(57)【要約】【課題】金属板材に開設した孔の真円度の低下を防止することが可能なプレス装置、及び、液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】金属板材３１とパンチ３６とを所定ピッチ相対的に移動させながら当該金属板材に孔４０を開設するプレス装置３０であって、金属板を載せるダイ３２と、ベース３３に基端３６ａを固定して下向きに設けられたパンチと、パンチを挿通させる貫通ガイド孔４２を設けるとともに弾性材３４を介してベースに連結された押圧盤３５と、を備え、押圧盤の下面４９のうちパンチが開設した孔に対応する位置に孔とその縁を収容する凹部５０を形成し、開設した孔の周縁に隆起した隆起部５２と、金属板に向かって下降してきた押圧盤と、が当接することを防止する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板材とパンチとを所定ピッチずつ相対的に移動させながら当該金属板材に孔を開設するプレス装置であって、
前記金属板材を載せるダイと、ベースに基端を固定して下向きに設けられたパンチと、
前記パンチを挿通させるガイド孔を設けるとともに付勢部材を介して前記ベースに連結された押圧盤と、を備え、
前記押圧盤の下面のうちパンチが開設した孔に対応する位置に該孔とその縁を収容する凹部を形成したことを特徴とするプレス装置。
【請求項２】
前記凹部が、前記下面を窪ませて形成された逃げ溝によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス装置。
【請求項３】
前記逃げ溝が、前記金属板材の送り方向に沿って伸びていることを特徴とする請求項２に記載のプレス装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のプレス装置により加工した金属板材をノズルプレートとして装備し、該ノズルプレートに開口した孔から液体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、プレス装置、及び、液体噴射ヘッドに関し、特に微細な貫通孔を開設した液体噴射ヘッド用ノズルプレートを作製するのに適したものである。
【背景技術】
【０００２】
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液体噴射ヘッドのノズルプレートは、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２００７−１３７０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記した従来の金属板の製造方法により、薄い金属板に小さな孔を開設すると、孔の開口周縁に環状の隆起部が形成されることがあった。
これは、パンチの金属板への押し込みにより、パンチによって押し退かれて移動した金属が孔の周縁に押し寄せて（いわゆる肉の逃げ）しまうことで生じていた。そして、この隆起部を除去するために、その部分をラップして除去し、平坦面になるようにする工程が必要となっていた。また、金属板を所定のピッチずつ送りながら複数の孔を連続して開設するときには、金属板を押圧固定する押圧盤が、当該金属板に向かって降下してきた際に、隆起部に当接してこの隆起部を押し潰してしまうことがあった。このため、隆起部の肉が孔内に入り込んで、孔の真円度が低下してしまう虞があった。
【０００４】
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、その目的は、金属板材に開設した孔の真円度の低下を防止することが可能なプレス装置、及び、液体噴射ヘッド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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明のプレス装置は、金属板材とパンチとを所定ピッチ相対的に移動させながら当該金属板材に孔を開設するプレス装置であって、
前記金属板材を載せるダイと、ベースに基端を固定して下向きに設けられたパンチと、
前記パンチを挿通させるガイド孔を設けるとともに付勢部材を介して前記ベースに連結された押圧盤と、を備え、
前記押圧盤の下面のうちパンチが開設した孔に対応する位置に該孔とその縁を収容する凹部を形成したことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、金属板材を載せるダイと、ベースに基端を固定して下向きに設けられたパンチと、パンチを挿通させるガイド孔を設けるとともに付勢部材を介してベースに連結された押圧盤と、を備え、押圧盤の下面のうちパンチが開設した孔に対応する位置に孔とその縁を収容する凹部を形成したので、既に開設した孔の周縁に隆起が発生していても、下降してきた押圧盤が隆起に当接することを防止できる。このため、孔の真円度を確保することができる。
【０００７】
また、上記構成において、前記凹部が、前記下面を窪ませて形成された逃げ溝によって構成されていることが望ましい。
【０００８】
上記構成によれば、凹部が、下面を窪ませて形成された逃げ溝によって構成されているので、下降してきた押圧盤が金属板材に当接した際に、開設した孔の周縁に発生した隆起が、逃げ溝内に収容される。このため、押圧盤と隆起とが当接することを防止することができる。また、既存の押圧盤に溝を形成するだけで、凹部を形成できるので、既存の押圧盤を加工して用いることができる。
【０００９】
また、上記構成において、前記逃げ溝が、前記金属板材の送り方向に沿って伸びていても良い。
【００１０】
上記構成によれば、逃げ溝が、金属板材の送り方向に沿って伸びているので、逃げ溝を容易に形成することができるとともに、金属板材を送りながら金属板材に複数の孔を連続して開設する際にも、送りピッチに拘らず押圧盤が隆起に当接することを確実に防ぐことができる。このため、押圧盤が隆起を押し潰すことを防止して、孔の真円度を確保することができる。
【００１１】
また、本発明の液体噴射ヘッドは、上記に記載のプレス装置により加工した金属板をノズルプレートとして装備し、該ノズルプレートに開口した孔から液体を噴射するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、真円度が高い孔が形成された金属板をノズルプレートとして用いるので、ノズル開口から噴射する液滴の飛翔特性を良好にすることができる。
【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図面に基づいて説明する。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、以下の説明では、本発明において被加工材である金属板材として、インクジェット式記録装置に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種。以下、単に記録ヘッド１という。）に用いられるノズルプレートを例示する。
【００１４】
まず、記録ヘッド１の構成について説明する。
図１は、記録ヘッド１の構成を説明する要部の断面図である。この記録ヘッド１は、インク導入針２、フィルタ３、及び導入針ユニット４等からなるフィルタアッセンブリ５と、ヘッドケース６、その内部に収納した振動子ユニット７、及び、流路ユニット８等からなるヘッドユニット９とを備えて概略構成されている。そして、記録ヘッド１の内部には、液体供給源の一種であるインクカートリッジから流路ユニット８のノズル開口１０に至るまでの一連のインク流路（液体流路の一種）が形成されている。
【００１５】
流路ユニット８は、図２に示すように、振動板１１、流路形成基板１２、及びノズルプレート１３を順次積層した状態でケースヘッド６の先端面に接合されている。
【００１６】
流路ユニット８の底部に配置されるノズルプレート１３は、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１０を列状に開設した薄い金属板である。本実施形態のノズルプレート１３は、ステンレス鋼製の板材（本発明の金属板）によって作製され、ノズル開口１０の列（ノズル列）が記録ヘッド１の走査方向に複数並べて設けられている。そして、１つのノズル列は、例えば、１８０個のノズル開口１０によって構成されている。このノズルプレート１３の作製方法については、後で詳説する。
【００１７】
流路形成基板１２は、ノズルプレート１３と振動板１１との間に配置される部材であり、共通液体室の一種である共通インク室１５、インク供給口１６、圧力室１７等のインク流路となる空部が区画形成されている。流路形成基板１２は、例えば、シリコンウェハーをエッチング処理することによって作製される。そして、前記した空部は、ノズルプレート１３及び振動板１１によりそれぞれ開口面が封止される。
【００１８】
振動板１１は、流路形成基板１２とヘッドケース６との間に配置される板材であり、ステンレス鋼等の金属製の支持板２１上に弾性フィルム２２をラミネート加工した二重構造の複合板である。この振動板１１の圧力室１７に対応する部分には、エッチングなどによって支持板２１を環状に除去することで、圧電振動子１８の自由端の先端面を接合するための島部１９が形成されており、この部分はダイヤフラム部として機能する。即ち、この振動板１１は、圧電振動子１８の作動に応じて島部１９の周囲の弾性フィルム２２が弾性変形するように構成されている。また、この振動板１１は、流路形成基板１２の共通インク室１５の開口面を封止してコンプライアンス部２０としても機能する。このコンプライアンス部２０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り支持板２１を除去して弾性フィルム２２だけにしている。
【００１９】
前記した構成からなる記録ヘッド１は、圧電振動子１８の作動により圧力室１７内に圧力変動を与えると、インクカートリッジからインク流路を介して圧力室１７内に導入したインクをノズル開口１０からインク滴として吐出することができ、このインク滴を記録媒体である記録紙等に着弾することにより画像等を記録することができる。
【００２０】
次に、本発明に係るプレス装置３０の塑性加工によりノズルプレート１３を作製する方法を、図３〜図９に基づいて説明する。
本発明のプレス装置３０は、図３に示すように、ノズルプレート１３の材料である金属板（本発明における金属板材に相当）３１を載せるダイ３２と、ラム（図示せず）の下面に取り付けるベース３３と、このベース３３の下にスプリングやエラストマ等の弾性材（本発明における付勢部材に相当）３４を介してベース３３に対して上下動可能な状態で設けた押圧盤３５と、ベース３３に基端３６ａを固定して下向きに設けられたパンチ３６と、から概略構成している。
【００２１】
金属板３１は、例えば、厚みが３０〜１００μｍ程度で、４２Ａｌｌｏｙなどの前述した流路形成基板１２と略線膨張係数の等しいインバー型合金からなり、ニッケル含有量を変化させることで、線膨張係数が流路形成基板１２に近づくように設定されている。これにより、流路形成基板１２と金属板３１とを、熱硬化性樹脂等を用いて２００℃〜３００℃で加熱して接合した後に室温に戻るときに、ノズルプレート１３が反ることを防止され、ノズルプレート１３が流路形成基板１２から剥離することを抑制されている。
【００２２】
ダイ３２は、金属板３１に形成しようとする孔（パンチ孔）４０の径よりも大きいパンチ挿入孔４１を開設しており、雄型のパンチ３６に対する雌型として機能する。押圧盤３５は、パンチ２１の径よりも大きい貫通ガイド孔（本発明におけるガイド孔に相当）４２が形成されており、その貫通ガイド孔４２内に、パンチ２１の途中から先端までの部分を挿通させる。
【００２３】
また、押圧盤３５の表面のうち金属板３１に対向する下面４９には、凹部５０が設けられている。本実施形態の凹部５０は、下面４９から弾性材３４に向かって（内側に）窪んだ状態で形成された逃げ溝５１によって構成されている。逃げ溝５１は、下面４９のうち貫通ガイド孔４２の中心から金属板３１を送る方向（以下、送り方向とし、図３中に符号Ｍで示す）に１ピッチ（図３中に符号Ｐで示す）分だけ離れた位置に設けられている。即ち、逃げ溝５１は、パンチ３６が開設した孔４０に対応する位置に設けられており、複数の孔４０を開設する際には、孔４０毎にピッチＰ分だけずらした逃げ溝５１を配置させる。
【００２４】
逃げ溝５１は、金属板３１に開設する孔４０よりも十分に大きくなるように設定されている。より詳しくは、逃げ溝５１は、パンチ３６を金属板３１に打ち込むことで、孔４０の開口周縁に隆起する後述する隆起部５２の高さよりも、その深さが大きく設定されているとともに、隆起部５２の幅よりも、その幅が大きくなるように設定されている。即ち、逃げ溝５１は、押圧盤３５がダイ３２に載置した金属板３１に当接した際に、孔４０とその周縁に発生する隆起部５２を収容する（覆う）大きさに設定されている。
【００２５】
パンチ３６は、ベース３３（基端）側のストレート部４５と、ストレート部４５の先端から連続するテーパ部４６と、を備えた柱状体である。ストレート部４５は、外径が２０〜３０μｍで、パンチ３６の打ち込み方向（図３中に矢印Ｋで示す）に沿った円柱形に形成されている。テーパ部４６は、先端側に向かうに従って徐々に外径が細くなった略円錐形に形成され、先端部分は先端面が平坦な小径ストレート部４３となっている。
【００２６】
次に、前記した構成からなるプレス装置３０を使用してパンチング加工（工程）を行う場合について説明する。なお、ダイ３２はプレス装置３０の図示しないボルスタ等の支持盤上に固定され、ベース３３はラムの下面に固定され、ダイ３２とベース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。
【００２７】
まず、図３に示すように、ダイ３２の上に４２Ａｌｌｏｙなどの金属板３１を所定位置に載せ、パンチ３６の先端が金属板３１に向かった状態でベース３３を下降させる。すると、図４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ベース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４２に案内されて、図５に示すように、パンチ３６の先端部分が金属板３１に押し込まれ、これにより金属板３１に孔４０が形成される。
【００２８】
この際に、パンチ３６が金属板３１の表面３１ａから金属板３１の厚み方向に進入することによって、金属板３１の肉が進入したパンチ３６の容積分だけ移動する（寄る）。このため、パンチ３６が進入された金属板３１は、パンチ３６の進入により後方（矢印Ｋ方向とは反対方向）に向けて押し退けられた肉が、金属板３１の表面３１ａに向かって移動し、これにより表面３１ａから（板圧方向に）隆起した隆起部５２が孔４０の周縁に形成される。また、パンチ３６の進入により先方（矢印Ｋ方向）に向けて押し退けられた肉が、金属板３１の裏面３１ｂに向かって移動するので、裏面３１ｂから隆出した隆出部４８が形成される。なお、図５における金属板３１に形成された孔４０は、未貫通であり、後述する研磨工程によって隆出部４８を除去することで、貫通されてノズル開口１０となる。
【００２９】
そして、図５に示すように、パンチ３６が下死点まで下降して金属板３１にロート状の孔４０を形成すると、その後は上昇に転じる。そして、図６に示すように、ラムの上昇に伴ってベース３３が上昇すると、弾性材３４の復元により押圧盤３５がベース３３よりも少し遅れて上昇を開始し、図７に示すように、金属板３１の表面から離隔して上死点まで上昇する。これで打ち抜きの一工程を終了する。
【００３０】
そして、次の工程のために、図８に示すように、金属板３１をフィーダーにより矢印Ｍ方向に所定のピッチＰだけ移動する。すると、隆起部５２が、逃げ溝５１と対向する位置に配される。この移動が終了したならば、再び押圧盤３５を金属板３１に向かって降下させると、今度は、図９に示すように、逃げ溝５１内に隆起部５２が収容される。なお、この際に、隆起部５２が押圧盤３５に当接しない（押し潰されない）ので、孔４０の真円度が確保されている。
【００３１】
このように、前記したパンチング工程を再度繰り返すことにより金属板３１に次の孔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に孔４０を所定のピッチで順次開設することができる。なお、金属板３１を移動させずに固定した状態で、押圧盤３５及びパンチ３６を移動させても良い。即ち、金属板３１がプレス装置に３０に対して、所定のピッチＰずつ相対的に移動すれば良い。
【００３２】
パンチング工程が終了したならば、金属板３１をプレス装置３０から外して、次の隆出部除去工程を行う研磨装置（図示せず）に搬送する。この隆出部除去工程では、図１０に示すように、パンチング工程で金属板３１の裏面３１ｂに隆出した隆出部４８を研磨して除去することで孔４０を貫通させるとともに、金属板３１を反対側に反転させて表面３１ａに隆起した隆起部５２を研磨して除去することで、金属板３０の厚さを所定の厚さにして、ノズル開口１０を形成する。こうして、ノズル開口１０がピッチＰ毎に開設されたノズルプレート１３が作製される。
【００３３】
このように本発明のプレス装置３０の押圧盤３５の下面４９のうちパンチ３６が開設した孔４０に対応する位置に孔４０とその縁を収容する逃げ溝５１（凹部５０）を形成したので、孔４０の周縁に隆起部５２が隆起しても、次の孔４０を開設するために矢印Ｍ方向に向かってピッチＰ分だけ移動させると、金属板３１に対して下降してきた押圧盤３５の逃げ溝５１が隆起部５２を収容する。したがって、押圧盤３５が隆起部５２と当接することを防止でき、このため、孔４０の真円度を確保することができる。
【００３４】
また、前記したプレス装置３０により加工した金属板３１をノズルプレート１３として記録ヘッド１に装備すると、ノズル開口１０の真円度が高いので、ノズル開口１０から噴射する液滴の飛翔特性の向上が期待できる。
【００３５】
ところで、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００３６】
前述した実施形態では、パンチ３６が、逃げ溝５１が開設した孔４０及び隆起部５２に対応する位置に形成されていたが、本発明のプレス装置３０は、図１１に示すように、前述した矢印Ｍに沿って逃げ溝５１´が形成されていても良い。即ち、逃げ溝５１´が矢印Ｍに沿って伸びており、その矢印Ｍ方向の幅は孔４０よりも十分に大きくなるように設定されている。このような逃げ溝５１´は、押圧盤３５に形成し易いとともに、金属板材３１を矢印Ｍ方向にピッチＰ毎に送りながら複数の孔４０を連続して開設する際にも、送りピッチＰに拘らず、押圧盤３５が隆起部５２に当接することを確実に防ぐことができる。このため、押圧盤３５が隆起部５２を押し潰すことを防止して、孔４０の真円度を確保することができる。
【００３７】
また、前述した実施形態では、押圧盤２５の下面４９を窪ませて形成した逃げ溝５１によって凹部５０を構成したが、本発明のプレス装置３０は、押圧盤２５の下面４９から突出した突起（スペーサ）を設けることで凹部５０を構成しても良い。即ち、本発明の凹部５０は、押圧盤３５が下降した際に、押圧盤３５と隆起部５２とが当接しないように構成されていれば良い。
【００３８】
また、前述したプレス装置３０は、パンチング工程と隆出部除去工程とを行うことで、金属板３１にノズル開口１０を形成したが、本発明のプレス装置３０は、金属板３１をパンチ３６で打ち抜いても良い。即ち、パンチ３６の下死点を金属板３１の裏面３１ｂよりも下方に調節して、隆出部除去工程を行わずに、金属板３１に貫通孔を開設しても良い。
【００３９】
また、本発明のプレス装置３０は、孔４０を形成した金属板３１として、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド１に用いられるノズルプレート１３を例に挙げて説明したが、他の用途に用いられる金属板３１にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】流路ユニットの構成を説明する分解斜視図である。
【図３】本発明のプレス装置を説明する要部断面図である。
【図４】図３のプレス装置の押圧盤を下降させた状態を説明する要部断面図である。
【図５】図４のプレス装置のパンチを金属板に打ち込んだ状態を説明する要部断面図である。
【図６】図５のプレス装置のパンチを上昇させた状態を説明する要部断面図である。
【図７】図６のプレス装置の押圧盤を上昇させた状態を説明する要部断面図である。
【図８】図７の状態のプレス装置で金属板を送った状態を説明する要部断面図である。
【図９】図８のプレス装置の押圧盤を下降させた状態を説明する要部断面図である。
【図１０】金属板の研磨工程を説明する断面図である。
【図１１】プレス装置の変形例を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…記録ヘッド、１３…ノズルプレート、３０…プレス装置、３１…金属板、３２…ダイ、３３…ベース、３４…弾性材、３５…押圧盤、３６…パンチ、３６ａ…基端、４０…孔、４２…貫通ガイド孔、４９…下面、５０…凹部、５１，５１´…逃げ溝，５２…隆起部、Ｍ…送り方向、Ｐ…ピッチ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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