JP6355442B2 - 液体収容容器の液体充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体収容容器の液体充填方法に関する。

インクを収容し、その消費に伴って記録ヘッドに供給するインクタンクのような液体収容容器では、収容されたインク（液体）を漏らすことなく、且つ滞りなく最後まで供給できるような構成が求められる。

例えば特許文献１には、ばねと可撓性シートを用いることにより、液体収容室内に適量の負圧を発生させる構成が開示されている。特許文献１のような構成であれば、液体収容室内にスポンジのような吸収体を備える従来の構成に比べ、より多くのインクを収容可能としながら、安定した流速と流量で液体を供給することが可能となる。但し、液体充填後の液体収容室内に空気が残留していると、その体積は物流時の温度や気圧の変化によって変動し、液体の漏れが懸念される場合がある。よって、工場を出荷する時点では、液体収容室内の空気の量が、環境が変化しても漏れが起こらない程度に少なく抑えられることが望まれる。

特許文献２には、液体収容室に液体を注入した後、残存空気を特定の箇所に積極的に収集し、その体積に該当する量を液体収容室から吸引する方法が開示されている。特許文献２の方法によれば、液体収容室内の空気をなるべく少なくした状態で出荷することができるので、物流時に温度や気圧が変化しても液体漏れの無い状態で着荷することが期待できる。

特開２００７−０６２３３７号公報 特開２００６−１７５８５５号公報

しかしながら、特許文献１のように可撓性のシートを用いている場合、空気は可撓性シートの形状によって様々な箇所にトラップする。この場合、吸引すべき空気を特定の箇所に収集することが困難になり、空気の体積に見合った量を吸引しても、実際には空気ではなく液体が吸引されてしまうおそれがあった。すなわち、可撓性のシートを用いる構成では、液体充填後に残存する空気量を十分に少なくすることは、未だ困難な状況にあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものである。よってその目的とするところは、残存する空気の量をなるべく少ない量に抑えるように液体収容室に液体を充填する方法を提供することである。

そのために本発明は、液体を導出するための供給口を備えたケース部材と、該ケース部材と接合して当該ケース部材と共に液体を収容可能な液体収容室を形成する可撓性シートと、板部材を介して前記可撓性シートを前記液体収容室の容積を拡大する方向に付勢するばね部材とを備える液体収容容器の液体充填方法であって、前記液体収容室の内部を減圧して前記液体収容室の容積を最小容積にする一次減圧工程と、該一次減圧工程によって減圧された前記液体収容室に前記最小容積よりも少ない量の液体を注入する一次注入工程と、該一次注入工程で液体が注入された前記液体収容室の内部を減圧して前記液体収容室の容積を前記最小容積にし、所定の量の空気を残して前記液体収容室の空気を吸引する二次減圧工程と、該二次減圧工程の後に液体を前記液体収容室に注入する二次注入工程とを有し、前記二次減圧工程における前記液体収容室の減圧度は前記一次減圧工程における前記液体収容室の減圧度よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、なるべく少ない目的の量の空気を残した状態で液体収容室に液体を充填することが可能となる。

本発明に使用可能な液体収容容器の構造分解図である。 液体収容容器に液体を充填する際の構成図である。 （ａ）および（ｂ）は、一次減圧工程前後の液体収容容器の状態図である。 （ａ）および（ｂ）は、一次注入工程終了時の液体収容容器の状態図である。 （ａ）および（ｂ）は、二次減圧工程終了時の液体収容容器の状態図である。 二次注入工程終了時の液体収容容器の状態図である。 液体収容室内にトラップされている空気を示す図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に使用可能な液体収容容器の構造分解図である。本実施形態の液体収容容器１はインクジェット記録ヘッドに供給するインクを収容可能なインクタンクとして利用することができる。液体収容容器１において、液体を収容するケース部材１６の側部には、収容された液体を外部（記録ヘッド）に導出するための供給口１５が設けられている。ケース部材１６の内壁１６ａには、圧縮コイルからなるばね部材１１、板部材から成る圧力板１０、内壁１６ａと接合し折り返し部を有する可撓性シート１２がこの順に押し当てられ、更に蓋部材１３が被されることによって液体収容容器１が完成する。液体収容容器１の内部は可撓性シート１２によって２つの空間に区別され、内壁１６ａから可撓性シート１２までの空間が実際に液体を収容する液体収容室１７となる。供給口１５は液体収容室１７側に配され、通常はゴム部材で密閉されている。供給口１５に供給針を突刺することで、液体収容容器１が外部と連通する。

ばね部材１１が、圧力板１０を付勢して液体収容室１７の容積を広げるので、液体収容室１７には、一定の負圧が維持される。一方、蓋部材１３には大気連通口１３ａが形成されており、可撓性シート１２から蓋部材１３までの空間は大気圧が維持されている。

液体収容室１７に液体（例えばインク）が十分に充填されているとき、液体収容室１７内にはばね部材の付勢力に伴う負圧が発生している。液体の消費が進むと液体収容室１７内の負圧は高まり、圧力板１０はばね部材１１の付勢力に逆らって徐々に左に移動する。但し、内壁１６ａには圧力板１０の移動を規制するための支柱１４が設けられており、圧力板１０が支柱１４に当接した時点で圧力板１０の移動は止まる。この状態の容積が、液体消費時の液体収容室１７の最小容積となる。

図２は、液体収容容器１に液体を充填する際の構成図である。注入針５が穿刺された液体収容容器１は、図のように１０°程度傾けられた姿勢で固定されている。この状態でポンプ６を駆動しながらバルブ４ａ〜４ｃの開閉を制御することにより、液体貯留部２に貯留されている液体を液体収容容器１に注入したり、液体収容容器１の空気や液体を吸引したりすることができる。

本実施形態において、液体収容容器１への液体の充填動作は、一次減圧工程→一次注入工程→二次減圧工程→二次注入工程の４段階で行う。

図３（ａ）および（ｂ）は、一次減圧工程の開始前と終了後における液体収容容器１の状態を示す断面図である。一次減圧工程を実行する前、液体収容室１７の内部は空でありほぼ大気圧となっている。このとき、圧力板１０はばね部材１１によって図３（ａ）のように蓋部材１３の側に押し付けられ、液体収容室１７の容積は最大となる。

このような状態で、再度図２を参照するに、ポンプ６を駆動した状態でバルブ４ａのみを開くと、液体収容室１７内は徐々に減圧し、圧力板１０および可撓性シート１２は左に移動し、やがて支柱１４に当接し停止する（図３（ｂ））。更にポンプ６の駆動を継続すると、液体収容室１７内は更に減圧される。そして、本実施形態では−３０〜−４０ｋＰａ程度の減圧が達成された時点でバルブ４ａを閉じる。以上で一次減圧工程が完了する。なお、この状態で、一定時間放置し液体収容室１７内の圧力変化を観察することにより、液体収容室１７の密閉性試験を行うこともできる。

続く一次注入工程において、液体収容室１７へ液体を流入させる。液体は、図２に示す分注器３であらかじめ設定された量を流入させる。液体の流入の量は、二次減圧時の減圧値および、減圧値によって変化する最小容積によって変化させる。注入時はバルブ４ｂのみを開放し、バルブ４ｃは液体貯留部２より分注器３に液体を流入させるときに開放する。本実施形態では、図３（ｂ）で示した最小容積よりも少ない量の液体が流入される。

図４（ａ）および（ｂ）は、一次注入工程が終了したタイミングにおける液体収容容器１の状態を示す図である。液体の注入によって液体収容室１７の減圧度は緩和され、圧力板１０は図４（ａ）に見るように再びばね部材１１の付勢力によって支柱から離れる。最小容積よりも少ない量の液体が注入されているので、液体収容室１７には空気と液体の両方が存在するが、液体収容容器１が１０°程度傾けられているので、空気は図４（ｂ）に示すように、重力方向に上昇し供給口１５の注入針５の近傍に集まる。

続く二次減圧工程では、再びバルブ４ｂおよび４ｃを閉塞しバルブ４ａを開放する。これにより、注入針５の近傍に位置する空気が注入針５を介して吸引される。

図５（ａ）および（ｂ）は、二次減圧工程が完了した後における液体収容容器１の状態を示す断面図である。液体収容室１７内の空気吸引により圧力板１０および可撓性シート１２は再び左に移動し支柱１４に当接する（図５（ａ））。当該当接の後もポンプの駆動を継続することにより、液体収容室１７内は更に減圧される。このような減圧動作に伴って、液面（気液界面）も上昇するが、一次注入工程で流入されている液体は最小容積よりも少ない量であるので、液面が注入針５に到達することは殆ど無い。減圧度が徐々に高くなると、一次注入工程で発生した泡が液面に集まり、多少の液滴が注入針５から排出される場合もあるが、基本的には空気のみが注入針５から排出される。そして、本実施形態では−９０〜−９５ｋＰａ程度の減圧が達成された時点でバルブ４ａを閉じる。以上で二次減圧工程が完了する。本実施形態では、この段階において液体収容室１７内に所定の減圧値で減圧された１〜３ｃｃの空気が残存しているものとする。

続く二次注入工程では、バルブ４ｂのみを開放し、バルブ４ｃは液体貯留部２より分注器３に液体を流入させるときに開放して、液体貯留部２に貯留されている液体を液体収容室１７内に流入する。二次注入工程では、最終的に必要とする液体量から一次注入工程ですでに注入した分を差し引いた量を、分注器３によって流入する。具体的には、液体収容室１７内で液体が占有していない容積のうち、残存する空気が占める体積１〜３ｃｃを差し引いた量に相当する量の液体が流入される。図６は、二次注入工程が終了したタイミングにおける液体収容容器１の状態を示す図である。二次減圧工程で吸引しなかった分の空気２０が液体収容室１７内に残存しているが、液体収容室１７内は大気に開放されるので、−９０〜−９５ｋＰａ程度の減圧度で１〜３ｃｃを占めていた空気は、１／１０程度すなわち０．３ｃｃ以下に収縮する。結果、０．３ｃｃ程度の空気を含んだ状態で、液体収容容器１への液体の充填が完了する。

以上説明した一連の工程において、最終的に残存する０．３ｃｃという空気の量は、二次減圧工程で液体収容室１７内に残す空気の量で決まり、当該量は、二次減圧工程で実現する減圧度（−９０〜−９５ｋＰａ）で決まる。そして、この減圧度をあまり大きくすることなく注入針５からなるべく空気のみを吸引するためには、一次注入工程においてある程度の量のインクが注入されて、空気が占有する領域が十分に縮小されていることが求められる。更に、一次注入工程で注入される液体の量は、二次減圧時の減圧値と、減圧値に応じて変化する最小容積に依存する。すなわち、最終的に残存する空気の量（０．３ｃｃ）は、２次減圧工程で設定される減圧度（−９０〜−９５ｋＰａ）、一次注入工程で設定される液体量のいずれにも依存して決まる値である。言い換えれば、二次減圧値によって変化する液体収容室１７の最小容積に対し、一次注入工程における液体量と二次減圧工程における減圧度のそれぞれを適量に調整することにより、最終的に残存する空気量を好ましい値に制御することが可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、一次減圧、一次注入、二次減圧および二次注入を順番に行いながら、一次減圧と二次減圧の減圧度のそれぞれを適量に調整することにより、所定の残存空気を残した状態で液体収容容器に液体を充填することができる。

（第２の実施形態）
一次減圧工程と二次減圧工程のうち、注入針５に液体が注入される懸念がある二次減圧工程では、なるべく低速に減圧が進められていくことが望まれる場合がある。減圧が急激に進行すると、液体中にも空気が発生し、液面が上昇しやすいからである。一方、製造時における効率的な量産を鑑みると、個々の工程はなるべく短時間で行われることが好ましい。本実施形態では、このような観点から、一次減圧工程における吸引速度よりも二次減圧工程における吸引速度をより低速にするように、減圧の速度を調整する。具体的には、二次減圧工程において、バルブ開閉を間欠的に繰り返すことで緩やかな減圧を実現する。

具体的には、まず、バルブ４ａを開放している時間（減圧時間）５０〜１００ｍｓ、バルブを閉塞している時間（待機時間）５００〜１０００ｍｓをそれぞれ確保する。そして、これらを交互に５〜１０回程度繰り返すことにより、一次減圧工程よりも緩やかな減圧効果を実現する。

この際、減圧時間、待機時間、繰り返し回数の組み合わせを複数用意し、これら組み合わせを順番に実行することも有効である。例えば、圧力板１０が移動し液体収容室１７の容積が変化する段階では、減圧時間を短く（５０ｍｓ）待機時間を長く（１０００ｍｓ）設定する。これにより、図７に示すように、液体収容室１７内の様々な箇所にトラップされている空気を開放し、上方の空気溜りに回収されるのを待機時間中に促すことができる。一方、容積が固定され状態が安定する後半では、減圧時間を長く（１００ｍｓ）待機時間を短く（５００ｍｓ）設定する。不安定な状態での液体吸引を懸念することなく減圧を行うことができるので、設定の自由度が増す。

以上説明したように本実施形態の液体充填方法によれば、二次減圧工程における吸引速度を一次減圧工程よりも低速にすることにより、吸引中の空気発生を更に抑え、所定の残存空気を残した状態で液体収容容器に液体を充填することができる。

なお、以上では、一次注入工程が終了後、すぐに二次減圧工程を行う内容出説明したが、一次注入工程と二次減圧工程との間に、液体収容室１７内を大気に連通する工程を設けることも可能である。このような工程を設けると、一次注入工程によって拡張された液体収容室１７の容積は、大気圧によって更に拡大し、液体収容室１７の底面と可撓性シート１２との間にトラップされている空気が開放されることが期待できる。

１ 液体収容容器
１０ 板部材
１１ ばね部材
１２ 可撓性シート
１５ 供給口
１６ ケース部材
１７ 液体収容室

Claims (8)

1. 液体を導出するための供給口を備えたケース部材と、該ケース部材と接合して当該ケース部材と共に液体を収容可能な液体収容室を形成する可撓性シートと、板部材を介して前記可撓性シートを前記液体収容室の容積を拡大する方向に付勢するばね部材とを備える液体収容容器の液体充填方法であって、
   前記液体収容室の内部を減圧して前記液体収容室の容積を最小容積にする一次減圧工程と、
   該一次減圧工程によって減圧された前記液体収容室に前記最小容積よりも少ない量の液体を注入する一次注入工程と、
   該一次注入工程で液体が注入された前記液体収容室の内部を減圧して前記液体収容室の容積を前記最小容積にし、所定の量の空気を残して前記液体収容室の空気を吸引する二次減圧工程と、
   該二次減圧工程の後に液体を前記液体収容室に注入する二次注入工程と
   を有し、
   前記二次減圧工程における前記液体収容室の減圧度は前記一次減圧工程における前記液体収容室の減圧度よりも高いことを特徴とする液体充填方法。
2. 前記二次注入工程では前記二次減圧工程で吸引された空気の量に相当する量の液体を前記液体収容室に注入する請求項１に記載の液体充填方法。
3. 前記二次減圧工程における空気の吸引速度は前記一次減圧工程における空気の吸引速度よりも低速である請求項１または２に記載の液体充填方法。
4. 前記二次減圧工程では、前記液体収容室の内部を減圧するための減圧時間と、該減圧を停止する待機時間と、を交互に繰り返すことにより、前記一次減圧工程における空気の吸引速度よりも空気の吸引速度を低速とする請求項３に記載の液体充填方法。
5. 前記減圧時間および前記待機時間の少なくとも一方が異なる、前記減圧時間と前記待機時間の組み合わせの複数を、順番に実行する請求項４に記載の液体充填方法。
6. 前記最小容積は、前記ケース部材に設けられた支柱に前記板部材が当接することによって前記板部材の移動が規制された状態の前記液体収容室の容積である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体充填方法。
7. 前記一次減圧工程、前記一次注入工程、前記二次減圧工程および前記二次注入工程における減圧および注入は、前記供給口を介して行われる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体充填方法。
8. 前記一次注入工程、前記二次減圧工程および前記二次注入工程は、重力方向において前記供給口が上方に位置する姿勢で行われる請求項７に記載の液体充填方法。

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