JP2001054808A - ノズル穴の加工方法 - Google Patents

ノズル穴の加工方法

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JP2001054808A
JP2001054808A JP23369199A JP23369199A JP2001054808A JP 2001054808 A JP2001054808 A JP 2001054808A JP 23369199 A JP23369199 A JP 23369199A JP 23369199 A JP23369199 A JP 23369199A JP 2001054808 A JP2001054808 A JP 2001054808A
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JP
Japan
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tool
nozzle hole
processing
mandrel
workpiece
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JP23369199A
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English (en)
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Norihiko Wada
紀彦 和田
Kenichi Takahata
憲一 高畑
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 様々な形状のノズル穴加工に対応でき、且つ
多数個のノズル穴加工を実施したとしても高精度で均一
な加工が可能なノズル穴の加工方法を提供する。 【構成】 工具材料1aを保持するマンドレル2を回転
させながら前記工具材料1aの先端を頂点とする回転体
形状に放電加工して工具1bを形成した後、前記マンド
レル2を加工物8a表面上に相対移動させると共に加工
物8a表面を前記マンドレル2の回転軸に垂直となるよ
うに設置し、前記マンドレル2を回転させながら前記工
具1bの先端部分を加工物8aに送り込むことにより、
工具劣化のほとんどない高精度な形状のノズル穴15を
加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体等の噴射に用
いられるノズル穴の加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】噴射ノズルは適用分野によって加工する
材料、板厚が大きく異なる。従って、加工方法もドリル
加工等の機械的加工からドライエッチングまでさまざま
である。そこで、インクジェットプリンタを例にノズル
穴加工方法について説明する。
【0003】インクジェットプリンタのノズルにはテー
パ穴が多く用いられる。加工方法には、レーザーアブレ
ーション、ドライエッチング、放電加工等がある。
【0004】レーザーアブレーションは加工速度が速
く、マスク寸法精度と結像レンズの性能で加工寸法が決
まるため再現性よく高精度の加工が可能である。しかし
ながら、穴の真円度を確保するのが難しい、加工できる
材質が限定される、ランニングコストが高い、危険性の
高いガスを使用しなければならない等の課題がある。ま
た、レーザを集光するため自ずと加工穴はテーパ形状と
なるが、加工穴形状の自由度は少ない。
【0005】ドライエッチングはフォトリソグラフィ等
でマスクを形成して加工するため極めて高精度の加工が
可能である。しかしながら、適用できる材料が限定さ
れ、高アスペクト比、任意形状の加工が困難である。ま
た、エッチングマスクの作成まで含めたシステムが高額
であり、ランニングコストが高い、危険性の高いガスを
使用しなければならない等の課題もある。
【0006】放電加工では、材料をあまり限定せず、加
工形状も自由度の高い加工が可能である。しかしなが
ら、電極消耗の問題があるため、インクジェットプリン
タ用途のノズルに必要とされる数は10〜100個のア
レイ加工を同一の電極で実施した場合、形状誤差が生じ
ることになる。図4はその加工例を加工物32の深さ方
向の断面図で模式的に示したものであるが、工具電極3
1先端の初期形状が円錐であったとしても、多数個の加
工を実施した後には消耗により工具電極31の先端が丸
みを帯び、加工物32には目的形状32aと異なる32
bのような形状に加工されることとなり、結果として生
じるテーパ形状や穴径の誤差、場合によっては未貫通と
いった状態となり、ノズル穴アレイ全体での均一なイン
ク吐出を実現することが困難となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように従来工法
は、加工精度が低い、加工形状の自由度が低い、あるい
は多数穴加工時の不均一性といった課題があり、インク
ジェットプリンタ用途のテーパ形状ノズル穴を加工する
方法としては問題が多い。本発明は、上記従来の問題点
に鑑み、様々なテーパ角度のテーパ形状や変形テーパ形
状に対応でき、且つ多数個の加工を実施したとしても高
精度で均一な加工が可能なノズル穴の加工方法を提供す
ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のノズル穴加工方法は、工具材料を保持する
マンドレルを回転させながら前記工具材料の先端を頂点
とする回転体形状に放電加工して工具を形成した後、前
記マンドレルを加工物表面上に相対移動させると共に加
工物表面を前記マンドレルの回転軸に垂直となるように
設置し、前記マンドレルを回転させながら前記工具の先
端部分を加工物に送り込むことによりノズル穴を加工す
ることを特徴とする。
【0009】上記方法によれば、マンドレルの回転軸と
ノズル穴加工に用いる工具の中心軸とが完全に一致する
ので、前記工具の回転体部分の軸ぶれを防止でき、加工
サイズがマイクロオーダーの極めて微小なものであった
としても、高精度なテーパ形状等の形状のノズル穴の加
工を実現できる。
【0010】工具材料として、焼結ダイヤモンドあるい
は超硬合金を用いることで、工具表面に露出する前者の
ダイヤモンド粒子や後者のタングステンカーバイト粒子
による極めて微小な単位の切削が加工物との接触面全体
で進行するため、工具を加工物深さ方向に送り込むこと
により迅速にテーパ形状等のノズル穴を加工することが
でき、またそれら工具材料の高耐摩擦性の特徴により多
数個を加工したとしても工具劣化がほとんどなく均一加
工が可能である。
【0011】またノズル穴の形状が円錐形状である場合
は、放電加工として、目的とする円錐の母線方向に傾斜
させた平板を放電加工電極として、回転させた工具材料
を前記平板に向け送り込むことにより、前記回転軸を中
心軸とする凸型の円錐形状を工具端部に迅速に形成する
ことが可能となり、この工具を用いて高精度なテーパ形
状ノズル穴加工を実施することができる。
【0012】あるいは放電加工として、回転させた工具
材料を放電加工電極であるワイヤに対してその横断面を
含む平面内の所定方向に相対移動して成形することによ
り、必要とされるノズル穴の形状が単純な円錐形状では
なくて母線に曲線を含むような回転面であったとして
も、その母線に沿った相対移動によって工具を前記回転
面を有する凸型の回転体に成形できるので、この工具を
用いて前記のような複雑な形状のノズル穴も高精度に加
工することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
ノズル穴の加工方法を、これを実施するためのノズル穴
の加工装置とともに説明する。
【0014】(実施の形態1)図1はノズル穴の加工方
法を、加工物の厚さ方向の断面図で模式的に示すもので
ある。図1において、シャフト状の工具材料1aはモー
タ3によって回転されるマンドレル2に固定されてお
り、これにより回転することができる。また工具材料1
aはモータ3が設置されたZステージ4を用いて回転軸
方向(上下方向)に位置決めすることができる。一方、
X−Yステージ5上に設置された加工槽12内にはY軸
に平行且つX−Y面(水平面)に対して45°に傾斜さ
れた放電加工用電極板6が固定され、同じ加工槽12内
に設置された支持台7上にノズル穴の加工物8aが固定
されている。加工槽12内には放電加工油9が満たさ
れ、また工具材料1aと放電加工用電極板6間には、微
小エネルギーの放電パルスの発生が可能なRC回路で構
成される放電発生回路10がスイッチ11を介して電気
的に接続されており、放電加工用電極板6を用いて工具
材料1aに対してμmオーダの放電加工を実施できる構
成になっている。
【0015】以上の装置構成において、スイッチ11を
接続し、回転させた工具材料1aを放電加工用電極板6
に対してZステージ4を用いて送り込みながら放電加工
することにより、工具材料1aの先端部に円錐形状を形
成することができる。通常、工具材料1aをマンドレル
2に固定する場合、工具材料1aの中心軸とマンドレル
回転軸間に少なくとも数10μmオーダのずれが生じる
が、上記方法によれば、放電加工された円錐形状の中心
軸と回転軸が一致するため回転時の偏心誤差が生じず、
極めて鋭利な先端を有する高精度なノズル加工用工具1
bが得られる。工具材料1aとして焼結ダイヤモンドを
用い、コンデンサ10pF、電圧80Vの条件で放電加
工した場合、頂角が90°で先端丸み半径が1μm以下
の高精度な直円錐形状が得られた。
【0016】以上の工具成形後、スイッチ11を切断し
てノズル加工用工具1bを放電発生回路10から独立さ
せ、X−Yステージ5及びZステージ4を用いてノズル
加工用工具1bを移動させ、加工物8aに対して位置決
めする。ここでのZ軸方向の位置決めは、ノズル加工用
工具1bを加工物8aに対して接近させながら両者間の
導通検出により実施することができる。ここで加工面の
酸化状態によって安定した導通検出が不安定となる場合
には、加工物8aと同じ厚みの材料に対して適当な深さ
に加工した時の穴径とZ座標から、ノズル加工用工具1
bと加工物8a間のZ軸方向の相対位置を算出すること
によって高精度に前記位置決めを実施することが可能で
ある。
【0017】以上の工程により位置決めされたノズル加
工用工具1bを加工物8aに対してその厚み以上の距離
を送り込むことにより、加工物8aに対して直円錐(テ
ーパ)形状のノズル穴15を加工することができ、その
結果、図2に示されるようなシャープなテーパ形状のノ
ズル穴15を有する加工品8bが得られる。例えば、厚
み30μmのステンレス板材料表面に対して放電加工で
成形した焼結ダイヤモンド工具先端を位置決めした後、
工具を2500rpmで回転させながら1μm/sec
の速度で深さ方向に35μm送り込むことにより、工具
の入口側の穴径70μmで出口側の穴径10μmの45
°テーパ形状ノズル穴15が得られる。
【0018】この加工による工具消耗はほとんど無く、
図1においてY軸方向にノズル穴加工を繰り返すことで
アレイ状にノズル穴を形成したとしても、工具劣化によ
る形状ばらつきが発生することはなく、結果として得ら
れるテーパ形状ノズル穴アレイをインクジェットプリン
タ用のインク吐出ノズルとして用いる場合においても均
一な吐出が可能となる。なお、工具材料1aは本例で示
した焼結ダイヤモンドに限定されるものではなく、超硬
合金やその他の高硬度材料によっても実施可能である。
もちろん、本例で示したテーパ角度45°以外にも、必
要とされるノズル穴のテーパ角度にあわせて放電加工用
電極板6の角度を設定することで所望のテーパ形状ノズ
ル穴を加工することができる。また、工具材料1aを貫
通しない状態で加工をストップし、得られる円錐形状の
底付き穴の頂点を中心として放電加工等で出口側をスト
レート形状に貫通するといった、深さ方向の一部がテー
パ形状となるノズル穴の加工にも、本発明の加工方法は
加工精度あるいは加工速度の点で有利な手段として用い
ることができる。
【0019】(実施の形態2)図3はノズル穴の加工方
法を、加工物の厚さ方向の断面図で模式的に示すもので
ある。本装置においては図示されている部分以外の装置
構成は図1と同様である。図3において、工具材料1a
とワイヤ電極21間にはスイッチ11を介して放電発生
回路10が接続されている。回転させた前記工具材料1
aを、工具材料1aに対して直交する方向に配置された
ワイヤ電極21に対して軌跡22に沿って相対移動させ
ながら放電加工することにより、工具材料1a先端に前
記軌跡22を母線とし前記回転軸上に頂点を有する回転
体が形成される。この軌跡22は任意の直線や曲線ある
いはそれらの組み合わせで構成することができ、従って
得られる工具形状を曲面で構成することが可能であるた
め、これを用いて加工されるノズル穴はより自由度の高
い形状のものとすることができる。
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明によれば回転による
軸ぶれのない円錐体形状等の回転体に成形された工具を
用いて、高精度且つ迅速なノズル穴の加工を行うことが
できると共に、種々の形状のノズル穴の加工を容易に行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるノズル穴加工方
法を示す断面図。
【図2】本発明の実施の形態1におけるノズル穴加工例
を示す断面図。
【図3】本発明の実施の形態2におけるノズル穴加工方
法を示す断面図。
【図4】従来方法によるノズル穴の加工例を示す断面
図。
【符号の説明】
1a 工具材料 1b ノズル加工用工具 2 マンドレル 6 放電加工用電極板 8a 加工物 8b 加工品 21 ワイヤ電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 工具材料を保持するマンドレルを回転さ
    せながら前記工具材料の先端を頂点とする回転体形状に
    放電加工して工具を形成した後、前記マンドレルを加工
    物表面上に相対移動させると共に加工物表面を前記マン
    ドレルの回転軸に垂直となるように設置し、前記マンド
    レルを回転させながら前記工具の先端部分を加工物内に
    送り込むことによりノズル穴を加工することを特徴とす
    るノズル穴の加工方法。
  2. 【請求項2】 工具材料は、焼結ダイヤモンド又は超硬
    合金であることを特徴とする請求項1記載のノズル穴の
    加工方法。
  3. 【請求項3】 回転体は、円錐体であることを特徴とす
    る請求項1または2記載のノズル穴の加工方法。
  4. 【請求項4】 放電加工は、目的とする円錐の母線方向
    に傾斜させた平面を放電加工電極として、回転させた工
    具材料を前記平面に向け送り込むことにより実施される
    ことを特徴とする請求項3記載のノズル穴の加工方法。
  5. 【請求項5】 放電加工は、回転させた工具材料を放電
    加工電極であるワイヤに対してそのワイヤの横断面を含
    む平面内の所定方向に相対移動することにより実施され
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のノ
    ズル穴の加工方法。
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