Thermal Printer mechanical design guide (熱感應印表機機構設計要點)

2024/05/18閱讀時間約 12 分鐘

在業界，對於系統廠來說，Thermal Printer的設計有兩種做法，第一種是把一個完整的印表機(Printer Module)放置到系統的機殼中 (embedded)。第二種做法是系統廠自己設計印表機模組，也就是說向機心廠商 (如SII)購買機心,再把機心放到系統廠設計的印表機，系統廠必須同時考慮印表機模組所有規格要求。相對來說，第二種的機構設計就複雜多了，而且困難度也相對的非常高。

1.第一種的設計結構比較單純。是把一個完整的印表機放置到系統的機殼中。這種設計就如同目前7-11店面中店員所使用的操作系統一樣，把SII(Seiko Instruments Inc.)的完整印表機放入系統的機殼內。這種設計，要注意以下事項。

1-1.詳細、仔細、小心翼翼的把這台印表機的規格看完、確實看懂。

1-2.注意印表機在系統機殼內的理線。

1-3.印表機在系統機殼內的避震要做好，周邊做好有rubber pad做緩衝。當然，穩固的機構定位也是很重要的。

1-4.出紙口必須通順，並且不被其他零件或 devive擋住。而且切紙後必須讓熱感印紙印刷後有支撐的地方。

1-5.出紙口不可被其他零件或特徵擋住。

1-6. 使用Thermal Printer 規格書上指定的熱感應紙，熱感應紙的廠牌及型號必須按照Thermal Printer 印表機規格書中所定義的熱感應紙。

1-7.散熱的潛在問題必須先有對策。

1-8.Thermal Printer 是屬於 CRU component，所以在更換一部新的印表機時，線材必須有足夠的長度，取出和放入印表機到系統機殼中時，必須預留手抓取印表機的總空間。

1-9.系統機殼設計必須儘量考慮讓印表機上紙捲的出口潑到水。

1-10.更換紙捲所需要的活動空間必須預留。

2. 第二種做法是系統廠自己設計印表機模組，種的設計結構比較複雜，困難也比第一種的做法就高得多了。同樣的，以下的每一個事項都是機構設計的重點項目，甚至是在萬一生產品質出問題時，跟客戶的攻防重點，機構設計人員不得不留意。除了要注意以上的事項之外，還要特別注意以下事項。

2-1.首先，特別重要的一個項目，就是詳細、仔細、小心翼翼的把這台機心 (Thermal Printer) 的規格看完、並且確實要看懂，設計時必須"完全"按照那個Thermal Printer的規格來設計Thermal Printer。

2-2.使用Thermal Printer 規格書上指定的熱感應紙，熱感應紙的廠牌及型號必須按照Thermal Printer機心規格書中所定義的熱感應紙。

2-3.設計結構，使壓板塊門 (platern block) 的旋轉系統在設定壓板塊(platern block) 時壓入建議的壓力位置。如果推動位置不當，可能會產生異常壓力，導致印表機損壞。使用實際設備驗證效能。壓力位置必須參考各廠牌機心的規格書。

2-4.外殼上用於固定壓板塊(platern block) 的門的旋轉系統必須透過推動來設置壓板塊(platern block) 的中心。如果僅設定壓紙塊的一端，可能會出現列印缺陷、卡紙、裁切失敗和/或切刀刀片損壞、以及實際設備的效能。為了將其推到壓板塊(platern block) 的中心以將其設置，可在設計上追加guider(導引銷)之類的設計，讓壓板塊(platern block)蓋下時能夠讓微小的偏移量被導正。

2-5.如果帶有可動刀片的印表機主體和帶有固定刀片的壓板塊(platern block) 沒有放置在正確的位置，則可能會出現列印缺陷、卡紙和/或裁切故障。因此，在設計外殼時要特別注意，印表機主體與壓板塊(platern block)之間的位置關係，必須參考各廠牌機心的規格書。

2-6.如果將系統機器外殼設計為在釋放後利用彈簧特性自動將壓板塊升起的結構，請確保不要施加過多的力來將壓板塊(platern block)升起。如果設計外殼僅一側抬起的結構，則帶有活動刀片的印表機主體與帶有固定刀片的壓板塊之間的位置關係將不正確，從而導致列印缺陷或剪切。設計後的生產也必須使用實際設備驗證效能。

2-7.機構設計上，壓板塊門 (platern block) 打開(旋轉張開)的角度(θ) 也必須按照各廠牌印表機的產品規格。以SII印表機來說，大部份機種的印表機張開角度為 -45° 至 225° 的角度安裝。

2-8.固定印表機時應防止受力過大、變形、扭轉，否則可能會導致列印品質不佳、紙張歪斜、卡紙、列印時出現噪音等。

2-9.建議設定壓板塊的壓力位置。設計結構，使壓板塊門 (platern block)的旋轉系統壓到建議的壓力位置。必須按照各廠牌印表機的產品規格。

2-10.設計壓板塊的安裝位置，必須按照各廠牌印表機的產品規格允許尺寸範圍內。

2-11.壓板塊的定位孔和印表機主體的定位孔的平行度設計必須按照各廠牌印表機的產品規格。以SII印表機來說，平行度度為0.2 mm或更小。

** 注意事項:**

印表機廠商的Printer specification未必都是合理的。以這個規格為例，系統設計的累加公差後的平行度都不只 0.2 mm 了，系統機構設計怎麼可能做得到呢 ? 更何況，印表機本身的設計，壓板塊和印表機機體的平行度加上壓板塊的晃動就不只0.2 mm 了，卻還要求系統廠的機構設計平行度必須小於 0.2 mm。所以這一點對於系統結構設計者要特別注意。

2-12.將壓紙塊安裝面設計為與印表機主體安裝面平行：

寬度方向的平行度 (印表機一般的規格在0.2以下)。

寬度方向的平行度 (印表機一般的規格在 0 ±2°以下)。

注意事項: 請參考2-11項的注意事項。

2-13.系統機器的機構設計門的旋轉系統，旋轉軸中心位置必須落在印表機規格中所定義的陰影區域，通常印表機會有圖示。設計完成後，使用實際設備樣品驗證效能。

2-13a: 旋轉軸中心位置必須落在印表機規格中所定義的角度範圍之內。

2-13b: 旋轉軸中心位置必須落在印表機規格中所定義的距離範圍之內。

2-14.門的旋轉系統、定位孔以及印表機主體的安裝面的旋轉軸的設計平行度設計必須按照各廠牌印表機的產品規格。以SII印表機來說，平行度度為0.2 mm或更小。

注意事項:

請參考2-11項的注意事項。

2-15.除了2-4項，做guider(導引銷)之類的設計之外，還可以在上下模組的外型上做導引狀的限位設計。建議開門時門的旋轉系統由外殼的一部分引導。讓壓板塊安裝在印表機主體。如果門的旋轉系統的旋轉支點配置在印表機主體的安裝部件上，則可以進行高精度的設計。

2-16.機構設計要防止固定壓板塊時產生過大的應力、變形和扭轉。可能會導致列印缺陷、紙張歪斜、卡紙、雜訊、裁切失敗以及切割刀片損壞。

2-17.機構設計必須將門和外殼的旋轉系統設計得足夠堅固，以保持允許的尺寸，因為在設置和釋放壓板塊時會向它們施加應力。門的旋轉系統的旋轉中心應設計為將旋轉軸裝入軸孔中，使壓板塊在關閉狀態時保持穩定。

2-18.如果印表機主體和門的旋轉系統未放置在正確的位置，則可能會出現列印缺陷、紙張歪斜、卡紙、噪音、裁切失敗以及切割刀片損壞等情況。

2-19.設計結構，必須使壓板門的旋轉系統在設定壓板塊時壓到建議的壓力位置，各廠牌印表機的產品規格都蕙有建議位置。如果推動位置不當，可能會產生異常壓力，導致印表機損壞。使用實際設備驗證效能。

2-20.設計容納壓板塊的門的旋轉系統的外殼必須透過推動壓板塊的中心來設置。如果只設定壓紙塊的一端，可能會出現列印缺陷、卡紙、裁切失敗以及切刀刀片損壞等情況。使用實際設備驗證效能。為了將其推到壓板塊的中心以將其設置，可以在設計上追加符號刻字之類的指引。

2-21.紙架(paper holder)安裝的定位位置必須正確，紙捲出口不須符合印表機的規格，同時不可以讓紙捲過渡搖晃，當然paper holder 的表面拋光也是必要的。

2-22.外殼的設計不可以對印表機主體和壓板塊產生任何來自外部的負載。因為額外的負載可能會導致列印缺陷、卡紙、裁切失敗以及印表機損壞。確保印表機主體和壓板塊與外殼之間有 1 毫米（最小）的空間。

2-23.在系統活動時，印表機的FPC不可以有任何被拉扯、被擠壓、被摺疊、或者受力不平均....等等的狀況，這是系統機構設計的重點項目之一。

2-24.活動的FPC必須使用壓延銅，注意事項在之前的文章分享中已經介紹過了。

2-25. 印表機(Thermal Printer)上的FPC連接到Printer board的路徑上，必須要有充份的活動空間，如果Printer board是鎖固在活動的結構件上，不可以讓 FPC 有因為活動件的轉動或移動而造成FPC的應力產生。

2-26.支撐印表機的結構必須堅固，並且減少累加公差的堆疊結構。

2-27.印表機上的熱敏片 (thermal head)，通常印表機廠商是使用背膠將熱敏片(thermal head)黏在印表機上的塑膠件，如果壓板塊 (platern block)跟印表機結合(mounted)時橡膠滾輪不是垂直接觸熱敏片(thermal head)的話，這種的印表機比較會產生打印字體的不良。那是因為熱敏片 (thermal head)的潛在移位。

3.操作方面的注意事項。

3-1.印表機長時間不使用時，壓板塊(platern block)可能會變形，導致列印品質下降。在這種情況下，開機後請，先讓印表機傳送熱敏紙一段時間，讓壓板的變形漸漸回復正常狀態。如果熱敏頭在沒有熱感紙的情況下長時間與壓紙捲筒接觸，壓紙捲筒和熱敏頭可能會黏在一起，導致送紙困難。如果遇到此問題，請釋放壓板塊並在開始列印之前將其重新放回原處。

3-2.列印和切割時請勿對壓板塊施加壓力。可能會出現列印缺陷和切割失敗。

3-3.設定壓板塊時，減速齒輪可能會與壓板齒輪干涉，進而導致壓板塊無法設定。在這種情況下，鬆開壓板塊並重新安裝。

3-4.為防止因紙張驅動系統的間隙而導致列印品質下降，在初始化時、設定/釋放壓板塊後、向後送熱敏紙後各送入熱感紙 24步或以上，以及使用自動切割機切割後的時間。在此期間，用第一加速步驟恆速驅動馬達。

3-5.勿間歇列印。請勿在短時間內重複列印和停止，如果這樣做，可能會因進紙間距不均勻而降低列印品質。

3-6.為了保持列印質量，點行中的最大熱敏頭分割數必須參考各廠牌印表機的產品規格。

3-7.設定壓板塊時，減速齒輪可能會與壓板齒輪干涉，從而導致未設置壓板塊。在這種情況下，鬆開壓板塊並重新安裝。

3-8.為防止因紙張驅動系統的間隙而導致列印品質下降，請在初始化時、設定/釋放壓板塊後、向後送熱敏紙後各送入熱感紙24步或以上，以及使用自動切割機切割後的時間。

參考文獻:

1. SII(Seiko Instruments Inc.) Thermal Printer specification。

2. SII Printer specification CAPD247/CAPD347

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