液体噴射装置、および、その制御方法
【課題】ノズルから噴射された液滴が装置内に付着することをより確実に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】液体を噴射するノズル３０が形成されたノズル形成面、および、圧力室２８内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段２０を有し、当該圧力発生手段２０の駆動により前記ノズル３０から着弾対象６に向けて液体を噴射させる液体噴射ヘッド２と、噴射動作を行う際の前記液体噴射ヘッド２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６を支持する支持手段５と、前記支持手段５から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段５８と、を備え、前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする液体噴射装置。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【解決手段】液体を噴射するノズル３０が形成されたノズル形成面、および、圧力室２８内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段２０を有し、当該圧力発生手段２０の駆動により前記ノズル３０から着弾対象６に向けて液体を噴射させる液体噴射ヘッド２と、噴射動作を行う際の前記液体噴射ヘッド２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６を支持する支持手段５と、前記支持手段５から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段５８と、を備え、前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする液体噴射装置。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。このメイン液滴および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。特に、記録媒体の縁部に余白を残すことなく記録媒体の表面の全体に対して印刷（所謂縁無し印刷）を行う場合は、記録媒体から外れた領域にインクが噴射され易く、記録媒体に着弾しなかったメイン液滴がミスト化し易い。このことより、ミスト化したメイン液滴およびサテライト液滴（ミスト）が、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。
【０００４】
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プラテンに設けられた吸収部材との間に電界を形成することで、液滴を吸収部材に積極的に引き付けてミストの発生を抑制しようとする試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。特に、プリンター内の構成部品（例えば、駆動ベルト、リニアスケールなど）は、一般的には、帯電列において負極性（マイナス）に帯電し易い素材（例えば、ＰＵ（ポリウレタン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタラート)等）が用いられるため、空気や他の構成部品との摩擦によりマイナスに帯電し易い。このため、これらの構成部品にミストが付着するのを防ぐため、ノズルから噴射される液滴がマイナスに帯電されるように電界が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５４８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、ノズルから噴射された液滴は、記録媒体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傾向にある。即ち、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ため、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。これにより、ノズルから噴射された直後はマイナスに帯電していた液滴が、記録媒体に向けて飛翔している間にマイナスの帯電が弱まり、場合によってはプラスに帯電することがあった。プラスに帯電した液滴は、プラテンの吸収部材や記録媒体に着弾せずにミスト化し、マイナスに帯電したプリンター内の構成部品に付着するおそれがあった。
【０００７】
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。
【０００８】
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た液滴が装置内に付着することをより確実に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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、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、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、前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、を備え、前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【００１０】
本発明によれば、ノズルから噴射された液滴がプラスに帯電することを確実に防止できる。これにより、一般的にマイナスに帯電し易い液体噴射装置内の構成部品（例えば、駆動モーター、駆動ベルト、リニアスケールなど）への液滴の付着をより確実に防止できる。その結果、ミストの付着による故障が抑制され、液体噴射装置の耐久性および信頼性が向上する。
【００１１】
また、上記構成において、前記電界形成手段は、前記支持手段に正極性の電圧を印加することにより電界を形成することが望ましい。
【００１２】
この構成によれば、マイナスに帯電した液滴を着弾対象或いは支持手段に確実に着弾させることができ、液滴のミスト化をより確実に防ぐことができる。これにより、液体噴射装置内の構成部品への液滴の付着を一層確実に防止できる。
【００１３】
そして、本発明の液体噴射装置の制御方法は、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、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、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、前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プリンターの構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの要部断面図である。
【図３】圧電振動子の構成を説明する断面図である。
【図４】記録ヘッドの電気的構成を説明するブロック図である。
【図５】ノズル形成面とプラテンとの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。
【図６】ノズル形成面とプラテンとの間に形成した電界とインク滴の帯電量との関係を表すグラフである。
【図７】インク滴の帯電量が０（Ｃ）になる場合の液滴の導電率とノズル形成面とプラテンとの間に形成した電界との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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の下方に配設されたプラテン５（本発明における支持手段に相当）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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
プラテン５は、記録動作を行う際の記録ヘッド２のノズル形成面に対して間隔を空けて配置された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から成る。そして、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。本実施形態では、プラテン５本体の全体に導電性材料を含ませて形成している。そして、プラテン５には、後述する電圧生成部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。
【００２０】
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１６と、このケース１６内に収納される振動子ユニット１７と、ケース１６の底面（先端面）に接合される流路ユニット１８と、カバー部材４５等を備えている。上記のケース１６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１７を収納するための収納空部１９が形成されている。振動子ユニット１７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。
【００２１】
図３は、振動子ユニット１７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２０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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
流路ユニット１８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１８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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
カバー部材４５は、流路ユニット１８の側面やヘッドケース１６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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
プリンターコントローラー５１は、プリンター１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、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へ送信される印刷データや印刷命令を受信したり、外部装置５０にプリンター１の状態情報を送信したりする等、プリンター１とのデータの送受信を行う。ＣＰＵ５５は、プリンター１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。
【００３４】
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の印加制御等を行う。
【００３５】
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。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に電圧を印加すると、プラテン５とノズルプレート２４との間に当該プラテン５およびノズルプレート２４間の距離に応じた電界が形成される。本実施形態においては、プラテン５に正極性（プラス）の電圧を印加することにより、プラテン５（記録紙６）から記録動作時における記録ヘッド２のノズル形成面に向かう電界を形成している。そして、ノズル３０から噴射するインクの導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすように設定されている。なお、これについては、後で詳述する。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【００３６】
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、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。
【００３７】
圧電振動子２０は、噴射駆動パルスＤＰが印加されると、自由端部２０ａを振動子長手方向に伸縮させる。これにより、圧力室２８の容積を変動させ、圧力室２８内の圧力を変化させる。この圧力変動を利用することで、ノズル３０から数ｐｌ〜数十ｐｌのインク滴を噴射する。
【００３８】
本発明に係るプリンター１では、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界を形成しているため、ノズル３０から噴射された直後のインク滴はマイナスに帯電する。詳しく説明すると、図５（ａ）に示すように、ノズル３０から噴射されたインクは、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の中を記録紙６（プラテン５）に向けて伸びる。このため、ノズル３０から伸びたインクは、静電誘導によりマイナスの電荷が誘導される。一方で、噴射されずにノズル３０内に留まっているインクは、プラスの電荷が誘導される。或いは、接地されたノズルプレートへプラスの電荷を逃がす。そして、図５（ｂ）に示すように、ノズル３０から噴射されたインクが、例えばメイン液滴Ｍｄと、サテライト液滴Ｓｄとに分離した場合、これらのインク滴はマイナスに帯電する。インク滴は、噴射時の慣性力とプラテン５からの静電気力が作用するため、これらの合力により記録紙６に引き寄せられて着弾する。
【００３９】
ところが、これらのインク滴は、記録紙６に向けて飛翔している間に、レナード効果によりプラスの帯電が強まる。例えば、インク滴のマイナスの帯電量が小さい場合、これらは飛翔している間にプラスに帯電するおそれがあり、プラテン５に反発して、記録紙６に着弾する前に失速して浮遊（ミスト化）するおそれがあった。そして、ミスト化したインク滴は、マイナスに帯電した部材に引き寄せられ、これに付着するおそれがあった。特に、プリンター内の構成部品（例えば、駆動ベルト、リニアスケールなど）は、一般的には、帯電列においてマイナスに帯電し易い素材（例えば、ＰＵ（ポリウレタン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタラート)等）が用いられるため、空気や他の構成部品との摩擦によりマイナスに帯電し易く、インク滴が付着し易い。
【００４０】
このような不具合を無くすため、レナード効果によるインク滴の帯電量に比べて、静電誘導によるノズル３０から噴射された直後のインク滴の帯電量を同等以上にし、インク滴がプラスに帯電しないようにする必要がある。ここで、静電誘導による帯電量は、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さ、およびインクの導電率により決まる。一方、レナード効果によるインク滴の帯電量は、インクの導電率により決まる。
【００４１】
図６に、ノズル形成面とプラテン５との間の電界と、着弾対象（記録紙６）に着弾したときのインク滴の帯電量との関係を示す。グラフの横軸は電界の強さ（Ｖ／ｍｍ）を表し、縦軸はインク滴の帯電量（Ｃ）を表している。なお、便宜上、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さは、プラテン５からノズル形成面に向かう方向を正（プラス）とする。また、グラフの○はインク（インク滴）の導電率が１（μＳ／ｃｍ）の場合、△はインクの導電率が２（ｍＳ／ｃｍ）の場合、□はインクの導電率が２０（ｍＳ／ｃｍ）の場合、×はインクの導電率が５５（ｍＳ／ｃｍ）の場合をそれぞれ表し、同じ導電率を表す点をそれぞれ線で繋いでいる。このグラフに示すように、電界が０のとき、各導電率におけるインク滴の帯電量は、それぞれプラスになることが分かる。これは、レナード効果によるものである。また、電界がプラス側に強くなるほど、インク滴の帯電量がマイナスに近づく傾向があることが分かる。これは、静電誘導によるものである。そして、同じ導電率を表す点を繋いだ線と帯電量が０（Ｃ）の横軸との交点の値を、図７に表している。
【００４２】
すなわち、図７に示す点は、ノズル３０から噴射するそれぞれのインク滴の導電率において、着弾時のインク滴の帯電量が０（Ｃ）になる場合のノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さを示している。グラフの横軸はインク滴の導電率（ｍＳ／ｃｍ）を表し、縦軸は電界の強さ（Ｖ／ｍｍ）を表している。なお、図６と同様に、便宜上、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さは、プラテン５からノズル形成面に向かう方向を正（プラス）とする。そして、グラフに示す曲線は、それぞれの値がほぼあてはまる近似曲線を示している。すなわち、この近似曲線は、インク滴の帯電量が０（Ｃ）になる曲線を表している。そして、この近似曲線は、横軸をｘ、縦軸をｙとすると、以下の式（２）によって表すことができる。
ｙ＝−１６×ｌｎ（ｘ）＋６２ …（２）
【００４３】
ここで、着弾時におけるインク滴の帯電量がプラスにならないようにするためには、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さを、上記式（２）で求まるｙの値以上（図７に示す近似曲線以上の領域）にすれば良い。すなわち、前記した式（１）を満たせば良い。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
例えば、ノズル３０から噴射するインクの導電率が１０（ｍＳ／ｃｍ）の場合、着弾時におけるインク滴の帯電量をマイナスにするためには、プラテン５（記録紙６）からノズル形成面に向かう電界の強さを約２５．２（Ｖ／ｍｍ）以上にする必要がある。一般的なプリンター１は、記録紙６とノズル形成面との距離が約１．５〜１．７（ｍｍ）程度であるため、プラテン５に印加する電圧を約４３（Ｖ）以上にすれば、インク滴がプラスに帯電することを確実に防止できる。
【００４４】
そして、本発明に係るプリンター１では、ノズル３０から噴射するインクの導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が上記した式（１）を満たすように設定されているため、ノズル３０から噴射されたインク滴がプラスに帯電することを確実に防止できる。これにより、一般的にマイナスに帯電し易いプリンター１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）へのインク滴の付着をより確実に防止できる。その結果、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。また、プラテン５にプラスの電圧を印加することにより電界を形成したので、マイナスに帯電したインク滴を記録紙６或いはプラテン５に確実に着弾させることができ、液滴のミスト化をより確実に防ぐことができる。これにより、プリンター１内の構成部品へのインク滴の付着を一層確実に防止できる。例えば、数ｐｌ（数ｎｇ）の微小なインク滴を噴射する場合や、記録紙６の記録面に対して余白無く画像等の記録を実行する記録方法（所謂縁無し印刷）を行う場合においても、ノズル３０から噴射されたインク滴（主にメイン液滴）が、プラテン５または記録紙６に対してより確実に着弾する。具体的には、プラテン５に電圧を印加して当該プラテン５と記録ヘッド２のノズル形成面との間に電界が形成された状態でノズル３０からインクを噴射することで、噴射されたインク滴に対して静電誘導を生じさせ、当該インク滴を静電気力により記録紙６に誘引してより確実に着弾させる。また、記録紙６から大きく外れた位置で噴射されたこと等により、記録紙６に着弾しない場合には、プラテン５に誘引してより確実に着弾させる。これにより、インク滴のミスト化をより確実に防ぐことができる。
【００４５】
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。
【００４６】
上記実施形態では、プラテン５にプラスの電圧を印加し、ノズルプレートを接地することで、ノズル３０から噴射されるインクがマイナスに帯電する場合の構成を例示したが、これには限られない。例えば、プラテン５を接地し、ノズルプレートに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することもできる。この場合も、ノズル３０から噴射するインクの導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が上記した式（１）を満たすようにノズルプレートに電圧を印加する。
【００４７】
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、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。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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，５８…電圧生成部
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。このメイン液滴および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。特に、記録媒体の縁部に余白を残すことなく記録媒体の表面の全体に対して印刷（所謂縁無し印刷）を行う場合は、記録媒体から外れた領域にインクが噴射され易く、記録媒体に着弾しなかったメイン液滴がミスト化し易い。このことより、ミスト化したメイン液滴およびサテライト液滴（ミスト）が、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。
【０００４】
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プラテンに設けられた吸収部材との間に電界を形成することで、液滴を吸収部材に積極的に引き付けてミストの発生を抑制しようとする試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。特に、プリンター内の構成部品（例えば、駆動ベルト、リニアスケールなど）は、一般的には、帯電列において負極性（マイナス）に帯電し易い素材（例えば、ＰＵ（ポリウレタン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタラート)等）が用いられるため、空気や他の構成部品との摩擦によりマイナスに帯電し易い。このため、これらの構成部品にミストが付着するのを防ぐため、ノズルから噴射される液滴がマイナスに帯電されるように電界が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５４８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、ノズルから噴射された液滴は、記録媒体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傾向にある。即ち、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ため、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。これにより、ノズルから噴射された直後はマイナスに帯電していた液滴が、記録媒体に向けて飛翔している間にマイナスの帯電が弱まり、場合によってはプラスに帯電することがあった。プラスに帯電した液滴は、プラテンの吸収部材や記録媒体に着弾せずにミスト化し、マイナスに帯電したプリンター内の構成部品に付着するおそれがあった。
【０００７】
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。
【０００８】
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た液滴が装置内に付着することをより確実に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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、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、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、前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、を備え、前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【００１０】
本発明によれば、ノズルから噴射された液滴がプラスに帯電することを確実に防止できる。これにより、一般的にマイナスに帯電し易い液体噴射装置内の構成部品（例えば、駆動モーター、駆動ベルト、リニアスケールなど）への液滴の付着をより確実に防止できる。その結果、ミストの付着による故障が抑制され、液体噴射装置の耐久性および信頼性が向上する。
【００１１】
また、上記構成において、前記電界形成手段は、前記支持手段に正極性の電圧を印加することにより電界を形成することが望ましい。
【００１２】
この構成によれば、マイナスに帯電した液滴を着弾対象或いは支持手段に確実に着弾させることができ、液滴のミスト化をより確実に防ぐことができる。これにより、液体噴射装置内の構成部品への液滴の付着を一層確実に防止できる。
【００１３】
そして、本発明の液体噴射装置の制御方法は、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、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、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、前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プリンターの構成を説明する斜視図である。
【図２】記録ヘッドの要部断面図である。
【図３】圧電振動子の構成を説明する断面図である。
【図４】記録ヘッドの電気的構成を説明するブロック図である。
【図５】ノズル形成面とプラテンとの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。
【図６】ノズル形成面とプラテンとの間に形成した電界とインク滴の帯電量との関係を表すグラフである。
【図７】インク滴の帯電量が０（Ｃ）になる場合の液滴の導電率とノズル形成面とプラテンとの間に形成した電界との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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の下方に配設されたプラテン５（本発明における支持手段に相当）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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
プラテン５は、記録動作を行う際の記録ヘッド２のノズル形成面に対して間隔を空けて配置された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から成る。そして、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。本実施形態では、プラテン５本体の全体に導電性材料を含ませて形成している。そして、プラテン５には、後述する電圧生成部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。
【００２０】
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１６と、このケース１６内に収納される振動子ユニット１７と、ケース１６の底面（先端面）に接合される流路ユニット１８と、カバー部材４５等を備えている。上記のケース１６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１７を収納するための収納空部１９が形成されている。振動子ユニット１７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。
【００２１】
図３は、振動子ユニット１７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２０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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
流路ユニット１８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１８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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
カバー部材４５は、流路ユニット１８の側面やヘッドケース１６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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
プリンターコントローラー５１は、プリンター１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、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へ送信される印刷データや印刷命令を受信したり、外部装置５０にプリンター１の状態情報を送信したりする等、プリンター１とのデータの送受信を行う。ＣＰＵ５５は、プリンター１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。
【００３４】
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の印加制御等を行う。
【００３５】
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。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に電圧を印加すると、プラテン５とノズルプレート２４との間に当該プラテン５およびノズルプレート２４間の距離に応じた電界が形成される。本実施形態においては、プラテン５に正極性（プラス）の電圧を印加することにより、プラテン５（記録紙６）から記録動作時における記録ヘッド２のノズル形成面に向かう電界を形成している。そして、ノズル３０から噴射するインクの導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすように設定されている。なお、これについては、後で詳述する。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【００３６】
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、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。
【００３７】
圧電振動子２０は、噴射駆動パルスＤＰが印加されると、自由端部２０ａを振動子長手方向に伸縮させる。これにより、圧力室２８の容積を変動させ、圧力室２８内の圧力を変化させる。この圧力変動を利用することで、ノズル３０から数ｐｌ〜数十ｐｌのインク滴を噴射する。
【００３８】
本発明に係るプリンター１では、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界を形成しているため、ノズル３０から噴射された直後のインク滴はマイナスに帯電する。詳しく説明すると、図５（ａ）に示すように、ノズル３０から噴射されたインクは、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の中を記録紙６（プラテン５）に向けて伸びる。このため、ノズル３０から伸びたインクは、静電誘導によりマイナスの電荷が誘導される。一方で、噴射されずにノズル３０内に留まっているインクは、プラスの電荷が誘導される。或いは、接地されたノズルプレートへプラスの電荷を逃がす。そして、図５（ｂ）に示すように、ノズル３０から噴射されたインクが、例えばメイン液滴Ｍｄと、サテライト液滴Ｓｄとに分離した場合、これらのインク滴はマイナスに帯電する。インク滴は、噴射時の慣性力とプラテン５からの静電気力が作用するため、これらの合力により記録紙６に引き寄せられて着弾する。
【００３９】
ところが、これらのインク滴は、記録紙６に向けて飛翔している間に、レナード効果によりプラスの帯電が強まる。例えば、インク滴のマイナスの帯電量が小さい場合、これらは飛翔している間にプラスに帯電するおそれがあり、プラテン５に反発して、記録紙６に着弾する前に失速して浮遊（ミスト化）するおそれがあった。そして、ミスト化したインク滴は、マイナスに帯電した部材に引き寄せられ、これに付着するおそれがあった。特に、プリンター内の構成部品（例えば、駆動ベルト、リニアスケールなど）は、一般的には、帯電列においてマイナスに帯電し易い素材（例えば、ＰＵ（ポリウレタン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）、ＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタラート)等）が用いられるため、空気や他の構成部品との摩擦によりマイナスに帯電し易く、インク滴が付着し易い。
【００４０】
このような不具合を無くすため、レナード効果によるインク滴の帯電量に比べて、静電誘導によるノズル３０から噴射された直後のインク滴の帯電量を同等以上にし、インク滴がプラスに帯電しないようにする必要がある。ここで、静電誘導による帯電量は、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さ、およびインクの導電率により決まる。一方、レナード効果によるインク滴の帯電量は、インクの導電率により決まる。
【００４１】
図６に、ノズル形成面とプラテン５との間の電界と、着弾対象（記録紙６）に着弾したときのインク滴の帯電量との関係を示す。グラフの横軸は電界の強さ（Ｖ／ｍｍ）を表し、縦軸はインク滴の帯電量（Ｃ）を表している。なお、便宜上、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さは、プラテン５からノズル形成面に向かう方向を正（プラス）とする。また、グラフの○はインク（インク滴）の導電率が１（μＳ／ｃｍ）の場合、△はインクの導電率が２（ｍＳ／ｃｍ）の場合、□はインクの導電率が２０（ｍＳ／ｃｍ）の場合、×はインクの導電率が５５（ｍＳ／ｃｍ）の場合をそれぞれ表し、同じ導電率を表す点をそれぞれ線で繋いでいる。このグラフに示すように、電界が０のとき、各導電率におけるインク滴の帯電量は、それぞれプラスになることが分かる。これは、レナード効果によるものである。また、電界がプラス側に強くなるほど、インク滴の帯電量がマイナスに近づく傾向があることが分かる。これは、静電誘導によるものである。そして、同じ導電率を表す点を繋いだ線と帯電量が０（Ｃ）の横軸との交点の値を、図７に表している。
【００４２】
すなわち、図７に示す点は、ノズル３０から噴射するそれぞれのインク滴の導電率において、着弾時のインク滴の帯電量が０（Ｃ）になる場合のノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さを示している。グラフの横軸はインク滴の導電率（ｍＳ／ｃｍ）を表し、縦軸は電界の強さ（Ｖ／ｍｍ）を表している。なお、図６と同様に、便宜上、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さは、プラテン５からノズル形成面に向かう方向を正（プラス）とする。そして、グラフに示す曲線は、それぞれの値がほぼあてはまる近似曲線を示している。すなわち、この近似曲線は、インク滴の帯電量が０（Ｃ）になる曲線を表している。そして、この近似曲線は、横軸をｘ、縦軸をｙとすると、以下の式（２）によって表すことができる。
ｙ＝−１６×ｌｎ（ｘ）＋６２ …（２）
【００４３】
ここで、着弾時におけるインク滴の帯電量がプラスにならないようにするためには、ノズル形成面とプラテン５との間の電界の強さを、上記式（２）で求まるｙの値以上（図７に示す近似曲線以上の領域）にすれば良い。すなわち、前記した式（１）を満たせば良い。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
例えば、ノズル３０から噴射するインクの導電率が１０（ｍＳ／ｃｍ）の場合、着弾時におけるインク滴の帯電量をマイナスにするためには、プラテン５（記録紙６）からノズル形成面に向かう電界の強さを約２５．２（Ｖ／ｍｍ）以上にする必要がある。一般的なプリンター１は、記録紙６とノズル形成面との距離が約１．５〜１．７（ｍｍ）程度であるため、プラテン５に印加する電圧を約４３（Ｖ）以上にすれば、インク滴がプラスに帯電することを確実に防止できる。
【００４４】
そして、本発明に係るプリンター１では、ノズル３０から噴射するインクの導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が上記した式（１）を満たすように設定されているため、ノズル３０から噴射されたインク滴がプラスに帯電することを確実に防止できる。これにより、一般的にマイナスに帯電し易いプリンター１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）へのインク滴の付着をより確実に防止できる。その結果、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。また、プラテン５にプラスの電圧を印加することにより電界を形成したので、マイナスに帯電したインク滴を記録紙６或いはプラテン５に確実に着弾させることができ、液滴のミスト化をより確実に防ぐことができる。これにより、プリンター１内の構成部品へのインク滴の付着を一層確実に防止できる。例えば、数ｐｌ（数ｎｇ）の微小なインク滴を噴射する場合や、記録紙６の記録面に対して余白無く画像等の記録を実行する記録方法（所謂縁無し印刷）を行う場合においても、ノズル３０から噴射されたインク滴（主にメイン液滴）が、プラテン５または記録紙６に対してより確実に着弾する。具体的には、プラテン５に電圧を印加して当該プラテン５と記録ヘッド２のノズル形成面との間に電界が形成された状態でノズル３０からインクを噴射することで、噴射されたインク滴に対して静電誘導を生じさせ、当該インク滴を静電気力により記録紙６に誘引してより確実に着弾させる。また、記録紙６から大きく外れた位置で噴射されたこと等により、記録紙６に着弾しない場合には、プラテン５に誘引してより確実に着弾させる。これにより、インク滴のミスト化をより確実に防ぐことができる。
【００４５】
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。
【００４６】
上記実施形態では、プラテン５にプラスの電圧を印加し、ノズルプレートを接地することで、ノズル３０から噴射されるインクがマイナスに帯電する場合の構成を例示したが、これには限られない。例えば、プラテン５を接地し、ノズルプレートに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することもできる。この場合も、ノズル３０から噴射するインクの導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、プラテン５からノズル形成面へ向かう電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が上記した式（１）を満たすようにノズルプレートに電圧を印加する。
【００４７】
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、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。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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，５８…電圧生成部
【特許請求の範囲】
【請求項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、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、
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、
前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、
を備え、
前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする液体噴射装置。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【請求項２】
前記電界形成手段は、前記支持手段に正極性の電圧を印加することにより電界を形成することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
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、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、
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、
前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、
を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【請求項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、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、
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、
前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、
を備え、
前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする液体噴射装置。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【請求項２】
前記電界形成手段は、前記支持手段に正極性の電圧を印加することにより電界を形成することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
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、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、
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、
前記支持手段から前記ノズル形成面に向かう電界を形成する電界形成手段と、
を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
前記液体の導電率をＸ（ｍＳ／ｃｍ）としたとき、前記電界の強さＥ（Ｖ／ｍｍ）が以下の式（１）を満たすことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
−１６×ｌｎ（Ｘ）＋６２≦Ｅ …（１）
【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２０１２−２４０３４９（Ｐ２０１２−２４０３４９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４３６７（Ｐ２０１１−１１４３６７）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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