JPH04232755A - インクジェットペン用のアキュムレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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のイ
ンク溜めの圧力を制御するための機構に関する。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】インク
ジェット印字は印字技術として確立されたものとなって
おり、一般にインク封入部あるいはインク溜めからの印
字面へのインク液の供給を制御するものである。

【０００３】ドロップオンディマンド印字として知られ
るインクジェット印字法には、インク溜めからのインク
液の射出のための制御信号に応答する印字ヘッドを有す
るペンが用いられる。ドロップオンディマンドインクジ
ェットペンは通常、熱気泡、あるいは圧電圧力波の２つ
のインク液射出機構のうちの１つを用いる。熱気泡型ペ
ンの印字ヘッドは、加熱されて少量のインクを急激に蒸
発させる薄膜抵抗を備える。インク蒸気の急激な膨張に
よって少量のインクが印字ヘッドのオリフィスから押し
出される。圧電圧力波ペンには、印字ヘッド内のインク
を急激に圧縮し、それによってインク液をオリフィスか
ら押し出す圧力波を発生する制御信号に反応する圧電素
子が用いられる。

【０００４】従来のドロップオンディマンド印字ヘッド
は、インク滴をインク溜めから射出する、あるいは“汲
み出す”には有効であるが、印字ヘッドが休止している
ときインクが印字ヘッドを透過するのを防止するための
機構を持っていない。したがって、ドロップオンディマ
ンド技術においては、印字ヘッドが休止しているときペ
ンからのインクの漏れを防止するために、インク溜め内
の液体にわずかなアンダープレッシャーを与えて、イン
クを貯蔵しなければならない。ここで、アンダープレッ
シャーという用語は、インク溜め内の液圧がインク溜め
の周囲の気圧より低いことを意味する。アンダープレッ
シャーの測定単位は水柱の高さの正の値で与えられる。

【０００５】インク溜め内のアンダープレッシャーは、
印字ヘッドからのインク漏れを防止できる強さであるこ
とを要する。しかし、アンダープレッシャーは、印字ヘ
ッドがそのアンダープレッシャーにうちかってインク液
を射出できないほど強くてはいけない。さらに、インク
ジェットペンはアンダープレッシャーの変動を起こす環
境変化があっても動作するように設計しなければならな
い。

【０００６】インク溜めのアンダープレッシャーに影響
する重大な環境変化はペンの空輸中に起こる。この場合
、周囲気圧は飛行機が高度を増すにつれて降下する。 この周囲気圧の降下によってペンのインク溜め内のアン
ダープレッシャーのレベルが低下する。このアンダープ
レッシャーの低下が制御されていない場合、アンダープ
レッシャーは印字ヘッドからのインク漏れを防止するに
は低すぎるレベルにまで降下する。

【０００７】インクジェットペンのインク溜めのアンダ
ープレッシャーはまた“動作効果（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ａｌ　　ｅｆｆｅｃｔ）”とも呼ばれるものにも影響さ
れる。インク溜めのアンダープレッシャーに対する重大
な動作効果は、印字ヘッドがインク滴を射出するために
起動される際に起こる。その結果起こるインク溜めのイ
ンクの減少によってインク溜めのアンダープレッシャー
のレベルが増大する。このようなアンダープレッシャー
の増大を制御しないと、インクジェットペンは最後には
故障してしまう。これは印字ヘッドがこの増大したアン
ダープレッシャーにうちかってインクを射出できないた
めである。

【０００８】環境変化や動作効果に対応してインクジェ
ットのインク溜めのアンダープレッシャーを制御するた
めの従来の試みとしては、包括的にアキュムレータと呼
ぶことのできる各種の機構がある。アキュムレータの一
例が、米国特許第２８９、８７６号に説明されている。

【０００９】一般に、従来のアキュムレータはインクジ
ェットペンのインク溜めの容積と液通したエラストマー
製の空気袋（ｂｌａｄｄｅｒ）、あるいはカップ状の機
構からなる容積を備える。アキュムレータは、インク溜
め内のアンダープレッシャーのレベルの変化に応じてイ
ンク溜めに対して移動するように設計される。アキュム
レータの移動によってインク溜めの総容積が変化し、ア
ンダープレッシャーのレベルの変化に対処する。その結
果、インク溜め内のアンダープレッシャーは、インク漏
れの防止に適するが、印字ヘッドがインク滴の射出を継
続することを可能とする動作範囲内にとどまる。

【００１０】たとえば、周囲気圧の降下によってペン内
のアンダープレッシャーが低下するにつれて、アキュム
レータがインク溜めの容積を増大させねように移動させ
ることによって、インク溜め内のアンダープレッシャー
が上述した動作範囲を外れたレベルにまで減少すること
を防止する。言い換えれば、アキュムレータの移動によ
る容積の増大によって、周囲気圧が降下する際にインク
溜めが一定容積に制限される場合に起こるアンダプレッ
シャーの降下が防止される。

【００１１】アキュムレータはまた、環境変化や動作効
果（たとえば、ペンの動作中のインクの減少）によって
アンダープレッシャーの増大が起こる場合にインク溜め
の容積を減少させるように移動する。アキュムレータの
移動にる容積の減少によって、アンダープレッシャーが
動作範囲を外れたレベルにまで上昇することが防止され
、それによって印字ヘッドはインクの射出を継続するこ
とができる。

【００１２】アキュムレータには通常アキュムレータを
インク溜め内の空気の体積を増大させる位置に向けて連
続的に押圧する弾性機構が装備される。この弾性機構の
効果は、アキュムレータがインク溜めの容積が増大ある
いは減少するように移動する際にも（インク漏れを防止
するために）インク溜め内に十分な最少アンダープレッ
シャーを維持することである。

【００１３】アキュムレータの有効性は、ある与えられ
た大きさのアキュムレータに提供される、インク溜めの
容積の増大あるいは減少の大きさ（すなわち、圧力補償
範囲の大きさ）によって測定することができる。さらに
アキュムレータが存在することによってペンのインク溜
めのインク容量が減少することのないように、アキュム
レータの占めるスペースはできるだけ小さくすることが
望ましい。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明はインクジェット
ペン用のアキュムレータを対象とする。このアキュムレ
ータはアキュムレータのアンダープレッシャー補償範囲
を最大限とし、同時にアキュムレータをインクジェット
ペン内に収容するのに要するスペースを最小限とするよ
うに構成される。さらに、本発明のアキュムレータは製
造、組み立てを経済的に行いうるものである。

【００１５】本発明のアキュムレータの一実施例は、特
にインクジェットペンのインク溜めに取りつけられたス
リーブを有する。このスリーブ内をピストンがスライド
する。インク溜めの壁、スリーブおよびピストンによっ
てインク溜めの容量が定まり、この容量はピストンがス
リーブ内を移動するにつれて変化する。

【００１６】インク溜め内のアンダープレッシャーが変
化するにつれて、ピストンはインク溜めの容量を増大ま
たは減少させるように移動し、それによって、インク溜
めのアンダープレッシャーを、インクが印字ヘッドから
漏れないことを確実にし、かつ印字ヘッドがインク溜め
からのインクの射出を継続できる動作範囲内に維持する
。

【００１７】インク溜めの容量を増減させるべくピスト
ンが移動する際に十分な最少アンダープレッシャーを維
持するため、コイルばねがピストンとインク溜めの間に
配置されている。この目的にばねを用いることは、ばね
の寸法の選択によって、インク溜め内の所望のアンダー
プレッシャー動作範囲を確立することができるという利
点がある。たとえば、印字品質は一般にインク溜めのア
ンダープレッシャーが最低動作レベルにあるとき最高に
なる。したがって、ばねの特性（寸法、巻数、その他）
として、インク溜め内に所望の低レベルのアンダープレ
ッシャーを維持するような仕方でピストンの運動に影響
を与えるばね定数を提供するものを選択することができ
る。

【００１８】このアキュムレータの弾性機構としてばね
を用いることのもう一つの利点は、ばねの性能が予想可
能であることである。すなわち、ばねがピストンに加え
る力は予想可能なリニアな形態で変化し、それにともな
ってインク溜め内の液圧が変化する。さらに、１つのば
ねの性能は、他の同様に構成されたばねの性能とほぼ同
じである。したがって、ブラダー型のアキュムレータ（
その性能特性を恒常的に再現することは困難である）と
異なり、この設計によれば、ペン同士の間でほぼ均一な
アキュムレータ性能を保証することができる。

【００１９】本発明のもう一つの側面は、ピストンとス
リーブがそれらの間に毛管スペースを形成するように構
成されることである。毛管スペースはピストンとスリー
ブの間の液体を保持するような大きさに成される。この
液体はピストンとスリーブの間のシールとして働き、イ
ンク溜めの内部を周囲の空気から密閉するようにする。

【００２０】毛管スペースによって提供される液体シー
ルは、インク溜め内に維持される通常のアンダープレッ
シャーの働きで周囲の空気がインク溜めに流入すること
を防止するための複雑な機構を不要にする。ピストンと
スリーブの間のスペースを密閉するのに固体の機構（０
リング、薄膜、その他）を用いないため、ピストンはス
リーブの断面積の大きさにきわめて近い面積を有する作
用面（すなわち、ピストンを移動させるためにインク溜
め内のアンダープレッシャーが加わる面）を持つように
構成することができる。したがって、この最大とされた
ピストンの作用面積によって、アキュムレータの圧力補
償範囲が最大となる。

【００２１】より詳細には、ピストンの作用面が大きい
と、ばねに対してそれに対応する大きさの力が発生する
ため、ばねをより径の大きなワイヤで構成する、もしく
はより大きな外径に構成することができる。ばねの座屈
荷重はばねの半径の二乗で増大するため、直径のごくわ
ずかな増大によって、ピストンの移動を拘束する傾向の
ある座屈煮対するばねの抵抗がはるかに大きくなる。

【００２２】本発明の液体シール技術を用いると、一般
に体積が液体シールの体積よりかなり大きい構造物シー
ル要素を採用した場合に起こるインク溜めの容量の損失
を避けることができる。

【００２３】印字中インクが減少するにつれて、その結
果増大したアンダープレッシャーによって、ピストンは
それ以上インク溜めの容積を減少させる方向に移動でき
ない位置まで移動される。本発明では、液をインク溜め
の容積に導いてペンが作動し続けることができるように
インク溜めのアンダープレッシャーを和らげる（すなわ
ち、減少させる）機構が設けられる。本発明の一実施例
では、インク溜めに暖和流体を提供する機構にスリーブ
内に形成された多数の溝が含まれる。この溝は流体（た
とえば空気）がインク溜めに流入してアンダープレッシ
ャーを和らげることを可能にする方向および大きさに形
成される。この溝はピストンとシリンダーの間の毛管ス
ペースに隣接して伸長する。その結果、この空間の毛管
現象によって保持される液体が、通常はこのスロットを
密閉し、インク溜め内のアンダープレッシャーのレベル
が十分増大していない状態で空気が溝を通って移動する
ことのないようにする。したがって、ペンが傾いている
、あるいは反転されている場合この溝は密閉された状態
にとどまり、インク溜め内のアンダープレッシャーの損
失を防止する。

【００２４】本発明の別の側面は、インク溜めの外にあ
るスリーブ内のスペースが封じられることによって補助
インク溜めを形成することである。この補助インク溜め
は、主インク溜めのインクが減少した際、インク溜めの
容積に引き込むことのできるインクを入れるものである
。補助インク溜めのインクがペンから漏れるのを防止す
るため通気孔の付いたカバーが設けられる。

【００２５】本発明の別の一面は、毛管スペースに近接
したピストン上に、ある量の液を保持するための水受け
（Ｓｕｍｐ）が含まれることである。水受けに入った液
は、上述した暖和スロットを通って空気が移動する際に
毛管スペースの外に押し出されるインクを補給するのに
利用することができる。

【００２６】

【実施例】図１はこの発明によるアキュムレータ１０の
一実施例を従来のインクジェットペン２０とともに用い
るよう適合させたものを示す。ペン２０は、周知の手段
によって印字媒体に近接して前後に駆動され、媒体上に
インク滴を配するために精密に制御される。インクジェ
ットペン２０は、剛性の壁２４、２６および２８によっ
て形成されたインク溜め２２を有する。インク溜め２２
の基部にはウェル３０が形成されている。印字ヘッド３
４がウェル３０の基部に取りつけられており、これはイ
ンク溜め２２からインク滴を射出するための従来の熱気
泡型ドロップジェネレータを含む。

【００２７】支持板３６がウェル３０の上部の開口を取
り囲んでおり、またインク溜め２２を横切って伸長して
インク溜め内にペン２０の底部のキャッチベースン３８
を形成する。キャッチベースン３８はインク溜め２２の
底部壁２８に形成された通気孔４０によって周囲の空気
と通気されている。

【００２８】支持板３６に小さなオリフィス４２が形成
されており、後に詳細に説明するようにキャッチベース
ン３８とペンのインク溜め２２の内部とを液通させる。

【００２９】剛性キャップ４６がインク溜め２２の側壁
２４、２６の頂部４８に封止される。キャップ４６は一
部がインク溜め２２の内部に伸長する円筒状のスリーブ
５０を形成するように構成される。スリーブ５０はイン
ク溜めキャップ４６に形成された開口部５４を介して周
囲の空気と通気された内部チェンバー５２を有する。

【００３０】ピストン５６はスリーブ５０内でスライド
運動をするように配設されている。ピストン５６は頂部
６０が閉じられ、底部６２が開いた剛性のシリンダー５
８からなる。内部インク溜めの容積は、おおむね壁２４
、２６、２８、キャップ４６およびピストンの頂部６０
によって規定される。したがって、ピストン５６の位置
の変化によってこの容積の大きさが変化する。

【００３１】ステンレススチールのばね６４の一端がピ
ストンの頂部６０の底面あるいは作用面６６に取りつけ
られている。ばね６４はピストンから下方に伸長し、支
持板３６上に乗る。

【００３２】管状のばねガイド６８が支持板３６に取り
つけられており、ばね６４の内部を上方に伸長する。ガ
イド６８は、ばね６４がピストン５６とスリーブ５０と
同心の整列した位置から外れて座屈することを防止する
。

【００３３】ピストン５６とスリーブ５０は、その間に
インク溜めに満たされたインク７２等の液が毛管現象に
よって上昇するのを支持するスペース７０（図２）を形
成するような大きさとされる。スペース７０内のインク
７２は、周囲の空気がスペース７０を通ってインク溜め
２２に移動するのを防止するための、スリーブ５０とピ
ストン５６の間のシールを提供する。周囲の空気がイン
ク溜め２２に無制限に移動するとインク溜め内のアンダ
ープレッシャーが除かれ、インク７２の印字ヘッド３４
からの漏洩が起こることが理解されよう。

【００３４】スペース７０内に毛管現象によって保持さ
れたインク７２は、スリーブ内のピストンの低摩擦運動
を容易にする液体ベアリングとして働く。その結果、ピ
ストン５６はインク溜め２２内のアンダープレッシャー
の変化を補償するために容易に移動可能である。

【００３５】この実施例ではスリーブ５０を、ポリフェ
ニレンオキシド、あるいはポリスルホン等の固い水和性
の材料で形成することができる。ピストン５６は、また
たとえばポリフェニレンオキシドから形成された非常に
固い水和性の要素である。ピストン５６およびスリーブ
５０は、ピストン５６およびスリーブ５０の間のスペー
ス７０の厚みＴ（図２）を０．０２５ｍｍから０．０５
０ｍｍの間になるように形成しなければならない。この
間隔によって、インク溜め２２の内部と周囲の空気の間
に１３ｃｍ（水柱）までの標準圧力ヘッド差があるにも
かかわらず、液体シールを保持するのに十分な毛管現象
が起こる。従来の印字用インクに対しては、毛管スペー
スの大きさは６０ｃｍ（水柱）と１００ｃｍ（水柱）の
間の最大毛管上昇を得られるような大きさである。

【００３６】ペンの動作に先立ってインク溜め２２は、
キャップ４６の開口７４を介してインク７２で満たされ
、この開口７４はその後プラグ７６で封止される。イン
ク溜め２２が満たされると、ばね６２がゆるみピストン
５６は図１に示すようにスリーブ５０内に保持される。

【００３７】前述したように、印字ヘッド３４からイン
クが漏れるのを防止するために、インク溜め２２内にア
ンダープレッシャーが確立され維持されることが重要で
ある。したがって、インク溜め２２が満たされた後約１
．３ｃｍ（水柱）のわずかなアンダープレッシャーが、
たとえば印字ヘッド３４から少量のインクを射出するこ
とによって、インク溜め２２内に確立される。

【００３８】図１に示す第１の実施例において、従来の
ドロップオンディマンド型印字ヘッドは、インク溜め２
２内のアンダープレッシャーが約１．３ｃｍ（水柱）と
約１２．７ｃｍ（水柱）の動作範囲内に維持される限り
、適正に機能する（すなわち、印字ヘッドが休止してい
るときインクが印字ヘッドから漏れない、また印字ヘッ
ドがインク溜めが空になるまでインクを射出することが
できる）。

【００３９】印字ヘッド３４が印刷中インクを射出する
動作をし、その結果インク７２が減少することによって
インク溜め２２内のアンダープレッシャーが増大する（
より負性になる）。このアンダープレッシャーはピスト
ン５６の作用面６６に働いてピストン５６を下方に支持
面３６の方へ引き、それによってインク溜め２２の内部
容量を減少させ、アンダープレッシャーが印字ヘッド３
４がインク溜め２２から射出できないほど高いレベルに
まで増大することを防止する。

【００４０】ピストン５６が増大したアンダープレッシ
ャーによって、ピストンがインク溜め２２の容量を減少
させることのできない位置（たとえば、ばねガイド６８
の頂部に対して）に移動される場合、アンダープレッシ
ャーがさらに増大するとオリフィス４２を通して気泡が
引き込まれ、アンダープレッシャーを適当な動作範囲内
に維持するために必要な程度アンダープレッシャーが緩
和される。アンダープレッシャーがピストン５６をその
最低点に引くレベルに到達するまで周囲の空気がオリフ
ィス４２を通ってインク溜め２２のインクに覆われた底
に入ることのないよう、オリフィス４２が小さくされて
いる（たとえば、２００ミクロン）ことに注意を要する
。さらに、ペンが傾いており、インク溜め２２の底のイ
ンクがオリフィス４２から遠ざかっている場合には、キ
ャッチベースン３８に収容されたボール型のチェックバ
ルブ４４がオリフィス４２に対して閉じて、キャッチベ
ースン３８内の周囲の空気がオリフィス４２を通過しイ
ンク溜め２２内のアンダープレッシャーを排除すること
を防止する。

【００４１】ピストン５６とばねガイド６８は、その長
手方向に沿って溝８０が形成される。溝８０は、オリフ
ィス４２を通ってインク溜め２２に入る空気がインク溜
め２２を確実に通過することができるようにし、ピスト
ン５６内にとどまってピストンの下方への運動に抵抗し
ないようにする。溝８０はまたインクがピストンの頂部
６０の下から印字ヘッド３４に確実に流れるようにする
。

【００４２】インクジェットペン２０がインク溜めのア
ンダープレッシャーのレベルを低下させる環境効果（た
とえば、周囲圧力の降下）の影響を受ける場合、ピスト
ン５６の作用面６６に働く低下したアンダープレッシャ
ーは、ばね６４がピストンを上方に移動させることを可
能とし、それによってアンダープレッシャーが印字ヘッ
ド３４からインクが漏れるような低いレベルにまで減少
することを防止するためにインク溜め２２の総容量を増
大させる。

【００４３】上記の点から本発明のアキュムレータは、
スリーブ５０の断面積に対して大きい作用面６６を有す
るピストン５６を提供するものであることがわかる。こ
の大きな作用面６６は、ピストン５６がアキュムレータ
のスリーブ５０の非常に近くまで伸長することを可能と
する、ここに採用した液体シール機構によるものである
。さらに本発明のアキュムレータは、インク溜めスペー
スの消費量が最小限でペンのインク容量が最大限となる
よう構成されている。

【００４４】本発明のアキュムレータ装置の第２の実施
例を図３、図４および図５に示す。この実施例ではペン
１２０はある量のインクを保持するよう構成された剛性
の壁１２４、１２６および１２８を有するインク溜め１
２２を含む。インク溜め１２２の基部にはウェル１３０
が形成されている。インク溜め１２２からインク滴を射
出するために従来の印字ヘッド１３４がこのウェル１３
０に取りつけられている。

【００４５】剛性のキャップ１４６がインク溜め１２２
の側壁１２４、１２６の頂部に封止されている。キャッ
プ１４６はインク溜め１２２の内部に伸長する円筒状の
スリーブ１５０を形成するように構成される。スリーブ
１５０の底１９７はインク溜めの底壁１２８に近く位置
する。

【００４６】ピストン１５６がスリーブ１５０内でスラ
イド運動するように配設されている。ピストン１５６は
、頂部１６０が閉じており、かつ底１６２が開いた剛性
のシリンダー１５８からなる。ステンレススチールのば
ね１６４の一端がピストンの頂部１６０の作用面１６６
に取りつけられている。ばね１６４はピストンから下方
に伸長し、ペン１２０の底壁１２８にあたる。

【００４７】管状のばねガイド１６８がインク溜めの底
壁１２８に取りつけられており、ばね１６４の内部を上
方に伸長する。ばねガイド１６８は、以下により詳細に
説明するように、ピストンがばねガイドを越えて下げら
れたときインクがピストン１５６の下にとどまることが
ないように形成された長いギャップ１８０を有する。

【００４８】ピストン１５６とスリーブ１５０はその間
にインク溜めを満たしたインク１７２（図４）等の液の
毛管上昇を支持する毛管スペース１７０（図４および図
５）を形成するような大きさとされる。インク１７２は
、インク溜めの動作アンダープレッシャーによって周囲
の空気がスペース１７０を通ってインク溜め１２２に引
き込まれることを防止するために、スリーブ１５０とピ
ストン１５６の間にシールを提供する。初めに説明した
実施例と同様に、ピストン１５６とスリーブ１５０の間
のスペース１７０の厚みは約０．０２５ｍｍから０．０
５０ｍｍの間である。

【００４９】スリーブ１５０の頂部はピストン１５６の
上のスリーブ１５０の内部に空気を通すカバー１５１（
図３）で閉じられている。カバー１５１は剛性の通気部
材１５３を有し、その端部はスリーブの頂部に形成され
たくぼみ１５４に嵌合している。通気部材１５３は空気
をほぼ透過させ、水を透過させない材料からなる。この
通気部材は、厚さ２ｍｍの多孔性ポリテトラフルオロエ
チレン（テフロン）であることが好適である。その結果
、ピストンの頂部１６０（後に詳述する）の上面１６１
の上のスリーブ１５０内にある液は、ペンが傾いたり反
転されたりしてもカバー１５１を通ってペンからこぼれ
ることがない。しかし、ピストン１５６の上のスペース
は周囲圧力のままである。これは空気が通気部材１５３
を自由に通過できるためである。

【００５０】剛性のカバープレート１５５が通気部材１
５３の真上でスリーブ１５０の頂部に固着されている。 カバープレート１５５は、その周辺部分に等間隔に形成
された８つの開口部１５７を有する（図３には２つの開
口部１５７のみを示す）。これらの開口部は直径０．５
ｍｍ、長さ１．５ｍｍであることが好適である。このカ
バープレート１５５を設けることによって、通気部材１
５３の上面１５９の全体が周囲の空気にさらされている
場合に起こるインク溜め１２２からの蒸発損失を制限す
ることができる。

【００５１】図３の実線はアンダープレッシャーを増大
させるために十分なインクが印字ヘッド１３４から射出
された後のピストン１５６の位置を示し、ピストンがそ
れ以上インク溜め１２２の容積を減少させるように移動
することのできない程度にまで及んでいる。この点に関
し、ばねのコイル間の接触はピストンの下方への運動を
制限するためのストッパとして働く。

【００５２】印字ヘッド１３４によって連続的にインク
を射出すると、インク溜め１２２内のアンダープレッシ
ャーが増大し続ける。本実施例には、インク溜めに流体
を導くための緩和機構が含まれ、印字ヘッドがインク溜
めのインクのほぼすべてを射出する動作を継続すること
を可能にするのに十分な量だけアンダープレッシャーを
緩和する。

【００５３】この緩和機構は特にスリーブ１５０の内面
１９３に均一な間隔をおいて形成された細長いスロット
１９１からなる。スロット１９１はスリーブ１５０の底
１９７に隣接する位置からスリーブ１５０の長さ方向の
軸と平行に上方に伸長する。各スロット１９１の上端１
９５はピストン１５６がその最低位置（図３）にあると
きピストンの頂部１６０の上に位置する。スロット１９
１はその断面が約０．３０ｍｍ×０．３０ｍｍであるこ
とが好適である。

【００５４】ペン１２０が（たとえばカバー１５６が固
着される前にスリーブの頂部からインクを供給すること
によって）インクで満たされ、初期アンダープレッシャ
ーがインク溜め１２２の内部で発生するとき、ピストン
１５６は図３の破線で示すような、スロット１９１の上
方の位置にある。

【００５５】しかし、ピストンが増大したアンダープレ
ッシャーによってその最低位置まで引かれるときは常に
スロットの上端１９５はピストンの頂部１６０の上方に
ある周囲の空気にさらされている。さらに、アンダープ
レッシャーが、ピストン１５６をその最低点（たとえば
、７．５ｃｍ水柱）にまで押し下げるレベルを越えると
、アンダープレッシャーがスロット１９１を通して周囲
の空気の気泡をインク溜め内に引き込むように、スロッ
ト１９１の大きさが定められる。インク溜め１２２に引
き込まれた空気はアンダープレッシャーが上述した動作
範囲を越えることを防止する。

【００５６】スロット１９１を通って気泡がインク溜め
１２２に引き込まれる際、この気泡はスペース１７０の
毛管現象によってスロット１９１の近傍に保持されたイ
ンク１７２によってほぼ取り囲まれたままである。した
がって、各スロット１９１によって形成される流体通路
はインク溜め１２２の内部とピストンの上のスペースと
の間で完全に開くことは決してない（すなわち、この通
路は決してインク切れにならない）。その結果、インク
溜めのアンダープレッシャーはペンが傾けられたり反転
されたりしても維持される。言い換えれば、ペンが傾け
られたり、反転されたりした場合にこのスロットによっ
て形成される流体通路を閉じるのに第１の実施例（図１
および図２）に示すような別個の機構を必要としない。

【００５７】インク溜めのアンダープレッシャーを上昇
させる（たとえば、周囲気圧の降下による）環境変化の
場合、ピストン１５６はスロットの上端１９５を越えて
上昇し、スロット１９１によって形成された周囲の空気
とインク溜めの内部との間の流体通路を閉鎖してしまう
。したがって、この実施例では、ピストン１５６がイン
ク溜め容積を増大させるためのその最大走行距離に到達
した後、アンダープレッシャーが増大し続けるにつれて
インク溜めから押し出された流体を受けるためのキャッ
チベースンは採用していない。

【００５８】気泡が上述したようにスロット１９１を通
って引き込まれるにつれて、気泡がスリーブ１５０の底
１９７を出て、少量のインク１７２が気泡によって押さ
れてスロット１９１から出る。スロット１９１から押し
出されたインクはすぐにインク溜めに残ったインクから
補給される。これはスペース１７０の毛管現象がインク
溜めのインクをスロット１９１に補給するためである。

【００５９】このインク溜めのインクの量（すなわち、
毛管スペース１７０の外側のインク）が印字中スリーブ
１５０の底１９７の下のレベルにまで減少すると、気泡
の運動によってスロット１９１から押し出されたインク
はもはやインク溜めのインクからは補給されない。これ
は毛管スペース１７０がもはやインク溜めのインクに接
触しないためである。この結果、スロット１９１が空に
なり始め、これは周囲の空気とインク溜めの内部との間
にスロット１９１に沿った連続的な空気の通路が出来る
ことにもなり、ひいてはインク溜めのインクがすべてペ
ンから射出される前にインク溜め内のアンダープレッシ
ャーの損失を起こすことにもなりうる。しかし、図３の
実施例はインク溜めのインクのレベルがスロットから失
われたインクを補給するには低く（すなわち、スリーブ
の底１９７より下に）なりすぎたときスロット１９１内
のインクを補給するための予備インク源を有する。した
がって、この予備のインクはインク溜めのインクがほと
んどすべて完全に射出されるまでスロット１９１内の液
体シールを維持する機能を果たす。

【００６０】予備インク源はピストンの頂部１６０の上
面１６１の周辺に伸長するよう形成された環２０２から
なるサンプ２００に収容されている。環２０２は４つの
均一に間隔を置かれたスリット２０４を含む。各スリッ
ト２０４は環２０２上を径方向に伸長し、幅は約０．３
５ｍｍである（図５）。環２０２の高さＨ（図４）とス
リット２０４の幅は、サンプ２００が予備インク１７２
Ｒで満たされたとき（すなわち、図４のＡに示すレベル
まで満たされたとき）、予備インク１７２Ｒに予備イン
クと環２０２の細いスリット２０４の壁との間の毛管吸
引にうちかつための不十分な静水頭が生じるように選択
される。したがって、予備インク１７２Ｒは各スリット
２０４の内部にメニスカス１７３を形成する。

【００６１】予備インク１７２Ｒは印字中にペン１２０
が往復運動する際に毛管スペース１７０に（したがって
インクの減少したスロット１９１に）供給される。より
詳細には、従来の印字動作中ペンは前後に（たとえば、
図３の平面の内外に）駆動される。ペンが印字されてい
る紙の端で方向を逆にするとき、予備インク１７２Ｒの
本体内の慣性によって少量のインクが紙の端に最も近い
スリット２０４から押し出される。

【００６２】予備インク１７２Ｒの機能は他の流体を用
いても達成することができる。たとえば、サンプ２００
を非混和性、低密度、高蒸気圧の流体、あるいは通常の
鉱油で満たすこともできる。

【００６３】このような流体もまたインクと違って蒸発
しにくいものである。インクの水の成分の蒸発は望まし
くない。というのもサンプに残ったインクの粘性が、上
述したように液体シールを維持するためにインクがサン
プからスロット１９１内に容易に流れていかないような
レベルにまで増大してしまうためである。

【００６４】粘性のあるインクのスラッジは、低湿度環
境では毛管スペース１７０内で固まってピストン運動を
妨害する恐れがある。予備流体の第２の機能は、その下
にあるインクの水の成分の損失に対する蒸気バリヤとし
て働くことである。

【００６５】スリーブ１５０内のピストン１５６の上の
スペースもまた印字用のインクの補助インク溜めとして
用い、それによってペン全体の容量と容積効率を増大さ
せると有益である。この目的のためには、主インク溜め
１２２にインクが満たされた後、スリーブ１５０のピス
トンの頂部１６０の上に（たとえば、図３に示す液レベ
ルＢまで）インクを加えることもできる。ピストン１５
６の上に加えることの出来るインクの最大量は、ピスト
ンの上に加えられるインクの重量によって、ばね１６４
が下方にたわむ（したがってインク溜めの容積が減少す
る）につれて起こるインク溜めのアンダープレッシャー
の減少の量によって制限される。つまり、ピストン１６
０の上に加えられるインクの量は、ピストンをアンダー
プレッシャーがアンダープレッシャー動作範囲を外れた
レベルにまで減少するほど低い位置に移動させるような
大きなものであってはならない。アンダープレッシャー
は好適には７．５ｃｍの水柱に確立される。

【００６６】補助インク源が利用可能であるとき、ピス
トン１５６の上にあるインクの柱は主インク溜め１２２
中に移動される。これは補助インク溜めと主インク溜め
の間に流体フローポテンシャルが発生し、また図４の１
７５に示す空気／流体界面がなくなったため毛管スペー
ス中の毛管現象が除去されたことによる。すなわち、７
．５ｃｍ（水柱）のアンダープレッシャーが毛管スペー
ス１７０の上の領域に貯蔵されたインクに働くことによ
って流れが発生する。アンダープレッシャーはごくわず
かであり、またこの領域はごく小さなものであるため、
流れはごくゆっくりしたものになる。しかし、時間が長
くなれば、主インク溜めへの補助インクのゆっくりした
流れがインク溜め内のアンダープレッシャーを減少させ
る。このアンダープレッシャーの減少によってピストン
１５６がスリーブ１５０に対して上方に移動し、それに
よってインク溜めの容積を増大させてアンダープレッシ
ャーの減少に抗する。ピストン１５６がレベルＢ（図３
）まで上昇済みであるとき、利用可能な補助インクはす
べてインク溜め１２２に引き込まれており、空気／流体
界面１７５が再度確立される。この発明のこの側面は使
用中にペンを再充填するための便利な手段を提供するも
のである。それは追加のインクは補助インク溜めに大気
圧で加えることができるためである。

【００６７】インクが補助インク溜めに貯蔵されている
とき印字が行われる場合は、アンダープレッシャーの増
大によってピストンが下方に移動し、それによってスロ
ット１９１が露出する。２つのインク溜めの間のインク
の流れはスロット１９１によって提供される増加分のフ
ロー領域に比例して増大する。印字が停止したとき補助
インク溜めから主インク溜め１２２への流体の交換は上
述したように空気／流体界面１７５が再確立されるまで
継続する。

【００６８】ある種のアプリケーションでは上述したよ
うな補助インクのインク溜め１２２へのごくわずかな流
れをさらに減少させることが望ましい場合がある。この
インクの流れを防ぐために、この実施例のペン１２０は
毛管スペース１７０を通る流れを設計アンダープレッシ
ャー（７．５ｃｍ水柱）に制限するための空気止通機構
を含む。このインクの流れの減少は、３つの空気止通機
構のそれぞれにトロイダル気泡を導入することによって
ピストンとスリーブの間の環状流れ領域を減少させるこ
とによって達成される。すなわち、空気止通機構は（図
４の）ピストン１５０のピストンの頂部１６０に近い外
面２１０に形成された３つの間隔を置いた周溝２０６か
らなる。このインクから出る空気あるいは始めの充填過
程で導入された空気が溝２０６に捕捉されて、それぞれ
の溝に沿って液体の下方への流れを妨げる空気／流体界
面あるいはメニスカス１７９を形成する。

【００６９】周溝２０６の断面積は毛管スペースの断面
積より大きいため、毛管インクを通過する空気はこの溝
の中に広がって捕捉された気泡２１２を形成するメニス
カス１７９（図４）を形成する。メニスカス１７９の空
気側は毛管スペース中のいかなる気泡よりも低圧である
が、このメニスカス１７９はインク中のあらゆる自由空
気を引き付ける。さらに捕捉された気泡２１２内の圧力
は気泡が毛管スペース１７０に入るために増大されなけ
ればならないため、メニスカス１７９は存在し続ける。 毛管スペースを下方に移動するインクは気泡２１２とス
リーブの内面１９３の間の薄い流体ウェブに沿って流れ
るように制限される。メニスカス１７９があることによ
って毛管スペース１７０の中の流れの領域は上述した補
助インク溜めから主インク溜め１２２へのゆっくりした
インクの流れが有効に排除される程度に制限されている
。好適には３つの溝が設けられる。

【００７０】溝２０６の断面積は好適には０．３０ｍｍ
×０．３０ｍｍである。空気はまず製造過程における副
産物として溝２０６に集められる。すなわち、ペンのイ
ンク溜め１２２はまず約５００〜６００ｍｍＨｇに排気
され、インクが圧力下（約１５ｐｓｉ）でインク溜めに
注入される。加圧空気のいくらかはインクに溶解し、圧
力が除かれた後、空気は溶液から出て幾分かは上述した
低圧（すなわち周囲に対して）気泡２１２として溝２０
６に捕捉される。気泡２１２は流体の流れを制限するが
ピストン１５６のスリーブ１５０に対する運動を妨げな
い。

【００７１】

【発明の効果】本発明は以上説明した如きものなので、
インク溜め内のアンダープレッシャーを、周囲気圧の変
化等にかかわらず常に適切に保つことができ、従ってペ
ンヘッドからのインク漏れやインクの供給不良を防ぐこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアキュムレータの一実施例の断面
図である。

【図２】液体シールを示す図１の要部拡大断面図である
。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】図３の要部拡大断面図である。

【図５】図４の５−５線における断面図である。

【符号の説明】 ２２、１２２：インク溜め ５０、１５０：スリーブ ５６、１５６：ピストン ６４：スプリング ７０：毛管スペース ７２：液体 １９１：溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク溜めと、該インク溜めに連結された
   スリーブと、該スリーブ内に実装されたピストンとを備
   え、上記インク溜め、スリーブおよびピストンとで、上
   記インク溜めの容量を決定し、上記インク溜めの容量を
   変え得るよう上記ピストンを上記スリーブに対して移動
   自在にすると共に、上記スリーブとピストンとの間に、
   毛管現象によって液体を保持する毛管スペースを設けた
   、ことを特徴とするインクジェットペン用のアキュムレ
   ータ。
2. 【請求項２】インク溜めと、該インク溜めに連結された
   スリーブと、該スリーブ内に実装されたピストンとを備
   え、上記インク溜め、スリーブおよびピストンとで、上
   記インク溜めの容量を決定し、上記インク溜めの容量を
   変え得るよう上記ピストンを上記スリーブに対して移動
   自在にすると共に、上記スリーブとピストンとの間隙に
   液体シールを配置した、ことを特徴とするインクジェッ
   トペン用のアキュムレータ。
3. 【請求項３】インク溜めと、該インク溜めに連結された
   スリーブと、該スリーブ内に実装されたピストンとを備
   え、上記インク溜め、スリーブおよびピストンとで、上
   記インク溜めの容量を決定し、上記インク溜めの容量を
   変え得るよう上記ピストンを上記スリーブに対して移動
   自在にすると共に、上記スリーブとピストンとの間に、
   毛管現象によって液体を保持する毛管スペースを設け、
   上記ピストンは、インク溜め内の圧力が第一のレベルに
   達した時に、第一の位置に移動すると共に、上記ピスト
   ンが上記第一の位置に在る時に、上記インク溜めに液体
   を供給するよう動作する圧力軽減手段を有する、ことを
   特徴とするインクジェットペン用のアキュムレータ。
4. 【請求項４】インク溜めと、該インク溜めに連結された
   スリーブと、該スリーブ内に実装されたピストンとを備
   え、上記インク溜め、スリーブおよびピストンとで、上
   記インク溜めの容量を決定し、上記インク溜めの内の圧
   力の変化に応じて上記ピストンを上記スリーブに対して
   移動自在にすると共に、上記ピストンは、インク溜め内
   の圧力が第一の圧力に達した時に、第一の位置に移動し
   、上記スリーブの内周面には、上記ピストンが上記第一
   の位置に在る時に上記インク溜めの容積の外側に露出す
   る部分を有した、上記インク溜め内への液体通路となる
   溝を形成し、上記ピストンとスリーブとの間隙における
   空気の移動を抑えるためピストンとスリーブ間を密閉す
   るシール手段を設けた、ことを特徴とするインクジェッ
   トペン用のアキュムレータ。