JP2001293864A - Oscillator unit and ink jet recording head - Google Patents
Oscillator unit and ink jet recording headInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出さ
せるのに好適な振動子ユニット、及び、これを用いたイ
ンクジェット式記録ヘッドに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator unit suitable for discharging ink droplets, and an ink jet recording head using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のインクジェット式記録ヘッド、例
えば、圧電振動子を電気機械変換素子として用いたイン
クジェット式記録へッドにおいては、複数のノズル開口
を列状に開設したノズルプレート上に流路形成板と振動
板とを順に積層して流路ユニットを構成し、流路ユニッ
トをケースに接合する。即ち、図５（ａ）に示すよう
に、この記録ヘッド５０は、複数の圧電振動子５１…を
ユニット化した圧電振動子ユニットと、圧電振動子ユニ
ットを内部に収納固定可能なケース５２と、ケース５２
の先端面に接合される流路ユニット５３とを備えてい
る。この流路ユニット５３は、流路形成板５４の一方の
面にノズルプレート５５を接合し、他方の面に振動板５
６を接合することで構成されている。2. Description of the Related Art In a conventional ink jet recording head, for example, an ink jet recording head using a piezoelectric vibrator as an electromechanical transducer, a flow path is formed on a nozzle plate having a plurality of nozzle openings formed in rows. The flow path unit is formed by sequentially laminating the forming plate and the vibration plate, and the flow path unit is joined to the case. That is, as shown in FIG. 5A, the recording head 50 includes a piezoelectric vibrator unit in which a plurality of piezoelectric vibrators 51 are unitized, a case 52 in which the piezoelectric vibrator unit can be stored and fixed, and Case 52
And a flow path unit 53 joined to the front end surface of the liquid crystal display. The flow path unit 53 has a nozzle plate 55 bonded to one surface of a flow path forming plate 54 and a vibration plate 5
6 are joined.
【０００３】ノズルプレート５５には、複数のノズル開
口５７…を列状に開設している。また、流路形成板５４
には、各ノズル開口５７にそれぞれ連通する複数の圧力
発生室５８、各圧力発生室５８に供給するインクを貯留
する共通インク室５９、及び、この共通インク室５９と
それぞれの圧力発生室５８との間を連通するインク供給
口６０などを隔壁によって区画することで形成してい
る。振動板５６は、例えば、ステンレス鋼板６１に樹脂
フィルム６２をラミネートした複合板をエッチング加工
することにより形成されており、ステンレス鋼鈑６１の
部分を島状に残すことで島部（厚肉部）５６ａを形成
し、島部５６ａの周囲には樹脂フィルム６２だけの薄肉
部５６ｂを形成している。そして、圧電振動子５１にお
ける自由端部の先端部が島部５６ａに当接するようにし
て圧電振動子ユニットをケース５２に固定する。In the nozzle plate 55, a plurality of nozzle openings 57 are formed in rows. The flow path forming plate 54
A plurality of pressure generating chambers 58 respectively communicating with the respective nozzle openings 57, a common ink chamber 59 for storing ink to be supplied to each of the pressure generating chambers 58, and a common ink chamber 59 and the respective pressure generating chambers 58. It is formed by partitioning an ink supply port 60 and the like that communicate between them with a partition. The diaphragm 56 is formed, for example, by etching a composite plate obtained by laminating a resin film 62 on a stainless steel plate 61, and leaving the stainless steel plate 61 in an island shape to form an island portion (thick portion). A thin portion 56b consisting of only the resin film 62 is formed around the island portion 56a. Then, the piezoelectric vibrator unit is fixed to the case 52 such that the free end of the piezoelectric vibrator 51 comes into contact with the island portion 56a.
【０００４】この様に構成された記録へッド５０は、共
通インク室５９のインクをインク供給口６０を通じて各
圧力発生室５８内に供給し、圧電振動子５１の伸縮によ
り振動板５６を撓ませて圧力発生室５８内に圧力変動を
生じさせ、この圧力変動によってノズル開口５７からイ
ンク滴を吐出する。The recording head 50 configured as described above supplies the ink in the common ink chamber 59 to each of the pressure generating chambers 58 through the ink supply port 60, and the diaphragm 56 is bent by the expansion and contraction of the piezoelectric vibrator 51. Then, a pressure fluctuation is generated in the pressure generating chamber 58, and the ink fluctuation is ejected from the nozzle opening 57 by the pressure fluctuation.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の記
録ヘッドにおいては、圧電振動子の駆動時に、圧電振動
子の横振動が励起されてしまうことがある。例えば、図
５（ａ）において、圧電振動子５１の先端部が、島部５
６ａの長手方向の中央からずれて接合された場合には、
圧電振動子５１を伸長させた際に、島部５６ａにおける
長手方向一端側から受ける反力と他端側から受ける反力
とが異なる。そして、この反力のバランスの差に起因し
て圧電振動子５１に曲げモーメントが発生する。ここ
で、圧電振動子５１の縦振動と横振動とが同調してしま
うと、縦振動のエネルギーが横振動のエネルギーに移行
して横振動が加振され、島部５６ａの長手方向側の横振
動（つまり、撓み振動）が励起されてしまう。Incidentally, in this type of recording head, when the piezoelectric vibrator is driven, lateral vibration of the piezoelectric vibrator may be excited. For example, in FIG. 5A, the tip of the piezoelectric vibrator 51 is
6a is shifted from the center in the longitudinal direction of
When the piezoelectric vibrator 51 is extended, the reaction force received from one end in the longitudinal direction of the island portion 56a is different from the reaction force received from the other end. Then, a bending moment is generated in the piezoelectric vibrator 51 due to the difference in the balance of the reaction forces. Here, when the longitudinal vibration and the transverse vibration of the piezoelectric vibrator 51 are synchronized with each other, the energy of the longitudinal vibration shifts to the energy of the transverse vibration, and the transverse vibration is excited. Vibration (that is, flexural vibration) is excited.
【０００６】そして、この横振動が励起されてしまう
と、図中αで示すように、圧力発生室５８内を往復する
圧力波が発生する虞がある。この圧力波αは、まるで圧
力発生室５８内が音響管であるかのように振る舞い、ノ
ズル開口５７とインク供給口６０との間で反射往復を繰
り返す。これにより、図５（ｂ）中に実線で示すよう
に、圧力発生室５８内においてノズル開口５７側のイン
ク圧力が高いときにはインク供給口６０側のインク圧力
が低くなり、また、点線で示すように、ノズル開口５７
側のインク圧力が低いときにはインク供給口６０側のイ
ンク圧力が高くなるという圧力の偏りが生じてしまう。When the lateral vibration is excited, there is a possibility that a pressure wave reciprocating in the pressure generating chamber 58 is generated as indicated by α in the figure. The pressure wave α behaves as if the inside of the pressure generating chamber 58 is an acoustic tube, and repeats reflection reciprocation between the nozzle opening 57 and the ink supply port 60. Thereby, as shown by the solid line in FIG. 5B, when the ink pressure on the nozzle opening 57 side in the pressure generating chamber 58 is high, the ink pressure on the ink supply port 60 side becomes low, and as shown by the dotted line. The nozzle opening 57
When the ink pressure on the ink supply port 60 side is low, the ink pressure on the ink supply port 60 side increases, resulting in a pressure bias.
【０００７】この圧力波αに関しては、制振させるため
のダンパー要素がないので、比較的長い時間に亘って反
射往復が繰り返される。その結果、メニスカス（ノズル
開口で露出しているインクの自由表面、図５中に符号６
３で示す）の振動がなかなか収束しないという問題が生
じる。そして、メニスカスの振動が十分に収束していな
い状態で次のインク滴を吐出させてしまうと、インクミ
ストやサテライトが発生するなど、インク滴の吐出が不
安定になってしまう。このため、メニスカスの振動が十
分に収束するまで待つ必要が生じ、高周波数での駆動を
妨げる一因となっている。With respect to the pressure wave α, since there is no damper element for damping the vibration, the reflection reciprocation is repeated over a relatively long time. As a result, the meniscus (the free surface of the ink exposed at the nozzle opening, denoted by reference numeral 6 in FIG.
3) does not easily converge. If the next ink droplet is ejected in a state where the vibration of the meniscus is not sufficiently converged, the ejection of the ink droplet becomes unstable, such as generation of ink mist and satellite. For this reason, it is necessary to wait until the vibration of the meniscus sufficiently converges, which is one of the factors that hinders driving at a high frequency.
【０００８】本発明の目的は、上記課題に鑑み、インク
滴の吐出を安定させ、高周波数での駆動が行える振動子
ユニット、及び、インクジェット式記録ヘッドを提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide a vibrator unit which stabilizes the ejection of ink droplets and can be driven at a high frequency, and an ink jet recording head.
【０００９】[0009]
【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、請求項１に記載のもの
は、長手方向の一端が固定されると共に自由端部が長手
方向に振動可能な電気機械変換素子を備えた振動子ユニ
ットにおいて、前記電気機械変換素子の縦振動１次モー
ド周期を、該素子の横振動１次モード周期よりも短くし
たことを特徴とする振動子ユニットである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to achieve the above-mentioned object, and the first aspect of the present invention is characterized in that one end in the longitudinal direction is fixed and the free end is formed in the longitudinal direction. A vibrator unit including an electromechanical transducer capable of vibrating, wherein a first-order longitudinal vibration mode of the electromechanical transducer is shorter than a first-order transverse vibration mode of the element. It is.
【００１０】ここで、「縦振動１次モード周期」とは、
長手方向（縦方向）の振動の１次モードであり、「横振
動１次モード周期」とは、長手方向に直交する方向（横
方向）の振動の１次モードである。また、「電気機械変
換素子」とは、駆動信号の印加によって機械的な変形を
生じさせる素子であり、例えば、圧電振動子が該当す
る。Here, the “longitudinal vibration first mode cycle” is
This is the primary mode of vibration in the longitudinal direction (longitudinal direction), and the “transverse vibration primary mode period” is the primary mode of vibration in the direction (lateral direction) orthogonal to the longitudinal direction. The “electromechanical transducer” is an element that causes mechanical deformation by applying a drive signal, and corresponds to, for example, a piezoelectric vibrator.
【００１１】請求項２に記載のものは、前記電気機械変
換素子の駆動時に、自由端部の全体に亘って同時に駆動
電圧を供給するように構成したことを特徴とする請求項
１に記載の振動子ユニットである。According to a second aspect of the present invention, when the electromechanical transducer is driven, a driving voltage is simultaneously supplied to the entire free end portion. This is a vibrator unit.
【００１２】請求項３に記載のものは、電気機械変換素
子を、縦方向に細長い櫛歯状に形成したことを特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載の振動子ユニットであ
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided the vibrator unit according to the first or second aspect, wherein the electromechanical transducer is formed in an elongated comb shape in a vertical direction.
【００１３】請求項４に記載のものは、電気機械変換素
子が横効果型の圧電振動子であることを特徴とする請求
項１から請求項３の何れかに記載の振動子ユニットであ
る。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the vibrator unit according to any one of the first to third aspects, wherein the electromechanical transducer is a lateral effect type piezoelectric vibrator.
【００１４】請求項５に記載のものは、電気機械変換素
子が縦効果型の圧電振動子であることを特徴とする請求
項１から請求項３の何れかに記載の振動子ユニットであ
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the vibrator unit according to any one of the first to third aspects, the electromechanical transducer is a longitudinal effect type piezoelectric vibrator.
【００１５】請求項６に記載のものは、圧電振動子が、
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
圧電振動子であることを特徴とする請求項４又は請求項
５に記載の振動子ユニットである。According to a sixth aspect of the present invention, the piezoelectric vibrator comprises:
The vibrator unit according to claim 4 or 5, wherein the vibrator unit is a laminated piezoelectric vibrator configured by alternately laminating piezoelectric bodies and internal electrodes.
【００１６】請求項７に記載のものは、請求項１から請
求項６の何れかに記載の振動子ユニットと、ノズル開口
に連通した圧力発生室の一部を構成する弾性板を備えた
流路ユニットとを備え、電気機械変換素子における自由
端部の先端部を弾性板と当接させた状態で、振動子ユニ
ットを取り付けたことを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a flow unit having the vibrator unit according to any one of the first to sixth aspects and an elastic plate forming a part of a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening. An ink jet recording head, comprising: a path unit; and a vibrator unit mounted in a state in which an end of a free end of the electromechanical transducer is in contact with an elastic plate.
【００１７】請求項８に記載のものは、振動板は圧力発
生室に対応する部分に島部を備え、電気機械変換素子の
先端部を島部に当接させたことを特徴とする請求項７に
記載のインクジェット式記録ヘッドである。According to another aspect of the present invention, the diaphragm has an island at a portion corresponding to the pressure generating chamber, and a tip of the electromechanical transducer is brought into contact with the island. 8. An ink jet recording head according to item 7.
【００１８】請求項９に記載のものは、島部がノズル開
口の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であ
り、電気機械変換素子の横振動の方向が島部の長手方向
と一致していることを特徴とする請求項８に記載のイン
クジェット式記録ヘッドである。According to a ninth aspect of the present invention, the island portion has a block shape elongated in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings are arranged, and the direction of the lateral vibration of the electromechanical transducer coincides with the longitudinal direction of the island portion. The ink jet recording head according to claim 8, wherein:
【００１９】請求項１０に記載のものは、島部長手方向
側についての電気機械変換素子の中心と島部の中心とを
揃え、この状態で電気機械変換素子の先端部を島部に当
接させたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載
のインクジェット式記録ヘッドである。According to the tenth aspect, the center of the electromechanical transducer is aligned with the center of the island in the longitudinal direction of the island, and in this state, the tip of the electromechanical transducer is brought into contact with the island. An ink jet recording head according to claim 8 or claim 9, wherein
【００２０】請求項１１に記載のものは、圧力発生室の
内部を反射往復する圧力振動の振動周期がインクに励起
される固有振動の振動周期よりも長いことを特徴とする
請求項７から請求項１０の何れかに記載のインクジェッ
ト式記録ヘッドである。According to the eleventh aspect, the oscillation cycle of the pressure oscillation that reciprocates inside the pressure generating chamber is longer than the oscillation cycle of the natural oscillation excited by the ink. Item 11. An ink jet recording head according to any one of Items 10.
【００２１】請求項１２に記載のものは、圧力発生室
は、ノズル開口の列設方向と直交する方向に細長い室で
あることを特徴とする請求項７から請求項１１の何れか
に記載のインクジェット式記録ヘッドである。According to a twelfth aspect of the present invention, the pressure generating chamber is an elongated chamber in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings are arranged. This is an ink jet recording head.
【００２２】請求項１３に記載のものは、電気機械変換
素子の一端が固定板に接合され、自由端部が固定板の縁
よりも突出していることを特徴とする請求項７から請求
項１２の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドで
ある。According to a thirteenth aspect of the present invention, one end of the electromechanical transducer is joined to a fixed plate, and a free end protrudes from an edge of the fixed plate. An inkjet recording head according to any one of the above.
【００２３】請求項１４に記載のものは、電気機械変換
素子の縦振動１次モード周期を、圧力発生室内のインク
に励起される固有振動の振動周期よりも短くしたことを
特徴とする請求項７から請求項１３の何れかに記載のイ
ンクジェット式記録ヘッドである。According to a fourteenth aspect of the present invention, the period of the primary longitudinal vibration mode of the electromechanical transducer is shorter than the period of the natural vibration excited by the ink in the pressure generating chamber. An inkjet recording head according to any one of claims 7 to 13.
【００２４】請求項１５に記載のものは、電気機械変換
素子の横振動１次モード周期を、圧力発生室内のインク
に励起される固有振動の振動周期よりも長くしたことを
特徴とする請求項７から請求項１４の何れかにインクジ
ェット式記録ヘッドである。According to a fifteenth aspect of the present invention, the period of the primary mode of the lateral vibration of the electromechanical transducer is longer than the period of the natural vibration excited by the ink in the pressure generating chamber. An ink jet recording head according to any one of claims 7 to 14.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、図４を参照して、代表的な
画像記録装置であるインクジェット式プリンタ３１（以
下、プリンタ３１という。）について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an ink jet printer 31 (hereinafter, referred to as a printer 31), which is a typical image recording apparatus, will be described with reference to FIG.
【００２６】例示したプリンタ３１は、記録ヘッド２が
取り付けられると共にインクカートリッジ３２を保持す
るキャリッジ３３を備えている。このキャリッジ３３
は、筐体３４に架設したガイド部材３５に対して移動可
能に取り付けられており、ヘッド走査機構によりこのガ
イド部材３５に沿って（つまり、主走査方向に沿って）
往復移動される。The illustrated printer 31 has a carriage 33 to which the recording head 2 is attached and which holds the ink cartridge 32. This carriage 33
Is movably attached to a guide member 35 provided on the housing 34, and is moved along the guide member 35 by the head scanning mechanism (that is, along the main scanning direction).
It is reciprocated.
【００２７】ヘッド走査機構は、筐体３４の左右一端部
に設けたパルスモータ３６と、このパルスモータ３６の
回転軸に接続した駆動プーリー３７と、筐体３４の左右
他端部に設けた遊転プーリー３８と、駆動プーリー３７
と遊転プーリー３８との間に架け渡されると共にキャリ
ッジ３３に接続されたタイミングベルト３９と、パルス
モータ３６の回転を制御するプリンタコントローラ（図
示せず）等を備えて構成してある。即ち、このヘッド走
査機構は、パルスモータ３６を動作させることにより、
キャリッジ３３、つまり記録ヘッド２を、印刷記録媒体
の一種である記録紙４０の幅方向に往復移動させる。ま
た、このプリンタ３１は、記録紙４０を主走査方向とは
直交する副走査方向に送り出す紙送り機構を備えてい
る。この紙送り機構は、紙送りモータ４１及び紙送りロ
ーラ４２等から構成されている。そして、プリンタコン
トローラは、ホストコンピュータから送信された印刷デ
ータに基づいて記録ヘッド２、パルスモータ３６、及
び、紙送りモータ４１等を制御し、記録ヘッド２を主走
査すると共に、この主走査に連動させて記録紙４０を順
次送り出す。The head scanning mechanism includes a pulse motor 36 provided at one of the left and right ends of the housing 34, a drive pulley 37 connected to the rotation shaft of the pulse motor 36, and a play motor provided at the left and right other ends of the housing 34. Roller pulley 38 and drive pulley 37
And a idler pulley 38 and a timing belt 39 connected to the carriage 33, a printer controller (not shown) for controlling the rotation of the pulse motor 36, and the like. That is, the head scanning mechanism operates the pulse motor 36 to
The carriage 33, that is, the recording head 2 is reciprocated in the width direction of the recording paper 40, which is a kind of print recording medium. The printer 31 has a paper feed mechanism for feeding the recording paper 40 in a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. The paper feed mechanism includes a paper feed motor 41, a paper feed roller 42, and the like. The printer controller controls the recording head 2, the pulse motor 36, the paper feed motor 41, and the like based on the print data transmitted from the host computer, and performs main scanning of the recording head 2 and interlocks with the main scanning. Then, the recording paper 40 is sequentially sent out.
【００２８】次に、上記した記録へッド２について詳細
に説明する。図１はインクジェット式記録へッド２の一
実施形態の断面図、図２は図１に示す記録ヘッド２の要
部を示す概略図である。なお、本実施形態の記録ヘッド
２には、電気機械変換素子として圧電振動子１を用いて
いる。Next, the recording head 2 will be described in detail. FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of the ink jet recording head 2, and FIG. 2 is a schematic view showing a main part of the recording head 2 shown in FIG. The recording head 2 of the present embodiment uses the piezoelectric vibrator 1 as an electromechanical transducer.
【００２９】図１に示すように、例示した記録へッド２
は、複数の圧電振動子１…、固定板７、及び、フレキシ
ブルケーブル６等をユニット化した圧電振動子ユニット
と、この圧電振動子ユニットを収納可能なケース３と、
ケース３の先端面に接合される流路ユニット５とを備え
ている。As shown in FIG. 1, the illustrated recording head 2
A piezoelectric vibrator unit in which a plurality of piezoelectric vibrators 1..., A fixed plate 7, a flexible cable 6 and the like are unitized, and a case 3 in which the piezoelectric vibrator unit can be stored.
And a flow path unit 5 joined to the front end surface of the case 3.
【００３０】ケース３は、先端と後端が共に開放した収
納室４が形成された合成樹脂製のブロック状部材であ
り、収納室４内には圧電振動子ユニットが収納固定され
ている。この圧電振動子ユニットは、圧電振動子１の櫛
歯状先端１ａを先端側開口に臨ませた姿勢とされてお
り、固定板７が収納室４の壁面に接着されている。The case 3 is a block member made of a synthetic resin in which a storage chamber 4 whose both front and rear ends are open is formed. In the storage chamber 4, a piezoelectric vibrator unit is stored and fixed. In this piezoelectric vibrator unit, the comb-teeth-shaped tip 1 a of the piezoelectric vibrator 1 faces the opening on the tip side, and the fixing plate 7 is adhered to the wall surface of the storage chamber 4.
【００３１】圧電振動子１は、縦方向に細長い櫛歯状を
しており、例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度の極めて
細い幅のニードル状に切り分けられることで形成されて
いる。例示した圧電振動子１は、圧電体１ｃと内部電極
１ｄ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（即ち
長手方向に振動可能）な横効果（ｄ３１効果）型の圧電
振動子である。そして、各圧電振動子１…は、基端側部
分が固定板７上に接合されており、圧電振動子１の自由
端部１ｂを固定板７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１
…の櫛歯状先端１ａ…は、それぞれ流路ユニット５の所
定部位である島部（アイランド部）２２に当接固定され
ており、フレキシブルケーブル６は、固定板７とは反対
側となる振動子の基端部側面で、圧電振動子１と電気的
に接続されている。The piezoelectric vibrator 1 has a long and narrow comb-teeth shape in the longitudinal direction, and is formed by being cut into, for example, needles having a very narrow width of about 50 μm to 100 μm. The illustrated piezoelectric vibrator 1 is a laminated piezoelectric vibrator configured by alternately laminating piezoelectric bodies 1c and internal electrodes 1d, and is capable of extending and contracting in a vertical direction perpendicular to the electric field direction (that is, in the longitudinal direction). This is a lateral effect (d31 effect) type piezoelectric vibrator that can vibrate). Each of the piezoelectric vibrators 1 has a base end portion joined to the fixed plate 7, and a cantilever having the free end 1 b of the piezoelectric vibrator 1 protruding outside the edge of the fixed plate 7. It is installed in the state of. In addition, each piezoelectric vibrator 1
Are fixed in contact with an island portion (island portion) 22 which is a predetermined portion of the flow path unit 5, and the flexible cable 6 vibrates on the opposite side to the fixed plate 7. The base is electrically connected to the piezoelectric vibrator 1 on the side surface of the base end.
【００３２】上記の内部電極１ｄは、一定電位の共通内
部電極と、駆動電圧の供給によって電位が変動する個別
内部電極とからなり、圧電体１ｃを挟んで共通内部電極
と個別内部電極とを交互に積層している。個別内部電極
は圧電振動子単位で電位が変動し、共通内部電極は全て
の圧電振動子１で同じ電位とされている。そして、これ
らの共通内部電極と個別内部電極との重ね合わせ領域
は、自由端部１ｂにおける振動子長手方向のほぼ全域に
亘って形成されている。このため、駆動対象となる圧電
振動子１の個別電極に駆動電圧を印加すると、この駆動
電圧は当該圧電振動子１の自由端部１ｂの略全体に亘っ
て同時に供給される。これにより、当該自由端部１ｂに
は電極積層方向に一様な電界が一時に作用し、自由端部
１ｂは長手方向に伸長或いは収縮する。このように、自
由端部１ｂの長手方向全域に亘って一様な電界を同時に
作用させることにより、自由端部１ｂを１次モードで励
振することができる。The internal electrode 1d is composed of a common internal electrode having a constant potential and an individual internal electrode whose potential fluctuates when a drive voltage is supplied. The common internal electrode and the individual internal electrode are alternately arranged with the piezoelectric body 1c interposed therebetween. Are laminated. The potential of the individual internal electrodes fluctuates for each piezoelectric vibrator, and the common internal electrode has the same potential for all the piezoelectric vibrators 1. The overlapping region of the common internal electrode and the individual internal electrode is formed over substantially the entire region of the free end 1b in the longitudinal direction of the transducer. Therefore, when a drive voltage is applied to the individual electrodes of the piezoelectric vibrator 1 to be driven, the drive voltage is simultaneously supplied over substantially the entire free end 1 b of the piezoelectric vibrator 1. As a result, a uniform electric field acts on the free end 1b in the electrode laminating direction at a time, and the free end 1b extends or contracts in the longitudinal direction. As described above, by applying a uniform electric field simultaneously over the entire area in the longitudinal direction of the free end 1b, the free end 1b can be excited in the first-order mode.
【００３３】流路ユニット５は、流路形成板８を間に挟
んでノズルプレート９を流路形成板８の一方の面側に配
置し、振動板１０をノズルプレート９とは反対側となる
他方の面側に配置して積層することで構成されている。In the flow channel unit 5, the nozzle plate 9 is disposed on one side of the flow channel forming plate 8 with the flow channel forming plate 8 interposed therebetween, and the vibration plate 10 is on the opposite side to the nozzle plate 9. It is configured by arranging and laminating on the other surface side.
【００３４】ノズルプレート９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１１…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９６個のノズル開口１１を
開設し、これらのノズル開口１１…によってノズル列を
構成する。そして、このノズル列を、吐出可能なインク
の色に対応した複数列形成する。The nozzle plate 9 is a thin plate made of stainless steel having a plurality of nozzle openings 11 formed in rows at a pitch corresponding to the dot formation density. In this embodiment, 96 nozzle openings 11 are opened at a pitch of 180 dpi, and a nozzle row is formed by these nozzle openings 11. Then, a plurality of nozzle rows are formed corresponding to the colors of ink that can be ejected.
【００３５】流路形成板８は、図２に示すように、ノズ
ルプレート９の各ノズル開口１１…に対応させて圧力発
生室１３となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成す
るとともに、インク供給口１４および共通インク室１５
となる空部を形成した板状の部材である。圧力発生室１
３は、ノズル開口１１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、その一部が、流路
形成板８の厚さ方向に貫通した断面略平行四辺形の貫通
孔１６により構成され、残りの部分は堰部１７で区画さ
れた偏平な凹室で構成されている。この堰部１７は共通
インク室１５から圧力発生室１３への流路に形成してあ
り、該堰部１７により流路幅の狭い狭窄部の形で、イン
ク供給口１４が形成されている。そして、この流路形成
板８の貫通孔１６、圧力発生室１３、インク供給口１４
および共通インク室１５は、シリコンウエハーをエッチ
ング加工することにより形成されている。As shown in FIG. 2, a plurality of flow path forming plates 8 are formed in such a manner that empty spaces serving as pressure generating chambers 13 are defined by partition walls so as to correspond to the respective nozzle openings 11 of the nozzle plate 9. Ink supply port 14 and common ink chamber 15
It is a plate-like member having a void portion formed therein. Pressure generating chamber 1
Reference numeral 3 denotes a chamber which is elongated in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings 11 are arranged (nozzle row direction), and a part of which has a substantially parallelogram cross-section penetrating in the thickness direction of the flow path forming plate 8. It is constituted by a through hole 16, and the rest is constituted by a flat recessed chamber partitioned by a weir 17. The weir 17 is formed in a flow path from the common ink chamber 15 to the pressure generating chamber 13, and the weir 17 forms an ink supply port 14 in the form of a narrow portion having a narrow flow path width. Then, the through hole 16, the pressure generating chamber 13, and the ink supply port 14 of the flow path forming plate 8 are provided.
The common ink chamber 15 is formed by etching a silicon wafer.
【００３６】また、本実施形態では、貫通孔１６は、圧
力発生室１３の一端、即ち圧力発生室１３内における共
通インク室１５から最も離れた位置に形成されている。
そして、圧力発生室１３の他端にインク供給口１４が接
続され、このインク供給口１４とは反対側の端部近傍で
ノズル開口１１が開口するように配置してある。なお、
共通インク室１５は、インクカートリッジ３２に貯留さ
れたインクを各圧力発生室１３に供給するための室であ
り、長手方向のほぼ中央にはインクカートリッジ３２か
らのインクが通るインク供給管１９が連通する。In the present embodiment, the through hole 16 is formed at one end of the pressure generating chamber 13, that is, at a position farthest from the common ink chamber 15 in the pressure generating chamber 13.
An ink supply port 14 is connected to the other end of the pressure generating chamber 13, and the nozzle opening 11 is disposed near the end opposite to the ink supply port 14. In addition,
The common ink chamber 15 is a chamber for supplying the ink stored in the ink cartridge 32 to each of the pressure generating chambers 13, and an ink supply pipe 19 through which the ink from the ink cartridge 32 passes communicates with substantially the center in the longitudinal direction. I do.
【００３７】振動板１０は、上記圧力発生室１３の一方
の開口面を封止する封止板と、同じく流路形成板８の他
方の面に積層され、共通インク室１５の一方の開口面を
封止する弾性体膜（薄膜部）とを兼ねており、ステンレ
ス鋼板２０上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）
等の樹脂フィルム２１をラミネート加工した二重構造で
ある。そして、同一材により封止板と弾性体膜とを構成
するので、封止板として機能する部分、すなわち圧力発
生室１３に対応した部分のステンレス鋼板２０をエッチ
ング加工して圧電振動子１の先端部１ａを当接固定する
ための島部２２を形成し、また、弾性体膜として機能す
る部分、すなわち共通インク室１５に対応する部分のス
テンレス板２０をエッチング加工で除去してフィルム部
（弾性体膜）２１だけにする。上記の島部２２は、圧力
発生室１３の平面形状と同様に、ノズル開口１１の列設
方向と直交する方向に細長いブロック状であり、その長
手方向中心と、圧電振動子１の軸心（図示の例では、圧
電体積層方向の中心）とを揃えた状態で取り付けてあ
る。The vibration plate 10 is laminated on a sealing plate for sealing one opening surface of the pressure generating chamber 13 and on the other surface of the flow path forming plate 8 similarly, and is provided on one opening surface of the common ink chamber 15. And a PPS (polyphenylene sulfide) on the stainless steel plate 20.
It has a double structure obtained by laminating a resin film 21 such as a resin film. Since the sealing plate and the elastic film are made of the same material, the portion functioning as the sealing plate, that is, the portion of the stainless steel plate 20 corresponding to the pressure generating chamber 13 is etched to form the tip of the piezoelectric vibrator 1. An island portion 22 for abutting and fixing the portion 1a is formed, and a portion functioning as an elastic film, that is, a portion of the stainless steel plate 20 corresponding to the common ink chamber 15 is removed by etching to remove a film portion (elasticity). (Body membrane) only 21. The above-mentioned island portion 22 is, like the planar shape of the pressure generating chamber 13, formed in an elongated block shape in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings 11 are arranged, and has a longitudinal center and an axial center of the piezoelectric vibrator 1. In the example shown in the figure, it is mounted so as to be aligned with the center of the piezoelectric body stacking direction.
【００３８】上記の構成を有する記録ヘッド２では、圧
電振動子１を振動子長手方向（つまり、縦方向）に伸長
させることにより、島部２２がノズルプレート９側に押
圧され、島部２２周辺のフィルム部（弾性体膜）２１が
変形して圧力発生室１３が収縮する。また、圧電振動子
１を振動子長手方向に収縮させると、フィルム部２１の
弾性により圧力発生室１３が膨張する。そして、圧力発
生室１３の膨張・収縮を制御することにより、圧力発生
室１３内のインク圧力が変動してノズル開口１１からイ
ンク滴が吐出される。In the recording head 2 having the above-described structure, the island 22 is pressed toward the nozzle plate 9 by extending the piezoelectric vibrator 1 in the longitudinal direction of the vibrator (that is, in the vertical direction). The film portion (elastic film) 21 is deformed and the pressure generating chamber 13 contracts. When the piezoelectric vibrator 1 is contracted in the longitudinal direction of the vibrator, the pressure generating chamber 13 expands due to the elasticity of the film portion 21. Then, by controlling the expansion and contraction of the pressure generating chamber 13, the ink pressure in the pressure generating chamber 13 fluctuates and ink droplets are ejected from the nozzle openings 11.
【００３９】そして、この記録ヘッド２における振動系
は、図３に示す等価回路によって表すことができる。図
３において、記号Ｍは単位長さあたりの媒質の質量であ
るイナータンス〔Kg／ｍ４〕であり、Ｍａは圧電振動子
１におけるイナータンス、Ｍｎはノズル開口１１におけ
るイナータンス、Ｍｓはインク供給口１４におけるイナ
ータンスである。記号Ｒは媒質の内部損失であるレジス
タンス〔Ｎ・ｓ／ｍ５〕であり、Ｒａは圧電振動子１に
おけるレジスタンス、Ｒｎはノズル開口１１におけるレ
ジスタンス、Ｒｓはインク供給口１４におけるレジスタ
ンスである。記号Ｃは単位圧力あたりの容積変化である
コンプライアンス〔ｍ５／Ｎ〕であり、Ｃｃは圧力発生
室１３を形成している隔壁１２と振動板１０のコンプラ
イアンス、Ｃａは圧電振動子１におけるコンプライアン
ス、Ｃｎはノズルプレート９のコンプライアンスであ
る。また、記号Ｐは圧電振動子１が経時的に発生する圧
力、換言すれば、圧電振動子１に印加する電圧パルスを
等価圧力に変換したものである。The vibration system of the recording head 2 can be represented by an equivalent circuit shown in FIG. In FIG. 3, the symbol M is the inertance [Kg / m 4 ] which is the mass of the medium per unit length, Ma is the inertance in the piezoelectric vibrator 1, Mn is the inertance in the nozzle opening 11, and Ms is the ink supply port 14. Is the inertance. The symbol R is a resistance [N · s / m 5 ] which is the internal loss of the medium, Ra is the resistance in the piezoelectric vibrator 1, Rn is the resistance in the nozzle opening 11, and Rs is the resistance in the ink supply port 14. Symbol C is compliance [m 5 / N] which is a volume change per unit pressure, Cc is compliance between partition 12 and diaphragm 10 forming pressure generating chamber 13, Ca is compliance in piezoelectric vibrator 1, Cn is the compliance of the nozzle plate 9. The symbol P is a pressure generated by the piezoelectric vibrator 1 over time, in other words, a voltage pulse applied to the piezoelectric vibrator 1 is converted into an equivalent pressure.
【００４０】本実施形態では、圧電振動子１の縦振動１
次モード周期をその横振動１次モード周期よりも短く設
定することにより、圧電振動子１の駆動時において横振
動（詳しくは、島部２２の長手方向側の撓み振動）が励
起されるのを抑制している。In this embodiment, the longitudinal vibration 1 of the piezoelectric vibrator 1
By setting the next mode cycle to be shorter than the transverse vibration primary mode cycle, transverse vibration (specifically, bending vibration in the longitudinal direction of the island portion 22) is excited when the piezoelectric vibrator 1 is driven. Restrained.
【００４１】ここで、圧電振動子１の縦振動の固有振動
数をｆｖとすると、ｆｖは次式（１）のように表わすこ
とができる。Here, assuming that the natural frequency of the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1 is fv, fv can be expressed by the following equation (1).
【００４２】 ｆｖ＝λ／２πＬ・√（Ｅ／ρ）・・・（１）Fv = λ / 2πL · √ (E / ρ) (1)
【００４３】この（１）式において、Ｌは圧電振動子１
の自由端部１ｂの長さ〔ｍ〕、Ｅは圧電振動子１の材料
の縦弾性係数〔Ｐａ〕、ρは圧電振動子１の材料密度
〔ｋｇ／ｍ３〕、λは境界条件と振動モードによって定
まる無次元の係数であり、縦振動の伝播速度はｃ＝√
（Ｅ／ρ）である。なお、一様断面の圧電振動子の縦振
動の固有振動数は、断面の形状には無関係である。In the equation (1), L is the piezoelectric vibrator 1
Is the length [m] of the free end 1b, E is the longitudinal elastic modulus [Pa] of the material of the piezoelectric vibrator 1, ρ is the material density [kg / m 3 ] of the piezoelectric vibrator 1, and λ is the boundary condition and vibration. This is a dimensionless coefficient determined by the mode, and the propagation speed of longitudinal vibration is c = √
(E / ρ). The natural frequency of the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator having a uniform cross section is irrelevant to the shape of the cross section.
【００４４】そして、圧電振動子１における縦振動の１
次モード周期Ｔｖは、上記の固有振動数ｆｖを用いて次
式（２）のように表すことができる。なお、この縦振動
の１次モード周期Ｔｖは、圧力発生室１３内のインクの
固有振動周期Ｔｃに揃えられており、圧電振動子１の縦
振動のタイミングと圧力発生室１３の容積変化のタイミ
ングとを同期させている。The longitudinal vibration 1 of the piezoelectric vibrator 1
The next mode cycle Tv can be expressed by the following equation (2) using the above natural frequency fv. The primary mode period Tv of the longitudinal vibration is aligned with the natural vibration period Tc of the ink in the pressure generating chamber 13, and the timing of the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1 and the timing of the volume change of the pressure generating chamber 13. And have synchronized.
【００４５】Ｔｖ＝１／ｆｖ・・・（２）Tv = 1 / fv (2)
【００４６】また、圧電振動子１の横振動の固有振動数
をｆｈとすると、ｆｈは次式（３）のように表わすこと
ができる。Further, assuming that the natural frequency of the lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1 is fh, fh can be expressed by the following equation (3).
【００４７】 ｆｈ＝λ２／２πＬ２×√〔（Ｅ・Ｉ）／（Ａ・ρ）〕・・・（３）Fh = λ 2 / 2πL 2 × √ [(E · I) / (A · ρ)] (3)
【００４８】この式（３）において、Ｌは圧電振動子１
の自由端部１ｂの長さ〔ｍ〕、Ｅｈは圧電振動子１の材
料の縦弾性係数〔Ｎ／ｍ２〕、Ｉは圧電振動子１の断面
二次モーメント〔ｍ４〕、Ａは圧電振動子１の断面積
〔ｍ２〕、ρは圧電振動子１の材料密度〔ｋｇ／
ｍ３〕、λは境界条件と振動モードによって定まる無次
元の係数である。そして、圧電振動子１は、一端が固定
板であり、他端が島部２２に当接した支持端とみなせる
ため、１次モードの計数λは３．９２７である。In the equation (3), L is the piezoelectric vibrator 1
Is the length [m] of the free end 1b, Eh is the longitudinal elastic modulus [N / m 2 ] of the material of the piezoelectric vibrator 1, I is the second moment of area [m 4 ] of the piezoelectric vibrator 1, and A is the piezoelectric element. The cross-sectional area [m 2 ] and ρ of the vibrator 1 are the material density of the piezoelectric vibrator 1 [kg /
m 3 ] and λ are dimensionless coefficients determined by boundary conditions and vibration modes. In addition, the piezoelectric vibrator 1 can be regarded as a fixed end at one end and a support end at the other end in contact with the island portion 22, so that the primary mode count λ is 3.927.
【００４９】この圧電振動子１における横振動の１次モ
ード周期Ｔｈは、上記の固有振動数ｆｈを用いて次式
（４）のように表すことができる。The primary mode period Th of the transverse vibration in the piezoelectric vibrator 1 can be expressed by the following equation (4) using the above natural frequency fh.
【００５０】Ｔｈ＝１／ｆｈ・・・（４）Th = 1 / fh (4)
【００５１】従って、本実施形態では、上記の式（１）
〜式（４）に基づいて各構成部材の条件を規定し、圧電
振動子１における縦振動の１次モード周期Ｔｖが横振動
の１次モード周期Ｔｈよりも短くなるように構成する。
言い換えれば、横振動の１次モード周期Ｔｈが縦振動の
１次モード周期Ｔｖよりも長くなるように構成する。Therefore, in the present embodiment, the above equation (1)
The conditions of each component are defined based on Equations (4) to (4) so that the primary mode period Tv of longitudinal vibration in the piezoelectric vibrator 1 is shorter than the primary mode period Th of transverse vibration.
In other words, the first mode cycle Th of the transverse vibration is configured to be longer than the first mode cycle Tv of the longitudinal vibration.
【００５２】このように構成することにより、圧電振動
子１（詳しくは、自由端部１ｂ）における縦振動と横振
動との間には周期のずれが生じ、共振を抑制できる。こ
のため、圧電振動子１の縦振動のエネルギーが横振動の
エネルギーに移行し難くなり、圧電振動子１の縦振動に
よる島部長手方向側の横振動（つまり、撓み振動）の励
起を抑制できる。そして、駆動時における横振動の励起
が抑制されることにより、ノズル開口１１とインク供給
口１４との間で反射往復を繰り返す圧力波の発生を防止
することができる。その結果、インクミストやサテライ
トの発生が防止でき、インク滴の吐出を安定させること
ができる。また、メニスカス２３の振動を速やかに収束
させることができ、インク滴吐出の応答性を向上させる
ことができる。With such a configuration, a period shift occurs between the longitudinal vibration and the transverse vibration in the piezoelectric vibrator 1 (specifically, the free end 1b), and the resonance can be suppressed. For this reason, it is difficult for the energy of the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1 to shift to the energy of the lateral vibration, and it is possible to suppress the excitation of the lateral vibration (that is, the bending vibration) on the island longitudinal direction due to the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1. . Then, by suppressing the excitation of the lateral vibration during driving, it is possible to prevent the generation of the pressure wave that repeats the reflection reciprocation between the nozzle opening 11 and the ink supply port 14. As a result, generation of ink mist and satellite can be prevented, and ejection of ink droplets can be stabilized. Further, the vibration of the meniscus 23 can be quickly converged, and the responsiveness of ink droplet ejection can be improved.
【００５３】また、本実施形態では、圧電振動子１の横
振動１次モード周期Ｔｈを、圧力発生室１３内のインク
の固有振動周期Ｔｃよりも長く設定している。Further, in the present embodiment, the primary vibration period Th of the piezoelectric vibrator 1 is set to be longer than the natural vibration period Tc of the ink in the pressure generating chamber 13.
【００５４】ここで、圧力発生室１３内のインクに励起
される固有振動の振動数ｆｃに関し、この固有振動数ｆ
ｃは、上記Ｍｎ、Ｍｓ、Ｃｃを用いて次式（５）のよう
に表わすことができる。Here, regarding the frequency fc of the natural vibration excited by the ink in the pressure generating chamber 13, this natural frequency f
c can be expressed by the following equation (5) using the above Mn, Ms, and Cc.
【００５５】 ｆｃ＝１／２π×√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ・Ｍｓ・Ｃｃ）〕・・・（５）Fc = 1 / 2π × √ [(Mn + Ms) / (Mn · Ms · Cc)] (5)
【００５６】さらに、インクの固有振動の振動周期（ヘ
ルムホルツ共振周波数）Ｔｃは、上記の固有振動数ｆｃ
を用いて次式（６）のように表すことができる。このイ
ンクの固有振動周期Ｔｃは、インク速度やインク量に影
響を与える要因となる。Further, the vibration period (Helmholtz resonance frequency) Tc of the natural vibration of the ink is determined by the above natural frequency fc.
And can be expressed as in the following equation (6). The natural vibration period Tc of the ink is a factor that affects the ink speed and the ink amount.
【００５７】Ｔｃ＝１／ｆｃ・・・（６）Tc = 1 / fc (6)
【００５８】従って、本実施形態では、横振動１次モー
ド周期Ｔｈ＞固有振動周期Ｔｃの関係が成立するよう
に、各構成部材の条件を規定する。このように構成する
ことにより、インク滴の吐出によって圧力発生室１３内
に励起されたインクの固有振動と圧電振動子１（詳しく
は、自由端部１ｂ）の横振動との間には、振動周期のず
れが生じる。このため、インクの固有振動と圧電振動子
１の横振動とが共振せず、インクの固有振動のエネルギ
ーが圧電振動子１の横振動のエネルギーに移行し難くな
る。従って、圧電振動子１の横振動が長時間に亘って続
いてしまうという不具合を防止することができる。その
結果、メニスカス２３の振動を速やかに収束させること
ができ、インク滴吐出の応答性を向上させることができ
る。Therefore, in the present embodiment, the conditions of each component are defined so that the relationship of the transverse vibration primary mode cycle Th> the natural oscillation cycle Tc is satisfied. With this configuration, the vibration between the natural vibration of the ink excited in the pressure generating chamber 13 by the ejection of the ink droplet and the lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1 (specifically, the free end 1b) is generated. A period shift occurs. For this reason, the natural vibration of the ink and the lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1 do not resonate, and it is difficult for the energy of the natural vibration of the ink to transfer to the energy of the lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1. Therefore, it is possible to prevent a problem that the lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1 continues for a long time. As a result, the vibration of the meniscus 23 can be quickly converged, and the responsiveness of ink droplet ejection can be improved.
【００５９】さらに、横振動の１次モード周期Ｔｈをイ
ンクの固有振動周期Ｔｃよりも長く設定しているので、
万一、ノズル開口１１とインク供給口１４との間で反射
往復を繰り返す圧力発生室１３内部の圧力波が発生して
しまったとしても、この圧力波の移動周期は圧電振動子
１の横振動周期Ｔｈに依存し、インクの固有振動周期Ｔ
ｃよりも長くなる。このため、インクの固有振動周期Ｔ
ｃで規定されるタイミングで行われているインク滴の吐
出タイミングと、圧力波の移動周期とが同調し難くな
り、この圧力波に起因するインクミスト等の不具合を防
止することができる。Further, since the primary mode period Th of the lateral vibration is set longer than the natural vibration period Tc of the ink,
Even if a pressure wave inside the pressure generating chamber 13 that repeats reflection and reciprocation between the nozzle opening 11 and the ink supply port 14 is generated, the moving cycle of the pressure wave is determined by the lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1. The characteristic vibration period T of the ink depends on the period Th.
longer than c. Therefore, the natural vibration period T of the ink
The ejection timing of the ink droplets performed at the timing specified by c and the movement cycle of the pressure wave become difficult to synchronize with each other, and problems such as ink mist caused by the pressure wave can be prevented.
【００６０】また、本実施形態では、島部２２の長手方
向中心と圧電振動子１の軸心とを略一致させた状態で圧
電振動子１と島部２２とを当接させているので、振動板
１０からの反力については、島部長手方向一端側と島部
長手方向他端側とで均等になる。これにより、圧電振動
子１の縦振動時において、振動板１０からの反力のアン
バランスに起因する横振動の励起を防止することができ
る。In the present embodiment, the piezoelectric vibrator 1 and the island 22 are brought into contact with each other with the longitudinal center of the island 22 and the axis of the piezoelectric vibrator 1 substantially aligned. The reaction force from the diaphragm 10 is equal at one end in the island longitudinal direction and at the other end in the island longitudinal direction. Thereby, at the time of the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1, it is possible to prevent the lateral vibration from being excited due to the unbalance of the reaction force from the diaphragm 10.
【００６１】さらに、圧電振動子１の駆動時には、上記
したように、自由端部１ｂの長手方向全域に亘って一様
な電界を作用させて圧電振動子１の縦振動１次モードを
積極的に励起するように構成してあるので、駆動時にお
ける圧電振動子１の横振動の励起を防止することができ
る。従って、この点でも、メニスカス２３の振動を速や
かに収束させることができ、インク滴吐出の応答性を向
上させることができる。Further, when the piezoelectric vibrator 1 is driven, as described above, a uniform electric field is applied to the entire longitudinal direction of the free end portion 1b to positively change the primary longitudinal vibration mode of the piezoelectric vibrator 1. , The lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1 during driving can be prevented. Therefore, also in this respect, the vibration of the meniscus 23 can be quickly converged, and the responsiveness of ink droplet ejection can be improved.
【００６２】なお、本実施形態では、圧電振動子１の縦
振動の１次モード周期Ｔｖと圧力発生室１３内のインク
の固有振動周期Ｔｃとが略一致している構成について説
明したが、インク滴吐出時の応答性を向上させるという
観点からすれば、この１次モード周期Ｔｖはインクの固
有振動周期Ｔｃよりも短いことが望ましい。In the present embodiment, the configuration in which the primary mode period Tv of the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1 substantially matches the natural vibration period Tc of the ink in the pressure generating chamber 13 has been described. From the viewpoint of improving the response at the time of droplet ejection, it is desirable that the primary mode cycle Tv is shorter than the natural oscillation cycle Tc of the ink.
【００６３】また、本実施形態では、電気機械変換素子
として、横効果（ｄ３１効果）型の圧電振動子１を例示
したが、これに限定されるものではない。例えば、圧電
体と内部電極とを振動子長手方向（つまり圧電振動子１
の縦方向）に積層し、電界方向に振動可能な縦効果（ｄ
３３効果）型の圧電振動子にも適用できる。Further, in the present embodiment, the lateral effect (d31 effect) type piezoelectric vibrator 1 is exemplified as the electromechanical transducer, but the present invention is not limited to this. For example, the piezoelectric body and the internal electrode are connected in the longitudinal direction of the vibrator (ie, the piezoelectric vibrator 1).
Vertical effect (d), and a vertical effect (d
33 effect) type piezoelectric vibrator.
【００６４】さらに、電気機械変換素子は、圧電振動子
に限らず、駆動信号の印加により機械的変形を生じる素
子であればよい。例えば、磁歪素子でもよい。Further, the electromechanical transducer is not limited to the piezoelectric vibrator, but may be any element that causes mechanical deformation by applying a drive signal. For example, a magnetostrictive element may be used.
【００６５】[0065]
【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、電気機械変換素子の縦振動１
次モード周期を、該素子の横振動１次モード周期よりも
短くしたので、電気機械変換素子における縦振動と横振
動との間には周期のずれが生じる。このため、共振が抑
制され、電気機械変換素子の縦振動のエネルギーが横振
動のエネルギーに移行し難くなり、電気機械変換素子の
縦振動によって横振動が励起されるのを防止できる。従
って、この横振動に起因する圧力波の発生が防止でき、
インク滴の吐出が安定する。その結果、メニスカスの振
動を速やかに収束させることができ、インク滴吐出の応
答性を向上させることができる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. That is, the longitudinal vibration of the electromechanical transducer 1
Since the period of the next mode is shorter than the period of the primary mode of the lateral vibration of the element, a period shift occurs between the longitudinal vibration and the lateral vibration in the electromechanical transducer. For this reason, the resonance is suppressed, the energy of the longitudinal vibration of the electromechanical transducer is hardly transferred to the energy of the transverse vibration, and the transverse vibration can be prevented from being excited by the longitudinal vibration of the electromechanical transducer. Therefore, the generation of the pressure wave due to the lateral vibration can be prevented,
Ink droplet ejection is stabilized. As a result, the vibration of the meniscus can be quickly converged, and the responsiveness of ink droplet ejection can be improved.
【００６６】また、電気機械変換素子の駆動時に、自由
端部の全体に亘って同時に駆動電圧を供給するように構
成した場合には、この自由端部には縦振動１次モードが
より強く励起される。このため、駆動時における電気機
械変換素子の横振動の励起を防止することができる。従
って、インク滴吐出における応答性の一層の向上が図れ
る。When the driving voltage is simultaneously supplied to the entire free end when the electromechanical transducer is driven, the primary longitudinal vibration mode is more strongly excited at the free end. Is done. Therefore, it is possible to prevent the lateral vibration of the electromechanical transducer from being excited at the time of driving. Therefore, the responsiveness in ejecting ink droplets can be further improved.
【００６７】また、島部長手方向側についての電気機械
変換素子の中心と島部の中心とを揃え、この状態で圧電
振動子の先端部を島部に当接させた場合には、振動板か
らの反力が島部長手方向一端側と島部長手方向他端側と
で均等になる。これにより、電気機械変換素子の縦振動
時において、反力のアンバランスに起因する電気機械変
換素子の横振動の励起を防止することができる。If the center of the electromechanical transducer on the island longitudinal direction is aligned with the center of the island and the tip of the piezoelectric vibrator is brought into contact with the island in this state, The reaction force is uniform at one end in the island longitudinal direction and at the other end in the island longitudinal direction. Thereby, at the time of longitudinal vibration of the electromechanical transducer, excitation of transverse vibration of the electromechanical transducer due to imbalance of the reaction force can be prevented.
【００６８】また、圧力発生室の内部を反射往復する圧
力振動の振動周期を、インクに励起される固有振動の振
動周期よりも長くした場合には、インク滴の吐出タイミ
ングと、圧力波の移動周期とが同調し難くなり、この圧
力波に起因するインクミスト等の不具合を防止すること
ができる。When the oscillation cycle of the pressure oscillation that reciprocates inside the pressure generating chamber is longer than the oscillation cycle of the natural oscillation excited by the ink, the ejection timing of the ink droplet and the movement of the pressure wave It becomes difficult to synchronize with the cycle, and it is possible to prevent problems such as ink mist caused by the pressure wave.
【００６９】また、電気機械変換素子の横振動１次モー
ド周期を、圧力発生室内のインクに励起される固有振動
の振動周期よりも長くした場合には、振動周期のずれに
よってインクの固有振動と電気機械変換素子の横振動と
が共振せず、インクの固有振動のエネルギーが電気機械
変換素子の横振動のエネルギーに移行し難くなる。この
ため、メニスカスの振動を速やかに収束させることがで
き、インク滴吐出の応答性を向上させることができる。When the period of the primary mode of the transverse vibration of the electromechanical transducer is longer than the period of the natural vibration excited by the ink in the pressure generating chamber, the deviation of the vibration period causes the natural vibration of the ink to be different from the natural vibration of the ink. The transverse vibration of the electromechanical transducer does not resonate, and the energy of the natural vibration of the ink does not easily transfer to the energy of the transverse vibration of the electromechanical transducer. For this reason, the vibration of the meniscus can be quickly converged, and the responsiveness of ink droplet ejection can be improved.
【図１】インクジェット式記録ヘッドの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an ink jet recording head.
【図２】記録ヘッドの要部を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a main part of a recording head.
【図３】記録ヘッドにおける振動系を等価回路によって
表した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a vibration system in a recording head by an equivalent circuit.
【図４】インクジェット式プリンタの構成を説明する斜
視図である。FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration of an ink jet printer.
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、何れも従来技術を説明す
る図である。FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a conventional technique.
１ 圧電振動子 ２ インクジェット式記録ヘッド ３ ケース ４ 収納室 ５ 流路ユニット ６ フレキシブルケーブル ７ 固定板 ８ 流路形成板 ９ ノズルプレート １０ 振動板 １１ ノズル開口 １３ 圧力発生室 １４ インク供給口 １５ 共通インク室 １６ 貫通孔 １７ 堰部 １９ インク供給管 ２０ ステンレス板 ２１ 高分子フィルム部（弾性体膜） ２２ 島部 ２３ メニスカス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 2 Ink jet recording head 3 Case 4 Storage room 5 Flow path unit 6 Flexible cable 7 Fixing plate 8 Flow path forming plate 9 Nozzle plate 10 Vibration plate 11 Nozzle opening 13 Pressure generating chamber 14 Ink supply port 15 Common ink chamber Reference Signs List 16 through-hole 17 dam section 19 ink supply pipe 20 stainless plate 21 polymer film section (elastic film) 22 island section 23 meniscus
Claims (15)
端部が長手方向に振動可能な電気機械変換素子を備えた
振動子ユニットにおいて、 前記電気機械変換素子の縦振動１次モード周期を、該素
子の横振動１次モード周期よりも短くしたことを特徴と
する振動子ユニット。1. A vibrator unit comprising an electromechanical transducer having one longitudinal end fixed and a free end vibrating in a longitudinal direction, wherein a longitudinal primary vibration mode of the electromechanical transducer is defined by: A vibrator unit, wherein the period of the first-order transverse vibration mode of the element is shorter.
端部の全体に亘って同時に駆動電圧を供給するように構
成したことを特徴とする請求項１に記載の振動子ユニッ
ト。2. The vibrator unit according to claim 1, wherein a driving voltage is simultaneously supplied over the entire free end when the electromechanical transducer is driven.
い櫛歯状に形成したことを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の振動子ユニット。3. The vibrator unit according to claim 1, wherein the electromechanical transducer is formed in a vertically elongated comb shape.
電振動子であることを特徴とする請求項１から請求項３
の何れかに記載の振動子ユニット。4. The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the electromechanical transducer is a lateral effect type piezoelectric vibrator.
The vibrator unit according to any one of the above.
電振動子であることを特徴とする請求項１から請求項３
の何れかに記載の振動子ユニット。5. The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the electromechanical transducer is a longitudinal effect type piezoelectric vibrator.
The vibrator unit according to any one of the above.
を交互に積層して構成された積層型圧電振動子であるこ
とを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の振動子ユ
ニット。6. The vibrator according to claim 4, wherein the piezoelectric vibrator is a laminated piezoelectric vibrator configured by alternately laminating piezoelectric bodies and internal electrodes. unit.
振動子ユニットと、ノズル開口に連通した圧力発生室の
一部を構成する弾性板を備えた流路ユニットとを備え、 電気機械変換素子における自由端部の先端部を弾性板と
当接させた状態で、振動子ユニットを取り付けたことを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。7. A vibrator unit according to claim 1, further comprising: a flow path unit having an elastic plate forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; An ink jet type recording head, wherein a vibrator unit is mounted in a state where a free end of a mechanical conversion element is in contact with an elastic plate.
に島部を備え、電気機械変換素子の先端部を島部に当接
させたことを特徴とする請求項７に記載のインクジェッ
ト式記録ヘッド。8. The ink jet type according to claim 7, wherein the diaphragm has an island at a portion corresponding to the pressure generating chamber, and a tip of the electromechanical transducer is brought into contact with the island. Recording head.
交する方向に細長いブロック状であり、 電気機械変換素子の横振動の方向が島部の長手方向と一
致していることを特徴とする請求項８に記載のインクジ
ェット式記録ヘッド。9. The method according to claim 1, wherein the island portion has a block shape elongated in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings are arranged, and the direction of the lateral vibration of the electromechanical transducer matches the longitudinal direction of the island portion. The ink jet recording head according to claim 8, wherein
換素子の中心と島部の中心とを揃え、この状態で電気機
械変換素子の先端部を島部に当接させたことを特徴とす
る請求項８又は請求項９に記載のインクジェット式記録
ヘッド。10. The center of the electromechanical transducer on the island part longitudinal direction side and the center of the island are aligned, and in this state, the tip of the electromechanical transducer is brought into contact with the island. The ink jet recording head according to claim 8.
圧力振動の振動周期がインクに励起される固有振動の振
動周期よりも長いことを特徴とする請求項７から請求項
１０の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。11. The method according to claim 7, wherein the vibration cycle of the pressure vibration that reciprocates inside the pressure generating chamber is longer than the vibration cycle of the natural vibration excited by the ink. The ink jet recording head according to the above.
方向と直交する方向に細長い室であることを特徴とする
請求項７から請求項１１の何れかに記載のインクジェッ
ト式記録ヘッド。12. The ink jet recording head according to claim 7, wherein the pressure generating chamber is a chamber elongated in a direction orthogonal to a direction in which the nozzle openings are arranged.
に接合され、自由端部が固定板の縁よりも突出している
ことを特徴とする請求項７から請求項１２の何れかに記
載のインクジェット式記録ヘッド。13. The electromechanical transducer according to claim 7, wherein one end of the electromechanical transducer is joined to a fixed plate, and a free end protrudes from an edge of the fixed plate. Ink jet recording head.
ード周期を、圧力発生室内のインクに励起される固有振
動の振動周期よりも短くしたことを特徴とする請求項７
から請求項１３の何れかに記載のインクジェット式記録
ヘッド。14. The method according to claim 7, wherein a first-order longitudinal vibration mode period of the electromechanical transducer is shorter than a vibration period of a natural vibration excited by ink in the pressure generating chamber.
An ink jet recording head according to any one of claims 1 to 13.
ード周期を、圧力発生室内のインクに励起される固有振
動の振動周期よりも長くしたことを特徴とする請求項７
から請求項１４の何れかにインクジェット式記録ヘッ
ド。15. A cycle of a first-order mode of transverse vibration of the electromechanical transducer is longer than a cycle of natural vibration excited by ink in the pressure generating chamber.
An ink jet recording head according to any one of claims 1 to 14.
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