针组件功能剖析-深入剖析针式打印机

目前市场上的打印机的打印针基本为电磁式结构，其他结构的非常罕见，所以这里主要以电磁式打印针组件为例来讲述。

打印针组件的主要零件包括针体（针杆）、拍板、线圈、铁心（磁轭）、针导片、副导片、弹簧、弹簧帽、止动片等，另外储能式打印头还有磁铁等。

打印针的击打力与打印速度是它的最基本的功能参数，但打印针的击打力与打印速度之间存在着相对矛盾的关系，提高击打力，必然会降低打印速度；提高打印速度，又会降低击打力。因此，在设计和生产打印针组件时，必须综合考虑各方面因素，使它们两者之间达到协调和最优。

1.打印针运动

打印针的运动可分5个阶段，即起飞阶段、巡航阶段、撞击阶段、返回阶段、复位阶段，其中起飞阶段和巡航阶段统称为飞行阶段，这5个阶段与线圈的通电情况密切相关，如图2-6～图2-8所示。

图2-6 线圈的外加电压波形

图2-7 线圈的电流波形

有些型号的打印机对打印针的驱动电流进行细化，主要是在驱动周期的后期将施加电压的时间进行了分割或斩波（Chopper），充分利用了线圈里面的惯性电流，使打印针和驱动晶体管的工况大大改善，而打印针的运动和击打效果却大致相同（见图2-9）。

图2-8 打印针的位移曲线

注：1.受力运动阶段，即起飞阶段，线圈通电后产生磁场驱动拍板及打印针运动。

2.惯性运动阶段，即巡航阶段，此时线圈与外面的电源已被切断，但线圈仍有惯性电流，而打印针也有它自身的机械惯性运动。

3.撞击阶段，打印针撞击色带，产生打印效果。

4.返回阶段，在弹簧的作用下以相反方向运动。

5.复位阶段，在弹簧的作用下恢复到原始位置，在弹簧的弹性力和导套的阻尼的共同影响下，会有逐渐减小的振荡。

图2-9 驱动波形分割

注：将线圈的驱动电压进行分割（斩波），利用线圈的惯性电流进行驱动，打印针的整体可靠性会大大提高。

打印针运动的各个阶段中，每个阶段都有不同的要求同时又互相影响，必须使它们之间互相协调并作必要的取舍，才能获得最佳的效果。

2.打印针工作间隙

打印针工作时有一个很重要的条件就是需要一定的工作间隙，使得打印针的运动有一个行程，才能让打印针有一定的击打力。

一般所说的工作间隙是指打印头装到打印机里面后，在没有打印的情况下（打印针在里面弹簧的作用下自然伸出），打印头中突出的针尖相对于打印辊表面的距离。对于有多根打印针的打印头，则取它们之中的最小值。

为了充分发挥打印针的性能，生产装配和维修打印机时需要对打印头的工作间隙进行调整，这是一项重要的工艺调整工作。如果打印针的工作间隙不合适，不但不能发挥它的能力，而且有可能导致打印针受损，缩短其寿命，所以必须经常保持它的正确间隙值（见图2-10）。

工作间隙偏离规格值造成打印针的动作行程过远，每个行程所需的飞行时间增大，容易造成打印针的应答不良（印字点薄），甚至打印针接触不到打印辊而造成缺针；另外，如果针动作行程远，拍板就会过分接近磁轭，导致拍板容易磨损或折断。

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图2-10 打印针工作间隙

1—打印针（组合） 2—打印辊

注：在圆柱形打印辊上，不同针号的打印针的间隙值是不一样的，调整时就要以最小值的打印针的间隙值为准。

工作间隙偏离规格值造成打印针的动作行程过近，打印针出针时会使打印针突出太多或吃进色带太深，容易被色带挂住，造成针前端受损或折断。另外，出针时打印针的运动没有得到充分的行程，还没有完成起飞阶段就要进行撞击动作，就不能产生足够的击打力，也会使得复制能力降低。

3.打印针击打力

打印针击打力是指打印针打在打印辊上的力量，击打力越大，在纸上所打出的点的颜色越深。一般来说，打印针的击打力大一点好。在打印多层纸时，击打力的大小将很重要，它将直接关系到打印的复写层数。

击打力的大小基本上由通过线圈的电流量、通电时间以及磁轭的磁性材料等因素决定。磁性材料一定时，要想提高击打力，只要增加通电电流或击打周期内的通电时间即可，打印机的多层纸打印模式就是通过增加通电电流或通电时间来提高击打力的。但是如果提高击打力，针的动作时间就会加长，从而导致应答速度（打印速度）降低。

增加击打力，不可避免地存在如下缺点：

1）打印针的应答速度下降；

2）打印针、线圈、拍板等容易发热，打印头温度上升；

3）支点处、磁轭拍板接触处磨损加大；

4）拍板与打印针焊接处银焊剂容易脱落；

5）打印针容易折断。

其中2）、4）、5）等几项缺陷将直接影响到打印针的寿命，所以在设计和生产时都是要特别注意的。

对击打力而言，受影响最大的是打印针以及打印针与拍板的焊接部位。因为当击打力增加时将加重此两处的负荷，所以对设计而言选材是很重要的。

4.打印针应答速度

打印针应答速度主要由拍板重量、拍板、磁轭或铁心对磁性的反应性能等所决定的。

如果要提高应答速度，即拍板运动的速度，主要的措施是减少拍板的质量，但会造成拍板的承受能力降低，限制了击打力的提高。因此设计时对于提高打印速度也是特别注意的。

提高应答速度会有如下缺陷：

1）击打力下降；

2）增加对针导片等的磨损。

对客户来说，打印机最好是击打力大，同时打印速度又要高，这对于生产厂家来说难度很大。最近开发出来的一些打印头中，采取了将针导片、磁轭等零部件改为更高性能的材料，采取了改善拍板设计和改善焊接工艺等的措施。所有这些都是为了提高打印头的打印速度，同时又不降低击打力而采取的措施手段。

5.打印针击打寿命

打印针的针杆是打印针中的一个重要零件，其性能决定着整个打印头的寿命和可靠性。打印头的标准寿命一般为10⁸个字符，设打印一个字符平均每一针的出针数为2～4次，则每一根针出针寿命应保证2亿～4亿次。根据打印针的特点，一般选用比较硬而且具有一定韧性而又耐折断的材料。

针的磨损一般包括两个方面，一个是轴向（长度方向）的磨损；一个是径向（圆周方向）的磨损。针沿轴向的磨损是由于色带的墨水化学成分对针的腐蚀以及色带的炭粉微粒对针的摩擦所致，一般来说，其磨损量在冲击1亿次后可达0.1mm。针的径向磨损主要是针与针导套之间的摩擦所致。由于各针在孔内的接触方位各不相同，磨损之后，各针的相对空间位置将受到破坏，从而影响打印质量，所以针杆与针导套的硬度应同时加以考虑，使之匹配。

另外，在使用打印机时，如果既不放纸又不放色带，则反而会加重打印针的负荷，降低打印针的寿命，这是需要在产品手册中向用户作显眼的说明并让其在使用中密切注意的。