专利名称：调整墨粉消耗量的系统和方法
本申请是2003年8月15日提交的题为“再生的可更换的消耗品的电子线路的修复方法和装置”的美国专利申请No.10/641,617的部分继续申请(CIP)，本文引用参考其全部内容。
背景技术：
不同的成像装置使用不同类型的可更换的消耗单元。每种静电复印或光-电照相装置具有其独特的要求，比如特定的兼容墨粉、装配到特定打印机所必需的尺寸要求、功率消耗、与打印机的接口等等。典型的可更换的消耗单元，比如墨粉盒，包括许多不同的部件如墨粉、OPC感光鼓、显影辊等等。此外，这些可更换的消耗单元并不只限于墨粉盒，还可包括中间的OPC感光鼓组件。可更换的消耗单元还可以分为单色和彩色的。随着技术的不断进步，可更换的消耗器材也必须进行各种变化以适应新的改进的静电复印设备。
随着活动部件的采用，打印机制造商将数据下载到了可更换消耗单元中。最初在某些墨粉盒，原来的设备制造商(OEM)设计了一种方法检测墨盒本身的特定信息。这是通过机械方法实现的。随着电子线路变得更小、更有效和能够执行各种任务，打印机逐渐将更多的数据移往可更换的消耗单元。举例来说，工作电压、墨盒序列号、生产日期、打印记录、墨粉耗量和墨粉余量这样的信息可以贮存在墨盒本地。这样，如果墨盒从一个打印机转移到另一个打印机时，与特定墨盒相关的信息能够随墨盒一起移动。还使得制造商能够对使用期限中的墨盒进行跟踪。
授予Applegate等人的专利No.5,995,774介绍了一种从可更换的消耗单元获取信息并贮存在墨盒的方法。该专利介绍了一种将对应于剩余墨粉量的数据贮存在静电复印墨粉盒的电子线路中的方法和装置。该电路通过电触点与打印机进行电通讯。打印机把剩余墨粉量确定为一个值，并将该值转换为贮存在电子线路的存储器内的“桶水平(bucket levels)”。对应于新盒中剩余墨粉量的初始桶水平是满的，随着墨盒的使用，这数值相应地减小。电子线路被设计成，桶水平只可以减小而不能增大。因此当可更换的消耗单元达到空的状态时，打印机将判断没有墨粉剩余，并把桶水平定为空。一旦桶水平已经宣布为空的，墨盒被用尽，因而必须更换。
用完的可更换的消耗单元，如已经不能供应墨粉的墨粉盒，可以循环利用。再生制造工业由此产生。再生物品制造商收取用过的可更换的消耗单元，进行清理、修复损坏的部件、更换磨损的部件、加入新的墨粉、然后使这些翻新的单元重新进入市场。再生物品制造商更换的许多部件可包括充电辊(PCR)、OPC感光鼓、磁力辊、刮板、搅拌器、密封件、译码器轮以及电子控制电路等，这里仅举出几个例子。
为了保护其利益，OEM所设计的可更换的消耗单元都是一次性的产品。OEM预料当产品达到其使用寿命后，顾客将丢弃用过的部分，然后以新的可更换的消耗单元进行替换。而且，OEM通过在可更换的消耗单元上安装保护措施来确保可更换的消耗单元不能简单地再灌充墨粉、翻新之后又回到市场上销售。举例来说，有些OEM在可更换的消耗单元上安装只能一次性写入的电子线路。成像装置能够与此电子线路联接，一旦此电路已经失效，可更换的消耗单元停止工作。
本发明的一个优点是，其提供了一种修复方法，一旦各种可更换的消耗单元的这些电子线路在其正常使用寿命内失效之后，能够对其进行修复。本发明的第二电子线路可与现有的不起作用的电子线路一道与打印机通讯。利用现有电路的能力与打印机联系，第二电路可以执行初始电路已经不能执行的功能。不起作用的电子线路将连接到第二电子线路，因此第二电子线路能够截取原本发给不起作用电路的电信号。通过监测来自打印机的讯息，第二电子线路将截取、处理和重新发送数据给第一电路。第一电路将相应地作出反应并以适当的数据列进行回复。这些电路之间的相互作用将在稍后的段落中更加详细地介绍。
在本发明的优选实施例中，将使用微处理器。能够确定何时对应于墨粉水平的特定位置被访问，然后使用其自身的存储单元来贮存该信息。当使用第二电子线路的墨盒耗尽所有可用墨粉之后，打印机将再次在存储器的正确位置写入适当值，而且打印机将使该位置不能改变。于是墨盒被送回进行再循环。
本发明的另一个方面是提供了灵活性，可利用各种将第二电路连接到不起作用电子线路的方法。第二电子线路的触点位置由打印机电触点的位置决定。然而，第二电子线路本身的实际位置可在可更换的消耗单元上的任何位置，只要有足够的空间用于安装电路，以及可电连接到打印机触点。
本发明的另一个方面是使用了替代电子线路。这种替代电路将提供原始的OEM电路没有的额外功能。举例来说，替代电路通过提供与打印机通讯的备用或可选路径，能够使可更换的消耗单元更加可靠。通过设计电路使之具有操作时可以改变的多余路径，电路将变得更加稳定。当这种情况发生时，本发明的电路将通知用户检测到错误状态而且通道已经被切换。由于硬件方面的限制，这类错误在可更换的消耗装置的现有电路中不能被发现。另外，由于能够用专门的重新编程道尔芯片进行重新编程，所以替代电路将使可更换的消耗单元的循环利用更加容易。当成像设备已经使替代电路失效时，再生维修技术人员能够对设备重新编程，而不需要从可更换消耗单元取下替代电路。这使再生物品制造商在翻新墨盒时具有更大的灵活性。
本发明的另一个方面是，能够改变施加在可更换消耗品的某些显影部件的电压。随着时间的推移，当成像装置产生了成千上万的图像打印副本之后，施加在显影部件上的电压将发生变化。其目标是，当已经使用了一定量墨粉后，可更换消耗单元将改变电压，使打印机可以使用较少的墨粉，从而节约剩余墨粉。
还有一类可更换的消耗单元利用无线方式在可更换消耗单元电路和打印机之间进行通讯。在这种应用中，可更换消耗单元用与前面所介绍的类似方式写入和读取。同样类型的信息也可以贮存在墨盒，使打印机能够进行监测和更新。类似地，在这种应用中，当墨粉用尽之后，打印机在电路上的特定位置写入，并使电路失效。
如果没有本发明，无数使用过的可更换的消耗单元将被扔掉，而不是重新利用，这只是由于不起作用的电子线路的缘故。是否能够获得新的OEM电子线路完全取决于OEM的意愿。假如OEM能够从销售新的可更换消耗单元获取正常的利润，但从再生可更换消耗单元得不到任何经济效益，那么再生制造工业就很难得到新的电子线路。某些OEM企图通过使用只能写入一次的电路来限制其墨盒的回收再生，其中电路采用排它性通信协议。
发明内容
本发明涉及一种再生的可更换消耗单元中电子线路的修复方法，其包括步骤提供再生的可更换消耗单元，连接有原先不能工作的电子线路，所述可更换的消耗单元安装在打印系统中。引入第二电子线路，使得第二电子线路与原先不能工作的电子线路电连通。第二电子线路将截取打印系统发送给可更换消耗单元的电子信号，第二电子线路将与打印系统交互操作，使得打印系统能够确定可更换消耗单元可以与原先不能工作的电子线路以及第二电子线路一道工作。
在本发明的一个方面，墨粉盒包括墨粉和电显影部件，所述电显影部件通过打印若干图像消耗部分墨粉。一电子线路储存指示剩余墨粉量的信号和值，其可控制施加在至少一个电显影部件的电压。该电子线路可确定是否预定数量的墨粉剩余在墨粉盒。当墨粉盒剩余预定数量的墨粉时，电子线路通过改变施加在至少一个电显影部件的电压水平来改变形成图像所要消耗的墨粉量。电子线路通过用新的用于控制施加在至少一个电显影部件的电压的值来代替所贮存的用于控制施加在至少一个电显影部件的电压的值来改变墨粉消耗量。电子线路可以通过增大施加在主充电辊的电压并减小施加在显影辊的电压来减少形成图像所要消耗的墨粉量。或者，电子线路可以通过减小施加在主充电辊的电压并增大施加在显影辊的电压来增加形成图像所要消耗的墨粉量。在一优选实施例中，所述电子线路是替代电子线路，可替代由OEM提供的原始电子线路。
通过下面的详细说明和附图，将更加清楚地了解本发明及其特征和优点。
图1是先有技术的第一电子线路板的透视图；图2是先有技术的打印机墨盒的透视图；图3是现有技术的废物收集组件的透视图；图4是第二电子线路的示意图；图5A是本发明一实施例的顶透视图；图5B是安装第一电子线路的本发明一实施例的底透视图；图6是安装在第一电子线路的第二电子线路的分解图；图7是本发明第二个实施例的顶透视图；图8是第二替代电路逻辑的流程图；图9是一替代电子线路的示意图；图10是一替代电子线路板的透视图；和图11是墨粉储存组件的透视图。
具体实施例方式
典型的静电复印可更换消耗单元，如墨粉盒，包括一些分组件和子部件。图2示出了先有技术的墨粉盒的实例。这种墨盒的墨粉储存部分的更多细节在图11中示出。再生品制造商将耗尽或用过的墨盒分解至适于工作的水平，然后更换掉磨损或破坏的零件。再生品制造商把维修过的墨盒重新装配成为具有完全功能的单元，并将这种翻新产品推入市场。
新的可更换的消耗单元包括电子线路，其具有各种功能。某些现有技术介绍了使用这种电路来贮存对于特定墨粉盒是独有的信息。可以存储在这种电子线路的信息包括墨盒序列号、型号、可打印量、剩余墨粉数量等数据。打印机在可更换消耗单元的寿命内定期访问存储在电子线路的信息。当打印机的盖子被打开或者在重新接通电源时，打印机将查询打印机墨盒，以得到其当前状态的信息。这种查询是因为打印机不知道在重新初始化之前是否安装了同一墨盒。打印机必须知道可更换的消耗单元的墨盒特征，因为必须根据该信息来设定某些参数。
这种电子线路还可用来防止这些可更换消耗单元被不属于OEM的第三方回收利用。OEM已经采用了各种方法来使墨盒翻新变得十分困难，如果还能进行的话。首先，电路被设计成，在墨粉水平已经达到用完状态之后，打印机使电路变成无效。另一困难是两个部件之间采用独特的通讯方式。而且，打印机可要求对通讯进行验证。还有一个困难是除了验证之外打印机还可以对通讯进行加密。不同的对信息进行编码以及对第三方实施封锁的方式是无穷尽的。
在翻新过程中可以引入第二电子线路以修复不起作用的电路。所述第二电子线路允许第一电路仍然工作，但是将截取所有与打印机的通讯信号。第二电子线路能够监测在打印机与第一电子线路之间往返的通讯信号。通过监测来自打印机的讯息，第二电子线路将截取、处理和重新发送数据给第一电路。第一电路相应作出反应并被传递给打印机。微处理器还能够确定何时对应于墨粉水平的特定位置被访问，然后用其自身的存储单元贮存这一信息。本优选实施例的处理器将提供新的存储单元用于贮存墨粉水平。当使用第二电子线路的墨盒耗尽所有可用墨粉之后，将再次在处理器的正确位置写入适当的值，而且处理器将使这一位置不能改变。于是墨盒将被送回进行再循环。
为了使安装在可更换消耗单元上的电子线路能够适当地工作，必须能够有效地与打印机进行通讯。如任何双向通信体系结构中所常见的，两个通讯装置必须能够根据所同意的协议和定时标准收发信息。每个打印机或系列打印机都可以采用独特的协议方案。在本发明的一个实施例中，可更换消耗单元中的电子线路将通过单线总线结构协议与打印机通讯。这是Lexmark T520/T620打印机系列所使用的协议。这种协议基于由Dallas半导体公司研制的单线标准。Lex-mark T520/T620打印机使用Dallas DS2432芯片来提高可更换消耗单元的通讯功能。本发明的实施例必须能够模拟这种协议。
Dallas DS2432芯片还采用了称作SHA-1或Secure Hash Algorithm-1的验证技术。这种hash算法最初是为联邦政府开发的，与加密方案一起使用。编码算法与hash算法的差别在于hash算法只是单向或单程的。一旦信息被编码到加密方案中，当使用钥匙(key)对信息进行解锁，数据可以取出。这与hash算法不同，因为数据一旦用于hash计算就不可恢复了。hash算法是一种用作验证数据完整性的复杂方法，其类似于许多早期数据通信设计方案所使用的基本循环冗余校验。SHA-1算法已经成为一种被认可的数据传输验证标准。它使用了复杂的数学公式和数据操作方案来“处理”一个64字节的输入信号并确定一个20字节的响应序列。当处理过程与这种Dallas元件一起使用时变得独特的原因是，对于64字节的输入信号，8字节是伪随机数据，存储在不能读取的“秘密”位置中。这些8字节的数据，在最初与工厂的数据一起贮存时，被下载到元件中。所属领域的任何技术人员都能够，通过探索这8个字节的所有不同的可能组合方式，进行解密来确定置入秘密位置的随机数据。组合方式的总数大约为1.845×1019。可以想像如果所有可能的组合方式都尝试，，这种数字捣弄可能要花费多年时间。
在翻新可更换的消耗单元时，再生品制造商对维修这些已失效电路能够做的十分有限。如果要研制完全新的替代电路，必须能够找出这个随机数。在对这个随机数如何产生没有实际认识的情况下，再生品制造商将不得不生成许多随机数直至能够发现其中一个与某组电路数据相符。这类似于谚语所说的大海捞针。由于不能对hash进行解密，所以替代电子线路基本上是没有价值的。如前面所指出的，这些技术可能是专有的或者十分难以理解。因此为了使带有这种电路的墨粉盒能够在打印机中起作用，打印机与电子线路必须能够通讯和“握手”。本发明的一个方面利用了不起作用的电子线路能够讲这种独特的语言以及采用这种加密协议的能力。而且，一旦验证序列被解密，就可以据此提供采用这种技术的具有完全功能的替代装置。
为了与电子线路连接，某些打印机使用了电触点。当插入墨粉盒时，这些打印机触点与电子线路的触点形成电连接。图1示出了采用电触点型接口的第一电子线路2的一个实例。电子线路的所有分立逻辑线路30设置在第一电子线路2的顶面上。第一电子线路2包含两个打印机接口电触点，即第一电子线路数据触点32和第一电子线路接地触点31。由于打印机的电触点(未示出)是固定的，所以第一线路板的触点以及任何替代电路的触点必须在其能够到达的范围内并保持适当的方位。这些打印机触点可以是金属弹簧、卡夹或其它类型的导电材料，因此当墨盒被插入打印机时，墨盒的重量以及打印机盖的关闭将施加足够的压力，确保形成充分和可靠的电连接。
通过研究LexmarkT520/T620墨粉盒能够发现对前面所介绍原理的最佳应用。图2示出了打印机墨盒1。当完全装配起来时，墨盒1具有墨粉储存组件3和废粉收集组件4。在废粉收集组件4的一侧设有电子线路2。图3更加详细地示出了在可更换消耗单元侧边区域的第一电子线路2的位置。可以清楚地看到两个打印机接口触点。
其它一些打印机，如Hewlett Packard 4100，采用无线电通讯方法与可更换消耗单元的电路联系。在Lexmark T520/620打印机中使用的原理同样适合于无线通讯。为了使可更换消耗单元的回收利用过程变得更加困难，已经确定墨盒没有剩余可用墨粉之后，HP4100会使可更换消耗单元的电路失效。为使墨盒失效，打印机将在电路存储器的特定位置写入“无效”值。一旦写入值，存储器地址不能被改写。如果打印机与墨盒之间的通讯使用特殊语言或者进行加密，简单更换电路是不行的。所以，本发明可应用于这种打印机，因为第二电路将利用失效电路能够讲打印机语言的能力，并为失效值提供新的存储单元。
在应用于Lexmark T520/620接触式可更换消耗单元的本发明优选实施例中，使用了16位的微控制器，比如得克萨斯仪器公司的MSP430F1121A。这种处理器提供了可更换消耗单元的失效电路与打印机之间的通讯方式。该部件尤其合乎需要，因为能够在低电压、低功耗和低成本下工作。在此应用中，微控制器的工作电压可以在直流3.0伏特和直流4.2伏特之间变化。这种第二电子线路的另外设计局限是只能输送有限数量的电流。
第二电子线路和第一电路一起不能超过打印机电源的功率限制。这些电路的电力将从单线触点得到。在正常工作条件下，这种特定的微控制器需要大约160微安的电流。在评估替代电路的备选方案时，必须小心不要使打印机数据电路过载。不但通讯数据必须在这些触点上传输，而且使这些装置运行的能量也必须通过这些触点提供。
图4是第二电子线路的优选实施例的示意图。在此示意图中示出的微处理器101是20针的表面固定件。在图5A和5B示出了互连接地触点34和互连数据触点35，它们电连接到不能工作电路的打印机接口触点，即第一电子线路数据触点32和第一电子线路接地触点31。第二电子线路打印机接口接地触点38和第二电子线路打印机接口数据触点39是将与打印机的接口触点接合的触点。触点42、43、44、45、46和47用来对处理器进行初始程序化和测试。在本设计方案中需要有电阻49，以使处理器避开“测试”模式，为了额外的维护功能还加入了电阻50。具体地说，这种维护功能允许处理器将数据线驱动至逻辑高电平并监测数据线以确保端口适当地动作。
由于第二电路优选实施例尺寸的限制，用电池向处理器供电是不可行的。因此改为用电容51来贮存足够的电压。在此优选实施例中，22微法的电容51将提供足够的电流使处理器保持工作，同时由于进行通讯而驱使通讯线路变低电平。此外，专门的复位电路102被用来使处理器复位。该电路的用途是允许能量轨在处理器起动之前有足够的时间稳定。这元件将使处理器的复位线在2.25伏直流电压阈值达到之后再保持低电平200毫秒。延迟处理器的起动直至能量轨已经稳定，确保处理器有足够的电力运行。在插入可更换消耗单元到打印机中时，施加到数据针的电力可能在短时间内波动。这一电路可简单地确保能量轨在微处理器起动之前有足够的时间稳定。此外，在本设计方案中设有Shottky二极管53，防止当打印机将数据线驱动至低电平时有任何反向电流从电容流向打印机。
此优选实施例的另一个优点是不需要有外部时钟或振荡器。打印机与可更换消耗单元之间的所有通讯都具有异步特性。在打印机试图与替代电路通讯时，替代电路必须能够知道并在一定的时间窗内作出反应。MSP430F1121A的内部时钟，允许在没有外源的情况下独立工作。该元件还提供了“睡眠”模式，能够进一步节省电力。在睡眠模式下，微控制器只用0.7微安的电流。而且，只用6微秒时间就可以使微控制器恢复到准备状态。
图5A和5B示出了本发明的一个实施例。图5A示出了第二电子线路33的顶透视图。第二电子线路33有两个互连触点，即一个互连接地触点34和一个互连数据触点35。于是通过将互连接地触点34和互连数据触点35焊接到两个打印机接口电触点，即第一电子线路2的第一电子线路接地触点31和第一电子线路数据触点32，可以使第一电子线路2与第二电子线路33相连。
图5B示出了同一实施例的底透视图，其中包含安装在第二电子线路33的第一电子线路2。从该视图可以看到两个打印机接口电触点，即第一电子线路接地触点31和第一电子线路数据触点。当安装了第一电子线路之后，第二电子线路33必须通过第二打印机接口电触点，即第二电子线路打印机接口接地触点38和第二电子线路打印机接口数据触点39与打印机通讯。当该实施例被安装在墨粉盒时，第二电子线路的两个打印机接口电触点将背离废物收集器4的主体。包括安装到本发明的第一电子线路2的完全装配好的产品必须能够安装到原始第一电子线路2所在的空间。除了将这两个部分焊到一起，互连接地触点34和互连数据触点35还可以略微升高或凸起，使得能够用胶水或其它粘结剂将第一电子线路固定在适当位置。
图6示出了前面在图5A和5B示出的本发明实施例的分解透视图。第二电子线路33安装在第一电子线路2的上面。通过这种方式，在将第二电子线路33安装到可更换消耗单元上时，不必从可更换消耗单元中拆下第一电子线路2。于是当第一电子线路2仍然安装在可更换消耗单元上时，可以将第二电子线路33焊到第一电子线路2。
图7是本发明的第二个实施例。在这里，第一电子线路2的两个打印机接口电触点通过导线37与互连接地触点34及互连数据触点35相连。这一实施例的优点是，使得本发明能够用于可能没有很多空间来安置第二电子线路的墨盒。第二电子线路在离开原始第一电子线路的位置可能会有适当的装配位置，只要考虑了与打印机触点插脚之间的连通性即可。
这种微控制器最初是用独特的编程器进行编程的。在此优选实施例中，将安装处理器的线路板具有用于编程的独立触点。这是十分重要的，因为这部分将需要有大约6.5伏特的直流电压来烧适当的存储单元。微处理器可以通过电路的串行数据线或通过并联总线进行编程。通过并联总线对装置编程由于能够以字节而不是以比特读写所以效率更高。不同地，串行方法中发生的信号交换handshaking将减慢编程过程。然而，在适用串行方法的情况下，这种设计方案可以变得更为有效，因为在翻新过程中可以使用专门的道尔芯片对微处理器重新编程。还可以在微控制器仍然安装在可更换消耗单元上时进行重新编程。这样可以节省时间和工作，因为不必拆下芯片重新编程，然后重新连接。
在这种特定的应用中使用微控制器或微处理器的另一个主要优点，是日后只须通过对装置重新编程就可以修改设计方案。然而，并没有限定或要求在这种应用中使用特殊的元件或可编程器件。如果在第二电路的设计方案中灵活性或适应性是基本要素，那么分立的逻辑线路可能不是最好的备选方案。通过使用包含智能的微控制器，第二电路还可以用来执行原电路所不能实现的额外功能。在此实施例中，微控制器将监测发生在打印机与可更换消耗单元之间的通讯。能够知道什么信息正流向可更换消耗单元并采取适当的行动。
图8示出了替代电路优选实施例将要执行的程序流程。在初始启动时，处理器将执行其自身的内外诊断200。当处理器完成诊断步骤之后，将确定打印机是否已经开始通讯201。在这特定的设计结构，可更换消耗装置的电路决不会首先开始与打印机通讯。打印机总是主导装置。所以，处理器必须对数据线进行监测以查看打印机是否试图获得电路的注意。一旦打印机已经试图与可更换消耗单元通讯，处理器将截取并分析通讯信号202。如果盖子已经被打开并关上，或者打印机已经经历过一次能量循环，打印机将起动验证序列203。这就要求有适当的散列返回到打印机，否则不能进行任何更进一步的信息交换。为了得到正确的反应，由打印机发送的信息被传递给不起作用的电路204。处理器将成为主导装置，而不起作用的电路将成为新的从动装置。接着不起作用的电路将计算出适当的散列值并将其发送给处理器205。然后处理器将接收这一信息并立即把它发送回给打印机206。如果在稍后的时间打印机重新起动启动程序，处理器还可以将这一值贮存起来。
打印机将接收适当的散列并决定允许信息向下传递给可更换消耗单元。下一步将要读取贮存在装置上的其它信息比如当前的桶水平。为了做到这一点，打印机起动通讯程序201。然而这次不需要进行验证序列，因为打印机已经认可墨盒的身份。因此，其功能将是在存储器中的位置读取或写入。处理器将决定是否是一读请求207，然后访问信息208，并将它传递给打印机。如果不是一读请求，那么将是一写请求，于是这一信息将由处理器贮存到正确位置209。当读或写已经发生后，处理器将回到其等待循环，以等待处理器重新起动通讯过程。
图9示出了能够进行串行重新编程的本发明的一个实施例。该示意图与图4所示的类似。但图9的电路具有一些主要差别。由于尺寸方面的限制，Shottky二极管53已经不用，而用处理器的内二极管来代替。其次，电力通过处理器的若干个输入插脚75、76、77、78和79输入。这过程将使电容51充电并通过被动VCC插脚80起动复位电路102。重新编程所必须的编程电压将由电压触点71提供。新的编程数据将向下发送给串行编程触点74。数据触点73以及接地触点72与第二电路设计方案中的第二电子线路打印机接口接地触点38以及第二电子线路打印机接口数据触点39处于同一位置。图9所示的这种新设计方案作为不起作用电路的完全替代电路。这种设计方案假定处理器能够将适当的散列值返回给打印机，因而没有必要使用不起作用的电路。图10是这一优选实施例的实际线路板布置的示意图。在重新编程模式中，将可更换消耗单元从打印机中取出，然后可以加上编程道尔芯片对微处理器重新编程。
打印机一般能够测定安装在打印机的现有可更换消耗单元中剩余多少墨粉。在授予Barry等人的专利5,995,772介绍了用可旋转通过墨粉仓中墨粉的刮板如何测量迟滞。刮板所经历的迟滞量与墨盒中的剩余墨粉量成正比。迟滞量然后用于数学公式以确定墨粉仓中剩余多少墨粉。确定墨粉水平的另一种方法是变化所述刮板。该变化将测定刮板从拱顶到接触墨粉仓中墨粉的位置能够自由转动多久和多远。除了迟滞之外，当刮板经过墨粉时还会有一小段时间驱动轴没有使刮板运动，因为刮板在下降时可自由转动。测定剩余多少墨粉的另一种可供选择的方法是，测量墨粉仓所剩余墨粉的电特性或磁特性。打印机将测量墨粉的电阻或电容。然后据此确定适当的墨粉数量。
当打印机已经确定剩余多少墨粉之后，它必须将这一信息传递给最终用户，并保留运行记录供其自用。一个特定的测量打印机贮存了多少剩余墨粉的方法是使用“桶水平”。打印机把一个与剩余墨粉量相关的桶水平值贮存在可更换消耗单元的电子线路的存储单元中。该存储区域能够写入的次数是有限的。起初，对于新的或刚刚翻新的可更换消耗单元，桶水平应是“满的”。当墨粉消耗时，桶水平相应作出调整。可更换消耗单元工作过程中，桶水平只能减小而不能增大。如果桶水平增大某个百分比，那么打印机将检测这种未经授权的企图再灌充可更换消耗单元的情况，并使该可更换消耗单元失效。打印机制造商已经确定大多数可更换消耗单元在安装到打印机后其现有寿命周期中不能再灌充。当可用墨粉量已经被打印机确定为“空”之后，打印机将在电子线路贮存“空”桶水平值。然后通过在类似于“通/断”开关的电路存储器的另一位置写入，打印机使可更换消耗单元不能继续工作。要使打印机能够工作，这一位置必须对应于“通”值。当该位置已经用“断”值重写之后，可更换消耗单元将不再起作用。于是墨盒将被回收利用或丢弃掉。使存储器的这些位置不可改变的方法类似于在设有写保护片的3.5英寸软盘上记录信息。一旦存储器保护片已经变化，软盘变为写保护。
为了更好地理解替代电路所能提供的额外功能，重要的是理解可更换消耗单元的有效部分。这些有效部分的某一些可通过替代电路的动作来控制。
先有技术的授予Aldrich等人的专利5,012,289介绍了典型的静电复印可更换消耗单元的工作过程。在此专利中，非常详细地介绍了将墨粉从墨粉仓传送至显影辊然后传送至OPC感光鼓的过程。图11是使用这种方法的先有技术的墨盒的墨粉储存仓的示意图。这与图1和图2中所示的墨粉储存装置相同。当墨粉储存装置3与废粉收集组件4分开后，可以对各部件进行鉴别、清理、更换或再灌充。
如图11所示，当墨盒是新的或者被翻新时的，可将墨粉从墨粉灌装孔17加入。墨粉仓盖8安装在这个孔上。墨粉仓盖8可以包括Tyvek这样的材料，允许空气流入和流出墨粉存储仓20。Tyvek具有足够大的孔隙允许空气流动但能够限制任何墨粉微粒逸出。这是十分重要的，因为墨粉存储仓20内空气与周围空气之间的任何压差可能导致墨粉从许多关键位置泄漏。这种材料可以用胶水或通过压力粘贴到墨粉仓盖。另一种可供选择的方法是使用热密封将Tyvek固定在适当的位置。
显影辊24安装在轴上并由显影辊驱动齿轮12带动。在轴的另一端，显影辊触点套管11与显影剂电触点10接合，能够将直流电势施加在显影辊24，以提供使墨粉带负电所必需的电量。需要有足够的电压来使墨粉产生偏压而变为带电。这样墨粉将被吸引到OPC感光鼓(未示出)的适当位置上，这些位置含有要转印到打印介质的图像。当墨盒1完全装配好时，OPC感光鼓将紧靠着显影辊24。其接近程度使得墨粉能够从显影辊迁移到OPC感光鼓上。当墨粉已经转印到OPC感光鼓之后，打印介质将被送入打印机，墨粉将通过熔化过程粘附到介质上。
在显影辊后面的是加粉辊15。加粉辊15与显影辊24实际接触并有助于确保显影辊存在大量墨粉。加粉辊15还有一个加粉辊电触点16，使得打印机提供的电势能够加在加粉辊15上。加粉辊15使墨粉源带有初始负电荷。而且，加粉辊15压紧在显影辊24上，摩擦导致经过显影辊24与加粉辊15之间的墨粉具有更多负电荷。墨粉通过两阶段带电。加粉辊15提供初次充电，显影辊24提供后续充电。
这种特定的可更换消耗单元没有主充电辊(PCR)。主充电辊安装在打印机内。主充电辊的主要用途是将均匀的电荷重新施加到OPC感光鼓上，因此能够擦干净遗留在感光鼓上的任何潜像。当OPC感光鼓转动时，激光将图像蚀刻在感光鼓上而形成对应于图像线条或形状的带有较少负电的表面区域。当OPC感光鼓转动而与显影辊24接触时，墨粉将被吸引到OPC感光鼓表面上带较少负电的区域。当墨粉粘附到OPC感光鼓上之后，可以放入纸或其它介质进行打印。打印机后面的区域也可以充电使得墨粉能够迁移到介质上，并被熔化在适当的位置。
在打印过程中，打印机施加到墨盒电气元件的电压可以变化。施加在某些部件的电压越高，所得到的电荷将越大，因而有越多的墨粉将被吸引到这些部件。于是打印的图像将比较深色。在墨盒的整个使用寿命期间，电压有波动的倾向，而且在某些情况下会显著增大。这可能由于打印机制造商想要确保这些部件有足够多的墨粉，以形成高质量的打印效果。这也可能是较快使用墨粉的一种方法，从而促进可更换消耗单元的墨粉消耗，并有效地缩短墨盒使用寿命。
某些打印机能够改变施加在这些电气部件上的电压。先有技术介绍了通过分析OPC感光鼓所处理的图像来改变这些部件上的电压，通常是作为校正步骤的一部分。不是根据图像确定电压，新的替代电路根据特定的墨粉水平状态来确定电压。这将在墨粉仓中的墨粉已经达到“不足”状态，因而节省墨粉变得很重要时发生。通过使电压恢复到其初始工作状态或任何能够使打印机使用较少墨粉的水平，在减少后台打印的同时打印质量将保持不变。这又将节省所使用的墨粉量从而延长可更换消耗单元的使用寿命。在本发明的优选实施例中，主充电辊的电压将达到最大(最高的负电压)，同时显影辊的电压将减到最小(最小的负电压)。对应于这一变化的适当的值将在特定的墨粉值已经达到之后被装入替代电子线路。于是下一次打印机打开或者进行动力循环时，这个新的值将被读取而实施这些变化。本发明另一个可供选择的实施例将改变主充电辊的电压使其减到最小而使显影辊的电压达到最大。电压可以很多种组合方式变化，这取决于具体的打印机以及所要求的效果。
在本发明的一个方面，墨粉盒包括墨粉和电显影部件，所述电显影部件通过打印若干图像消耗部分墨粉。安装在墨粉盒的电子线路贮存指示剩余墨粉量的信号和值，值可控制加在至少一个电显影部件上的电压。这个值由打印机读取。所述电子线路可确定是否预定数量的墨粉剩余在墨粉盒中。当墨粉盒剩余预定数量的墨粉时，电子线路通过改变施加在至少一个电显影部件的电压水平来改变形成图像所要消耗的墨粉量。电子线路通过新的用于控制施加在至少一个电显影部件的电压的值代替贮存的用于控制施加在至少一个电显影部件的电压的值来改变墨粉消耗量。电子线路可以通过增大施加在主充电辊的电压并减小施加在显影辊的电压来减少形成图像所要消耗的墨粉量。或者，电子线路可以通过减小施加在主充电辊的电压并增大施加在显影辊的电压来增加形成图像所要消耗的墨粉量。在一优选实施例中，所述电子线路是替代电子线路，可替代由OEM提供的原始电子线路。
虽然在文中已经参考具体实施例对本发明作了介绍，但是应当认识到本发明并不限于这些实施例，可以具有其它的形状和形式以适应特定的具体要求。可以对在此公开的具体实施方式
作出其它修改和变化，这未脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种控制墨粉消耗的方法，包括步骤提供墨粉盒，其包含墨粉和电显影部件；通过印刷若干图像消耗一部分墨粉；确定是否预定数量的墨粉剩余在所述墨粉盒中；和当所述墨粉盒中剩余预定数量的墨粉时，通过改变施加在至少一个电显影部件的电压水平来改变形成图像所要消耗的墨粉量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改变墨粉消耗量的步骤还包括通过增大施加在主充电辊的电压并减小施加在显影辊的电压来减少形成图像所要消耗的墨粉量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改变墨粉消耗量的步骤还包括通过减小施加在主充电辊的电压并增大施加在显影辊的电压来增加形成图像所要消耗的墨粉量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述墨粉盒包含电子模块，所述方法还包括在提供墨粉盒步骤之后进行的步骤用一替代电子模块代替所述电子模块；其中所述替代模块贮存有指示剩余墨粉量的信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述替代电子线路贮存有值，值可用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述改变墨粉消耗量的步骤还包括通过用新的控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值代替所述贮存的控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值来改变墨粉消耗量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括由打印机读取新值。
8.一种墨粉盒，包括墨粉；电显影部件，通过印刷若干图像消耗部分墨粉；和电子线路，用于贮存指示剩余墨粉量的信号，所述电路还贮存值，其用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压；所述电子线路可确定是否预定数量的墨粉剩余在所述墨粉盒；当所述墨粉盒剩余预定数量的墨粉时，所述电子线路通过改变施加在至少一个所述电显影部件的电压水平来改变形成图像所要消耗的墨粉量。
9.根据权利要求8所述的墨粉盒，其特征在于，所述电子线路通过新的用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值代替所述已贮存的用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值来改变墨粉消耗量。
10.根据权利要求9所述的墨粉盒，其特征在于，所述电子线路通过增大施加在主充电辊的电压并减小施加在显影辊的电压来减少形成图像所要消耗的墨粉量。
11.根据权利要求9所述的墨粉盒，其特征在于，所述电子线路通过减小施加在主充电辊的电压并增大施加在显影辊的电压来增加形成图像所要消耗的墨粉量。
12.根据权利要求8所述的墨粉盒，其特征在于，所述电子线路是一替代电子线路，可替代原始电子线路。
13.一种墨粉盒，包括墨粉；电显影部件，通过印刷若干图像而消耗部分墨粉；和电路装置，可贮存指示剩余墨粉量的信号，所述电路装置还贮存有值，可用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压；所述电路装置可确定是否预定数量的墨粉剩余在墨粉盒；当墨粉盒剩余预定数量的墨粉时，所述电路装置通过改变施加在至少一个所述电显影部件的电压水平来改变形成图像所要消耗的墨粉量。
14.根据权利要求13所述的墨粉盒，其特征在于，所述电路装置通过以新的用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值代替所述已贮存的用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值来改变所述墨粉消耗量。
15.根据权利要求14所述的墨粉盒，其特征在于，所述电路装置通过增大施加在主充电辊的电压并减小施加在显影辊的电压来减少形成图像所要消耗的墨粉量。
16.根据权利要求14所述的墨粉盒，其特征在于，所述电路装置通过减小施加在主充电辊的电压并增大施加在显影辊的电压来增加形成图像所要消耗的墨粉量。
17.一种替代电子线路，用于包含墨粉和电显影部件的再生墨粉盒，所述电显影部件通过印刷若干图像而消耗部分墨粉，所述替代电子线路包括电子线路，用于贮存指示剩余墨粉量的信号，所述电路还贮存有值，用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压；所述电子线路可确定是否预定数量的墨粉剩余在再生墨粉盒，当所述再生墨粉盒中剩余预定数量的墨粉时，所述电子线路通过改变施加在至少一个所述电显影部件的电压水平来改变形成图像所要消耗的墨粉量。
18.根据权利要求17所述的替代电子线路，其特征在于，所述电子线路通过以新的用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值代替所述已贮存的用于控制施加在至少一个所述电显影部件的电压的值来改变墨粉消耗量。
19.根据权利要求18所述的替代电子线路，其特征在于，所述电子线路通过增大施加在主充电辊的电压并减小施加在显影辊的电压来减少形成图像所要消耗的墨粉量。
20.根据权利要求18所述的替代电子线路，其特征在于，所述电子线路通过减小施加在主充电辊的电压并增大施加在显影辊的电压来增加形成图像所要消耗的墨粉量。
全文摘要
一种墨粉盒(3)，包含墨粉和电显影部件(24、15)，所述电显影部件(24、15)通过打印若干图像而消耗部分墨粉。一电子线路贮存指示剩余墨粉量的信号和值，其用于控制施加在至少一个电显影部件(24、15)上的电压。该电子线路可确定是否预定数量的墨粉剩余在墨粉盒中。当墨粉盒(3)中剩余预定数量的墨粉时，电子线路通过改变施加在至少一个电显影部件(24、15)的电压水平来改变形成图像所消耗的墨粉量。电子线路，通过控制施加在至少一个电显影部件的电压的新值来代替控制施加在至少一个电显影部件的电压的贮存值，来改变墨粉消耗量。
文档编号G03G15/08GK1942832SQ200580011511
公开日2007年4月4日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月18日
发明者L·R·伯彻特, M·D·里弗斯 申请人:静态控制元件公司