JP6892515B2

JP6892515B2 - 歪みゲージセンサを含む流体吐出ダイ

Info

Publication number: JP6892515B2
Application number: JP2019544828A
Authority: JP
Inventors: アンダーソン，ダリル，イー; ガードナー，ジェイムス
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2037-04-24
Also published as: EP3558687A1; CN110402199B; US11084282B2; EP3558687A4; WO2018199895A1; KR20190110119A; US20210129532A1; JP2020510547A; CN110402199A; KR102271424B1; EP3558687B1

Description

発明の背景

インクジェット印刷システムは、流体吐出システムの１つの例として、プリントヘッドと、プリントヘッドに液体インクを供給するインク供給部と、そしてプリントヘッドを制御する電子的コントローラとを含んでいてよい。プリントヘッドは、流体吐出デバイスの１つの例として、インクの液滴を複数のノズルまたはオリフィスを介して、用紙のような印刷媒体に向けて吐出し、印刷媒体上に印刷を行う。幾つかの例では、オリフィスは少なくとも１つの列またはアレイに配列されており、プリントヘッドおよび印刷媒体が相互に相対的に移動されるにつれて、オリフィスからの適切に順序付けられたインクの吐出が、文字または他のイメージを印刷媒体上に印刷するようにされる。

図１Ａは、流体吐出ダイの１つの例を示すブロック図である。

図１Ｂは、流体吐出ダイの別の例を示すブロック図である。

図１Ｃは、流体吐出システムの１つの例を示すブロック図である。

図２Ａは、歪みゲージセンサの１つの例を示している。

図２Ｂは、歪みゲージセンサの別の例を示している。

図３は、衝突事象に対応する歪みゲージセンサ信号の１つの例を示している。

図４Ａは、衝突検出器の１つの例を示す回路図である。

図４Ｂは、衝突検出器の別の例を示す回路図である。

図５は、流体吐出システムを維持するための方法の１つの例を示している流れ図である。

以下の詳細な説明においては、本願の一部をなす添付図面に対して参照が行われ、添付図面においては例示として、本開示が実施されてよい具体例が示されている。理解されるように、他の例も用いられてよく、本願の開示の範囲から逸脱することなしに、構造的または論理的な変更が行われてよい。したがって以下の詳細な説明は、限定的な意味に理解されるものではなく、本願の開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。理解されるように、本願に記載の種々の例の特徴は、特に別様に注記しない限り、部分的にまたは全体的に、相互に組み合わせてよい。

プリントヘッドおよび媒体または他の物体の間での衝突は、さらなる損傷が生ずる前に、これを検出し対応することができれば有利である。衝突の度合いを検出して、プリントヘッドの交換が必要か否かを決定することが可能であれば、また有用である。プリントヘッドから印刷媒体への衝突の幾つかのものは、プリントヘッド表面に対する接触を生ずる結果となり、これは印刷結果を擦り汚すが、しかし媒体を完全に停止させることはない。こうした場合には、もしも媒体（例えば、包装用段ボール）の一部分が破れてプリントヘッドを横切って引きずられてしまうとすると、プリントヘッドが直ちに停止されない場合には、プリントヘッドに損傷が生じうる。またプリントヘッドが直ちに停止されない場合には、印刷ジョブを捨てる必要もありうる。プリントヘッドの衝突およびそこから結果的に生ずる欠陥のある印刷ジョブは、印刷品質の検査が完了するまでは検出されずにいることが多くあり、結果として顧客にとって大きな無駄となる。プリントヘッドの衝突の遅い検出はまた、プリントヘッドに対する永久的な損傷を招来する可能性がある。

そこで、本願に開示されているのは流体吐出システムであり、流体吐出システムの流体吐出ダイ内部に、一体化された少なくとも１つの歪みゲージセンサを含んでいる。この少なくとも１つの歪みゲージセンサは継続的にモニターされて、流体吐出ダイが物体に対して衝突したか否かが決定（判定）される。衝突が検出された場合には、故障信号がもたらされる。この故障信号は、流体吐出システムの動作を停止または修正するために、または流体吐出システムのユーザーに衝突が検出されたことを警告するために使用されてよい。

図１Ａは、流体吐出ダイ１０の１つの例を示すブロック図である。流体吐出ダイ１０は、流体の液滴を吐出するための複数の作動デバイス１２を含んでいる。１つの例において、作動デバイス１２は、流体の液滴を吐出するためのノズルまたは流体ポンプである。流体吐出ダイ１０はまた、歪みを検出するための少なくとも１つの歪みゲージセンサ１４、およびコンパレータ１６を含んでいる。コンパレータ１６の第１の入力は、少なくとも１つの歪みゲージセンサ１４からの検出された歪みを受信する。コンパレータ１６の第２の入力は、衝突しきい値を受信する。コンパレータ１６は、検出された歪みを衝突しきい値に対して比較し、検出された歪みが衝突しきい値を超過していることに応答して故障信号を出力する。

図１Ｂは、流体吐出ダイ２０の別の例を示すブロック図である。流体吐出ダイ２０は、流体の液滴を吐出するための複数の作動デバイス２２を含んでいる。１つの例では、作動デバイス２２は流体の液滴を吐出するためのノズルまたは流体ポンプである。流体吐出ダイ２０はまた、歪みを検出するための少なくとも１つの歪みゲージセンサ２４、およびデジタル振幅検出器２６を含んでいる。デジタル振幅検出器２６の入力は、少なくとも１つの歪みゲージセンサ２４からの検出された歪みを受信する。デジタル振幅検出器２６は検出された歪みの大きさ（振幅）を検出して、検出された歪みの大きさを示すデジタル値を出力する。

図１Ｃは、流体吐出システム１００の１つの例を示すブロック図である。流体吐出システム１００は、プリントヘッドアセンブリ１０２のような流体吐出アセンブリ、およびインク供給アセンブリ１１０のような流体供給アセンブリを含んでいる。図示の例においては、流体吐出システム１００はまた、サービスステーションアセンブリ１０４、キャリッジアセンブリ１１６、印刷媒体搬送アセンブリ１１８、および電子的コントローラ１２０を含んでいる。以下の説明においては、流体の取り扱いについてのシステムおよびアセンブリの例がインクに関して提示されるが、開示されるシステムおよびアセンブリはまた、インク以外の流体の取り扱いにも適用可能なものである。

プリントヘッドアセンブリ１０２は、インクまたは流体の液滴を複数のオリフィスまたはノズル１０８を介して吐出する、少なくとも１つのプリントヘッドまたは流体吐出ダイ１０６を含んでいる。１つの例では、液滴は印刷媒体１２４のような媒体に差し向けられ、かくして印刷媒体１２４上に印刷が行われる。１つの例では、印刷媒体１２４は、紙、板紙、透明シート、Ｍｙｌａｒ、布帛、およびその他といった、任意の種類の適切なシート状材料を含んでいる。別の例では印刷媒体１２４は、粉体ベッドのような３次元（３Ｄ）印刷のための媒体、またはリザーバまたはコンテナのようなバイオプリンティングおよび／または薬剤開発試験のための媒体を含んでいる。１つの例では、ノズル１０８は少なくとも１つの列またはアレイに配列されて、プリントヘッドアセンブリ１０２および印刷媒体１２４が相互に相対的に移動されるにつれ、ノズル１０８からの適切に順序付けられたインクの吐出が、印刷媒体１２４上に文字、記号、および／または他のグラフィックスまたはイメージの印刷を生じさせるようになっている。

流体吐出ダイ１０６はまた、複数の歪みゲージセンサ１０７および衝突検出器１０９を含んでいる。歪みゲージセンサ１０７は、流体吐出ダイ１０６内部の歪みを検出する。１つの例では、歪みゲージセンサ１０７は、流体吐出システム１００が、流体吐出ダイ１０６が経験する応力をモニターすることを可能にする。各々の歪みゲージセンサ１０７は、流体吐出ダイ１０６の対応する領域が応力を受けた場合に、電気的伝導性における変化を示す。応力の量は、導電性の変化を測定することによって定量される。流体吐出ダイ１０６の対応する領域の各々における応力を分析することによって、衝突検出器１０９は、流体吐出ダイ１０６が物体に衝突したか否かを決定することができる。

インク供給アセンブリ１１０はインクをプリントヘッドアセンブリ１０２に供給するものであり、そしてインクを貯蔵するためのリザーバ１１２を含んでいる。かくして１つの例では、インクはリザーバ１１２からプリントヘッドアセンブリ１０２へと流れる。１つの例では、プリントヘッドアセンブリ１０２およびインク供給アセンブリ１１０は、インクジェットまたは流体ジェット印刷カートリッジまたはペンの中に、一緒に収容されている。別の例では、インク供給アセンブリ１１０はプリントヘッドアセンブリ１０２から分離されており、供給チューブおよび／またはバルブといったインタフェース接続１１３を介して、インクをプリントヘッドアセンブリ１０２に供給する。

キャリッジアセンブリ１１６は印刷媒体搬送アセンブリ１１８に対してプリントヘッドアセンブリ１０２を位置決めし、そして印刷媒体搬送アセンブリ１１８はプリントヘッドアセンブリ１０２に対して印刷媒体１２４を位置決めする。かくしてプリントヘッドアセンブリ１０２および印刷媒体１２４の間の領域において、印刷ゾーン１２６がノズル１０８に隣接して画定される。１つの例では、プリントヘッドアセンブリ１０２は走査型のプリントヘッドアセンブリであり、キャリッジアセンブリ１１６がプリントヘッドアセンブリ１０２を印刷媒体搬送アセンブリ１１８に対して移動させる。別の例では、プリントヘッドアセンブリ１０２は非走査型のプリントヘッドアセンブリであり、キャリッジアセンブリ１１６はプリントヘッドアセンブリ１０２を、印刷媒体搬送アセンブリ１１８に対して所定の位置に固定する。

サービスステーションアセンブリ１０４は、プリントヘッドアセンブリ１０２のスピッティング、ワイピング、キャッピング、および／またはプライミングに備えており、プリントヘッドアセンブリ１０２、そしてより特定的には、ノズル１０８の機能性を維持する。例えばサービスステーションアセンブリ１０４は、ゴム製のブレード、ワイパーまたはローラを含んでいてよく、これらは周期的にプリントヘッドアセンブリ１０２上を通過されて、ノズル１０８から余剰のインクを拭き取って清浄にする。加えて、サービスステーションアセンブリ１０４はプリントヘッドアセンブリ１０２を覆うキャップを含んでいてよく、使用しない期間の間にノズル１０８が乾燥しないように保護する。さらに、サービスステーションアセンブリ１０４はスピットンを含んでいてよく、プリントヘッドアセンブリ１０２は吐き出し期間にその中へとインクを吐出して、リザーバ１１２が適切な圧力レベルと流動性を維持しすることを確保し、そしてノズル１０８が閉塞または漏れを生じないことを確保する。サービスステーションアセンブリ１０４の機能には、サービスステーションアセンブリ１０４およびプリントヘッドアセンブリ１０２の間での相対移動が含まれてよい。

電子的コントローラ１２０は、通信経路１０３を通じてプリントヘッドアセンブリ１０２と、通信経路１０５を通じてサービスステーションアセンブリ１０４と、通信経路１１７を通じてキャリッジアセンブリ１１６と、そして通信経路１１９を通じて印刷媒体搬送アセンブリ１１８と通信する。１つの例では、プリントヘッドアセンブリ１０２がキャリッジアセンブリ１１６に設けられている場合には、電子的コントローラ１２０およびプリントヘッドアセンブリ１０２は通信経路１０１を通じて、キャリッジアセンブリ１１６を経由して通信してよい。電子的コントローラ１２０はまたインク供給アセンブリ１１０と通信してよく、かくして１つの実施形態においては、新たな（または使用済みの）インク供給を検出してよい。

電子的コントローラ１２０はコンピュータのようなホストシステムからデータ１２８を受信し、そしてデータ１２８を一時的に記憶するためのメモリを含んでいてよい。データ１２８は流体吐出システム１００へと、電子的、赤外線的、光学的、または他の情報伝達経路に沿って送信されてよい。データ１２８は例えば、印刷される文書および／またはファイルを表している。かくして、データ１２８は流体吐出システム１００のための印刷ジョブを形成し、そして少なくとも１つの印刷ジョブコマンドおよび／またはコマンドパラメータを含んでいる。

１つの例では、電子的コントローラ１２０はプリントヘッドアセンブリ１０２の制御をもたらし、これはノズル１０８からのインク液滴の吐出のためのタイミング制御を含んでいる。かくして、電子的コントローラ１２０は吐出されるインク液滴のパターンを規定し、これは印刷媒体１２４上に、文字、記号、および／または他のグラフィックスまたはイメージを形成する。タイミング制御、およびそれによる吐出インク液滴のパターンは、印刷ジョブコマンドおよび／またはコマンドパラメータによって決定される。１つの例では、電子的コントローラ１２０の一部を形成しているロジックおよび駆動回路は、プリントヘッドアセンブリ１０２上に配置されている。別の例では、電子的コントローラ１２０の一部を形成しているロジックおよび駆動回路は、プリントヘッドアセンブリ１０２から離れて配置されている。

１つの例では、電子的コントローラ１２０は、衝突検出器１０９が流体吐出ダイ１０６の衝突を検出したことに応答して、衝突検出器１０９から故障信号を受信する。電子的コントローラ１２０は故障信号を、流体吐出システム１００の動作を停止または修正し、衝突事象が生じたことを流体吐出システム１００のユーザーに警告するといった、数多くの目的に使用してよい。

図２Ａは、歪みゲージセンサ２００の１つの例を示している。１つの例では、歪みゲージセンサ２００は、図１Ａを参照して先に記載し説明した流体吐出ダイ１０の歪みゲージセンサ１４、図１Ｂを参照して先に記載し説明した流体吐出ダイ２０の歪みゲージセンサ２４、または図１Ｃを参照して先に記載し説明した流体吐出ダイ１０６の歪みゲージセンサ１０７の各々を提供してよい。歪みゲージセンサ２００は、第１の電極２０２、第２の電極２０４、および第１の電極２０２および第２の電極２０４の間に電気的に結合された圧電センサ要素２０６を含んでいる。圧電センサ要素２０６は、１つの軸における応力に応答して抵抗値の変化を示す。したがって、歪みゲージセンサ２００を定電流でバイアスし、そして圧電センサ要素２０６両端の電圧を測定することにより、または歪みゲージセンサ２００を定電圧でバイアスし、そして圧電センサ要素２０６を流れる電流を測定することにより、圧電センサ要素２０６の歪みが検出されてよい。

図２Ｂは、歪みゲージセンサ２１０の別の例を示している。１つの例では、歪みゲージセンサ２１０は、図１Ａを参照して先に記載し説明した流体吐出ダイ１０の歪みゲージセンサ１４、図１Ｂを参照して先に記載し説明した流体吐出ダイ２０の歪みゲージセンサ２４、または図１Ｃを参照して先に記載し説明した流体吐出ダイ１０６の歪みゲージセンサ１０７の各々を提供する。歪みゲージセンサ２１０は、第１の電極２１２、第２の電極２１４、第３の電極２１６、第２の電極２１８、第１の圧電センサ要素２２０、第２の圧電センサ要素２２１、第３の圧電センサ要素２２２、および第４の圧電センサ要素２２３を含んでいる。第１の圧電センサ要素２２０は、第１の電極２１２および第２の電極２１４の間に電気的に結合されている。第２の圧電センサ要素２２１は、第２の電極２１４および第３の電極２１６の間に電気的に結合されている。第３の圧電センサ要素２２２は、第３の電極２１６および第２の電極２１８の間に電気的に結合されている。第４の圧電センサ要素２２３は、第２の電極２１８および第１の電極２１２の間に電気的に結合されている。

歪みゲージセンサ２１０は、２つの軸における応力に応答して抵抗値の変化を示す。歪みゲージセンサ２１０はホイートストンブリッジ構成で構成されており、そこでは外部のバイアス電圧が２つの対抗する電極（例えば、第１の電極２１２および第３の電極２１６）の両端に印加され、その間に電圧が、他の２つの対抗する電極（例えば、第２の電極２１４および第４の電極２１８）の両端で測定される。したがって、歪みゲージセンサ２１０を外部電圧でバイアスし、そして圧電センサ要素２２０〜２２３の両端の電圧を測定することによって、歪みゲージセンサ２１０上の歪みが検出されてよい。

図３は、衝突事象に対応する歪みゲージセンサ信号３００の１つの例を示している。衝突事象より前は、歪みゲージセンサは、３０２で示されているようにベースライン歪みを出力している。流体吐出ダイが物体（例えば、印刷媒体）と接触する衝突事象が生じた場合、歪みゲージセンサは信号を出力し、これは３０４で示すようにピーク値へと急激に上昇し、次いでベースライン歪み３０２まで急激に降下して戻る。

３０４におけるピーク値は、衝突が発生したことを決定（判定）し、および／または衝突の度合いを決定するために使用されてよい。流体吐出システムが動作している間、歪みゲージセンサ信号は３０６で示された衝突しきい値と連続的に比較され、そしてこの信号が衝突しきい値を超過したことに応答して、故障信号が与えられる。故障信号は、流体吐出システムの動作を停止または修正し、または流体吐出システムのユーザーに衝突事象が発生したことを警告するために使用されてよい。３０４におけるピーク値はまた、信号の大きさ（振幅）を決定するために検出されてよい。この大きさは例えば、衝突の度合いを決定し、流体吐出ダイに対する損傷が生じた可能性があるか否かを決定するために使用されてよい

図４Ａは、衝突検出器４００ａの１つの例を示す回路図である。１つの例において衝突検出器４００ａは、図１Ｃを参照して先に記載され説明された、流体吐出ダイ１０６の衝突検出器１０９を提供する。この例においては、衝突検出器４００ａは、バイアス回路４０６（例えば、電流源）、歪みゲージセンサ４１０、ローパスフィルタ４１６、直流（ＤＣ）ブロックコンデンサ４２０、ブリーダ抵抗４２４、スケーリングバッファ４２６、コンパレータ４４０、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）４３２、しきい値レジスタ４３６、およびセットリセット（Ｓ−Ｒ）ラッチ４４６を含んでいる。ローパスフィルタ４１６、ＤＣブロックコンデンサ４２０、ブリーダ抵抗４２４、およびスケーリングバッファ４２６は、歪みゲージセンサ４１０からの検出された歪みをスケーリングおよびオフセットし、そしてスケーリングおよびオフセットされた検出された歪みをコンパレータ４４０に与える回路を提供する。他の例においては、検出された歪みをスケーリングおよびオフセットするために、歪みゲージセンサ４１０およびコンパレータ４４０の間に他の適切な部品を使用してよい。

この例においては、衝突検出器４００ａは、デジタル振幅検出器４６０ａおよび流体吐出停止回路４５２を含んでいる。他の例においては、デジタル振幅検出器４６０ａおよび／または流体吐出停止回路４５２は、衝突検出器４００ａから除外されてよい。デジタル振幅検出器４６０ａは、ピーキングダイオード４６２、ピーキングコンデンサ４６６、ブリーダ抵抗４７０、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）４７２、および衝撃振幅レジスタ４７６を含んでいる。流体吐出停止回路４５２は、ＡＮＤゲート４５６を含んでいる。

バイアス回路４０６の一方の端子は、供給電圧４０２に電気的に結合されている。バイアス回路４０６の他方の端子は、歪みゲージセンサ４１０の一方の端子およびローパスフィルタ４１６の入力へと、アナログ信号経路４０８を介して電気的に結合されている。歪みゲージセンサ４１０の他方の端子は、バイアス電圧４１２（例えば、共通または接地）へと電気的に結合されている。ローパスフィルタ４１６の出力は、ＤＣブロックコンデンサ４２０の一方の端子へと、アナログ信号経路４１８を介して電気的に結合されている。ＤＣブロックコンデンサ４２０の他方の端子は、ブリーダ抵抗４２４の一方の端子およびスケーリングバッファ４２６の入力へと、アナログ信号経路４２２を介して電気的に結合されている。ブリーダ抵抗４２４の他方の端子は、バイアス電圧４１２へと電気的に結合されている。

スケーリングバッファ４２６の出力は、ピーキングダイオード４６２の入力およびコンパレータ４４０の正入力（＋）へと、アナログ信号経路４２８を介して電気的に結合されている。コンパレータ４４０の負入力（−）は、ＤＡＣ４３２の出力へと、アナログ衝突しきい値信号経路４３０を介して電気的に結合されている。ＤＡＣ４３２の入力は、しきい値レジスタ４３６の出力へと、デジタル信号経路４３４を介して電気的に結合されている。しきい値レジスタ４３６の入力は、デジタル信号経路４３８を介してデジタル衝突しきい値を受信する。コンパレータ４４０の出力は、信号経路４４２を介して、Ｓ−Ｒラッチ４４６のセット入力（Ｓ）へと電気的に結合されている。Ｓ−Ｒラッチ４４６のリセット入力（Ｒ）は、信号経路４４４を介してリセット信号を受信する。Ｓ−Ｒラッチ４４６の出力（Ｑ）は、信号経路４４８上に故障信号を与える。

ラッチ４４６の出力（Ｑバー）は、ＡＮＤゲート４５６の第１入力へと、信号経路４５０を介して電気的に結合されている。ＡＮＤゲート４５６の第２入力は、発射信号を信号経路４５４を介して受信する。ＡＮＤゲート４５６の出力は、適格発射信号を信号経路４５８を介して提供する。

ピーキングダイオード４６２の出力は、ピーキングコンデンサ４６６の一方の端子、ブリーダ抵抗４７０の一方の端子、そしてＡＤＣ４７２の入力へと、アナログ信号経路４６４を介して電気的に結合されている。ピーキングコンデンサ４６６の他方の端子、およびブリーダ抵抗４７０の他方の端子は、バイアス電圧４１２へと電気的に結合されている。ＡＤＣ４７２の出力は、衝撃振幅レジスタ４７６の入力へと、デジタル信号経路４７４を介して電気的に結合されている。デジタル振幅レジスタ４７６の出力は、振幅信号をデジタル信号経路４７８上にもたらす。

バイアス回路４０６は、歪みゲージセンサ４１０をバイアスする（例えば、定電流を介して）。１つの例において、歪みゲージセンサ４１０は、図２Ａを参照して先に記載および説明した歪みゲージセンサ２００、または図２Ｂを参照して先に記載および説明した歪みゲージセンサ２１０によって提供される。歪みゲージセンサ４１０は、検出された歪みに対応する電圧信号をもたらす。１つの例において、ローパスフィルタ４１６は検出された歪み信号を低域通過濾波させて、衝突事象から予想されるよりも持続時間の短い誤ったノイズ信号を除去する。他の例においては、ローパスフィルタ４１６は衝突検出器４００ａから除外される。ＤＣブロックコンデンサ４２０は、プロセス、電圧、および温度（ＰＶＴ）変動の、検出された歪み信号に対する何らかの影響を破棄するが、歪み信号はＰＶＴの影響と比較して小さなものであってよい。ブリーダ抵抗４２４は、寄生電荷がノード４２２に蓄積するのを防止する。ブリーダ抵抗４２４は、衝突事象が生じた場合に、抵抗値が検出された歪み信号に大きな影響を与えないように、適切な大きさのものとされる。

１つの例において、スケーリングバッファ４２６はノード４２２上の信号をスケーリングして、スケーリングおよびオフセットされた検出された歪みを、コンパレータ４４０の正入力および／またはピーキングダイオード４６２の入力に与える。他の例においては、スケーリングバッファ４２６は衝突検出器４００ａから除外される。アナログ衝突しきい値が、コンパレータ４４０の負入力に与えられる。この例においては、アナログ衝突しきい値は、ＤＡＣ４３２およびしきい値レジスタ４３６を含む回路によって与えられる。しきい値レジスタ４３６は、デジタル衝突しきい値を受信し記憶する。デジタル衝突しきい値は、図１Ｃを参照して先に記載および説明した電子的コントローラ１２０のようなコントローラから、または別の適切な源から提供されてよい。ＤＡＣ４３２はデジタル衝突しきい値を変換して、アナログ衝突しきい値を提供する。他の例においては、アナログ衝突しきい値は別の適切な回路によって与えられる。

コンパレータ４４０は検出された歪みをアナログ衝突しきい値に対して比較して、そして検出された歪みがアナログ衝突しきい値よりも小さいことに応答して、論理レベル低（例えば「０」）を出力する。コンパレータ４４０は検出された歪みをアナログ衝突しきい値に対して比較して、そして検出された歪みがアナログ衝突しきい値を超過する持続時間にわたって、論理レベル高（例えば「１」）を出力する。コンパレータ４４０の論理レベル高の出力は、Ｓ−Ｒラッチ４４６をセットし、これはＳ−Ｒラッチ４４６の出力Ｑを論理レベル低（例えば「０」）から論理レベル高（例えば「１」）に遷移させ、そしてＳ−Ｒラッチ４４６のＱバー出力を論理レベル高（例えば「１」）から論理レベル低（例えば「０」）に遷移させる。Ｓ−Ｒラッチ４４６の出力Ｑにおける論理レベル高は、衝突事象が生じたことを示す故障信号をもたらす。Ｓ−Ｒラッチ４４６は、Ｓ−Ｒラッチがリセットされるまで故障信号を保持する。故障信号は、図１Ｃを参照して先に記載および説明した電子的コントローラ１２０のようなコントローラ、または別の適切な回路へと与えられてよい。故障信号は、流体吐出システムの動作を停止または修正し、および／または流体吐出システムのユーザーに対して衝突事象が発生したことを警告するために使用されてよい。

１つの例において、Ｓ−Ｒラッチ４４６のリセット入力Ｒに与えられるリセット信号は、歪みのモニタリングが開始されるまでは論理レベル高に保持される。例えば、流体吐出システムの起動に際しては、信号は不安定である可能性があり、信号安定化のための時間が流体吐出システムに与えられないとすれば、誤った読み取りが行われる結果となる。したがって、流体吐出システムが完全に起動されるまで、または流体吐出システムが動作を開始して流体吐出ダイから流体が吐出されるようになるまで、リセット信号は論理レベル高に保持される。歪みのモニタリングが開始される場合には、リセット信号は論理レベル高から論理レベル低へと遷移されて、Ｓ−Ｒラッチ４４６が衝突事象に応答することが可能にされる。衝突検出器４００ａの作動中、ひとたびＳ−Ｒラッチ４４６が衝突象に応答してセットされると、Ｓ−Ｒラッチ４４６は、Ｓ−Ｒラッチ４４６にリセット信号が与えられるまで、セット状態にとどまる。リセット信号は、図１Ｃを参照して先に記載および説明した電子的コントローラ１２０のようなコントローラ、または別の適切な源によって与えられてよい。

流体吐出停止回路４５２は、衝突事象に応答してＳ−Ｒラッチ４４６がセットされていることに応答して、流体吐出ダイの発射信号をブロックする。Ｓ−Ｒラッチ４４６がリセットされると、Ｓ−Ｒラッチ４４６の出力Ｑバーは論理レベル高である。したがって、Ｓ−Ｒラッチ４４６がリセットされると、ＡＮＤゲート４５６は、ＡＮＤゲート４５６の入力に与えられた発射信号を通過させて、ＡＮＤゲート４５６の出力において適格発射信号をもたらす。この適格発射信号は、流体吐出ダイが流体を吐出することを可能にする。衝突事象に応答してＳ−Ｒラッチ４４６がセットされると、Ｓ−Ｒラッチ４４６の出力Ｑバーは論理レベル高から論理レベル低へと遷移する。したがって、Ｓ−Ｒラッチ４４６がセットされると、ＡＮＤゲート４５６は、ＡＮＤゲート４５６の入力に与えられた発射信号が通過してＡＮＤゲート４５６の出力において適格発射信号をもたらすのをブロックする。したがって、適格発射信号がないために、流体吐出ダイは不能化されて流体の吐出は妨げられる。このようにして、流体吐出停止回路４５２は、衝突事象に応答して流体吐出ダイの動作を直ちに停止させてよい。他の例においては、Ｓ−Ｒラッチ４４６の出力Ｑバーは、衝突事象に応答して流体吐出ダイの動作を停止または修正する、別の適切な回路に与えられる。

デジタル振幅検出器４６０ａは、検出された歪みの大きさを検出する。１つの例においては、衝突検出器４００ａはデジタル振幅検出器４６０ａを含み、そしてコンパレータ４４０、ＤＡＣ４３２、しきい値レジスタ４３６、Ｓ−Ｒラッチ４４６、および流体吐出停止回路４５２は除外される。ピーキングダイオード４６２は検出された歪みを受信し、そしてピーキングコンデンサ４６６を検出された歪みのピーク振幅まで充電する。ブリーダ抵抗４７０は、歪み事象と歪み事象の間においてピーキングコンデンサ４６６を放電する。ＡＤＣ４７２は、ピーキングコンデンサ４６６からのピークアナログ信号を変換して、デジタル衝突振幅をもたらす。このデジタル衝突振幅は衝撃振幅レジスタ４７６に記憶され、これがデジタル衝突振幅を別の回路へと提供する。デジタル衝突振幅は、図１Ｃを参照して先に記載および説明した電子的コントローラ１２０のようなコントローラ、または別の適切な回路へと与えられてよい。デジタル衝突振幅は、衝突の度合いを決定するために使用されてよい。

図４Ｂは、衝突検出器４００ｂの別の例を示す回路図である。衝突検出器４００ｂは、図４Ａを参照して先に記載および説明した衝突検出器４００ａに類似しているが、異なる点として、衝突検出器４００ｂは複数の歪みゲージセンサ回路４０１_１から４０１_Ｎを含み、ここで「Ｎ」は歪みゲージセンサ回路の任意の適切な数であり、そしてブリーダ抵抗はブランキングスイッチ４２３および４６５に置き換えられている。ブランキングスイッチ４２３および４６５は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）または他の適切なスイッチであってよい。

歪みゲージセンサ回路４０１_１から４０１_Ｎの各々は、バイアス回路４０６_１から４０６_Ｎ（例えば、電流源）、歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎ、ローパスフィルタ４１６_１から４１６_Ｎ、およびＤＣブロックコンデンサ４２０_１から４２０_Ｎのそれぞれを含んでいる。バイアス回路４０６_１から４０６_Ｎの各々の一方の端子は、供給電圧４０２に電気的に結合されている。バイアス回路４０６_１から４０６_Ｎの各々の他方の端子は、対応する歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎの一方の端子および対応するローパスフィルタ４１６_１から４１６_Ｎの入力へと、対応するアナログ信号経路４０８_１から４０８_Ｎを介して電気的に結合されている。歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎの各々の他方の端子は、バイアス電圧４１２（例えば、共通または接地）に電気的に結合されている。ローパスフィルタ４１６_１から４１６_Ｎの各々の出力は、対応するＤＣブロックコンデンサ４２０_１から４２０_Ｎの一方の端子へと、対応するアナログ信号経路４１８_１から４１８_Ｎを介して電気的に結合されている。

バイアス回路４０６_１から４０６_Ｎの各々は、対応する歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎ（例えば、定電流を介して）をバイアスする。１つの例においては、歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎの各々は、図２Ａを参照して先に記載および説明した歪みゲージセンサ２００、または図２Ｂを参照して先に記載および説明した歪みゲージセンサ２１０によって与えられる。歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎの各々は、検出された歪みに対応する電圧信号をもたらす。１つの例において、ローパスフィルタ４１６_１から４１６_Ｎは対応する検出された歪みを低域通過濾波させて、衝突事象から予想されるよりも持続時間の短い誤ったノイズ信号を除去する。他の例においては、ローパスフィルタ４１６_１から４１６_Ｎは衝突検出器４００ｂから除外される。ＤＣブロックコンデンサ４２０_１から４２０_Ｎの各々は、プロセス、電圧、および温度（ＰＶＴ）変動の、対応する検出された歪み信号に対する何らかの影響を破棄するが、歪み信号はＰＶＴの影響と比較して小さなものであってよい。

ＤＣブロックコンデンサ４２０_１から４２０_Ｎの各々の他方の端子は、ブランキングスイッチ４２３のドレーン−ソース経路の一方の側、およびスケーリングバッファ４２６の入力へと、アナログ信号経路４２２を介して電気的に結合されている。ブランキングスイッチ４２３のドレーン−ソース経路他方の側は、バイアス電圧４１２へと電気的に結合されている。ブランキングスイッチ４２３の制御入力またはゲート入力は、信号経路４２５を介してブランキング信号を受信する。この例においては、ブランキングスイッチ４２３はブリーダ抵抗の代替として使用されており、寄生電荷がノード４２２に蓄積するのを防止する。歪み事象と歪み事象の間に、ブランキング信号はブランキングスイッチ４２３に短く印加され、このスイッチを閉じると共に、ノード４２２に蓄積した寄生電荷を放電する。複数の歪みゲージセンサ回路４０１_１から４０１_Ｎを備えたこの例においては、複数の歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎの何れかから検出された歪みがアナログ衝突しきい値を超過したことに応答して、コンパレータ４４０は故障信号を出力する。

デジタル振幅検出器４６０ｂにおいては、ブランキングスイッチ４６５がブリーダ抵抗の代わりに使用されており、歪み事象と歪み事象の間にピーキングコンデンサ４６６を放電する。ピーキングダイオード４６２の出力、ピーキングコンデンサ４６６の一方の端子、およびＡＤＣ４７２の入力は、ブランキングスイッチ４６５のドレーン−ソース経路の一方の側へと、アナログ信号経路４６４を介して電気的に結合されている。ブランキングスイッチ４６５のドレーン−ソース経路の他方の側は、バイアス電圧４１２へと電気的に結合されている。ブランキングスイッチ４６５の制御入力またはゲート入力は、信号経路４６７を介してブランキング信号を受信する。歪み事象と歪み事象の間に、このブランキング信号はブランキングスイッチ４６５に短く印加され、ブランキングスイッチ４６５を閉じると共に、ピーキングコンデンサ４６６を放電する。１つの例において、ブランキングスイッチ４６５に対して印加されるブランキング信号および歪み事象と歪み事象の間にブランキングスイッチ４２３に対して印加されるブランキング信号は、実質的に同時に印加される。他の例においては、ブランキングスイッチ４６５に対して印加されるブランキング信号と、歪み事象と歪み事象の間にブランキングスイッチ４２３に対して印加さるブランキング信号との間には、別の適切なタイミングがある。複数の歪みゲージセンサ回路４０１_１から４０１_Ｎを備えたこの例においては、デジタル振幅検出器４６０ｂが、複数の歪みゲージセンサ４１０_１から４１０_Ｎの何れかから検出された歪みのピーク振幅を検出する。

図５は、流体吐出システムを維持するための方法５００の１つの例を示す流れ図である。５０２において、方法５００は、流体吐出ダイ内部に一体化された少なくとも１つの歪みゲージセンサをモニタリングすることを含む。５０４において、方法５００は、少なくとも１つの歪みゲージセンサから検出された歪みを連続的に分析して、流体吐出ダイが物体に衝突したか否かを決定することを含む。１つの例において、検出された歪みを連続的に分析することは、検出された歪みのピークを衝突しきい値に対して比較し、そして検出された歪みのピークが衝突しきい値を超過したことに応答して故障信号を与えることを含んでいる。方法５００はまた、検出された歪みのピーク振幅を検出し、そしてこのピーク振幅をデジタル値に変換することを含んでよい。さらに、方法５００は、流体吐出ダイが物体に衝突したという決定に応答して、流体吐出システムの動作を停止または修正することを含んでよい。

本願においては特定の例が説明され記述されてきたが、本願の開示の範囲から逸脱することなしに、図示され記載された特定の例について、種々の代替的および／または等価な実施形態による置換を行ってよい。この出願は、ここで説明した特定の例の任意の改変または変形を包含することを意図している。したがって、本願の開示は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが意図されている。

Claims

流体吐出ダイであって：
流体の液滴を吐出する複数の作動デバイス；
歪みを検出する少なくとも１つの歪みゲージセンサ；
流体吐出ダイが物体に衝突したときに検出された歪みが衝突しきい値を超過していることに応答して故障信号を提供するコンパレータ；および
少なくとも１つの歪みゲージセンサおよびコンパレータの間の回路であって、検出された歪みをスケーリングおよびオフセットし、そしてスケーリングおよびオフセットされた検出された歪みをコンパレータに与える回路を含み、
その回路は：
少なくとも１つの歪みゲージセンサおよびコンパレータの間の直流（ＤＣ）ブロックコンデンサ；
ＤＣブロックコンデンサおよびコンパレータの間のノードに寄生電荷が蓄積するのを防止するブリーダ抵抗またはブランキングスイッチ；および
少なくとも１つの歪みゲージセンサおよびＤＣブロックコンデンサの間のローパスフィルタと、ＤＣブロックコンデンサおよびコンパレータの間のスケーリングバッファのうち少なくとも１つを含む、流体吐出ダイ。
さらに：
少なくとも１つの歪みゲージセンサをバイアスするバイアス回路を含む、請求項１の流体吐出ダイ。
さらに：
アナログ衝突しきい値を与える回路を含み、
ここでコンパレータはアナログ衝突しきい値を検出された歪みと比較する、請求項１または２の流体吐出ダイ。
さらに：
故障信号に応答してセットされるラッチであって、リセットされるまで故障信号を保持するラッチを含む、請求項１から３の何れか１の流体吐出ダイ。
さらに：
故障信号が保持されている間は作動デバイスから流体の液滴が吐出されることを防止する流体吐出停止回路を含む、請求項４の流体吐出ダイ。
流体吐出ダイであって：
流体の液滴を吐出する複数の作動デバイス；
歪みを検出する少なくとも１つの歪みゲージセンサ；
検出された歪みの大きさを検知して流体吐出ダイが物体に衝突したときにデジタル衝突振幅をもたらすデジタル振幅検出器；および
少なくとも１つの歪みゲージセンサおよびデジタル振幅検出器の間の回路であって、検出された歪みをスケーリングおよびオフセットし、そしてスケーリングおよびオフセットされた検出された歪みをデジタル振幅検出器に与える回路を含み、
その回路は：
少なくとも１つの歪みゲージセンサおよびデジタル振幅検出器の間の直流（ＤＣ）ブロックコンデンサ；
ＤＣブロックコンデンサおよびデジタル振幅検出器の間のノードに寄生電荷が蓄積するのを防止するブリーダ抵抗またはブランキングスイッチ；および
少なくとも１つの歪みゲージセンサおよびＤＣブロックコンデンサの間のローパスフィルタと、ＤＣブロックコンデンサおよびデジタル振幅検出器の間のスケーリングバッファのうち少なくとも１つを含む、流体吐出ダイ。
さらに：
少なくとも１つの歪みゲージセンサをバイアスするバイアス回路を含む、請求項６の流体吐出ダイ。
デジタル振幅検出器は：
少なくとも１つの歪みゲージセンサから検出された歪みを受信するピーキングダイオード；
ピーキングダイオードの出力に応答して充電されるピーキングコンデンサ；
歪み事象と歪み事象の間にピーキングコンデンサを放電するブリーダ抵抗またはブランキングスイッチ；および
ピーキングコンデンサからのピークアナログ信号をデジタル衝突振幅に変換するアナログデジタルコンバータを含む、請求項６または７の流体吐出ダイ。
流体吐出システムを維持するための方法であって：
流体吐出ダイ内に一体化された少なくとも１つの歪みゲージセンサをモニターし；そして
コンパレータまたはデジタル振幅検出器を介して少なくとも１つの歪みゲージセンサから検出された歪みを連続的に分析して、流体吐出ダイが物体に衝突したか否かを決定することを含み、
検出された歪みを連続的に分析することは：
直流（ＤＣ）ブロックコンデンサを通じて、プロセス、電圧、および温度変動の、検出された歪み信号に対する何らかの影響を破棄し；
ブリーダ抵抗またはブランキングスイッチを通じてＤＣブロックコンデンサおよびコンパレータまたはデジタル振幅検出器の間のノードに寄生電荷が蓄積するのを防止し；および
検出された歪み信号を低域通過濾波およびスケーリングして、スケーリングおよびオフセットされた検出された歪みをコンパレータまたはデジタル振幅検出器に与えることを含む方法。
検出された歪みを連続的に分析することは検出された歪みのピークを衝突しきい値と比較し、検出された歪みのピークが衝突しきい値を超過したことに応答して故障信号を与えることを含む、請求項９の方法。
さらに：
検出された歪みのピーク振幅を検出し；そして
ピーク振幅をデジタル値に変換することを含む、請求項９または１０の方法。
さらに：
流体吐出ダイが物体に衝突したという決定に応答して流体吐出システムの動作を停止または修正することを含む、請求項９から１１の何れか１の方法。