JP2003165220A - 液滴吐出ヘッドおよびその駆動方法並びに液滴吐出装置 - Google Patents

液滴吐出ヘッドおよびその駆動方法並びに液滴吐出装置

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JP2003165220A JP2001369133A JP2001369133A JP2003165220A JP 2003165220 A JP2003165220 A JP 2003165220A JP 2001369133 A JP2001369133 A JP 2001369133A JP 2001369133 A JP2001369133 A JP 2001369133A JP 2003165220 A JP2003165220 A JP 2003165220A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】滴体積１ｐｌ以下の微小液滴を安定吐出できる
液滴吐出ヘッドを提供。 【解決手段】液滴を吐出するノズル２は、略ストレート
形状のストレート部を有する。圧電アクチュエータ７に
印加される駆動波形は、圧力発生室１の体積を膨張させ
てノズル部のメニスカス９を圧力発生室１側に引き込む
ための第１電圧変化プロセス５１と、次いで圧力発生室
１の体積を収縮させて液滴８を吐出させるための第２電
圧変化プロセス５２とを有する。第１電圧変化プロセス
５１の電圧変化量および電圧変化時間は、第２電圧変化
プロセス５２を印加する時点におけるメニスカスの引き
込み量Ｄが０．８ ｌｎ≦Ｄ≦１．５ ｌｎの条件を満足
するように設定される（ｌｎはノズルのストレート部の
長さ）。これにより、第２電圧変化プロセス５２の印加
時において、ノズル中央部で激しい液面干渉を発生させ
ることができ、滴体積の極めて小さな液滴を吐出するこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液滴吐出ヘッドおよ
びその駆動方法並びに液滴吐出装置に関し、特にノズル
から微小な液滴を吐出して記録媒体上に文字や画像など
を記録したり、基板上に微細パターンや薄膜の形成等を
行うための液滴吐出ヘッドおよびその駆動方法並びに液
滴吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電アクチュエータ等の電気機械変換器
を用いて、液体が充填された圧力発生室内に圧力波(音
響波)を発生させ、その圧力波によって圧力発生室に連
結されたノズルから液滴を吐出する液滴吐出方法は一般
によく知られている。特に、インクの滴を吐出して記録
用紙上に文字や画像などの記録を行うインクジェット記
録装置は広く普及している（例えば特公昭５３−１２１
３８号公報や特開平１０−１９３５８７号公報など）。
【０００３】図６は、上記公報などで公知のインクジェ
ット記録装置における液滴吐出機構（イジェクタ）の一
例を示す図である。圧力発生室１には、インクを吐出す
るためのノズル２と、共通流路４を介してインクタンク
（図示せず）からインクを導くためのインク供給路５が
連結されている。また、圧力発生室１の底面には振動板
６が設けられている。液滴吐出時には、圧力発生室１の
外部に設けられた圧電アクチュエータ７によってこの振
動板６を変位させ、圧力発生室１に体積変化を生じさせ
ることにより、圧力発生室内に圧力波を発生させる。こ
の圧力波によって、圧力発生室１内に充填されていたイ
ンクの一部がノズル２２を通って外部に噴射され、液滴
８となって飛翔する。飛翔した液滴８は記録紙等の記録
媒体上に着弾し、記録ドットを形成する。こうした記録
ドットの形成を、画像データに基づいて繰り返し行うこ
とによって、記録媒体上に文字や画像が記録される。
【０００４】また、近年では、上記のような液滴吐出装
置を工業的に活用することが試みられている。主な活用
例としては、（ａ）導電性ポリマー溶液を基板上に吐出
させて配線パターンやトランジスタを形成、（ｂ）有機
ＥＬ溶液を基板上に吐出させてＥＬディスプレイパネル
を形成、（ｃ）溶融状態のハンダを基板上に吐出して電
気実装用のバンプを形成、（ｄ）ＵＶ硬化樹脂等の液滴
を基板上で積層および硬化させることにより３次元物体
を造形、（ｅ）有機材料の溶液（レジスト溶液など）を
基板上に吐出させて有機薄膜を形成、などが挙げられ
る。このように、液滴吐出装置は画像記録用としてだけ
ではなく、広い領域で活用されつつあり、今後更にその
活用範囲が広がっていくと予想される。
【０００５】こうした液滴吐出装置において、現在、大
きな技術課題となっているのが「液滴体積の減少」であ
る。すなわち、液滴吐出装置を写真画像等の印刷に用い
る場合、粒状感の少ない高い画像品質を得るためには、
記録紙上に形成する記録ドット（画素）をできるだけ小
さくすることが重要であり、そのためには非常に微小な
液滴を吐出させる必要がある。また、液滴吐出装置を工
業的用途に用いる場合にも、高密度な配線パターンや高
解像度ＥＬディスプレイパネルを実現するためには、極
めて微小な液滴を基板上に吐出させる必要がある。必要
となる微小滴体積は、液滴吐出装置の利用方法によって
大きく異なる。例えば、画像記録（印刷）を行う場合に
は、１〜２ｐｌ（ピコリットル）の微小滴を吐出できれ
ばほぼ十分であるが、高密度な配線パターンやトランジ
スタを形成するには、０．１ｐｌ以下の微小滴を吐出さ
せる必要がある。このように、液滴吐出装置の活用範囲
が拡大されるに伴って、「滴体積の減少」がこれまで以
上に重要な技術課題となってきている。
【０００６】液滴吐出ヘッドで微小滴の吐出を実行する
ための駆動方法としては、吐出直前に圧力発生室を一旦
膨張させ、ノズル開口部のメニスカスを圧力発生室側に
引き込んだ状態から液滴の吐出を行う駆動方法が知られ
ている（例えば特開昭５５−１７５８９号公報）。この
種の駆動方法で用いられる駆動波形の一例を図７（ａ）
に示す。なお、駆動電圧と圧電アクチュエータ動作との
関係は、アクチュエータの構造や分極方向によって異な
るが、本明細書においては、駆動電圧を増加させると圧
力発生室の体積が減少し、逆に駆動電圧を減少させると
圧力発生室の体積が増加するものとする。
【０００７】図７（ａ）の駆動波形は、圧力発生室を膨
張させるための第１電圧変化プロセス５１と、次いで圧
力発生室を圧縮し、液滴の吐出を行うための第２電圧変
化プロセス５２によって構成されている。
【０００８】図８は、図７（ａ）の駆動波形を印加した
際におけるノズル開口部のメニスカスの動きを模式的に
表わした図である。初期状態においてメニスカス９は平
坦な形状をしているが（図８（ａ））、吐出直前に圧力
発生室を膨張させることにより、メニスカス９は図８
（ｂ）に示すような形状となる。すなわち、メニスカス
９の中央部が圧力発生室側に大きく引き込まれ、凹型の
メニスカス９が形成される。こうして凹型のメニスカス
９を形成した状態から、第２電圧変化プロセス５２によ
って圧力発生室の圧縮を行うと、図８（ｃ）に示すよう
に、メニスカス９の中央部に細い液柱２２が形成され、
次いで、液柱２２の先端部が分離して液滴８が形成され
る（図８（ｄ））。このときの液滴径は、形成された液
柱２２の太さとほぼ等しく、ノズル２の開口径よりも小
さい。すなわち、こうした駆動方法を用いることによ
り、ノズル開口径よりも小さな液滴８を吐出することが
可能となる。なお、上記のように、吐出直前のメニスカ
ス形状を制御して微小滴吐出を行う駆動方法のことを、
本明細書では以下、「メニスカス制御方式」と呼ぶ。
【０００９】また、本発明者は、より小さな液滴を安定
吐出できる駆動方法として、図７（ｂ）に示すような駆
動波形を特願平１０−３１８４４３号において開示し
た。この駆動波形は、吐出直前にメニスカスを引き込む
ための第１電圧変化プロセス５１、圧力発生室を圧縮し
て液柱を形成するための第２電圧変化プロセス５２、液
柱先端部から滴を早期に分離させるための第３電圧変化
プロセス５３、および液滴吐出後に残存する圧力波の残
響を抑制するための電圧変化プロセス５４によって構成
されている。すなわち、図７（ｂ）の駆動波形は、液滴
の早期分離および残響抑制を目的とした電圧変化を含ん
でいる。これにより、図７（ａ）の駆動波形を用いた場
合よりも滴体積の小さな液滴（４ｐｌ程度）を安定に吐
出させることが可能となった。
【００１０】また、本発明者らは、さらに小さな微小液
滴を吐出できる方法として、圧電アクチュエータの固有
振動を利用する駆動方法を特願平１１−２０６１３号に
おいて開示した。本駆動波形では、第２電圧変化プロセ
ス５２の電圧変化時間ｔ３および第３電圧変化プロセス
５３の電圧変化時間ｔ５を、圧電アクチュエータ自体の
固有周期Ｔａと同等もしくはそれ以下に設定している点
に特徴がある。これにより、圧電アクチュエータ自体の
固有振動が励起され、メニスカスに周波数の高い振動を
発生させることができるため、これを上記メニスカス制
御方式と組み合わせることにより、通常のメニスカス制
御方式よりも小さな滴を吐出することが可能となる。
【００１１】また、本発明者らは、メニスカス制御方式
による吐出メカニズムの検討結果をもとに、微小滴吐出
に有利となる駆動波形を特願平１１−２３７７９１号お
よび特願２０００−１４６９９２号にて開示した。これ
らの駆動波形では、第１電圧変化プロセス５１の電圧変
化時間ｔ１および第１電圧変化プロセス５１の終了時刻
と第２電圧変化プロセス５２の開始時刻との時間差ｔ２
を特定の条件を満足するように設定している。これによ
り、駆動波形の節Ａ、節Ｂ、および節Ｃ（図７（ｂ）参
照）で発生する粒子速度の位相をほぼ一致させ、第２電
圧プロセス５２印加時における粒子速度を急激に増加さ
せることができる。後述するように、第２電圧プロセス
５２印加時に大きな粒子速度変化が生じると、ノズル中
央部でメニスカスの激しい干渉が発生し、細い液柱が形
成され、その結果、非常に微小な液滴を高速で吐出する
ことが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の駆動波形で実際に吐出できる微小滴の滴体
積は１〜２ｐｌ程度が下限であり、特に液滴吐出装置の
工業用途で要求されるような１ｐｌ以下の微小液滴を吐
出することは不可能である。
【００１３】また、従来の液滴吐出装置における別の問
題点として、微小滴吐出の吐出安定性が低いという問題
がある。すなわち、図７（ｂ）に示したような駆動波形
を用いることにより、１〜２ｐｌ程度の微小滴吐出は可
能であるが、これを複数のイジェクタから均一に実行す
ることは極めて困難である。微小滴の吐出状態がイジェ
クタ間でばらつく原因として、従来の微小滴吐出現象が
ノズル形状や圧力波に対して非常に敏感であることが挙
げられる。すなわち、ヘッド内に複数のイジェクタが配
されている場合、各イジェクタ間では、ノズルの開口径
や断面形状、発生する圧力波の固有周期などに僅かなが
らもばらつきが存在する。従来の微小滴吐出方法では、
そうしたばらつきに非常に敏感であるため、各イジェク
タ間で微小滴の吐出状態が変化し、均一な微小滴吐出を
実行することが困難である。
【００１４】本発明は、上記の問題点を解決すべくなさ
れたものであり、その目的は、滴体積１ｐｌ以下の超微
小液滴の吐出を実現できる液滴吐出ヘッドおよびその駆
動方法並びに液滴吐出装置を提供することである。
【００１５】また、本発明の第二の目的は、微小液滴吐
出の吐出安定性および均一性に優れた液滴吐出ヘッドお
よびその駆動方法並びに液滴吐出装置を提供することで
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係わる液滴吐出ヘッドの駆動方法は、テー
パー角の小さい略ストレート形状のストレート部を有す
るノズルと、該ノズルと連通する圧力発生室と、電気機
械変換器とを少なくとも有し、前記電気機械変換器に駆
動電圧を印加し、前記電気機械変換器を変形させて、液
体が充填された前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせ
ることで、前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘ
ッドの駆動方法であって、前記駆動電圧の電圧波形が、
前記圧力発生室の体積を膨張させて前記ノズル部のメニ
スカスを前記圧力発生室側に引き込むための第１電圧変
化プロセスと、次いで前記圧力発生室の体積を収縮させ
て液滴を吐出させるための第２電圧変化プロセスとを少
なくとも含み構成されており、前記ストレート部の長さ
をｌｎとしたとき、前記第２電圧変化プロセスを印加す
る時点における前記メニスカスの引き込み量Ｄが、 ０．８ ｌｎ≦Ｄ≦１．５ ｌｎ の条件を満足するように前記第１電圧変化プロセスの電
圧変化量および電圧変化時間を設定することを特徴とす
る。
【００１７】これにより、液柱形成過程において、凹形
状のメニスカスをノズル中央部で激しく干渉させること
ができ、滴体積の極めて小さな微小液滴を吐出すること
が可能となる。
【００１８】ここで、本発明の作用を図９および図１０
を参照しながら説明する。
【００１９】前述したように、メニスカス制御方式によ
って微小滴吐出を行う場合には、第１電圧変化プロセス
によってメニスカスを圧力発生室側に引き込み、凹形状
のメニスカスを形成する（この動作を以下「引き」と呼
ぶ）。次いで、第２電圧変化プロセスによってメニスカ
スをノズル外側に向かって押し出すことにより（この動
作を以下「押し」と呼ぶ）、ノズル中央部に細い液柱を
形成させる。メニスカス制御方式で吐出される液滴の滴
径は、形成される液柱の太さとほぼ一致する。また、液
滴の飛翔速度（滴速）は液柱の成長速度とほぼ一致す
る。従って、微小な液滴を高速で飛翔させるためには、
細い液柱を高速に成長させることが重要となる。
【００２０】この液柱の形成メカニズムについては、以
前に本発明者らが吐出観察実験および流体解析によって
調査を行い、ノズル中央部で液面を激しく干渉させるこ
とが、細い液柱を形成するための必要条件であることを
見出した。特願平１１−２３７７９１号および特願２０
００−１４６９９２号にて開示した駆動波形は、その知
見に基づいたもので、駆動波形の節Ａ、節Ｂ、および節
Ｃ（図７（ｂ）参照）で発生する粒子速度の位相をほぼ
一致させることにより、第２電圧プロセス印加時におけ
る粒子速度を急激に増加させ、ノズル中央部でメニスカ
スの激しい干渉を発生させている。
【００２１】しかしながら、本発明者がさらに詳しく検
討を行った結果、上記駆動波形は微小滴吐出に確かに有
効であるが、ノズル形状やメニスカスの引き込み量によ
っては、必ずしも十分な微小滴吐出を実現できないこと
が判明した。これは、第２電圧変化プロセス印加時にお
けるメニスカスの動きに対する理解が不十分であったた
めであると言える。すなわち、特願平１１−２３７７９
１号および特願２０００−１４６９９２号では、凹形状
のメニスカスに対して「押し」を加えると、図９に示す
ように、メニスカスの各部は液面の法線方向に移動し、
その結果、ノズル中央部に多量のインクが集中し、この
局所的な体積増加によってノズル中央部に液柱が形成さ
れると考えている。しかし、本発明者が流体解析および
実測評価によって詳しく調査した結果、凹形状のメニス
カスに対して「押し」を加えた場合、メニスカスの各部
は必ずしも液面の法線方向に移動するわけではなく、メ
ニスカスの動きはノズル形状に大きく依存することが明
らかになった。
【００２２】図１０は、ノズル形状によるメニスカス動
作の変化を模式的に示した図である。ここでは、メニス
カスの移動速度を、ノズル中心軸に対して平行な方向の
成分（Ｙ成分）と、ノズル中央（中心軸）に向かう方向
の成分（Ｒ成分）の二つの成分に分けて考える。微小滴
吐出を実現するためには、Ｒ成分の大きな速度ベクトル
をメニスカスに生じさせ、ノズル中央部で激しい液面干
渉を発生させることが必要となる。
【００２３】流体解析および実測評価の結果、図１０
（ａ）に示すように、引き込まれたメニスカスがノズル
のストレート部内に留まっている場合（Ｄ≪ｌｎ）に
は、「押し」を加えられたメニスカスは、Ｙ成分が大き
な速度ベクトルをもつことが明らかになった。つまり、
Ｄ≪ｌｎの条件では、Ｒ成分の大きな速度ベクトルが得
られないため、ノズル中央部での液面干渉を効率的に発
生させることができず、微小滴吐出に不利となることが
明らかになった。
【００２４】一方、図１０（ｂ）に示すように、メニス
カスの引き込み量Ｄとノズルストレート部の長さｌｎを
ほぼ同等に設定した場合には、「押し」を加えた際に、
Ｒ成分が支配的な速度ベクトルがメニスカスに発生する
ことが明らかになった。これは、ノズルストレート部の
下端近傍では、Ｒ成分の大きな流速分布が発生するため
であると考えられる。つまり、Ｄ≒ｌｎと設定すること
により、メニスカス先端部においてＲ成分の大きな速度
ベクトルを発生させることができる。これにより、ノズ
ル中央部において激しい液面干渉を発生でき、極めて細
い液柱を形成することが可能となる。
【００２５】以上のように、微小滴吐出に不可欠となる
激しい液面干渉（極細液柱）を発生させるためには、特
願平１１−２３７７９１号および特願２０００−１４６
９９２号で述べられているように、液面速度を増加させ
るだけでなく、メニスカス先端部近傍における速度ベク
トルのＲ成分が増加するように、メニスカス引き込み量
Ｄとノズルストレート部長さｌｎの関係を設定すること
が重要である。本発明の液滴吐出ヘッドの駆動方法で
は、ノズル中央部において激しい液面干渉を発生させら
れるように、メニスカスの引き込み量Ｄを０．８ ｌｎ
≦Ｄ≦１．５ ｌｎの条件を満足するようになるように
設定している点に大きな特徴がある。
【００２６】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッドの
駆動方法は、前記圧力発生室内に発生する圧力波の固有
周期をＴｃとしたとき、前記第２電圧変化プロセスの電
圧変化時間を前記固有周期Ｔｃの１／３以下に設定す
る。これにより、第２電圧変化プロセス印加時に大きな
粒子速度が得られると共に、液柱からの液滴分離を早期
に実行することができるため、滴体積の小さな微小滴を
吐出できるという効果が得られる。
【００２７】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッドの
駆動方法は、前記駆動電圧の電圧波形が、前記第２電圧
変化プロセスの直後に、前記圧力発生室の体積を膨張さ
せるための第３電圧変化プロセスを含み構成される。こ
れにより、液柱からの液滴分離をさらに早期に実行する
ことができるため、滴体積のさらに小さな微小滴を吐出
できるという効果が得られる。なお、上記効果を有効に
得るためには、前記第３電圧変化プロセスの電圧変化時
間は、前記固有周期Ｔｃの１／３以下に設定することが
好ましい。また、前記第２電圧変化プロセスの終了時刻
と、前記第３電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔
は、前記固有周期Ｔｃの１／５以下に設定することが好
ましい。
【００２８】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッドの
駆動方法は、前記駆動電圧の電圧波形が、前記第３電圧
変化プロセスの直後に、前記圧力発生室の体積を収縮さ
せるための第４電圧変化プロセスを含み構成される。こ
れにより、微小滴吐出後の圧力波残響を抑制することが
でき、微小滴を連続吐出した際の安定性を向上できると
いう効果が得られる。なお、上記効果を有効に得るため
には、前記第４電圧変化プロセスの電圧変化時間を、前
記固有周期Ｔｃの１／２以下に設定することが好まし
い。
【００２９】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッドの
駆動方法は、前記第１電圧変化プロセスの電圧変化時間
を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔａより
も大きく、前記固有周期Ｔｃよりも小さく設定する。こ
れにより、メニスカスの引き込み時に良好なメニスカス
形状を得ることができ、微小滴吐出を安定化できるとい
う効果が得られる。
【００３０】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッドの
駆動方法は、前記第１電圧変化プロセスの電圧変化時間
を、前記圧力発生室内における圧力波固有周期Ｔｃの略
１／２とし、かつ、前記第２電圧変化プロセスの開始時
刻を前記第１電圧変化プロセスの終了直後に設定する。
これにより、第２電圧変化プロセス印加時に、メニスカ
スに大きな粒子速度を発生させることができるため、ノ
ズル中央部での液面干渉を強化でき、滴体積のさらに小
さな微小滴を吐出することが可能になるという効果が得
られる。なお、上記効果を有効に得るためには、前記第
１電圧変化プロセスの終了時刻と、前記第２電圧変化プ
ロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔｃの
１／５以下に設定することが好ましい。
【００３１】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッドの
駆動方法は、前記第１電圧変化プロセスの電圧変化時間
ｔ１と、前記第１電圧変化プロセスの終了時刻と前記第
２電圧変化プロセスの開始時刻の時間間隔ｔ２を、 の関係式を満足するように設定する。これにより、第２
電圧変化プロセス印加時に、メニスカスに大きな粒子速
度を発生させることができるため、ノズル中央部での液
面干渉を強化でき、滴体積のさらに小さな微小滴を吐出
することが可能になるという効果が得られる。
【００３２】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッドの
駆動方法は、前記第２電圧変化プロセスの電圧変化時間
を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔａと同
等もしくはそれ以下に設定する。これにより、第２電圧
変化プロセス印加時に極めて大きな粒子加速度が得られ
ると共に、液柱から液滴を極めて早期に分離することが
でき、滴体積の非常に小さな微小滴を吐出できるという
効果が得られる。なお、上記効果を有効に得るために
は、前記第３電圧変化プロセスの電圧変化時間を、前記
電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔａと同等もしく
はそれ以下に設定し、かつ、前記第２電圧変化プロセス
の開始時刻と前記第３電圧変化プロセスの開始時刻との
差ｔ０を、 Ｔａ／２≦ｔ０≦Ｔａ の条件が満足されるように設定することが好ましい。
【００３３】また、上述の課題を解決するために、本発
明に係わる液滴吐出ヘッドは、テーパー角の小さい略ス
トレート形状のストレート部を有するノズル、該ノズル
と連通する圧力発生室、および電気機械変換器とを少な
くとも有し、前記電気機械変換器に、前記圧力発生室の
体積を膨張させて前記ノズル部のメニスカスを前記圧力
発生室側に引き込むための第１電圧変化プロセスと、次
いで前記圧力発生室の体積を収縮させて液滴を吐出させ
るための第２電圧変化プロセスとを少なくとも含み構成
される駆動電圧を印加し、前記圧力発生室内に圧力変化
を生じさせることにより前記ノズルから液滴を吐出させ
る液滴吐出ヘッドであって、前記第２電圧変化プロセス
を印加する時点における時における前記メニスカスの引
き込み量をＤとしたとき、前記ストレート部の長さｌｎ
を Ｄ／１．５≦ｌｎ≦Ｄ／０．８ の条件を満足するように設定することを特徴とする。こ
れにより、液柱形成過程において、凹形状のメニスカス
をノズル中央部で激しく干渉させることができ、滴体積
の極めて小さな微小液滴を吐出することが可能となる。
【００３４】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッド
は、前記ノズルが、前記ストレート部と接続されたテー
パ部を有する。これにより、メニスカス引き込み時にお
けるノズル内部への気泡巻き込みを防止することがで
き、信頼性に優れた液滴吐出ヘッドを実現できるという
効果が得られる。
【００３５】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッド
は、前記ノズルの開口径をｄｎとしたとき、前記ストレ
ート部の長さｌｎが、 ０．８ ｄｎ≦ｌｎ≦２．０ ｄｎ の条件式を満足するように設定される。これにより、最
低限のメニスカス引き込みによって、微小滴吐出に有利
となる曲率半径の小さなメニスカスを得ることができる
という効果が得られる。
【００３６】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッド
は、前記圧力波の固有周期Ｔｃを１５μｓ以下に設定す
る。これにより、第２電圧変化プロセス印加時に大きな
メニスカス速度変化が得られ、滴体積の小さな微小滴を
吐出できるという効果が得られる。
【００３７】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッド
は、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔａを５
μｓ以下に設定する。これにより、電気機械変換器の固
有振動を利用した駆動方法を用いる場合において、第２
電圧変化プロセス印加時に非常に大きな速度変化を生じ
ることができ、滴体積のさらに小さな微小滴を吐出でき
るという効果が得られる。
【００３８】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッド
は、前記ノズルの開口径を２０μｍ以下に設定する。こ
れにより、微小滴吐出に有利となる曲率半径の小さなメ
ニスカスを得ることができるという効果が得られる。
【００３９】また、本発明の好ましい液滴吐出ヘッド
は、前記電気機械変換器が、圧電振動子を含み構成され
る。これにより、微小滴吐出に必要な圧力波を圧力発生
室内に有効に発生させることができるという効果が得ら
れる。なお、滴体積の小さな液滴吐出を実現するために
は、前記圧電振動子は縦振動モードの圧電振動子である
ことが好ましい。
【００４０】また、本発明に係る液滴吐出装置は、前記
液滴吐出ヘッドを搭載してなることを特徴とする。これ
により、極めて微小な液滴を媒体上に吐出させることが
でき、高画質の画像記録、高密度の配線パターン形成、
高密度ディスプレイパネルの製造等を可能とすることが
できる。
【００４１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【００４２】［第１の実施の形態］図１は本発明の液滴
吐出ヘッドの第１の実施の形態におけるノズル部の拡大
図、図２はこの第１の実施の形態の液滴吐出ヘッドの駆
動波形（電気機械変換器に印加する駆動電圧の電圧波
形）を示す図である。液滴吐出ヘッド全体の基本構成
は、図６に示す従来の液滴吐出ヘッドと同一とした。
【００４３】この第１の実施の形態の液滴吐出ヘッド
は、エッチング等によって穿孔加工された複数のステン
レス板（厚さ５０〜１５０μｍ）を、接着剤によって積
層接合することにより作製した。ヘッドには３２個の圧
力発生室１（図６の紙面垂直方向に配列）が設けられて
おり、それらは供給路５を介して共通流路４によって連
結されている。共通流路４は液体タンク（図示せず）と
連結されており、各圧力発生室１に液体を導く働きをし
ている。各圧力発生室１には、液滴８を吐出するための
ノズル２が連結されている。また、圧力発生室１の底面
には振動板６が形成されており、振動板６には電気機械
変換器としての圧電アクチュエータ（圧電振動子）７が
取り付けられている。この圧電アクチュエータ７に駆動
波形（駆動電圧）を印加すると、圧電アクチュエータ７
が変形し、液体が充填された圧力発生室１を膨張または
圧縮させる。圧力発生室１に体積変化が生じると、圧力
発生室１内に圧力波が発生する。この圧力波の作用によ
ってノズル部の液体が運動し、ノズル２から外部へ排出
されることにより液滴８が形成される。
【００４４】この第１の実施の形態において、ノズル２
はポリイミドフィルムをエキシマレーザーで穿孔するこ
とにより形成した。ノズル開口径は２０μｍ、ノズル長
さは２５μｍであり、ノズル２の断面形状はテーパー角
１０°以下の略ストレート形状とした（図１参照）。す
なわち、この第１の実施の形態では、ノズル２はストレ
ート部のみから構成される。
【００４５】供給路５はステンレス板をプレスによって
穿孔することにより形成し、開口径約３０μｍ、長さ７
５μｍのテーパー形状とした。振動板６には電鋳（エレ
クトロフォーミング）で成形したニッケルの薄板を用い
た。圧電アクチュエータ７には積層型圧電セラミクスを
用いた。
【００４６】図２７は、圧電アクチュエータを駆動する
ための駆動回路の基本構成を示す図である。駆動回路
は、波形発生回路４１、増幅回路４２、およびスイッチ
ング回路（トランスファ・ゲート回路）４３を含み構成
される。波形発生回路４１は、デジタル・アナログ変換
回路と積分回路とから構成され、駆動波形データをアナ
ログ変換した後、積分処理して駆動波形信号を発生す
る。増幅回路４２は、波形発生回路４１から供給された
駆動波形信号を電圧増幅および／または電流増幅して増
幅駆動波形信号として出力する。スイッチング回路４３
ａ、４３ｂ、４３ｃは、液滴吐出のオン・オフ制御を行
うもので、画像パターンデータ等をもとに生成された信
号に基づいて、駆動波形信号を圧電アクチュエータ７に
印加する。
【００４７】なお、吐出させる液滴の径を多段階に切り
替える場合、すなわち滴径変調を実行する場合には、図
２８に示すような駆動回路を使用する。この例の駆動回
路では、滴径を３段階（大滴、中滴、小滴）に変調する
ために、それぞれの滴径に応じた３種類の波形発生回路
４１ａ、４１ｂ、４１ｃを具備しており、各波形は増幅
回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃによって増幅される。記録
時には、画像パターンデータ等をもとに、圧電アクチュ
エータ７に印加される駆動波形がスイッチング回路４３
ａ、４３ｂ、４３ｃによって切り替えられ、所望滴径の
液滴が吐出される。なお、圧電アクチュエータを駆動す
るための駆動回路は、この実施の形態に示した構成のも
のに限らず、他の構成のものを用いることも可能であ
る。
【００４８】この第１の実施の形態で使用した駆動波形
は、図２に示すように、吐出直前に圧力発生室１を膨張
させるための第１電圧変化プロセス５１、圧力発生室１
を急激な速度で圧縮するための第２電圧変化プロセス５
２、圧力発生室１を急激な速度で膨張させるための第３
電圧変化プロセス５３、および圧力発生室１を再び急激
な速度で圧縮するための第４電圧変化プロセス５４、お
よび印加電圧を基準電圧に戻すための第５電圧変化プロ
セス５５によって構成されている。それぞれの電圧変化
における電圧変化時間および電圧変化量は、区間ｔ１＝
２μｓ、区間ｔ ２＝２μｓ、区間ｔ３＝２μｓ、区間ｔ
４＝０．５μｓ、区間ｔ５＝２μｓ、区間ｔ６＝０．３
μｓ、区間ｔ７＝２．２μｓ、区間ｔ８＝６μｓ、電圧
変化量Ｖ １＝１５Ｖ、電圧変化量Ｖ２＝８Ｖ、電圧変化
量Ｖ３＝１４Ｖ、バイアス電圧Ｖ ｂ＝２０Ｖに夫々設定
した。
【００４９】この駆動波形が圧電アクチュエータに印加
されると、第１電圧変化プロセス５１によってノズル開
口部のメニスカスが一旦圧力発生室側に引き込まれ、凹
形状のメニスカスを形成する（図１、図８（ｂ）参
照）。その後、第２電圧変化プロセス５２が加えられる
と、ノズル中央部に細い液柱が形成され、更に第３電圧
変化プロセス５３によって液柱が早期に分断されること
により、ノズル径よりも小さな液滴が吐出される。ま
た、液滴吐出後に残存する圧力波の残響は、第４電圧変
化プロセス５４によって抑制される。
【００５０】ここで、メニスカスの粒子速度および位置
を理論計算によって求めるための等価電気回路モデルに
ついて説明する。図１１（ａ）は、図６に示した液滴吐
出ヘッドを等価電気回路に置き換えたものである。ここ
で、ｍはイナータンス［ｋｇ／ｍ４］、ｒは音響抵抗
［Ｎｓ／ｍ５］、ｃは音響容量［ｍ５／Ｎ］、ｕは体積
速度［ｍ３／ｓ］、φは圧力［Ｐａ］を表わし、添字の
０は駆動部（圧電アクチュエータ）、添字の１は圧力発
生室、添字の２は供給路、添字の３はノズルをそれぞれ
意味している。
【００５１】図１１（ａ）の回路において、圧電アクチ
ュエータに高剛性の積層型圧電アクチュエータを使用
し、かつ、駆動波形の各電圧変化プロセスが、圧電アク
チュエータの固有振動の固有周期Ｔａ（後述）よりも大
きく設定されている場合には、振動系のイナータンスｍ
０、音響抵抗ｒ０、および音響容量ｃ０は無視すること
ができる。また、圧力波の解析時には、ノズルの音響容
量ｃ３も無視することができるため、図１１（ａ）の回
路は図１１（ｃ）のように簡略化できる。
【００５２】ノズルと供給路のイナータンスおよび音響
抵抗に、ｍ２＝ｋ・ｍ３、ｒ２＝ｋ・ｒ３の関係が成り
立つと仮定し、図１２（ａ）のように立ち上がり角度θ
をもつ駆動波形を入力した場合について回路解析を行う
と、０≦ｔ≦ｔ１の時間内におけるノズル部での粒子速
度ｖ３’は、 のように表わされる（Ａ３はノズル開口面積）。
【００５３】図１２（ｂ）のような複雑な形状の駆動波
形を用いた場合の粒子速度は、駆動波形の各節（Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ）で発生する粒子速度を重ね合わせていくこ
とによって求めることができる。すなわち、図１２
（ｂ）の駆動波形で発生する粒子速度ｖ３は、 のように表わされる。
【００５４】図３の実線は、図２の駆動波形を入力した
際のメニスカスの粒子速度を式（２）によって求めた結
果である。なお、式（２）により求めた粒子速度は、レ
ーザードップラー計を用いて実測した結果（図３の点
線）と良く一致しており、式（２）によってメニスカス
の粒子速度を正確に求められることが確認された。な
お、本実施の形態の液滴吐出ヘッドにおいて、圧力発生
室１内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃは１０μｓであ
った。
【００５５】液滴吐出直前のメニスカス引き込み量（体
積）は、図３の斜線部の面積とノズル開口径の積として
求めることができる。メニスカスの断面形状を放物線状
と近似すると、本実施の形態でのメニスカス引き込み量
（先端位置）Ｄは約３０μｍと算出される。すなわち、
本実施の形態では、図１に示すように、引き込まれたメ
ニスカスの先端がノズルの下端よりも僅かに飛び出した
状態となる。
【００５６】上記のように、メニスカスの引き込み量Ｄ
をノズル長さｌｎとほぼ同等に設定することにより、第
２電圧変化プロセス５２によってメニスカスに「押し」
を加えた際に、メニスカス先端部近傍においてＲ成分の
大きな速度ベクトルを発生させることができる（図１０
参照）。これにより、ノズル中央部において激しい液面
干渉を発生でき、極めて細い液柱を形成することが可能
となる。実際に本実施の形態の液滴吐出ヘッドを用いて
吐出実験を行った結果、滴体積１ｐｌ、滴速８ｍ／ｓの
微小滴吐出を実行することができた。
【００５７】図４は、メニスカスの引き込み量Ｄおよび
ノズル長さｌｎを変化させて、得られる最小滴径を調べ
た結果である。メニスカスの引き込み量Ｄは、図２の駆
動波形における電圧変化量Ｖ１を増減することによって
変化させた。この結果から、メニスカスの引き込み量Ｄ
を０．８ ｌｎ≦Ｄ≦１．５ ｌｎの範囲内に設定すると
非常に小さな滴が得られるのに対し、Ｄ≦０．８ ｌｎ
では十分な微小滴吐出が実行困難であることがわかる。
これは、Ｄ≦０．８ ｌｎの条件では、メニスカスにＲ
成分の大きな速度ベクトルを発生させることができない
ためである。また、Ｄ≧１．５ ｌｎの範囲でも滴体積
の増加が確認された。これは、メニスカスの引き込み量
Ｄがノズル長さｌｎを大きく超えると、メニスカス形状
が図１３に示すようになり、メニスカスの曲率半径が増
加するためと考えられる。従って、滴体積の小さな微小
滴を安定に吐出させるためには、メニスカスの引き込み
量Ｄを ０．８ ｌｎ≦Ｄ≦１．５ ｌｎ （３） の範囲内に設定することが最適である。
【００５８】また、本実施の形態では、微小滴吐出の安
定性および均一性が非常に高いことが確認された。具体
的には、ヘッド内に設けた３２個のイジェクタから微小
滴を同時吐出した場合、各ノズルから吐出される微小滴
の滴体積および滴速にそれぞれ約±２％以内の均一性を
得ることができた。また、駆動周波数を１〜１５ｋＨｚ
の範囲で変化させても、滴体積および滴速の変化を±３
％以内に抑えられることが確認された。従来の液滴吐出
ヘッドおよび駆動方法では、イジェクタ間に約±５％以
上、駆動周波数によって約±８％以上の滴体積および滴
速の変化が発生していたのと比較すると、本発明の液滴
吐出ヘッドは、微小滴吐出の安定性および均一性に非常
に優れていると言える。
【００５９】本発明の液滴吐出ヘッドおよび駆動方法
で、微小滴吐出の安定性および均一性を向上できる理由
は、微小滴吐出に必要となる極細液柱の形成方法に依っ
ている。すなわち、従来の微小滴吐出方法では、駆動波
形の最適化のみによって極細液柱の形成を行っていたた
め、イジェクタ間の固有周期Ｔｃのばらつき等によって
液柱の形成状態が変化し、結果的に滴体積や滴速に大き
なばらつきを発生させていた。一方、本発明の液滴吐出
ヘッドおよび駆動方法は、メニスカス引き込み量とノズ
ル形状の最適設定によって極細液柱を形成している。メ
ニスカス引き込み量やノズル形状は、固有周期Ｔｃなど
と比較すると、均一性を確保することが容易である。従
って、本発明の液滴吐出ヘッドおよび駆動方法では、高
い安定性および均一性を有する微小滴吐出が可能とな
る。
【００６０】なお、本実施の形態では、ノズル開口径を
２０μｍ、ノズル長さを２５μｍに設定したが、これは
微小滴吐出に有利となる曲率半径の小さなメニスカスを
形成するためである。すなわち、引き込まれたメニスカ
スの断面形状を放物線状と見なすと、メニスカス先端の
曲率半径Ｒは、 Ｒ＝ｄｎ ２／（８・Ｄ） （４） によって表わされる。
【００６１】つまり、メニスカス先端の曲率半径Ｒを小
さくするためには、ノズル径ｄｎの減少およびメニスカ
ス引き込み量Ｄの増加が有効となる。そこで、本実施の
形態では、ノズル開口径を２０μｍと小さく設定し、さ
らにノズル長さｌｎ（≒メニスカス引き込み量Ｄ）を２
５μｍと大きく設定することにより、微小滴吐出に有利
となる曲率半径の小さなメニスカスを形成した。
【００６２】また、流体解析の結果、メニスカスの引き
込み量Ｄがノズル径ｄｎに対して一定以上大きくなる
と、メニスカス形状が放物線でなくなり、曲率半径もあ
まり減少しなくなることが明らかになった。また、吐出
実験の結果、メニスカスの引き込み量を非常に大きく設
定すると、特に連続吐出時における微小滴吐出の安定性
が低下することも明らかになった。従って、メニスカス
の引き込み量Ｄは必要最低限に設定することが望まし
い。
【００６３】図５は、メニスカス引き込み量Ｄと曲率半
径Ｒとの関係を調べた結果である。Ｄ≦２．０ ｄｎの
範囲では、ＤとＲの間に式（４）の関係が成り立つが、
Ｄ＞２．０ ｄｎの範囲では、ＲはＤに依存しなくなる
ことが明らかになった。また、Ｄ≦０．８ ｄｎの範囲
では、小さな曲率半径Ｒを得ることが困難である。従っ
て、曲率半径の小さなメニスカスを最低限のメニスカス
引き込み量で得るためには、ノズル開口径ｄｎとノズル
長さｌｎ（≒メニスカス引き込み量Ｄ）の関係を、 ０．８ ｄｎ≦ｌｎ≦２．０ ｄｎ の条件式を満足するように設定することが望ましい。
【００６４】また、微小滴吐出に有利な曲率半径の小さ
なメニスカスを得るためには、ノズル（またはノズルの
ストレート部）のテーパー角θｎは小さいことが望まし
く、具体的には１０°以下であることが好ましい。ただ
し、この範囲外のテーパー角を用いても不十分ながら本
発明の効果を得ることは可能である。
【００６５】なお、滴体積の小さな液滴を吐出するため
には、本実施の形態のように、第２電圧変化プロセス５
２の電圧変化時間ｔ３および第３電圧変化プロセス５３
の電圧変化時間ｔ５を固有周期Ｔｃの１／３以下に設定
することが好ましい。また、第２電圧変化プロセス５２
の終了時刻と第３電圧変化プロセス５３の開始時刻との
時間間隔（ｔ４）を固有周期Ｔｃの１／５以下に設定す
ることが好ましい。なぜならば、こうした駆動波形を用
いることにより、滴吐出時に大きな粒子速度が得られる
と共に、液柱からの液滴分離を早期に実行することがで
き、滴体積の小さな微小滴を吐出することが可能となる
からである。すなわち、微小滴吐出を実行するために
は、図３の斜線部面積が小さくなるほど有利となるが、
上記のような駆動波形を用いることにより、斜線部面積
の小さな粒子速度変化を得ることが可能となる。
【００６６】また、安定した微小滴吐出を実現するため
には、本実施の形態のように、第４電圧変化プロセス５
４によって液滴吐出後の圧力波残響を抑制することが有
効となる。図３の粒子速度変化において、ｔ＞１２μｓ
では粒子速度の振幅が非常に小さくなっているが、これ
は、液滴吐出後における圧力波残響が第４電圧変化プロ
セス５４によって良好に抑制されているためである。こ
のように圧力波残響が抑制されると、微小滴を連続吐出
した場合に、直前の吐出の影響を受け難くなるため、微
小滴を安定に連続吐出することが可能となる。なお、残
響抑制を効果的に実行するためには、第４電圧変化プロ
セス５４の電圧変化時間ｔ７を、前記固有周期Ｔｃの１
／２以下に設定することが好ましい。
【００６７】［第２の実施の形態］図１４は本発明の液
滴吐出ヘッドの第２の実施の形態におけるノズル形状を
示した図である。ノズル以外の部分の構造は、第１の実
施の形態と同一とした。すなわち、本実施の形態の液滴
吐出ヘッドは、ノズルをストレート部２３とテーパー部
２４の組み合わせにより構成している点に特徴がある。
【００６８】ノズルをこうした構造とすることにより、
ノズル内部への気泡巻き込みの発生を有効に防止するこ
とが可能となり、吐出安定性および信頼性の高い液滴吐
出ヘッドを実現することが可能となる。すなわち、本発
明では、ノズルストレート部２３の長さとほぼ同程度ま
でメニスカスの引き込みを行うため、ノズル内部に気泡
を巻き込みやすいという問題がある。特に、第１の実施
の形態のようにノズルをストレート部のみで構成した場
合には、ストレート部の下端に大きな段差が形成される
ため、気泡が段差部に留まりやすく、気泡巻き込みが発
生しやすい。液滴吐出ヘッドは、圧力発生室内に発生さ
せた圧力波によって液滴を吐出させるため、流路内に気
泡が存在すると正常な圧力波を発生できなくなり、吐出
状態が大きく変化してしまう。特に、メニスカス制御に
よる微小滴吐出は圧力波の特性（振幅、固有周期）に敏
感であるため、気泡巻き込みが発生すると吐出が不可能
になってしまう可能性が高い。
【００６９】そこで本実施の形態では、ノズル２をスト
レート部２３とテーパー部２４により構成し、ストレー
ト部２３の下端に段差が発生することを防いでいる。テ
ーパー部２４の形状は、気泡巻き込み防止するという作
用と、メニスカス９にＲ成分の大きな速度ベクトルを発
生するという作用を両立できるように設定している。本
実施の形態においてノズル２は、ステンレス板をプレス
によって穿孔することにより形成した。ノズル開口径ｄ
ｎは２０μｍ、ストレート部２３の長さｌｎは２５μ
ｍ、テーパー部２４の長さは３０μｍ、テーパー部のテ
ーパー角θｔは約４５°とした。
【００７０】本実施の形態の液滴吐出ヘッドを用いて吐
出実験を実施した結果（図２の駆動波形を使用）、１ｐ
ｌの微小滴を１０ｋＨｚの駆動周波数で１時間連続吐出
しても、気泡巻き込みが全く発生しないことが確認され
た。一方、第１の実施の形態のインクジェット記録ヘッ
ドについても同様の吐出試験を実施したところ、約１％
のノズルで気泡巻き込みによる不吐出が発生した。この
ことから、ノズルをストレート部とテーパー部により構
成した本実施の形態は、液滴吐出ヘッドの信頼性を向上
させるのに有効であると言える。
【００７１】なお、ストレート部の下端に接続する部分
の形状はテーパー形状であることが最適であるが、メニ
スカスにＲ成分の大きな速度ベクトルを発生でき、か
つ、気泡巻き込みの抑制作用を得ることができれば、テ
ーパー形状以外の形状を適用してもかまわない。
【００７２】また、テーパー部２４のテーパー角θ
ｔは、気泡巻き込み防止するという作用と、メニスカス
先端にＲ成分の大きな速度ベクトルを発生するという作
用を両立するという観点から、３０〜６０°の範囲が好
ましいが、この範囲外のテーパー角を用いても不十分な
がら本発明の効果を得ることは可能である。
【００７３】なお、ストレート部とテーパー部の組み合
わせによるノズル構成は、従来から知られているが（例
えば特開平１０−２２６０７０号公報）、これらの従来
技術は、本発明とは全く異なるものである。すなわち、
従来のノズルでは、ストレート部はノズル開口径精度の
確保や液滴の吐出方向精度を向上させることを目的とし
て設けられており、その長さは通常１０〜２０μｍ程度
と小さい。また、テーパー部のテーパー角も通常２０°
以下と小さい。そのため、従来のノズルを用いてメニス
カス制御方式による微小滴吐出を行った場合、本発明が
目的としている超微小滴の吐出（ノズル中央部での激し
いメニスカス干渉）を実現することは極めて困難であ
る。なぜならば、従来ノズルを用いてメニスカス制御方
式による微小滴吐出を行う場合、図１５に示すように、
メニスカスはテーパー部の内部まで引き込まれる必要が
ある（ストレート部の長さが短いため）。そのため、メ
ニスカス先端の曲率半径は増大してしまう。また、テー
パー部のテーパー角が小さいため、「押し」を加えた際
にメニスカスの速度ベクトルには大きなＲ成分を得るこ
とが困難である。実際、図１５に示した従来ノズルを用
いて微小滴吐出を行った結果、吐出できる微小滴は２ｐ
ｌが限界であった。
【００７４】つまり、ノズルをストレート部とテーパー
部により構成するだけでは本発明の効果を得ることはで
きず、あくまでもストレート部の長さｌｎとメニスカス
引き込み量Ｄの関係を最適設定することにより始めて本
発明の効果を得ることが可能となる。
【００７５】［第３の実施の形態］図１６は、本発明の
液滴吐出ヘッドの第３の実施の形態における駆動波形で
ある。本駆動波形は、吐出直前に圧力発生室を膨張させ
るための第１電圧変化プロセス５１、圧力発生室を急激
な速度で圧縮するための第２電圧変化プロセス５２、圧
力発生室を急激な速度で膨張させるための第３電圧変化
プロセス５３、および圧力発生室を再び急激な速度で圧
縮するための第４電圧変化プロセス５４、および印加電
圧を基準電圧に戻すための第５電圧変化プロセス５５に
よって構成されている。すなわち、本駆動波形の基本要
素は第１の実施の形態と同様であるが、第１電圧変化プ
ロセス５１の電圧変化時間ｔ１を固有周期Ｔｃ（＝２π
／Ｅｃ）の略１／２に設定し、かつ、第１電圧変化プロ
セス５１の終了時刻と第２電圧変化プロセス５２の開始
時刻との間隔（ｔ２）を非常に小さく設定している点に
特徴がある。これは、以下に述べるように、第２電圧変
化プロセス５２の印加時にメニスカスに大きな粒子加速
度を発生させ、滴体積のさらに小さな微小滴を吐出可能
とするためである。
【００７６】図１７は、図１６の駆動波形に対し、式
（２）を用いて粒子速度ｖ３を求めた結果である（式
（１）の振動成分のみを考慮）。図１７において、細線
はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各節で発生するそれぞれの粒子速度
を示しており、太線はそれらを重ね合わせた粒子速度、
すなわち実際にメニスカスに生じる粒子速度変化を表わ
している。
【００７７】駆動波形において、ｔ１を固有周期Ｔｃの
１／２に設定し、ｔ２を極めて小さく設定した場合、図
１７に示すように、節Ａ、節Ｂ、および節Ｃで発生する
粒子速度変化の位相はほぼ一致する。そのため、（ｔ１
＋ｔ２）≦ｔ≦（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）の時間範囲（図１
７のｂの時間範囲）において、粒子速度の振幅が急激に
増加し、非常に急峻な速度変化が生じる。
【００７８】前述したように、液柱形成過程におけるメ
ニスカスの速度が大きいほど、ノズル中央部で激しいメ
ニスカス干渉が発生し、微小滴の吐出に有利な極細液柱
の形成が可能となる。従って、図１２（ａ）に示すよう
に、節Ａ、節Ｂ、および節Ｃで発生する粒子速度変化の
位相はほぼ一致させ、（ｔ１＋ｔ２）≦ｔ≦（ｔ１＋ｔ
２＋ｔ３）の時間範囲で大きな粒子加速度を発生させる
ことは、微小滴吐出に極めて有利となる。
【００７９】本実施の形態で用いた液滴吐出ヘッドの固
有周期Ｔｃは１０μｓであるため、第１電圧変化プロセ
ス５１の電圧変化時間ｔ１は５μｓに設定し、ｔ２は
０．５μｓに設定した。なお、上述した粒子速度の位相
一致の効果を得るためには、ｔ ２は固有周期Ｔｃの１／
５以下に設定することが望ましい。
【００８０】また、メニスカスの引き込み量Ｄが０．８
ｌｎ≦Ｄ≦１．５ ｌｎの条件を満足するように、電圧
変化量Ｖ１は２５Ｖに設定した。また、区間ｔ３＝２μ
ｓ、区間ｔ４＝０．５μｓ、区間ｔ５＝２μｓ、区間ｔ
６＝０．３μｓ、区間ｔ７＝２．２μｓ、区間ｔ８＝１
７μｓ、電圧変化量Ｖ２＝８Ｖ、電圧変化量Ｖ３＝１３
Ｖ、バイアス電圧Ｖｂ＝２０Ｖに夫々設定した。
【００８１】本実施の形態の液滴吐出ヘッドを用いて吐
出実験を行った結果、滴体積０．５ｐｌ、滴速８．２ｍ
／ｓの微小滴吐出を実行することができた。このよう
に、メニスカス引き込み量Ｄをノズル長さｌｎに対して
最適設定すると同時に、駆動波形の節Ａ、節Ｂ、および
節Ｃで発生する粒子速度変化の位相を一致させ、「押
し」の際のメニスカスの粒子加速度を増加することによ
り、第１の実施の形態よりもさらに小さな微小滴吐出が
可能になることが確認された。すなわち、本実施の形態
は、メニスカス引き込み量Ｄの最適化と、「押し」の際
の粒子速度増加という、微小滴吐出に有効な二つの手段
を組み合わせたものである。
【００８２】［第４の実施の形態］図１８は、本発明の
液滴吐出ヘッドの第４の実施の形態における駆動波形で
ある。本駆動波形は、吐出直前に圧力発生室を膨張させ
るための第１電圧変化プロセス５１、圧力発生室を急激
な速度で圧縮するための第２電圧変化プロセス５２、圧
力発生室を急激な速度で膨張させるための第３電圧変化
プロセス５３、圧力発生室を再び急激な速度で圧縮する
ための第４電圧変化プロセス５４、および印加電圧を基
準電圧に戻すための第５電圧変化プロセス５５によって
構成されている。すなわち、本駆動波形の基本要素も第
１の実施の形態および第２の実施の形態と同様である
が、第１電圧変化プロセス５１の電圧変化時間ｔ１と、
第１電圧変化プロセス５１の終了時刻と第２電圧変化プ
ロセス５２の開始時刻との時間間隔（ｔ２）を一定の条
件を満足するように設定している点に特徴がある。これ
は、以下に述べるように、第２電圧変化プロセス５２の
印加時にメニスカスに大きな粒子加速度を発生させ、滴
体積のさらに小さな微小滴を吐出可能とするためであ
る。
【００８３】図１９は、図１８の駆動波形に対し、式
（２）を用いて粒子速度ｖ３を求めた結果である（式
（１）の振動成分のみを考慮）。図１９において、細線
はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各節で発生するそれぞれの粒子速度
を示しており、太線はそれらを重ね合わせた粒子速度、
すなわち実際にメニスカスに生じる粒子速度変化を表わ
している。
【００８４】式（１）から、節Ａ、Ｂ、Ｃで発生する粒
子速度ｖＡ、ｖＢ、ｖＣの振動成分は、それぞれ のように表わすことができる。なお、粒子速度の減衰は
影響が小さいため、ここでは式（１）の減衰項は無視す
ることにする。ここで、ａＡ、ａＢ、ａＣはそれぞれの
粒子速度の振幅であり、ａＡ＝ａＢである(駆動波形に
おける角度変化量が同一)。また、φＡ、φＢ、φＣは
それぞれの粒子速度変化の位相である。
【００８５】正弦波の重ね合わせにより、ｔ１＜ｔ＜
（ｔ１＋ｔ２）での粒子速度は で表わされる。ｔ＞（ｔ１＋ｔ２）では、上式で表わさ
れる粒子速度に、さらに節Ｃで発生する粒子速度が重畳
される。このとき、節Ｃで発生する粒子速度の位相φＣ
が上式の位相φＡ＋Ｂと一致したときに、ｔ＞（ｔ１＋
ｔ２）での振幅は最大となる。すなわち、 となるようにｔ２を設定すれば、ｔ＜（ｔ１＋ｔ２）に
おける粒子速度振幅は最大となる。
【００８６】図２０は、式（５）をもとに、粒子速度振
幅を最大とするｔ２の値をプロットした結果である（Ｔ
ｃ＝１０μｓとして計算）。ｔ１の設定値に応じて、最
適なｔ２が存在することがわかる。
【００８７】上記のように、式（５）に従ってｔ１、ｔ
２を設定した場合、図１９に示すように、（ｔ１＋
ｔ２）≦ｔ≦（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）の時間範囲（図１９
のｂの時間範囲）では、粒子速度の振幅が急激に増加
し、非常に急峻な速度変化が生じる。これにより、ノズ
ル中央部で激しいメニスカス干渉を生じさせることがで
き、微小滴の吐出に有利となる。
【００８８】本実施の形態では、式（５）の条件を満足
するように、ｔ１＝２μｓ、ｔ２＝１．５μｓに設定し
た。また、メニスカスの引き込み量Ｄが０．８ ｌｎ≦
Ｄ≦１．５ ｌｎの条件を満足するように、Ｖ１＝１５
Ｖに設定した。区間ｔ３＝２μｓ、区間ｔ４＝０．５μ
ｓ、区間ｔ５＝２μｓ、区間ｔ６＝０．３μｓ、区間ｔ
７＝２．３μｓ、区間ｔ８＝８μｓ、電圧変化量Ｖ２＝
１０Ｖ、電圧変化量Ｖ ３＝１３Ｖ、バイアス電圧Ｖｂ＝
２０Ｖに夫々設定した。
【００８９】本実施の形態の液滴吐出ヘッドを用いて吐
出実験を行った結果、滴体積０．６ｐｌ、滴速８．０ｍ
／ｓの微小滴吐出を実行することができた。
【００９０】［第５の実施の形態］図２１は、本発明の
液滴吐出ヘッドの第５の実施の形態における駆動波形で
ある。本駆動波形は、吐出直前に圧力発生室を膨張させ
るための第１電圧変化プロセス５１、圧力発生室を急激
な速度で圧縮するための第２電圧変化プロセス５２、圧
力発生室を急激な速度で膨張させるための第３電圧変化
プロセス５３、圧力発生室を再び急激な速度で圧縮する
ための第４電圧変化プロセス５４、および印加電圧を基
準電圧に戻すための第５電圧変化プロセス５５によって
構成されている。すなわち、本駆動波形の基本要素も第
１〜第３の実施の形態と同様であるが、第２電圧変化プ
ロセス５２の電圧変化時間ｔ３と、第３電圧変化プロセ
ス５３の電圧変化時間ｔ５を圧電アクチュエータ自体の
固有周期Ｔａよりも小さく設定している点に特徴があ
る。これは、以下に述べるように、第２電圧変化プロセ
ス５２の印加時にメニスカスに大きな粒子加速度を発生
させ、滴体積のさらに小さな微小滴を吐出可能とするた
めである。
【００９１】ここで、本実施の形態の駆動波形が滴体積
の小さな微小滴を吐出するのに有利である理由を、等価
電気回路モデルを用いて説明する。液滴吐出ヘッドの等
価電気回路は、前述したように、図１１（ａ）によって
表わされる。圧電アクチュエータに、高剛性の圧電アク
チュエータ（縦振動モードの積層圧電アクチュエータな
ど）を使用した場合には、図１１（ａ）の回路には、前
述した図１１（ｃ）の振動系と共に、図１１（ｂ）に示
される振動系が含まれる。図１１（ｂ）は、圧電アクチ
ュエータ自体の固有振動を示しており、固有周期Ｔａは で表わされる。なお、固有周期Ｔａは、固定端−自由端
の棒が縦振動する際の固有周期として、 から近似的に求めることができる（Ｌは圧電アクチュエ
ータの長さ、ρｐおよびＥｐは圧電アクチュエータ材料
の密度および弾性係数）。
【００９２】本実施の形態の液滴吐出ヘッドでは、圧電
アクチュエータの長さＬは１．１ｍｍ、密度ρｐは８．
０×１０３ｋｇ／ｍ３、弾性係数Ｅｐは６８ＧＰａであ
るため、圧電アクチュエータ自体の固有周期Ｔａは１．
６μｓである。
【００９３】この圧電アクチュエータ自体の固有振動
は、特定の駆動波形を印加することにより励起すること
ができる。図２３は、図１１（ａ）の回路で、圧力φ
（駆動電圧に比例）を図２２（ａ）に示すように変化さ
せた場合におけるノズル部粒子速度ｖ３の変化を求めた
結果である。圧力φの立ち上げ時間ｔ１を固有周期Ｔａ
よりも大きく設定した場合には、図２３（ａ）に示すよ
うに、粒子速度ｖ３は固有周期Ｔｃで振動する。すなわ
ち、この場合、粒子速度ｖ３は図１１（ｃ）の回路のみ
によって支配される。これが、従来の液滴吐出ヘッドに
おける圧力発生形態である。一方、圧力φの立ち上げ時
間ｔ１を固有周期Ｔａと同等もしくはそれ以下に設定し
た場合、粒子速度ｖ３の変化は図２３（ｂ）に示すよう
になる。この場合、図１１（ｂ）の振動系が励起され、
その結果、粒子速度ｖ３の変化は固有周期Ｔｃの振動と
固有周期Ｔａの振動が重畳したものとなる。つまり、圧
力φの立ち上げ時間を固有周期Ｔａと同等もしくはそれ
以下に設定することにより、圧電アクチュエータ自体の
固有周期でメニスカスを振動させることが可能となる。
【００９４】次に、圧力φの変化を、図２２（ｂ）に示
すような台形波形状とした場合について考える。ここ
で、立ち上げ時間ｔ１および立ち下げ時間ｔ３は、どち
らも固有周期Ｔａと同等もしくはそれ以下に設定されて
おり、また、立ち上げの開始時刻と立ち下げの開始時刻
との時間差（ｔ０）を、Ｔａ／２≦ｔ０≦Ｔａに設定す
ると、メニスカスの粒子速度ｖ３は図２４に示すように
変化する。すなわち、立ち上げ部５７によって急激に伸
長された圧電アクチュエータが、圧電アクチュエータの
固有振動で縮もうとするタイミングに合わせて圧電アク
チュエータを収縮させる電圧変化５８が印加されるた
め、圧電アクチュエータは急激に収縮し、その結果、粒
子速度ｖ３は非常に早いタイミングでｖ３＝０に戻るこ
とになる。
【００９５】上記の作用を利用し、第２電圧変化プロセ
ス５２の電圧変化時間ｔ３を固有周期Ｔａと同等もしく
はそれ以下に設定することにより、「押し」の過程にお
けるメニスカス速度に大きな変化を生じさせることがで
きる。また、第３電圧変化プロセス５３の電圧変化時間
ｔ５を固有周期Ｔａと同等もしくはそれ以下に設定し、
かつ、第２電圧変化プロセス５２の開始時刻と第３電圧
変化プロセス５３の開始時刻との差ｔ０をＴａ／２≦ｔ
０≦Ｔａの範囲内に設定することにより、極めて早いタ
イミングで液柱から液滴を分離させることができ、滴体
積の極めて小さな液滴を吐出することが可能となる。図
２１の駆動波形は、そうした作用が得られるように、ｔ
３を０．５μｓ、ｔ４を１μｓ、ｔ５を０．５μｓに設
定している。すなわち、第１〜第４の実施の形態では、
図１１（ｃ）の回路のみを利用して液滴吐出を行ってい
たのに対し、本実施の形態では、駆動部（圧電アクチュ
エータ）自体の固有振動も利用して液滴吐出を行う点が
大きな特徴である。
【００９６】また、第１電圧変化プロセス５１の立ち下
げ時間ｔ１は、駆動波形の節Ａ、節Ｂ、および節Ｃで発
生する粒子速度変化の位相を一致させるために、固有周
期Ｔ ｃの１／２（５μｓ）に設定し、第１電圧変化プロ
セス５１と第２電圧変化プロセス５２との時間間隔（ｔ
２）は０．２μｓと小さく設定した。また、メニスカス
の引き込み量Ｄが０．８ ｌｎ≦Ｄ≦１．５ ｌｎの条件
を満足するように、電圧変化量Ｖ１は２０Ｖに設定し
た。この駆動波形を印加した際のメニスカスの動きをレ
ーザードップラー計によって観察した結果を図２５に示
す。
【００９７】実際に、図２１の駆動波形を用いて吐出実
験を行った結果、滴体積０．２ｐｌの液滴が、滴速５．
１ｍ／ｓで吐出されることが観察された。第１〜第４の
実施の形態よりも更に小さな液滴を吐出できたのは、上
述の圧電アクチュエータの固有振動を利用し、液柱形成
および液滴分離の過程におけるメニスカスの速度変化を
大きくしたためである。すなわち、本実施の形態は、メ
ニスカス引き込み量Ｄの最適化と、圧電アクチュエータ
自体の固有振動を利用したメニスカス粒子速度増加とい
う、微小滴吐出に有効な二つの手段を組み合わせたもの
である。
【００９８】なお、安定した微小滴吐出を実現するため
には、駆動波形の第１電圧変化プロセス５１の立ち下げ
時間ｔ１は、Ｔａ＜ｔ１≦Ｔｃの範囲内に設定すること
が望ましい。なぜならば、ｔ１≦Ｔａと設定すると、ｔ
≦ｔ１＋ｔ２の時間範囲においても固有周期Ｔａの振動
が生じてしまうため、メニスカス形状の正確な制御が困
難になったり、不要な吐出が発生したりするといった問
題が生じやすいためである。また、ｔ１＞Ｔｃに設定し
た場合にも、ｔ≦ｔ１＋ｔ２の時間範囲の粒子速度ｖ３
の変化が複雑化してしまい、やはりメニスカス形状の正
確な制御が困難となる。従って、ｔ１はＴａ＜ｔ１≦Ｔ
ｃの範囲内に設定することが望ましく、この場合、図２
５に示されるように、ｔ≦ｔ１＋ｔ２の時間範囲におい
ては固有周期Ｔａの振動が発生しないため、安定なメニ
スカス形状の制御が可能となる。
【００９９】［第６の実施の形態］図２６は、本発明の
第６の実施の形態である液滴吐出装置を示す図である。
本実施の形態の液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドを搭載
するキャリッジ３１と、キャリッジ３１を主走査方向３
６に走査するための主走査機構３３と、記録媒体として
の記録用紙３４を副走査方向３７に搬送するための副走
査機構３５とを含み構成されている。
【０１００】液滴吐出ヘッドはノズル面が記録用紙３４
と対向するようにキャリッジ３１上に搭載され、主走査
方向３６に搬送されながら記録用紙３４に対して液滴を
吐出することにより、一定のバンド領域３８に対して記
録を行う。次いで、記録用紙３４を副走査方向３７に搬
送し、再びキャリッジ３１を主走査方向３６に搬送しな
がら次のバンド領域を記録する。こうした動作を複数回
繰り返すことにより、記録用紙３４の全面にわたって画
像記録を行うことができる。
【０１０１】実際に、本実施の形態の液滴吐出装置を用
いて画像記録を行い、画像品質の評価を行った。液滴吐
出ヘッドには、上記第５の実施の形態で述べたヘッド構
造のものを使用した。イエロー、マゼンタ、シアン、ブ
ラックの４色のインクに対応させて、１色あたり２６０
個のイジェクタを有するマトリクス状配列ヘッドをキャ
リッジ３１上に並べて配置し、記録用紙３４上で４色の
ドットを重ねあわせることにより、フルカラーの画像記
録を行った。その結果、０．５ｐｌの微小滴を用いたた
めに、低濃度領域であるハイライト部での粒状感がまっ
たくない、極めて高い画像品質を得ることができた。
【０１０２】なお、本実施の形態ではヘッドをキャリッ
ジによって搬送しながら記録を行う形態としたが、ノズ
ルを記録媒体の全幅にわたって配置したライン型ヘッド
を用い、ヘッドを固定して、記録媒体のみを搬送しなが
ら記録を行うなど、別の装置形態に本発明を適用するこ
とも可能である。
【０１０３】また、本実施の形態では記録用紙に対する
画像記録装置（プリンタ）を挙げたが、本発明はこうし
た画像記録装置だけでなく、有機ＥＬ溶液を基板上に吐
出させてＥＬディスプレイパネルを形成したり、溶融状
態のハンダを基板上に吐出して電気実装用のバンプを形
成するなど、様々な工業的用途を対象とした液滴吐出装
置に適用することが可能である。
【０１０４】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、上記の実施の形態は本発明に好適な実施の形態を
示したものであり、本発明はこれらに限定されるもので
はない。すなわち、本発明の主旨を逸脱することなく、
種々の変形、改良、修正、簡略化などを上記実施の形態
に加えた他の形態をもって、本発明を実施することがで
きる。
【０１０５】例えば、上記実施の形態では圧電アクチュ
エータに圧電定数ｄ３３を利用した縦振動モードの圧電
アクチュエータを用いたが、圧電定数ｄ３１を利用した
縦振動モードのアクチュエータなど、他の形態のアクチ
ュエータを使用してもかまわない。また、上記実施の形
態では積層型の圧電アクチュエータを用いたが、単板型
の圧電アクチュエータを用いた場合において同様の効果
を得ることができる。さらに、圧電アクチュエータ以外
の電気機械変換器、たとえば静電力や磁力を利用したア
クチュエータを利用したインクジェット記録ヘッドに対
しても、本発明を適用することが可能である。
【０１０６】また、上記実施の形態では、圧電アクチュ
エータへの印加電圧が常に正極性となるようにバイアス
電圧（基準電圧）Ｖｂを設定したが、圧電アクチュエー
タに負極性の電圧を印加しても問題ない場合には、バイ
アス電圧Ｖｂを０Ｖなど、他の電圧に設定してもかまわ
ない。
【０１０７】また、上記実施の形態では、図６に示すよ
うなカイザー型インクジェット記録ヘッドを用いたが、
圧電アクチュエータに設けた溝を圧力発生室とする記録
ヘッドなど、その他の構造のインクジェット記録ヘッド
に対しても本発明は同様に適用することが可能である。
【０１０８】また、上記実施の形態では、ノズルのスト
レート部をテーパー角の小さなテーパー形状としたが、
本発明におけるノズルのストレート部とは、必ずしも完
全なストレート形状またはテーパー形状のものに限定さ
れるわけではない。すなわち、見かけ上のテーパー角
（近似的なテーパー角）が小さければ、ストレート部の
断面形状が曲線や複数の直線によって形成されていて
も、本発明の効果を得ることは可能である。
【０１０９】また、上記実施の形態では、ノズルの配置
を１次元的な配列としたが、ノズルを２次元的配列とす
るなど、他のノズル配置を用いてもかまわない。
【０１１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の液滴吐出装置では困難であった１ｐｌ以下の微小
滴吐出が可能になり、高画質の画像記録、高密度配線パ
ターンの形成、高解像度のディスプレイパネルの製造な
ど、様々な応用分野における超高精細パターニングを実
現することが可能となる。
【０１１１】また、本発明によれば、微小滴吐出の安定
性を向上することができるため、信頼性の高い液滴吐出
装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるノズル形状
を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における駆動波形を
示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるノズル部粒
子速度を示す図である。
【図４】メニスカス引き込み量と液滴体積との関係を示
す図である。
【図５】メニスカス引き込み量とメニスカス先端部の曲
率半径との関係を示す図である。
【図６】液滴吐出ヘッドの基本構造を示す断面図であ
る。
【図７】従来の微小滴吐出用駆動波形を示す図である。
【図８】微小滴吐出の原理を説明するための模式図であ
る。
【図９】液柱形成メカニズムを説明するための模式図で
ある。
【図１０】本発明の作用を説明するための模式図であ
る。
【図１１】液滴吐出ヘッドの等価電気回路を示す図であ
る。
【図１２】駆動波形とノズル部粒子速度の関係を説明す
るための図である。
【図１３】メニスカス引き込み量が過大な場合のメニス
カス形状を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるノズル形
状を示す図である。
【図１５】従来液滴吐出ヘッドにおけるノズル形状を示
す図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における駆動波形
を示す図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態におけるノズル部
粒子速度を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態における駆動波形
を示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態におけるノズル部
粒子速度を示す図である。
【図２０】ｔ１の値に対応した最適なｔ２の値を示す図
である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態における駆動波形
を示す図である。
【図２２】駆動波形とノズル部粒子速度の関係を説明す
るための第１の図である。
【図２３】駆動波形とノズル部粒子速度の関係を説明す
るための第２の図である。
【図２４】駆動波形とノズル部粒子速度の関係を説明す
るための第３の図である。
【図２５】本発明の第５の実施の形態におけるノズル部
粒子速度の測定結果を示す図である。
【図２６】本発明の液滴吐出装置の一実施の形態を示す
図である。
【図２７】液滴吐出ヘッドの駆動回路構成を示すブロッ
ク図である。
【図２８】液滴吐出ヘッドの別の駆動回路構成を示すブ
ロック図である。
【符号の説明】
１ 圧力発生室 ２ ノズル ４ 共通流路 ５ 供給路 ６ 振動板 ７ 圧電アクチュエータ ８ 液滴 ９ メニスカス ２２ 液柱 ２３ ストレート部 ２４ テーパー部 ５１ 第１電圧変化プロセス ５２ 第２電圧変化プロセス ５３ 第３電圧変化プロセス ５４ 第４電圧変化プロセス ５５ 第５電圧変化プロセス

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 テーパー角の小さい略ストレート形状の
    ストレート部を有するノズルと、該ノズルと連通する圧
    力発生室と、電気機械変換器とを少なくとも有し、前記
    電気機械変換器に駆動電圧を印加し、前記電気機械変換
    器を変形させて、液体が充填された前記圧力発生室内に
    圧力変化を生じさせることで、前記ノズルから液滴を吐
    出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、前記駆動
    電圧の電圧波形が、前記圧力発生室の体積を膨張させて
    前記ノズル部のメニスカスを前記圧力発生室側に引き込
    むための第１電圧変化プロセスと、次いで前記圧力発生
    室の体積を収縮させて液滴を吐出させるための第２電圧
    変化プロセスとを少なくとも含み構成されており、前記
    ストレート部の長さをｌｎとしたとき、前記第２電圧変
    化プロセスを印加する時点における前記メニスカスの引
    き込み量Ｄが、 ０．８ ｌｎ≦Ｄ≦１．５ ｌｎ の条件を満足するように前記第１電圧変化プロセスの電
    圧変化量および電圧変化時間を設定することを特徴とす
    る液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  2. 【請求項２】 前記圧力発生室内に発生する圧力波の固
    有周期をＴｃとしたとき、前記第２電圧変化プロセスの
    電圧変化時間を前記固有周期Ｔｃの１／３以下に設定す
    ることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの
    駆動方法。
  3. 【請求項３】 前記駆動電圧の電圧波形が、前記第２電
    圧変化プロセスの直後に、前記圧力発生室の体積を膨張
    させるための第３電圧変化プロセスを含み構成されるこ
    とを特徴とする請求項１または２の何れか一項に記載の
    液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  4. 【請求項４】 前記第３電圧変化プロセスの電圧変化時
    間を、前記固有周期Ｔｃの１／３以下に設定することを
    特徴とする請求項１乃至３の内の何れか一項に記載の液
    滴吐出ヘッドの駆動方法。
  5. 【請求項５】 前記第２電圧変化プロセスの終了時刻
    と、前記第３電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔
    を、前記固有周期Ｔｃの１／５以下に設定することを特
    徴とする請求項１乃至４の内の何れか一項に記載の液滴
    吐出ヘッドの駆動方法。
  6. 【請求項６】 前記駆動電圧の電圧波形が、前記第３電
    圧変化プロセスの直後に、前記圧力発生室の体積を収縮
    させるための第４電圧変化プロセスを含み構成されるこ
    とを特徴とする請求項１乃至５の内の何れか一項に記載
    の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  7. 【請求項７】 前記第４電圧変化プロセスの電圧変化時
    間を、前記固有周期Ｔｃの１／２以下に設定することを
    特徴とする請求項１乃至６の内の何れか一項に記載の液
    滴吐出ヘッドの駆動方法。
  8. 【請求項８】 前記第１電圧変化プロセスの電圧変化時
    間を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔａよ
    りも大きく、前記固有周期Ｔｃよりも小さく設定するこ
    とを特徴とする請求項１乃至７の内の何れか一項に記載
    の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  9. 【請求項９】 前記第１電圧変化プロセスの電圧変化時
    間を、前記固有周期Ｔｃの略１／２とし、かつ、前記第
    ２電圧変化プロセスの開始時刻を前記第１電圧変化プロ
    セスの終了直後に設定することを特徴とする請求項１乃
    至８の内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記第１電圧変化プロセスの終了時刻
    と、前記第２電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔
    を、前記固有周期Ｔｃの１／５以下に設定することを特
    徴とする請求項９に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１電圧変化プロセスの電圧変化
    時間ｔ１と、前記第１電圧変化プロセスの終了時刻と前
    記第２電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔ｔ２と
    を、 の関係式を満足するように設定することを特徴とする請
    求項１乃至１０の内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッ
    ドの駆動方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２電圧変化プロセスの電圧変化
    時間を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔａ
    と同等もしくはそれ以下に設定することを特徴とする請
    求項１乃至１１の内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッ
    ドの駆動方法。
  13. 【請求項１３】 前記第３電圧変化プロセスの電圧変化
    時間を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔａ
    と同等もしくはそれ以下に設定し、かつ、前記第２電圧
    変化プロセスの開始時刻と、前記第３電圧変化プロセス
    の開始時刻との差ｔ０を、 Ｔａ／２≦ｔ０≦Ｔａ の条件が満足されるように設定することを特徴とする請
    求項１２に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  14. 【請求項１４】 テーパー角の小さい略ストレート形状
    のストレート部を有するノズルと、該ノズルと連通する
    圧力発生室と、電気機械変換器とを少なくとも有し、前
    記電気機械変換器に、前記圧力発生室の体積を膨張させ
    て前記ノズル部のメニスカスを前記圧力発生室側に引き
    込むための第１電圧変化プロセスと、次いで前記圧力発
    生室の体積を収縮させて液滴を吐出させるための第２電
    圧変化プロセスとを少なくとも含み構成される駆動電圧
    を印加し、前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせるこ
    とにより前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッ
    ドであって、前記第２電圧変化プロセスを印加する時点
    における時における前記メニスカスの引き込み量をＤと
    したとき、前記ストレート部の長さｌｎを Ｄ／１．５≦ｌｎ≦Ｄ／０．８ の条件を満足するように設定することを特徴とする液滴
    吐出ヘッド。
  15. 【請求項１５】 前記ノズルが、前記ストレート部と接
    続されたテーパ部を有していることを特徴とする請求項
    １４に記載の液滴吐出ヘッド。
  16. 【請求項１６】 前記ノズルの開口径をｄｎとしたと
    き、前記ストレート部の長さｌｎが、 ０．８ ｄｎ≦ｌｎ≦２．０ ｄｎ の条件式を満足するように設定されていることを特徴と
    する請求項１４または１５の何れか一項に記載の液滴吐
    出ヘッド。
  17. 【請求項１７】 前記圧力発生室内に発生する圧力波の
    固有周期Ｔｃが１５μｓ以下であることを特徴とする請
    求項１４乃至１６の内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘ
    ッド。
  18. 【請求項１８】 前記電気機械変換器の固有振動の固有
    周期Ｔａを５μｓ以下に設定することを特徴とする請求
    項１４乃至１７の内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッ
    ド。
  19. 【請求項１９】 前記ノズルの開口径が２０μｍ以下に
    設定されていることを特徴とする請求項１４乃至１８の
    内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  20. 【請求項２０】 前記電気機械変換器が、圧電振動子を
    含み構成されることを特徴とする請求項１４乃至１９の
    内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  21. 【請求項２１】 前記圧電振動子が、縦振動モードの圧
    電振動子であることを特徴とする請求項１４乃至２０の
    内の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  22. 【請求項２２】 請求項１４乃至２１のいずれか一に記
    載の液滴吐出ヘッドを搭載してなることを特徴とする液
    滴吐出装置。
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