JP2001248749A

JP2001248749A - 液流路開閉器

Info

Publication number: JP2001248749A
Application number: JP2000062138A
Authority: JP
Inventors: Masataka Sakaeda; 正孝榮田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14
Also published as: US6439705B2; US20010024224A1

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェットプリンタのインク経路の流れ
制御に適した小型で軽量で、構造がシンプルで動作の信
頼性が高い従来には無い液流路開閉器を提供する。【解決手段】液流路を開閉する電磁駆動式の液流路開
閉器であって、高透磁性の駆動シャフト４０６と、駆動
シャフト４０６を一方向に付勢するばね４０７と、駆動
シャフト４０６を筒状の室に配置したボビンケース４０
３と、ボビンケース４０３の外周面に巻かれた巻線コイ
ル４０４と、巻線コイル４０４を巻いたボビンケース４
０３を収納した高透磁性のケース４０１，４０２と、駆
動シャフト４０６が配置されたボビンケース４０３の筒
状の室と連通する入口及び出口ジョイント４１１，４０
９とを備え、当該ジョイントは、ばね４０７の付勢力に
抗して駆動シャフト４０６を駆動することで開通するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、インクジェ
ットプリンターやファクスや複写機などのインクジェッ
ト方式の記録装置のインク供給路に使用する液流路開閉
器に関するもので、しかも、２気圧以下の低圧用途に関
するものである。さらに、その大きさが４立方センチメ
ートル以下と小型で、且つ、その消費電力も１．５ワッ
ト以下であり、且つその重さも、８ｇ以下程度の小型の
液流路開閉器に関するものである。

【０００２】また、用途が可能であれば、インク以外に
も空気やその他の液体（洗剤、ジュース、香料、調味
剤）などに使用してもかまわないものである。特に、今
後市場が拡大すると推測される小型玩具（おもちゃロボ
ット）などには、低圧のために安全で、軽く、消費電力
も低いために、好適なものと推測される。

【０００３】

【従来の技術】インクジェット記録装置には、コンティ
ニュアス型とオンデマンド型の２タイプがある。

【０００４】前者は、高圧力のインクを連続的に吐出
し、この吐出方向を変更制御することで、印字や画像を
形成する方法を用いている。

【０００５】従って、印字開始や終了の時点で、インク
の供給や遮断を制御する開閉器は、高圧タイプのもので
その大きさは、２０ｍｍ幅×３０ｍｍ高さ×２０ｍｍ長
さ程度と大きく、且つ、金属などの強固な材料で構成さ
れ、その機構も複雑であった。

【０００６】また、後者のオンデマンド型においては、
日本特許公開平成３年１０１９４４号に開示されている
ように、インク液滴自体の吐出をインクジェット吐出素
子にて行うために、インクに高い圧力を付加する必要な
く、インクジェットヘッドにインクを供給するだけでよ
く、むしろ、インクがインクジェットヘッドより洩れ出
さないように、若干の負圧状態で供給するなどというも
のであった。

【０００７】従って、インクの供給を制御する必要はな
く、むしろ、パイプをつないで、インクジェットヘッド
が必要な分を吸い上げる程度にしておけば良いものであ
った。あるいは、インクタンクの中にインクの吸収保持
材を収納し、これにインクを貯蔵して供給するカートリ
ッジ方式でよかった。

【０００８】ところが、近年、インクジェット記録装置
が写真画質などの高精細の画像を記録する状況になっ
て、インクの種類が従来の黒１色や、Ｙ（黄色）、Ｍ
（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の３色から、６色や７色の
インクを必要とする状況になってきた。

【０００９】さらに、印字速度が上昇し、また、そのた
めに印字枚数が増加したために、大量のインクが必要と
なる状況となった。さらに、記録装置の小型化のため
に、インクをインクジェットヘッドよりも高い位置に貯
蔵しなければならないという状況となってきた。あるい
は、インクをインクジェットヘッドとは別の大型容器に
保管し、そこから、パイプなどを経由して送るという方
式もとられている。

【００１０】このような観点から、インクをインクジェ
ットヘッドよりも高い位置に液体の状態で貯蔵し、これ
を必要に応じて供給することを可能とする必要が発生し
た。ただし、インクジェットヘッドが小型化し、且つ、
インクの必要種類が７色も必要となるために、小型のイ
ンクの流れ制御装置や部品が必要となってきた。その大
きさは、約１５ｍｍ高さ×１５ｍｍ長さ×１５ｍｍ幅以
下レベルである。

【００１１】また、インクをインク貯蔵部に大量に貯蔵
し、これをチューブやパイプでインクジェットヘッドに
供給するとなった場合、インクの流れの制御機器をイン
ク貯蔵部の出口、もしくはインク流路の途中に配置する
必要がある。この方法は、インクジェットヘッドが固定
され、移動しないものであれば良いが、インクジェット
ヘッドが左右に移動するシリアルプリント方式において
は、採用することは望ましくない。

【００１２】それは、インクジェットヘッドが左右に移
動する時の慣性により、インクが余分に供給されたり、
逆に吸引側の負圧が働いたりなどの圧力変動が発生し、
インクジェットヘッドからのインクの吐出が安定しない
結果となるからである。従来のキャラクターや文字など
の印字レベルにおいては、特に問題とならなかったが、
写真画質の高精細の画像においては、微妙な印字品質の
ばらつきや低下を余儀なくされるからである。このあた
りの問題に関しては、日本特許公開平成７年２５１５０
７号に詳しく技術公開されている。そこで、パイプの出
口にあたるインクジェットヘッド側に、インクの流れを
制御する開閉器を配置することが望まれる。これを実現
するためには、インクの流れを制御する開閉器は小型で
軽量で且つ応答性がよいことが望ましい。しかし、上記
の特許公開平成７年２５１５０７号公報には開閉器の部
分の構造の概略は記載されているが、開閉弁がインクの
流れ方向と同じ方向か逆の方向にしか開閉しない構造で
あるために、開閉器部分が大きくなり、且つ、上記の公
開公報においても装置が大型化していることが確認され
る。

【００１３】このような課題を解決したインク流路の開
閉器を実現することが、本発明の目的である。

【００１４】そこで、本発明者らは鋭意、上記の要望を
満たす開閉器付きインクジョイントを探したが、入手す
ることは不可能となった。そこで、自ら作り出す必要に
迫られ、従来の技術を調査したが、本発明者らの要望を
満たす技術は探し出せなかった。

【００１５】従来の技術としては、特許公開平成９年第
０８９１４６号や特許公開平成７年２４３５４２号に示
されている比較的構造が簡単な開閉器の技術が公開され
ている。しかし、インクジェットヘッドの上に軽量で且
つ小型で少なくとも４個〜７個も搭載できるような開閉
器付きインクジョイントではない。

【００１６】図５と図６に比較的簡単な構造の従来の開
閉器部分の形状を示す。この開閉器部分は、特開平９−
０８９１４６号公報によれば、図６に示すようにコイル
６１、スプリング６２、弁棒６３、補助軸６４、シール
部材６５、環状鉄心６６、補助部材６７、筐体６８から
成り立っており、部品構成も複雑である。また、特開平
７−２４３５４２号公報によれば、図５に示すように筐
体６８、ばね（スプリング）６２、移動芯６３、コイル
６１、弁体ロッド７０、稼動弁体７１、コイル保持体７
２から構成されている。これも、かなり複雑である。以
上のように、従来技術においては、小型化することは到
底望めない。

【００１７】その理由は、用途が工業用機械駆動用の高
圧エアー（１０気圧用途）や自動車の油圧系統（２０〜
３０気圧用途）に用いられるもので、構造部材が強固で
なくてはならず、且つ、使用流体の流量が１０００ｍｌ
／秒程度と大量である必要のためで、金属の鋳造部材の
切削加工や、金属魂からの直接の切削加工とする構造と
なっているためである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来技術では
実現できなかったような小型で軽量で、構造がシンプル
で動作の信頼性が高い開閉器を実現することが本発明の
課題（目的）である。

【００１９】主な課題としては、比較的低い圧力のイン
クや液体などを供給するにおいて、流量やタイミングを
制御して、精度良く供給することが望まれる。また、前
述の如く、小型で軽量で簡単な構造であることが最低条
件である。少なくとも、重量は３０ｇ以下、大きさは１
個の開閉器部分が４ｃｍ³程度以下であることであり、
インクや液体の供給や排出が簡便な構造であることであ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】そこで、鋭意検討を進め
て来た結果、このような機能を有する電磁バルブで小型
化するためには駆動シャフトが磁界中で良好に動作する
必要があり、ひいては小型で磁束密度を高める必要があ
る。そこで、磁束を外部に放散させないために、閉磁界
回路を形成し、磁束を密閉する必要が発生する。そこ
で、電磁バルブの筐体を高透磁性材料で形成し、その内
部に巻線コイルを配置し、そのコイルの内部に駆動シャ
フトとインクの流路を確保する従来には無い新規な構成
とした。

【００２１】さらに、これらの筐体や駆動シャフトは、
直径１０ｍｍ程度で、高さも１０ｍｍ以下であるので、
通常の切削工法では製造コストを安価にすることは到底
不可能である。そこで、これを可能にするために、筐体
は高透磁性材料を金属深絞り加工で、駆動シャフトは冷
間鍛造で加工することとした。また、消費電力を抑える
ために、巻線コイルの線径は５０〜１００μｍと細いも
のを使用することで対応し、巻線コイルの巻数を高めて
磁束密度も上昇させることとした。このようにすること
で、消費電力０．３〜１．５Ｗ程度で、約２気圧のエア
ーや液体の流路を開閉遮断する小型バルブを安価に製作
することが可能となった。

【００２２】しかしながら、瞬時の開閉を行うことは可
能であったが、１分間に１滴、２滴というようなインク
の洩れを良好に遮断することは不可能であるという問題
に突き当たった。この問題を詳細に検討した結果、以下
の要因がインク洩れの原因であることが確認された。
筐体の深絞りによる表面の傷や微少な凹凸により形成さ
れる駆動シャフトとのシール隙間冷間鍛造における駆
動シャフトの表面の傷や微少な凹凸により形成される筐
体とのシール隙間駆動シャフトにシールゴムを形成し
た場合は、その表面の微少な傷、凹凸により発生するシ
ール隙間が原因ということが判明した。

【００２３】そこで、深絞りの表面を極力平滑にする検
討を行ったが、金属の絞りで筐体を形成する方法では表
面を平滑にすることは不可能であることが判明した。そ
れは、金属の型で絞りを行うために型が微少に傷付き、
これが連続で生産すると約１０００回の絞りで１０μｍ
程度の傷を無数に発生するためである。また、同様に鍛
造も金属を金型で変形させるために、同様の傷が発生
し、この方が早い段階から微少な傷が発生し始め、６０
０回程度の鍛造で傷が発生した。

【００２４】また、金属同士のシールでは必ず寸法精度
の誤差に基づく隙間が発生するので、たとえ筐体と駆動
シャフトが鏡面同士であっても、斜め方向の擦りあわせ
誤差により僅かな隙間が発生し、インク洩れが発生す
る。

【００２５】そこで、シール部をゴム部材とし、駆動シ
ャフト側にシールゴムをコンプレッション接合で一体化
し、筐体とシールする方法を取ることが出来る。しかし
ながら、この方法でも、シールの完全化は不可能であ
り、インクの僅かな洩れが発生した。その理由は、やは
り、金属筐体側の傷であり、シールゴムの表面にある僅
かな傷があり且つゴムが平面状態であると、変形し傷や
僅かな凹凸部分を食い切り分断でシールすることが出来
ないからであることが判明した。

【００２６】その後検討を進めた結果、金属筐体のシー
ル部に傷を覆い隠す樹脂の平滑塗装部を設けることで、
あるいはボビンケースの形状を変更しシール部をボビン
ケースの成形鏡面にすることでこの問題を解決した。

【００２７】また、シールゴムの傷の解消や食い切り変
形部を増やす方法は、以下の手段をとることとした。シ
ールゴムの傷は、ゴムを平面状のプレス成形から、表面
が鏡面状の移出コンプレッション成形にすることで傷の
解消もしくは大幅な改善を行った。また、食い切り変形
部を増やす方法は、シールゴムのシール部分を山型に形
成し、シールのための押し付け負荷がかかると、山型の
頂点部分のシールゴム部が容易に潰れやすくなり、食い
切り変形部を大きくすることが可能となった。

【００２８】このような手段をとることで、小型で、省
電力で動作する電磁バルブを完成させることが可能とな
った。

【００２９】しかしながら、さらに、新たな問題が発生
した。それは、インクを入れて、長時間シール状態を維
持していくと、バルブの開放が不可能になることが生じ
た。

【００３０】その理由は、シールゴムとインク成分との
反応によるシールゴムの筐体シール面への擬似接着であ
ることが判明した。さらにこの傾向は、筐体のシール面
を樹脂塗装した場合に多く見られた。

【００３１】これらの結果より、擬似接着はシールゴム
と筐体シール面でのインク成分と双方のシール部材から
の溶出不純物との反応と考えられる。

【００３２】そこで、さらに鋭意検討した結果、シール
ゴムを不純物を低温ではあまり放出せず、且つ、有機物
との反応や膨潤を示さない安定したゴムであるフッ素ゴ
ムとすることとした。

【００３３】さらに、筐体のシール面を形成する部材は
樹脂の塗装面でも、焼き付け温度を３００℃以上として
溶出不純物を放出しにくい安定した材料のポリイミド焼
き付け塗装層とすることとした。

【００３４】また、ボビンケースと一体のシール面をも
つボビンケースを使用する場合は、滑材や離型材を含ま
ないポリサルフォンの樹脂成形ボビンケースを用いるこ
ととした。

【００３５】このようにすることで、長期間のシールを
行った状態の後でも、安定して開閉動作可能なインク供
給用の小型の電磁バルブを作製することが可能となっ
た。

【００３６】以上のような様々な問題を解決し得る本発
明の液流路開閉器は次の構成からなる。すなわち、本発
明の液流路開閉器は、電磁駆動式であって、高透磁性の
駆動シャフトと、該駆動シャフトを一方向に付勢する付
勢力発現手段と、該駆動シャフトを筒状の室に配置した
ボビンケースと、該ボビンケースの外周面に巻かれた巻
線コイルと、該巻線コイルを巻いた前記ボビンケースを
収納した一組の高透磁性ケースと、前記駆動シャフトが
配置された前記ボビンケースの筒状の室と連通する流路
部とを備え、前記流路部は、前記付勢力発現手段の付勢
力に抗して前駆駆動シャフトを駆動することで開通する
ことを特徴とする。

【００３７】この構成では、巻線コイルに電気信号を付
与すると電磁力が発生し、ボビンケースの筒状の室内で
駆動シャフトが付勢力発現手段の付勢力に抗して移動す
る。これにより、液流路が開通する。このような構成で
は、インクジェットプリンタのインク経路の流れ制御に
適した、質量が１０ｇ以下で、消費電力が１．２Ｗ以下
で駆動可能な小型な開閉器を実現し得る。

【００３８】また、上記の開閉器においては、前記駆動
シャフトが前記付勢力発現手段で押し付けられる方向と
は反対側の、前記駆動シャフトと接触する部位が、前記
巻線コイルの内部に配置されていることがシャフト駆動
方向の安定化を図る上で好ましい。

【００３９】そして、前記付勢力発現手段によって前記
駆動シャフトが押し付けられる部位が、前記ボビンケー
スと一体成形された成形平滑面であり、前記駆動シャフ
トの該成形平滑面と接合する部分にシールゴムが設けら
れ、前記成形平滑面と前記シールゴムとで前記流路部が
遮蔽されるものや、あるいは、前記付勢力発現手段によ
って前記駆動シャフトが押し付けられる部位が、前記一
方の高透磁性ケースの前記収納凹部の底面に塗装された
塗装平滑面であり、前記駆動シャフトの該塗装平滑面と
接合する部分にシールゴムが設けられ、前記塗装平滑面
と前記シールゴムとで前記流路部が遮蔽されるものが望
ましい。この構成では、駆動待機時に前記駆動シャフト
のシールゴムが、表面に傷や凹凸が無い前記成形平滑面
もしくは前記塗装平滑面に押し付けられるため、前記流
路部が良好に遮蔽される。

【００４０】さらに前記高透磁性ケースおよび前記駆動
シャフトの、インクと接する面は、インクに悪影響を及
ぼさない腐食防止層で覆われていることが望ましい。こ
の腐食防止層はポリイミドの蒸着コート層もしくはエポ
キシ樹脂コート層であることが考えられる。

【００４１】前記シールゴムは、フッ素ゴムであり、か
つ、そのシール部が山型の形状をなしていることが望ま
しい。この構成によれば、シールゴムの表面にある僅か
な傷があり且つゴムが平面状態であると、変形し傷や僅
かな凹凸部分を食い切り分断でシールすることが出来な
いという問題が解消され、より完全にインク流路を遮蔽
することができる。

【００４２】前記高透磁性ケースは高透磁性材料の板金
の深絞り加工で作製され、前記駆動シャフトは高透磁性
材の冷間鍛造で作製されていることで、安価で生産性の
高いものとなる。

【００４３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。また、ここではインク供給
路の開閉器について説明するが、インク以外にも空気や
その他の液体に使用してもかまわないものである。

【００４４】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態による液流路開閉器の構成を説明するため
の概略断面図で、図（ａ）は流路遮蔽状態、図（ｂ）は
流路開放状態を示したものである。この図に示す形態の
液流路開閉器は、高透磁性材料の上ケース４０１と下ケ
ース４０２で、巻線コイル４０４を巻回したボビンケー
ス４０３を収納し固定する構成からなり、上ケース４０
１と下ケース４０２が本装置の筐体及び磁束路を兼ねて
いる。

【００４５】ボビンケース４０３の中心の貫通穴には、
高透磁性の駆動シャフト４０６がばね（付勢力発現手
段）４０７により付勢された状態で配置されている。駆
動シャフト４０６はその外周にばね４０７が突き当たる
フランジを有しており、該フランジとボビンケース４０
３との間には隙間８６０が形成されている。

【００４６】ボビンケース４０３には、駆動シャフト４
０６が配置された室とのインク流路ＩＲを形成する出口
ジョイント４０９が一体で構成されている。出口ジョイ
ント４０９は下ケース４０２より突き出ている。出口ジ
ョイント４０９にはパイプ２０１が接続されている。

【００４７】駆動シャフト４０６が配置された室におい
てインク流路ＩＲと連通する部分にはシール面８０１が
配されている。シール面８０１はボビンケース４０３と
一体成形された鏡面で形成される。シール面８０１に対
向する駆動シャフト４０６の端面はシールゴム４０８を
有していて、ばね４０７の付勢力でボビンケース４０３
のシール面８０１に押し付けられている。つまり、駆動
シャフト４０６と一体化したシールゴム４０８のシール
部９０１で、インク流路ＩＲを遮蔽したり開放したりす
る構成である。本装置ではインク流路の遮蔽部分におい
て深さ１０μｍ以下ほどの微小な加工傷があるとインク
漏れが生じてしまうので、駆動シャフト４０６端面にシ
ールゴム４０８を接合するだけでなく、シールゴム９０
１が当接するシール面８０１を鏡面とした。

【００４８】上ケース４０１には、駆動シャフト４０６
が配置された室と連通するインク入口が形成されてい
る。また上ケース４０１には、インク流路を形成する入
口ジョイント４１１が接合されている。入口ジョイント
４１１にはパイプ２０１が接続されている。

【００４９】図２は上ケース４０１の上面図である。こ
の図に示すようにボビンケース４０３に巻かれた巻線コ
イル（不図示）の銅線４０４’に電気信号を付与するた
めのリード端子４０５が、上ケース４０１の外側に導出
されている。コイル銅線４０４’は各リード端子４０５
に巻かれ、はんだ４１３で固定されている。

【００５０】このようなリード端子４０５から電流が流
されると、図１において、磁界の発生により駆動シャフ
ト４０６はばね４０７の付勢力に逆らってシール面８０
１を開放する。インク３０はパイプ２０１を通じて供給
され、入口ジョイント４１１を経由して、駆動シャフト
４０６が配置された室内へ導入される。インク３０は、
インク流路ＩＲが開放されている場合（図１（ｂ）参
照）は、駆動シャフト４０６に構成された凹部流路８５
２を経由して、さらに、駆動シャフト４０６とボビンケ
ース４０３の間に出来る隙間８６０を通して、インク流
路ＩＲへと流れ、最終的には、出口ジョイント４０９を
経由し放出される。なお、インク３０の流路を逆にし
て、出口ジョイント４０９からインク３０を供給し、入
口ジョイント４１から出てくるような構成としても長
い。

【００５１】上ケース４０１や下ケース４０２や駆動シ
ャフト４０６の、インク３０との接触面は、図３に示さ
れるようにインク３０に不溶で且つ悪影響を及ぼさない
ポリイミドの腐食防止層８５１で覆われている。

【００５２】本装置の筐体を構成する上ケース４０１と
下ケース４０２とは、アークスポット溶接により強固に
接合されており、これによりボビンケース４０３や駆動
シャフト４０６などを安定に固定することが可能となっ
ている。このような構成とすることで、巻線コイル４０
４で発生する磁束は、高透磁性材料の上ケース４０１と
下ケース４０２による筐体内部に閉じ込められ、外部に
放散されることなく、駆動シャフト４０６の駆動に有効
に使用される。

【００５３】また、上ケース４０１の、駆動シャフト４
０６との接触面ＳＧを、図１に示すように巻線コイル４
０４の内部に配置したので、駆動シャフト４０６の駆動
方向が上下方向と安定化させることが可能である。上ケ
ース４０１に巻線コイル４０４の内部に入り込む内部凸
部Ｌを設けない場合、接触面ＳＧは巻線コイル４０４の
外部となり、僅かに駆動方向のばらつきが発生するとと
もに、吸引駆動力が低下する。しかしながら、本構成の
場合、接触面ＳＧが巻線コイル４０４の内部にあるため
に、吸引力の低下はなく、且つ、駆動方向の安定化も図
られる。

【００５４】また、シールゴム４０８は図１及び図３に
示すように、山型の形状を有している。平面で見た場合
はインク流路を囲む少なくとも二重の環状凸部の形状で
ある。この構成によれば、ばね４０７により付勢力が付
加されると山型の頂点部分ＹＧに付勢力が集中し、山型
頂点部分ＹＧが変形することで、ボビンケース４０３の
シール面８０１に発生する極微少な傷も食い切り封緘
し、インク３０の洩れを防止することが可能となる。

【００５５】「具体例１」上述した形態をさらに具体的
に説明する。

【００５６】上ケース４０１と下ケース４０２を金型に
よる深絞り加工と打ち抜きプレスによりそれぞれ別部品
として作製した。特に、深絞り加工でなくとも、切削加
工で作製しても良いが、生産性の面からは遥かに絞り加
工の方が有利である。次に、駆動シャフト４０６を冷間
鍛造にて作製した。これも、切削加工で作製してもよい
が、生産性の面からは、遥かに鍛造加工の方が有利であ
る。

【００５７】ボビンケース４０３は、ポリサルフォン樹
脂を射出成形することにより作製した。これはナイロン
やポリスチレン、ポリカーボネートなどでも良いが、イ
ンクへの溶解や悪影響を考慮すると、滑剤や離型剤の添
加されていないタイプのポリサルフォンやポリプロピレ
ンが良い。また、巻線コイル４０４の端部をリード端子
４０５に接合する場合に図２に示す半田による接合を行
うために、半田槽の熱で変形しにくいポリサルフォン樹
脂が有利であった。

【００５８】このボビンケース４０３にウレタンコート
の銅線を３００〜２０００回から巻き付けて巻線コイル
４０４とした。１００μｍφの銅線の場合は３００回程
度の巻き付けで、５０μｍφの銅線の場合は１０００回
程度の巻き付けで、５０μｍφの銅線の場合は２０００
回程度の巻き付けで巻線コイル４０４が形成された。そ
れぞれの抵抗は約２５Ω、１００Ω、４００Ω程度の巻
線コイル４０４となった。

【００５９】次に、駆動シャフト４０６と上ケース４０
１と下ケース４０２にポリイミドの厚さ７μｍ程度の蒸
着コート層である腐食防止層８５１を形成した。次に、
この状態の駆動シャフト４０６に、シールゴム４０８と
してのフッ素ゴムを２００℃の温度でコンプレッション
接合した。

【００６０】このようにして図１に示した小型の電磁バ
ルブを構成する各部品を準備し、次のように組み付け
た。まず、下ケース４０２の内面に、薄くエポキシ接着
剤を塗布し、巻線コイル４０４の形成されたボビンケー
ス４０３を配置し、１２０℃の温度で４０分間放置し
て、ボビンケース４０３を下ケース４０２に接合した。
次に、ボビンケース４０３の筒状の室内に前記のシール
ゴム４０８付き駆動シャフト４０６を投入し、ばね４０
７をその上から配置し、その後、ボビンケース４０３の
上に塩素化ブチルゴム製のパッキン４１０を乗せ、その
上から、上ケース４０１を配置した。そして、上ケース
４０１と下ケース４０２を押し付けながら位置合わせを
行った状態で、アークスポット溶接にて接合し、固定し
た。アークスポット溶接機は松下電器製ＹＰ−３００で
あり、溶接条件は６０アンペア、１０ミリ秒で行った。
このようにして組み立てた電磁バルブの上ケース４０１
に、ポリプロピレン製の入口ジョイント４１１をエポキ
シ接着剤で接合し、さらに、インク供給パイプ２０１を
接合した。また、インクの出口となる出口ジョイント４
０９にも同様にパイプ２０１を接合した。こうしてイン
クの供給経路が形成され、その中間に、インクの流路開
閉器である電磁バルブを配置することが可能となった。

【００６１】以上のインク流路開閉器において、インク
の入口ジョイント４１１側に０．２気圧でインク３０を
供給した。その結果、シール面８０１でインク流路ＩＲ
が遮断されているために、インク３０の漏れ出しは認め
られなかった。

【００６２】次に、１００μｍφの銅線を用いた巻線コ
イル、７０μｍの銅線を用いた巻線コイル、５０μｍφ
銅線を用いた巻線コイルの場合、それぞれに、４Ｖ、１
０Ｖ、２０Ｖの電圧を印加したところ、駆動シャフト４
０６が上ケース４０１側へ吸引駆動され、インク流路Ｉ
Ｒが開放されて、インク３０が勢い良く放出された。そ
の時の、インク供給量は約３ｍｌ／秒であった。なお、
０．１気圧のインク３０を供給した場合は、インクの供
給量は約１．７ｍｌ／秒であった。

【００６３】このインク流路開閉器の重量は約５ｇであ
り、寸法は高さ１２ｍｍ程度、直径１２ｍｍ程度の大き
さであり、動作電力も１．２ワット以下で、動作電圧も
２０Ｖ以下で、インクジェットプリンターには最適なイ
ンク流路開閉器である。

【００６４】また、インク供給後、インク流路ＩＲを遮
断しても、インク３０の漏れ出しは確認されなかった。

【００６５】さらに、インク３０の出口側パイプの先端
をパイプ遮断コックにより密閉し、この状態で、６０
℃、１月間の放置試験を行った後に、前記コックを開放
し、開閉器の駆動動作を行ったところ問題無く上記の印
加電圧でインクの供給を行うことが可能であった。

【００６６】インク３０としての黒インクは、カーボン
粒子を純水、エチルグリコール、イソプロピルアルコー
ルの他、界面活性剤で分散懸濁させたｐＨ４の顔料イン
クを用いた。また、黄色、シアン、マゼンタのカラーイ
ンク３０は、上記の色の染料と純水、エチルグリコー
ル、イソプロピルアルコール、尿素とを溶解させたｐＨ
１０程度の染料インクを用いた。

【００６７】（第２の実施の形態）ここでは上記の第１
の実施の形態と異なる構成のみを図４を参照して説明す
る。図４は本発明の第２の実施の形態による液流路開閉
器の構成を説明するための概略断面図である。この図で
示す形態は、駆動シャフト４０６のシールゴム４０８が
当接する面（シール面）を、第１の実施の形態で説明し
たボビンケース４０３の一部で構成するのではなく、深
絞り加工した下ケース４０２の凹部底面によって構成
し、その凹部底面に樹脂を塗装して平滑面部８０２とし
たものである。この場合、ボビンケース４０５は上下に
貫通した形状となる。

【００６８】平滑面部８０２は有機樹脂を吹き付け塗装
により形成し、溶媒の乾燥除去までの時間にセルフレべ
リング作用により、筐体ケースを作製する絞り加工時の
シール面の傷を平坦化させるものである。この塗装厚さ
は約２０〜５０μｍ程度であり、静電塗装や吹き付け塗
装が望ましいが、どぶ漬け後遠心レべリングによる均一
塗装も可能である。

【００６９】また、下ケース４０２のシール面に相当す
る部分が平面で且つ傷がない鏡面状態に近いものであれ
ば、樹脂塗装による平滑面８０２を形成する必要もな
く、インク３０への腐食防止層８５１であるポリイミド
膜の形成のままでも良い。しかし、連続した数万個／日
で生産するレベルであれば、品質上、樹脂塗装による平
滑面８０２の形成は必要である。

【００７０】筐体を構成する高透磁性材料の１組のケー
ス４０１，４０２は、東北特殊鋼ＫＳＦ−２４を用い、
高透磁性材料の駆動シャフト４０６は同社製のＫＭ−６
０を用いた。さらに、巻線コイル４０４は、日立電線製
の線径５０〜１００μｍφのウレタンコート銅線を使用
し、ポリイミドの蒸着コートは日本真空社方式を用い、
エポキシ樹脂のスプレーコートや稀釈どぶ漬け乾燥コー
トは自社開発の耐インク性紫外線硬化型エポキシを用い
た。

【００７１】ボビンケース４０６は米国アモコ社製のポ
リサルフォンユーデル１７００を用いた。

【００７２】また、シールゴム４０８は住友３Ｍ社のフ
ッ素ゴム：フローレル７０７や旭硝子社製のアフラスを
用いた。

【００７３】ばね４０７は線径０．２φの１８−８オー
ステナイトステンレス線を用いてコイルばね化し、その
上に、４μｍ程度の厚さのポリイミド蒸着コートを行っ
たものとした。

【００７４】「具体例２」上述した形態をさらに具体的
に説明する。

【００７５】上ケース４０１と下ケース４０２を金型に
よる深絞り加工と打ち抜きプレスによりそれぞれ別部品
として作製した。特に、深絞り加工でなくとも、切削加
工で作製しても良いが、生産性の面からは遥かに絞り加
工の方が有利である。次に、駆動シャフト４０６を冷間
鍛造にて作製した。これも、切削加工で作製してもよい
が、生産性の面からは、遥かに鍛造加工の方が有利であ
る。

【００７６】ボビンケース４０３は、ポリサルフォン樹
脂を射出成形することにより作製した。これはナイロン
やポリスチレン、ポリカーボネートなどでも良いが、イ
ンクへの溶解や悪影響を考慮すると、滑剤や離型剤の添
加されていないタイプのポリサルフォンやポリプロピレ
ンが良い。また、巻線コイル４０４の端部をリード端子
４０５に接合する場合に図２に示す半田による接合を行
うために、半田槽の熱で変形しにくいポリサルフォン樹
脂が有利であった。

【００７７】このボビンケース４０３にウレタンコート
の銅線を３００〜２０００回から巻き付けて巻線コイル
４０４とした。１００μｍφの銅線の場合は３００回程
度の巻き付けで、５０μｍφの銅線の場合は１０００回
程度の巻き付けで、５０μｍφの銅線の場合は２０００
回程度の巻き付けで巻線コイル４０４が形成された。そ
れぞれの抵抗は約２５Ω、１００Ω、４００Ω程度の巻
線コイル４０４となった。

【００７８】次に、下ケース４０２のシール面に相当す
る部分に紫外線硬化型の樹脂をＮメチルピロリドンの溶
媒に１２％に薄めてスプレーコートした。その後、この
状態で３０秒間放置し、次に、遠心分離機を用い、１０
００ｒｐｍで１分間回転させ、不要な樹脂を除去した。
次に、８０℃の温度で３分間乾燥した後に筐体の内面か
ら紫外線を照射し、シール面付近のみを硬化させた。そ
の後、メチルエチルケトン溶液に１分間浸けて、余分な
部分の樹脂を溶解除去し、２００℃の温度で硬化させ
た。

【００７９】次に、この状態の下ケース４０２を再度、
Ｎメチルピロリドンの溶媒に溶かした５％エポキシ樹脂
溶液に全体をどぶ漬けし、同様に遠心分離機による不溶
樹脂の除去と、紫外線の全面照射と、乾燥、２００℃で
の硬化を行った。このようにして、前記シール面に平滑
面部８０２の形成された下ケース４０２を作製した。

【００８０】次に、駆動シャフト４０６と上ケース４０
１にポリイミドの厚さ７μｍ程度の蒸着コート層である
腐食防止層８５１を形成した。駆動シャフト４０６や上
ケース４０１も、エポキシ樹脂のどぶ漬けと乾燥、およ
び、熱処理による硬化でのエポキシ樹脂層の形成を行っ
ても良い。本エポキシ樹脂は２７０℃までは分解しない
安定なものであるので、熱硬化を２５０℃付近で行って
おけば、フッ素ゴムの駆動シャフト４０６へのコンプレ
ッション接合成形も可能であることは言うまでもない。
このようにして、全体をインクに安定なエポキシ樹脂層
でコートすることも可能である。

【００８１】次に、この状態の駆動シャフト４０６に、
シールゴム４０８としてのフッ素ゴムを２００℃の温度
でコンプレッション接合した。

【００８２】このようにして図４に示した小型の電磁バ
ルブを構成する各部品を準備し、次のように組み付け
た。まず、下ケース４０２の内面に、薄くエポキシ接着
剤を塗布し、巻線コイル４０４の形成されたボビンケー
ス４０３を配置し、１２０℃の温度で４０分間放置し
て、ボビンケース４０３を下ケース４０２に接合した。
次に、ボビンケース４０３の筒状の室内に前記のシール
ゴム４０８付き駆動シャフト４０６を投入し、ばね４０
７をその上から配置し、その後、ボビンケース４０３の
上に塩素化ブチルゴム製のパッキン４１０を乗せ、その
上から、上ケース４０１を配置した。そして、上ケース
４０１と下ケース４０２を押し付けながら位置合わせを
行った状態で、アークスポット溶接にて接合し、固定し
た。アークスポット溶接機は松下電器製ＹＰ−３００で
あり、溶接条件は６０アンペア、１０ミリ秒で行った。
このようにして組み立てた電磁バルブの上ケース４０１
に、ポリプロピレン製の入口ジョイント４１１をエポキ
シ接着剤で接合し、さらに、インク供給パイプ２０１を
接合した。また、インクの出口となるポリエチレン製の
出口ジョイント４１２にてインク経路に接合した。こう
してインクの供給経路が形成され、その中間に、インク
の流路開閉器である電磁バルブを配置することが可能と
なった。

【００８３】以上のインク流路開閉器において、インク
の入口ジョイント４１１側に０．２気圧でインク３０を
供給した。その結果、シール面８０１でインク流路ＩＲ
が遮断されているために、インク３０の漏れ出しは認め
られなかった。

【００８４】次に、１００μｍφの銅線を用いた巻線コ
イル、７０μｍの銅線を用いた巻線コイル、５０μｍφ
銅線を用いた巻線コイルの場合、それぞれに、４Ｖ、１
０Ｖ、２０Ｖの電圧を印加したところ、駆動シャフト４
０６が上ケース４０１側へ吸引駆動され、インク流路Ｉ
Ｒが開放されて、インク３０が勢い良く放出された。そ
の時の、インク供給量は約３ｍｌ／秒であった。なお、
０．１気圧のインク３０を供給した場合は、インクの供
給量は約１．７ｍｌ／秒であった。

【００８５】また、インク供給後、インク流路ＩＲを遮
断しても、インク３０の漏れ出しは確認されなかった。

【００８６】さらに、インク３０の出口側パイプの先端
をパイプ遮断コックにより密閉し、この状態で、６０
℃、１月間の放置試験を行った後に、前記コックを開放
し、開閉器の駆動動作を行ったところ問題無く上記の印
加電圧でインクの供給を行うことが可能であった。

【００８７】インク３０としての黒インクは、カーボン
粒子を純水、エチルグリコール、イソプロピルアルコー
ルの他、界面活性剤で分散懸濁させたｐＨ４の顔料イン
クを用いた。また、黄色、シアン、マゼンタのカラーイ
ンク３０は、上記の色の染料と純水、エチルグリコー
ル、イソプロピルアルコール、尿素とを溶解させたｐＨ
１０程度の染料インクを用いた。

【００８８】（その他の実施の形態）「比較検討１」上述した第１の実施の形態による液流路
開閉器を、ボビンケース４０３のシール面８０１が鏡面
で形成されていないタイプにしたところ、筐体下ケース
４０２の表面に発生する無数の傷にて、インクの遮蔽を
良好に行うことが不可能で、インクの洩れをを発生し
た。０．２気圧では０．１ｍｌ／秒程度で、０．１気圧
では０．０１ｍｌ／秒程度で、０．０５気圧でも１ｍｌ
／分程度であった。このレベルではインクの漏れ出し量
は一見少ないように見受けられるが、インクジェットプ
リンターにおけるインク貯蔵部のインクの貯蔵量が約１
０〜４０ｍｌ／色であることを考慮すると、インクジェ
ットプリンターが１０００枚程度のプリントに使用する
インクを僅か数時間〜１日で使用してしまう大変な問題
である。

【００８９】また、この下ケース４０２のシール面８０
１の上に、ポリイミドやエポキシなどで７〜８μｍ程度
の樹脂層を形成して見たが、筐体下ケース４０２の絞り
加工における傷が１５μｍ程度ある場合もあるので、イ
ンクの洩れ出し量は低減したが、完全にすることは不可
能であった。

【００９０】そこで、第１の実施の形態や第２の実施の
形態のように、駆動シャフト４０６のシールゴム４０８
が当接する面（シール面）を図１に示すようなボビンケ
ース４０３と一体の成形平面や図２に示すような樹脂塗
装の平滑面８０２にした結果、劇的にインクの漏れ出し
量は改善された。

【００９１】しかし、それでも場合によって、５％程度
の発生確率で、３時間で１ｍｌ程度の漏れ出し量が発生
した。そのため、原因を追求した結果、シールゴム４０
８が平面形状であると、その平面の上に、僅かではある
が、３μｍ以下程度の傷や凹凸が僅かに発生しているこ
とが要因であることが判明した。そこで、平面状であっ
たシールゴム４０８を山型頂点部分ＹＧを有するものと
した。

【００９２】このようにすることで、僅かに、シールゴ
ム４０８の表面に傷や凹凸が発生していても、ばね４０
７の付勢力で、山型頂点部ＹＧが変形し、上記の傷や凹
凸が食い切り封緘されるため、インク３０の洩れや滲み
出しが防止された。その結果、前述の５％程度のインク
の漏れ出しの発生が解消された。

【００９３】「比較検討２」ｐＨ４の黒インクを用い
て、６０℃の環境で、１月間放置した場合、高透磁性材
料の筐体となる上ケース４０１、下ケース４０２や駆動
シャフト４０６に図３に示すようなポリイミドの腐食防
止層８５１を形成していないものでは、高透磁性材料の
腐食が発生し、錆びが発生した。駆動シャフト４０６が
動作するたびに、その錆びがインク３０中に混ざってイ
ンクジェットヘッドの方に供給されて来た。そして、イ
ンクジェットヘッドの前に配置されているフィルターに
堆積し、フィルター目詰まりを発生した。

【００９４】さらに、場合によっては、シールゴム４０
８と、このシール部が当接する面（シール面）との間
に、錆びが部分的に挟み込まれて、インク流路ＩＲを良
好に遮蔽することが不可能となり、インク洩れを発生す
るという問題を引き起こした。

【００９５】ところが、上述の実施の形態のように、上
ケース４０１、下ケース４０２や駆動シャフト４０６、
ばね４０７などのインクの接する表面をポリイミドやエ
ポキシのコート層で覆ったものでは、そのようなインク
の接する部位における腐食は全く見られず、良好にイン
ク流路ＩＲの遮断と開放を行うことが可能であった。

【００９６】また、インク３０がインク貯蔵部から供給
されて来る場合は、１０μｍ程度のゴミが流路の遮蔽部
分に挟み込まれてシールを不可能にする場合が起こり得
るので、インク貯蔵部とインク入口ジョイントの間や、
インク入口ジョイントの直前にフィルターを配置するこ
とが望ましい。上述した形態のインク流路開閉器を用い
た場合でも、４００メッシュの金メッキされたステンレ
スフィルターを用いて、インク中のゴミの流入を防止し
た。

【００９７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の液流路開閉
器は、寸法が小型で、重量も軽く、且つ、１．２ワット
以下の消費電力でインク流路の開閉動作を行わしめるイ
ンクジェットプリンターには殊のほか便利なものであ
る。さらに、従来では、経済的に高価であった切削加工
による高透磁性材料の筐体やシャフトを深絞りや冷間鍛
造で製作することで、安価で生産製の高いものとするこ
とが可能となった。また、この安価で生産性に富んだ工
法の欠点であるシール面の傷による平坦性や平滑性の欠
落を、樹脂の成形表面や樹脂の塗装面とすることで問題
解決し、良好にシール遮断を行い、インクの洩れや滲み
出しを防止することが可能となった。

【００９８】また、シールゴムのシール部を山型形状と
することで、さらに、インク流路の遮断性を向上させる
ことが可能となった。

【００９９】さらに、高透磁性材料のインクによる腐食
を、該高透磁性材料のインクの接触表面にポリイミドや
エポキシ樹脂の薄いコート層を形成することで防止し、
長期の保存や物流時の保管での品質の劣化を防止するこ
とが可能となった。

【０１００】さらに、シールゴムを不純物の溶出やイン
クによる膨潤を起こしにくいフッ素ゴムとすることで、
開閉の信頼性を高めることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による液流路開閉器
の構成を説明するための概略断面図である。

【図２】図１に示す上ケースの上面図である。

【図３】図１に示す上ケース、駆動シャフトの詳細を示
す断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による液流路開閉器
の構成を説明するための概略断面図である。

【図５】従来の液流路開閉器の構成例を示す断面図であ
る。

【図６】従来の液流路開閉器の構成例を示す断面図であ
る。

【図７】３０インク２０１パイプ４０１上ケース４０２下ケース４０３ボビンケース４０４巻線コイル４０４’ コイル銅線４０５リード端子４０６駆動シャフト４０７ばね４０８シールゴム４０９出口ジョイント４１０パッキン４１１入口ジョイント４１２出口ジョイント４１３はんだ８０１シール面８０２平滑面部８５１腐食防止層８５２凹部流路８６０隙間９０１シール部ＩＲインク流路ＹＧシールゴムの山型頂点部Ｌ上ケースの内部凸部ＳＧ上ケースの駆動シャフトとの接触面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月１７日（２０００．４．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図２】図１に示す上ケースの上面図である。

【符号の説明】３０インク２０１パイプ４０１上ケース４０２下ケース４０３ボビンケース４０４巻線コイル４０４’ コイル銅線４０５リード端子４０６駆動シャフト４０７ばね４０８シールゴム４０９出口ジョイント４１０パッキン４１１入口ジョイント４１２出口ジョイント４１３はんだ８０１シール面８０２平滑面部８５１腐食防止層８５２凹部流路８６０隙間９０１シール部ＩＲインク流路ＹＧシールゴムの山型頂点部Ｌ上ケースの内部凸部ＳＧ上ケースの駆動シャフトとの接触面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液流路を開閉する電磁駆動式の液流路開
閉器であって、高透磁性の駆動シャフトと、該駆動シャ
フトを一方向に付勢する付勢力発現手段と、該駆動シャ
フトを配置した筒状の室を有するボビンケースと、該ボ
ビンケースの外周面に巻かれた巻線コイルと、該巻線コ
イルを巻いた前記ボビンケースを収納した一組の高透磁
性ケースと、前記駆動シャフトが配置された前記ボビン
ケースの筒状の室と連通する流路部とを備え、前記流路
部は、前記付勢力発現手段の付勢力に抗して前駆駆動シ
ャフトを駆動することで開通することを特徴とする液流
路開閉器。
【請求項２】前記駆動シャフトが前記付勢力発現手段
で付勢されている方向とは反対側の、前記駆動シャフト
と接触する部位が、前記巻線コイルの内部に配置されて
いることを特徴とする請求項１に記載の液流路開閉器。
【請求項３】前記付勢力発現手段によって前記駆動シ
ャフトが押し付けられる部位が、前記ボビンケースと一
体成形された成形平滑面であり、前記駆動シャフトの該
成形平滑面と接合する部分にシールゴムが設けられ、前
記成形平滑面と前記シールゴムとで前記流路部が遮蔽さ
れることを特徴とする請求項２に記載の液流路開閉器。
【請求項４】前記付勢力発現手段によって前記駆動シ
ャフトが押し付けられる部位が、前記一方の高透磁性ケ
ースの前記収納凹部の底面に塗装された塗装平滑面であ
り、前記駆動シャフトの該塗装平滑面と接合する部分に
シールゴムが設けられ、前記塗装平滑面と前記シールゴ
ムとで前記流路部が遮蔽されることを特徴とする請求項
２に記載の液流路開閉器。
【請求項５】前記高透磁性ケースおよび前記駆動シャ
フトの、インクと接する面は、インクに悪影響を及ぼさ
ない腐食防止層で覆われていることを特徴とする請求項
３又は４に記載の液流路開閉器。
【請求項６】前記腐食防止層はポリイミドの蒸着コー
ト層もしくはエポキシ樹脂コート層であることを特徴と
する請求項５に記載の液流路開閉器。
【請求項７】前記シールゴムは、フッ素ゴムであり、
かつ、そのシール部が山型の形状をなしていることを特
徴とする請求項３から６のいずれかに記載の液流路開閉
器。
【請求項８】前記高透磁性ケースは、高透磁性材料の
板金の深絞り加工で作製されていることを特徴とする請
求項１から７のいずれかに記載の液流路開閉器。
【請求項９】前記駆動シャフトは高透磁性材の冷間鍛
造で作製されていることを特徴とする請求項１から８の
いずれかに記載の液流路開閉器。
【請求項１０】重量が１０ｇ以下で、消費電力が１．
２Ｗ以下である請求項１から９のいずれかに記載の液流
路開閉器。