液体吐出装置
【課題】ノズルの乾燥を防ぐための液体を供給する部分と液体吐出ヘッドが離れていても、液体を液体吐出ヘッドへ効率よく供給すること。
【解決手段】 液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、
第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部に液体を供給する液体供給部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記帯電部に供給される前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、
前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備える。
【解決手段】 液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、
第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部に液体を供給する液体供給部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記帯電部に供給される前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、
前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置の一例として、ノズルから用紙等の被吐出媒体にインクを吐出して画像などの印刷を行うプリンタが知られている。一般的なプリンタは、インクを吐出するノズルが形成されたインクジェットヘッドを備えており、ノズルから被吐出媒体にインクを吐出して印刷を行う。
【０００３】
ところで、インクジェットヘッドのノズルは、例えば、印刷中にインクが吐出されない状態が続いた後でインクを吐出しようとすると、インクが吐出されないことがある。これは、インクが吐出されていない間に、ノズル内のインクが蒸発してインクの粘度が上昇したからである。そこで、ノズルからインクが蒸発するのを抑える為に、特許文献１のプリンタは、ノズル近傍に蒸気を供給する加湿装置を備え、ノズル近傍に蒸気を供給してノズルが乾燥しないように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０７８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１のプリンタは、蒸気がノズル近傍に供給されやすいように、加湿装置がインクジェットヘッドに搭載されている。インクジェットヘッドは、加湿装置を搭載した分、従来よりも大型化してしまう。そこで、インクジェットヘッドが大型化するのを避ける為に、加湿装置をインクジェットヘッドに搭載せず、プリンタの本体筐体内に配置することが考えられる。しかし、加湿装置がプリンタの本体筐体内に配置されると、インクジェットヘッドに加湿装置を搭載した場合に比べて、加湿装置とインクジェットヘッドとが離れてしまい、蒸気がインクジェットヘッドに流れる途中で、プリンタ本体の筐体内に拡がってしまう虞がある。その為、蒸気がインクジェットヘッドへ効率よく供給されず、結果として、ノズルの乾燥を防ぐことができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ノズルの乾燥を防ぐ為の液体を供給する部分が液体吐出ヘッドから離れて配置されていても、液体を液体吐出ヘッドへ効率よく供給することが可能な液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部に液体を供給する液体供給部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記帯電部に供給される前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、液体を帯電させる液体帯電手段と、液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段とを備え、液体帯電手段は、帯電部に液体が供給された状態で、帯電部に第１電圧を印加させることで、帯電部に供給された液体が電界の力によって霧状に変化する。液体は霧状の微粒子になると、液体の表面エネルギーが変化して、液体自身が帯電する。また、ヘッド帯電手段は、液滴帯電手段により帯電される液体と逆極性に液体吐出ヘッドを帯電させる。このように、帯電された液体と、帯電された液体吐出ヘッドとは極性が異なる為、両者の間にはクーロン力が発生する。このクーロン力により、液体帯電手段により帯電される液体は液体吐出ヘッドに引き寄せられる。このとき、帯電された液体は霧状である為、帯電された液体と液体吐出ヘッドとの間に発生するクーロン力により液体吐出ヘッドに引き寄せられ易い。従って、帯電された液体は、液体吐出装置内に拡がるのが抑えられ、さらに液体吐出ヘッドへ向かって移動し易くなる。その為、液体が液体吐出ヘッドへ効率よく供給され、ノズルの乾燥を効率よく防ぐことができる。
【０００９】
第２の発明の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部の前記表面に結露により液体を発生させるように前記帯電部を冷却可能な冷却部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記表面の前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、液体を帯電させる液体帯電手段と、液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段とを備え、液体帯電手段は、帯電部の表面に結露により液体が発生した状態で、帯電部に第１電圧を印加させることで、帯電部の表面に付着する液体が、電界の力により霧状に変化する。液体は霧状の微粒子になると、液体の表面エネルギーが変化して、液体自身が帯電する。また、ヘッド帯電手段は、液滴帯電手段により帯電される液体と逆極性に液体吐出ヘッドを帯電させる。このように、帯電された液体と、帯電された液体吐出ヘッドとは極性が異なる為、両者の間にはクーロン力が発生する。このクーロン力により、液体帯電手段により帯電される液体は液体吐出ヘッドに引き寄せられる。このとき、帯電された液体は霧状である為、帯電された液体と液体吐出ヘッドとの間に発生するクーロン力により液体吐出ヘッドに引き寄せられ易い。従って、帯電された液体は、液体吐出装置内に拡がるのが抑えられ、さらに液体吐出ヘッドへ向かって移動し易くなる。その為、液体が液体吐出ヘッドへ効率よく供給され、ノズルの乾燥を効率よく防ぐことができる。
【００１１】
第３の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記液体供給部は、前記液体を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部を前記帯電部に接続する接続部とを備え、前記接続部は、多孔質状であることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、接続部は多孔質状であり、毛管作用を発生する。その為、液体が接続部に入ると、毛管作用により液体が流動する。従って、液体貯留部から帯電部まで液体を供給するときに、液体を供給するための供給装置が必要ない。
【００１３】
第４の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第３のいずれかの発明において、前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルが形成された、金属製のノズルプレートを含んでおり、前記第２電源は、前記ノズルプレートに接続されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ノズルプレートは、第２電源により第２電圧が直接印加される為、帯電し易い。その為、液体帯電手段により帯電された液体は、ノズルプレートに引き寄せられる為、液体がノズルへ供給され易い。
【００１５】
第５の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第４のいずれかの発明において、前記帯電部は、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルに対向するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、帯電部がノズルに対向するように構成されている為、帯電部により帯電された液体が、ノズルに近づき易い。
【００１７】
第６の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第５のいずれかの発明において、前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルから液体を吐出するための吐出圧を付与する圧力付与手段を備え、前記圧力付与手段は、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに供給される電圧よりも大きい駆動電圧が印加されたときに駆動することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、液体吐出ヘッドを帯電させるときに、誤って液体吐出ヘッドが液体を吐出しないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、液体帯電手段が液体吐出ヘッドから離れていても、帯電された液体と液体吐出ヘッドとの間に発生するクーロン力により、液体が液体吐出ヘッドに引き寄せられる為、帯電された液体は、液体吐出装置内に拡がるのが抑えられ、さらに液体吐出ヘッドへ向かって移動し易くなる。その為、液体が液体吐出ヘッドへ効率よく供給され、ノズルの乾燥を効率よく防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】プリンタ１の概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッド４０の概略断面図である。
【図３】静電霧化装置２０の概略側面図である。
【図４】プリンタ１の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】インクジェットヘッド４０、静電霧化装置２０及びプラテン１１の概略側面図である。
【図６】第１変更形態の静電霧化装置１２０の概略側面図である。
【図７】第２変更形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体吐出装置の一例であって、用紙にインクを吐出して所望の画像や文字を印刷するプリンタに、本発明を適用したものである。
【００２２】
（プリンタの概略構成）
図１は、本実施形態に係るプリンタ１の概略構成を示す上面図である。なお、本明細書、図面における左右方向、及び、前後方向は、図１の矢印で示す左右方向、前後方向である。また、本明細書、図面における上下方向は、図１の左右方向及び前後方向に直交する方向である。
【００２３】
図１に示すように、プリンタ１（本発明の液体吐出装置の一例）は、本体フレーム２と、本体フレーム２に取り付けられた、左右方向に延在するガイド軸３と、このガイド軸３に取り付けられたキャリッジ５と、キャリッジ５に担持されたインクジェットヘッド４０（本発明の液体吐出ヘッドの一例）とを備える。
【００２４】
本体フレーム２は、駆動モータ９５（図４参照）が設置されており、この駆動モータ９５の駆動軸には、駆動プーリ（図示省略）が取り付けられている。また、本体フレーム２には、従動プーリも設けられており、駆動プーリと従動プーリは無端ベルト（図示省略）を張架している。この無端ベルトは、キャリッジ５に連結されており、駆動モータ９５の駆動により、駆動プーリと従動プーリの回転に追従して駆動走行する。これにより、キャリッジ５が左右方向に移動させられる。
【００２５】
また、本体フレーム２には、用紙Pを前後方向に搬送する搬送ローラ１０と、インクジェットヘッド４０のノズル３７（図２参照）が形成される下面と対向するプラテン１１とが配置されている。搬送ローラ１０は、給紙ローラ（図示省略）とともに前後方向においてインクジェットヘッド４０を挟んで配置されている。プラテン１１は、搬送される用紙Pの左右方向の幅よりも大きく、前後方向に並ぶ搬送ローラ１０と給紙ローラ（図示省略）の間に配置されている。
【００２６】
さらに、本体フレーム２には、キャップ７、ワイパ９、及び、ノズル３７の乾燥を防ぐための静電霧化装置２０が設置されている。キャップ７は、インクジェットヘッド４０の下面と接離可能に構成されており、図示しない吸引ポンプと連通している。キャップ７がインクジェットヘッドの下面と接触して、下面との間に空間を画成した状態で、吸引ポンプが空間を減圧することで、ノズル３７からインクが排出される（パージ動作）。このパージ動作は、ユーザが、プリンタ１のインターフェースやＰＣから指示したときや、制御装置７５（図４参照）に内蔵されるタイマーにより計測される経過時間が所定時間を超えたときに、実行されるものである。
【００２７】
次に、インクジェットヘッド４０について図２を参照して説明する。インクジェットヘッド４０は、ノズル３７が形成された流路ユニット５０と、圧電アクチュエータ７０（本発明の圧力付与手段の一例）とにより構成されている。流路ユニット５０は、ノズル３７が形成されたノズルプレート５１と、このノズルプレート５１に積層されるマニホールドプレート５２、ベースプレート５３、及び、キャビティプレート５４の４枚のプレートにより構成される。これら４枚のプレートのうち、マニホールドプレート５２、ベースプレート５３、及び、キャビティプレート５４は、ステンレス鋼等の金属材料で形成されており、ノズルプレート５１は、絶縁材料（例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料）で形成されている。
【００２８】
マニホールドプレート５２は、図示しないインクカートリッジからインクジェットヘッド４に供給されるインクを貯留するマニホールド５５と、ノズル３７に連通する連通孔５６が形成されている。ベースプレート５３は、マニホールドプレート５２に積層されたときに、マニホールド５５と重なる連通孔５７と、連通孔５６に重なる連通孔５８とが形成されている。キャビティプレート５４は、ベースプレート５３に積層されたときに、連通孔５７、５８に重なる圧力室５９が形成されている。そして、ノズルプレート５１、マニホールドプレート５２、ベースプレート５３、及び、キャビティプレート５４が積層させて接合されると、マニホールド５５から圧力室５９を経由してノズル３７に繋がるインク流路６０が形成される。
【００２９】
圧電アクチュエータ７０は、流路ユニット５０の圧力室５９を覆うようにキャビティプレート５４に接合される振動板７１と、この振動板７１に積層される共通電極７２と、共通電極７２に積層される圧電層７３と、圧電層７３に積層される個別電極７４と、を備えている。共通電極７２は、平面視で、キャビティプレート５４に形成される圧力室５９よりも大きく、キャビティプレート５４に圧力室５９が複数形成されている場合には、共通電極７２は、平面視で、複数の圧力室５９の全てと重なる大きさを有している。それに対し、個別電極７４は複数形成されており、これら複数の個別電極７４は、平面視で複数の圧力室５９にそれぞれ重なって配置されている。圧電層７３は、平面視で複数の圧力室５９の全てと重なる大きさを有し、共通電極７２と個別電極７４とに挟まれている。圧電層７３は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料により形成されており、共通電極７２と個別電極７４とが積層する上下方向に分極されている。
【００３０】
共通電極７２と個別電極７４とは、図示しない接続端子をそれぞれ有しており、これらの接続端子には、配線基板（図示省略）が接続されている。そして、共通電極７２は、配線基板を経由してグランド電位に接続されており、個別電極７４は、配線基板を経由して電源に接続されている。
【００３１】
ここで、インクジェットヘッド４０のインクの吐出について説明する。インクジェットヘッド４０は、配線基板（図示省略）に実装されるドライバIC９３（図４参照）により、インクを吐出させるノズル３７に対応する個別電極７４に対して、プリンタ１の本体電源から電圧を選択的に印加されるように制御されて、ノズル３７からインクを吐出する。このドライバIC９３は、制御装置７５（図４参照）の機能の１つである印刷制御部９０（図４参照）からの信号により、上記の制御が実行される。そして、ノズル３７からインクを吐出する際には、PC等の入力装置から制御装置７５に印刷データが入力され、この印刷データに基づいて、ヘッド制御部９０がドライバIC９３に信号を供給し、ドライバIC９３により個別電極７４に電圧を印加させる制御を実行させる。このとき、個別電極７４は、所定の電位を有し、共通電極７２との間に電位差が生じる。圧電層７３は、共通電極７２と個別電極７４との間に電位差が生じると、上下方向に伸び、左右方向に収縮するように変形する。この圧電層７３の変形に伴って、振動板７１が上下方向に凸変形する。この振動板７１の変形により、圧力室５９の体積が変化し、圧力室５９内のインクに圧力が付与されて、ノズル３７からインクが吐出される。
【００３２】
また、インクジェットヘッド４０は、プリンタ１の本体電源の１つである第２電源２７（本発明の第２電源の一例）と電気的に接続されている。第２電源２７は、ノズルプレート５１に設けられた接続端子５１aに接続されており、制御装置７５（図４参照）により、ノズルプレート５１に電圧を印加するように制御される。尚、第２電源２７の電圧印加に係る制御については、後段にて詳細を説明する。
【００３３】
次に、静電霧化装置２０について図３を参照して説明する。静電霧化装置２０は、帯電した霧状の液滴をプリンタ１内に放出する装置で、図３に示すように、液滴を霧状化するための霧化電極２１（本発明の帯電部の一例）と、プリンタ１の本体電源の１つであり、霧化電極２１と電気的に接続される第１電源２２（本発明の第１電源の一例）と、霧化電極２１と連結される冷却部２３（本発明の冷却部の一例）とを備えている。
【００３４】
霧化電極２１は、球状の先端部２１aと、円錐台状の基端部２１ｂとを備え、基端部２１ｂは、第１電源２２に接続されている。冷却部２３は、ペルチェ素子を有する構成であり、第１電源２２とは別の冷却電源２４に接続されている。ペルチェ素子は、熱電素子の一種で、冷却電源２４により電圧が印加されると、素子の一部の温度が急激に低下する。基端部２１ｂは、冷却部２３のうちペルチェ素子の温度が低下する部分に直接接続されている。
【００３５】
また、静電霧化装置２０は、霧化電極２１に対向する対向電極２５を備えており、この対向電極２５は、第１電源２２に接続されている。ここで、対向電極２５は、第１電源２２のプラス、マイナスの出力端子（図示省略）のうちのマイナスの出力端子に接続され、霧化電極２１は、プラスの出力端子に接続されている。これにより、霧化電極２１は第１電源２２によりマイナスの電位が印加され、対向電極２５は第１電源２２によりプラスの電位が印加される。尚、対向電極２５は、筐体２６により支持されて配置されている。
【００３６】
次に、静電霧化装置２０の動作について説明する。まず、冷却部２３は、冷却電源２４から電圧が印加されると、ペルチェ素子が冷却するように作動する。ペルチェ素子の温度が低下すると、ペルチェ素子の温度が低下する部分に接続される霧化電極２１も温度が低下する。そして、冷却部２３に冷却電源２４から電圧が印加され続けると、ペルチェ素子は温度が下がり続け、霧化電極２１も温度が下がり続ける。そして、霧化電極２１が、周囲の空気の露点温度以下に温度が下がると、霧化電極２１の表面に結露により水滴Dが発生する。尚、露点温度とは、水蒸気を含む空気を冷却したときに凝結が始まる温度を指し、周囲の空気の温度と湿度に基づくものである。例えば、周囲の気温が２５℃、湿度が６０％の状況下では、露点温度は１６．７℃である。
【００３７】
そして、霧化電極２１の先端部２１aの表面に水滴Dが発生した状態で、第１電源２２が霧化電極２１に第１電圧（本発明の第１電圧の一例）を印加する。第１電源２２から霧化電極２１に、約＋６ｋVの第１電圧が印加されると、先端部２１aの表面の水滴は、微細粒子に分裂して霧状になりマイナスに帯電する。この水滴の分裂は、レイリー分裂と呼ばれる現象で、水滴がナノオーダーまで微細化される。水滴は微細化して分裂されると、表面エネルギーが変化する。このとき、水滴は表面エネルギーを失った分を補うように、霧化電極２１の電子を吸着してマイナスに帯電する。これにより、先端部２１aの表面には、マイナスに帯電した霧状の水滴が発生する。
【００３８】
同時に、対向電極２５は、第１電源２２によりマイナスの電圧が印加されている為、プラスに帯電する。先端部２１aの表面の帯電した水滴はプラスの電位を有しており、且つ、霧状である為、対向電極２５との間に発生するクーロン力により対向電極２５に引き寄せられる。このとき、水滴は対向電極２５に引き寄せられて対向電極２５に付着するが、水滴の中には対向電極２５との間の引力を振り切って、対向電極２５の上方へ放出されるものもある。これにより、帯電した水滴が、対向電極２５を経由し、破線の矢印Ｈで示すように飛翔してプリンタ１内に放出される。
【００３９】
ここで、プリンタ１の電気的な構成について図４を参照して説明する。プリンタ１は、制御装置７５を備えている。制御装置７５は、例えば、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プリンタ１の全体動作を制御する為の各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵで処理されるデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより、以下に説明するような種々の制御をソフトウェア的に行うものであってもよい。あるいは、演算回路を含む各種回路が組み合わされたハードウェアで実現するものであってもよい。
【００４０】
制御装置７５は、印刷制御部９０、第１制御部９１、及び、第２制御部９２を備えている。印刷制御部９０は、PC等の入力装置（図示省略）から制御装置７５に印刷データが入力されたときに、この入力された印刷データに基づいて、駆動モータ９５を制御してキャリッジ５を左右方向に往復移動させるとともに、ドライバＩＣ９３を制御してノズル３７からインクを吐出させる。
【００４１】
第１制御部９１は、静電霧化装置２０の第１電源２２と冷却電源２４を制御するものであり、PC等の入力装置（図示省略）、又は、制御装置７５から静電霧化装置２０を駆動させる指令信号が入力されると、上述のように、第１電源２２と冷却電源２４を駆動させる制御を行なう。尚、静電霧化装置２０を駆動させる指令信号は、ユーザが入力装置を操作することで出力されたり、制御装置７５に内蔵されるタイマーが検出した経過時間が所定時間以上の場合に制御装置７５により出力されたりする他、プリンタ１の電源がONされたときに制御装置７５から出力されるものである。
【００４２】
第２制御部９２は、プリンタ１に内蔵される第２電源２７を制御するものである。第２電源２７は、上述のようにノズルプレート５１に接続されており、第２制御部９２の制御により、ノズルプレート５１に約２ｋＨｚで−３ｋＶの電圧（本発明の第２電圧の一例）を印加する。ノズルプレート５１は、プラスの電圧が印加されると、電子がノズルプレート５１に加わって、プラスに帯電する。
【００４３】
また、第２制御部９２がノズルプレート５１に電圧を印加した際に、圧電アクチュエータ７０の共通電極７２と個別電極７４の間に２〜３ｋVの電位差が生じることがある。しかし、圧電アクチュエータ７０は、ノズル３７からインクを吐出するときに、＋２０〜３０ｋVの電圧を印加して圧電層７３を変形させている為、２〜３ｋVの電位差ではノズル３７からインクが吐出されるように圧電層７３が変形しない。従って、ノズルプレート５１が帯電されるときに、ノズル３７からインクが誤って吐出されることがない。
【００４４】
尚、本実施形態の静電霧化装置２０は、本発明の「液体帯電手段」の一例であり、第２制御部９２と第２電源２７は、本発明の「ヘッド帯電手段」の一例である。
【００４５】
以上の構成によれば、ユーザが入力装置を操作したり、プリンタ１に内蔵されるタイマーが検出した経過時間が所定時間以上の場合であったり、プリンタ１の電源がONされたりしたときに、制御装置７５は、第１制御部９１に、第１電源２２と冷却電源２４を駆動させる制御を実行させる。第１制御部９１が第１電源２２と冷却電源２４を駆動させてから所定時間が経過すると、霧化電極２１の先端部２１aの表面に水滴が発生し、この水滴が第１電源２２から印加される電圧によりレイリー分裂を起こす。レイリー分裂を起こした水滴はマイナスに帯電される。また、水滴が帯電されると同時に、制御装置７５は、第２制御部９２に、第２電源２７からノズルプレート５１に電圧を印加させる制御を実行させる。このとき、ノズルプレート５１は第２電源２７に対して負の電位を有する為、ノズルプレート５１の電子が第２電源２４側に移動し、ノズルプレート５１はプラスに帯電する。
【００４６】
その結果、霧化電極２１の先端部２１aの表面の水滴は、帯電されたノズルプレート５１と逆極性を有する為、帯電された水滴と、帯電されたノズルプレート５１との間にはクーロン力が発生する。このとき、帯電された水滴は霧状である為、上記のクーロン力によりノズルプレート５１に引き寄せられ易い。従って、霧化電極２１の表面の水滴は、プリンタ１内の様々な箇所に拡がるのが抑えられ、ノズルプレート５１へ向かって移動し易くなる為、水滴をノズルプレート５１へ効率よく供給することができる。これにより、ノズル３７が乾燥するのを抑えることができる。
【００４７】
また、制御装置７５は、第１制御部９１と第２制御部９２とを制御するのと同時に、図５に示すように、キャリッジ５を移動させてインクジェットヘッド４が静電霧化装置２０に対向するように位置付ける。これにより、霧化電極２１とノズルプレート５１が対向するように位置付けられる為、インクジェットヘッド４がプラテン１１に対向する領域に位置する場合に比べて、霧化電極２１とノズルプレート５１が近づく。その為、帯電された水滴は、ノズルプレート５１に近づき易く、ノズル３７へ水滴を供給し易い。
【００４８】
（変更形態）
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００４９】
（第１変更形態）
本実施形態の静電霧化装置２０は、霧化電極２１を冷却して、結露により先端部２１aの表面に水滴を得る構成であるが、霧化電極２１に液体を供給するように構成されていてもよい。図６に示すように、静電霧化装置１２０は、霧化電極１２１と、霧化電極１２１の下方に位置する液体貯留部１２３と、を備えている。この霧化電極１２１の基端部１２１bは、液体貯留部１２３に貯留される液体Wに浸されるように配置されている。また、霧化電極１２１は、多孔質のセラミックス等で形成されており、毛管現象により、液体貯留部１２３の液体を、基端部１２１ｂから吸い上げ、基端部１２１ｂから先端部１２１aに移動させる。
【００５０】
これにより、静電霧化装置１２０は、静電霧化装置２０のようなペルチェ素子や冷却電源２４が必要なく、簡単な構成にすることができる。また、霧化電極１２１に液体を供給するときに、液体を供給するための供給装置が必要ない。
【００５１】
尚、基端部１２１ｂは、本発明の「接続部」の一例であり、液体貯留部１２３と基端部１２１ｂとにより、「液体供給部」を構成する。
【００５２】
（第２変更形態）
本実施形態では、静電霧化装置２０は、図５に示すようにプラテン１１の左側に配置されていたが、これに限られない。例えば、図７に示すように、プラテン２１１は、ベース２１２と、ベース２１２に立設する、互いに間隔を空けて配置される複数のリブ２１３と、ベース２１２の内部に形成される空洞部２１４と、複数のリブ２１３の間に開口し、空洞部２１４と連通する開口部２１５とを備える。そして、静電霧化装置２２０は、開口部２１５と対向して空洞部２１４内に配置される。
【００５３】
この構成によれば、図７に示すように、キャリッジ５が複数のリブ２１３に対向する位置にインクジェットヘッド４０を位置付けると、ノズルプレート５１と静電霧化装置２２０とが対向する位置関係となる。その為、静電霧化装置２２０から帯電された霧状の液体が放出されると、この霧状の液体が、開口部２１５からリブ２１３を通って、ノズルプレート５１に供給される。従って、静電霧化装置２２０から放出された液体は、ノズル３７に供給されやすい。
【００５４】
尚、図７に示す空洞部２１４内には、静電霧化装置２２０が１個配置されているが、複数の開口部２１５のそれぞれに対応するように複数の静電霧化装置２２０を配置してもよい。また、空洞部２１４内に静電霧化装置２２０が１個配置されている場合において、空洞部２１４内に送風機を設けてもよい。これによれば、空洞部２１４内で送風機が風を発生させ、この風により、帯電された液体が空洞部２１４内に送られて、複数の開口部２１５から帯電された液体を放出することができる。
【００５５】
（第３変更形態）
また、本実施形態の静電霧化装置２０は、クーロン力を利用して、帯電された水滴をプリンタ１内に放出していたが、これに限らない。例えば、インクジェットヘッド４とは別の液体を吐出する吐出部と、このノズルに対向し且つノズルから吐出される液体が飛翔する領域に電界を発生させる第１電極と第２電極とを備えていてもよい。この構成によれば、ノズル３７からインクジェットヘッド４に向けて帯電された液体を吐出することができるので、液体がより確実にインクジェットヘッド４へ供給させることができる。
【００５６】
（第４変更形態）
本実施形態では、ノズルプレート５１がポリイミド等の樹脂により形成されていたが、樹脂よりも電気抵抗が低い金属、例えば、銅等で形成されていてもよい。これによれば、ノズルプレート５１は電気抵抗が低い為、第２電源２７により電流が流れ易く、大きな電圧を印加させ易い。
【００５７】
（第５変更形態）
また、本実施形態では、左右方向において移動して印刷用紙Ｐに印刷を行うシリアル型のインクジェットヘッドについて説明したが、印刷用紙Ｐの幅方向に渡って延在するライン型のインクジェットヘッドにも本発明を適用することができる。
【００５８】
（第６変更形態）
さらに、本実施形態では、印刷用紙Ｐにインクを吐出して印刷を行うプリンタであるが、配線パターンの材料となる導電材料の液体を基板上に吐出して配線基板の配線パターンを印刷する産業用プリンタにおいても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ プリンタ
４ インクジェットヘッド
１０ 搬送ローラ
２０ 静電霧化装置
２１ 霧化電極
２３ 冷却部
２２ 第１電源
２７ 第２電源
３７ ノズル
４０ インクジェットヘッド
５０ 流路ユニット
７０ 圧電アクチュエータ
７５ 制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置の一例として、ノズルから用紙等の被吐出媒体にインクを吐出して画像などの印刷を行うプリンタが知られている。一般的なプリンタは、インクを吐出するノズルが形成されたインクジェットヘッドを備えており、ノズルから被吐出媒体にインクを吐出して印刷を行う。
【０００３】
ところで、インクジェットヘッドのノズルは、例えば、印刷中にインクが吐出されない状態が続いた後でインクを吐出しようとすると、インクが吐出されないことがある。これは、インクが吐出されていない間に、ノズル内のインクが蒸発してインクの粘度が上昇したからである。そこで、ノズルからインクが蒸発するのを抑える為に、特許文献１のプリンタは、ノズル近傍に蒸気を供給する加湿装置を備え、ノズル近傍に蒸気を供給してノズルが乾燥しないように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０７８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１のプリンタは、蒸気がノズル近傍に供給されやすいように、加湿装置がインクジェットヘッドに搭載されている。インクジェットヘッドは、加湿装置を搭載した分、従来よりも大型化してしまう。そこで、インクジェットヘッドが大型化するのを避ける為に、加湿装置をインクジェットヘッドに搭載せず、プリンタの本体筐体内に配置することが考えられる。しかし、加湿装置がプリンタの本体筐体内に配置されると、インクジェットヘッドに加湿装置を搭載した場合に比べて、加湿装置とインクジェットヘッドとが離れてしまい、蒸気がインクジェットヘッドに流れる途中で、プリンタ本体の筐体内に拡がってしまう虞がある。その為、蒸気がインクジェットヘッドへ効率よく供給されず、結果として、ノズルの乾燥を防ぐことができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ノズルの乾燥を防ぐ為の液体を供給する部分が液体吐出ヘッドから離れて配置されていても、液体を液体吐出ヘッドへ効率よく供給することが可能な液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部に液体を供給する液体供給部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記帯電部に供給される前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、液体を帯電させる液体帯電手段と、液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段とを備え、液体帯電手段は、帯電部に液体が供給された状態で、帯電部に第１電圧を印加させることで、帯電部に供給された液体が電界の力によって霧状に変化する。液体は霧状の微粒子になると、液体の表面エネルギーが変化して、液体自身が帯電する。また、ヘッド帯電手段は、液滴帯電手段により帯電される液体と逆極性に液体吐出ヘッドを帯電させる。このように、帯電された液体と、帯電された液体吐出ヘッドとは極性が異なる為、両者の間にはクーロン力が発生する。このクーロン力により、液体帯電手段により帯電される液体は液体吐出ヘッドに引き寄せられる。このとき、帯電された液体は霧状である為、帯電された液体と液体吐出ヘッドとの間に発生するクーロン力により液体吐出ヘッドに引き寄せられ易い。従って、帯電された液体は、液体吐出装置内に拡がるのが抑えられ、さらに液体吐出ヘッドへ向かって移動し易くなる。その為、液体が液体吐出ヘッドへ効率よく供給され、ノズルの乾燥を効率よく防ぐことができる。
【０００９】
第２の発明の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部の前記表面に結露により液体を発生させるように前記帯電部を冷却可能な冷却部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記表面の前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、液体を帯電させる液体帯電手段と、液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段とを備え、液体帯電手段は、帯電部の表面に結露により液体が発生した状態で、帯電部に第１電圧を印加させることで、帯電部の表面に付着する液体が、電界の力により霧状に変化する。液体は霧状の微粒子になると、液体の表面エネルギーが変化して、液体自身が帯電する。また、ヘッド帯電手段は、液滴帯電手段により帯電される液体と逆極性に液体吐出ヘッドを帯電させる。このように、帯電された液体と、帯電された液体吐出ヘッドとは極性が異なる為、両者の間にはクーロン力が発生する。このクーロン力により、液体帯電手段により帯電される液体は液体吐出ヘッドに引き寄せられる。このとき、帯電された液体は霧状である為、帯電された液体と液体吐出ヘッドとの間に発生するクーロン力により液体吐出ヘッドに引き寄せられ易い。従って、帯電された液体は、液体吐出装置内に拡がるのが抑えられ、さらに液体吐出ヘッドへ向かって移動し易くなる。その為、液体が液体吐出ヘッドへ効率よく供給され、ノズルの乾燥を効率よく防ぐことができる。
【００１１】
第３の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記液体供給部は、前記液体を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部を前記帯電部に接続する接続部とを備え、前記接続部は、多孔質状であることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、接続部は多孔質状であり、毛管作用を発生する。その為、液体が接続部に入ると、毛管作用により液体が流動する。従って、液体貯留部から帯電部まで液体を供給するときに、液体を供給するための供給装置が必要ない。
【００１３】
第４の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第３のいずれかの発明において、前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルが形成された、金属製のノズルプレートを含んでおり、前記第２電源は、前記ノズルプレートに接続されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ノズルプレートは、第２電源により第２電圧が直接印加される為、帯電し易い。その為、液体帯電手段により帯電された液体は、ノズルプレートに引き寄せられる為、液体がノズルへ供給され易い。
【００１５】
第５の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第４のいずれかの発明において、前記帯電部は、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルに対向するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、帯電部がノズルに対向するように構成されている為、帯電部により帯電された液体が、ノズルに近づき易い。
【００１７】
第６の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第５のいずれかの発明において、前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルから液体を吐出するための吐出圧を付与する圧力付与手段を備え、前記圧力付与手段は、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに供給される電圧よりも大きい駆動電圧が印加されたときに駆動することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、液体吐出ヘッドを帯電させるときに、誤って液体吐出ヘッドが液体を吐出しないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、液体帯電手段が液体吐出ヘッドから離れていても、帯電された液体と液体吐出ヘッドとの間に発生するクーロン力により、液体が液体吐出ヘッドに引き寄せられる為、帯電された液体は、液体吐出装置内に拡がるのが抑えられ、さらに液体吐出ヘッドへ向かって移動し易くなる。その為、液体が液体吐出ヘッドへ効率よく供給され、ノズルの乾燥を効率よく防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】プリンタ１の概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッド４０の概略断面図である。
【図３】静電霧化装置２０の概略側面図である。
【図４】プリンタ１の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】インクジェットヘッド４０、静電霧化装置２０及びプラテン１１の概略側面図である。
【図６】第１変更形態の静電霧化装置１２０の概略側面図である。
【図７】第２変更形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体吐出装置の一例であって、用紙にインクを吐出して所望の画像や文字を印刷するプリンタに、本発明を適用したものである。
【００２２】
（プリンタの概略構成）
図１は、本実施形態に係るプリンタ１の概略構成を示す上面図である。なお、本明細書、図面における左右方向、及び、前後方向は、図１の矢印で示す左右方向、前後方向である。また、本明細書、図面における上下方向は、図１の左右方向及び前後方向に直交する方向である。
【００２３】
図１に示すように、プリンタ１（本発明の液体吐出装置の一例）は、本体フレーム２と、本体フレーム２に取り付けられた、左右方向に延在するガイド軸３と、このガイド軸３に取り付けられたキャリッジ５と、キャリッジ５に担持されたインクジェットヘッド４０（本発明の液体吐出ヘッドの一例）とを備える。
【００２４】
本体フレーム２は、駆動モータ９５（図４参照）が設置されており、この駆動モータ９５の駆動軸には、駆動プーリ（図示省略）が取り付けられている。また、本体フレーム２には、従動プーリも設けられており、駆動プーリと従動プーリは無端ベルト（図示省略）を張架している。この無端ベルトは、キャリッジ５に連結されており、駆動モータ９５の駆動により、駆動プーリと従動プーリの回転に追従して駆動走行する。これにより、キャリッジ５が左右方向に移動させられる。
【００２５】
また、本体フレーム２には、用紙Pを前後方向に搬送する搬送ローラ１０と、インクジェットヘッド４０のノズル３７（図２参照）が形成される下面と対向するプラテン１１とが配置されている。搬送ローラ１０は、給紙ローラ（図示省略）とともに前後方向においてインクジェットヘッド４０を挟んで配置されている。プラテン１１は、搬送される用紙Pの左右方向の幅よりも大きく、前後方向に並ぶ搬送ローラ１０と給紙ローラ（図示省略）の間に配置されている。
【００２６】
さらに、本体フレーム２には、キャップ７、ワイパ９、及び、ノズル３７の乾燥を防ぐための静電霧化装置２０が設置されている。キャップ７は、インクジェットヘッド４０の下面と接離可能に構成されており、図示しない吸引ポンプと連通している。キャップ７がインクジェットヘッドの下面と接触して、下面との間に空間を画成した状態で、吸引ポンプが空間を減圧することで、ノズル３７からインクが排出される（パージ動作）。このパージ動作は、ユーザが、プリンタ１のインターフェースやＰＣから指示したときや、制御装置７５（図４参照）に内蔵されるタイマーにより計測される経過時間が所定時間を超えたときに、実行されるものである。
【００２７】
次に、インクジェットヘッド４０について図２を参照して説明する。インクジェットヘッド４０は、ノズル３７が形成された流路ユニット５０と、圧電アクチュエータ７０（本発明の圧力付与手段の一例）とにより構成されている。流路ユニット５０は、ノズル３７が形成されたノズルプレート５１と、このノズルプレート５１に積層されるマニホールドプレート５２、ベースプレート５３、及び、キャビティプレート５４の４枚のプレートにより構成される。これら４枚のプレートのうち、マニホールドプレート５２、ベースプレート５３、及び、キャビティプレート５４は、ステンレス鋼等の金属材料で形成されており、ノズルプレート５１は、絶縁材料（例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料）で形成されている。
【００２８】
マニホールドプレート５２は、図示しないインクカートリッジからインクジェットヘッド４に供給されるインクを貯留するマニホールド５５と、ノズル３７に連通する連通孔５６が形成されている。ベースプレート５３は、マニホールドプレート５２に積層されたときに、マニホールド５５と重なる連通孔５７と、連通孔５６に重なる連通孔５８とが形成されている。キャビティプレート５４は、ベースプレート５３に積層されたときに、連通孔５７、５８に重なる圧力室５９が形成されている。そして、ノズルプレート５１、マニホールドプレート５２、ベースプレート５３、及び、キャビティプレート５４が積層させて接合されると、マニホールド５５から圧力室５９を経由してノズル３７に繋がるインク流路６０が形成される。
【００２９】
圧電アクチュエータ７０は、流路ユニット５０の圧力室５９を覆うようにキャビティプレート５４に接合される振動板７１と、この振動板７１に積層される共通電極７２と、共通電極７２に積層される圧電層７３と、圧電層７３に積層される個別電極７４と、を備えている。共通電極７２は、平面視で、キャビティプレート５４に形成される圧力室５９よりも大きく、キャビティプレート５４に圧力室５９が複数形成されている場合には、共通電極７２は、平面視で、複数の圧力室５９の全てと重なる大きさを有している。それに対し、個別電極７４は複数形成されており、これら複数の個別電極７４は、平面視で複数の圧力室５９にそれぞれ重なって配置されている。圧電層７３は、平面視で複数の圧力室５９の全てと重なる大きさを有し、共通電極７２と個別電極７４とに挟まれている。圧電層７３は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料により形成されており、共通電極７２と個別電極７４とが積層する上下方向に分極されている。
【００３０】
共通電極７２と個別電極７４とは、図示しない接続端子をそれぞれ有しており、これらの接続端子には、配線基板（図示省略）が接続されている。そして、共通電極７２は、配線基板を経由してグランド電位に接続されており、個別電極７４は、配線基板を経由して電源に接続されている。
【００３１】
ここで、インクジェットヘッド４０のインクの吐出について説明する。インクジェットヘッド４０は、配線基板（図示省略）に実装されるドライバIC９３（図４参照）により、インクを吐出させるノズル３７に対応する個別電極７４に対して、プリンタ１の本体電源から電圧を選択的に印加されるように制御されて、ノズル３７からインクを吐出する。このドライバIC９３は、制御装置７５（図４参照）の機能の１つである印刷制御部９０（図４参照）からの信号により、上記の制御が実行される。そして、ノズル３７からインクを吐出する際には、PC等の入力装置から制御装置７５に印刷データが入力され、この印刷データに基づいて、ヘッド制御部９０がドライバIC９３に信号を供給し、ドライバIC９３により個別電極７４に電圧を印加させる制御を実行させる。このとき、個別電極７４は、所定の電位を有し、共通電極７２との間に電位差が生じる。圧電層７３は、共通電極７２と個別電極７４との間に電位差が生じると、上下方向に伸び、左右方向に収縮するように変形する。この圧電層７３の変形に伴って、振動板７１が上下方向に凸変形する。この振動板７１の変形により、圧力室５９の体積が変化し、圧力室５９内のインクに圧力が付与されて、ノズル３７からインクが吐出される。
【００３２】
また、インクジェットヘッド４０は、プリンタ１の本体電源の１つである第２電源２７（本発明の第２電源の一例）と電気的に接続されている。第２電源２７は、ノズルプレート５１に設けられた接続端子５１aに接続されており、制御装置７５（図４参照）により、ノズルプレート５１に電圧を印加するように制御される。尚、第２電源２７の電圧印加に係る制御については、後段にて詳細を説明する。
【００３３】
次に、静電霧化装置２０について図３を参照して説明する。静電霧化装置２０は、帯電した霧状の液滴をプリンタ１内に放出する装置で、図３に示すように、液滴を霧状化するための霧化電極２１（本発明の帯電部の一例）と、プリンタ１の本体電源の１つであり、霧化電極２１と電気的に接続される第１電源２２（本発明の第１電源の一例）と、霧化電極２１と連結される冷却部２３（本発明の冷却部の一例）とを備えている。
【００３４】
霧化電極２１は、球状の先端部２１aと、円錐台状の基端部２１ｂとを備え、基端部２１ｂは、第１電源２２に接続されている。冷却部２３は、ペルチェ素子を有する構成であり、第１電源２２とは別の冷却電源２４に接続されている。ペルチェ素子は、熱電素子の一種で、冷却電源２４により電圧が印加されると、素子の一部の温度が急激に低下する。基端部２１ｂは、冷却部２３のうちペルチェ素子の温度が低下する部分に直接接続されている。
【００３５】
また、静電霧化装置２０は、霧化電極２１に対向する対向電極２５を備えており、この対向電極２５は、第１電源２２に接続されている。ここで、対向電極２５は、第１電源２２のプラス、マイナスの出力端子（図示省略）のうちのマイナスの出力端子に接続され、霧化電極２１は、プラスの出力端子に接続されている。これにより、霧化電極２１は第１電源２２によりマイナスの電位が印加され、対向電極２５は第１電源２２によりプラスの電位が印加される。尚、対向電極２５は、筐体２６により支持されて配置されている。
【００３６】
次に、静電霧化装置２０の動作について説明する。まず、冷却部２３は、冷却電源２４から電圧が印加されると、ペルチェ素子が冷却するように作動する。ペルチェ素子の温度が低下すると、ペルチェ素子の温度が低下する部分に接続される霧化電極２１も温度が低下する。そして、冷却部２３に冷却電源２４から電圧が印加され続けると、ペルチェ素子は温度が下がり続け、霧化電極２１も温度が下がり続ける。そして、霧化電極２１が、周囲の空気の露点温度以下に温度が下がると、霧化電極２１の表面に結露により水滴Dが発生する。尚、露点温度とは、水蒸気を含む空気を冷却したときに凝結が始まる温度を指し、周囲の空気の温度と湿度に基づくものである。例えば、周囲の気温が２５℃、湿度が６０％の状況下では、露点温度は１６．７℃である。
【００３７】
そして、霧化電極２１の先端部２１aの表面に水滴Dが発生した状態で、第１電源２２が霧化電極２１に第１電圧（本発明の第１電圧の一例）を印加する。第１電源２２から霧化電極２１に、約＋６ｋVの第１電圧が印加されると、先端部２１aの表面の水滴は、微細粒子に分裂して霧状になりマイナスに帯電する。この水滴の分裂は、レイリー分裂と呼ばれる現象で、水滴がナノオーダーまで微細化される。水滴は微細化して分裂されると、表面エネルギーが変化する。このとき、水滴は表面エネルギーを失った分を補うように、霧化電極２１の電子を吸着してマイナスに帯電する。これにより、先端部２１aの表面には、マイナスに帯電した霧状の水滴が発生する。
【００３８】
同時に、対向電極２５は、第１電源２２によりマイナスの電圧が印加されている為、プラスに帯電する。先端部２１aの表面の帯電した水滴はプラスの電位を有しており、且つ、霧状である為、対向電極２５との間に発生するクーロン力により対向電極２５に引き寄せられる。このとき、水滴は対向電極２５に引き寄せられて対向電極２５に付着するが、水滴の中には対向電極２５との間の引力を振り切って、対向電極２５の上方へ放出されるものもある。これにより、帯電した水滴が、対向電極２５を経由し、破線の矢印Ｈで示すように飛翔してプリンタ１内に放出される。
【００３９】
ここで、プリンタ１の電気的な構成について図４を参照して説明する。プリンタ１は、制御装置７５を備えている。制御装置７５は、例えば、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プリンタ１の全体動作を制御する為の各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵで処理されるデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより、以下に説明するような種々の制御をソフトウェア的に行うものであってもよい。あるいは、演算回路を含む各種回路が組み合わされたハードウェアで実現するものであってもよい。
【００４０】
制御装置７５は、印刷制御部９０、第１制御部９１、及び、第２制御部９２を備えている。印刷制御部９０は、PC等の入力装置（図示省略）から制御装置７５に印刷データが入力されたときに、この入力された印刷データに基づいて、駆動モータ９５を制御してキャリッジ５を左右方向に往復移動させるとともに、ドライバＩＣ９３を制御してノズル３７からインクを吐出させる。
【００４１】
第１制御部９１は、静電霧化装置２０の第１電源２２と冷却電源２４を制御するものであり、PC等の入力装置（図示省略）、又は、制御装置７５から静電霧化装置２０を駆動させる指令信号が入力されると、上述のように、第１電源２２と冷却電源２４を駆動させる制御を行なう。尚、静電霧化装置２０を駆動させる指令信号は、ユーザが入力装置を操作することで出力されたり、制御装置７５に内蔵されるタイマーが検出した経過時間が所定時間以上の場合に制御装置７５により出力されたりする他、プリンタ１の電源がONされたときに制御装置７５から出力されるものである。
【００４２】
第２制御部９２は、プリンタ１に内蔵される第２電源２７を制御するものである。第２電源２７は、上述のようにノズルプレート５１に接続されており、第２制御部９２の制御により、ノズルプレート５１に約２ｋＨｚで−３ｋＶの電圧（本発明の第２電圧の一例）を印加する。ノズルプレート５１は、プラスの電圧が印加されると、電子がノズルプレート５１に加わって、プラスに帯電する。
【００４３】
また、第２制御部９２がノズルプレート５１に電圧を印加した際に、圧電アクチュエータ７０の共通電極７２と個別電極７４の間に２〜３ｋVの電位差が生じることがある。しかし、圧電アクチュエータ７０は、ノズル３７からインクを吐出するときに、＋２０〜３０ｋVの電圧を印加して圧電層７３を変形させている為、２〜３ｋVの電位差ではノズル３７からインクが吐出されるように圧電層７３が変形しない。従って、ノズルプレート５１が帯電されるときに、ノズル３７からインクが誤って吐出されることがない。
【００４４】
尚、本実施形態の静電霧化装置２０は、本発明の「液体帯電手段」の一例であり、第２制御部９２と第２電源２７は、本発明の「ヘッド帯電手段」の一例である。
【００４５】
以上の構成によれば、ユーザが入力装置を操作したり、プリンタ１に内蔵されるタイマーが検出した経過時間が所定時間以上の場合であったり、プリンタ１の電源がONされたりしたときに、制御装置７５は、第１制御部９１に、第１電源２２と冷却電源２４を駆動させる制御を実行させる。第１制御部９１が第１電源２２と冷却電源２４を駆動させてから所定時間が経過すると、霧化電極２１の先端部２１aの表面に水滴が発生し、この水滴が第１電源２２から印加される電圧によりレイリー分裂を起こす。レイリー分裂を起こした水滴はマイナスに帯電される。また、水滴が帯電されると同時に、制御装置７５は、第２制御部９２に、第２電源２７からノズルプレート５１に電圧を印加させる制御を実行させる。このとき、ノズルプレート５１は第２電源２７に対して負の電位を有する為、ノズルプレート５１の電子が第２電源２４側に移動し、ノズルプレート５１はプラスに帯電する。
【００４６】
その結果、霧化電極２１の先端部２１aの表面の水滴は、帯電されたノズルプレート５１と逆極性を有する為、帯電された水滴と、帯電されたノズルプレート５１との間にはクーロン力が発生する。このとき、帯電された水滴は霧状である為、上記のクーロン力によりノズルプレート５１に引き寄せられ易い。従って、霧化電極２１の表面の水滴は、プリンタ１内の様々な箇所に拡がるのが抑えられ、ノズルプレート５１へ向かって移動し易くなる為、水滴をノズルプレート５１へ効率よく供給することができる。これにより、ノズル３７が乾燥するのを抑えることができる。
【００４７】
また、制御装置７５は、第１制御部９１と第２制御部９２とを制御するのと同時に、図５に示すように、キャリッジ５を移動させてインクジェットヘッド４が静電霧化装置２０に対向するように位置付ける。これにより、霧化電極２１とノズルプレート５１が対向するように位置付けられる為、インクジェットヘッド４がプラテン１１に対向する領域に位置する場合に比べて、霧化電極２１とノズルプレート５１が近づく。その為、帯電された水滴は、ノズルプレート５１に近づき易く、ノズル３７へ水滴を供給し易い。
【００４８】
（変更形態）
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００４９】
（第１変更形態）
本実施形態の静電霧化装置２０は、霧化電極２１を冷却して、結露により先端部２１aの表面に水滴を得る構成であるが、霧化電極２１に液体を供給するように構成されていてもよい。図６に示すように、静電霧化装置１２０は、霧化電極１２１と、霧化電極１２１の下方に位置する液体貯留部１２３と、を備えている。この霧化電極１２１の基端部１２１bは、液体貯留部１２３に貯留される液体Wに浸されるように配置されている。また、霧化電極１２１は、多孔質のセラミックス等で形成されており、毛管現象により、液体貯留部１２３の液体を、基端部１２１ｂから吸い上げ、基端部１２１ｂから先端部１２１aに移動させる。
【００５０】
これにより、静電霧化装置１２０は、静電霧化装置２０のようなペルチェ素子や冷却電源２４が必要なく、簡単な構成にすることができる。また、霧化電極１２１に液体を供給するときに、液体を供給するための供給装置が必要ない。
【００５１】
尚、基端部１２１ｂは、本発明の「接続部」の一例であり、液体貯留部１２３と基端部１２１ｂとにより、「液体供給部」を構成する。
【００５２】
（第２変更形態）
本実施形態では、静電霧化装置２０は、図５に示すようにプラテン１１の左側に配置されていたが、これに限られない。例えば、図７に示すように、プラテン２１１は、ベース２１２と、ベース２１２に立設する、互いに間隔を空けて配置される複数のリブ２１３と、ベース２１２の内部に形成される空洞部２１４と、複数のリブ２１３の間に開口し、空洞部２１４と連通する開口部２１５とを備える。そして、静電霧化装置２２０は、開口部２１５と対向して空洞部２１４内に配置される。
【００５３】
この構成によれば、図７に示すように、キャリッジ５が複数のリブ２１３に対向する位置にインクジェットヘッド４０を位置付けると、ノズルプレート５１と静電霧化装置２２０とが対向する位置関係となる。その為、静電霧化装置２２０から帯電された霧状の液体が放出されると、この霧状の液体が、開口部２１５からリブ２１３を通って、ノズルプレート５１に供給される。従って、静電霧化装置２２０から放出された液体は、ノズル３７に供給されやすい。
【００５４】
尚、図７に示す空洞部２１４内には、静電霧化装置２２０が１個配置されているが、複数の開口部２１５のそれぞれに対応するように複数の静電霧化装置２２０を配置してもよい。また、空洞部２１４内に静電霧化装置２２０が１個配置されている場合において、空洞部２１４内に送風機を設けてもよい。これによれば、空洞部２１４内で送風機が風を発生させ、この風により、帯電された液体が空洞部２１４内に送られて、複数の開口部２１５から帯電された液体を放出することができる。
【００５５】
（第３変更形態）
また、本実施形態の静電霧化装置２０は、クーロン力を利用して、帯電された水滴をプリンタ１内に放出していたが、これに限らない。例えば、インクジェットヘッド４とは別の液体を吐出する吐出部と、このノズルに対向し且つノズルから吐出される液体が飛翔する領域に電界を発生させる第１電極と第２電極とを備えていてもよい。この構成によれば、ノズル３７からインクジェットヘッド４に向けて帯電された液体を吐出することができるので、液体がより確実にインクジェットヘッド４へ供給させることができる。
【００５６】
（第４変更形態）
本実施形態では、ノズルプレート５１がポリイミド等の樹脂により形成されていたが、樹脂よりも電気抵抗が低い金属、例えば、銅等で形成されていてもよい。これによれば、ノズルプレート５１は電気抵抗が低い為、第２電源２７により電流が流れ易く、大きな電圧を印加させ易い。
【００５７】
（第５変更形態）
また、本実施形態では、左右方向において移動して印刷用紙Ｐに印刷を行うシリアル型のインクジェットヘッドについて説明したが、印刷用紙Ｐの幅方向に渡って延在するライン型のインクジェットヘッドにも本発明を適用することができる。
【００５８】
（第６変更形態）
さらに、本実施形態では、印刷用紙Ｐにインクを吐出して印刷を行うプリンタであるが、配線パターンの材料となる導電材料の液体を基板上に吐出して配線基板の配線パターンを印刷する産業用プリンタにおいても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ プリンタ
４ インクジェットヘッド
１０ 搬送ローラ
２０ 静電霧化装置
２１ 霧化電極
２３ 冷却部
２２ 第１電源
２７ 第２電源
３７ ノズル
４０ インクジェットヘッド
５０ 流路ユニット
７０ 圧電アクチュエータ
７５ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、
第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部に液体を供給する液体供給部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記帯電部に供給される前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、
前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備える液体吐出装置。
【請求項２】
液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、
第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部の前記表面に結露により液体を発生させるように前記帯電部を冷却可能な冷却部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記表面の前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、
前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備える液体吐出装置。
【請求項３】
前記液体供給部は、
前記液体を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部を前記帯電部に接続する接続部とを備え、
前記接続部は、多孔質状であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルが形成された、金属製のノズルプレートを含んでおり、
前記第２電源は、前記ノズルプレートに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記帯電部は、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルに対向するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルから液体を吐出するための吐出圧を付与する圧力付与手段を備え、
前記圧力付与手段は、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに供給される電圧よりも大きい駆動電圧が印加されたときに駆動することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項１】
液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、
第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部に液体を供給する液体供給部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記帯電部に供給される前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、
前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備える液体吐出装置。
【請求項２】
液体を吐出するノズルを有する液体吐出ヘッドと、
第１電源と、前記第１電源に電気的に接続される帯電部と、前記帯電部の前記表面に結露により液体を発生させるように前記帯電部を冷却可能な冷却部とを備え、前記第１電源により前記帯電部に第１電圧を印加して電界を発生させ、前記表面の前記液体を前記電界によって霧状化させて帯電させる液体帯電手段と、
前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される第２電源を有し、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに第２電圧を印加させることで、前記液滴帯電手段により帯電された前記液体と逆極性に前記液体吐出ヘッドを帯電させるヘッド帯電手段と、を備える液体吐出装置。
【請求項３】
前記液体供給部は、
前記液体を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部を前記帯電部に接続する接続部とを備え、
前記接続部は、多孔質状であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルが形成された、金属製のノズルプレートを含んでおり、
前記第２電源は、前記ノズルプレートに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記帯電部は、前記液体吐出ヘッドの前記ノズルに対向するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルから液体を吐出するための吐出圧を付与する圧力付与手段を備え、
前記圧力付与手段は、前記第２電源により前記液体吐出ヘッドに供給される電圧よりも大きい駆動電圧が印加されたときに駆動することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１２８６１（Ｐ２０１１−２１２８６１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０７７５（Ｐ２０１０−８０７７５）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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