JPH0818440B2 - サーマルヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタに使用し、エ
ネルギーを供給されることによって発熱する発熱素子を
有し、発熱素子の発熱によって印字を行うサーマルヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギーを供給されることによって発
熱する発熱素子を有し、この発熱素子の発熱によって印
字を行うサーマルヘッドを使用したプリンタ（サーマル
プリンタ）は、印字動作の開始直後は印字濃度が薄く、
連続して印字を行っていると、時間の経過と共に印字濃
度が濃くなってくる傾向を有している。

【０００３】これは、サーマルヘッドの発熱素子に供給
したエネルギーが、発熱素子の近傍の基材や発熱素子自
体に熱として蓄積されるためであり、この蓄熱による印
字濃度の変化はプリンタの印字品質を低下させるため、
従来のサーマルプリンタにおいては、種々の手段によっ
てサーマルヘッドの蓄熱に対する対策が施されている。
例えば、印字履歴情報によって発熱素子に印加するエネ
ルギーを補正するという手段がある。この手段は、文字
の印字（キャラクタ印字）のように印字率が小さく、し
かもその印字率の変化が少ない場合には、比較的短時間
の補正動作によって印字品質の低下を抑制することが可
能であるが、図形の印字（グラフィック印字）のよう
に、サーマルヘッドの発熱素子の並列動作状態や時間軸
方向の印字率の変化が大きい場合は、非常に多くの印字
履歴情報を必要とするため、適切な補正動作を実現する
ためには、極めて大規模な集積回路を必要とするという
問題点を有している。また、印字履歴情報は、使用する
印字用紙に対応した情報を収集しなければならないとい
う問題点も有している。

【０００４】また、サーミスタ等の温度センサを発熱素
子の近傍に設け、その温度センサからの温度情報に基い
て発熱素子に対する印加エネルギーを補正するという手
段もある。この手段は、温度センサを発熱素子に直接接
触させて配設することが不可能であるため、発熱素子の
実際の温度と温度センサで検出した温度との間に時間的
な遅れが生じ、更に、温度センサ自体の熱応答特性も無
視できないため、要求される時間内に補正を行うことが
不可能であるという欠点を有している。

【０００５】一方、近年のプリンタは、カラー印字の用
途が拡大してきており、カラー印字の場合は、印字濃度
に対して微妙な諧調を与えることが要求されるため、サ
ーマルヘッドの蓄熱に対する補正の精度を向上させる必
要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のサーマルプリンタのサーマルヘッドは、印字動作の開
始直後は印字濃度が薄く、連続して印字を行っている
と、時間の経過と共に印字濃度が濃くなってくるという
欠点を有しており、その状態は、使用する印字用紙によ
って異なるため、印字用紙に対応して発熱素子に対して
印加するエネルギーの補正を行わなければならないが、
適切な補正手段がないという問題点を有している。この
ことは、プリンタにおけるカラー印字の用途の拡大と共
に顕著となってきていいる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、発熱素子自体に温度検出機能を持たせ、発熱素子自
体から検出した温度によって発熱素子の温度が一定温度
となるように制御することによって、蓄熱作用による印
字濃度の変化に対する補正を行うようにしたものであ
る。

【０００８】すなわち、本発明のサーマルヘッドは、電
気抵抗の温度依存性の大きな材料で形成した複数個の発
熱素子を有する発熱素子群と、前記複数個の発熱素子の
それぞれの温度を各発熱素子の電気抵抗の変化によつて
検出する前記複数個の発熱素子のそれぞれに対応して設
けた複数個の温度検出回路と、前記複数個の発熱素子の
それぞれに対応して設けられ対応する発熱素子に対して
エネルギーを印加する時間をきめるためのストローブ信
号を発生する複数個のストローブ信号発生器を有するス
トローブ信号発生器群と、前記発熱素子の上限温度をあ
らかじめ設定しておく設定レジスタおよび前記設定レジ
スタに設定してある前記上限温度と前記温度検出回路に
よって検出された前記発熱素子の温度とを比較する比較
器とを有し前記発熱素子の温度が前記上限温度と一致し
たとき前記発熱素子に対するエネルギーの供給を中止さ
せる信号を出力するマイクロコンピュータと、前記発熱
素子群と前記マイクロコンピュータとの間に設けられ前
記複数個の発熱素子のうちの１個の発熱素子と前記マイ
クロコンピュータとを切替えて接続する第一の切替えス
イッチと、前記ストローブ信号発生器群と前記マイクロ
コンピュータとの間に設けられ前記複数個のストローブ
信号発生器のうちの前記第一の切替えスイッチが接続し
た発熱素子に対応するストローブ信号発生器と前記マイ
クロコンピュータとを切替えて接続する第二の切替えス
イッチとを備えたものであり、更に、複数種の感熱用紙
のそれぞれに対応する発色温度および前記発熱素子の温
度が前記発色温度に到達するまでの時間をあらかじめ前
記設定レジスタに設定しておき、前記マイクロコンピュ
ータによって前記発熱素子の温度が前記発色温度に到達
するまでの時間を計測して感熱用紙の種類を識別するよ
うにしたものである。

【０００９】発熱素子を形成する材料の電気抵抗の温度
依存性は、正負を問わないが、大きな負の温度依存性を
有する方が発熱素子面内の熱の集中が顕著になるため、
微妙な諧調度の印字を要求されるプリンタに対して使用
するのに適している。

【００１０】発熱素子の温度を検出するための温度検出
回路は、印字のために発熱素子に対して電圧が印加され
たとき、発熱素子に流れる電流を常時モニタし、その電
流値を基に計算した発熱素子の抵抗値と、発熱素子の抵
抗温度係数から求めた抵抗値との関係から発熱素子の温
度を検出する。

【００１１】マイクロコンピュータは、温度検出回路で
検出した上記の温度を基に発熱素子に対する印加エネル
ギーを決定する。すなわち、温度検出回路で検出した温
度が、別途に指定されているより温度も高くなったと
き、発熱素子に対するエネルギーの印加を抑制し、ま
た、別途に指定されている他の温度も低くなったとき、
発熱素子に対するエネルギーの印加を増大させる。この
ようにして、印字動作中、発熱素子の温度が常に一定に
なるように保持する。

【００１２】マイクロコンピュータは、発熱素子が指定
された温度に到達したとき、発熱素子に対するエネルギ
ーの供給を中止することによって、発熱素子の温度が規
定値以上になることを防止する機能のものであってもよ
い。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１４】図１は本発明の動作原理を説明するための
ブロック図、図２は図１の回路における発熱素子の抵抗
値の温度依存特性を示す特性図、図５は、図１の回路に
おけるストローブ信号と発熱素子の電流との波形を示す
波形図である。

【００１５】始めに、図１および図２および図５を参照
して本発明の動作原理について説明する。

【００１６】ストローブ信号発生器（ＦＦ）１１は、印
字サイクルの１サイクル毎に、発熱素子１４（抵抗値
Ｒ）に対してエネルギーを印加する時間をきめるための
ストローブ信号を発生する。このストローブ信号の論理
値がハイレベル（“Ｈ”レベル）の間は、駆動回路（ド
ライブ回路）１２が駆動されて発熱素子１４に電圧Ｖが
印加されて電流Ｉが流れる。

【００１７】発熱素子１４は、２５原子％のアルミニウ
ムを含むクロム合金の薄膜で形成されており、図２の抵
抗値温度依存特性２０に示すように、負の温度計数を有
している。発熱素子１４の抵抗値は、印字動作の開始の
ときは、室温状態であるため１．６５ｋΩであるが、印
字動作を開始すると同時に上昇して抵抗値温度依存特性
２０に下がって減少する。

【００１８】図１に示すように、発熱素子１４には、電
流検出抵抗器１３（抵抗値ｒ）が直列に接続されてい
る。発熱素子１４と電流検出抵抗器１３との抵抗値の関
係は、

【００１９】

【００２０】となっている。

【００２１】発熱素子１４に印加される電圧Ｖは、２４
ボルトで一定の値であり、このため、発熱素子１４に流
れる電流Ｉは、 Ｉ＝２４÷Ｒ ……（２） で求められる値である。従って発熱素子１４の抵抗値Ｒ
は、（２）式によって一義的に決定される。

【００２２】一方、電流検出抵抗器１３の出力電圧ｖ
は、 ｖ＝ｒ×Ｉ＝ｒ×２４÷Ｒ ……（３） であり、従って抵抗器１８（抵抗値ｒ）に流れる電流
は、（２）式によって得られる値と同じ値、すなわち発
熱素子１４の抵抗値Ｒに反比例した値となる。

【００２３】発熱素子１４に電圧が印加されたときの温
度上昇の上限温度Ｔ０を３５０℃に設定すると、そのと
きの抵抗値Ｒ０は、図２から、Ｒ０＝１．０５ｋΩであ
る。従ってそのとき発熱素子１４に流れる電流Ｉ０は、
Ｉ０＝２４÷１．０５＝２２．９ｍＡとなる。この値
は、目標電流設定器１６にセットされている。

【００２４】比較器１７は、抵抗器１８に流れる電流Ｉ
と目標電流設定器１６にセットされている電流Ｉ０とを
入力して比較する。電流Ｉが電流Ｉ０よりも大きいと
き、すなわち、発熱素子１４の温度が上限温度Ｔ０を超
えると、比較器１７の出力信号の論理値は、ローレベル
（“Ｌ”レベル）からハイレベル（“Ｈ”レベル）に変
化してＦＦ１１をリセットする。このため、ストローブ
信号の論理値はローレベル（“Ｌ”レベル）となり、駆
動回路１２の動作が停止して発熱素子１４に電流が流れ
なくなる。

【００２５】このときのストローブ信号の波形と発熱素
子の電流の波形との関係は、図５に示すように、時刻ｔ
０から時刻ｔ１までの印字サイクルＳ１においては、ス
トローブ信号６０は“Ｈ”レベルであり、発熱素子１４
には電流が流れてその温度が上昇し、発熱素子１４の抵
抗値は徐々に減少する（すなわち電流値が増大する）。
発熱素子１４の電流４０が増大し、発熱素子１４の温度
が上限温度Ｔ０（抵抗値Ｒ０）に到達すると、ＦＦ１１
がリセットされるためにストローブ信号６０は“Ｌ”レ
ベルになり、発熱素子１４の電流４０が遮断されるため
に発熱素子１４の温度は低下する。

【００２６】しかし、発熱素子１４は、ガラス基板の表
面に設けられているため、ガラス基板に熱が蓄積され、
発熱素子１４に対して次に印字信号が印加されるときの
直前の発熱素子１４の温度は、室温よりも高くなってい
る。このような熱の蓄積が印字品質の低下の原因である
が、図１の回路においては、時刻ｔ２から始まる次の印
字サイクルＳ２において、ストローブ信号６０が“Ｈ”
レベルになって発熱素子１４の温度が上昇して上限温度
Ｔ０（抵抗値Ｒ０）に到達すると、直に比較器１７が動
作してＦＦ１１がリセットされるため、ストローブ信号
６０は、時刻ｔ３の時点において“Ｌ”レベルとなる。
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は、印字サイクルＳ１
の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間よりも短くなる。こ
のように、発熱素子１４を加熱する時間が発熱素子自体
の温度によって変化するため、発熱素子１４の温度を一
定に保つことが可能となる。

【００２７】図３は本発明の一実施例を示す回路図、図
４は図３の実施例の動作を示すタイミングチャートであ
る。

【００２８】図３の実施例は、本発明を発熱素子群が３
２個の発熱素子によって構成されているサーマルヘッド
に対して適用した場合を示している。

【００２９】図３において、シリアル入力信号（Ｓｉ
ｎ）５１は、クロック信号（Ｃｌｏｃｋ）５２と共に図
４に示すタイミングでシフトレジスタ４１に入力する。
シフトレジスタ４１は、入力したシリアル入力信号（Ｓ
ｉｎ）５１をパラレル信号に変換してラッチ回路４２に
送出し、ラッチ回路４２は、ラッチ信号（Ｌａｔｃｈ）
５０のタイミングでそれを格納する。

【００３０】これと同時に、３２個のストローブ信号発
生器（ＦＦ）５３−１〜５３−３２がセットされ、３２
個のアンドゲート４３−１〜４３−３２の一方の入力端
子が“Ｈ”レベルになる。このため、アンドゲート４３
−１〜４３−３２のうちの他方の入力端子がラッチ回路
４２の出力信号によって“Ｈ”レベルになっているもの
の出力信号が“Ｈ”レベルになるため、３２個の駆動回
路４４−１〜４４−３２のうちの対応するものが動作状
態となる。これにより、３２個の発熱素子４５−１〜４
５−３２のうちの対応する発熱素子に電流が流れて発熱
する。例えば、ラッチ回路４２の奇数番目のデータが
“Ｈ”レベルになると、奇数番の発熱素子に電流が流れ
る。

【００３１】このとき発熱素子４５−１〜４５−３２に
流れる電流は、電流検出抵抗器４６−１〜４６−３２の
両端の電位差として切替えスイッチ６７を介してマイク
ロコンピュータ６１に内蔵されているアナログデジタル
コンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）６２によって検出され
る。Ａ／Ｄコンバータ６２の出力信号は、比較器６４に
入力し、比較器６４は、その値を設定レジスタ６３にあ
らかじめ設定してある値と比較し、Ａ／Ｄコンバータ６
２の出力信号の値が設定レジスタ６３に設定してある値
を超える場合は、パルス信号を出力する。比較器６４か
らのパルス信号は、切替えスイッチ６８を介してストロ
ーブ信号発生器（ＦＦ）５３−１〜５３−３２をリセッ
トする。これにより、アンドゲート４３−１〜４３−３
２が閉じて発熱素子４５−１〜４５−３２に流れる電流
が遮断される。

【００３２】なお、Ａ／Ｄコンバータ６２および設定レ
ジスタ６３は、図４に示すＴＳ１〜ＴＳ３２の各パルス
のタイミングで順次に比較器６４に入力して比較され
る。

【００３３】サーマルプリンタには、各種の感熱用紙が
使用されるが、感熱用紙の発色温度および温度上昇時間
は、それぞれの種類毎に異っている。このような感熱用
紙の特性を利用し、各感熱用紙毎の発色温度および発熱
素子の温度が感熱用紙の発色温度に到達するまでの到達
時間をあらかじめ設定しておき、発熱素子が感熱用紙の
発色温度に到達したとき発熱素子に対するエネルギーの
供給を中止し、当該発熱素子のその温度に到達するまで
の時間によって感熱用紙を認識するようにすることがで
きる。例えば、設定レジスタ６３に設定する値を各感熱
用紙毎の発色温度に対応する値とし、発熱素子４５−１
〜４５−３２が設定レジスタ６３に設定した値に対達す
るまでの時間をマイクロコンピュータ６１によって測定
することにより、そのとき使用している感熱用紙の種類
を識別することが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のサーマル
ヘッドは、発熱素子を電気抵抗の温度依存性の大きな材
料で形成し、発熱素子の温度を電気抵抗の変化による電
流値の変化によって検出し、発熱素子の電流値をあらか
じめ設定レジスタに設定してある値と比較し、発熱素子
の温度が設定値を超えたときに発熱素子に対する通電を
停止するように構成することにより、発熱素子に対する
印加エネルギーを制御して発熱素子の温度を一定に保持
することが可能になるという効果があり、従って印字濃
度の制御を高速に行うことができるため、微妙な諧調度
の印字を行うことが可能になるという効果がある。更
に、特別な温度センサを必要としないため、部品の点数
を削減してコストを低減することが可能になるという効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作原理を説明するためのブロック図
である。

【図２】図１の回路における発熱素子の抵抗値の温度依
存特性を示す特性図である。

【図３】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図４】図３の実施例の動作を示すタイミングチャート
である。

【図５】図１の回路におけるストローブ信号と発熱素子
の電流との波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１１・５３−１〜５３−３２ ストローブ信号発生器
（ＦＦ） １２・４４−１〜４４−３２ 駆動回路（ドライブ回
路） １３・４６−１〜４６−３２ 電流検出抵抗器 １４・４５−１〜４５−３２ 発熱素子 １５ 電流抵抗器 １６ 目標電流設定器 １７・６４ 比較器 １８ 抵抗器 ２０ 抵抗値温度依存特性 ４０ 発熱素子の電流 ４１ シフトレジスタ ４２ ラッチ回路 ４３−１〜４３−３２ アンドゲート ５０ ラッチ信号（Ｌａｔｃｈ） ５１ シリアル入力信号（Ｓｉｎ） ５２ クロック信号（Ｃｌｏｃｋ） ６０ ストローブ信号 ６１ マイクロコンピュータ ６２ アナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバー
タ） ６３ 設定レジスタ ６７・６８ 切替えスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気抵抗の温度依存性の大きな材料で形
   成した複数個の発熱素子を有する発熱素子群と、前記複
   数個の発熱素子のそれぞれの温度を各発熱素子の電気抵
   抗の変化によつて検出する前記複数個の発熱素子のそれ
   ぞれに対応して設けた複数個の温度検出回路と、前記複
   数個の発熱素子のそれぞれに対応して設けられ対応する
   発熱素子に対してエネルギーを印加する時間をきめるた
   めのストローブ信号を発生する複数個のストローブ信号
   発生器を有するストローブ信号発生器群と、前記発熱素
   子の上限温度をあらかじめ設定しておく設定レジスタお
   よび前記設定レジスタに設定してある前記上限温度と前
   記温度検出回路によって検出された前記発熱素子の温度
   とを比較する比較器とを有し前記発熱素子の温度が前記
   上限温度と一致したとき前記発熱素子に対するエネルギ
   ーの供給を中止させる信号を出力するマイクロコンピュ
   ータと、前記発熱素子群と前記マイクロコンピュータと
   の間に設けられ前記複数個の発熱素子のうちの１個の発
   熱素子と前記マイクロコンピュータとを切替えて接続す
   る第一の切替えスイッチと、前記ストローブ信号発生器
   群と前記マイクロコンピュータとの間に設けられ前記複
   数個のストローブ信号発生器のうちの前記第一の切替え
   スイッチが接続した発熱素子に対応するストローブ信号
   発生器と前記マイクロコンピュータとを切替えて接続す
   る第二の切替えスイッチとを備えることを特徴とするサ
   ーマルヘッド。
2. 【請求項２】 電気抵抗の温度依存性の大きな材料で形
   成した複数個の発熱素子を有する発熱素子群と、前記複
   数個の発熱素子のそれぞれの温度を各発熱素子の電気抵
   抗の変化によつて検出する前記複数個の発熱素子のそれ
   ぞれに対応して設けた複数個の温度検出回路と、前記複
   数個の発熱素子のそれぞれに対応して設けられ対応する
   発熱素子に対してエネルギーを印加する時間をきめるた
   めのストローブ信号を発生する複数個のストローブ信号
   発生器を有するストローブ信号発生器群と、前記発熱素
   子の上限温度および複数種の感熱用紙のそれぞれに対応
   する発色温度および前記発熱素子の温度が前記発色温度
   に到達するまでの時間をあらかじめ設定しておく設定レ
   ジスタと前記設定レジスタに設定してある前記上限温度
   と前記温度検出回路によって検出された前記発熱素子の
   温度とを比較する比較器とを有し前記発熱素子の温度が
   前記上限温度と一致したとき前記発熱素子に対するエネ
   ルギーの供給を中止させる信号を出力しかつ前記発熱素
   子の温度が前記発色温度に到達するまでの時間を計測し
   て感熱用紙の種類を識別するマイクロコンピュータと、
   前記発熱素子群と前記マイクロコンピュータとの間に設
   けられ前記複数個の発熱素子のうちの１個の発熱素子と
   前記マイクロコンピュータとを切替えて接続する第一の
   切替えスイッチと、前記ストローブ信号発生器群と前記
   マイクロコンピュータとの間に設けられ前記複数個のス
   トローブ信号発生器のうちの前記第一の切替えスイッチ
   が接続した発熱素子に対応するストローブ信号発生器と
   前記マイクロコンピュータとを切替えて接続する第二の
   切替えスイッチとを備えることを特徴とするサーマルヘ
   ッド。