(57)【要約】【課題】  二段形状のノズル開口であっても、パンチ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、底を有する第１下穴４０を形成する第１下穴形成工程と、  前記第１下穴を形成した金属板の一方の面から第１下穴の底に前記第１パンチよりも細い第２パンチ５０を打ち込むことにより、第１下穴の底に第１下穴よりも細い第２下穴４２を形成すると共に前記他方の面に膨出部５２を形成する第２下穴形成工程と、  第１下穴と第２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両下穴を一連に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、底を有する第１下穴を形成する第１下穴形成工程と、
前記第１下穴を形成した金属板の一方の面から第１下穴の底に前記第１パンチよりも細い第２パンチを打ち込むことにより、第１下穴の底に第１下穴よりも細い第２下穴を形成すると共に前記他方の面に膨出部を形成する第２下穴形成工程と、
第１下穴と第２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両下穴を一連に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パンチは、基端部分をパンチホルダに固定した柱状部分の先端部分に形成されて金属板内に打ち込まれる挿入突部が円柱状に形成され、
該挿入突部を金属板の途中まで打ち込むことにより、底が平らな第１下穴を形成する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】
前記第２パンチの挿入突部が先端に向かって縮径するテーパー部を有し、該テーパー部の先端が円形平面を有する円柱部で構成されており、
この第２パンチを、テーパー部の少なくとも一部が入り込むまで第１下穴の底に打ち込んで第２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】
第１パンチの下方に、表面が平坦なダイを配置し、該ダイ上に金属板を載せた状態で金属板に第１パンチを打ち込むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか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、シリコンウエハーや薄手の金属板（例えば、ステンレス板）に微細径の貫通孔を複数開設して構成されている。シリコンウエハーに貫通孔を開設する方法としてはドライエッチングによる方法があり、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（塑性加工）方法などがある。
【０００３】
ノズル開口となる貫通孔が大きな孔と小さな孔とが一連に連なった段付孔の場合、シリコンウエハーをドライエッチング加工することにより形成していた（例えば、特許文献１図４参照）
一方、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２）。
【特許文献１】特開２００２−２１０９６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１３７０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ドライエッチングによりシリコンウエハーに段付貫通孔（ノズル開口）を開設することは比較的容易であるが、エッチング加工は長時間を要するので、作業効率を高めることが困難である。
【０００５】
一方、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、薄い金属板に二段形状付の小さな孔を有するものを一度に形成しようとすると、小さな孔の部分を加工するパンチの強度を確保することが困難であり、パンチの折れや曲がりなどの損傷が頻繁に発生するために実用に供することができない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、その目的は、二段形状のノズル開口であっても、パンチ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】
【０００７】
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、底を有する第１下穴を形成する第１下穴形成工程と、
前記第１下穴を形成した金属板の一方の面から第１下穴の底に前記第１パンチよりも細い第２パンチを打ち込むことにより、第１下穴の底に第１下穴よりも細い第２下穴を形成すると共に前記他方の面に膨出部を形成する第２下穴形成工程と、
第１下穴と第２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両下穴を一連に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。
【０００８】
そして、前記第１パンチは、基端部分をパンチホルダに固定した柱状部分の先端部分に形成されて金属板内に打ち込まれる挿入突部が円柱状に形成され、
該挿入突部を金属板の途中まで打ち込むことにより、底が平らな第１下穴を形成することが望ましい。
【０００９】
前記第２パンチの挿入突部が先端に向かって縮径するテーパー部を有し、該テーパー部の先端が円形平面を有する円柱部で構成されており、
この第２パンチを、テーパー部の少なくとも一部が入り込むまで第１下穴の底に打ち込んで第２下穴を形成することが望ましい。
【００１０】
そして、第１パンチの下方に、表面が平坦なダイを配置し、該ダイ上に金属板を載せた状態で金属板に第１パンチを打ち込むことが望ましい。
【００１１】
この様に、金属板に、底を有する第１下穴を形成する第１下穴形成工程と、前記第１下穴を形成した金属板の一方の面から第１下穴の底に前記第１パンチよりも細い第２パンチを打ち込むことにより、第１下穴の底に第１下穴よりも細い第２下穴を形成すると共に前記他方の面に膨出部を形成する第２下穴形成工程と、に分けて下穴を形成すると、第１下孔の形成により第２パンチの加工対象とする部分の板厚を減少することができ、これにより細い第２下穴を形成する際における第２パンチに掛かる負荷を低減することができるので、パンチの損傷を低減することができる。
また、段付形状のノズル開口であっても、プレス加工により製造できるので、エッチング加工に比較して、ノズルプレートを効率良く製造することができる。
【００１２】
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が製造途中で潰されることもなく形状の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】
【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１３´）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。
【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。
【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、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方のダイ３２に向けて設けられた第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。
【００２２】
金属板３１は、例えば、厚みが３０〜１００μｍ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。
【００２３】
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、第１ステージで形成した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。
【００２４】
第１パンチ３６は、外径が２０〜３０μｍの円柱形に形成されており、先端部分には円柱状の挿入突部３６´が形成され、軸方向に直交する先端の面は円形平坦面で構成されている。そして、この第１パンチ３６は、基端部分がパンチホルダ３３に強固に固定され、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、このガイド孔４３に案内されながら下降して先端の挿入突部３６´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。
【００２５】
第２パンチ５０は、第１パンチ３６よりも細いパンチであり、基端部分がパンチホルダ３３に固定され、円柱状軸部の先端に挿入突部５０´が形成され、途中部分は押圧盤３５に開設された貫通ガイド孔５１内に貫通してガイドされている。図面に示す挿入突部５０´は、先端に向かって次第に縮径するテーパー部５０ａを形成すると共に、該テーパー部５０ａの先端に他の部分よりも細い円柱部５０ｂを形成し、該円柱部５０ｂの先端を円形平面としている。なお、この第２パンチ５０は、太さが第１パンチ３６の１／３〜１／４程度であり、挿入突部５０´の長さは太さとほぼ同じ位、或いは挿入する深さ（第１パンチ３６で形成した下孔の底の厚さ）とほぼ同じ寸法である。
なお、第１パンチ３６と第２パンチ５０との間隔は、フィーダーにより金属板を所定のピッチ（例えば、ノズル列間のピッチ）ずつ送るので、このピッチと同じ距離に設定されている。
【００２６】
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（第１下穴）を形成した後に、当該下穴に対して第２下穴形成工程でさらに加工（第２下穴を形成）するものとして順を追って説明する。
【００２７】
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の先端が金属板３１の板厚方向に板厚の途中まで押し込まれ、これにより、平坦なダイ３２上の金属板３１の表面側に第１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、先端が金属板の板厚の２／３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第１下孔４０は、第１パンチ３６の外径と同じ大きさの内径であり、深さは金属板の板厚の２／３位までであって、下孔の底である未貫通部４１の厚さは、板厚の１／３位となって、金属板３１全体の板厚に比較すると大幅に薄くなっている。したがって、後述する第２パンチ５０の打ち込み距離が短くてよい。
【００２８】
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（第１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。
【００２９】
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第１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第１下穴４０に対する加工（第２下穴形成工程）が行われる。
【００３０】
第２下穴形成工程では、第１下穴形成工程で形成した第１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の新たな部位に第１下穴４０を形成する。一方、第２パンチ５０が下降すると、先に形成した第１下穴４０の底に第２パンチ５０の先端に形成した挿入突部５０´が押し込まれ、これにより第２パンチ５０の挿入突部５０´と同じ大きさ、形状の小さな第２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、第１下穴４０の底部に第２下穴４２が形成されると同時に金属板３１の裏面に膨出部５２が形成される。
【００３１】
第２パンチ５０が打ち込まれる第１下穴４０の底（未貫通部４１）の厚さは、金属板材の板厚の約１／３まで薄くなっているので、第２パンチ５０への負荷は、同じ段付形状の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、第２パンチ５０が細くても損傷が減って実用的な耐久性を有する。
【００３２】
この様にして第２パンチ５０が下死点まで下降して円筒形状の第１下穴４０の底部にさらに細い第２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。
【００３３】
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に次の下穴４０，４２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。
【００３４】
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第２下穴４２の膨出部５２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。
【００３５】
なお、前記した各実施形態においては、大きい方の第１下穴４０を円筒形状とし、第２下穴４２を円錐台形と円筒形状とが連続した形状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１下穴４０を円錐台形とし、その底に円筒形の第２下穴４２を形成してもよい。
【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。
【符号の説明】
【００３７】
１…記録ヘッド、２…ケース、３…流路ユニット、４…収容空部、５…アクチュエータユニット、７…圧電振動子、８…固定板、９…配線部材、１１…振動板、１２…流路形成基板、１３…ノズルプレート、１５…リザーバ、１６…インク供給口、１７…圧力発生室、１８…ノズル開口、２０…島部、２１…コンプライアンス部、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、４０…第１下穴、４１…未貫通部、４２…第２下穴、４３…貫通ガイド孔、５０…第２パンチ、５０´…第２パンチの挿入突部、５１…貫通ガイド孔、５２…膨出部、５３…開口部
【図１】
2009208404.tif 000003
【図２】
2009208404.tif 000004
【図３】
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