JP5489553B2

JP5489553B2 - 液体収納容器の製造方法

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Publication number: JP5489553B2
Application number: JP2009146725A
Authority: JP
Inventors: 勇米田
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Publication date: 2014-05-14
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Description

本発明は、液体収納容器の製造方法に関し、詳しくは、インクなどの液体を保持するための液体吸収部材を備えた液体収納容器に対する液体注入のための構成に関するものである。

この種の液体収納容器として、インクジェット記録分野で用いられるインクタンクがよく知られており、そのインクタンクの一形態としてインク吸収部材を内部に備えたものがある。図６はそのようなインクタンクの一従来例を示す分解斜視図であり、記録ヘッド部とこの記録ヘッド部に供給されるインクを貯留したインクタンク部とが一体化されたものである。

図６に示すように、インクタンクＨ１００は、その内部にインク吸収部材Ｈ３００が圧縮された状態で挿入されており、このインク吸収部材Ｈ３００にインクＨ４００を浸透させてインクＨ４００が保持されている。そして、このインク吸収部材Ｈ３００のインク保持力を記録ヘッド部のインク吐出口におけるメニスカス保持力に対して一定範囲内で均衡させることにより、インク吐出口からインク漏れを生ずることなく良好なインク供給状態が達成される。この構成において、インク吸収部材Ｈ３００と記録ヘッド部との間には、フィルタＨ２００が設けられている。また、インクタンクの蓋部材Ｈ５００には、孔および溝とそれらのほぼ全部を覆うシール部材Ｈ６００が設けられ、これにより、インクタンクＨ１００の内部の圧力変動を調節するための大気連通口Ｈ５１０が形成される。

ところで、インクタンクの物流時などにおいて、寒冷地域にあるときや空調設備の無い倉庫などでの保管時に、インクタンクの凍結が発生する可能性がある。この凍結が発生すると、これに起因してインクタンクからインクが漏れ出すことがある。図７（ａ）〜（ｄ）はこの現象を説明する図である。図６で示したインクタンクは、図７（ａ）に示すように、インク吸収部材Ｈ３００に対するインクの浸透状態が均一でなく、インクの界面Ｉが凹凸状になることがある。この場合に、例えば、大気連通口Ｈ５１０を下にした状態でインクＨ４００が凍結すると、インク吸収部材Ｈ３００に浸透しているインクＨ４００が凍結によって体積膨張する。その結果、インクＨ４００はインク吸収部材Ｈ３００のインクが浸透していない層Ｈ３１０へ移動する。そして、その結果として、図７（ｂ）に示すようにインク吸収部材Ｈ３００のインク未浸透層Ｈ３１０が減少する。

この場合、図７（ｃ）に示すように、インク吸収部材Ｈ３００における浸透インクの分布が均一でないことによって、インク未浸透層Ｈ３１０に相対的に薄い層があるときは、インクの凍結、溶融を数回繰り返すだけで、その薄い部分のインク未浸透層が無くなる。その結果、図７（ｄ）に示すように、さらなる凍結、溶融によってインクが移動しインク未浸透層Ｈ３１０無くなった部分からインクが染み出して、大気連通口Ｈ５１０を介して外部に漏れ出すことがある。

このようなインク漏れを防止するには、インク吸収部材Ｈ３００におけるインク未浸透層Ｈ３１０を相対的に厚いものとすることが考えられる。それによって、数回のインクの凍結、溶融があってもインク未浸透層が消失しにくくすることができる。すなわち、インク吸収部材Ｈ３００へのインクＨ４００浸透状態において、平行でかつ厚みのあるインク未浸透層Ｈ３１０を有したインク充填状態を実現させることが望ましい。換言すれば、インクタンクのサイズが限られた範囲でインク未浸透層の一定の厚みを確保するには、インク未浸透層が均一な厚みになる充填が望ましい。

インク吸収部材へインクを注入する一従来例は、特許文献１に記載されるように、インク吸収部材へ複数のインク充填ニードルを刺してインク充填を行うものである。特許文献１に記載の充填方法によれば、インク吸収部材へ充填されるインク量をニードルごとに管理し、均一なインク充填状態を形成することが可能となる。

特開２００６−１５９６５６号公報

以上のとおり、特許文献１に記載のような、インク充填ニードルをインク吸収部材へ複数本刺して充填する方式では、各ニードルによって供給されるインク量のバランスを管理することが重要になる。インク充填ニードルよって供給されるインク量のバランスが良好な場合は、図８（ａ）に示すような均一なインク充填状態を実現できる。しかしながら、インク充填ニードルによって供給されるインク量のバランスが崩れると、インク吸収部材Ｈ３００に浸透するインクＨ４００の量が変化して、図８（ｂ）に示すような不均一なインク充填状態となる。その結果、インク未浸透層Ｈ３１０の厚みも不均一となる。

これを防止するには、特許文献１に記載の従来方式では、インク充填ニードル３００より供給されるインク量のバランスを管理するため、複数の充填ニードルそれぞれについて、個別の充填用シリンジを用いることが必要となる。その場合には、充填装置の部品数が増加して装置が大型しまた複雑化するという問題を派生することになる。

また、小型化されたインクタンクでは、そもそも複数本の充填ニードルを刺すことがスペース的に困難になる場合がある。

一方、充填ニードル３００を１本用いて充填を行う構成では、単位時間当りのインク充填量を極端に少なくすれば、均一なインク充填状態を実現することは可能である。例えば、インク容量２４［ｇ］程度のインクタンクに約１分程度の充填時間を設ければ、均一なインク充填状態を実現することができる。しかし、その場合には、インク充填装置によるタクトタイムが大幅に伸びて、ひいては生産効率を向上させるべく充填装置の増加が必要になり、生産コストを低減できない要因の一つになる。

本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、充填装置の大型化、複雑化やコスト増を招くことなく、均一な液体の充填状態を形成することが可能な液体収納容器の製造方法を提供することにある。

そのために本発明では、液体収納部と、液体を保持する吸収部材と、を備え、液体を吐出する液体吐出装置に装着される液体収納容器の製造方法において、前記液体収納部の底面と、前記吸収部材の底面との間に空間が形成されるように、前記吸収部材を前記液体収納部の途中まで挿入する工程と、前記空間に液体を注入する工程と、前記液体収納部内の液体の液面と、前記吸収部材の底面と、を接触させる工程と、前記液体収納部内の液体の液面と前記吸収部材の底面とを接触させた後に前記吸収部材を前記液体収納部に挿入する工程と、を有することを特徴とする。

以上の構成によれば、液体収納部に液体が充填された後、液体収納部内の液面と吸収部材とを接触させるので、液体が充填されたときの液体収納部の底面にほぼ平行な液体の界面が形成された状態で接触がなされる。そして、その後の浸透もその平行な状態を保ったまま行うことができる。また、一旦液体が充填されることから、直接液体吸収部材に液体を注入する場合と較べて、液体の注入速度が極端に低下することがない。

この結果、充填装置の大型化、複雑化やコスト増を招くことなく、均一な液体の充填状態を形成することが可能となる。

（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係るインクタンク製造における、特にインク充填工程を示す図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係るインクタンク製造における、特にインク充填工程を示す図である。インク吸収部材に対するインクの浸透状態を示す図である。本発明の一実施形態に係るインク吸収部材のサイズを示す図である。本発明の具体例である実施例と比較例とについてインクの浸透状態を示す図である。インクタンクの一構成例を示す分解斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は、インクタンクおけるインク漏れを説明する図である。（ａ）および（ｂ）は、インク吸収部材におけるインク充填状態を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係るインクタンク製造方法における、主にインク充填工程を示す図である。

本実施形態の液体収納容器としてのインクタンクの製造では、先ず、図１（ａ）に示すように、タンクケースＨ１００の底面とインク吸収部材Ｈ３００の下部との間に空間Ｖが形成されるように、そのインク吸収部材Ｈ３００をタンクケースＨ１００内に挿入する。すなわち、液体を保持するインク吸収部材Ｈ３００はタンクケースＨ１００内において途中まで挿入される。このとき、インク吸収部材Ｈ３００は、圧縮して挿入し、インク吸収部材Ｈ３００の反発力でタンクケースＨ１００の内壁（タンクケース底面は除く）に密着させることが望ましい。ここで、液体収納容器の底面は、この容器が液体吐出装置に装着される状態、すなわち、液体吐出ヘッドの吐出面が下向きとなるように液体収納容器が装着された場合のその容器の下側の面をいう。なお、本実施形態の液体としてのインクを吐出する液体吐出ヘッドは、液体を加熱することによって気泡を発生させ、その気泡の力で液体を吐出する方式のヘッドである。また、このヘッドを用いる液体吐出装置は、インクジェット記録装置であり、紙などの記録媒体にインクを吐出して記録を行う。

タンクケースＨ１００は、樹脂成形により形成されたものである。樹脂材料には、剛性を向上させるためにガラスフィラーを５％〜４０％混入した樹脂材料を使用することが望ましい。また、インク吸収部材Ｈ３００としては、ＰＰ（ポリプロピレン）繊維を圧縮したものが使われる。

次に、図１（ｂ）に示すように、インク充填部材（液体充填部材）としての、１つのインク充填ニードル３００を、インク吸収部材Ｈ３００に突き刺し、インク充填ニードル３００の先端がインクタンクケース内の上記空間内に位置するよう配置する。そして、このニードル先端からインクを流出させる、インクＨ４００の充填を開始する。このとき、インク吸収部材Ｈ３００にはインクは未だ浸透していない（図において、インク吸部材におけるインク未浸透の部分をＨ３１０で示す）。

インク充填ニードル３００のサイズとしては、１５［Ｇ］相当の注射針を使用することが好ましい。このインク充填ニードル３００のサイズは、単位時間当りのインク充填量により決定することが望ましい。

インク充填が始まると、インク充填ニードル３００より充填されるインクＨ４００の大部分は、インク吸収部材Ｈ３００へ浸透するよりも先にタンクケース内に形成された空間Ｖへ広がっていく。そして、図１（ｃ）に示すように、空間Ｖは、インクタンクの底面に平行な界面ＩをもったインクＨ４００で満たされる。このように、空間Ｖに一旦インクが満たされ、その後インクと吸収部材とが接触するので、インクが満たされたときのインクタンクの底面にほぼ平行なインクの界面Ｉが形成された状態で接触がなされる。そして、その後の浸透もその平行な界面Ｉの状態を保ったまま行うことができる。本明細書では、このような、吸収体に液体が染み込んだ部分と液体が染み込んでいない部分との境界にあたる領域を「界面」と呼ぶ。

また、空間Ｖに一旦インクが満たされることから、直接インク吸収部材にインクを注入する場合と較べて、インクの注入速度が極端に低下することがない。これにより、１本のインク充填ニードルを用いる場合でも、比較的短い時間で効率よくインク充填を行うことが可能となる。また、空間Ｖに一旦インクが満たされることから、直接インク吸収部材にインクを注入する場合と較べて、均一なインク充填状態を形成させるのにインクの注入速度を極端に低くさせる必要がない。

インクが空間Ｖに満たされた状態から充填がさらに進むと、空間Ｖ内の平行な界面ＩをもったインクＨ４００が平行な界面を維持しつつインク吸収部材Ｈ３００へ浸透していく。そして、インク充填が完了したときには、図１（ｄ）に示すような、平行な界面Ｉを有したインク未浸透層Ｈ３１０をもった状態になる。

その後、インク吸収部材Ｈ３００をタンクケースＨ１００の底面まで押し込む。これにより、図１（ｅ）に示すように、空間Ｖが無くなり、かつ、空間Ｖに存在していたインクＨ４００はインク吸収部材Ｈ３００へと浸透していく。この浸透においても、インクの界面はインクタンクの底面にほぼ平行な状態を保って浸透が行われる。

なお、インク吸収部材Ｈ３００の押込みは、インク充填後に押込みユニット（不図示）で機械的に実施する。あるいは、タンクケース蓋Ｈ５００の溶着時に、タンクケース蓋自身を用いてインク吸収部材Ｈ３００を押し込み、その後蓋を溶着するようにしてもよい。

なお、上述の実施形態にて説明した注入針が１本の場合、本発明によれば、上述したようにインク注入に時間がかからないという効果を得ることができる。しかし、注入針の本数はこれに限られないことはもちろんである。例えば、図８（ａ）および（ｂ）に示したように３本など複数本の注入針を用いることもできる。この場合は、本発明によれば、前述したような、針ごとの注入量の管理が不要となり、そのための装置が不要となる。このように、本発明によれば、充填装置の大型化、複雑化やコスト増を招くことなく、均一な液体の充填状態を形成することが可能となる。

また、上述した実施形態によれば、吸収部材の下にできた空間に液体を注入することで、吸収体が蓋の役割を果たし、製造ライン上の移動や、吸収部材を押し込める際の衝撃において、液体が液体収納部の外に飛び散ることを抑制できる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係るインク充填工程を説明する図である。本実施形態が図に示すように、注入針を用いずにインク充填を行う構成に関するものである。すなわち、本実施形態では液体収納容器（タンクケース）の液体収納部に、先ずインクなどの液体（Ｈ４００）を入れる（図２（ａ））。次に、液体収納部内の液体の液面に対向する位置に吸収部材（Ｈ３００）を配し、吸収部材を液体収納部内に挿入する。ここで、吸収部材の下部と液体収納容器内の液体の液面が接触する（図２（ｂ））。さらに、吸収部材を液体収納部の底面まで押し込む（図２（ｃ））。

このように、液体収納容器内の液面と吸収部材が、比較的大きな面積で接触するため、吸収部材が液体を吸収するための時間が、全体として注入針を用いる場合よりも短くすることができる。また、液面と吸収部材が接することで、界面Ｉがタンクケースの底面に平行な状態で上昇することができる。

なお、以上説明した、本発明の効果をより高めるには、液面と接する吸収部材の底面が、平面形状であることが好ましい。

以上のようなインク充填工程を経て製造されたインクタンクは、インク漏れに対して比較的余裕のあるインク充填状態を実現することができる。

以下、上述したインクタンクの製造方法におけるインク充填のいくつかの具体例を示す。

（実施例１）
インク吸収部材Ｈ３００へのインクＨ４００の浸透状態の確認は、図３に示すように、本発明のインク充填方法を実施した後、タンクケースＨ１００からインク吸収部材Ｈ３００を取り出し、インク未浸透層Ｈ３１０の状態を目視によって行う。

実施例１は、先ず、インク吸収部材Ｈ３００とタンクケースＨ１００を準備する。インク吸収部材Ｈ３００の特性は、ＰＰ（ポリプロピレン）繊維吸収部材であり、インク吸収部材Ｈ３００の密度は、約０．０９［ｇ／ｃｍ3］である。

そして、図１（ａ）に示すように、タンクケースＨ１００の底面とインク吸収部材Ｈ３００との間に空間Ｖを設けてインク吸収部材Ｈ３００を挿入する。

図４に示すように、タンクケースＨ１００へ挿入された状態のインク吸収部材Ｈ３００のサイズは、Ｗの寸法は、５１［mm］、Ｄの寸法は、２５．５［mm］、Ｈの寸法は、２７．３［mm］とする。そして、空間Ｖは、タンクケース内でのインク吸収部材Ｈ３００が占める容積の８％とする。

次に、図１（ｂ）に示すように、インク充填ニードル３００をインク吸収部材Ｈ３００へ突き刺し、インク充填ニードル３００の先端を空間Ｖ内に位置させる。そして、タンクケースＨ１００が水平に保たれた状態で、この先端から、インクＨ４００を充填速度１２［ｇ／秒］で流出させて充填を開始する。インクＨ４００の特性として粘度は、約２．０［ｍ・Ｐａ・ｓ］、表面張力は、約４０［ｍＮ／ｍ］のものを用いた。

インク充填が始まると、インク充填ニードル３００によって充填されるインクＨ４００の大部分は、インク吸収部材Ｈ３００へ浸透するよりも先にインク吸収部材Ｈ３００とタンクケースＨ１００との間に出来た空間Ｖへ広がっていく。

インク充填が更に進むと、図１（ｃ）に示すように空間Ｖには平行な界面をもったインクＨ４００で満たされる。さらにインク充填が進むと空間Ｖ内の平行な界面をもったインクＨ４００が平行な界面を維持しつつインク吸収部材Ｈ３００へ浸透していく。そして、インク充填完了後には、図１（ｄ）に示すような平行なインク未浸透層Ｈ３１０をもった状態になる。

その後、インク吸収部材Ｈ３００をタンクケースＨ１００の底面まで押し込むことによって、図１（ｅ）に示すように、空間Ｖが無くなり、かつ、空間Ｖに存在していたインクＨ４００はインク吸収部材Ｈ３００へと浸透していく。

実施例１の実際のインク吸収部材Ｈ３００へのインクＨ４００の浸透状態は、図５中の「実施例１」に示すものである。

以上説明したように、実施例１のインク充填方法では、空間Ｖの容積を８％確保することにより、平行でかつ、相対的な厚みのあるインク未浸透層Ｈ３１０を有したインク充填状態を実現することができた。また、１本のインク充填ニードルでインク充填速度１２［ｇ／秒］が可能となる。

（実施例２から実施例１５）
次に、インク充填工程の実施例２〜実施例１５について説明する。

下記表１は、実施例１〜実施例１５と、比較例１〜比較例６の各実施条件とそれによる結果をまとめたものを示している。

実施例条件としては、形状の異なるインク吸収部材Ｈ３００について、短手方向の長さ（Ｄ）（図４）を、２５．５［mm］、１２．８［mm］、６．６［mm］の３種類を用意した。インク充填速度は１２［ｇ／秒］と２４［ｇ／秒］の２種類を用意した。インクＨ４００の粘度は、約２．０［ｍ・Ｐａ・ｓ］、表面張力は、約４０［ｍＮ／ｍ］のものを用いた。空間Ｖは、８％、４％、２％の３種類とした。なお、比較例は、いずれも空間Ｖを０％に設定した。そして、結果については、以下に示されるように、インク充填状態が均一である程度に応じて、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」で判定を実施した。なお、ここに示す吸収部材のサイズは、インクタンクケースに収納された状態のサイズである。

判定「Ａ」は、インク吸収部材Ｈ３００へのインクＨ４００浸透状態において、平行でかつ、厚みのあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態のもとした。

判定「Ｂ」は、インク吸収部材Ｈ３００へのインクＨ４００浸透状態において、中央部に山形状は少しあるが、ほぼ平行でかつ、厚みのあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態のものとした。

判定「Ｃ」は、インク吸収部材Ｈ３００へのインクＨ４００浸透状態において、山形状のあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態のものとした。

実施例２〜実施例１５までの実際のインク吸収部材Ｈ３００へのインクＨ４００の浸透状態は、図５中に示す。

以上の実施例と比較例から以下の効果を確認することができる。

インク充填速度が１２［ｇ／秒］においては、空間Ｖの設定が０％の比較例１〜比較例３では、山形状のあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態になる。

しかし、空間Ｖを２％に設定すると山形状のあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態が、平行でかつ、厚みのあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態へと変化してくる。

さらに空間Ｖを４％以上に設定すると平行でかつ、厚みのあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態になる。

インク充填速度が２４［ｇ／秒］においては、空間Ｖの設定が０％の比較例４〜比較例６までは、山形状のあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態になる。

しかし、空間Ｖを４％以上に設定すると平行でかつ、厚みのあるインク未浸透層Ｈ３１０をもったインク充填状態になる。

以上のように、本発明の一実施形態に係るインク充填方法では、空間Ｖの容積を４％以上に確保することで、インク充填速度２４［ｇ／秒］を１本のインク充填ニードルで実現することができる。これに対し、インク充填ニードルを複数本用いる従来方法では、インク充填速度２４［ｇ／秒］を実現するのに、３本以上のインク充填ニードルが必要であり、装置構成が複雑化していた。このように、本発明を適用することによってインク充填ニードルの使用本数を３本以上から１本にすることが可能になり、結果として装置構成が簡単で製造コストを低減しつつ均一なインクもれに強いインクタンクを得ることが可能となる。

Ｖ空間
３００インク充填ニードル
Ｈ１００タンクケース
Ｈ３００インク吸収部材
Ｈ３１０インク未浸透層
Ｈ４００インク
Ｈ５００タンクケース蓋
Ｈ５１０大気連通口
Ｈ６００シール部材

Claims

液体収納部と、液体を保持する吸収部材と、を備え、液体を吐出する液体吐出装置に装着される液体収納容器の製造方法において、
前記液体収納部の底面と、前記吸収部材の底面との間に空間が形成されるように、前記吸収部材を前記液体収納部の途中まで挿入する工程と、
前記空間に液体を注入する工程と、
前記液体収納部内の液体の液面と、前記吸収部材の底面と、を接触させる工程と、
前記液体収納部内の液体の液面と前記吸収部材の底面とを接触させた後に前記吸収部材を前記液体収納部に挿入する工程と、
を有することを特徴とする液体収納容器の製造方法。
液体収納部と、液体を保持する吸収部材と、を備え、液体を吐出する液体吐出装置に装着される液体収納容器の製造方法において、
前記液体収納部の底面と、前記吸収部材の底面との間に空間が形成されるように、前記吸収部材を前記液体収納部に挿入する工程と、
前記空間に液体を注入する工程と、
前記液体収納部内の液体の液面と前記吸収部材の底面と、を接触させる工程と、
前記液体収納部内の液体の液面と前記吸収部材の底面とを接触させた後に、前記挿入する工程における前記吸収部材の挿入方向に向かって前記吸収部材を前記液体収納部に対して移動させる工程と、
を有することを特徴とする液体収納容器の製造方法。
前記液体収納部内の液体の液面と前記吸収部材とが接触した後も、前記液体は前記液体収納部に注入されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体収納容器の製造方法。
前記液体を注入する工程において、液体充填部材が前記吸収部材を介して前記空間に挿入されることで、前記液体の注入が行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体収納容器の製造方法。
前記空間は、前記液体収納部内に収納された状態における前記吸収部材の容積の４％以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体収納容器の製造方法。