热敏打印机的技术原理及热敏打印头的设计

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热敏打印作为一种信息记录技术,最早在 20 世纪 70 年代使用在传真机上,目前热敏打印机已在 POS 终端系统、银行系统、医疗仪器等领域得到广泛应用。本文主要对热敏打印机的技术原理、所用材料、热敏打印头的设计进行分析介绍。

热敏打印的技术原理

在淡色材料上(通常是纸) 覆上一层透明膜,将膜加热一段时间后变成深色 (一般是黑色,也有蓝色) 。图像是通过加热,在膜中产生化学反应而生成的。这种化学反应是在一定的 温度下进行的。高温会加速这种化学反应。当温度低于 60 ℃时,膜需要经过相当长,甚至长达几年的时 间才能变成深色; 而当温度为 200 ℃时,这种反应会 在几微秒内完成。热敏打印机有选择地在热敏纸的 确定位置上加热,由此就产生了相应的图形。热敏打印原理图如图 1。

罗姆   ROHM   热敏打印头

图 1 热敏打印原理图

热敏打印技术的应用

相对于针式打印机,热敏打印速度快( 每秒打印 速度可达 300 mm) 、噪音低,打印清晰,使用方便的优点。如果跟碳带组合的话,打印单据可以保存更久,不像针式打印机打印速度慢,噪音大,打印字迹粗糙,需要经常更换色带。所以热敏打印技术广泛用于传 真机、收银机、银联POS打印机、ATM机、医疗上用的心电图仪及排队机等设备上。

热敏打印所用的耗材

 ( 1) 热敏纸: 热敏纸是一种特殊的涂布加工纸,其外观与普通白纸相似。热敏纸表层光滑,是由 普通纸张作为纸基,上面涂布一层热敏发色层,都涂在普通纸张表面的一面,发色层是由胶粘剂、显色剂、无色染料( 或称隐色染料) 组成,没有通过微胶囊予以隔开,化学反应处于“潜伏”状态。当热敏纸遇到发热的打印头时,打印头所打印之处的显色剂与无色染料即发生化学反应而变色,形成图文。热敏纸也有一个比较大的缺陷,那就是用它打印出的文档存放一段时间后,上面的字迹会逐渐褪去。所以热敏纸通常 用在不需长久保存的文档,如收银小票、标签、排队小票等。

( 2) 碳带: 碳带打印原理是通过加热的方式使油墨留在受印面上,薄膜上的油膜在受热下由固态转为液态并转移到受印面上。详见图2示意图,碳带实际 上就是一层 PET 薄膜上一面涂上可熔性油墨,一面 涂上背涂层的保护层。碳带具有工业级的品质,不受打印量的限制,可以 24 h 打印; 不受打印材料限制,可以打印 PET、铜板纸、热敏纸不干胶标签以及聚酯、 PVC 等合成材料和水洗标布料等; 采用热转印方式 打印的文字与图形具有防刮效果,采用特殊碳带打印还可以使打印产品具有防水、防污、防腐蚀、耐高温等 特点; 其主要应用于标签、物流上用电子面单。

罗姆   ROHM   热敏打印头

图 2 碳带打印示意图

热敏打印机芯构造

热敏打印机关键部件有: 胶辊,热敏头片,主体支架,步进马达,齿轮组,光藕。图 3 是某个热敏打印机爆炸图。

罗姆   ROHM   热敏打印头

图 3 热敏打印机爆炸图

胶辊作用是带动热敏纸走动,热敏头片主要作用是发热,让热敏纸印字,主体支架主要作用是固定各主要部件,步进马达提供精确转动,齿轮作用是传递转动光藕提有纸侦测或黑标侦测。

热敏机芯的设计要点——热敏打印头( Thermal Print Head,以下简称 TPH) 选型

 TPH 的选型要根据打印宽度、打印电压、分辨率 等参数,根据打印宽度可分为 1”( 英寸,1 英寸= 25.4mm) 、1.5” 2”、3”、4”、5”、6”、8”,根据加热点的工作 电压分为 3.7 V、8 V、12 V 及 24 V。根据分辨率可分为 100DPI、200DPI、300DPI。根据工作电压可分为 24 V、8 V 及 3.7 V,24 V 的 TPH 常用在高速打印,如 打印速度在 200 mm / s 以上,8 V 基本 60~100 mm / S,3.7V 基本上速度小于60 mm / s。根据打印纸的不同,TPH 要求也不同,例如标签打印,由于标签纸结构特点,下层为离型纸,上面为标签纸,标签与标签有 一定的间隔,两张标签之间有一定的凹起凸出,这对TPH上的加热线冲击很大。这就要加热线上作特殊 的保护涂层,以保证TPH寿命。另外根据打印纸张的厚度,选用不同的 TPH 类型。例如打印机票,机票 纸张比较厚,纸质较硬,不易弯曲,而平躺式的TPH 中间处有 IC 封装凸起,此时就要边沿式或斜角式( 如图 4) ,平面型中间处有 IC 封装凸起,这样才可以保 证打印纸跟加热线可靠接触,打印清晰。

罗姆   ROHM   热敏打印头

图 4 TPH 结构类型示意图

总结

热敏打印机已在各行各业广泛应用,通过本文对热敏打印机的原理特点、技术材料等的介绍,尤其重点分析了热敏打印头的设计,以帮助大家更好理解产品结构。

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