JPH04219252A - インクジェットペン用感圧アキュムレータ - 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】この発明はインクジェットペンの
インク溜内の液圧を調整する機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】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から印字面へのインクの液滴の
供給を制御している。ドロップオンディマンド印字とし
て知られる印字法では、インク溜からのインクの液滴の
射出を行うための制御信号に反応する印字ヘッドを有す
るペンを用いている。

【０００３】ドロップオンディマンド型の印字ヘッドに
は一般に液滴の射出機構として熱気泡あるいは圧電圧力
波のいずれかが用いられる。熱気泡型印字ヘッドには、
熱せられて少量のインクを急激に蒸発させる薄膜抵抗が
用いられる。インク蒸気が急激に膨張することによって
印字ヘッドのオリフィスから少量のインクが押し出され
る。

【０００４】圧電圧力波型印字ヘッドには印字ヘッド内
のインクの体積を急激に圧縮し、それによってオリフィ
スから少量のインクの液滴を押し出す圧力波を発生させ
るための制御信号に反応する圧電素子が用いられる。

【０００５】従来のドロップオンディマンド型の印字ヘ
ッドはペンのインク溜からインクの液滴を射出する、あ
るいは「ポンピングする」には効果的であるが、印字ヘ
ッドが休止している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たない。したがって、ドロップオ
ンディマンド技術では、印字ヘッドが休止しているとき
には常にペンからのインク漏れを防止するために、イン
ク溜の液体は印字ヘッドに多少背圧がかかるような方法
で貯蔵しなければならない。ここで用いる「背圧」とい
う用語は印字ヘッド内のインクの流れに抵抗するペンの
インク溜内の部分真空の増大を表すものとして正の意味
で考えられている。したがって、背圧は水柱の高さとい
った正の条件で測定される。

【０００６】印字ヘッドの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
ッドが背圧に抗してインクの液滴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
ンは背圧の変動を起こす環境変化があっても作動するよ
うに設計しなければならない。

【０００７】インク溜の背圧に影響する重大な環境変化
はインクジェットペンを空輸する際に起こる。この場合
、飛行機が高度を上げ、減圧されるにつれて周囲の気圧
が低下する。周囲の気圧の低下に応じて、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の量が増大す
る。したがって、周囲圧力の低下期間中はペンの背圧を
制御しなければならない。

【０００８】インクジェットペンのインク溜の背圧は「
動作効果（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｅｆｆｅｃｔｓ）
」と呼ぶべきものの影響を受ける。動作効果のうちの顕
著なものは印字ヘッドがインクの液滴を射出すべく起動
されるさいに起こる。その結果としてインク溜のインク
が減少し、インク溜の背圧を増大させる（より負性的に
する）。この背圧の増大を制御しないと印字ヘッドが増
大した背圧に打ち勝ってインクの液滴を射出することが
できなくなり、結局インクジェットペンが故障する。

【０００９】環境変化や動作効果に対応してインクジェ
ットのインク溜の背圧を制御するための従来の方法とし
ては、一般にアキュムレータと呼ばれる機構がある。ア
キュムレータの例としては、米国特許出願第０７／２８
９，８７６号の「ＭＥＴＨＯＤ　ＡＮＤ　ＡＰＰＡＲＡ
ＴＵＳＦＯＲ　ＥＸＴＥＮＤＩＮＧ　ＴＨＥ　ＥＮＶＩ
ＲＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＲＡＮＧＥ　ＯＦ　ＡＮ　ＩＮＫ
　ＪＥＴ　ＰＲＩＮＴ　ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ」で説明さ
れている。

【００１０】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の容積と液体を連通した容積を規
定する弾性のブラダーまたはカップ状の機構を有する。 このアキュムレータはインク溜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
ンク溜の全容積が変わり、それによって、背圧レベルの
変化は、背圧がインク漏れの防止に適した動作範囲にと
どまり、かつ印字ヘッドがインクの液滴の射出を継続で
きるように制御される。

【００１１】たとえば、周囲気圧が降下する結果、周囲
の圧力とペン内部の背圧との差が減少するとアキュムレ
ータが移動してインク溜の容積を増大させ、それによっ
て、背圧をインク漏れを防止する上記の範囲内にあるレ
ベルにまで増大させる。言い換えれば、アキュムレータ
の移動による容積の増大は周囲気圧と背圧の差が増大す
ることを防止する。周囲気圧が減少する際にインク溜が
一定の容積に限定される場合にはこの増大が起こる。

【００１２】また、アキュムレータは、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
て背圧の増大が起こる場合には常にインク溜の容積が減
少するように移動する。アキュムレータの移動による容
積の減少は背圧を動作範囲内のあるレベルにまで減少さ
せ、それによって印字ヘッドがインクの射出を継続する
ことを可能にする。

【００１３】アキュムレータには通常アキュムレータを
インク溜の容積を増大させる位置に連続的に推進する内
部または外部弾性機構が備えられる。この弾性機構の効
果はアキュムレータがインク溜の容積を増大または減少
させる際にも、（インク漏れを防止するための）インク
溜内の十分な最低背圧を維持することである。

【００１４】従来のアキュムレータの設計には少なくと
も二つの欠点がある。第一に、アキュムレータの作用容
積（すなわち、アキュムレータによってもたらされるイ
ンク溜容積の最大の減少または増大）はサイズ的に限定
されることである。詳細には、アキュムレータの作用容
積は、インクジェットペンに収容しうるブラダー、また
は同様の構造物の最大サイズによって制限される。した
がって、従来のペンの環境動作範囲、すなわちペンがイ
ンク漏れを起こすことなく耐えることのできる最大の周
囲圧力降下として数量化できる範囲は、アキュムレータ
の作用容積のサイズによって制限されていた。

【００１５】前述した作用容積サイズによる制約を解決
する従来の方法としてはインクジェットペン内にキャッ
チベースンを設けるものがある。キャッチベースンは、
アキュムレータが最大容積位置に移動した後に周囲の圧
力が降下し続ける際にインク溜から押し出されるインク
を、オーバーフローオリフィスを介して受けるための容
積を提供する。周囲の圧力が降下し続けると結局、周囲
の圧力とインク溜内の背圧との差がなくなる。最後には
底レベルの正圧がインク溜内に発生する。この低レベル
の正圧がインクをオーバーフローオリフィスを介してキ
ャッチベースンに押し出す。オーバーフローオリフィス
とキャッチベースはインク溜内の正圧が、インクが休止
中の印字ヘッドから漏れ出るレベルに上昇するのを防止
するために設けられる。

【００１６】キャッチベースンはインクジェットペンア
センブリのスペースをとり、そのスペースはこれがなけ
ればインク溜のスペースとして使用できるため、キャッ
チベースンの使用は望ましくない。さらに、インクが印
字ヘッドではなくオーバースローオリフィスを経て押し
出されるようにペンを設計することは困難である。

【００１７】従来のアキュムレータの設計における第二
の欠点はドローダウンとして知られる特徴に関する。ド
ローダウンとは、インク溜内にインクが印字ヘッドから
漏れないようにするための最小背圧を確立するためにイ
ンクの充填されたインクジェットペンから取り除かれる
べきインクの容積量である。この最小背圧は、通常、ペ
ンがインクで満たされた時、すなわち、インク溜内の空
気の体積が最小である時に確立される。最小背圧を確立
するには、取り除く「ドローダウン」インクをできるだ
け少なくすることが望ましい。これは、この目的でイン
クを取り除くことによって、印字に使用できるインク量
が減少するからである。成型可能なエラストマーによっ
て形成される従来のアキュムレータでは、一般にかなり
の量の空気がその壁を通して拡散しうる。したがって、
拡散によるアキュムレータが最大容積にまで膨張するこ
とがないように、従来のアキュムレータにはより大きな
ドローダウン量が必要とされた。アキュムレータが最大
容積に達するときインク溜の背圧が失われることは理解
できよう。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従って、この発明はイ
ンクジェットペン用の感圧アキュムレータに関し、イン
ク溜内の背圧に対する極端な環境変化や動作効果にも関
わらずペンが動作するのに十分なアキュムレータの作用
容積を提供することを目的とする。

【００１９】この発明のアキュムレータはキャッチベー
スンまたは同様のオーバーフロー機構を不要にするのに
十分な大きさの作用容積を提供するように構成される。 したがって、この発明によるアキュムレータを用いれば
、印字に使用できるインク量は最大限になる。

【００２０】この発明によるアキュムレータは、インク
溜の背圧とアキュムレータの移動との関係が、インク溜
内に最小背圧を確立するために取り除くべきドローダウ
ンインクの量が非常に小さくなるような関係となるよう
に構成されている。結果として、印字に使用できるイン
クの量はドローダウンによってわずかに減少するのみで
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明は一般に膨張可
能な袋を取りつけたばねを含むものとして説明できる。 このばねと袋はインクジェットペンのインク溜の内部に
位置し、袋の内側はインク溜の外側の空気と流体を連通
するようになっている。ばねと袋は、袋がインク溜内の
流体圧力の変化とインク溜の外側の周囲圧力の変化の両
方に反応して膨張および収縮するように構成されている
。ばねは袋の膨張によってたわむ。たわんだばねによっ
て袋が収縮位置または最小容器位置に押圧される。

【００２２】ばねと袋は、袋の膨張および収縮が、イン
ク溜の背圧が周囲気圧の極端な変化に関わらず許容可能
な動作範囲内に維持されるような方法でインク溜の容積
に作用するように構成される。

【００２３】

【実施例】この発明の他の特徴およひ利点は添付図面を
参照して行う以下の詳細な説明から明らかになろう。

【００２４】この発明のアキュムレータは周囲気圧の極
端な変化に関わらず、インクジェットペンのインク溜内
部の背圧を制御できる作用容積（すなわち、アキュムレ
ータによって提供されるインク溜の容積の最大の増加ま
たは減少）を有するべく構成されている。ここで、イン
クジェットペンに作用する最も大きな圧力の変化は通常
ペンが空輸されるときに起こる。かかる輸送中にペンは
飛行機の貨物室に置かれ、かかる貨物室は最高高度にお
いては海面における大気圧よりかなり低いレベルの圧力
がかかる。結果的に、このアキュムレータの作用容積は
ペンに働く周囲（すなわち、貨物室）の圧力の降下を補
償すべく確立される。

【００２５】たとえば、飛行中の機内の気圧は海面にお
ける気圧より約２６％低い。したがって、機内の気圧は
飛行機の離陸後約２６％降下する。この発明のアキュム
レータは、ペンのインク溜の容積を、周囲の圧力の２６
％の降下がそれに対応する降下をインク溜の背圧に対し
てもたらすことを防止するのに必要な量（すなわち、ア
キュムレータの作用容積）だけ増大させるように移動す
る。前述したように、アキュムレータによるインク溜の
容積の増大は背圧をペンの印字ヘッドからのインク漏れ
を防止するレベルに維持する。

【００２６】周囲圧力の降下を補償するために必要なイ
ンク溜の容積の増大の大きさは、周囲圧力が減少すると
きにインク溜内にある空気の量に関係する。したがって
、ペン内に最大量の空気がある場合、すなわちペンがイ
ンク切れに近い時に、アキュムレータの提供すべきイン
ク溜容積の変化量が最大となる。つまり、アキュムレー
タの作用容積Ｖａｃは、インク切れに近いペンが上述し
たような極端な圧力の増大を受ける際のインク溜内の空
気の体積の増大より大きいかまたはそれに等しくなけれ
ばならない。これは式で表すと、Ｖａｃ≦Ｖｒ×（Ｐｏ
／Ｐ）−Ｖｒ　　　　　　［１］となり、ここで、Ｖｒ
は、アキュムレータがインク溜の容積からその最大容積
を変位することによって決定されるインク溜容積、Ｐｏ
は、海面における初期周囲（貨物室）気圧、Ｐは、飛行
機の貨物室が離陸後加えられる最小圧力レベルである。

【００２７】インク切れに近いペンのインク溜に残った
インクの量は、上記の式［１］では、容積Ｖｒから引か
れない。その結果、式［１］で計算されるアキュムレー
タの作用容積Ｖａｃは実際に必要な容積より少し大きい
。したがって、アキュムレータの作用容積の大きさは、
アキュムレータの生産工程におけるばらつきや次に詳細
に述べるアキュムレータへの空気の拡散を補償するため
に、計算値より少し大きくすることが好ましい。

【００２８】インク溜の容積Ｖｒ、圧力ＰｏおよびＰ、
およびアキュムレータの作用容積Ｖａｃの関係は供給可
能なインクＶｄで表すことができる。供給可能なインク
Ｖｄ　は、印字可能な状態のペンに蓄えられたインクの
量である。供給可能なインクの最大量は、ペンがインク
で満たされ、かつアキュムレータが最小容積位置にある
とき、あるいは、 Ｖｄ＝Ｖｒ＋Ｖａｃ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　［２］あるいは、 Ｖｒ＝Ｖｄ−Ｖａｃ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　［３］であるときに得られる。

【００２９】式［３］を式［１］に代入してＶａｃを求
めると次のようになる。

【００３０】Ｖａｃ≧Ｖｄ×（１−Ｐ／Ｐ０）　　　　
　　　［４］式［４］のかっこ内の量はペンに加わる周
囲圧力の降下Ｐ０−Ｐの結果としてインク溜内に起こる
相対的な気圧上昇の分数値である。したがって、上述し
たような周囲圧力の降下が約２６％である極端な条件下
では、式［４］によればアキュムレータの作用容積はペ
ン内の供給可能なインク量の２６％でなければならない
。たとえば、４０ｃｃの供給可能なインク量を有するペ
ンには、インク漏れを起こすことなく２６％の周囲気圧
の降下に耐えるには、１０．４ｃｃの作用容積を有する
アキュムレータを必要とする。

【００３１】以上では周囲圧力の減少Ｐ０−Ｐはペンの
空輸に関して論じられたが、インク溜内の空気は周囲圧
力の変化に加えて、温度変化によっても膨張および収縮
しうることに注目すべきである。たとえば、高温下のペ
ンにはそのインク溜内の空気の膨張が起こり、当該技術
の熟練者は圧力と温度の変位の間に定量的な相似を見い
出すことができるであろう。しかし、ペンの空輸に伴う
周囲圧力の減少はペンに加わる最も激しい周囲圧力の変
化であると信じられている。したがって、この発明のア
キュムレータはかかる変化を補償するように設計されて
いる。

【００３２】図１から図９において、この発明にしたが
って形成されたアキュムレータ２０は、インクジェット
ペンのインク溜の背圧に対する激しい環境変化や動作効
果を効率的に補償するアキュムレータ作用容積Ｖａｃを
提供する。さらに詳細には、アキュムレータ２０は、一
定量のインクを保持するように構成された剛性の側壁２
６、２８、３０、３２を有するインク溜を含むインクジ
ェットペン２２に組み込まれるように構成されている。 井戸３４がインク溜２４の底部、壁３０の一方の側近く
に形成されている。熱気泡型印字ヘッド３６が、インク
溜２４からインクの液滴を射出するためにインク溜の底
部壁３８に組み込まれている。 インク溜の壁と印字ヘッドの構成は、カリフォルニア州
パロアルト所在のヒューレット・パッカード・カンパニ
ーが「Ｄｅｓｋｊｅｔ」の商標で製造するインクジェッ
トプリンタのペン要素に設けられているものとほぼ同様
である。

【００３３】アキュムレータ２０はインク溜２４の側壁
２６、２８、３０、３２の頂部を封じるキャップ４０に
取付けられている。アキュムレータ２０はばね４４に取
付けられた膨張可能な袋４２を含む。袋４２とばね４４
は上向きに突出したボス４８を有する取付具４６に固着
されている。ボス４８はキャップ４０の頂部と一体に形
成された円筒状スリーブ４７に密着されている。

【００３４】袋４２は、袋の内側がボス４８を通過する
中央ダクト５０の下端９０と流体を連通するように取付
具４６に固着される。取付具４６は、ダクト５０がダク
トの上端５１が周囲の空気と流体を連通するようにして
ペン２２のキャップ４０に取付けられる。

【００３５】アキュムレータ２０が取付けられると、イ
ンク溜２４は封止可能なポート４３を介してインクで満
たされる。わずかな背圧（以下最小背圧と称する）がペ
ンのインク溜内に確立される。最小背圧は印字ヘッドが
動作中の時印字ヘッド３６からのインク漏れを防止する
のに必要な背圧の最小量である。

【００３６】ペン２２が印字に使用されると、インクが
減少するためインク溜２４内の気圧が減少する（したが
って、背圧が増大する）。印字中は袋４２は背圧が増大
する結果膨張する。袋の膨張によってインク溜２４の容
積が減少し、インク溜の背圧は印字ヘッド３６がインク
溜２４からのインクの射出を継続しうる範囲に維持され
る。その後周囲圧力が減少した場合（たとえば、ペンの
空輸中）、袋４２がインク溜の背圧が周囲に対して印字
ヘッドからのインク漏れが起こるレベルに降下すること
のないようにインク溜の容積を増大すべく収縮する。

【００３７】袋４２の膨張によってばね４４がたわむ。 ばね４４の弾性は袋４２を収縮させる傾向がある。ばね
４４と袋４２はインク溜の背圧をインク漏れの防止に適
した動作範囲に維持し、かつ、印字ヘッド３６がインク
の液滴の射出を継続することを可能にする背圧と袋の容
積の関係を定義するように構成され、配設される。さら
に、アキュムレータ２０は袋４２の最大容積、すなわち
、アキュムレータの作用容積Ｖａｃが、周囲の気圧の激
しい変動に関わらずインク溜の背圧を上記の動作範囲内
に維持するのに十分な大きさとなるように構成される。

【００３８】この発明にしたがって形成されたアキュム
レータ２０の詳細を見ると、アキュムレータのばね４４
の実施例は、厚さ約７５ミクロン、降伏強度５，６００
ｋｇ／ｃｍ２　以上のステンレススチール等の金属条片
を有する。ばね４４は、平坦なシート（図７）から打抜
きまたはエッチングされ、図８に示す緩んだ構成、ある
いはたわみのない構成に形成される。ばね４４の緩んだ
構成には、丸型の主開口部５４が形成された平坦な基部
５２が含まれる。ばね４４は、基部５２のそれぞれの端
部５６、５７で曲げられている。 一対の細長いスロット６０が、ばね４４のそれぞれの基
部端５６、５８に形成され、ばね４４を基部端５６、５
８で折り曲げ易くしている。

【００３９】ばね４４は、湾曲した脚６２を備えるよう
に形成されている。基部５２の端部５６、５８のそれぞ
れから一本の脚６２が下向きに伸長している。ある実施
例では、脚６２の長さは約５．７ｃｍである。ばね４４
の脚６２の長さは、脚６２のそれぞれの端部６８がイン
ク溜２４の底部壁３８に非常に近くなるような長さであ
る。

【００４０】ばねの脚６２はそれぞれ、約２．５ｃｍ　
の曲率半径を有するように形成される。脚６２はそれぞ
れ、内向きに他の脚６２の凸面６４と対向する凸面６４
を有する。

【００４１】ばね４４はペンのインク溜２４の側壁３０
と３３（図６）の間隔にほぼ等しい幅を持つような大き
さになっている。ある実施例では、脚６２の幅は約２．
５ｃｍである。

【００４２】図６と図８から最も良くわかるように、ば
ね４４は基部５２の領域では比較的幅が狭くなっている
。ばね４４のこうした形状によって、アキュムレータ２
０を傾斜した前部側面６６（図６）を有するキャップ４
０を含むインクジェットペン２２の内部に取りつけるこ
とが可能になる。より詳細には、ばね４４の脚６２の幅
は、基部端５６、５８からそれぞれの脚６２の基部端と
先端６８の間のある位置に向かって細くなっている。ば
ねの幅は脚の先端６８の方向に広くなる。一定幅の脚６
２を有するばね４４もまた適用可能であると思われる。 しかし、ばね４４の幅は、ばね４４に取りつけられた袋
４２がインク溜の側壁とキャップの構成による制約のも
とで可能な最大の幅を持つよう、インク溜２４の幅全体
にほぼ合うように形成されることが望ましい。

【００４３】ばねの基部５２に四つのアクセスホール７
１が形成される。基部５２のそれぞれの角の近くに一つ
のアクセスホール７１がある。さらに、ばねの脚６２の
それぞれの基部端５６、５８の下方の近い位置に一対の
間隔を置いたアクセスホール７２が形成されている。四
つの、他の間隔を置いたアクセスホール７４が、それぞ
れのばねの脚６２の先端６８に形成されている。アクセ
スホール、７１、７２、７４は次にさらに詳細に述べる
ように、袋４２をばね４４に取付ける手段を提供する。

【００４４】この発明の袋４２は外側の先端７８が封止
された二枚の薄い可とう性のシート７６、７７（図７）
から形成することが好適である。一方のシート、すなわ
ち第１のシート７６は、先端を封止した第１のシート７
６と第２のシート７７の間の空間への空気の出入りを可
能にするための開口部８０を有する。シート７６、７７
は、ばね４４よりわずかに大きく（すなわち、幅となが
さにおいて）形成される。さらに、ばね４４の細くなっ
た部分に近い、それぞれのシートの先端７８の部分７９
は、平滑な曲線に形成される。

【００４５】第１および第２のシート７６、７７は、（
先端７８におけるように）熱溶着が可能で、かつ、空気
に対してほぼ非透過性である材料から形成することが好
適である。次にさらに詳細に説明するように、溶着可能
な袋の材料が好適である理由は、かかる材料は袋４２を
形成し、袋４２をばね４４と取付具４６に取付ける効率
的な方法を可能にすることである。

【００４６】空気に対してほぼ透過性である材料は、ペ
ンのインク溜２４内の背圧が、開口部８０を通って袋４
２に流入し、その後袋のシート７６、７７の壁を通って
インク溜２４に拡散する空気によって減少しないように
するため袋の材料として好ましい。

【００４７】以上の観点から、袋４２を構成するシート
７６、７７の実施例は、ポリエチレンの薄い外層に覆わ
れたエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）等の材料か
らなる薄い「バリア」膜を有する。ＥＶＯＨ膜は厚さ約
１２μのものが好適である。ポリエチレン層の厚さは約
１５μから５０μである。ＥＶＯＨ膜は所望の低空気透
過性を提供する。しかし、袋４２への空気の拡散を防止
するためのバリア膜はＰＶＤＣ（ＳＡＲＡＮ）、ナイロ
ン、ポリエステル、あるいはこれらの組み合わせといっ
た様々な材料から形成しうるものと考えられる。

【００４８】シート７６、７７のポリエチレン外層は、
所望の熱溶着性を提供する。ポリエチレンを袋の外層と
して使用することは、一般にこの材料がインク溜２４内
のインクに浸出しそれを汚染する恐れのある硬化促進剤
や可塑剤を含まない点からでも利点がある。

【００４９】シート７６、７７の先端を溶着して袋４２
を形成する前に、シートの間に二つの要素が配置されて
いる。 以後「リリースパッチ」８２と呼ぶ一方の要素は、袋の
シート７６、７７のポリエチレンの外層の融点よりかな
り高い融点を有するポリエステル等の材料からなる薄い
（厚さ約２５μ）シートを有する。リリースパッチ８２
は、一般に円形であり、袋４２内の開口部８０の下に位
置する。リリースパッチ８２は、一つの面とにパッチ８
２を袋４２の第２のシート７７に固着するための接着剤
を有することが好適である。次に詳細に説明するように
リリースパッチ８２は、袋４２の取付具４６への取付を
容易にする機構を提供する。

【００５０】袋４２内に配置された第２の要素は、Ｅｔ
ｈｙｌ　ＶｉｓＱｕｅｅｎ　Ｆｉｌｍ　社が「ＶＩＳＰ
ＯＲＥ」の商標で製造するもの等の厚さが最大約３７５
μである穴のあいたポリエチレン材料からなる、以後通
気条片８４と呼ぶ幅の狭い条片である。通気条片８４は
、次にさらに詳細に説明するように、袋４２への空気の
出入りを容易にする機構を提供する。

【００５１】ばね４４と袋４２は取付具４６の下側に取
付けられる。さらに詳細には、取付具４６は袋のシート
７６、７７のポリエチレン外層よりも高い融点を有する
ポリエチレンから形成され、上向きに突出したボス４８
を有するほぼ平坦な基板８６を含む。ボス４８はほぼ円
筒状であり、面取りされた上端部４９を有する。ボス４
８はボスを完全に貫通して伸長する内部ダクト５０を有
する。

【００５２】取付具の基板８６は、基板８６と一体に形
成され、そこからばね４４の基部５２の主開口部５４を
通って下向きに突出する二つの同心の環状取付リム８８
を含む。ダクト５０の下端９０を取り囲む取付リム８８
が、袋４２を取付具４６に固着するために用いられてい
る。この目的のため、第１の袋のシートの、袋の開口部
８９を取り囲む部分は、ばね４４の主開口部５４に押し
通されて取付リム８８を押圧する。加熱されたチャック
（図示せず）が取付リム８８の真下で袋４２の第２のシ
ート７７に押し付けられる。チャックからの熱が、第２
のシート７７からリリースパッチ８２を経て取付リム８
８と第１のシート７６の接合点に伝達される。 取付具の一部として袋より高い融点を有するポリエチレ
ンから形成された取付リム８８は、リム８８と第１のシ
ート７６がともに流れて溶着部を形成するまで熱せられ
る。冷却後、リム８８は第１の層７６と接合して気密シ
ールを形成する。

【００５３】上述したように取付具４６と密着された袋
４２では、袋４２への空気の出入りのための唯一の通路
は、取付具ボス内のダクト５０を通るもののみである。

【００５４】リリースパッチ８２は、チャックから第１
のシート７６と取付リムの接合部に熱を伝達することに
加えて、加熱されたチャックが当てられる領域で、第２
および第２のシートを分離する。したがって、リリース
パッチ８２は、二つの袋のシート７６、７７が取付リム
８８において接合されることを防止する。

【００５５】取付具４６の最も外側の取付リムは、ばね
４４の主開口部５４の直径よりわずかに小さい直径を備
えていることが好適である。したがって、ばねの基部５
２は、一番外側のリム８８にぴったり合うことによって
、ばねの開口部５４を取付具４６内のダクト５０の下に
センタリングするための整合機構を提供する効果がある
。さらに、ばねの基部５２には取付具の基板８６内の下
向きに突出したピン（図示せず）を受けるアライメント
ホール８９が形成されている。このアライメントホール
８９とピンは、ばね４４が取付具４６に対して適正に位
置決めされることを確実にするための補助整合機構を提
供する。

【００５６】袋４２は、袋が収縮した状態あるいは最小
容積の状態になるように、取付具４６とばね４４に固着
される。袋４２の固着手段として好適なものには、ばね
４４の基部５２のアクセスホール７１、７２を介して袋
４２を取付具に熱溶着し、袋４２のそれぞれの先端９２
をばねの脚６２の対応する先端に固着する方法がある。

【００５７】さらに詳細には、取付具の基板８６の下側
には、四つの下向きに伸長したポスト９３があり、ポス
ト９３はそれぞれがばねの基部５２の角の位置合わせさ
れたアクセスホール７１に合うように形成され、配設さ
れる。ポスト９３はそれぞれがばねの基部５２の角の位
置合わせされたアクセスホール７１に合うように形成さ
れ、配設される。 ポスト９３は、加熱したプラテン（図示せず）が袋のシ
ート７６、７７に押し付けられると、袋のシート７６、
７７を貫通する。プラテンはその後ポスト９３の先端を
ひろげ、平坦にして袋のシート７６、７７を取付具の基
板８６に取付けるためのリベットを効率的に形成する。 この作業は袋４２がほぼ完全に収縮しているときに行わ
れる。取付具基板８６の二つの向かい合う端部はそれぞ
れ、二つの間隔を置いたヒンジ９５によって基板８６に
取付けられる伸長部９４が形成される。ヒンジ９５は、
基板８６よりも薄く（約２５０μ）それぞれの伸長部９
４がそれぞれの端部５６、５７の下方に近い位置に形成
された一対のアクセスホール７２を覆うように、ばねの
基部５２の対応する端部５６、５８で折り曲げられる。 伸長部９４はそれぞれ、その下側に外向きに突出した一
対のポスト９６を有する。ポスト９６はそれぞれ、関連
するアクセスホール７２に合うような大きさに成され、
配設されている。ポスト９６がアクセスホール７２を通
って伸長するとき、袋４２のシート７６、７７はいずれ
もそれぞれの端部５６、５８のポスト９６の対に押し付
けられる。ポスト９６は、その後上述した方法で収縮す
る袋のシート７６、７７に熱でリベット付けされる。

【００５８】ヒンジ９５のそれぞれの対の間の空間には
、取付具の基板８６に一対の突出部９８が形成され、ば
ねのスロット６０を通って下向きに伸長している。一つ
の突出部９８が一つのスロット６０を通って伸長する。 突出部９８は、取付具の基板８６がばね４４の基部５２
の上に適正に位置合わせされることを助ける。しかし、
突出したポスト９３、９６は、突出部９８が無くても袋
４２とばね４４の適切なアライメントを提供すると考え
られる。

【００５９】袋４２の通気条片８４は、ばねの隣接した
アクセスホール７２の間に位置合わせされ、ばね４４の
それぞれの屈曲した端部５６、５８を完全に回って伸長
する。したがって、通気条片８４は、袋がアクセスホー
ル７２でばねの基部５２の端部５６、５８に固着されて
いる場合にも、袋への空気の出入りを容易にする。さら
に、通気条片８４は袋４２の内部にシート７６、７７を
付かせるはたらきをする凝結がある場合にも袋４２が確
実に膨張する（すなわち、シート７６、７７が離れる）
ようにする。

【００６０】袋４２の端部９２は、ばねの脚６２の端部
６８のまわりに巻きつけられて、端部５６、５８と脚の
端部６８の間にある袋の各部分がそれぞれの脚６２（図
１）の凸面６４に対して強く引かれるようにする。袋４
２の端部９２は、脚の端部のアクセスホール７４を覆っ
て、アクセスホール７４で熱が袋４２に加えられた時、
袋４２がホール７４の中でそれ自身に溶着して袋の端部
９２がばねの脚の端部６８に固着されるようにする。

【００６１】取付ボス４８の周辺部５５は、インク溜キ
ャップ４０内のスリーブ４７に密着されて、取付具４６
とキャップ４０の間を空気が通らないようにする。キャ
ップ４０は、その後、インク溜の側壁に密着される。こ
のときアキュムレータ２０はインク溜２４内に吊り下が
った状態である。インク溜２４にその後前述したように
インクが充填される。

【００６２】前記の通り、インクの充填されたペン２２
には、最小背圧が加わる。印字ヘッド３６で計算すると
、最小背圧はたとえば２．５ｃｍ水柱でなければならな
い。したがって、最小背圧は充填され封止されたインク
溜からインクをいくらか取り除くことによって確立され
る。最小背圧を確立するために取り除かれた流体の容積
はドローダウン容積Ｖｄｄと呼ばれる。

【００６３】ばね４４に対してしっかりと保持された袋
４２は、ドローダウン容積Ｖｄｄが取り除かれる時さほ
ど膨張しないことに注目すべきである。したがって、ド
ローダウン容積の除去による背圧は、ドローダウン容積
Ｖｄｄが取り除かれる時急激に上昇する（図１０のグラ
フの線０−Ａを参照）。これは、アキュムレータの袋４
２は、ドローダウンの容積Ｖｄｄに対応する空間を埋め
るほど（したがって背圧を低下させるほど）大きくは膨
張しないからである。この発明にしたがって形成された
アキュムレータを用いれば、背圧を上述した最小レベル
にするのに非常に少量のドローダウン容積（たとえば、
インク溜の容量の５％以下）しか要しないことが分かっ
ている。

【００６４】最小背圧レベルは、上述した背圧動作範囲
の下端を確立する。最大背圧または背圧動作範囲の上の
レベルは、それ以上になると印字ヘッド３６がインクの
液滴を射出するためのインクの「ポンピング」を行えな
いというレベル（たとえば、１１．５ｃｍ水柱）である
。図１０はインク溜の背圧Ｐの変化（縦軸）とインク溜
の流体容積Ｖの変化（横軸）の関係を示すグラフである
。図１０のグラフの原点０は背圧のない、インクの満た
されたインク溜の容積を表す。また、図１０には、グラ
フに示す最小および最大背圧レベルの間の動作範囲内に
あるインク溜内の背圧を維持するのに使用することので
きるアキュムレータ作用容積Ｖａｃを示す。

【００６５】印字ヘッド３６が動作してインク溜２４か
らインクの液滴を射出すると、その結果起こるインク溜
内のインクの体積の減少によって背圧が増大する。この
背圧の増大を制御しないと、インク溜２４の背圧は急激
に上昇し、（図１０の点線）、最大背圧を越え、印字ヘ
ッド３６は動作不能となる。しかし、この発明によるア
キュムレータ２０によれば、最小レベルを越えた背圧の
増大によって袋４２が膨張する。さらに詳細には、背圧
が上昇するに連れて、相対的に圧力の高い周囲の空気が
取付具４６内のダクト５０を介して袋４２の開口部８０
に導入される。袋４２が膨張するに連れて、袋の第１の
シート７６がばねの脚６２を押し、それによって脚６２
がたわんで緩んだ、湾曲した状態（図１）から逆に屈曲
した状態（図２）になる。

【００６６】袋４２を凸面６４に対して収縮させるはた
らきを持つばねの脚６２の弾性は、インク溜２４内の背
圧の増大（最小値以上）によって起こる袋４２の膨張に
よって克服される。袋４２の膨張によるインク溜内の容
積の減少によって、背圧は上述した最大背圧以下に抑え
られる。

【００６７】ある実施例では、インクがペンから印字さ
れるにつれて袋４２は最大容積状態にまで膨張する。こ
の膨張の間、袋４２は背圧を最大背圧レベル以下に維持
する。この実施例の袋４２が最大容積状態にまで膨張し
たとき、ペンのインクの約３０％が印字されている。そ
れ以上印字を行うとさらに背圧が増大し、この増大は周
囲の空気をインク溜に導入することによって救済される
。この目的のため、ペン２２にはインク溜２４の底部壁
３８に形成された気泡発生器１０２が含まれる。気泡発
生器１０２は、インク溜の底部壁３８の凹部１０６　か
ら伸長する小さなオリフィス１０４で構成することがで
きる。

【００６８】気泡発生器１０２のオリフィス１０４は、
たとえば直径約２００μの大きさとすることができる。 これは、背圧が最大背圧レベル（図１０）を越えて上昇
し始める場合にのみ、いかなる気泡もオリフィス１０４
の空気とインクの界面を通過してインク溜の空気のスペ
ースに入ることができるようにするためである。気泡発
生器１０２からの気泡がインク溜２４内に入ると背圧は
最大レベルの少し下のレベルにまで降下し、印字ヘッド
３６はインクの液滴を射出し続けることができる。

【００６９】前述したように、インク溜の背圧の最大の
変化はインク切れに近いペンが、ペンを空輸する際に起
こるような重大な周囲気圧の低下にみまわれた場合に起
こる。このような場合には、周囲の気圧が降下し始める
と、袋４２内の圧力もまた降下する。圧力が降下すると
、周囲気圧の降下前には最大容積（図２および図１０の
Ｂ点参照）にまで膨張する袋４２は、インク溜の容積を
減少させるためにつぶれて、背圧が印字ヘッド３６から
のインク漏れが起こりうるほど低いレベルにまで降下す
ることを防止する。さらに、袋４２がつぶれる際にたわ
んでいない状態に戻ろうとするばねの脚６２の弾性回復
によって、袋は確実にその最小容積状態（図１）に収縮
し、アキュムレータの作用容積Ｖａｃの総量がインク溜
の容積を増大するのに用いられる。

【００７０】この実施例では、上記のように形成したア
キュムレータ２０は、約３０％までの周囲気圧の変化を
補償する（たとえば、上述したように最大から最小容積
レベルにまで収縮することによって）に十分な大きさの
作用容積を提供することがわかった。前述したように、
ペンの受けるもっとも激しい周囲気圧の変化は約２６％
の範囲内である。したがって、３０％以下の周囲気圧の
低下に対しては、この発明のアキュムレータ２０は、背
圧を最小背圧レベル以上に維持する十分な作用容積を提
供する。したがって、従来のアキュムレータと異なり、
このアキュムレータ２０は、上述したオーバーフローオ
リフィスやキャッチベースンといったオーバーフロー機
構による補助を必要としない。さらに、キャッチベース
ンに必要なペンの容積をペンの容量を増大させるために
用いることができる。

【００７１】ペン２２が約２６％以上の周囲気圧の増大
にみまわれる場合には、アキュムレータ２０の袋４２は
上述したものよりも大きな作用容積を提供するように構
成することができると考えられる。たとえば、アキュム
レータの袋１４２の別の実施例は図１１の断面図に示す
ように襞を付けても良い。襞の付いた袋１４２はかなり
の量のアキュムレータ作用容積を提供する。この理由は
、それが襞の付いていない袋４２よりもかなり大きな最
大容量にまで膨張し、かつばねの脚６２の凸面６４に対
して、襞の付いていない袋４２とほぼ等しい最小容量に
まで、収縮可能であるからである。

【００７２】襞の付いた袋１４２の使用に関しては、襞
の内側の折り返し端１１０の間に膜材料の薄いウェブ１
０８を取付けると好適である。ウェブ１０８は袋１４２
の長さ方向にそって小さな間隔を置いて配置され、襞が
インク溜内の配圧の影響で裏返らないようにする働きを
持つ。この結果、ウェブ１０８は襞の付いた袋がインク
溜内の背圧が減少するに連れて平坦な最小容積位置に戻
ることを確実にする。

【００７３】アキュムレータの作用容積を増やす別の技
術としては、前述の袋４２より比較的長く、また前述し
たようにばねの脚の端部６８に取り付けられた後、袋の
、ばねの脚６２の凸面６４にかぶさった部分の上に折り
返される袋を使用する方法がある。その後、この長い袋
の最も外側の端部を取付具の伸長部９４内のポスト９６
に熱溶着する。この実施例では、通気条片８４を袋の中
に追加して、アクセスホール７４の間でばねの端部６８
に巻きつけて、袋の長さ全体にわたって空気が流れるよ
うにする。以上、この発明の原理を実施例と変更例を参
照しつつ、説明し、図示してきたが、この発明の構成や
細部はかかる原理から離れることなくさらに変更しうる
ことは明白である。たとえば、その凸面に袋を配置した
単一の脚を有するばねを用いれば、十分なアキュムレー
タ作用容積を提供することができよう。さらに、効果的
なアキュムレータとして、上述したような横軸のかわり
に長軸にそって湾曲したばねを有するアキュムレータも
考えられる。さらには、ばねの弾性に作用し、袋が膨張
する際の背圧を変更し、ばねを延ばすホールやスロット
を有するばねを構成することもできる。また、袋を収縮
させ、ドローダウン容量を最小限にするばねの機能を、
二つの層を有し、ばねがたわんでいない状態のとき袋が
それらの層の間で収縮しているばねの構成によって達成
することもできよう。さらにまた、袋を二つの袋の層の
うちの一つがばねの弾性特性を有するように構成し、そ
れによって別個のばね要素を不要にすることも可能であ
る。

【００７４】以上の観点から、この発明は、以下のクレ
ームの範囲と精神に該当するかかるすべての変更態様お
よびそれに相当するものを含むものと解すべきである。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、この発明はインクジェッ
トペン用の感圧アキュムレータに関し、インク溜内の背
圧に対する極端な環境変化や動作効果にも関わらずペン
が動作するのに十分なアキュムレータの作用容積を提供
する。

【００７６】この発明のアキュムレータはキャッチベー
スンまたは同様のオーバーフロー機構を不要にするのに
十分な大きさの作用容積を提供するように構成される。 したがって、この発明によるアキュムレータを用いれば
、印字に使用できるインク量は最大限になる。

【００７７】この発明によるアキュムレータは、インク
溜の背圧とアキュムレータの移動との関係が、インク溜
内に最小背圧を確立するために取り除くべきドローダウ
ンインクの量が非常に小さくなるような関係となるよう
に構成されている。結果として、印字に使用できるイン
クの量はドローダウンによってわずかに減少するのみで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】収縮した、すなわち最少容積位置にある本発明
に基づくアキュムレータを含む、インクジェットペンの
前方断面図である。

【図２】膨張した、すなわち最大容積位置にある本発明
に基づくアキュムレータを含む、インクジェットペンの
前方断面図である。

【図３】最少容積位置にあるアキュムレータを示す、ア
キュムレータの上部部分の拡大断面図である。

【図４】最大容積位置にあるアキュムレータを示す、ア
キュムレータの部分を示す拡大断面図である。

【図５】アキュムレータのいくつかの構成部品を組み合
わせた、アキュムレータの部分の拡大断面図である。

【図６】本発明のアキュムレータを含むインクジェット
ペンの側方断面図である。

【図７】アキュムレータの構成部品の拡大見取図である
。

【図８】非たわみ位置に整形された後のアキュムレータ
のばね部品の見取図である。

【図９】図２の線９−９に沿って断裁した断面図である
。

【図１０】インク溜内のインクの変化とインク溜背圧と
の関係を示すグラフである。

【図１１】本発明のアキュムレータの変更実施例の部分
の断面図である。

【符号の説明】

２０…アキュムレータ ２２…インクジェットペン ２４…インク溜 ３６…印字ヘッド ４０…キャップ ４２…袋 ４４…ばね ４６…取付具 ４７…スリーブ ４８…ボス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　膨張及び収縮可能な袋と、上記袋の膨
   張が流体容積を減少するように流体容積内に上記袋を取
   り付けるための取付手段と、を含み、上記袋が流体容積
   外部の流体と連通する流体内に配列されることから成る
   ことを特徴とする、アキュムレータ装置。