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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-23
(54)【発明の名称】二重弁部材を備えた圧力調整弁
(51)【国際特許分類】
B41J 2/175 20060101AFI20240416BHJP
B41J 2/01 20060101ALI20240416BHJP
【ＦＩ】
B41J2/175 501
B41J2/01 401
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023557736
(86)(22)【出願日】2022-03-07
(85)【翻訳文提出日】2023-09-20
(86)【国際出願番号】 EP2022055772
(87)【国際公開番号】W WO2022218605
(87)【国際公開日】2022-10-20
(31)【優先権主張番号】63/174,988
(32)【優先日】2021-04-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522074028
【氏名又は名称】メムジェット テクノロジー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】ユルロ，ゼンヤ
(72)【発明者】
【氏名】ベヒ，モハマドレザ
(72)【発明者】
【氏名】クリクトン，ピーター
(72)【発明者】
【氏名】ベリー，ノーマン マイケル
【テーマコード（参考）】
2C056
【Ｆターム（参考）】
2C056EC15
2C056EC18
2C056EC31
2C056EC32
2C056EC40
2C056KB04
2C056KB08
2C056KB16
(57)【要約】
インクジェットプリントヘッド用の圧力調整弁。弁は、流路を介して弁出口に接続する弁入口と、流路内に配置され、密閉可能な第１の座部を有する第１のオリフィスと、第１の座部と密閉係合するように構成された可動の第１の弁部材と、流路内に配置された第２のオリフィスと、第２のオリフィスを通る流体の流量を調整するように構成された可動の第２の弁部材と、弁出口を有し、第２の弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを備え、ダイアフラムの移動により第２の弁部材が第２のオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、第２のオリフィスから離れるようにダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構とを含む。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インクジェットプリントヘッド用の圧力調整弁であって、前記弁は、弁入口と、
弁出口と、
弁入口と弁出口との間に画定される流体流路と、
前記流路内に配置され、密閉可能な第１の座部を有する第１のオリフィスと、
前記第１の座部と密閉係合するように構成された可動の第１の弁部材と、
前記流路内に配置された第２のオリフィスと、
前記第２のオリフィスを通る流体の流量を調整するように構成された可動の第２の弁部材と、
前記弁出口を有し、第２の弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの移動により前記第２の弁部材が前記第２のオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
第２のオリフィスから離れるように前記ダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備える、圧力調整弁。
【請求項2】
前記第２のオリフィスは、前記第１のオリフィスの下流にある、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項3】
前記第１の弁部材は、前記第１の座部と密閉係合するためのコンプライアントプラグを備える、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項4】
前記第１の弁部材は、前記第１のオリフィスを開く、および密閉して閉じるためのアクチュエータに動作可能に接続されている、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項5】
前記付勢機構は、前記ダイアフラムに動作可能に接続されたばねを備え、前記ばねは、前記第２のオリフィスを閉じる方向に前記第２の弁部材を付勢する、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項6】
使用時に、前記ダイアフラムと前記ばねとが協働して、前記第２のオリフィスを通る流量を受動的に制御する、請求項５に記載の圧力調整弁。
【請求項7】
前記第２の弁部材および前記第２のオリフィスは、硬質係合面を有する、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項8】
前記第２のオリフィスに向かう前記ダイアフラムの移動により、前記第２のオリフィスが徐々に開き、それによりそこを通る流量が増加し、前記第２のオリフィスから遠ざかる前記ダイアフラムの移動により、前記第２のオリフィスが徐々に閉塞され、そこを通る前記流量が減少する、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項9】
前記調整器室内の圧力の減少により、前記ダイアフラムが前記第２のオリフィスに向かって移動する、請求項８に記載の圧力調整弁。
【請求項10】
前記第２の弁部材の外面は、前記ダイアフラムから離れる方向に広がっている、請求項８に記載の圧力調整弁。
【請求項11】
前記第２の弁部材の前記外面は、非線形に広がっている、請求項１０に記載の圧力調整弁。
【請求項12】
前記第２のオリフィスに対する前記第２の弁部材の直線運動は、前記第２のオリフィスの閉塞領域に直線的な変化を生じさせ、前記第２のオリフィスを通る前記流量が、前記第２の弁部材によって移動した距離に直線的に比例するようにする、請求項１１に記載の圧力調整弁。
【請求項13】
請求項１に記載の前記圧力調整弁と、前記弁入口に接続されたインクタンクと、
前記弁出口に接続されたプリントヘッド入口ポートを有するインクジェットプリントヘッドと、
を備えるインクジェット印刷システム。
【請求項14】
前記インクタンクは、重力による正圧で前記弁入口にインクを供給するために、前記圧力調整弁の上方の高さに位置する、請求項１３に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項15】
前記インクジェットプリントヘッドは、印刷中に前記弁出口で負のインク圧力を引く、請求項１３に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項16】
前記インクジェットプリントヘッドに接続されたポンプまたは真空源が、少なくともいくつかの非印刷期間中に、前記弁出口で負圧を引く、請求項１３に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項17】
使用中、前記圧力調整弁は、前記プリントヘッドでの負のインク圧力を所定の圧力範囲内に維持する、請求項１３に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項18】
前記インクタンク内のインクのレベルは、前記オリフィスの上方の高さｈ１にあり、前記オリフィスは、前記プリントヘッドに対して高さｈ２に配置され、
前記プリントヘッドに供給されるインクの背圧は、ｈ１、ｈ２、前記第２のオリフィスに対する前記第２の弁部材の位置、およびプリントヘッド出口ポートに接続されたポンプのポンプ速度によって制御される、請求項１３に記載のインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インクジェットプリントヘッドでの圧力を制御するための圧力調整弁に関する。これは主に、インク送出システムのコストを下げるだけでなく、比較的一定した圧力でインクジェットプリントヘッドにインクを供給するために開発された。
【背景技術】
【0002】
Ｍｅｍｊｅｔ（登録商標）テクノロジーを採用したインクジェットプリンタは、スモールオフィスホームオフィス（「ＳＯＨＯ」）プリンタ、ラベルプリンタ、ワイドフォーマットプリンタなど、いくつかの異なる印刷フォーマット用に市販されている。Ｍｅｍｊｅｔ（登録商標）は通常、使用者が交換可能な１つまたは複数の固定インクジェットプリントヘッドを備える。例えば、ＳＯＨＯプリンタは、使用者が交換可能な単一のマルチカラープリントヘッドを備え、高速インクジェット印刷機は、メディアの送り方向に沿って並べられた使用者が交換可能な複数のモノクロプリントヘッドを備え、ワイドフォーマットプリンタは、ワイドフォーマットのページ幅にまたがるように千鳥状に重ねて配置された、使用者が交換可能な複数のプリントヘッドを備える。
【0003】
プリントヘッドの数が増えると、複数のプリントヘッドにインクを供給することが問題になる可能性がある。高い印刷品質を維持するには、各プリントヘッドが共通のインクリザーバからほぼ同じインク圧力でインクを受け取る必要がある。
【0004】
米国特許第１０，２５２，５４０号（その内容は参照により本明細書に組み込まれる）には、複数のプリントヘッドを有するデジタルインクジェット印刷機に適したインク送出システムが記載されている。このシステムは、共通のインク送出モジュールで総圧力制御を使用し、それぞれのプリントヘッドを含む各プリントモジュールで局所微圧制御を使用する。複数のインクジェットプリントヘッドには高いインク流量が必要であり、ならびに正圧と負圧のインクラインの圧力を制御する必要があるため、インク送出モジュール内のインク圧力を制御するには２つのダイアフラムポンプが必要である。これらのダイアフラムポンプは、必然的に大型で高品質のポンプであり、各プリントモジュール内のローカル電子制御圧力調整器と組み合わせて動作する。したがって、インク送出システムは、各プリントモジュール内の２つのダイアフラムポンプおよび電子制御圧力調整器のコストが高いため、高価なシステムである。
【0005】
少数のプリントモジュール（例えば、１つまたは２つのプリントモジュール）を有するインクジェット印刷システムの場合、大規模なシステム用に設計された高価なインク送出モジュールは望ましくなく、システム全体のコストが大幅に増加する。２０２１年２月１９日に出願された米国特許出願公開第１７／１８０，４０１号には、少数のプリントヘッドを有するインクジェット印刷システムに適したインク送出モジュールが記載されている。インク送出モジュールは、インク供給ラインとインク戻りラインにそれぞれ接続されたインク供給タンクとインク戻りタンク内の圧力を調整する手段として、流量制限装置と協働する低コストのエアポンプを使用する。
【0006】
受動圧力調整弁は、インクジェット印刷システムにおけるインク圧力を制御するための適切な手段として提案されている。例えば、米国特許第７，７１２，８８０号（Ｍｅｍｊｅｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．に譲渡）には、インク圧力の変化に応じて弁座に対して弁部材を開く、および密閉して閉じるために協働するダイアフラムおよび付勢機構を有する圧力調整弁が記載されている。米国特許第７，８６２，１３８号（Ｈｅｗｌｅｔｔ－Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌ．Ｐ．に譲渡）は、同様の原理を使用して動作する（すなわち、オリフィスを密閉して閉じるか、または開くために、付勢されたダイアフラムがレバー機構を介して弁部材に接続される）圧力調整弁について説明している。
【0007】
圧力調整弁には、低コストおよびプリントヘッド近傍での局所的な圧力制御の利点を有する。しかしながら、上述の従来技術に記載された弁には、圧力の変動だけでなく、オリフィスを密閉して閉じる、および開くことによって引き起こされるヒステリシスという欠点に悩まされる。さらに、弁の開閉を介して高流量を容易に達成することはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、上述した従来技術の圧力調整システムの欠点のいくつかを少なくとも改善する、インク圧力を調整するための低コストの手段を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0009】
第１の態様では、インクジェットプリントヘッド用の圧力調整弁であって、前記弁は、
入口ポートと、
出口ポートと、
入口ポートと出口ポートとの間に画定される流体流路と、
流路内に配置され、密閉可能な第１の座部を有する第１のオリフィスと、
第１の座部と密閉係合するように構成された可動の第１の弁部材と、
流路内に配置された第２のオリフィスと、
第２のオリフィスを通る流体の流量を調整するように構成された可動の第２の弁部材と、
出口ポートを有し、第２の弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを備え、ダイアフラムの移動により第２の弁部材が第２のオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
第２のオリフィスから離れるようにダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備える、圧力調整弁が提供される。
入口ポートと、
出口ポートと、
入口ポートと出口ポートとの間に画定される流体流路と、
流路内に配置され、密閉可能な第１の座部を有する第１のオリフィスと、
第１の座部と密閉係合するように構成された可動の第１の弁部材と、
流路内に配置された第２のオリフィスと、
第２のオリフィスを通る流体の流量を調整するように構成された可動の第２の弁部材と、
出口ポートを有し、第２の弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを備え、ダイアフラムの移動により第２の弁部材が第２のオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
第２のオリフィスから離れるようにダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備える、圧力調整弁が提供される。
【0010】
第１の態様に係る圧力調整弁は、プリントヘッドのアイドル期間中に遮断弁として機能する弁部材を必要とせずに、プリントヘッドへの流体の流れを制御するという利点を有する。有利には、遮断機能は、作動された（例えば、ソレノイド作動された）第１の弁部材によって処理され、一方、圧力調整機能は、密閉機能も遮断機能も持たないダイアフラム制御された第２の弁部材によって処理される。
【0011】
好ましくは、第２のオリフィスは、第１のオリフィスの下流にある。
【0012】
好ましくは、第１の弁部材は、第１の座部と密閉係合するためのコンプライアントプラグを備える。
【0013】
好ましくは、第１の弁部材は、第１のオリフィスを開く、および密閉して閉じるための、ソレノイドなどのアクチュエータに動作可能に接続されている。典型的には、ソレノイドの電源が切られると、第１の弁部材は、第１のオリフィスに対して密閉して閉じられる。
【0014】
好ましくは、付勢機構は、ダイアフラムに動作可能に接続されたばねを備え、ばねは、第２のオリフィスが閉じる方向に第２の弁部材を付勢する。
【0015】
好ましくは、使用時に、ダイアフラムとばねが協働して、第２のオリフィスを通る流量を受動的に制御する。例えば、調整器室内の圧力の低下によって引き起こされる、第２のオリフィスに向かうダイアフラムの収縮は、第２の弁部材を第２のオリフィスの開口部に向けて移動させる傾向がある。同時に、ダイアフラムの収縮は、ばねの付勢によって妨げられ、これによりダイアフラムとばねとの間の力のバランスによって第２のオリフィスを通る流量が受動的に調整される。
【0016】
好ましくは、第２の弁部材および第２のオリフィスは、硬質係合面を有する。硬質係合面（例えば、金属、硬質プラスチックなど）は、使用中に表面が固着して圧力管理にヒステリシスを引き起こすことを避けるために、通常は非密閉である。
【0017】
好ましくは、第２のオリフィスに向かうダイアフラムの移動により、第２のオリフィスが徐々に開き、それによりそこを通る流量が増加し、第２のオリフィスから遠ざかるダイアフラムの移動により、第２のオリフィスが徐々に閉塞され、そこを通る流量が減少する。通常、印刷中、第２のオリフィスは、完全には閉塞されない（すなわち、閉じられない）。
【0018】
好ましくは、調整器室内の圧力の減少により、ダイアフラムが第２のオリフィスに向かって移動する。
【0019】
好ましくは、第２の弁部材の外面は、ダイアフラムから離れる方向に広がっている。
【0020】
好ましくは、第２の弁部材の外面は、非線形に広がっている。
【0021】
好ましくは、第２のオリフィスを介した第２の弁部材の直線運動は、第２のオリフィスの閉塞領域に直線的な変化を生じさせ、第２のオリフィスを通る流量は、第２の弁部材の移動した距離に直線的に比例する。
【0022】
関連する一態様では、
上記のような圧力調整弁と、
入口ポートに接続されたインクタンクと、
出口ポートに接続されたインクジェットプリントヘッドと、
を備える、インクジェットプリンタが提供される。
上記のような圧力調整弁と、
入口ポートに接続されたインクタンクと、
出口ポートに接続されたインクジェットプリントヘッドと、
を備える、インクジェットプリンタが提供される。
【0023】
好ましくは、インクタンクは、重力による正圧で入口ポートにインクを供給するために、圧力調整弁の上方の高さに配置される。
【0024】
好ましくは、インクジェットプリントヘッドは、印刷中に出口ポートで負のインク圧力を引く。
【0025】
好ましくは、インクジェットプリントヘッドに接続された真空源が、少なくともいくつかの非印刷期間中に、出口ポートで負圧を引く。
【0026】
好ましくは、使用中、圧力調整弁は、プリントヘッドでの負のインク圧力を所定の圧力範囲内に維持する。
【0027】
好ましくは、インクタンク内のインクのレベルは、オリフィスの上方の高さｈ１にあり、オリフィスは、プリントヘッドに対して高さｈ２に配置され、プリントヘッドに供給されるインクの背圧は、ｈ１、ｈ２、オリフィスに対する弁部材の位置、およびプリントヘッド出口ポートに接続されたポンプのポンプ速度によって制御される。
【0028】
第２の態様では、所定の背圧でインクジェットプリントヘッドにインクを供給するためのインク送出システムであって、このインク送出システムは、
プリントヘッド入口ポートに接続された弁出口を有し、オリフィスを通るインクの流量を制御するための受動的に制御される弁部材を有する圧力調整弁と、
圧力調整弁の弁入口に接続され、圧力調整弁およびプリントヘッドの上方に位置し、インクを重力によって圧力調整弁に供給するために大気に開放された通気口を有するインクタンクと、
プリントヘッド出口ポートに接続されたポンプと、
を備え、
インクタンク内のインクのレベルは、オリフィスの上方の高さｈ１にあり、
オリフィスは、プリントヘッドに対して高さｈ２に配置され、
プリントヘッドに供給されるインクの背圧は、ｈ１、ｈ２、オリフィスに対する弁部材の位置、およびポンプのポンプ速度によって制御される、インク送出システムが提供される。
プリントヘッド入口ポートに接続された弁出口を有し、オリフィスを通るインクの流量を制御するための受動的に制御される弁部材を有する圧力調整弁と、
圧力調整弁の弁入口に接続され、圧力調整弁およびプリントヘッドの上方に位置し、インクを重力によって圧力調整弁に供給するために大気に開放された通気口を有するインクタンクと、
プリントヘッド出口ポートに接続されたポンプと、
を備え、
インクタンク内のインクのレベルは、オリフィスの上方の高さｈ１にあり、
オリフィスは、プリントヘッドに対して高さｈ２に配置され、
プリントヘッドに供給されるインクの背圧は、ｈ１、ｈ２、オリフィスに対する弁部材の位置、およびポンプのポンプ速度によって制御される、インク送出システムが提供される。
【0029】
好ましくは、ポンプは、インク戻りラインを介してインクタンクに接続される。
【0030】
好ましくは、圧力調整弁は、
弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを有し、ダイアフラムの移動により弁部材がオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
オリフィスから離れるようにダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備える。
弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを有し、ダイアフラムの移動により弁部材がオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
オリフィスから離れるようにダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備える。
【0031】
好ましくは、圧力調整弁は、第１の態様およびその好ましい実施形態に関連して上記したとおりである。
【0032】
好ましくは、高さｈ１は、バルクインクリザーバからインクを受け取る補充ポンプと協働する１つまたは複数のインクレベルセンサを介して制御される。
【0033】
好ましくは、圧力調整弁は、プリントヘッドの上方に配置される。あるいはまた、圧力調整弁は、プリントヘッドの下方、またはプリントヘッドと同じ高さに配置される。
【0034】
第３の態様では、インクジェットプリントヘッド用の圧力調整弁であって、前記弁は、
弁入口と、
弁出口と、
弁入口と弁出口との間に画定される流体流路と、
流路内に配置されたオリフィスと、
オリフィスを通る流体の流量を調整するように構成された可動の弁部材と、
弁出口を有し、弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを備え、ダイアフラムの移動により弁部材がオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
オリフィスから離れるようにダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備え、
弁部材の外面はダイアフラムから離れる方向に非直線的に広がっている、圧力調整弁が提供される。
弁入口と、
弁出口と、
弁入口と弁出口との間に画定される流体流路と、
流路内に配置されたオリフィスと、
オリフィスを通る流体の流量を調整するように構成された可動の弁部材と、
弁出口を有し、弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを備え、ダイアフラムの移動により弁部材がオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
オリフィスから離れるようにダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備え、
弁部材の外面はダイアフラムから離れる方向に非直線的に広がっている、圧力調整弁が提供される。
【0035】
好ましくは、オリフィスに対する弁部材の直線運動は、オリフィスの閉塞領域に直線的な変化を生じさせ、オリフィスを通る流量が、弁部材の移動距離に直線的に比例するようにする。
【0036】
好ましくは、付勢機構は、ダイアフラムに動作可能に接続されたばねを備え、ばねは、オリフィスを閉じる方向に弁部材を付勢する。
【0037】
好ましくは、使用時に、ダイアフラムとばねとが協働して、オリフィスを通る流量を受動的に制御する。
【0038】
好ましくは、弁部材およびオリフィスは、硬質係合面を有する。
【0039】
好ましくは、オリフィスに向かうダイアフラムの移動により、オリフィスが徐々に開き、それによってオリフィスを通る流量が増加し、オリフィスから遠ざかるダイアフラムの移動により、オリフィスが徐々に閉塞され、オリフィスを通る流量が減少する。
【0040】
好ましくは、調整器室内の圧力の減少により、ダイアフラムがオリフィスに向かって移動する。
【0041】
関連する一態様では、第１の態様に関連して上記したように、圧力調整弁を備えるインクジェット印刷システムが提供される。
【0042】
本明細書で使用する場合、「インク」という用語は、インクジェットプリントヘッドから印刷され得る任意の印刷流体を意味するものと解釈される。インクは、着色剤を含んでもよいし、含まなくてもよい。したがって、「インク」という用語には、従来の染料ベースまたは顔料ベースのインク、赤外線インク、固定剤（例えば、プレコートおよびフィニッシャー）、３Ｄ印刷流体（例えば、バインダー流体）、機能性流体（例えば、ソーラーインク、センシングインクなど）などが含まれ得る。流体または印刷液に言及する場合、これは本明細書における「インク」の意味を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0043】
ここで、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を単なる例として説明する。
【0044】
【発明を実施するための形態】
【0045】
インク送出システム
図１を参照すると、インクジェットプリントヘッド４を備えるプリントモジュール２を有するインクジェット印刷システム用のインク送出システム１が概略的に示されている。プリントヘッド４は、典型的には、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０２７９５６６号、米国特許第９，９５０，５２７号、または米国特許第１０，７１７，２８２号に記載されているタイプの使用者が交換可能なページワイド（または「ラインヘッド」）プリントヘッドであり、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。
図１を参照すると、インクジェットプリントヘッド４を備えるプリントモジュール２を有するインクジェット印刷システム用のインク送出システム１が概略的に示されている。プリントヘッド４は、典型的には、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０２７９５６６号、米国特許第９，９５０，５２７号、または米国特許第１０，７１７，２８２号に記載されているタイプの使用者が交換可能なページワイド（または「ラインヘッド」）プリントヘッドであり、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0046】
インクは、インク供給ライン１２を介してプリントヘッド入口ポート８に接続された供給ポート７を有する中間インクタンク６によってプリントヘッド４に供給される。中間インクタンク６は、大気に開放された通気口１４を有し、重力によりインクをインク供給ライン１２に供給する。中間インクタンク６は、米国特許第１０，６３９，９０３号に記載されているように、脱気されたインクを取り扱うように構成することができ、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0047】
中間インクタンク６の戻りポート１３は、インク戻りライン１８を介してプリントヘッド出口ポート１６に接続されている。したがって、中間インクタンク６、インク供給ライン１２、プリントヘッド４、およびインク戻りライン１８は共に、閉じた流体ループを形成する。通常、インク供給ライン１２およびインク戻りライン１８は、ある長さの可撓性チューブから構成される。
【0048】
インク戻りライン１８は、閉じた流体ループの周りでインクを循環させるために、プリントヘッド４の下流に循環ポンプ２０（例えば、ダイアフラムポンプ）を有する。
【0049】
閉じた流体ループはさらに、インクを脱気するためのポンプ２０の下流のインク戻りライン１８内の脱気装置２２と、プリントヘッド４に供給されるインクを濾過するための、中間インクタンク６の下流のインク供給ライン１２内のフィルタ２３と、インクの圧力変動を減衰させるための、プリントヘッド出口１６と循環ポンプ２０との間のインク戻りライン内のコンプライアンス２５とを備える。フィルタ２３は、例えば、米国特許第１０，３６９，８０２号に記載されているタイプのものとすることができ、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。あるいはまた、２０２０年３月１７日に出願された米国仮出願第６２／９９０，９１１号に記載されているように、フィルタ２３を中間インクタンク６に組み込んでもよく、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0050】
インク送出システム１は、通常の印刷中に、図１に示されるように時計回り方向にインク供給ライン１２およびインク戻りライン１８を通って閉じた流体ループの周りにインクを循環させるように設計されている。このようにして、インクの脱気と濾過を継続的に行い、プリントヘッド４に入る気泡および微粒子を最小限に抑えて最適な印刷品質を維持できる。
【0051】
通常の印刷動作またはメンテナンス動作によってプリントヘッド４によって消費されたインクは、バルクインクリザーバ２４から補給され、バルクインクリザーバ２４は、補充ポンプ２８を有するインク補充ライン２６を介して戻りライン１８にインクを供給する。補充ポンプ２８の作動は、中間インク６の「高」および「低」インクレベルセンサ２７Ａおよび２７Ｂからのフィードバックによって制御される。中間インクタンク６内のインクが所定の「高」レベルにあることが検知されると、補充ポンプ２８は停止され、中間インクタンク６内のインクが所定の「低」レベルにあることが検知されると、補充ポンプが作動して、バルクインクタンク２４から閉じた流体ループ内にインクを補給する。
【0052】
プリントヘッド４のデプライミング、分離、および／または交換を行うために、プリントモジュール２は、プリントヘッド４の出口側にあるプリントヘッド遮断弁３０と、入口側にある空気遮断弁３４によって制御される吸気ライン３２とを備える。インク遮断弁としても機能する上流側圧力調整弁５０（以下に詳細に説明する）が、中間インクタンク６とプリントモジュール２との間のインク供給ライン１２に配置されている。したがって、プリントヘッド４のデプライミングが必要な場合（例えば、プリントヘッドの交換のため）、圧力調整弁５０は遮断され、空気吸入弁３４は開かれる。循環ポンプ２０の作動により、プリントヘッド４を通して空気が引かれ、それによって内部インク供給チャネルからインクが除去される。プリントヘッド４からインクが除去されると、出口遮断弁３０が閉じられ、それによってプリントヘッドが隔離され、きれいに取り外して交換できるようになる。通常、印刷システムが使用されていないときは、圧力調整弁５０および出口遮断弁３０を遮断することによっても、プリントヘッド４は隔離される。
【0053】
２０２１年２月１１日に出願された米国特許出願第１７／１７４，０９０号（その内容は参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、プリントヘッドのプライミング動作の場合、真空キャッパー（図示せず）を循環ポンプ２０と組み合わせて使用して、プリントヘッドのインク供給チャネルを通してインクをノズル内に引き込むことができる。
圧力調整
圧力調整
【0054】
当業者には理解されるように、プリントヘッド４が最適に動作するためには、調整された所定の背圧でインクを受け取ることが重要である。インク圧力がマイナスすぎると、インクジェットノズル内部に固着したインクがプリントヘッドチャネルに吸い戻され、それによってプリントヘッドをデプライミングする可能性があり、インク圧力がプラスすぎると、インクがインクジェットノズルからプリントヘッドのノズルプレート上に溢れる可能性がある。
【0055】
米国特許第１０，６３９，９０３号に記載されているものなどの重力供給インク送出システムは、背圧を受動的に制御するという利点を有する。しかしながら、中間インクタンクをプリントヘッドの下に配置するのは不便なことがよくある。ほとんどのインクジェット印刷システムでは、この空間は、メンテナンスシステム、メディア供給システムなどによって占められている。さらに、複数のプリントヘッドにインクを供給する中間インクタンクでは、各プリントヘッドの正確な局所的な圧力制御を実現できない。
【0056】
米国特許第１０，２５２，５４０号に記載されているものなどの能動圧力制御システムは、システム構成要素の配置に関する設計上の制約の無い、正確な局所的な圧力制御の利点を有する。しかしながら、そのようなシステムには高価なポンプと検知回路が必要であり、小型のインクジェット印刷システムでは経済的に実現不可能である可能性がある。
【0057】
図１に示されるインク送出システム１は、プリントヘッドの上方に配置された中間インクタンク６を使用しながら、プリントヘッド４内の背圧の局所的な受動的調整を達成する。プリントヘッド４が受ける背圧は、圧力調整弁５０に対する中間インクタンク６の高さｈ１、圧力調整弁５０のオリフィスを通る受動的に制御される流量、プリントヘッド４に対する圧力調整弁の高さｈ２、および下流ポンプ２０のポンプ速度の組み合わせによって制御される。圧力調整弁５０は、オリフィスの相対的な閉塞による受動的な圧力調整と、プリントヘッド４の分離、デプライミング動作などのためのインク遮断弁との二重の機能を有するこのシステムの重要な構成要素である。
【0058】
さらに、圧力調整弁５０は、インク送出システム１のコンパクトで安価な構成要素として設計されているため、プリントヘッド４に近接して配置させることができ、いくつかの実施形態では、プリントモジュール２に組み込むことができる。これ自体は、交換可能なプリントヘッド４を組み込んだ交換可能なモジュールである。図２を参照すると、並列に接続された２つのプリントヘッド４を組み込んだインク送出システムは、各プリントヘッドに対してそれぞれ圧力調整弁５０を有し、それにより共通の中間インクタンク６から各プリントヘッドに対して局所的な圧力制御を提供する。このようにして、一方のプリントヘッド４が他方のプリントヘッドに比べてインク需要が高い場合、両方のプリントヘッドは、それぞれの圧力調整弁５０の動作によって比較的等しいインク圧力に維持することができる。
【0059】
ここで、図３および図４を参照して、圧力調整弁５０について詳細に説明する。圧力調整弁５０は、弁入口５２、弁出口５４、およびそれらの間に画定される流体流路を備える。第１のオリフィス５６は、弁入口５２の下流の流路内に配置されている。第１のオリフィス５６は、第１の座部５８を有し、第１の座部５８は、第１の座部と密閉係合するように構成されたコンプライアントプラグ６２を有する可動の第１の弁部材６０によって密閉可能である。図２に示されるように、第１の弁部材６０は閉位置にあり、それによってコンプライアントプラグが第１の座部５８に対して密閉される。第１の弁部材６０が第１の弁座から離れる方向（図２に示されるように下方）に移動すると、弁部材が第１の弁座から外され、第１のオリフィスが開き、弁入口５２からの正圧下で流体が第１のオリフィスを通って流れることが可能になる。開位置と閉位置との間の第１の弁部材６０の移動は、ソレノイド６６の形態のアクチュエータによって制御される。ソレノイド６６が作動すると、第１の弁部材６０が第１の座部５８から離れて第１のオリフィス５６を開き、そして、ソレノイド６６が作動を停止すると、第１の弁部材６０が第１の弁座５８に対して密閉されて第１のオリフィス５６を閉じる。ソレノイド６６は、電気端子６８に動作可能に接続された別個のコントローラ（図示せず）の制御下で動作する。したがって、第１のオリフィスおよび第１の弁部材は、ソレノイド６６の制御下で、インク供給ライン１２内の遮断弁として機能する。
【0060】
第２のオリフィス７０は、第１のオリフィス５６の下流の流路内に配置されており、第１のオリフィスと第２のオリフィスは、中間流路７２を介して接続されている。第２オリフィス７０は、圧力調整弁５０の上部を形成する調整器室７４の基部に画定される。調整器室７４は、その側壁に位置する弁出口５６と、その天井部に位置するダイアフラム７６とを備える。ダイアフラム７６は、第２のオリフィスを徐々に閉塞または徐々に開くように、第２のオリフィス７０に対してスライド可能に移動可能な第２の弁部材７８に動作可能に接続されている。第２の弁部材７８は、一端がダイアフラム７６（および第２の弁部材７８）に接続され、他端が固定支持体８２に接続されているばね８０によって、第２のオリフィス７０から離れる方向に付勢されている。図１および図２に示される実施形態では、固定支持体８２は外部構造であるが、ばね８０の一端が接続された固定支持体８２は、内部の天井部空洞（図示せず）を通って延在するばねとともに調整器室７４の天井部に一体化されてもよいことが理解されるであろう。
【0061】
第２の弁部材７８がダイアフラム７６から離れる方向に広がっているため、第２の弁部材が第２のオリフィス７０に向かって（すなわち、図４に示されるように下方に）移動すると、第２のオリフィスが徐々に開き、第２の弁部材が第２のオリフィスから離れる方向に（すなわち、図４に示されるように上方に）移動すると、第２のオリフィスが徐々に閉塞する。図４に示されるように、第２のオリフィス７０は、ダイアフラム７６が屈曲していない閉位置で示されている。しかしながら、第２のオリフィス７０および第２の弁部材７８は、圧力調整弁５０を遮断する機能を有さず、単に第２のオリフィスを通る流体の流量を調整する機能のみを有する。したがって、第２の弁部材７８および第２のオリフィス７０は、密閉機能を持たない硬質係合面を有する。通常、第２の弁部材７８および第２のオリフィス７０は、金属および／または硬質プラスチックで形成される。
【0062】
印刷中、第１のオリフィス５６は、ソレノイド６６の作動によって開き、圧力調整弁５０を通る流量は、第２のオリフィス７０に対する第２の弁部材７８の位置によって受動的に制御される。インク需要が高いと、プリントヘッド４は、弁出口５４で比較的大きな負圧を引き、それによって調整器室７４内の流体圧力を低下させる。この減少した流体圧力は、ばね８０の付勢力に抗してダイアフラム７６を第２のオリフィス７０に向かって屈曲させる傾向があり、それによって第２のオリフィスを通る流体の流量が増加する。逆に、調整器室７４内の流体圧力が増加すると、ダイアフラムは、第２のオリフィス７０から離れる方向に屈曲し、それによって第２のオリフィスを通る流体の流量が減少する。したがって、プリントヘッド４で受けるインク圧力は、少なくとも部分的には、屈曲するダイアフラム７６とばね８０との間の力のバランスによって決定される。
【0063】
有利なことに、プリントヘッド４でのインク圧力を制御する第２の弁部材７８は、遮断機能を有していないので、弁の開閉によって生じるヒステリシスの問題ならびに弁固着の問題が最小限に抑えられる。
【0064】
図５に示される好ましい一実施形態では、第２の弁部材７８の外面は、非直線的に広がっている。例えば、第２の弁部材７８は、略ベル形またはラッパ形とすることができ、それにより、その湾曲した外面が第２のオリフィス７０の閉塞の程度を決定する。このようにして、第２のオリフィス７０に対する第２の弁部材７８の直線運動により、第２のオリフィスの非閉塞領域に直線的な変化が生じる。第２のオリフィス７０の非閉塞領域は、そこを通過する流量に比例し、その流量は、例えばラッパ形状を有する、第２の弁部材７８によって移動する距離に直線的に比例する。
【0065】
当然のことながら、本発明は例としてのみ説明されており、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内で細部の変更が可能であることが理解されるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2022-10-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インクジェットプリントヘッド用の圧力調整弁であって、前記弁は、弁入口と、
弁出口と、
弁入口と弁出口との間に画定される流体流路と、
前記流路内に配置され、密閉可能な第１の座部を有する第１のオリフィスと、
前記第１の座部と密閉係合するように構成された可動の第１の弁部材と、
前記流路内に配置された第２のオリフィスと、
前記第２のオリフィスを通る流体の流量を調整するように構成された可動の第２の弁部材と、
前記弁出口を有し、第２の弁部材に動作可能に接続されたダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの移動により前記第２の弁部材が前記第２のオリフィスに対して移動するようにする調整器室と、
第２のオリフィスから離れるように前記ダイアフラムを弾性的に付勢するための付勢機構と、
を備え、
前記第２の弁部材の外面は、前記ダイアフラムから離れる方向に広がっており、
使用時に、前記第２のオリフィスに向かう前記ダイアフラムの移動により、前記第２のオリフィスが徐々に開き、それによりそこを通る流量が増加し、前記第２のオリフィスから遠ざかる前記ダイアフラムの移動により、前記第２のオリフィスが徐々に閉塞され、そこを通る前記流量が減少する、圧力調整弁。
【請求項2】
前記第２のオリフィスは、前記第１のオリフィスの下流にある、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項3】
前記第１の弁部材は、前記第１の座部と密閉係合するためのコンプライアントプラグを備える、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項4】
前記第１の弁部材は、前記第１のオリフィスを開く、および密閉して閉じるためのアクチュエータに動作可能に接続されている、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項5】
前記付勢機構は、前記ダイアフラムに動作可能に接続されたばねを備え、前記ばねは、前記第２のオリフィスを閉じる方向に前記第２の弁部材を付勢する、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項6】
使用時に、前記ダイアフラムと前記ばねとが協働して、前記第２のオリフィスを通る流量を受動的に制御する、請求項５に記載の圧力調整弁。
【請求項7】
前記第２の弁部材および前記第２のオリフィスは、硬質係合面を有する、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項8】
前記調整器室内の圧力の減少により、前記ダイアフラムが前記第２のオリフィスに向かって移動する、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項9】
前記第２の弁部材の前記外面は、非線形に広がっている、請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項10】
前記第２のオリフィスに対する前記第２の弁部材の直線運動は、前記第２のオリフィスの閉塞領域に直線的な変化を生じさせ、前記第２のオリフィスを通る前記流量が、前記第２の弁部材によって移動した距離に直線的に比例するようにする、請求項９に記載の圧力調整弁。
【請求項11】
請求項１に記載の前記圧力調整弁と、前記弁入口に接続されたインクタンクと、
前記弁出口に接続されたプリントヘッド入口ポートを有するインクジェットプリントヘッドと、
を備えるインクジェット印刷システム。
【請求項12】
前記インクタンクは、重力による正圧で前記弁入口にインクを供給するために、前記圧力調整弁の上方の高さに位置する、請求項１１に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項13】
前記インクジェットプリントヘッドは、印刷中に前記弁出口で負のインク圧力を引く、請求項１１に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項14】
前記インクジェットプリントヘッドに接続されたポンプまたは真空源が、少なくともいくつかの非印刷期間中に、前記弁出口で負圧を引く、請求項１１に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項15】
使用中、前記圧力調整弁は、前記プリントヘッドでの負のインク圧力を所定の圧力範囲内に維持する、請求項１１に記載のインクジェットプリンタ。
【請求項16】
前記インクタンク内のインクのレベルは、前記オリフィスの上方の高さｈ１にあり、前記オリフィスは、前記プリントヘッドに対して高さｈ２に配置され、
前記プリントヘッドに供給されるインクの背圧は、ｈ１、ｈ２、前記第２のオリフィスに対する前記第２の弁部材の位置、およびプリントヘッド出口ポートに接続されたポンプのポンプ速度によって制御される、請求項１１に記載のインクジェットプリンタ。
【国際調査報告】