JPH05147229A - バルブ装置およびオリフイスのシール方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットペン用のインク供給システム
の一部として用いられるバルブ装置と、該バルブ装置の
一部であるオリフィスのシール方法で、ペンが反転等し
てインクがオリフィスを覆わない位置まで移動するとき
に気泡発生器のオリフィスをふさぐバルブ装置と、該オ
リフィスをふさぐ（シールする）方法を提供する。 【構成】 インク３１を貯溜し背圧を保持するととも
に、インクでシールされるオリフィス５４を形成する液
溜め２４、オリフィスの近傍に結合されるベースン３
４、ベースン内に貯溜され、液溜めが直立位置から外
れた際にインクでのシールが不可能となるオリフィスを
シールするシール液６８からなる。液溜めとベースンは
オリフィスにより通液され、ベースンと周囲空気は一端
がベースン内に他端がベースン外に設けられた通気管５
８の内部通路６０で通気される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インクジェットペン
用のインク供給システムの一部として用いられるバルブ
装置と、該バルブ装置の一部であるオリフィスのシール
方法とに関する。

【０００２】

【技術背景】インクジェット印字では、一般に、インク
ジェットペンのインク溜めから印字面へのインク液の供
給を制御して行う。ドロップオンディマンド（ｄｒｏｐ
−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）として知られるインクジェット
印字法には、印字ヘッドとインク溜めを含むペンが用い
られる。印字ヘッドは、インク溜めからインク液を射出
するための制御信号に応答する。

【０００３】ドロップオンディマンド型の印字ヘッドに
は、通常、インク液を射出するための二つの機構のうち
の一つが用いられる。すなわち、熱気泡あるいは圧電圧
力波である。熱気泡型印字ヘッドには、加熱されてイン
ク溶剤の小部分を急激に気化させる薄膜抵抗器が含まれ
る。インク蒸気の急速な膨脹によって、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。

【０００４】圧電圧力波型印字ヘッドには、制御信号に
応答して印字ヘッド中のインクの体積を急激に圧縮し、
オリフィスからインク液を押し出す圧力波を発生させる
ための圧電要素が用いられる。

【０００５】従来のドロップオンディマンド型印字ヘッ
ドは、ペンのインク溜めからインク液を射出する、ある
いは“汲み出す”には有効であるが、印字ヘッドが休止
状態のときに、印字ヘッドからのインクの透過を防止す
る機構を持っていない。したがって、ドロップオンディ
マンド技術では、印字ヘッドが休止中であるときに常に
ペンからのインク漏れを防止するために、インク溜めの
液体を、印字ヘッドで若干の背圧がかかるような方法で
収容しなくてはならない。ここでは、“背圧”という用
語は、印字ヘッドを通過するインクの流れに抵抗するペ
ンのインク溜め内の部分真空を意味する。背圧は、背圧
の増大が部分真空の増大を表すように、正の向きに考察
される。したがって、水柱の高さのセンチメートル（ｃ
ｍ）といった正の用語で測定される。

【０００６】印字ヘッドにおける背圧は、常にインク漏
れを防止できる強さでなければならない。しかし、背圧
は、印字ヘッドがその背圧にうちかってインク液を射出
することができないほど強くてはならない。さらに、イ
ンクジェットペンは、背圧の変動を引き起こす環境変化
があっても動作するように設計しなければならない。イ
ンク溜めの背圧に影響を及ぼす激しい環境変化は、イン
クジェットペンの空輸中に発生する。この場合、周囲の
気圧は、飛行機の高度があがり、機内が減圧されるにつ
れて、低下する。周囲の気圧が低下するにつれて、印字
ヘッドからのインク漏れを防止するのに必要な背圧は大
きくなる。したがって、ペンの内部の背圧のレベルは、
周囲の圧力降下時にはこれを調整しなければならない。

【０００７】インクジェットペンのインク溜めの背圧も
また、“動作効果”とも呼ぶべきものに影響される。重
大な動作効果は、印字ヘッドが起動されてインク液を射
出するときに発生する。これによりインク溜めのインク
が減少し、その結果インク溜めの背圧が低下する（より
負になる）。この背圧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
ヘッドが増大した背圧にうちかってインクを射出するこ
とができないためである。このような故障が、インク溜
め中の使用可能なインクがすべて射出される前に発生す
ると、インクの浪費につながる。

【０００８】環境変化や動作効果に応じてインクジェッ
トのインク溜めの背圧を制御するこれまでの試みとし
て、包括的にアキュムレータと呼ぶことのできる機構が
ある。アキュムレータの例が“ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ
ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＥＸＴＥＮＤＩＮＧ ＴＨＥ
ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＲＡＮＧＥＯＦＡＮ
ＩＮＫ ＪＥＴ ＰＲＩＮＴ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ”と
題する米国特許出願０７／２８９，８７６号に記載され
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アキュムレ
ータ容積を規定する移動可能なカップ状の機構からな
る。このアキュムレータは、インク溜め内の背圧のレベ
ルの変化に応じて、最小容積位置と最大容積位置の間を
移動するように設計されている。アキュムレータの移動
によってインク溜めの全体的な容積が変化し、背圧がイ
ンク漏れの防止に適した動作範囲内にとどまり、かつ印
字ヘッドがインク液の射出を続けることができるように
背圧レベルの変化が制御される。

【００１０】たとえば、周囲の気圧降下によって周囲の
圧力とペンの内部の背圧の差が減少すると、アキュムレ
ータは、インク溜めの容積を大きくするように移動し、
それによって背圧をインク漏れが防止される（上述の動
作範囲内の）レベルにまで上昇させる。つまり、アキュ
ムレータの移動による容積の増大によって、周囲気圧と
背圧の差が小さくなることを防止する。周囲気圧が低下
するとき、インク溜めが一定の容積のままである場合、
この圧力差の減少が発生する。

【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に発生するインクの減少）に
よって背圧の上昇が起こるときは、常にインク溜めの容
積を小さくするように移動する。アキュムレータの移動
による容量の減少によって背圧が動作範囲内のレベルに
低下し、それによって印字ヘッドはインクの射出を続け
ることができる。

【００１２】アキュムレータは、通常、アキュムレータ
をインク溜めの容積を増す位置に向かって絶えず押圧す
る内部あるいは外部弾性機構を備えている。この弾性機
構は、アキュムレータが移動してインク溜めの容積を増
大あるいは減少させるときにも、（インク漏れを防止す
るために）インク溜め内に十分な最小背圧を維持する効
果を有する。

【００１３】これまでのアキュムレータは、気泡発生器
として知られる装置と連動させて用いられてきた。気泡
発生器は、アキュムレータがその最小容積位置に移動し
（すなわち、アキュムレータがこれ以上インク溜め内の
背圧を低下させることができなくなり）、印字ヘッドが
インク溜めからのインクの射出を続けるにつれて背圧が
上昇し続けるときに、インク溜めに周囲の気泡が進入し
うるようにする。気泡発生器によって供給された気泡
は、インク溜めの背圧が印字ヘッドの故障を発生させる
レベルにまで上昇することを防止する効果を持つ。

【００１４】気泡発生器は、一般に、ペンのインク溜め
と周囲の空気の間に流体を流通させる小経のオリフィス
を有する。気泡発生器のオリフィスは、気泡発生器のオ
リフィスからのインク漏れを発生させる重力および静圧
力に対抗するように、充分小さくなっており、またイン
クの表面張力は充分大きくなっている。さらに、インク
溜めのインクが、通常、気泡発生器のオリフィスのイン
ク溜め側を覆っているため、周囲の空気は、背圧がオリ
フィスを覆うインク溜めのインクを通って気泡を引き込
むだけのレベルに上昇するまでは、インク溜めに進入す
ることができない。

【００１５】気泡発生器を用いる場合の問題の一つは、
ペンがインク溜めのインクがもはやオリフィスを覆わ
ず、周囲の空気の流入が制限されない位置に移動すると
きに発生する。この結果、周囲の空気が無制限に流入す
ることによって背圧がなくなり、それによってインク漏
れと印字ヘッドの誤動作が発生する。

【００１６】

【発明の目的】この発明は、ペンがインクがオリフィス
を覆わない位置まで移動する（たとえば反転される）と
き、常に、気泡発生器のオリフィスを効果的にふさぐバ
ルブ装置と、該オリフィスをふさぐ（シールする）方法
とを提供することを目的とする。

【００１７】

【発明の概要】このバルブは、オリフィスが通常インク
溜めのインクで覆われ、ペンが直立位置にある、インク
ジェットペンのインク溜め内の気泡発生器のオリフィス
に組み合わせて用いられる。このバルブは、この容器に
結合され、オリフィスの近くに配置されるベースン（ｂ
ａｓｉｎ）を有する。このベースンには、インクに対し
て非混和性であり、インクと乳化しないシール液がほぼ
いっぱいに満たされている。このシール液は、ペンが反
転される、あるいは直立位置からかなり傾けられると
き、常にオリフィスをふさぐために十分な表面張力、粘
性、密度あるいはこれらが組合わさった特性を有する。

【００１８】このベースンとシール液は、ペンが直立位
置にあるとき、常に周囲の空気と気泡発生器のオリフィ
スの間で流体を流通させるための狭い通気路をなすよう
に構成される。シール液は、ペンが直立位置から傾いた
とき、オリフィスと通気路の両方をふさぐ。

【００１９】ペンの向きにかかわりなくシール液が通気
路をふさぐが、通気路から流れ出ないようにシール液を
選択し、通気路を形成する。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

【００２１】図１から図４において、この発明のバルブ
２０は、従来のインクジェットペン２２に結合されてい
る。ペン２２は、プラスチック等の材料で形成され、側
壁２６、頂部２８、基部３０からなるインク溜め２４を
含む。インク溜め２４中のインク３１は、ペン２２が図
１に示す直立位置にあるとき、常に基部３０の上面２９
を完全に覆っている。

【００２２】印字ヘッド（図示せず）が、ペン２２に取
りつけられており、制御信号に応答してインク溜め２４
からインク液を射出する。インク溜めのインク３１が減
少すると、インクの上面３３が基部３０に近づく。

【００２３】ペン２２の基部３０は中央開口部３２を有
し、これにバルブ２０が伸長し、このバルブは基部３０
に取り付けられている。バルブ２０は、ポリスルフォン
等のプラスチックで形成され、ほぼ円筒状の細長い中空
のベースン３４を含んでいる。ベースン３４の中間部か
ら外向きにフランジ３８が突出している。フランジ３８
の周縁は、熱溶着等によって、開口部３２の周辺の基部
の下面３６に形成された環状の凹部４０に固着されてい
る。

【００２４】ベースン３４のフランジ３８の下の部分
は、開放通気スペース４２を通って伸長し、ベースン３
４の底部４４は、ペン２２の側壁２６の底部の間に伸長
する底板４６に固着されている。底板４６には開口部４
８が形成され、通気スペース４２と周囲の空気との間に
流体の流通を提供して、通気スペースが周囲気圧にとど
まるようにしている。

【００２５】バルブ２０のベースン３４の頂部５０は、
基部３０の上面２９と共面である外面５２を有する。気
泡発生器のオリフィス５４は、ベースン３４の頂部５０
を貫通して伸長し、ペン２２のインク溜め２４とバルブ
２０のベースン３４によって形成される内部チャンバー
５６との間に流体を流通させる。気泡発生器のオリフィ
ス５４の径は、好適には０．２０ｍｍから３０ｍｍの間
である。

【００２６】内部通路６０を有する通気管５８が、ベー
スン３４に取り付けられている。通気管５８は、その内
端６２がチャンバー５６の内部のオリフィス５４に近い
ベースン３４の頂部５０の内面６４の直下に位置するよ
うに向けられる。通気管５８の外端６６は、通気スペー
ス４２内に位置する。

【００２７】ベースン３４のチャンバー５６は、シール
液６８でほとんど完全に満たされている。以下により詳
細に説明するが、シール液６８は、ペン２２の向きにか
かわらず、通気管５８の通路６０から流出することな
く、通路６０をふさぐために十分な密度、表面張力、あ
るいは粘性、あるいは密度、表面張力および粘性が組合
わさった特性を有する。

【００２８】ペン２２は、通常、図１に示す直立位置で
動作する。この直立位置では、シール液６８の上面７０
は、通気管５８の内端６２のすぐ下にある。その結果、
通路６０は、管５８全体を通して完全に開いた状態であ
り、チャンバー５６と通気スペース４２の間に流体の流
通を提供する。

【００２９】インク溜め２４内部の背圧が、インク溜め
２４内における最大許容背圧に近いレベルにまで上昇す
ると（最大許容レベルは、それを越えると印字ヘッドが
背圧にうちかってインク溜めからインク液を射出するこ
とができないレベル）、背圧は、通路６０を介して、チ
ャンバー５６内に、さらにはオリフィス５４を覆うイン
ク溜めのインク３１を通って、インク溜め２４内に通気
スペース４２からの空気を引き込めるだけの大きさにな
る。気泡がインク溜め２４に入ると、背圧は、わずかに
低下して、ペンの性能にとって許容可能なレベルにとど
まる。

【００３０】図１および図２において、シール液６８
は、ペン２２が傾斜してその結果インク溜め２４のイン
ク３１が流れてベースン３４の頂部５０の外面５２が露
出している（図２）とき、常に、周囲の空気がインク溜
め２４に流れ込むことを防止する阻止バルブとして働
く。たとえば、ペン２２のインク溜め２４にインクが半
分以下しか入っておらず、ペン２２が図２に示すように
その側面を下にして傾いている場合、インク溜め２４の
インク３１は、オリフィス５４を覆わない。シール液６
８がない場合、通気スペース４２内の周囲の空気が、簡
単に通気管５８中の通路６０を通ってオリフィス５４に
流れ込み、それによってペン２２のインク溜め２４内の
背圧をなくしてしまう。

【００３１】この発明によれば、ペン２２が傾くと、バ
ルブベースン３４内のシール液６８が、ベースン３４の
頂部５０の内面６４に向かって流れ、それによってオリ
フィス５４をふさぐ。さらに、シール液６８は、通気管
５８の内端６２を横切って流れ、通路６０をふさいで、
周囲の空気が管５８を通ってチャンバー５６に流入する
のを防止する。つまり、シール液６８は、インク溜め２
４への周囲の空気の侵入によってインク溜め２４内の背
圧が失われないようにするための二つの機構（すなわ
ち、オリフィス５４をふさぐ機構と、通路６０をふさぐ
機構）を提供する。

【００３２】シール液６８は、十分な密度、表面張力、
あるいは粘性、あるいは濃度、表面張力および粘性の組
合わさった特性を有し、この粘性は、シール液６８が気
泡発生器のオリフィス５４あるいは通気管通路６０のい
ずれかからベースンチャンバー５６から流れ出ることの
ない粘性である。たとえば、０．５１ｍｍ以下の通気管
通路６０を有するバルブ２０に対しては、水銀がシール
液６８として十分である。水銀は、通路６０をふさぐ
が、ペン２２が、通気管５８の内端６２がシール液６８
に浸っているとき通気管５８の外端６６が通気管５８の
内端６２より相対的に低くなるような向きになっても、
（水銀が）通路６０を通ってベースン３４の外に移動す
ることがない（図２および図４参照）。

【００３３】シール液６８として適当な他の材料は、四
臭化アセチレン、ブロモベンゼン、およびジブロモベン
ゼン等の多臭素化高密度有機物である。これらの材料
は、水銀より低密度であるが、通気路６０を通ってシー
ル液６８の移動をさけるに十分な表面張力を有する。シ
ール液６８として適当な材料としては、さらに、ポリメ
チル１−３，３，３−トリフルオロプロピルシロキサン
等のフルオロアルキルシロキサンがある。また、ペンシ
ルバニア州ブリストルのＰｅｔｒａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅ
ｍｓが“Ｈａｌｏｃａｒｂｏｎ”の商品名で販売するシ
リカゲル濃縮したクロロフルオロカーボン潤滑剤等のそ
の他の材料もシール液として十分なものと考えられる。

【００３４】当業者にはシール液として十分な液体が数
多くあることは明白であろう。一般に、このシール液
は、１．４ｇ／ｍｌ以上の密度、あるいは１０ｄｙｎ／
ｃｍ以上の表面張力、および２０００ｃｐ以上の粘度を
有しなければならない。

【００３５】シール液６８は、ペン２２に収容されるイ
ンク３１に対して非混和性であり、乳化しない。この特
徴によって、シール液６８とインク３１の混合物が、気
泡発生器のオリフィス５４中、あるいはその近くに形成
されたり、あるいはペン２２がかなり長時間にわたって
反転した位置に置かれる場合にはその混合物が通気管通
路６０の中、あるいはその近くに形成されるのを防止す
る。このような混合物は、オリフィス５４あるいは通路
６０の内部に残留し、その結果ペン２２が直立位置に戻
ったとき、オリフィス５４あるいは通路６０に詰まる傾
向がある。このようにオリフィス５４が詰まると、オリ
フィス５４と通気管５８によって提供される背圧の制御
が阻害される。つまり、シール液６８の高い密度と非混
和性によってペン２２が直立位置に戻るとき、シール液
６８がオリフィス５４から流れ出るようにしている。

【００３６】図３に示すように、ペン２２が完全に反転
されるときは、常に、シール液６８は、ベースン３４の
内面６４に向かって移動し、オリフィス５４と通路６０
をふさぐ。上述の通り、ペン２２が反転された状態のと
き、シール液６８の高い表面張力あるいは高い密度、あ
るいは高い粘性によって、シール液６８がオリフィス５
４を通ってインク溜め２８に移動するのを防止する。

【００３７】シール液６８の表面７０は、ペン２２が図
１に示す直立位置からわずかでも傾くと、すぐに通路６
０がふさがれるように、通気管５８の内端６２に近くな
っているのが好適である。これは、インク溜め２４のイ
ンク３１がほとんどなくなり、ペン２２が図４に示すよ
うに傾いている場合に特に有益である。このような場
合、限られた量のインク溜め２４のインク３１が速く流
れて、ベースン３４の頂部５０の外面５２が現れ、それ
によって気泡発生器のオリフィス５４が露出する。しか
し、シール液６８と通路６０の内端６２が上述したよう
な関係になっていれば、インク溜め２４のインクが流れ
てオリフィス５４が露出する前に、通路６０がふさがれ
る。その結果、通気スペース４２からの周囲の空気がオ
リフィス５４から流入することはない。

【００３８】図５〜図７は、この発明にしたがって形成
されたバルブ２２０の代替実施例を、さまざまな方向で
示すものである。バルブ２２０はペン２２２に結合さ
れ、ペン２２２は、前述のペン２２と同様に、側壁２２
６、頂部（図示せず）および基部２３０によって形成さ
れるインク溜め２２４を有する。ペン２２２の基部２３
０には中央開口部２３２があり、その下端はバルブ２２
０によってほぼふさがれている。

【００３９】より詳細には、バルブ２２０は、ほぼ平坦
な円形の頂部２３８を有するベースンカバー２５０を含
む。カバー２５０の頂部２３８の周縁は、熱溶着等によ
って、開口部２３２の周りの基部２３０の下面に形成さ
れた環状の凹部２４０に固着されている。一体に形成さ
れたほぼ管状の側壁２３９が、頂部２３８から下向きに
伸長して（図５）、底板２４６が形成された端部の開放
したほぼ円筒状のベースン２３４をほぼ取り囲むように
なっており、この底板２４６は、ペン２２２の側壁２２
６の底部に取り付けられている。底板２４６は基部２３
０の下面２３６との間に通気スペース２４２を形成し、
この通気スペース２４２は、底板２４６に形成された開
口部２４８を介して周囲の空気に通じている（図６）。

【００４０】ベースン２３４は、カバー２５０の管状側
壁２３９によってほぼ取り囲まれているが、その間には
間隔がおかれている。ベースン２３４の開いた頂部２３
５は、カバー頂部２３８の内面２６４に近い。面２６４
とベースン２３４の間のスペース２４２は通路２６０を
形成し、この通路２６０は、内面２６４の間を伸長し、
通気スペース２４２内の周囲の空気に達している。

【００４１】前述の気泡発生器のオリフィス５４とほぼ
同様に機能する気泡発生器オリフィス２５４が、カバー
２５０の頂部２３８に形成されている。オリフィス２５
４は、頂部２３８の外面２５２から、頂部２３８の外面
２５２と内面２６４の間の位置まで伸長する。オリフィ
ス２５４の下端は、カバー２５０の頂部２３８の内面２
６４に形成されたカウンタボア２５５に接している。カ
ウンタボア２５５は、微量のインク２３７あるいは粘性
のシール液２６８を捕らえ、ペン２２２が、以下により
詳細に説明するように、直立位置（図５）と反転位置
（図６）の間を移動するとき、オリフィス２５４をふさ
ぐ。

【００４２】ベースン２３４には、図１に示す実施例で
説明したシール液６８のようなシール液２６８が入って
いる。シール液２６８の表面２７０はオリフィス２５４
に近く、ペン２２２が反転したとき（図６）シール液２
６８はカウンタボア２５５に入り、それによってオリフ
ィス２５４をふさぐ（すなわち、このとき、カバー２５
０の外面２５２は、インク溜め２２４のインク２３７に
よって覆われていない）。

【００４３】オリフィス２５４をふさぐと同時に、シー
ル液２６８は移動して、反転したベースン２３４の直下
にある領域で通路２６０をふさぐ。通路２６０の幅は、
ベースン２３４の頂部２３５からカバー２５０の頂部２
３８の内面２６４までで測定して、０．３ｍｍ以下であ
ることが好適である。したがって、シール液２６８の高
い表面張力がシール液に作用するインク溜め２２４の背
圧とあいまって、ペン２２２が反転したとき（図６）、
あるいは図７に示すように傾いたときに、常に、シール
液２６８が通路２６０を通って通気スペース２４２に向
かって流れることを防止する。当業者には、シール液の
高い粘性と通路２６０の小さな径という組合せによっ
て、インク溜め２２４へのシール液２６８の流入が防止
されることが理解されよう。

【００４４】オリフィス２５４の近傍のカウンタボア２
５５は、毛細管現象によって微量のインク２３７もしく
はシール液２６８を捕らえる。捕らえられたインク２３
７もしくはシール液２６８は、図５の２２９に示すよう
なメニスカスを形成し、捕らえられたインク２３３の量
は、カウンタボア２５５の内部コーナー２５７の近くで
最大となる。カウンタボア２５５の直径は、十分な量の
インク２３７を保持できる大きさ（たとえば、１．２２
ｍｍ以上）とすることが好適であり、それによってイン
ク溜め２２４内の通常の動作背圧の影響で、カウンタボ
ア２５５からインク溜め２２４に引き出されるインク２
３７あるいはシール液２６８の量が、極く小さくなるよ
うにする。さらに、オリフィス２５４とカウンタボア２
５５は偏心させ、オリフィス２５４をカウンタボア２５
５のコーナー２５７に近くして、オリフィス２５４のす
ぐ近くで比較的多量のインク２３７あるいはシール液２
６８が捕らえられるようにし（図５）、以下に説明する
補足的封鎖効果を達成する。

【００４５】カウンタボア２５５中に捕らえられたイン
ク２３７は、ペン２２２が直立位置（図５）と反転位置
（図６）の間を移動するとき、高密度のシール液２６８
の表面にあるインクを引き付ける働きをする。表面エネ
ルギーは、捕らえられたインクとシール液上のインクの
コアレッセンス（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）によって最
小限になるため、一つのインク滴がすぐに形成される。
このインク滴が、すべての通路をふさぎ、メニスカルシ
ールを再形成する。シール液２６８が高粘性であること
が、この効果を増大させる。

【００４６】図７は、ペン２２２が直立位置から反転位
置に移動するときの、比較的少量のインク溜め２２４の
インク２３１を有するペンを示す。ベースン２３４は、
ペン２２２が直立位置から（図７に示すよりも）かなり
大きく傾けられるまで、シール液２６８がオリフィス２
５４を完全にふさぐように、移動することのないような
構成になっている。しかし、インク溜め２２４のインク
２３１の量が比較的小さい場合、オリフィス２５４の近
くのカバー２５０の頂部２３８の外面２５２は、オリフ
ィスがシール液２６８によってふさがれる前に露出する
（図７参照）。しかし、カウンタボア２５５中に捕らえ
られたインク２３７は、シール液２６８がオリフィス２
５４と通路２６０の両方をふさぐ位置（たとえば、直立
位置から９０°傾いた位置）に達するまで、薄膜メニス
カスを形成することによってオリフィス２５４を効果的
にシールする。

【００４７】当業者には、この捕らえられたインク２３
７はまた、ペン２２２が反転位置から直立位置に移動す
る際、シール液２６８とインク溜め２２４中の液２３１
のどちらもオリフィス２５４を覆わないときに、オリフ
ィス２５４をふさぐ働きをすることが理解されるであろ
う。

【００４８】前述したように、カウンタボア２５５に捕
らえられて薄膜メニスカスを形成する液２３７は、イン
クとすることができる。シール液２６８もまた、上述の
薄膜メニスカスを形成するが、粘性が高いため、その形
成はより低速に進行する。

【００４９】なお、オリフィス２５４の一端はインク溜
め２２４に開口し、他端は通路２６０に開口しており、
該他端の径は該一端の径より大きく、これら両端は偏心
していてもよい。

【００５０】図８は、反転位置にあるこの発明のバルブ
３２０の代替実施例を示す。図８に示す実施例は、図５
〜図７に示す実施例に対して、ベースン３３４内にブロ
ッキングボール３５３をシール液３６８にほぼ浸された
状態で収容するという変更を加えたものである。カバー
の頂部３３８は、頂部の内面３６４に形成した曲面をな
す凹部３５７を有する。凹部３５７は、ボール３５３の
形状と一致する。オリフィス３５４が、頂部３３８の外
面３５２から伸長して、凹部３５７に接している。

【００５１】ボール３５３はシール液３６８より大きい
密度を有し、したがってバルブ３２０が図８に示すよう
に反転するときは、常に、ボール３５３は凹部３５７に
入ってオリフィス３５４をふさぐ。ペン３２２が直立位
置に戻ると、ブロッキングボール３５３はペンの底板３
４６に向かって下向きに移動し、その結果通路３６０を
介してインク溜めと通気スペース３４２の間の流体の流
通が回復する。

【００５２】ブロッキングボール３５３は、ペン３２２
が直立位置に戻るとき、シール液３６８中をボールが底
板３４６に向かうときの速い動きによって、通路３６０
からシール液３６８が引き出され、ボールの残した一時
的な空隙に入ることによって、通路３６０が確実に開
き、前述の流体の流通が再確立されるよう、十分な密度
を持つことが好適である。

【００５３】ブロッキングボール３５３は、好適には、
結合層（ｂｏｎｄｉｎｇｌａｙｅｒ）で被覆された高密
度のコアからなる。結合層は、シール液３６８と結合
し、その結果シール液の薄い膜が常にボール３５３の周
囲に保持され、オリフィス３５４の効果的なシールを確
実にする。結合層は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ Ｃｏ．が商品名“ＴＰＲ１７８／１７９”として販
売するもののような、柔軟な樹脂とすることができる。
この樹脂は、メルカプト−プロピル、あるいはアミノ−
プロピル官能基を含むものとすることができる。このよ
うな被覆されたボールは、Ｐｅｔｒａｒｃｈ Ｓｙｓｔ
ｅｍｓから商品名“ＰＳ１８２”あるいは“ＰＳ１８
３”として販売されるもののような、ポリフルオロアル
キルシロキサンからなるシール液とともに用いるのが最
も良い。

【００５４】結合層で被覆されたボール３５３は、ペン
３２２が直立位置に戻るときに、通気路３６０、オリフ
ィス３５４および凹部３５７からシール液３６８を引き
出すのに有効である。前述したように、ペンのインク溜
めと通気スペース３４２の間に流体の流通を回復するた
めには、通路３６０からシール液３６８を効果的に除去
することが望ましい。

【００５５】以上、この発明の原理を実施例と代替実施
例を参照して説明し、図示したが、この発明の構成やそ
の細部には、かかる原理から離れることなく、さらに変
更を加えることができるのは明らかである。したがっ
て、この発明は特許請求の範囲と精神に包含されるあら
ゆる変更とその等価物を含むものである。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、インクジェットペンにおいて、周囲気圧が変化した
際に、誤動作等の問題を生ずることなく、インク溜めの
背圧を良好に調整して、インク漏れを効果的に防止する
ことができる。

【００５７】また、この発明によれば、上記のペンが直
立位置から外れて傾いたり、あるいは反転したりした際
において、上記の背圧を調整するためのオリフィスをシ
ール液が良好にシールして、ペンからのインク漏れを効
果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のバルブに含まれるインクジェットペ
ンの側面図で、ペンが直立位置にある場合を示してい
る。

【図２】図１のバルブとペンを示す図で、該ペンが図示
の位置にあるときのバルブ動作を示している。

【図３】反転位置にあるときの図１のバルブとペンを示
す図である。

【図４】傾いた位置にあるときの図１のバルブとペンを
示す図である。

【図５】この発明のバルブの代替実施例の拡大側面図
で、ペンが直立位置にあるときのバルブを示している。

【図６】反転位置にあるときの図５のバルブを示す図で
ある。

【図７】傾いた位置にあるときの図５のバルブを示す図
である。

【図８】この発明のバルブの他の代替実施例の拡大側面
図で、反転位置にあるときのバルブを示している。

【符号の説明】

２０ バルブ ２２ インクジェットペン ２４ 液（インク）溜め ３１ 第１の液（インク） ３２ 開口部 ３４ ベースン ４２ 開放通気スペース ４８ 開口部 ５４ オリフィス ５６ チャンバー ５８ 通気管 ６０ 通路 ６８ シール液

フロントページの続き (72)発明者 ドナルド イー ウエンゼル アメリカ合衆国オレゴン州アルバニー エ ヌダブリユ 12番アベニユー 2820

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の流体（３１）を貯溜し背圧を保持
   する液溜め（２４）であって、該液溜め（２４）が第１
   の位置にあるときには該第１の流体（３１）でシールさ
   れるオリフィス（５４）を形成している液溜め（２
   ４）、 前記液溜め（２４）の前記オリフィス（５４）の近傍に
   結合されるベースン（３４）、および前記ベースン（３
   ４）内に貯溜され、前記液溜め（２４）が前記第１の位
   置から外れたときにオリフィス（５４）をシールするシ
   ール液（６８）からなることを特徴とするバルブ装置。
2. 【請求項２】 第１の流体（３１）を貯溜し背圧を保持
   するとともに、第１の位置に位置決め可能な液溜め（２
   ４）、 前記液溜め（２４）に結合され、シール液（６８）をそ
   の中で動かし、オリフィス（５４）により該液溜め（２
   ４）と液通されるベースン（３４）、および前記ベース
   ンに結合される通気管（５８）であって、ベースン（３
   ４）と該ベースン（３４）の周囲の空気と通気し、液溜
   め（２４）が前記第１の位置から外れたときにシール液
   （６８）で閉塞される通路（６０）を構成する通気管
   （５８）、からなることを特徴とするバルブ装置。
3. 【請求項３】 第１の流体（３１）を含む液溜め（２
   ４）のオリフィスのシール方法であって、 液溜め（２４）が直立の位置から外れるときに、移動し
   てオリフィスをシールするシール液（６８）をオリフィ
   スの直下に貯溜することを特徴とするオリフィスのシー
   ル方法。