(57)【要約】【課題】高粘度のインクの場合にも、微小で十分な飛翔速度を持ったインク液滴を吐出する。【解決手段】液体が充填された圧力室の容積を変化させるためのアクチュエータに駆動波形を印加することにより、圧力室内の液体をノズルより液滴として吐出させる液滴吐出方法において、前記圧力室の容積をＶ、前記ノズルの断面積をＡ、前記ノズルの長さをｌ0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をｃとするとき        、これらが次の不等式（１）      ｃ2 ／Ｖ  ＜  １６π2 μ2 ｌ0 ／（Ａ3 ρ2 ）        ・・・（１）  で表される条件を満たすように設定する。【選択図】      図１
2005119296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填された圧力室の容積を変化させるためのアクチュエータに駆動波形を印加することにより、圧力室内の液体をノズルより液滴として吐出させる液滴吐出方法であって、
前記圧力室の容積をＶ、前記ノズルの断面積をＡ、前記ノズルの長さをｌ0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をｃとするとき、これらが次の不等式（１）
ｃ2 ／Ｖ  ＜  １６π2 μ2 ｌ0 ／（Ａ3 ρ2 ）        ・・・（１）
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出方法。        
【請求項２】
前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第１の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第２の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第３の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第４の駆動波形を有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出方法。
【請求項３】
前記駆動波形が、前記第１の駆動波形を有する場合、前記第１の駆動波形が開始してから前記第２の駆動波形が開始するまでの時間ｔ2 が、前記第１の駆動波形を開始してから前記メニスカス面の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ｔa より大であることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出方法。
【請求項４】
前記時間ｔa は、前記圧力室のコンプライアンスをＣ、液体流路のイナータンスをＬ、前記ノズル部における液体粘性抵抗をＲとし、β＝Ｒ／（２Ｌ）、γ＝√｛Ｒ2 ／（４Ｌ2 ）−１／（ＬＣ）｝とするとき、次の式（２）
ｔa ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）／（β−γ）｝      ・・・（２）
で表されることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出方法。
【請求項５】
前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第２の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出方法。
【請求項６】
前記第４の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の液滴吐出方法。
【請求項７】
液体が充填される圧力室と、前記圧力室に設けられた液体を液滴として吐出するノズルと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動波形を印加して前記圧力室の容積を変化させて前記ノズルより液滴を吐出させるアクチュエータ駆動手段とを備えた液滴吐出装置であって、
前記圧力室の容積をＶ、前記ノズルの断面積をＡ、前記ノズルの長さをｌ0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をｃとするとき、これらが次の不等式（１）
ｃ2 ／Ｖ  ＜  １６π2 μ2 ｌ0 ／（Ａ3 ρ2 ）        ・・・（１）
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出装置。        
【請求項８】
前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第１の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第２の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第３の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第４の駆動波形を有して構成されることを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記駆動波形が、前記第１の駆動波形を有する場合、前記第１の駆動波形が開始してから前記第２の駆動波形が開始するまでの時間ｔ2 が、前記第１の駆動波形を開始してから前記メニスカス面での液体の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ｔa より大であることを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記時間ｔa は、前記圧力室のコンプライアンスをＣ、液体流路のイナータンスをＬ、前記ノズル部における液体粘性抵抗をＲとし、β＝Ｒ／（２Ｌ）、γ＝√｛Ｒ2 ／（４Ｌ2 ）−１／（ＬＣ）｝とするとき、次の式（２）
ｔa ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）／（β−γ）｝      ・・・（２）
で表されることを特徴とする請求項９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第２の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記第４の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出方法及び装置に係り、特に、インクジェット方式により高粘度のインク等の液体を微小液滴として十分な速度で吐出することのできる液滴吐出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式の液滴吐出装置は、記録ヘッドに形成されたノズルから記録媒体に向けて、インク等の液体を液滴として吐出し、画像等を記録するものである。インクジェット方式のインク液滴吐出装置におけるインク吐出方式には、様々なものがあるが、例えば、圧電セラミックスの変形によって圧力室の容積を変化させ、容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出するものが知られている。
【０００３】
このようなインク液滴吐出装置においては、記録の解像度を高めるためには、小さい体積のインク液滴を吐出する必要があり、そのための様々な工夫が行われている。例えば、圧力室の容積を変化させるアクチュエータに、インクを吐出させるための駆動波形を印加した後、引き続き付加駆動波形を印加することにより、ノズルから飛び出しかけているインク液滴の一部をノズルから圧力室内へ引き戻すことにより、インク液滴を引きちぎり、飛翔するインク液滴を微小化するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００４】
また、上述したもののように、圧力室の容積を変化させるアクチュエータにインクを吐出させるための駆動波形を印加し、引き続きインク液滴を微小化させるための付加駆動波形を印加した後、さらに、インクのメニスカス面の振動状態を安定化させるための駆動波形を印加するようにして、その後に吐出するインクの液滴速度が低下するのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２等参照）。
【特許文献１】特開平１１−１７０５１５号公報
【特許文献２】特開平１１−２２７２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献に記載されたものはいずれも圧力室内のインクが自然にある周期で振動（固有振動）を行うことが前提となっており、前記特許文献１に記載のものは、この固有振動を利用してインク液滴を小型化して吐出しており、また、前記特許文献２に記載のものは、この固有振動を利用して高温時で粘度が低いときに、前述したように後から印加する安定化波形（パルス）によってインクのメニスカス面を安定させるようにしており、いずれもメニスカス面の固有振動を前提とし、固有振動を利用して吐出タイミングを駆動波形で制御しているので、駆動波形を設計する上で、時間的制約と周期の制約があり、改善が望まれていた。
【０００６】
一般に、液体の粘度が高くなると、その液体の流速に比例した抵抗力が大きくなる。従って、上述したような従来のインク液滴吐出装置で高粘度の場合にも低粘度の液体と同じようなアクチュエータの駆動条件で液滴を吐出すると、前記抵抗力の分だけ飛翔した液滴の速度が低下する。また、インクの粘度が高い場合、インク液滴を吐出した後のインクのリフィルが遅くなり、その結果、インクを吐出した後、初期状態に戻るまでの時間が長くなるため、記録（印字）速度が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高粘度の液体の場合にも、微小で十分な飛翔速度を持った液滴を効率良く吐出することのできる液滴吐出方法及び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】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液体が充填された圧力室の容積を変化させるためのアクチュエータに駆動波形を印加することにより、圧力室内の液体をノズルより液滴として吐出させる液滴吐出方法であって、前記圧力室の容積をＶ、前記ノズルの断面積をＡ、前記ノズルの長さをｌ0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をｃとするとき、これらが次の不等式（１）
ｃ2 ／Ｖ  ＜  １６π2 μ2 ｌ0 ／（Ａ3 ρ2 ）        ・・・（１）
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出方法を提供する。
【０００９】
ここでこの条件を満たすようにするためには、例えば、吐出させたい液体の物性値ρ、μ、ｃに対して、ヘッドの幾何学的条件Ａ、ｌ0 が  この式（１）を満たすように設計すればよい。この条件を満たすことにより、液体のメニスカス面が振動することがなく、駆動波形を印加する際、メニスカス面の固有振動が支障となることがなく、時間的制約と周期の制約が全くないため、駆動波形を印加する時間を考慮する必要がなく、効率良く駆動を行うことができる。特に、本発明は、液体粘性係数μが３０ｍＰａ・sec （３０ＣＰ）以上の液体を吐出する場合に特に有効である。
【００１０】
また、本発明の液滴吐出方法は、前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第１の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第２の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第３の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第４の駆動波形を有して構成されることを特徴とする。
【００１１】
このように駆動波形を形成することにより、液体が高粘度の場合でも、液体を微小な液滴として十分な速度で吐出させることができ、吐出後メニスカス面を早期に安定させることができる。
【００１２】
また、本発明の液滴吐出方法は、前記駆動波形が、前記第１の駆動波形を有する場合、前記第１の駆動波形が開始してから前記第２の駆動波形が開始するまでの時間ｔ2 が、前記第１の駆動波形を開始してから前記メニスカス面の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ｔa より大であることを特徴とする。さらに、前記時間ｔa は、前記圧力室のコンプライアンスをＣ、液体流路のイナータンスをＬ、前記ノズル部における液体粘性抵抗をＲとし、β＝Ｒ／（２Ｌ）、γ＝√｛Ｒ2 ／（４Ｌ2 ）−１／（ＬＣ）｝とするとき、次の式（２）
ｔa ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）／（β−γ）｝      ・・・（２）
で表されることが好ましい。
【００１３】
これにより、液体のメニスカス面の変化の加速度が吐出する方向になるところで液滴吐出のための駆動波形を開始することとなるため、効率の良い液滴の吐出が可能となる。
【００１４】
また、本発明の液滴吐出方法において、前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第２の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることが好ましい。さらに、前記第４の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることが好ましい。
【００１５】
これにより、高粘度の液体において、ある程度の液滴速度を持った微小液滴の吐出が可能となるとともに、吐出後メニスカス面を素早く初期状態に戻すことができるため、記録速度を高速化することが可能となる。
【００１６】
また、前記目的を達成するために、請求項７記載の発明は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室に設けられた液体を液滴として吐出するノズルと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動波形を印加して前記圧力室の容積を変化させて前記ノズルより液滴を吐出させるアクチュエータ駆動手段とを備えた液滴吐出装置であって、前記圧力室の容積をＶ、前記ノズルの断面積をＡ、前記ノズルの長さをｌ0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をｃとするとき、これらが次の不等式（１）
ｃ2 ／Ｖ  ＜  １６π2 μ2 ｌ0 ／（Ａ3 ρ2 ）        ・・・（１）
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出装置を提供する。
【００１７】
ここでこの条件を満たすようにするためには、例えば、吐出させたい液体の物性値ρ、μ、ｃに対して、ヘッドの幾何学的条件Ａ、ｌ0 が  この式（１）を満たすように設計すればよい。この条件を満たすことにより、液体のメニスカス面が振動することがなく、駆動波形を印加する際、メニスカス面の固有振動が支障となることがないため、駆動波形を印加する時間を考慮する必要がなく、効率良く駆動を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の液滴吐出装置は、前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第１の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第２の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第３の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第４の駆動波形を有して構成されることを特徴とする。
【００１９】
このように駆動波形を形成することにより、液体が高粘度の場合でも、液体を微小な液滴として十分な速度で吐出させることができ、吐出後メニスカス面を早期に安定させることができる。
【００２０】
また、本発明の液滴吐出装置は、前記駆動波形が、前記第１の駆動波形を有する場合、前記第１の駆動波形が開始してから前記第２の駆動波形が開始するまでの時間ｔ2 が、前記第１の駆動波形を開始してから前記メニスカス面での液体の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ｔa より大であることを特徴とする。さらに、前記時間ｔa は、前記圧力室のコンプライアンスをＣ、液体流路のイナータンスをＬ、前記ノズル部における液体粘性抵抗をＲとし、β＝Ｒ／（２Ｌ）、γ＝√｛Ｒ2 ／（４Ｌ2 ）−１／（ＬＣ）｝とするとき、次の式（２）
ｔa ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）／（β−γ）｝      ・・・（２）
で表されることが好ましい。
【００２１】
これにより、液体のメニスカス面の変化の加速度が吐出する方向になるところで液滴吐出のための駆動波形を開始することとなるため、効率の良い液滴の吐出が可能となる。
【００２２】
また、本発明の液滴吐出装置においては、前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第２の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることが好ましい。さらに、前記第４の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第３の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることが好ましい。  
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出方法及び装置においては、高粘度の液体の場合であっても、ヘッドの幾何学的条件でメニスカス面が固有振動しない系に設定されているので、駆動波形の設計自由度が広がり、微小で十分な飛翔速度を持った液滴を効率良く吐出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面に従って本発明に係る液滴吐出方法及び装置について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る液滴吐出装置の一実施形態の概略を示す要部断面図である。図１に示すように、本実施形態の液滴吐出装置１０は、吐出するための液体を収容する圧力室１２と、圧力室１２の一端に設けられた液体を液滴として吐出するためのノズル１４と、圧力室１２の壁面に設けられた圧力室１２の容積を可変にするためのアクチュエータ１６と、画像信号に応じてアクチュエータ１６に駆動波形を印加するアクチュエータ駆動手段１８と、図示しない液体タンクと連通して液体タンクから圧力室１２に液体を供給する液体供給路２０等を有して構成される。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態においては、圧力室１２の容積を変化させてノズル１４から液体を液滴として吐出させるための液体吐出圧力を発生する手段としてのアクチュエータ１６は、圧力室１２の壁面に剪断モードで駆動されるように配置された可動素子（圧電素子）によって構成されているが、アクチュエータ１６は、このような圧電素子に限定されるものではなく、例えば、ノズル１４に対向する圧力室１２の他方の端部にピエゾ素子を設けて、ピエゾ素子の変形によって圧力室１２の容積を変化させて、液体を液滴としてノズル１４から吐出させるようにしてもよい。
【００２７】
アクチュエータ駆動手段１８は、入力された画像信号に基づいて、後で詳述するように、所定の駆動波形をアクチュエータ１６に印加し、アクチュエータ１６の可動部を可動させることにより、圧力室１２の容積を変化させて、ノズル１４から液体を液滴として吐出するようにするものである。
【００２８】
なお、本実施形態で用いられる液体は、高粘度の液体である。この高粘度液体は、メニスカス面が振動することがなく、いわゆる自然な周期を有していないものであり、具体的には以下説明するような条件によって規定される。
【００２９】
本実施形態の液滴吐出装置は、液体の粘度が高く、自然にはメニスカス面が振動しないような条件において、液体を微小な液滴として、かつ十分な吐出速度で吐出させるものであり、次に、このメニスカス面が振動しないための条件について説明する。
【００３０】
図２（ａ）は、前述した圧力室１２とノズル１４の説明を簡単にするために単純化して、それぞれ円柱で表したものである。図２（ａ）に示すように、圧力室１２の長さをｌ1 、圧力室１２の底面積をＳ、ノズル１４の長さをｌ0 、ノズル１４の底面積をＡとする。すると圧力室１２の容積はＶ＝Ｓｌ1 となる。
【００３１】
また、圧力室１２のコンプライアンスをＣ、液体流路のイナータンスをＬ、ノズル部での液体の粘性による抵抗をＲ、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ、前記圧力室内を伝達する圧力波の伝達速度をｃとする。これらを用いると、圧力室１２のコンプライアンスＣ、液体流路のイナータンスＬ、ノズル部での液体の粘性による抵抗Ｒは、それぞれ次のように表される。
【００３２】
すなわち、
Ｃ＝Ｓｌ1 ／ρｃ2 ＝Ｖ／ρｃ2 、Ｌ＝ρｌ0 ／Ａ、Ｒ＝８πμｌ0 ／Ａ2 となる。
【００３３】
ここで、メニスカス面が振動しない条件を考えるために、図２（ｂ）に示すような、ＬＣＲ直列回路による集中定数モデルを用いて考えることとする。このとき、図２（ｂ）のＬＣＲ直列回路を流れる電流をＩとすると、次の減衰振動の方程式が得られる。
【００３４】
Ｌ（ｄ2 Ｉ／ｄｔ2 ）＋Ｒ（ｄＩ／ｄｔ）＋（１／Ｃ）Ｉ＝０
よく知られているように、この振動の周期Ｔは、次の式で表される。
【００３５】
Ｔ＝４πＬ／√（４Ｌ／Ｃ−Ｒ2 ）
これをインクのメニスカス面の振動の周期と考えると、メニスカス面が振動しない条件は、Ｔが実数としては存在しないこと、すなわち、４Ｌ／Ｃ−Ｒ2 ＜０である。
【００３６】
これに上で示した値、Ｃ＝Ｖ／ρｃ2 、Ｌ＝ρｌ0 ／Ａ、Ｒ＝８πμｌ0 ／Ａ2 を代入すると、次の不等式（１）が得られる。
【００３７】
ｃ2 ／Ｖ  ＜  １６π2 μ2 ｌ0 ／（Ａ3 ρ2 ）        ・・・（１）
この不等式（１）が、液体のメニスカス面が全く振動しないための条件である。式（１）が成立するとき、図３（ａ）にメニスカス面の位置ｘと時間ｔの関係を示すように、液体のメニスカス面は全く振動せずに単純に減衰する。従って、このとき、メニスカス面は、刺激を与えても振動を行わない。
【００３８】
一方、式（１）が不成立で次の不等式（１）’
ｃ2 ／Ｖ  ＞  １６π2 μ2 ｌ0 ／（Ａ3 ρ2 ）        ・・・（１）’
が成立するときは、図３（ｂ）にメニスカス面の位置ｘと時間ｔの関係を示すように、液体のメニスカスは振動してしまう。
【００３９】
また、上記集中定数法のモデルによって得られた減衰振動の方程式をメニスカス面での液体の変位体積速度をｖとして、上記条件の下で解くことにする。
【００４０】
すなわち、
Ｌ（ｄ2 ｖ／ｄｔ2 ）＋Ｒ（ｄｖ／ｄｔ）＋（１／Ｃ）ｖ＝０
において、初期条件を、ｔ＝０のとき、ｖ＝０、ｄｖ／ｄｔ＝−１として解く。
【００４１】
このとき解は、β＝Ｒ／（２Ｌ）、γ＝√｛Ｒ2 ／（４Ｌ2 ）−１／（ＬＣ）｝とすると、ｖ＝１／２ｅｘｐ｛−（β＋γ）ｔ｝−１／２ｅｘｐ｛−（β−γ）ｔ｝となる。
【００４２】
この解ｖをグラフとして図４（ａ）に示す。図４（ａ）において、メニスカス面の変位体積速度ｖの絶対値が最も大きくなるｔの値ｔa を求めると、次の式（２）のようになる。
ｔa ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）／（β−γ）｝      ・・・（２）          ここで、当然のことであるが、対数ｌｏｇは自然対数である。また、図４（ａ）のグラフにおける変曲点、すなわち、メニスカス面での液体の変位体積速度の変化率（加速度）が増加から減少に変わる点のｔの値ｔb を求めると、
ｔb ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）2 ／（β−γ）2 ｝となる。
【００４３】
また、図４（ｂ）に、メニスカス面の変位ｘ（＝∫ｖｄｔ）を示す。図４（ｂ）に示すように、メニスカス面の変位ｘは、時間ｔの経過とともに、振動せずにある平衡状態へと向かって行く。
【００４４】
本実施形態は、上記のような構成で、上記不等式（１）によって表される、メニスカス面が振動しないという条件の下で、高粘度の液体を微小液滴として十分な吐出速度で吐出させるものである。以下、このような吐出のために、アクチュエータ駆動手段１８がアクチュエータ１６に印加する駆動波形について説明する。
【００４５】
図５に、アクチュエータ１６に印加される駆動波形とメニスカス面での液体の変位体積速度ｖとを対比して示す。図５に示すように、本実施形態における駆動波形は、第１の駆動波形Ｗ１、第２の駆動波形Ｗ２、第３の駆動波形Ｗ３、第４の駆動波形Ｗ４の４つの駆動波形から構成され、第１の駆動波形Ｗ１と第２の駆動波形Ｗ２の間、および第２の駆動波形Ｗ２と第３の駆動波形Ｗ３の間に、それぞれ駆動電圧を保持する保持部Ｕ１、Ｕ２を有している。
【００４６】
第１の駆動波形Ｗ１は、ノズル１４の液体のメニスカス面を内側へ引き込むために、液体を吸引するためのものである。第２の駆動波形Ｗ２は、液体を液滴としてノズル１４から吐出させるために、液体柱を作成するために圧力室１２の液体に圧力をかけて、ノズル１４から液体を押し出すためのものである。第３の駆動波形Ｗ３は、ノズル１４から押し出されて形成された液体柱を引きちぎり、微小な液滴を作成するためのものである。また、第４の駆動波形Ｗ４は、引きちぎれた後にメニスカス面を素早く初期状態に戻すためのものである。
【００４７】
以下、アクチュエータ駆動手段１８による、上記駆動波形を用いたアクチュエータ１６の駆動による液滴吐出動作について説明する。
【００４８】
アクチュエータ１６には、最初ｔ＝０からｔ＝ｔ1 まで第１の駆動波形Ｗ１が印加される。第１の駆動波形Ｗ１は、ｔ＝０における基準電圧Ｅ0 から電圧Ｅ1 まで直線的に変化するものであり、このとき、下に示す変位体積速度ｖは、一定値ｖ1 となっている。
【００４９】
上の駆動波形のグラフで、下向き（電圧が下がる側）は、ノズル１４の液体を圧力室１２側へ吸引し、上向き（電圧が上がる側）は、逆に圧力室１２の液体をノズル１４から押し出すように働くことを意味する。また、この駆動波形のグラフは、アクチュエータ１６に印加される電圧の変化を示しているが、電圧変化と液体の液面の変化は対応しており、このグラフは同時に液体の液面の変位を示していると考えてもよい。
【００５０】
次に、時刻ｔ1 からｔ2 までは駆動電圧を一定（電圧Ｅ1 ）に保ち（保持部Ｕ１）、時刻ｔ2 から第２の駆動波形Ｗ２を印加する。このとき、駆動電圧が一定に保たれているｔ1 〜ｔ2 間においては、液体の体積の変位はないため変位体積速度は０である。
【００５１】
なお、図５に示す例では、まず第１の駆動波形Ｗ１を印加することから始めているが、この第１の駆動波形Ｗ１を印加することは必ずしも必要ではない。第１の駆動波形Ｗ１の印加なしに、いきなり所定時刻ｔ2 から第２の駆動波形Ｗ２を印加するようにしてもよい。
【００５２】
時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までは第２の駆動波形Ｗ２を印加し、電圧をＥ1 からＥ2 まで直線的に大きく増加させる。これにより変位体積速度はｖ2 という大きな値をとり、液体の液面は大きく変化し、ノズル１４から液体が押し出されて液体柱が形成される。
【００５３】
次に、時刻ｔ3 から時刻ｔ4 までのわずかな時間、電圧を一定に保つ（保持部Ｕ２）。このとき、変位体積速度はまた０となっている。その後時刻ｔ4 から時刻ｔ5 まで第３の駆動波形Ｗ３を印加し、電圧を下げる。このとき、変位体積速度はｖ3 という負の一定値をとっている。この第３の駆動波形Ｗ３により、液体が引き戻され、液体柱が引きちぎられて液滴が形成され、これが記録媒体に向かって飛翔して行く。
【００５４】
引き続き最後に、時刻ｔ5 からｔ6 まで第４の駆動波形Ｗ４を印加する。第４の駆動波形Ｗ４は、電圧をＥ3 から基準電圧Ｅ0 まで下げるものである。このとき、変位体積速度は負で絶対値が大きな値となっている。これにより液体はさらに引き戻され、液体柱が引きちぎられて液滴が形成されて吐出した後の液面が素早く安定化される。
【００５５】
本実施形態の液滴吐出装置１０においては、アクチュエータ駆動手段１８による、このような駆動波形によってアクチュエータ１６が駆動され、高粘度な液体が微小な液滴として十分な速度で吐出される。ここで、前述したように、第１の駆動波形Ｗ１は印加されなくとも良いが、第１の駆動波形Ｗ１が印加された場合には、第１の駆動波形Ｗ１の印加が開始されてから第２の駆動波形Ｗ２が開始されるまでの時間ｔ2 は次のように決定されることが好ましい。
【００５６】
すなわち、図４（ａ）に示すように、液体の液面の変位速度ｖは、０＜ｔ＜ｔa の範囲では減少しており、加速度は負であるのに対し、ｔ＞ｔa では変位速度ｖは増加に転じ、加速度は正となっている。また、液体の液面の変位加速度が正のときに押す力を加えて液体を液滴として吐出させるようにした方が効率が良いと考えられる。
【００５７】
高粘度で液体の液面が振動しないという条件の下では、液体を液滴として吐出させるための第２の駆動波形Ｗ２の印加を開始する時間ｔ2 を、ｔ2 ＞ｔa とすることにより、図６（ａ）にメニスカス面速度ｖと時間ｔの関係を示すように、メニスカスの面位置の加速度が正であるので、効率的に液体を液滴として吐出させることができると考えられる。前に算出したように、ｔa ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）／（β−γ）｝であるので、ｔ2 ＞ｔa という条件は、次の不等式（３）で表される。
【００５８】
ｔ2   ＞  ｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）／（β−γ）｝    ・・・（３）
一方、ｔ2 ＜ｔa の場合は、図６（ｂ）にメニスカス面速度ｖと時間ｔの関係を示すように、メニスカスの面位置の加速度が負であるため効率的な液滴の吐出が難しくなる。
【００５９】
また、さらに、この中で、液体の液面の変位の加速度が最大のところが最も好ましいと考えられる。図４（ａ）のグラフからわかるように、この場合、加速度は変曲点ｔb において最大となる。そこで、液体を吸引し始めた直後から、液体を押し出し始めるまでの時間ｔ2 を液体の液面の変位の加速度が最大となる変曲点の位置ｔb とするのがより好ましい。
【００６０】
すなわち、前に算出したように、ｔb ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）2 ／（β−γ）2 ｝であるので、ｔ2 は次の式で決められる時間にするのが最も好ましい。
【００６１】
ｔ2   ＝  ｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）2 ／（β−γ）2 ｝
あるいは、第１の駆動波形Ｗ１を印加し終わった直後から第２の駆動波形Ｗ２を印加するまでの時間ｔ2 −ｔ1 を、次式に示すように、この加速度が最大となる変曲点ｔb とするようにしてもよい。
【００６２】
ｔ2 −ｔ1 ＝｛１／（２γ）｝ｌｏｇ｛（β＋γ）2 ／（β−γ）2 ｝
このように、液体の体積の変位速度が最大となる点ｔa より遅い時間において液体を押し出すのが好ましく、さらに液体の体積の変位加速度が最大となる変位速度の変曲点ｔb に対応する時間において液体を押し出すのがより好ましい。
【００６３】
また、次に第２の駆動波形Ｗ２の印加で形成した液体柱を引きちぎり、微小液滴として、また十分な速度で飛翔させるためには、第３の駆動波形Ｗ３は、図５に示すグラフの傾きが、第２の駆動波形Ｗ２の傾きよりも、絶対値において小さくなるように設定することが好ましい。すなわち、図５の下の変位体積速度のグラフで言うと、第２の駆動波形Ｗ２に対応する変位体積速度ｖ2 より第３の駆動波形Ｗ３に対応する変位体積速度ｖ3 の方が、次の不等式（４）に示すように、絶対値において小となるようにする。
【００６４】
｜ｖ2 ｜  ＞  ｜ｖ3 ｜        ・・・（４）
これは、｜ｖ2 ｜より｜ｖ3 ｜を大きくしてしまうと、高粘度の液体の場合には、液体柱から切り離されて吐出しようとしている液滴を逆に引き戻す力が大きくなってしまい、これから吐出する液滴の飛翔速度を小さくしてしまうからである。
【００６５】
従って、これにより、高粘度の液体において、ある程度の液滴速度を持った微        小液滴の吐出が可能となる。
【００６６】
また、第３の駆動波形Ｗ３と第４の駆動波形Ｗ４の関係は、図５のグラフの傾きが、第３の駆動波形Ｗ３の傾きよりも第４の駆動波形Ｗ４の傾きの方が絶対値で大きくなるように設定することが好ましい。すなわち、図５の下の変位体積速度のグラフで言うと、第３の駆動波形Ｗ３に対応する変位体積速度ｖ3 よりも第４の駆動波形Ｗ４に対応する変位体積速度ｖ4 の方が次の不等式（５）に示すように、絶対値において大きい方が好ましい。
【００６７】
｜ｖ4 ｜  ＞  ｜ｖ3 ｜        ・・・（５）
これにより、液体柱を引きちぎり液体を液滴として吐出した後の液体のメニスカス面を安定化させ、初期状態に戻すことができる。なお、このとき、従来の低粘度の液体の場合には、液体の液面が振動しているため、早く押さえて安定させようとすると、逆に加振してしまい安定化につながらない場合もあるため、液体の液面の固有振動を考慮して液体を押さえる時間を決める必要があったが、今の場合、液体は高粘度で振動していないため、なるべく早く液体を押さえることが好ましい。
【００６８】
すなわち、第３の駆動波形Ｗ３と第４の駆動波形Ｗ４との間の時間はできるだけ短い方がよい。このように、本実施形態によれば、高粘度の液体を用い、液体の液面が振動しない条件を設定しているため、上述したように、時間に対する制約が全くなく、時間を考慮する必要がないため、すぐに液体を押さえる第４の駆動波形Ｗ４を印加することにより、素早く液体の液面を安定化させることができる。その結果、すぐに引き続いて次の印字を行うことができ、印字スピードを高速化することが可能となる。
【００６９】
また、第２の駆動波形Ｗ２と、第３の駆動波形Ｗ３との間で電圧を保持する保持部Ｕ２の時間ｔ4 −ｔ3 は、微小液滴を形成するためには、できるだけ短い方が好ましい。この時間が長いと吐出する液滴が大きくなってしまうからである。場合によっては、この時間を０として、保持部Ｕ２を全く設定しないようにしてもよい。
【００７０】
また、これとは逆に、保持部Ｕ２の時間、すなわち第３の駆動波形Ｗ３を開始する時間を早めたり、遅くしたり変化させることにより、液体柱を引きちぎる駆動波形の位置を変えて、液滴のサイズを調整して打滴変調を行うようにしてもよい。
【００７１】
また、前に、第３の駆動波形Ｗ３は、図５に示すグラフの傾きが、第２の駆動波形Ｗ２の傾きよりも、絶対値において小さくなるように設定することが好ましいとしたが、引きちぎり効果を高めて微小液滴を作りやすくするためには、第２の駆動波形Ｗ２の傾きよりは小という条件を満たす中でなるべく大きい方が好ましい。すなわち、第３の駆動波形Ｗ３に対応する変位体積速度｜ｖ3 ｜は、なるべく早い（大きい）方が好ましい。
【００７２】
以上述べたように、本実施形態によれば、液体を液滴として吐出させる駆動波形に対する変位体積速度を、液体を引きちぎるための駆動波形に対する変位体積速度よりも大きくすることで、高粘度の液体を十分な速度を持った微小液滴として吐出することが可能となる。
【００７３】
また、メニスカス面を初期状態とするための駆動波形に対応する変位体積速度を、液体を引きちぎるための駆動波形に対応する変位体積速度よりも大きくすることで、メニスカス面が初期状態に戻るまでの時間を早くすることができ、すぐに次の印字が可能となるため、印字を高速化することができる。
【００７４】
以上、本発明の液滴吐出方法及び装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る液滴吐出装置の一実施形態の概略を示す要部断面図である。
【図２】メニスカス面が振動しないための条件を求めるための説明図であり、図２（ａ）は、圧力室とノズルを単純化して示す説明図であり、図２（ｂ）は、集中定数モデルのＬＣＲ回路を示す回路図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれメニスカス面位置ｘと時間ｔの関係を示す線図である。
【図４】図４（ａ）は、振動しないための条件を解いて得られた液体の変位体積速度を示すグラフであり、図４（ｂ）は、メニスカス面の変位を示すグラフである。
【図５】本実施形態におけるアクチュエータの駆動波形とそれに対応する変位体積速度を示す線図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれメニスカス面速度ｖと時間ｔの関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…液滴吐出装置、１２…圧力室、１４…ノズル、１６…アクチュエータ、１８…アクチュエータ駆動手段、２０…液体供給路
【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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