探究热敏打印机的技术原理及热敏打印头的设计要点
发布时间：2022-12-06
来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)
标签：罗姆ROHM热敏打印头
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热敏打印是一种信息记录技术，最早应用于传真机上，现在广泛应用于POS终端系统、银行系统、医疗仪器等领域。本文将分析和介绍热敏打印机的技术原理、材料使用以及热敏打印头的设计。
热敏打印的工作原理
热敏打印使用一种淡色材料（通常是纸），在其表面涂覆一层透明膜。当膜受热一段时间后，会变为深色（通常为黑色或蓝色）。图像是通过加热在膜中引发化学反应而形成的。这种化学反应需要在特定的温度下进行，高温会加速反应速率。当温度低于60℃时，膜需要经过相当长的时间甚至几年才能完全变为深色；而当温度达到200℃时，这种反应可以在几微秒内完成。热敏打印机有选择性地在热敏纸的特定位置加热，从而产生相应的图形。请参考下图的热敏打印原理示意图。
热敏打印技术的应用
相较于针式打印机，热敏打印机具有快速打印速度（每秒可达300毫米）、低噪音、清晰打印和使用便捷等优点。当与碳带结合使用时，打印的单据可以保存更长时间，而不像针式打印机那样打印速度慢、噪音大、打印字迹粗糙且需要频繁更换色带。因此，热敏打印技术广泛应用于传真机、收银机、银联POS打印机、ATM机、医疗心电图仪及排队机等设备上。
热敏打印所使用的耗材
(1) 热敏纸：热敏纸是一种经过特殊涂布加工的纸张，外观与普通白纸相似。它由普通纸作为基材，在表面涂覆一层热敏发色层。这层发色层由胶粘剂、显色剂和无色染料（也称为隐色染料）组成，没有通过微胶囊进行隔离，化学反应处于潜伏状态。当热敏纸遇到热打印头时，打印头所接触的位置的显色剂与无色染料发生化学反应并变色，形成图文。然而，热敏纸有一个明显的缺点，即打印的文档在存放一段时间后，字迹会逐渐褪去。因此，热敏纸通常用于不需要长期保存的文件，如收银小票、标签、排队小票等。
(2) 碳带：碳带打印的原理是通过加热的方式将油墨沉积在受印面上。碳带实际上是一层PET薄膜，其一面涂有可熔性油墨，另一面涂有背涂层的保护层。碳带具有工业级品质，不受打印量限制，可以24小时连续打印；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。主要应用于标签、物流上的电子面单等。
热敏打印机芯结构
热敏打印机的关键组件包括胶辊、热敏头片、主体支架、步进马达、齿轮组和光电传感器。请参考下图的热敏打印机爆炸图。
胶辊的作用是带动热敏纸移动。
热敏头片主要负责发热，使热敏纸上的文字图案得以印刷。
主体支架的作用是固定各个主要部件。
步进马达提供精确转动。
齿轮用于传递转动，光电传感器则用于检测纸张或黑标的位置。
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的选型需要考虑打印宽度、打印电压和分辨率等参数。根据打印宽度可分为1英寸（25.4mm）、1.5英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸和8英寸。根据加热点的工作电压分为3.7V、8V、12V和24V。根据分辨率可分为100DPI、200DPI和300DPI。根据工作电压也可分为24V、8V和3.7V，其中24V的TPH通常用于高速打印，例如打印速度超过200mm/s，而8V基本在60~100mm/s之间，3.7V基本上速度小于60mm/s。
根据不同的打印纸张类型，TPH的要求也不同。例如，在标签打印中，由于标签纸的结构特点，下层为离型纸，上层为标签纸，标签与标签之间有一定的间隔，并且两张标签之间有凹凸不平的部分，这对TPH上的加热线冲击很大。因此，需要在加热线上涂上特殊的保护涂层，以确保TPH的寿命。此外，根据打印纸张的厚度，也需要选择不同类型的TPH。例如，对于打印机票而言，机票纸张较厚且较硬，不容易弯曲，而平躺式的TPH中间部分有IC封装凸起，因此需要选择边沿式或斜角式的TPH（如图4所示），而平面型TPH中间部分有IC封装凸起，这样才能确保打印纸与加热线之间可靠接触，从而实现清晰打印。
总结
热敏打印机已经广泛应用于各个行业。通过本文对热敏打印机的原理特点、技术材料等进行介绍，尤其是重点分析了热敏打印头的设计要点，希望能够帮助读者更好地理解产品结构。
关键词：罗姆热敏打印头
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