JPH0272971A - サーマルヘッドの蓄熱予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 複数の発熱素子から形成されるサーマルヘッドを駆動し
てライン毎に記録を行う加熱記録装置の当該各発熱素子
の蓄熱による温度を予測して各発熱素子の加熱量の制御
を行うサーマルヘッドの蓄熱予測装置に関し、 各発熱素子に対して高精度の蓄熱予測を行うことにより
温度変化の激しい過渡状態においても濃度ずれかないよ
うな高精度の蓄熱の補償が可能なサーマルヘッドの蓄熱
予測装置を提供することを目的とし、 少なくとも各発熱素子の記録直前の予測温度、記録用デ
ータ、加熱量、雰囲気温度及び冷却定数に基づいて予測
温度の演算を行う予測温度演算手段と、記録用データの
入力に基づいて、予め定められた切換え位置を検出して
切換え信号を出力する切換え位置検出手段と、冷却定数
を発生するとともに、前記切換え信号があった場合には
当該冷却定数に換えて他の冷却定数を発生させる冷却定
数発生手段とを有する構成である。

〔産業上の利用分野〕

本発明はサーマルヘッドを用いて加熱記録を行う熱記録
装置のサーマルヘッドの蓄熱予測装置に係り、特に複数
の発熱素子から形成されるサーマルヘッドを駆動してラ
イン毎に記録を行う加熱記録装置の当該各発熱素子の蓄
熱による温度を予測して各発熱素子の加熱量の制御を行
うサーマルヘッドの蓄熱予測装置に関する。

（技術の背景） サーマルヘッドを使用して熱記録を行う熱記録装置にお
いて、当該サーマルヘッド内での蓄熱量を検出し、その
蓄熱量に応じて制御するため蓄熱予測を行う必要は以下
の理由による。

すなわち、熱記録で問題になるサーマルへラドの蓄熱応
答現象は、その物理的な構造に対応付けて、主に３つの
レベルに分類できる。以下に第３図に示した当該サーマ
ルヘッドを形成する１つの発熱素子の断面図を用いて説
明する。

当該発熱素子は同図に示すように発熱が行われる発熱抵
抗体３１と、熱伝導率の比較的低い層であって、加熱記
録に直接寄与しなかった熱エネルギーが外部に直接拡散
することを防ぎ熱記録面の保温を図るグレーズ層３２と
、当該グレーズ層を°支持する基板３３と、当該グレー
ズ層３２及び基板３３で余分になった熱エネルギーを外
部に放出させるための放熱板３４と、発熱抵抗体３１の
保護を図る保護層３５と、前記発熱抵抗体３１に駆動電
力を加えるためのリード線３６からなっている。

ところで、このようなサーマルヘッドの蓄熱応答現象は
サーマルヘッドの物理的な構造に対応付けて３つのレベ
ルに分類され、第１のレベルはグレーズ層３２に係るも
のであり、高速蓄熱と呼ばれ、第２のレベルはグレーズ
層３２および基板層３３に係るものであり、中速蓄熱と
呼ばれ、第３のレベルはグレーズ層３２と基板層３３お
よび放熱板３４に係るものであり、低速蓄熱と呼ばれて
いる。

以上３つのレベルの蓄熱現象の影響を十分把握し、補償
することで良好な印字が可能となる。

これらのうち、１ページ内での画質劣化に最も影響する
のは第２レベルの中速蓄熱現象であり、本出願に係る装
置は当該グレーズ層３２と基板３３の蓄熱予測を行うも
のである。

（従来の技術） 従来、第７図に示すようなサーマルヘッドの蓄熱予測装
置があった。

本装置は記録用階調データに基づいてサーマルヘッドに
加える印加パルス幅を制御することで加熱により階調記
録を行う加熱記録装置であって、ヘッド内の各発熱素子
内の蓄熱量を予測し、その紙送り方向での印字品質への
影響を補償する装置である。

本装置は第７図に示すようにサーマルヘッドを形成する
各発熱素子毎に冷却定数を発生する冷却定数発生回路８
２と、各発熱素子の記録直前の予測温度、記録用データ
、加熱量、雰囲気温度及び冷却定数に基づいて予測温度
の演算を行う予測温度演算手段８１とを有するものであ
る。前記予測温度演算手段８１によりｎ番目のラインを
記録した直後の予測温度Ｔｎを求めるには雰囲気温度Ｔ
６、ｎ番目のラインの加熱量ΔＴｎ、記録開始直前の予
測温度Ｔｎ−□及び冷却定数ｅｘｐ（−ｔ／τ）（１は
記録周期、τは実測値に最も近い値に選んだ熱時定数）
を得た場合には Ｔｎ−Ｔ、＋ΔＴｎ＋　Ｃｒｎ−１−Ｔ、）ｅｘｐ（−
ｔ／τ）・・・　　■から得ることができる。

但し、Ｔｏ　＝　Ｔａ（ｎ＝−ｏ）　＋＋＊＊　　■で
ある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、従来例に係る装置にあっては。

第４図に示すように、蓄熱補償による記録温度の変化を
示す。

図中、実線が■式を用いた予測温度の変化を示し、また
−点鎖線はサーマルヘッドの温度変化を実測した実測値
である。

第４図より明らかなように従来の装置では、ある目標温
度ＴＲを得る場合に、■式の予測式の冷却定数中の熱時
定数を固定して用いているため、温度が急激に変化する
過渡状態での濃度変動は制御することができず、実測値
との間に誤差（図中の斜線部分）が生じるという問題点
を有していた。

すなわち、ある物体に関する熱時定数の大きさは一般に
温度変化の大きさにも依存するものであり、温度変換が
急激な場合と、温度変化が緩慢な場合とでは熱時定数も
変化すべき筈であるからである。

この予測誤差は過渡状態で濃度変動となって現れ、白か
ら黒に画像濃度が変化するパターンを印字する場合など
エツジ部での濃度ずれ（カラープリンタでは色ずれ）と
なるおそれがあるという問題点を有していた。

そこで、本発明は以上の問題点を解決することを技術的
課題とするものであり、高精度の蓄熱予測を行うことに
より、温度変化の激しい過渡状態においても、濃度ずれ
かないような高精度の蓄熱の補償が可能なサーマルヘッ
ド蓄熱予測装置を提供することを目的としてなされたも
のである。

（課題を解決するための手段） 本発明は以上の技術的課題を解決するため第１図に示す
ように、複数の発熱素子から形成されるサーマルヘッド
を駆動してライン毎に記録を行う加熱記録装置の当該各
発熱素子の蓄熱による温度を、冷却定数を用いて予測し
て各発熱素子の加熱量の制御を行うサーマルヘッドの蓄
熱予測装置において、少なくとも各発熱素子の記録直前
の予測温度、記録用データ、加熱量、雪囲気温度及び冷
却定数に基づいて予測温度の演算を行う予測温度演算手
段１と、前記記録用データの入力に基づいて、予め定め
られた予測温度演算の定数の切換え位置を検出して切換
え信号を出力する切換え位置検出手段３と、冷却定数を
発生するとともに、前記切換え信号があった場合には当
該冷却定数に換えて他の冷却定数を発生させる冷却定数
発生手段２とを有するものである。

〔作用〕

本発明に係るサーマルヘッドの蓄熱予測装置は次のよう
に動作する。

記録対象となる記録用データが、サーマルヘッドの蓄熱
予測装置の前記予測温度演算手段１に入力し始める。

その際、前記冷却定数発生手段２は順次所定の熱時定数
τ１を有する冷却定数を発生して前記予測温度演算手段
１に送出し続ける。

ここで、「冷却定数」とは発熱素子を加熱してから次に
加熱するまでの時間、すなわち記録周期ｔが経過するま
でに、当該発熱素子の冷却の度合を示す定数であって、
式■で示したように、熱時定数で１を用いて、一般にｅ
ｘｐ（−ｔ／τ、）で表される。

すると、前記予測温度演算手段１は少なくとも前記記録
用データ、加熱量、前記冷却定数及び直前の予測温度Ｔ
ｎ−１に基づいて例えば前述した式■により順次現位置
における予測温度Ｔｎを演算により出力する。

その後、前記切換え位置検出手段３が前記記録用データ
の入力に基づいて予測温度演算の定数の切換え位置を検
出した場合には、前記冷却定数発生手段２に対して切換
え信号を送出する。

ここで、「切換え位置」とは冷却定数の熱時定数の切換
えを行うために必要な位置であって、通常は紙送り方向
の位置（ライン数）または切換えをすべき時間であり予
め指定されている。

当該切換え位置を検出した場合には切換え信号を前記冷
却定数発生手段２に送出する。

当該切換え信号があると当該冷却定数発生手段２は前記
熱時定数τ１の冷却定数に換えて、新たな熱時定数で２
の冷却定数ｅｘｐ（−ｔ／τ２）を前記予測温度演算手
段１に送出することになる。

このように、前記予測温度演算手段ｌに送出する冷却定
数に含まれる熱時定数を切り換えるようにしているのは
、冷却に最も寄与する熱時定数は温度変化の大きさによ
り種々に定められるものであり、温度変化に応じて熱時
定数を切り換えることにより温度実測値と予測値との差
を小さくすることができるからである。したがって、熱
時定数を多く用意して、切換え回数を多くすればする程
、実測値との差は小さくなる。

以下に温度変化が急激な場合と温度変化が緩慢な場合に
ついて１回切換えを行った場合について説明する。

第５図（ａ）（ｂ）に示すように横軸に時間（ライン数
）を、縦軸に予測温度値を取り、図中の一点鎖線を第４
図に示したと同様に発熱素子の温度変化の実測値とすれ
ば、この軌跡に一致するように温度を予測して補償する
ことにより過渡状態での濃度変動をなくすことができる
ことになる。

前述した式■の熱時定数での選び方により第５図（ａ）
に示すように温度の予測値が異なる。すなわち、τが小
さいτ１では温度の立ち上がりが大きく、大きなτ２を
選ぶと立ち上がりがなだらかになる。

そこで、目標温度ＴＲを得る場合、過渡状態の立ち上が
りでは小さなτ１で予測し、ｎ０ライン（時間１．）以
後でτ２に切換えて予測する。

尚、これらの熱時定数で１．τ２及びその切換え位置ｎ
、は予備実験により各目標温度ごとに予め求めておくこ
とになる。

こうして、本発明により第５図（ｂ）に示すように過渡
状態の予測誤差を小さく抑えることが可能となり、予測
された温度はサーマルヘッドを形成する各発熱素子を駆
動するサーマルヘッド・ドライバ回路に送出され、対応
する適切な加熱量が加えられることになる。

（実施例） 続いて本発明の詳細な説明する。

本実施例に係るサーマルヘッド蓄熱予測装置は第２図に
示すように、少なくとも各発熱素子毎の記録直前の予測
温度、記録用データとしての記録用階調データ、雰囲気
温度、加熱量、各発熱素子の温度上昇及び冷却定数に基
づいて前述した式■により現ラインのサーマルヘッドの
予測温度を求める予測温度演算手段１１と、冷却定数発
生手段２として、冷却定数を発生させる冷却定数テーブ
ル（ＲＯＭ）１２と、切換え位置検出手段３として、記
録階調用データの入力、すなわち記録開始からのライン
数ｎｔ　（切換え位置）を計数して切換え信号を出力す
るライン数カウンタ１３と、雰囲気温度データを１画素
毎に１ライン分を格納する雰囲気温度ラインバッファ１
４と、予測温度を求める発熱素子のライン上の位置を画
素数を計数することにより位置の検出を行う画素数カウ
ンタ１５と、前記予測温度演算子段１１により予測され
た予測温度Ｔｎを１画素毎に１ライン分格納する予測温
度ラインバッファ１６とを有している。

さらに、前記予測温度演算手段１１は記録ライン間の加
熱量を求める加熱量テーブル（ＲＯＭ）１１ａと、直前
のラインでの予測温度Ｔｎ−□と雰囲気温度Ｔ、どの差
を求める減算器１１ｂと、全ラインの加熱量、発熱素子
の温度上昇及び冷却定数に基づいて前述した式■により
現ラインの発熱素子の予測温度を求める予測温度Ｔｎ演
算回路１１ｃとを有する。

次に本実施例の動作を第６図に示したタイムチャートを
用いて説明する。

当該タイムチャートの記録動作のｎライン目（ｎｌ）及
びｎ＋１（ｎ工＋１）を代表するものを表わす。

信号ａは前述した記録用階調データ及び雰囲気温度デー
タが入力されることを示す。信号すは雰囲気温度ライン
バッファ１４の入出力データを示す。信号Ｃは予測温度
ラインバッファ１６の入出力データを表わす。信号ｄは
予測演算のための基本クロック信号であって、信号ｅは
加熱量テーブル１２の出力データを表わす。信号ｆは減
算器１１ｂの出力信号を示す。信号ｇは冷却テーブル１
２の出力信号を示す。ｈ工＋　１１２　ｔ　ｈ３はライ
ン数カウンタ１３の出力信号を示す。信号ｉは予測温度
Ｔ。

演算回路１１ｃの出力データを示す。

今、サーマルヘッドのライン方向の画素数がＮの位置に
ある発熱素子に対して、記録用階調データＤＲを印字す
る場合を考える。当該階調データがトリガ信号ａの立ち
上がりで入力され、同時にライン数カウンタ１３が計数
を始める。雰囲気温度ラインバッファ１４の出力信号す
のデータＴａｎは１ページ記録内ではそれほど大きく変
化しない。また、このトリガ信号に応じて１ライン前の
予測温度Ｔｎ−１が予測温度ラインバッファの出力信号
Ｃに出力される。次に信号ａの立ち下がりで加熱量デー
プル１２の出力信号ｅにｎライン目の加熱量データΔＴ
ｎが出力される。次に、基本クロックｄで数ブロック遅
れて減算器１１ｂから雰囲気温度Ｔａｎとｎライン目の
予測温度Ｔｎとの差が信号ｆとして出力される。また、
これとほぼ同タイミングで冷却定数テーブル１２から熱
時定数で□の冷却定数ｅｘｐ（−ｔ／τ□）が信号ｇに
出力される。現ラインが階調データの入力開始からの相
対ライン数でｎ□ライン目であるとすると（但し、ｎ□
は第５図で示された切換位置のライン数）、ライン数カ
ウンタ１３のカウンタアドレスｈｔ、ｈａ、ｈ３の組み
合わせ（二進法による各桁を表わす）が予め定められた
値（ｎ工に対応する値）になる。

次のトリガ信号（第６図中点線で示す位置）の立ち上が
りで冷却定数テーブル１２の出力信号ｇに冷却定数ｅｘ
ｐ（−ｔ／τ２）のデータが出力される。これは第５図
において熱時定数かで１からで２に切り換えたことに対
応する。以後目標値ＴＲに到達するまで信号ｇからは冷
却定数ｅｘｐ（−ｔ／τ２）のデータが出力されること
になる。また、図には示していない回路でライン間の階
調変化を検出し、ある閾値を越えるとライン数カウンタ
１３のアドレスｈ□＋ｈ２＋ｈ３はリセットされる。以
後この周期で同じ動作が繰り返される。

第５図で示す熱時定数での切換え位置の相対ライン数０
１は目標値に応じて決定し、冷却定数テーブル（ＲＯＭ
）１２に予め格納しておく。

次に、冷却定数テーブル１２の決定方法について述べる
。

所定の記録媒体について、各目標値（通常は１６階調分
の各濃度）を印字させ、第５図の破線で示す濃度履歴曲
線を実測する。

この実測結果をもとに各階調に対応する熱時定数と切換
え位置の相対ライン数をシミュレーションにより求める
。

本実施例の変形として熱時定数の切換え位置を相対ライ
ン数００で指定せずに、時間ｔ□で指定して切り換える
ことも可能である。この場合は第２図に示したライン数
カウンタ１３は不要で基本クロックｄを計数すれば良い
。また、この計数値に応じて冷却定数テーブルを前例と
同様に決定しておく。

尚、以上説明した実施例においては切換え位置は１回で
あったが、必ずしも１回に限られるものではなく、複数
回切り換えることも可能であり、多くの熱時定数を用意
して熱時定数の切換え回数を多くすれば多くする程実測
値と予測値とをより近づけることにる。

さらに、本実施例では各発熱素子の熱時定数を同一のも
のとして説明したが、ライン上の発熱素子の位置に応じ
て熱時定数を異ならせても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、温度変化の大きさに応じ
て各冷却定数中の熱時定数を切り換えるようにしている
ため、各発熱素子に対して温度変化の実測値に接近した
高精度の蓄熱予測を行なうことができ、温度変化の激し
い過渡状態においても濃度ずれかないような高精度の蓄
熱の補償が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の原理ブロック図、第２図は実施例に係る
ブロック図、第３図は発熱素子の断面図、第４図は従来
例に係る蓄熱補償による記録温度の変化を示す図、第５
図は実施例に係る蓄熱補償による記録温度の変化を示す
図、第６図は実施例に係るタイミングチャート、第７図
は従来例に係るブロック図である。 １．１１・・・予測温度演算手段 ２（１２）・・・冷却定数発生手段 （冷却定数テーブル） （１３）・・・切換え位置検出手段 （ライン数カウンタ） 溌鯵舞チ／１１ｔｆＴ句図 第 図 １ま、律−倒＋＝イ亮うｔｔべ１袖濱１；よるも乙乍す
五戊の欠イＩ示・す図第４図 −一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の発熱素子から形成されるサーマルヘッドを駆動し
   てライン毎に記録を行う加熱記録装置の当該各発熱素子
   の蓄熱による温度を予測して各発熱素子の加熱量の制御
   を行うサーマルヘッドの蓄熱予測装置において、 少なくとも各発熱素子の記録直前の予測温度、記録用デ
   ータ、加熱量、雰囲気温度及び冷却定数に基づいて予測
   温度の演算を行う予測温度演算手段（１）と、 前記記録用データの入力に基づいて、予め定められた予
   測温度演算の定数の切換え位置を検出して切換え信号を
   出力する切換え位置検出手段（３）と、 冷却定数を発生するとともに、前記切替え信号があった
   場合には当該冷却定数に換えて他の冷却定数を発生させ
   る冷却定数発生手段（２）とを有することを特徴とする
   サーマルヘッドの蓄熱予測装置。