(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に流体供給孔を有し、周縁部が硬質材料で補強固定された弾性材料からなり、上記流体供給孔に対応するように配置された固定弁座に当接するようバネを備えた可動支持体によって支持されるディスク状弁体が、該固定弁座に接離することにより、該流体供給孔を開閉する流体供給弁において、前記ディスク状弁体が、周縁部近傍及び流体供給孔部近傍に円周方向に沿って薄肉部を設けたものであり、該薄肉部の厚さがそれぞれ厚肉部の厚さに対して３０〜７０％であり、薄肉部の幅がそれぞれ０．５〜２ｍｍであり、かつ射出成形により得られることを特徴とするインク供給弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体供給弁に関し、さらに詳しくは、特にインクジェット記録装置において、記録時に記録ヘッドから吐出されるインク量に見合ったインクをインク室から該記録ヘッド部へ良好に供給するためのインクタンク弁として好適な流体供給弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録装置においては、インクが充填されるインク室と、記録ヘッド部にインクを供給するインク供給部とを有するインクタンクが装着されている。そして、このインクタンクの形式としては、例えばキャリッジに対し固定的に取付けられた記録ヘッドに対して、装置内をはい回されたチューブを介してインクを供給するように構成され、装置に対して着脱自在なもの、あるいは記録ヘッドと一体的に構成され、キャリッジに対して着脱自在なものなどがある。
前者のインクタンクにおいては、記録ヘッドに対して水頭差を設けることでインクを供給する形態をとっており、一方、後者においては、インクタンク側に負圧発生源を備えることで、記録ヘッドにインクを供給する形態をとっている。
近年、装置の小型化やメインテナンスの容易性などの面から、後者の形態のインクタンクを採用する装置が多く提案されている。
このようなインクタンクには、記録時に記録ヘッドから吐出されるインク量に見合ったインクを良好に供給できるとともに、非記録時においては吐出口からのインクの洩れなどがないことが要求される。
【０００３】
このような要求を満たすインクタンクとしては、例えば記録ヘッドとインクタンクとが一体化され、キャリッジに対して着脱自在とされたカートリッジであって、インクタンク内に吸収体（発泡体）が充填されているものがある。このように、インクタンク内に吸収体を充填することで、記録ヘッドのインク吐出部で安定したインクのメニスカスを維持することができ、また、この吸収体の毛細管力によってインクタンク内でインクが保持されている。この場合、インクタンク内ほぼ全体に吸収体が充填されていることが必要であり、吸収体が最大保持可能なインク量よりもやや少ないインク量を吸収体に保持させておくことにより、毛細管力を利用して内部負圧を発生させている。したがって、記録ヘッド及びインクタンクに振動などの機械的衝撃や温度変化などの熱的衝撃などが付与された場合でも、記録ヘッドの吐出部やインクタンクの大気連通部からのインクの洩出が少なく、安定したインクの保持を行うことができる。
【０００４】
しかしながら、インクタンク内全体に吸収体を充填した方式は、インクの消費に伴って吸収体の負圧が大きくなり、記録ヘッドに供給されずにインクタンク内に残るインク量が多く、使用効率が悪いという問題を有している。
このような問題を解決するために、例えばインクタンクの下部に通孔を備えた壁により、インク溜めと空洞とに分離し、この通孔にアンブレラチェックバルブを移動可能に設けて、記録ヘッドのインク圧が低下した時点で、バルブを開弁してタンク溜めのインクを空洞に排出させて記録ヘッドに供給するように構成したインクジェット記録ヘッド用のインクカートリッジが提案されている（特開昭６２−２３１７５９号公報）。
これによれば、カートリッジ内に吸収体を収容する必要がなくなるため、タンク内の実質的インク収容量を大きくすることが可能となるが、一般的にアンブレラチェックバルブは、記録ヘッドのインクの供給を精密に調整するには、そのオフセット量が大きすぎ、インク供給量に変動を来して印字品質の低下を招くという大きな問題がある。
【０００５】
一方、アンブレラチェックバルブが閉弁した状態では、インク溜部と記録ヘッドとが完全に遮断されるため、環境温度の変化で空洞のインクが２〜５％程度体積膨張した場合には、空洞の圧力が上昇して、記録ヘッドとの接続口のシールを破損してインクが漏洩したり、また記録ヘッドに装着されている状態では、この圧力がそのまま記録ヘッドに作用して、記録ヘッドとインクタンクとの間での負圧を維持できなくなって、記録ヘッドからインクの漏洩が生じるという問題がある。
さらに、このアンブレラチェックバルブは、記録ヘッドへの安定なインク供給を行うために維持すべき数十ｍｍ水柱程度の圧力差では閉弁力が弱いため、キャリッジの移動によるインクの揺動に応動して開弁するおそがあり、印字の安定性に劣るという問題がある。
【０００６】
そこで、このようなアンブレラチェックバルブを装着したインクタンクがもつ問題を解決するために、例えばインク室とインク供給部とを分割する位置に設けられ、かつ該インク室とインク供給部との圧力差により移動し、インク室に充填されたインクを記録ヘッド部に供給するインクタンク弁の使用が試みられている。
このようなインクタンク弁を装着することにより、記録ヘッドとの間の微小な差圧に確実に応動し、かつキャリッジの移動によるインクの揺動に左右されることなく、記録ヘッドとの間で印字に適した負圧を維持して記録ヘッドに確実にインクを供給でき、さらには温度変化によるインク供給口からのインクの漏洩や、記録ヘッドからのインクの漏洩を防止することができる。
インク室とインク供給部とを分割する位置に設けられるインクタンク弁の構造としては、様々なものが提案されており、例えば図１及び図２に示すような構造のものを好ましく挙げることができる。
【０００７】
図１は、インクタンク弁の一例を示す断面図であり、図２は、このインクタンク弁に用いられるディスク状弁体の一例を示す部分断面図である。インクタンク弁Ｃは、インク室Ａとインク供給部Ｂとを分割する位置に設けられており、このインクタンク弁Ｃに用いられる弁体１は、中央にインク供給孔３を有し周縁部がポリプロピレンなどの硬質材料２で補強固定されたディスク状弾性材料から構成されている。このディスク状弁体１は、バネ６を備えた可動支持体５によって支持され、未記録時には固定弁座４に当接し、インクタンク弁Ｃが閉じた状態となっている。記録時には、インク供給部Ｂのインクが記録ヘッド部に供給されるため、インク供給部Ｂ内のインクが減少して負圧を生ずる。その結果、可動支持体５が、バネ６が圧縮される方向に移動することにより、ディスク状弁体１は固定弁座４から離れ、インクタンク弁Ｃが開かれた状態となり、インク室Ａのインクがインク供給孔３を通って、インク供給部Ｂへ供給される。これにより、インク供給部Ｂの負圧が解消されると、弁体１は可動支持体５によって、再び固定弁座４に当接し、インク供給部Ｂへのインクの供給は停止する。
このような構造のインクタンク弁においては、記録時に記録ヘッドから吐出されるインク量に見合ったインクを良好に供給しうることが重要であり、そのためにはインクタンク弁に用いられるディスク状弁体の変形した際の反力が小さいことが望ましい。しかしながら、従来のインクタンク弁に用いられるディスク状弁体は、通常、図２に示す構造を有すると共に、厚さが0.４ｍｍ程度のものであって、変形した際の反力は必ずしも小さくはなく、インクの供給が、記録ヘッドから吐出されるインク量に対し、充分に追従できないことがあるなどの問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、特にインクジェット記録装置において、記録時に記録ヘッドから吐出されるインク量に見合ったインクをインク室から該記録ヘッド部へ良好に供給するためのインクタンク弁として好適な流体供給弁を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、流体供給孔部と周縁部との間のリング状中間部の厚みが、半径方向に不均一であるディスク状弁体は、厚みが均一であるものに比べて、変形時の反力が小さくなり、このような弁体を用いた流体供給弁がその目的に適合しうることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、中央に流体供給孔を有し、周縁部が硬質材料で補強固定された弾性材料からなり、上記流体供給孔に対応するように配置された固定弁座に当接するようバネを備えた可動支持体によって支持されるディスク状弁体が、該固定弁座に接離することにより、該流体供給孔を開閉する流体供給弁において、前記ディスク状弁体が、周縁部近傍及び流体供給孔部近傍に円周方向に沿って薄肉部を設けたものであり、該薄肉部の厚さがそれぞれ厚肉部の厚さに対して３０〜７０％であり、薄肉部の幅がそれぞれ０．５〜２ｍｍであり、かつ射出成形により得られることを特徴とするインク供給弁を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の流体供給弁は、中央に流体供給孔を有するディスク状弁体が、該流体供給孔に対応するように配置されたれた固定弁座に接離することにより、流体供給孔を開閉する構造を有している。そして、上記ディスク状弁体は、弾性材料から構成されており、かつ周縁部が硬質材料で補強固定されている。
このような構造の流体供給弁としては、例えば前述のインクジェット記録装置におけるインクタンク弁（図１）を代表的なものとして挙げることができる。以下、本発明の流体供給弁の説明は、該インクタンク弁を例に挙げて説明する。
本発明に係るインクタンク弁は、図１に示すように、インク室Ａとインク供給部Ｂとを分割する位置に配設されるものであり、その作用機構は前記したとおりである。このインクタンク弁におけるディスク状弁体の厚さは、薄肉部を除けば、通常0.１〜0.５ｍｍ、好ましくは、0.２〜0.４ｍｍの範囲である。また、中央に設けられている流体（インク）供給孔の直径は、通常0.５〜２ｍｍの範囲である。
また、このディスク状弁体の大きさ、すなわち直径については特に制限はなく、種々の状況に応じて適宜選定されるが、一般的には１０〜３０ｍｍ程度である
。
【００１１】
本発明においては、このディスク状弁体は、変形時の反力を小さくするために、流体供給孔部と周縁部との間のリング状中間部の厚みを、半径方向に不均一にすることが必要である。
本発明において、不均一化の態様としては、（１）周縁部近傍に円周方向に沿って薄肉部を設けたもの（図６参照）、（２）流体供給孔部近傍に円周方向に沿って薄肉部を設けたもの、（３）周縁部近傍と流体供給孔部近傍の両方に、円周方向に沿って薄肉部を設けたもの（図7参照）が挙げられ、効果の点から好適である。
上記（１）〜（３）において、薄肉部の厚さは、厚肉部の厚さに対して、３０〜７０％程度であり、また、薄肉部の幅は特に制限はないが、通常０．５〜２ｍｍの範囲である。
このように、ディスク状弁体に薄肉部を設けることにより、該弁体が変形した際の応力が薄肉部に集中し、反力を小さくすること、具体的には薄肉部を設けない場合の８０％程度にすることが可能となる。なお、ディスク状弁体全体を薄くした場合、射出成形時に肉厚が薄くなるほど径方向の収縮が大きくなり、結果として反力はあまり小さくならない。したがって、薄肉部の幅は、射出成形時における径方向の収縮が無視できる程度であるのが好ましく、前記の範囲が有利である。
【００１２】
本発明の流体供給弁におけるディスク状弁体は弾性材料から構成されており、この弾性材料としては、ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも一つと、共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも一つからなる共重合体の熱可塑性エラストマーを含有するものが用いられる。
前記熱可塑性エラストマーとしては、例えば
▲１▼  ポリブタジエンとブタジエン−スチレンランダム共重合体とのブロック共重合体を水添して得られる結晶性ポリエチレンとエチレン／ブチレン−スチレンランダム共重合体とのブロック共重合体、
▲２▼  ポリブタジエンとポリスチレンとのブロック共重合体、及びポリイソプレンとポリスチレンとのブロック共重合体、あるいは、ポリブタジエン又はエチレン−ブタジエンランダム共重合体とポリスチレンとのブロック共重合体を水添して得られる、例えば、結晶性ポリエチレンとポリスチレンとのジブロック共重合体、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンのトリブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレンのトリブロック共重合（ＳＥＰＳ）など、中でも、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロック共重合体又はスチレン−エチレン／プロピレン−スチレンブロック共重合体、
などを挙げることができる。
【００１３】
これらの中で、特に▲２▼に挙げられた、ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも一つと、共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも一つからなるブロック共重合体を水添して得られる水添ブロック共重合体であって、その数平均分子量が３００００以上であるものが、耐久性の点で好ましい。またその上限は特に制限はないが、通常は４０００００程度である。
すなわち、ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも一つ（１セグメント）と、共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも一つからなるブロック共重合体を水添して得られるものが好ましいが、ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも二つと、共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックの少なくとも一つとを有するブロック共重合体（例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体等）を水添して得られる水添ブロック共重合体が更に好ましい。
【００１４】
本発明に係るディスク状弁体に用いられる弾性材料においては、前記熱可塑性エラストマーを低硬度化する目的で、所望により軟化剤を配合することができる。この軟化剤としては特に制限はなく、従来プラスチックやゴムの軟化剤として慣用されているものの中から、任意のものを選択して用いることができる。
また、該弾性材料においては、それを構成する高分子有機材料は、三次元連続の網状骨格構造を有することが好ましく、形成される三次元連続の網状骨格構造は、その骨格の平均径が５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、セル（網目）の平均径は、５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下であり、高分子有機材料の体積分率を〔高分子有機材料の体積／（高分子有機材料の体積＋軟化剤の体積）〕×１００（％）と定義したとき、高分子有機材料の体積分率が５０％以下、特に３３％以下であるのが好ましい。
この弾性材料は、諸特性の改良のため、公知の樹脂成分や各種添加剤を併用することができる。樹脂成分としては、例えば、ポリフェニレンエーテル樹脂，ポリオレフィン樹脂，ポリスチレン樹脂などを単独使用あるいは併用することができる。これらを添加することにより本発明に係る弾性材料の圧縮永久歪，加工性，耐熱性の向上などを図ることができる。
【００１５】
また、添加剤としては、例えば難燃剤，抗菌剤，光安定剤，紫外線吸収剤，酸化防止剤，無機や有機フィラー，着色剤，シリコーンオイルなどが挙げられる。
本発明で用いるディスク状弁体は、周縁部が硬質材料で補強固定されており、該硬質材料としては特に制限はないが、ポリプロピレン樹脂などのプラスチックが好ましく用いられる。この場合、例えば基材となるプラスチックを金型内に溶融射出成形し、次いでその上に前記弾性材料を溶融射出成形してプラスチック成形物の表面に、該弾性材料を積層して一体化させる二色成形法を採用することができる。あるいは、まず、プラスチックを金型内に溶融射出成形したのち、その成形物を他の金型にインサートし、その表面に、弾性材料を溶融射出成形して、プラスチック成形物の表面に、該弾性材料を積層して一体化させるインサート成形法を採用することができる。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、得られたディスク状弁体の反力は、以下に示す方法に従って測定した。
＜反力の測定方法＞
図３は、ディスク状弁体の反力を測定するための装置の概略図であって、まず、高精度荷重計１１の上にサンプルのディスク状弁体１を載置する。次いで、高精度変位測定機に取り付けたプローブ１２を下ろしてきて、荷重計１１が０からプラスになり始める点を、変位の０点とする。次に、プローブ１２でディスク状弁体１に所定の変位を与え、その際の荷重を測定し、反力とする。
調製例１
以下のようにして、ディスク状弁体作製用の弾性材料を調製した。
すなわち、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレンのトリブロック共重合（ＳＥＰＳ）（数平均分子量１０万，溶解度パラメーター（ＳＰ値）8.５）１００重量部，パラフィン系オイル〔出光興産（株）製，商品名：ＰＷ３８０〕（数平均分子量７５０，ＳＰ値7.８）１５０重量部及びポリプロピレン樹脂１３重量部を充分に混練して弾性材料を調製した。このもののＪＩＳ  Ｋ６３０１（Ａ型）に準拠して測定した硬度は２０であった。
【００１７】
比較例１
調製例１で得られた弾性材料とポリプロピレン樹脂を用い、二色成形法により、図４に示す断面形状（ただし、図４は片半分の断面形状である。）を有すると共に、中央に流体供給孔３が設けられ、かつ周縁部がポリプロピレン樹脂からなる硬質材料２で補強固定された厚さ０．４ｍｍで均一なディスク状弁体を作製した。
この弁体について、変位と反力との関係を求めた。
結果を第１表に示す。
参考例１
調製例１で得られた弾性材料とポリプロピレン樹脂を用い、二色成形法により、図５に示す断面形状（ただし、図５は片半分の断面形状である。）を有すると共に、中央に流体供給孔３が設けられ、かつ周縁部がポリプロピレン樹脂からなる硬質材料２で補強固定されてなる幅広の厚さ０．２ｍｍの薄肉部を円周方向に沿って設けたディスク状弁体を作製した。なお、薄肉部の幅は３ｍｍである。この弁体について、変位と反力との関係を求めた。
結果を第１表に示す。
【００１８】
実施例１
調製例１で得られた弾性材料とポリプロピレン樹脂を用い、二色成形法により、図６に示す断面形状（ただし、図６は片半分の断面形状である。）を有すると共に、中央に流体供給孔３が設けられ、かつ周縁部がポリプロピレン樹脂からなる硬質材料２で補強固定されてなる周縁部近傍に薄肉部を円周方向に沿って設けたディスク状弁体を作製した。
なお、薄肉部の幅は０．５ｍｍ、厚さは０．２ｍｍである。この弁体について、変位と反力との関係を求めた。結果を第１表に示す。
実施例２
調製例１で得られた弾性材料とポリプロピレン樹脂を用い、二色成形法により、図７に示す断面形状（ただし、図７は片半分の断面形状である。）を有すると共に、中央に流体供給孔３が設けられ、かつ周縁部がポリプロピレン樹脂からなる硬質材料２で補強固定されてなる周縁部近傍と流体供給孔部近傍の両方に薄肉部を円周方向に沿って設けたディスク状弁体を作製した。
なお、各薄肉部の幅は０．５ｍｍ、厚さは０．２ｍｍである。
この弁体について、変位と反力との関係を求めた。
結果を第１表に示す。
【００１９】
【表１】
0004651757.tif 000002
【００２０】
第１表から分かるように、参考例１、実施例１及び２のものは、全体的には、比較例１に比べていずれも反力が小さいが、実際の変位は０．２ｍｍ程度であるので、０．２ｍｍの変位の場合、参考例１では、反力の低下が認められないが、実施例１及び２では反力が低下しており、特に実施例２では低下が大きい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の流体供給弁は、特にインクジェット記録装置のインクタンク弁として好適に用いられ、記録時に記録ヘッドから吐出されるインク量に見合ったインクを、インク室から該記録ヘッド部へ良好に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクタンク弁の一例を示す断面図である。
【図２】上記インクタンク弁に用いられるディスク状弁体の一例を示す部分断面図である。
【図３】ディスク状弁体の反力を測定するための装置の概略図である。
【図４】比較例１で作製したディスク状弁体の部分断面図である。
【図５】参考例１で作製したディスク状弁体の部分断面図である。
【図６】実施例１で作製したディスク状弁体の部分断面図である。
【図７】実施例２で作製したディスク状弁体の部分断面図である。
【符号の説明】
１：ディスク状弁体
２：硬質材料
３：インク（流体）供給孔
４：固定弁座
５：可動支持体
６：バネ
１１：高精度荷重計
１２：プローブ
Ａ：インク室
Ｂ：インク供給部
Ｃ：インクタンク弁
【図１】
0004651757.tif 000003
【図２】
0004651757.tif 000004
【図３】
0004651757.tif 000005
【図４】
0004651757.tif 000006
【図５】
0004651757.tif 000007
【図６】
0004651757.tif 000008
【図７】
0004651757.tif 000009