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【摘 要】针式打印机从上世纪六七十年代诞生以来已经有四十多年的历史了。四十多年来，经过不断的改进和演化，其性能越来越完善，功能越来越强大，应用领域越来越广泛。由于针式打印机结构比较复杂，运动部件比较多，所以出现故障的概率也比较大。本文根据自己多年来从事打印机技术服务的经验，详细分析了针式打印机的机械结构和常见机械故障，为针式打印机的使用人员和维护人员提供一些技术上的帮助。
【关键词】针式打印机 机械结构 机械故障
一、前言
针式打印机作为一种研发最早（1964年由日本精工爱普生公司研发），打印方式独特（点阵击打式），通过打印头中的打印针（有9针、24针或48针等几种）击打到压感纸上，可以一次性打印多联纸张（2-7联），是喷墨打印机和激光打印机所无法取代的。另外，由于针式打印机的进纸方式比较多，可以实现各种特殊纸张的打印（如连页纸、卷筒纸、加厚证件等），因而有着自己独特的市场份额，服务一些独特的行业用户（金融、保险、税务、邮电、公安、工商、企业财务等）。根据其功能和使用领域不同，针式打印机可以分为：通用打印机（或称报表打印机）、平推式票据打印机、证本存折打印机、高速行式打印机、微型POS打印机等。虽然其功能和外形有着很大的差异，但其结构有着很大的相似性，因此其常见故障也大致相同。下面对针式打印机的机械结构和常见的机械故障作一些分析介绍。
二、针式打印机机械结构
针式打印机结构主要分为打印机机械装置和控制与驱动电路两大部分。针式打印机在正常工作时有三种运动，即打印头的横向运动，打印纸的纵向运动和打印针的上下击打运动。这些运动都是由软件控制驱动系统，通过一些精密机械进行的。针式打印机机械结构主要包括字车与传动机构、打印针控制机构、色带驱动机构、走纸机构和打印状态传感器，这些机构都为精密机械装置，以保证各种机构能实现下面的各种运动。
1.字车与传动机构原理：字车是打印头的载体，打印头通过字车传动系统实现横向左右运动。一般用钢丝绳或同步齿形带进行传动。
字车构造如图2所示（见后文）。字车由装在打印机机架左侧的字车电机（4相步进电机）带动。为实现字车动作，在字车电机的后端装有皮带轮和齿皮带，齿皮带与字车架相连接。装有打印头的字车架，在与打印辊平行的字车导轴、固定在基板上的导向角铁的导向下，实现在打印辊的平行方向上移动。
2.打印针控制机构原理：打印针是正确打印的关键。打印针控制机构实现打印针的出针和收针动作。通常利用电磁原理控制打印针的动作。打印头构造如图3所示（见后文）。打印头排成6列的24根打印针，由24个电磁铁和与打印针焊成一体的衔铁驱动。衔铁在非印字时，在复位弹簧弹力的作用下，停在止挡块处。印字时，线圈励磁产生吸力，吸引衔铁，打印针即向箭头方向运动。打印针在针导板和4个导向块引导下，借助色带产生印字。线圈励磁结束时，衔铁在复位弹簧弹力的作用下，再恢复到原处。
3.色带驱动机构原理：打印针撞击色带，色带上的印油在打印纸上印出字符或图形。在打印过程中，打印头左右移动时，色带驱动机构驱动色带也同时循环往复运动，不断改变色带被打印针撞击的部位，保证色带均匀磨损，从而既延长了色带使用寿命，又保证了打印出的字符或图形颜色均匀。
色带驱动机构一般利用字车电动机带动同步齿形带或钢（尼龙）丝绳驱动色带轴转动，也可采用两个单独的电动机（如某些彩色打印机）分别带动色带正、反向走带。
色带驱动机构如图4所示（见后文）。色带的走带动作是由色带驱动机构中的色带驱动轴带动色带盒内的色带馈送机构转动来实现的。不管皮带轮往顺时针还是逆时针方向转动，通过游星齿轮及惰轮，色带驱动轴始终保持往同一个方向转动。驱动力的传递途径如下：当字车向右移动时，色带驱动轴顺时针方向转动驱动色带；当字车向左移动时，色带驱动轴顺时针方向转动驱动色带。
4.走纸机构原理：该机构实现打印纸的纵向移动。当打印完一行后，由它走纸换行。走纸方式一般有摩擦走纸、齿轮馈送和压纸滚筒馈送等。其运动方式为通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动。
单页纸的搬送由安装在机架左侧下方的LF电机驱动，通过组合齿轮、打印辊齿轮，带动打印辊、下滚子、上滚子，在摩擦力的作用下搬送媒体。如图5
图5 单页纸走纸机构
连页纸的搬送由安装在机架左侧下方的LF电机驱动，通过驱组合齿轮、切换齿轮、链走齿轮，带动链式走纸器牵引连页媒体进入打印机，同时通过组合齿轮、打印辊齿轮，带动打印辊、上滚子，在摩擦力的作用下搬送媒体。如图6
图6 连页纸走纸机构
5.打印状态传感器：对于不同的打印机来说，传感器的设置情况不同。通常有左界传感器（检测字车左边打印起始位置）、进纸传感器（检测到有纸张装入后，发出走纸信号，自动吸入纸张）、纸尽传感器（检测所装的打印纸是否打印完，打印完后发出退纸信号或报警）、纸厚传感器（检测所装打印纸的厚度，以调整打印胶辊和打印头之间的间隙）、纠偏传感器组（检测所装打印纸是否歪斜，如果装纸歪斜，传感器组发出信号，调整打印纸角度，防止进纸走偏）、计时传感器（检测字车的瞬时位置）和机盖状态传感器（检测正在打印中的异常开打印机盖操作）等等。
三、常见机械故障
1.色带故障
色带是针式打印机的消耗品，也是针式打印机最容易出现故障的部位。色带由色带芯和色带架两部分组成，如图7所示，色带芯是由尼龙丝为原料编织而成的带基经过油墨浸泡、染色后制成的。好的色带芯应该是耐久打，弹力大，长时间打印不起毛、不断线、不起荷叶边。带基表面应该平整，无突出的纤维结，经纬密度组织均匀严密，切割边直而均匀，无焦湖现象。好带基手感柔软细腻，有一种爽滑感，拉时弹性好，复原性好。不好的色带芯断线抽丝厉害，摸时手感发硬，切割边不均匀，带边焦湖厉害，拉时弹性小，复原性差，打印时常夹带，易起荷叶边，产生堵针头、卡带等现象。色带架是由塑料制成的盒子（也称色带盒），盒子里除了可以容纳色带芯外，还有一套色带馈送机构（一对啮合的齿轮及导向片等）。在色带馈送机构的传动下，色带始终往一个方向循环转动。根据打印机类型的不同，色带的长度、宽度、色带架的结构也有很大区别。色带还有扭结和非扭结两种。扭结色带宽度要大一些，扭结色带在循环转动过程中，在色带盒中某一个固定位置出现色带扭转，色带被打印针撞击的位置出现相应改变，这种结构充分利用了色带的宽度，大大延长了色带的使用寿命。 图7 色带架内部结构
下面介绍几种常见的色带故障及解决办法。
1.1）色带断裂；色带使用一段时间后，带基部分尼龙纤维会起毛，或被打破，尤其在色带接缝处，更容易出现破损，影响印字质量，还有可能被拉断，应及时更换色带芯。
1.2）卡色带；色带的边缘脱丝、起毛后容易缠住色带馈送轮，导致色带馈送轮不能正常转动，色带不能收回色带盒中，解决办法是取出已经起毛的色带芯，更换新的色带芯。
1.3）霍尔效应器损坏；色带频繁的卡带，霍尔效应器不断受到挤压，进而造成损坏断裂。这种故障只能更换色带转动轴齿轮或用色带运动传感器替代。
1.4）色带扭结；市场上有的针式打印机使用扭结色带，如果新买的色带（非原厂生产的代用品）是非扭结的，那么色带在带仓外面的部分会出现扭结。必须更换配套的色带才能正常使用。
1.5）色带架老化；色带架也是消耗品，使用一段时间后，色带馈送机构产生磨损，色带转动阻力会增大，色带架卡销也会松动甚至断裂，因此必须及时更换色带架，一般建议更换5次色带芯以后，要更换新的色带架。
2.色带驱动齿轮组件故障
色带驱动机构是由一套色带驱动齿轮组件（一般为塑料件）组成。色带驱动齿轮组件同时受到来自字车电机的主动力和来自色带馈送机构的阻力，因此，当来自字车电机的驱动力和来自色带馈送机构的阻力相当时，色带不转动，色带驱动轴齿轮就开始打滑、磨损，甚至断裂。产生这种故障的根源往往是色带或色带馈送机构阻力太大，因此必须及时更换色带或色带架，否则会引起色带驱动齿轮组件损坏，也有可能烧坏字车电机。
3.打印头故障
打印头是由一定数量的打印针按照单列或双列（个别的为三列），平行或菱形纵向排列，在打印数据的配合下实现字符、汉字或图形的打印。目前常用的打印头一般为9针或24针（个别的为48针），均是通过薄膜电缆与控制电路连接。打印头结构比较复杂，一般有外壳、打印针、线圈、弹簧、针导板、电路板、硅钢片、垫片等组成。常见故障有以下几种：
3.1）断针；如果打印时相应针位无印痕，检查打印头发现该针位针孔无针，可以判断该针位已断针，可换针处理。
3.2）衔铁磨损；打印针衔铁磨损会影响出针和收针动作，影响印字质量，应及时更换打印针。
3.3）烧线圈；如果打印时相应针位无印痕，检查打印头发现该针位打印针完好，该针位线圈有发黑状，通过量表检测发现该线圈断路，表明线圈已烧坏，必须更换线圈。
3.4）打印针勾弯；如果色带起毛而没有及时更换，会引起刮针现象，严重的会把打印针勾弯，从而影响出针和收针，影响印字质量，建议更换色带和打印针。
3.5）打印针磨损；长期使用质量不好的色带会加速针端磨损（因为劣质色带墨粒比较大），引起印字模糊不清，检测打印针端面，发现该针位凹陷，应及时更换打印针。
3.6）硅钢片磨损；受打印针衔铁的不断撞击，硅钢片会产生磨损、凹陷，从而影响出针和收针，应及时更换硅钢片。
4.传感器故障
传感器负责检测打印机的工作状态，如果传感器发生故障，会产生不报警或误报警。传感器一般由光电耦合器和挡光片组成。传感器故障一般有两个原因：一个是异物（灰尘或纸屑）挡住光路传输；另一个是挡光片活动不灵活（有毛刺或灰尘）。一般定期清洁保养会减少传感器故障的发生。
5.输纸故障
输纸传动机构一般由输纸步进电机、打印胶辊、导纸板、压纸杆和进纸传感器、纸尽传感器等组成。打印胶辊、输纸轮的磨损会引起走纸偏斜，必须重新调整打印胶辊和输纸轮之间的间隙。导纸板磨损或压纸杆变形会引起卡纸或刮纸，必须及时更换导纸板或压纸杆。进纸传感器或纸尽传感器发生故障会引起不进纸或不退纸。
打印机的故障千奇百怪，而且随着打印机技术的不断发展和演变，打印机的机构也发生了很大改变，故障现象更是不胜枚举，这里只对目前市场上常见的针式打印机作了一些结构分析和机械故障分析，期望能给针式打印机的使用者和设备维护者提供一些帮助。
【关键词】针式打印机 机械结构 机械故障
一、前言
针式打印机作为一种研发最早（1964年由日本精工爱普生公司研发），打印方式独特（点阵击打式），通过打印头中的打印针（有9针、24针或48针等几种）击打到压感纸上，可以一次性打印多联纸张（2-7联），是喷墨打印机和激光打印机所无法取代的。另外，由于针式打印机的进纸方式比较多，可以实现各种特殊纸张的打印（如连页纸、卷筒纸、加厚证件等），因而有着自己独特的市场份额，服务一些独特的行业用户（金融、保险、税务、邮电、公安、工商、企业财务等）。根据其功能和使用领域不同，针式打印机可以分为：通用打印机（或称报表打印机）、平推式票据打印机、证本存折打印机、高速行式打印机、微型POS打印机等。虽然其功能和外形有着很大的差异，但其结构有着很大的相似性，因此其常见故障也大致相同。下面对针式打印机的机械结构和常见的机械故障作一些分析介绍。
二、针式打印机机械结构
针式打印机结构主要分为打印机机械装置和控制与驱动电路两大部分。针式打印机在正常工作时有三种运动，即打印头的横向运动，打印纸的纵向运动和打印针的上下击打运动。这些运动都是由软件控制驱动系统，通过一些精密机械进行的。针式打印机机械结构主要包括字车与传动机构、打印针控制机构、色带驱动机构、走纸机构和打印状态传感器，这些机构都为精密机械装置，以保证各种机构能实现下面的各种运动。
1.字车与传动机构原理：字车是打印头的载体，打印头通过字车传动系统实现横向左右运动。一般用钢丝绳或同步齿形带进行传动。
字车构造如图2所示（见后文）。字车由装在打印机机架左侧的字车电机（4相步进电机）带动。为实现字车动作，在字车电机的后端装有皮带轮和齿皮带，齿皮带与字车架相连接。装有打印头的字车架，在与打印辊平行的字车导轴、固定在基板上的导向角铁的导向下，实现在打印辊的平行方向上移动。
2.打印针控制机构原理：打印针是正确打印的关键。打印针控制机构实现打印针的出针和收针动作。通常利用电磁原理控制打印针的动作。打印头构造如图3所示（见后文）。打印头排成6列的24根打印针，由24个电磁铁和与打印针焊成一体的衔铁驱动。衔铁在非印字时，在复位弹簧弹力的作用下，停在止挡块处。印字时，线圈励磁产生吸力，吸引衔铁，打印针即向箭头方向运动。打印针在针导板和4个导向块引导下，借助色带产生印字。线圈励磁结束时，衔铁在复位弹簧弹力的作用下，再恢复到原处。
3.色带驱动机构原理：打印针撞击色带，色带上的印油在打印纸上印出字符或图形。在打印过程中，打印头左右移动时，色带驱动机构驱动色带也同时循环往复运动，不断改变色带被打印针撞击的部位，保证色带均匀磨损，从而既延长了色带使用寿命，又保证了打印出的字符或图形颜色均匀。
色带驱动机构一般利用字车电动机带动同步齿形带或钢（尼龙）丝绳驱动色带轴转动，也可采用两个单独的电动机（如某些彩色打印机）分别带动色带正、反向走带。
色带驱动机构如图4所示（见后文）。色带的走带动作是由色带驱动机构中的色带驱动轴带动色带盒内的色带馈送机构转动来实现的。不管皮带轮往顺时针还是逆时针方向转动，通过游星齿轮及惰轮，色带驱动轴始终保持往同一个方向转动。驱动力的传递途径如下：当字车向右移动时，色带驱动轴顺时针方向转动驱动色带；当字车向左移动时，色带驱动轴顺时针方向转动驱动色带。
4.走纸机构原理：该机构实现打印纸的纵向移动。当打印完一行后，由它走纸换行。走纸方式一般有摩擦走纸、齿轮馈送和压纸滚筒馈送等。其运动方式为通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动。
单页纸的搬送由安装在机架左侧下方的LF电机驱动，通过组合齿轮、打印辊齿轮，带动打印辊、下滚子、上滚子，在摩擦力的作用下搬送媒体。如图5
图5 单页纸走纸机构
连页纸的搬送由安装在机架左侧下方的LF电机驱动，通过驱组合齿轮、切换齿轮、链走齿轮，带动链式走纸器牵引连页媒体进入打印机，同时通过组合齿轮、打印辊齿轮，带动打印辊、上滚子，在摩擦力的作用下搬送媒体。如图6
图6 连页纸走纸机构
5.打印状态传感器：对于不同的打印机来说，传感器的设置情况不同。通常有左界传感器（检测字车左边打印起始位置）、进纸传感器（检测到有纸张装入后，发出走纸信号，自动吸入纸张）、纸尽传感器（检测所装的打印纸是否打印完，打印完后发出退纸信号或报警）、纸厚传感器（检测所装打印纸的厚度，以调整打印胶辊和打印头之间的间隙）、纠偏传感器组（检测所装打印纸是否歪斜，如果装纸歪斜，传感器组发出信号，调整打印纸角度，防止进纸走偏）、计时传感器（检测字车的瞬时位置）和机盖状态传感器（检测正在打印中的异常开打印机盖操作）等等。
三、常见机械故障
1.色带故障
色带是针式打印机的消耗品，也是针式打印机最容易出现故障的部位。色带由色带芯和色带架两部分组成，如图7所示，色带芯是由尼龙丝为原料编织而成的带基经过油墨浸泡、染色后制成的。好的色带芯应该是耐久打，弹力大，长时间打印不起毛、不断线、不起荷叶边。带基表面应该平整，无突出的纤维结，经纬密度组织均匀严密，切割边直而均匀，无焦湖现象。好带基手感柔软细腻，有一种爽滑感，拉时弹性好，复原性好。不好的色带芯断线抽丝厉害，摸时手感发硬，切割边不均匀，带边焦湖厉害，拉时弹性小，复原性差，打印时常夹带，易起荷叶边，产生堵针头、卡带等现象。色带架是由塑料制成的盒子（也称色带盒），盒子里除了可以容纳色带芯外，还有一套色带馈送机构（一对啮合的齿轮及导向片等）。在色带馈送机构的传动下，色带始终往一个方向循环转动。根据打印机类型的不同，色带的长度、宽度、色带架的结构也有很大区别。色带还有扭结和非扭结两种。扭结色带宽度要大一些，扭结色带在循环转动过程中，在色带盒中某一个固定位置出现色带扭转，色带被打印针撞击的位置出现相应改变，这种结构充分利用了色带的宽度，大大延长了色带的使用寿命。 图7 色带架内部结构
下面介绍几种常见的色带故障及解决办法。
1.1）色带断裂；色带使用一段时间后，带基部分尼龙纤维会起毛，或被打破，尤其在色带接缝处，更容易出现破损，影响印字质量，还有可能被拉断，应及时更换色带芯。
1.2）卡色带；色带的边缘脱丝、起毛后容易缠住色带馈送轮，导致色带馈送轮不能正常转动，色带不能收回色带盒中，解决办法是取出已经起毛的色带芯，更换新的色带芯。
1.3）霍尔效应器损坏；色带频繁的卡带，霍尔效应器不断受到挤压，进而造成损坏断裂。这种故障只能更换色带转动轴齿轮或用色带运动传感器替代。
1.4）色带扭结；市场上有的针式打印机使用扭结色带，如果新买的色带（非原厂生产的代用品）是非扭结的，那么色带在带仓外面的部分会出现扭结。必须更换配套的色带才能正常使用。
1.5）色带架老化；色带架也是消耗品，使用一段时间后，色带馈送机构产生磨损，色带转动阻力会增大，色带架卡销也会松动甚至断裂，因此必须及时更换色带架，一般建议更换5次色带芯以后，要更换新的色带架。
2.色带驱动齿轮组件故障
色带驱动机构是由一套色带驱动齿轮组件（一般为塑料件）组成。色带驱动齿轮组件同时受到来自字车电机的主动力和来自色带馈送机构的阻力，因此，当来自字车电机的驱动力和来自色带馈送机构的阻力相当时，色带不转动，色带驱动轴齿轮就开始打滑、磨损，甚至断裂。产生这种故障的根源往往是色带或色带馈送机构阻力太大，因此必须及时更换色带或色带架，否则会引起色带驱动齿轮组件损坏，也有可能烧坏字车电机。
3.打印头故障
打印头是由一定数量的打印针按照单列或双列（个别的为三列），平行或菱形纵向排列，在打印数据的配合下实现字符、汉字或图形的打印。目前常用的打印头一般为9针或24针（个别的为48针），均是通过薄膜电缆与控制电路连接。打印头结构比较复杂，一般有外壳、打印针、线圈、弹簧、针导板、电路板、硅钢片、垫片等组成。常见故障有以下几种：
3.1）断针；如果打印时相应针位无印痕，检查打印头发现该针位针孔无针，可以判断该针位已断针，可换针处理。
3.2）衔铁磨损；打印针衔铁磨损会影响出针和收针动作，影响印字质量，应及时更换打印针。
3.3）烧线圈；如果打印时相应针位无印痕，检查打印头发现该针位打印针完好，该针位线圈有发黑状，通过量表检测发现该线圈断路，表明线圈已烧坏，必须更换线圈。
3.4）打印针勾弯；如果色带起毛而没有及时更换，会引起刮针现象，严重的会把打印针勾弯，从而影响出针和收针，影响印字质量，建议更换色带和打印针。
3.5）打印针磨损；长期使用质量不好的色带会加速针端磨损（因为劣质色带墨粒比较大），引起印字模糊不清，检测打印针端面，发现该针位凹陷，应及时更换打印针。
3.6）硅钢片磨损；受打印针衔铁的不断撞击，硅钢片会产生磨损、凹陷，从而影响出针和收针，应及时更换硅钢片。
4.传感器故障
传感器负责检测打印机的工作状态，如果传感器发生故障，会产生不报警或误报警。传感器一般由光电耦合器和挡光片组成。传感器故障一般有两个原因：一个是异物（灰尘或纸屑）挡住光路传输；另一个是挡光片活动不灵活（有毛刺或灰尘）。一般定期清洁保养会减少传感器故障的发生。
5.输纸故障
输纸传动机构一般由输纸步进电机、打印胶辊、导纸板、压纸杆和进纸传感器、纸尽传感器等组成。打印胶辊、输纸轮的磨损会引起走纸偏斜，必须重新调整打印胶辊和输纸轮之间的间隙。导纸板磨损或压纸杆变形会引起卡纸或刮纸，必须及时更换导纸板或压纸杆。进纸传感器或纸尽传感器发生故障会引起不进纸或不退纸。
打印机的故障千奇百怪，而且随着打印机技术的不断发展和演变，打印机的机构也发生了很大改变，故障现象更是不胜枚举，这里只对目前市场上常见的针式打印机作了一些结构分析和机械故障分析，期望能给针式打印机的使用者和设备维护者提供一些帮助。