УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАСХОДА ЧЕРНИЛ В КАРТРИДЖЕ Российский патент 2006 года по МПК B41J2/175 

Изобретение относится к области печатной техники, а более конкретно к печатающим устройствам (принтерам) с термоструйной печатающей головкой, в которую подаются жидкие чернила из контейнера (картриджа).

В известных струйных печатающих устройствах, использующих рабочую жидкость (inkjet printers), процесс печати осуществляется за счет подачи капель чернил, поступающих из сопла печатающей головки. Запас чернил хранится в резервуаре, который выполняет две основные функции: (1) - предохранение чернил от высыхания и (2) - обеспечение постоянства потока чернил в печатающую головку. Ряд известных технических решений в этой области (см. патент США №5767882 [1] патент США №5757406 [2] значительно повысили производительность картриджей.

В то же время такая актуальная для потребителя проблема, как контроль за расходом чернил в картридже, оказалась практически вне поля зрения разработчиков периферийных устройств для компьютеров.

Нельзя, видимо, считать техническим решением определение расхода чернил по времени, прошедшему с момента начала использования картриджа, хотя в настоящий момент большинство производителей картриджей предлагают потребителю пользоваться именно этим способом.

Известна попытка решить проблему контроля расхода чернил с помощью подсчета истраченных в процессе работы капель чернил. В патентной заявке японской корпорации Сейко Эпсон (RU 99124807) [3] такой подсчет осуществляется с помощью программных методов, что существенно усложняет конструкцию и позволяет использовать такой картридж только в принтерах со специальным интерфейсом.

Описание системы механической индикации расхода чернил можно найти в принадлежащем компании Хьюлетт-Паккард патенте США №5757406 [4]. В тексте описания встречается упоминание о двух индикаторных полосках, приклеиваемых к боковым стенкам резервуара для чернил. При сжатии стенок атмосферным давлением из-за выхода чернил полоски взаимно перемещаются, обеспечивая визуальный контроль расхода чернил. Конструкция, реализующая такой способ контроля, является достаточно простой, однако требует нескольких дополнительных операций при изготовлении картриджа. Данная система выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения.

В прототипе описана система подачи чернил с использованием эффекта отрицательного давления, включающая неэластичный гибкий резервуар для чернил, в котором размещены пружины и распорки, противодействующие схлопыванию резервуара под влиянием атмосферного давления в процессе истечения чернил (вытекающих под воздействием, в основном, капиллярных сил). По мере опустошения резервуара его оболочка складывается "в гармошку", при этом жесткостью обладают только две широкие боковые стенки, контактирующие с подпружиненными распорками. Указанная конструкция предопределяет выбор способа контроля расхода чернил в резервуаре: по степени сближения двух жестких стенок определяют уровень расхода чернил.

Конструктивно это реализовано путем закрепления на двух широких боковых сторонах резервуара двух лент, у которых верхние незакрепленные концы перекинуты через верхнюю часть резервуара "внахлест". Через специальное окошко в жестком корпусе картриджа отслеживают взаимное перемещение лент в процессе сближения стенок резервуара, что позволяет судить о степени опустошения резервуара.

Описанное устройство является достаточно эффективным при использовании в конструкциях картриджа с резервуаром-гармошкой. Однако в более современных конструкциях, у которых устройством для создания отрицательного давления являются непосредственно упругие стенки, существует возможность упростить конструкцию устройства контроля расхода чернил в картридже.

Заявляемое изобретение направлено на создание простого и технологически легко реализуемого устройства контроля расхода чернил именно в таких современных конструкциях.

Картридж, описанный в [3], предполагает наличие резервуара с упругими боковыми стенками, обеспечивающими создание отрицательного давления в резервуаре. При этом конструкция резервуара обладает свойством изменять свои размеры при сближении боковых стенок. Предлагаемая конструкция основана на контроле изменения высоты арочной конструкции резервуара по отношению к неподвижному краю жесткого корпуса картриджа.

На фиг.1 представлены элементы конструкции устройства, где

1 - жесткое основание картриджа,

2 - пробка выходного канала картриджа;

3 - фильтр;

4 и 5 - гибкие торцевые стенки резервуара для чернил;

6 - арочная пружинная конструкция, образующая боковые стенки резервуара для чернил (в дальнейшем так же обозначается и сам резервуар, поскольку наличие торцевых стенок и основания не является существенным в данном контексте);

7 - наружный корпус картриджа.

На фиг.2 показан поперечный разрез резервуара (форма, близкая к арочной) в начальной фазе и в стадии, близкой к конечному схлопыванию, где ΔН обозначает изменение высоты резервуара.

На фиг.3 показан узел подвижного крепления резервуара к наружному корпусу, где

6 - боковая стенка арочной конструкции резервуара для чернил;

7 - наружный корпус;

8 - выступ-гребень арочной конструкции резервуара для чернил;

9 - паз наружного корпуса картриджа.

На фиг.4 представлены элементы устройства для определения расхода чернил, где

10 - выступ наружного корпуса картриджа;

11 - отверстие в выступе наружного корпуса картриджа;

12 - отверстие в выступе-гребне арочной конструкции резервуара для чернил;

13 - скоба;

14 - излучающий элемент оптоэлектронной пары;

15 - фотоприемный элемент оптоэлектронной пары.

Как следует из фиг.1 и 3, арочная конструкция резервуара (6) в своей вершине имеет выступ-гребень (8), а наружный корпус картриджа (7) имеет паз (9), в котором гребень может перемещаться в направлении снизу-вверх при сжатии арки и увеличении ее высоты (ΔН на фиг.2).

Наличие выступа-гребня (8) и паза (9) вызвано желанием разработчиков конструкции [3] обеспечить дополнительный запас жесткости в верхней части резервуара с учетом ускорений, испытываемых картриджем при быстрых перемещениях вдоль каретки принтера. Конструкция выступ/паз оставляет верхней части резервуара лишь одну степень свободы - поступательное движение вверх. С другой стороны, движение выступа-гребня вверх коррелируется с изменением объема резервуара.

Способ контроля расхода чернил в резервуаре (6) заключается в том, что выступ-гребень (8) градуируют, и в процессе расхода чернил отмечают высоту поднятия выступа-гребня (8), определяя таким образом сокращение объема резервуара (6) и, следовательно, расход чернил.

Преимуществом такого способа является возможность его реализации без введения каких-либо специальных устройств в стандартную конструкцию картриджа.

Способ может основываться как на визуальном наблюдении, когда зрительно отмечают перемещения выступа-гребня (8) в пазе (9), так и на использовании оптоэлектронной пары, когда по противоположным сторонам выступа-гребня (8) размещают излучающий элемент (14), и фотоприемный элемент (15). Изменение силы тока в элементе (15) при различной степени его освещения (затеняется по мере выдвижение выступа-гребня 8) позволяет выводить данные о расходе чернил на автоматическое индикаторное устройство или на компьютер. Во втором случае способ лишается своего основного преимущества - отсутствия новых деталей или устройств, но обеспечивает автоматизацию контроля.

Для более точной количественной оценки наполнения резервуара (6) предлагается нанести на выступ-гребень (8) риски или разноцветные секторы.

В усовершенствованном варианте конструкции вместе с рисками или вместо рисок в выступе-гребне делают сквозное отверстие предпочтительно треугольной формы с вершиной треугольника, направленной вверх или вниз (см. элемент 12 на фиг.4). При этом сохраняется возможность визуального контроля расхода чернил по степени увеличения площади видимого треугольника и появляется дополнительная возможность автоматизации контроля за счет использования оптоэлектронной пары.

В практическом варианте реализации оптоэлектронная пара размещалась на съемной скобе 13 (фиг.4). Излучающий элемент (14) размещался на одной стороне скобы (13), а фотоприемный элемент (15) располагался на другой стороне скобы (13). Отверстие в форме прямоугольного треугольника (12), прорубленное в плоскости выступа-гребня (8), находилось между элементами оптоэлектронной пары. Значительная часть треугольного отверстия (12) располагалась ниже уровня паза (9) в наружном корпусе картриджа (7). В процессе расхода чернил выступ-гребень (8) поднимался, открывая все большую площадь треугольного отверстия (12), сквозь которое проходило излучение излучающего элемента (14). Изменение освещенности фотоприемного элемента (15) и, соответственно, изменение выходного сигнала регистрировалось программно (оптоэлектронная пара на чертежах не показана).

Преимущество размещения оптоэлектронной пары (14) и (15) на съемной скобе (13) заключается в том, что при отсутствии интерфейса с программным обеспечением выходного сигнала скоба (13) не надевается и контроль осуществляется визуально. Кроме того, скоба (13) не относится к расходным материалам, поэтому при наличии одной скобы (13) можно в целях экономии использовать сменные картриджи, не снабженные скобой (13).

Показал себя работоспособным также вариант размещения оптоэлектронной пары не на картридже, а на каретке принтера (на чертежах не показан). Преимущество, как и в предыдущем варианте, заключается в том, что при наличии стационарной оптоэлектронной пары можно использовать более дешевые картриджи, в комплектацию которых не входит скоба (13).

Изобретение относится к области печатной техники, а более конкретно к печатающим устройствам (принтерам) с термоструйной печатающей головкой. Изобретением решается задача по упрощению средств контроля расхода чернил в картридже и повышению технологичности их изготовления. Устройство предназначено для картриджей с резервуаром для чернил с упругими стенками, в котором поддерживается стабильное отрицательное давление. Для поддержания стабильного отрицательного давления в резервуаре использован единый элемент, выполняющий одновременно функции стенок резервуара и регулятора отрицательного давления в резервуаре. В качестве такого элемента используется арочная пружинная конструкция, образующая боковые стенки резервуара. На вершине арки расположен выступ-гребень, проходящий через паз наружного корпуса и имеющий риски, соответствующие разным уровням наполнения резервуара чернилами. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство контроля расхода чернил в картридже, включающем наружный корпус, прикрепленное к наружному корпусу жесткое основание, резервуар для чернил, закрепленный на жестком основании и снабженный устройством для поддержания в резервуаре отрицательного давления, отличающееся тем, что устройство для поддержания отрицательного давления выполнено в виде арочной пружинной конструкции, образующей боковые стенки резервуара с гибкими торцевыми стенками, причем на вершине арки расположен выступ-гребень, проходящий через паз наружного корпуса и имеющий риски, соответствующие разным уровням наполнения резервуара чернилами.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступ-гребень снабжен отверстием.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что перемещение выступа-гребня контролируется за счет проходящего через отверстие выступа-гребня излучения, создаваемого и регистрируемого оптоэлектронной парой, элементы которой размещены на противоположных сторонах скобы, закрывающей выступ-гребень.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что перемещение выступа-гребня контролируется за счет проходящего через отверстие излучения, создаваемого и регистрируемого оптоэлектронной парой, размещенной на каретке принтера.