JPWO2003053699A1 - 液滴噴射ヘッド用ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明のノズルプレートは、そのノズル開口が、圧力発生室のインクを誘導するテーパ部２と、該テーパ部に連続して形成されたストレート状の細孔部３とから構成されている。

Description

技術分野
この発明は、例えば圧力発生室で加圧されたインクを印刷に適したインク滴等の液滴としてターゲットである記録媒体に飛翔させるインクジェット記録ヘッド等の液滴噴射ヘッドに用いるノズルプレート、より詳細にはノズル開口の構造、このノズル開口を形成するのに適した製造方法、及びポンチに関する。
背景技術
液滴噴射装置に用いる液滴噴射ヘッド、例えば印刷の分野に例を採ると、インクジェット式記録ヘッドは、圧電振動子や発熱素子のエネルギを受けて記録液を加圧する圧力発生室にノズル開口を連通させて、記録液を液滴として吐出させるもので、ノズル開口は圧力発生室で加圧されたインクを効果的に液の流れに変換するテーパ部と、インク滴を所定の方向に吐出させるストレート部とにより構成され、特に液滴の吐出性能に影響を与えるノズル開口は、その開口径が数十μｍと極めて微小であるばかりでなく、その上、液滴の液量や、飛行速度を確保する上から同一のノズルプレート内では均一であることが求められる。
このようなノズルプレートのノズル開口は、プレス加工可能な金属、例えば不錆鋼の薄板の一方の面からポンチによりテーパ部を備えた貫通孔を形成し、他方の面のバリをラッピングして除去する方法で形成されている。
また、特公平１−２６８３７号公報に見られるようにポンチにより一方の面に凹部を、また他方の面に凸部を形成し、研磨により凸部を除去する方法が採用されている。
このようなポンチは、加工の容易性を考慮してノズル開口の細孔部となる領域を、先端側が若干先細りとなる順テーパ部として構成されているため、第４図に示したようにノズル開口Ａの細孔部Ｂも角度θ１をもつ順テーパ状に形成されている。
つまり、順テーパ、すなわち先端側が先細りのポンチにより一方の面に凹部を、また他方の面に凸部を形成するか、または貫通孔を穿設し、凸部を研磨により除去するか、貫通孔のバリを除去するためにラッピング工程に付されるが、凹部、または貫通孔のテーパ角が２度程度あるため、研磨量が１０μｍ程度変化すると、ノズル先端の孔径φ１（通常、３０μｍ）が０．７μｍも変化し、これによりインク滴の吐出特性、特に飛行速度に大きな影響を及ぼすという問題がある。
なお、実開平６−２９７２４号公報には、先端側に逆テーパ部を形成したポンチにより貫通孔を形成することが開示されているが、この公報に記載された発明はポンチの打ち抜き過程における被加工物との接触圧を低減を目的とするもので、貫通孔の形状をストレートにすることを目的としたものではない。すなわち、打ち抜き中、及び打ち抜き後の被加工材の貫通孔の弾性変形によってもポンチに触れないように極めて大きな逆テーパ角が設定されている。
したがってこの発明は、ポンチ加工後の研磨量の如何に関わりなく規定の大きさの径を有する細孔部を持つノズル開口を備えた液滴噴射装置用の液滴噴射ヘッドに最適になノズルプレートを提供することを目的とする。
また、この発明の他の目的は、上記ノズルプレートの製造方法を提案することである。
さらに、この発明の他の目的は、上記ノズルプレートを製造するのに適したポンチを提供することである。
発明の開示
この発明は、圧力発生室の液体を誘導するテーパ部と、該テーパ部に連続して形成された細孔部とからなるノズル開口を備えた液滴噴射ヘッド用ノズルプレートにおいて、前記細孔部がストレート状に形成されている。
細孔部がストレート形状となっているから、ポンチ加工後の研磨工程における研磨量に関わり無くノズル開口の細孔部先端の径を一定にすることができる。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、この発明のノズルプレートの一実施例を示すものであって、ノズルプレート１のノズル開口は、圧力発生室で加圧された液を誘導するテーパ部２と、液滴の吐出量や、飛行方向を支配する細孔部３とを備えている。この細孔部３は、ノズルプレートの表面に垂直な壁３ａを備えた貫通孔として形成されているため、最大で細孔部３の深さＤ程度の厚みに関わりなく、ノズル開口の吐出口の径φが一定となる。
第２図は、上述のノズルプレートの製造方法の一実施例を示すものであって、ノズルプレート形成材４となる弾性板材、例えばステンレス鋼の板材をポンチ５によりパンチングすると、進入方向が大径の順テーパ部６、これに連続する小径の逆テーパ部７からなる貫通孔が形成される。
このポンチ５は、第３図（ａ）に示したように本体側にノズル開口のテーパ部２を形成する順テーパ部５ａと、これに連続するように進入方向Ｃの先端側（図中、下方側）は、順テーパ部５ａから逆方向に拡開する逆テーパ部５ｂが形成されている。この逆テーパ部５ｂのテーパ角θは、第３図（ｂ）に示したようにノズルプレート形成材の弾性により若干異なるものの、ポンチ５の進入方向Ｃに対して
０＜θ≦１．０
の範囲が好適である。すなち、逆テーパ角θが０度より小さいと細孔部３が先細りとなり、また逆テーパ角θが１．０度よりも大きくなると、ポンチ５の引き抜きが困難となる。なお、図中符号５ｃは、ポンチ５の表面に形成して窒化チタン層を示す。
貫通孔形成後にポンチ５を引く抜くと、ポンチ５に対応した小径の逆テーパ部７は、ノズルプレート形成材４の弾性によりストレート形状、つまりノズルプレート形成材４に対して垂直な壁面７ａ’を備えた貫通部７’となる（ＩＩ）。ついで、貫通部７’の先端のバリ８をラッピングにより除去すると、細孔部３となる（ＩＩＩ、ＩＶ）
もとより、垂直な壁面７ａを備えた貫通孔７’は、その径φが深さ方向に同一であるから、研磨量の若干の変動による細孔部３の深さＤの変動に対しても可及的に同一の径φを維持するから、ノズル開口の先端の径が同一となる。
表１は、細孔部３のテーパ角に対する研磨量、ノズル開口の細孔部３の直径、及び液滴の飛翔速度との関係を示すもので、これからも明らかなように、本発明では研磨量が１０μｍ程度変動しても液滴の飛翔速度の変化は、高々０．２ｍ／ｓであるのに対して、従来の２度程度の順テーパとして形成した場合には液滴の飛翔速度が１．０ｍ／ｓと５倍程度きくなる。

産業上の利用可能性
以上のようにこの発明のノズルプレートは、ノズルプレートの研磨量に関わりなく、ノズル開口先端の径が一定となり、したがって液滴の飛翔速度を可及的に一定にすることができ、液滴をターゲットの所定の位置に高い精度で付着させることができる。
これにより、捺染の分野では染料をターゲットである布に、またプリント基板の製造分野では、液状の導電材料、接着剤、皮膜形成剤を回路パターンに対応して基板に塗布することができる。
そのほか、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの色剤、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、面発光ディスプレイの電極形成剤である導電性ペーストを塗布、散布する液滴噴射ヘッドや、またバイオチップ、化学や生化学の分野におけるサンプルや試薬を正確に所定量供給、滴下する精密ピペットの液滴噴射ヘッドの分野に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の液滴噴射装置のノズルプレートの一実施例を、ノズル開口の近傍を拡大して示す図である。第２図（Ｉ）乃至（ＩＶ）は、それぞれ同上ノズルプレートの製造方法を示す図である。
第３図（ａ）、（ｂ）は、それぞれノズルプレートの加工に使用するポンチの一実施例を示す断面図と、ポンチ先端の逆テーパ部を示す模式図である。
第４図は、従来の液滴噴射装置であるインクジェット記録装置用ノズルプレートの一例を、ノズル開口の近傍を拡大して示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】 ノズルプレート形成材に大径の順テーパ部と、該テーパ部に連続する小径の逆テーパ部からなるポンチによりパンチングする工程と、前記ポンチを引く抜いて形成された貫通孔のノズル開口先端となる領域を研磨する工程と、
からなる液滴噴射ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
【請求項２】 前記逆テーパ状の領域のテーパ角度θが
０≦θ≦１．０
である請求の範囲１に記載の液滴噴射ヘッド用ノズルプレートの製造方法。

【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、例えば圧力発生室で加圧されたインクを印刷に適したインク滴等の液滴としてターゲットである記録媒体に飛翔させるインクジェット記録ヘッド等の液滴噴射ヘッドに用いるノズルプレートのノズル開口を形成するのに適した製造方法に関する。
背景技術
液滴噴射装置に用いる液滴噴射ヘッド、例えば印刷の分野に例を採ると、インクジェット式記録ヘッドは、圧電振動子や発熱素子のエネルギを受けて記録液を加圧する圧力発生室にノズル開口を連通させて、記録液を液滴として吐出させるもので、ノズル開口は圧力発生室で加圧されたインクを効果的に液の流れに変換するテーパ部と、インク滴を所定の方向に吐出させるストレート部とにより構成され、特に液滴の吐出性能に影響を与えるノズル開口は、その開口径が数十μｍと極めて微小であるばかりでなく、その上、液滴の液量や、飛行速度を確保する上から同一のノズルプレート内では均一であることが求められる。
このようなノズルプレートのノズル開口は、プレス加工可能な金属、例えば不錆鋼の薄板の一方の面からポンチによりテーパ部を備えた貫通孔を形成し、他方の面のバリをラッピングして除去する方法で形成されている。
また、特公平1-26837号公報に見られるようにポンチにより一方の面に凹部を、また他方の面に凸部を形成し、研磨により凸部を除去する方法が採用されている。
このようなポンチは、加工の容易性を考慮してノズル開口の細孔部となる領域を、先端側が若干先細りとなる順テーパ部として構成されているため、第４図に示したようにノズル開口Ａの細孔部Ｂも角度θ１をもつ順テーパ状に形成されている。
つまり、順テーパ、すなわち先端側が先細りのポンチにより一方の面に凹部を、また他方の面に凸部を形成するか、または貫通孔を穿設し、凸部を研磨により除去するか、貫通孔のバリを除去するためにラッピング工程に付されるが、凹部、または貫通孔のテーパ角が２度程度あるため、研磨量が１０μｍ程度変化すると、ノズル先端の孔径φ1(通常、３０μｍ)が０．７μｍも変化し、これによりインク滴の吐出特性、特に飛行速度に大きな影響を及ぼすという問題がある。
なお、実開平6-29724号公報には、先端側に逆テーパ部を形成したポンチにより貫通孔を形成することが開示されているが、この公報に記載された発明はポンチの打ち抜き過程における被加工物との接触圧を低減を目的とするもので、貫通孔の形状をストレートにすることを目的としたものではない。すなわち、打ち抜き中、及び打ち抜き後の被加工材の貫通孔の弾性変形によってもポンチに触れないように極めて大きな逆テーパ角が設定されている。
したがってこの発明は、ポンチ加工後の研磨量の如何に関わりなく規定の大きさの径を有する細孔部を持つノズル開口を備えた液滴噴射装置用の液滴噴射ヘッドに最適なノズルプレートの製造方法を提案することである。
発明の開示
この発明は、ノズルプレート形成材に大径の順テーパ部と、該テーパ部に連続する小径の逆テーパ部からなるポンチによりパンチングする工程と、前記ポンチを引く抜いて形成された貫通孔のノズル開口先端となる領域を研磨する工程と、によりノズル開口を形成する。
図面の簡単な説明
第１図は、この発明の液滴噴射装置のノズルプレートの一実施例を、ノズル開口の近傍を拡大して示す図である。第２図（I）乃至（IV）は、それぞれ同上ノズルプレートの製造方法を示す図である。
第３図(ａ)、(ｂ)は、それぞれノズルプレートの加工に使用するポンチの一実施例を示す断面図と、ポンチ先端の逆テーパ部を示す模式図である。
第４図は、従来の液滴噴射装置であるインクジェット記録装置用ノズルプレートの一例を、ノズル開口の近傍を拡大して示す図である。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、この発明のノズルプレートの一実施例を示すものであって、ノズルプレート１のノズル開口は、圧力発生室で加圧された液を誘導するテーパ部２と、液滴の吐出量や、飛行方向を支配する細孔部３とを備えている。この細孔部３は、ノズルプレートの表面に垂直な壁３ａを備えた貫通孔として形成されているため、最大で細孔部３の深さＤ程度の厚みに関わりなく、ノズル開口の吐出口の径φが一定となる。
第２図は、上述のノズルプレートの製造方法の一実施例を示すものであって、ノズルプレート形成材４となる弾性板材、例えばステンレス鋼の板材をポンチ５によりパンチングすると、進入方向が大径の順テーパ部６、これに連続する小径の逆テーパ部７からなる貫通孔が形成される。
このポンチ５は、第３図(ａ)に示したように本体側にノズル開口のテーパ部２を形成する順テーパ部５ａと、これに連続するように進入方向Ｃの先端側（図中、下方側）は、順テーパ部５ａから逆方向に拡開する逆テーパ部５ｂが形成されている。この逆テーパ部５ｂのテーパ角θは、第３図(ｂ)に示したようにノズルプレート形成材の弾性により若干異なるものの、ポンチ５の進入方向Ｃに対して
０＜θ≦１．０
の範囲が好適である。すなち、逆テーパ角θが０度より小さいと細孔部３が先細りとなり、また逆テーパ角θが１．０度よりも大きくなると、ポンチ５の引き抜きが困難となる。なお、図中符号５ｃは、ポンチ５の表面に形成して窒化チタン層を示す。
貫通孔形成後にポンチ５を引く抜くと、ポンチ５に対応した小径の逆テーパ部７は、ノズルプレート形成材４の弾性によりストレート形状、つまりノズルプレート形成材４に対して垂直な壁面７ａ’を備えた貫通部７’となる（II）。ついで、貫通部７’の先端のバリ８をラッピングにより除去すると、細孔部３となる（III、IV）
もとより、垂直な壁面７ａを備えた貫通孔７’は、その径φが深さ方向に同一であるから、研磨量の若干の変動による細孔部３の深さＤの変動に対しても可及的に同一の径φを維持するから、ノズル開口の先端の径が同一となる。
表１は、細孔部３のテーパ角に対する研磨量、ノズル開口の細孔部３の直径、及び液滴の飛翔速度との関係を示すもので、これからも明らかなように、本発明では研磨量が１０μｍ程度変動しても液滴の飛翔速度の変化は、高々０．２ｍ／ｓであるのに対して、従来の２度程度の順テーパとして形成した場合には液滴の飛翔速度が１．０ｍ／ｓと５倍程度きくなる。
（表１）

産業上の利用可能性
以上のようにこの発明のノズルプレートは、ノズルプレートの研磨量に関わりなく、ノズル開口先端の径が一定となり、したがって液滴の飛翔速度を可及的に一定にすることができ、液滴をターゲットの所定の位置に高い精度で付着させることができる。
これにより、捺染の分野では染料をターゲットである布に、またプリント基板の製造分野では、液状の導電材料、接着剤、皮膜形成剤を回路パターンに対応して基板に塗布することができる。
そのほか、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの色剤、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、面発光ディスプレイの電極形成剤である導電性ペーストを塗布、散布する液滴噴射ヘッドや、またバイオチップ、化学や生化学の分野におけるサンプルや試薬を正確に所定量供給、滴下する精密ピペットの液滴噴射ヘッドの分野に応用することができる。

Claims (8)

1. 圧力発生室の液体を誘導するテーパ部と、該テーパ部に連続して形成された細孔部とからなるノズル開口を備えた液滴噴射ヘッド用ノズルプレートにおいて、
   前記細孔部がストレート状に形成されている液滴噴射ヘッド用ノズルプレート。
2. 前記細孔部が、逆テーパ状のポンチにより形成され、前記貫通孔の表面側が研磨処理されている請求の範囲１に記載の液滴噴射ヘッド用ノズルプレート。
3. 前記逆テーパ状の領域のテーパ角度θが
   ０＜θ≦１．０
   である請求の範囲１に記載の液滴噴射ヘッド用ノズルプレート。
4. ノズルプレート形成材に大径の順テーパ部と、該テーパ部に連続する小径の逆テーパ部からなるポンチによりパンチングする工程と、前記ポンチを引く抜いて形成された貫通孔のノズル開口先端となる領域を研磨する工程と、
   からなる液滴噴射ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
5. 前記逆テーパ状の領域のテーパ角度θが
   ０＜θ≦１．０
   である請求の範囲４に記載の液滴噴射ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
6. ノズル開口の液体誘導部に対応する大径のテーパ部と、前記テーパ部と逆テーパ状の小径のテーパ部とからなる液滴噴射ヘッド用ノズルプレート製造用のポンチ。
7. 少なくとも前記大径のテーパ部と小径のテーパ部の表面に窒化チタン層が形成されている請求の範囲６に記載の液滴噴射ヘッド用ノズルプレート製造用のポンチ。
8. 前記逆テーパ状の領域のテーパ角度θが
   ０＜θ≦１．０
   である請求の範囲６に記載の液滴噴射ヘッド用ノズルプレート製造用のポンチ。

Images