JP5398974B2 - 脱気モジュール - Google Patents

Description

本発明は、脱気モジュールに関する。

インクジェット吐出装置の中でも、業務向けの大型インクジェットプリンタ、カラーフィルタ製造装置などでは、使用する薬液の液量が多いため、薬液タンクは装置本体に据え置かれる。そして、インクジェット吐出装置の動作時において、薬液タンクから送り出されたインクやフォトレジスト液などの薬液は、吐出精度の向上や気泡による欠陥防止のために、装置本体に据え置かれた脱気モジュールによって脱気された後、樹脂配管などを通過して、インクジェットヘッドに供給される。
しかしながら、従来のインクジェット吐出装置では、脱気済みの薬液が樹脂配管中を流れる間に、樹脂配管を透過してくる空気が脱気済みの薬液に再溶解するという問題があった。

脱気済みの薬液への空気の再溶解を低減するには、脱気モジュールをインクジェットヘッドに設置し、脱気モジュールとインクジェットヘッドとを繋ぐ樹脂配管を極力短くすることが考えられる。そこで、平膜型脱気モジュール（平膜の分離膜を有した脱気モジュール）をインクジェットヘッドに設置した脱気モジュールが知られている（特許文献１参照）。
特公平８−１８４３４号公報

しかしながら、特許文献１の平膜型脱気モジュールは、膜面積が小さいことから、一定の脱気性能を確保するために、大型にならざるを得ず、インクジェットヘッドに設置するとインクジェットヘッドの動作に負担をかける恐れがあった。

ところで、インクジェット吐出装置に設置された状態の脱気モジュール内は、常に薬液が存在する状態であるが、インクジェット吐出装置が一定期間使用されない場合、脱気モジュール内に保留された薬液が変質する恐れがある。薬液が変質してしまうと、インクジェット吐出装置を次回使用する際に不具合を生じる。また、平膜型脱気モジュールの場合、大型ゆえに脱気モジュール内に保留されている薬液の液量が多く、変質する恐れのある薬液の液量も多かった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、インクジェット吐出装置において、インクジェットヘッドの動作に負担をかけずに、脱気済みの薬液への空気の再溶解を低減でき、かつ、インクジェット吐出装置を一定期間使用しない場合に、薬液の廃棄損失を低減しつつ、薬液の変質による次回使用時の不具合を防止できる脱気モジュールを目的とする。

上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
（１）中空糸膜からなる分離膜を備え、インクジェット吐出装置のインクジェットヘッドに着脱自在に設置されることを特徴とする脱気モジュール。
（２）前記インクジェットヘッドの上部に設置した状態での前記脱気モジュールの横断面の最長部寸法が、前記インクジェットヘッド横断面の最短部寸法以下であることを特徴とする（１）に記載の脱気モジュール。

（３）前記インクジェットヘッドの上部に設置した状態での前記脱気モジュールの横断面の最長部寸法が、３０ｍｍ以下である（１）または（２）に記載の脱気モジュール。
（４）前記インクジェットヘッドの上部に設置した状態での前記脱気モジュールの横断面の形状が、円形である（１）〜（３）のいずれかに記載の脱気モジュール。
（５）前記中空糸膜が、非多孔質の薄膜を多孔質膜で挟み込んだ三層構造の複合中空糸膜である（１）〜（４）のいずれかに記載の脱気モジュール。
（６）前記中空糸膜の中空部を薬液が通過する内部灌流方式である（１）〜（５）のいずれかに記載の脱気モジュール。

本発明の脱気モジュールを用いれば、インクジェット吐出装置において、インクジェットヘッドの動作に負担をかけずに、脱気済みの薬液への空気の再溶解を低減でき、かつ、インクジェット吐出装置を一定期間使用しない場合に、薬液の廃棄損失を低減しつつ、薬液の変質による次回使用時の不具合を防止できる。

本発明の脱気モジュール１０は、図１に示すように、中空糸膜１５からなる分離膜を備えた脱気モジュールである。ここで、中空糸膜を用いた脱気モジュールには、薬液の通過経路の違いから、中空糸膜の中空部を薬液が通過する内部灌流方式と、中空糸膜の周囲を薬液が通過する外部灌流方式とがあり、本発明においてはいずれの方式であってもよい。ただし、外部灌流方式は、薬液が高流量である場合に高い脱気性能を示すものの、インクジェット吐出装置のように薬液が低流量（数ｃｃ／ｍｉｎ）である場合には、脱気性能が不足する恐れがある。また、外部灌流方式は、内部灌流方式に比べて構造が複雑になりやすい。したがって、本発明の脱気モジュールは、内部灌流方式であることが好ましい。以下、本実施形態例においては、脱気モジュール１０を内部灌流方式として説明する。

中空糸膜１５は、両方の端部が開口した状態で、ポッティング材１６を介してハウジング１７内に収納されている。また、この脱気モジュール１０の上部には、薬液を脱気モジュール１０内に導入するための薬液導入口１１が設けられ、この脱気モジュール１０の下部には、薬液を脱気モジュール１０外に導出するための薬液導出口１２が設けられ、この脱気モジュール１０の側面には、薬液から脱気された空気を脱気モジュール１０外に排出するための脱気口１３、１４が設けられている。この脱気モジュール１０では、薬液は薬液導入口１１から導入され、中空糸膜１５の中空部を通過し、薬液導出口１２から導出される。なお、内部灌流方式の場合、脱気口は本実施形態例のように複数設けられていてもよいが、１箇所でもよい。

中空糸膜１５は、平膜型の分離膜に比べて膜面積が広く、脱気性能に優れている。本発明の脱気モジュール１０は、中空糸膜１５を備えることで、インクジェットヘッドの動作に負担をかけることがない大きさにまで小型化することができる。そして、脱気モジュール１０がインクジェットヘッドに設置されることで、脱気モジュールとインクジェットヘッドとを繋ぐ樹脂配管の長さを短くすることができ、該樹脂配管中を流れる脱気済みの薬液への空気の再溶解を低減できる。

中空糸膜１５としては、気体透過性に優れるものであれば特に制限はなく、多孔質膜、非多孔質膜、またはそれらの組み合わせのいずれであってもよい。好ましくは多孔質膜と非多孔質膜とからなる多層構造の中空糸膜であり、特に好ましくは、図２に示すような非多孔質薄膜１５ａを多孔質膜１５ｂで挟み込んだ三層構造の複合中空糸膜が挙げられる。その具体例としては、例えば三菱レイヨン・エンジニアリング（株）製の三層複合中空糸膜（商品名：ＭＨＦ）が挙げられる。
非多孔質薄膜１５ａは、液体が透過できるような孔を有さず、かつ優れた気体透過性を有する。したがって、非多孔質薄膜１５ａを用いた三層複合中空糸膜は、減圧側への薬液の液漏れが発生しにくく、かつ高い脱気性能を発揮する。さらに、三層複合中空糸膜は、非多孔質薄膜１５ａを多孔質膜１５ｂにより保護しているので、優れた機械的強度も備えている。三層複合中空糸膜は、例えば、溶存酸素が１μｇ／Ｌ（ｐｐｂ）以下の超低濃度になるまで薬液を脱気することが可能であり、脱気モジュールの小型化により好適である。

中空糸膜１５の膜厚は１０〜１５０μｍが好ましい。膜厚が１０μｍ以上であれば膜強度が優れ、１５０μｍ以下であれば空気を十分に透過させることができる。三層構造の複合中空糸膜の場合には、非多孔質薄膜１５ａの厚みは０．３〜３μｍであることが好ましい。０．３μｍ以上であれば膜が劣化しにくく、膜の劣化による薬液の液漏れが発生しにくい。また、３μｍ以下であれば空気を十分に透過させることができる。中空糸膜１５の中空部１８の内径は５０〜１０００μｍが好ましい。内径を５０μｍ以上にすれば、中空部１８を流れる薬液の流路抵抗が適度に小さくなり、薬液の供給がより円滑になる。内径を１０００μｍ以下にすれば、中空糸膜モジュール１０の大きさを小さくでき、脱気モジュール１０をより小型化できる。

中空糸膜１５の素材としては、例えば、シリコーン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、セルロース、ポリウレタンなどが好ましい。図２のような三層構造の複合中空糸膜における非多孔質薄膜１５ａの素材としては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリジメチルシロキサン、ポリエチルセルロース、ポリフェニレンオキサイドなどが好ましい。これらの中でも、特にポリウレタンは、製膜性が良好であるとともに、溶出物が少なく好ましい。

ポッティング材１６の素材は特に限定されないが、例えば、エポキシ、ポリウレタン、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂や、各種の熱可塑性樹脂が挙げられる。
ハウジング１７の素材は特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイドなどが挙げられる。

脱気モジュール１０は、図３に示すように、インクジェット吐出装置のインクジェットヘッド２０に設置される。また、脱気モジュール１０は、固定手段２１によって保持されることで、インクジェットヘッド２０に対して着脱自在に設置される。また、脱気モジュール１０には、インクジェットヘッド２０に設置した状態において、脱気モジュール１０の上部の薬液導入口１１と、薬液タンク２２とを接続し、薬液タンク２２から供給される薬液を脱気モジュール１０内に導入する薬液導入配管３１が配管される。また、脱気モジュール１０には、脱気モジュール１０の下部の薬液導出口１２と、インクジェットヘッド２０とを接続し、脱気済みの薬液をインクジェットヘッド２０に供給する薬液導出配管３２が配管される。また、脱気モジュール１０には、脱気モジュール１０の側面の脱気口１３、脱気口１４と、真空ポンプ２３とを接続し、薬液から脱気した空気を脱気モジュール１０から排出する脱気配管３３、脱気配管３４が配管される。

インクジェットヘッド２０の下面には、被印刷物（不図示）に対して薬液を吐出するための薬液吐出口（不図示）が形成されている。インクジェット吐出装置の動作時には、インクジェットヘッド２０が、例えば紙面水平方向に移動しつつ、インクジェットヘッド２０の直下にある被印刷物に薬液を吐出する。

固定手段２１は、この実施形態例では、金属や樹脂などからなる留め具２１ａと台座２１ｂで構成される。そして、固定手段２１はインクジェットヘッド２０の上部に取り付けられ、脱気モジュール１０を着脱自在となるように保持する。なお、脱気モジュール１０は、インクジェットヘッド２０に着脱自在に設置されていればよいため、必ずしも固定手段２１による固定方法に限定されることはない。脱気モジュール１０をインクジェットヘッド２０に着脱自在となるように設置するには、固定手段２１の他にも、例えば、綿ファスナー、ボルトナット、針金などを用いてもよい。

薬液導入配管３１、薬液導出配管３２、脱気配管３３、脱気配管３４には、フッ素樹脂チューブ、シリコンチューブ、オレフィン系チューブ、その他使用する薬液に応じた樹脂配管、金属製フレキシブル配管などが使用される。樹脂配管は金属製フレキシブル配管に比べて安価であるが、金属製フレキシブル配管より空気が透過しやすいことは一般的に知られている。

薬液導入配管３１、薬液導出配管３２、脱気配管３３、脱気配管３４は、図４〜１０に例示するような各種継手によって、脱気モジュール１０の薬液導入口１１、薬液導出口１２、脱気口１３、脱気口１４と着脱自在に配管されている。ここでは、薬液導入口１１と薬液導入配管３１との接続を例に挙げて各種継手を説明するが、これらの継手は薬液導出口１２、脱気口１３、脱気口１４にも同様に適用される。
図４に示す継手は、端部にコネクター４１を取り付けた薬液導入配管３１を、薬液導入口１１にねじ込む方式の継手である。
図５に示す継手は、薬液導入口１１に取り付けられたニップル４２に、薬液導入配管（不図示）をねじ込む方式の継手である。
図６に示す継手は、端部にそろばん玉４３（リング状スリーブ）を填め込んだ薬液導入配管３１を、薬液導入口１１に取り付けられたナット４４で締める方式の継手である。
図７に示す継手は、端部にコネクター４１を取り付けた薬液導入配管３１を、薬液導入口１１に取り付けられたナット４４で締める方式の継手である。
図８に示す継手は、フランジ４５ａに取り付けられたニップル４２に薬液導入配管（不図示）をねじ込み、次いで、フ薬液導入口１１に取り付けられたフランジ４５ｂと、ランジ４５ａとを、ガスケット４６を介してボルト４７で固定する方式の継手である。
図９に示す継手は、薬液導入配管３１に金属製フレキシブル配管を採用した場合に好ましく用いられ、ガスケット４６で隙間を密閉し、薬液導入口１１に取り付けられたナット４４で締める方式の継手である。
図１０に示す継手は、薬液導入口１１に取り付けられたニップル４２に、薬液導入配管（不図示）をねじ込み、薬液導入配管の端部をＯリング４８で締める方式の継手である。

これらの中でも、図７、９、１０に示す継手は、簡便な構造で継手を小さくでき、かつ着脱が容易であるために好ましく用いられる。中でも図７に示す継手は、配管が硬質な直管である場合に好ましく用いられる。図９に示す継手は、配管が金属製フレキシブル配管である場合に好ましく用いられる。図１０に示す継手は、配管が柔軟性のある樹脂配管である場合に好ましく用いられる。特に、脱気配管３３、脱気配管３４には、専ら樹脂配管が用いられるため、図１０に示す継手のような簡便かつ樹脂配管の接続に向いた継手が好ましく設けられる。
薬液導入口１１、薬液導出口１２、脱気口１３、脱気口１４には、全て同じ構造の継手が設けられてもよく、それぞれ異なった構造の継手が設けられてもよい。また、薬液導入口１１、薬液導出口１２、脱気口１３、脱気口１４に設けられる継手は着脱自在であればよく、図４〜１０に例示した継手に限られることはない。

本発明の脱気モジュール１０は、このようにしてインクジェットヘッド２０に着脱自在に設置されているため、インクジェットヘッド２０から容易に取り外しできる。そのため、インクジェット吐出装置が一定期間使用されない場合に、脱気モジュール内に保留されている薬液を抜液することができ、薬液の変質による次回使用時の不具合を防止できる。
また、本発明の脱気モジュール１０は小型化されているため、該脱気モジュール内に保留されている薬液の液量が平膜型脱気モジュールに比べて少ない。ゆえに、抜液による薬液の廃棄損失を低減できる。

脱気モジュール１０は、図３に示すように、インクジェットヘッド２０の上部に設置した状態での脱気モジュール１０の横断面の最長部寸法ａが、インクジェットヘッド２０の横断面の最短部寸法ｂ以下であることが好ましい。本発明の脱気モジュールを前記寸法にすることで、カラープリンタなどで複数のインクジェットヘッドが併設される場合でも、インクジェットヘッド同士の併設間隔が脱気モジュールの寸法で制約されることがない。
脱気モジュール１０の横断面の最長部寸法ａは、好ましくは３０ｍｍ以下である。市場に流通しているインクジェット吐出装置の多くは、インクジェットヘッドの横断面の最短部寸法ｂが３０ｍｍ以上であるため、最長部寸法ａを３０ｍｍ以下とすることで、多くのインクジェット吐出装置に本発明の脱気モジュールを適用することができる。

脱気モジュール１０は、図３に示すように、インクジェットヘッド２０の上部に設置した状態での横断面の形状が円形であることが好ましい。横断面の形状を円形にすることで、薬液導入口１１から導入された薬液が、複数の中空糸膜１５へ概均等に分散されて流れやすくなる。これにより、個々の中空糸膜１５に通過する薬液の液量をより均一にすることができ、脱気性能をより高めることができる。

脱気モジュール１０は、この実施形態例において、薬液導出配管３２の長さを極力短くするために、薬液導出口１２を下側にした縦置き状態でインクジェットヘッド２０の上部に設置されている。ただし、本発明はこれに限らず、必要に応じて横置き設置してもよい。
また、この実施形態例では、脱気モジュール１０をインクジェットヘッド２０の上部に設置しているが、必要に応じてインクジェットヘッド２０の側面に設置してもよい。

次に、脱気モジュール１０を備えたインクジェット吐出装置の動作のうち、装置内での薬液の流れ、および薬液の脱気について説明する。
薬液は、図３に示す薬液タンク２２から送出され、薬液導入配管３１内を通過して、薬液導入口１１より脱気モジュール１０内に導入される。脱気モジュール１０内に導入された薬液は、図１に示す中空糸膜１５の上側の端部から中空糸膜１５内に入り、図２に示す中空糸膜１５の中空部１８を流れる。このとき、中空糸膜１５の周囲は図３に示す真空ポンプ２３により減圧されて真空状態にある。このため、薬液が中空部１８を流れるうちに、薬液に溶存している空気が中空糸膜１５の膜を透過して中空糸膜１５の外に取り除かれることで、薬液が脱気される。そして、中空糸膜１５の下側の端部から脱気済みの薬液が送出される。次いで、脱気済みの薬液は、薬液導出口１２から脱気モジュール１０外に導出され、薬液導出配管３２を通過し、インクジェットヘッド２０に供給される。薬液から取り除かれた空気は、脱気口１３、１４から脱気モジュール１０外に排出される。

本発明の脱気モジュールは、脱気性能に優れた中空糸膜からなる分離膜を備えていることで小型化されているため、インクジェット吐出装置のインクジェットヘッドに設置しても、該インクジェットヘッドの動作に負担をかけることがない。そして、脱気モジュールがインクジェットヘッドに設置されることで、脱気モジュールとインクジェットヘッドとを繋ぐ配管（薬液導出配管３２）の長さを短くすることができ、そこを流れる脱気済みの薬液への空気の再溶解を低減できる。
また、本発明の脱気モジュールは、インクジェットヘッドに着脱自在に設置されるため、インクジェット吐出装置を一定期間使用しない場合に、該脱気モジュールを取り外して薬液を抜液することができ、薬液の変質による次回使用時の不具合を防止できる。さらに、本発明の脱気モジュールは小型化されているため、脱気モジュール内に保留されている薬液の液量が少ない。したがって、本発明の脱気モジュールによると、抜液による薬液の廃棄損失を低減できる。

本発明の一実施形態例の脱気モジュールの構造を示す断面図である。 本発明で好適に用いられる三層構造の複合中空糸膜の断面構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態例の脱気モジュールをインクジェットヘッドに設置した状態を示す斜視図である。 脱気モジュールに取り付けられる継手を例示し、該継手を取り付けた状態での該継手近傍の構造を示す部分断面図である。 脱気モジュールに取り付けられる継手を例示し、該継手を取り付けた状態での該継手近傍の構造を示す部分断面図である。 脱気モジュールに取り付けられる継手を例示し、該継手を取り付けた状態での該継手近傍の構造を示す部分断面図である。 脱気モジュールに取り付けられる継手を例示し、該継手を取り付けた状態での該継手近傍の構造を示す部分断面図である。 脱気モジュールに取り付けられる継手を例示し、該継手を取り付けた状態での該継手近傍の構造を示す部分断面図である。 脱気モジュールに取り付けられる継手を例示し、該継手を取り付けた状態での該継手近傍の構造を示す部分断面図である。 脱気モジュールに取り付けられる継手を例示し、該継手を取り付けた状態での該継手近傍の構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１０ 脱気モジュール
１１ 薬液導入口
１２ 薬液導出口
１３ 脱気口
１４ 脱気口
１５ 中空糸膜
１５ａ 非多孔質薄膜
１５ｂ 多孔質膜
１８ 中空部
２０ インクジェットヘッド
２１ 固定手段
３１ 薬液導入配管
３２ 薬液導出配管
３３ 脱気配管
３４ 脱気配管

Claims (6)

1. 多孔質膜と非多孔質膜とからなる多層構造の気体透過性を有する中空糸膜からなる分離膜を備え、インクジェット吐出装置のインクジェットヘッドの上部に着脱自在に設置されることを特徴とする脱気モジュール。
2. 前記インクジェットヘッドの上部に設置した状態での前記脱気モジュールの横断面の最長部寸法が、前記インクジェットヘッドの横断面の最短部寸法以下である請求項１に記載の脱気モジュール。
3. 前記インクジェットヘッドの上部に設置した状態での前記脱気モジュールの横断面の最長部寸法が、３０ｍｍ以下である請求項１または２に記載の脱気モジュール。
4. 前記インクジェットヘッドの上部に設置した状態での前記脱気モジュールの横断面の形状が、円形である請求項１〜３のいずれかに記載の脱気モジュール。
5. 前記中空糸膜が、非多孔質の薄膜を多孔質膜で挟み込んだ三層構造の複合中空糸膜である請求項１〜４のいずれかに記載の脱気モジュール。
6. 前記中空糸膜の中空部を薬液が通過する内部灌流方式である請求項１〜５のいずれかに記載の脱気モジュール。

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