JPH0129707B2 - - Google Patents

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JPH0129707B2
JPH0129707B2 JP57109960A JP10996082A JPH0129707B2 JP H0129707 B2 JPH0129707 B2 JP H0129707B2 JP 57109960 A JP57109960 A JP 57109960A JP 10996082 A JP10996082 A JP 10996082A JP H0129707 B2 JPH0129707 B2 JP H0129707B2
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JP
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circuit
nonlinear
thermal pen
voltage
output
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JP57109960A
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Hideaki Ayabe
Takeshi Toyosawa
Shigeo Ikeda
Kenichiro Oota
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Graphtec Corp
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Graphtec Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D15/00Component parts of recorders for measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D15/10Heated recording elements acting on heatsensitive layers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Recording Measured Values (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は感熱記録紙に記録するための熱ペン
を加熱する熱ペンの加熱装置に関するものであ
る。
熱ペンによつて感熱記録紙に記録する場合、熱
ペンと感熱記録紙との相対速度は大幅に変動す
る。相対速度が大幅に変動した場合にも記録の濃
度や線の太さを一定に保つためには熱ペンの加熱
温度を適当に制御しなければならない。
熱ペンの加熱温度の制御方法は2つの種類に大
別することができる。第1の種類の方法は熱ペン
と感熱記録紙との相対速度に関連する情報を検出
し、その検出した情報によつて加熱温度を制御す
る方法であり、第2の種類の方法は熱ペンの電気
抵抗がその温度によつて定まることを利用して熱
ペンの電気抵抗自体を自動制御することによつて
熱ペンの加熱温度を制御する方法である。第2の
種類の方法の方が第1の種類の方法よりも装置の
構成が簡単になる等色々な利点があるが、第2の
種類の方法による従来公知の装置では制御目的を
充分に達成することができず、そのため場合によ
つては第1の種類の方法をも併用しなければなら
ないという欠点があつた。
第1図は従来の装置を示すブロツク図である。
図において1は演算増幅器、2は熱ペン、3,
4,5,6はそれぞれ固定抵抗、7は固定の電圧
源であり、演算増幅器1の出力電圧をl0、反転入
力端子への電圧をlc、非反転入力端子への電圧を
lpで表す。
2,3,4,5で構成されるブリツジ回路の平
衡条件は Rp(T)/R3l0=R4/R5l0 ……(1) である。ここにRpは温度Tにおける熱ペン2の
抵抗値であり、Rp(T)=Rp(O)(1+αT)……
(2)で近似される。Rp(O)は0℃における熱ペン
2の抵抗値、αは温度係数である。またR3,R4
R5は固定抵抗3,4,5の抵抗値を表わす。
式(1)、(2)からl0≠0のとき Rp(O)(1+αT)/R3=R4/R5 ……(1)′ となり、式(1)′から平衡温度Tが定まる。
熱ペン2と記録紙との相対速度Vが変化すると
熱ペン2が感熱記録紙に接触して失う熱量が変化
するので、熱ペン2に供給すべき電圧l0は変化す
るが、Rp(T)は一定に保たれしたがつてTは一
定に保持される。これを図示すると第2図に示す
とおりになる。第2図の横軸は熱ペン2と記録紙
との相対速度Vである。なお、第1図の電圧源7
と固定抵抗6とはl0=0で演算増幅器1の入出力
が平衡するのを避けるためである。
すなわち、第1図に示す回路では、熱ペン2と
記録紙との相対速度Vに関する情報を検出してこ
の情報にもとづいて熱ペン2の加熱制御を行う必
要がなく、Vが変化して熱ペン2の熱損失が変化
しても熱ペン2の抵抗Rpを一定に保ち、以て熱
ペン2の温度Tを自動的に一定に保つことができ
るが、以下に述べるような欠点を持つている。
すなわち感熱記録紙に一定の濃度(以下D=
constで示す)の記録を行うには熱ペンの温度を
一定に保つことによつては達成できず、第3図に
示すように熱損失が大きくなれば(相対速度Vが
大きくなれば)熱ペンの温度Tを高くしなければ
ならぬ点である。この欠点を補うため従来の装置
では第1図に示す第2の種類の方法に、Vに関連
したデータを加えて熱ペン2の加熱制御を行う場
合、すなわち第1の種類の方法と第2の種類の方
法とを併用しなければならぬ場合があつた。しか
し、第1の種類の方法を併用すると、Vに関連す
る情報を検出する装置と、この検出した情報を制
御に加える装置とを必要とし、第2の種類の方法
の利点が失われるという欠点がある。
この発明は従来の装置における上述の欠点を除
去するためになされたもので、外部から何等の制
御信号を入れることなく、熱ペンがどのような周
囲条件下にあつても、感熱記録紙に記録した濃度
が常に一定になるように熱ペンの加熱を自動制御
する熱ペンの加熱装置を提供することを目的とし
ている。
以下図面についてこの発明の実施例を説明す
る。第3図はD=constの記録を行うための速度
Vと印加電圧l0との関係を実験的に求めた関係図
である。第4図は第3図の関係に従つて第2図の
関係を修正したものを示し、速度Vに対しRp
(T)を一定に保つのではなく、速度Vが大きい
ときはRp(T)を大きく、すなわち温度Tを大き
く制御すべきことを示す図である。制御回路には
速度Vの検出回路を設けなくても、第3図と第4
図の関係からパラメータである速度Vを消去すれ
ばl0とRp(T)の関係が得られる。
第5図は第1図の回路において抵抗5の抵抗値
R5を変化したとして速度Vに対し最適濃度を与
えるR5の値とその時のl0の値との関係を示す特性
図で、l0=約4ボルトの時が熱ペン2と記録紙と
の相対速度VがO(静止)のときであり、V=50
cm/sec程度の時はR5を静止時の値の約90%の値
に設定するとl0は約12ボルトとなつて平衡し、最
適記録濃度が得られた。第5図の関係から、平衡
時のl0をもとに最適R5を帰還回路に自動的に設定
することもできる。第6図はR5を縦軸にするか
わりに第1図のlcを縦軸にして第5図の関係を表
したものである。
第7図はこの発明の一実施例を示すブロツク図
で、第1図と同一符号は同一又は相当部分を示
し、同一文字は相当信号電圧を示す。30,3
1,32は熱ペン2と共にブリツジ回路を構成す
るそれぞれのインピーダンス辺であるが、30,
31,32の3個の辺のうちの少くとも1個は電
圧電流特性が非線形である非線形回路により構成
される。たとえばインピーダンス辺32を第5図
に示す特性の抵抗値R5を有する非線形回路であ
るとすれば、熱ペン2の抵抗Rp(T)は第4図に
示すとおりに制御されD=constの良質な記録が
得られることは先に第3図、第4図、第5図、第
6図について説明したとおりである。
非線形回路は種々の方法で構成することができ
る。第8図、第9図、第10図及び第11図は非
線形回路の構成例を示す接続図である。第7図に
おいて31はポジスタ、32は普通の抵抗体であ
る場合、31は普通の抵抗体、32はサーミスタ
である場合、又は31はポジスタ、32はサーミ
スタである場合第6図曲線の特性を得られること
は明らかである。更に第7図のインピーダンス辺
30にサーミスを用いてもよい。
第8図は第6図の特性を折れ線によつて近似す
る回路構成の1例を示し、31,l0,lcは第7図
の同一符号と同じく、320,321はそれぞれ
抵抗、322はダイオードであり、この抵抗32
1とダイオード322の直列回路にはl0が所定電
圧に達するまではダイオード322の抵抗が大き
く、l0が所定電圧を越すとダイオード322の抵
抗が小さくなつてlc〜l0特性に2つの折れ線特性
部分を付加し、このような折れ線特性部分を複数
個付加して第6図曲線の特性を近似することがで
きる。
第9図は第6図の特性を折れ線によつて近似す
る回路構成の他の例を示し、l0,lcは第7図の同
一符号と同じく、310,311,312……及
び324はそれぞれ抵抗、313,314……は
それぞれダイオード、315,316……はそれ
ぞれ電源、323は演算増幅器である。第9図の
構成において、l0とlcとの関係は演算増幅器32
3のフイードバツク抵抗324とその入力抵抗と
によつて定まるが、その入力抵抗はダイオード3
13,314……、電源315,316……の存
在により電圧l0に対し折れ線的に変化するので、
l0〜lc間の折れ線特性を得られることは明らかで
ある。
第10図において40はFET(電界効果トラン
ジスタ)で、32,l0,lcは第7図の同一符号と
同一部分を示し、317,318,319はそれ
ぞれ抵抗である。FET40のゲートには抵抗3
18に流れる電流Iに比例する電圧が加えられる
のでl0と電流Iとの関係、したがつてl0とlcとの
関係は第6図に示す特性となる。
第11図において41はアナログデイジタル変
換器(以下ADCと略記する)、42はROM(read
only memory)、43はデイジタルアナログ変換
器(以下DACと略記する)である。アナログ電
圧l0はADC41によりデイジタル信号に変換され
ROM42の入出力間でl0→lcの伝達特性を与え、
lcを表すデイジタル信号をDAC43によりアナロ
グ電圧lcに変換して出力する。ROM42のかわ
りにl0→lcの伝達特性を持つ論理回路を用いても
よい。
第12図はこの発明の更に他の実施例を示すブ
ロツク図で、第7図と同一符号は同一又は相当部
分を示し9は微分回路、10はアナログ加算回路
である。熱ペン2と抵抗30,31,32とで構
成する分圧回路の出力を演算増幅器1に帰還回路
に分圧回路の出力の微分電圧を加えるのは、自動
制御一般に行われている比例微分動作
(proportional plus derivative action)により
制御特性を改善するのが目的である。
以上は熱ペンの加熱電源として直流を使用し、
したがつてその加熱温度を制御するためには直流
電源の電圧を制御する発明について説明した。し
かし、熱ペンの加熱電源としては直流以外の電源
を用い振幅値以外の変数を制御することによつて
熱ペンの加熱温度を制御することができる。
矩形波パルスを電源として熱ペンを加熱しその
デユーテイサイクル(duty cycle)を制御するこ
とによつて加熱温度を制御する発明について以下
に説明する。矩形波パルスの繰返し周期をτ0、そ
のパルス幅をτとすればτ/τ0をデユーテイサイ
クルと称し、その制御のためにはτ0を一定としτ
を制御する場合、すなわちPWM(パルス幅変調)
と、τを一定にしてτ0を制御する場合、すなわち
PFM(パルス周波数変調)とがある。τとτ0とを
同時に制御することも可能であるが、以下PWM
方式について説明する。
熱ペンに加えられる矩形波電圧のピーク値を
lp、熱ペンの抵抗をRp(T)とすれば熱ペンに入
力される電力Pは P=lp 2/Rp(T)・τ/τ0 ……(3) となりデユーテイサイクルτ/τ0を制御すること
によつてPを制御し従つてRp(T)を制御するこ
とができる。この場合lpは一定に保つてよい。
第13図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図であつて、第7図と同一符号は同一又は相当部
分を示し、20は演算増幅器1の出力によつデユ
ーテイサイクルが制御される矩形波発生回路、2
1,22はそれぞれ入力パルスのデユーテイサイ
クルに関連した直流電圧を出力する復調回路で、
21は入力デユーテイサイクルと出力直流電圧と
が非線形な関係を有する非線形復調回路、23は
入力デユーテイサイクルと出力直流電圧とが線形
な関係を有する復調回路である。矩形波発生回路
20で発生する矩形波パルスのパルス周期τ0は一
定としてもよければ式(3)においてlp 2/τ0が一定に
なるように制御しlpの変動によりPが変動しない
ように制御してもよい。
直流電圧によつてパルス幅τを制御するPWM
回路は従来よく知られているので矩形波発生回路
20の一般的説明は省略する。熱ペン2に与えら
れる電力Pを定めるデユーテイサイクルは演算増
幅器1の出力によつて制御されるが、非線形復調
回路21に入力する矩形波のデユーテイサイクル
とその出力直流電圧の関係は第6図のl0〜lcの関
係に類似しているので熱ペン2の抵抗Rp(T)は
第4図に示すように制御され、第13図の回路は
第7図の回路と同様に熱ペン2の加熱温度を制御
することができる。
また、一般の場合非線形復調回路21の出力中
には線形の特性で復調された成分をも多分に含む
ので演算増幅器1へ入力する前に線形特性部分を
削減して非線形特性を強調することも容易であ
る。
第7図と第13図とを比較すると、第7図の回
路では熱ペン2を含むブリツジ回路の電力をすべ
て演算増幅器1から供給しなければならぬが、第
13図の回路では演算増幅器1から供給すべき電
力は矩形波発生回路20のデユーテイサイクルを
制御するための電力だけであり、矩形波発生回路
20の内部損失も少く、極めて小形に構成するこ
とができ、熱ペン2の保持体の中にすべての制御
回路を装着することができるという利点がある。
以上のようにこの発明によれば、外部から何等
の制御信号を加えることなく、熱ペンと感熱記録
紙との相対速度に関係なく常に良質な記録を得る
熱ペンの加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の装置を示すブロツク図、第2図
は第1図の装置の動作原理を示す図、第3図、第
4図、第5図及び第6図はこの発明の動作原理を
示す図、第7図はこの発明の一実施例を示すブロ
ツク図、第8図、第9図、第10図及び第11図
はそれぞれ第7図の非線形回路の設計例を示す
図、第12図はこの発明の他の実施例を示すブロ
ツク図、第13図はこの出願に係る第2の発明の
実施例を示すブロツク図である。 1……演算増幅器、2……熱ペン、30,3
1,32……熱ペンと共にブリツジ回路を構成す
る各インピーダンス辺、40……FET、41…
…ADC、42……ROM、43……DAC、9…
…微分回路、10……加算回路、20……矩形波
発生回路、21……非線形復調回路。なお、図中
同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱ペンを1個のインピーダンス辺とし他の3
    個のインピーダンス辺のうちの少くとも1個のイ
    ンピーダンス辺は電圧電流特性が非線形である非
    線形回路により構成したブリツジ回路と、このブ
    リツジ回路の電源としてその出力が接続される演
    算増幅器と、この演算増幅器の非反転入力端子及
    び反転入力端子に上記ブリツジ回路の出力を帰還
    接続する手段とを備えた熱ペンの加熱装置。 2 非線形回路は、サーミスタ又はポジスタを含
    んでなる特許請求の範囲第1項記載の熱ペンの加
    熱方法。 3 非線形回路は、入力電圧の所定の各点におい
    て動作してオンオフ制御を行う各スイツチ素子
    と、この各スイツチ素子により制御されて接続又
    は開放されるインピーダンス回路とを含み、電圧
    電流特性が複数の直線線分を連結した折れ線特性
    となることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の熱ペンの加熱装置。 4 非線形回路は、電圧電流特性の非線形部分で
    動作するダイオードを含んでなる特許請求の範囲
    第1項記載の熱ペンの加熱装置。 5 非線形回路は、この回路内の電圧降下が制御
    電圧として加えられ上記制御電圧と電流との関係
    が非線形であるトランジスタを含んでなる特許請
    求の範囲第1項記載の熱ペンの加熱装置。 6 非線形回路は、入力アナログ信号をデイジタ
    ル信号に変換するアナログデイジタル変換器と、
    このアナログデイジタル変換器の出力を入力して
    この入力に対し非線形な関係を有するデイジタル
    信号を出力するデイジタル回路と、このデイジタ
    ル回路の出力をアナログ信号に変換するデイジタ
    ルアナログ変換器とを備えたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の熱ペンの加熱装置。 7 入力に対し非線形な関係を有するデイジタル
    信号を出力するデイジタル回路はROMによつて
    構成されることを特徴とする特許請求の範囲第6
    項記載の熱ペンの加熱装置。 8 ブリツジ回路の出力を演算増幅器に帰還接続
    する手段は上記ブリツジ回路の出力を時間微分す
    る微分回路と、この微分回路の出力を上記演算増
    幅器の入力に加算する手段とを備えたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の熱ペンの加熱
    装置。
JP57109960A 1982-06-28 1982-06-28 熱ペンの加熱装置 Granted JPS591277A (ja)

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DE3379973D1 (en) 1989-07-06
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