JP2011062941A - サーマルプリンタ装置およびサーマルプリンタ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 他の発熱素子の通電時間を考慮して各発熱素子の通電時間を最適化することで高品質の印字を行うサーマルプリンタ装置およびサーマルプリンタ制御方法を提供する。
【解決手段】 １ライン上に設けられた複数の発熱素子Ｒ１〜Ｒ６をもつサーマルヘッド２３と、複数の発熱素子に割り当てられた印字率に基づいて、複数の発熱素子のそれぞれの通電時間を決定し、決定した複数の発熱素子のそれぞれの通電時間を、他の複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に基づいて補正することで複数の補正通電時間を決定し、複数の発熱素子を複数の補正通電時間に基づいてそれぞれ制御することでサーマルヘッドにより記録媒体上に印字を行う制御部１９をもつサーマルプリンタ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数に分割された発熱素子をもつサーマルヘッドをもつサーマルプリンタ装置に関し、各発熱素子の通電時間を他の発熱素子の通電時間を考慮して決定し制御するサーマルプリンタ装置およびサーマルプリンタ制御方法に関する。

従来、サーマルヘッドを利用するサーマルプリンタ装置において、サーマルヘッドは、一ライン上に多数個の発熱素子を有しており、複数ブロックに分割されて駆動される。このように複数ブロックに分割されて使用されるサーマルヘッドは、ブロック間において温度差が生じると、印刷結果にムラが生じる等の原因により、高品質な印字を得ることができないため、これに対する技術がいろいろと知られている。

特許文献１は、複数のブロック間を均一化するために、時分割された通電パルスをさらに時分割してチョッパ制御を行なうラインサーマルプリンタを開示している。

しかし、特許文献１が示す画像形成装置は、複数のブロック間を均一化するために、時分割された通電パルスをさらに時分割してチョッパ制御を行っているが、与えられた画像信号に基づく印字率により決定された各発熱素子の通電時間を再度、補正して最適化することで高画質を得る技術は開示していない。

本発明は、他の発熱素子の通電時間を考慮して各発熱素子の通電時間を最適化することで高品質な印字を行うサーマルプリンタ装置およびサーマルプリンタ制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決する一実施形態は、
１ライン上に設けられた複数の発熱素子（Ｒ１〜Ｒ６）をもつサーマルヘッド（２３）と、
前記複数の発熱素子に割り当てられた印字率に基づいて、前記複数の発熱素子（Ｒ１〜Ｒ６）のそれぞれの通電時間を決定し、前記決定した複数の発熱素子のそれぞれの通電時間を、他の複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に基づいて補正することで複数の補正通電時間を決定し、前記複数の発熱素子を前記複数の補正通電時間に基づいてそれぞれ制御することで、前記サーマルヘッドにより記録媒体上に印字を行う制御部（１９）と、
を具備することを特徴とするサーマルプリンタ装置である。

複数個の発熱素子の各通電時間を画像信号に基づく印字率により決定し、その後、他の発熱素子の各通電時間に基づいて、各発熱素子のオフ時間を求める。オフ時間が長い発熱素子は温度が低くなりオフ時間が短い発熱素子は温度が高くなりがちであり、これがブロック間の濃度ムラの原因となっている。オフ時間に比例した追加時間を、各発熱素子の各通電時間に加算して通電時間を補正することで、ブロック間の温度のばらつきに基づく濃度ムラが解消されて、高品質な印字を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタ装置を示すブロック図。 同じくサーマルプリンタ装置のサーマルヘッドの周辺を示す断面図。 同じくサーマルプリンタ装置のサーマルヘッドの周辺を示す回路図。 同じくサーマルプリンタ装置の３分割されたブロックによるサーマルヘッドを一括して駆動した場合のタイミングチャート。 同じくサーマルプリンタ装置の３分割されたブロックによるサーマルヘッドによって印字した場合の印字結果の一例を示す説明図。 同じくサーマルプリンタ装置の３分割されたブロックによるサーマルヘッドを３時分割して印字率を考慮して駆動した場合のタイミングチャート。 同じくサーマルプリンタ装置の３分割されたブロックによるサーマルヘッドのオフ時間の補正を行なう工程の一例を示す説明図。 同じくサーマルプリンタ装置のサーマルヘッドにおける印字率と濃度分布の関係の一例を示す説明図。 同じくサーマルプリンタ装置のサーマルヘッドにおける印字率と濃度分布の関係およびオフ時間に基づく通電時間の補正の一例を示す説明図。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態であるサーマルプリンタ装置１を図１を用いて詳細に説明する。図１において、サーマルプリンタ装置１は、全体の動作を制御する制御部であるＣＰＵ１２と、後述する各ユニットにこのＣＰＵ１２を接続するバスライン２４と、各種の動作プログラムを格納するＲＯＭ１３と、各種の動作プログラムや生成したデータフォーマット、各種の制御情報等を格納する記憶部であるＲＡＭ１４と、ホストコンピュータ３０等の外部の装置とネットワークを介して通信を行なう通信インターフェース１５を有する。さらに、サーマルプリンタ装置１は、印刷される画像や各種の操作情報等を表示する表示デバイス２０と、この表示デバイス２０を制御する表示コントローラ１６と、操作情報や上述したデータフォーマットに含まれるデータを入力するためのキーボードやスキャナ等の入力デバイス２１と、この入力デバイス２１を制御する入力コントローラ１７と、画像が印刷される用紙等の記録媒体を搬送する搬送モータ２２と、この搬送モータ２２の動作を制御する駆動コントローラ１８と、記録媒体上に画像を印刷する印刷部であるサーマルヘッド２３と、このサーマルヘッド２３を駆動するヘッドコントローラ１９を有している。

次に、サーマルプリンタ装置１は、図２および図３に示すように、サーマルヘッド２３とプラテンローラ２５に狭持され搬送される感熱記録媒体２６に上記のサーマルヘッド２３の１ライン上に並んだ発熱素子Ｒ１〜Ｒ６に通電することにより、熱エネルギーを供給して印字する方式である。ここで、発熱素子Ｒ１〜Ｒ６は、それぞれ複数の発熱素子群を意味する。

この感熱記録媒体２６は、例えば基材上に熱で発色する感熱層が設けられた感熱紙である。また、サーマルヘッド２３は、図３に示すように、ライン上の発熱素子Ｒ１〜Ｒ６にそれぞれドライバＩＣである第１１Ｃ３１〜第６１Ｃ３６が複数接続されている。これらのドライバＩＣは、シリアルデータをパラレルデータに変換するソフトレジスタ回路と、パラレル変換されたデータを保持するラッチ回路と、ラッチされたデータを一括にコントロールするゲート回路と、サーマルヘッドに印加電圧（ＶＨ）を供給するトランジスタで構成されている。例えば、図３において、第６のドライバＩＣである第６ＩＣ３６では、３８４個の発熱素子の内、１つのドライバＩＣが発熱素子Ｒ６を６４制御できるとする。

また、印字データは、シリアル信号ＤＩＮ１〜ＤＩＮ３で制御される。ここでは、印字データに対して、２つのドライバＩＣがカスケード接続されている例を示している。ドライバＩＣにシリアル信号が入力されると、ドライバＩＣの内部でパラレル信号に変換され、ＳＴＢ信号に応じて発熱素子Ｒ１〜Ｒ６の通電を制御する。

はじめに、このようなサーマルヘッド２３に対して、図４のタイミングチャートでは、サーマルヘッド２３の発熱素子Ｒ１〜Ｒ６のグループを３分割して制御する例を示す。これは、１ラインの印字期間中にそれぞれのグループを順次駆動する方法である。ここでは、ＳＴＢ１とＳＴＢ２、ＳＴＢ３とＳＴＢ４、ＳＴＢ５とＳＴＢ６の３グループが示される。このような単純に１ライン中各グループ１回の通電でサーマルヘッド２３を制御すると、一括駆動に比べてオフ時間が長くなるため、記録媒体上への印字結果は、図５に示すようなギザ状の印字になり易い。

これに対して、図６のタイミングチャートに示すように、１ラインの印字期間中に複数回通電して分割されたブロック（グループ）を基本印字通電時間により順番に通電する方法が知られている。この方法では、１ラインの総印字ドット数により、電源容量を考慮して分割数を決定し、さらに、分割された各ブロックの印字ドット数を検出して各ブロックの基本印字通電時間を決定する。この通電時間は、サーマルヘッドの温度や環境温度、好みの濃度微調により補正される。ここでは、後述するように、画像信号が示す印字率に応じて、印字率補正を行い、各分割されるブロックで印字ドットが１ドット増すごとに通電時間を一定の比率で増やしていく。

１ラインの印字期間中に複数回通電して分割されたブロックを基本印字通電時間で順番に通電することにより、図５のようなギザ状の印字にはなりにくいが、後述するようにこれだけでは濃度ムラを十分に解消することができない。

（オフ時間を考慮した基本印字通電時間の補正処理）
次に、本発明の一実施形態の一例である、オフ時間を考慮した基本印字通電時間の補正処理につき図面を用いて説明する。このオフ時間を考慮した基本印字通電時間の補正処理は、具体的には、ＣＰＵ１２とＲＯＭ１３およびＲＡＭ１４に格納された処理プログラムおよびヘッドコントローラ１９により実行される処理である。

ＣＰＵ１２は、図７に示すように、バスライン２４を介してＣＰＵ１２に接続されている、サーマルプリンタ装置１の置かれている環境を検出する外気温検出部４１と、サーマルヘッド２３に供給される電源電圧を検出する電源電圧検出部４２と、サーマルヘッド２３の印字量に応じてサーマルヘッド２３の上昇する温度を検出するヘッド温度検出部４３からそれぞれ検出信号を受けている。また、サーマルヘッド２３や搬送の駆動タイミング等をコントロールする回路として、図示しないＦＰＧＡと、サーマルヘッド２３により印字するデータを図示しないインターフェースから供給するＲＡＭ１４等のイメージメモリがＣＰＵ１２に接続されている。

はじめに、制御部であるＣＰＵ１２はＲＯＭ１３およびＲＡＭ１４に格納された処理プログラムの動作に従って、外気温検出部４１により環境温度を検出し、印字開始前にサーマルヘッド２３に供給される電源電圧を電源電圧検出部４２により検出する。つぎに、制御部であるＣＰＵ１２は、この２つの検出情報と使用する感熱記録媒体２６の特性を保存してある温度テーブルを参照して、基本印字通電時間を決定する（ステップＳ１１）。この場合、感熱記録媒体２６の特性やサーマルヘッド２３の抵抗値、サーマルヘッド２３のプラテンローラ３への押圧により基本印字通電時間は変化するため、制御部であるＣＰＵ１２は、実験的に予め決定された数値をＲＡＭ１４等から読み出して用いる。

制御部であるＣＰＵ１２は、次に、ＲＡＭ１４等のイメージメモリの１ラインの印字総ドット数を検出し（ステップＳ１２）、次に、電源容量に応じて一度に駆動できるドット数から分割数を決定する（ステップＳ１３）。分割数の基準は下記の通りであるが、これは使用する電源容量により決定する数値である。

・総ドット３８４ドットの４０％未満（１５３ドット以下）の印字であれば一括駆動
・総ドット３８４ドットの４０％以上６０％未満（１５４ドット以上２３０ドット以下）であれば２分割
・総ドット３８４ドットの６０％以上（２３１ドット以上）であれば、３分割
次に、制御部であるＣＰＵ１２は、サーマルヘッド２３に取り付けられているサーミスタからなるヘッド温度検出部４３によるサーマルヘッド２３の温度と、キーボードやコントロールパネル等の入力デバイス２１からユーザ等の操作により与えられる、サーマルヘッド２３に供給する通電時間を増減するたとえばＲＡＭ１４の記憶領域に格納された数値である濃度微調補正部４４からの濃度微調補正量に基づいて、ステップＳ１１にて決定した基本印字通電時間をさらに補正する（ステップＳ１４）。

次に、ＣＰＵ１２では、印刷データとして与えられる画像信号に基づいて、決定された分割数に基づいて分割された各ブロックの印字ドット数を算出し（いったんＲＡＭ１４の記憶領域に格納してから読み出してもよい）、この各ブロックの印字ドット数に応じて、基本印字通電時間に補正通電時間を加算する（ステップＳ１５）。この加算する時間は、電源容量や使用するサーマルヘッド２３により実験的に求めることにより事前に決定する。この実験は、印字率を変化させたときの電圧ドロップを測定すると同時に、印字率を変化させたときの一定濃度を得られるための印字通電時間から加算時間を決定する。

次に、制御部であるＣＰＵ１２は、オフ時間に基づいて、印字通電時間を補正する。すなわち、あるブロックにおいて上述のように決定した印字通電時間以外の時間は他のブロックの印字通電時間であって、あるブロックのオフ時間となる。したがって、あるブロックの印字率が小さく、その他のブロックの印字率が大きい場合、あるブロックの印字通電時間の割りにオフ時間が必要以上に長くなることも生じるため、ブロック間でばらつきが生じる。従って、他のブロックの印字ドット数と印字率から求められる印字通電時間の合計時間であるブロックのオフ時間の長さに応じて、ブロックの印字通電時間を補正することで、ブロックの印字通電時間のばらつきを解消するものである（ステップＳ１６）。

最後に、制御部であるＣＰＵ１２は、このように補正された印字通電時間に、分割された各ブロックの印字通電時間の合計時間を算出し、さらにこの合計時間に１ライン中の繰返し回数倍した時間を１ドット形成時間として決定する（ステップＳ１７）。制御部であるＣＰＵ１２は、このようにして決定された時間に基づいて、ヘッドコントローラ１９の制御下の基において、サーマルヘッド２３を用いて記録媒体上に画像形成を行う。

（オフ時間の補正の実施形態）
次に、ステップＳ１６において上述したオフ時間を考慮した基本印字通電時間の補正処理について、さらに、具体的な値の一例を示して以下に詳細に説明する。すなわち、図８は、サーマルヘッドにおける印字率と濃度分布の関係の一例を示す説明図、図９は、さらに、オフ時間に基づく通電時間の補正の一例を示す説明図である。

ここで、図８において、画像信号に基づいて、ＳＴＢ１、２の各ブロックに与えられる印字率が７５％（４８ドット）、ＳＴＢ３、４の各ブロックの印字率が１００％（６４ドット）、ＳＴＢ５、６の各ブロックの印字率が２５％（１６ドット）であるとする。

基本通電時間が３分割になるので、１２００μｓｅｃ（環境温度２０℃、ヘッド温度２０℃）である。さらに印字ドット数に応じて印字通電時間を補正すると、
ＳＴＢ１、２は１２００＊（１＋４８＊０．００２）＝１３１５μｓｅｃ
ＳＴＢ３、４は１２００＊（１＋６４＊０．００２）＝１３５４μｓｅｃ
ＳＴＢ５、６は１２００＊（１＋１６＊０．００２）＝１２３８μｓｅｃ
となる。

図８は、このときのヘッド温度の概念図を示している。各画素は１ドットを３回の駆動により形成する。各ＳＴＢは印字率の違いにより、通電時間が異なる。そのため、各ＳＴＢのヘッド温度は微妙に異なることが分かる。

すなわち、図８の温度分布概念図において、ＳＴＢ５、６の温度Ｔ５６を基準に考えると、ＳＴＢ３、４の温度Ｔ３４は、温度Ｔ５６よりも温度△Ｔ３４分だけ温度が高くなる。ＳＴＢ１、２の温度Ｔ１２は、温度△Ｔ１２分だけ、ＳＴＢ５、６の温度Ｔ５６よりも温度が高くなる。これらの温度差が印字濃度差となり濃度ムラとなって、印字の高品質化を妨げていることがわかる。

これは、各ブロックのオフ時間が、自分以外のブロックの印字率により変化するためで、オフ時間が変化すると、サーマルヘッドの通電前のスタート温度が異なり、ピーク温度が異なることになる。このような温度差を補正するために、自分以外のブロックのオフ時間により、印字通電時間を補正することにより、各ブロックの通電する部分の温度を均一にする。

このオフ時間の補正処理の値の一例を図９を用いて以下に説明する。

すなわち、図９において、１ドット印字０．２％増やす場合を考える。基本印字通電時間が１２００μｓｅｃであれば、各ブロックの基本通電時間は、
１ブロック目（９６ドット印字）：１４３０μｓｅｃ、
２ブロック目（１２８ビット）：１５０７μｓｅｃ、
３ブロック目（３２ビット印字）：１２７７μｓｅｃ
になる。

また、この結果、各ブロックのパルス間のオフ時間は、
１ブロック目（９６ドット印字）：２７８４μｓｅｃ、
２ブロック目（１２８ビット）：２７０７μｓｅｃ、
３ブロック目（３２ビット印字）：２９３７μｓｅｃ
になる。

本発明の一実施形態においては、この各ブロックのオフ時間により基本印字通電時間を補正することにより、各ブロックの印字濃度を最適化して濃度ムラを解消するものである。

すなわち、図９で示すように、３分割駆動で、合計の印字ドット数は２５６ドット（約６７％の印字率）、その他のブロックにより、オフ時間が異なる。実際のオフ時間はその他に共通して１ライン毎に制御信号等があるので微妙に異なる。このブロック間のオフ時間の違いにより、サーマルヘッドの冷却時間が異なるため、サーマルヘッドに温度差が生じるため印字濃度のムラになる。

これに対して、制御部であるＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４に格納されたプログラムの働きにより、上述した各ブロックの基本印字通電時間に、一例として、各ブロックのオフ時間の１％をそれぞれ加算する。なお、ここで１％は一例であり、サーマルヘッドの種類やプリンタのヘッド圧等により異なるため、実際に測定して最適な％値を決定する。すなわち、各ブロックのオフ時間の１％の加算後の基本印字通電時間は、
１ブロック目：１４５８μｓｅｃ（基本印字通電時間）、
２ブロック目：１５３４μｓｅｃ（基本印字通電時間）、
３ブロック目：１３０６μｓｅｃ（基本印字通電時間）
になる。

このように、例えば、オフ時間が長く、サーマルヘッド温度が低くなりがちなブロックであれば、オフ時間に比例した加算時間を与えることでオフ時間が長い分だけ基本印字通電時間が長くなりサーマルヘッド温度が上昇する。逆に、オフ時間が相対的に短く、サーマルヘッド温度が高くなりがちなブロックであっても、オフ時間に比例した加算時間を与えることでオフ時間が短い分だけ基本印字通電時間が相対的に短くなりサーマルヘッド温度が相対的に低下する。

従って、各ＳＴＢの印字率の違いによるオフ時間の差があっても、オフ時間による基本印字通電時間の補正により、各ＳＴＢのヘッド温度差が緩和されることとなる。例えば、図９の温度分布概念図を参照すると、ＳＴＢ１、２の温度Ｔ１２、ＳＴＢ３、４の温度Ｔ３４、ＳＴＢ５、６の温度Ｔ５６の温度差がほとんどなくなっていることがわかる。

従って、本発明の一実施形態にかかるサーマルプリンタ装置の制御方法によれば、各印字率が異なることでブロック間に基本印字通電時間の差が生じてオフ時間にばらつきが生じたとしても、ばらつきを補償するためのオフ時間に応じた加算時間が基本印字通電時間に加算されるので、結果的にブロック間のサーマルヘッド温度の差が緩和されて印字ムラの少ない高品質な印字結果を得ることが可能となる。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

印字率による通電時間の補正や他のブロックの通電時間による補正は、使用する感熱記録媒体やサーマルヘッド等の種類により異なることは言うまでもない。

１…サーマルプリンタ装置、１２…ＣＰＵ、１３…ＲＯＭ、１４…ＲＡＭ、１５…通信インターフェース、１６…表示コントローラ、１７…入力コントローラ、１８…駆動コントローラ、１９…ヘッドコントローラ、２０…表示デバイス、２１…入力デバイス、２２…搬送モータ、２３…サーマルヘッド、２４…バスライン、２５…プラテンローラ、２６…感熱記録媒体、３０…ホストコンピュータ。

特開２００１−３１０４９４号公報。

Claims (6)

1. １ライン上に設けられた複数の発熱素子をもつサーマルヘッドと、
   前記複数の発熱素子に割り当てられた印字率に基づいて、前記複数の発熱素子のそれぞれの通電時間を決定し、前記決定した複数の発熱素子のそれぞれの通電時間を、他の複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に基づいて補正することで複数の補正通電時間を決定し、前記複数の発熱素子を前記複数の補正通電時間に基づいてそれぞれ制御することで、前記サーマルヘッドにより記録媒体上に印字を行う制御部と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリンタ装置。
2. 前記制御部は、前記複数の発熱素子のそれぞれがオフとなっているオフ時間を、前記他の複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に基づいて求め、これらの前記複数の発熱素子のそれぞれのオフ時間に基づいて、前記複数の発熱素子のそれぞれの補正通電時間を決定することを特徴とする請求項１記載のサーマルプリンタ装置。
3. 前記制御部は、前記複数の発熱素子のそれぞれのオフ時間に所定値を掛けた値を、前記複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に加算することで、前記複数の発熱素子のそれぞれの補正通電時間を決定することを特徴とする請求項２記載のサーマルプリンタ装置。
4. １ライン上に設けられた複数の発熱素子をもつサーマルヘッドを有するサーマルプリンタのサーマルプリンタ制御方法であって、
   前記複数の発熱素子に割り当てられた印字率に基づいて、前記複数の発熱素子のそれぞれの通電時間を決定し、
   前記決定した複数の発熱素子のそれぞれの通電時間を、他の複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に基づいて補正することで複数の補正通電時間を決定し、
   前記複数の発熱素子を前記複数の補正通電時間に基づいてそれぞれ制御することで、前記サーマルヘッドにより記録媒体上に印字を行うことを特徴とするサーマルプリンタ制御方法。
5. 前記複数の発熱素子のそれぞれがオフとなっているオフ時間を、前記他の複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に基づいて求め、これらの前記複数の発熱素子のそれぞれのオフ時間に基づいて、前記複数の発熱素子のそれぞれの補正通電時間を決定することを特徴とする請求項４記載のサーマルプリンタ制御方法。
6. 前記複数の発熱素子のそれぞれのオフ時間に所定値を掛けた値を、前記複数の発熱素子のそれぞれの通電時間に加算することで、前記複数の発熱素子のそれぞれの補正通電時間を決定することを特徴とする請求項５記載のサーマルプリンタ制御方法。

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