JPH0259770B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は流体系統に使用する弁および弁装置に
関するものであり、特にインクを印字用の種々の
表面にインク滴またはインク流として供給する液
体マーキング装置に関するものである。斯る装置
はしばしばドロツプオンデマンド或はインクジエ
ツトマーキングまたはプリンテイング装置と称さ
れている。斯る装置の一例ではインクを加圧して
ノズルから噴射させてインクの小滴を生成し、こ
れら小滴を静電的に或は他の方法で制御してこれ
ら小滴が印字すべき物品に射突する位置およびタ
イミングを制御するようにしている。他の例では
命令に応じてインクの小滴を生成して印字すべき
物品に向け送給するようにしている。

簡略のため斯る装置は以後その型式と無関係に
液体またはインクマーキング装置と称することに
する。斯る装置は例えば食品および飲料のパツキ
ングラインにおけるデータコーデイング、雑誌ラ
ベルの宛名書等のような種々の産業用途を含む多
くの用途に使用されている。

インクジエツトマーキング装置に使用されるイ
ンクは適正な動作のために粘度、導電率、密度等
の特性を特定の限界範囲内に維持する必要があ
る。インクはノズルからインク供給源に戻して多
数回循環使用されるため、このことは所定期間後
にその物理的特性に変化が生ずる原因になり得
る。この特性変化の主な原因の一つはインクの溶
剤の蒸発である。即ち、インクがノズルから噴射
され、その不使用部分がインクキヤツチヤーによ
りインク供給源に戻される間に溶剤が大気に蒸発
してインクの特性の劣化が生ずる。この溶剤の損
失を補償して装置のメインテナンスを軽減すると
共に、インク供給源からのインクの供給を延長さ
せる必要がある。

自動溶剤補給装置は従来より既知である。一般
にこれら装置は、インク供給溜に結合され、溶剤
を追加すべきときに信号を発生する検出器と、溶
剤容器から溶剤をインク供給溜に送給する手段と
から成る。ある種の検出器はインク供給溜の重量
を測定し、所定の重量不足が検出されるときに溶
剤を補給する。他のものはインクの容積またはイ
ンクの比重を測定する。本発明は溶剤を含む任意
の液体の流れを制御するのに好適な弁に関するも
のであつて、この弁は後述するように任意の検出
器とともに使用することができる。

上述したように、本発明による弁は液体マーキ
ング装置における溶剤移送用に好適である。しか
し、本発明による弁は多くの他の用途に使用する
こともできる。例えば、本発明の弁は米国特許第
4121222号明細書に開示されているような装置の
インク流のゲートに使用することもできる。実際
に、本発明の弁は液体を一つの位置から他の位置
へ移送する必要がある任意の用途に使用すること
ができる。

インクジエツトマーキング装置における現在の
液体移送方法は液体移送用に小型電動ポンプの使
用を必要とする。従つて、従来の装置は別個の構
成素子を必要とし、製造コストの増大と共に追加
のスペースの使用を必要とする。また、製造コス
トの増大を別にしても、メインテナンスコストの
増大が生ずる。マーキング装置における液体を一
位置から他の位置へ移送する他の方法は空気動作
弁の使用を必要とする。斯る方法は米国特許第
3930258号明細書に開示されている。その弁は満
足に動作するが信頼生、コンパチビリテイ、サイ
ズおよび特にコストについて改善の必要がある。
斯る弁は比較的大きく、全く高価である。

本発明は既存の液体移送弁の上述の欠点を克服
し、流体流制御装置を一層簡単且つ低コストの弁
を用いて設計し得るようにすることにあり、特
に、溶剤使用装置を制御し得る小型で低コストの
弁装置を提供してインクや溶剤のようなマーキン
グ液の製造メーカが使用化学薬品の完全性を保証
し得るようにすることにある。

発明の概要 本発明の弁装置は専用のエネルギー源（電気、
空気圧等）を必要とせず、現存する系統真空圧ま
たは簡単に与えられる真空圧を利用する。例え
ば、インクジエツトマーキング装置の一例では斯
る真空圧はプリントヘツドから不使用インクを回
収するのに通常使用されている。この特定の装置
においては、真空圧は２つの機能、即ち液体供給
源の動作を制御する働きと、弁が駆動されたとき
に液体を一位置から他の位置へ移送する働きをす
る。このように既存の、即ち“系統”真空圧を利
用することにより極めて簡単且つ低コストの弁の
設計が可能になる。この弁は慣例の弁のように空
気圧制御の応力に耐えるのに十分な強度にする必
要はない。また、揮発性溶剤を処理するのに好適
でない電動弁よりも一層簡単且つ安全である。

本発明による弁は供給ポートと、出力ポート
と、制御ポートの３つのポートを有する。これら
ポートと連通する弁室内に可撓性ダイヤフラムを
具え、このダイヤフラムの位置により弁を流れる
流体を制御する。ダイヤフラムの位置は制御ポー
トと連通する別個の３路弁の動作により制御さ
れ、この３路弁は一例ではインク供給溜と関連す
る検出装置により駆動される。本発明の弁は閉位
置のときその制御ポートが大気に連通されると共
にその出力ポートが系統真空圧に連通されてダイ
ヤフラムにより出力ポートが封鎖される。開位置
ではその制御ポートが系統真空圧に接続され、弁
室はダイヤフラムの上部に大面積を有するために
弁を開くのに十分な力が発生して流体を流すこと
ができる。

従つて、本発明の目的は簡単且つ小型で低コス
トの流体弁および弁装置を提供することにある。

本発明の他の目的は現存する真空圧または簡単
に与えられる真空圧を利用して動作させることが
でき、その動作のために追加の制御エネルギー源
（空気圧または電気）を必要としない液体マーキ
ング装置用の弁および弁装置を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的はコンパクト液体供給系
統に使用される液体容器の封止部材内に組込むこ
とができる上述した種類の弁装置を提供すること
にある。

本発明の更に他の目的は液流系統用の低コスト
で効率の良い３ポート弁を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は本明細書の以下
の説明から明らかとなる。

実施例の説明 以下、図面につき本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は本発明の弁装置を理解するのに好適な
液体マーキング装置の簡単な構成例を示す。斯る
例示装置においては、インク滴１０はインク溜１
４のような適当な加圧インク源からポンプ１３お
よび導管１５を経て供給されるインクジエツトノ
ズル１２により形成される印字に使用されなかつ
たインク、例えば印字すべき表面に静電的に或は
他の手段により偏向されなかつたインクはインク
キヤツチヤー１８により回収してリターン導管２
０を経てインク溜１４に戻して再使用する。

真空源２２はインクキヤツチヤー１８と関連
し、導管２６を介して管２０とインク溜１４を減
圧状態に維持することによりインクキヤツチヤー
からインク供給タンクへのインクの回収を助ける
ものである。この真空源２２は一般に系統真空圧
と称されている。

動作中、インク溜１４内には適当量のインク２
８が保持される。このためインクの補給および／
または損失溶剤の補給を周期的に行なう必要があ
る。液体（溶剤またはインク）補給の必要性は検
出器３０により決定され、この検出器は「発明の
背景」の項で述べたようにインクの容積、比重、
重量に応動するもの、或は印字インク滴を計数す
るものとすることができる。検出器３０が液体
（溶剤またはインク）の補給が必要であることを
検出すると、補給液体が補給用液体３４を有する
液体容器３２から得られる。本発明ではこの補給
を本発明の３ポート弁３５により達成する。

弁３５は液体の制御用および連通用の３つのポ
ートを有する。制御ポート３８はハウジング３６
内に設けられたばね室４０を経て弁室４２と連通
する。弁室４２内には可撓性ダイヤフラム４４
を、その周縁をハウジングに固着して配設する。
このダイヤフラムの中央部はこれに加わる差圧ま
たは力に応じて室内を自由に上下動する。

ハウジングのダイヤフラムの制御ポート４８と
は反対側の下側部分には供給ポート４６と出力ポ
ート４８を設ける。第１図に示すように、出力ポ
ートは中心に配置してダイヤフラム４４により封
止し得るようにして溶剤が弁を流れるのを遮断し
得るようにする。この封止は弁室の底壁に出力ポ
ートを取り囲むように形成された弁座または弁封
止面５０にダイヤフラムが掛合することにより達
成される。必ずしも必要ないが、弁封止面５０は
弁室の底壁の残部より幾分高くするのが好適であ
る。これにより封止位置における液体の漏れの可
能性が最低になる。

供給ポート４６は出力ポートと弁室の外壁との
中間点にあつて弁室に連通する。

出力ポート４８の断面積は弁室の断面積より小
さいため、ダイヤフラム４４の両側に等しい真空
圧（負圧）が供給される場合にはダイヤフラムの
上側の圧力が大表面積に作用して弁を駆動する。
この場合、ダイヤフラムは出力ポートを封止せず
に液体を流すことができ、この点については後に
詳述する。

本発明の弁には、導管５４を経て大気または他
の周囲圧力に、導管５６を経て系統真空圧に及び
導管５８を経て制御ポート３８にそれぞれ連通す
る３路制御弁５２を関連させる。この３路制御弁
は例えばクリツパードモデルNo.EVO−３として
市販されているような電動弁とする。この制御弁
はこれに連結した３個の導管の各々を相互接続す
る２つの位置の間を動き得る。その動作は検知装
置、例えば検出器３０により制御されて容器３２
からインク溜１４への液体の流れを制御する。

本発明による弁装置の動作を第１図を参照して
説明する。図では弁は閉位置にあり、インク供給
溜１４が液体の補給を要求するまでこの位置に維
持される。この弁は、出力ポート８８が導管６
０、排気されたインク供給溜１４および導管２６
を経て系統真空圧に接続されているために閉じ
る。即ち、真空源２２からの真空圧が図において
ダイヤフラム４４の下面に負圧を及ぼしてダイヤ
フラムを下げて弁座５０に圧接させる。この動作
は液体が弁を流れるのを遮断する。ダイヤフラム
を弁座５０に圧接保持する力はダイヤフラムの両
側の圧力差により与えられ、これは弁３５の閉位
置においては３路制御弁５２は導管５４を導管５
８に連通して大気圧が制御ポート３８および従つ
て弁室４２の上部に供給されるためである。

検出器３０により液体の補給が要求されると、
信号が３路制御弁５２に供給され、これを第２位
置に動かす。この位置ではこの弁は制御ポート３
８を導管５６を経て系統真空圧２２に連通させ
る。このときダイヤフラム４４の両側の圧力（負
圧または真空圧）は同一になる。しかし、ダイヤ
フラムの真空圧にさらされる上側表面の面積がそ
の下側表面の面積より大きいため、ダイヤフラム
を弁座５０から離れるように屈曲させる力が発生
する。この場合、流体を一位置から他の位置に移
送することができ、図示の例では液体容器３２か
ら導管６２、供給ポート４６および弁座４２の下
部を経て出力ポート４８に移送し、次いで導管６
０を経てインク供給溜１４に移送することができ
る。

第１図に示すように、液体溜３２は通気させて
液体が吸出される際に空気が液体溜３２内に入る
ようにして、その中が真空になつてインク溜１４
への液体の流れが妨害されないようにする必要が
ある。

系統真空圧が制御ポート３８に供給されている
限り、弁は開いたままで液体をインク供給溜１４
に通し続ける。この液体の移送は前述したように
真空源２２がインク溜１４および導管２６，６０
および６２を経て作用することにより達成され
る。

液体の補給が終了すると、検出器３０は再び３
路制御弁に信号してこれを再び第１位置にして制
御ポート３８を大気圧に連通させて出力ポートの
真空圧によりダイヤフラムを下向きにた屈曲させ
て、弁座５０に圧接させて出力ポートを封止させ
る。これにより液体の移送が終了する。

本発明による弁にはばね室４０内に収納したコ
イルばね６４を随意に設けることができる。この
ばねの上端をハウジングの上壁に掛合させ、下端
をばね内に入るボタン６６を介してダイヤフラム
４４の上側表面と掛合させる。このばねは装置が
動作しているときの弁の封止を助けるために設け
たものではなく、装置が完全に不作動のときのサ
イホン作用を阻止するためにのみ設けたものであ
る。従つて、このばねは、これを使用する場合に
は、真空圧源２２が不作動のときのサイホン作用
を阻止するに十分なだけの力を有する比較的弱い
ばねとする必要がある。この力はダイヤフラム４
４を屈曲させて開かせるのに必要な“クラツキン
グ”力の何分の１という小さい力とする必要があ
る。

本発明の弁装置は弁駆動と液体移送の双方に系
統真空圧を使用するために比較的構成が簡単であ
るため、低コストで製造し得ると共に、液体容器
３２の封止部材（例えば栓）内に直接組込むのに
十分な小サイズに製造することができる。本発明
の斯る好適例を第２図に示す。

前述したように、液体容器３２は大気に通気し
てその中が真空にならないようにしてそれからの
液体の移送が妨げられないようにする必要があ
る。その一例の説明のために逆止め弁を７０で記
号的に図示してある。このためには他の通気装置
も好適であること勿論である。

第２図に示すように、本発明による弁は、図示
の例では液体容器３２の上部に螺合するようにし
た封止部材７２内に組込んである。供給ポート４
６は液体容器３２の底近くまで下方に延在する導
管７４に連結する。制御ポート３８は３路制御弁
５２（この弁は液体容器３２から遠く離して位置
させることができる）に連通する導管５８に連結
する。

本例では出力ポート４８は第１図に示す例と僅
かに異なる構成を有し、導管６０およびインク供
給溜１４と封止部材７２の上部から連通し得るよ
うにしてある。このため、出力ポート４８に直角
ベンドを設け、導管６０を出力ポートと連通する
点まで封止部材１２内に挿通してある。このよう
にしたのは容易に理解し得るように、入力ポート
と出力ポートをダイヤフラム４４に対し制御ポー
ト３８と反対側に設けなければならないためであ
る。

このように、本発明弁は低コストであると共に
小サイズで外部制御式であるため、図に示すよう
に封止部材内に容易に組込むことができる。この
弁組込み封止部材は使い捨てにでき、周期的に新
しいものと取替えることにより弁のメインテナン
スが不要になる。また、この弁組込み封止部材は
各交換液体容器に設けておいて、それが空になつ
たときに液体容器全体を取替えるようにすること
もできる。

この周期的交換により信頼性のみならず安全性
が保証される。この弁−封止部材組立体は取外し
できないように製造して液体溜に不適切な液体を
再充填し得ないようにしてマーキング装置の動作
に悪影響を与えないようにすることもできる。

以上、本発明を図示の例について詳細に説明し
たが、以上の説明は一例であつて、本発明はこれ
に限定されず、種々の変更や変形を加え得ること
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は液体マーキング装置における本発明に
よる弁の動作説明用系統図、第２図は溶剤容器の
封止部材内に組込んだ本発明の弁の好適例を示す
断面図である。 １０……インク滴、１２……インクジエツトノ
ズル、１３……ポンプ、１４……インク溜、１８
……インクキヤツチヤー、１５，２０，２６，５
６，５８，６０，６２……導管、２２……真空
源、２８……インク、３０……検出器、３２……
補給液容器、３４……補給液、３５……３ポート
弁、３６……ハウジング、３８……制御ポート、
４０……ばね室、４２……弁室、４４……ダイヤ
フラム、４６……供給ポート、４８……出力ポー
ト、５０……弁座、５２……３路制御弁、６４…
…ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 弁室を有するハウジングと、 (b) 前記弁室の一つの壁部を横切つて配置され、
   該壁部の方向に屈曲して該壁部と封止掛合し得
   ると共に逆方向に屈曲して該壁部から離合し得
   るダイヤフラムと、 (c) 前記弁室と連通し、前記弁室の前記ダイヤフ
   ラムの前記壁部側とは反対側の第１弁室部分内
   の圧力を制御し得る制御ポートと、 (d) 液体供給源を前記壁部を経て前記弁室に連通
   する供給ポートと、 (e) 前記弁室から前記壁部を経て液体を導出する
   と共に前記弁室の前記ダイヤフラムと前記壁部
   との間の第２弁室部分内の圧力を制御し得る、
   前記弁室より小サイズの出力ポートと、 (f) 前記第２弁室部分を前記出力ポートを通して
   周囲圧力より低い圧力に連続的に維持すると共
   に前記第１弁室部分を前記制御ポートを通して
   周囲圧力に略々等しい圧力か周囲圧力より低い
   圧力の何れかに選択的に維持する手段とを具
   え、 前記第１弁室部分が周囲圧力であるとき前記ダ
   イヤフラムの両側の圧力差により前記ダイヤフラ
   ムが前記壁部と封止掛合して液体が前記出力ポー
   トを経て流れるのを遮断し、前記第１弁室部分が
   周囲圧力より低い圧力であるとき、前記ダイヤフ
   ラムが前記壁部から屈曲して離れて液体が前記出
   力ポートを経て流れるのを許すようにしたことを
   特徴とする真空動作弁。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の真空動作弁にお
   いて、前記(f)項の手段が不作動のときに前記ダイ
   ヤフラムを封止位置に維持して前記第２弁室部分
   を経るサイホン作用を防止する偏倚手段を含むこ
   とを特徴とする真空動作弁。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の真空動作弁にお
   いて、前記弁室は略々円筒形であつて、前記ダイ
   ヤフラムは該円筒形弁室の底壁を横切つて固定し
   てあることを特徴とする真空動作弁。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の真空動作弁にお
   いて、前記出力ポートは前記弁室の前記壁部の中
   心に配設してあることを特徴とする真空動作弁。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の真空動作弁にお
   いて、前記弁室の前記壁部は前記出力ポートを取
   り囲む突部を有し、前記ダイヤフラムが該突部と
   掛合して前記出力ポートを通る液体の流れを遮断
   するようにしたことを特徴とする真空動作弁。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の真空動作弁にお
   いて、前記(f)項の手段は、 (a) 前記出力ポートに接続された真空源と、 (b) 該真空源と周囲圧力の何れか一方を前記制御
   ポートに選択的に連通させる手段とを含むこと
   を特徴とする真空動作弁。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の真空動作弁にお
   いて、前記選択連通手段は、２つの位置の間を動
   作して一方の位置では前記真空源を前記制御ポー
   トに、他方の位置では周囲圧力を前記制御ポート
   に連通する３路弁を含むことを特徴とする真空動
   作弁。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の真空動作弁にお
   いて、前記選択連通手段は更に液体供給源から液
   体を供給する必要がある状態を検出して前記３路
   弁を動作させる検出装置を含むことを特徴とする
   真空動作弁。 ９ (a) 上部に封止部材を有する液体容器と、 (b) 前記封止部材内に内蔵された弁であつて、 () 弁室を有するハウジングと、 () 前記弁室の一つの壁部を横切つて配置さ
   れ、該壁部の方向に屈曲して前記壁部と封止
   掛合し得ると共に逆方向に屈曲して該壁部か
   ら離合し得るダイヤフラムと、 () 前記弁室と連通し、前記弁室内の前記ダ
   イヤフラムの前記壁部とは反対側の第１弁室
   部分内の圧力を制御し得る制御ポートと、 () 前記容器内の液体を前記壁部を経て前記
   弁室に連通する係給ポートと、 () 前記弁室から前記壁部を経て液体を導出
   すると共に前記弁室内の前記ダイヤフラムと
   の前記壁部との間の第２弁室部分内の圧力を
   制御し得る、前記弁室より小サイズの出力ポ
   ートとを具える真空動作弁と、 (c) 前記第２弁室部分を前記出力ポートを経て周
   囲圧力より低い圧力に連続的に維持すると共に
   前記第１弁室部分を周囲圧力か、周囲圧力より
   低い圧力の何れかに選択的に維持する手段とを
   具えることを特徴とする液体容器−弁組立体。 ５０ 特許請求の範囲第９項記載の液体容器−弁
   組立体において、前記弁室の壁部は前記出力ポー
   トを取り囲む突部を有し、前記ダイヤフラムが該
   突部と掛合して前記出力ポートの液体の流れを遮
   断するようにしたことを特徴とする液体容器−弁
   組立体。 １１ 特許請求の範囲第１０項記載の液体容器−
   弁組立体において、前記(c)項の手段は () 前記出力ポートに接続された真空源と、 () 前記真空源か周囲圧力の何れか一方を選択
   的に前記制御ポートに連通する手段とを含むこ
   とを特徴とする液体容器−弁組立体。 １２ 特許請求の範囲第１１項記載の液体容器−
   弁組立体において、前記選択連通手段は、２つの
   位置の間を動作して一方の位置では前記真空源を
   前記制御ポートに、他方の位置では周囲圧力を前
   記制御ポートに連通する３路弁を含むことを特徴
   とする液体容器−弁組立体。 １３ 特許請求の範囲第１１項記載の液体容器−
   弁組立体において、前記選択連通手段は更に液体
   供給源から液体を供給する必要がある状態を検出
   して前記３路弁を動作させる検出装置を含むこと
   を特徴とする液体容器−弁組立体。 １４ 真空源を具える液体マーキング装置におけ
   る液体の流れを制御する弁であつて、 (a) 弁室を有するハウジングと、 (b) 前記弁室の一つの壁部を横切つて配置され、
   該壁部の方向に屈曲して該壁部と封止掛合し得
   ると共に逆方向に屈曲して該壁部から離合し得
   るダイヤフラムと、 (c) 前記真空源か周囲圧力の何れか一方を前記弁
   室内の前記ダイヤフラムの前記壁部とは反対側
   の第１弁室部分に選択的に連通させる手段と、 (d) 前記弁室に前記壁部を経て連通する供給ポー
   トと、 (e) 前記真空源を前記弁室内の前記ダイヤフラム
   と前記壁部との間の空間から成る第２弁室部分
   と連続的に連通させる出力ポートを含む手段と
   を具え、 前記第１弁室部分が周囲圧力のとき前記ダイヤ
   フラムの両側の圧力差により前記ダイヤフラムが
   前記壁部と封止掛合して前記出力ポートを経る液
   体の流れを遮断し、前記第１弁室部分が周囲圧力
   より低い圧力のとき、前記ダイヤフラムが前記壁
   部から屈曲して離れて前記出力ポートを経て液体
   が流れるのを許すようにしたことを特徴とする液
   体マーキング装置用弁。 １５ 特許請求の範囲第１４項記載の液体マーキ
   ング装置用弁において、前記真空源が不作動のと
   きに前記ダイヤフラムを封止位置に維持して前記
   第２弁室部分を経るサイホン作用を防止する偏倚
   手段を含むことを特徴とする液体マーキング装置
   用弁。 １６ 特許請求の範囲第１４項記載の液体マーキ
   ング装置用弁において、前記弁室の前記壁部は前
   記出力ポートを取り囲む突部を有し、前記ダイヤ
   フラムが該突部と掛合して前記出力ポートを通る
   液体の流れを遮断するようにしたことを特徴とす
   る液体マーキング装置用弁。 １７ 特許請求の範囲第１４項記載の液体マーキ
   ング装置用弁において、前記選択連通手段は、２
   つの位置の間を動作して一方の位置では前記真空
   源を前記制御ボートに、他方の位置では周囲圧力
   を前記制御ポートに連通する３路弁を含むことを
   特徴とする液体マーキング装置用弁。 １８ 特許請求の範囲第１７項記載の液体マーキ
   ング装置用弁において、前記選択連通手段は更に
   液体供給源から液体を供給する必要がある状態を
   検出して前記３路弁を動作させる検出装置を含む
   ことを特徴とする液体マーキング装置用弁。