JP6157285B2 - インク充填装置およびインク充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、インク収容室内にインクを充填するためのインク充填装置およびインク充填方法に関するものである。

例えば、インクジェット記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンクとして、負圧発生部材を備えたインク収容室（第１室）と、負圧発生部材を備えないインク収容室（第２室）と、を有するものがある。前者の第１室は、インク供給口と大気連通口を備えており、内部の負圧発生部材によってインクを吸収保持することにより、インクに負圧を付与する。後者の第２室は、前者の第１室のみと連通する実質的な密閉空間を形成するものであり、その内部にインクを直接収容する。このようなインクタンクに対するインク充填方法として、インクタンク内を減圧してインクを充填する方法（減圧充填方法）が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載されている方法は、第１室内および第２室内を所定の減圧状態に保持して、第２室内および第１室内にその順序でインクを充填する。

特許第３２８７７９１号公報

インクタンクの品質管理上の重要項目として、インク充填後にインク収容室に残る気泡の体積を小さくすることが挙げられる。それは、使用者がインクタンクを開封した際のインク漏れを防止するためである。また、インクタンクへのインクの充填方法としては、常圧のインクタンク内に対してインクを加圧して充填する加圧充填方法と、特許文献１に記載されているように、インクタンク内を減圧した後にインクを充填する減圧充填方法と、がある。

加圧充填方法は、インクタンク内に空気が存在する状態から、その空気を加圧したインクによって追い出しながらインクを充填する。そのため、インクの充填速度を高くするとインクが空気を巻き込むおそれがあり、その巻き込みが生じた場合には、インク充填後におけるインク収容室内の気泡の体積は大きくなってしまう。したがって、加圧充填方法の充填速度には制限があり、充填時間が長くなる。

それに対して減圧充填方法は、インクタンク内を排気した後にインクを充填するため、充填速度を高くしてもインク収容室内に残る気泡を小さくすることができる。一般に、インクタンク内の減圧工程における気圧を低くする程、インク充填完了後にインク収容室内に残る気泡の体積も小さくなる。つまり、減圧充填方法においては、気泡の体積をインクの漏れ防止が可能な大きさ以下とするために、減圧工程における気圧の管理が重要となる。

特許文献１の減圧充填方法において、複数のインクタンクに対して連続してインクを充填する場合に、インク収容室内と共に減圧されるようにインク収容室内に連通する空間（例えば、配管内の一部分）内に、インクが残ったままとなることが考えられる。そのような空間にインクが残ったまま、インク収容室内を減圧した場合には、そのインク収容室内が飽和水蒸気圧に達して、空間に残っているインクが沸騰するおそれがある。このようにインクが沸騰した場合には、インク収容室内から排気する空気中に水蒸気が大量に含まれるため、インク収容室内が減圧し難くなる。そのため、例えば、インク充填のために必要なインク収容室内の目標気圧が飽和水蒸気圧よりも低い場合には、減圧に要する時間が長くなってしまう。

本発明の目的は、インク収容室内と共に減圧されるようにインク収容室内に連通する空間内にインクが残っていても、インク収納室内を目標気圧まで効率よく減圧することができるインク充填装置およびインク充填方法を提供することにある。

本発明のインク充填装置は、インク収容室と、前記インク収容室内のインクを外部に供給するためのインク供給口と、前記インク収容室内を大気に連通させる連通口と、を備えるインクタンクに対してインクを充填するインク充填装置であって、前記連通口を通して前記インク収容室内を所定圧力まで減圧する減圧手段と、前記インク供給口から前記インク収容室内にインクを充填する充填手段と、前記インクの飽和水蒸気圧が前記所定圧力よりも低くなるように前記インク収容室内に連通する空間内に存在するインクを冷却するための冷却手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、インク収容室内と共に減圧されるようにインク収容室内に連通する空間内残っているインクを冷却することにより、インク収納室内を目標気圧まで効率よく減圧することができる。

本発明を適用可能なインクタンクの断面図である。 本発明のインク充填装置の基本構成を説明するための概略構成図である。 インクの飽和水蒸気圧曲線の説明図である。 本発明の第１の実施形態におけるインク充填装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態におけるフィン付きの配管の斜視図である。 本発明の第３の実施形態におけるインク充填装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
まず、本実施の形態のインクタンク１０の内部構造について、図１を参照して説明する。

インクタンク１０には、隔壁１８によって仕切られた負圧発生部材収容室３０とインク収容室３６が形成されている。負圧発生部材収容室（以下、「第１の収容室」ともいう）３０は、その上部に形成された連通口１２を介して大気に連通している。第１の収容室３０の下部にはインク供給口１４Ａが設けられており、内部には負圧発生部材としての吸収体３２が収容されている。インク供給口１４Ａを形成するインク供給口１４内には、吸収体３２よりも毛管力が高くかつ物理的強度の高い圧接体３４が設けられており、その圧接体３４は吸収体３２に圧接している。インク収容室（以下、「第２の収容室」ともいう）３６は、連通部５２を介して第１の収容室３０のみと連通しており、実質的な密閉空間を形成している。

第１の収容室３０を形成するインクタンク１０の上壁１０Ａには、第１の収容室３０の内部に突出する形態の複数のリブ４２が形成されており、これらのリブ４２は吸収体３２に当接している。インクタンク１０の外側には、弾性変形可能なレバー部材１６が一体に形成されており、そのレバー部材１６の中間部には係止用突起が形成されている。この係止用突起が記録装置におけるインクタンク装着部の一部と係合することにより、インクタンク装着部に対してインクタンク１０が交換可能に装着される。

（インク充填装置の基本構成）
次に、このようなインクタンク１０にインクを充填するためのインク充填装置の基本構成を図２に基づいて説明する。

図２のインク充填装置９００は、減圧ユニット９００ａと充填ユニット９００ｂとを含む。減圧ユニット９００ａは、インクタンク上部の連通口１２に接続されてインクタンク１０内を減圧し、充填ユニット９００ｂは、インクタンク下部のインク供給口１４Ａに接続されてインクタンク１０内にインク２００を充填する。減圧ユニット９００ａにおいては、負圧発生源としての真空ポンプ１０２、気圧測定計１０４、三方バルブ１３０、バルブ１３２、および密着部材１１２が配管１４０、１４２、および１４６によって接続されている。密着部材１１２は、連通口１２の開口面に密着して、連通口１２とバルブ１３２との間を連通する。充填ユニット９００ｂにおいては、インク溜め１２０、シリンジ１２２、バルブ１３４、１３６、および密着部材１１４が配管１５０、１５２、および１５４によって接続されている。密着部材１１４は、インク供給口１４Ａの開口面に密着して、インク供給口１４Ａとバルブ１３４との間を連通する。配管１４０の一端とインク溜め１２０は、大気へ開放されている。

インクの充填に際しては、まず、インクタンク１０を固定治具（不図示）に装着し、インク供給口１４Ａが下方に位置するようにインクタンク１０を位置決めする。そして、密着部材１１２を連通口１２の開口面に密着させ、また密着部材１１４をインク供給口１４Ａの開口面に密着させる。

その後、減圧ユニット９００ａによってインクタンク１０内を減圧する（減圧工程）。なお、減圧を行う真空ポンプ１０２は常に駆動しているものとする。三方バルブ１３０のポートＬ，Ｃ間を開き、さらにバルブ１３２を開けることでインクタンク１０内の減圧を開始し、これにより徐々にインクタンク１０内の気圧は低くなる。インクタンク１０内の気圧が所定気圧（本実施例の場合は、２．０ｋＰａ）に到達したかどうかは、気圧測定計１０４を用いて判断する。所定気圧に到達したならば、バルブ１３２を閉じてインクタンク１０内の減圧を止める。

その後、充填ユニット９００ｂによってインクタンク１０内にインクを充填する（充填工程）。まず、バルブ１３４を開けてから、モータ１０６によって、シリンジ１２２のピストン１２２Ａを矢印Ａ１方向に前進させる。これにより、配管１５２、１５４、および密着部材１１４の連通路を通して、ピストン１２２Ａの移動量に対応する所定量のインクがインクタンク１０内に充填される。このとき、バルブ１３２によって連通口１２を閉じることにより、配管１４６内にインク２００が流入することはない。所定量のインクを充填した後に、バルブ１３４を閉じる。

その後、インクタンク１０内を大気に解放する（大気開放工程）。すなわち、三方バルブ１３０をポートＬ，Ｃ間の開き位置からポートＲ，Ｃ間の開き位置に切り換えることにより、配管１４０から１４６まで大気が流入する。さらに、バルブ１３２を開放することで、減圧状態にあるインクタンク１０内へ大気が流入する。インクタンク１０内への大気流入後に、バルブ１３２を閉じてから、三方バルブ１３０をポートＲ，Ｃ間の開き位置からポートＬ，Ｃ間の開き位置に切り換えることにより、元の減圧工程前の状態へ戻る。

インクの充填工程に先立って、シリンジ１２２内には、予め、インク溜め１２０内のインク２００が導入されている。バルブ１３４を閉じかつバルブ１３６を開いた状態において、モータ１０６によってピストン１２２Ａを矢印Ａ２方向に後退させることにより、インク溜め１２０内のインク２００がシリンジ１２２内に導入される。

このようなインク充填装置９００においては、複数のインクタンク１０に対して連続的にインクを充填する場合が想定できる。この場合には、先の充填対象のインクタンク１０内にインクを充填した後、インク供給路の一部を形成する配管１５４内にインクが残った状態のまま、次の充填対象のインクタンク１０内が減圧されることになる。その減圧工程が進行すると、配管１５４内に残ったインク２００が沸騰するおそれがある。図３は、インクの飽和水蒸気曲線を示し、常温の２５度においては、インクの圧力が目標の２ｋＰａに達する前の２．７ｋＰａで飽和水蒸気圧に達して、沸騰を開始することになる。この沸騰現象のために、減圧工程において排気する空気中に水蒸気が飽和しているため、インクタンク１０内の減圧が阻害されるおそれがある。一方、減圧を継続させた場合には、水分が蒸発する際の気化熱によってインク自身から熱が奪われて、インクが冷却されることになり、飽和水蒸気圧が低くなって気圧も低下する。結果的に、このような減圧を継続させることによって、所望の気圧２ｋＰａに到達することも可能ではあるが、その所望の気圧までの減圧に要する時間は、沸騰現象のために長くなってしまう。

本実施形態においては、このような考察の基に、配管１５４内などの減圧される空間内に残ったインク２００を積極的に冷却する。インクの温度が下がるほど飽和水蒸気圧は低下し、例えば、インクを１５度まで冷却した場合には、図３のように飽和水蒸気圧が１．３ｋＰａとなり、この気圧に達するまではインクは沸騰しない。つまり、インクを沸騰させることなく、それを目標気圧２ｋＰａにまで到達させることができる。したがって、飽和水蒸気によってインクタンク１０内の減圧が阻害されることもなくなり、減圧時間の短縮が可能となる。

（インク充填装置の特徴的な構成）
図４は、インクの冷却機能を備えた本実施形態のインク充填装置の構成図である。前述した図２の基本構成と同様の部分には、同一符号を付して説明を省略する。

配管１５４内を冷却するために、配管１５４とバルブ１３４を収容する密閉容器１７０を備え、この密閉容器１７０の密閉を維持するように、密着部材１１４、配管１４８、および液体噴射装置（液体噴射部）１６０を取り付ける。配管１４８は、真空ポンプ１０２と三方バルブ１３０との間に備えられた三方バルブ１３１に接続される。液体噴射装置１６０は、バルブ１３８および配管１５６を介して、液体１６４で満たされた液体容器１６２に接続される。液体噴射装置１６０は、その先端から配管１５４に向かって液体１６４を噴射するように構成されている。

本実施形態のインク充填装置は、前述した図２のインク充填装置と同様に、減圧工程、充填工程、および大気開放工程によってインクタンク１０内にインクを充填する。図２のインク充填装置における真空ポンプ１０２は、減圧工程においてのみ機能するだけであり、充填工程および大気開放工程、さらにインク充填完了後のインクタンクの取り出し、および充填対象のインクタンクの位置決めのときには、能力が生かされていない。つまり、真空ポンプ１０２は、常に駆動されていたとしても、減圧工程の実施時以外のときは負圧の供給源として使用されていない。本実施形態においては、このような真空ポンプ１０２の未使用の時間を利用して、以下のように配管１５４を冷却する。なお、減圧工程、充填工程、および大気開放工程において、前述した図２のインク充填装置と共通する部分については説明を省略する。

まず、減圧工程において、三方バルブ１３１のポートＬ，Ｒ間を開いて、前述したようにインクタンク１０内を減圧する。その減圧工程の完了後に移行する充填工程および大気開放工程においては、真空ポンプ１０２によるインクタンク１０の減圧は行わないため、三方バルブ１３１をポートＬ，Ｒ間の開き位置からポートＬ，Ｃ間の開き位置に切り換える。これにより、密閉容器１７０内によって形成される減圧室Ｓを減圧する。そして、この減圧室内の減圧時に、液体噴射装置１６０から配管１５４に向けて液体１６４を噴射して、その液体１６４を配管１５４の表面に付着させる。液体は、減圧空間において蒸発しやすいため、配管１５４の表面に付着した液体１６４の蒸発により気化熱が奪われて、配管１５４が冷却され、その内部のインク２００が冷却される。バルブ１３８を開閉制御して、配管１５４の表面に液体１６４が常に付着するようにすれば、配管１５４内のインク２００の冷却を継続することができる。液体１６４としては、配管１５４の表面に付着した後に蒸発しやすい性質をもつものが望ましい。例えば、沸点の低いエタノール等を挙げることができる。

このような冷却動作を充填工程、大気開放工程、インクタンクの取り出し、およびインクタンクの位置決めのときに実施することにより、次のインクタンクにインクを充填するときには、配管１５４内のインクが冷却された状態で減圧工程を開始することができる。前述したように、インクが冷却されていれば飽和水蒸気圧が低下し、目標気圧までの減圧時間の短縮が可能となる。

複数のインクタンク１０に対して連続的にインクを充填する場合には、以上の動作を繰り返す。その場合、減圧工程において配管１５４内にインクが存在していても、そのインクを冷却することにより、インクタンク内が目標気圧に達するまでの減圧時間を短縮して、複数のインクタンクを連続的に効率よく充填することができる。

真空ポンプ１０２の仕様によっては、蒸発した液体１６４を取り込むことが故障の発生原因となるものもあると考えられる。その場合には、三方バルブ１３１と密閉容器１７０との間に、蒸発した液体１６４をトラップする不図示のトラップ装置を設ければよい。また、インクの充填対象となるインクタンクは、図１のように第１および第２の収容室３０，３６を有するインクタンク１０のみに限定されず、例えば、第１の収容室３０のみを有するインクタンクに対しても減圧時間を短縮してインクを充填することができる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態の充填装置において配管１５４を冷却する場合、限られた時間内において効率よく配管１５４の表面から気化熱を奪うためには、配管１５４の表面積を大きくして、その表面全体から液体を蒸発させる必要がある。そのため、本実施形態においては、図５に示すようなフィン（起伏部）付きの配管１６６を配管１５４の代わりに取り付ける。

フィン付きの配管１６６は、中空の配管本体１６６Ａの表面に螺旋状のフィン１６６Ｂを設けた形状となっている。この配管１６６の材質としては、耐インク性があり、かつ熱伝導性の良い金属が望ましい。このフィン付きの配管１６６を配管１５４の代わりに取り付けることの利点としては、次の２つが挙げられる。１つの利点は、フィン１６６Ｂによって配管１６６の表面積が大きくなり、液体が蒸発する際に配管１６６から気化熱を奪いやすくなることである。他の利点は、配管１６６の側面に対して一方向から液体を噴射した場合でも、その液体が螺旋状のフィン１６６Ｂを伝って配管１６６の表面全体に満遍なく行き渡ることである。したがって、配管１６６の表面全体に液体を付着させるために複数方向から液体を噴射させる必要がなく、一方向からの液体の噴射でも充分であるため、装置全体のコンパクト化が可能となる。

また、配管１５４の表面の起伏部は、螺旋状のフィン１６６Ｂのみに限定されず、配管１５４の表面積を広くすることができる形状であればよい。配管１５４の表面に多孔質体を備えることによっても同様の効果を得ることができる。その多孔質体によって、配管１５４の表面積を広くし、かつ多孔質体の毛管現象によって液体を配管１５４の表面全体に行き渡らせることができるからである。配管１５４の表面を多孔質形状とすることができればよく、配管１５４の表面に多孔質体を備える他、その配管１５４の表面自体を多孔質形状としてもよい。

（第３の実施形態）
本実施形態のインク充填装置９００は、使用済みのインクタンクに対するインクの再充填に適する構成となっている。図６を用いて、本実施形態のインク充填装置９００について説明する。

インクジェット記録装置において使用された後のインクタンク１０は、第２の収容室３６内にはインクが残っていないが、第１の収容室３０の吸収体３３内にインクが残って、その吸収体３３がインクによって湿らされた状態にある。このようなインクタンク１０に対して、前述と同様にインクを充填する場合にも、インクの充填完了後に残る気泡の体積を規格以内にするために、目標とするインクタンク１０内の気圧を２ｋＰａ以下とする必要がある。しかし、図３から分かるように、吸収体３３内のインクは、常温において２．７ｋＰａで沸騰が生じてしまう。その沸騰が生じた場合には、インクタンク１０内の減圧が阻害され、その結果、減圧に要する時間が長くなってしまう。

そこで本実施形態においては、インク充填装置９００全体を体温状態の低温空間１８０内に収容することによって、吸収体３３内に残ったインクを冷却する。このように、吸収体３３内に残ったインクを冷却することにより、インクの飽和水蒸気圧を低下させて、沸騰の発生を遅らせることができる。本例の場合は、目標気圧を２ｋＰａとしているため、図３から分かるように、低温空間１８０の気温を２０度以下にすることが望ましい。このような低温空間１８０内の低温環境下において、前述したようにインクタンクに対してインクを充填することにより、減圧工程においてインクを沸騰させることなくインクタンク内を目標気圧まで減圧させることができる。この結果、減圧に要する時間を短くして、使用済みのインクタンクに対してインクを効率よく再充填することができる。

また、一般的に、使用済みのインクタンクにインクを再充填する場合には、インクタンク１０の第２の収容室３６をインクで満たすために、その第２の収容室３６に新たにインクの注入穴を開けることが必要となる。しかし、本実施形態においては、このようなインクタンクに加工を施すことなく、インクを再充填することが可能である。

（他の実施形態）
前述した実施形態においては、バルブ１３４とインク供給口１４Ａとの間の配管１５４内に残ったインクを冷却する構成となっている。しかし、冷却対象のインクは、インク収容室内と共に減圧されるようにインク収容室内に連通する空間内に存在するインクであればよく、配管１５４内のインクのみに限定されない。また、そのような空間を形成する部材は、配管のみに限定されない。

インク供給口１４Ａは、第１の収容室３０内のインクを外部に直接的または間接的に供給することができればよく、必ずしも第１の収容室３０に設けられていなくてもよい。連通口１２は、第１の収容室３０内を大気に直接的または間接的に連通させることができればよく、必ずしも第１の収容室３０に設けられていなくてもよい。上述した実施形態における連通口１２は、インクタンク１０内のインクをインク供給口１４Ａからインクジェット記録ヘッドなどの外部に供給する際に、インクタンク１０内を大気に連通する大気連通口として機能する。しかし、連通口１２は、インク充填のためにインクタンク１０内を減圧するときにのみ機能するものであってもよい。つまり、連通口１２は、インクタンク１０内のインクを外部に供給する際に機能する大気連通口とは別に設けてもよい。

１０ インクタンク
１２ 連通口
１４Ａ インク供給口
３０ 負圧発生部材収容室（第１の収容室）
３２ 吸収体（負圧発生部材）
１０２ 真空ポンプ（負圧発生源）
１６０ 液体噴射装置（液体噴射部）
Ｓ 減圧室

Claims (13)

1. インク収容室と、前記インク収容室内のインクを外部に供給するためのインク供給口と、前記インク収容室内を大気に連通させる連通口と、を備えるインクタンクに対してインクを充填するインク充填装置であって、
   前記連通口を通して前記インク収容室内を所定圧力まで減圧する減圧手段と、
   前記インク供給口から前記インク収容室内にインクを充填する充填手段と、
   前記インクの飽和水蒸気圧が前記所定圧力よりも低くなるように前記インク収容室内に連通する空間内に存在するインクを冷却するための冷却手段と、
   を備えることを特徴とするインク充填装置。
2. 前記充填手段は、インク供給路を通して前記インク供給口から前記インク収容室内にインクを充填し、
   前記冷却手段は、前記インク収容室内と共に減圧される前記インク供給路の部分に存在するインクを冷却する請求項１に記載のインク充填装置。
3. 前記冷却手段は、前記空間を形成する部材に向かって当該部材を冷却するための液体を噴射する液体噴射部を備える請求項１または２に記載のインク充填装置。
4. 前記液体噴射部は、前記部材を収容して減圧される減圧室内に液体を噴射する請求項３に記載のインク充填装置。
5. 前記減圧室は、前記減圧手段によって減圧される請求項４に記載のインク充填装置。
6. 前記部材は、表面に起伏部が設けられている請求項３から５のいずれかに記載のインク充填装置。
7. 前記起伏部は、螺旋状の突起である請求項６に記載のインク充填装置。
8. 前記部材は、表面が多孔質形状である請求項３から５のいずれかに記載のインク充填装置。
9. 前記インク収容室は負圧発生部材を備えている請求項１から８のいずれかに記載のインク充填装置。
10. インク収容室と、前記インク収容室内のインクを外部に供給するためのインク供給口と、前記インク収容室内を大気に連通させる連通口と、を備えるインクタンクに対してインクを充填するインク充填方法であって、
    前記連通口を通して前記インク収容室内を所定圧力まで減圧する減圧工程と、
    前記減圧工程によって前記インク収容室内が減圧された後に、前記インク供給口から前記インク収容室内にインクを充填する充填工程と、
    前記減圧工程の前に、前記インクの飽和水蒸気圧が前記所定圧力よりも低くなるように前記インク収容室内に連通する空間内に存在するインクを冷却する冷却工程と、
    を含むことを特徴とするインク充填方法。
11. 前記減圧工程は、負圧発生源から負圧を導入することにより前記インク収容室内を減圧し、
    前記冷却工程において、前記空間を形成する部材を収容して減圧される減圧室内に、気化熱によって前記部材を冷却するための液体を噴射し、かつ前記減圧工程の実施時以外のときに前記負圧発生源から前記減圧室内に負圧を導入する請求項１０に記載のインク充填方法。
12. 第１のインクタンクに対して前記減圧工程および充填工程を実施した後に、第２のインクタンクに対して前記減圧工程および充填工程を実施し、
    前記冷却工程は、少なくとも前記第２のインクタンクに対する前記減圧工程の前までに、前記第１のインクタンクに対する前記充填工程によって前記空間内に残されたインクを冷却する請求項１０または１１に記載のインク充填方法。
13. 前記インク収容室は負圧発生部材を備えている請求項１０から１２のいずれかに記載のインク充填方法。

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