JP2012218199A - 液体噴射装置、および、その制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持部材に印加する電圧を規定し、ノズルから噴射される液体が装置内へ付着することを防止できる液体噴射装置、および、その制御方法を提供する。
【解決手段】電気的に接地されたノズル形成面に開口したノズル３０から着弾対象６に向けて液体を噴射する液体噴射ヘッド２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５と、該支持手段に電圧を印加する電圧印加手段５８と、を備え、前記支持手段に印加する電圧を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満に設定した。
【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、および、その制御方法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）。

特開平１０−２７８２５２号公報 特開２００４−２０２８６７号公報

ところで、上記のようなプリンターは、用途や記録媒体の厚さ等に応じて、ノズル形成面と支持部材との距離の設計を変更する場合がある。このような場合、ノズル形成面と支持部材との間の電界強度が変化してしまい、ミストを好適に回収することができないおそれがある。このため、設計変更の前後において、通常は接地されているノズル形成面と支持部材との間の電界強度を揃えるために、支持部材の電圧を変更する必要があった。例えば、ノズル形成面と支持部材との距離を広くした場合、これに応じて、支持部材の電圧を高くして、ノズル形成面と支持部材との間の電界強度を設計変更前と揃えていた。ところが、ノズル形成面と支持部材との間に電界を形成しているにもかかわらず、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る場合があった。このような現象については、詳細が解明されておらず、支持部材に印加する電圧についての設計指標が得られていなかった。

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、支持部材に印加する電圧を規定し、ノズルから噴射される液体が装置内へ付着することを防止できる液体噴射装置、および、その制御方法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、電気的に接地されたノズル形成面に開口したノズルから着弾対象に向けて液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
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、
該支持手段に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
前記支持手段に印加する電圧を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満に設定したことを特徴とする。

また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、電気的に接地されたノズル形成面に開口したノズルから着弾対象に向けて液体を噴射する液体噴射ヘッドと、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、該支持手段に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
前記支持手段に印加する電圧を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、支持手段に印加する電圧を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満に設定することで、ノズルから噴射される液滴に伴って生じるミストの帯電を抑制することができる。これにより、ミスト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）に付着することを低減でき、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を向上させることができる。

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。 プラテン印加電圧とノズル形成面に対するミスト付着量との関係について示したグラフである。 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。 ミスト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（噴射動作）時の記録ヘッド２の下方において記録ヘッド２の下面（ノズル形成面）に対して間隔を空けて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。本実施形態におけるプラテン５の少なくとも一部は、導電性を有する材料から構成される。例えば、プラテン５本体の材料にカーボン等の導電性材料を含ませることでプラテン５に導電性を持たせる。或いは、インク吸収材５ｂの材料に導電性材料を含ませることでインク吸収材５ｂを導電性としても良い。そして、プラテン５（インク吸収材５ｂを導電性とした場合、当該インク吸収材５ｂ）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。

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２２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の側面やケース１５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のプリンターコントローラー５１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、プラテン５、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り、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（本発明における電圧印加手段に相当）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。そして、プラテン５に対して一定の電圧を印加することで、プラテン５をマイナス極性に帯電させるように構成されている。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。

そして、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に電圧を印加して、プラテン５を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満の間から選択した一の電圧に設定することに特徴を有している。なお、プラテン５に印加する電圧は、−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満の間であれば、どのような電圧でもよく、−３０５Ｖから０Ｖの間で電圧が変化する任意の波形に設定することもできる。また、上記のように、ノズルプレート２４（ノズル形成面）は電気的に接地されている。

プラテン５に印加する電圧を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満に設定する根拠を、図６に示すグラフに基づいて説明する。グラフに示す横軸は、プラテン５に印加される定電圧の値であり、縦軸は、ノズル形成面に付着したミスト（インク）の量を濃度差（又は明度差）ΔＬとして数値化したものである。また、グラフ中の○は、プラテン５の支持突起５ａとノズル形成面との距離（プラテンギャップＰＧ：図７参照）を２．９５ｍｍに設定したときの値、×は、プラテンギャップＰＧを１．７ｍｍに設定したときの値、△は、プラテンギャップＰＧを１．３ｍｍに設定したときの値を示している。なお、これらのプラテンギャップの値は、この種のプリンターで設定される実用的な範囲内の値として選択されている。さらに、グラフ中の直線は、プラテン５に印加する電圧が−３０５Ｖ未満の電圧領域Ｖｌ、−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満の電圧領域Ｖｍ、および０Ｖより高い電圧領域Ｖｈの各領域において、それぞれのプラテンギャップＰＧについての測定値をまとめて直線近似したものである。なお、ミスト付着量の濃度差ΔＬは、例えば、以下の手順で測定できる。まず、キャリッジ４の記録ヘッド２側の面において、記録ヘッド２と干渉しない位置に紙片を貼り付ける。この状態で、彩度計を用いて紙片の初期濃度Ｌｂを測定する。次に、プラテン５に電圧を印加した状態で、例えば５０枚の記録紙６にベタ印字を行う。その後、再び彩度計を用いて紙片の濃度Ｌａを測定する。そして、紙片の初期濃度Ｌｂと印字後の濃度Ｌａとの差を計算することで、ミスト付着量の濃度差ΔＬを得ることができる（ΔＬ＝｜Ｌａ−Ｌｂ｜）。この手順を、プラテン５に印加する電圧について所定の範囲内（本実施形態では、−５００Ｖから５００Ｖの範囲内）で変更して繰り返し行い、プラテン印加電圧に対するミスト付着量の濃度差ΔＬを得ることができる。また、プラテンギャップＰＧが２．９５ｍｍの場合、１．７ｍｍの場合、１．３ｍｍの場合のそれぞれに対して、同様の測定を行うことで、図６に示すグラフが得られる。

このグラフによれば、各プラテンギャップＰＧにおける測定値の差は、誤差の範囲でしか無く、プラテンギャップＰＧとミスト付着量の濃度差ΔＬの間に相関関係が小さいことが分かる。すなわち、実用的な範囲内のプラテンギャップであれば、ミスト付着量の濃度差ΔＬと、プラテン５（支持突起５ａ）とノズル形成面の間の電界強度と、の間に相関関係が殆ど無いことが分かる。また、ミスト付着量の濃度差ΔＬは、概ねプラテン印加電圧のみに依存していることが分かる。以下に、プラテン５に印加する電圧が−３０５Ｖ未満の電圧領域Ｖｌ、−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満の電圧領域Ｖｍ、および０Ｖより高い電圧領域Ｖｈの各領域における、ミスト付着モデルについて説明する。

まず最初に、ノズル３０から噴射されたインクの帯電について説明する。図７に示すように、ノズル３０から噴射された液滴は、飛翔中に引き伸ばされて、例えば、先頭のメイン液滴Ｍｄ（主液滴）と、それよりも後に発生する微小なサテライト液滴Ｓｄと、それよりも更に微小なミストＭｓに分離する。一般的に、これらの液滴は、記録紙６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、噴射された液滴は、そ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とが知られている。また、本実施形態では、記録ヘッド２の圧電振動子２０（個別外部電極４３）にはプラスの電圧（噴射駆動パルスＤＰ：図５参照）が印加され、ノズル形成面は接地されている。このため、図７に示すように、静電誘導により圧力室２９内のインクにおける圧電振動子２０の近傍には、マイナスの電荷が誘導されると共に、これとは反対側となるノズル３０の近傍のインクには、プラスの電荷が誘導される。この状態で、インクを噴射すると、プラス電荷が残った状態でノズル３０からインクが噴射される。このため、各液滴は、よりプラスに帯電し易くなっている。

次に、プラテン５に印加する電圧が０Ｖより高い電圧領域Ｖｈにおけるミスト付着モデルについて説明する。図７に示すように、０Ｖより高い電圧を印加してプラテン５をプラスに帯電（プラテン５と接触する記録紙６もプラスに帯電）すると、各液滴Ｍｄ、Ｓｄ、Ｍｓもプラスに帯電しているため、これらとプラテン５の間にクーロン力による斥力が働く。また、これら各液滴Ｍｄ、Ｓｄ、Ｍｓには、噴射時の慣性力および重力により、プラテン５側へ向かう力（引力）が働く。そして、各液滴Ｍｄ、Ｓｄ、Ｍｓに働く力は、これらの合力により決定される。ここで、メイン液滴Ｍｄおよびサテライト液滴Ｓｄは、質量が比較的大きいため、慣性力および重力がクーロン力に勝り、記録紙６に着弾する。これに対して、ミストＭｓは、メイン液滴Ｍｄやサテライト液滴Ｓｄと比較して質量が極めて小さく、作用する慣性力および重力が小さいため、浮遊しながらゆっくりと記録紙６（記録紙６がプラテンから排出されていた場合はプラテン５）に向かう。そして、プラテン５に近づくと、クーロン力が慣性力および重力に勝り、プラテン５とは反対側（ノズル形成面側）へ向かう力が働く。これにより、ミストＭｓは、ノズル形成面側に向かって移動し、ノズル形成面（あるいは、プリンター１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）に着弾する。プラテン５に印加する電圧を上げていくと、クーロン力によるノズル形成面側へ向かう力が大きくなり、これに伴って、ノズル形成面等に着弾するミストＭｓの質量も大きくなる。このため、図６のグラフに示す０Ｖより高い電圧領域Ｖｈでは、電圧を上げるに従って、ノズル形成面のミスト付着量の濃度差ΔＬが大きくなっている。

一方、プラテン５に印加する電圧が−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満の電圧領域Ｖｍの場合、プラテン５がマイナスに帯電するため、各液滴Ｍｄ、Ｓｄ、Ｍｓとプラテン５の間に働くクーロン力は引力となる。このため、クーロン力、慣性力および重力の合力はすべてプラテン５側に向かう力となる。これにより、各液滴Ｍｄ、Ｓｄ、Ｍｓは、プラテン５側（記録紙６側）に向かって移動し、記録紙６に着弾する。なお、ミストＭｓは、質量が小さく、浮遊し易すいため、プラテン５に印加する電圧をできるだけ下げることが望ましい。これにより、プラテン５とミストＭｓに働くクーロン力を大きくでき、ミストＭｓを記録紙６にすばやく着弾させることができる。

ところが、プラテン５に印加する電圧を−３０５Ｖ未満に設定すると、図８に示すように、各液滴Ｍｄ、Ｓｄ、Ｍｓは、上記と同様にプラテン５側に向かって移動し、プラテン５（記録紙６がプラテン５上にある場合は、記録紙６）に近づくと、当該プラテン５等からの放電を受けるため、マイナスに帯電する。前記したように、メイン液滴Ｍｄおよびサテライト液滴Ｓｄは、マイナスに帯電したとしても、質量が比較的大きいため、慣性力および重力がクーロン力に勝り、記録紙６に着弾する。一方、ミストＭｓは、質量が比較的小さいため、クーロン力が慣性力および重力に勝り、ノズル形成面側へ向かう力が働き、ノズル形成面側に向かって移動して、その全部または一部がノズル形成面等に着弾する。なお、上記のような放電現象は、パッシェンの法則により説明される。パッシェンの法則によると、大気圧（１気圧）における空気中での放電は、電圧差が約３３０Ｖで起き始めることが知られている。本実施形態では、レナード効果等により液滴がプラスに帯電し易いため、プラテン５に印加する電圧が−３３０Ｖよりも高い−３０５Ｖにおいても上記放電が起きたものと推測される。

このように、プラテン５に印加する電圧が−３０５Ｖ未満の電圧領域Ｖｌ、および０Ｖより高い電圧領域Ｖｈでは、ノズル形成面やプリンター１内の構成部品等へのミストの付着が発生する。このため、本発明では、プラテン５に印加する電圧を、−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満の電圧領域Ｖｍに設定している。これにより、ノズル３０から噴射される液滴に伴って生じるミストの帯電を抑制することができ、これらのミストがノズル形成面やプリンター１内の構成部品等に付着することを低減できる。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を向上させることができる。

なお、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，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，５８…プラテン印加電圧生成部

Claims (2)

1. 電気的に接地されたノズル形成面に開口したノズルから着弾対象に向けて液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
   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、
   該支持手段に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
   前記支持手段に印加する電圧を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満に設定したことを特徴とする液体噴射装置。
2. 電気的に接地されたノズル形成面に開口したノズルから着弾対象に向けて液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
   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、
   該支持手段に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
   前記支持手段に印加する電圧を−３０５Ｖ以上、０Ｖ未満に設定したことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

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