JP2006341551A - 液体噴射ヘッド、および、ノズル開口形成用ポンチ - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル開口形成用のポンチの耐久性を確保しつつ、高い精度でノズル開口を形成することができ、ひいては、液滴の着弾精度を向上させることが可能な液体噴射ヘッド、および、ノズル開口形成用ポンチを提供する。
【解決手段】 ポンチ２３は、プレス金型のストリッパプレートに設けられたガイド孔に摺動する胴部２３ｃと、この胴部の先端側に連続して設けられ、基端側から先端側に向けて縮径したポンチテーパー部２３ｂと、このポンチテーパー部に連続した円柱状のポンチストレート部２３ａとを備え、胴部、ポンチテーパー部、及び、ポンチストレート部の表面には、コーティング膜３２を形成し、胴部のコーティングの膜厚Ｔ２を、ポンチストレート部のコーティングの膜厚Ｔ１よりも厚くした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、および、その液体噴射ヘッドのノズル開口を形成するノズル開口形成用ポンチに関し、特に、ノズル開口から吐出した液滴を吐出対象物に高精度に着弾させることが可能な液体噴射ヘッド、および、そのノズル開口形成用ポンチに関する。

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としては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられ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）、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。

このような液体噴射ヘッドには種々の形式があるが、広く普及している所謂オン・デマンド方式のものは、リザーバから圧力室を経てノズル開口に至る一連の液体流路をノズル開口に対応して複数備え、圧力発生素子の駆動によって圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用してノズル開口から液滴を吐出させるように構成されている。

上記ノズル開口は、ダイプレートとストリッパプレートとの間に配置した基材プレート（ノズル形成基板となるワーク）に対してポンチを用いた塑性加工によって作製される（例えば、特許文献１参照）。このノズル開口の形成に用いられるポンチは、長尺な円柱状の胴部、この胴部に連続すると共に先端側に向けて徐々に縮径するテーパー部（以下、ポンチテーパー部）、及び、ポンチテーパー部の先端側に連続し、胴部よりも径の小さい円柱状のストレート部（以下、ポンチストレート部）を有し、胴部の基端側をポンチホルダ（受圧板）に固定した状態で使用される。ストリッパプレートには、ポンチの胴部が挿通するガイド孔が開設されており、塑性加工時には、このガイド孔に胴部を案内させながらポンチを下降させることで、基材プレートに対してポンチを可及的に垂直に押し込むことができる。そして、ポンチストレート部及びポンチテーパー部（以下、適宜ポンチ先端部という）を基材プレート内に押し込むと、基材プレートには、下孔（即ちノズル開口となる凹部）が形成される。

下孔の作製の際、ポンチ先端部は、基材プレートに塑性変形を与えながら厚さ方向に進入する。このポンチ先端部の押し込みにより、基材プレートの素材の一部が流動し、基材プレートにはポンチ先端部に倣った形状の下孔が板厚の途中まで形成されると共に、下孔に対応した基材プレートの一部が裏面側に押し出されて膨隆部となる。下孔を形成したならばポンチを引き抜き、その後、研磨等によって膨隆部を除去する。これにより、下孔が基材プレートの板厚方向に貫通してノズル開口が開設される。このようにして開設されたノズル開口は、ストレート部（以下、ノズルストレート部）とテーパー部（以下、ノズルテーパー部）とを備えた貫通口となる。

特開平５−２２９１２７号公報

ところで、上記のノズル開口や、このノズル開口を形成するためのポンチは、規定量の液滴を規定の位置に着弾させるべく寸法や形状に極めて高い精度が求められる。例えば、ストレート部（ノズルストレート部及びポンチストレート部）が長すぎると、塑性加工時に基材プレートからの反発力を受けた際にポンチストレート部が曲がり易くなる。このため、ポンチの寿命の低下を招くのみならず、中心軸が基材プレートに対して傾いた状態（即ち、基材プレートに対して垂直でない状態）でノズル開口が形成され、このノズル開口から吐出されるインク滴の飛翔方向が規定方向からずれてしまう虞がある。このインク滴の飛翔曲がりは、吐出対象物に対する着弾精度の低下、ひいては、印刷品質の低下に繋がる。

逆に、ストレート部が短すぎると、メニスカスを安定して形成することができない。メニスカスは、圧力室の圧力変動に伴って、圧力室側に引き込まれたり、或いは、圧力室とは反対の吐出側に押し出されたりして、ノズル開口の内部を移動する。メニスカスの形状を安定させるには、このメニスカスの移動代となる部分の穴径が一定であるのが望ましい。ところが、ノズルストレート部が短いと、引き込みの際にノズルテーパー部側にメニスカスが移動して、その形状が変化する。つまり、メニスカスの形状が不安定になる。そして、メニスカスの形状が安定しないと、規定量のインク滴が吐出されなかったり、インク滴の飛翔方向が曲がったりする虞がある。

また、上記ポンチに関し、ストリッパプレートのガイド孔との摩擦によってポンチの胴部が摩耗すると、ガイド孔との間にガタが生じ、これにより、塑性加工時における基材プレートに対するポンチの直進性が低下する。その結果、中心軸が基材プレートに対して傾いた状態でノズル開口が形成され、着弾精度の低下を招く虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズル開口形成用のポンチの耐久性を確保しつつ、高い精度でノズル開口を形成することができ、ひいては、液滴の着弾精度を向上させることが可能な液体噴射ヘッド、および、ノズル開口形成用ポンチを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズル開口が開設されたノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によってノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル開口は、基端側から先端側に向けて縮径したノズルテーパー部と、当該ノズルテーパー部の先端側に連続した円筒状のノズルストレート部とを有し、
前記ノズルストレート部の長さを、前記ノズル形成基板の基材の板厚に対し１５％〜４０％の範囲に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、ノズルストレート部の長さを、基材プレートの板厚に対し１５％〜４０％の範囲内に設定することにより、ポンチストレート部の強度を十分に確保することができる。これにより、ポンチの耐久性を向上させることができると共に、塑性加工時に基材プレートからの反発力を受けた際のポンチの曲がりを防止して直進性を向上させることができる。したがって、塑性加工の際に基材プレートに対してノズル開口の中心軸が傾くことを可及的に抑制して、液滴の飛翔曲がりを防止することができる。また、メニスカスの形状を安定させるのに十分なノズルストレート部の長さを確保することができる。その結果、規定量の液滴を規定の位置に高精度に着弾させることが可能となる。

上記構成において、前記ノズルテーパー部と前記ノズルストレート部を曲面で連続させるのが望ましい。

この構成によれば、ポンチテーパー部とポンチストレート部の境界部分における応力集中を緩和することができ、これにより、この境界部分におけるポンチの折れや曲がりを抑制することができる。

また、上記構成において、前記ノズルテーパー部の開き角を、１５〜３５度の範囲に設定するのが望ましい。

この構成によれば、基材プレートに下孔を形成したときの膨隆部の大きさを十分に確保することができる。これにより、この膨隆部を除去した際にバリや欠けなどの発生を可及的に抑制することができる。その結果、ノズル開口を精度良く形成することができ、液滴の着弾精度の向上に寄与することが可能となる。また、隣り合うノズル開口同士の間隔を無用に広げる必要が無く、ノズル開口の高密度化に対応することができる。

また、本発明は、ノズル開口が開設されたノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によってノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドのノズル開口形成用ポンチであって、
金型に設けられたガイド部に摺動する被ガイド部と、この被ガイド部の先端側に連続して設けられ、基端側から先端側に向けて縮径したポンチテーパー部と、このポンチテーパー部に連続した円柱状のポンチストレート部とを備え、
前記被ガイド部、前記ポンチテーパー部、及び、前記ポンチストレート部の表面には、コーティング処理を施し、前記被ガイド部のコーティングの膜厚を、前記ポンチストレート部のコーティングの膜厚よりも厚くしたことを特徴とする。

この構成によれば、ポンチストレート部におけるコーティング膜厚よりも被ガイド部のコーティング膜厚を厚くしたので、ポンチストレート部の寸法・形状の精度を確保しつつ、被ガイド部をより摩耗し難くすることができる。これにより、被ガイド部の摩耗によるポンチとガイド部のがたつきを可及的に抑制することができ、基材プレートに対するノズル開口の中心軸のずれをより確実に抑制することができる。その結果、ノズル開口から吐出された液滴の着弾位置のずれを、より確実に防止することが可能となる。

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、以下の説明は、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（液体噴射装置の一種。以下、単にプリンタという）に搭載され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）を例に挙げて行う。

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に供給するための駆動用基板（図示せず）を取り付けるようになっている。また、このケース２の先端面側には、金属製の薄板部材によって作製された図示しないヘッドカバーが、流路ユニット３の外側からその周縁部を包囲するように取り付けられる。

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、駆動用基板からの駆動信号を圧電振動子７に伝達するための、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ている。即ち、各圧電振動子７は、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。また、各圧電振動子７を支持する固定板８は、例えば厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。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。

流路ユニット３は、封止板１１、流路形成基板１２、及びノズルプレート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、共通インク室１５（共通液体室）からインク供給口１６及び圧力室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、共通インク室１５は、インクカートリッジに挿入されたインク導入針側からのインクが導入される室である。そして、この共通インク室１５に導入されたインクは、インク供給口１６を通じて各圧力室１７に分配供給される。

流路ユニット３の底部に配置されるノズルプレート１３（本発明におけるノズル形成基板の一種）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、紙送り方向（副走査方向）に列状に開設した金属製の薄い板材である。本実施形態のノズルプレート１３は、ステンレス鋼からなる基材（基材プレート１３´）から作製し、ポンチ（図３等参照）を用いた塑性加工によってノズル開口１８の列（ノズル列）を、記録ヘッド１の走査方向（主走査方向）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。

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、共通インク室１５となる空部、インク供給口１６となる溝部、及び、圧力室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。

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封止板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。この封止板１１の圧力室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、封止板１１は、流路形成基板１２の空部の一方の開口面を封止して共通インク室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。

そして、上記構成の記録ヘッド１において、駆動用基板から配線部材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、圧力室１７の容積が変化し、圧力室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からインク滴（液滴の一種）が吐出される。即ち、圧電振動子７は、圧力室１７内のインクに圧力変動を発生させることによりこの圧力室１７内のインクをノズル開口１８からインク滴として吐出させ得る圧力発生源の一種である。

次に、上記ノズル開口１８の形成について説明する。このノズル開口１８は、金型（プレス金型２４／図３参照）を用いた塑性加工によって下孔を基材プレート１３´に形成する下孔形成工程と、この下孔形成工程によって基材プレート１３´の裏面側に膨出した膨隆部を除去する膨隆部除去工程とを順に経ることで形成される。基材プレート１３´は、ノズルプレート１３となる薄板であり、本実施形態では、例えば、厚さ８０μｍステンレス鋼製の板材を用いている。なお、この基材プレート１３´としては、ステンレス鋼に限らず、ニッケルなどの他の基材を用いることができる。

図３は、下孔形成工程で使用されるプレス金型２４の構成を説明する要部断面図である。本実施形態におけるプレス金型２４は、ダイプレート２５、ストリッパプレート２６、ポンチホルダ２７、及び、ポンチ２３（ノズル開口形成用ポンチ）等を備えて構成されている。ストリッパプレート２６は、コイルスプリングなどの付勢部材を巻装したストリッパボルト（図示せず）によって下方、即ち、ダイプレート２５側に付勢された状態でポンチホルダに対して相対的に近接・離隔可能に取付けられている。このストリッパプレート２６には、ポンチ２３の胴部２３ｃ（本発明における被ガイド部に相当）の外径ＯＤよりも若干大きい内径ＩＤａに設定された断面円形のガイド孔２８（本発明におけるガイド部に相当）が開設されている。このストリッパプレート３７のガイド孔２８に胴部２３ｃを挿通し、ポンチ先端部２３´（ポンチストレート部２３ａ及びポンチテーパー部２３ｂ）を下方に向けた状態で、複数のポンチ２３がポンチホルダ２７に取付けられている。ポンチホルダ２７は、図示しない上型ダイセットに取付けられており、ダイプレート２５に対して上下動可能に構成されている。一方、ダイプレート２５は、図示しない下型ダイセット上に配置されている。このダイプレート２５には、各ポンチ２３に対応して逃げ孔２９が夫々開設されており、この逃げ孔２９の内径ＩＤｂは、ポンチ２３の胴部２３ｃの外径ＯＤよりも若干大きい内径に設定されている。

図４は、本実施形態におけるポンチ２３の構成を説明する側面図、図５は、図４における領域Ａの拡大図、図６は、図５における領域Ｂの拡大図である。このポンチ２３は、丸ポンチであり、ストリッパプレート２６に設けられたガイド孔２８に摺動する長尺な円柱状の胴部２３ｃと、この胴部２３ｃの先端側に連続し、基端側から先端側に向けて縮径したポンチテーパー部２３ｂと、このポンチテーパー部２３ｂの先端に連続し、胴部２３ｃよりも細い円柱状のポンチストレート部２３ａとから構成される。本実施形態では、図６に示すように、ポンチストレート部２３ａとポンチテーパー部２３ｂは曲面で連続させてある。このようにすることでポンチストレート部２３ａとポンチテーパー部２３ｂの境界部分における応力集中を緩和することができ、これによりポンチ２３の耐久性を向上させることができる。なお、このポンチ２３の表面には、図５に示すように、耐久性をより向上させるべくコーティング膜３２を形成してある。この点の詳細については後述する。

上記下孔形成工程では、基材プレート１３´をダイプレート２５とストリッパプレート２６との間に配置し、ポンチホルダ２７をダイプレート２５側に向けて下降させる。すると、先ずストリッパプレート２６の下面が、基材プレート１３´の上面に当接する。その後、コイルスプリングの付勢力に抗しながらポンチホルダ２７をさらに下方に押し下げると、図７（ａ）に示すように、ストリッパプレート２６のガイド孔２８に胴部２３ｃが案内されつつ、ポンチ２３が基材プレート１３´の表面側から裏面側に向けて押し込まれる。この際、ポンチストレート部２３ａ及びポンチテーパー部２３ｂ（ポンチ先端部２３´）は、基材プレート１３´の素材の一部を流動させながら内部に進入する。そして、ストレート部２３ａの先端が基材プレート１３´の裏面を若干超える程度までポンチ２３を押し込むと、ポンチ２３からの押圧力受けた基材プレート１３´の一部が、ダイプレート２５の逃げ孔２９側に押し出されて膨隆部３１となる。

ポンチ２３を基材プレート１３´に十分な深さまで押し込んだならば、次に、ポンチホルダ２７を上昇させる。すると、下方に付勢されたストリッパプレート２６が基材プレート１３´に圧接したまま、ポンチ２３が基材プレート１３´から引き抜かれる。その後、ポンチホルダ２７が上死点に戻るにつれて、ストリッパプレート２６が基材プレート１３´から離れる。そして、基材プレート１３´には、図７（ｂ）に示すように、ポンチ先端部２３´に倣った形状の下孔３０が形成される。

基材プレート１３´に下孔３０を形成したならば、膨隆部除去工程に移行して、基材プレート１３´の裏面を研磨し、上記の膨隆部３１を除去する。この膨隆部除去工程では、図８に示すように、上面全体に研磨パッド３４´が装着された円盤状の定盤３４を用いて研磨を行う。この際、基材プレート１３´を治具３５に装着し、この治具３５を水平方向（Ｒ１で示す方向）に回転させながら、基材プレート１３´の裏面（即ち、膨隆部３１が形成された側の面）を、水平方向（Ｒ２で示す方向）に回転する定盤３４の上面（研磨面）に押しつけて研磨する。このように基材プレート１３´に形成された複数の膨隆部を同時に研磨することで、複数の膨隆部同士で均一な力で均一な研磨加工ができるため、各膨隆部間での研磨加工のばらつきがなくなる。なお、例示した研磨方法に限らず、膨隆部３１が除去できれば、これ以外の方法を採っても良い。

そして、この膨隆部除去工程において、図７（ｂ）で一点鎖線Ｓで示す仮想平面まで基材プレート１３´の裏面を研磨して膨隆部３１を除去すると、図７（ｃ）に示すように、下孔３０が基材プレート１３´の厚さ方向を貫通してノズル開口１８が形成される。このノズル開口１８は、基端側（圧力室側）から先端側（インク滴吐出側）に向けて縮径したノズルテーパー部１８ｂと、当該ノズルテーパー部１８ｂの先端側に連続した円筒状のノズルストレート部１８ａとで構成される。

上記ノズル開口１８の形状や寸法は、規定量のインク滴を規定の位置に着弾させるために高い精度が要求される。また、このノズル開口１８を形成するためのポンチ２３は、寸法や形状の精度に加えて高い耐久性が求められる。以下、本発明におけるノズル開口１８及びポンチ２３についてより詳しく説明する。

まず、ノズル開口１８およびポンチ２３の寸法に関し、ノズルストレート部１８ａの長さＬｎ（図７（ｃ）参照）を、基材プレート１３´の板厚に対し１５％〜４０％の範囲内に設定している。換言すると、ポンチストレート部２３ａの長さＬｐ（図６参照）を上記範囲に設定している。なお、基材プレート１３´の板厚は、６０〜８０μｍの範囲内であることが望ましい。これらのストレート部１８ａ，２３ａの長さＬｎ，Ｌｐは、記録紙等の吐出対象物に対するインク滴の着弾精度、即ち、記録ヘッド１の場合、記録紙等に印刷した画像の印刷品質に密接に関係している。例えば、ストレート部１８ａ，２３ａの長さＬｎ，Ｌｐが長すぎると、塑性加工時に基材プレート２５´からの反発力を受けてポンチストレート部２３ａが曲がり易くなる。このため、形成されたノズル開口１８の中心軸Ａｎが基材プレート１３´に対して傾き、このノズル開口１８から吐出されるインク滴の飛翔方向が曲がってしまう虞がある。インク滴の飛翔曲がりは、着弾精度の低下、ひいては、印刷品質の低下に繋がる。

逆に、ストレート部１８ａ，２３ａの長さＬｎ，Ｌｐが短すぎると、メニスカスの形状が安定しなくなる。メニスカスは、圧力室１７内のインクの圧力変動に伴って、圧力室１７側に引き込まれたり、或いは、圧力室１７とは反対の吐出側に押し出されたりして、ノズル開口１８の内部を移動する。メニスカスの形状を安定させるには、このメニスカスの移動代となる部分の穴径が一定であるのが望ましいが、ノズルストレート部１８ａが短いと、引き込みの際に穴径が一定でないノズルテーパー部１８ｂ側にメニスカスが移動し、これにより、メニスカスの形状が不安定となる。そして、メニスカスの形状が安定しないと、規定量のインク滴が吐出されなかったり、インク滴の飛翔方向が曲がったりする虞がある。

図９は、ストレート部１８ａ，２３ａの長さＬｎ，Ｌｐとインク滴の印刷品質との関係を示すグラフである。同図において、横軸はストレート部１８ａ，２３ａの長さ（基材プレート１３´の板厚に対する割合（％））である。また、縦軸は印刷品質（着弾精度）であり、上側ほど品質がより良く（着弾精度が高い）、下側ほど品質がより悪い（着弾精度が低い）ことを表している。同図に示すように、ストレート部１８ａ，２３ａの長さＬｎ，Ｌｐが、基材プレート１３´の板厚に対して１５％よりも短い、或いは、４０％よりも長い場合には、印刷品質が低下する一方、ストレート部１８ａ，２３ａの長さＬｎ，Ｌｐが１５％〜４０％の範囲内である場合には、印刷品質が安定することが分かる。

このように、ストレート部１８ａ，２３ａの長さＬｎ，Ｌｐを、基材プレート１３´の板厚に対し１５％〜４０％の範囲内に設定することにより、ポンチストレート部２３ａの強度を十分に確保することができ、これにより、ポンチ２３の耐久性を向上させることができると共に、塑性加工時に基材プレート１３´からの反発力を受けた際のポンチ２３の曲がりを防止して直進性を向上させることができる。その結果、基材プレート１３´に対してノズル開口１８の中心軸Ａｎが傾くことを可及的に抑制して、インク滴の飛翔曲がりを防止することができる。また、メニスカスの形状を安定化させるのに十分なノズルストレート部１８ａの長さを確保することができる。メニスカスの形状が安定化することにより、規定量のインク滴を規定の位置に高精度に着弾させることができ、その結果、印刷品質の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、ノズルテーパー部１８ｂの開き角θｎ（図７（ｃ）参照）を、１５〜３５度の範囲に設定している。つまり、ポンチテーパー部２３ｂの開き角θｐ（図５参照）を上記範囲に設定している。なお、ノズルテーパー部１８ｂの開き角とは、ノズル開口の中心軸Ａｎを挟んで対向するノズルテーパー部１８ｂの内周面同士が成す角を意味し、ノズルテーパー部２３ｂの開き角とは、ポンチ２３の中心軸Ａｐを挟んで対向するポンチテーパー部２３ｂの外周面同士が成す角を意味する。この開き角θｎ，θｐは、ノズル開口１８の吐出側の開口形状の精度に関わっている。即ち、この開き角θｎ，θｐが小さすぎると、図１０（ａ）に示すように、基材プレート１３´に下孔２４を形成する際にポンチ２３による押し出し量が減少して、膨隆部３１が小さくなる。膨隆部３１が十分な大きさでないと、この膨隆部３１の形状が歪になり易い。形状が歪な膨隆部３１を除去してノズル開口１８を開設した場合、図１０（ｂ）に示すように、ノズル開口１８の吐出側の開口縁にバリｂや欠けｃなどが生じ易い。このようなバリや欠けがノズル開口１８の周縁部に生じると、メニスカスの形状が安定せず、その結果、着弾精度の低下を招く。一方で、開き角θｎ，θｐが大きすぎると、隣り合うノズル開口１８同士が干渉しないように間隔を広げる必要があり、ノズル開口１８の高密度化に適さない。

上記のように、ノズルテーパー部の開き角θｎ（ポンチテーパー部２３ｂの開き角θｐ）を１５〜３５度に設定することで、基材プレート１３´に下孔を形成したときの膨隆部３１の大きさを十分に確保することができる。これにより、この膨隆部３１を除去した際にバリや欠けなどの発生を可及的に抑制することができる。その結果、ノズル開口１８を精度良く形成することができ、着弾精度の向上に寄与することが可能となる。また、隣り合うノズル開口１８同士の間隔を無用に広げる必要が無く、ノズル開口１８の高密度化に対応することができる。

さらに、本実施形態においては、図５に示すように、コーティング処理によって、ポンチ２３の表面、詳しくは、ポンチストレート部２３ａ、ポンチテーパー部２３ｂ、及び胴部２３ｃの表面には、例えば、窒化チタンなどの高硬度コーティング膜３２を形成している。そして、本発明では、ポンチ２３の表面に単にコーティングを施すのではなく、ポンチ２３の部位によってコーティングの膜厚を変えていることに特徴を有している。具体的には、胴部２３ｃにおけるコーティングの膜厚Ｔ２を、ポンチストレート部２３ａにおけるコーティングの膜厚Ｔ１よりも厚くしている。

ポンチストレート部２３ａのコーティング膜厚Ｔ１に関し、ポンチストレート部２３ａの耐久性向上の観点では、この膜厚Ｔ１を厚くするのが好ましいが、膜厚Ｔ１を厚くしすぎると、ノズルストレート部１８ａの寸法が設計値と大幅に異なって吐出特性が変わってしまう虞がある。また、この膜厚Ｔ１が厚いと、図６においてＣで示す角部で、コーティング膜３２の欠けが生じやすくなる。このようなコーティング膜３２の欠けが生じると、ノズル開口１８の形状の精度が低下する虞がある。したがって、ポンチストレート部２３ａにおけるコーティング膜厚Ｔ１は、必要最小限であることが望ましい。一方、ポンチ２３の胴部２３ｃは、塑性加工の際、ストリッパプレート２６のガイド孔２８に摺動するため、摩耗しやすい。胴部２３ｃが摩耗すると、ガイド孔２８との間にガタが生じ、塑性加工の際、ポンチ２３が基材プレート１３´に対して垂直に進入し難くなる。その結果、中心軸Ａｐが基材プレート１３´に対して傾いた状態でノズル開口１が形成される虞がある。したがって、胴部２３ｃの摩耗を抑制する観点から、この胴部２３ｃにおけるコーティング膜厚Ｔ２は、ポンチストレート部２３ａにおけるコーティング膜厚Ｔ１よりも厚くすることが望ましい。本実施形態においては、例えば、ストレート部２３ａのコーティングの膜厚Ｔ１を０．３μｍとするのに対して、胴部２３ｃのコーティングの膜厚Ｔ２を０．７μｍとしている。なお、ポンチテーパー部２３ｂにおけるコーティング膜圧は、ポンチストレート部２３ａ側から胴部２３ｃに向けて徐々に厚くしている。

図１１は、ポンチ２３の表面にコーティング膜３２を形成するコーティング処理を説明する模式図である。このコーティング処理では、電子銃３６から素材ターゲット３７（本実施形態ではチタン）に向けて電子ビームＥＢを照射し、素材ターゲット３７を加熱・蒸気化させてポンチ２３表面に堆積させる。本実施形態においては、スリットＳを有する遮蔽板３８を、素材ターゲット３７とポンチ２３との間に配置し、この遮蔽板３８とポンチ２３の距離を適切に設定することで、コーティング膜厚の調整を行うことができる。
なお、コーティング膜厚については、例えば、ポンチ２３の表面に均一の厚さでコーティング膜３２を形成した後、研磨によって調整することもできる。また、コーティング膜３２としては、例示した窒化チタンに限らず、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等の他の高硬度コーティング膜を採用することも可能である。また、コーティング膜３２を形成する方法としては、電子ビーム蒸着法に限らず、スパッタリングなどの他の方法を採用することもできる。

このようにして表面にコーティング膜３２が形成されたポンチ２３は、表面の摩擦係数が低減すると共に耐久性が向上する。これにより、塑性加工時における基材プレート１３やガイド孔２８との摩擦によるポンチ２３の曲がりを抑制することができ、中心軸Ａｐが基材プレート１３´に対して可及的に垂直となるようにノズル開口１８を形成することができる。また、ポンチストレート部２３ａとポンチテーパー部２３ｂは、曲面で連続させた上で表面にコーティング膜３２を形成してあるので、これらの境界部分における応力集中をより効果的に緩和することができ、下孔を形成した後、基材プレート１３´からポンチ２３を引き抜く際に、この境界部分からポンチ２３が破断することをより確実に低減することができる。

そして、ポンチストレート部２３ａにおけるコーティング膜厚Ｔ１よりも胴部２３ｃのコーティング膜厚Ｔ２を厚くしたので、ポンチストレート部２３ａの寸法・形状の精度を確保しつつ、胴部２３ｃをより摩耗し難くすることができる。これにより、胴部２３ｃの摩耗によるポンチ２３とガイド孔２８のがたつきを可及的に抑制することができ、基材プレート１３´に対するノズル開口１８の中心軸Ａｐのずれをより確実に抑制することができる。その結果、ノズル開口１８から吐出されたインク滴の着弾位置のずれを可及的に防止することができ、ひいては、印刷品質を一層向上させることが可能となる。

なお、以上では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッド１を例に挙げて説明したが、本発明は他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等、ポンチを用いてノズル開口を形成する他の液体噴射ヘッドにも本発明を適用することができる。

記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 ノズルプレートの構成を説明する平面図である。 プレス金型の構成を説明する要部断面図である。 ポンチの構成を説明する側方図である。 図４における領域Ａの拡大図である。 図５における領域Ｂの拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、基材プレートにノズル開口を形成する工程を説明する断面図である。 膨隆部除去工程を説明する模式図である。 ストレート部長さと印刷品質の相関を示すグラフである。 （ａ），（ｂ）は、テーパー部の開き角が小さい場合に発生する不具合を説明する模式図である。 コーティング処理を説明する模式図である。

符号の説明

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 封止板，１２ 流路形成基板，１３ ノズルプレート，１５ 共通インク室，１６ インク供給口，１７ 圧力室，１８ ノズル開口，２０ 島部，２３ ポンチ，２４ プレス金型，２５ ダイプレート，２６ ストリッパプレート，２７ ポンチホルダ，２８ ガイド孔，２９ 逃げ孔，３０ 下孔，３１ 膨隆部，３２ コーティング膜，３４ 定盤，３６ 電子銃，３７ 素材ターゲット，３８ 遮蔽板

Claims (7)

1. ノズル開口が開設されたノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によってノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
   前記ノズル開口は、基端側から先端側に向けて縮径したノズルテーパー部と、当該ノズルテーパー部の先端側に連続した円筒状のノズルストレート部とを有し、
   前記ノズルストレート部の長さを、前記ノズル形成基板の基材の板厚に対し１５％〜４０％の範囲に設定したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記ノズルテーパー部と前記ノズルストレート部を曲面で連続させたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記ノズルテーパー部の開き角を、１５〜３５度の範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. ノズル開口が開設されたノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によってノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドのノズル開口形成用ポンチであって、
   金型に設けられたガイド部に摺動する被ガイド部と、この被ガイド部の先端側に連続して設けられ、基端側から先端側に向けて縮径したポンチテーパー部と、このポンチテーパー部に連続した円柱状のポンチストレート部とを備え、
   前記被ガイド部、前記ポンチテーパー部、及び、前記ポンチストレート部の表面には、コーティング処理を施し、前記被ガイド部のコーティングの膜厚を、前記ポンチストレート部のコーティングの膜厚よりも厚くしたことを特徴とするノズル開口形成用ポンチ。
5. 前記ポンチストレート部の長さを、前記ノズル形成基板の基材の板厚に対し１５％〜４０％の範囲に設定したことを特徴とする請求項４に記載のノズル開口形成用ポンチ。
6. 前記ポンチテーパー部と前記ポンチストレート部を曲面で連続させたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のノズル開口形成用ポンチ。
7. 前記ポンチテーパー部の開き角を、１５〜３５度の範囲に設定したことを特徴とする請求項４から請求項６の何れかに記載のノズル開口形成用ポンチ。
   
   

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