(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印字ヘッドシステムと、前記印字ヘッドシステムに供給される融解液体インクの供給および制御用システムと、を有し、
前記供給および制御システムが、
供給源からの第１の分量の融解インクを受け取り保持する第１の貯蔵器と、
加圧により前記印字ヘッドシステムへ送出される、第２の分量の融解インクを保持する第２の貯蔵器と、
を有する、高速の相変化インク画像形成装置において、
開位置において前記第１の貯蔵器から前記第２の貯蔵器への融解インクの流れを制御し、閉位置において加圧下で前記印字ヘッドシステムへ送出される融解インクの前記第１の貯蔵器への逆流を防止するように作動可能なバルブアセンブリであって、
前記バルブアセンブリが、
前記第１および第２の貯蔵器の間に弁座を画定するバルブハウジングと、
前記バルブハウジング内に配設された傾斜面と、
前記バルブハウジング内に配設された受動バルブディスクであって、前記ディスクが前記弁座に当接して密閉接触する閉位置から、前記バルブディスクが前記傾斜面に支持される開位置へと可動である受動バルブディスクと、
を備え、
前記弁座が、面内に複数の微細水路を画定するシール面を有し、前記バルブディスクが前記弁座に当接するとき、流体が前記微細水路を貫流可能であり、前記シール面は０．３μｍから１．０μｍの平均表面粗さを有しており、
前記傾斜面は、前記バルブディスクを部分的にのみ支持して、その上部を支持しないように構成されており、
さらに、前記バルブハウジングが、前記バルブディスクの前記弁座とは反対側の前記上部に案内面を画定し、前記案内面が前記第２の貯蔵器と流体的に連通して前記バルブディスクの背面に融解インクの流れを案内することを特徴とする、バルブアセンブリ。
【請求項２】
前記傾斜面は前記弁座に対し５°〜１５°の角度でもって前記バルブディスクを支持するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項３】
前記傾斜面は１１°の角度でもって前記バルブディスクを支持することを特徴とする請求項２に記載のバルブアセンブリ。
【請求項４】
前記第２の貯蔵器が出口を備え、
前記バルブハウジングの前記案内面が、前記第２の貯蔵器の前記出口と流体的に連通しており、
前記バルブディスクの前記上部が、前記開位置において前記出口と前記案内面との間に配設されることを特徴とする請求項１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項５】
前記シール面は、高さの山対谷の比がシール面全面に亘って１０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項６】
前記弁座はバルブディスクの材料よりも耐磨耗性に乏しい材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項７】
前記バルブハウジングは第２の貯臓器に流体連通する出口室を画定し、第２の貯蔵室は印字ヘッドシステムと流体連通する出口を有し、前記出口室は前記傾斜面を形成していることを特徴とする請求項１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項８】
前記バルブハウジングが、前記弁座の外傍に窪み部を画定し、
前記バルブディスクは、前記開位置において前記バルブディスクが前記傾斜面に支持されるとき、前記窪み部の少なくとも一部分に前記バルブディスクの下端が延在するような寸法であることを特徴とする請求項１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項９】
印字ヘッドシステムと、前記印字ヘッドシステムに供給される融解液体インクの供給および制御用システムと、を有し、
前記供給および制御システムが、
供給源からの第１の分量の融解インクを受け取り保持する第１の貯蔵器と、
加圧により前記印字ヘッドシステムへ送出される、第２の分量の融解インクを保持する第２の貯蔵器と、
を有する、高速の相変化インク画像形成装置において、
開位置において前記第１の貯蔵器から前記第２の貯蔵器への融解インクの流れを制御し、閉位置において加圧下で前記印字ヘッドシステムへ送出される融解インクの前記第１の貯蔵器への逆流を防止するように作動可能なバルブアセンブリであって、
前記バルブアセンブリが、
前記第１および第２の貯蔵器の間に弁座を画定するバルブハウジングと、
前記バルブハウジング内に配設された傾斜面と、
前記バルブハウジング内に配設された受動バルブディスクであって、前記ディスクが前記弁座に当接して密閉接触する閉位置から、前記バルブディスクが前記傾斜面に支持される開位置へと可動である受動バルブディスクと、
を備え、
前記弁座が、面内に複数の微細水路を有するシール面を画定し、前記バルブディスクが前記弁座に当接するとき、流体が前記微細水路を貫流可能であり、前記シール面は０．３μｍから１．０μｍの平均表面粗さを有していることを特徴とする、バルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に係り、特に、相変化インクを用いる画像形成装置のバルブアセンブリ（組立体）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタなどの相変化インク画像形成装置は、室温では固相であるが、装置またはプリンタの高い動作温度では溶融すなわち融解した液相として存在する（しかも小滴または噴流として放出できる）相変化インクを使用している。このような高い動作温度で、融解した、つまり液相の相変化インクの小滴または噴流が、プリンタの印字ヘッド装置から印刷媒体に放出される。この放出は、最終的な画像受容基板に直接向けられてもよいし、あるいは間接的に、画像形成部材に向けられて、その後で画像形成部材から最終的な画像受容媒体に転写されてもよい。いずれにしても、インク小滴が印刷媒体の表面に接触すると、この小滴はすぐに凝固し、凝固したインク小滴による所定のパターン形状の画像を形成する。
【０００３】
図１に示すプリンタ１０のような高速の相変化インク画像形成装置にはフレーム１１があり、このフレームにその動作サブシステムおよびコンポーネントが直接または間接に設置されている。コンポーネントの１つは画像形成部材１２であり、これはドラム形状で図示されているが、全く同等に、支持されたエンドレスベルトの形状であってもよい。画像形成部材１２は、１６の方向に移動可能な画像形成面１４を有し、この上に相変化インク画像が形成される。
【０００４】
高速固体インクプリンタ１０はまた、固相の単色相変化インク供給源２２を少なくとも１つ有する、相変化インクシステム２０も備える。プリンタ１０が多色画像形成装置である場合には、図１に示すように、インクシステム２０は、異なる４色、ＣＹＭＫ（シアン、黄、マゼンタ、黒）を表す相変化インク固体片の４つの供給源２２、２４、２６、２８を備える。相変化インクシステム２０はまた、固体形状の相変化インクを液体形状に融解つまり相変化させ、液体形状のものを印字ヘッドシステム３０に供給するための、固体相変化インクの融解・制御装置１００（図２）を備える。印字ヘッドシステム３０は、少なくとも１つの印字ヘッドアセンブリ３２、もしくは高速すなわち高スループットの多色画像形成装置の場合には、図１に示すように、４つの分離した印字ヘッドアセンブリ３２、３４、３６、３８を備える。
【０００５】
固体インク画像生成プリンタ１０はさらに、基板供給ハンドリングシステムも備え、たとえば複数の基板供給源４２、４４、４６、４８を備える。基板供給ハンドリングシステムはさらに、基板予熱器５２、基板・画像ヒータ５４、溶融装置（定着装置）６０を有する基板処理システム５０を備える。図の相変化インク画像生成プリンタ１０はまた、ドキュメント保持トレー７２、ドキュメント給紙・回収装置７４、ドキュメント露光・走査システム７６を有する、ドキュメント（原稿）供給装置７０を備える。
【０００６】
装置すなわちプリンタ１０の各種サブシステム、コンポーネントおよび機能の操作と制御は、コントローラすなわち電子サブシステム（ＥＳＳ）８０を使って実行される。ＥＳＳすなわちコントローラ８０はたとえば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）８２、電子記憶装置８４、ディスプレイもしくはユーザインタフェース（ＵＩ）８６、を有する内蔵型専用小型コンピュータである。ＥＳＳすなわちコントローラ８０はたとえば、センサ入力・制御手段８８および画素配置・制御手段８９を有する。さらに、ＣＰＵ８２は、走査システム７６等の画像入力源またはオンラインまたはワークステーション接続９０と、印字ヘッドアセンブリ３２、３４、３６、３８との間の画像データフローを読み取り、取り込み、準備し、管理する。このように、ＥＳＳすなわちコントローラ８０は、装置の印刷操作を含め、装置の中の他のサブシステムと機能すべてを操作し、制御するための多重タスク処理メインプロセッサである。
【０００７】
動作時には、生成される画像用の画像データが、走査システム７６から、あるいはオンラインもしくはワークステーション９０を経由して、のいずれかによりコントローラ８０に送信され、処理されて、印字ヘッドアセンブリ３２、３４、３６、３８に出力される。さらに、コントローラは、たとえばユーザインタフェース８６を介したオペレータによる入力から、関連するサブシステムおよびコンポーネントの制御を決定し、および／または受け入れ、これに応じてその制御を実行する。その結果、適当な色の固体の相変化インクが融解され、印字ヘッドアセンブリに送出される。さらに、画像形成面１４に対する画素配置制御が実行されて、上記画像データに従って所望の画像が形成される。そして、受容基板が供給源２２、２４、２６、２８のいずれかによって供給され、手段５０により、面１４上への画像形成の見当合わせにタイミングを調節される。最後に、転写ニップ９２内で画像が面１４から受容基板上に転写されて、その後溶融装置６０において融合される。
【０００８】
このように、例示的な高速の相変化インク画像形成装置１０が、（ａ）画像形成装置のすべてのサブシステムおよびコンポーネントの動作を制御する制御サブシステム８０と、（ｂ）画像形成面１４を有する可動画像形成部材１２と、（ｃ）制御サブシステム８０に接続され、画像形成面１２上に融解した液状インクの小滴を放出して画像を形成する印字ヘッドシステム３０と、（ｄ）印字ヘッドシステム３０に接続された相変化インクシステム２０と、を含む。
【０００９】
１つの実施形態では、相変化インクシステム２０が、融解前アセンブリ２００および融解アセンブリ３００を含む固体相変化インクの融解・制御装置１００（図２）を備える。融解前アセンブリ２００は、相変化インクの固体片を供給源２２、２４、２６、２８から、融解前アセンブリ２００の下に位置している融解アセンブリ３００へ、より具体的には個別の融解装置３００Ａ〜Ｄへ、制御して供給するのに適している。融解した液状インクの貯蔵・制御アセンブリ４００が融解アセンブリ３００の下に配置されている。相変化インクの融解・制御装置１００は、このように、固体相変化インクを融解した液状インクに融解し、その融解した液状インクを制御するのに適している。
【００１０】
高スループットの固体インクシステムにおいては、固体インクシステムに実装される種々の色用の個別の融解装置３００Ａ〜Ｄのそれぞれに対応して、貯蔵・制御アセンブリ４００は図３に示すような二重貯蔵システムを組み入れてもよい。このシステムでは、融解液体インクは対応する融解装置３００Ａ〜Ｄから、関連する第１の貯蔵器４０２へ供給され、そこでは後での使用に備えて第１の分量の融解インクを貯蔵する。この貯蔵器は管路すなわち通路４０６で第２の貯蔵器４０４に連結され、そこで第２の分量の融解インクを貯蔵する。液体インクは出口４１０で第２の貯蔵器から放出され、一般的には加熱経路システムを介して、印字ヘッドアセンブリ３０の個々の印字ヘッドもしくは複数の印字ヘッドへ到達する。このタイプのシステムにおいては、加圧空気Ｐがポート４１２に供給され、第２の貯蔵器中の液体インクの自由表面に作用してインクを出口４１０の中へ排出する。第１の貯蔵器４０２中にあるインクは、通常大気圧で保持される。
【００１１】
図３に示すように、第１の貯蔵器４０２と第２の貯蔵器４０４での２つの分量のインク高さは平衡状態においては同じである。液体インクが圧力により出口４１０を通って吐出されてしまうと、第２の貯蔵器のインクの液面高さは、図３に示すように下がることは理解されよう。ポート４１２での加圧空気がとまると、第２の貯蔵器中の第２の分量のインク表面上の圧力は大気圧に戻る。しかし、インクの高さの違いにより、２つの貯蔵器の間に流体の圧力差を生じる。この圧力差により、融解インクが第１の貯蔵器４０２から通路４０６を通って第２の貯蔵器４０４に流れ込み、最後に個々のインクの高さすなわち液面高さが釣り合う。このように、新しい融解インクが第１の貯蔵器４０２に導入されても、第２の貯蔵器４０４の中で液体インクは常に供給対応できる状態となっている。したがって、第１の貯蔵器への融解インクの流れが中断されない限り、印字ヘッドアセンブリで放出されるインクの供給は決して中断されない。
【００１２】
このような二重貯蔵器システムにおいては、２つの貯蔵器の間の通路４０６に、逆止弁４０８が挿入されなければならない。バルブ４０８は、第１の貯蔵器から第２の貯蔵器へインクが流れることを可能とし、その逆方向は起きないように操作可能である。こうしてバルブ４０８は、第２の貯蔵器が融解インクを印字ヘッドアセンブリへ放出するために加圧されるときに閉じる。
【００１３】
１つの代表的なシステムにおけるバルブ４０８は、力がかかると機械的に作動し、制御サブシステム８０によって制御される。このタイプの作動バルブは、第２の貯蔵器への圧力の印加および開放のタイミングで開閉される。この種のバルブは往々にしてコストが高く、装置１０内部でかなりのスペースを占有してしまう。
【００１４】
別のタイプのシステムでは、バルブ４０８はボールバルブであり、２つの貯蔵器の間の圧力差に応じて受動的に動作する。第２の貯蔵器４０４のインクの液面高さが低いときに、圧力差が第１の貯蔵器４０２に有利に作用してボールバルブが開く。第２の貯蔵器が加圧されると、差圧が変わって第２の貯蔵器に有利に働き、流体の圧力がボールバルブを弁座に押してつけて閉じ、インクが第１の貯蔵器に逆流するのを防ぐ。受動ボールバルブは、値段とスペースの観点から概ねより経済的であるけれども、機械的に作動するバルブよりも反応が遅い。受動ボールバルブの反応時間が遅いことが、貯蔵・制御アセンブリ４００の処理速度に制限を与え、その結果、装置１０の印刷速度に制限を加えてしまう。さらに、閉鎖する時間が遅いと、密閉が完成する前により多くのインクがボールバルブを通って漏れることになり、それがまた、システム性能を減じることに繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第６，７９９，８４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
それゆえに、二重貯蔵器融解液体インクシステム用に、高スループットが可能であり、装置の限られたスペースの中に納まり、かつコスト効率の高いバルブシステムが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様が、印字ヘッドシステムと、前記印字ヘッドシステムに供給される融解液体インクの供給および制御用システムと、を有し、前記供給および制御システムが、供給源からの第１の分量（体積）の融解インクを受け取り保持する第１の貯蔵器と、加圧により前記印字ヘッドシステムへ送出される、第２の分量（体積）の融解インクを保持する第２の貯蔵器と、を有する、高速の相変化インク画像形成装置において、開位置において前記第１の貯蔵器から前記第２の貯蔵器への融解インクの流れを制御し、閉位置において加圧下で前記印字ヘッドシステムへ送出される融解インクの前記第１の貯蔵器への逆流を防止するように作動可能なバルブアセンブリであって、前記バルブアセンブリが、前記第１および第２の貯蔵器の間に弁座を画定するバルブハウジングと、前記バルブハウジング内に配設された傾斜面と、前記バルブハウジング内に配設された受動バルブディスクであって、前記ディスクが前記弁座に当接して密閉接触する閉位置から、前記バルブディスクが前記傾斜面に支持される開位置へと可動である受動バルブディスクと、を備え、前記傾斜面は、前記バルブディスクを部分的にのみ支持して、その上部を支持しないように構成されており、さらに、前記バルブハウジングが、前記バルブディスクの前記弁座とは反対側の前記上部に案内面（整流面）を画定し、前記案内面が前記第２の貯蔵器と流体的に連通して前記バルブディスクの背面に融解インクの流れを案内することを特徴とするバルブアセンブリ、により提供される。
【００１８】
ここで図示された態様に従い、相変化インク画像形成装置の第１と第２の貯蔵器の間に配設されるバルブアセンブリが説明される。バルブアセンブリが、開位置において第１の貯蔵器から第２の貯蔵器への融解インクの流れを制御し、閉位置において加圧下で印字ヘッドシステムへ送出される融解インクの第１の貯蔵器への逆流を防止するように動作可能である。１つの実施形態においては、バルブアセンブリが、第１および第２の貯蔵器の間に弁座を画定するバルブハウジングと、バルブハウジング内に配設された傾斜面と、バルブハウジング内に配設された受動バルブディスクであって、このディスクが弁座に当接して密閉接触している閉位置から、バルブディスクが傾斜面に支持される開位置へと可動である受動バルブディスクと、を備える。１つの特徴として、傾斜面はバルブディスクを部分的にのみ支持して、その上部を支持しないように構成されている。バルブハウジングはさらに、弁座とは反対側のディスク上部に案内面を画定する。この案内面が第２の貯蔵器と流体的に連通してバルブディスクの背後で融解インクの流れを案内し、開位置から閉位置へ移動するときにバルブディスクが傾斜面から離れて浮き上がることを助ける。
【００１９】
別の態様では、バルブディスクが弁座に当接するとき、流体がそこを通って流れることが可能である複数の微細な水路を有するシール面を弁座が画定する。この微細水路によってバルブディスクの両側で流体が釣り合い、その結果、バルブディスクが閉位置から“クラック（割裂）”する時間が改良、すなわち短縮される。別の特徴としては、シール面は平均表面粗さが０．３〜１．０μｍであり、高さの山対谷の比(peak-to-valley ratio of heights)が全シール面に亘って１０μｍ未満である。この特徴により、バルブディスクおよび弁座の密閉能力を損なうことなしに、バルブのクラック時間を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高速相変化インク画像形成装置すなわちプリンタの垂直概略図である。
【図２】図１に示す装置に使用される相変化インク融解・制御装置の斜視図である。
【図３】開示した一実施形態による、二重貯蔵器の融解液体インクの貯蔵・制御アセンブリの概略図である。
【図４】図３に示す貯蔵・制御アセンブリに組み込まれたバルブアセンブリの実施形態の側断面の部分拡大図である。
【図５】図３〜４に示すバルブアセンブリの受動バルブディスクに作用する力を示す拡大図である。
【図６】図４〜５に示すバルブアセンブリのインサート体の拡大斜視図である。
【図７】図５に示すバルブディスクの一実施形態の表面形状をグラフ表示した図である。
【図８】図５に示すバルブディスクの一実施形態の微細表面マッピングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
一実施形態によると、融解液体インク貯蔵・制御アセンブリ４００が、図４〜５に示すように、受動バルブディスク４２０を組み込んだバルブアセンブリ４０８を備える。ディスク４２０は、第２の貯蔵器４０４の出口４０５と、第１の貯蔵器（図３）と流体的に連通している管路すなわち通路４０６との間に、バルブハウジング４０９によって画定されるバルブチャンバ４２１の内部に配置される。図４の中に実線で示す方向で、バルブディスク４２０は“開”位置となり、液体インクが第１の貯蔵器から第２の貯蔵器へ流れる。上述したように、この開位置での流れによって、圧力水頭の違いにより起きる２つの貯蔵器間の液体インクのレベルすなわち液面高さが均一化される。
【００２２】
１つの実施形態においては、バルブハウジング４０９がバルブチャンバ４２１の内部に配設されたインサート体４３２を含み、これが、上述したようにポート４１２を介して貯蔵器内のインクの表面に圧力Pが印加されたときに液体インクの流れを第２の貯蔵器から出口４１０へ案内する役割を果たす。インサート体はこうして、出口４０５と出口４１０との間を連通する流れ空洞４３５を画定する。
【００２３】
インサート体４３２はさらに、図４〜５に示す開位置においてバルブディスク４２０が寄りかかる傾斜面４３０を画定する。バルブディスクの閉位置は、ディスク４２０'として仮想表示されており、ここではディスクはバルブチャンバ４２１内部で実質的に垂直に配設される。より正確に言えば、バルブディスク４２０’が、バルブハウジング４０９によって通路４０６との界面の周りに画定されている弁座すなわちシール面４５０を押す。この“閉”位置においては、バルブディスク４２０'はインクが第１の貯蔵器の外へ流れるのを防ぐのみならず、インクが第１の貯蔵器の中に入り込むのも防ぐことが、こうして理解される。特に第２の貯蔵器が加圧される場合には、第２の貯蔵器を出るインクの実質的にすべてが放出出口４１０の中に直接流入し、印字ヘッド３０に供給されることが特に好ましい。第２の貯蔵器４０４から押し出される融解インクの流体圧によって、バルブディスク４２０がバルブアセンブリ４０８のシール面４５０に押し付けられる。
【００２４】
ここで開示するバルブアセンブリ４０８の実施形態の一態様では、バルブディスク４２０は受動ディスクである。これは、貯蔵・制御アセンブリ４００内の液体インクのみの影響のもとにバルブディスクがその開位置、閉位置の間を行ったりきたりすることを意味する。このように、ディスク４２０はバルブチャンバ４２１の中で自由に配置されて、傾斜面４３０とシール面４５０によってのみ動きを拘束される。図４に示すように、開位置ではバルブディスク４２０は（シール面４５０が表している）垂直に対してある角度を以って配設される。開位置のバルブディスク４２０と閉位置のバルブディスク４２０'（仮想線で表示）とを見比べると、ディスクの下側の接触点ないしは接触端４２２は位置４２２と位置４２２'との間を動くことがわかる。開閉時のディスクの拘束を防ぎ、はめあい及び製造上の公差を許容するために、シール面４５０の周りに環状のリセス（凹部、窪み部）４５２が画定されてもよい。この環状リセス４５２はバルブディスクの外径部分に対応し、したがってディスクの密閉能力への影響は最小である。閉（垂直）位置から開（傾斜）位置への下部接触点４２２の動きを楽にするために切り込みを与えることのほかに、このリセス４５２は、バルブディスクの完全密閉を阻害するようなバリや融解インクから析出する沈殿物が集まる領域を提供する。リセス４５２はさらに、ディスクの背面の（すなわち第２の貯蔵器４０４における）圧力が第１の貯蔵器４０２の圧力よりも低い場合に、バルブディスクがシール面４５０から確実に離昇するのを助ける。ディスクの外径周りの周方向に隙間のあることが、このようにディスクが確実に離昇できる第１の貢献因子である。
【００２５】
２つの貯蔵器の間の差圧で第１の貯蔵器の方が勝る場合に、バルブディスク４２０が閉位置４２０'から開位置４２０へと動くことがわかる。液体インクは図３に示す平衡高さすなわち液面高さになろうとして、融解液体インクの重力流がバルブディスクをシール面４５０から引き剥がし、ディスクの下部の接触点を軸として位置４２２'から位置４２２へと回転させる。
【００２６】
高速印刷へ適用する場合には、このバルブの動きは迅速かつ滞りのない動きでなければならない。印刷のサイクルにおいては、第２の貯蔵器が充填されて、１回のインク量が貯蔵器から吐き出される時間は３秒未満である。バルブの開閉に少しでも滞りがあれば、印字ヘッドに供給される液体インクの供給速度が損なわれるであろう。従来の装置では、バルブにとって必要な開閉時間を確保するためには機械式バルブが必要であった。受動式ボールバルブなどの従来の受動バルブでは、反応が遅すぎて、第１の貯蔵器への逆流も大きすぎるために、高速用途には適さない。
【００２７】
インクの１回分の量が放出されてから第２の貯蔵器４０４が再充填されるのにかかる時間の長さ、すなわち“充填速度”は、バルブディスクを開くのに要する時間−“開弁所要時間”−と、２つの貯蔵器間の流体による拘束力(fluidic restriction)の大きさと、の関数である。その一方、バルブディスク４２０の第２の目的、すなわち第１の貯蔵器４０２への逆流の防止は、これらの再充填速度の変数に本質的に相反する関係にある。したがって、逆流防止の設計には、バルブを閉じるのに要する時間と、バルブディスク４２０とシール面４５０との間のシールの有効性とが、考察に入れられる。流体による拘束力を減少させるということは、バルブディスクをできるだけ大きく回転させて、通路４０６と第２の貯蔵器４０４との間に開放水路を提供するということである。しかし、バルブディスクが大きく回転して開位置に達するということは、ディスクのシール面が第２の貯蔵器からの直接の流れにより多く曝されるということであり、これによって最悪の場合には、バルブディスクが傾斜面４３０から離昇し、閉位置へ移動することが妨げられてしまうことになる。
【００２８】
同様に、バルブディスクの“開弁所要時間”−つまり、ディスクが弁座から外れるのに要する時間−は、ディスクとシール面の接触面積および弁座の表面特性の関数であることがわかっている。弁座の表面特性によって、ディスクが閉じているときのバルブディスクとシール面との間に存在する物理的な空隙量が決まる。接触面積の減少と空隙の増加のいずれか、あるいは両方によって開弁所要時間は小さくなる。一方で、最適な逆流防止に必要な密閉効率は、接触面積の減少と空隙の増加のいずれかもしくは両方により下がってゆく。言い換えれば、密閉効率は、バルブディスクとシール面との間の接触面積の増加および／または空隙の減少によって改善される。
【００２９】
かつて、高スループット環境においてはこのトレードオフは制御しがたいものであった。しかし、ここで開示するバルブアセンブリ４０８の実施形態は、高速開閉、第２の貯蔵器の迅速再充填、および好ましくない逆流防止のための効果的な密閉、を高速印刷適用の条件下で実現することができる。第１および第２の貯蔵器の間の界面におけるポート形状の特徴によって、バルブの閉鎖所要時間を犠牲にすることなしに再充填中の流体流の改善が達成される。
【００３０】
図示した実施形態においては、バルブディスク４２０は、インサート体４３２により画定される傾斜面４３０で決まる角度で静止する。このバルブディスクの角度は好ましくは５度から１５度の間である。好適な角度は１１度であり、この角度が通路４０６から貯蔵器４０４への流体の流れと、ディスクを閉じるように作用する流体の力との間の最適なバランスを提供することがわかった。第２の貯蔵器への流体の流れを最大化するために、バルブディスク４２０の上端４２４が、第２の貯蔵器の出口４０５の少なくとも一部分に重なる。この位置においては、第２の貯蔵器からの加圧されたインクの流れが、バルブディスクを開位置に保持しようとする。
【００３１】
図６を参照すると、好適な実施形態においてインサート体４３２が、複数の融解装置３００Ａ〜Ｄに対応する他のインサート体と共に、取付板４３３に一体化されていることがわかる。このように取付板４３３によって、インサート体および対応する傾斜面４３０をバルブハウジング４０９へ脱着することが容易となり、バルブアセンブリ４０８のクリーニングも可能としたりする。さらに円筒形のバルブチャンバ４２１に対応するために、インサート体４３２は、好ましくは円筒形状をしている。インサート体と対応する円筒バルブチャンバとの間はすきま嵌めとなっており、液密シールを維持するために取付板４３３とバルブハウジング４０９の間にはガスケットあるいはその他の密封部材が挿入されてもよい。
【００３２】
バルブアセンブリ４０８の更なる特徴として、図４〜６に示すように、それぞれのインサート体４３２が案内面（整流面）４３４を画定する。面４３４は貯蔵器の出口４０５と概ね位置合わせ（整列）されており、バルブディスクの上部４２４の背面に流体流を案内するように湾曲している。図４に示すように、開位置においてはディスクの上部４２４が少なくとも部分的に、面４３４と出口４０５との間に配設される。その結果第２の貯蔵器から放出された流体の一部は案内面４３４によってディスクの上部４２４の背面に案内され、図５に示すように、バルブディスクを閉じるように働く流体からの直接的な力を発生させる。案内面４３４の寸法により、概ねバルブディスク表面積の約１０％未満の弦部分が背面支持のない上部４２４になっている。しかし、この上部４２４の面積は、案内面４３４がディスク背面に導く直接流体の力の予想値に基づいて調節することができる。言い換えれば、もし圧力Ｐが大きい場合には、直接流の力および流体抵抗力（下記参照）がより大きくなるので、案内面４３４にさらされるディスクの面積をより小さくする。
【００３３】
勿論、バルブディスク４２０が傾斜面４３０から離昇してしまうと、加圧された流体流はより広くディスクの背面全体を押して、弁座４５０の方向へ押し付ける。さらに、印字ヘッドアセンブリへの出口４１０の抵抗が局所的な高圧領域を形成し、これもバルブディスクの背面に作用してバルブが閉じるのを助ける。受動バルブディスク４２０は、開位置と閉位置との間を動くとき、バルブチャンバ４２１内部で下部接触点もしくは接触端４２２の周りを回転するように構成されている。バルブディスクが傾斜面４３０から離昇した後、閉位置へ迅速に移動するのを助けるために、インサート体４３２は、インサート体の下部４３６が弁座面４５０に近接する構成となっていてもよい。特に、この下部４３６とシール面４５０との間の空隙は最小化されて、この下部接触点４２２の運動が回転だけに限定されるようになっている。このように空隙を最小化することにより、拘束を生じる可能性のある余分の動きを封じる。特定の実施形態においては、この下部４３６とシール面４５０との空隙は、バルブディスク４２０の厚さの２倍未満であり、好ましくは、ディスクの厚さの約１ 1/2（すなわち、３／２）である。下部４３６とバルブディスクとの接触は、さらにバルブディスクが閉位置に向かって回転する際の支点としても作用する。
【００３４】
図５に反映されているように、閉弁所要時間を短縮するために２つの追加の力がバルブディスクに作用する。１つの力は、バルブディスクの裏面全体に直接かかる差圧であり、直接流によってディスクが動き始めると発生する。好適な実施形態においては、傾斜面４３０は図６に示すように環状をしており、バルブの背後の流れ空洞４３５内の高圧力によってこの差圧が生成される。第２の力は、流体がバルブディスクの前面（すなわちシール面）を横断して動くときの流体摩擦により発生する流体抵抗力である。この流体抵抗力は最小であり短命であるが、バルブディスクが傾斜面４３０から離昇するのにかかる時間を低減してバルブの閉鎖を支援する。（ディスクがより大きい角度で開いていれば、流体の流がシール面を直接的に押して閉位置への動きに逆らうので、この同じ流体抵抗力がバルブに対して逆の作用をする。）図５に表示した３つの力すべては、第２の貯蔵器に圧力Ｐが加えられた際、バルブの閉弁所要時間の迅速化に寄与する。
【００３５】
バルブの開弁所要時間に関しては、バルブアセンブリ４０８のさらに別の特徴によってバルブディスク４２０'のシール面４５０からの引き剥がしの滞りを減少させ、これによってバルブの開弁所要時間が短縮される。特に、弁座すなわちシール面４５０の表面特性が精密に制御される。特定の実施形態において、直径１０．０ｍｍのバルブディスクに対して、弁座は最大０．５ｍｍ±０．１ｍｍのランド幅を有する。さらに、シール面４５０は１０μｍ未満の平坦度で、平均粗さ（Ｒａ）が０．３〜１．０μｍとなるように加工される。さらに、シール面は、高さの山対谷の比（ＰＶ）(peak-to-valley ratio of heights)がディスクのシール面全面に亘って１０μｍ未満まで加工される。特定の一実施形態におけるシール面の表面プロファイルを図６のグラフに示す。
【００３６】
これらの表面特性を維持することのほかに、シール面の加工方法が性能の最適化に寄与する。特に、フライス盤による加工痕が“微細水路（マイクロチャネル）”、すなわち流体流路となるように表面が加工され、この微細水路を介して流体圧が平衡化され、それによって、初期開弁所要時間、すなわち“クラック”時間を短縮することができる。加工表面の例を図８の顕微鏡表面写真に示す。この写真でわかるように、円形のミリングパタンが明瞭な溝、すなわち微細水路４６０を形成しており、これを通って流体が流れることができる。微細水路４６０は図７のグラフのＰＶ値に対応していることがわかる。充分な密封能力を保持したまま、バルブの“クラック”時間を最小化するために流体が流れるという意味では、ＰＶ値がＲａ値と共にシール面４５０の表面特性を画定する。特定の実施例においては、ある特定量の液体インクのうち、密閉したバルブディスク４２０'を通ってリークしたのは約０．３％のみであった。一方で、上記の表面特性によって例示のバルブは、約１００ｍｓでクラックし、５００ｍｓ未満で全開する。高速用途においては、バルブディスクは、１．０ｓのオーダの、非常に短時間のみ閉鎖した後、第２の貯蔵器に再充填するために再開するのが一般的である。
【００３７】
上記の例示的な実施形態においては、フライス盤の運転条件は、スピンドル速度１２０００ｒｐｍで、エンドミルの送り速度が７インチ／分（約１７．８ｃｍ／ｍｉｎ）および切削速度（表面速度）４５０フィート／分（約１３７ｍ／ｍｉｎ）であった。スピンドル速度およびエンドミルの送り速度は、弁座の材料および特定の用途に基づいて調整される。ここで説明した実施形態では、シール面はエンドミルで形成される。しかし、前述の表面特性を固守しながら、たとえばスタンピング、サンダー仕上、エッチングのような、他のシール面の形成方法を用いることができる。この実施形態では、特に目立つ劣化なしに、２５０万回まで性能を維持できることを実証した。
【００３８】
ここで開示したバルブ設計の別の態様では、弁座もしくはシール面４５０は好ましくは、バルブディスクよりも“より軟らかい”、すなわち耐磨耗性に劣る材料で形成される。こうすると、磨耗の大半は、バルブディスク上ではなく、シール面上で発生する。この磨耗の効果は、時間と共に表面粗さを減少させ、これがバルブディスクの密封効率を改善する効果を持つ。開弁所要時間は増加するが、バルブディスクの両側での圧力の平衡をもたらす加工微細水路すなわち溝の存在によりその影響は低減される。特定の実施形態においては、バルブディスクはステンレススチールで形成され、シール面はアルミニウムで形成される。
【００３９】
バルブディスク４２０は好ましくは、円筒形のバルブチャンバ４２１、環状の弁座シール面４５０および、環状の傾斜面４３０、に対応して円形である。しかし、バルブディスクのその他の形状も、ディスクが配設されるバルブアセンブリの幾何形状に基づいて考慮される。たとえば、部品は円筒形ではなく、代わりに多角形を採用してもよい。
【００４０】
バルブディスクは充分な厚さがあるので、圧力を受けて開位置と閉位置との間を動くときに撓むことが避けられる。また一方で、バルブディスク４２０の厚さは充分薄くて、ディスクの質量を最小に抑えることができる。このディスクの質量は、ある位置から次の位置に如何に迅速に動くことができるかということに影響する。高速の固体インクプリンタで使用する特定の実施形態においては、バルブディスクの厚さは約０．３ｍｍである。
【符号の説明】
【００４１】
４００  貯蔵・制御アセンブリ
４０２  第１の貯蔵器
４０４  第２の貯蔵器
４０５  出口
４０６  通路
４０８  バルブアセンブリ
４０９  バルブハウジング
４１０  出口
４１２  ポート
４２０  バルブディスク（開位置）
４２０'  バルブディスク（閉位置）
４２１  バルブチャンバ
４２２  バルブディスク下部接触点
４２２'  バルブディスク下部接触点
４２４  バルブディスク上端
４３０  傾斜面
４３２  インサート体
４３３  取付板
４３４  案内面
４３５  流れ空洞
４３６  インサート体下部
４５０  弁座（シール面）
４５２  環状リセス
４６０  微細水路
【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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【図８】
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