JP2012179810A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから噴射される液体の帯電を抑制して、装置内の汚染を防止することが可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】プラテン５は、本体部１３と、当該本体部において噴射動作を行う際のノズル形成面に対向する側の面に複数突設された支持突起１４と、を有し、ノズル３０からインクを噴射する際の記録ヘッドの個別駆動電極４３とノズルとの間に形成される電界の強度が、ノズル形成面と支持突起との間に形成される電界の強度と、ノズル形成面と本体部との間に形成される電界の強度との間となるように、プラテンに対する印加電圧が設定された。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置に関し、特に、圧力発生手段の駆動により圧力室内の液体をノズルから噴射する液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記のプリンター等で使用される記録ヘッドでは、近年、画像向上等の要求に応えるため、ノズルから噴射されるインクの液量を小さくする傾向がある。このような微量の液滴を記録媒体に対して確実に着弾させるために、液滴の初速が比較的高く設定される。これにより、ノズルから噴射された液滴は、飛翔中に引き伸ばされて、先頭のメイン液滴（主液滴）とそれよりも後のサテライト液滴（副液滴）に分離する。このサテライト液滴の一部又は全部は、空気の粘性抵抗により速度が急激に低下し、記録媒体に到達することなくミスト化してしまうことがある。このことより、ミスト化したサテライト液滴（インクミスト）は、装置内を汚染し、記録ヘッドや電気回路等の帯電しやすい部材への付着によって動作不良を発生させたりする問題があった。

このような不具合を防止すべく、ノズルから噴射される液滴を帯電させると共に、記録ヘッドのノズル形成面と、記録時の記録媒体を支持する支持部材（或いはプラテン又は基材）との間に電界を形成することで、液滴を支持部材に積極的に引き付けて記録媒体に着弾させようとする試みがなされている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

ところが、図８（ａ）の模式図に示すように、記録ヘッドのノズル６４から噴射されたインクが記録媒体Ｐおよび支持部材６５に向けて伸びる過程で、プラスに帯電した支持部材６５からの静電誘導により、支持部材６５に近い側の先頭部分（メイン液滴Ｍｄとなる部分）にはマイナスの電荷が誘導される一方で、これとは反対のノズル６４に近い側の後端部分にはプラスの電荷が誘導される。そして、図８（ｂ）に示すように、ノズルから噴射されたインクが、例えばメイン液滴Ｍｄと、第１のサテライト液滴Ｓｄ１と、第２のサテライト液滴（ミスト）Ｓｄ２とに分離した場合、メイン液滴Ｍｄはマイナスに帯電し、第２のサテライト液滴Ｓｄ２はプラスに帯電し、第１のサテライト液滴Ｓｄ１は無帯電となる。この場合、メイン液滴Ｍｄと第１のサテライト液滴Ｓｄ１が記録媒体Ｐに着弾したとしても、第２のサテライト液滴Ｓｄ２は、プラスに帯電した支持部材６５に反発して記録媒体のノズル形成面の近傍でミスト化して漂ってしまう。このミストの一部はノズル形成面に付着する。ノズル形成面にミストが付着した場合、ノズル形成面をワイピング部材によって定期的に払拭する必要性が生じる。また、ノズル形成面に付着しなかったミストは、当該ミストと極性の異なるプリンター構成部品に付着して汚染してしまう虞がある。

上記のようなことから、ノズルの近傍に電極を設け、ノズルからインクの噴射が開始されると当該電極の極性が、例えばプラスからマイナスに切り替えられ、ノズルから噴射されたインクがメイン液滴とサテライト液滴に分離したタイミングで、電極の極性をプラスに再度切り替える制御を行うことで、プラスに帯電したサテライト液滴をノズル形成面から遠ざける（記録媒体に向かわせる）ようにした構成も提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、支持部材（基材）が例えばマイナスに帯電した状態でノズルからインクを噴射し、メイン液滴とサテライト液滴に分離したタイミングで、支持部材の極性をプラスに切り替えて、メイン液滴については慣性力により記録媒体に着弾させる一方、サテライト液滴やミストについては当該サテライト液滴やミストとは逆極性に帯電した支持部材に引き付けることで記録媒体に着弾させる構成も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開平１０−２７８２５２号公報 特開２００４−２０２８６７号公報 特開２０１０−２１４６５２号公報 特開２０１０−２１４８８０号公報

ところが、近年、この種のプリンターでは、インクを噴射する駆動周波数がより高くなる傾向にあり、サテライト液滴が記録媒体に着弾する前にノズルから次のインクが噴射されるケースが生じる。このため、上記のようなインクの噴射タイミングやインクが分離するタイミングで電極の極性を切り替える構成では、サテライト液滴を記録媒体に確実に着弾させることが困難となるのに加えて、メイン液滴の飛翔への影響が生じ、着弾が不安定となる可能性があった。

また、インクの帯電を防止するべく、ノズル形成面と支持部材との間に電界を形成しないようにする構成も考えられるが、当該構成においてノズルからインクを噴射した場合においても噴射されたインクが帯電することが判っている。即ち、例えば、図９に示すように、記録ヘッドの圧電振動子６８の駆動電極６９に対して駆動電圧を印加することで、圧力室７０内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズル７１から記録媒体Ｐに対してインクを噴射させる構成では、圧電振動子６８の駆動電極６９に正電圧が入力されたとき、圧電振動子６８と圧力室７０との間は絶縁されているので、圧力室７０内のインクにおける圧電振動子６８の近傍には、静電誘導によりマイナスの電荷が誘導される。また、これとは反対側となるノズル７１の近傍のインクには、プラスの電荷が誘導される。一般的な記録ヘッドではノズル形成面７２が接地されているので、ノズル形成面７２側にインクのプラス電荷が移動するが、上記のように、より高い駆動周波数でインクを噴射する構成においては、プラス電荷が残った状態でノズル７１からインクが噴射される。その結果、ノズル７１から噴射されたインクはプラスに帯電することになる。

さらに、ノズル７１から噴射されたインクは、記録媒体Ｐに向けて飛翔している間、レナード効果によりプラスの帯電が強まる（マイナスに帯電した状態で噴射された場合は、マイナスが弱まる）傾向にある。即ち、インクが帯電している場合、液滴の中心部分にプラス電荷が集まる一方で、表層部分にマイナス電荷が集まる。そして、飛翔中における表層部分の蒸発や分裂により液滴が次第にプラスに偏っていく。
このように、ノズル形成面と支持部材との間に電界を形成しないようにする構成においてもノズルから噴射されたインクが帯電するため、ミストがノズル形成面やプリンターの構成部品に付着するという不具合が生じていた。

以上のような現象は、圧電振動子には限られず、発熱素子等の、駆動電圧の印加により作動する他の圧力発生手段でも同様に生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズルから噴射される液体の帯電を抑制して、装置内の汚染を防止することが可能な液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射するノズルが形成されたノズル形成面、および、駆動信号の印加により駆動して前記ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動により前記ノズルから着弾対象に向けて液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
噴射動作を行う際の前記液体噴射ヘッドのノズル形成面に対して間隔を空けて配置され、前記着弾対象を支持する支持手段と、
前記支持手段に対して前記駆動信号の極性と同極性の電圧を印加することで、前記ノズル形成面と前記支持手段との間に電界を形成する電界形成手段と、
を備え、
前記支持手段は、噴射動作を行う際の前記液体噴射ヘッドのノズル形成面に対向する面を有する本体部と、当該面に複数突設された支持部と、を有し、
前記ノズルから液体を噴射する際に前記駆動電極と前記ノズルとの間に形成される電界の強度が、前記ノズル形成面と前記支持部との間に形成される電界の強度と、前記ノズル形成面と前記本体部との間に形成される電界の強度との間となるように前記支持手段に対する印加電圧が設定されたことを特徴とする。

本発明によれば、ノズルから液体を噴射する際に前記駆動電極と前記ノズルとの間に形成される電界の強度が、前記ノズル形成面と前記支持部との間に形成される電界の強度と、前記ノズル形成面と前記本体部との間に形成される電界の強度との間となるように前記支持手段に対する印加電圧が設定されたので、圧力発生手段の駆動電極に電圧が印加されることによりノズルの近傍の液体に誘導されるプラスの電荷が相殺され、ノズルから噴射される液滴の帯電が抑制される。このようにノズルから噴射される液滴を可及的に無帯電化することにより、記録媒体等の着弾対象に向けて飛翔する間に液滴が分離してサテライト液滴や、これよりも更に微小なミストが生じても、これらのミスト等の帯電が抑制されるので、これらのミスト等が装置内の構成部品（例えば、駆動モーター、駆動ベルト、リニアスケールなど）に付着することが低減される。その結果、ミストの付着による故障が防止され、液体噴射装置の耐久性および信頼性が向上する。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 圧電振動子の構成を説明する断面図である。 記録ヘッドの電気的構成を説明するブロック図である。 噴射駆動パルスおよび微振動駆動パルスの構成を説明する波形図である。 インク噴射時におけるインクの無帯電化について説明する模式図である。 プラテン印加電圧とミストの帯電防止効果との関係について示した表である。 ノズルと支持部材間に電界を形成した構成においてノズルから噴射されたインクが帯電する様子を説明する模式図である。 ノズルと支持部材間に電界を形成しない構成においてノズルから噴射されたインクが帯電する様子を説明する模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する搬送機構８と、を備えている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）がプリンターコントローラー５１（図４参照）に送信される。リニアエンコーダー１０は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスＥＰを、主走査方向における位置情報として出力する。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２４：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

プラテン５は、主走査方向に長尺な板状の本体部１３と、当該本体部１３の上面（記録動作時における記録ヘッド２のノズル形成面に対向する側の面）の長手方向に沿って所定の間隔で突設された複数の支持突起１４（本発明における支持部に相当）と、を備えている。本実施形態における本体部１３は、当該本体部１３を構成する材料（合成樹脂等）にカーボン等の導電性材料を含むことで導電性を有している。そして、この本体部１３には、後述するプラテン印加電圧生成部５８からの電圧が印加されるように構成されている。この点の詳細については後述する。この本体部１３から上方に突出した各支持突起１４は、本体部１３と一体的に設けられている。そして、各支持突起１４の上面は、記録紙６を支える当接面となり、記録紙６の背面を部分的に支える。

図２は、記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド２は、ケース１９と、このケース１９内に収納される振動子ユニット１６と、ケース１９の底面（先端面）に接合される流路ユニット１７と、カバー部材４５等を備えている。上記のケース１９は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット１６を収納するための収納空部１８が形成されている。振動子ユニット１６は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子２０と、この圧電振動子２０が接合される固定板２１と、圧電振動子２０に駆動信号を供給するフレキシブルケーブル２２とを備えている。

図３は、振動子ユニット１６の構成を説明する素子長手方向の断面図である。同図に示すように、この圧電振動子２０は、共通内部電極３９と個別内部電極４０とで、圧電体４１を挟んで交互に積層して形成された積層型の圧電振動子である。ここで、共通内部電極３９は、全ての圧電振動子２０に共通な電極であり、接地電位に設定される。また、個別内部電極４０は、印加される駆動信号の噴射駆動パルスＤＰ（図５参照。）に応じて電位が変動する電極である。そして、本実施形態では、圧電振動子２０における振動子先端から振動子長手方向（積層方向とは直交する方向）の半分程度まで若しくは３分の２程度までの部分が自由端部２０ａとなっている。また、圧電振動子２０における残りの部分、即ち、自由端部２０ａの基端から振動子基端までの部分が基端部２０ｂとなっている。

自由端部２０ａには、共通内部電極３９と個別内部電極４０とが重なり合った活性領域（オーバーラップ部分）Ａが形成されている。これらの内部電極３９，４０に電位差を与えると、活性領域Ａの圧電体４１が作動して変形し、自由端部２０ａが振動子長手方向に変位して伸縮する。そして、共通内部電極３９の基端は、圧電振動子２０の基端面部で共通外部電極４２に導通している。一方、個別内部電極４０の先端は、圧電振動子２０の先端面部で個別外部電極４３に導通している。なお、共通内部電極３９の先端は圧電振動子２０の先端面部よりも少し手前（基端面側）に位置しており、個別内部電極４０の基端は自由端部２０ａと基端部２０ｂの境界に位置している。

個別外部電極４３（本発明における駆動電極に相当）は、圧電振動子２０の先端面部と、圧電振動子２０における積層方向の一側面である配線接続面（図３における上側の面）とに一連に形成された電極であり、配線部材としてのフレキシブルケーブル２２の配線パターンと各個別内部電極４０とを導通する。そして、この個別外部電極４３の配線接続面側の部分は、基端部２０ｂ上から先端側に向けて連続的に形成されている。共通外部電極４２は、圧電振動子２０の基端面部と、上記の配線接続面と、圧電振動子２０における積層方向の他側面である固定板取付面（図３における下側の面）とに一連に形成された電極であり、フレキシブルケーブル２２の配線パターンと各共通内部電極３９との間を導通する。そして、この共通外部電極４２における配線接続面側の部分は個別外部電極４３の端部よりも少し手前から基端面部側に向けて連続的に形成されており、固定部取付面側の部分は振動子の先端面部よりも少し手前の位置から基端側に向けて連続的に形成されている。

上記の基端部２０ｂは、活性領域Ａの圧電体４１の作動時においても伸縮しない非作動部である。この基端部２０ｂの配線接続面側にはフレキシブルケーブル１８が配置されており、基端部２０ｂ上で個別外部電極４３及び共通外部電極４２とフレキシブルケーブル２２とが電気的に接続される。そして、このフレキシブルケーブル２２を通して駆動信号が各個別外部電極４３に印加される。

流路ユニット１７は、流路形成基板２３の一方の面にノズルプレート２４を、流路形成基板２３の他方の面に振動板２５をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１７には、リザーバー２６（共通液室）と、インク供給口２７と、圧力室２８と、ノズル連通口２９と、ノズル３０とが設けられている。そして、インク供給口２７から圧力室２８及びノズル連通口２９を経てノズル３０に至る一連のインク流路が、各ノズル３０に対応して形成されている。

上記ノズルプレート２４は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル３０が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート２４には、ノズル３０を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル３０によって構成される。このノズルプレート２４のノズル３０からインクが噴射される側の面が、本発明におけるノズル形成面に相当する。

上記振動板２５は、支持板３１の表面に弾性体膜３２を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板３１とし、この支持板３１の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３２としてラミネートした複合板材を用いて振動板２５を作製している。この振動板２５には、圧力室２８の容積を変化させるダイヤフラム部３３が設けられている。また、この振動板２５には、リザーバー２６の一部を封止するコンプライアンス部３４が設けられている。

上記のダイヤフラム部３３は、エッチング加工等によって支持板３１を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部３３は、圧電振動子２０の自由端部２０ａの先端面が接合される島部３５と、この島部３５を囲む薄肉弾性部３６とからなる。上記のコンプライアンス部３４は、リザーバー２６の開口面に対向する領域の支持板３１を、ダイヤフラム部３３と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー２６に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部３５には圧電振動子２０の先端面が接合されているので、この圧電振動子２０の自由端部２０ａを伸縮させることで圧力室２８の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室２８内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル３０からインクを噴射させるようになっている。

カバー部材４５は、流路ユニット１７の側面やヘッドケース４１の側面を保護する部材であり、ステンレス鋼等の導電性を有する板材から作製されている。本実施形態におけるカバー部材４５の一部は、ノズルプレート２４のノズル３０を露出させた状態でノズル形成面の周縁部に当接しており、当該ノズルプレート２４に対して電気的に導通している。カバー部材４５は接地されており、ノズルプレート２４に接触して導通することで、例えば、記録紙６等から発生した静電気がノズルプレート２４を通じて伝達することによる駆動ＩＣ等の損傷やノズルプレート２４の帯電を防止するようになっている。

次に、プリンター１の電気的構成を説明する。
図４は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。外部装置５０は、例えばコンピューターやデジタルカメラなどの画像を取り扱う電子機器である。この外部装置５０は、プリンター１と通信可能に接続されており、プリンター１において記録紙等の記録媒体に画像やテキストを印刷させるため、その画像等に応じた印刷データをプリンター１に送信する。

本実施形態におけるプリンター１は、搬送機構８、キャリッジ移動機構７、リニアエンコーダー１０、記録ヘッド２、及び、プリンターコントローラー５１を有する。

プリンターコントローラー５１は、プリンターの各部の制御を行うための制御ユニットである。プリンターコントローラー５１は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部５４と、ＣＰＵ５５と、記憶部５６と、駆動信号生成部５７と、プラテン印加電圧生成部５８と、を有する。インターフェース部５４は、外部装置５０からプリンター１へ印刷データや印刷命令を送ったり、外部装置５０がプリンター１の状態情報を受け取ったりする等プリンターの状態データの送受信を行う。ＣＰＵ５５は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。記憶部５６は、ＣＰＵ５５のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。ＣＰＵ５５は、記憶部５６に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。

ＣＰＵ５５は、リニアエンコーダー１０から出力されるエンコーダーパルスＥＰからタイミングパルスＰＴＳを生成するタイミングパルス生成手段として機能する。そして、ＣＰＵ５５は、このタイミングパルスＰＴＳに同期させて印刷データの転送や、駆動信号生成部５７による駆動信号ＣＯＭの生成等を制御する。また、ＣＰＵ５５は、タイミングパルスＰＴＳに基づいて、ラッチ信号ＬＡＴ等のタイミング信号を生成して記録ヘッド２のヘッド制御部５３に出力する。ヘッド制御部５３は、プリンターコントローラー５１からのヘッド制御信号（印刷データおよびタイミング信号）に基づき、記録ヘッド２の圧電振動子２０に対する駆動信号ＣＯＭの噴射駆動パルスＤＰ（図５参照）の印加制御等を行う。

プラテン印加電圧生成部５８（本発明における電界形成手段に相当）は、プラテン５に印加する電圧を生成する電源として機能する。本実施形態においては、プラテン５に対して駆動信号の極性と同極性の電圧を印加することで、当該プラテン５をプラス、即ち、圧電振動子２０を駆動する際の個別外部電極４３の極性と同極性に帯電させるように構成されている。上記のようにノズルプレート２４は接地されているので、プラテン５とノズルプレート２４との間には、プラテン５に対する印加電圧と、当該プラテン５（支持突起１４および本体部１３）およびノズルプレート２４間の距離（後述するＰＧ１およびＰＧ２）とに応じた電界が形成される。なお、この点の詳細については後述する。

駆動信号生成部５７は、駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成部５７は、上記の電圧信号を増幅して駆動信号ＣＯＭを生成する。この駆動信号ＣＯＭは、記録媒体に対する印刷処理（記録処理或いは噴射処理）時に記録ヘッド２の圧力発生部である圧電振動子２０に印加されるものであり、繰り返し周期である単位期間内に、例えば図５に示す噴射駆動パルスＤＰを少なくとも１つ以上含む一連の信号である。ここで、噴射駆動パルスＤＰとは、記録ヘッド２のノズル３０から液滴状のインクを噴射させるために、圧電振動子２０に所定の動作を行わせるものである。

図５は、駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射駆動パルスＤＰの構成の一例を示す波形図である。なお、図５において、縦軸は電位であり、横軸は時間である。また、噴射駆動パルスＤＰは、基準電位（中間電位）Ｖｂから最大電位（最大電圧）Ｖｍａｘまでプラス側に電位が変化して圧力室２８を膨張させる膨張要素ｐ１と、最大電位Ｖｍａｘを一定時間維持する膨張維持要素ｐ２と、最大電位Ｖｍａｘから最小電位（最小電圧）Ｖｍｉｎまでマイナス側に電位が変化して圧力室２８を急激に収縮させる収縮要素ｐ３と、最小電位Ｖｍｉｎを一定時間維持する収縮維持（制振ホールド）要素ｐ４と、最小電位Ｖｍｉｎから基準電位Ｖｂまで電位が復帰する復帰要素ｐ５と、を含んでいる。

噴射駆動パルスＤＰが圧電振動子２０に印加されると次のように作用する。まず、膨張要素ｐ１により圧電振動子２０が収縮し、これに伴って圧力室２８が基準電位Ｖｂに対応する基準容積から最大電位Ｖｍａｘに対応する最大容積まで膨張する。これにより、ノズル３０に露出しているメニスカスが圧力室側に引き込まれる。この圧力室２８の膨張状態は、膨張維持要素ｐ２の印加期間中に亘って一定に維持される。膨張維持要素ｐ２の後に続いて収縮要素ｐ３が圧電振動子２０に印加されると、当該圧電振動子２０が伸長し、これにより、圧力室２８が上記最大容積から最小電位Ｖｍｉｎに対応する最小容積まで急激に収縮する。この圧力室２８の急激な収縮によって圧力室２８内のインクが加圧され、これにより、ノズル３０からは数ｐｌ〜数十ｐｌのインクが噴射される。この圧力室２８の収縮状態は、収縮維持要素ｐ４の印加期間に亘って短時間維持され、その後、制振要素ｐ５が圧電振動子２０に印加されて、圧力室２８が最小電位Ｖｍｉｎに対応する容積から基準電位Ｖｂに対応する基準容積まで復帰する。

本発明に係るプリンター１では、プラテン印加電圧生成部５８によってプラテン５に電圧を印加し、当該プラテン５を、圧電振動子２０を駆動する際の個別外部電極４３の極性と同極性に帯電させることで、記録ヘッド２のノズル３０から噴射されるインクを可及的に無帯電化することに特徴を有している。
図６は、インク噴射時におけるインクの無帯電化について説明する模式図である。
上述したように、ノズルプレート２４はカバー部材４５を通じて接地されているので、プラテン５をプラスに帯電させることで、プラテン５とノズルプレート２４（ノズル形成面）との間には、電位差が生じて電界（以下、プラテン側電界）が形成される。この電界の方向は、ノズル３０からインクを噴射する動作が行われる際の圧電振動子２０の個別外部電極４３とノズル３０との間に形成される電界（以下、ヘッド内電界）の方向と異なる（逆向き）。ここで、圧電振動子２０の個別外部電極４３とノズル３０との間の距離をｄ、ノズル３０からプラテン５の支持突起１４の上面までの距離をＰＧ１、ノズル３０からプラテン５の本体部１３の上面までの距離をＰＧ２、プラテン５に印加される電圧をＶｐとしたとき、ヘッド内電界の最大強度Ｅ＿ＰＺＴｍａｘは、Ｅ＿ＰＺＴｍａｘ＝Ｖｍａｘ／ｄとして表される。また、支持突起１３とノズルプレート２４との間に形成される電界（以下、第１プラテン電界）の強度Ｅ＿ＰＧ１は、Ｅ＿ＰＧ１＝Ｖｐ／ＰＧ１として表され、本体部１３とノズルプレート２４との間に形成される電界（以下、第２プラテン電界）の強度Ｅ＿ＰＧ２は、Ｅ＿ＰＧ２＝Ｖｐ／ＰＧ２として表される。なお、記録紙６の種類によっては導電性を示すものがあり、この場合、ノズル形成面から記録紙６の記録面までの距離をＰＧ１とすることが望ましいが、一般的に記録紙６の厚さはＰＧ１とＰＧ２の差と比べて小さいため、本実施形態においては上記の場合も含めてノズル３０からプラテン５の支持突起１４の上面までの距離をＰＧ１としている。

本実施形態においては、プラテン５の本体部１３の上面に主走査方向に沿って複数の支持突起１４が突設されており、尚かつ、印刷処理時には記録ヘッド２（キャリッジ４）が主走査方向に移動しながらプラテン５上の記録紙６に対してインクを噴射する構成であるため、厳密には、記録ヘッド２のノズル３０が支持突起１４に対向している時点と、当該ノズル３０が本体部１３の支持突起１４以外の部分に対向している時点とで、プラテン側電界の強さが異なる（Ｅ＿ＰＧ１≠Ｅ＿ＰＧ２）。しかしながら、記録動作時における記録ヘッド２の実用上の移動速度では、プラテン側電界の強さは概ね平均化される。したがって、このプラテン側電界の強度の平均値（Ｅ＿ＰＧａｖｇ）が、インク噴射時のヘッド内電界の強さの平均値（Ｅ＿ＰＺＴａｖｇ）と同程度（理想的には、Ｅ＿ＰＺＴａｖｇ＝Ｅ＿ＰＧａｖｇ）になれば、双方の電界によるノズル３０近傍のインクに対する誘導電荷が相殺される。この条件が成立するには、少なくとも、ヘッド内電界の強度Ｅ＿ＰＺＴが、第１プラテン電界の強度Ｅ＿ＰＧ１と、第２プラテン電界）の強度Ｅ＿ＰＧ２との間、即ち、以下の式（１）を満たす必要がある。
Ｅ＿ＰＧ２＜Ｅ＿ＰＺＴ＜Ｅ＿ＰＧ１…（１）
なお、本実施形態において、上記のヘッド内電界の強度Ｅ＿ＰＺＴとしては、ノズル３０からインクが噴射される時点において個別外部電極４３に印加される電圧がＶｍａｘとなるので、このときの電界の最大強度Ｅ＿ＰＺＴｍａｘが採用される。

本発明に係るプリンター１では、上記式（１）を満たすように、プラテン５に対する印加電圧が定められている。これにより、プラテン５と記録ヘッド２のノズル形成面との間に、インク噴射時の個別外部電極４３とノズル３０との間の電界を相殺するような電界が形成される。
図７は、プラテン印加電圧Ｖｐとミストの帯電防止効果との関係について示した表である。図７（ａ）は、Ｖｍａｘ＝３０（Ｖ）、ｄ＝１（ｍｍ）、Ｅ＿ＰＺＴｍａｘ＝３０（Ｖ／ｍｍ）、ＰＧ１＝２（ｍｍ）、ＰＧ２＝５（ｍｍ）である場合の実験結果を示している。例えば、プラテン印加電圧Ｖｐを５０（Ｖ）に設定した場合、Ｅ＿ＰＧ１＝５０／２＝２５（Ｖ／ｍｍ）、Ｅ＿ＰＧ２＝５０／５＝１０（Ｖ／ｍｍ）となる。この場合、上記式（１）を満たさず、ミストの帯電抑制効果も得られてない（×）。同様にプラテン印加電圧Ｖｐを２００（Ｖ）に設定した場合も、Ｅ＿ＰＧ１＝１００（Ｖ／ｍｍ）、Ｅ＿ＰＧ２＝４０（Ｖ／ｍｍ）となって上記式（１）を満たさず、ミストの帯電抑制効果が得られない（×）。これに対し、プラテン印加電圧Ｖｐを１００（Ｖ）に設定した場合、Ｅ＿ＰＧ１＝５０（Ｖ／ｍｍ）、Ｅ＿ＰＧ２＝２０（Ｖ／ｍｍ）となり、上記式（１）を満たし、ミストの帯電抑制効果が得られる（○）。同様に、プラテン印加電圧Ｖｐを１００（Ｖ）に設定した場合、Ｅ＿ＰＧ１＝５０（Ｖ／ｍｍ）、Ｅ＿ＰＧ２＝２０（Ｖ／ｍｍ）となり、上記式（１）を満たし、ミストの帯電抑制効果が得られる（○）。

図７（ｂ）は、Ｖｍａｘ＝３０（Ｖ）、ｄ＝５００（μｍ）、Ｅ＿ＰＺＴｍａｘ＝６０（Ｖ／ｍｍ）、ＰＧ１＝２（ｍｍ）、ＰＧ２＝５（ｍｍ）である場合の実験結果を示している。例えば、プラテン印加電圧Ｖｐを１００（Ｖ）に設定した場合、Ｅ＿ＰＧ１＝５０（Ｖ／ｍｍ）、Ｅ＿ＰＧ２＝２０（Ｖ／ｍｍ）となる。この場合、上記式（１）を満たさず、ミストの帯電抑制効果も得られてない（×）。同様に、プラテン印加電圧Ｖｐを５０（Ｖ）に設定した場合、および、プラテン印加電圧Ｖｐを４００（Ｖ）に設定した場合も上記式（１）を満たさず、ミストの帯電抑制効果が得られていない（×）。これに対し、プラテン印加電圧Ｖｐを１５０（Ｖ）に設定した場合、Ｅ＿ＰＧ１＝７５（Ｖ／ｍｍ）、Ｅ＿ＰＧ２＝３０（Ｖ／ｍｍ）となり、上記式（１）を満たし、ミストの帯電抑制効果が得られる（○）。同様に、プラテン印加電圧Ｖｐを２００（Ｖ）に設定した場合、および、プラテン印加電圧Ｖｐを３００（Ｖ）に設定した場合には上記式（１）を満たし、ミストの帯電抑制効果が得られる（○）。

以上のような構成を採用することで、インク噴射時におけるノズル３０の近傍に誘導される電荷が相殺され、ノズル３０から噴射されるインクの帯電が抑制される。このようにノズル３０から噴射されるインクを可及的に無帯電化することにより、記録紙６等の記録媒体に向けて飛翔する間にインクが分離してサテライト液滴や、これよりも更に微小なミストが生じても、これらのミスト等の帯電が抑制されるので、これらのミスト等がプリンター内の構成部品（例えば、駆動モーター、駆動ベルト、リニアスケールなどの帯電しやすい部品）に付着することが低減される。その結果、ミストの付着による故障が防止され、プリンター１の耐久性および信頼性が向上する。また、上記構成によれば、例示した金属製のものには限られず、例えば、ノズルプレート２４がシリコン単結晶基板や樹脂板などの非導電性材料から構成される場合においても、ノズル３０から噴射されるインクの帯電抑制効果が得られる。

なお、記録ヘッド２が移動しながらノズル３０から噴射されるインクの帯電極性を時系列で観察すると、プラテン側電界強度の平均値Ｅ＿ＰＧａｖｇが、Ｅ＿ＰＧ２＜Ｅ＿ＰＧａｖｇ＜Ｅ＿ＰＧ１となる場合、ノズル３０が支持突起１４に対向している時点と、当該ノズル３０が本体部１３の支持突起１４以外の部分に対向している時点とで、ノズル３０から噴射されるインク滴の帯電極性が異なることになる。しかしながら、異なる極性のミストが混在すると、ミスト同士が静電気力により合体することで、電荷が中和される。したがって、ノズル３０から噴射されるインクが必ずしも無帯電とならなくても、結果的にミストの帯電が抑制されるので、これらのミスト等がプリンター内の構成部品（例えば、駆動モーター、駆動ベルト、リニアスケールなどの帯電しやすい部品）に付着することが防止される。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、上記各実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子２０を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、図５に例示した駆動信号（噴射駆動パルスＤＰ）の波形に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。その他、圧力発生手段としては、発熱によりインクを突沸させることで圧力変動を生じさせる発熱素子や、静電気力により圧力室の区画壁を変位させることで圧力変動を生じさせる静電アクチュエーターなど、電圧の印加により駆動される圧力発生手段を採用する構成においても本発明を適用することが可能である。

さらに、本発明は、圧力発生手段を用いて液体の噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録ヘッド，５…プラテン，６…記録紙，１３…本体部，１４…支持突起，２０…圧電振動子，２４…ノズルプレート，２８…圧力室，３０…ノズル，４２…共通外部電極，４３…個別外部電極，５７…駆動信号生成部，５８…プラテン印加電圧生成部

Claims (1)

1. 液体を噴射するノズルが形成されたノズル形成面、および、駆動信号の印加により駆動して前記ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動により前記ノズルから着弾対象に向けて液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   噴射動作を行う際の前記液体噴射ヘッドのノズル形成面に対して間隔を空けて配置され、前記着弾対象を支持する支持手段と、
   前記支持手段に対して前記駆動信号の極性と同極性の電圧を印加することで、前記ノズル形成面と前記支持手段との間に電界を形成する電界形成手段と、
   を備え、
   前記支持手段は、噴射動作を行う際の前記液体噴射ヘッドのノズル形成面に対向する面を有する本体部と、当該面に複数突設された支持部と、を有し、
   前記ノズルから液体を噴射する際に前記駆動電極と前記ノズルとの間に形成される電界の強度が、前記ノズル形成面と前記支持部との間に形成される電界の強度と、前記ノズル形成面と前記本体部との間に形成される電界の強度との間となるように前記支持手段に対する印加電圧が設定されたことを特徴とする液体噴射装置。

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