專利名稱：噴墨打印機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨打印機(jī)，尤其涉及用于噴墨打印機(jī)的打印頭。
背景技術(shù)：
在許多噴墨打印頭中，用來激活打印頭、并且形成墨滴噴射的內(nèi)部電極與使用中的打印頭中的墨水相接觸。由于噴墨打印頭中的電極通常由導(dǎo)電金屬(例如，銅或鎳、或者這些金屬的組合)形成，所以這能夠?qū)е掠糜谛纬呻姌O的金屬導(dǎo)體的腐蝕。當(dāng)使用導(dǎo)電墨水 (含水的、或不含水的)時(shí)這種情形特別普遍。電極腐蝕在壓電打印頭中特別成問題，然而在熱打印頭中也會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題，并且限制著能夠用于打印頭中的墨水。嘗試保護(hù)打印頭電極免受腐蝕的方法是已知的，最常見的一種方法是涂覆 Parylene (Parylene是商標(biāo))聚合物材料。通常通過氣相淀積過程，Parylene材料被涂覆到金屬電極表面，并且形成介于電極與墨水之間的絕緣層。然而，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用包含著將會(huì)易于支持離子的溶劑(例如，水)的墨水時(shí)，即使涂覆Parylene的電極仍易于受到腐蝕，并且在這些墨水的情況下，具有這種電極的噴墨打印頭不具有可接受的壽命。由此，期望的是能夠開發(fā)出用于防止噴墨打印頭的腐蝕、或者改善其抗腐蝕性的方法，從而使得較寬范圍內(nèi)的流體可用于打印頭、并且仍實(shí)現(xiàn)可接受的壽命。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)調(diào)查這個(gè)問題以嘗試確定出為何即使是涂覆Parylene的電極仍容易受到腐蝕。他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，Parylene涂層的效果/效力取決于所涂覆的涂層的厚度及其完整性。經(jīng)常不可以涂覆最夠厚的Parylene層。補(bǔ)充地或替代地，由于距離、方向和陰影效果，例如通過氣相淀積這樣的涂覆方法導(dǎo)致了在涂層中出現(xiàn)諸如針孔或未涂覆區(qū)域這樣的缺陷。還可能的是，打印頭的制造過程中的隨后步驟導(dǎo)致了損害已經(jīng)涂覆的Parylene層，從而破壞了層的完整性。所有這些因素表示著，經(jīng)常很困難、并且不可能的是形成完整的不透水/不能滲透的Parylene層，且Parylene涂層中的缺陷是指基礎(chǔ) (underlying)金屬電極表面的多個(gè)區(qū)被暴露、并且由此容易受到腐蝕的侵害。即使非常小的暴露的金屬區(qū)仍是有問題的。在已發(fā)現(xiàn)由于Parylene涂層中的缺陷導(dǎo)致出現(xiàn)的腐蝕問題以后，本發(fā)明發(fā)明人于是調(diào)查如何解決這個(gè)問題、并且利用各種其它或額外的(例如聚合物材料的)涂層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且發(fā)現(xiàn)利用惰性金屬涂層可以獲得特別良好的結(jié)果。應(yīng)該注意噴墨打印頭中的腐蝕與在熱噴墨打印頭中出現(xiàn)的結(jié)垢(kogation)不同。由于存在著金屬導(dǎo)體與墨水進(jìn)行接觸，所以在任何噴墨打印頭(壓電或熱型)中均可出現(xiàn)腐蝕。結(jié)垢是針對(duì)著在施用到打印頭中的電阻器的熱導(dǎo)致了材料淀積在加熱器電阻器的表面上、并且導(dǎo)致最終打印頭故障的情況下的熱噴墨而言的一種單獨(dú)且特定的問題。本文描述的方案涉及抗腐蝕、耐腐蝕且與結(jié)垢無關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種噴墨打印頭，這種噴墨打印頭具有與使用的墨水進(jìn)行接觸的至少一個(gè)內(nèi)部電極，其中，內(nèi)部電極表面的暴露的金屬區(qū)具有惰性金屬涂層。因此，將會(huì)以其它方式進(jìn)行暴露以與使用的墨水相接觸的電極表面的金屬區(qū)被涂覆有惰性
金屬ο在另一個(gè)方面中，本發(fā)明還提供了一種具有至少一個(gè)電極的噴墨打印頭，其中，電極表面的暴露的金屬區(qū)具有惰性金屬的涂層。電極表面的暴露的金屬區(qū)是指將會(huì)以其它方式暴露的但沒有惰性金屬涂層的電極表面的金屬區(qū)。電極是非惰性的導(dǎo)電材料，例如銅、鎳、鋁或銀或者這些金屬中的兩個(gè)和更多的組合(例如，涂覆著鎳的銅)。在實(shí)踐中，打印頭具有許多電極，并且打印頭的每個(gè)電極在暴露的金屬區(qū)上具有惰性金屬涂層。在打印頭的使用過程中，惰性金屬涂層用來保護(hù)非惰性金屬電極的基礎(chǔ)金屬表面，且尤其保護(hù)著電極在暴露給含離子的流體(通常是含水噴墨墨水)時(shí)免受腐蝕，由此解決上述的問題。惰性金屬的化學(xué)性質(zhì)是不活躍/不起化學(xué)反應(yīng)的(imactive)、并且由此耐腐蝕， 并且通常包括貴金屬尤其是黃金和/或白金/鉬。在電極的暴露金屬區(qū)被完全覆蓋的情況下，惰性金屬涂層不需要特別厚，并且認(rèn)為僅僅幾納米(例如，幾十到幾百納米)的厚度就是有效的。當(dāng)然還可以使用更厚涂層。惰性金屬涂層僅僅需要存在于電極表面的暴露給使用的噴墨墨水的部分上的暴露金屬區(qū)上，然而，還可以任意地對(duì)電極表面的另外部分進(jìn)行涂覆。電極的暴露給使用的墨水的整個(gè)表面可以被涂覆惰性金屬，從而形成抗腐蝕保護(hù)涂層?；蛘撸姌O的表面可以具有部分地由抗腐蝕保護(hù)材料(通常為聚合物材料，諸如基于二甲苯的材料，特別是取代的或未取代的聚乙烯對(duì)位二甲苯(polyparaxylxyene)材料、比如那些已知為Parylene的例如Parylene N、Parylene C和Parylene D的材料)的涂層、 或者其它非金屬保護(hù)涂層所構(gòu)成的保護(hù)涂層，并且保護(hù)涂層的剩余部分由惰性金屬構(gòu)成。 通常，首先涂覆例如Parylene材料的涂層，然后通過淀積惰性金屬來填充導(dǎo)致金屬暴露的 Parylene中的不可避免的間隙和缺陷。惰性金屬優(yōu)選從溶液(例如含水溶液)進(jìn)行淀積。適宜技術(shù)是公知的，并且包括浸鍍、無電鍍和電鍍/電解電鍍，且從溶液析出惰性金屬。基于溶液的技術(shù)是簡(jiǎn)單和直接的， 并且產(chǎn)生無缺陷的高品質(zhì)惰性金屬涂層。這些技術(shù)還選擇性地僅僅在電極的導(dǎo)電區(qū)(即僅僅電極的暴露的金屬區(qū)、而非涂覆Parylene的區(qū))上淀積惰性金屬，并且由此僅僅在易于受到腐蝕的電極的那些區(qū)域上進(jìn)行淀積。該處理由此有效地僅僅針對(duì)所要求的電極的那些區(qū)域，由此使得高效地使用惰性金屬材料?？梢栽谌魏纹谕A段(打印頭制造之前、之中或之后)在電極上形成惰性金屬涂層，并且可以在例如Parylene這樣的任何其它電極涂層之前或之后形成惰性金屬涂層?？梢允褂枚栊越饘俚膯蝹€(gè)涂層，或者如果需要，可以采用可能為不同惰性金屬或其它材料的多個(gè)涂層。絕緣層可任選地設(shè)置在惰性金屬涂層的頂部上，例如呈自組裝單層(SAM)材料(諸如，十二烷硫醇(dedecanethiol))的形式，用以進(jìn)一步增強(qiáng)由惰性金屬實(shí)現(xiàn)的保護(hù)。適宜材料和技術(shù)是公知的。通過使用例如SAM的這種層，利用向使用的打印頭中的墨水呈示的非金屬、非導(dǎo)電表面，則可能增強(qiáng)電極的耐用性?？梢栽诖蛴☆^中的電極上原處/就地執(zhí)行惰性金屬涂層的淀積，并且使用基于溶液的淀積技術(shù)(例如，上述那些技術(shù))可以容易地實(shí)現(xiàn)這種淀積。例如，處理溶液(例如，含水黃金溶液)可以直接置入到待處理的打印頭中，并且在合適溫度停留合適時(shí)間以執(zhí)行惰性金屬電鍍?；蛘撸幚砣芤嚎梢灾萌氲较嚓P(guān)聯(lián)的噴墨打印機(jī)的墨水系統(tǒng)中。使用該墨水系統(tǒng)在適宜處理時(shí)間內(nèi)，則該溶液能夠通過打印頭進(jìn)行再循環(huán)。在最大化電鍍效率和一致性的過程中，鍛煉(激活)打印頭電極是有利的。該處理溶液將會(huì)進(jìn)入并且接觸到墨水可接觸的、 潛在地導(dǎo)致腐蝕的打印頭的所有區(qū)域，并且由此該過程將以高度目標(biāo)化和有效方式而選擇性處理易于受到腐蝕的所有暴露的金屬區(qū)。本發(fā)明的方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，不需要拆卸打印頭就可以向制造后的噴墨打印頭(即，在完全組裝的打印頭上)上施用惰性金屬的淀積。由此，不需要一定由噴墨打印頭的制造商施用該處理。實(shí)際上，在打印頭的壽命期間能夠以一定時(shí)間間隔來容易地重新管理該處理，以利用惰性金屬來對(duì)由于損壞或腐蝕而在使用過程中可能會(huì)暴露的電極表面的任何金屬區(qū)進(jìn)行涂覆或者重新進(jìn)行涂覆，由此進(jìn)一步延長(zhǎng)打印頭的壽命。本發(fā)明可應(yīng)用于在正常使用情況下電極被暴露以與打印頭中的墨水進(jìn)行接觸的任何噴墨打印頭，但對(duì)于利用壓電打印頭的情況尤其有利，尤其是對(duì)于腐蝕問題非常普遍的共享壁壓電打印頭更加有利。這是因?yàn)楣蚕肀趬弘姶蛴☆^具有在使用過程中流過墨水的一系列并排通道，且電極沿著墨水通道壁的側(cè)部向下延伸，所以打印頭具有在使用過程中可能暴露到/浸入墨水中的大的電極區(qū)域。使用本發(fā)明意味著打印頭可應(yīng)用于比迄今可能情況更寬范圍的墨水，特別是導(dǎo)電墨水(含水的、和非含水的)例如含離子墨水(諸如，廣泛應(yīng)用于紡織品印刷的基于水的墨水)。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)了對(duì)具有墨水再循環(huán)能力的噴墨打印頭的特殊應(yīng)用。由于在正常操作過程中墨水的再循環(huán)迅速地且自動(dòng)地去除任何氣泡(通過在電極的惰性金屬表面處發(fā)生的墨水的電解而產(chǎn)生)并且因此保持打印頭正常操作，所以本發(fā)明對(duì)于這種類型的打印頭特別有利。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種具有至少一個(gè)金屬電極的噴墨打印頭，其中， 至少電極表面的在使用過程中暴露給墨水的多個(gè)部分具有至少部分地由惰性金屬的涂層構(gòu)成的抗腐蝕保護(hù)涂層?？梢酝耆啥栊越饘贅?gòu)成保護(hù)涂層?；蛘?，保護(hù)涂層可部分地由聚合物涂層(諸如基于二甲苯的材料，特別是取代的或未取代的聚乙烯對(duì)位二甲苯(polyparaxylxyene)材料、比如那些已知為Parylene的例如 Parylene N.Parylene C.Parylene D的材料)、或者其它非金屬保護(hù)涂層構(gòu)成，并且保護(hù)涂層的剩余部分由惰性金屬構(gòu)成。本發(fā)明在它的范圍內(nèi)還包括了 包括著根據(jù)本發(fā)明的打印頭的噴墨打印機(jī)。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種處理噴墨打印頭電極的方法，包括了在電極表面的暴露的金屬區(qū)上淀積惰性金屬。例如使用包括浸鍍、無電鍍和電解電鍍的電鍍技術(shù)來優(yōu)選地從例如含水溶液的溶液淀積惰性金屬。初始時(shí)可以使用一個(gè)技術(shù)(諸如，浸鍍)來淀積涂層，且然后可以使用第二技術(shù)(例如，電解電鍍)來使得涂層更厚。
可以在電極上生成其它涂層之前或之后執(zhí)行該方法，并且合宜地在生成取代的或未取代的聚乙烯對(duì)位二甲苯(polyparaxylxyene)材料、比如那些已知為Parylene的例如 Parylene N、Parylene C、Parylene D的材料以后執(zhí)行該方法?？梢栽诖蛴☆^制造之前、之中或之后執(zhí)行該方法，并且合宜地在打印頭中原處的電極上執(zhí)行該方法。該方法例如可以被重復(fù)，例如用以在初始淀積的惰性金屬上進(jìn)一步淀積惰性金屬 (可能不同)。合宜地，通過在電極表面的任何新暴露的金屬區(qū)上進(jìn)一步淀積惰性金屬，在打印頭的壽命期間以一定時(shí)間間隔重復(fù)進(jìn)行該方法以修復(fù)例如由于腐蝕或損壞而在保護(hù)涂層中可能發(fā)生的缺陷或不完整，因而延長(zhǎng)了打印頭的有效使用壽命。能夠根據(jù)待用于打印頭中的墨水來確定出針對(duì)打印頭的適宜的處理方案。本發(fā)明還提供了包含有惰性金屬電鍍?nèi)芤旱膰娔蛴C(jī)蓄液器。


將會(huì)在下面例子中參照附圖進(jìn)一步舉例描述本發(fā)明，附圖中。圖1是表示出共享壁壓電打印頭的部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性示出了共享壁壓電打印頭10的一部分。該打印頭由壓電材料12的件形成，在壓電材料12內(nèi)部切割出了一系列的并排通道14，這些通道14構(gòu)成了使用過程中墨水流過的通路。介于每個(gè)通路的相對(duì)側(cè)壁之間的間隔大約是70微米。通道的側(cè)部下方以及通道內(nèi)的整個(gè)表面由非惰性金屬進(jìn)行涂覆(如附圖標(biāo)記16處指示)，并且形成通常由銅和/或鎳(例如，涂覆著鎳的銅)構(gòu)成的電極。從介于相鄰?fù)ǖ乐g的區(qū)18去除金屬，從而使得電極彼此隔離。面板20延伸跨越過通道的整個(gè)頂部，且一系列孔22形成針對(duì)每個(gè)通道的相對(duì)應(yīng)的噴嘴。使用過程中，通過在整個(gè)壁上施加電壓來激活壁，即電極一側(cè)為正電壓并且另一側(cè)為負(fù)電壓，則導(dǎo)致壓電材料12發(fā)生變形以從噴嘴排出墨滴。例子打印頭處理
使用fear 1001 Uaar是商標(biāo))共享壁壓電打印頭來執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，該fear 1001 Uaar是商標(biāo))共享壁壓電打印頭具有涂覆著Parylene聚合物的非惰性導(dǎo)電金屬電極，利用如下所述的鍍金溶液對(duì)這些金屬電極進(jìn)行處理。將0. 93克的氰化金鉀/金鉀氰化物(Metalor技術(shù))溶解在20毫升的去離子水 (DI)中。將 225 克的 Aurolectroless SMT 補(bǔ)給溶液(makeup solution)(Aurolectroless 是商標(biāo))(Rohm & Haas Electronic Materials公司)加入到清潔玻璃燒杯。在不斷攪動(dòng)的過程中，溶解的氰化金鉀溶液被添加到Aurolectroless SMT溶液。所得的鍍金溶液然后利用DI水被補(bǔ)足為300毫升。該溶液然后加熱到85°C。待處理的打印頭被安放在85°C的烤爐中，酥松地被包裹在鋁箔中。在30分鐘以后，將打印頭從烤爐移走、并且安放在所具有的夾具緊密接近電鍍?nèi)芤旱那i瓶臺(tái)架(retort stand)上。管子附接到打印頭的出口，并且進(jìn)入85°C鍍金溶液的1000毫升燒杯。20毫升的注射器充滿著熱的鍍金溶液，并且被連接到入口管。在近似5秒期間完全地按下注射器，該熱溶液沖洗涌過打印頭。該溶液穿過頭部并且返回到1000毫升燒杯內(nèi)。注射器立即二次充滿、并且沖洗涌過打印頭，直到能夠在出口管看見該溶液、并且溶液在該出口管處保持3分鐘，從而確保在出口管中總是存在著溶液。在3分鐘滯留期/停歇期(dwell)以后，注射器被完全按下。第三次重復(fù)該沖洗過程，但是這次該溶液被保持6分鐘。一旦此第三次沖洗完成以后，且注射器被完全按下，出口管被重新導(dǎo)向至廢物容器，并且該注射器由充滿著處于室溫的DI水的另一個(gè)注射器所替代。室溫(大約20°C) DI 水的3x20毫升的注射器通過所述打印頭，該打印頭接下來被重新包裹在鋁箔中、并且放入 85 0C的烤爐內(nèi)，并且保持又一 30分鐘。然后，從烤爐移走打印頭，打開包裹并且重新連接到管子，從而確保出口管已被重新導(dǎo)向到鍍金溶液的1000毫升燒杯。打印頭再次由電鍍?nèi)芤簺_洗通過，該電鍍?nèi)芤涸诖蛴☆^中保持6分鐘并且，最終由另一 3x20毫升DI水沖洗通過。這個(gè)處理導(dǎo)致了 在鍍金溶液中將一層金(估計(jì)在15分鐘處理以后厚度為大約 0. 08微米；而在30分鐘以后大約為0. 1微米)電鍍到電極表面的任何暴露金屬區(qū)上，特別是使得鍍金溶液與基礎(chǔ)電極表面發(fā)生接觸的Parylene涂層的任何缺陷或可滲透區(qū)，因而生成根據(jù)本發(fā)明的打印頭。當(dāng)噴墨打印頭隨后用于含水墨水時(shí)，已發(fā)現(xiàn)所得的鍍金區(qū)具有很高的抗腐蝕性， 由此明顯增加打印頭的壽命。執(zhí)行噴射測(cè)試以比較如上所述般受處理的打印頭與未處理的打印頭。特別地，利用連續(xù)地通過所有打印頭噴嘴(1000)而打印的含水噴墨墨水來測(cè)試打印頭，其中，按周期性時(shí)間間隔來確定噴嘴損失。打印頭測(cè)試
處理后的打印頭利用驅(qū)動(dòng)電子器件經(jīng)由可從feac公司獲得的頭個(gè)性卡(Head Personality Card)而連接到PC，并且流體通道附接到可從Xermia技術(shù)有限公司獲得的小容量再循環(huán)墨水管理系統(tǒng)。打印頭由曲頸瓶臺(tái)架加以牢固固定，并且懸掛在墨水收集系統(tǒng)的上方。這個(gè)收集系統(tǒng)定位成高于收集罐、且它的底部剛好低于罐的唇緣以確保所有墨水被收集。在開始實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)整個(gè)組件進(jìn)行徹底清潔并且把水排盡。采用在下表中陳列的配方(按重量百分百)的含水墨水配劑來執(zhí)行打印測(cè)試。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印頭，具有與使用的墨水相接觸的至少一個(gè)內(nèi)部電極，其中，內(nèi)部電極表面的暴露的金屬區(qū)具有惰性金屬的涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其中，惰性金屬包括黃金和/或鉬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的打印頭，其中，電極的整個(gè)表面涂覆著惰性金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的打印頭，其中，電極的表面具有保護(hù)涂層，保護(hù)涂層中的間隙具有惰性金屬的涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的打印頭，其中，保護(hù)涂層包括取代的或未取代的聚乙烯對(duì)位二甲苯材料。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的打印頭，包括一個(gè)或多個(gè)惰性金屬的另外涂層。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的打印頭，包括位于惰性金屬的頂部上的絕緣層。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的打印頭，包括壓電打印頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的打印頭，包括共享壁壓電打印頭。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的打印頭，其中，打印頭具有墨水再循環(huán)性能。
11.一種噴墨打印機(jī)，包括根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的打印頭。
12.一種處理噴墨打印頭內(nèi)部電極的方法，包括在電極表面的暴露的金屬區(qū)上淀積惰性金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，惰性金屬?gòu)娜芤哼M(jìn)行淀積。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，通過浸鍍、無電鍍或者電解電鍍來淀積惰性金屬。
15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的方法，其中，惰性金屬淀積在打印頭中原處的電極上。
16.根據(jù)權(quán)利要求12到15中的任何一個(gè)所述的方法，其中，所述方法按照時(shí)間間隔進(jìn)行重復(fù)。
17.—種噴墨打印機(jī)蓄液器，其包含惰性金屬電鍍?nèi)芤骸?br> 全文摘要
噴墨打印頭(10)具有至少一個(gè)電極，且電極表面的暴露的金屬區(qū)(16)具有惰性金屬的涂層。在打印頭的使用過程中，惰性金屬涂層用來保護(hù)電極的基礎(chǔ)金屬表面，尤其是保護(hù)電極免受含水或其它含離子的墨水的腐蝕。本發(fā)明在壓電打印頭中特別有利。
文檔編號(hào)B41J2/14GK102481788SQ201080028219
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者E. ?？怂?J., 莫雷爾 O. 申請(qǐng)人:森尼亞科技有限公司