JP4547862B2 - 液体噴射ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法およびそれによってえられた液体噴射ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体をノズル開口から噴射させる液体噴射ヘッドは、種々な液体を対象にしたものが知られているが、そのなかでも代表的なものとして、インクジェット式記録装置に装着されるインク噴射部をあげることができる。そこで、従来の技術を上記インクジェット式記録装置に採用されるインク噴射ヘッドを例にとって説明する。
【０００３】
図８および図９は、それぞれインク噴射ヘッド全体と同ヘッドの一部の断面図である。
【０００４】
インク噴射ヘッド１は、インク貯留源であるインクカートリッジ等（図示していない）からのインクを貯留するインク貯留室２と、上記インク貯留室２からインクを導入して圧力発生手段３によりインクを加圧する圧力発生室４と、上記圧力発生室４で加圧されたインクを噴射するノズル開口５を備えている。
【０００５】
上記インク噴射ヘッド１は、ノズル開口５が形成されたノズルプレート６と、上記ノズルプレート６に接合されインク貯留室２が形成されたインク貯留室形成板７と、上記インク貯留室形成板７に接合されインクの供給口８が形成された供給口形成板９と、上記供給口８に連通する圧力発生室４が形成され上記供給口形成板９に一体化されている圧力発生室形成板１０と、上記圧力発生室形成板１０に接合され圧力発生室４を封止する振動板１１と、上記振動板１１に取付けられた圧力発生手段である撓み振動型の圧電素子３との各機能部材から構成されている。
【０００６】
なお、ここではディスタンスプレート１２が供給口形成板９と圧力発生室形成板１０との間に接合され、圧力発生室４に開口する流通穴１３が形成され、ノズル開口５と圧力発生室４を連通する流通穴１４が設けられている。また、各部材の接合は、接着によってなされている。
【０００７】
上記インク貯留室２におけるインクの圧力変動に順応させるために、大気に連通している空間とされたコンプライアンス部１５が形成されている。上記コンプライアンス部１５を形成するために、供給口形成板９が積層構造とされている。供給口形成板９は、板厚の厚いステンレス製の第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚が薄くされたステンレス製の第２板材１７とが接着剤層である接合層１８により、一体化されている。そして、第１板材１６にエッチング処理を施すことにより、コンプライアンス部１５が形成される。
【０００８】
図１０は、上記の各部の構造形態を平面的に透視して表した平面図であり、平面的に見た各部の位置関係が理解できる。
【０００９】
図９は、供給口８の部分を拡大して示した部分的な断面図である。供給口８は、断面形状が円形であり、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂから構成されている。実際には、後述の塑性加工工程から容易に理解されるように、供給口８はその全長が塑性変形をした第１板材１６を貫通しているのであるが、上記のような「第１板材１６側」や「第２板材１７側」なる表現は、テーパ穴８Ａやストレート穴８Ｂが、供給口形成板９の厚さ領域において、どの辺りに存在しているかを理解するために用いられている。
【００１０】
図１２（Ａ）にも示されているように、上記ストレート穴８Ｂは、塑性変形をした第１板材１６に開口しており、その開口部（開口円）は符号８Ｃで示されている。上記開口部８Ｃの周囲には、略同心の状態で略円形の接合層１９（以下、便宜上「円形接合層１９」という）が露出している。上記円形接合層１９は、後述の塑性加工工程後の開口工程によって表面（供給口形成板９の裏面）に露出するもので、第１板材１６と第２板材１７との境界部にあらわれている。
【００１１】
図１１は、上記供給口８の穴あけ工程を示している。なお、第１板材１６と第２板材１７の厚さ寸法は、それぞれ５０μｍ，１５μｍであり、上記のようにステンレスで作られている。
【００１２】
供給口８の穴あけ加工は、通常のパンチ２０とダイ２１によって行なわれる塑性加工工程と、上記塑性加工工程によって形成された膨出部を除去して供給口８を開口させる開口工程との２工程から成り立っている。上記パンチ２０は、断面が円形であり、先端側に配置されたストレート部２０Ｂと上記ストレート部２０Ｂに連続しているテーパ部２０Ａが設けられ、上記テーパ部の拡開角度θ１は２０度である。
【００１３】
図１１（Ａ）は、ダイ２１上に供給口形成板９が載置された状態を示している。ここで、パンチ２０のストレート部２０Ｂが供給口形成板９の表面に圧入され、さらにこの圧入が進行すると、テーパ部２０Ａの部分が第１板材１６に圧入される。そして、ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた箇所でパンチ２０の進出が停止される。ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた長さは、図１１（Ｂ）（Ｃ）に符号Ｌで示されている。
【００１４】
パンチ２０の進出により、ダイ２１の開口２１Ａ（その内径はφ１で示されている）内に、第１板材１６，接合層１８，第２板材１７が層状になって押し込まれた状態となり、膨出部２３が形成される。このような塑性加工が上記の「塑性加工工程」である。
【００１５】
つぎに、パンチ２０が後退し膨出部２３がダイ２１の開口２１Ａから取出されると、（Ｃ）に示すように、有底の供給口８と膨出部２３が形成される。ここで、第２板材１７の外表面２２に沿って膨出部２３を除去すなわち研磨加工をすると、（Ｄ）に示すように、供給口形成板９を貫通した供給口８が形成される。上記のように越えた長さＬが確保されているので、上記の研磨加工と同時に供給口８が開口する。この開口をさせる工程が上記の「開口工程」である。なお、上記の膨出部２３の除去は、このような微細な構造部分であるので、研磨工程を適用している。
【００１６】
上記の開口工程により、第１板材１６と第２板材１７の境界部に円形接合層１９が、図１２（Ａ）に示すように、露出する。なお、この露出形状はインク液によって膨潤していない状態である。
【００１７】
パンチ２０の圧入ストロークの進行長さと膨出部２３が次第に大きくなって行く変化状態は、パンチ２０のストレート部２０Ｂが第１板材１６に圧入されることにより、膨出部２３の初期の小さな膨出が進行する。さらに、パンチ２０が進出してテーパ部２０Ａが第１板材１６の素材中に圧入され始めると、それに伴う素材の流動量が増加して、膨出現象が促進され、最終的には図１１（Ｃ）のような形状となる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平８−１７４８２４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
図１１にしたがって説明したように、パンチ２０のテーパ部２０Ａのテーパ角度が第１板材１６の素材流動にとって最適化されていないので、ダイ２１の開口２１Ａ内に向って強制的に塑性流動をする素材の量が十分なものとはならない。したがって、図１１（Ｂ）（Ｃ）に見られるように、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８までの肉厚Ｓ１が十分な厚さにならないので、開口工程後の状態は図１２（Ａ）に示すように、開口部８Ｃの直径Ｄ１と円形接合層１９の直径Ｄ２の差が著しく小さな距離となる。
【００２０】
上記の円形接合層１９がインクに浸されて膨潤すると、同図（Ｂ）に示すように、円形接合層１９の接合材料、例えば合成樹脂製の接着剤がインク貯留室２内に突出してくる。このとき上記のように、Ｄ１とＤ２との差が小さいものであると、膨潤によって突出してきた膨潤片１９Ａが、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃの間際にまで到ったり、さらに著しく膨潤したときにはストレート穴８Ｂの仮想円筒の内側にまで侵入したりした状態になる。
【００２１】
上記のような膨潤片１９Ａが形成されると、開口部８Ｃの近傍でインク流に乱流が発生し、それにより開口部８Ｃの実質的な流路面積が小さくなるので、インク貯留室２から圧力発生室４に流入するインクが所定量を下回ることとなり、ノズル開口５からのインク滴吐出に異常を来すおそれがある。また、上記乱流による圧力損失で、同様にインク流量に不足を来すおそれがある。さらに、膨潤片１９Ａが存在すると、インク貯留室２内の気泡が膨潤片１９Ａにひっかかって、円滑に後流側へ排出されない可能性がある。
【００２２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、膨潤片による悪影響を最小化する液体噴射ヘッドの製造方法およびそれによって製造された液体噴射ヘッドの提供をその目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、上記両工程によって積層部材にあけられたストレート穴とテーパ穴は、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比は１以上であることを要旨とする。
【００２４】
すなわち、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、上記両工程によって積層部材にあけられたストレート穴とテーパ穴は、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比は１以上とされている。
【００２５】
このように、上記の所要の加工工程を実行するとともに、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材と第２板材の境界部において、第２板材の外表面に露出して略円形をなす接合層とストレート穴の開口部とが離れて形成され、その間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００２６】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が所要の値に維持される。上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００２７】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記開口工程が、上記膨出部を構成する前記第１板材、前記接合層及び前記第２板材を除去するものである場合は、上記膨出部をその先端部分から徐々に除去してゆくものであるから、上述のようにパンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚部分に、何等支障を及ぼすことがない。
【００２８】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記テーパ穴の長さが、上記ストレート穴の長さより長く設定されている場合には、ストレート穴よりも長くされた長いテーパ穴が成型される際に、より多くの塑性流動が果たされるので、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。
【００２９】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記テーパ穴の長さとストレート穴の長さの比が、１．５対５．５〜２．５対４．５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が十分に確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。
【００３０】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記比が、２対５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が最適の十分な量として確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が十分に大きく設定できる。
【００３１】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、開口工程で膨出部を除去することにより、第２板材の外表面に露出した接合層が略円形をなし、略円形がストレート穴の開口と離れて形成される。そして、上記ストレート穴の直径に対する前記接合層の略円形の直径の比が１．３以上である場合には、ストレート穴の開口部と略円形の接合層との間の距離が十分長く確保できるので、接合層の膨潤片がストレート穴に及ぼす悪影響が実質的に回避される。
【００３２】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記液体噴射ヘッドは、ノズル開口が形成されたノズルプレートと、上記ノズルプレートに接合され液体貯留室が形成された液体貯留室形成板と、上記液体貯留室形成板に接合され液体の供給口が形成された上記積層部材と、上記供給口に連通する圧力発生室が形成され上記積層部材に一体化されている圧力発生室形成板と、上記圧力発生室形成板に接合され圧力発生室を封止する振動板と、上記振動板に取付けられた撓み振動型の圧電素子とを含んで構成されている場合には、液体が上記のようにして正常にストレート穴やテーパ穴に流入するので、上記の各部材が正しく機能し、液体噴射ヘッドの動作が安定する。
【００３３】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比は０．２５以下であることを要旨とする。
【００３４】
すなわち、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比は０．２５以下とされている。
【００３５】
このように、上記の所要の加工工程を実行するとともに、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となる。したがって、パンチのテーパ部の圧入で第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第２板材の外表面に露出している略円形をなす接合層とストレート穴の開口部との間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００３６】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が所要の値に維持される。
【００３７】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドであって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴が設けられ、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比が１以上であることを要旨とする。
【００３８】
すなわち、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴が設けられ、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比が１以上とされている。
【００３９】
このため、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上の範囲内に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が大きくなり、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４０】
上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００４１】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記テーパ穴の長さが、上記ストレート穴の長さより長く設定されている場合には、ストレート穴よりも長くされた長いテーパ穴が成型される際に、より多くの塑性流動が果たされるので、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。
【００４２】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記テーパ穴の長さとストレート穴の長さの比が、１．５対５．５〜２．５対４．５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が十分に確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。
【００４３】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記比が、２対５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が最適の十分な量として確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が十分に大きく設定でき、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。
【００４４】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドであって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴とが設けられ、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比が０．２５以下であることを要旨とする。
【００４５】
すなわち、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴とが設けられ、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比が０．２５以下とされている。
【００４６】
このため、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となり、第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。したがって、ストレート穴の開口部と第２板材の外表面に露出して略円形をなす接合層との間隔が大きくなる。これにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４７】
本発明の液体噴射ヘッドによって、接合層は、前記第２板材の外表面に露出して略円形をなし、該略円形がストレート穴の開口と離れて形成することで、場合には、ストート穴と略円形の上記接合層との間隔が大きく設定され、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４８】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記ストレート穴の直径に対する前記接合層の略円形の直径の比は１．３以上である場合には、ストレート穴と略円形の上記接合層との間隔が大きく設定され、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４９】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記液体噴射ヘッドが、ノズル開口が形成されたノズルプレートと、上記ノズルプレートに接合され液体貯留室が形成された液体貯留室形成板と、上記液体貯留室形成板に接合され液体の供給口が形成された上記積層部材と、上記供給口に連通する圧力発生室が形成され上記積層部材に一体化されている圧力発生室形成板と、上記圧力発生室形成板に接合され圧力発生室を封止する振動板と、上記振動板に取付けられた撓み振動型の圧電素子とを含んで構成されている場合には、液体が上記のようにして正常にストレート穴やテーパ穴に流入するので、上記の各部材が正しく機能し、液体噴射ヘッドの動作が安定する。
【００５０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００５１】
図１および図２は、本発明の対象になる液体噴射ヘッドの一実施の形態を示し、また、図３〜図５は本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の実施の形態を示している。
【００５２】
本発明において対象とされている液体噴射ヘッドは、上述のように種々な液体を対象にして機能させることができ、図示の実施の形態においてはその代表的な事例として、インクジェット式記録装置に採用される記録ヘッドを実施の形態の対象にしている。
【００５３】
図１および図２に示されたインク噴射ヘッド１は、図８および図９で説明したものと同じであり、各部の構成部材には同一符号が付されている。すなわち、上記インク噴射ヘッド１は、ノズル開口５が形成されたノズルプレート６と、上記ノズルプレート６に接合されインク貯留室２が形成されたインク貯留室形成板７と、上記インク貯留室形成板７に接合されインクの供給口８が形成された供給口形成板９と、上記供給口８に連通する圧力発生室４が形成され上記供給口形成板９に一体化されている圧力発生室形成板１０と、上記圧力発生室形成板１０に接合され圧力発生室４を封止する振動板１１と、上記振動板１１に取付けられた圧力発生手段である撓み振動型の圧電素子３との各機能部材から構成されている。
【００５４】
なお、ここではディスタンスプレート１２が供給口形成板９と圧力発生室形成板１０との間に接合され、圧力発生室４に開口する流通穴１３が形成され、ノズル開口５と圧力発生室４を連通する流通穴１４が設けられている。また、各部材の接合は、接着によってなされている。
【００５５】
上記インク貯留室２におけるインクの圧力変動に順応させるために、大気に連通している空間とされたコンプライアンス部１５が形成されている。上記コンプライアンス部１５を形成するために、供給口形成板９が積層構造とされている。供給口形成板９は、板厚の厚いステンレス製の第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚が薄くされたステンレス製の第２板材１７とが接着剤層である接合層１８により、一体化されている。そして、第１板材１６にエッチング処理を施すことにより、コンプライアンス部１５が形成される。したがって、このように積層された構造の供給口形成板９が「積層部材」に相当している。
【００５６】
上記の各部の構造形態を、平面的に透視した各部の位置関係は、図１０に示したものと同じである。
【００５７】
図２は、供給口８の部分を拡大して示した部分的な断面図である。供給口８は、断面形状が円形であり、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂから構成されている。実際には、後述の塑性加工工程から容易に理解されるように、供給口８はその全長が塑性変形をした第１板材１６を貫通しているのであるが、上記のような「第１板材１６側」や「第２板材１７側」なる表現は、テーパ穴８Ａやストレート穴８Ｂが、供給口形成板９の厚さ領域において、どの辺りに存在しているかを理解するために用いられている。
【００５８】
図４（Ａ）にも示されているように、上記ストレート穴８Ｂは、塑性変形をした第１板材１６に開口しており、その開口部（開口円）は符号８Ｃで示されている。上記開口部８Ｃの周囲には、略同心の状態で略円形の接合層１９（以下、便宜上「円形接合層１９」という）が露出している。上記円形接合層１９は、後述の塑性加工工程後の開口工程によって表面（供給口形成板９の裏面）に露出するもので、第１板材１６と第２板材１７との境界部にあらわれている。
【００５９】
図３は、上記供給口８の穴あけ工程を示している。なお、第１板材１６と第２板材１７の厚さ寸法は、それぞれ５０μｍ，１５μｍであり、上記のようにステンレスで作られている。
【００６０】
供給口８の穴あけ加工は、通常のパンチ２０とダイ２１によって行なわれる塑性加工工程と、上記塑性加工工程によって形成された膨出部２３を除去して供給口８を開口させる開口工程との２工程から成り立っている。上記パンチ２０は、断面が円形であり、先端側に配置されたストレート部２０Ｂと上記ストレート部２０Ｂに連続しているテーパ部２０Ａが設けられ、上記テーパ部の拡開角度θ２は２５度である。
【００６１】
図３（Ａ）は、ダイ２１上に供給口形成板９が載置された状態を示している。ここで、パンチ２０のストレート部２０Ｂが供給口形成板９の表面すなわち第１板材１６側に圧入され、さらにこの圧入が進行すると、テーパ部２０Ａの部分が第１板材１６に圧入される。そして、ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた箇所でパンチ２０の進出が停止される。ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた長さは、図３（Ｂ）（Ｃ）に符号Ｌで示されている。図３におけるダイ２１の開口２１Ａの口径φ１は、図１１の場合と同じである。したがって、この実施の形態では、パンチ２０のテーパ部２０Ａのテーパ角度だけが２０度から２５度に増大されている場合である。
【００６２】
上記のパンチ２０の進出により、ダイ２１の開口２１Ａ（その内径はφ１で示されている）内に、第１板材１６，接合層１８，第２板材１７が層状になって押し込まれた状態となり、膨出部２３が第２板材１７側に形成される。このような塑性加工が上記の「塑性加工工程」である。
【００６３】
つぎに、パンチ２０が後退し膨出部２３がダイ２１の開口２１Ａから取出されると、（Ｃ）に示すように、有底の供給口８と膨出部２３が形成される。ここで、第２板材１７の外表面２２に沿って膨出部２３を除去すなわち研磨加工をすると、（Ｄ）に示すように、供給口形成板９を貫通した供給口８が形成される。上記のように越えた長さＬが確保されているので、上記の切断と同時に供給口８が開口する。この開口をさせる工程が上記の「開口工程」である。なお、上記の切断は、このような微細な構造部分であるので、研磨加工をするのが好適である。
【００６４】
上記の開口工程により、第１板材１６と第２板材１７の境界部に円形接合層１９が、図４（Ａ）に示すように、露出する。なお、この露出形状はインク液によって膨潤していない状態である。
【００６５】
パンチ２０の圧入ストロークの進行長さと膨出部２３が次第に大きくなって行く変化状態は、パンチ２０のストレート部２０Ｂが第１板材１６に圧入されることにより、膨出部２３の初期の小さな膨出が進行する。さらに、パンチ２０が進出してテーパ部２０Ａが第１板材１６の素材中に圧入され始めると、それに伴う素材の流動量が増加して、膨出現象が促進され、最終的には（Ｂ）（Ｃ）のような形状となる。
【００６６】
上述のようにテーパ部２０Ａの拡開角度θ２が２５度に設定されていることにより、第１板材１６の素材がより多くストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をすることになる。すなわち、図６に示すように、ストレート穴８Ｂとテーパ穴８Ａによって形成された空間部の容積を、ストレート穴８Ｂの断面積と供給口形成板９の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１と、上記テーパ穴８Ａの形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状空間Ｖ２とに分割して塑性流動の現象を考察すると、環状空間Ｖ２の占める割合が大きくなることにより、素材のストレート部２０Ｂ側への流動量が増量される。したがって、図３に示されたパンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなる。この点について、図１１に示した同様な肉厚Ｓ１と対比すると、あきらかにＳ２の方が増大していることが認められる。
【００６７】
供給口８の空間を上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１の比を１以上に設定することにより、適正な肉厚Ｓ２を設定できることが判明した。このような数値内において、環状容積Ｖ２に相当する第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をすることになる。この塑性流動の素材量はテーパ部２０Ａの拡開角度すなわちテーパ角度θ２を大きく設定することによって、適正化される。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなり、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が大きくなる。
【００６８】
このような形状の中間加工品に対して上記開口工程を実行することにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９とストレート穴８Ｂの開口部８Ｃとの間隔が拡大される。したがって、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００６９】
上記膨潤片１９Ａの形状は、図４（Ｂ）に示されている。同図に見られるように、膨潤片１９Ａと開口部８Ｃとの間隔ｄ１，ｄ２は図１２（Ｂ）に示した場合と比べて、大幅に開口部８Ｃから離隔している。したがって、上記のように、膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００７０】
テーパ穴８Ａ（テーパ部２０Ａ）の拡開角度θ２を設定する際に注目するべき事項は、１つには、上記の塑性流動量の増量である。さらに、２つ目として、テーパ穴８Ａにおけるインク流の挙動をあげることができる。図７（Ａ）に示す方向へのインク流は圧力発生室４側へ向う流れであり、このときテーパ穴８Ａでインク流が適正な拡散流を呈するのが良好であり、もし、テーパ角度が大きくなりすぎると、インク流がテーパ穴８Ａの内面から剥離して、インク流とテーパ穴８Ａの内面との間にボルテックス（剥離渦流）が発生する。このような現象が発生すると、圧力発生室４に向うインク流に圧力損失等が発生し、圧力発生室４への正常なインク供給に支障を来すおそれがある。
【００７１】
上記のような圧力損失等の現象をも考慮して、テーパ角度θ２は２５度〜６０度の範囲内に設定するのが適当である。なお、図７（Ｂ）は、圧力発生室４からインク貯留室２の方へインクが流れる模様を示している。このときには、ストレート穴８Ｂを出た箇所で渦流（ボルテックス）が発生しているが、テーパ穴８Ａでは正常な層流となっている。
【００７２】
上記のような第１板材１６の素材の流動量を増量する他の手段として、第２板材１７の厚さ１５μｍは不変のままにしておき、第１板材１６の厚さを５０μｍ以上、例えば５５μｍに設定することができる。このように、第１板材１６の厚さを大きくすることにより、第１板材１６の流動素材の量が増えるので、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなるのである。
【００７３】
上記開口工程は、上記膨出部２３に研磨加工を行ない、膨出部２３をその先端部分から徐々に研削してゆくことから、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の拡大された肉厚部分（Ｓ２）に、何等支障を及ぼすことがない。
【００７４】
上記ストレート穴８Ｂの直径Ｄ１に対する第１板材１６と第２板材１７との境界部に露出した略円形の円形接合層１９の直径Ｄ２の比を１．３以上とすることにより、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと略円形の円形接合層１９との間の距離が十分長くに確保できるので、円形接合層１９の膨潤片１９Ａがストレート穴８Ｂに及ぼす悪影響が実質的に回避される。
【００７５】
上記のような構成のインク噴射ヘッド１において、供給口形成板９すなわち積層部材に供給口８を形成することにより、円形接合層１９が膨潤しても、インクが上記のようにして正常にストレート穴８Ｂやテーパ穴８Ａに流入するので、上記のインク噴射ヘッド１を構成する各部材が正しく機能し、インク噴射ヘッドの動作が安定する。
【００７６】
以上に述べた液体噴射ヘッドの製造方法により形成されたテーパ穴８Ａの長さは、ストレート穴８Ｂの長さよりも長く設定され、テーパ穴８Ａとストレート穴８Ｂとの比は、好ましくは１．５対５．５〜２．５対４．５であり、さらに最適値としては２対５である。こうすることにより、ストレート穴よりも長くされた長いテーパ穴が成型される際に、より多くの塑性流動が果たされるので、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。上記の比が、１．５対５．５〜２．５対４．５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が十分に確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。さらに上記比が、２対５であれば、最良の結果がえられる。
【００７７】
つぎに、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の第２の実施の形態を、図６にしたがって説明する。
【００７８】
この実施の形態は、第２板材１７の厚さをできるだけ薄くして、第１板材１６の塑性流動の量をできるだけ多くし、しかも円滑に流動させる考え方である。そのために、第１板材１６の板厚寸法Ｔ１に対する第２板材１７の板厚寸法Ｔ２の比は０．２５以下に設定されている。図６の場合は、第１板材１６の厚さ寸法Ｔ１は５０μｍ、第２板材１７の厚さ寸法Ｔ２は１２μｍである。それ以外は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００７９】
したがって、パンチ２０のテーパ部２０Ａの圧入で第１板材１６が塑性流動をするときには、第２板材１７が容易に変形をするので、第１板材１６の塑性流動が促進されて、第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をすることになる。上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９とストレート穴８Ｂの開口部８Ｃとの間隔が拡大される。したがって、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００８０】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材１７の外表面に沿って上記膨出部２３を除去する研磨加工や切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の拡大された肉厚Ｓ２に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が所要の値に維持される。それ以外は、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００８１】
図５は、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の第３の実施の形態を示す。
【００８２】
この実施の形態は、ダイ２１の開口２１Ａの口径φ２を先の実施の形態の口径φ１よりも大きくした場合である。また、パンチ２０のテーパ部２０Ａのテーパ角θ２は、先の実施の形態と同様の２５度である。それ以外は、上記各実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００８３】
上記構成により、拡大されたダイ２１の開口２１Ａ内への塑性流動が容易に行なわれるようになるので、第１板材１６の塑性流動の素材量が増量されることとなる。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９とストレート穴８Ｂの開口部８Ｃとの間隔が拡大される。したがって、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。それ以外は、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００８４】
上述の製造方法によってえられたインク噴射ヘッドの実施の形態について説明する。
【００８５】
すなわち、上記インク噴射ヘッド１の一部を構成する板厚の厚い第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚の薄い第２板材１７とが接合層１８で一体化されている積層部材（９）に対して、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂが設けられ、上記ストレート穴８Ｂの断面積と積層部材（９）の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴８Ａの形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比が１以上とされている。
【００８６】
このため、ストレート穴８Ｂとテーパ穴８Ａによって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をした構造のものとなる。この塑性流動の素材量はテーパ部２０Ａの拡開角度θ２すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が大きくなり、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００８７】
上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴８Ａの形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材１６の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００８８】
上述の製造方法によってえられたインク噴射ヘッドの第２の実施の形態について説明する。
【００８９】
すなわち、上記インク噴射ヘッド１の一部を構成する板厚の厚い第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚の薄い第２板材１７とが接合層１８で一体化されている積層部材（９）に対して、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂとが設けられ、第１板材１６の板厚寸法Ｔ１に対する第２板材１７の板厚寸法Ｔ２の比が０．２５以下とされている。
【００９０】
このため、第１板材１６の板厚寸法Ｔ１に対する第２板材１７の板厚寸法Ｔ２の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材１７の厚さは第１板材１６のそれに対して著しく小さな値となり、第１板材１６が塑性流動をするときには、第２板材１７が容易に変形をするので、第１板材１６の塑性流動が促進されて、第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をした構造のものとなる。したがって、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が大きくなる。これにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９１】
上記インク噴射ヘッド１において、上記ストレート穴８Ｂの直径Ｄ１に対する上記円形接合層１９の直径Ｄ２の比が１．３以上である場合には、ストレート穴８Ｂと略円形の上記円形接合層１９との間隔が大きく設定され、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９２】
上述のような環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１，板厚寸法に関するＴ２／Ｔ１，ストレート穴８Ｂの直径に関するＤ２／Ｄ１等が上記のような数値内に設定されたインク噴射ヘッド１により、膨潤片１９Ａによる支障が回避された安定したインク滴吐出性能のインク噴射ヘッド１がえられる。
【００９３】
上述の実施の形態は、１つの供給口８を開口するような形になっているが、実際には図１０に示すように、供給口形成板９に一定間隔で配列された多数の供給口８を形成する。したがって、パンチ２０やダイ２１もそれに応じた複数穴を開口できる構造になっている。
【００９４】
上記の実施の形態では、圧力発生素子が撓み振動モードの形式であるが、他に、縦振動モードで液体を噴射したり、液体の加熱素子で液体を噴射したりする形式のものであってもよい。また、本発明における液体貯留手段は、キャリッジにインクカートリッジを搭載する形式のものに加えて、インクタンクをインクジェット式記録装置の本体側に装着し、キャリッジには圧力変動を吸収するサブタンクを搭載した形式のものであってもよい。
【００９５】
上述の実施の形態は、インクジェット式記録装置を対象にしたものであるが、本発明によってえられた液体噴射装置は、インクジェット式記録装置用のインクだけを対象にするのではなく、グルー，マニキュア，導電性液体（液体金属）等を噴射することができる。さらに、上記実施の形態では、液体の一つであるインクを用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明したが、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド，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，バイオチップ製造に用いられる生体有機噴射ヘッド等の液体を吐出する液体噴射ヘッド全般に適用することも可能である。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、塑性加工工程および開口工程の加工工程を実行するとともに、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層とストレート穴の開口部との間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９７】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が所要の値に維持される。上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００９８】
塑性加工工程および開口工程の加工工程を実行するとともに、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となる。したがって、パンチのテーパ部の圧入で第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層とストレート穴の開口部との間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９９】
本発明の液体噴射ヘッドによれば、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が大きくなり、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【０１００】
さらに、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となり、第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。したがって、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が大きくなる。これにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象になる液体噴射ヘッドの一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１のものの供給口の部分を拡大した断面図である。
【図３】本発明による製造方法の工程順序を示す断面図である。
【図４】供給口の開口状態を示す底面図と断面図である。
【図５】本発明による他の製造方法の工程順序を示す断面図である。
【図６】供給口の部分の空間状態等を示す断面図である。
【図７】供給口のインクの流れ状態を示す断面図である。
【図８】従来例を示す断面図である。
【図９】図８のものの供給口の部分を拡大した断面図である。
【図１０】インク噴射ヘッドの各部の位置関係を示す平面図である。
【図１１】従来技術による工程順序を示す断面図である。
【図１２】従来技術で形成された供給口の開口状態を示す底面図と断面図である。
【符号の説明】
１ インク噴射ヘッド
２ インク貯留室
３ 圧力発生手段，撓み振動型の圧電素子
４ 圧力発生室
５ ノズル開口
６ ノズルプレート
７ インク貯留室形成板
８ 供給口
８Ａ テーパ穴
８Ｂ ストレート穴
８Ｃ 開口部
９ 供給口形成板，積層部材
１０ 圧力発生室形成板
１１ 振動板
１２ ディスタンスプレート
１３ 流通穴
１４ 流通穴
１５ コンプライアンス部
１６ 第１板材
１７ 第２板材
１８ 接合層
１９ 略円形の接合層，円形接合層
１９Ａ 膨潤片
２０ パンチ
２０Ａ テーパ部
２０Ｂ ストレート部
２１ ダイ
２１Ａ 開口
２２ 外表面
２３ 膨出部
Ｖ１ 空間容積
Ｖ２ 環状容積
Ｔ１ 第１板材の板厚寸法
Ｔ２ 第２板材の板厚寸法
Ｌ 越えた長さ
θ１ 拡開角度
θ２ 拡開角度
ｄ１ 膨出片の変形量
ｄ２ 膨出片の変形量
Ｄ１ ストレート穴の直径
Ｄ２ 円形接合層の直径
Ｓ１ 肉厚
Ｓ２ 肉厚
φ１ ダイの開口径
φ２ ダイの開口径
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法およびそれによってえられた液体噴射ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体をノズル開口から噴射させる液体噴射ヘッドは、種々な液体を対象にしたものが知られているが、そのなかでも代表的なものとして、インクジェット式記録装置に装着されるインク噴射部をあげることができる。そこで、従来の技術を上記インクジェット式記録装置に採用されるインク噴射ヘッドを例にとって説明する。
【０００３】
図８および図９は、それぞれインク噴射ヘッド全体と同ヘッドの一部の断面図である。
【０００４】
インク噴射ヘッド１は、インク貯留源であるインクカートリッジ等（図示していない）からのインクを貯留するインク貯留室２と、上記インク貯留室２からインクを導入して圧力発生手段３によりインクを加圧する圧力発生室４と、上記圧力発生室４で加圧されたインクを噴射するノズル開口５を備えている。
【０００５】
上記インク噴射ヘッド１は、ノズル開口５が形成されたノズルプレート６と、上記ノズルプレート６に接合されインク貯留室２が形成されたインク貯留室形成板７と、上記インク貯留室形成板７に接合されインクの供給口８が形成された供給口形成板９と、上記供給口８に連通する圧力発生室４が形成され上記供給口形成板９に一体化されている圧力発生室形成板１０と、上記圧力発生室形成板１０に接合され圧力発生室４を封止する振動板１１と、上記振動板１１に取付けられた圧力発生手段である撓み振動型の圧電素子３との各機能部材から構成されている。
【０００６】
なお、ここではディスタンスプレート１２が供給口形成板９と圧力発生室形成板１０との間に接合され、圧力発生室４に開口する流通穴１３が形成され、ノズル開口５と圧力発生室４を連通する流通穴１４が設けられている。また、各部材の接合は、接着によってなされている。
【０００７】
上記インク貯留室２におけるインクの圧力変動に順応させるために、大気に連通している空間とされたコンプライアンス部１５が形成されている。上記コンプライアンス部１５を形成するために、供給口形成板９が積層構造とされている。供給口形成板９は、板厚の厚いステンレス製の第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚が薄くされたステンレス製の第２板材１７とが接着剤層である接合層１８により、一体化されている。そして、第１板材１６にエッチング処理を施すことにより、コンプライアンス部１５が形成される。
【０００８】
図１０は、上記の各部の構造形態を平面的に透視して表した平面図であり、平面的に見た各部の位置関係が理解できる。
【０００９】
図９は、供給口８の部分を拡大して示した部分的な断面図である。供給口８は、断面形状が円形であり、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂから構成されている。実際には、後述の塑性加工工程から容易に理解されるように、供給口８はその全長が塑性変形をした第１板材１６を貫通しているのであるが、上記のような「第１板材１６側」や「第２板材１７側」なる表現は、テーパ穴８Ａやストレート穴８Ｂが、供給口形成板９の厚さ領域において、どの辺りに存在しているかを理解するために用いられている。
【００１０】
図１２（Ａ）にも示されているように、上記ストレート穴８Ｂは、塑性変形をした第１板材１６に開口しており、その開口部（開口円）は符号８Ｃで示されている。上記開口部８Ｃの周囲には、略同心の状態で略円形の接合層１９（以下、便宜上「円形接合層１９」という）が露出している。上記円形接合層１９は、後述の塑性加工工程後の開口工程によって表面（供給口形成板９の裏面）に露出するもので、第１板材１６と第２板材１７との境界部にあらわれている。
【００１１】
図１１は、上記供給口８の穴あけ工程を示している。なお、第１板材１６と第２板材１７の厚さ寸法は、それぞれ５０μｍ，１５μｍであり、上記のようにステンレスで作られている。
【００１２】
供給口８の穴あけ加工は、通常のパンチ２０とダイ２１によって行なわれる塑性加工工程と、上記塑性加工工程によって形成された膨出部を除去して供給口８を開口させる開口工程との２工程から成り立っている。上記パンチ２０は、断面が円形であり、先端側に配置されたストレート部２０Ｂと上記ストレート部２０Ｂに連続しているテーパ部２０Ａが設けられ、上記テーパ部の拡開角度θ１は２０度である。
【００１３】
図１１（Ａ）は、ダイ２１上に供給口形成板９が載置された状態を示している。ここで、パンチ２０のストレート部２０Ｂが供給口形成板９の表面に圧入され、さらにこの圧入が進行すると、テーパ部２０Ａの部分が第１板材１６に圧入される。そして、ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた箇所でパンチ２０の進出が停止される。ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた長さは、図１１（Ｂ）（Ｃ）に符号Ｌで示されている。
【００１４】
パンチ２０の進出により、ダイ２１の開口２１Ａ（その内径はφ１で示されている）内に、第１板材１６，接合層１８，第２板材１７が層状になって押し込まれた状態となり、膨出部２３が形成される。このような塑性加工が上記の「塑性加工工程」である。
【００１５】
つぎに、パンチ２０が後退し膨出部２３がダイ２１の開口２１Ａから取出されると、（Ｃ）に示すように、有底の供給口８と膨出部２３が形成される。ここで、第２板材１７の外表面２２に沿って膨出部２３を除去すなわち研磨加工をすると、（Ｄ）に示すように、供給口形成板９を貫通した供給口８が形成される。上記のように越えた長さＬが確保されているので、上記の研磨加工と同時に供給口８が開口する。この開口をさせる工程が上記の「開口工程」である。なお、上記の膨出部２３の除去は、このような微細な構造部分であるので、研磨工程を適用している。
【００１６】
上記の開口工程により、第１板材１６と第２板材１７の境界部に円形接合層１９が、図１２（Ａ）に示すように、露出する。なお、この露出形状はインク液によって膨潤していない状態である。
【００１７】
パンチ２０の圧入ストロークの進行長さと膨出部２３が次第に大きくなって行く変化状態は、パンチ２０のストレート部２０Ｂが第１板材１６に圧入されることにより、膨出部２３の初期の小さな膨出が進行する。さらに、パンチ２０が進出してテーパ部２０Ａが第１板材１６の素材中に圧入され始めると、それに伴う素材の流動量が増加して、膨出現象が促進され、最終的には図１１（Ｃ）のような形状となる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平８−１７４８２４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
図１１にしたがって説明したように、パンチ２０のテーパ部２０Ａのテーパ角度が第１板材１６の素材流動にとって最適化されていないので、ダイ２１の開口２１Ａ内に向って強制的に塑性流動をする素材の量が十分なものとはならない。したがって、図１１（Ｂ）（Ｃ）に見られるように、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８までの肉厚Ｓ１が十分な厚さにならないので、開口工程後の状態は図１２（Ａ）に示すように、開口部８Ｃの直径Ｄ１と円形接合層１９の直径Ｄ２の差が著しく小さな距離となる。
【００２０】
上記の円形接合層１９がインクに浸されて膨潤すると、同図（Ｂ）に示すように、円形接合層１９の接合材料、例えば合成樹脂製の接着剤がインク貯留室２内に突出してくる。このとき上記のように、Ｄ１とＤ２との差が小さいものであると、膨潤によって突出してきた膨潤片１９Ａが、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃの間際にまで到ったり、さらに著しく膨潤したときにはストレート穴８Ｂの仮想円筒の内側にまで侵入したりした状態になる。
【００２１】
上記のような膨潤片１９Ａが形成されると、開口部８Ｃの近傍でインク流に乱流が発生し、それにより開口部８Ｃの実質的な流路面積が小さくなるので、インク貯留室２から圧力発生室４に流入するインクが所定量を下回ることとなり、ノズル開口５からのインク滴吐出に異常を来すおそれがある。また、上記乱流による圧力損失で、同様にインク流量に不足を来すおそれがある。さらに、膨潤片１９Ａが存在すると、インク貯留室２内の気泡が膨潤片１９Ａにひっかかって、円滑に後流側へ排出されない可能性がある。
【００２２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、膨潤片による悪影響を最小化する液体噴射ヘッドの製造方法およびそれによって製造された液体噴射ヘッドの提供をその目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、上記両工程によって積層部材にあけられたストレート穴とテーパ穴は、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比は１以上であることを要旨とする。
【００２４】
すなわち、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、上記両工程によって積層部材にあけられたストレート穴とテーパ穴は、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比は１以上とされている。
【００２５】
このように、上記の所要の加工工程を実行するとともに、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材と第２板材の境界部において、第２板材の外表面に露出して略円形をなす接合層とストレート穴の開口部とが離れて形成され、その間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００２６】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が所要の値に維持される。上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００２７】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記開口工程が、上記膨出部を構成する前記第１板材、前記接合層及び前記第２板材を除去するものである場合は、上記膨出部をその先端部分から徐々に除去してゆくものであるから、上述のようにパンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚部分に、何等支障を及ぼすことがない。
【００２８】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記テーパ穴の長さが、上記ストレート穴の長さより長く設定されている場合には、ストレート穴よりも長くされた長いテーパ穴が成型される際に、より多くの塑性流動が果たされるので、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。
【００２９】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記テーパ穴の長さとストレート穴の長さの比が、１．５対５．５〜２．５対４．５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が十分に確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。
【００３０】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記比が、２対５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が最適の十分な量として確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が十分に大きく設定できる。
【００３１】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、開口工程で膨出部を除去することにより、第２板材の外表面に露出した接合層が略円形をなし、略円形がストレート穴の開口と離れて形成される。そして、上記ストレート穴の直径に対する前記接合層の略円形の直径の比が１．３以上である場合には、ストレート穴の開口部と略円形の接合層との間の距離が十分長く確保できるので、接合層の膨潤片がストレート穴に及ぼす悪影響が実質的に回避される。
【００３２】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記液体噴射ヘッドは、ノズル開口が形成されたノズルプレートと、上記ノズルプレートに接合され液体貯留室が形成された液体貯留室形成板と、上記液体貯留室形成板に接合され液体の供給口が形成された上記積層部材と、上記供給口に連通する圧力発生室が形成され上記積層部材に一体化されている圧力発生室形成板と、上記圧力発生室形成板に接合され圧力発生室を封止する振動板と、上記振動板に取付けられた撓み振動型の圧電素子とを含んで構成されている場合には、液体が上記のようにして正常にストレート穴やテーパ穴に流入するので、上記の各部材が正しく機能し、液体噴射ヘッドの動作が安定する。
【００３３】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比は０．２５以下であることを要旨とする。
【００３４】
すなわち、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、先端側に配置されたストレート部と上記ストレート部に連続しているテーパ部が設けられた断面円形のパンチを、上記積層部材の上記第１板材側から上記テーパ部を上記第１板材に圧入させ上記ストレート部の先端部を上記第２板材の外表面を越える位置まで進出させて、積層部材の上記第２板材側に膨出部を形成する塑性加工工程と、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する開口工程とからなり、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比は０．２５以下とされている。
【００３５】
このように、上記の所要の加工工程を実行するとともに、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となる。したがって、パンチのテーパ部の圧入で第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第２板材の外表面に露出している略円形をなす接合層とストレート穴の開口部との間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００３６】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が所要の値に維持される。
【００３７】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドであって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴が設けられ、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比が１以上であることを要旨とする。
【００３８】
すなわち、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴が設けられ、上記ストレート穴の断面積と積層部材の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比が１以上とされている。
【００３９】
このため、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上の範囲内に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が大きくなり、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４０】
上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００４１】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記テーパ穴の長さが、上記ストレート穴の長さより長く設定されている場合には、ストレート穴よりも長くされた長いテーパ穴が成型される際に、より多くの塑性流動が果たされるので、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。
【００４２】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記テーパ穴の長さとストレート穴の長さの比が、１．５対５．５〜２．５対４．５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が十分に確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。
【００４３】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記比が、２対５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が最適の十分な量として確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が十分に大きく設定でき、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。
【００４４】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室と、上記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室と、上記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドであって、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴とが設けられ、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比が０．２５以下であることを要旨とする。
【００４５】
すなわち、上記液体噴射ヘッドの一部を構成する板厚の厚い第１板材と上記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接合層で一体化されている積層部材に対して、第１板材側に形成されたテーパ穴と第２板材側に形成されたストレート穴とが設けられ、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比が０．２５以下とされている。
【００４６】
このため、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となり、第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。したがって、ストレート穴の開口部と第２板材の外表面に露出して略円形をなす接合層との間隔が大きくなる。これにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４７】
本発明の液体噴射ヘッドによって、接合層は、前記第２板材の外表面に露出して略円形をなし、該略円形がストレート穴の開口と離れて形成することで、場合には、ストート穴と略円形の上記接合層との間隔が大きく設定され、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４８】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記ストレート穴の直径に対する前記接合層の略円形の直径の比は１．３以上である場合には、ストレート穴と略円形の上記接合層との間隔が大きく設定され、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００４９】
本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記液体噴射ヘッドが、ノズル開口が形成されたノズルプレートと、上記ノズルプレートに接合され液体貯留室が形成された液体貯留室形成板と、上記液体貯留室形成板に接合され液体の供給口が形成された上記積層部材と、上記供給口に連通する圧力発生室が形成され上記積層部材に一体化されている圧力発生室形成板と、上記圧力発生室形成板に接合され圧力発生室を封止する振動板と、上記振動板に取付けられた撓み振動型の圧電素子とを含んで構成されている場合には、液体が上記のようにして正常にストレート穴やテーパ穴に流入するので、上記の各部材が正しく機能し、液体噴射ヘッドの動作が安定する。
【００５０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００５１】
図１および図２は、本発明の対象になる液体噴射ヘッドの一実施の形態を示し、また、図３〜図５は本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の実施の形態を示している。
【００５２】
本発明において対象とされている液体噴射ヘッドは、上述のように種々な液体を対象にして機能させることができ、図示の実施の形態においてはその代表的な事例として、インクジェット式記録装置に採用される記録ヘッドを実施の形態の対象にしている。
【００５３】
図１および図２に示されたインク噴射ヘッド１は、図８および図９で説明したものと同じであり、各部の構成部材には同一符号が付されている。すなわち、上記インク噴射ヘッド１は、ノズル開口５が形成されたノズルプレート６と、上記ノズルプレート６に接合されインク貯留室２が形成されたインク貯留室形成板７と、上記インク貯留室形成板７に接合されインクの供給口８が形成された供給口形成板９と、上記供給口８に連通する圧力発生室４が形成され上記供給口形成板９に一体化されている圧力発生室形成板１０と、上記圧力発生室形成板１０に接合され圧力発生室４を封止する振動板１１と、上記振動板１１に取付けられた圧力発生手段である撓み振動型の圧電素子３との各機能部材から構成されている。
【００５４】
なお、ここではディスタンスプレート１２が供給口形成板９と圧力発生室形成板１０との間に接合され、圧力発生室４に開口する流通穴１３が形成され、ノズル開口５と圧力発生室４を連通する流通穴１４が設けられている。また、各部材の接合は、接着によってなされている。
【００５５】
上記インク貯留室２におけるインクの圧力変動に順応させるために、大気に連通している空間とされたコンプライアンス部１５が形成されている。上記コンプライアンス部１５を形成するために、供給口形成板９が積層構造とされている。供給口形成板９は、板厚の厚いステンレス製の第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚が薄くされたステンレス製の第２板材１７とが接着剤層である接合層１８により、一体化されている。そして、第１板材１６にエッチング処理を施すことにより、コンプライアンス部１５が形成される。したがって、このように積層された構造の供給口形成板９が「積層部材」に相当している。
【００５６】
上記の各部の構造形態を、平面的に透視した各部の位置関係は、図１０に示したものと同じである。
【００５７】
図２は、供給口８の部分を拡大して示した部分的な断面図である。供給口８は、断面形状が円形であり、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂから構成されている。実際には、後述の塑性加工工程から容易に理解されるように、供給口８はその全長が塑性変形をした第１板材１６を貫通しているのであるが、上記のような「第１板材１６側」や「第２板材１７側」なる表現は、テーパ穴８Ａやストレート穴８Ｂが、供給口形成板９の厚さ領域において、どの辺りに存在しているかを理解するために用いられている。
【００５８】
図４（Ａ）にも示されているように、上記ストレート穴８Ｂは、塑性変形をした第１板材１６に開口しており、その開口部（開口円）は符号８Ｃで示されている。上記開口部８Ｃの周囲には、略同心の状態で略円形の接合層１９（以下、便宜上「円形接合層１９」という）が露出している。上記円形接合層１９は、後述の塑性加工工程後の開口工程によって表面（供給口形成板９の裏面）に露出するもので、第１板材１６と第２板材１７との境界部にあらわれている。
【００５９】
図３は、上記供給口８の穴あけ工程を示している。なお、第１板材１６と第２板材１７の厚さ寸法は、それぞれ５０μｍ，１５μｍであり、上記のようにステンレスで作られている。
【００６０】
供給口８の穴あけ加工は、通常のパンチ２０とダイ２１によって行なわれる塑性加工工程と、上記塑性加工工程によって形成された膨出部２３を除去して供給口８を開口させる開口工程との２工程から成り立っている。上記パンチ２０は、断面が円形であり、先端側に配置されたストレート部２０Ｂと上記ストレート部２０Ｂに連続しているテーパ部２０Ａが設けられ、上記テーパ部の拡開角度θ２は２５度である。
【００６１】
図３（Ａ）は、ダイ２１上に供給口形成板９が載置された状態を示している。ここで、パンチ２０のストレート部２０Ｂが供給口形成板９の表面すなわち第１板材１６側に圧入され、さらにこの圧入が進行すると、テーパ部２０Ａの部分が第１板材１６に圧入される。そして、ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた箇所でパンチ２０の進出が停止される。ストレート部２０Ｂの先端部が第２板材１７の外表面２２を越えた長さは、図３（Ｂ）（Ｃ）に符号Ｌで示されている。図３におけるダイ２１の開口２１Ａの口径φ１は、図１１の場合と同じである。したがって、この実施の形態では、パンチ２０のテーパ部２０Ａのテーパ角度だけが２０度から２５度に増大されている場合である。
【００６２】
上記のパンチ２０の進出により、ダイ２１の開口２１Ａ（その内径はφ１で示されている）内に、第１板材１６，接合層１８，第２板材１７が層状になって押し込まれた状態となり、膨出部２３が第２板材１７側に形成される。このような塑性加工が上記の「塑性加工工程」である。
【００６３】
つぎに、パンチ２０が後退し膨出部２３がダイ２１の開口２１Ａから取出されると、（Ｃ）に示すように、有底の供給口８と膨出部２３が形成される。ここで、第２板材１７の外表面２２に沿って膨出部２３を除去すなわち研磨加工をすると、（Ｄ）に示すように、供給口形成板９を貫通した供給口８が形成される。上記のように越えた長さＬが確保されているので、上記の切断と同時に供給口８が開口する。この開口をさせる工程が上記の「開口工程」である。なお、上記の切断は、このような微細な構造部分であるので、研磨加工をするのが好適である。
【００６４】
上記の開口工程により、第１板材１６と第２板材１７の境界部に円形接合層１９が、図４（Ａ）に示すように、露出する。なお、この露出形状はインク液によって膨潤していない状態である。
【００６５】
パンチ２０の圧入ストロークの進行長さと膨出部２３が次第に大きくなって行く変化状態は、パンチ２０のストレート部２０Ｂが第１板材１６に圧入されることにより、膨出部２３の初期の小さな膨出が進行する。さらに、パンチ２０が進出してテーパ部２０Ａが第１板材１６の素材中に圧入され始めると、それに伴う素材の流動量が増加して、膨出現象が促進され、最終的には（Ｂ）（Ｃ）のような形状となる。
【００６６】
上述のようにテーパ部２０Ａの拡開角度θ２が２５度に設定されていることにより、第１板材１６の素材がより多くストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をすることになる。すなわち、図６に示すように、ストレート穴８Ｂとテーパ穴８Ａによって形成された空間部の容積を、ストレート穴８Ｂの断面積と供給口形成板９の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１と、上記テーパ穴８Ａの形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状空間Ｖ２とに分割して塑性流動の現象を考察すると、環状空間Ｖ２の占める割合が大きくなることにより、素材のストレート部２０Ｂ側への流動量が増量される。したがって、図３に示されたパンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなる。この点について、図１１に示した同様な肉厚Ｓ１と対比すると、あきらかにＳ２の方が増大していることが認められる。
【００６７】
供給口８の空間を上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１の比を１以上に設定することにより、適正な肉厚Ｓ２を設定できることが判明した。このような数値内において、環状容積Ｖ２に相当する第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をすることになる。この塑性流動の素材量はテーパ部２０Ａの拡開角度すなわちテーパ角度θ２を大きく設定することによって、適正化される。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなり、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が大きくなる。
【００６８】
このような形状の中間加工品に対して上記開口工程を実行することにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９とストレート穴８Ｂの開口部８Ｃとの間隔が拡大される。したがって、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００６９】
上記膨潤片１９Ａの形状は、図４（Ｂ）に示されている。同図に見られるように、膨潤片１９Ａと開口部８Ｃとの間隔ｄ１，ｄ２は図１２（Ｂ）に示した場合と比べて、大幅に開口部８Ｃから離隔している。したがって、上記のように、膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００７０】
テーパ穴８Ａ（テーパ部２０Ａ）の拡開角度θ２を設定する際に注目するべき事項は、１つには、上記の塑性流動量の増量である。さらに、２つ目として、テーパ穴８Ａにおけるインク流の挙動をあげることができる。図７（Ａ）に示す方向へのインク流は圧力発生室４側へ向う流れであり、このときテーパ穴８Ａでインク流が適正な拡散流を呈するのが良好であり、もし、テーパ角度が大きくなりすぎると、インク流がテーパ穴８Ａの内面から剥離して、インク流とテーパ穴８Ａの内面との間にボルテックス（剥離渦流）が発生する。このような現象が発生すると、圧力発生室４に向うインク流に圧力損失等が発生し、圧力発生室４への正常なインク供給に支障を来すおそれがある。
【００７１】
上記のような圧力損失等の現象をも考慮して、テーパ角度θ２は２５度〜６０度の範囲内に設定するのが適当である。なお、図７（Ｂ）は、圧力発生室４からインク貯留室２の方へインクが流れる模様を示している。このときには、ストレート穴８Ｂを出た箇所で渦流（ボルテックス）が発生しているが、テーパ穴８Ａでは正常な層流となっている。
【００７２】
上記のような第１板材１６の素材の流動量を増量する他の手段として、第２板材１７の厚さ１５μｍは不変のままにしておき、第１板材１６の厚さを５０μｍ以上、例えば５５μｍに設定することができる。このように、第１板材１６の厚さを大きくすることにより、第１板材１６の流動素材の量が増えるので、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなるのである。
【００７３】
上記開口工程は、上記膨出部２３に研磨加工を行ない、膨出部２３をその先端部分から徐々に研削してゆくことから、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の拡大された肉厚部分（Ｓ２）に、何等支障を及ぼすことがない。
【００７４】
上記ストレート穴８Ｂの直径Ｄ１に対する第１板材１６と第２板材１７との境界部に露出した略円形の円形接合層１９の直径Ｄ２の比を１．３以上とすることにより、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと略円形の円形接合層１９との間の距離が十分長くに確保できるので、円形接合層１９の膨潤片１９Ａがストレート穴８Ｂに及ぼす悪影響が実質的に回避される。
【００７５】
上記のような構成のインク噴射ヘッド１において、供給口形成板９すなわち積層部材に供給口８を形成することにより、円形接合層１９が膨潤しても、インクが上記のようにして正常にストレート穴８Ｂやテーパ穴８Ａに流入するので、上記のインク噴射ヘッド１を構成する各部材が正しく機能し、インク噴射ヘッドの動作が安定する。
【００７６】
以上に述べた液体噴射ヘッドの製造方法により形成されたテーパ穴８Ａの長さは、ストレート穴８Ｂの長さよりも長く設定され、テーパ穴８Ａとストレート穴８Ｂとの比は、好ましくは１．５対５．５〜２．５対４．５であり、さらに最適値としては２対５である。こうすることにより、ストレート穴よりも長くされた長いテーパ穴が成型される際に、より多くの塑性流動が果たされるので、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。上記の比が、１．５対５．５〜２．５対４．５である場合には、上記塑性流動で移動する素材量が十分に確保され、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなり、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が十分に確保できる。さらに上記比が、２対５であれば、最良の結果がえられる。
【００７７】
つぎに、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の第２の実施の形態を、図６にしたがって説明する。
【００７８】
この実施の形態は、第２板材１７の厚さをできるだけ薄くして、第１板材１６の塑性流動の量をできるだけ多くし、しかも円滑に流動させる考え方である。そのために、第１板材１６の板厚寸法Ｔ１に対する第２板材１７の板厚寸法Ｔ２の比は０．２５以下に設定されている。図６の場合は、第１板材１６の厚さ寸法Ｔ１は５０μｍ、第２板材１７の厚さ寸法Ｔ２は１２μｍである。それ以外は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００７９】
したがって、パンチ２０のテーパ部２０Ａの圧入で第１板材１６が塑性流動をするときには、第２板材１７が容易に変形をするので、第１板材１６の塑性流動が促進されて、第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をすることになる。上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９とストレート穴８Ｂの開口部８Ｃとの間隔が拡大される。したがって、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００８０】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材１７の外表面に沿って上記膨出部２３を除去する研磨加工や切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の拡大された肉厚Ｓ２に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が所要の値に維持される。それ以外は、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００８１】
図５は、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の第３の実施の形態を示す。
【００８２】
この実施の形態は、ダイ２１の開口２１Ａの口径φ２を先の実施の形態の口径φ１よりも大きくした場合である。また、パンチ２０のテーパ部２０Ａのテーパ角θ２は、先の実施の形態と同様の２５度である。それ以外は、上記各実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００８３】
上記構成により、拡大されたダイ２１の開口２１Ａ内への塑性流動が容易に行なわれるようになるので、第１板材１６の塑性流動の素材量が増量されることとなる。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチ２０のストレート部２０Ｂの外周面と接合層１８との間の肉厚Ｓ２が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９とストレート穴８Ｂの開口部８Ｃとの間隔が拡大される。したがって、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。それ以外は、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００８４】
上述の製造方法によってえられたインク噴射ヘッドの実施の形態について説明する。
【００８５】
すなわち、上記インク噴射ヘッド１の一部を構成する板厚の厚い第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚の薄い第２板材１７とが接合層１８で一体化されている積層部材（９）に対して、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂが設けられ、上記ストレート穴８Ｂの断面積と積層部材（９）の厚さ寸法によって求められる空間容積Ｖ１に対する上記テーパ穴８Ａの形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される断面３角形の部分の環状容積Ｖ２の比が１以上とされている。
【００８６】
このため、ストレート穴８Ｂとテーパ穴８Ａによって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をした構造のものとなる。この塑性流動の素材量はテーパ部２０Ａの拡開角度θ２すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が大きくなり、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００８７】
上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴８Ａの形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材１６の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００８８】
上述の製造方法によってえられたインク噴射ヘッドの第２の実施の形態について説明する。
【００８９】
すなわち、上記インク噴射ヘッド１の一部を構成する板厚の厚い第１板材１６と上記第１板材１６よりも板厚の薄い第２板材１７とが接合層１８で一体化されている積層部材（９）に対して、第１板材１６側に形成されたテーパ穴８Ａと第２板材１７側に形成されたストレート穴８Ｂとが設けられ、第１板材１６の板厚寸法Ｔ１に対する第２板材１７の板厚寸法Ｔ２の比が０．２５以下とされている。
【００９０】
このため、第１板材１６の板厚寸法Ｔ１に対する第２板材１７の板厚寸法Ｔ２の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材１７の厚さは第１板材１６のそれに対して著しく小さな値となり、第１板材１６が塑性流動をするときには、第２板材１７が容易に変形をするので、第１板材１６の塑性流動が促進されて、第１板材１６の素材がより多くパンチ２０のストレート部２０Ｂの方へ塑性流動をした構造のものとなる。したがって、ストレート穴８Ｂの開口部８Ｃと円形接合層１９との間隔が大きくなる。これにより、第１板材１６と第２板材１７の境界部に露出している円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９１】
上記インク噴射ヘッド１において、上記ストレート穴８Ｂの直径Ｄ１に対する上記円形接合層１９の直径Ｄ２の比が１．３以上である場合には、ストレート穴８Ｂと略円形の上記円形接合層１９との間隔が大きく設定され、円形接合層１９がインク中で膨潤しても、その膨潤片１９Ａによる弊害が実質的にストレート穴８Ｂには及ばない状態になり、圧力発生室４へのインク流入量やインクの円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９２】
上述のような環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１，板厚寸法に関するＴ２／Ｔ１，ストレート穴８Ｂの直径に関するＤ２／Ｄ１等が上記のような数値内に設定されたインク噴射ヘッド１により、膨潤片１９Ａによる支障が回避された安定したインク滴吐出性能のインク噴射ヘッド１がえられる。
【００９３】
上述の実施の形態は、１つの供給口８を開口するような形になっているが、実際には図１０に示すように、供給口形成板９に一定間隔で配列された多数の供給口８を形成する。したがって、パンチ２０やダイ２１もそれに応じた複数穴を開口できる構造になっている。
【００９４】
上記の実施の形態では、圧力発生素子が撓み振動モードの形式であるが、他に、縦振動モードで液体を噴射したり、液体の加熱素子で液体を噴射したりする形式のものであってもよい。また、本発明における液体貯留手段は、キャリッジにインクカートリッジを搭載する形式のものに加えて、インクタンクをインクジェット式記録装置の本体側に装着し、キャリッジには圧力変動を吸収するサブタンクを搭載した形式のものであってもよい。
【００９５】
上述の実施の形態は、インクジェット式記録装置を対象にしたものであるが、本発明によってえられた液体噴射装置は、インクジェット式記録装置用のインクだけを対象にするのではなく、グルー，マニキュア，導電性液体（液体金属）等を噴射することができる。さらに、上記実施の形態では、液体の一つであるインクを用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明したが、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド，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，バイオチップ製造に用いられる生体有機噴射ヘッド等の液体を吐出する液体噴射ヘッド全般に適用することも可能である。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、塑性加工工程および開口工程の加工工程を実行するとともに、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層とストレート穴の開口部との間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９７】
また、上記塑性加工工程の後、上記第２板材の外表面に沿って上記膨出部を除去する切断等の開口工程が実行されるものであるから、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の拡大された肉厚に異常な変形等が及ぶことなく、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が所要の値に維持される。上記環状容積Ｖ２が、上記テーパ穴の形成によって上記空間容積Ｖ１に加算される容積として位置付けられているので、このＶ２として把握される容積部分は第１板材の塑性流動量を適正化するものとして最適である。
【００９８】
塑性加工工程および開口工程の加工工程を実行するとともに、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となる。したがって、パンチのテーパ部の圧入で第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をすることになる。したがって、上記塑性加工工程が完了した状態では、パンチのストレート部の外周面と接合層との間の肉厚が大きくなる。このような形状の中間加工品に開口工程を実行することにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層とストレート穴の開口部との間隔が拡大される。したがって、接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【００９９】
本発明の液体噴射ヘッドによれば、ストレート穴とテーパ穴によって形成された空間部の容積を、上記のような形態に分割して、環状容積Ｖ２／空間容積Ｖ１を１以上に設定しているので、環状容積Ｖ２に相当する第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。この塑性流動の素材量はテーパ部の拡開角度すなわちテーパ角度を大きく設定することによって、適正化される。したがって、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が大きくなり、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【０１００】
さらに、第１板材の板厚寸法に対する第２板材の板厚寸法の比を０．２５以下に設定しているので、第２板材の厚さは第１板材のそれに対して著しく小さな値となり、第１板材が塑性流動をするときには、第２板材が容易に変形をするので、第１板材の塑性流動が促進されて、第１板材の素材がより多くパンチのストレート部の方へ塑性流動をした構造のものとなる。したがって、ストレート穴の開口部と接合層との間隔が大きくなる。これにより、第１板材と第２板材の境界部に露出している接合層が液体中で膨潤しても、その膨潤片による弊害が実質的にストレート穴には及ばない状態になり、圧力発生室への液体流入量や液体の円滑な流れ等が良好な状態となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象になる液体噴射ヘッドの一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１のものの供給口の部分を拡大した断面図である。
【図３】本発明による製造方法の工程順序を示す断面図である。
【図４】供給口の開口状態を示す底面図と断面図である。
【図５】本発明による他の製造方法の工程順序を示す断面図である。
【図６】供給口の部分の空間状態等を示す断面図である。
【図７】供給口のインクの流れ状態を示す断面図である。
【図８】従来例を示す断面図である。
【図９】図８のものの供給口の部分を拡大した断面図である。
【図１０】インク噴射ヘッドの各部の位置関係を示す平面図である。
【図１１】従来技術による工程順序を示す断面図である。
【図１２】従来技術で形成された供給口の開口状態を示す底面図と断面図である。
【符号の説明】
１ インク噴射ヘッド
２ インク貯留室
３ 圧力発生手段，撓み振動型の圧電素子
４ 圧力発生室
５ ノズル開口
６ ノズルプレート
７ インク貯留室形成板
８ 供給口
８Ａ テーパ穴
８Ｂ ストレート穴
８Ｃ 開口部
９ 供給口形成板，積層部材
１０ 圧力発生室形成板
１１ 振動板
１２ ディスタンスプレート
１３ 流通穴
１４ 流通穴
１５ コンプライアンス部
１６ 第１板材
１７ 第２板材
１８ 接合層
１９ 略円形の接合層，円形接合層
１９Ａ 膨潤片
２０ パンチ
２０Ａ テーパ部
２０Ｂ ストレート部
２１ ダイ
２１Ａ 開口
２２ 外表面
２３ 膨出部
Ｖ１ 空間容積
Ｖ２ 環状容積
Ｔ１ 第１板材の板厚寸法
Ｔ２ 第２板材の板厚寸法
Ｌ 越えた長さ
θ１ 拡開角度
θ２ 拡開角度
ｄ１ 膨出片の変形量
ｄ２ 膨出片の変形量
Ｄ１ ストレート穴の直径
Ｄ２ 円形接合層の直径
Ｓ１ 肉厚
Ｓ２ 肉厚
φ１ ダイの開口径
φ２ ダイの開口径
Claims (1)
- 液体貯留源からの液体を貯留する液体貯留室が形成された液体貯留室形成板と、
前記液体貯留室から液体を導入して圧力発生手段により液体を加圧する圧力発生室が形成された圧力室形成板と、
前記圧力発生室側に形成されると共に金属材料からなる第１板材と前記液体貯留室側に形成されると共に金属材料からなる前記第１板材よりも板厚の薄い第２板材とが接着剤層からなる接合層で一体化されている積層部材からなり、前記液体貯留室からの液体を前記圧力発生室へ供給する供給口が形成された供給口形成基板と、
前記圧力発生室で加圧された液体を噴射するノズル開口を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記供給口は、前記第１板材に形成されると共に前記圧力発生室が形成された方向に断面が拡開していくテーパ穴と、このテーパ穴に連続すると共に前記第１板材の前記第２板材側に形成されたストレート穴からなり、
前記第１板材の板厚寸法に対する前記第２板材の板厚寸法の比が０．２５以下であり、
前記接合層は、その一部が前記ストレート穴の開口の周囲であって前記第２板材の外表面に露出して円形をなし、前記ストレート穴の直径に対する前記接合層の円形の直径の比は１．３以上であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
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| JPH04261861A (ja) * | 1991-02-15 | 1992-09-17 | Seiko Epson Corp | インクジェットノズルプレート及びその製造方法並びに細孔の形成方法 |
| JPH10226070A (ja) * | 1997-02-18 | 1998-08-25 | Fujitsu Ltd | ノズル板、インクジェットヘッド、プリンタ、ノズル板の製造方法、及びノズル板の製造装置 |
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| JPH04261861A (ja) * | 1991-02-15 | 1992-09-17 | Seiko Epson Corp | インクジェットノズルプレート及びその製造方法並びに細孔の形成方法 |
| JPH10226070A (ja) * | 1997-02-18 | 1998-08-25 | Fujitsu Ltd | ノズル板、インクジェットヘッド、プリンタ、ノズル板の製造方法、及びノズル板の製造装置 |
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