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关于胶辊

综述
热敏打印头设计用于热敏打印机中,可产生热点以便在热敏介质上形成图像。介质或者是直接的热敏纸,或者是热传输墨带和接受介质。无论哪种情况,介质都必须被压在热敏打印头上,这样热量才能流入到介质中。之后介质必须相对于热敏打印头移动,达到下一打印行的位置,最终形成二维的图像。几乎所有的热敏打印机构都具有压板辊用于将介质压在打印头上。本文在讨论这种压力和压板时假设采用的是直接热敏纸,而在末尾部分解释了与热传输墨带的区别。
 
压板压力和热流

为了实现有效的热流,需要有压力。在微观水平上,纸张表面是由峰和谷构成的。如果只是轻轻地压在加热元件的表面上,那么就只有峰顶部分与加热元件接触,而谷中则充有空气(空气是热的不良导体)。如果提高了压板的压力,则峰在一定程度上被压平,谷的宽度减小,实际接触的加热元件表面百分比增大。由于热流的有效面积增大,因而就有更多的热量流入热敏纸中,保存在打印头中的热量则会减少。

无论纸张如何光滑,都是需要一定的接触压力的,热流随着接触压力的提高而增大,反之亦然。由于加热元件中的热量被有效地传导出去,最高温度降低,从而提高了打印头的脉冲寿命。打印头的磨损寿命则随着接触压力的提高而缩短。

 
压板压力规格

对于将压板辊压在打印头上所使用的力,京瓷热敏打印头规格给出了两个数值。在这两种情况下,它们都称为“压板压力”,但真实的意义却是“线性力”和“力”。在“最大额定值”部分中,最大线性力通常建议为0.3 kgw/cm。kgw是力的单位,相当于地球表面上一公斤的重量。cm为厘米,指的是热敏纸的宽度和加热元件行的宽度二者中较小的一个数值。例如,KPA-104打印头的加热元件行长度是104mm或10.4 cm,最大建议的压板力将为0.3 x 10.4 = 3.1公斤力。如果采用宽度为50 mm的热敏纸,则这种较短的纸可以支持大部分的力,因而最大总力的计算为0.3 x 5.0 =1.5 kgw。由于压板辊将一部分的力分散到纸张两侧的打印头上,因而将需要较大的总力。当所用的纸窄于全宽度时,磨损寿命缩短,发生磨损故障的点位于纸张边缘与打印头发生摩擦的地方。

在打印头规格书的“运行条件”一节中,对总的压板力提供了建议,如2.6 +/- 0.5 kg/打印头。各个规格的这一数值有所不同,并取决于加热元件行的长度和涂釉层的类型。建议的数值加上变化量(2.6 + 0.5 = 3.1)应当满足最大压板力,以实现较长的磨损寿命。负的变化量表示有一个最小的压板力,这是为了实现良好的热传输和较长的脉冲寿命所需要的。对于较宽的打印头,用于将打印头压在压板辊上的弹簧应当分布在打印宽度上,以实现压板力的均匀分布。

 
压板辊的机构

一个压板辊由一根覆有软材料的金属轴构成。金属轴通常是钢的,必须具有足够的刚性,当压板力施加在其长度上时不得发生弯曲。软材料使得热敏纸与打印头上的涂釉层铸型相符,使加热元件行上的每个加热元件的全部表面都能与热敏纸实现良好的接触。目前京瓷建议采用硅橡胶作为软材料,因为它的热稳定性比以前建议的氯丁橡胶好。较软的橡胶可以容许压板辊、加热元件行和涂釉层铸型顶部之间较大的对齐误差。较硬的橡胶可以使压板压力更能够集中于涂釉层的顶部,从而实现更好的热传输和较高的速度。

压板橡胶的硬度是采用硬度计测量的,单位为肖氏度A。打印头规格书的“运行条件”一节中将会建议橡胶的硬度范围,如40~50肖氏度A。京瓷建议采用较硬的橡胶(45~50)用于细薄涂釉层。较硬的橡胶通常意味着需要一个打印头位置调节机构。如果使用的是表面直接热敏介质(如透明胶片),则无论橡胶是硬还是软,打印机都会将它当作是硬的来运行。

京瓷传统上建议橡胶厚度至少为4 mm。这一建议始自允许20mm压板直径的打印头型号。对现代打印头建议的橡胶厚度已经减小到了2 mm,因为其最大压板辊直径是12mm,已经有足够的钢截面来获得刚性的压板辊。显然,中间的直径可采用中间的橡胶厚度。为了对橡胶厚度的缩小进行一定的补偿,这些打印头规格都将硬度范围扩大到了35~50,即允许采用较软的橡胶。

压板辊橡胶可能会混淆压板力与加热元件表面上的真实接触压力之间的关系。橡胶将会在加热元件行的上游侧轻微堆积,降低加热元件行上的实际接触压力。这种效应还将稍有不同,取决于纸张是被拉过无驱动压板辊还是由连接在驱动电机上的压板辊驱动的。

压板辊的动态特征是非常复杂的,因而压板辊的选择通常是通过试验和误差来确定的。

 
压板辊直径

对于边缘式和斜角式打印头,不存在最大压板辊直径。对于传统的平躺式打印头,如果压板辊过厚,将会使纸张与驱动器IC发生摩擦。降低薄膜打印头的成本意味着降低陶瓷晶片的尺寸,即减小加热元件行与驱动器IC行之间的距离,反过来降低最大压板辊直径。1997年,京瓷开发了一种将驱动器IC与EPC钎焊垫交织在同一行中的方式,从而打破了这种关系。这种新的结构允许KPB、KPC和KFA系列打印头中采用较大直径的压板辊。

压板直径图

 
压板辊长度
在边缘式和斜角式打印头以及KGT系列打印头上,电流由FPC带引到了公共母线上。但在传统型的平式打印头中,所有的电流都在加热元件行的端部运行,以达到公共母线侧。电流穿过一个相对较厚的导体图案。如果压板辊太长,就可能磨损这一厚导体图案。因此,在打印头规格书“运行条件”一节中对压板辊的长度提出了限制。危险存在于压板力所压的纸张对图案发生摩擦时。如果纸张悬在压板辊橡胶的边缘上并轻轻地刷过较厚的导体图案,则这一问题就不太严重了。
 
热传输打印
热传输打印采用薄的墨带作为热敏介质,位于打印头与接受纸之间。热传输墨带一般具有一层润滑背涂,使墨带能够很容易地滑过打印头。与在直接热敏纸上打印相比,一般可以延长打印头的磨损寿命。热传输打印引入了一个新的困难,称为“墨带褶皱”,它对压板压力、墨带张力和打印能量都是敏感的。由于存在背涂,打印机可以在打印头规格书中建议的压板力范围之外运行。为了避免墨带褶皱,可能需要在这一扩展了的压力范围内运行。
 
全涂釉层 玻璃体
全涂釉层是一项用于覆盖整个陶瓷衬底的领先设计。由于它的外形和加热元件行中的平涂釉层相类似,它提供了更多涂釉层厚度的选择,用于优化加热控制,实现高画质的打印满足各种不同的打印速度需求。
 
边沿式打印头
加热元件行成形于陶瓷晶片的正边缘。边沿式打印头用于坚硬材质的全彩色打印有明显的优势,例如ID卡和信用卡的彩色打印,不会轻易弯曲。
 
斜角式打印头
由于斜角式打印头成型于陶瓷晶片的角落位置,虽然涂釉层量很少但实现了迅速加热反应。
角落边缘打印头适用于条形码的打印。

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