JP5023876B2

JP5023876B2 - 液体噴射装置

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Publication number: JP5023876B2
Application number: JP2007205038A
Authority: JP
Inventors: 成弘隠岐; 恒延遠藤; 秀俊児玉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-08-07
Also published as: JP2008087466A; US20080088655A1

Description

本発明は液体噴射装置に関する。より詳細には、液体噴射ヘッドに装着されたノズルプレートの開口から吐出させた液体を被記録物に付着させる液体噴射装置に関する。

液体噴射装置において被記録物の周縁部に余白を残すことなく液体を付着させる場合、被記録物および液体噴射ヘッドの間の不可避な位置ずれを見込んで、被記録物の寸法よりも僅かに広い領域に対して液体を噴射される。このため、被記録物の両側縁部および前後縁部の近傍では、被記録物の存在しない領域に対しても液体が噴射される。そこで、被記録物よりも遠方において液体噴射ヘッドに対向する位置に吸収部材を配置して、噴射されながら被記録物に付着しなかった液体を吸収させている。これにより、被記録物に付着しなかった液体による周囲の汚染が防止される。

ところで、被記録物に液体が付着すると、その部分が伸びて被記録物に皺を生じる場合がある。この皺が吸収部材に接触すると、吸収部材にすでに吸収されていた液体が被記録物を汚染する。そこで、多くの液体噴射装置では、被記録物の皺の高さを見込んで、被記録物および吸収部材の間に２ｍｍ〜４ｍｍ程度の間隙が設けられる。また、同様に接触による汚染を防止する目的で、ノズルプレートおよび被記録物の間にも１ｍｍ程度の間隔がとられている。従って、ノズルプレートから吸収部材までの間には３ｍｍ〜５ｍｍ程度の間隔がある。

一方、液体により被記録物に形成される画像の解像度を向上させる目的で、ノズルプレートの開口から吐出される液滴は一層微細化される傾向にあり、単一の液滴に着目すると、その大きさは数ｐｌ程度までになっている。このような微細な液滴は自身の質量が非常に小さいので、ノズルプレートからいったん吐出されると、雰囲気の粘性抵抗等により運動エネルギーを急速に失う。例えば、８ｐｌ未満の液滴は、大気中で３ｍｍ程度の行程を飛翔すると速度が略ゼロになることが判っている。このように運動エネルギーを失った微細な液滴は、重力加速度による落下運動と雰囲気の粘性抵抗力とが殆どつり合い、落下し切るまでに長い時間を要する。落下するまでの間の液滴は空中に浮遊することになり、これはエアロゾルと呼ばれている。

このようにして発生したエアロゾルは、一部は液体噴射装置の外部にまで浮遊して、周辺に付着する。また、エアロゾルの多くは液体噴射装置内の各部に付着する。プラテン等の被記録物の搬送経路にエアロゾルが付着した場合、再付着により次に搬送される被記録物が汚染される。また、液体噴射装置に搭載された電気回路、リニアスケール、ロータリエンコーダ、光学センサ等にエアロゾルが付着した場合は、装置自体の誤動作を招く場合もある。更に、エアロゾルが付着したものにユーザが触れると、ユーザの手も汚される。

下記特許文献には、電界によりエアロゾルを能動的に収集する機能を備えた液体噴射装置が開示されている。ここに開示された液体噴射装置では、被記録物に付着しなかった液滴を付着、吸収させる目的で、ノズルプレートに対向する位置に吸収部材が配置される。また、吸収部材の表面に、一方の電極となる金属部材が配置され、液体を噴射する開口を有する金属製ノズルプレートが他方の電極とされる。

これら電極およびノズルプレートに互いに異なる電圧が印加されると、両者の間に電界が形成される。一方、ノズルプレートから吐出される液滴は、ノズルプレートから吐出される瞬間に、いわゆる避雷針効果によりノズルプレートと同極に帯電する。従って、エアロゾルとなり得るような微小な液滴も、電界から受けるクーロン力の作用により、減速されることなく電極に向って飛翔し続け、自身の電荷と逆極性の電位にある電極に吸着される。更に、電極に吸着された液滴は、電極に隣接して配置された吸収部材に毛細管現象により吸収される。

特開２００４−２０２８６７号公報

上記のように、エアロゾルが帯電していることを利用して、電界によりエアロゾルの発生を抑制できることが判っている。しかしながら、電界により液滴の運動エネルギーをいわば補填するという作用により、新たな技術的課題が生じている。

そのひとつは、液体噴射ヘッドによる液体の噴射速度は電界が存在していない場合に適切になるように設定されているのに対して、電界により運動エネルギーが補填された場合に、噴射しれた液滴の飛翔速度が一時的に過大になる場合があることである。過大な速度で飛翔する液滴は、飛翔中に分裂して更に微小なサテライト・インクを生じる場合があり、被記録物の慮外の領域を汚染する新たなエアロゾルの発生原因となり得る。

また、十分な質量を有して、当初より空気抵抗に打ち勝って吸収部材まで到達し得る液滴に対して電界が作用すると、吸収部材に衝突するときの衝突速度も大きくなる。このために液滴から飛沫が生じる場合があり、これも、被記録物の裏面等を汚染する新たなエアロゾルの発生原因となり得る。

上記課題を解決するための液体噴射装置は、開口を有する導電性のノズルプレートを有し、前記開口から被記録物に向かって液体を噴射する液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドからの液体噴射方向について被記録物の載置位置よりも遠方に、前記ノズルプレートに対向して配置される吸収部材と、前記吸収部材に隣接して配置された電極と、前記電極に電圧を印加して前記ノズルプレートおよび前記電極の間に電位差を発生させて電界を形成して、前記液体噴射ヘッドから噴射された液体を前記電極に向かって電気的に引き付けさせる電位差発生手段と、前記電極の間における電位差の切替を行う液体収集制御部と、前記液体噴射ヘッドから液体を噴射させるための駆動制御を行う液体噴射ヘッド制御部であって、前記液体収集制御部による前記電位差の切替と連係して、当該駆動条件の切替を行う液体噴射ヘッド制御部と、を備える。
これにより、液体噴射ヘッドから噴射された液滴の飛翔速度が過大になることが防止され、過大な飛翔速度に起因するサテライト・インクの発生が抑制される。また、被記録物の付着しなかった液体が吸収部材に衝突した場合の飛沫の発生も抑制される。

また好ましくは、前記液体収集制御部は、第１の電位差と、当該第１の電位差よりも大きい第２の電位差とを切替可能であり、前記液体噴射ヘッド制御部は、前記第１の電位差に対応して第１の駆動条件で液体を噴射させると共に、前記第２の電位差に対応して、噴射される液体の初速に関して前記第１の駆動条件よりも低速となる第２の駆動条件であって、噴射される液体の量に関して前記第１の駆動条件と略等しい第２の駆動条件で、液体を噴射させることを特徴とする。

また好ましくは、前記第１の電位差の下で前記第１の駆動条件により噴射された液体の被記録物の載置位置における速度は、前記第２の電位差の下で前記第２の駆動条件により噴射された液体の被記録物の載置位置における速度とほぼ等しいことを特徴とする。

また好ましくは、前記液体噴射ヘッド制御部は、前記開口内の液体を加圧するための駆動素子に供給する駆動信号の切替を行うことを特徴とする。

また好ましくは、液体収集制御部は、液体噴射装置の筐体が開かれた場合に、電圧印加を停止させる。これにより、電圧が印加されたまま電極等が露出することが防止され、液体噴射装置の安全性が向上される。

また好ましくは、液体収集制御部は、液体噴射装置の筐体内に被記録物とは異なるものが浸入したことが検知された場合に、電圧印加を停止させる。これにより、浸入物による短絡あるいは浸入物を取り除こうとした場合に発生し得る感電を防止でき、液体噴射装置の安全性が向上される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。従って、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態のひとつであるインクジェット式記録装置を含む記録読取複合機１００の外観を示す斜視図である。同図に示すように、この記録読取複合機１００は、記録部１１０と、その上に重ねられた読取部１２０とを併せて形成される。

読取部１２０は、記録読取複合機１００全体の上ケース１２２を兼ねた筐体内に形成される。上ケース１２２の上面には、読み取るべき原稿を押せる読取テーブルが配置され、更に、読取テーブル上の原稿を押さえる原稿押さえを兼ねた上カバー１２４が装備される。

一方、記録部１１０は、記録読取複合機１００全体の下ケース１１２を兼ねた筐体内において、ケース底部１１１の上に形成される。この図では、上ケース１２２の後方に、後述する給送部２１０のペーパサポート２１２が見えている。また、下ケース１１２の前面には、後述する排出部２４０の排出トレイ２４８を裏面に内蔵する前カバー１１４が、閉じた状態で描かれる。

更に、この記録読取複合機１００は、上カバー１２４の前側に、操作パネル１３０を備えている。操作パネル１３０には、表示パネル１３２の他、複数の操作ボタン１３４、パイロットランプ１３６等が設けられ、この記録読取複合機１００をスタンドアローンで動作させる場合に、各種の指示を入力し、また、動作状態等を表示することができる。

上記のような記録読取複合機１００においては、上カバー１２４を開いて読取部１２０の上に載せた原稿に対して、その下面から原稿の画像が読み取られる。また、ペーパサポート２１２に装入された記録用紙１５０は、後述する内部機構２００により、記録部１１０の内部を前方に向かって搬送され、その途中で画像を記録される。

図２は、図１に示した記録読取複合機１００の記録部１１０の内部機構２００を抜き出して示す斜視図である。また、図３は、同じ内部機構２００を、上方から見下ろした様子を示す平面図である。同図に示すように、内部機構２００は、ケース底部１１１と、その上に略直立するフレーム２０２と、フレーム２０２の後方に配置された給送部２１０と、フレーム２０２の前方に順次配置された搬送部２２０、プラテン２３０および排出部２４０とを備えている。

給送部２１０は、縦に装入された記録用紙１５０の背面を支持するペーパサポート２１２と、記録用紙１５０の図上右側の側端部を位置決めするサイドサポート２１４と、記録用紙１５０の図上左側の側端部に当接して記録用紙１５０の傾きを防止するスライドサポート２１６とを備える。スライドサポート２１６は、ペーパサポート２１２の表面で水平に移動させることができ、幅が異なる記録用紙１５０が装入された場合も、記録用紙１５０の側端部に当接させることができる。給送部２１０は更に、フレーム２０２に隠れた給送ローラ２１８等を備え、記録部１１０が記録動作する場合に、ペーパサポート２１２に装入された複数の記録用紙１５０を１枚ずつ内部機構２００に取り込む。

なお、この内部機構２００は、後述する排出トレイ２４８の下方にも、前面に開口した水平なペーパサポート２１１を備える。このペーパサポート２１１は、内部機構２００の前方から水平に装入された記録用紙１５０を下方から支持する。また、ペーパサポート２１１に装入された記録用紙１５０も、給送部２１０を利用して搬送部２２０に記録用紙１５０を送り込むことができる。なお、ペーパサポート２１１は延長部２１３を備え、それ自体の奥行きよりも長い記録用紙１５０も支持できる。

搬送部２２０は、フレーム２０２の直前に配置され、取り込まれた記録用紙１５０の上面に当接して連れ回される搬送従動ローラ２２４を備えている。搬送従動ローラ２２４の直下には、図示されていない搬送モータにより回転駆動される搬送駆動ローラが配置される。従って、内部機構２００に取り込まれた記録用紙１５０は、搬送従動ローラ２２４により搬送駆動ローラに押し付けられ、搬送駆動ローラの回転に従ってプラテン２３０の上に送り込まれる。

プラテン２３０は、上方に向かって突出した複数のリブ２３４を備える。リブ２３４は、送り込まれた記録用紙１５０の下面にその先端を当接させ、記録用紙１５０の高さ方向の位置決めをする。プラテン２３０の上方を通り過ぎた記録用紙１５０は、やがて排出部２４０に到達する。なお、プラテン２３０の構造については、図４を参照して別途詳述する。

排出部２４０は、プラテン２３０の前側に配置され、プラテン２３０上を通過して送り込まれた記録用紙１５０に対して、その上面に当接して連れ回される排出従動ローラ２４４を備えている。排出従動ローラ２４４の直下には、図示されていな回転伝達機構を介して搬送モータにより回転駆動された排出駆動ローラが配置される。記録用紙１５０は、排出従動ローラ２４４により搬送駆動ローラに押し付けられ、排出駆動ローラの回転に従って記録用紙１５０を記録部１１０の前方に送り出す。排出部２４０の前側には、排出トレイ２４８が配置され、記録部１１０の外部に排出された記録用紙１５０は排出トレイ２４８の上に蓄積される。

更に、この内部機構２００は、プラテン２３０の上方で往復移動するキャリッジ２５０を備える。即ち、キャリッジ２５０は、フレーム２０２の前面側に設けられた長手方向に延びる案内部材（不図示）に沿って、長手方向に水平に移動できるように装着される。また、フレーム２０２の前面には、一対のプーリ２５１の間に張り渡されたタイミングベルト２５３が配置される。更に、キャリッジ２５０は、その背面においてタイミングベルト２５３に連結される。

一方、プーリ２５１の一方はキャリッジモータ２５５により回転駆動されるので、キャリッジ２５０は、タイミングベルト２５３の変位に従って移動する。従って、キャリッジモータ２５５の動作と回転方向を制御することにより、キャリッジ２５０を、プラテン２３０上で任意の領域の上方に移動させることができる。また、キャリッジ２５０は、その下面に、ノズルプレートを含む記録ヘッド１２（図５参照）を備える。従って、キャリッジ２５０は、プラテン２３０上の任意の領域に向かってインクを吐出させることができる。

以上のような構造を有する内部機構２００を備えた記録読取複合機１００においては、前方のペーパサポート２１１または後方のペーパサポート２１２に装入された記録用紙１５０が、給送部２１０により１枚ずつ搬送部２２０に取り込まれる。搬送部２２０に取り込まれた記録用紙１５０は、プラテン２３０の上方を通過して排出部２４０に到達し、排出部２４０により内部機構２００の外部に送り出される。

また、記録用紙１５０がプラテン２３０の上方に存在しているとき、キャリッジ２５０はプラテン２３０上を往復移動しつつ、下方に向かってインクを吐出する。従って、記録用紙１５０表面の任意の領域に対してインクを吐出して付着させることができる。更に、記録用紙１５０を１行分ずつ間欠的に搬送する一方、搬送が中断している期間にキャリッジ２５０を往復移動させることにより、記録用紙１５０の表面全体に画像を記録することができる。

なお、フレーム２０２の背面には、上記のような一連の記録動作を制御する制御部２６０が搭載される。制御部２６０は、この記録読取複合機１００に接続された情報処理装置等を介して入力された指示、あるいは、操作パネル１３０から入力された指示に基づき、記録部１１０が適切な動作をするように制御する。また、制御部２６０は、この記録部１１０が記録する画像情報を受け取るインターフェースでもある。制御部２６０が受け取る画像情報は、当該画像を表す情報の他に、記録画像の解像度、色数等の記録品質、寸法、材質等の被記録物情報も含む場合がある。

図４は、上記の内部機構２００におけるプラテン２３０の詳細な構造を示す分解斜視図である。同図に示すように、プラテン２３０は、プラテン本体２３２と、プラテン本体２３２に収容された電極３１０および吸収部材２３６，２３８とを備える。

プラテン本体２３２は樹脂材料により一体成形され、その上面から上方に向かって突出した複数のリブ２３４と、上面から陥没して、底部２３１および側壁部２３３を含んで形成された幅の広い収容部２３５と、リブ２３４の形成された領域の側方に形成された幅の狭い収容部２３５とを備える。このプラテン２３０の上方を記録用紙１５０が通過する場合は、リブ２３４の上端が記録用紙１５０の下面に当接して、記録用紙１５０の高さ方向の位置決めをする。

また、吸収部材２３６，２３８は、プラテン本体２３２，２３７内を充填する寸法を有する。また、吸収部材２３６，２３８は、その表面における液体の吸収速度を重視して材料が選択される。このため、吸収部材２３６，２３８が保持できるインクの量には限りがある。そこで、これらの吸収部材２３６および吸収部材２３８よりも容量が大きな廃液吸収部材が、プラテン２３０の下方に別途配置される場合もある。

更に、このプラテン２３０は、幅の広い収容部２３５の内部において、吸収部材２３６の下に電極３１０を備える。電極３１０は、収容部２３５の底部２３１を概ね覆うように配置される。また、電極３１０の一端には、収容部２３５の側壁部２３３を乗り越えて外部に延在する連結部３１２と、プラテン２３０の外側に露出した端子部３１４とが一体に形成される。この端子部３１４を介して、制御部２６０の制御の下に動作する電圧源２７０の一端に接続することにより、電極３１０に電圧を印加することができる。電圧源２７０の他端は、キャリッジ２５０に装備されたノズルプレートに接続され、これにより、ノズルプレートおよび電極３１０の間に電位差を生じさせ、電界を形成させることができる。

なお、上記の吸収部材２３６，２３８の材料としては、ポリエチレン、ポリウレタン等の樹脂材料を発泡させたものを好ましく例示できる。また、吸収部材２３６を電極３１０と同電位とすることを目的として、表面抵抗が１０⁸Ω以下となるような導電性の材料により形成することも好ましい。このような材料としては、ポリエチレン、ポリウレタン等の樹脂に金属、炭素等の導電性材料を混入した上で発泡させたもの、ポリエチレン、ポリウレタン等の樹脂発泡材に金属、炭素等の導電性材料を付着させたもの、または、メッキしたもの等を例示できる。また、ポリエチレン、ポリウレタン等の樹脂発泡材に電解質溶液を含浸させたものを用いることもできる。

一方、電極３１０の材料としては、インクに対して耐食性のある金属、例えば金、ステンレスまたはニッケルの線材、板材または箔材、あるいは、これらの金属でメッキした線材、板材または箔材、若しくは、これらの材料を組み合わせた網状または格子状の部材で形成できる。また、他の態様として、プラテン２３０の収容部２３５の底部２３１に直接形成した導電性の塗膜層、メッキ層、厚膜層、薄膜層等を電極３１０として使用することもできる。

図５は、記録ヘッドの内部構造の一例を示す要部断面図である。記録ヘッド１２は、樹脂等で成形されたケース７１と、ケース７１内の収納室７２に収容された圧電振動子２１と、ケース７１と接合された流路ユニット７４と、を備えている。圧電振動子２１は、電極２１ｃ、圧電体２１ｂ、電極２１ｄが交互に積層されて構成されている。また、流路ユニット７４は、ノズルプレート８０、流路形成板７５、弾性板７７が積層されて構成されている。

圧電振動子２１は、圧電体２１ｂを挟んで電極２１ｃと電極２１ｄとを交互に積層した板状の振動子である。そして、電極２１ｃと電極２１ｄとの間に電圧（駆動信号）を印加することにより、各圧電振動子２１は積層方向に直交する方向に伸縮する。

流路形成板７５には、圧力発生室８１、リザーバ８３、圧力発生室８１とリザーバ８３とを連通させるインク供給路８２、にそれぞれ対応する凹部が形成されている。流路形成板７５は、例えば、シリコンウエハーのエッチング加工により製造することができる。

ノズルプレート８０は、導電性の材料（例えば、ＳＵＳ等の金属）で形成された板状の部材であり、一面にノズル７９が形成されている。ノズルプレート８０は、後述するように、電圧源（図６参照）の端子と電気的に接続されている。

弾性板７７は、ステンレス板８７と可撓性フィルム８８との二層構造となっており、ステンレス板８７の一部がエッチングにより切り欠かれて、圧力発生室８１の天蓋部分に対応するアイランド部８９が形成されている。

圧電振動子２１の図面上方の端部は、金属製の基板７３を介して収納室７２の内壁に固定される。また、図面下方の端部２１ａはアイランド部８９に接合されている。

かくして、駆動素子としての圧電振動子２１を振動子長手方向に伸長させると、アイランド部８９がノズルプレート８０側に押圧されて圧力発生室８１が収縮する。また、圧力発生室８１の収縮状態から圧電振動子２１を長手方向に収縮させると、アイランド部８９がノズルプレート８０から離間する方向に移動して圧力発生室８１が膨張する。

このような圧電振動子２１の駆動制御は、電極２１ｃ，２１ｄ間に印加する電圧信号（以下、駆動信号とする）によって行われる。吐出（噴射）されるインク滴の条件（量や速度）は、後述するように、駆動信号の態様（電圧変化の大きさ、傾き等）によって制御することが可能である。

図６は、駆動信号の一例を示すタイミング図である。この例に示す駆動信号は、放電パルス４０１、充電パルス４０２、放電パルス４０３を有するパルス群４００が中間電位で接続された構成となっている。圧電素子に一のパルス群４００が供給されると、ノズルからは一のインク滴が吐出されるようになっている。

すなわち、まず放電パルス４０１により、ノズルの内部が減圧されて、インクが内方に引き込まれる。次に、急峻な充電パルス４０２によって、ノズルの内部が加圧され、インクがノズルから押し出される。押し出されたインクはやがてノズル内のインクから切断され、インク滴として吐出されることになる。最後の放電パルス４０３は、上昇した電位レベルを中間電位に回復すると共に、充電パルス４０２によって生じたノズル内の圧力振動を打ち消す役割を担っている。

充電パルス４０２の電位差：Ｖｈ、放電パルス４０１の電位差：Ｖｃ、各パルス４０１〜４０３の時間成分は、吐出されるインク滴の量（吐出量）や初速（吐出速度）に大きく関わっているパラメータであるため、これらのパラメータを適切に設計することで所望の吐出量、吐出速度を得ることが可能である。例えば、一般的に、Ｖｈを大きくするほど吐出量および吐出速度が大きくなる傾向があり、また、Ｖｃ／Ｖｈの比率を大きくするほど吐出速度が早くなる傾向がある。かくして、所定の吐出量（例えば７ｐｌ）を得るための駆動信号として、対応する吐出速度を段階的に違えたものを用意することが可能である。

図７は、記録ヘッド制御部の構成を示すブロック図である。駆動信号の供給制御を行う記録ヘッド制御部２６２は、データメモリ２８１、データ選択回路２８２、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータ２８３、増幅回路２８４を備えている。

データメモリ２８１は、段階的な吐出速度に対応した複数種の駆動信号の設計デジタルデータを記憶している。データ選択回路２８２は、外部からの命令に従って一の設計デジタルデータを選択してＤ／Ａコンバータ２８３に送る。Ｄ／Ａコンバータ２８３は、設計デジタルデータに基づいて図６に示したようなアナログ信号を生成し、増幅回路２８４でこれを増幅して圧電素子に供給する。

図８は、記録部１１０の内部機構２００に形成されたエアロゾル収集機構３００の構造と動作を説明する模式図である。インクを吐出する開口２５４を有するノズルプレート２５２は、導電性を有する。また、ノズルプレート２５２は、電圧源２７０の負極に接続される。一方、電圧源２７０の正極は、プラテン２３０に収容された電極３１０に接続される。また、電極３１０に重ねてプラテン２３０に収容された吸収部材２３６は導電性を有するので、吸収部材２３６全体が電極３１０と同じ電位になる。従って、電圧源２７０の発生した電位差による電界Ｅは、ノズルプレート２５２の下面と吸収部材２３６の表面との間に均一に形成される。なお、すべての極性を反転させて接続しても同様の機能が実現できる。

記録動作におけるノズルプレート２５２は、開口２５４を通じてインク３１１を下方に吐出する。ここで、開口２５４の直下に記録用紙１５０が存在している場合は、吐出されたインク３１１が記録用紙１５０の上面に付着して画像３１９を形成する。一方、記録用紙１５０の縁部に余白無くインク３１１を付着させようとした場合、記録用紙１５０の側縁部並びに先端および後端において、一部の開口２５４の直下に記録用紙１５０が存在しない場合がある。

このような場合、開口２５４から吐出することによって生じたインク滴３１７に与えられた運動エネルギーは雰囲気の粘性抵抗により急速に失われる。このため、一部のインク滴３１７、導電性の吸収部材２３６に到達する遥か前にその運動エネルギーを失う。インク滴３１７の質量は非常に小さいので、運動エネルギーを失うと、重力加速度による落下運動と雰囲気による粘性抵抗力とが殆どつり合い、以降の落下速度が極めて遅くなる。このようにして、ノズルプレート２５２の下方に浮遊するエアロゾルが発生する。また、インク滴３１７の一部がちぎれて一段と微細なインク滴であるサテライト・インク３１５が生じる場合があり、これもエアロゾルとなる。

しかしながら、このエアロゾル収集機構３００では、既に説明した通り、吸収部材２３６の表面とノズルプレート２５２の下面との間に電界Ｅが形成されている。従って、電荷ｑを有するインク滴３１７は、電界Ｅから受けるクーロン力Ｆｅ（ｑＥ）により運動エネルギーを得、減速されることなく下方に移動して吸収部材２３６に到達する。

なお、開口２５４から押し出されるインク３１１は、ノズルプレート２５２から離脱してインク滴３１７となる直前の瞬間に、ノズルプレート２５２から下垂するインク柱３１３を形成する。このとき、インク柱３１３の先端Ａとノズルプレート２５２の下面におけるインク柱３１３付近の領域Ｂとの間に、いわゆる避雷針効果により電荷が蓄積される。この避雷針効果により、インク滴３１７は、インク柱３１３の水平断面積に対応する電荷よりも大きな電荷ｑで帯電する。なお、避雷針効果は、インク柱３１３の先端Ａ（図中では下端）を頂点とする頂角５０°から６０°の円錐形で包囲されるノズルプレート２５２表面の領域Ｂがインク滴３１７の帯電に寄与する現象をいう。これにより、インク滴３１７はより大きなクーロン力を受け、電界Ｅ内を吸収部材２３６まで飛翔する。

図９は、上記のようなエアロゾル収集機構３００を備えた記録部１１０を含む記録読取複合機１００を稼働させる場合のシステム５００の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、同図に示すように、このシステム５００において、記録読取複合機１００の制御部２６０は、ホスト装置としての情報処理装置５１０に接続される。情報処理装置５１０は、表示装置５２０共に、ユーザからの入力手段であるキーボード５１２およびマウス５１４と、ユーザに対して画像を表示する表示装置５２０とを備える。

また、情報処理装置５１０は、記録媒体に対して情報を読み書きするディスクドライブ５１６、外部と通信することにより情報をやりとりできる通信回線（不図示）も備えている。従って、情報処理装置５１０は、自身の内部で作成された画像情報の他、ディスクドライブ５１６に装入した記録媒体、通信回線等を介して、記録部１１０に記録させるべき画像情報を調製することができる。また、記録読取複合機１００を制御するプログラムを外部から獲得してインストールすることもできる。

これにより、情報処理装置５１０は、制御部２６０を介して記録部１１０に印刷指示をすることができると共に、記録部１１０において記録すべき画像情報を提供することもできる。また、記録画像情報と共に、記録用紙１５０の種類、記録解像度、記録部数等を制御部２６０に提供することもできる。

図１０は、図９に示したシステム５００における制御系６００の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、記録部１１０に実装された制御部２６０は、記録部１１０における記録動作を制御する記録ヘッド制御部２６２と、エアロゾル収集機構３００における電圧源２７０の動作を制御するインク収集動作制御部２６４とを含む。

従って、記録部１１０における記録動作は、制御部２６０が、ホスト装置である情報処理装置５１０から受けた指示に従って、記録ヘッド制御部２６２の制御の下に記録部１１０において実行される。また、電圧源２７０は、制御部２６０の制御の下に記録ヘッド制御部２６２と協働（連係）して、発生させる電位差（電圧）の大きさを変化させる（電圧源２７０を遮断して電位差をゼロとする場合も含む）。

図１１は、上記のような構造と機能を有する記録部１１０を、エアロゾル収集機構３００を停止させて、すなわち、電圧源２７０の発生電位差をゼロ（第１の電位差）に設定して、動作させた場合の各要素の状況を示す図である。図の最上段は、キャリッジ２５０の移動を、その移動速度により表示している。また、上から２段目は、記録ヘッドの動作をインクの吐出速度により示す。上から３段目は、記録用紙１５０の搬送を、その搬送速度の変化により示す。最下段は、印加電圧の変化により、エアロゾル収集機構３００の動作を示す。

同図に示すように、キャリッジ２５０は、プラテン２３０の一方の端に設定された初期位置からプラテン２３０の長手方向に移動し、プラテン２３０の他端に達すると、折り返して初期位置に戻る往復移動を間欠的に繰り返す。このキャリッジ２５０が移動している期間内に、ノズルプレート２５２からインクが吐出され、記録用紙１５０に画像が形成される。ここで、インク吐出の際に、記録ヘッド制御部２６２（図７参照）から圧電素子に供給される駆動信号は、比較的速い吐出速度（例えば、７ｍ／ｓ平均）に対応したもの（第１の駆動条件）となっている。

また、１行分の画像が印刷されると、記録用紙１５０が１行分搬送されて次の行の印刷に備える。また、この期間には、次に記録すべき画像の情報を、ホスト装置から制御部に転送する処理も実行される。このような一連の動作を繰り返すことにより、１枚の記録用紙１５０の表面に隈なく画像を形成することができる。

図１２は、記録部１１０において、エアロゾル収集機構３００を動作させて、すなわち、電圧源２７０の発生電位差をゼロより大きく（第２の電位差）設定して、記録部１１０の動作させた場合の各要素の状況を示す図である。同図に示すように、記録ヘッドがインクを吐出し始める前に定格電圧が印加され、エアロゾルの収集に有効な電界が形成される。

ここで、この図に係る動作においては、図中に矢印Ｆ１で示す通り、インクの吐出速度が減じられるようにインクの吐出に係る駆動制御が行われる。すなわち、インク吐出の際に、記録ヘッド制御部２６２（図７参照）から圧電素子に供給される駆動信号は、比較的遅い吐出速度（例えば、６ｍ／ｓ平均）に対応したもの（第２の駆動条件）となっている。

これにより、電界の作用による液滴の飛翔速度の増加が相殺され、過大な速度に起因するサテライト・インクおよび飛沫の発生が抑制される。なお、インクの吐出速度は、本来は、吐出された液体が記録用紙１５０および吸収部材２３６に到達し得る運動エネルギーを与え得る速度である。しかしながら、電界により運動エネルギーが補われる場合は、インクの液滴が高い飛翔速度により分裂しないように、吐出速度が制限される。

このように、本実施形態では、電界によるインク滴の速度への作用に鑑みて、エアロゾル収集機構３００における電位差の切替（動作のＯＮ／ＯＦＦを含む）に応じて、吐出のための駆動条件の切替を行うようになっている。

図１３は、記録部１１０の他の動作状態における各要素の状況を示す図である。同図に矢印Ｖ₁により示すように、この動作状態では、エアロゾル収集機構３００が電界を形成するために印加する電圧が、図１２に係る動作の場合よりも低い。従って、吐出されたインクに作用するクーロン力も低下する。そこで、図中に矢印Ｆ２により示すように、記録ヘッドによるインクの吐出速度は、図１２に示した場合よりも少ない変化量で減じられる。

このように、エアロゾル収集機構３００に投入する電力（電圧）と記録ヘッドによるインクの吐出速度とをバランスさせることにより、液滴として飛翔するインクの飛翔速度を適切に維持し、過大な飛翔速度によるサテライト・インクの増加および吸収部材への衝突による飛沫の増加を効果的に抑制できる。

また、吐出されたインク滴の速度は、キャリッジの往復移動方向（走査方向）に対する紙面上における着弾位置にも影響する。すなわち、エアロゾル収集機構３００における発生電位差の大小によってインク滴の速度に差が生じるとなると、吐出されたタイミングから紙面に到達するまでの時間に差が生じ、ひいては着弾位置の差を生じることになる。このような事情にも鑑みて、上述した駆動条件（インク滴の吐出速度）の切替においては、吐出されたインク滴の紙面位置における速度が発生電位差に関わらず一定となるように、各駆動条件を設定することが好ましい。

図１４は、上記のような一連の記録動作中に電圧印加を一時的に停止する付加的な制御の手順を示す流れ図である。同図に示すように、ステップＳ１０８において記録動作が継続している間も、制御部２６０は、記録読取複合機１００の上ケース１２２が閉じているかどうかを監視している（ステップＳ２０１）。

ここで、何らかの理由で上ケース１２２が開かれた場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、制御部２６０は、記録動作を停止させると共に、電圧源２７０により電圧が印加されている場合はこれを停止する（ステップＳ２０３）。これにより、上ケース１２２が開いて記録ヘッドが露出した状態で記録動作が実行されることが防止される。また、電圧源２７０により電圧を印加された部材が露出されることも防止され、感電等を未然に防止できる。

また、制御部２６０は、記録部１１０の内部における浸入物の存在も監視している（ステップＳ２０２）。記録部１１０内に浸入物があることが検出された場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、制御部２６０は、記録動作を停止させると共に、電圧源２７０により電圧が印加されている場合はこれを停止する（ステップＳ２０３）。

なお、動作中の記録部１１０に浸入物があった場合、正常な記録動作を実行できないばかりではなく、記録動作を継続すると記録部１１０が損傷を受ける場合がある。また、電圧源２７０により電圧が印加されている場合は、浸入物によりノズルプレート２５２および電極３１０が短絡する場合もある。更に、ユーザの手等が差し入れられた場合は、感電する場合もあり得る。従って、浸入物を検出した場合に記録動作および電圧印加を停止することにより、これらの障害を未然に防止できる。

図１５は、記録部１１０の他の動作状態における動作タイミングを比較して示す図である。同図に矢印Ｖ₁により示すように、この動作状態では、エアロゾル収集機構３００が電界を形成するために印加する電圧が、図１２に示した場合よりも低い期間が含まれる。これは、記録画像がない領域あるいは記録用紙１５０の色（例えば白）がそのまま利用される領域、透明を表現する画像が含まれる場合に対応している。

また、記録すべき画像に写真、文字、グラフ等が混在する場合、更に、そのような画像を記録用紙１５０の縁まで余白なく記録する場合、ノズルプレート２５２から吐出されるインクは、その液滴の大きさも変化する場合がある。即ち、写真部分では液滴は小さくする場合があり、一方、グラフ部分等では液的の寸法が大きくなる。大きな液滴は帯電量も大きいので、弱い電界でも十分な運動量を与えることができる。

なお、図１５において、この動作状態における１行目の期間の途中から印加電圧が低減され、２行目の途中から印加電圧が再び元に戻っている。また、図１５において、ｍ行目からｎ行目にかけては、連続して印加電圧が低減され、それがｎ＋１行以降まで継続される。このようなきめ細かな電圧源２７０の制御は、記録すべき画像情報を参照して、制御部２６０により実行される。

このように、エアロゾル収集機構３００に投入する電力と記録ヘッドによるインクの吐出速度とをバランスさせることにより、液滴として飛翔するインクの飛翔速度を適切に維持し、過大な飛翔速度によるサテライト・インクの増加および吸収部材への衝突による飛沫の増加を効果的に抑制できる。

なお、ここでは液体噴射装置の例として、記録読取複合機１００に記録部１１０として実装されたインクジェット式記録装置を例に挙げて説明したが、液体噴射装置としては、液体噴射ヘッドとして材噴射ヘッドを備えた液晶ディスプレイのカラーフィルタ製造装置、液体噴射ヘッドとして電極材（電導ペースト）噴射ヘッドを備えた有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成装置、液体噴射ヘッドとして生体有機物噴射ヘッドおよび精密ピペットを備えたバイオチップ製造装置等を例示できる。また、被記録物とは、液体噴射ヘッドから噴射された液体を付着され得るものを一般に指し、記録用紙の他に、回路基板、円板形光記録媒体、プレパラート等も含まれる。

更に、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

記録読取複合機の全体を概観する斜視図。記録部の内部機構を抜き出して示す斜視図。内部機構を上方から見た様子を示す平面図。プラテン単独の構造を示す分解斜視図。記録ヘッドの内部構造の一例を示す要部断面図。駆動信号の一例を示すタイミング図。記録ヘッド制御部の構成を示すブロック図。エアロゾル収集機構の動作を説明する概念図。記録読取複合機を含むシステム全体の構造を模式的に示す図。図６に示すシステムにおける制御系の構造を模式的に示す図。記録部の各要素の状況を示すタイミング図。記録部の各要素の状況を示すタイミング図。記録部の各要素の状況を示すタイミング図。記録動作継続中の制御部による付加的な制御の手順を示す流れ図。記録部の各要素の状態の比較を示す図。

符号の説明

２１…圧電振動子、１００…記録読取複合機、１１０…記録部、１１１…ケース底部、１１２…下ケース、１１４…前カバー、１２０…読取部、１２２…上ケース、１２４…上カバー、２３６，２３８…吸収部材、２５０…キャリッジ、２５２（８０）…ノズルプレート、２６０…制御部、２６２…記録ヘッド制御部、２６４…インク収集動作制御部、２７０…電圧源、２８１…データメモリ、２８２…データ選択回路、２８３…Ｄ／Ａコンバータ、２８４…増幅回路、３００…エアロゾル収集機構、３１０…電極、４００…パルス群。

Claims

開口を有する導電性のノズルプレートを有し、前記開口から被記録物に向かって液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドからの液体噴射方向について被記録物の載置位置よりも遠方に、前記ノズルプレートに対向して配置される吸収部材と、
前記吸収部材に隣接して配置された電極と、
前記電極に電圧を印加して前記ノズルプレートおよび前記電極の間に電位差を発生させて電界を形成して、前記液体噴射ヘッドから噴射された液体を前記電極に向かって電気的に引き付けさせる電位差発生手段と、
前記電極の間における電位差の切替を行う液体収集制御部と、
前記液体噴射ヘッドから液体を噴射させるための駆動制御を行う液体噴射ヘッド制御部であって、前記液体収集制御部による前記電位差の切替と連係して、当該駆動条件の切替を行う液体噴射ヘッド制御部と、を備え、
前記液体収集制御部は、第１の電位差と、当該第１の電位差よりも大きい第２の電位差とを切替可能であり、
前記液体噴射ヘッド制御部は、前記第１の電位差に対応して第１の駆動条件で液体を噴射させると共に、
前記第２の電位差に対応して、噴射される液体の初速に関して前記第１の駆動条件よりも低速となる第２の駆動条件であって、噴射される液体の量に関して前記第１の駆動条件と略等しい第２の駆動条件で、液体を噴射させることを特徴とする液体噴射装置。
前記第１の電位差の下で前記第１の駆動条件により噴射された液体の被記録物の載置位置における速度は、前記第２の電位差の下で前記第２の駆動条件により噴射された液体の被記録物の載置位置における速度とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
前記液体噴射ヘッド制御部は、前記開口内の液体を加圧するための駆動素子に供給する駆動信号の切替を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射装置。
前記液体収集制御部は、前記液体噴射装置の筐体が開かれた場合に、前記電圧印加を停止させる請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の液体噴射装置。
前記液体収集制御部は、前記液体噴射装置の筐体内に前記被記録物とは異なるものが浸入したことが検知された場合に、前記電圧印加を停止させる請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の液体噴射装置。