(57)【要約】【課題】より多くの回数対象物の打ち抜きをすることができる打ち抜き工具を提供する。【解決手段】対象物たる圧力発生室形成板３０に穴を空けるための複数の突起１１０が配列された打ち抜き工具１００であって、複数の突起１１０の根元１１４における間隙１２０に、突起１１０の弾性限度よりも大きい弾性限度を有する補助材料１４０、１５０が充填されている。打ち抜き工具１００において、複数の突起１１０の根元１１４における間隙１２０は、複数の突起１１０の先端１１２における間隙よりも大きい径の略円形状を有し、略円形形状の間隙に補助材料１４０、１５０が充填され、補助材料１４０、１５０において、複数の突起１１０の先端１１２における間隙の幅と略同一の幅を有する間隙が形成されていてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に穴を空けるための複数の突起が配列された打ち抜き工具であって、
前記複数の突起の根元における間隙に、前記突起の弾性限度よりも大きい弾性限度を有する補助材料が充填されている打ち抜き工具。
【請求項２】
前記複数の突起の前記根元における間隙は、前記複数の突起の先端における間隙よりも大きい径の略円形状を有し、
前記略円形形状の前記間隙に前記補助材料が充填され、前記補助材料において、前記複数の突起の前記先端における間隙の幅と略同一の幅を有する間隙が形成されている請求項１に記載の打ち抜き工具。
【請求項３】
前記補助材料の縦弾性係数は、前記突起の縦弾性係数よりも大きい請求項２の打ち抜き工具。
【請求項４】
前記複数の突起の前記根元における間隙の幅は、前記複数の突起の先端における間隙の幅と略同一であり、
前記根元における前記間隙に前記突起の縦弾性係数よりも小さい縦弾性係数を有する前記補助材料が充填され、前記補助材料により、前記根元における前記間隙が埋められている請求項１に記載の打ち抜き工具。
【請求項５】
前記補助材料の線膨張係数の大きさは、前記突起の線膨張係数の大きさと略同一である請求項１に記載の打ち抜き工具。
【請求項６】
前記補助材料は、前記間隙において前記突起の前記根元と接合されている請求項１に記載の打ち抜き工具。
【請求項７】
複数のノズルから液体を噴射する噴射ヘッドの製造方法であって、
板状の圧力発生室形成板の一面に複数の窪みを設け、
複数の突起を有し、前記複数の突起の根元における間隙に、前記突起の弾性限度よりも大きい弾性限度を有する補助材料が充填されている打ち抜き工具を準備し、
前記圧力発生室形成板の前記複数の窪みにおいて、前記打ち抜き工具により、前記一面とその裏面との間を貫通する貫通孔を打ち抜き、
前記圧力発生室形成板の前記一面に弾性変形可能な弾性板を取り付けることにより、前記圧力発生形成板および前記弾性板により複数の圧力発生室を形成し、前記圧力発生室形成板の裏面に前記複数のノズルを有するノズルプレートを取り付け、
前記弾性板において圧力発生室を形成する面の裏面に圧電素子を取り付ける、
噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打ち抜き工具および噴射ヘッドの製造方法に関する。特に、本発明は、対象物を打ち抜く打ち抜き工具およびこの打ち抜き工具を用いた噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液体噴射装置の液体噴射ヘッドにおいて、ニッケルなどの金属製の圧力発生室形成板が知られている。この圧力発生室形成板には、圧力発生室を形成する複数の溝と、溝のそれぞれにおいて圧力発生室形成板の表裏面を貫通する貫通孔とが設けられる。この貫通孔は、複数の突起を有する打ち抜き工具によって打ち抜かれる（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３１２５９号公報（第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記打ち抜き工具においては、圧力発生室形成板を打ち抜く場合に、複数の突起の根元に応力集中がおきる。よって、この打ち抜き工具を用いて圧力発生室形成板を打ち抜く場合に、打ち抜き工具の突起が塑性変形により曲がったり折れたりする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、対象物に穴を空けるための複数の突起が配列された打ち抜き工具であって、複数の突起の根元における間隙に、突起の弾性限度よりも大きい弾性限度を有する補助材料が充填されている。これにより、対象物に穴をあけるために突起に応力がかかる場合に、突起において応力集中が起きやすい領域を補助材料が補強して、突起が塑性変形して曲がることまたは折れること防ぐことができる。
【０００５】
上記打ち抜き工具において、複数の突起の根元における間隙は、複数の突起の先端における間隙よりも大きい径の略円形状を有し、略円形形状の間隙に補助材料が充填され、補助材料において、複数の突起の先端における間隙の幅と略同一の幅を有する間隙が形成されていてもよい。これにより、突起および補助材料に垂直応力がかかる場合に、応力を分散することにより、突起が塑性変形して曲がるまたは折れることを防ぐことができる。
【０００６】
上記打ち抜き工具において、補助材料の縦弾性係数は、突起の縦弾性係数よりも大きくてもよい。これにより、補助材料が突起よりも硬いので、突起よりも応力が集中しやすい補助材料が塑性変形することを防ぐことができる。
【０００７】
上記打ち抜き工具において、複数の突起の根元における間隙の幅は、複数の突起の先端における間隙の幅と略同一であり、根元における間隙に突起の縦弾性係数よりも小さい縦弾性係数を有する補助材料が充填され、補助材料により、根元における間隙が埋められていてもよい。これにより、突起に垂直応力がかかって弾性変形する場合に、突起よりも柔らかい補助材料が、突起の弾性変形に追従して弾性変形し、突起を支えることにより、突起が塑性変形して曲がるまたは折れること防ぐことができる。
【０００８】
上記打ち抜き工具において、補助材料の線膨張係数の大きさは、突起の線膨張係数の大きさと略同一であってもよい。これにより、突起と補助材料との境界面に応力が発生することを抑えて、突起と補助材料とが乖離することを防ぐことができる。
【０００９】
上記打ち抜き工具において、補助材料は、間隙において突起の根元と接合されていてもよい。これにより、突起にかかった応力に対して、補助材料が突起の根元をより確実に支えることができる。
【００１０】
本発明の第２の形態においては、複数のノズルから液体を噴射する噴射ヘッドの製造方法であって、板状の圧力発生室形成板の一面に複数の窪みを設け、複数の突起を有し、複数の突起の根元における間隙に、突起の弾性限度よりも大きい弾性限度を有する補助材料が充填されている打ち抜き工具を準備し、圧力発生室形成板の複数の窪みにおいて、打ち抜き工具により、一面とその裏面との間を貫通する貫通孔を打ち抜き、圧力発生室形成板の一面に弾性変形可能な弾性板を取り付けることにより、圧力発生形成板および弾性板により複数の圧力発生室を形成し、圧力発生室形成板の裏面に複数のノズルを有するノズルプレートを取り付け、弾性板において圧力発生室を形成する面の裏面に圧電素子を取り付ける。これにより、打ち抜き工具の突起が曲がったり折れたりすることなく、圧力発生室形成板の貫通孔を打ち抜くことができる。
【００１１】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態にかかる打ち抜き工具１００の斜視図である。打ち抜き工具１００は、数ｃｍ角であって、厚さが例えば約０．１５ｍｍの略薄板の形状を有する。打ち抜き工具１００には、一辺（図１における底辺）からそれと向かい合う他辺（図１における上辺）への途中まで切り欠かれた複数の突起１１０が、例えば百数十本設けられており、打ち抜き工具１００は櫛歯の形状を有する。突起１１０の先端１１２は、先端に向かうほど薄くなる面取りがされており、突起１１０が対象物を打ち抜きやすくなっている。
【００１４】
図２は、図１の破線Ａで囲まれた領域を拡大した拡大斜視図である。突起１１０の根元１１４における孔部１３０は、突起１１０の先端１１２における間隙１２０よりも大きい径の略円形状を有し、この孔部１３０に補助材料１４０が充填されている。
【００１５】
打ち抜き工具１００は、次のように形成される。まず、粉末ハイスを焼き固めた略薄板の工具本体１０２が形成される。次に、工具本体１０２において、突起１１０の根元１１４が配されるべき位置に、先端１１２において切り欠かれるべき間隙１２０よりも大きい径の略円形状の孔部１３０がくりぬかれる。孔部１３０をくりぬく方法は、例えば、切削、研削、放電加工またはイオンビームなどがある。くりぬかれた孔部１３０には、孔部１３０と略同一径の略円形状のチタン合金が、補助材料１４０として、工具本体１０２に圧入される。なお、圧入に代えて、接着またはロウ付けにより補助材料１４０が工具本体１０２に接合されてもよい。補助材料１４０が工具本体１０２に接合された場合には、突起１１０および補助材料１４０に引っ張り応力がかかった場合に、補助材料１４０が突起１１０から乖離することを防ぐことができる。
【００１６】
補助材料１４０が工具本体１０２に圧入された後、工具本体１０２の一辺から補助材料１４０の略中心まで同一幅で、工具本体１０２および補助材料１４０が切削により切り欠かれる。これにより、複数の間隙１２０の間に複数の突起１１０が配された櫛歯の形状を有する打ち抜き工具１００が形成される。
【００１７】
チタン合金からなる補助材料１４０の弾性限度は、粉末ハイスからなる突起１１０の弾性限度よりも大きい。これにより、対象物に穴をあけるために突起１１０に応力がかかる場合に、突起１１０において応力集中が起きやすい領域である根元を補助材料１４０が補強する。よって、突起１１０が塑性変形して曲がることまたは折れること防ぐことができる。
【００１８】
さらに、突起１１０の根元１１４における孔部１３０は、突起１１０の先端１１２における間隙１２０よりも大きい径の略円形状を有し、孔部１３０に補助材料１４０が充填されている。突起１１０の根元１１４における間隙１２０が、根元１１４に向かうほど漸次厚く補助材料１４０により補強されている。これにより、対象物に穴をあけるために突起１１０に垂直応力がかかる場合に、突起１１０において補助材料１４０に補強される部分の応力が分散される。よって、突起１１０が塑性変形して曲がるまたは折れることを防ぐことができる。
【００１９】
また、工具本体１０２の線膨張係数は８．８×１０−６（／℃）であるのに対し補助材料１４０の線膨張係数は８．５×１０−６（／℃）であって、両者は略同一である。よって、突起１１０と補助材料１４０との境界面に応力が発生することを抑えて、突起１１０と補助材料１４０とが乖離することを防ぐことができる。
【００２０】
以上により、打ち抜き工具１００は全体として靭性が向上し、従来よりも多くの対象物を打ち抜くことができる。
【００２１】
なお、図１および図２に示す実施形態において、補助材料１４０は、チタン合金に代えて、工具本体１０２のハイス合金の縦弾性係数よりも大きい縦弾性係数を有する物質を用いてもよい。この場合には、硬い補助材料１４０を用いているので、突起１１０よりも応力が集中しやすい補助材料１４０が塑性変形することを防ぐことができる。
【００２２】
図３は、打ち抜き工具１００を用いて製造される噴射ヘッド５０の分解斜視図であり、図４は、図３に示す噴射ヘッド５０を縦に切った断面図である。噴射ヘッド５０は、ケース５２と、このケース５２に収容される振動子ユニット５３と、ケース５２の先端に接合される流路ユニット５４と、ケース５２の先端とは反対側においてケース５２に取り付けられる接続基板５５と、接続基板５５を挟んでケース５２に取り付けられる供給針ユニット５６とを有する。
【００２３】
流路ユニット５４は、圧力発生室形成板３０と、圧力発生室形成板３０の一面に取り付けられる弾性変形可能な弾性板３２と、圧力発生室形成板３０の裏面に取り付けられるノズルプレート３１とを有する。圧力発生室形成板３０は、ニッケル製であって、略薄板の形状を有し、複数の溝状窪み３３、および、この溝状窪み３３のそれぞれにおいて圧力発生室形成板３０の一面と裏面との間を貫通する慣通孔３４が設けられている。弾性板３２は、ステンレス板上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を積層した２重構造を有し、圧力発生室形成板３０の一面に取り付けられることにより、圧力発生室形成板３０の溝状窪み３３と共に複数の圧力発生室を形成する。ノズルプレート３１は、ステンレス製であって、略薄板の形状を有し、圧力発生室形成板３０の慣通孔３４の位置に対応してあけられた複数のノズル４８を有する。
【００２４】
振動子ユニット５３は、一端が流路ユニット５４の複数の圧力発生室における弾性板３２にそれぞれ当接する複数の圧電素子５７、圧電素子５７の他端を固定する固定板５８、および、これら圧電素子５７に電力を供給して伸縮駆動する電力供給部５９を有する。
【００２５】
噴射ヘッド５０において、供給針ユニット５６は液体カートリッジの液体供給口に挿入され、液体供給路１３により液体を流路ユニット５４に供給する。流路ユニット５４の溝状窪み３３に液体が供給されている状態において、液体を吐出するノズル４８に対応した溝状窪み３３に当接している圧電素子５７に電力供給部５９から電力が供給される。これにより、電力が供給された圧電素子５７が弾性変形により縮んで溝状窪み３３の体積が増える。その後、電力供給が停止することにより、圧電素子５７がもとの長さまで伸張することにより溝状窪み３３の体積がもとに戻り、それにより液体が押し出され、ノズル４８から吐出される。
【００２６】
図５は、圧力発生室形成板３０の慣通孔３４を打ち抜く工程を示す断面図である。図５に示すように、複数の溝状窪み３３が設けられた圧力発生室形成板３０の上方に、図１および図２に示す打ち抜き工具１００の突起１１０を対向して配する。この場合に、打ち抜き工具１００の突起１１０の枚数およびその間隔は、圧力発生室形成板３０の溝状窪み３３の数および間隔と同一となるように予め設定されている。打ち抜き工具１００を圧力発生室形成板３０へ向けて矢印Ｂの方向（図中下方）に急激に打ち下ろすことにより、圧力発生室形成板３０の溝状窪み３３のそれぞれに、圧力発生室形成板３０の一面と裏面との間を貫通する慣通孔３４を打ち抜いて形成する。
【００２７】
溝状窪み３３および慣通孔３４が設けられた溝状窪み３３の一面に弾性板３２が取り付けられ、裏面にノズルプレート３１が取り付けられることにより、流路ユニット５４が形成される。流路ユニット５４の弾性板３２側に、ケース５２およびこのケース５２に収容された振動子ユニット５３が取り付けられる。さらに、図３および図４に示す他の構成、例えば接続基板５５等が取り付けられることにより、噴射ヘッド５０が製造される。
【００２８】
以上、噴射ヘッド５０の製造方法において、打ち抜き工具１００を用いることにより、打ち抜き工具１００の突起１１０が曲がったり折れたりすることなく、圧力発生室形成板３０の慣通孔３４を確実に打ち抜くことができる。さらに、突起１１０の根元が補助材料１４０により補強されているので、打ち抜き工具１００の耐久性が向上し、一つの打ち抜き工具１００で圧力発生室形成板３０を打ち抜く回数をより多くすることができる。
【００２９】
図６は、本発明の実施形態に係る他の打ち抜き工具１００の例を示す斜視図であり、図７は、図６の破線Ｃで囲まれた領域を拡大した拡大斜視図である。図６および図７において、図１および図２に示す打ち抜き工具１００と同一の構成には同一の参照番号を付し、説明を省略する。
【００３０】
図６および図７に示す打ち抜き工具１００は、図１および図２に示す打ち抜き工具１００と同様に、略薄板の形状を有し、一辺（図６における底辺）からそれと向かい合う他辺（図７における上辺）へ向けて切り欠かれた複数の突起１１０を含む、櫛歯の形状を有する。
【００３１】
この打ち抜き工具１００において、突起１１０の根元１１４における間隙１２０の幅は、突起１１０の先端１１２における間隙１２０の幅と略同一であり、根元１１４における間隙１２０に補助材料１５０が充填され、補助材料１５０により根元１１４における間隙１２０が埋められている。図６および図７の打ち抜き工具１００において、突起１１０を含む工具本体１０２は粉末ハイスを焼き固めた合金であり、補助材料１５０はチタン合金である。チタン合金からなる補助材料１５０の弾性限度は、粉末ハイスからなる突起１１０の弾性限度よりも大きい。また、チタン合金の縦弾性係数（ヤング率）は１０６ＧＰａであり、粉末ハイス合金の縦弾性係数は２００から２４０ＧＰａであるので、補助材料１５０の縦弾性係数は、突起１１０の縦弾性係数よりも小さい。これにより、対象物に穴をあけるために突起１１０に応力がかかる場合に、突起１１０よりも柔らかい補助材料１５０が、突起１１０の弾性変形に追従して弾性変形し、突起１１０を支え、突起１１０において応力集中が起きやすい領域である根元を補助材料１５０が補強する。よって、突起１１０が塑性変形して曲がるまたは折れること防ぐことができる。
【００３２】
以上、本実施形態における打ち抜き工具１００は全体として靭性が向上し、従来よりも多くの対象物を打ち抜くことができる。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態にかかる打ち抜き工具１００の斜視図である。
【図２】図１の破線Ａで囲まれた領域を拡大した拡大斜視図である。
【図３】打ち抜き工具１００を用いて製造される噴射ヘッド５０の分解斜視図である。
【図４】図３に示す噴射ヘッド５０を縦に切った断面図である。
【図５】圧力発生室形成板３０の慣通孔３４を打ち抜く工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る他の打ち抜き工具１００の例を示す斜視図である。
【図７】図６の破線Ｃで囲まれた領域を拡大した拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１３  液体供給路、３０  圧力発生室形成板、３１  ノズルプレート、３２  弾性板、３３  溝状窪み、３４  慣通孔、４８  ノズル、５０  噴射ヘッド、５２  ケース、５３  振動子ユニット、５４  流路ユニット、５５  接続基板、５６  供給針ユニット、５７  圧電素子、５８  固定板、５９  電力供給部、１００  打ち抜き工具、１０２  工具本体、１１０  突起、１１２  先端、１１４  根元、１２０  間隙、１３０  孔部、１４０  補助材料、１５０  補助材料
【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】
2005111549.tif 000007
【図６】
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【図７】
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