JP2003094629A

JP2003094629A - 液体噴射装置

Info

Publication number: JP2003094629A
Application number: JP2001296421A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Takahashi; 智明高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】物性の異なる複数種類の液体を扱うことがで
き、用途に応じた最適な吐出条件で液滴を吐出させるこ
とができる液体噴射装置を提供する。【解決手段】噴射ヘッド１から吐出された液滴を捕集
することで液滴の重量を測定する重量測定部５及び重量
算出１３と、飛行中の液滴を検出位置Ｐにて検出するこ
とで液滴の飛行速度を測定するレーザー検出部１４及び
飛行速度算出部１７とを設ける。主制御部１９は、基準
波形の駆動パルスに対応して測定された液滴の飛行速度
及び重量と、目標値として設定された飛行速度及び重量
との差に基づいて、駆動信号発生部１８が発生する駆動
パルスの波形を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を液滴として
吐出可能な噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体状のインク（以下、インク液と称す
る。）を記録ヘッドからインク滴として吐出すること
で、記録紙上に画像や文字等の記録を行うインクジェッ
ト式記録装置がよく知られている。このインクジェット
式記録装置は、例えば、圧力室内のインク液に圧力変動
を生じさせ、圧力室に連通したノズル開口からインク滴
を吐出させる。最近、このインクジェット式記録装置の
応用として、インク液以外の液体を液滴として吐出させ
る液体噴射装置が開発されている。

【０００３】この液体噴射装置の一種に、物性の異なる
種々の液体を対象物の表面に塗布する汎用塗布装置があ
る。この汎用塗布装置は、例えば、ガラス基板の表面に
Ｒ（レッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）の各色材
を塗布することで液晶ディスプレイ用のカラーフィルタ
を製造するフィルタ製造装置として用いたり、液晶ディ
スプレイの製造ラインにおいて、画素を構成するグリッ
ドに所定量の液晶を注入する液晶注入装置として用いる
ことが考えられている。また、汎用塗布装置を、基板表
面にコーティング層を形成するコーティング装置、低融
点半田を吐出させることで立体物を作る造形装置、半田
付け作業を行う半田付け装置、或いは、菌体の培養液を
塗布する培養装置として用いることも考えられている。

【０００４】また、汎用塗布装置以外の液体噴射装置と
しては、要素技術の開発等に用いるインクジェット実験
装置がある。このインクジェット実験装置は、例えば、
新規なインク液の開発時においてそのインク液に最適な
吐出条件を定めたり、記録ドットの大きさを変える駆動
方法等を考案したりするため等に用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のイン
クジェット式記録装置では、使用されるインク液の物
性、例えば、粘度や表面張力は予め決められている。ま
た、インク液を吐出する対象物（記録紙等）、及び、記
録ヘッドから対象物までの距離も予め決められている。
従って、インク滴を吐出させるための吐出条件を制限で
き、この吐出条件を大きく変更する必要はなかった。

【０００６】しかし、上記の液体噴射装置では、吐出さ
れる液体の物性は液体毎に種々相違する。例えば、液晶
注入装置で吐出させる液晶と、半田付け装置で吐出させ
る低融点半田とでは、その粘度や表面張力について大き
く相違する。そして、求められる吐出条件も、各装置毎
に相違する。例えば、フィルタ製造装置では、液滴の着
弾位置精度と液滴の量とに高い精度が求められる。一
方、コーティング装置では、対象物の表面が湾曲面であ
っても液滴を確実に塗布することが求められる。従っ
て、インクジェット記録装置の技術を単に適用しただけ
では、液体噴射装置としての十分な性能が得られなかっ
た。

【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、物性の異なる複数種類の液体を扱うことが
でき、用途に応じた最適な吐出条件で液滴を吐出させる
ことができる液体噴射装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたものであり、請求項１に記載の
ものは、ノズル開口に連通した圧力室と該圧力室内の液
体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子とを備え、圧
力発生素子の作動によって圧力室内の液体をノズル開口
から液滴として吐出可能な噴射ヘッドと、液滴の飛行特
性を測定可能な飛行特性測定手段と、上記圧力発生素子
へ供給するための駆動パルスを発生可能な駆動パルス発
生手段と、該駆動パルスの波形形状を調整可能な波形調
整手段とを有する液体噴射装置において、前記飛行特性
測定手段は、吐出された液滴を捕集することで液滴の重
量を測定する液滴重量測定手段と、飛行中の液滴を検出
位置にて検出することで液滴の飛行速度を測定する飛行
速度測定手段とを備え、波形調整手段は、基準波形の駆
動パルスに対応して測定された液滴の飛行速度及び重量
と、目標値として設定された飛行速度及び重量との差に
基づいて、駆動信号発生手段が発生する駆動パルスの波
形を調整することを特徴とする液体噴射装置である。

【０００９】請求項２に記載のものは、前記液滴重量測
定手段は、捕集した複数の液滴の重量から１つの液滴の
重量を算出することを特徴とする請求項１に記載の液体
噴射装置である。

【００１０】請求項３に記載のものは、前記飛行速度測
定手段は、上記検出位置で液滴と交差可能にレーザー光
線を照射するレーザー光源と、該レーザー光源からのレ
ーザー光線を受光可能な受光素子と、受光素子からの検
出信号に基づいて検出された液滴の飛行時間を計測する
飛行時間計測手段とを備え、飛行時間計測手段が計測し
た飛行時間に基づいて飛行速度を算出することを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置であ
る。

【００１１】請求項４に記載のものは、前記圧力発生素
子は、圧力室の容積を変動可能な電気機械変換素子であ
ることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記
載の液体噴射装置である。

【００１２】請求項５に記載のものは、前記駆動パルス
は、定常容積の圧力室を液滴を吐出させない程度の速度
で膨張させる膨張要素と、圧力室の膨張状態を保持する
膨張ホールド要素と、膨張状態が保持された圧力室を急
激に収縮させることで液滴を吐出させる吐出要素とを含
む第１駆動パルスであり、波形調整手段は、第１駆動パ
ルスにおける最大電位から最低電位までの駆動電圧を調
整することを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置
である。

【００１３】請求項６に記載のものは、前記駆動パルス
は、定常容積の圧力室を液滴を吐出させない程度の速度
で膨張させる膨張要素と、圧力室の膨張状態を保持する
膨張ホールド要素と、膨張状態が保持された圧力室を急
激に収縮させることで液滴を吐出させる吐出要素とを含
む第１駆動パルスであり、波形調整手段は、定常容積に
対応する中間電位を調整することを特徴とする請求項４
に記載の液体噴射装置である。なお、「中間電位」と
は、定常状態における圧力室の容積（定常容積）を規定
する電位であり、最低電位と最大電位の間に設定され
る。

【００１４】請求項７に記載のものは、前記駆動パルス
は、定常容積の圧力室を液滴を吐出させない程度の速度
で膨張させる膨張要素と、圧力室の膨張状態を保持する
膨張ホールド要素と、膨張状態が保持された圧力室を急
激に収縮させることで液滴を吐出させる吐出要素とを含
む第１駆動パルスであり、波形調整手段は、膨張要素の
時間幅を調整することを特徴とする請求項４に記載の液
体噴射装置である。

【００１５】請求項８に記載のものは、前記駆動パルス
は、定常容積の圧力室を液滴を吐出させない程度の速度
で膨張させる膨張要素と、圧力室の膨張状態を保持する
膨張ホールド要素と、膨張状態が保持された圧力室を急
激に収縮させることで液滴を吐出させる吐出要素とを含
む第１駆動パルスであり、波形調整手段は、膨張ホール
ド要素の時間幅を調整することを特徴とする請求項４に
記載の液体噴射装置である。

【００１６】請求項９に記載のものは、前記駆動パルス
は、メニスカスを圧力室側に大きく引き込むべく定常容
積の圧力室を急激に膨張させる第２膨張要素と、圧力室
を収縮させることで第２膨張要素により引き込まれたメ
ニスカスの中心部分を液滴として吐出させる第２吐出要
素とを含む第２駆動パルスであり、波形調整手段は、第
２駆動パルスにおける最大電位から最低電位までの駆動
電圧を調整することを特徴とする請求項４に記載の液体
噴射装置である。なお、「メニスカス」とは、ノズル開
口で露出している液体の自由表面のことである。

【００１７】請求項１０に記載のものは、前記駆動パル
スは、メニスカスを圧力室側に大きく引き込むべく定常
容積の圧力室を急激に膨張させる第２膨張要素と、圧力
室を収縮させることで第２膨張要素により引き込まれた
メニスカスの中心部分を液滴として吐出させる第２吐出
要素とを含む第２駆動パルスであり、波形調整手段は、
定常容積に対応する中間電位を調整することを特徴とす
る請求項４に記載の液体噴射装置である。

【００１８】請求項１１に記載のものは、前記駆動パル
スは、メニスカスを圧力室側に大きく引き込むべく定常
容積の圧力室を急激に膨張させる第２膨張要素と、圧力
室を収縮させることで第２膨張要素により引き込まれた
メニスカスの中心部分を液滴として吐出させる第２吐出
要素とを含む第２駆動パルスであり、波形調整手段は、
第２吐出要素の終端電位を調整することを特徴とする請
求項４に記載の液体噴射装置である。

【００１９】請求項１２に記載のものは、前記駆動パル
ス発生手段を、単位周期内に複数の駆動パルスを発生可
能に構成し、単位周期あたりの圧力発生素子への駆動パ
ルスの供給数を可変することにより、液滴の吐出量を調
整可能としたことを特徴とする請求項１から請求項１１
の何れかに記載の液体噴射装置である。

【００２０】請求項１３に記載のものは、前記駆動パル
ス発生手段を、駆動パルスの発生周期を可変可能に構成
し、圧力発生素子への駆動パルスの供給周期を可変する
ことにより、液滴の吐出量を調整可能としたことを特徴
とする請求項１から請求項１１の何れかに記載の液体噴
射装置である。

【００２１】請求項１４に記載のものは、前記電気機械
変換素子が圧電振動子であることを特徴とする請求項４
から請求項１３の何れかに記載の液体噴射装置である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、液
体噴射装置の一種である汎用塗布装置を例に挙げて説明
する。まず、図１〜図４に基づいて、汎用塗布装置の基
本構成について説明する。

【００２３】図１に例示した汎用塗布装置は、液体を液
滴の状態で吐出可能な噴射ヘッド１と、噴射ヘッド１に
供給する液体を貯留可能な液体貯留部２と、噴射ヘッド
１を移動させる際の駆動源となるキャリッジモータ３
と、噴射ヘッド１から吐出された液滴を捕集して重量を
測定する重量測定部４と、噴射ヘッド１から吐出された
飛行中の液滴を検出位置にて検出可能なレーザー検出部
５と、噴射ヘッド１の作動を電気的に制御する制御装置
６と、制御装置６に対して必要な情報を入力するための
情報入力部７とを備えている。

【００２４】上記の液体貯留部２は、液体を貯留可能で
あれば任意の構成を採り得る。本実施形態の液体貯留部
２は、吐出させる液体を容器内に封入した液体パック８
と、この液体パック８を収納可能な保持ケース９とを備
え、収納された液体パック８と噴射ヘッド１との間を供
給チューブ１０で連通している。このため、封入した液
体の種類が異なる複数種類の液体パック８…を適宜選択
して保持ケース９に収納することにより、噴射ヘッド１
へ供給する液体の種類を変えることができる。また、上
記の供給チューブ１０としては、噴射ヘッド１に供給す
る液体に適合させて種々のものが使えるが、例えば、シ
リコンチューブ等の可撓性を有する樹脂製チューブが好
適に用いられる。さらに、保持ケース９には、液体パッ
ク８をパックの外側から加圧する加圧機構（図示せず）
を設けてある。この加圧機構を作動させると、液体パッ
ク８に貯留された液体が加圧されるので、液体を噴射ヘ
ッド側に押し出すことができる。これにより、液体を噴
射ヘッド１に確実に供給することができる。

【００２５】上記のキャリッジモータ３は、例えば、タ
イミングベルトやプーリー（何れも図示せず）等と共に
噴射ヘッド１の走査機構を構成する。本実施形態のキャ
リッジモータ３はパルスモータによって構成されてお
り、制御装置６から供給されるパルス（移動制御情報，
ＤＲＶ）に応じて噴射ヘッド１を位置制御しつつ移動さ
せる。

【００２６】上記の重量測定部４は、本発明における飛
行特性測定手段の一部であって、液滴重量測定手段の一
部を構成する。この重量測定部４は、液滴の重量が測定
可能であれば任意の構成を取り得る。本実施形態では、
液滴を捕集可能な捕集部１１を備え、この捕集部１１に
捕集された液滴の重量を測定する構成である。上記の捕
集部１１には、液滴が浸透可能な捕集シート１１ａを取
り付けてあり、噴射ヘッド１から吐出された液滴を確実
に捕集できるように構成している。そして、液滴の重量
を測定する際には、この捕集シート１１ａを噴射ヘッド
１のノズルプレートに対向させて配置する。この場合に
おいて、噴射ヘッド１の表面から捕集シート１１ａ表面
までの距離は、液滴の飛行可能範囲に応じて適宜に設定
できるが、本実施形態では２ｍｍに設定している。

【００２７】ところで、上記の噴射ヘッド１から吐出さ
れる液滴は、１滴が数ピコリットル（ｐＬ）程度の極く
少量である。このため、１滴の重量も数ナノグラム（ｎ
ｇ）程度であり、１滴毎に重量を測定することは困難で
ある。そこで、重量測定部４で液滴の重量を測定する際
には、複数の液滴をノズル開口から吐出させ、その重量
を測定するようにしている。例えば、１つのノズル列に
属する全てのノズル開口１２…（図２参照）から１０
０，０００発の液滴を吐出させ、全体の重量を測定す
る。

【００２８】この重量測定部４は、制御装置６の重量算
出部１３と電気的に接続されている。そして、液滴重量
の測定結果は、測定情報（ＷＧＴ）として重量算出部１
３に送出される。この重量算出部１３は、重量測定部４
と共に本発明の液滴重量測定手段として機能するもので
あり、後述するように、液滴重量の測定情報から液滴の
１滴あたりの重量を算出する。このような方法を採る
と、極く少量の液滴であっても高い精度で重量を測定で
きる。

【００２９】上記のレーザー検出部５は、本発明におけ
る飛行特性測定手段の一部であって飛行速度測定手段の
一部を構成する。このレーザー検出部５は、レーザー光
線を発生可能なレーザー光源１４とレーザー光線の受光
状態に応じて所定レベルの検出信号（ＤＴＣ）を出力可
能なレーザー受光素子１５とを含んでいる。このレーザ
ー検出部５は、検出位置Ｐにて液滴の飛行軌跡とレーザ
ー光線とが交差するように配置されている。このため、
液滴が検出位置Ｐを通過するとレーザー受光素子１５か
らの検出信号は、液滴の通過期間に亘ってレベルが変化
する。従って、この検出信号のレベルを監視することで
液滴の通過を認識することができる。そして、レーザー
光源１４からのレーザー光線は、直線性に優れ、且つ、
光線の径も極めて細く絞ることができる。このため、極
く少量の液滴を確実に検出することができる。

【００３０】本実施形態では、レーザー光源１４とレー
ザー受光素子１５の組を１組とし、レーザー光線の照射
方向（光軸方向）が、ノズル列の方向とノズルプレート
１６（図２参照）の表面方向の双方に平行になるように
配設している。また、上記の検出位置Ｐは、噴射ヘッド
１と重量測定部４との間であって、ノズル開口１２（ノ
ズルプレート表面）から所定距離、例えば、１ｍｍ離隔
した場所に設定している。

【００３１】このレーザー検出部５は、液滴の飛行速度
を測定する際に用いられる。例えば、噴射ヘッド１から
液滴が吐出された時点を起点とし、この液滴が検出位置
Ｐを通過するまでの経過時間を測定すると、得られた経
過時間は液滴の飛行時間を意味する。この場合におい
て、ノズル開口１２から検出位置Ｐまでの距離は既知で
あるので、飛行時間から液滴の飛行速度を算出できる。
この飛行速度の算出は、後述するように、制御装置６の
飛行速度算出部１７によってなされる。即ち、この飛行
速度算出部１７は、レーザー検出部５と共に本発明の飛
行速度測定手段として機能する。

【００３２】上記の情報入力部７は、情報入力手段とし
て機能し、制御装置６に対し、液滴の飛行速度や重量の
目標値等の情報を入力する際に用いる。この情報入力部
７は、必要な情報が入力できればどのような構成であっ
ても良い。例えば、キーボード，マウス，タッチパネ
ル，スイッチを用いることができる。

【００３３】上記の制御装置６は、噴射ヘッド１に供給
するための駆動信号を発生する駆動信号発生部１８と、
ＣＰＵ・ＲＯＭ・ＲＡＭ等（何れも図示せず）を含んで
構成された主制御部１９と、レーザー受光素子１５から
の検出信号に基づいて液滴の飛行速度を算出する飛行速
度算出部１７と、重量測定部４からの測定情報に基づい
て１滴の液滴重量を算出する重量算出部１３とを備えて
いる。

【００３４】駆動信号発生部１８は、本発明における駆
動パルス発生手段の一種である。この駆動信号発生部１
８が発生する駆動信号は、例えば、図５に示す信号であ
り、所定量の液滴を噴射ヘッド１のノズル開口１２から
吐出させるための駆動パルス（ＰＳ１〜ＰＳ３）を、噴
射周期Ｔ内に複数含んでいる。そして、駆動信号発生部
１８は、この駆動信号を噴射周期Ｔ毎に繰り返し発生す
る。なお、この駆動信号については、後で詳しく説明す
る。

【００３５】上記の主制御部１９は、この汎用塗布装置
における制御を行うものであり、例えば、液滴の噴射制
御に関する噴射データ（ＳＩ）を生成したり、キャリッ
ジモータ３を制御するための移動制御情報（ＤＲＶ）を
生成したりする。また、主制御部１９は、噴射ヘッド１
の制御用信号（ＣＫ，ＬＡＴ，ＣＨ）を生成したり、駆
動信号発生部１８へ出力する波形情報（ＤＡＴ）を生成
したりする。

【００３６】上記の噴射データは、液滴を噴射するか否
か、及び噴射する場合の噴射量を示すデータであり、本
実施形態では２ビットのデータで構成される。この噴射
データは、単位領域当たりの噴射状態を４段階に分けて
表す。例えば、液滴を噴射しない非噴射、少量の液滴を
噴射する噴射１、中量の液滴を噴射する噴射２、及び、
多量の液滴を噴射する噴射３の４段階の状態を表す。そ
して、非噴射は噴射データ（００）で表され、噴射１は
噴射データ（０１）で表される。また、噴射２は噴射デ
ータ（１０）で表され、噴射３は噴射データ（１１）で
表される。

【００３７】噴射ヘッド１の制御用信号は、例えば、動
作クロックとしてのクロック信号（ＣＫ）、噴射データ
のラッチタイミングを規定するラッチ信号（ＬＡＴ）、
及び、駆動信号内の各駆動パルスの供給開始タイミング
を規定するチャンネル信号（ＣＨ）によって構成され
る。従って、主制御部１９は、これらのクロック信号，
ラッチ信号，チャンネル信号を噴射ヘッド１に対して適
宜出力する。

【００３８】波形情報（ＤＡＴ）は、駆動信号発生部１
８が発生する駆動信号の波形形状を規定する。即ち、駆
動信号発生部１８は、この波形情報で定められた形状の
駆動信号（駆動パルス）を発生する。そして、主制御部
１９は、後述するように、重量算出部１３からの液滴の
重量情報や飛行速度算出部１７からの液滴の飛行速度情
報等に基づいて駆動パルスの波形形状を調整する。即
ち、この主制御部１９は、本発明の波形調整手段として
も機能する。

【００３９】飛行速度算出部１７は、本発明の飛行速度
測定手段の一部を構成し、飛行時間計測手段としても機
能する。

【００４０】本実施形態では、主制御部１９からのラッ
チ信号やチャンネル信号をトリガにして計時を開始し、
レーザー検出部５からの検出信号が液滴の検出を示した
場合（レベル変化があった場合）に計時を終了して仮飛
行時間を取得する。そして、取得した仮飛行時間から補
正時間を減算することで飛行時間を算出する。即ち、ラ
ッチ信号やチャンネル信号が供給された時点と実際にノ
ズル開口１２から液滴が吐出される時点とには時間差が
あり、この時間差はほぼ一定である。このため、ラッチ
信号等の供給開始時点から液滴吐出までの時間差を補正
時間とし、上記の仮飛行時間から減算することでノズル
開口１２から吐出された液滴がレーザー検出部５に検出
されるまでの飛行時間を算出できる。

【００４１】次に、飛行速度算出部１７は、上記の飛行
時間から飛行速度を算出する。即ち、ノズル開口１２か
ら検出位置Ｐまでの飛行距離を、取得した飛行時間で除
算する。そして、飛行速度算出部１７は、算出した飛行
速度を飛行速度情報として主制御部１９に送信する。主
制御部１９は、受信した飛行速度情報をＲＡＭの記憶領
域（速度情報記憶手段）に記憶する。

【００４２】重量算出部１３は、上記したように、本発
明の液滴重量測定手段の一部を構成し、液滴の１滴あた
りの重量を算出する。

【００４３】本実施形態では、まず、液滴吐出前におけ
る吐出前測定情報と、各ノズル開口１２から所定回数
（例えば、１００，０００発）の液滴を吐出させた際の
吐出後測定情報とをそれぞれ取得する。次に、吐出後測
定情報から吐出前測定情報を減算することで吐出総重量
を算出する。この吐出総重量を延べ吐出回数（即ち、ノ
ズル開口数×吐出回数）で除算することにより、１滴の
重量を算出する。例えば、ノズル開口１２…の数が５０
個，１つのノズル開口当たりの吐出回数が１００，００
０回，吐出総重量が７５ｍｇであった場合を考える。こ
の場合、１滴の重量は７５ｍｇ／（５０×１００，００
０）で算出されるので、１５ｎｇとなる。

【００４４】そして、重量算出部１３は、算出した液滴
重量を重量情報として主制御部１９に送信する。主制御
部１９は、受信した重量情報をＲＡＭの記憶領域（重量
情報記憶手段）に記憶する。

【００４５】次に、上記の噴射ヘッド１について詳細に
説明する。まず、噴射ヘッド１の構造について説明す
る。

【００４６】例示した噴射ヘッド１は、例えば、図２に
示すように、複数の圧電振動子２１…を櫛歯状に形成し
た振動子群２２、この振動子群２２が接合される固定板
２３、及び、各圧電振動子２１…に給電するフレキシブ
ルケーブル２４等をユニット化した振動子ユニット２５
と、この振動子ユニット２５を収納可能なケース２６
と、ケース２６の先端面に接合される流路ユニット２７
とを備えている。

【００４７】上記の圧電振動子２１は、本発明の圧力発
生素子の一種であって、電気機械変換素子（即ち、電気
エネルギーを運動エネルギーに変換可能な素子）の一種
である。この圧電振動子２１は、例えば、３０μｍ〜１
００μｍ程度の極めて細い幅の櫛歯状に切り分けられて
いる。例示した圧電振動子２１は、圧電体と内部電極と
を交互に積層して構成された積層型の圧電振動子であっ
て、電界方向に直交する縦方向に伸縮可能な縦振動モー
ドの圧電振動子２１である。そして、各圧電振動子２１
…は、基端側部分が固定板２３の上に接合されており、
自由端部を固定板２３の縁よりも外側に突出させた片持
ち梁の状態で取り付けられている。また、各圧電振動子
２１…の先端面は、流路ユニット２７の島部２８に当接
固定されており、フレキシブルケーブル２４は、固定板
２３とは反対側となる振動子群２２の側面で、各圧電振
動子２１…と電気的に接続されている。

【００４８】流路ユニット２７は、図３に示すように、
流路形成基板３１を間に挟んでノズルプレート１６を流
路形成基板３１の一方の表面に配置し、弾性板３２をノ
ズルプレート１６とは反対側となる他方の表面に配置し
て積層することで構成されている。

【００４９】ノズルプレート１６は、ドット形成密度に
対応したピッチで複数のノズル開口１２…を列状に開設
したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態
では、１８０ｄｐｉのピッチで５０個のノズル開口１２
…を列設し、これらのノズル開口１２…によってノズル
列を構成する。

【００５０】流路形成基板３１は、ノズルプレート１６
の各ノズル開口１２…に対応させて圧力室３３となる空
部を形成するとともに、液体供給口３４および共通液室
３５となる空部を形成した板状の部材である。

【００５１】圧力室３３は、ノズル開口１２の列設方向
（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室であ
り、堰部で区画された偏平な凹室で構成されている。そ
して、この堰部により流路幅の狭い狭窄部の形で、液体
供給口３４が形成されている。また、圧力室３３内にお
ける共通液室３５から最も離れた位置には、ノズル開口
１２と圧力室３３とを連通するノズル連通口３６を板厚
方向に貫通させて設ける。

【００５２】弾性板３２は、ステンレス製の支持板３７
上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フ
ィルム３８をラミネート加工した二重構造である。そし
て、圧力室３３に対応した部分の支持板３７を環状にエ
ッチング加工して島部２８を形成し、共通液室３５に対
応する部分の支持板３７をエッチング加工で除去して樹
脂フィルム３８だけにしている。

【００５３】上記の構成を有する噴射ヘッド１では、駆
動信号発生部１８からの駆動信号を選択的に圧電振動子
２１に供給することで圧電振動子２１の充放電が行われ
る。そして、圧電振動子２１を放電すると、圧電振動子
２１が振動子長手方向に伸長し、島部２８がノズルプレ
ート１６側に押圧される。これにより、ダイヤフラム部
を構成する樹脂フィルム３８が変形して圧力室３３が収
縮する。一方、圧電振動子２１を充電すると、圧電振動
子２１は振動子長手方向に収縮し、樹脂フィルム３８の
弾性によって圧力室３３が膨張する。そして、圧力室３
３の膨張や収縮を制御することで圧力室３３内の液体圧
力に変化を与えることができ、ノズル開口１２から液滴
を吐出することができる。

【００５４】次に、この噴射ヘッド１の電気的構成につ
いて説明する。図４に示すように、この噴射ヘッド１
は、噴射データがセットされるシフトレジスタ４１，４
２と、シフトレジスタ４１，４２にセットされた噴射デ
ータをラッチするラッチ回路４３，４４と、ラッチ回路
４３，４４でラッチされた噴射データをパルス選択デー
タに翻訳するデコーダ４５と、タイミング信号を出力す
る制御ロジック４６と、電圧増幅器として機能するレベ
ルシフタ４７と、圧電振動子２１に対する駆動信号の供
給を制御するスイッチ回路４８と、圧電振動子２１とを
備えている。

【００５５】シフトレジスタ４１，４２は、第１シフト
レジスタ４１及び第２シフトレジスタ４２から構成され
る。そして、第１シフトレジスタ４１には、全てのノズ
ル開口１２…に関する下位ビット（ビット０）の噴射デ
ータがセットされ、第２シフトレジスタ４２には、全て
のノズル開口１２…に関する上位ビット（ビット１）の
噴射データがセットされる。

【００５６】ラッチ回路４３，４４は、第１ラッチ回路
４３及び第２ラッチ回路４４から構成される。そして、
第１ラッチ回路４３は第１シフトレジスタ４１に電気的
に接続され、第２ラッチ回路４４は第２シフトレジスタ
４２に電気的に接続されている。従って、これらのラッ
チ回路４３，４４にラッチ信号が入力されると、第１ラ
ッチ回路４３は第１シフトレジスタ４１にセットされた
下位ビットの噴射データをラッチし、第２ラッチ回路４
４は第２シフトレジスタ４２にセットされた上位ビット
の噴射データをラッチする。

【００５７】各ラッチ回路４３，４４でラッチされた噴
射データはデコーダ４５に入力される。このデコーダ４
５は、パルス選択データ生成手段として機能し、２ビッ
トの噴射データを翻訳して複数ビットのパルス選択デー
タを生成する。本実施形態では、図５や図１２に示すよ
うに、駆動信号発生部１８は、噴射周期Ｔ内に３つの駆
動パルス（ＰＳ１〜ＰＳ３，ＰＳ４〜ＰＳ６）が含まれ
た駆動信号を生成するので、デコーダ４５は３ビットの
パルス選択データを生成する。即ち、液滴を噴射しない
噴射データ（００）を翻訳してパルス選択データ（００
０）を生成し、少量の液滴を噴射する噴射データ（０
１）を翻訳してパルス選択データ（０１０）を生成す
る。同様に、中量の液滴を噴射する噴射データ（１０）
を翻訳してパルス選択データ（１０１）を生成し、多量
の液滴を噴射する噴射データ（１１）を翻訳してパルス
選択データ（１１１）を生成する。

【００５８】制御ロジック４６は、主制御部１９からの
ラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）に基づ
いてタイミング信号を生成し、この生成したタイミング
信号をデコーダ４５に供給する。即ち、制御ロジック４
６は、ラッチ信号やチャンネル信号を受信する毎にタイ
ミング信号を生成してデコーダ４５に供給する。そし
て、デコーダ４５は、このタイミング信号を受信する毎
に、３ビットのパルス選択データを上位ビット側から順
にレベルシフタ４７に入力する。

【００５９】このレベルシフタ４７は、電圧増幅器とし
て機能し、パルス選択データが（１）の場合には、スイ
ッチ回路４８を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度
の電圧に昇圧された電気信号を出力する。

【００６０】レベルシフタ４７で昇圧された（１）のパ
ルス選択データは、スイッチ回路４８に供給される。こ
のスイッチ回路４８の入力側には、駆動信号発生部１８
からの駆動信号（ＣＯＭ）が供給されており、スイッチ
回路４８の出力側には圧電振動子２１が接続されてい
る。印字データは、スイッチ回路４８の作動を制御す
る。例えば、スイッチ回路４８に加わるパルス選択デー
タが（１）である期間中は、駆動信号が圧電振動子２１
に供給され、この駆動信号に応じて圧電振動子２１は変
形する。一方、スイッチ回路４８に加わるパルス選択デ
ータが（０）の期間中は、レベルシフタ４７からはスイ
ッチ回路４８を作動させる電気信号が出力されず、圧電
振動子２１へは駆動信号が供給されない。なお、圧電振
動子２１はコンデンサの様に振る舞うので、圧電振動子
２１の電位は、パルス選択データが（０）の期間中にお
いて遮断直前の電位を保持し続ける。

【００６１】次に、この汎用塗布装置における液滴の噴
射制御について説明する。

【００６２】まず、駆動信号発生部１８が発生する駆動
信号について説明する。図５に例示した駆動信号は、比
較的多い量の液滴を吐出可能な標準駆動信号である。こ
の標準駆動信号は、噴射周期Ｔ内に３つの標準駆動パル
ス（第１標準駆動パルスＰＳ１，第２標準駆動パルスＰ
Ｓ２，第３標準駆動パルスＰＳ３）を含み、これらの各
標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３を所定間隔毎に発生して
いる。

【００６３】これらの標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３
は、本発明の第１駆動パルスの一種であり、何れも同じ
波形形状のパルス信号によって構成されている。即ち、
図６に示すように、これらの標準駆動パルスＰＳ１〜Ｐ
Ｓ３は、中間電位ＶＭから最大電位ＶＨまで液滴を吐出
させない程度の一定勾配で電位を上昇させる膨張要素Ｐ
１と、最大電位ＶＨを所定時間保持する膨張ホールド要
素Ｐ２と、最大電位ＶＨから最低電位ＶＬまで急勾配で
電位を下降させる吐出要素Ｐ３と、最低電位ＶＬを所定
時間保持する収縮ホールド要素Ｐ４と、最低電位ＶＬか
ら中間電位ＶＭまで電位を上昇させる制振要素Ｐ５とを
含んでいる。なお、制振要素Ｐ５は第１復帰要素の一種
であり、圧力室３３の容積を定常状態に復帰させる。

【００６４】これらの標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３を
圧電振動子２１に供給すると、各標準駆動パルスＰＳ１
〜ＰＳ３が供給される毎に所定量（例えば１５ｎｇ）の
液滴がノズル開口１２から吐出される。

【００６５】即ち、膨張要素Ｐ１の供給に伴って圧電振
動子２１が大きく収縮し、圧力室３３は、中間電位ＶＭ
に対応する定常容積から最大電位ＶＨに対応する最大容
積まで膨張する。この膨張に伴って圧力室３３内が減圧
され、共通液室の３５の液体が液体供給口３４を通って
圧力室３３内に流入する。この圧力室３３の膨張状態は
膨張ホールド要素Ｐ２の供給期間に亘って維持される。
続いて、吐出要素Ｐ３が供給されて圧電振動子２１が大
きく伸長し、圧力室３３は最小容積まで急激に収縮す
る。この収縮に伴い、圧力室３３内の液体が加圧されて
ノズル開口１２から所定量の液滴が吐出される。吐出要
素Ｐ３に続いて収縮ホールド要素Ｐ４が供給されるの
で、圧力室３３の収縮状態が維持される。そして、圧力
室３３の収縮状態において、メニスカス（ノズル開口１
２で露出している液体の自由表面）は、液滴の吐出の影
響を受けて大きく振動する。その後、メニスカスの振動
を抑制し得るタイミングで制振要素Ｐ５が供給され、圧
力室３３が定常容積まで膨張復帰する。即ち、圧力室３
３内の液体圧力を相殺すべく、圧力室３３を膨張させて
液体圧力を減圧する。これにより、メニスカスの振動を
短時間で抑制することができ、次の液滴の吐出を安定さ
せることができる。

【００６６】そして、１つの噴射周期Ｔ内で供給する標
準駆動パルスの数を変えることで、液滴の噴射量を単位
領域毎（噴射周期Ｔ毎）に設定することができる。例え
ば、噴射周期Ｔ内において第２標準駆動パルスＰＳ２の
みを圧電振動子２１に供給することで、単位領域内に例
えば１５ｎｇの液滴を吐出させることができる。また、
噴射周期Ｔ内において第１標準駆動パルスＰＳ１と第３
標準駆動パルスＰＳ３とを圧電振動子２１に供給するこ
とで、単位領域内に例えば３０ｎｇの液滴を吐出させる
ことができる。さらに、噴射周期Ｔ内において各標準駆
動パルスＰＳ１〜ＰＳ３を圧電振動子２１に供給するこ
とで、単位領域内に例えば４５ｎｇの液滴を吐出させる
ことができる。

【００６７】この液滴の噴射制御は、上記のパルス選択
データに基づいて行われる。即ち、パルス選択データが
（０００）の場合には、第１標準駆動パルスＰＳ１に対
応する第１発生期間Ｔ１、第２標準駆動パルスＰＳ２に
対応する第２発生期間Ｔ２、及び、第３標準駆動パルス
ＰＳ３に対応する第３発生期間Ｔ３の何れにおいてもス
イッチ回路４８はＯＦＦ状態とされる。このため、圧電
振動子２１には各標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３が供給
されない。そして、パルス選択データが（０１０）の場
合には、第２発生期間Ｔ２においてスイッチ回路４８が
ＯＮ状態となり、第１発生期間Ｔ１、及び、第３発生期
間Ｔ３においてはスイッチ回路４８がＯＦＦ状態とな
る。このため、圧電振動子２１には第２標準駆動パルス
ＰＳ２のみが供給される。また、パルス選択データが
（１０１）の場合には、第１発生期間Ｔ１、及び、第３
発生期間Ｔ３においてスイッチ回路４８がＯＮ状態とな
り、第２発生期間Ｔ２においてはスイッチ回路４８がＯ
ＦＦ状態となる。このため、圧電振動子２１には第１標
準駆動パルスＰＳ１と第３標準駆動パルスＰＳ３とが供
給される。同様に、パルス選択データが（１１１）の場
合には、第１発生期間Ｔ１〜第３発生期間Ｔ３の各期間
においてスイッチ回路４８がＯＮ状態となり、圧電振動
子２１には各標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３が供給され
る。

【００６８】ところで、この種の汎用塗布装置において
は、液滴の最適な吐出条件、例えば、液滴の量や飛行速
度が用途によって変わる。

【００６９】例えば、この汎用塗布装置で吐出させる液
体の物性、例えば、表面張力や粘度は、その用途によっ
て様々である。例えば、ガラス基板の表面に画素を形成
することでカラーフィルタを製造するフィルタ製造装置
の場合には、液体として液状色材を吐出させる。また、
基板表面にコーティング層を形成するコーティング装置
の場合には、液体としてコーティング液を吐出させる。
そして、フィルタ製造装置で使用する液状色材とコーテ
ィング装置で使用するコーティング液とは、物性が一致
しているとは限らない。このため、使用液体の物性に合
わせた調整が必要となる。

【００７０】また、フィルタ製造装置の場合、色材を吐
出させた際にミストが生じてしまうと、このミストが近
隣の格子領域に混入してしまう虞がある。そして、ミス
トが他の格子領域に混入してしまうと、この格子領域内
の画素の色がずれてしまう。このため、フィルタ製造装
置においては、ミストの発生し難い比較的低速であっ
て、且つ、正確な量の液滴を吐出させる必要がある。

【００７１】また、コーティング装置の場合、コーティ
ング層の厚みが均一になるように液滴の吐出条件を定め
る必要がある。このコーティング装置において、基板表
面は平面とは限らず湾曲面の場合もある。例えば、眼鏡
用レンズの表面は湾曲面であり、この湾曲表面にコーテ
ィング層を形成したいという場合である。この場合、飛
行速度が不足すると液滴が基板表面まで届かない虞があ
り、ムラ等の原因となってしまう。このため、コーティ
ング装置においては、塗布可能な距離の範囲が比較的広
い比較的高速であって、且つ、正確な量の液滴を吐出さ
せる必要がある。

【００７２】以上の点に着目し、本実施形態では、上記
の主制御部１９を本発明の波形調整手段として機能さ
せ、重量算出部１３からの重量情報や飛行速度算出部１
７からの飛行速度情報等に基づいて各標準駆動パルスＰ
Ｓ１〜ＰＳ３の波形形状を調整する。即ち、単位領域内
における噴射量の調整は主に各標準駆動パルスの圧電振
動子２１への供給数で行い、液滴の噴射特性の調整や微
小な吐出量の調整は波形形状の設定で行っている。これ
により、噴射量の調整幅を拡げることができると共に噴
射量の精度向上が図れ、さらに噴射特性の最適化も図れ
る。以下、主制御部１９による波形形状の調整について
説明する。

【００７３】まず、図７に基づいて、各標準駆動パルス
ＰＳ１〜ＰＳ３の駆動電圧（最大電位ＶＨから最低電位
ＶＬまでの電位差）と液滴の吐出特性との関係について
説明する。

【００７４】ここで、図７は、駆動電圧を調整した場合
の吐出特性の変化であり、（ａ）は駆動電圧を変化させ
た際の液滴の飛行速度の変化を示し、（ｂ）は駆動電圧
を変化させた際の液滴の重量の変化を示す。なお、駆動
電圧を設定するにあたり、最低電位ＶＬと各波形要素
（Ｐ１〜Ｐ５）の時間幅は変えず、最大電位ＶＨを変更
した。また、中間電位ＶＭは駆動電圧に対応させて変更
した。また、図７（ａ）において、黒丸を付した実線が
メイン液滴を示し、白丸を付した点線がサテライト液滴
（メイン液滴に付随して飛行する液滴）を示す。また、
三角を付した一点鎖線が第２サテライト液滴（サテライ
ト液滴に付随して飛行する液滴）を示す。

【００７５】この図７から判るように、駆動電圧の大き
さと、液滴の飛行速度及び重量とは、互いに正比例（係
数は正）の関係にあるといえる。即ち、駆動電圧を大き
くすると液滴の飛行速度は速くなり、液滴の重量も増え
る（つまり、液滴の吐出量が増える）。例えば、駆動電
圧が２０Ｖの場合、メインドットの飛行速度は約３ｍ／
ｓであり、重量は約９ｎｇである。また、駆動電圧が２
９Ｖの場合、飛行速度は約７ｍ／ｓであり、重量は約１
５．５ｎｇである。さらに、駆動電圧が３５Ｖの場合、
飛行速度は約１０ｍ／ｓであり、重量は約２０．５ｎｇ
である。

【００７６】これは、駆動電圧の増減により圧力室３３
の容積の変化幅が変わったためと考えられる。即ち、駆
動電圧を基準の電圧よりも高めると、膨張時と収縮時と
の容積差が基準時よりも大きくなる。このため、多くの
液体を圧力室３３内から排除することができ、吐出重量
が増える。また、吐出要素Ｐ３の時間幅は変わらないの
で、液滴吐出時における圧力室３３の収縮速度が高ま
り、液滴を高速で吐出できる。反対に、駆動電圧を低く
設定すると、膨張時と収縮時との容積差が基準時よりも
小さくなる。このため、圧力室３３内から排除する液体
の量が少なくなって、吐出重量が減る。また、圧力室３
３の収縮速度も低くなるので、液滴の飛行速度も低くな
る。

【００７７】なお、図７（ａ）を見ると、駆動電圧が２
６Ｖ以上になると、液滴は、メイン液滴とサテライト液
滴とに分かれて飛行する。さらに、駆動電圧が３２Ｖ以
上になると、上記のサテライト液滴に加えて第２サテラ
イト液滴が出現する。

【００７８】これらのサテライト液滴及び第２サテライ
ト液滴の飛行速度は、図７（ａ）の測定範囲では、駆動
電圧の大きさにあまり影響を受けない。例えば、サテラ
イト液滴の飛行速度は、駆動電圧を２６Ｖに設定すると
約５ｍ／ｓであり、駆動電圧を２９Ｖ，３２Ｖに設定す
ると約４ｍ／ｓである。さらに、駆動電圧を３５Ｖに設
定すると約６ｍ／ｓとなる。第２サテライト液滴につい
ては、駆動電圧を３２Ｖ，３５Ｖに設定した場合におい
て略等しく、何れも約４ｍ／ｓである。

【００７９】以上から、駆動電圧の設定により、吐出す
る液滴の飛行速度と重量を同時に増減できることが判
る。また、サテライト液滴や第２サテライト液滴の発生
を制御できることも判る。

【００８０】次に、各標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３の
中間電位ＶＭと液滴の吐出特性との関係について説明す
る。

【００８１】上記したように、この中間電位ＶＭは、圧
力室３３の定常容積を規定するものである。そして、上
記の圧電振動子２１は、電位の上昇（充電）に伴って収
縮して圧力室３３を膨張させ、電位の下降（放電）に伴
って伸長して圧力室３３を収縮させるので、基準よりも
中間電位ＶＭを高く設定すると、定常容積は基準容積
（基準の中間電位ＶＭに対応する圧力室３３の容積）よ
りも膨張する。一方、基準よりも中間電位ＶＭを低く設
定すると、定常容積は基準容積よりも収縮する。

【００８２】ここで、中間電位ＶＭだけを変更した場合
には、最大電位ＶＨは中間電位ＶＭの変更前と変更後と
で同じとなる。このため、中間電位ＶＭを基準よりも高
く設定すると、中間電位ＶＭから最大電位ＶＨまでの電
位差が基準の中間電位ＶＭに設定した場合よりも小さく
なり、圧力室３３の膨張代も少なくなる。一方、中間電
位ＶＭを基準よりも低く設定すると、中間電位ＶＭから
最大電位ＶＨまでの電位差が基準の中間電位ＶＭに設定
した場合よりも大きくなり、圧力室３３の膨張代も多く
なる。この膨張代は、圧力室３３内への液体の流入量を
規定する。即ち、膨張代が基準よりも多いと共通液室３
５から圧力室３３内に流入する液体の量が基準の量より
も多くなり、膨張代が基準よりも少ないと共通液室３５
から圧力室３３内に流入する液体の量が基準量よりも少
なくなる。

【００８３】また、中間電位ＶＭだけを変更した場合に
は、膨張要素Ｐ１の時間幅（供給時間）も中間電位ＶＭ
の変更前後で同じとなる。このため、基準よりも中間電
位ＶＭを高く設定すると、膨張要素Ｐ１を圧電振動子２
１に供給した際において、圧力室３３の膨張速度が遅く
なる。一方、基準よりも中間電位ＶＭを低く設定する
と、圧力室３３の膨張速度は速くなる。

【００８４】圧力室３３の膨張代は、膨張要素Ｐ１の供
給直後における圧力室３３内の液体圧力に影響を及ぼ
す。即ち、膨張代が少なければ膨張要素Ｐ１の供給直後
において圧力室３３内の液体圧力は定常状態の圧力に近
いままであるので、液体の流入量が少なく流入速度も遅
くなり、圧力室３３内の液体の圧力振動は小さい。反対
に、膨張代が多ければ、膨張要素Ｐ１の供給直後におい
て圧力室３３内の液体圧力は大きく低下するので、液体
の流入量が多くなると共に流入速度が速くなり、圧力室
３３内の液体の圧力振動が大きくなる。この圧力振動が
正圧になるタイミングに合わせて吐出要素Ｐ３を供給し
て圧力室３３を収縮させると、吐出要素Ｐ３の電位差や
傾きが同じであっても液滴の飛行速度を高くできるし、
液滴の重量を増やすことができる。

【００８５】この場合において、飛行速度は、中間電位
ＶＭの変化に対して比較的大きく変化する。一方、液滴
の重量は、中間電位ＶＭの変化に対する変化が比較的小
さい。これは、液滴の重量は、主として駆動電圧（吐出
要素Ｐ３の電位差）、即ち、圧力室３３の収縮量によっ
て規定されるためと考えられる。従って、上記の駆動電
圧と中間電位ＶＭとを組み合わせて適宜設定すること
で、液滴の飛行速度を一定に保ちつつ、液滴の重量を変
えることができる。

【００８６】例えば、液滴の飛行速度を７ｍ／ｓに設定
すると、駆動電圧及び中間電位ＶＭと液滴の重量との関
係は、図８（ａ）に示すようになる。この図８（ａ）よ
り、駆動電圧を３１．５Ｖに中間電位ＶＭを駆動電圧の
２０％（つまり、最低電位ＶＬから６．３Ｖ高い電位）
にそれぞれ設定すると、約１６．５ｎｇの液滴を吐出で
きることが判る。また、駆動電圧を２９．７Ｖに中間電
位ＶＭを駆動電圧の４０％にそれぞれ設定すると、約１
５．３ｎｇの液滴を吐出できることが判る。さらに、駆
動電圧を２８．０Ｖに中間電位ＶＭを駆動電圧の６０％
にそれぞれ設定すると、約１３．６ｎｇの液滴を吐出で
きることが判る。

【００８７】また、駆動電圧と中間電位ＶＭとを適宜設
定することにより、液滴の重量を一定に保ちつつ、液滴
の飛行速度を変えることもできる。

【００８８】例えば、液滴の重量を１５ｎｇに設定する
と、駆動電圧及び中間電位ＶＭと液滴の飛行速度との関
係は、図８（ｂ）に示すようになる。この図８（ｂ）よ
り、駆動電圧を２９．２Ｖに中間電位ＶＭを駆動電圧の
２０％（つまり、最低電位ＶＬから５．９Ｖ高い電位）
にそれぞれ設定すると、液滴の飛行速度を約６．１ｍ／
ｓに設定できることが判る。また、駆動電圧を２９．０
Ｖに中間電位ＶＭを駆動電圧の４０％にそれぞれ設定す
ると、液滴の飛行速度を約６．８ｍ／ｓに設定できるこ
とが判る。さらに、駆動電圧を３０．６Ｖに中間電位Ｖ
Ｍを駆動電圧の６０％にそれぞれ設定すると、液滴の飛
行速度を約８．１ｍ／ｓに設定できることが判る。

【００８９】次に、各標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３の
膨張要素Ｐ１の時間幅（Ｐｗｃ１）と液滴の吐出特性と
の関係について説明する。

【００９０】この膨張要素Ｐ１の時間幅は、圧力室３３
の定常容積から最大容積への膨張速度を規定する。そし
て、膨張要素Ｐ１の時間幅に拘わらず、膨張要素Ｐ１の
始端電位を中間電位ＶＭに終端電位を最大電位ＶＨにそ
れぞれ定めると、基準よりも時間幅を短く設定すること
で膨張要素Ｐ１の傾斜が急峻になり、圧力室３３の膨張
速度は基準よりも速くなる。一方、基準よりも時間幅を
長く設定すると膨張要素Ｐ１の傾斜が緩やかになり、圧
力室３３の膨張速度は基準よりも遅くなる。

【００９１】この膨張速度の違いは、膨張要素Ｐ１の供
給直後における圧力室３３内の液体圧力に影響を及ぼ
す。即ち、膨張速度が基準よりも遅ければ、膨張要素Ｐ
１の供給直後において液体圧力の変動は小さくなり、液
体の圧力室３３内への流入速度も遅くなる。一方、膨張
速度が基準よりも速ければ、膨張要素Ｐ１の供給直後に
おいて圧力室３３内の液体圧力は大きく低下して圧力振
動が大きくなり、液体の圧力室３３内への流入速度も速
くなる。従って、この圧力振動が正圧になるタイミング
に合わせて吐出要素Ｐ３を供給して圧力室３３を収縮さ
せると、吐出要素Ｐ３の電位差や傾きが同じであっても
液滴の飛行速度を高くできるし、液滴の重量を増やすこ
とができる。

【００９２】なお、この場合においても中間電位ＶＭの
場合と同様に、飛行速度は膨張要素Ｐ１の時間幅の変化
に対して比較的大きく変化するが、液滴の重量は膨張要
素Ｐ１の時間幅の変化に対する変化量が比較的小さい。
従って、上記の駆動電圧と膨張要素Ｐ１の時間幅とを適
宜設定することにより、液滴の飛行速度を一定に保ちつ
つ、液滴の重量を変えることができる。

【００９３】例えば、液滴の飛行速度を７ｍ／ｓに設定
すると、駆動電圧及び膨張要素Ｐ１の時間幅と液滴の重
量との関係は、図９（ａ）に示すようになる。この図９
（ａ）より、駆動電圧を２７．４Ｖに膨張要素Ｐ１の時
間幅を２．５マイクロ秒（μｓ）にそれぞれ設定する
と、約１５．３ｎｇの液滴を吐出できることが判る。ま
た、駆動電圧を２９．５Ｖに膨張要素Ｐ１の時間幅を
３．５μｓにそれぞれ設定すると、約１６．０ｎｇの液
滴を吐出できることが判る。さらに、駆動電圧を２５．
０Ｖに膨張要素Ｐ１の時間幅を６．５μｓにそれぞれ設
定すると、約１１．８ｎｇの液滴を吐出できることが判
る。

【００９４】また、駆動電圧と膨張要素Ｐ１の時間幅と
を適宜設定することにより、液滴の重量を一定に保ちつ
つ、液滴の飛行速度を変えることもできる。

【００９５】例えば、液滴の重量を１５ｎｇに設定する
と、駆動電圧及び膨張要素Ｐ１の時間幅と液滴の飛行速
度との関係は、図９（ｂ）に示すようになる。この図９
（ｂ）より、駆動電圧を２６．８Ｖに膨張要素Ｐ１の時
間幅を２．５μｓにそれぞれ設定すると、液滴の飛行速
度を約６．７ｍ／ｓに設定できることが判る。また、駆
動電圧を２７．８Ｖに膨張要素Ｐ１の時間幅を３．５μ
ｓにそれぞれ設定すると、液滴の飛行速度を約６．３ｍ
／ｓに設定できることが判る。さらに、駆動電圧を３
１．７Ｖに膨張要素Ｐ１の時間幅を６．５μｓにそれぞ
れ設定すると、液滴の飛行速度を約１０．８ｍ／ｓに設
定できることが判る。

【００９６】次に、各標準駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ３の
膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅（Ｐｗｈ１）と液滴の吐
出特性との関係について説明する。

【００９７】この膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅は、吐
出要素Ｐ３の供給開始タイミング、つまり、圧力室３３
の収縮開始タイミングを規定する。この圧力室３３の収
縮開始タイミングの違いもまた、液滴の飛行速度と液滴
の重量に影響を及ぼす。これは、膨張要素Ｐ１によって
励起された圧力振動の位相と吐出要素Ｐ３によって励起
される圧力振動の位相の差に応じて、合成圧力が変化す
るためと考えられる。

【００９８】即ち、膨張要素Ｐ１の供給によって圧力室
３３が膨張すると、この膨張に伴って圧力室３３内には
圧力振動が励起される。そして、圧力室３３内の液体圧
力が正圧になるタイミングに合わせて圧力室３３の収縮
を開始すると、定常状態で吐出させた場合よりも、液滴
を高速で飛行させることができる。反対に、圧力室３３
内の液体圧力が負圧になるタイミングに合わせて圧力室
３３の収縮を開始すると、定常状態で吐出させた場合よ
りも液滴を低速で飛行させることができる。また、液滴
の重量に関し、この重量は、膨張ホールド要素Ｐ２の時
間幅に対応して変化するが、その変化量は比較的小さ
い。これは、上記の各ケースと同様であり、液滴の重量
は、主に駆動電圧の大きさによって規定されるためと考
えられる。

【００９９】このことを、図１０に基づいて説明する。
ここで、図１０は、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅を調
整した場合の吐出特性の変化であり、（ａ）は時間幅を
変化させた際の液滴の飛行速度の変化を示し、（ｂ）は
時間幅を変化させた際の液滴の重量の変化を示す。な
お、これらの図において、実線は駆動電圧を２０Ｖに設
定した場合の特性であり、一点鎖線は駆動電圧を２３Ｖ
に設定した場合の特性であり、点線は駆動電圧を２６Ｖ
に設定した場合の特性である。また、最低電位ＶＬと膨
張ホールド要素Ｐ２以外の各波形要素の時間幅は基準値
で一定とし、中間電位ＶＭは駆動電圧に対応させて変更
した。

【０１００】図１０（ａ）から判るように、膨張ホール
ド要素Ｐ２の時間幅と液滴の飛行速度とは、この測定範
囲において、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅が長くなる
程、液滴の飛行速度は遅くなる。例えば、駆動電圧を２
０Ｖに設定した場合、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅を
２μｓに設定すると飛行速度は約６．５ｍ／ｓとなり、
時間幅を３μｓに設定すると飛行速度は約４ｍ／ｓとな
る。また、駆動電圧を高くすると飛行速度は速くなる。
例えば、駆動電圧を２３Ｖに設定した場合には、膨張ホ
ールド要素Ｐ２の時間幅を２μｓに設定すると飛行速度
は約８．７ｍ／ｓとなり、時間幅を３μｓに設定すると
飛行速度は約５．２ｍ／ｓとなる。同様に、駆動電圧を
２６Ｖに設定した場合には、膨張ホールド要素Ｐ２の時
間幅を２μｓに設定すると飛行速度は約１０．７ｍ／ｓ
となり、時間幅を３μｓに設定すると飛行速度は約７ｍ
／ｓとなる。

【０１０１】そして、図１０（ｂ）から判るように、膨
張ホールド要素Ｐ２の時間幅と液滴の重量もまた、この
測定範囲において、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅が長
くなる程、液滴の重量は減少する（つまり、液滴の吐出
量が減少する）。例えば、駆動電圧を２０Ｖに設定した
場合、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅を２μｓに設定す
ると液滴の重量は約１１．５ｎｇとなり、時間幅を３μ
ｓに設定すると重量は約１０．５ｎｇとなる。また、駆
動電圧を高くすると液滴の重量は重くなる（つまり、液
滴の吐出量が増える）。例えば、駆動電圧を２３Ｖに設
定した場合には、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅を２μ
ｓに設定すると液滴の重量は約１３．２ｎｇとなり、時
間幅を３μｓに設定すると重量は約１２．１ｎｇとな
る。同様に、駆動電圧を２６Ｖに設定した場合には、膨
張ホールド要素Ｐ２の時間幅を２μｓに設定すると飛行
速度は液滴の重量は約１５．０ｎｇとなり、時間幅を３
μｓに設定すると重量は１３．８ｎｇとなる。

【０１０２】そして、この場合においても、駆動電圧と
膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅とを適宜設定することに
より、液滴の飛行速度を一定に保ちつつ、液滴の重量を
変えることができる。

【０１０３】例えば、液滴の飛行速度を７ｍ／ｓに設定
すると、駆動電圧及び膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅と
液滴の重量との関係は、図１１（ａ）に示すようにな
る。この図１１（ａ）より、駆動電圧を２０．５Ｖに膨
張ホールド要素Ｐ２の時間幅を２．０マイクロ秒（μ
ｓ）にそれぞれ設定すると、約１１．８ｎｇの液滴を吐
出できることが判る。また、駆動電圧を２６．２Ｖに膨
張ホールド要素Ｐ２の時間幅を３．０μｓにそれぞれ設
定すると、約１３．８ｎｇの液滴を吐出できることが判
る。さらに、駆動電圧を２９．８Ｖに膨張ホールド要素
Ｐ２の時間幅を３．５μｓにそれぞれ設定すると、約１
５．９ｎｇの液滴を吐出できることが判る。

【０１０４】また、駆動電圧と膨張ホールド要素Ｐ２の
時間幅とを適宜設定することにより、液滴の重量を一定
に保ちつつ、液滴の飛行速度を変えることもできる。

【０１０５】例えば、液滴の重量を１５ｎｇに設定する
と、駆動電圧及び膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅と液滴
の飛行速度との関係は、図１１（ｂ）に示すようにな
る。この図１１（ｂ）より、駆動電圧を２６．２Ｖに膨
張要素Ｐ１の時間幅を２．０μｓにそれぞれ設定する
と、液滴の飛行速度を約１０．８ｍ／ｓに設定できるこ
とが判る。また、駆動電圧を２８．０Ｖに膨張要素Ｐ１
の時間幅を３．０μｓにそれぞれ設定すると、液滴の飛
行速度を約８．０ｍ／ｓに設定できることが判る。さら
に、駆動電圧を２８．０Ｖに膨張要素Ｐ１の時間幅を
３．５μｓにそれぞれ設定すると、液滴の飛行速度を約
６．３ｍ／ｓに設定できることが判る。

【０１０６】このように、各標準駆動パルスＰＳ１〜Ｐ
Ｓ３に関し、駆動電圧、中間電位ＶＭ、膨張要素Ｐ１の
時間幅、及び、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅を適宜設
定することにより、液滴の飛行速度や重量を制御するこ
とができる。従って、物性の異なる複数種類の液体であ
っても、用途に応じた最適な吐出条件で液滴を吐出させ
ることができる。

【０１０７】そして、主制御部１９（波形調整手段）
は、重量算出部１３からの重量情報や飛行速度算出部１
７からの飛行速度情報等に基づき、各標準駆動パルスＰ
Ｓ１〜ＰＳ３の駆動電圧等を適宜調整する。この場合、
主制御部１９は、まず、基準波形の標準駆動パルスを圧
電振動子２１に供給して液滴を吐出させる。次に、主制
御部１９は、レーザー検出部５及び飛行速度算出部１７
（飛行速度測定手段）が測定した飛行速度情報を取得す
ると共に、重量測定部４及び重量算出部１３（液滴重量
測定手段）が測定した重量情報を取得する。

【０１０８】飛行速度情報と重量情報とを取得したなら
ば、主制御部１９は、情報入力部７から入力された液滴
の飛行速度及び重量の目標値と、取得した飛行速度情報
及び重量情報とを比較し、その差に応じて標準駆動パル
スの駆動電圧、中間電位ＶＭ、膨張要素Ｐ１の時間幅、
及び、膨張ホールド要素Ｐ２の時間幅を設定する。

【０１０９】この設定に関しては種々の方法を採ること
ができる。例えば、飛行速度の差及び重量の差と、駆動
電圧や中間電位ＶＭ等の増減量との関係をデータベース
化して主制御部１９のＲＯＭに予め記憶させ、目標の飛
行速度及び重量と測定された飛行速度及び重量との差か
ら標準駆動パルスの駆動電圧や中間電位ＶＭ等を設定す
ることができる。また、標準駆動パルスの駆動電圧や中
間電位ＶＭ等の組み合わせを適当に変えて液滴を吐出さ
せ、この液滴の飛行速度や重量を再度測定し、目標値か
らの差が最も少ない組み合わせを取得してもよい。

【０１１０】そして、本実施形態では、基準波形の駆動
パルスに対応して測定された液滴の重量及び飛行速度
と、目標値として設定された飛行速度及び重量との差に
基づいて、駆動信号発生手段が発生する駆動パルスの波
形を調整する構成であるので、物性の異なる様々な液体
を使用しても、その液体の物性に適した波形に調整でき
る。従って、汎用性に優れる。

【０１１１】このようにして、目標値の飛行速度及び重
量の液滴が吐出可能となったならば、汎用塗布装置を実
際に使用し、対象物に対して液体を塗布する。例えば、
汎用塗布装置によってフィルタ製造装置を構成した場合
には、ガラス基板の表面に色材を塗布する。また、コー
ティング装置を構成した場合には、基板表面にコーティ
ング材を塗布する。

【０１１２】ところで、駆動信号発生部１８から発生す
る駆動信号は、上記の標準駆動信号に限定されない。例
えば、上記の標準駆動パルスよりも液滴の重量が少ない
マイクロ駆動パルスを含んだマイクロ駆動信号であって
もよい。以下、このマイクロ駆動信号を用いた制御につ
いて説明する。

【０１１３】図１２は、マイクロ駆動信号を説明する図
である。このマイクロ駆動信号は、噴射周期Ｔ内に３つ
のマイクロ駆動パルス（第１マイクロ駆動パルスＰＳ
４，第２マイクロ駆動パルスＰＳ５，第３マイクロ駆動
パルスＰＳ６）を含み、これらの各マイクロ駆動パルス
ＰＳ４〜ＰＳ６を所定間隔毎に発生している。

【０１１４】これらのマイクロ駆動パルスＰＳ４〜ＰＳ
６は、本発明の第２駆動パルスの一種であり、何れも同
じ波形形状のパルス信号によって構成されている。即
ち、図１３に示すように、これらのマイクロ駆動パルス
ＰＳ４〜ＰＳ６は、中間電位ＶＭから最大電位ＶＨまで
比較的急峻な勾配で電位を上昇させる第２膨張要素Ｐ１
１と、最大電位ＶＨを極く短時間保持する第２膨張ホー
ルド要素Ｐ１２と、最大電位ＶＨから吐出電位ＶＦまで
急勾配で電位を下降させる第２吐出要素Ｐ１３と、吐出
電位ＶＦを極く短時間に亘って保持する吐出ホールド要
素Ｐ１４と、吐出電位ＶＦから最低電位ＶＬまで第２吐
出要素Ｐ１３よりも緩やかな勾配で電位を下降させる収
縮制振要素Ｐ１５と、最低電位ＶＬを所定時間に亘って
保持する制振ホールド要素Ｐ１６と、最低電位ＶＬから
中間電位ＶＭまで比較的緩やかな勾配で電位を上昇させ
る膨張制振要素Ｐ１７とを含んでいる。

【０１１５】なお、図１３に例示したマイクロ駆動パル
スＰＳ４〜ＰＳ６において、膨張制振要素Ｐ１７は第２
復帰要素の一種であり、圧力室３３の容積を定常状態に
復帰させる。また、中間電位ＶＭは駆動電圧の２０％に
設定してあり、吐出電位ＶＦは駆動電圧の４０％に設定
してある。従って、定常状態において圧力室３３は比較
的大きく収縮する。また、吐出電位ＶＦに対応する吐出
容積（つまり、吐出要素Ｐ３の供給終了時点における圧
力室３３の容積）は、定常容積よりも多少大きい。

【０１１６】これらのマイクロ駆動パルスＰＳ４〜ＰＳ
６を圧電振動子２１に供給すると、各マイクロ駆動パル
スＰＳ４〜ＰＳ６が供給される毎に所定量（例えば５．
５ｎｇ）の液滴がノズル開口１２から吐出される。

【０１１７】即ち、第２膨張要素Ｐ１１の供給に伴って
定常容積の圧力室３３が急激に膨張し、メニスカスを圧
力室３３側に大きく引き込む。そして、第２膨張ホール
ド要素Ｐ１２が極く短時間に亘って供給されると、引き
込まれたメニスカスの中心部分の移動方向が表面張力に
よって反転する。その後、第２吐出要素Ｐ１３が供給さ
れて、圧力室３３は最大容積から吐出容積まで急激に収
縮する。このとき、吐出方向に向けて柱状に伸長したメ
ニスカスの中心部分がちぎれ、液滴となって吐出され
る。第２吐出要素Ｐ１３の供給後、吐出ホールド要素Ｐ
１４と収縮制振要素Ｐ１５とが順に供給される。収縮制
振要素Ｐ１５は、吐出容積から最小容積まで圧力室３３
を収縮させるが、その収縮速度は液滴吐出後におけるメ
ニスカスの振動を抑制し得る速度に設定される。この収
縮制振要素Ｐ１５に続いて制振ホールド要素Ｐ１６が供
給されるので圧力室３３の収縮状態は維持され、メニス
カスの振動を打ち消し得るタイミングで膨張制振要素Ｐ
１７が供給される。これにより、メニスカスの振動を抑
制すべく、圧力室３３が定常容積まで膨張復帰する。

【０１１８】このマイクロ駆動信号においても、１つの
噴射周期Ｔ内で供給するマイクロ駆動パルスの数を変え
ることで、液滴の噴射量を単位領域毎に設定することが
できる。例えば、噴射周期Ｔ内において第２マイクロ駆
動パルスＰＳ５のみを圧電振動子２１に供給すること
で、単位領域内に例えば５．５ｎｇの液滴を吐出させる
ことができる。また、噴射周期Ｔ内において第１マイク
ロ駆動パルスＰＳ４と第３マイクロ駆動パルスＰＳ６と
を圧電振動子２１に供給することで、単位領域内に例え
ば１１ｎｇの液滴を吐出させることができる。さらに、
噴射周期Ｔ内において各マイクロ駆動パルスＰＳ４〜Ｐ
Ｓ６を圧電振動子２１に供給することで、単位領域内に
例えば１６．５ｎｇの液滴を吐出させることができる。

【０１１９】この液滴の噴射制御も、上記したパルス選
択データに基づいて行われる。なお、パルス選択データ
に基づく噴射制御は、先に説明した標準駆動信号におけ
る制御と同じであるので、その説明は省略する。

【０１２０】そして、主制御部１９（波形調整手段）
は、液滴の飛行速度や重量をその使用用途にあわせて最
適化すべく、各マイクロ駆動パルスＰＳ４〜ＰＳ６につ
いても波形形状を調整する。このマイクロ駆動パルスＰ
Ｓ４〜ＰＳ６についての波形形状の調整は、駆動電圧、
中間電位ＶＭ、及び、吐出電位ＶＦ（つまり、第２吐出
要素Ｐ１３の終端電位）の３項目について行われる。以
下、主制御部１９による波形形状の調整について説明す
る。

【０１２１】まず、図１４に基づいて、各マイクロ駆動
パルスＰＳ４〜ＰＳ６の駆動電圧と液滴の吐出特性との
関係について説明する。

【０１２２】ここで、図１４は、駆動電圧を調整した場
合の吐出特性の変化であり、（ａ）は駆動電圧を変化さ
せた際の液滴の飛行速度の変化を示し、（ｂ）は駆動電
圧を変化させた際の液滴の重量の変化を示す。なお、図
１４（ａ）において、黒丸を付した実線がメイン液滴を
示し、白丸を付した点線がサテライト液滴を示す。ま
た、三角を付した一点鎖線が第２サテライト液滴を示
す。

【０１２３】この図１４から判るように、駆動電圧の大
きさと、液滴の飛行速度及び重量とは、互いに正比例
（係数は正）の関係にあるといえる。即ち、駆動電圧を
大きくすると液滴（メイン液滴）の飛行速度は速くな
り、液滴の重量も増える。例えば、駆動電圧が１８Ｖの
場合、メイン液滴の飛行速度は約４ｍ／ｓであり、重量
は約４．４ｎｇである。また、駆動電圧が２４Ｖの場
合、飛行速度は約９．０ｍ／ｓであり、重量は約６．８
ｎｇである。さらに、駆動電圧が３３Ｖの場合、飛行速
度は約１６ｍ／ｓであり、重量は約１０．２ｎｇであ
る。

【０１２４】これは、上記した標準駆動パルスＰＳ１〜
ＰＳ３と同じ理由、即ち、駆動電圧の増減によって、圧
力室３３についての容積の変化幅が変わったためと考え
られる。

【０１２５】なお、図１４（ａ）を見ると、駆動電圧が
１８Ｖの状態で液滴は、メイン液滴とサテライト液滴と
に分かれて飛行している。さらに、駆動電圧が２４Ｖ以
上になると、上記のサテライト液滴に加えて第２サテラ
イト液滴が出現する。このマイクロ駆動パルスＰＳ４〜
ＰＳ６において、サテライト液滴は駆動電圧の上昇に伴
って速度を増すが、第２サテライト液滴は駆動電圧上昇
に拘わらず略一定の飛行速度（６〜７ｍ／ｓ）である。

【０１２６】以上から、このマイクロ駆動パルスにおい
ても、駆動電圧の設定により、吐出する液滴の飛行速度
と重量を同時に増減できることが判る。

【０１２７】次に、各マイクロ駆動パルスＰＳ４〜ＰＳ
６の中間電位ＶＭと液滴の吐出特性との関係について説
明する。

【０１２８】このマイクロ駆動パルスＰＳ４〜ＰＳ６に
おいても中間電位ＶＭは、圧力室３３の定常容積を規定
する。従って、中間電位ＶＭの変更により、定常容積か
ら最大容積までの膨張代を設定できる。そして、膨張代
が変更できることで、第２膨張要素Ｐ１１の供給時にお
けるメニスカスの圧力室３３側への引き込み量を設定で
きる。また、第２膨張要素Ｐ１１の時間幅が一定である
ので、膨張代の変更によってメニスカスの圧力室３３側
への引き込み速度も変化する。

【０１２９】メニスカスの引き込み量と引き込み速度
は、液滴の吐出量に影響を及ぼすと考えられる。即ち、
メニスカスの引き込み量が多いと液滴として吐出される
液体の量が少なくなり、引き込み量が少ないと液滴とし
て吐出される液体の量が多くなる。また、メニスカスの
引き込み速度が高いと、その反動によってメニスカスの
中心部分の移動速度も高くなり、液滴の飛行速度が高く
なる。一方、メニスカスの引き込み速度が低いとその反
動も小さくメニスカスの中心部分の移動速度及び液滴の
飛行速度が低くなる。

【０１３０】従って、上記の駆動電圧と中間電位ＶＭと
を適宜設定することにより、液滴の飛行速度を一定に保
ちつつ、液滴の重量を変えることができる。

【０１３１】例えば、液滴の飛行速度を７ｍ／ｓに設定
すると、駆動電圧及び中間電位ＶＭと液滴の重量との関
係は、図１５（ａ）に示すようになる。この図１５
（ａ）より、駆動電圧を１９．５Ｖに中間電位ＶＭを駆
動電圧の０％（つまり、最低電位ＶＬと同電位）にそれ
ぞれ設定すると、約５．６ｎｇの液滴を吐出できること
が判る。また、駆動電圧を２２．５Ｖに中間電位ＶＭを
駆動電圧の３０％にそれぞれ設定すると、約５．９ｎｇ
の液滴を吐出できることが判る。さらに、駆動電圧を２
４．５Ｖに中間電位ＶＭを駆動電圧の５０％にそれぞれ
設定すると、約７．５ｎｇの液滴を吐出できることが判
る。

【０１３２】また、駆動電圧と中間電位ＶＭとを適宜設
定することにより、液滴の重量を一定に保ちつつ、液滴
の飛行速度を変えることもできる。

【０１３３】例えば、液滴の重量を５．５ｎｇに設定す
ると、駆動電圧及び中間電位ＶＭと液滴の飛行速度との
関係は、図１５（ｂ）に示すようになる。この図１５
（ｂ）より、駆動電圧を１９．０Ｖに中間電位ＶＭを駆
動電圧の０％にそれぞれ設定すると、液滴の飛行速度を
約６．９ｍ／ｓに設定できることが判る。また、駆動電
圧を２１．５Ｖに中間電位ＶＭを駆動電圧の３０％にそ
れぞれ設定すると、液滴の飛行速度を約６．２ｍ／ｓに
設定できることが判る。さらに、駆動電圧を２０．２Ｖ
に中間電位ＶＭを駆動電圧の５０％にそれぞれ設定する
と、液滴の飛行速度を約４．５ｍ／ｓに設定できること
が判る。

【０１３４】次に、各マイクロ駆動パルスＰＳ４〜ＰＳ
６の吐出電位ＶＦ（第２吐出要素Ｐ１３の終端電位）と
液滴の吐出特性との関係について説明する。

【０１３５】上記の吐出電位ＶＦは、圧力室３３の吐出
容積を規定する。従って、吐出電位ＶＦの変更により、
最大容積から吐出容積までの収縮量を設定できる。ま
た、第２吐出要素Ｐ１３の時間幅が一定であることか
ら、この吐出電位ＶＦの変更により収縮速度も変化す
る。即ち、吐出電位ＶＦを基準よりも低く設定すると収
縮速度が高くなり、基準よりも高く設定すると収縮速度
が低くなる。

【０１３６】圧力室３３の収縮量と収縮速度は、液滴の
吐出量に影響を及ぼすと考えられる。即ち、圧力室３３
の収縮量が多いと液滴として吐出される液体の量が多く
なり、収縮量が少ないと液滴として吐出される液体の量
も少なくなる。また、圧力室３３の収縮速度が高いと液
滴の飛行速度が高くなり、収縮速度が低いと飛行速度も
低くなる。なお、この場合において、吐出電位ＶＦの変
化に対する飛行速度の変化量と吐出量の変化量は、駆動
電圧を変化させた際の変化量と相違する。従って、上記
の駆動電圧と吐出電位ＶＦとを適宜設定することによ
り、液滴の飛行速度を一定に保ちつつ、液滴の重量を変
えることができる。

【０１３７】例えば、液滴の飛行速度を７ｍ／ｓに設定
すると、駆動電圧及び吐出電位ＶＦと液滴の重量との関
係は、図１６（ａ）に示すようになる。この図１６
（ａ）より、駆動電圧を２７．０Ｖに第２吐出要素Ｐ１
３の電位差を駆動電圧の５０％（つまり、吐出電位ＶＦ
が５０％で最大電位ＶＨから１３．５Ｖ低い電位）にそ
れぞれ設定すると、約３．６ｎｇの液滴を吐出できるこ
とが判る。また、駆動電圧を２１．３Ｖに第２吐出要素
Ｐ１３の電位差を駆動電圧の７０％にそれぞれ設定する
と、約５．６ｎｇの液滴を吐出できることが判る。さら
に、駆動電圧を１６．６Ｖに第２吐出要素Ｐ１３の電位
差を駆動電圧の１００％（つまり、吐出電位ＶＦが最低
電位ＶＬと同電位）にそれぞれ設定すると、約７．６ｎ
ｇの液滴を吐出できることが判る。なお、第２吐出要素
Ｐ１３の電位差を駆動電圧の１００％に設定した場合に
は、収縮制振要素Ｐ１５は設けない。

【０１３８】また、駆動電圧と吐出電位ＶＦとを適宜設
定することにより、液滴の重量を一定に保ちつつ、液滴
の飛行速度を変えることもできる。

【０１３９】例えば、液滴の重量を５．５ｎｇに設定す
ると、駆動電圧及び吐出電位ＶＦと液滴の飛行速度との
関係は、図１６（ｂ）に示すようになる。この図１６
（ｂ）より、駆動電圧を３２．０Ｖに第２吐出要素Ｐ１
３の電位差を駆動電圧の５０％にそれぞれ設定すると、
液滴の飛行速度を約１１．２ｍ／ｓに設定できることが
判る。また、駆動電圧を１９．５Ｖに第２吐出要素Ｐ１
３の電位差を駆動電圧の７０％にそれぞれ設定すると、
液滴の飛行速度を約５．５ｍ／ｓに設定できることが判
る。さらに、駆動電圧を１２．０Ｖに第２吐出要素Ｐ１
３の電位差を駆動電圧の１００％にそれぞれ設定する
と、液滴の飛行速度を約３．０ｍ／ｓに設定できること
が判る。

【０１４０】このように、各マイクロ駆動パルスＰＳ４
〜ＰＳ６については、その駆動電圧、中間電位ＶＭ、吐
出電位ＶＦを適宜設定することにより、液滴の飛行速度
や重量を制御することができる。従って、物性の異なる
複数種類の液体であっても、用途に応じた最適な吐出条
件で液滴を吐出させることができる。

【０１４１】次に、上記した汎用塗布装置の応用例につ
いて説明する。

【０１４２】図１７は、汎用塗布装置によって構成した
カラーフィルタ製造装置の一例を説明する図であり、
（ａ）はカラーフィルタ製造装置５１の平面図、（ｂ）
はカラーフィルタの部分拡大図である。

【０１４３】図１７（ａ）に示したカラーフィルタ製造
装置５１は、ガラス基板５２を載置する載置面５３ａを
設けた矩形状の載置基台５３と、キャリッジ５４が移動
可能に取り付けられガイドバー５５と、キャリッジ５４
に装着された噴射ヘッド１と、カラーフィルタ用の色材
を貯留可能な液体貯留部２と、液体貯留部２と噴射ヘッ
ド１との間に接続され、液体貯留部２に貯留された色材
の流路を形成する供給チューブ１０と、ホームポジショ
ンに設けられた重量測定部４及びレーザー検出部５と、
制御装置６と、情報入力部７とを有している。なお、こ
のカラーフィルタ製造装置５１において、先に説明した
ものについては、同じ符号を付してその説明は省略す
る。

【０１４４】上記のガイドバー５５は、平たい棒状部材
であり、載置基台５３の短辺方向に沿って載置面５３ａ
と平行に配置されている。そして、このガイドバー５５
は、載置基台５３の長辺方向に移動可能に取り付けられ
ており、キャリッジモータ３からの駆動力によって移動
する。また、ガイドバー５５に取り付けられたキャリッ
ジ５４は、ガイドバー５５の長手方向に移動可能に取り
付けられており、キャリッジモータ３からの駆動力によ
って移動する。

【０１４５】噴射ヘッド１は、ノズル開口１２が下向き
になるように、即ち、載置面５３ａに対向するようにキ
ャリッジ５４に取り付けられる。従って、このカラーフ
ィルタ製造装置５１では、ガイドバー５５とキャリッジ
５４を適宜移動させることにより、噴射ヘッド１を載置
面５３ａの任意の場所に移動させることができる。つま
り、この載置面５３ａに載置されたガラス基板５２につ
いて、その表面の任意の場所に色材の液滴を吐出でき
る。

【０１４６】次に、このカラーフィルタ製造装置５１に
よるカラーフィルタの製造方法、詳しくは、色材の塗布
工程について説明する。

【０１４７】この塗布工程では、まず、情報入力部７を
用いて必要な情報を入力する。例えば、ガラス基板５２
の大きさや厚さ、使用する色材の種類等を入力する。必
要な情報が入力されると、主制御部１９は、まず、液滴
の吐出条件を設定する。この場合、まず、噴射ヘッド１
をホームポジションに位置付けた後、基本形状の駆動パ
ルスを用いて液滴を吐出する。そして、この液滴の吐出
時において、レーザー検出部５と飛行速度算出部１７は
液滴の飛行速度を測定し、重量測定部４及び重量算出部
１３は液滴の重量を測定する。

【０１４８】液滴の飛行速度と重量が測定されたなら
ば、主制御部１９は、使用する色材の種類やガラス基板
５２に適した液滴の飛行速度と重量の目標値を設定す
る。そして、設定した目標値と基本形状の駆動パルスに
対応する測定値とに基づき、上記した方法によって駆動
パルスの波形形状を調整する。

【０１４９】駆動パルスの波形形状が設定されたなら
ば、ガラス基板５２の表面に色材を塗布する。即ち、図
１７（ｂ）に示すように、ガラス基板表面の受容層５２
ａに、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色材を格子状に塗布する。この場
合において、上記したように、液滴の飛行速度や重量が
色材の塗布に適した値に最適化されているので、格子領
域内に必要十分な量の色材を吐出できる。また、吐出時
におけるミストも防止できる。このため、製造歩留まり
を向上させることができる。

【０１５０】ガラス基板５２の表面全体に色材を塗布し
たならば、加熱等によって塗布した色材を定着させ、ガ
ラス基板５２を次工程に移送する。

【０１５１】ところで、本発明は、例示した実施形態に
限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づ
いて種々の変形が可能である。

【０１５２】例えば、圧力発生素子に関し、圧電振動子
２１に限らず、静電アクチュエータや磁歪素子等を用い
ることができる。即ち、駆動信号の供給に伴って変形す
る電気機械変換素子であればよい。さらに、圧力室３３
内に圧力変動を生じさせるものであれば、電気機械変換
素子以外の素子であってもよい。例えば、圧力室３３内
の液体を突沸させることで圧力室３３内を加圧可能な発
熱素子を用いることもできる。

【０１５３】そして、本実施形態のように、圧電振動子
２１を用いると、上記したように波形の調整によって液
滴の飛行速度や重量を広い範囲で調整することができ、
汎用性に富む。また、圧電振動子２１は、発熱素子に比
べて発熱量が少ないので、過度な加熱によって変質して
しまう液体の吐出にも適する。

【０１５４】また、飛行中の液滴を検出位置Ｐにて検出
する検出手段として、上記の実施形態ではレーザー検出
部５を用いたが、液滴を検出できればレーザー検出部５
に限定されるものではない。従って、飛行速度測定手段
に関してもレーザー検出部５と飛行速度算出部１７の組
み合わせに限定されるものではない。例えば、ＣＣＤカ
メラとストロボ（極く短時間の光を発生する発光源）と
の組み合わせであってもよい。同様に、液滴重量測定手
段は、捕集した液滴の重量を測定できれば上記の構成に
限定されるものではない。例えば、液体の容積を測定す
るものであってもよい。

【０１５５】また、上記の実施形態では、噴射周期Ｔ内
における噴射量の主な調整を各標準駆動パルスの圧電振
動子２１への供給数で行ったが、この構成に限定される
ものではない。例えば、液滴の吐出周期を可変すること
で液滴の噴射量を調整してもよい。この構成では、駆動
パルス発生手段としての駆動信号発生部１８に関し、駆
動パルス（ＰＳ１〜ＰＳ３，ＰＳ４〜ＰＳ６）の発生周
期を変更可能に構成する。そして、駆動信号発生部１８
は液滴の噴射量に応じた周期で駆動パルスを発生し、こ
の発生した駆動パルスを圧電振動子２１に供給する。こ
の構成でも、噴射量の調整幅を拡げることができると共
に噴射量の精度向上が図れ、さらに、噴射特性の最適化
も図れる。なお、この構成は、液滴の着弾位置精度につ
いて自由度が高いコーティング装置等に有用である。

【０１５６】また、上記の実施形態では、液体噴射装置
の一種である汎用塗布装置を例に挙げて説明したが、液
体を吐出可能な装置であれば本発明を適用できる。例え
ば、インクジェット実験装置にも適用できる。また、汎
用塗布装置も、カラーフィルタ製造装置５１に限定され
るものではない。例えば、液晶注入装置、コーティング
装置、造形装置、半田付け装置、培養装置等の種々の装
置にも本発明は適用できる。

【０１５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。即ち、飛行特性測定手段を、吐出さ
れた液滴を捕集することで液滴の重量を測定する液滴重
量測定手段と、飛行中の液滴を検出位置にて検出するこ
とで液滴の飛行速度を測定する飛行速度測定手段とから
構成し、波形調整手段は、基準波形の駆動パルスに対応
して測定された液滴の飛行速度及び重量と、目標値とし
て設定された飛行速度及び重量との差に基づいて、駆動
信号発生手段が発生する駆動パルスの波形を調整するの
で、物性の異なる様々な液体を使用しても、その液体の
物性に適した波形に調整でき、用途に応じた最適な吐出
条件で液滴を吐出させることができる。

【０１５８】また、液滴重量測定手段を、捕集した複数
の液滴の重量から１つの液滴の重量を算出する構成にし
た場合には、極く少量の液滴であっても高い精度で重量
を測定できる。

【０１５９】また、飛行速度測定手段を、上記検出位置
で液滴と交差可能にレーザー光線を照射するレーザー光
源と、該レーザー光源からのレーザー光線を受光可能な
受光素子と、受光素子からの検出信号に基づいて検出さ
れた液滴の飛行時間を計測する飛行時間計測手段とから
構成し、飛行時間計測手段が計測した飛行時間に基づい
て飛行速度を算出するようにした場合には、直線性に優
れ、且つ、光線の径も極めて細く絞ることができるレー
ザー光線を用いているので、極く少量の液滴であっても
高い精度で飛行速度を測定できる。

【０１６０】また、駆動パルス発生手段を、単位周期内
に複数の駆動パルスを発生可能な構成とし、単位周期あ
たりの圧力発生素子への駆動パルスの供給数を可変する
ことにより、液滴の吐出量を調整可能とした場合には、
噴射量の調整幅を拡げることができると共に噴射量の精
度向上が図れ、さらに、噴射特性の最適化も図れる。

【０１６１】また、駆動パルス発生手段を、駆動パルス
の発生周期を可変可能な構成とし、圧力発生素子への駆
動パルスの供給周期を可変することにより、液滴の吐出
周期を調整可能とした場合にも、噴射量の調整幅を拡げ
ることができると共に噴射量の精度向上が図れ、さら
に、噴射特性の最適化も図れる。

【０１６２】また、電気機械変換素子として圧力室の容
積を変動可能な圧電振動子を用いた場合には、液滴の飛
行速度や重量の調整範囲が広く、汎用性に富む。また、
過度な加熱により変質してしまう液体を吐出することも
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】汎用塗布装置の基本構成を説明する概略図であ
る。

【図２】噴射ヘッドの断面図である。

【図３】流路ユニットの一部を拡大して示した断面図で
ある。

【図４】噴射ヘッドの電気的構成を説明するブロック図
である。

【図５】駆動信号発生部が発生する標準駆動信号を説明
する図である。

【図６】標準駆動信号に含まれる標準駆動パルスを説明
する図である。

【図７】標準駆動パルスにおいて駆動電圧を調整した場
合の吐出特性の変化を示し、（ａ）は駆動電圧を変化さ
せた際の液滴の飛行速度の変化を示した図、（ｂ）は駆
動電圧を変化させた際の液滴の重量の変化を示した図で
ある。

【図８】（ａ）は、標準駆動パルスにおいて液滴の飛行
速度を７ｍ／ｓに設定した際の駆動電圧及び中間電位Ｖ
Ｍと液滴の重量との関係を示した図、（ｂ）は、液滴の
重量を１５ｎｇに設定した際の駆動電圧及び中間電位Ｖ
Ｍと液滴の飛行速度との関係を示した図である。

【図９】（ａ）は、標準駆動パルスにおいて液滴の飛行
速度を７ｍ／ｓに設定した際の駆動電圧及び膨張要素の
時間幅と液滴の重量との関係を示した図、（ｂ）は、液
滴の重量を１５ｎｇに設定した際の駆動電圧及び膨張要
素の時間幅と液滴の飛行速度との関係を示した図であ
る。

【図１０】標準駆動パルスにおいて膨張ホールド要素の
時間幅を調整した場合の吐出特性の変化を示し、（ａ）
は時間幅を変化させた際の液滴の飛行速度の変化を示し
た図、（ｂ）は時間幅を変化させた際の液滴の重量の変
化を示した図である。

【図１１】（ａ）は、標準駆動パルスにおいて、液滴の
飛行速度を７ｍ／ｓに設定した際の駆動電圧及び膨張ホ
ールド要素の時間幅と液滴の重量との関係を示した図、
（ｂ）は、液滴の重量を１５ｎｇに設定した際の駆動電
圧及び膨張ホールド要素の時間幅と液滴の飛行速度との
関係を示した図である。

【図１２】駆動信号発生部が発生するマイクロ駆動信号
を説明する図である。

【図１３】マイクロ駆動信号に含まれるマイクロ駆動パ
ルスを説明する図である。

【図１４】マイクロ駆動パルスにおいて駆動電圧を調整
した場合の吐出特性の変化であり、（ａ）は駆動電圧を
変化させた際の液滴の飛行速度の変化を示した図、
（ｂ）は駆動電圧を変化させた際の液滴の重量の変化を
示した図である。

【図１５】（ａ）は、マイクロ駆動パルスにおいて液滴
の飛行速度を７ｍ／ｓに設定した際の駆動電圧及び中間
電位ＶＭと液滴の重量との関係を示す図、（ｂ）は、液
滴の重量を５．５ｎｇに設定した際の駆動電圧及び中間
電位ＶＭと液滴の飛行速度との関係を示した図である。

【図１６】（ａ）は、マイクロ駆動パルスにおいて液滴
の飛行速度を７ｍ／ｓに設定した際の駆動電圧及び吐出
電位ＶＦと液滴の重量との関係を示す図、（ｂ）は、液
滴の重量を５．５ｎｇに設定した際の駆動電圧及び吐出
電位ＶＦと液滴の飛行速度との関係を示す図である。

【図１７】汎用塗布装置によって構成したカラーフィル
タ製造装置の一例を説明する図であり、（ａ）はカラー
フィルタ製造装置の平面図、（ｂ）はカラーフィルタの
部分拡大図である。

【符号の説明】

１噴射ヘッド２液体貯留部３キャリッジモータ４重量測定部５レーザー検出部６制御装置７情報入力部８液体パック９保持ケース１０供給チューブ１１捕集部１２ノズル開口１３重量算出部１４レーザー光源１５レーザー受光素子１６ノズルプレート１７飛行速度算出部１８駆動信号発生部１９主制御部２１圧電振動子２２振動子群２３固定板２４フレキシブルケーブル２５振動子ユニット２６ケース２７流路ユニット２８島部３１流路形成基板３２弾性板３３圧力室３４液体供給口３５共通液室３６ノズル連通口３７支持板３８樹脂フィルム４１第１シフトレジスタ４２第２シフトレジスタ４３第１ラッチ回路４４第２ラッチ回路４５デコーダ４６制御ロジック４７レベルシフタ４８スイッチ回路５１カラーフィルタ製造装置５２ガラス基板５３載置基台５４キャリッジ５５ガイドバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通した圧力室と該圧力室
内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子とを備
え、圧力発生素子の作動によって圧力室内の液体をノズ
ル開口から液滴として吐出可能な噴射ヘッドと、液滴の
飛行特性を測定可能な飛行特性測定手段と、上記圧力発
生素子へ供給するための駆動パルスを発生可能な駆動パ
ルス発生手段と、該駆動パルスの波形形状を調整可能な
波形調整手段とを有する液体噴射装置において、前記飛行特性測定手段は、吐出された液滴を捕集するこ
とで液滴の重量を測定する液滴重量測定手段と、飛行中
の液滴を検出位置にて検出することで液滴の飛行速度を
測定する飛行速度測定手段とを備え、波形調整手段は、基準波形の駆動パルスに対応して測定
された液滴の飛行速度及び重量と、目標値として設定さ
れた飛行速度及び重量との差に基づいて、駆動信号発生
手段が発生する駆動パルスの波形を調整することを特徴
とする液体噴射装置。
【請求項２】前記液滴重量測定手段は、捕集した複数
の液滴の重量から１つの液滴の重量を算出することを特
徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】前記飛行速度測定手段は、上記検出位置
で液滴と交差可能にレーザー光線を照射するレーザー光
源と、該レーザー光源からのレーザー光線を受光可能な
受光素子と、受光素子からの検出信号に基づいて検出さ
れた液滴の飛行時間を計測する飛行時間計測手段とを備
え、飛行時間計測手段が計測した飛行時間に基づいて飛
行速度を算出することを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】前記圧力発生素子は、圧力室の容積を変
動可能な電気機械変換素子であることを特徴とする請求
項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項５】前記駆動パルスは、定常容積の圧力室を
液滴を吐出させない程度の速度で膨張させる膨張要素
と、圧力室の膨張状態を保持する膨張ホールド要素と、
膨張状態が保持された圧力室を急激に収縮させることで
液滴を吐出させる吐出要素とを含む第１駆動パルスであ
り、波形調整手段は、第１駆動パルスにおける最大電位から
最低電位までの駆動電圧を調整することを特徴とする請
求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項６】前記駆動パルスは、定常容積の圧力室を
液滴を吐出させない程度の速度で膨張させる膨張要素
と、圧力室の膨張状態を保持する膨張ホールド要素と、
膨張状態が保持された圧力室を急激に収縮させることで
液滴を吐出させる吐出要素とを含む第１駆動パルスであ
り、波形調整手段は、定常容積に対応する中間電位を調整す
ることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項７】前記駆動パルスは、定常容積の圧力室を
液滴を吐出させない程度の速度で膨張させる膨張要素
と、圧力室の膨張状態を保持する膨張ホールド要素と、
膨張状態が保持された圧力室を急激に収縮させることで
液滴を吐出させる吐出要素とを含む第１駆動パルスであ
り、波形調整手段は、膨張要素の時間幅を調整することを特
徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項８】前記駆動パルスは、定常容積の圧力室を
液滴を吐出させない程度の速度で膨張させる膨張要素
と、圧力室の膨張状態を保持する膨張ホールド要素と、
膨張状態が保持された圧力室を急激に収縮させることで
液滴を吐出させる吐出要素とを含む第１駆動パルスであ
り、波形調整手段は、膨張ホールド要素の時間幅を調整する
ことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項９】前記駆動パルスは、メニスカスを圧力室
側に大きく引き込むべく定常容積の圧力室を急激に膨張
させる第２膨張要素と、圧力室を収縮させることで第２
膨張要素により引き込まれたメニスカスの中心部分を液
滴として吐出させる第２吐出要素とを含む第２駆動パル
スであり、波形調整手段は、第２駆動パルスにおける最大電位から
最低電位までの駆動電圧を調整することを特徴とする請
求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項１０】前記駆動パルスは、メニスカスを圧力
室側に大きく引き込むべく定常容積の圧力室を急激に膨
張させる第２膨張要素と、圧力室を収縮させることで第
２膨張要素により引き込まれたメニスカスの中心部分を
液滴として吐出させる第２吐出要素とを含む第２駆動パ
ルスであり、波形調整手段は、定常容積に対応する中間電位を調整す
ることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項１１】前記駆動パルスは、メニスカスを圧力
室側に大きく引き込むべく定常容積の圧力室を急激に膨
張させる第２膨張要素と、圧力室を収縮させることで第
２膨張要素により引き込まれたメニスカスの中心部分を
液滴として吐出させる第２吐出要素とを含む第２駆動パ
ルスであり、波形調整手段は、第２吐出要素の終端電位を調整するこ
とを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項１２】前記駆動パルス発生手段を、単位周期
内に複数の駆動パルスを発生可能に構成し、単位周期あたりの圧力発生素子への駆動パルスの供給数
を可変することにより、液滴の吐出量を調整可能とした
ことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに記
載の液体噴射装置。
【請求項１３】前記駆動パルス発生手段を、駆動パル
スの発生周期を可変可能に構成し、圧力発生素子への駆動パルスの供給周期を可変すること
により、液滴の吐出量を調整可能としたことを特徴とす
る請求項１から請求項１１の何れかに記載の液体噴射装
置。
【請求項１４】前記電気機械変換素子が圧電振動子で
あることを特徴とする請求項４から請求項１３の何れか
に記載の液体噴射装置。