高速打印介质控制装置

本发明涉及到一种打印介质驱动装置，特别是一种用于 高速感热式打印机上的打印纸带传送系统，这种感热式打印 机能在打印介质的一次传送过程中将单色图像打印成全彩 色图像。

一种可行的打印方法(利用热传输进行染料渗透或称为 “D2T2”)使用带有染料的色带，该色带能将染料渗透到打印 介质上。由于这种方法取决于染料渗入到介质上的过程，因 此这种打印方法的速度相对较低，无需对打印介质进行高速 传送，这正是这种染色打印方法和局限性。

第二种打印方法的打印速度差不多为前者的10倍，这 种打印方法使用蜡状“色带”(热蜡传输方法或称这 “TWT”)。目前，使用热蜡传输方法的全彩色打印机已经可 以得到，这种打印机的打印头上有一系列可单独寻址的电 极，可对这些电极分别有选择地加热，将蜡点从色带上传输 到打印介质上，一般为打印纸上。这种打印机通常设计成打 印分辨率400DPI以上。

通过使彩色蜡点以全部或部分叠加的方法进行连续沉 积，以生成几种色彩，从而产生全色彩完整图象，通常采取多 色彩印图方式，其中，几个已制板的图象底板被着墨，每个单 独的色彩以及每个着墨的图象被分别地传输到介质上。在大 多数彩色打印系统中，每一张三原色及黑色图像都打印得很 齐整，使最终得到的图为完整的合成图像。最终完成的打印 图上任何渐变范围内的颜色均取决于该渐变范围内具有的 每一三原色的含量。

由现有技术可知，每根色带可包含一种相邻色彩区内所 需的颜色。如果一个针打的打印头上有5～7行打印针，这些 打印针能分别驱动，从而在一次打印过程中产生多行打印 点，则可设计一种包含有彩色条纹的色带，每一彩色条纹的 宽度为多行打印线的宽度。在打印介质移动前，进行四次打 印循环，每次打印一种颜色线，然后色带再移动。如果每一色 彩区在色带移动方向与一页打印纸或文件一样长，则在每一 种颜色打印完后，需要对打印纸相对于打印头进行重新定 位，然后再打印下一种颜色。一直重复这一过程，直到所有颜 色均打印完为止。

由于上述这些方法均需在一根色带上提供一系列的颜 色，而文件的长度常常受到每一颜色区长度的限制，因此这 些方法均有局限性。

在热蜡传输打印方法中，通过在电极上施加电流的方法 可对单个打印电极进行加热。一种颜色的蜡层直接与打印纸 带接触，这种打印纸带通常为打印纸，但也可是纤维、塑料膜 或金属薄片，在这些打印纸带上沉积蜡点。

通过一滚筒将这样形成的“夹层保持在电极上，该滚筒 同时起打印纸卷筒及散热器的作用。当蜡层的温度超过蜡的 融化温度时，一小块蜡就会融化。为了在打印介质上得到所 需大小的图案，必须供给另外的热量以融化足够的蜡。在较 冷的打印介质上，蜡开始冷却并固化。

在打印介质与色带从打印头处移开的过程中，打印介质 与色带可以保持接触，此时固化的蜡优选粘附于介质上而非 色带上。然后色带与打印介质分离并传送到一收带卷筒内。 当打印纸带介质传送到下一个打印位置时，以不同色彩的蜡 重复这一打印过程。

在移动的打印打印纸带上打印时，确定蜡点的打印沉积 位置非常重要。从而确定打印图案沉积的位置也很重要。在 现有技术的传统打印机中，所需的确定彩色打印点位置的时 间足够长，从而可使打印头移动到准确的图案打印位置处。 当打印头移到下一行图案的打印位置时，则开始打印下一 行。

当打印纸带移动时，有必须打印某些点阵的可能性。如 果人眼对打印结果满意，则打印的点在打印介质传送方向的 横向应该对齐，并且相邻行间间距应该一致。此外，根据所打 印文件的不同，这种对齐与整体要求可能非常严格，原因是 人眼对非齐整的分辨力，尤其是对直线与光滑曲线图案的分 辨力非常灵敏。

提供一种能可靠和重复产生精确图像的具有相对较高 打印速度的(12英寸每秒以上)全彩色感热式打印机，是我 们的愿望。所打印的图像来源可以是计算机内的图像文件或 计算机内图像生成软件运行的结果而产生的图像。也可以用 现有的扫描仪及其软件将不同的源文件扫描成彩色“文件”。 无需产生一系列的印图底板即可用彩色打印机打印这种“文 件”。

这种打印机应该具有1200DPI或更高的打印分辨率，并 且能在不同的打印介质包括打印纸、纤维、塑料膜或金属薄 片上打印。其调色能力应该包括人眼能够感觉到的色彩与色 调范围。一般来说，对于第一三原色及黑色，能用至多32数 据比特表示的明暗度从64到256的色彩范围应是足够的。

因此在这种打印方法中可使用单一颜色的色带，且避免 使打印打印纸带在各种颜色间来回传送，在打印打印纸带的 传送过程中串行安装有四个小型打印头。每一个打印头的打 印图像应该保持准确的对齐，并且相邻打印行间的距离应保 持一致。

根据本发明，这种全彩色感热式打印机其打印速度能达 到或超过12英寸每秒。该打印机不仅使用数字计算机来帮 助确定打印头在打印行间移动的时间，而且优化这一时间， 以及确定和优化施加于完成打印图案的感热式打印头上每 个电极电脉冲的长短和大小。

一种高分辨率的编码器传感打印纸在打印机上的移 动。对于这些需要打印一种以上颜色的渐进的范围来说，对 连续的打印单一色彩的打印头上的电极进行足够的加热从 而使彩色蜡融化并直接沉积于前面打印头施加的蜡点上是 致关重要的。施加于打印电极上电脉冲的大小和长短能决定 蜡点的大小，该蜡点传输于打印纸带介质上并且准确定位于 蜡点应占的位置。

为了使图像生成设备例如感热式打印机能够在打印介 质一次传送过程中高速打印全彩色图像，需要对打印纸带传 送装置进行重要的改进。这种打印纸带传送装置必须设置成 这种型式：组成打印纸带的打印介质每一进给的精确定位应 该由所述的打印介质驱动装置来保证。

基于对打印介质伸离卷筒长度的精确计数，所述的图像 生成元件能通过一种计算装置编程以在打印介质移过相应 图案生成元件的准确的时刻、准确的位置在介质上产生打印 点。在感热式打印机中，这种图像生成元件是指打印机上的 针。当通过三原色与黑色的叠加得到全彩色时，这种打印纸 带传送装置包括存贮有代表打印位置间距离的数字计数的 单个打印位置寄存器。

很显然，其框架应该是刚性的，从而所有元件均可可靠 地安装以保证它们间的相对位置。同样保持几个打印头间的 绝对平行也很重要。为避免打印纸带介质的松驰从而使编码 器能连续和可靠地传感打印纸带的移动，应该使打印纸带介 质保持相对的张紧状态。在打印寄存器中存贮精确代表打印 位置间距离的计数也是必不可少的。例如，与第一打印位置 相联系的第一寄存器中的计数表示打印打印纸带介质从静 止到运动所需的距离。与下一打印位置相联系的第二寄存器 将存贮有代表开始间距及第一打印位置与下一打印位置间 距离的计数。

与此类似，第三寄存器存贮有一个等于存贮于第二寄存 器中数字加上一等于第二和第三打印位置间距离数字的数 字。最后，在四彩色打印机中，存贮于第四个寄存器中的数字 为第三寄存器中数字加上第三打印位置到第四打印位置间 距离的数字。

打印机框架的热膨胀与收缩会影响打印位置间的距离， 这种影响可通过调节寄存器中存贮的数字这种简单的数字 调节方式进行调节。作为温度的函数，这种调节可存贮于数 字计算机中，并可由查找表得到。

此外，通过打印一张简单的样图的校核，可以很容易地 取得准确的对齐。打印样图可用显微镜或高倍放大镜检验。 通过改变不同寄存器中存贮的数字可修正对齐不准。当编码 器在打印行间产生几种脉冲信号时，有经验的使用者可通过 两至三次打印测试取得非常准确的对齐数字调节。

因此，本发明的目的是提供一种打印介质驱动装置，这 种介质驱动装置包括一打印打印纸带传送机构，在一次传送 中通过连续的图像生成元件可对打印打印纸带以及彩色打 印点进行精确定位。

本发明的另一目的是提供一种能可靠和多次打印彩色 图像的打印高速传送机构。

本发明的第三个目的是提供一种具有能传感打印打印 纸带传送状态的高分辨率编码器的打印打印纸带传送机构。

本发明的第四个目的是提供一种具有高分辨率编码器 的高速打印纸带打印机，该编码器能产生代表从一打印行点 到下一打印行点间距离的预定数目的脉冲信号，并可对多行 打印点进行准确对齐。

本发明的第五个目的是使用一种数字寄存器，通过改变 代表图像生成头间线性距离的已存贮的计数来补偿因热引 起的变化。    

本发明的第六个目的是所述的打印打印纸带传送机构， 包括位于每一图像生成位置处的打印纸带驱动马达，这种驱 动马达采用闭环反馈控制回路，控制信号从第一图像打印位 置处的马达反馈控制回路产生，使打印打印纸带以一种“拨 河”的方式处于最佳张紧状态。

本发明的第七个目的是提供一种打印打印纸带具有足 够张紧度的打印纸带传送机构，从而使图像源介质(例如热 蜡打印机中的色带)在传输的蜡或其他图像形成材料附着到 目标介质并优先保持在目标介质上后与目标介质分离。

本发明的新颖特征在于这种驱动装置结构本身及其驱 动方法，其优点可结合下述附图及其说明更好地理解。所述 的附图是本发明的优选实施例。应该指出的是，附图仅仅用 于解释和说明的目的，不能认为是本发明的唯一结构与限 制。

附图1为该打印介质驱动装置在打开时的透视图；

附图2为本发明所述的打印介质驱动装置的侧剖图；

附图3为图2所示装置的框图。

附图1表示了本发明的用于高速感热式打印机10的打 印介质驱动装置。打印机10包括框架12和与之铰接的门 14，还装有用于接收打印图像的介质或打印纸带16，在感热 式打印机上一般采用打印纸。

供纸装置18安装于打印机框架12的底部，这种供纸装 置可以是卷纸筒或乙形折叠的纸堆。打印打印纸带16跨越 框架12的整个长度(一般是水平安放)并放置于框架12中， 框架12上包括有大多数驱动件，门14上也包括有相关的 件。位于门14侧面的闩锁13钩住框架12上相应的挂柱15， 将门与框架两者锁为一体并保持稳定。

附图2为打印机10的侧剖图。将门14关上到框架12 上，则打印打印纸带16位于这两个“夹层”之间，两夹层上有 一系列元件，一些位于框架12上，另一些位于门14上。所有 的元件相互间以及与打印打印纸带16间均有精确的定位关 系。

首先，打印打印纸带16穿过位于门14上的第一弹性压 紧轮19与安装于框架12上的弹性制动轮20之间。当打印 打印纸带向驱动轮或铰盘22传送时，制动轮20则向它施加 一固定的拖力。在第一弹性压紧轮19和制动轮20的共同作 用下使打印打印纸带16张紧。驱动轮22位于沿着打印打印 纸带16的传送路线较远处的第一打印位置处，并且作为打 印打印纸带16的第一驱动源。

驱动轮22作用于打印打印纸带16上的牵引力与制动 轮20的拖力方向相反，从而避免打印打印纸带16松驰，使 其传送路线最短并保持张紧状态。在本发明感热式打印机的 实施例中，当使用打印纸做为打印介质时，施加约2.0公斤 的制动拖力就会有满意的张紧效果。

在制动轮20和驱动轮22间安装有高分辨率的卷筒旋 转位置增量数字编码器24。在优选实施例中，编码器24每 转可产生4000个计数。具有准确直径的金属编码器卷筒26 通过弹性压紧轮28与打印打印纸带16保持无滑动接触。弹 性力使压紧轮28压紧打印打印纸带16和编码器卷筒26。

当打印打印纸带16在编码器卷筒26和第二压紧轮28 间移动时，打印纸带带动编码器卷筒26旋转，传感打印打印 纸带进入打印机中打印纸带传送路线上时每一预定移动长 度时的转动信号。编码器卷筒26的周长决定由每一编码脉 冲表示的距离。

由于打印打印纸带16保持张紧状态，而且精确的金属 编码器卷筒26与打印打印纸带16保持无晃动或无滑动接 触，因此打印打印纸带16传过编码器卷筒26的距离就可准 确测量，优选实施例中位移编码器24可测量1/4000转。也 可使用每转更多或更少计数的其它编码器。

由于编码器卷筒26对打印打印纸带小到只有一个打印 点直径1/9大小的微小移动都很敏感，因此其精确性可确保 几个点的色彩都能准确对齐，每一转的分辨率为300dpi。也 就是说，每一脉冲表示3.7×10-1英寸(0.00037″)或0.370 密耳(mils)的打印打印纸带的移动。在图像的打印过程中， 从一个点行到下一打印点行计数9个脉冲尤为方便。打印打 印纸带每一英寸移动量的脉冲数取决于编码器的分辨率和 卷筒直径，可针对各种打印打印纸带移动速度和打印分辨率 进行不同的选择。例如，每一打印点行的脉冲数应设计成足 够便于再细分，比如当需要更高的分辨率如600或1200dpi 时。

TWT打印机中的图像打印源介质如彩色涂蜡色带30 通过制动轮32安装于框架12上。色带30从制动轮32上收 缩，通过制动拖力的拉紧而防止其起皱，导轮34将色带30 和打印打印纸带16连到一起。

第二导轮36将打印打印纸带16引导到驱动轮22。由 盖38对打印头40进行保护。当打印打印纸带16和色带这 种“夹层”移过打印头40和第一驱动轮22间的打印位置时， 打印打印纸带16和色带30“夹层”连于一体，该第一驱动轮 22通过联接件安装于门14上。调速带与皮带轮装置42将 第一弹性驱动轮22与第一驱动马达(见附图3)相联。弹性 力将驱动轮22偏向于打印打印纸带16的非图像接收面，最 后使色带30与打印头40紧紧相靠。在这种热蜡感热式打印 机中，打印头40及其他打印头都采用多电极感热式打印头。

在第一图像打印位置40之外，在框架侧有引导打印打 印纸带16在打印结束后与色带30分开的分离杆44，分离 后进入第一收带卷筒46，以收集伸出来的色带30。第一收带 卷筒46通过一恒扭矩马达(图中未给出)逆时针方向旋转， 协助色带30从打印打印纸带16上从分离杆44处分离。

在包括多个图象生成位置的打印机中，如具有四个彩色 传蜡感热式打印头的打印机中，所述的打印打印纸带16移 向与第一打印头40平行的第二打印头50。移到第二打印头 附近时，打印打印纸带16穿过位于框架12上的第二导向杆 52，该导向杆随着打印打印纸带的移动将第二色带54由第 二制动卷筒56处引导到夹层位置。打印打印纸带16和色带 30夹层移到第二打印头50，由第二驱动轮58驱动。而该驱 动轮则由第二驱动马达驱动，如附图3所示。第二驱动马达 向第二驱动轮58施加一牵引力并使打印打印纸带16保持 张紧。

打印完后，伸出的色带54卷饶在第二收带卷筒60上， 其操作方式与第一收带卷筒46一致。打印打印纸带16继续 进入另两个一样的打印位置，在其未端设有最终的驱动轮 62及其之相配的压紧轮64。所述的最终驱动轮62将打印打 印纸带16牵引到切割装置66，该切割装置能将打印纸带16 切割成文件预定的长度。打印打印纸带16继续通过导轮68 移动，最后从出口70输出打印机，该出口70位于门16的顶 端与框架12之间。

图3是关于编码器24与产生实际图形的第一到第四印 刷头40、50、72、74之间的相互作用关系示意图。编码器24 可传打印纸带16运动到位置计数器76时产生的脉冲。计数 器76也可与一个计算机或中央处理单元(CPU)78连接，它 可被编程以与计数器76以及第一到第四寄存器80、82、84、 86通信。

每一个寄存器80、82、84、86同各自的第一到第四比较 器90、92、94、96连接，每个比较器从计数器76接收输入信 号。每个比较器的输出信号可送到相应的第一到第四个脉冲 发生器98、100、102、104，四个脉冲发生器为第一到第四个 打印头40、50、72、74提供相应打印脉冲。

在打印开始时，每一个寄存器根据预选数据来设定。第 一个寄存器80预定的计数表示传送纸带16从静止到加速 到平稳速度这一过程所通过印刷头的长度。对优选的实施例 中的四色热蜡(thermal wax printer)式打印机的印刷密度 300dpi来讲，预先设定的数据可为2000，这样在第一个打印 信号产生之前，可保证印刷打印纸带16达到其工作速度和 所要求的张紧力。

第二个寄存器82预加载的计数代表第一个寄存器80 中的计数的总数加上一个表示第一个打印头40到第二个打 印头50间的距离(i.e12000))，总数为14000来设置。在优 选实施例中，打印头之间的距离是相等的，所以第三个寄存 器84中的值可根据预先设置在第二个寄存器82的值加上 表示第二个打印头50与第三个打印头72的之间距离(也为 12000)，总数就是26000来设置。

第四个打印头遵循同样的计算方式，由此可得到预置数 据38000。安装打印头时不可能保证很高的公差，所以打印 头之间的实际距离会有轻微的偏差，于是在抽样印刷测试 时，每一个预先设置的值可通过CPV78进行调整。总之，对 于每一个打印头的新的距离可被存入计算机并预先设置在 寄存器内，以便于随后的运行。

当编码器24感应到打印纸16的位置时并且计数器76 累计的值等于寄存器80中的值时，第一个比较器90就立刻 输出一个脉冲。从比较器90输出第一个脉冲开始，第一个寄 存器80就得到一个反馈信号，以增加预先选定的存储值。在 本实施例中，印刷密度为300dpi，预先选定的值为9，它表示 相应印刷行距的数值。于是当第一行印完后，每次计数器76 的值也增加了9，由第一比较器90产生一个输出脉冲，并且 第一个寄存器80的值增加了9。

第一个比较器90的输出脉冲被第一打印脉冲发生器 98接收，并依次向第一打印头40发出打印脉冲信号。同样， 计数器76传送到第二到第四比较器92、94、96的累积数值 与第二寄存器82中预先设定的值相匹配时，第二个比较器 也产生一个输出信号并送到脉冲发生器100，并依次将打印 脉冲传送到第二打印头50。第二个比较器92的输出信号使 得第二个寄存器的值增加9。

使预先设定的值与计数器76中产生的累加值匹配的过 程和随后将生成的打印脉冲传送到打印头的过程，对于第三 和第四比较器94、96和第三和第四寄存器84、86以及第三 和第四脉冲发生器102、104和第三、第四打印头72、74来说 是一样的。

总之，当比较器90内预定的值与包括因响应打印纸带 16的运动而由位置编码器24在计数器76中产生的累积脉 冲的值相匹配时，打印头将立即感应出一个脉冲。但是，由于 在打印纸带运动处的附近仅有一个位置编码器24轴，且打 印头40、50、72、74从这一处顺序安装，所以打印纸带16在 这一行程中的长度必为连续恒定的，所有的打印头只响应它 们各自的比较器发出的信号。印刷品的准确度完全取决于打 印头的平行度和它们的安装位置以及通过编码器24轴处的 打印纸带16的恒定路径长度。

为达到所必需的精度水平，印刷带上恒定的拉力是非常 重要的。根据图3，马达控制单元106根据由CPV78所接收 的命令可控制转矩和一个或多个马达的速度。如图所示，马 达控制单元106包括几个输入端以产生控制信号，这些控制 信号送到用于驱动每个打印头驱动轮的马达上。

通过一个包括可由编码器112发出马达108所必需信 号的反馈回路，第一驱动马达108驱动的第一驱动轮22被 控制在一个适宜的速度和转矩。第一反馈回路110向第一放 大器114提供一个“修正”电压信号，并可由第一放大器114 转换为当前信号，供给马达108。

反馈回路可接收由控制单元106发出的控制信号，由编 码器112发出的位置表示信号及译码器112发出的速度信 号。编码器112是一个增量编码器，它可根据马达的每一转 动增量发出一个脉冲，对脉冲计数可显示出当前位置并通过 测定脉冲间隔时间来显示出速度。

驱动轮22克服制动轮20的阻力，牵引打印纸带以保持 第一打印头40处的打印纸带的张紧度。随着拉力增加，马达 速度减慢，反馈回路便发出修正信号电压供给第一放大器 114，并由该放大器将该电压转为当前信号。由于马达转矩是 所加电流的函数，该扭动矩将会增加直到克服阻力，并且速 度增加时为止。增加的速度将被记录在反馈回路中并且相应 减小修正信号，从而降低提供给马达108的电流。反馈回路 110根据扭矩增加来补偿所有影响速度稳定和拉力恒定的 阻力因素以稳定速度。    

第二和其之后的驱动轮58、118、120各自由相应的第二 和其随后的基本相同各自带有数字译码器128、130、132的 马达122、124、126驱动。第二和其后的反馈回路134、136、 138，象相关的数字译码器128、130、132所表示的信号一样， 各自可接收由马达控制回路106所接收的信号。但是由第一 译码器112所得到的位置信号也可作为驱动控制信号施加 于第二和其后的驱动马达的反馈回路134、136、138。

反馈回路的这一改进可保证所有驱动马达有“拔河”状 态下工作，第一驱动马达108设置的速度和其后的驱动马达 提供的牵引力应足以保持打印纸带16内部恒定的张紧力， 且可克服所有因印刷带传送轮成打印头与打印纸带间相互 作用产生的摩擦力。

另一实施包括可使用唯一驱动马达，通过齿轮和连接链 条与所有的驱动轮连接起来。在该方案中，仅用一个反馈回 路就足够了，对于该反馈回路，可比信号可以包括马达的译 码器和电机控制回路106或CPV78中获得。

在本领域中有经验的专家可在本发明的范围内提出修 改方案。本发明所要保护的范围仅为仅利要求所限的范围。