(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内の圧力を変動させるための第１素子と、前記チャンバー内の液体を吐出するノズルの流路の断面積を変動させるための第２素子とを備えたヘッドと、
前記第１素子及び前記第２素子の駆動を制御するコントローラーと、を備え、
前記コントローラーは、前記ノズルから液滴を吐出させる場合、前記第１素子を駆動した後であって前記ノズルの外側に形成された液柱から前記液滴が形成される前に、前記ノズルの流路の断面積を収縮させるように前記第２素子を駆動する
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記コントローラーは、前記ノズルの流路の断面積を収縮させるように前記第２素子を駆動した後に、前記ノズルの流路の断面積を拡張させるように前記第２素子を駆動することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体吐出装置であって、
前記第２素子は、前記ノズルの開口部において、前記ノズルの流路の断面積を変動させる
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出装置であって、
前記第２素子は、シアモード型の圧電素子である
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項５】
チャンバー内の液体の圧力を変動させて、ノズル流路の液体に外向きのエネルギーを与える第１ステップと、
前記第１ステップの後であって前記ノズルの外側に形成された液柱から液滴が形成される前に、前記ノズル流路の断面積を収縮させる第２ステップと、
前記第２ステップの後に、前記液柱から形成された前記液滴を吐出させる第３ステップと
を有する液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク等の液体を吐出する液体吐出装置として、例えばインクジェット方式のプリンターが知られている。このような液体吐出装置は、圧電素子やヒーターなどの素子を用いたヘッドを備えており、素子を駆動することによって液体をノズルから吐出する。
【０００３】
インクジェット方式の液体吐出装置は、微小液滴（インク滴）を高精度に、ばらつきを少なく、生成できる。このため、液体吐出装置は、インクを吐出する印刷分野での用途に限らず、半導体製造用の加工液を吐出する工業分野や、薬剤を吐出する医療分野など、様々な分野での応用を期待されている。そして、いずれの用途においても、微小な液滴を生成することが求められる。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２では、ノズル径を変更することによって、液体の吐出量を調整することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２８３５５５号公報
【特許文献２】特開平１０−１５６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微小な液滴を生成するためには、ノズル径を小さくすることが効果的である。一方、ノズル径が小さくなると、液滴が吐出されにくくなるという問題が生じる。
【０００７】
図１１は、ノズル流路の説明図である。ノズル流路を円筒管状にモデル化し、ノズル流路の半径をｒ、ノズル流路の長さをＬとしたとき、このノズル流路のイナータンスＭと粘性抵抗Ｒは、以下の式で求められる（式中のρは密度、μは粘度）。  
Ｍ＝ρ×Ｌ／（π×ｒ＾２）
Ｒ＝８×Ｌ×μ／（π×ｒ＾４）
これらの式から理解できるように、ノズル径が小さくなると（ｒが小さくなると）、イナータンスＭ及び粘性抵抗Ｒが増加し、この結果、ノズル流路での圧力損失が大きくなる。このことは、ノズル径が小さくなると、液滴が吐出されにくくなることを示している。
【０００８】
但し、ノズル径を大きくすると、液滴を微小化させにくくなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、ノズル径に比べて微小な液滴を吐出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための主たる発明は、チャンバー内の圧力を変動させるための第１素子と、前記チャンバー内の液体を吐出するノズルの流路の断面積を変動させるための第２素子とを備えたヘッドと、前記第１素子及び前記第２素子の駆動を制御するコントローラーと、を備え、前記コントローラーは、前記ノズルから液滴を吐出させる場合、前記第１素子を駆動した後であって前記ノズルの外側に形成された液柱から前記液滴が形成される前に、前記ノズルの流路の断面積を収縮させるように前記第２素子を駆動することを特徴とする液体吐出装置である。
【００１１】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、液体吐出装置の概要の説明図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、第１実施形態の第２圧電素子の形状・配置例の説明図である。
【図３】図３は、図２Ａの第２圧電素子の周辺構成の説明図である。
【図４】図４は、第１実施形態の駆動方法の説明図である。
【図５】図５は、第２実施形態の駆動方法の説明図である。
【図６】図６は、第３実施形態の駆動方法の説明図である。
【図７】図７は、第４実施形態の駆動方法の説明図である。
【図８】図８は、第５実施形態における第２圧電素子の周辺構成の説明図である。
【図９】図９は、第５実施形態の変形例の説明図である。
【図１０】図１０は、液柱の別の形状の説明図である。
【図１１】図１１は、ノズル流路の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１４】
チャンバー内の圧力を変動させるための第１素子と、前記チャンバー内の液体を吐出するノズルの流路の断面積を変動させるための第２素子とを備えたヘッドと、前記第１素子及び前記第２素子の駆動を制御するコントローラーとを備えた液体吐出装置であって、前記コントローラーは、前記ノズルの流路の前記液体に外向きのエネルギーを与えるように前記第１素子を駆動した後に、前記ノズルの流路の断面積を収縮させるように前記第２素子を駆動することによって、前記ノズルから液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出装置が明らかとなる。  
このような液体吐出装置によれば、ノズル径に比べて微小な液滴を吐出することが可能になる。
【００１５】
前記コントローラーは、前記ノズルの流路の断面積を収縮させるように前記第２素子を駆動して、前記ノズルの外側に液柱を形成した後に、前記ノズルの流路の断面積を拡張させるように前記第２素子を駆動することによって、前記ノズルから前記液滴を吐出させることが望ましい。これにより、更に微小な液滴を生成できる。
【００１６】
前記第２素子は、前記ノズルの開口部において、前記ノズルの流路の断面積を変動させることが望ましい。これにより、ノズルの外側に細い液柱を形成しやすくなり、微小な液滴を生成できる。
【００１７】
前記第２素子は、シアモード型の圧電素子であることが望ましい。これにより、ノズル流路の断面積の変化量を大きくできる。
【００１８】
チャンバー内の液体の圧力を変動させて、ノズル流路の前記液体に外向きのエネルギーを与える第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記ノズル流路の断面積を収縮させる第２ステップと、前記第２ステップの後に、前記ノズルから液滴を吐出させる第３ステップとを有する液体吐出方法が明らかとなる。  
このような液体吐出方法によれば、ノズル径に比べて微小な液滴を吐出することが可能になる。
【００１９】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜ヘッドの構成＞
図１は、液体吐出装置の概要の説明図である。液体吐出装置は、ヘッド１０と、コントローラー２０とを備えている。
【００２０】
ヘッド１０は、液体を吐出するためのものである。ヘッド１０は、供給流路１１と、チャンバー１２と、ノズルと、第１圧電素子１３と、第２圧電素子１４とを備えている。
【００２１】
供給流路１１は、不図示の貯蔵タンクからチャンバー１２に液体を供給するための流路である。チャンバー１２は、ノズルから液滴を吐出するための圧力を生成する圧力室である。チャンバー１２には液体が充満しており、ノズルから液滴が吐出されると、供給流路１１からチャンバー１２に液体が供給される。
【００２２】
第１圧電素子１３は、チャンバー１２内の容積や圧力を変動させるための駆動素子である。第１圧電素子１３が駆動すると、変形部１３Ａの変形によってチャンバー１２の容積が変動し、チャンバー１２内の圧力が変動して、ノズルから液滴が吐出する。第１圧電素子１３の駆動方法については後述する。
【００２３】
第２圧電素子１４は、ノズル流路の断面積を変動（拡張・縮小）させるための駆動素子である。第１実施形態では、円筒型の第２圧電素子１４が用いられている。円筒の内周面は、ノズル流路の一部になる。円筒型の第２圧電素子１４の電極は、円筒の内側と外側に形成される。円筒の内側の電極が液体と接触することを避けるため、円筒の内周面には絶縁のためのコーティングが施されている。第２圧電素子１４及びノズル流路付近の構成については、後述する。
【００２４】
コントローラー２０は、ヘッド１０を制御するための制御部である。具体的には、コントローラー２０は、第１圧電素子１３及び第２圧電素子１４の駆動を制御する制御部である。コントローラー２０は、圧電素子を駆動するための駆動信号生成部２１を有している。駆動信号生成部２１は、第１圧電素子１３を駆動するための第１駆動信号ＣＯＭ１を生成する第１生成部２１Ａと、第２圧電素子１４を駆動するための第２駆動信号ＣＯＭ２を生成する第２生成部２１Ｂとを有している。第１駆動信号ＣＯＭ１による第１圧電素子１３の駆動方法や、第２駆動信号ＣＯＭ２による第２圧電素子１４の駆動方法については、後述する。
【００２５】
＜第２圧電素子の構成＞
図２Ａ〜図２Ｃは、第１実施形態の第２圧電素子１４の形状・配置例の説明図である。図２Ａでは、ノズル流路の途中に第２圧電素子１４が設けられている。このため、図２Ａの場合、ノズル流路の拡張・縮小は、ノズル開口から内側の離れた位置で行われる。これに対し、図２Ｂ及び図２Ｃでは、ノズル開口に第２圧電素子１４が設けられている。図２Ｂではノズル流路の一部に第２圧電素子１４が設けられており、図２Ｃではノズル流路の全体に第２圧電素子１４が設けられている。
【００２６】
図３は、図２Ａの第２圧電素子１４の周辺構成の説明図である。ノズル径を収縮させるように第２圧電素子１４が駆動するときに、第２圧電素子１４はノズル流路の流路方向（図中の上下方向）にも伸張する。このため、第２圧電素子１４の流路方向の両端を拘束してしまうと、第２圧電素子１４が変形時に破壊するおそれがある。そこで、第２圧電素子１４の流路方向の端部に弾性体を設けることによって、第２圧電素子１４の流路方向への変形が許容されている。また、ノズル径を収縮させるように第２圧電素子１４が駆動するとき、第２圧電素子１４は、外周面の外側にも伸張する。このため、第２圧電素子１４の外周面の外側に空隙部を設けることによって、第２圧電素子１４の外周面の外側への変形が許容されている。なお、空隙部には、空気が充填されていても良いし、バネなどの弾性部材が充填されていても良い。
【００２７】
図２Ａの第２圧電素子１４の場合には、図３に示すように、第２圧電素子１４の流路方向の両端を支持することができる。これに対し、図２Ｂや図２Ｃの第２圧電素子１４は、ノズル開口側では支持の無い状態になる。このため、図２Ｂや図２Ｃのように第２圧電素子１４を配置する場合には、図３の弾性体は不要である。
【００２８】
後述するように、本実施形態では、ノズル径を収縮させてノズルの外側に細い液柱を形成することによって、液滴の微小化を図っている。このように、ノズルの外側に細い液柱を形成するためには、図２Ａのようにノズル開口から離れた位置に第２圧電素子１４があるよりも、図２Ｂや図２Ｃのようにノズル開口に第２圧電素子１４がある方が有利である。
【００２９】
＜駆動方法＞
図４は、第１実施形態の駆動方法の説明図である。図中の上側には、第１駆動信号ＣＯＭ１及び第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧変化のタイミングチャートが示されている。図中の上側のタイミングチャートにはＡ〜Ｇのタイミングが示されており、各タイミングでの液体のメニスカスの様子が図中の下側に示されている。これらの図には、第２圧電素子１４を駆動しない場合のメニスカスの様子が点線で示されている。
【００３０】
第１駆動信号ＣＯＭ１は、第１圧電素子１３を駆動するための信号である。ここでは、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が高くなると、第１圧電素子１３が充電されて、チャンバー１２の容積が膨張するものとする。また、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が低くなると、第１圧電素子１３が放電されて、チャンバー１２の容積が収縮するものとする。但し、第１圧電素子１３の充電時にチャンバー１２の容積を収縮させ、第１圧電素子１３の放電時にチャンバー１２の容積を膨張させるようにヘッド１０を構成することも可能である。この場合、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧変化は、図４とは逆方向になる。
【００３１】
第２駆動信号ＣＯＭ２は、第２圧電素子１４を駆動するための信号である。ここでは、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が高くなると、第２圧電素子１４が充電されて、ノズル流路の断面積が収縮するものとする。また、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が低くなると、第２圧電素子１４が放電されて、ノズル流路の断面積が拡張するものとする。但し、第２圧電素子１４の充電時にノズル流路の断面積を拡張させ、第２圧電素子１４の放電時にノズル流路の断面積を収縮させるようにヘッド１０を構成することも可能である。この場合、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧変化は、図４とは逆方向になる。
【００３２】
図中の駆動方法は、Pull-Push-Pull方式と呼ばれている。Pull-Push-Pull方式における基本的な動作は、次の通りである。まず最初に、チャンバー１２の容積を膨張させるように第１圧電素子１３が駆動して、メニスカスがノズル内に引き込まれる。次に、チャンバー１２の容積を収縮させるように第１圧電素子１３が駆動して、ノズルの外側に液柱が形成される。その後、チャンバー１２の容積を収縮させる動作が停止して（チャンバー１２の容積を一定若しく拡張して）、ノズル内の流速が変化することによって擾乱（じょうらん）が生じ、液柱を千切るような表面波が生じて液滴が形成される。液滴が吐出された後、チャンバー１２の容積を膨張させるように第１圧電素子１３が駆動して、メニスカスが引き込まれ、メニスカスが定常状態に戻る。
【００３３】
本実施形態では、第１圧電素子１３によるPull-Push-Pull方式の駆動に同期して、第２圧電素子１４が駆動する。次に、第２圧電素子１４の動作も合わせて、本実施形態のPull-Push-Pull方式の駆動方法について説明する。
【００３４】
図中のタイミングＡでは、メニスカスは定常状態になっている。定常状態では、メニスカスは、ノズル開口の位置にある。このような状態から第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が高くなると、チャンバー１２の容積が膨張し、メニスカスがノズル内に引き込まれる。この結果、タイミングＢでは、メニスカスがノズル内に引き込まれている。
【００３５】
メニスカスがノズル内に十分引き込まれ、更に所定時間にて第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が保持された後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が低くなり、第１圧電素子１３によってチャンバー１２の容積が収縮し、チャンバー１２内の圧力が高くなり、メニスカスがノズルの外側に向かって押し出される。つまり、ノズル流路内の液体に、外側に向かうエネルギーが与えられることになる。
【００３６】
第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧を低下させ始めてからタイミングＣまでの期間では、ノズル流路は収縮されていない。このため、この期間では、ノズル流路の圧力損失やイナータンスが比較的低い状態である。この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、メニスカスが外側に向かって押し出されやすい。つまり、この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、ノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーを与えやすい。
【００３７】
もし仮にノズル流路が収縮されていると、ノズル流路の圧力損失が高くなるため、チャンバー１２内の圧力が高くなっても、メニスカスは外側に押し出され難くなり、ノズル流路内の液体も外側に向かうエネルギーを持ちにくい。つまり、仮にノズル流路が収縮されていると、チャンバー１２内の圧力が高くなっても、ノズル開口から液体を吐出し難くなる。
【００３８】
タイミングＣでは、メニスカスはノズル開口から突出すると共に、メニスカスは外側に向かうエネルギーを持っている（外側に向かう方向に速度を持っている）。このとき、ノズル流路内の液体も、外側に向かうエネルギーを持っている。このような状態で、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が高くなり、第２圧電素子１４によってノズル流路の断面積が収縮する。
【００３９】
タイミングＤでは、ノズルの外側に液柱が形成される。このとき、ノズル流路の断面積は収縮した状態なので、断面積の比較的小さな液柱が形成される。もし仮にノズル流路の収縮が無ければ、図中の点線で示すように、液柱の断面積は比較的大きくなり、液滴の微小化を図ることができない。
【００４０】
なお、本実施形態では、ノズル流路の収縮前にノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーが与えられているため、このときの慣性力がノズル流路の収縮後にも残っている。このため、本実施形態では、ノズル流路の断面積を収縮させても、ノズルの外側に液柱を形成しやすい。もし仮に、ノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーを与える前にノズル流路の断面積が狭い状態だとすると（例えば、最初からノズル流路の断面積が狭い状態だとすると）、ノズル流路の圧力損失が高いため、ノズル流路内の液体は外側に向かう慣性を持ち難く、ノズルの外側に液柱が形成され難い。
【００４１】
図中では、メニスカスがノズルの外側に突出した後に、ノズル流路が収縮されることが示されている。但し、ノズル流路の収縮は、ノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーが与えられた後に行われれば良いので、メニスカスがノズルの外側に突出する前に行われても良い。
【００４２】
ノズルの外側に液柱が形成された後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧低下が停止して、チャンバー１２の容積を収縮させる動作が停止する。これにより、ノズル内の流速が低下することによって擾乱が生じることになる。
【００４３】
更に本実施形態では、ノズルの外側に液柱が形成された後、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が低くなり、第２圧電素子１４によってノズル流路の断面積が拡張する。この結果、ノズル流路の容積が膨張し、ノズル流路内の流速が急激に低下する。これにより、大きな擾乱が生じることになる。
【００４４】
このため、タイミングＥにおいて、細い液柱に対して液柱を千切るような大きな表面波（大きなくびれ）が生じ、タイミングＦにおいて、液柱から液滴が千切れることによって、微小な液滴が吐出される。
【００４５】
その後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が高くなり、タイミングＧにおいてメニスカスは定常状態に戻る。本実施形態では、液柱から液滴が千切れるときのノズル流路内の流速が低いため、メニスカスが安定して定常状態に戻るのが比較的早い。このため、液滴の吐出周期を短くできる（単位時間当たりの吐出回数を増やせる）。
【００４６】
以上説明した第１実施形態によれば、コントローラー２０は、ノズル流路の液体に外向きのエネルギーを与えるように第１圧電素子１３を駆動した後に（タイミングＣ参照）、ノズル流路の断面積を収縮させるように第２圧電素子１４を駆動している（タイミングＤ参照）。これにより、ノズルの外側に細い液柱を形成することができ、ノズルから吐出される液滴の微小化を図ることができる。
【００４７】
また、上記の第１実施形態によれば、コントローラー２０は、ノズル流路の断面積を収縮させるように第２圧電素子１４を駆動して、ノズルの外側に液柱を形成した後に（タイミングＤ参照）、ノズル流路の断面積を拡張させるように第２圧電素子１４を駆動している（タイミングＥ参照）。これにより、ノズル流路内の流速を低下させて擾乱を生じさせ、更に微小な液滴を生成できる。
【００４８】
なお、第１実施形態のタイミングＤにおいて、ノズルの外側に細い液柱を形成するためには、図２Ａのようにノズル開口から離れた位置に第２圧電素子１４があるよりも、図２Ｂや図２Ｃのようにノズル開口に第２圧電素子１４がある方が有利である。
【００４９】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図５は、第２実施形態の駆動方法の説明図である。図中の駆動方法は、Pull-Push方式と呼ばれている。前述の第１実施形態では、液滴の吐出後に第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧を高くしてメニスカスを定常状態に戻していたが、第２実施形態では、液滴の吐出後に第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧を高くせず、そのままの状態を維持してメニスカスを定常状態に戻している。
【００５０】
第２実施形態においても、第１圧電素子１３の駆動に同期して、第２圧電素子１４が駆動する。以下、第２実施形態のPull-Push方式の駆動方法について説明する。
【００５１】
図中のタイミングＡでは、メニスカスは定常状態になっている。定常状態では、メニスカスは、ノズル開口の位置にある。このような状態から第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が高くなると、チャンバー１２の容積が膨張し、メニスカスがノズル内に引き込まれる。この結果、タイミングＢでは、メニスカスがノズル内に引き込まれている。
【００５２】
メニスカスがノズル内に十分引き込まれ、更に所定時間にて第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が保持された後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が低くなり、第１圧電素子１３によってチャンバー１２の容積が収縮し、チャンバー１２内の圧力が高くなり、メニスカスがノズルの外側に向かって押し出される。つまり、ノズル流路内の液体に、外側に向かうエネルギーが与えられることになる。
【００５３】
第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧を低下させ始めてからタイミングＣまでの期間では、ノズル流路は収縮されていない。このため、この期間では、ノズル流路の圧力損失やイナータンスが比較的低い状態である。この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、メニスカスが外側に向かって押し出されやすい。つまり、この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、ノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーを与えやすい。
【００５４】
タイミングＣでは、メニスカスはノズル開口から突出すると共に、メニスカスは外側に向かうエネルギーを持っている（外側に向かう方向に速度を持っている）。このとき、ノズル流路内の液体も、外側に向かうエネルギーを持っている。このような状態で、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が高くなり、第２圧電素子１４によってノズル流路の断面積が収縮する。
【００５５】
タイミングＤでは、ノズルの外側に液柱が形成される。このとき、ノズル流路の断面積は収縮した状態なので、断面積の比較的小さな液柱が形成される。
【００５６】
なお、第２実施形態においても、ノズル流路の収縮前にノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーが与えられているため、このときの慣性力がノズル流路の収縮後にも残っている。このため、第２実施形態においても、ノズル流路の断面積を収縮させても、ノズルの外側に液柱を形成しやすい。
【００５７】
ノズルの外側に液柱が形成された後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧低下が停止して、チャンバー１２の容積を収縮させる動作が停止する。これにより、ノズル内の流速が低下することによって擾乱が生じることになる。
【００５８】
更に、第２実施形態においても、ノズルの外側に液柱が形成された後、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が低くなり、第２圧電素子１４によってノズル流路の断面積が拡張する。この結果、ノズル流路の容積が膨張し、ノズル流路内の流速が急激に低下する。これにより、大きな擾乱が生じることになる。
【００５９】
このため、タイミングＥにおいて、細い液柱に対して液柱を千切るような大きな表面波（大きなくびれ）が生じ、タイミングＦにおいて、液柱から液滴が千切れることによって、微小な液滴が吐出される。
【００６０】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図６は、第３実施形態の駆動方法の説明図である。図中の駆動方法は、Push-Pull方式と呼ばれている。前述の第１実施形態及び第２実施形態では、最初にメニスカスを引き込んでから液体が押し出されていたが、第３実施形態のPush-Pull方式では、メニスカスを引き込まずに液体が押し出される。
【００６１】
第３実施形態においても、第１圧電素子１３の駆動に同期して、第２圧電素子１４が駆動する。以下、第３実施形態のPush-Pull方式の駆動方法について説明する。
【００６２】
図中のタイミングＡでは、メニスカスは定常状態になっている。定常状態では、メニスカスは、ノズル開口の位置にある。このような状態から第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が低くなると、チャンバー１２の容積が収縮し、チャンバー１２内の圧力が高くなり、メニスカスがノズルの外側に向かって押し出される。つまり、ノズル流路内の液体に、外側に向かうエネルギーが与えられることになる。
【００６３】
第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧を低下させ始めてからタイミングＢまでの期間では、ノズル流路は収縮されていない。このため、この期間では、ノズル流路の圧力損失やイナータンスが比較的低い状態である。この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、メニスカスが外側に向かって押し出されやすい。つまり、この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、ノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーを与えやすい。
【００６４】
タイミングＢでは、メニスカスはノズル開口から突出すると共に、メニスカスは外側に向かうエネルギーを持っている（外側に向かう方向に速度を持っている）。このとき、ノズル流路内の液体も、外側に向かうエネルギーを持っている。このような状態で、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が高くなり、第２圧電素子１４によってノズル流路の断面積が収縮する。
【００６５】
タイミングＣでは、ノズルの外側に液柱が形成される。このとき、ノズル流路の断面積は収縮した状態なので、断面積の比較的小さな液柱が形成される。
【００６６】
なお、第３実施形態においても、ノズル流路の収縮前にノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーが与えられているため、このときの慣性力がノズル流路の収縮後にも残っている。このため、第３実施形態においても、ノズル流路の断面積を収縮させても、ノズルの外側に液柱を形成しやすい。
【００６７】
ノズルの外側に液柱が形成された後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧低下が停止して、チャンバー１２の容積を収縮させる動作が停止する。これにより、ノズル内の流速が低下することによって擾乱が生じることになる。
【００６８】
更に、第３実施形態においても、ノズルの外側に液柱が形成された後、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が低くなり、第２圧電素子１４によってノズル流路の断面積が拡張する。この結果、ノズル流路の容積が膨張し、ノズル流路内の流速が急激に低下する。これにより、大きな擾乱が生じることになる。
【００６９】
このため、タイミングＤにおいて、細い液柱に対して液柱を千切るような大きな表面波（大きなくびれ）が生じ、タイミングＥにおいて、液柱から液滴が千切れることによって、微小な液滴が吐出される。
【００７０】
＝＝＝第４実施形態＝＝＝
図７は、第４実施形態の駆動方法の説明図である。第４実施形態における第１圧電素子１３の駆動方法は、Pull-Push-Pull方式であり、前述の第１実施形態（図４参照）と共通している。但し、第２圧電素子１４の駆動方法は、前述の第１実施形態と異なっている。前述の第１実施形態（及び第２、第３実施形態）では、液滴を吐出する際に、第２圧電素子１４によってノズル流路の収縮と拡張の両方を行っている。これに対し、第４実施形態では、液滴を吐出させる際に、ノズル流路の収縮だけを行っている。
【００７１】
図中のタイミングＡでは、メニスカスは定常状態になっている。定常状態では、メニスカスは、ノズル開口の位置にある。このような状態から第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が高くなると、チャンバー１２の容積が膨張し、メニスカスがノズル内に引き込まれる。この結果、タイミングＢでは、メニスカスがノズル内に引き込まれている。
【００７２】
メニスカスがノズル内に十分引き込まれ、更に所定時間にて第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が保持された後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧が低くなり、第１圧電素子１３によってチャンバー１２の容積が収縮し、チャンバー１２内の圧力が高くなり、メニスカスがノズルの外側に向かって押し出される。つまり、ノズル流路内の液体に、外側に向かうエネルギーが与えられることになる。
【００７３】
第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧を低下させ始めてからタイミングＣまでの期間では、ノズル流路は収縮されていない。このため、この期間では、ノズル流路の圧力損失やイナータンスが比較的低い状態である。この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、メニスカスが外側に向かって押し出されやすい。つまり、この状態では、チャンバー１２内の圧力が高くなったときに、ノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーを与えやすい。
【００７４】
タイミングＣでは、メニスカスはノズル開口から突出すると共に、メニスカスは外側に向かうエネルギーを持っている（外側に向かう方向に速度を持っている）。このとき、ノズル流路内の液体も、外側に向かうエネルギーを持っている。このような状態で、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が高くなり、第２圧電素子１４によってノズル流路の断面積が収縮する。
【００７５】
タイミングＤでは、ノズルの外側に液柱が形成される。このとき、ノズル流路の断面積は収縮した状態なので、断面積の比較的小さな液柱が形成される。
【００７６】
なお、第４実施形態においても、ノズル流路の収縮前にノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーが与えられているため、このときの慣性力がノズル流路の収縮後にも残っている。このため、第４実施形態においても、ノズル流路の断面積を収縮させても、ノズルの外側に液柱を形成しやすい。
【００７７】
ノズルの外側に液柱が形成された後、第１駆動信号ＣＯＭ１の電圧低下が停止して、チャンバー１２の容積を収縮させる動作が停止する。これにより、ノズル内の流速が低下することによって擾乱が生じることになる。
【００７８】
第４実施形態では、ノズルの外側に液柱が形成された後、第２圧電素子１４によるノズル流路の拡張は行われず、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が維持される。このため、第４実施形態では、第１実施形態と比べると、擾乱は小さいかもしれない。但し、ノズル内の流速の変化によって擾乱は生じている。このため、タイミングＥにおいて、液柱を千切るような表面波が生じ、タイミングＦにおいて、液中から液滴が千切れることによって、微小な液滴が吐出される。
【００７９】
第４実施形態では、細い液柱から千切れて液滴が形成されるため、図中の点線の液滴（ノズル流路の収縮が無い場合の液滴）と比べると、液滴が小さくなる。
【００８０】
なお、図７では不図示であるが、液滴の吐出後に次の液滴を吐出する準備のために、第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧を元に戻す必要がある。これに対し、前述の第１実施形態では、液滴の吐出前後の第２駆動信号ＣＯＭ２の電圧が同じである。このため、第４実施形態は、第１実施形態と比べて、吐出周期が長くなる。
【００８１】
＝＝＝第５実施形態＝＝＝
図８は、第５実施形態における第２圧電素子１４の周辺構成の説明図である。
【００８２】
第５実施形態では、第２圧電素子１４としてシアモード型圧電素子が用いられている。第５実施形態では、圧電素子の剪断変形を利用してノズル流路の断面積を変化させている。第５実施形態によれば、シアモード型圧電素子を採用することによって、ノズル流路の断面積の変化量を大きくできる。
【００８３】
なお、前述の第１〜第４実施形態では、第２圧電素子１４は、円筒型に形成されており、円筒の内周面と外周面との間隔が変化するように伸張・収縮して変形している。但し、このように圧電素子を伸張・収縮させる場合、ノズル流路の断面積の変化量が小さい。
【００８４】
図９は、第５実施形態の変形例の説明図である。変形例では、弾性変形する部材でノズル流路が形成されており、シアモード型の第２圧電素子１４によって間接的にノズル流路の断面積が変化する。
【００８５】
前述の図８の形態では、図２Ａのようにノズル開口から離れた位置でノズル流路の断面積が変化することになる。これに対し、図９の変形例によれば、図２Ｂや図２Ｃのように、ノズル開口でノズル流路の断面積を変化させることが可能になる。
【００８６】
＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、主として液体吐出装置について記載されているが、その中には、液体吐出方法や、ヘッドの構造、ヘッドの駆動方法、ノズルの構造等の開示が含まれていることは言うまでもない。
【００８７】
また、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【００８８】
＜液柱について＞
前述の実施形態では、液柱の径がノズルの径とほぼ同じになるように図示されていた（例えば、図４のタイミングＤを参照）。但し、液柱は、このような形状に限られるものではない。
【００８９】
図１０は、液柱の別の形状の説明図である。このように、液柱は、ノズルの径よりも細いことがある。特に、メニスカスをノズル内に引き込むPull-Push-Pull方式やPull-Push方式の場合には、一般的に、液柱がノズルの径よりも細くなる。
【００９０】
液柱がこのような形状になる場合においても、前述の実施形態のように、ノズル流路内の液体に外側に向かうエネルギーが与えられた後にノズル流路の断面積を収縮させれば、更に細い液柱を形成することができ、液滴の微小化を図ることができる。
【００９１】
＜圧電素子について＞
前述の実施形態によれば、チャンバー１２内の圧力を変動させるのに第１圧電素子１３が用いられていた。但し、圧電素子ではなく、ヒーターなどの他の素子が用いられても良い。
【００９２】
また、前述の実施形態によれば、ノズル流路の断面積を変動させるのに第２圧電素子１４が用いられていた。但し、ノズル流路の断面積を変動させることができれば、他の素子が採用されても良い。
【符号の説明】
【００９３】
１０  ヘッド、
１１  供給流路、
１２  チャンバー、
１３  第１圧電素子、１３Ａ  変形部、
１４  第２圧電素子、１４Ａ  弾性体、１４Ｂ  空隙部、
２０  コントローラー、
２１  駆動信号生成部、２１Ａ  第１生成部、２１Ｂ  第２生成部、
ＣＯＭ１  第１駆動信号、
ＣＯＭ２  第２駆動信号、
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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