JP3771229B2 - インクジェットノズル用のノズル基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電鋳製薄状金属板からなるインクジェットノズル用のノズル基板を製造する方法に関する。

この種のノズル基板を電鋳により製造するに際しては、まず母型の表面に所望パターンのフォトレジストをパターンニング形成し、次いで母型のフォトレジストで覆われていない表面に電着層を電着形成し、次いで電着層の表面を研摩した後母型から電着層を剥離して所望パターンの開口部を有するノズル基板を得ていた。

かかる従来例の製造方法では、フォトレジストでノズル基板本体の開口部間の大きさや形状を規制するので、比較的再現性に優れる精密な微細パターンが得られるが、一枚毎に母型を要して高価となる。また微細な開口パターンの精度が、電鋳工程の前段階におけるフォトレジストの現像状態や特性に左右され、現像されたフォトレジストの一部が露光不足により母型との密着力不足で欠けが発生したり、ピットの発生等による不良発生が起きていた。フォトレジストによるパターンニング時に、室温や露光時間、現像時の条件等によっても、フォトレジストの定着性等に影響を与えるため、これらを厳密に管理する必要があった。

本発明の目的は、かかる従来の問題点を解消するために提案されたものであり、薄状でありながら強度を確保できる電鋳製薄状金属板からなるインクジェットノズル用のノズル基板が、簡単にかつ高精度に、しかも原板の繰り返し使用を可能にすることにより低コストで製造できる製造方法を提供するにある。

本発明は、図１に示すごとくノズル基板本体２にインクを吐出する開口部１を有するインクジェットノズル用のノズル基板を電鋳で製造するに際し、図２に示すごとく非導電性の原板４の表面に、前記開口部１に相当するまわりを除いて微細な溝６を微小ピッチで形成する工程と、原板４の溝６内にのみ導電性薄膜７を残して導電性メッキ用下地８を形成する工程と、溝６内のメッキ用下地８上に、溝６の深さを越えて、隣接する溝６・６を超えた電鋳金属どうしがそれぞれ連続的につながる高さにまで電鋳金属を電鋳することにより、前記開口部１とともに溝６に対応する位置にこれの形状に合致するリブ３が一体に形成されたノズル基板本体２を電着形成する工程と、原板４からノズル基板本体２を剥離する工程とからなることを特徴とする。

更に具体的には、ガラス製の原板４の表面に、クロム薄膜を形成する工程と、原板４のクロム薄膜の表面に、図２（Ａ）に示すごとく前記開口部１に相当するまわりを除いて線状のパターンをもつクロムマスク５を作成する工程と、図２（Ｂ）に示すごとく原板４の表面のクロムマスク５で覆われていない部分をエッチングしたのちクロム薄膜を除去することにより、図２（Ｃ）に示すごとく前記開口部１に相当するまわりを除いて、微細な溝６を微小ピッチで形成する工程と、原板４の表面および溝６内に、図２（Ｄ）に示すごとく銀鏡反応等の化学鍍金で銀薄膜７を形成する工程と、原板４の表面の銀薄膜７を除去することにより、図２（Ｅ）に示すごとく溝６内にのみ銀薄膜７からなる導電性のメッキ用下地８を形成する工程と、溝６内のメッキ用下地８を電極として、図２（Ｆ）に示すごとく溝６の深さを越えて、隣接する溝６・６を超えた電鋳ニッケルどうしがそれぞれ連続的につながる高さにまで電鋳ニッケルを電鋳することにより、前記開口部１とともに溝６に対応する位置にこれの形状に合致するリブ３が一体に形成されたノズル基板本体２を電着形成する工程と、図２（Ｇ）に示すごとく原板４からノズル基板本体２を剥離する工程とを経てインクジェットノズル用のノズル基板を製造する。

本発明方法によって得られるノズル基板によれば、ノズル基板本体２の外面２ａには、前記溝６のパターンに相当する微小ピッチで連続状のリブ３が一体に形成されたものとなるので、適度な曲げ強度等の機械的強度を向上できる。

本発明では、ノズル基板本体２に開口部１を有するノズル基板を電鋳形成するに際し、原板４の表面に該開口部１まわりを除いて微細な溝６を微小ピッチで形成し、溝６内にのみメッキ用下地８を形成したのち、このメッキ用下地８上に電鋳金属（ニッケル）を電鋳する。従って、メッキ用下地８から電鋳金属が成長して行くが、溝６の深さを越えるまで電鋳すると、所定の形状および大きさの開口部１を備えたノズル基板本体２が形成される。このとき、ノズル基板本体２には、溝６の部分にこれの形状に合致するリブ３が一体に形成される。導電性薄膜７が、銀鏡反応等の化学鍍金で形成される銀薄膜である場合は、原板４の表面および溝６内に銀薄膜７を形成したのち、原板４の表面の銀薄膜はスポンジ類で簡単に除去でき、これにて溝６内のみに銀薄膜７を残した状態にできる。同時に、かかる銀薄膜７は、原板４との付着力が弱いため、ノズル基板本体２側に付着したまま原板４から剥離でき、このことは原板４の再使用を可能とする。更に、ノズル基板本体２のリブ３側に付着の銀薄膜７は、例えばシアン化ナトリウムで陽極電解することでリブ３から容易に除去できる。

図１および図２は本発明に係るインクジェットノズル用のノズル基板を製造する場合の第１実施例を示す。図１はノズル基板の一部を示し、これは所望パターンの開口部１を有する薄状金属板本体、即ちノズル基板本体２の外面２ａ側に、微小ピッチで連続状のリブ３が形成されている。このリブ３は、ノズル基板本体２の電鋳時に連続状に形成されたものである。例えば、ノズル基板本体２の厚みｔは５０μｍである。開口部１の開口幅Ｗは、パターンの形状、大きさによって種々異なるが、例えば、３０〜７０μｍである。リブ３は網目状のごとく微細な線状に形成されており、この各リブ３のノズル基板本体２の外面２ａからの突出高さｈは0.５〜２μｍ、各リブ３の幅ｑは５〜１０μｍ、隣接するリブ３・３間の間隔ｐは５〜１０μｍである。

図２（Ａ）ないし（Ｇ）はかかるノズル基板本体２の電鋳製品を得るまでの工程図を示す。先ず、図２（Ａ）のように、ガラス製の原板４の一表面側に、スパッタリング等の方法で均一にクロム薄膜を形成するとともに、この原板４のクロム薄膜の表面に、ＥＢ描画やパターンジェネレータ描画等により、開口部１のパターンに対応する部分を除く箇所に前記リブ３のパターンに対応してクロム薄膜を除去したパターンをもつクロムマスク５を作成する。

次いで、図２（Ｂ）のように原板４の表面のクロムマスク５で覆われていない部分をフッ化水素酸を含むガラス腐食液で腐食した後クロム膜を除去することによって、図２（Ｃ）に示すように、開口部１に相当するまわりを除いて、リブ３のパターンに対応する網目状の微細な溝６を微小ピッチで連続状に形成する。例えば、溝６の開口幅ａは１０μｍ、溝６と溝６との間隔ｂは１０μｍ、溝６の深さｄは0.７μｍである。開口部１に相当する所は、パターンの形状、大きさに応じて、溝６の存在しない平坦部となっている。

次いで、図２（Ｄ）のように、原板４の表面および溝６内に銀鏡反応等の化学鍍金で銀薄膜７を形成する。次いで、水を含ませたスポンジで原板４の表面の銀薄膜７のみを除去することにより、図２（Ｅ）のように溝６内のみに銀薄膜からなる導電性のメッキ用下地８を形成する。

次いで、通常のスルファミン酸ニッケル浴中で、連続する溝６内のメッキ用下地８を電極として、このメッキ用下地８からニッケルを成長させて図２（Ｆ）のように原板４の溝６内のメッキ用下地８に溝６の深さを越える高さにまで電鋳し、更に電鋳ニッケルが溝６の深さを越えた後も成長し続けさせることで、隣接する溝６・６を越えた電鋳ニッケルどうしがそれぞれ連続的につながって、溝６内にリブ３を形成するとともに、原板４の表面上にリブ３どうしをつなぐノズル基板本体２、および開口部１を形成する。

このように微細な溝６を有する非導電性の原板４を使用し、その溝６にメッキ用下地８を形成した後に、ノズル基板本体２を電着形成するので、従来のフォトレジストを使用する電鋳法に比べて、開口部１の寸法精度がきわめて高い精密なノズル基板本体２を得ることができる。特に、開口部１の周縁部分については、フォトレジストをパターンニングして電鋳形成するものに比べて、レジストの密着状態や現像性能に影響されることなく、ピットや欠けの無い高精度なものに形成することができた。

スルファミン酸ニッケル浴の組成とメッキ条件の一例を示す。
スルファミン酸ニッケル ４５０ｇ／ｌ
塩化ニッケル ４０ｇ／ｌ
ホウ酸 ３０ｇ／ｌ
浴温 ５０℃
ｐＨ 4.０〜4.５
電流密度 ５Ａ／dm2

次いで、原板４からノズル基板本体２をリブ３と共に剥離する（図２（Ｇ））。その際、化学鍍金銀の網目状のメッキ用下地８は、原板４との付着力が弱いため、リブ３側に付着したまま、原板４から剥離される。剥離後、リブ３に付着したメッキ用下地８はシアン化ナトリウムで陽極電解することにより、リブ３から除去する。このメッキ用下地８の除去により、図１に示すごとくメッキ用下地８の厚み分だけ低い突出高さを持つリブ３を得られる。しかし、必ずしもメッキ用下地８を除去する必要はなく、リブ３に付着させたままでも使用することができる。

（他の実施態様）
上記した各実施例ではメッキ用下地８を形成するに際し、原板４の表面に銀鏡反応等の化学鍍金で銀薄膜７を形成するが、これに代えて原板４の表面にスパッタリングでパラジウム、金、銀などの導電性薄膜を形成するもよい。この場合は原板４を表面研磨することで溝６内を除く原板４の表面の導電性薄膜のみを除去し、溝６内にのみ導電性薄膜を残してメッキ用下地８を形成することになる。メッキ用下地８から成長させる電鋳金属としてはニッケル以外に、ニッケル−コバルト合金等のニッケル合金や銅等種々考えられる。原板４はガラス以外に、セラミックや合成樹脂などの非導電性材料で形成することもできる。かくして、リブ３の突出高さｈ（0.５〜１μｍ）を含む金属板総厚が、３μｍ程度の超薄状のノズル基板本体２をも実現できるに至った。

上記した各実施例では原板４に溝６が縦線と横線をクロスさせた網目状に形成されるが、これ以外に、縦線のみ、または横線のみであってもよい。但し、これら縦線のみ又は横線のみの溝６である場合、電鋳時の電気的導通を図るために、原板４に形成した溝６・６どうしを横断する導通用溝を形成する必要がある。

本発明のノズル基板の製造方法によれば、開口部１まわりを除く箇所に微細な溝６を有する原板４をつくり、この原板４を使用し、その溝６内にのみメッキ用下地８を形成した後、このメッキ用下地８を電極としてメッキ用下地８から電鋳金属を成長させてノズル基板本体２を電着形成するので、従来のフォトレジストを使用する電鋳法に比べて、寸法精度のきわめて高い精密微細パターンを有するノズル基板を得ることができる。特に、開口部１の周縁部分については、フォトレジストをパターンニングして電鋳形成するものに比べて、レジストの密着状態や現像性能に影響されることなく、ピットや欠けの無い高精度のものに形成することができる。

しかも、パターン化された原板４は繰り返し使用できて製造コストを削減できる。同じ原板４を再使用することにより、電鋳浴の管理さえ厳密に行えば、常に安定したばらつきの少ないノズル基板を得ることができる。

ノズル基板の要部の縦断面図である。 ノズル基板の製造工程図である。

符号の説明

１ 開口部
２ ノズル基板本体
３ リブ
４ 原板
６ 溝
７ 導電性薄膜（銀薄膜）
８ メッキ用下地

Claims (2)

1. ノズル基板本体２にインクを吐出する開口部１を有するインクジェットノズル用のノズル基板の製造方法であって、
   非導電性の原板４の表面に、前記開口部１に相当するまわりを除いて微細な溝６を微小ピッチで形成する工程と、
   原板４の溝６内にのみ導電性のメッキ用下地８を形成する工程と、
   溝６内のメッキ用下地８上に、溝６の深さを越えて、隣接する溝６・６を超えた電鋳金属どうしがそれぞれ連続的につながる高さにまで電鋳金属を電鋳することにより、前記開口部１とともに溝６に対応する位置にこれの形状に合致するリブ３が一体に形成されたノズル基板本体２を電着形成する工程と、
   原板４からノズル基板本体２を剥離する工程とからなるインクジェットノズル用のノズル基板の製造方法。
2. ノズル基板本体２にインクを吐出する開口部１を有するインクジェットノズル用のノズル基板の製造方法であって、
   ガラス製の原板４の表面に、クロム薄膜を形成する工程と、
   原板４のクロム薄膜の表面に、前記開口部１に相当するまわりを除いて線状のパターンをもつクロムマスク５を作成する工程と、
   原板４の表面のクロムマスク５で覆われていない部分をエッチングしたのちクロム薄膜を除去することにより、前記開口部１に相当するまわりを除いて、微細な溝６を微小ピッチで形成する工程と、
   原板４の表面および溝６内に、銀鏡反応等の化学鍍金で銀薄膜７を形成する工程と、
   原板４の表面の銀薄膜７を除去することにより、溝６内にのみ銀薄膜７からなる導電性のメッキ用下地８を形成する工程と、
   溝６内のメッキ用下地８を電極として、溝６の深さを越えて、隣接する溝６・６を超えた電鋳ニッケルどうしがそれぞれ連続的につながる高さにまで電鋳ニッケルを電鋳することにより、前記開口部１とともに溝６に対応する位置にこれの形状に合致するリブ３が一体に形成されたノズル基板本体２を電着形成する工程と、
   原板４からノズル基板本体２を剥離する工程とからなるインクジェットノズル用のノズル基板の製造方法。

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