JP2012228804A - 液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の噴射時に生じるミストによる装置内の汚染をより確実に防止することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】圧電振動子２０と圧力室２８との間に導電板３７を配設し、当該導電板と圧電振動子を電気的に絶縁する。そして、導電板に電圧を印加することで、ノズル３０から噴射されたインクを積極的に帯電させて、当該インクが飛翔中に分離して生じたミストをミスト捕集部１３のミスト吸収材１４に捕集する。
【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用いられる液体噴射ヘッド、および、これを備えた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ヘッド、および、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（以下、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７（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７（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（エアロゾル）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８に示す模式図のように、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、プラス電荷が僅かに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の帯電に偏っていく。
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、液体の噴射時に生じるミストによる装置内の汚染をより確実に防止することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体噴射ヘッドは、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および当該ノズルに連通する圧力室が形成された液体流路と、駆動信号の印加により駆動して前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段の駆動により前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室と前記圧力発生手段との間に、導電性を有する遮蔽部材が配設され、
当該遮蔽部材と前記圧力発生手段とが電気的に絶縁されたことを特徴とする。

また、上記構成において、前記遮蔽部材が接地された構成を採用することが望ましい。

本発明によれば、圧力発生手段の駆動時における圧力室内の液体に対する静電誘導が遮蔽部材によって防止される。これにより、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。

上記構成において、前記遮蔽部材に電圧を印加する電圧印加手段を備える構成を採用することができる。

この構成によれば、遮蔽部材に電圧を印加することにより、ノズルから噴射される液体の帯電極性を任意に制御することができる。これにより、例えば、ミストの帯電極性と逆極性に帯電した捕集部によりミストを捕集することができる。また、例えば、ミストの付着を忌避すべき構成部品を帯電しやすい素材で構成し、ミストを当該構成部品の帯電極性と同極性に帯電させることにより、当該構成部品にミストが付着することが低減される。

また、本発明の液体噴射装置は、液体を噴射するノズルおよび当該ノズルに連通する圧力室が形成された液体流路と、駆動信号の印加により駆動して前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段の駆動により前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置であって、
前記流路ユニットと前記圧力発生手段との間に、導電性を有する遮蔽部材が配設され、
当該遮蔽部材と前記圧力発生手段との間が電気的に絶縁されたことを特徴とする。

上記構成において、前記液体噴射ヘッドから着弾対象に対して噴射された液体から分離して生じたミストを捕集する捕集手段と、
前記遮蔽部材に電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記捕集手段に電圧を印加する第２の電圧印加手段と、を備え、
前記第１の電圧印加手段および前記第２の電圧印加手段は、互いに逆極性の電圧を発生する構成を採用することができる。

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。 ミストの捕集について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。このリニアエンコーダー１０は、フレーム２の背面の内壁に主走査方向に沿って張設されたリニアスケール１０ａと、キャリッジ３の背面に取り付けられた図示しない検出部とを備えている。リニアエンコーダー１０の検出方式としては光学式や磁気式などがあり、本実施形態では光学式が採用されている。リニアスケール１０ａは、帯状の樹脂フィルムから構成されている。本実施形態においては、リニアスケール１０ａの基材の長手方向に沿って複数の図示しない縦スリット（帯幅方向に長尺なスリット）が形成されている。そして、検出部は、リニアスケール１０ａのスリットでの受光状態とスリット以外の部分での受光状態の差異に応じてエンコーダーパルスを出力するようになっている。

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部材であり、その表面には長手方向に沿って所定の間隔で複数の支持突起５ａが突設されている。各支持突起５ａはプラテン面よりも上方（記録動作時における記録ヘッド２側）へ突出している。各支持突起５ａ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（インクが着弾する記録面とは反対側の面）を部分的に支える。また、プラテン５の表面であって、各支持突起５ａから外れた部分には、インク吸収材５ｂが配設されている。このインク吸収材５ｂは、例えばフェルトやスポンジ等で作製された吸液性を有する多孔質部材から成る。

また、プラテン５の主走査方向の端部、具体的には、プラテン５における記録紙６に対してインクが噴射される領域（インク噴射領域）から外れた領域、より詳しくは、インク噴射領域よりも主走査方向の外側に外れた領域であって、プリンター１が対応可能な最大サイズの記録紙６がプラテン５上に配置されたときの当該記録紙６の幅方向端部（最大記録紙幅）よりも外側となる位置に、記録ヘッド２からインクを噴射した際に生じるミスト（エアロゾル）を捕集するミスト捕集部１３（本発明における捕集手段に相当）が設けられている。このミスト捕集部１３は、プラテン５の主走査方向両側に設けることが望ましいが、少なくとも一方に設けられていればよい。本実施形態におけるミスト捕集部１３は、絶縁性を有する部材から箱体状に形成されている。このミスト捕集部１３の上面には、ミスト吸収材１４が配設されている。このミスト吸収材１４は、例えばウレタンスポンジ等で作製された吸液性を有する多孔質部材にカーボン等の導電性材料を含ませて成る。そして、ミスト吸収材１４には、後述する捕集部印加電圧生成部５９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。なお、このミスト捕集部１３（より具体的には、ミスト吸収材１４）は、電圧が印加されて帯電するため、上記した位置にミスト捕集部１３を配置することで、記録紙６に対して記録ヘッド２からインクを噴射している際に、当該噴射インクに対するミスト捕集部１３からの帯電の影響を防止することができる。また、ミスト捕集部１３は、記録紙６に対するインクの噴射（つまり、印刷処理）とは別にノズル３０からインクを噴射することで記録ヘッド２内のインクの増粘を抑制する回復処理（フラッシング処理）の際に、当該噴射されたインクを受ける受け部（フラッシングポイント）も兼ねている。このため、プリンター内の省スペース化に寄与することができる。

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１５と、このケース１５内に収納される振動子ユニット１６と、ケース１５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１５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が接合されると共に、流路形成基板２３の他方の面に、導電板３７（本発明における遮蔽部材に相当）を介在させた状態で振動板２５が接合されて構成されている。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（本発明における液体流路に相当）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。

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。

導電板３７は、薄手の金属板（金属膜）から成り、可撓性を有している。圧電振動子２０の駆動時には、ダイヤフラム部３３の変位に応じて導電板３７も変形する。この導電膜３７は、振動板２５の弾性体膜３２側に接合されており、支持板３１および圧電振動子２０とは弾性体膜３２によって電気的に絶縁された状態となっている。また、導電膜３７は、圧力室２８の開口面を封止しており、当該圧力室２８内のインクと接触する。本実施形態における導電板３７は、後述する導電板印加電圧生成部５８が電気的に接続されており、当該導電板印加電圧生成部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。また、導電板３７は、導電板印加電圧生成部５８に電気的に接続されていることで接地された状態であるため、圧電振動子２０の駆動時における圧力室２８内のインクに対する静電誘導を防止する静電遮蔽部材としても機能する。

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６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、導電板３７、ミスト捕集部１３、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、捕集部印加電圧生成部５９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が実行する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。

導電板印加電圧生成部５８（本発明における第１の電圧印加手段に相当）は、導電板３７に印加する電圧を生成する電源である。この導電板印加電圧生成部５８は、後述する捕集部印加電圧生成部５９とは逆極性の電圧、本実施形態においてはマイナスの電圧を導電板３７に印加するように構成されている。この導電板印加電圧生成部５８は、ＣＰＵ５５によってオン・オフが制御されるようになっている。具体的には、記録ヘッド２によりインクの噴射動作が行われている間において、導電板印加電圧生成部５８が継続してオンされる。これにより、導電板３７に対してマイナス極性の電圧が印加される状態となり、この導電板３７から圧力室２８内のインクに対して負電荷が移動する。したがって、後述するように、記録ヘッド２のノズル３０から噴射されるインクはマイナスに帯電する。また、インクの噴射が行われていない状態（休止状態またはプリンターの電源オフ状態）では、導電板印加電圧生成部５８はオフに切り替えられる。これにより、導電板３７に対して電圧が印加されない状態となる。

捕集部印加電圧生成部５９（本発明における第２の電圧印加手段に相当）は、ミスト捕集部１３のミスト吸収材１４に印加する電圧を生成する電源である。そして、ミスト吸収材１４に対し、導電板印加電圧生成部５８が発生する電圧の極性とは逆極性の電圧、本実施形態においてはプラス極性の電圧を印加することで、当該ミスト吸収材１４をプラスに帯電させるように構成されている。この捕集部印加電圧生成部５９は、ＣＰＵ５５によってオン・オフが制御されるようになっている。具体的には、記録ヘッド２がミスト捕集部１３の上方に移動してノズル形成面とミスト吸収材１４とが対向する状態（ノズル形成面に平行な面内で両者が重なる状態）となったとき、捕集部印加電圧生成部５９はオンに切り替えられる。これにより、ミスト吸収材１４に対して電圧が印加される状態となり、ミスト吸収材１４と記録ヘッドのノズル形成面との間に電界が形成される。これにより、インクの噴射に伴ってミストが生じたときに、マイナスに帯電したミストに対してミスト吸収材１４からの静電気力が作用して当該ミストをミスト吸収材１４に捕集することができる。そして、記録ヘッド２がプラテン５のインク噴射領域側に移動してノズル形成面がミスト捕集部１３に対向しない（平面視において重ならない）状態となったときには、捕集部印加電圧生成部５９はオフに切り替えられる。これにより、ミスト吸収材１４に対して電圧が印加されない状態となる。

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の圧力発生手段である圧電振動子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。本実施形態における噴射駆動パルスＤＰは、最小電位（最小電圧）Ｖｍｉｎが０ボルト以上であるため、全体としてプラスの電圧波形であるが、例えば共通外部電極４２に印加されるバイアス電圧との関係で、部分的にマイナスの値を示す構成であっても良い。この場合、噴射駆動パルスＤＰの電圧が平均してプラスであるものとする。

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。

ここで、本発明に係るプリンター１は、導電板３７に電圧を印加することで、ノズル３０から噴射されたインクを積極的に帯電させて、当該インクが飛翔中に分離して生じたミストをミスト捕集部１３のミスト吸収材１４に捕集する点に特徴を有している。

図６は、ミストの捕集について説明する模式図である。なお、図６（ａ）では記録ヘッド２が部分的な断面図として示されている。
上述したように、圧力室２８と圧電振動子２０との間に導電板３７が配設され、導電板３７と圧電振動子２０との間が振動板２５の弾性体膜３２により電気的に絶縁されているので、圧電振動子２０の駆動電極（個別外部電極４３）に対して駆動パルス（すなわち、プラス極性の電圧）が印加された際において、圧力室２８内のインクに対する静電誘導が、遮蔽部材として機能する導電板３７により防止される。また、導電板３７が圧力室内のインクに接触しているため、導電板印加電圧生成部５８によって導電板３７にマイナスの電圧が印加されることにより、導電板３７から圧力室２８内のインクに対して負電荷が移動する。この状態でノズル３０から噴射されたインク滴はマイナスに帯電する。このインク滴は、記録紙６に着弾するまでの間、例えばメイン液滴Ｍｄと、サテライト液滴Ｓｄと、ミストＭｓとに分離する。先頭部分のメイン液滴Ｍｄは、噴射時の慣性力によって記録紙６に到達する。しかしながら、サテライト液滴Ｓｄのうち質量が比較的小さいものや、さらに質量がさらに小さいミストＭｓは、記録紙６に着弾することなくノズル形成面の近傍で漂う場合がある。

記録紙６に着弾しなかったミストＭｓ等は、記録ヘッド２の移動により発生する負圧により当該記録ヘッド２に伴って移動する。そして、図６（ｂ）に示すように、記録ヘッド２が、プラテン５のインク噴射領域および最大記録紙幅を越えてミスト捕集部１３の上方まで移動し、ノズル形成面がミスト吸収材１４に対向すると、当該ミスト吸収材１４に対して捕集部印加電圧生成部５９からプラスの電圧が印加される状態となり、当該ミスト吸収材１４がプラスに帯電する。これにより、記録ヘッド２の近傍に浮遊していた負電荷を持つミストＭｓ等が、静電気力によってミスト吸収材１４に吸着・捕集される。なお、上述したように、記録ヘッド２がプラテン５のインク噴射領域側に移動して、ノズル形成面がミスト吸収材１４に対向しない状態となったときには、ミスト吸収材１４に対して電圧が印加されない状態となる。このため、記録ヘッド２が記録紙６に対してインクを噴射する間は、噴射されたインクに対してミスト吸収材１４の帯電の影響が及ばない。また、ノズル形成面がミスト吸収材１４に対向するまではミスト吸収材１４に対して電圧が印加されないので、記録ヘッド２がミスト捕集部１３に向かう途中で、記録紙６の幅方向の端部にミスト等が付着することが防止される。

以上のような構成を採用することで、圧電振動子２０の駆動時における圧力室２８内のインクに対する静電誘導が導電板３７によって防止され、ノズル３０から噴射されるインクが意図しない極性に帯電することが抑制される。また、導電板３７に電圧を印加することで、ノズル３０から噴射されるインクを積極的に帯電させることができ、これにより、当該帯電極性とは反対の極性に帯電したミスト捕集部１３によって、ミストをより確実に捕集することが可能となる。その結果、ミスト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）に付着し難くなるため、ミストの付着による故障が抑制され、プリンター１の耐久性および信頼性が向上する。

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、上記実施形態では、導電板３７にマイナスの電圧を印加することで、ノズル３０から噴射されるインクをマイナスに帯電させ、ミスト捕集部１３をプラスに帯電させることでミストを捕集する構成を例示したが、これには限られず、導電板３７にプラス極性の電圧を印加することでノズル３０から噴射されるインクをプラスに帯電させ、ミスト捕集部１３をマイナスに帯電させることでミストを捕集する構成を採用することもできる。

また、ミスト捕集部１３に関し、上記の実施形態では、導電性を有するミスト吸収材１４に電圧を印加することで当該ミスト吸収材１４を帯電させる構成を例示したが、これには限られず、ミスト吸収材１４を設けることなく導電性を持たせたミスト捕集部１３に対して直接電圧を印加する構成を採用することもできる。また、ミスト吸収材１４あるいはミスト捕集部１３として、ミストの帯電極性とは反対の極性に帯電し易い性質をもつ素材を用いることも可能である。例えば、帯電列で負極性に帯電し易い素材としては、シリコーン製、ポリプロピレン製、或いはポリ塩化ビニール製のスポンジなどを採用することができる。また、帯電列で正極性に帯電し易い素材としては、ナイロン製スポンジ、羊毛製吸液材などを採用することができる。この構成によれば、ミスト吸収材１４あるいはミスト捕集部１３自体がミストの帯電極性とは反対の極性に帯電するため、捕集部印加電圧生成部５９等の電源が不要となり、より簡単な構成でミストの捕集効果が得られる。

また、上記実施形態では、導電板３７に電圧を印加することで、ノズル３０から噴射されるインクを帯電させ、当該インクから分離したミストを、このミストの帯電極性とは逆極性の電圧が印加されたミスト捕集部１３で捕集する構成を例示したが、これには限られず、ノズル３０から噴射されるインクの帯電極性を任意に制御できることを利用して、種々の方法でミストによる不具合を抑制することができる。例えば、ミストが付着した場合に記録ヘッド２の位置検出が困難となるリニアスケール１０ａをマイナスに帯電しやすい樹脂で構成し、導電板３７にリニアスケール１０ａの帯電極性と同極性の電圧（この例ではプラスの電圧）を印加することで、ノズル３０から噴射されるインクをマイナスに帯電させる構成を採用することもできる。この構成では、ミストがリニアスケール１０ａの帯電極性と同極性に帯電するので、ミストとリニアスケール１０ａとの間に斥力が生じ、ミストがリニアスケール１０ａに付着することが低減される。

さらに、例えば、導電板印加電圧生成部５８を設けることなく導電板３７を接地する構成としても良い。この場合、圧電振動子２０の駆動時における圧力室２８内のインクに対する静電誘導が導電板３７によって防止されるので、ノズル３０から噴射されるインクの主滴および当該インクの主滴から分離して生じたミストの帯電が低減される。これにより、ミストがプリンター内の構成部品に付着することが低減される。この場合、導電板３７の配設位置に関し、圧電振動子２０と圧力室２８との間であれば、上記実施形態で例示した位置に限られず、例えば、振動板２５と圧電振動子２０との間とすることもできる。この構成を採用する場合、振動板２５と圧電振動子２０との間を電気的に絶縁する必要がある。

また、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。

そして、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，６…記録紙，１３…ミスト捕集部，１４…ミスト吸収材，２０…圧電振動子，２４…ノズルプレート，２８…圧力室，３０…ノズル，３７…導電板，４３…個別外部電極，５７…駆動信号生成部，５８…導電板印加電圧生成部，５９…捕集部印加電圧生成部

Claims (5)

1. 液体を噴射するノズルおよび当該ノズルに連通する圧力室が形成された液体流路と、駆動信号の印加により駆動して前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段の駆動により前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドであって、
   前記圧力室と前記圧力発生手段との間に、導電性を有する遮蔽部材が配設され、
   当該遮蔽部材と前記圧力発生手段とが電気的に絶縁されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記遮蔽部材が接地されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記遮蔽部材に電圧を印加する電圧印加手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
4. 液体を噴射するノズルおよび当該ノズルに連通する圧力室が形成された液体流路と、駆動信号の印加により駆動して前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段の駆動により前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置であって、
   前記流路ユニットと前記圧力発生手段との間に、導電性を有する遮蔽部材が配設され、
   当該遮蔽部材と前記圧力発生手段との間が電気的に絶縁されたことを特徴とする液体噴射装置。
5. 前記液体噴射ヘッドから着弾対象に対して噴射された液体から分離して生じたミストを捕集する捕集手段と、
   前記遮蔽部材に電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
   前記捕集手段に電圧を印加する第２の電圧印加手段と、を備え、
   前記第１の電圧印加手段および前記第２の電圧印加手段は、互いに逆極性の電圧を発生することを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。

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