(57)【要約】【課題】膜状部材の残留振動を速やかに抑制できる液滴形成装置を提供する。【解決手段】液を収容可能な液収容部と、前記液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、前記膜状部材を変形可能な変形手段と、前記膜状部材を変形させ、前記液を吐出させる吐出信号、及び、前記膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動部と、を有し、前記抑制信号が、前記膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号であり、前記抑制信号の振幅が、前記吐出信号の振幅以下であり、前記吐出信号の出力が終了してから前記抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉが、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たす液滴形成装置である。ただし、前記式中、ｍは、正の整数を示す。【選択図】図４
2019162099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液を収容可能な液収容部と、
前記液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、
前記膜状部材を変形可能な変形手段と、
前記膜状部材を変形させ、前記液を吐出させる吐出信号、及び、前記膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動部と、
を有し、
前記抑制信号が、前記膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号であり、
前記抑制信号の振幅が、前記吐出信号の振幅以下であり、
前記吐出信号の出力が終了してから前記抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉが、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たすことを特徴とする液滴形成装置。
ただし、前記式中、ｍは、正の整数を示す。
【請求項２】
前記駆動部が、複数の前記抑制信号を出力する請求項１に記載の液滴形成装置。
【請求項３】
前記液収容部の液量を検出する液量検出手段を更に有し、
前記駆動部が、前記液量検出手段の検出結果に基づいて前記変形手段を駆動する請求項１から２のいずれかに記載の液滴形成装置。
【請求項４】
液を収容可能な液収容部と、
前記液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、
前記膜状部材を変形可能な変形手段と、
前記膜状部材を変形させ、前記液を吐出させる吐出信号、及び、前記膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動部と、
を有する液滴形成装置を用い、
前記液収容部に前記液を収容し、前記膜状部材に対し、前記膜状部材を変形させて前記液を吐出させる前記吐出信号、及び、前記膜状部材の前記残留振動を抑制する前記抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動工程を含み、
前記抑制信号が、前記膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号であり、
前記抑制信号の振幅が、前記吐出信号の振幅以下であり、
前記吐出信号の出力が終了してから前記抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉが、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たすことを特徴とする液滴形成方法。
ただし、前記式中、ｍは、正の整数を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴形成装置及び液滴形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、幹細胞技術の進展に伴い、複数の細胞をインクジェット方式で吐出して組織体を形成する技術開発が行われている。
【０００３】
インクジェット方式としては、例えば、圧電素子を用いて膜状部材を変形させて吐出する圧電加圧方式、ヒータで気泡を発生させて吐出するサーマル方式、静電引力により液を引っ張って吐出する静電方式などが挙げられる。この中でも、圧電加圧方式が、他の方式と比べて熱や電場によるダメージを細胞に与えにくいため、細胞溶液の液滴形成に用いるのに好適である。
【０００４】
幹細胞技術にも用いられる圧電加圧方式による様々な液滴形成装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、膜状部材の残留振動を速やかに抑制できる液滴形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するための手段としての本発明の液滴形成装置は、液を収容する液収容部と、前記液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、前記膜状部材を変形させる変形手段と、前記膜状部材を変形させて前記液を吐出させる吐出信号、及び、前記膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動部と、を有し、前記抑制信号が、前記膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号であり、前記抑制信号の振幅が、前記吐出信号の振幅以下であり、前記吐出信号の出力が終了してから前記抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉが、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たす。ただし、前記式中、ｍは、正の整数を示す。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、膜状部材の残留振動を速やかに抑制できる液滴形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、従来の液滴形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、従来の液滴形成装置において、液室の液量とメンブレンの共振周波数との関係を例示する図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る液滴形成装置を例示する断面図である。
【図４】図４は、吐出信号及び抑制信号の一例を示す説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の実施形態に係る液滴形成装置の動作を示す説明図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１の実施形態に係る液滴形成装置の動作を示す説明図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、第１の実施形態に係る液滴形成装置の動作を示す説明図である。
【図６Ａ】図６Ａは、吐出信号及び抑制信号の他の一例を示す説明図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、吐出信号及び抑制信号の他の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る液滴形成装置を例示する断面図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る液滴形成装置の変形例を示す断面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態の変形例に係る液滴形成装置において、液室の液量とメンブレンの固有振動数との関係を例示する図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第２の実施形態の変形例に係る液滴形成装置において、間隔時間を変化させたときのメンブレンの残留振動の振幅を測定した結果の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第２の実施形態の変形例に係る液滴形成装置において、間隔時間を変化させたときのメンブレンの残留振動の振幅を測定した結果の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態の変形例に係る液滴形成装置において、液室内の液量に応じて液滴を安定して形成する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、初期充填量に対する各パラメータの一例を示すテーブルデータである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（液滴形成装置）
本発明の液滴形成装置は、液を収容する液収容部と、液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、膜状部材を変形させる変形手段と、膜状部材を変形させる吐出信号、及び、膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを選択的に出力して変形手段を駆動する駆動部と、を有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
また、抑制信号は、膜状部材の固有振動周期Ｔ０を含み、抑制信号の振幅は、吐出信号の振幅以下であり、吐出信号の出力が終了してから抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉは、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たす。ただし、式中、ｍは、正の整数を示す。
本発明の液滴形成装置は、本発明の液滴形成方法を実施する装置として動作する。即ち、本発明の液滴形成装置は、本発明の液滴形成方法を実施することと同義であるので、本発明の液滴形成装置の説明を通じて本発明の液滴形成方法の詳細についても明らかにする。
【００１０】
本発明の液滴形成装置は、従来の液滴形成装置では、膜状部材を変形させて液を吐出させた後の膜状部材の残留振動が要因で、単位時間あたりの吐出回数を増やせないという問題や吐出する液滴の形状が不安定になる場合があるという知見に基づくものである。
【００１１】
また、特許文献２には、図１に示すように、ノズル１２１を有するメンブレン１２を圧電素子１３で加振して液滴を吐出する液滴形成装置１０が記載されている。また、液滴形成装置１０には、圧電素子１３を駆動する制御信号を設定するためにメンブレン１２の共振周波数を検知する情報取得手段３０が設けられている。このような液滴形成装置１０では、図２に示すように、液室１１内の液量が増減することによりメンブレンの共振周波数が変化する。具体的には、一定の液量範囲では共振周波数が安定しており、共振周波数と液量との関係は線形ではないことが確認できる。
本発明の液滴形成装置は、一定の液量範囲では共振周波数が安定する場合があるという知見に基づくものである。
なお、以下では、共振周波数を「固有振動数」と称することもある。
【００１２】
本発明の液滴形成装置では、抑制信号について、膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号とし、振幅を吐出信号の振幅以下として不要な振動を発生させないようにする。さらに、本発明の液滴形成装置では、吐出信号の出力が終了してから抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉを次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たすようにすることで、抑制信号を出力するタイミングを残留振動の逆位相とする。これにより、本発明の液滴形成装置は、膜状部材の残留振動を速やかに抑制することができるため、単位時間あたりの吐出回数を増加させることができる。さらに、本発明の液滴形成装置は、液滴が分離するサテライトや細かく飛び散るミストなどの残留振動に起因する不具合の発生を減少させることができるため、より微小な液滴量の制御も可能になる。
【００１３】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１４】
（第１の実施形態）
［液滴形成装置の構造］
第１の実施形態に係る液滴形成装置について説明する。
図３は、第１の実施形態に係る液滴形成装置を例示する断面図である。
図３に示すように、第１の実施形態に係る液滴形成装置１は、液を収容する液室２と、吐出孔（ノズル）３ａが形成されたメンブレン３と、圧電素子４と、圧電素子４に駆動信号を出力する駆動部５とを有する。
なお、本実施形態では、便宜上、液室２の液面が存在する側を上側、圧電素子４が存在する側を下側とする。また、各部位において、液室２が存在する側の面を上面、圧電素子４が存在する面を下面とする。
【００１５】
液室２は、底部にメンブレン３を有し、液Ａを収容可能である。
液Ａとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
液室２の材質としては、例えば、金属、シリコン、セラミックなどが挙げられる。
液室２の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
液室２に収容可能な液Ａの量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１μＬ〜１ｍＬとしてもよく、液Ａが細胞を分散させた細胞懸濁液などである場合には、１μＬ〜５０μＬとしてもよい。
【００１６】
メンブレン３は、液室２の底部として配置されており、液室２の下面の端部に固定されている。メンブレン３の略中心には、貫通孔である吐出孔３ａが形成されており、液室２に収容された液Ａがメンブレン３の変形により吐出孔３ａから液滴Ｄとして吐出される。
メンブレン３は、圧電素子４により変形させられる。
メンブレン３としては、本実施形態では、平均厚みが４０μｍで、直径が２０ｍｍの円形ＳＵＳ板を用いた。
【００１７】
メンブレン３を平面視したときの形状は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円形、楕円状、四角形などが挙げられ、液室２の底部の形状に応じたものが好ましい。
メンブレン３の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属材料、セラミック材料、高分子材料などが挙げられ、ある程度の硬さがある材質であることが好ましい。メンブレン３の材質がある程度の硬さがあると、メンブレン３が容易に振動せず、また振動を抑制しやすい。
金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウムなどが挙げられる。
セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
【００１８】
吐出孔３ａは、本実施形態では、メンブレン３の略中心に実質的に真円状に形成されている。
吐出孔３ａの形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真円状などが挙げられる。
吐出孔３ａの形状が真円状の場合、吐出孔３ａの直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。吐出孔３ａの直径が好ましい範囲であると、吐出される液滴形状の安定化の点で有利である。
【００１９】
圧電素子４は、メンブレン３の下面側に配置されている。圧電素子４としては、本実施形態では、ベンド型リングピエゾ素子（ノリアック社製、ＣＭＢＲ０３）を用いた。
圧電素子４の形状としては、メンブレン３の形状に合わせた形状が好ましい。例えば、メンブレン３を平面視したときの形状が円形である場合には、吐出孔３ａの周囲に平面形状が円環状（リング状）の圧電素子４を配置することが好ましい。
【００２０】
圧電素子４は、例えば、圧電材料の上面及び下面に電圧を印加するための電極を設けた構造であり、圧電素子４の上下電極に電圧を印加することによって紙面横方向に圧縮応力が加わりメンブレン３を変形あるいは振動させることができる。
圧電材料としては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、これらに金属や異なる酸化物を加えた材料などが挙げられる。
【００２１】
なお、本実施形態では、圧電素子４がメンブレン３を変形させるようにしたが、これに限ることなく、他の態様としてもよい。他の態様としては、例えば、メンブレン３上にメンブレン３とは線膨張係数が異なる材料を貼り付け、加熱することによって線膨張係数の差を利用してメンブレン３を変形させてもよい。この態様の場合には、線膨張係数の異なる材料の近傍にヒータを配置し、ヒータのＯＮ／ＯＦＦによりメンブレン３を変形あるいは振動させることが好ましい。
【００２２】
駆動部５は、駆動信号として吐出信号Ｐｊを圧電素子４に出力することができる。駆動部５は、吐出信号Ｐｊを圧電素子４に出力することにより、メンブレン３を変形させ、液室２に収容された液Ａを液滴Ｄとして吐出することができる。なお、メンブレン３の変形を所定の周期に設定した吐出信号Ｐｊで行うことにより、メンブレン３を共振振動させて吐出させることもできる。
【００２３】
また、駆動部５は、駆動信号として抑制信号Ｐｓを圧電素子４に出力することができる。駆動部５は、液滴Ｄを吐出した後の圧電素子４に抑制信号Ｐｓを出力することにより、メンブレン３の残留振動を抑制することができる。これにより、液滴形成装置１は、残留振動が自然に減衰するのを待たずに、メンブレン３の残留振動を速やかに抑制できるため、単位時間あたりの吐出回数を増加させることができる。さらに、液滴形成装置１は、液滴が分離するサテライトや細かく飛び散るミストなどの残留振動に起因する不具合の発生を減少させることができるため、より微小な液滴量の制御も可能になる。
【００２４】
［液滴形成装置による液滴形成過程（動作）］
第１の実施形態に係る液滴形成装置が液滴を形成する過程について説明する。
図４は、吐出信号及び抑制信号の一例を示す説明図である。図５Ａ〜図５Ｃは、第１の実施形態に係る液滴形成装置の動作を示す説明図である。
図４に示す吐出信号Ｐｊ及び抑制信号Ｐｓが圧電素子４に出力された場合には、図５Ａ〜図５Ｃに示すように液滴Ｄを形成するとともに、メンブレン３の残留振動を抑制することができる。
【００２５】
まず、図４に示すように吐出信号Ｐｊが出力されると、図５Ａに示すようにメンブレン３が急激に変形することにより、液室２に収容された液Ａが吐出孔３ａから下側に押し出される。
【００２６】
吐出信号Ｐｊとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。吐出信号Ｐｊとしては、メンブレン３で液Ａをより低い電圧で吐出させる点で、メンブレン３の固有振動周期Ｔｏに基づく信号が好ましい。本実施形態では、吐出信号Ｐｊの出力時間、即ち印加電圧を上昇させる時間をＴ０／２とすることにより、メンブレン３で液Ａをより低い電圧で吐出させることができる。
メンブレン３の固有振動周期Ｔｏは、例えば、レーザドップラー振動計（ＬＶ−１８００、株式会社小野測器製）を用いて測定することができる。
【００２７】
次に、図４に示すように一定の電圧が圧電素子４に印加されている時間、即ち吐出信号Ｐｊの出力が終了してから抑制信号Ｐｓの出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉでは、図５Ｂに示すように吐出孔３ａからの液滴Ｄが成長する。この間隔時間Ｔｉでは、メンブレン３は、吐出時に変形したことによる振動が残留する。
【００２８】
吐出信号Ｐｊの出力が終了してから抑制信号Ｐｓの出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉは、メンブレン３の残留振動を打ち消すタイミングで抑制信号Ｐｓを出力する必要があるため、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔｏ（ｍ：正の整数）を満たすようにする。
【００２９】
そして、図４に示すように抑制信号Ｐｓが出力されると、図５Ａに示すようにメンブレン３が元の状態に戻る際に、液滴Ｄが形成されるとともに、メンブレン３の残留振動が抑制される。
【００３０】
抑制信号Ｐｓとしては、メンブレン３の固有振動周期Ｔｏに基づく信号であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。抑制信号Ｐｓがメンブレン３の固有振動周期Ｔｏに基づく信号でなければ、メンブレン３の残留振動を低いエネルギーで抑制することや短時間で抑制することが困難になる。
抑制信号Ｐｓの電圧は、吐出信号Ｐｊの最大電圧以下にする。抑制信号Ｐｓの電圧が吐出信号Ｐｊの最大電圧を超えると、抑制信号Ｐｓにより不要な振動が発生し、残留振動の長期化を招きやすくなる。
【００３１】
このように、第１の実施形態に係る液滴形成装置１は、図４に示すパルス状の駆動信号のうち、立ち上がり時の電圧信号を吐出信号とし、立ち下がり時の電圧信号を抑制信号として、メンブレン３に出力する。また、吐出信号及び抑制信号をメンブレン３の固有振動周期Ｔｏに基づく信号とし、吐出信号及び抑制信号の振幅を同等にし、間隔時間Ｔｉは、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔｏ（ｍ：正の整数）を満たすようにする。これにより、第１の実施形態に係る液滴形成装置１は、図４に示すパルス状の駆動信号を圧電素子４に連続的に印加することで、メンブレン３の残留振動が減衰するのを待たずに速やかに抑制できるため、単位時間あたりの吐出回数を増加させることができる。さらに、第１の実施形態に係る液滴形成装置１は、液滴が分離するサテライトや細かく飛び散るミストなどの残留振動に起因する不具合の発生を減少させることができるため、より微小な液滴量の制御も可能になる。
【００３２】
なお、第１の実施形態では、図４に示すパルス状の駆動信号のうち、立ち上がり時の電圧信号を吐出信号とし、立ち下がり時の電圧信号を抑制信号としたが、これに限ることなく、例えば、吐出信号及び抑制信号を図６Ａ及び図６Ｂに示すようにしてもよい。
【００３３】
図６Ａに示すように、吐出信号Ｐｊとしては、例えば、三角波、正弦波、矩形波、ローパスフィルタを介してエッジを緩やかにした三角波などとしてもよい。この場合には、三角波などの周期をメンブレン３の固有振動周期Ｔｏに合わせることが好ましい。
抑制信号Ｐｓとしては、メンブレン３の固有振動周期Ｔｏに基づく信号であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、三角波、正弦波、矩形波、ローパスフィルタを介してエッジを緩やかにした三角波などとしてもよい。この場合には、三角波などの周期をメンブレン３の固有振動周期Ｔｏに合わせるようにする。
【００３４】
また、図６Ｂに示すように、液滴形成装置１は、抑制信号Ｐｓを一回出力するだけではメンブレン３の残留振動を抑制できない場合には、複数の抑制信号Ｐｓを出力してもよい。この場合にも、三角波などの周期をメンブレン３の固有振動周期Ｔｏに合わせるようにする。
【００３５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の液滴形成装置は、第１の実施形態の液滴形成装置に加え、液室２の液量を検出可能な液量検出手段を更に有する。第１の実施形態ではメンブレン３の固有振動周期Ｔｏを固定値として扱っていたが、メンブレン３の固有振動周期Ｔｏは、液室２の液量、即ち液室２に収容されている液Ａの重さに応じて変化する。このことから、第２の実施形態では、液量検出手段の検出結果に基づき、現状の液量に応じたメンブレン３の固有振動周期Ｔｏを求め、メンブレン３の残留振動をより抑制し得る抑制信号を出力することが可能になる。ここでは、液量検出手段について説明する。
【００３６】
図７は、第２の実施形態に係る液滴形成装置を例示する断面図である。
図７に示すように、第２の実施形態では、第１の実施形態の液滴形成装置１において、液室２の内壁面の深さ方向に所定の間隔で複数の電極６を設けることにより、液室２の液量を検出可能な液量検出手段とした。この場合には、液室２に収容する液Ａとして導電性の液を用い、複数の電極６間の抵抗値などを計測することにより、液室２の液量を検出することができる。これにより、液室２の液量に対するメンブレン３の固有振動周期Ｔｏを予め計測して作成したデータテーブルを参照することにより、液室２の液量に応じたメンブレン３の固有振動周期Ｔｏを求めることができる。
【００３７】
このように、第２の実施形態に係る液滴形成装置１は、液量検出手段を有することにより、現状の液量に応じたメンブレン３の固有振動周期Ｔｏを求めることができるため、メンブレン３の残留振動をより抑制し得る抑制信号を出力することができる。
【００３８】
なお、第２の実施形態では、図７に示すように、液室２の内壁面の深さ方向に所定の間隔で複数の電極６を設けることにより液量検出手段としたが、これに限ることなく、例えば、図８に示すように液量検出手段として光センサを用いてもよい。
【００３９】
図８に示す液滴形成装置では、光センサ７が液室２の上方に設置されている。
光センサ７は、液室２の液面に向けて光を照射し、液面で反射した反射光を受光することにより、照射光と反射光の位相差に基づいて液面までの距離を測定することができる。
【００４０】
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、液滴形成装置を３軸に走査可能な走査機構や、吐出方向を３軸に調整可能な吐出方向調整機構が好ましい。液滴形成装置が走査機構や吐出方向調整機構を有すると、平面におけるパターニング吐出が可能になる点で有利である。また、この場合、積層させるようにパターニング吐出することで、３次元造形が可能になる点で有利である。
【００４１】
（第２の実施形態の変形例）
図９は、第２の実施形態の変形例に係る液滴形成装置において、液室の液量とメンブレンの固有振動数との関係を例示する図である。図９では、破線が測定値、実線が解析解（補正）を示す。
液滴形成装置１では、図９に示すように、液室２内の液量に応じてメンブレン３の固有振動周波数（１／Ｔｏ）が変化するが、固有振動周波数の変化が少ない範囲が存在する。このため、第２の実施形態の変形例の液滴形成装置では、光センサ７で液室２内の液量を検出した結果に基づいて吐出信号Ｐｊ及び抑制信号Ｐｓを出力し、固有振動周波数の変化が少ない所定の範囲の液量になるように制御し、安定した状態で液滴形成する。
【００４２】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、第２の実施形態の変形例に係る液滴形成装置において、間隔時間を変化させたときのメンブレンの残留振動の振幅を測定した結果の一例を示す図である。
図１０Ａは、間隔時間Ｔｉを０Ｔｏ〜４／８Ｔｏ（０．０μｓｅｃ〜６６．７μｓｅｃ）としたときの結果を示す。図１０Ａ中において、太線が参考例（Ｒｅｆ）、細線が０Ｔｏ（０μｓｅｃ）、一点鎖線が１／８Ｔｏ（１６．７μｓｅｃ）、破線が２／８Ｔｏ（３３．３μｓｅｃ）、点線が３／８Ｔｏ（５０．０μｓｅｃ）、細かい点線が４／８Ｔｏ（６６．７μｓｅｃ）としたときの結果を示す。
図１０Ｂは、間隔時間Ｔｉを５／８Ｔｏ〜８／８Ｔｏ（８３．３μｓｅｃ〜１３３．３μｓｅｃ）としたときの結果を示す。図１０Ｂ中において、太線が参考例（Ｒｅｆ）、一点鎖線が５／８Ｔｏ（８３．３μｓｅｃ）、破線が６／８Ｔｏ（１００．０μｓｅｃ）、点線が８／８Ｔｏ（１３３．３μｓｅｃ）としたときの結果を示す。
なお、図１０Ａ及び図１０Ｂ中の参考例では、抑制信号Ｐｓを出力しない場合に発生する残留振動を示している。
【００４３】
残留振動の測定条件としては、レーザトップラー振動計（ＬＶ−１７１０、株式会社小野測器製）を用いてメンブレン３の中心部を測定した。また、測定の際に、駆動部５により、吐出信号Ｐｊとしてメンブレン３の固有振動周期Ｔｏとした正弦波を圧電素子４に出力させた後に、上記のように間隔時間Ｔｉを変化させ、抑制信号Ｐｓとして吐出信号Ｐｊと同様の正弦波を圧電素子４に出力させた。
【００４４】
図１０Ａ及び図１０Ｂの結果から、間隔時間Ｔｉを２／８Ｔｏ以上５／８Ｔｏ以下に設定すると、抑制信号Ｐｓを印加しない参考例よりもメンブレン３の残留振動を抑制できることが確認された。
【００４５】
次に、光センサで液室内の液量を検出した結果に基づいて吐出信号及び抑制信号を出力し、固有振動周波数の変化が少ない所定の範囲の液量になるように制御する処理について説明する。ここでは、上記の処理の流れを図１１に示すフローチャートの図中Ｓで表すステップにしたがって説明する。
【００４６】
まず、液滴形成装置１は、液室２にインクを供給して（Ｓ１０１）、光センサ７で液室２のインクの初期充填量を検出する（Ｓ１０２）。
次に、液滴形成装置１は、図１２に示すようなテーブルデータを参照し、抑制信号Ｐｓ、間隔時間Ｔｉ、吐出信号Ｐｊ、及び次の液量検出までの繰り返し吐出回数Ｎを求める。また、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、から間隔時間Ｔｉを求め、それぞれ吐出条件として設定する（Ｓ１０３）。
【００４７】
本変形例では、このテーブルデータのデータ構成は、「初期充填量」、「最適固有振動数」、「液量範囲」、及び「固有振動数範囲」のデータ項目を含み、対応づけられている。なお、図１２に示したテーブルデータの数値は、一例であって本変形例とは関係のない数値である。
「初期充填量」のデータ項目は、本変形例では、液室にインクを供給した後、光センサで液室内の液量を検出した結果に該当する。
「最適固有振動数」のデータ項目は、本変形例では、液室内の液量に対し、安定して液滴形成が可能となるメンブレンの最適な固有振動数（１／Ｔｏ）である。
「液量範囲」のデータ項目は、本変形例では、抑制信号Ｐｓを印加したときに、参考例よりもメンブレンの残留振動が抑制される液量範囲である。
「固有振動数範囲」のデータ項目は、本変形例では、液量範囲に対応するメンブレンの固有振動数範囲である。
【００４８】
そして、液滴形成装置１は、Ｓ１０３で設定した吐出条件でインクの液滴をＮ回吐出すると（Ｓ１０４〜Ｓ１０５）、必要とする全ての吐出が完了したか否かを判定する（Ｓ１０６）。液滴形成装置１は、全ての吐出が完了したと判定すると本処理を終了させ、全ての吐出が完了していないと判定すると、液室２のインクの液量を検出し（Ｓ１０７）、液室２にインクを供給する（Ｓ１０８）。
【００４９】
その後、液滴形成装置１は、光センサ７で液室２のインクの液量を再度検出し（Ｓ１０９）、液量が初期充填量か否かを判定する（Ｓ１１０）。液滴形成装置１は、液量が初期充填量であると判定すると処理をＳ１０４に戻し、液量が初期充填量でないと判定すると処理をＳ１０８に戻す。
【００５０】
このように、本変形例の液滴形成装置１では、図１１のフローチャートのように処理することで、吐出や乾燥により液室２内のインクの液量が変動しても、液量が適切な範囲になるように制御することができる。そして、本変形例の液滴形成装置１は、入力信号に対して再現性の高い振動を発生させて、安定した液滴形成を行うことができる。
【００５１】
なお、本変形例の液滴形成装置１は制御部を有しており、制御部は、本変形例の液滴形成装置１全体の動作を制御する。また、制御部は、プロセッサの一種であり、種々の制御や演算を行う処理装置（ハードウェア）であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵは、補助記憶装置などが記憶するＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やプログラムを実行することにより、図１１に示すフローチャートに示すような制御を行うなどの種々の機能を実現する。
【００５２】
以上説明したように、本発明の液滴形成装置は、液を収容する液収容部と、液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、膜状部材を変形させる変形手段と、膜状部材を変形させて液を吐出させる吐出信号、及び、膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して変形手段を駆動する駆動部と、を有する。また、抑制信号は、膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号であり、抑制信号の振幅は、吐出信号の振幅以下であり、吐出信号の出力が終了してから抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉが、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たす。これにより、本発明の液滴形成装置は、膜状部材の残留振動を速やかに抑制できるため、単位時間あたりの吐出回数を増加させることができる。さらに、本発明の液滴形成装置は、液滴が分離するサテライトや細かく飛び散るミストなどの残留振動に起因する不具合の発生を減少させることができるため、より微小な液滴量の制御も可能になる。
【００５３】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  液を収容する液収容部と、
前記液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、
前記膜状部材を変形させる変形手段と、
前記膜状部材を変形させて前記液を吐出させる吐出信号、及び、前記膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動部と、
を有し、
前記抑制信号が、前記膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号であり、
前記抑制信号の振幅が、前記吐出信号の振幅以下であり、
前記吐出信号の出力が終了してから前記抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉが、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たすことを特徴とする液滴形成装置である。
ただし、前記式中、ｍは、正の整数を示す。
＜２＞  前記駆動部が、複数の前記抑制信号を出力する前記＜１＞に記載の液滴形成装置である。
＜３＞  前記液収容部の液量を検出する液量検出手段を更に有し、
前記駆動部が、前記液量検出手段の検出結果に基づいて前記変形手段を駆動する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜４＞  液を収容可能な液収容部と、
前記液収容部の底部に配置され、吐出孔を備える膜状部材と、
前記膜状部材を変形可能な変形手段と、
前記膜状部材を変形させ、前記液を吐出させる吐出信号、及び、前記膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動部と、
を有する液滴形成装置を用い、
前記液収容部に前記液を収容し、前記膜状部材に対し、前記膜状部材を変形させて前記液を吐出させる吐出信号、及び、前記膜状部材の残留振動を抑制する抑制信号のいずれかを出力して前記変形手段を駆動する駆動工程を含み、
前記抑制信号が、前記膜状部材の固有振動周期Ｔ０に基づく信号であり、
前記抑制信号の振幅が、前記吐出信号の振幅以下であり、
前記吐出信号の出力が終了してから前記抑制信号の出力を開始するまでの間隔時間Ｔｉが、次式、Ｔｉ＝（ｍ−１／２）×Ｔ０、を満たすことを特徴とする液滴形成方法である。
ただし、前記式中、ｍは、正の整数を示す。
＜５＞  前記駆動工程は、複数の前記抑制信号を出力する前記＜４＞に記載の液滴形成方法である。
＜６＞  前記液収容部の液量を検出する液面検出工程を更に含み、
前記駆動工程が、前記液面検出工程の検出結果に基づいて前記変形手段を駆動する前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の液滴形成方法である。
【００５４】
前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の液滴形成装置、前記＜４＞から＜６＞のいずれかに記載の液滴形成方法によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特表平１１−５０９７７４号公報
【特許文献２】特開２０１７−７７１９７号公報
【符号の説明】
【００５６】
１    液滴形成装置
２    液室（液収容部）
３    メンブレン（膜状部材）
３ａ  吐出孔
４    圧電素子（変形手段）
５    駆動部
６    電極（液量検出手段）
７    光センサ（液量検出手段）
Ｄ    液滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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