JP2007137039A - Nozzle plate, punch used for production thereof and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はプレス加工で製作される、高画質インクジェットプリンタのノズルプレート、その製造に用いるパンチおよびパンチ型、ならびにそのノズルプレートの製造方法に関する。 The present invention relates to a nozzle plate of a high-quality inkjet printer manufactured by press working, a punch and a punch die used for manufacturing the nozzle plate, and a method of manufacturing the nozzle plate.
［微細化の問題］
インクジェットプリンタで印刷される画像の更なる高画質化には、高解像度の印刷が行えるインクジェットプリンタヘッドが必要不可欠である。そのためにはインクジェットプリンタヘッドに成形されるノズル間の狭ピッチ化とそのノズル径の微細化とが要求される。
[Problems of miniaturization]
In order to further improve the image quality of an image printed by an ink jet printer, an ink jet printer head capable of high resolution printing is indispensable. For this purpose, it is required to reduce the pitch between nozzles formed in the ink jet printer head and to reduce the nozzle diameter.
［材質の問題］
ノズル間の狭ピッチ化にはノズルにインクを導入するためのインク室のピッチもノズル間のピッチと同じ値にする必要があり、同じ値の狭ピッチで配列されたインク室プレートが必要である。そしてインク室間を隔てる側壁もノズルの狭ピッチ化に伴い、薄く製作しなければならない。その制作方法には半導体プロセスを用いる場合が多く、その素材はシリコンに代表される。
[Material problems]
In order to narrow the pitch between nozzles, the pitch of the ink chambers for introducing ink into the nozzles must be the same value as the pitch between the nozzles, and an ink chamber plate arranged at a narrow pitch of the same value is required. . The side walls separating the ink chambers must also be made thin as the nozzle pitch is reduced. The production method often uses a semiconductor process, and the material is represented by silicon.
［加工法と材料］
ノズルプレートに形成されるノズル形状は、ノズル出口に向かってテーパを持つ円錐台形状が望ましいことは周知であり、その製作方法は、電鋳法、レーザー加工法、プレス加工法などが挙げられる。そのときのワークはニッケルやステンレス等の金属に代表される。そしてインク室プレートとノズルプレートとは別工程で作成された後、熱硬化性樹脂等を用いて加熱して接合させる。しかしノズルプレートの素材であるニッケルやステンレスとインク室プレートの素材であるシリコンとの熱膨張係数が大きく異なるため、接合後のプレート温度が室温に戻る際に、プレートに破損やソリが発生するという問題がある。
[Processing methods and materials]
It is well known that the nozzle shape formed on the nozzle plate is preferably a truncated cone shape having a taper toward the nozzle outlet. Examples of the manufacturing method include an electroforming method, a laser processing method, and a press processing method. The workpiece at that time is represented by a metal such as nickel or stainless steel. Then, after the ink chamber plate and the nozzle plate are formed in separate steps, they are joined by heating using a thermosetting resin or the like. However, since the thermal expansion coefficient of nickel or stainless steel, which is the material of the nozzle plate, and silicon, which is the material of the ink chamber plate, differ greatly, the plate is damaged or warped when the plate temperature after joining returns to room temperature. There's a problem.
［電鋳法］
また、ノズルプレート制作方法の一つである電鋳法は、材料選定が限定される上、ノズルのテーパ形状部分が自然アールとなるため、ノズル出口の穴径とノズル入口の穴径が板厚により一意的に決定され、選定材料及びプリンタ構造上の制約が多いという欠点がある。
[Electroforming]
The electroforming method, one of the nozzle plate manufacturing methods, is limited in material selection and the nozzle taper shape is naturally rounded, so the nozzle outlet hole diameter and nozzle inlet hole diameter are the plate thickness. Therefore, there are many limitations on the selected material and the printer structure.
［レーザー加工法］
他方、レーザー加工法はワークを溶融させて穴の加工を行うため、選定材料の限定は少ないが、インク出口側の穴径や、穴の真円度が各々の穴ごとにバラツキを生じ、しかも穴内壁の面粗さが粗い。またテーパ穴を作製する場合は、最初にインク出口側の穴をレーザー加工で作製し、その後、レーザーのヘッドを傾け、テーパ部分の加工を行わなければならない。そのため、テーパ角度がインク出口側の穴径とノズルプレートの板厚に制限を受ける。
[Laser processing method]
On the other hand, the laser processing method melts the workpiece and processes holes, so there are few limitations on the materials to be selected, but the hole diameter on the ink outlet side and the roundness of the holes vary from hole to hole. The surface roughness of the inner wall of the hole is rough. In the case of producing a tapered hole, the hole on the ink outlet side must first be produced by laser processing, and then the laser head must be tilted to process the tapered portion. For this reason, the taper angle is limited by the hole diameter on the ink outlet side and the plate thickness of the nozzle plate.
［プレス加工法］
特許文献１などに記載されているプレス加工法は、ノズル形状及びその面粗さがパンチ形状およびその面粗さで決定できるため、インク出口側の穴径とインク入口側の穴径、及びテーパ角等の設定範囲は他の加工法に比べて広い。また、パンチを使用し、塑性加工法でノズル加工を行うため、ワークを溶融させて成形する方法と比較すると各々の穴間に生じる形状のばらつきが少ない。さらにほとんどの金属を材料として使用することができる。
[Pressing method]
In the press working method described in Patent Document 1 and the like, since the nozzle shape and its surface roughness can be determined by the punch shape and its surface roughness, the hole diameter on the ink outlet side, the hole diameter on the ink inlet side, and the taper The setting range such as corners is wider than other processing methods. In addition, since the nozzle is machined by a plastic working method using a punch, there is less variation in the shape generated between the holes as compared with a method in which a workpiece is melted and formed. Furthermore, most metals can be used as the material.
［深穴化によるパンチ破損の問題］
しかし、プレス加工法で使用するワークの板厚は、プレス加工の取り扱い上及び、ワークの製造上の理由から５０μｍ程度が適当であるため、インク出口の穴径を小さくする場合も板厚が５０μｍ程度のワークを使用する。従って、インク出口の穴径に対する板厚の割合はインク出口の穴径が小さくなるに従って大きくなり、これに伴いパンチ破損頻度も増す。
[Punch breakage due to deep holes]
However, the plate thickness of the workpiece used in the press working method is about 50 μm for the reasons of handling the press processing and manufacturing the workpiece. Therefore, even when the hole diameter at the ink outlet is reduced, the plate thickness is 50 μm. Use a moderate workpiece. Accordingly, the ratio of the plate thickness to the hole diameter at the ink outlet increases as the hole diameter at the ink outlet decreases, and the frequency of punch breakage increases accordingly.
［パンチ面粗さの問題］
また、パンチの面粗さが一定であれば、パンチ径が小さくなるに従ってパンチの面粗さによる切り欠き効果は大きくなる。そのため、パンチ径の微小化に伴ってパンチ面粗さも滑らかにする必要がある。パンチは研削加工で製作され、その後にラップ加工を施すが、寸法精度の維持や、ラップ加工でのパンチ破損を考慮すると、パンチの面粗さをラップ加工のみで向上させることはパンチ径が小さいほど困難となる。そのため、ラップ加工の前、すなわち研削加工後のパンチ面粗さを向上させる必要がある。
[Punch surface roughness problem]
If the punch surface roughness is constant, the notch effect due to the punch surface roughness increases as the punch diameter decreases. Therefore, it is necessary to make the punch surface smooth as the punch diameter becomes smaller. The punch is manufactured by grinding and then lapped. However, considering the maintenance of dimensional accuracy and damage to the punch during lapping, improving the surface roughness of the punch only by lapping can reduce the punch diameter. It becomes difficult. Therefore, it is necessary to improve the punch surface roughness before lapping, that is, after grinding.
［パンチの形状と研削］
しかし、特許文献１に記載のノズル孔形状は、図１３ａおよび図１３ｂに示すように、インク出口側１０１で円柱状で、インク入口側１０２でテーパ状で、両者の境界部分は小径のアール面からなる環状曲面部１０３としている。そのため、研削砥石の加工軌跡を見ると、インク出口側１０１では研削砥石の回転軸に対し平行方向の１軸の送りで研削し、出口側の円筒部と入口側のテーパ孔部との間にある環状の曲面部１０３付近では２軸の送りで研削することになる。従って、１軸送りから２軸送りに移行する変曲点１０４では、砥石の移動に若干の静止が発生したり、砥石に僅かな振動が発生し、パンチの面粗さが粗くなるという欠点がある。そのため、インク出口側の円柱部分とインク入口側のテーパ孔部の間をつなぐ環状の曲面部１０３付近にてパンチ破損が早期に生じるという問題がある。
[Punch shape and grinding]
However, as shown in FIGS. 13a and 13b, the nozzle hole shape described in Patent Document 1 is cylindrical on the ink outlet side 101 and tapered on the ink inlet side 102, and the boundary between the two is a small-diameter radius surface. An annular curved surface portion 103 is formed. Therefore, when looking at the processing path of the grinding wheel, the ink outlet side 101 is ground by a single axis feed parallel to the rotation axis of the grinding wheel, and is between the cylindrical portion on the outlet side and the tapered hole portion on the inlet side. In the vicinity of an annular curved surface portion 103, grinding is performed by biaxial feeding. Therefore, at the inflection point 104 where the transition from the 1-axis feed to the 2-axis feed occurs, there is a disadvantage that the movement of the grindstone is slightly stationary, or the grindstone is slightly vibrated and the surface roughness of the punch becomes rough. is there. Therefore, there is a problem that punch breakage occurs early in the vicinity of the circular curved surface portion 103 connecting the cylindrical portion on the ink outlet side and the tapered hole portion on the ink inlet side.
［ワークについての問題］
また、成形されるワークに関して述べれば、結晶粒径の大きさや、結晶方位分布の偏りとプレス成形品の関係は深く、結晶粒径が０．１〜０．２ｍｍと大きい場合には、プレス成形品にオレンジピールと呼ばれる肌荒れが生じ、不良となりやすい。また、結晶方位分布の偏りが極端に大きい場合には、プレス成形品に異方性が生じ、不良となる場合がある。
[Work-related problems]
Regarding the work to be formed, the relationship between the size of the crystal grain size and the deviation of the crystal orientation distribution and the press-molded product is deep, and when the crystal grain size is as large as 0.1 to 0.2 mm, press molding is performed. The product has a rough skin called orange peel, which tends to be defective. In addition, when the deviation in the crystal orientation distribution is extremely large, anisotropy may occur in the press-formed product, which may be defective.
これらの場合には、熱処理条件の変更等により、結晶粒を微細化させ、プレス成形品の肌荒れを防止する方法や、圧延条件の変更等により、結晶方位分布の偏りを減少させ、プレス成形品の異方性を改善することにより対処することができる。たとえば、ワークの結晶粒径を微細にし、成形性の向上を図った例として、特許文献２等が上げられる。 In these cases, the crystal grain size is refined by changing the heat treatment conditions, etc., and the unevenness of the crystal orientation distribution is reduced by changing the rolling conditions, etc. Can be addressed by improving the anisotropy of For example, Patent Document 2 and the like can be cited as an example in which the crystal grain size of the workpiece is made fine to improve the moldability.
特許文献２の技術は、プレス成形品が比較的大きく（ｃｍサイズ）、成形するワークが多くの結晶粒を含む場合に生じる諸問題を解決するための技術である。そのため、ノズルプレートなどの微細成形のように、成形するワークの結晶粒が少ない場合に発生する問題については配慮されていない。ノズルプレートのプレス成形においては、ワーク材質とパンチの組み合わせによっては、インク入口側の穴周辺がプレス加工により不均一な素材の隆起が発生し、ワーク搬送後にその隆起部分をストリッパで押圧し、インク入口側の穴径の真円度を低下させるという欠点がある。 The technique of Patent Document 2 is a technique for solving various problems that occur when a press-formed product is relatively large (cm size) and a work to be formed contains many crystal grains. For this reason, no consideration is given to problems that occur when the number of crystal grains of a work to be formed is small, such as fine forming of a nozzle plate or the like. In the press molding of the nozzle plate, depending on the combination of the workpiece material and punch, the unevenness of the material around the hole on the ink inlet side occurs due to the press work, and the raised portion is pressed with a stripper after the workpiece is conveyed. There is a drawback that the roundness of the hole diameter on the inlet side is lowered.
本発明の目的は、プレス加工で製作されるインクジェットプリンタのノズルプレートのノズル形状、材質、ワークの結晶粒径及び成形方法を改良し、高精細インクジェットプリンタに好適なノズルプレート、その製造に用いるパンチ、パンチ型ならびに製造方法を提供することにある。さらに本発明は、ノズルプレートに限らず、一般の微細なパンチ加工に好適に用いることができ、真円度が高いパンチ加工ができるパンチ型を提供することができる。 An object of the present invention is to improve the nozzle shape and material of a nozzle plate of an ink jet printer manufactured by press working, a crystal grain size of a workpiece, and a forming method, and a nozzle plate suitable for a high-definition ink jet printer, and a punch used for the production thereof It is to provide a punch mold and a manufacturing method. Furthermore, the present invention is not limited to the nozzle plate, and can be suitably used for general fine punching, and can provide a punch die that can perform punching with high roundness.
本発明のノズルプレートは、金属プレートにプレス加工で多数のノズル孔をパンチング形成することにより得られるインクジェットプリンタ用のノズルプレートであって、それぞれのノズル孔が、インク出口側に向かって径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されていることを特徴としている（請求項１）。このようなノズルプレートにおいては、前記金属プレートをインバー型合金製のプレートとするのが好ましい（請求項２）。 The nozzle plate of the present invention is a nozzle plate for an ink jet printer obtained by punching a large number of nozzle holes in a metal plate by press working, and each nozzle hole has a smaller diameter toward the ink outlet side. It is characterized by comprising a smoothly curved surface (claim 1). In such a nozzle plate, the metal plate is preferably an Invar-type alloy plate (Claim 2).
本発明のノズルプレートの第２の態様は、金属プレートにプレス加工で多数のノズル孔をパンチング形成することにより得られるインクジェットプリンタ用のノズルプレートであって、前記金属プレートの加工範囲における最大結晶粒断面積が、ノズル孔を形成するパンチの加工領域における軸直角最大断面積よりも小さいものが好ましい（請求項３）。 A second aspect of the nozzle plate of the present invention is a nozzle plate for an ink jet printer obtained by punching and forming a large number of nozzle holes in a metal plate by press working, wherein the largest crystal grain in the processing range of the metal plate The cross-sectional area is preferably smaller than the maximum cross-sectional area perpendicular to the axis in the processing area of the punch that forms the nozzle hole.
本発明のパンチ（請求項４）は、インクジェットプリンタのノズルプレートを製造するために用いるパンチであって、ワークに嵌入される部分が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されていることを特徴としている。このようなパンチでは、前記曲面の輪郭形状の軸心に対する勾配が、先端側に向かって次第に緩くなっていくものでもよい（請求項５）。また、輪郭形状を、インク入口側では直線状で、出口側ではその直線に接する円弧状としてもよい。 A punch according to the present invention (Claim 4) is a punch used for manufacturing a nozzle plate of an ink jet printer, and a portion inserted into a work is a smooth one whose diameter gradually decreases toward an ink outlet side. It is characterized by a curved surface. In such a punch, the gradient with respect to the axial center of the contour shape of the curved surface may gradually become gentler toward the tip side (Claim 5). Further, the contour shape may be a straight line on the ink inlet side and an arc shape in contact with the straight line on the outlet side.
本発明のパンチ型は、基材と、その基材に植設されたパンチと、加工されたワークをパンチから抜き出すために設置されるストリッパとを備えており、前記ストリッパのワークと接触する面が、軟質の高分子材料からなることを特徴としている（請求項６）。 The punch die of the present invention comprises a base material, a punch implanted in the base material, and a stripper installed for extracting a processed workpiece from the punch, and a surface that contacts the workpiece of the stripper Is made of a soft polymer material (claim 6).
本発明のノズルプレートの製造方法は、金属プレートに、前述のパンチ型で、かつ、ワークに嵌入される部分が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているパンチを備えたパンチ型を用い、出口側を膨出させながら出口が貫通しない多数のノズル孔を形成し、ついで出口側の面を平坦に加工することにより出口を形成することを特徴としている（請求項７）。 The nozzle plate manufacturing method of the present invention is configured such that the metal plate has the above-described punch mold and the portion to be inserted into the workpiece has a smooth curved surface whose diameter gradually decreases toward the ink outlet side. A plurality of nozzle holes that do not penetrate through the outlet side are formed while the outlet side is bulged, and then the outlet side is formed by processing the surface on the outlet side flatly. (Claim 7).
本発明のノズルプレート（請求項１）は、プレス加工により成形するので、電鋳法やレーザー加工法で製造するノズルプレートに比して、ノズルの穴形状の選択範囲が広い。さらに穴の真円度はパンチの成形精度によるので、穴間ごとのばらつきが少ない。しかも１回のプレス加工で多数の穴を一度に成形できるので、効率的に製造することができる。 Since the nozzle plate of the present invention (Claim 1) is formed by press working, the selection range of the nozzle hole shape is wider than the nozzle plate manufactured by electroforming or laser processing. Furthermore, since the roundness of the hole depends on the punch forming accuracy, there is little variation between holes. In addition, since a large number of holes can be formed at one time by one press working, it can be manufactured efficiently.
さらにノズル孔がインク出口側に向かって径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているので、ノズル孔の断面の輪郭形状は、ノズル孔の軸線と平行な直線を含まない。そのため、このノズル孔を形成するパンチは、１軸研削から２軸研削に移る領域を備えていない。したがってビビリなどによる面粗さが粗い部分がほとんどなく、滑らかであり、このパンチで形成されるノズル孔も滑らかにすることができる。 Further, since the nozzle hole is formed of a smooth curved surface whose diameter decreases toward the ink outlet side, the contour shape of the cross section of the nozzle hole does not include a straight line parallel to the axis of the nozzle hole. Therefore, the punch for forming this nozzle hole does not have a region for shifting from uniaxial grinding to biaxial grinding. Therefore, there is almost no portion with rough surface due to chatter and the like, and the nozzle hole formed by this punch can be made smooth.
このようなノズルプレートにおいて、前記金属プレートをインバー型合金製のプレートとする場合（請求項２）は、合金中のニッケル含有量を変化させることにより、熱膨張係数を変えることができる。そのため、インク室プレートに使用するシリコン材料に合わせて熱膨張係数を設定することができる。それにより、ノズルプレートとインク室プレートとを熱硬化性樹脂等を用いて加熱して接合した後、プレート温度が室温に戻るときにプレートに破損や反りが生じにくい。 In such a nozzle plate, when the metal plate is an Invar-type alloy plate (Claim 2), the thermal expansion coefficient can be changed by changing the nickel content in the alloy. Therefore, the thermal expansion coefficient can be set according to the silicon material used for the ink chamber plate. Accordingly, after the nozzle plate and the ink chamber plate are joined by heating using a thermosetting resin or the like, the plate is unlikely to be damaged or warped when the plate temperature returns to room temperature.
さらにインバー型合金は、ステンレス（たとえばＳＵＳ３１６Ｌ）と比較してｎ値（加工硬化係数）が低いため、加工後の硬度上昇が緩やかである。そのためパンチにかかる応力が少なく、パンチ寿命が延びる。 Furthermore, since the Invar type alloy has a lower n value (work hardening coefficient) than stainless steel (for example, SUS316L), the hardness increase after processing is moderate. Therefore, the stress applied to the punch is small and the punch life is extended.
本発明のノズルプレートのダイ２の態様（請求項３）においては、前記金属プレートの加工範囲における最大結晶粒断面積が、ノズル孔を形成するパンチの加工領域における軸直角最大断面積よりも小さいので、ノズル穴の成形時にノズル穴のインク入口側の周縁から立ち上がる不均一な隆起が少なくなる。そのため不良品率が低くなる。 In the embodiment of the die 2 of the nozzle plate according to the present invention (Claim 3), the maximum crystal grain cross-sectional area in the processing range of the metal plate is smaller than the maximum cross-sectional area perpendicular to the axis in the processing region of the punch forming the nozzle hole. Therefore, uneven bulges rising from the peripheral edge of the nozzle hole on the ink inlet side when the nozzle hole is formed are reduced. Therefore, the defective product rate becomes low.
本発明のパンチ（請求項４）は、インク出口側に向かって径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているので、研削時に１軸研削から２軸研削に移る領域がない。そのため砥石を静止させずに移動させることができ、しかも振動が生じにくい。したがってパンチの面粗さが滑らかであり、ノズル穴の成形時にパンチに破損が生じにくい。また、前記曲面の輪郭形状の軸心に対する勾配が、先端側に向かって次第に緩くなっていく場合（請求項５）は、変曲点を持たないため、研削時に砥石の移動が滑らかになり、一層パンチの面粗さが滑らかになる。 The punch according to the present invention (Claim 4) is formed of a smooth curved surface whose diameter decreases toward the ink outlet side, and therefore there is no region for shifting from monoaxial grinding to biaxial grinding during grinding. For this reason, the grindstone can be moved without being stationary, and vibrations are hardly generated. Therefore, the surface roughness of the punch is smooth, and the punch is not easily damaged when the nozzle hole is formed. Further, when the gradient with respect to the axis of the contour of the curved surface gradually decreases toward the tip side (Claim 5), since there is no inflection point, the movement of the grindstone becomes smooth during grinding, The surface roughness of the punch becomes smoother.
本発明のパンチ型（請求項６）は、ストリッパのワークと接触する面が、軟質の高分子材料からなるので、ノズル穴の成形時にノズル穴のインク入口側の周縁から立ち上がる不均一な隆起をつぶすことがない。そのため、インク入口側の真円度が高い。 In the punch die according to the present invention, the surface of the stripper that comes into contact with the work is made of a soft polymer material. Therefore, when the nozzle hole is formed, the uneven ridge rising from the peripheral edge of the nozzle hole on the ink inlet side is formed. Never crush. Therefore, the roundness on the ink inlet side is high.
本発明のノズルプレートの製造方法（請求項７）は、金属プレートに前述のパンチを備えたパンチ型でノズル孔を穿孔するので、それらのパンチおよびパンチ型の作用効果を奏する。 According to the method for manufacturing a nozzle plate of the present invention (Claim 7), since the nozzle holes are punched by the punch die provided with the above-described punch in the metal plate, the effects of the punch and the punch die are exhibited.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ａは本発明のパンチを用いたプレス加工の一実施形態を示す断面図、図１ｂはそのパンチ型で成形された中間成形品の次工程を示す断面図、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃはそれぞれパンチの縦断面の形状と板厚の関係を示す説明図、図３および図４はそれぞれ図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークの一実施形態を示す拡大平面図および拡大斜視図、図５および図６はそれぞれ図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークの他の実施形態を示す拡大平面図および拡大斜視図、図７および図８はそれぞれ図１ａのパンチ加工によりノズル孔を形成したワークのさらに他の実施形態を示す拡大平面図および拡大斜視図、図９は図１ａのパンチ加工により得られる中間成形品の一実施形態を示す拡大断面図、図１０および図１１はそれぞれは本発明のパンチ型を用いたプレス加工のさらに他の実施形態を示す断面図、図１２ａおよび図１２ｂは本発明のパンチの実施例および比較例を示す拡大写真である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1a is a cross-sectional view showing an embodiment of press working using the punch of the present invention, FIG. 1b is a cross-sectional view showing the next step of an intermediate molded product formed with the punch die, FIG. 2a, FIG. 2b and FIG. Is an explanatory view showing the relationship between the shape of the longitudinal section of the punch and the plate thickness, and FIGS. 3 and 4 are an enlarged plan view and an enlarged perspective view showing an embodiment of a work in which nozzle holes are formed by punching of FIG. 1a, respectively. 5 and 6 are respectively an enlarged plan view and an enlarged perspective view showing another embodiment of a workpiece in which nozzle holes are formed by punching of FIG. 1a, and FIGS. 7 and 8 are nozzle holes by punching of FIG. 1a, respectively. 9 is an enlarged plan view and an enlarged perspective view showing still another embodiment of the workpiece formed with FIG. 9. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing an embodiment of an intermediate molded product obtained by punching of FIG. 11 each is a sectional view showing still another embodiment of a press working using a punch-type of the present invention, FIGS. 12a and FIG. 12b is an enlarged photograph showing the examples and comparative examples of the punch of the present invention.
図１ａに示すパンチ型１０は、ノズルプレートの材料である金属板プレート（以下、ワークという）Ｗを受けるダイ１１と、ワークＷにノズル孔１２を形成するパンチ１３と、そのパンチ１３の上部を囲むストリッパ１４とを備えている。なお、図１ａではノズル孔１２は未貫通であり、図１ｂの研磨工程で貫通する。ダイ１１は、形成しようとするノズル孔１２の出口側の径ｄ１よりもかなり大きい貫通孔１５を備えている。貫通孔１５は通常は入口側の径ｄ２より小さい場合が多く、この実施形態でも小さい。ダイ１１の材質には超鋼合金などが用いられる。 A punch die 10 shown in FIG. 1A includes a die 11 that receives a metal plate plate (hereinafter referred to as a workpiece) W that is a material of a nozzle plate, a punch 13 that forms a nozzle hole 12 in the workpiece W, and an upper portion of the punch 13. And a surrounding stripper 14. In FIG. 1a, the nozzle hole 12 is not penetrated and penetrates in the polishing step of FIG. 1b. The die 11 has a through hole 15 that is considerably larger than the diameter d1 on the outlet side of the nozzle hole 12 to be formed. The through hole 15 is usually smaller than the diameter d2 on the inlet side, and is small in this embodiment. As the material of the die 11, a super steel alloy or the like is used.
前記パンチ１３は、根元部（図１ａの符号１６）の径Ｄが０．０５〜２ｍｍであり、とくに０．２〜０．８ｍｍが好ましい。根元部１６に続く肩部１７は略円錐状（角度θは２５〜９０度、とくに４０〜９０度）で、肩部１７から先端部１８までの領域では先端に向かって次第に細くなっている。さらに先端部１８では、断面の輪郭形状が滑らかな曲線で構成されており、さらに曲線の接線の勾配は先端に向かって次第に緩い勾配となるようにしている。 The punch 13 has a root portion (reference numeral 16 in FIG. 1a) having a diameter D of 0.05 to 2 mm, particularly preferably 0.2 to 0.8 mm. The shoulder portion 17 following the root portion 16 has a substantially conical shape (angle θ is 25 to 90 degrees, particularly 40 to 90 degrees), and gradually narrows toward the tip in the region from the shoulder 17 to the tip 18. Further, at the tip portion 18, the contour shape of the cross section is constituted by a smooth curve, and the slope of the tangent line of the curve gradually becomes gentler toward the tip.
そのような曲線としては、円弧などがあげられる。パンチの先端面２０は平坦であり、円弧の中心Ｏは、パンチの下面とほぼ同じ高さの位置にある。それにより、パンチの下端では、円弧の接線が軸心とほぼ平行である。さらに先端径ｄ１はダイ１１の出口側の径ｄ１と実質的に同一の０．００９〜０．０３ｍｍ程度であり、前述のインク出口側の縦断面形状は半径Ｒ１が板厚ｔの１．５〜５倍程度、とくに１．５〜３倍程度の円弧状である。半径Ｒ１が板厚未満では図２ａに示すように成形素材内に変曲点Ｈが存在する。そのため、その部位で面粗さがいくらか粗くなる。しかしこの変曲点Ｈは、２軸研削（傾斜した直線）と２軸研削（円弧）の間の変曲点であるので、パンチの強度に影響するほど粗くなることはない。５倍を超えると図２ｂに示すように板厚の範囲で変曲点を持たないが、パンチ１３の加工部分の勾配が少なくなって円柱状に近くなり、パンチが折れやすくなる。なお、通常はパンチ１３の先端径ｄ１は、インク入口側の径をｄ２とするとき、３ｄ１＜ｄ２とするのが好ましい。それによって充分な勾配が与えられる。 Examples of such a curve include an arc. The front end surface 20 of the punch is flat, and the center O of the arc is at a position substantially the same height as the lower surface of the punch. Thereby, at the lower end of the punch, the tangent of the arc is substantially parallel to the axis. Further, the tip diameter d1 is about 0.009 to 0.03 mm, which is substantially the same as the diameter d1 on the outlet side of the die 11, and the above-described longitudinal sectional shape on the ink outlet side has a radius R1 of 1.5 with a plate thickness t. It has an arc shape of about 5 times, especially about 1.5 to 3 times. When the radius R1 is less than the plate thickness, an inflection point H exists in the molding material as shown in FIG. 2a. Therefore, the surface roughness becomes somewhat rough at that portion. However, since this inflection point H is an inflection point between biaxial grinding (inclined straight line) and biaxial grinding (arc), it does not become so rough that it affects the strength of the punch. If it exceeds 5 times, it does not have an inflection point in the thickness range as shown in FIG. 2b, but the gradient of the processed portion of the punch 13 is reduced to be close to a cylindrical shape, and the punch is easily broken. Normally, the tip diameter d1 of the punch 13 is preferably 3d1 <d2 when the diameter on the ink inlet side is d2. This gives a sufficient gradient.
図２ｃに示す場合でも、パンチの先端面２０は平坦面である。そして円弧の中心Ｏは、先端面２０の延長線上にあり、円弧の接線はパンチ１３の下端の角部Ａでパンチ１３の軸線と平行になる。なお、先端面の延長線よりいくらか下側にしてもよいが、その場合は先端で勾配を有するので、製品の穴精度が低下する。したがって平行とするのが最も好ましい。また、半径Ｒ１が板厚ｔの３〜４倍程度であれば、円弧とワークＷの上面との交点Ｂが円弧状に乗り、変曲点ＨはワークＷの外部になる。そのため、ワークＷに入り込む範囲では、パンチ１３の表面は変曲点を持たない。パンチ１３の材質は超鋼合金などが用いられる。 Even in the case shown in FIG. 2c, the tip surface 20 of the punch is a flat surface. The center O of the arc is on the extension line of the tip surface 20, and the tangent of the arc is parallel to the axis of the punch 13 at the corner A of the lower end of the punch 13. Although it may be somewhat below the extension line of the tip surface, in that case, since the tip has a gradient, the hole accuracy of the product is lowered. Therefore, it is most preferable to make it parallel. If the radius R1 is about 3 to 4 times the plate thickness t, the intersection B between the arc and the upper surface of the workpiece W rides in an arc shape, and the inflection point H is outside the workpiece W. Therefore, the surface of the punch 13 does not have an inflection point in the range where it enters the workpiece W. The material of the punch 13 is a super steel alloy or the like.
前記パンチ１３は、２軸研削により断面形状を形成するが、曲面部の面粗さは、図１３ａの曲率半径０．０２ｍｍなどの従来のパンチに比して滑らかである。これは断面形状が連続的に変化しているので、研削時に砥石を静止させずに移動させることができ、しかも振動が生じにくいためと考えられる。すなわち研削機のチャックに取り付けられたパンチ１３の回転軸に対し平行方向と直角方向の２軸制御で行なわれ、１軸送りから２軸送りに移行する変曲点が無い。そのため、変曲点における砥石の若干の静止や、僅かな振動が発生せず、パンチの面粗さが滑らかになる。したがって切り欠き効果が低減したパンチを使用でき、パンチの早期破損が発生しないと考えられる。 The punch 13 has a cross-sectional shape formed by biaxial grinding, but the surface roughness of the curved surface portion is smoother than that of a conventional punch such as a curvature radius of 0.02 mm in FIG. 13a. This is probably because the cross-sectional shape is continuously changing, so that the grindstone can be moved without being stationary during grinding, and vibrations are not easily generated. In other words, it is performed by biaxial control in a direction perpendicular to the direction parallel to the rotation axis of the punch 13 attached to the chuck of the grinding machine, and there is no inflection point that shifts from monoaxial feeding to biaxial feeding. Therefore, the surface of the punch becomes smooth without a slight rest of the grindstone at the inflection point or slight vibration. Therefore, it is considered that a punch with a reduced notch effect can be used and the punch is not damaged early.
図１ａのパンチ型１０は、ダイ１１をプレスのボルスタ側（下型）に取り付け、パンチ１３をスライダ側（上型）に取り付けて、ダイ１１上にワークＷを載せ、スライダを昇降させて加工する。ワークＷとしては、厚さ０．０３〜０．１ｍｍ程度のステンレススチールあるいはインバー型合金などの金属プレートが用いられる。 The punch die 10 in FIG. 1a has a die 11 attached to the bolster side (lower die) of the press, a punch 13 attached to the slider side (upper die), a workpiece W is placed on the die 11, and the slider is moved up and down. To do. As the workpiece W, a metal plate such as stainless steel or Invar type alloy having a thickness of about 0.03 to 0.1 mm is used.
図１ａではプレスの下死点の状態を示している。プレスのＺ軸（スライド）の下死点精度は±０．００１ｍｍ程度であるので、プレス下死点は、パンチ１３の先端部１８がダイ１１の上面より０．００２〜０．００３ｍｍ程度挿入する位置に設定する。したがってパンチ１３の先端部１８におけるダイ１１の貫通孔１５内に挿入される範囲は、ダイ上面より０．００１〜０．００４ｍｍ程度である。 FIG. 1 a shows the bottom dead center state of the press. Since the bottom dead center accuracy of the Z axis (slide) of the press is about ± 0.001 mm, the tip end 18 of the punch 13 is inserted about 0.002 to 0.003 mm from the upper surface of the die 11 at the press bottom dead center. Set to position. Therefore, the range in which the tip 18 of the punch 13 is inserted into the through hole 15 of the die 11 is about 0.001 to 0.004 mm from the upper surface of the die.
上記の加工によりワークＷの下面は、ダイ１１の貫通孔１６内に凸面状に膨出する。そのため、パンチ１３の先端面２０がダイ上面よりも下降しているにも関わらず、パンチ加工によってはノズル孔１２は貫通していない。そしてプレス成形終了後に、ダイ１１の貫通孔１６内に膨出した凸部分２１を図１ｂに示すように研磨加工で除去することにより、ノズル孔１５が貫通したノズルプレート２２が得られる。このようにして得られたノズルプレート２２は本発明のノズルプレートの一実施形態である。 By the above processing, the lower surface of the workpiece W bulges into a convex shape in the through hole 16 of the die 11. Therefore, although the tip surface 20 of the punch 13 is lowered from the upper surface of the die, the nozzle hole 12 does not penetrate through punching. After the press molding is completed, the protruding portion 21 bulging into the through hole 16 of the die 11 is removed by polishing as shown in FIG. 1B, so that the nozzle plate 22 through which the nozzle hole 15 passes is obtained. The nozzle plate 22 obtained in this way is an embodiment of the nozzle plate of the present invention.
なお、パンチ１３の先端形状が図１３ａの場合のように円柱である場合は、円柱部分の径でインク出口側の径が決定されるので、パンチ先端部１８の径とインク出口側の径とは同値になる。しかし図１ａのパンチ１３は先端部１８の縦断面の輪郭が円弧状であるので、厳密にはパンチの先端部１８の径よりインク出口側の径がわずかに大きくなる。そのため、パンチ先端部１８の径を形成しようとするインク出口側の径よりわずかに小さくして、成形されるインク出口側の径を設計寸法に合わせるようにする。 In the case where the tip shape of the punch 13 is a cylinder as in FIG. 13a, the diameter of the ink outlet side is determined by the diameter of the cylinder portion, so the diameter of the punch tip portion 18 and the diameter of the ink outlet side are determined. Are equivalent. However, since the punch 13 of FIG. 1a has an arcuate outline in the longitudinal section of the tip 18, the diameter on the ink outlet side is slightly larger than the diameter of the tip 18 of the punch. For this reason, the diameter of the punch tip 18 is made slightly smaller than the diameter of the ink outlet side to be formed so that the diameter of the ink outlet side to be molded matches the design dimension.
しかしインク出口側の径に求められる精度は、通常は、インク出口側の径が０．００９ｍｍの場合、±０．０００５ｍｍ程度であるので、パンチ先端部の径をインク出口側の径にしても、許容精度範囲内となり、インクジェットプリンタとしての性能は充分に満たされる。また、プレスの下死点位置がダイの上面より０．００１〜０．００３ｍｍ程度の範囲で変化しても、得られるインク出口側の径は許容寸法範囲になる。なお、パンチ先端部の円弧状の輪郭形状の半径を０．１〜０．１１ｍｍ程度に大きくしておけば、プレス下死点位置の変動によりインク出口側の径の変動幅を充分に少なくすることができる。 However, since the accuracy required for the diameter on the ink outlet side is usually about ± 0.0005 mm when the diameter on the ink outlet side is 0.009 mm, the diameter of the punch tip is set to the diameter on the ink outlet side. Therefore, it is within the allowable accuracy range, and the performance as an ink jet printer is sufficiently satisfied. Further, even if the bottom dead center position of the press changes in the range of about 0.001 to 0.003 mm from the upper surface of the die, the diameter on the ink outlet side to be obtained is within the allowable dimension range. If the radius of the arcuate contour at the tip of the punch is increased to about 0.1 to 0.11 mm, the variation range of the diameter on the ink outlet side is sufficiently reduced due to the variation of the press bottom dead center position. be able to.
前記ワークＷにはステンレス鋼、たとえばＳＵＳ３１６Ｌなども用いることができるが、インバー型合金、たとえば３６インバーが好ましい。インバー型合金を用いる場合、合金中のニッケル含有量を変化させることにより、熱膨張係数を変えることができる。そのため、ノズルプレートを接合するインク室プレートに使用するシリコン材料に合わせて熱膨張係数を設定することができる。それにより、ノズルプレートとインク室プレート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、プレート温度が室温に戻るときにプレートに破損や反りが生じにくい。ニッケル含有量は、たとえば１０〜９０ｗｔ％の範囲で変化させる。他の成分として、マンガン（Ｍｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、コバルト（Ｃｏ）などが微量に含まれている。これらの成分は４２インバー、スーパーインバーなど、ワークの種類によって異なる。 For the workpiece W, stainless steel such as SUS316L can be used, but an invar type alloy such as 36 invar is preferable. When an invar type alloy is used, the thermal expansion coefficient can be changed by changing the nickel content in the alloy. Therefore, the thermal expansion coefficient can be set in accordance with the silicon material used for the ink chamber plate to which the nozzle plate is joined. Accordingly, after the nozzle plate and the ink chamber plate are joined by heating at 200 ° C. to 300 ° C. using a thermosetting resin or the like, the plate is unlikely to be damaged or warped when the plate temperature returns to room temperature. The nickel content is changed, for example, in the range of 10 to 90 wt%. As other components, trace amounts of manganese (Mn), carbon (C), silicon (Si), cobalt (Co) and the like are contained. These components vary depending on the type of work, such as 42 invar and super invar.
さらにインバー型合金のｎ値は、０．１５〜０．２２と、ステンレス（たとえばＳＵＳ３１６Ｌ）のｎ値（０．３〜０．６）と比較して低いため、加工後の硬度上昇（増加）が緩やかである。そのためパンチにかかる応力が少なく、パンチ寿命が延びる。インバー型合金の場合、加工後硬度はＨＶ（ビッカース硬度）２６０〜２８０程度であり、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）の硬度ＨＶ４５０〜５００よりも低い。そのため、パンチとワークの間に発生する摩擦による抵抗を差し引いたパンチにかかる応力は、約半分程度であるため、パンチ寿命もＳＵＳ３１６Ｌ（後述する表２の比較例のパンチ）で１００穴以上１，０００穴未満であるのに対し、３６インバーで（表２の実施例のパンチ）は１００，０００穴以上の延命化が可能である。 Furthermore, since the n value of the Invar type alloy is 0.15 to 0.22, which is lower than the n value (0.3 to 0.6) of stainless steel (for example, SUS316L), the hardness increases (increases) after processing. Is moderate. Therefore, the stress applied to the punch is small and the punch life is extended. In the case of an Invar type alloy, the post-working hardness is about HV (Vickers hardness) 260 to 280, which is lower than the hardness HV450 to 500 of stainless steel (SUS316L). Therefore, since the stress applied to the punch minus the resistance due to the friction generated between the punch and the workpiece is about half, the punch life is SUS316L (a comparative example punch in Table 2 described later) 100 holes or more 1, Whereas the number of holes is less than 000 holes, 36 invar (the punch in the embodiment of Table 2) can extend the life of 100,000 holes or more.
前記ワークＷをパンチで成形すると、ワークＷの下面側に凸部が形成されるほか、上面側、すなわちノズル孔の入口側の周縁に環状の隆起（図９の符号２５）が形成される。そしてその環状の隆起２５が大きいこと、および不均一であることにより、ノズル孔の真円度が低下する。隆起２５のばらつきは、ワークＷの結晶粒の大きさに影響される。 When the workpiece W is formed by punching, a convex portion is formed on the lower surface side of the workpiece W, and an annular ridge (reference numeral 25 in FIG. 9) is formed on the upper surface side, that is, the peripheral edge on the inlet side of the nozzle hole. And the roundness of a nozzle hole falls because the cyclic | annular protrusion 25 is large and it is non-uniform | heterogenous. The variation of the ridges 25 is affected by the size of the crystal grains of the workpiece W.
たとえば図３、図４に示すように、パンチで形成した穴２６の入口側の径ｄ２、すなわち最大径が、結晶粒２７の平均粒径と同程度あるいはいくらか大きい場合は、穴２６が１個の結晶粒２７に収まることがある。その場合は大径の輪郭は、ワーク表面からの隆起量が円周方向で異なるため、図４に示すようにワーク板厚方向にわずかな高低差をもった形状をしている。すなわち、１個の結晶粒内における成形の場合は、結晶粒内ではすべり面とすべり方向が整列しており、パンチ挿入方向に対するすべり方向の向きより、ワーク表面へ隆起している個所と隆起しない（あるいは隆起が少ない）個所が交互に現れ、異方性を生じている。図３で輪郭の四か所に立ち上がった部分があるのは、その異方性に基づく。 For example, as shown in FIGS. 3 and 4, when the diameter d2 on the inlet side of the hole 26 formed by punching, that is, the maximum diameter is equal to or somewhat larger than the average particle diameter of the crystal grains 27, one hole 26 is provided. May fall within the crystal grains 27 of In this case, the large-diameter contour has a slight height difference in the workpiece thickness direction as shown in FIG. 4 because the amount of protrusion from the workpiece surface differs in the circumferential direction. That is, in the case of molding in one crystal grain, the slip surface and the slip direction are aligned in the crystal grain, and the part that is raised to the workpiece surface is not raised from the direction of the slip direction with respect to the punch insertion direction. Locations (or few bumps) appear alternately and anisotropy occurs. It is based on the anisotropy that there are portions that rise in four places in the contour in FIG.
そしてワークの隆起２５はパンチのテーパ部分に沿って発生するため、隆起２５の部位は隆起していない部分よりも径が大きくなる。したがって形成した穴２６を大径側から観察したときの真円度は、図３に示すように、隆起部分の大きい径の部位２８と隆起していない小さい径の部位２９とが交互に現れ、四か所に角張った部位を備えた変形四角形の形状を呈する。 Since the workpiece bulge 25 occurs along the taper portion of the punch, the portion of the bulge 25 has a larger diameter than the non-bulged portion. Therefore, as shown in FIG. 3, the roundness when the formed hole 26 is observed from the large-diameter side alternately appears as the large-diameter portion 28 of the raised portion and the small-diameter portion 29 not raised, It has a deformed quadrilateral shape with square parts at four locations.
他方、図５および図６に示すように、穴２６が結晶粒界３０を横切るように形成される場合もある。とくに結晶粒の径が穴の径よりいくらか小さい程度の場合は、穴２６が２〜３個、あるいは数個程度の結晶粒２７をまたいで形成される。その場合は、結晶粒界３０近辺では陥没が生ずる。すなわち、結晶粒界３０は数原子程度の狭い繊維領域であるから、常温では結晶粒界のすべりは通常起こらない。したがって結晶粒界３０はワークへのパンチの嵌入に伴い、剪断が発生しない限り、ワーク内部に引きずり込まれ、陥没する。他方、結晶粒２７の内部では、前述の１個の結晶粒内で成形した場合と同様に、結晶粒内の異方性により、高さが異なる隆起が生ずる。 On the other hand, as shown in FIGS. 5 and 6, the hole 26 may be formed so as to cross the crystal grain boundary 30. In particular, when the diameter of the crystal grains is somewhat smaller than the diameter of the holes, the holes 26 are formed across two or three or several crystal grains 27. In that case, depression occurs near the crystal grain boundary 30. That is, since the crystal grain boundary 30 is a narrow fiber region of about several atoms, slip of the crystal grain boundary usually does not occur at room temperature. Therefore, the crystal grain boundary 30 is drawn into the work and depressed as long as shearing does not occur with the insertion of the punch into the work. On the other hand, in the crystal grain 27, as in the case of molding in one crystal grain described above, ridges having different heights are generated due to the anisotropy in the crystal grain.
したがって、結晶粒２７の大きさとパンチ穴２６の大きさとがほぼ同程度の場合は、図３、図４のように１個の結晶粒の内部に穴２６が収まる場合と図５、図６のように結晶粒界３０を跨いで形成される場合とが生じ、穴２６の形状のばらつきがかなり大きくなり、形状精度が低くなる。なお、図３、図４の場合だけを選択することは、実際の製造では不可能である。また隆起２５は、プレス加工の後、研磨することにより取り除くことができるが、陥没は取り除くことができない。 Therefore, when the size of the crystal grain 27 and the size of the punch hole 26 are approximately the same, the case where the hole 26 is accommodated inside one crystal grain as shown in FIGS. 3 and 4, and the case shown in FIGS. As described above, there are cases where the crystal grain boundary 30 is formed, and the variation in the shape of the hole 26 becomes considerably large, and the shape accuracy is lowered. It should be noted that it is impossible to select only the cases of FIGS. 3 and 4 in actual manufacturing. Further, the ridges 25 can be removed by polishing after pressing, but the depressions cannot be removed.
他方、図７および図８に示すように、パンチ成形による穴２６が１０個以上の結晶粒２７を跨いで形成されるように結晶粒の大きさを小さくする場合は、１個の結晶粒２７の内部を横切る輪郭の長さが短いので、その凹凸は少ない。また、結晶粒が小さいため、結晶粒界３０で生ずる陥没も小さい。そのため、図７、図８に示すように、結晶粒の大きさが小さく、大きさのバラツキが少ないほど、各穴２６間の形状のバラツキが小さくなり、穴２６の真円度および形状精度も向上することがわかる。上記のことから、本発明のノズルプレートにおいても、ワークの最大結晶粒断面積が最大パンチ断面積よりも大きいワークを用いるのが好ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, when the size of the crystal grains is reduced so that the hole 26 by punching is formed across 10 or more crystal grains 27, one crystal grain 27 Since the length of the contour crossing the inside of the is short, the unevenness is small. Further, since the crystal grains are small, the depressions that occur at the crystal grain boundaries 30 are also small. Therefore, as shown in FIGS. 7 and 8, the smaller the crystal grain size and the smaller the size variation, the smaller the shape variation between the holes 26, and the roundness and shape accuracy of the holes 26 are also reduced. It turns out that it improves. From the above, also in the nozzle plate of the present invention, it is preferable to use a workpiece in which the maximum crystal grain sectional area of the workpiece is larger than the maximum punch sectional area.
図９はパンチ加工後のワークＷの断面であり、パンチで形成された穴２６の開口部周縁には隆起２５が生じている。多数のノズル孔を備えたノズルプレートを製造する場合、１個または複数個ずつパンチング成形するが、成形後、パンチからワークＷを引き剥がしてダイ１１の上に残すため、図１０に示すようにパンチ１３を囲むストリッパ１４をパンチ１３に対して上下移動自在に配置し、そのストリッパ１４を下方に付勢するバネ３１をストリッパ１４とダイホルダとの間に介在させている。ただしバネ３１を用いない固定型のストリッパとしてもよい。 FIG. 9 is a cross section of the workpiece W after punching, and a ridge 25 is formed at the periphery of the opening of the hole 26 formed by punching. When a nozzle plate having a large number of nozzle holes is manufactured, one or a plurality of punch plates are formed by punching. After the forming, the workpiece W is peeled off from the punch and left on the die 11, so as shown in FIG. A stripper 14 surrounding the punch 13 is arranged so as to be movable up and down with respect to the punch 13, and a spring 31 for biasing the stripper 14 downward is interposed between the stripper 14 and the die holder. However, a fixed stripper that does not use the spring 31 may be used.
パンチング成形では、１回プレスで加工した後、ワークＷを穴２６の１ピッチ分送り、つぎの加工位置にパンチを嵌入させて穴２６を形成するが、ストリッパ１４が前回加工した穴２６ｂの隆起を押圧して変形させる。それによりインク入口側の穴径ｄ２の真円度を低下させてしまう。このような変形した隆起２５は、プレス成形後にインク入口側の研磨加工を行ってある程度取り除くことができるが、その場合でも真円度は向上しない。 In punching molding, after processing with a press once, the workpiece W is fed by one pitch of the hole 26, and the punch is inserted into the next processing position to form the hole 26, but the stripper 14 raised the hole 26b processed last time. Press to deform. As a result, the roundness of the hole diameter d2 on the ink inlet side is lowered. Such a deformed ridge 25 can be removed to some extent by polishing the ink inlet side after press molding, but even in that case, the roundness is not improved.
図１１のパンチ型３２はその問題を解消するために、ストリッパ１４の下面に軟質のシート３３を貼り付けている。このようなシート３３を設けると、図１１の左側に示すように、前回に加工した穴２６ｂの隆起２５がシート３３に食い込み、隆起２５が変形しない。したがってプレス加工後に研磨加工を行うと、インク入口側の真円度が高いノズル孔が得られる。 In order to solve the problem, the punch die 32 in FIG. 11 has a soft sheet 33 attached to the lower surface of the stripper 14. If such a sheet | seat 33 is provided, as shown on the left side of FIG. 11, the protrusion 25 of the hole 26b processed last time will bite into the sheet | seat 33, and the protrusion 25 will not deform | transform. Accordingly, when polishing is performed after press working, nozzle holes with high roundness on the ink inlet side can be obtained.
前記軟質のシート３３としては、合成樹脂シート、ゴムシートなどの高分子化合物製のシートが好ましいが、紙などの繊維質のシートなどのシートであってもよい。ただしシート３３は、同じ個所が前回の隆起部に当接するので、弾力性を備えた合成樹脂あるいはゴム製のシートが好ましい。そのようなシートとしては、酢酸セルロース系の合成樹脂シートがあげられる。シート３３は粘着剤、接着剤などを用いてストリッパ１４に貼り付ける。市販のセロファンテープなどの粘着テープを用いることもできる。 The soft sheet 33 is preferably a sheet made of a polymer compound such as a synthetic resin sheet or a rubber sheet, but may be a sheet such as a fibrous sheet such as paper. However, the sheet 33 is preferably a synthetic resin or rubber sheet having elasticity because the same portion is in contact with the previous raised portion. An example of such a sheet is a cellulose acetate-based synthetic resin sheet. The sheet 33 is attached to the stripper 14 using an adhesive, an adhesive, or the like. An adhesive tape such as a commercially available cellophane tape can also be used.
なお、シート３３をストリッパ１４に貼り付けることに代えて、ストリッパ１４の下面を軟質素材、とくに常温で弾性を有する高分子材料で構成したり、そのような素材からなるプレートを固定してもよい。また、ストリッパ１４のほか、成形されたワークをパンチから抜き出すために設置されたプレート、たとえば バネ無しの固定ストリッパなどのワークと接触する面に同様の構成を設けてもよい。 Instead of attaching the sheet 33 to the stripper 14, the lower surface of the stripper 14 may be made of a soft material, particularly a polymer material having elasticity at room temperature, or a plate made of such a material may be fixed. . In addition to the stripper 14, a similar configuration may be provided on a surface that comes into contact with a workpiece such as a plate installed for extracting a molded workpiece from the punch, for example, a fixed stripper without a spring.
つぎに実施例および比較例をあげて本発明のパンチおよびノズルプレートの効果を説明する。 Next, the effects of the punch and nozzle plate of the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
［パンチの実施例］
図１ａに示す形状の実施例のパンチを準備した。パンチの先端部１８の径は０．００９ｍｍ、根元部の径は０．８ｍｍ、肩部のテーパ角度θは６０度、縦断面の輪郭の円弧の半径Ｒは０．１ｍｍ（パンチ先端部１８の径の約１０倍）とした。形成されるインク入口側の設計上の径は０．０４２ｍｍである。
[Example of punch]
An example punch having the shape shown in FIG. 1a was prepared. The diameter of the punch tip 18 is 0.009 mm, the diameter of the root is 0.8 mm, the shoulder taper angle θ is 60 degrees, and the radius R of the arc of the profile of the longitudinal section is 0.1 mm (the punch tip 18 About 10 times the diameter). The designed diameter on the ink inlet side to be formed is 0.042 mm.
［パンチの比較例］
図１３ａに示すように、パンチの先端部１０１を径０．０１０ｍｍ、長さ０．００７ｍｍを円筒状とし、上下の変曲点１０４、１０５の間の環状湾曲面１０３の縦断面の輪郭を半径０．０５ｍｍの円弧状とし、上側の変曲点１０５から上端１１０までの円錐部の高さを０．０３６ｍｍとしたものを比較例のパンチとした。
[Punch comparison example]
As shown in FIG. 13a, the tip 101 of the punch has a diameter of 0.010 mm and a length of 0.007 mm, and the contour of the longitudinal section of the annular curved surface 103 between the upper and lower inflection points 104 and 105 has a radius. A punch having a circular arc shape of 0.05 mm and a height of the conical portion from the upper inflection point 105 to the upper end 110 being 0.036 mm was used as a punch of the comparative example.
［面粗さ］
実施例、比較例のパンチの湾曲部の面粗さを走査型電子顕微鏡の映像を通して目視で確認した。その結果を表１に、走査型電子顕微鏡写真を図１２ａおよび図１２ｂに示す。
○：平滑
×：粗い
[Roughness]
The surface roughness of the curved part of the punch of an Example and a comparative example was confirmed visually through the image | video of a scanning electron microscope. The results are shown in Table 1, and scanning electron micrographs are shown in FIGS. 12a and 12b.
［耐久テスト］
実施例、比較例のパンチを、内径０．０５ｍｍのダイと組み合わせてパンチ型を構成した。プレスの下死点精度は±０．００１ｍｍであるので、プレス下死点ではパンチの先端部１８がダイ上面から０．００１〜０．００３ｍｍ貫通孔内に入り込む位置にプレス下死点を設定した。厚さ０．０５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）のプレートをワークＷとしてダイに乗せ、パンチの折損が生ずるまでプレス成形した。プレスストロークは２ｍｍとした。その結果を表２に示す。測定値は各パンチ３本の平均値である。
[Durability test]
The punch of Example and the comparative example was combined with the die | dye of 0.05 mm in internal diameter, and the punch type | mold was comprised. Since the bottom dead center accuracy of the press is ± 0.001 mm, the press bottom dead center is set at a position where the tip 18 of the punch enters the 0.001 to 0.003 mm through hole from the upper surface of the die at the press bottom dead center. . A plate made of stainless steel (SUS316L) having a thickness of 0.05 mm was placed on a die as a work W, and press-molded until punch breakage occurred. The press stroke was 2 mm. The results are shown in Table 2. The measured value is an average value of three punches.
表２から分かるように、実施例のパンチでは１０００回以上の成形が可能であったのに対し、比較例のパンチでは１００回程度で湾曲部で破損した。さらに比較例のパンチでは数十回で破損したものもあった。これにより実施例のパンチの耐久性は比較例のパンチより１０倍以上高いことが分かる。 As can be seen from Table 2, the punch of the example could be molded 1000 times or more, while the punch of the comparative example was broken at the curved portion about 100 times. Furthermore, some of the punches of the comparative example were damaged after several tens of times. Thereby, it turns out that the durability of the punch of an Example is 10 times or more higher than the punch of a comparative example.
［ノズルプレートの実施例１］
前述の実施例のパンチで前述の板厚０．０５ｍｍのインバー型合金（３６インバー）製のプレートに穿孔を行った後、ダイ内径内に成形された凸部分２６を研磨加工で除去し、ノズル孔を貫通させてノズルプレートを製造した。得られたノズルプレートを実施例１のノズルプレートとする。
[Example 1 of nozzle plate]
After punching the plate made of an invar type alloy (36 invar) having a thickness of 0.05 mm with the punch of the above-described embodiment, the convex portion 26 formed in the inner diameter of the die is removed by polishing, and the nozzle A nozzle plate was manufactured through the holes. The obtained nozzle plate is referred to as the nozzle plate of Example 1.
［ノズルプレートの実施例２］
材質をステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）としたほかは、実施例１のノズルプレートと同様にして実施例２のノズルプレートを製造した。
[Example 2 of nozzle plate]
A nozzle plate of Example 2 was manufactured in the same manner as the nozzle plate of Example 1 except that the material was stainless steel (SUS316L).
［加工後の硬度およびパンチの耐久性］
上記の実施例１、２のノズルプレートの加工前および加工後の硬度をビッカース硬度計により測定した。さらにパンチが折損するまでの加工回数を測定した。それらの結果を表３に示す。実験に用いたパンチは各３本で、数値は平均値である。
The hardness of the nozzle plates of Examples 1 and 2 before and after processing was measured with a Vickers hardness meter. Furthermore, the number of processing until the punch broke was measured. The results are shown in Table 3. Three punches were used in the experiment, and the numerical values are average values.
上記のように実施例１（インバー型合金）と実施例２（ステンレス）とは、加工前の硬度ではほぼ同等であるが、加工後は実施例１では加工前とほとんど変わらず、実施例２では加工後に大きく加工硬化を生じている。そのため、パンチ寿命も実施例１のほうが実施例２よりも大幅に長い。 As described above, Example 1 (Invar type alloy) and Example 2 (stainless steel) are almost the same in hardness before processing, but after processing, Example 1 is almost the same as before processing. Then, there is a large work hardening after processing. Therefore, the punch life is significantly longer in the first embodiment than in the second embodiment.
また実施例１のノズルプレート（インバー型合金）を、シリコンで作製された従来のインク室プレートに熱硬化性の接着剤を使用して接着温度２００℃〜３００℃で接合させた。プレートの温度が室温に戻った後もシリコンの割れや、ソリ等は確認できず、インクジェットプリンタのヘッドとしての機能は充分に満足できるものであった。しかし実施例２のノズルプレート（ステンレス製）の場合、上記と同様の接着条件でインク室プレートに接合したところ、シリコンの割れや反りが生じた。 In addition, the nozzle plate (Invar type alloy) of Example 1 was bonded to a conventional ink chamber plate made of silicon at a bonding temperature of 200 ° C. to 300 ° C. using a thermosetting adhesive. Even after the temperature of the plate returned to room temperature, no silicon cracking or warping could be confirmed, and the function as an ink jet printer head was sufficiently satisfactory. However, in the case of the nozzle plate of Example 2 (made of stainless steel), silicon was cracked or warped when bonded to the ink chamber plate under the same bonding conditions as described above.
［ノズルプレートの実施例３］
表面の最大結晶粒断面積が約７．８５×１０-5ｍｍ2で、結晶粒径０．０１ｍｍのワークに対し、パンチの実施例１の場合と同様にしてプレス成形して実施例３のノズルプレート３を製造した。レーザー顕微鏡と走査型電子顕微鏡を用いて測定したパンチの精密な寸法は、インク出口側の径が０．００９ｍｍで、真円度（目標円からずれている寸法の最大値）が０．０００５ｍｍ、成型時にワークと接触する部分の最大パンチ断面積が約１．３×１０-3ｍｍ2であった。ダイの内径は０．０５ｍｍである。ノズル孔の目標寸法は、小径側の径が０．００９±０．０００５ｍｍで、大径側の径が０．０４±０．００２2ｍｍで、その真円度が０．００３mmとした。サンプル穴数は１０個とした。
[Example 3 of nozzle plate]
A workpiece having a maximum crystal grain cross-sectional area of about 7.85 × 10 −5 mm 2 and a crystal grain size of 0.01 mm was press-molded in the same manner as in Example 1 of the punch, and The nozzle plate 3 was manufactured. Precise dimensions of the punch measured using a laser microscope and a scanning electron microscope are as follows: the diameter on the ink outlet side is 0.009 mm, and the roundness (maximum deviation from the target circle) is 0.0005 mm. The maximum punch cross-sectional area of the portion that contacts the workpiece during molding was about 1.3 × 10 −3 mm 2 . The inner diameter of the die is 0.05 mm. The target dimensions of the nozzle holes were 0.009 ± 0.0005 mm for the small diameter side, 0.04 ± 0.0022 mm for the large diameter side, and a roundness of 0.003 mm. The number of sample holes was 10.
［ノズルプレートの実施例４］
最大結晶粒断面積が約１．９６×１０-3ｍｍ2で、結晶粒径が０．０５ｍｍのワークを用いたほかは、実施例２と同様にして実施例４のノズルプレートを製造した。穴数は実施例３と同様に１０個とした。
[Example 4 of nozzle plate]
A nozzle plate of Example 4 was produced in the same manner as Example 2 except that a workpiece having a maximum crystal grain cross-sectional area of about 1.96 × 10 −3 mm 2 and a crystal grain size of 0.05 mm was used. The number of holes was 10 as in Example 3.
実施例３および４のノズルプレートのノズル孔の大径側の真円度の測定結果を表４に示す。
Ｂ：穴が数個の結晶粒に跨った場合
Table 4 shows the measurement results of the roundness on the large diameter side of the nozzle holes of the nozzle plates of Examples 3 and 4.
実施例３のノズルプレートのノズル孔の大径側は、図７、図８に示すように、多数の結晶粒を跨ぐ状態で形成されていた。表４に示すように、すべてのサンプルにおいて、ノズル孔の大径側の真円度は０．００１〜０．００２ｍｍの範囲にあった。また、寸法のバラツキも少なかった。 The large-diameter side of the nozzle hole of the nozzle plate of Example 3 was formed in a state straddling many crystal grains as shown in FIGS. As shown in Table 4, in all the samples, the roundness on the large diameter side of the nozzle hole was in the range of 0.001 to 0.002 mm. Moreover, there was little variation in dimensions.
他方、実施例４のノズルプレートでは、ノズル孔の大径側の形状は、１０個のサンプルでは図３、図４に示すように、結晶粒の内部に穴が形成されていた。表４に示すように、その場合の真円度は０．００２〜０．００３であった。他の１０個のサンプルでは図５、図６に示すように、数個の結晶粒を跨いで穴が形成されていた。その場合の真円度は０．００３〜０．００５であった。つまり実施例４Ａ、実施例４Ｂの全体では、真円度は０．００２〜０．００５ｍｍであり、寸法のバラツキが大きかった。 On the other hand, in the nozzle plate of Example 4, as for the shape of the large diameter side of the nozzle hole, holes were formed inside the crystal grains in 10 samples as shown in FIGS. As shown in Table 4, the roundness in that case was 0.002 to 0.003. In the other 10 samples, as shown in FIGS. 5 and 6, holes were formed across several crystal grains. In this case, the roundness was 0.003 to 0.005. That is, in Example 4A and Example 4B as a whole, the roundness was 0.002 to 0.005 mm, and the dimensional variation was large.
［ノズルプレートの実施例５］
つぎに実施例３と同条件で、図１１のパンチ型を用いてノズル間ピッチ０．０８５ｍｍ±０．００２ｍｍで５１２穴のノズルを持つ実施例５のノズルプレートを製作した。ノズルプレートの素材としては、実施例３のノズルプレートと同じものを用いた。
［ノズルプレートの実施例６］
図１０のパンチ型を用いたほかは、実施例５と同様にして実施例６のノズルプレートを製作した。
[Example 5 of nozzle plate]
Next, a nozzle plate of Example 5 having 512 nozzles with a nozzle pitch of 0.085 mm ± 0.002 mm was manufactured under the same conditions as in Example 3. The same material as the nozzle plate of Example 3 was used as the material for the nozzle plate.
[Example 6 of nozzle plate]
A nozzle plate of Example 6 was manufactured in the same manner as Example 5 except that the punch mold of FIG. 10 was used.
実施例６のノズルプレートでは、図８および図９に示すように、インク入口側の穴周辺に発生する僅かな隆起部分２７を図１０に示すストリッパで押圧し、変形させ、インク入口側の穴径の真円度を低下させてしまい、プレス成形後にインク入口側の研磨加工を行なっても、真円度は０．００１〜０．００３程度であった。これに対し、実施例５のノズルプレートでは、インク入口側の穴周辺に発生する僅かな隆起部分２７は、ワーク搬送後にストリッパで押圧しても、変形せず、インク入口側の穴径の真円度を低下させることはなく、プレス成形後にインク入口側の僅かな隆起部分を研磨加工で除去することにより、真円度は０．００１ｍｍ以下になり、好適な結果を得た。 In the nozzle plate of Example 6, as shown in FIGS. 8 and 9, a slight raised portion 27 generated around the hole on the ink inlet side is pressed and deformed by the stripper shown in FIG. Even if the roundness of the diameter was lowered and the ink inlet side was polished after press molding, the roundness was about 0.001 to 0.003. On the other hand, in the nozzle plate of Example 5, the slight raised portion 27 generated around the hole on the ink inlet side does not deform even when pressed by the stripper after the work is conveyed, and the true diameter of the hole on the ink inlet side is not. The circularity did not decrease, and the roundness was reduced to 0.001 mm or less by removing a slight raised portion on the ink inlet side by press working after press molding, and a favorable result was obtained.
１０ パンチ型
Ｗ ワーク
１１ ダイ
１２ ノズル孔
１３ パンチ
１４ ストリッパ
ｄ１ 出口側の径
ｄ２ 入口側の径
１５ 貫通孔
１６ 根元部
１７ 肩部
１８ 先端部
Ｒ１ 円弧の半径
２０ 先端面
２１ 凸部分
２２ ノズルプレート
２５ 隆起
２６ 穴
２６ｂ 前回加工した穴
２７ 結晶粒
２８ 大きい径の部位
２９ 小さい径の部位
３０ 結晶粒界
３１ バネ
３２ パンチ型
３３ シート
10 Punch type W Work 11 Die 12 Nozzle hole 13 Punch 14 Stripper d1 Outlet side diameter d2 Inlet side diameter 15 Through hole 16 Root portion 17 Shoulder portion 18 Tip portion R1 Arc radius 20 Tip surface 21 Convex portion 22 Nozzle plate 25 Protrusion 26 Hole 26b Previously processed hole 27 Crystal grain 28 Large diameter part 29 Small diameter part 30 Crystal grain boundary 31 Spring 32 Punch die 33 Sheet
Claims (7)
それぞれのノズル孔が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているノズルプレート。 A nozzle plate for an inkjet printer obtained by punching a large number of nozzle holes in a metal plate by pressing,
A nozzle plate in which each nozzle hole is configured with a smooth curved surface whose diameter gradually decreases toward the ink outlet side.
前記金属プレートの加工範囲における最大結晶粒断面積が、ノズル孔を形成するパンチの加工領域における軸直角最大断面積よりも小さいノズルプレート。 A nozzle plate for an inkjet printer obtained by punching a large number of nozzle holes in a metal plate by pressing,
A nozzle plate in which a maximum crystal grain cross-sectional area in a processing range of the metal plate is smaller than a maximum cross-sectional area perpendicular to an axis in a processing region of a punch forming a nozzle hole.
ワークに嵌入される部分が、インク出口側に向かって次第に径が小さくなっていく滑らかな曲面で構成されているパンチ。 A punch used for manufacturing a nozzle plate of an inkjet printer,
A punch in which a portion to be inserted into a workpiece is configured with a smooth curved surface whose diameter gradually decreases toward the ink outlet side.
前記ストリッパのワークと接触する面が、軟質の高分子材料からなるパンチ型。 A base material, a punch implanted in the base material, and a stripper installed to extract the processed workpiece from the punch,
A punch mold in which the surface of the stripper that contacts the workpiece is made of a soft polymer material.
Using the punch die of claim 6 and the punch die of claim 4 on the metal plate, a number of nozzle holes that do not penetrate the outlet are formed while the outlet side bulges, and then the surface on the outlet side A method for producing a nozzle plate for an ink jet printer, wherein the outlet is formed by processing the substrate flatly.
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