JP2022095354A - 液体タンクとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小リークの発生を抑えることが容易な液体タンクの製造方法を提供する。
【解決手段】液体タンクの製造方法は、液体が収容されたタンク本体５の開口８を取り囲む第１の面Ｓ１と、蓋部材７の第２の面Ｓ２のいずれか一方の面から突き出す溶着リブ９を、他方の面に溶着することによって、蓋部材７をタンク本体５に接合することと、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２のいずれか一方の面に設けられ溶着リブ９に沿って延びるシール部材１０を、他方の面に当接させ、溶融させ、硬化させることによって、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間の空間を封止することと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は液体タンクの製造方法、及び液体タンクに関する。

インクジェット記録装置として、液体タンク（インクタンク）が装着されるものが知られている。液体タンクは、タンク本体に蓋部材を接合することによって製造されることが多い。特許文献１には、タンク本体と蓋部材をそれぞれ治具で固定し、タンク本体と蓋部材を上下方向から当接させ、蓋部材に横振動を加え、当接面を溶着させることによって、蓋部材をタンク本体に接合する方法が開示されている。

特開２００７－１６０８６０号公報

特許文献１に記載された方法によれば、蓋部材は溶着によってタンク本体に溶着される。しかし、蓋部材とタンク本体との接合面には微小な凹凸が存在しており、溶着によって微小な凹部を埋めることが困難な場合がある。微小な凹凸は微小リークの原因となり得るため、商品の信頼性の低下につながる。また、蓋部材をタンク本体に接合するのは液体タンクの製造工程の終盤であるため、この段階で微小リークが発生した液体タンクが製造されてしまうと、それらを使用できないため、コストアップにつながる。

本発明は、微小リークの発生を抑えることが容易な液体タンクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の液体タンクの製造方法は、液体が収容されたタンク本体の開口を取り囲む第１の面と、蓋部材の第２の面のいずれか一方の面から突き出す溶着リブを、他方の面に溶着することによって、蓋部材をタンク本体に接合することと、第１の面と第２の面のいずれか一方の面に設けられ溶着リブに沿って延びるシール部材を、他方の面に当接させ、溶融させ、硬化させることによって、第１の面と第２の面との間の空間を封止することと、を有する。

本発明によれば、微小リークの発生を抑えることが容易な液体タンクの製造方法を提供することができる。

本発明の液体タンクを含む記録用カートリッジの斜視図である。 液体タンクの製造方法を示す概略図である。 液体タンクの製造方法を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る蓋部材の第２の面の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る蓋部材の第２の面の平面図である。

以下、図面を参照して本発明の液体タンクとその製造方法について説明する。以下の実施形態では、インクジェットプリンタに装着されるインクタンクについて説明するが、液体はインクに限定されない。すなわち、本発明は、液体吐出装置から吐出される液体を収容する液体タンクと、その製造方法に関するものである。また、本発明は、液体が収容されるタンク本体に蓋部材を接合することで形成される液体タンクと、その製造方法に広く適用可能である。

以下に述べる実施形態では、液体タンクは記録ヘッドと一体化されて、記録用カートリッジを構成している。記録用カートリッジはインクが無くなると全体が交換される。しかし、大容量のインク収容容器を別途設け、そこから液体タンクにインクを補充するようにしてもよい。記録ヘッドは液体タンクと独立して設けてもよい。この場合、液体タンク内のインクが無くなったとき、記録ヘッドは交換せずに、液体タンクのみを交換する。本発明はいずれのタイプの液体タンクにも適用することができる。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、記録素子基板３の側からみた記録用カートリッジ１の斜視図を、図１（ｂ）は、蓋部材７の側からみた記録用カートリッジ１の斜視図を示す。図１（ｃ）は、記録素子基板３と電気配線部材４とタンク本体５の分解斜視図を、図１（ｄ）は、液体タンク２の分解斜視図を示す。記録用カートリッジ１は、インクを収容する液体タンク２と、インクを吐出するための記録素子基板３と、記録素子基板３に記録のための信号等を送る電気配線部材４と、を有している。液体タンク２は、インクを収容するタンク本体（筐体）５と、タンク本体５に収容されインクを保持するインク吸収体６と、蓋部材７とを有している。タンク本体５と蓋部材７は樹脂で形成されている。タンク本体５は、上部が開口８とされた箱形の形状を有している。図１（ｄ）において、タンク本体５にインク吸収体６を挿入し、インクを注入した後、蓋部材７をタンク本体５に接合することで、液体タンク２が完成する。

次に、蓋部材７をタンク本体５に接合する方法について説明する。図２、３は液体タンク２の製造方法、具体的には蓋部材７をタンク本体５に接合する工程を概念的に示している。図３は蓋部材７とタンク本体５の接合部の付近を拡大して示している。図２（ａ）、図３（ａ）は蓋部材７の接合前の状態を、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は蓋部材７の接合中の状態を、図２（ｃ）は蓋部材７の接合後の状態を示す。図３（ｄ）は図３（ｂ）のＡ部拡大図を、図３（ｅ）は比較例の図３（ｄ）と同じ部位の拡大図を示す。図４は、溶着リブ９とシール部材１０が形成された、蓋部材７の第２の面Ｓ２の平面図を示す。

まず、タンク本体５と蓋部材７の接合部の構成について説明する。タンク本体５は矩形の開口８を取り囲む第１の面Ｓ１を有している。第１の面Ｓ１は矩形の枠状の面である。蓋部材７は、第１の面Ｓ１と対向する第２の面Ｓ２を有している。第２の面Ｓ２は、第１の面Ｓ１及び開口８と対向する矩形の面であり、少なくとも蓋部材７のタンク本体５との接合時及び接合後は、第１の面Ｓ１と平行である。蓋部材７は溶着リブ９とシール部材１０とを有する。溶着リブ９とシール部材１０は、第２の面Ｓ２から突き出し、第２の面Ｓ２に沿って延びる突条体である。溶着リブ９とシール部材１０は、タンク本体５の開口８の全周に沿って連続的に延びる、閉じた形状を有し、全体として矩形形状である。これによって、タンク本体５と蓋部材７の接合強度と蓋部材７のシール性を確保することができる。特に、蓋部材７のシール性を十分に確保するため、シール部材１０をタンク本体５の開口８の全周に沿って連続的に設けることが好ましい。図４（ａ）に示すように、シール部材１０は溶着リブ９の内側を、溶着リブ９に沿って平行に延びている。溶着リブ９はタンク本体５の第１の面Ｓ１と溶着されることで、蓋部材７とタンク本体５とを接合する。つまり、溶着リブ９は第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間に設けられ、蓋部材７をタンク本体５に接合する接合手段である。溶着リブ９は蓋部材７とタンク本体５とを一体化するものであり、溶着部は所定の接合強度を有している。溶着リブ９は所定の剛性を有するように、シール部材１０より高い剛性（縦弾性係数）を有している。溶着リブ９は難燃性や量産性を考慮し、蓋部材７と同じ材料で、蓋部材７と一体成形することが好ましい。

シール部材１０は蓋部材７のシール性を向上させるために設けられている。シール部材１０は０～３０℃程度の常温では固相であるが、蓋部材７及び溶着リブ９より縦弾性係数の低い材料で形成されている。このため、シール部材１０はタンク本体５に圧接した際に、変形して第１の面Ｓ１になじむことができる。また、シール部材１０は、タンク本体５や蓋部材７よりも融点が低く（加熱すると溶けやすい）、溶融性に優れた材料で形成されている。さらに、シール部材１０は耐薬品性に優れていることが好ましい。これらの条件を満たす材料としては熱可塑性エラストマーが好ましく、融点が１６０℃程度で耐薬品性に優れるオレフィン系の熱可塑性エラストマーがさらに好ましい。シール部材１０の成形精度を確保するため、シール部材１０は蓋部材７と同時に成形することが好ましい。シール部材１０は塗布によって形成することもできる。

蓋部材７をタンク本体５に接合するには、まず図２（ａ）に示すように、インクが充填されたタンク本体５を下側治具１１に、蓋部材７を上側治具１２に固定する。図３（ａ）に示すように、シール部材１０は溶着リブ９よりも第２の面Ｓ２からの高さが高く形成される。次に、図２（ｂ）に示すように、下側治具１１を上昇させる。シール部材１０は第１の面Ｓ１に当接する。さらに下側治具１１を上昇させ、上向きの力をシール部材１０に印加する。すると、図３（ｂ）に示すように、シール部材１０は変形しながら、第１の面Ｓ１に押し付けられる。続いて、溶着リブ９が第１の面Ｓ１に当接し、押し付けられる。このように、本実施形態では、溶着リブ９が、溶着リブ９と対向する第１の面Ｓ１に接触する前に、溶着リブ９よりも高いシール部材１０が、シール部材１０と対向する第１の面Ｓ１に接触する。これによって、次に述べる横振動が開始された直後からシール部材１０に摩擦熱を与えることができる。

所定の上向き荷重が溶着リブ９とシール部材１０に加わると、図２（ｂ）に示すように、上側治具１２を横振動させる。これによって、図３（ｃ）に示すように、蓋部材７がタンク本体５に対して横方向に振動する。このとき、上向き荷重は印加したままである。上述のように、溶着リブ９とシール部材１０は、第１の面Ｓ１と当接し、第１の面Ｓ１に押し付けられている。このため、溶着リブ９及びシール部材１０と第１の面Ｓ１との間に、横振動による摩擦熱が発生する。溶着リブ９は摩擦熱によって加熱溶融する。同様に、シール部材１０も摩擦熱によって加熱溶融する。溶着リブ９は上向き荷重によって溶融し（削られ）、高さが徐々に減少していく。シール部材１０は厚さ方向に圧縮され、横方向に広がっていく。溶着リブ９の溶け込み量が所望の量に達した時点で横振動を停止し、図２（ｃ）に示すように、下側治具１１を下降させる。その後、摩擦熱の発生が止まり、溶着リブ９とシール部材１０は冷却硬化する。これによって、溶着リブ９がタンク本体５の第１の面Ｓ１に溶着する。また、シール部材１０は第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間の空間を封止する。換言すれば、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間に、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間の空間を封止するシール部材１０が設けられる。以上の工程で、接合工程が終了する。

このように、横振動で発生する摩擦熱によりシール部材１０を溶解させることで、図３（ｄ）に示すように、溶解したシール部材１０が第１の面Ｓ１の微細な凹部１３に入り込む。上向き荷重が掛っているため、シール部材１０はより確実に微細な凹部１３に入り込む。シール部材１０は、第２の面Ｓ２との接触面でも溶解するため、第２の面Ｓ２の微細な凹部もシール部材１０で埋められる。このように、シール部材１０は、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２の凹凸に沿った形状を有するように設けられ、これによって蓋部材７のシール性が向上する。従って、微小リークの発生を抑え、信頼性の高い液体タンク２を提供することができる。また、蓋部材７の接合不良が生じにくくなるため、歩留まりが向上し液体タンク２の低コスト化につながる。特に、一体型のインクジェット記録用カートリッジ１の場合、微小リークによる接合不良が発生すると、液体タンク２だけではなく、記録ヘッドも共に廃却されることになるため、損失額が大きい。よって、本実施形態は、より高い歩留まりが求められる一体型のインクジェット記録用カートリッジにおいて特に大きな効果を奏する。図３（ｅ）は、シール部材１０の代わりに一般的なゴム製のＯリング１４を使用したときの、Ｏリング１４と第１の面Ｓ１の近傍を示している。ゴム製品は熱によって硬化する特性があるため、第１の面Ｓ１の微細な凹部１３を埋めるのは困難である。また、溶着リブ９を二重に配置することも考えられる。しかし、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２の平行度を十分に確保する必要があるため、タンク本体５の製造公差を考慮するとシール性の改善は困難である。

シール部材１０を高くし過ぎると、溶着リブ９が所定の量だけ溶融するまでのシール部材１０の溶融量が多くなり、プロセスに要する時間がかかる。従って、図３（ａ）に示す溶着リブ９とシール部材１０の高さの差ｈは、溶着リブ９の溶融厚さ（溶着リブ９が摩擦で削られる厚さ）以下とすることが好ましい。高さの差ｈは、溶着リブ９の溶融厚さに応じて調整可能であることが好ましい。また、図３（ａ）に示す溶着リブ９とシール部材１０の離間距離ｗは、溶着リブ９の溶融厚さ（上記と同じ）＜シール部材１０の圧接量＋離間距離ｗの関係を満たすことが好ましい。これによって、シール部材１０が溶着リブ９の溶着面に入り込むことを防止できる。シール部材１０の圧接量とは、シール部材１０をタンク本体の第１の面Ｓ１の凹凸形状になじませるための押し付け量（上下方向の変形量）を意味する。高さの差ｈと離間距離ｗは、溶着リブ９の溶融厚さに応じて調整可能であることが好ましい。

上述のように、本実施形態では、シール部材１０は溶着リブ９の内側に配置されている（図４（ａ）参照）。内側にシール部材１０を配置することでシール部材１０の使用量が少なくてすみ、低コスト化につながる。しかし、図４（ｂ）に示すように、シール部材１０は溶着リブ９の外側に配置してもよい。溶着リブ９と第１の面Ｓ１の当接面に発生する溶着バリ（図３（ｂ）のＢ部に発生する）が外側にはみ出すことが防止されるため、外観上の品質を向上させる効果がある。シール性に関しては、どちらのパターンでも同等の効果が得られる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る、蓋部材７の第２の面Ｓ２の平面図を示す。図５ではシール部材１０の図示を省略しているが、図４に示すように、シール部材１０は溶着リブ９の内側または外側に配置される。溶着リブ９は開口８の周囲を断続的に延びている。溶着リブ９は矩形の線に沿って設けられている。結果的に、矩形の線は、複数の溶着リブ９のそれぞれの中心を通って延在する線となる。溶着強度を確保するため、溶着リブ９の全長（複数の溶着リブ９の合計の長さ）は、上述の矩形の線の全長の６０％以上であることが好ましい。矩形の線の一例を図５（ａ）に破線Ｌで示す。図５（ａ）に示す形態では、溶着リブ９が蓋部材７の長辺に沿って断続的に、短辺に沿って連続的に延びている。図５（ｂ）に示す形態では、溶着リブ９が蓋部材７の長辺及び短辺に沿って断続的に延びている。図５（ｃ）に示す形態では、溶着リブ９が蓋部材７の短辺に沿って連続的に延びており、さらにこの短辺に沿った部分の端部からこれと直交する方向に溶着リブ９が延びている。図５（ｄ），（ｅ）に示す形態では、溶着リブ９が蓋部材７の長辺及び短辺に沿って連続的に延びているが、各溶着リブ９は互いに分離されている。図５（ｄ）に示す形態では、蓋部材７の長辺に沿った溶着リブ９が短辺に沿った溶着リブ９より長く、図５（ｅ）に示す形態では、蓋部材７の長辺に沿った溶着リブ９が短辺に沿った溶着リブ９より短い。図５（ｆ）に示す形態では、蓋部材７の長辺に沿った溶着リブ９だけが設けられている。これらの形態は、溶着強度の確保を前提に、溶着リブ９の厚さや高さに応じて選択することが好ましい。本実施形態によれば、溶着リブ９の材料の使用量が抑えられるため、低コスト化につながる。

以上、いくつかの実施形態によって本発明を説明したが本発明はこれに限定されない。例えば、溶着リブ９とシール部材１０のいずれかまたは双方はタンク本体５に設けてもよい。すなわち、溶着リブ９はタンク本体５の第１の面Ｓ１と、蓋部材７の第２の面Ｓ２のいずれか一方の面から突き出すように設けることができ、他方の面に溶着することによって、蓋部材７をタンク本体５に接合することができる。溶着リブ９に沿って延びるシール部材１０も、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２のいずれか一方の面に設け、他方の面に当接させ、溶融させ、硬化させることができ、それによって第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間の空間を封止することができる。

５ タンク本体
７ 蓋部材
９ 溶着リブ
１０ シール部材
Ｓ１ 第１の面
Ｓ２ 第２の面

Claims (16)

1. 液体が収容されたタンク本体の開口を取り囲む第１の面と、蓋部材の第２の面のいずれか一方の面から突き出す溶着リブを、他方の面に溶着することによって、前記蓋部材を前記タンク本体に接合することと、
   前記第１の面と前記第２の面のいずれか一方の面に設けられ前記溶着リブに沿って延びるシール部材を、他方の面に当接させ、溶融させ、硬化させることによって、前記第１の面と前記第２の面との間の空間を封止することと、
   を有する、液体タンクの製造方法。
2. 前記シール部材は前記溶着リブより融点が低く、０～３０℃で固相である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記シール部材は熱可塑性エラストマーからなる、請求項２に記載の製造方法。
4. 前記シール部材は前記溶着リブよりも高さが高い、請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記溶着リブが、前記溶着リブと対向する前記第１または第２の面に接触する前に、前記シール部材は、前記シール部材と対向する前記第１または第２の面に接触する、請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 前記溶着リブと前記シール部材は、前記第２の面から突き出している、請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 前記シール部材は前記開口の全周に沿って連続的に延びている、請求項１から６のいずれか１項に記載の製造方法。
8. 前記溶着リブは前記開口の全周に沿って連続的に延びている、請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
9. 前記溶着リブは前記開口の周囲を断続的に延びている、請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
10. 前記溶着リブは矩形の線に沿って設けられており、前記溶着リブの全長は前記矩形の線の全長の６０％以上である、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記シール部材は前記溶着リブの内側に配置されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 前記シール部材は前記溶着リブの外側に配置されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の製造方法。
13. 前記蓋部材を前記タンク本体に対して横方向に振動させることと、
    前記振動によって、前記溶着リブと、前記溶着リブと当接する前記第１または第２の面との間に、前記溶着リブを溶着させるための摩擦熱を発生させることと、
    前記振動によって、前記シール部材と、前記シール部材と当接する前記第１または第２の面との間に、前記シール部材を溶融させるための摩擦熱を発生させることと、
    を有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の製造方法。
14. 液体が収容されたタンク本体の開口を取り囲む第１の面と、蓋部材の、前記第１の面と対向する第２の面と、の間に設けられた接合手段によって、前記蓋部材を前記タンク本体に接合することと、
    前記第１の面と前記第２の面との間に、前記第１の面と前記第２の面との間の空間を封止するシール部材を設けることと、を有し、
    前記シール部材は、前記第１の面と前記第２の面の凹凸に沿った形状を有するように設けられる、液体タンクの製造方法。
15. 開口と、前記開口を取り囲む第１の面と、を有し、液体が収容されたタンク本体と、
    前記第１の面と対向する第２の面を有する蓋部材と、
    前記第１の面と前記第２の面のいずれか一方の面から突き出し他方の面に溶着され、前記蓋部材を前記タンク本体に接合する溶着リブと、
    前記第１の面と前記第２の面との間に設けられ、前記溶着リブに沿って延び、前記第１の面と前記第２の面との間の空間を封止するシール部材と、
    を有する液体タンク。
16. 前記シール部材は、前記第１の面と前記第２の面の凹凸に沿って形成されている、請求項１５に記載の液体タンク。

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