(57)【要約】【課題】液体吐出を行わせるため個別液室の容積を初期容積から増大させてから減少させることで液体の吐出が行われる液体吐出ヘッドにおいて、液体の物性やヘッド構造などの諸条件によらず、吐出の「よれ」の発生を防止し得る適切な駆動を実現する。【解決手段】吐出される液体が柱状に伸び、吐出方向先端部に液滴（主滴）となる部分をもつ液柱を形成した後に吐出口側の部分で分断されるようにする。この際、吐出口側の部分での液柱分断が生じるまでは、容積の最大値が出現した後に現れる最小値の出現の後は容積が減少しないよう、容積変化に基いて駆動条件を定める。これにより、吐出口内の液体が液柱を押す動作をすることがないので、「よれ」の原因となる液柱の屈曲が生じない。また、容積の変化に基いて駆動条件を定めることで、液体の物性やヘッド構造などの諸条件によらず、確実に「よれ」の発生を抑制できるようになる。【選択図】図７
2008168533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する個別液室と、該個別液室の容積の増減を行なう容積制御手段と、を具えた液体吐出ヘッドを用い、前記容積制御手段を駆動することで、前記容積を初期容積から増大させてから減少させることで、前記吐出口から柱状に伸びた液体を前記吐出口側で分離して液滴を形成し、該液滴を媒体に到達させる液体吐出方法であって、
前記容積制御手段の、該容積制御手段が形成される面に垂直な方向における変位の時間推移において、変位の最大値が出現した後に現れる変位の最小値の出現の後から、前記吐出口から柱状に伸びた液体が分離して液滴を形成するまでの期間、前記変位が減少しないように前記容積制御手段を駆動することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
前記容積制御手段は圧電膜と電極とを含み、前記圧電膜が変形することで、前記個別液室に対応して形成された振動板が変位し、前記個別液室の容積を増減させることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項３】
液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する個別液室と、該個別液室の容積の増減を行なう容積制御手段と、振動板と、を具え、前記容積制御手段は圧電膜と電極とを含み、前記電極に信号を入力して該圧電膜を変形させることで、前記振動板を変位させて、前記容積を初期容積から増大させてから減少させることで、前記吐出口から柱状に伸びた液体を前記吐出口側で分離して液滴を形成し、該液滴を媒体に到達させる液体吐出装置であって、
前記容積制御手段の、該容積制御手段が形成される振動板面に垂直な方向における変位の時間推移において、変位の最大値が出現した後に現れる変位の最小値の出現の後から、前記吐出口から柱状に伸びた液体が分離して液滴を形成するまでの期間、前記変位が減少しないように前記容積制御手段を駆動する手段を具えたことを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出方法および液体吐出装置に関し、特に液体を吐出するための吐出口と、該吐出口に連通し、容積の増減によって吐出口から液体を吐出させるエネルギとしての圧力を発生する圧力室とを有する液体吐出ヘッドを用いるものである。そして本発明は、紙，布，皮革，不織布，ＯＨＰ用プラスチックフィルム等の記録媒体に記録を行う機器だけでなく、基板，板材，固体物等に液体を付着させることでパターニングや加工を行う装置、さらには塗装装置等にも適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドとして、圧力室に液体と接する振動板を備え、電圧の印加に応じて変形する圧電素子により振動板を変位させることで、圧力室の容積を増減させ、これに伴う圧力変化によりインクを吐出させるものがある。かかる構成の液体吐出ヘッドから吐出される液体は、柱状に伸びた後に途中で分断され、これにより分離した液滴が記録媒体などの受容体に到達する。
【０００３】
液体吐出ヘッド、例えば記録剤としてのインクを吐出する液体吐出ヘッドにおいては、記録の高精細化および高品位化を図る上で、液体の好ましい吐出性能が得られていることが重要な課題となっている。
【０００４】
高品位の記録等を実現するに当たっては高精度に液滴を記録媒体等に着弾させる技術が必要となる。これを阻害する要因の一つとして、吐出口形成面上の、特に吐出口縁付近に付着・累積する不用の液体が、吐出液滴または液柱の直進を妨害し、これによって吐出方向が偏向させてしまう現象（「よれ」と称される）がある。これに対しては、吐出口形成面の濡れ性や形状などを適切に選択することで改善を図る技術がある。
【０００５】
しかし「よれ」の発生原因には、そのほか、吐出口内の液体の速度が液柱の突出速度よりも大きくなることによる液柱の屈曲もある。つまり、吐出口内の液体が液柱を押す動作をすることで液柱が屈曲してしまい、ここから分離する液滴の飛翔方向が偏向してしまうのである。この「よれ」は、吐出口縁付近への液体の付着を防止する構成で解決できるものではない。
【０００６】
ここで、例えば特許文献１においては、好ましい吐出性能を得るための技術として、インク滴を微細化する（１ｐｌ台の微小液滴を吐出する）技術が開示されている。この特許文献１には肝心の吐出口寸法が明記されていないが、同一出願人および同一発明者になる特許文献２にも同一の表１が記載されており、特許文献２に記載されている数値から、特許文献１で用いている吐出口径は２０μｍと推定される。
【０００７】
かかる特許文献１および特許文献２においては、微細なインク滴の吐出を行うためにアクチュエータ（圧電素子）に投入する駆動波形を、そのアクチュエータの固有周期に基いて規定するものとなっている。そして、そのアクチュエータの固有周期の算出方法として特許文献３に開示の技術を挙げている。
【０００８】
しかしながら、特許文献３に開示の方法は、電気回路のヘルムホルツ周期を算出するにはともかく、液体を含むインクジェットヘッドの固有周期算出に適用するのには疑問がある。なぜなら、ヘッドの構造（形状特徴や寸法など）および液体の物性（粘性など）を表す恣意的なパラメータを固有周期算出に導入するからである。そして、これらのパラメータを適用する上での統一的な基準もない。このように、固有周期算出方法は考慮すべきパラメータから理論的に独立していないので、ある特定の場合での固有周期算出方法が、形状の違うすべてのインクジェットヘッドに対して正確な固有周期を計算する保証はない。また、特許文献１および特許文献２には、計算精度を確認した測定に関する記述もないが、そもそも確認する測定方法があれば上記のような計算の必要性がない。つまり特許文献１および特許文献２に開示の技術は、固有周期の計算対象としたインクジェットヘッドにしか適用できないものである。
【０００９】
一方、特許文献４には、吐出速度のピーク間の時間を固有周期と評価するとした測定装置に関する技術が開示されている。この際圧電素子に投入される駆動電圧波形としては台形型のものが採用されている。
【００１０】
しかし駆動電圧波形が台形波形でなければならない理由はないし、ＪＩＳその他の工業規格により定められたものでもない。そこで本発明者らは、圧力室の容積を増大させた後に減少させて液滴を吐出させる矩形波を用い、容積を増大させる電位変化を投入した時刻と、収縮させる電位変化を投入する時刻との差の時間を種々変更することで、吐出速度の変化を整理した。ここで本発明者らは、いわゆるベンダー型の圧電素子を用いた液体吐出ヘッドにステップ状の電圧を加え、振動板に接合する圧電膜層の上に構成されている電極表面の変位をレーザー・ドップラー方式により測定し、鋭意検討を重ねた。圧電膜層および電極層ともに薄い構成を取っている場合、電極表面の面外変位はほぼ等しく振動板の面外変位を示していると解釈でき、電極表面の面外変位によって液体を含めたピエゾヘッドの全体系の振動周期が観察できると考えられる。
【００１１】
その結果、レーザー・ドップラー方式による圧電素子の電極の面外変位から評価される振動の周期と、特許文献４開示の方法のように吐出速度のピーク間の時間から評価される周期とがほぼ一致することを確認した（但し特許文献４では台形波が使用されている）。
【００１２】
次に、レーザー・ドップラー方式による圧電素子の電極の面外変位から評価される周期ｔＨに普遍性があるか否かの検討を行った。すなわち、圧力室容積を増大させる電位変化の傾きを種々変えて、電極の面外変位から評価される周期を整理した。
【００１３】
図１１はこの際の種々の電位変化の説明図であり、ＶＨからＶＬまでの電位変化において、ａ、ｂおよびｃの電位変化（傾きがこの順で小さくなる）が示されている。図１２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、電位変化ａ、ｂおよびｃに対する圧電素子の電極の初期位置からの面外変位の応答曲線を示している。これらの図から明らかなように、電位変化の傾きを緩やかにするにつれて電極の面外変位から評価される周期ｔＨが長くなることが確認された（ｔＨｃ＞ｔＨｂ＞ｔＨａ）。つまり、投入する電圧波形の形状によって、評価される周期ｔＨは変化してしまうことが確認されたのである。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−２４６７４６号公報
【特許文献２】特開２００２−１９１０５号公報
【特許文献３】米国特許第４，６９７，１９３号明細書
【特許文献４】特開２００３−２０２２６１号公報
【特許文献５】特開平１０−１９３５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上のとおり、本発明者らは、特許文献１および特許文献２に開示されるような、固有周期に基いて規定した駆動電圧波形の投入によって達成される吐出量制御は限定された条件下でのみ有効なものに過ぎない。また、レーザー・ドップラー方式による電極の面外変位から系の固有周期を評価する方法も、特許文献４に示された方法も、世界的に統一された規格で定めた波形を、規格統一された方法にて評価するものでない限り、誰が測定しても同じ結果を得ることにはならない。上記各特許文献でそれぞれに記載される多義的な「固有周期」が存在しているのが現状であり、従って本発明者らは、吐出液滴の微細化を達成する駆動波形決定の基準に固有周期を導入すること自体がそもそも不適当であるという考えに至った。
【００１６】
また、上述した液柱の屈曲による「よれ」は、吐出口内の液体の速度が液柱の突出速度よりも大きくなることに起因しており、これら各部の液体の速度は吐出量と同様、吐出性能の範疇に属し、ヘッドの構造および液体の物性によって異なる。従って、吐出量制御と同様、「よれ」の発生を適切に抑制するための駆動波形決定の基準に固有周期を導入することは不適当であり、普遍的な解決方法とはなり得ない。
【００１７】
よって本発明は、普遍的な指針に基づき、「よれ」のない良好な吐出性能を実現できる液体吐出ヘッドの駆動を実現することを目的とする。ここで、液体吐出ヘッドは、記録装置だけでなくパターニング装置や塗布装置など様々な分野に応用され、様々な物性の液体や様々なヘッド構造が用いられることが考えられる。従って、適切かつ普遍的な液体吐出ヘッドの駆動制御の指針を与え、応用分野を拡大する上でも、本発明は好ましいものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
そのために、本発明は、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する個別液室と、該個別液室の容積の増減を行なう容積制御手段と、を具えた液体吐出ヘッドを用い、前記容積制御手段を駆動することで、前記容積を初期容積から増大させてから減少させることで、前記吐出口から柱状に伸びた液体を前記吐出口側で分離して液滴を形成し、該液滴を媒体に到達させる液体吐出方法であって、
前記容積制御手段の、該容積制御手段が形成される面に垂直な方向における変位の時間推移において、変位の最大値が出現した後に現れる変位の最小値の出現の後から、前記吐出口から柱状に伸びた液体が分離して液滴を形成するまでの期間、前記変位が減少しないように前記容積制御手段を駆動することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する個別液室と、該個別液室の容積の増減を行なう容積制御手段と、振動板と、を具え、前記容積制御手段は圧電膜と電極とを含み、前記電極に信号を入力して該圧電膜を変形させることで、前記振動板を変位させて、前記容積を初期容積から増大させてから減少させることで、前記吐出口から柱状に伸びた液体を前記吐出口側で分離して液滴を形成し、該液滴を媒体に到達させる液体吐出装置であって、
前記容積制御手段の、該容積制御手段が形成される振動板面に垂直な方向における変位の時間推移において、変位の最大値が出現した後に現れる変位の最小値の出現の後から、前記吐出口から柱状に伸びた液体が分離して液滴を形成するまでの期間、前記変位が減少しないように前記容積制御手段を駆動する手段を具えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、吐出口側の部分での液柱分断が生じるまでは、容積制御手段表面の面外変位の最大値が出現した後に最小値が出現した後は前記容積が減少しないように容積の変化に基いて駆動条件を定めている。これにより、吐出口内の液体が液柱を押す動作をすることがないので、液柱の屈曲が生じず、これに起因した「よれ」の発生を防止することができる。また、容積の変化に基いて駆動条件を定めることで、個別液室内に現に存在する液体の物性や、ヘッド構造などの諸条件によらず、確実に「よれ」の発生を抑制できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２２】
１．本発明の基本概念
本発明者らは、上述した様々な実験および検討を通じ、好ましい吐出性能を実現するための普遍的な指針を定めるにあたっては、固有周期ではなく、他の視点をもってより汎用的なメカニズムを論じるべきであると考察した。
【００２３】
ここで、個別液室の容積の増減を生じさせる機械的な駆動源である圧電素子には、投入電圧と変位量とがほぼ線形に動作する範囲が存在しているが、まず本発明者らは、既存の液体吐出方法はこの性質を前提として成立していることに着目した。
【００２４】
しかるに、特許文献５には、その図３に関して、駆動電圧をゼロに戻しても、機械的な駆動源であるアクチュエータの変位がゼロにならないことが示されている。また、同じくその図４には、アクチュエータの変位は、電圧の絶対値が大きい、先行するパルス状駆動波形付加時よりも、電圧の絶対値が小さい、後続のステップ状駆動波形電圧付加時の方が大きくなることが示されている。
【００２５】
つまり圧電素子においては、電圧が静的に印加されている状態や、時間軸に対してある程度ゆっくりと電圧を変化させたときには、印加電圧に対し変位量がほぼ線形となる。しかし液体を吐出させるために、数十μｓ程度の時間幅内で変化する駆動電圧波形が投入される場合には、その駆動電圧波形と変位量との間に相似性がないことを特許文献５は教示している。
【００２６】
以上のように、圧電素子の変形やたわみを利用した液体吐出ヘッドでは、必ずしも電圧変化とアクチュエータないしは振動板４の変位がそのまま一致するわけではない。また、電圧を一定に保持していてもそれまでの電圧変化の仕方によって振動板に変位が発生することもある。従って、駆動波形決定の基準に固有周期を導入すること自体がそもそも不適であるし、またそのように決定された駆動波形にて吐出性能（吐出量および吐出速度）の制御を行う直接的かつ汎用的な条件や因果関係を求めるのは困難であり、かつ不十分であることが判る。
【００２７】
液体の運動は、駆動波形の投入に伴う個別液室の容積の増減により生じる。しかし駆動波形の入力に対する容積の増減の応答特性は、個別液室内に現に存在する液体の物性や、ヘッド構造などの諸条件によって異なってくる。従って、限定された条件下での固有周期に基いて駆動波形を規定しても、液体の吐出性能ないしは液体の挙動（液柱の発生、液滴の分離および吐出口付近のメニスカスの状態など）を制御する普遍的な解決方法とはなり得ないのである。
【００２８】
これに対し、個別液室の容積が初期容積よりも増大する動作をしているときには、吐出口付近の液体は必ず内方に引き込まれ、個別液室の容積が初期容積よりも減少する動作をしているときは吐出口付近の液体は必ず外方に押し出される。
【００２９】
そこで本発明者らは、吐出性能や液体挙動を制御する指標としては、固有周期ではなく、個別液室の容積の増減の推移に着目すべきであると考えるに至った。そして、
・容積を初期容積から増大させてから、初期容積に戻すよう減少させるべく、容積制御手段表面の面外変位を時間推移させることで液体吐出を行わせること、および、
・この過程に応じた面外変位の時間推移曲線上での液柱分断までの時点において、最大値出現後に最小値が現れた後に面外変位が減少しないようにすること、
によって、所期の目的を達成するものである。
【００３０】
なお、以下の実施形態では、容積をまず増大させてから、減少させるようアクチュエータを駆動することで液滴を吐出させるようにしている。ここで、「増大」とは、駆動開始前の圧力室の初期容積から容積が増大するよう変化させることを言い、「減少」とは、増大している容積が初期容積に向けて変化するようにすることを言うものとする。
【００３１】
２．液体吐出装置およびヘッドの実施形態
図１は、本発明が適用可能な液体吐出装置の一例として、インクジェット記録装置形態のものを示す概略斜視図である。液体吐出装置に挿入された記録媒体Ｐは、送りローラ１０７，１０８，１０９，１１０によって液体吐出ヘッドユニット１００の記録可能領域へ搬送される。液体吐出ヘッドユニット１００は、ガイド軸１０２によって、その延在方向（主走査方向）に沿って移動可能に支持されている。そして、モータ１０３の駆動によってプーリ１０５，１０６に架けられたベルト１０４が移動し、液体吐出ヘッドユニット１００が記録領域を往復走査する。液体吐出ヘッドユニット１００の走査方向（Ａ方向）が主走査方向であり、記録媒体Ｐの搬送方向（Ｂ方向）が副走査方向となる。
【００３２】
液体吐出ヘッドユニット１００には、複数色のインク液滴を吐出するため液体吐出ヘッド１０３と、それぞれの液体吐出ヘッド１０３にインクを供給するためのインクタンク１０１が搭載されている。この例の液体吐出装置における複数色のインクは、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色である。各色の位置は特に限定されるものではなく、また、用いる色調（色および濃度）の種類およびその数についても限定されるものではない。
【００３３】
また、本例の場合、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色インク（Ｂｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）のインクタンクが全て独立に交換可能な構成となっている。液体吐出ヘッドユニット１００には、Ｂｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙの各色液滴を吐出する液体吐出ヘッドの群と、Ｂｋ用インクタンク１０１Ｂ、Ｃ用インクタンク１０１Ｃ、Ｍ用インクタンク１０１Ｍ、Ｙ用インクタンク１０１Ｙが搭載される。各インクタンクは対応する液体吐出ヘッドと接続され、その液体吐出ヘッドの吐出口に連通する個別液室内にインクを供給する。この例以外にも、例えば、各色用のインクタンクと液体吐出ヘッドとが分離不能に一体となった構造としてもよい。また、液体吐出ヘッドユニットには液体吐出ヘッドのみを搭載し、装置の固定部位に設けたインクタンクから可撓性チューブ等を介してインクが供給されるものでもよい。
【００３４】
液体吐出ヘッドユニット１００が移動可能な主走査領域の一端（図では右端）の下部には、回復系ユニット１１２が配備されている。回復系ユニット１１２は、液体吐出ヘッドの吐出口形成面をキャッピングし、非記録動作時などにおいてはその保護を行ったり、あるいは吸引回復を行ったりするためのキャップや、吐出口形成面を払拭するワイパブレードなどを有したものとすることができる。
【００３５】
図２および図３は本発明に適用可能な液体吐出ヘッドの構成例であり、それぞれ、吐出口形成面側から見た模式的正面図およびそのＣ−Ｃ線断面図を示している。
【００３６】
この例の液体吐出ヘッドは、インクを吐出する複数の吐出口２が設けられたオリフィスプレート１と、各吐出口に対応する個別液室３の複数およびこれらに共通に連通してインクを供給する共通液室１１を画成する壁部が配置された基体６とを有する。個別液室３は、連通路７を介して吐出口２に連通している。
【００３７】
個別液室３の側面の一部には変位可能な振動板４が設けられ、この振動板４に対して、個別液室の容積制御手段である圧電膜および電極を含むアクチュエータ５が配置されている。そのアクチュエータ５に、記録情報に対応して駆動電圧信号を印加することにより振動板４を変位させ、個別液室３の容積を変化させることで、吐出口２から液滴を吐出させることが可能である。アクチュエータ５は、これに印加される駆動電圧が下降する場合には個別液室の容積を増大させるよう、また駆動電圧が上昇する場合に個別液室の容積を減少させるよう、それぞれ厚み方向に変形するものとする。
【００３８】
本発明が好適に実施されるヘッドの個別液室の長さは２０００μｍ以上１２０００μｍ以下、吐出口直径は２０μｍ以上５０μｍ以下である。また、アクチュエータ５（上電極、圧電膜、下電極）、および振動板４はこれら自体の変形を容易にするために、それぞれ、１０μｍ以下の厚みとすることが好ましい。より好ましくは、振動板が３μｍ以上６μｍ以下であり、振動板とアクチュエータとをあわせても１０μm以下の薄膜形状がよい。このような薄膜形状のアクチュエータであれば、個別液室の容積の増減を示す指標となる、振動板の変位の時間推移δ（ｔ）を、アクチュエータ５の表面（上電極位置）の変位（面外変位）で近似・代用する事ができる。この変位は、振動板が形成されている面に対して垂直な方向の変位を指し、例えばレーザー・ドップラー速度計によって測定することができる。このようなヘッドを用い、図５に示す個別液室の容積変化が生じるよう、圧電膜の変形、つまり撓みに応動する振動板の変位を行なうことで、液体吐出が好適に行なわれる。
【００３９】
図４はアクチュエータ５の駆動部の構成例を示す。アクチュエータ５は電力を供給するための電極配線を介して駆動回路５１に接続されている。駆動回路５１は、記録情報に対応する駆動データ（吐出の有無を定めるためのデータ）に応じ、駆動波形設定部５３に規定される駆動波形にて、アクチュエータ５を作動させることができる。
【００４０】
駆動波形設定部５３は、好ましい液体の挙動を生じさせる個別液室の容積増減の時間推移（振動板の面外変位の時間推移）が生じるような駆動波形を設定する。
【００４１】
３．実施例
以下、本発明の規定に従う液体吐出ヘッドの駆動態様および効果について、具体的な実施例および比較例を説明する。
【００４２】
３．１  実施例
まず、図２および図３に示す液体吐出ヘッドを作製した。ここで、吐出口は直径３０μｍの丸穴とし、個別液室３の長さ（図３の横方向寸法）は６０００μｍ、幅（図３の図面直交方向の寸法）は１００μｍとした。また、アクチュエータ５の厚みは３μｍ、振動板４の厚みは５μｍである。
【００４３】
なお、上記液体吐出ヘッドは、アクチュエータである圧電素子の変形（伸縮）を利用し、これに固定される振動板の、その面に垂直な方向の変位（面外変位）によって個別液室の容積の増減を行わせる形態のものである。かかる形態のヘッドでは、振動板４が変形することで排除する／流動させる液体の体積量（制御液体量ＶＣＯＮ）は、個別液室の長さと、個別液室の幅と、振動板変位の時間推移δ（ｔ）とにより定まる。そして、これらの３つの積に、制御液体量ＶＣＯＮは概ね比例する。従って、個別液室の長さが半分となって幅が２倍となった構成などにおいても同様の効果が得られる。
【００４４】
次に、上記液体吐出ヘッドに液体を供給して吐出動作を行った。ここでは、液体として、密度１．０×１０３ｋｇ／ｍ３，粘性３．３×１０−３Ｐａ・ｓ，表面張力３．３×１０−２Ｎ／ｍのシアンインクを用いた。
【００４５】
ここで、まず吐出口径が３０μｍと大きいため、メニスカスが静定している状態から単に個別液室の容積を減少させて吐出動作を行わせても、２８ｐｌ以上の大きな液滴しか吐出できない。そこで、このように口径が大きい吐出口から１０ｐｌ台の小液滴吐出を実現するために、細い液柱を形成するようにした。
【００４６】
図５（ａ）〜（ｄ）はその具体的な方法の説明図である。まずメニスカスを一旦引き込ませてから（図５（ａ））、メニスカスの中心底部に圧力を付加してこの部分に隆起部が形成されるようにした（図５（ｂ））。これは、個別液室の容積を初期容積から増大させるプロセス（以下、膨張プロセスという）を実行してから、減少させるプロセス（以下、収縮プロセスという）を実行すればよい。つまり、図５（ｂ）の状態は、膨張プロセスによっておよそ放物曲面状に引き込まれたメニスカスに対して圧力室側から加圧を行えば実現できる。当該加圧に応じ、必然的にメニスカスの中心底部に高圧部が発生してこの部分のみを隆起できるからである。飛行するロケットの先端部に最も高圧部が形成されるのと同じ理由である。
【００４７】
この後さらに収縮プロセスを継続することによって、生成させる細い液柱のサイズ（太さ、長さ）の制御が行われ、より確実に微細化された液滴吐出を実現できる（図５（ｃ），（ｄ））。
【００４８】
この際、図５（ｃ）に示すように、吐出口内の流体（液体）の速度ｖ１が液柱の突出速度ｖ２よりも大きいことによる液柱の屈曲に起因した「よれ」が発生しない吐出状態を実現すべく鋭意検討した。解決策としてはｖ１＜ｖ２となるように液柱生成過程を制御すれば、吐出口内の液体が液柱を押す動作をすることがないので、液柱の屈曲が生じない。しかし、吐出口内に隠れている液体の速度ｖ１を測定することは困難であり、制御の効果を検証することができない。そこで、本実施例では、吐出口から突出した液柱が吐出口に近い側で切断するときに、ｖ１とｖ２とが逆向きの方向成分を持つように制御を行うものとした。ここで、振動板４が個別液室の容積を減少させる方向に変位しているときは吐出口内の液体は外界へ向かって流れ、個別液室の容積を増大させる方向に変位しているときは個別液室側へ向かって流れる。そこで、前述した速度ｖ１の方向を把握する方法として、個別液室の容積が増大している状態にあるか否かで把握することにした。
【００４９】
つまり本実施例では、測定された圧電素子の電極の変位の時間推移δ（ｔ）の、吐出口側での液柱分断が観察される時間ｔＢまでにおいて、変位曲線の最大値出現後に現れる最小値出現の後は、容積を減少させる振動板変位がないようにする。そして液柱分断が観察される時間ｔＢまでに最小値の出現後は、容積を減少する振動板変位が生じないように、すなわち吐出口内の液体が突出液柱と同じ方向へ流動しないように、アクチュエータ５を制御する。
【００５０】
図６はそのアクチュエータ５の制御時における圧電素子の電極の面外変位量の時間推移を観測した線図である。ここで、測定位置は、個別液室中央位置とした。このような時間推移が生じるようアクチュエータ５を制御し、ＣＣＤカメラと、インク吐出と同期したストロボ光とを用いて液体吐出状態を観察した。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｌ）はその観察結果を示す図である。これらの図に示すように、液柱には屈曲が見られず、それに起因した「よれ」が発生しなかった。また。サテライトの進行方向が主滴の進行方向とずれることがなく、主滴とサテライトが合体して、最終的にサテライトがない吐出を実現することができた。
【００５２】
このようにサテライトが主滴に追いついたのは以下の理由によるものと考えられる。まず第１に、吐出口側での液柱分断が観察された時刻ｔＢの後、表面張力により液柱を主滴側へ引き寄せ、これにより吐出方向への液柱分断部分の速度が増加して主滴の速度を上回るまでは、液柱に新たな分断部分を発生させないようアクチュエータを制御したことである。ここで、吐出口側での液柱分断が観察された時刻ｔＢと、これ以外の新たな分断が発生する時刻との時間差が大きければ大きいほど、表面張力による引き寄せ期間が長くなるので速度が増加する。第２に、先に吐出口側で発生した分断部と、新たに発生した分断部とで形成された液柱部分（図７（ｆ））が、表面張力によって略球形のサテライトとなったとき（同図（ｈ））の吐出方向への速度が主滴の速度を上回っているようにアクチュエータを制御したためである。
【００５３】
図８は、図６のような面外変位の時間推移を得るために印加した駆動電圧の波形である。これは基本的に次の波形部分からなっている。すなわち、
・個別液室の容積を増大させるべく初期電圧ＶＨから電圧ＶＬまで変化する波形部分、
・電圧ＶＬに保持する波形部分、
・容積を初期容積に戻すべく電圧ＶＨまで変化する波形部分、および
・初期電圧ＶＨに保持する波形部分、
である。
【００５４】
本実施例では、液柱屈曲防止のためにかかる駆動電圧波形を用いているが、ここで注意すべきことは、始めに波形の設定があるのでもなければ、固有周期に基く駆動波形の設定があるのでもない。あくまでも、液柱屈曲を防止する上で普遍的な基準となる個別液室の容積増減、より具体的にはこれと強く相関のあるの圧電素子の電極の面外変位量の時間推移が生じるように、駆動波形が選択され、設定されることである。すなわち、図８に示すような基本波形に対し、電圧や各波形部分の傾きおよび形状などを、好ましい吐出性能や液体の挙動に照らして適宜定めることができる。
【００５５】
３．２  比較例
比較例においては、実施例と同じ液滴吐出ヘッドおよび液体を使用する一方、吐出速度を高くするべく駆動波形を変更した。その結果、液柱の屈曲が発生した。
【００５６】
図９はこのときの圧電素子の電極の面外変位量の時間推移を観測した線図である。また、図１０（ａ）〜（ｅ）は、実施例１と同様に液体吐出状態を観察した結果を示す図である。
【００５７】
比較例では、圧電素子の電極の変位の時間推移δ（ｔ）の、吐出口側での液柱分断が観察される（図１０（ｃ））時間ｔＢまでにおいて、変位曲線の最大値出現後に現れる最小値出現の後に、個別液室の容積を減少させる振動板変位が見られた（図９中のｐｃ）。そしてこれに呼応するように、吐出口側から隆起したメニスカスが液柱端部を吐出方向へ押している現象（図１０（ａ），（ｂ））とともに、隆起メニスカス先端の中心軸と液柱中心軸とがずれていることが確認できた（図１１（ｃ），（ｄ））。これがよれ発生の主要因であると考える。つまり、比較例では、実施例で整理した条件を満たさなかったために、よれが発生した。
【００５８】
４．その他
上例ではインクジェット記録装置形態の液体吐出装置およびヘッドに本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、記録装置だけでなくパターニング装置や塗布装置など様々な液体吐出装置に好ましく適用可能である。装置に応じて様々な物性の液体や様々なヘッド構造が用いられることに対して、吐出口を小径化せずに吐出液滴の微細化を達成し得る適切かつ普遍的な液体吐出ヘッドの駆動制御の指針を与えることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明が適用可能な液体吐出装置の一例として、インクジェット記録装置形態のものを示す概略斜視図である。
【図２】本発明に適用可能な液体吐出ヘッドの構成例であり、吐出口形成面側から見た模式的正面図を示している。
【図３】本発明に適用可能な液体吐出ヘッドの構成例であり、図２のＣ−Ｃ線断面図を示している。
【図４】アクチュエータ（圧電素子）の駆動部の構成例を示すブロック図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は実施例における液体吐出状態の説明図である。
【図６】実施例における圧電素子の電極の面外変位量の時間推移を示す線図である。
【図７】（ａ）〜（ｌ）は実施例における液体吐出状態の観察結果を示す図である。
【図８】図６のような面外変位量の時間推移を得るために印加した駆動電圧の基本的な波形の例を示す図である。
【図９】比較例における圧電素子の電極の面外変位量の時間推移を示す線図である。
【図１０】比較例における液体吐出状態の観察結果を示す図である。
【図１１】圧電素子の電極の面外変位から評価される液体吐出ヘッドの固有周期に普遍性があるか否かを検討するために、個別液室の容積を増大させる電位変化の傾きを変えた状態を示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、図９に示す傾きの違いによる面外変位の応答曲線の違いを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
２  吐出口
３  個別液室
４  振動板
５  容積制御手段（アクチュエータ）
【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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【図１２】
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