CN101351341A - 镀有钯镍合金的孔板 - Google Patents
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Abstract
一种镀金的孔板(104，200，210)包括一在其中形成有孔(108)的芯孔板(104，300)，以及镀于所述芯孔板(104，300)上的钯－镍合金。
Description
背景技术
[0001]喷墨印刷由于具有低印刷噪音，高速记录能力，和多色彩记录等原因，已成为一种受欢迎的在各式介质表面，特别是纸表面记录图像的方法。此外，喷墨印刷的这些优点对消费者而言可在较低成本下获得。尽管在喷墨印刷方面已取得了很大的进展，但随着消费者对更高的速度，更高的分辨率，全彩色图像信息，增加的稳定性等方面越来越高的要求，在喷墨印刷方面仍要有不断的改进。
发明内容
[0002]在本***和方法的一个方面，一种印刷头孔板包括一种在其中形成有孔的芯孔板，以及镀于该芯孔板上的钯-镍合金。
[0003]另一种实施方案是一种形成印刷头孔板的方法，包括形成芯孔板，以及用钯-镍合金镀该芯孔板。
附图说明
[0004]附图描述了本发明的各种实施方案，并属于本说明书的一部分。描述的实施方案仅为本***和方法的例子，而不对其范围构成限制。
[0005]图1是一种示例实施方案的喷墨墨盒的分解透视图。
[0006]图2是一种示例的实施方案的金属孔板结构的放大视图。
[0007]图3是一种示例的实施方案的包括具有镀层的金属孔板的热喷墨印刷头的放大横断面视图。
[0008]图4是一种示例的实施方案的采用钯-镍合金镀金属孔板的示例方法。
[0009]图5是描述一种示例实施方案的电镀池的简单框图。
[0006]图6是一种示例的实施方案的具有镀层的金属孔板的横断面侧视图。
[0011]图7是描述一种示例的实施方案的钯-镍合金合金镀层的粘合性质的图标。
[0012]在所有附图中，相同的标记数字代表类似的但不一定完全相同的元素。
具体实施方案
[0013]本说明书揭露了一种具有镀(涂)有钯-镍合金的金属孔板的喷墨墨盒。具体而言，该示例***和方法揭露了一种低成本的多晶钯-镍合金涂(镀)层。金属孔板中引入钯-镍合金提供了较低的形成成本，较薄的涂层，以及改善的耐磨损性。关于本涂层配方和方法的进一步细节将在下面给出。
[0014]在对本***和方法的具体实施方案进行揭露和描述之前，应当理解的是本***和方法并不限于这里揭露的具体的方法和材料，而可能与其有一定的偏差。还应理解的是，本文使用的术语仅是用于描述具体的实施方案，而没有限制之意。而本***和方法的范围将仅由后附的权利要求及其等同物来限定。
[0015]本文出现的浓度，含量，和其它数据可以范围的形式表现。应当理解的是，这种范围形式的使用仅是出于方便和简洁的目的，应对其进行灵活解释为不仅包括明确引用作为范围端点的数值，而且在各单个数值和包含于该范围内的子范围也明确引用的情况下，也包括所有的单个数值或子范围。例如，约1wt％～约20wt％的重量范围应当解释为不仅包括具体引用的浓度端点值1wt％～约20wt％，而且还包括单个的浓度值如2wt％，3wt％，4wt％，和其内的子范围如5wt％～15wt％，10wt％～20wt％等。
[0016]这里使用的“合金”是指任何含有两种或多种金属元素或金属和非金属元素的混合物。
[0017]在以下的描述中，为了解释的，给出了许多具体的细节以提供对本用于形成镀有钯-镍合金的孔板的***和方法的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言，显然本方法可脱离这些具体的细节而实施。在本说明书中使用的“一种实施方案”或“一实施方案”是指与实施方案相关的具体的特征，结构，或特点包含在至少一种实施方案中。在说明书中多处出现的术语“在一种实施方案中”不一定都是指同一实施方案。
示例结构
[0018]图1示出了根据一种示例实施方案的代表性的热喷墨墨盒(10)。这里给出的该示例的热喷墨墨盒(10)是出于示例而非限制的目的。另外，在图1中示意性地展示出了热喷墨墨盒(10)，关于该热喷墨墨盒(10)的更详细的信息及其各种特征在Buck等人的U.S.Pat.No.4,500,895；Cowger等人的U.S.Pat.No.4,794,409；Low等人的U.S.Pat.No.4,509,062；Morris等人的U.S.Pat.No.4,929,969；Baker等人的U.S.Pat.No.4,771,295；Keefe等人的U.S.Pat.No.5,278,584；以及Hewlett-Packard Journal，Vol.39，No.4(August 1988)中给出，所有这些文献均以引用的方式并入这里。
[0019]继续参考图1，热喷墨墨盒(10)包括外壳(12)，其可由任何材料制造而不局限于塑料，金属或两者的组合。外壳(12)进一步包括顶壁(16)，底壁(18)，第一侧壁(20)，以及第二侧壁(22)。在图1的实施方案中，顶壁(16)和底壁(18)基本上相互平行。类似地，第一侧壁(20)和第二侧壁(22)也基本上相互平行。
[0020]外壳(12)进一步包括前壁(24)。由前壁(24)，顶壁(16)，底壁(18)，第一侧壁(20)，和第二侧壁(22)包围的是在外壳(12)内的内室或隔间(30)(图1中用假想线表示)，其设计用于在其中容纳墨水组合物(32)的供应(或者是液体[未包含的]形式，或容纳于吸收性泡沫型元件中[未示出])。前壁(24)进一步包括外置的向外延伸的印刷头支持结构(34)，其中包括大体呈长方形的中心空腔(50)。该中心空腔(50)包括示于图1中的底壁(52)，其中形成有墨水排出口(54)。该墨水排出口(54)贯穿外壳(12)，而与外壳(12)内的隔间(30)相通，从而墨水材料可从隔间(30)通过墨水排出口(54)从隔间(30)流出。
[0021]在中心空腔(50)中还具有正方形的向上延伸的安装框(56)，其功能将在下面讨论。如图1中的所示，安装框(56)与印刷头支持结构(34)的前面(60)基本平直(齐平)。根据一种示例的实施方案，安装框(56)可包括双延长的侧壁(62，64)。
[0022]继续参考图1，印刷头(80)固定在喷墨墨盒(10)的外壳(12)上(例如连接至向外延伸的印刷头支持结构(34))。为了便于描述本发明示例的***和方法，且与传统的术语达成一致，该示例的印刷头(80)将在具有固定在一起的两个主要部件以及位于它们之间的各种次要部件的结构中进行描述。根据一种示例的实施方案，该印刷头(80)的第一主要部件包括基板(82)，其优选由硅制成。在基板(82)的上表面(84)上采用标准的薄膜制造技术固定了多个独立供能的薄膜电阻器(86)，其起到“墨水排出器”的作用，并且优选用本领域已知的用于制作电阻器的钽-铝组合物制成。在图1的示意性视图中仅示出了少量的电阻器(86)，为了更清楚地看清电阻器，以放大的形式示出了电阻器(86)。在基板(82)的上表面(84)上采用照相平版印刷技术还固定了多个金属导体管(conductive trace)(90)(例如电路元件)，其与电阻器形成电连通。金属导体管(90)还与多个位于基板(82)的上表面(84)上的端部(94，95)的类似金属盘的接触区域(92)相连通。这些部件在这里组合在一起统称为电阻器集合(96)，这种结构用于辅助从印刷头(80)选择性地排除墨水组合物(32)，这将在下面作进一步描述。
[0023]根据一种示例实施方案，可采用许多不同的材料和设计结构来制作电阻器集合(96)。根据一种示例实施方案，电阻器集合(96)可以约为0.5英寸长，且可类似地含有约300个电阻器(86)，从而得到每英寸600个点(“DPI”)的打印分辨率。在其上具有电阻器(86)的基板(82)具有的宽度将优选小于安装框(56)的侧壁(62，64)之间距离“D”。其结果是，在基板(82)的两侧壁上形成墨水流动通道，这样从中心空腔(50)中的墨水排出口(54)流出的墨水可最终与电阻器(86)接触以选择性地排出墨水组合物(32)。此外，根据墨盒(10)的类型，基板(82)还可在其上包括数个其它部件(未示出)。例如，根据一种示例的实施方案，基板(82)可类似地包括用于精确控制电阻器(86)的操作的多个逻辑晶体管，以及如在U.S.Pat.No.5,278,584中描述的传统结构的“多路信号分离器(demultiplexer)”。该多路信号分离器被用于多路分解输入的多路信号以及随后将这些信号分配到不同的薄膜电阻器(86)。为此目的而使用多路信号分离器能够减小电路的复杂性和数目(例如在基板(82)上形成的接触区域(92)和管(90))。
[0024]继续参考图1，提供了一薄膜型柔性电路元件(118)与墨盒(10)相连接。根据一种示例的实施方案，该薄膜型柔性电路元件(118)具有在成品墨水盒(10)内“包裹”在向外延伸的打印头支持结构(34)的结构。该柔性电路元件(118)通过使用传统的粘合剂材料(例如本领域已知的用于该目的的环氧树脂组合物)粘结固定在打印头支持结构(34)上。该柔性电路元件(118)使得电信号得以从印刷机单元(未示出)向基板(82)上的电阻器(86)(或其它墨水排出器)输送和传递。该薄膜型柔性电路元件(118)进一步包括顶表面(120)和底表面(122)。如图1中虚线所示，在电路元件(118)的底表面(122)上形成了多个金属(例如镀金的铜)电路管(124)。在柔性电路元件(118)的底表面(122)上可应用许多不同的电路管图案，具体的图案取决于具体类型的墨盒(10)和印刷***。还提供了位于电路元件(118)的顶表面(120)上的复数个金属(例如镀金的铜)接触垫(130)。该接触垫(130)与电路元件(118)的底表面(122)上的下部电路管(124)通过贯穿电路元件(118)的开口或“通孔”(未示出)连通。在印刷机单元中使用墨盒(10)期间，垫(130)与相应的印刷机电极接触，从而从印刷机单元传递电控制信号至电路元件(118)上的接触垫(130)和管(124)，并最终传递到电阻器集合(96)。位于薄膜型柔性电路元件(118)的中间区域(132)内的是窗口(134)，其大小可在其内接受一孔板(104)。
[0025]该印刷头(80)的第二主要部件固定在基板(82)的上表面(84)上，在它们之间具有多层干涉(intervening)材料层，其中包括一层下面将概要描述的阻隔层。具体地，如图1所示，提供了孔板(104)用于将选择的墨水组合物分配到指定的印刷介质材料(如纸)上。根据该示例的***和方法，孔板(104)包括板元件(106)(在图1中示意出)，其是由至少一种金属或塑料芯组合物制成，并镀有一层钯-镍合金。具体的材料，比率，尺寸，以及在孔板(104)上沉积钯-镍合金的方法中涉及的额外细节将在下面给出。在一种示例的非限制性的代表实施例中，孔板(104)可具有约5-30mm的长度“L”和约3-15mm的宽度“W1”。上述采用的长度和宽度值仅为了便于说明，本示例的***和方法可应用于具有任何物理参数的孔板。
[0026]孔板(104)进一步包括至少一个或优选为多个开口或“孔”(108)。为了描述的目的，示例的孔(108)示于图1的放大图中。在一种示例的实施方案中，每个孔(108)可具有约0.01-0.05mm的直径。在成品印刷头(80)中，以上列出的所有部件都被组装，故每个孔(108)均与基板(82)上的至少一个电阻器(86)(例如“墨水排出器”)对齐。其结果是，对给定电阻器(86)进行选择性供能将导致墨水通过孔板(104)而从期望的孔(108)中排出。如上面提及的，本***和方法可应用于具有数种尺寸，形状或空间特性的孔板(104)。此外，在本示例***和方法中描述的孔板(104)不应局限于任何数目的孔(108)或其布局。相反，根据一种示例的实施方案，孔(108)可在与孔板(104)相关连的板元件(106)上排列成两排(110，112)。如果采用这样的孔(108)布局，则电阻器集合(96)上的电阻器(86)(例如基板(82))将排布成相应的两排(114，116)，这样电阻器(86)形成的两排(114，116)就与孔(108)形成的两排(110，112)基本上重合。关于这类金属孔板***的进一步信息例如在Buck等人的U.S.Pat.No.4,500,895中有提供，该专利在此以引用的方式并入。
[0027]或者，孔板(104)可以是如图2所示的片状孔板(200)。如图中所示，该片状孔板(200)具有多个互相耦合的孔板(210)，其由边框(220)环绕，以提供对片状孔板的结构支持和校正。根据该示例的实施方案，每一互相耦合的孔板(210)均可在其内形成数个喷嘴阵列(未示出)，用于选择性地分配墨水组合物。
[0028]无论孔板采取何种结构，该示例的***和方法的孔板包括镀于基板上的金属镀层材料。根据该示例实施方案，该镀层材料镀于基板上以增加芯的耐磨损和耐腐蚀性。具体地，热墨水包括一些活性材料，可导致无镀层的孔板受到腐蚀。芯材料和金属镀层材料的进一步的细节将在下面给出。
[0029]图3示出了一种示例实施方案中的与电阻器集合(96)耦合的孔板(104)的放大的横断面视图。如图3中所示，孔板(104)位于中间的阻隔层(33)上，该阻隔层(33)又随后耦合到一电阻器集合基板(82)上。孔板(104)包括延伸通过孔板的孔(108)。一般而言，孔(108)是如图3所示的锥形。除了在孔板(104)中形成的孔(108)之外，在载体层(330)上还形成与孔相对应的空间，耦合到电阻器集合基板(82)上的电阻器(86)。根据一种示例实施方案，电阻器可被选择性激活从而以墨滴的形式释放出墨水组合物(32)。
[0030]与孔板(104)的机械接触可导致在孔板上形成划痕或其它磨损，产生后续喷出(fired)的墨滴错向或降低打印头(80；图1)的精确性。此外，墨水组合物(32)中常含有的溶剂和其它刺激性的材料可导致对孔板(104)的腐蚀。所以，如图3所示，该孔板包括一镀有金属镀层材料(310)的芯基板(300)。根据一种示例的实施方案，芯基板(300)是相对较软但可使用的材料，例如镍。该芯基板(300)用金属镀层材料(310)涂布以减少磨损和腐蚀。一般而言，已被用于形成金属镀层材料的非反应性材料有如金和钯。然而，这些材料相对较昂贵，且所需的镀层厚度增加了孔板(104)的材料成本。
[0031]与传统的金属镀层材料不同的是，本发明的示例的孔板在其上下表面均镀有钯-镍合金。在这里的示例***和方法中应用钯-镍合金可使金属镀层材料(310)薄于传统的金和钯镀层，同时却提供等同的耐腐蚀和改进的耐磨损性。因此，可制成具有改进的耐磨损性的低成本的孔板。下面将参考图4-6对在芯(300)孔板(104)上沉积钯-镍合金金属镀层材料(310)的示例方法进行描述。
[0032]图4示出了根据一种示例的实施方案将钯-镍合金金属镀层材料(310)镀于芯孔板(104)上的示例方法。如图4所示，该示例的镀层方法始于形成芯板(步骤400)。一旦芯板形成后，对芯板表面进行活化，以除去任何的氧化物(步骤405)，然后将其浸渍到钯-镍合金浴中，形成钯-镍合金金属镀层材料(步骤410)。下面将提供各镀层步骤的详细情况。
[0033]如图解说明的，用于将钯-镍合金金属镀层材料(310)镀于芯孔板(104)上的示例方法包括形成芯板(步骤400)。参考图1和2，如先前提及的，芯孔板可采取多种几何构型，包括但不限于条状孔板(104；图1)或片状孔板(200；图2)。根据一种示例实施方案，孔板可由任何易于成形的材料形成，这些材料包括但不限于镍。此外，芯孔板可用任何的形成方法形成，这些方法包括但不限于，电铸，冲压，模塑等。
[0034]一旦形成了芯孔板(步骤400)，则可活化芯板表面以除去任何的可能降低随后沉积的钯-镍合金的附着性的氧化物(步骤405)。根据一种示例实施方案，可将镍芯孔板浸渍在盐酸浴中以除去其表面上存在的任何氧化物。
[0035]一旦表面经活化(步骤405)，可用本发明的示例的钯-镍合金进行电镀(步骤410)。根据一种示例的实施方案，用钯-镍合金对芯孔板进行电镀包括将芯孔板(104；图1)浸渍到单一电镀浴中。此外，本发明的钯-镍合金电镀方法不一定需要在传统的镀钯化学中所必需的透过酸的粘合剂层。根据一种示例的实施方案，是通过从含有镍(II)和钯(II)离子溶液的单一电镀浴中将合金电沉积到芯孔板上以形成钯-镍合金。根据一种示例的实施方案，如图5中所示，芯孔板(104)或孔片(200)形成了电解电镀池(500)的阴极。还有惰性阳极(510)，阳极形成材料包括但不限于镀有铂的铌或钛。电源(520)提供恒定的电流穿过镀金溶液(530)。根据一种示例的实施方案，镍(II)和钯(II)离子溶液(530)的pH用氨水或类似的缓冲液控制在7.5。此外，单一电镀浴还可含有各种表面活性剂，增亮剂，和/或其它添加剂。
[0036]如上所述，芯孔板(104；图1)浸渍到电镀浴(530)中。根据一种示例的实施方案，电镀浴的温度维持在约55℃，以使固有机械应力最小化。***进电镀浴(530)中后，向电镀浴提供电镀电流开始电镀过程。根据一种示例的实施方案，提供约2.5A/dm2的电流密度，以在芯孔板(104)上形成70∶30钯∶镍的合金组合物。然而，该示例的实施方案可用具有任何钯∶镍比例的合金实施。根据一种示例的实施方案，芯孔板上的钯-镍合金组合物中，钯可在约50％～80％之间。
[0037]根据一种示例的实施方案，如图6所示，在孔板(104)的上下表面均形成钯-镍合金镀层。如图6所示，芯孔板(300)在其所有的暴露面上均接受钯-镍合金金属镀层材料(310)。由于钯-镍合金的材料特性，由于孔隙度的减少，充分的耐腐蚀性，相当的芯粘附性，和更好的耐磨损性，镀层可作得比传统的金和钯镀层更薄。根据一种示例的实施方案，由本示例的方法形成的钯-镍镀层可薄至约0.5μm。根据一种示例的实施方案，与传统的钯镀金相比，使用镀层厚度减少的任何合金最多可降低镀层材料的成本达70％。
[0038]并且，根据本示例的***和方法的一种替代的实施方案，可在镀金的孔板(104)上涂布任何可促进处理的粘合剂。根据一种示例的实施方案，促进粘合的处理可包括但不限于TaPs。在U.S.Pat.No.6,054,011中可找到关于粘合促进处理的应用和效果的更多的细节，该专利在此以引用的方式全文并入。本示例的***和方法可在有粘合促进处理或没有粘合促进处理的条件下实施。
实施例
[0039]上述提及的示例方法用于用钯-镍合金(70∶30)电镀数个镍孔板片。合金化学组成被称为Pallnic II，其由Metalor提供。在形成过程中，仅用到一个电镀浴，且未使用透过酸的粘合剂层。电镀浴的化学组成是由镍(II)和钯(II)离子溶液构成。溶液的pH通过引入氨水缓冲液而控制在pH约为7.5。此外，在溶液中还加入了表面活性剂，增亮剂，以及其它添加剂。浴温为55℃，且使用的电流密度为2.5A/dm2。
下表1中示出的组合物的大致合金组成为70∶30。
| PallnicTM II | 每升的含量 | |
| PallnicTM II | 钯金属 | 7.4g |
| PallnicTM | 增亮剂No.1 | 10mls |
| PallnicTM | 导电盐 | 50g |
| PallnicTM | 添加剂溶液 | 20mls |
| PallnicTM | 镍补充物(100g/l) | 90mls以得到9g/l Ni |
| PallnicTM | 润湿剂 | 10mls |
表1
[0040]由表1中给出的化学组成和用量产生的合金为光亮的且在外表上与纯钯类似。用应力片测量得到70∶30合金的应力为1.2+/-0.9Gpa。这可与传统的纯钯的应力19+/-7Gpa形成对比。合金的材料性质与金和钯相比较硬，从而赋予其更好的耐磨损性。与相同厚度的金和钯相比，孔隙率也较低。具体而言，1μm厚的金的孔隙率与0.5μm厚的钯镍合金的孔隙率大至相当。1μm厚的钯的孔隙率大致为15孔/cm2，接近于0.5μm的钯镍合金的孔隙率，后者测试的孔隙率约为20孔/cm2。
[0041]钯-镍合金镀层的耐腐蚀性随后在一亚组参考墨水中进行测试。将镀有钯-镍合金的金取样管浸渍到70℃的各种墨水中28天。所得结果与相同条件的金和钯形成了很好的对比。
[0042]为了评价钯-镍孔板(140)对中间阻隔层(330)的粘附性，进行了将镀有钯-镍合金和纯钯的孔板附着在单一晶片上的对比实验。另外制作了包括镀有TaPs的相同板的第二晶片。TaPs是一种对孔板下侧进行的促进粘合处理。将钽喷溅至板下侧，然后在板上碰洒硅烷偶联剂(SCA)。然后将晶片置于墨水中在约60℃浸泡16天。在间隔16天的浸泡期后，对板进行粘附性测试。所得结果表明，镀有钯-镍的孔板具有与钯涂层的板相当的粘附性，如图7中所示。
[0043]总之，本发明的钯-镍合金镀层具有与参考墨水中相当的耐腐蚀性。该合金与传统的金和钯镀层相比，还具有较少的孔和更好的耐磨损性。由于充分的耐腐蚀性和改善的耐磨损性，钯-镍合金镀层可薄于传统的镀层。这样，仅在材料一项上就可节省约70％。
[0044]以上的描述仅示例性地对本***和方法的示例实施方案进行了描述。这种描述不是穷举的，或是将***和方法局限于揭露的任何精确形式。在以上教导之下可作出各种变形和改变。该***和方法的范围应由以下的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种印刷头孔板(104，200，210)，包括：
在其中形成有孔(108)的芯孔板芯孔板(104，300)；以及
镀于所述芯孔板(104，300)上的钯-镍合金。
2.权利要求1的印刷头孔板(104，200，210)，其中所述钯-镍合金含有约50％～80％的钯。
3.权利要求1的印刷头孔板(104，200，210)，其中所述芯孔板(104，300)含有镍。
4.权利要求1的印刷头孔板(104，200，210)，其中所述芯孔板(104，300)含有片孔板(200)。
5.权利要求1的印刷头孔板(104，200，210)，其中所述钯-镍合金厚度约为0.5μm。
6.一种印刷头(80)，包括：
电阻器集合(96)；和
耦合到所述电阻器集合(96)上的孔板集合；
其中所述孔板集合包括在其中形成有孔的芯孔板(104，300)以及镀于所述芯孔板(104，300)上的钯-镍合金。
7.权利要求6的印刷头孔板(104，200，210)，其中所述钯-镍合金进一步含有增亮剂。
8.一种形成印刷头孔板(104，200，210)的方法，包括：
形成芯孔板(104，300)；以及
用钯-镍合金对所述芯孔板(104，300)进行电镀。
9.权利要求8的方法，其中用钯-镍合金对所述芯孔板(104，300)进行电镀的步骤包括：
将所述芯孔板(104，300)浸渍到含有镍(II)和钯(III)离子溶液的单一镀浴中；以及
向所述单一镀浴提供电镀电流。
10.一种印刷头孔板(104，200，210)，其中所述印刷头孔板(104，200，210)包括一层由单一镀浴形成的钯-镍层。
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