(57)【要約】【課題】インク中に発生した気泡について常時効果的に除去できる気泡回収装置を備えたインクジェット記録装置を提供することであり、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することである。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】多孔質で形成された気泡生成素子と気体供給ポンプを組み合わせ、供給気体の圧力調整を行うことで、待機中は気泡生成素子の生成する気泡でインク中に漂う気泡をトラップし効率的に気泡回収動作を行い、印字中は気泡生成素子の表層内部でインク中に漂う気泡をトラップした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクタンクから供給されたインクを吐出して画像を形成するインクジェットヘッドを備えた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、気体供給を行う気体供給部、及び気体供給部に連通する気体供給ポンプ、更に気泡回収部、気泡回収ポンプ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、水性インク液体に対して、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親水性が高く、残りの部材内部は親水性が低い部材を用い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３】
請求項２に記載の気泡生成素子において、親水剤の塗布で親水性を高める、もしくは疎水剤の塗布で親水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、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親油性が高く、残りの部材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５】
請求項４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６】
請求項２〜５の何れか一項に記載のインクジェット記録装置において、気泡生成素子は少なくとも細孔径３μｍ以下、望ましくは０．５μｍ以下の多孔質で構成され、気泡生成素子の残りの部材内部においては、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７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９】
請求項７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１０】
請求項７〜９の何れか一項に記載のインクジェット記録装置において、供給気体として大気、Ｈｅガス、乾燥酸素ガス、乾燥窒素ガスのいずれか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１１】
請求項１に記載の気体供給ポンプ、気泡回収ポンプは、待機時に外部側から一時的に装着することを特徴とする請求項２〜１０の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１２】
請求項６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１３】
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１〜１２の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１４】
請求項１３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１５】
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、圧力発生室の一部を構成する基体、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、該電気機械変換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体を噴射させる請求項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ヘッド記録装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５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ヘッド記録装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のインクジェット記録装置において、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を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド記録装置。
【請求項１８】
請求項１７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、各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、各圧電駆動素子の変形によって各圧電駆動素子に対応した該ノズルからインク滴を噴射させることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１９】
請求項１８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２０】
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１４〜１９のいずれかに記載のインクジェットヘッド記録装置。
【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。
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。
【０００３】
そうした中、近年の高画質・高速印字の要求により、インクの各ドット径、ドット配置を制御するレベルまできている。そうなると、インク内に存在する微小気泡の存在までが大きな問題となってくる。
【０００４】
一般的には、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。
【０００５】
特に、ホットメルト系インクなどは、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。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。
【０００７】
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。
【０００８】
また、特開平４−２２９２５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。
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、特開平４−２２９２５９号では、以下に示すいくつかの問題点がある。
【００１３】
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、壁面全体に対しての内部の気泡を満遍なく、効果的に回収することは難しく、また印字中においては気泡回収ができない。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。
【００１４】
更には頻繁に待機状態に移行し、気泡回収作業を行わなくてはならない。
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものである。
【００１６】
本発明の目的は、インク中に発生した気泡について常時効果的に除去できる気泡回収装置を備えたインクジェット記録装置を提供することで、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することである。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。
【００１７】
【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、インクタンクから供給されたインクを吐出して画像を形成するインクジェットヘッドを備えた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、気体供給を行う気体供給部、及び気体供給部に連通する気体供給ポンプ、更に気泡回収部、気泡回収ポンプ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。
【００１８】
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が、水性インク液体に対して、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親水性が高く、残りの部材内部は親水性が低い部材を用いている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２に記載の気泡生成素子において、親水剤の塗布で親水性を高める、もしくは疎水剤の塗布で親水性を低下させる処理を行うことを特徴としている。
【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１に記載の気泡生成素子が、油性インク液体に対して、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親油性が高く、残りの部材内部は親油性が低い部材を用いる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４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。
【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２〜５に記載のインクジェット記録装置において、気泡生成素子は少なくとも細孔径３μｍ以下、望ましくは０．５μｍ以下の多孔質で構成され、気泡生成素子の残りの部材内部においては、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。
【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。
【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７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。
【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７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。
【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７〜９に記載のインクジェット記録装置において、供給気体として大気、Ｈｅガス、乾燥酸素ガス、乾燥窒素ガスのいずれかを用いることを特徴としている。
【００２７】
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に記載の気体供給ポンプ、気泡回収ポンプは、待機時に外部側から一時的に装着することを特徴としている。
【００２８】
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６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。
【００２９】
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、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１〜１２の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。
【００３０】
すなわち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。
【００３１】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、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、圧力発生室の一部を構成する基体、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、該電気機械変換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体を噴射させる請求項１４に記載のインクジェット記録装置において、気泡回収装置を具備し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１４〜１５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、請求項１６に記載のインクジェット記録装置において、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を設けたことを特徴としている。
【００３４】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、請求項１７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、各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、各圧電駆動素子の変形によって各圧電駆動素子に対応した該ノズルからインク滴を噴射させることを特徴としている。
【００３５】
また本発明のインクジェットヘッド記録装置は、請求項１８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。
【００３６】
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。
【００３７】
＜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、ホットメルトインクだけではなく、通常のインクの場合でも問題となる。
【００３８】
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。上記の構造体１００４を実質的に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）。浮力が優先した時点で気泡はトラップ部から離脱する（図１０Ｄ）。
【００３９】
次に複数の気泡が形成する構造に対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。
【００４０】
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。
【００４１】
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（気泡回収部、気泡回収ポンプ等）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。
【００４２】
次に、気泡生成素子の半透膜性を上げるために、水性インク液体に対しては、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親水性が高く、残りの部材内部は親水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。また、油性インク液体に対しては、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親油性が高く、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。
【００４３】
上記の濡れ性条件を満たし、インクが残りの部材内部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。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。特にその時の、残りの部材内部の細孔径は、気泡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。気泡生成素子表面から連続した一部については、上記細孔径よりも若干大きくいほうが好ましい。
【００４４】
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１１０４が印加されていて（図１１Ａ）、気体供給部の圧力はインク圧１１０３（水頭圧）より陽圧であれば問題ない。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（図１１Ａ、Ｂ）ことは効果的である。そして、浮力の優先した時点で、成長した気泡１１０６はトラップされている気泡生成素子から離脱する。その後、次の気泡生成核１１０７が、気体の圧力で形成される。
【００４５】
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。常に一定の圧力が印加されていて、気体供給部の圧力１２０４がインク圧１２０３（水頭圧）以下ならば問題ない。特に、表面から連続した一部までインクに対する濡れ性があるので、圧力１２０４とインク圧１２０３（水頭圧）が平衡状態だとしても、連続した一部まではインクは浸入する。ただし気体圧力は、平衡状態よりも若干の負圧であるほうが、インクは浸入しやすい。
【００４６】
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。しかしながら、壁面から連続した一部内部１２０１において気泡１２０５をトラップする作用を行えば、印字に悪影響を及ぼすことはない。このようにして、常時気泡回収装置を機能させることが可能になる。特にこの場合、前述した現象、気泡成長から気泡回収するのとは異なり、構造的な気泡トラップを形成することで気泡回収を行うものである。
【００４７】
上記のような（図１１）（図１２）の２つの状態を作るためには、気体供給部が電磁弁を有し、更に気体供給ポンプと連通している必要がある。以上により、記録装置の待機中、印字中においても気泡回収動作を行うことが可能となる。
【００４８】
【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、待機時において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、印字中においては気泡生成素子内部側へトラップすることで、壁面付近に存在する気泡を常時、効果的に取り除くことができる。
【００４９】
その気泡生成素子の構造は、気体透過性のある部材を用いた気泡生成素子部、気体供給を行う気体供給部、及び気体供給部に連通する気体供給ポンプ、更に気泡回収部、気泡回収ポンプとで構成される。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表面に気泡を送り込む役割をする。その際の気泡生成素子部は多孔質で形成されるが、インク側面から連続した一部内部までは半透膜としては機能せず、残りの部材内部が半透膜として機能する。
【００５０】
そのため気泡生成素子内部の半透膜として作用する細孔（残りの部材内部）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、必要な処理がしてあれば０．５μｍ程度の空隙であれば問題ない。但しインクの濡れ性を考慮して、水性インク液体に対しては、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親水性が高く、残りの部材内部は親水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。また、油性インク液体に対しては、インク側素子表面及び連続した内部の一部までは親油性が高く、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。
【００５１】
特に、表面から連続した内部の一部の厚み、と残りの一部の厚みは、供給気体の圧力の調整時において内部インクが気体供給部に浸入しない程度の厚みを確保する必要がある。
【００５２】
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。
【００５３】
気泡供給部は電磁弁を有し、大気連通せず、気体供給ポンプと連通している必要がある。そうすることで、待機中、印字中においても供給気体の圧力を任意に調整でき、さらには上記の構造ならば待機中、印字中に適した効果的な気泡回収動作が行える。
【００５４】
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。
【００５５】
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、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。
【００５６】
供給する気体としては、大気でもかまわないが、不活性ガス例えば、Ｈｅガス、乾燥酸素ガス、乾燥窒素ガスを用いれば供給気体の対インク溶存量を防ぐことができ好ましい。
【００５７】
気泡回収駆動としては、駆動簡略図１３に示すように行う。
【００５８】
気泡生成素子のトラップした気泡１３０５は、待機時においては、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１３０８によりノズル側１３０２から回収される。回収機能を複数組み合わせることで、無駄の少ない回復動作が可能となる。
【００５９】
待機時の実際の駆動としては、気体供給部１３０４と気体供給ポンプ１３０７を接続し、ポンプ１３０７と電磁弁１３０６を調整することで一定圧力（水頭圧以上）を印加する。そうすることで気泡生成素子に気泡を成長させ、気泡をトラップできる。
【００６０】
印字中においても、この構造の場合、気泡生成素子内部の気泡トラップ作用が機能するため気泡１３０９がトラップされる。
【００６１】
印字中の実際の駆動としては、ポンプ１３０７と電磁弁１３０６を調整後、気体供給部１３０４と気体供給ポンプ１３０７の接続部１３１０を断ち、一定圧力（水頭圧以下）を維持することになる。また表面及び連続した内部の一部までは、インクに対する濡れ性があるので、供給気体圧とインク圧が平衡状態でも、問題なく同様の機能をもたすことができる。但し、平衡状態の場合、気体供給ポンプは供給気体を水頭圧程度に調整することになる。
【００６２】
そして、印字中から待機状態に移行したとき、気体圧力の印加動作が行われトラップされていた気泡が排出される。
【００６３】
印字状態から待機状態への移行は、気泡生成素子の機能が低下しない間でなければならない。インクの状態、インクジェットヘッドの構造、気泡生成素子に応じて適正な時間間隔内である必要がある。
【００６４】
待機中、印字中にも気泡トラップ動作を行うことで、待機時の回復動作の負荷を小さくすることができる。
【００６５】
インクを吐出させるための圧力発生部に関しては、熱エネルギーによる膜沸騰を用いたもの、もしくは機械的エネルギーを用いて力を伝達するものでも問題ない。ただしホットメルト系のインクを用いる場合は、熱エネルギーによる吐出は難しく、電気機械変換素子を用いるほうが良い。その際の、電気機械変換素子は、圧電効果、静電効果、双方とも問題ない。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
【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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
その後（図１）（図２）（図３）に示すように、圧電素子部１０３、気泡回収部２０１、外壁（プレート２０４等含）、インクリザーバー、加熱手段、気体供給部に接続する電磁弁２０６、気体供給ポンプ２０７を設けた。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
供給気体としてはＨｅガスを用い、印字状態、待機状態に応じた回復動作を行った。
【００７４】
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５０１に気泡を生成させインク中の気泡をトラップ５０２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。
【００７５】
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。
【００７６】
次に３０分程度の印字状態の後、３０ｓｅｃ程度の待機状態を繰り返した。その場合、待機時における３０ｓｅｃ程度と短い時間の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。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。しかし印字状態においても気泡回収動作を行うことで、待機時の回復動作における負荷を減らすことができた。
【００７７】
以上により印字状態においても気泡回収動作を行うことは、待機状態における回復動作の負荷減少になることが確認できた。
【００７８】
以上より、気泡生成素子が壁面付近の気泡を効果的にトラップする事ができ、印字中、待機中においても効果的な気泡回収ができることが確認できた。
【００７９】
（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）、上面図（図８））
本実施例では、ポーラスＳｉを用いた気泡生成素子を設け、インクとしては水性インクを用い、吐出エネルギー手段としてヒーター部を設けた。
【００８０】
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。
【００８１】
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７０４、気泡回収部７０２、外壁７０１（プレート等含）、インクリザーバー、気体供給部に連通する電磁弁７０７、インク供給部に連通する気体供給ポンプ７０８を設けた。
【００８２】
次に、水性インク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。
【００８３】
インク吐出のためヒーター素子を、発熱体の温度を膜沸騰が生じる温度（３００℃以上）まで急速に上昇させた。吐出ヘッドの発熱体の加熱条件を、パルス幅２．５μｓｅｃ，周波数３ｋＨｚの矩形パルスよりなる電気信号とし、吐出口よりインクを吐出させ、吐出状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察した。すなわち、ヒーター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。
【００８４】
気体供給溝部をポンプ連通系にしてあり、Ｈｅを供給気体として用い、印字状態、待機状態に応じて回復動作を行った。
【００８５】
まず上面観察から気泡トラップ状況を観察した（図９）。実施例１と同様に、インク吐出を始めてから時間を追うごとに、気泡素子９０２の表面に気泡９０３が集積し始めているのが確認できた。気泡回収部で定期的に泡の発生が見られたことより、気泡生成素子から一定時間ごとに泡が離脱していることが確認できた。
【００８６】
３０分程度の駆動の後、１０ｓｅｃ程度の回復動作（ポンプによる気泡吸引）を行うことで、その気泡は取り除かれたのがＣＣＤカメラにより確認できた。
【００８７】
定期的に、回復動作を行うことで長時間の駆動に対しても安定吐出が行えることが確認できた。
【００８８】
以上により、気泡生成素子が壁面付近の気泡を効果的にトラップする事ができ、印字中、待機中においても効果的な気泡回収ができることが確認できた。
【００８９】
（実施例３）
実施例１のインクジェットヘッド構造を基本構成として用い、ノズル密度を１５０ｄｐｉ相当になるよう配置したものを設計、作成した。そして本発明の気泡回収装置を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。
【００９０】
インクジェット記録装置の待機中は供給気体圧力をインク圧力よりも若干大きくし、印字中は供給気体圧力をインク圧力よりも若干小さくした。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。
【００９１】
（実施例４）
実施例２のインクジェットヘッド構造を基本構成として用い、ノズル密度を６００ｄｐｉ相当になるよう配置したものを設計、作成した。そして本発明の気泡回収装置を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。
【００９２】
インクジェット記録装置の待機中は供給気体圧力をインク圧力よりも若干大きくし、印字中は供給気体圧力をインク圧力よりも若干小さくした。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。
【００９３】
【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、多孔質で形成された気泡生成素子と気体供給ポンプを組み合わせることで、待機中は気泡生成素子の生成する気泡でインク中に漂う気泡をトラップし効率的に気泡回収動作を行い、印字中は気泡生成素子の表層内部でインク中に漂う気泡を効果的にトラップできた。
【００９４】
その結果、壁面に存在する微少な気泡の収集を可能にし、印刷にじみの原因となる大きさ程度の気泡吐出の低減、気泡排出の回復動作を短時間にでき、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の気泡トラップ機能時の上面観察図
【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の気泡トラップ機能時の上面観察図
【図１０】気泡生成素子の気泡トラップ原理図
【図１１】記録装置の待機状態における気泡生成素子の機能図
【図１２】記録装置の印字状態における気泡生成素子の機能図
【図１３】記録装置の待機状態、印字状態における駆動略図
【符号の説明】
１０１　Ｐｔ電極
１０２　ＰＺＴ
１０３　Ｐｔ電極
１０４　振動版
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　気体供給部
２０６　電磁弁
２０７　気体供給ポンプ
３０１　ノズル形成部
３０２　気泡生成素子表面
３０３　気体供給部
３０４　ノズル部
３０５　圧力発生部
４０１　ポーラスＳｉ
４０２　ｐ型Ｓｉ（１００）基板
４０３　パイレックス（登録商標）ガラス溝部
４０４　パイレックス（登録商標）ガラス
４０５　ノズル部
５０１　気泡生成素子
５０２　トラップされ成長した気泡
５０３　気体供給部
６０１　ノズル部
６０２　気泡生成素子
７０１　天板
７０２　気泡回収部
７０３　ノズル部
７０４　ヒーター部
７０５　気体供給部
７０６　気泡生成素子
７０７　電磁弁
７０８　気体供給ポンプ
８０１　ポーラスＳｉ
８０２　ｐ型Ｓｉ（１００）基板
８０３　Ｓｉ基板裏面の溝部
８０４　パイレックス（登録商標）ガラス
９０１　気体供給部
９０２　気泡生成素子
９０３　トラップされ成長した気泡
１００１　気泡生成素子表面の気泡成長核
１００２　インク中の気泡
１００３　気泡生成素子部
１００４　気泡生成素子
１１０１　気泡生成素子の連続した内部の一部
１１０２　気泡生成素子の残りの部
１１０３　インク圧力（水頭圧）
１１０４　供給気体圧力
１１０５　トラップされる気泡
１１０６　成長後、離脱する気泡
１２０１　気泡生成素子の連続した内部の一部
１２０２　気泡生成素子の残りの部
１２０３　インク圧力（水頭圧）
１２０４　供給気体圧力
１２０５　インク中の気泡
１２０６　トラップされる気泡
１３０１　備え付けの気泡回収部
１３０２　インク吐出ヘッド部
１３０３　気泡生成素子
１３０４　気体供給部
１３０５　トラップされた気泡
１３０６　電磁弁
１３０７　気体供給ポンプ
１３０８　気泡回収ポンプ
１３０９　トラップされる気泡
１３１０　接続部
１３１１　吐出インク
１３１２　紙面
【図１】
2004142331.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004142331.tif 000008
【図７】
2004142331.tif 000009
【図８】
2004142331.tif 000010
【図９】
2004142331.tif 000011
【図１０】
2004142331.tif 000012
【図１１】
2004142331.tif 000013
【図１２】
2004142331.tif 000014
【図１３】
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