(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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が、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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の何れか一項に記載のバルブ。
【請求項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いることを特徴とする請求項１２に記載のバルブ。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項１７】
請求項１２に記載のバルブを備えるインクカートリッジ。
【請求項１８】
請求項１３に記載のインクジェットヘッド用キャップ。
【請求項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から突出可能であるアクチュエータ。
【請求項２０】
前記通路の幅４ｍｍ以下である請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項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いる請求項１９に記載のアクチュエータ。
【請求項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に記載のアクチュエータ。
【請求項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に記載のアクチュエータ。
【請求項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いる請求項２１〜２３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項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アクチュエータ。
【請求項２６】
請求項１９に記載のアクチュエータと、
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から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。
【請求項２７】
前記アクチュ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。
【発明の詳細な説明】
【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、インク供給口から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ってしまう。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、その通路幅が狭く、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】
【発明が解決しようとする課題】
【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から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く、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バルブを提供することである。本発明の別の目的は、キャピラリーエレクトロウェッティング現象を用いた新規なアクチュ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加、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通路から第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絶縁膜からから第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から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通路から第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通路から第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、液体供給源から内部通路内に第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イ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ヘ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、このようなバル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きる。
【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エ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から突出可能であるアクチュエータが提供される。
【００２３】
本発明のアクチュエータは、キャピラリーエレクトロウェッティング現象を利用した新規なアクチュエータである。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い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。本発明のアクチュエータは、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いてもよい。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。本発明のアクチュエータは、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、本発明のアクチュエータと、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から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、本発明のアクチュ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。前記アクチュ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てもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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。
【図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。
【図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。
【図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流路が連通している状態を示す。
【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流路が連通している状態を示す。
【図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次元的に連結してい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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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ェッティング現象を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
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  バルブ、  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  イ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、本発明のバルブ及びアクチュエータに用いる、本発明者が見出した液体の搬送及び移動に用いるキャピラリーエレクトロウェッティング現象（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が９０°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かかる表面張力Ｆ１の合力Ｆと、管外の液面よりも上にある部分の液体にかかる重力Ｇとの釣り合いにより決まる（図３２（ａ）参照）。濡れ角θが９０°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かかる表面張力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１ｃｍ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、エレクトロウェッティング現象と毛管現象を組み合わせることによって、キャピラリーエレクトロウェッ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、エレクトロウェッ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、電圧を印加した後は薄膜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、エレクトロウェッ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、エレクトロウェッ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、アクチュエータ、及びそのアクチュ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い。【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１１ａ、左右の側壁部１１ｂ，１１ｃ、及び、底壁部１１ｄがそれぞれ形成されている。底壁部１１ｄからは、一旦上方へ延びた後、右方へ延び、にさらに上方へ延びる隔壁１１ｅが形成されている。そして、第１板部材１１の上壁部１１ａ、左右の側壁部１１ｂ，１１ｃ、及び、底壁部１１ｄと、第２板部材１２により囲われた空間が隔壁１１ｅにより左右に分割され、隔壁１１ｅの左側にはインク収容空間２２が、隔壁１１ｅの右側には大気連通路２４が夫々形成されている。尚、隔壁１１ｅ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が形成されている。また、底壁部１１ｄ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１１ｄに形成されている。【００４０】
第１板部材１１の底壁部１１ｄの左側部分には下方へ突出する突出部１１ｆが形成されている。また、第２板部材１２の、突出部１１ｆと対向する部分にも、突出部１１ｆと同じ平面形状を有し、且つ、突出部１１ｆと接合された突出部１２ｆが形成されている。これら突出部１１ｆ，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１１ｆ，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を介してイ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っている。【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からイ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３３（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１１ｄに形成された溝１１ｇにより、底壁部１１ｄ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１１ｇ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１１ｈ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っている。例えば、図４に示す、第１通路３１の幅Ｂ１＝２００μｍ、高さＨ１＝１２０μｍに対して、第２通路３２の幅Ｂ２＝１２０μｍ、高さＨ２＝１２０μｍとなっている。より一般的には、第２通路３２において、キャピラリーエレクトロウェッ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、水にグリセリン等を溶かした水溶液等を使用できる。あるいは、イオンのみからなるイオン性液体（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、大気にさらされていても蒸発しないという長所がある。【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１１ｈの壁面のうち、その分岐位置か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１１ｇ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１１ｈ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１１ｈの壁面には、例えば、四フッ化エチレン等のフッ素系樹脂からなる絶縁膜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っている。言い換えると、絶縁膜３６が形成されていない分岐位置近傍に対する液体３４の濡れ角が、絶縁膜３６の表面における液体３４の濡れ角よりも低くなっている。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（エレクトロウェッティング現象）。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い。【００４８】
また、第１通路３１の、電極３７の表面を含む溝１１ｇの壁面には、前述の絶縁膜３６と同じ材料（例えば、フッ素系樹脂）からなる絶縁膜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っている。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ェッ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いる。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１１ｇ及び溝１１ｈ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、バルブ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ヘッド制御部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、各ステップを示している。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が形成されていない部分に対する液体３４の濡れ角よりも大きくなっている（撥液性が高くなっている）。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、部分的に低くなっている（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３４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内のイ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（Ｓ１０）。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３７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へ移動しやすくなっている。【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（Ｓ１１）。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３４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３４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が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】
バルブ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バルブとは異なり、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も小さくなる。【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が形成されていない分岐位置近傍に対する液体３４の濡れ角が、電極３５に電圧が印加されていない状態での絶縁膜３６の表面における液体３４の濡れ角よりも低くなっている。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っても特別な設計を考慮することなく、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加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１１ｈ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く、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が、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＞
バルブが液体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＞
バルブ２５が、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いてもよい。長期間印刷が行われていない場合には、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ったり、あるいは、負圧になったりしてしまう。そこで、例えば、インクジェットプリンタ１の制御装置４０において、前回印刷が終了した時間から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、カートリッジ本体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、インクカ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１４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ャリッジ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８２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、搬送ローラ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５８（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）の出射口から記録用紙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、インクカートリッジ（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、マニホールド６１と、このマニホールド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、マニホールド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６０ａとなっている。そして、チューブ８３からマニホールド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、キャップ部６４ａを下方から支持する基部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）をノズルキャップ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から分岐する第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７５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、バルブ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がキャリッジ駆動部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、イ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っている。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１８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６０ａはキャップ部６４ａにより覆われている。【００８４】
このとき、図１９（ｂ）に示すように、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７１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、インクジェットヘッド６０が用紙搬送領域に対向するようにキャリッジ８１を退避位置から移動させ（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７２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、一旦第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を開放してからノズルキャップ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１１１ａ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１１１ａ〜１１５ａを覆うように四フッ化エチレンからなる絶縁膜１１８が形成されている。これらの電極１１１ａ〜１１５ａ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が充填されている。【００９３】
図２２に示すように、第１電極１１１ａ〜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とそこから流路１１１〜１１４に沿って等しい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から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１１２ａ及び第４電極１１４ａ上に形成されている絶縁膜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、キャピラリーとして作用する第２流路１１２及び第４流路１１４に沿って移動する。従って、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の存在しない空隙が形成される。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になる。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上に形成されている絶縁膜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、キャピラリーとして作用する第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１１１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１１３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ウエイバル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が、５つ以上の流路を交差部から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１１５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、バルブ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アクチュエータ）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バル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１１ｇ及び１１ｈにより第１通路３１及び第２通路３２（通路の径（幅）約４ｍｍ）が画成されている。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、細長い形状のウォータチューブＷＴを形成している。【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から形成されている。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ューブ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１１ｇ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がウォータチューブＷＴと接合しているので、プランジャ２０５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。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、キャピラリーエレクトロウェッ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に向かって押し出され、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２０５の凹部２０５ｃが凸部１１ｉ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２３５ａ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、これらは新規なアクチュ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ったが、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と接触していたので、ウォータチューブＷＴがプランジャ２０５の端面２０５ａ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１００μｍ〜８ｍｍ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、キャピラリーエレクトロウェッ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に向かって押し出され、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３０５の凹部３０５ｃが凸部１１ｉ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３０１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、それらは新規なアクチュエータを構成していることが分ろう。【０１０８】
［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、長手方向に沿っ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４０５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４０５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４０３ａ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１１ｊが形成されている。【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に対する濡れ性が、電極４３５ａ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が形成されていない部分）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が形成されていない部分）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１１ｊ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に対する濡れ性が、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、キャピラリーエレクトロウェッ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４０７に対して第１流路３１に向かって押し出され、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１１ｊ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４０５、スピンドル４０７及び水Ｗは、斬新なアクチュ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（濡れ性の高い）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いて、プランジャはプラスチック材料であったが、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、ガラス素材や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）加工やシリコンコーティング、ガラス素材などを設けるかそのような材料から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く、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）に電極を設けたが、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（μＴＡＳ）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ュレータや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イ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く、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ェッ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アクチュ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イッチや、ロック機構に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、キャピラリーエレクトロウェッティング現象の性質上、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。
【図１】
0004784510.tif 000002
【図２】
0004784510.tif 000003
【図３】
0004784510.tif 000004
【図４】
0004784510.tif 000005
【図５】
0004784510.tif 000006
【図６】
0004784510.tif 000007
【図７】
0004784510.tif 000008
【図８】
0004784510.tif 000009
【図９】
0004784510.tif 000010
【図１０】
0004784510.tif 000011
【図１１】
0004784510.tif 000012
【図１２】
0004784510.tif 000013
【図１４】
0004784510.tif 000014
【図１５】
0004784510.tif 000015
【図１６】
0004784510.tif 000016
【図１７】
0004784510.tif 000017
【図１８】
0004784510.tif 000018
【図１９】
0004784510.tif 000019
【図２０】
0004784510.tif 000020
【図２１】
0004784510.tif 000021
【図２２】
0004784510.tif 000022
【図２３】
0004784510.tif 000023
【図２４】
0004784510.tif 000024
【図２５】
0004784510.tif 000025
【図２６】
0004784510.tif 000026
【図２７】
0004784510.tif 000027
【図２８】
0004784510.tif 000028
【図２９】
0004784510.tif 000029
【図３０】
0004784510.tif 000030
【図３１】
0004784510.tif 000031
【図３２】
0004784510.tif 000032
【図３３】
0004784510.tif 000033
【図１３】
0004784510.tif 000034