專利名稱：調整墨粉消耗量的系統和方法
本申請是2003年8月15日提交的題為“再生的可更換的消耗品的電子線路的修復方法和裝置”的美國專利申請No.10/641,617的部分繼續申請(CIP)，本文引用參考其全部內容。
背景技術：
不同的成像裝置使用不同類型的可更換的消耗單元。每種靜電復印或光-電照相裝置具有其獨特的要求，比如特定的兼容墨粉、裝配到特定打印機所必需的尺寸要求、功率消耗、與打印機的接口等等。典型的可更換的消耗單元，比如墨粉盒，包括許多不同的部件如墨粉、OPC感光鼓、顯影輥等等。此外，這些可更換的消耗單元并不只限于墨粉盒，還可包括中間的OPC感光鼓組件。可更換的消耗單元還可以分為單色和彩色的。隨著技術的不斷進步，可更換的消耗器材也必須進行各種變化以適應新的改進的靜電復印設備。
隨著活動部件的采用，打印機制造商將數據下載到了可更換消耗單元中。最初在某些墨粉盒，原來的設備制造商(OEM)設計了一種方法檢測墨盒本身的特定信息。這是通過機械方法實現的。隨著電子線路變得更小、更有效和能夠執行各種任務，打印機逐漸將更多的數據移往可更換的消耗單元。舉例來說，工作電壓、墨盒序列號、生產日期、打印記錄、墨粉耗量和墨粉余量這樣的信息可以貯存在墨盒本地。這樣，如果墨盒從一個打印機轉移到另一個打印機時，與特定墨盒相關的信息能夠隨墨盒一起移動。還使得制造商能夠對使用期限中的墨盒進行跟蹤。
授予Applegate等人的專利No.5,995,774介紹了一種從可更換的消耗單元獲取信息并貯存在墨盒的方法。該專利介紹了一種將對應于剩余墨粉量的數據貯存在靜電復印墨粉盒的電子線路中的方法和裝置。該電路通過電觸點與打印機進行電通訊。打印機把剩余墨粉量確定為一個值，并將該值轉換為貯存在電子線路的存儲器內的“桶水平(bucket levels)”。對應于新盒中剩余墨粉量的初始桶水平是滿的，隨著墨盒的使用，這數值相應地減小。電子線路被設計成，桶水平只可以減小而不能增大。因此當可更換的消耗單元達到空的狀態時，打印機將判斷沒有墨粉剩余，并把桶水平定為空。一旦桶水平已經宣布為空的，墨盒被用盡，因而必須更換。
用完的可更換的消耗單元，如已經不能供應墨粉的墨粉盒，可以循環利用。再生制造工業由此產生。再生物品制造商收取用過的可更換的消耗單元，進行清理、修復損壞的部件、更換磨損的部件、加入新的墨粉、然后使這些翻新的單元重新進入市場。再生物品制造商更換的許多部件可包括充電輥(PCR)、OPC感光鼓、磁力輥、刮板、攪拌器、密封件、譯碼器輪以及電子控制電路等，這里僅舉出幾個例子。
為了保護其利益，OEM所設計的可更換的消耗單元都是一次性的產品。OEM預料當產品達到其使用壽命后，顧客將丟棄用過的部分，然后以新的可更換的消耗單元進行替換。而且，OEM通過在可更換的消耗單元上安裝保護措施來確保可更換的消耗單元不能簡單地再灌充墨粉、翻新之后又回到市場上銷售。舉例來說，有些OEM在可更換的消耗單元上安裝只能一次性寫入的電子線路。成像裝置能夠與此電子線路聯接，一旦此電路已經失效，可更換的消耗單元停止工作。
本發明的一個優點是，其提供了一種修復方法，一旦各種可更換的消耗單元的這些電子線路在其正常使用壽命內失效之后，能夠對其進行修復。本發明的第二電子線路可與現有的不起作用的電子線路一道與打印機通訊。利用現有電路的能力與打印機聯系，第二電路可以執行初始電路已經不能執行的功能。不起作用的電子線路將連接到第二電子線路，因此第二電子線路能夠截取原本發給不起作用電路的電信號。通過監測來自打印機的訊息，第二電子線路將截取、處理和重新發送數據給第一電路。第一電路將相應地作出反應并以適當的數據列進行回復。這些電路之間的相互作用將在稍后的段落中更加詳細地介紹。
在本發明的優選實施例中，將使用微處理器。能夠確定何時對應于墨粉水平的特定位置被訪問，然后使用其自身的存儲單元來貯存該信息。當使用第二電子線路的墨盒耗盡所有可用墨粉之后，打印機將再次在存儲器的正確位置寫入適當值，而且打印機將使該位置不能改變。于是墨盒被送回進行再循環。
本發明的另一個方面是提供了靈活性，可利用各種將第二電路連接到不起作用電子線路的方法。第二電子線路的觸點位置由打印機電觸點的位置決定。然而，第二電子線路本身的實際位置可在可更換的消耗單元上的任何位置，只要有足夠的空間用于安裝電路，以及可電連接到打印機觸點。
本發明的另一個方面是使用了替代電子線路。這種替代電路將提供原始的OEM電路沒有的額外功能。舉例來說，替代電路通過提供與打印機通訊的備用或可選路徑，能夠使可更換的消耗單元更加可靠。通過設計電路使之具有操作時可以改變的多余路徑，電路將變得更加穩定。當這種情況發生時，本發明的電路將通知用戶檢測到錯誤狀態而且通道已經被切換。由于硬件方面的限制，這類錯誤在可更換的消耗裝置的現有電路中不能被發現。另外，由于能夠用專門的重新編程道爾芯片進行重新編程，所以替代電路將使可更換的消耗單元的循環利用更加容易。當成像設備已經使替代電路失效時，再生維修技術人員能夠對設備重新編程，而不需要從可更換消耗單元取下替代電路。這使再生物品制造商在翻新墨盒時具有更大的靈活性。
本發明的另一個方面是，能夠改變施加在可更換消耗品的某些顯影部件的電壓。隨著時間的推移，當成像裝置產生了成千上萬的圖像打印副本之后，施加在顯影部件上的電壓將發生變化。其目標是，當已經使用了一定量墨粉后，可更換消耗單元將改變電壓，使打印機可以使用較少的墨粉，從而節約剩余墨粉。
還有一類可更換的消耗單元利用無線方式在可更換消耗單元電路和打印機之間進行通訊。在這種應用中，可更換消耗單元用與前面所介紹的類似方式寫入和讀取。同樣類型的信息也可以貯存在墨盒，使打印機能夠進行監測和更新。類似地，在這種應用中，當墨粉用盡之后，打印機在電路上的特定位置寫入，并使電路失效。
如果沒有本發明，無數使用過的可更換的消耗單元將被扔掉，而不是重新利用，這只是由于不起作用的電子線路的緣故。是否能夠獲得新的OEM電子線路完全取決于OEM的意愿。假如OEM能夠從銷售新的可更換消耗單元獲取正常的利潤，但從再生可更換消耗單元得不到任何經濟效益，那么再生制造工業就很難得到新的電子線路。某些OEM企圖通過使用只能寫入一次的電路來限制其墨盒的回收再生，其中電路采用排它性通信協議。
發明內容
本發明涉及一種再生的可更換消耗單元中電子線路的修復方法，其包括步驟提供再生的可更換消耗單元，連接有原先不能工作的電子線路，所述可更換的消耗單元安裝在打印系統中。引入第二電子線路，使得第二電子線路與原先不能工作的電子線路電連通。第二電子線路將截取打印系統發送給可更換消耗單元的電子信號，第二電子線路將與打印系統交互操作，使得打印系統能夠確定可更換消耗單元可以與原先不能工作的電子線路以及第二電子線路一道工作。
在本發明的一個方面，墨粉盒包括墨粉和電顯影部件，所述電顯影部件通過打印若干圖像消耗部分墨粉。一電子線路儲存指示剩余墨粉量的信號和值，其可控制施加在至少一個電顯影部件的電壓。該電子線路可確定是否預定數量的墨粉剩余在墨粉盒。當墨粉盒剩余預定數量的墨粉時，電子線路通過改變施加在至少一個電顯影部件的電壓水平來改變形成圖像所要消耗的墨粉量。電子線路通過用新的用于控制施加在至少一個電顯影部件的電壓的值來代替所貯存的用于控制施加在至少一個電顯影部件的電壓的值來改變墨粉消耗量。電子線路可以通過增大施加在主充電輥的電壓并減小施加在顯影輥的電壓來減少形成圖像所要消耗的墨粉量。或者，電子線路可以通過減小施加在主充電輥的電壓并增大施加在顯影輥的電壓來增加形成圖像所要消耗的墨粉量。在一優選實施例中，所述電子線路是替代電子線路，可替代由OEM提供的原始電子線路。
通過下面的詳細說明和附圖，將更加清楚地了解本發明及其特征和優點。
圖1是先有技術的第一電子線路板的透視圖；圖2是先有技術的打印機墨盒的透視圖；圖3是現有技術的廢物收集組件的透視圖；圖4是第二電子線路的示意圖；圖5A是本發明一實施例的頂透視圖；圖5B是安裝第一電子線路的本發明一實施例的底透視圖；圖6是安裝在第一電子線路的第二電子線路的分解圖；圖7是本發明第二個實施例的頂透視圖；圖8是第二替代電路邏輯的流程圖；圖9是一替代電子線路的示意圖；圖10是一替代電子線路板的透視圖；和圖11是墨粉儲存組件的透視圖。
具體實施例方式
典型的靜電復印可更換消耗單元，如墨粉盒，包括一些分組件和子部件。圖2示出了先有技術的墨粉盒的實例。這種墨盒的墨粉儲存部分的更多細節在圖11中示出。再生品制造商將耗盡或用過的墨盒分解至適于工作的水平，然后更換掉磨損或破壞的零件。再生品制造商把維修過的墨盒重新裝配成為具有完全功能的單元，并將這種翻新產品推入市場。
新的可更換的消耗單元包括電子線路，其具有各種功能。某些現有技術介紹了使用這種電路來貯存對于特定墨粉盒是獨有的信息。可以存儲在這種電子線路的信息包括墨盒序列號、型號、可打印量、剩余墨粉數量等數據。打印機在可更換消耗單元的壽命內定期訪問存儲在電子線路的信息。當打印機的蓋子被打開或者在重新接通電源時，打印機將查詢打印機墨盒，以得到其當前狀態的信息。這種查詢是因為打印機不知道在重新初始化之前是否安裝了同一墨盒。打印機必須知道可更換的消耗單元的墨盒特征，因為必須根據該信息來設定某些參數。
這種電子線路還可用來防止這些可更換消耗單元被不屬于OEM的第三方回收利用。OEM已經采用了各種方法來使墨盒翻新變得十分困難，如果還能進行的話。首先，電路被設計成，在墨粉水平已經達到用完狀態之后，打印機使電路變成無效。另一困難是兩個部件之間采用獨特的通訊方式。而且，打印機可要求對通訊進行驗證。還有一個困難是除了驗證之外打印機還可以對通訊進行加密。不同的對信息進行編碼以及對第三方實施封鎖的方式是無窮盡的。
在翻新過程中可以引入第二電子線路以修復不起作用的電路。所述第二電子線路允許第一電路仍然工作，但是將截取所有與打印機的通訊信號。第二電子線路能夠監測在打印機與第一電子線路之間往返的通訊信號。通過監測來自打印機的訊息，第二電子線路將截取、處理和重新發送數據給第一電路。第一電路相應作出反應并被傳遞給打印機。微處理器還能夠確定何時對應于墨粉水平的特定位置被訪問，然后用其自身的存儲單元貯存這一信息。本優選實施例的處理器將提供新的存儲單元用于貯存墨粉水平。當使用第二電子線路的墨盒耗盡所有可用墨粉之后，將再次在處理器的正確位置寫入適當的值，而且處理器將使這一位置不能改變。于是墨盒將被送回進行再循環。
為了使安裝在可更換消耗單元上的電子線路能夠適當地工作，必須能夠有效地與打印機進行通訊。如任何雙向通信體系結構中所常見的，兩個通訊裝置必須能夠根據所同意的協議和定時標準收發信息。每個打印機或系列打印機都可以采用獨特的協議方案。在本發明的一個實施例中，可更換消耗單元中的電子線路將通過單線總線結構協議與打印機通訊。這是Lexmark T520/T620打印機系列所使用的協議。這種協議基于由Dallas半導體公司研制的單線標準。Lex-mark T520/T620打印機使用Dallas DS2432芯片來提高可更換消耗單元的通訊功能。本發明的實施例必須能夠模擬這種協議。
Dallas DS2432芯片還采用了稱作SHA-1或Secure Hash Algorithm-1的驗證技術。這種hash算法最初是為聯邦政府開發的，與加密方案一起使用。編碼算法與hash算法的差別在于hash算法只是單向或單程的。一旦信息被編碼到加密方案中，當使用鑰匙(key)對信息進行解鎖，數據可以取出。這與hash算法不同，因為數據一旦用于hash計算就不可恢復了。hash算法是一種用作驗證數據完整性的復雜方法，其類似于許多早期數據通信設計方案所使用的基本循環冗余校驗。SHA-1算法已經成為一種被認可的數據傳輸驗證標準。它使用了復雜的數學公式和數據操作方案來“處理”一個64字節的輸入信號并確定一個20字節的響應序列。當處理過程與這種Dallas元件一起使用時變得獨特的原因是，對于64字節的輸入信號，8字節是偽隨機數據，存儲在不能讀取的“秘密”位置中。這些8字節的數據，在最初與工廠的數據一起貯存時，被下載到元件中。所屬領域的任何技術人員都能夠，通過探索這8個字節的所有不同的可能組合方式，進行解密來確定置入秘密位置的隨機數據。組合方式的總數大約為1.845×1019。可以想像如果所有可能的組合方式都嘗試，，這種數字搗弄可能要花費多年時間。
在翻新可更換的消耗單元時，再生品制造商對維修這些已失效電路能夠做的十分有限。如果要研制完全新的替代電路，必須能夠找出這個隨機數。在對這個隨機數如何產生沒有實際認識的情況下，再生品制造商將不得不生成許多隨機數直至能夠發現其中一個與某組電路數據相符。這類似于諺語所說的大海撈針。由于不能對hash進行解密，所以替代電子線路基本上是沒有價值的。如前面所指出的，這些技術可能是專有的或者十分難以理解。因此為了使帶有這種電路的墨粉盒能夠在打印機中起作用，打印機與電子線路必須能夠通訊和“握手”。本發明的一個方面利用了不起作用的電子線路能夠講這種獨特的語言以及采用這種加密協議的能力。而且，一旦驗證序列被解密，就可以據此提供采用這種技術的具有完全功能的替代裝置。
為了與電子線路連接，某些打印機使用了電觸點。當插入墨粉盒時，這些打印機觸點與電子線路的觸點形成電連接。圖1示出了采用電觸點型接口的第一電子線路2的一個實例。電子線路的所有分立邏輯線路30設置在第一電子線路2的頂面上。第一電子線路2包含兩個打印機接口電觸點，即第一電子線路數據觸點32和第一電子線路接地觸點31。由于打印機的電觸點(未示出)是固定的，所以第一線路板的觸點以及任何替代電路的觸點必須在其能夠到達的范圍內并保持適當的方位。這些打印機觸點可以是金屬彈簧、卡夾或其它類型的導電材料，因此當墨盒被插入打印機時，墨盒的重量以及打印機蓋的關閉將施加足夠的壓力，確保形成充分和可靠的電連接。
通過研究LexmarkT520/T620墨粉盒能夠發現對前面所介紹原理的最佳應用。圖2示出了打印機墨盒1。當完全裝配起來時，墨盒1具有墨粉儲存組件3和廢粉收集組件4。在廢粉收集組件4的一側設有電子線路2。圖3更加詳細地示出了在可更換消耗單元側邊區域的第一電子線路2的位置。可以清楚地看到兩個打印機接口觸點。
其它一些打印機，如Hewlett Packard 4100，采用無線電通訊方法與可更換消耗單元的電路聯系。在Lexmark T520/620打印機中使用的原理同樣適合于無線通訊。為了使可更換消耗單元的回收利用過程變得更加困難，已經確定墨盒沒有剩余可用墨粉之后，HP4100會使可更換消耗單元的電路失效。為使墨盒失效，打印機將在電路存儲器的特定位置寫入“無效”值。一旦寫入值，存儲器地址不能被改寫。如果打印機與墨盒之間的通訊使用特殊語言或者進行加密，簡單更換電路是不行的。所以，本發明可應用于這種打印機，因為第二電路將利用失效電路能夠講打印機語言的能力，并為失效值提供新的存儲單元。
在應用于Lexmark T520/620接觸式可更換消耗單元的本發明優選實施例中，使用了16位的微控制器，比如得克薩斯儀器公司的MSP430F1121A。這種處理器提供了可更換消耗單元的失效電路與打印機之間的通訊方式。該部件尤其合乎需要，因為能夠在低電壓、低功耗和低成本下工作。在此應用中，微控制器的工作電壓可以在直流3.0伏特和直流4.2伏特之間變化。這種第二電子線路的另外設計局限是只能輸送有限數量的電流。
第二電子線路和第一電路一起不能超過打印機電源的功率限制。這些電路的電力將從單線觸點得到。在正常工作條件下，這種特定的微控制器需要大約160微安的電流。在評估替代電路的備選方案時，必須小心不要使打印機數據電路過載。不但通訊數據必須在這些觸點上傳輸，而且使這些裝置運行的能量也必須通過這些觸點提供。
圖4是第二電子線路的優選實施例的示意圖。在此示意圖中示出的微處理器101是20針的表面固定件。在圖5A和5B示出了互連接地觸點34和互連數據觸點35，它們電連接到不能工作電路的打印機接口觸點，即第一電子線路數據觸點32和第一電子線路接地觸點31。第二電子線路打印機接口接地觸點38和第二電子線路打印機接口數據觸點39是將與打印機的接口觸點接合的觸點。觸點42、43、44、45、46和47用來對處理器進行初始程序化和測試。在本設計方案中需要有電阻49，以使處理器避開“測試”模式，為了額外的維護功能還加入了電阻50。具體地說，這種維護功能允許處理器將數據線驅動至邏輯高電平并監測數據線以確保端口適當地動作。
由于第二電路優選實施例尺寸的限制，用電池向處理器供電是不可行的。因此改為用電容51來貯存足夠的電壓。在此優選實施例中，22微法的電容51將提供足夠的電流使處理器保持工作，同時由于進行通訊而驅使通訊線路變低電平。此外，專門的復位電路102被用來使處理器復位。該電路的用途是允許能量軌在處理器起動之前有足夠的時間穩定。這元件將使處理器的復位線在2.25伏直流電壓閾值達到之后再保持低電平200毫秒。延遲處理器的起動直至能量軌已經穩定，確保處理器有足夠的電力運行。在插入可更換消耗單元到打印機中時，施加到數據針的電力可能在短時間內波動。這一電路可簡單地確保能量軌在微處理器起動之前有足夠的時間穩定。此外，在本設計方案中設有Shottky二極管53，防止當打印機將數據線驅動至低電平時有任何反向電流從電容流向打印機。
此優選實施例的另一個優點是不需要有外部時鐘或振蕩器。打印機與可更換消耗單元之間的所有通訊都具有異步特性。在打印機試圖與替代電路通訊時，替代電路必須能夠知道并在一定的時間窗內作出反應。MSP430F1121A的內部時鐘，允許在沒有外源的情況下獨立工作。該元件還提供了“睡眠”模式，能夠進一步節省電力。在睡眠模式下，微控制器只用0.7微安的電流。而且，只用6微秒時間就可以使微控制器恢復到準備狀態。
圖5A和5B示出了本發明的一個實施例。圖5A示出了第二電子線路33的頂透視圖。第二電子線路33有兩個互連觸點，即一個互連接地觸點34和一個互連數據觸點35。于是通過將互連接地觸點34和互連數據觸點35焊接到兩個打印機接口電觸點，即第一電子線路2的第一電子線路接地觸點31和第一電子線路數據觸點32，可以使第一電子線路2與第二電子線路33相連。
圖5B示出了同一實施例的底透視圖，其中包含安裝在第二電子線路33的第一電子線路2。從該視圖可以看到兩個打印機接口電觸點，即第一電子線路接地觸點31和第一電子線路數據觸點。當安裝了第一電子線路之后，第二電子線路33必須通過第二打印機接口電觸點，即第二電子線路打印機接口接地觸點38和第二電子線路打印機接口數據觸點39與打印機通訊。當該實施例被安裝在墨粉盒時，第二電子線路的兩個打印機接口電觸點將背離廢物收集器4的主體。包括安裝到本發明的第一電子線路2的完全裝配好的產品必須能夠安裝到原始第一電子線路2所在的空間。除了將這兩個部分焊到一起，互連接地觸點34和互連數據觸點35還可以略微升高或凸起，使得能夠用膠水或其它粘結劑將第一電子線路固定在適當位置。
圖6示出了前面在圖5A和5B示出的本發明實施例的分解透視圖。第二電子線路33安裝在第一電子線路2的上面。通過這種方式，在將第二電子線路33安裝到可更換消耗單元上時，不必從可更換消耗單元中拆下第一電子線路2。于是當第一電子線路2仍然安裝在可更換消耗單元上時，可以將第二電子線路33焊到第一電子線路2。
圖7是本發明的第二個實施例。在這里，第一電子線路2的兩個打印機接口電觸點通過導線37與互連接地觸點34及互連數據觸點35相連。這一實施例的優點是，使得本發明能夠用于可能沒有很多空間來安置第二電子線路的墨盒。第二電子線路在離開原始第一電子線路的位置可能會有適當的裝配位置，只要考慮了與打印機觸點插腳之間的連通性即可。
這種微控制器最初是用獨特的編程器進行編程的。在此優選實施例中，將安裝處理器的線路板具有用于編程的獨立觸點。這是十分重要的，因為這部分將需要有大約6.5伏特的直流電壓來燒適當的存儲單元。微處理器可以通過電路的串行數據線或通過并聯總線進行編程。通過并聯總線對裝置編程由于能夠以字節而不是以比特讀寫所以效率更高。不同地，串行方法中發生的信號交換handshaking將減慢編程過程。然而，在適用串行方法的情況下，這種設計方案可以變得更為有效，因為在翻新過程中可以使用專門的道爾芯片對微處理器重新編程。還可以在微控制器仍然安裝在可更換消耗單元上時進行重新編程。這樣可以節省時間和工作，因為不必拆下芯片重新編程，然后重新連接。
在這種特定的應用中使用微控制器或微處理器的另一個主要優點，是日后只須通過對裝置重新編程就可以修改設計方案。然而，并沒有限定或要求在這種應用中使用特殊的元件或可編程器件。如果在第二電路的設計方案中靈活性或適應性是基本要素，那么分立的邏輯線路可能不是最好的備選方案。通過使用包含智能的微控制器，第二電路還可以用來執行原電路所不能實現的額外功能。在此實施例中，微控制器將監測發生在打印機與可更換消耗單元之間的通訊。能夠知道什么信息正流向可更換消耗單元并采取適當的行動。
圖8示出了替代電路優選實施例將要執行的程序流程。在初始啟動時，處理器將執行其自身的內外診斷200。當處理器完成診斷步驟之后，將確定打印機是否已經開始通訊201。在這特定的設計結構，可更換消耗裝置的電路決不會首先開始與打印機通訊。打印機總是主導裝置。所以，處理器必須對數據線進行監測以查看打印機是否試圖獲得電路的注意。一旦打印機已經試圖與可更換消耗單元通訊，處理器將截取并分析通訊信號202。如果蓋子已經被打開并關上，或者打印機已經經歷過一次能量循環，打印機將起動驗證序列203。這就要求有適當的散列返回到打印機，否則不能進行任何更進一步的信息交換。為了得到正確的反應，由打印機發送的信息被傳遞給不起作用的電路204。處理器將成為主導裝置，而不起作用的電路將成為新的從動裝置。接著不起作用的電路將計算出適當的散列值并將其發送給處理器205。然后處理器將接收這一信息并立即把它發送回給打印機206。如果在稍后的時間打印機重新起動啟動程序，處理器還可以將這一值貯存起來。
打印機將接收適當的散列并決定允許信息向下傳遞給可更換消耗單元。下一步將要讀取貯存在裝置上的其它信息比如當前的桶水平。為了做到這一點，打印機起動通訊程序201。然而這次不需要進行驗證序列，因為打印機已經認可墨盒的身份。因此，其功能將是在存儲器中的位置讀取或寫入。處理器將決定是否是一讀請求207，然后訪問信息208，并將它傳遞給打印機。如果不是一讀請求，那么將是一寫請求，于是這一信息將由處理器貯存到正確位置209。當讀或寫已經發生后，處理器將回到其等待循環，以等待處理器重新起動通訊過程。
圖9示出了能夠進行串行重新編程的本發明的一個實施例。該示意圖與圖4所示的類似。但圖9的電路具有一些主要差別。由于尺寸方面的限制，Shottky二極管53已經不用，而用處理器的內二極管來代替。其次，電力通過處理器的若干個輸入插腳75、76、77、78和79輸入。這過程將使電容51充電并通過被動VCC插腳80起動復位電路102。重新編程所必須的編程電壓將由電壓觸點71提供。新的編程數據將向下發送給串行編程觸點74。數據觸點73以及接地觸點72與第二電路設計方案中的第二電子線路打印機接口接地觸點38以及第二電子線路打印機接口數據觸點39處于同一位置。圖9所示的這種新設計方案作為不起作用電路的完全替代電路。這種設計方案假定處理器能夠將適當的散列值返回給打印機，因而沒有必要使用不起作用的電路。圖10是這一優選實施例的實際線路板布置的示意圖。在重新編程模式中，將可更換消耗單元從打印機中取出，然后可以加上編程道爾芯片對微處理器重新編程。
打印機一般能夠測定安裝在打印機的現有可更換消耗單元中剩余多少墨粉。在授予Barry等人的專利5,995,772介紹了用可旋轉通過墨粉倉中墨粉的刮板如何測量遲滯。刮板所經歷的遲滯量與墨盒中的剩余墨粉量成正比。遲滯量然后用于數學公式以確定墨粉倉中剩余多少墨粉。確定墨粉水平的另一種方法是變化所述刮板。該變化將測定刮板從拱頂到接觸墨粉倉中墨粉的位置能夠自由轉動多久和多遠。除了遲滯之外，當刮板經過墨粉時還會有一小段時間驅動軸沒有使刮板運動，因為刮板在下降時可自由轉動。測定剩余多少墨粉的另一種可供選擇的方法是，測量墨粉倉所剩余墨粉的電特性或磁特性。打印機將測量墨粉的電阻或電容。然后據此確定適當的墨粉數量。
當打印機已經確定剩余多少墨粉之后，它必須將這一信息傳遞給最終用戶，并保留運行記錄供其自用。一個特定的測量打印機貯存了多少剩余墨粉的方法是使用“桶水平”。打印機把一個與剩余墨粉量相關的桶水平值貯存在可更換消耗單元的電子線路的存儲單元中。該存儲區域能夠寫入的次數是有限的。起初，對于新的或剛剛翻新的可更換消耗單元，桶水平應是“滿的”。當墨粉消耗時，桶水平相應作出調整。可更換消耗單元工作過程中，桶水平只能減小而不能增大。如果桶水平增大某個百分比，那么打印機將檢測這種未經授權的企圖再灌充可更換消耗單元的情況，并使該可更換消耗單元失效。打印機制造商已經確定大多數可更換消耗單元在安裝到打印機后其現有壽命周期中不能再灌充。當可用墨粉量已經被打印機確定為“空”之后，打印機將在電子線路貯存“空”桶水平值。然后通過在類似于“通/斷”開關的電路存儲器的另一位置寫入，打印機使可更換消耗單元不能繼續工作。要使打印機能夠工作，這一位置必須對應于“通”值。當該位置已經用“斷”值重寫之后，可更換消耗單元將不再起作用。于是墨盒將被回收利用或丟棄掉。使存儲器的這些位置不可改變的方法類似于在設有寫保護片的3.5英寸軟盤上記錄信息。一旦存儲器保護片已經變化，軟盤變為寫保護。
為了更好地理解替代電路所能提供的額外功能，重要的是理解可更換消耗單元的有效部分。這些有效部分的某一些可通過替代電路的動作來控制。
先有技術的授予Aldrich等人的專利5,012,289介紹了典型的靜電復印可更換消耗單元的工作過程。在此專利中，非常詳細地介紹了將墨粉從墨粉倉傳送至顯影輥然后傳送至OPC感光鼓的過程。圖11是使用這種方法的先有技術的墨盒的墨粉儲存倉的示意圖。這與圖1和圖2中所示的墨粉儲存裝置相同。當墨粉儲存裝置3與廢粉收集組件4分開后，可以對各部件進行鑒別、清理、更換或再灌充。
如圖11所示，當墨盒是新的或者被翻新時的，可將墨粉從墨粉灌裝孔17加入。墨粉倉蓋8安裝在這個孔上。墨粉倉蓋8可以包括Tyvek這樣的材料，允許空氣流入和流出墨粉存儲倉20。Tyvek具有足夠大的孔隙允許空氣流動但能夠限制任何墨粉微粒逸出。這是十分重要的，因為墨粉存儲倉20內空氣與周圍空氣之間的任何壓差可能導致墨粉從許多關鍵位置泄漏。這種材料可以用膠水或通過壓力粘貼到墨粉倉蓋。另一種可供選擇的方法是使用熱密封將Tyvek固定在適當的位置。
顯影輥24安裝在軸上并由顯影輥驅動齒輪12帶動。在軸的另一端，顯影輥觸點套管11與顯影劑電觸點10接合，能夠將直流電勢施加在顯影輥24，以提供使墨粉帶負電所必需的電量。需要有足夠的電壓來使墨粉產生偏壓而變為帶電。這樣墨粉將被吸引到OPC感光鼓(未示出)的適當位置上，這些位置含有要轉印到打印介質的圖像。當墨盒1完全裝配好時，OPC感光鼓將緊靠著顯影輥24。其接近程度使得墨粉能夠從顯影輥遷移到OPC感光鼓上。當墨粉已經轉印到OPC感光鼓之后，打印介質將被送入打印機，墨粉將通過熔化過程粘附到介質上。
在顯影輥后面的是加粉輥15。加粉輥15與顯影輥24實際接觸并有助于確保顯影輥存在大量墨粉。加粉輥15還有一個加粉輥電觸點16，使得打印機提供的電勢能夠加在加粉輥15上。加粉輥15使墨粉源帶有初始負電荷。而且，加粉輥15壓緊在顯影輥24上，摩擦導致經過顯影輥24與加粉輥15之間的墨粉具有更多負電荷。墨粉通過兩階段帶電。加粉輥15提供初次充電，顯影輥24提供后續充電。
這種特定的可更換消耗單元沒有主充電輥(PCR)。主充電輥安裝在打印機內。主充電輥的主要用途是將均勻的電荷重新施加到OPC感光鼓上，因此能夠擦干凈遺留在感光鼓上的任何潛像。當OPC感光鼓轉動時，激光將圖像蝕刻在感光鼓上而形成對應于圖像線條或形狀的帶有較少負電的表面區域。當OPC感光鼓轉動而與顯影輥24接觸時，墨粉將被吸引到OPC感光鼓表面上帶較少負電的區域。當墨粉粘附到OPC感光鼓上之后，可以放入紙或其它介質進行打印。打印機后面的區域也可以充電使得墨粉能夠遷移到介質上，并被熔化在適當的位置。
在打印過程中，打印機施加到墨盒電氣元件的電壓可以變化。施加在某些部件的電壓越高，所得到的電荷將越大，因而有越多的墨粉將被吸引到這些部件。于是打印的圖像將比較深色。在墨盒的整個使用壽命期間，電壓有波動的傾向，而且在某些情況下會顯著增大。這可能由于打印機制造商想要確保這些部件有足夠多的墨粉，以形成高質量的打印效果。這也可能是較快使用墨粉的一種方法，從而促進可更換消耗單元的墨粉消耗，并有效地縮短墨盒使用壽命。
某些打印機能夠改變施加在這些電氣部件上的電壓。先有技術介紹了通過分析OPC感光鼓所處理的圖像來改變這些部件上的電壓，通常是作為校正步驟的一部分。不是根據圖像確定電壓，新的替代電路根據特定的墨粉水平狀態來確定電壓。這將在墨粉倉中的墨粉已經達到“不足”狀態，因而節省墨粉變得很重要時發生。通過使電壓恢復到其初始工作狀態或任何能夠使打印機使用較少墨粉的水平，在減少后臺打印的同時打印質量將保持不變。這又將節省所使用的墨粉量從而延長可更換消耗單元的使用壽命。在本發明的優選實施例中，主充電輥的電壓將達到最大(最高的負電壓)，同時顯影輥的電壓將減到最小(最小的負電壓)。對應于這一變化的適當的值將在特定的墨粉值已經達到之后被裝入替代電子線路。于是下一次打印機打開或者進行動力循環時，這個新的值將被讀取而實施這些變化。本發明另一個可供選擇的實施例將改變主充電輥的電壓使其減到最小而使顯影輥的電壓達到最大。電壓可以很多種組合方式變化，這取決于具體的打印機以及所要求的效果。
在本發明的一個方面，墨粉盒包括墨粉和電顯影部件，所述電顯影部件通過打印若干圖像消耗部分墨粉。安裝在墨粉盒的電子線路貯存指示剩余墨粉量的信號和值，值可控制加在至少一個電顯影部件上的電壓。這個值由打印機讀取。所述電子線路可確定是否預定數量的墨粉剩余在墨粉盒中。當墨粉盒剩余預定數量的墨粉時，電子線路通過改變施加在至少一個電顯影部件的電壓水平來改變形成圖像所要消耗的墨粉量。電子線路通過新的用于控制施加在至少一個電顯影部件的電壓的值代替貯存的用于控制施加在至少一個電顯影部件的電壓的值來改變墨粉消耗量。電子線路可以通過增大施加在主充電輥的電壓并減小施加在顯影輥的電壓來減少形成圖像所要消耗的墨粉量。或者，電子線路可以通過減小施加在主充電輥的電壓并增大施加在顯影輥的電壓來增加形成圖像所要消耗的墨粉量。在一優選實施例中，所述電子線路是替代電子線路，可替代由OEM提供的原始電子線路。
雖然在文中已經參考具體實施例對本發明作了介紹，但是應當認識到本發明并不限于這些實施例，可以具有其它的形狀和形式以適應特定的具體要求。可以對在此公開的具體實施方式
作出其它修改和變化，這未脫離本發明的精神。
權利要求
1.一種控制墨粉消耗的方法，包括步驟提供墨粉盒，其包含墨粉和電顯影部件；通過印刷若干圖像消耗一部分墨粉；確定是否預定數量的墨粉剩余在所述墨粉盒中；和當所述墨粉盒中剩余預定數量的墨粉時，通過改變施加在至少一個電顯影部件的電壓水平來改變形成圖像所要消耗的墨粉量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述改變墨粉消耗量的步驟還包括通過增大施加在主充電輥的電壓并減小施加在顯影輥的電壓來減少形成圖像所要消耗的墨粉量。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述改變墨粉消耗量的步驟還包括通過減小施加在主充電輥的電壓并增大施加在顯影輥的電壓來增加形成圖像所要消耗的墨粉量。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述墨粉盒包含電子模塊，所述方法還包括在提供墨粉盒步驟之后進行的步驟用一替代電子模塊代替所述電子模塊；其中所述替代模塊貯存有指示剩余墨粉量的信號。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述替代電子線路貯存有值，值可用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述改變墨粉消耗量的步驟還包括通過用新的控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值代替所述貯存的控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值來改變墨粉消耗量。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括由打印機讀取新值。
8.一種墨粉盒，包括墨粉；電顯影部件，通過印刷若干圖像消耗部分墨粉；和電子線路，用于貯存指示剩余墨粉量的信號，所述電路還貯存值，其用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓；所述電子線路可確定是否預定數量的墨粉剩余在所述墨粉盒；當所述墨粉盒剩余預定數量的墨粉時，所述電子線路通過改變施加在至少一個所述電顯影部件的電壓水平來改變形成圖像所要消耗的墨粉量。
9.根據權利要求8所述的墨粉盒，其特征在于，所述電子線路通過新的用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值代替所述已貯存的用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值來改變墨粉消耗量。
10.根據權利要求9所述的墨粉盒，其特征在于，所述電子線路通過增大施加在主充電輥的電壓并減小施加在顯影輥的電壓來減少形成圖像所要消耗的墨粉量。
11.根據權利要求9所述的墨粉盒，其特征在于，所述電子線路通過減小施加在主充電輥的電壓并增大施加在顯影輥的電壓來增加形成圖像所要消耗的墨粉量。
12.根據權利要求8所述的墨粉盒，其特征在于，所述電子線路是一替代電子線路，可替代原始電子線路。
13.一種墨粉盒，包括墨粉；電顯影部件，通過印刷若干圖像而消耗部分墨粉；和電路裝置，可貯存指示剩余墨粉量的信號，所述電路裝置還貯存有值，可用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓；所述電路裝置可確定是否預定數量的墨粉剩余在墨粉盒；當墨粉盒剩余預定數量的墨粉時，所述電路裝置通過改變施加在至少一個所述電顯影部件的電壓水平來改變形成圖像所要消耗的墨粉量。
14.根據權利要求13所述的墨粉盒，其特征在于，所述電路裝置通過以新的用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值代替所述已貯存的用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值來改變所述墨粉消耗量。
15.根據權利要求14所述的墨粉盒，其特征在于，所述電路裝置通過增大施加在主充電輥的電壓并減小施加在顯影輥的電壓來減少形成圖像所要消耗的墨粉量。
16.根據權利要求14所述的墨粉盒，其特征在于，所述電路裝置通過減小施加在主充電輥的電壓并增大施加在顯影輥的電壓來增加形成圖像所要消耗的墨粉量。
17.一種替代電子線路，用于包含墨粉和電顯影部件的再生墨粉盒，所述電顯影部件通過印刷若干圖像而消耗部分墨粉，所述替代電子線路包括電子線路，用于貯存指示剩余墨粉量的信號，所述電路還貯存有值，用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓；所述電子線路可確定是否預定數量的墨粉剩余在再生墨粉盒，當所述再生墨粉盒中剩余預定數量的墨粉時，所述電子線路通過改變施加在至少一個所述電顯影部件的電壓水平來改變形成圖像所要消耗的墨粉量。
18.根據權利要求17所述的替代電子線路，其特征在于，所述電子線路通過以新的用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值代替所述已貯存的用于控制施加在至少一個所述電顯影部件的電壓的值來改變墨粉消耗量。
19.根據權利要求18所述的替代電子線路，其特征在于，所述電子線路通過增大施加在主充電輥的電壓并減小施加在顯影輥的電壓來減少形成圖像所要消耗的墨粉量。
20.根據權利要求18所述的替代電子線路，其特征在于，所述電子線路通過減小施加在主充電輥的電壓并增大施加在顯影輥的電壓來增加形成圖像所要消耗的墨粉量。
全文摘要
一種墨粉盒(3)，包含墨粉和電顯影部件(24、15)，所述電顯影部件(24、15)通過打印若干圖像而消耗部分墨粉。一電子線路貯存指示剩余墨粉量的信號和值，其用于控制施加在至少一個電顯影部件(24、15)上的電壓。該電子線路可確定是否預定數量的墨粉剩余在墨粉盒中。當墨粉盒(3)中剩余預定數量的墨粉時，電子線路通過改變施加在至少一個電顯影部件(24、15)的電壓水平來改變形成圖像所消耗的墨粉量。電子線路，通過控制施加在至少一個電顯影部件的電壓的新值來代替控制施加在至少一個電顯影部件的電壓的貯存值，來改變墨粉消耗量。
文檔編號G03G15/08GK1942832SQ200580011511
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月16日 優先權日2004年2月18日
發明者L·R·伯徹特, M·D·里弗斯 申請人:靜態控制元件公司