JP4669045B2 - 泡からの液体及び気体の分離 - Google Patents

Description

泡（例えば、気泡が液体中又は液面上に生じている液体及び気体が混ざり合ったもの）は多くの場合、流体が圧送される際に生じる。いくつかの用途では、泡は所定の体積を占めている場合があり、他の場合によっては純粋に液体だけを含有するために必要とされる。いくつかの撮像装置の場合では、マーキング液から生じる泡がこれらの装置の内部に入り込む可能性があり、その結果、使用可能なマーキング液が損なわれ、内部プリンタが損傷し、ユーザのプロパティにダメージを与える等といったことが生じる。

泡を減らす一般的な一方法は、泡が溜まり、その後消散するための余分なスペース及び／又は時間を設けることを含む。しかしながら、連続圧送、並びに／或いは限られたスペース及び／又は時間により、この方法が常に望ましいわけではない。他の解決策は、流体に化学薬品を添加することで泡の構造基盤を壊すことを含む。これらの添加剤は流体の組成を変える可能性があり、流体を使いものにならなくする場合が多い。別の方法は、機械的な力を加えることで泡を壊すことであるが、これによりさらに泡が生じる可能性がある。

本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、説明の一部をなす添付図面の参照を行い、実施され得る特定の実施形態を例示として示す。これらの実施形態は、開示される主題を当業者が実施するのに十分詳細に説明され、他の実施形態を用いることができ、プロセスの電気的又は機械的な変更を特許請求項に記載の主題の範囲から逸脱せずに行うことができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味にとられるべきではなく、特許請求項に記載の主題の範囲は添付の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ定義される。

図１は、一実施形態による、流体処理システムの一部としての泡−液体／気体分離装置１００を示す。泡−液体／気体分離装置１００が流体処理システムのリザーバ１１０への入出のために流体接続される。ポンプ１２０が泡−液体／気体分離装置１００の出口とリザーバ１１０の入口との間に接続される。

一実施形態では、液体と、気体と、泡とが混ざり合ったものが、ポンプ１３０を用いてリザーバ１１０に圧送される。泡はリザーバ１１０の上部に上昇する。この泡は、リザーバ１１０に圧送されるさらなる液体、さらなる気体、及びさらなる泡によって移動させられ、リザーバ１１０から泡−液体／気体分離装置１００に流れる。泡は次に、泡−液体／気体分離装置１００のハウジング１３５内に位置すると共に、プレートで形成されるような非多孔質結合面１４０とフィルタ（例えば多孔質結合面等）１５０との間に形成される閉鎖流路１７０（例えば導管等）内を流れる。なお、フィルタ１５０はハウジング１３５を上部及び下部に分割する。

泡が、例えばこの例では非多孔質結合面１４０及びフィルタ１５０に対してほぼ平行な流路内を流れる際、泡の液体部分がフィルタ１５０を湿潤させ、そのフィルタを効果的にシールする。いくつかの実施形態では、気体がプリウェットフィルタ１５０の内部を通過しないようにする必要があるであろう。湿潤によるフィルタのシールにより、ポンプ１２０がハウジング１３５の下部において、したがって、流路の外部のフィルタ１５０の下（又は外）面上において、例えば真空の吸引圧力が生じる。なお、流路の入口における圧力は吸引圧力よりも大きい。流路の出口はハウジング１３５の上部に開口しているため、上部は流路の入口におけるのとほぼ同じ圧力を有し、流路におけるいかなる流体力学的損失も少ない。これにより、フィルタ１５０を跨ぐ流路とハウジング１３５の下部との間に圧力差が確立する。

フィルタ１５０の下面における吸引圧力がフィルタ１５０のスクリーン又はオリフィス気泡圧を超えない限り、実質的に液体だけが、例えば流路に対してほぼ垂直な、したがってこの例では泡の流れに対してほぼ垂直なフィルタ１５０を介してフィルタ１５０を跨ぐ圧力差により引き出される。泡は、フィルタの上を流れる際、内部の液体及び気体が分離すると低減する。この例では、気泡からの気体は次に、泡−液体／気体分離装置１００の通気口１６０により大気に放出される。他の例示的な実施では、気体は含有されるか、又は大気に入り込まないように何らかの方法で処理され得る。泡を流路に閉じ込めることにより、泡がフィルタの上を流れる際に吸引によって液体除去を高めるように作用する。このことは、別の実施形態による流路２６０について図２に示されている。

図２は、流路２６０に入る前は、泡が、液体２６４中に分散していると共におおよそ直径ｄを有するほぼ球状の気泡２６２を含有していることを示す。なお、一実施形態では、図２に示すように、例えば非多孔質結合面２６６である流路２６０の結合面とフィルタ２７０との間の隔たりの距離Ｄは、泡が流路２６０に入る前の、泡内のほぼ球状の気泡の直径ｄ以下である。泡は、流路２６０に入る際、液体成分すなわち液体スラグ２８０と気体成分すなわちほぼ扁球状の気泡２８５に分離する。このことは、隔たり距離Ｄが流路２６０に入る前の気泡の直径ｄよりも小さいことに起因する。なお、ほぼ球状の気泡は強制的に扁球状になる。一実施形態では、隔たりＤは約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍである。

分離した液体スラグ２８０及びほぼ扁球状の気泡２８５は、吸引を、泡層の固有の表面張力に対応させるのではなく液体スラグ２８０で作用させる。気泡２８５は、流路２６０の出口付近のフィルタ領域の端部に達すると、閉じ込められる前に有していた球状に再びなろうとする。しかしながら、再び完全な層状になるのに十分な液体が残っていない可能性があり、気泡が破裂する。

一実施形態では、流路は矩形又は正方形の横断面を有してもよく、その場合、結合壁の１つは多孔質である（又はフィルタ材料から成る）。別の実施形態では、流路は図３に示すように、入り組んだ迷路状であるか又は蛇行状であり得る。これは、図３の蛇行状溝路３００の一方の側をプレートで覆い、その反対の側をフィルタで覆うことで達成される。蛇行状は、流路の長さを増やすように作用し、したがって、流路内の流れの滞留時間が増すと共に液体除去に利用可能な時間が増す。他の実施形態では、蛇行状は、画像形成装置用のマーキング液処理を含む用途等、スペースが限られている用途に有利であろう。

一実施形態では、気泡圧力についての以下の式を用いて吸引圧力を設定する：
Ｐ_bubble＝（２・ｃｏｓ・）／ｒ （１）
（式中、・は泡の液体成分の表面張力であり、・はフィルタに対する液体の接触角度であり、ｒはフィルタの孔の有効径又は湿潤される径である。

図４は、別の実施形態での、例えば、プリンタ、コピー機、ファクシミリ装置、オールインワン装置等のようなインクジェット画像形成装置の一部として、流体処理システム４００を示す。一実施形態では、流体処理システム４００は、別の実施形態では、例えばインク等のマーキング液体などの液体を収容しているリザーバ４２０に流体接続されている、例えばプリントヘッドである流体噴射装置４１０を有する。リザーバ４２０は、一実施形態では図１の泡−液体／気体分離装置１００について上述したようなものである泡−液体／気体分離装置４３０に流体接続される。共通の参照符号は、泡−液体気体分離装置４３０及び泡−液体／気体分離装置１００のほぼ同様の要素を示す。別の実施形態では、例えば双方向蠕動ポンプである双方向ポンプ４４０が流体噴射装置４１０とリザーバ４２０との間に接続される。

動作の際、液体及び気体は流体噴射装置４１０とリザーバ４２０との間で圧送されて、液体を流体噴射装置４１０に供給するか又は流体噴射装置４１０から気体を取り除く。この圧送作用により液体中に泡が生じ、この泡はリザーバ４２０内の液面上に又はその上方に溜まる。

ポンプ４４０が流体噴射装置４１０からリザーバ４２０に気体を圧送すると、圧力により、泡がリザーバ４２０から入口逆止弁４５０を介して泡−液体／気体分離装置４３０に流出し、非多孔質結合面１４０とフィルタ１５０との間の流路１７０に流れ込む。このことが起こっている際、泡−液体／気体分離装置４３０からの出口逆止弁４６０は閉じたままである。ポンプ４４０が反転して液体をリザーバ４２０から流体噴射装置４１０に圧送すると、入口逆止弁４５０は閉じ、上部を加圧したままにすると共に出口逆止弁４６０を開いたままにする。これにより、フィルタ１５０の下側に吸引が生じ、この吸引により、液体が泡からフィルタ１５０を介して泡−液体／気体分離装置４３０の下部に引き込まれる。次に、液体は泡−液体／気体分離装置４３０を出て、出口逆止弁４６０を介してリザーバ４２０に流れ込む。ポンプ４４０が流体噴射装置４１０からリザーバ４２０に再び気体を圧送すると、出口逆止弁４６０は閉じ、下部は上部よりも低い圧力に加圧されたままとなり、入口逆止弁４５０が開く。なお、入口逆止弁４５０及び出口逆止弁４６０は、フィルタ１５０を跨ぐ圧力差を維持するように作用する。

図３は、別の実施形態による、蛇行状流路３００の逆止弁の実施を示す。この実施は、円板型入口逆止弁３１０及び円板型出口逆止弁３２０を用いることを含み、これらは、入口／出口ポート３３０に接続され、これは図４のリザーバ４２０等のリザーバに接続される。動作の際、点で示すように、泡は円板型入口逆止弁３１０の入口３１２を通って流れ、蛇行状流路３００に導かれる。円板型出口逆止弁３２０の出口３２２は、蛇行状流路３００の底面のフィルタ（図３には示さず）の下に位置するチャンバ（図３には示さず）に接続される。吸引段階の際、点で示すように液体は出口３２２を通過し、矢印で示すように入口／出口ポート３３０に流れ、「ｘ」で示すように入口／出口３３０を通って流れる。

図５Ａは、別の実施形態による、泡−液体／気体分離装置５００の横断面図である。泡−液体／気体分離装置５００は、外側湾曲面５１２の周りに螺旋となっている螺旋リブ５２０を有する筒状コア５１０を含む。図５Ｂは、別の実施形態による筒状コア５１０の等角投影図である。フィルタ（例えば多孔質膜等）５３０が螺旋リブ５２０の周りに配置されて、フィルタ５３０の内表面５３２が螺旋リブ５２０の湾曲縁５２２と接触する。これにより、筒状コア５１０の外側湾曲面５１２とフィルタ５３０の内表面５３２との間に螺旋流路５４０が形成される。なお、一実施形態では、フィルタ５３０はコア５１０と同軸である。図５Ｃは、別の実施形態による、螺旋リブ５２０の周りに配置されているフィルタ５３０を示す等角投影図である。一実施形態では、ハウジング５５０は、フィルタ５３０の周りに配置される。別の実施形態では、ハウジング５５０は、フィルタ５３０及びコア５１０と同軸のチューブである矩形のハウジング等であってもよい。図５Ｄは、別の実施形態による、泡−液体／気体分離装置５００の等角投影図である。

動作の際、泡は螺旋流路５４０内を流れ、吸引圧力がハウジング５５０の出口５５２にかけられる。吸引により、液体が泡からフィルタ５３０を介してハウジング５５０に引き込まれ、出口５５２から出る。気体は螺旋流路５４０から出る。

図６は、一実施形態による、流体処理システム４００等の流体処理システムの一部としてリザーバ６２０内に配置される泡−液体／気体分離装置５００を示す。なお、一実施形態では、入口逆止弁６５０は螺旋流路５４０に接続され、出口逆止弁６６０はハウジング５５０の出口５５２に接続されることに留意されたい。泡は入口逆止弁６５０を通って螺旋流路５４０に入り、出口逆止弁６６０が閉じている間に、螺旋流路５４０内を流れる。外側逆止弁６６０に加えられる吸引により、液体が泡からフィルタ５３０を介して引き出され、その一方、入口逆止弁６５０は閉じたままである。なお、上述のように、逆止弁の作用によりフィルタを跨ぐ圧力差が維持されることを留意されたい。一実施形態では、コア５１０は、中空とすることができ、螺旋流路５４０の出口に接続されて螺旋流路５４０の端部で気体を大気に放出する。

図７Ａは、別の実施形態による、カバーが取り除かれている状態のプリントカートリッジ７００の一部の本体７１０の等角投影図である。泡−液体／気体分離装置５００は、プリントカートリッジ７００内に配置されている。図７Ｂは、本体７１０が取り除かれている状態のプリントカートリッジ７００のカバー７２０の等角投影図である。なお、入口逆止弁７４０はカバー７２０とは反対側の、泡−液体／気体分離装置５００の端部に位置する。入口逆止弁７４０は、図６の入口逆止弁６５０と類似しており、螺旋流路５４０に接続される。レーザ溶接部等の溶接部７５０により、泡−液体／気体分離装置５００をカバー７２０に固定する。図７Ｃは、ハウジング５５０及びフィルタ５３０が泡−液体／気体分離装置５００から取り除かれており、そのため、コア５１０が露呈している、カバー７２０を示す。コア５１０は、例えば、カバー７２０を貫通している通気孔に、例えば締り嵌めするように、受け取られる。動作の際、図５Ａに示すように螺旋流路５４０を出る気体は、通気孔を通ってプリントカートリッジ７００の外部の大気に放出される。
［結論］
特定の実施形態を本明細書に図示し説明してきたが、特許請求項に記載の主題の範囲は添付の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることを意図することは明白である。

本開示の一実施形態による、泡−液体／気体分離装置の一実施形態を示す図である。 本開示の一実施形態による、泡−液体／気体分離の一実施形態を示す図である。 本開示の一実施形態による、泡流路の一実施形態を示す図である。 本開示の一実施形態による、流体処理システムの一実施形態を示す図である。 本開示の一実施形態による、泡−液体／気体分離装置の別の実施形態の横断面図である。 本開示の別の実施形態による、泡−液体／気体分離装置の筒状コアの一実施形態の等角投影図である。 本開示の別の実施形態による、泡−液体／気体分離装置のコアの周りに配されたフィルタを示す等角投影図である。 本開示の別の実施形態による、泡−液体／気体分離装置の別の実施形態の等角投影図である。 本開示の一実施形態による、リザーバ内に配置された泡−液体／気体分離装置の別の実施形態を示す図である。 カバーが取り除かれた状態のプリントカートリッジ本体の等角投影図であり、本開示の別の実施形態による、プリントカートリッジ本体に配置されている泡−液体／気体分離装置の一実施形態を示す。 プリントカートリッジ本体が取り除かれている、図７Ａのプリントカートリッジのカバーの等角投影図であり、当該カバーに接続されている泡−液体／気体分離装置を示す。 図７Ｂのカバーを示し、当該カバーに接続されている泡−液体／気体分離装置のコアを示す図である。

Claims (8)

1. 第１の結合面と第２の結合面との間に画定される流路であって、前記第１の結合面は非多孔質面であり、前記第２の結合面の少なくとも一部はフィルタである、流路とを備え、
   前記流路の入口に接続される第１の逆止弁と、
   前記流路の外部の前記フィルタの外表面に流体接続される第２の逆止弁と、
   前記第１の逆止弁と前記第２の逆止弁とに流体接続するリザーバと、
   前記第１の逆止弁と前記第２の逆止弁と反対側で前記リザーバに接続され、双方向蠕動可能な双方向ポンプとを備え、
   前記第１の結合面と前記第２の結合面との間の隔たり距離により、動作の際に前記流路内の気体領域間に散在する液体領域の流れが生じ、前記液体領域及び前記気体領域はそれぞれ、前記第１の結合面と前記第２の結合面との間の前記隔たり距離にわたり、
   前記第１の逆止弁及び前記第２の逆止弁によって、前記泡−液体／気体分離装置の動作の間、前記フィルタを跨ぐ圧力差を少なくとも一時的に維持することを特徴とする泡−液体／気体分離装置。
2. 動作の間、第１の圧力が前記流路の入口に存在し、第２の圧力が前記フィルタの外表面に存在し、そのため、前記フィルタを跨ぐ圧力差を確立するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の泡−液体／気体分離装置。
3. 前記流路は蛇行状又は螺旋状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の泡−液体／気体分離装置。
4. 前記第１の結合面と前記第２の結合面との間の前記隔たり距離は、前記泡が前記流路に入る前の前記泡中の気泡の大きさ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の泡−液体／気体分離装置。
5. 前記液体領域からの液体は、前記フィルタを介して引き出されることによって、前記気体領域間に散在する液体領域の前記流れから実質的に除去されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の泡−液体／気体分離装置。
6. 前記泡−液体／気体分離装置はリザーバ又はプリントカートリッジ内に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の泡−液体／気体分離装置。
7. 泡から液体を引き出す方法であって、
   フィルタと非多孔質筒状面とによって画定される螺旋状流路内に前記泡を導くことと、
   前記泡が前記螺旋状流路内を流れる際に、前記フィルタを介して前記泡から液体を引き出すこととを含み、
   第１の逆止弁が前記螺旋状流路の入口に接続され、
   第２の逆止弁が前記螺旋状流路の外部の前記フィルタの外表面に流体接続され、
   リザーバが前記第１の逆止弁と前記第２の逆止弁とに流体接続され、
   双方向蠕動可能な双方向ポンプが前記第１の逆止弁と前記第２の逆止弁と反対側で前記リザーバに接続され、
   前記第１の逆止弁及び前記第２の逆止弁によって、前記フィルタを跨ぐ圧力差を少なくとも一時的に維持されることを特徴とする方法。
8. 前記螺旋状流路、フィルタ、及び非多孔質筒状面は、リザーバ又はプリントカートリッジ内に配置されることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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