CN1230302C - 液体喷头的驱动方法、驱动装置及液体喷出装置 - Google Patents

液体喷头的驱动方法、驱动装置及液体喷出装置 Download PDF

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Abstract

一种液体喷头的驱动方法和驱动装置，可以使液滴的体积增加，并且即使是在喷头喷嘴和描绘基体的距离很短时也可以实现高精度的射着。该液体喷头具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成压力的压力生成元件。该驱动方法包含对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于压力生成元件的工序，按照利用第1喷出脉冲喷出的第1液体的体积大于利用第2喷出脉冲喷出的第2液体的体积，且第1液体的喷出速度小于第2液体的喷出速度的方式，来确定第1喷出脉冲的脉冲宽度T1、第2喷出脉冲的脉冲宽度T2、以及第1喷出脉冲和第2喷出脉冲之间的休止时间K12。

Description

液体喷头的驱动方法、驱动装置及液体喷出装置
技术领域
本发明涉及不仅用于印刷，还可以用于制造彩色滤色器、薄膜晶体管、发光元件、DNA元件等的液体喷头的驱动方法及驱动装置。
背景技术
液体喷出装置，不仅用于制作印刷品，也应用于制作彩色滤色镜、薄膜晶体管、发光元件、DNA元件等图形化工序中。
作为这样一种产业用图形化方法，广泛使用平板印刷光刻工序。然而，光刻工序多而且装置成本高昂，同时材料的使用率极低。并且，平板印刷，在印刷精度上，作为产业用的图形化技术，用途受到限制。
于是，利用液体喷头的图形化方法，也称为喷墨法，日益得到应用。由于喷墨法是直接在图形化部分描绘，材料的使用率极高，同时工序数少，所以是运行费用少的有希望的图形化技术。
作为喷墨方式，公知的有在日本特公昭53-12138号公报中记载的凯塞(Kyser)型或在特公昭61-59914号公报(美国专利第5754194号)中记载的热喷射型。
另外，在特开昭63-247051号公报(美国专利第4879568号)记载有利用压电陶瓷的剪切模式型的喷墨方法。
如图9A和9B所示，具有剪切模式型的压力发生元件的喷墨头(液体喷头)500的构成包括：底壁501、顶壁502及其剪切模式执行器壁503。该执行器壁503由与底壁501相接、并且在箭头511方向上极化的下部壁507和与顶壁502相接、并且在箭头509方向上极化的上部壁505组成。邻接的2个执行器壁503组成1对形成其墨水流路(压力作用单元)506。此外，由墨水流路之间形成由不存在墨水的空隙部分组成的空气室508。
在各墨水流路506的一端上连接有具有喷嘴510的孔板512，在各执行器壁503的两侧面上设置有金属化层电极513、514。具体说，在空气室506侧的执行器壁上设置电极514，而在空气室508侧的执行器壁上设置电极513。面对空气室508的电极513与提供执行器驱动信号的驱动电路520相连接，而设置于墨水流路506内的电极514与地相连接。
驱动电路520，通过对各空气室508的电极514施加电压，各执行器壁503在使墨水流路506的容积增加的方向上发生剪切应变变形。
比如，如图10所示，如在空气室508的电极513上施加驱动电压，则在执行器壁505、507中在分别与极化方向正交的箭头方向上产生电场，执行器壁505、507在使墨水流路506的容积增加的方向上发生剪切应变变形。此时，包含喷嘴510附近的墨水流路内的压力减小，从墨水供给侧的墨水共通流路(图中未示出)供给墨水。
此时，如将墨水流路内的流体力学的共振频率以Fr表示，其倒数以Tr＝(＝1/Fr)表示时，通过设定电压施加时间为Tr/2，与原来作为剪切应变得到的变形量(非共振)相比，由于利用系统的共振可以增大变形量。
流体力学共振频率Fr，可通过利用公知的阻抗测定器的电气测定而求出，图11示出利用阻抗测定器得到的测定数据(阻抗与频率的关系)和流体力学共振频率Fr的关系。
在电压施加时间Tr/2后使施加于空气室508的电极513上的电压返回0V。于是，执行器505、507与变形前的(笔直的)状态相比，墨水流路变形收缩，墨水受到压力。由此，墨水在喷嘴方向上产生流动，液滴从喷嘴喷出。
从前，在这种喷墨装置中，上述喷射液滴的体积由上述墨水流路的形状及驱动电压等决定。因此，为得到合乎目的的液滴而决定墨水流路和驱动电压。然而，如考虑利用喷墨作为产业用的描绘装置，作为喷墨性能，关于在求得高精细化的同时期望缩短描绘时间的描绘时间的缩短，必须尽量减少描绘需要的脉冲数。关于高精细化，通过使墨水流路的间距变窄可以做到高精细化。由于使墨水流路的间距变窄在加工上受到制约，必须使墨水流路的体积变形的压电陶瓷PZT(硅酸-钛酸铅)的壁厚变窄并使墨水流路的深度变浅。因此，也会产生驱动电压的制约。结果，高精度化用喷头，由于PZT的变形体积量变小，每1点的喷出量变小。
另一方面，在日本特公平3-30508号公报(美国专利第4563689号)中记载有，在施加主脉冲之前，通过施加决定喷嘴内的弯液面的前端位置的附加脉冲，控制墨滴的体积。据此，通过施加附加脉冲可以略微增加墨滴的体积，但体积的增加很难充分。
另外，在日本特开2000-280463号公报中记载有，在施加主喷射(第2喷射)脉冲之前，设置一个宽度为主喷射脉冲的脉冲宽度T的0.30T～1.10T的脉冲作为附加喷射(第1喷射)脉冲来试图增加墨水的体积。根据此方式，通过在形成1点时喷射2个液滴，最大可以使墨滴增加为大约1.5倍。不过，增加量超过这个的喷射量很困难。
另外，在美国专利第6059393号中记载有，为了增大印刷点的直径而以不同速度连续地喷射两个液滴，并使这两个液滴结合起来，其中，第一液滴的速度和体积都小于第二液滴。但是，上述两个液滴结合所得到的液滴不是理想的圆形，而是有变形，所以液体淀积点不理想。
此外，作为尝试增加喷射量的装置，在日本特公平6-55513号公报(美国专利第5202659号说明书)中提出使利用共振频率连续喷射的多个墨滴在空中合并来控制液滴的体积。利用这一方法可望使体积充分增加。
然而，在产业用的喷墨中，在为了提高射着精度而使喷嘴和描绘基体的距离极端减小的场合，不能使多个液滴在空中合并，各个分别射着基体。就是说，对1点的描绘发生射着时间的分离，射着状态不是正圆形而产生射着精度不良。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以使液滴的体积增加并且即使是在喷头喷嘴和描绘基体的距离很短的场合，也可以实现高精度的射着的液体喷头的驱动方法及驱动装置。
本发明的另一目的在于提供一种也可以作为产业用图形化装置使用的液体喷头的驱动方法及驱动装置。
为达到上述目的，本发明的核心的特征在于，一种液体喷头的驱动方法，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：包含对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的工序，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度T1、上述第2喷出脉冲的脉冲宽度T2、以及上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间K12确定成，使利用上述第1喷出脉冲喷出的第1液体的体积大于利用上述第2喷出脉冲喷出的第2液体的体积，且上述第1液体的喷出速度小于上述第2液体的喷出速度。
本发明的另一个核心的特征在于，一种液体喷头的驱动装置，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：具有对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度T1、上述第2喷出脉冲的脉冲宽度T2、以及上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间K12确定成，使利用上述第1喷出脉冲喷出的第1液体的体积大于利用上述第2喷出脉冲喷出的第2液体的体积，且上述第1液体的喷出速度小于上述第2液体的喷出速度。
本发明的再一个核心的特征在于，一种液体喷出装置，其特征在于包括：用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，以及用来支持容纳上述液体的液体容纳构件的支持体，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度T2、以及上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间K12确定成，利用上述第1喷出脉冲喷出的第1液体的体积大于利用上述第2喷出脉冲喷出的第2液体的体积，且上述第1液体的喷出速度小于上述第2液体的喷出速度，且上述液体喷头和上述支持体的位置确定成，使上述第1液体和上述第2液体合并并施加到上述液体容纳构件上。
根据本发明，因为第1及第2液滴是在很短的距离内合并，合并的大液滴可以以高精度射着于液体容纳构件。
另外，在本发明中，上述脉冲宽度T1和上述脉冲宽度T2以及上述休止时间K12可以根据上述液体喷头的流体力学共振频率确定。在此场合，可以以最佳效果将液滴付与液体容纳构件。
另外，本发明的另一个核心的特征在于，一种液体喷头的驱动方法，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：包含对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的工序，设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：T1＝k1×N×Tr/2，T2＝k2×Tr/2，K12＝k3×(3Tr/4-T2/2)，其中k1，k2，k3为0.9～1.1。
本发明的再一个核心的特征在于，一种液体喷头的驱动装置，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：具有对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，在设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2以，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：T1＝k1×N×Tr/2，T2＝k2×Tr/2，K12＝k3×(3Tr/4-T2/2)，其中k1，k2，k3为0.9～1.1。
根据本发明，因为与第1液滴相比，第2液滴小若干并且其喷出速度可以快，两个液滴可以在很短的距离内合并。
于是，在此发明中，接着上述第2喷出脉冲施加不喷出液体的非喷出脉冲，此时，设上述非喷出脉冲的脉冲宽度为T3，上述第2喷出脉冲和上述非喷出脉冲之间的休止时间为K23时，全部满足下述2式：
T3＝k4×Tr/2，
K23＝k5×(3Tr/2-T2/2-T3/2)，
其中k4＝0.2～0.5，k5为0.9～1.1。
在此场合，可以很快抑制与从前相比易于变得更大的液滴喷出后的振动。
另外，在本发明中，也可以对构成具有多个上述喷出口和多个上述压力作用单元的液体喷头集合体的各液体喷头供给上述T1、上述T2以及K12分别相同的包含上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲的驱动信号。
在此场合，由于无需对每个液体喷头进行脉冲序列，即使是各由于各喷头间多少有一些制造误差而引起喷出特性不均匀，也可以很好地进行驱动。
还有，本发明的另外的核心的特征在于，一种液体喷头的驱动方法，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：具有对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：T1＞Tr，T2＝T1/N，K12＝3T1/(2N)-T2/2。
另外，本发明的另外再一个的核心的特征在于，一种液体喷头的驱动装置，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：具有对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，在设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：T1＞Tr，T2＝T1/N，K12＝3T1/(2N)-T2/2。
根据本发明，因为与第1液滴相比，第2液滴小若干并且其喷出速度可以快，两个液滴可以在很短的距离内合并。
于是，在此发明中，接着上述第2喷出脉冲施加不喷出液体的非喷出脉冲，此时，设上述非喷出脉冲的脉冲宽度为T3，上述第2喷出脉冲和上述非喷出脉冲之间的休止时间为K23时，全部满足下述2式：
T3＜Tr/2，
K23＝3T1/N-T2/2-T3/2。
在此场合，可以很快抑制与从前相比易于变得更大的液滴喷出后的振动。
附图说明
图1A和图1B为用来说明本发明一实施方式的液体喷头的驱动方法的示图。
图2为用来说明本发明一实施方式的液体喷出状况的示意图。
图3A、3B、3C、3D、3E和3F为说明与液体喷头的各种驱动方法分别对应的压力生成元件的位移的示图。
图4G和图4H为说明与液体喷头的另一种种驱动方法相对应的压力生成元件的位移的示图。
图5为示出本发明使用的液体喷头的驱动电路图。
图6A、6B和6C为示出图5的驱动电路的驱动时序图。
图7为示出本发明一实施方式的液体喷出装置的示意斜视图。
图8为示出本发明一实施方式的喷墨装置的驱动波形的示图。
图9A和9B为示出液体喷头的示图。
图10为用来说明液体喷头的动作的示意图。
图11为用来说明流体力学共振频率的示意图。
具体实施方式
图1A、图1B、图2为用来说明本发明一实施方式的液体喷头的驱动方法的示图。在本发明中，也可采用与图9A、图9B、图10所示的相同的构成的喷头作为液体喷头。
图1A示出用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、连通该喷出口用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头的驱动信号(1点的喷出命令)。
图1B示出上述液体喷头的压力生成元件的振动状态，图中正(+)方向对应于压力作用单元的容积向着比稳定状态增大方向的位移，而负(-)方向对应于压力作用单元的容积向着比稳定状态减小方向的位移。
如在时刻t0，驱动脉冲(第1喷出脉冲VA)变为上升电压Vop，压力生成元件开始产生剪切应变变形，压力作用单元的容积增大，液体从上游导入其中。
如在时刻t1，驱动脉冲变为下降，则因为压力生成元件的剪切应变变形解除，压力作用单元的容积由于压力生成元件的变形恢复力的作用而减小，开始对其中的液体加压。于是，其后，由于振动，压力作用单元的容积比在t0时还小，液体受压而从喷出口喷出。
在时刻t2，驱动脉冲(第2喷出脉冲)再上升时，喷出液体成为大液滴22。
由于第2喷出脉冲VB，压力作用单元再扩大。
在时刻t3，第2驱动脉冲下降时，压力生成元件的振动幅度变为最大。于是，压力作用单元再一次收缩，第2液滴23开始从液体喷出口喷出。
在时刻t4喷出的液体成为第2液滴23离开喷出口。由于第2液滴23在时刻t3振动幅度最大，就以比第1液滴22更快的速度喷出。
以上，总之，对1点的喷出命令由两个喷出脉冲喷射2个液滴。此时，利用第1喷出脉冲喷出的第1液滴22的喷出速度可比利用第2喷出脉冲喷出的第2液滴23慢大约15％～20％。因此，即使是喷出口和描绘基体(液体容纳构件)之间的距离是500μm以下的短距离，在第1液滴22射着液体容纳构件之前，可以和第2液滴23在空中合并而成为大液滴24。并且，第1液滴22的体积为比第2液滴23大若干的大小。
由此，与对1点的喷出命令只由第1或第2喷出脉冲驱动的场合相比，在对1点的喷出命令由第1及第2喷出脉冲驱动的场合，可以使具有1.8～2.0倍的体积的液滴作为同一点射着。
而且，各液滴22、23的体积，可以通过如图2所示的液滴的平面投影的投影图所示的圆形或近似圆形求得。
另外，在本发明的实施方式中，最好在时刻t5附近接着第2喷出脉冲施加一个非喷出脉冲第3脉冲。由此，可有效地减小压力差用单元内的液体的振动，可以使粘度比较低的墨水进行高频喷射。
为了可形成上述的液滴，可以依如下的方式设定驱动脉冲序列。
在设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，应该全部满足下述3式：
T1＞Tr，
T2＝T1/N，
K12＝3T1/2N-T2/2。
更优选地，如接着上述第2喷出脉冲施加一个非喷出脉冲，此时，设上述非喷出脉冲的脉冲宽度为T3，上述第2喷出脉冲和上述非喷出脉冲之间的休止时间为K23时，能全部满足下述2式：
T3＜Tr/2，
K23＝3T1/N-T2/2-T3/2。
其中，根据流体力学共振频率，最好是使T1为Tr/的N倍。
在图1A和图1B中，举例说明的是N＝3，但N＝5、7、9…也可以。
下面以图3A、3B、3C、3D、3E和3F及图4G和图4H为例对本发明的优选的液体喷头的驱动方法予以更详细的说明。
图3A、3B示出的是只施加脉冲宽度Tr/2的喷出脉冲VA’时的压力生成元件的振动状况。在周期Tr时，在振幅减小的同时反复振动，振动收敛为零。此周期Tr，实际上不仅是根据压力生成元件，也根据喷出口的形状及大小、压力作用单元的形状及大小、喷头内的液体体积及密度等决定的液体喷头的流体力学共振频率Fr决定。就是说，Tr＝1/Fr。特别是在使多个液体喷头集合成为的液体喷头集合体的场合，各喷出口，即各喷头的Fr也有偏差。此流体力学共振频率Fr可通过将公知的阻抗测定器连接到压力生成元件而求出其阻抗和频率的依赖关系(参照图11)。
对具有这种特性的液体喷头，如设N＝3，施加脉冲宽度为T1＝N×Tr/2的喷出脉冲VA，可得到如图3C、3D所示的振动。如N为大于等于3的奇数，利用共振，可效率更高地喷出液滴。
与图3C相同，在施加第1喷出脉冲VA之后，接着，施加第2喷出脉冲的场合，定时如图3E所示。作为第2喷出脉冲VB的脉冲宽度T2选择喷出效率好的脉冲宽度Tr/2。作为第2喷出脉冲VB的施加定时取在液体受压方向上压力生成元件位移之后在反方向上位移期间其速度最快的时间。即该时间是从时刻t1起经过时间M12的时刻。此时间M12是Tr/2的3/2倍的时段。因此，在时刻t1～时刻t2期间(休止期间)K12＝3T1/2N-T2/2，换言之，K12＝3Tr/4-T2/2。
这样，利用在时刻T3的最大振幅，第2液滴以比第1液滴快的速度喷出，其体积也大致为同样的值。
于是，在驱动液体喷头集合体的场合，由于制造偏差，准确讲，各个喷头的流体力学共振频率Fr多半不同。与此相对应，如对各喷头，进行各脉冲宽度及休止期间的最优化，则驱动电路会变得复杂得多。如考虑到液体喷头集合体的特性偏差，作为可得到上述作用的范围内的条件，最好是将各脉冲宽度和休止期间设定为最佳值的0.9倍～1.1倍的容许度范围内。这样，作为选择范围定为：
T1＝k1×N×Tr/2，
T2＝k2×Tr/2，
K12＝k3×(3Tr/4-T2/2)，
其中k1，k2，k3为0.9～1.1。
图4G和图4H为示出在图3E的驱动信号上附加非喷出脉冲时的液体喷头的压力生成元件的振动状态的示图。
在此脉冲VB的中间定时，即上升时刻t2和下降时刻t3的中间时点起经过时段M23的时刻t5时施加非喷出脉冲非喷出脉冲VC。
最好是M23＝3×Tr/2。
如图3D、3F所示，在时刻t5，是由于压力生成元件使压力作用单元内的容积从膨胀转向收缩的时期，即施加要把液体从喷出口推出的力的时期，并且理论上是其速度最快的时刻。所以，在此时刻t5附近，如施加反向力于压力生成元件，可抑制压力生成元件的振动，可以更进一步削弱使液体喷出的力。
特别是，在图3E、3F的场合，因为在由于喷出脉冲VB的作用使第2液滴23喷出后的振幅放大，如图4G、4H所示，施加非喷出脉冲是有效的。
如将接着第2喷出脉冲VB施加的非喷出脉冲VC的脉冲宽度设为T3，T3＜Tr/2，更好是T3≤0.5×Tr/2，特别是在具有多个喷出口的液体喷头集合体的场合，T3＝k4×Tr/2更好。其中k4为0.2～0.5。
如设从第2喷出脉冲VB的下降时刻t3到非喷出脉冲VC的上升时刻的期间，即第2喷出脉冲第2喷出脉冲VB和非喷出脉冲VC之间的休止时间K23，则最好是：
K23＝3T1/N-T2/2-T3/2。
更好是根据从M23减去第2喷出脉冲的脉冲宽度的一半和非喷出脉冲宽度的一半的值，即K23＝3Tr/2-T2/2-T3/2，
K23＝k5×(3Tr/2-T2/2-T3/2)，
其中k5为0.9～1.1。
(液体喷头)
作为在本发明中使用的液体喷头，设置有相应于电信号的施加，至少一部分发生位移，可对导入压力作用单元的液体施加压力的压力生成元件，最好是采用具有与该压力作用单元连通的喷出口的构成。特别是，最好是采用通过施加单极性电压发生位移使液体减压并在该电压解除的同时位移返回而产生使液体喷出的压力的压电元件执行器。
下面参照附图对其一例予以说明。本发明使用的液体喷头(喷头)的一例，与图9所示的相同，包括底壁501、顶壁502及其间的剪切模式执行器壁503。该执行器壁503由与底壁501相接、并且在箭头511方向上极化的下部壁507和与顶壁502相接、并且在箭头509方向上极化的上部壁505组成。邻接的2个执行器壁503组成1对形成其墨水流路(压力作用单元)506。此外，由墨水流路之间形成由不存在墨水的空隙部分组成的空气室508。
在各墨水流路506的一端上连接有具有喷嘴510的孔板512，在各执行器壁503的两侧面上设置有金属化层电极513、514。具体说，在空气室506侧的执行器壁上设置电极514，而在空气室508侧的执行器壁上设置电极513。面对空气室508的电极513与提供执行器驱动信号的驱动电路520相连接，而设置于墨水流路506内的电极514与地相连接。
(驱动电路)
本发明使用的图4的驱动电路可以是将图1及图4所示的驱动信号相应于1点的喷出命令供给喷头的电路。
下面，图5示出本发明使用的图4的液体喷头的驱动电路520具体例。示于图5的电路520由充电电路201，放电电路202和脉冲控制电路203构成。输入端子204和205分别是用来输入使向空气室内的电极513提供的电压变成E(V)及O(V)的脉冲信号的输入端子。充电电路201的构成包括电阻R101、R102、R103、R104以及R105，晶体管TR101及TR102。
如果输入端子204上输入接通信号，则经电阻R101晶体管TR101导通，电流从正电源101经电阻R103在晶体管TR101的集电极方向流过。因此，与正电源101连接的电阻R104及R105承受的电压的分压上升，流过晶体管TR102的基极的电流增加，晶体管TR102的发射极和集电极之间导通。由此，从正电源101发出的+20V的电压经晶体管TR102的集电极和发射极，电阻R120施加于空气室508内的电极513。此定时是图6A、6B及6C所示的时序图中的Tm1、Tm2及Tm3。
图6A、6B和6C示出施加于驱动电路520的输入端子204和205的输入信号的时序图。输入到充电电路201的输入端子204的信号，如图6A、6B和6C所示的时序图(a)所示，通常为断开状态，在用来喷射墨水的规定的定时Tm1时接通，在定时Tm2断开。在其后的定时Tm3再接通，而在Tm4返回断开状态。此外，在Tm5再返回接通状态，而在Tm6返回断开状态。输入到图5的充电电路202的输入端子205的信号，如图3A、3B、3C、3D、3E和3F所示的时序图(b)所示，在输入到充电电路201的输入信号为接通时为断开状态，在断开时为接通状态。放电电路是用来使蓄积于压电元件上的电荷迅速放电的机构电路。
下面对生成具有输入到充电电路201的输入端子204及放电电路202的输入端子205的上述定时Tm1、Tm2、Tm3、Tm4、Tm5及Tm6的脉冲信号的脉冲控制电路203予以说明。表示实际上施加的电压的是图6的时序图(c)，对电压上升时间和下降时间发生波形舍入。可是，如将电路的时间常数设计成为使波形的舍入为3μm以下，则通过控制可使波形的舍入的影响(喷出效率的减少)很小。最好是设定定时使得在控制上将此波形舍入控制在3μm以下，并且在驱动电压的1/2的电压下控制脉冲宽度。
在图5中，在脉冲控制电路203中设置有实施各种运算处理的CPU210，与CPU210相连接的有记录描绘数据及各种数据的RAM 211和脉冲控制电路203的控制程序以及记录在上述定时Tm1、Tm2、Tm3、Tm4、Tm5、Tm6生成接通或断开信号顺序数据的ROM212。另外，CPU210与用来执行各种数据的收发的I/O总线213相连接，该I/O总线213连接有描绘数据接收电路214和脉冲发生器215及216。脉冲发生器215的输出与充电电路201的输入端子相连接，而脉冲发生器216的输出与放电电路202输入端子相连接。
比如，脉冲发生器215、216分别具有寄存器31、33和计数器32、34，与脉冲VA、VB、VC的上升及下降定时相对应的计数值从ROM212存储于寄存器31、33中，如计数器32、34根据基准时钟计数一直到其计数值，就在上述定时将信号供给输入端子204和205。
此处是设定脉冲发生器215及216及充电电路201及放电电路202与喷墨喷头的喷嘴的数目相同。在本实施方式中，是对一个喷嘴进行说明的，对其他喷嘴也可以进行同样的控制。
脉冲VA、VB、VC的电压值，可以分别独立确定，也可如上述统一为相同的值。如脉冲VB的电压值大于脉冲VA的电压值，喷出速度可以更高，脉冲VC的电压值也可以较脉冲VA、第2喷出脉冲VB的为小。
(液体喷出装置)
下面对具有本发明的液体喷头的驱动装置的液体喷出装置予以说明。
图7为用来说明液体喷出装置的构成的示意斜视图。
1是液体喷头的集合体，具有上述的充电电路和放电电路。2是收容供给液体喷头的液体的容器，3是引导喷头集合体1向X方向移动的引导构件，4是引导容器2向X方向移动的引导构件。
5是在和X方向正交的Y方向上引导引导构件3、4的直线导轨。
6是喷头集合体1的驱动装置，具有如上所述的脉冲控制电路，由柔性缆线与喷头相连接。
7是作为支持液体容纳构件10的支持体的基板座，8是作为在X方向上往复驱动喷头集合体1的驱动装置的步进电机，9是作为在X方向上往复驱动容器2的驱动装置的步进电机。在基板座7上载置液体容纳构件10。喷头集合体1在X方向上移动的同时，利用上述方法喷出液体，形成点图形。在1行点图形的形成结束后，向Y方向移动1行的距离，形成下一行的点图形。反复实行这一动作，对液体容纳构件10进行点图形描绘。上述说明是以只有喷头集合体1相对固定基板座移动为示例进行说明，但它们也可以相对移动，比如，可以是喷头集合体在X方向上移动，基板座在Y方向上移动。
作为液体容纳构件10，可以是半导体晶片、玻璃基板、织物等，也可以是覆盖这些材料之上的液体容纳层。
本发明可应用于有机晶体管的源、漏、栅电极、源电极、漏电极等，或有机EL元件的发光层、阳极电极、阴极电极等，或彩色滤光器的着色层、遮光层等，或发光元件的电极、电子发射层等的制造，另外也可以应用于DNA芯片的制作。当然，也适用于普通纸的印刷。
(实施例1)
制备了如图9所示的具有剪切应变的执行器的构成的喷头集合体。
墨水流路506的长度L1为8.0mm。喷嘴510的尺寸，喷墨侧的直径φ1为25μm，墨水流路侧的直径φ2为40μm，长度(孔板512的厚度)L2为50μm。
另外，实验中使用的墨水的粘度在25℃时为6mPa·s，表面张力为50mN/m。与此墨水流路内的墨水和加压用具的耦合振动系的流体力学共振频率Fr利用阻抗测定器进行测定，求出的其倒数为Tr＝20μsec。
在基板座上置放液体容纳构件，其表面和喷头的孔板表面的距离设定为300μm。
然后，在空气室508内的电极513上施加如图8所示的驱动波形。此驱动波形，由与图4所示的相同的用来喷射墨滴的喷射脉冲信号A、B和用来减少总是述墨水流路506内的残留振动的非喷射脉冲信号C组成，喷射脉冲信号A、B和非喷射脉冲信号C任何一个的电压值都相同。喷射脉冲信号A的宽度T1设定为T1＝3×Tr/2μsec。
第2喷射脉冲信号B的宽度T2设定为T2＝Tr/2＝10μsec。
另外，设定从喷射脉冲A的上升定时到喷射脉冲B的上升定时的时间间隔K12＝Tr/2＝10μsec。
非喷射脉冲C的宽度T3＝0.4×Tr如＝4μsec。
设定从喷射脉冲B的上升定时到非喷射脉冲C的上升定时的时间间隔K23＝3×Tr/2-T2/2-T3/2＝23μsec。
这样，对于1点的喷射信号，接着将喷射脉冲信号A、B和非喷射脉冲信号C施加于执行器。可以在移动喷头集合体的同时进行描绘而不会将多个点付与液体容纳构件的同一位值。
利用喷射脉冲A喷射大的液滴，利用喷射脉冲B喷射大小略小的但速度快的液滴，可以将体积大的液滴作为1点射着。另外，因为非喷射脉冲信号C是在由喷射脉冲信号引起的墨水流路内的残留振动引起的压电元件从扩大状态转移到缩小状态的稳定位置的定时施加的，对压电元件施加的是扩大方向上的力，由此，压电元件的缩小方向的变形和扩大方向的变形相抵消，可减少压电元件的残留振动。
(实施例2)
在与上述实施例1同样的形态中驱动喷头集合体进行喷射实验。其结果参照表1进行说明。表1示出图8所示的驱动波形内施加第1喷射脉冲和第2喷射脉冲的场合的结果，作为参数取的是喷射脉冲A的宽度。另外，使用的墨水的粘度在25℃时为6mPa·s，表面张力为50mN/m，作为墨水粘度使用的是粘度比较高的液体。
[表1]
    T1(μs)     喷射量 墨滴合并后形成的主滴的速度 射着点的精度
    24     20     5.8     ×
    25     23     6.6     △
    26     25     6.9     △
    27     27.5     7     ○
    28     29     7.5     ○
    29     29.5     7.8     ○
    30     30     8     ○
    31     29.5     7.9     ○
    32     29     7.6     ○
    33     28     7.1     ○
    34     26     6.5     △
    35     24.5     6.3     △
    36     22     6     ×
注：○表示“优”
    △表示“良”
    ×表示“差”
在表1中，驱动电压为24V，喷射与喷射脉冲A、B相对应的2个液滴，示出2个液滴的合计喷出量及墨水在空中合并后的主滴的喷出速度及其射着精度。此处，作为射着评价的指标，评价的是射着液滴的位置精度的偏差(摇摆)及射着墨水的圆度。
此外，对于喷射脉冲宽度的依赖关系，对于所有的评价均为良好，是27μs～33μs。
在本实施方式中，设墨水流路内的墨水和加压用具的耦合振动系的流体力学共振频率为Fr，在Tr＝1/Fr时，因为Tr＝20μs，可知良好的脉冲宽度为：0.9×3×Tr/2≤T1≤1.1×3×Tr/2。
(实施例3)
与实施例2同样，将喷射脉冲B的脉冲宽度作为可变参数，实施同样的评价。
在本例的场合，可知得到良好结果的脉冲宽度T2为：9μs≤T2≤11μs。
(比较例)
作为比较，尽管图4G和4H中未示出，只用单独一个喷射脉冲(基准波形：脉冲宽度100μs)驱动时，液滴的喷出量为15pI，喷出速度为8.2m/s。
由此，可以看出，在施加喷射脉冲A，B的场合，与只利用单独一个喷射脉冲(10μs)驱动的场合相比较，喷出量的增加可以达到原来的2倍。
(实施例4)
利用粘度低的墨水进行与实施例2同样的实验，可以得到与实施例2同样的结果。
另外，在只利用喷射脉冲A，B进行驱动的场合，与实施例2(使用高粘度墨水)比较，可以看到，在驱动频率提高的场合(比如10kHz以上)，喷出状态不稳定。
于是，如图8所示，在附加非喷射脉冲C的场合，在高频(10kHz)下喷射也稳定。
良好的脉冲宽度T3为2μs～5μs，休止时间K23为20.7μs～25.3μs。
以上，如在本实施方式中所述的，在设墨水流路内的墨水和加压用具的耦合振动系的流体力学共振频率为Fr，在Tr＝1/Fr时，因为对每1点的描绘最初施加的驱动脉冲的第1脉冲宽度T1不是Tr/2(就是说，在压电元件上施加脉冲时，在压电元件最初其振幅变为最大的定时，不使压电元件返回收缩方向)，通过设第1脉冲宽度T1为3×Tr/2(就是说，在压电元件上施加脉冲时，在压电元件第2次其振幅变为最大的定时，使压电元件返回收缩方向)，不会造成由第1喷射脉冲引起的液滴的喷出的喷出量降低，而可以使喷出速度降低。因此，第1喷射液滴和第2喷射液滴在射着液体容纳构件之前液滴合并。在液滴在空中合并的场合，在合并后，一直到液滴变形为球状为止之前，在反复重复任意的椭圆体的变形形态的振动不久的同时，稳定为球状。在本实施方式中，合并后的振动收敛，变成为球状液滴而射着于基体。另外，为了使在空中合并的振动尽快收敛，必须使第1液滴和第2液滴的动量的差尽可能地小。在本实施方式中，第1液滴和第2液滴的动量的差可以小，可使合并后的振动迅速减小。
以上，对一个实施方式进行了详细的说明，但本发明并不限于此实施方式。另外，在上述实施方式中，使用的是正电源，但也可以使压电元件的极化方向相反而使用负电源。另外，也可以使压电元件的极化方向相反，使墨水室与正电源连接，空气室侧接地。此外，也可以将对墨水的加压单元设置于流路的一部分内。就是说，本发明不限定于对墨水的加压构造及加压的电源供给构造等。
如上所述，根据本发明，利用对1点的喷出命令在两个定时施加喷出脉冲可以得到必需的喷出量。此外，射着状态极为良好，可特别适合用于产业用的描绘的液体喷射。

Claims (14)

1.一种液体喷头的驱动方法，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：
包括对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的工序，且
上述第1喷出脉冲的脉冲宽度T1、上述第2喷出脉冲的脉冲宽度T2、以及上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间K12确定成，使利用上述第1喷出脉冲喷出的第1液体的体积大于利用上述第2喷出脉冲喷出的第2液体的体积，且上述第1液体的喷出速度小于上述第2液体的喷出速度。
2.如权利要求1记载的液体喷头的驱动方法，其特征在于：上述脉冲宽度T1和上述脉冲宽度T2以及上述休止时间K12根据上述液体喷头的流体力学共振频率确定。
3.一种液体喷头的驱动方法，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：
包括对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的工序，且
设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：
T1＝k1×N×Tr/2，
T2＝k2×Tr/2，
K12＝k3×(3Tr/4-T2/2)，
其中k1，k2，k3为0.9～1.1。
4.如权利要求3记载的液体喷头的驱动方法，其特征在于：接着上述第2喷出脉冲施加不喷出液体的非喷出脉冲，
此时，设上述非喷出脉冲的脉冲宽度为T3，上述第2喷出脉冲和上述非喷出脉冲之间的休止时间为K23时，全部满足下述2式：
T3＝k4×Tr/2，
K23＝k5×(3Tr/2-T2/2-T3/2)，
其中k4＝0.2～0.5，k5为0.9～1.1。
5.如权利要求3记载的液体喷头的驱动方法，其特征在于：向构成具有多个上述喷出口、多个上述压力作用单元以及多个上述压力生成元件的液体喷头集合体的各液体喷头，供给上述T1、上述T2以及K12分别相同的包含上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲的驱动信号。
6.一种液体喷头的驱动方法，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：
包括对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的工序，且
设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：
T1＞Tr，
T2＝T1/N，
K12＝3T1/(2N)-T2/2。
7.如权利要求6记载的液体喷头的驱动方法，其特征在于：接着上述第2喷出脉冲施加不喷出液体的非喷出脉冲，
此时，设上述非喷出脉冲的脉冲宽度为T3，上述第2喷出脉冲和上述非喷出脉冲之间的休止时间为K23时，全部满足下述2式：
T3＜Tr/2，
K23＝3T1/N-T2/2-T3/2。
8.如权利要求6记载的液体喷头的驱动方法，其特征在于：向构成具有多个上述喷出口、多个上述压力作用单元以及多个上述压力产生元件的液体喷头集合体的各液体喷头，供给上述T1、上述T2以及K12分别相同的包含上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲的驱动信号。
9.一种液体喷头的驱动装置，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：
具有对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，且
上述第1喷出脉冲的脉冲宽度T1、上述第2喷出脉冲的脉冲宽度T2、以及上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间K12确定成，使利用上述第1喷出脉冲喷出的第1液体的体积大于利用上述第2喷出脉冲喷出的第2液体的体积，且上述第1液体的喷出速度小于上述第2液体的喷出速度。
10.一种液体喷头的驱动装置，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：
具有对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，
在设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2以，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：
T1＝k1×N×Tr/2，
T2＝k2×Tr/2，
K12＝k3×(3Tr/4-T2/2)，
其中k1，k2，k3为0.9～1.1。
11.一种液体喷头的驱动装置，用来驱动具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，其特征在于：
具有对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，
在设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：
T1＞Tr，
T2＝T1/N，
K12＝3T1/(2N)-T2/2。
12.一种液体喷出装置，其特征在于包括：
具有用于喷出液体的喷出口、与该喷出口连通且用来把喷出液体的压力作用于液体的压力作用单元、以及生成上述压力的压力生成元件的液体喷头，
对于1点的喷出命令，将可喷出液体的第1喷出脉冲和可喷出液体的第2喷出脉冲连续施加于上述压力生成元件的驱动电路，以及
用来支持容纳上述液体的液体容纳构件的支持体，且
上述第1喷出脉冲的脉冲宽度T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度T2、以及上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间K12确定成，利用上述第1喷出脉冲喷出的第1液体的体积大于利用上述第2喷出脉冲喷出的第2液体的体积，且上述第1液体的喷出速度小于上述第2液体的喷出速度，且
将上述液体喷头和上述支持体的位置确定成，使上述第1液体和上述第2液体合并并施加到上述液体容纳构件上。
13.如权利要求12记载的液体喷出装置，其特征在于：设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：
T1＝k1×N×Tr/2，
T2＝k2×Tr/2，
K12＝k3×(3Tr/4-T2/2)，
其中k1，k2，k3为0.9～1.1。
14.如权利要求13记载的液体喷出装置，其特征在于：设N为大于等于3的奇数，上述液体喷头的流体力学共振频率的倒数为Tr，上述第1喷出脉冲的脉冲宽度为T1，上述第2喷出脉冲的脉冲宽度为T2，上述第1喷出脉冲和上述第2喷出脉冲之间的休止时间为K12时，全部满足下述3式：
T1＞Tr，
T2＝T1/N，
K12＝3T1/(2N)-T2/2。
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