JP2016159565A - 開閉弁及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の成分の堆積を抑制して液体のリークを抑制すると共に、気泡核となるのを抑制した開閉弁、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体が流れる流路となる貫通孔５１４を有する弁座と、前記弁座との間で相対移動を行い、前記貫通孔を開閉する弁体５５と、を備え、前記貫通孔を閉口する際の前記弁座と前記弁体とが互いに当接する当接面において、一方の当接面は弾性部５６０を有し、他方の当接面は液体により溶出する犠牲部５２を有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、流路の途中に設けられて当該流路を開閉する開閉弁及び開閉弁を具備する液体噴射装置に関する。

被噴射媒体に液体を噴射する液体噴射装置には、例えば、液体としてインクを噴射させて被噴射媒体である紙や記録シート等に印刷を行うインクジェット式記録装置が知られている。

このようなインクジェット式記録装置には、インクタンクなどの液体貯留手段からチューブ等の供給管を介してインクジェット式記録ヘッドにインクが供給され、インクタンクから供給されたインクをインクジェット式記録ヘッドのノズル開口からインク滴として噴射するものがある。また、液体貯留手段から供給されたインクがインクジェット式記録ヘッドに所定の圧力で供給されるように、流路の途中に開閉弁を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

開閉弁は、弁座と弁体とを具備し、弁体が弁座に当接することにより流路を閉弁し、弁体が弁座から離反することで流路を開弁するようになっている。

このような開閉弁では、弁座と弁体とが繰り返し当接することにより、インクに含まれる成分が弁体と弁座とが当接した際に形成される微少空間に溜まり、圧縮脱水されることにより凝集して、凝集したインクが弁体や弁座に付着して堆積することで堆積物が発生するという問題がある。そして、堆積物が成長すると、弁体と弁座との当接面に隙間が生じ、閉塞不良が発生する。特に液体噴射装置において開閉弁の閉塞不良が発生すると、開閉弁から液体がリークすることによってノズル開口から液体垂れが生じ、被噴射媒体を汚してしまうことや、液体噴射装置を汚してしまうという問題がある。このため、弁座と弁体とが当接する領域を撥水処理することでインクの堆積を抑制している。

特開２０１０−２０８０４８号公報 特開２０１３−１３２８９４号公報

しかしながら、弁座と弁体とが繰り返し当接することによって撥水膜が剥がれ、撥水膜が機能しなくなって堆積が再発してしまうという問題がある。

また、撥水膜が剥離すると、剥離した撥水膜が気泡核として機能し、気泡が成長することによってインク噴射不良が発生するという問題がある。

なお、このような問題はインクジェット式記録装置に代表される液体噴射装置に用いられる開閉弁に限定されず、他の装置に用いられる開閉弁においても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、液体の成分の堆積を抑制して液体のリークを抑制すると共に、気泡核となるのを抑制した開閉弁、液体噴射装置を提供することを目的とする。

［態様１］本発明の態様は、液体が流れる流路となる貫通孔を有する弁座と、前記弁座との間で相対移動を行い、前記貫通孔を開閉する弁体と、を備え、前記貫通孔を閉口する際の前記弁座と前記弁体とが互いに当接する当接面において、一方の当接面は弾性部を有し、他方の当接面は液体により溶出する犠牲部を有することを特徴とする開閉弁にある。
かかる態様では、弁体と弁座とが繰り返し当接した際に液体に含まれる成分が堆積しても、犠牲部が液体に溶出することで犠牲部上の堆積物を除去することができる。

［態様２］ここで、態様１の開閉弁において、前記犠牲部は、前記液体に対して親水性を有することが好ましい。これによれば、犠牲部が液体に含まれる気泡を捕捉するのを抑制することができる。

［態様３］また、態様１又は２の開閉弁において、前記液体はアルカリ性であり、前記犠牲部は、酸化シリコンを主成分とすることが好ましい。これによれば、アルカリ性を有する液体によって犠牲部を確実に溶出させることができる。

［態様４］また、態様１〜３の何れかの開閉弁において、前記犠牲部は、単結晶シリコン基材を含むことが好ましい。これによれば、犠牲部を容易に且つ高精度に形成することができる。

［態様５］また、態様１又は２の開閉弁において、前記液体はアルカリ性であり、前記犠牲部は、酸化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。これによれば、アルカリ性を有する液体によって犠牲部を確実に溶出させることができる。

［態様６］また、態様１〜５の何れかの開閉弁において、前記弾性部は、エラストマー、シリコーンゴム、可撓性フィルムの何れかであることが好ましい。これによれば、弾性部によって弁座と弁体との密着性を向上して、液体のリークを抑制することができる。

［態様７］また、態様１〜６の何れかの開閉弁において、前記犠牲部の液体への溶出速度は、前記当接面の繰り返し当接による液体に含まれる成分の堆積物の堆積速度よりも速いことが好ましい。これによれば、犠牲部上に形成された堆積物を確実に除去することができる。

［態様８］さらに、本発明の他の態様は、上記態様の開閉弁を具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、液体のリークを抑制して、被噴射媒体や装置の液体による汚染を抑制すると共に気泡の成長を抑制して液体の噴射不良を抑制した液体噴射装置を実現できる。

記録装置の平面図である。 記録ヘッドの断面図である。 ヘッド本体の断面図である。 開閉弁の要部断面図である。 開閉弁の要部断面図である。 開閉弁の要部断面図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の平面図である。

図１に示すように、インクジェット式記録装置１は平面視矩形状をなす本実施形態の装置本体である本体フレーム２を備えている。この本体フレーム２内には被噴射媒体（図示略）を支持する媒体支持部材３が主走査方向となる第１の方向Ｘに沿って延設されている。媒体支持部材３上には、図示しない紙送り機構により紙などの被噴射媒体が副走査方向となる第１の方向Ｘに直交する第２の方向Ｙに沿って給送されるようになっている。また、本体フレーム２内における媒体支持部材３の上方には、媒体支持部材３の第１の方向Ｘと平行に延びる棒状のガイド軸４が架設されている。

ガイド軸４には、キャリッジ５がガイド軸４に沿って第１の方向Ｘに往復移動可能な状態で支持されている。キャリッジ５は、本体フレーム２に設けられた一対のプーリー６ａ間に掛装された無端状のタイミングベルト６を介して本体フレーム２に設けられたキャリッジモーター７に連結されている。これにより、キャリッジ５は、キャリッジモーター７の駆動によってガイド軸４に沿って往復移動される。

キャリッジ５は、本実施形態の液体噴射ヘッドユニットの一例であるインクジェット式記録ヘッドユニット１５（以下、単にヘッドユニット１５とも言う）を保持する。本実施形態のヘッドユニット１５は、インクジェット式記録ヘッド２０（以下、単に記録ヘッド２０とも言う）と、液体貯留手段であるインクタンク８からのインクを記録ヘッド２０に供給する開閉弁５０と、を具備する。

詳しくは後述するが、ヘッドユニット１５の媒体支持部材３に相対向する面には、複数のノズル開口が設けられており、ヘッドユニット１５内に設けられた図示しない圧力発生手段を駆動することにより、各ノズル開口から媒体支持部材３上に給送された被噴射媒体にインク滴が噴射されることでインク滴によるドットの着弾、すなわち、印刷が行われるようになっている。

本体フレーム２の第１の方向Ｘの一端側にはタンクホルダー９が設けられており、タンクホルダー９には液体貯留手段であるインクタンク８が着脱可能に装着されている。本実施形態ではインクタンク８は、１個設けられている。もちろん、インクタンク８の数は特に限定されず、２個以上の複数が設けられていてもよい。

タンクホルダー９に装着されたインクタンク８は、内部に供給路が設けられたチューブ等の供給管１０を介して本実施形態の開閉弁５０に接続されている。開閉弁５０は、インクタンク８から各供給管１０を介して供給されるインクをそれぞれ一時貯留するようになっており、一時貯留したインクは記録ヘッド２０に供給される。なお、本実施形態では、特に図示していないが、タンクホルダー９又は供給管１０の途中等には、インクタンク８のインクをヘッドユニット１５に向かって圧送する圧送手段が設けられている。圧送手段としては、例えば、インクタンク８を外部から押圧する押圧手段や、加圧ポンプ等が挙げられる。なお、圧送手段として、ヘッドユニット１５とインクタンク８との鉛直方向の相対位置を調整して発生する水頭圧差を用いるようにしてもよい。

本体フレーム２内における第１の方向Ｘの一端部寄りの位置であって、キャリッジ５のホームポジション領域には、記録ヘッド２０のクリーニング等のメンテナンスを行うためのメンテナンスユニット１１が設けられている。このメンテナンスユニット１１は、記録ヘッド２０の各ノズル開口を囲うように該記録ヘッド２０に当接したり各ノズル開口からフラッシングによって吐出されるインクを受容したりするためのキャップ１２と、キャップ１２内を吸引可能な吸引ポンプ（図示略）とを備えている。

そして、記録ヘッド２０の各ノズル開口を囲うように記録ヘッド２０にキャップ１２を当接した状態でキャップ１２内を吸引ポンプ（図示略）によって吸引することで、各ノズル開口から増粘したインクや気泡などをキャップ１２内に強制的に排出させる、いわゆるクリーニングが行われるようになっている。

また、図１に示すように、本体フレーム２には、本実施形態の制御手段である制御装置１４が設けられている。制御装置１４は、外部から入力された印刷信号に基づいて、印刷を制御する。

ここで、このようなインクジェット式記録装置１に搭載されるヘッドユニット１５について図２及び図３を参照して説明する。なお、図３は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図４は、ヘッド本体の要部断面図である。

図２に示すように、本実施形態のヘッドユニット１５を構成する記録ヘッド２０は、インク滴を噴射するヘッド本体３０と、ヘッド本体３０にインクを供給する流路部材４０と、を具備する。

ヘッド本体３０は、図３に示すように、アクチュエーターユニット３１と、アクチュエーターユニット３１を内部に収容可能なケース３２と、ケース３２の一方面に接合された流路ユニット３３と、ケース３２の他方面に固定された配線基板３４と、を具備する。

本実施形態のアクチュエーターユニット３１は、複数の圧電アクチュエーター３１０がノズル開口３３４の並設方向に沿って並設された圧電アクチュエーター形成部材３１１と、圧電アクチュエーター形成部材３１１の先端部（一端部）側が自由端となるようにその基端部（他端部）側が固定端として接合される固定板３１２とを有する。

圧電アクチュエーター形成部材３１１は、圧電材料３１３と、電極形成材料３１４及び３１５とを交互に挟んで積層することにより形成されている。

この圧電アクチュエーター形成部材３１１には、例えば、ワイヤーソー等によって複数のスリット３１６が形成され、その先端部側が櫛歯状に切り分けられて圧電アクチュエーター３１０が並設されている。本実施形態では、圧電アクチュエーター３１０の並設方向は、ノズル開口３３４の並設方向であって、上述したインクジェット式記録装置１に搭載された際に、第１の方向Ｘとなるように配置される。したがって、以降、ノズル開口３３４の並設方向を第１の方向Ｘと称し、第１の方向Ｘに直交する方向をインクジェット式記録装置１と同様に第２の方向Ｙと称する。もちろん、記録ヘッド２０は、インクジェット式記録装置１に搭載された際に、ノズル開口３３４の並設方向が第１の方向Ｘと一致する方向ではなくてもよく、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの両方に直交する方向を第３の方向Ｚと称する。

ここで、圧電アクチュエーター３１０の固定板３１２に接合される領域は、振動に寄与しない不活性領域となっており、圧電アクチュエーター３１０を構成する電極形成材料３１４及び３１５間に電圧を印加すると、固定板３１２に接合されていない先端部側の領域のみが振動する。そして、圧電アクチュエーター３１０の先端面が、後述する振動板３３１に固定される。

また、アクチュエーターユニット３１の各圧電アクチュエーター３１０には、当該圧電アクチュエーター３１０を駆動するための駆動ＩＣ等の駆動回路３１７が搭載されたＣＯＦ等の回路基板３１８が接続されている。

流路ユニット３３は、流路形成基板３３０、振動板３３１及びノズルプレート３３２を具備する。

流路形成基板３３０には、複数の圧力発生室３３３が並設され、流路形成基板３３０の両側は、各圧力発生室３３３に対応してノズル開口３３４を有するノズルプレート３３２と、振動板３３１とにより封止されている。また、流路形成基板３３０には、圧力発生室３３３毎にそれぞれインク供給路３３５を介して連通されて列毎に複数の圧力発生室３３３の共通のインク室となるマニホールド３３６が形成されている。

そして、流路形成基板３３０の振動板の各圧力発生室３３３に対向する領域にそれぞれ圧電アクチュエーター３１０の先端が固定されている。

また、振動板３３１のマニホールド３３６に対応する領域は、コンプライアンス部３３７が設けられている。なお、このコンプライアンス部３３７は、マニホールド３３６内に圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部３３７が変形することによって圧力変化を吸収し、マニホールド３３６内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。

ケース３２は、流路ユニット３３に接合されて、インクタンク８に接続された開閉弁５０からのインクをマニホールド３３６に供給するインク導入路３２１が設けられている。本実施形態では、マニホールド３３６の各々に対して１つずつ、合計２つのインク導入路３２１が設けられている。そして、インクタンク８から開閉弁５０及び流路部材４０を介してインク導入路３２１に供給されたインクは、マニホールド３３６に供給され、インク供給路３３５を介して各圧力発生室３３３に分配される。

また、ケース３２には、圧力発生室３３３に対応して、収容部３２２が設けられている。収容部３２２内にアクチュエーターユニット３１が固定されている。

さらに、ケース３２の流路ユニット３３とは反対側には、配線基板３４が設けられており、アクチュエーターユニット３１に一端が接続された回路基板３１８の他端部が配線基板３４に接続されている。

このようなヘッド本体３０では、圧電アクチュエーター３１０及び振動板３３１の変形によって各圧力発生室３３３の容積を変化させて所定のノズル開口３３４からインク滴を吐出させるようになっている。

また、流路部材４０は、図２に示すように、一方面に開閉弁５０が固定されて、他方面に固定されたヘッド本体３０に開閉弁５０からのインクを供給するものである。

具体的には、流路部材４０には、インク連通路４１が設けられており、インク連通路４１が開口する一方面には、インクに含まれるゴミや気泡などの異物を除去するフィルター４２と、フィルター４２上に設けられた供給針４３とが設けられている。

供給針４３は、詳しくは後述する開閉弁５０に挿入されるものである。開閉弁５０からのインクは、供給針４３の内部を通過してフィルター４２で異物が除去された後、インク連通路４１を介してヘッド本体３０に供給される。

このような流路部材４０に接続されてインクタンクからのインクを記録ヘッドに供給する開閉弁５０についてさらに図４〜図６を参照して説明する。なお、図４〜図６は、開閉弁の要部を拡大した断面図である。

本実施形態では、図２に示すように、１つの記録ヘッド２０に対して１種類のインクが供給されるため、流路部材４０には、１つの開閉弁５０が固定されている。なお、本実施形態では、流路部材４０の各方向について、インクジェット式記録装置１に搭載された際の方向、すなわち、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚに基づいて説明する。もちろん、流路部材４０のインクジェット式記録装置１内の配置は以下に示すものに限定されるものではない。

図４〜図６に示すように、開閉弁５０は、インクが流れる流路の途中に設けられて当該流路を開閉するバルブである。具体的には、本実施形態の開閉弁５０は、ハウジング５１と、ハウジング５１内に設けられた弁体５５と、を具備する。

ハウジング５１内には、液体貯留手段であるインクタンク８に供給管１０を介して連通してインクタンク８からインクが供給される１次室５１１と、記録ヘッド２０のインク連通路４１に連通する２次室５１２と、が設けられている。これら１次室５１１と２次室５１２とが隔壁５１３によって隔てられている。そして１次室５１１と２次室５１２とは、隔壁５１３を貫通して設けられた貫通孔である連通流路５１４を介して連通している。

１次室５１１は、ハウジング５１の一方面に形成された凹部を蓋部材５１５で封止することで形成されている。また、１次室５１１には、流入路５１６の一端が連通して設けられている。この流入路５１６の他端には、供給管１０を介してインクタンク８が接続されている。

２次室５１２は、ハウジング５１の１次室５１１とは反対側の側面に開口する凹形状を有する。また、ハウジング５１の２次室５１２が開口する面には、受圧膜体であるフィルム５１７が貼付されており、２次室５１２の開口はフィルム５１７によって封止されている。また、２次室５１２には、流出路５１８の一端が連通しており、流出路５１８の２次室５１２と連通する一端部とは反対側の他端部にはシール部材５１９（図２参照）が設けられている。なお、流路部材４０の供給針４３は、シール部材５１９に挿入されて流出路５１８と接続されている。

ここで、受圧膜体であるフィルム５１７は、２次室５１２に供給される液体（インク）に対して耐性を有する可撓性材料を用いることができる。また、フィルム５１７としては、水分透過率や酸素や窒素等のガス透過率の低い材料を用いるのが好ましい。フィルム５１７の材料としては、例えば、高密度ポリエチレンフィルムあるいはポリプロピレン（ＰＰ）フィルムに、塩化ビニリデン（サラン）をコーティングしたナイロンフィルムを接着ラミネートした構成が挙げられる。また、他の材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを使用してもよい。また、フィルム５１７の接合方法は、特に限定されず、熱溶着、振動溶着、接着剤による接着などを用いることができる。

このようなフィルム５１７の２次室５１２の壁面の一部を構成する部分は、ダイヤフラム５１７ａとなっている。また、ダイヤフラム５１７ａの２次室５１２側の面には、受圧板５２０が設けられている。本実施形態の受圧板５２０は、ダイヤフラム５１７ａよりも小さな外形の円盤形状を有する。このような受圧板５２０は、連通流路５１４を開閉する弁体５５が直接フィルム５１７に当接するのを避けるために設けられたものであり、フィルム５１７よりもよりも剛性の高い材料、例えば、樹脂や金属等を用いることができる。本実施形態では、受圧板５２０をダイヤフラム５１７ａよりも小さな外形としたが、特にこれに限定されず、受圧板５２０の一端が、２次室５１２の外側においてフィルム５１７とハウジング５１との間に固定されていてもよい。

２次室５１２の底面、すなわち、ハウジング５１のダイヤフラム５１７ａに相対向する隔壁５１３には、１次室５１１と２次室５１２とを区画する方向である厚さ方向に貫通して２次室５１２と１次室５１１とを連通する連通流路５１４が設けられている。１次室５１１からのインクは、連通流路５１４を介して２次室５１２に流入される。

このようなハウジング５１は、耐液体性（耐インク性）を有する材料が用いられる。なお、ハウジング５１として、液体（インク）に溶出する材料を用いると、インクが外部に漏出するなどの耐久性に問題が生じると共に、例えば２次室５１２の形状が安定せずに、２次室５１２内のインク圧力とフィルム５１７の外側の大気圧との圧力差が安定せず、弁体５５による連通流路５１４の開閉動作を安定して行うことができなくなってしまう虞がある。また、ハウジング５１は、１次室５１１、２次室５１２、連通流路５１４等を有する複雑な形状を有するため、樹脂材料を成形により容易に且つ低コストで形成することができる。もちろん、ハウジング５１の材料は樹脂材料に限定されず、例えば、金属材料やセラミック材料等を用いることもできる。

このようなハウジング５１の連通流路５１４が設けられた隔壁５１３の１次室５１１側の開口の周囲は、弁体５５が当接する弁座となっている。

この弁体５５が当接する弁座には、インクに溶出する犠牲部５２が設けられている。犠牲部５２は、インクに溶出する材料で形成されており、インクに表面が溶出することで、表面に付着した堆積物を剥離、いわゆるリフトオフさせることができる。また、犠牲部５２は、インク（液体）に対して親水性（親液性）を有する材料を用いるのが好ましい。このように犠牲部５２を親水性（親液性）とすることにより、インクに含まれる気泡が犠牲部５２に付着して成長するのを抑制することができる。すなわち、犠牲部５２として撥水性（撥液性）を有する材料を用いた場合、インクに含まれる気泡が犠牲部５２に付着し、気泡が成長して予期せぬタイミングで下流側に流れ、下流に流れた気泡によってノズル開口３３４からのインクの噴射不良が発生する場合があるからである。

このような犠牲部５２としては、例えば、アルカリ性を有する水系インクを用いる場合には、当該インクに溶出する材料、例えば、酸化シリコンを主成分とする材料や酸化アルミニウムを主成分とする材料を用いることができる。なお、犠牲部５２として酸化シリコンを主成分とする材料を用いる場合には、例えば、単結晶シリコン基板を基材として、表面に酸化シリコンが設けられたものであってもよい。ちなみに、単結晶シリコン基板を基材とするとは、例えば、犠牲部５２の基材として単結晶シリコン基板を用いたものも、ハウジング５１の全体又は一部として単結晶シリコン基板を用いたものも含むものである。また、このような単結晶シリコン基板を基材とした酸化シリコンからなる犠牲部５２は、例えば、単結晶シリコン基板を熱酸化することによって形成してもよく、単結晶シリコン基板の表面にＣＶＤ等の成膜によって形成してもよい。このように、犠牲部５２の基材として、単結晶シリコン基板を用いることで、犠牲部５２を形成し易く、また犠牲部５２の加工精度を向上することができる。また、酸化アルミニウムを主成分とする犠牲部５２は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等によって成膜してもよく、固体バルク状のものを用いてもよい。ちなみに、例えば、ハウジング５１として樹脂材料を成形したものを用いた場合には、犠牲部５２の形成方法はハウジング５１に熱による影響が少ない方法、例えば、ゾル−ゲル法やＡＬＤ法等を用いるのが好ましい。これにより、犠牲部５２を形成する際の熱によってハウジング５１が変形するのを抑制することができる。

なお、犠牲部５２は、インクへの溶出速度（エッチングレート）が、弁体５５の繰り返し当接によってインクに含まれる成分の堆積物の堆積速度よりも速い材料を用いるのが好ましい。これにより、堆積物の堆積速度よりも速く犠牲部５２がインクに溶出（エッチング）し、堆積物の残留を抑制することができる。

また、犠牲部５２の厚さは、記録ヘッドの耐用年数とインクに対するエッチングレートから設定することができる。例えば、特定のインクを使用する記録ヘッドにおいて、常温で５年の耐用年数と設定した場合、インクに対する酸化シリコンの常温でのエッチングレートが、０．５μｍ／年とすると、最低２．５μｍの厚さで犠牲部５２を設けるようにすればよい。ちなみに、設計値として用いる犠牲部５２のエッチングレートは、新液置換状態で計測した値が好ましい。

また、上述した例では、アルカリ性を有する水系インクに対して溶出しない材料で形成されたハウジング５１と、溶出する材料で形成された犠牲部５２とを例示したが、ハウジング５１及び犠牲部５２の材料は、インクの種類、例えば、油性インクや溶剤系インクに応じて適宜選択すればよい。

このような犠牲部５２は、本実施形態では、連通流路５１４の開口の周囲に亘って連続して環形状に設けられている。なお、犠牲部５２は、少なくとも詳しくは後述する弁体５５の弾性部５６０が当接する領域に設けられていればよく、連通流路５１４が開口する隔壁５１３の１次室５１１側の面の全面に亘って設けるようにしてもよい。

また、ハウジング５１の連通流路５１４には、弁体５５が挿通されている。弁体５５は、連通流路５１４に挿通された軸部５５１及び軸部５５１の１次室５１１内の端部に設けられたフランジ部５５２を有する弁体本体５５０と、弁体本体５５０のフランジ部５５２に固定された弾性部５６０と、を具備する。

弁体本体５５０の軸部５５１は、ハウジング５１の連通流路５１４よりも若干小さな外径を有し、２次室５１２内の一端部が受圧板５２０の中央部に当接する。また、軸部５５１の受圧板５２０に当接する一端部とは反対側の他端部は、１次室５１１内に配置されており、１次室５１１内の他端部には、フランジ部５５２が一体的に形成されている。このような弁体本体５５０は、軸部５５１の軸方向である第１の方向Ｘの方向に沿って移動可能となっている。すなわち、弁体５５の移動方向とは、第１の方向Ｘである。

フランジ部５５２は、円形の板状部材からなる。また、フランジ部５５２には、弾性部５６０が固定されている。弾性部５６０は、エラストマー、シリコーンゴム、可撓フィルム等の弾性材料で形成されており、軸部５５１の周囲に亘って連続して設けられた環形状を有する。また、弾性部５６０は、弁座に向かって先端が突出した形状を有する。具体的には、弾性部５６０は、フランジ部５５２の弁座側の面に軸部５５１の周囲に亘って連続して設けられており、軸部５５１の径方向において弾性部５６０の厚さは弁座側に向かって徐々に漸減する形状を有する。つまり、弾性部５６０の径方向の断面形状は略三角形状を有し、三角形状の頂点が弁座に相対向して設けられている。

なお、本実施形態では、弾性部５６０は、フランジ部５５２に固定するようにしたが、これに限定されず、例えば、弾性部５６０は、フランジ部５５２を覆う形状に形成して、フランジ部５５２に嵌着させるようにしてもよい。さらに、弁体本体５５０と弾性部５６０とは、例えば、一体成形によって一体化するようにしてもよい。このように弁体本体５５０と弾性部５６０とを一体成形によって一体化することで、弾性部５６０の弁体本体５５０への取り付け時の位置ずれや偏って変形した状態で取り付けられるのを抑制することができると共に、弾性部５６０が弁座に繰り返し当接することによる位置ずれを抑制することができる。したがって、弾性部５６０と弁座とを安定して当接させて、シール性を向上することができる。

また、このような弁体５５のフランジ部５５２と１次室５１１を画成する蓋部材５１５との間には、コイルバネ５６が介装されており、コイルバネ５６の付勢力によって弁体５５は軸部５５１の軸方向を移動軸方向として２次室５１２側に付勢されている。すなわち、フランジ部５５２は、コイルバネ５６の一端が当接されるバネ受けとして機能する。

ここで弁体５５に働く力には、フィルム５１７の反力と、２次室５１２のインク圧を受けて受圧板５２０とダイヤフラム５１７ａとに働く力と、コイルバネ５６の付勢力と、インクの供給圧を受けて弁体５５に働く力と、がある。

フィルム５１７の反力とは、撓み変形したダイヤフラム５１７ａが元の形状に復元しようとする力である。ダイヤフラム５１７ａの変形量、すなわち、撓み量が大きいほど、フィルム５１７の反力は大きくなる。このようなフィルム５１７の反力は受圧板５２０を介して軸部５５１に伝達される。

２次室５１２のインク圧を受けて受圧板５２０とダイヤフラム５１７ａとに働く力とは、インク圧を受ける受圧板５２０とダイヤフラム５１７ａとの受圧面積とインク圧との積で表される。２次室５１２内の液体が流出路５１８から下流に流されて、２次室５１２内のインクが減少すると、インク圧と大気圧との差圧が大きくなり、受圧板５２０とダイヤフラム５１７ａとに働く力は大きくなる。この受圧板５２０とダイヤフラム５１７ａとに働く力は、軸部５５１を介して弁体５５に開弁方向の力として働く。

コイルバネ５６の付勢力は、弁体５５を閉弁方向に付勢する力である。このように、本実施形態では、弁体５５は、コイルバネ５６によって、２次室５１２のインクの圧力によって受圧板５２０とダイヤフラム５１７ａとに働く力とは反対向きの力を受圧板５２０に与えるので、受圧板５２０を弁体５５が開弁位置に達するまで変位させるためには、コイルバネ５６の付勢力に相当する分だけ、２次室５１２内のインクをより低い圧力まで減圧させる必要がある（動作圧）。

このような開閉弁５０では、図５に示すように、２次室５１２内のインクが下流に流されて２次室５１２内が大気圧よりも負圧に減圧されることで、ダイヤフラム５１７ａが２次室５１２の底面側に移動し、受圧板５２０が弁体５５をコイルバネ５６の付勢力に抗して押圧することで弁体５５の弾性部５６０と弁座（犠牲部５２）との間に隙間が生じて、連通流路５１４が開口、すなわち開弁する。

また、この開弁によって１次室５１１から２次室５１２内にインクが供給されることで、２次室５１２内の減圧が解消されると、図４に示すように、ダイヤフラム５１７ａがコイルバネ５６の付勢力によって元の位置に戻り、連通流路５１４が弁体５５によって塞がれて閉弁する。

ここで、インクに含まれる顔料粒子は、弁体５５と弁座とが当接した際に形成される微少空間に溜まり、圧縮脱水されることにより凝集して、凝集したインクが弁体５５及び弁座に付着、堆積する。このように凝集したインクが弁体５５及び弁座に堆積すると、閉弁が確実に行われずにインクのリークが発生する。

本実施形態では、図６に示すように、弁座となるハウジング５１に犠牲部５２を設けることで、犠牲部５２がインクに溶出して、犠牲部５２の表面に堆積した堆積物６０が剥離される。したがって、堆積物６０によって弁体５５と弁座とが当接した際に隙間が発生してインクがリークするのを抑制することができる。

また、本実施形態では、犠牲部５２を設けることで、コイルバネ５６の付勢力を弱めて、弁体５５と弁座（犠牲部５２）とが互いに当接する圧力を低減させて堆積物が堆積される速度を低減する必要がない。したがって、コイルバネ５６の付勢力の低下による反応性の低下、インクのリークの発生を抑制することができる。

さらに、犠牲部５２として、インク（液体）に対して親水性（親液性）を有する材料を用いることで、インクに含まれる気泡が犠牲部５２に付着して成長するのを抑制することができる。したがって、気泡が成長して、予期せぬタイミングで下流側に流れ、ノズル開口３３４からのインクの噴射不良等の不具合が発生するのを抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態１では、弁体５５に弾性部５６０を設け、弁座に犠牲部５２を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、弁体５５に犠牲部５２を設け、弁座に弾性部５６０を設けるようにしてもよい。すなわち、弁体５５と弁座との一方に弾性部５６０を設け、他方に犠牲部５２を設けるようにすればよい。

また、上述した実施形態１では、圧力発生室３３３に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、圧電材料３１３と電極形成材料３１４、３１５とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる圧電アクチュエーター３１０を用いて説明したが、圧力発生手段としては、特にこれに限定されず、例えば、電極及び圧電材料を成膜及びリソグラフィー法により積層形成した薄膜型、グリーンシートを添付する等の方法により形成される厚膜型などの撓み振動型の圧電アクチュエーターを用いることができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。

また、上述したインクジェット式記録装置１では、ヘッドユニット１５がキャリッジ５に搭載されて第１の方向Ｘに移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ヘッドユニット１５が固定されて、被噴射媒体を第２の方向Ｙに移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置１は、液体貯留手段であるインクタンク８が本体フレーム２のタンクホルダー９に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、液体貯留手段であるインクカートリッジがキャリッジ５に搭載されていてもよい。また、開閉弁５０は、キャリッジ５に搭載されたものに限定されず、開閉弁５０とヘッドユニット１５とがチューブ等の供給管を介して接続されていてもよい。

さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を具備する液体噴射装置に用いることが可能である。

また、開閉弁５０は、上述した実施形態１の下流側の流路の圧力によって開閉する開閉弁に限定されず、順方向のインクの流れを許容し、逆方向のインクの流れを拒絶する逆止弁等であってもよい。すなわち、本発明の開閉弁は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に用いられる開閉弁に限定されず、他のデバイスに用いられる開閉弁にも広く適用することができる。

１ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 ２ 本体フレーム（装置本体）、 ３ 媒体支持部材、 ４ ガイド軸、 ５ キャリッジ、 ６ タイミングベルト、 ７ キャリッジモーター、 ８ インクタンク（液体貯留手段）、 ９ タンクホルダー、 １０ 供給管、 １１ メンテナンスユニット、 １２ キャップ、 １４ 制御装置、 １５ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ３０ ヘッド本体、 ３１ アクチュエーターユニット、 ３２ ケース、 ３３ 流路ユニット、 ３４ 配線基板、 ４０ 流路部材、 ５０ 開閉弁、 ５１ ハウジング、 ５２ 犠牲部、 ５５ 弁体、 ５６ コイルバネ、 ６０ 堆積物、 ３１０ 圧電アクチュエーター（圧力発生手段）、 ３２１ インク導入路、 ３３１ 振動板、 ３３２ ノズルプレート、 ３３３ 圧力発生室、 ３３４ ノズル開口、 ３３５ インク供給路、 ３３６ マニホールド、 ５１１ １次室、 ５１２ ２次室、 ５１３ 隔壁、 ５１４ 連通流路、 ５１５ 蓋部材、 ５１６ 流入路、 ５１７ フィルム（受圧膜体）、 ５１７ａ ダイヤフラム、 ５１８ 流出路、 ５１９ シール部材、 ５２０ 受圧板、 ５５０ 弁体本体、 ５５１ 軸部、 ５５２ フランジ部、 ５６０ 弾性部

Claims (8)

1. 液体が流れる流路となる貫通孔を有する弁座と、
   前記弁座との間で相対移動を行い、前記貫通孔を開閉する弁体と、
   を備え、
   前記貫通孔を閉口する際の前記弁座と前記弁体とが互いに当接する当接面において、一方の当接面は弾性部を有し、他方の当接面は液体により溶出する犠牲部を有する
   ことを特徴とする開閉弁。
2. 前記犠牲部は、前記液体に対して親水性を有することを特徴とする請求項１記載の開閉弁。
3. 前記液体はアルカリ性であり、
   前記犠牲部は、酸化シリコンを主成分とすることを特徴とする請求項１又は２記載の開閉弁。
4. 前記犠牲部は、単結晶シリコン基材を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の開閉弁。
5. 前記液体はアルカリ性であり、
   前記犠牲部は、酸化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１又は２記載の開閉弁。
6. 前記弾性部は、エラストマー、シリコーンゴム、可撓性フィルムの何れかであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の開閉弁。
7. 前記犠牲部の液体への溶出速度は、前記当接面の繰り返し当接による液体に含まれる成分の堆積物の堆積速度よりも速いことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の開閉弁。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の開閉弁を具備することを特徴とする液体噴射装置。

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