JP3229030B2 - インクジェットペン用方位感知バルブ - Google Patents

インクジェットペン用方位感知バルブ

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JP3229030B2
JP3229030B2 JP22848892A JP22848892A JP3229030B2 JP 3229030 B2 JP3229030 B2 JP 3229030B2 JP 22848892 A JP22848892 A JP 22848892A JP 22848892 A JP22848892 A JP 22848892A JP 3229030 B2 JP3229030 B2 JP 3229030B2
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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
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    • Y10T137/4456—With liquid valves or liquid trap seals
    • Y10T137/4643—Liquid valves

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  • Ink Jet (AREA)
  • Safety Valves (AREA)
  • Pens And Brushes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットペン用
インク供給システムの一部として使用されるバルブに関
する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット印刷は一般に、インクジ
ェットペンのインクリザーバから印刷面へインク滴を制
御性良く伝えることを必要とする。オンデマンド(drop-
on-demand)印刷として知られているインクジェット印刷
の一形式は、プリントヘッドおよびインクリザーバを備
えたペンを採用している。プリントヘッドは制御信号に
応答してインク滴をインクリザーバから放出する。
【０００３】オンデマンド式プリントヘッドは小滴を放
出するのに二つの機構、熱バブルまたは圧電圧力波、の
一方を使用するのが一般的である。熱バブル式プリント
ヘッドは、加熱されてインクの小部分を蒸発させる薄膜
抵抗体を備えている。インク蒸気の急速な膨張により少
量のインクがプリントヘッドのオリフィスを通して押し
出される。
【０００４】圧電圧力波式プリントヘッドは、制御信号
に応答してプリントヘッド内のインクの容積を急激に圧
縮して、インク滴をオリフィスを通して押し出す圧力波
を発生する圧電素子を用いている。
【０００５】従来のオンデマンドプリントヘッドは、イ
ンク滴をペンのリザーバから放出すること、即ち「汲み
上げる」ためには効果的であるが、プリントヘッドが不
活性のときにインクがプリントヘッドを通して浸透する
のを防止する機構を備えていない。その結果、オンデマ
ンド法ではプリントヘッドにわずかな背圧を与え、プリ
ントヘッドが不活性であるときにペンからのインクの洩
れを防止するようにして、インクリザーバ内の流体を貯
蔵する必要がある。ここで使用する限りにおいて、「背
圧」という用語は、プリントヘッドを通るインクの流れ
に抵抗する、ペンのリザーバ内の部分真空を意味する。
背圧を積極的意味で考えるので、背圧の増加は部分真空
の増加を表す。したがって、背圧は水柱高さのインチの
ような正の値で測られる。
【０００６】プリントヘッドの背圧は、常にインクの洩
れを防ぐのに充分な強さになっていなければならない。
しかし、背圧はプリントヘッドが背圧に勝ってインク滴
を放出することができなくなる程強くてはならない。そ
の上、インクジェットペンは、背圧の変動を生ずる環境
の変化にかかわらず動作するように設計されなければな
らない。
【０００７】リザーバの背圧に影響するきびしい環境変
化はインクジェットペンの空中輸送中に生ずる。この場
合には、周囲の空気圧は航空機が高度を得て減圧される
につれて減少する。周囲の空気圧が減少するにつれて、
インクをプリントヘッドを通して洩れないようにしてお
くには、対応して更に大きな背圧が必要になる。したが
って、ペン内部の背圧のレベルを周囲圧力が降下する時
間中調整しなければならない。
【０００８】インクジェットペンのリザーバの内部の背
圧も「動作効果」と言い得るものを受ける。一つの重大
な動作効果は、プリントヘッドがインク滴を放出するよ
う作動されるときに生ずる。これによるリザーバからの
インク容積の減少（更に大きい真空を生ずる）は、リザ
ーバの背圧を増大する。この背圧の増大を規制しなけれ
ば、プリントヘッドは増大する背圧に打勝ってインク滴
を放出することができなくなるから、インクジェットペ
ンは結局故障することになる。このような故障は、リザ
ーバ内の使用可能なインクが全部放出されてしまう前に
発生した場合には、必ずインクを浪費することになる。
【０００９】環境の変化および動作効果に応じてリザー
バの背圧を規制するこれまでの努力により、集合的にア
キュムレータと言うことができる機構が設けられた。一
般に、アキュムレータはペンに取り付けられて、インク
ジェットペンのリザーバの容積と流体連絡するアキュム
レータ容積を形成する可動機構を備えている。アキュム
レータはリザーバ内の背圧のレベルの変化に応答して、
最小容積の位置と最大容積の位置との間を動く。アキュ
ムレータの動きはリザーバの容積全体を変えて背圧レベ
ルの変化を調整するので、背圧はプリントヘッドにイン
ク滴の放出を続けさせながらインクの洩れを防止するの
に適する動作範囲内に留まる。
【００１０】たとえば、周囲圧力とペン内部の背圧との
間の差が周囲の空気圧の低下の結果減少するにつれ、ア
キュムレータは動いてリザーバの容積を大きくし、これ
により背圧をインクの洩れを防止する（上述の動作範囲
内の）レベルまで増大させる。換言すれば、アキュムレ
ータの動きに起因する容積の増大により、リザーバが一
定容積に規制されているときに他の場合には周囲の空気
圧の減少につれて生成される背圧と、周囲の空気圧との
間の差の減少が少なくなる。
【００１１】アキュムレータはまた、環境変化または動
作効果（たとえば、ペンの動作中に生ずるインクの減
少）により背圧が増大すると、リザーバの容積を減らす
ように動く。アキュムレータの動きに帰因する容積の減
少により背圧が動作範囲内のレベルにまで減少し、これ
によりプリントヘッドがインクの放出を続けることがで
きる。
【００１２】アキュムレータには通常、リザーバの容積
を増大させる位置へとアキュムレータを連続的に押す内
部または外部の弾力機構が設けられている。弾力機構の
効果は、アキュムレータが動いてリザーバの容積が増減
するときでもリザーバに（インク洩れを防止するのに）
充分な最小背圧を保持することである。
【００１３】アキュムレータは、バブル発生器として知
られている装置と関連して使用されている。バブル発生
器は、一旦アキュムレータがその最小容積位置まで動く
と（すなわち、一旦アキュムレータがリザーバ内の背圧
を更に減らすことができなくなると）周囲の空気泡をイ
ンクリザーバに入れることが可能であり、プリントヘッ
ドがリザーバからインクを放出し続けるにつれて背圧が
上がり続ける。バブル発生器により供給される空気泡は
リザーバ内の流体の容積を増大させ、これによりリザー
バの背圧がプリントヘッドの故障を生ずるレベルにまで
増大しないようにする。
【００１４】バブル発生器は一般に、ペンのリザーバと
周囲空気との間で流体連絡を行う小径のオリフィスを備
えている。リザーバの背圧がアキュムレータにより維持
されているため、インクはバブル発生器のオリフィスを
通して洩れることはない。その上、リザーバのインクは
通常バブル発生器のオリフィスを覆っているので、周囲
空気は、背圧が空気泡をリザーバインク内に引込むのに
充分な程大きいレベルに増大するまで、リザーバに入る
ことができない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】バブル発生器を使用す
ることに伴う一つの問題は、ペンをリザーバのインクが
もはやオリフィスを覆わず周囲の空気の流入を制限する
ことがなくなる位置まで動かす（たとえば、反転する）
ときに常に生ずる。その結果、リザーバに無制限に流入
する周囲空気がプリントヘッドの正しい動作に必要な背
圧を無くすことになる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、インクジェッ
トペンの背圧を調整するバブル発生器に用いて役立ち、
且つリザーバのインクがバブル発生器のオリフィスをも
はや覆わない位置までペンを動かすときは必ずペンの背
圧が意図せずに無くなるのを確実に防止するバルブを目
指している。
【００１７】
【実施例】最初に図１の概要図を参照すると、本発明の
好適なバルブ20が従来のインクジェットペン22に取付け
られている。ペン22は、ポリスルホンのようなプラスチ
ックから形成され、側壁26、頂部28、および底部30によ
り画定されるインク入りリザーバ24を備えている。プリ
ントヘッド32はペン22に取り付けられ、制御信号に応答
してリザーバ24からインクの小滴を放出する。リザーバ
24にインク34が充填された後、例えば通常はシールされ
ているリザーバ24から少量の空気またはインクを除去す
ることにより、背圧がリザーバ内に確保される。
【００１８】好適実施例では、バルブ20は図１に36で概
略示したようなアキュムレータと関連して使用される。
アキュムレータ36は通常、ばね38で代表されるような弾
力機構により最大容積位置（図１の実線）の方に押され
ている。アキュムレータ36の一部はペン22の頂部28に形
成されているポート40を通して周囲空気と流体連絡して
いる。
【００１９】周囲の空気圧とリザーバの背圧との差が、
先に記した環境または動作効果の結果変化すると、アキ
ュムレータ36は動いてリザーバの容積を変え、これによ
り背圧を調整し、背圧レベルを動作範囲内に維持する。
たとえばアキュムレータ36は、プリントヘッド32の動作
中インク34が減少するにつれて、最小容積位置（図１に
破線で表したアキュムレータの最小容積位置）の方に動
いてリザーバの容積を小さくする。インクの減少により
リザーバの背圧が増大し、リザーバの容積が減少するこ
とにより背圧の増大量が制限される。
【００２０】或る場合には、アキュムレータ36が最小容
積位置まで動いた後もかなりの量のインク34がリザーバ
24に残っていることがある。その結果、プリントヘッド
が動作し続けるにつれて、プリントヘッドの故障を生ず
るレベルに向かってリザーバの背圧が増大し続ける。空
気泡がリザーバ24に入るのを制限するバブル発生器機構
がこのような場合に背圧を調整する（すなわち、下げ
る）ために設けられている。このバブル発生器機構は本
発明のバルブ20と関連して動作し、これについては以下
で更に完全に説明する。
【００２１】本発明のバルブ20はどんな形式のアキュム
レータ機構とでも使用することができると考えられる。
しかし、アキュムレータは本発明の一部を形成するもの
ではない。
【００２２】本発明のバルブ20（図１）はペン22の底部
30に取付けられたハウジング42を備えている。ハウジン
グ42は、水のような、バルブ動作液体46を入れておく内
部のチャンバ44を画定している。細長い入口通路48がペ
ン22の底部30を貫いて延び、バルブチャンバ44と周囲空
気との間の流体連絡を行う。細長い出口通路50がハウジ
ング42の中のチャンバの上方に形成されてバルブチャン
バ44とインクリザーバ24との間の流体連絡を行う。リザ
ーバの正常背圧により、インク34が通路50を通って完全
に流れるのが妨げられる。
【００２３】疎水性の多孔性ベント52が、チャンバ44を
出口通路50から分離する位置でハウジング42に取付けら
れている。動作液体46のレベルはベント52の内面56より
ベント52と液体46との間に空間47を形成する量だけ下に
ある。
【００２４】ペン22が図１に示す直立位置で動作すると
き、プリントヘッド32はインク34をリザーバ24から連続
して消耗する。このインク容積の減少によりリザーバ24
の内部の背圧が増大し、背圧の増大は最初アキュムレー
タ36の最小容積位置（図１の破線）の方への移動により
調整されてリザーバの容積を減らすから、作動されるプ
リントヘッド32が克服できる可能性のあるレベルを背圧
が超過することはなくなる。
【００２５】アキュムレータ36が最小容積位置まで動い
てしまうと、リザーバ24の背圧はプリントヘッド32がリ
ザーバ24からインクを放出し続けるにつれて上昇し続け
る。本発明によれば、リザーバ背圧の連続上昇は、周囲
の空気泡をバルブ20を通してリザーバ24の中に伝えるこ
とにより規制される（すなわち、減らされる）。これに
関して、直立するペンリザーバ24内の背圧は出口通路50
および多孔性ベント52を通してチャンバ44と絶えず連絡
している。背圧がしきい値すなわち（下に説明する）
「バブル圧力」を超過すると、空気泡が入口通路48を通
して動作液体46に引き込まれ、浮力によって動いて動作
液体46の上方の空間47に加わる。結果として生ずるチャ
ンバ44の内部の空気容積の増加は多孔性ベント52および
出口通路50を通してリザーバ24に伝えられ、これにより
リザーバの流体容積が増大して背圧レベルが下がる。
【００２６】入口通路48の内部終端は、バブル発生器54
と称する二つの小径オリフィスと流体連絡している。こ
れらは、背圧がバブル圧力より大きくなると常に空気泡
がバブル発生器54を通してチャンバ44の中に引込まれる
ような大きさになっている。ペン22が図１に示す直立位
置から傾くと、バブル発生器54が液体46から露出される
前に疎水性の多孔質ベント52の内面56を覆うように動作
液体46が流れ、これにより、そうしなければ直接空気径
路がバブル発生器54とベント52との間に出現する場合に
生ずる、入口通路48および出口通路50を通しての周囲空
気のリザーバへの無制限な流入が防止される。ベント52
の穴の大きさおよび疎水特性により、動作液体46がベン
ト52を通してリザーバのインク34に浸透することは防止
される。
【００２７】出口通路50はリザーバのインク34が疎水性
ベント52と接触しないように設計される。この接触があ
るとベント52の疎水性および空気透過特性に有害な影響
を及ぼすことがある。この点に関して、出口通路50は、
ペン22が低温環境に置かれたとき発生することがあるよ
うな空間47の容積のかなりな減少にかかわらず、リザー
バのインク34がベント52に到達することのないように構
成されている。
【００２８】ペンがベント52の内面56が動作液体46で覆
われるように傾くにつれて（図６）、チャンバ内の空気
はベント52を通して流出することができなくなる。ペン
を傾けている間、チャンバ44の内部の流体圧力が（ペン
の空中輸送中の周囲空気圧の降下のような）厳しい環境
変化の結果周囲に対してかなり増大すれば、チャンバ44
に捕えられている空気が膨張し、液体46を入口通路48に
押し込む。入口通路48は液体46が入口通路48の中に集ま
り、通路48から洩れ出ることのないように設計されてい
る。その上、正常動作環境がチャンバの中の流体圧が減
少するように回復するにつれて、液体46はチャンバ44の
中に引き戻される。入口通路48は、通路48を通しての液
体46の蒸気拡散損失が極力少なくなるようにも設計され
ている。本発明のバルブ20の好適実施例の詳細に移り、
図１〜図３を特に参照すると、本発明のバルブハウジン
グ42は従来のインクジェットペン22の底部30に一部組み
込まれている。ペン22は下向きに突出するプリントヘッ
ド井戸58を備えており、これをリザーバインク34が通過
して従来のオンデマンドプリントヘッド32によりそこか
ら放出される。
【００２９】バルブハウジング42は、チャンバ部分60、
入口部分62、および出口部分64を備えている。ハウジン
グ42は好適には射出成型ポリスルホンから形成されてい
る。入口部分62はペン22の底部30に形成されている。チ
ャンバ部分60は出口部分64と一体的に形成されており、
これらの部分60、64はその後、超音波溶接などにより、
入口部分62に取付けられる。
【００３０】ハウジング42のチャンバ部分60はペン22の
底部30から上向きに突出している（図２）円環状のリム
68に取付けられた、全般的にドーム状の頂部66を備えて
いる。接合されたリム68および頂部66の内面70は動作液
体46を入れるバルブチャンバ44を画定している。
【００３１】チャンバの表面70の上部領域はドーム状を
成し、その中に開口72が形成されて、チャンバ44とチャ
ンバ部分60の頂部66から上向きに突出しているリング76
の内部開口74との間の流体連絡を行っている。リング開
口74の壁はわずかに内側に（すなわち、図２の下向き
に）収束し、疎水性多孔質ベント52が開口74に圧入され
てチャンバ44を出口通路50から分離している。
【００３２】チャンバの内部表面70の下部領域は、その
上にバブル発生器板78が取付けられている平らな中心部
分を備えている。板78は二つの貫通オリフィスを備えて
おり、これらは先に述べたバブル発生器54として働く。
板78は、超音波溶接などにより、チャンバの表面70に取
付けられ、バブル発生器54が入口通路48の円環状内部終
端80と流体連絡するようになっている。
【００３３】好適にも、板78はペン底部30に形成された
一定間隔で設置されている三つの支柱81の間に嵌まって
いる。
【００３４】入口通路48の内部終端80は一般に、オリフ
ィス板78の下のチャンバ表面70の底部中央に形成された
円環溝を備えている。入口通路48のコネクタ部分82はペ
ンの底部30を通して終端80から伸びて、内部終端80を入
口通路48の残りの部分と接続している。この残りの部分
はペン底部30の下側に形成された螺線溝87を備えている
（図５）。螺線溝87はペン底部30の下側に溶接されてい
る平らな底板84で完全に覆われている。入口通路の溝87
の外側終端88で底板84を貫く一つの開口86が周囲空気と
通路48との間の流体連絡を行っている。
【００３５】バルブハウジング42の出口部分64はチャン
バ部分60と一体に形成され、複数の壁90、92、98を備え
て出口通路50を画定している。更に詳細に述べれば、出
口部分64にはチャンバ部分60の一方から突出する全般的
に長方形状の容積を形成している外側壁90および下壁92
がある。
【００３６】出口部分64の突出部分は、下壁92から下側
に突出して、井戸58に近いペン底部30から上向きに突出
する別の薄い支持ウェブ67と交差してそれに取付けられ
ている薄い支持ウェブ65によりペン22の底部30に固定さ
れている。
【００３７】出口部分64の頂部は薄い上板94で覆われて
いるが、この板94もチャンバの頂部66に形成されたリン
グ76の頂部を横断して広がっている。図３で最も良くわ
かるように、上板94の各隅は外部側壁90の各隅の近くに
形成されている全般的に円筒形の支持体96の上部平面状
表面に載っている。位置合わせ支柱97が出口部分64の向
き合った端に形成され、上板94の穴を通して突出し、上
板94が出口部分64と超音波溶接される間所定位置に留ま
るようになっている。
【００３８】図３および図４に示すように、一連の薄い
内壁98が出口部分64に形成されて下壁92と上板94との間
に広がっている。内壁98はそれらの間に出口通路50の主
要部が形成されるように配設されている。更に詳細に述
べれば、上板94は、上板94が上リング76の上面77におよ
び出口部分64の内壁98および外壁90の上面100に対して
封止されるような方法で出口部分64に固定され、これに
より細長い連続出口通路50を画定している。
【００３９】出口通路50の内端51は、リング開口74の内
部のベント52の上方および上板94の下で円筒状空間に開
いている。出口通路50の外端53は、上板94を貫いて形成
されているポート102（図２）の下にそれと同心で横た
わる曲面内壁99により形成されている。ポート102はリ
ザーバ24の内部と出口通路50の外端53との間の流体連絡
を行う。
【００４０】出口部分64の内壁98は出口通路50を比較的
小さい容積内に設けられた細長いジグザグ形状として形
成するように配置されている。出口通路50の寸法の意味
を以下に一層完全に説明する。
【００４１】直立ペンの正常動作中、リザーバ24の中の
背圧はリザーバの中のインク34の容積が減少するにつれ
て徐々に増大する。先に記したとおり、この背圧の増大
は、最小容積位置に向かって動き、リザーバの容積およ
び背圧を減らすアキュムレータ36により最初に規制する
ことができる。アキュムレータがその最小容積位置まで
動くと、リザーバの背圧は、プリントヘッド32が動作し
て全部のインクをペン22から除去するにつれて増大し続
ける。
【００４２】ペン内部の背圧が上述のバブル圧力に達す
ると、入口通路48の中の周囲空気がバブル発生器54の一
方または双方を通して引出され、リザーバの背圧を上述
のように下げる。
【００４３】バブル圧力（すなわち、それより上では空
気泡がバブル発生器54を通してチャンバ44に引込まれる
背圧のレベル）は、バブル発生器54に隣接する動作液体
46の中に形成される一つの空気泡の内圧を減じた周囲圧
力に等しい圧力として数量化することができる。換言す
れば、空気を遊離バブルとしてバルブの液体46の中に引
込むためには、その液体中の圧力は、バブル発生器での
（周囲の）空気圧より充分低くなければならず、周囲と
バブル発生器での液体との間の圧力差が空気を水中に押
込むようにしなければならない。これに関しては、液体
で囲まれている空気泡の空気圧が、ラプラスの方程式に
よれば、液体の圧力より液体の表面張力の２倍を泡の半
径で除した商だけ高い。空気泡の半径はバブル発生器オ
リフィスの直径に直接関係する。
【００４４】好適実施例では、水が動作液体46である
が、直径が約0.0095インチ（0.24mm）のバブル発生器54
が、プリントヘッド32で測ってリザーバ内の約4.5 イン
チ（113mm）（水柱）の背圧で動作液体内に空気泡を発
生する。このバブル圧力は従来のプリントヘッドにより
打負かされ得ない（すなわち、「発射準備され」なくな
る）背圧（約12.0インチ水柱）（300mm水柱）より充分
低い。
【００４５】各空気泡がバブル発生器54を通してチャン
バ44に入るにつれて、空間47の中の空気の小容積がベン
ト52を通してリザーバ24に突入して背圧を下げる。プリ
ントヘッド32がインクをリザーバから放出し続けるにつ
れて、背圧はバブル圧力より再び高くなるまで再び上昇
する。リザーバ背圧のこの周期的増減、したがってバブ
ル発生器54を通してのバブルの周期的導入は、時間を通
じて、その上限がバブル圧力であり、その下限が一つの
空気泡容積がリザーバに到達した瞬間の背圧である背圧
変動範囲を規定する。
【００４６】当業者は、この背圧変動範囲をバブル発生
器の直径を変えることにより、したがって各バブルによ
り導入される空気容積の大きさを変えることにより変え
ることができることを認めるであろう。しかし、上述の
好ましいバブル発生器直径は、たとえば、0.005インチ
（0.1mm）の厚さのポリスルホンから成るバブル発生器
板によりこのようなバブル発生器の確実な構成を容易に
しながら、受け入れ可能な背圧変動範囲を生ずることが
わかっている。
【００４７】各空気泡がバブル発生器から上昇するにつ
れて、チャンバ44の中の液体46はバブル発生器54に向か
って急速に逆流し、液体の運動量がその液体の少量をバ
ブル発生器54に押し込むことがある。今記述した現象の
結果としてバブル発生器から入口通路48の中へ毛細管ブ
リッジが形成されるのを回避するために、入口通路48の
内部終端80を規定する溝の幅はバブル発生器54の組み合
わせ直径より広い。その結果、バブル発生器オリフィス
（バブル発生器）54に流入することができる液体46が、
バブル発生器の板78の下側近くの濡れやすい表面に引き
つけられることはない。このような表面の存在により上
述の毛細管ブリッジができ上がることがある。
【００４８】ここでペンが直立（動作）位置（図２）に
ある場合、バブル発生器54を通して（したがって、液体
46の上方の空間47の中に）導入される空気がベント52を
通して対応する空気容積を押し出すようにするために、
チャンバ44の中の液体46のレベルが疎水性ベント52の内
面56より下になければならないということに着目すべき
である。その上、バブル発生器54の正しい動作に必要な
空間47の最小容積は、バブル発生器54を通して引き出さ
れる一つの泡の容積により置き換えられた最小容積であ
る。この説明を読めば、ベント52の内面56が液体46で覆
われた場合には、ベント52は空気の通路に対して閉じら
れることが認められるであろう。
【００４９】好適なバルブチャンバ44に存在する動作液
体46の量は、バブル発生器54を充分な深さの液体で覆っ
てバブルが液体46の頂部で空気・水境界面により影響さ
れないでチャンバ44に入ることができるようにするのに
必要なものより少なくてはならない。好適実施例では、
バブル発生器の上方に液体が0.20インチ（5mm）あれば
この問題を回避するのに充分な深さである。
【００５０】記したとおり、好適な動作液体46は水であ
り、これは非常に高い表面張力を持っているが、比較的
大直径のバブル発生器を封止することができる。より大
きい直径のバブル発生器はバブル発生器板の製造を簡単
にするのに好ましい。水は、水の表面張力が拡散損失に
かかわらず実質上不変であるため、また多孔質ベント52
を親水性にする可能性がないため、インクのような他の
液体よりも好適である。さらに、従来の殺虫剤を水動作
液体46の中に容易に溶解して、ベントを汚染する可能性
のある微生物の成長を防止することができる。好適実施
例では、ニュージャージー州ピスカタウエイ（Piscataw
ay）のニューオデックス社（Nuodex Incorporated）か
ら入手できるニューセプト（Nuosept）Ｃの0.03から0.1
重量％が殺虫剤として使用される。他の市販の水溶性抗
菌物質をも使用することができる。動作液体46として水
を用いると、バルブ20を多様なインク形式のどれとでも
動作するペンに採用することができるが、バルブのバブ
ル圧力特性はインクの形式にかかわらず不変である。
【００５１】多孔性ベント52を形成するには多様な材料
のどれでも使用することができる。好適には、ベントは
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から、ジョージア
（Georgia）州フェヤバーン（Fairburn）のポレックス
・テクノロジー（Porex Technologies）により製造され
るようなPTFE材から作られるペレットまたはプラグの形
で形成される。しかし、多孔性PTFE材を薄膜または膜の
構成に使用し、開口74を横断して所定位置にかしめるこ
とができると考えられる。
【００５２】ベント52 の流れ面積、厚さ、および有孔
度はベント52が特性水始動圧力（WIP）を有するように
選択される。このWIP特性はベントを通る水浸透に対す
る抵抗の尺度である。水浸透に対する抵抗によりベント
は確実に空気に対する有孔性を維持する。その上、WIP
の値は、ベントが（ペンがその側面に設置されたときに
生ずるような、図６）水で覆われ、且つ反転ペンがほぼ
空で、極端に冷やされるときに生ずることがあるように
リザーバの背圧の偶発的増加がある場合に、バルブ20の
中の水がベントを通過しないように選択される。このよ
うな状況下でWIPが低過ぎ、且つ水46がベント52を通過
すれば、（水および空気の容積がリザーバ24に入る結
果）背圧が、ペンが直立位置に戻るときプリントヘッド
が洩れそうになるレベルにまで降下する。
【００５３】好適実施例では、平均の穴の大きさが５μ
m直径で、厚さが0.110インチ（2.75mm）であり、且つ直
径が約0.205インチ（5.13mm）であるPTFEプラグが、開
口74に圧入してベント52の最大圧縮が約11％であるよう
にするとき、現在のバルブに使用するのに適している。
【００５４】バブル発生器54の動作中、ベント52を通過
する空気は細長い通路50に入る。好適には、出口通路50
の寸法は、（たとえば、チャンバ44および出口通路50の
中の空気が周囲温度の実質的な低下の結果収縮するとき
に生ずるように）外端53を通して通路50に引込まれるリ
ザーバインク34が完全に通路50を通ってベント52に到達
しないようになっている。インク34とベント52との間の
接触はPTFE材を汚染して親水性にし、空気をチャンバ44
から通路50に通す能力を減らすことになるから、避ける
のが望ましい。この目的で、ポート102とベント52との
間の出力通路50の容積を、上記のようにチャンバ44およ
び通路50の中の空気の最大収縮の結果生ずる最大空気容
積変化より大きいように選定する。たとえば、周囲温度
の降下の結果、周囲温度においてその容積の約65％に収
縮する空気の約0.013立方インチ（0.21立方センチメー
トル）を保持するバルブチャンバについて、約（1−0.6
5*0.013）、すなわち0.005立方インチ（0.08立方センチ
メートル）より大きい出口通路の容積が、チャンバ44お
よび通路50の中の空気が35％収縮する結果、通路50に
（ベント52を収縮することなく）引き込まれるすべての
インクに適合する。
【００５５】出口通路50の寸法は、チャンバおよび通路
50の中の空気が温度が周囲温度に戻る結果膨張すると
き、出口通路50に引込まれたインクがすべてリザーバに
逆流入し、通路50の中では取り残されないようになって
いる。この目的で、通路50の最大断面寸法は、インクが
通路内のすべての場所で断面を横断して完全なメニスカ
スを形成するように充分小さい。その結果、インクを受
取る通路50の部分は完全にインクで満たされている。完
全なメニスカスが存在しない場合には、チャンバ44およ
び通路50の中の空気が数サイクルにわたって膨張および
収縮するとき、インクの少量すなわち滴が通路50の中に
取り残されることがあることを認めることができる。残
念ながら、充分なインクを通路50の中に蓄積することが
できるので、インクは最後にはベント52に到達して、そ
れを汚染する。好適実施例では、通路の最大断面寸法が
約0.035インチ（0.88mm）を超えなければ、完全なイン
クのメニスカスが出口通路の内部に形成されることがわ
かっている。
【００５６】先に記したように、本発明のバルブ20は、
ペンを直立の方位から傾けた場合に、周囲とリザーバと
の間にバブル発生器54およびベント52を介して直接空気
径路が作られないように構成されている。この点に関し
て、チャンバ44は、ペンが直立から反転位置（図８）に
向かって動くにつれて、いずれかのバブル発生器54が液
体46から露出される前にベント52の内面56を動作液体46
が覆うような形状になっている。先に記したように、一
旦ベント52の表面が水で覆われると、空気はベントを浸
透することができず、したがって露出されたバブル発生
器54とベント52との間に空気の直接径路が存在しないこ
とになる。ベントは閉じられる。
【００５７】更に詳細に述べれば、図６〜図８を参照し
て、チャンバ44の断面構成が幾分梨形をしており、これ
により充分な容積の液体46が保持されて、ペンが直立位
置から動いて図６に示すその側面に回転するにつれて、
バブル発生器54が、ベントの内面56が液体内に潜るにつ
れて液体46で覆われたままになる。ペンが横向き（図
６）から完全に反転した向き（図８）に向かって動くに
つれて、バブル発生器54は究極的には露出される（図
７）が、ベント52が液体46により完全に閉じられた後に
限られる。当業者は、バブル発生器54が露出される前に
ベント52を動作液体46で確実に覆うのに多様なチャンバ
形状のどれをも使用することができることを認めるであ
ろう。
【００５８】特に図６を参照すると、ペンが横向き方位
（すなわち、ベント52およびバブル発生器54が共に動作
液体46で覆われている方位）にある間、ペンはチャンバ
44の中の空気を膨張させる環境条件（たとえば、周囲温
度の上昇または圧力降下）を受けることがある。この膨
張により動作液体46はチャンバから最小抵抗の径路、す
なわち、入口通路48を通して押出される。本発明によれ
ば、入口通路は、今説明した環境効果の結果その中に押
込まれる動作液体46が入口通路48の内部に完全に格納さ
れるように、構成されている。
【００５９】前述に照らして、入口通路48により画定さ
れる容積は、最大予想環境効果を受けるときチャンバ44
の中の空気が膨張する最大容積よりわずかに大きくなる
ように選択されることが認められる。たとえば、好適実
施例では、チャンバ44の中の空気は、ペンの空中輸送中
に生ずることがあるような周囲圧力降下をペンが受ける
とき、35％も膨張することがあることが考えられる。し
たがって、通路48の入口の容積は、チャンバ内の空気容
積の35%増で表される容積よりわずかに大きい、約0.005
立方インチ（0.08立方センチメートル）であるはずであ
る。
【００６０】本発明によれば、入口通路48の容積は、通
路の比較的コンパクトな配列として、すなわち、板の底
部30に形成された螺線溝87として設けられている（図５
を参照）。好適実施例では、溝87の断面寸法は、溝の内
終端80と外終端88に近い溝の中の中間点81との間の溝の
長さに沿って変わっている。一定の断面形状が可能であ
るが、ハウジング42の射出成型入口部分62をモールドす
る間確実に一様冷却するのに必要なしん抜き機能を溝87
が行うことができるように好適な可変断面形状を使用し
ている。
【００６１】ペンが通常の環境条件に戻ると（すなわ
ち、チャンバ44の中の空気が収縮すると）、入口通路48
の中の動作液体46の全部がチャンバ44に逆に引き込まれ
る。換言すれば、実際上動作液体46の入口通路48の中に
取り残される量は無い。入口通路48に押し込まれる水
が、空気およびチャンバが再び収縮すると、確実にチャ
ンバ44の中に引き戻されるためには、通路48の断面寸法
を、水が通路内のすべての場所で断面を横断して完全な
メニスカスを形成するように充分小さく構成する。好適
実施例では、通路の最小断面寸法が約0.035インチ（0.8
8mm）を超えず、通路の最大断面寸法が約0.090インチ
（2.3mm)を超えない限り完全な水のメニスカスが入口通
路48の中に形成されることがわかっている。
【００６２】好適実施例では、今説明したばかりのチャ
ンバ流体46を格納する入口通路48の容積は、入口通路48
の中間点81と内終端80との間に設けられている。入口通
路48のこの第１の区画に隣接して、中間点81と外終端88
との間に、比較的小さな断面積の第２の通路区画があ
る。この第２の区画は入口通路48を通る拡散による動作
液体の質量の損失を制限する拡散障壁として働く。導管
を通る水の質量の拡散の速さはフィックの拡散の第１法
則から得ることができ、30℃、周囲の相対湿度０％のと
き、 ｑ＝Ａ／Ｌ＊2.25 と表すことができる。
【００６３】ここで「ｑ」は一日あたりのグラムで表し
た水の質量の拡散であり、「Ａ」は導管の面積であり、
「Ｌ」は導管の長さである。前述を考慮すれば、断面が
0.015インチ平方（9.38ミリメートル平方）で長さが約
0.712インチ（17.8mm）の入口通路48の拡散障壁区画の
好適実施例は約0.00316グラム／日の拡散損失割合を達
成する。この比較的低い拡散損失は、極端に乾燥した環
境下で少なくとも６か月間のペンの動作に対するバルブ
の適当な動作を保障するであろう。
【００６４】本発明の原理を好適実施例を参照して説明
し、図解してきたが、本発明はこのような原理から逸脱
することなくその構成および細目を更に修正することが
できることが明らかなはずである。たとえば、第２のベ
ント52'（図６の破線）を、出口通路50に接続されてペ
ンを横向きにしたとき開いた動作可能なバルブとなる関
連出口通路区画50'と共に、バルブ20に付加することが
できる。その結果、ペンを二つの向き（直立または横向
き）のいずれの印刷にも採用することができる。 上述
の点を考慮して、本発明は特許請求の範囲およびその同
等事項の範囲および精神に入るような修正案をすべて含
むものと理解すべきである。
【００６５】
【発明の効果】本発明のインクジェットペン用方位感知
バルブにおいては、上述のごとく構成したので、リザー
バのインクがバブル発生器のオリフィスをもはや覆わな
い位置までペンを動かしたときでもペンの背圧が無くな
るのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って形成されたバルブの概略断面
図である。
【図２】 直立したインクジェットペンの部分としての
バルブの断面の透視図である。
【図３】 バルブの上方部分の透視上面図である。
【図４】 バルブの上部平面図である。
【図５】 バルブの底部平面図である。
【図６】 ペンをその側面においたバルブを示す断面図
である。
【図７】 その側面から反転位置のほうへ傾けたペンと
バルブを示す断面図である。
【図８】 反転位置にあるペンとバルブを示す断面図で
ある。
【符号の説明】
２０ バルブ ２２ インクジェットペン ２４ リザーバ ３４ インク ４２ バルブハウジング ４４ チャンバ ４６ 動作液体 ４８ 入口通路 ５２ ベント ５４ バブル発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイヴィッド・ジェイ・ハルコ アメリカ合衆国オレゴン州97330コーヴ ァリス，ノースウェスト・アンジェリ カ・ドライヴ・2903 (72)発明者 マーク・エィ・バルドウィン アメリカ合衆国オレゴン州97330コーヴ ァリス，ノースウェスト・メドーリッ ジ・プレイス・948 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/175 F16K 17/18 H01H 33/575 B65D 25/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】容器内へのガスの流れを制御するバルブ装
    置において、 前記容器(24)に接続可能であり、且つ液体(46)を貯蔵す
    るチャンバ(44)を画定するハウジング(42)と、 ガスが前記チャンバに流入することを許容する入口手段
    (48)と、及び前記ハウジング(42)に接続され、前記チャ
    ンバ(44)からのガスが前記容器(24)へと流入するのを許
    容し、前記チャンバからの前記液体(46)が前記容器(24)
    へと流入するのを阻止するベント手段(52)とを含む、バ
    ルブ装置。
  2. 【請求項２】前記ベント手段(52)は、前記液体で覆われ
    る時はいつでも前記チャンバ(44)からのガスが前記容器
    (24)へと流入するのを阻止する、請求項１の装置。
  3. 【請求項３】前記ベント手段(52)が前記チャンバ(44)と
    前記容器(24)との間で前記ハウジング(42)に取付けられ
    た多孔性部材を含む、請求項１又は２の装置。
  4. 【請求項４】前記多孔性部材が疎水性である、請求項３
    の装置。
  5. 【請求項５】前記容器(24)が第１の位置及び第２の位置
    に配置可能であり、前記チャンバ(44)が、前記容器(24)
    が前記第１の位置にある場合に前記多孔性部材が前記液
    体(46)から隔置され、前記容器が前記第２の位置にある
    場合に前記多孔性部材が前記液体(46)で覆われるような
    形状をしている、請求項３又は４の装置。
  6. 【請求項６】前記入口手段(48)が、前記容器(24)の外側
    のガスを前記チャンバの中へ導くために前記チャンバ(4
    4)から延びる細長い通路を含み、前記通路の第１の区画
    が前記チャンバ(44)の中で貯蔵される前記液体(46)の一
    部を受容する大きさになっており、前記通路が、前記容
    器が前記第２の位置にある間に前記チャンバ(44)の中の
    圧力が増大する時はいつでも前記液体(46)が前記第１の
    区画に入るように構成されている、請求項１から５の何
    れか１つの装置。
  7. 【請求項７】前記入口手段(48)が、前記容器(24)の外側
    のガスを前記チャンバの中へ導くために前記チャンバ(4
    4)から延びる細長い第１の通路を含む、請求項１から５
    の何れか１つの装置。
  8. 【請求項８】前記ベント手段(52)が、ガスを前記チャン
    バから前記容器に導くために前記チャンバ(44)から前記
    容器(24)に延びる細長い第２の通路(50)を含む、請求項
    １から５の何れか１つの装置。
  9. 【請求項９】内部の圧力が周囲の圧力より小さい容器(2
    4)の中への、通路を介しての空気の流れを調節する方法
    であって、 前記通路を介する周囲空気の流れを制限するために、前
    記通路の一部を覆うよう液体(46)を収容するステップ
    と、及び前記液体(46)と前記容器(24)との間の前記通路
    の内部に、空気に対して透過性があり作動液体(46)に対
    して実質的に不透過性である多孔性ベント部材(52)を配
    置するステップと、 を含む、方法。
  10. 【請求項１０】前記容器(24)が傾けられた場合に、前記
    多孔性ベント部材が前記液体(46)で覆われ、且つ前記通
    路の前記一部と前記多孔性ベント部材が、前記容器(24)
    の向きにかかわりなく前記液体(46)から同時に露出され
    ないように、前記通路の前記一部及び前記多孔性ベント
    部材(52)を構成するステップを含む、請求項９の方法。
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