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JP3988351B2 - Inkjet recording head and image recording apparatus - Google Patents
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JP3988351B2 - Inkjet recording head and image recording apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生室の圧力変動によりノズル開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド、及びこれを備えたインクジェットプリンタ等の画像記録装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置としてインクジェット式プリンタやインクジェット式プロッタ等がよく知られている。このようなインクジェット式記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッドという)には、圧電振動子を電気機械変換素子として用いたものがある。
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、この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、このケース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56を接合することで構成されている。
【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厚肉部56aを形成し、厚肉部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が厚肉部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。
【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。
【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では、インク滴を吐出させた際に圧力発生室内のインクにヘルムホルツ共振周波数の固有振動が励起されるが、この固有振動のエネルギーが圧電振動子の横振動(振動子長手方向とは直交する方向の振動)のエネルギーに移行してしまう虞がある。そして、エネルギーの移行が生じてしまうと、記録ヘッド内には振動子の横振動を止めるためのダンパー要素がないので、横振動が長時間に亘って持続してしまう。さらに、圧電振動子の横振動が長時間に亘ること等によってこの横振動のエネルギーが圧力室内のインクに作用し、インク滴を吐出させた後において、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63で示す)の振動もなかなか収束しない。
ここで、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、インクミストが発生してしまったりして画質不良の原因となる。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、高周波駆動を妨げる一因となっている。
【0006】
また、励起された横振動が大きかったり、必要以上の長時間に亘って持続されたりすると、圧力発生室58内を往復する圧力波αも発生する。そして、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。その結果、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。このインク圧力の偏りもまた、インクミストの発生などの一因となる。
【0007】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、圧電振動子における横振動の過剰な持続を防止し、インク滴吐出の応答性を向上させることができるインクジェット式記録ヘッド、及びこれを備えた画像記録装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたもので、請求項1に記載のものは、ズル開口を複数開設したノズルプレートと、ノズル開口に対応させて圧力発生室となる空部を隔壁を挟んで複数並べて形成した流路形成板と、流路形成板に接合されて圧力発生室の内壁の一部を構成する振動板と、縦方向に細長く長手方向の一端が固定されると共に他端の自由端部が縦方向に振動可能な電気機械変換素子とを備え、電気機械変換素子の自由端部の縦振動によって振動板を変形させて圧力発生室の容積を可変するようにしたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記振動板は圧力発生室に対応する部分に周辺が弾性体膜だけで構成された島部を備え、この島部に前記電気機械変換素子の自由端部の先端を当接させ、
前記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を、電気機械変換素子の自由端部の横振動1次モード周期よりも短くしたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドである。
【0009】
ここで、「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。
【0011】
請求項2に記載のものは、島部は、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1に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0012】
請求項3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1又は請求項2に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0013】
請求項4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1から請求項3の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0014】
請求項5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1から請求項4の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0015】
請求項6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1から請求項5の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0016】
請求項7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から請求項6の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0017】
請求項8に記載のものは、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から請求項7の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0018】
請求項9に記載のものは、電気機械変換素子は、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8の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0019】
請求項10に記載のものは、電気機械変換素子は、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8の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0020】
請求項11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9または請求項10に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0021】
請求項12に記載のものは、請求項1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を備えたことを特徴とする画像記録装置である。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を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と呼ぶ)について説明する。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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(即ち振動)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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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13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。
【0033】
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。
【0034】
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の先端を当接固定するための厚肉部(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21(弾性体膜)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。
【0035】
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。
【0036】
そして、以上のように構成された記録ヘッド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。この図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/m〕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/m〕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〔m/N〕であり、Ccは圧力発生室13を区画形成している隔壁と振動板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。
【0037】
そして、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fcは、上記Mn、Ms、Ccを用いて次式(1)のように表わすことができる。
【0038】
fc=1/2π×√〔(Mn+Ms)/(Mn・Ms・Cc)〕・・・(1)
【0039】
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(2)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。
【0040】
Tc=1/fc・・・(2)
【0041】
本実施形態では、圧力発生室13内に励起される固有振動の振動周期Tcを、圧電振動子1の横振動1次モード周期よりも短く設定することで、固有振動周期Tcに起因して励起される圧電振動子1の横振動(詳しくは、島部22の長手方向の振動)を防止している。
【0042】
ここで、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。
【0043】
fh=λ/2πL×√〔(Eh・I)/(A・ρ)〕・・・(3)
【0044】
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/m〕、Iは圧電振動子1の断面二次モーメント〔m〕、Aは圧電振動子1の断面積〔m〕、ρは圧電振動子1の材料密度K〔kg/m〕、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。
【0045】
さらに、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。
【0046】
Th=1/fh・・・(4)
【0047】
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、インクの固有振動周期Tcが圧電振動子1における横振動の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がインクの固有振動周期Tcよりも長くなるように構成する。
【0048】
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。
【0049】
また、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、圧電振動子1の横振動によってノズル開口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の横振動周期に依存し、インクの固有振動周期Tcよりも長くなる。このため、インクの固有振動周期Tc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。
【0050】
また、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からの反力に関し、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。
【0051】
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。
【0052】
なお、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(d33効果)型の圧電振動子にも適用できる。
【0053】
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。
【0054】
【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、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を、電気機械変換素子の自由端子部の横振動1次モード周期よりも短くしたので、インク滴の吐出によって圧力発生室内に励起されたインクの固有振動と電気機械変換素子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。
従って、電気機械変換素子における横振動が必要以上の長時間に亘って持続せず、メニスカスの振動を速やかに収束させることができる。その結果、インク滴吐出の応答性を向上させることができる。
【0055】
また、電気機械変換素子の横振動1次モード周期を、インクの固有振動周期よりも長く設定しているので、電気機械変換素子の横振動によって圧力発生室内で反射往復を繰り返す圧力波が発生したとしても、この圧力波の移動周期は電気機械変換素子の横振動周期に依存するため、インクの固有振動周期よりも長くなる。従って、インクの固有振動周期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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】 インクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図2】 記録ヘッドの要部を示す概略図である。
【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。
【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。
【図5】 (a)及び(b)は、何れも従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
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 樹脂フィルム部(弾性体膜)
22 島部
23 メニスカス
31 インクジェット式記録装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording head that discharges ink from a nozzle opening due to pressure fluctuation in a pressure generating chamber, and an image recording apparatus such as an ink jet printer including the ink jet recording head.
[0002]
[Prior art]
As an ink jet recording apparatus, an ink jet printer, an ink jet plotter, and the like are well known. Some ink jet recording heads (hereinafter referred to as recording heads) used in such ink jet recording apparatuses use piezoelectric vibrators as electromechanical transducers.
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 units can be housed and fixed, And a flow path unit 53 joined to the front end surface of the case 52. The flow path unit 53 is configured by joining a nozzle plate 55 to one surface of a flow path forming plate 54 and joining a diaphragm 56 to the other surface.
[0003]
In the nozzle plate 55, a plurality of nozzle openings 57 are formed in a row. The flow path forming plate 54 includes a plurality of pressure generation chambers 58 communicating with the nozzle openings 57, a common ink chamber 59 for storing ink to be supplied to the pressure generation chambers 58, and the common ink chamber 59. The ink supply ports 60 and the like communicating with the respective pressure generation chambers 58 are defined by partition walls. 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 the thick portion 56a is formed by leaving the stainless steel rod 61 in an island shape. In addition, a thin portion 56b of only the resin film 62 is formed around the thick portion 56a. Then, the piezoelectric vibrator unit is fixed to the case 52 such that the free end of the piezoelectric vibrator 51 is in contact with the thick portion 56a.
[0004]
The recording head 50 configured as described above supplies the ink in the common ink chamber 59 into each pressure generating chamber 58 through the ink supply port 60, and the diaphragm 56 is bent by the expansion and contraction of the piezoelectric vibrator 51 to thereby pressurize the diaphragm 56. Pressure fluctuations are generated in the generation chamber 58, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 57 by the pressure fluctuations.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this type of recording head, when the ink droplets are ejected, the natural vibration of the Helmholtz resonance frequency is excited in the ink in the pressure generating chamber. There is a risk of shifting to energy of vibration in a direction orthogonal to the longitudinal direction. When energy transfer occurs, there is no damper element for stopping the lateral vibration of the vibrator in the recording head, so that the lateral vibration lasts for a long time. Furthermore, the energy of the transverse vibration acts on the ink in the pressure chamber due to the transverse vibration of the piezoelectric vibrator for a long time, etc., and after ejecting the ink droplet, the meniscus (the ink exposed at the nozzle opening) The vibration of the free surface (indicated by reference numeral 63 in FIG. 5) does not easily converge.
Here, if the next ink droplet is ejected in a state where the vibration of the meniscus is not sufficiently converged, ink mist may be generated, causing image quality defects. For this reason, it is necessary to wait until the vibration of the meniscus sufficiently converges, which is one factor that hinders high-frequency driving.
[0006]
Further, when the excited lateral vibration is large or is sustained for a longer time than necessary, a pressure wave α that reciprocates in the pressure generating chamber 58 is also generated. 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. As a result, as indicated by a solid line in FIG. 5B, when the ink pressure on the nozzle opening 57 side is high in the pressure generating chamber 58, the ink pressure on the ink supply port 60 side is low, and as indicated by the dotted line. In addition, when the ink pressure on the nozzle opening 57 side is low, a pressure deviation occurs in which the ink pressure on the ink supply port 60 side increases. This uneven ink pressure also contributes to the generation of ink mist.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is an ink jet recording head capable of preventing excessive continuation of lateral vibration in a piezoelectric vibrator and improving responsiveness of ink droplet ejection, and an image recording apparatus provided with the same Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been proposed in order to achieve the above object. According to the first aspect of the present invention, there is provided a nozzle plate having a plurality of nozzle openings, and an empty portion serving as a pressure generating chamber corresponding to the nozzle openings. A plurality of side-by-side channel forming plates, a vibration plate joined to the channel forming plate to form part of the inner wall of the pressure generating chamber, and one end in the longitudinal direction that is elongated in the vertical direction and the other An ink-jet having an electromechanical transducer element whose free end portion can vibrate in the longitudinal direction, and deforming the diaphragm by the longitudinal vibration of the free end portion of the electromechanical transducer element so as to vary the volume of the pressure generating chamber In the recording head,
The diaphragm includes an island portion whose periphery is composed only of an elastic film in a portion corresponding to the pressure generation chamber, and the tip of the free end portion of the electromechanical transducer is brought into contact with the island portion,
In the ink jet recording head, the vibration period of the natural vibration excited by the ink in the pressure generating chamber is shorter than the transverse vibration primary mode period of the free end portion of the electromechanical transducer.
[0009]
Here, the “electromechanical conversion element” is an element that causes mechanical deformation by application of a drive signal, and corresponds to, for example, a piezoelectric vibrator.
[0011]
As for the thing of Claim 2, an island part is a block shape long and thin in the direction orthogonal to the row direction of a nozzle opening,
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the direction of the transverse vibration of the electromechanical transducer coincides with the longitudinal direction of the island portion.
[0012]
According to the third aspect of the present invention, the center of the electromechanical transducer element and the center of the island portion in the longitudinal direction of the island portion are aligned, and the tip portion of the electromechanical transducer element is brought into contact with the island portion in this state. An ink jet recording head according to claim 1 or 2, wherein
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, the vibration period of the pressure vibration reflected and reciprocated inside the pressure generation chamber is longer than the vibration period of the natural vibration excited by the ink. An ink jet recording head according to any one of the above.
[0014]
The ink jet recording according to any one of claims 1 to 4, wherein the pressure generating chamber is a chamber elongated in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings are arranged. Head.
[0015]
The structure described in claim 6 is characterized in that one end of the electromechanical transducer is joined to the fixed plate, and the free end protrudes from the edge of the fixed plate. The ink jet recording head described in 1.
[0016]
A seventh aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to sixth aspects, wherein the electromechanical conversion element is formed in a comb-teeth shape elongated in the vertical direction.
[0017]
The invention according to claim 8 is configured to supply a drive voltage simultaneously over the entire free end when the electromechanical transducer is driven. The ink jet recording head described in 1.
[0018]
A ninth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to eighth aspects, wherein the electromechanical transducer is a lateral effect type piezoelectric vibrator.
[0019]
A tenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to eighth aspects, wherein the electromechanical transducer is a longitudinal effect type piezoelectric vibrator.
[0020]
According to an eleventh aspect of the present invention, the piezoelectric vibrator is a laminated piezoelectric vibrator configured by alternately laminating piezoelectric bodies and internal electrodes. Inkjet recording head.
[0021]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an image recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to eleventh aspects.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described 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.
[0023]
The illustrated printer 31 includes a carriage 33 to which the recording head 2 is attached and holds an ink cartridge 32. The carriage 33 is movably attached to a guide member 35 installed on the housing 34, and is reciprocated along the guide member 35 (that is, along the main scanning direction) by a head scanning mechanism. .
[0024]
The head scanning mechanism includes a pulse motor 36 provided at one end of the case 34, a drive pulley 37 connected to the rotation shaft of the pulse motor 36, and an idle pulley 38 provided at the other end of the case 34. And a timing belt 39 that is spanned between the drive pulley 37 and the idle pulley 38 and connected to the carriage 33, a printer controller (not shown) that controls the rotation of the pulse motor 36, and the like. It is. In other words, this head scanning mechanism operates the pulse motor 36 to reciprocate the carriage 33, that is, the recording head 2, in the width direction of the recording paper 40 which is a kind of print recording medium. In addition, the printer 31 includes a paper feeding mechanism that feeds the recording paper 40 in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. This paper feed mechanism is composed of 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 the main scanning of the recording head 2 and is linked to the main scanning. Then, the recording paper 40 is sequentially sent out.
[0025]
Next, the recording head 2 will be described in detail. FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of an ink jet recording head 2, and FIG. 2 is a schematic view showing a main part of the recording head 2 shown in FIG. 1. In the recording head 2 of the present embodiment, the piezoelectric vibrator 1 is used as an electromechanical conversion element.
[0026]
As shown in FIG. 1, the illustrated recording head 2 includes a plurality of piezoelectric vibrators 1..., A fixed plate 7, a flexible cable 6, and the like, and a piezoelectric vibrator unit. A case 3 that can be stored and a flow path unit 5 that is joined to the front end surface of the case 3 are provided.
[0027]
The case 3 is a block-shaped member made of synthetic resin in which a storage chamber 4 having an open front end and a rear end is formed. A piezoelectric vibrator unit is stored and fixed in the storage chamber 4. The piezoelectric vibrator unit has a posture in which the comb-like tip 1 a of the piezoelectric vibrator 1 faces the opening on the tip side, and the fixing plate 7 is bonded to the wall surface of the storage chamber 4.
[0028]
The piezoelectric vibrator 1 has a comb-like shape elongated in the vertical direction, and is formed, for example, by being cut into needles having an extremely 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 can expand and contract (i.e., vibrate) in a vertical direction perpendicular to the electric field direction. This is a lateral effect (d31 effect) type piezoelectric vibrator. Each of the piezoelectric vibrators 1... Has a base end portion joined to the fixed plate 7, and a cantilever in which the free end portion 1 b of the piezoelectric vibrator 1 protrudes outward from the edge of the fixed plate 7. It is attached in the state. In addition, the comb-shaped tips 1a of each piezoelectric vibrator 1 are abutted and fixed to island portions 22 which are predetermined portions of the flow path unit 5, respectively, and the flexible cable 6 is opposite to the fixed plate 7. It is electrically connected to the piezoelectric vibrator 1 on the side surface of the base end portion of the vibrator.
[0029]
The internal electrode 1d is composed of a common internal electrode having a constant potential and individual internal electrodes whose potential varies with the supply of a driving voltage. The common internal electrodes and the individual internal electrodes are alternately stacked with the piezoelectric body 1c interposed therebetween. ing. The potential of the individual internal electrode varies in units of piezoelectric vibrators, and the common internal electrode is set to the same potential in all the piezoelectric vibrators 1. The overlapping region of these common internal electrodes and individual internal electrodes is formed over substantially the entire region of the free end portion 1b in the longitudinal direction of the vibrator.
For this reason, when a driving voltage is applied to the individual electrode of the piezoelectric vibrator 1 to be driven, this driving voltage is supplied simultaneously over substantially the entire free end 1 b of the piezoelectric vibrator 1. Thereby, a uniform electric field acts on the free end 1b in the electrode stacking direction at a time, and the free end 1b expands or contracts in the longitudinal direction. In this way, by simultaneously applying a uniform electric field over the entire length of the free end 1b, the free end 1b can be excited in the primary mode.
[0030]
The flow path unit 5 has the nozzle plate 9 disposed on one surface side of the flow path forming plate 8 with the flow path forming plate 8 interposed therebetween, and the vibration plate 10 on the other surface opposite to the nozzle plate 9. It is configured by arranging and laminating on the side.
[0031]
The nozzle plate 9 is a thin plate made of stainless steel in which a plurality of nozzle openings 11 are opened in a row 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 constituted by these nozzle openings 11. Then, the nozzle rows are formed in a plurality of rows corresponding to the colors of ink that can be ejected.
[0032]
As shown in FIG. 2, a plurality of flow path forming plates 8 are formed in a state in which empty portions that become pressure generation chambers 13 are partitioned by partition walls so as to correspond to the respective nozzle openings 11 of the nozzle plate 9, and the ink supply ports 14 and the common ink chamber 15 are formed in a plate-like member. The pressure generation chamber 13 is a chamber that is elongated in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings 11 are arranged (nozzle row direction), and a part of the pressure generation chamber 13 is substantially parallel in cross section through the thickness direction of the flow path forming plate 8. It is constituted by a quadrangular through hole 16, and the remaining part is constituted by a flat concave chamber partitioned by a dam portion 17. The dam portion 17 is formed in the flow path from the common ink chamber 15 to the pressure generation chamber 13, and the ink supply port 14 is formed by the dam portion 17 in the form of a narrowed portion having a narrow flow path width.
The through hole 16, the pressure generating chamber 13, the ink supply port 14, and the common ink chamber 15 of the flow path forming plate 8 are formed by etching a silicon wafer.
[0033]
In the present embodiment, the through hole 16 is formed at one end of the pressure generation chamber 13, that is, at a position farthest from the common ink chamber 15 in the pressure generation 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 in the vicinity of the end opposite to the ink supply port 14.
The common ink chamber 15 is a chamber for supplying the ink stored in the ink cartridge 32 to each pressure generating chamber 13, and an ink supply pipe 19 through which the ink from the ink cartridge 32 passes substantially at the center in the longitudinal direction. Communicate.
[0034]
The vibration plate 10 is laminated on the other surface of the flow path forming plate 8 and the sealing plate that seals one opening surface of the pressure generating chamber 13, and seals one opening surface of the common ink chamber 15. It also has a double structure in which a resin film 21 such as PPS (polyphenylene sulfide) is laminated on the stainless steel plate 20. Since the sealing plate and the elastic film are made of the same material, the portion that functions as the sealing plate, that is, the stainless steel plate 20 corresponding to the pressure generation chamber 13 is etched to etch the tip of the piezoelectric vibrator 1. A thick wall portion (island portion 22) for abutting and fixing the film is formed, and a portion functioning as an elastic film, that is, a portion corresponding to the common ink chamber 15 is removed by etching to remove the film. Only the portion 21 (elastic film) is used. The island portion 22 has an elongated block shape in a direction perpendicular to the direction in which the nozzle openings 11 are arranged, like the planar shape of the pressure generating chamber 13, and the longitudinal center of the island portion 22 and the axis of the piezoelectric vibrator 1 (illustrated). In the example of FIG. 5, the piezoelectric material is attached in a state in which it is aligned with the center in the piezoelectric material stacking direction.
[0035]
In the recording head 2 having the above-described configuration, by extending the piezoelectric vibrator 1 in the vibrator longitudinal direction (that is, the longitudinal direction), the island portion 22 is pressed toward the nozzle plate 9, and the film portion around the island portion 22. The (elastic film) 21 is deformed and the pressure generating chamber 13 contracts. Further, when the piezoelectric vibrator 1 is contracted in the vibrator longitudinal direction, the pressure generating chamber 13 is expanded by the elasticity of the film portion 21. Then, by controlling the expansion / contraction of the pressure generating chamber 13, the ink pressure in the pressure generating chamber 13 varies and ink droplets are ejected from the nozzle openings 11.
[0036]
The vibration system in the recording head 2 configured as described above can be represented by an equivalent circuit shown in FIG. In FIG. 3, symbol M is an inertance [Kg / m 4 ] which is the mass of the medium per unit length, Ma is an inertance in the piezoelectric vibrator 1, Mn is an inertance in the nozzle opening 11, and Ms is an ink supply port. 14 is inertance. Symbol R is resistance [N · s / m 5 ] which is an internal loss of the medium, Ra is resistance in the piezoelectric vibrator 1, Rn is resistance in the nozzle opening 11, and Rs is resistance in the ink supply port 14. Symbol C is a compliance [m 5 / N] which is a volume change per unit pressure, Cc is a compliance between the partition wall forming the pressure generating chamber 13 and the diaphragm 10, Ca is a compliance in the 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 converted into an equivalent pressure.
[0037]
The natural frequency fc of the natural vibration excited by the ink in the pressure generation chamber 13 can be expressed by the following equation (1) using the above Mn, Ms, and Cc.
[0038]
fc = 1 / 2π × √ [(Mn + Ms) / (Mn · Ms · Cc)] (1)
[0039]
Further, the vibration period (Helmholtz resonance frequency) Tc of the natural vibration of the ink can be expressed by the following equation (2) using the above natural frequency fc. The natural vibration period Tc of the ink is a factor that affects the ink speed and the ink amount.
[0040]
Tc = 1 / fc (2)
[0041]
In the present embodiment, the vibration period Tc of the natural vibration excited in the pressure generating chamber 13 is set to be shorter than the transverse vibration primary mode period of the piezoelectric vibrator 1, thereby exciting the natural vibration period Tc. The transverse vibration (specifically, the vibration in the longitudinal direction of the island portion 22) of the piezoelectric vibrator 1 is prevented.
[0042]
Here, if the natural frequency of the transverse vibration of the piezoelectric vibrator 1 is fh, fh can be expressed as the following equation (3).
[0043]
fh = λ 2 / 2πL 2 × √ [(Eh · I) / (A · ρ)] (3)
[0044]
In this formula (3), L is the length [m] of the free end 1b of the piezoelectric vibrator 1, Eh is the longitudinal elastic modulus [N / m 2 ] of the material of the piezoelectric vibrator 1, and I is the piezoelectric vibrator 1. the second moment [m 4], a is the cross-sectional area of the piezoelectric vibrator 1 [m 2], [rho is the piezoelectric vibrator 1 material density K [kg / m 3], lambda is determined by the boundary conditions and the vibration mode It is a dimensionless coefficient. Since the piezoelectric vibrator 1 can be regarded as a support end with one end being a fixed plate and the other end being in contact with the island portion 22, the primary mode count λ is 3.927.
[0045]
Further, the primary mode period Th of the transverse vibration in the piezoelectric vibrator 1 can be expressed as the following equation (4) using the natural frequency fh.
[0046]
Th = 1 / fh (4)
[0047]
Therefore, in the present embodiment, the conditions of each component are defined based on the above formulas (1) to (4), and the natural vibration period Tc of the ink is the primary mode period Th of the transverse vibration in the piezoelectric vibrator 1. It is configured to be shorter. In other words, the primary mode period Th of the transverse vibration is configured to be longer than the natural vibration period Tc of the ink.
[0048]
With this configuration, there is no vibration between the natural vibration of the ink excited in the pressure generation chamber 13 by the ejection of the ink droplet and the lateral vibration of the piezoelectric vibrator 1 (specifically, the free end 1b). A shift in period occurs. For this reason, the natural vibration of the ink and the transverse vibration of the piezoelectric vibrator 1 do not resonate, and the energy of the natural vibration of the ink hardly shifts to the energy of the transverse vibration of the piezoelectric vibrator 1. Accordingly, 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.
[0049]
Further, since the primary mode period Th of the transverse vibration is set to be longer than the natural vibration period Tc of the ink, the reciprocating reflection between the nozzle opening 11 and the ink supply port 14 is caused by the transverse vibration of the piezoelectric vibrator 1. Even if the pressure wave in the pressure generation chamber 13 is repeatedly generated, the movement period of the pressure wave depends on the transverse vibration period of the piezoelectric vibrator 1 and is longer than the natural vibration period Tc of the ink. For this reason, it becomes difficult to synchronize the ejection timing of the ink droplets performed at the timing defined by the natural vibration period Tc of the ink and the movement period of the pressure wave, and problems such as ink mist due to the pressure wave are prevented. Can be prevented.
[0050]
Further, since the piezoelectric vibrator 1 and the island portion 22 are brought into contact with each other with the longitudinal center of the island portion 22 and the axis of the piezoelectric vibrator 1 being substantially coincident with each other, the reaction force from the diaphragm 10 is related. The island part longitudinal direction one end side and the island part longitudinal direction other end side become equal. Thereby, during the longitudinal vibration of the piezoelectric vibrator 1, it is possible to prevent excitation of lateral vibration caused by an unbalance of reaction force from the diaphragm 10.
[0051]
Further, when the piezoelectric vibrator 1 is driven, as described above, a uniform electric field is applied over the entire longitudinal direction of the free end 1b to positively excite the longitudinal vibration primary mode of the piezoelectric vibrator 1. Thus, the excitation of the transverse 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.
[0052]
In the present embodiment, the lateral effect (d31 effect) type piezoelectric vibrator 1 is exemplified as the electromechanical transducer, but the electromechanical transducer is not limited thereto. For example, the present invention can be applied to a longitudinal effect (d33 effect) type piezoelectric vibrator in which a piezoelectric body and an internal electrode are laminated in the vibrator longitudinal direction (that is, the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator 1) and can vibrate in the electric field direction.
[0053]
Furthermore, the electromechanical conversion element is not limited to a piezoelectric vibrator, and may be any element that causes mechanical deformation upon application of a drive signal.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
That is, since the vibration period of the natural vibration excited by the ink in the pressure generation chamber is shorter than the transverse vibration primary mode period of the free terminal portion of the electromechanical transducer, it is excited in the pressure generation chamber by the ejection of ink droplets. In addition, a vibration period shift occurs between the natural vibration of the ink and the lateral vibration of the electromechanical transducer. For this reason, the natural vibration of the ink and the transverse vibration of the electromechanical conversion element do not resonate, and it becomes difficult for the energy of the natural vibration of the ink to shift to the energy of the transverse vibration of the electromechanical conversion element.
Therefore, the lateral vibration in the electromechanical transducer is not maintained for a longer time than necessary, and the meniscus vibration can be quickly converged. As a result, the responsiveness of ink droplet ejection can be improved.
[0055]
In addition, since the transverse mode of the primary mode of the electromechanical transducer is set to be longer than the natural oscillation cycle of the ink, a pressure wave that repeats reciprocation in the pressure generating chamber is generated by the transverse oscillation of the electromechanical transducer. Even so, since the moving period of the pressure wave depends on the transverse vibration period of the electromechanical transducer, it is longer than the natural vibration period of the ink. Accordingly, it becomes difficult to synchronize the ejection timing of the ink droplets performed at the timing defined by the natural vibration period of the ink and the movement period of the pressure wave, and prevent problems such as ink mist due to the pressure wave. be able to.
[0056]
In addition, when the center of the electromechanical conversion element and the center of the island are aligned with respect to the longitudinal direction of the island, and the tip of the piezoelectric vibrator is brought into contact with the island in this state, the reaction from the diaphragm The force is equalized at one end side in the island portion longitudinal direction and the other end side in the island portion longitudinal direction. Thereby, at the time of the longitudinal vibration of the electromechanical transducer, it is possible to prevent the excitation of the transverse vibration of the electromechanical transducer due to the unbalance of the reaction force.
[0057]
In addition, when the vibration period of the pressure vibration reflected and reciprocated inside the pressure generation chamber is longer than the vibration period of the natural vibration excited by the ink, the ink droplet ejection timing and the pressure wave movement period are It becomes difficult to synchronize, and problems such as ink mist caused by the pressure wave can be prevented.
[0058]
Further, when the electromechanical conversion element is driven, when the drive voltage is supplied simultaneously over the entire free end, the longitudinal vibration primary mode is more strongly excited at the free end. For this reason, excitation of the transverse vibration of the electromechanical transducer during driving can be prevented. Accordingly, it is possible to further improve the responsiveness in ejecting ink droplets.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an ink jet recording head.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a main part of a recording head.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a vibration system in the recording head by an equivalent circuit.
FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration of an ink jet printer.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the prior art. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 2 Inkjet recording head 3 Case 4 Storage chamber 5 Channel unit 6 Flexible cable 7 Fixed plate 8 Channel formation plate 9 Nozzle plate 10 Vibration plate 11 Nozzle opening 13 Pressure generation chamber 14 Ink supply port 15 Common ink chamber 16 Through-hole 17 Weir part 19 Ink supply pipe 20 Stainless steel plate 21 Resin film part (elastic film)
22 Island part 23 Meniscus 31 Inkjet recording device

Claims (12)

ノズル開口を複数開設したノズルプレートと、ノズル開口に対応させて圧力発生室となる空部を隔壁を挟んで複数並べて形成した流路形成板と、流路形成板に接合されて圧力発生室の内壁の一部を構成する振動板と、縦方向に細長く長手方向の一端が固定されると共に他端の自由端部が縦方向に振動可能な電気機械変換素子とを備え、電気機械変換素子の自由端部の縦振動によって振動板を変形させて圧力発生室の容積を可変するようにしたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記振動板は圧力発生室に対応する部分に周辺が弾性体膜だけで構成された島部を備え、この島部に前記電気機械変換素子の自由端部の先端を当接させ、
前記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を、電気機械変換素子の自由端部の横振動1次モード周期よりも短くしたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
A nozzle plate having a plurality of nozzle openings, a flow path forming plate formed by arranging a plurality of empty portions corresponding to the nozzle openings, with a partition wall interposed therebetween, and a pressure generating chamber bonded to the flow path forming plate. A diaphragm constituting a part of the inner wall, and an electromechanical conversion element that is elongated in the vertical direction and has one end fixed in the longitudinal direction and capable of vibrating in the vertical direction at the other free end. In the ink jet recording head in which the diaphragm is deformed by the longitudinal vibration of the free end to change the volume of the pressure generating chamber,
The diaphragm includes an island portion whose periphery is composed only of an elastic film in a portion corresponding to the pressure generation chamber, and the tip of the free end portion of the electromechanical transducer is brought into contact with the island portion,
An ink jet recording head characterized in that a vibration period of natural vibration excited by ink in the pressure generation chamber is shorter than a transverse vibration primary mode period of a free end portion of an electromechanical transducer.
前記島部は、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1に記載のインクジェット式記録ヘッド。
The island portion is in the form of a block elongated in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings are arranged,
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a direction of transverse vibration of the electromechanical transducer is coincident with a longitudinal direction of the island portion.
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1又は請求項2に記載のインクジェット式記録ヘッド。  The center of the electromechanical transducer element and the center of the island portion in the longitudinal direction of the island portion are aligned, and the tip portion of the electromechanical transducer element is brought into contact with the island portion in this state. Item 3. The ink jet recording head according to Item 2. 前記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1から請求項3の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。  The inkjet recording according to any one of claims 1 to 3, wherein a vibration period of pressure vibration reflected and reciprocated in the pressure generation chamber is longer than a vibration period of natural vibration excited by ink. head. 前記圧力発生室は、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1から請求項4の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。  5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is a chamber elongated in a direction orthogonal to a direction in which the nozzle openings are arranged. 前記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1から請求項5の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。  6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein one end of the electromechanical conversion element is joined to a fixed plate, and a free end portion protrudes from an edge of the fixed plate. 前記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から請求項6の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。  The ink jet recording head according to any one of claims 1 to 6, wherein the electromechanical transducer is formed in a comb shape elongated in a vertical direction. 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から請求項7の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。  8. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a driving voltage is supplied simultaneously over the entire free end when the electromechanical transducer is driven. 前記電気機械変換素子は、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8の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。  9. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the electromechanical transducer is a lateral effect type piezoelectric vibrator. 前記電気機械変換素子は、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8の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。  The ink jet recording head according to any one of claims 1 to 8, wherein the electromechanical transducer is a longitudinal effect type piezoelectric vibrator. 前記圧電振動子が、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9または請求項10に記載のインクジェット式記録ヘッド。  11. The ink jet recording head according to claim 9, wherein the piezoelectric vibrator is a laminated piezoelectric vibrator configured by alternately laminating piezoelectric bodies and internal electrodes. 請求項1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を備えたことを特徴とする画像記録装置。  An image recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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