(57)【要約】【課題】ホットメルトインクを用いた場合の多量な発生気泡について、待機時において効果的に除去できる気泡回収装置を簡易な構成で提供し、待機状態から印刷開始までの気泡排出時間の低減、印刷中における印刷不具合の原因となる気泡吐出の低減、壁面に付着している微少な気泡の解離を容易にし、更には長時間に渡り安定印字可能なインクジェット記録装置を提供する事である。【解決手段】ホットメルトインクの加熱溶融に伴う昇温過程を利用することで、気体供給部において適正な印加圧力を得、気体供給ポンプ等を用いることなく簡易な構成で、気泡生成素子から生成する気泡でインク中に漂う気泡を効果的にトラップすること。【選択図】　　　　図１
2004142330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温で固体または高粘度液体であり、かつ常温より高温の所定温度で低粘度液体となるインクを、インクタンクに設けられた加熱手段で加熱溶融後インクジェットヘッドに供給し、インクを吐出して画像を形成するインクジェット記録装置において、
気体透過性のある部材を用いた気泡生成素子部、気泡回収部、気泡回収ポンプ、及び大気連通せずインクタンク側と連通する気体供給部、とで構成されていることを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の気泡生成素子は、油性インク液体に対して、インク側素子表面は親油性が高く、素子内部は親油性が低い部材を用いることを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の気泡生成素子において、疎水剤の塗布で親油性を高める、もしくは親水剤の塗布で親油性を低下させる処理を行うことを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のインクジェット記録装置において、気泡生成素子は、気泡生成素子の有する細孔直径が、少なくとも１μｍ以下、望ましくは０．５μｍ以下であることを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載のインクジェット記録装置において、記録装置の待機中においては気体供給部、及び気泡生成素子にインク圧力（水頭圧）以上の一定気体圧力が印加されていることを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項４に記載のインクジェット記録装置において、記録装置の印字中においては気体供給部、及び気泡生成素子にインク圧力（水頭圧）以下の一定気体圧力が印加されていることを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１に記載のインクジェット記録装置において、気体供給部が電磁弁を有することで供給部に存在する気体圧力を変動・維持できることを特徴とする請求項５又は６に記載の気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１に記載の気泡回収ポンプは、待機時に外部ノズル側から一時的に装着することを特徴とする請求項５〜７いずれかに記載の気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項４に記載の気泡生成素子は、ポーラスシリカ、弗素含有ポリマーからなる微多孔性膜、陽極酸化アルミナ、Ｓｉ単結晶基板の陽極化成やエッチング加工、基板のレーザー加工や電子ビーム加工、フォトリソ工程でパターニングされたレジストを用いたモールド形成の内の少なくとも一つ以上の部材もしくは、工程により作成されていることを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項１０】
インクタンクとインクタンクから供給されたインクを吐出して画像の形成を行うインクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置において、請求項１〜９いずれかに記載の気泡回収装置を具備していることを特徴とする気泡回収装置を有するインクジェットヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載のインクジェット記録装置が、インク吐出のために機械的エネルギーを付する、電気機械変換素子を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１２】
常温で固体または高粘度液体であり、かつ常温より高温の所定温度で低粘度液体となるインクを用い、インクを所定温度に加熱溶融する加熱手段、印加信号によって伸縮する電気機械変換素子と、圧力発生室の一部を構成する振動板、圧力発生室、インク供給流路、インクリザーバー、およびノズルで構成され、該圧電気機械変換素子の変形によって該振動板を変位させ、該駆動素子に対応した該圧力発生室内のインク圧力を高めることによって該ノズルからインク滴を噴射させる請求項１１に記載のインクジェット記録装置において、気泡回収装置を具備していることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のインクジェット記録装置において、前記電気機械変換素子は、ペロブスカイト型酸化物であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のインクジェット記録装置において、ノズル形成部材が複数のノズル開孔を有し、圧電駆動素子が圧力発生室内部（インク中）において、該ノズル形成部材と対向して設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のインクジェット記録装置において、気泡生成素子はノズル形成部を構成する壁面の圧力発生部と対向しない位置に設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１６】
複数の液滴吐出ヘッドを備え、各電気機械変換素子に駆動信号を印加して液滴をノズルより吐出させる手段を備えたことを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気泡回収装置を備えたインクジェット記録装置、及び印加信号によって伸縮変位する駆動素子から発生させた機械的エネルギーにより所望の液体を吐出するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から液体吐出装置は、微細加工、実験分析、画像形成等の様々な分野で応用されているが、ここではインクジェットによる記録方法を例にとって説明する。
【０００３】
インク滴を吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法は、高速記録が可能であり、また記録品位も高く、低騒音であるという利点を有している。さらに、この方法はカラー画像記録が容易であって、普通紙等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多くの優れた利点を有している。このようなインクジェット記録方法を用いる記録装置には、一般にインクを飛翔インク滴として吐出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク路と、このインク路の一部に設けられ、インク路内のインクに吐出のための吐出エネルギーを与えるエネルギー発生手段とを有する記録ヘッドが備えられる。
【０００４】
そうした中、近年の高画質・高速印字の要求により、インク材の改良として発色に優れ、速乾性のものが求められるようになってきた。例えば、染料を主成分としたインクよりも、顔料を主成分とした、中でも速乾性に優れたＷＡＸ系ホットメルトインク、樹脂系ホットメルトインク等が必要とされてきている。
【０００５】
しかしながらインク中には周囲環境の大気が、気体のインクに対する溶解度に依存して存在している。従って、周囲環境の温度変化、圧力変化により、溶存気体が過飽和状態になるとインク中に気泡となって現れてくる。特に、ホットメルト系インクは、常温で固体または高粘度液体であり、かつ常温より高温の所定温度で低粘度液体となるインクであり、インクの体積変化、密度変化が通常のインクよりも大きく、インク中に多量の気泡が現れやすい。また、一般的に記録装置が待機状態であれば大気側ノズル孔からヘッド内部への空気混入、溶解も起こりうる。
【０００６】
このようにしてインクジェトヘッド内に気泡が存在すると、印字に際して大きな問題が生じてくる。
【０００７】
まず、圧力発生部に気泡が存在した場合、インク滴を吐出させるための圧力が気泡により吸収・緩和され、実効的吐出圧力が減少しインク滴の吐出が不安定になる。次に、ノズル形成部に気泡が存在した場合、気泡の体積によっては不吐出、もしくは吐出体積の減少につながり、また気泡も同時に吐出された場合は霧滴生成からなる印字のにじみ原因にもなりうる。次に、インク供給路に気泡が発生した場合、吐出に求められるインク供給が充分に行われずインク滴が不吐出する場合がある。また壁面に付着している微少な気泡は、一旦付着するととれにくくなるばかりか、大きな気泡に成長するための核となりうる。
【０００８】
上記の要求をふまえて、特公２６９２１２１号公報では、前記インクの常温から所定温度への昇温に伴い発生した気泡を、ノズル開孔部以外に移送する複数の電気機械変換手段と、ノズル開孔部以外に移送された空気を大気中に解放する大気連通部とからなるインクジェットヘッドを開示している。
【０００９】
また、特開平６−５５７４２号では気泡除去メンテナンス手段を開示している。これは吸引バキュームをノズル形成面に接触させインクを吸引すると、同時に微少気泡を供給することでインク内の気泡を集積させ気泡をインクごと吸引するものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特公２６９２１２１号公報では、電気機械変換手段を駆動させることにより、インク全体に溶解析出した気泡、特にノズル開口部を構成する内壁と圧力発生部間に存在する気泡を取り除いている。
【００１１】
しかしこの構造では、取り除かれた気泡を逃がす流れを効果的に生成することはできず、微少な気泡などは壁面付近を移動するだけで回収されない。また隣接するヘッド間に隔壁が存在しないので、移動した気泡が隣接するヘッドに影響を与える場合がある。更には、電気機械変換手段を駆動していない場合は、壁面に常に気泡がたまりやすい状態ができることになる。
【００１２】
結果として、待機状態から印字開始に至るまで定期的に気泡排出時間を要し、特に最初のインク溶融時に際して最も長い気泡排出時間を要する。
【００１３】
特開平６−５５７４２号では、以下に示すいくつかの問題点がある。まずポンプ機構が複雑で、及び複数の電磁弁を記録装置に組み込むため、記録装置の小型化が困難になり、高コスト化につながる。
【００１４】
また、待機時に外部側から微小気泡を供給することで内部の気泡を集合合体させるため、内部の気泡を満遍なく、効果的に回収することは難しい。そのため、気泡排出動作時間や、その際の排出インク量が多くなりがちである。
【００１５】
更にこの吸引装置は、加熱手段が設けられていないため、ホットメルトインクを用いた場合、吸引したインクが吸引部で固化してしまい長時間の安定機能は望めない。
【００１６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものである。
【００１７】
本発明の目的は、ホットメルトインクを用いた場合の多量な発生気泡について常時効果的に除去できる気泡回収装置を簡易な構成で提供し、待機状態から印刷開始までの気泡排出時間の低減、印刷中における印刷不具合の原因となる気泡吐出の低減、壁面に付着している微少な気泡の解離を容易にし、更には長時間に渡り安定印字可能なインクジェット記録装置を提供する事である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、常温で固体または高粘度液体であり、かつ常温より高温の所定温度で低粘度液体となるインクを、インクタンクに設けられた加熱手段で加熱溶融後インクジェットヘッドに供給し、インクを吐出して画像を形成するインクジェット記録装置において、気体透過性のある部材を用いた気泡生成素子部、気泡回収部、気泡回収ポンプ、及び大気連通せずインクタンク側と連通した気体供給部、とで構成されている気泡回収装置を備えたことを特徴としている。
【００１９】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項１に記載の気泡生成素子は、油性インク液体に対して、インク側素子表面は親油性が高く、素子内部は親油性が低い部材を用いることを特徴とするインクジェットヘッド。
【００２０】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項２に記載の気泡生成素子において、疎水剤の塗布で親油性を高める、もしくは親水剤の塗布で親油性を低下させる処理を行うことを特徴としている。
【００２１】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項２〜３に記載のインクジェット記録装置において、気泡生成素子は、気泡生成素子の有する細孔直径が、少なくとも１μｍ以下、望ましくは０．５μｍ以下であることを特徴としている。
【００２２】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項４に記載のインクジェット記録装置において、記録装置の待機中においては気体供給部、及び気泡生成素子にインク圧力（水頭圧）以上の一定気体圧力が印加されていることを特徴としている。
【００２３】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項４に記載のインクジェット記録装置において、記録装置の印字中においては気体供給部、及び気泡生成素子にインク圧力（水頭圧）以下の一定気体圧力が印加されていることを特徴としている。
【００２４】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項１に記載のインクジェット記録装置において、気体供給部が電磁弁を有することで供給部に存在する気体圧力を変動・維持できることを特徴としている。
【００２５】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項１に記載の気泡回収ポンプが、待機時に外部ノズル側から一時的に装着することを特徴としている。
【００２６】
また本発明の気泡回収装置を有するインクジェットヘッドは、請求項４に記載の気泡生成素子が、ポーラスシリカ、弗素含有ポリマーからなる微多孔性膜、陽極酸化アルミナ、Ｓｉ単結晶基板の陽極化成やエッチング加工、基板のレーザー加工や電子ビーム加工、フォトリソ工程でパターニングされたレジストを用いたモールド形成の内の少なくとも一つ以上の部材もしくは、工程により作成されていることを特徴としている。
【００２７】
すなわち本発明のインクジェットヘッド記録装置は、インクタンクとインクタンクから供給されたインクを吐出して画像の形成を行うインクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置において、請求項１〜９いずれかに記載の気泡回収装置を具備していることを特徴としている。
【００２８】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、請求項１０に記載のインクジェット記録装置が、インク吐出のために機械的エネルギーを付する、電気機械変換素子を有することを特徴としている。
【００２９】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、常温で固体または高粘度液体であり、かつ常温より高温の所定温度で低粘度液体となるインクを用い、インクを所定温度に加熱溶融する加熱手段、印加信号によって伸縮する電気機械変換素子と、圧力発生室の一部を構成する振動板、圧力発生室、インク供給流路、インクリザーバー、およびノズルで構成され、該電気機械変換素子の変形によって該振動板を変位させ、該駆動素子に対応した該圧力発生室内のインク圧力を高めることによって該ノズルからインク滴を噴射させる請求項１１に記載のインクジェット記録装置において、気泡回収装置を具備していることを特徴としている。
【００３０】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、請求項１２に記載のインクジェット記録装置において、前記電気機械変換素子が、ペロブスカイト型酸化物であることを特徴としている。
【００３１】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、請求項１３に記載のインクジェット記録装置において、ノズル形成部材が複数のノズル開孔を有し、圧電駆動素子が圧力発生室内部（インク中）において、該ノズル形成部材と対向して設けられていることを特徴としている。
【００３２】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、請求項１４に記載のインクジェット記録装置において、気泡生成素子はノズル形成部を構成する壁面の圧力発生部と対向しない位置に設けられていることを特徴としている。
【００３３】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、複数の液滴吐出ヘッドを備え、各電気機械変換素子に駆動信号を印加して液滴をノズルより吐出させる手段を備えたことを特徴としている。
【００３４】
＜機能説明＞
次にインク中に存在する気泡の中でも、特に壁面付近に漂う気泡の効果的な収集方法について説明する。前述したような気泡問題は、温度相変化を含むホットメルトインクの場合特に顕著である。
【００３５】
最初に、気泡生成素子について（図１０）を用いて説明する。気泡生成素子は微細孔を有し、インク分子（但し粘性、濡れ性、クラスター移動の考慮により単純な分子径からは決定できない）よりも小さく、気体分子よりも大きい程度の周期的構造もしくは不規則なポーラス状のもので作成することができる。
【００３６】
上記構造体は、気体は通すが液体は通さない半透膜として機能させることができ、外部気体と内部インクの圧力差により微小気泡１００１をインク側気泡素子表面に形成することができる（図１０Ａ）。更にその気泡はある程度の大きさの気泡に成長しない限り、トラップする抵抗により素子表面から離脱することはない（図１０Ｂ、Ｃ）。その後、浮力が優先した時点で気泡１００６は気泡回収側へ誘導される。
【００３７】
次に複数の気泡が形成する構造・形状に関してエネルギー的安定（最小）を考えてみるならば、気泡の表面エネルギーの観点から以下に説明できる。
【００３８】
気泡の表面エネルギーを最小にするためには、表面積を最小にすることである。そのため複数の気泡は、まずその気泡数を少なくすることで気泡の表面積計を減少させることができる。結果として気泡は合体し、単一の気泡になりやすくなる。もちろん現実の外因的減衰を考慮したとすれば、元の数よりは少ない複数の気泡として存在することになる。
【００３９】
特に壁面に漂う微小な気泡は、気泡自身の浮力が足りず壁面にトラップされると離脱しにくい。しかし、気泡生成素子が作り出す気泡に微小気泡がトラップされ、更には複数の微小気泡がトラップされながら表面積を減少させ大きな気泡に成長することで気泡体積を増加させ、浮力を増加させることができる。そして、浮力が気泡をトラップする抵抗よりも優先した時点で、成長した気泡はインク中を抜けて回収側へ導かれる。最後気泡が離脱すると、気泡生成素子表面には気泡がなくなるので、あらたな気泡成長核となる気泡を素子表面に析出させる。
【００４０】
次に、気泡生成素子の半透膜性を上げるために、気泡生成素子表面は、ホットメルトインクに対して濡れ性が高く（親油性が高い）、素子内部は濡れ性が低い（親油性が低い）部材・性質である必要がある。上記の濡れ性条件を満たし、インクが細孔に浸入しない場合は、素子断面図は（図１１）、もしくは（図１２）に示すようになる。
【００４１】
これはインクの濡れ性と表面張力、素子表面の濡れ性と細孔径、気体圧力から決まるものであるが、生成素子内部に浸入することはないようにパラメーター選択がなされなければならない。その時の細孔径は、気体の流路抵抗を考慮しても１μｍ以下望むべくは０．５μｍ以下である。
【００４２】
まず記録装置が待機時においては、図１１のような状態を作る。気泡が成長するまで常に一定の圧力１１０２が印加されていて（図１１Ａ）、気体供給部の圧力はインク圧１１０１（水頭圧）より陽圧であれば問題ない。気泡成長核が気泡１１０４をトラップすることで気泡は成長し（図１１Ｂ、Ｃ）、浮力が優先した時点で気泡は離脱する（図１１Ｄ）。
【００４３】
特に、待機時においては、積極的に気泡回収したいので、このように気泡成長の核を表面側に析出させることは効果的である。
【００４４】
また記録装置が印字中においては、図１２のような状態を作る。常に一定の圧力１２０２が印加されていて、気体供給部の圧力がインク圧１２０１（水頭圧）と平衡状態ならば問題ない。特に印字中において壁面に気泡が析出していては、吐出と同時に気泡廃棄が行われ、印字に悪影響を及ぼす可能性が高い。そのため印字状態の安定性を保つためには、気泡成長の核を表面側に析出させないほうが良い。
【００４５】
そうなると印字中の気泡回収作用が行えないため、定期的に待機状態に移行し気泡回収作用を繰り返す必要がある。
【００４６】
（図１１）、（図１２）の２つの状態を作るために気体供給部が、ポンプと連通している必要はない。なぜならばホットメルトインクを用いる場合、インク溶解時の温度上昇を用いれば、供給気体の圧力上昇が得られるからである。
【００４７】
そのため気体供給部は、大気連通せずインク供給部の気泡溜まり側、もしくは気泡回収部と連通し、中間部に電磁弁を有していれば問題ない。印字中は、電磁弁を閉じることで気体圧力印加を抑えることができる。
【００４８】
待機中は加熱手段による温度上昇を用いれば供給気体の圧力上昇が得られ、印字中は電磁弁を閉じ圧力上昇を抑えることで平衡状態を保ち、大きく図１１のようにはならず、むしろ図１２のようになる。
【００４９】
上記により、気体供給ポンプを用いなくても供給気体の圧力調整が簡易な構成で得られる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明の気泡回収装置を備えたインクジェット記録装置用は、気泡生成素子により生成された気泡成長核がインク中の気泡をトラップし気泡回収することで、壁面付近に存在する気泡を効果的に取り除くことができる。
【００５１】
気泡回収装置の構造は、気体透過性のある部材を用いた気泡生成素子部、気泡回収部、及び大気連通せずインクタンク側もしくは気泡回収部と連通した気体供給部とで構成されている。気泡生成素子は気泡の成長核となる初期気泡を生成し、気体供給部は気泡生成素子に気泡を送り込む役割をする。
【００５２】
そのため気泡生成素子の半透膜として作用する細孔は、インク分子よりも小さく、気体分子よりも大きいほどの貫通孔を有している必要がある。貫通孔の大きさとしては、上述した構造条件と、更にはインクの粘性、表面張力、インクのクラスター移動、形成する気泡核の大きさ等を考慮して決めることができるが、０．５μｍ程度の空隙であれば問題ない。但しホットメルトインクは油性インクであることを考慮して、インク側素子表面は親油性が高く、残りの部材内部は親油性が低い部材の使用、もしくは同等の処理、及び構成がなされている必要がある。
【００５３】
その貫通孔は、ポーラスシリカ、弗素含有ポリマーからなる微多孔性膜、陽極酸化アルミナ、Ｓｉ単結晶基板の陽極化成やエッチング加工、基板のレーザー加工や電子ビーム加工、フォトリソ工程でパターニングされたレジストを用いたモールド形成等を用いることで、直径５ｎｍ程度以上の孔や、ポーラス状の流路が高精度・選択領域に作成可能である。
【００５４】
気体供給部は、大気連通せずインクタンク側もしくは気泡回収部と連通している必要がある。そうすることで、待機中での昇温過程を用いた気体圧力増加、印字中での平衡状態維持が可能になる。
【００５５】
また使用する部材としては、素子表面と同じ部材を用いても問題ないが、より安定して気体供給できる構造、部材が好ましい。もし素子表面と同じ部材にした場合、気体供給路を長くすると気体の流路抵抗が高くなり安定した気体の圧力制御が難しいからである。
【００５６】
気体供給路は、Ｓｉ（１００）単結晶基板のＫＯＨ溶液による異方性エッチング、パイレックス（登録商標）ガラスのＨＦによるエッチング、もしくはＳｉ単結晶基板をＳＦ６ガスを主成分とするガスを用いてドライエッチングすることにより任意の領域に高精度に気体流路を作製する事が可能である。また、通常のフォトリソ工程、干渉露光法、メッキ鋳造、アルミの陽極酸化、Ｓｉ陽極化成、レーザー加工、電子ビーム加工更には、それらを基にしたモールド法でも任意の領域に高精度に作成可能である。
【００５７】
気泡回収駆動としては、以下のように行う。装置としての基本構成は（図１３）に示すとおりである。主構成は、ホットメルトインク１３０９、インクタンク１３１２、インクタンク内半透膜１３１１、インクタンク気体部１３１０に連通した気体供給部１３０６、気体供給部の圧力調整用電磁弁１３０７、吐出ヘッド部１３０２（圧力発生部含）、気泡回収ポンプ１３０３、インク供給部１３０８、インク加熱溶融のための加熱手段である。
【００５８】
待機時においては、電磁弁を開け、インクタンク１３１２内の気圧上昇を気体供給部１３０６側へ導く。すると気泡生成素子１３０５が機能し、気泡１３０４をトラップし、一部の気泡は気泡回収部１３０１へ自然に誘導され、また一部は気泡回収ポンプ１３０３により効果的に収集される。回収機能を複数組み合わせることで、より効率の高い回復動作が可能となる。
【００５９】
印字中においては、電磁弁１３０７を閉じ、気泡生成素子界面でインク側の気圧と平衡状態に保つ。すると気泡生成素子は機能しないため若干の気泡１３１３が存在することになる。そのため、定期的に待機状態に移行し回復動作を行う必要がある。
【００６０】
インクを吐出させるための圧力発生部に関しては、ホットメルトインクの場合、熱エネルギーでは難しく、電気機械変換素子を用いるほうが好ましい。電気機械変換素子は、圧電、静電を用いたものどちらでも構わない。
【００６１】
圧電体、電極は構造体の許容する温度範囲内、かつプロセス工程からみて可能な成膜手段を用いることで作製する。例えばスパッタリング、ＣＶＤ、ゾルゲル、ＥＢ蒸着、レーザーアブレーションなどで作製プロセス条件に適応する手段を用いる。用いる圧電体薄膜は、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、亜鉛酸化物、アルミ窒化物のうち少なくとも１種類以上、電極材料は、白金、パラジウム、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウムからなる合金のうち少なくとも１種類以上を主成分とする。
【００６２】
以下に具体的な実施例を示すが、気泡生成素子、ノズル形成部、および圧力発生部の寸法や形状や材質、ノズル形成部と圧力発生部との間隔、気泡排出を促す駆動条件等は一例であり、設計事項として任意に変更できるものである。
【００６３】
（実施例）
以下実施例を用いて本発明を、より詳細に説明する。
【００６４】
（実施例１）
ノズル側正面図（図１）に示した気泡回収装置を有するインクジェットヘッドを設計、作製した。（断面図（図２）、上面図（図３））
本実施例では、ポーラスＳｉを用いた気泡生成素子を設け、インクとしてはＷＡＸ系ホットメルト系インクを用い、吐出エネルギー手段として圧電素子部を設けた。
【００６５】
作製方法は（図４）に示すように、まずｐ型Ｓｉ単結晶基板４０２を陽極化成してポーラスシリコン層４０１を作成し、熱酸化を行い素子内部の親水処理とした。次に基板裏面から研磨加工し薄片化を行い、気体供給部となる溝部４０３を有するパイレックス（登録商標）ガラス４０４を陽極接合で接合した。ノズル部の酸化膜を取り除いた後、ＳＦ６を主成分としたガスでエッチングでノズル４０５を加工形成した。次に、気泡生成素子表面側にスピナーを用い疎水剤を塗布し、表面の親油性処理をかねた。
【００６６】
その後（図１）、（図２）、（図３）に示すように、圧電素子部１０２、振動版１０４、気泡回収部２０１、天板２０２（プレート２０４等含）、インクリザーバー、インクを加熱溶融する加熱手段、気体供給部に接続する電磁弁２０５、インクリザーバー内の半透膜２０８を設けた。圧力発生部は、圧電素子を接着剤を用いて基板に張り付けることで形成してある。用いた圧電体はＰｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３セラミックスに電極、振動板を積層させたものである。
【００６７】
次に、ヘッド内部でホットメルトインクを加熱溶融し圧力発生部にインクを供給させ、先端ノズル側から供給インクの流入を確認後、駆動波形を印加して液体吐出を試みた。その際、天板プレート側に気泡トラップ状態観察のためのＣＣＤカメラを設け、更には外部ノズル側からも別の顕微鏡で吐出状態を観察した。
【００６８】
吐出ヘッドの圧電素子の駆動条件を、矩形波電圧４０Ｖ，周波数２０ｋＨｚの矩形パルスよりなる電気信号とし、状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察した。すなわち、圧電体を駆動するための駆動パルスに同期し、かつ所定の遅延時間をおいてパルス光を発光させながら、吐出状況を観察した。
【００６９】
まず上面観察から気泡トラップ状況を観察した。ホットメルトインクを加熱溶融後すぐに、気泡素子の周囲に多くの気泡５０１が集積し始めた（図５）。この場合、待機状態であるため気泡生成素子５０２に気泡を生成させインク中の気泡をトラップするとともに、一部は気泡回収部へ浮力により導かれ、また一部は気泡回収ポンプにより気泡吸引された。２〜３分程度の回復動作を経ることで、気泡サイズ、トラップ領域とも減少し始めた。
【００７０】
次にインク吐出状態を観察した。通常なら、初期状態からインク吐出が安定するまで２０分程度必要としたが、約５分程度で安定吐出に達した。
【００７１】
次に１０分程度の印字状態の後、１分程度の待機状態を繰り返した。その場合、待機時における回復動作を行うことで、その後の吐出に対する気泡の悪影響がないことが確認できた。
【００７２】
通常ホットメルトインクを用いた場合、駆動中においても気泡が生成しやすく、待機状態における回復動作の時間がかかることが問題であった。しかしヘッド内部において気泡をトラップし、集積後、気泡回収することで、ノズル外部側から吸引する通常の回復動作だけよりも短時間であった。
【００７３】
以上より、気泡生成素子が気泡を効果的にトラップする事ができ、待機中において効果的な気泡回収動作ができることが確認できた。
【００７４】
（実施例２）
ノズル側正面図（図６）に示した気泡回収装置を有するインクジェットヘッドを設計、作製した。断面図（図７）
本実施例は、使用部材は実施例１とほぼ同様であるが、気泡生成素子を圧力発生室以外に設けている点が異なる。
【００７５】
気泡生成素子は、作製方法は（図８）に示すように、まずｐ型Ｓｉ単結晶基板８０２を陽極化成してポーラスシリコン層８０１を作成し、熱酸化膜を成膜することで親水処理をかねた。更に裏面から研磨薄片化し、裏面からＨＦで若干のエッチングを行い溝部８０３を形成し、溝部壁面に疎水処理を行った。次に気体供給部となる溝部を形成したパイレックス（登録商標）ガラス８０４を陽極接合で接合した。
【００７６】
その後、（図６）（図７）に示すように、圧力発生部となるヒーター部７０２、気泡回収部７０１、天板７１１（プレート等含）、インクリザーバー、気体供給部と連通する電磁弁７０６、加熱手段、インクタンク内半透膜７０９を設けた。
【００７７】
次に、ホットメルトインク７１０をインクリザーバー側から供給し、先端ノズル側から供給インクの流入を確認後、駆動波形を印加して液体吐出を試みた。その際、天板プレート側に気泡トラップ状態観察のためのＣＣＤカメラを設け、更には外部ノズル側からも別の顕微鏡で吐出状態を観察した。
【００７８】
吐出ヘッドの圧電素子の駆動条件を、矩形波電圧４０Ｖ，周波数２０ｋＨｚの矩形パルスよりなる電気信号とし、状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察した。すなわち、圧電体を駆動するための駆動パルスに同期し、かつ所定の遅延時間をおいてパルス光を発光させながら、吐出状況を観察した。
【００７９】
まず上面観察から気泡トラップ状況を観察した（図９）。前実施例と同様、ホットメルトインクを加熱溶融後すぐに、気泡素子の周囲に多くの気泡が集積し始めた。この場合、待機状態であるため気泡生成素子に気泡を生成させインク中の気泡をトラップするとともに、一部は気泡回収部へ浮力により導かれ、また一部は気泡回収ポンプにより気泡吸引された。２〜３分程度の回復動作を経ることで、気泡サイズ、トラップ領域とも減少し始めた。
【００８０】
次にインク吐出状態を観察した。通常なら、初期状態からインク吐出が安定するまで２０分程度必要としたが、約３分程度で安定吐出に達した。
【００８１】
次に１０分程度の印字状態の後、１分程度の待機状態を繰り返した。その場合、待機時における回復動作を行うことで、その後の吐出に対する気泡の悪影響がないことが確認できた。
【００８２】
通常ホットメルトインクを用いた場合、駆動中においても気泡が生成しやすく、待機状態における回復動作の時間がかかることが問題であった。しかしヘッド内部において気泡をトラップし、集積後、気泡回収することで、ノズル外部側から吸引する通常の回復動作だけよりも短時間で回復できた。
【００８３】
以上より、気泡生成素子が気泡を効果的にトラップする事ができ、待機中において効果的な気泡回収動作ができることが確認できた。特に、圧力発生室手前に気方生成素子を設け、ほとんどの気泡を除去した後に、圧力発生室へインクを供給することは効果があるといえる。
【００８４】
（実施例３）
実施例１に示したインクジェットヘッド構造に対して、更に実施例２に示すような予備室を設け、気泡生成素子も設けた。構成としてはインクタンクにおいてインクを加熱溶融し、圧力発生室手前側の予備室と、圧力発生室との両方で気泡をトラップするものである。また気体供給部はインクタンクと連通していて、電磁弁を開けることで気泡生成素子へ圧力印加された気体を送ることができる構成となっている。
【００８５】
このインクジェットヘッドにおいて気泡トラップ現象を観察したところ、実施例１，２と同様な現象が確認された。待機時における気泡回収動作の時間は、実施例１，２と比較して短時間であった。この構造のように、多段階で気泡トラップすることは、より効果的であることが確認できた。
【００８６】
（実施例４）
本発明の気泡回収装置を実施例１のインクジェットヘッドに装備し、駆動用回路を備え、該インクジェットヘッドと被記録媒体とを所望の間隔で対向させるための支持体と、入力された情報に応じて、該インクジェットヘッドと被記録媒体との相対位置を変化させるための機構を有する記録装置を作製した。気泡生成素子は、記録装置の待機中、印字中に応じて適正な駆動制御を行った。
【００８７】
その結果、本実施例のインクジェット記録装置は、待機状態における回復動作の短縮、高解像度・高速印字が可能で、従来と比較して長時間にわたり、気泡吐出もなく安定したインク吐出が得られた。
【００８８】
（実施例５）
本発明の気泡回収装置を実施例２のインクジェットヘッドに装備し、駆動用回路を備え、該インクジェットヘッドと被記録媒体とを所望の間隔で対向させるための支持体と、入力された情報に応じて、該インクジェットヘッドと被記録媒体との相対位置を変化させるための機構を有する記録装置を作製した。気泡生成素子は、記録装置の待機中、印字中に応じて適正な駆動制御を行った。
【００８９】
その結果、本実施例のインクジェット記録装置は、待機状態における回復動作の短縮、高解像度・高速印字が可能で、従来と比較して長時間にわたり、気泡吐出もなく安定したインク吐出が得られた。
【００９０】
（実施例６）
本発明の気泡回収装置を実施例３のインクジェットヘッドに装備し、駆動用回路を備え、該インクジェットヘッドと被記録媒体とを所望の間隔で対向させるための支持体と、入力された情報に応じて、該インクジェットヘッドと被記録媒体との相対位置を変化させるための機構を有する記録装置を作製した。
【００９１】
気泡生成素子は、記録装置の待機中、印字中に応じて適正な駆動制御を行った。
その結果、本実施例のインクジェット記録装置は、待機状態における回復動作の短縮、高解像度・高速印字が可能で、従来と比較して長時間にわたり、気泡吐出もなく安定したインク吐出が得られた。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気泡回収装置を有したインクジェット記録装置は、ホットメルトインクの昇温過程を利用することで気体供給部の適正な印加圧力を得ることができ、気体供給ポンプ等を用いることなく簡易な構成で、気泡生成素子から生成する気泡でインク中に漂う気泡を効果的にトラップできた。
【００９３】
結果、ホットメルトインク使用時の待機状態から印刷開始までの気泡排出時間の低減、印刷にじみの原因となる大きさ程度の気泡吐出の低減、壁面に存在する微少な気泡の収集を可能にし、更には長時間に渡り安定動作可能なインクジェット記録装置を提供する事が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例１のノズル側正面図
【図２】本発明における実施例１の断面図
【図３】本発明における実施例１の上面図
【図４】本発明における実施例１のプロセス図
【図５】本発明における実施例１の気泡生成素子駆動時の上面観察図
【図６】本発明における実施例２のノズル側正面図
【図７】本発明における実施例２の断面図
【図８】本発明における実施例２のプロセス図
【図９】本発明における実施例２の気泡生成素子駆動時の上面観察図
【図１０】気泡生成素子説明図
【図１１】待機時における気泡生成素子駆動図
【図１２】印字時における気泡生成素子駆動図
【図１３】本発明におけるインクジェット記録装置の基本構成図
【符号の説明】
１０１　Ｐｔ電極
１０２　圧電素子
１０３　Ｐｔ電極
１０４　振動板
１０５　気泡生成素子
１０６　気体供給部
１０７　ノズル部
２０１　気泡回収部
２０２　天板
２０３　ノズル部
２０４　プレート支持部
２０５　電磁弁
２０６　気体供給部
２０７　ホットメルトインク
２０８　半透膜
２０９　インクタンク内の気体
３０１　ノズル形成部材
３０２　気体供給部
３０３　気泡生成素子部
３０４　ノズル部
３０５　圧力発生部
４０１　ポーラスＳｉ
４０２　ｐ型Ｓｉ単結晶基板
４０３　パイレックス（登録商標）ガラスの溝部
４０４　パイレックス（登録商標）ガラス
４０５　ノズル部
５０１　トラップされた気泡
５０２　気泡生成素子
５０３　気体供給部
６０１　圧電素子
６０２　振動板部
６０３　ノズル部
６０４　気泡生成素子
６０５　気体供給部
７０１　気泡回収部
７０２　圧電素子部
７０３　ノズル部
７０４　圧力発生室
７０５　気泡生成素子
７０６　電磁弁
７０７　気体供給部
７０８　インクタンク内の気体
７０９　インクタンク内の半透膜
７１０　ホットメルトインク
７１１　天板
８０１　ポーラスＳｉ
８０２　ｐ型Ｓｉ基板
８０３　裏面の溝部
８０４　パイレックス（登録商標）ガラス
９０１　気泡生成素子
９０２　気体供給部
９０３　トラップされた気泡
１００１　気泡成長核
１００２　インク中の気泡
１００３　気泡生成素子
１００４　集積した気泡
１００５　合体成長した気泡
１００６　離脱する気泡
１１０１　インク側圧力（水頭圧）
１１０２　気泡生成素子側圧力
１１０３　気泡生成素子
１１０４　集積・合体して、成長する気泡
１１０５　離脱する気泡
１２０１　インク側圧力（水頭圧）
１２０２　気泡生成素子側圧力
１２０３　気泡生成素子
１２０４　インク中気泡
１３０１　気泡回収部
１３０２　インク吐出ヘッド部
１３０３　気泡回収ポンプ
１３０４　トラップされた気泡
１３０５　気泡生成素子
１３０６　気体供給部
１３０７　電磁弁
１３０８　インク供給部
１３０９　ホットメルトインク
１３１０　インクタンク内気泡
１３１１　半透膜
１３１２　インクタンク
１３１３　インク中気泡
１３１４　吐出インク
１３１５　紙面
【図１】
2004142330.tif 000003
【図２】
2004142330.tif 000004
【図３】
2004142330.tif 000005
【図４】
2004142330.tif 000006
【図５】
2004142330.tif 000007
【図６】
2004142330.tif 000008
【図７】
2004142330.tif 000009
【図８】
2004142330.tif 000010
【図９】
2004142330.tif 000011
【図１０】
2004142330.tif 000012
【図１１】
2004142330.tif 000013
【図１２】
2004142330.tif 000014
【図１３】
2004142330.tif 000015