JP2018094831A - 流路部材及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い耐久性を有する撥液膜を低コストで設けることができ、液体の堆積を抑制して液体のリークを抑制すると共に、液体の外部への漏洩を抑制することができる流路部材及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】流路が形成されたフレーム５１０と、流路を開ける第１の位置及び流路を閉じる第２の位置の間を移動することで流路を開閉する弁体５５と、フレームに一体に設けられて第２の位置にある弁体と当接して流路を閉じる弁座５１と、具備し、弁座は、弁体と当接する部分に撥液膜５２０を有し、撥液膜は、フレーム側に設けられた第１の膜５２１と、第１の膜に積層され、フレームよりも撥液性が高い金属アルコキシドからなる第２の膜５２２と、を有し、第１の膜とフレームとの密着力、及び第２の膜と第１の膜との密着力は、第２の膜とフレームとの密着力よりも高い。【選択図】図６

Description

本発明は、流路を開閉するバルブを有する流路部材、流路部材を具備する液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを噴射するインクジェット式記録装置に関する。

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、流路の途中に圧力調整弁であるバルブユニットが設けられたものが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

バルブユニットは、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。このような弁座と弁体との開閉は、下流側の流路の圧力によって行われる。

このようなバルブユニットでは、弁座と弁体とが繰り返し当接することにより、インクが堆積し、インクのリークが発生する。このため、弁座と弁体とが当接する領域を撥液処理することで、インクの堆積を抑制している。
また、弁座として、支持部材と、支持部材に組み付けられて弁体に当接する当接部材とを設け、当接部材を撥液処理したものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１０−２０８０４８号公報 特開２０１３−１３２８９４号公報 特開２０１６−０２２７０４号公報

しかしながら、弁座と弁体とは繰り返し当接するため、撥液膜には高い耐久性が求められるが、特許文献１及び２に記載された撥液膜では、耐久性が低く、インクの堆積を長期間に亘って抑制することができないという問題がある。

また、特許文献３の撥液膜は、耐久性が高いものの、撥液処理された当接部材が必要となり部品点数が増えてコストが高くなるという問題がある。特に、当接部材は弁体が当接するため、精度が低いとインクのリークが生じることから、高精度な当接部材が必要で高コストになってしまう。

また、特許文献３では、当接部材を支持部材に接着剤で接着するため、接着剤がインク等の液体によって膨潤し、バルブの開弁特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。
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だけではなく、他のデバイスに用いられる流路部材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、高い耐久性を有する撥液膜を低コストで設けることができ、液体の堆積を抑制して液体のリークを抑制することができる流路部材及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、流路が形成されたフレームと、前記流路を開ける第１の位置及び前記流路を閉じる第２の位置の間を移動することで前記流路を開閉する弁体と、前記フレームに一体に設けられて前記第２の位置にある前記弁体と当接して前記流路を閉じる弁座と、を具備し、前記弁座は、前記弁体と当接する部分に撥液膜を有し、前記撥液膜は、前記フレーム側に設けられた第１の膜と、前記第１の膜に積層され、前記フレームよりも撥液性が高い金属アルコキシドからなる第２の膜と、を有し、前記第１の膜と前記フレームとの密着力、及び前記第２の膜と前記第１の膜との密着力は、前記第２の膜と前記フレームとの密着力よりも高いことを特徴とする流路部材にある。
かかる態様では、弁座に金属アルコキシドの第２の膜を有する撥液膜を設けることで、撥液膜の耐久性を向上して、弁体と弁座とが繰り返し当接することによる液体の体積を長期間に亘って抑制することができる。また、弁座をフレームに一体に設けることで、別部材が不要となってコストを低減することができると共に別部材を接着する接着剤等が不要となって、接着剤の膨潤による開弁特性のばらつき等を抑制することができる。

ここで、前記第１の膜は、プラズマ重合膜であることが好ましい。これによれば、第１の膜によってフレームと第２の膜との密着性を向上して、第１の膜の剥離を抑制することができる。

また、前記第１の膜の厚さは、５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下であることが好ましい。これによれば、所定の厚さの第１の膜によってフレームと第２の膜との密着性を向上して、第１の膜の剥離を抑制することができる。

また、前記第１の膜は、酸化タンタルであることが好ましい。これによれば、第１の膜によってフレームと第２の膜との密着性を向上して、第１の膜の剥離を抑制することができる。

また、前記第１の膜の厚さは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることが好ましい。これによれば、所定の厚さの第１の膜によってフレームと第２の膜との密着性を向上して、第１の膜の剥離を抑制することができる。

また、第２の膜の厚さは、１Å以上、２０ｎｍ以下であることが好ましい。これによれば、所定の厚さの第２の膜によって、十分な撥液性を発揮させることができると共に耐久性を向上することができる。

また、前記弁体は、弾性部材で構成され、前記撥液膜の厚みは、前記弁体が前記弁座に当接して当接方向に変形する変形量よりも薄いことが好ましい。これによれば、撥液膜の厚さにばらつきが生じても、弾性部材の弾性変形によって撥液膜の厚さのばらつきを吸収して弁体を撥液膜に隙間なく密着させることができる。

また、前記撥液膜は、前記弁体と前記弁座とが当接する位置より、下流側の前記流路の壁面上に延設されていることが好ましい。これによれば、撥液膜がフレームに接する面積を増大させて、密着力を向上することができる。

また、前記撥液膜は、前記弁体と前記弁座とが当接する位置よりも下流側の前記流路の壁面に延設された部分の方が薄いことが好ましい。これによれば、撥液膜の下流側に延設された部分の厚さを薄くすることで、撥液膜の延設された部分が弁体の軸部等と干渉するのを抑制することができる。また、撥液膜の下流側に延設された部分を薄くすることで、下流側の流路寸法を大きくして流路抵抗を下げることができ、さらなる小型化を図ることができる。さらに、弁体と弁座とが当接する位置の撥液膜を厚くすることで、弁体と弁座とが当接する部分の流路寸法を小さくでき、当接する部分の流速が上がり堆積物が溜まり難くなる。

また、前記撥液膜は、前記弁座と前記弁座が当接する位置より、上流側の前記流路の壁面上に延設されていることが好ましい。これによれば、撥液膜がフレームに接する面積を増大させて、密着力を向上することができる。

また、前記撥液膜は、前記弁体と前記弁座とが当接する位置よりも上流側の前記流路の壁面に延設された部分の方が薄いことが好ましい。これによれば、撥液膜の上流側に延設された部分を薄くすることで、上流側の流路寸法を大きくして流路抵抗を下げることができ、さらなる小型化を図ることができる。また、弁体と弁座とが当接する位置の撥液膜を厚くすることで、弁体と弁座とが当接する部分の流路寸法を小さくでき、当接する部分の流速が上がり堆積物が溜まり難くなる。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の流路部材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、撥液膜の耐久性を長期間に亘って向上してコストを低減した液体噴射装置を実現できる。

ここで、前記流路部材から供給された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドをさらに具備することが好ましい。これによれば、流路部材からの液体がリークするのを抑制して、液体噴射ヘッドのノズルから液体が漏出するのを長期間に亘って抑制することができる。

本発明の実施形態１に係る記録装置の平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッド及びバルブユニットの断面図である。 本発明の実施形態１に係るヘッド本体の断面図である。 本発明の実施形態１に係るヘッド本体の要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係るバルブユニットの要部断面図である。 本発明の実施形態１に係るバルブユニットの要部断面図である。 本発明の実施形態１に係るバルブユニットの要部断面図である。 試験結果を示すグラフである。 試験結果を示すグラフである。

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。なお、本実施形態では、図２に示すように、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの双方に交差する方向を第３の方向Ｚと称する。また、本実施形態では、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。

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の一例であるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドとも言う）２０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に供給する流路部材であるバルブユニット５０と、を具備する。

詳しくは後述するが、記録ヘッド２０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、記録ヘッド２０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複数のインクタンク８がそれぞれ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、２個設けられている。各インクタンク８には、互いに種類（色）の異なるインクが収容されている。

タンクホルダー９に装着された各インクタンク８は、チューブ等の供給管１０を介して本実施形態の流路部材であるバルブユニット５０に接続されている。バルブユニット５０は、各インクタンク８から各供給管１０を介して供給される各色のインクをそれぞれ一時貯留するようになっており、個別に一時貯留した各色のインクはそれぞれ記録ヘッド２０に供給される。

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。

このようなインクジェット式記録装置１に搭載される記録ヘッド２０について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２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及びバルブユニットの断面図であり、図３は、ヘッド本体の断面図である。

図２に示すように、本実施形態の記録ヘッド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ユニット４０と、を具備する。
ヘッド本体３０は、図３及び図４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ヘッド流路ユニット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。

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。

ヘッド流路ユニット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。本実施形態では、圧力発生室３３３が並設された列が２列設けられている。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。すなわち、本実施形態では、圧力発生室３３３の列毎にマニホールド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、ヘッド流路ユニット３３に接合されて、インクタンク８に接続されたバルブユニット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からバルブユニット５０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の列に対応して、収容部３２２が設けられている。すなわち、本実施形態では、２つの収容部３２２が設けられており、各収容部３２２内にアクチュエーターユニット３１がそれぞれ固定されている。

さらに、ケース３２のヘッド流路ユニット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、流路ユニット４０は、図２に示すように、一方面にバルブユニット５０が固定されて、他方面に固定されたヘッド本体３０にバルブユニット５０からのインクを供給するものである。

具体的には、流路ユニット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、詳しくは後述するバルブユニット５０に挿入されるものである。バルブユニット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。

このような流路ユニット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バルブユニットについてさらに図４及び図５を参照して説明する。なお、図４及び図５は、バルブユニット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に対して種類の異なる２つのインクが供給されるため、流路ユニット４０には、２つのバルブユニット５０が固定されている。

図２及び図５に示すように、各バルブユニット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、本実施形態のバルブユニット５０は、弁座５１と、弁体５５と、を具備する。

弁座５１は、本実施形態のフレームである支持部材５１０に一体に設けられている。ここで、弁座５１が支持部材５１０に一体に設けられているとは、弁座５１と支持部材５１０とが接着剤等によって接合されていないことを言う。すなわち、弁座５１は、支持部材５１０の一部のことを言う。

支持部材５１０は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等の樹脂材料やステンレス鋼等の金属で形成されている。なお、支持部材５１０は、樹脂材料を用いて成形により安価に形成することができる。

支持部材５１０には、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収容室５１１と、収容室５１１に流入口５１２を介して連通すると共に、記録ヘッド２０のインク連通路４１に連通する圧力調整室５１３と、が設けられている。

収容室５１１は、支持部材５１０の一方面に形成された凹部を蓋部材５１４で封止することで形成されている。また、収容室５１１には、流入路５１５の一端が連通して設けられている。この流入路５１５の他端には、供給管１０を介してインクタンク８が接続される。

圧力調整室５１３は、支持部材５１０の収容室５１１とは反対側の側面に開口する凹形状を有する。また、支持部材５１０の圧力調整室５１３が開口する面には、フィルム５１６が貼付されており、圧力調整室５１３の開口はフィルム５１６によって封止されている。また、圧力調整室５１３には、流出路５１７の一端が連通しており、流出路５１７の他端は、記録ヘッド２０のインク連通路４１と接続されている。なお、流出路５１７の圧力調整室５１３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が設けられている。流路ユニット４０の供給針４３は、シール部材５１９に挿入されて流出路５１７と接続されている。

ここで、フィルム５１６は、液体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５１６としては、水分透過率や液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５１６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５１６の接合方法は、特に限定されず、熱用着、振動用着、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５１６の圧力調整室５１３の壁面の一部を構成する部分は、ダイヤフラム５１６ａとなっている。また、ダイヤフラム５１６ａの圧力調整室５１３側の面には、受圧板５１８が設けられている。受圧板５１８は、ダイヤフラム５１６ａ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５１８は、流入口５１２を開閉する弁体５５が直接フィルム５１６に当接するのを避けるために設けられたものであり、ダイヤフラム５１６ａ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。

圧力調整室５１３の底面、すなわち、支持部材５１０のダイヤフラム５１６ａに相対向する壁面には、厚さ方向に貫通して圧力調整室５１３と収容室５１１とを連通する流入口５１２が設けられている。収容室５１１からのインクは、流入口５１２を介して圧力調整室５１３に流入される。

流入口５１２の収容室５１１側の開口縁部は、収容室５１１内に向かって突出して設けられており、この突出した部分が弁座５１となっている。そして、この弁座５１は、弁体５５が当接する部分に撥液膜５２０を有する。すなわち、撥液膜５２０は、支持部材５１０に一体に設けられた支持部材５１０の表面に直接、形成されている。ここで、撥液性とは、流路部材であるバルブユニット５０内を流れる液体、本実施形態では、記録ヘッド２０から吐出される液体をはじく性質を意味している。つまり、バルブユニット５０内を流れる液体の溶液（主に溶媒）の主成分が油のものに対しては撥油性を意味し、バルブユニット５０内を流れる液体の溶液（主に溶媒）の主成分が水であるものに対しては撥水性を意味している。撥液膜５２０とは、この撥液性が支持部材５１０よりも高いものを言う。

このような撥液膜５２０は、支持部材５１０上に設けられた第１の膜５２１と、第１の膜５２１に積層された第２の膜５２２と、を有する。
第１の膜５２１は、本実施形態では、プラズマ重合膜（ＰＰＳｉ（Plasma Polymerization Silicone）膜）、又は、酸化タンタル（ＴａＯ_Ｘ）からなる。このように、プラズマ重合膜又は酸化タンタルからなる第１の膜５２１を設けることで、支持部材５１０と第２の膜５２２との密着性を向上することができる。すなわち、第１の膜５２１としては、第２の膜５２２及び支持部材５１０との密着力が、第２の膜５２２を支持部材５１０に直接設けた場合の密着力よりも高くなる材料を用いればよい。

なお、プラズマ重合膜からなる第１の膜５２１は、例えば、シリコーンをアルゴンプラズマガスにより重合させて形成することができる。また、第１の膜５２１は、シリコーンをアルゴンプラズマガスにより重合させて形成するため、マスクを用いて部分成膜が可能である。したがって、第１の膜５２１を支持部材５１０の全面ではなく、弁体５５が当接する部分のみに選択的に形成することができる。このようなプラズマ重合膜からなる第１の膜５２１の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下が好適である。このように所定の厚さのプラズマ重合膜からなる第１の膜５２１を設けることで、詳しくは後述する金属アルコキシドの分子膜からなる第２の膜５２２と支持部材５１０との密着性を向上して、撥液膜５２０の剥離を抑制することができる。

また、酸化タンタルからなる第１の膜５２１は、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積法）やＣＶＤ（化学的気相成長法）により形成することができる。また、酸化タンタルからなる第１の膜５２１の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が好適である。このように所定の厚さの酸化タンタルからなる第１の膜５２１を設けることで、詳しくは後述する金属アルコキシドの分子膜からなる第２の膜５２２と支持部材５１０との密着性を向上して、撥液膜５２０の剥離を抑制することができる。

第２の膜５２２は、支持部材５１０よりも撥液性が高い金属アルコキシドの分子膜からなる。この第２の膜５２２は、例えば、アルコキシラン等のシランカップリング剤をシンナー等の溶媒と混合して金属アルコキシド溶液を形成し、この金属アルコキシド溶液に第１の膜５２１が形成された支持部材５１０を浸漬して成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を行うことで、金属アルコキシドの重合した分子膜からなる撥液膜（ＳＣＡ（silane coupling agent）膜）を形成することができる。ちなみに、撥液膜５２０として、金属アルコキシドの分子膜からなる第２の膜５２２を用いた場合には、第１の膜５２１を設けたとしても、共析メッキにより形成したフッ素系高分子を含む金属膜からなる撥液膜よりも薄く形成できると共に、弁体５５が当接することによっても撥液性が劣化し難い「耐擦性」、及び撥液性を向上できるという利点を有する。なお、第２の膜５２２の厚さは、１Å以上、２０ｎｍ以下が好ましい。このように第２の膜５２２を所定の厚さで形成することで、第２の膜５２２に十分な撥液性を付与することができる。

このような撥液膜５２０は、詳しくは後述するが、弁体５５が繰り返し当接することによるインクの堆積を抑制するために設けたものであるため、撥液膜５２０は、支持部材５１０の少なくとも弁体５５が当接する部分のみに設けられていればよい。

なお、撥液膜５２０を、弁体５５が当接する部分よりも上流側の壁面上に延設してもよい。本実施形態では、撥液膜５２０を弁体５５が当接する第１の部分５２３から、流入口５１２の収容室５１１側の内壁面上に延設して第２の部分５２４を設けるようにした。このように、撥液膜５２０を弁体５５が当接する部分よりも上流側の壁面上に延設することにより、撥液膜５２０と支持部材５１０との密着面積が広くなり、撥液膜５２０の剥離を抑制することができる。

また、撥液膜５２０は、弁体５５が当接する部分よりも下流側の壁面上に延設してもよい。本実施形態では、撥液膜５２０を弁体５５が当接する第１の部分５２３から、支持部材５１０の流入口５１２の開口縁部の突出した部分の流入口５１２とは反対側の壁面上に延設して第３の部分５２５を設けるようにした。このように、撥液膜５２０を弁体５５が当接する部分よりも下流側の壁面上に延設することにより、撥液膜５２０と支持部材５１０との密着面積が広くなり、撥液膜５２０の剥離を抑制することができる。すなわち、撥液膜５２０は、弁体５５が当接する部分の上流側の壁面及び下流側の壁面の何れか一方又は両方に延設されているのが好ましく、撥液膜５２０を延設することで、撥液膜５２０と支持部材５１０との密着面積が広くなり、撥液膜５２０の剥離を抑制することができる。特に、本実施形態では、弁体５５が当接する第１の部分５２３に対して、第２の部分５２４及び第３の部分５２５は、面方向が略直交する方向に設けられている。このように、第２の部分５２４及び第３の部分５２５を第１の部分５２３と異なる面方向となるように設けることで、第１の部分５２３と同じ面方向で形成するのに比べてアンカー効果によってさらに剥離し難くすることができる。

ただし、支持部材５１０の内面の撥液膜５２０が形成されている領域が広すぎると、撥液膜５２０には、インクの表面張力によってインクに含まれる気泡が付着し、気泡が成長して予期せぬタイミングで流れるという不具合が発生する虞がある。したがって、撥液膜５２０はできるだけ狭い面積で形成するのが好ましい。

また、撥液膜５２０の第２の部分５２４の厚さｔ２及び第３の部分５２５の厚さｔ３は、第１の部分５２３の厚さｔ１よりも薄い（ｔ２＜ｔ１、ｔ３＜ｔ１）。なお、ここで言う撥液膜５２０の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３とは、第１の膜５２１及び第２の膜５２２の合計の厚さのことをいう。このように、撥液膜５２０の第１部分５２３の厚さｔ１よりも、下流側の壁面に設けられた第２の部分５２４の厚さｔ２を薄くすることで、撥液膜５２０が延設された下流側の流路寸法を大きくして流路抵抗を下げることができ、さらなる小型化を図ることができる。すなわち、本実施形態では、第２の部分５２４は、弁体５５の詳しくは後述する軸部５５１が挿通された流入口５１２に設けられているため、流入口５１２の流路抵抗を下げることができるため、流入口５１２をさらに断面積が小さくなるように形成することができ、さらなる小型化を図ることができる。同様に、撥液膜５２０の第１部分５２３の厚さｔ１よりも、上流側の壁面に設けられた第３の部分５２５の厚さｔ３を薄くすることで、撥液膜５２０が延設された上流側の流路寸法を大きくして流路抵抗を下げることができ、さらなる小型化を図ることができる。また、弁体５５と弁座５１とが当接する位置の撥液膜５２０の第１の部分５２３の厚さｔ１を第２の部分５２４の厚さｔ２及び第３の部分５２５の厚さｔ３よりも厚くすることで、弁体５５と弁座５１とが当接する部分の流路寸法を小さくすることができ、流速を上げることができる。これによって、弁体５５と弁座５１とが当接する位置に堆積物を溜まり難くすることができる。また、本実施形態では、弁体５５が当接する弁座５１は、収容室５１１内に向かって突出して設けられている。このため、撥液膜５２０を上記の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３の関係で形成し易いと共に、シール性を向上することができる。

弁体５５は、流入口５１２に挿通された軸部５５１及び軸部５５１の収容室５１１内の端部に設けられたフランジ部５５２を有する固定部材５５０と、固定部材５５０のフランジ部５５２に固定された弾性部材５６０と、を具備する。

軸部５５１は、流入口５１２よりも若干小さな外径を有し、圧力調整室５１３内の一端部が受圧板５１８の中央部に当接する。また、軸部５５１の受圧板５１８に当接するのとは反対側の他端部は、収容室５１１内に配置されており、収容室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。

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、弾性部材５６０が固定されている。弾性部材５６０は、ゴム又はエラストマー等からなる環形状を有し、弁座５１に向かって先端が突出した形状を有する。このような弾性部材５６０は、フランジ部５５２の弁座５１側の面に固定されており、突出した先端が弁座５１の撥液膜５２０に当接することで、流入口５１２を閉弁する。なお、弾性部材５６０の固定部材５５０への固定方法は特に限定されず、例えば、接着剤によって接着する方法が挙げられる。また、弾性部材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、固定部材５５０と弾性部材５６０とは、例えば、２色成形によって一体化するようにしてもよい。このように固定部材５５０と弾性部材５６０とを２色成形によって一体化することで、弾性部材５６０の固定部材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、弾性部材５６０が弁座５１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、弾性部材５６０と弁座５１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。

このような弁体５５のフランジ部５５２と収容室５１１を画成する蓋部材５１４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圧力調整室５１３側に付勢されている。

ここで弁体５５に働く力には、フィルム５１６の反力と、圧力調整室５１３のインク圧を受けて受圧板５１８とダイヤフラム５１６ａ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５１６の反力とは、撓み変形したダイヤフラム５１６ａが元の形状に復元しようとする力である。ダイヤフラム５１６ａの変形量、すなわち、撓み量が大きいほど、フィルム５１６の反力は大きくなる。このようなフィルム５１６の反力は受圧板５１８を介して軸部５５１に伝達される。

圧力調整室５１３のインク圧を受けて受圧板５１８とダイヤフラム５１６ａとに働く力とは、インク圧を受ける受圧板５１８とダイヤフラム５１６ａとの受圧面積とインク圧との積で表される。圧力調整室５１３内の液体が流出路５１７から下流に流されて、圧力調整室５１３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５１８とダイヤフラム５１６ａとに働く力は大きくなる。この受圧板５１８とダイヤフラム５１６ａ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、圧力調整室５１３のインクの圧力によって受圧板５１８とダイヤフラム５１６ａとに働く力とは反対向きの力を受圧板５１８に与えるので、受圧板５１８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、圧力調整室５１３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）。

そして、このようなバルブユニット５０では、図７に示すように、圧力調整室５１３内のインクが下流に流されて圧力調整室５１３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５１６ａが圧力調整室５１３の底面側に移動し、受圧板５１８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の弾性部材５６０と弁座５１との間に隙間が生じて、流入口５１２が開口、すなわち開弁する。このときの弁体５５の位置を第１の位置と称する。また、この開弁によって収容室５１１から圧力調整室５１３内にインクが供給されることで、圧力調整室５１３内の減圧が解消されると、ダイヤフラム５１６ａがコイルバネ５６の付勢力によって元の位置に戻り、閉弁する（図５参照）。このときの弁体５５の位置を第２の位置と称する。

このようなバルブユニット５０は、支持部材５１０に撥液処理を施すことで撥液膜５２０を形成する。このとき、撥液膜５２０を形成しない部分にマスクを設け、全面に撥液膜５２０を形成した後、マスクをリフトオフすることで所望の領域のみに撥液膜５２０を形成することができる。その後は、支持部材５１０にフィルム５１６を固定すると共に弁体５５及びコイルバネ５６を配置し、蓋部材５１４によって収容室５１１を封止することで図５に示すバルブユニット５０が製造される。

ここで、以下の実施例１及び２、比較例１及び２の撥液膜が形成された試験片を用意し、各試験片の撥液膜の耐擦性の試験を行った。
（実施例１）
ポリプロピレン（ＰＰ）の板材をプラズマ処理した後、プラズマ重合膜（ＰＰＳｉ）からなる第１の膜５２１を厚さが２００ｎｍとなるように形成し、第１の膜５２１上に金属アルコキシドの分子膜（ＳＣＡ）からなる第２の膜５２２を厚さが数十ｎｍとなるように形成して実施例１の撥液膜が設けられた試験片とした。

（実施例２）
ポリプロピレン（ＰＰ）の板材上に、プラズマ重合膜（ＰＰＳｉ）からなる第１の膜５２１を厚さが２００ｎｍとなるように形成し、第１の膜５２１上に金属アルコキシドの分子膜（ＳＣＡ）からなる第２の膜５２２を厚さが数十ｎｍとなるように形成して実施例２の撥液膜が設けられた試験片とした。

（比較例１）
ポリプロピレン（ＰＰ）の板材をプラズマ処理した後、金属アルコキシドの分子膜から（ＳＣＡ）からなる第１の膜５２１を厚さが数十ｎｍとなるように直接形成して比較例１の撥液膜が設けられた試験片とした。

（比較例２）
ポリプロピレン（ＰＰ）の板材上に、プラズマ重合膜（ＰＰＳｉ）からなる第１の膜５２１を厚さが２００ｎｍとなるように形成して比較例２の撥液膜が設けられた試験片とした。

（試験例）
これら実施例１及び２、比較例１及び２の各試験片の撥液膜について、ゴムでワイピングを行う前のインクに対する接触角と、ゴムで１０００回ワイピングを行った後のインクに対する接触角とを測定した。また、この耐擦性の試験は、インクに接液する前の初期耐擦と、７０℃のインクに３日間接液させた後の耐擦性とで行った。この結果を図８及び図９に示す。

図８及び図９に示すように、実施例１及び２の撥液膜は、初期耐擦及びインク接液後の耐擦ともに、ほとんど擦液性の低下が見られずに撥液していた。このことから、プラズマ重合膜（ＰＰＳｉ）からなる第１の膜５２１と、第１の膜５２１上に金属アルコキシドの分子膜（ＳＣＡ）からなる第２の膜５２２とを積層した撥液膜５２０は、耐久性を向上して、インクの堆積を長期間に亘って抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態では、フレームである支持部材５１０に弁座５１を一体に設け、弁座５１の弁体５５と当接する部分に、第２の膜５２２と支持部材５１０との密着力に対して、第１の膜５２１と支持部材５１０との密着力、及び第２の膜５２２と第１の膜５２１との密着力が高い第１の膜５２１と、第１の膜５２１に積層され、フレームよりも撥液性が高い金属アルコキシドからなる第２の膜５２２と、を有する撥液膜５２０を設けるようにした。このため、撥液膜５２０の耐久性を向上して、弁体５５との繰り返し当接によるインクの堆積の抑制を長期間に亘って維持することができる。特に、撥液膜として第２の膜５２２を設けることで、第１の膜５２１の剥離を抑制することができる。また、支持部材５１０に直接、撥液膜５２０を設けることができるため、部品点数を減らしてコストを低減することができる。ちなみに、支持部材５１０とは別体となる部材に撥液膜５２０を形成し、別部材を支持部材５１０に接着することも考えられるが、このような構成では、別部材によって部品点数が増えると共に、弁体５５が支持部材５１０とは別部材に当接するため、別部材として高い部品精度が必要になり、高コストになってしまう。また、別部材を支持部材５１０に接着する場合、接着剤がインクによって膨潤して、弁体５５の当接高さにばらつきが生じ、バルブの開閉特性にばらつきが生じてしまう。本実施形態では、支持部材５１０に直接、撥液膜５２０を設けたため、接着剤等の膨潤による弁体５５の当接高さにばらつきが生じ難く、バルブの開閉特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。

また、第１の膜５２１として、プラズマ重合膜又は酸化タンタルを用いることで、第１の膜５２１と支持部材５１０との密着性を向上して、撥液膜５２０の剥離を抑制することができる。

なお、撥液膜５２０の第１の部分５２３の厚さｔ１は、図６に示すように、弁体５５が撥液膜５２０に当接した第２の位置にいる際に、弁体５５の弾性部材５６０が当接方向に変形する変形量よりも薄い。つまり、弁体５５の弾性部材５６０のつぶれる量よりも撥液膜５２０の第１の部分５２３の厚さｔ１は薄いのが好ましい。このように、撥液膜５２０の第１の部分５２３の厚さｔ１を弾性部材５６０の変形量よりも薄くすることで、撥液膜５２０の厚さが面内でばらついていても、弾性部材５６０の変形によって撥液膜５２０の厚さのばらつきを吸収することができ、第２の位置において確実に閉弁することができる。つまり、撥液膜５２０の第１の部分５２３の厚さｔ１が、弾性部材５６０の変形量よりも厚い場合、弾性部材５６０の変形量を超えて撥液膜５２０の厚さｔ１にばらつきが生じる虞がある。このように、弾性部材５６０の変形量を超えて撥液膜５２０の厚さｔ１にばらつきが生じると、弾性部材５６０が第２の位置で撥液膜５２０に当接しない部分が生じ、閉弁不良によってインクのリークが生じてしまう虞がある。

（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、撥液膜５２０の第１の膜５２１として、プラズマ重合膜又は酸化タンタルを用いるようにしたが、特にこれに限定されず、プラズマ重合膜と酸化タンタルとを積層してもよい。

また、上述した実施形態１では、撥液膜５２０を支持部材５１０に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、撥液膜５２０を弁体５５側に設け、弾性部材５６０を支持部材５１０側に設けるようにしてもよい。この場合、特許請求の範囲の弁体は、支持部材５１０に相当し、フレーム及び弁座は、弁体５５に相当する。

さらに、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、記録ヘッド２０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、記録ヘッド２０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、バルブユニット５０は、キャリッジ５に搭載されたものに限定されず、バルブユニット５０と記録ヘッド２０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、本発明は液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に搭載される流路部材に限定されず、その他のデバイスに搭載される流路部材についても適用可能である。

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、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、６ａ…プーリー、７…キャリッジモーター、８…インクタンク、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、２０…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…ヘッド流路ユニット、３４…配線基板、４０…流路ユニット、４１…インク連通路、４２…フィルター、４３…供給針、５０…バルブユニット、５１…弁座、５５…弁体、５６…コイルバネ、３１０…圧電アクチュエーター、３１１…圧電アクチュエーター形成部材、３１２…固定板、３１３…圧電材料、３１４…電極形成材料、３１６…スリット、３１７…駆動回路、３１８…回路基板、３２１…インク導入路、３２２…収容部、３３０…流路形成基板、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、３３７…コンプライアンス部、５１０…支持部材（フレーム）、５１１…収容室、５１２…流入口、５１３…圧力調整室、５１４…蓋部材、５１５…流入路、５１６…フィルム、５１６ａ…ダイヤフラム、５１７…流出路、５１８…受圧板、５１９…シール部材、５２０…撥液膜、５２１…第１の膜、５２２…第２の膜、５２３…第１の部分、５２４…第２の部分、５２５…第３の部分、５５０…固定部材、５５１…軸部、５５２…フランジ部、５６０…弾性部材、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向、Ｚ…第３の方向Ｚ

Claims (13)

1. 流路が形成されたフレームと、
   前記流路を開ける第１の位置及び前記流路を閉じる第２の位置の間を移動することで前記流路を開閉する弁体と、
   前記フレームに一体に設けられて前記第２の位置にある前記弁体と当接して前記流路を閉じる弁座と、を具備し、
   前記弁座は、前記弁体と当接する部分に撥液膜を有し、
   前記撥液膜は、前記フレーム側に設けられた第１の膜と、前記第１の膜に積層され、前記フレームよりも撥液性が高い金属アルコキシドからなる第２の膜と、を有し、
   前記第１の膜と前記フレームとの密着力、及び前記第２の膜と前記第１の膜との密着力は、前記第２の膜と前記フレームとの密着力よりも高いことを特徴とする流路部材。
2. 前記第１の膜は、プラズマ重合膜であることを特徴とする請求項１記載の流路部材。
3. 前記第１の膜の厚さは、５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の流路部材。
4. 前記第１の膜は、酸化タンタルであることを特徴とする請求項１記載の流路部材。
5. 前記第１の膜の厚さは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の流路部材。
6. 第２の膜の厚さは、１Å以上、２０ｎｍ以下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流路部材。
7. 前記弁体は、弾性部材で構成され、
   前記撥液膜の厚みは、前記弁体が前記弁座に当接して当接方向に変形する変形量よりも薄いことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の流路部材。
8. 前記撥液膜は、前記弁体と前記弁座とが当接する位置より、下流側の前記流路の壁面上に延設されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の流路部材。
9. 前記撥液膜は、前記弁体と前記弁座とが当接する位置よりも下流側の前記流路の壁面に延設された部分の方が薄いことを特徴とする請求項８記載の流路部材。
10. 前記撥液膜は、前記弁座と前記弁座が当接する位置より、上流側の前記流路の壁面上に延設されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の流路部材。
11. 前記撥液膜は、前記弁体と前記弁座とが当接する位置よりも上流側の前記流路の壁面に延設された部分の方が薄いことを特徴とする請求項１０記載の流路部材。
12. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の流路部材を具備することを特徴とする液体噴射装置。
13. 前記流路部材から供給された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドをさらに具備することを特徴とする請求項１２記載の液体噴射装置。