JPWO2016104509A1 - 中空糸脱気モジュール及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

複数本の中空糸膜が円筒状に束ねられた中空糸膜束と、前記中空糸膜束が収容されて軸線方向に延びる筒体と、を備え、前記中空糸膜の外側に液体を供給するとともに前記中空糸膜の内側を減圧することで、前記液体を脱気する中空糸脱気モジュールであって、前記中空糸膜束の見かけ断面積に対する前記中空糸膜の見かけ断面積の総和の割合である中空糸膜充填率は、４３％以下の範囲である。

Description

本発明は、液体を脱気する中空糸脱気モジュール及び当該中空糸脱気モジュールを備えたインクジェットプリンタに関する。

インクジェットプリンタは、微滴化したインクを被印字媒体に対して直接吹き付ける方式を用いた印刷機である。このようなインクジェットプリンタでは、印字中に、インク貯留部内部の圧力変動によりインク内の溶存気体がガス化し、ノズル詰まりを発生する可能性がある。その結果、著しく印刷品質を低下させるリスクがある。これは、長期使用時及び高速運転時に顕著に見られる。このような問題を解決するために、インクから溶存気体及び気泡を除去する脱気を行うことが有効である。インクを効果的に脱気する方法として、特許文献１には、インク貯留部からインクジェットヘッドに至るインク流路に中空糸膜を用いた中空糸脱気モジュールを取り付け、連続的にインクを脱気することが開示されている。

特許文献１に記載された中空糸脱気モジュールは、外部灌流型の中空糸脱気モジュールであり、複数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束が筒体に収納されている。そして、中空糸膜の外側にインクを供給するとともに中空糸膜の内側を減圧することでインクを脱気し、筒体の側壁に形成された排出口から、脱気されたインクを排出する。

国際公開第２００７／０６３７２０号

近年、インクジェットプリンタに用いるインクとして、有機溶媒にセラミック粉末を分散させたセラミックインクが用いられるようになってきた。ところが、従来の中空糸脱気モジュールを用いてセラミックインクを脱気すると、数日でインクが送液不良になるケースが発生した。そこで、本発明者らは、かかる原因を検討した結果、インクの脱気に伴い中空糸脱気モジュールの圧力損失が急激に上昇し、これによりインクの送液不良が発生していることが分かった。

そこで、本発明の一側面は、圧力損失の急激な上昇を抑制できる中空糸脱気モジュール及びインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために、中空糸脱気モジュールの圧力損失が急激に上昇する原因を検討した。その結果、中空糸膜がインクで膨潤し、これにより中空糸膜間の隙間が狭くなって中空糸脱気モジュールの圧力損失が急激に上昇するとの知見を得た。そして、かかる知見に基づいて更に検討した結果、中空糸膜束における中空糸膜の充填率が、中空糸脱気モジュールの圧力損失の急激な上昇に大きく影響することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の一側面に係る中空糸脱気モジュールは、複数本の中空糸膜が円筒状に束ねられた中空糸膜束と、中空糸膜束が収容されて軸線方向に延びる筒体と、を備え、中空糸膜の外側に液体を供給するとともに中空糸膜の内側を減圧することで、液体を脱気する中空糸脱気モジュールであって、中空糸膜束の見かけ断面積に対する中空糸膜の見かけ断面積の総和の割合である中空糸膜充填率は、４３％以下である。

本発明の一側面に係る中空糸脱気モジュールは、中空糸膜の外側に液体を供給するとともに中空糸膜の内側を減圧することで液体を脱気する外部灌流型である。このため、中空糸脱気モジュールでは、液体の圧力損失を低く抑えることができる。そして、この中空糸脱気モジュールでは、中空糸膜充填率が４３％以下であるため、脱気する液体により中空糸膜が膨潤しても、中空糸膜間に当該液体が通る隙間を確保することができる。ここで、中空糸膜束の見かけ断面積とは、中空糸膜束の外周面により画成される断面領域から、中空糸膜束の内周面により画成される断面領域を除した面積である。中空糸膜の見かけ断面積とは、一本の中空糸膜の外周面により画成される断面領域の面積である。これにより、中空糸脱気モジュールの圧力損失が急激に上昇するのを抑制することができる。

上記の中空糸脱気モジュールにおいて、中空糸膜充填率は、２０％以上であってもよい。

上記の中空糸脱気モジュールにおいて、中空糸膜は、液体により膨潤する素材を含有してもよい。

上記の中空糸脱気モジュールにおいて、中空糸膜は、ポリオレフィン系樹脂を含有してもよい。

本発明の一側面に係るインクジェットプリンタは、インク貯留部に貯留されたインクがインク流路を通ってインクジェットヘッドに供給されるインクジェットプリンタであって、上記の何れかの中空糸脱気モジュールがインク流路に取り付けられている。

本発明の一側面に係るインクジェットプリンタでは、上記中空糸脱気モジュールがインク流路に取り付けられているため、インク流路におけるインクの圧力損失を低く抑えることができるとともに、長期にわたってインクを脱気することができる。

本発明の一側面によれば、圧力損失の急激な上昇を抑制できる。

実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 実施形態に係る中空糸脱気モジュールの概略断面図である。 図２に示す中空糸膜束の一部拡大図である。 図２に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 中空糸膜束の断面図である。 図５に示す中空糸膜束の一部拡大図である。 試験回路の概略構成図である。 実験１においてインクを循環させた直後の実験結果を示す図である。 実験１において２２時間インクを循環させた後の実験結果を示す図である。 実験２における実験結果を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態の中空糸脱気モジュール及びインクジェットプリンタについて詳細に説明する。本実施形態の中空糸脱気モジュールは、本発明の一側面の中空糸脱気モジュールを、インクを脱気する中空糸脱気モジュールに適用したものである。なお、全図中、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。図１に示すように、実施形態に係るインクジェットプリンタ１１は、主に、インクを貯留するインクタンク等のインク貯留部１２と、微滴化したインクを被印字媒体に対して直接吹き付けるインクジェットヘッド１３と、インク貯留部１２からインクが供給される第一インク供給管１４と、インクジェットヘッド１３にインクを供給する第二インク供給管１５と、第一インク供給管１４及び第二インク供給管１５に取り付けられてインクを脱気する実施形態に係る中空糸脱気モジュール１と、真空吸引する吸引ポンプ１６と、吸引ポンプ１６及び中空糸脱気モジュール１を接続する吸気管１７と、を備える。なお、第一インク供給管１４及び第二インク供給管１５は、インク貯留部１２からインクジェットヘッド１３に至るインク流路である。インクジェットプリンタ１１で用いられるインクとしては、特に限定されるものではなく、例えば、水性インク、ＵＶインク、溶媒インク及びセラミックインクが挙げられる。

図２は、実施形態に係る中空糸脱気モジュールの概略断面図である。図３は、図２に示す中空糸膜束の一部拡大図である。図４は、図２に示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。図１〜図４に示すように、中空糸脱気モジュール１は、複数本の中空糸膜２が円筒状に束ねられた中空糸膜束３と、中空糸膜束３を収容するハウジング４と、を備えている。中空糸脱気モジュール１は、中空糸膜２の外側にインクを供給するとともに中空糸膜２の内側を減圧することで、インクを脱気する。なお、図４において、各中空糸膜２は、概略的に記載しており、実際の形状と異なる。

中空糸膜２は、気体は透過するが液体は透過しない中空糸状の膜である。中空糸膜２は、インクにより膨潤する性質を有する。中空糸膜２の素材、膜形状、膜形態等は、特に制限されない。中空糸膜２の素材としては、例えば、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン−１）などのポリオレフィン系樹脂、ポリジメチルシロキサンその共重合体などのシリコン系樹脂、ＰＴＦＥ、フッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂、が挙げられる。中空糸膜２の膜形状（側壁の形状）としては、例えば、多孔質膜、微多孔膜、多孔質を有さない均質膜（非多孔膜）、が挙げられる。中空糸膜２の膜形態としては、例えば、膜全体の化学的あるいは物理的構造が均質な対称膜（均質膜）、膜の化学的あるいは物理的構造が膜の部分によって異なる非対称膜（不均質膜）、が挙げられる。非対称膜（不均質膜）は、非多孔質の緻密層と多孔質とを有する膜である。この場合、緻密層は、膜の表層部分又は多孔質膜内部等、膜中のどこに形成されていてもよい。不均質膜には、化学構造の異なる複合膜、３層構造のような多層構造膜も含まれる。特にポリ（４−メチルペンテン−１）樹脂を用いた不均質膜は、液体を遮断する緻密層を有するため、水以外の液体、例えばインクの脱気に特に好ましい。また、外部灌流型に用いる中空糸の場合は、緻密層が中空糸外表面に形成されていることが好ましい。

中空糸膜束３は、例えば、複数の中空糸膜２が簾状に織られた中空糸膜シート（不図示）により形成することができる。この場合、例えば、中空糸膜シートを筒状の仮芯に巻き付けて円筒状に束ね、円筒状に束ねられた中空糸膜シートの両端部を固定し、両端部が固定された中空糸膜シートから仮芯を抜く。これにより、中空糸膜束３の半径方向中心側に位置する膜束中空部３ｃに、中心パイプの無い中空糸脱気モジュール１を作成することができる。この場合、例えば、１インチ当たり３０本〜９０本の中空糸膜２で構成される中空糸膜シートにより中空糸膜束３を形成する。これにより、中空糸膜束３の半径方向中心側に位置する膜束中空部３ｃに中心パイプが無くても、インクを偏流させずに流すことが可能となる。

ハウジング４は、筒体５と、第一蓋部６と、第二蓋部７と、を備えている。

筒体５は、中空糸膜束３が収容される部位である。筒体５は、軸線方向Ｌに延びる円筒状に形成されており、筒体５の両端部は、開口している。筒体５の一方側の開口端部である一方側開口端部５ａに、第一蓋部６が取り付けられており、筒体５の他方側の開口端部である他方側開口端部５ｂに、第二蓋部７が取り付けられている。筒体５に対する第一蓋部６及び第二蓋部７の取り付けは、例えば、螺合、嵌合、接着等により行うことができる。

第一蓋部６は、筒体５から離れるに従い小径化するテーパ状に形成されている。第一蓋部６の先端部には、インクを第一蓋部６内に供給するための供給口６ａが形成されている。供給口６ａは、円形の開口であって、筒体５の中心軸線上に形成されている。供給口６ａからは、第一インク供給管１４を脱着可能に接続するための接続部６ｂが、軸線方向Ｌに沿って延びている。接続部６ｂは、円筒状に形成されており、接続部６ｂの内周面には、第一インク供給管１４がねじ込まれる雌ネジ６ｃが形成されている。なお、接続部６ｂと第一インク供給管１４との接続は、螺合に限定されるものではなく、例えば、嵌合により行ってもよい。

第二蓋部７は、筒体５から離れるに従い小径化するテーパ状に形成されている。第二蓋部７の先端部には、ハウジング４内から気体を吸引するための吸気口７ａが形成されている。吸気口７ａは、円形の開口であって、筒体５の中心軸線上に形成されている。吸気口７ａからは、吸気管１７を脱着可能に接続するための接続部７ｂが、軸線方向Ｌに沿って延びている。接続部７ｂは、円筒状に形成されており、接続部７ｂの内周面には、吸気管１７がねじ込まれる雌ネジ７ｃが形成されている。なお、接続部７ｂと吸気管１７との接続は、螺合に限定されるものではなく、例えば、嵌合により行ってもよい。

筒体５の側壁５ｃには、ハウジング４内からインクを排出する排出口５ｄが形成されている。排出口５ｄは、円形の開口である。排出口５ｄは、筒体５の軸線方向Ｌにおける中央よりも他方側開口端部５ｂ側に形成されている。排出口５ｄからは、第二インク供給管１５を脱着可能に接続するための接続部５ｅが、軸線方向Ｌと直交する方向に沿って延びている。接続部５ｅは、円筒状に形成されており、接続部５ｅの内周面には、第二インク供給管１５がねじ込まれる雌ネジ５ｆが形成されている。なお、排出口５ｄと第二インク供給管１５との連結は、螺合に限定されるものではなく、例えば、嵌合により行ってもよい。

筒体５、第一蓋部６及び第二蓋部７は、製造容易性の観点から、樹脂製であることが好ましい。この場合、筒体５、第一蓋部６及び第二蓋部７を、射出成型により製造することができる。また、筒体５、第一蓋部６及び第二蓋部７は、インクとしてＵＶインクを使用する場合を考慮して、紫外線を透過しない色、例えば黒色であることが好ましい。

そして、中空糸膜束３の一方側膜束端部３ａが、封止部８により筒体５の一方側開口端部５ａに固定されており、中空糸膜束３の他方側膜束端部３ｂが、封止部９により筒体５の他方側開口端部５ｂに固定されている。

封止部８は、樹脂により形成されている。封止部８に用いる樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、紫外線硬化型樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂が挙げられる。封止部８は、筒体５の軸線方向Ｌと垂直な断面において、膜束中空部３ｃ以外の全域に充填されている。つまり、封止部８は、中空糸膜２間と、中空糸膜２の内側と、中空糸膜束３と筒体５の内壁との間と、にのみ封止部８が充填されている（図３（ａ）参照）。そして、封止部８には、膜束中空部３ｃと筒体５外部とを連通する連通口８ａが形成されている。このため、供給口６ａから第一蓋部６内に供給されたインクは、連通口８ａからのみ筒体５内に供給され、筒体５内において、中空糸膜２の外側に供給される。

封止部９は、封止部８と同様の樹脂により形成されている。封止部９は、筒体５の軸線方向Ｌと垂直な断面において、中空糸膜２の内側以外の全域に充填されている。つまり、封止部９は、中空糸膜２の内側には充填されておらず、中空糸膜２間、中空糸膜束３と筒体５の内壁との間、膜束中空部３ｃ、にのみ充填されている（図３（ｂ）参照）。このため、筒体５に供給されたインクは、封止部９を超えて第二蓋部７側に流れ込むのが阻止される。また、中空糸膜２の内側と第二蓋部７の内側とが連通されているため、吸引ポンプ１６により吸気口７ａから吸気することで、中空糸膜２の内側が減圧される。

封止部８は、例えば、中空糸膜束３の一方側膜束端部３ａの中心軸線と筒体５の中心軸線とが同じ位置となるように、中空糸膜束３の一方側膜束端部３ａを筒体５に固定している。また、封止部９は、例えば、中空糸膜束３の他方側膜束端部３ｂの中心軸線と筒体５の中心軸線とが同じ位置となるように、中空糸膜束３の他方側膜束端部３ｂを筒体５に固定している。なお、封止部９は、例えば、中空糸膜束３の他方側膜束端部３ｂの中心軸線が筒体５の中心軸線に対して排出口５ｄの反対側に偏芯した位置となるように、中空糸膜束３の他方側膜束端部３ｂを筒体５に固定してもよい。

なお、筒体５の内径Ｄと、中空糸膜束３の軸線方向Ｌにおける長さとの比は、１：１〜１：６であることが好ましい。

ここで、中空糸膜束３の見かけ断面積Ａ１に対する中空糸膜２の見かけ断面積Ａ２の総和Ａ３の割合を、中空糸膜充填率Ｒとする。以下、中空糸膜充填率Ｒについて詳しく説明する。図５は、中空糸膜束の断面図であり、図４と同じ断面を示している。図６は、図５に示す中空糸膜束の一部拡大図である。なお、図５において、各中空糸膜２は、概略的に記載しており、実際の形状と異なる。

図５の（ａ）に示すように、中空糸膜束３の外周面を外周面Ｃ１とし、外周面Ｃ１により画成される断面領域を断面領域ａ１とする。断面領域ａ１は、図５の（ａ）において斜線により網掛けした領域である。なお、外周面Ｃ１は、中空糸膜束３の外形を成す円周面であるが、中空糸膜束３は、複数の中空糸膜２の集合体であるため、外周面Ｃ１は、中空糸膜束３の半径方向において最外層に配置される複数の中空糸膜２の外側に当接される仮想円周面となる。この場合、円筒状の中空糸膜束３から解れた１又は複数本の中空糸膜２は、この最外層に配置される複数の中空糸膜２から除外される。

図５の（ｂ）に示すように、中空糸膜束３の内周面を内周面Ｃ２とし、内周面Ｃ２により画成される断面領域を断面領域ａ２とする。断面領域ａ２は、図５の（ｂ）において斜線により網掛けした領域である。なお、内周面Ｃ２は、膜束中空部３ｃを画成する円周面であるが、中空糸膜束３は、複数の中空糸膜２の集合体である。このため、内周面Ｃ２は、中空糸膜束３の半径方向において最内層に配置される複数の中空糸膜２の外側に当接される仮想円周面となる。この場合、円筒状の中空糸膜束３から解れた１又は複数本の中空糸膜２は、この最内層に配置される複数の中空糸膜２から除外される。

図５の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、断面領域ａ１から断面領域ａ２を除した領域を断面領域ａ３とする。断面領域ａ３は、図５の（ｃ）において斜線により網掛けした領域である。そして、この断面領域ａ３の面積が、中空糸膜束３の見かけ断面積Ａ１となる。

図６に示すように、一本の中空糸膜２の外周面を外周面Ｃ３とし、外周面Ｃ３により画成される断面領域を断面領域ａ４とする。断面領域ａ４は、図６において斜線により網掛けした領域である。つまり、断面領域ａ４は、円筒状に形成された中空糸膜２の膜自体２ａの断面領域と、中空糸膜２の中空部２ｂの断面領域と、を加算した領域である。そして、断面領域ａ４の面積が、見かけ断面積Ａ２となる。そして、中空糸膜束３を構成する中空糸膜２の本数をＮとすると、見かけ断面積Ａ２にＮを乗算した値が、中空糸膜２の見かけ断面積Ａ２の総和Ａ３となる。つまり、中空糸膜２の見かけ断面積Ａ２の総和Ａ３は、Ａ２×Ｎの式により算出される。また、中空糸膜束３における中空糸膜２間の隙間Ｇは、中空糸膜２の見かけ断面積Ａ２の総和Ａ３から除かれる。

このため、中空糸膜充填率Ｒは、（Ａ２×Ｎ）／Ａ１の式により算出される。そして、中空糸脱気モジュール１では、このように算出される中空糸膜充填率Ｒが、４３％以下の範囲となっている。この場合、中空糸膜充填率Ｒは、４０％以下の範囲であることがより好ましく、３８％以下の範囲であることが更に好ましい。中空糸膜充填率Ｒを４３％以下の範囲とすることで、脱気するインクにより中空糸膜２が膨潤しても、中空糸膜２間に当該インクが通る隙間を確保することができる。これにより、中空糸脱気モジュール１の圧力損失が急激に上昇するのを抑制することができる。

また、中空糸膜充填率Ｒは、２０％以上の範囲であることが好ましく、２５％以上の範囲であることがより好ましく、３０％以上の範囲であることが更に好ましい。中空糸膜充填率Ｒを２０％以上の範囲とすることで、インクを脱気するために必要な膜面積を確保することができる。これにより、中空糸脱気モジュール１の脱気性能が低下するのを抑制することができる。

次に、中空糸脱気モジュール１によるインクの脱気方法について説明する。

インク貯留部１２から第一インク供給管１４に供給されたインクは、供給口６ａから第一蓋部６内に供給される。第一蓋部６内に供給されたインクは、連通口８ａを通って膜束中空部３ｃに供給される。膜束中空部３ｃに供給されたインクは、中空糸膜束３を構成する各中空糸膜２の間を通って筒体５の半径方向外側に流れていく。つまり、膜束中空部３ｃに供給されたインクは、筒体５内において、中空糸膜２の外側に供給される。このとき、吸引ポンプ１６を作動させて吸気口７ａからハウジング４内を吸気することで、中空糸膜２の内側が減圧される。すると、インクが中空糸膜２間を通過する際に、インクから溶存気体及び気泡が中空糸膜２の内側に引き込まれる。これにより、インクの脱気が行われる。そして、脱気されたインクは、排出口５ｄから第二インク供給管１５に流れ込み、第二インク供給管１５からインクジェットヘッド１３に供給される。

このとき、中空糸膜２は、経時的にインクにより膨潤していく。また、中空糸膜２が膨潤して行くに従い、中空糸膜２間の間隔が狭くなって行くとともに、インクの流れに伴って中空糸膜２が撓んで中空糸膜２間にインクの通る隙間が塞がれて行く。すると、インクは、狭まった中空糸膜２間の隙間を通るため、中空糸脱気モジュール１におけるインクの圧力損失が上昇して行く。一方、中空糸膜２の膨潤には限界があり、２日間ほど中空糸脱気モジュール１にインクを流すと、中空糸膜２の膨潤が飽和状態となる。なお、中空糸膜２が膨潤する速度及び程度は、中空糸膜２の素材、膜形状、膜形態等によって変わり、また、インクの種類によっても変わる。例えば、中空糸膜２の素材として、ポリオレフィン系樹脂を用い、インクとして、セラミック粉末が、溶媒に分散されたセラミックインクを用いた場合は、特に中空糸膜２の膨潤速度及び膨潤程度が大きくなる。

ここで、セラミックインクに用いられる溶媒としては、本発明の効果を損ねるものでなければ特に限定されることなく、公知のものであってよいが、具体的に例示するならば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール類、３−メトキシ−３−メチルブタノール、３−メトキシブタノール等のグリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルブチルエーテル、トリエチレングリコールメチルブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールジアルキルエーテル類、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールモノアセテート類、グリコールジアセテート類、エタノール、 ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−ｎ−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−アミルケトン、メチルイソアミルケトン、ジエチルケトン、エチル−ｎ−プロピルケトン、エチルイソプロピルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、エチルイソブチルケトン、ジ−ｎ−プロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、イソホロン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−ｎ−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル、酢酸−２−メチルプロピル、酢酸−３−メチルブチル等の酢酸エステル類、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等の乳酸エステル類、ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、ｎ−ノナン、イソノナン、ドデカン、イソドデカン等の飽和炭化水素類、１−ヘキセン、１−ヘプテン、１−オクテン等の不飽和炭化水素類、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、デカリン等の環状飽和炭化水素類、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、１，１，３，５，７−シクロオクタテトラエン、シクロドデセン等の環状不飽和炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、テルペン類、環状イミド、３−メチル−２−オキサゾリジノン、３−エチル−２−オキサゾリジノン等の３−アルキル−２−オキサゾリジノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−エチル−２−ピロリドン等のＮ−アルキルピロリドン、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン、β−アルコキシプロピオンアミド等の含窒素溶剤が挙げられる。

このようなことから、インクの圧力損失の急激な上昇を抑制するためには、中空糸膜２の膨潤が飽和状態になった際に、中空糸膜２間の間隔を適切な範囲にすることが有効である。そして、本発明者らの鋭意研究の結果、中空糸膜充填率Ｒを４３％以下とすることで、中空糸膜２の膨潤が飽和状態になった際に、中空糸膜２間の間隔が適切な範囲となって、インクの圧力損失の急激な上昇を抑制することができることが分かった。

このように、本実施形態に係る中空糸脱気モジュール１は、中空糸膜２の外側にインクを供給するとともに中空糸膜２の内側を減圧することでインクを脱気する外部灌流型である。このため、インクの圧力損失を低く抑えることができる。これにより、例えば、インクの自重によりインク貯留部１２からインクジェットヘッド１３にインクを供給するインクジェットプリンタ１１に中空糸脱気モジュール１を搭載しても、適切にインクジェットヘッド１３にインクを供給することができる。

そして、この中空糸脱気モジュール１では、中空糸脱気モジュール１における中空糸膜充填率Ｒが４３％以下であるため、脱気するインクにより中空糸膜２が膨潤しても、中空糸膜２間に当該インクが通る隙間を確保することができる。これにより、中空糸脱気モジュール１の圧力損失が急激に上昇するのを抑制することができる。つまり、中空糸膜２がインクにより膨潤する素材を含有しても、中空糸脱気モジュール１の脱気性能が低下するのを抑制することができる。

また、中空糸膜充填率Ｒが２０％以上である場合は、インクを脱気するために必要な膜面積を確保することができる。これにより、中空糸脱気モジュール１の脱気性能が低下するのを抑制することができる。

また、中空糸膜２がインクにより膨潤する素材を含有しても、中空糸脱気モジュール１の脱気性能が低下するのを抑制することができる。

また、中空糸膜２がポリオレフィン系樹脂を含有するため、インクを効果的に脱気することができる。

また、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１１では、第一インク供給管１４及び第二インク供給管１５を備えるインク流路に中空糸脱気モジュール１が取り付けられているため、インク流路におけるインクの圧力損失を低く抑えることができるとともに、長期にわたってインクを脱気することができる。これにより、例えば、インクの自重によりインク貯留部１２からインクジェットヘッド１３にインクを供給するインクジェットプリンタ１１であっても、適切にインクジェットヘッド１３にインクを供給することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、膜束中空部３ｃに中心パイプを備えないものとして説明したが、膜束中空部３ｃに中心パイプを備えるものであってもよい。また、上記実施形態では、脱気する液体としてインクを例示して説明したが、脱気する液体はインク以外の液体であってもよい。また、上記実施形態では、供給口６ａからハウジング４内にインクを供給し、排出口５ｄからハウジング４内のインクを排出するものとして説明したが、インクの入口と出口とを反転させてもよい。つまり、排出口５ｄからハウジング４内にインクを供給し、供給口６ａからハウジング４内のインクを排出するものとしてもよい。

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１〜３の中空糸脱気モジュールと、参考例１及び２の中空糸脱気モジュールと、を作製し、図７に示す試験回路において、インクを循環させることによる圧力損失の上昇について計測した。

（試験回路）
図７に示すように、試験回路は、インクが貯留されているインクタンク２１に挿入された第一インク供給管２２を、中空糸脱気モジュールの供給口に接続し、第一インク供給管２２に、第一インク供給管２２内のインクを中空糸脱気モジュール側に送液するポンプ２３と、第一インク供給管２２内のインクの圧力を計測する入口圧力計２４と、を取り付けた。また、試験回路は、インクタンク２１に挿入された第二インク供給管２５を、中空糸脱気モジュールの排出口に接続し、第二インク供給管２５に、第二インク供給管２５内のインクの圧力を計測する出口圧力計２６を取り付けた。

（実施例１）
実施例１の中空糸脱気モジュールは、次の通り作製した。

ポリ−４メチルペンテン−１を素材とした不均質構造の側壁（膜）を有する内径１００μｍ、外径１８０μｍの中空糸膜を作製した。次に、１インチ当たりに中空糸膜が６１本となるように、同列に並ぶ多数の中空糸膜を経糸により簾状に織り、所定長さの中空糸膜シートを作製した。次に、円筒状の仮芯（樹脂パイプ）に中空糸膜シートを巻き付けて、円筒状の中空糸膜束を作製し、この作製した中空糸膜束を円筒状の簾束径調整用パイプに挿入して、中空糸膜束の中空糸膜充填率を調整した。つまり、中空糸膜束の外径よりも大きな内径を有する簾束径調整用パイプに中空糸膜束を挿入すると、円筒状に巻かれた中空糸膜シートが弛み、中空糸膜間の隙間が広がる。このため、仮芯の外径、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さ、及び簾束径調整用パイプの内径を調整することで、中空糸膜充填率を調整することができる。

そして、実施例１の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３９．０ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を３０．０％とした。

次に、中空糸膜束をハウジングの筒体に挿入し、中空糸膜束の一方側膜束端部を、封止部により筒体の一方側開口端部に固定するとともに、中空糸膜束の他方側膜束端部を、封止部により筒体の他方側開口端部に固定した。また、中空糸膜束から仮芯を抜去した。そして、筒体の一方側開口端部に第一蓋部を取り付けるとともに、筒体の他方側開口端部に第二蓋部を取り付けることで、実施例１の中空糸脱気モジュールを得た。

（実施例２）
中空糸膜充填率を３３．８％とした他は、実施例１の中空糸脱気モジュールの中空糸膜充填率と同様にして、実施例２の中空糸脱気モジュールを作製した。具体的には、実施例２の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３７．０ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を３３．８％とした。

（実施例３）
中空糸膜充填率を３６．０％とした他は、実施例１の中空糸脱気モジュールの中空糸膜充填率と同様にして、実施例３の中空糸脱気モジュールを作製した。具体的には、実施例３の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３６．０ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を３６．０％とした。

（参考例１）
中空糸膜充填率を４４．３％とした他は、実施例１の中空糸脱気モジュールの中空糸膜充填率と同様にして、参考例１の中空糸脱気モジュールを作製した。具体的には、参考例１の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３３．０ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を４４．３％とした。

（参考例２）
中空糸膜充填率を５１．６％とした他は、実施例１の中空糸脱気モジュールの中空糸膜充填率と同様にして、参考例２の中空糸脱気モジュールを作製した。具体的には、参考例２の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３１．５ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を５１．６％とした。

（実験１）
実験１では、炭化水素溶媒（エクソンモービル株式会社製「Ｅｘｘｓｏｌ（登録商標） Ｄ１３０」（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｅｓ， Ｃ１４−Ｃ１８， ｎ−ａｌｋａｎｅｓ， ｉｓｏ−ａｌｋａｎｅｓ， ｃｙｃｌｉｃｓ， ａｒｏｍａｔｉｃｓ等））を含有するセラミックインクを使用し、インクの設定温度を４５°とした。

そして、（１）インクの設定流量を２００ｇ／ｍｉｎにしてインクを循環させ、入口圧力計２４で計測した入口圧力と出口圧力計２６で計測した出口圧力との差を圧力損失として算出するとともに、図示しない流量計によりインクの流量を計測した。次に、（２）インクの設定流量を１０００ｇ／ｍｉｎにしてインクを循環させ、入口圧力計２４で計測した入口圧力と出口圧力計２６で計測した出口圧力との差を圧力損失として算出するとともに、図示しない流量計によりインクの流量を計測した。なお、（１）及び（２）で算出した圧力損失を初期値とした。

次に、（３）インクの設定流量を１０００ｇ／ｍｉｎにして２２時間放置した。その後、（４）インクの設定流量を２００ｇ／ｍｉｎにしてインクを循環させ、入口圧力計２４で計測した入口圧力と出口圧力計２６で計測した出口圧力との差を圧力損失として算出するとともに、図示しない流量計によりインクの流量を計測した。次に、（５）インクの設定流量を１０００ｇ／ｍｉｎにしてインクを循環させ、入口圧力計２４で計測した入口圧力と出口圧力計２６で計測した出口圧力との差を圧力損失として算出するとともに、図示しない流量計によりインクの流量を計測した。

そして、（４）及び（５）で算出した圧力損失に対する（１）及び（２）で算出した圧力損失の割合を、圧力損失の上昇率として算出した。実施例１〜３及び参考例１及び２の実験結果を表１に示す。また、インクを循環させた直後の実験結果をグラフ化したものを図８に示し、２２時間インクを循環させた後の実験結果をグラフ化したものを図９に示す。

表１、図８及び図９に示すように、中空糸膜充填率が４３％以下の実施例１〜３では、中空糸膜充填率が４３％を超える参考例１及び２に比べて、インクを２２時間循環させた後の中空糸脱気モジュールの圧力損失の上昇が小さく抑えられていた。また、中空膜充填率が３０％付近の中空糸脱気モジュールでは、圧力損失の上昇が殆ど見られなかった。この結果から、中空糸膜充填率が４３％以下であることにより、圧力損失の急激な上昇を抑制できることが分かった。

（実施例４）
中空糸膜充填率を３０．９％とした他は、実施例１の中空糸脱気モジュールの中空糸膜充填率と同様にして、実施例４の中空糸脱気モジュールを作製した。具体的には、実施例４の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３８．５ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を３０．９％とした。

（実施例５）
中空糸膜充填率を３５．３％とした他は、実施例１の中空糸脱気モジュールの中空糸膜充填率と同様にして、実施例５の中空糸脱気モジュールを作製した。具体的には、実施例５の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３６．２ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を３５．３％とした。

（実施例６）
中空糸膜充填率を３６．３％とした他は、実施例１の中空糸脱気モジュールの中空糸膜充填率と同様にして、実施例６の中空糸脱気モジュールを作製した。具体的には、実施例６の中空糸膜束では、仮芯の外径を１５．０ｍｍとし、仮芯に巻かれた中空糸膜シートの長さを５２００ｍｍとし、簾束径調整用パイプの内径を３５．８ｍｍとすることで、中空糸膜充填率を３６．３％とした。

（実験２）
実験２では、インクの設定温度を４５℃、インクの設定流量を１０００ｇ／ｍｉｎ、インクの循環時間を２２時間と、実験１と同じセラミックインクを使用した。実験条件を表２に示す。

そして、実施例１〜６及び参考例１及び２の中空糸脱気モジュールについて、インクを循環させた直後に、入口圧力計２４で計測した入口圧力と出口圧力計２６で計測した出口圧力との差を圧力損失として算出した。また、２２時間インクを循環させた後に、入口圧力計２４で計測した入口圧力と出口圧力計２６で計測した出口圧力との差を圧力損失として算出した。そして、インクを循環させた直後の圧力損失に対する２２時間インクを循環させた後の圧力損失の割合を、圧力損失上昇率として算出した。実験結果を図１０に示す。

表２及び図１０に示すように、中空膜充填率が増えることで圧力損失の上昇率が大きくなることが分かる。特に、中空糸膜充填率が３８％を超えたあたりから、圧力損失の上昇率が急激に大きくなり、さらに、４３％を超えるあたりから圧力損失が５倍を超えるほど大きくなっている。この結果より、中空糸膜充填率を調整することで、圧力損失の上昇を調整することができる可能性が示唆された。つまり、中空糸膜充填率を低くすることで、中空糸膜間に十分な隙間が形成される。これにより、中空糸膜が膨潤して、インクの流れにより中空糸膜束が撓んでも、インク流路の閉塞が生じにくくなると考えられる。一方、中空膜充填率を高くすると、中空糸膜間の隙間が少なくなる。これにより、中空糸膜の微小な膨潤やインクの流れにより、インク流路の閉塞が生じやすくなると考えられる。

１…中空糸脱気モジュール、２…中空糸膜、２ａ…膜自体、２ｂ…中空部、３…中空糸膜束、３ａ…一方側膜束端部、３ｂ…他方側膜束端部、３ｃ…膜束中空部、４…ハウジング、５…筒体、５ａ…一方側開口端部、５ｂ…他方側開口端部、５ｃ…側壁、５ｄ…排出口、５ｅ…接続部、５ｆ…雌ネジ、６…第一蓋部、６ａ…供給口、６ｂ…接続部、６ｃ…雌ネジ、７…第二蓋部、７ａ…吸気口、７ｂ…接続部、７ｃ…雌ネジ、８…封止部、８ａ…連通口、９…封止部、１１…インクジェットプリンタ、１２…インク貯留部、１３…インクジェットヘッド、１４…第一インク供給管、１５…第二インク供給管、１６…吸引ポンプ、１７…吸気管、２１…インクタンク、２２…第一インク供給管、２３…ポンプ、２４…入口圧力計、２５…第二インク供給管、２６…出口圧力計、Ａ１…中空糸膜束の見かけ断面積、Ａ２…中空糸膜の見かけ断面積、Ａ３…中空糸膜の見かけ断面積の総和、Ｇ…隙間、Ｌ…軸線方向、Ｒ…中空糸膜充填率。

Claims (5)

1. 複数本の中空糸膜が円筒状に束ねられた中空糸膜束と、前記中空糸膜束が収容されて軸線方向に延びる筒体と、を備え、前記中空糸膜の外側に液体を供給するとともに前記中空糸膜の内側を減圧することで、前記液体を脱気する中空糸脱気モジュールであって、
   前記中空糸膜束の見かけ断面積に対する前記中空糸膜の見かけ断面積の総和の割合である中空糸膜充填率は、４３％以下の範囲である、
   中空糸脱気モジュール。
2. 前記中空糸膜充填率は、２０％以上の範囲である、
   請求項１に記載の中空糸脱気モジュール。
3. 前記中空糸膜は、前記液体により膨潤する素材を含有する、
   請求項１又は２に記載の中空糸脱気モジュール。
4. 前記中空糸膜は、ポリオレフィン系樹脂を含有する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の中空糸脱気モジュール。
5. インク貯留部に貯留されたインクがインク流路を通ってインクジェットヘッドに供給されるインクジェットプリンタであって、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の中空糸脱気モジュールが前記インク流路に取り付けられている、
   インクジェットプリンタ。
   

Images