专利名称：打印单元和使用该打印单元的打印机的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用热打印技术打印的打印机，尤其是涉及这种具有将打印头压向卷筒的压力机构的打印机中的打印单元。
图8中显示了日本JP-A-9-216436中披露的打印单元100，该打印单元100设置有热打印头101，卷筒102，和朝卷筒102推动打印头101进行打印的压缩弹簧109。
打印头101包括固定其上的带有加热元件的陶瓷基板和驱动装置集成电路IC。陶瓷基板被打印头托架103支撑，托架还有散热器的功能。打印头托架103是矩形，带有从打印头托架的纵向相对端同轴延长的端轴104,105。打印头托架103被这些端轴104,105支撑，所以其能够相对打印机主体106转动。
纵向延伸轴的108通过卷筒102。轴108可转动地支撑于打印机主体106，轴108平行于由端轴104,105限定的旋转轴。
多个压缩弹簧109推动打印头103的后侧，后侧是不面对卷筒102并相对于支撑打印头101陶瓷基板的一侧，弹簧109朝卷筒推动打印头101，所以压力将均匀地沿打印头101和卷筒102之间的接触线施加。
现有技术存在的问题是打印头托架103的旋转轴和卷筒102的转动轴由于各个零件的制造误差不是真正的平行，这意味着打印头101和卷筒102之间的压力实际上不是相同的。因此不能得到相同的打印密度。
本发明的目的是解决上述现有技术存在的问题，提供一个能够不受零部件精度变化的影响，在热打印头和卷筒之间具有相同压力，可以得到相同打印密度的打印单元。本发明的另一个目的是提供使用该装置的热打印机。
这些目的通过权利要求1中公布的打印单元和权利要求6中公布的热打印机得以实现。本发明的优选实施例反映了有关权利要求的主要内容。
在本发明的一个实施例，打印单元包括带有纵向延伸卷筒轴的卷筒，卷筒可以绕其卷筒轴转动；和带有一定长度热打印头的打印头托架，用于采用热打印方法对通过打印头和卷筒之间的记录介质进行打印。打印头托架的支撑轴以及卷筒轴支撑于机架。支撑轴限定一个供打印头托架转动的旋转轴。旋转轴平行于打印头的加热元件管线。支撑轴所受的支撑方式是打印头托架能够沿特定路径绕与支撑轴一端基本正交延伸的轴转动。压力装置位于相对于打印头的打印头托架侧面的特定位置。因为打印头托架的一端固定到支撑轴的一端而支撑轴的另一端移动使打印头与卷筒平齐，打印头能够均匀地接触卷筒，因此可以与零部件精度的变化无关。
如果压力装置的位置可以使压力均匀地施加到卷筒和打印头的互相接触部分，面对记录介质的打印头可以被均匀地托住。因此以均匀的打印密度进行打印可以与零部件精度变化无关。
其它的目的和优点以及对本发明的更完全的理解通过参考下面的对优选实施例的介绍并结合附图可有清楚的了解和评价。其中，
图1是根据本发明实施例的打印机基本结构透视图；图2是图1打印机从左侧看去的侧视图；图3是图1打印机从右侧看去的侧视图；图4是图1打印机从左侧看去的局部视图5(a)是图1打印机从左侧看去的打印单元的侧视图；图5(b)是图1打印机从右侧看去的打印单元的侧视图；图6(a)是从图5(a)中箭头A的方向看去的打印单元主要部分的视图；图6(b)是从图5(a)中箭头B的方向看去的打印单元主要部分的视图；图7(a)和(b)是说明打印头，卷筒和弹簧力之间位置关系的侧视示意图；和图8显示根据现有技术得到的打印单元的基本结构。
第一个实施例图1是将本发明具体化的打印机基本内部结构的透视图。打印机1有一对机架，第一机架2a和第二机架2b，其基本是矩形的主要用金属制作，并基本是平行放置。第一机架2a与驱动器90位于打印机的同侧，驱动卷筒50的驱动器将在下面作进一步介绍。纸卷保持器3设置在机架2a,2b的后面。典型地是用树脂模制，具有适合保持纸卷的箱形形状。机架2a和2b以及纸卷保持器3共同形成了作为打印机1机架的打印机箱7。上盖4位于纸卷保持器3的后端所以能够在开和关的位置之间移动，在关闭的位置时落在机架2a和2b以及纸卷保持器3上，而在打开的位置就允许纸卷放入纸卷保持器。上盖4足够大，可以在关闭的位置覆盖机架2a和2b以及纸卷保持器3。
图4是从机架2a的侧面看去的局部侧视图，打印机1有打印单元20，其包括热打印头40，支撑打印头40的打印头托架30，卷筒50，朝卷筒压打印头的加压装置60。
图6仅显示打印单元20的主要部分。图6(a)是顶视图，图6(b)是前视图。
打印头托架30是用铝制作的薄矩形体。打印头的一列加热元件所在的头表面41位于打印头托架30的一端，由加热元件形成的列在下面称作加热元件管线L1。在这个实施例的支撑轴包括第一和第二端轴31a和31b，其分别从打印头托架30的相对端的两个纵向的第一和相对的第二个面延伸。端轴31a,31b的共同轴(旋转轴)平行于加热元件管线L1，共同轴在下面称作支撑轴线L2。打印头40因此可转动地通过端轴31a和31b支撑于机架2a,2b。
图5(a)是第一机架2a的侧视图。图5(b)是第二机架2b的侧视图。定位槽5位于机架2a用来容纳及定位打印头托架的第一端轴31a。导槽6位于机架2b用来容纳和定位第二端轴31b。如图5(a)所示，定位槽5位于从机架2a的顶部到大约中部延伸的L形切口的基本为水平的部分(沿打印机壳体7的前后方向延伸)。稍宽于端轴31a直径的定位槽5被以图5中的垂直方向互相面对的位于上部和下部的导槽边5a,5b和限定了定位槽后端的端面5c所限定。导槽边5a,5b用来导引位于其间的端轴31a。端面5c成为端轴31a的对接面并限定了端轴31a的最后位置。因此，端面5c决定了打印头40和卷筒50在前者压向后者的方向上在卷筒轴向端的相对位置。
如图5(b)所示，导槽6位于第二机架2b，基本上对称于定位槽5，可以讲，导槽6对应于定位槽在机架2b平面上的正投影，只有各端面位置上的差别。因而，导槽6的导边6a和6b分别对应于导边5a和5b，但是端面6c要比端面5c距后面更远。
打印头40因此通过分别将打印头托架的端轴31a,31b插入定位槽5和导槽6而支撑于机架2a,2b。打印头托架30可绕由端轴31a,31b限定的支撑轴线L2旋转运动。此外端轴31a,31b能够分别进入定位槽5和导槽6。
如图4所示，打印单元20的卷筒50通过卷筒轴51可转动地固定在上盖4的前端。卷筒轴51与正交于机架2a,2b的直线平行，当上盖在其打开和关闭的位置之间运动时，保持与该直线基本平行。当上盖4关闭时，卷筒50伴随打印头托架30的运动接触打印头的头表面41。卷筒50有在第一机架侧面2a的第一端和在第二机架2b侧面的第二端。
相对于横断定位槽和导槽5和6的垂直平面(在图4和5中的‘垂直的’)，打印单元20的加压装置60位于面对打印机前面(图5(b)中的左侧和图4和5(a)中的右侧)的表面，包括弹簧装置61，弹簧支撑件62和弹簧固定件63。
弹簧装置61包括一个或多个压缩弹簧。本实施例使用施加相同压力的两个弹簧61a,61b。弹簧支撑件62支持从其特定位置突出的弹簧装置。弹簧固定件安装在机架2a,2b，故弹簧支撑件62是可以自由运动的。加压装置60的结构使得弹簧装置61的弹簧力61，即多个弹簧的组合表现力，作用在位于打印头托架30后侧(后侧是指不面对卷筒50相对支撑打印头40一侧的侧面)的特殊位置(力的作用点)。力作用点的特殊位置将参考图7在下面进一步介绍。应当指出在图7中大写字母用来表示直线，小写字母用来表示线的长度。
下面的定义将用于后面的说明。第一端轴31a与端面5c之间的接触点是参考点P1，打印头40的头表面41和卷筒50之间的接触线是打印线L3(应当与加热元件管线L1基本一致)。打印线L3的两个端点用P2和P3来表示。位于第一机架2a一侧的P2，因为靠近作为第一端点的P1,P2成为第二端点。P1、P2、P3作为顶点的不等边三角形是工作三角形T。工作线L4是平行打印线L3的直线，但朝三角形T平面内的参考点P1偏移距离d1。L01是连接参考点P1和P2P3线段中点的中线。工作线L4和中线L01的交叉点是参考点P4。
通过使力作用点位于线L01，第一端轴31a将不会从定位槽5的端面5c脱离，压力可以均匀地沿打印线L3施加。换句话，打印头能够均匀地压向卷筒。
如上面所述，一个或多个压缩弹簧可以用做弹簧装置61。如果使用多个弹簧，只须要将弹簧定位使所有弹簧的合力(弹簧装置的表现力)作用在线L01上的点。最好使用多个弹簧，因为当实际的打字机产品中只使用一个压缩弹簧时由于记录介质刚度变化和驱动卷筒齿轮的反力很容易出现压力变化。
此外，弹簧的力作用点最好位于直线L01上比到参考点P1更接近打印线L3的位置。这是因为如果力作用点靠近参考点，不同打印机之间的零部件精度的变化造成的压力变化根据杠杆原理将沿打印线L3增加。
另外打印头施加到卷筒的压力由弹簧合力和在线L01上的力作用点位置决定。
在下面的说明中，假定弹簧装置61带有两个压缩弹簧，都具有相同的压力。第一弹簧61a和第二弹簧61b分别在工作三角形T内的工作线L4上作用点F1和F2接触打印头托架30。工作点F1位于线段P1P2与工作线L4的交点P5和参考点P4之间。当L5与通过参考点P1的打印线L3的延长线正交，L6成为L5和L4延伸线的交点时。从P6到工作点F1的长度x1大于线段P5P6而短于线段P6P4。这是因为当长度x1比线段P6P4长的时候，端轴31a与定位槽5的端面5c分离。
另一方面，第二个弹簧61b的工作点F2设定在使P6到工作点F2的长度x2等于长度x1加上工作点F1到参考点P4距离d2的两倍(x2=x1+2d2)。这意味着两个弹簧61a和61b的表现合力作用在线L01的参考点P4。
假设在上述的位置，围绕P6的力矩M可以根据下列等式进行计算，其中f是各弹簧61a和61b的压力。
M=f·x1+f·x2=2f(x1+d2)等式的右边2f(x1+d2)显示分别作用在工作点F1和F2两个弹簧力f等于一个将参考点P4作为其力作用点的弹簧力2f。
因此，设立弹簧61a和61b对工作三角形T上工作线L4施加压力，使其所在位置能够在打印头和卷筒之间沿打印线L3产生相同的压力。在这种情况下，因为工作线L4朝着参考点P1偏离打印线L3，第一端轴31a将不会与在参考点P1的第一机架2a上定位槽5端面5c脱离接触。此外，根据零部件精度的变化，当需要时可以选择偏离距离d1。
如图1和图2所示，上面提到的驱动装置90的驱动马达91位于第一机架2a的前底面，带有固定在机架2a外侧驱动轴91a上的驱动齿轮92。与驱动齿轮92啮合的第一中间齿轮93和与第一中间齿轮93啮合的第二中间齿轮94也位于机架2a。卷筒齿轮52固定在卷筒50的卷筒轴51的前端。当上盖4关闭，卷筒齿轮52与第二中间齿轮94啮合，所以驱动马达91的旋转动力传递来转动卷筒50。
当上盖打开，作用在打印头托架30的弹簧61a,61b力使第一轴端31a接触定位槽5的端面5c和第二端轴31b接触导槽6的端面6c。第二端轴31b因此比第一端轴31a更接近打印机的后侧。因而支撑线L2(还有打印头托架)与卷筒轴51不再平行(换句话，当卷筒50通过记录介质接触打印头40时，加热元件管线L1与卷筒轴51在由加热元件管线L1和卷筒轴51轴限定的参考平面上的投影相交)。
当上盖4关闭，卷筒50朝打印头40移动。响应这个动作并由于前面解释过的打印头托架的转动位置，卷筒50首先只接触靠近第二机架2b的头表面41的一部分。然后卷筒50对那部分施以反力，使其朝打印机的前面移动，卷筒和打印头40之间的接触线逐渐朝头表面41的靠近第一机架2a的相对部分延伸。打印头40和打印头托架30的移动造成第二端轴31b沿导边6a和6b移动并与端面6c脱离，而第一端轴31b被弹簧61a和61b压向定位槽5的导边5a。换句话，打印头托架30和固定其上的打印头40绕图7(b)中线L5代表的轴转动，直到加热管线L1和支撑线L2平行与卷筒轴51。同时，打印头托架30绕其被端轴31a和31b限定的转动轴转动，即绕支撑线L2并相对弹簧61a,61b的力。这意味着支撑线(打印头托架的旋转轴)在基本平行于前面定义的参考平面上是可移动的。
假定当上盖处于完全关闭的位置并因此卷筒停止移动时，打印头托架30位于打印头40的加热元件管线L1与卷筒50的母线平齐的位置。打印头40因此均匀地接触卷筒50，形成上述工作三角形T的打印线L3。在这种状态下，线L1和L3至少基本重合(实际上，打印线L3不会是真实的线，而有有限的宽度，事实上是块面积。取决于压力和卷筒的材料，打印头多少会将卷筒的接触部分弹性地压平，所以打印线的宽度会大些或小些。打印头将卷筒压平的越多，加热元件管线可能离开与经过卷筒轴的头表面正交的位置越大。换句话，加热元件管线没有必要与接触面积的中心线重合)。
由于压缩弹簧61a,61b的位置参考了上述工作三角形T，沿打印线L3的压力是均匀的。位于打印头40和卷筒50之间的纸张或任何其它的记录介质通过卷筒50的转动而被传输并沿打印线L3进行打印。因为沿打印线L3施加的相同压力使记录介质均匀地接触位于打印线L3的打印头40的加热元件，可以保证有好的打印质量。
由于设置来支撑打印头托架的一个端轴(在这个实施例是第二端轴31b)可移动使头表面41与卷筒50平齐，而另一个端轴(在这个实施例是第一端轴31a)固定在相对卷筒50的位置，根据本发明的打印单元实现自对齐，使打印头40的头表面41均匀接触卷筒50并与支撑线L2相对机架2a,2b的位置无关，与卷筒50相对打印头40的加热元件管线L1的位置无关。因此可以实现以均匀的打印密度在记录介质上打印而与零部件的精度变化无关。
此外，使用如上面的优选实施例中所介绍的两个弹簧61a,61b具有如果沿打印线L3的压力变化，例如纸张插入卷筒50和打印头40之间时，沿打印线L3的均匀压力容易恢复的优点。
而且，由于定位槽5与驱动装置90位于同一侧，定位槽5和与卷筒齿轮52啮合的第二中间齿轮94可以容易地以高精度互相定位，因为它们分别形成和固定在同一机架2a。结果是，参考点P1可以相对卷筒50精确的定位。第二个实施例根据本发明的第二个实施例的打印单元不同于第一实施例的打印单元，其在于压缩弹簧61a和61b在与之不同的位置接触打印头托架30的后面。
更具体地讲，弹簧61a,61b的工作点F1,F2沿工作线L4朝P5移动一个小补偿距离(大约为1毫米)，即从上面介绍的第一实施例中的确定位置朝第一机架侧，这将用来补偿使用本发明打印单元的实际打印机产品在打印过程发生的偏离。更具体地讲，打印测试显示在打印过程中弹簧61a,61b的工作点F1和F2会经历离开P5方向的轻微偏离。设置弹簧使其初始工作点F1,F2出现如本实施例的位移可对这个偏差进行补偿。
补偿距离也可以通过计算机分析得到。计算机分析了对工作点F1和F2偏差有影响的参数因子，比如，打印过程记录介质与打印头的摩擦，打印头托架30的厚度，打印头40加热元件的温度，和卷筒50的橡胶厚度。计算机分析也显示只需要朝第一机架侧即驱动装置一侧将工作点F1和F2移动大约一个毫米。
通过设置弹簧61a和61b使其工作点从第一实施例所介绍的静态平衡位置移动一个特定的距离，根据第二个实施例的打印单元实现了所谓的动态平衡，由此，弹簧装置的工作点力一般来说与参考点F4重合，若弹簧61a,61b的各自工作点F1和F2在打印过程可以移动的话。
因此，打印单元和使用该打印单元的打印机可以通过适当设置用于得到补偿距离的参数而实现不同的条件下保持相同的打印密度。尤其是当弹簧支撑62如第一实施例参考图4所作介绍那样可移动地固定在弹簧固定件63时这是非常有利的，因为设计用于不同补偿距离的带有补偿弹簧装置61的弹簧支撑可以用来快速地使打印单元适应不同的情况。
那些本专业的技术人员应当知道上述示例性的实施例可以有多种属于本发明的由所附的权利要求阐明范围内的变化方式。
例如上述实施例中的两个具有相同力的压缩弹簧可以位于距参考点P4同样距离的位置。还可代之使用施加不同力的压缩弹簧。在这种情况下，只需要根据弹簧力之比来决定各自到参考点P4的距离。例如，弹簧61a的力是f而弹簧61b的力是2f，到参考点P4的距离d2和d3之间的关系一定是d2=2d3。
此外，所介绍的本发明上述优选实施例中使用了带有两个压缩弹簧的弹簧装置61。本发明并不只限于两个弹簧，弹簧装置61可以包括只有一个或三个或更多的弹簧。在第二个实施例，如果弹簧装置61只有一个弹簧，其所在位置要使得工作点从图7中的参考点向P5偏离。这可以保证即使沿打印线L3出现载荷变化，打印头托架30的第一端轴31a可以保持紧密地接触定位槽5的端面5c。
在另一方面，如果弹簧装置61包括三个或更多的弹簧，则弹簧所在位置必须使弹簧力绕P6的力矩总和与作用在参考点P4的等于三个或更多弹簧合力的单个力绕P6的力矩相等。换句话，合力的力作用点必须是位于中间。
还应当知道，在上述实施例中端轴31a和31b位于打印头托架30，定位槽5和导槽6位于机架2a,2b，这些槽也可以在打印头托架30形成，而端轴可以设置在机架2a和2b。
权利要求
1．打印单元，包括机架(2a,2b)，热打印头机构(30,40,41)，包括带有多个位于第一边第一线(L1)上的加热元件的相对的第一和第二边，还包括分别位于相对的第三和第四边上的第一和第二支撑机构(31a,31b)，所述第一和第二支撑机构限定了平行于所述第一线(L1)的旋转轴(L2)并分别与第三和第四支撑机构(5,6)配合，以可转动地支撑机架(2a,2b)上的所述打印头机构(30,40,41)，所述第三和第四支撑机构(5,6)分别设置在第一和第二机架侧；卷筒(50)，支撑于所述机架(2a,2b)可相对所述机架(2a,2b)在第一和第二位置之间移动，所述卷筒(50)的所述第一和第二位置基本上互相平行；和推动机构(60,61)，绕所述转动轴朝着所述卷筒推动所述打印头机构(30,40,41)，所述推动机构(60,61)向所述打印头机构(30,40,41)的所述第二侧施加压力，其中，在其第一位置，所述卷筒(50)面对所述加热元件并施加反力到所述打印头机构(30,40,41)的所述第一侧，所述卷筒(50)的卷筒轴平行于所述第一线(L1)并与所述第一线(L1)一起限定参考平面，然而在其第二位置，所述卷筒(50)与所述打印头机构(30,40,41)分开和所述卷筒轴在所述参考平面的投影与所述第一线(L1)相交，其中，所述第一和第三支撑机构(31a,5)中的一个是第一轴(31a)，另外一个是用于接受所述第一轴(31a)的第一开口(5)，所述第二和第四支撑机构(31b,6)中一个是第二轴(31b)，另一个是用于接受所述第二轴(31b)第二开口(6)；至少所述第二轴(31b)可在所述第二开口(6)作线性移动，使得所述旋转轴(L2)在基本平行所述参考平面的平面移动，所述第二轴(31b)响应所述压力被推动与处于所述第二位置的所述卷筒(50)的所述第二开口(6)端面(6c)相接触，由于所述反力的作用而与处于所述第一位置的所述卷筒(50)的所述端面(6c)分开。
2．如权利要求1所述的打印单元，其特征在于，所述开口(5,6)各包括带有两个平行所述参考平面的相对的导边(5a、5b、6a、6b)的导槽，分别导引位于其间的所述第一和第二轴(31a,31b)；和基本正交于所述导边(5a、5b、6a、6b)的端面，所述第一轴(31a)与处于所述卷筒(50)的所述第一和第二位置的所述第一开口(5)的端面(5c)保持接触。
3．如权利要求2所述的打印单元，其特征在于，所述推动机构(60,61)包括一个或多个弹性体(61a,61b)，在所述打印头机构(30,40,41)上的所述一个或多个弹性体的合力的所述工作点位于或邻近第二线(L01)，第二线(L01)连接位于所述第一轴(31a)和所述端面(5c)之间的所述接触点(P1)和所述卷筒(50)与处于所述第一位置的所述卷筒(50)的所述打印头机构(320,40,41)之间接触线(L3)的中点。
4．如权利要求3所述的打印单元，其特征在于，所述工作点以基本平行于所述第一线(L1)朝着所述接触点(P1)一侧的方向偏离所述第二线(L01)。
5．如权利要求3或4中任一项所述的打印单元，其特征在于，所述工作点所在位置到所述第一线(L1)的距离短于到所述接触点(P1)的距离。
6．一热线打印机包括如权利要求1到5中任一项所述的打印单元(20)。
7．如权利要求6所述的打印机，还包括转动所述卷筒(50)的驱动装置(90)，所述驱动装置(90)位于所述第一机架一侧。
8．如权利要求6或7中任一项所述的打印机，还包括支撑于所述机架(2a,2b)上的上盖(4)，可在打开和关闭位置之间移动；所述卷筒(50)固定在所述上盖(4)上，所述上盖(4)的打开位置对应于所述卷筒(50)的所述第二位置，所述上盖(4)的关闭位置对应于所述卷筒(50)的所述第一位置。
全文摘要
打印头压力机构在热打印头和卷筒之间保持相同压力并与零件精度的变化无关,因此能够以相同的打印密度进行打印。打印头压力机构有位于热打印头(40)的加热元件管线(L1)方向两侧的第一和第二支撑轴(31a,31b),支撑打印头的机架,接触第一和第二支撑轴的第一和第二接触件(5,6);和推动打印头到卷筒(50)的推动机构(61),推动机构位于相对加热元件所在一侧的打印头侧。当卷筒与打印头分开时,卷筒轴和打印头的加热元件管线(L1)相交。当卷筒与打印头加热元件接触以及第一支撑轴与第一接触件接触时,卷筒轴基本平行于打印头加热元件的共线方向(加热元件管线L1)。
文档编号B41J2/32GK1309026SQ011030
公开日2001年8月22日 申请日期2001年1月23日 优先权日2000年1月26日
发明者安藤晃久 申请人:精工爱普生株式会社