(57)【要約】      （修正有）【課題】記録消去媒体の使用時の温度、厚みや材料の比熱の種類などから生じる媒体からの温度変化に対して駆動応答の追従性不良により発生する消去不良を解決する手法を提供する。【解決手段】熱により書き換え消去可能な熱記録消去媒体を用いた書き換え可能なリライタブルサーマルプリンター装置において、熱記録消去媒体の消去用接触加熱ヘッドとして、線状の厚膜電気抵抗体を線状発熱体として用い、加熱消去に必要とする温度範囲で一定の熱量を記録消去媒体に与えるために、消去搬送している媒体に接触している温度を線状発熱体の電気抵抗をそのまま検知し、温度係数から温度を換算し、線状発熱体の温度をリアルタイムに駆動時間を同時制御するように追従制御し、常に一定の熱量を供給できることを特徴とする線状発熱体の駆動方法。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱により書き換え消去可能な熱受容発色消色材料であるロイコ染料や熱によって透過乱反射を形成する透明白濁材料などから構成される熱記録消去媒体を用い、印字サーマルヘッドと媒体の消去用接触加熱ヘッドとして、線状の厚膜電気抵抗体を発熱体として用いる書き換え可能なリライタブルサーマルプリンター装置において、加熱消去に必要とする温度範囲で一定の熱量を記録消去媒体に与えるために、媒体の消去搬送動作中の発熱体の接触温度を発熱体の電気抵抗体に流れる電流を検知し厚膜電気抵抗体の既知の温度係数から温度を換算検知することで線状発熱体の接触温度をリアルタイムに検知して駆動時間を同時制御するように、常に一定の熱量を供給できることを特徴とする線状発熱体の駆動方法。
【請求項２】
請求項１項記載の線状発熱体の駆動方法において、各消去周期時間に対して、熱記録消去媒体の長さに対応して消去開始先端から消去終端までの消去駆動時間を漸減するように駆動時間に傾斜を持たせたことを特徴とする線状発熱体の駆動方法。
【請求項３】
請求項１項記載の線状発熱体の駆動方法において、記録消去媒体の記録領域を進行方向に部分的に消去を可能とする線状発熱体の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
微少ドットアレーで形成されるサーマルヘッドによって印字画像を得るサーマルプリンターにおいて、印字媒体が特殊なロイコ染料によって構成する発色消去媒体や光の乱反射を形成するために微少カプセルに高級脂肪酸等の低分子物質を高分子のバインダー中に分散させ、熱によりカプセルの中の低分子物質が単結晶状態と微結晶状態に変化してそれぞれの状態の空隙の大小で光の透過を制御する透明白濁材料などから構成される記録消去媒体で形成され、消去を再度加熱で行うことができる書き換え消去可能な材料を記録消去媒体としてリライトカードや電子ペーパーに用いるいわゆるリライタブルサーマルプリンターにおける消去ヘッドの駆動方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図１はリライタブルサーマルプリンターの一般的な構成を示す断面図で、記録用のサーマルドットアレーで構成されるサーマルヘッド素子１−２、書き換えのために印字画像を消去するためのサーマル消去ヘッド素子１−１の二つの素子から構成される。図２は図１のプリンターを上面から見た図で記録消去媒体１−８は左側から矢印１−５に示すように右方向へ送りローラー１−３によって搬送される。記録消去媒体１−８があらかじめ規定温度に発熱している感熱消去ヘッド素子１−１を通過すると、１−６で示されるように印字は濃度が下がり消色される。次に１−２で示される感熱ヘッド素子で再び印字書き込みが行われ１−９で示すような印字発色画像が得られる。記録消去媒体は後部搬送ローラー１−４で排出される。電子情報は一般的に記録媒体の裏面に磁気材料をコーティングして、磁気ヘッドで読み取り書き換えを行う方法や近年はＩＣチップを用いて、記録媒体に貼り付けたり、埋め込むことで、接触型に構成したり無線で行う方法が一般的である。あらかじめ別の場所で、印字画像の書き換え消去を行う前に、電子書き込みと書き換えを行う。記録媒体を支持するベース材料はプラスチック材料のＰＥＴフィルムやＰＶＣなどが一般的に用いられカードやラベルなどに応用されている。以下ロイコ染料を用いた場合について説明する。感熱記録消去材料は５から１０ミクロンメートル厚程度の薄いＰＥＴフィルムなどのシートに塗布され、記録媒体を支持する慨ベース材料に接着して取り付けられる。ベース材料は２００から８００ミクロンメートル厚のＰＥＴシートやＰＶＣプラスチックシートが用いられ、磁気カード、ＩＣカードとして構成される。
【０００３】
図３に記録消去媒体の構成を示す。２−１は書き換え材料層で２−２の表面保護シートで保護されている。２−３は基体でＰＥＴフィルムあるいはＰＶＣなどの厚手のプラスチック板である。用紙を用いることも可能である。２−４は磁気記録消去材料をコーティングした層を示している。
次に感熱記録消去材料に対する記録と消去動作を説明する。この種の材料は記録、消去ヘッドの加熱温度条件と加熱後の冷却時間によって発色が固定されるか消色される性質を持つ。発色固定は加熱後の冷却を早く、消色はゆっくり冷すと実現する。また消色は記録時よりも低い限定された温度範囲でも可能で、記録発色動作は通常のサーマルヘッドで、記録材の感度に合わせて温度を制御して発色される。
【０００４】
図４に感熱記録消去材料の温度と発色濃度の一例を示す。一般的には１５０℃以上で発色、消去は記録発色時よりも低く一例では１３０℃付近であるが、色の種類ではこの発色消色温度範囲がばらつくので消色は２０℃から３０℃ぐらいの狭い温度の範囲で制御が限定され、媒体温度、プリンター内部温度など変動パラメーターが多く、温度制御が難しくなる。記録発色、消去温度は媒体の種類で種々異なる。
従来、消去ヘッド素子としては電気抵抗体を線状に構成したものが一般的に使用される。温度制御のために、サーミスタ素子をヘッド支持部に埋め込んでいる。
【０００５】
発熱体の構成外観を側部から見た一例を図５に示す。４−１は２ｍｍ幅ぐらいの電気抵抗発熱体（以下発熱体）の線状発熱部、４−２は発熱体を取り付けるヒートシンク、４−３はヒートシンクに埋め込まれたサーミスタで４−４はサーミスタの配線部材を示す。温度制御は一般的に時間幅制御を行っている。
【０００６】
図６に示すようにこれは決められた一周期の時間内を、パルス幅制御で時間幅Ｔｄを制御することで抵抗発熱体のＯＮ，ＯＦＦを一周期ごと変動させて繰り返すパルス幅制御を用いている。発熱体上の発熱温度は発熱体とその支持部材、さらに接触するヒートシンクを通してサーミスタに伝わる。このため熱伝達の時間が遅れるので駆動動作において、温度変化の応答遅れを生じる。この応答遅れは温度制御においてそのまま検出して制御すると、発熱体の温度応答遅れとして温度のオーバーシュートとアンダーシュートとなって現れる。これを防ぐため一般的に予測制御を行っている。これはあらかじめ媒体の種類と熱応答のデータを用意し、それをコンピューター上でテーブル化しておいて、駆動のＯＮ、ＯＦＦの時間タイミングを実際の該サーミスタの温度と比較しながら早めに予想値として制御している。しかし、前記ロイコ染料による発色消色は温度制御範囲が狭く、さらに周囲環境温度、機内温度、媒体の初期温度、実変動温度など多くの変動要素を吸収した最適な予想駆動はできず、消去不良が容易に生じている。さらに温度の立ち上がり検出時間が遅れるので、常時、発熱体へ初期駆動電流を流してスタート時の初期温度を保っている。本発明は記録消去媒体の使用時の温度、厚みや材料の比熱の種類などから生じる媒体からの温度変化に対して駆動応答の追従性不良により発生する消去不良を解決する手法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明に製作した線状発熱体について説明する。図７に構造を示す。熱応答性を良くするために６−１に示す線状発熱体の電気抵抗体は１ｍｍ程度の幅で厚さ１ｍｍ以下のセラミック基板上に形成する。熱はできるだけ記録消去の媒体側へ供給できるようにヒートシンク６−２は小型として熱容量を小さくし、駆動をＯＦＦしたときの残熱を即座に吸収できるようなヒートシンクの構造体である。カードタイプ用のサイズの一例は幅５０ｍｍ、セラミック基板１ｍｍ、ヒートシンク幅５５ｍｍで１０ｍｍｘ１５ｍｍ程度のアルミブロックで構成される。電気抵抗、温度係数は抵抗体の材料特性から決まるもので、限定された範囲で自由に設計し設定できる。
【０００８】
従来の熱消去ヘッドは図５に示すように線状の電気抵抗体と保温のためのヒートシンクと均一温度を得るためのサーミスタを取り付けて制御している。このため常にバイアスの電流を流して、ヒートシンクをここで用いたものよりも数倍の熱容量をもたせ、熱が記録消去媒体から奪われても、変動が少ないようにできるだけ一定温度になるように制御している。これは熱検知の応答性がリアルに検知できないので熱変化にたいして補償するように構成しているが、前述したように不具合が多い。
【０００９】
以下、本発明におけるヘッドの駆動方法について説明する。
記録消去媒体の送り速度と印字分解能から１ライン駆動時間をＴ秒として、温度制御のためのＯＮ、ＯＦＦ時間の比、すなわち駆動デューティー時間をＴｄ秒として、このＴｄ秒を毎回、検知した媒体の温度によって制御することで、一定熱量を供給できるようにする。
【００１０】
図８は電気抵抗発熱体の温度を測定する回路を示している。Ｒは発熱体の電気抵抗、ｒｏは電圧検知用の電気抵抗、Ｖｏは発熱体へ加える印加電圧で発熱体の抵抗Ｒは以下の式（１）で求められる。
Ｒ＝（Ｖｏｘｒｏ／Ｖ）−ｒｏ            式（１）
発熱体の温度係数をＴｃｏ、温度Ｃｏの時の抵抗をＲｏとすると、発熱体の温度Ｔは（２）式となる。
Ｔ＝（Ｒ／Ｒｏ−１）／Ｔｃｏ＋Ｃｏ      式（２）
式（２）に式（１）を代入すると、式（３）が得られる。式（３）で検知用直列抵抗に加わる電圧をリアルタイムで検知することにより、リアルタイムで本発熱体である消去ヘッド温度を知ることができる。
Ｔ＝（Ｖｏｘｒｏ）／（ＴｃｏｘＲｏｘＶ）−（Ｒｏ＋ｒｏ）／（ＴｃｏｘＲｏ）＋Ｃｏ  式（３）
実際の温度の検知は図８の回路において、検知用直列抵抗ｒｏの両端に加わる電圧Ｖを検知することにより発熱体の温度が検出できる。式（３）を変形して検知電圧を得る式（４）が得られる。
Ｖ＝（Ｖｏｘｒｏ）／｛ＴｃｏｘＲｏｘ（Ｔ−Ｃｏ）＋Ｒｏ＋ｒｏ｝        式（４）
式（４）をプリンターの制御プログラムに組み込んで発熱体を目的の温度に設定すれば、検知電圧が計算され、リアルタイムでの温度制御が可能になる。
【００１１】
図９は駆動検知回路の一例を示す。発熱体Ｒは電源＋Ｖｃｃが供給され、半導体スイッチング素子のＦＥＴやトランジスタＱによってＯＮ、ＯＦＦ制御される。スイッチング素子Ｑには電流検出抵抗ｒｏが接続され、ＯＮ時にｒｏに発生する電圧Ｖｒを高入力インピーダンスボルテージフォロワー回路Ａを通し、そしてＡ／Ｄ変換器を通して、ＣＰＵを用いた制御回路を通してプログラム制御される。図９において電源駆動電圧を２４Ｖ、Ｒを７Ω付近、ｒｏを０．１２Ω、感熱記録消去媒体の送り速度は３０ｍｍ／秒、発熱体の駆動周期を６．８ｍｓｅｃとし、図４より発熱体の最適消去温度を１５０℃に設定し、発熱体の温度をリアルタイムに検知し、発熱体の駆動周期内の駆動時間すなわちデューティー時間を最適な消去時間になるように制御を行ったところ、良好な消去追随が出来ることを確認した。図１０は実際の動作例で検知電圧のサンプリング時間を１００μｓｅｃとして測定した温度と抵抗の関係を示す。発熱体の抵抗は温度に対しリニアに変化している。このことは式（２）が成り立つことを示しており、しいていえば式（４）が成り立ちリアルタイムで温度制御が出来ることを示している。
【００１２】
さらに、温度の追従性を上げるために、消去開始から終端までの間で各消去周期を漸減するように傾斜を持たせることで、全面の消去安定性を向上した。一般的には１０％から４０％程度の漸減も制御のさらなる一手段として加味できた。さらに熱記録消去媒体種類からくる熱容量の違いと室内温度による初期温度、プリンター機内温度の変化などの変動要素に対応するために、初期温度が低い場合、図１０で示す初期温度の２５℃から３０℃付近まであらかじめ温度を上げておき、常に一定の開始温度を使用することで、種々の感度の違う媒体への制御を可能とする。初期温度の検知は、発熱体の駆動時間を短くし発熱体の抵抗を検知することにより発熱体自身の初期温度が検知できる。この時の発熱体の駆動時間としては、一例として１００μｓｅｃで発熱体の初期温度を検知する事が出来た。
【００１３】
「実施形態の効果」
以上説明したように、熱記録消去媒体と直接接触する線状発熱体の消去温度をリアルタイムで知ることにより、正確な媒体との温度が検知が可能になったこと、これによって、消去性能が従来に比べて格段の向上を得たこと、使用できる媒体の種類が増えたこと、消費電力の低減効果をもたらした。発熱体の熱の立ち上がり特性がよいことで本駆動方法により部分消去が可能になり高速化と効率化が実現できた。一例として消去部分のデューティ時間を６０％とし、その他の部分のデューティ時間を０％として部分消去を行ったところ、消去部分の境界がシャープで良好な部分消去がえられた。
【００１４】
「他の実施形態」
本駆動方法はここで説明した熱記録消去媒体以外への適用として、常に一定熱量の必要な応用や立ち上がり特性を必要とする応用に関して、利用できる。一例として昇華型サーマル記録のカラープリンターがある。４色を印字後、通常薄い透明なポリエチレンフィルムなどをラミネートする。この場合も、接着性を良くするために一定熱量が必要であり、サーマル記録ヘッドを代用して用いている例があり、駆動時間が記録時よりも必要なため発熱が異常に過大となりヘッドを熱破壊しやすいことが一般的で、本駆動方法で解決できるのはいうまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
熱記録消去媒体と直接接触する線状発熱体の消去温度をリアルタイムで知ることにより、正確な媒体との温度が検知が可能になったこと、
これによって、消去性能が従来に比べて格段の向上を得たこと、使用できる媒体の種類が増えたこと、従来、基本的に初期駆動電流を流して保温をしていたことが必要なく、消費電力の低減効果をもたらした。熱の立ち上がり特性がよいこととで本駆動方法により部分消去が可能にり高速化と効率化が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】リライタブルサーマルプリンターの構成を示す断面図
【図２】リライタブルサーマルプリンターの構成を示す上面図
【図３】記録消去媒体の断面構成を示す図
【図４】記録消去媒体の温度と濃度の関係を示すグラフ
【図５】従来の熱消去ヘッドの構成図
【図６】発熱体の基本駆動を示すタイミングチャート
【図７】本発明で用いる熱消去ヘッドの構成を説明する図
【図８】線状発熱体の温度を検出する基本回路
【図９】実際の駆動回路例
【図１０】実際に得られた温度と抵抗の関係図
【符号の説明】
１−１  サーマルヘッド素子
１−２  サーマル消去ヘッド素子
１−３  送りローラ
１−４  後部搬送ローラ
１−５  記録消去媒体の送り方向を示す矢印
１−６  熱消去後の位置
１−７  記録消去媒体の送り方向を示す矢印
１−８  記録消去媒体
１−９  書き換えされた印字画像
２−１  記録消去材料層
２−２  保護フィルム層
２−３  基体
２−４  磁気材料層
４−１  線状発熱体
４−２  ヒートシンク
４−３  温度検出用サーミスタ
４−４  サーミスタの電極
６−１  線状発熱体
６−２  ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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