JP2013010200A

JP2013010200A - サーマルプリンタおよびサーマルプリンタの印字方法

Info

Publication number: JP2013010200A
Application number: JP2011142951A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Hatanaka; 雄一郎畠中
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【課題】環境温度が変わっても、印字品質のよいサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】複数の発熱体を有するサーマルヘッドと、温度を計測する温度センサと、前記温度センサで計測した温度に応じた前記発熱体への印加エネルギーを求めるための印加エネルギーテーブルと、前記発熱体に通電してあるドットを形成する際に当該ドットの直前数ドットの印字状態に応じて通電時間が決められる第１パルス並びに当該ドットの直後のドットを形成する場合に通電する休止パルス、調整パルスおよび予熱パルスを、当該ドットの直前数ドットおよび直後のドットの形成状態に応じて通電するか否かの通電パターンを記憶する履歴テーブルと、当該ドットの直前数ドットおよび直後のドットの形成状態に応じた通電パターンで前記印加テーブルから求めた印加エネルギーに応じた印加エネルギーにより前記発熱体に通電するヘッド制御部とからなるサーマルプリンタとした。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、サーマルヘッドを用いて印字媒体に印字するサーマルプリンタおよびサーマルプリンタの印字方法に関する。

一般に、サーマルヘッドを用いたサーマルプリンタは、サーマルヘッドの各発熱素子に通電して発熱させて、その熱により感熱用紙を発色させる、あるいは、インクリボンのインクを用紙に転写して印字している。サーマルヘッドの発熱素子は、印字のために通電すると、その発生した熱が蓄熱された状態となる。このために、これから通電するドットについて、直前の数ドットの印字に用いられたか否か、つまり、通電されたか否かに応じて、発熱素子に印加する通電時間を調整するものが知られている。このようなものを履歴制御という。

履歴制御は、直前の数ドットを形成した印字の場合には発熱素子が過熱しないように、また連続して数ドット通電されてない場合には発熱体が十分な熱を持つように、その発熱体の過去の通電状態から、１つのドットを形成するときの発熱素子への通電時間を長くしたり短くしたりする。

また、過去複数ドットに印字してない場合に、発熱素子の温度が冷えすぎないように、用紙にドットが形成されない程度にサーマルヘッドに通電を行うプリンタが知られている。

特開平０５−７７４７２号公報特開２００３−１５４６９７号公報

しかしながら、発熱素子の温度上昇はその環境温度によって影響を受けるため、各発熱素子への通電制御も環境温度を考慮して決める必要がある。もちろん、今までにも環境温度を考慮した制御を行ったものがあるが、温度の変化に応じた制御が各温度帯において一律であり、必ずしも温度に応じた通電制御が適正なものとなってないので、印字品質に影響が出る場合がある。

そこで、この実施の形態では、複数の発熱体を有するサーマルヘッドと、温度を計測する温度センサと、前記温度センサで計測した温度に応じた前記発熱体への印加エネルギーを求めるための印加エネルギーテーブルと、前記発熱体に通電してあるドットを形成する際に当該ドットの直前数ドットの印字状態に応じて通電時間が決められる第１パルス並びに当該ドットの直後のドットを形成する場合に通電する休止パルス、調整パルスおよび予熱パルスを、当該ドットの直前数ドットおよび直後のドットの形成状態に応じて通電するか否かの通電パターンを記憶する履歴テーブルと、当該ドットの直前数ドットおよび直後のドットの形成状態に応じた通電パターンで前記印加テーブルから求めた印加エネルギーに応じた印加エネルギーにより前記発熱体に通電するヘッド制御部とからなるサーマルプリンタとした。

本実施の形態のサーマルプリンタのハードウェア構成を示すブロック図。このプリンタのサーマルヘッドおよびヘッド制御部の概要図。このプリンタが印字するときに用いる通電パルスを示す図。環境温度に対応する第１パルスと３ドットパルスの通電時間を示す図。３ドットパルスの中の休止パルスの割合を示す図。実施の形態における印字パターンを示す図。各環境温度における各パルスの通電時間を示す図。環境温度が１０度のときの通電を示す図。環境温度が２０度のときの通電を示す図。環境温度が３０度のときの通電を示す図。

以下、サーマルヘッドを用いたプリンタの実施の形態を、図面を参照して説明する。

本実施の形態のプリンタ１は、ＣＰＵ２にバスライン3を介してＲＯＭ４、ＲＡＭ５、通信インターフェース（通信Ｉ／Ｆ）６、ヘッド制御部７、モータ制御部８、温度センサ９が接続されている。

ＲＯＭ４には、このプリンタが実行するプログラムと後述する各種のテーブルを記憶する。なお、各種のテーブルは、たとえばフラッシュメモリなどの不揮発性メモリに記憶しておくことも可能である。ＲＡＭ５には、通信Ｉ／Ｆ６に接続された外部端末１０から送られてきた印字データを保存し、また、ＣＰＵ２が動作する上で必要となるワークエリアを形成する。通信Ｉ／Ｆ６は、外部端末１０と接続するためのものある。ヘッド制御部７にはサーマルヘッド１１が接続され、サーマルヘッド１１の通電を制御する。モータ制御部８にはモータ１２が接続される。このモータ１２は、スッテッピングモータであり、モータ制御部８によって制御されてプラテンローラを回転して用紙を搬送する。温度センサは９、プリンタ１周辺の環境温度を検出するものである。なお、この実施の形態では説明を省略するが、サーマルヘッド１１でインクリボンのインクを用紙に転写して印字するサーマルプリンタ１においては、インクリボンを巻き取る制御機構などがさらに備えられている。

ＲＯＭ４には、印加エネルギーテーブル１３と履歴設定テーブル１４が記憶されている。印加エネルギーテーブル１３は、主に環境温度に応じてサーマルヘッド１１の発熱体２０に通電するエネルギーを決定するためのものである。

履歴設定テーブル１４は、あるドットを形成するのに用いる発熱体２０の直前に発熱した２ドットの履歴に応じて、あるドットを形成するため発熱体２０に通電する印字パターンを決定するためのものである。ここで、履歴とは、印字するために印字バッファに展開したビットマップデータのうち、今から印字するドットの直前とその１つ前の過去２ドットのデータが発熱した（ドットを形成した）データであるか否かの情報である。

次に、サーマルヘッド１１とヘッド制御部７について説明する。サーマルヘッド１１は、たとえば１インチ当たり３０５個の（約１２本／ミリ）の発熱体２０が、４インチの長さ分用紙の幅方向に一列に配列されたものである。発熱体２０は、通電されると発熱する抵抗からなっている。この発熱体２０の一端は、所定の電圧Ｖｃｃが印加されている。この発熱体２０の他端は、ヘッド制御部７にあるトランジスタ２１のコレクタが接続されている。トランジスタ２１のエミッタは、接地されている。トランジスタ２１のベースには、アンド回路２２の出力が接続されている。アンド回路２２の入力の一方は、ストローブ信号が接続されている。ストローブ信号は、発熱体２０に通電する時間だけオンされる。アンド回路２２の入力の他方は、ラッチ回路２３に接続される。ラッチ回路２３は、ラッチ信号が入力されるとラッチ回路２３に接続されるシフトレジスタ２４のデータをラッチして保持する。シフトレジスタ２４は、データ信号から入力されるシリアルデータをクロック信号に同期して入力されるものである。ヘッド制御部は、トランジスタ２１、アンド回路２２、ラッチ回路２３、シフトレジスタ２４を有する。また、ラッチ回路２３にデータがあれば、ストローブ信号が与えられている間に発熱体２０に通電される。

この実施の形態におけるサーマルヘッド１１への通電に関して説明する。なお、この実施の形態では、当該発熱体２０を通電するときに、その発熱体２０の過去２ドットについて通電したか否かの履歴を参照して、かつ、当該発熱体で印字する次のドットについて通電するか否かを参照して、サーマルヘッドへの通電時間を決める場合で説明する。サーマルヘッドで一つのドットを形成するためにサーマルヘッド通電する電圧パルス（通電パルス）は、大きく分けて、第１パルスＷ、休止パルスＸ、調整パルスＹ、予熱パルスＺの４つのパルスからなる。また、第１パルスＷ、休止パルスＸ、調整パルスＹ、予熱パルスＺを合わせて全パルスとして、休止パルスＸ、調整パルスＹ、予熱パルスＺを合わせて３ドットパルスとする。

第１パルスＷは、前２つのドットの２つとも、あるいはどちらか一方のドットで印字した場合に、通電されるパルスである。この第１パルスは、前２つのドットが印字されたときには、図４に示される印加エネルギーテーブルのように、環境温度に応じて決められた長さ（通電時間）となる。また、この実施の形態で詳細な説明を行わないが、前２つのドットのいずれかが通電される場合は、そのパターンに応じて第１パルスは適宜分割されて発熱体に通電される。

３ドットパルスは、そのドットを形成して、次のドットも形成する場合には必ず通電されるものである。そして、３ドットパルスは図４に示されるように、環境温度に応じて決められた長さ（通電時間）となる。休止パルスＸは、次のドットを印字しないときに、通電時間を短くするためのものである。たとえば文字の終端などにいわゆる尾引きという尾を引いたような現象が発生するが、通電時間を短くすることでこの尾引きの発生を防ぐ。

ところで、あるドットを形成するために計算上必要なエネルギーを与えるための全パルスの通電時間、つまり図４で示す第１パルスと３ドットパルスの合計の通電時間が一つのドットを形成できる印字周期よりも長い場合には、印字周期と全パルスの通電時間が同じか、全パルスの通電時間が短くなるように第１パルスＷを調整した第１補正パルスＷｚとして、補正後の全パルスの通電時間とする。つまり、補正前の全パルスの通電時間と印字周期の差を第１パルスＷから引いた値が第１補正パルスＷｚとなる。また、この場合の全パルスと第１パルスＷの差を予熱パルスＺとする。予熱パルスは、２ドット連続して発熱体２０に通電せずに次のドットに通電する場合に、外気温に応じて当該ドットに通電するものである。つまり、次に印字するドットに一つの印字周期で十分な熱エネルギーを与えられない場合には、その前のドットを形成しない印字周期を用いて発熱体２０に通電を始めて、次の印字周期の通電時間と合わせて適正な熱エネルギーが加わるようにするものである。

該当の発熱体２０について、過去２ドットともに印字した場合の当該ドットの印字は、次のドットを印字する場合は３ドットパルスで印字し、次のドットを印字しない場合は休止パルスＸを通電せずに調整パルスＹと予熱パルスＺで印字する。また、調整パルスは３ドットパルスから予熱パルスＺと休止パルスＸを引いた値である。

これらを数式で表すと
予熱パルスＺ＝全パルス−印字周期
調整パルスＹ＝３ドットパルス−（休止パルスＸ＋予熱パルスＺ）
また、全パルスが印字周期よりも長くなるときの第１補正パルスＷｚは、
第１補正パルスＷｚ＝第１パルスＷ−予熱パルスＺ
となる。

休止パルスは、３ドットパルスに対する図５で示す温度ごとの割合（削減率）となり、数式で表すと。

休止パルスＸ＝３ドットパルス×削減率
ところで、この実施の形態では回路設計上通電に関するデータ処理に１３マイクロ秒を必要とするので、第１パルスＷ、休止パルスＸ、調整パルスＹ、予熱パルスＺのそれぞれの値が１３マイクロ秒以下であれば１３マイクロ秒とする。しかしながら、この値は、プリンタのデータ処理能力などに応じて適宜変わりうる値である。ここで、ストローブ信号に、これらの各パルスの通電時間として複数の発熱体２０に共通に与えられる。

次に、サーマルヘッドの解像度が３０５ドット／インチのプリンタで印字速度が１２インチ／秒の場合に、環境温度（雰囲気温度）が１０度、２０度、３０度のときの図６で示すドットを発熱体２０で通電する具体例で説明する。ちなみに、このときにはプリンタは、１秒間に３０５×１２＝３６６０ドット分の印字を行うために、印字周期は２７３マイクロ秒となり、この２７３マイクロ秒が一つのドットを形成するために使える最大の時間となる。

例１環境温度が１０度の場合
図４から、第１パルスＷは２１０マイクロ秒、３ドットパルスは１１０マイクロ秒、また、図５から削減率が１８％であることから休止パルスＸは１９マイクロ秒となる。また第１パルスＷと３ドットパルスの合計である全パルスは３２０マイクロ秒で印字周期２７３マイクロ秒よりも大きいため、予熱パルスＸが４７マイクロ秒となり、第１補正パルスＷｚが１６３マイクロ秒となる。また、調整パルスＹは４４マイクロ秒（＝１１０−（１９＋４７））となる。

ところで、この例では、３ドットパルスが１１０マイクロ秒で削減率が１８％であるから、計算上は１９．８マイクロ秒となるが、小数点以下を切り捨てて１９マイクロ秒としている。しかし、製品の要求レベルに合わせて、小数点以下を切り上げてもよいし、四捨五入してもよい。

例２環境温度が２０度の場合
図４から、第１パルスＷは１８０マイクロ秒、３ドットパルスは１００マイクロ秒、また、図５から削減率が２５％であることから休止パルスＸは２５マイクロ秒となる。また第１パルスＷと３ドットパルスの合計となる全パルスは２８０マイクロ秒で印字周期２７３マイクロ秒なので、予熱パルスＸが計算上は７マイクロ秒となるが、１３マイクロ秒以下なので１３マイクロ秒とする。その結果、第１補正パルスＷｚは１６７マイクロ秒となる。調整パルスＹは６２マイクロ秒（＝１００−（２５＋１３））となる。

このように、Ｗｚが１６７マイクロ秒、休止パルスは２５マイクロ秒、調整パルスは６２マイクロ秒、予熱パルスが１３マイクロ秒となり、全パルスは２６７マイクロ秒となる。

例３環境温度が３０度の場合
図４から、第１パルスＷは１８０マイクロ秒、３ドットパルスは８０マイクロ秒、また、図５から削減率が３５％であることから休止パルスＸは２８マイクロ秒となる。また、印字周期と全パルスとの差である。予熱パルスＸは１３マイクロ秒となる。調整パルスＹは３９マイクロ秒（＝８０−（２８＋１３））となる。全パルスは、第１パルスＷと３ドットパルスの合計である２６０マイクロ秒となる。

次に、図６のようにドットを形成するときに、ｄ行の発熱体への通電について説明する。Ａ列ないしＤ列は、それぞれの印字場パターンを示すものである。Ａ列では、ａ行、ｂ行、ｃ行の各ドットを印字してからｄ行のドットを印字し、その次のｅ行は印字しない場合の例である。温度が１０度、２０度、３０度のいずれの時であっても、前２ドット（ｂ行、ｃ行）を印字しているため第１パルスを通電しない。そこで、サーマルヘッドへ１１に通電されるか否かは、シフトレジスタ２４に入力される対応する発熱体２０のデータがあるか否かによって決められる。つまり、ストローブ信号が入力されても、アンド回路２２でストローブ信号とラッチ回路２３のアンドを取るため、Ａ列の通電するためのデータがあれば発熱体２０に通電され、データがなければ通電しない。次に３ドットパルスについて、次のｅ行を印字しないため休止パルスＸを通電せずに、調整パルスＹと予熱パルスＺに通電する。

Ｂ列の印字パターンで説明する。Ｂ列では、ａ行、ｂ行、ｃ行のドットを印字してからｄ行のドットを印字し、その次のｅ行のドットも印字する場合の例である。温度が１０度、２０度、３０度のいずれの時であっても、第１パルスについては、前２ドット（ｂ行、ｃ行）を印字しているため通電しない。次に３ドットパルスについて、次のｅ行を印字するため、Ａ列とは異なり休止パルスＸを通電して、かつ調整パルスＹと予熱パルスＺに通電する。つまり、３ドットパルス全体を通電する。

Ｃ列の印字パターンで説明する。Ｂ列では、ａ行、ｂ行、ｃ行とそして、ｄ行も印字せずに、その次のｅ行は印字する場合の例である。温度が３０度のときには、一つの印字周期（２７３マイクロ秒）の中で十分な熱エネルギーとなる全パルス（２６０マイクロ秒）を用紙に与えることができるため、ｄ行では通電が行われない。一方、温度が１０度、２０度の時には、ｅ行の一つの印字周期内では十分な熱エネルギーが与えられないため、ｄ行において予熱パルＺを通電する必要がある。このｄ行の予熱パルスＺによる通電とｅ行の全パルスの通電を合わせてｅ行のドット形成に適正なエネルギーとなる。このため、予熱パルスＺをｄ行で通電するとともに、ｅ行において、表からもともめた第１パルスの通電時間から予熱パルスＺ分を引いたＷｚを第１パルスとして通電としている。

Ｄ列の印字パターンは、ａ行、ｂ行、ｃ行と印字せずに、その次のｄ行、ｅ行は印字する場合の例である。この場合は、ｃ行では１０度、２０度のときに予熱が与えられているものの、ｄ行はその前の２ドットが印字したドットでないため、第１補正パルスＷｘを通電する。また、次のｅ行も印字するため休止パルスＸに通電し、調整パルスＹ、予熱パルスＺにも通電する。３０度のときには、第１パルスＷを補正する必要がないため、第１パルスＷ、休止パルスＸ、調整パルスＵ、予熱パルスＺのすべてに通電する。

図７は、上記の１０度、２０度、３０度の温度毎に、Ａ列ないしＤ列についてｄ行の各パルスの通電時間を示す。また、予熱パルスＺにΔマークをふした数値については、ｅ行を印字する場合にｄ行に予熱のために通電することを示す。印字しないドットに通電しても、その用紙を発色させるまたはインクリボンのインクを転写するには十分でない温度上昇であるため、ｄ行には印字されない。

図８、図９、図１０には、環境温度が１０度、２０度、３０度のときのＡ列、Ｂ列、Ｃ列、Ｄ列のｃ行、ｄ行、ｅ行の通電パターンを示す。ここで、Ｂ列、Ｃ列、Ｄ列ｅ行の休止パルスＸは、さらに次の行にドットを印字する場合は通電し、次の行にドットを形成しない場合は通電しない。このため、図面では（Ｘ）と括弧をつけて表した。また、同じくＢ列、Ｃ列、Ｄ列ｅ行では、連続した２つ目のドットの形成を行うために、第１パルスは２ドット連続してドットを形成しない場合の最初の通電パルスＷの通電時間よりも短い時間の通電パルスＷ’となる。

なお、図９では、Ｃ列およびＤ列で、予熱パルスＺを与えた後に僅かに（この例では６マイクロ秒）通電しないで、その後に第１パルスＷの通電を開始しているが、発熱体２０を暖めるためであるので、予熱パルスＺの通電に引き続いて第１パルスＷを通電しても、必要な通電パルスの通電時間と比較して余り大きな値とならないので、印字品質に悪くするようなことはない。

このサーマルプリンタ１は、外部に接続した外部端末１０から印字データを受けると、その受けたデータを解析して印字バッファに印字データを展開する。また、外部端末１０から印字データを受け取ったタイミングで、温度センサ９によって、環境温度（プリンタ周囲の雰囲気温度）を取り込む。印字品質は、サーマルヘッド１１自体は温度があがりやすく冷めやすい、熱応答性の良い材質で製造することは可能であるが、印刷される媒体が紙であれば温度の変化が起こりにくく、印刷される媒体（用紙）の温度によって印字品質は影響を受けるためである。

そして、用紙をモータ１２で搬送し始めて、サーマルヘッド１１の発熱体２０に通電を開始する。この際に、温度センサ９で取り込んだ温度に応じて、通電するパルスの長さを設定して、抵抗体１０にこの設定された長さの通電パルスを与える。

このように、この実施の形態では、直前の２つのドットに印字したときであっても通電するパルスを、休止パルスＸ，調整パルスＹ，予熱パルスＺに分けて、次のドットで印字しない場合には休止パルスＸを通電せず、次のドットの前２ドットに通電してない場合で一つの印字周期内で十分な熱エネルギーを与えられないときには予熱パルスＺで通電する。また、そのドットを印字するときの必要な通電時間を確保するために、調整パルスＹを設けた。このために、環境温度に応じて適切な電気エネルギー（通電時間）を発熱体に与えることができ、高度な印字品質とすることが可能となる。

なお、この実施の形態で示した通電時間などは、特定の条件によって決まるもので、サーマルヘッドが変わればそのサーマルヘッドに応じた条件を設定する必要があるし、用紙の種類、転写式プリンタの場合にはインクリボンの種類によっても、それぞれ適当な通電時間となる。

このように、上記の実施の形態例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・サーマルプリンタ、７・・ヘッド制御部、１１・・サーマルヘッド、１３・・印加エネルギーテーブル、１４・・履歴設定テーブル、２０・・発熱体、Ｗ・・第１パルス、Ｘ・・休止パルス、Ｙ・・調整パルス、Ｚ・・予熱パルス。

Claims

複数の発熱体を有するサーマルヘッドと、
温度を計測する温度センサと、
前記温度センサで計測した温度に応じた前記発熱体への印加エネルギーを求めるための印加エネルギーテーブルと、
前記発熱体に通電してあるドットを形成する際に当該ドットの直前数ドットの印字状態に応じて通電時間が決められる第１パルス並びに当該ドットの直後のドットを形成する場合に通電する休止パルス、調整パルスおよび予熱パルスを、当該ドットの直前数ドットおよび直後のドットの形成状態に応じて通電するか否かの通電パターンを記憶する履歴テーブルと、
当該ドットの直前数ドットおよび直後のドットの形成状態に応じた通電パターンで前記印加テーブルから求めた印加エネルギーに応じた印加エネルギーにより前記発熱体に通電するヘッド制御部と
を有するサーマルプリンタ。
当該ドットを形成する際に直前の２ドットについて印字している場合は、前記第１パルスは前記発熱体に通電しない請求項1記載のサーマルプリンタ。
当該ドットの直後のドットに印字しない場合は、前記休止パルスは当該ドットの形成においては前記発熱体に通電しない請求項1記載のサーマルプリンタ。
当該ドットおよび直前の２ドットに印字せずに直後のドットを形成する場合において、１つのドットを形成するために使える印字周期よりも温度によって変わる第１パルス、休止パルス、調整パルスおよび予熱パルスの合計通電時間が長いならば、前記予熱パルスに相当する時間を当該ドットの印字周期において前記発熱体に通電する請求項1記載のサーマルプリンタ。
前記温度センサで計測した温度での第１パルスの通電時間から前記予熱パルスの通電時間を引いた時間の通電パルスを新たな第１パルスとして直後のドットを形成する請求項４記載のサーマルプリンタ。
当該ドットおよび直前の２ドットに印字せずに直後のドットを形成する場合において、１つのドットを形成するために使える印字周期と第１パルス、休止パルス、調整パルスおよび予熱パルスの合計通電時間との差を予熱パルスの通電時間とする請求項４記載のプリンタ
前記第１パルスないし前記予熱パルスのいずれかが前記制御部が前記発熱体に通電する処理を行うための時間よりも短くなったときには、そのパルスを前記制御部が前記発熱体に通電する処理を行うための時間と同じかその時間よりも長くする請求項1記載のサーマルプリンタ。
印加エネルギーは前記発熱体に通電する時間に応じて変化させる請求項１記載のサーマルプリンタ。
複数のドットを一つの発熱体で連続して印字した後に印字する当該ドットに引き続きさらに直後の１ドットを印字する場合に当該ドットに通電する３ドットパルスを、次のドットを印字しない場合に通電しない休止パルスと、複数のドットを連続して形成しない状態で予熱を与えるための予熱パルスと、前記３ドットパルスの通電時間から休止パルスと予熱パルスとの合計通電時間を引いた時間の調整パルスの３つのパルスに分けて前記発熱体に与えるサーマルプリンタの印字方法。