CN100389970C - 液体喷射书写工具 - Google Patents

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Abstract

一种书写工具包括含有液体的液体储存器(3)、喷射液体的液体喷头(41)(该喷头用来从一定距离喷射液体在介质(8)上)和用来促动喷头的处理器单元(6)。该工具还包括用于测量喷头和介质之间距离的测量装置(12)，和用于探测喷头相对于介质移动的移动测量装置(14)，处理器单元适合于当测量装置探测到喷头和介质之间距离小于预定最大值，并且同时移动探测装置(14)探测到喷头相对于介质的移动时，促使液体喷头(41)被开动。

Description

液体喷射书写工具
技术领域
本发明涉及喷射诸如墨水的液体的书写工具。
更具体地说，在这样书写工具中，本发明涉及包括在第一端和第二端之间延伸的基本上为管状的元件，并且设计成为在用户手中握持，所述管状元件包括：
用于包含液体的液体贮存器；
用于喷射液体的液体喷射系统，该系统包括连接于液体贮存器的液体喷头，喷头用来从一定距离喷射液体在介质上；和
用于开动液体喷射系统的处理器单元，使喷头从一定距离喷射在介质上。
背景技术
在如此已知这样类型的书写工具中，管状元件一般具有触针，该触针具有用来与介质在书写中接触的第一端，和连接于移动探测机构以便探测触针与介质接触移动的第二端。移动探测机构连接于处理器单元使液体喷射系统开动。如此，当用户手中握持书写工具并向介质移动时，触针与介质表面接触，从而使探测机构发送信号到处理器单元以便促使液体喷射。
因此，虽然书写头，就是液体喷射头，并不需要与介质接触，不过仍然要求书写工具的触针与介质接触以便能够开始喷射液体。当所述介质在某种程度上粗糙时，用户将感到不便使触针与介质接触。
此外，由于与介质接触的触针终端一般接近在所述介质上的液体喷射冲击点，主要的风险是所述触针终端可能在其干燥以前与液体接触，从而当书写工具在正常使用中使其污染介质。
最后，触针，它必须延伸在液体喷头之外，也可能承受突然冲击而引起对于探测机构不可修复的损坏，从而造成整个书写工具不能投入使用。
发明内容
本发明目的是通过建议一种书写工具解决上述技术问题，该工具可靠、简单、并且使用户书写舒适。
为此目的，本发明提供一种书写工具，其管状件还包括：
测量装置，用于不经过书写工具和介质之间的物理接触而用来测量喷头和介质之间的距离，测量装置连接于处理器单元；和
移动探测器装置，用于探测喷头的移动，移动探测器装置连接于处理器单元；
并且，处理器单元适合于，当测量装置确定喷头和介质之间距离小于预定最大值时，并且同时移动探测装置探测到喷头的移动时，促使液体喷头系统被开动。
通过这些措施，书写工具不再与将要喷射液体的介质接触，并且工具的用户仅仅通过使工具进入到离开介质合适的距离而促动墨水喷射，同时仍使其移动。如此，液体喷射的促动可以被用户停止，或者通过停止移动手，因此停止移动工具，或者更精确地说使液体喷头离开介质。该书写工具使其可能促使液体在良好条件下喷射或不喷射，这些条件接近于当前已知的传统书写工具，诸如圆珠笔或毡头墨水笔的书写条件，但不需要与书写介质物理接触。
在本发明较佳实施例中，还附加采用下列措施：
-处理器单元适合于当测量装置确定喷头和介质之间距离处于由预定最小值和所述预定最大值所定义的范围时，并且同时移动探测装置探测到喷头的移动时，促使液体喷头系统被开动；
-测量装置包括用来测量喷头和介质之间距离的光学系统；
-移动探测器装置由光学系统和处理器单元组成，后者探测喷头相对于介质的位移作为光学系统所测量距离的函数；
-测量装置包括超声波声学探头，用来测量喷头和介质之间的距离；
-移动探测器装置由声学探头和处理器单元组成，后者探测喷头相对于介质的位移作为声学探头测量距离的函数；
-移动探测器装置包括加速度计；
-管状元件包括电源和连接于电源的开关装置，所述开关装置可以由用户操作，以便接通液体喷射系统、处理器单元、测量装置和移动探测器装置；
-管状元件包括在介质上发射可见光点的装置，以便显示液体喷射在介质上的冲击点；
-液体喷射头包括至少一个用来喷射液体小滴的喷嘴，而喷射系统还包括电气信号发生器，以便促使喷头中至少一个喷嘴开动；
-管状元件具有外壁，在其上面安装用于选择小滴尺寸的选择器装置，所述选择器装置连接在喷射系统的电气信号发生器上，以便变化电气信号的频率和/或幅度，促使至少一个喷嘴被开动；
-处理器单元适合于当测量装置探测到喷头和介质之间距离小于预定最大值、同时移动探测装置在预定的时间间隔中还没有探测到喷头的移动时开动用来发射警告信号到用户的通信装置；和
-当液体喷射系统还没有在第一时间间隔中被促动，处理器单元适合于在第二时间间隔中促动通信装置，该通信装置用来发射警告信号，并且然后当测量装置探测到喷头和介质之间距离又一次小于预定最大值，并且同时移动探测装置又一次探测到喷头的移动时，促使液体喷射系统被开动。
附图的简要说明
本发明其它特征和优点在阅读下列实施例的描述后，通过非限制性例子并且参照附图，将变得明显。
在附图中：
图1为本发明书写工具的第一实施例的示意剖面图；
图2为本发明书写工具各部分元件的方框图；
图3为书写工具的第二实施例的剖面图。
具体的实施方式
在图中相同参考数字表示相同或相似的元件。图1显示书写工具1，它具有延伸在第一端2a和第二端2b之间的管状元件2。管状元件2具有限定中空内部空间的内壁21，和用来在用户手中握持的外壁22。
由管状元件2内壁21所限定的中空内部空间包含液体储存器3和喷射所述液体的喷射系统4，该系统直接与储存器3联接。液体储存器3可拆卸地装在管状元件2的中空内部空间以便一旦其用完以后可以被另一储存器所更换，按照工具使用目的，包含在储存器内的液体可以由墨水形成，或当工具用作修正器时由墨水擦除或墨水掩盖液体形成，或当所述工具用作粘结剂敷施器或喷射时实际由粘结剂形成。喷射系统4由直接通过沟槽31连接到液体储存器3的液体喷头41，和用来控制所述喷头41开动或停止行动的电气信号发生器42形成。
在这里考虑的例子中，喷头41为包括设置在管状元件2终端2a喷嘴43处的压电效应喷头。管状元件2终端2a可以由直接配置在管状元件2中间部分内壁22上的端部件构成。端部件2a设置端部喷孔，其中放置喷头41的喷嘴43。喷嘴43可以固定方式装在端部件2a上，或者通过合适的机构以便接纳所述喷嘴在端部件内而以可缩进方式安装，从而避免所述喷嘴当该书写工具不在使用时被损坏的风险。按照已知方式本身，喷头41包括适合于当其承受从发生器42来的电气信号时可以变形，从而在喷嘴43处形成微型小滴7，而该微型小滴被喷在介质8上的压电元件。
液体喷射系统也可以由基体组成，例如用玻璃制成，上面至少安装一个电阻加热器元件，其位置处于至少一个包含从储存器3来少量墨水的小尺寸沟槽之中。如此，当从发生器42施加电气信号在电阻元件上时，所述元件的温度立即增加，从而在墨水中形成汽泡，该汽泡驱赶液体的细微小滴在介质8上。
液体喷射系统4也可由至少一个压缩气体筒形成，该气体筒用来与空气膨胀器机构和液体筒合作。膨胀器机构可包括用来释放包含在汽筒中气体进入加压前室的冲头，和多个控制进入喷嘴气体流量的阀门，其中喷嘴连接到液体储存器3。
书写工具也具有处理器单元6，用来开动电气信号(或电气脉冲)发生器42使其有可能使喷射系统的喷嘴43从一定距离喷射小滴7到介质8上。在其终端2b，在管状元件2内中空内部空间也包含由，例如，电池形成的电源或由实际上两个任意可充电的电池，使其可能通过开关11，接上各种形成书写工具的电气元件。开关11可以用任何由工具用户能够开动的开关装置代替，而特别是探测管状元件2是否握持在用户手中的装置，诸如，设置在管状元件2外壁22上的电容式传感器，能够当用户握持工具时探测到其压力。
通过例子，管状元件2终端2a可以是帽子形状，它能够可拆卸地装在所述管状元件2的中间部分，使用旧的电池10可以用新电池更换。
在其终端2a，管状元件2也具有测量装置12用来测量喷头41和介质8之间的距离而不必在书写工具和介质8有物理接触。更精确地说，测量装置12适合于测量喷嘴43和介质8之间的距离。
在该实施例中，测量装置12由例如红外线光发射二极管(LED)13a构成，该LED向介质8发送入射光束FI以便在所述介质8上形成光点连同反射光束FR。光点和反射光束然后被光二极管13b所分析以便决定入射光束FI相对于介质8的倾角。
由于光二极管13b和红外线LED 13a之间距离已知，和由于入射光束FI的倾角已定，然后仅仅必须使用简单三角学关系就可以决定红外线LED和介质8之间的距离。光二极管可以用在HAMAMATSU商标下出售的S6560光二极管。
由光学系统13输出的入射光束FI基本上指向液体小滴所喷射的同一方向。在这里考虑的例子中，该入射光束的方向基本上与管状元件2的纵向轴线符合。如此，在喷嘴43和介质之间测定的距离也对应于从所述喷嘴43到介质8小滴所遵循的路线。
在另一变化的实施例中，光学系统13也可以具有发射锥形光束的装置，其对称轴线符合管状元件2的纵向轴线。光学系统然后具有适合于决定由锥形光束形成在介质8上光点的半径。由于光点的半径与介质8和发射锥形光束的发射器装置之间距离成正比，有可能以线性方式测量所述发射器装置和介质之间的距离。相似地，如果锥形光束的对称轴线相对于介质倾斜，在介质上形成的光点不再是圆形，而是椭圆形，而传感器也适合于测量椭圆光点的短轴长度以便测量介质和用于发射锥形光束的发生器装置之间的距离。在这一情况中，不管书写工具的倾角如何，椭圆光点的短轴长度只与发生器装置和介质之间距离成正比，并且只有椭圆点的长轴长度与锥形光束的倾角成正比。
在一种变型实施例中，测量装置12也可以由超声探头构成。在该情况中，在喷嘴43和介质8之间测定的距离对应于所述喷嘴43和介质8之间最短的距离，而与书写工具相对于介质8的倾角无关。
参照图1和2可以看到，形成测量装置12的光学系统13直接连接于储存光学系统13所取得测定值的处理器单元6。处理器单元也可适合于促使光学系统13在规定时间间隔内执行反复测量。这样的时间间隔可以，例如，处于1毫秒(ms)到0.1秒(s)范围内。
管状元件2也具有移动探测器装置以便探测喷头41相对于介质8的移动。
在该实施例中，移动探测器装置14可以是直接连接于处理器单元6的加速度计。移动探测器装置14也可以是陀螺仪形式。
以下参照图1和2描述书写工具的操作。
当用户希望使用书写工具在介质2上写字时，用户首先通过开动开关11合上在所述书写工具的各种电气元件的开关。
用户然后把书写工具的端部移向介质8，使由光学系统13构成的测量装置自动地并且不必与介质8物理接触而决定喷嘴43和介质8之间的距离。在这样方式下，书写工具对于介质8的移动由输送探测信号直接到处理器单元6的加速度计14所探测。
处理器单元6适合于促使液体喷射系统4被开动并且因此只有当移动探测器14探测到书写工具移动时，并当同时由光学系统13形成的测量装置12探测到喷头43和介质8之间的距离小于预定最大值时，才促使小滴7喷射在介质8上。
预定最大值可以，例如，为大约1厘米(cm)。
如此，当测量装置探测到喷嘴43和介质8之间的距离大于预定最大值时，而同时探测器装置探测到书写工具的移动，处理器单元6并不促使喷射系统被开动，并且没有小滴喷射在介质8上。
相似地，当书写工具不动时，处理器单元6并不促使小滴喷射，即使喷嘴处于离开介质适当的距离，就是小于最大预定值的距离。
在变型的实施例中，处理器单元6也可以适合于当喷嘴43过分接近介质8时停止液体喷射系统开动，以便保证液体7的小滴正确地喷在介质上。在该情况中，处理器单元6促使液体喷射系统只有当加速度计14探测到书写工具相对于介质的移动，并且同时光学系统13探测到喷嘴43和介质8之间距离处于预定最小值和预定最大值所定义的范围中时，才被开动。
在其外壁22上，书写工具的管状元件2也可以设置选择器装置15选择小滴7的尺寸，以便调整和改正线条(由沉积在介质8上一连串小滴形成)的粗细。选择器装置15具体可以是按钮形式，例如，具有三个位置的按钮使其可以获得三种不同粗细的线条。可选择位置的按钮15直接连接于喷射系统4的电气信号发生器42以预定方式变化频率和/或直接送到液体喷头41的电气信号幅度，从而按比例变化喷射在介质8上小滴7的尺寸和频率。
相似地，为使书写对于用户更加舒适，处理器单元6可以适合于当光学系统13探测到墨水喷头41和介质8之间距离小于预定值，并且同时移动探测器装置14探测到在预定时间间隔内喷头41没有相对于介质8移动时，促动通信装置16发射警告信号。例如，通信装置16可以是可见光信号发生器或者可听见声音信号发生器的形式，从而使其可能通知用户液体喷头41或者更精确地说喷嘴43处于离开介质的距离适合于使电气信号发生器42开动，并且任何书写工具的移动(即使意外的移动)将造成喷射系统被开动，并且将造成液体小滴喷射在介质8上。
相似地，为使用户更加舒适地书写，处理器单元6适合于促动通信装置16在液体喷射系统4在某给定时间间隔(例如，30秒或一分钟)内没有被促动后，并且当测量装置12又一次探测到喷头41和介质8之间的距离合适而同时移动探测装置又探测到书写工具移动时，发射警告信号。在该情况中，处理器单元促动通信装置两秒钟，例如，以便警告用户液体喷射即将来临，并且只有在所述两秒的时间间隔已经过去后，处理器单元6才促动液体喷射系统4。
在图3中显示的另一实施例中，用于探测书写工具移动的移动探测器装置不是由加速度计或陀螺仪组成，而是直接由处理器单元6和用来决定喷嘴43和介质8之间距离的测量系统12组成。
如已经在上面描述，处理器单元6需要测量装置12在非常短的时间间隔内执行重复测量。在这样情况，处理器单元6可以决定喷头43相对于介质8的移动距离作为由测量装置12在决定的时间间隔内两个所测定的距离的函数。这样的相对移动距离只有当喷头41还没有在严格地平行于介质8平面的平面中移动时才能探测到。不过，当正常用户使用书写工具书写时，所述用户自动地传递感觉不到的细微颤抖到书写头上，这样的细微颤抖自动地被测量装置所探测并且被处理器单元认为是移动。于是，如果喷嘴43处于在介质8上适当位置，处理器单元引发喷射系统开动而从一定距离喷射液体。
根据实施例，测量装置12也可以由光学系统13或由超声波探头构成。
当测量装置12由超声波探头构成，管状元件2的终端2a也可以设置发射可见光点在介质8上的装置，所述光点用来代表小滴7在介质8上的冲击点。

Claims (13)

1.一种书写工具，包括在第一端(2a)和第二端(2b)之间延伸并且设计成为握持在用户手中的管状元件(2)，所述管状元件(2)包括：
-液体储存器(3)；
-液体喷射系统(4)，包括连接于液体储存器(3)的液体喷头(41)，喷头(41)用来从一定距离将液体喷射到介质(8)上；和
-处理器单元(6)，用来致动液体喷射系统(4)使喷头(41)从一定距离将液体喷射到介质(8)上；
所述书写工具的特征在于，管状元件还包括：
-测量装置(12)，用于不经过书写工具(1)和介质(8)之间的物理接触而用来测量喷头(41)和介质(8)之间的距离，测量装置(12)连接于处理器单元(6)；和
-移动探测器装置(14；6、12)，用于探测喷头(41)的移动，移动探测器装置连接于处理器单元；
并且其中，处理器单元(6)适合于当测量装置(12)确定喷头(41)和介质(8)之间距离小于预定最大值时，和同时移动探测器装置(14；6、12)探测到喷头(41)移动时，使液体喷射系统(4)被致动。
2.按照权利要求1所述的工具，其特征在于，处理器单元(6)适合于当测量装置(12)确定喷头(41)和介质(8)之间的距离处于由预定最小值和所述预定最大值所限定的范围内，和同时移动探测器装置(14；6、12)探测到喷头(41)的移动时，使液体喷射系统(4)被致动。
3.按照权利要求1所述的工具，其特征在于，测量装置(12)包括用来测量喷头和介质之间距离的光学系统(13)。
4.按照权利要求3所述的工具，其特征在于，移动探测器装置由光学系统(13)和处理器单元(6)形成，它探测喷头(41)相对于介质(8)的移动，以作为由光学系统(13)所测量的距离的函数。
5.按照权利要求1所述的工具，其特征在于，测量装置(12)包括用来测量喷头(41)和介质(8)之间距离的超声波声学探头。
6.按照权利要求5所述的工具，其特征在于，移动探测器装置由声学探头和处理器单元(6)形成，它探测喷头(41)相对于介质(8)的移动，以作为由声学探头所测量的距离的函数。
7.按照权利要求1所述的工具，其特征在于，移动探测器装置包括加速度计(14)。
8.按照权利要求1至7中任一权利要求所述的工具，其特征在于，管状元件(2)包括电源(10)和连接于电源(10)的开关装置(11)，所述开关装置(11)可以由用户致动，以便接通液体喷射系统(4)、处理器单元(6)、测量装置(12)和移动探测器装置(14；6、12)。
9.按照权利要求1至7中任一权利要求所述的工具，其特征在于，管状元件(2)包括将可见光点发射到介质上的装置，以便显示液体喷射在介质(8)上的冲击点。
10.按照权利要求1至7中任一权利要求所述的工具，其特征在于，液体喷头(41)包括至少一个用于喷射液体小滴(7)的喷嘴(43)，并且喷射系统(4)还包括电气信号发生器(42)，以使所述喷头(41)的至少一个喷嘴(43)被致动。
11.按照权利要求10所述的工具，其特征在于，管状元件(2)具有其上安装有用于选择小滴(7)的尺寸的选择器装置(15)的外壁(22)，所述选择器装置(15)连接于喷射系统(4)的电气信号发生器(42)，以改变所述电气信号的频率和/或幅度，该电气信号使所述至少一个喷嘴(43)被致动。
12.按照权利要求1至7中任一权利要求所述的工具，其特征在于，处理器单元(6)适合于当测量装置(12)探测到喷头(41)和介质(8)之间的距离小于预定最大值、同时移动探测器装置(14；6、12)还没有在预定时间间隔内探测到喷头(41)的任何移动时，致动通信装置(16)用以发射警告信号给用户。
13.按照权利要求1至7中任一权利要求所述的工具，其特征在于，当液体喷射系统(4)还没有在第一时间间隔内被致动时，处理器单元(6)适合于在第二时间间隔中致动通信装置(16)，该通信装置用来发射警告信号，然后当测量装置(12)探测到喷头(41)和介质(8)之间距离又一次小于预定最大值，和同时移动探测器装置又一次探测到喷头(41)移动时，使液体喷射系统(4)被致动。
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