JP3798079B2 - インク・ジェット・ペン - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的にインク・ジェット技術に関し、より詳細にはインクが自由な槽のタイプのインク・ジェット・ペンに関し、特にインクが自由なインク・ジェット・ペンの圧力調整器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク・ジェット技術は、比較的よく開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィックのプロッタ、ファクシミリ、等の市販製品は、インク・ジェット技術を用いてハードコピーを作成する。この技術の基本は、例えば、ヒューレット・パッカード・ジャーナルにおける様々な論文として、第３６巻Ｎｏ．５（１９８５年５月）、第３９巻Ｎｏ．４（１９８８年８月）、第３９巻Ｎｏ．５（１９８８年１０月）、第４３巻Ｎｏ．４（１９９２年８月）、第４３巻Ｎｏ．６（１９９２年１２月）、および第４５巻Ｎｏ．１（１９９４年２月）、の版に開示されている。
【０００３】
一般的に、熱インク・ジェットの分野においては、インク・ジェット・ペンは、加熱要素と組み合わせて構成されるオリフィス板を有するプリントヘッドを備えている。オリフィス板におけるノズル近くのインクを熱励起することを用いて、インク滴が小型ノズルおよびオリフィスを通って印字媒体上に噴出され、ドットマトリクスの操作を用いて英数字の文字または画像が形成される。圧電変換器を使用したもの等、他のタイプのインク滴発生装置も、当業者には公知である。
【０００４】
ペンそれ自体が、インクを貯蔵し印字サイクルの間適切な量のインクをプリントヘッドに供給する内蔵式の槽を有していてもよい。こういった、内蔵・使い捨て式のペンは、当業者には印字カートリッジと呼ばれている。インクは、透過性フォーム（海綿体状：foam）材等の、印字カートリッジ内に収容された媒体内に貯蔵することができる（例えば、米国ヒューレット・パッカード社に譲渡されている、米国特許番号第４，７７１，２９５号(Baker他)を見よ）。または、ペンはインクが自由なタイプの印字カートリッジとすることもでき、この場合、インクは、米国特許番号第５，３５９，３５３号（(Hunt他)米国ヒューレット・パッカード社に譲渡されている）に示すようなバイアスされたインクのブラダー(bladder)または袋等の内蔵式の槽から、プリントヘッド機構に供給される。ハードコピー機器に、印字カートリッジではなく補充することのできるタイプのペンを用いる場合には、インクは通常、離れた、補充することのできる、搭載されていないインク槽から、比較的永久的なペン本体およびプリントヘッド機構に供給される。早期のインク・ジェット・プリンタでは、米国特許番号第４，３１２，００７号（(Winfield)米国ヒューレット・パッカード社に譲渡されている）に説明される、ペンから離れた槽を用いた。さらに、大きなフォーマットで技術図面にプロットするもの等、ハードコピーの用途によっては、交換することができる印字カートリッジ内に収容することができるインクの量よりもはるかに多い量のインクを用いる必要があることがわかっている。従って、改良した、比較的大きな、ペンから離れたインク槽システムも、より近年には開発されている。例えば、多色の搭載されていないインク供給システムを示している米国特許番号第４，８３１，３８９号(Chan)、低圧再循環ポンプシステムを用いたインク・ジェット・プリンタのインク送りシステムを説明している米国特許番号第４，９２９，９６３号(Balazar)、およびサービス・ステーションにおいて補充することのできるインク・ジェット・ペンを教えている米国特許番号第４，９６８，９９８号(Allen)、を参照せよ（それぞれ、米国ヒューレット・パッカード社に譲渡されている）。
【０００５】
さらに、インク・ジェット・ペンは、略永久的なプリントヘッド機構および、必要に応じて補充することができたり交換することができるオン・ボードに搭載され（当業者にはオン・アクシス(on-axis)とも呼ばれる）着脱式の槽を有するように設計することもできる。
【０００６】
印字カートリッジであっても、インクが自由なインク・ジェット・ペンであっても、インク滴をプリントヘッドから印字媒体上に「噴射する」信頼性のある効率的な手段を提供するが、プリントヘッドには通常、プリントヘッドが起動していないときにインクがオリフィスを通って自由に流れることを防止する機構が必要である。このような制御がなければ、インクは印字表面上へ、またはプリンタ機構内へ漏れたり、「たれる」可能性がある。このように漏れたインクはまた、積み重なってプリントヘッドそれ自体にこびりつき、正確な動作を損なう可能性もある。ハードコピー機器の一部として、しばしば複雑なペンのサービス・ステーションが設けられ、そこでプリントヘッドをぬぐったり、起動して過剰なインクを「吐出」して除くことができるようになっている。
【０００７】
この問題を緩和するために、プリントヘッドにおける周囲の気圧よりも低いわずかなアンダープレッシャー(under pressure)（当業者には「背圧」または「負圧」操作とも呼ばれる）をかけて、インクを槽からプリントヘッドに供給するインク・ジェット・プリンタが多い。効果的なものにするために、このペンの背圧は、所望の動作範囲内に一定にそして予測可能に維持されねばならない。すなわち、ペンの背圧は、ペンが使用されていないときにインクがオリフィスを通って自由に流れるという望ましくないことを防止できるよう十分大きいが、同時に、プリントヘッドが起動したときにはその背圧に打ち勝ってインク滴を一定で予測可能な方法で噴出することができるよう十分小さいものでなければならない。この背圧は、周囲の雰囲気および内部圧力の状況のどちらかあるいは両方における変化の影響を受ける。同様に、温度が変化すると、それによってインク・ジェット・ペン内のインクおよび空気が収縮または膨張する可能性があり、これもまた背圧に影響を与える。従って、こういった要因を考慮に入れて、背圧を所定の望ましい動作範囲内に維持する機構をインク・ジェット・ペンの設計に組み込まねばならない。
【０００８】
フォームの槽の印字カートリッジにおいては、フォームの毛管作用は通常、所望の背圧を作り出すのに十分である。インクが自由な槽のタイプのインク・ジェット・ペンにおいては、容積を変えることができ、オン・ボードに搭載されている、インク閉じ込め供給容器がしばしば用いられる。例えば、槽は、膨張したり収縮することができるバイアスされた柔軟性のある材料でできていてもよく、内部圧力調整装置を含むインク閉じ込め室が設けられていてもよい。米国特許番号第４，５０９，６０２号（米国ヒューレット・パッカード社に譲渡されている）において、ばねがインクを満たしたブラダーの薄膜を外向きに引っ張り、インク槽の内部にわずかな負圧を作り出す。米国特許番号第４，６７７，４４７号（本発明と同じ譲受人に譲渡されており、その参照によって本明細書に組み込まれる）は、搭載されているインク槽を有する印字装置内に、インク槽とインク・ジェット・プリントヘッドの間に一定の圧力差を維持する逆止弁を用いることを説明している。米国特許番号第４，９９２，８０２号（米国ヒューレット・パッカード社に譲渡されている）は、２つの圧力制御機構を用いて、インク・ジェット・ペンの環境的動作範囲を広げることを教えている。関係する米国特許出願番号第０８／０６５，９５７号(Seccombe他)は、搭載されていないインク槽を用いた搭載されているインク・ジェット・ペンに配置された隔膜（ダイアフラム：diaphragm）のタイプの圧力調整器を説明している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題および課題を解決するための手段】
背圧は、プリントヘッドが正確に印字できるよう、ある特定の許容限界内に制御しなければならない。印字品質の変動は、背圧の変動と直接に関係している。背圧が低すぎると、その結果印字品質が劣悪なものになりインク漏れが起こる可能性がある。背圧が高すぎると、プリントヘッドが枯渇する可能性があり、インク・ジェット・ペンを乾燥した状態で動かすとプリントヘッド機構にダメージを与える可能性があるため、これもまた印字品質とプリントヘッドの寿命に影響を及ぼす。背圧は、印字の状況にかかわらず維持されねばならないが、従来技術においては、オン・アクシスの供給容器におけるインクのレベルの関数として、またはインクの流量の関数として変動していた。従って、こういった正反対の動作の要求事項を達成するために、背圧機構への改良が必要である。
【００１０】
その基本的態様として、本発明は、インクをインク槽からインク・ジェット・ペン装置に所定の送り圧力で供給する機構を有するインク槽と共に用いるようになっているインク・ジェット・ペン装置を提供する。インク・ジェット・ペン装置は、インク閉じ込め室を有するペン本体、ペン本体に連結されインク閉じ込め室と液体を伝達するインク・ジェット・プリントヘッド機構、インク閉じ込め室をインク槽に連結する連結機構、および、インク閉じ込め室内に搭載され連結機構に連結されインク槽から連結機構を経由してインク閉じ込め室内へのインクの流れを調整する一方で、インク槽からインク閉じ込め室内へのインクの流量が変化する間インク・ジェット・プリントヘッドにおいて所定の略一定の背圧目標値を維持する調整機構、を含む。
【００１１】
本発明の目的は、主インク供給槽からのインクの流量が変動するにもかかわらず、ペンのプリントヘッドにおける背圧が一定のままである、ということである。
【００１２】
本発明の目的は、その中に本発明が組み込まれるインク・ジェット・ペンが、離れたまたはオン・アクシスの着脱式の加圧された槽から、一定の安定したプリントヘッドの背圧目標値で、インクを受け取る、ということである。
【００１３】
本発明の目的は、供給槽内の使用するインクが最大になる、ということである。
【００１４】
本発明の他の目的は、比較的大きい流量で、プリントヘッドにおける背圧に大きく影響を及ぼすことなく、インクをインク・ジェット・ペンに送ることができる、ということである。
【００１５】
本発明の他の目的は、広範囲の流量、入口圧力、およびペンの向きにわたって、背圧が制御される、ということである。
【００１６】
本発明の他の目的は、装置を、占有面積(footprint)がインク・ジェット・ペン機構への組み込みに容易なように設計することができる、ということである。
【００１７】
本発明の他の目的は、装置が少ない部品数で許容誤差の変動の影響を受けずに製造可能であるように設計され、それによって製造歩留まりが高くなり部品コストが低くなる、ということである。
【００１８】
本発明のさらなる他の目的は、それによって背圧目標値を調節する製造後手段を設け、調整器装置が調節可能である、ということである。
【００１９】
本発明のさらなる他の目的は、蒸気を通さない部材を用いることによってインクの溶剤の損失が最小になる、ということである。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、その中に本発明が組み込まれるインク・ジェット・ペンの使用準備をすることができる、ということである。
【００２１】
本発明のさらなる他の目的は、離れたインク供給容器からは管が１つだけしか必要でなく、複雑さおよび部品数が低減される、ということである。
【００２２】
本発明のさらなる他の目的は、圧力調整器装置内の摩擦力が最小になり、従ってプリントヘッドにおける背圧の変動が低減される、ということである。
【００２３】
本発明のさらなる他の目的は、その比重がインクの比重と略等しい部品を設計することによって、慣性モーメントが低減される、ということである。
【００２４】
本発明の他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を考察すれば明白となろう。全図を通じて、対応する参照番号は、対応する特徴を表す。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明の具体的な実施例を詳細に参照する。これは、発明者が現在考える、本発明を実施する最良の態様を示す。本発明は、例としてインク・ジェット・ペンの構成に関して説明するが、当業者であれば、本発明は他の補充することができるインク・ペンに、いやそれどころか、液体圧力調整機構の多くに容易に適合させることができることが理解されよう。従って、説明する例としての実施例によっていかなる制限も意図されず、暗示されない。
【００２６】
図１を参照すると、本発明による圧力調整装置は、ペン本体内の液体圧力のレベルをベースにして弁を選択的に開閉することによって、離れたインク槽からペン本体内へのインクの流れを調整するようになっている、弁のてこである。
【００２７】
間仕切りをしたインク閉じ込め室３ａ、３ｂおよびプリントヘッド機構７のプリントヘッド鼻部５を含むペン本体１が設けられている。通常ノズル板６および柔軟性のある回路８を有するプリントヘッド機構７は、鼻部５上に共同で搭載されるようになっている。インク閉じ込め室部３ａの一部を含むペン本体の最頂部９は、ペン本体１にふたをするようになっている。ペン本体の最頂部９の隔壁部材１１は、当業者に公知の何らかの適当な手段によって、離れた正圧のインク槽（図示せず）の連結機構を設けている。最頂部のふた１３と組み合わせて、インク閉じ込め室３ａ、３ｂは略液密である。すなわち、インクは、圧力下で、離れたインク槽から隔壁部材１１を通って閉じ込め室部３ａ内へ流れる。閉じ込め室部３ａ内のインクは、圧力調整弁機構１２を経由して制御され、ペン本体の閉じ込め室部３ｂおよび鼻部５内へ流れる。インクは、ペン本体の閉じ込め室部３ｂから、インク出口管部材１５を経由して、プリントヘッド機構７内へ直接供給される。
【００２８】
図１に示すように、ペン本体の最頂部９を貫き最頂部のふた１３も貫いてふたの通気孔１９’として続く最頂部管(crown tube)２１の形で、周囲の空気との通気孔１９が設けられている。組立の間に、膨張式の袋部材２３（しぼんだ状態で示す）が略しぼんだ状態で取付部品(fitment)２５に固定される。取付部品２５は、開口した管２７を含み、膨張式の袋部材２３が取付部品２５および開口した管２７の辺りで略シールされ、ペン本体の最頂部９とかみ合うときには開口した管２７が最頂部の管２１を通して周囲の雰囲気の通気孔１９、１９’と整列するようになっている。このようにして、袋部材２３の内部は、周囲の雰囲気に通じているが、圧力下でインク槽から隔壁部材１１を通って閉じ込め室部３ａ内へそしてその後弁機構１２を通って閉じ込め室部３ｂ内へ流れるインクが進入しないようにシールされている。
【００２９】
ペン本体の最頂部９には、バイアス用ばね３１を経由して、圧力調整弁起動部材２９が搭載されている。ばねでバイアスされた弁起動部材２９は、てことしての役割を果たし、弁座３３を含んでペン本体の閉じ込め室３ａ、３ｂを通るインクの流れを調整し、弁の開閉は、プリントヘッド機構７の使用速度(use rate)および後続の閉じ込め室部３ｂ内の圧力によって決まる。組み立てられると、弁起動部材２９は、膨張式の袋部材２３に隣接する。なお、ばね３１は、たわみの間略一定のばね力を及ぼすトーションばねである。
【００３０】
弁起動部材２９に隣接して搭載され、通気孔１９、１９’を経由して周囲の気圧と連結された膨張式の袋部材２３に関して、袋部材２３は、周囲の気圧とインク閉じ込め室部３ｂ内の圧力のレベルの間の差に応じて膨張したりしぼんだりし、弁座３３が弁機構１２を、膨張するときには開き、しぼむときには閉じる。
【００３１】
動作において、インク閉じ込め室部３ｂは、プリントヘッド機構７を経由して印字が続くにつれてインクがなくなり始める。閉じ込め室部３ｂ内の枯渇していく局所的なインク供給が減少するにつれて、閉じ込め室部３ｂが周囲の雰囲気に対してシールされているため、低圧状態が生じる。閉じ込め室部３ｂ内で圧力が低くなるにつれて、周囲の雰囲気の通気孔１９、１９’を経由した周囲の気圧によって、圧力差の増大をベースにして、袋部材２３が膨張する。袋部材２３は次には弁起動部材２９を押し、袋部材２３が膨張するにつれて室部３ｂ内のばね３１の力に逆らってその相対的な位置をますます変えていく。
【００３２】
言い換えれば、ばね３１は、インク閉じ込め室部３ａ、３ｂの間の弁（図１では隠れている、鋳造したオリフィス、管、ニードル弁等）に逆らって弁座３３を押し、インクの流れを遮断する。インク・ジェット・プリントヘッド機構７における背圧が、所定の目標値の背圧よりも低いときには、膨張する袋部材２３が弁起動部材２９に力を及ぼし、ばね力に打ち勝って弁起動部材２９をてこのように作用させ、弁座３３を移動して、インクがインク閉じ込め室部３ａからインク閉じ込め室部３ｂ内に流れることができるようにする。インク・ジェット・プリントヘッド７における背圧が、目標値の背圧と等しいかそれをわずかに超えるときには、ばね３１の及ぼす力の大きさが袋部材２３の及ぼす力の大きさを超え、袋部材２３をしぼませる。弁起動部材２９は、ばねの力を受けて戻り、弁座３３がインクの流れを遮断する。
【００３３】
トーションばねを用いることによって、カンチレバーばねを用いる米国特許出願番号第０８／０６５，９５７号(Seccombe他)に開示されたタイプのもの等の従来技術の圧力調整器よりも、明確に優れた利点がある。背圧の変動は、ばね力の変化に関係する可能性があり、弁機構１２を通るインクの流量に感応する。弁を通るインクの流量は、印字密度が高くなるにつれて大きくなる。理想的には、印字状態やインクのレベルの状態にかかわらず、一定の背圧が維持されるべきである。この目的を達成することは困難である、というのも、ばねをベースにしたシステムは以下の関係を基礎としているからである。
Ｆ＝ｋ＊ｘ
ただしＦはばね力、ｋはばね定数、ｘはばねのたわみの量である。従って、いかなる与えられたたわみｘについても、ばね力が増大する量を小さくするためには、ばね定数ｋを小さくせねばならない。許容できる背圧目標値を得るためには、ばねはそれに応じてあらかじめ搭載せねばならない。本発明においては、コンパクトな空間内に比較的多数の有効巻線を組み合わせる手段を設けたトーションばねを用いることによって、ばね定数を小さくしている。したがって、径方向にあらかじめ搭載される。このように、この機構は、内部容量を余分に占めることなく所定の目標値にあらかじめ搭載され、容量はインクの貯蔵のためにより能率的に用いられる。図７は、ばねを搭載した調整器機構においてトーションばね対、カンチレバー、引っ張り(コイル)、または圧縮のタイプのばねを用いる場合に対する、一定の背圧を保つことにおける本質的な利点を示す比較のグラフである。大きさが問題になるかもしれないが、「否定(negator)」ばね（例えば、巻き尺におけるもの）もまた、略一定のばね力を与えるであろう。
【００３４】
図１に戻って、弁起動部材２９はまた、供給インクがなくなり隔壁１１を通る閉じ込め室３ａ、３ｂ内への流れが止まると袋部材２３は結局完全に膨張する、という点で、インク切れ検出器１７の役割もするようになっている。装置内に様々な電気回路デバイスを集積して、閉じ込め室部３ｂ内で弁起動部材２９が所定の位置に達したときにインク切れ状態が起こったという指示を行うことができる。例えば、図１に示す実施例において、弁起動部材２９が金属より構成されている場合には、プリントヘッド機構７の柔軟性のある回路８と関係する開回路の２つの電気接点５１、５３をペン本体１の壁を通して設けることができる。接点５１、５３から柔軟性のある回路８へのトレースは、当業者に公知の適当な方法で設けることができる。動作において、袋部材２３が膨張すると、弁起動部材２９は結局接点５１、５３を橋絡し、回路を閉じる。言い換えれば、弁起動部材２９は、回路ブレーカー装置の役割を果たす。または、金属ばね３１の両端５５、５７を同様に用いて回路を閉じることもできる。
【００３５】
電気回路が完成すると、点灯する指示器、トーンを出す装置、等のインク切れ状態指示器（図示せず）が、ユーザにインク供給容器を補充または交換するよう警告することができる。好ましくは、接点はプリントヘッドが完全に枯渇する前に閉じられ、ペンが使用準備されてない(de-primed)状態に達する前にインク供給容器が補充できるようになっている。
【００３６】
図２、図３に、第１の他の実施例を２つの同様の構成で示す。ペン本体２０１は、インク閉じ込め室２０３を含む。プリントヘッド機構（ここでは示されていないが、図１の要素７を見よ）は、柔軟性のある回路２０７または当業者に公知の設計の便宜によって決定した他の適当なインク出口位置に取り付けられるようになっている。ペン本体のベース部材２０９は、ばね搭載ポスト部２４１、内部にねじ穴２４５を有するばね張力調節ねじ座部２４３、および中空のインク入口管部材２４７を含む。
【００３７】
閉じ込め室２０３内の周辺部２２４の辺りに、隔膜２２３が搭載されており、ペン本体のベース部材２０９を貫く相補型(complemamtary)開口部２１９を略シールしている。ばね張力調節ねじ２４９にアクセスする開口部２１３’を有する、蒸気を通さないふた２１３により、液密のペン本体の封入容器が完成されている。蒸気を通さないふた２１３は、好ましくは長い比較的幅の狭い溝２１４（図３のみ）の穴が開いており、隔膜２２３が周囲の気圧の影響を受けやすくしたままで蒸気の損失を少なくしている。
【００３８】
ほぼ一定の力でバイアスする機構、トーションばね２３１が、ペン本体のベース部材２０９のばね搭載ポスト部２４１上に搭載されている。トーションばね２３１は、ばね張力調節ねじ２４９とかみ合う座を形成する第１の端２３２を有するようになっている。ばね２３１の遠い方の端２３４は、細長く、導電性のポスト部材２３５を経由してプランジャ(plunger)部材２２９に接続されたプランジャのアーム部２３０を支持するようになっている。プランジャのアーム部２３０はさらに、連結してより遠くの槽からのインクの管路の役割を果たす中空の穴２４７’を有するインク入口管部材２４７とかみ合う、弁座２１１を支持するようになっている。一般的に、弁機構は商業的に入手可能なニードルおよび座(seat)のタイプとすることができ、弁の起動は、座が取り付けられているいかなる設計の便宜によって決定したプランジャのアームのアセンブリによっても行うことができる。背圧が所定の設計の背圧目標値と等しいときには、ばね２３１は、隔膜２２３が及ぼす力と等しい力をプランジャのアーム部２３０に及ぼす。
【００３９】
図２および図３の実施例の動作を、図４に示す。図１に示す実施例の動作と同様、供給インクが枯渇すると、閉じ込め室２０３内の圧力が下がる。室の圧力が周囲の気圧よりも下がると、隔膜２２３が室２０３内へと曲がる。この圧力差によって、加圧された離れた槽からのインクを入口管穴２４７’である管路を経由してペンおよびプリントヘッド機構に入れる弁機構が、開閉される。この、隔膜２２３およびトーションばね２３１を用いたばねを搭載した調整器の実施例においては、力がバランスされている。隔膜２２３はその力を、ペン内部のインク閉じ込め室２０３と周囲の雰囲気の圧力差から作り出している。トーションばね２３１は、隔膜の力と反対に作用するよう設計されており、平衡状態のバランスを達成し、ペンおよびプリントヘッドの設計に適当な所定の背圧を与える。このバランスの目標値（具体的なペンの設計のプリントヘッドの構成の要求事項によって決まる）は、大まかに設定しておいて、その後、設けられた、ばね止めの役割も果たす、調節ねじ２４９を回すことによって、調節することができる。圧力調整器の部品はすべて、ペン本体の封入容器内で、略密封シールされている。なお、この封入容器は、ばね２３１およびプランジャのアームのアセンブリ２２９、２３０、２３５の移動量を制限するものとしての役割も果たす。したがって、圧力調整器が大きな負圧を受けても、封入容器が、機構にダメージを与える可能性のある大きなたわみを防止する。蒸気を通さないふた２１３を付け加えることによって、インク溶剤の蒸発が制限される。ふた２１３は、閉じ込め室２０３内のインクからガス抜けする蒸気を通さない、真鍮ホイル等の市販の材料で形成することができる。
【００４０】
また、なお、本実施例の目標値は、装置をいったん組み立ててから、ねじ２４９を用いて調節することができる。これにより、背圧をはるかに厳格に制御することができ、印字品質および製造歩留まりが向上する。
【００４１】
図２および図４に戻って、図１の実施例と同様、この装置はこれもまたインク切れ検出機構として用いることができる。図２に戻って、電気接点２５１は、閉じ込め室２０３内に適当に搭載されている。電気トレース２５４は、接点２５１を回路２５３に接続している。同様に、電気トレース２５５は、トーションばね２３１を、導電性のねじ２４９を経由して回路２５３に接続している。槽がインク切れして管路穴２４７’を通る流れがなくなると、図４に示すように、隔膜２２３が曲がり、ポスト部材の端２３５が電気接点２５１に接する。このようにして、ポスト部材の端２３５と、トレース２５５を経由して電気回路２５３と接続されているトーションばね２３１の組み合わせにより、回路が完成し、電気接点２５１がトレース２５４を経由して電気回路２５３と接続される。この回路の完成を用いて、前の実施例と同様、インク切れ状態がトリガされる。
【００４２】
本発明のトーションばねの設計を比較的大きなてこのアームとともに用いて動く範囲がより小さい設計においてカンチレバー作用を与えても、同様の解決をすることができる。トーションばねの構成によって、ばねシステムのばね率(spring rate)はより小さくなり、それによって弁座の移動がより大きくなる。また、これによって、システムには必要なときにより高い流量にする潜在能力が与えられる。一方、現行のカンチレバーばねのタイプの調整器システムにおいては、同様の流量を得るためのおなじてこ比を与えるのに十分な行程を有していない。
【００４３】
一般的な物事として、隔膜の面積を大きくすると、調整器機構の性能が改善される。性能を最適化するために、隔膜の大きさはいかなる与えられたペン本体の大きさについても最大にするべきである。調整器機構の動く範囲を小さくするには他にもいくつか取り得る方法がある。調整器機構の隔膜は、必ずしも円形である必要はない。形ではなく、有効面積が、圧力を調整したペンのシステムの力平衡方程式において必要なもののすべてなのである。従って、偏長の、または楕円形の、または正方形の隔膜でさえも、使用してよい。かかる実施例を、図５に示す。
【００４４】
圧力を調整したペン本体５０１（カバーまたは側板を取り除いて示す）は、局部インク閉じ込め室５０３を有する。図１に示すもの等の適当なプリントヘッド機構が、印字媒体のプラテン（図示せず）に関するペンの向きについて設計の便宜によって決定して取り付けられるようになっている。図２においてと同様、ばね搭載ポスト５４１（図２の要素２４１も見よ）、ばね張力調節ねじ座ポスト５４３（２４３、２４５、２４９も見よ）、および、中空のインク入口管部材５４７（２４７、２４７’も見よ）が設けられている。インク入口管部材５４７により、簡単な管または他のインク管路（図示せず）等でインク閉じ込め室５０３を離れたインク槽（図示せず）と連結する溝が設けられる。
【００４５】
インク閉じ込め室５０３内では、偏長の隔膜５２３（２２３も見よ）がその周辺部の辺りに搭載されており、ペン本体５０１内の相補型空隙（この図では隠れている。２２４、２１９も見よ）を略シールしている。ポート５１９が空隙を周囲の雰囲気と接続している。ポート５１９は、好ましくは、隔膜５２３が周囲の気圧の変化の影響を受けやすくしたままで蒸気の損失を少なくするために、比較的長い幅の狭い溝または複雑に入り組んだ溝(labyrinth)である。
【００４６】
トーションばね５３１（２３１も見よ）が、ばね搭載ポスト部５４１上に搭載されている。トーションばね５３１は、ばねのコイルに隣接しばね張力調節ねじ座ポスト５４３およびその中の調節ねじ（図示せず。しかし、図２の要素２３２、２４５、２４９を見よ）に連結された端５３２を有するように搭載されている。トーションばね５３１の遠い方の延長部材５３４（２３４も見よ）は、プランジャのアーム部材５３０をを貫いて延びている。プランジャのアーム部材５３０は、プランジャのポスト部材５３５（２３５も見よ）に連結され、プランジャのポスト部材５３５が次にはプランジャ部材５２９（２２９も見よ）に連結されている。プランジャのアーム部材５３０はまた、弁座マウント５３０’も有している。
【００４７】
インク入口管部材５４７の内側の範囲は、鋳造したオリフィス等のインク閉じ込め室５０３内への開口部を有し、室５０３内の弁座５３３およびトーションばねのアセンブリと共に作用して、弁機構としての役割を果たす。
【００４８】
図５に示す実施例の動作は、上述した図２ないし図４の先の実施例と略同じである。
【００４９】
次に図６および図６Ａを参照して、隔膜のたわむ機構をできる限り摩擦のないものにすることが有利であることがわかっている。そのようにすることによって、背圧の変動が小さくなり、ペンの動作がより一定になる。ペン本体のベース部材６０９によって、隔膜６２３およびプランジャ６２９の機構に図２ないし図５に示す実施例と同様の機構が与えられる。プランジャのアーム６３０は、自由に動くトーションばね６３１と連結されている。プランジャのアーム６３０のプランジャのポスト部材６３１’は、ばね６３１の一端６３２をとらえて固定する凹み６３１”（図６Ａ）または他の機構を有している。プランジャのアーム６３０に沿ったスナップ６５０、または他の保持機構が、プランジャのアームのばね延長部材６３４をプランジャのアーム６３０にしっかり固定している。弁座６３３および入口弁機構６４７が、既に説明した先の実施例と略同一の方法で設けられている。反対側のばねの端６３２は、スナップ６５０’等で、ベース部材搭載ポスト６４３の凹み６４３’内にとらえて固定されている（または、図２ないし図５の実施例に示すように調整するように設計されている）。
【００５０】
図６および図６Ａの実施例の動作は、図２ないし図５の実施例と同様である。ただし、この構成においては、ばねが端に搭載され(end mounted)ばねのコイルが自由に動き、隔膜への摩擦の影響が最小限になっている。
【００５１】
なお、この装置は、ペンのインク閉じ込め室を適当な背圧バランスに維持することに加えて、プリントヘッドを使用準備されたものにすることに用いることもできる。通気孔（図４の要素２１４を見よ）を通して圧力を入れる等によって隔膜を手で押すことにより、調整器の弁は開状態に保持され、オリフィス板または気体パージ通気機構を通してインクから何らかの空気または気体が吐出されるまでインクを閉じ込め室内に圧入することができる。
【００５２】
本発明の好適なおよび他の実施例の上記の説明は、例示および説明のために行ったものである。上記の説明は、網羅的なものとして意図されたものではなく、本発明を開示されたまさにその形式に制限するように意図されたものではない。明らかに、当業者には、多くの修正および変形が明白である。同様に、同じ結果を達成するために、説明したいかなる工程(process)の段階も他の段階と互いに交換することができる。実施例は、本発明の原理およびその最良の態様の実際的な用途を最も良く説明し、それによって他の当業者が意図した特定の用途に適するような様々な実施例について、および様々な修正と共に、本発明を理解することができるように、選択し説明したものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって規定されるよう意図されている。
【００５３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００５４】
(実施態様１）
インクをインク槽からインク・ジェット・ペン装置に所定の送り圧力で供給する機構を有するインク槽と共に用いるようになっているインク・ジェット・ペン装置において、
インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）を有するペン本体（１、２０１、５０１）、
前記ペン本体（１、２０１、５０１）に連結され、前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）と液体を伝達する、インク・ジェット・プリントヘッド機構（７、２０７）、
前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）を前記インク槽に連結する連結手段（１１、１２、２４７、２４７’、２１１、５４７、５１１、６４７、６３３）、
前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）内に搭載され前記連結手段（１１、１２、２４７、２４７’、２１１、５４７、５１１、６４７、６３３）に連結され、前記インク槽から前記連結手段（１１、１２、２４７、２４７’、２１１、５４７、５１１、６４７、６３３）を経由して前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）内へのインクの流れを調整する一方で、前記インク槽から前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）内へのインクの流量が変化する間前記インク・ジェット・プリントヘッド機構（７、２０７）において所定の略一定の背圧目標値を維持する、調整手段（１２、２１１−２４９、２２３−２３５、６２３−６５０）
を有することを特徴とする装置。
【００５５】
(実施態様２）
所定の背圧目標値を調節する調節手段（２４５、２４９）を有することを特徴とする、実施態様１に記載の装置。
【００５６】
(実施態様３）
前記調整手段（１２、２１１−２４９、２２３−２３５、６２３−６５０）が、
インクの流量を変え前記インク槽から前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）内へのインクの流れを遮断する弁手段（１２、３３、２１１、５１１、６３３、６４７）、
前記インク槽から前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）内へのインクの流量が変化する間略一定のバイアス力を有し、前記弁手段（１２、３３、２１１、５１１、６３３、６４７）を開閉するように前記弁手段と連結された、バイアスする手段（２９、３１、５５、５７、２３１、２３２、２３４、２３５、６２９、６３１−６５０’）
を有することを特徴とする、実施態様１に記載の装置。
【００５７】
(実施態様４）
前記調整手段（１２、２１１−２４９、２２３−２３５、６２３−６５０）が、
周囲の気圧と前記所定の背圧目標値の間の圧力差に応答して前記弁手段（１２、３３、２１１、５１１、６３３、６４７）を開閉する手段（１９、１９’、２５、２７、２１３、２２３、５１９、５２３、６２３）
を有することを特徴とする、実施態様３に記載の装置。
【００５８】
(実施態様５）
前記弁手段（１２、３３、２１１、５１１、６３３、６４７）を開閉する前記手段（１９、１９’、２５、２７、２１３、２２３、５１９、５２３、６２３）が、
前記弁手段を開閉するよう移動可能な弁座（３３、２１１、５１１、６３３）、
前記弁座（３３、２１１、５１１、６３３）をその上に搭載した弁座マウント（２９、２３０、５３０’、６３０）、
周囲の気圧がバイアスする力に打ち勝つまで前記弁手段を閉じる位置に前記弁座（３３、２１１、５１１、６３３）を保持するように前記弁座マウント（２９、２３０、５３０’、６３０）と連結されたバイアスする手段（３１、５５、５７、２３１、２３２、２３４、２３５、５３１−５４３、６２９、６３１−６５０’）
を有することを特徴とする、実施態様４に記載の装置。
【００５９】
(実施態様６）
前記バイアスする手段（２９、３１、５５、５７、２３１、２３２、２３４、２３５、５３１−５４３、６２９、６３１−６５０’）が、
略一定のばね力を有するトーションばね（３１、５５、５７、２３１、２３２、２３４、５３１、５３２、６３１、６３２）、
前記弁座マウント（２９）上に搭載され、周囲の気圧と前記所定の背圧目標値の間の差に応答して膨張したりしぼんだりするように周囲の気圧と連結された、少なくとも１つの膨張式の袋部材（２３）
を有することを特徴とする、実施態様５に記載の装置。
【００６０】
(実施態様７）
前記調整手段（１２、２１１−２４９、２２３−２３５、６２３−６５０）が、
弁機構（２４７、２４７’、５４７、６４７）、
弁座マウント（２３０、５３０、５３０’、６３０）、
前記弁座マウントに連結され、前記弁機構を開閉するよう移動可能な弁座（２１１、５１１、６３３）、
前記弁座マウントに連結され、前記弁座を所定のバイアス力で前記弁機構を閉じるようにバイアスする、摩擦が略ゼロであり、直線状の力をバイアスする機構（３１、２３１、５３１、６３１）、
前記弁座マウントに連結され、周囲の気圧が前記所定の背圧目標値よりも高いときにたわむようになっている、隔膜機構（２３、２２３、５２３、６２３）を有することを特徴とする、実施態様１に記載の装置。
【００６１】
(実施態様８）
前記隔膜機構（２３、２２３、５２３、６２３）が、
前記インク閉じ込め室（３ｂ、２０３、５０３）で最大面積を有するように面積の寸法を有する、柔軟性のある隔膜であることを特徴とする、実施態様７に記載の装置。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明を用いると、以下の利点を得ることができる。
【００６３】
本発明の利点は、主インク供給槽からのインクの流量が変動するにもかかわらず、ペンのプリントヘッドにおける背圧が一定のままである、ということである。
【００６４】
本発明の利点は、その中に本発明が組み込まれるインク・ジェット・ペンが、離れたまたはオン・アクシスの着脱式の加圧された槽から、一定の安定したプリントヘッドの背圧目標値で、インクを受け取る、ということである。
【００６５】
本発明の利点は、供給槽内の使用するインクが最大になる、ということである。
【００６６】
本発明の他の利点は、比較的大きい流量で、プリントヘッドにおける背圧に大きく影響を及ぼすことなく、インクをインク・ジェット・ペンに送ることができる、ということである。
【００６７】
本発明の他の利点は、広範囲の流量、入口圧力、およびペンの向きにわたって、背圧が制御される、ということである。
【００６８】
本発明の他の利点は、装置を、占有面積(footprint)がインク・ジェット・ペン機構への組み込みに容易なように設計することができる、ということである。
【００６９】
本発明の他の利点は、装置が少ない部品数で許容誤差の変動の影響を受けずに製造可能であるように設計され、それによって製造歩留まりが高くなり部品コストが低くなる、ということである。
【００７０】
本発明のさらなる他の利点は、それによって背圧目標値を調節する製造後手段を設け、調整器装置が調節可能である、ということである。
【００７１】
本発明のさらなる他の利点は、蒸気を通さない部材を用いることによってインクの溶剤の損失が最小になる、ということである。
【００７２】
本発明のさらなる利点は、その中に本発明が組み込まれるインク・ジェット・ペンの使用準備をすることができる、ということである。
【００７３】
本発明のさらなる他の利点は、離れたインク供給容器からは管が１つだけしか必要でなく、複雑さおよび部品数が低減される、ということである。
【００７４】
本発明のさらなる他の利点は、圧力調整器装置内の摩擦力が最小になり、従ってプリントヘッドにおける背圧の変動が低減される、ということである。
【００７５】
本発明のさらなる他の利点は、その比重がインクの比重と略等しい部品を設計することによって、慣性モーメントが低減される、ということである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の、分解概略斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例の、概略斜視切り欠き図(cross-section drawing)である。
【図３】図２に示すものと同様の本発明の実施例の、分解概略斜視図である。
【図４】完全に開位置にある弁および弁座を説明する、図２に示す本発明の他の描写図である。
【図５】ペン本体のカバープレートを取り除いた、本発明の他の実施例の概略斜視図である。
【図６】本発明の部品として用いた「摩擦のない」回動機構を示す、概略斜視図である。
【図６Ａ】図６の詳細図である。
【図７】本発明に用いることができる異なるタイプのばね機構のばねのたわみと背圧を比較するグラフ図である。
【符号の説明】
１ ：ペン本体
３ａ、３ｂ ：インク閉じ込め室
５ ：鼻部
７ ：プリントヘッド機構
８ ：柔軟性のある回路
９ ：最頂部
１１ ：隔壁部材
１２ ：弁機構
１３ ：ふた
１５ ：インク出口管部材
１９、１９’ ：通気孔
２１ ：最頂部管
２３ ：袋部材
２５ ：取付部品
２７ ：管
２９ ：圧力調整弁起動部材
３１ ：トーションばね
３３ ：弁座
５１、５３ ：電気接点
５５、５７ ：ばねの端
２０１ ：ペン本体
２０３ ：インク閉じ込め室
２０７ ：回路
２１１ ：弁座
２１３ ：ふた
２２３ ：隔膜
２３０ ：プランジャのアーム部
２３１ ：トーションばね
２３５ ：ポスト部材
２４５ ：ねじ穴
２４７ ：インク入口管部材
２４７’：穴
２４９ ：ばね張力調節ねじ
５０１ ：ペン本体
５０３ ：インク閉じ込め室
５１１ ：弁座
５１９ ：ポート
５２３ ：隔膜
５３０ ：プランジャのアーム部材
５３０’：弁座マウント
５３１ ：トーションばね
５３２ ：ばねの端
５４７ ：インク入口管部材
６２３ ：隔膜
６２９ ：プランジャ
６３０ ：プランジャのアーム
６３１ ：トーションばね
６３２ ：ばねの端
６３３ ：弁座
６４７ ：入口弁機構

Claims (6)

1. インクをインク槽からインク・ジェット・ペン装置に所定の圧力で供給する機構を有する、前記インク槽と共に用いるようになっているインク・ジェット・ペン装置において、
   インク閉じ込め室を有するペン本体と、
   前記ペン本体に連結され、前記インク閉じ込め室と流体連通するインク・ジェット・プリントヘッド機構と、
   前記インク閉じ込め室を前記インク槽に連結する連結手段と、
   前記連結手段と前記インク・ジェット・プリントヘッド機構との間に位置する前記インク閉じ込め室の内部に搭載され、かつ、前記連結手段に連結された調整手段であって、前記インク槽から前記連結手段を経由して前記インク閉じ込め室内へ供給されるインクの流れを調整する一方で、前記インク槽から前記インク閉じ込め室内へ供給されるインクの流量が変化する期間中に、前記インク閉じ込め室内の圧力の状況に応じて作動して、前記インク・ジェット・プリントヘッド機構において所定の略一定の背圧目標値を維持する調整手段と、
   前記所定の略一定の背圧目標値を調節する調節手段と、
   を有することを特徴とするインク・ジェット・ペン装置。
2. 前記調整手段が、
   インクの流量を変え、かつ、前記インク槽から前記インク閉じ込め室内へのインクの流れを遮断する弁手段と、
   前記インク槽から前記インク閉じ込め室内へのインクの流量が変化する期間中に略一定のバイアス力を有し、前記弁手段を開閉するために前記弁手段と連結されたバイアス手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のインク・ジェット・ペン装置。
3. 前記調整手段が、周囲の気圧と前記所定の背圧目標値との間の圧力差に応答して前記弁手段を開閉する手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のインク・ジェット・ペン装置。
4. 前記弁手段を開閉する前記手段が、
   前記弁手段を開閉するように移動可能な弁座と、
   前記弁座をその上に搭載した弁座マウントと、
   周囲の気圧がバイアス力に打ち勝つまで前記弁手段を閉じる位置に前記弁座を保持するように前記弁座マウントに連結されたバイアス手段と、
   を有することを特徴とする請求項３に記載のインク・ジェット・ペン装置。
5. 前記調整手段が、
   弁機構と、
   弁座マウントと、
   前記弁座マウントに連結され、前記弁機構を開閉するように移動可能な弁座と、
   前記弁座マウントに連結され、前記弁座を所定のバイアス力で前記弁機構を閉じるようにバイアスする機構と、
   前記弁座マウントに連結され、周囲の気圧が前記所定の背圧目標値よりも高いときに撓むようになっている隔膜機構と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のインク・ジェット・ペン装置。
6. 前記隔膜機構が、さらに、インキ閉じ込め室内において最大の面積に展張することができるような面積寸法を有する柔軟性隔膜であることを特徴とする請求項５に記載のインク・ジェット・ペン装置。

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