JP7018966B2 - 歪みゲージセンサを含む流体吐出ダイ - Google Patents

Description

流体吐出システムの一例としてのインクジェット印刷システムは、プリントヘッド、液体インクをプリントヘッドに供給するインク供給部、及びプリントヘッドを制御する電子コントローラを含むことができる。流体吐出デバイスの一例としてのプリントヘッドは、インク滴を複数のノズル又はオリフィスを介して１枚の用紙のような印刷媒体へ向けて吐出して、印刷媒体上に印刷する。幾つかの例において、オリフィスは、プリントヘッド及び印刷媒体が互いに対して移動する際に、オリフィスからの適切に順序付けられたインクの吐出により、文字または他のイメージが印刷媒体上に印刷されるように少なくとも１つの列またはアレイに配列される。

流体吐出システムの一例を示すブロック図である。 流体吐出システムの別の例を示すブロック図である。 流体吐出ダイの一例の前面図である。 歪みゲージセンサの一例を示す図である。 歪みゲージセンサの別の例を示す図である。 複数の歪みゲージセンサからの信号を処理するための回路の一例を示すブロック図である。 複数の歪みゲージセンサからの信号を処理するための回路の別の例を示すブロック図である。 流体吐出ダイをサービスするサービスステーションアセンブリの一例の側面図である。 流体吐出ダイの衝突イベントに対応する歪みゲージセンサ信号の一例を示す図である。 流体吐出ダイの衝突イベントに対応する歪みゲージセンサ信号の別の例を示す図である。 流体吐出ダイのサービスイベントに対応する歪みゲージセンサ信号の一例を示す図である。 流体吐出ダイ内の歪みの経時的な増加に対応する歪みゲージセンサ信号の一例を示す図である。 流体吐出ダイの振動に対応する歪みゲージセンサ信号の一例を示す図である。 イベント後にベースラインの歪みに戻らない歪みゲージセンサ信号の一例を示す図である。 流体吐出システムを維持するための方法の一例を示す流れ図である。 流体吐出システムを維持するための方法の別の例を示す流れ図である。 流体吐出システムを維持するための方法の別の例を流れ図である。

詳細な説明
以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付図面が参照され、添付図面には、本開示が実施され得る特定の例が実例として示される。理解されるべきは、他の例が利用されることができ、構造的または論理的変更が、本開示の範囲から逸脱せずに行われ得る。従って、以下の詳細な説明は、制限の意味で解釈されるべきでなく、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲により定義される。理解されるべきは、本明細書で説明される様々な例の特徴要素は、特に断りのない限り、部分的に又は全体的に互いと組み合わされ得る。

プリントヘッドは、ノズルの健全状態を維持する及びプリントヘッドの寿命を延ばすために、インクジェット印刷システム内のサービスステーションアセンブリによりサービスされ得る。インクジェット印刷システムにおいて使用される幾つかのインクは、噴出するのが困難であることがあり、パドリング、クラスティング（外皮を生じること）、及び／又はデキャップを欠点として持つであろう。従って、プリントヘッドのサービスの１つのタイプは、プリントヘッドから余分なインクを除去するためにプリントヘッドを定期的にワイピングすることを含む。最適なノズルのサービスは、最も高い印刷品質を提供し及び顧客の妨害を最小限にするために重要である。従って、サービスに起因したプリントヘッドに印加される力を求めることができることは好都合である。高過ぎる圧力は、プリントヘッドに損傷を与えるかもしれないが、低すぎる圧力は、プリントヘッドを非効果的にサービスするかもしれない。

更に、更なる損傷が生じる前に、印刷媒体または他の物体に対するプリントヘッドの衝突を検知する及び当該衝突に反応することができることは好都合である。プリントヘッドの交換が必要であるか否かを判断するために衝突の重症度を検出することができることも、有益である。印刷媒体に対するプリントヘッドの衝突の幾つかは、印刷結果を汚すプリントヘッド表面の接触という結果になるが、媒体を完全に停止させない。これらの場合、もし媒体の一部（例えば、しわのよったパッケージング（梱包材料））が引き裂かれてプリントヘッドにわたって引きずられたら、プリントヘッドが即座に停止されない場合にはプリントヘッドは損傷を受けるかもしれない。また、印刷ジョブは、プリントヘッドが即座に停止されない場合には、廃棄される必要があるかもしれない。そこから生じるプリントヘッドの衝突および不良な印刷ジョブは、印刷品質の監査が完了するまで検知されずにいることが多く、顧客に対して大きな無駄という結果になる。また、プリントヘッドの衝突の潜在している検出は、プリントヘッドに対する永久的な損傷という結果になるかもしれない。

現時点では、プリントヘッドの寿命の全体にわたってプリントヘッドにより蒙った歪みに関して洞察力を提供する測定能力は、生産プリントヘッドに存在しない。歪みのレベルが安全限界を超えた主要な尺度は、ひび割れたダイである。これは、顧客の休止時間（ダウンタイム）、印刷ジョブの喪失、及び容易に検出可能で回避されたかもしれない何かに対する反動的な応答という結果になる。従って、故障が実際に生じる前に、差し迫ったプリントヘッドの故障を検出および差し迫ったプリントヘッドの故障に反応することができることは好都合である。更に、流体吐出システムが著しい振動を呈する時を検出することができることは好都合であり、係る振動は、損傷した構成要素または過酷な動作環境を示すことができる。

従って、流体吐出システムのプリントヘッドアセンブリの流体吐出ダイ内に集積化された１つ又は複数の歪みゲージセンサを含む流体吐出システムが、本明細書に開示される。歪みゲージセンサは、流体吐出ダイのサービス中に歪みを検出し、検出された歪み（検出歪みとも称する）に基づいてサービスステーションを較正する又はサービスを停止する。歪みゲージセンサは、流体吐出システムの動作中に歪みを検出し、検出歪みに基づいて流体吐出ダイの衝突または振動を検出する。歪みゲージセンサは、検出歪みに基づいて流体吐出ダイが故障に近いか否かを検出するために、時間と共に歪みを検出する。流体吐出システムの動作は、検出歪みに基づいて停止され得る、又は流体吐出システムのユーザに警報を出すことができる。

図１Ａは、流体吐出システム１０の一例を示すブロック図である。流体吐出システム１０は、流体吐出ダイ１２、コントローラ１６、及びサービスステーションアセンブリ１８を含む。流体吐出ダイ１２は、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を含む。サービスステーションアセンブリ１８は、流体吐出ダイ１２をサービスする。コントローラ１６は、流体吐出ダイ１２のサービス中に少なくとも１つの歪みゲージセンサ１４から検出歪みを受け取り、検出歪みがサービス閾値を超えることに応じて流体吐出ダイ１２のサービスを調整または停止する。サービス閾値は、サービスステーションアセンブリ１８がダイに損傷を与える可能性がある圧力を流体吐出ダイ１２に印加することを防止するために設定され得る。

一例において、流体吐出ダイ１２は、複数の歪みゲージセンサを含み、この場合、複数の歪みゲージセンサのそれぞれは、流体吐出ダイ１２の歪みを検出する。この例において、コントローラ１６は、流体吐出ダイ１２のサービス中に複数の歪みゲージセンサのそれぞれから検出歪みを受け取る。別の例において、コントローラ１６は、流体吐出ダイ１２を流体吐出システム１０に取り付けることに応じて少なくとも１つの歪みゲージセンサ１４からベースラインの検出歪みを受け取り、ベースラインの検出歪みがベースライン閾値を超えることに応じて流体吐出システムのユーザに警報を出す。ベースライン閾値は、ベースライン閾値を超える歪みが不良な又は損傷した流体吐出ダイを示すように設定され得る。

別の例において、コントローラ１６は、時間と共に（経時的に）少なくとも１つの歪みゲージセンサ１４から検出歪みを受け取り、検出歪みを、流体吐出ダイ１４の接近した故障を示す故障閾値と比較し、検出歪みが故障閾値を超えることに応じて流体吐出システム１０のユーザに警報を出す（警告する）。このように、流体吐出システム１０のユーザは、故障に近い流体吐出ダイを通知されることができ、その結果、流体吐出ダイは故障前に交換され得る。

別の例において、コントローラ１６は、流体吐出ダイの動作（例えば、印刷）中に少なくとも１つの歪みゲージセンサ１４から検出歪みを受け取り、検出歪みに基づいて流体吐出ダイ１２が物体（例えば、印刷媒体）に衝突したか否かを判断し、衝突に応じて流体吐出ダイの動作を停止する。別の例において、コントローラ１６は、流体吐出ダイの動作中に少なくとも１つの歪みゲージセンサ１４から検出歪みを受け取り、検出歪みに基づいて流体吐出ダイが振動しているか否かを判断し、振動が振動閾値を超えることに応じて、流体吐出ダイの動作を調整または停止する。振動閾値は、流体吐出ダイ及び／又は他の流体吐出システムの構成要素に対する損傷を防止するために、及び／又は欠陥のある印刷ジョブを防止するために設定され得る。

図１Ｂは、流体吐出システム１００の別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、及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む。例示された例において、流体吐出システム１００は、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、及び電子コントローラ１２０も含む。他の例において、流体吐出システム１００は、複数のサービスステーションアセンブリ１０４を含むことができる。以下の説明はインクに関して流体を取り扱うためのシステム及びアセンブリの例を提供するが、開示されたシステム及びアセンブリは、インク以外の流体の取り扱いにも適用可能である。

プリントヘッドアセンブリ１０２は、複数のオリフィス又はノズル１０８を介してインク又は流体の小滴を吐出する少なくとも１つのプリントヘッド又は流体吐出ダイ１０６を含む。一例において、小滴は、印刷媒体１２４上に印刷するように、印刷媒体１２４のような媒体の方へ送られる。一例において、印刷媒体１２４は、用紙、厚紙、透明シート、マイラー（Mylar：登録商標）、及び布地などのような、任意のタイプの適切なシート材料を含む。別の例において、印刷媒体１２４は、粉末ベッドのような三次元（３Ｄ）印刷用の媒体、或いはリザーバ又はコンテナのようなバイオ印刷および／または創薬試験用の媒体を含む。一例において、ノズル１０８は、プリントヘッドアセンブリ１０２及び印刷媒体１２４が互いに対して移動する際に、ノズル１０８からの適切に順序付けられたインクの吐出により、文字、記号、及び／又は他のグラフィックス又はイメージが印刷媒体１２４上に印刷されるように、少なくとも１つの列またはアレイに配列される。

また、流体吐出ダイ１０６は、複数の歪みゲージセンサ１０７も含む。歪みゲージセンサ１０７は、流体吐出ダイ１０６内の歪みを検出する。一例において、歪みゲージセンサ１０７は、サービスステーションアセンブリ１０４による流体吐出ダイ１０６のサービス中に、流体吐出ダイ１０６内の歪みを検出する。別の例において、歪みゲージセンサ１０７は、流体吐出システム１００の動作（例えば、印刷）中に流体吐出ダイ１０６内の歪みを検出する。別の例において、歪みゲージセンサ１０７は、流体吐出ダイ１０６の寿命の間に、時間と共に流体吐出ダイ１０６内の歪みを検出する。

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にインクを供給し、インクを貯蔵するためのリザーバ１１２を含む。そういうものだから、一例において、インクは、リザーバ１１２からプリントヘッドアセンブリ１０２に流れる。一例において、プリントヘッドアセンブリ１０２及びインク供給アセンブリ１１０は、インクジェット又は流体ジェットプリントカートリッジ又はペンに一緒に収容される。別の例において、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から分離し、供給管および／またはバルブのようなインターフェース接続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、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に対して位置決めし、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、印刷区域１２６が、プリントヘッドアセンブリ１０２と印刷媒体１２４との間の領域においてノズル１０８に隣接して画定される。一例において、プリントヘッドアセンブリ１０２は、キャリッジアセンブリ１１６が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を移動するような、走査型プリントヘッドアセンブリである。別の例において、プリントヘッドアセンブリ１０２は、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に対して所定の位置に固定するような、非走査型プリントヘッドアセンブリである。

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、より具体的にはノズル１０８の機能性を維持するために、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、キャッピング及び／又はプライミングを提供する。例えば、サービスステーションアセンブリ１０４は、余分なインクに関してノズル１０８をワイピングする及び清浄化するためにプリントヘッドアセンブリ１０２を周期的に横切るゴム製ブレード、ワイパー又はローラを含むことができる。更に、サービスステーションアセンブリ１０４は、不使用の期間中にノズル１０８が乾燥することから保護するためにプリントヘッドアセンブリ１０２を覆うキャップを含むことができる。更に、サービスステーションアセンブリ１０４は、リザーバ１１２が適切なレベルの圧力および流動性を維持することを保証するために、及びノズル１０８が詰まらない又は滲み出さないことを保証するために、プリントヘッドアセンブリ１０２がスピッティング中にインクを吐出するインク壺を含むことができる。サービスステーションアセンブリ１０４の機能は、サービスステーションアセンブリ１０４とプリントヘッドアセンブリ１０２との間の相対運動を含むことができる。

電子コントローラ１２０は、通信経路１０３を介してプリントヘッドアセンブリ１０２と通信し、通信経路１０５を介してサービスステーションアセンブリ１０４と通信し、通信経路１１７を介してキャリッジアセンブリ１１６と通信し、通信経路１１９を介して印刷媒体搬送アセンブリ１１８と通信する。一例において、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に実装される場合、電子コントローラ１２０及びプリントヘッドアセンブリ１０２は、通信経路１０１を介して、キャリッジアセンブリ１１６を経由して通信することができる。また、電子コントローラ１２０は、一具現化形態において、新たな（又は使用された）インク供給部が検出され得るように、インク供給アセンブリ１１０とも通信することもできる。

電子コントローラ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を受け取り、一時的にデータ１２８を格納するためのメモリを含むことができる。データ１２８は、電子伝送経路、赤外線伝送経路、光学的伝送経路または他の情報伝送経路に沿って流体吐出システム１００に送られ得る。データ１２８は、例えば印刷されるべきドキュメント及び／又はファイルを表す。そういうものだから、データ１２８は、流体吐出システム１００用の印刷ジョブを形成し、少なくとも１つの印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。

一例において、電子コントローラ１２０は、ノズル１０８からのインク滴の吐出に関するタイミング制御を含む、プリントヘッドアセンブリ１０２の制御を行う。そういうものだから、電子コントローラ１２０は、印刷媒体１２４上に文字、記号、及び／又は他のグラフィックス又はイメージを形成する吐出されたインク滴のパターンを画定する。タイミング制御、それ故に吐出されたインク滴のパターンは、印刷ジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータにより決定される。一例において、電子コントローラ１２０の一部を形成する論理回路および駆動回路は、プリントヘッドアセンブリ１０２上に位置する。別の例において、電子コントローラ１２０の一部を形成する論理回路および駆動回路は、プリントヘッドアセンブリ１０２から離れて位置する。

また、電子コントローラ１２０は、サービス構成要素（例えば、ワイパー）が流体吐出ダイ１０６と接触する流体吐出ダイ１０６のサービス中に、複数の歪みゲージセンサ１０７のそれぞれから検出歪みも受け取る。一例において、電子コントローラ１２０は、複数の歪みゲージセンサ１０７のそれぞれからの検出歪みに応じて、サービスステーションアセンブリ１０４のサービス構成要素を較正する。別の例において、電子コントローラ１２０は、複数の歪みゲージセンサ１０７のそれぞれからの検出歪みに応じて、ユーザによるサービスステーションアセンブリ１０４の手動較正のためのデータを、流体吐出システム１００のユーザに提供する。

サービス中に歪みゲージセンサ１０７の出力を監視することにより、電子コントローラ１２０は、サービスステーションアセンブリ１０４の構成要素が適切に調整されているか否かを判断することができる。サービスステーションアセンブリ１０４の構成要素が適切に調整されていないと判明した場合、電子コントローラ１２０は、問題に対処するために適切な措置を講じることができる。少なすぎる圧力は流体吐出ダイ１０６の非効果的なサービスという結果になるかもしれないが、多すぎる圧力は流体吐出ダイ１０６に損傷を与える及び／又はノズル１０８へ空気を押し込む可能性があり、追加の問題を生じる。更に、歪みゲージセンサ１０７の出力は、圧力が流体吐出ダイ１０６の一方の端部において低すぎると同時に流体吐出ダイ１０６の他方において高すぎるか否かを判断するために監視され得る。この場合、サービスステーションアセンブリ１０４の構成要素の傾斜調整が行われて、流体吐出ダイ１０６の双方の端部での圧力を適切に調整することができる。歪みゲージセンサ１０７の出力に基づいて、電子コントローラ１２０は、問題が存在することを流体吐出システム１００のユーザに警告し、サービスステーションアセンブリ１０４の構成要素を調整し、及び／又は流体吐出ダイ１０６のサービスを停止することができる。

一例において、電子コントローラ１２０は、流体吐出ダイ１０６の動作中に複数の歪みゲージセンサ１０７のそれぞれからの検出歪みを受け取ることもできる。流体吐出ダイ１０６の動作中に歪みゲージセンサ１０７の出力を監視することにより、電子コントローラ１２０は、流体吐出ダイ１０６が印刷媒体または幾つかの他の物体と接触（即ち、衝突）したか否かを判断することができ、次いで問題に対処するために適切な措置を講じることができる。当該措置は、問題が存在することを流体吐出システム１００のユーザに警告すること、又は流体吐出システム１００の動作を停止することを含むことができる。

別の例において、電子コントローラ１２０は、複数の歪みゲージセンサ１０７のそれぞれからの検出歪みを受け取り、流体吐出ダイ１０６の振動を監視することもできる。振動は、流体吐出システム１００の外部にある発生源（例えば、流体吐出システム１００が動作している間に移動している又は移動（モバイル）環境に置かれている）に起因する可能性があり、又は流体吐出システム１００の内部の発生源（例えば、摩耗した又は欠陥のあるローラ及び／又はモータ）に起因する可能性がある。歪みゲージセンサ１０７の出力を監視することにより、電子コントローラ１２０は、振動の検出に応じて適切な措置を講じることができる。より大きな流体吐出システム１００の場合、これら措置は、寿命の終わりに近づいている部品が存在することをユーザに警告することを含むことができる。より小さい（例えば、よりモバイルの）流体吐出システム１００の場合、これら措置は、強すぎて流体吐出システムが有効に動作することを可能にすることができない振動が存在すること、又は流体吐出システムが不適切な位置関係にあることをユーザに警告することを含むことができる。

別の例において、電子コントローラ１２０は、流体吐出ダイ１０６が蒙る歪みを時間と共に監視するために、複数の歪みゲージセンサ１０７のそれぞれからの検出歪みも受け取ることができる。測定された歪みは、ひび割れたダイの破損につながる温度サイクルのような、周囲要因（即ち、流体吐出システムの外部環境）に関連付けられ得る。また、測定された歪みは、流体吐出ダイの寿命にわたって数十万回、ダイ又は突端のインターフェース（即ち、流体吐出ダイ１０６とプリントヘッドアセンブリ１０２との間のインターフェース）に応力を加える噴射ノズルに起因した急速な温度変化のような、流体吐出ダイ１０６自体により生成された状況にも関連付けられ得る。時間と共にインクが突端の構造的接着剤へ染み込むことにより、ダイの接合箇所に対する応力を増加させる膨張が生じることが知られている。これは、プリントヘッドアセンブリの突端の反りの増加という結果になる。時間と共に歪みゲージ１０７の出力を監視することにより、及びダイの歪みの既知の安全限界を確立した後、電子コントローラ１２０は、流体吐出ダイ１０６が目先の故障の傾向があるか否かを判断することができ、次いで問題に対処するために適切な措置を講じることができる。これら措置は、摩滅に近づいている流体吐出ダイが存在することを流体吐出システム１００のユーザに警告すること、又は流体吐出システム１００の動作を停止することを含むことができる。

図２は、流体吐出ダイ２００の一例の前面図を示す。一例において、流体吐出ダイ２００は、図１Ａに関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ１２、又は図１Ｂに関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ１０６を提供する。流体吐出ダイ２００は、複数のノズル２０２、及び複数の歪みゲージセンサ２０４を含む。一例において、流体吐出ダイ２００は、シリコンダイであり、複数の歪みゲージセンサ２０４のそれぞれは、ダイ内に集積化される。各歪みゲージセンサ２０４は、流体吐出ダイ２００内の一意の場所において流体吐出ダイ２００内の歪みを検出する。

この例において、流体吐出ダイ２００は矩形の形状を含むが、他の例において、流体吐出ダイ２００は、正方形の形状のような別の適切な形状を有することができる。流体吐出ダイ２００は、任意の適切な数のノズル２０２、及び任意の適切な数の歪みゲージセンサ２０４を含むことができる。流体吐出ダイ２００は２つの列に配列されたノズル２０２、及び２つの列に配列された歪みゲージセンサ２０４を含むが、他の例において、ノズル２０２及び歪みゲージセンサ２０４は、１列のノズル及び／又は１列の歪みゲージセンサ、又は３以上の列のノズル及び／又は３以上の列の歪みゲージセンサのような、他の適切な配列を有することができる。また、流体吐出ダイ２００は互いに対して位置合わせされた歪みゲージセンサ２０４を含むが、他の例において、歪みゲージセンサ２０４は、互いに対して千鳥に配置され得る。他の例において、流体吐出ダイ２００は、ノズル２０２の２つの列の間に歪みゲージセンサ２０４を含むことができる。

図３Ａは、歪みゲージセンサ３００の一例を示す。一例において、歪みゲージセンサ３００は、図２に関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ２００の各歪みゲージセンサ２０４を提供する。歪みゲージセンサ３００は、第１の電極３０２、第２の電極３０４、及び第１の電極と第２の電極との間に電気結合された圧電センサ要素３０６を含む。圧電センサ要素３０６は、１つの軸における応力に応答して抵抗の変化を呈する。従って、歪みゲージセンサ３００にバイアスをかけ（例えば、定電流で）、圧電センサ要素３０６の両端の電圧を測定することにより、圧電センサ要素３０６に対する歪みが検出され得る。

図３Ｂは、歪みゲージセンサ３１０の別の例を示す。一例において、歪みゲージセンサ３１０は、図２に関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ２００の各歪みゲージセンサ２０４を提供する。歪みゲージセンサ３１０は、第１の電極３１２、第２の電極３１４、第３の電極３１６、第４の電極３１８、第１の圧電センサ要素３２０、第２の圧電センサ要素３２１、第３の圧電センサ要素３２２、及び第４の圧電センサ要素３２３を含む。第１の圧電センサ要素３２０は、第１の電極３１２と第２の電極３１４との間に電気結合される。第２の圧電センサ要素３２１は、第２の電極３１４と第３の電極３１６との間に電気結合される。第３の圧電センサ要素３２２は、第３の電極３１６と第４の電極３１８との間に電気結合される。第４の圧電センサ要素３２３は、第４の電極３１８と第１の電極３１２との間に電気結合される。

歪みゲージセンサ３１０は、２つの軸における応力に応答して抵抗の変化を呈する。歪みゲージセンサ３１０は、ホイートストンブリッジ構成で構成されることができ、この場合、外部のバイアス電圧が２つの対向する電極（例えば、第１の電極３１２及び第３の電極３１６）の両端に印可されると同時に、他の２つの対向する電極（例えば、第２の電極３１４及び第４の電極３１８）の両端の電圧が測定される。従って、外部電圧でもって歪みゲージセンサ３１０にバイアスをかけて、圧電センサ要素３２０～３２３の両端の電圧を測定することにより、歪みゲージセンサ３１０に対する歪みが検出され得る。

図４Ａは、複数の歪みゲージセンサからの信号を処理するための回路４００の一例を示すブロック図である。回路４００は、バイアス回路４０２_１～４０２_Ｎ、歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎ、及びアナログデジタル変換器４１０_１～４１０_Ｎを含み、この場合、「Ｎ」は、流体吐出ダイ上の歪みゲージセンサの任意の適切な数である。各歪みゲージセンサからの信号は、図１Ａに関連して先に説明および例示されたコントローラ１６のような、又は図１Ｂに関連して先に説明および例示された電子コントローラ１２０のような、コントローラに送られる。歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎは、図２に関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ２００のような流体吐出ダイ上で集積化される。バイアス回路４０２_１～４０２_Ｎ、及びアナログデジタル変換器４１０_１～４１０_Ｎは、流体吐出ダイにおいて、プリントヘッドアセンブリにおいて、流体吐出システムの他の構成要素において、又はそれらの組み合わせにおいて、集積化され得る。

各バイアス回路４０２_１～４０２_Ｎはそれぞれ、信号経路４０４_１～４０４_Ｎを介して歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎに電気結合される。各歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎはそれぞれ、信号経路４０８_１～４０８_Ｎを介してアナログデジタル変換器４１０_１～４１０_Ｎに電気結合される。各アナログデジタル変換器４１０_１～４１０_Ｎはそれぞれ、信号経路４１２_１～４１２_Ｎを介してコントローラに電気結合される。

各バイアス回路４０２_１～４０２_Ｎは、対応する歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎにバイアス電圧またはバイアス電流を供給する。各歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎは、図３Ａに関連して先に説明および例示された歪みゲージセンサ３００により、又は図３Ｂに関連して先に説明および例示された歪みゲージセンサ３１０により提供され得る。各歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎからの電圧信号は、対応するアナログデジタル変換器４１０_１～４１０_Ｎにより、デジタル信号に変換される。次いで、各歪みゲージセンサ４０６_１～４０６_Ｎの検出歪みに対応するデジタル信号は、コントローラに送られる。このように、各歪みゲージセンサの歪みは、同時に検出され得る。

図４Ｂは、複数の歪みゲージセンサからの信号を処理するための回路４２０の別の例を示すブロック図である。回路４２０は、バイアス回路４２２、アナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍ、歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍ、及びアナログデジタル変換器４３８を含み、この場合、「Ｍ」は、流体吐出ダイ上の歪みゲージセンサの任意の適切な数である。各歪みゲージセンサからの信号は、図１Ａに関連して先に説明および例示されたコントローラ１６、又は図１Ｂに関連して先に説明および例示された電子コントローラ１２０のような、コントローラに送られる。歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍは、図２に関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ２００のような流体吐出ダイ上で集積化される。バイアス回路４２２、マルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍ、及びアナログデジタル変換器４３８は、流体吐出ダイにおいて、プリントヘッドアセンブリにおいて、流体吐出システムの他の構成要素において、又はそれらの組み合わせにおいて、集積化され得る。

バイアス回路４２２は、信号経路４２４を介して各アナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍに電気結合される。また、各アナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍは、信号経路４２６を介して選択信号も受け取る。各アナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍはそれぞれ、信号経路４３０_１～４３０_Ｍを介して歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍに電気結合される。各歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍはそれぞれ、信号経路４３４_１～４３４_Ｍを介してアナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍに電気結合される。各アナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍは、信号経路４３６を介してアナログデジタル変換器４３８に電気結合される。アナログデジタル変換器４３８は、信号経路４４０を介してコントローラに電気結合される。

バイアス回路４２２は、各アナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍにバイアス電圧またはバイアス電流を供給する。アナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍに対応する信号経路４２６上の選択信号に応じて、選択されたアナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍが、対応する信号経路４３０_１～４３０_Ｍを介して、対応する歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍにバイアス電圧またはバイアス電流を送る。各歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍは、図３Ａに関連して先に説明および例示された歪みゲージセンサ３００により、又は図３Ｂに関連して先に説明および例示された歪みゲージセンサ３１０により提供され得る。選択された歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍからの電圧信号は、対応する信号経路４３４_１～４３４_Ｍを介して、選択されたアナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍに送られる。次いで、選択されたアナログマルチプレクサ４２８_１～４２８_Ｍは、電圧信号をアナログデジタル変換器４３８に送る。アナログデジタル変換器４３８は、電圧信号をデジタル信号に変換する。次いで、選択された歪みゲージセンサ４３２_１～４３２_Ｍの検出歪みに対応するデジタル信号が、コントローラに送られる。このように、単一のバイアス回路および単一のアナログデジタル変換器を用いて、１つの歪みゲージセンサの歪みを一度に検出することにより、複数の歪みゲージセンサの歪みを検出することができる。

図５は、流体吐出ダイ５１０をサービスするサービスステーションアセンブリ５０２の一例の側面図を示す。一例において、サービスステーションアセンブリ５０２は、図１Ａに関連して先に説明および例示されたサービスステーションアセンブリ１８を提供し、流体吐出ダイ５１０は、図１Ａに関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ１２を提供する。別の例において、サービスステーションアセンブリ５０２は、図１Ｂに関連して先に説明および例示されたサービスステーションアセンブリ１０４を提供し、流体吐出ダイ５１０は、図１Ｂに関連して先に説明および例示された流体吐出ダイ１０６を提供する。流体吐出ダイ５１０は、図３Ａに関連して先に説明および例示された歪みゲージセンサ３００又は図３Ｂに関連して先に説明および例示された歪みゲージセンサ３１０のような、破線により示された歪みゲージセンサ５１２を含む。

サービスステーションアセンブリ５０２は、サービス構成要素５０４（例えば、ワイパー）を含む。サービス構成要素５０４は、５０６で示されるように、流体吐出ダイ５１０に対して移動することができる。サービス構成要素５０４は、流体吐出ダイ５１０のサービスのために流体吐出ダイ５１０との接触へと移動し、流体吐出ダイ５１０がサービスされていない場合に、５０８で示されるように流体吐出ダイ５１０との接触から外れて移動することができる。サービス中、サービス構成要素５０４は、流体吐出ダイ５１０から余分なインクを除去するために流体吐出ダイ５１０を横切って移動することができる。実線により示されたサービス構成要素５０４は、サービス構成要素の第１の位置を示すが、破線により示されたサービス構成要素５０４は、サービス構成要素５０４の第２の位置を示す。

歪みゲージセンサ５１２は、流体吐出ダイ５１０がサービスステーションアセンブリ５０２によりサービスされている際に、サービス構成要素５０４により流体吐出ダイ５１０に加えられた歪みを測定する。各歪みゲージセンサ５１２からの検出歪みは、サービスステーションアセンブリ５０２がサービス中に流体吐出ダイ５１０に最適な圧力を印加するように、サービス構成要素５０４を含むサービスステーションアセンブリ５０２を較正するために使用され得る。また、各歪みゲージセンサ５１２からの検出歪みは、サービス閾値と比較されることもでき、流体吐出ダイ５１０のサービスは、検出歪みがサービス閾値を超えることに応じて停止され得る。

図６Ａは、流体吐出ダイの衝突イベントに対応する歪みゲージセンサ信号６００の一例を示す。衝突イベント前に、歪みゲージセンサは、６０２で示されたベースラインの歪みを出力する。６０２で示されたベースラインの歪みは、流体吐出システムが動作していない又はサービスされていない場合の流体吐出システムのアイドル時間中に検出され得る。流体吐出ダイが物体（例えば、印刷媒体）と短時間の接触をする衝突イベントの時、歪みゲージセンサは、６０４で示されるようなピーク値に急速に上昇し、次いでベースラインの歪み６０２に戻るように急速に下がる信号を出力する。６０４におけるピーク値は、衝突の重症度を判断するために使用され得る。６０４におけるピーク値は、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、流体吐出システムの動作を停止するべきか否か、又は流体吐出システムのユーザに警告するべきか否かを判断するために、衝突閾値と比較され得る。

図６Ｂは、流体吐出ダイの衝突イベントに対応する歪みゲージセンサ信号６１０の別の例を示す。衝突イベント前に、歪みゲージセンサは、６１２で示されたベースラインの歪みを出力する。６１２で示されたベースラインの歪みは、流体吐出システムが動作していない又はサービスされていない場合の流体吐出システムのアイドル時間中に検出され得る。流体吐出ダイが物体（例えば、印刷媒体）と接触する衝突イベントの時、歪みゲージセンサは、ピーク値６１４～６１７により示されるように、複数回急速に上昇してベースラインの歪み６１２に戻るように下がる信号を出力する。ピーク値６１４～６１７が等しいように示されるが、ピーク値は、衝突に応じて変化するかもしれない。また、ピークの数も、衝突に応じて変化するかもしれない。６１４～６１７におけるピーク信号値は、衝突の重症度を判断するために使用され得る。ピーク値６１４～６１７は、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、流体吐出システムの動作を停止するべきか否か、又は流体吐出システムのユーザに警告するべきか否かを判断するために、衝突閾値と比較され得る。

図６Ｃは、流体吐出ダイのサービスイベントに対応する歪みゲージセンサ信号６２０の一例を示す。サービスイベント前に、歪みゲージセンサは、６２２で示されたベースラインの歪みを出力する。６２２で示されたベースラインの歪みは、流体吐出システムが動作していない又はサービスされていない場合の流体吐出システムのアイドル時間中に検出され得る。流体吐出ダイがサービスステーションアセンブリの構成要素と接触するサービスイベントの開始時、歪みゲージセンサは、６２４で示されるようなピーク値に急速に上昇する信号を出力する。６２４におけるピーク値は、サービスステーションアセンブリの構成要素が流体吐出ダイとの接触の状態を維持する間に維持される。ひとたび流体吐出ダイのサービスが完了し、サービスステーションアセンブリの構成要素が流体吐出ダイから離れれば、歪みゲージセンサは、ベースラインの歪み６２２に急速に戻るように下がる信号を出力する。６２４におけるピーク値は、最適な圧力がサービス中に流体吐出ダイに印加されるように、サービス構成要素を含むサービスステーションアセンブリを較正するために使用され得る。また、歪みゲージ信号は、流体吐出ダイのサービスを停止するべきか否か、又は流体吐出システムのユーザに警告するべきか否かを判断するために、サービス閾値とも比較され得る。

図６Ｄは、流体吐出ダイ内の歪みの経時的な増加に対応する歪みゲージセンサ信号６３０の一例を示す。最初に、流体吐出ダイは、６３２で示されるようにベースラインの歪みを呈する。６３２で示されたベースラインの歪みは、流体吐出システムが動作していない又はサービスされていない場合の流体吐出システムのアイドル時間中に、流体吐出ダイが流体吐出システムに最初に取り付けられた際に検出され得る。時間と共に、歪みは、６３４で示されるように徐々に上昇するかもしれない。時間と共に検出された歪みは、流体吐出ダイが故障に近いか否かを判断するために使用され得る。また、歪みゲージ信号は、流体吐出ダイの使用を停止するべきか否か、又は流体吐出システムのユーザに警告するべきか否かを判断するために、故障閾値とも比較され得る。

図６Ｅは、流体吐出ダイの振動に対応する歪みゲージセンサ信号６４０の一例を示す。振動を検出する前に、歪みゲージセンサは、６４２で示されたベースラインの歪みを出力する。６４２で示されたベースラインの歪みは、流体吐出システムが動作していない又はサービスされていない場合の流体吐出システムのアイドル時間中に検出され得る。流体吐出ダイが振動を受ける場合、歪みゲージセンサは、振動が消散するまで、６４４で示されるように複数回ベースラインの歪み６４２の上下で急速に振動する信号を出力する。振動のピーク信号値および時間の長さは、振動の重症度を判断するために使用され得る。振動のピーク値および／または時間の長さは、流体吐出システムの動作を停止するべきか否か、又は流体吐出システムのユーザに警告するべきか否かを判断するために振動閾値と比較され得る。

図６Ｆは、イベント後にベースラインの歪みに戻らない歪みゲージセンサ信号６５０の一例を示す。衝突または振動のような、イベントを検出する前に、歪みゲージセンサは、６５２で示されたベースラインの歪みを出力する。６５２で示されたベースラインの歪みは、流体吐出システムが動作していない又はサービスされていない場合の流体吐出システムのアイドル時間中に検出され得る。流体吐出ダイがイベントに従う場合、歪みゲージセンサは、信号がベースラインの歪み６５２の上の歪み６５６で安定するまで、６５４で示されるように複数回ベースラインの歪み６５２の上で急速に振動する信号を出力するかもしれない。ピーク信号値および６５６における歪みは、イベントの重症度を判断するために使用され得る。ピーク値および／または６５６における歪みは、流体吐出ダイが損傷したか否か、流体吐出システムの動作を停止するべきか否か、又は流体吐出システムのユーザに警告するべきか否かを判断するために、閾値と比較され得る。

図７は、流体吐出システムを維持するための方法７００の一例を示す流れ図である。７０２において、方法７００は、流体吐出システムのサービス中に、サービス構成要素に起因した流体吐出ダイに対する歪みを検出することを含み、歪みは、流体吐出ダイ内に集積化された少なくとも１つの歪みゲージセンサを介して検出される。一例において、流体吐出ダイに対する歪みを検出することは、流体吐出ダイ内に集積化された複数の歪みゲージセンサを介して流体吐出ダイに対する歪みを検出することを含む。７０４において、方法７００は、検出された歪みに基づいて、サービス構成要素を較正することを含む。一例において、方法７００は、検出された歪みが閾値を超えることに応じて流体吐出システムのサービスを停止することも含む。

図８は、流体吐出システムを維持するための方法８００の別の例を示す流れ図である。８０２において、方法８００は、流体吐出システムの動作中に流体吐出ダイに対する歪みを検出することを含む。８０４において、方法８００は、検出された歪みに基づいて、流体吐出ダイが物体に衝突したか否かを検知することを含む。８０６において、方法８００は、検出された歪みに基づいて、流体吐出ダイが振動しているか否かを検知することを含む。８０８において、方法８００は、閾値を超える衝突を検知する又は閾値を超える振動を検知することに応じて、流体吐出システムの動作を停止すること、又は流体吐出システムのユーザに警告することを含む。

図９は、流体吐出システムを維持するための方法９００の別の例を示す流れ図である。９０２において、方法９００は、経時的に流体吐出ダイに対する歪みを検出することを含む。９０４において、方法９００は、流体吐出システムに流体吐出ダイを取り付けることに応じて、流体吐出ダイに対するベースラインの歪みを検知することを含む。９０６において、方法９００は、閾値を超えるベースラインの歪みに応じて、流体吐出システムのユーザに警告することを含む。９０８において、方法９００は、経時的に検出された歪みの変化に基づいて、流体吐出ダイが故障に近いか否かを検知することを含む。９１０において、方法９００は、流体吐出ダイが故障に近いことを検知することに応じて、流体吐出システムのユーザに警告することを含む。

本明細書において、特定の例が図示および説明されたが、様々な代替の及び／又は等価の具現化形態が、本開示の範囲から逸脱せずに、図示および説明された特定の例の代わりにされ得る。この出願は、本明細書で説明された特定の例の任意の改作物または変形物を網羅することが意図されている。従って、本開示は、特許請求の範囲およびその等価物によってのみ制限されることが意図されている。

Claims (15)

1. 流体吐出ダイをサービスするためのサービスステーションアセンブリと、
   前記流体吐出ダイが、ノズルを介して流体を吐出するための吐出要素とは別の、前記流体吐出ダイのサービス中に前記流体吐出ダイに加えられ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を含むことと、
   前記流体吐出ダイのサービス中に前記少なくとも１つの歪みゲージセンサから検出歪みを受け取り、前記検出歪みがサービス閾値を超えることに応じて前記流体吐出ダイのサービスを調整する又は停止するためのコントローラとを含む、流体吐出システム。
2. 前記流体吐出ダイは、ノズルを介して流体を吐出するための吐出要素とは別の複数の歪みゲージセンサを含み、前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれが前記流体吐出ダイの歪みを検出し、
   前記コントローラは、前記流体吐出ダイのサービス中に前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれから検出歪みを受け取ることになっている、請求項１に記載の流体吐出システム。
3. 前記コントローラは、前記流体吐出システムに前記流体吐出ダイを取り付けることに応じて前記少なくとも１つの歪みゲージセンサからベースラインの検出歪みを受け取り、前記ベースラインの検出歪みがベースライン閾値を超えることに応じて前記流体吐出システムのユーザに警告することになっている、請求項１又は２に記載の流体吐出システム。
4. 前記コントローラは、経時的に前記少なくとも１つの歪みゲージセンサから検出歪みを受け取り、前記流体吐出ダイの接近した故障を示す故障閾値と前記検出歪みを比較し、前記検出歪みが前記故障閾値を超えることに応じて前記流体吐出システムのユーザに警告することになっている、請求項１～３の何れか１項に記載の流体吐出システム。
5. 前記コントローラは、前記流体吐出ダイの動作中に前記少なくとも１つの歪みゲージセンサから前記検出歪みを受け取り、前記検出歪みに基づいて前記流体吐出ダイが物体に衝突したか否かを判断し、衝突に応じて前記流体吐出ダイの動作を停止することになっている、請求項１～４の何れか１項に記載の流体吐出システム。
6. 前記コントローラは、前記流体吐出ダイの動作中に前記少なくとも１つの歪みゲージセンサから前記検出歪みを受け取り、前記検出歪みに基づいて前記流体ダイが振動しているか否かを判断し、振動閾値を超える振動に応じて前記流体吐出ダイの動作を調整または停止することになっている、請求項１～５の何れか１項に記載の流体吐出システム。
7. 流体吐出ダイをサービスするためのサービスステーションアセンブリであって、前記サービスステーションアセンブリがサービス構成要素を含む、サービスステーションアセンブリと、
   前記流体吐出ダイが、ノズルを介して流体を吐出するための吐出要素とは別の複数の歪みゲージセンサを含み、前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれは、前記サービス構成要素が前記流体吐出ダイと接触する前記流体吐出ダイのサービス中に前記流体吐出ダイに加えられた歪みを検出することと、
   前記サービス構成要素が前記流体吐出ダイと接触する前記流体吐出ダイのサービス中に、前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれから検出歪みを受け取り、前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれからの前記検出歪みに応じて、前記サービス構成要素を較正するためのコントローラとを含む、流体吐出システム。
8. 前記流体吐出ダイはシリコンダイを含み、
   前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれは、圧電センサ要素を含む、請求項７に記載の流体吐出システム。
9. 前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれは、ホイートストンブリッジ構成の４つの圧電センサ要素を含む、請求項７に記載の流体吐出システム。
10. 前記コントローラは、前記流体吐出ダイの動作中に前記複数の歪みゲージセンサのそれぞれから前記検出歪みを受け取り、前記検出歪みに基づいて、前記流体吐出ダイが物体に衝突したか否か、前記流体吐出ダイが振動しているか否か、又は前記流体吐出ダイが故障に近いか否かを判断し、衝突、振動閾値を超える振動、又は前記流体吐出ダイが故障に近いという判断に応じて、前記流体吐出システムのユーザに警告することになっている、請求項７～９の何れか１項に記載の流体吐出システム。
11. 流体吐出システムを維持するための方法であって、
    前記流体吐出システムのサービス中に、サービス構成要素に起因して流体吐出ダイに加えられた歪みを検出し、前記歪みが、ノズルを介して流体を吐出するための吐出要素とは別に前記流体吐出ダイ内に集積化された少なくとも１つの歪みゲージセンサを介して検出され、
    その検出された歪みに基づいて、前記サービス構成要素を較正することを含む、方法。
12. 前記検出された歪みが閾値を超えることに応じて、前記流体吐出システムのサービスを停止することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記流体吐出ダイに対する歪みを検出することが、ノズルを介して流体を吐出するための吐出要素とは別に前記流体吐出ダイ内に集積化された複数の歪みゲージセンサを介して前記流体吐出ダイに対する歪みを検出することを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記流体吐出ダイに対する歪みを検出することが、前記流体吐出システムの動作中に前記流体吐出ダイに対する歪みを検出することを含み、前記方法は、
    前記検出された歪みに基づいて、前記流体吐出ダイが物体に衝突したか否かを検知し、
    前記検出された歪みに基づいて、前記流体吐出ダイが振動しているか否かを検知し、
    衝突を検知すること、又は閾値を超える振動を検知することに応じて、前記流体吐出システムの動作を停止する、又は前記流体吐出システムのユーザに警告することを更に含む、請求項１１～１３の何れか１項に記載の方法。
15. 前記流体吐出ダイに対する歪みを検出することが、経時的に前記流体吐出ダイに対する歪みを検出することを含み、前記方法は、
    前記流体吐出システムに前記流体吐出ダイを取り付けることに応じて、前記流体吐出ダイに対するベースラインの歪みを検知し、
    前記ベースラインの歪みが閾値を超えることに応じて、前記流体吐出システムのユーザに警告し、
    経時的に検出された歪みの変化に基づいて、前記流体吐出ダイが故障に近いか否かを検知し、
    前記流体吐出ダイが故障に近いことを検知することに応じて、前記流体吐出システムのユーザに警告することを更に含む、請求項１１～１４の何れか１項に記載の方法。

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