专利名称：生产喷嘴板的方法和所述喷嘴板的制作方法
技术领域：
本发明涉及生产包括用于喷墨的喷嘴孔的喷嘴板的方法，并且还涉及这种喷嘴板。
背景技术：
喷墨头包括具有许多喷嘴孔的喷嘴板，并且如此构成，从而从这许多喷嘴孔中将墨水喷射到记录介质上。这种喷嘴板的一个示例为喷嘴板100，其中如图16所示一样，通过准分子激光加工或其它方法在由聚酰亚胺等制成的基板101中形成具有锥形内表面的喷嘴孔102。
如图17中所示一样，在另一个喷嘴板110中，通过采用冲头等进行压力加工在金属基板111中形成喷嘴孔112。该喷嘴孔形成有一锥形孔部分112a，它与位于上游侧上的墨水流动通道邻接，并且其形状为截头圆锥形；以及一柱状孔部分112b，它从锥形孔部分112a的最小直径端部延伸至在基板111的表面中的喷墨口113。但是，在该喷嘴孔112中，内径的变化率在锥形孔部分112a与柱状孔部分112b连接的部分中非常大，由此造成从喷墨口113喷墨的性能(尤其是，墨水击打精确度)受到负面影响。因此，曾经提出一种在图18中所示的喷嘴板120，其中在基板121中形成有喷嘴孔122，它具有锥形孔部分122a；一柱状孔部分122b；以及一弯曲表面孔部分122c，它将锥形孔部分122a和柱状孔部分122b平滑地互连在一起并且具有弧形截面形状(例如，参见美国专利No.6170934(第6和7列；以及图3A和3B))。
在通过准分子激光加工、压力加工或其它方法在基板中形成喷嘴孔的情况中，通常通过抛光等方法去除基板的表面以除去毛刺和形成在基板表面中的隆起部。
发明内容
在图16的喷嘴板100中，喷嘴孔102的内表面形成为锥形。因此，内径的变化率恒定，或不急剧改变，从而从基板表面中的喷墨孔103喷射出的墨水的击打性能令人满意。但是，当在基板101中形成锥形喷嘴孔102并且然后通过抛光等去除基板101的表面部分时，由于加工误差等原因表面部分的去除量(去除厚度)可以变化。在该情况中，因为喷嘴孔102的内表面为锥形，所以喷墨孔103的直径大大改变。还有，为了进行激光加工，喷嘴板100的材料局限于合成树脂例如聚酰亚胺。这种合成树脂具有较大的线性膨胀系数，因此出现这样一个问题，当基板在制造过程中受热时，由热膨胀引起位置偏移。
相反，在图17的喷嘴板110和在美国专利No.6170934中所披露的作为喷嘴板110的改进的喷嘴板120(参见图18)中，其中在基板表面侧上形成有内径没有变化的柱状孔部分。当通过抛光等方法去除基板表面时，在基板表面中的喷墨口的直径不会因此受到基板去除量的影响，从而喷墨孔的直径不会变化。但是在图17中的喷嘴孔中，内径在锥形孔部分112a与柱状孔部分112b连接的部分中变化较大。在图18中的喷嘴孔122中，弯曲表面孔部分122c仅仅用来将锥形孔部分122a和柱状孔部分122b平滑地互连。因此，在位于弯曲表面孔部分122c和锥形孔部分122a之间的连接端部和位于弯曲表面孔部分122c和柱状孔部分122b之间的连接端部上的内径变化率非常急剧。因此，内径变化很大。
具体地说，在刚要从喷嘴喷射出墨水之前的状态中，在比基板表面的喷墨口稍微向内的位置中由墨水的表面张力形成一弯液面。但是，当弯液面形成在位于弯曲表面孔部分122c和柱状孔部分122b之间的连接端部附近时，因为内径在形成弯液面的位置中变化较大，所以所形成的弯液面不稳定，结果大大降低了从喷墨口喷射出的墨水的击打精确度。
鉴于上面的情况，本发明提供一种喷嘴板，它包括其内径适当变化以改善墨水击打精确度的喷嘴孔。
根据本发明的一个实施方案，提供一种生产喷嘴板的方法，该方法包括采用一金属模具部件压制基板，该模具部件包括形状为截头圆锥形的锥形部分、截头圆锥形部分和连接锥形部分和截头圆锥形部分的弯曲表面部分，从而形成这样的基板，该基板具有锥形孔部分、截头圆锥形孔部分、和连接锥形孔部分与截头圆锥形孔部分的弯曲表面孔部分，它们分别与锥形部分、截头圆锥形部分和弯曲表面部分相对应；并且从基板将至少截头圆锥形孔部分除去。
在该生产喷嘴板的方法中，首先采用包括截头圆锥形锥形部分、截头圆锥形部分和连接锥形部分和截头圆锥形部分的弯曲表面部分的金属模具部件来压制基板，从而形成具有锥形孔部分、截头圆锥形孔部分和连接锥形孔部分和截头圆锥形孔部分的弯曲表面孔部分的基板。接着，为了去除由于压力加工形成在基板表面上的毛刺和隆起部，通过抛光等手段去除该基板表面。当去除形成有柱状孔部分的表面部分时，在弯曲表面孔部分与柱状孔部分之间的连接端部也被去除。因此，喷嘴孔的内径在从位于基板表面中的喷墨口向具有弧形截面形状的弯曲表面孔部分前进时稍微变化，从而改善了墨水击打精确度。在去除表面部分过程中，要求去除包括至少连接端部在内的整个柱状孔部分。该去除可以包括这样的情况，即一部分弯曲表面孔部分也与整个柱状孔部分一起被去除。
还有，要指出的是，截头圆锥形包含柱状形状。
根据本发明的一个实施方案，喷嘴板包括形成有喷墨口的喷嘴表面和喷嘴孔。喷嘴孔包括锥形孔部分和弯曲表面孔部分。锥形孔部分具有截头圆锥形内表面并且在其一个端部处具有最小的直径。弯曲表面孔部分具有弯曲表面形内表面，其内径随着从锥形孔部分的一个端部向喷墨口靠近而逐渐减小。由于喷嘴孔的内径在锥形孔部分和弯曲表面孔部分中没有急剧变化，所以可以改善从喷墨口喷射出的墨水的击打精确度。
图1为本发明一实施方案的喷墨头的透视图。
图2为沿着在图1中的II-II线剖开的剖视图。
图3为喷墨头主体的平面图。
图4为由在图3中的单点划线包围的区域的放大图。
图5为用于在图4中所示的一个压力腔室的喷墨头主体70的剖视图。
图6为一促动器单元的平面图。
图7为冲头的顶端部分的放大图。
图8为一示意图，显示出生产喷嘴板的步骤。
图9A为喷嘴板的放大图，显示出喷嘴孔，而图9B为在图9A中的弯曲表面孔部分的放大图。
图10为一曲线图，显示出提供给促动器单元的脉冲信号。
图11A为显示出在墨水为黑色的情况中对墨水击打精确度(在该实施方案的喷嘴板中)进行研究的结果的示意图，而图11B为显示出在墨水为青色的情况中的结果的示意图。
图12A为显示出在墨水为黑色的情况中对墨水击打精确度(在传统喷嘴板中)进行研究的结果的示意图，而图12B为显示出在墨水为青色的情况中的结果的示意图。
图13A为显示出在对喷墨口直径变化进行研究的结果中θ和ΔD的关系的示意图，图13B为一示意图，显示出a和ΔD的关系，图13C为显示出b和ΔD的关系的示意图，而图13D为显示出c和ΔD的关系的示意图。
图14为在一变型中冲头的顶端部分的放大图。
图15为一示意图，显示出生产该变型的喷嘴板的步骤。
图16为具有锥形喷嘴孔的传统喷嘴板的剖视图。
图17为具有由锥形孔部分和柱状孔部分形成的喷嘴孔的传统喷嘴板的剖视图。
图18为由锥形孔部分、柱状孔部分和弯曲表面孔部分形成的喷嘴孔的传统喷嘴板的剖视图。
图19显示出一变化实施例的冲头51的顶端部分的放大图。
具体实施例方式
下面将参照这些附图对本发明的一实施方案进行说明。在该实施方案中，本发明应用于将墨水喷射到片材上的喷墨头的喷嘴板上。
首先，将对喷墨头进行说明。如在图1和2所示一样，在该实施方案中的喷墨头1包括一喷墨头主体70，它具有沿着将墨水喷射到片材上的主扫描方向延伸的矩形平面形状；以及一基座71，它设置在喷墨头主体70上方，并且其中形成有用作被提供给喷墨头主体70的墨水的流动通道的两个墨水存储器3。
喷墨头主体70包括其中形成有墨水流动通道的流动通道单元4；和粘接到流动通道单元4的上表面上的多个促动器单元21。通过将多块薄板层压并且粘接在一起来形成流动通道单元4和促动器单元21。用作供电部件的柔性印刷电路(FPC)150粘接在促动器单元21的上表面上，并且向侧面引出。基座71由金属材料例如不锈钢制成。在基座71中的墨水存储器3为中空区域，它们沿着基座71的纵向方向形成并且具有基本上为长方体的形状。
基座71的下表面73从位于开口3b附近的周围区域向下伸出。基座71只在下表面73的开口3b的附近部分73a处与流动通道单元4接触。因此，除了下表面73的开口3b的附近部分73a之外的基座71的区域与喷墨头主体70分开。这些促动器单元21设置在这个分离区域中。
基座71粘接固定在形成于支架72的夹持部分72a的下表面中的凹槽中。支架72包括夹持部分72a和从夹持部分72a的上表面沿着与之垂直的方向延伸出并且相互间隔预定间隙的一对平面伸出部72b。粘接在这些促动器单元21上的FPC150分别通过弹性部件83例如海绵沿着支架72的每个伸出部72b的表面延伸。驱动器IC80设置在布置于支架72的伸出部72b的表面上的FPC150上。为了分别将从驱动器IC80输出的驱动信号发送给喷墨头主体70的促动器单元21，通过焊接使FPC150与驱动器IC80和喷墨头主体70的促动器单元21电连接。
具有基本上为长方体形状的散热器82与驱动器IC80的外表面紧密接触，从而可以有效散发出由驱动器IC80所产生出的热量。基板81设置在驱动器IC80和散热器82上方，并且位于FPC150外面。分别通过密封件84将散热器82的上表面和基板81以及散热器82的下表面和FPC150粘接在一起。
图3为在图1中所示的喷墨头主体70的平面图。在图3中，形成在基座71中的墨水储存器3由虚线假想地显示出。这两个墨水储存器3沿着喷墨头主体70的纵向方向相互平行地延伸，并且相互间隔预定间隙。这两个墨水储存器3的每一个在一个端部处具有一开口3a并且通过该开口3a与墨水槽(未示出)连通，从而它总是填充有墨水。许多开口3b按照沿着喷墨头主体70的纵向方向布置的方式设置在每一个墨水储存器3中，由此如上所述使墨水储存器3与流动通道单元4连接。这些开口3b两两成对地沿着喷墨头主体70的纵向方向并置。与其中一个墨水储存器3连通的开口对3b和与另一个墨水储存器3连通的开口对3b以交错的方式布置。
在平面图中为梯形的多个促动器单元21设置在没有布置开口3b的区域中。具体地说，一对开口3b和一个促动器单元21沿着流动通道单元4的横向方向(副扫描方向)并置，从而多个促动器单元21沿着流动通道单元4的纵向方向(扫描方向)成交错的图案布置。在每个促动器单元21中，相对平行的侧边(上下侧边)与喷墨头主体70的纵向方向平行。相邻促动器单元21的斜边沿着喷墨头主体70的宽度方向相互部分地重叠。
图4为由在图3中的单点划线包围的区域的放大图。如图4所示，设置在每个墨水储存器3中的开口3b与集管5连通。每个集管5的顶端部分分叉成用作共用墨水通道的子集管5a。因此，彼此分开的总共八个子集管5a在促动器单元21下方沿着促动器单元21的相对平行侧边延伸。与促动器单元21的粘接区域相对应的流动通道单元4的下表面为喷墨区域。许多喷嘴8和压力腔室10以矩阵的形式布置在喷墨区域的表面中。
图5为用于在图4中所示的一个压力腔室10的喷墨头主体70的剖视图。喷墨头主体70具有这样一种层叠结构，其中层叠有十块板构件，即促动器单元21、空腔板22、基板23、孔隙板24、供应板25、集管板26、27、28、盖板29和喷嘴板30。流动通道单元4由除了促动器单元21之外的九块板构成。从子集管5a通过孔隙12和压力腔室10延伸至喷嘴孔8的单独墨水流动通道32形成在流动通道单元4中。
如图6所示，促动器单元21包括四块压电板41至44；多个单独电极35，它们分别设置用于压力腔室10；以及一共用电极34，它保持在接地电位上。当将要从喷嘴孔8喷射出墨水时，从驱动器IC80将信号发送给单独电极35的触点部分36以在单独电极35和共用电极34之间产生电势差。然后，这些压电板41至44变形从而朝着压力腔室10凸起，由此降低了压力腔室10的容量以提高在该压力腔室10中的压力。因此，从喷嘴孔8喷射出墨水。
作为其中形成有许多喷嘴孔8的喷嘴板30的材料，可以采用已经广泛采用的各种材料例如聚酰亚胺。在喷墨头主体70沿着主扫描方向延伸以便实现提高该实施方案的喷墨头1的打印速度的情况中，当沿着主扫描方向延伸的喷嘴板30由具有大热膨胀系数的聚酰亚胺制成时，出现以下可能性。也就是说，热膨胀由于将喷嘴板30粘接在盖板29上所处的温度而引起相当大的尺寸误差。因此，在该实施方案中，采用由其线性膨胀系数小于聚酰亚胺的金属(例如不锈钢如SUS403)制成的喷嘴板30。
接下来，将对生产喷嘴板30的方法进行说明。在生产喷嘴板30的方法中，用冲头51(模具)冲压金属基板50以如后面所述一样在基板50中形成喷嘴孔8。
如图7所示，该冲头51具有一锥形部分51a，它形成在底边上并且具有截头圆锥形形状；一柱状部分51b，它位于顶端侧上；以及一弯曲表面部分51c，它使锥形部分51a和柱状部分51b相互连接。在包含有冲头51的轴线C1的截面中，弯曲表面部分51c包括一个弧形，其中在弯曲表面部分51c和锥形部分51a、柱状部分51b之间的连接端部B、A处的切线L1、L2分别与形成锥形部分51a和柱状部分51b的直线平行。由于弯曲表面部分51c具有弧形截面，所以可以很容易制备出该冲头51。
如图8A所示，冲头51相对于基板50的背面(在压力腔室10侧上)驱动没有将基板50穿透的行程，由此如图8B所示，在基板50中形成锥形孔部分8a、柱状孔部分8b和将锥形孔部分8a和柱状孔部分8b相互连接的弯曲表面孔部分8c。锥形孔部分8a、柱状孔部分8b和弯曲表面孔部分8c分别与冲头51的锥形部分51a、柱状部分51b和弯曲表面部分51c相对应。如图9所示，在连接端部D处的弯曲表面孔部分8c的切线与形成柱状孔部分8b的直线平行。因此，连接端部D不是拐点，从而在连接端部D附近的喷嘴孔8的内径变化较小。还有在连接端部E处的弯曲表面孔部分8c的切线与形成锥形孔部分8a的直线平行。因此，连接端部E也不是拐点，从而在弯曲表面孔部分8c和锥形孔部分8a之间的界面中的内径没有急剧变化。
另外，将对弯曲表面孔部分8c的形状的实施例进行说明。在包含冲头51的轴线C1的剖面中，假设坐标系具有穿过在弯曲表面部分51c和柱状部分51b之间的连接端部并且与轴线C1垂直的X轴线；与轴线C1平行并且朝着锥形部分51a增加的Y轴线；以及在形成弯曲表面部分51c的弧形的中心处的原点。还有，假设锥形部分51a的锥角如图7所示一样为θ，并且在弯曲表面部分51c的端部处的两条切线之间的交点的Y坐标为L。该弧线由下面的公式表示。
x2+y2=(Ltanθ2)2]]>换句话说，如图9A和9B所示，根据弯曲表面部分51c形成在基板50中的弯曲表面孔部分8c包括其截面包含穿过喷嘴孔8的横断面中心的中心线C1′的弧形曲线。在包含中心线C1′的截面中，假设坐标系具有穿过在弯曲表面孔部分8c和柱状孔部分8b之间的连接端部D并且与中心线C1′垂直的X轴线；与中心线C1′平行并且朝着锥形孔部分8a增加的Y轴线；以及处于弧线中心处的原点。还有，假设锥形孔部分8a的锥角为θ，并且在弯曲表面孔部分8c的端部处的两条切线之间的交点I的Y坐标为L。该弧线由下面的公式表示。
x2+y2=(Ltanθ2)2]]>当冲头51抵靠着基板50的背面驱动时，如图8B所示一样，不可避免地在基板50的表面上形成凸起50a。因此，如图8C所示，例如通过采用研磨机进行研磨将凸起50a去除，从而使基板50的表面平坦并且在基板50的表面中形成喷墨口52。在基板50中，同时去除了至少形成有柱状孔部分8b的表面部分50b。因此，彻底地去除了整个柱状孔部分8b，并且也去除了在弯曲表面孔部分8c和柱状孔部分8b之间的连接端部D附近部分，由此喷嘴孔8的内径随着从形成在基板50的表面(喷嘴表面)中的喷墨口52向具有弧形截面形状的弯曲表面孔部分8c前进而逐渐变化。因此，改善了墨水击打精确度。在去除表面部分50b的作业中，需要去除整个柱状孔部分8b，并且也可以与柱状孔部分8b一起去除一部分弯曲表面孔部分8c。
将在从图9中所示的喷嘴孔8喷射出墨水的情况中的墨水击打精确度与在美国专利No.6170934中所披露的图18中所示的喷嘴板的墨水击打精确度进行比较研究。图10显示出在喷射墨水时从驱动器IC80(参见图2)提供给促动器单元21的脉冲信号。在没有在促动器单元21中的单独电极35和共用电极34之间产生任何电势差的状态中，设置在压力腔室10上方的压电板41至44没有变形。相反，当在单独电极35和共用电极34之间施加了电势差V1时，压电板41至44朝着压力腔室10变形以减小压力腔室10的容积，由此减小了压力腔室10的容积，从而提高了在压力腔室10中的压力。
当喷射墨水时，首先在压电板41至44(参见图6)变形并且压力腔室10的容积降低的等待状态中施加用于使压力腔室10中的压力降低的脉冲。也就是说，将在单独电极35和共用电极34之间电势差V设定为0，由此消除了压电板41至44的变形，并且立即加大了压力腔室10的容积。这使得压力腔室10再次被子集管5a中的墨水充满。在经过预定时间Ts(在这个研究中，Ts＝6.0μs)后，施加用于提高在压力腔室10中的压力的脉冲以将电势差V设定为V1，并且将通过单独墨水流动通道32(参见图5)传播的压力波充分放大以从喷嘴孔8中喷射出墨水。为了抑制压力波在单独墨水流动通道32中的传播，之后保持压力腔室10的容积减小的状态预定时间A。虽然在预定时间A较短时减小了从喷嘴孔8喷射出的墨滴体积，但是在将预定时间A设定在没有减小墨滴体积的范围中的同时进行这项墨水击打精确度的研究。之后，施加用于降低在压力腔室10中的压力的脉冲，并且在经过预定时间B之后，再次施加使压力腔室10中的压力升高的脉冲以消除在单独墨水流动通道32中的压力波。在该状态下，将促动器单元保持为等待状态预定时间C。预先将进行一次喷墨所需要的总时间T0(＝Ts+A+B+C)确定为给定的数值(在该研究中，T0＝60μs)。
从喷嘴孔8进行的喷墨的特性取决于Ts、A、B和C的数值。Ts的最优数值由传播时间长度(声波长度AL长度)确定，这取决于单独墨水流动通道32的形状和墨水的特性。相反，A、B和C的最优数值在设计阶段中确定以便获得优异的墨水击打精确度。但是，许多因素如在生产步骤中所产生出的单独墨水流动通道32的生产误差可以造成在设计阶段中所确定的数值偏离最优数值，由此降低了墨水击打精确度。换句话说，确保墨水击打精确度为令人满意的水平的A、B和C的数值范围越宽，则墨水击打精确度越高。在下述研究中，将温度条件设定为室温(大约为27至28℃)，并且所采用的墨水为黑色墨水(粘度3至5mPa.s)和青色墨水(粘度3至5mPa.s)。
因此，在该研究中，根据在A和B的数值变化时墨水击打精确度如何变化的方式，将在图9中所示的实施方案的喷嘴板30的墨水击打精确度与图18的喷嘴板的墨水击打精确度进行比较。图11和12显示出在A和B的数值在从5.0μs至12.0μs的范围中变化时所获得的结果。图11A显示出在墨水为黑色的情况中该实施方案的喷嘴板30具有优异墨水击打精确度的范围。图11B显示出在墨水为青色的情况中的那些范围。图12A显示出在墨水为黑色的情况中图18的喷嘴板具有优异墨水击打精确度的范围。图12B显示出在墨水为青色的情况中的那些范围。在图11和12中，充填部分为确定墨水击打精确度优异的那些部分。在通过从相同喷嘴孔8中连续喷射出墨水来打印测试图案的结果中，通过视觉检验墨水是否按照喷雾的方式喷射或墨水击打位置是否偏离来判断墨水击打精确度是否优异。
如图11和12所示，在采用黑色和青色墨水的两个情况中，在图9的实施方案的喷嘴板30中将墨水击打性能判断为优异的部分的范围明显大于在图18的喷嘴板中的范围。也就是说，对于提供给促动器单元21的脉冲信号而言，可以设定信号脉冲宽度的范围比在图18的喷嘴板中的范围宽。因此，在采用该实施方案的喷嘴板30的情况中，即使在生产流动通道单元4的过程中单独墨水流动通道32的加工公差稍微宽松时，也可以确保优异的墨水击打性能。
例如，在该实施方案的喷嘴板30中采用黑色墨水的情况中，可以将提供给促动器单元21的脉冲信号设定为具有A＝10μs和B＝8.5μs的数值，这基本上在图11A中所示的范围的中间处，在那里获得优异的墨水击打性能。在这个设定值下，即使在获得优异墨水击打特性的范围由于所形成的流动通道单元4的生产误差而稍微变化时，也可以将脉冲信号的预设定条件设定在获得优异墨水击打性能的范围内。因此，在流动通道单元4的形成中，要求了没有与在现有技术中所需要的那样严格的加工精度，并且可以提高生产率。而且，即使在不仅加工精度而且还有环境条件(温度、湿度等)稍微变化时，同样可以确保优异的墨水击打精确度。
再参照图9，在弯曲表面孔部分8c和柱状孔部分8b之间的连接端部D附近，喷嘴孔8的内径变化程度较小。当去除形成有柱状孔部分8b的基板50的表面部分时，在去除连接端部D附近部分的同时在基板50的表面中形成喷墨口52。即使在表面部分的去除量(去除厚度)由于在该过程中的加工误差而变化并且也去除了一部分弯曲表面孔部分8c时，喷墨口52的直径变化(参见图8C)也非常小。
按照下面的方式对喷墨口52的直径变化程度进行研究。在图9中，假设锥形孔部分8a的锥角为θ；弯曲表面孔部分8c的曲率半径为R；a为在连接端部D和喷嘴表面的加工目标位置F之间的距离，在该位置F中要形成喷墨口52并且设定为在弯曲表面孔部分8c相对于连接端部D的一侧上；加工误差为b；并且与加工目标位置分开b/2的喷嘴表面的最大变化位置为G和H。另外，还假设c为在位于弯曲表面孔部分8c的连接端部D和E处的切线的交点I和柱状孔部分8b的顶端之间的距离。c的数值对应于在其中喷嘴孔8只是大致由锥形孔部分8a和柱状孔部分8b构成的假设情况中的假想柱状孔部分8b的长度。假设，当去除基板50的表面部分50b时，去除量由于加工误差而变化，并且喷墨口52的实际位置偏离了加工目标位置F。按照下面的方式所研究的是在其中喷墨口52形成在最靠近该表面的位置H的情况下的直径和在其中喷墨口52形成在最靠近背面的位置G中的情况下的直径之间的差值ΔD(＝2×Δr)。
(1)与没有弯曲表面孔部分8c的锥形喷嘴孔8(参见图16)进行比较将上述参数设定为以下特定数值，并且将在该实施方案中的喷嘴孔8的ΔD数值与具有在图16中所示的锥形的喷嘴孔的数值进行比较。
在图9的喷嘴孔8中，当基板50的厚度为75μm、θ＝8.35°、R＝137.154μm、a＝3μm、b＝4μm并且c＝10μm时，在位置G和H之间的喷墨口52的直径差值ΔD＝0.175μm。该数值明显小于通过将安全系数加入到制图公差中而获得的许可数值(大约为1.0μm)。相反，当在图16中所示的传统喷嘴上施加相同条件(θ＝8.35°、a＝3μm并且b＝4μm)时，ΔD＝1.173μm。也就是说，可以看出，根据该实施方案的喷嘴孔8，与具有在图16中所示的锥形形状的喷嘴孔相比，喷墨口52的直径相对于加工误差b变化程度更加小(在上述条件下为1/6或更小)。
下面将对在下面的(2)至(5)中，在θ、a、b和c与ΔD的数值之间的关系进行说明。
(2)锥角θ和ΔD之间的关系图13A显示出在将a、b和c的数值设定为与在(1)中的那些相同的数值处并且改变锥角θ的情况下在位置G和H之间的喷墨口的直径差值ΔD。从图13A中可以看出，随着θ的数值变大，弯曲表面孔部分8c的曲率半径R变小，因此ΔD不可避免地变大。但是，在其中θ为2至30度的范围中，ΔD足够小于通过将安全系数加入到制图公差中所获得的许可数值(大约为1.0μm)。
(3)从连接端部D到加工目标位置F的距离a和ΔD之间的关系图13B显示出在其中将θ、b和c的数值设定为与在(1)中那些相同的数值并且从连接端部D到加工目标位置F的距离a变化的情况中位置G和H之间的喷墨口52的直径差值ΔD。从图13B可以看出，随着a的数值变大，喷嘴孔8的内径的变化率变大，因此ΔD变大。但是，在其中a为1至15μm的范围中，ΔD足够小于通过将安全系数加入到制图公差中所获得的许可数值(大约为1.0μm)。
(4)在加工误差b和ΔD之间的关系图13C显示出在将θ、a和c的数值设定为与在(1)中那些相同的数值并且加工误差b变化的情况中位置G和H之间的喷墨口52的直径差值ΔD。从图13C中可以看出，随着加工误差b变大，ΔD自然变大。但是，在其中b为0.5至6.0μm的范围中，ΔD足够小于通过将安全系数加入到制图公差中而获得的许可数值(大约为1.0μm)。
(5)在距离c和ΔD之间的关系如上所述，距离c等于假想柱状孔部分8b的长度。换句话说，距离c与弯曲表面孔部分8c的弧线长度成一对一的关系。图13D显示出在将θ、a和b的数值设定为与在(1)中那些相同的数值并且距离c变化的情况中位置G和H之间的喷墨口52的直径差值ΔD。从图13D中可以看出，在其中c为2至28μm的范围中，ΔD明显小于通过将安全系数加入到制图公差中而获得的许可数值(大约为1.0μm)。但是在其中c的数值相当小的情况中，弯曲表面孔部分8c的弧线相应较短，因此弯曲表面孔部分8c的内径变化程度相对较大。具体地说，在其中c小于8μm的情况中，ΔD的数值急剧增大，虽然该数值小于上述许可数值。相反，在其中c较大的情况中，ΔD的数值相当小。因此在这方面，这个情况是优选的。但是，c的大数值意味着弯曲表面孔部分8c较长。尤其是，在其中c的数值大于16μm的情况中，喷嘴孔8的内径变化程度相当小。在该情况中墨水在喷嘴孔8的流动阻力变得非常小，从而喷墨特性容易受到位于喷嘴孔8上游的单独墨水流动通道32(参见图6)的流动阻力的影响。也就是说，喷墨特性可能由于单独墨水流动通道32的制造误差而变化。因此，c的数值优选在8至16μm的范围中。
如上所述，在该实施方案的喷嘴板30中，通过甚至去除在弯曲表面孔部分8c和柱状孔部分8b之间的连接端部D的附近部分来形成喷墨口52。在连接端部D附近，喷嘴孔8的内径变化程度较小。因此，即使在表面部分的去除量(去除厚度)由于加工误差而变化时，也可以将喷墨口52的直径变化(ΔD)抑制到较小的程度。
在上述研究中，朝着连接端部D与加工目标位置F分开b/2的喷嘴表面的最大变化位置H设置在与连接端部D分开的弯曲表面孔部分8c上，并且总是将一部分弯曲表面孔8c去除。但是，加工目标位置F的设置并不限于此。或者，可以如此设定加工目标位置F，从而至少去除整个表面部分50b，也就是说例如最大变化位置H可以与连接端部D一致。
接下来将对其中对上述实施方案进行了各种改变的变型进行说明。按照与该实施方案的那些部件相同的方式构成的部件由相同的参考标号表示，并且其说明通常被省略。
1]在该实施方案中，在基板50形成喷嘴孔8的过程中，冲头51没有穿透基板50(参见图8)。或者，该冲头51可以穿透基板50。在可选方案中，当基板50被冲头51穿透时，通常会在基板50的表面上形成毛刺。因此，在去除这些毛刺的同时，可以去除其中至少形成有柱状孔部分8b的基板50的表面部分。
2]如图14和15所示一样，可以采用这样一种冲头91来在基板50中形成喷嘴孔98，该冲头具有第一锥形部分91a，它具有截头圆锥形形状并且形成在底侧上；第二锥形部分91b，它形成在顶端侧上，按照与第一锥形部分91a相同的方式具有截头圆锥形形状，并且其直径小于第一锥形部分91a；以及一弯曲表面部分91c，它将第一和第二锥形部分91a和91b相互连接。在包含冲头91的轴线C2的剖面中，弯曲表面部分91c由这样一个弧形形成，其中在位于弯曲表面孔部分91c和第一、第二锥形部分91a、91b之间的连接端部J、K处的切线L3、L4分别与形成第一和第二锥形部分91a和91b的直线平行。
如图15A所示，冲头91相对于基板50的背面驱动没有穿透基板50的行程，由此如图15B所示一样，在基板50中形成第一锥形孔部分98a、第二锥形孔部分98b以及将第一和第二锥形孔部分98a和98b相互连接的弯曲表面孔部分98c。第一锥形孔部分98a、第二锥形孔部分98b和弯曲表面孔部分98c分别与第一锥形部分91a、第二锥形部分91b和弯曲表面部分91c相对应。
如图15C所示，按照与该实施方案相同的方式，在将形成在基板50的表面上的凸起50a去除的同时，将其中形成有至少第二锥形孔部分98b的基板50的表面部分去除以形成喷嘴孔98。在具有喷嘴孔98的喷嘴板90中，按照与在该实施方案的喷嘴板30中相同的方式，喷嘴孔98的内径随着从喷墨口92向具有弧形截面形状的弯曲表面孔部分98c前进而逐渐变化，并且提高了墨水击打精确度。与该实施方案相比，处于冲头91的顶端处的第二锥形部分91b具有一锥形形状，因此在相对于基板50驱动冲头91的过程中所施加的阻力较小，从而提高了加工效率。
3]形成冲头51的弯曲表面部分51c的曲线形状不限于在该实施方案中的弧形形状。图19显示出该变化实施例的冲头51的顶端部分的放大图。在图19中，假设坐标系具有与轴线C1平行并且朝着锥形部分51a增大的X轴线；以及穿过在弯曲表面部分51c′和柱状部分51b之间的连接端部A并且与X轴线垂直的Y轴线。这里，形成弯曲表面部分51c′的曲线必须至少满足这样的条件，即该弯曲表面部分51c′与锥形部分51a和柱状部分51b平滑地连接。具体地说，如果在坐标X处的冲头51的半径表示为Y，并且包括形成锥形部分51a的直线、形成弯曲表面部分51c′的曲线和形成柱状部分51b的直线的线表示为Y＝F(X)，则至少要求F(X)在包含轴线C1的截面中在连接端部A和B处可以微分。另外，优选的是，在连接端部A和B之间的F(X)(即，形成弯曲部分51c′的曲线)的微分系数在包含轴线C1的截面中具有相同的符号(正或负)。X和Y的优选关系式取决于锥角θ、柱状部分51b的半径等。下面将显示出该关系式的一个示例。在包含轴线C1的截面中形成弯曲表面部分51c′的曲线可以为其中Y坐标由X坐标的指数函数表示。当锥角θ＝8.34°并且柱状部分51b的半径为12.5μm时，Y(μm)可以由Y＝1.048x+12.5的指数函数表示。当采用这个冲头时，自然地获得以下作用。这里，还假设在基板50中，坐标系具有与中心线平行并且沿着与喷墨方向相反的方向增大的X轴线；以及穿过在弯曲表面孔部分和柱状孔部分之间的连接端部并且与X轴线垂直的Y轴线。在根据冲头的弯曲表面部分51c形成在基板50中的弯曲表面孔部分中，在包含中心线的截面中形成弯曲表面孔部分的曲线为其中Y由X的指数函数表示的曲线。
或者，在包含冲头51的轴线C1的截面中构成弯曲表面部分51c′的曲线可以为其中Y由X的n次函数表示的曲线(其中n为整数)。将显示该可选方案的优选示例。当锥角θ＝8.34°并且柱状部分的半径为12.5μm时，Y(μm)可以由Y＝0.0037X2+12.5的二次函数表示。当采用这个冲头时，可以获得以下作用。在根据该冲头51的弯曲表面部分51c′形成在基板中的弯曲表面孔部分中，在包含中心线C1的截面中形成该弯曲表面孔部分的曲线为其中Y由X的二次函数表示的曲线。
或者，在包含冲头51的轴线C1的截面中构成弯曲表面部分51c′的曲线可以是其中Y由X的三角函数表示的曲线。下面将显示该可选方案的优选示例。当锥角θ＝8.34°并且柱状部分的半径为12.5μm时，Y(μm)可以由Y＝25cos{(X-180)×∏/180}+37.5的三角函数表示。当采用这个冲头时，可以获得以下作用。在按照冲头51的弯曲表面部分51c′形成在基板50中的弯曲表面孔部分中，在包含中心线的截面中形成弯曲表面孔部分的曲线为其中Y由X的三角函数表示的曲线。
权利要求
1.一种生产喷嘴板的方法，该方法包括采用一金属模具部件压制基板，该模具部件包括形状为截头圆锥形的锥形部分；截头圆锥形部分；以及连接锥形部分和截头圆锥形部分的弯曲表面部分，从而形成这样的基板，该基板具有锥形孔部分、截头圆锥形孔部分和连接锥形孔部分和截头圆锥形孔部分的弯曲表面孔部分，它们分别与锥形部分、截头圆锥形部分和弯曲表面部分相对应；并且从基板将至少截头圆锥形孔部分除去。
2.如权利要求1所述的方法，其中在包括金属模具部件的中心轴线的截面中，弯曲表面部分在第一位置处与锥形部分连接并且在第二位置处与截头圆锥形部分连接；弯曲表面部分在第一位置处的切线与形成锥形部分的直线平行；并且弯曲表面部分在第二位置处的切线与形成截头圆锥形部分的直线平行。
3.如权利要求2所述的方法，其中在包括金属模具部件的中心轴线的截面中，形成弯曲表面部分的曲线不包括拐点。
4.如权利要求2所述的方法，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形部分增大；以及y轴线，它穿过第二位置并且与x轴线垂直；当形成弯曲表面部分的曲线的y坐标由x的函数表示时，在第一位置和第二位置之间的函数的微分系数具有相同的符号。
5.如权利要求2所述的方法，其中在包括所述中心轴线的截面中，形成弯曲形状部分的曲线为一弧线。
6.如权利要求5所述的方法，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它同样穿过第二位置并且与中心轴线垂直；y轴线，它朝着锥形部分增大；以及原点，它与弧线的中心相同；并且形成该弯曲形状部分的曲线由下式表示x2+y2=(Ltanθ2)2]]>其中θ表示在锥形部分和y轴线之间的角度；并且L表示弯曲表面部分在第一位置和第二位置处的切线之间的交点的y坐标。
7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形部分增大；以及y轴线，它穿过第二位置并且与x轴线垂直；并且在该截面中，形成弯曲表面部分的曲线的y坐标由下式表示y＝x的指数函数。
8.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形部分增大；以及y轴线，它穿过第二位置并且与x轴线垂直；并且在该截面中，形成弯曲表面部分的曲线的y坐标由下式表示y＝x的n次多项式。
9.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形部分增大；以及y轴线，它穿过第二位置并且与x轴线垂直；并且在该截面中，形成弯曲表面部分的曲线的y坐标由下式表示y＝x的三角函数。
10.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中金属模具部件的截头圆锥形部分具有一柱状形状。
11.一种喷嘴板，它包括形成有喷墨口的喷嘴表面；喷嘴孔，它包括锥形孔部分，它具有截头圆锥形内表面并且在其一个端部处具有最小的直径；以及弯曲表面孔部分，它具有弯曲表面形内表面，其内径随着从锥形孔部分的一个端部向喷墨口靠近而逐渐减小。
12.如权利要求11所述的喷嘴板，其中所述弯曲表面孔部分在所述一个端部处与锥形孔部分连接，并且与喷墨口连接。
13.如权利要求11所述的喷嘴板，其中在包括喷嘴孔的中心轴线的截面中，弯曲表面孔部分在所述一个端部处的切线与形成锥形孔部分的直线平行。
14.如权利要求13所述的喷嘴板，其中，在包括喷嘴孔的中心轴线的截面中，形成弯曲表面孔部分的曲线不包括拐点。
15.如权利要求13所述的喷嘴板，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形孔部分增大；以及y轴线，它与x轴线垂直；当形成弯曲表面孔部分的曲线的y坐标由x的函数表示时，在所述一个端部和喷墨口之间的函数的微分系数具有相同的符号。
16.如权利要求13所述的喷嘴板，其中在包括所述中心轴线的截面中，形成弯曲形状孔部分的曲线为一弧线。
17.如权利要求16所述的喷嘴板，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它同样与所述中心轴线垂直；y轴线，它朝着锥形孔部分增大；以及原点，它与弧线的中心相同；并且形成该弯曲形状孔部分的曲线由下式表示x2+y2=(Ltanθ2)2]]>其中θ表示在锥形孔部分和y轴线之间的角度；并且L表示该曲线在所述一个端部处的切线和该曲线在延伸的该曲线与X轴线之间的交点处的切线之间的交点的y坐标。
18.如权利要求11至15中任一项所述的喷嘴板，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形孔部分增大；以及y轴线，它与x轴线垂直；并且在该截面中，形成弯曲表面孔部分的曲线的y坐标由下式表示y＝x的指数函数。
19.如权利要求11至15中任一项所述的喷嘴板，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形孔部分增大；以及y轴线，它与x轴线垂直；并且在该截面中，形成弯曲表面孔部分的曲线由下式表示y＝x的n次多项式。
20.如权利要求11至15中任一项所述的喷嘴板，其中在包括所述中心轴线的截面中，坐标系具有x轴线，它与中心轴线平行并且朝着锥形孔部分增大；以及y轴线，它与x轴线垂直；并且在该截面中，形成弯曲表面孔部分的曲线的y坐标由下式表示y＝x的三角函数。
全文摘要
一种喷嘴板，它包括喷嘴表面和喷嘴孔。该喷嘴表面形成有喷墨口。喷嘴孔包括一锥形孔部分和一弯曲表面孔部分。锥形孔部分具有截头圆锥形内表面并且在其一个端部处具有最小直径。弯曲表面孔部分具有弯曲表面形内表面。弯曲表面孔部分的内径随着从锥形孔部分的一个端部向喷墨口靠近而逐渐减小。
文档编号B41J2/135GK1603116SQ200410083350
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者伊藤敦, 大川康夫 申请人:兄弟工业株式会社