JP7001215B1 - インクジェットヘッド用ノズル板、その製造方法、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
Description
より詳しくは、ノズル内壁やノズル先端における異形が少ないステンレス鋼製のインクジェットヘッド用ノズル板等に関する。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
前記ステンレス鋼が、マルテンサイト相の含有割合が5.4%以下であるオーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板。
前記ステンレス鋼が、電子線後方散乱解析法によって測定される面心立方晶の面積割合が92.0%以上であり、かつ、体心立方晶の面積割合が5.4%以下であるステンレス鋼であることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板。
レーザ加工によりノズルを形成する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法。
ポンチ加工により凹部を形成し、次いで裏面の凸部を研磨除去することによりノズルを形成する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法。
そのため、レーザ加工では、オーステナイト系ステンレス鋼の中にマルテンサイト相が異相として含まれると、微小に含まれるマルテンサイト相が優先的にレーザアブレーションされることになり、結果として、ノズル内壁に微小凹部(ニードルホール)が発生してしまうと考えられる。
そのため、オーステナイト系ステンレス鋼の中にマルテンサイト相が異相として含まれると、ポンチツールによるポンチ加工でステンレス鋼基材が塑性変形する際に、オーステナイト相とマルテンサイト相で塑性変形応答にズレが生じる。これにより、結果として、ノズル内壁に流路側からノズル先端側に向かってスジ状凹凸部が発生してしまうと考えられる。
本発明のインクジェットヘッド用ノズル板は、一の実施形態として、少なくともステンレス鋼からなるインクジェットヘッド用ノズル板であって、前記ステンレス鋼が、マルテンサイト相の含有割合が5.4%以下であるオーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする。
本願において、「オーステナイト系ステンレス鋼」とは、常温でオーステナイトを主要組織とするステンレス鋼を指す。例えば、SUS301、SUS304、SUS316等のJIS G 4304に規定されたオーステナイト鋼が挙げられる。本発明においては、インクに対する化学的安定性の点でSUS304が好ましい。
なお、本発明における面心立方晶の面積割合[%]及び体心立方晶の面積割合[%]は、小数点以下第2位を四捨五入した値である。
なお、本発明におけるオーステナイト相の含有割合[%]及びマルテンサイト相の含有割合[%]は、小数点以下第2位を四捨五入した値である。
本発明に係るステンレス鋼は、電子線後方散乱解析法によって測定される平均結晶粒径が小さいことが、異形の発生を抑制することができる点で好ましい。具体的には、度数平均結晶粒径が0.9μm以下、又は面積比加重平均結晶粒径が2.3μm以下であることが好ましい。
なお、本発明における度数平均結晶粒径[μm]及び面積比加重平均結晶粒径[μm]は、小数点以下第2位を四捨五入した値である。
なお、ノズル先端の開口径に対する度数平均結晶粒径の比率[%]及びノズル先端の開口径に対する面積比加重平均結晶粒径の比率[%]は、小数点以下第2位を四捨五入した値である。
本発明のインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法は、一の実施形態として、本発明のインクジェットヘッド用ノズル板を製造する方法であって、レーザ加工によりノズルを形成する工程を有することを特徴とする。
レーザ加工によるノズルの形成方法については、例えば、特許4455884号公報の段落[0014]~[0035]、特開2017-19174号公報の段落[0016]~[0036]等に記載の方法を用いることができる。
ポンチ加工+研磨除去によるノズルの形成は、例えば、特許第3755332号公報の段落[0008]~[0014]に記載の方法で行うことができる。
粗研磨には、テープ研磨を用いることが好ましい。テープ研磨は微細な砥粒を固着させたフィルムを押し付けて研磨する方法であり、砥粒の摩耗や目詰まりが進む前にフィルムを送りだすことで、仕上がりが安定し、さらに、自動化することができる。
仕上げ研磨には化学的機械的研磨(CMP:chemical mechanical polishing)を用いることが好ましい。研磨剤の入った研磨液の供給、研磨パッドの押し当て、及びワークの相対的な移動、を並行して行うことで、化学作用と機械的研磨の複合作用により、粗研磨で残った凹凸を削って非常に平坦な表面を得ることができる。
本発明のインクジェットヘッド用ノズル板は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法などに利用することができる。
これにより、ノズル欠の原因となる気泡がインク中で発生しにくくなるため、ノズル欠の発生をより減らすことができる。
(1.1)ステンレス鋼
ステンレス鋼には日鉄ケミカル&マテリアル製、厚さ50μm、オーステナイト系である下記ステンレス鋼A~Cを用いた。
ステンレス鋼A:SUS304-CSP-H-TA材
ステンレス鋼B:SUS304-CSP-H材 ロット1
ステンレス鋼C:SUS304-CSP-H材 ロット2
体心立方晶の面積割合[%]=Iron bcc/(Iron bcc+Iron fcc)×100
上記ステンレス鋼A~Cにそれぞれレーザ加工でノズルを形成することにより、ノズル板No.1~3を作製した。
ステンレス鋼基材のアブレーション加工の進行に伴い、レンズの焦点位置が基材表面にあたるように、ステンレス鋼基材の高さを変えた。
ノズル板No.1~3における異形の発生の様子を評価するために、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡(SEM)S4800を用いて、SEM観察を行った。
(2.1)ステンレス鋼
実施例1で用いたステンレス鋼A及びステンレス鋼Cを用いた。
上記ステンレス鋼A、Cにそれぞれポンチ加工により凹部を形成し、次いで裏面の凸部を研磨除去することによりノズルを形成することにより、ノズル板No.4及びNo.5を作製した。
仕上げ研磨は化学的機械的研磨(CMP)で行った。研磨剤の入った研磨液の供給、研磨パッドの押し当て、及びワークの相対的な移動、を並行して行うことで、化学作用と機械的研磨の複合作用により、粗研磨で残った凹凸を削って非常に平坦な表面を得た。
ノズル板No.4及びNo.5を、実施例1と同様にSEM観察を行った。ノズル板No.4及びNo.5は、いずれも同様のノズル形状が得られており、概ねの加工性については同等であることが確認された。
Claims (10)
- 少なくともステンレス鋼からなるインクジェットヘッド用ノズル板であって、
前記ステンレス鋼が、マルテンサイト相の含有割合が5.4%以下であるオーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板。 - 少なくともステンレス鋼からなるインクジェットヘッド用ノズル板であって、
前記ステンレス鋼が、電子線後方散乱解析法によって測定される面心立方晶の面積割合が92.0%以上であり、かつ、体心立方晶の面積割合が5.4%以下であるステンレス鋼であることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板。 - 前記ステンレス鋼が、電子線後方散乱解析法によって測定される度数平均結晶粒径が0.9μm以下であるステンレス鋼であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
- 前記ステンレス鋼が、電子線後方散乱解析法によって測定される面積比加重平均結晶粒径が2.3μm以下であるステンレス鋼であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
- 前記ステンレス鋼が、ノズル先端の開口径に対する電子線後方散乱解析法によって測定される度数平均結晶粒径の比率が4.7%以下であるステンレス鋼であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
- 前記ステンレス鋼が、ノズル先端の開口径に対する電子線後方散乱解析法によって測定される面積比加重平均結晶粒径の比率が12.0%以下であるステンレス鋼であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用ノズル板。
- 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用ノズル板を製造するインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法であって、
レーザ加工によりノズルを形成する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用ノズル板を製造するインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法であって、
ポンチ加工により凹部を形成し、次いで裏面の凸部を研磨除去することによりノズルを形成する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル板の製造方法。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用ノズル板を用いたことを特徴とするインクジェットヘッド。
- 請求項9に記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
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