(57)【要約】【課題】  従来の板材よりも厚さを増した金属板を用いても、パンチが折れ難く、孔形状の不良が生じ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第１パンチ３６を金属板の板厚方向の途中まで打ち込むことにより金属板に、底を有する準下穴４０を形成する第１下穴形成工程と、前記準下穴を形成した金属板の一方の面から準下穴内に前記第１パンチよりも深く第２パンチ５０を打ち込むことにより、準下穴よりも深さを増した下穴４２を形成すると共に前記他方の面に膨出部５５を形成する第２下穴形成工程と、下穴を形成した金属板の他方の面を研削して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。【選択図】図３
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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第１パンチを金属板の板厚方向の途中まで打ち込むことにより金属板に、底を有する準下穴を形成する第１下穴形成工程と、
前記準下穴を形成した金属板の一方の面から準下穴内に前記第１パンチによる金属板に対する打ち込み深さよりも深く第２パンチを打ち込むことにより、準下穴よりも深さを増した下穴を形成する第２下穴形成工程と、
下穴を形成した金属板の他方の面を研削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】
前記第１下穴形成工程で第１パンチを、金属板の板厚の２０〜２５％に相当する深さまで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】
パンチホルダに第１パンチの基端部分を固定して先端の第１挿入突部を下向に突設するとともに、該第１パンチから送りの下流側に１ピッチ離隔した位置に第２パンチの基端部分を固定して第１挿入突部と同じ形状の第２挿入突部を第１挿入突部よりも長く下向に突設して、金属板を第１パンチと第２パンチの下を１ピッチずつ順送りしながら金属板に下穴を形成する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。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項により製造したノズルプレートを装着し、ノズル開口としての前記貫通孔から液滴を噴射するようにしたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【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、およびこのノズルプレートを装着した液体噴射ヘッドに関する。
【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】
金属板に一度のプレス加工でノズル開口の下孔を開設することはできるが、従来は６０〜８０μｍという薄い金属板にノズル開口を開設していたので、ハンドリングが難しくなり、搬送不良が発生することがあった。このため、板厚を増した板材を使用することが提案されているが、板厚を増した場合、従来と同じプレス加工方法を採ると、パンチの負担が増大してパンチ折れが発生したり、あるいは板材の表面に対してパンチを垂直に打ち込むべきところが傾斜してしまい、孔の形状不良が生じるなどの問題点が新たに生じることになった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、その目的は、従来の板材よりも厚さを増した金属板を用いても、パンチが折れ難く、孔形状の不良が生じ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第１パンチを金属板の板厚方向の途中まで打ち込むことにより金属板に、底を有する準下穴を形成する第１下穴形成工程と、
前記準下穴を形成した金属板の一方の面から準下穴内に前記第１パンチによる金属板に対する打ち込み深さよりも深く第２パンチを打ち込むことにより、準下穴よりも深さを増した下穴を形成する第２下穴形成工程と、
下穴を形成した金属板の他方の面を研削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。
【０００７】
第１下穴形成工程で第１パンチを打ち込んで準下穴を形成し、この準下穴内に第１パンチによる金属板に対する打ち込み深さよりも深く第２パンチを打ち込むことにより、準下穴よりも深さを増した下穴を形成するので、金属板の板厚を従来よりも大きくしたとしてもパンチに掛かる負担がその割りに大きくはならない。したがって、パンチが折れたり、傾斜して打ち込まれて孔の形状不良が発生するなどの不都合を低減することができる。そして、板厚を増したノズルプレートはハンドリング性に優れ、搬送不良の発生を抑制することができ、生産効率を高めることができる。
【０００８】
前記第１下穴形成工程で第１パンチは、金属板の板厚の２０〜２５％に相当する深さまで打ち込むことが望ましい。
【０００９】
また、パンチホルダに第１パンチの基端部分を固定して先端の第１挿入突部を下向に突設するとともに、該第１パンチから送りの下流側に１ピッチ離隔した位置に第２パンチの基端部分を固定して第１挿入突部と同じ形状の第２挿入突部を第１挿入突部よりも長く下向に突設して、金属板を第１パンチと第２パンチの下を１ピッチずつ順送りしながら金属板に下穴を形成することが望ましい。
この様にすると、金属板を１ピッチずつ送って第１パンチと第２パンチとを同時に下降させて効率の良く高い精度で加工を行うことができる。
【００１０】
前記した製造方法により製造したノズルプレート装着した液体噴射ヘッドは、下穴を貫通した孔、すなわちノズル開口の形状精度が高く維持されるので、液体の噴射特性を高めることができる。
【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第１パンチ３６及び第２パンチ５０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、後述する第１パンチ３６で加工する第１ステージにおいては平坦な面で金属板３１を支持可能であり、第２パンチ５０で加工する第２ステージ、すなわち、第２パンチ５０の直下に対応する位置に、下孔とほぼ同じ大きさの貫通開口部５３が開設されている。
【００２２】
第１パンチ３６は、外径が２０〜３０μｍの円柱形に形成されており、先端部分には第１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、この第１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に開設された第１貫通ガイド孔４３内に挿通され、この第１貫通ガイド孔４３に案内されながら下降して先端（下端）のストレート部３８とテーパー部３７の途中までが金属板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】
第２パンチ５０は、第１パンチ３６と同じ先端、すなわちテーパー部５１とストレート部５２とからなる第２挿入突部５０´を有し、基端部分がパンチホルダ３３の下面に、第１パンチ３６から送りの下流側に１ピッチ分だけ離隔した位置に固定され、垂下する途中部分は押圧盤３５に開設された第２貫通ガイド孔５４内に貫通してガイドされている。この第２パンチ５０が、第１パンチ３６と比較して異なる点は、長さであり、第１パンチ３６よりも７５〜８０μｍ（板厚の７５〜８０％に相当する長さ）長く下向に突設している。すなわち、打ち込み深さに関して、第１パンチ３６よりも第２パンチ５０が深く打ち込まれるように設定されている。したがって、第１パンチ３６の先端のストレート部３８とテーパー部３７の一部が金属板３１の表面に打ち込まれた状態で第２パンチ５０はストレート部５２とテーパー部５１の殆どが金属板３１内に打ち込まれることとなる。
【００２４】
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となる下穴を形成する下穴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（第１パンチ３６、第２パンチ５０）との相対位置や第１，第２パンチ３６，５０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、図面に示す金型は順送り金型であり、第１ステージにおける第１下穴形成工程と第２ステージにおける第２下穴形成工程とを同時に行っているが、説明の都合上、先ず第１下穴形成工程で下穴（準下穴４０）を形成した後に、当該下穴（準下穴４０）に対して第２下穴形成工程でさらに深く加工（最終的な下穴４２を形成）するものとして順を追って説明する。
【００２５】
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、第１，第２パンチ３６，５０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の第１貫通ガイド孔４３に案内されて、図３中左半に示すように、第１ステージにおいては第１パンチ３６の第１挿入突部３６´が金属板３１の板厚方向に板厚の途中まで押し込まれ、これにより金属板３１の表面側に準下穴４０が形成される（第１下穴形成工程）。この際に、第１パンチ３６は、先端の第１挿入突部３６´が金属板の板厚の２０〜２５％位まで挿入するように下死点調整されている。したがって、第１パンチ３６を打ち込んで形成した準下孔４０は、第１パンチ３６の外径よりも小さくてストレート部３８の太さよりも極く僅かだけ大きい内径であり、準下孔４０の底である未貫通部４１の厚さは、当初の板厚の７５〜８０％位に減少している。
【００２６】
第１パンチ３６が下死点まで下降して金属板３１の表面側に円筒形状の下穴（準下穴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。これで第１ステージにおける第１下穴形成工程が終了する。
【００２７】
そして、第１下穴形成工程が終了すると、次の下穴形成（第２下穴形成工程）のために金属板３１をフィーダーにより所定の１ピッチだけ移動する。この移動（送り）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第１ステージにおいては金属板３１の新たな位置に次の準下穴４０を所定のピッチで開設することができ、第２ステージにおいては先の準下穴４０に対する加工（第２下穴形成工程）が行われる。
【００２８】
第２下穴形成工程では、第１下穴形成工程で形成した準下穴４０が第２パンチ５０の下に位置して停止する。そして、この状態でパンチホルダ３３が下降すると押圧盤３５が金属板３１の表面３１ａに当接した後に第１パンチ３６と第２パンチ５０とが下降する。第１パンチ３６が下降すると、前記と同様に、金属板３１の新たな部位に準下穴４０を形成する。一方、第２パンチ５０が下降すると、先に形成した準下穴４０の底に第２パンチ５０の先端に形成した第２挿入突部５０´が金属板３１の裏面３１ｂ辺りの深さまで第２挿入突部５０´の先端が押し込まれるので、これにより深さが増した下穴４２が形成される。また、本実施形態では第２パンチ５０の第２挿入突部５０´の先端面が金属板３１の裏面（下面）３１ｂとほぼ同じ深さ、あるいはそれより少し深くまで押し込まれ、ダイ３２には開口部５３が開口しているので、下穴４０の深さが増大すると同時に金属板３１の裏面３１ｂに膨出部５５が形成される。
【００２９】
第２パンチ５０の第２挿入突部５０´が打ち込まれる準下穴４０の底（未貫通部４１）の厚さは、金属板材３１の当初板厚よりも薄くなっているので、第２パンチ５０への負荷は、同じ下穴を一度のパンチ押込みにより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、下穴４２を形成する工程を分けてパンチが一度に打ち込まれる深さを調整したのでパンチに掛かる負荷に無理がなく、パンチ折れや傾斜（パンチが金属板材の表面に対して直角に打ち込まれずに傾斜して打ち込まれること）の発生を抑制することができる。
【００３０】
この様にして第２パンチ５０が下死点まで下降して下穴４２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。
【００３１】
そして、次の下穴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に次の準下穴４０と下穴４２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に下穴４０，４２を所定のピッチで順次開設することができる。
【００３２】
この様にして第２下穴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。この貫通工程では第２下穴形成工程で残った下穴４２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。
【００３３】
なお、前記した実施形態においては、パンチの挿入突部の形状を、テーパー部とストレート部とから構成したが、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下穴を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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】下孔を形成した金属板の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
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…第１パンチ、３６´…第１挿入突部、３７…第１パンチのテーパー部、３８…第１パンチのストレート部、４０…準下穴、４１…準下穴の未貫通部（底）、４２…下穴、４３…第１貫通ガイド孔、５０…第２パンチ、５０´…第２挿入突部、５１…第２パンチのテーパー部、５２…第２パンチのストレート部、５３…開口部、５４…第２貫通ガイド孔、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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