれる。このラインメモリ35の画像データは、画素毎に読み出されてコンパレータ36に送られる。コンパレータ36は、各画素の画像データと階調データ(比較データ)とを比較し、画像データの方が大きい場合には「1」の信号を出力する。
マイクロコンピュータ38は、例えば64階調の場合に、16進法で「0」〜「3F」の階調データを順番に発生する。コンパレータ36は、マイクロコンピュータ38から「0」の階調データが送られると、この階調データに対して各画素の画像データを順番に比較する。これにより、1ライン分の比較結果がシリアル信号としてコンパレータ36から出力され、サーマルヘッド23のシフトレジスタ39に送られる。
1ライン分の画像データの比較が終了すると、マイクロコンピュータ38は、「1」の階調データを発生してコンパレータ36に送る。したがって、「0」〜「3F」の階調データを用いることにより、各画素の画像データは64回比較され、64ビットの駆動データに変換される。そして、この64ビットの駆動データは、64回に分けてシフトレジスタ39に送られる。
シリアルな駆動データは、クロックによってシフトレジスタ39内でシフトされてパラレル信号に変換される。シフトレジスタ39でパラレル信号に変換された駆動データは、ラッチ信号に同期してラッチアレイ40にラッチされる。ANDゲートアレイ41は、ストローブ信号が入力されたときに、入力されている駆動信号が「1」の場合に「H」の信号を出力する。これらのラッチアレイ40とANDゲートアレイ41は、各画素毎に回路素子が設けられている。
ANDゲートアレイ41の各出力端子には、トランジスタTr1〜Trnがそれぞれ接続されており、出力信号が「H」の場合にトランジスタTr1〜Trnがオンする。これらのトランジスタTr1〜Trnには、発熱素子311 〜31n が直列に接続されている。この発熱素子311 〜31n には、これに電源を供給する電源部42が変圧器43を介して接続されている。
各発熱素子311 〜31n の抵抗値Ri (iは1〜n)は、抵抗値測定部45で測定され、これがフラッシュメモリ46に記憶される。なお、抵抗値測定部45は、トランジスタTr1 〜Trn により各発熱素子311 〜31n を1個ずつ選択してこれに所定の電圧を印加し、これの電圧降下時間から抵抗値Ri を測定する。
マイクロコンピュータ38は、測定した抵抗値Ri に基づき、発熱素子311 〜31n の平均抵抗値Rm (=R1 +R2 +・・・+Rn /n)を算出する。カラー感熱プリンタの出荷前に算出されたものは、基準平均抵抗値R0mとしてフラッシュメモリ46に記憶される。
抵抗値Ri の測定及び平均抵抗値Rm の算出は、所定プリント枚数毎または所定時間経過後に行われる。なお、所定時間経過後とは、一定稼働時間毎の他に、記録紙交換時や電源投入時等の不定期的なものも含まれる。本実施形態では、所定プリント枚数毎、すなわち1000枚毎に、抵抗値Ri の測定及び平均抵抗値Rm の算出を行う。
マイクロコンピュータ38は、実際に測定した抵抗値Ri を、その平均抵抗値Rm と比較し、その差から、発熱素子311 〜31n によって記録すべき画像が正確に印字されるように、補正データを算出し、これをフラッシュメモリ46に記憶する。プリント時には、フラッシュメモリ46から補正データを読み出し、画像データを補正する。
なお、フラッシュメモリ46に記憶されている補正データは、1000枚毎に新しく算出された補正データによって上書きされる。また、マイクロコンピュータ38には、記録紙センサ27から出力された記録紙10の検出信号を受けてプリント枚数をカウントするカウンタ48が接続されている。
発熱素子311 〜31n は、使用時間が増加するにつれて、抵抗値Ri が低下するから、同じパルス幅のバイアス加熱用パルスや階調表現用パルスを印加しても、発生する熱エネルギーが増加し、プリント画像の全体的な濃度レベルが工場出荷時より高くなる。このため、マイクロコンピュータ38は、1000枚毎に算出される平均抵抗値Rm と、既にフラッシュメモリ46に記憶されている基準平均抵抗値R0mとの比に、補正係数K1を乗算して補正量K2を算出する。なお、補正量K2は、下記の数式(1)のようになる。
K2=K1・(Rm /R0m) ・・・(1)
なお、補正係数K1の値は、通常は1.0であるが、平均抵抗値Rm と基準平均抵抗値R0mとの比以外の原因で、発熱素子311 〜31n から放出される熱エネルギーが変化する場合には、その原因を考慮し、1.0以外の値となる。
そして、マイクロコンピュータ38は、電源42から発熱素子311 〜31n に供給される電源電圧Vhが、プリンタ出荷時の電源電圧Vh0 に補正量√K2を乗算した値となるように、変圧器43を制御する。この結果、同じ画像データに対して発熱素子311 〜31n から放出される熱エネルギーEは、出荷直後と同じになる。なお、電源電圧Vhは、下記の数式(2)のようになる。
Vh=√K2・Vh0 ・・・(2)
上記実施形態の作用について図4のフローチャートを参照して説明する。まず、カラー感熱プリンタの出荷前に、予め発熱素子311 〜31n の抵抗値Ri の測定を行い(初期抵抗値測定:st1)、これに基づいて基準平均抵抗値R0mの算出が行われる(st2)。更に、抵抗値Ri と基準平均抵抗値R0mとから補正データの算出が行われ、これらは、フラッシュメモリ46に記憶される(st3)。カラー感熱プリンタの出荷後は、フラッシュメモリ46に記憶された補正データに基づいてプリントが行われる(st4)。
カラー感熱プリンタが1枚のプリントを行う度に、記録紙10の検出信号が記録紙センサ27からカウンタ48に入力される(st5)。マイクロコンピュータ38は、カウンタ48の積算プリント枚数を逐次監視しており、これがN(=1000枚)以上になるまでは、フラッシュメモリ46に記憶された補正データによってフレームメモリの画像データが補正されてプリントが行われる(st6)。
カウンタ48の積算プリント枚数がN以上になると、マイクロコンピュータ38は、抵抗値測定部45に指令して各発熱素子311 〜31n の抵抗値R1 〜Rn を測定する(st7)。抵抗値測定部45が測定した抵抗値R1 〜Rn は、フラッシュメモリ46に記憶される。また、マイクロコンピュータ38は、カウンタ48をリセットして積算プリント枚数を「0」とする(st8)。
マイクロコンピュータ38は、抵抗値Ri に基づいて平均抵抗値Rm を算出し(st9)、この平均抵抗値Rm から抵抗値Ri を減算した値に基づいて補正データを求める。マイクロコンピュータ38は、この新しい補正データをフラッシュメモリ46に記憶し、旧い補正データを新しい補正データで上書きする(st10)。
また、マイクロコンピュータ38は、平均抵抗値Rm と基準平均抵抗値R0mとの比に補正係数K1を乗算して、補正量K2を算出する(st11)。そして、マイクロコンピュータ38は、電源42からの電源電圧Vhが、プリンタ出荷時の電源電圧Vh0 に補正量√K2を乗算した値となるように、変圧器43を制御する(st12)。この結果、プリント画像の全体的な濃度レベルが工場出荷時と同じになる。
マイクロコンピュータ38は、フラッシュメモリ46から補正データを読み出して、フレームメモリ34に記憶されている3色の画像データを補正データによって補正する。記録紙10の記録エリアの先端がサーマルヘッド23に達すると熱記録が開始される。この熱記録に際しては、フレームメモリ34からイエロー画像の画像データが1ライン分読み出されてラインメモリ35にいったん書き込まれる。
次に、ラインメモリ35から各画素の補正済み画像データを順番に読み出してコンパレータ36に送り、ここで階調レベル「0」の階調データと比較される。イエロー画像を記録する画素ではコンパレータ36の出力が「1」となり、イエロー画像を記録しない画素では「0」となる。この各画素の比較結果は、シリアルな駆動データとしてシフトレジスタ39に送られ、そしてクロックによってシフトレジスタ39内でシフトされてパラレルな駆動データに変換される。このパラレルな駆動データは、ラッチアレイ40でラッチされてから、ANDゲートアレイ41に送られる。
マイクロコンピュータ38は、幅が長いバイアス加熱用パルスを発生させ、ストローブ信号としてANDゲートアレイ41に送る。ANDゲートアレイ41は、ストローブ信号とラッチアレイ40の出力信号との論理積を出力するから、ANDゲートアレイ41の各出力端子のうち、ラッチアレイ40の出力端子が「1」となっているものが「1」を出力する。例えば、ANDゲートアレイ41の第1番目の出力端子が「1」の場合には、トランジスタTr1がオンするから、発熱素子311 が通電されて発熱する。これにより、発熱素子311 がバイアス加熱用パルスに応じた時間だけ通電され、バイアス熱エネルギーを記録紙10に与える。
前記バイアス加熱が終了する前に、マイクロコンピュータ38は階調レベルが「0」の階調データを発生してコンパレータ36に送り、再び各画素の画像データと比較する。この比較によってシリアルな駆動データが形成され、この駆動データがシフトレジスタ39に書き込まれる。バイアス加熱が終了すると、マイクロコンピュータ38は、パルス幅が短い階調表現用パルスを発生する。この階調表現用パルスはストローブ信号としてANDゲートアレイ41に送られる。このストローブ信号によって発熱素子311 が短時間通電され、イエロー感熱発色層を階調レベル「1」の濃度に発色させる。
以下、マイクロコンピュータ38が階調レベルを「1」から「3F」まで順番に変化させるために、各階調レベルに応じた駆動データがコンパレータ36から出力される。これにより、各発熱素子311 〜31n が補正された画像データに応じた回数だけ通電され、記録紙10に階調表現熱エネルギーを与えて所望の濃度に発色させる。例えば、64階調の場合には、最大濃度の画素に対しては、階調表現のために64個のパルス電流が発熱素子に供給される。
イエロー画像の第1ラインが記録されると、記録紙10が1画素分送られ、これとともにフレームメモリ34からイエロー画像の第2ライン目の画像データが読み出される。このイエロー画像の第2ライン目の画像データに基づいて、記録紙10に第2ライン目が熱記録される。イエロー画像を熱記録した部分には、イエロー定着ランプ28から420nm付近の近紫外線が照射される。これにより、イエロー感熱記録材料に含有されたジアゾニウム塩化合物が分解して発色能力が消失する。
イエロー画像を熱記録及び光定着が済むと、搬送ローラ対25が逆転して記録紙10を戻し、記録エリアが再びサーマルヘッド23の位置にくると、搬送ローラ対25が順転してマゼンタ画像が1ラインずつマゼンタ感熱発色層に記録される。このマゼンタ画像の発色熱エネルギーは、イエロー画像の発色熱エネルギーよりも大きいが、イエロー感熱発色層は既に光定着されているので、このイエロー感熱発色層が再度発色することはない。マゼンタ画像を記録した記録紙10には、マゼンタ定着ランプ29から365nm付近の紫外線が照射され、マゼンタ感熱発色層が光定着される。
搬送ローラ対25が逆転して記録紙10を戻し、記録エリアが再びサーマルヘッド23の位置にくると、搬送ローラ対25が順転してシアン画像が1ラインずつシアン感熱発色層に記録される。このシアン感熱発色層は、発色熱エネルギーが通常の保管状態では発色しない値になっているので、シアン感熱発色層に対しては光定着性が与えられていない。こうしてイエロー画像,マゼンタ画像,シアン画像の熱記録が終了した記録紙10は、カラー感熱プリンタの外に排出される。排出口近傍に設けられた記録紙センサ27が記録紙10の検出信号をカウンタ48に送る。カウンタ48はプリント積算枚数を1だけインクリメントする。
以上説明した実施形態では、プリント画像の全体的な濃度レベルが一定に維持されるように、電源電圧を変更するようにしたが、電源電圧を変更する代わりに、通電時間を変更するようにしてもよい。この通電時間を変更するには、例えばバイアス加熱用パルスと階調表現用パルスを構成する各パルス幅を変更する。
また、上記実施形態では、測定した平均抵抗値を予めメモリに記憶してある基準平均抵抗値と比較したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば測定した最も低い抵抗値を基準平均抵抗値と比較し、最も低い抵抗値を基準平均抵抗値に合わせるように発熱素子に印加する電源電圧を調節してもよい。また、例えば使用されていない発熱素子の抵抗値を基準抵抗値として、これと測定した平均抵抗値とを比較するようにしてもよい。この使用されていない発熱素子としては、記録紙の幅より長いサーマルヘッドの両端に位置する発熱素子を用いることができる。
また、上記実施形態では、プリント積算枚数が1000枚を超える毎に、抵抗値測定を行ったが、本発明はこの数値に限定されないのは勿論であり、例えば2000枚毎でもよい。また、抵抗値測定を行う時期としては、使用量の目安となるプリント枚数を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばカラー感熱プリンタの稼働時間、あるいは1ヶ月毎等の定期的な期間を用いてもよい。また、月が変わって最初に電源を投入した際に抵抗値測定を行ってもよい。また、記録紙を補充するためにプリンタの給紙カセットを抜き差しする時毎に、抵抗値測定を行ってもよい。
また、上記実施形態では、補正データ等を記憶する記憶手段として、フラッシュメモリを用いたが、電池でバックアップされたRAMを用いてもよい。また、本発明は、感熱記録の他に、熱転写記録に対しても同様に適用することができる。また、ラインプリンタの他に、シリアルプリンタにも利用することができる。
本発明は、カラー感熱プリンタに適用される他に、昇華型又は溶融型の熱転写プリンタにも適用される。
記録紙の層構造を示す説明図である。 カラー感熱プリンタの概略図である。 カラー感熱プリンタの電気的構成を示すブロック図である。 カラー感熱プリンタの処理手順を示すフローチャートである。
符号の説明
10 記録紙
23 サーマルヘッド
31 発熱素子アレイ
311 〜31n 発熱素子
38 マイクロコンピュータ
45 抵抗値測定部
46 フラッシュメモリ
48 カウンタ

Claims (2)

  1. 多数の発熱素子をライン状に配列したサーマルヘッドと記録紙とを相対移動しながら画像データに基づいて各発熱素子を駆動し、記録紙に画像を記録するサーマルプリンタにおいて、
    所定プリント枚数毎または所定時間経過後に各発熱素子の抵抗値を測定し、この測定抵抗値に基づいて画像データを補正してプリントを行うとともに、前記測定抵抗値の平均抵抗値を算出し、この平均抵抗値を予めメモリに記憶してある基準抵抗値と比較し、この結果に基づいて、プリント画像の全体的な濃度レベルが一定に維持されるように、各発熱素子を駆動する電源電圧又は各発熱素子への通電時間を変更することを特徴とするサーマルプリンタ。
  2. 前記基準抵抗値は、工場出荷前に測定した各発熱素子の抵抗値の平均値であることを特徴とする請求項1記載のサーマルプリンタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009045818A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Rohm Co Ltd サーマルプリントヘッド及びプリンタ

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