JP6289249B2 - 液体収納容器及び圧力調整ユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は液体収納容器の製造方法に関し、特に液体吐出ヘッドに供給される液体を負圧に維持するための圧力調整ユニットの製造方法に関する。

インクジェット記録ヘッド等の液体吐出ヘッドの液体吐出部は、メニスカスを保持し液体漏れを防止するため負圧に維持される必要がある。このため、液体吐出ヘッドの液体吐出動作が可能な範囲で適切な負圧を生じさせる圧力調整ユニットが用いられている。特許文献１には内部に弾性体を収納し開口がフイルムで固定された圧力調整ユニットが開示されている。圧力調整ユニットは、バネ（弾性体）が内部に装着されたフレーム（容器）と、フレームを覆う可撓性のシート（フイルム）と、を有している。容器内部の負圧は弾性体の伸縮によって維持される。フイルムは容器を囲む治具の頂部に吸着され、下降するヒートヘッドによって容器の頂部に沿って熱溶着される。治具の頂部にはフイルムを吸着するためのバキューム孔が形成されている。下降するヒートヘッドによって弾性体が圧縮され、フイルムに張力が掛けられる。その後、容器の外にある余分なシートが切断される。

特開２００３−２５１８２６号公報

負圧を安定して維持するためには、弾性体が設計通りに伸縮することが重要である。しかし、特許文献１に記載の方法では、フイルムが治具のバキューム孔に入り込み、あるいはバキューム孔に対して位置ずれを起こして、フイルムに皺や弛みが発生する可能性がある。この結果、弾性体からフイルムに掛かる張力が不均一となる可能性がある。フイルムは張力の弱い部位から変形しようとするため、弾性体が傾斜する可能性がある。最悪の場合、所望の負圧を維持することができなくなる。

本発明は、フイルムに掛かる張力がより均一化される液体収納容器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の液体収納容器の製造方法は、底板と、底板から立ち上がる第１の周囲壁と、第１の周囲壁の頂部に沿って固定され、底板と第１の周囲壁とによって画定される液体収納空間を覆う可撓性のフイルムと、液体収納空間に収容され底板とフイルムとによって圧縮された弾性体と、を有する液体収納容器の製造方法に関する。本発明の製造方法は、第１の周囲壁の頂部から離れかつ液体収納空間を覆う位置にフイルムを保持する第１のステップと、フイルムの少なくとも液体収納空間を覆う領域に張力がかかるようにフイルムの上記領域を底板に向けて押し込みながら、フイルムの上記領域を塑性変形させる第２のステップと、フイルムの上記領域に張力がかかりかつフイルムの上記領域によって弾性体が圧縮されるように、塑性変形したフイルムの上記領域を底板に向けて押し込み、フイルムを第１の周囲壁の上記頂部に固定する第３のステップと、を有している。

フイルムは底板に向けて押し込まれながら張力を受ける。これによってフイルムに存在していた不均一な皺や弛みが除去されまたは縮小し、張力が均一化され、塑性変形によってその状態が固定化される。フイルムがさらに底板に向けて押し込まれると、フイルムは新たな張力を受け、その張力がさらに均一化され、塑性変形によってその状態が固定化される。このプロセスを繰り返しながらフイルムはより均一な張力を受ける状態に変化する。このようなフイルムをさらに押し込んで第１の周囲壁の頂部に固定し、弾性体の圧縮による弾性反発力をフイルムに印加することで、フイルムに掛かる張力がより均一化された液体収納容器を得ることができる。

本発明によれば、フイルムに掛かる張力がより均一化される液体収納容器の製造方法を提供することが可能となる。

第１の実施形態に係る圧力調整ユニットの構成を示す図である。 圧力調整ユニットの製造プロセスを示す概略図（１）である。 圧力調整ユニットの製造プロセスを示す概略図（２）である。 圧力調整ユニットの製造プロセスを示す概略図（３）である。 第２の実施形態に係る圧力調整ユニットの構成を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る圧力調整ユニットの概略構成を示しており、同図（ａ）は、圧力調整ユニットの平面図を、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ線で切断した断面図を示す。圧力調整ユニット１００は、底板１８と、底板１８から立ち上がり同心の円筒形状を有する第１及び第２の周囲壁５，６と、を有している。底板１８と第１及び第２の周囲壁５，６は同一の材料で一体成型されることが望ましい。底板１８と第１の周囲壁５とによって、液体が収納される液体収納空間Ｓが画定されている。液体収納空間Ｓは第１及び第２の周囲壁５，６の頂部５ａ，６ａに沿って固定された可撓性のフイルム２で覆われており、内部に弾性体１を収容している。第１及び第２の周囲壁５，６の頂部５ａ，６ａはフイルム２が良好に固定されるために平面形状であることが望ましい。本実施形態では弾性体１はコイルばねであり、底板１８とフイルム２の間で底板１８とフイルム２（より詳細には、後述する弾性体受け３）とによって圧縮されている。弾性体１はフイルム２に弾性復元力を印加して液体収納空間Ｓの容積が増えるようにフイルム２を弾性変形させることができれば、板バネ等でもよい。フイルム２の液体収納空間Ｓと対向する下面２ｂには弾性体１を支持する弾性体受け３が予め熱圧着されている。弾性体受け３が固定されたフイルム２をフイルムユニット４と呼ぶ。底板１８及び弾性体受け３の液体収納空間Ｓと対向する面１８ａ，３ａにはそれぞれ円形の溝１４，１５が設けられ、コイルばねの両端部はこれらの溝１４，１５に嵌合し位置決めされている。底板１８の内部には液体導入口１０と液体出口１１とが形成されている。液体導入口１０と液体出口１１の一端はそれぞれ底板１８の側面に開口し、他端は液体収納空間Ｓに開口している。

フイルム２は可撓性とバリア性と液体に対する耐性とを有していれば、いかなる材料も用いることができる。フイルム２は接着剤、両面テープなどの適宜の手段で第１及び第２の周囲壁５，６の頂部５ａ，６ａに固定することができるが、熱圧着で固定されることが好ましい。このため、本実施形態では、底板１８、特に第１及び第２の周囲壁５，６とフイルム２と弾性体受け３は熱可塑性の材料からなっている。底板１８、第１及び第２の周囲壁５，６、フイルム２及び弾性体受け３は、例えばポリプロピレンを用いることができる。

第２の周囲壁６は第１の周囲壁５よりも外側にあり、第１の周囲壁５を囲んでいる。第２の周囲壁６は底板１８の液体収納空間Ｓと対向する面１８ａから見て第１の周囲壁５よりも突き出している。具体的には、第２の周囲壁６の高さないし頂部６ａの位置は、後述するように第２の周囲壁６にフイルム２を固定した際に（ステップ１）、フイルム２に弛みや皺があっても、フイルム２が第１の周囲壁５の頂部５ａに接触しないように設定される。この段階でフイルム２が第１の周囲壁５の頂部５ａに接触すると、ステップ２においてフイルム２を押圧して張力Ｔを与え、フイルム２を塑性変形させることができない。第２の周囲壁６は液体収納空間Ｓを画定する第１の周囲壁５の外側にあるため、第１の周囲壁５にフイルム２を固定した後に除去することも可能である。一例では、第１の周囲壁５の高さは４ｍｍ、第２の周囲壁６の高さは５ｍｍである。

第１の周囲壁５の中心軸５ｂと第２の周囲壁６の中心軸６ｂは互いに一致している。さらに、第１の周囲壁５の中心軸５ｂと第２の周囲壁６の中心軸６ｂはそれぞれ、弾性体１とフイルム２の当接部１９を通っている。このため当接部１９からフイルム２が固定される第１の周囲壁５の頂部５ａまでの距離、及び当接部１９からフイルム２が固定される第２の周囲壁６の頂部６ａまでの距離が方向によって大きく異なることが避けられ、弾性体１が安定して伸縮できる。本実施形態では第１の周囲壁５と第２の周囲壁６は共に円筒形であるため、当接部１９から第１の周囲壁５の頂部５ａまでの距離と当接部１９から第２の周囲壁６の頂部６ａまでの距離がそれぞれ方向によらず一定である。従って、弾性体１が安定して伸縮し、フイルム２に均等に張力を印加することが可能となる。

圧力調整ユニット１００は以下のように作動する。インク等の液体は液体導入口１０から供給され、液体収納空間Ｓを通って、液体出口１１から排出される（図１（ｂ）中の矢印参照）。液体出口１１はインクジェット記録ヘッド等の液体吐出ヘッドの液体吐出部と連通している。液体収納空間Ｓの液体はポンプ（図示せず）によって引かれており、圧縮状態にある弾性体１は弾性復元力をフイルム２に及ぼす。この結果、フイルム２は液体収納空間Ｓの容積が拡張する方向へ、すなわち押し広げられるように変形し、液体収納空間Ｓに負圧を発生させる。液体収納空間Ｓを適正な負圧に維持することによって、液体吐出ヘッドの液体吐出部に形成されるメニスカスを維持し、液体吐出部における液体漏れを防止することができる。液体収納空間Ｓの圧力は弾性体１の弾性復元力によって調整することができ、弾性体１の弾性復元力は弾性体１の弾性係数（材料）や形状によって調整することができる。フイルム２を押し広げる力はフイルム２に外力を加えることで調整することもできる。

次に、圧力調整ユニット１００の製造方法について、図２〜４を参照して詳細に述べる。なお、本発明はより一般的には底板１８と、第１及び第２の周囲壁５，６と、液体収納空間Ｓを覆う可撓性のフイルム２と、液体収納空間Ｓに収容され底板１８とフイルム２で圧縮された弾性体１とを有する液体収納容器１０１の製造方法に適用可能である。

（ステップ１）
まず、第２の周囲壁６にフイルム２を固定する。具体的には、図２（ａ）に示すように位置決め治具７に底板１８を固定する。底板１８は、位置決め治具７によって動かないように保持される。位置決め治具７は、底板１８を固定するための機構（図示せず）のほか、２つのピン８ａ，８ｂを有している。ピン８ａ，８ｂの頂部は第２の周囲壁６の頂部６ａよりも高い位置、すなわち底板１８から見てより突き出した位置にある。弾性体１は底板１８の溝１４に嵌合している。

次に、図２（ｂ）に示すように、フイルムユニット４をフイルム保持治具９で挟んで固定する。フイルム保持治具９には、位置決め治具７のピン８ａ，８ｂに嵌合する２つの穴１０ａ，１０ｂが設けられている。

次に、図３（ａ）に示すように、フイルム保持治具９を位置決め治具７に取り付ける。位置決め治具７のピン８ａ，８ｂとフイルム保持治具９の穴１０ａ，１０ｂを嵌め合せることで、第２の周囲壁６の頂部６ｂにフイルム２が設置される。同時に、弾性体１が弾性体受け３の溝１５に嵌合し安定した姿勢で圧縮される。フイルム２の下面２ｂは第２の周囲壁６の頂部６ｂに当接しているが、第１の周囲壁５の頂部５ａには当接していない。この結果、フイルム２は第１の周囲壁５の頂部５ａから離れかつ液体収納空間Ｓを覆う位置に保持される。

次に、図３（ｂ）に示すように、加熱した第１の押圧ツール１２を下降させ、フイルム２を第２の周囲壁６の頂部６ｂに沿って熱圧着により固定する。第１の押圧ツール１２はフイルム保持治具９の中央開口９ａを通って第２の周囲壁６を押圧する。図３（ａ）の段階ではフイルム２は第２の周囲壁６の頂部６ｂに必ずしも当接していなくてもよいが、本ステップの終了後にはフイルム２は第２の周囲壁６の頂部６ｂに当接し固定される。第１の押圧ツール１２はフイルム２に当接する下面１２ａの外周に沿ってヒータ１２ｂが内蔵されており、ヒータ１２ｂに通電することでフイルム２の第２の周囲壁６の頂部６ｂと当接する周縁部が加熱される。本ステップでは、フイルム２に皺や弛みがある場合も、フイルム２は第１の周囲壁５の頂部５ａに当接しない。熱圧着の代わりに、第１の周囲壁５の頂部５ａに予め接着剤を塗布し、あるいは両面テープ等の粘着材を貼りつけ、フイルム２をその上から押し付けてもよい。加熱した第１の押圧ツール１２を用いる代わりに、第２の周囲壁６を予め加熱しておき、常温の押圧ツールでフイルム２を第２の周囲壁６に押し付けてもよい。

その後、図３（ｃ）に示すように、第１の押圧ツール１２を上昇させる。次に、第２の周囲壁６の外側のフイルム２を刃物、レーザ等で切断し、フイルム保持治具９を位置決め治具７から切り離す。以上により、フイルム２が第２の周囲壁６の頂部６ｂに沿って保持される。

（ステップ２）
次に、図４（ａ）に示すようにフイルム２に張力Ｔを掛けつつフイルム２を塑性変形させる。具体的には第１の押圧ツール１２より径の小さい第２の押圧ツール１３を第１の周囲壁５の上方からフイルム２に押し付ける。第２の押圧ツール１３は第１の周囲壁５とほぼ同じ直径を有している。これは後述するように、フイルム２の少なくとも液体収納空間Ｓを覆う領域２ａに張力がかかり塑性変形が生じればよいからである。第２の押圧ツール１３はフイルム２に当接する下面の全面１３ａにヒータ１３ｂが内蔵されており、ヒータ１３ｂに通電することでフイルム２の第１の周囲壁５の頂部５ａと当接する周縁部とその内側の領域が加熱される。

フイルム２は第２の周囲壁６で支持され第１の周囲壁５から離れているため、第２の押圧ツール１３によって底板１８に向けて押下げられることができる。これによって、張力Ｔを受けるともに塑性変形を始める。第２の周囲壁６の頂部６ｂで保持されているフイルム２は、ステップ１の終了時に不均一な張力が掛かっていたり、弛みや皺が発生したりしている場合がある。第２の押圧ツール１３はフイルム２に張力Ｔをかけながら塑性変形を生じさせるため、フイルム２に存在している不均一な張力が均一化され、皺や弛みが除去されまたは縮小し、かつその状態が固定化される。フイルム２が第２の押圧ツール１３によってさらに押下げられると、新たな張力Ｔがフイルム２に掛かり、フイルム２はさらに塑性変形し、張力Ｔがより均一化される。第２の押圧ツール１３の中心軸１３ｃが第２の周囲壁６の中心軸６ｂと一致しているため、第２の押圧ツール１３の中心軸１３ｃから全方向に均等な張力Ｔがフイルム２に掛けられる。最初にフイルム２を弾性変形させて不均一な張力を均一化し、皺や弛みを除去し、その後フイルム２を加熱して塑性変形させることもできる。従って、第２の押圧ツール１３のヒータは第２の押圧ツール１３が押下げられている途中で作動させてもよい。

（ステップ３）
最後に、図４（ｂ）に示すようにフイルム２を第１の周囲壁５に固定する。第２の押圧ツール１３のヒータ１３ｂに通電したままさらにフイルム２を押し下げることによって、フイルム２を熱圧着により第１の周囲壁５の頂部５ａに固定する。この過程で弾性体受け３の溝１５と底板１８の溝１４に両端が嵌合した弾性体１がさらに圧縮される。これと同時にフイルム２に新たな張力Ｔが印加され、塑性変形が引き続き進行する。フイルム２が第１の周囲壁５の頂部５ａに熱圧着で固定された後、第２の押圧ツール１３を持ち上げ、位置決め治具７を除去すると、弾性体１からの弾性復元力を受け、フイルム２に掛かる張力Ｔがより均一化された圧力調整ユニット１００が完成する。第１の実施形態と同様、フイルム２は接着剤や両面テープ等の粘着材によって第１の周囲壁５の頂部５ａに固定してもよく、第１の周囲壁５をあらかじめ加熱してから常温の押圧ツールで熱圧着してもよい。

本実施形態では、第１の周囲壁５の中心軸５ｂと、第２の周囲壁６の中心軸６ｂと、第１の押圧ツール１２の中心軸１２ｃと、第２の押圧ツール１３の中心軸１３ｃとが互いに一致している場合、特に均一な張力が得られる。押圧ツールの寸法の制約などの理由で上記４つの中心軸を一致させることが困難な場合は、少なくとも第１の周囲壁５の中心軸５ａと、第１の押圧ツール１２の中心軸１２ｃと、第２の押圧ツール１３の中心軸１３ｃとを一致させることが望ましい。

本実施形態では、底板１８上に第１及び第２の周囲壁５，６が設けてあるため、第１の周囲壁５と第２の周囲壁６の位置関係を調整する必要はなく、底板１８が位置決め治具７にしっかりと固定されていれば本発明の効果が得られる。

（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態に係る圧力調整ユニット１００の製造方法を示している。本実施形態では、第２の周囲壁１７は底板１８ではなく位置決め治具１６に設けられており、その他の構成は第１の実施形態と同じである。底板１８が位置決め治具１６に固定されたときに、第２の周囲壁１７は第１の周囲壁５より突き出している。第１の実施形態と同様にして、第２の周囲壁１７の頂部１７ａにフイルム２が熱圧着で固定される。フイルム２は第１の実施形態よりも広い範囲に設けられ、第１の押圧ツール（図示せず）は第１の実施形態で使用される第１の押圧ツール１２よりも大きい。その後加熱された第２の押圧ツール１３でフイルム２を押し込み、フイルム２に張力Ｔを加える。これによってフイルム２の皺や弛みが除去され、フイルム２に塑性変形が生じる。その後、塑性変形したフイルム２の張力Ｔを保持したまま第２の押圧ツール１３でフイルム２を第１の周囲壁５の頂部５ａに押し付け、フイルム２を第１の周囲壁５の頂部５ａに熱圧着する。その後、第２の周囲壁１７の外側のフイルム２を刃物またはレーザ等でカットし、底板１８を位置決め治具１６から取り外す。本実施形態においても第１の実施形態同様、張力Ｔがより均一化されたフイルム２が得られる。本実施形態では、第２の周囲壁１７が位置決め治具１６に設けられているため、第１の実施形態と比べ圧力調整ユニット１００の構成要素を少なくすることができる。

１ 弾性体
２ フイルム
５ 第１の周囲壁
１８ 底板
Ｓ 液体収納空間

Claims (11)

1. 底板と、前記底板から立ち上がる第１の周囲壁と、前記第１の周囲壁の頂部に沿って固定され、前記底板と前記第１の周囲壁とによって画定される液体収納空間を覆う可撓性のフイルムと、前記液体収納空間に収容され前記底板と前記フイルムとによって圧縮される弾性体と、を有する液体収納容器の製造方法であって、
   前記第１の周囲壁の前記頂部から離れかつ前記液体収納空間を覆う位置に前記フイルムを保持する第１のステップと、前記フイルムの少なくとも前記液体収納空間を覆う領域に張力がかかるように前記フイルムの前記領域を前記底板に向けて押し込みながら、前記フイルムの前記領域を塑性変形させる第２のステップと、前記フイルムの前記領域に張力がかかりかつ前記フイルムの前記領域によって前記弾性体が圧縮されるように、塑性変形した前記フイルムの前記領域を前記底板に向けて押し込み、前記フイルムを前記第１の周囲壁の前記頂部に固定する第３のステップと、を有する液体収納容器の製造方法。
2. 前記第１のステップで、前記フイルムは、前記第１の周囲壁を囲み前記第１の周囲壁より突き出した第２の周囲壁の頂部に沿って保持される、請求項１に記載の液体収納容器の製造方法。
3. 前記第２の周囲壁は前記底板から立ち上がっている、請求項２に記載の液体収納容器の製造方法。
4. 前記底板を前記第２の周囲壁を備えた治具に固定することを有し、前記底板が前記治具に固定されたときに、前記第２の周囲壁は前記第１の周囲壁より突き出している、請求項２に記載の液体収納容器の製造方法。
5. 前記第１の周囲壁の中心軸と前記第２の周囲壁の中心軸はそれぞれ、前記弾性体と前記フイルムの当接部を通っている、請求項２から４のいずれか１項に記載の液体収納容器の製造方法。
6. 前記第２のステップで前記フイルムは第１の押圧ツールによって押し込まれ、前記第３のステップで前記フイルムは第２の押圧ツールによって押し込まれ、前記第１の周囲壁の前記中心軸と前記第１の押圧ツールの中心軸と前記第２の押圧ツールの中心軸は互いに一致している、請求項５に記載の液体収納容器の製造方法。
7. 前記第２の周囲壁の前記中心軸と前記第１の押圧ツールの前記中心軸と前記第２の押圧ツールの前記中心軸は互いに一致している、請求項６に記載の液体収納容器の製造方法。
8. 前記第１の周囲壁と前記第２の周囲壁は同心の円筒形状を有している、請求項２から７のいずれか１項に記載の液体収納容器の製造方法。
9. 前記フイルムの前記液体収納空間と対向する面に前記弾性体を保持する弾性体受けが固定されており、前記弾性体の両端部は前記弾性体受けと前記底板にそれぞれ設けられた溝に嵌合させられる、請求項１から８のいずれか１項に記載の液体収納容器の製造方法。
10. 前記第１の周囲壁と前記フイルムは熱可塑性の材料からなり、前記フイルムは熱圧着により前記第１の周囲壁の前記頂部に固定される、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体収納容器の製造方法。
11. 前記底板が前記液体収納空間に連通する液体導入口及び液体出口を有する圧力調整ユニットの製造方法であって、前記圧力調整ユニットは請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体収納容器の製造方法に従って製造される、圧力調整ユニットの製造方法。

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