WO2018180006A1 - 液滴吐出装置 - Google Patents

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WO2018180006A1
WO2018180006A1 PCT/JP2018/005914 JP2018005914W WO2018180006A1 WO 2018180006 A1 WO2018180006 A1 WO 2018180006A1 JP 2018005914 W JP2018005914 W JP 2018005914W WO 2018180006 A1 WO2018180006 A1 WO 2018180006A1
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WO
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piezoelectric element
diaphragm
receiving member
voltage
ringing
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PCT/JP2018/005914
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English (en)
French (fr)
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中谷　政次
賢司 前田
鵬摶 李
燃 宋
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日本電産株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B05C11/1002—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
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    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
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    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads

Definitions

  • the present invention relates to a droplet discharge device.
  • Piezoelectric elements that convert energy from electrical energy to mechanical energy by the piezoelectric effect have excellent responsiveness, so in a wide range of fields such as semiconductors, printing, and chemicals, droplet ejection that ejects liquid onto the surface of an object Used in equipment.
  • Patent Document 1 a method of providing a displacement enlarging mechanism using a hinge structure has been proposed (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-349387
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2008-54492
  • An object of the present invention is to provide a droplet discharge device capable of increasing the amount of displacement while maintaining the responsiveness of a piezoelectric element.
  • One aspect of the droplet discharge device of the present invention includes a liquid storage unit having a liquid discharge port, a diaphragm for changing the volume of the liquid storage unit, a receiving member fixed to the diaphragm, and a pressure vibration applied to the receiving member. And a piezoelectric element to be added. The piezoelectric element is not fixed or fastened to the receiving member.
  • a droplet discharge device that can increase the amount of displacement while maintaining the responsiveness of a piezoelectric element.
  • vertical is a concept including not only the case of being physically vertical but also the case of being substantially vertical.
  • substantially vertical refers to a case where it is inclined within a range of 15 ° or less.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a droplet discharge device 10 according to the first embodiment. *
  • the droplet discharge device 10 includes a liquid storage unit 11, a diaphragm 12, a receiving member 13, a piezoelectric element 14, a contact member 15, and a control unit 16. *
  • the liquid storage part 11 has the main-body part 11a, the liquid chamber 11b, and the liquid discharge port 11c. *
  • the main body 11a is formed in a hollow shape.
  • the main body 11a is formed in a cup shape, but is not limited thereto.
  • the main body 11a can be made of, for example, an alloy material, a ceramic material, a synthetic resin material, or the like.
  • the liquid chamber 11b is formed inside the main body 11a. Liquid is stored in the liquid chamber 11b.
  • the liquid include solder, thermosetting resin, ink, and coating liquid for forming a functional thin film (alignment film, resist, color filter, organic electroluminescence, etc.).
  • the liquid discharge port 11c is formed so as to penetrate the main body portion 11a.
  • the liquid discharge port 11c is formed at a position facing the diaphragm 12, but is not limited thereto.
  • the liquid in the liquid chamber 11b is discharged as a droplet from the liquid discharge port 11c.
  • the liquid storage unit 11 has a liquid supply port for supplying a liquid to the liquid chamber 11b.
  • Diaphragm 12 The diaphragm 12 is disposed on the liquid reservoir 11. The diaphragm 12 seals the liquid chamber 11 b of the liquid storage unit 11. The diaphragm 12 elastically vibrates together with the receiving member 13 when pressure vibration is applied to the receiving member 13 from a piezoelectric element 14 described later. Thereby, the diaphragm 12 changes the volume of the liquid chamber 11b.
  • the diaphragm 12 has a fixed portion 12a and a flexible portion 12b.
  • the fixing part 12 a is fixed to the main body part 11 a of the liquid storage part 11.
  • the fixed portion 12 a is the outer edge of the diaphragm 12.
  • the flexible part 12b is a part surrounded by the fixed part 12a.
  • the flexible part 12b is not fixed to the main body part 11a of the liquid storage part 11, and can be deformed.
  • the material which comprises the diaphragm 12 is not restrict
  • Receiving member 13 The receiving member 13 is fixed to the outer surface 12S of the flexible portion 12b of the diaphragm 12.
  • the receiving member 13 can be fastened to the flexible portion 12b by an adhesive or by welding.
  • a pressure vibration is applied to the receiving member 13 from a piezoelectric element 14 described later.
  • the receiving member 13 functions as a weight of the diaphragm 12 and biases the diaphragm 12 with an inertial force.
  • the diaphragm 12 can be largely displaced compared to the case where the receiving member 13 is not provided. The displacement of the diaphragm 12 will be described in detail later. *
  • the material which comprises the receiving member 13 is not restrict
  • Such materials include ceramic materials such as zirconia and silicon nitride (silicon nitride).
  • a material that is excellent in impact resistance and wear resistance is used for a portion that contacts the contact member 15, and a material having a relatively high density is used for the other portion in order to secure a weight as a weight. (Stainless steel alloy, brass, etc.) may be used. *
  • the size of the receiving member 13 is not particularly limited, but the region of the flexible portion 12b where the receiving member 13 is fixed is difficult to bend. Therefore, the size of the receiving member 13 is appropriately set so as to ensure the amount of bending of the flexible portion 12b. It is preferable to adjust. *
  • the width W1 of the receiving member 13 is preferably 60% or less of the width W2 of the flexible portion 12b. 50% or less is more preferable, and 30% or less is particularly preferable.
  • the flexible portion 12b has a disk shape of ⁇ 10 mm
  • Piezoelectric element 14 The piezoelectric element 14 is disposed so as to face the receiving member 13. In the present embodiment, the piezoelectric element 14 is separated from the receiving member 13 in the second direction and is not fixed or fastened to the receiving member 13. The base end portion 14p of the piezoelectric element 14 is fixed to the fixing member 19 and serves as a fixed end. A contact member 15 to be described later is fixed to the tip portion 14q of the piezoelectric element 14, and is a free end. *
  • the piezoelectric element 14 includes a plurality of piezoelectric bodies 14a, a plurality of internal electrodes 14b, and a pair of side electrodes 14c and 14c.
  • the piezoelectric bodies 14a and the internal electrodes 14b are alternately stacked.
  • Each piezoelectric member 14a is made of a piezoelectric ceramic such as lead zirconate titanate (PZT).
  • Each electric internal electrode 14b is electrically connected to one of the pair of side electrodes 14c, 14c. That is, the internal electrode 14c electrically connected to one side electrode 14c is electrically insulated from the other side electrode 14c.
  • Such a structure is generally referred to as a partial electrode structure. *
  • the piezoelectric element 14 only needs to include at least one piezoelectric body and a pair of electrodes, and piezoelectric elements having various known structures can be applied to the piezoelectric element 14. *
  • the piezoelectric element 14 expands and contracts in a direction perpendicular to the first direction (hereinafter referred to as “second direction”) in response to application of a voltage. Specifically, the piezoelectric element 14 is in a natural length state when no voltage is applied to the pair of side surface electrodes 14c and 14c. The piezoelectric element 14 expands toward the receiving member 13 as the voltage applied to the pair of side surface electrodes 14c and 14c increases. When a driving voltage (that is, the highest potential) is applied to the pair of side electrodes 14c, 14c, the piezoelectric element 14 is in the most extended state toward the receiving member 13 side.
  • a driving voltage that is, the highest potential
  • the unconstrained state means a state in which the receiving member 13 is not fixed or fastened to the piezoelectric element 14 and the receiving member 13 can move independently from the piezoelectric element 14.
  • the contact member 15 is interposed between the receiving member 13 and the piezoelectric element 14.
  • the contact member 15 is fixed to the distal end portion 14q of the piezoelectric element 14.
  • the contact member 15 can be fastened to the piezoelectric element 14 by an adhesive or by welding.
  • the contact member 15 moves in the second direction together with the piezoelectric element 14 as the piezoelectric element 14 expands and contracts.
  • the contact member 15 is not fixed or fastened to the receiving member 13.
  • the abutting member 15 abuts on the receiving member 13 in a detachable state.
  • the contact member 15 has a curved surface 15S and a flat surface 15T.
  • the curved surface 15S faces the outer surface 13S of the receiving member 13.
  • the flat surface 15T is connected to the end surface 14S of the piezoelectric element 14. Therefore, the contact member 15 is in point contact with the receiving member 13 and in surface contact with the piezoelectric element 14. Therefore, the force applied from the receiving member 13 to the contact member 15 is evenly transmitted to the piezoelectric element 14 through the contact member 15. As a result, it is possible to suppress the compressive stress from being concentrated inside the piezoelectric element 14 and being damaged. *
  • the contact member 15 is formed in a substantially hemispherical shape, but is not limited thereto.
  • the contact member 15 may have any shape that makes point contact with the receiving member 13 and surface contact with the piezoelectric element 14. *
  • the material constituting the contact member 15 is not particularly limited, but in order to suppress damage or wear due to collision with the receiving member 13, a material excellent in impact resistance and wear resistance is used as in the receiving member 13. It is preferable. Note that a material having excellent impact resistance and wear resistance may be used for a portion of the contact member 15 that contacts the receiving member 13, and a material having a relatively high density may be used for other portions. *
  • Control Unit 16 is a microprocessor such as a CPU (Central Processing Unit) or DSP (Digital Signal Processor), or an ASIC (Appl. ication Specific Integrated Circuit) or the like.
  • a CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the control unit 16 generates a drive pulse for expanding and contracting the piezoelectric element 14, and applies a voltage to the pair of side surface electrodes 14c and 14c of the piezoelectric element 14 based on the generated drive pulse.
  • the control unit 16 can appropriately set the maximum potential (that is, drive voltage) and waveform in the drive pulse.
  • FIG. 2 is a graph showing transition of the displacement amount D of the diaphragm 12 and the displacement amount E of the piezoelectric element 14.
  • 3 to 5 are schematic diagrams for explaining the state of the diaphragm 12 and the piezoelectric element 14 at times T1 to T3.
  • the transition of the displacement amount D of the diaphragm 12 is a displacement waveform of the diaphragm 12.
  • the transition of the displacement amount E of the piezoelectric element 14 is the same as the waveform of the drive pulse generated by the control unit 16. *
  • the controller 16 does not apply a voltage to the piezoelectric element 14 at time T0. Therefore, the piezoelectric element 14 is not expanded at time T0, and no pressure vibration is applied to the receiving member 13 (see FIG. 1). At time T0, the volume of the liquid storage unit 11 is maximum. *
  • the controller 16 gradually increases the voltage applied to the piezoelectric element 14 at times T0 to T1, and applies the highest potential (drive voltage) at the time T1. Therefore, at time T0 to T1, the piezoelectric element 14 expands from the displacement amount 0 to the maximum displacement amount Emax, and the diaphragm 12 is urged by the piezoelectric element 14 and is displaced together with the piezoelectric element 14 to the first displacement amount Da ( (See FIG. 3).
  • the first displacement amount Da of the diaphragm 12 is the same as the maximum displacement amount Emax of the piezoelectric element 14. *
  • the controller 16 gradually decreases the voltage applied to the piezoelectric element 14 from time T1 to T2, and returns to the state where no voltage is applied at time T2. For this reason, the piezoelectric element 14 contracts from the maximum displacement amount Emax to the displacement amount 0 during times T1 to T2 (see FIG. 4).
  • the diaphragm 12 is further displaced from the first displacement amount Da to the second displacement amount Db (> Da) by being biased by the inertial force of the receiving member 13 functioning as a weight. (See FIG. 4). *
  • the controller 16 does not apply a voltage to the piezoelectric element 14 at times T2 to T3. Therefore, the piezoelectric element 14 is maintained at a displacement amount 0 (see FIG. 5).
  • the diaphragm 12 is further displaced from the second displacement amount Db to the maximum displacement amount Dmax (> Db) by being further urged by the inertial force of the receiving member 13 functioning as a weight. (See FIG. 5).
  • the maximum displacement amount Dmax of the diaphragm 12 is larger than the maximum displacement amount Emax of the piezoelectric element 14.
  • the volume of the liquid storage unit 11 is minimum. *
  • the controller 16 has not applied a voltage to the piezoelectric element 14 after time T3, but as shown in FIG. 2, the diaphragm 12 is not bent at time T4 (hereinafter referred to as “original state”). After returning, the amount of displacement approaches 0 while damped and oscillating at a natural frequency corresponding to its own elasticity. Therefore, in the displacement waveform of the diaphragm 12, continuous or transient second to nth waves (hereinafter referred to as “ringing”) are generated after the first wave.
  • ringing continuous or transient second to nth waves
  • the diaphragm 12 is provided with a receiving member 13 that functions as a weight. Therefore, after the piezoelectric element 14 is displaced to the maximum displacement amount Emax, the diaphragm 12 can be displaced to the maximum displacement amount Dmax by urging the diaphragm 12 with the inertial force of the receiving member 13. Therefore, a large force can be applied to the liquid stored in the liquid storage unit 11. As a result, even if the liquid has a high viscosity, it is possible to smoothly discharge the liquid without providing a heating mechanism (see JP 2003-103207 A and JP 2000-317371 A).
  • the pressure vibration from the piezoelectric element 14 can be directly applied to the diaphragm 12
  • a displacement enlarging mechanism using a hinge structure see Japanese Patent Laid-Open Nos. 2005-349387 and 2008-54492
  • Responsiveness can be improved compared to the case of providing.
  • the displacement amount of the diaphragm 12 can be increased while maintaining the responsiveness of the piezoelectric element 14.
  • the abutting member 15 includes the abutting member 15 that is fixed to the piezoelectric element 14 and that abuts on the receiving member 13 in a detachable state. Therefore, compared with the case where the piezoelectric element 14 contacts the receiving member 13, it is possible to suppress the piezoelectric element 14 itself from being damaged or worn. Further, since the contact member 15 is not fixed to the receiving member 13, the non-restraining state of the receiving member 13 can be maintained.
  • the contact member 15 is in point contact with the receiving member 13 and in surface contact with the piezoelectric element 14. Accordingly, the force applied from the receiving member 13 to the contact member 15 can be transmitted to the piezoelectric element 14 evenly, so that it is possible to suppress the compressive stress from being concentrated inside the piezoelectric element 14 and being damaged.
  • Second Embodiment A configuration of a droplet discharge device 20 according to a second embodiment will be described. *
  • ringing suppression control for suppressing the ringing
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of the droplet discharge device 20. As shown in FIG.
  • the droplet discharge device 20 includes a strain gauge 17 and an amplifier device 18 in addition to the configuration of the droplet discharge device 10 described above. *
  • the strain gauge 17 is installed on the outer surface 12S of the flexible portion 12b of the diaphragm 12.
  • the strain gauge 17 detects the strain amount of the flexible portion 12b according to the increase or decrease of the resistance value of the flexible portion 12b.
  • the strain gauge 17 is an example of a “displacement meter” for detecting a displacement waveform of the diaphragm 12 (transition over time).
  • the strain gauge 17 outputs the detected strain amount to the amplifier device 18.
  • the amplifier device 18 amplifies the strain amount input from the strain gauge 17 and outputs the amplified strain amount to the control unit 16. *
  • the control unit 16 acquires a displacement waveform of the diaphragm 12 based on the input distortion amount.
  • the control unit 16 executes ringing suppression control in the next pressurizing vibration based on the displacement waveform of the diaphragm 12 in the previous pressurizing vibration.
  • Ringing suppression control by the control unit 16
  • Various methods are conceivable as specific methods of the ringing suppression control.
  • the diaphragm 12 in the next pressurization vibration is based on the displacement waveform of the diaphragm 12 in the previous pressurization vibration. It is assumed that ringing is suppressed. According to such ringing suppression control, the ringing can be gradually suppressed every time the pressure vibration of the diaphragm 12 is repeated.
  • FIG. 7 to 9 are graphs showing transitions of the displacement amount D of the diaphragm 12 and the displacement amount E of the piezoelectric element 14.
  • the transition of the displacement amount D of the diaphragm 12 is a displacement waveform of the diaphragm 12.
  • the transition of the displacement amount E of the piezoelectric element 14 is the same as the waveform of the drive pulse generated by the control unit 16.
  • the displacement waveform of the diaphragm 12 includes the first wave X1 to the nth wave Xn, and the second wave X2 to the nth wave Xn are ringing.
  • the displacement waveform of the diaphragm 12 includes the first wave Y1 to the nth wave Yn, of which the second wave Y2 to the nth wave Yn are ringing.
  • the displacement waveform of the diaphragm 12 includes the first wave Z1 to the nth wave Zn, and the second wave Z2 to the nth wave Zn is ringing.
  • the first pressurization vibration M1 is the same as the pressurization vibration described with reference to FIG. 2 in the first embodiment.
  • the control unit 16 controls the piezoelectric element 14 with a drive pulse having a voltage rise period from time T0 to T1 and a voltage fall period from time T1 to T2.
  • the voltage applied to the piezoelectric element 14 rises from 0 (reference potential) to the drive voltage (maximum potential) at times T0 to T1, and then falls from the drive voltage to 0 at times T1 to T2.
  • control unit 16 acquires the displacement waveform of FIG. Then, the control unit 16 determines the voltage reduction timing and the voltage reduction rate (slope) so that the ringing included in the displacement waveform of FIG. 7 is reduced, and adjusts the waveform of the drive pulse based on the timing. . *
  • the control unit 16 drives the drive pulse having a voltage rising period from time T5 to T6, a voltage maintaining period from time T6 to T7, and a voltage falling period from time T7 to T8.
  • the piezoelectric element 14 is controlled.
  • the voltage applied to the piezoelectric element 14 rises from 0 (reference potential) to the drive voltage (maximum potential) at times T5 to T6, and is maintained at the drive voltage at times T6 to T7, and then from time T7 to T8.
  • the voltage drops from the driving voltage to zero.
  • the time width of the voltage maintaining section at times T6 to T7 is TW1.
  • control unit 16 acquires the displacement waveform of FIG. Then, the control unit 16 determines the voltage reduction timing and the voltage reduction rate (slope) so that the ringing included in the displacement waveform of FIG. 8 is further reduced, and further determines the waveform of the drive pulse based on the timing. adjust. *
  • the control unit 16 drives the drive pulse having a voltage rise period from time T9 to T10, a voltage maintenance period from time T10 to T11, and a voltage drop period from time T11 to T12.
  • the piezoelectric element 14 is controlled. Therefore, the voltage applied to the piezoelectric element 14 rises from 0 (reference potential) to the drive voltage (maximum potential) at times T9 to T10, and is maintained at the drive voltage at times T10 to T11, and then from time T11 to T12. The voltage drops from the driving voltage to zero.
  • the time width TW2 of the voltage maintaining section at times T10 to T11 is longer than the time width TW1 of the voltage maintaining section at times T6 to T7 of the second pressurizing vibration M2.
  • the time width TW2 of the voltage maintaining section is set to be longer than the time width TW1
  • the timing at which the diaphragm 12 contacts the contact member 15 is slightly delayed. Therefore, the vibration of the diaphragm 12 is absorbed by the contraction of the contact member 15, whereby the ringing in FIG. 9 is further reduced compared to the ringing in FIG. 8.
  • the pressurized vibration up to the third time has been described above, but the same ringing suppression control may be continuously executed after the fourth time.
  • the driving pulse when the maximum ringing displacement becomes less than a predetermined value is continuously used, and the ringing suppression control is resumed when the maximum ringing displacement exceeds the predetermined value. Good. *
  • the controller 16 applies the driving voltage to the piezoelectric element 14 in the second pressurization vibration M2, and then reduces the ringing from time T7 to T8.
  • the ringing suppression control is executed. Therefore, since the amount of liquid discharged from the liquid discharge port 11c to the outside as a droplet can be limited, the droplet can be discharged with high definition.
  • the control unit 16 operates so that the ringing z2 to zn in the third pressurization vibration M3 is further reduced than the ringing in the second pressurization vibration M2.
  • the ringing suppression control is improved at T12. For this reason, the amount of liquid discharged from the liquid discharge port 11c to the outside can be further restricted, and thus the liquid droplet can be discharged with higher definition.
  • the contact member 15 is inserted between the diaphragm 12 and the piezoelectric element 14, but the contact member 15 may not be inserted.
  • the receiving member 13 is in direct contact with the piezoelectric element 14.
  • the receiving member 13 is preferably in point contact with the piezoelectric element 14.
  • the contact member 15 has the curved surface 15S that makes point contact with the receiving member 13.
  • the present invention is not limited to this.
  • the contact member 15 only needs to be in point contact with the receiving member 13.
  • the contact member 15 may be a flat surface.
  • the contact member 15 is formed in a substantially hemispherical shape, and the entirety thereof is interposed between the receiving member 13 and the piezoelectric element 14, but is not limited thereto. It is not a thing. Only a part of the contact member 15 may be interposed between the receiving member 13 and the piezoelectric element 14.
  • the contact member 15 may be a box-shaped container that houses the piezoelectric element 14. In this case, the bottom plate of the container sandwiched between the receiving member 13 and the piezoelectric element 14 functions as a contact member.
  • the second direction in which the piezoelectric element 14 expands and contracts may be the vertical direction or a direction intersecting the vertical direction. That is, the expansion / contraction direction of the piezoelectric element 14 can be freely set regardless of the vertical direction. Therefore, the diaphragm 12 may be disposed on the side surface of the liquid storage unit 11 or may be disposed on the bottom surface of the liquid storage unit 11. *
  • control unit 16 performs the ringing suppression control so as to reduce all the ringing in the second and third pressurization vibrations M2 and M3.
  • the present invention is not limited to this. is not.
  • the control unit 16 may execute ringing suppression control so that part of the ringing is not reduced.
  • the volume of the droplet can be increased by leaving the second wave and the third wave without being reduced.
  • the droplet discharge device 20 determines the voltage decrease timing and the voltage decrease speed of the diaphragm 12 each time in the ringing suppression control.
  • the present invention is not limited to this.
  • the voltage decrease timing and the voltage decrease speed determined based on the first displacement waveform may be continuously used thereafter.
  • the voltage decrease timing may be set when the displacement of the diaphragm 12 becomes a predetermined value or less.
  • the droplet discharge device 20 includes the strain gauge 17 and the amplifier device 18 in order to perform ringing suppression control.
  • the droplet discharge device 20 does not include the strain gauge 17 and the amplifier device 18.
  • Ringing suppression control can be executed. For example, if the displacement waveform of the diaphragm 12 when a desired liquid is used is acquired in advance and a driving pulse that can suppress ringing is determined, the control unit 16 does not need to adjust the driving pulse, and thus distortion is caused.
  • the gauge 17 and the amplifier device 18 are unnecessary. *
  • the control unit 16 adjusts the time width of the voltage maintaining section, that is, the timing to decrease the voltage in the third pressurizing vibration M3.
  • the controller 16 can also adjust the amount of ringing reduction by adjusting the voltage reduction rate (decrease potential per unit time). Specifically, the adjustment of the voltage decrease rate is to change the falling slope by varying the time from T7 to T8 in FIG. 8 and from T11 to T12 in FIG.
  • the control unit 16 can also adjust the amount of ringing reduction by adjusting both the voltage reduction timing and the voltage reduction rate. *
  • control unit 16 performs the ringing suppression control based on the displacement amount of the diaphragm 12 in the first and second pressurization vibrations M1 and M2.
  • present invention is not limited to this. Absent.
  • the control unit 16 can execute the ringing suppression control using a predetermined drive pulse set in advance for the ringing suppression control.
  • the droplet discharge device 20 may not include the strain gauge 17 and the amplifier device 18.
  • the strain gauge 17 is described as an example of a displacement meter for detecting the displacement waveform of the diaphragm 12, but the present invention is not limited to this.
  • a shape measuring machine or the like that directly measures the dimension of the diaphragm 12 can be used.

Abstract

【課題】圧電素子の応答性を維持しつつ変位量を増大可能な液滴吐出装置を提供する。【解決手段】液滴吐出装置１０は、液体吐出口１１ｂを有する液体貯留部１１と、液体貯留部１１の容積を変化させるダイヤフラム１２と、ダイヤフラム１２に固定される受け部材１３と、受け部材１３に加圧振動を加える圧電素子１４とを備える。圧電素子１４は、受け部材１３に固定又は締結されていない。

Description

液滴吐出装置
本発明は、液滴吐出装置に関する。
圧電効果によって電気エネルギから機械エネルギへのエネルギ変換を行う圧電素子は、応答性に優れているため、半導体、印刷、化学薬品などの広い分野において、液体を対象物の表面に吐出する液滴吐出装置に利用されている。　
ここで、圧電素子の変位量を大きくするために、ヒンジ構造を用いた変位拡大機構を設ける手法が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
特許文献１：特開２００５－３４９３８７号公報　特許文献２：特開２００８－５４４９２号公報
しかしながら、特許文献１，２の手法では、圧電素子の変位を大きくするためにヒンジ構造を介する必要があるため、圧電素子の応答性が損なわれてしまう。　
本発明は、圧電素子の応答性を維持しつつ変位量を増大可能な液滴吐出装置を提供することを目的とする。
本発明の液滴吐出装置の一つの態様は、液体吐出口を有する液体貯留部と、液体貯留部の容積を変化させるダイヤフラムと、ダイヤフラムに固定される受け部材と、受け部材に加圧振動を加える圧電素子とを備える。圧電素子は、受け部材に固定又は締結されていない。
本発明の一つの態様によれば、圧電素子の応答性を維持しつつ変位量を増大可能な液滴吐出装置を提供することができる。
第１実施形態に係る液滴吐出装置の構成を示す模式図 第１実施形態に係るダイヤフラム及び圧電素子の変位波形を示すグラフ 第１実施形態に係るダイヤフラム及び圧電素子の状態を説明するための模式図 第１実施形態に係るダイヤフラム及び圧電素子の状態を説明するための模式図 第１実施形態に係るダイヤフラム及び圧電素子の状態を説明するための模式図 第２実施形態に係る液滴吐出装置の構成を示す模式図 第２実施形態に係るダイヤフラム及び圧電素子の変位波形を示すグラフ 第２実施形態に係るダイヤフラム及び圧電素子の変位波形を示すグラフ 第２実施形態に係るダイヤフラム及び圧電素子の変位波形を示すグラフ
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る外観検査装置について説明する。ただし、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。　
なお、本明細書において、「垂直」とは、物理的に厳密な意味で垂直な場合だけでなく、実質的に垂直な場合をも含む概念である。実質的に垂直とは、１５°以下の範囲で傾いている場合をいう。　
１．第１実施形態　（液滴吐出装置１０の構成）　図１は、第１実施形態に係る液滴吐出装置１０の構成を示す模式図である。　
液滴吐出装置１０は、液体貯留部１１、ダイヤフラム１２、受け部材１３、圧電素子１４、当接部材１５、及び制御部１６を備える。　
（１）液体貯留部１１　液体貯留部１１は、本体部１１ａ、液室１１ｂ、及び液体吐出口１１ｃを有する。　
本体部１１ａは、中空状に形成される。本実施形態において、本体部１１ａはコップ状に形成されているが、これに限られるものではない。本体部１１ａは、例えば合金材料、セラミックス材料、及び合成樹脂材料などによって構成することができる。　
液室１１ｂは、本体部１１ａの内部に形成される。液室１１ｂには、液体が貯留される。液体としては、半田、熱硬化性樹脂、インク、機能性薄膜（配向膜、レジスト、カラーフィルタ、有機エレクトロルミネッセンスなど）を形成するための塗布液などが挙げられる。　
液体吐出口１１ｃは、本体部１１ａを貫通するように形成される。本実施形態において、液体吐出口１１ｃは、ダイヤフラム１２と対向する位置に形成されているが、これに限られるものではない。液室１１ｂ内の液体は、液体吐出口１１ｃから液滴となって外部に吐出される。なお、図１には図示されていないが、液体貯留部１１は、液室１１ｂに液体を供給するための液体供給口を有している。　
（２）ダイヤフラム１２　ダイヤフラム１２は、液体貯留部１１上に配置される。ダイヤフラム１２は、液体貯留部１１の液室１１ｂを封止する。ダイヤフラム１２は、後述する圧電素子１４から受け部材１３に加圧振動が加えられると、受け部材１３とともに弾性的に振動する。これにより、ダイヤフラム１２は、液室１１ｂの容積を変化させる。　
ダイヤフラム１２は、固定部１２ａと可撓部１２ｂとを有する。固定部１２ａは、液体貯留部１１の本体部１１ａに固定される。固定部１２ａは、ダイヤフラム１２の外縁である。可撓部１２ｂは、固定部１２ａに囲まれた部分である。可撓部１２ｂは、液体貯留部１１の本体部１１ａに固定されておらず、変形可能である。　
可撓部１２ｂが液室１１ｂの内部に向かって凸状に湾曲すると、液室１１ｂの容積は小さくなる。これにより、液体吐出口１１ｃから液体が液滴となって外部に吐出される。その後、可撓部１２ｂが自身の弾性により図１の状態に復帰すると、液室１１ｂの容積は元に戻る。この際、液体供給口から液室１１ｂに液体が補充される。　
ダイヤフラム１２を構成する材料は特に制限されないが、例えば合金材料、セラミックス材料、及び合成樹脂材料などを用いることができる。　
（３）受け部材１３　受け部材１３は、ダイヤフラム１２のうち可撓部１２ｂの外面１２Ｓに固定される。受け部材１３は、接着剤によって、或いは、溶接によって可撓部１２ｂと締結することができる。　
受け部材１３には、後述する圧電素子１４から加圧振動が加えられる。加圧振動が加えられると、受け部材１３は、ダイヤフラム１２の錘として機能して、ダイヤフラム１２に慣性力を付勢する。その結果、ダイヤフラム１２は、受け部材１３が設けられていない場合に比べて大きく変位することができる。ダイヤフラム１２の変位については、後に詳述する。　
受け部材１３を構成する材料は特に制限されないが、後述する当接部材１５との接触によって破損又は摩耗することを抑えるために、耐衝撃性及び耐摩耗性に優れた材料を用いることが好ましい。このような材料としては、ジルコニア及び窒化ケイ素（シリコンナイトライド）などのセラミックス材料が挙げられる。なお、受け部材１３のうち当接部材１５と接触する部分には耐衝撃性及び耐摩耗性に優れた材料を用い、他の部分には錘としての重量確保のために比較的密度の高い材料（ステンレス合金及び真鍮など）を用いてもよい。　
受け部材１３のサイズは特に制限されないが、可撓部１２ｂのうち受け部材１３が固定された領域は撓みにくくなるため、可撓部１２ｂの撓み量を確保できるように受け部材１３のサイズを適宜調整することが好ましい。　
具体的には、可撓部１２ｂの外面１２Ｓに平行な方向（以下、「第１方向」という。）において、受け部材１３の幅Ｗ１は、可撓部１２ｂの幅Ｗ２の６０％以下が好ましく、５０％以下がより好ましく、３０％以下が特に好ましい。例えば、可撓部１２ｂがΦ１０ｍｍの円板状である場合、Φ６ｍｍ以下の円柱状の受け部材１３を外面１２Ｓの中央に配置することが好ましい。これにより、可撓部１２ｂに環状の可撓領域を残すことができるため、ダイヤフラム１２の撓み量を確保することができる。　
（４）圧電素子１４　圧電素子１４は、受け部材１３と対向するように配置される。本実施形態において、圧電素子１４は、第２方向において受け部材１３から離れており、受け部材１３に固定又は締結されていない。圧電素子１４の基端部１４ｐは、固定部材１９に固定され、固定端となっている。圧電素子１４の先端部１４ｑには、後述する当接部材１５が固定され、自由端となっている。　
圧電素子１４は、複数の圧電体１４ａ、複数の内部電極１４ｂ、及び一対の側面電極１４ｃ，１４ｃを有する。各圧電体１４ａと各内部電極１４ｂは、交互に積層されている。各圧電体１４ａは、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスによって構成される。各電内部極１４ｂは、一対の側面電極１４ｃ，１４ｃのうちいずれか一方と電気的に接続される。すなわち、一方の側面電極１４ｃと電気的に接続された内部電極１４ｃは、他方の側面電極１４ｃから電気的に絶縁されている。このような構造は、一般に部分電極構造として称される。　
ただし、圧電素子１４は、１つの圧電体と一対の電極とを少なくとも備えていればよく、圧電素子１４には周知の様々な構造の圧電素子を適用することができる。　
圧電素子１４は、電圧の印加に応じて、第１方向に垂直な方向（以下、「第２方向」という。）に伸縮する。具体的には、圧電素子１４は、一対の側面電極１４ｃ，１４ｃに電圧が印加されていない場合、自然長の状態になる。圧電素子１４は、一対の側面電極１４ｃ，１４ｃに印加される電圧が大きくなるほど、受け部材１３側に向かって伸張する。そして、一対の側面電極１４ｃ，１４ｃに駆動電圧（すなわち、最高電位）が印加されると、圧電素子１４は、受け部材１３側に最も伸張した状態になる。　
このような圧電素子１４の伸張動作に伴って、非拘束状態の受け部材１３に加圧振動が加えられる。非拘束状態とは、受け部材１３が圧電素子１４に固定又は締結されておらず、受け部材１３が圧電素子１４から独立して動き得る状態を意味する。　
なお、一対の側面電極１４ｃ，１４ｃに印加される電圧が駆動電圧から小さくなると、圧電素子１４は、受け部材１３の反対側に向かって収縮して、自然長の状態に戻る。　
（５）当接部材１５　当接部材１５は、受け部材１３と圧電素子１４との間に介挿される。当接部材１５は、圧電素子１４の先端部１４ｑに固定されている。当接部材１５は、接着剤によって、或いは、溶接によって、圧電素子１４と締結することができる。当接部材１５は、圧電素子１４の伸縮に伴って、圧電素子１４とともに第２方向に移動する。　
当接部材１５は、受け部材１３に固定又は締結されていない。当接部材１５は、受け部材１３と離接自在な状態で当接する。　
当接部材１５は、曲面１５Ｓと平面１５Ｔとを有する。曲面１５Ｓは、受け部材１３の外面１３Ｓと対向する。平面１５Ｔは、圧電素子１４の端面１４Ｓに接続されている。従って、当接部材１５は、受け部材１３と点接触し、かつ、圧電素子１４と面接触する。そのため、受け部材１３から当接部材１５に加わる力は、当接部材１５を介して圧電素子１４に均等に伝達される。その結果、圧電素子１４の内部に圧縮応力が集中して破損することを抑制できる。　
なお、本実施形態において、当接部材１５は略半球状に形成されているが、これに限られるものではない。当接部材１５は、受け部材１３と点接触し、かつ、圧電素子１４と面接触することのできる形状であればよい。　
当接部材１５を構成する材料は特に制限されないが、受け部材１３との衝突によって破損又は摩耗することを抑えるために、受け部材１３と同様、耐衝撃性及び耐摩耗性に優れた材料を用いることが好ましい。なお、当接部材１５のうち受け部材１３と接触する部分には耐衝撃性及び耐摩耗性に優れた材料を用い、他の部分には比較的密度の高い材料を用いてもよい。　
（６）制御部１６　制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサー、又は、ＡＳＩＣ（Appl
ication Specific Integrated Circuit）等の演算装置によって実現される。　
制御部１６は、圧電素子１４を伸縮させるための駆動パルスを生成し、生成した駆動パルスに基づいて圧電素子１４の一対の側面電極１４ｃ，１４ｃに電圧を印加する。制御部１６では、駆動パルスにおける最高電位（すなわち、駆動電圧）や波形を適宜設定することができる。　
（液滴吐出装置１０の動作）　次に、液滴吐出装置１０の動作について、図面を参照しながら説明する。　
図２は、ダイヤフラム１２の変位量Ｄ及び圧電素子１４の変位量Ｅの推移を示すグラフである。図３～図５は、時刻Ｔ１～Ｔ３におけるダイヤフラム１２及び圧電素子１４の状態を説明するための模式図である。なお、ダイヤフラム１２の変位量Ｄの推移とは、ダイヤフラム１２の変位波形のことである。圧電素子１４の変位量Ｅの推移は、制御部１６が生成する駆動パルスの波形と同じである。　
制御部１６は、時刻Ｔ０時点において、圧電素子１４に電圧を印加していない。そのため、時刻Ｔ０において圧電素子１４は伸張しておらず、受け部材１３には加圧振動が加えられていない（図１参照）。時刻Ｔ０において、液体貯留部１１の容積は最大である。　
制御部１６は、時刻Ｔ０～Ｔ１において圧電素子１４に印加する電圧を徐々に上昇させて、時刻Ｔ１時点で最高電位（駆動電圧）を印加している。そのため、時刻Ｔ０～Ｔ１において、圧電素子１４は変位量０から最大変位量Ｅｍａｘまで伸張し、ダイヤフラム１２は圧電素子１４によって付勢され、圧電素子１４と一緒に第１変位量Ｄａまで変位する（図３参照）。ダイヤフラム１２の第１変位量Ｄａは、圧電素子１４の最大変位量Ｅｍａｘと同じである。　
制御部１６は、時刻Ｔ１～Ｔ２において圧電素子１４に印加する電圧を徐々に下降させ、時刻Ｔ２時点で電圧を印加しない状態に戻っている。そのため、時刻Ｔ１～Ｔ２において、圧電素子１４は最大変位量Ｅｍａｘから変位量０まで収縮している（図４参照）。一方、時刻Ｔ１～Ｔ２において、ダイヤフラム１２は、錘として機能する受け部材１３の慣性力で付勢されることによって、第１変位量Ｄａから第２変位量Ｄｂ（＞Ｄａ）まで更に変位している（図４参照）。　
制御部１６は、時刻Ｔ２～Ｔ３において圧電素子１４に電圧を印加していない。そのため、圧電素子１４は変位量０に維持されている（図５参照）。一方、時刻Ｔ２～Ｔ３においても、ダイヤフラム１２は、錘として機能する受け部材１３の慣性力で更に付勢されることによって、第２変位量Ｄｂから最大変位量Ｄｍａｘ（＞Ｄｂ）まで更に変位している（図５参照）。ダイヤフラム１２の最大変位量Ｄｍａｘは、圧電素子１４の最大変位量Ｅｍａｘよりも大きい。時刻Ｔ３において、液体貯留部１１の容積は最小である。　
制御部１６は、時刻Ｔ３以降、圧電素子１４に電圧を印加していないが、図２に示すように、ダイヤフラム１２は、時刻Ｔ４において撓んでいない状態（以下、「原状態」という。）に戻った後、自身の弾性に応じた固有振動数で減衰振動しながら変位量は０に近づいていく。そのため、ダイヤフラム１２の変位波形には、第１波の後、継続的又は過渡的な第２波～第ｎ波（以下、「リンギング」という。）が発生する。　
（特徴）　（１）液滴吐出装置１０において、ダイヤフラム１２には錘として機能する受け部材１３が設けられている。そのため、圧電素子１４が最大変位量Ｅｍａｘまで変位した後、ダイヤフラム１２を受け部材１３の慣性力で付勢することによって最大変位量Ｄｍａｘまで変位させることができる。従って、液体貯留部１１に貯留された液体に大きな力を加えることができる。その結果、液体が高粘度であったとしても、加熱機構（特開２００３－１０３２０７号公報、特開２０００－３１７３７１号公報参照）などを設けることなく液体をスムーズに吐出することができる。さらに、圧電素子１４からの加圧振動をダイヤフラム１２に直接的に加えることができるため、ヒンジ構造を用いた変位拡大機構（特開２００５－３４９３８７号公報、特開２００８－５４４９２号公報参照）を設ける場合に比べて応答性を向上させることができる。このように、第１実施形態に係る液滴吐出装置１０によれば、圧電素子１４の応答性は維持しつつ、ダイヤフラム１２の変位量を増大させることができる。　
（２）液滴吐出装置１０において、当接部材１５は、圧電素子１４に固定され、かつ、受け部材１３と離接自在な状態で当接する当接部材１５を備える。従って、圧電素子１４が受け部材１３と当接する場合に比べて、圧電素子１４自体が破損又は摩耗することを抑制できる。また、当接部材１５が受け部材１３に固定されていないため、受け部材１３の非拘束状態を維持することができる。　
（３）当接部材１５は、受け部材１３と点接触し、かつ、圧電素子１４と面接触している。従って、受け部材１３から当接部材１５に加わる力を圧電素子１４に均等に伝達することができるため、圧電素子１４の内部に圧縮応力が集中して破損することを抑制できる。　
２．第２実施形態　第２実施形態に係る液滴吐出装置２０の構成について説明する。　
第１実施形態に係る液滴吐出装置１０において、ダイヤフラム１２の変位波形には、第１波の後にリンギングが発生することとしたが、第２実施形態に係る液滴吐出装置２０では、ダイヤフラム１２のリンギングを抑制する制御（以下、「リンギング抑制制御」という。）が実行される。以下においては、第１実施形態との相違点について主に説明する。　
（液滴吐出装置２０の構成）　図６は、液滴吐出装置２０の構成を示す模式図である。液滴吐出装置２０は、上述した液滴吐出装置１０の構成に加えて、歪みゲージ１７とアンプ装置１８を備える。　
歪みゲージ１７は、ダイヤフラム１２のうち可撓部１２ｂの外面１２Ｓに設置される。歪みゲージ１７は、可撓部１２ｂの抵抗値の増減に応じて、可撓部１２ｂの歪み量を検出する。歪みゲージ１７は、ダイヤフラム１２の変位波形（変位の経時的推移）を検出するための「変位計」の一例である。歪みゲージ１７は、検出した歪み量をアンプ装置１８に出力する。アンプ装置１８は、歪みゲージ１７から入力された歪み量を増幅して制御部１６に出力する。　
制御部１６は、入力された歪み量に基づいて、ダイヤフラム１２の変位波形を取得する。制御部１６は、前回の加圧振動におけるダイヤフラム１２の変位波形に基づいて、次回の加圧振動におけるリンギング抑制制御を実行する。　
（リンギング抑制制御）　以下、制御部１６によるリンギング抑制制御の一例について、図面を参照しながら説明する。リンギング抑制制御の具体的手法としては様々な手法が考えられるが、以下に説明するリンギング抑制制御では、前回の加圧振動におけるダイヤフラム１２の変位波形に基づいて、次回の加圧振動におけるダイヤフラム１２のリンギングが抑制されるものとする。このようなリンギング抑制制御によれば、ダイヤフラム１２の加圧振動を繰り返すごとに、リンギングを徐々に抑制していくことができる。　
図７～図９は、ダイヤフラム１２の変位量Ｄ及び圧電素子１４の変位量Ｅの推移を示すグラフである。ダイヤフラム１２の変位量Ｄの推移とは、ダイヤフラム１２の変位波形のことである。圧電素子１４の変位量Ｅの推移は、制御部１６が生成する駆動パルスの波形と同じである。　
図７～図９では、ダイヤフラム１２が所定の時間間隔で連続して３回加圧振動する場面が想定されている。図７に示す１回目の加圧振動Ｍ１では、リンギング抑制制御が実行されておらず、図８に示す２回目の加圧振動Ｍ２では、図７の変位波形に基づいてリンギング抑制制御が実行されており、図９に示す３回目の加圧振動Ｍ３では、図８の変位波形に基づいてリンギング抑制制御が実行されている。以下、詳細を説明する。　
図７に示す１回目の加圧振動Ｍ１では、ダイヤフラム１２の変位波形に第１波Ｘ１～第ｎ波Ｘｎが含まれており、そのうち第２波Ｘ２～第ｎ波Ｘｎがリンギングである。　
図８に示す２回目の加圧振動Ｍ２では、ダイヤフラム１２の変位波形に第１波Ｙ１～第ｎ波Ｙｎが含まれており、そのうち第２波Ｙ２～第ｎ波Ｙｎがリンギングである。　
図９に示す３回目の加圧振動Ｍ３では、ダイヤフラム１２の変位波形に第１波Ｚ１～第ｎ波Ｚｎが含まれており、そのうち第２波Ｚ２～第ｎ波Ｚｎがリンギングである。　
（１回目の加圧振動Ｍ１）　１回目の加圧振動Ｍ１は、上記第１実施形態において、図２を参照して説明した加圧振動と同じである。制御部１６は、時刻Ｔ０～Ｔ１の電圧上昇区間と、時刻Ｔ１～Ｔ２の電圧下降区間とを有する駆動パルスによって圧電素子１４を制御している。　
そのため、圧電素子１４に印加される電圧は、時刻Ｔ０～Ｔ１において０（基準電位）から駆動電圧（最高電位）まで上昇した後、時刻Ｔ１～Ｔ２において駆動電圧から０まで下降している。　
図７に示すように、１回目の加圧振動Ｍ１では、時刻Ｔ１～Ｔ２の電圧下降区間において、圧電素子１４の変位を示すＬＥ１が、ダイヤフラム１２の変位を示す線分ＬＤ１と交差していない。従って、ダイヤフラム１２は、時刻Ｔ４において原状態に復帰するまで当接部材１５と接触しないため、リンギングがそのまま残っている。　
（２回目の加圧振動Ｍ２）　次に、制御部１６は、図７の変位波形を歪みゲージ１７から取得する。そして、制御部１６は、図７の変位波形に含まれるリンギングが低減するように、電圧を減少させるタイミングと電圧の減少速度（傾き）とを決定し、それに基づいて駆動パルスの波形を調整する。　
具体的には、図８に示すように、制御部１６は、時刻Ｔ５～Ｔ６の電圧上昇区間と、時刻Ｔ６～Ｔ７の電圧維持区間と、時刻Ｔ７～Ｔ８の電圧下降区間とを有する駆動パルスによって圧電素子１４を制御している。　
そのため、圧電素子１４に印加される電圧は、時刻Ｔ５～Ｔ６において０（基準電位）から駆動電圧（最高電位）まで上昇し、時刻Ｔ６～Ｔ７において駆動電圧に維持された後、時刻Ｔ７～Ｔ８において駆動電圧から０まで下降している。時刻Ｔ６～Ｔ７における電圧維持区間の時間幅はＴＷ１である。　
図８に示すように、２回目の加圧振動Ｍ２では、時刻Ｔ７～Ｔ８の電圧下降区間において、圧電素子１４の変位を示すＬＥ２が、ダイヤフラム１２の変位を示す線分ＬＤ２と交差している。このことは、ダイヤフラム１２が、時刻Ｔ７～Ｔ８において原状態に復帰する途中で、収縮中の当接部材１５と接触していることを意味する。　
そのため、ダイヤフラム１２の振動が当接部材１５の収縮に吸収されることによって、図８のリンギングが、図７のリンギングに比べて低減されている。　
（３回目の加圧振動Ｍ３）　次に、制御部１６は、図８の変位波形を歪みゲージ１７から取得する。そして、制御部１６は、図８の変位波形に含まれるリンギングが更に低減するように、電圧を減少させるタイミングと電圧の減少速度（傾き）とを決定し、それに基づいて駆動パルスの波形をさらに調整する。　
具体的には、図９に示すように、制御部１６は、時刻Ｔ９～Ｔ１０の電圧上昇区間と、時刻Ｔ１０～Ｔ１１の電圧維持区間と、時刻Ｔ１１～Ｔ１２の電圧下降区間とを有する駆動パルスによって圧電素子１４を制御している。そのため、圧電素子１４に印加される電圧は、時刻Ｔ９～Ｔ１０において０（基準電位）から駆動電圧（最高電位）まで上昇し、時刻Ｔ１０～Ｔ１１において駆動電圧に維持された後、時刻Ｔ１１～Ｔ１２において駆動電圧から０まで下降している。時刻Ｔ１０～Ｔ１１における電圧維持区間の時間幅ＴＷ２は、２回目の加圧振動Ｍ２の時刻Ｔ６～Ｔ７における電圧維持区間の時間幅ＴＷ１よりも長い。　
図９に示すように、３回目の加圧振動Ｍ３では、時刻
Ｔ１０～Ｔ１１の電圧下降区間において、圧電素子１４の変位を示すＬＥ３は、ダイヤフラム１２の変位を示す線分ＬＤ３と交差している。従って、ダイヤフラム１２は、時刻Ｔ１１～Ｔ１２において原状態に復帰する途中で、収縮中の当接部材１５と接触している。　
さらに、電圧維持区間の時間幅ＴＷ２が時間幅ＴＷ１よりも長く設定されているため、ダイヤフラム１２が当接部材１５と接触するタイミングが若干遅れている。そのため、ダイヤフラム１２の振動が当接部材１５の収縮により吸収されることによって、図９のリンギングは、図８のリンギングに比べて更に低減されている。　
（４回目以降の加圧振動）　以上、３回目までの加圧振動について説明したが、４回目以降も同様のリンギング抑制制御を継続して実行してもよい。或いは、リンギングの最大変位が所定値未満になったときの駆動パルスを、その後継続して使用し、リンギングの最大変位が所定値以上になったときに、リンギング抑制制御を再開するようにしてもよい。　
（特徴）　（１）液滴吐出装置２０において、制御部１６は、２回目の加圧振動Ｍ２において、圧電素子１４に駆動電圧を印加した後、リンギングが低減するように、時刻Ｔ７～Ｔ８においてリンギング抑制制御を実行している。そのため、液体吐出口１１ｃから液滴となって外部に吐出される液体量を制限することができるため、高精細に液滴を吐出することができる。　
（２）液滴吐出装置２０において、制御部１６は、３回目の加圧振動Ｍ３におけるリンギングｚ２～ｚｎが、２回目の加圧振動Ｍ２におけるリンギングよりも更に低減されるように、時刻Ｔ１１～Ｔ１２においてリンギング抑制制御を改善している。そのため、液体吐出口１１ｃから液滴となって外部に吐出される液体量をより制限することができるため、より高精細に液滴を吐出することができる。　
（他の実施形態）　本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。　
上記第１及び第２実施形態では、ダイヤフラム１２と圧電素子１４との間に当接部材１５が介挿されることとしたが、当接部材１５は介挿されていなくてもよい。この場合には、受け部材１３が圧電素子１４と直接接触することになる。受け部材１３が圧電素子１４と直接接触する場合、受け部材１３は圧電素子１４と点接触することが好ましい。　
上記第１及び第２実施形態において、当接部材１５は、受け部材１３と点接触する曲面１５Ｓを有することとしたが、これに限られるものではない。当接部材１５は、受け部材１３と点接触していればよく、例えば受け部材１３が曲面を有する場合には、当接部材１５は平面であってもよい。　
上記第１及び第２実施形態において、当接部材１５は略半球状に形成されており、その全体が受け部材１３と圧電素子１４との間に介挿されることとしたが、これに限られるものではない。当接部材１５は、その一部のみが受け部材１３と圧電素子１４との間に介挿されていてもよい。例えば、当接部材１５は、圧電素子１４を収容する箱状の収容器であってもよい。この場合には、受け部材１３と圧電素子１４との間に挟まれた収容器の底板が当接部材として機能する。　
上記第１及び第２実施形態では特に触れていないが、圧電素子１４が伸縮する第２方向は、鉛直方向であってもよいし、鉛直方向と交差する方向であってもよい。すなわち、圧電素子１４の伸縮方向は鉛直方向に関わらず自由に設定することができる。従って、ダイヤフラム１２は、液体貯留部１１の側面に配置されていてもよいし、液体貯留部１１の底面に配置されていてもよい。　
上記第２実施形態において、制御部１６は、２回目及び３回目の加圧振動Ｍ２，Ｍ３において、リンギングの全てを低減させるようにリンギング抑制制御を実行することとしたが、これに限られるものではない。制御部１６は、リンギングの一部が低減しないようにリンギング抑制制御を実行してもよい。このように、例えば第２波や第３波を低減させずに敢えて残すことによって、液滴の体積を増大させることができる。　
上記第２実施形態において、液滴吐出装置２０は、リンギング抑制制御において、ダイヤフラム１２の電圧減少タイミングと電圧減少速度とを毎回決定することとしたが、これに限られるものではない。例えば、１回目の変位波形に基づいて決定した電圧減少タイミングと電圧減少速度を、その後継続的に使用してもよい。この場合には、ダイヤフラム１２の変位が所定値以下になったときを電圧減少タイミングとすればよい。　
上記第２実施形態において、液滴吐出装置２０は、リンギング抑制制御を実行するために、歪みゲージ１７とアンプ装置１８を備えることとしたが、歪みゲージ１７とアンプ装置１８を備えていなくてもリンギング抑制制御を実行することができる。例えば、所望の液体を用いたときのダイヤフラム１２の変位波形を予め取得して、リンギングを抑制可能な駆動パルスを決定しておけば、制御部１６が駆動パルスを調整する必要はないため、歪みゲージ１７とアンプ装置１８は不要である。　
上記第２実施形態において、制御部１６は、第３回目の加圧振動Ｍ３において、電圧維持区間の時間幅、すなわち、電圧を減少させるタイミングを調整することとしたが、これに限られるものではない。制御部１６は、電圧の減少速度（単位時間当たりの減少電位）を調整することによっても、リンギングの低減量を調整することができる。電圧の減少速度を調整するとは、具体的には、図８のＴ７～Ｔ８や図９のＴ１１～Ｔ１２の時間を可変して立下りのスロープを変えることである。また、制御部１６は、電圧を減少させるタイミングと電圧の減少速度との両方を調整することによって、リンギングの低減量を調整することもできる。　
上記第２実施形態において、制御部１６は、１回目及び２回目の加圧振動Ｍ１，Ｍ２におけるダイヤフラム１２の変位量に基づいてリンギング抑制制御を実行することとしたが、これに限られるものではない。制御部１６は、リンギング抑制制御用に予め設定された所定の駆動パルスを用いてリンギング抑制制御を実行することができる。この場合、液滴吐出装置２０は、歪みゲージ１７とアンプ装置１８を備えていなくてよい。　
上記第２実施形態では、ダイヤフラム１２の変位波形を検出するための変位計の一例として歪みゲージ１７について説明したが、これに限られるものではない。変位計としては、ダイヤフラム１２の寸法を直接測定する形状測定機などを用いることができる。
１０　　　液滴吐出装置１１　　　液体貯留部１２　　　ダイヤフラム１３　　　受け部材１４　　　圧電素子１５　　　当接部材１６　　　制御部１７　　　歪みゲージ

Claims (7)

  1. 液体吐出口を有する液体貯留部と、　前記液体貯留部の容積を変化させるダイヤフラムと、　前記ダイヤフラムに固定される受け部材と、　前記受け部材に加圧振動を加える圧電素子と、を備え、　前記圧電素子は、前記受け部材に固定されていない、液滴吐出装置。
  2. 前記受け部材に当接する当接部材を備え、　前記当接部材は、前記圧電素子に固定され、かつ、前記受け部材に固定されていない、請求項１に記載の液滴吐出装置。
  3. 前記当接部材は、前記受け部材と点接触し、かつ、前記圧電素子と面接触する、請求項１に記載の液滴吐出装置。
  4. 前記圧電素子に電圧を印加することによって、前記圧電素子の伸張量を制御する制御部を備え、　前記制御部は、前記圧電素子に電圧を印加した後、前記ダイヤフラムのリンギングの少なくとも一部が低減するように電圧を減少させるリンギング抑制制御を実行する、請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
  5. 前記制御部は、前記ダイヤフラムのリンギングの一部を低減させないように前記リンギング抑制制御を実行する、請求項４に記載の液滴吐出装置。
  6. 前記ダイヤフラムの変位波形を検出する変位計を備え、　前記制御部は、前記ダイヤフラムの変位波形に基づいて、前記リンギング抑制制御において電圧を減少させるタイミングと電圧の減少速度とを決定する、請求項４又は５に記載の液滴吐出装置。
  7. 前記制御部は、前記開始タイミングと前記減少速度とでリンギングが低減された変位波形に基づいて、次回のリンギング抑制制御において電圧を減少させるタイミングと電圧の減少速度との少なくとも一方を変更する、請求項６に記載の液滴吐出装置。
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