JPH08267757A

JPH08267757A - オリフィスプレート、オリフィスプレートの製造方法、液体混合装置およびプリンタ装置

Info

Publication number: JPH08267757A
Application number: JP6945895A
Authority: JP
Inventors: Kouichirou Kijima; 公一朗木島; Tetsuo Nakayama; 徹生中山; Masato Ando; 真人安藤; Takaaki Murakami; 隆昭村上
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】歩留まりの向上並びに大口径化が可能な低コ
ストのオリフィスプレートを提供する。【構成】面内方向に流路４を有した中間プレート１１
４を、供給口１，２が設けられた下層プレート１１２
と、ノズル３が形成された上層プレート１１８と異なる
金属材料によって形成したオリフィスプレート１１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば記録紙等に印字
を行うプリンタ等に使用されるオリフィスプレート、そ
のオリフィスプレートの製造方法、このオリフィスプレ
ートを用いた液体混合装置、及びこのオリフィスプレー
トを用いたプリンタ装置に関し、特にオリフィスプレー
トの材質に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、いわゆるオンデマンド型のプリン
タ装置は、記録信号に応じてインク液滴をノズルより吐
出して紙やフィルム等の記録媒体に記録するプリンター
であり、小型化、低コスト化が可能なため近年急速に普
及しつつある。

【０００３】ところで、インク液滴を吐出する方法に
は、これまで様々な方法が提案されているが、ピエゾ素
子を用いる方法または発熱素子を用いる方法が一般的で
ある。ピエゾ素子を用いる方法というのは、該ピエゾ素
子の変形によりインクに圧力を与えることにより、イン
ク液滴をノズルより吐出させる手法である。一方、発熱
素子を用いる方法というのは、該発熱素子によってイン
クを加熱沸騰させ、発生する泡の圧力で、インク液滴を
ノズルより吐出させる方法である。

【０００４】一方、近年、特にオフィスにおいてデスク
トップパブリッシングと呼ばれるコンピュータを用いた
文書作成が盛んに行われるようになってきており、最近
では、文字や図形だけではなく写真等のカラーの自然画
像を文字や図形とともに出力するという要求が増加して
きている。このような高品位な自然画像をプリントする
には中間調の再現が重要である。

【０００５】このオンデマンド型のプリンタ装置におい
て、中間調を再現するには以下の方法が提案されてい
る。第１の方法としてピエゾ素子あるいは発熱素子に与
える電圧やパルス幅を変化させて、吐出する液滴サイズ
を制御することで印字ドットの径を可変として階調を表
現するものがある。

【０００６】しかし、この第１の方法は、ピエゾ素子あ
るいは発熱素子に与える電圧やパルス幅を下げすぎると
インクを吐出しなくなるため最小液滴径に限界があり、
表現可能な階調段数が少なく、特に低濃度の表現が不可
能な欠点を有している。従って、自然画像のプリントア
ウトには、甚だ不満足なものである。

【０００７】第２の方法として、ドット径は変化させず
に１画素を例えば４×４のドットより成るマトリクスで
構成し、このマトリクス単位でいわゆるディザ法を用い
て階調表現を行う方法がある。

【０００８】しかし、この第２の方法においても、例え
ば１画素を４×４のマトリクスで構成した場合、１７階
調の濃度を表現することができるが、例えば上記第１の
方法と同じドット密度で印字した場合には、解像度が１
／４に劣化してしまい、荒さが目立つため、これも自然
画像のプリントには不満足なものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このため、上記した従
来の方法における問題点を克服するために、本願出願人
は先に、いわゆるオンデマンド型のプリンタ方式におい
て吐出される液滴のインクの濃度、すなわち印字される
ドットの濃度を制御することを可能にし、解像度の劣化
を発生させることなく、自然画像をプリントするプリン
タ装置を提案している。

【００１０】本願出願人が先に提案したオンデマンド型
のプリンタ装置に用いるノズル部分、すなわちインクと
希釈液である透明溶媒を混合させ吐出させるために用い
るオリフィスプレートの構造を図１２に示し、その製造
プロセスを図１３に示す。

【００１１】オリフィスプレート４１８は、図１２に示
すように、３層のプレート４１９、４２０、４２１が積
層されてなる。このオリフィスプレート４１８の一方の
面４１８ａには、例えばインクと透明溶媒が供給される
２つの供給口４２２、４２３が設けられている。そし
て、これら供給口４２２、４２３と対向するオリフィス
プレート４１８の他方の面４１８ｂには、これらインク
と透明溶媒を混合した混合液体を吐出させるノズル４２
４が設けられている。

【００１２】このノズル４２４と一方の供給口４２２と
は、相対向する位置に設けられるようになっている。さ
らに、真ん中に設けられるプレート４２０には、各供給
口４２２、４２３とノズル４２４を接続する流路４２５
がこのプレート４２０の面内方向に形成されている。

【００１３】このオリフィスプレート４１８を製造する
には、先ず図１３（ａ）に示すように、ステンレス等の
母材プレート４０１にドライフィルムレジストあるいは
液状レジスト等からなる感光性レジストにより露光現像
して、レジストパターン４１１を得る。このレジストパ
ターン４１１は、供給口となる位置に形成される。

【００１４】次に、同図（ｂ）に示すように、ニッケル
（Ｎｉ）をレジストパターン４１１と同じ厚さで電鋳
（電気メッキ）し、Ｎｉパターン４１２を得る。そし
て、同図（ｃ）に示すように、この上にドライフィルム
レジストあるいは液状レジスト等よりなる感光性のレジ
ストにより露光現像して、レジストパターン４１３を得
る。

【００１５】さらに、同図（ｄ）に示した工程と同様に
して、Ｎｉをレジストと同じ厚さで電鋳（電気メッキ）
し、Ｎｉパターン４１４を得る。次に、同図（ｅ）に示
すように、ドライフィルムレジストあるいは液状レジス
ト等よりなる感光性のレジストにより露光現像して、レ
ジストパターン４１５を得る。

【００１６】そして、同図（ｆ）に示すように、上記レ
ジストパターン４１５上及びＮｉパターン４１４上に、
スパッタリングまたは蒸着によりＮｉ膜４１６を形成す
る。次いで、同図（ｇ）に示すように、Ｎｉをレジスト
パターン４１５の厚さよりも薄く電鋳（電気メッキ）し
てＮｉパターン４１７を得る。

【００１７】そして最後に、同図（ｈ）に示すように、
レジストパターン除去液、例えばＫＯＨ水溶液等により
レジストパターンを除去し、母材プレート４０１よりＮ
ｉを剥がしてオリフィスプレート４１８を得る。

【００１８】しかしながら、このオリフィスプレート４
１８は、図１３に示す製造プロセスにおいて説明した如
く、スパッタリングあるいは蒸着を用いて製造する必要
がある。そのため、メッキプロセスのみでオリフィスプ
レートを作製することができず、スパッタリング装置等
の如き高額な装置を必要としていた。

【００１９】また、真空蒸着装置を用いてオリフィスプ
レート４１８を製造した場合、図１４（ａ）に示すＮｉ
膜４１６の成膜時において、蒸着源４２６よりＮｉ粒子
が飛来して本来付着される部分以外の部分に付くことが
ある。

【００２０】すなわち、蒸着源４２６より蒸発したＮｉ
粒子は、途中で方向を変化させることなく、ほぼ直進し
てくる。このため、蒸着源４２６が基板の法線方向に一
致していない領域においては、レジストパターン４１５
の側面においても、Ｎｉ膜４１６Ｄが形成されてしまう
ことになる。

【００２１】このレジストパターン４１５の側面に形成
されたＮｉ膜４１６Ｄにより、最上層のレジストパター
ン４１５の上面に形成されたＮｉ膜４１６Ａと、中間層
のＮｉ膜４１４上に形成されたＮｉ膜４１６Ｂ及びレジ
ストパターン４１３上に形成されたＮｉ膜４１６Ｃと
を、大面積にわたり電気的に完全に分離することが困難
となる。

【００２２】図１４（ｂ）に蒸着後、レジストパターン
を除去し母材プレート４０１よりＮｉを剥がしたオリフ
ィスプレート４１８を示す。この図より、最上層のレジ
ストパターン４１５の側面に形成されたＮｉ膜４１６Ｄ
が存在する領域は、このＮｉ膜４１６Ｄの上にも次工程
でＮｉ膜４１７Ｄが付いてしまうため、不良部分となっ
てしまう。

【００２３】この最上層のレジストパターン４１５の側
面に形成されたＮｉ膜４１７Ｄは、他の部分と同様Ｎｉ
によって構成されているので、化学的に除去することは
困難である。このため、例えば研磨等の機械的な方法に
よって除去するしかなく、オリフィスプレート４１８の
歩留まりの低下という問題を招いていた。

【００２４】上記した不良部分を発生させないために
は、蒸着源４２６より飛来するＮｉ粒子の方向を、絶え
ずレジストパターン４１５の法線方向に一致させる必要
がある。そうすると、真空蒸着装置の大型化、すなわち
設備が高額化し、あるいは作製するオリフィスプレート
の小型化、つまり大口径化（低コスト化）が不可能とな
るといった問題が生ずる。

【００２５】図１４において真空蒸着装置を用いた例を
示したが、Ｎｉ膜４１６を成膜する方法としてスパッタ
リングを用いた場合においては、蒸着よりもＮｉ粒子の
直進性は劣るので、不良部分はさらに広がり、歩留まり
のさらなる低下をもたらす。

【００２６】そこで本発明は、上述の問題点に鑑みて提
案されたものであり、オリフィスプレートの歩留まりを
向上させると共に、大口径化を可能となす低コスト化を
実現するオリフィスプレートを提供する。また、このオ
リフィスプレートを用いた信頼性が高く安価な液体混合
装置並びにプリンタ装置を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るオリフィス
プレートにおいては、上記した課題を解決するために、
中間プレートを、上層プレートと下層プレートに対して
異なる金属材料により形成する。上層プレートと下層プ
レートのうち少なくともいずれか一方をニッケルを主成
分とした金属材料とし、中間プレートを銅を主成分とし
た金属材料とする。

【００２８】また、このオリフィスプレートに設けられ
た供給口には、２種以上の液体が供給されるが、その１
種以上がインクとされる。または、１種以上がインク
で、他の１種以上が希釈液、例えば透明溶媒である。

【００２９】本発明に係るオリフィスプレートの製造方
法においては、先ず、母材プレート上に感光性レジスト
を塗布し露光現像して、２種以上の異なる液体が供給さ
れる複数の供給口となる部分に第１のレジストパターン
を形成する。次に、この第１のレジストパターンの周り
に、該第１のレジストパターンの厚みと同じ厚みの第１
の金属材料からなるパターンをメッキによって形成す
る。次いで、これら第１のレジストパターンと第１の金
属材料からなるパターン上に感光性レジストを塗布し露
光現像して、面内方向に流路を形成するための第２のレ
ジストパターンを形成する。次に、この第２のレジスト
パターンの周りに、該第２のレジストパターンの厚みと
同じ厚みの第２の金属材料からなるパターンをメッキに
よって形成する。

【００３０】次いで、これら第２のレジストパターンと
第２の金属材料からなるパターン上に、第１の金属材料
とは異なる第３の金属材料からなるパターンをメッキに
よって形成する。そして、第３の金属材料からなるパタ
ーン上に、感光性レジストを塗布し露光現像して、一方
の第１のレジストパターンと対向する位置に第３のレジ
ストパターンを形成する。

【００３１】次に、上記第３のレジストパターン上を除
く第３の金属材料からなるパターン上に、該第３の金属
材料とは異なる第４の金属材料からなるパターンをメッ
キによって形成する。次いで、母材プレートからこの上
に積層されたプレートを外し第１、第２及び第３のレジ
ストパターンを全て除去する。そして最後に、第２のレ
ジストパターンが形成されていた部分に対応する第３の
金属材料からなるパターンを除去する。

【００３２】なお、第３の金属材料からなるパターンを
形成するには、無電解メッキにより形成する。

【００３３】液体混合装置においては、このオリフィス
プレートを用いたもので、液体が満たされた液体収容容
器を各供給口に接続すると共に、２種以上の液体を混合
した混合液体を収容する混合液収容容器をノズルに接続
する。

【００３４】一方、プリンタ装置においては、やはりこ
のオリフィスプレートを用いたもので、供給口近傍部に
おける液体の圧力を上昇させる圧力上昇手段を該供給口
近傍部に設ける。そして、この圧力上昇手段によって各
供給口近傍部における液体の圧力を上昇させ、混合した
混合液体をノズルより吐出して記録媒体に付着させる。

【００３５】圧力上昇手段としては、ヒーターまたは圧
電素子を使用する。圧電素子としては、例えばピエゾ素
子が使用できる。

【００３６】

【作用】本発明によれば、供給口が設けられた下層プレ
ートと、ノズルが設けられた上層プレートと、流路を有
する中間プレートを、真空薄膜形成装置を用いずにメッ
キ工程で形成しているので、簡単に歩留りが良く、大口
径で信頼性の高いオリフィスプレートが得られる。

【００３７】また、この安価で信頼性の高いオリフィス
プレートを液体混合装置に用いることで、この液体混合
装置自体のコストの低下が望める。

【００３８】同様に、安価なオリフィスプレートをプリ
ンタ装置に用いることで、このプリンタ装置自体のコス
トの低下が望める。

【００３９】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。

【００４０】実施例１始めにオリフィスプレートの実施例について説明する。
オリフィスプレート１１は、図１に示すように、下層プ
レート１１２と、中間プレート１１４と、上層プレート
１１８とからなり、この順に積層された構成とされてい
る。

【００４１】下層プレート１１２には、２種以上の異な
る液体が供給される複数の供給口１，２が設けられてい
る。この例では、液体を２種類とするため、供給口１，
２を２つとした。なお、液体が３種類以上の場合は、そ
の液体の種類に応じて供給口１，２を３つ以上とする。

【００４２】これら供給口１，２には、少なくとも一方
にインクが供給されるようになっている。この例では、
一方の供給口１に希釈液である透明溶媒が供給され、他
方の供給口２にインクが供給される。供給口１，２は、
図２にオリフィスプレートの供給口１，２が設けられる
面１１ａとは反対側の面１１ｂから見た平面図に示すよ
うに、円形の貫通孔として、下層プレート１１２に形成
されている。なお、かかる供給口１，２は、必ずしも円
形の貫通孔でなくてもよく、例えば楕円形状或いは矩形
形状であっても構わない。

【００４３】上層プレート１１８には、２種以上の液体
を混合した混合液体を吐出するノズル３が形成されてい
る。かかるノズル３は、一方の供給口１と相対向する位
置に設けられ、該供給口１の開口径よりも大きな開口径
を有した円形の貫通孔として形成されている。なお、ノ
ズル３は、上記のように供給口１の開口径よりも大きな
開口径とすることが望ましいが、該供給口１の開口径と
同じであってもよい。また、ノズル３は、供給口１，２
と同じく円形の貫通孔でなくてもよく、例えば楕円形状
或いは矩形形状であっても構わない。

【００４４】中間プレート１１４は、上層プレート１１
８と下層プレート１１２の間に設けられている。かかる
中間プレート１１４は、２枚のプレートである第１のプ
レート１１４ａと第２のプレート１１４ｂを積層した積
層構造とされている。中間プレート１１４を積層構造と
するのは、流路４を高精度な寸法精度に加工するためで
ある。なお、中間プレート１１４を単層構造とした場合
は、多少寸法精度が落ちるが、使用上は問題がない。従
って、中間プレート１１４を単層構造として使用でき
る。

【００４５】この積層プレートのうち、第１のプレート
１１４ａは下層プレート１１２側に設けられ、第２のプ
レート１１４ｂは上層プレート１１８側に設けられてい
る。本実施例では、中間プレート１１４を２層としてい
るが、それ以上であっても構わない。

【００４６】そして、この中間プレート１１４には、内
面方向に流路４が形成されている。かかる流路４は、各
供給口１，２と接続されると共に、ノズル３とも接続す
るようになされている。また、この流路４は、図２に示
すように、ノズル３と対向しない供給口２よりノズル３
へ向かって次第にその幅が狭まるようなテーパー形状と
されている。なお、流路４は、テーパー形状に限らずス
トレート形状であってもよい。

【００４７】そして特に、このオリフィスプレート１１
においては、中間プレート１１４のうち第２のプレート
１１４ｂが、下層プレート１１２と上層プレート１１８
と異なる金属材料からなっている。すなわち、下層プレ
ート１１２と上層プレート１１８及び第１のプレート１
１４ａがいずれもニッケルを主成分とした金属材料とさ
れ、第２のプレート１１４ｂのみが銅を主成分とした金
属材料とされている。なお、中間プレート１１４が単層
の場合には、この中間プレート１１４が下層プレート１
１２と上層プレート１１８と異なる金属材料で形成され
る。

【００４８】実施例２次に、上記構成のオリフィスプレート１１の製造方法に
ついて、図３を参照しながら説明する。

【００４９】先ず、同図（ａ）に示すように、ステンレ
ス等の母材プレート１０１上にドライフィルムレジスト
あるいは液状レジスト等よりなる感光性のレジストを塗
布する。そして、このレジストを露光現像して、２種以
上の異なる液体が供給される複数の供給口となる部分に
第１のレジストパターン１１１を形成する。この第１の
レジストパターン１１１は、共に平面形状が円形のパタ
ーンとして形成される。

【００５０】次に、同図（ｂ）に示すように、この第１
のレジストパターン１１１の周りに、該第１のレジスト
パターン１１１の厚みと同じ厚みの第１の金属材料から
なるパターン１１２を形成する。本実施例では、ニッケ
ルを主成分とする金属材料を、第１のレジストパターン
１１１と同じ厚さで電鋳（電気メッキ）した。

【００５１】次いで、同図（ｃ）に示すように、これら
第１のレジストパターン１１１と第１の金属材料からな
るパターン１１２上に、ドライフィルムレジストあるい
は液状レジスト等よりなる感光性レジストを塗布する。
そして、このレジストを露光現像して、面内方向に流路
を形成する第２のレジストパターン１１３を形成する。

【００５２】第２のレジストパターン１１３は、一方の
第１のレジストパターン１１１から他方の第１のレジス
トパターン１１１へと向かって、次第にそのパターン幅
が狭くなるような平面形状として形成する。

【００５３】次に、同図（ｄ）に示すように、第２のレ
ジストパターン１１３の周りに、該第２のレジストパタ
ーン１１３の厚みと同じ厚みの第２の金属材料からなる
パターン１１４を形成する。本実施例では、第２の金属
材料として、第１の金属材料と同じニッケルを主成分と
する金属材料を用いた。

【００５４】次に、同図（ｅ）に示すように、これら第
２のレジストパターン１１３と第２の金属材料からなる
パターン１１４上に、第１の金属材料とは異なる第３の
金属材料からなるパターン１１５を形成する。本実施例
では、第３の金属材料として銅を主成分とする金属材料
を無電解メッキした。

【００５５】次に、同図（ｆ）に示すように、この第３
の金属材料からなるパターン１１５上に、ドライフィル
ムレジストあるいは液状レジスト等よりなる感光性レジ
ストを塗布する。そして、この感光性レジストを露光現
像して、一方の第１のレジストパターン１１１と相対向
する位置に、ノズル３を形成するための第３のレジスト
パターン１１７を形成する。この第３のレジストパター
ン１１７は、第１のレジストパターン１１１より一周り
大きな円形パターンとして形成する。

【００５６】次に、同図（ｇ）に示すように、第３のレ
ジストパターン１１７の周りに、この第３のレジストパ
ターン１１７の厚さよりも厚くならない程度に第４の金
属材料からなるパターン１１８を形成する。第４の金属
材料からなるパターン１１８は、第３の金属材料とは異
なる金属材料、例えばニッケルを主成分とした金属材料
を電鋳（電気メッキ）して形成した。

【００５７】次いで、同図（ｈ）で示すように、母材プ
レート１０１からこの上に積層されたプレートを外し、
レジストパターン除去液、例えばＫＯＨ水溶液あるいは
アセトン等からなる有機溶媒により、全てのレジストパ
ターンを除去する。

【００５８】そして最後に、例えば塩化第２鉄溶液等に
このプレートを浸すことより、第２のレジストパターン
１１３と対応した位置に設けられた第３の金属材料から
なるパターン１１５を除去する。その結果、同図（ｉ）
に示すように、供給口１，２、ノズル３、流路４を有し
たオリフィスプレート１１が得られる。

【００５９】以上のように、第１，第２及び第４の金属
材料をニッケルを主成分とし、第３の金属材料を銅を主
成分とすることにより、真空蒸着装置等の真空薄膜形成
装置を用いることなく、メッキ工程のみにより、簡単に
オリフィスプレートを作製することができ、しかも原材
料費用を低くすることができる。

【００６０】なお、上述の製法においては、第１ないし
第４の金属材料としては、レジスト材料を除去する溶液
により影響を受けない材料を用いる必要がある。また、
第１の金属材料と第４の金属材料は、共に同じ材質であ
る必要はなく、ニッケルの純度にもこだわる必要がな
い。また、第２のプレート１１４ｂとなる第３の金属材
料の銅の純度にも制限はない。さらに、第３の金属材料
をアルミ等からなるアルカリ性の溶媒により除去可能な
材料としても何ら工程に変更はなく、オリフィスプレー
トを作製することができる。この場合は、レジストの除
去時にＫＯＨ等のアルカリ溶液を図３（ｈ）の工程に使
用すると、この工程において第３の金属材料からなるパ
ターン１１５の除去を同時に行うことが可能となる。

【００６１】ところで、上記構成のオリフィスプレート
１１において、液体に対する化学的安定性を高めるため
に、図４に示すように、このオリフィスプレート１１の
全面或いは液体に接触する部分に保護膜１２を形成する
ようにしてもよい。具体的には、オリフィスプレート１
１を例えばＡｕの無電解メッキ液に浸すことにより、該
オリフィスプレート１１の全面にＡｕよりなる保護膜１
２を形成する。かかる保護膜１２が形成されることによ
り、オリフィスプレート１１の化学的安定性が高まる。

【００６２】実施例３次に、液体混合装置の実施例を図５を参照しながら詳細
に説明する。

【００６３】液体混合装置は、図１に示すオリフィスプ
レート１１と、このオリフィスプレート１１の各供給口
１，２に接続され、液体がそれぞれ満たされた液体収容
容器である第１のタンク３１及び第２のタンク３２と、
ノズル３に接続され、２種以上の液体を混合した混合液
体２３を収容する混合液収容容器である第３のタンク３
３とを有して構成されている。

【００６４】第１のタンク３１は、ノズル３と対向して
設けられる供給口１と接続されている。この第１のタン
ク３１には、第２のタンク３２に満たされる液体と異な
る第１の液体２１が満たされている。

【００６５】一方、第２のタンク３２は、他方の供給口
２と接続されている。この第２のタンク３２には、第２
の液体２２が満たされている。

【００６６】そして、第３のタンク３３は、ノズル３に
接続されている。この第３のタンク３３には、第１の液
体２１と第２の液体２２が混合された混合液体２３が、
ノズル３より吐出されて満たされるようになされてい
る。

【００６７】この液体混合装置では、各タンク３１，３
２，３３内の圧力をそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３とした場
合（ただし、Ｐ１＞Ｐ３、Ｐ２＞Ｐ３とする。）に、一
方の供給口１よりオリフィスプレート１１内に供給され
た第１の液体２１と、他方の供給口２よりオリフィスプ
レート１１内に供給され流路４を通過した第２の液体２
２は、混合室５において混合される。そして、その混合
液体２３は、ノズル３より第３のタンク３３へ吐出され
ることになる。

【００６８】ここで、混合液体２３の混合比率及び混合
された液体２１，２２の流量は、各々の液体２１，２２
の粘度及びタンク内の圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、さらには
供給口１，２及び流路４並びに混合室５の流路抵抗によ
り変化させることができる。このオリフィスプレート１
１においては、供給口１，２のうちいずれかに対向して
ノズル３が配置されていることが、構造上簡単であり、
流路抵抗を低下させることが容易となる。また、混合さ
れる２種以上の液体２１，２２のうち混合比率の高い方
の液体を、ノズル３と対向する第１のタンク３１に満た
すことが望ましい。

【００６９】また、この液体混合装置で用いられるオリ
フィスプレート１１は、図３に示した製造プロセスから
も理解できるように、該オリフィスプレート１１の厚さ
を薄くすることが容易であり、且つ供給口１，２及びノ
ズル３の寸法も小さくすることも容易である。そのた
め、従来配置することが不可能であった微細領域に使用
することが可能な液体混合装置を提供することができ
る。

【００７０】さらに、このオリフィスプレート１１の厚
さは、第１のタンク３１又は第２のタンク３２と、第３
のタンク３３との圧力差（Ｐ１−Ｐ３、Ｐ２−Ｐ３）及
び流路抵抗に耐え得ることができる厚さであればよく、
例えば０．２ｍｍ或いは０．１ｍｍ以下としても問題は
ない。従って、従来にない極めて薄型の液体混合装置が
得られる。

【００７１】次に、ノズル３に接続される第３のタンク
３３を取り外し、そのノズル３側の面を気体に開放した
例について、図６を参照しながら説明する。

【００７２】例えば、第１のタンク３１と第２のタンク
３２の圧力をそれぞれＰ１，Ｐ２とし、ノズル３側の大
気圧をＰ３とする。そして、Ｐ１及びＰ２に圧力を加え
ない状態、つまりＰ１＝Ｐ２＝Ｐ３においては、供給口
１よりオリフィスプレート１１内に供給された第１の液
体２１と、供給口２よりオリフィスプレート１１内に供
給された第２の液体２２は、それぞれの表面張力のつり
あいを有する位置において、それぞれメニスカスを形成
し静止状態となる。

【００７３】なお、上記メニスカスを形成する位置、例
えば第１の液体２１におけるメニスカス４１及び第２の
液体２２におけるメニスカス４２の位置は、流路形状に
より与えられることとなる。すなわち、図２に示した形
状のオリフィスプレート１１を用いた場合においては、
図７の拡大図に示すメニスカス４１，４２の位置とな
る。

【００７４】さらに、少なくとも混合がなされる流路４
及び混合室５の近傍においては、撥液性処理がなされて
いる場合においては、これら液体２１，２２は、混合が
なされる部分より供給口１側においてメニスカス４１，
４２を安定に形成し静止状態とすることができる。

【００７５】次に、第１のタンク３１又は第２のタンク
３２内の圧力Ｐ１，Ｐ２を交互に上昇させた場合につい
て説明する。始めに、第２のタンク３２内の圧力Ｐ２を
一時的に上昇させた後、第１のタンク３１内の圧力Ｐ１
を一時的に上昇させた場合の動作説明を示す。

【００７６】第２のタンク３２内の圧力Ｐ２を一時的に
上昇させると、図８（ａ）に示すように、第２の液体２
２のメニスカス４２は、第２のタンク３２の圧力Ｐ２の
上昇により移動することになる。すなわち、メニスカス
４２は、混合室５側へと移動する。

【００７７】ここで、同図（ｂ）に示すように、圧力の
上昇量及び上昇時間を調整することにより、メニスカス
４２は、第１の液体２１のメニスカス４１と混合室５に
おいて接触することとなる。つまり、混合室５の近傍に
おいて、第１の液体２１と第２の液体２２とが混合し
て、混合液体２３が生成されることとなる。

【００７８】次に、第２のタンク３２内の圧力Ｐ２を大
気圧Ｐ３に戻す。すると、流路４内に形成されるメニス
カス４２は、他方のメニスカス４１と接触しない位置に
存在することが安定であるので、第２のタンク３２に接
続される供給口２側に後退することとなる。ここで、同
図（ｂ）において接触していた第１の液体２１と第２の
液体２２とは分離を生じ、同図（ｃ）に示すように、新
たにメニスカス４２を生成することとなる。

【００７９】そして、同図（ｄ）に示すように、新たに
生成された第２の液体２２のメニスカス４２は、第２の
タンク３２内の圧力Ｐ２の上昇が存在しない場合の安定
な位置に移動する。そして、混合室５の近傍において
は、混合された混合液体２３がメニスカス４３を形成す
ることとなる。

【００８０】なお、ここで、第２の液体２２の圧力Ｐ２
の上昇量及び上昇時間をさらに増加させることにより、
混合液体２３に含まれる第２の液体２２の混合比率を上
昇させることができる。つまり、生成される混合液体２
３の混合比は、第２のタンク３２内の圧力Ｐ２の上昇量
及び上昇時間により調節される。

【００８１】次に、第１のタンク３１内の圧力Ｐ１を一
時的に上昇させる。すると、メニスカス４３は、混合室
５内へ向かって移動することとなる。ここで、第１のタ
ンク３１内の圧力Ｐ１を増大すると、混合液体２３は、
同図（ｅ）に示すように、ノズル３より吐出される。そ
して、第１の液体２１には、新たなメニスカス４１が生
成されることとなる。

【００８２】つまり、上記した工程により、第１の液体
２１と第２の液体２２は混合室５において混合された
後、混合液体２３となってノズル３より大気中に吐出さ
れることになる。なお、第１のタンク３１内の圧力Ｐ１
を一時的に上昇させるタイミングは、混合液体２３と第
１の液体２１との相互拡散が過度に進展する以前である
ことが必要である。

【００８３】ところで、この例の液体混合装置において
は、供給口１，２を２つとし、ノズル３を１つとしてい
るが、これら供給口１，２とノズル３の組み合わせを１
対としたものを、かかるオリフィスプレート１１に複数
個配列して設けるようにしてもよい。

【００８４】実施例４次に、いわゆるオンデマンド型のプリンタ装置の実施例
について図面を参照しながら説明する。ここでは、イン
クを定量側に、希釈液を吐出側に設け、これらを混合し
た混合液体を記録紙等に吐出する、いわゆるキャリアジ
ェット式プリンタ装置の例として説明する。

【００８５】このキャリアジェット式プリンタ装置は、
図９に示すように、先の実施例１で説明した図１に示す
オリフィスプレート１１と、このオリフィスプレート１
１の各供給口１，２近傍部に設けられる圧力上昇手段５
１，５２とを備え、この圧力上昇手段５１，５２によっ
て各供給口１，２近傍部における液体２１，２２の圧力
を上昇させることにより、混合液体２３をノズル３より
吐出して記録媒体に対して付着させるものである。

【００８６】圧力上昇手段５１，５２は、供給口１，２
近傍部における液体２１，２２の圧力を上昇させるため
のもので、各供給口１，２の近傍部に設けられている。
この圧力上昇手段５１，５２は、供給口１，２が設けら
れるオリフィスプレート１１の主面１１ａ側に設けられ
た積層プレート２６内に内蔵されている。

【００８７】積層プレート２６は、２枚のプレート２６
ａ，２６ｂを重ね合わせたもので、各供給口１，２に接
続される流路２４，２５を有している。そして、その流
路２４，２５内であって下方のプレート２６ｂに、各供
給口１，２と対向した近傍位置に圧力上昇手段５１，５
２が設けられている。なお、圧力上昇手段５１，５２が
設けられるプレート２６ｂは、シリコン基板によって形
成される。

【００８８】圧力上昇手段５１，５２としては、供給口
１，２近傍部における液体２１，２２の圧力を上昇させ
ることができるものであれば何でもよく、例えばヒータ
ーや、ピエゾ素子等の如き圧電素子が使用できる。この
例では、ヒーターを使用した。

【００８９】上記構成のプリンタ装置の動作は、次の通
りである。なお、第１の液体２１には希釈液である透明
溶媒を用い、第２の液体２２にはインクを用いる。

【００９０】先ず、図１０（ａ）において、第２の液体
２２が供給される供給口２近傍部に設けられる圧力上昇
手段５２に信号を与えて第２の液体２２を沸騰させ、該
供給口２近傍部の圧力Ｐ２を上昇せしめる。その結果、
第２の液体２２のメニスカス４２は、混合室５側へと移
動する。

【００９１】そして、圧力Ｐ２の上昇量及び上昇時間を
調整することにより、メニスカス４２は、同図（ｂ）に
示すように、第１の液体２１のメニスカス４１と混合室
５において接触することとなる。その結果、混合室５の
近傍部において、第１の液体２１と第２の液体２２が混
合した混合液体２３が生成されることとなる。

【００９２】次に、第２の液体２２の供給口２近傍部に
設けられる圧力上昇手段５２への信号をもとの値に戻
す。すると、第２の液体２２の供給口２側の圧力上昇が
存在しない場合においては、第２の液体２２のメニスカ
ス４２は、第１の液体２１のメニスカス４１と接触しな
い位置に存在することが安定であるので、同図（ｃ）に
示すように、この第２の液体２２の供給口２側に後退
し、第１の液体２１と分離される。そして、混合室５の
近傍部においては、同図（ｄ）に示すように、中間濃度
を有した混合液体２３が形成される。

【００９３】なお、ここで、第２の液体２２の圧力Ｐ２
の上昇量及び上昇時間、すなわち、圧力上昇手段５２に
与える信号をさらに増加させることにより、混合液体２
３に含まれる第２の液体２２の混合比率、すなわちイン
ク濃度を上昇させることができる。つまり、生成される
混合液体２３の混合比（インク濃度）は、圧力Ｐ２の上
昇量及び上昇時間、すなわち圧力上昇手段５２に与える
信号により調節される。

【００９４】次に、第１の液体２１が供給される供給口
１近傍部に設けられる圧力上昇手段５１に信号を与えて
第１の液体２１を沸騰させ、該供給口１近傍部の圧力Ｐ
１を一時的に上昇させる。すると、混合液体２３が混合
室５側へ向かって移動することとなる。ここで、第１の
液体２１の圧力Ｐ１を増大すると、混合液体２３は、同
図（ｅ）に示すように、ノズル３より大気中に吐出さ
れ、このノズル３と対向して設けられる記録媒体である
記録紙（図示は省略する。）に付着する。この一方、第
１の液体２１が供給される供給口２１には、新たなメニ
スカス４１が生成されることとなる。

【００９５】ここで、第１の液体２１が供給される供給
口１近傍部に設けられる圧力上昇手段５１に信号を与え
るタイミングは、混合液体２３と第１の液体２１との相
互拡散が過度に進展しない以前であることが必要であ
る。

【００９６】このように構成されたオンデマンド型のプ
リンタ装置においては、インクとした第２の液体２２の
圧力Ｐ２の上昇量及び上昇時間、すなわち、圧力上昇手
段５２に与える信号を調節することにより、混合液体２
３に含まれる第２の液体２２の混合比率、すなわちイン
ク濃度を調節することができるので、従来のオンデマン
ド型のプリンタ装置にはなかった諧調表現が可能とな
る。

【００９７】ところで、このプリンタ装置において、印
字性能をより高めるために、次のようにすることが望ま
しい。

【００９８】第１に、オリフィスプレート１１の厚みを
０．２ｍｍ以下とし、より好ましくは０．１ｍｍ以下と
する。オリフィスプレート１１の厚みが０．２ｍｍを越
えると、印字性能が悪くなるためである。

【００９９】第２に、図１０に示す第１の液体２１が供
給される供給口１にメニスカスが形成される部分（吐出
側）の開口面積Ｓ１を、５０≦Ｓ１≦４００００μｍ²
とする。好ましくは、１００≦Ｓ１≦１００００μｍ²
とする。この数値の上限は、プリンタとして最低限度必
要な解像度（４００００μｍ²で７５ｄｐｉ、１０００
０μｍ²で２００ｄｐｉ程度）で印画できるか否かによ
り定められる。従って、４００００μｍ²を越えると、
最低限度必要な解像度で印画できなくなる。一方、下限
は、吐出できるか否かにより定められる。ここでは、５
０μｍ²未満となると、混合液体を吐出できなくなる。

【０１００】一方、第２の液体２２のメニスカスが形成
される部分（定量側）の開口面積Ｓ２は、５／１０００
０≦Ｓ２／Ｓ１≦１０μｍ²とする。１０μｍ²を越え
ると、オリフィス周囲にインクが広がり精度が落ちる。
これに対して、５／１００００μｍ²未満では、一回で
定量できる量が少なすぎてしまう。また、高精度なイン
クの定量を図るためには、上記開口面積Ｓ２を、５／１
００００≦Ｓ２／Ｓ１≦５μｍ²とする。さらに、高精
度なインク一回の動作とするためには、１／１００≦Ｓ
２／Ｓ１≦５μｍ²とする。また、記録ドットの最低濃
度を低くするために、１／１００≦Ｓ２／Ｓ１≦１／２
μｍ²とする。

【０１０１】第３に、オンデマンド型のプリンタ装置と
して、本発明のオリフィリスプレート１１を用いた場
合、前記２種以上の液体はそれぞれの液体の供給口の圧
力の上昇が存在しない場合においては、それぞれ混合さ
れる流路より供給口側において、表面張力のエネルギが
最小となるメニスカスを形成し静止状態となる。かかる
場合において、吐出側と定量側の図９に示す最短距離ｄ
は、１／１０√Ｓ１≦ｄ≦５√Ｓ１とすることが好まし
い。最短距離ｄが５√Ｓ１を越えると、インク定量の応
答性が悪くなり、逆に１／１０√Ｓ１未満であると、自
然混合しやすくなる。

【０１０２】この他、供給口１，２とノズル３の組み合
わせを１対としたものをオリフィスプレート１１に複数
個配列した場合においては、対をなすメニスカスの中心
の間隔は、他の対におけるメニスカスの中心間距離より
も近接していることが望ましい。

【０１０３】なお、この実施例４では、キャリアジェッ
ト式のプリンタ装置の例としたが、定量側に希釈液を、
吐出側にインクを設け、これらを混合した混合液体を吐
出させるようにした、いわゆるインクジェット式のプリ
ンタ装置に本発明を適用してもよい。

【０１０４】実施例５次に、圧力上昇手段５１，５２としてピエゾ素子等の如
き圧電素子６１，６２を用いたプリンタ装置の例を図１
１に示す。

【０１０５】圧電素子６１，６２は、各供給口１，２に
接続される希釈液である第１の液体２１が満たされる液
体収容容器６３と、インクである第２の液体２２が満た
される液体収容容器６４にそれぞれ設けられる。かかる
圧電素子６１，６２は、この圧電素子６１，６２に供給
される信号により変形し、その変形時における圧力によ
り液体収容容器６３，６４内の圧力Ｐ１，Ｐ２を変化さ
せるものである。

【０１０６】この圧電素子６１，６２を用いたプリンタ
装置においては、やはり先のヒーターを用いたものと同
様に、圧電素子６１，６２に与える信号を調節すること
により、混合液体２３に含まれる第２の液体２２の混合
比率、すなわちインク濃度を調節することができる。

【０１０７】なお、ここでは、圧力上昇手段５１，５２
として圧電素子６１，６２を使用したが、この圧電素子
６１，６２にヒーターを組み合わせて用いることも可能
である。

【０１０８】

【発明の効果】本発明によれば、供給口が設けられた下
層プレートと、ノズルが設けられた上層プレートと、流
路を有する中間プレートを、真空薄膜形成装置を用いず
にいずれもメッキ工程によって形成しているので、原材
料費用を低く抑えることができ、しかも簡単に歩留りが
良く、大口径で信頼性の高いオリフィスプレートを提供
できる。

【０１０９】また、本発明のオリフィスプレートは、該
オリフィスプレート自体の厚さを薄くすることが容易で
あり、供給口及びノズルの寸法も小さくすることが簡単
にできる。

【０１１０】このようなオリフィスプレートを液体混合
装置に用いれば、従来配置することが不可能であった微
細領域に使用することができる。

【０１１１】また、このオリフィスプレートをプリンタ
装置に用いることで、従来のオンデマンド型のプリンタ
装置にはなかった諧調表現をすることができ、当該プリ
ンタ装置の低コスト化が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したオリフィスプレートの構成を
示す断面図である。

【図２】本発明を適用したオリフィスプレートをノズル
側より見た状態の平面図である。

【図３】本発明を適用したオリフィスプレートの製造工
程を順次示す断面図である。

【図４】図１に示すオリフィスプレートの全面に保護膜
を形成したオリフィスプレートの断面図である。

【図５】本発明を適用した液体混合装置の構成を示す断
面図である。

【図６】ノズル側に設けられるタンクを取り外した液体
混合装置の構成を示す断面図である。

【図７】図６の液体混合装置のメニスカス形成部分を示
す要部拡大断面図である。

【図８】図６の液体混合装置における混合液体吐出動作
を示す断面図である。

【図９】本発明を適用したプリンタ装置の断面図であ
る。

【図１０】本発明を適用したプリンタ装置における混合
液体吐出動作を示す断面図である。

【図１１】圧力上昇手段として圧電素子を用いたプリン
タ装置の断面図である。

【図１２】従来のオリフィスプレートの断面図である。

【図１３】従来のオリフィスプレートの製造工程を示す
断面図である。

【図１４】真空蒸着装置を用いてＮｉ膜を成膜する工程
を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１，２供給口４流路５混合室１１オリフィスプレート２３混合液体３１第１のタンク３２第２のタンク３３第３のタンク４１，４２メニスカス５１，５２圧力上昇手段６１，６２圧電素子１１２下層プレート１１４中間プレート１１４ａ第１のプレート１１４ｂ第２のプレート１１６上層プレート

フロントページの続き (72)発明者村上隆昭東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２種以上の異なる液体が供給される複数
の供給口が設けられた下層プレートと、いずれか１つの供給口と相対向する位置に２種以上の液
体を混合した混合液体を吐出するノズルが設けられた上
層プレートと、これら下層プレートと上層プレートの間に設けられ、上
記各供給口とノズルに接続する面内方向に流路を有した
中間プレートとを備えてなり、中間プレートは、上層プレートと下層プレートと異なる
金属材料からなることを特徴とするオリフィスプレー
ト。
【請求項２】上層プレートと下層プレートのうち少な
くともいずれか一方がニッケルを主成分とした金属材料
からなり、中間プレートが銅を主成分とした金属材料か
らなることを特徴とする請求項１記載のオリフィスプレ
ート。
【請求項３】２種以上の液体のうち１種以上がインク
であることを特徴とする請求項１記載のオリフィスプレ
ート。
【請求項４】２種以上の液体のうち１種以上がインク
であり、他の１種以上が希釈液であることを特徴とする
請求項１記載のオリフィスプレート。
【請求項５】母材プレート上に感光性レジストを塗布
し露光現像して、２種以上の異なる液体が供給される複
数の供給口となる部分に第１のレジストパターンを形成
する工程と、この第１のレジストパターンの周りに、該第１のレジス
トパターンの厚みと同じ厚みの第１の金属材料からなる
パターンをメッキによって形成する工程と、これら第１のレジストパターンと第１の金属材料からな
るパターン上に感光性レジストを塗布し露光現像して、
面内方向に流路を形成するための第２のレジストパター
ンを形成する工程と、この第２のレジストパターンの周りに、該第２のレジス
トパターンの厚みと同じ厚みの第２の金属材料からなる
パターンをメッキによって形成する工程と、これら第２のレジストパターンと第２の金属材料からな
るパターン上に、第１の金属材料とは異なる第３の金属
材料からなるパターンをメッキによって形成する工程
と、この第３の金属材料からなるパターン上に、感光性レジ
ストを塗布し露光現像して、一方の第１のレジストパタ
ーンと対向する位置に第３のレジストパターンを形成す
る工程と、上記第３のレジストパターン上を除く第３の金属材料か
らなるパターン上に、該第３の金属材料とは異なる第４
の金属材料からなるパターンをメッキによって形成する
工程と、母材プレートからこの上に積層されたプレートを外し、
第１、第２及び第３のレジストパターンを全て除去する
工程と、第２のレジストパターンが形成されていた部分に対応す
る第３の金属材料からなるパターンを除去する工程とを
有してなるオリフィスプレートの製造方法。
【請求項６】第３の金属材料からなるパターンは、無
電解メッキにより形成することを特徴とする請求項５記
載のオリフィスプレートの製造方法。
【請求項７】第１の金属材料がニッケルを主成分と
し、第３の金属材料が銅を主成分としたことを特徴とす
る請求項５記載のオリフィスプレートの製造方法。
【請求項８】第４の金属材料がニッケルを主成分と
し、第３の金属材料が銅を主成分としたことを特徴とす
る請求項５記載のオリフィスプレートの製造方法。
【請求項９】２種以上の異なる液体が供給される複数
の供給口が設けられた下層プレートと、いずれか１つの
供給口と相対向する位置に２種以上の液体を混合した混
合液体を吐出するノズルが設けられた上層プレートと、
これら下層プレートと上層プレートの間に設けられ、上
記各供給口とノズルに接続する面内方向に流路を有した
中間プレートとを備えてなるオリフィスプレートと、各供給口に接続され、液体がそれぞれ満たされる液体収
容容器と、ノズルに接続され、２種以上の液体を混合した混合液体
を収容する混合液収容容器と、を備えてなる液体混合装置。
【請求項１０】下層プレートがニッケルを主成分とし
た金属材料からなり、中間プレートが銅を主成分とした
金属材料からなることを特徴とする請求項９記載の液体
混合装置。
【請求項１１】上層プレートがニッケルを主成分とし
た金属材料からなり、中間プレートが銅を主成分とした
金属材料からなることを特徴とする請求項９記載の液体
混合装置。
【請求項１２】２種以上の液体のうち１種以上がイン
クであることを特徴とする請求項９記載の液体混合装
置。
【請求項１３】２種以上の液体のうち１種以上がイン
クであり、他の１種以上が希釈液であることを特徴とす
る請求項９記載の液体混合装置。
【請求項１４】２種以上の異なる液体が供給される複
数の供給口が設けられた下層プレートと、いずれか１つ
の供給口と相対向する位置に２種以上の液体を混合した
混合液体を吐出するノズルが設けられた上層プレート
と、これら下層プレートと上層プレートの間に設けら
れ、上記各供給口とノズルに接続する面内方向に流路を
有した中間プレートとを備えてなるオリフィスプレート
と、各供給口近傍部に設けられ、これら供給口近傍部におけ
る液体の圧力を上昇させる圧力上昇手段と、この圧力上昇手段によって各供給口近傍部における液体
の圧力を上昇させ、混合した混合液体をノズルより吐出
して記録媒体に対して付着させる記録ヘッドと、を備
えてなることを特徴とするプリンタ装置。
【請求項１５】下層プレートがニッケルを主成分とし
た金属材料からなり、中間プレートが銅を主成分とした
金属材料からなることを特徴とする請求項１４記載のプ
リンタ装置。
【請求項１６】上層プレートがニッケルを主成分とし
た金属材料からなり、中間プレートが銅を主成分とした
金属材料からなることを特徴とする請求項１４記載のプ
リンタ装置。
【請求項１７】２種以上の液体のうち１種以上がイン
クであり、他の１種以上が希釈液であることを特徴とす
る請求項１４記載のプリンタ装置。
【請求項１８】圧力上昇手段がヒーターであることを
特徴とする請求項１４記載のプリンタ装置。
【請求項１９】圧力上昇手段が圧電素子であることを
特徴とする請求項１４記載のプリンタ装置。