(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁であって、
第１の密封部を有する弁棒と、
該弁棒に対して接続されるキャップと、
該キャップの周縁から延在する変形可能リップとを含み、
前記弁棒は、長手方向軸を有し、前記キャップは、通路を含み、前記変形可能リップは、開放可能であり且つ閉鎖可能である第２の密封部を含み、前記弁棒は、前記長手方向軸に沿って前記変形可能リップに対して移動可能であり、
前記弁棒が前記移動の方向において前記変形可能リップに対して移動するとき、前記弁棒の移動が前記第１の密閉部を開放し且つ前記第２の密閉部を閉鎖することで、流体が前記キャップにおける前記通路を通って動くことを可能にし、
前記変形可能リップに対する前記弁棒の軸方向移動によって引き起こされる前記変形可能リップの変形は、前記第１の密封部を閉鎖し且つ前記第２の密封部を開放するよう前記弁棒の前記軸方向移動に対する復元力を与える、
弁。
【請求項２】
流体を格納するための装置であって、
一部分が穴を画定する容器と、
前記穴内に位置付けられる弁とを含み、
該弁は、
第１の密封部を有する弁棒と、
該弁棒に対して接続されるキャップと、
該キャップの周縁から延在する変形可能リップとを含み、
前記弁棒は、長手方向軸を有し、前記キャップは、通路を含み、前記変形可能リップは、開放可能であり且つ閉鎖可能である第２の密封部を含み、前記弁棒は、前記長手方向軸に沿って前記変形可能リップに対して移動可能であり、
前記弁棒が前記移動の方向において前記変形可能リップに対して移動するとき、前記弁棒の移動が前記第１の密閉部を開放し且つ前記第２の密閉部を閉鎖することで、流体が前記キャップにおける前記通路を通って動くことを可能にし、
前記変形可能リップに対する前記弁棒の軸方向移動によって引き起こされる前記変形可能リップの変形は、前記第１の密封部を閉鎖し且つ前記第２の密封部を開放するよう前記弁棒の前記軸方向移動に対する復元力を与える、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量（fluid  flow）の分野に係り、特には、エラストマ弁（弾性弁、elastomeric  valves）に係る。
【背景技術】
【０００２】
オリフィスを通る流量の調節が所望される用途は、数多く存在する。かかる用途は、なんらかの使用を意図されるまで流体をエンクロージャにおいて包含することのような比較的基本的なものがあり得る一方、数例あげると医療用、工業用、又は自動車用に使用される装置又は工程におけるように複雑なものもあり得る。流量を調節する構成要素の典型的な名称は弁（バルブ）であり、略全ての弁は、２つの主要機能を備える。第１の機能は、弁を通る漏れを引き起こさずにオリフィスを通る流量を止めることであり、第２の機能は、弁の作動時に液体がオリフィスを通って自由に流れるようにすることである。
【０００３】
従来の流量の調節は、多種の弁設計を使用して達成されてきている。既知である複数の弁の設計には、ボール弁、ポペット弁、フラッパ弁、ダックビル弁、及びアンブレラ弁が含まれる。これらの種類の弁は、弁の一部を変形させるよう十分に高い値又は流体が流れる開口から離れるように弁を動かすよう十分に高い値に流体圧力が到達するまで、流量を制限する、という共通の特性を備える。アンブレラ弁又はフラッパ弁の場合には、流体は、アンブレラ又はフラッパ部のフラップを変形させるよう十部に高い圧力に達し、容器の壁における穴を通って流れる。ダックビル弁の場合には、弁の一部は、挟み合わされ、流体が挟み合わせ部を開放するよう十分に高い圧力に到達してから弁自体を取って流れるまで弁を閉鎖する。ボール弁又はポペット弁の場合には、弁の閉塞部（obstructing  portion）は、流体圧力がボール又はバネ付きボールをオリフィスから移動させるよう十分に高くなるまで、オリフィスに対して位置する（seat）。
【０００４】
流体が流れ得るよう液体圧力が弁を作動させる種類の弁は、漏れを防ぐようオリフィスを密封する弁の能力における限界にしばしば直面し、流体圧力のなんらかの限界レベル（critical  level）を下回って流体の流れを意図的に停止させることが出来ない。既知である弁の設計の更なる制限は、流体が、流体が動いている１つの方向において弁を通過するかあるいは弁を通って流れ得るのみである、という点である。
【０００５】
本願発明の弁が特に有用である１つの用途は、インクジェットプリンタ用のインクコンテナの場合である。インクコンテナは、たとえチャンバ内の流体が大きな圧力の変化を受けるときでも、格納中又は輸送中に漏れることなくコンテナ内においてインクを保持しなければならない。同時に、インクコンテナは、オリフィスを備えなければならず、該オリフィスを通ってインクが印刷作業中にプリントヘッドまで運ばれ得る。更に、インクコンテナは、その耐用年数中にプリンタに何度も取り付けられ且つプリンタから何度も取り外され得、コンテナの内容物又は機能を損じることなく迅速に容器から取り外し且つ容器に再接続するための手段は、有益である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オリフィスを通る流量を調節することができる弁は必要とされ、該弁は、オリフィスに対して優れた密封を与え、流体がオリフィスから流れ得るよう弁が作動されるまで、液体が弁から又は弁の周囲において漏れないようにする。更に、単純な方途において反復的且つ迅速に作動され得、それによって流体が容易にオリフィスから流れ得るようにする弁は、必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述された現在既知である弁に関連付けられる１つ又はそれより多くの問題を克服するものである。要約すると、本発明の一実施例によれば、弁が閉鎖状態にあるときにオリフィスの向上された密封に対してデュアルシーティング（dual  seating）特性を備えるエラストマ弁が与えられる。流体弁は、確実な密封（positive  seal）を保持し、また、流体弁は、軸方向において弁の一部を移動させ、それによって弁を通るいずれかの方向における自由な流量を可能にする機械力等である手段によって作動されるまで、流量（流体の流れ）を防ぐ。弁は、弁を作動させる手段が取り外され次第しその本来の閉鎖状態に戻り、結果として、単純且つ効率的な方途において反復的に開閉され得るクイック接続弁（quick  connecting  valve）がもたらされる。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、弁は、弁棒（ステム）、キャップ、及び変形可能リップ（deformable  lip）を有する。弁棒は、第１の密封部を有し、また長手方向軸を備える。キャップは、弁棒に対して接続され、通路（passageway）を有する。変形可能リップは、キャップの周縁から延在し、第２の密封部を有する。弁棒は、弁棒の長手方向軸に沿って変形可能リップに対して移動可能であり、流体がキャップにおける通路を通って動き得るよう、第１の密封部を開放し、第２の密封部を閉鎖する。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、流体を格納する為の装置は、コンテナ及び弁を有する。コンテナの一部は、オリフィスを画定する。弁は、オリフィスにおいて位置される。弁は、弁棒、キャップ、及び変形可能リップを有する。弁棒は、第１の密封部を有し、長手方向軸を備える。キャップは、弁棒に対して接続され、通路を有する。変形可能リップは、キャップの周縁から延在し、第２の密封部を有する。弁棒は、弁棒の長手方向軸に沿って変形可能リップに対して移動可能であり、流体がキャップにおける通路を通って動き得るよう第１の密封部を開放し、第２の密封部を閉鎖する。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、流量を制御する方法は、一部が穴を画定するコンテナを与える段階、弁棒、キャップ、及び変形可能リップを有する、穴において位置される弁を与える段階、及び弁棒を弁棒の長手方向軸に沿って変形可能リップに対して移動させる段階、を有する。弁棒は、第１の密封部を有し、長手方向軸を備える。キャップは、弁棒に対して接続され、通路を有する。変形可能リップは、キャップの周縁から延在し、第２の密封部を有する。弁棒は、弁棒の長手方向軸に沿って変形可能リップに対して移動可能であり、流体がキャップにおける通路を通って動き得るよう第１の密封部を開放し且つ第２の密封部を閉鎖する。弁棒を移動させる段階において弁棒は、第１の密封部を開放し且つ第２の密封部を閉鎖して、流体をキャップにおける通路を通って動かすよう、移動される。
【００１１】
本発明の上述及び他の目的、特性、及び利点は、以下の説明及び図面と併せてより明らかとなる。同一の参照符号は、可能な場合、図面を通して共通する同一の特徴を示すよう使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の弁と共に使用される弁箱（ボディ）における開口の典型的な一実施例の上面斜視図である。
【図２】本発明の弁と共に使用される弁箱から延在する一部を備える、弁箱における開口の第２の典型的な実施例の下面斜視図である。
【図３】弁が閉鎖位置にある、本発明のエラストマ弁の典型的な一実施例の断面図である。
【図４】弁が開放位置にある、本発明のエラストマ弁の典型的な一実施例の断面図である。
【図５】弁が閉鎖位置にある、本発明のエラストマ弁の第２の典型的な実施例の断面図である。
【図６】弁が開放位置にある、本発明のエラストマ弁の第２の典型的な実施例の断面図である。
【図７】図１中の弁の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の弁は、エラストマ材料、特には熱可塑性エラストマポリマから作られる。本発明において有用であるエラストマポリマは、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソブティレン、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）、ポリウレタン、シリコン、ポリ（ビス（フルオロアルコキシ）ホスファゼン）（ＰＮＦ，Ｅｙｐｅｌ−Ｆ）、ポリ（カルボラン−シロキサン）（Ｄｅｘｓｉｌ）、ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン）（ニトリルゴム）、ポリ（１−ブテン）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン−フッ化ビニリデン）コポリマ（Ｋｅｌ−Ｆ）、ポリ（エチルビニルエーテル）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）コポリマ（Ｖｉｔｏｎ）、並びに、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリラート（ＰＭＭＡ）、及びポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ）を有するエラストマ配合物、又はそれらの組み合わせ、を有する被包括的なリストから選択される。既知である架橋化学反応を使用してエラストマポリマを架橋させることは可能である。弁はまた、エラストマポリマと、弁の変形特性を調整するよう作用し得る希釈又はドーピング添加物との組み合わせを有し得る。該添加物は、例えば非エラストマポリマ又は可塑剤であり得る。
【００１４】
本願発明の弁の（変形状態又は非変形状態のいずれにおいても）特有である構造は、弁が密封を要求される表面の形状に依存する。図１は、本発明の弁が使用され得る第１の典型的な弁箱（ボディ、body）１００の上面斜視図である。弁箱１００は、第１の平らな表面１１１、対向する第２の平らな表面１１２、及び弁箱１００を貫通する穴１０４を備える。穴１０４は、オリフィス１０５において第１の表面１１１に交わり、オリフィス１０６において第２の表面１１２と交わる。この例において、弁箱１００の下面斜視図は、図１の上面斜視図に類似して見える。
【００１５】
図２は、本発明の弁が使用され得る第２の典型的な弁箱１２０の下面斜視図を示す。弁箱１２０は、第１の平らな表面１１１，対向する第２の平らな表面１１２、第２の平らな表面１１２から延在する管状部１２２、及び弁箱１２０の厚み及び管状部１２２を貫通する穴１０４を備える。管状部１２２は、リム１２４及びオリフィス１２６において終端する。オリフィス１０５は、穴１０４と第１の表面１１１とが交わるところであり、オリフィス１２６は、管状部１２２において穴１０４が終端するところである。
【００１６】
図３乃至７中の典型的な実施例において示される本発明の弁１０は、弁棒１１及びキャップ２０を有する。弁棒１１は、第１の密封部１２を有し、キャップ２０は、変形可能リップ２２を有する。弁１０がオリフィス又は穴へと挿入されるとき、弁１０の第１の密封部１２は、弁が閉鎖状態にあるときに液体がオリフィスを通って漏れることを防ぐ。複数の実施例において、弁棒１１は、実質的にまっすぐ（即ち、実質的に直円柱弁棒）であり、一端を第１の密封部１２に対して取り付けられ，他端をキャップ２０に対して取り付けられる。第１の密封部１２は、弁棒１１から半径方向に延在する。他の実施例においては、第１の密封部１２は、弁棒１１から半径方向に延在し、変形可能リップ２２より剛性である。弁棒１１から半径方向に延在する第１の密封部１２は、弁１０の夫々の部分におけるエラストマの特性を修正することによって変形可能リップ２２より剛性にされ得る。第１の密封部１２はまた、弁棒１１に対して取り付けられ得、弁棒及び変形可能リップ２２と比較されるとき比較的非変形可能である材料から形成され得る。
【００１７】
弁棒から半径方向に延在する第１の密封部１２は、該部材を変形可能リップ２２より剛性にする形状を備え得る。第１の密封部１２は、弁棒１１を変形可能リップ２２より剛性にする１つ又はそれより多くのリッジ、テイパ、スレッド、又は他の幾何学的形状を備え得る。例えば、図３において、第１の密封部１２は、（テイパ表面を備えないバルブと比較して）剛性を高め且つ穴１０４を通る弁１０の挿入を容易にするテイパ表面１５を有する。第１の密封部１２は、弁棒１１の直径より大きい直径を備え、第１の密封部１２の直径は、変形可能リップ２２の直径よりは小さい。
【００１８】
弁１０の弁棒１１は長手方向軸１３を備え、弁棒は、弁を通る流量を作動させるよう該長手方向軸に沿って移動され得る。弁棒１１は、弁棒の内部を通って延在する少なくとも１つの通路３０を有し得、図３によって例示される通り弁棒の側部における第１の開口３１、及びキャップ２０における第２の開口３２を備える。キャップ２０における第２の開口３２は、流体がキャップを通って流れるようにするキャップのいずれかの部分において位置決めされ得、また、キャップの下部又は側部上に位置決めされ得る。弁棒１１の側部における第１の開口３１は典型的には、第１の密封部１２の下方においてある距離をおいて位置決めされ、弁棒が長手方向軸１３に沿って移動されない限りオリフィスを通って流れ得ないようにする。これは、流体が第１の密封部１２を通って漏れ得ないことを確実にするものである。弁棒１１の側部における第１の開口３１は典型的には、キャップ２０の上方においてある距離をおいて位置決めされ、弁棒は、長手方向軸１３に沿って移動されるときに弁棒の側部における第１の開口３１がオリフィス又はオリフィスの上方における位置まで移動される。これは、少なくとも１つの通路３０を通るいずれかの方向において弁１０を通る閉塞されていない開放流体連通を可能にする。少なくとも１つの通路３０は、弁棒１１の周囲においていずれかの配置において離間され得、１つより多くの通路は各々、流体が弁１０を通って流れ得るよう使用され得る第１及び第２の開口３１及び３２を備えるようにされ得る。
【００１９】
本発明の弁１０は、弁棒１１に対して接続されるキャップ２０を有する。キャップ２０は、上述されたエラストマ材料のリスト又は他の適切な材料から作られ、典型的には、材料選択又は形状によって弁棒１１の第１の密封部１２より更に変形可能である。キャップ２０はまた、比較的非変形可能である材料から作られ得、剛性な第１の密封部１２と同一の材料から作られ得る。キャップ２０は、キャップの周縁から延在する変形可能リップ２２を有する。一実施例において、変形可能リップ２２は、キャップ２０の周縁から半径方向に延在する。変形可能なリップ２２は、弁箱１００又は１２０の表面１１１又は１１２に対して位置付けられ得、弁が閉鎖状態にある間、弁１０を適所において維持するよう作用し得る。典型的には、変形可能リップ２２の直径は、第１の密封部１２の直径より大きい。
【００２０】
変形可能リップ２２は、第２の密封部２３を有する。第２の密封部２３は、変形可能リップ２２の上方部又は下方部であり得、弁によって密封されるオリフィスの形状に依存する。
【００２１】
図１に示される種類の弁箱（例えばコンテナの壁であり得る）に相当する図３に示される一実施例において、第１の密封部１２の密封表面１４は、弁箱１００におけるオリフィス１０５の周囲の上部表面１１１に対して密封する。第２の密封部２３は、リップ２２の上部表面に沿って位置決めされ、図３では密封係合されていない。図４に示される通り弁棒１１が長手方向軸１３に沿って変形可能リップ２２に対して強制的に移動されるとき、第１の密封部１２の密封表面１４は、弁箱１００の表面１１１から離れて動くため既に密封されていない一方、第２の密封２３は、変形可能リップ２２の内側表面とオリフィス１０６の周囲における弁箱１００の表面１１２との間においてしっかりとした密封を形成する。弁棒１１の変形可能リップ２２に対する移動は同時に、第１の密封部１２を開放し、第２の密封部２３を閉鎖し、それによって少なくとも１つの通路３０及びオリフィスを通る開放流体流を可能にする。弁棒１１の変形可能リップ２２に対する移動は、弁棒の軸方向移動に対して復元力を作り、移動応力が取り除かれるときに該復元力は、第１の密封部１２を閉鎖して第２の密封部２３を開放するよう作用し、それによって弁を元の閉鎖位置に戻す。
【００２２】
変形可能リップ２２はまた、図５に示される通り変形可能リップの下部において位置決めされる第２の密封部２３を有し得る。図６に示される通り、弁棒１１が長手方向軸１３に沿って変形可能リップ２２まで強制的に移動されるとき、第２の密封部２３は、変形可能リップの外側表面と管状部１２２の内側との間においてしっかりとした密封を形成する。図６において、管状部１２２は、弁箱１２０の表面１１２から外方向に延在する。ここでも、変形可能リップ２２に対する弁棒１１の移動は同時に、表面１１から密封表面１４を移動させることによって第１の密封部１２を開放し、第２の密封部２３を閉鎖し、弁が反復的に開放及び閉鎖され得る復元力を作り出す。
【００２３】
図５に示される本発明の一実施例において、キャップ２０は、キャップの内側を通って延在する少なくとも１つの通路３０を有し得、また、キャップの上部における第１の開口３１及びキャップの下部又は側部における第２の開口３２を備える。少なくとも１つの通路３０は、弁棒１１の中心から第１の密封部１２の最外距離までの距離より小さいキャップ２０の中心からの距離において位置決めされる。この配置は、弁棒１１が長手方向軸１３に沿って移動され次第通路３０を通る最善の流量を可能にする。しかしながら、他の配置は、予期される特定の用途に依存して可能にされ得る。
【００２４】
キャップ２０は、第３の密封部４０を有し得る。第３の密封部４０は、第２の密封部２３とは離間され、変形可能リップ２２に対する弁棒１１の軸方向移動中に係合可能である。一実施例において、第３の密封部４０は、キャップ２０の下部上に形成される（図３及び４に示される通り）。あるいは、第３の密封部４０は、キャップ２０の下部から突出し得、弁１０からあるいは弁１０まで流体を運ぶことができる管（チューブ）又はパイプ（図示せず）の外周に対して密封し得る表面（図５及び６に示される通り）を形成する。キャップ２０へと機械加工される１つ又はそれより多くの溝、スレッド、又は凹部等である他の密封部は、軸方向移動に対する手段と係合する役割を有し得る。
【００２５】
キャップ２０の変形可能リップ２２に対する長手方向軸１３に沿った弁棒１１の軸方向移動は、弁１０の基本機能を妨げないなんらかの手段によって達成され得る。弁棒１１の軸方向移動は、弁棒の上部における引張力（pulling  force）によって達成され得る。これは、弁棒１１自体の一部又はその一部に対して接続が取り付けられる配置を可能にする。あるいは、弁棒１１の軸方向移動は、キャップ２０の下部から押すことによって達成され得る。管、パイプ、又は他の導管は、第３の密封部４０に対して直接連結し得るか、あるいは、スプリング又は機械的アクチュエータ等である中間構成要素は、キャップ２０の下部において連結し得る。特定の環境において、弁棒１１の軸方向移動はまた、弁棒の方向でのキャップ２０の下部における大きな（substantial）流体圧力によって達成され得る。
【００２６】
図３及び５は、弁１０がインクジェットプリンタにおけるインクカートリッジとして有用であるコンテナを画定するオリフィスにおいて位置される、本発明の一実施例を示す。穴１０４は、カートリッジからプリンタのプリントヘッド構成要素までインクを提供するよう有用であるインクジェットカートリッジの壁における供給ポートの例である。図３及び５は、インクカートリッジがプリンタに対して接続されない状態を示す。この状態において、弁１０は、閉鎖位置にあり、格納及び輸送中にカートリッジからインクが漏れることを防ぐ。図４及び６は、弁１０を有するインクカートリッジがプリンタの構成要素に対して接続される本発明の一実施例を示す。該プリンタの構成要素は、インクジェットプリントヘッドに対する供給導管等であり、長手方向軸１３に沿って変形可能リップ２２に対して弁棒１１を軸方向に移動させる。これは、インクカートリッジに格納されるインクが弁１０の少なくとも１つの通路３０及びオリフィスを通って容易に流れ得る状態を与え、それによってカートリッジからプリントヘッドまでインクを運搬する効率的な手段を与える。供給導管からのインクカートリッジの取外しは、変形可能リップ２２に対する弁棒１１の軸方向移動によって作動される復元力に弁１０を閉鎖させる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  弁
１１  弁棒
１２  第１の密封部
１３  長手方向軸
１４  密封表面
１５  テイパ表面
２０  キャップ
２２  変形可能リップ
２３  第２の密封部
３０  通路
３１  第１の開口
３２  第２の開口
４０  第３の密封部
１００  弁箱
１０４  穴
１０５  オリフィス
１０６  オリフィス
１１１  第１の表面
１１２  第２の表面
１２０  弁箱
１２２  管状部
１２４  リム
１２６  オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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