JP2017155294A

JP2017155294A - めっき膜形成方法及び液体噴射ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2017155294A
Application number: JP2016040106A
Authority: JP
Inventors: 仁中山; Hitoshi Nakayama
Original assignee: SII Printek Inc
Current assignee: SII Printek Inc
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: JP6719232B2

Abstract

【課題】無電解めっき工程Ｓｙにおいて基板１を低周波振動させることにより、基板１の基板面Ｓに溝や窪みが存在しても溝や窪みに金属イオンが新たに供給されてめっき膜をむらなく形成することができる。【解決手段】本発明によるめっき膜形成方法は、基板１を洗浄液２に浸漬し基板１を洗浄する洗浄工程Ｓｘと、基板１を無電解めっき液３に浸漬し基板１を周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波で振動させて基板１の露出面Ｅｐにめっき膜４を形成する無電解めっき工程Ｓｙと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面にめっき膜を形成するめっき膜形成方法、及び、圧電体基板の露出面にめっき膜を形成する液体噴射ヘッドの製造方法に関する。

無電解めっき法により絶縁基板の表面に金属膜を形成する方法は多方面で実用化されている。例えば特許文献１には、プリント基板の表面に無電解めっき法により銅箔を形成する方法が記載されている。スルーホールが形成されるプリント基板を、脱脂槽、脱水槽、触媒付加槽、活性化槽、無電解めっき槽、中和槽に順次浸漬してプリント基板の表面に銅箔を形成する。そして、脱脂槽〜活性化槽ではプリント基板をサイクル１回／２秒の周期で搖動させる。具体的には、縦バーに固定したプリント基板を処理液に浸漬し、搖動器により縦バーを押し引きしてプリント基板を基板面に対して垂直方向に搖動させる。プリント基板を搖動させて各槽の処理時間を短縮させる。また、無電解めっき槽ではプリント基板を数１００Ｈｚ（好ましくは５００Ｈｚ）の周期で振動させる。具体的には、プリント基板を縦バーに固定してめっき液に浸漬し、振動発生器により縦バーをプリント基板の板面に対して垂直方向に振動させる。基板を振動させることでスルーホールに残留する気泡を除くことができる、と記載される。

また、特許文献２には、圧電部材を用いる液体噴射ヘッドが記載される。圧電体基板に多数の溝を形成し、この溝の側面及び底面に無電解めっき法により電極を形成してチャンネルを構成する。圧電体基板としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスを使用し、無電解めっき法によりニッケル膜を厚さ１μｍ〜５μｍ堆積して溝に電極を形成する。

また、特許文献３には、圧電部材を用いる液体噴射ヘッドの製造方法が記載される。基板の表面に接着した圧電部材に多数の溝を形成する。具体的には、ダイヤモンドホイール等により圧電部材を厚さ方向に基板に達する深さに切削する。溝幅は８０μｍであり、溝深さは３００μｍである。次に、圧電部材と基板の全露出面に無電解めっき法によりニッケル薄膜を形成する。次に、レーザー光を用いてニッケル薄膜のパターニングを行い、各溝の側面及び底面に電極を形成する。

また、特許文献４には液体噴射ヘッドの製造方法が記載される。圧電体基板の表面に多数の溝を形成し、この溝の側面及び底面に無電解めっき法によりニッケル薄膜からなる電極を形成する。具体的には、溝が形成される圧電体基板を、超音波洗浄、脱脂洗浄、レジスト膜のパターニング、表面の粗面化処理を順次行う。そして、センシタイジング・アクチベーティング処理を繰り返して行って溝の側面及び底面にめっき触媒を付着させ、次に無電解めっき法により溝の側面及び底面に電極を形成する。センシタイジング・アクチベーティング処理の際には水溶液に周波数が２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波を加える。これにより、塩化第一錫及び塩化パラジウムを拡散させて金属パラジウムを基板表面に付着させることができる、と記載される。

特許２８６５６３７号公報特開２００２−１０３６３０号公報特開２００９−２０２４７５号公報特開２０１４−１７７０７５号公報

無電解めっき法により基板表面にめっき膜を形成する際に、基板表面に異物や気泡が付着する、或いは基板表面自体が欠けやすい場合には、めっき膜に欠けやピンホールが発生し、めっき膜の膜品質を低下させる原因となる。また、基板表面に凹凸や穴が存在し、その凹凸や穴の側面や底面に無電解めっき法によりめっき膜を形成する場合がある。例えば、特許文献１では、基板にスルーホールを形成し、このスルーホールの内側面にめっき膜を形成する。基板表面に凹凸やスルーホールが存在すると、その凹部やスルーホールに気泡が付着しやすい。気泡が付着する状態でめっき処理を施すと、気泡箇所がめっき膜の欠けとなってめっき膜の品質を低下させる原因となる。特許文献１では、洗浄槽において基板を基板面に対して垂直方向に周期０．５Ｈｚで搖動させ、めっき槽では基板を基板面に対して垂直方向に数１００Ｈｚで搖動させて、スルーホールに残留する気泡を除去する。しかし、基板表面に貫通しない凹部が形成される場合には、特許文献１の搖動方法では凹部内の溶液に対流や振動が十分に伝達されず、凹部内の気泡や異物を除去することができない、或いはめっき膜の膜厚が不均一となる。

また、特許文献２〜４では、開口部の開口幅よりも深さの深い溝が形成される圧電体基板の表面に無電解めっき法によりめっき膜を形成する。この場合も特許文献１と同様に、溝に付着する気泡や異物を除去してからめっき膜を形成する必要がある。例えば特許文献４では、表面に付着する異物や気泡を除去するために周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波を洗浄液に加えながら圧電体基板を洗浄し、或いはめっき触媒を付着させる。しかし、使用する圧電体材料はＰＺＴセラミックスであり、結晶粒から成る。切削加工法により溝を形成すると、溝の表面に微細な異物が残留しやすく、超音波洗浄では付着した異物を完全に除去するのが難しい。また、溝の表面をエッチング処理すると、表面に現れる結晶粒界が侵食されて結晶粒間の結合力が低下する。このような表面に超音波を加えると、超音波が圧電体基板に強く作用して表面から結晶粒が脱落することがある。また、基板表面に付着しためっき触媒に超音波を加えると、めっき触媒が部分的に剥離してめっき膜の膜厚が不均一となる。

本発明のめっき膜形成方法は、基板を洗浄液に浸漬して洗浄する洗浄工程と、前記基板を無電解めっき液に浸漬し前記基板を周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波で振動させて前記基板の露出面にめっき膜を形成する無電解めっき工程と、を備えることとした。
めっき膜形成方法。

また、前記洗浄工程は、前記基板を前記洗浄液に浸漬し前記基板を周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波で振動させて洗浄する工程であることとした。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体基板に複数の溝を並列に形成する溝形成工程と、前記圧電体基板を洗浄液に浸漬し前記圧電体基板を洗浄する洗浄工程と、前記圧電体基板を無電解めっき液に浸漬し前記圧電体基板を周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波で振動させて前記圧電体基板の露出面にめっき膜を形成する無電解めっき工程と、を備えることとした。

また、前記洗浄工程は、前記圧電体基板を前記洗浄液に浸漬し前記圧電体基板を周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波で振動させて洗浄する工程であることとした。

また、前記無電解めっき工程は前記圧電体基板を前記溝の長手方向に振動させて前記めっき膜を形成する工程を含むこととした。

また、前記洗浄工程は前記圧電体基板を前記溝の長手方向に振動させて洗浄する工程であることとした。

また、前記圧電体基板の露出面を前記洗浄工程により洗浄する第一洗浄工程と、前記圧電体基板の露出面をエッチングするエッチング工程と、前記圧電体基板の露出面を前記洗浄工程により洗浄する第二洗浄工程と、前記無電解めっき工程の前に前記圧電体基板の露出面にめっき触媒を付着させる触媒付着工程と、を備えることとした。

また、前記溝形成工程の前に前記圧電体基板の表面に感光性樹脂層を設置する感光性樹脂層形成工程と、前記無電解めっき工程の後に前記感光性樹脂層を除去する感光性樹脂層除去工程と、を更に含むこととした。

本発明によるめっき膜形成方法は、基板を洗浄液に浸漬し基板を洗浄する洗浄工程と、基板を無電解めっき液に浸漬し基板を周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波で振動させて基板の露出面にめっき膜を形成する無電解めっき工程と、を備える。これにより、基板面に金属イオンが新たに供給されてめっき膜をむらなく形成することができる。

本発明の第一実施形態に係るめっき膜形成方法の工程図である。本発明の第一実施形態に係るめっき膜形成方法の無電解めっき工程を説明するための図である。本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の工程図である。本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための図である。本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の工程図である。本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における各工程を説明するための図である。本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における各工程を説明するための図である。本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における各工程を説明するための図である。

（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係るめっき膜形成方法の工程図である。図２は本発明の第一実施形態に係る無電解めっき工程を説明するための図である。図１に示すように、本発明のめっき膜形成方法は、基板１を洗浄する洗浄工程Ｓｘと、基板１の基板面Ｓ（露出面、以下同じ）にめっき膜を形成する無電解めっき工程Ｓｙとを備える。洗浄工程Ｓｘでは、基板１を洗浄液２に浸漬して洗浄する。無電解めっき工程Ｓｙでは、基板１を無電解めっき液３に浸漬し基板1を周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で振動させて基板１の基板面Ｓにめっき膜を形成する。これにより、無電解めっき液３の金属イオンが消費される基板面Ｓに金属イオンが新たに供給されて、基板面Ｓにめっき膜をむらなく形成することができる。

具体的に説明する。図２は基板１の基板面Ｓにめっき膜を形成する様子を表す模式図であり、図２（ａ）が基板１を正面から見る（基板面Ｓの法線方向から見る）正面模式図であり、図２（ｂ）は基板１を側面から見る（基板１を基板面方向から見る）側面模式図である。まず、洗浄工程Ｓｘにおいて、基板面Ｓを洗浄液に浸漬して洗浄する。次に、無電解めっき工程Ｓｙにおいて、複数の基板１を籠状であり６面が開口する基板ホルダーＨに固定し、基板ホルダーＨに連結する支持アームＮの端部を振動発生器Ｍに接続する。めっき槽Ｂｂに無電解めっき液３を満たし、基板面Ｓを矢印で示す上下方向に向けて基板１を無電解めっき液３に浸漬する。そして、振動発生器Ｍを駆動して支持アームＮを上下方向に周波数Ｆが１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で０．１ｍｍ〜５ｍｍのストロークで振動させる。従って、基板１は無電解めっき液３の中で１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で上下方向であり基板１の基板面Ｓと平行方向に振動する。その結果、無電解めっき液３の金属イオンが消費される基板面Ｓに金属イオンが新たに供給されて、基板面Ｓにめっき膜をむらなく形成することができる。なお、基板１に第一の低周波ｆ１の振動を加える際に、無電解めっきを開始してから所定時間の経過後、例えば１分〜５分経過後に振動発生器Ｍを駆動して基板１を振動させるのが好ましい。無電解めっきの開始直後に振動を加えると、基板面Ｓに付着するめっき触媒が基板面Ｓから脱落し、めっき膜の膜厚にむらが生ずることがある。

ここで、基板１は導体、圧電体、絶縁体、合成樹脂等を使用することができる。洗浄液２は純水、有機溶媒、界面活性剤を含む脱脂洗浄液等を使用することができる。無電解めっき液３はＮｉ、Ａｕ、Ａｇ等を析出するめっき液を使用することができる。

本発明のめっき膜形成方法では、基板１を洗浄液２に浸漬して基板１に振動を加えることが必須要件ではないが、洗浄工程Ｓｘにおいても、図２に示す装置を使用することができる。即ち、複数の基板１を基板ホルダーＨに固定し、基板ホルダーＨに連結する支持アームＮの端部を振動発生器Ｍに接続する。洗浄槽Ｂａに洗浄液２を充填し、基板面Ｓを矢印で示す上下方向に向けて基板１を洗浄液２に浸漬する。そして、振動発生器Ｍを駆動して支持アームＮを上下方向に周波数Ｆが２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの第二の低周波ｆ２で０．１ｍｍ〜５ｍｍのストロークで振動させる。従って、基板１は洗浄液２の中で２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの第二の低周波ｆ２で上下方向であり基板１の基板面Ｓと平行方向に振動する。その結果、洗浄工程Ｓｘにより基板１の基板面Ｓから微細な異物や気泡を除去することができ、無電解めっき工程Ｓｙにより形成するめっき膜４の品質が向上する。即ち、ピンホールの無いめっき膜をむらなく簡便に形成することができる。

第二の低周波ｆ２は、基板１の表面に付着する異物や気泡の大きさに応じて変化させる。本発明者は実験により、洗浄しようとする対象物の径と基板１に与える振動の周波数とは反比例の関係を有し、周波数をＦ（Ｈｚ）、洗浄対象物の径をＲ（ｍ）として、概ね次式（１）の関係を有することを見出した。ここでｋは定数である。
Ｆ＝ｋ×１０^-4／Ｒ・・・（１）
つまり、洗浄対象物の径Ｒが大きいほど第二の低周波ｆ２の周波数Ｆを小さくし、洗浄対象物の径Ｒが小さいほど第二の低周波ｆ２の周波数Ｆを大きくするほうが、洗浄効率が良い。洗浄対象物の径が分散している場合は、基板１に与える振動の周波数Ｆも２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲内で変化させるのがよい。言い換えると、第二の低周波ｆ２である特定の周波数Ｆにより振動させることで、特定径Ｒの対象物を基板面Ｓから選択的に除去し、他の径Ｒ’の対象物を基板面Ｓに残すことができる。

本発明のめっき膜形成方法によれば、基板１の基板面Ｓに凹部、例えば多数の凹凸や溝が存在する場合でも、凹凸や溝に金属イオンが回り込みやすくなるので、凹部の側面や底面にめっき膜を析出させることができる。本第一実施形態では、基板１の振動方向が基板面Ｓに平行方向に振動させているが、本発明はこれに限定されず、基板１の振動方向を基板面Ｓに垂直方向に振動させてもよい。例えば、基板１に貫通孔が形成され、この貫通孔の側面に無電解めっきによりめっき膜を形成しようとする場合には、洗浄工程Ｓｘ及び無電解めっき工程Ｓｙにおいて、基板１の振動方向を基板面Ｓに垂直方向とする。これにより、洗浄工程Ｓｘにおいては、貫通孔の側面に付着する異物や気泡を除去することができ、無電解めっき工程Ｓｙにおいては、貫通孔に新たな無電解めっき液３を供給することができる。また、基板１に細長い溝が形成される場合には、基板１の振動方向を基板面Ｓの溝の長手方向と平行な方向に振動させる。これにより、洗浄工程Ｓｘにおいては溝の内側面や底面に付着する異物や気泡を除去することができ、無電解めっき工程Ｓｙにおいては溝の底部に新しい無電解めっき液３を供給することができる。

（第二実施形態）
図３は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の工程図である。図４は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明するための図である。図４（ａ）は溝形成工程Ｓｍの後の圧電体基板１ａの断面模式図である。図４（ｂ）は洗浄工程Ｓｘ及び無電解めっき工程Ｓｙを説明するための図である。図４（ｃ）は無電解めっき工程Ｓｙの後の圧電体基板１ａの断面模式図である。図４（ｄ）はヘッド組立工程Ｓｚの後の液体噴射ヘッド１０の断面模式図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図３に示すように、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体基板１ａに複数の溝５を並列に形成する溝形成工程Ｓｍと、圧電体基板１ａを洗浄する洗浄工程Ｓｘと、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐ（基板面Ｓと溝５の内表面）にめっき膜４を形成する無電解めっき工程Ｓｙと、この圧電体基板１ａを用いて液体噴射ヘッド１０に組み立てるヘッド組立工程Ｓｚとを備える。以下、図４を用いて具体的に説明する。

図４（ａ）は、圧電体基板１ａの溝５の長手方向に直交する方向の断面模式図である。溝形成工程Ｓｍにおいて、圧電体基板１ａに複数の溝５を並列に形成する。圧電体基板１ａは基板面Ｓの法線方向に分極処理が施される。圧電体基板１ａを一方の基板面Ｓの側からダイシングブレードやダイヤモンドホイールを用いて研削して所定の深さの複数の溝５を形成する。圧電体基板１ａとしてＰＺＴセラミックスを使用することができる。溝５の深さは３００μｍ〜４００μｍであり、溝５の長さは１ｍｍ〜数ｍｍであり、溝５の幅は数１０μｍ〜１００μｍであり、溝５と溝５の間の側壁９の幅（厚さ）は数１０μｍ〜１００μｍである。溝５は平行に数１００本以上形成する。なお、圧電体基板１ａは、溝５と溝５の間の側壁９のみに圧電体基板を使用し、側壁９を保持する下部材料として絶縁体基板を使用してもよい。

図４（ｂ）は洗浄工程Ｓｘにおいて圧電体基板１ａを洗浄する様子を示し、左図が圧電体基板１ａの基板面Ｓを正面から見る（基板面Ｓの垂直方向から見る）模式図であり、右図が圧電体基板１ａを側面から見る（基板面Ｓの平行方向から見る）模式図である。洗浄工程Ｓｘにおいて、圧電体基板１ａを洗浄液２に浸漬し圧電体基板１ａを周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの第二の低周波ｆ２で振動させて洗浄する。具体的には、図４（ｂ）に示すように、複数の圧電体基板１ａを基板ホルダーＨに固定する。基板ホルダーＨは、鋸歯状の凹凸を有する上保持部Ｈａと下保持部Ｈｂを備える。上下保持部Ｈａ、Ｈｂの対向する凹部間に複数の圧電体基板１ａを並列に挟んで固定する。基板ホルダーＨには支持アームＮが連結し、支持アームＮの反対側の端部が振動発生器Ｍに接続する。洗浄槽Ｂａを洗浄液２で満たし、基板面Ｓを矢印で示す上下方向に向けて圧電体基板１ａを洗浄液２に浸漬する。

本実施形態では圧電体基板１ａの溝５の長手方向を振動方向である上下方向に向けているが、本発明はこの配置に限定されない。しかし、溝５の長手方向と振動方向とを一致させることにより、溝５の内部に洗浄液２の振動が伝達され、内表面（露出面）に付着する異物を効果的に除去することができる。従って、基板ホルダーＨは溝５の長手方向を振動方向に向けて複数の圧電体基板１ａを装着し固定するのがよい。

そして、振動発生器Ｍは支持アームＮを上下方向に振動させる。支持アームＮは周波数Ｆが２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの第二の低周波ｆ２で０．１ｍｍ〜５ｍｍのストロークで振動する。従って、圧電体基板１ａは洗浄液２の中で周波数Ｆが２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの第二の低周波ｆ２で０．１ｍｍ〜５ｍｍのストロークで上下方向に振動する。洗浄液２は純水、有機溶媒、界面活性剤を含む脱脂洗浄液等を使用することができる。その結果、溝５の側面や底面に付着する異物、例えば溝形成工程Ｓｍにおいて発生する研削粉や気泡を除去することができる。第二の低周波ｆ２は圧電体基板１ａの基板面Ｓに付着する異物や気泡の大きさに応じて変化させるのがよい。すでに説明したように、周波数Ｆと洗浄対象物の径Ｒとの間には、概ね式（１）の関係があるので、洗浄対象物の径Ｒが大きいほど第二の低周波ｆ２の周波数Ｆを小さくし、洗浄対象物の径Ｒが小さいほど第二の低周波ｆ２の周波数Ｆを大きくするのがよい。また、特定の周波数Ｆである第二の低周波ｆ２により圧電体基板１ａを振動させるので、他のサイズの粒子、例えばＰＺＴセラミックスの結晶粒を脱落させる、或いは、側壁９にクラックを生じさせることが無い。

なお、図４（ｂ）に示す装置構成は本発明の一例である。例えば、基板ホルダーＨが圧電体基板１ａを基板面Ｓが水平となるように保持し、振動発生器Ｍが支持アームＮを介して基板ホルダーＨを水平方向に振動させる装置構成であってもよい。この場合、溝５の長手方向が圧電体基板１ａの振動方向となるように基板ホルダーＨを振動させる。

次に、無電解めっき工程Ｓｙにおいて、圧電体基板１ａを無電解めっき液３に浸漬し圧電体基板１ａの露出面Ｅｐにめっき膜４を形成する。無電解めっき工程Ｓｙは、図４（ｂ）に示す装置を使用することができる。基板ホルダーＨは複数の圧電体基板１ａを固定する。具体的に、基板ホルダーＨは上保持部Ｈａと下保持部Ｈｂの対向する凹部間に複数の圧電体基板１ａを上下方向に向けて並列に挟んで固定する。基板ホルダーＨには支持アームＮが連結し、支持アームＮの反対側の端部が振動発生器Ｍに接続する。めっき槽Ｂｂを無電解めっき液３で満たし、溝５の長手方向を矢印で示す上下方向に向けて圧電体基板１ａを無電解めっき液３に浸漬する。本発明においては、溝５の長手方向を圧電体基板１ａの振動方向に向けることは必須要件ではないが、溝５の長手方向を圧電体基板１ａの振動方向に向けることにより、無電解めっき液３の振動を溝５の内部に伝達しやすくなる。

そして、振動発生器Ｍを駆動して支持アームＮを上下方向に振動させて、複数の圧電体基板１ａを溝５の長手方向に振動させる。振動発生器Ｍが支持アームＮを周波数Ｆが１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で振動させれば、複数の圧電体基板１ａも周波数Ｆが１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で振動する。この場合も、圧電体基板１ａは上下方向に０．１ｍｍ〜５ｍｍのストロークで振動する。これにより、溝５の内部に新しい無電解めっき液３が供給され、めっき膜４の膜厚むらが抑制される。また、めっき膜４の析出に伴ってガスが発生するが、このガスが気泡となって溝５の開口部を塞ぐことを防止することができる。

図４（ｃ）は、無電解めっき工程Ｓｙによりめっき膜４を形成した圧電体基板１ａの溝５の長手方向に直交する方向の断面模式図である。めっき膜４は圧電体基板１ａの露出面Ｅｐに形成する。

次に、ヘッド組立工程Ｓｚにおいて、圧電体基板１ａを用いて液体噴射ヘッド１０を組み立てる。図４（ｄ）は、組み立て後の溝５の長手方向における液体噴射ヘッド１０の断面模式図である。めっき膜４が形成される圧電体基板１ａの基板面Ｓにカバープレート１２を接着し、カバープレート１２と圧電体基板１ａの前方端面Ｆｐにノズルプレート１３を接着する。カバープレート１２には液体供給室１２ａが形成され、ノズルプレート１３にはノズル１３ａが形成され、いずれも溝５に連通する。溝５の側面のめっき膜４が側壁９を駆動する駆動電極となり、圧電体基板１ａの後方のめっき膜４が電極端子となる。なお、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、図４（ｄ）に示すエッジシュート型の液体噴射ヘッド１０に限定されず、サイドシュート型や液体循環型の液体噴射ヘッドに適用することができる。

（第三実施形態）
図５は本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の工程図である。図６〜図８は本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法における各工程を説明するための図である。図６（ａ）〜（ｄ）は圧電体基板１ａの断面模式図であり、図６（ｅ）は洗浄方法又は無電解めっき法の説明図である。図７（ａ）〜（ｄ）は圧電体基板１ａの断面模式図である。図８は液体噴射ヘッド１０の模式的な分解斜視図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、圧電体基板１ａを準備する準備工程Ｓ１と、圧電体基板１ａの基板面Ｓに感光性樹脂層６を形成する感光性樹脂層形成工程Ｓ２と、感光性樹脂層６のパターニングを行うパターン形成工程Ｓ３と、圧電体基板１ａの基板面Ｓに複数の溝５を形成する溝形成工程Ｓｍと、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを洗浄する第一洗浄工程Ｓｘ１と、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを脱脂する脱脂工程Ｓ４と、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐをエッチングするエッチング工程Ｓ５と、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを洗浄する第二洗浄工程Ｓｘ２と、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを酸処理する酸処理工程Ｓ６と、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐにめっき触媒を付着させる触媒付着工程Ｓ７と、めっき触媒が付着する露出面Ｅｐにめっき膜４を析出させる無電解めっき工程Ｓｙと、感光性樹脂層６を除去する感光性樹脂層除去工程Ｓ８と、圧電体基板１ａを用いて液体噴射ヘッド１０に組み立てるヘッド組立工程Ｓｚとを備える。

具体的に説明する。準備工程Ｓ１において、図６（ａ）に示すように、圧電体基板１ａを準備する。圧電体基板１ａは、基板面Ｓの法線方向に分極処理が施されているＰＺＴセラミックス板を使用することができる。例えば、法線方向に分極Ｐを有する圧電体基板と、反対方向に分極（−Ｐ）を有する圧電体基板とを分極境界Ｚの位置で積層接着されるシェブロン型の圧電体基板１ａを使用することができる。なお、本発明はシェブロン型の圧電体基板１ａに限定されない。

次に、感光性樹脂層形成工程Ｓ２において、図６（ｂ）に示すように、圧電体基板１ａの表面（基板面Ｓ）に感光性樹脂層６を設置する。感光性樹脂層６としてレジスト膜を使用することができる。圧電体基板１ａの基板面Ｓにフィルム状レジストをラミネートしてレジスト膜を設置してもよいし、圧電体基板１ａの基板面Ｓにレジスト液をデスペンサーやコーターを使用して塗布し、乾燥してレジスト膜を形成してもよい。

次に、パターン形成工程Ｓ３において、図６（ｃ）に示すように、感光性樹脂層６のパターンを形成する。例えば、外部駆動回路と電気的接続用の電極端子や電極配線を設置する領域から感光性樹脂層６を除去する。感光性樹脂層６のパターンは、フォトリソグラフィ工程を通し、所定領域から感光性樹脂層６を除去する。なお、パターン形成工程Ｓ３は、例えば、圧電体基板１ａの基板面Ｓに溝パターンや電極パターンを形成する必要が無ければ、省略することができる。

次に、溝形成工程Ｓｍにおいて、図６（ｄ）に示すように、ダイシングブレードＤやダイヤモンドカッター等を用いて圧電体基板１ａの基板面Ｓを研削して複数の溝５を形成する。溝５は、液滴吐出用の吐出溝５ａと液滴を吐出しない非吐出溝５ｂを交互に並列に形成する。吐出溝５ａは圧電体基板１ａの前方端面Ｆｐから後方端面Ｂｐの手前まで、非吐出溝５ｂは圧電体基板１ａの前方端面Ｆｐから後方端面Ｂｐまでストレートに形成する（図６（ｄ）、図８を参照）。なお、図６（ｄ）は図６（ｃ）とは異なる領域の断面を表す。図６（ｃ）は基板面Ｓに電極端子や電極配線を設置する領域の断面模式図であり、図６（ｄ）は複数の溝５を形成する領域であり、各溝５に交差する方向の断面模式図である。溝５の幅は数１０μｍ〜１００μｍであり、溝５の深さは３００μｍ〜４００μｍであり、溝５の長さは１ｍｍ〜数ｍｍである。シュブロン型の圧電体基板１ａを用いる場合には、分極境界Ｚの位置が溝５の深さの略１／２となるように溝５を研削する。溝５は数１００本以上形成する。溝５と溝５の間の側壁９の幅（厚さ）は数１０μｍ〜１００μｍである。

次に、第一洗浄工程Ｓｘ１において、図６（ｅ）に示すように、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを洗浄する。なお、図６（ｅ）は圧電体基板１ａを洗浄する様子を基板面Ｓの正面から見る模式図である。本実施形態では、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐは、各溝５の側面、底面、及び、電極端子及び電極配線の設置領域である。洗浄方法は第一又は第二実施形態と同様である。即ち、複数の圧電体基板１ａを基板ホルダーＨに固定し、基板ホルダーＨに連結する支持アームＮの端部を振動発生器Ｍに接続する。洗浄槽Ｂａを洗浄液２、例えば純水で満たし、溝５の長手方向を上下方向に向けて複数の圧電体基板１ａを洗浄液２に浸漬する。そして、振動発生器Ｍを駆動して支持アームＮを上下方向に周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの第二の低周波ｆ２で１〜５分間振動させる。従って、各圧電体基板１ａは洗浄液２の中で周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの第二の低周波ｆ２で上下方向、つまり溝５の長手方向に振動する。

これにより、溝形成工程Ｓｍにおいて発生し、溝５の側面や底面に付着する研削粉、気泡、或いは、溝５の研削によって結合力が弱くなった結晶粒界や結晶粒を露出面Ｅｐから除去することができる。すでに説明したように、第二の低周波ｆ２は、洗浄対象物の径Ｒが大きいほど周波数Ｆを小さくし、洗浄対象物の径Ｒが小さいほど周波数Ｆを大きくすることが好ましい。本実施形態では溝５の長手方向に圧電体基板１ａが振動するので、溝５の内部に洗浄液２の振動が伝達され、露出面Ｅｐに付着する異物を効果的に除去することができる。また、超音波洗浄と比較して洗浄液２の相対的な振動エネルギーは小さく、溝構造にクラックを生じさせることはない。

次に、脱脂工程Ｓ４において、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを親水性表面に転換する。図６（ｅ）に示す基板ホルダーＨを純水、界面活性剤が添加される水、有機溶媒等により脱脂する。例えば、界面活性剤が添加された水に浸漬し、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを親水性表面に転換する。これにより、次のエッチング工程Ｓ５においてエッチング液が供給されずにエッチング不良となる領域が発生するのを抑制することができる。

次に、エッチング工程Ｓ５において、図７（ａ）に示すように、露出面Ｅｐをエッチングして粗面化し、無電解めっきにおいて生成するめっき膜４の密着強度を向上させる。例えば、濃度１．５％のフッ化アンモニウム水溶液のエッチング液に圧電体基板１ａを浸漬し、露出面ＥｐのＰＺＴセラミックスのエッチングをソフトに（軽く）行って、露出面Ｅｐに凹凸を形成する。圧電体基板１ａの露出面Ｅｐはむらなく軽くエッチングされるが、結晶粒が脱落したり側壁９の上部の強度が低下したりすることはなく、後に形成するめっき膜４の密着強度を向上させることができる。

次に、第二洗浄工程Ｓｘ２において、図６（ｅ）に示すように、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを洗浄する。洗浄方法は第一洗浄工程Ｓｘ１と同様である。即ち、複数の圧電体基板１ａを基板ホルダーＨに固定し、基板ホルダーＨに連結する支持アームＮの端部を振動発生器Ｍに接続する。洗浄槽Ｂａに洗浄液２、例えば純水を充填し、複数の圧電体基板１ａを洗浄液２に浸漬する。そして、振動発生器Ｍを駆動して支持アームＮを上下方向に周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚ、好ましくは５０Ｈｚ〜１５０Ｈｚの第二の低周波ｆ２で振動させる。従って、各圧電体基板１ａは洗浄液２の中で周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚ、好ましくは５０Ｈｚ〜１５０Ｈｚの第二の低周波ｆ２で上下方向、つまり溝５の長手方向に１〜５分間振動させる。エッチング処理により生じたＰＺＴセラミックスの小片や、結合力が弱くなった結晶粒界や結晶粒を露出面Ｅｐから除去することができる。

次に、酸処理工程Ｓ６において、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを酸処理、例えば硝酸溶液や酢酸溶液に浸漬する。圧電体基板１ａに含まれる鉛は触媒毒として作用する。無電解めっき工程Ｓｙにおいては露出面Ｅｐにめっき触媒を付着させてめっき反応を促進させるが、露出面Ｅｐに触媒毒が存在するとめっき触媒の作用が減ずる。そのため、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐを酸性溶液に浸漬して触媒毒の作用を減ずる。

次に、触媒付着工程Ｓ７において、図７（ｂ）に示すように、圧電体基板１ａの露出面Ｅｐにめっき触媒７を付着させる。めっき触媒７の付着方法として、センシタイザー・アクチベーター法、キャタリスト・アクセレーター法等を用いることができる。センシタイザー・アクチベーター法では、まず、圧電体基板１ａを塩化第一錫水溶液に浸漬し（第一工程）、続いて塩化パラジウム水溶液に浸漬して（第二工程）、露出面Ｅｐにめっき触媒７としてのパラジウム触媒を付着させる。即ち、塩化錫と塩化パラジウムの酸化還元反応により金属パラジウムを露出面Ｅｐに付着させる。上記第一工程と第二工程を繰り返し行って金属パラジウムの付着量を増加させることができる。また、キャタリスト・アクセレーター法では、圧電体基板１ａを錫とパラジウムのコロイド溶液に浸漬する。続いて圧電体基板１ａを酸性溶液、例えば塩酸溶液に浸漬して活性化し、露出面Ｅｐに金属パラジウムを析出させる。

次に、無電解めっき工程Ｓｙにおいて、図７（ｃ）に示すように、めっき触媒が付着した露出面Ｅｐに無電解めっき法によりめっき膜４を形成する。無電解めっき法によりＮｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ等のめっき膜４を形成することができる。無電解めっきは図６（ｅ）に示す装置を使用することができる。即ち、圧電体基板１ａを無電解めっき液３に浸漬し圧電体基板１ａを１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ、好ましくは４０Ｈｚ〜１００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で振動させながらめっき膜４を形成することができる。具体的には、複数の圧電体基板１ａを基板ホルダーＨに固定し、基板ホルダーＨに連結する支持アームＮの端部を振動発生器Ｍに接続する。めっき槽Ｂｂに無電解めっき液３を満たし、溝５の長手方向を上下方向に向けて複数の圧電体基板１ａを無電解めっき液３に浸漬する。そして、所定時間、例えば１分〜５分経過後に、振動発生器Ｍを駆動して支持アームＮを上下方向に１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ、好ましくは４０Ｈｚ〜１００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で所定時間振動させる。従って、各圧電体基板１ａは無電解めっき液３の中で周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ、好ましくは４０Ｈｚ〜１００Ｈｚの第一の低周波ｆ１で上下方向、つまり溝５の長手方向に振動する。

圧電体基板１ａを無電解めっき液３に浸漬後、所定時間経過後に圧電体基板１ａを振動させるので、圧電体基板１ａの振動によって露出面Ｅｐに付着しためっき触媒７が剥離するのを防ぐことができる。また、圧電体基板１ａの振動によって、溝５の内部に新しい無電解めっき液３が供給され、溝５の内表面（側面及び底面）に析出するめっき膜４の厚みむらを少なくすることができる。また、めっき反応時に発生するガスが溝５の内表面や開口部に付着するのを防止することができる。

次に、感光性樹脂層除去工程Ｓ８において、図７（ｄ）に示すように、圧電体基板１ａの感光性樹脂層６を除去してめっき膜４のパターンを形成する。感光性樹脂層６が設置される圧電体基板１ａの基板面Ｓにはめっき膜４が形成されず、感光性樹脂層６が設置されていない露出面Ｅｐにめっき膜４が形成される。本実施形態では、溝５の内表面と、基板面Ｓの電極端子１１の領域にめっき膜４が残る（図８を参照）。

次に、ヘッド組立工程Ｓｚにおいて、図８に示すように、圧電体基板１ａの基板面Ｓにカバープレート１２を接着し、圧電体基板１ａ及びカバープレート１２の前方の端面ＦＰにノズルプレート１３を接着して液体噴射ヘッド１０を構成する。

図８に示すように、圧電体基板１ａは、基板面Ｓに交互に配列する吐出溝５ａと非吐出溝５ｂを備える。吐出溝５ａ及び非吐出溝５ｂの内表面には上記方法により析出しためっき膜４が設置される。なお、非吐出溝５ｂの一方の側面のめっき膜４と他方の側面のめっき膜４とは電気的に分離される。無電解めっき法により非吐出溝５ｂの内表面にめっき膜４を形成した後に、例えば非吐出溝５ｂの底面にレーザー光を照射して底面のめっき膜４を除去することにより、一方の側面のめっき膜４と他方の側面のめっき膜４とを電気的に分離することができる。圧電体基板１ａは基板面Ｓの後方端面Ｂｐ側に個別電極端子１１ｂ、個別電極端子１１ｂの前方にコモン電極端子１１ａを備える。個別電極端子１１ｂは、吐出溝５ａを挟んで隣接する２つの非吐出溝５ｂの吐出溝５ａ側のめっき膜４を電気的に接続する。コモン電極端子１１ａは吐出溝５ａのめっき膜４と電気的に接続する。

カバープレート１２は、前方端面Ｆｐが圧電体基板１ａの前方端面Ｆｐと面一となるように、また、コモン電極端子１１ａ及び個別電極端子１１ｂが露出するように圧電体基板１ａの基板面Ｓに接着される。カバープレート１２は後方側に液体供給室１２ａを備え、液体供給室１２ａは、その底面から圧電体基板１ａの側に貫通するスリット１２ｂを備える。スリット１２ｂは液体供給室１２ａと吐出溝５ａの後方端とを連通し、液体供給室１２ａから吐出溝５ａに液体を供給する。ノズルプレート１３は、圧電体基板１ａ及びカバープレート１２の前方端面Ｆｐに接着される。ノズルプレート１３はノズル１３ａを備え、ノズル１３ａは吐出溝５ａに連通する。

液体噴射ヘッド１０は、次にように動作する。まず、液体供給室１２ａに液体を供給し、スリット１２ｂを介して吐出溝５ａに液体を充填する。そして、コモン電極端子１１ａと個別電極端子１１ｂに駆動信号を与えて吐出溝５ａを挟む両側壁９を厚み滑り変形させる。具体的には、吐出溝５ａの容積が拡大する方向に両側壁９を変形させて液体供給室１２ａから吐出溝５ａに液体を引き込み、次に、吐出溝５ａの容積が縮小する方向に両側壁９を変形させて、ノズル１３ａから液滴を吐出する。なお、図８に示す液体噴射ヘッド１０は一例である。本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、エッジシュート型の液体噴射ヘッドの他にサイドシュート型や液体循環型の液体噴射ヘッドに適用することができる。

１基板、１ａ圧電体基板
２洗浄液
３無電解めっき液
４めっき膜
５溝、５ａ吐出溝、５ｂ非吐出溝
６感光性樹脂層
７めっき触媒
９側壁
１０液体噴射ヘッド
１１電極端子、１１ａコモン電極端子、１１ｂ個別電極端子
１２カバープレート、１２ａ液体供給室、１２ｂスリット
１３ノズルプレート、１３ａノズル
ｆ１第一の低周波、ｆ２第二の低周波、Ｍ振動発生器、Ｎ支持アーム
Ｈ基板ホルダー、Ｂａ洗浄槽、Ｂｂめっき槽、Ｓ基板面、Ｅｐ露出面
Ｚ分極境界、Ｆｐ前方端面、Ｂｐ後方端面

Claims

基板を洗浄液に浸漬して洗浄する洗浄工程と、
前記基板を無電解めっき液に浸漬し前記基板を周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波で振動させて前記基板の露出面にめっき膜を形成する無電解めっき工程と、を備えるめっき膜形成方法。
前記洗浄工程は、前記基板を前記洗浄液に浸漬し前記基板を周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波で振動させて洗浄する工程である請求項１に記載のめっき膜形成方法。
圧電体基板に複数の溝を並列に形成する溝形成工程と、
前記圧電体基板を洗浄液に浸漬し前記圧電体基板を洗浄する洗浄工程と、
前記圧電体基板を無電解めっき液に浸漬し前記圧電体基板を周波数が１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低周波で振動させて前記圧電体基板の露出面にめっき膜を形成する無電解めっき工程と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法。
前記洗浄工程は、前記圧電体基板を前記洗浄液に浸漬し前記圧電体基板を周波数が２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波で振動させて洗浄する工程である請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記無電解めっき工程は前記圧電体基板を前記溝の長手方向に振動させて前記めっき膜を形成する工程を含む請求項３又は４に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記洗浄工程は前記圧電体基板を前記溝の長手方向に振動させて洗浄する工程である請求項３〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記圧電体基板の露出面を前記洗浄工程により洗浄する第一洗浄工程と、
前記圧電体基板の露出面をエッチングするエッチング工程と、
前記圧電体基板の露出面を前記洗浄工程により洗浄する第二洗浄工程と、
前記無電解めっき工程の前に前記圧電体基板の露出面にめっき触媒を付着させる触媒付着工程と、を備える請求項３〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記溝形成工程の前に前記圧電体基板の表面に感光性樹脂層を設置する感光性樹脂層形成工程と、
前記無電解めっき工程の後に前記感光性樹脂層を除去する感光性樹脂層除去工程と、を更に含む請求項３〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。