JP2019044857A - 弁ユニット、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁のシール性および耐久性の向上が可能な弁ユニット、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供する。【解決手段】弁（５８）により液体流路を開閉する弁ユニット（２１）であって、弁の本体である基部（７５）と、基部に設けられ、対向して配置された被当接部材（６３）に当接して液体流路をシールするシール部材（７３）と、を備え、シール部材と基部とはプライマー材料（８０）を介して接合されており、基部とプライマー材料との付着仕事が８２．９〔ｍｊ／ｍ2〕以上であることを特徴とする。【選択図】図１１

Description

本発明は、例えばインクジェット記録装置等の液体噴射装置に用いられる弁ユニット、これを備える液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は、液体供給部材から液体噴射ヘッドのノズルに至るまでの流路の途中に、当該流路を開閉する弁ユニットを有する構成のものがある。例えば、特許文献１に開示されている流体用開閉器（弁ユニットの一形態）は、支持部材の内部の貫通路に弁体が設けられ、当該弁体により貫通路の遮断状態と連通状態との切り替えを行うように構成されている。そして、支持部材の材料としてシリコーンゴムを用いた場合において、支持部材における弁体との接合面に、シランカップリング剤を含むプライマー材料等が塗布されることにより、支持部材と弁体との密着性の向上が図られている。

特開２０００−１３５７９５号公報

ところが、シランカップリング剤を含むプライマー材料と、当該プライマー材料が塗布される材料との組み合わせによっては、インク浸漬により密着性（密着強度）が低下し、経時的な耐久性が劣る場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁のシール性および耐久性の向上が可能な弁ユニット、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、弁により液体流路を開閉する弁ユニットであって、
前記弁の本体である基部と、
前記基部に設けられ、対向して配置された被当接部材に当接して前記液体流路をシールするシール部材と、
を備え、
前記シール部材と前記基部とはプライマー材料を介して接合されており、
前記基部と前記プライマー材料との付着仕事が８２．９〔ｍｊ／ｍ²〕以上であることを特徴とする。

本発明によれば、基部とプライマー材料との付着仕事が８２．９〔ｍｊ／ｍ²〕以上となるようにすることにより、基部の材料とプライマー材料との相溶性が高まる。これにより、基部とシール部材との密着性（密着強度）が向上する。特に、溶剤系の液体に曝された場合においても基部とシール部材との密着強度の変化をより低減することができ、これにより、弁の耐久性がより高められる。

また、本発明は、弁により液体流路を開閉する弁ユニットであって、
前記弁の本体である基部と、
前記基部に設けられ、対向して配置された被当接部材に当接して前記液体流路をシールするシール部材と、
を備え、
前記シール部材と前記基部とはプライマー材料を介して接合されており、
前記プライマー材料の表面自由エネルギーγ_Lの分散力成分をγ_L ^d、双極子成分をγ_L ^p、水素結合成分γ_L ^hとし、
前記基部の表面自由エネルギーγ_Sの分散力成分をγ_S ^d、双極子成分をγ_S ^p、水素結合成分γ_S ^hとしたとき、次式で表される指標Ｅの値が１６．３以下であることを特徴とする。

この構成によれば、標Ｅが１６．３以下となるようにすることにより、基部の材料とプライマー材料との相溶性が高まる。これにより、基部とシール部材との密着強度が向上する。特に、溶剤系の液体に曝された場合においても基部とシール部材との密着強度の変化をより低減することができ、これにより、弁の耐久性がより高められる。

また、本発明の液体噴射ヘッドは、上記何れかの構成の弁ユニットを備え、
前記弁ユニットから供給される液体を噴射することを特徴とする。

本発明によれば、弁のシール性および耐久性が向上した弁ユニットを備えるため、より長期に亘り信頼性を確保することが可能となる。

また、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の弁ユニットと、
前記弁ユニットから供給される液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、弁のシール性および耐久性が向上した弁ユニットを備えるため、より長期に亘り信頼性を確保することが可能となる。

液体噴射装置（プリンター）の一形態を説明する平面図である。 液体噴射ヘッド（記録ヘッド）の一形態を説明する断面図である。 弁ユニットの一形態について説明する模式図である。 圧力調整弁の周辺構成を説明する断面図である。 圧力調整弁の周辺構成を説明する断面図である。 圧力調整弁の封止面の平面図である。 弾性部材（シール部材）を有機溶剤系インクに浸漬したときの接触角の変化を示すグラフである。 弁ユニットの製造工程について説明する工程図である。 弁ユニットの製造工程について説明する工程図である。 弁ユニットの製造工程について説明する工程図である。 密着強度と付着仕事との関係を示すグラフである。 密着強度とフィラー濃度（Ｓｉ濃度）との関係を示すグラフである。 密着強度と指標Ｅとの関係を示すグラフである。 基部を構成する各種樹脂についての、付着仕事、フィラー濃度、指標Ｅ、密着強度変化率、及び、基部とシール部材との密着強度についての合否判定を示す表である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明に係る弁ユニットを有する液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）１０を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）１を例に挙げて行う。

図１は、プリンター１の構成を示す平面図である。本実施形態におけるプリンター１は、記録用紙、布、あるいは樹脂フィルム等の記録媒体（液体の着弾対象：図示せず）の表面に記録ヘッド１０（図２等参照）から液体状のインク（液体の一種）を噴射させて画像やテキスト等の記録を行う装置である。このプリンター１は、フレーム２と、このフレーム２内に配設されたプラテン３と、を備えており、図示しない搬送機構によってプラテン３上に記録媒体が搬送される。また、フレーム２内には、プラテン３と平行にガイドロッド４が架設されており、このガイドロッド４には、記録ヘッド１０を収容したキャリッジ５が摺動可能に支持されている。このキャリッジ５は、図示しないキャリッジ移動機構によってガイドロッド４に沿って記録媒体の搬送方向と交差する主走査方向に往復移動するように構成されている。キャリッジ移動機構は、パルスモーター６と、このパルスモーター６の駆動により回転する駆動プーリー７と、この駆動プーリー７とはフレーム２における反対側に設けられた遊転プーリー８と、駆動プーリー７及び遊転プーリー８の間に架設されたタイミングベルト９とを有する。本実施形態におけるプリンター１は、記録媒体に対してキャリッジ５を相対的に往復移動させながら記録ヘッド１０のノズル３０（図２参照）からインクを噴射させて記録動作（液体噴射動作）を行う。

フレーム２の一側には、インクカートリッジ１３（液体供給源又は液体貯留容器の一種）を着脱可能に搭載するカートリッジホルダー１４が設けられている。インクカートリッジ１３は、エアーチューブ１５を介してエアーポンプ１６と接続されており、このエアーポンプ１６からの空気が各インクカートリッジ１３内に供給される。そして、この加圧空気によってインクカートリッジ１３の内部が加圧されることにより、当該インクカートリッジ１３内のインクがインク供給チューブ１７を通じて記録ヘッド１０側に供給（圧送）される。インクカートリッジ１３からインク供給チューブ１７から送られてくるインクは、まずキャリッジ５に搭載された弁ユニット２１に導入される。弁ユニット２１に導入されたインクは、後述するフィルター５５を通り、圧力調整部５７において供給圧力が調整されて記録ヘッド１０内部のインク流路に供給される。なお、液体貯留容器としては、例示したものには限られず、カートリッジ型、パック型、タンク型等、種々の構成のものを採用することができる。インクとしては、例えば、水系の染料インクもしくは顔料インクや、これらの水系のインクよりも耐候性が高められた有機溶剤系（エコソルベント系）インクや、紫外線の照射による硬化する光硬化型インク等、周知の種々の組成のものを用いることができる。

インク供給チューブ１７は、例えば、合成樹脂で作製された可撓性を有する中空部材であり、このインク供給チューブ１７の内部には、各インクカートリッジ１３に対応するインク流路が形成されている。また、プリンター１本体側と記録ヘッド１０側との間には、プリンター１本体側の制御部（図示せず）から記録ヘッド１０側に駆動信号等を伝送するＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）１８が配線されている。

フレーム２の内側において、記録ヘッド１０の移動範囲における一側（カートリッジホルダー１４側）に設けられたホームポジションには、記録ヘッド１０のノズル面を封止するキャップ１２を有するキャッピング機構１１が配設されている。キャッピング機構１１は、ホームポジションで待機状態にある記録ヘッド１０のノズル面（ノズル３０を有する面であり、ノズルプレート２４及び固定板２３を含む記録ヘッド１０の底面）をキャップ１２により封止してノズル３０からインクの溶媒が蒸発することを抑制する。また、キャッピング機構１１は、記録ヘッド１０のノズル面を封止した状態で封止空部内を吸引ポンプ等の吸引手段よって負圧化し、ノズル３０からインクや気泡を強制的に吸引するクリーニング動作（メンテナンス動作）を行うことができる。

次に、本実施形態における記録ヘッド１０の構成について説明する。
図２は、記録ヘッド１０の断面図である。本実施形態における記録ヘッド１０は、固定板２３、ノズルプレート２４、連通板２５、アクチュエーター基板２６、コンプライアンス基板２７、ケース２８等の複数の構成部材が積層されて接着剤等によって接合されてユニット化されてホルダー２２（図３参照）の保持空部２２ａの内部に収容・保持されている。なお、以下においては、記録ヘッド１０の各構成部材の積層方向を、適宜上下方向として説明する。

本実施形態におけるアクチュエーター基板２６は、ノズルプレート２４に形成されたノズル３０と連通する圧力室３３が形成された圧力室形成基板２９と、各圧力室３３内のインクに圧力変動を生じさせる駆動素子としての圧電素子３１と、これらの圧力室形成基板２９及び圧電素子３１を保護する保護基板３２とを積層した状態で備えている。保護基板３２の平面視における略中央部には、駆動ＩＣ３８を実装したフレキシブル基板３９が挿通される配線空部４０が開設されている。この配線空部４０内に、圧電素子３１のリード電極が配置され、このリード電極にフレキシブル基板３９の配線端子が電気的に接続される。圧電素子３１のリード電極に接続されたフレキシブル基板３９は、ＦＦＣ１８を通じて制御部から送られてくる駆動信号等を圧電素子３１に供給する。なお、フレキシブル基板３９としては、駆動ＩＣ３８を備えるものには限られず、当該駆動ＩＣ３８がインターポーザーとして機能する保護基板３２の上部に別途配置され、当該フレキシブル基板３９には駆動ＩＣ３８が設けられない構成を採用することもできる。

アクチュエーター基板２６の圧力室形成基板２９は、シリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、圧力室３３となる空間が各ノズル３０に対応して複数列設されている。この圧力室３３は、ノズル列に交差（本実施形態においては直交）する方向に長尺な液体貯留部である。この圧力室３３の長手方向の一側の端部には、ノズル連通口３４が連通し、他側の端部に個別連通口３５が連通する。本実施形態における圧力室形成基板２９には、圧力室３３の列が２列形成されている。

圧力室形成基板２９の上面（連通板２５側とは反対側の面）には、振動板３６が積層され、この振動板３６によって圧力室３３の上部開口が封止されている。すなわち、振動板３６により、圧力室３３の一部が区画されている。この振動板３６は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この振動板３６上における各圧力室３３に対応する領域に圧電素子３１がそれぞれ積層されている。

本実施形態の圧電素子３１は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３１は、例えば、振動板３６上に、下電極層、圧電体層及び上電極層（いずれも図示せず）が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子３１は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、上下方向に撓み変形する。本実施形態では、２列に形成された圧力室３３の列に対応して、圧電素子３１の列が２列形成されている。なお、下電極層及び上電極層は、両側の圧電素子３１の列から当該列の間の配線空部４０内までリード電極として延在され、上述したようにフレキシブル基板３９と電気的に接続されている。

保護基板３２は、２列に形成された圧電素子３１の列を覆うように振動板３６上に積層されている。保護基板３２の内部には、圧電素子３１の列を収容可能な長尺な収容空間４１が形成されている。この収容空間４１は、保護基板３２の下面側（振動板３６側）から上面側（ケース２８側）に向けて保護基板３２の高さ方向途中まで形成された窪みである。本実施形態における保護基板３２には、配線空部４０の両側に収容空間４１がそれぞれ形成されている。

アクチュエーター基板２６の下面には、このアクチュエーター基板２６よりも広い面積を有する連通板２５が接合される。この連通板２５は、圧力室形成基板２９と同様にシリコン単結晶基板から作製されている。本実施形態における連通板２５には、圧力室３３とノズル３０とを連通するノズル連通口３４と、各圧力室に共通に設けられた第一共通液室４３と、この第一共通液室４３と圧力室３３とを連通する個別連通口３５と、が形成されている。第一共通液室４３は、ノズル列方向に沿って延在する空部であり、連通板２５において、ノズルプレート２４のノズル列毎に対応して２つ形成されている。すなわち、第一共通液室４３は、インクの種類毎に設けられている。個別連通口３５は、各圧力室３３にそれぞれ対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。この個別連通口３５は、圧力室３３の長手方向における他側（ノズル連通口３４とは反対側）の端部と連通する。

上記の連通板２５の下面の略中央部分には、複数のノズル３０が形成されたノズルプレート２４が接合される。本実施形態におけるノズルプレート２４は、連通板２５及びアクチュエーター基板２６よりも小さい外形の板材であり、シリコン単結晶基板から構成されている。このノズルプレート２４は、連通板２５の下面において、第一共通液室４３の開口から外れた位置であって、ノズル連通口３４が開口した領域に、これらのノズル連通口３４と複数のノズル３０とがそれぞれ連通する状態で接着剤等により接合される。本実施形態におけるノズルプレート２４には、複数のノズル３０が列設されてなるノズル列が合計２条形成されている。

また、連通板２５の下面において、ノズルプレート２４の周囲を囲むように、当該ノズルプレート２４の外形に倣った形状の貫通開口４６が中央部に形成されたコンプライアンス基板２７が接合される。このコンプライアンス基板２７の貫通開口４６は、固定板２３の貫通口２３ａと連通して、その内側にノズルプレート２４が配置されるように構成されている。コンプライアンス基板２７は、連通板２５の下面に位置決めされて接合された状態で、連通板２５の下面における第一共通液室４３の開口を封止する。本実施形態におけるコンプライアンス基板２７は、コンプライアンスシート４４と、これを支持する支持板４５とが接合されて構成されている。

連通板２５の下面には、コンプライアンス基板２７のコンプライアンスシート４４が接合されて、連通板２５と支持板４５との間にコンプライアンスシート４４が挟まれた状態となる。コンプライアンスシート４４は、可撓性を有する薄膜、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂材料により作製されている。支持板４５は、コンプライアンスシート４４よりも剛性が高く且つ厚みのあるステンレス鋼等の金属材料で形成されている。この支持板４５の第一共通液室４３に対向する領域には、この第一共通液室４３の下面開口に倣った形状に支持板４５の一部が除去されている。このため、第一共通液室４３の下面側の開口は、可撓性を有するコンプライアンスシート４４のみで封止されている。換言すると、コンプライアンスシート４４は、第一共通液室４３の一部を区画している。

支持板４５の下面には固定板２３が接合されている。これにより、コンプライアンスシート４４の可撓領域と、これに対向する固定板２３との間には、コンプライアンス空間４７が形成されている。そして、このコンプライアンス空間４７におけるコンプライアンスシート４４の可撓領域が、インク流路内、特に第一共通液室４３内の圧力変動に応じて第一共通液室４３側又はコンプライアンス空間４７側に変位する。したがって、支持板４５の厚みは、コンプライアンス空間４７として必要な高さに応じて定められている。

アクチュエーター基板２６及び連通板２５は、ケース２８に固定されている。ケース２８の下面側にはアクチュエーター基板２６を収容する収容空部４９が形成されている。そして、収容空部４９にアクチュエーター基板２６が収容された状態でケース２８の下面が連通板２５によって封止される。図２に示すように、このケース２８の平面視における略中央部分には、収容空部４９と連通する挿通空部５０が開設されている。この挿通空部５０は、アクチュエーター基板２６の配線空部４０とも連通する。上記のフレキシブル基板３９は、挿通空部５０を通じて配線空部４０に挿入されるように構成されている。また、ケース２８の内部において、挿通空部５０及び収容空部４９の両側には、連通板２５の第一共通液室４３と連通する第二共通液室５１が形成されている。これらの第一共通液室４３及び第二共通液室５１が連通して形成された液室は、リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる。また、ケース２８の上面には、各第二共通液室５１と連通する導入口５２がそれぞれ開設されている。導入口５２は、ホルダー２２に設けられた流路部材の導入流路３７（図３参照）を介して弁ユニット２１における導出口６５と連通する。このため、弁ユニット２１から送られてきたインクは、導入流路３７、導入口５２、及び第二共通液室５１を順に通って第一共通液室４３へと導入され、第一共通液室４３から個別連通口３５を通じて各圧力室３３に供給される。

固定板２３は、例えば、ステンレス鋼等の金属製の板材である。本実施形態における固定板２３には、ノズルプレート２４に対応する位置に、当該ノズルプレート２４に形成されたノズル３０を露出させるため、ノズルプレート２４の外形に倣った形状の貫通口２３ａが厚さ方向を貫通する状態で形成されている。上述したように、この貫通口２３ａは、コンプライアンス基板２７の貫通開口４６と連通する。本実施形態では、この固定板２３における固定板２３の下面と貫通口２３ａにおけるノズルプレート２４の露出部分とによりノズル面が構成されている。この固定板２３は、ホルダー２２に接着剤等により接合されている。

そして、上記構成の記録ヘッド１０では、第二共通液室５１から第一共通液室４３及び圧力室３３を通ってノズル３０に至るまでの流路内がインクで満たされた状態で、駆動ＩＣ３８からの駆動信号に従い圧電素子３１が駆動されることにより、圧力室３３内のインクに圧力変動が生じ、この圧力振動によって所定のノズル３０からインクが噴射される。

図３は、弁ユニット２１の一形態について説明する模式図である。
弁ユニット２１は、インクカートリッジ１３から記録ヘッド１０に供給するインクの供給圧力を調整する部材である。本実施形態における弁ユニット２１は、合成樹脂等から作製された本体部５４（流路部材の一種）内に、フィルター５５が配設されたフィルター室５６と、圧力調整弁５８（本発明における弁の一種）を有する圧力調整部５７と、を備えている。本実施形態における本体部５４は、例えば、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ：ザイロン（登録商標））から作製されている。インクカートリッジ１３からインク供給チューブ１７を通じて送られてくるインクは、流路接続部６０から弁ユニット２１内に導入され、まず、フィルター室５６に流入する。このフィルター室５６と弁収容室６１との境界部分にフィルター５５が配設されている。

圧力調整部５７は、圧力調整弁５８が配設された弁収容室６１と、当該弁収容室６１に連通する圧力調整室６２と、圧力調整室６２の一側の開口部を封止する状態で配設された受圧部材６７と、を備えている。圧力調整室６２は、本体部５４の一方の側面（図３における右側面）から他方の側面（同図における左側面）側に向けて窪んだ凹部である。この圧力調整室６２と弁収容室６１との間を仕切る仕切壁６３には、弁収容室６１と圧力調整室６２とを相互に連通させる流入口６４（流路開口）が開設されている。この流入口６４が開口した仕切壁６３の弁収容室６１側の面は、本発明における被当接部材の一種として機能する。また、圧力調整室６２において、流入口６４よりも下流側の底部には導出口６５が開設されている。本実施形態において、流路接続部６０からフィルター室５６、弁収容室６１、流入口６４、圧力調整室６２、および導出口６５に至るまでの一連の流路は、本発明における液体流路に相当する。

上記圧力調整室６２の開口は、ダイアフラム状の受圧部材６７により封止されている。受圧部材６７は、圧力調整室６２の内圧が所定の圧力より低くなると、圧力調整室６２の内側（仕切壁６３側）へ弾性変形する可撓性のフィルム部材６８と、このフィルム部材６８の内側に設けられた作動片６９とにより構成されている。フィルム部材６８は、例えば、可撓性を有する薄手の樹脂製のフィルムから成る。このフィルム部材６８は、圧力調整室６２となる窪みの開口部（即ち、圧力調整室６２の一側の開口）を密封するように本体部５４の一方の側面に接着又は溶着されている。したがってフィルム部材６８は圧力調整室６２の一部を区画している。作動片６９は、本体部５４に支持された一端部６９ａを支点として、フィルム部材６８の変形に伴って回動可能に構成されている。

図４および図５は、圧力調整弁５８の周辺構成を説明する断面図であり、図４は開弁状態、図５は閉弁状態をそれぞれ示している。また、図６は、圧力調整弁５８の封止面（仕切壁６３側の面）７４の平面図である。
本実施形態における圧力調整弁５８は、受圧部材６７と当接する軸部７１（後述）の軸方向に進退することにより、弁収容室６１側から圧力調整室６２側へのインクの流入を許容する開弁状態と、圧力調整室６２へのインクの導入を遮断する閉弁状態とに変換可能に構成されている。この圧力調整弁５８は、例えばコイルバネ等の付勢部材７０によって閉弁位置側（仕切壁６３側）へ付勢された状態で、仕切壁６３よりも上流側に形成された弁収容室６１内に配設されている。この圧力調整弁５８は、基部７５（弁本体）とシール部材７３（弾性部材）とから構成されている。

基部７５は、円柱状の軸部７１と、この軸部７１の途中から側方に延出した鍔部７２とにより構成されている。この基部７５は、シール部材７３と比較して硬質の合成樹脂等から作製される。合成樹脂としては、例えば、本体部５４と同様の変性ＰＰＥの他、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、あるいは液晶ポリマー（ＬＣＰ）、等を採用することができる。本実施形態における基部７５は、例えば、本体部５４と同様に変性ＰＰＥ／ＰＰＳアロイから作製されている。軸部７１の先端部（鍔部７２よりも圧力調整室６２側の部分）は、その外径が流入口６４の内径よりも小さくなるように形成され、仕切壁６３に開設された流入口６４を通じて圧力調整室６２内に挿入されている。そして、開弁状態では、軸部７１と流入口６４の内周面との隙間を通じて、フィルター室５６側からのインクが圧力調整室６２側へ流入する。鍔部７２は、流入口６４の開口面積よりも広い面積を有する円盤状の部材である。この鍔部７２の仕切壁６３側の面は封止面７４として機能する。圧力調整弁５８は、当該封止面７４を、流入口６４が開口した仕切壁６３の開口面に対して進退させて流入口６４を開閉する。

鍔部７２の封止面７４における流入口６４の開口周縁部に対向する部分には、エラストマー等の弾性を有するシール部材７３が取り付けられている。このシール部材７３は、図６に示されるように、鍔部７２の外周縁に沿って平面視でリング状に形成されている。また、本実施形態におけるシール部材７３は、図４および図５に示されるように、断面視で幅広なシール基部７６と、同じく断面視でシール基部７６よりも幅が狭く半円状の当接部７７と、を一体的に有している。そして、図５に示されるように、閉弁時においては、シール部材７３の当接部７７が、これと対向配置された仕切壁６３における流入口６４の開口周縁部に対して弾性により当接して密着することにより、当該流入口６４の開口周縁部を液密にシールする。すなわち、シール部材７３は、圧力調整弁５８が閉じた状態で流入口６４の周縁部に密着する。このように、圧力調整弁５８が基部７５にシール部材７３を備えることにより、当該シール部材７３が閉弁時に流入口６４の開口周縁部に弾性により密着するので、閉弁時のシール性が向上する。このシール部材７３の詳細については後述する。

付勢部材７０は、圧力調整弁５８における鍔部７２の封止面７４とは反対側の面に当接して圧力調整弁５８全体を仕切壁６３側に付勢し、圧力調整室６２の内部が所定圧力に減圧されるまで閉弁状態を維持する。即ち、圧力調整弁５８は、付勢部材７０の付勢力に抗する応力を受けない限り、鍔部７２のシール部材７３が流入口６４の開口周縁部に密着する閉弁位置に維持される。そして、圧力調整弁５８の閉弁状態における閉弁位置では、圧力調整弁５８は弁収容室６１側から圧力調整室６２側へのインクの流入を遮断する。

圧力調整弁５８によって圧力調整室６２へのインクの流入が遮断されると、圧力調整室６２の内圧が、記録ヘッド１０によるインクの消費に伴って低下していく。圧力調整室６２内が所定圧力まで減圧されると、受圧部材６７のフィルム部材６８が大気圧により圧力調整室６２の内側へ変形して、作動片６９を仕切壁６３側（圧力調整弁５８側）へ押圧する。これにより、作動片６９は、閉弁位置にある圧力調整弁５８の軸部７１の先端部を押圧し、付勢部材７０の付勢力に抗しながら圧力調整弁５８を開方向（仕切壁６３から離隔する側）に移動させる。これにより、図４に示されるように、鍔部７２のシール部材７３が仕切壁６３の開口面から離間して、密着状態が解除された位置（開弁位置）まで圧力調整弁５８が変位する。

上記の開弁状態では、弁収容室６１側から流入口６４を通じて圧力調整室６２内へのインクの流入が許容される。圧力調整室６２に流入したインクは、導出口６５を通じて記録ヘッド１０のインク流路に供給される。開弁後、圧力調整室６２内にインクが流入すると、これに伴って圧力調整室６２の内圧が次第に上昇する。圧力調整室６２の内圧の上昇により、受圧部材６７が、仕切壁６３側（圧力調整弁５８側）から遠ざかる側に向かって次第に変位する。図５に示されるように、最終的には、圧力調整弁５８が付勢部材７０による付勢力によって閉弁位置まで変位し、これにより鍔部７２のシール部材７３が流入口６４の開口周縁部に密着して流入口６４を閉塞し、圧力調整室６２へのインクの流入を遮断する。つまり、液体流路をシールする。

次に、上記シール部材７３について説明する。
本実施形態におけるシール部材７３は、撥液性及び弾性を有する樹脂、具体的には、フッ素化ポリエーテル骨格を有するフッ素化エラストマーにより作製されている。フッ素化エラストマーは、撥液性及び弾性（柔軟性）を有する他、耐熱性や化学的安定性を有し、長期にわたって性能が維持されるので、シール部材７３として好適である。また、フッ素化エラストマーとして、例えば、ヒドロシリル基（ケイ素−水素結合）及び炭化水素基（例えば、炭素−炭素二重結合を有するビニル基等のアルケニル基）を有するフッ素化ポリエーテル骨格のフッ素化シリコーン樹脂を採用することができる。ここで、プリンター１において、インクとして例えば有機溶剤系インクを使用した場合、従来のスチレン系エラストマーあるいはオレフィン系エラストマーで作製されたシール部材では、インクにより膨潤して弁本体との密着強度（接合強度）が弱まり、これにより弁本体から離脱するおそれがあった。本発明に係るプリンター１では、シール部材７３として上記フッ素化エラストマーが採用され、さらに、シール部材７３と基部７５との間にプライマー層８０が形成されていることにより、上記問題を解決している。以下、この点について説明する。

図７は、スチレン系エラストマーのシール部材及びフッ素化エラストマーのシール部材を、６０℃に加温した有機溶剤系インクにそれぞれ浸漬したときの接触角（静的接触角）の変化を示すグラフである。なお、浸漬前（０日）に測定された接触角と、１４日経過した時点で測定された接触角がそれぞれプロットされている。同図に示されるように、スチレン系エラストマーの場合、浸漬状態での時間の経過と共に接触角が低下するのに対し、フッ素化エラストマーはスチレン系エラストマーに比べて高い接触角を示し、しかも浸漬後においても接触角に殆ど変化が観られない。このように、本実施形態におけるシール部材７３は、有機溶剤系インクに対して耐性、すなわち、優れた撥液性を有し、当該インクによる膨潤が抑制されるので、有機溶剤系インクを使用した場合においても膨潤による基部７５からの離脱を抑制することができる。また、撥液性を長期に亘って維持することができるので、インクの含有成分がシール部材７３に堆積にすることが低減される。このため、この堆積物によるシール性の低下が抑制される。さらに、本実施形態においては、シール部材７３と基部７５との接合強度を高めるべく、これらの間にプライマー層８０が設けられている。そして、基部７５とプライマー層８０との間の付着仕事等を規定することにより、耐インク性をより高めている。この点については後述する。

次に、本発明に係る圧力調整弁５８の製造工程について説明する。
図８から図１０は、圧力調整弁５８の製造工程における主にプライマー工程（プライマー層８０の形成工程）について説明する工程図である。本発明に係る圧力調整弁５８の製造工程では、基部７５にシール部材７３を一体成形するにあたり、インサート成形が採用される。これにより、基部７５とシール部材７３との間にプライマー層８０を形成するプライマー工程（プライマー処理）を行うことができ、これにより、基部７５とシール部材７３との接合強度の向上が図られている。

まず、基部７５が射出成形される。すなわち、射出成形機により、基部７５の材料が加熱溶融されて金型内に射出され、その後、冷却工程を経て基部７５の形状に成形される。次に、シール部材７３との密着性を高めるために基部７５における封止面７４の少なくともシール部材７３が形成される部分（以下、シール配置部）の基材、すなわち、本実施形態においては基部７５にプライマー処理が施されることにより、基部７５とシール部材７３との間に介在するプライマー層８０が形成される（プライマー工程）。本実施形態におけるプライマー工程は、２種類のプライマー溶液（プライマー材料の一種）が用いられて第１のプライマー工程と第２のプライマー工程の２回の工程に分けて行われる。第１のプライマー工程では、シール配置部の基材と反応する官能基、及び、後述する第２のプライマー層８２と結合する官能基を有するシランカップリング剤からなる第１のプライマー溶液が用いられる。より具体的には、第１のプライマー溶液は、基部７５の素材にフィラーとして含有されているシリカに由来する水酸基（ＯＨ基）と化学結合する加水分解性基（例えばメトキシ基等のアルコキシ基等）、及び、第２のプライマー層８２と結合する炭化水素基（例えば、炭素−炭素二重結合を有するビニル基等のアルケニル基）を有するシランカップリング剤からなる第１のプライマー溶液が用いられる。

第１のプライマー工程では、基部７５の封止面７４における少なくともシール部材７３が形成されるシール配置部に、上記の第１のプライマー溶液が、刷毛等により塗布され、又は、スプレー等により吹き付けられる。すなわち、第１のプライマー工程では、ケイ素−水酸基結合及び炭素−炭素二重結合を有する分子でシール配置部が表面処理される。このように、プライマー溶液（第１のプライマー溶液、及び、後述する第２のプライマー溶液）を塗布し又は吹き付けることにより、シール配置部に選択的にプライマー層８０（８１，８２）を形成することができる。その後、十数分から数十分間、室温で放置されることで乾燥（風乾）され、続いて、１００℃以上、２００℃以下の温度で十数分から数十分程度加熱される。この過程で、第１のプライマー溶液の加水分解、及び、基部７５のシール配置部に配置された水酸基との結合を経てシロキサン結合（ポリシロキサン）による膜が形成され、さらに、加熱・乾燥による脱水縮合反応により、図８に示されるように、基部７５のシール配置部に第１のプライマー層８１が形成される。その結果、基部７５のシール配置部と第１のプライマー層８１との間には、シロキサン結合（ケイ素−酸素結合）が形成される。このシロキサン結合の結合エネルギーは、炭素結合の結合エネルギーよりも大きく、且つ安定しているため、より強固な結合強度が得られる。

第１のプライマー工程に続いて行われる第２のプライマー工程では、例えば、シール部材７３の素材のポリマー成分を含み、且つシール部材７３の素材及び第１のプライマー層８１のそれぞれと反応する官能基（ヒドロシリル基、及び、ビニル基等の炭化水素基）を有する第２のプライマー溶液が用いられる。すなわち、この第２のプライマー溶液は、第１のプライマー層８１とシール部材７３とのそれぞれと結合するため、ヒドロシリル基及び炭化水素基をより多く有している。そして、第２のプライマー工程では、上記の第１のプライマー層８１が形成された部分に第２のプライマー溶液が塗布又は吹き付けられる。すなわち、第２のプライマー工程では、ヒドロシリル基及び炭素−炭素二重結合を有する分子で、第１のプライマー工程で表面処理が施された（第１のプライマー層８１が形成された）シール配置部がさらに表面処理される。その後、数分間、室温で放置されることで乾燥され、さらに、１００℃以上、１７０℃以下の温度で十数分から数十分程度加熱されて、図９に示されるように、第１のプライマー層８１に重ねて第２のプライマー層８２が形成される。この第２のプライマー層８２のヒドロシリル基と第１のプライマー層８１の炭化水素基とが反応することにより、シロキサン結合と炭素−炭素二重結合が形成される。これにより、両プライマー層８１，８２が互いに結合してプライマー層８０が形成される。

続いて、インサート成形によりシール部材７３がプライマー層８０に積層されて、図１０に示されるように、基部７５にシール部材７３が一体に成形される。当該シール部材７３が成形される部分にプライマー層８０が形成された基部７５が、図示しないインサート成形用の金型にセットされる。この状態で、液状のシール部材７３の素材（フッ素化エラストマー）が金型内に射出され、加熱処理を経て当該シール部材７３が硬化される。この過程で、このシール部材７３のヒドロシリル基と第２のプライマー層８２の炭化水素基とが反応し、また、シール部材７３の炭化水素基と第２のプライマー層８２のヒドロシリル基とが反応して、シール部材７３とプライマー層８０（第２のプライマー層８２）とが互いに強固に結合される。ここで、シール部材７３との接合には、比較的多くの炭素−炭素二重結合を要するため、第２のプライマー層８２は、第１のプライマー層８１と比較してより多くの炭素−炭素二重結合を有している。したがって、基部７５とシール部材７３との間のプライマー層８０において炭素−炭素二重結合がシール部材７３側により多く分布している。これにより、プライマー層８０とシール部材７３との結合強度をより高めることができる。

以上の工程を経て、基部７５とシール部材７３とが一体化された圧力調整弁５８が得られる。このように、基部７５のシール配置部に、当該基部７５の素材（シール配置部の基材）と反応する第１のプライマー層８１と、当該第１のプライマー層８１及びシール部材７３の素材と反応する第２のプライマー層８２と、の合計２層のプライマー層８０が形成されることにより、基部７５とシール部材７３との接合強度を高めつつ一体成形が可能となる。そして、シール部材７３が、フッ素化ポリエーテルを含有することで、インク等の液体、特に有機溶剤系インクに対して優れた撥液性を有するので、使用する液体の種類を問わずシール部材７３が膨潤することが抑制される。これにより、基部７５からのシール部材７３の離脱が抑制される。その結果、圧力調整弁５８のシール性および耐久性が向上する。

また、シール部材７３がインクに対して優れた撥液性を有することから、当該シール部材７３にインクの含有成分が堆積しにくいので、シール性の低下を抑制することが可能となる。そして、本実施形態においては、インサート成形により基部７５とシール部材７３とが一体化された圧力調整弁５８が作製されるので、基部７５のシール配置部にプライマー処理を行うことができる。このため、装置構成を複雑化することなく基部７５とシール部材７３との接合強度をより向上させることができる。

ここで、上記のように、圧力調整弁５８における基部７５とシール部材７３との間にプライマー層８０を介在させる構成であっても、基部７５の材料と、プライマー層８０の材料であるプライマー材料（プライマー溶液）との組み合わせによって、インクに浸漬されたときの基部７５とシール部材７３との密着強度の経時的な変化度合にばらつきがある。このため、基部７５の材料とプライマー材料との組み合わせによっては、耐久性に劣るものもある。このため、本実施形態においては、以下に説明するように、「基部７５の材料とプライマー材料との付着仕事」又は「基部７５の材料とプライマー材料との性質の相違度を示す指標Ｅ」を規定することにより、基部７５とシール部材７３との密着強度（接合強度）をより向上させるとともに、耐久性をより高めている。

図１１は、圧力調整弁５８を有機溶剤系インクに浸漬したときの基部７５とシール部材７３との密着強度の変化と、基部７５の材料とプライマー材料との付着仕事との関係を示すグラフである。同図において、横軸が付着仕事〔ｍＪ／ｍ²〕であり、縦軸が密着強度の変化率〔％〕である。なお、浸漬前（０日）に測定された密着強度を基準として有機溶剤系インクに浸漬させて２８日経過した時点で測定されたときの密着強度の変化率が、付着仕事が異なる複数の基部７５の材料毎にそれぞれプロットされている。本実施形態においては、付着仕事が異なる樹脂Ａ〜Ｅの合計５種類の合成樹脂を材料とする基部７５に上記プライマー層８０を介してシール部材７３を形成したときの密着強度が測定されている。

ここで、基部７５に付着したプライマー材料（液体状のプライマー溶液）を当該基部７５から引き離すのに必要な仕事である付着仕事Ｗ_SLは、以下の式（１）で規定される。

…（１）
上記式（１）において、γ_Sは基部７５の表面自由エネルギー、γ_Lは、プライマー材料の表面自由エネルギーである。また、γ_SLは、以下の式（２）で表される。

…（２）
上記式（２）において、γ_L ^d、γ_L ^p、γ_L ^hは、それぞれプライマー材料の表面自由エネルギーγ_Lの成分であり、γ_L ^dは分散力成分、γ_L ^pは双極子成分、γ_L ^hは水素結合成分である。同様に、γ_S ^d、γ_S ^p、γ_S ^hは、それぞれ基部７５の表面自由エネルギーγ_Sの成分であり、γ_S ^dは分散力成分、γ_S ^pは双極子成分、γ_S ^hは水素結合成分である。

図１１に示されるように、付着仕事の値が大きいほど、基部７５の材料とプライマー材料との相溶性が高まり、これにより、密着強度の変化率が小さくなる。特に、付着仕事が８２．９〔ｍＪ／ｍ²〕以上の樹脂Ａ〜Ｃに関しては、インクへの浸漬後においても密着強度が殆ど変化せず、良好な耐久性（耐インク性）を示すことがわかる。これに対し、付着仕事が８２．９〔ｍＪ／ｍ²〕よりも小さい樹脂Ｄ及びＥに関しては、インクへの浸漬後の密着強度が−１００〔％〕前後まで低下しており、耐インク性が低くなっている。

図１２は、圧力調整弁５８を有機溶剤系インクに浸漬したときの基部７５とシール部材７３との密着強度の変化と、基部７５に含まれるフィラーのＳｉ濃度〔％〕（エネルギー分散型Ｘ線分析による）との関係を示すグラフである。従来では、基部７５の素材にフィラーとしてシリカをより多く添加させることにより、プライマー層８０との密着強度を高めることが試みられていたが、図１２に示されるように、フィラーの添加量（Ｓｉ濃度）と密着強度の変化率に相関は観られず、逆にフィラーをより多く添加することで樹脂の流動性が低下し、基部７５のような微細な形状を成形する上では不利となる。

図１３は、圧力調整弁５８を有機溶剤系インクに浸漬したときの基部７５とシール部材７３との密着強度の変化と、基部７５の材料とプライマー材料との性質の相違度を示す指標Ｅとの関係を示すグラフである。この指標Ｅは、以下の式（３）で表される指標である。

…（３）
すなわち、上記指標Ｅは、プライマー材料の表面自由エネルギーγ_Lの各成分γ_L ^p、γ_L ^h、γ_L ^dと、基部７５の表面自由エネルギーγ_Sの各成分γ_S ^p、γ_S ^h、γ_S ^dとの相違度（３点間の距離）を示している。この指標Ｅの値が小さいほど、密着強度の変化率が小さくなる。密着強度の変化率を小さくするには、上述したように付着仕事を大きくすることが望ましい。そして、上記付着仕事を大きくするには、式（１）におけるγ_SLをできるだけ小さくすればよい。この点に関し、プライマー材料の表面自由エネルギーγ_Lの各成分γ_L ^p、γ_L ^h、γ_L ^dと、基部７５の表面自由エネルギーγ_Sの各成分γ_S ^p、γ_S ^h、γ_S ^dとがそれぞれ可及的に近い値であるとき、すなわち、指標Ｅができるだけ小さい値であるときにγ_SLがより小さくなる。このように、付着仕事と指標Ｅとの間には相関がある。図１３に示されるように、指標Ｅが１６．３以下の樹脂Ａ〜Ｃに関しては、インクへの浸漬後においても密着強度が殆ど変化せず、良好な耐インク性を示すことがわかる。これに対し、指標Ｅが１６．３よりも大きい樹脂Ｄ及びＥに関しては、インクへの浸漬後の密着強度が−１００〔％〕前後まで低下しており、耐インク性が低い。

図１４は、上記各樹脂Ａ〜Ｅについての、付着仕事、フィラー濃度（Ｓｉ濃度）、指標Ｅ、密着強度変化率、及び、基部７５とシール部材７３との密着強度についての合否判定を示す表である。合否判定については、弁ユニット２１の仕様上求められる耐久性を有する場合には合格（〇）、求められる耐久性に満たない場合には不合格（×）と判定される。同図に示されるように、付着仕事が８２．９〔ｍＪ／ｍ²〕以上、指標Ｅが１６．３以下の条件を満たす樹脂Ａ〜Ｃは合格判定（〇）であり、付着仕事及び指標Ｅが条件を満たさない（付着仕事が８２．９〔ｍＪ／ｍ²〕未満、指標Ｅが１６．３よりも大きい）樹脂Ａ〜Ｃは合格判定（〇）となっている。

このように、本発明に係る弁ユニット２１においては、付着仕事が８２．９〔ｍＪ／ｍ²〕以上、又は指標Ｅが１６．３以下となるような基部７５の材料とプライマー材料との組み合わせが選択されることにより、基部７５の材料とプライマー材料との相溶性が高まり、基部７５とシール部材７３との密着性（密着強度）が向上する。特に、溶剤系インクに曝された場合においても基部７５とシール部材７３との密着強度の変化をより小さくすることができ、これにより、圧力調整弁５８の耐久性がより高められる。この圧力調整弁５８を有する弁ユニット２１を備えるプリンター１や記録ヘッド１０では、圧力調整弁５８の耐久性が向上するので、信頼性の向上が可能となる。

なお、上記実施形態においては、弁ユニット２１が、記録ヘッド１０から独立した部材である構成を例示したが、これには限られず、液体噴射ヘッド自体が本発明に係る弁ユニットを有する構成（液体噴射ヘッドが、本発明に係る弁ユニットに相当する機能を有する構成）を採用することもできる。

そして、上記実施形態においては、弁ユニットとして、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド１０にインクを供給する弁ユニット２１を例示したが、これには限られず、本発明の弁ユニットは、種々の液体が流通する液体流路の開口を開閉する用途に用いることが可能である。

１…プリンター，２…フレーム，３…プラテン，４…ガイドロット，５…キャリッジ，６…パルスモーター，７…駆動プーリー，８…遊転プーリー，９…タイミングベルト，１０…記録ヘッド，１１…キャッピング機構，１２…キャップ，１３…インクカートリッジ，１４…カートリッジホルダー，１５…エアーチューブ，１６…エアーポンプ，１７…インク供給チューブ，１８…ＦＦＣ，１９…回路基板，２１…弁ユニット，２２…ホルダー，２３…固定板，２４…ノズルプレート，２５…連通板，２６…アクチュエーター基板，２７…コンプライアンス基板，２８…ケース，２９…圧力室形成基板，３０…ノズル，３１…圧電素子，３２…保護基板，３３…圧力室，３４…ノズル連通口，３５…個別連通口，３６…振動板，３７…導入流路，３８…駆動ＩＣ，３９…フレキシブル基板，４０…配線空部，４１…収容空間，４３…第一共通液室，４４…コンプライアンスシート，４５…支持板，４６…貫通開口，４７…コンプライアンス空間，４９…収容空部，５０…挿通空部，５１…第二共通液室，５２…導入口，５４…本体部，５５…フィルター，５６…フィルター室，５７…圧力調整部，５８…圧力調整弁，６０…流路接続部，６１…弁収容室，６２…圧力調整室，６３…仕切壁，６４…流入口，６５…導出口，６７…受圧部材，６８…フィルム部材，６９…作動片，７０…付勢部材，７１…軸部，７２…鍔部，７３…シール部材，７４…封止面，７５…基部，７６…シール基部，７７…当接部，８０…プライマー層，８１…第１のプライマー層，８２…第２のプライマー層

Claims (4)

1. 弁により液体流路を開閉する弁ユニットであって、
   前記弁の本体である基部と、
   前記基部に設けられ、対向して配置された被当接部材に当接して前記液体流路をシールするシール部材と、
   を備え、
   前記シール部材と前記基部とはプライマー材料を介して接合されており、
   前記基部と前記プライマー材料との付着仕事が８２．９〔ｍｊ／ｍ²〕以上であることを特徴とする弁ユニット。
2. 弁により液体流路を開閉する弁ユニットであって、
   前記弁の本体である基部と、
   前記基部に設けられ、対向して配置された被当接部材に当接して前記液体流路をシールするシール部材と、
   を備え、
   前記シール部材と前記基部とはプライマー材料を介して接合されており、
   前記プライマー材料の表面自由エネルギーγ_Lの分散力成分をγ_L ^d、双極子成分をγ_L ^p、水素結合成分γ_L ^hとし、
   前記基部の表面自由エネルギーγ_Sの分散力成分をγ_S ^d、双極子成分をγ_S ^p、水素結合成分γ_S ^hとしたとき、次式で表される指標Ｅの値が１６．３以下であることを特徴とする弁ユニット。
   

   
3. 請求項１又は請求項２に記載の弁ユニットを備え、
   前記弁ユニットから供給される液体を噴射することを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１又は請求項２に記載の弁ユニットと、
   前記弁ユニットから供給される液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
   を備えることを特徴とする液体噴射装置。

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