JP2009178766A - 金属板材、フィルタ、及び金属基板の製造方法 - Google Patents

金属板材、フィルタ、及び金属基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】極薄板に貫通した微細穴を多数穿孔しても加工後の反りの発生を一工程で修正することができる金属板材、これを用いたフィルタ、および金属基板の製造方法を提供する。
【解決手段】貫通孔52が複数開設された金属板材51の表面に、加圧塑性変形による球体を転動させた凹凸筋53を複数形成して、金属板材51に複数の球体の転動による凹凸筋53の転写による多方向の矯正力を作用させ、一工程で金属板材51を平面状に修正・維持する。
【選択図】図4

Description

本発明は、極薄板に貫通した微細穴が穿孔された金属板材、これを用いたフィルタ、および金属基板の製造方法に係り、具体的には孔打抜き加工後の反りの発生を防止した金属板材、これを用いたフィルタ、および金属基板の製造方法に関し、特に液体噴射ヘッドの圧力発生室に供給される液体中の異物を捕捉するフィルタに適用して好適なものである。
液体中の微細な異物(微細片や気泡など)を捕捉する必要がある装置の1つに種々な液体を噴射する液体噴射装置があり、液体噴射装置の中で広く使用されているものに、インクジェット式記録装置がある。インクジェット式記録装置は、複数のノズル開口から液体であるインク滴を吐出するインク噴射ヘッドを備えている。このインク噴射ヘッドによりインク滴を媒体である記録紙等の表面に着弾させて画像や文字を印刷するようになっている。
インク噴射ヘッド内に設けられたインクの供給流路には、インク内に混入した異物、即ち、何らかの原因で供給流路内に残留している合成樹脂等の微細片や気泡を取り除くための平板状のフィルタが配置されている。このフィルタは、通常、綾たたみフィルタや不織布フィルタ等が採用されている(特許文献1等参照)。
しかし、綾たたみフィルタは、開口率が低く圧力損失(流路抵抗)が大きくなるため、フィルタの面積を大きくする必要があり、フィルタの寸法が大きくなってインク噴射ヘッドの小型化が難しくなっている。また、フィルタ内部の流路の形状が複雑に入り込んでいるため、圧力損失がフィルタ毎にばらつき、圧力損失を許容範囲内に収めることが困難となり、異物のトラップ能力が不安定になる。さらに、フィルタ端縁部がほつれるために、フィルタの組み付け工程等において部品の損傷が発生しやすく、取り扱い難いものとなっている。また、不織布フィルタは、繊維の細片がフィルタからインクと共に流下する虞があり、性能上及び信頼性の問題が生じるおそれがある。
そこで、極薄金属板、例えば、厚さ10〜20μmのステンレス板(SUS)に打ち抜きにより微細穴(例えば、径が15μmの穴)を多数形成したものをフィルタとして用いることが考えられる。このような微細穴が多数形成された極薄金属板をフィルタとすることで、圧力損失を減らしてインクの流量を十分に確保し、しかも安定した異物のトラップ機能を持たせることが可能になる。
特開平11−10904号公報
ところが、極薄の金属板材に微細な貫通孔をプレス加工で多数開設しようとすると、加工後の金属板材に反りが発生してしまうという問題がある。
このような金属板材に生じる反りの一般的な修正は、反りを発生させる応力を相殺するように応力を与えるローラー式レベラーを用いたり、残留応力を除去するためのアニール等の熱処理を施すことによって行われる。
しかし、一般的なローラー式レベラーでは、金属板材の厚みに制約があり、極薄の金属板材に微細な貫通孔を多数加工したものの反りの修正を行うことができないという問題がある。また、ローラー式レベラーでは、ローラーによって付与される矯正力が一方向であり、これに加えて交差する他方向の矯正力を付与しなければならず、少なくとも2段階の修正工程が必要となるという問題がある。
一方、アニールなどの熱処理については、加熱炉などの装置に多大な費用がかかるとともに、処理時間が長く生産性に欠けるという問題がある。
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、極薄板に貫通した微細穴を多数穿孔しても加工後の反りの発生を一工程で修正することができる金属板材、これを用いたフィルタ、および金属基板の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の金属板材は、貫通孔が複数開設された金属板材であって、その表面に、球体の押圧による加圧痕が形成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、貫通孔が複数開設された金属板材の表面に、球体を転動させて加圧塑性変形させた加圧痕を形成することにより矯正力が多方向に作用し、これにより貫通孔開設時の残留応力が均されて金属板材を平面に修正することができる。これにより、金属板材として許容できる加圧痕の高さ(深さ)とピッチを設定することで、貫通孔が複数開設された金属板材の反りの修正を一工程の矯正加工で確実に行うことができ、熱処理の場合のような大掛かりの設備を必要とすることもない。
また、金属板材に球体の転動による加圧痕を表裏面に対をなした凹凸筋として形成し、均一な多方向の矯正力を加えて反りを修正することができ、また、クラックの発生を防止することも可能となる。
また、本発明のフィルタは、液体流路内に配されて、該液体流路内の液体を濾過するフィルタであって、該フィルタは、貫通孔が複数開設された金属板材の表面に、加圧塑性変形による球体を転動させた加圧痕が形成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、貫通孔が複数開設された金属板材の表面に、加圧塑性変形による球体を転動させた加圧痕を形成してフィルタとすることにより、貫通孔を複数開設することで金属板材に反りが生じてもこれを球体を転動させながら矯正力を作用させて加圧痕を形成することで、平面に修正したフィルタとすることができる。これにより、圧力損失を減らして液体の流量を十分に確保でき、しかも安定した状態で液体流路内の液体を濾過することができ、信頼性や生産性を向上することができる。
なお、前記した球体を転動させた加圧痕は、金属板材の表裏面に対をなした凹凸筋として形成されることが望ましく、均一に矯正力を作用させることができる。
また、本発明の金属基板の製造方法は、貫通孔が複数開設された金属基板の製造方法であって、表面から突出した球体が転動可能に設けられた凸状押圧部を複数備えたレベラー本体と、前記金属板材を支持する弾性体との間に、前記金属板材をセットし、この状態で前記金属板材に向かって、前記レベラー本体を押圧するとともに、前記金属板材に対して相対移動させることで、前記金属板材の表面に、加圧痕を形成することを特徴とする。
上記構成によれば、表面から突出した球体が転動可能に設けられた凸状押圧部を複数備えたレベラー本体と、弾性体との間に、金属板材をセットして、凸状押圧部の球体を押圧することにより、金属基板の表面に加圧痕を形成することで、平面に矯正することができる。
また、本発明の金属基板の製造方法は、貫通孔が複数開設された金属基板の製造方法であって、表面から突出した樹脂材の球体が転動可能に設けられた凸状押圧部を複数備えたレベラー本体と、前記金属板材を支持する弾性体との間に、前記金属板材をセットし、この状態で前記金属板材に向かって、前記レベラー本体を押圧するとともに、前記金属板材に対して相対移動させることで、前記金属板材の表面に、加圧痕を複数形成してもよい。
上記構成によれば、樹脂材の球体が転動可能に設けられた凸状押圧部を複数備えたレベラー本体と、弾性体との間に、金属板材をセットして、樹脂材の球体を押圧して転動させることにより、金属板材の表面に、加圧痕を複数形成することができ、樹脂材の球体を備えた凸状押圧部で金属板材への応力集中を防止することができるとともに、均一な矯正力を多方向に付与することができ、クラックの発生を防止して平面に加工することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面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成されているが、本発明はこれらの態様に限られるものではない。また、以下においては、金属板材およびフィルタを、代表的な液体噴射装置であるインクジェット式記録装置(以下、プリンタと略記する)のフィルタに適用した場合を例示する。このフィルタは、インク噴射ヘッドの圧力発生室に供給されるインク中の異物を捕捉するものである。
ここで、図1は、インクジェット式記録装置の斜視図、図2は、インク噴射ヘッドの主要部の断面図、図3は、インク噴射ヘッドの全体の断面図である。
プリンタ1は、インクカートリッジ2が搭載されるキャリッジ3やキャリッジ3に取り付けられた記録ヘッド4等が一体化されたインク噴射ヘッド5を有している。キャリッジ3はタイミングベルト6を介してステッピングモータ7に接続され、ガイドバー8に案内されて記録紙9の紙幅方向(主走査方向)に往復移動するようになっている。キャリッジ3は上部に開放する箱型であり、記録紙9と対面する面(下面)に記録ヘッド4のノズル面が露呈するよう取り付けられると共に、インクカートリッジ2が収容されるようになっている。
記録ヘッド4には、インクカートリッジ2からインクが供給され、キャリッジ3を移動させながら記録紙9の上面にインク滴を吐出させて画像や文字をドットマトリックスにより印刷するようになっている。
インク噴射ヘッド5(図1参照)には、図2に示すように、制御基板15が設けられ、制御基板15を介して制御装置13(図1参照)からの動作信号を後述する圧電振動子16に入力する。制御基板15は流路ユニット17とは反対側のヘッドケース18上に配置されている。
本実施形態の記録ヘッド4には、先端部に流路ユニット17が配置され、流路ユニット17には、ノズル形成面19aにノズル開口20が列設されたノズルプレート19が設けられている。また、ノズル開口20に連通して圧力発生室21が設けられ、圧力発生室21には、インク貯留室22からインクが供給され、圧電振動子16によりインクが加圧されるようになっている。
即ち、流路ユニット17は、ノズル開口20が穿設されたノズル形成面19aを有するノズルプレート19と、圧力発生室21との共通の液体貯留室であるインク貯留室22並びにこれらを連通させるインク供給路23とに対応する空間が形成された圧力発生室形成板24と、圧力発生室21やインク貯留室22の開口を封止する封止板、即ち、振動板25とが積層されている。そして、ノズル形成面19aは平坦面とされている。なお、流路ユニット17は接着剤を用いてヘッドケース18の先端面18aに接合されている。
圧電振動子16は駆動信号の入力により充電状態で長手方向に収縮し、充電状態から放電する過程で長手方向に伸張する、所謂、縦振動モードの振動子である。圧電振動子16は、その先端が圧力発生室21の一部を形成する振動板25の島部25aに固着された状態で他端が固定板26に固定されている。尚、縦振動モードの圧電振動子16をたわみ振動モードの圧電振動子に変更することも可能である。
ヘッドケース18にはヘッド流路27が形成され、ヘッド流路27を介してインクカートリッジ2(図1参照)のインクがインク貯留室22に導入される。圧電振動子16には、フレキシブルケーブル28が接続され、制御基板15からの駆動信号が入力される。また、プリンタ1(図1参照)の全体を制御する制御装置13(図1参照)からの動作信号を制御基板15に送るフレキシブルケーブル29は、ターミナル30を介して制御基板15に接続されている。
記録ヘッド4では、圧電振動子16の収縮・伸張により圧力発生室21が膨張・収縮し、圧力発生室21の圧力変動によりインクの吸引とインク滴の吐出とが行われる。ノズルプレート19には、2列のノズル列が一対として複数対が形成されている。ノズル形成面19aには、その側縁を保護するヘッドカバー14が設けられている。
インクカートリッジ(図1参照)から送られてきたインクは、ヘッド流路27からインク貯留室22に流入し、その後、圧力発生室21において圧電振動子16の動作で加圧され、ノズル開口20から記録紙9(図1参照)に向かってインク滴の状態で吐出され印刷が進行する。
キャリッジ3(図1参照)に搭載されるヘッドホルダ41には、図3に示すように、記録ヘッド4が結合された状態でインク噴射ヘッド5が構成されている。ヘッドホルダ41の上部には、板状ベース部材41aが配置され、この板状ベース部材41aに、インクカートリッジ2(図1参照)に進入するインク供給針31が取り付けられている。インク供給針31の内部通路はフィルタ32を介して導入流路33に連通し、導入流路33は、板状ベース部材41aの下側に設けた導入管34を介してヘッド流路27に連通している。
このようなプリンタ1のフィルタ32が本発明の金属基板あるいはフィルタで構成されて用いられる。
フィルタ32は、図4に示すように、例えばステンレス製(SUS製)の平坦な極薄の金属板材(例えば、厚さ15μm)51に多数の貫通孔である微細穴52(例えば、直径あるいは対角線長が15μmの穴が1cm2に数万穴)が開設されて外形が円形状に切断して構成されたものであり、外径は、例えば8〜9mm程度とされている。貫通孔である微細穴52の大きさは、フィルタ32として機能させるため、ノズル開口20(図2参照)よりも小さく設定されている。なお、フィルタ32の穴形状としては、円形とする場合に限らず、正方形や六角形等の多角形にすることも可能であり、円形の場合には、直径をノズル開口20よりも小さく設定し、多角形の場合には、対角線の長さをプリンタ1のノズル開口20よりも小さく設定することで、フィルタとして機能させることができる。
また、金属基板である極薄の金属板材51には、図4に示すように、その表面に加圧塑性変形により球体を転動させた凹凸筋53が加圧痕として複数形成され、ここでは、各球体の転動による凹凸筋53が転動距離に応じた長さで千鳥状に配置されて形成してある。これにより、金属板材51に多数の貫通した微細穴52が開設(穿孔)されときの残留応力に基づく反りを千鳥状に配置された多数の球体を転動させた凹凸筋53により転動する球体で多方向の矯正力が付与されて修正され、平坦状態が維持されている。したがって、球体を転動させた凹凸筋53の凹凸高さ(深さ)を極小さくすることで、千鳥状に配置された多数の凹凸筋53が塑性変形して加圧痕として残った状態となっても平坦な金属板材51およびフィルタ32とすることができ、極薄のフィルタ32であっても反りが修正されて平坦状態が維持され、取り扱いが容易になって組み立て時の生産性を向上させることが可能になる。
なお、この金属板材51をフィルタ32とする場合には、例えば取り付け部分となる周囲に、凹凸筋53を形成しない平坦なフランジ部を設けることで、一層簡単に組み立てることができる。
前記した凹凸筋53は、薄い金属板材51に加圧塑性変形により形成するので、金属板材51の表面(狭義の表面と裏面)に対をなして形成される。
この金属板材51およびフィルタ32では、隣接する微細穴52のピッチが、例えば、45μm程度に設定され、球体を転動させて形成される凹凸筋53は、その球体の直径が1〜5mm、隣接する球体同士のピッチが、例えば、1〜10mm程度に設定され、これをある深さまで押圧した状態で転動させて形成されている。
このような複数の球体を転動させた凹凸筋53の高さやピッチ、配列を変更することで、金属板材51やフィルタ32に加える矯正力を調整して多方向に付与することができ、金属板材51やフィルタ32ヘの加工度などで異なって生じる反りの大きさに応じて、これらを設定・調整して反りを修正すれば良い。
また、この凹凸筋53は、球体を転動させることで、球体の転動方向の先端面で矯正に方向性をなくすことができ、金属板材51やフィルタ32に均一に矯正力を付与することができる。したがって、ローラレベラーのように交差する方向での矯正を行うことなく一工程で金属板材51に発生する反りを修正することができる。
次に、本発明の金属基板の製造方法をフィルタの加工に適用した場合について、図5〜図6に基づいて説明する。
まず、金属基板となる金属板材51に貫通した微細穴52を多数開設するため、プレス装置による打抜き加工が行われる。このため、プレス装置54は、図5(a)に示すように、凹凸が形成されていない平盤状の台座55を備え、その上面と対向してストリッパ56を介してパンチ57が設けられる。平盤状の台座(受け台)55の上面には、弾性マット58として例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート:高分子材料)などからなるマット状の軟質部材が設けられ、この弾性マット58上に金属板材51がセットされるようになっている。パンチ57の先端は、例えば円柱状とされ、その直径はフィルタ32の微細穴52の径に対応しており、パンチ57を押圧することで、弾性マット58にパンチ57の先端が挿入されるようになっている。これにより、図5(b)(c)に示すように、金属板材51の多数の打ち抜き片62を弾性マット58に押し込んでそのまま保持することができ、ダイレス加工で微細穴52を打ち抜くことができる。また、台座55上の弾性マット58の表面が凹凸の無い平坦であるため、パンチ57の押し込み量を均一にすることができ、多数の打ち抜き片62を確実に弾性マット58の内部に留めることができる。
なお、弾性マット58としては、PETに限らず、例えばPC(ポリカーボネート)、POM(ポリアセタール)、ABS(ABS樹脂)、PPS(ポリフェニンサルファイド)等の他の高分子材料等を用いることも可能であり、硬さは、金属板材の厚さや微細穴の大きさ、ピッチ等により種々選択することが可能である。
弾性マット58の厚さは、少なくとも金属板材51の厚さの2倍以上とされ、金属板材51の厚さが0.01〜0.5mmとされることから、0.02〜1.0mm程度とされる。
ここでは、弾性マット58を0.1mm〜0.2mm程度にすることにより、必要以上に厚さを厚くすることなく弾性マット58の内部に打ち抜き片62を確実に留めることができると共に、金属板材51に完全な貫通孔である微細穴52を形成することができ、貫通不良などによる微細穴52の周縁部のバリの発生をおさえることができる。これにより、台座55とパンチ57の先端との位置合わせが不要になり、微細穴52が形成された金属板材51やフィルタ32を容易に加工することができる。
実際の打ち抜き工程では、パンチ57の先端を金属板材51に押圧して微細穴52を打ち抜いた後、ストリッパ56を上昇させて打ち抜き片62が弾性マット58内に留まった状態で、弾性マット58と共に金属板材51を1ピッチ分移動させ、再びパンチ57の先端を金属板材51に打ち込むことを繰り返すことで多数の微細穴52を形成する。
このように弾性マット58と共に金属板材51を1ピッチ分移動させてパンチ57による打ち込みを繰り返すことで、かえりが発生してもストリッパ56の端面につぶされる等の横かえりが発生するおそれが全くなく、微細穴52が変形することがない。なお、実験によれば、弾性マット58としてPETを用いた場合、4μm〜5μm程度のかえりが発生したが、パンチ57に破損がほとんど生じないことが確認された。また、弾性マット58として、より硬い軟質部材を用いることでかえりを小さくすることができることも確認された。
こうして、貫通した微細穴52が多数形成された金属板材51は、穴加工にともなって反りが発生するため、反りを修正する加工が行われる。この金属板材51の反りの修正は、ボール式レベラーによって金属板材51の表面に球体を転動した凹凸筋53を加圧痕として複数塑性変形した状態で形成して行う。
この矯正加工には、図6に示すように、ボールが千鳥状に配置されたボールレベラー65が用いられ、レベラー本体66には、図6(a),(b)に示すように、表面から突出した球体が千鳥状に配置されて回転可能に保持された凸状押圧部67が設けられ、レベラー本体66と対向して金属板材51を支持する弾性体68が設けられ、例えばウレタンン製の弾性マットが用いられる。この凸状押圧部67の球体は、直径が1〜5mm、千鳥状の隣接する間隔、すなわちピッチが、例えば1〜10mmとしてある。
なお、凸状押圧部67の球体の直径や配列ピッチによって金属板材51やフィルタ32に加える矯正力を調整することができることから、金属板材51やフィルタ32ヘの加工度などにより異なって生じる反りの大きさに応じて設定・調整して反りを修正すれば良く、多数の球体を密集させるように配列したり、一列ないし、複数列の球体で構成することもできる。
このような凸状押圧部67と弾性マットによる弾性体68との間に金属板材51をセットし、凸状押圧部67で押圧するとともに、球体を転動するように凸状押圧部67と金属板材51とを相対移動することで、球体を転動させた圧跡による凹凸筋53が塑性加工され、金属板材51やフィルタ32に球体の転動方向先端面で均一な矯正力を多方向に付与することができ、金属板材51に発生する反りを一度の矯正加工で修正することができる。
この球体を転動するように凸状押圧部67と金属板材51とを相対移動する矯正加工では、例えば図6(c)に示すように、金属板材51を搬送しながらこの搬送方向と直交する金属板材51の幅方向に凸状押圧部67を往復移動させるようにすることで、図4(a)、(b)に示したように、球体が相対的に斜めに転動した状態の凹凸筋(ジグザグに連続した凹凸筋)53が形成され、これによって金属板材51を平坦に矯正することができる。
なお、凸状押圧部67の千鳥状に配列した球体を用いることで、凸状押圧部67の移動距離を小さくして金属板材51の全幅を矯正することが可能となる。また、凸状押圧部材67の移動方向に直角に少なくとも一列球体を配置して転動可能に支持して構成しても良く、この場合には、移動距離(転動距離)を長くすることで、金属板材51の全幅を矯正することができる。
このような金属板材51をフィルタ32とする場合には、例えば取り付け部分となる周囲を凹凸筋53を形成しない未加工の平坦なフランジ部とすることで、液体流路内に簡単に取り付けて、この液体流路内の液体を濾過するフィルタとすることができる。例えば、プリンタ1では、圧力発生室21とノズル開口20を有するインク噴射ヘッド5の圧力発生室21に供給されるインク中の異物を捕捉するインク噴射ヘッド用のフィルタ32として用いることができる。
なお、上記の金属基板の製造方法では、貫通した微細穴52が複数開設された金属板材51の反りを修正するため、ボールレベラー65のレベラー本体66の凸状押圧部67として金属製の球体を千鳥状に配置して用いるようにしたが、球体を樹脂材で構成することもでき、金属材に比べて軟質とすることより、矯正加工による応力集中を防止して反りの修正をすることができる。
ところで、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
また、本発明の金属板材(金属基板)は、液体流路内の液体を濾過するフィルタとして用いる場合に限らず、貫通孔が複数開設され、孔加工によって反りが発生する場合の反りの修正が成されて使用される金属板材に広く適用することができるとともに、その加工方法として広く適用できるものである。
インクジェット式記録装置の概略構成図である。 インク噴射ヘッドの主要部の断面図である。 インク噴射ヘッドの全体を表す断面図である。 (a)フィルタの平面図、(b)はフィルタの要部拡大平面図、(c)はフィルタの要部拡大横断面図である。 フィルタの孔加工の説明図である。 ボールレベラーの正面図、球体の平面配置図、使用方法の説明図である。
符号の説明
1…プリンタ、4…記録ヘッド、5…インク噴射ヘッド、16…圧電振動子、17…流路ユニット、19…ノズルプレート、20…ノズル開口、21…圧力発生室、23…インク供給路、25…振動板、31…インク供給針、32…フィルタ、51…金属板材、52…微細穴(貫通孔)、53…凹凸筋、54…プレス装置、55…台座、56…ストリッパ、57…パンチ、58…弾性マット、62…打ち抜き片、65…ボールレベラー、66…レベラー本体、67…凸状押圧部、68…弾性体(弾性マット)

Claims (7)

  1. 貫通孔が複数開設された金属板材であって、
    その表面に、球体の押圧による加圧痕が形成されていることを特徴とする金属板材。
  2. 前記加圧痕が凹凸筋であって、金属板材の表裏面に対をなして形成されていることを特徴とする請求項1に記載の金属板材。
  3. 液体流路内に配されて、該液体流路内の液体を濾過するフィルタであって、
    該フィルタは、貫通孔が複数開設された金属板材の表面に、球体を転動させて加圧塑性変形させた加圧痕が形成されていることを特徴とするフィルタ。
  4. 前記加圧痕が凹凸筋であって、金属板材の表裏面に対をなして形成されていることを特徴とする請求項3に記載のフィルタ。
  5. 貫通孔が複数開設された金属基板の製造方法であって、
    表面から突出した球体が転動可能に設けられた凸状押圧部を複数備えたレベラー本体と、前記金属板材を支持する弾性体との間に、前記金属板材をセットし、
    この状態で前記金属板材に向かって、前記レベラー本体を押圧するとともに、前記金属板材に対して相対移動させることで、前記金属板材の表面に、加圧痕を形成することを特徴とする金属基板の製造方法。
  6. 前記球体を樹脂材により構成したことを特徴とする請求項5に記載の金属基板の製造方法。
  7. 前記球体の転動による多方向の矯正力の付与により加圧痕を形成することを特徴とする請求項6に記載の金属基板の製造方法。
JP2008022441A 2008-02-01 2008-02-01 金属板材、フィルタ、及び金属基板の製造方法 Active JP5169261B2 (ja)

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