JPH0421465A - サーマルヘッド駆動装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、感熱記録紙を使用する感熱記録装置、または
インクシート上のインクを加熱溶融することによシ、普
通紙にインクを転写させる熱溶融転写記録装置など熱記
録に用いる熱履歴制御を行ったサーマルヘッドの駆動装
置に関する。

従来の技術 サーマルヘッドを用いる熱記録装置において、記録時に
サーマルヘッドの蓄熱の影響を除去し、発熱素子の最高
到達温度を一定レベルに抑えることは、印字濃度を一定
に保って印字品位を確保し、かつまた発熱素子の温度定
格による寿命を保証するために非常に重要である。

そのだめにサーマルヘッドの駆動回路には従来より、発
熱素子の蓄熱素子の蓄熱量はもちろん、隣接発熱素子や
サーマルヘッドのベース部の蓄熱よる影響などを検出し
、発熱時に印加する電力駆動パルスのパルス幅や電圧を
可変させ、印加電力を制限することによシ発熱素子の温
度を一定レベルに抑える、いわゆる熱履歴制御が行われ
ている。

蓄熱を説明するため、一般のサーマルヘッドの構造概略
図を第４図に、その熱電導特性の等価回路を第５図に示
す。第５図から明らかなようにサーマルヘッドの熱電導
における伝達特性は発熱素子の熱容量をＣ１熱電導をＲ
としてＣＲの１次遅れ系の直列回路として表すことがで
きる。このため、サーマルヘッド上の発熱素子に対し、
単発の電力駆動パルスを与えたような際には、第６図（
ａ）のように約３〜４ｍｓの時定数にて放熱が行われや
がて室温に達するが、一定のデユーデイにて連続で電力
駆動パルスを加えたような際には、第５図の２段目の１
次遅れ要素となるベース部の熱容量を０１熱電導をＲと
したＣＲの時定数にて徐々にベース部の蓄熱によシ発熱
素子の最高到達温度が上昇する（第６図（ｂ））。

また、隣接発熱素子の放熱は、注目する発熱素子に電力
駆動パルヌが加えられていない間にも熱源として働くた
めに注目する発熱素子に与える影響は大きい。

以上のようにサーマルヘッドの熱履歴特性を考慮した正
確外発熱素子の発熱温度管理を行うためには、■注目す
る発熱素子の熱時定数による蓄熱、■隣接発熱素子の放
熱による影響、■ベース部の大きな熱時定数による蓄熱
の影響、などを考える必要がある。

ここで第７図に従来の熱履歴制御を行うサーマルヘッド
の駆動装置のブロック図を示す。

第７図に示すようにその構成要素として、１はＣＰＵで
印字データをサーマルヘッド１列分の列データに分解し
て次々に送出する。２は列データメモリで１列分の印字
データを数列分にわたυ記憶する。３は履歴パターンテ
ーブルで列データメモリ２の記憶データに内蔵されたパ
ターンがないかどうかを検出し、内蔵されたパターンと
一致すればパターン番号を出力する。４はパルス幅テー
ブルで、前に出力されたパターン番号に一致するパルス
幅を選択し出力する。さらにヘッドドライバ５は、ＣＰ
Ｕ１よシ与えられた印字データ列にしたがってパルス幅
テーブル４より出力されるパルス時間だけ、サーマルヘ
ッド６上の対応するドツトすなわち発熱素子を駆動する
。サーマルヘッドθ上の発熱素子は、駆動電圧が与えら
れると温度が上昇し、感熱紙を発色させるか、インクリ
ボン上のインクを熱溶融させ、記録紙に転４することに
より印字を行う。

つぎに、その構成要素の関連動作について説明する。

第８図に”亜”という文字を印字する際の印字データの
列分解について示している。１文字は縦横各々２４ドツ
トで表現される。そのため、１列の文字データは、第８
図に示すようにＤＢｌ。

ＤＢ２．ＤＢ３の３　ｂｙｔｅ　ｘ　２　ａ列でＣＰＵ
１より列データメモリ２へ入力される。列データメモリ
２では第９図に示すように、５列分の印字データ列が前
歴として記憶され、この前歴は次の印字データ列が入力
されると順次１列ずつシフトしていく。そこで記憶され
た前４段の前歴を基準として、次に印字が行われる印字
データ列は、第１゜図の履歴パターンテーブルの場合分
けに従ってパターンマツチングが行われ、発熱素子の並
び方向に順次相当する履歴パターンの番号が出力される
。

この番号が若いほど前歴の影響を強く受けておシ、印字
電力を弱く制限しなければならない。

つぎに出力された番号に相当するパルス幅がパルス幅テ
ーブル４を参照して出力され、出力されたパルス幅の時
間、ヘッドドライバ５を介してサーマルヘッド６の発熱
素子がＯＮされ、印字列データの前歴を考慮した印字電
力にて各々のドツトを制御することができる。

このようにして、第１１図（ｂ）、　（Ｃ）に示すよう
印字データパターンが変化しても第１１図（ａ）のよう
にサーマルヘッドの発熱素子の最高到達温度を一定のレ
ベル以下に保持できる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来の構成では、注目ドツトすなわち
各発熱素子の前歴は４列分で隣接発熱素子の影響は左右
１ドツト分しか参照していないにも関わらず、パターン
マツチングをおこなう履歴パターンの場合分けは１５通
りにもなってしまう。

ここで印字の高速化を図ろうとするとさらに多列の前歴
と、多くの隣接発熱素子の影響を参照せねばならない。

そのため、履歴パターンの場合分けの組合せは指数的に
膨大となシ、要求されるハードウェアは複雑にない装置
全体のコストアップおよび印字速度の低下を招く。また
、場合分けした履歴パターンに対応する最適なパルス幅
はすべて発熱素子温度を測定しながら実験的に決定して
おり、その決定には多くの人手を必要とする。

また決定された最適パルス幅は、サーマルヘッドの変更
や印字速度の変更、インクリボンの変更などが行われる
度に再測定を４儀なくされるなど不都合な点が多かった
。

さらに、連続印字によるベース材の蓄熱による印字濃度
の変化を抑えるためには、別途発熱素子のＯＮ回数を管
理するためのカウンタ回路やベース材の温度を測定する
ためのサーミスタなどを必要とし、装置全体の複雑さを
増加させる原因となっていた。

本発明は上記課題に留意し、高速に発熱素子への最適加
熱出力が決定でき、高速印字、高画質印字が可能なサー
マルヘッド駆動装置を提供しようとするものである。

課題を解決するだめの手段 本発明の上記目的を達成するために、サーマルヘッドの
発熱素子の発熱前歴の加熱出力への影響を示すメンバー
シップ関数と、近接した発熱素子の発熱状態の加熱出力
への影響を示すメンバーシップ関数の２つのメンバーシ
ップ関数を設け、ファジィ制御を行ったサーマルヘッド
駆動装置である。

構成としては、直線上に多数の発熱素子を並べたサーマ
ルヘッドと、このサーマルヘッド上の発熱素子を選択的
に発熱させる制御回路と、発熱素子の並び方向と直角方
向にサーマルヘッドを走査する走査手段と、発熱すべき
発熱素子が過去に走査手段によるライン走査の何ライン
前に発熱したかを記憶する前歴記憶手段と、この前歴状
態の加熱出力への影響を示すメンバーシップ関数と発熱
すべき発熱素子から他の発熱する発熱素子までの発熱素
子数の加熱出力への影響を示すメンバーシップ関数とを
記憶するメンバーシップ関数記憶手段と、このメンバー
シップ関数記憶手段とファジィルールに基づきファジィ
演算を行うファジィ演算手段を具備し、サーマルヘッド
が走査手段によシ走査され、熱記録を行う際に、制御回
路がファジィ演算手段の出力に基づき各発熱素子の加熱
出力を制御するサーマルヘッド駆動装置である。

またメンバーシップ関数記憶手段には、サーマルヘッド
のベース温度、サーマルヘッドの過去の発熱素子の総発
熱素子数、熱記録速度、インクフィルム材質などの加熱
出力への影響を示すメンバーシップ関数を備えたサーマ
ルヘッド駆動装置である。

作　　用 上記構成の本発明のサーマルヘッド駆動装置は、２つの
メンバーシップ関数よシ、発熱すべき発熱素子の温度状
況を抽出し、ファジィ制御により最適発熱とするように
発熱素子に印加する加熱出力を決定するものである。

発熱前歴に関するメンバーシップ関数によシ、同じ発熱
素子が前のどのラインで発熱しているかで、加熱出力を
減少する度合が出力され、また発熱素子の並びの方向で
同時に発熱する発熱素子までの素子数によセ加熱出力を
減少する度合の出力が得られる。この２つの出力により
設定されているファジィルールによシファジィ演算され
、最適な加熱出力が発熱すべき発熱素子に印加され、最
適な発熱が行われる。

さらにメンバーシップ関数として、サーマルヘッドの発
熱素子の温度状況に影響するサーマルヘッドのベース温
度、過去の発熱素子の総見熱素子数、熱記録速度などの
関連を示すものを追加することによシ、より精度の高い
制御が行われる。またインクフィルムの熱容量（すなわ
ち材質や厚みなど）と加熱出力への影響を示すメンバー
シップ関数を用いるとよシ幅の広いファジィ制御が可能
となる。

実施例 ファジィ理論は、人間の持つ曖昧さを理論的に表現し数
量化することができる理論体系であり、１９６５年にり
、Ａ、Ｚａｄｅｈによシファジィ集合の概念が提唱され
て以来、従来の２値的論理の適用が難しかった分野を補
う論理として急速に広まりつつある。ファジィ理論の適
用は多岐にわたる分野で、さまざまなレベルで行われて
いるが、なかでもその制御への応用であるファジィ制御
は最もファジィ理論の実用化が進んで来ている分野であ
る。

以下に本発明のファジィ熱履歴制御によるサーマルヘッ
ド駆動装置の一実施例について説明する。

第１図は本発明のファジィ熱履歴制御によるサーマルヘ
ッド駆動装置の概略を示すブロック図、第２図は隣接発
熱素子の影響を示すメンバーシップ関数および時系列的
な前歴の影響を表すメンバーシップ関数を示す図、第３
図はメンバーシップ関数同志のファジィ演算を説明した
模式図である。

第１図に示すように構成要素として、１は印字データを
列データに分解し順次出力するＣＰＵ。

２はＣＰＵ１よシの列データの前歴を記憶する列前歴記
憶手段であるデータメモリ、６はサーマルヘッドを駆動
するサーマルヘッドドライバ、６は複数の発熱素子を選
択的に加熱することにより印字を行うサーマルヘッドで
、以上は従来例と同じものである。

さらに７は、ＣＰＵよシ与えられた現在の印字データ列
に対し列データメモリ２の前歴を参照し、幾つ前に発熱
したかという前歴距離を計算する前歴距離計算回路、８
はファジィ熱履歴制御を行うためのメンバーシップ関数
記憶手段であるメンバーシップ関数群で、８１は前歴距
離と発熱素子の加熱出力との関係を表す前歴距離メンバ
ーシップ関数、８２は注目ドツトと隣接する発熱素子と
の主走査方向の距離と発熱素子の加熱出力との影響を表
す隣接ドツト距離メンバーシップ関数、８３はサーマル
ヘッド６のベース温度に対する発熱素子の加熱出力の影
響を表すベース温度メンバーシップ関数である。

９はメンバーシップ関数群８の出力にＭＡＸ演算、ＭＩ
Ｎ演算１乗算演算（積和演算）９、加算演算などのファ
ジィ演算を施し、入力される前歴、および現行印字デー
タ列、ベーヌ温度情報などを制御入力として全体の履歴
の程度を０から１までの数量で推論値を出力するファジ
ィ演算手段であるファジィ演算回路である。

ファジィ演算回路７の履歴推論値はさらに履歴制御回路
１ｏに入力される。このサーマルヘッド６の制御回路で
ある履歴制御回路１ｏはサーマルヘッド６の発熱素子の
印字電力から履歴の影響を差し引いた電力をヘッドドラ
イバ５を介して与える。１１はサーマルヘッドのべ一７
材の蓄熱による温度上昇を検出するサーミスタである。

以下その構成要素の関連動作について詳しく説明する。

ＣＰＵ１より出力された文字データ列は、従来例第９図
に示すように順次列データメモリに前歴として記憶され
る。つぎに主走査方向の各ドツトに対−し前歴データを
参照し、最も最近の印字つまシ発熱が行われた列までの
距離を前歴距離として各ドツトごとに計算し主走査−列
分記憶する。

つぎにＣＰＵ１から出力される現行印字データ列、前歴
距離計算回路７の出力、およびサーミ７り１１が検出す
るサーマルヘッドのベース温度を制御入力として、ファ
ジィメンバーシップ関数群８とファジィ演算回路９によ
シ、現行印字データ列の履歴による影響値のファジィ推
論を行う。

前歴距離メンバーシップ関数８１は第２図（ａ）に、隣
接ドツト距離メンバーシップ関数８２は、第２図（ｂ）
に示すような形状になる。この関数の形状は、熱電導の
方程式をもとに計算機によって導出するか、実験的に決
定してもよい。

ここで主走査１列分の各ドツトに対する印字データの熱
履歴の導出について説明する。

第３図に示すように印字すべき注目ドツトに対して、自
己を含めた近隣左右数ドツト分の前歴距離（前歴距離計
算回路に記憶されている）を前歴メンバーシップ関数８
１に、注目ドツトとのドツト間距離を隣接ドツト距離メ
ンバーシップ関数に制御入力として入力する。２つのメ
ンバーシップ関数は、入力された距離に対応する０よυ
１までの値を履歴の影響の度合として出力し、２つの値
は乗算演算あるいは、ファジィ演算であるＭＩＮ演算が
行われ、前歴およびドツト距離の両方のファクタを合わ
せた履歴の影響が出力される。さらに、サーマルヘッド
６のベース温度がペース温度メンバーシップ関数８３に
入力され、蓄熱による履歴への影響の度合が出力される
。この値はさきに導かれた乗算演算の出力と加算あるい
はファジィ演算のＭＡＸ演算が施され、その結果は注目
ドツトの熱履歴のファジィ推論値となる。この演算を主
走査方向１列分の各ドツトについて行い、履歴制御回路
１０によってそれぞれの印字ドツトの印字電力から履歴
の影響を差し引いた電力をサーマルヘッドの対応する発
熱素子に印加し熱履歴制御を行う。

なおサーマルヘッドの種類として特に明記しなかったが
、シリアルヘッド、ラインヘッドいずれの形状のヘッド
でも同効果が得られることは言うまでもない。

発明の詳細 な説明よシ明らかなように、本発明のファジィ熱履歴制
御を行ったサーマルヘッド駆動装置によれば、従来例の
ように主走査方向および副走査方向の２次元的な前歴に
よる履歴の影響の補正を行う際に多数の履歴パターンを
決めてパターンマツチングを行うための複雑なハードウ
ェアを必要とせず、またそれぞれの履歴パターンに対す
る最適印加電力を決定するだめの手間のかかる実験を大
幅に省くことができるので高速で高画質の印字ができる
。また、新規のメンバーシップ関数の追加によシ、印字
品位に影響を及ぼす他のパラメータの影響を熱履歴デー
タに付は加えたサーマルヘッドの駆動回路を供給するこ
とによシ、さらに画質の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すサーマルヘッド駆動装
置のブロック図、第２図は同実施例に用いるメンバーシ
ップ関数の形状を説明するグラフ、第３図は同実施例の
ファジィ演算を説明するだめの模式図、第４図はサーマ
ルヘッドの概略機構断面図、第６図はサーマルヘッドの
発熱素子の熱等価回路、第６図はサーマルヘッドの発熱
素子の温度上昇を説明するグラフ、第７図は従来例のサ
ーマルヘッド駆動装置のブロック図、第８図は印字文字
データの列データ分解の様子を説明するデータ配置図、
第９図は列記憶メモリへのデータ収納の様子を説明する
データ配置図、第１０図は履歴パターンの場合分けを説
明するだめの履歴パターンテーブル、第１１図は従来の
熱履歴制御を行った結果を説明するタイミングチャート
である。 １・・・・・・ＣＰＵ、２・・・・・・列デルタメモリ
、３・川・・ＨＵＭハターンテーブル、４・・・・・・
パルス幅テーブル、５・・・・・・ヘッドドライバ、６
・・・・・・サーマルへ５ド、７・・・・・・前歴距離
計算回路、８・・・・・・メンバーシップ関数群、９・
・・・・ファジィ演算回路、１ｏ・・・・・・履歴制御
回路、１１・・・・・サーミヌタ、８１・・・・・・前
爆距離メンバーシップ関数、８２・・・・・・隣接ドツ
ト距離メンバーシップ関数、８３・・・・・・ペース温
度メンバーシップ関数。 代理人の氏名　弁理士　粟　野−重　孝　ほか１名区 ζｑ 第 図 ６１−−豐熱体 ６２−１−Ｎｋ（’ｊＬ−ブラ グレーズ層のＰＩＥ　Ｉ牽 ベース材の１！！Ｉ容１ へ−ス何と１厖γの−ｆｉ：騰学 第 図 第 図 列方向 別記犠メモリ ＯＮ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線上に多数の発熱素子を並べたサーマルヘッド
   と、 前記サーマルヘッド上の発熱素子を選択的に発熱させる
   制御回路と、 前記発熱素子の並び方向と直角方向に前記サーマルヘッ
   ドを走査する走査手段と、 発熱すべき前記発熱素子が過去に前記走査手段によるラ
   イン走査の何ライン前に発熱したかを記憶する前歴記憶
   手段と、 前記前歴の加熱出力への影響を示すメンバーシップ関数
   と、発熱すべき前記発熱素子から他の発熱する発熱素子
   までの発熱素子数の加熱出力への影響を示すメンバーシ
   ップ関数とを記憶するメンバーシップ関数記憶手段と、 前記メンバーシップ関数記憶手段とファジィルールに基
   づきファジィ演算を行うファジィ演算手段を具備し、 前記サーマルヘッドが前記走査手段により走査され、熱
   記録を行う際に、前記制御回路が前記ファジィ演算手段
   の出力に基づき各発熱素子の加熱出力を制御するサーマ
   ルヘッド駆動装置。
2. （２）メンバーシップ関数記憶手段がサーマルヘッドの
   ベースの温度の加熱出力への影響を示すメンバーシップ
   関数を有する請求項１記載のサーマルヘッド駆動装置。
3. （３）メンバーシップ関数記憶手段が、サーマルヘッド
   の過去の発熱素子の総発熱素子数の加熱出力への影響を
   示すメンバーシップ関数を有する請求項１記載のサーマ
   ルヘッド駆動装置。
4. （４）メンバーシップ関数記憶手段が、サーマルヘッド
   による熱記録速度の加熱出力への影響を示すメンバーシ
   ップ関数を有する請求項１記載のサーマルヘッド駆動装
   置。
5. （５）メンバーシップ関数記憶手段が、インクリボンの
   材質の加熱出力への影響を示すメンバーシップ関数を有
   する請求項１記載のサーマルヘッド駆動装置。