WO2006064949A1

WO2006064949A1 - キャピラリーエレクトロウェッティング現象を用いたバルブ及びアクチュエータ

Info

Publication number: WO2006064949A1
Application number: PCT/JP2005/023300
Authority: WO
Inventors: Hiroto Sugahara
Original assignee: Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2006-06-22
Also published as: US20080094448A1; US20120180894A1; EP1835213A1; US8348391B2; JP4784510B2; JPWO2006064949A1; US8172375B2; EP1835213B1; EP1835213A4

Abstract

　バルブ２５は、大気連通路２４とカートリッジ本体１０の外部とを連通させる第１通路３１とこの第１通路３１から分岐する第２通路３２とを有する通路３３と、第２通路３２を形成する壁面に設けられた電極３５と、第１通路３１を形成する底壁部１１ｄの壁面に設けられた電極３７と、これら２種類の電極３５，３７の何れか一方に選択的に所定電圧を印加するドライバＩＣ４４と、電極３５の表面に設けられた絶縁膜３６と、電極３７の表面に設けられた絶縁膜３８とを有する。互いに隔てられた２つの空間を連通させる通路を開閉可能で、且つ、可動部がなくその構造が簡単なバルブが実現される。

Description

明細書

キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象を用いたバルブ及びァクチユエータ

技術分野

[0001] 本発明は、互いに隔てられた 2つの空間を連通させる通路を開閉可能なバルブに関し、さらに詳細には、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象を用いたバルブ及びァクチユエータに関する。

背景技術

[0002] インクジェットプリンタには、インクを吐出するインクジェットヘッドにインクを供給するインクカートリッジを有する。このインクカートリッジには、インクジェットヘッドへのインク供給を円滑に行うことを目的として、インク供給ロカ流出したインクの減少分だけ内部に大気を流入させるための大気連通路が設けられている。しかし、インクカートリッジの内部と大気とが大気連通路により連通していると、内部のインクが徐々に蒸発してその粘度が高くなつてしまう。この場合、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインクの液滴体積や液滴速度が変化することから、印字品質が低下することになる。そこで、例えば、この大気連通路を、その通路幅が狭ぐ且つ、何回も折り返されたラビリンス構造に形成することにより、インクの蒸発速度を遅らせることが可能なインクカートリッジ (インクタンク）が提案されている（例えば、特許文献 1参照)。

[0003] 特許文献 1：特開平 11― 105305号公報（図 1)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 前記特許文献 1のインクカートリッジでは、大気連通路をラビリンス構造に形成されていることから、インクの蒸発はある程度遅くなるものの、インクカートリッジの内部と大気が常に連通している状態には変わりないため、同じインクカートリッジを長期間プリンタに取り付けた状態で使用していると、やはり、インクカートリッジ内のインクが乾燥してしまう。

[0005] そこで、インクカートリッジに、大気連通路を開閉可能な電磁弁等の一般的な構造のバルブを設けて、インクジェットヘッド力インクを吐出するときにのみバルブを開放し、それ以外の状態ではバルブを閉止することで、インクの乾燥を防止することは一応可能である。しかし、電磁弁等の一般的なバルブは、弁座に当接する弁体を駆動する機構を有し、その構造は比較的複雑なものが多ぐこのようなバルブをインカートリッジに設けるとなると、インクカートリッジの製造コストがかなり高いものとなってしまう

[0006] 本発明の目的は、互いに隔てられた 2つの空間を連通させる通路を開閉可能で、且つ、可動部がなくその構造が簡単なノレブを提供することである。本発明の別の目的は、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象を用いた新規なァクチユエータ及びそれを用いた流路開閉機構を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

[0007] 本発明の第 1の態様に従えば、互いに隔てられた 2つの空間を連通させる第 1通路と、この第 1通路から分岐する第 2通路とを有し、その内部に導電性を有する第 1の液体が封入された内部通路と、第 2通路を形成する壁面に設けられた第 1の電極と、第 1の電極の表面に設けられ、所定電圧が印加されたときには、所定電圧が印加されていない状態よりも、その表面における第 1の液体の濡れ角が低下する第 1絶縁膜とを有するバルブが提供される。このバルブは第 1の電極に所定の電圧を印加する電圧印加部を更に備え得る。

[0008] このバルブは、第 1の電極への所定電圧の印力！]、あるいは、その電圧印加状態の解除を行うことにより、第 1絶縁膜の表面における第 1の液体の濡れ角を変化させ、第 1の液体を第 1通路と第 2通路との間で移動させて、第 1通路を開閉することが可能になっている。そのため、バルブの構造が、可動部のない簡単なものとなり、その製造コストを低く抑えることができる。また、バルブ作動時の騒音及び消費エネルギーも小さくなる。

[0009] また、バルブが、電圧印加部により第 1の電極に所定電圧が印加されたときには、第 1の液体が第 1通路力第 2通路の第 1絶縁膜の表面に移動して第 1通路が開放され、この第 1の電極への電圧の印加が解除されたときには、第 1の液体が第 2の通路の第 1絶縁膜から力第 1の通路へ移動して第 1の通路が閉止されるように構成されていてもよい。

[0010] また、本発明のバルブは、第 1の電極に所定電圧が印加されている状態では、第 1 の液体の第 1の電極に対する濡れ角が 90° 未満であり、第 1の電極に所定電圧が印加されていない状態では、第 1の液体の第 1の電極に対する濡れ角が 90° 以上にし得る。これによると、第 1の電極に所定電圧が印加されたときには、第 1の電極の表面に対する液体の濡れ角が 90° 未満となるため、液体を第 1通路から第 2通路へ確実に移動させることができる。また、第 1の電極に電圧が印加されていないときには、第 1の電極の表面に対する濡れ角が 90° 以上になるため、液体を第 2通路から第 1通路へ確実に移動させることができる。

[0011] また、本発明のバルブにおいて、第 1の電極及び第 1絶縁膜は、第 2通路を形成する壁面の分岐位置力離れた位置に形成され、第 2通路を形成する壁面のうち、前記分岐位置の近傍に対する第 1の液体の濡れ角は、第 1の電極に前記所定電圧が印加されていない状態の第 1絶縁膜に対する第 1の液体の濡れ角よりも低くし得る。この場合、第 1の電極に所定電圧が印加されていない状態で、第 1の液体が、分岐位置近傍において第 2通路内に部分的に入り込むことになる。そのため、第 1の電極に所定電圧が印加されたときに、第 1の液体が第 1通路力第 2通路へ移動しやすくなり、第 1通路が確実に開放される。また、逆に、第 1の電極に所定電圧が印加されている状態から、電圧の印加状態が解除されたときには、第 1の液体は第 2通路から第 1通路へ移動しやすくなる。従って、バルブの開閉動作の信頼性が高くなり、また、その応答性も速くなる。

[0012] また、本発明のバルブにおいて、第 1通路を形成する壁面に設けられた第 2の電極と、この第 2の電極の表面に設けられた第 2絶縁膜とを有し、電圧印加部は、前記第 1の電極に前記所定電圧が印加されていないときにのみ、第 2の電極に電圧を印加するように構成されていてもよい。第 2の電極に電圧が印加されたときには、第 2の電極表面の第 2絶縁膜に対する液体の濡れ角が小さくなることから、第 2通路から第 1 通路に液体が流れやすくなり、第 1通路をより確実に閉止することができる。一方、この第 2の電極に対する電圧印加状態が解除されたときには、第 1通路の第 2絶縁膜における液体の濡れ角が大きくなることから、液体が第 1通路力第 2通路へ流れやすくなり、より確実に第 1通路を開放することができる。また、バルブの開閉動作の応答性も速くなる。

[0013] さらに、本発明のバルブにおいて、所定の一定電位に保持され、且つ、第 1の液体に常に接触するように内部通路を形成する壁面に第 3の電極が設けられ得る。これによると、第 3の電極に接触する液体と、第 1の電極に所定電圧を印加したときに第 1 の電極との間に確実に電位差が生じるため、第 1の電極の表面における液体の濡れ角が確実に低下し、液体を確実に第 1通路から第 2通路へ移動する。さらに、第 2の電極に所定電圧を印加したときに、第 2の電極と第 1の液体との間に確実に電位差が生じるため、第 2の電極の表面における液体の濡れ角が確実に低下し、第 1の液体を確実に第 2通路から第 1通路へ移動させることができる。

[0014] このとき、第 3の電極は、第 2通路を形成する壁面の前記分岐位置の近傍に形成され得る。この場合には、第 1の液体を第 3の電極に常に接触させることが可能になり、第 1の液体をより確実に所定の一定電位に保持することができる。

[0015] また、本発明のバルブにおいて、第 1通路の通路面積が第 2通路の通路面積よりも大きくし得る。これによると、第 1通路に生じる毛管力よりも第 2通路に生じる毛管力の方が大きくなるため、第 1の液体が第 1通路から第 2通路へ移動しやすくなり、第 1通路をより確実に開放することができる。また、開閉動作の応答性も速くなる。

[0016] また、本発明のバルブにおいて、第 1の液体の内部通路の壁面と接触していない部分の表面が、不揮発性を有する第 2の液体で覆われていてもよい。これによると、不揮発性の第 2の液体で覆うことにより、第 1の液体の蒸発を防止することができる。

[0017] また、本発明のバルブにおいて、内部通路に接続されて、第 1の液体を内部通路に供給する液体供給源が設けられていてもよい。これによると、内部通路内の第 1の液体が蒸発してその量が減少したときでも、液体供給源力内部通路内に第 1の液体を供給することができる。

[0018] また、本発明のバルブは、その内部に形成されたインク収容空間と、このインク収容空間と大気とを連通させる大気連通路とを有するインクカートリッジに設けられ、大気連通路を開閉可能に構成されていてもよい。従って、インク収容空間内のインクが減少したときに、バルブにより大気連通路を開放することにより、インクの減少に応じて外部からインク収容空間内に空気を導入できるため、インクジェットヘッドに対するィンクの供給を円滑に行うことができる。また、インクをインクジェットヘッドに対して供給しないときには、バルブにより大気連通路を閉止することにより、インクカートリッジ内部のインクが乾燥して粘度が高くなるのを防止できる。本発明に従えば、このようなバルブを備えるインクカートリッジもまた提供される。

[0019] また、本発明のバルブは、被記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットへッドのインク吐出面に装着可能で且つインク吐出面側の空間と外部とを連通させる連通路を有するキャップに設けられ、この連通路を開閉可能に構成されていてもよい。これによると、バルブにより連通路を開放してからインクジェットヘッドのインク吐出面にキャップを押し当てることにより、キャップ内部における気圧変化でノズル内部における気圧の変化をなくしノズルのメニスカスが破損するのを防止することができる。さらに、キャップを押し当てた後にバルブで連通路を閉止することにより、ノズル内のインクが乾燥するのを防止することができる。本発明に従えば、このようなノレブを備えるインクジェットヘッド用のキャップもまた提供される。

[0020] また、これらインクカートリッジの大気連通路やノズルキャップの連通路を開閉するバルブにおいて、電圧印加部は、定期的に第 1の電極に対して所定電圧を印加するように構成されていてもよい。この場合には、一定時間が経過するごとにバルブにより通路を開閉することで、外気の温度変化や気圧変化による、インクカートリッジの内部又はキャップとインク吐出面との間に存在する空気が膨張又は収縮するのを防止することがでさる。

[0021] 本発明のバルブは、さらに、第 1通路から分岐する第 3通路を有し、第 1通路を形成する壁面に第 2電極が形成されており、第 3通路を形成する壁面に第 3電極が形成されており、第 1通路が第 1空間と第 4空間を連通しており、第 3通路が第 1空間と第 3 空間を連通しており、第 2通路が第 1空間と第 2空間を連通してもよい。こうすることで、本発明のバルブはマルチウェイバルブとして機能する。この場合、第 1電極に電圧を印加せずに第 3電極に所定電圧を印加することで第 1空間と第 2空間を連通し、第 3電極に電圧を印加せずに第 1電極に所定電圧を印加することで第 1空間と第 3空間を連通することができる。 [0022] 本発明に従えば、所定空間に開放した開口端を有する通路と、前記通路内に設けられた複数の電極と、前記電極上に形成された絶縁層と、前記通路内を移動可能なプランジャとを備え、前記通路内部にプランジャと絶縁層に接触するように導電性液体が装填されており、複数の電極のうち所定の電極に電圧を印加することにより、プランジャが通路内を移動して開口端力も突出可能であるァクチユエータが提供される

[0023] 本発明のァクチユエータは、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象を利用した新規なァクチユエータである。所定の電極に電圧を印加することにより、その電極上に形成された絶縁膜の領域における導電性液体の濡れ角が低下して、その領域に導電性液体が移動する。それに応じて導電性液体に接触して、るプランジャは通路内を移動することができる。

[0024] 前記所定空間に向いたプランジャの端部と反対側の端部が通路内で液体と接触していてもよい。また、前記通路内にプランジャが液体に包囲されて収容されていてもよい。本発明のァクチユエータは、さらに、スピンドルを備え、前記電極及び前記絶縁層がスピンドル上に設けられ、前記プランジャが中空部を有し、前記スピンドルが前記中空部に収容されており、前記プランジャがスピンドル上を液体を介して移動可能にし得る。

[0025] また、前記プランジャの一部にのみ親液性または撥液性処理が施されて、てもよ!/ヽ。こうすることでプランジャの特定部分のみが液体で支持され得る。本発明のァクチュエータは、さらに、前記複数の電極に選択的に電圧を印加する電圧印加装置を備えていてもよい。

[0026] 本発明の第 3の態様に従えば、本発明のァクチユエータと、前記通路の開口端から所定間隔を開けて設けられた壁とを備え、壁と開口端の間に流路が画成されており、プランジャが開口端力突出して壁に接触することにより該流路が閉鎖される流路開閉機構が提供される。本発明の流路開閉機構は、本発明のァクチユエータを用いて流体の流動を有効に制御することができる。前記ァクチユエータのプランジャの先端に係合部が形成され、係合部と係合する被係合部が前記壁に形成されて！ヽてもよヽ図面の簡単な説明

[図 1]第 1の実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。

[図 2]インクカートリッジの斜視図である。

[図 3]インクカートリッジの断面図である。

[図 4]図 2のバルブ近傍の拡大図である。

[図 5]バルブの拡大断面図である。

[図 6]インクジェットプリンタの電気的な構成を示すブロック図である。

[図 7]印刷を実行する際のインクジェットプリンタの一連の動作のフローチャートである圆 8]第 1通路が閉止された状態におけるバルブの断面図である。

圆 9]第 1通路が開放された状態におけるバルブの断面図である。

[図 10]変更形態 1の図 5相当の断面図である。

[図 11]変更形態 3の図 5相当の断面図である。

[図 12]変更形態 4の図 5相当の断面図である。

[図 13]変更形態 5の図 5相当の断面図である。

[図 14]第 2の実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。

[図 15]ノズルキャップが装着された状態のインクジェットヘッドの縦断面図である。

[図 16]図 15のバルブの拡大断面図である。

[図 17]第 2の実施の形態のインクジェットプリンタの電気的な構成を示すブロック図である。

[図 18]インクジェットプリンタの印刷動作を含む一連の動作のフローチャートである。

[図 19] (a)はインクジェットヘッドにノズルキャップが装着された状態を示す断面図であり、（b)は（a)のバルブの拡大断面図である。

[図 20] (a)はインクジェットヘッドにノズルキャップが装着される直前の状態を示す断面図であり、 (b)は（a)のバルブの拡大断面図である。

[図 21]第 3実施形態の流路構造体を概念的に示す図である。

圆 22]第 3実施形態の流路構造体の流路 (下板)の平面図であり、気体が連通できない状態を示す。 [図 23]第 3実施形態の流路構造体の流路 (下板)の平面図であり、第 1流路と第 3流路が連通して!/、る状態を示す。

[図 24]第 3実施形態の流路構造体の流路 (下板)の平面図であり、第 1流路と第 4流路が連通して!/、る状態を示す。

圆 25]第 3実施形態の流路構造の変形例であり、複数の流路が 3次元的に連結して V、る流路構造を示す図である。

[図 26]第 4実施形態の開閉機構の開放状態を概念的に示す図である。

[図 27]第 4実施形態の開閉機構の閉鎖状態を概念的に示す図である。

圆 28]第 4実施形態の変形例 1の開閉機構の開放状態を概念的に示す図である。圆 29]第 4実施形態の変形例 1の開閉機構の閉鎖状態を概念的に示す図である。圆 30]第 4実施形態の変形例 2の開閉機構の開放状態を概念的に示す図である。圆 31]第 4実施形態の変形例 2の開閉機構の閉鎖状態を概念的に示す図である。圆 32]毛細管現象を説明する図であり、図 32 (a)は濡れ角が 90° 未満の場合における毛細管現象を表す図であり、図 32 (b)は濡れ角が 90° より大きい場合における毛細管現象を表す図である。

圆 33]図 33 (a)は、撥液性を有する絶縁膜の上に液滴を置いた場合の模式断面図であり、図 33 (b)は、液滴と電極の間に電圧を印加した場合に起こるエレクトロウエツティング現象を示す模式断面図である。

符号の説明

2 インクカートリッジ、 3 インクジェットヘッド、 22 インク収容空間、

24 大気連通路、 25, 25A, 25B, 25C, 25D ノレブ、 31 液体、 31 第 1通路、 32 第 2通路、 33 通路（内部通路）、 34 液体、 35 電極 (第 1の電極)、

36 絶縁膜、 37, 37A 電極（第 2の電極）、 38 絶縁膜、 39 電極（第 3の電極）、 44 ドライバ IC、 45 液体、 46 液体貯留室、 57 ドライバ IC、 60 ィンクジェットヘッド、 60a インク吐出面、 63 ノズル、 64 ノズルキャップ、 65 連通路、 66 バルブ、 71 第 1通路、 72 第 2通路、 73 通路（内部通路）、 74 液体、 75 電極（第 1の電極）、 76 絶縁膜、 77 電極（第 2の電極）、 78 絶縁膜、 79 電極 (第 3の電極）、 121 流路構造、 201、 301、 401 流路開閉機構、 205, 305, 405 プランジャ

発明を実施するための最良の形態

[0029] まず、本発明のノレブ及びァクチユエータに用いる、本発明者が見出した液体の搬送及び移動に用いるキヤビラリ一エレクトロウエツティング現象（以下、適宜 CEW現象と称する）について説明する。

[0030] 図 32 (a)及び 32 (b)に示すように、液体中に細い管 (毛細管)を立てると、管内の液面が管外の液面よりも上昇若しくは下降する (毛管現象)。液体分子間の凝集力と液体と管壁の間の付着力との大小関係により、液体が管を濡らす (濡れ角が 90° より小さい)ときは液面は上昇し、濡らさない (濡れ角が 90° より大きい）ときには液面は下降する。

[0031] 管 450と液面との濡れ角 Θ力よりも小さい場合において、管 450の内外の液面の高さの差 hは、管内の液体の液面に力かる表面張力 F1の合力 Fと、管外の液面よりも上にある部分の液体に力かる重力 Gとの釣り合いにより決まる（図 32 (a)参照)。濡れ角 Θ力よりも大きい場合における管の内外の液面の高さの差 hは、管内の液体の液面に力かる表面張力 F1の合力 Fと、管内の液面の下降によって管内の液体に働く浮力 fとの釣り合いによって決まる（図 32 (b)参照)。例えば、管の材質がガラスであり、液体が水である場合において、管の内径が 3mmのときの管内の液面の上昇は約 lcmであるのに対して、管の内径が 0. 1mmのときの管内の液面の上昇は約 28cmである。

[0032] このように、毛管現象によって管内の液面が管外の液面と比べて上昇するか下降するかは、管の材質及び液体の組成によって決まる。さらに、管の内外の液面の高さの差 hは、管の材質及び液体の組成に加えて、管の内径及び液体の密度によって決まる量であることが知られている。従って、従来は毛管現象による管内の液面の上昇及び下降を自由に制御することはできず、さらに液面の高さを設定する際には、それに応じて管の内径を変更する必要があった。

[0033] そこで本願の発明者は、毛管内の液面の上昇及び下降並びに液面の高さを自由に制御しうる手法を確立すべく思考及び実験を重ねた結果、エレクトロウエツティング現象と毛管現象を組み合わせることによって、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象とも呼ぶべき新たな現象を見出した。ここで、エレクトロウエツティング現象によると、例えば図 33 (a)、図 33 (b)に示すように、平板電極 1401の上に設けられた撥水性の薄膜 1402上に導電性を有する液体の液滴 1403を置き、この液滴中に微細な針金状の電極 1404を挿入する場合において、液滴 1403と平板電極 1401との間に電圧を印加する前の状態（図 33 (a) )と比べて、電圧を印カロした後は薄膜 1402の濡れ性が高くなり、薄膜 1402と液滴 1403との間の濡れ角 Θが小さくなる（図 33 (b)参照）

[0034] 本願の発明者は、エレクトロウエツティング現象において、 90° より大きな濡れ角を 90° 未満に下げうる点に特に着目し、エレクトロウエツティング現象を用いて毛管の壁面の濡れ性を制御することによって、毛管現象における液面の動きを自由に且つ瞬時に制御しうること (CEW現象）を見出した。即ち、毛管の壁面上に電極を設け、電極及び壁面を所定の撥水性の薄膜でコーティングし、導電性を有する液体と電極との間に電圧を印加することにより、電圧の大きさ及び電圧を印加する範囲に応じて液面の動きを制御することが可能である。本願の発明者は、この CEW現象に基づき、種々の用途に適用可能なバルブ、ァクチユエータ、及びそのァクチユエータを備えた開閉機構を完成するに至った。 CEW現象を利用するには毛管 (通路)の内径 (幅）は 4mm以下であることが好まし!/、。

[0035] [第 1実施形態]

本発明の第 1の実施の形態について説明する。第 1の実施の形態は、インクジェットヘッドに供給されるインクを貯留するインクカートリッジに本発明を適用した一例である。

[0036] まず、インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタについて簡単に説明する。

図 1は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタ 1の概略構成図である。図 1に示すように、インクジェットプリンタ 1は、記録用紙にインクを吐出するインクジェットヘッド 3と、このインクジェットヘッド 3にチューブ 5を介して接続されたインクカートリッジ 2と、インクジェットヘッド 3によるインク吐出動作等、インクジェットプリンタ 1の種々の動作を制御する制御装置 40 (図 6参照）を備えている。そして、インクジェットプリンタ 1は、インクカートリッジ 2からチューブ 5を介してインクジェットヘッド 3にインクを供給しながら、インクジェットヘッド 3のインク吐出面 3aに形成された複数のノズル（図示省略）からインクを吐出して、記録用紙に対する画像の記録を行う。

[0037] 次に、インクカートリッジ 2について図 2、図 3を用いて説明する。図 2は、図 1のインクカートリッジ 2の斜視図であり、図 3はインクカートリッジ 2の断面図である。以下では、図 2の奥側を上方とし、図 2の左右方向を左右方向と定義して説明する。図 2に示すように、インクカートリッジ 2は、インク収容空間 22とこのインク収容空間 22と大気とを連通させる大気連通路 24とをその内部に有するカートリッジ本体 10と、大気連通路 24を開閉可能なバルブ 25とを備えている。

[0038] まず、カートリッジ本体 10について説明する。カートリッジ本体 10は、インクの濡れ性に優れる合成樹脂材料 (例えば、ポリプロピレン)で形成された平板状の 2枚の板部材 (第 1板部材 11及び第 2板部材 12)を有する。これら 2枚の板部材 11, 12はその平面形状が同一となるように形成されており、互いに対向した状態で溶着等により接合されている。

[0039] 図 2、図 3に示すように、第 1板部材 11の外縁部には、その中央部を囲うように、上壁部 l la、左右の側壁部 l ib, l lc、及び、底壁部 l idがそれぞれ形成されている。底壁部 l idからは、ー且上方へ延びた後、右方へ延び、にさらに上方へ延びる隔壁 l ieが形成されている。そして、第 1板部材 11の上壁部 l la、左右の側壁部 l ib, 1 lc、及び、底壁部 l idと、第 2板部材 12により囲われた空間が隔壁 l ieにより左右に分割され、隔壁 l ieの左側にはインク収容空間 22が、隔壁 l ieの右側には大気連通路 24が夫々形成されている。尚、隔壁 l ieと上壁部 11aとの間には、インク収容空間 22の上部と大気連通路 24の上部とを連通させる連通路 26が形成されて、る。また、底壁部 l idの右側部分には、大気連通路 24に連通する、後述のバルブ 25の第 1通路（図 4、図 5参照）が貫通状に形成され、さらに、第 1通路 31から分岐するバルブ 25 の第 2通路 32も底壁部 1 Idに形成されて、る。

[0040] 第 1板部材 11の底壁部 l idの左側部分には下方へ突出する突出部 1 Ifが形成されている。また、第 2板部材 12の、突出部 1 Ifと対向する部分にも、突出部 1 Ifと同じ平面形状を有し、且つ、突出部 1 Ifと接合された突出部 12fが形成されている。これら突出部 1 If, 12fには環状のシール部材 15を介してチューブ 5が接続され、突出部 l lf, 12f内には、インク収容空間 22とチューブ 5とを連通させるインク供給路 23が形成されている。

[0041] そして、インク収容空間 22内のインク Iがインク供給路 23からチューブ 5を介してィンクジェットヘッド 3へインク Iが供給されるときには、同時に、インク収容空間 22から流出したインク Iの量に対応する大気が大気連通路 24からインク収容空間 22内に導入されるようになつている。

[0042] 次に、バルブ 25について図 4、図 5を参照して説明する。図 4はバルブ 25の斜視図、図 5はバルブ 25の拡大断面図である。このバルブ 25は、インクカートリッジ 2からィンクジェットヘッド 3に対してインクが供給される場合には大気連通路 24を開放し、一方、インクカートリッジ 2からインクジェットヘッド 3に対してインクが供給されない場合には、大気連通路 24を閉止してインク収容空間 22内のインク Iの乾燥を防止するものである。

[0043] 図 4、図 5に示すように、バルブ 25は、大気連通路 24とカートリッジ本体 10の外部とを連通させる第 1通路 31とこの第 1通路 31から分岐する第 2通路 32とを有する通路 3 3 (内部通路）と、第 2通路 32の壁面に設けられた電極 35 (第 1電極）と、第 1通路 31 の壁面に設けられた電極 37 (第 2電極）と、これら 2種類の電極 35, 37の何れか一方に選択的に所定電圧を印加するドライバ IC44 (電圧印加部：図 6参照）と、電極 35の表面に設けられた絶縁膜 36と、電極 37の表面に設けられた絶縁膜 38とを有する。

[0044] 第 1通路 31は、第 1板部材 11の底壁部 l idに形成された溝 l lgにより、底壁部 11 dを上下方向に貫通するように形成されている。一方、第 2通路 32は、溝 l lgの上下方向中央部から右方へ分岐し、さらに、上方へ延びる溝 l lhにより形成されており、第 1通路 31と大気連通路 24の両方に連通している。また、これら第 1通路 31及び第 2通路 32は、断面が矩形に形成されている。そして、本実施形態のバルブ 25においては、第 1通路 31の断面積は、第 2通路 32の断面積よりも大きくなつている。例えば、図 4【こ示す、第1通路31の幅81 = 200 111、高さ HI = 120 /z m【こ対して、第 2通路 32の幅 Β2= 120 /ζ πι、高さ H2= 120 mとなっている。より一般的には、第 2通路 32において、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象を顕在化させるには、第 2通路 32の幅は、 4mm以下であることが望ましい。 [0045] これら第 1通路 31及び第 2通路 32からなる通路 33には、第 1通路 31と第 2通路 32 の間を移動することにより第 1通路 31を開閉する、導電性を有する液体 34 (第 1の液体）が封入されている。この導電性を有する液体 34としては、例えば、水や、水にダリセリン等を溶かした水溶液等を使用できる。あるいは、イオンのみ力もなるイオン性液体 (常温溶融塩)を使用することもできる。このイオン性液体は、一般的に、不揮発性であることから、大気にさらされて、ても蒸発しな、と、う長所がある。

[0046] 第 2通路 32の、第 1通路 31から分岐して右方へ延びる部分を形成する溝 l lhの壁面のうち、その分岐位置カゝら所定距離離れた位置には、上下 1対の電極 35が形成されている。この電極 35は接続部 35aを介してドライバ IC44 (図 6参照）に接続されている。また、第 1通路 31を形成する溝 l lgのうち、左側の壁面の第 2通路が分岐する部分に対向する位置には、電極 37が形成されている。この電極 37は、接続部 37aによってドライバ IC44に接続されている。そして、これら 2種類の電極 35, 37の何れか一方に、ドライバ IC44から所定の電圧が印加される。尚、電圧が印加されていない方の電極 35, 37は、接続部 35a, 37aを介してグランド電位に保持されている。さらに、第 2通路 32を形成する溝 l lhの壁面のうち、第 1通路 31からの分岐位置の近傍 (分岐位置と電極 35が形成されている位置との間の位置）には、電極 39 (第 3の電極 )が形成されており、この電極 39は、接続部 39aを介して常にグランド電位に保持されている。これら 3種類の電極 35, 37, 39は、蒸着法、スパッタ法、印刷等の公知の方法により形成することができる。

[0047] さらに、第 2通路 32の、電極 35の表面を含む溝 l lhの壁面には、例えば、四フッ化エチレン等のフッ素系榭脂からなる絶縁膜 36が、分岐位置の近傍を除いて全面的に形成されている。そして、電極 35に電圧が印加されていない状態ではこの絶縁膜 36の表面の撥液性は、絶縁膜 36が形成されていない部分よりも高くなつている。言 V、換えると、絶縁膜 36が形成されて、な、分岐位置近傍に対する液体 34の濡れ角力絶縁膜 36の表面における液体 34の濡れ角よりも低くなつている。しかし、ドライバ IC44から電極 35に電圧が印加されたときには、この電極 35の表面の絶縁膜 36の部分 (本願の第 1絶縁膜に相当する）の撥液性が部分的に低下して、その表面における液体 34の濡れ角が小さくなる（エレクトロウエツティング現象)。尚、この撥液性の高い絶縁膜 36は、第 2通路 32を形成する壁面の、電極 35よりもさらに奥側の部分まで形成されている。そのため、カートリッジ本体 10の内外の気圧差などが生じても、液体 34が電極 35よりも奥へ移動することがな、。

[0048] また、第 1通路 31の、電極 37の表面を含む溝 l lgの壁面には、前述の絶縁膜 36と同じ材料 (例えば、フッ素系榭脂)力もなる絶縁膜 38が全面的に形成されており、この絶縁膜 38の表面の撥液性は、絶縁膜 38が形成されていない部分よりも高くなつている。しかし、ドライバ IC44から電極 37に電圧が印加されたときには、前述の絶縁膜 36と同様にエレクトロウエツティング現象が生じ、この電極 37の表面の絶縁膜 38の部分 (本願の第 2絶縁膜に相当する）の撥液性が低下して、その表面における液体 34 の濡れ角が小さくなる。尚、この撥液性の高い絶縁膜 38は、第 1通路 31を形成する壁面の電極 37が形成された部分よりも上側及び下側の部分にも形成されて、る。そのため、カートリッジ本体 10の内外の気圧差や重力の影響により、液体 34が大気連通路 24へ吸い込まれたり、あるいは、落下したりすることがない。これらの絶縁膜 36, 38は、第 1通路 31及び第 2通路 32を形成する溝 l lg及び溝 l lhの壁面に、スピンコート、スパッタ等の方法により形成することができる。

[0049] そして、ノレブ 25は、ドライバ IC44から電極 35, 37の何れか一方に所定の電圧を印加することにより、絶縁膜 36, 38の表面に対する液体 34の濡れ角を変化させ、液体 34を第 1通路 31と第 2通路 32との間で移動させて、第 1通路 31を開閉することが可能になっている。この第 1通路 31の開閉動作については、後ほど詳しく説明する。

[0050] 尚、分岐位置の近傍に形成されて、常にグランド電位に保持されている電極 39の表面には、絶縁膜 36が形成されていない。そのため、液体 34は、この電極 39に常に接触しており、グランド電位に保持されている。従って、電極 35又は電極 37に所定の電圧が印加されたときに、これらの電極と液体 34との間に常に所定の電位差が生じることから、絶縁膜 36, 38の、電極 35, 37の表面の部分における液体 34の濡れ角を確実に低下させることができる。

[0051] 次に、本実施の形態のインクジェットプリンタ 1の電気的な構成について図 6のブロック図を参照して説明する。制御装置 40は、中央演算処理装置である CPU (Central Processing Unit)と、インクジェットプリンタ 1の全体動作を制御するための各種プログラムやデータ等が格納された ROM (Read Only Memory)、 CPUで処理されるデータを一時的に記憶する RAM (Random Access Memory)等を備えている。また、図 6に示すように、制御装置 40はインクジェットヘッド 3によるインク吐出動作を制御するへッド制御部 41と、バルブ 25によるインクカートリッジ 2の大気連通路 24の開閉動作を制御するバルブ制御部 42とを有する。

[0052] ヘッド制御部 41は、 PC100から制御装置 40に入力された印刷データに基づいてインクジェットヘッド 3を制御して記録用紙に対してインクを吐出させ、記録用紙に所定の印刷を行わせる。また、バルブ制御部 42は、 PC100から印刷指令が入力されたときには、インクジェットヘッド 3によるインク吐出動作を行う前に大気連通路 24を開放し、インクジェットヘッド 3によるインク吐出動作が終了したときには大気連通路 24 を閉止するように、バルブ 25のドライバ IC44を制御する。尚、これらヘッド制御部 41 及びバルブ制御部 42は、夫々、 CPU、 ROM,及び、 RAM等により構成されている

[0053] 次に、記録用紙に対する印刷を実行する際のインクジェットプリンタ 1の一連の動作について、図 7のフローチャート及び図 8、図 9を参照して説明する。図 8は、大気連通路 24に連通する第 1通路 31が閉止されている状態、図 9は、第 1通路 31が開放されている状態をそれぞれ示している。尚、図 7における Si (i= 10, 11, 12)は、各ステツプを示している。また、図 8、図 9において、電極 35の接続部 35a及び電極 37の接続部 37aの" + "は、これらの電極 35, 37に所定の電圧が印加されていることを表しており、電極 35の接続部 35a、電極 37の接続部 37a及び電極 39の接続部 39aの "GND"は、これらの電極 35, 37, 39がグランド電位にあることを表している。

[0054] 図 8に示すように、制御装置 40に対して印刷指令が入力される前の状態では、第 2 通路の電極 35はグランド電位に保持されており、絶縁膜 36に対する液体 34の濡れ角は、分岐位置近傍の絶縁膜 36が形成されて、な、部分に対する液体 34の濡れ角よりも大きくなつている (撥液性が高くなつている)。一方、第 1通路の電極 37には所定の電圧が印加されており、絶縁膜 36の電極 37の表面の部分に対する液体 34 の濡れ角が、部分的に低くなつている (撥液性が低い)。そのため、液体 34は、第 1 通路 31において分岐位置の近傍に保持され、さらに、その一部が第 2通路 32の、絶縁膜 36が形成されていない部分に入り込んだ状態となっている。そして、この液体 3 4により第 1通路 31が塞がれて大気連通路 24が閉止され、インク収容空間 22内のィンクの乾燥が防止されている。

[0055] この状態から、 PC100から制御装置 40に対して印刷指令が入力されると、ドライバ IC44により、電極 35に所定の電圧を印加するとともに、電極 37に対する電圧の印加を解除して、電極 37をグランド電位にする（S 10)。図 9に示すように、電極 35に電圧が印加されると、絶縁膜 36の電極 35の表面の部分における液体 34の濡れ角 Θが低下し、第 2通路 32に生じる毛管力により、液体 34が第 1通路 31から第 2通路 32へ移動する。尚、第 2通路 32を形成する壁面のうち、分岐位置近傍の部分の撥液性は常に低いことから、第 2通路 32へ移動した液体 34は、この分岐位置近傍の部分と、電極への電圧印加により撥液性が一時的に低下した、絶縁膜 38の電極 37の表面の部分に亙って保持される。

[0056] このように、液体 34が第 2通路 32へ移動することにより、液体 34で塞がれていた第 1通路 31が開放されるので、大気連通路 24が大気と連通する。また、同時に、電極 3 7への電圧印加状態が解除されるため、絶縁膜 38の電極 37の表面の部分における液体 34の濡れ角 Θが大きくなり、液体 34が第 1通路 31から第 2通路 32へ移動しやすくなる。尚、第 2通路 32の断面積は、第 1通路 31の断面積よりも小さいため、第 1通路 31に生じる毛管力よりも、第 2通路のほうが毛管力が大きくなり、液体 34は第 1通路 31から第 2通路 32へ移動しやすくなつている。

[0057] このように、大気連通路 24が開放された後、 PC100から入力された印刷データに基づいて、インクジェットヘッド 3により記録用紙に対して印刷を実行する（Sl l)。このとき、大気連通路 24が開放されていることから、インク収容空間 22からインクジェットヘッド 3に供給されたインクの量に応じて、大気連通路 24からインク収容空間 22内に大気が導入されるため、インクジェットヘッド 3へのインク供給が円滑に行われる。

[0058] 次に、印刷が終了したときには、ドライバ IC44により、電極 35に対する電圧の印加を解除して電極 35をグランド電位にするとともに、電極 37に所定の電圧を印加する（ S12)。すると、図 8に示すように、絶縁膜 36の電極 35の表面の部分における液体 3 4の濡れ角 Θが増加するため、液体 34が第 2通路 32から第 1通路 31へ移動し、再び液体 34は、第 1通路 31において分岐位置の近傍に保持される。従って、この液体 3 4により第 1通路 31が塞がれて、大気連通路 24が閉止される。

[0059] 尚、電極 35に印加する電圧の値、あるいは、絶縁膜 36の材質を適切に決定することにより、電極 35の表面に位置する絶縁膜 36の部分に対する液体 34の濡れ角 Θが、電極 35に電圧が印加されているときには 90° 未満になることが好ましい。この場合には、液体 34を第 1通路 31から第 2通路 32へ確実に移動させることができる。さらに、電極 35に電圧が印加されていないときには濡れ角 Θ力 90° 以上になることが好ましい。この場合には、液体 34を第 2通路 32から第 1通路 31へ確実に移動させることができる。

[0060] 以上説明したインクジェットプリンタ 1においては、インクジェットヘッド 3による印刷動作の前にバルブ 25により大気連通路 24が開放され、この印刷動作の完了後にはバルブ 25により大気連通路 24が閉止される。従って、印刷動作中には、大気連通路 24から大気をインク収容空間 22内に導入しつつ、インクカートリッジ 2からインクジェットヘッド 3にインクを供給することができ、インク供給を円滑に行うことができる。また、印刷動作を行わないときには、大気連通路 24を閉止して、インク収容空間 22内のインクの乾燥を確実に防止できる。

[0061] ノレブ 25は、電極 35又は電極 37への電圧印加により、絶縁膜 36、 38の表面における液体 34の濡れ角を低下させることにより、第 1通路 31と第 2通路 32との間で液体 34を移動させて、第 1通路 31を開閉するように構成されている。そのため、その構造は、電磁弁等の一般的なノレブとは異なり、可動部のない簡単なものとなる。従って、インクカートリッジ 2の製造コストを低く抑えることができる。また、バルブ作動時の騒音ち/ Jヽさくなる。

[0062] 絶縁膜 36は、第 2通路 32を形成する壁面において、分岐位置の近傍には形成されておらず、この絶縁膜 36が形成されて、な、分岐位置近傍に対する液体 34の濡れ角力電極 35に電圧が印加されて、な、状態での絶縁膜 36の表面における液体 34の濡れ角よりも低くなつている。そのため、液体 34が、常に、分岐位置近傍において第 2通路 32内に部分的に入り込むことになる。従って、電極 35に所定の電圧が印加されたときに、液体 34が第 1通路 31から第 2通路 32へ移動しやすくなり、第 1通路 31が確実に開放される。また、逆に、電極 35に所定の電圧が印加されている状態から、この電圧の印加状態が解除されたときに、液体 34が第 2通路 32から第 1通路 31 へ移動しやすくなる。従って、バルブ 25の開閉動作の信頼性が高くなり、また、その応答性も速くなる。

[0063] 第 2通路 32を形成する壁面の、分岐位置の近傍には電極 39が設けられており、液体 34はこの電極 39に常に接触してグランド電位に保持されている。従って、電極 35 又は電極 37に所定の電圧が印加されたときに、これらの電極と液体 34との間に常に所定の電位差が生じることから、絶縁膜 36, 38の、電極 35, 37の表面の部分における液体 34の濡れ角を確実に低下させることができる。つまり、第 1通路 31と第 2通路 32との間で液体 34を確実に移動させることができるため、バルブ 25の開閉動作の信頼性が高くなる。また、その応答性も速くなる。

[0064] この実施形態では、液体がバルブとして作用するため、第 1通路の絶縁膜の濡れ性 (液体の濡れ角）さえ適正に設定されれば、第 1通路の断面形状が複雑なものであつても特別な設計を考慮することなぐ容易で確実に閉鎖させることができる。

[0065] 次に、第 1の実施の形態に種々の変更をカ卩えた変更形態について説明する。但し、これらの実施の形態と同じ構成を有するものは、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

[0066] <変更形態 1 >

電極 35, 37, 39の、第 1通路 31及び第 2通路 32を形成する壁面における位置は、前記第 1の実施の形態の位置に限られない。例えば、電極 35は、溝 l lhの上側の内面又は下側の内面の何れか一方にのみ形成されていてもよい。あるいは、図 10のバルブ 25Aのように、第 1通路 31を形成する左右両側の壁面に、夫々電極 37Aが形成されてもよい。この場合には、電極 37Aに電圧が印加されたときに第 1通路 31に生じる毛管力が大きくなるため、液体 34が第 2通路 32から第 1通路 31へ移動しやすくなる。

[0067] <変更形態 2>

絶縁膜 36, 38は、第 1通路 31や第 2通路 32を形成する壁面に全面的に形成されている必要は必ずしもなぐ少なくとも電極 35, 37の表面に夫々形成されていればよい。

[0068] <変更形態 3 >

図 11のバルブ 25Bのように、第 1通路 31の電極 37は省略することが可能である。この場合でも、第 2通路 32の電極 35への電圧を印加することにより液体 34を第 2通路 32へ移動させ、電極 35への電圧の印加を解除することにより液体 34を第 1通路 31 へ移動させることができ、第 1通路 31 (大気連通路 24)を開閉することが可能である。

[0069] <変更形態 4 >

液体 34が水などの揮発性の液体からなる場合には、図 12のバルブ 25Cのように、液体 34の通路 33と接触していない部分の表面力油などの不揮発性の液体 45 (第 2の液体）によって覆われていてもよい。この場合には、揮発性の液体 34が蒸発してしまうのを液体 45により防止することができ、バルブ 25Cの寿命が長くなる。

[0070] <変更形態 5 >

ノレブが液体 34を補給する構成を備えていてもよい。例えば、図 13のバルブ 25D は、液体 34を貯留する液体貯留室 46 (液体供給源)を有し、この液体貯留室 46が液体供給路 47によって第 2通路 32に接続されている。この場合には、液体 34の量が蒸発等により減少したときには、液体貯留室 46から液体供給路 47を介して液体 34 が補給される。

[0071] <変更形態 6 >

ノレブ 25力ドライバ IC44により、電極 35に対して定期的に所定の電圧を所定時間だけ印加するように構成されて、てもよ、。長期間印刷が行われて、な、場合には、バルブ 25により大気連通路 24が長期間開放されないことになるため、大気の温度変化や気圧変化に起因して、カートリッジ本体 10内のインク収容空間 22内の圧力が過度に高くなつたり、あるいは、負圧になったりしてしまう。そこで、例えば、インクジエツトプリンタ 1の制御装置 40において、前回印刷が終了した時間力所定の時間が経過していると判断された場合に、ドライバ IC44から電極 35に対して所定の電圧を所定時間印加するように構成されていると、大気連通路 24を定期的に開放して、力ートリッジ本体 10の内外の気圧差を常に小さくすることが可能になる。

[0072] [第 2実施形態] 次に、第 2の実施の形態について説明する。前述の第 1の実施の形態は、インク力ートリッジの大気連通路を開放するバルブに本発明を適用した一例であるが、本発明の適用対象はインクカートリッジに限られない。以下説明する第 2の実施の形態は、インクジェットヘッドのインク吐出面に装着されて、ノズル内のインクの乾燥を防止するノズルキャップに本発明のバルブを適用した一例である。

[0073] 図 14は第 2の実施の形態に係るインクジェットプリンタ 80の概略斜視図である。図 1 4に示すように、インクジェットプリンタ 80は、図 14の左右方向に往復移動可能なキヤリッジ 81と、このキャリッジ 81に設けられて記録用紙 Pに対してインクを吐出するシリアル式のインクジェットヘッド 60と、記録用紙 Pを図 1の前方へ搬送する搬送ローラ 8 2と、インクジェットヘッド 60によるインク吐出動作、キャリッジ 81の往復動作、搬送口ーラ 82による用紙搬送動作等、インクジェットプリンタ 80の種々の動作を制御する制御装置 51 (図 17参照）等を備えている。インクジェットヘッド 60は、キャリッジ駆動部 5 8 (図 17参照）により駆動されるキャリッジ 81と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク吐出面 60aに形成された複数のノズル 63 (図 15参照）の出射ロカ記録用紙 Pに対してインクを吐出する。そして、インクジェットヘッド 60により記録された記録用紙 Pは、搬送ローラ 82により前方 (紙送り方向）へ排出される。

[0074] また、キャリッジ 81は、記録用紙 Pが搬送される領域 (用紙搬送領域)よりも、さらにその幅方向（図 14の左右方向）外側（例えば、図 14における右端部）の領域の退避位置まで移動可能に構成されている。そして、この退避位置にはノズルキャップ 64 ( 図 15参照）が配設されており、このノズルキャップ 64は、キャップ駆動部 59 (図 17参照）により昇降駆動されるように構成されている。そして、ノズル 63からインクを吐出しない場合には、インクジェットヘッド 60はキャリッジ 81とともに退避位置に移動され、ノズルキャップ 64は、退避位置において、インク吐出面 60aを下方から覆うようにインクジェットヘッド 60に着脱可能に装着される。

[0075] 次に、インクジェットヘッド 60及びノズルキャップ 64について、図 15を参照してさらに詳細に説明する。尚、図 15はノズルキャップ 64が装着された状態のインクジェットヘッド 60の縦断面図である。図 15に示すように、インクジェットヘッド 60は、インク力ートリッジ（図示省略）とチューブ 83を介して接続された流路ユニット 90を有する。そして、この流路ユニット 90は、互いに接合された積層状の 3枚のプレート 91, 92, 93 からなる。最上層のプレート 91には、マ-ホールド 61と、このマ-ホールド 61とチューブ 83とを連通させるインク供給路 94が形成されている。また、中央のプレート 92には、マ-ホールド 61から分岐して下方へ延びる複数のインク流路 62が形成されている。さらに、最下層のプレート 93には、複数のインク流路 62に夫々連通する複数のノズル 63が形成され、このプレート 93の下面は、ノズル 63が開口するインク吐出面 60 aとなっている。そして、チューブ 83からマ-ホールド 61内に流入したインクは、複数のインク流路 62を介して複数のノズル 63から夫々吐出される。

[0076] ノズルキャップ 64は、インク吐出面 60aと略同じ面積を有し且つノズル 63を下方から覆うキャップ部 64aと、このキャップ部 64aの周縁部から上方へ延びてインク吐出面 60aのノズル 63の出射口の周りの領域に密着状に接触可能な接触部 64bと、キヤップ部 64aを下方力も支持する基部 64cとを有する。キャップ部 64a及び接触部 64bは、合成樹脂等の弾力性を有する材料で形成されている。また、基部 64cの内部には、キャップ部 64a及び接触部 64bと、ノズルキャップ 64がインクジェットヘッド 60に装着された状態でインク吐出面 60aとの間に形成される空間 95 (図 19参照）をノズルキヤップ 64の外部と連通させる連通路 65が形成されている。さらに、基部 cには、連通路 65を開閉可能なバルブ 66が設けられている。

[0077] バルブ 66は、前述の第 1の実施の形態のバルブ 25 (図 5参照）と同様の構成を有するものであり、その構成を以下に簡単に説明する。図 16に示すように、バルブ 66 は、連通路 65とノズルキャップ 64の外部とを連通させる第 1通路 71とこの第 1通路 71 力も分岐する第 2通路 72とを有する通路 73 (内部通路）と、第 2通路 72を形成する基部 64cの壁面に形成された電極 75 (第 1の電極）と、第 1通路 71を形成する基部 64c の壁面に形成された電極 77 (第 2の電極）と、これら 2種類の電極 75, 77の何れか一方に選択的に所定電圧を印加するドライバ IC57 (電圧印加部：図 17参照）と、電極 7 5の表面に設けられた絶縁膜 76と、電極 77の表面に設けられた絶縁膜 78とを有する。

[0078] 通路 73内には導電性を有する液体 74が封入されており、ノレブ 66は、液体 74を第 1通路 71と第 2通路 72との間で移動させることにより、第 1通路 71を開閉する。電極 75及び電極 77は、接点部 75a及び接点部 77aを介してドライバ IC57 (図 17参照 )に接続されている。そして、ドライバ IC57から電極 75と電極 77の何れか一方に所定の電圧が印加され、電圧が印加されていない電極はグランド電位に保持される。また、第 2通路 72を形成する壁面のうち、分岐位置の近傍には電極 79 (第 3の電極)も形成されており、この電極 79は接点部 79aを介して常にグランド電位に保持されている。

[0079] 絶縁膜 76, 78は、前記第 1の実施の形態の絶縁膜 36, 38と同様の作用を奏するものである。即ち、電極 75に所定の電圧が印加されたときには、絶縁膜 76の電極 75 の表面の部分 (本願の第 1絶縁膜に相当する）に対する液体 74の濡れ角が低下する。また、電極 77に所定の電圧が印加されたときには、絶縁膜 78の電極 77の表面の部分 (本願の第 2絶縁膜に相当する）に対する液体 74の濡れ角が低下する。

[0080] 従って、このバルブ 66は、ドライバ IC57から電極 75に所定の電圧を印加することにより、絶縁膜 76の電極 75の表面の部分に対する液体 74の濡れ角を低下させ、液体 74を第 1通路 71から第 2通路 72に移動させて、第 1通路 71を開放する。さらに、ドライバ IC57から電極 77に所定の電圧を印加することにより、絶縁膜 78の電極 77の表面の部分に対する液体 74の濡れ角を低下させ、液体 74を第 2通路 72から第 1通路 71に移動させて、第 1通路 71を閉止する。

[0081] 次に、本実施の形態のインクジェットプリンタ 80の電気的な構成について図 17のブロック図を用いて説明する。制御装置 51は、中央演算処理装置である CPUと、プリンタ 80の全体動作を制御するための各種プログラムやデータ等が格納された ROM と、 CPUで処理されるデータを一時的に記憶する RAM等を備えている。また、図 17 に示すように、制御装置 51はインクジェットヘッド 60によるインク吐出動作を制御するヘッド制御部 52と、キャリッジ駆動部 58によるキャリッジ 81の往復動作を制御するキャリッジ制御部 53と、キャップ駆動部 59によるノズルキャップ 64の昇降動作を制御するキャップ制御部 54と、バルブ 66によるノズルキャップ 64の連通路 65の開閉動作を制御するバルブ制御部 55とを有する。

[0082] PC101から制御装置 51に印刷指令が入力されると、キャリッジ制御部 53がキヤリツジ駆動部 58を制御してキャリッジ 81を往復移動させ、同時に、ヘッド制御部 52が、ィンクジェットヘッド 60を制御して記録用紙に対してインクを吐出させるようになつている。また、キャップ制御部 54は、キャップ駆動部 59を制御して、印刷終了後には、ノズルキャップ 64を上昇させて退避位置に移動したインクジェットヘッド 60のインク吐出面 60aにノズルキャップ 64を装着するとともに、印刷開始直前には、ノズルキャップ 64を下降させてノズルキャップ 64をインク吐出面 60aから取り外す。さらに、バルブ制御部 55は、ノズルキャップ 64の装着前に連通路 65を開放し、装着が完了したときには連通路 65を閉止するように、バルブ 25のドライバ IC44を制御する。尚、これらヘッド制御部 52、キャリッジ制御部 53、キャップ制御部 54、及び、バルブ制御部 55 は、夫々、 CPU、 ROM,及び、 RAM等により構成されている。

[0083] 次に、インクジェットプリンタ 80における印刷動作を含む一連の動作について、図 1 8のフローチャートと図 19、図 20を用いて説明する。インクジェットヘッド 60による印刷動作が行われていない状態では、キャリッジ 81は用紙搬送領域よりも外側の退避位置にあり、図 19 (a)に示すように、キャリッジ 81に設けられたインクジェットヘッド 60 のインク吐出面 60aにはノズルキャップ 64の接触部 64bが密着して、インク吐出面 60 aはキャップ部 64aにより覆われている。

[0084] このとき、図 19 (b)〖こ示すように、バルブ 66において、電極 75には電圧が印加されておらず (グランド電位にあり）、絶縁膜 76の電極 75の表面の部分に対する液体 74 の濡れ角 Θは高いままである。一方、電極 77には所定の電圧が印加されており、絶縁膜 78の電極 77の表面の部分に対する液体 74の濡れ角 Θは、電極 77に電圧が印加されていないときよりも低下している。そのため、液体 74は、第 1通路 71において分岐位置の近傍に保持され、さらに、その一部が第 2通路 72の、電極 75が形成されていない部分に入り込んだ状態となっている。従って、この液体 74により第 1通路 7 1が塞がれて連通路 65が閉止されており、ノズル 63内のインクの乾燥が防止されている。

[0085] ここで、 PC101から制御装置 51に印刷指令が入力されると、キャップ駆動部 59によりノズルキャップ 64を下降させて、ノズルキャップ 64をインク吐出面 60aから離間させ、インク吐出面 60aに押し当てられた状態を解除する（S20)。そして、インクジエツトヘッド 60が用紙搬送領域に対向するようにキャリッジ 81を退避位置力も移動させ（ S21)、インクジェットヘッド 60及びキャリッジ 81により印刷動作を実行する（S22)。そして、印刷が終了すると、キャリッジ 81を再び退避位置へ移動させる（S23)。

[0086] 次に、ドライバ IC57により、電極 75に所定の電圧を印加するとともに、電極 77に電圧が印加されている状態を解除する（S24)。すると、絶縁膜 76の電極 75の表面の部分に対する液体 74の濡れ角が低下する一方で、絶縁膜 78の電極 77の表面の部分に対する液体 74の濡れ角が大きくなるため、液体 74が第 1通路 71から第 2通路 7 2へ移動し、第 1通路 71 (連通路 65)が開放される。

[0087] そして、キャップ駆動部 59によりノズルキャップ 64を上昇させて、ノズルキャップ 64 をインク吐出面 60aに押し当て（S25)、接触部 64bをインク吐出面 60aに密着させる。このとき、連通路 65が開放されているため、ノズルキャップ 64の装着動作に伴って生じる空間 95内の圧力上昇が緩和される。そのため、この圧力上昇によりノズル 63 のメニスカスが破壊してしまうのを防止することができる。

[0088] このように、ノズルキャップ 64をインク吐出面 60aに装着した後、ドライバ IC57により、電極 75に電圧が印加されている状態を解除するとともに、電極 77に所定の電圧を印加する（S26)。すると、絶縁膜 76の電極 75の表面の部分に対する液体 74の濡れ角 Θが大きくなる一方で、絶縁膜 78の電極 77の表面の部分に対する液体 74の濡れ角が低下するため、液体 74が第 2通路 72から第 1通路 71へ移動し、第 1通路 71が液体 74で塞がれて閉止される。従って、連通路 65が閉止されて空間 95が密閉状態となり、ノズル 63内のインクの乾燥が防止される。尚、制御装置 51に印刷指令が入力されてから、ノズルキャップ 64をインク吐出面 60aから離間する（S20)前に、ー且第 1通路 71を開放し、 S20の直後に、第 1通路 71を閉止するようにしてもよい。これにより、ノズルキャップ 64をインク吐出面 60aから離間した瞬間に空間 95の圧力変動を少なくすることができ、ノズル 63内に形成されたメニスカスが破壊されることを防止できる。

[0089] 以上説明した第 2の実施の形態のインクジェットプリンタ 80においては、印刷終了時に、インクジェットヘッド 60のインク吐出面 60aにノズルキャップ 64が装着されるが、その装着前に、バルブ 66により連通路 65を開放して力もノズルキャップ 64をインク吐出面 60aに押し当てるため、ノズルキャップ 64の装着時における、キャップ部 64a とインク吐出面 60aとの間の空間 95の圧力上昇を緩和することができる。また、ノズルキャップ 64の装着後には、バルブ 66により連通路 65を閉止するため、ノズル 63内のインクの乾燥を防止できる。

[0090] 尚、この第 2の実施の形態についても、電極や絶縁膜の位置等に関する前述の第 1の実施の形態と同様の種々の変更 (変更形態 1〜6参照）を加えることが可能である

[0091] [第 3実施形態]

第 1の実施の形態では、第 2通路における液体の毛管力または濡れ角を変更することにより、第 1通路を開閉を制御した。この実施の形態では、複数の流路を有し、その流路における流体の流れを選択的に制御する開閉機構を備えた流路構造を説明する。図 21に示すように、流路構造体 101は、上板 103と下板 105を重ね合わせて構成されており、下板 105の上面 105aには、十字状の流路 107が形成されている。流路 107は、上板 103の上面 105aの中央に凹部（交差部） 115を有し、そこから、互いに 90度の間隔で放射状に (十字方向に)第 1溝 (第 1流路） 111、第 2溝 (第 2流路) 112、第 3溝 (第 3流路） 113及び第 4溝 (第 4流路） 114が延在するように形成されている。各溝は、流路断面の形状が矩形であり、断面積は等しい。第 1流路 111は第 1 空間 1Sと連通し、第 2流路 112は第 4空間 4Sと連通し、第 3流路 113は第 2空間 2S と連通し、第 4流路 114は第 3空間 3Sと連通している。

[0092] 図 22に示すように、第 1流路 111における対向する側壁には第 1電極 11 laが埋設されており、第 2流路 112の対向する側壁には第 2電極 112aが埋設されており、第 3 流路 113の対向する側壁には第 3電極 113aが埋設されており、第 4流路 114の対向する側壁には第 4電極 114aが埋設されている。また、交差部 115の側壁 (周壁)及びそこから第 1流路 111〜第 4流路 114の一部に延在するように第 5電極 115aが形成されている。さらに、第 1流路 111〜第 4流路 114及び交差部 115には、それらの電極 11 la〜： L 15aを覆うように四フッ化工チレンからなる絶縁膜 118が形成されて!、る。これらの電極 11 la〜l 15aには図示しない電圧印加部（例えば、図 6の「ドライバ IC 」）または電源から所定の電圧が選択的に印加される。流路 107には、導電性を有する液体としての水 Wが充填されて!、る。 [0093] 図 22に示すように、第 1電極 11 la〜第 4電極 114a及び第 5電極 115aに電圧が印加されておらず、全てグランド電位である場合には、第 1〜第 4流路 111〜114の断面積が等しいので、それらの流路 111〜114における毛管力が等しくなり、水 Wは交差部 115とそこ力も流路 111〜114に沿って等、長さでそれらの流路 111〜114 の一部を満たす。交差部 115は水 Wで充満されているために、気体は第 1流路 111 力他の流路へは移動することができない。すなわち、第 1流路 111〜第 4流路 114 は、水 Wにより互いに隔離されているため、第 1空間 S1〜第 4空間 S4は互いに流通していない。

[0094] 次に、第 2電極 112a及び第 4電極 114aに所定の電圧が印加されると、第 2電極 11 2a及び第 4電極 114a上に形成されて、る絶縁膜 118の領域の撥液性が低下して、その領域における水 Wの絶縁膜 118に対する濡れ角が小さくなる。この結果、水 W は、キヤビラリ一として作用する第 2流路 112及び第 4流路 114に沿って移動する。従つて、図 23に示すように、交差部 115に存在していた水 Wが第 2流路 112及び第 4 流路 114に移動して、交差部 115には部分的に水 Wの存在しな、空隙が形成される。それゆえ、第 1流路 111と第 3流路 113は交差部 115に形成された空隙を介して連通すること〖こなる。このような原理によって、第 2電極 112a及び第 4電極 114aに所定の電圧を印加することで第 1流路 111及び第 3流路 113を介して第 1空間 S1と第 2空間 S2を流通させることができる（図中、矢印参照)。

[0095] 同様にして、図 24に示すように、第 2電極 112a及び第 3電極 113aに所定の電圧が印加されると、第 2電極 112a及び第 3電極 113a上に形成されて、る絶縁膜 118 の領域の撥液性が低下して、その領域における水 Wの絶縁膜 118に対する濡れ角力、さくなる。この結果、水 Wは、キヤビラリ一として作用する第 2流路 112及び第 3流路 113に沿って第 4空間及び第 3空間 S3の方に移動する。従って、図 24に示すように、交差部 115に存在していた水が第 2流路 112及び第 3流路 113に移動して、交差部 115には部分的に水 Wの存在しない空隙が形成される。それゆえ、第 1流路 11 1と第 4流路 114は交差部 115に形成された空隙を介して連通することになる。このような原理で、第 2電極 112a及び第 3電極 113aに所定の電圧を印加することで第 1流路 111と第 4流路 114を介して第 1空間 S1と第 3空間 S3を流通させることができる（図中矢印)。なお、この実施形態における第 1流路 111と第 2流路 112からなる通路、第 3流路 113及び第 4流路 114は、それぞれ、本発明における「第 1通路」、「第 2通路」及び「第 3通路」に相当する。

[0096] 以上のことより、第 1流路 111に流入する気体の流れを、第 2電極 112aに加えて第 3電極 113aまたは第 4電極 114aのいずれかに電圧を印加することにより、第 3流路 1 13または第 4流路 114のいずれかを介して所望の空間に流出させることができる。この流路構造 101は 2ウェイノレブとして機能することができる。なお、第 2電極 112a または第 3電極 113aのみに電圧を印加して、 2の流路、例えば、第 2及び第 4流路に気体を流入させて第 1空間 S1を第 2空間 S2及び第 4空間 S4と連通させることも可能である。さらに、この実施形態では 4つの流路を有する例を挙げた力 5つ以上の流路を交差部力も放射状に延在させてもよい。各流路の側壁に電極を設け、それらに印加する電極を制御することで、特定の一つの流路と他の特定の一つの流路 (空間）あるいは複数の流路 (複数の空間）を連通させることができる。

[0097] [第 3実施形態の変形例]

上記実施形態では、第 1〜第 4流路は、上板及び下板の面と平行な面内に形成されていたが、図 25に示すように、流路構造 121が上板 123及び下板 125を有し、上板 123及び下板 125の面内の方向に延在する第 1流路 111〜第 4流路 114に加えて、第 5流路 127及び第 6流路 128とを有していてもよい。第 5流路 127は、交差部 1 15と連通し、上板 123の面と直交する方向に延在するように上板 123内に形成されている。第 6流路 128は交差部 115と連通し、下板 125の面と直交する方向に延在するように下板 125内に形成されている。すなわち、この変形例では、複数の流路が 3次元的に形成されており、特定の流路から所望の流路に液体を流すことが可能となる（マルチバルブ）。

[0098] [第 4実施形態]

この実施形態では、第 1実施形態のインクカートリッジにおいて、ノレブ 25に代えて用いることができる新規な開閉機構 (及びそこで使用されるァクチユエータ)を説明する。図 2〜4において説明したインクカートリッジ及びそれを使用するインクジェットプリンタの構造及び部品については、同様であるために説明を省略する。また、図 5 に示したインクカートリッジのノレブと共通の部分については同一の符号を付してその説明は省略する。

[0099] 図 26に示すように、開閉機構 201には、第 1板部材に形成された溝 l lg及び l lh により第 1通路 31及び第 2通路 32 (通路の径 (幅)約 4mm)が画成されて、る。第 2 流路 32の側壁には複数の電極 235a〜235fの対からなる電極 235が埋設されている。それらの電極 235a〜235fはドライバ IC (図 6参照）に接続されており、個別に電圧を印加することができる。第 2流路 32の側壁には複数の電極 235a〜235fを覆うように絶縁膜 36が形成されている。図 26に示すように、第 2流路 32には、導電性の液体、ここでは水 Wが、第 2流路 32の一部を満たす量で装填されて、細長い形状のゥォータチューブ WTを形成して!/、る。

[0100] 第 2流路 32には水 Wよりも第 1流路 31に近い側にプランジャ 205が装填されている。プランジャ 205は、断面形状が矩形の棒状体 (直方体)であり、この例ではプラスチックカも形成されている。プランジャ 205は、第 1流路の幅 (径)よりも長い長さを有する。プランジャ 205は、第 2流路 32内でスムーズに移動でき且つプランジャ 205と第 2 流路 32の壁面との間に水 Wが侵入しないように、第 2流路 32の内径よりもわずかに小さい外径を有する。プランジャ 205の一方の端面 205aは平坦であり、他方の端面 205bには凹部 205cが形成されている。この凹部 205cが形成された端面 205bが第 1流路 31側に向くように、プランジャ 205は第 2流路 32内に装填されている。プランジャ 205の端面 205aは水 Wの表面張力により第 2流路 32に閉じ込められたウォータチユーブ WTの端面と接合している。なお、プランジャ 205の端面 205aに、親水性処理を施してもよい。第 1流路 31の第 2流路 32と対向する壁面部には、プランジャ 205の凹部 205cと係合する凸部 l lgが形成されている。

[0101] この開閉機構 201の動作について、図 26及び 27を用いて説明する。電極 235c〜電極 235fに所定の電圧が印加されており、電極 235a及び電極 235bがグランド電位に保持されている場合には、電極 235c〜235fを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性が、電極 235a及び電極 235bを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性よりも高くなる（撥液性が低くなる)。それゆえ、水 Wは、電極 235c〜235fを覆う絶縁層 36の領域上に滞在する。この状態では、プランジャ 205の端面 205aがゥォータチューブ WTと接合して、るので、プランジャ 205は第 2流路 36内に弓 Iき込まれて、その結果、第 1流路 31は開放されている。すなわち、第 1流路 31を通じてインクカートリッジ内部は外部雰囲気 (所定空間）と連通している。

[0102] 次に、図 27〖こ示すよう〖こ、電極 235a〜電極 235dに所定の電圧を印加し、電極 23 5e及び電極 235fをグランド電位に変更すると、電極 235a〜電極 235dを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性力電極 235e及び電極 235fを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性よりも高くなる (撥液性が低くなる)。それゆえ、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象に基づき、ウォータチューブ _WTは、第 2通路 32内で、電極 235a〜235dを覆う絶縁層 36の領域上に瞬時に移動する。このウォータチューブ WTの移動により、プランジャ 205の一部は第 2流路 32から第 1流路 31に向力つて押し出され、プランジャ 205の端面 205bは第 1流路 31の壁面に接合してプランジャ 20 5の凹部 205cが凸部 l liと係合する。この結果、第 1流路 31は、プランジャ 205により完全に閉鎖され、インクカートリッジ内部空間と外部雰囲気の連通が遮断される。

[0103] 再び第 1流路 31を開放したい場合には、電極 235c〜電極 235fに所定の電圧を印加し、電極 235a及び電極 235bをグランド電位にすれば、プランジャ 205は図 26 に示した状態に戻る。このように、複数の電極 235a〜235fの電位を選択的に切り換えることで、第 2流路 32のウォータチューブ WTの位置を変動し、それによりプランジャ 205の移動を自在に制御して第 1流路 31を開閉することができる。なお、複数の電極 235a〜235fのうち電圧を印加する電極を適宜選択することにより（例えば、電極 2 35aのみをグランド電位とし、他の電極には電圧を印加する）、プランジャ 205の移動量 (第 1流路 31の開閉度)を調整して第 1流路 31を流れるガスの流量を調整すること可能である。こうすることで、開閉機構 201は流量調整バルブとしても機能することができる。ここで、開閉機構 201のうち、第 2流路 32、電極 235、絶縁膜 36、プランジャ 205及び水 Wに着目すれば、これらは新規なァクチユエータを構成している。

[0104] この実施形態の開閉機構 201について、特に以下のことに注目すべきである。まず、ウォータチューブ WTによるプランジャ 205の移動制御を通じて、わずかな電力で瞬時に、流路の開閉を行うことができることである。さらに、流路はプランジャ 205により閉鎖されているときには、その閉鎖の強固さまたは確実さは、液体としての水 Wの表面張力ではなくプランジャ 205の強度に依存する。よって、開閉機構 201は、非常に強力なロック機構として作用することができる。それゆえ、流路を流れる流体はこの実施形態では気体であつたが、この開閉機構を、別の用途、例えば、高圧気体や、液体、固体の流動を確実に停止する用途に使用することができる。

[0105] [第 4実施形態の第 1変形例]

第 4実施形態では、第 2流路 32内で、プランジャ 205の端面 (底面） 205aがウォータチューブ WTと接触して!/ヽたので、ウォータチューブ WTがプランジャ 205の端面 2 05aを付勢または引き込むことでプランジャ 205の移動を制御していた。この第 1変形例の開閉機構 301では、図 28に示すように、プランジャ 305の外径 Dpが、第 2流路 32とプランジャ 305との間に水 Wが浸入できる程度に、第 2流路 32の内径 Doよりも小さい。具体的には、プランジャ 305の直径 (長手方向と直交する方向の幅）を第 2 流路 32の直径よりも 100 /ζ πι〜8πιπι程度短くしている。これにより、プランジャ 305 は、水 Wのウォータチューブ WT内に維持され、特に、プランジャ 305の側面が水 W の表面張力によりウォータチューブ WTに支持されることができる。また、図 28に示すように、プランジャ 305の端面 305aに近い領域のみが水と接触するように、プランジャ 305の凹部 305cが形成された端部 305bに近い領域の側壁には撥液性膜 305d が形成されている。開閉機構 301のその他の構造については、第 4実施形態との開閉機構 201と同様である。

[0106] この開閉機構 301を作動させるための操作は、第 4実施形態と同様であり、以下に簡単に説明する。図 28に示すように。電極 235c〜電極 235fに所定の電圧が印加されており、電極 235a及び電極 235bがグランド電位に保持されている場合には、電極 235c〜235fを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性力電極 235a及び電極 235bを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性よりも高くなる (撥液性が低くなる）。それゆえ、水 Wは、電極 235c〜235fを覆う絶縁層 36の領域上に滞在する。この状態では、プランジャ 305の側面の撥液性が低い部分 (撥液性膜 305dが形成されていない部分）がウォータチューブ WT内に支持されているので、プランジャ 305 は第 2流路 36内に引き込まれて、その結果、第 1流路 31は開放されている。

[0107] 第 1流路 31を閉鎖するには、図 29に示すように、電極 235a〜電極 235dに所定の電圧を印加し、電極 235e及び電極 235fへの電圧印加を遮断してグランド電位にする。すると、電極 235a〜電極 235dを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性が、電極 235e及び電極 235fを覆う絶縁層 36の領域の水 Wに対する濡れ性よりも高くなる (撥液性が低くなる）。それゆえ、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象に基づき、ウォータチューブ WTは、第 2通路 32内で、電極 235a〜235dを覆う絶縁層 36の領域上に瞬時に移動する。このウォータチューブ WTの移動により、プランジャ 305はウォータチューブ WT内に支持されたまま第 2流路 32から第 1流路 31に向力つて押し出され、プランジャ 305の端面 305bは第 1流路 31の壁面に接合して、プランジャ 30 5の凹部 305cが凸部 l liと係合する。この結果、第 1流路 31は、プランジャ 305により完全に閉鎖される。特に、撥液性膜 305dが第 1流路 31を遮断しているので、第 1 流路 31が液体の流路である場合には、このプランジャ 305の撥液性膜 305dは液漏れ防止に有効に作用する。この変形例の開閉機構でも、電圧を印加する電極を適宜選択することにより、流路 31を流れる流量を調整することが可能である。開閉機構 30 1のうち、第 2流路 32、電極 235、絶縁膜 36、プランジャ 305及び水 Wに着目すると、それらは新規なァクチユエータを構成していることが分ろう。

[第 4実施形態の第 2変形例]

第 4実施形態の開閉機構のさらなる変形例を図 30及び 31を用いて説明する。この変形例の開閉機構 401では、プランジャ 405を水 Wを介してスライド移動可能に支持するスピンドル 407が固設されている。スピンドル 407の内部には、長手方向に沿つて所定間隔で複数の電極 435a〜435fが設けられている。スピンドル 407の表面には全ての電極 435a〜435fを覆うように絶縁膜 436が形成されている。プランジャ 40 5は中空であり、その内部に水 Wを介してスピンドル 407が収容される。プランジャ 40 5の内壁 405の一部（第 1流路側に近い領域）には撥液性膜 405dが形成されている。それゆえ、水 Wは撥液性膜 405dが形成されていない内壁領域で表面張力により支持される。第 1板部材 11には、第 1通路 31を画成するシリンダ部材 403が固設されており、シリンダ部材 403には、第 1通路 31に連通する開口端を有する貫通路 40 3aが形成されている。プランジャ 405の外周部は、シリンダ部材 403の貫通路 403a にスライド移動可能に支持されている。すなわち、シリンダ部材 403の貫通路 403は、プランジャ 405の通路として作用し、貫通路 403内に液体としての水 Wが収容され、また電極 435が設けられている。第 1通路 31のプランジャ 405と対向する壁面には、プランジャ 405の内壁 405と係合する突起 1 ljが形成されて、る。

[0109] この開閉機構 401では、図 30に示すように。電極 435c〜電極 435fに所定の電圧が印加されており、電極 435a及び電極 435bがグランド電位に保持されている場合には、電極 435c〜435fを覆う絶縁層 436の領域の水 Wに対する濡れ性力電極 4 35a及び電極 435bを覆う絶縁層 436の領域の水 Wに対する濡れ性よりも高くなる（撥液性が低くなる）。それゆえ、水 Wは、電極 435c〜435fを覆う絶縁層 436の領域とプランジャ 405の内壁 405c (撥液性膜 405dが形成されてヽな、部分）の間に滞在する。この状態では、プランジャ 405の側面の撥液性が低い部分 (撥液性膜 405dが形成されて、な、部分）が電極 435c〜435fを覆う絶縁層 436の領域にウォータチューブ WT内を介して支持されているので、プランジャ 405は、突起 l ljから離れて位置している。

[0110] 第 1流路 31を閉鎖するには、図 31に示すように、スピンドル 407の電極 435a〜電極 435dに所定の電圧を印加し、電極 435e及び電極 435fへの電圧印加を遮断してグランド電位にする。すると、電極 435a〜電極 435dを覆う絶縁層 436の領域の水 W に対する濡れ性力電極 435e及び電極 435fを覆う絶縁層 436の領域の水 Wに対する濡れ性よりも高くなる (撥液性が低くなる)。それゆえ、キヤビラリ一エレクトロウエツティング現象に基づき、ウォータチューブ WTは、プランジャ 405の内部で電極 435a 〜435dを覆う絶縁層 436の領域上に瞬時に移動する。このウォータチューブ WTの移動により、プランジャ 405はウォータチューブ WT内に支持されたままスピンドル 40 7に対して第 1流路 31に向力つて押し出され、プランジャ 405の端面 405bは第 1流路 31の壁面に接合して、プランジャ 405の内壁 405cが凸部 l ljと係合する。この結果、第 1流路 31は、プランジャ 405により完全に閉鎖される。この変形例における開閉機構 401のうち、シリンダ部材 403 (通路）、電極 435、絶縁膜 436、プランジャ 40 5、スピンドル 407及び水 Wは、斬新なァクチユエータを構成していることが分ろう。

[0111] 第 4実施形態の変形例 2のさらなる改良として、スピンドル 407の内部を中空に形成し、スピンドル 407の表面にスピンドル 407の中外を連通する複数の孔を形成することができる。スピンドル 407内部に水 W (導電性を有する液体)を満たすと、これらの孔を通じて、水 Wがスピンドル 407外部に滲み出るために、プランジャ 405内部に保持される水 Wの不足を補うことができるとともに、スピンドル 407の外周全体を水 Wで濡れた状態に保つことができる。

[0112] 第 4実施形態及びその変形例においては、撥液性膜をプランジャに設けたが、その代わりに撥液性膜を設けなかった領域に親液性 (濡れ性の高ヽ）の加工を施してもよい。親液性として、物理的な表面加工、例えば、プランジャの表面粗さを調整することによる濡れ性改善や、液体 (水 W)に化学的作用を与えて濡れ性を改善させるコーティングをプランジャ表面に施しても良い。

[0113] 第 4実施形態及びその変形例にお、て、プランジャはプラスチック材料であつたが、ウレタンフォームなどの任意の合成樹脂材料、金属、更には、ゴム系素材、ガラス素材ゃセラミックでも良い。変形例 1で用いるプランジャは液体 (水 W)中で浮いた状態で保持されるので、使用される液体とほぼ同等の比重を有する材質で成型することが望ましい。あるいは、プランジャの内部に閉じた中空室を形成すれば比較的比重が重い材料を用いて形成し得る。例えば、内部が中空の金属材料であっても良い。

[0114] プランジャが第 2通路 32と接触する場合には、それらの摩擦による摩耗とそれによるリークを防止するために、プランジャの表面にテフロン (登録商標)加工やシリコンコ一ティング、ガラス素材などを設けるかそのような材料力もプランジャを形成するのが望ましい。あるいは、プランジャの外表面に、潤滑のためのオイルの類を塗っても良い。

[0115] 第 4実施形態及びその変形例では、プランジャの凹部と、第 1通路の壁面の凸部の係合により第 1通路を閉鎖を確実にしていたが、壁面に凹部が形成され、プランジャに凸部が形成されてもよい (例えば、プランジャの先端を先細りに加工する）。第 1流路の閉鎖及び遮断 (気密性または液密性)を一層向上するために、プランジャと第 1 通路の壁面の両方に互いに係合または嵌合する凹凸部を備えてもよい。シール性をさらに向上するために、凹凸部にテフロン (登録商標）などのシールを施してもよい。

[0116] 第 4実施形態及びその変形例では、特定数の電極を設けてたが、電極の数は任意に変更し得、単一の電極でも動作可能である。また、第 2通路 32の第 1通路 31と反対側の端部は開放端にする必要はなぐ封鎖されて閉じた空間を形成してもよい。また、通路の長手方向の形状や断面形状は任意にし得、特に、断面形状はプランジャの移動抵抗を考慮して円形にすることができ、これに応じてプランジャの断面形状も円形にし得る。また、上記実施形態及びその変形例では通路 (またはスピンドル）に電極を設けた力電極の配線を工夫して電極をプランジャ側に設けることも可能である。

[0117] 第 1実施形態〜第 4実施形態では、インクジェットプリンタに本発明のバルブを適用した例を挙げて説明したが、マイクロ総合分析システム（ μ TAS)内部で薬液や生化学溶液等の液体を移送する装置、マイクロ化学システム内部で溶媒や化学溶液等の液体を移送する装置等、インク以外の導電性の液体を移送する装置に本発明のバルブを適用することもできる。

[0118] 第 4実施形態及びその変形例の開閉機構は、前述のように、プランジャによる遮断は機械的に強固であるために、第 1通路に液体または固体 (粉体)が流動する流路構造にも有効である。また、プランジャと第 2流路との間の隙間を小さくできるので、流体に高圧がかかる通路の遮断にも有効である。第 4実施形態の変形例 1及び 2ではプランジャの寸法を大きくすることができるので、都市ガス配管のガス用バルブや自動弁のバルブ等にも応用できる。また、自動車などにおける燃料輸送のパイプ中のレギユレータゃ弁として使用することもできる。また、医療機器の薬剤供給システムにも使用可能である。また、プランジャは、プランジャの第 1通路の壁面に接触する動作をスィッチや表示動作に利用することができる。また、第 1通路の壁面に対して複数のプランジャを第 1通路に沿って複数配列させてもよぐまた第 1通路の壁面に対して 2次元的にアレイ状に配置させてもよい。プランジャについては、その名称に拘泥せず、キュピラリーエレクトロウエツティング現象で液体と共に移動する物体であれば任意の物体を使用し得る。

産業上の利用可能性

[0119] 上記実施形態及びその変形例では、流体の流動の開閉のための構造として本発明を説明してきたが、本発明のバルブ及びァクチユエータはそれに限らず、音波、電磁波、光、磁場を選択的に遮断するスィッチや、ロック機構〖こ使用することもできる。すなわち、移動体 (または波)の移動 (または流動)を選択的に停止または方向付けるための機構として任意の用途に使用することができる。特に、キヤビラリ一エレクト口ゥッテイング現象の性質上、水上や水中での用途や重力の影響がない宇宙空間での使用が期待される。

Claims

請求の範囲

[1] 互いに隔てられた 2つの空間を連通させる第 1通路とこの第 1通路力分岐する第 2 通路とを有し、その内部に導電性を有する第 1の液体が封入された内部通路と、前記第 2通路を形成する壁面に設けられた第 1の電極と、

前記第 1の電極の表面に設けられ、前記第 1の電極に所定電圧が印加されたときには、前記所定電圧が印加されていない状態よりも、その表面に対する前記第 1の液体の濡れ角が低下する第 1絶縁膜とを有するバルブ。

[2] さらに、前記第 1の電極に所定電圧を印加する電圧印加部を備えることを特徴とする請求項 1に記載のバルブ。

[3] 前記電圧印加部により前記第 1の電極に前記所定電圧が印加されたときには、前記第 1の液体が前記第 1通路から前記第 2通路の前記第 1絶縁膜の表面に移動して前記第 1通路が開放され、前記第 1の電極への前記所定電圧の印加状態が解除されたときには、前記第 1の液体が前記第 2通路の前記第 1絶縁膜の表面から前記第 1 通路へ移動して前記第 1通路が閉止されることを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[4] 前記第 1の電極に前記所定電圧が印加されている状態では、前記第 1の液体の前記第 1絶縁膜に対する濡れ角が 90° 未満であり、前記第 1の電極に前記所定電圧が印加されていない状態では、前記第 1の液体の前記第 1絶縁膜に対する濡れ角が 90° 以上であることを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[5] 前記第 1の電極及び前記第 1絶縁膜は、前記第 2通路を形成する壁面のその分岐位置から離れた位置に形成され、

前記第 2通路を形成する壁面のうち、前記分岐位置の近傍に対する前記第 1の液体の濡れ角は、前記第 1の電極に前記所定電圧が印加されていない状態の前記第 1絶縁膜に対する前記第 1の液体の濡れ角よりも低いことを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[6] 前記第 1通路を形成する壁面に設けられた第 2の電極と、この第 2の電極の表面に設けられた第 2絶縁膜とを有し、

前記電圧印加部は、前記第 1の電極に前記所定電圧が印加されていないときにのみ、前記第 2の電極に電圧を印加することを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[7] 所定の一定電位に保持され、且つ、前記第 1の液体に常に接触するように前記内部通路を形成する壁面に設けられた第 3の電極を有することを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[8] 前記第 3の電極は、前記第 2通路を形成する壁面の前記分岐位置の近傍に形成されていることを特徴とする請求項 7に記載のバルブ。

[9] 前記第 1通路の通路面積が、前記第 2通路の通路面積よりも大きいことを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[10] 前記第 1の液体の前記内部通路の壁面と接触していない部分の表面力不揮発性を有する第 2の液体で覆われていることを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[11] 前記内部通路に接続されて前記第 1の液体を前記内部通路内に供給する液体供給源を有することを特徴とする請求項 2に記載のバルブ。

[12] その内部に形成されたインク収容空間と、このインク収容空間と大気とを連通させる大気連通路とを有するインクカートリッジに設けられ、

前記大気連通路を開閉可能に構成されていることを特徴とする請求項 2〜11の何れか一項に記載のバルブ。

[13] 被記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドのインク吐出面に装着可能で且つ前記インク吐出面側の空間と外部とを連通させる連通路を有するキャップに設けられ、前記連通路を開閉可能であることを特徴とする請求項 2〜 11の何れ力ゝ一項に記載のバルブ。

[14] 前記電圧印加部は、定期的に、前記第 1の電極に対して前記所定電圧を所定時間印加するように構成されて、ることを特徴とする請求項 12に記載のバルブ。

[15] さらに、第 1通路から分岐する第 3通路を有し、第 1通路を形成する壁面に第 2電極が形成されており、第 3通路を形成する壁面に第 3電極が形成されており、第 1通路が第 1空間と第 4空間を連通しており、第 3通路が第 1空間と第 3空間を連通しており、第 2通路が第 1空間と第 2空間を連通している請求項 1に記載のバルブ。

[16] 第 1電極に電圧を印加せずに第 3電極に所定電圧を印加することで第 1空間と第 2 空間を連通し、第 3電極に電圧を印加せずに第 1電極に所定電圧を印加することで第 1空間と第 3空間を連通する請求項 15に記載のバルブ。

[17] 請求項 12に記載のノレブを備えるインクカートリッジ。

[18] 請求項 13に記載のインクジェットヘッド用キャップ。

[19] 所定空間に開放した開口端を有する通路と、

前記通路内に設けられた複数の電極と、

前記電極上に形成された絶縁層と、

前記通路内を移動可能なプランジャとを備え、

前記通路内部にプランジャと絶縁層に接触するように導電性液体が装填されており

、複数の電極のうち所定の電極に電圧を印加することにより、プランジャが通路内を移動して開口端力突出可能であるァクチユエータ。

[20] 前記通路の幅 4mm以下である請求項 19に記載のァクチユエータ。

[21] 前記所定空間に向いたプランジャの端部と反対側の端部が通路内で液体と接触して、る請求項 19に記載のァクチユエータ。

[22] 前記通路内にプランジャが液体に包囲されて収容されている請求項 19に記載のァクチユエータ。

[23] さらにスピンドルを備え、前記電極及び前記絶縁層がスピンドル上に設けられ、前記プランジャが中空部を有し、前記スピンドルが前記中空部に収容されており、前記プランジャがスピンドル上を液体を介して移動可能である請求項 19に記載のァクチユエータ。

[24] 前記プランジャの一部にのみ親液性または撥液性処理が施されて!/、る請求項 21

〜23の何れか一項に記載のァクチユエータ。

[25] さらに、前記複数の電極に選択的に電圧を印加する電圧印加装置を備える請求項

21〜23の何れか一項に記載のァクチユエータ。

[26] 請求項 19に記載のァクチユエータと、

前記通路の開口端力所定間隔を開けて設けられた壁とを備え、

壁と開口端の間に流路が画成されており、プランジャが開口端力突出して壁に接触することにより該流路が閉鎖される流路開閉機構。

[27] 前記ァクチユエータのプランジャの先端に係合部が形成され、係合部と係合する被係合部が前記壁に形成されている請求項 26に記載の流路開閉機構。