JP2000343000A - ノズルおよびノズル穴の加工方法ならびに加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】噴射口の穴径をばらつきなく正確に所定値に形
成できる形状のノズル穴を有するノズルおよびそのノズ
ル穴の加工に適した加工方法ならびに加工装置を提供す
る。 【解決手段】ノズル７は、流入口９から噴射口１０に向
けて断面積が漸次小さくなるテーパー形状のテーパー周
面部８ａと、このテーパー周面部８ａの端部から噴射口
１０に向けてストレートに貫通したストレート周面部８
ｂとを有する穴形状のノズル穴８を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体などの噴射に
用いられるノズルおよびそのノズルのノズル穴の加工方
法ならびに加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】主として液体を噴射する用途に用いられ
るノズルには、その利用分野に応じて加工材料、厚みな
どが大きく異なる多くの種類のものが存在し、それらの
加工方法もドリル加工などの機械加工からドライエッチ
ングまで様々である。その一例として、インクジェット
式プリンタに用いられるインクジェットノズルについて
説明する。図５はインクジェットノズル１のノズル穴２
の形状を示す縦断面図を示す。このインクジェットノズ
ル１のノズル穴２は、横断面形状が円形であって、イン
ク流入口３の断面積が最も大きく、且つ、インク噴射口
４に向けて断面積が漸次小さくなるテーパー形状（先細
り形状）になっている。このようにノズル穴２をテーパ
ー形状にしているのは、インクの流れと共に圧力が高ま
って、いわゆる層流が得られ、所望の液滴を形成する上
で都合が良いためである。

【０００３】なお、ノズル穴２をインク流入口３からイ
ンク噴射口４に向けて断面積が漸増する逆テーパー形状
にした場合には、インクの流れ方向に負圧が発生して流
れに乱れが生じ、一塊の吐出液滴を具合良く形成するこ
とが困難となる。そのため、インクジェットノズル１以
外の他の液体噴射用ノズルも、流入口から噴出口に向け
て断面積が漸次大きくなるテーパー形状になっているも
のが多い。

【０００４】上記のノズル穴２は、レーザアブレーショ
ン（特開平10-76666号公報参照）、ドライエッチング
（特公平4-73287 号公報参照）およびプレス加工などの
加工方法により加工されている。レーザアブレーション
は、加工速度が速く、マスクの寸法精度と結像レンズの
性能とにより加工寸法が決まることから、再現性良く高
精度の加工が可能であるという利点がある。また、ドラ
イエッチングは、フォトリソグラフィなどでマスクを形
成して加工するため、極めて高精度の加工が可能である
という特長がある。さらに、プレス加工は、使用する材
料に殆ど限定がなく、面粗さの良い加工が可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなテーパー形状を有するノズル穴２は、ノズル１に
とって最も重要な噴射口４の穴径φＤをばらつきなく正
確に形成するのが困難である。すなわち、ノズル穴２の
テーパー角θは、プレス加工の場合にポンチの形状、レ
ーザアブレーションの場合にレーザの集光角度によって
それぞればらつきなく正確に形成することが可能である
のに対し、噴射口４の穴径φＤは、板厚Ｌの誤差や加工
時の材料の板厚Ｌ方向の僅かな位置ずれなどに起因して
ばらつきが生じ易いためである。特に、ノズル穴２を多
数配列するインクジェットノズル１では、各ノズル穴２
の噴射口４の穴径φＤにばらつきがあると、インク吐出
量がばらついて印字むらが発生するという重大な欠陥と
なる。

【０００６】また、従来のノズル穴２の加工に採用され
ている上記の各加工方法には何れも種々の欠点がある。
すなわち、レーザアブレーションは、レーザビームの断
面形状とパワー分布が発振器固有の特性に左右されるこ
とから、ノズル穴２の真円度を確保するのが難しい。し
かも、レーザアブレーションには、加工できる材料に限
定があり、ランニングコストが高くつき、危険物の一種
であるガスを使用する必要があり、レーザを使用するこ
とから必然的にノズル穴２がテーパー形状となるが、そ
のノズル穴２の形状の自由度が少ないなどの欠点があ
る。

【０００７】一方、ドライエッチングは、使用できる材
料に限定があり、高アスペクト比、ノズル穴２を任意形
状に加工するのが困難であるなどの欠点がある。さら
に、ドライエッチングは、エッチングマスクの作成を含
む加工システム全体がコスト高であり、ランニングコス
トも高くつき、危険物の一種であるガスを使用する必要
があるなどの欠点がある。また、プレス加工では、加工
歪みやバリが発生するので、研磨によるバリ取りなどの
二次的な加工を必要とする欠点がある。

【０００８】さらに、上述の各加工方法は、総じてノズ
ル穴２の加工形状に自由度が少なく、特に、テーパー形
状のノズル穴２の加工に際しては、各加工方法が有する
加工誤差や使用材料の板厚Ｌのばらつきなどに起因し
て、噴射口４の穴径φＤに誤差が発生し易い問題があ
る。

【０００９】そこで本発明は、上記従来の課題に鑑みて
なされたもので、噴射口の穴径をばらつきなく正確に所
定値に形成できる形状のノズル穴を有するノズルおよび
そのノズル穴の加工に適した加工方法ならびに加工装置
を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のノズルは、ノズル穴が、流入口から噴射口
に向けて断面積が漸次小さくなるテーパー形状のテーパ
ー周面部と、このテーパー周面部の端部から前記噴射口
に向けてストレートに貫通したストレート周面部とを有
する形状に形成されていることを特徴としている。

【００１１】このノズルでは、ノズルにとって最も重要
な噴射口の穴径をばらつきなく正確に所定値に形成する
ことが可能である。すなわち、テーパー周面部のテーパ
ー角は従来からばらつきなく正確に形成することが可能
であり、ストレート周面部は、テーパー周面部の加工と
別個に加工することが可能であって、長さ方向の全体に
わたり一定の穴径に形成するので、加工方法が有する加
工誤差や使用材料の板厚のばらつきなどの誤差要因をス
トレート周面部の長さの僅かなばらつきとして吸収でき
るから、噴射口の穴径を正確に所定値に形成することが
できる。また、ストレート周面部の長さの僅かなばらつ
きは、ノズルの噴射性能に悪影響を及ぼす程のものでは
なく、何ら支障が生じない。

【００１２】また、本発明のノズル穴の加工方法は、工
具電極を用いた放電加工法によってノズル材料にノズル
穴を加工するものであって、前記工具電極を前記ノズル
穴の加工に伴い前記ノズル材料に対し穴開け方向に向け
進行させるとともに、前記工具電極を前記ノズル材料の
加工面に平行な方向に揺動させ、且つこの揺動運動の揺
動量を、前記ノズル材料の表面からの前記穴開け方向の
加工位置に応じて加工すべきノズル穴の形状に対応する
よう変化させながら放電加工するようになっている。

【００１３】このノズル穴の加工方法では、工具電極の
揺動量を穴開け方向の位置に応じて制御しながら加工さ
れるので、ノズル材料の板厚の誤差や加工時の材料の板
厚方向の僅かな位置ずれなどの誤差要因の影響を受ける
ことなく、所定のテーパー角のテーパー周面部と所定の
穴径のストレート周面部とを確実に有する穴形状のノズ
ル穴を加工できる。しかも、所要のノズル穴を工具電極
を用いた型彫放電加工法による一工程によって生産性良
く高精度に加工することができる。

【００１４】上記ノズル穴の加工方法において、加工す
べきノズル穴における穴開け方向の各位置毎の直径と工
具電極の直径との寸法差分を揺動量として工具電極を揺
動運動させることが好ましい。これにより、深さ方向の
全体にわたり所要の穴径を有するノズル穴を確実に加工
することができる。

【００１５】また、上記ノズル穴の加工方法において、
加工すべきノズル穴における穴開け方向の各位置毎の穴
径と工具電極の径および加工に伴う前記工具電極の径方
向の消耗分との寸法差分を揺動量として工具電極を揺動
運動させることが一層好ましい。これにより、工具電極
の消耗分による穴径の誤差発生を防止して、深さ方向の
全体にわたり所要の穴径を有するノズル穴を一層正確に
加工することができる。

【００１６】上記ノズル穴の加工方法において、断面円
形の工具電極を用い、この工具電極を旋回運動させるよ
うにすることができる。これにより、インクジェットノ
ズルのような横断面形状が円形のノズル穴を、効率的、
且つ高精度に加工することができる。

【００１７】本発明のノズル穴の加工装置は、型彫放電
加工法によってノズル材料にノズル穴を加工するもので
あって、前記ノズル材料を、これに加工するノズル穴の
穴開け方向に対し直交方向に揺動自在に保持する揺動テ
ーブルと、工具電極を前記ノズル材料に相対向する配置
で穴開け方向に移動自在に保持する電極作動テーブル
と、前記工具電極と前記ノズル材料との間に加工電圧を
印加する放電回路と、前記工具電極と前記ノズル材料と
の間の放電発生の有無を検出する放電検出部と、前記放
電検出部から放電検出信号が入力した時点を前記ノズル
材料の表面として前記電極作動テーブルの前記穴開け方
向への移動制御を開始し、放電状態に対応して前記電極
作動テーブルを介し前記工具電極を所定の速度で前記穴
開け方向へ移動させる穴加工制御部と、前記工具電極に
おける前記ノズル材料に対する前記穴開け方向の位置と
加工すべきノズル穴の穴開け方向の各位置の穴径とに基
づいて前記揺動テーブルの揺動量を演算する揺動量演算
部と、前記揺動量演算部により制御されて、前記揺動テ
ーブルを前記演算した揺動量に基づき揺動運動させる揺
動駆動部とを有して構成されている。

【００１８】このノズル穴の加工装置は、揺動量演算部
によって工具電極におけるノズル材料に対する穴開け方
向の位置と加工すべきノズル穴の穴開け方向の各位置の
穴径とに基づいて揺動テーブルの揺動量を演算し、その
演算した揺動量に基づき揺動駆動部が揺動テーブルを揺
動運動させるので、本発明のノズル穴の加工方法を確実
に具現化して、加工方法と同様の効果を確実に得ること
ができる。

【００１９】上記ノズル穴の加工装置において、揺動テ
ーブルは、これに保持されているノズル材料におけるノ
ズル穴を加工すべき箇所を工具電極に相対向させるよう
位置決めするＸＹテーブルに固定して設けられている構
成とすることができる。これにより、ノズル材料を、工
具電極に対し位置決めした状態において揺動テーブルに
より揺動運動させるので、揺動テーブルは、揺動量演算
部が演算した揺動量だけ揺動させればよく、ノズル材料
の揺動運動を高精度に行うことができる。

【００２０】また、本発明の他のノズル穴の加工装置
は、型彫放電加工法によってノズル材料にノズル穴を加
工するものであって、前記ノズル材料を保持して、その
ノズル材料におけるノズル穴を加工すべき箇所を工具電
極に相対向させるよう位置決めするＸＹテーブルと、前
記工具電極を、前記ノズル材料に加工するノズル穴の穴
開け方向に対し直交方向に揺動自在に保持する揺動テー
ブルと、前記揺動テーブルを保持して前記工具電極を前
記穴開け方向に移動させる電極作動テーブルと、前記工
具電極と前記ノズル材料との間に加工電圧を印加する放
電回路と、前記工具電極と前記ノズル材料との間の放電
発生の有無を検出する放電検出部と、前記放電検出部か
ら放電検出信号が入力した時点を前記ノズル材料の表面
として前記電極作動テーブルの前記穴開け方向への移動
制御を開始し、放電状態に対応して前記電極作動テーブ
ルを介し前記工具電極を所定の速度で前記穴開け方向へ
移動させる穴加工制御部と、前記工具電極における前記
ノズル材料に対する前記穴開け方向の位置と加工すべき
ノズル穴の穴開け方向の各位置の穴径とに基づいて前記
揺動テーブルの揺動量を演算する揺動量演算部と、前記
揺動量演算部により制御されて、前記揺動テーブルを前
記演算した揺動量に基づき揺動運動させる揺動駆動部と
を有する構成になっている。

【００２１】このノズル穴の加工装置は、上記のノズル
穴の加工方法を忠実に具現化して加工方法と同様の効果
を得られるのに加えて、ノズル材料を固定状態として加
工できるので、ノズル材料を順次移動させながら多数の
ノズル穴を配列形成する場合などに好適に適用できる。

【００２２】上記の各ノズル穴の加工装置において、揺
動テーブルは、Ｘ方向揺動テーブル部とＹ方向揺動テー
ブル部とからなり、揺動駆動部は、前記Ｘ方向揺動テー
ブル部および前記Ｙ方向揺動テーブル部を個別に揺動さ
せる圧電素子により構成することが好ましい。

【００２３】これにより、Ｘ方向揺動テーブル部とＹ方
向揺動テーブル部とを個別に揺動させて、ノズル材料ま
たは工具電極をＸ方向およびＹ方向の任意の位置の方向
に容易、且つ正確に揺動させることができる。また、揺
動駆動部が圧電素子を用いて構成されているので、揺動
運動を高速、且つ高精度に行わせることができる。特
に、圧電素子はノズル材料または工具電極を短いストロ
ークで高速に揺動させることができるので、断面形状の
直径が比較的小さいノズル穴を加工する場合に高速加工
が可能となる。しかも、圧電素子は発熱が少ないことか
ら、揺動駆動部を小型化できる利点がある。

【００２４】揺動テーブルは、Ｘ方向揺動テーブル部と
Ｙ方向揺動テーブル部とからなり、揺動駆動部は、前記
Ｘ方向揺動テーブル部および前記Ｙ方向揺動テーブル部
を個別に揺動させるリニアモータにより構成することも
できる。

【００２５】これにより、Ｘ方向揺動テーブル部とＹ方
向揺動テーブル部とを個別に揺動させて、ノズル材料ま
たは工具電極をＸ方向およびＹ方向の任意の位置の方向
に容易、且つ正確に揺動させることができる。また、揺
動駆動部を構成するリニアモータは、バックラッシュが
ないことから、直線往復運動時のヒステリシスが無い利
点があるので、揺動運動を一層高精度に行わせることが
できる。特に、リニアモータはノズル材料または工具電
極を50μｍ程度の比較的長いストロークで高速に揺動さ
せることができるので、断面形状の直径が比較的大きい
ノズル穴を加工する場合に高速加工が可能となる。

【００２６】上記の各ノズル穴の加工装置において、工
具電極におけるノズル材料に対する穴開け方向の位置を
検出する位置検出部を備え、揺動量演算部は、前記位置
検出部の検出位置に基づいて揺動量を演算するよう構成
することが好ましい。これにより、加工すべきノズル穴
における穴開け方向の各部位における揺動量を正確に算
出することができ、所要の穴径の穴形状を有するノズル
穴を正確に加工できる。

【００２７】また、上記の各ノズル穴の加工装置におい
て、Ｘ方向揺動テーブル部とＹ方向揺動テーブル部との
位置をそれぞれ検出する位置センサを備え、揺動量演算
部は、演算した揺動量に基づき揺動駆動部を揺動制御す
るとともに、前記各位置センサの位置検出信号に基づき
前記揺動駆動部を演算した揺動量になるようフィードバ
ック制御する構成とすることができる。これにより、ノ
ズル材料または工具電極を、揺動量演算部が算出した揺
動量通りに正確に揺動させることができる。

【００２８】また、本発明のインクジェット式プリンタ
のインクジェットノズルは、所定配置で形成された多数
個の各ノズル穴が、流入口から噴射口に向けて断面積が
漸次小さくなるテーパー形状のテーパー周面部と、この
テーパー周面部の端部から前記噴射口に向けてストレー
トに貫通したストレート周面部とを有する形状にそれぞ
れ形成されていることを特徴としている。

【００２９】これにより、ノズル穴のテーパー周面部に
よってインクの流れと共に圧力が高まって、いわゆる層
流が得られ、所望の液滴を形成することができる。ま
た、ノズル穴には、テーパー周面部の加工と別個に加工
することができるストレート周面部を有しおり、このス
トレート周面部は、長さ方向の全体にわたり一定の穴径
を有していることから、加工方法が有する加工誤差や使
用材料の板厚のばらつきなどの誤差要因を長さの僅かな
ばらつきとして吸収することができる。したがって、こ
のインクジェット式プリンタのインクジェットノズル
は、ノズルにとって最も重要な噴射口の穴径をばらつき
なく正確に所定値に形成することが可能なノズル穴を有
している。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の一実施の形態に係るノズル７のノズル穴８の形状を示
す縦断面図である。このノズル７では、そのノズル穴８
が、流入口９から噴射口１０に向けて断面積が漸次小さ
くなるテーパー形状となったテーパー周面部８ａと、こ
のテーパー周面部８ａの下端から噴射口１０に向けて同
一断面積でストレートに貫通したストレート周面部８ｂ
とを有する形状になっている。

【００３１】このノズル７のノズル穴８は、いかなる加
工方法により加工した場合にも、それら加工方法が有す
る加工誤差や使用材料の板厚Ｌのばらつきの影響を除外
して、ノズル７にとって最も重要な噴射口１０の穴径φ
Ｄをばらつきなく正確に所定値に形成することが可能で
ある。すなわち、テーパー周面部８ａのテーパー角θ
は、例えば、プレス加工ではポンチの形状、レーザアブ
レーションではレーザの集光角度によって従来からばら
つきなく正確に形成することが可能であり、ストレート
周面部８ｂは、テーパー周面部８ａの加工と別個に加工
することが可能であることから、例えば、噴射側から加
工してもよく、また、長さＬｓ方向の全体にわたり一定
の穴径φＤに形成するので、噴射口１０の穴径φＤを正
確に所定値に形成することができる。

【００３２】つまり、板厚Ｌの誤差や加工時の材料の板
厚Ｌ方向の僅かな位置ずれなどの誤差要因は、ストレー
ト周面部８ｂの長さＬｓの僅かなばらつきとして吸収で
きるから、噴射口１０の穴径φＤは確実に正確な所定値
に形成できる。上記ストレート周面部８ｂの長さＬｓの
僅かなばらつきは、ノズル７の噴射性能に悪影響を及ぼ
す程のものではないが、このストレート周面部８ｂの長
さＬｓは、ノズル穴８の加工方法が有する誤差と噴出す
べき液体の噴射特性に応じて設定すれば、ばらつきを可
及的に無くすことができる。実測値によると、インクジ
ェット式プリンタ用の場合には、ストレート周面部８ｂ
の長さＬｓを数μｍに設定するのが好ましい。

【００３３】つぎに、上記のような穴形状を有するノズ
ル穴８を一工程により生産性良く高精度に加工すること
のできる加工方法について説明する。図２（ａ），
（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るノズル穴８の加
工方法の原理を説明するための概略縦断面図および概略
横断面図であり、この実施の形態では、インクジェット
式プリンタに用いるノズル７の加工方法を例示してあ
る。したがって、ノズル穴８は横断面形状が円形のもの
である。この加工方法は、工具電極１１とノズル材料１
２との間に放電回路１３により所定の加工電圧を印加し
て断続的なアーク放電を発生させ、この結果生じる多数
の放電痕によってノズル材料１２に穴開け加工を施す。
すなわち、この実施の形態のノズル穴８の加工方法は、
周知の型彫放電加工法を利用したものである。

【００３４】工具電極１１は円柱形状を有している。通
常、型彫放電加工法では、ノズル材料１２に対して工具
電極１１の先端面を投影する状態に加工して、その加工
の進行と共に工具電極１１の進行方向に先端面を投影し
た形状が加工されるのであるが、この加工方法では、工
具電極１１を、図２にＡ矢印で示すように、ノズル材料
１２の加工面に対し平行な面内で円形に旋回運動させな
がら、加工した穴１４の進行に対応して（ａ）にＺ矢印
で示すノズル材料１２の厚み方向、つまり穴開け方向に
移動させてノズル穴８を加工する。なお、この実施の形
態では、工具電極１１自体も図２にＢ矢印で示すように
回転する。この工具電極１１を自転させているのは、加
工屑の排出と真円度を確保するためである。上記工具電
極１１を旋回運動させる旋回半径は、加工に伴い移動す
る工具電極１１の穴開け方向Ｚにおける位置の変化に対
応して図４に示すように変化させていく。

【００３５】すなわち、図４は、工具電極１１先端がノ
ズル材料１２の表面に近接して放電が開始された時点で
の工具電極１１の位置を穴開け方向Ｚの始点、つまり０
点として、この工具電極１１の穴開け方向Ｚにおける位
置と工具電極１１の旋回半径との関係を示したものであ
る。同図において、ｆ（Ｚ）の特性表示線は、加工すべ
きノズル穴８のテーパー周面部８ａのテーパー角θとス
トレート周面部８ｂの穴径φＤとにより決定される工具
電極１１の穴開け方向Ｚの位置に対する旋回半径の関係
を示すものである。Ｗ（Ｚ）の特性表示線は、加工に伴
う工具電極１１の径方向の消耗量に応じた工具電極１１
の旋回半径の補正値を示すものである。

【００３６】また、Ｆ（Ｚ）の特性表示線は、加工すべ
きノズル穴８の穴形状と工具電極１１の径方向の消耗量
に応じた補正値とにより決定される実際の加工時の工具
電極１１の穴開け方向Ｚの位置に対する旋回半径の関係
を示すものであり、その旋回半径は、ノズル穴８の穴形
状により決定される穴開け方向Ｚの位置に対応する旋回
半径に、工具電極１１の径方向の消耗量に応じた補正値
を加算したものとなる。なお、同図の旋回半径を示す縦
軸のＣはテーパー周面部８ａの加工範囲、Ｄはストレー
ト周面部８ｂの加工範囲である。

【００３７】したがって、工具電極１１は、放電開始し
た時点からの穴開け方向Ｚの位置を検出しながら、その
検出した穴開け方向の位置に対応してＦ（Ｚ）の特性表
示線の制御データに基づく旋回半径で旋回運動するよう
制御される。このように工具電極１１を穴開け方向Ｚの
位置に応じて旋回制御させながら加工されたノズル穴８
は、板厚Ｌの誤差や加工時の材料の板厚Ｌ方向の僅かな
位置ずれなどの誤差要因の影響を受けることなく、所定
のテーパー角θのテーパー周面部８ａと所定の穴径φＤ
のストレート周面部８ｂとを確実に有する穴形状とな
る。しかも、所要のノズル穴８を工具電極１１を用いた
型彫放電加工法による一工程によって生産性良く高精度
に加工することができる。

【００３８】なお、図４の縦軸に示す旋回半径におい
て、テーパー周面部８ａにおける流入口９から工具電極
１１の直径の２倍以上の穴径を有する位置までの範囲で
は、工具電極１１の最大旋回半径を示しており、工具電
極１１は、最大旋回半径で旋回しながら加工したのち
に、その内部を揺動しながら加工する。すなわち、工具
電極１１は、順次変化していく加工面の穴径に対する自
体の直径の寸法差分の範囲内を旋回運動する。正確に
は、順次変化していく加工面の穴径に対する自体の直径
の寸法差分に工具電極１１の径方向の消耗量を加算した
揺動範囲内を旋回運動することになる。

【００３９】また、放電回路１３としては周知のＲＣ回
路を用いる。実測によると、この放電回路１３における
加工電圧を30Ｖ、充電容量を10ｐＦに設定して導電性の
ノズル材料１２に加工を施したところ、加工面粗さが0.
1 μｍで、真円度が0.1 μｍ以下の精度で横断面形状が
円形のノズル穴８を加工することが可能となった。しか
も、上記放電回路で加工する場合には、工具電極１１の
径方向の消耗量が加工体積比１％以下と極めて少なくな
り、Ｗ（Ｚ）の特性表示線の値はｆ（Ｚ）の特性表示線
の値に比較して極めて小さくなる。

【００４０】ところで、上記実施の形態では、横断面形
状が円形のノズル穴８を加工する場合を例に説明してお
り、この横断面円形のノズル穴８を効率良く加工するた
めに、円柱状の工具電極１１を円形に旋回運動させてい
るが、工具電極１１は、揺動運動させるようにしてもよ
く、さらに、穴開け方向Ｚの同一位置における揺動量を
平面内で任意に可変するよう制御することもでき、その
揺動量の設定によって、横断面形状が三角形や四角形な
どの種々の形状、或いは穴開け方向Ｚに向けて変化する
種々の形状のノズル穴を容易に加工することができる。
この場合の工具電極１１の揺動量は、加工すべきノズル
穴の断面形状の直径と工具電極１１の直径との寸法差と
なる。工具電極１１の正確な揺動量は、加工すべきノズ
ル穴の断面形状の直径と工具電極１１の直径との寸法差
から算出した揺動量に工具電極１１の消耗量を加算した
ものである。

【００４１】図３は、上記ノズル穴８の加工方法を具現
化した本発明の実施の形態に係るノズル穴８の加工装置
を示す構成斜視図であり、同図において、図１および図
２と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、
その説明を省略する。このノズル穴８の加工装置は、構
成を大別すると、ノズル材料１２を工具電極１１の真下
に位置決めするためのＸＹテーブル１７と、ノズル材料
１２をこれの加工面と平行な方向に揺動運動（旋回運動
を含む）させる揺動テーブル１８と、工具電極１１を保
持して穴開け方向Ｚ（一般に鉛直下方向）に進行させる
電極作動テーブル１９とを備えて構成されている。

【００４２】ＸＹテーブル１７は、Ｘ方向駆動用モータ
２２により回転されるボールねじ２３によってＸ方向ガ
イドフレーム２４に沿ってＸ方向に移動するＸ方向移動
テーブル部２０と、Ｙ方向駆動用モータ２７により回転
されるボールねじ２８によってＹ方向ガイドフレーム２
９に沿ってＹ方向に移動するＹ方向移動テーブル部２１
とを備えて構成されている。Ｘ方向ガイドフレーム２４
はＹ方向移動テーブル部２１に固定されており、したが
って、Ｘ方向移動テーブル部２０はＹ方向移動テーブル
部２１と一体に移動される。Ｘ方向移動テーブル部２０
には保持フレーム３０が固定されており、この保持フレ
ーム３０は、Ｘ方向移動テーブル部２０およびＹ方向移
動テーブル部２１によってＸ方向およびＹ方向の任意の
位置に移動されるようになっている。

【００４３】揺動テーブル１８は、上記保持フレーム３
０の内部に板ばね部３４を介在してＹ方向に揺動自在に
保持されたフレーム状のＹ方向揺動テーブル部３２と、
このＹ方向揺動テーブル部３２の内部に板ばね部３３を
介在してＸ方向に揺動自在に保持されたＸ方向揺動テー
ブル部３１とにより構成されている。両揺動テーブル部
３１，３２は、それぞれ個別の圧電素子３７，３８の駆
動によってＸ方向およびＹ方向に揺動されるようになっ
ている。ノズル材料１２は、Ｘ方向揺動テーブル部３１
内に保持されて、各圧電素子３７，３８の駆動によって
Ｘ方向揺動テーブル部３１およびＹ方向揺動テーブル部
３２によりＸ方向およびＹ方向の任意の方向に揺動運動
されるようになっている。

【００４４】電極作動テーブル１９は、ボールねじ４０
がテーブル昇降用モータ３９によって回転駆動されるこ
とより、ガイドレール４１に沿って上下動するようにな
っている。この電極作動テーブル１９の電極支持台４４
に回転自在に保持された工具電極１１は、電極駆動用モ
ータ４２の回転力をベルト４３を介し伝達されて回転す
る。ＮＣコントローラ４７の穴加工制御部４８は、モー
タ駆動制御部５０を介してテーブル昇降用モータ３９の
回転を制御することにより、電極作動テーブル１９を下
降させて工具電極１１を被加工物であるノズル材料１２
に近接させるとともに、工具電極１１とノズル材料１２
との間の放電の発生を検出する放電検出部５１から放電
検出信号が入力された時点から、放電回路１３からの入
力信号による放電状態に応じて設定速度で工具電極１１
を穴開け方向Ｚに向け進行させるようテーブル昇降用モ
ータ３９を回転制御する。

【００４５】揺動量演算部４９は、図４に示したｆ
（Ｚ）の特性表示線およびＷ（Ｚ）の特性表示線に対応
するデータが予め登録されており、テーブル昇降用モー
タ３９の回転検出部５２からの回転検出信号に基づき工
具電極１１の穴開け方向の位置を演算するとともに、こ
の算出した位置データと上記の登録データとに基づき揺
動量を演算し、その演算した揺動量に基づき各圧電素子
３７，３８を駆動し、且つＸ方向およびＹ方向移動テー
ブル部２０，２１にそれぞれ固定されてＸ方向およびＹ
方向揺動テーブル部３１，３２の位置を検出するＸ方向
位置センサ５３およびＹ方向位置センサ５４からの位置
検出信号に基づき圧電素子３７，３８をフィードバック
制御する。これにより、ノズル材料１２は、揺動量演算
部４９が算出した揺動量に基づき正確に揺動される。

【００４６】また、揺動駆動部として、高精度な振動子
である圧電素子３７，３８を用いているので、揺動運動
を高速、且つ高精度に行わせることができる。特に、圧
電素子３７，３８は揺動対象を短いストロークで高速に
揺動させることができるので、断面形状の直径が比較的
小さいノズル穴８を加工する場合に高速加工が可能とな
る。しかも、圧電素子３７，３８は発熱が少ないことか
ら、小型の揺動駆動部を構成できる利点がある。

【００４７】なお、上記構成における圧電素子３７，３
８に代えて、リニアモータを用いることもできる。この
リニアモータは、バックラッシュがないことから、直線
往復運動時のヒステリシスが無い利点があるので、揺動
運動を一層高精度に行わせることができる。特に、リニ
アモータは揺動対象を50μｍ程度の比較的長いストロー
クで高速に揺動させることができるので、断面形状の直
径が比較的大きいノズル穴８を加工する場合に高速加工
が可能となる。

【００４８】また、この加工装置は、型彫放電加工法を
行うものであって、その放電加工は、通常、被加工物で
あるノズル材料１２および工具電極１１を油や水などの
絶縁性の加工液中で数ミクロンのギャップで相対向させ
てアーク放電を発生させることにより行われるが、この
実施の形態では、図示を簡略する便宜上、上記の加工液
などの図示を省略してある。

【００４９】つぎに、上記加工装置の作用について説明
する。ノズル材料１２が揺動テーブル１８におけるＸ方
向揺動テーブル部３１内にセットされると、Ｘ方向駆動
用モータ２２およびＹ方向駆動用モータ２７がそれぞれ
回転駆動してＸ方向移動テーブル部２０およびＹ方向移
動テーブル部２１を移動させ、ノズル材料１２における
ノズル穴８を加工すべき部位を工具電極１１の真下位置
に位置決めする。

【００５０】続いて、穴加工制御部４８は、モータ駆動
制御部５０を介してテーブル昇降用モータ３９を正方向
に回転させることにより、電極作動テーブル１９を下降
させて工具電極１１をノズル材料１２に近接させる。こ
のとき、工具電極１１とノズル材料１２との間には、放
電回路１３から上述のように30Ｖの加工電圧が印加され
ている。それにより、工具電極１１とノズル材料１２と
の間の極間距離が小さくなったときに、加工液の絶縁が
破れて火花放電に始まるアーク放電が発生する。このと
き、放電回路１３からはパルス電流が供給されるので、
アーク放電は短時間で消滅するが、その発生熱によって
放電発生部分が溶融や蒸発を起こし、クレータができ
る。アーク放電は向かい合った面の距離の近いところか
ら順次発生し、ノズル材料１２における工具電極１１の
端面形状に対応した範囲全体にクレータが生じる結果、
両極間の間隙が均一になるように加工が進む。

【００５１】放電検出部５１は、上記のアーク放電の発
生を放電回路１３の駆動状態から検出して、放電検出信
号を穴加工制御部４８に対し出力する。穴加工制御部４
８は、放電検出信号が入力した時点から、放電回路１３
からの入力信号による放電状態に応じて工具電極１１を
設定速度で穴開け方向Ｚに向け進行させる制御を開始す
る。そののち、穴加工制御部４８は、放電回路１３の駆
動状態を監視しながら、工具電極１１がノズル材料１２
の加工面に対し放電の継続が可能な微小間隙を常時保つ
ようにテーブル昇降用モータ３９の回転を制御する。こ
れにより、工具電極１１は加工の進行に伴い穴開け方向
Ｚに向けて所要の速度で移動される。

【００５２】揺動量演算部４９は、回転検出部５２から
の回転検出信号が変化した時点を放電開始点として、上
記回転検出信号に基づき工具電極１１の穴開け方向Ｚの
位置を演算するとともに、この算出した位置データと登
録データとに基づきノズル材料１２の揺動量を演算し、
その演算した揺動量に基づき各圧電素子３７，３８を駆
動してＸ方向およびＹ方向揺動テーブル部３１，３２を
揺動させるよう制御する。ここで、図１に示した横断面
形状が円形のノズル穴８を加工する場合には、ノズル材
料１２が旋回運動される。また、上記の揺動量は、加工
すべき穴の直径と工具電極１１の直径との差に基づき算
出され、各圧電素子３７，３８は、上記揺動量の半分の
振幅で駆動され、その場合の駆動周波数は10Ｈｚ〜10ｋ
Ｈｚ程度に設定される。

【００５３】さらに、揺動量演算部４９は、Ｘ方向位置
センサ５３およびＹ方向位置センサ５４からの位置検出
信号に基づき圧電素子３７，３８をフィードバック制御
して、ノズル材料１２が上記の算出した揺動量通りに正
確に揺動（この場合は旋回）するよう圧電素子３７，３
８の駆動を制御する。これにより、ノズル材料１２に
は、図２で説明した加工方法の原理に基づいて、図１に
示した所定の穴形状を有するノズル穴８が高精度に加工
される。

【００５４】また、本発明の他の実施の形態に係る加工
装置は、ノズル材料１２をＸＹテーブル１７に固定する
ようにし、図３に示した保持フレーム３０、揺動テーブ
ル１８、圧電素子３７，３８および位置センサ５３，５
４を含む構成を、電極支持台４４に設けて、電極駆動用
モータ４２により回転される工具電極１１を、圧電素子
３７，３８の駆動によりノズル材料１２の加工面と平行
な面内においてＸ方向およびＹ方向に揺動させる構成と
する。この構成は、図３の構成要素の一部の配置を変更
するだけであって、容易に想定できることから、あえて
図示を省略する。このような構成とした加工装置におい
ても、図３の加工装置とほぼ同様の作用によって図１に
示した所定の穴形状を有するノズル穴８を高精度に加工
することができる。これに加えて、ノズル材料１２を固
定状態として加工できるので、ノズル材料１２を順次移
動させながら多数のノズル穴８を配列形成する場合など
に好適に適用できる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明のノズルによれ
ば、ノズル穴が、流入口から噴射口に向けて断面積が漸
次小さくなるテーパー形状のテーパー周面部と、このテ
ーパー周面部の端部から前記噴射口に向けてストレート
に貫通したストレート周面部とを有する形状を有してい
るので、ストレート周面部は、テーパー周面部の加工と
別個に加工することが可能であって、長さ方向の全体に
わたり一定の穴径に形成するので、加工方法が有する加
工誤差や使用材料の板厚のばらつきなどの誤差要因をス
トレート周面部の長さの僅かなばらつきとして吸収でき
るから、ノズルにとって最も重要な噴射口の穴径をばら
つきなく正確に所定値に形成することが可能である。

【００５６】また、本発明のノズル穴の加工方法によれ
ば、工具電極の揺動量を穴開け方向の位置に応じて制御
しながら加工するようにしたので、ノズル材料の板厚の
誤差や加工時の材料の板厚方向の僅かな位置ずれなどの
誤差要因の影響を受けることなく、所定のテーパー角の
テーパー周面部と所定の穴径のストレート周面部とを確
実に有する穴形状のノズル穴を加工できる。しかも、所
要のノズル穴を工具電極を用いた型彫放電加工法による
一工程によって生産性良く高精度に加工することができ
る。

【００５７】また、本発明のノズル穴の加工装置によれ
ば、揺動量演算部によって工具電極におけるノズル材料
に対する穴開け方向の位置と加工すべきノズル穴の穴開
け方向の各位置の穴径とに基づいて揺動テーブルの揺動
量を演算し、その演算した揺動量に基づき揺動駆動部が
揺動テーブルを揺動運動させる構成としたので、本発明
のノズル穴の加工方法を確実に具現化して、加工方法と
同様の効果を確実に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るノズルにおけるノ
ズル穴形状を示す縦断面図。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態に係るノ
ズル穴の加工方法の原理を説明するための概略縦断面図
および概略横断面図。

【図３】同上加工方法を具現化した本発明の実施の形態
に係るノズル穴の加工装置を示す構成斜視図。

【図４】工具電極の穴開け方向の位置に対する旋回半径
の関係を示す特性図。

【図５】従来のノズルにおけるノズル穴形状を示す縦断
面図。

【符号の説明】

７ ノズル ８ ノズル穴 ８ａ テーパー周面部 ８ｂ ストレート周面部 ９ 流入口 １０ 噴射口 １１ 工具電極 １２ ノズル材料 １７ ＸＹテーブル １８ 揺動テーブル １９ 電極作動テーブル ３１ Ｘ方向揺動テーブル部 ３２ Ｙ方向揺動テーブル部 ３７，３８ 圧電素子 ４４ 電極支持台 ４８ 穴加工制御部 ４９ 揺動量演算部 ５１ 放電検出部 ５２ 回転検出部（位置検出部） ５３，５４ 位置センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF24 AF93 AG02 AG12 AP02 AP13 AP22 3C059 AA01 AB01 AB07 CH08 CH13 HA14 JA04 4F033 AA01 BA03 DA01 EA01 MA00 NA01

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル穴が、流入口から噴射口に向けて
   断面積が漸次小さくなるテーパー形状のテーパー周面部
   と、このテーパー周面部の端部から前記噴射口に向けて
   ストレートに貫通したストレート周面部とを有する形状
   に形成されていることを特徴とするノズル。
2. 【請求項２】 工具電極を用いた放電加工法によってノ
   ズル材料にノズル穴を加工するノズル穴の加工方法であ
   って、 前記工具電極を前記ノズル穴の加工に伴い前記ノズル材
   料に対し穴開け方向に向け進行させるとともに、前記工
   具電極を前記ノズル材料の加工面に平行な方向に揺動さ
   せ、且つこの揺動運動の揺動量を、前記ノズル材料の表
   面からの前記穴開け方向の加工位置に応じて加工すべき
   ノズル穴の形状に対応するよう変化させながら放電加工
   することを特徴とするノズル穴の加工方法。
3. 【請求項３】 加工すべきノズル穴における穴開け方向
   の各位置毎の直径と工具電極の直径との寸法差分を揺動
   量として工具電極を揺動運動させるようにした請求項２
   に記載のノズル穴の加工方法。
4. 【請求項４】 加工すべきノズル穴における穴開け方向
   の各位置毎の穴の直径と工具電極の直径および加工に伴
   う前記工具電極の径方向の消耗分との寸法差分を揺動量
   として工具電極を揺動運動させるようにした請求項２に
   記載のノズル穴の加工方法。
5. 【請求項５】 断面円形の工具電極を用い、この工具電
   極を旋回運動させるようにした請求項２〜４の何れかに
   記載のノズル穴の加工方法。
6. 【請求項６】 型彫放電加工法によってノズル材料にノ
   ズル穴を加工するノズル穴の加工装置であって、 前記ノズル材料を、これに加工するノズル穴の穴開け方
   向に対し直交方向に揺動自在に保持する揺動テーブル
   と、 工具電極を前記ノズル材料に相対向する配置で穴開け方
   向に移動自在に保持する電極作動テーブルと、 前記工具電極と前記ノズル材料との間に加工電圧を印加
   する放電回路と、 前記工具電極と前記ノズル材料との間の放電発生の有無
   を検出する放電検出部と、 前記放電検出部から放電検出信号が入力した時点を前記
   ノズル材料の表面として前記電極作動テーブルの前記穴
   開け方向への移動制御を開始し、放電状態に対応して前
   記電極作動テーブルを介し前記工具電極を所定の速度で
   前記穴開け方向へ移動させる穴加工制御部と、 前記工具電極における前記ノズル材料に対する前記穴開
   け方向の位置と加工すべきノズル穴の穴開け方向の各位
   置の穴径とに基づいて前記揺動テーブルの揺動量を演算
   する揺動量演算部と、 前記揺動量演算部により制御されて、前記揺動テーブル
   を前記演算した揺動量に基づき揺動運動させる揺動駆動
   部とを有することを特徴とするノズル穴の加工装置。
7. 【請求項７】 揺動テーブルは、これに保持されている
   ノズル材料におけるノズル穴を加工すべき箇所を工具電
   極に相対向させるよう位置決めするＸＹテーブルに固定
   して設けられている請求項６に記載のノズル穴の加工装
   置。
8. 【請求項８】 型彫放電加工法によってノズル材料にノ
   ズル穴を加工するノズル穴の加工装置であって、 前記ノズル材料を保持して、そのノズル材料におけるノ
   ズル穴を加工すべき箇所を工具電極に相対向させるよう
   位置決めするＸＹテーブルと、 前記工具電極を、前記ノズル材料に加工するノズル穴の
   穴開け方向に対し直交方向に揺動自在に保持する揺動テ
   ーブルと、 前記揺動テーブルを保持して前記工具電極を前記穴開け
   方向に移動させる電極作動テーブルと、 前記工具電極と前記ノズル材料との間に加工電圧を印加
   する放電回路と、 前記工具電極と前記ノズル材料との間の放電発生の有無
   を検出する放電検出部と、 前記放電検出部から放電検出信号が入力した時点を前記
   ノズル材料の表面として前記電極作動テーブルの前記穴
   開け方向への移動制御を開始し、放電状態に対応して前
   記電極作動テーブルを介し前記工具電極を所定の速度で
   前記穴開け方向へ移動させる穴加工制御部と、 前記工具電極における前記ノズル材料に対する前記穴開
   け方向の位置と加工すべきノズル穴の穴開け方向の各位
   置の穴径とに基づいて前記揺動テーブルの揺動量を演算
   する揺動量演算部と、 前記揺動量演算部により制御されて、前記揺動テーブル
   を前記演算した揺動量に基づき揺動運動させる揺動駆動
   部とを有することを特徴とするノズル穴の加工装置。
9. 【請求項９】 揺動テーブルは、Ｘ方向揺動テーブル部
   とＹ方向揺動テーブル部とからなり、揺動駆動部は、前
   記Ｘ方向揺動テーブル部および前記Ｙ方向揺動テーブル
   部を個別に揺動させる圧電素子により構成されている請
   求項６〜８の何れかに記載のノズル穴の加工装置。
10. 【請求項１０】 揺動テーブルは、Ｘ方向揺動テーブル
    部とＹ方向揺動テーブル部とからなり、揺動駆動部は、
    前記Ｘ方向揺動テーブル部および前記Ｙ方向揺動テーブ
    ル部を個別に揺動させるリニアモータにより構成されて
    いる請求項６〜８の何れかに記載のノズル穴の加工装
    置。
11. 【請求項１１】 工具電極におけるノズル材料に対する
    穴開け方向の位置を検出する位置検出部を備え、揺動量
    演算部は、前記位置検出部の検出位置に基づいて揺動量
    を演算するよう構成されている請求項６〜１０の何れか
    に記載のノズル穴の加工装置。
12. 【請求項１２】 Ｘ方向揺動テーブル部とＹ方向揺動テ
    ーブル部との位置をそれぞれ検出する位置センサを備
    え、揺動量演算部は、演算した揺動量に基づき揺動駆動
    部を揺動制御するとともに、前記各位置センサの位置検
    出信号に基づき前記揺動駆動部を演算した揺動量になる
    ようフィードバック制御する構成になっている請求項９
    〜１１の何れかに記載のノズル穴の加工装置。
13. 【請求項１３】 所定配置に形成された多数個の各ノズ
    ル穴が、流入口から噴射口に向けて断面積が漸次小さく
    なるテーパー形状のテーパー周面部と、このテーパー周
    面部の端部から前記噴射口に向けてストレートに貫通し
    たストレート周面部とを有する形状にそれぞれ形成され
    ていることを特徴とするインクジェット式プリンタのイ
    ンクジェットノズル。