(57)【要約】【課題】  微小な弾性波の原波形を高精度で測定、解析する弾性波の原波形測定方法及び弾性波の原波形測定装置。【解決手段】  測定対象物の所定の位置に基準物体を衝突させることで発生する基準弾性波の原波形のパワースペクトルの周波数領域の極小点が所望の周波数に位置するような条件で前記基準物体を衝突させ、該衝突によって発生した基準弾性波の原波形と、該基準弾性波の原波形を伝播系を介して計測した基準弾性波の計測波形と、を用いて前記伝播系の応答関数を求め、前記測定対象物の前記所定の位置に微小な衝撃力を加えることによって発生する微小弾性波の原波形を前記伝播系を介して計測した微小弾性波の計測波形と、前記応答関数とを用いて前記微小弾性波の原波形を求める。【選択図】      図１
2006084454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の所定の位置に基準物体を衝突させることで発生した基準弾性波の原波形を伝播系を介して計測した基準弾性波の計測波形と、前記測定対象物の前記所定の位置に微小な衝撃力を加えることによって発生した微小弾性波の原波形を前記伝播系を介して計測した微小弾性波の計測波形と、を得るステップと、
前記基準弾性波の原波形と前記基準弾性波の計測波形とを用いて前記伝播系の応答関数を求めるステップと、
前記微小弾性波の計測波形と、前記応答関数と、を用いて前記微小弾性波の原波形を求めるステップと、を有し、
前記基準弾性波の原波形のパワースペクトルの周波数領域の極小点が６５０ＫＨｚ以上の周波数に位置する条件で、前記基準物体を前記所定の位置に衝突させることを特徴とする微小弾性波の原波形測定方法。
【請求項２】
前記基準物体を前記所定の位置に衝突させる条件を変えて複数回衝突させることで、前記基準弾性波の原波形のパワースペクトルの極小点がそれぞれ異なる周波数に現れるようにし、前記複数の基準弾性波の原波形と、前記複数回の衝突により計測された前記基準弾性波の計測波形と、から、前記応答関数を複数算出して平均化することを特徴とする請求項１に記載の微小弾性波の原波形測定方法。
【請求項３】
前記基準物体の衝突面は球面を有し、該球面の曲率半径と、該基準物体のヤング率と、密度と、質量と、ポアソン比と、材質と、該基準物体を前記測定対象物に衝突させる速度と、該基準物体が前記測定対象物に衝突している時間と、
の少なくとも１つを所定の値にすることで、
前記基準弾性波の原波形のパワースペクトルの周波数領域の極小点が６５０ＫＨｚ以上の周波数に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の微小弾性波の原波形測定方法。
【請求項４】
前記測定対象物は液体に熱エネルギーを付与するヒーターを有するインクジェットヘッドチップであり、前記微小な衝撃力は前記インクジェットチップ上の液体に前記ヒーターから熱エネルギーを付与することで前記液体に生じる発泡現象による衝撃力であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の微小弾性波の原波形測定方法。
【請求項５】
前記インクジェットヘッドチップ上に付与する前記液体の液量を制御することにより前記発泡現象による衝撃力を制御することを特徴とする、請求項４記載の微小弾性波の原波形測定方法。
【請求項６】
測定対象物と、前記測定対象物の所定の位置で発生した弾性波を計測する計測手段と、を含む伝播系を有する弾性波の原波形測定装置であって、
前記測定対象物の前記所定の位置に基準物体を衝突させることで発生する基準弾性波の原波形のパワースペクトルの周波数領域における極小点が、６５０ＫＨｚ以上の周波数に位置するように、前記測定対象物の前記所定の位置に前記基準物体を衝突させることで、前記基準弾性波の原波形を発生させる手段を有することを特徴とする微小弾性波の原波形測定装置。
【請求項７】
前記測定対象物は液体に熱エネルギーを付与するヒーターを有するインクジェットヘッドチップであり、
前記弾性波は、前記インクジェットヘッドチップ上の液体に前記ヒーターから熱エネルギーを付与することで前記液体に生じる発泡現象による衝撃力による弾性波であることを特徴とする請求項６に記載の微小弾性波の原波形測定装置。
【請求項８】
前記インクジェットヘッドチップ上の前記発泡現象が生じる領域を含む範囲を囲む壁と、
前記壁の内側に配置されるスペーサーと、
前記壁に囲まれた範囲に付与される前記液体の上に配置され、前記スペーサーにより支持される天板と、
を更に有することを特徴とする、請求項７に記載の微小弾性波の原波形測定装置。
【請求項９】
前記スペーサーは断面が円形であることを特徴とする、請求項８に記載の微小弾性波の原波形測定装置。
【請求項１０】
前記天板の材料がアクリル樹脂であることを特徴とする、請求項８または９に記載の微小弾性波の原波形測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な弾性波の原波形を高精度で測定するための原波形測定方法に関し、特に、インクジェットヘッドチップにおける発泡現象による弾性波の原波形を定量的に測定するための弾性波の原波形測定方法及び弾性波の原波形測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アコースティック・エミッション（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ、以下「ＡＥ」という）は、材料中の微視的な割れの発生や成長などの不連続現象に伴い、物体内部の局所に蓄えられた歪エネルギーが瞬時に解放される現象である。このＡＥに伴い、材料においてＡＥ波と呼ばれる弾性波が発生する。このＡＥ波を測定し解析することにより測定対象物の状態を知ることができるので、ＡＥ波は材料の非破壊検査など様々な用途に利用される。
【０００３】
一般にＡＥ波は周波数の高い弾性波であり、そのような高い周波数の弾性波を検出するために従来からＡＥセンサーが用いられている。
【０００４】
ＡＥセンサーは、測定対象物に直接ではなく、伝播媒体を介して取り付けられる場合があり、その場合、ＡＥセンサーで検出される波形（検出波形）は、伝播媒体の周波数特性の影響を受ける。また、ＡＥセンサー自体も一定の周波数特性を有しているため、ＡＥセンサーの検出波形は、ＡＥセンサー自身の周波数特性の影響をも受ける。また、センサーからオシロスコープ等の計測装置までの間においても、周波数特性の影響を受ける。その結果、オシロスコープ等の計測装置で計測された計測波形は、発生源での波形（原波形）とは全く異なったものとなる。
【０００５】
材料評価を良好に行うためには、測定により測定対象物の所定の位置で生じた弾性波の原波形を得ることが好ましい。そのために、測定対象物や、伝播媒体、ＡＥセンサー、計測装置等、弾性波が検出されるまでに弾性波の周波数特性に影響を及ぼす伝播系全体の周波数特性（応答関数）を定量的に求めておき、この応答関数を用いて計測波形を逆コンボリューションすることによって、伝播系の影響を計測波形から取り除くことにより原波形を算出するという解析手法が採られる。これが「原波形解析」と呼ばれるものである。
【０００６】
従来、応答関数を求める際に用いる基準音源として、ペンシル芯またはガラス細管を圧折したときの荷重の解放が用いられてきた。しかし、この方法では各々のペンシル芯およびガラス細管によって開放される荷重にばらつきが生じるため、再現性および定量性に問題がある為、基準音源として、自由落下した鋼球の衝突による衝撃力を用いた実験の報告もなされている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１のような鋼球の自由落下衝突による衝撃力は再現性がよいため、それを基準音源として用いることにより定量的な原波形解析が可能である。
【非特許文献１】ＡＮＡＬＹＳＩＳ  ＯＦ  ＢＵＢＢＬＥ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＩＮ  ＪＥＴ  ＰＲＩＮＴＩＮＧ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，Ｋ．Ｔｓｕｃｈｉｉ  ｅｔ．ａｌ．，Ｊａｐａｎ  Ｈａｒｄｃｏｐｙ，Ｐ２３５−２３６，１９９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に示されたような鋼球による基準音源を用いれば、定量的な原波形解析が可能ではあるが、そこに示されたものは全体的にノイズレベルが高く、２７０ＫＨｚでＳ／Ｎ比が約４．７となるようなノイズが見られる。そのため、非特許文献１に示された構成ではマイクロ秒オーダーの微小な衝撃力の測定に利用可能な、広い周波数帯域で精度の高い応答関数を得ることができなかった。これは、基準音源の周波数帯域が狭く、２７０ＫＨｚ程度までしかカバーしていないためであると考えられる。
【０００８】
また、非特許文献１に示された基準音源では、衝突面が球面である物体が衝突するときに生じる衝撃力のパワースペクトルに基づく問題もあった。図２８は、衝突面が球面の物体が衝突するときに生じる衝撃力のパワースペクトルを示すグラフである。図２８を参照すると、衝突面が球面である物体の衝突では、衝撃力の強度が０付近の極小となる周波数の極小点（以下「節」という）が存在する。この「節」では、基準音源の計測波における、原波形に対するノイズの割合が高いため、ノイズが応答関数の算出に大きく影響することとなる。そのため節の付近では、応答関数の誤差が大きくなり、十分な精度で原波形解析を行うことができなかった。
【０００９】
本発明の目的は、マイクロ秒オーダーの微小な衝撃力の測定に利用可能な、広い周波数帯域で精度の高い応答関数が得られるように、上述した節を所望に位置になるように調整することで、節の影響によるノイズの影響を少なくし、所望の周波数帯域で精度の高い原波形解析を行うことのできる微小弾性波の原波形測定方法及び原波形測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は微小弾性波の原波形測定方法に関するもので、測定対象物の所定の位置に基準物体を衝突させることで発生した基準弾性波の原波形を伝播系を介して計測した基準弾性波の計測波形と、前記測定対象物の前記所定の位置に微小な衝撃力を加えることによって発生した微小弾性波の原波形を前記伝播系を介して計測した微小弾性波の計測波形と、を得るステップと、前記基準弾性波の原波形と前記基準弾性波の計測波形とを用いて前記伝播系の応答関数を求めるステップと、前記微小弾性波の計測波形と、前記応答関数と、を用いて前記微小弾性波の原波形を求めるステップと、を有し、前記基準弾性波の原波形のパワースペクトルの周波数領域の極小点が６５０ＫＨｚ以上の周波数に位置する条件で、前記基準物体を前記所定の位置に衝突させることを特徴とする。
【００１１】
また、測定対象物と、前記測定対象物の所定の位置で発生した弾性波を計測する計測手段と、を含む伝播系を有する弾性波の原波形測定装置であって、前記測定対象物の前記所定の位置に基準物体を衝突させることで発生する基準弾性波の原波形のパワースペクトルの周波数領域における極小点が、６５０ＫＨｚ以上の周波数に位置するように、前記測定対象物の前記所定の位置に前記基準物体を衝突させることで、前記基準弾性波の原波形を発生させる手段を有することを特徴とする微小弾性波の原波形測定装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基準音源となる基準物体を伝播媒体に所定の衝突条件で衝突させることにより、伝播系の応答関数の算出に用いる基準弾性波の周波数領域での極小点（節）の位置を良好に選択することで節の影響を減らし、かつ、基準音源の再現性及び定量性が良好であるため、従来よりも広い所望の周波数帯域においてノイズの影響を低減して高い精度で応答関数を算出し、高い精度の応答関数を用いて高い精度で原波形の算出が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の微小な衝撃力の原波形を求める為に、基準音源を測定対象物に付与する測定装置系の構成を示す模式図である。基準音源としては、例えば基準物体であるジルコニアボール９を所定の位置に落下させたときの衝撃を用いる。原波形解析を行う微小な衝撃力として、例えば、インクジェットプリンタ用のヘッドのヒーター上で起こる発泡現象によるキャビテーション力があげられる。キャビテーションとは、液体にヒーター等により熱エネルギーを付与することで、液体に気泡が発生する発泡現象が生じ、この泡が消滅する時（以下「消泡時」という）に発生する力である。ここでは、ヒーター（不図示）を備えたチップであるインクジェットヘッドチップ７を測定対象物とし、ヘッドチップのヒーター上で起こる発泡現象による微小な衝撃力の弾性波（ＡＥ波）の原波形の測定を精度良くを行う例を示す。
【００１４】
測定装置系は、高い周波数の弾性波の検出に優れているＡＥセンサー１（一例として富士セラッミックス社製のＭ６Ｗ）、伝播媒体２、反射防止部材３、プリアンプ４、ディスクリミネータ５、ディジタルオシロスコープ６、および基準物体落下装置８を有している。
【００１５】
基準物体落下装置８は、伝播媒体上の測定対象物の所定の位置に基準物体を落下させるための装置であり、測定対象物の上の垂直方向のＺ軸ステージにピンセットを備えている。
【００１６】
基準音源の弾性波や発泡現象による衝撃力がＡＥセンサーに検出されてオシロスコープ６に測定されるまでの経路にあって弾性波に影響を及ぼすものを伝播系と呼ぶ。例えば、インクジェットヘッドチップ７、伝播媒体２、およびＡＥセンサー１、更にはＡＥセンサー１を伝播媒体２に接着しているシリコーン接着剤、プリアンプ４およびディスクリミネータ５等も伝播系に含まれる。
【００１７】
伝播媒体２は、インクジェットヘッドチップ７で発生する弾性波をＡＥセンサー１に伝える媒体である。インクジェットヘッドチップ７の基板がシリコンウェハーなので、伝播媒体２とインクジェットヘッドチップ７の音響インピーダンスを等しくするために、伝播媒体２の材料には、弾性波を伝播させる単結晶シリコンインゴットが用いられている。また、結晶粒界を持たない単結晶の部材を用いることで、高い周波数の弾性波の減衰が低減され、原波形解析を良好に行うことができる。測定対象物であるヘッドチップが小さいものである為、媒体の上にヘッドチップを用いて測定を行ったが、媒体が無くても測定が可能であるならば、媒体を用いなくても構わない。
【００１８】
反射防止部材３は、ブチルゴムからなり、伝播媒体２の端面に備えられている。そして、反射防止部材３は、伝播媒体２の端面における弾性波の反射を防止する。
【００１９】
基準物体落下装置８から基準物体であるジルコニアボール９を落下させ、測定対象物の所定の位置に衝突させたときに生じた基準弾性波がＡＥセンサー１で検出され、プリアンプ４によって、ＡＥセンサー１で検出された信号を増幅する。ディスクリミネータ５は、メインアンプ（不図示）およびフィルタ（不図示）からなり、プリアンプ４によって増幅された信号をメインアンプでさらに増幅し、フィルタでフィルタリングする。ディジタルオシロスコープ６は、ディスクリミネータ５を通過した信号の計測波形を測定する。ここでは一例として、プリアンプとしてＮＦ回路設計ブロック社製のＡＥ−９１２を、ディスクリミネータとしてＮＦ回路設計ブロック社製のＡＥ９９２２を、ディジタルオシロスコープとして横河電機社製のＤＬ７２００を用いている。
【００２０】
図１に示した測定装置系を用いて伝播系の応答関数を求める手順について説明する。
【００２１】
図２７は、一般的な原波形解析の流れの概略を示すフローチャートである。図２７を参照すると、基準音源を測定対象物の所定の位置に印加したときに発生する基準弾性波の（時間プロファイル）の原波形である理論値Ｐ（ｔ）が予め計算あるいは測定により得られている。Ｐ（ｔ）をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によりフーリエ変換した周波数プロファイルがＰ（ω）である。
【００２２】
まず、基準音源を用いて基準弾性波を発生させ、伝播媒体を介してＡＥセンサーで検出波形を検出し、オシロスコープで得られた基準弾性波の計測波形Ｖ（ｔ）を、それをＦＦＴでフーリエ変換してＶ（ω）を算出する（ステップ９０１）。次に、数式（１）に従って、Ｖ（ω）を、Ｐ（ω）で除算することにより、伝播系の周波数特性である応答関数Ｇ（ω）を求める（ステップ９０２）。
【００２３】
【数１】
2006084454.tif 000003
【００２４】
次に、測定対象物の基準音源を加えた位置と同じ位置に、微小な衝撃力を加えて弾性波を発生させ、伝播系を介して微小な弾性波の計測波形Ｖ′（ｔ）を計測する。そして、Ｖ′（ｔ）をＦＦＴでフーリエ変換してＶ′（ω）を算出する（ステップ９０３）。ここで、微小な衝撃力である、ヘッドチップの発泡現象による弾性波を測定するための測定装置系の構成を図３に示す。図３を参照すると、図１の状態から、基準物体落下装置８が取り除かれ、測定対象物であるインクジェットヘッドチップ７に発泡ドライバ１０が接続されている。また、インクジェットヘッドチップ７上には、ヒーターを十分に覆うようにインク１１が滴下されている。発泡ドライバ１０は、インクジェットヘッドチップ７を駆動し、微小な衝撃力となる発泡現象を発生させるための駆動回路である。まず、発泡ドライバ１０を駆動させ、インクジェットヘッドチップ７のヒーター上に発泡現象を発生させる。その衝撃力によって生じる弾性波を伝播系を介してディジタルオシロスコープ６で測定される。これを弾性波の計測波形Ｖ′（ｔ）とし、そのＶ′（ｔ）をフーリエ変換したものをＶ′（ω）とする。
【００２５】
次に、数式（２）に従って、弾性波の計測波形Ｖ′（ω）を上述の方法で求めた応答関数Ｇ（ω）で除算することにより、微小な衝撃力である発泡現象による弾性波の原波形Ｐ′（ω）を求める。
【００２６】
【数２】
2006084454.tif 000004
【００２７】
最後に、このＰ′（ω）を逆フーリエ変換することにより、発泡現象による微小な衝撃力による時間領域の原波形Ｐ′（ｔ）を定量的に求めることができる。（ステップ９０４）
この結果、例えば、発泡現象による衝撃力がヘッドチップのキャビテーション膜に対してどのように負荷されているのかを、従来に比べて精密に算出することが可能となる。なお、ここでは周波数領域において原波形解析の演算を行う例を示したが、この演算が周波数領域に限定されることはない。周波数領域と時間領域はフーリエ変換を仲介として数学的に等価なので、時間領域で逆たたみ込み積分を行うことにより原波形解析を行うこともできる。
【００２８】
［第１の実施形態］
まず、図１において、基準物体であるジルコニアボール９として、直径０．５ｍｍのジルコニア製のボールを用い、測定対象物であるヘッドチップ７に高さ９７．０ｍｍから自由落下させた第１の実施例を示す。本実施例においては、ジルコニアボールは、ボールミル用のものを用いているが、より好ましくはベアリング用のボールを基準物体として用いてもよい。
【００２９】
応答関数を求める手順は、基本的には図２７に示したものと同様である。基準音源による基準弾性波の原波形の理論値Ｐ（ｔ）は予め計算により得られているものとする。このＰ（ｔ）をフーリエ変換してＰ（ω）を算出しておく。
【００３０】
基準物体落下装置８から基準物体であるジルコニアボール９を自由落下させ、測定対象物であるヘッドチップの所定の位置に衝突させ、このとき生じた基準弾性波をＡＥセンサー１で検出し、伝播系を介してディジタルオシロスコープ６で計測されたものを、基準弾性波の計測波形Ｖ（ｔ）とし、基準弾性波の計測波形Ｖ（ｔ）をフーリエ変換してＶ（ω）を算出する。
【００３１】
次に、数式（１）に従って、基準音源の基準弾性波の計測波形であるＶ（ω）を、理論値である基準音源の基準弾性波の原波形Ｐ（ω）で除算することにより、ＡＥセンサーが感知する全周波数帯域における伝播系の応答関数Ｇ（ω）を求める。
【００３２】
発泡ドライバ１０を駆動させ、インクジェットヘッドチップ７のヒーター上に発泡現象を発生さ、ディジタルオシロスコープ６で測定された、発泡現象による弾性波を弾性波の計測波形Ｖ′（ｔ）とし、そのＶ′（ｔ）をフーリエ変換してＶ′（ω）を求める。
【００３３】
最後に、数式（２）に従って、弾性波の計測波形Ｖ′（ω）を上述の応答関数Ｇ（ω）で除算することにより、微小な衝撃力である発泡現象による弾性波の周波数領域の原波形Ｐ′（ω）を求め、このＰ′（ω）を逆フーリエ変換することにより、発泡現象による微小な衝撃力による時間領域の原波形Ｐ′（ｔ）を定量的に求め、これを図５に示す。
【００３４】
ここで、比較例として図４に、従来の直径０．８ｍｍのボールベアリング用の軸受鋼球を９７．０ｍｍの高さから自由落下させて得られた基準音源を用いた場合の、発泡現象による微小な衝撃力の弾性波の原波形を示す。
【００３５】
図４、５において、発泡現象による微小な衝撃力の弾性波の原波形は、楕円で囲まれた部分であり、他の部分はノイズ成分である。従来の手法である図４を参照すると、衝撃の時間幅が数μｓで衝撃の強度が０．０５Ｎ程度の衝撃力を測定したとき、衝撃力とほぼ等しい強度のノイズが全体的に現れており、測定精度は非常に悪いと言える。一方、本実施形態である図５を参照すると、図４と比べて全体的にノイズが減り、かつ高周波まで測定されていることが分かる。
【００３６】
また、従来例である直径０．８ｍｍのボールベアリング用の軸受鋼球を用いた場合に、計算により求められる基準弾性波の原波形のパワースペクトルは、最初の極小点（節）がある周波数は約６５０ＫＨｚであるのに対して、本実施例の直径０．５ｍｍのボールミル用ジルコニアボールを用いた場合の、計算により求められる基準弾性波の原波形のパワースペクトルの最初の極小点（節）は、図２に示すように周波数が約９５０ＫＨｚであった。つまり、印加されている時間が短い微小力の周波数成分は高周波まで及ぶため、広い周波数帯域での応答関数を求める必要性がある。その為には、本実施例のように、パワースペクトルの最初の極小点（節）の位置を、高周波数領域になるように、基準物体を適切に選択することで、従来、節の影響によって応答関数として用いることが出来なかった高い周波数帯域においても、定量的な応答関数を得ることができるようになり、微小な力による弾性波の原波形解析の精度が向上したものである。
【００３７】
［第２の実施形態］
原波形解析において、基準物体の衝突速度を変化させれば、基準音源の基準弾性波のパワースペクトルの極小点を変化させることができる。
【００３８】
そこで、第２の実施形態は、極小点を高周波数領域にするように、基準物体であるジルコニアボール９をインクジェットヘッドチップ７に衝突させる速度を第１の実施形態よりも速くすることにより、良好な精度で原波形解析が可能な周波数帯域を広げた例を示す。
【００３９】
第１の実施形態では、ジルコニアボール９を９７．０ｍｍの高さから自由落下させることにより衝突速度１．４ｍ／ｓを得ていた。これに対して第２の実施形態では衝突速度を第１の実施形態の２倍にしている。
【００４０】
自由落下で衝突速度を２倍にするためには、落下高さを４倍にする必要があり、基準物体落下装置８の機構や室内環境を考えると容易ではない。また、自由落下の高さを高くすると空気抵抗などの影響が大きくなり、計算によって求めた衝突速度と、実際の衝突速度との誤差が大きくなる。さらに、弾性波の原波形解析では、測定対象物あるいは伝播媒体の衝突面に垂直な方向から基準物体を衝突させるのが好ましいが、自由落下では、衝突面の方向が鉛直上向きに限定されることとなる。
【００４１】
そこで、第２の実施形態では、図１における基準物体落下装置８の代わりに、基準物体を任意の速度で任意の方向に発射することのできる基準物体発射装置を用いる。本実施形態の基準物体発射装置は、バネ、圧縮空気、磁場、電場などの力で強制的に初速度をつけて基準物体を発射する。これを用いれば、衝突面の法線を任意に選択することができ、測定装置系の構成や測定対象物の自由度が上がる。また、例えばバネ定数を選択することにより衝突速度を変更することも可能である。
【００４２】
図６は、衝突速度１．４ｍ／ｓの場合の、基準音源の弾性波の原波形のパワースペクトルを示すグラフである。図７は、衝突速度２．８ｍ／ｓの場合の基準音源の弾性波の原波形のパワースペクトルを示すグラフである。衝突速度１．４ｍ／ｓは高さ約１００ｍｍからの自由落下に相当し、衝突速度２．８ｍ／ｓは高さ約４００ｍｍからの自由落下に相当する。なお、図６および図７におけるジルコニアボールの質量は共に０．４ｇである。
【００４３】
図６では最初の極小点（節）が１．１ＭＨｚ程度であるのに対して、図７では最初の極小点が１．４ＭＨｚ近くになっている。このことから、衝突速度を速くすることは周波数帯域を拡大するのに非常に有効であることが分かる。
【００４４】
本実施形態によれば、基準音源であるジルコニアボール９を測定対象物の所定の位置に衝突させる速度を選択することにより衝突条件を適切に選択することで、精度の高い原波形解析に用いられる周波数帯域を容易に選択することが可能となり、実施例１と同様に応答関数を求めることで、精度の高い、微小弾性波の原波形解析が可能となる。
【００４５】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、基準物体を用いた伝播系の応答関数の算出において、周波数帯域の選択を可能とする衝突条件のパラメータを一般化した例である。測定装置系の構成は、第１あるいは第２の実施形態と同様である。
【００４６】
周波数領域で波形を広げるためには時間領域で波形を狭めればよく、すなわち、基準音源のパワースペクトルの最初の節までの周波数領域である周波数帯域は、基準物体が伝播媒体に衝突している時間（以下、「衝突時間」という）を短くすれば広がることとなる。基準物体の伝播媒体への衝突時間ｔは式（３）で表すことができる。
【００４７】
【数３】
2006084454.tif 000005
【００４８】
ここで、Ｃは比例定数である。Ｅ1はシリコンインゴットからなる伝播媒体２のヤング率であり、Ｅ2はジルコニアボール９のヤング率である。υ1は伝播媒体２のポアソン比、υ2はジルコニアボール９のポアソン比である。ｍ2はジルコニアボールの質量である。ｖは衝突速度である。Ｒ2はジルコニアボールの半径である。
【００４９】
式（３）から分かるように、質量ｍを小さくすることにより衝突時間を短くすることができる。
【００５０】
図８は、質量を小さくした基準物体の形状を示す図である。図９は、質量をさらに小さくした基準物体の形状を示す図である。
【００５１】
図８の基準物体９１は、第１の実施形態の基準物体９から上半分（図中の除去部分９１Ｂ）を除去した形状である。これにより質量ｍは低減される。また、図９の基準物体９２は、第１の実施形態の基準物体９から、上半分および中心部分（図中の除去部分９２Ｂ）を除去した形状である。これによれば、質量ｍはさらに低減される。
【００５２】
基準物体９１、９２の材質は共に、第１の実施形態と同じジルコニアなのでヤング率およびポアソン比に変更は無い。また、ジルコニアボール９１、９２の衝突面９１Ａ、９２Ａの曲率半径は第１の実施形態と同じである。なお、図８、９においてハッチングされた部分は、衝突時に変位する部分を示している。除去部分９１Ｂ、９２Ｂは、衝突面９１Ａ、９２Ａの変位に影響の無い範囲内とすべきである。
【００５３】
基準物体９１、９２は、ヤング率Ｅ2、ポアソン比υ2、および衝突面の曲率半径Ｒ2を変化させずに、質量ｍを小さくしている。これにより、式（３）で示される衝突時間ｔを短くすることができ、その結果、広い周波数帯域で精度の高い応答関数を求めることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、任意の速度および方向に基準物体を発射可能な基準物体発射装置を用いたが、第１の実施形態と同様に基準物体落下装置８を用いてもよい。その場合、基準物体９１、９２は、第１の実施形態と同様に自由落下により伝播媒体２に衝突させるので、衝突速度は落下高さにより変化させることとなる。
【００５５】
また、基準物体９１、９２が球体でないため、自由落下によって基準物体９１、９２が伝播媒体２に衝突するとき、必ずしも衝突面９１Ａ、９２Ｂで衝突するとは限らない。しかし、衝突面９１Ａ、９２Ａでない部分で伝播媒体２と衝突した場合、衝突面９１Ａ、９２Ｂで衝突したときとは、跳ね返りの挙動や計測波形が異なったものとなるため、そのデータを容易に排除することができる。
【００５６】
一方、バネなどの力で衝突速度を決める基準物体発射装置を用いれば、基準物体９１、９２を近距離から伝播媒体２に衝突させることができるので、衝突面で衝突させることが比較的容易である。
【００５７】
上述したように、図６に示した基準弾性波の原波形のパワースペクトルは、質量０．４ｇのジルコニアボール９を用いて測定したグラフである。図１０は、本実施形態により質量０．２ｇの基準物体を用いた場合の基準音源の基準弾性波の原波形のパワースペクトルを示すグラフである。図６の基準物体と図１０の基準物体は、質量ｍが異なるがヤング率Ｅ2およびポアソン比υ2、衝突面の曲率半径Ｒ2は同じである。
【００５８】
図６と図１０を比較すると、図６では最初の極小点（節）が１．１ＭＨｚ程度なのに対して、図１０では最初の極小点が１．６ＭＨｚ近くになっており、基準音源の周波数帯域が拡大している。したがって、本実施形態によれば、広い周波数帯域で精度の高い応答関数を求めることができる。
【００５９】
本実施形態によれば、ジルコニアボール９のような基準物体の衝突速度、基準物体自体のヤング率、ポアソン比、質量、または衝突面の曲率半径をパラメータとして理論的に節の周波数を選択することができるので、異なる衝突条件により得られた複数の結果を用いた応答関数を容易かつ確実に取得することができる。
【００６０】
また、球体の衝突面以外の部分の一部を除去した形状の基準物体を用いることにより、基準物体の材質や衝突面の曲率半径を変更することなく、質量を変更することができるので、衝突条件の選択の自由度をより向上させることができる。
【００６１】
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、基準物体を用いた伝播系の応答関数の算出において、基準物体を伝播媒体に複数回衝突させ、平均化により応答関数を算出するものである。
【００６２】
また、その際、基準物体の自由落下の高さを変更することにより衝突速度を変えて複数回衝突を行い、さらにそれぞれの高さにおける測定を複数回行って平均化することで、応答関数を算出する。この結果、複数回の測定の結果を用いて応答関数を算出しているので、衝突位置など様々な要因による算出結果のバラツキを低減することができ、精度の高い原波形解析を行うことができる。また、極小点の位置が異なる複数の衝突条件により求まった値を用いているので、各衝突条件により求まった値における極小点の影響を相殺し、極小点の影響による高周波ノイズを低減した平均化応答関数を求めることができる。
【００６３】
本実施形態において、応答関数を求めるための測定装置系の構成は、図１に示した第１の実施形態のものと同様である。また、微小な衝撃力の計測波を測定するための測定装置系の構成も図３に示した第１の実施形態のものと同様である。さらに、ジルコニアボール９およびインクジェットヘッドチップ７も第１の実施形態と同様のものを用いた。
【００６４】
本実施形態において伝播系の応答関数を求める手順について説明する。
【００６５】
まず、基準物体落下装置８を用いてジルコニアボール９を伝播媒体上の測定対象物の所定の位置へ自由落下衝突させる。そして、この自由落下を、落下高さを変えることにより衝突速度を変えて、複数回行う。また、それぞれの高さで複数回測定を行い、平均化した値を用いた。
【００６６】
ここでは、表１に示すように、衝突速度をそれぞれ変えた、条件１〜５の計５パターンにおける、基準物体の自由落下を行った。伝播系の応答関数Ｇ1（ω）〜Ｇ5（ω）は数式（４）に従って求めた。
【００６７】
【数４】
2006084454.tif 000006
【００６８】
【表１】
2006084454.tif 000007
【００６９】
そして、得られた５つの応答関数Ｇ1（ω）〜Ｇ5（ω）について、数式（５）に従って平均化を行う。平均化により得られた応答関数Ｇave（ω）を、以下「平均化応答関数」という。
【００７０】
【数５】
2006084454.tif 000008
【００７１】
図１１は、条件５により求めた応答関数Ｇ5（ω）のパワースペクトルを示すグラフである。図１２は、条件１〜５を平均化して求めた平均化応答関数Ｇave（ω）のパワースペクトルを示すグラフである。
【００７２】
図１１を参照すると、応答関数Ｇ5（ω）は複数の急峻なピークを有している。衝突面が球面の基準物体の衝突による原波形Ｐ5（ω）には極小点（節）があり、その影響で、応答関数には節の周波数にピークが現れる。これは節の周波数ではノイズの影響が大きく、応答関数を正確に求めることができないことによる。したがって、このピークは本来の応答関数を示すものではなく、ノイズによるものである。
【００７３】
上述の数式（３）によれば、衝突時間ｔは衝突速度ｖによって変化する。また、パワースペクトルにおける極小点の周波数は衝突時間ｔによって変化する。したがって、条件１〜５のパワースペクトルは、互いに異なる周波数に極小点を有することとなる。したがって、各条件によって求めた応答関数Ｇ1（ω）〜Ｇ5（ω）を平均化することにより、図１２に示したように、節の影響を低減してピークを取り除くことができる。その結果、応答関数の算出の精度を高めることができる。
【００７４】
図１１と図１２を比較すると、応答関数のパワースペクトル中に見出される、節の影響によるピークは、平均化により約１／３に低減されている。
【００７５】
本実施形態において、微小な衝撃力の計測波形を測定し、その計測波形から原波形を求める手順は、第１の実施形態における手順と同様である。発泡ドライバ１０によりインクジェットヘッドチップ７のヒーター上に発泡現象を発生させ、その衝撃力による弾性波を伝播系を介してオシロスコープ６で測定する。そして、オシロスコープ６で測定された計測波形Ｖ′（ｔ）をフーリエ変換により周波数領域のＶ′（ω）に変換し、数式（６）に従って平均化応答関数Ｇave（ω）で除算した後に逆フーリエ変換することにより、微小な衝撃力の原波形Ｐ′（ｔ）を求めることができる。
【００７６】
【数６】
2006084454.tif 000009
【００７７】
図１３は、条件５のみから算出した応答関数Ｇ5（ω）を用いて求めた、発泡現象による衝撃力の原波形を示すグラフである。図１４は、条件１〜５から算出した平均化応答関数Ｇave（ω）を用いて求めた、発泡現象による衝撃力の原波形を示すグラフである。
【００７８】
図１３および図１４のどちらを見ても、発泡現象による短い時間の衝撃力が測定されていることが分かる。しかし、図１３に比べて図１４はノイズの影響が低減され、より正確に原波形が測定されている。
【００７９】
図１３中の実線で囲んだ部分を見るとＭＨｚオーダーの高周波ノイズが現れている。このＭＨｚオーダーの高周波ノイズは節の影響であるが、図１４中の実線で囲んだ部分にはＭＨｚオーダーの高周波ノイズが現れていない。このことから、平均化応答関数を用いることにより、節の影響が低減されていることが分かる。つまり、本実施形態によれば、節の位置が異なる複数の基準音源により求まった値を平均化しているので、各基準音源により求まった値における節の影響を相殺し、節の影響による高周波ノイズを低減した平均化応答関数を求めることができる。
【００８０】
図１３および図１４において実線で囲んだ部分を比較すると、図１４の方がよりフラットな波形を示している。実線で囲んだ部分は発泡現象の発生する前の時点なので、本来であれば（理想的には）、完全にフラットな波形となるはずの部分である。このことから、平均化応答関数を用いることにより、ノイズの影響が低減されていることが分かる。
【００８１】
本実施形態によれば、複数回の応答関数の算出の結果を平均化しているので、衝突位置など様々な要因による算出結果のバラツキを平均化により低減することができ、精度の高い原波形解析を行うことができる。この効果は、本実施形態のように複数の異なる衝突条件の算出結果を平均化する場合だけでなく、同じ衝突条件の算出結果を平均化することによっても得ることができる。
【００８２】
［第５の実施形態］
衝突面が球面である基準物体の衝突による衝撃力の原波形に存在する節の周波数を変化させるパラメータは、第２の実施形態に示した衝突速度に限られるものではない。第３の実施形態において式（３）に示したヤング率、ポアソン比、質量、および衝突面の曲率半径も節の周波数を変化させるパラメータとして用いることができる。また、さらに基準物体自体の密度も節の周波数を適切に変化させるためのパラメータとして用いることができる。
【００８３】
図１５は、ヤング率が３×１０11Ｎ／ｍ2、密度が３０００ｋｇ／ｍ3、曲率半径が０．５ｍｍ、衝突速度が１．０ｍ／ｓという衝突条件における、衝突面が球面である物体の衝突による衝撃力のパワースペクトルを示すグラフである。図１５を参照すると、最初の節の周波数は約１．５ＭＨｚとなっている。以下、図１５に示したグラフを基準として、各パラメータを変化させたときのパワースペクトルの変化について考察する。
【００８４】
図１６は、衝突速度を０．５ｍ／ｓにしたときのパワースペクトルを示すグラフである。図１６を参照すると、最初の節の周波数は約１．３ＭＨｚに変化している。図１７は、ヤング率を２×１０11Ｎ／ｍ2にしたときのパワースペクトルを示すグラフである。図１７を参照すると、最初の節の周波数は約１．４ＭＨｚに変化している。図１８は、密度を８０００ｋｇ／ｍ3にしたときのパワースペクトルを示すグラフである。図１８を参照すると、最初の節の周波数は約１．０ＭＨｚに変化している。図１９は、曲率半径を１．０ｍｍとしたときのパワースペクトルを示すグラフである。図１９を参照すると、最初の節の周波数は約０．７ＭＨｚに変化している。
【００８５】
図１５〜１９の比較から、これらの各パラメータを変化させることにより、節の周波数が変化することが分かる。したがって、第４の実施形態に示した平均化応答関数を求める際に、これら各パラメータを変化させて得た複数の応答関数を用いることができる。
【００８６】
以上、各実施例で説明したように、基準物体の各パラメータを変化させることで、従来の６５０ＫＨｚ以上の高周波数領域に第１の節がくるように、基準物体を測定対象物に衝突させることが可能となり、微小な弾性波の原形波を精度良く計測することが可能となる。
【００８７】
［第６の実施形態］
第６の実施形態は、基準物体を用いた伝播系の応答関数の算出において、第４の実施形態と同様に、基準物体を伝播媒体に異なる衝突条件で複数回衝突させ、平均化により応答関数を算出するものである。ここでは、基準物体として異なる材質の基準音源用ボールを複数用いることで、その材質により衝突条件を変化させるものとする。本実施形態においても、好ましくは、基準弾性波の原波形のパワースペクトルの周波数領域における極小点が６５０ＫＨｚ以上の周波数に位置するような衝突条件に設定される。
【００８８】
図１に示した測定装置系では、キャビテーション力測定におけるインクの状態変化（例えば蒸発によるインク量や粘度の変化など）を考慮していない為、測定条件が変化する可能性がある。そこで、更なる測定精度の向上と、安定したキャビテーション力を繰り返し発生させることができる測定装置系を下記に示す。
【００８９】
種々の検討により、インクジェットヘッドチップ上で生じるキャビテーション力は、インクジェットヘッドチップ上の液量（インク量）によって変化することがわかった。これは、発泡現象において泡が消滅する消泡時の液体（インク）の流れ込む量によりキャビテーション力が変化するためと考えられる。つまり、安定したキャビテーション力を得る為には、インクジェットヘッドチップ上のインク量を一定に保つ構成が必要となる。
【００９０】
具体的には、インクジェットヘッドチップ上に壁、天板、およびスペーサーを備えることにより、インクジェットヘッドチップ上のインク量を一定に保つことができる。これにより消泡時のインクの流れ込み量が一定になり、所望のキャビテーション力に保つことができる。
【００９１】
図２０は、第６の実施形態における平均化応答関数を求めるための測定装置系の構成を示す模式図である。本実施形態では基準音源として様々な材質のセラミックボール９３を所定の位置（キャビテーションが発生する位置）に自由落下させたときの衝撃を用いる。ここではセラミックボール９３として、直径φ０．５ｍｍの窒化珪素ボール、直径φ０．５ｍｍのジルコニアボール、および直径φ０．６ｍｍのアルミナボールを用いた場合について例示する。なお、これは衝突条件の異なる複数の応答関数から平均化応答関数を求めるために行うものである。基準物体の材質により原波形のパワースペクトルの周波数領域の極小点を６５０ＫＨｚ以上とすることもできる。
【００９２】
本実施形態では、液体に熱エネルギーを付与するヒーターを有する、ＢＪ（ｂｕｂｂｌｅ  ｊｅｔ）インクジェットヘッドチップ７Ｂを測定対象物とし、その上で起こる発泡現象によるキャビテーション力の弾性波の原波形を精度良く測定する例を示す。また、測定装置系は、ＡＥセンサー１、伝播媒体２、反射防止部材３、プリアンプ４、ディスクリミネータ５、ディジタルオシロスコープ６、基準物体落下装置８、およびキャビテーション力制御装置１００を有している。
【００９３】
ＡＥセンサー１、伝播媒体２、反射防止部材３、プリアンプ４、ディスクリミネータ５、ディジタルオシロスコープ６、および基準物体落下装置８は図１に示したものと同じものである。
【００９４】
図２１は、図２０に示したキャビテーション力制御装置の構成を示す模式図である。図２１を参照すると、キャビテーション力制御装置１００は、壁１０１およびスペーサー１０２を有している。
【００９５】
壁１０１はインクジェットヘッドチップ７Ｂ上のヒーターに対応する、液体に気泡が発生する発泡領域を囲んでおり、エポキシ接着剤で伝播媒体２に接着されている。壁１０１の内部にはインクを充填でき、また、インクを充填した上に天板を備えることができる。ただし、平均化応答関数を求めるときには、インクは充填されず、また天板を取り付けない状態とされる。
【００９６】
インクジェットヘッドチップ７Ｂ上の発泡現象により発生したキャビテーション力がインクジェットヘッドチップ７Ｂ上に印加されるので、図２０の測定装置系では、インクジェットヘッドチップ７Ｂ、伝播媒体２、反射防止部材３、ＡＥセンサー１、ＡＥセンサー１を伝播媒体２に接着しているシリコーン接着剤、プリアンプ４、およびディスクリミネータ５の他に、キャビテーション力制御装置１００も伝播系に含まれる。
【００９７】
また、インクジェットヘッドチップ７Ｂの基板がシリコンウェハーなので、伝播媒体２とインクジェットヘッドチップ７Ｂの音響インピーダンスを等しくするため、また結晶粒界を持たない単結晶の部材を用いることにより周波数の高い弾性波の減衰を減らすために、伝播媒体２の材質として上述と同様にシリコンインゴットが用いられている。
【００９８】
本実施形態においても原波形解析は図２７に示した一般的な流れにより行われる。
【００９９】
伝播系全体の平均化応答関数を求める手順について説明する。
【０１００】
まず、基準物体落下装置８を用いて、各種材質のセラミックボール９３をインクジェットヘッドチップ７Ｂ上に自由落下衝突させる。本実施形態では、セラミックボール９３の材質により衝突条件を変化させており、落下高さは２２．５ｍｍに統一してある。ここでは、窒化珪素を条件１、ジルコニアを条件２、アルミナを条件３とする。
【０１０１】
予め計算により求められた、条件１〜３における基準音源の原波形をＰ1（ｔ）〜Ｐ3（ｔ）とする。原波形Ｐ1（ｔ）〜Ｐ3（ｔ）をフーリエ変換した周波数プロファイルをそれぞれＰ1（ω）〜Ｐ3（ω）とする。
【０１０２】
条件１〜３における基準音源の計測波形をＶ1（ｔ）〜Ｖ3（ｔ）とし、その計測波形Ｖ1（ｔ）〜Ｖ3（ｔ）をフーリエ変換したものをそれぞれＶ1（ω）〜Ｖ3（ω）とする。
【０１０３】
伝播系の応答関数Ｇ1（ω）〜Ｇ3（ω）は数式（７）に従って求めることができる。
【０１０４】
【数７】
2006084454.tif 000010
【０１０５】
そして、得られた３つの応答関数Ｇ1（ω）〜Ｇ3（ω）について、数式（８）に従って平均化を行う。平均化により平均化応答関数Ｇave（ω）が得られる。
【０１０６】
【数８】
2006084454.tif 000011
【０１０７】
次に、インクジェットヘッドチップ７Ｂにキャビテーション力を加えて弾性波を発生させ、伝播系を介して微小な弾性波の計測波形Ｖ′（ｔ）を計測し、それをフーリエ変換してＶ′（ω）を算出する。
【０１０８】
図２２は、キャビテーション力の弾性波を計測するための測定装置系の構成を示す模式図である。図２３は、キャビテーション力を印加するときのキャビテーション力制御装置の構成を示す模式図である。
【０１０９】
図２２を参照すると、図２０の状態から、基準物体落下装置８が取り除かれ、測定対象物であるインクジェットヘッドチップ７Ｂに発泡ドライバ１０が接続されている。図２３を参照すると、壁１０１で囲まれた内部にインク１０４が充填され、インク１０４の上部にはスペーサー１０２に支持されて天板１０３が備えられている。
【０１１０】
基準音源をインクジェットヘッドチップ７Ｂ上に印加するときには、図２１に示したように天板１０３およびインク１０４がない状態とされるのに対して、キャビテーション力を印加するときには、図２３に示したように天板１０３とインク１０４がある状態とされる。したがって、厳密には前者と後者とでは伝播経路が異なる。しかし、検討によりインク１４は伝播経路に、無視できない程の影響を与えないことが分かっている。
【０１１１】
次に、スペーサー１０３に関して述べると、ブロックゲージのような矩形の断面形状を有するスペーサーを用いることも考えられる。しかし、種々の検討により、矩形のスペーサーを用いると、天板１０３を設置した際に共振が起こり、その結果、キャビテーション力の原波形の計測が困難になることが分かった。また、伝播経路への影響を減らすためにはスペーサー１０２と伝播媒体２の接触面積を可能な限り小さくすることが好ましい。これらのことを考慮し、本実施形態では、好適な例として円形の断面形状を有するピンゲージをスペーサー１０２として用いている。
【０１１２】
さらに、天板１０３に関して述べると、その音響インピーダンスが空気に近ければ伝播経路に無視できない程の影響を与えることはないと考えられる。種々の検討を行った結果、天板の材料にアクリル樹脂を用いることにより、天板１０３による伝播経路への影響を無視できる程度まで低減させることができた。そのため、本実施形態では、アクリル板を天板１０３に用いた。
【０１１３】
図２４は、キャビテーション力による弾性波を計測した結果を示すグラフである。図２２、２３の構成にてキャビテーション力による弾性波測定を１０回行った結果を図２４（ａ）に重ねて示し、１０回中の任意の１回の測定結果を（ｂ）に、１０回の積算（平均化）結果を（ｃ）に示す。
【０１１４】
図２４（ａ）を見ると、キャビテーション力による信号領域では毎回ほぼ同じ波形が測定されており、本実施形態ではキャビテーション力の再現性が非常によいことが分かる。また、（ｂ）と（ｃ）のバックグラウンドノイズを比べると、積算によってバックグラウンドのランダムなノイズ成分のみが減少することが分かる。なお、図２４では、図の見易さのため、インクジェットヘッドチップ上の信号が発生する前の領域のみのバックグラウンドノイズを示しているが、実際には、このノイズが計測波全体領域に存在する。
【０１１５】
ここでは、スペーサー１０２に用いたピンゲージの直径を一例として１１４４μｍとする。この場合、インクジェットヘッドチップ７Ｂの表面から天板１０３として用いたアクリル板までの距離はおよそ５００μｍである。
【０１１６】
発泡ドライバ１０を駆動させインクジェットヘッドチップ７Ｂのヒーター上に発泡現象を発生させる。このときキャビテーション力によって生じる弾性波は伝播系全体を伝播し、ＡＥセンサー１によって検出される。ＡＥセンサー１で検出された弾性波は、伝播系を介してオシロスコープ６で計測される。その計測波形Ｖ′（ｔ）をフーリエにより周波数領域のＶ′（ω）に変換し、上述した数式（６）に従って平均化応答関数Ｇave（ω）で除算し、その後に逆フーリエ変換することによりキャビテーション力による弾性波の原波形Ｐ′（ｔ）を定量的に求めることができる。
【０１１７】
図２５は、本実施形態の測定装置系を用い、上述した方法により求めた、発泡現象の原波形を示すグラフである。図２５を見ると、発泡時の衝撃力とキャビテーション力が確認できる。図２５を参照すると、およそ０．０８Ｎのキャビテーション力が求められている。
【０１１８】
次に、スペーサー１０２のサイズ変更によるキャビテーション力の制御について説明する。微小な衝撃力であるキャビテーション力を制御することにより、積算によるＳ／Ｎ比の向上や、各種保護膜材料の耐キャビテーション性の評価などがより容易となり好ましい。上述したように、インクジェットヘッドチップ上で生じるキャビテーション力は、インクジェットヘッドチップ上の液量によって変化するので、インクジェットヘッドチップ上の液量を制御すればキャビテーション力を制御できる。具体的には、壁１０１で囲まれた中に備えられるスペーサー１０２のサイズを変更することにより液量を任意に変化させることができる。これによりキャビテーション力を任意に変化させることができる。ここでは、スペーサー１０２として用いるピンゲージの直径を６４９μｍ、７４４μｍ、８４４μｍ、１１４４μｍ、１６４４μｍと変化させたときのキャビテーション力の変化を見ることとする。
【０１１９】
図２６は、インクジェットヘッドチップ表面から天板までの距離に対するキャビテーション力の変化を示すグラフである。上述した各スペーサー１０２（ピンゲージ）を用いた場合のインクジェットヘッドチップ７Ｂ表面から天板１０３までの距離はそれぞれおよそ５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍである。図２６から、インク量の増減がキャビテーション力に著しい影響を与えることが分かる。
【０１２０】
以上説明したように、本実施形態のキャビテーション力制御装置が、キャビテーション力測定におけるインクの状態変化（例えば蒸発によるインク量や粘度の変化など）を抑えて一定状態に保つので、所望の条件での測定が容易となり、測定精度を向上させることができる。また、誤差の少ない積算が可能となり、測定精度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、等しいキャビテーション力を繰り返し発生させることができるので、保護膜の耐キャビテーション性の評価が容易となり、保護膜材料の開発に対して非常に有用である。
【０１２１】
さらに、本実施形態によれば、キャビテーション力に影響があるパラメータ（インクの粘度や天板１０３の表面エネルギーなど）の抽出が容易に可能であり、それによりヒーター周辺部の最適設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】第１の実施形態における応答関数を求めるための測定装置系の構成を示す模式図である。
【図２】基準音源の原波形のパワースペクトルを示すグラフである。
【図３】本実施形態における微小な衝撃力の計測波形を測定するための測定装置系の構成を示す模式図である。
【図４】基準音源として従来の直径０．８ｍｍのボールベアリング用の軸受鋼球の自由落下衝突を用いて求めた、発泡現象による微小な衝撃力の原波形を示すグラフである。
【図５】本実施形態の基準物体であるジルコニアボールを用いて求めた、発泡現象による微小な衝撃力の原波形を示すグラフである。
【図６】衝突速度１．４ｍ／ｓの場合の原波形のパワースペクトルを示すグラフである。
【図７】衝突速度２．８ｍ／ｓの場合の原波形のパワースペクトルを示すグラフである。
【図８】質量を小さくした基準物体の形状を示す図である。
【図９】質量をさらに小さくした基準物体の形状を示す図である。
【図１０】質量０．２ｇの基準物体を用いた場合の基準音源の原波形のパワースペクトルを示すグラフである。
【図１１】条件５により求めた応答関数のパワースペクトルを示すグラフである。
【図１２】条件１〜５を平均化して求めた平均化応答関数のパワースペクトルを示すグラフである。
【図１３】条件５のみから算出した応答関数Ｇ5（ω）を用いて求めた、発泡現象による衝撃力の原波形を示すグラフである。
【図１４】条件１〜５から算出した平均化応答関数を用いて求めた、発泡現象による衝撃力の原波形を示すグラフである。
【図１５】ヤング率が３×１０11Ｎ／ｍ2、密度が３０００ｋｇ／ｍ3、曲率半径が０．５ｍｍ、衝突速度が１．０ｍ／ｓという衝突条件における、衝突面が球面である物体の衝突による衝撃力のパワースペクトルを示すグラフである。
【図１６】衝突速度を０．５ｍ／ｓにしたときのパワースペクトルを示すグラフである。
【図１７】ヤング率を２×１０11Ｎ／ｍ2にしたときのパワースペクトルを示すグラフである。
【図１８】密度を８０００ｋｇ／ｍ3にしたときのパワースペクトルを示すグラフである。
【図１９】曲率半径を１．０ｍｍとしたときのパワースペクトルを示すグラフである。
【図２０】第６の実施形態における平均化応答関数を求めるための測定装置系の構成を示す模式図である。
【図２１】図２０に示したキャビテーション力制御装置の構成を示す模式図である。
【図２２】キャビテーション力の弾性波を計測するための測定装置系の構成を示す模式図である。
【図２３】キャビテーション力を印加するときのキャビテーション力制御装置の構成を示す模式図である。
【図２４】第６の実施形態におけるキャビテーション力による弾性波を計測したグラフである。
【図２５】第６の実施形態におけるキャビテーション力の原波形を示すグラフである。
【図２６】インクジェットヘッドチップ表面から天板までの距離に対するキャビテーション力の変化を示すグラフである。
【図２７】一般的な原波形解析の流れの概略を示すフローチャートである。
【図２８】衝突面が球面の物体が衝突するときに生じる衝撃力のパワースペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２３】
１    ＡＥセンサー
２    伝播媒体
７    インクジェットヘッドチップ
７Ｂ    インクジェットヘッドチップ
８    基準物体落下装置
９    ジルコニアボール
９１、９２    基準物体
９３    セラミックボール
１０    発泡ドライバ
１１、１０４    インク
１００    キャビテーション力制御装置
１０１    壁
１０２    スペーサー
１０３    天板
【図１】
2006084454.tif 000012
【図２】
2006084454.tif 000013
【図３】
2006084454.tif 000014
【図４】
2006084454.tif 000015
【図５】
2006084454.tif 000016
【図６】
2006084454.tif 000017
【図７】
2006084454.tif 000018
【図８】
2006084454.tif 000019
【図９】
2006084454.tif 000020
【図１０】
2006084454.tif 000021
【図１１】
2006084454.tif 000022
【図１２】
2006084454.tif 000023
【図１３】
2006084454.tif 000024
【図１４】
2006084454.tif 000025
【図１５】
2006084454.tif 000026
【図１６】
2006084454.tif 000027
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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