(57)【要約】      （修正有）【課題】耐腐食性、クリープ変形に対する信頼性が高く、耐磁性に優れたテーパー微細孔付き金属部品の製造方法を提供する。【解決手段】マスキングパターンされた支持基板上にニッケル−リン合金の無電解めっきを施す際、マスキングパターン表面の周縁部から、めっきが等方的に成長することを利用し、マスキングパターンの周縁部からマスキングパターン表面とその上面方向に対して概略１／４円弧状の形状に成長しためっき層形成によりテーパー孔１０３を形成したニッケル−リン合金からなる、耐腐食性やクリープ現象による変形に対する信頼性、さらに耐磁性に優れた金属部品を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面が導電性を有する支持基板の前記導電性を有する一面に、絶縁性を有するマスキング部材をパターニングし導電部を開口してマスキングパターンを形成するパターニングステップと、前記マスキングパターンから露出した部分と前記マスキングパターンの周縁部からマスキングパターン表面とその上面方向に等方的に張り出す部分に金属層を形成する金属層形成ステップと、前記マスキングパターンおよび前記支持基板を除去または分離する除去分離ステップとを備え、
前記金属層を構成するニッケルとリンからなる合金は、無電解めっき法により形成されることを特徴とする金属部品の製造方法。
【請求項２】
前記金属層を構成する合金は、非晶質のニッケルとリンからなる合金であることを特徴とする金属部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流路用部品やインクジェットプリンターのインク吐出部に取り付けられるノズルプレート等の微細孔を有する金属部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンターのインク吐出部に取り付けられるノズルプレート等の金属からなる微細孔を有する金属部品は、多くの場合、プレス加工等の機械加工、レーザー加工やフォトリソグラフィーによるエッチング、さらに、高精度、微細化を進めるにあたって電鋳法が用いられているが、ノズルとしての性能を向上するために、微細孔の断面方向にテーパーをつける必要がある。
【０００３】
微細孔にテーパーをつけるにあたって電鋳法を用いた場合、電鋳法におけるめっき成長の等方性を利用することにより、電鋳を行うための導電性基板上に微細孔形状となる絶縁パターンを形成し、導電部から絶縁部へのめっきの張り出しを利用してテーパー孔を形成する方法が提案されており、電鋳材料としては、ニッケルやニッケルにタングステン等を共析したものも提案されている。（例えば、特許文献１，２，３，４参照。）。
また、ノズルプレートの平坦化をはかるために、電鋳法に換えて、析出金属を無電解ニッケルめっきによる方法も提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、電鋳法では、膜厚分布が大きく、微細孔の形成において安定性に欠けると同時に、流路部品やノズルプレートの細孔を通過する液体に腐食性がある場合、電鋳法により作られるニッケルやニッケル合金では結晶性を有するため、結晶を形成する粒界において、腐食が生じるおそれがある。
【０００５】
また、無電解ニッケルめっきにより作製する場合、膜厚分布という点では、電鋳法と比べ優れているものの、その共析物や形態によって耐腐食性の向上は難しい。
また、結晶性を有する電鋳析出物であるニッケルおよびニッケル合金は、面心立方格子構造を有していることから、外力を加えられたときに生じるクリープ現象による変形が著しいという問題も有しており、さらに、耐磁性という点においても、好ましい特性ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０４７２７号公報
【特許文献２】特開平８−２１６４１４号公報
【特許文献３】特開平６−２８６１４１号公報
【特許文献４】特開２００１−３３４６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、膜厚分布が小さく、微細孔部において、その断面にテーパーを有し、かつ、高精度であり、さらに、耐腐食性、クリープ現象による変形に対する信頼性、さらに耐磁性に優れた微細孔付き金属部品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る金属部品の製造方法は、少なくとも一面が導電性を有する支持基板の前記導電性を有する一面に、絶縁性を有するマスキング部材をパターニングし導電部を開口してマスキングパターンを形成するパターニングステップと、前記マスキングパターンから露出した部分と前記マスキングパターンの周縁部からマスキングパターン表面とその上面方向に等方的に張り出す部分に金属層を形成する金属層形成ステップと、前記マスキングパターンおよび前記支持基板を除去または分離する除去分離ステップとを備え、前記金属層を構成するニッケルとリンからなる合金は、無電解めっき法により形成されることを特徴とする。
また、本発明に係る金属部品の製造方法は、前記金属層を構成する合金が非晶質のニッケルとリンからなる合金であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐腐食性、クリープ現象による変形に対する信頼性等に優れ、耐磁性に優れた微細孔を有する金属部品の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る金属部品であって、インクジェットプリンターに用いられるノズルプレートの概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る金属部品の製造方法のうち、パターニングステップ（Ｓ０１）を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る金属部品の製造方法のうち、金属層形成ステップ（Ｓ０２）を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る金属部品の製造方法のうち、除去分離ステップ（Ｓ０３）を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る金属部品であって、インクジェットプリンターに用いられるノズルプレートの主要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る実施形態として、インクジェットプリンターのインク吐出部であるノズルプレートの作製について図１から図５を参照して説明する。
図１（ａ）は、インクジェットプリンターのノズルプレート１０１の主要部であるノズル穴１０２を上方から示した平面図で、厚さ３５マイクロメータからなる非晶質のニッケル−リン合金に、図１（ｂ）に示すように一方が直径５０マイクロメータ、他方が直径２０マイクロメータのテーパー穴１０３が多数開口された構造となっている。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ‘における断面図を示したもので、図１（ｃ）は、一つのテーパー穴１０３の断面構造を示した図である。
【００１２】
このような構造を有するノズルプレート１０１の作製工程は、少なくとも一面が導電性を有する支持基板の導電性を有する一面に、絶縁性を有するマスキング部材をパターニングし導電部を開口してマスキングパターンを形成するパターニングステップ（Ｓ０１）と、マスキングパターンから露出した部分と、マスキングパターンの周縁部からマスキングパターン表面とその上面方向に等方的に張り出す部分に、金属層を形成する金属層形成ステップ（Ｓ０２）と、マスキングパターンおよび支持基板を除去または分離する除去分離ステップ（Ｓ０３）とを備え、金属層を構成するニッケルとリンからなる合金は、無電解めっき法により形成することを特徴とする。
また、金属層を構成する合金が非晶質のニッケルとリンの合金であることを特徴とする。
【００１３】
以下、ノズルプレートのノズル穴１０２とノズルプレート外形形状を形成する工程について断面図を参照して、ステップごとに説明する。
パターニングステップ（Ｓ０１）では、図２（ａ）に示すように、支持基板２０１として表面が十分平坦化され、脱脂洗浄されたステンレス板を用意し、図示しない暗室内にて、図２（ｂ）に示すように支持基板２０１の一面に、マスキング部材である厚み１５マイクロメータのネガタイプのドライフィルムフォトレジストを貼付することによりフォトレジスト層２０２を形成する。次いで、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて、露光、現像処理を経て、図２（ｃ）に示すように、マスキングパターン２０３を形成する。この時、マスキングパターン２０３の微細孔となるべきマスキング径が直径１３０マイクロメータとなるようにフォトマスクおよび露光、現像処理の条件を設定する。さらに、図２（ｄ）に示すように、マスキングパターン２０３が形成されている基板の一面および他方の面に厚み１００マイクロメータのネガタイプのドライフィルムフォトレジスト２０４、２０５を貼付し、マスキングパターン２０３が形成されている一面では、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて露光を行い、他方の面では全面露光を行い、その後、現像処理を経て、図２（ｅ）に示したノズルプレート１０１の外形形状となる型パターン２０６と全面被覆したマスキング層２０７を形成して基板２０８を得る。
【００１４】
金属層形成ステップ（Ｓ０２）では、無電解めっきにより、リンを１０％含有する非晶質ニッケル−リン合金からなる金属層を形成することができる、図示しない９０℃に加熱されている高リンタイプのニッケル−リン系無電解めっき液を入れた容器に、基板２０８を入れることにより、無電解ニッケル−リン合金めっきを行うことになるが、基板としてステンレス板を用いているため、析出に触媒が必要である無電解ニッケルめっきは、直接、析出を行うことはできない。このため、このステップ（Ｓ０２）では、基板２０８とは別のステンレス板をめっき液に入れ、基板２０８を陰極、別のステンレス板を陽極として電圧を数秒間印加する。これにより、図３（ａ）に示したマスキングパターン３０１、型パターン３０２およびマスキング層３０３を除く、ステンレスからなる支持基板３０４の表面にリンを含んだ非常に薄いニッケル層３０５が瞬時に形成され、電圧を遮断した後、自己触媒作用により無電解ニッケル−リン合金の析出が開始される。リンを含有したニッケル層３０５は触媒として働くのみの厚みを有すればよく、以降に形成される厚みに対して無視できる厚みで十分である。無電解ニッケル−リン合金析出開始後、陽極として用いたステンレス板を容器から取り出し、図３（ｂ）に示した無電解ニッケル−リン合金めっきによる金属層３０６を厚み７０マイクロメータで形成して基板３０７を得る。この金属層３０６は、マスキングパターン３０１から露出したマスキングパターン３０１の周縁部の近傍では、マスキングパターン３０１の厚みに達するまでは、ステンレス基板３０４に対して垂直方向に成長するが、マスキングパターン３０１の厚みまで達すると、ほぼ等方的に成長することになるため、マスキングパターン３０１周縁部からマスキングパターン表面とその上面方向に、図３（ｂ）に示すように概略１／４円弧状の断面形状で成長して張り出す。
【００１５】
除去分離ステップ（Ｓ０３）では、図４（ａ）に示したように、図示しない５％水酸化ナトリウム水溶液に基板３０７を浸漬することにより、ドライフィルムフォトレジストの硬化物である型パターン３０２とマスキング層３０３を除去した基板４０１を得る。次に、ステンレス製支持基板４０２と金属層４０３を機械的に引き剥がし、図４（ｂ）に示した金属層４０３と、ドライフィルムフォトレジストの硬化物であるマスキングパターン４０４からなる金属部材４０５を得る。この金属部材４０５を図示しない５％水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、マスキングパターン４０４を除去することにより、ニッケル−リン合金からなる微細なテーパー穴を有する、本実施形態の基本的部材である金属部品４０６を得る。この金属部品４０６を構成するニッケル−リン合金は、リンを１０％含有した非晶質であり、磁性的には非磁性である。
【００１６】
引き剥がされた金属部品４０６を研削・研磨により、無電解ニッケル−リン合金めっき成長面側を２０マイクロメータ、支持基板側に接していた面を１５マイクロメータ除去する表面加工を施し、厚み３５マイクロメータ、微細孔の一方の開口径５０マイクロメータ、他方の開口径２０マイクロメータを有する図５に示したテーパー微細孔付きノズルプレート５０１を作製することができる。
このようなノズルプレートは、腐食性が強いインク、とくに反応性インクと呼ばれる腐食性が特に強いインクに対しても耐性があり、優れた性能を示す。
【００１７】
本実施形態では、ノズルプレートに適用した例について述べたが、本発明に係る金属部品の製造方法は、これに限定したものではないことは言うまでもなく、耐腐食性、クリープ現象による変形に対する信頼性、耐磁性等を要求される微細孔を必要とする金属部品に適用できる。
【００１８】
以上述べたように、本実施形態に係る金属部品の製造方法は、少なくとも一面が導電性を有する支持基板の前記導電性を有する一面に、絶縁性を有するマスキング部材をパターニングし導電部を開口してマスキングパターンを形成するパターニングステップと、前記マスキングパターンから露出した部分と前記マスキングパターンの周縁部からマスキングパターン表面とその上面方向に等方的に張り出す部分に金属層を形成する金属層形成ステップと、前記マスキングパターンおよび前記支持基板を除去または分離する除去分離ステップとを備え、前記金属層を構成するニッケルとリンからなる合金は、無電解めっき法により形成されることを特徴とする。
【００１９】
この金属部品の製造方法によれば、ニッケル−リン合金の無電解めっきを施す際、析出するめっき層が支持基板上のマスキングパターン表面に至るまで、マスキングパターン表面に析出せず、マスキングパターン表面の周縁部の近傍に至ると、めっきが等方的に成長するため、マスキングパターンの周縁部からマスキングパターン表面とその上面方向に対して概略１／４円弧状の断面形状に成長しためっき層を形成することができ、さらに、金属部品となる金属がニッケルとリンからなる合金であることから、電鋳によるニッケルやニッケル合金からなる金属部品と比べ、耐腐食性やクリープ現象による変形に対する信頼性、さらに耐磁性に優れたものとすることができる。
また、本実施形態に係る金属部品の製造方法は、前記金属層を構成する合金が非晶質のニッケルとリンからなる合金であることを特徴とする。
【００２０】
この金属部品の製造方法によれば、金属部品となる金属が非晶質のニッケルとリンからなる合金であることから、電鋳によるニッケル、ニッケル合金や無電解ニッケルめっきによる結晶性を有するニッケルやニッケル合金からなる金属部品と比べ、耐食性、クリープ現象による変形に対する信頼性、さらに耐磁性に優れたものとすることができる。
【符号の説明】
【００２１】
１０１、５０１  ノズルプレート
１０２  ノズル穴
１０３  テーパー穴
２０１、３０４、４０２  支持基板
２０２  フォトレジスト層
２０３、３０１、４０４  マスキングパターン
２０４、２０５  ドライフィルムフォトレジスト
２０６、３０２  型パターン
２０７、３０３  マスキング層
２０８、３０７、４０１  基板
３０５  ニッケル層
３０６、４０３  金属層
４０５  金属部材
４０６  金属部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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