JP2005103984A - ノズルプレートの製造方法及びそのノズルプレート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 円錐台形状のテーパ部51aと円柱部51bとこれらテーパ部51aと円柱部51bとを繋ぐ曲面部51cとを有するパンチ51により、基板50に、テーパ部51aと円柱部51bと曲面部51cとに夫々対応した、テーパ孔部8aと円柱孔部8bとこれらテーパ孔部8a及び円柱孔部8bを繋ぐ曲面孔部8cとを形成し、次に、基板50のうちの少なくとも円柱孔部8bが形成された表面部を除去して、ノズル孔8をテーパ孔部8a及び曲面孔部8cで構成する。
【選択図】 図8
Description
図17のノズル孔においては、テーパ孔部112aと円柱孔部112bの接続部において、内径が大きく変化する。また、図18のノズル孔122においても、曲面孔部122cは、テーパ孔部122aと円柱孔部122bを単に滑らかに繋ぐものに過ぎず、曲面孔部122cのテーパ孔部122aとの接続端及び円柱孔部122bとの接続端が変曲点となってこれら接続端を境として内径の変化率が急激となるため、内径が大きく変化する。
最初に、インクジェットヘッドについて説明する。図1、図2に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド1は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッド本体70と、ヘッド本体70の上方に配置され且つヘッド本体70に供給されるインクの流路である2つのインク溜まり3が形成されたベースブロック71とを備えている。
図7に示すように、パンチ51は、基端側に形成された先細りの円錐台形状のテーパ部51aと、先端側の円柱部51bと、これらテーパ部51aと円柱部51bとを繋ぐ曲面部51cとを有する。そして、曲面部51cは、パンチ51の軸心C1を含む断面において、テーパ部51a及び円柱部51bの各々との接続端A,Bにおける接線L1,L2がテーパ部51a及び円柱部51bを構成する直線と夫々平行な円弧で構成されている。
前述の各パラメータに対して以下のように具体的な数値を設定して、本実施形態のノズル孔8と従来のテーパ形状のノズル孔との間でΔDの値を比較した。
すなわち、図9のノズル孔8において、基板50の厚さを75μm、θ=8.35度、R=137.154μm、a=3μm、b=4μm、c=10μmとしたときに、位置Gと位置Hとの間のインク吐出口52の口径差は、ΔD=0.175μmとなる。この値は、図面公差に安全を見込んだ許容値(1.0μm程度)と比較してかなり小さな値である。一方、図16に示す従来のノズルにおいて、同様の条件(θ=8.35度、a=3μm、b=4μm)を適用したときには、ΔD=1.173μmとなる。つまり、本実施形態のノズル孔8によれば、従来のテーパ形状のノズル孔に比べて、加工誤差bに対するインク吐出口52の口径のばらつきが非常に小さくなる(前述の条件下においては1/6以下)ことがわかる。
さらに、以下の(2)〜(5)においては、θ、a、b及びcの各値とΔDとの関係
について述べる。
a、b及びcの値を前述の(1)と同様の値とし、テーパ角度θを変化させたときの、位置Gと位置Hの間におけるインク吐出口の口径差ΔDを図13(a)に示す。この図13(a)からわかるように、θの値が大きくなるにつれ曲面孔部8cの曲率半径Rが小さくなるため、必然的にΔDが大きくなるが、それでも、θが2度から30度の範囲内では、ΔDは図面公差に安全を見込んだ許容値(1.0μm程度)と比較して十分小さな値である。
θ、b及びcの値を前述の(1)と同様の値とし、接続端Dから加工狙い位置Fまでの距離aを変化させたときの、位置Gと位置Hの間におけるインク吐出口52の口径差ΔDを図13(b)に示す。この図13(b)からわかるように、aの値が大きくなるにつれノズル孔8の内径の変化率が大きくなるため、ΔDが大きくなるが、それでも、aが1μmから15μmの範囲内では、ΔDは図面公差に安全を見込んだ許容値(1.0μm程度)と比較して十分小さな値である。
θ、a及びcの値を前述の(1)と同様の値とし、加工誤差bを変化させたときの、位置Gと位置Hの間におけるインク吐出口52の口径の口径差ΔDを図13(c)に示す。この図13(c)からわかるように、加工誤差bが大きいほどΔDが大きくなるのは当然であるが、それでも、bが0.5〜6.0μmの範囲内では、ΔDは図面公差に安全を見込んだ許容値(1.0μm程度)と比較してかなり小さい値となっている。
前述したように、距離cは仮想的な円柱孔部8bの長さであるが、別の表現をすれば、この距離cは、曲面孔部8cの円弧の長さと1対1の関係にある。そして、θ、a及びbの値を前述の(1)と同様の値とし、距離cを変化させたときの、位置Gと位置Hの間におけるインク吐出口52の口径の口径差ΔDを図13(d)に示す。図13(d)に示すように、cが2μmから28μmの範囲では、ΔDの値は、図面公差に安全を見込んだ許容値(1.0μm程度)よりも小さくなっている。しかし、cの値がかなり小さい場合には、それだけ曲面孔部8cの円弧の長さが短くなるため、曲面孔部8cにおける内径の変化が比較的大きくなる。特に、cの値が8μm未満の場合には、ΔDの値は前述の許容値よりも小さいとはいえ急激に大きくなっている。一方、cが大きい場合には、ΔDの値がかなり小さくなるという点では好ましいのだが、cの値が大きいということは曲面孔部8cが長いということであり、特に、cの値が16μmよりも大きい場合にはノズル孔8の内径の変化がかなり小さくなる。この場合に、ノズル孔8内におけるインクの流動抵抗が小さくなりすぎ、インクの吐出特性がノズル孔8よりも上流の個別インク流路32(図6参照)内の流動抵抗の影響を受けやすくなってしまう。つまり、個別インク流路32の製作誤差によってインクの吐出特性が変化してしまう虞がある。そこで、cの値は、8〜16μmの範囲内であることが好ましい。
1]前記実施形態においては、基板50にノズル孔8を形成する際にパンチ51が基板50を貫通しないが(図8参照)、パンチ51が基板50を貫通するようにしてもよい。この場合、一般的に、パンチ51で基板50を貫通させたときに基板50の表面にバリが生じるため、そのバリを除去する際に、同時に、少なくとも円柱孔部8bが形成された基板50の表面部を除去すればよい。
8a テーパ孔部
8b 円柱孔部
8c 曲面孔部
30 ノズルプレート
50 基板
51 パンチ
51a テーパ部
51b 円柱部
51c 曲面部
52 インク吐出口
90 ノズルプレート
91 パンチ
91a テーパ部
91b 円柱部
91c 曲面部
92 インク吐出口
98 ノズル孔
98a テーパ孔部
98b 円柱孔部
98c 曲面孔部
Claims (19)
- 円錐台形状のテーパ部と円柱部とこれらテーパ部と円柱部とを繋ぐ曲面部とを有する金型部品を用いたプレス加工により、基板に、前記テーパ部と円柱部と曲面部とに夫々対応した、テーパ孔部と円柱孔部とこれらテーパ孔部及び円柱孔部を繋ぐ曲面孔部とを形成する工程と、
前記基板のうちの少なくとも前記円柱孔部が形成された表面部を除去する工程と、
を備えたことを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記金型部品は、前記曲面部が、その軸心を含む断面において、テーパ部及び円柱部の各々との接続端における接線がテーパ部及び円柱部を構成する直線と夫々平行で且つ前記接続端間において変曲点を有しない曲線で構成された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。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が円弧であ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。
- 前記円弧は、前記曲面部の前記円柱部との接続端を通り前記軸心と直交するX座標軸と、前記軸心と平行で前記テーパ部側に増加するY座標軸とを有し、且つ、円弧の中心を原点とする座標系において、前記テーパ部のテーパ角度をθ、前記曲面部の両端における2本の接線の交点のY座標をLとしたときに、X2+{Y−L/tan(θ/2)}2={L/tan(θ/2)}2の数式で示されることを特徴とする請求項3に記載のノズルプレートの製造方法。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が、前記軸心と平行で前記テーパ部側に増加するX座標軸と、前記曲面部の前記円柱部との接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面部の半径をYとしたときに、YがXの指数関数で示される曲線であ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。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が、前記軸心と平行で前記テーパ部側に増加するX座標軸と、前記曲面部の前記円柱部との接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面部の半径をYとしたときに、YがXのn次関数(nは整数)で示される曲線であ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。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が、前記軸心と平行で前記テーパ部側に増加するX座標軸と、前記曲面部の前記円柱部との接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面部の半径をYとしたときに、YがXの三角関数で示される曲線であ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。
- 円錐台形状の第1のテーパ部と同じく円錐台形状で第1のテーパ部よりも径の小さい第2のテーパ部とこれら第1、第2のテーパ部を繋ぐ曲面部とを有する金型部品を用いたプレス加工により、基板に第1のテーパ部と第2のテーパ部と曲面部とに夫々対応した、第1のテーパ孔部と第2のテーパ孔部とこれら第1、第2のテーパ孔部を繋ぐ曲面孔部とを形成する工程と、
前記基板のうちの少なくとも前記第2のテーパ孔部が形成された表面部を除去する工程と、
を備えたことを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記金型部品は、前記曲面部が、その軸心を含む断面において、第1のテーパ部及び第2のテーパ部の各々との接続端における接線が第1のテーパ部及び第2のテーパ部を構成する直線と夫々平行で且つ前記接続端間において変曲点を有しない曲線で構成されたことを特徴とする請求項8に記載のノズルプレートの製造方法。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が円弧であることを特徴とする請求項9に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記円弧は、前記曲面部の前記第2のテーパ部との接続端を通り前記軸心と直交するX座標軸と、前記軸心と平行で前記第1のテーパ部側に増加するY座標軸とを有し、且つ、円弧の中心を原点とする座標系において、前記第1のテーパ部のテーパ角度をθ、前記曲面部の両端における2本の接線の交点のY座標をLとしたときに、X2+{Y−L/tan(θ/2)}2={L/tan(θ/2)}2の数式で示されることを特徴とする請求項10に記載のノズルプレートの製造方法。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が、前記軸心と平行で前記第1のテーパ部側に増加するX座標軸と、前記曲面部の前記円柱部との接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面部の半径をYとしたときに、YがXの指数関数で示される曲線であることを特徴とする請求項8に記載のノズルプレートの製造方法。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が、前記軸心と平行で前記第1のテーパ部側に増加するX座標軸と、前記曲面部の前記円柱部との接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面部の半径をYとしたときに、YがXのn次関数(nは整数)で示される曲線であることを特徴とする請求項8に記載のノズルプレートの製造方法。
- 軸心を含む断面において前記曲面部を構成する曲線が、前記軸心と平行で前記第1のテーパ部側に増加するX座標軸と、前記曲面部の前記円柱部との接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面部の半径をYとしたときに、YがXの三角関数で示される曲線であることを特徴とする請求項8に記載のノズルプレートの製造方法。
- 円錐台形状の内面を有するテーパ孔部と、前記テーパ孔部の最小径端部からノズル面に形成されたインク吐出口に至るまで内径が徐々に減少する曲面状の内面を有する曲面孔部とからなるノズル孔が形成されたことを特徴とするノズルプレート。
- 中心線を含む断面において前記曲面孔部を構成する曲線が円弧であり、前記円弧は、前記曲面孔部の前記円柱孔部との接続端を通り前記軸心と直交するX座標軸と、前記中心線と平行で前記テーパ孔部側に増加するY座標軸とを有し、且つ、円弧の中心を原点とする座標系において、前記テーパ孔部のテーパ角度をθ、曲面孔部の両端における2本の接線の交点のY座標をLとしたときに、X2+{Y−L/tan(θ/2)}2={L/tan(θ/2)}2の数式で示されることを特徴とする請求項15に記載のノズルプレート。
- 前記曲面孔部の中心線を含む断面においてこの曲面孔部を構成する曲線が、前記中心線に平行でインク吐出方向と反対方向に増加するX座標軸と、前記曲面孔部と前記円柱孔部の接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面孔部の半径をYとしたときに、YがXの指数関数で示される曲線であることを特徴とする請求項15に記載のノズルプレート。
- 前記曲面孔部の中心線を含む断面においてこの曲面孔部を構成する曲線が、前記中心線に平行でインク吐出方向と反対方向に増加するX座標軸と、前記曲面孔部と前記円柱孔部の接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面孔部の半径をYとしたときに、YがXのn次関数(nは整数)で示される曲線であることを特徴とする請求項15に記載のノズルプレート。
- 前記曲面孔部の中心線を含む断面においてこの曲面孔部を構成する曲線が、前記中心線に平行でインク吐出方向と反対方向に増加するX座標軸と、前記曲面孔部と前記円柱孔部の接続端を通り前記X座標軸と直交するY座標軸とを有する座標系において、位置Xにおける曲面孔部の半径をYとしたときに、YがXの三角関数で示される曲線であることを特徴とする請求項15に記載のノズルプレート。
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