(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル基板となる金属板の一方の面から他方の面に向けて第１のパンチを前記金属板の板厚方向の途中まで打ち込むことにより前記金属板に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に突起部を嵌入させて前記金属板の配置位置を規定する配置位置規定工程と、
前記金属板の他方の面から一方の面に向けて第２のパンチにより前記金属板の凹部の形成による未貫通部を打ち抜いて貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
を含むことを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項２】
前記配置位置規定工程において、前記第１のパンチの先端部形状に倣った形状を呈する前記突起部を前記凹部に嵌入することを特徴とする請求項１に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項３】
前記配置位置規定工程では、前記第２のパンチが挿通可能な挿通穴を有する前記突起部を前記凹部に嵌入し、
前記貫通孔形成工程では、前記第２のパンチを前記挿通穴に挿通して前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のノズル基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射装置のノズル基板の製造方法に関し、特に、ノズル基板の両面からプレス加工によってノズル開口を形成する際の位置決めが可能なノズル基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液体を噴射させる液体噴射ヘッドには種々の形式があるが、広く普及している所謂オン・デマンド方式のものは、リザーバ（液室）から圧力発生室を経てノズル開口に至る一連の液体流路をノズル開口に対応して複数備え、圧電振動子、発熱素子、或いは静電アクチュエータなどの圧力発生手段の駆動によって圧力発生室内の液体に生じた圧力変動を利用してノズル開口から液体を噴射（吐出）させるように構成されている。
【０００３】
一般的に、上記ノズル開口は、ダイ（支持部材）とストリッパ（押圧部材）との間に挟持された基材プレート（ノズル基板（ノズルプレート）となる板材）の被加工部に対してパンチを押し込むプレス加工により作製される（例えば、特許文献１参照）。そして、パンチを基材プレートの一方の面（ストリッパに押圧されている側の面）から他方の面（ダイに支持されている側の面）に向けて押し込むと、基材プレートの被加工部には凹部（即ちノズル開口となる下穴）が形成される。
【０００４】
特許文献１に記載の製造方法では、凹部を形成した後、基材プレートの他方の面を研磨により平坦化し、さらにこの面に撥水膜を形成してから、この他方の面から基材プレートをパンチで打ち抜いて凹部を貫通させることでノズル開口を形成している。これにより、撥水膜がノズル開口に入り込むことを抑制し、また、ノズル開口の真円度を確保して着弾精度を向上させている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５３０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ノズル基板の一方の面から第１のパンチより凹部を形成した後、ノズル基板の表裏を反転させてから他方の面から第２のパンチで凹部の未貫通部を貫通させる際に、第２のパンチと凹部の未貫通部との位置がずれた場合、ノズル開口の形状が予定していた形状から変形する虞があった。ノズル開口が変形してしまうと、インクを噴射させた際にインクの飛翔曲がりが生じる等の噴射特性に悪影響を及ぼす可能性がある。
また、第２のパンチと未貫通部とが位置ずれした状態で第２のパンチで打ち抜こうとすると、第２のパンチがノズル基板の肉厚の厚い部分に打ち込まれ、これにより、第２のパンチが座屈する等の不具合も考えられる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズル基板の両面からプレス加工によってノズル開口を形成する際の位置決めが可能なノズル基板の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズル基板となる金属板の一方の面から他方の面に向けて第１のパンチを前記金属板の板厚方向の途中まで打ち込むことにより前記金属板に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に突起部を嵌入させて前記金属板の配置位置を規定する配置位置規定工程と、
前記金属板の他方の面から一方の面に向けて第２のパンチにより前記金属板の凹部の形成による未貫通部を打ち抜いて貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
を含むことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、突起部を凹部に嵌入させることで第２のパンチに対するノズル基板の配置位置を規定するので、貫通孔形成工程において凹部の未貫通部と第２のパンチの打ち込み位置とがずれることを防止することができる。これにより、形状精度良くノズル開口を形成することができる。その結果、ノズル開口から液体を噴射したときの液体の飛翔曲がり等の不具合を抑制することが可能となる。また、第２のパンチの損傷を防止することも可能となる。
【００１０】
上記構成において、前記配置位置規定工程において、前記第１のパンチの先端部形状に倣った形状を呈する前記突起部を前記凹部に嵌入する構成を採用することが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、突起部が第１のパンチの先端部形状に倣った形状を呈することにより、突起部が凹部に嵌入したときのガタツキを抑制することができ、これにより、位置決め精度をより向上させることが可能となる。
【００１２】
上記構成において、前記配置位置規定工程では、前記第２のパンチが挿通可能な挿通穴を有する前記突起部を前記凹部に嵌入し、
前記貫通孔形成工程では、前記第２のパンチを前記挿通穴に挿通して前記貫通孔を形成することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下では、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）のノズル基板の形成に本発明を適用した例を説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態における記録ヘッド１の要部断面図である。例示した記録ヘッド１は、ケース２、流路ユニット３、及び、アクチュエータユニット５等を主な構成要素としている。ケース２は、合成樹脂製の中空箱体状部材であり、先端面（下面）には流路ユニット３を接合し、内部に形成された収容空部４内にはアクチュエータユニット５を収容し、流路ユニット３側とは反対側の基端面（上面）には、プリンタ本体側からの駆動信号をアクチュエータユニット５に供給するための回路基板（図示せず）を取り付けるようになっている。
【００１５】
上記アクチュエータユニット５は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子７と、この圧電振動子７が接合される固定板８と、回路基板からの駆動信号を圧電振動子７に供給するためのＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）等の配線部材９等から構成される。各圧電振動子７は、固定端部側が固定板８上に接合され、自由端部側が固定板８の先端面よりも外側に突出した所謂片持ち梁の状態で固定板８上に取り付けられている。そして、アクチュエータユニット５は、固定板８の背面を、収容空部４を区画するケース内壁面に接着することで収容空部４内に収納・固定されている。
【００１６】
流路ユニット３は、振動板１１、流路形成基板１２、及びノズル基板（ノズルプレート）１３からなる流路ユニット構成部材を積層した状態で接着剤で接合して一体化することにより作製されており、リザーバ１５（液室）からインク供給口１６及び圧力発生室１７を通りノズル開口１８に至るまでの一連のインク流路（液体流路の一種）を形成する部材である。圧力発生室１７は、ノズル開口１８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として形成されている。また、リザーバ１５は、インクカートリッジやサブタンク等のインク供給源からのインクが導入される室である。そして、このリザーバ１５に導入されたインクは、インク供給口１６を通じて各圧力発生室１７に分配供給される。
【００１７】
流路ユニット３の底部に配置されるノズル基板１３は、図２に示すように、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口１８を、記録紙等の記録媒体送り方向に列状に開設した金属製の薄手の板材である。本実施形態のノズル基板１３は、例えば、ステンレス鋼や４２アロイなどからなる板材（基材プレート１３´）から作製し、パンチ２３（図３等参照）を用いたプレス加工によってノズル開口１８の列、即ち、ノズル列（ノズル群の一種）を、記録ヘッド１の走査方向に複数並べて開設している。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口１８によって構成される。本実施形態の記録ヘッド１は、合計８種類のインクを吐出可能に構成されており、各インクに対応させて合計８列のノズル列がノズル基板１３に形成されている。
【００１８】
流路ユニット構成部材の１つである流路形成基板１２は、インク流路となる流路基部、具体的には、リザーバ１５となる空部、インク供給口１６となる溝部、及び、圧力発生室１７となる開口部が区画形成された板状の部材である。本実施形態において、流路形成基板１２は、結晶性を有する基材であるシリコンウェハーを異方性エッチング処理することによって作製されている。
【００１９】
ノズル基板１３とは反対側の流路形成基板１２の上面に配置される振動板１１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板１１の圧力発生室１７に対応する部分には、圧電振動子７の自由端部の先端を接合するための島部２０が形成されている。この島部２０の周囲は、エッチングなどによって支持板を環状に除去して弾性フィルムのみとなっている。そして、この部分はダイヤフラム部として機能し、圧電振動子７が伸縮するのに伴い、弾性フィルムを弾性変形させながら島部２０が変位するように構成されている。また、振動板１１は、流路形成基板１２の空部の一方の開口面を封止してリザーバ１５の一部を区画し、インク流路内の圧力変動を緩和するコンプライアンス部２１としても機能する。このコンプライアンス部２１に相当する部分については、ダイヤフラム部と同様にエッチングなどによって支持板を除去して弾性フィルムだけにしている。
【００２０】
そして、上記構成の記録ヘッド１において、配線部材９を通じて圧電振動子７に駆動信号が供給されると、この圧電振動子７が素子長手方向に伸縮し、これに伴い島部２０が圧力発生室１７に近接する方向或いは離隔する方向に移動する。これにより、圧力発生室１７の容積が変化し、圧力発生室１７内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動によってノズル開口１８からインク（液体の一種）が噴射される。
【００２１】
次に、上記ノズル開口１８の形成について説明する。このノズル開口１８は、金型（プレス金型２４ａ，２４ｂ／図３及び図４参照）を用いたプレス加工によって、ノズル開口１８の開設予定部分（被加工部３７）にノズル開口１８のテーパー部となる凹部３０を基材プレート１３´に形成する凹部形成工程と、この凹部形成工程によって基材プレート１３´の第２の面（本発明における他方の面）側に膨出した膨隆部４０を研磨により除去する研磨工程と、基材プレート１３´を表裏反転させて、凹部３０に位置決めダイ３３の突起部３８を嵌入させて基材プレート１３´の配置位置を規定する配置位置規定工程と、凹部３０の未貫通部４１（ノズル開口１８のストレート部１８ａとなる部分）を打ち抜いて凹部３０を貫通させる貫通孔形成工程とを順に経ることで形成される。
【００２２】
図３は、凹部形成工程で使用される第１のプレス金型２４ａの構成を説明する要部断面図である。第１のプレス金型２４ａは、ダイ２５（支持部材の一種）、ストリッパ２６（押圧部材の一種）、パンチホルダ２７、及び、第１のパンチ２３等を備えて構成されている。ストリッパ２６は、コイルスプリングなどの付勢部材を巻装したストリッパボルト（図示せず）によって下方、即ち、ダイ２５側に付勢された状態でパンチホルダに対して相対的に近接・離隔可能に取付けられている。このストリッパ２６には、第１のパンチ２３の胴部２３ｂの外径よりも若干大きい内径に設定された断面円形のガイド孔２８が開設されている。このストリッパ３７のガイド孔２８に胴部２３ｂを挿通し、テーパー先端部２３ａを下方に向けた状態で、第１のパンチ２３がパンチホルダ２７に取付けられている。本実施形態においては、図に垂直な方向に複数のパンチ２３が列設されている。
【００２３】
第１のパンチ２３は、ストリッパ２６に設けられたガイド孔２８に摺動する長尺な円柱状の胴部２３ｂと、この胴部２３ｂの先端側に連続し、基端側から先端側に向けて縮径したテーパー先端部２３ａとから構成される。このテーパー先端部２３ａは、ノズル開口１８のテーパー部１８ｂ（図７（ｃ）参照）となる凹部３０を形成するために用いられる。パンチホルダ２７は、図示しない上型ダイセットに取付けられており、ダイ２５に対して上下動可能に構成されている。一方、ダイ２５は、図示しない下型ダイセット上に配置されている。このダイ２５には、第１のパンチ２３に対応して逃げ孔２９が開設されており、この逃げ孔２９の内径は、パンチ２３の胴部２３ｂの外径よりも若干大きく設定されている。
【００２４】
図４は、貫通孔形成工程で使用される第２のプレス金型２４ｂの構成を説明する要部断面図である。この第２のプレス金型２４ｂは、位置決めダイ３３（位置決め治具の一種）、ストリッパ３４（押圧部材の一種）、パンチホルダ３５、及び、第２のパンチ３２等を備えて構成されている。ストリッパ３４は、上記第１のプレス金型２４ａのストリッパ２６と同様に、第２のパンチ３２の胴部３２ｂをガイドするガイド孔３６を有し、図示しないストリッパボルトによって下方、即ち、位置決めダイ３３側に付勢された状態でパンチホルダに対して相対的に近接・離隔可能に取付けられている。このストリッパ３４のガイド孔３６に胴部３２ｂを挿通し、ストレート先端部３２ａを下方に向けた状態で、第２のパンチ３２がパンチホルダ３５に取付けられている。
【００２５】
第２のパンチ３２は、円柱状の胴部３２ｂと、この胴部３２ｂの外径よりも小さい外径に設定されたストレート先端部３２ａとから構成される。このストレート先端部３２ａは、第１のプレス金型２４ａによって形成された凹部３０の未貫通部４１を打ち抜いて、貫通孔、即ち、ノズル開口１８のストレート部１８ａ（図７（ｃ）参照）を形成するために用いられる。パンチホルダ３５は、図示しない上型ダイセットに取付けられており、位置決めダイ３３に対して上下動可能に構成されている。一方、位置決めダイ３３は、図示しない下型ダイセット上に配置されている。
【００２６】
位置決めダイ３３は、凹部形成工程において凹部３０が形成された基材プレート１３´を支持すると共に、基材プレート１３´を上型、特に、第２のパンチ３２に対して位置決めする機能を有している。この位置決めダイ３３の基材プレート１３´が載置される上面には、複数の突起部３８が突設されている。この突起部３８は、図５に示すように、第１のパンチ２３のテーパー先端部２３ａの形状に倣った形状を呈しており、基材プレート１３´に形成された凹部３０に嵌入可能に構成されている。この突起部３８の内部には、挿通穴３９が形成されている。挿通穴３９は、位置決めダイ３３の高さ方向を貫通する穴であり、その一端は突起部３８の先端面に開口している。この挿通穴３９の内径は、第２のパンチ３２のストレート先端部３２ａの外径よりも少し大きく設計されており、このストレート先端部３２ａが挿通可能となっている。
【００２７】
上記凹部形成工程は、第１のプレス金型２４ａを用いて行われる。この凹部形成工程では、基材プレート１３´をダイ２５上にセットし、この状態でパンチホルダ２７をダイ２５側に向けて下降させる。すると、まずストリッパ２６の下面（押圧面）が、基材プレート１３´の一方の面である第１の面に当接する。ストリッパ２６の押圧面が、基材プレート１３´の第１の面に当接した状態で、コイルスプリングの付勢力に抗しながらパンチホルダ２７をさらに下方に押し下げると、図６（ａ）に示すように、第１のパンチ２３のテーパー先端部２３ａが、基材プレート１３´の第１の面側から第２の面（他方の面）側に向けて被加工部３７に押し込まれる。この際、テーパー先端部２３ａは、基材プレート１３´の素材を流動させながら基材プレート１３´の内部に進入する。そして、テーパー先端部２３ａからの押圧力を受けた基材プレート１３´の素材の一部が、ダイ２５の逃げ孔２９側に押し出されて第２の面に隆起した膨隆部４０となる。
【００２８】
テーパー先端部２３ａを下死点（基材プレート１３´の板厚方向の途中）まで押し込んだならば、次に、パンチホルダ２７を上昇させる。すると、下方に付勢されたストリッパ２６が基材プレート１３´に圧接したまま、テーパー先端部２３ａが基材プレート１３´から引き抜かれる。その後、パンチホルダ２７が上死点に戻るにつれて、ストリッパ２６が基材プレート１３´から離れる。そして、基材プレート１３´には、未貫通部４１を残した状態でテーパー先端部２３ａに倣った形状の凹部３０が形成される。
【００２９】
基材プレート１３´の全ての被加工部３７に凹部３０を形成したならば、研磨工程に移行する。この研磨工程では、図６（ｂ）に示すように、基材プレート１３´の表面を研磨し、上記の膨隆部４０やその他のバリ等を除去する。なお、この研磨工程の後、基材プレート１３´の第２の面に撥水膜を形成する工程を行っても良い。
【００３０】
研磨工程により基材プレート１３´の表面を平坦化したならば、続いて、第２のプレス金型２４ｂを用いて配置位置規定工程および貫通孔形成工程に移行する。配置位置規定工程では、凹部３０が形成された基材プレート１３´の表裏を反転して第１の面を位置決めダイ３３側に向けた姿勢とし、位置決めダイ３３の突起部３８を凹部３０に嵌入させた状態で基材プレート１３´を位置決めダイ３３上にセットする。これにより、基材プレート１３´の配置位置が規定される。この位置決め状態では、第２のプレス金型２４ｂの第２のパンチ３２に対し、基材プレート１３´における凹部３０の未貫通部４１の平面方向の位置が合うようになっている。
【００３１】
貫通孔形成工程では、上記の位置決め状態で、位置決めダイ３３にセットされた基材プレート１３´に向けてパンチホルダ３５を下降させる。これにより、図７（ａ）に示すように、ストリッパ３４の押圧面が、基材プレート１３´の第２の面に当接する。ストリッパ３４の押圧面が、基材プレート１３´の第２の面に当接した状態で、コイルスプリングの付勢力に抗しながらパンチホルダ３５をさらに下方に押し下げると、図７（ｂ）に示すように、第２のパンチ３２のストレート先端部３２ａが、基材プレート１３´の第２の面から第１の面側に向けて凹部３０の未貫通部４１に押し込まれる。そして、第２のパンチ３２を下死点まで下降させると、凹部３０の未貫通部４１だった部分が打ち抜かれて基材プレート１３´から離脱し、抜きカス４１´となって挿通穴３９の下方に落下する。
【００３２】
ストレート先端部３２ａを下死点まで押し込んだならば、次に、パンチホルダ３５を上昇させる。すると、下方に付勢されたストリッパ３４が基材プレート１３´に圧接したまま、ストレート先端部３２ａが基材プレート１３´から引き抜かれる。その後、パンチホルダ３５が上死点に戻るにつれて、ストリッパ３４が基材プレート１３´から離れる。そして、基材プレート１３´には、未貫通部４１を貫通して形成されたストレート部１８ａと、凹部３０だったテーパー部１８ｂとが一連に連続してノズル開口１８が形成される。
【００３３】
以上のように、位置決めダイ３３の突起部３８を凹部３０に嵌入させることで第２のパンチ３２に対する基材プレート１３´の配置位置を規定した位置決め状態で貫通孔形成工程を行うので、凹部３０の未貫通部４１と第２のパンチ３２の打ち込み位置とがずれることを防止することができる。これにより、形状精度良くノズル開口１８を形成することができる。その結果、ノズル開口１８からインクを噴射したときのインクの飛翔曲がり等の不具合を抑制することが可能となる。
また、突起部３８が第１のパンチ２３の先端部（テーパー先端部２３ａ）の形状に倣った形状を呈することにより、突起部３８が凹部３０に嵌入したときのガタツキを抑制することができ、これにより、位置決め精度をより向上させることが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施形態においては、位置決めダイ３３の突起部３８の形状を、第１のパンチ２３のテーパー先端部２３ａの形状に倣った形状とした例を示したが、これには限られない。要は、第２のパンチ３２に対する基材プレート１３´の配置位置を精度良く規定できるものであれば、どのような形状でも良い。
【００３５】
また、以上では、本発明に係るノズル基板の製造方法を、記録ヘッド１のノズル基板１８の製造に適用した例を示したが、本発明は他の液体噴射ヘッドのノズル開口を形成する用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図２】ノズル基板の構成を説明する平面図である。
【図３】第１のプレス金型の構成を説明する要部断面図である。
【図４】第２のプレス金型の構成を説明する要部断面図である。
【図５】位置決め治具における突起部の構成を説明する拡大斜視図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はプレス加工の工程を説明する模式図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はプレス加工の工程を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
２３…第１のパンチ，２４ａ…第１のプレス金型，２４ｂ…第２のプレス金型，２５…ダイ，３３…位置決めダイ，３８…突起部，３９…挿通部，４１…未貫通部
【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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【図６】
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【図７】
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