(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の一端が固定されて自由端部が駆動信号によって長手方向に伸縮する電気機械変換素子を備えた振動子ユニットと、ノズル開口に連通した圧力発生室が形成され、該圧力発生室の一部を構成する振動板を備えた流路ユニットとを備え、
前記振動板は圧力発生室に対応する部分に島部を備え、
前記電気機械変換素子における自由端部の先端部を島部に当接固定し、電気機械変換素子の伸縮により圧力発生室の膨張・収縮を制御してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドであって、
前記振動子ユニットは、電気機械変換素子の長手方向の伸縮である縦振動の１次モード周期を、該素子の長手方向に直交する方向の振動である横振動の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。
【請求項２】
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に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
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又は請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
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３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
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３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】
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４又は請求項５に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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８の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】
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９の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】
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１０の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】
前記電気機械変換素子の縦振動の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。
【請求項１３】
前記電気機械変換素子の横振動の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１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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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５６ａ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。
【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。
【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６３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。
【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。
【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て自由端部が駆動信号によって長手方向に伸縮する電気機械変換素子を備えた振動子ユニットと、ノズル開口に連通した圧力発生室が形成され、該圧力発生室の一部を構成する振動板を備えた流路ユニットとを備え、
前記振動板は圧力発生室に対応する部分に島部を備え、
前記電気機械変換素子における自由端部の先端部を島部に当接固定し、電気機械変換素子の伸縮により圧力発生室の膨張・収縮を制御してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドであって、
前記振動子ユニットは、電気機械変換素子の長手方向の伸縮である縦振動の１次モード周期を、該素子の長手方向に直交する方向の振動である横振動の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。
【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。
【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、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、前記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、前記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、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４又は請求項５に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１８】
請求項７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。
【００１９】
請求項８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。
【００２０】
請求項９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。
【００２１】
請求項１０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９の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２２】
請求項１１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。
【００２３】
請求項１２に記載のものは、電気機械変換素子の縦振動の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である。
【００２４】
請求項１３に記載のものは、電気機械変換素子の横振動の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１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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００４２】
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。
【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。
【００４５】
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。
【００４７】
ｆｈ＝λ２／２πＬ２×√〔（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〕、Ｅ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。
【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。
【００５０】
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。
【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。
【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。
【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ｆｃ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。
【００５５】
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。
【００５７】
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（ｄ３３効果）型の圧電振動子にも適用できる。
【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。
【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長手方向の伸縮である縦振動の１次モード周期を、該素子の長手方向に直交する方向の振動である横振動の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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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  高分子フィルム部（弾性体膜）
２２  島部
２３  メニスカス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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