(57)【要約】【課題】  製造コスト面で有利であり、使用が簡単であり、また、信頼性の高い、カートリッジ内に含まれる密閉容器を正確にまた確実に充填し脱気するための方法を提供する。【解決手段】  カートリッジ内に含まれる容器を充填及び脱気するための方法。流体注入ユニットは、回転可能な容器内へ流体を導く。上記カートリッジ内に含まれる容器は、脱気及び重量測定のための垂直位置から、流体注入のための水平位置へ回転可能である。複数回の回転周期の後、正確な容器の重量測定および容器の完全なエア抜きによって、容器が正確に充填される。【選択図】図４
2004195982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カートリッジ内に含まれる容器を充填し脱気する方法において、
（ａ）充填及び脱気されるべき容器を含むカートリッジを提供し、
（ｂ）流体注入部材と、上記カートリッジを保持する支持手段と、充填されるべき上記容器の重量を決定する手段と、実質的に水平な位置から実質的に垂直な位置へ上記カートリッジを回転させる手段とを有する流体注入ユニットを提供し、
（ｃ）上記実質的に水平な位置において、上記流体注入部材が充填されるべき容器内へ挿入されるように、上記流体注入ユニットの支持部材上へ、充填されるべき容器を含む上記カートリッジをマウントし、
（ｄ）充填されるべき上記容器を実質的に垂直な位置に再配置するために、上記実質的に水平な位置から上記実質的に垂直な位置へカートリッジを回転させ、
（ｅ）流体の注入に先立ち、充填されるべき上記容器の重量を測定し、
（ｆ）充填されるべき上記容器を実質的に水平な位置に再配置するために、上記実質的に垂直な位置から上記実質的に水平な位置へカートリッジを回転させ、
（ｇ）少なくとも一部充填される容器を形成する所定のレベルを越えるレベルまで、充填されるべき上記容器内に上記流体を導き、
（ｈ）上記少なくとも一部充填される容器を含む上記カートリッジを、上記実質的に水平な位置から上記実質的に垂直な位置へ回転させ、
（ｉ）上記流体を含む少なくとも一部充填される容器の重量を測定し、
（ｊ）上記少なくとも一部充填される容器に含まれる過剰な流体及び取り込まれたエアを抜き、
（ｋ）上記少なくとも一部充填される容器を含む上記カートリッジを、上記実質的に垂直な位置から上記実質的に水平な位置へ回転させる、ステップを有している容器の充填及び脱気方法。
【請求項２】
上記ステップ（ｋ）の後に、更に、
（ｌ）上記少なくとも一部充填される容器内に、一杯に満たされた容器を規定する所定のレベルを越えるレベルまで、追加の流体を導き、
（ｍ）上記一杯に満たされた容器の重量を測定し、
（ｎ）上記一杯に満たされた容器に含まれる過剰な流体及び残っているエアを、最終の所定のレベルまで抜く、ステップを有する請求項１記載の容器の充填及び脱気方法。
【請求項３】
充填されるべき上記容器の重量を測定するステップが、更に、
（ａ）上記容器の重量を測定するためのロードセルと上記容器を充填するための装置とを提供し、
（ｂ）上記容器を充填するための装置用の実質的に摩擦のないマウントを提供し、
（ｃ）上記カートリッジが上記水平な位置から垂直な位置へ回転させられた場合に、上記カートリッジ上に、上記容器内に取り込まれたエアを除去する衝撃力を加える、ステップを有している請求項１記載の容器の充填及び脱気方法。
【請求項４】
上記カートリッジ上に衝撃力を加えるステップが、上記カートリッジの回転動作の経路にバンプストップを配置するステップを有する請求項３記載の容器の充填及び脱気方法。
【請求項５】
上記エア抜きのステップが、上記流体注入ユニットを通じて上記容器へ真空を適用するステップを有している請求項３記載の容器の充填及び脱気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体充填の分野に関する。より詳しくは、本発明は、充填処理の間に、容器が脱気され、正確な量の流体材料を受けるように、流体材料で容器を充填するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きなインクジェットカートリッジ（１０００ｍｌ又はそれ以上）等の、流体材料を受ける容器を含む市販のカートリッジは、市販される広い形式のインクジェットプリンタに必要とされる。典型的には、これらのカートリッジは、一般的に超音波で密閉される２つの成形されたプラスチック製カートリッジの半割体から構成される（例えば特許文献１参照）。また、カートリッジは、その内側部分に配置される充填されるべき容器を有している。一般的には、開口部が、カートリッジに対する容器の挿入及び取出し用の手段についてのアクセスとともに、容器についてのアクセスをもたらすべく、カートリッジの一部に設けられる。更に、典型的には、容器を充填するための隔壁（septum）が容器の上部に配置される。この隔壁は、薬瓶に用いられる仕掛けに類似するものである。インク等の流体材料を用いた容器の充填は、一般的に、隔壁を通じて針を挿入し、針を介してインクをポンプで供給することにより、カートリッジの組立前に行なわれる。従来、一般的には、正確な重量の充填材料を容器内に送ることには問題があった。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６２５７７１４号明細書
【０００４】
近年の流体充填事情に伴う別の問題は、充填される容器又はコンテナが、相当量の残りの気体を含むことであり、これは、充填処理の結果に悪影響する。当業者は、ほとんどのデスクトップ型インクジェットプリンタで見られる熱プリントヘッドではなく、電子プリントヘッドを有するインクジェットプリンタのようなプリンタが、より正確な容器充填の前提条件を要することを理解するであろう。このため、充填されるべき容器から全ての気体が除去される（抜かれる）必要がある。カートリッジ内に残る酸素の許容レベルは、１ｐｐｍ（すなわち０．０００１％）より小さい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、当該技術においては、製造コスト面で有利であり、使用が簡単であり、また、信頼性の高い、カートリッジ内に含まれる密閉容器を正確にまた確実に充填し脱気するための装置及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述した１つ又はそれ以上の問題を克服するためのものである。要約すれば、本発明の１つの様相により、カートリッジ内に含まれる容器を充填し脱気する方法は、充填及び脱気されるべき容器を含むカートリッジを提供する。流体の注入ユニットは、流体注入部材，上記カートリッジを保持する支持部材、容器の重量を判断する手段を有している。また、充填及び脱気を効率化するために、カートリッジを、実質的に水平な位置から実質的に垂直な位置へ回転させる手段が設けられる。容器を脱気した後、カートリッジは、実質的に水平位置にある流体注入ユニットの支持部材上にマウントされ、これにより、流体注入部材が、充填されるべき容器内に位置決め可能に挿入される。カートリッジは、実質的に水平な位置から実質的に垂直な位置へ回転され、これにより、容器は実質的に垂直な位置に再配置される。カートリッジ及び容器の重量は、容器内への流体注入に先立ち、垂直位置において判断される。カートリッジ及び容器が重量測定されると、カートリッジは、実質的に垂直な位置から実質的に水平な位置へ回転させられ、これにより、容器は、液体注入のために、実質的に水平な位置に再配置される。その後、流体は、少なくとも一部充填された容器を形成する所定のレベルを越えるレベルまで、容器内に導入される。再度、一部充填された容器を含むカートリッジが、実質的に水平な位置から実質的に垂直な位置へ回転させられる。その後、少なくとも一部充填された容器の重量が判断される。そのとき、いかなる過剰な流体、取り込まれたエアも、一部充填された容器から除去される。最後に、正確に充填された容器を含むカートリッジが、取付け具（fixture）からの取外しのために、実質的に垂直な位置から実質的に水平な位置へ回転させられる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、従来技術の問題を解決する多くの長所を有する。特に、本発明は、充填されるべき容器から、そこに取り込まれたエアの取出しに備え、これにより、インクの劣化が防止される。また、本発明によれば、充填されるべき容器が非常に正確に充填される。更に、本発明を用いれば、カートリッジ／容器の取り扱いが最小限で済む。カートリッジ／容器が取付け具に挿入されると、充填／脱気の全工程が自動的に行なわれる。また、これにより、製造工程の間に隔壁に針が刺し通される回数が最小限に抑制される。また、更に、本発明の充填／脱気工程の処理能力が最大にされる。また、機械の設計は、複数のカートリッジ／容器が同時に充填／脱気されるようにされ得る。最後に、本工程は、液体による容器の正確な充填及びエアの除去が必要とされるいかなる製品に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しながら、本願の実施形態について詳細に説明する。なお、全ての図面を通じて、同一の構成をあらわすために、同一の符号が用いられている。
【０００９】
図面、特に図１及び２を見ればわかるように、容器を充填するための本発明に用いられる方法とともに使用される装置１００が示されている。図１及び２によれば、カートリッジ１０内に含まれ、流体で充填されるべき容器８（図３）を充填するための装置１００は、カートリッジ１０を保持するために、堅固なフレーム６に回転部３０にて回転可能に取り付けられた保持部材１８を有している。保持部材１８は、一定方向にカートリッジを拘束する離間された複数の位置合せ部材２４ａ，２４ｂを有している。図中では２つしか確認できないが、好ましくは、少なくとも３つの位置合せ部材が、カートリッジを正確に拘束すべく設けられる。図２に示されるように、流体注入部材、つまり針２０が、好ましくは、支持部材２２の中央部に配置される。図３から分かるように、流体の充填に際して、針２０は、隔壁つまり容器８の流体入口端部２６内へ差し込まれる。
【００１０】
容器８の正確な重量測定は、好ましくはロードセル（load cell）１２等の電子重量測定素子を用いて実現される。しかし、適切であれば、アナログ重量測定素子が用いられてもよい。本発明では（図１及び２参照）、ロードセル１２が、カートリッジ１０の重量を判断するために、取付け具回転部３０を通じてフレーム６に接続されたスライドアッセンブリ１６と構造上関連させられている。取付け具回転部３０は、実質的に水平な位置と実質的に垂直な位置との間で、フレーム６に対してカートリッジ１０を回転させるための好適な手段をもたらすものである。
【００１１】
前述したように、本発明に用いられるカートリッジ１０を使用するプリンタ（不図示）は、ほとんどのデスクトップ型インクジェットプリンタにて見られる熱プリントヘッドではなく、圧電性プリントヘッドを採用する。圧電性プリントヘッドの特性により、充填されるべき容器から、全てのエアが除去される必要がある。カートリッジに残る酸素の許容レベルは、１ｐｐｍ（０．０００１％）より小さい。これを実現するために、以下に述べる工程が開発される。
【００１２】
本発明においては、カートリッジが実質的に水平な位置にある場合に、充填工程が開始されることが重要である。熟練者は、水平の充填位置により、ポンプ工程の間に、例えばインク等の流体の気泡化が最小限に抑制されることを理解するであろう。容器８を含むカートリッジ１０は、まず、フレーム６により支持される取付け具２８内に取り付けられる。カートリッジ１０は、取付け具２８と構造上関連させられた位置合せ部材２４ａ，２４ｂに係合する。この位置合せ部材２４ａ，２４ｂとのカートリッジ１０の係合により、カートリッジ１０内に含まれる容器８の隔壁２６が、流体注入部材つまり針２０と位置合わせされることとなる。針２０は、貯留器３４から容器８内に流体をポンプで送り込む、インク閉鎖弁４２を備えたポンピングシステム４６に接続されている。
【００１３】
図３及び４から分かるように、実質的に水平な位置においてカートリッジ１０内に含まれる容器８は、最初に、約５０ｍｌの流体で満たされる。充填されるべき容器８内にポンプで送り込まれる流体つまりインクの量は、ポンプ５４により制御され、インクは貯留器３４により供給される。
【００１４】
図１及び４から分かるように、その後、カートリッジ１０を支持する取付け具２８は、回転部３０を介して、実質的に水平な位置４８から実質的に垂直な位置５０へ回転させられる。カートリッジ１０の回転は、手作業の若しくは駆動モータによる自動的な手段を含むいかなる手段でも実現可能である。このカートリッジ１０の回転により、例えばエアなどの取り込まれた残りの気体が、充填されるべき容器８の上部に上がってくる。回転終了の時点では、回転の経路における固定されたバンプストップ（bump stop）３２が、カートリッジ１０に対して弾力性のある衝撃力をもたらす。取付け具２８の垂直回転の端に配置されたバンプストップ３２は、充填されるべき容器８の上部への気泡の上昇を容易にする。
【００１５】
図４を参照すれば、インク又は染料等の流体材料で容器８を充填するための発明に用いられる好適な方法は、まず、カートリッジ１０をインクトグル戻り弁４０と連結させるのに先立ち、容器８の気体を抜くステップを有する。インク／エアは、真空ポンプ４４により、充填されるべき容器８から除去される。インクは、液体トラップ３６によりエアと分離され、貯留器３４に戻される。
【００１６】
図４から分かるように、非常に正確に充填されるカートリッジを得る（＋／−１ｍｌ）ために、好ましくは、ロードセル１２が、カートリッジ１０を支持する機構に組み込まれる。ロードセル１２は、カートリッジ１０，インク及び把持機構１４（図１及び２に示される）の重量を連続的に監視する。ロードセル１２の出力は、制御システム（不図示）により監視され、所定の充填量（単位：ｍｌ）に到達するときを算出するために較正される。制御システムは、予め設定された重量に達した場合に、インクトグル供給弁３８を作動停止させ、インクトグル戻り弁４０を作動させることにより、エア／インク除去（脱気）工程を止める。充填／脱気工程の精度は、カートリッジ１０の重量を測定するために用いられるロードセル１２の精度により制限される。
【００１７】
再び図４を参照すれば、カートリッジ１０の正確な重量が決定された後、カートリッジ１０は、垂直な位置５０から水平な位置４８へ、回転部３０まわりに回転させられる。カートリッジ１０が水平位置４８に来ると、インクトグル供給弁３８が作動させられ、インクトグル戻り弁４０が作動停止させられることにより、追加のインクが、インク貯留器３４を介して容器８内へポンプで送り込まれる。
【００１８】
更に再度図４を参照すれば、流体が容器８内へ導かれた後、カートリッジ１０が、水平な位置から垂直な位置へ、回転部３０まわりに回転させられる。この段階で、次のエア抜き工程が行なわれる。経験上、カートリッジの充填及び脱気の質を向上させるには、充填及びエア抜き工程を繰り返すことが重要である。
【００１９】
最後の容器のエア抜きが終了した時点で、カートリッジ１０は、再び、取付け具２８内で、垂直な位置５０から水平な位置４８へ回転部３０まわりに回転させられる。カートリッジ１０内に含まれる完全な容器８は、取付け具２８から手作業で取り外され、新たなカートリッジと交換される。新たなカートリッジは、前述した同じ工程を用いて充填され、脱気される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に用いられる充填及び重量測定ステーションの側面図である。
【図２】本発明に用いられる充填及び重量測定機構を拡大して示す側面図である。
【図３】本発明に用いられるカートリッジを部分的に分解して示す斜視図である。
【図４】本発明に用いられるインク／エア抜きシステムの全体構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
６…フレーム
８…容器
１０…カートリッジ
１２…ロードセル
１４…把持部
１６…スライドアッセンブリ
１８…保持部材
２０…針
２２…支持部材
２４ａ，２４ｂ…位置合せ部材
２６…隔壁
２８…取付け具
３０…回転部
３２…バンプストップ
３４…貯留器
３６…液体トラップ
３８…インクトグル供給弁
４０…インクトグル戻り弁
４２…インク閉鎖弁
４４…真空ポンプ
４６…ポンピングシステム
４８…水平位置
５０…垂直位置
５２…カートリッジの垂直回転の終点
５４…インク供給ポンプ
１００…装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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