JP4523106B2 - 無電解メッキ方法、インクジェットヘッドの製造方法および電極基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電解メッキ方法、インクジェットヘッドの製造方法および電極基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、基板の表面に電極を形成する方法の一つとして、電極を形成したい部分に金属を析出させることで電極を形成するようにした無電解メッキ方法がある。この無電解メッキ方法は量産性に優れている。無電解メッキ方法により電極を形成した電極基板は、例えば、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドやサーマルプリンタのサーマルヘッド等に使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電解メッキ方法におけるメッキ膜の成長速度(以降、成膜速度とする)は、形成するメッキ膜のパターンの密度に左右され、パターンの密度が低い部分である程成膜速度が遅くなることが一般的に知られている。これは、パターンの集中している部分の方が、化学的な反応エネルギーの活性度が高くなって反応が容易に進行するためである。同一基板上においては、形成するメッキ膜のパターン同士の間隔が広い部分は、パターン同士の間隔が狭い部分よりも成膜速度が遅くなる。
【０００４】
ここで、図７(ａ)は基板上に形成される配線パターンの一例を示す平面図であり、図７(ｂ)は無電解メッキ方法により図７(ａ)に示すパターンでメッキ膜を形成した電極基板の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を図示したものである。各位置とは、図７(ａ)の配線パターンでの各メッキ膜の形成位置に対応している。図７(ｂ)からは、電極基板３０の端部側あるいは隣接するメッキ膜との間隔が広い部分に形成されるメッキ膜３２の膜厚は、形成するパターンの密度が高い位置のメッキ膜３１の膜厚より明らかに薄いことがわかる。
【０００５】
このような電極基板３０では、各電極のメッキ膜の膜厚の差異に応じて電気抵抗の差が生じる。このため、このような電極基板３０を使用した種々の装置では、制御にばらつきが生じ、良好な制御を行うことができない。
【０００６】
本発明は、必要な位置におけるメッキ膜の成膜速度を均一にすることができる無電解メッキ方法を得ることを目的とする。
【０００７】
本発明は、電極として機能させるメッキ膜における成膜速度を均一にすることができるインクジェットヘッド製造方法を得ることを目的とする。
【０００８】
本発明は、必要な電極におけるメッキ膜の膜厚が均一な電極基板を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の無電解メッキ方法は、基板表面に、同一間隔で配列された複数の第１の電極の両端に当該第１の電極の配列間隔と同一間隔で一対の擬似的な第２の電極を並列させた配線パターンを形成するための部分以外を覆うパターンレジスト膜を形成する工程と、前記パターンレジスト膜が形成された前記基板に対してセンシタイジング−アクチベーション法またはキャタライジング−アクセラレーティング法による前処理を施すことにより、前記基板表面に形成されている前記配線パターン中の前記第１の電極を形成するための部分に第１の触媒核を形成して前記第２の電極を形成するための部分に第２の触媒核を形成する触媒核形成工程と、前記触媒核形成工程を経た前記基板から前記パターンレジスト膜を剥離する工程と、前記パターンレジスト膜を剥離した前記基板をメッキ液に浸漬させ、前記第１の触媒核と前記第２の触媒核とにメッキ膜を成膜して前記第１の電極と前記第２の電極とを形成する成膜工程と、を備える。
【００１０】
これによって、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になる。
【００１１】
請求項２記載の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、板厚方向に分極された圧電部材を形成する基板形成工程および支柱により両側を仕切られて平行に延出する複数の溝を前記基板に形成する溝形成工程を経た前記基板表面に、同一間隔で配列された複数の第１の電極の両端に当該第１の電極の配列間隔と同一間隔で一対の擬似的な第２の電極を並列させた配線パターンを形成するための部分以外を覆うパターンレジスト膜を形成する工程と、前記パターンレジスト膜が形成された前記基板に対してセンシタイジング−アクチベーション法またはキャタライジング−アクセラレーティング法による前処理を施すことにより、前記基板表面に形成されている前記配線パターン中の前記第１の電極を形成するための部分に第１の触媒核を形成して前記第２の電極を形成するための部分に第２の触媒核を形成する触媒核形成工程と、前記触媒核形成工程を経た前記基板から前記パターンレジスト膜を剥離する工程と、前記パターンレジスト膜を剥離した前記基板をメッキ液に浸漬させ、前記第１の触媒核と前記第２の触媒核とにメッキ膜を成膜して前記第１の電極と前記第２の電極とを形成する成膜工程と、を備える。
【００１２】
これによって、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になる。
【００１３】
請求項３記載の発明の電極基板は、請求項１記載の無電解メッキ方法により成膜されて、前記第１の触媒核上に形成される前記メッキ膜を電極として機能させる前記第１の電極とし、前記第２の触媒核上に形成される前記メッキ膜を電極として機能させない擬似的な前記第２の電極とする。
【００１４】
したがって、この電極基板を、例えば、インクジェットプリンタヘッドに適用し、第１の電極のみに配線等を接続して正規の電極として使用することにより、各電極において電気抵抗を等しくできるので充電された電荷の充電または放電時間のばらつきを低減することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。本実施の形態は、無電解メッキ方法により形成した電極基板を使用したインクジェットプリンタへの適用例を示すものである。従来の技術として説明した部分と同一部分は同一符号で示し、一部説明を省略する。
【００１６】
図１は、インクジェットプリンタの一部を示す斜視図である。金属により形成された底板としてのベース基板１には、表面に銅線等により形成された回路(図示せず)を有する駆動回路基板２と、圧電素子により形成される基板としてのヘッド基板３とが取り付けられている。本実施の形態では、ヘッド基板３が圧電部材とされており、その分極方向は板厚方向に沿っている。
【００１７】
駆動回路基板２上には、複数のＩＣ回路チップ４が設けられている。このＩＣ回路チップ４に形成された回路(図示せず)は、駆動回路基板２に形成された回路にリード端子５により接続されている。また、駆動回路基板２に形成された回路には、図示しない制御部や電源に接続されたフレキシブルケーブル６が接続されている。このフレキシブルケーブル６を介して、駆動パルス電圧や印字信号等が駆動回路基板２に入力される。
【００１８】
ヘッド基板３には、上側および前面側に向けて開口する複数の溝７が平行に形成されている。これらの溝７は、それぞれが支柱８により仕切られている。溝７の内面およびヘッド基板３の表面には、無電解メッキ方法の一つである無電解ニッケルメッキ法により形成された複数の電極９が設けられている。
【００１９】
本実施の形態では、ヘッド基板３の表面に形成される電極９には、リード端子１０を介して対応するＩＣ回路チップ４へ接続されて使用される第１の電極としての正規の電極９ａと、駆動回路基板２に接続されない第２の電極としての補助電極９ｂとが設けられている。正規の電極９ａは、複数のブロックに分割されており、各ブロック毎に対応するＩＣ回路チップ４へ接続されている(図６(ａ)参照)。
【００２０】
溝７のヘッド基板３の前面側に向けて開口している前面開口部７ａは、複数のインク吐出口１６が形成されたノズル板１７により閉塞されている。溝７のヘッド基板３の上側に向けて開口している上側開口部７ｂは、蓋部材１９により閉塞されている。これにより、ヘッド基板３の溝７の開口部分７ａ、７ｂが閉塞されて溝７部分にインク室２０が形成される。蓋部材１９には、各インク室２０にインクを供給するインク供給管２１が接続されるインク供給路２２が形成されている。
【００２１】
このようなインクジェットヘッドでは、圧電素子により形成されるヘッド基板３自体が誘電体を形成している。印字に際しては、インク室２０内にインクを供給した状態で所定の電極９へ電圧を印加する。電圧が印加された電極９に対応する支柱８は、インク室２０の容積を大きくする方向へシェアモード変形する。この電極９に印加する電圧の極性を逆転させると、支柱８が急激に初期位置に復帰する。支柱８が初期位置に復帰した際に、インク室２０内のインクが加圧されて、インク室２０内のインクの一部がインク滴となってインク吐出口１６から吐出する。
【００２２】
インクジェットヘッドの各電極９へ駆動電圧を印加し、支柱８を変形させることによりインク室２０に圧力を発生させ、インク吐出口１６よりインク滴を吐出させる場合、インクジェットヘッドの各電極９への駆動電圧の印加時間は、支柱８における誘電体自体の静電容量と、駆動回路基板２に形成された回路の内部抵抗およびヘッド基板３での配線抵抗との和で決定される駆動源のインピーダンスとの積により取得される。支柱８における誘電体自体の静電容量が一定と仮定すると、印加時間は、駆動源のインピーダンスが低い場合には充電または放電時間が短くなり、駆動源のインピーダンスが高い場合には充電または放電時間が長くなる。この充電または放電時間はインクの吐出速度や吐出体積等に影響を及ぼす。したがって、前記メッキ膜の膜厚を均一にすることによりインクの吐出のばらつきをなくする効果を有するものである。
【００２３】
ここで、図２ないし図５を参照して、電極９の製作工程について説明する。本実施の形態では、無電解メッキ方法の一つである無電解ニッケルメッキ法により電極９を製作している。無電解メッキ方法は、析出する金属の平衡電位と、溶液中の還元剤の酸化還元電位との差を駆動力としてメッキの形成反応が進行し、電気エネルギー等の外部からのエネルギーを必要としないメッキ方法である。なお、ここでは、インク室２０(溝７)部分を省略してヘッド基板３の上面の電極９についてのみ示している。
【００２４】
まず、無電解ニッケルメッキ法によるメッキ膜の形成を開始する前に、純水を用いた超音波洗浄を行ってヘッド基板３上の研削粉を落す。次いで、ヘッド基板３上の埃やゴミや有機物の除去、及び、親水化を図るための純水を用いた超音波洗浄を行う。さらに、エタノール等の有機溶剤を用いた超音波洗浄を行った後このエタノールを置換するために純水での十分な流水洗浄を行い、１２０℃で乾燥させる。
【００２５】
このような洗浄，乾燥処理が終了した後、ＤＦＲラミネータを用いてヘッド基板の表面全体にドライフィルム１１を貼り付ける(図２参照)。
【００２６】
次に、所定のパターンを形成するためのパターニング処理を行う。ここで、図３はリード端子１０が接続されて正規に使用される電極９ａの配線パターンＡの一部を示す斜視図、図４は本実施の形態のインクジェットプリンタに適用される正規の電極９ａおよび補助電極９ｂの配線パターンＢの一部を示す斜視図である。
【００２７】
従来のパターニング処理では、ヘッド基板３の表面に貼り付けたドライフィルム１１の上にレジスト用マスク(図示せず)を載せて露光、現像処理を行うことで、ヘッド基板３のメッキ膜を形成したい配線パターンＡの部分以外を覆うパターンレジスト膜１２を形成する(図３参照)。
【００２８】
本実施の形態のパターニング処理では、ヘッド基板３の表面に貼り付けたドライフィルム１１の上にレジスト用マスク(図示せず)を載せて露光、現像処理を行うことで、インクジェットプリンタにおいて電極９として使用される正規の電極９ａが形成される配線パターンＡで示される部分のヘッド基板３を露出させる正規電極部１２ａと、補助電極９ｂが形成される部分のヘッド基板３を露出させる補助電極部１２ｂが形成されたパターンレジスト膜１２を形成する(図４参照)。
【００２９】
なお、補助電極９ｂとは、電極９の形成後にリード端子１０を介して駆動回路基板２に形成された回路に接続されない擬似的な電極を意味する。この補助電極９ｂは、各正規電極部１２ａと正規電極部１２ａまたは補助電極部１２ｂとの間のドライフィルム１１の幅を、全ての正規電極部１２ａについて略同一とする位置に形成される。
【００３０】
次に、無電解ニッケルメッキ法の前処理として、センシタイジング−アクチベーション処理を行う。センシタイジング処理は、所定の濃度のＳｎＦ２とＨＦとの混合溶液の中へパターンレジスト膜１２を形成したヘッド基板３を所定時間撹拌しながら浸漬させることにより行う。この処理により、ヘッド基板３におけるパターンレジスト膜１２に覆われていない部分に対してＳｎの吸着とエッチングとが行われる。
【００３１】
本来、メッキで析出した金属はそれ自体のアンカー効果によって母体(ここではヘッド基板３)との密着性を保っているが、本実施の形態では、ヘッド基板３の表面をエッチングで所定の粗さにして表面積を広げることで、ヘッド基板３の表面においてもよりメッキ膜の密着性を強固にすることができる。
【００３２】
センシタイジング処理が終了した後、アクチベーション処理を二段階に分けて行う。一段階目のアクチベーション処理は、センシタイジング処理が終了したヘッド基板３を所定濃度のＡｇＮＯ３の溶液中に撹拌しながら所定時間浸漬させることにより行う。この処理により、センシタイジング処理で吸着されたＳｎとＡｇとの置換反応が起こり、ヘッド基板３にＡｇが吸着する。さらに、二段階目のアクチベーション処理は、一段階目のアクチベーション処理が終了したヘッド基板３を所定濃度のＰｄＣｌ２とＨＣｌとの混合溶液中に撹拌しながら所定時間浸漬させることにより行う。この処理により、ＡｇとＰｄとの置換反応が起こり、正規の電極９ａの配線パターン部分および補助電極９ｂの配線パターン部分にニッケルメッキの触媒核となるＰｄが吸着する。
【００３３】
以上のようにしてセンシタイジング−アクチベーション処理が終了した後、このヘッド基板３をＮａＯＨ溶液に浸漬させてパターンレジスト膜１２を剥離すると、図５に示すように、ヘッド基板３の表面に、正規の電極９ａおよび補助電極９ｂを形成する部分に無電解ニッケルメッキの触媒核となるＰｄが吸着した第１および第２の触媒核１３ａ、１３ｂが形成される。これによって、第２の触媒核１３ｂにより第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間の間隙は全ての第１の触媒核１３ａについて略同一とされる。また、本実施の形態では、第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間の間隙とは、第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間に位置して、第１あるいは第２の触媒核１３ａ、１３ｂのいずれも形成されず、ヘッド基板３が露出される部分を意味する。
【００３４】
次に、上述した前処理が終了したヘッド基板３をメッキ液に浸漬させることによりＰｄ上にＮｉのメッキ膜を成膜する。
【００３５】
ここで、メッキ液は、金属塩として所定濃度のニッケル塩、錯化剤として所定濃度の酒石酸塩またはグリシン、還元剤として所定濃度のジメチルアミンボランを含む。さらに、ｐＨを５．０〜７．０に調整するための水酸化ナトリウムを含む。
【００３６】
このメッキ液は活性度が高いため、メッキ膜の析出速度は早くなる。また、Ｐｄを吸着させることにより形成した第１および第２の触媒核１３ａ、１３ｂにおいては、第２の触媒核１３ｂにより第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間の間隙が全ての第１の触媒核１３ａについて略同一とされているため、Ｐｄを触媒核としたメッキ膜の析出における化学的な反応エネルギーの活性度が第１の触媒核１３ａ上でほぼ等しくなる。これによって、必要とする正規の電極９ａの基礎となる第１の触媒核１３ａにおけるＮｉのメッキ膜の成膜速度をヘッド基板３全体で均一にすることができる。
【００３７】
なお、Ｎｉのメッキ膜の形成に際して、メッキ膜となる金属の析出反応に伴って水素ガスが発生する。この水素ガスが反応表面に吸着していると析出反応を阻害してピンホールの原因となるため、本実施の形態では、メッキ液にヘッド基板３を浸漬させている際に、定期的にヘッド基板３に振動を与えて水素ガスの除去を行った。
【００３８】
これによって、正規の電極９ａとして使用されるメッキ膜の膜厚がヘッド基板３の全体に亘って均一に形成された電極基板３ａを製作することができる(図６参照)。
【００３９】
ここで、図６(ａ)は本実施の形態の電極基板３ａの配線パターンＢの一部を示す平面図であり、図６(ｂ)は配線パターンＢの電極基板３ａを無電解ニッケルメッキ法により形成した場合の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を示す図である。各位置とは、図６(ａ)の配線パターンＢで形成された電極基板３ａの各電極９ａ、９ｂに対応している。図６(ｂ)からも分かるように、補助電極９ｂとして形成したメッキ膜の膜厚は正規の電極９ａよりも薄くなっているが、リード端子１０が接続される正規の電極９ａとして形成したメッキ膜の膜厚は、ヘッド基板３上でほぼ等しくなる。
【００４０】
このような電極基板３ａを使用したインクジェットヘッドでは、正規の電極９ａにおけるメッキ膜の膜厚が等しいために駆動源のインピーダンスが均一となるので電荷の充放電時間が等しくなる。つまり、いずれのインク吐出口１６からインクを吐出させる場合にも、インクの吐出速度や吐出体積を均一にすることができ、良好な印字を得ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、上述のように作成した電極基板３ａをインクジェットプリンタのインクジェットヘッドに適用したが、これに限るものではなく、例えば、サーマルプリンタのサーマルヘッドに適用してもよい。
【００４２】
なお、本実施例においては、無電解ニッケルメッキ法の前処理としてセンシタイジング−アクチベーション処理を行った場合を例に挙げて説明したが、このセンシタイジング−アクチベーション処理に代えてキャタライジング−アクセラレーティング処理を行ってもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では無電解メッキ方法の１つとして無電解ニッケルメッキ法について説明したが、これに限るものではなく、無電解メッキ方法全般に適用することが可能である。
【００４４】
さらに、本実施の形態では上述した無電解メッキ方法により電極基板３ａを形成したが、これに限るものではなく、無電解メッキ方法により形成したメッキ膜を必要とし、そのパターンが所定の方向へ断続的に連なるものであれば適宜適用することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の無電解メッキ方法によれば、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になるので、必要な位置におけるメッキ膜の成膜速度を均一にすることができる無電解メッキ方法を得ることができる。
【００４６】
請求項２記載の発明のインクジェットヘッド製造方法によれば、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になるので、電極として機能させるメッキ膜における成膜速度を均一にすることができるインクジェットヘッド製造方法を得ることができる。
【００４７】
請求項３記載の発明の電極基板によれば、請求項１記載の無電解メッキ方法により成膜された第１の電極および擬似的な第２の電極を有する電極基板を、例えば、インクジェットプリンタヘッドに適用し、第１の電極のみを正規の電極として使用することにより、必要な電極におけるメッキ膜の膜厚が均一な電極基板を得ることができ、各電極において、電荷の充電または放電時間を等しくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインクジェットプリンタの一部を示す斜視図である。
【図２】表面全体にドライフィルムを貼り付けたヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図３】第１の触媒核を形成するためにパターンレジスト膜を形成した状態のヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図４】第１および第２の触媒核を形成するためにパターンレジスト膜を形成した状態のヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図５】正規の電極および補助電極を形成する部分に、無電解ニッケルメッキの触媒核となるＰｄが吸着されたヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図６】 (ａ)は本実施の形態の電極基板の配線パターンの一部を示す平面図であり、(ｂ)はこの配線パターンの電極基板を無電解ニッケルメッキ法により形成した場合の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を示す図である。
【図７】 (ａ)は従来のインクジェットヘッドの電極パターンの一部を示す平面図であり、(ｂ)はこのパターンでメッキ膜を形成した電極基板の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を図示したものである。
【符号の説明】
１ 底板(ベース基板)
３ 基板、圧電部材(ヘッド基板)
７ 溝
８ 支柱
９ａ 第１の電極(正規の電極)
９ｂ 第２の電極(補助電極)
１３ａ 第１の触媒核
１３ｂ 第２の触媒核
１６ インク吐出口
１７ ノズル板
１９ 蓋部材
２０ インク室
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電解メッキ方法、インクジェットヘッドの製造方法および電極基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、基板の表面に電極を形成する方法の一つとして、電極を形成したい部分に金属を析出させることで電極を形成するようにした無電解メッキ方法がある。この無電解メッキ方法は量産性に優れている。無電解メッキ方法により電極を形成した電極基板は、例えば、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドやサーマルプリンタのサーマルヘッド等に使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、無電解メッキ方法におけるメッキ膜の成長速度(以降、成膜速度とする)は、形成するメッキ膜のパターンの密度に左右され、パターンの密度が低い部分である程成膜速度が遅くなることが一般的に知られている。これは、パターンの集中している部分の方が、化学的な反応エネルギーの活性度が高くなって反応が容易に進行するためである。同一基板上においては、形成するメッキ膜のパターン同士の間隔が広い部分は、パターン同士の間隔が狭い部分よりも成膜速度が遅くなる。
【０００４】
ここで、図７(ａ)は基板上に形成される配線パターンの一例を示す平面図であり、図７(ｂ)は無電解メッキ方法により図７(ａ)に示すパターンでメッキ膜を形成した電極基板の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を図示したものである。各位置とは、図７(ａ)の配線パターンでの各メッキ膜の形成位置に対応している。図７(ｂ)からは、電極基板３０の端部側あるいは隣接するメッキ膜との間隔が広い部分に形成されるメッキ膜３２の膜厚は、形成するパターンの密度が高い位置のメッキ膜３１の膜厚より明らかに薄いことがわかる。
【０００５】
このような電極基板３０では、各電極のメッキ膜の膜厚の差異に応じて電気抵抗の差が生じる。このため、このような電極基板３０を使用した種々の装置では、制御にばらつきが生じ、良好な制御を行うことができない。
【０００６】
本発明は、必要な位置におけるメッキ膜の成膜速度を均一にすることができる無電解メッキ方法を得ることを目的とする。
【０００７】
本発明は、電極として機能させるメッキ膜における成膜速度を均一にすることができるインクジェットヘッド製造方法を得ることを目的とする。
【０００８】
本発明は、必要な電極におけるメッキ膜の膜厚が均一な電極基板を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の無電解メッキ方法は、基板表面に、同一間隔で配列された複数の第１の電極の両端に当該第１の電極の配列間隔と同一間隔で一対の擬似的な第２の電極を並列させた配線パターンを形成するための部分以外を覆うパターンレジスト膜を形成する工程と、前記パターンレジスト膜が形成された前記基板に対してセンシタイジング−アクチベーション法またはキャタライジング−アクセラレーティング法による前処理を施すことにより、前記基板表面に形成されている前記配線パターン中の前記第１の電極を形成するための部分に第１の触媒核を形成して前記第２の電極を形成するための部分に第２の触媒核を形成する触媒核形成工程と、前記触媒核形成工程を経た前記基板から前記パターンレジスト膜を剥離する工程と、前記パターンレジスト膜を剥離した前記基板をメッキ液に浸漬させ、前記第１の触媒核と前記第２の触媒核とにメッキ膜を成膜して前記第１の電極と前記第２の電極とを形成する成膜工程と、を備える。
【００１０】
これによって、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になる。
【００１１】
請求項２記載の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、板厚方向に分極された圧電部材を形成する基板形成工程および支柱により両側を仕切られて平行に延出する複数の溝を前記基板に形成する溝形成工程を経た前記基板表面に、同一間隔で配列された複数の第１の電極の両端に当該第１の電極の配列間隔と同一間隔で一対の擬似的な第２の電極を並列させた配線パターンを形成するための部分以外を覆うパターンレジスト膜を形成する工程と、前記パターンレジスト膜が形成された前記基板に対してセンシタイジング−アクチベーション法またはキャタライジング−アクセラレーティング法による前処理を施すことにより、前記基板表面に形成されている前記配線パターン中の前記第１の電極を形成するための部分に第１の触媒核を形成して前記第２の電極を形成するための部分に第２の触媒核を形成する触媒核形成工程と、前記触媒核形成工程を経た前記基板から前記パターンレジスト膜を剥離する工程と、前記パターンレジスト膜を剥離した前記基板をメッキ液に浸漬させ、前記第１の触媒核と前記第２の触媒核とにメッキ膜を成膜して前記第１の電極と前記第２の電極とを形成する成膜工程と、を備える。
【００１２】
これによって、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になる。
【００１３】
請求項３記載の発明の電極基板は、請求項１記載の無電解メッキ方法により成膜されて、前記第１の触媒核上に形成される前記メッキ膜を電極として機能させる前記第１の電極とし、前記第２の触媒核上に形成される前記メッキ膜を電極として機能させない擬似的な前記第２の電極とする。
【００１４】
したがって、この電極基板を、例えば、インクジェットプリンタヘッドに適用し、第１の電極のみに配線等を接続して正規の電極として使用することにより、各電極において電気抵抗を等しくできるので充電された電荷の充電または放電時間のばらつきを低減することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。本実施の形態は、無電解メッキ方法により形成した電極基板を使用したインクジェットプリンタへの適用例を示すものである。従来の技術として説明した部分と同一部分は同一符号で示し、一部説明を省略する。
【００１６】
図１は、インクジェットプリンタの一部を示す斜視図である。金属により形成された底板としてのベース基板１には、表面に銅線等により形成された回路(図示せず)を有する駆動回路基板２と、圧電素子により形成される基板としてのヘッド基板３とが取り付けられている。本実施の形態では、ヘッド基板３が圧電部材とされており、その分極方向は板厚方向に沿っている。
【００１７】
駆動回路基板２上には、複数のＩＣ回路チップ４が設けられている。このＩＣ回路チップ４に形成された回路(図示せず)は、駆動回路基板２に形成された回路にリード端子５により接続されている。また、駆動回路基板２に形成された回路には、図示しない制御部や電源に接続されたフレキシブルケーブル６が接続されている。このフレキシブルケーブル６を介して、駆動パルス電圧や印字信号等が駆動回路基板２に入力される。
【００１８】
ヘッド基板３には、上側および前面側に向けて開口する複数の溝７が平行に形成されている。これらの溝７は、それぞれが支柱８により仕切られている。溝７の内面およびヘッド基板３の表面には、無電解メッキ方法の一つである無電解ニッケルメッキ法により形成された複数の電極９が設けられている。
【００１９】
本実施の形態では、ヘッド基板３の表面に形成される電極９には、リード端子１０を介して対応するＩＣ回路チップ４へ接続されて使用される第１の電極としての正規の電極９ａと、駆動回路基板２に接続されない第２の電極としての補助電極９ｂとが設けられている。正規の電極９ａは、複数のブロックに分割されており、各ブロック毎に対応するＩＣ回路チップ４へ接続されている(図６(ａ)参照)。
【００２０】
溝７のヘッド基板３の前面側に向けて開口している前面開口部７ａは、複数のインク吐出口１６が形成されたノズル板１７により閉塞されている。溝７のヘッド基板３の上側に向けて開口している上側開口部７ｂは、蓋部材１９により閉塞されている。これにより、ヘッド基板３の溝７の開口部分７ａ、７ｂが閉塞されて溝７部分にインク室２０が形成される。蓋部材１９には、各インク室２０にインクを供給するインク供給管２１が接続されるインク供給路２２が形成されている。
【００２１】
このようなインクジェットヘッドでは、圧電素子により形成されるヘッド基板３自体が誘電体を形成している。印字に際しては、インク室２０内にインクを供給した状態で所定の電極９へ電圧を印加する。電圧が印加された電極９に対応する支柱８は、インク室２０の容積を大きくする方向へシェアモード変形する。この電極９に印加する電圧の極性を逆転させると、支柱８が急激に初期位置に復帰する。支柱８が初期位置に復帰した際に、インク室２０内のインクが加圧されて、インク室２０内のインクの一部がインク滴となってインク吐出口１６から吐出する。
【００２２】
インクジェットヘッドの各電極９へ駆動電圧を印加し、支柱８を変形させることによりインク室２０に圧力を発生させ、インク吐出口１６よりインク滴を吐出させる場合、インクジェットヘッドの各電極９への駆動電圧の印加時間は、支柱８における誘電体自体の静電容量と、駆動回路基板２に形成された回路の内部抵抗およびヘッド基板３での配線抵抗との和で決定される駆動源のインピーダンスとの積により取得される。支柱８における誘電体自体の静電容量が一定と仮定すると、印加時間は、駆動源のインピーダンスが低い場合には充電または放電時間が短くなり、駆動源のインピーダンスが高い場合には充電または放電時間が長くなる。この充電または放電時間はインクの吐出速度や吐出体積等に影響を及ぼす。したがって、前記メッキ膜の膜厚を均一にすることによりインクの吐出のばらつきをなくする効果を有するものである。
【００２３】
ここで、図２ないし図５を参照して、電極９の製作工程について説明する。本実施の形態では、無電解メッキ方法の一つである無電解ニッケルメッキ法により電極９を製作している。無電解メッキ方法は、析出する金属の平衡電位と、溶液中の還元剤の酸化還元電位との差を駆動力としてメッキの形成反応が進行し、電気エネルギー等の外部からのエネルギーを必要としないメッキ方法である。なお、ここでは、インク室２０(溝７)部分を省略してヘッド基板３の上面の電極９についてのみ示している。
【００２４】
まず、無電解ニッケルメッキ法によるメッキ膜の形成を開始する前に、純水を用いた超音波洗浄を行ってヘッド基板３上の研削粉を落す。次いで、ヘッド基板３上の埃やゴミや有機物の除去、及び、親水化を図るための純水を用いた超音波洗浄を行う。さらに、エタノール等の有機溶剤を用いた超音波洗浄を行った後このエタノールを置換するために純水での十分な流水洗浄を行い、１２０℃で乾燥させる。
【００２５】
このような洗浄，乾燥処理が終了した後、ＤＦＲラミネータを用いてヘッド基板の表面全体にドライフィルム１１を貼り付ける(図２参照)。
【００２６】
次に、所定のパターンを形成するためのパターニング処理を行う。ここで、図３はリード端子１０が接続されて正規に使用される電極９ａの配線パターンＡの一部を示す斜視図、図４は本実施の形態のインクジェットプリンタに適用される正規の電極９ａおよび補助電極９ｂの配線パターンＢの一部を示す斜視図である。
【００２７】
従来のパターニング処理では、ヘッド基板３の表面に貼り付けたドライフィルム１１の上にレジスト用マスク(図示せず)を載せて露光、現像処理を行うことで、ヘッド基板３のメッキ膜を形成したい配線パターンＡの部分以外を覆うパターンレジスト膜１２を形成する(図３参照)。
【００２８】
本実施の形態のパターニング処理では、ヘッド基板３の表面に貼り付けたドライフィルム１１の上にレジスト用マスク(図示せず)を載せて露光、現像処理を行うことで、インクジェットプリンタにおいて電極９として使用される正規の電極９ａが形成される配線パターンＡで示される部分のヘッド基板３を露出させる正規電極部１２ａと、補助電極９ｂが形成される部分のヘッド基板３を露出させる補助電極部１２ｂが形成されたパターンレジスト膜１２を形成する(図４参照)。
【００２９】
なお、補助電極９ｂとは、電極９の形成後にリード端子１０を介して駆動回路基板２に形成された回路に接続されない擬似的な電極を意味する。この補助電極９ｂは、各正規電極部１２ａと正規電極部１２ａまたは補助電極部１２ｂとの間のドライフィルム１１の幅を、全ての正規電極部１２ａについて略同一とする位置に形成される。
【００３０】
次に、無電解ニッケルメッキ法の前処理として、センシタイジング−アクチベーション処理を行う。センシタイジング処理は、所定の濃度のＳｎＦ２とＨＦとの混合溶液の中へパターンレジスト膜１２を形成したヘッド基板３を所定時間撹拌しながら浸漬させることにより行う。この処理により、ヘッド基板３におけるパターンレジスト膜１２に覆われていない部分に対してＳｎの吸着とエッチングとが行われる。
【００３１】
本来、メッキで析出した金属はそれ自体のアンカー効果によって母体(ここではヘッド基板３)との密着性を保っているが、本実施の形態では、ヘッド基板３の表面をエッチングで所定の粗さにして表面積を広げることで、ヘッド基板３の表面においてもよりメッキ膜の密着性を強固にすることができる。
【００３２】
センシタイジング処理が終了した後、アクチベーション処理を二段階に分けて行う。一段階目のアクチベーション処理は、センシタイジング処理が終了したヘッド基板３を所定濃度のＡｇＮＯ３の溶液中に撹拌しながら所定時間浸漬させることにより行う。この処理により、センシタイジング処理で吸着されたＳｎとＡｇとの置換反応が起こり、ヘッド基板３にＡｇが吸着する。さらに、二段階目のアクチベーション処理は、一段階目のアクチベーション処理が終了したヘッド基板３を所定濃度のＰｄＣｌ２とＨＣｌとの混合溶液中に撹拌しながら所定時間浸漬させることにより行う。この処理により、ＡｇとＰｄとの置換反応が起こり、正規の電極９ａの配線パターン部分および補助電極９ｂの配線パターン部分にニッケルメッキの触媒核となるＰｄが吸着する。
【００３３】
以上のようにしてセンシタイジング−アクチベーション処理が終了した後、このヘッド基板３をＮａＯＨ溶液に浸漬させてパターンレジスト膜１２を剥離すると、図５に示すように、ヘッド基板３の表面に、正規の電極９ａおよび補助電極９ｂを形成する部分に無電解ニッケルメッキの触媒核となるＰｄが吸着した第１および第２の触媒核１３ａ、１３ｂが形成される。これによって、第２の触媒核１３ｂにより第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間の間隙は全ての第１の触媒核１３ａについて略同一とされる。また、本実施の形態では、第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間の間隙とは、第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間に位置して、第１あるいは第２の触媒核１３ａ、１３ｂのいずれも形成されず、ヘッド基板３が露出される部分を意味する。
【００３４】
次に、上述した前処理が終了したヘッド基板３をメッキ液に浸漬させることによりＰｄ上にＮｉのメッキ膜を成膜する。
【００３５】
ここで、メッキ液は、金属塩として所定濃度のニッケル塩、錯化剤として所定濃度の酒石酸塩またはグリシン、還元剤として所定濃度のジメチルアミンボランを含む。さらに、ｐＨを５．０〜７．０に調整するための水酸化ナトリウムを含む。
【００３６】
このメッキ液は活性度が高いため、メッキ膜の析出速度は早くなる。また、Ｐｄを吸着させることにより形成した第１および第２の触媒核１３ａ、１３ｂにおいては、第２の触媒核１３ｂにより第１の触媒核１３ａと第１または第２の触媒核１３ａ、１３ｂとの間の間隙が全ての第１の触媒核１３ａについて略同一とされているため、Ｐｄを触媒核としたメッキ膜の析出における化学的な反応エネルギーの活性度が第１の触媒核１３ａ上でほぼ等しくなる。これによって、必要とする正規の電極９ａの基礎となる第１の触媒核１３ａにおけるＮｉのメッキ膜の成膜速度をヘッド基板３全体で均一にすることができる。
【００３７】
なお、Ｎｉのメッキ膜の形成に際して、メッキ膜となる金属の析出反応に伴って水素ガスが発生する。この水素ガスが反応表面に吸着していると析出反応を阻害してピンホールの原因となるため、本実施の形態では、メッキ液にヘッド基板３を浸漬させている際に、定期的にヘッド基板３に振動を与えて水素ガスの除去を行った。
【００３８】
これによって、正規の電極９ａとして使用されるメッキ膜の膜厚がヘッド基板３の全体に亘って均一に形成された電極基板３ａを製作することができる(図６参照)。
【００３９】
ここで、図６(ａ)は本実施の形態の電極基板３ａの配線パターンＢの一部を示す平面図であり、図６(ｂ)は配線パターンＢの電極基板３ａを無電解ニッケルメッキ法により形成した場合の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を示す図である。各位置とは、図６(ａ)の配線パターンＢで形成された電極基板３ａの各電極９ａ、９ｂに対応している。図６(ｂ)からも分かるように、補助電極９ｂとして形成したメッキ膜の膜厚は正規の電極９ａよりも薄くなっているが、リード端子１０が接続される正規の電極９ａとして形成したメッキ膜の膜厚は、ヘッド基板３上でほぼ等しくなる。
【００４０】
このような電極基板３ａを使用したインクジェットヘッドでは、正規の電極９ａにおけるメッキ膜の膜厚が等しいために駆動源のインピーダンスが均一となるので電荷の充放電時間が等しくなる。つまり、いずれのインク吐出口１６からインクを吐出させる場合にも、インクの吐出速度や吐出体積を均一にすることができ、良好な印字を得ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、上述のように作成した電極基板３ａをインクジェットプリンタのインクジェットヘッドに適用したが、これに限るものではなく、例えば、サーマルプリンタのサーマルヘッドに適用してもよい。
【００４２】
なお、本実施例においては、無電解ニッケルメッキ法の前処理としてセンシタイジング−アクチベーション処理を行った場合を例に挙げて説明したが、このセンシタイジング−アクチベーション処理に代えてキャタライジング−アクセラレーティング処理を行ってもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では無電解メッキ方法の１つとして無電解ニッケルメッキ法について説明したが、これに限るものではなく、無電解メッキ方法全般に適用することが可能である。
【００４４】
さらに、本実施の形態では上述した無電解メッキ方法により電極基板３ａを形成したが、これに限るものではなく、無電解メッキ方法により形成したメッキ膜を必要とし、そのパターンが所定の方向へ断続的に連なるものであれば適宜適用することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の無電解メッキ方法によれば、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になるので、必要な位置におけるメッキ膜の成膜速度を均一にすることができる無電解メッキ方法を得ることができる。
【００４６】
請求項２記載の発明のインクジェットヘッド製造方法によれば、メッキ膜の形成に際しては第１の触媒核上での化学的な反応エネルギーの活性度をほぼ等しくすることが可能になるので、電極として機能させるメッキ膜における成膜速度を均一にすることができるインクジェットヘッド製造方法を得ることができる。
【００４７】
請求項３記載の発明の電極基板によれば、請求項１記載の無電解メッキ方法により成膜された第１の電極および擬似的な第２の電極を有する電極基板を、例えば、インクジェットプリンタヘッドに適用し、第１の電極のみを正規の電極として使用することにより、必要な電極におけるメッキ膜の膜厚が均一な電極基板を得ることができ、各電極において、電荷の充電または放電時間を等しくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインクジェットプリンタの一部を示す斜視図である。
【図２】表面全体にドライフィルムを貼り付けたヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図３】第１の触媒核を形成するためにパターンレジスト膜を形成した状態のヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図４】第１および第２の触媒核を形成するためにパターンレジスト膜を形成した状態のヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図５】正規の電極および補助電極を形成する部分に、無電解ニッケルメッキの触媒核となるＰｄが吸着されたヘッド基板の一部を示す斜視図である。
【図６】 (ａ)は本実施の形態の電極基板の配線パターンの一部を示す平面図であり、(ｂ)はこの配線パターンの電極基板を無電解ニッケルメッキ法により形成した場合の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を示す図である。
【図７】 (ａ)は従来のインクジェットヘッドの電極パターンの一部を示す平面図であり、(ｂ)はこのパターンでメッキ膜を形成した電極基板の各位置毎のメッキ膜の膜厚分布を図示したものである。
【符号の説明】
１ 底板(ベース基板)
３ 基板、圧電部材(ヘッド基板)
７ 溝
８ 支柱
９ａ 第１の電極(正規の電極)
９ｂ 第２の電極(補助電極)
１３ａ 第１の触媒核
１３ｂ 第２の触媒核
１６ インク吐出口
１７ ノズル板
１９ 蓋部材
２０ インク室
Claims (3)
- 基板表面に、同一間隔で配列された複数の第１の電極の両端に当該第１の電極の配列間隔と同一間隔で一対の擬似的な第２の電極を並列させた配線パターンを形成するための部分以外を覆うパターンレジスト膜を形成する工程と、
前記パターンレジスト膜が形成された前記基板に対してセンシタイジング−アクチベーション法またはキャタライジング−アクセラレーティング法による前処理を施すことにより、前記基板表面に形成されている前記配線パターン中の前記第１の電極を形成するための部分に第１の触媒核を形成して前記第２の電極を形成するための部分に第２の触媒核を形成する触媒核形成工程と、
前記触媒核形成工程を経た前記基板から前記パターンレジスト膜を剥離する工程と、
前記パターンレジスト膜を剥離した前記基板をメッキ液に浸漬させ、前記第１の触媒核と前記第２の触媒核とにメッキ膜を成膜して前記第１の電極と前記第２の電極とを形成する成膜工程と、
を備えることを特徴とする無電解メッキ方法。 - 板厚方向に分極された圧電部材を形成する基板形成工程および支柱により両側を仕切られて平行に延出する複数の溝を前記基板に形成する溝形成工程を経た前記基板表面に、同一間隔で配列された複数の第１の電極の両端に当該第１の電極の配列間隔と同一間隔で一対の擬似的な第２の電極を並列させた配線パターンを形成するための部分以外を覆うパターンレジスト膜を形成する工程と、
前記パターンレジスト膜が形成された前記基板に対してセンシタイジング−アクチベーション法またはキャタライジング−アクセラレーティング法による前処理を施すことにより、前記基板表面に形成されている前記配線パターン中の前記第１の電極を形成するための部分に第１の触媒核を形成して前記第２の電極を形成するための部分に第２の触媒核を形成する触媒核形成工程と、
前記触媒核形成工程を経た前記基板から前記パターンレジスト膜を剥離する工程と、
前記パターンレジスト膜を剥離した前記基板をメッキ液に浸漬させ、前記第１の触媒核と前記第２の触媒核とにメッキ膜を成膜して前記第１の電極と前記第２の電極とを形成する成膜工程と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 請求項１記載の無電解メッキ方法により成膜されて、前記第１の触媒核上に形成される前記メッキ膜を電極として機能させる前記第１の電極とし、前記第２の触媒核上に形成される前記メッキ膜を電極として機能させない擬似的な前記第２の電極とする電極基板。
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