(57)【要約】【課題】  金属板内に打ち込んだパンチを引き抜く時にパンチの先端が折れ難いノズルプレートの製造方法を提供する。【解決手段】  金属板３１の一方の面から他方の面に向けてパンチ３６を金属板の板厚方向の途中まで打ち込み、その後に、当該パンチを一旦反対方向に戻してから、再度、先の打ち込み深さよりも深い位置まで打ち込んで底のある凹部４０を形成する凹部形成工程と、凹部を形成した際に金属板の他方の面に膨出した膨出部５５を除去して前記凹部を貫通させてノズル開口１８とする貫通工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の一方の面から他方の面に向けてパンチを金属板の板厚方向の途中まで打ち込み第１の凹部を形成し、その後に、当該パンチを一旦前記打ち込み方向とは反対方向に戻してから、再度、先の打ち込み深さよりも深い位置まで打ち込んで前記第１の凹部の深さよりも深い第２の凹部を形成する凹部形成工程と、
凹部を形成した際に金属板の他方の面に膨出した膨出部を除去して前記下穴を貫通させてノズル開口とする貫通工程と、
を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
打ち込んだパンチの先端が金属板の板厚内に位置する状態で、再度打ち込むことを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
前記パンチは先端部分に挿入突部を有し、
該挿入突部が、先端に向かって縮径するテーパー部と、該テーパー部の先端に形成したストレート部とから構成されており、
前記ストレート部とテーパー部の一部が金属板の途中まで入り込むまで打ち込み、その後に、当該パンチを一旦戻してから再度打ち込むことを特徴とする請求項２に記載のノズルプレートの製造方法。
【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装置などの液体噴射装置に設けられるノズルプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置、例えば、圧力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滴として吐出させるインクジェット式記録装置などの液体噴射ヘッドのノズルプレートは、例えば、ステンレス板などの金属板に微細径の貫通孔を複数開設して構成されている。金属板に貫通孔を開設する方法としては、金型を用いたプレス加工方法などがある。
【０００３】
プレス加工の場合、一般的には、ノズルプレートとなる薄い金属板の一方の面からパンチを押し込み、反対側に隆出した隆出部をその後の研磨工程で除去し、これによりノズル開口となる貫通孔を開設する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−１０３９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属板にパンチを一度に打ち込んでノズル開口の下孔となる凹部を開設することはできるが、打ち込んだパンチが金属板内で締め付けられ、パンチを引き抜く時にパンチの先端部分が折れてしまうことがあった。特に、板厚を増した板材を使用した場合に顕著であった。そして、パンチの折れは、テーパー部とストレート部との境目に発生することが多かった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、その目的は、金属板内に打ち込んだパンチを引き抜く時にパンチの先端が折れ難いノズルプレート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】
【０００６】
前記した目的を達成するために、本発明に係るノズルプレートの製造方法は、金属板の一方の面から他方の面に向けてパンチを金属板の板厚方向の途中まで打ち込み第１の凹部を形成し、その後に、当該パンチを一旦前記打ち込み方向とは反対方向に戻してから、再度、先の打ち込み深さよりも深い位置まで打ち込んで前記第１の凹部の深さよりも深い第２の凹部を形成する凹部形成工程と、
凹部を形成した際に金属板の他方の面に膨出した膨出部を除去して前記凹部を貫通させてノズル開口とする貫通工程と、
を含むことを特徴とする。
【０００７】
この様に、パンチを金属板の板厚方向の途中まで打ち込み第１の凹部を形成し、その後に、当該パンチを一旦前記打ち込み方向とは反対方向に戻してから、再度、先の打ち込み深さよりも深い位置まで打ち込んで前記第１の凹部の深さよりも深い第２の凹部を形成すると、パンチの挿入突部が金属板の肉（素材）による締め付けから一度解放され、その後に再度打ち込まれるので、パンチへの負荷は、一度のパンチ押込みにより凹部を形成する場合に比較して、遥かに軽減することができる。したがって、パンチに掛かる負荷に無理がなくなり、これによりパンチ折れの発生を抑制することができる。また、パンチへの負荷が過大にならないので、パンチの打ち込み方向の精度も維持することができ、下穴となる凹部の角度、ひいてはノズル開口の精度を高めることができる。
【０００８】
そして、打ち込んだパンチの先端が金属板の板厚内に位置する状態で、再度打ち込むことが望ましい。
パンチの先端が金属板の板厚内に位置する状態で、再度打ち込むと、先の打ち込みで形成した凹部内にパンチ先端の挿入突部が確実に入り込むことができる。
【０００９】
前記パンチは先端部分に挿入突部を有し、該挿入突部が、先端に向かって縮径するテーパー部と、該テーパー部の先端に形成したストレート部とから構成されており、前記ストレート部とテーパー部の一部が金属板の途中まで入り込むまで打ち込み、その後に、当該パンチを一旦戻してから再度打ち込むことが望ましい。
【００１０】
この様に、先端のストレート部とテーパー部との境界に掛かる負荷を軽減することができる効果が顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
流路ユニット３の底部に配置されるノズルプレート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プレート１３は、例えば、ステンレス鋼、４２アロイなどの金属板材（金属板３１）から作製し、パンチ（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プレート１３に形成されている。
【００１６】
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。
【００１７】
ノズルプレート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。
【００１８】
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。
【００１９】
次に、プレス金型を使用してノズルプレート１３を製造する方法を図３及び図４に基づいて説明する。図３はプレス金型の構成を説明する断面図であり、図４は凹部形成工程を示す説明図である。
このプレス金型は、ノズルプレート１３の材料である金属板３１を載せるダイ３２と、プレス機のラム（図示せず）の下面に取り付けるパンチホルダ３３と、このパンチホルダ３３の下にスプリングやエラストマ等の弾性材３４を介してパンチホルダ３３に対して上下動可能な状態で設けた押圧盤３５と、パンチホルダ３３に基端部分を固定して下向きに設けられたパンチ３６と、から概略構成されている。
【００２０】
金属板３１は、例えば、厚みが８０〜１００μｍ程度で、ステンレス鋼や４２Ａｌｌｏｙなどの合金からなる。なお、この金属板３１は、流路形成基板１２に熱硬化性樹脂等を用いて２００℃〜３００℃で加熱して接合されるので、線膨張係数が流路形成基板１２に近いことが望ましい。
【００２１】
ダイ３２は、鋼鉄製の平坦な板材であり、パンチ３６の直下に対応する位置に、下孔よりも少し大きな貫通開口部５３が開設されている。
【００２２】
パンチ３６は、外径が２０〜３０μｍの円柱形に形成されており、先端部分には挿入突部３６´として、先端に向けて次第に縮径するテーパー部３７を形成すると共に、該テーパー部３７の先端に円柱状のストレート部３８を形成し、該ストレート部３８の先端は軸方向に直交する円形平坦面で構成してある。そして、このパンチ３６は、基端部分がパンチホルダ３３の下面に強固に固定され、垂下する軸方向の途中の部分は押圧盤３５に開設された貫通ガイド孔４３内に挿通され、この貫通ガイド孔４３に案内されながら下降して挿入突部が金属板３１の表面に対して直交する状態で打ち込まれるように構成されている。
【００２３】
次に、前記した構成からなるプレス金型を使用してノズル開口１８となる下穴（凹部）を形成する凹部形成工程を行う場合について説明する。なお、ダイ３２はプレス機の図示しないボルスタ等の支持盤上に固定され、パンチホルダ３３はラムの下面に固定され、ダイ３２とパンチホルダ３３（パンチ３６）との相対位置やパンチ３６の下死点調整などの型調整はすべて終了していることとする。また、使用するプレス機は、ストロークの範囲内においてラム（スライド）を任意の位置から下降したり上昇したりできる機能を備えたもの、例えば、サーボモータを駆動源としてネジ機構を利用したスクリュープレスや、油圧シリンダを駆動源とした油圧プレスなどがある。
【００２４】
まず、ダイ３２の上にステンレス鋼製の金属板３１を所定位置に載せ、パンチ３６の先端が金属板３１に向かった状態でパンチホルダ３３を下降させる。すると、図３に示すように、押圧盤３５の下面が、金属板３１の表面に当接する。その後、弾性材３４の付勢力に抗しながらパンチホルダ３３をさらに下方に押し下げると、押圧盤３５の貫通ガイド孔４３に案内されて、図４（ａ）に示すように、挿入突部３６´のストレート部３８とテーパー部３７の一部（図面では長さの約半分まで）が金属板３１の板厚方向に板厚の途中まで押し込まれて第１の凹部が形成される。この際に、パンチ３６は、先端の挿入突部３６´が金属板の板厚の５０〜７０％位まで挿入するように停止位置が調整されている。
【００２５】
そして、本発明では、板厚の途中まで打ち込んだならば、その直後に、図４（ｂ）に示すように、パンチ３６を打ち込み方向とは反対側に戻す。この戻す長さは、挿入突部３６´が金属板３１の肉（素材）を押し退けて塑性変形させていた時の反力で締め付けられている部分が、この締め付けから開放される（離隔する）に足る長さであればよく、板厚の５μｍ（板厚の５％程度）でよい。なお、戻す範囲は、挿入突部３６´の先端が金属板３６の板厚内に位置する範囲であることが、次の再度の打ち込みで挿入突部３６´が孔（凹部４０）内に確実に案内できるという観点からして望ましい。
【００２６】
パンチ３６が所定位置まで戻ったならば、再度、ラムを下降してパンチ３６を先の深さよりも深い位置まで打ち込んで第１の凹部の深さよりも深い第２の凹部を形成する。具体的には、図４（ｃ）に示すように、挿入突部３６´の先端が金属板材３１の裏面とほぼ同じ位置あるいは裏面を少し超してストレート部３８とテーパー部３７の大部分が金属板３１の板厚内に入り込む深さまで打ち込む。この深さまでパンチ３６の挿入突部３６´を打ち込むと、金属板３１の裏面３１ｂに膨出部５５が形成される。
【００２７】
この様にしてパンチ３６が下死点まで下降して凹部４０を形成すると、その後は上昇に転じる。そして、ラムの上昇に伴ってパンチホルダ３３が上昇すると、弾性材３４の復元力により押圧盤３５がパンチホルダ３３よりも少し遅れて上昇を開始し、金属板３１の表面３１ａから離隔して上死点まで上昇する。
【００２８】
そして、次の凹部４０の形成のために金属板３１をフィーダーにより所定のピッチだけ移動する。この移動が終了したならば、前記した操作を再度繰り返すことにより金属板３１に次の凹部４０を所定のピッチで開設することができ、これらの操作を繰り返すと、金属板３１に凹部４０を所定のピッチで順次開設することができる。
【００２９】
この様に、パンチ３６の下降を途中で止め、このパンチ３６を一旦反対方向に戻してから、再度、先の深さよりも深い位置まで打ち込んで底のある凹部４０を形成すると、パンチ３６の挿入突部３６´が金属板３１の肉（素材）による締め付けから一度解放され、その後に再度打ち込まれるので、パンチ３６への負荷は、特に、先端のストレート部３８とテーパー部３７との境界に掛かる負荷が、一度のパンチ押込みにより下穴となる凹部４０を形成する場合に比較して、遥かに軽減される。したがって、金属材３１の板厚が従前よりも増大したとしても、パンチ３６の打ち込みを複数回に分けて凹部４０を形成するので、パンチ３６に掛かる負荷に無理がなくなり、これによりパンチ折れの発生を抑制することができる。
【００３０】
この様にして凹部形成工程が終了したならば、金属板３１をプレス金型から外して、次の貫通工程を行う研磨装置（図示せず）に搬送する。この貫通工程では凹部形成工程で残った凹部４０の膨出部５５を研磨除去することで、孔を貫通させてノズル開口１８にすると共に、金属板３１の厚さを所定の厚さになるように研磨する。この様にして、ノズル開口１８が開設されたノズルプレート１３が作製される。
【００３１】
なお、前記した実施形態においては、パンチ３６の挿入突部３６´の形状を、テーパー部３７とストレート部３８とから構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ストレート部だけで円筒形の凹部を形成してもよい。
また、前記実施形態では、２回に分けて凹部４０を形成したが、本発明は、３回以上であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】ノズルプレートの構成を説明する平面図である。
【図３】本発明で使用するプレス金型を説明する要部断面図である。
【図４】（ａ）は板厚の途中までパンチの挿入突部を押し入れた状態の断面図、（ｂ）はパンチを戻した状態を示す金属板の断面図、（ｃ）は先の打ち込み深さよりも深い位置まで打ち込んで底のある凹部を形成した金属板の断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…記録ヘッド、１３…ノズルプレート、１８…ノズル開口、３１…金属板、３２…ダイ、３３…パンチホルダ、３４…弾性材、３５…押圧盤、３６…パンチ、３６´…挿入突部、３７…パンチのテーパー部、３８…パンチのストレート部、４０…下穴となる凹部、５３…開口部、５５…膨出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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