深入剖析针式打印机的针组件结构

1.机械式打印针

机械式打印针其实是打字机时代的产物，当时的目的是为了解决用点阵打字代替活字打字，这是由于利用点阵组成文字具有很大的灵活性，不用更换字模就能打印各种字符文字甚至图形，所以活字打字技术发展到后期，就发展出利用打印针进行点阵打印来实现字模的功能。

机械式打印针利用齿轮和各种复杂的机械机构驱动相关的击打机构来驱动打印针，不论是固定式还是活动式，其结构都很复杂，机械零部件磨损严重、打印速度低、可靠性差，很快就被电磁式所取代了。现在机械式打印机无论在销售上还是在使用上都已经基本绝迹，在这里也就不作详细介绍了。

2.电磁式打印针

电磁式打印针是利用电磁线圈在通电时会产生电磁力并能驱动它里面的铁心运动的原理而工作的。

（1）电磁螺管式打印针

电磁螺管式打印针也称电磁插棒式打印针，其基本结构如图2-1所示。其中铁心和针杆是通过焊接或紧配合套合等的方法连接在一起的。

图2-1 电磁螺管式打印针结构

1—针杆 2—弹簧 3—铁心 4—电磁线圈 5—导套

注：图中，针杆与铁心连在一起，一般用焊接的工艺连接。但即使它们没有连在一起，只要铁心能带动针杆出针，而针杆又能复位，那也是没有问题的。

当电磁线圈通电产生磁场时，铁心就会受到磁力而运动，带动针杆一起运动，当碰到垫在平台或打印辊上的色带和介质时，产生击打动作，就会产生一个击打点，同时把色带上的颜料转移到介质上，从而形成肉眼可看的打印点。

电磁螺管式打印针稳定性好，噪声较低，但当作点阵式打印头时，需要在端部把多个打印针并拢在一起，由于其头部的线圈体积比较大，这时针杆就要作比较强烈的弯曲，而即使这样也不能集成太多的针，所以多用在9针以下的打印头上。另外，针杆的弯曲和摩擦力较大也造成出针频率偏低，为了减小弯曲度，需要把针杆做得很长，造成针杆的强度很低，也很容易发生断针现象。

（2）电磁吸合式打印针

电磁吸合式打印针也称拍合式打印针，其基本结构如图2-2所示。其中拍板、针杆及衔铁通过焊接连接为一个整体，铁心和线圈组成电磁铁。

当线圈通电时，电磁铁磁化，产生电磁力，衔铁在被吸合瞬间拍击针杆出针，打印针通过色带和纸撞击到打印辊上，于是在纸上就打印出一个点；线圈断电时，铁心失去电磁力，衔铁在衔铁弹簧的作用下返回原始位置，打印针亦在针复位弹簧和打印辊的反弹力作用力下收回。

这种结构的打印针出针频率可以设定得比螺管式的高，一般可达2800Hz以上。

吸合式打印针的结构比较简单，做成打印头时打印针可以集中排列，无需很大的弯曲，打印针的长度也不需很长，因而打印头的体积比较小。另外，吸合式打印头还有材料容易选择、机械寿命长、维修方便等优点。

（3）电磁储能式打印针

电磁储能式打印针也叫永磁式打印针，其基本结构如图2-3所示。其中拍板、针杆及衔铁通过焊接连接为一个整体，这种打印针的工作原理是用永磁铁预先作用于衔铁，使其处于储能状态，即打印针存储了击打能量。

图2-2 电磁吸合式打印针结构

1—针杆 2—电磁线圈 3—铁心（磁轭） 4—衔铁 5—弹簧 6—拍板 7—导套

注：1.图中，针杆与拍板连在一起，一般用焊接的工艺连接。但即使它们没有连在一起，只要拍板能带动针杆出针，而针杆又能复位，那也是没有问题的。事实上，针杆与拍板分离，由于重量轻了，就能以更快的速度工作。

2.如果选用合适的材料并做适当的结构设计，拍板一端固定并利用它本身的弹性可以省去弹簧和衔铁。

图2-3 电磁储能式打印针结构

1—针杆 2—电磁线圈 3—铁心（磁轭） 4—衔铁 5—弹簧 6—拍板 7—永磁铁 8—导套

注：1.图中，针杆与拍板连在一起，一般用焊接的工艺连接。但即使它们没有连在一起，只要拍板能带动针杆出针，而针杆又能复位，那也是没有问题的。事实上，针杆与拍板分离，由于重量轻了，就能以更快的速度工作。

2.如果选用合适的材料并做适当的结构设计，拍板一端固定并利用它本身的弹性，可以省去弹簧和衔铁。(www.xing528.com)

线圈通电时，由铁心和线圈所组成的电磁铁建立起一个与永磁铁相反的磁场，使永磁铁的吸力减小，当吸力小到等于或小于衔铁弹片的弹性恢复力时，衔铁簧片上的机械能量释放，推动衔铁使打印针飞出，撞击到色带、打印纸和打印辊上而印字。线圈断电后，衔铁及簧片又被永磁铁吸回原来位置，打印针收回。

这种打印针与吸合式打印针相比，其衔铁簧片释放的电磁力较小，仅为永磁吸力与弹簧片之差值，故线圈上励磁电流较小，功耗低；通电持续时间也较短，打印速度较高，出针频率可高达3000Hz；由于采用永磁铁作为线圈铁心，可以对整个打印头起磁屏蔽作用，抗干扰性强；另外，它还具有明显的高速性、稳定性、经济性、低噪声和小型化等优点。缺点是装配和维修比较困难。

3.动圈式打印针

动圈式打印针也称电动式打印针，它是利用通电导体在磁场中受到作用力的原理而工作的，由于通电导体的结构类似扬声器的音圈，所以也称音圈式打印针。

动圈式打印针结构类似于电磁式，所不同的是电磁式里带动针杆发生击打动作的是电磁铁/衔铁，而在动圈式打印针里带动针杆的是线圈。

动圈式打印针的优点是体积小、重量轻、击打速度快、功耗小、寿命长。缺点是击打的力量小。到目前为止，动圈式打印针还停留在实验室阶段，还没有成熟的产品在市场上销售。

动圈式打印针也可分为螺管式和吸合式等结构。

（1）动圈螺管式打印针

动圈螺管式打印针也称动圈插棒式打印针，其基本结构如图2-4所示。其中线圈和针杆是通过焊接或紧配合套合等的方法连接在一起的。

当电磁线圈通电产生磁场时，线圈就会受到磁力而运动，针杆一起运动，当碰到垫在平台或打印辊上的色带和介质时，产生击打动作，就会产生一个击打点，同时把色带上的颜料转移到介质上，形成肉眼可看的打印点。

图2-4 动圈螺管式打印针结构

1—针杆 2—弹簧 3—线圈 4—骨架 5—磁铁 6—导套

（2）动圈吸合式打印针

动圈吸合式打印针结构如图2-5所示。其中拍板、针杆及线圈骨架通过焊接连接为一个整体，铁心和线圈组成电磁铁。

当线圈通电时，电磁铁磁化，产生电磁力，衔铁在被吸合瞬间拍击针杆出针，打印针通过色带和纸撞击到打印辊上，于是在纸上就打印出一个点；线圈断电时，铁心失去电磁力，衔铁在衔铁弹簧的作用下返回原始位置，打印针亦在针复位弹簧和打印辊的反弹力作用下收回。

（3）动圈储能式打印针

参照电磁储能式打印针，也能做成动圈储能式打印针，由于动圈式打印针的技术很不成熟，在这里就不作详细论述了。

4.压电式打印针

压电式打印针的工作原理是利用压电陶瓷材料的逆压电效应（压电晶体在外电场作用下能产生几何形变的现象）驱动打印针撞击打印介质而获得印点。

逆压电效应可分为纵向效应型与横向效应型两种。压电式打印针多采用纵向效应型，即利用压电材料平行于外电场方向的伸缩变形以驱动打印针的方式。

图2-5 动圈吸合式打印针结构

1—针杆 2—磁铁 3—线圈 4—骨架 5—弹簧 6—拍板 7—导套

注：如果选用合适的材料，拍板一端固定并利用它本身的弹性，可以省去弹簧和衔铁。

由于压电材料的压电变形系数极小，因此，要使打印针得到0.4～2mm的位移量，则必须加设其他机构，例如加设扩大机构和采用多层薄片叠层的压电元件结构。

理论上，压电式打印针具有打印速度高、功耗小（约为电磁式的1/2）、体积小、重量轻、噪声小、价格低等优点，并有很高的寿命（估计可达10¹¹次），是一种很有前途的新型打印头，待将来若干技术更趋成熟后，会获得普遍的应用，但到目前为止，压电式打印针还停留在实验室阶段，还没有成熟产品在市场上销售。

由于压电式打印针的技术很不成熟，还没有进入到批量生产或产业化的阶段，在这里就不作详细论述了。