JP5104354B2

JP5104354B2 - 金属板の製造方法、及び液体噴射ヘッド

Info

Publication number: JP5104354B2
Application number: JP2008022354A
Authority: JP
Inventors: 功一斉藤; 信一礪波; 賢司松山; 永光高島; 一成梅津; 和人吉村; 輝幸佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-02-01
Also published as: JP2009179032A

Description

本発明は、金属板の製造方法に関するもので、特に、薄い金属板に小さな孔を開設したノズルプレート等の作製に好適な金属板の製造方法、及び液体噴射ヘッドに関する。

薄い金属板に複数の小さな孔を開設する金属板の製造方法としては、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）。
特開２００７−１３７０３９号公報

前記した従来の金属板製造方法により、薄い金属板に小さな孔を複数開設すると、孔の位置がずれたり、孔の形状が変形してしまうなどの不都合が生じていた。
これは、小さな孔を狭いピッチで複数開設するには、隣の孔との間隔が狭いために、複数本のパンチを孔のピッチで設けた金型を作製することが困難であり、このために、隣り合う孔を別個のステージで分けてパンチングしていた。これに起因して、ある孔を開設した後に隣の孔を開設する際に、ポンチの金属板への押し込みにより、ポンチで横方向に押し退かれて移動した金属が先の孔の空部に押し寄せて（いわゆる肉の逃げ）、当該孔の形状を押しつぶすように変形させたり、あるいは当該孔の位置自体をパンチとは反対側にずらせたりする不都合を生じていた。また、多数の孔を順次開設すると、肉の逃げによる孔の位置ずれが累積して孔のピッチが次第に拡大してしまう不都合も生じることがあった。

本発明は、上記に鑑み提案されたもので、その目的は、金属板に複数の孔を開設しても孔の形状が変形することを防止し、また、孔の間隔が拡大することを防止することができる金属板の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、金属板の一方の面からパンチを押し入れて複数の孔を開設する金属板の製造方法であって、
金属板の前記した面に、パンチ押し込み予定位置から外れた位置に有底開口空部を形成する空部形成工程と、
空部形成工程の後に、パンチ押し込み予定位置にパンチを押し込んで孔を形成するパンチング工程と、
を経てパンチ押し込み予定位置に孔を開設することを特徴とする金属板の製造方法である。

この構成によれば、パンチング工程でパンチを金属板に押し込む時に、パンチが進入するに従って表面近傍の肉が横方向に押し退けられて移動するが、その大部分は有底開口空部を押し潰すように入り込んで当該空部を埋めることとなる。したがって、先に形成した隣の孔を変形させたり、あるいは孔を押し退けて位置を変えるなどの悪影響を抑制することができる。また、肉が移動し易くなってパンチへの負荷が軽減されるので、パンチの寿命を延ばすことができる。

そして、本発明は、隣り合うパンチ押し込み予定位置の間に、有底開口空部を形成することが望ましい。

また、前記した有底開口空部は、金属板の表面の開口形状が、隣り合うパンチ押し込み予定位置同士を結ぶ仮想直線上に短径が位置して、前記仮想直線に直交する直線上に長径が位置する長穴であって、当該開口の縁から板厚方向に向けて次第に縮径する有底空部により構成してもよい。

この様に、有底開口空部を長穴にすると、肉の移動のし易さを高めると共に肉の収容量を増大することができる。したがって、前記した隣の孔への悪影響を効率良く抑制することができる。

また、複数のパンチ押し込み予定位置を列状に並べて設定し、この列の同一列に所属して隣り合うパンチ押し込み予定位置同士の間に、有底開口空部を配置することが望ましい。

この様に構成すると、パンチ押し込み予定位置のピッチが小さい場合でも設計通りの孔を開設することができる。したがって、金属板をノズルプレートとして用いた場合に、ノズル開口として機能する孔から噴射する液滴の飛翔特性を向上することができる。

そして、パンチを押し入れる金属板の表面とは反対側の裏面であって、パンチ押し込み予定位置に対応する裏面位置に有底開口空部を形成する裏面空部形成工程を含ませてもよい。

上記した構成によれば、パンチの進入に伴って先方に向けて押し退けられた肉が移動して、その大部分が裏面の有底開口空部内に入り込んで空部を埋める。したがって、金属板の裏面に形成される隆出部が、有底開口空部を埋めた後の余剰分の肉によって形成されることとなり、従来と比較して小さなものが形成される。このため、隆出部を除去する作業の容易化を図ることができる。

前記した製造方法により塑性加工した金属板をノズルプレートとして液体噴射ヘッドに装備することもできる。

この様な液体噴射ヘッドにおいては、ノズル開口の形状と位置の精度が高いので、ノズル開口から噴射する液滴の飛翔特性を良好ならしめることができる。

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（液体噴射装置の一種。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。

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。

流路ユニット８は、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。

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の製造方法については、後で詳説する。

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。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。

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を除去して弾性フィルムだけにしている。

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。

次に、本発明によりノズルプレート１３を作製する製造方法を説明する。
まず、被加工材である金属板としてのステンレス板３０の一端をクランプ部材３１によりクランプした状態でステンレス板３０の一方の面（パンチ３２を押し入れる面（以下、表面３０ａという）とは反対側の面（以下、裏面３０ｂという））であって、パンチ３２押し込み予定位置に対応する裏面位置に肉逃げ用の有底開口空部３５を形成する（裏面空部形成工程）。なお、図２に示すステンレス板３０は、一枚のノズルプレート１３に、平行な２本のノズル列の組にして４組、すなわち、８つのノズル列を平行に設けるものを同時に２枚加工できるように板材寸法（大きさ）を設定したものである。したがって、本実施形態では、図２（ｂ）中に実線で示す上第１〜第８裏面位置３６ａ〜３６ｈと下第１〜第８裏面位置３７ａ〜３７ｈに肉逃げ用の有底開口空部３５をパンチ押し込み予定位置に対応させて、すなわち、ノズル開口１０のピッチＰで１８０個形成する。

なお、裏面３０ｂに形成する肉逃げ用の有底開口空部３５は、パンチ押し込み予定位置に対応する裏面位置に形成するものに限定されるものではなく、前記裏面位置から外れた近傍であってもよい。但し、後述する表面に形成する肉逃げ用の有底開口空部３８とは、ステンレス板３０の厚さ方向に一致しない位置に形成し、表面３０ａの有底開口空部３８と裏面３０ｂの有底開口空部３５とが連通しないように配置する。

有底開口空部３５は、図３（ａ）に示すように、断面略Ｖ字状の三角錐形有底孔乃至窪部により構成されており、レーザー光線を照射することによりステンレス板３０の金属自体を溶融除去することにより形成される。なお、この有底開口空部３５の大きさは、後述するパンチ３２を押し込んで移動する肉の容積に応じた容量に設定するが、パンチ３２を押し込んだ時にパンチ３２の先端が届かない、すなわち、貫通しないで裏面３０ｂに小さな隆出部３７ができる程度の深さに設定することが望ましい。

裏面空部形成工程が終了したならば、ステンレス板３０を反転しての一端をクランプ部材３１によりクランプした状態で表面３０ａに、パンチ押し込み予定位置から外れた位置に有底開口空部３８を形成する（空部形成工程）。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、同一ノズル列に属して且つ隣り合うパンチ押し込み予定位置３９ａ,３９ｂの中間に有底開口空部３８を形成する。したがって、同一ノズル列の仮想直線上に形成する肉逃げ用の有底開口空部３８を形成するピッチは、ノズル開口１０と同じピッチＰとなる。

この有底開口空部３８は、図４に示すように、ステンレス板３０の表面３０ａの開口形状が、隣り合うパンチ押し込み予定位置１０ｍ，１０ｎ同士を結ぶ仮想直線Ｌ1上に短径が位置して、前記仮想直線に直交する直線Ｌ2上に長径が位置する長穴であって、当該開口の縁から板厚方向に向けて次第に縮径する断面略Ｖ字状の有底空部により構成されている。
なお、この空部形成工程は、前記した裏面空部形成工程の後に限定されるものではなく、前であってもよい。

空部形成工程が終了したならば、ステンレス板３０をプレス機にセットして、表面３０ａのパンチ押し込み予定位置に、先端を細い円柱形に成形した略円錐形のパンチ３２を押し込んで孔を形成する（パンチング工程）。このパンチ３２をステンレス板３０に押し込む時に、パンチ３２の進入により先方に向けて押し退けられた肉は主として板圧方向に移動して、その大部分が裏面３０ｂの有底開口空部３５内に入り込んで空部を埋める。したがって、ステンレス板３０の裏面３０ｂに形成される隆出部３７は、有底開口空部３５を埋めた後の余剰分の肉によって形成されることとなり、従来と比較して小さなものが形成される。また、パンチ３２がステンレス板３０の表面３０ａから押し込まれると、パンチ３２が進入するに従って表面３０ａ近傍の肉が横方向（板の面方向）に押し退けられて移動するが、その大部分は有底開口空部３８内に入り込んで空部を縮小あるいは埋めることとなる。したがって、先に形成した隣の孔を変形させたり、あるいは孔を押し退けて位置を変えるなどの悪影響を及ぼすことが抑制される。具体的に説明すると、図５（ａ）中左側の孔１０ａを形成した後に右側の孔を形成する場合に、パンチ３２がステンレス板３０の表面３０ａから次第に深く進入すると、パンチ３２が進入するに従って表面３０ａ近傍の肉が横方向に押し退けられて移動し、すなわち、図５（ａ）中においてパンチ３２の左側の肉が孔１０ａに向かって移動するが、その大部分は有底開口空部３８内に入り込んで空部を埋めることに費やされることになる。したがって、先に開設された隣の孔１０ａを変形したり、或いは、先の孔１０ａの位置を狂わせるなどの悪影響を有効に抑制することができる。このため、前記した記録ヘッド１のノズルプレート１３として前記ステンレス板３０を用いると、ノズル開口１０の位置が設計通りに高精度で作製され、液滴の飛翔特性の向上が期待できる。

パンチング工程が終了したならば、ステンレス板３０をプレス機から外して、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パンチング工程でステンレス板３０の裏面３０ｂに隆出した隆出部３７を研磨して除去することで孔を貫通孔にすると共に、ステンレス板３０の厚さを所定の厚さになるように研磨する。

この様に、本発明に係る製造方法ではパンチ３２の進入に伴って生じる肉の移動の際に、肉逃げ用の有底開口空部３５，３８が形成されているので肉の移動の抵抗が小さくなり、これによりパンチ３２に作用する負荷がその分だけ低減されてパンチ３２の寿命を延長することができる。また、ステンレス板３０の裏面３０ｂに隆出する隆出部３７の大きさも従来に比べて小さくなるので、隆出部３７を除去する隆出部除去工程の研磨量を減らすことができ、作業の効率を高めることができる。

記録ヘッドの構成を説明する要部の断面図である。ステンレス板をクランプ部材で固定した状態を示す説明図であり、（ａ）は加工前の状態、（ｂ）は裏面位置に肉逃げ用の有底開口空部を形成した後の状態を示す。（ａ）はステンレス板の裏面に形成した肉逃げ用の有底開口空部の断面図、（ｂ）はステンレス板の表面に形成した肉逃げ用の有底開口空部の断面図である。ステンレス板の表面に形成した肉逃げ用の有底開口空部の平面図である。（ａ）は先に形成した孔の後に孔をパンチで形成している状態の断面図、（ｂ）はパンチを引き抜いた状態の断面図である。

符号の説明

１…記録ヘッド１０…ノズル開口１３…ノズルプレート３０…ステンレス板３１…クランプ部材３２…パンチ３５…ステンレス板の裏面に形成した有底開口空部３６…裏面位置３８…ステンレス板の表面に形成した有底開口空部

Claims

金属板の一方の面からパンチを押し入れて複数の孔を開設する金属板の製造方法であって、
金属板の前記した面に、パンチ押し込み予定位置から外れた位置に有底開口空部を形成する空部形成工程と、
空部形成工程の後に、パンチ押し込み予定位置にパンチを押し込んで孔を形成するパンチング工程と、
を経てパンチ押し込み予定位置に孔を開設することを特徴とする金属板の製造方法。
パンチング工程の後に、金属板の裏面に隆出した隆出部を除去する隆出部除去工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属板の製造方法。
隣り合うパンチ押し込み予定位置の間に、前記有底開口空部を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属板の製造方法。
前記有底開口空部は、金属板の表面の開口形状が、隣り合うパンチ押し込み予定位置同士を結ぶ仮想直線上に短径が位置して、前記仮想直線に直交する直線上に長径が位置する長穴であって、当該開口の縁から板厚方向に向けて次第に縮径する有底空部により構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属板の製造方法。
複数のパンチ押し込み予定位置を列状に並べて設定し、この列の同一列に所属して隣り合うパンチ押し込み予定位置同士の間に、前記有底開口空部を配置することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の金属板の製造方法。
パンチを押し入れる金属板の表面とは反対側の裏面であって、パンチ押し込み予定位置に対応する裏面位置に有底開口空部を形成する裏面空部形成工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属板の製造方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載の製造方法により加工した金属板をノズルプレートとして装備したことを特徴とする液体噴射ヘッド。