(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体にインクを噴射する加熱インクジェットプリンタにおいて、
前記インクを保持するチャネルを少なくとも含むプリントヘッドと、
記録媒体に前記インクを噴射する少なくとも１つのノズルと、
前記チャネルのインクを選択的に加熱して、前記チャネルのインクを前記ノズルから噴射させる加熱器と、
前記プリントヘッドが接着される表面を持つヒートシンクであって、このヒートシンクは、基板面に形成される薄い銅メッキ膜を持つ金属基板と、銅メッキ膜の上に重ねられる薄いクロメート膜を持ち、そのクロメート膜の表面にプリントヘッドが接着される、ヒートシンクと、
を含むことを特徴とする加熱インクジェットプリンタ。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱インクジェットプリンタであって、前記クロメート膜は、銅と酸化クロムの無機重合体であることを特徴とする加熱インクジェットプリンタ。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱インクジェットプリンタであって、前記クロメート膜の厚さは、５０から５００オングストロームの間であることを特徴とする加熱インクジェットプリンタ。
【請求項４】
改善された耐インク腐食性の表面を少なくとも１つ持つヒートシンクを形成する方法において、
ａ）金属基板の表面に銅メッキを行い、０．０００４から０．０００７インチまでの間の厚さを持つ銅メッキ膜を形成し、
ｂ）クロム酸と水の電解液槽を用意し、この槽は、中に間隔をおいて入れられる一対の陽極を持ち、
ｃ）銅メッキされた金属基板を槽に浸せきし、陰極として機能する銅メッキされた金属基板の上に５０から５００オングストロームまでの間の高分子クロメート膜を形成するのに十分な時間、陽極の間に電界を与えて、陰極クロメート処理されたヒートシンクを形成し、
ｄ）槽から前記ヒートシンクを取り出し、
ｅ）前記ヒートシンクを加熱させる、
ステップを含むことを特徴とするヒートシンクを形成する方法。
【請求項５】
改善された耐インク腐食性の表面を少なくとも１つ持つヒートシンクを形成する方法において、
ａ）金属基板の表面に銅メッキを行い、
ｂ）クロム酸と水の電解液槽を用意し、
ｃ）銅メッキされた基板の表面に５０から５００オングストロームまでの間の厚さのＨ２ＣｒＯ４のクロメート被覆膜を形成するのに十分な時間、銅メッキされた基板を槽に浸せきし、そのクロメート被覆膜と下層の基板とがヒートシンクを構成し、
ｄ）槽から前記ヒートシンクを取り出し、
ｅ）前記ヒートシンクを乾燥させる、
ステップを含むことを特徴とするヒートシンクを形成する方法。
【請求項６】
記録媒体に記録液を噴射するプリントヘッドであって、少なくとも、
前記記録液を保持するチャンバと、
前記記録媒体に前記記録液を噴射するノズルと、を含み、更に、
前記チャンバと前記ノズルの間に液体流経路を提供するチャネル手段と、
チャネル内に収容される前記記録液にエネルギを印加するエネルギ生成手段と、
前記エネルギ生成手段を選択的に作動して、前記ノズルから記録媒体上に前記記録液を定期的に噴射させる手段と、を含む内部構造を備え、
前記プリントヘッドは、該プリントヘッドから熱を取り除く、少なくとも部分的に導電されたヒートシンク基板の表面に接着され、
前記ヒートシンク基板は、薄い銅メッキ膜を持つ金属基板と、銅メッキ膜の上に重ねられる薄いクロメート膜を持ち、そのクロメート膜の表面にプリントヘッドが接着される、
ことを特徴とするプリントヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載のプリントヘッドであって、前記クロメート膜は、下層の金属基板上の銅メッキ膜の上に形成されることを特徴とするプリントヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載のプリントヘッドであって、
前記チャネル手段として機能する一連の平行な溝がエッチングによって形成されたチャネル板を含む上部基板と、
加熱板を含む下部基板と、
前記下部基板に形成された加熱部材の配列を含む前記エネルギ生成手段と、
前記下部基板の表面に形成された電極接続端子を含む、エネルギ生成手段を選択的に作動する前記手段と、を含み、
上部基板と下部基板が、位置合わせされて、互いに接着され、前記プリントヘッドを形成し、
前記プリントヘッドは、前記ヒートシンクに接着されること
を特徴とするプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリント装置であって、エネルギーを利用し、プリントヘッドの内部に形成されるチャネルに保持されるインク滴を、オリフィスから記録媒体に噴射する装置に関する。特に、本発明は、高ｐＨインクが、プリントヘッドのヒートシンク部に与える腐食の影響に耐える改善された被覆膜を持つインクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高ｐＨインクの腐食の影響を受けやすいプリントヘッドの領域は、加熱インクジェットプリンタのダイの搭載に使用されるヒートシンクである。ヒートシンクは、一般的には、亜鉛のような熱伝導率の良い金属で構成される。この亜鉛は他の金属で被覆され、この被覆はプリントヘッドダイに直接接着される。一般的には、亜鉛ダイカストは、防食性を備える。これは、一連のメッキ／処理ステップにより行われ、最初に高均一電着性シアン化銅、またはピロリン酸塩の槽において銅の薄い被覆を付けることから開始し、次いで、酸性銅硫酸塩電解液において、要求される銅厚にメッキを行う。最終の被覆は用途に応じ選ばれる。海や工場の環境において、一般的には、ハードウェアはガルバニック防食、すなわち、犠牲防食を与える被覆の組み合わせにより処理される。この防食は、光沢ニッケルとクロム金属の層などから得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
亜鉛ダイの被覆に選ばれる金属の問題は、錯体(complex)が、いずれかの自由電子対を持つ化学種(species)から形成されることである。水、アンモニア、アミノ群、イミノ群、ヒドロキシル群、チオール群は、自由電子対を持つ錯体の例である。従って、１またはそれ以上の、このような群の物質を含むインクは、ヒートシンクに接触するニッケルまたは銅の被覆層を容易に浸食する。これは、通常の印刷において常に発生する。結果的に、ヒートシンクは時間とともに浸食される。ヒートシンクの外観の損傷を別としても、このような腐食の重大な問題は、基板からダイの分離が起こることである。
【０００４】
他の同様な腐食の原因には、湿気の存在するニッケルと亜鉛のような被覆金属の間の電気反応がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、耐インク障壁被覆を、プリントヘッドヒートシンク上に形成し、インクによる腐食の影響を防ぐインクジェットプリント装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、インクの中のイオンおよび分子の化学種による化学腐食に不活性の保護層を提供することである。
【０００７】
さらに他の目的は、加熱インクジェットプリントヘッドの有効なｐＨ範囲を広げることである。
【０００８】
これら、および他の目的は、亜鉛ヒートシンクに銅メッキを行い、メッキ上に高分子クロメート障壁膜を形成することにより実現される。クロメート膜は、浸せき処理、または陰極クロメート処理のいずれかにより形成される。銅メッキされ、その表面に形成されるクロメート障壁膜を持つヒートシンクは、インクの腐食の影響に対し大きな耐性を示し、プリントヘッドに接着されると、接着面に強い接着を与える。
【０００９】
特に、本発明は、記録媒体にインクを噴射する加熱インクジェットプリンタに関し、この加熱インクジェットプリンタは、インクを保持する少なくとも一個のチャネルを含むプリントヘッドと、記録媒体にインクを噴射する少なくとも一個のノズルと、チャネルの中のインクを選択的に加熱し、チャネルの中のインクをノズルから噴射させる加熱手段と、プリントヘッドが接着される表面を持つヒートシンクであって、このヒートシンクが、基板面に形成される薄い銅メッキ膜を持つ金属基板と、銅メッキ膜の上に重ねられる薄いクロメート膜を持ち、このクロメート膜の表面にプリントヘッドが接着される、ヒートシンクと、を含む。
【００１０】
また、本発明は、改善された耐インク腐食性を持つ少なくとも一個の表面を持つヒートシンク部材を形成する方法に関し、この方法は、
ａ）金属基板の表面に銅メッキを行い、０.０００４から０.０００７インチまでの間の厚さを持つ銅メッキ膜を形成し、
ｂ）クロム酸と水の電解液槽を用意し、この槽は、中に離して入れられる一対の陽極を持ち、
ｃ）メッキされた基板を槽に浸し、薄い高分子クロメート膜を形成するのに十分な時間、陽極に電界を加え、
ｄ）槽から陰極クロメート膜が形成されたヒートシンクを取り出し、
ｅ）ヒートシンクを乾燥する、
ステップを含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、全ての開示がここに参照され取り入れられている、ホーキンス他の米国再発行特許第32,572号、ホーキンス他の米国特許第5,010,355号、フィッシャ他の米国特許第4,851,371号、バローラの米国特許第5,297,336号に開示されている型の加熱インクジェットプリンタと関連させ説明される。本発明は、後で見られるように、特別な用途と異なる型のプリントヘッド構造を持つことが理解される。上記特許に開示されているように、加熱インクジェットプリントヘッドは、バッチで製造される。異方性腐食の行われたチャネルウェーハを、加熱ウェーハに合わせ、接着し、次いで、切断し、接着されたウェーハを個々のプリントヘッドに分離する。次いで、プリントヘッドをヒートシンクに接着し、さらにこのヒートシンクに、プリントヘッドに対する電気接続部を搭載するドーターボードを接着する。図１は、プリントヘッドの断面図を示し、このプリントヘッドは、本発明の原理に従う耐インク被覆により保護されるヒートシンクを持つ。プリントヘッド１０は、異方性腐食の行われたチャネルプレート１１を含み、このチャネルプレート１１は、加熱プレート１２に合わせられ、接着される。プレート１２の表面のプリントヘッドは、銀エポキシにより、ヒートシンク３５に接着される。ヒートシンク３５は、一実施形態では、亜鉛基板３２、銅メッキ膜３３、以下に述べる技術により付着される高分子クロメート膜３４を含む。同様に、ヒートシンク３５の上に、電極１３を持つドーターボード２０が搭載される。電極１３には、（図示されていない）駆動回路と電源が接続される。チャネルプレート１１は、開端が注入口１５となる腐食貫通された容器１４と、中に異方性腐食の行われた複数のチャネル１６を持つ。チャネル１６の端は、ノズル面２９に開き、傾斜端２１で終る。チャネルの開端は、ノズル８として機能する。加熱プレートは、加熱素子２５の列と、アドレス電極２２を持ち、このアドレス電極２２は、加熱プレート１２のチャネル形プレートに面する表面に形成される。加熱素子と電極は、絶縁層２７の上に形成され、別の絶縁層２８により保護される。好ましい実施形態においては、厚膜絶縁層１８は、加熱プレートとチャネル形プレートの間に挟み込まれる１０ミクロンの厚さの感光ポリイミドである。層１８には、パターンが形成され、保護され、加熱素子が露光され、これにより加熱素子が独立した穴２６に配置され、容器１４とインクチャネル１６の間に、インクのバイパスとなる穴２４が形成される。また、層１８には、電極接着端子３１を露光するパターンが形成される。パターン形成のステップに続き、層１８は保護される。インクはこのようにして、矢印２３で示されるように容器１４からチャネル２１の閉端を回りチャネル１６に流れる。端子３１は、接続線３０によりドーターボード電極１３に接続される。異方性腐食の行われたチャネル１６は、三角の断面領域を持ち、ノズル表面２９のノズルを囲む材料に、三角形ノズルの二方の側にはシリコンが使用され、第三の側には厚膜層材料の層が使用される。
【００１２】
通常プリントモードで膜３４が無いときのインクは、銅メッキ膜３３を腐食し、ヒートシンクのプリントヘッドへの接着に徐々に影響を与える。しかし、本発明に従えば、クロメート膜３４は、強固な、また安定したヒートシンク被覆を与える。このヒートシンク被覆は大きな耐インク腐食性を与え、プリントヘッドのヒートシンクへの接着を保持する。
【００１３】
クロメート被覆は、浸せき処理、または陰極クロメート処理のいずれかにより、銅メッキされたヒートシンク面に形成される。各処理の例が図１と図２に示される。
【００１４】
例Ｉ−浸せき
亜鉛ダイカスト３２に銅メッキ処理が行われ、表面に銅の膜３３が形成される。膜３３は、ピロリン酸塩槽の銅の最初の付着と、続いて酸性銅硫酸塩電解液を使用し、約０.０００６インチの最終メッキ厚にメッキされるものからなる。浸せき槽には、３ｇ／ｌのクロム三酸化物(chromium trioxide)を脱イオン水に含み、大気温度において作用するものが使用される。銅メッキ亜鉛被覆は、槽の中で約３０秒静止され行われ、銅とクロムの薄い酸化層（クロメート膜３４）が形成される。一般的な厚さは、５０から５００オングストロームの範囲である。次いでヒートシンク３５は取り出され、洗浄され、９０℃でオーブン乾燥されるか、または洗浄されることなく単に９０℃の温度で乾燥される。
【００１５】
例II
銅膜３３は例Ｉと同様に亜鉛基板３２の表面に形成される。例Ｉと同様に同じＨ2ＣｒＯ4槽が用意される。膜３４は、次の陰極クロメート処理により形成される。
【００１６】
ａ）槽と同じ容器の中に、寸法が安定している一対の陽極（好ましくは鉛）が浸される。
【００１７】
ｂ）銅メッキされたヒートシンクが槽に浸せきされる。
【００１８】
ｃ）電極が３０ボルト直流電力供給端子に接続される。ヒートシンクは陰極であり、負の端子に接続される。
【００１９】
ｄ）ヒートシンクは約３０秒間、クロメート膜３４が形成されるまで浸せきされる。
【００２０】
ｅ）印加電圧が停止され、ヒートシンクが槽から取り出される。
【００２１】
ｆ）次いで、ヒートシンクは例Ｉと同様に乾燥される。
【００２２】
比較結果
例Ｉと例IIのクロメートで不動態化された銅メッキヒートシンクのインク腐食の減少（不動態化）は、開回路腐食電位(open circuit corrosion potential(OCP))試験法により測定された。これは、各プロセスにより造られた三個のサンプルについて、二個の銅メッキされたコントロールサンプルと対比して実施された。
【００２３】
二種類目の試験は、温度を上げた多種類のインクに長時間浸せきした後、ヒートシンクのプリントヘッドに対する剪断強さを測定し行われた。
【００２４】
腐食試験
開回路腐食電位(OCP)電圧測定は、標準カロメル電極(standard calomel electrode(SCE))を基準にし行われる。表１の三欄、四欄、五欄の負数は、ヒートシンクの不動態化を示す。表１は、浸せき（例Ｉ）処理と陰極（例II）処理により形成された二組のサンプルの比較結果を示す。コントロールグループのサンプル（銅メッキヒートシンクのみ）は、対照のために試験される。ヒートシンクのサンプルの試験は、浸せき後、５秒と６０秒と、攪拌ステップとともに６０秒で行われる第三の測定を加え行われる。槽から取り出した後、サンプルの洗浄の有無による効果について、また、電圧を加え、または加えないで槽に入れ／出す陰極処理の効果について、付加的に試験が行われる。二組のサンプルが連続する日に用意される。用意した日にベーキングした後、室温に冷却し直ちにＯＣＰが測定される。全てのサンプルは、１０％重量の硫酸ナトリウムに１５秒浸せきし清浄され、次いでタップ(tap)とＤl水洗浄が行われ、吹き乾燥が行われ、その後、５分間、９０℃でベーキングされる。ＯＣＰ対ＳＣＥの測定は、ｐＨがＨｃｌで３％に調整された、３％重量のＮａＣｌ、０.２％ＣｕＳＯ4．５Ｈ2Ｏの中で行われる。二組目の測定は、全てのサンプルについて三日目に行われる。従って、この時点での第一組のサンプルは研究室の大気に二日間曝され、第二組は一日間曝されていることになる。三個の測定が記録される。サンプルが電解液に入れられると、ＯＣＰは急激に変化し、５秒後に安定し始め、この時点で第一の測定が記録される。第二の測定は、さらに５５秒後、静止した状態で記録される。６０秒後の記録の直後、電解液が攪拌され、第三の記録がとられる。６０秒と攪拌読み取りのみが重要であると考えてもよい。６０秒測定は不動態化率を示す。６０秒と攪拌読み取りの差は、混成電位における分極を示す。
【００２５】
サンプル１とサンプル６はコントロールサンプルであり、サンプル２とサンプル７は、浸せきと洗浄を行い形成されるクロメートヒートシンクであり、サンプル３とサンプル８は、浸せきを行い、洗浄は行わないで形成されるクロメートヒートシンクであり、サンプル４は、洗浄を行い、浸せき後、電界が加えられる陰極クロメートヒートシンクであり、サンプル５は、洗浄は行わず、浸せき後、電界が加えられる陰極クロメートヒートシンクであり、サンプル９は、洗浄を行い、浸せきと取り出し時、電界が加えられる陰極クロメートヒートシンクであり、サンプル１０は、洗浄を行わないで、浸せきと取り出し時、電界が加えられる陰極クロメートヒートシンクである。この結果、次の結論が得られる。
【００２６】
１．陰極クロメート処理は、大きな不動態化と永続する接着面を与え、従って、浸せきクロメート処理ヒートシンク、またはコントロール（銅メッキのみ）ヒートシンクのいずれよりも、大きな耐インク腐食性を持つ。
【００２７】
２．浸せきクロメート処理ヒートシンクは、コントロールよりも大きな不動態化接着面を与えた。
【００２８】
３．電圧を加えながらの槽への入れ／出しは、不動態に対する明らかな効果を持たない。
【００２９】
４．陰極クロメートサンプルの洗浄は、洗浄しないサンプルに比べ不動態に少し減少が見られる。
【００３０】
サンプルの外観検査は、上の測定を裏付けている。サンプル１とサンプル６（コントロール）、サンプル２、サンプル３、サンプル７（洗浄する浸せきクロメート）は、研究室大気において六日後、残留変色を示した。陰極クロメートのサンプル４、サンプル５、サンプル９、サンプル１０は、研究室大気において六日後、変色を示さなかった。
【００３１】
【表１】
0004301583.tif 000002
ダイ接着剪断
ダイ接着剪断試験は、プリントヘッド１０（図１）を、銅メッキ膜３３のみ（サンプル１）を持つヒートシンクと、浸せきを行い、膜３３の上に陰極クロメート膜３４を重ねたヒートシンクに接着し行われる。次いで、プリントヘッド／ヒートシンク組立は、黒色水性インクに浸せきされる。このインクは、全体で約７７％重量の水と、１３.６％重量の黒と赤の染料の混合と、全体で約９.４％重量の助溶剤(Cosolvent)／湿潤剤(Humectant)／殺生物剤(Biocide)、噴射助成剤(Jetting Aid)を含む。インク溶剤は、約ｐＨ＝７.４３、粘度１.３２ｃｐｓ、表面張力５３.８ダイン／ｃｍである。サンプルは取り出され、次いで剪断試験にかけられ、ヒートシンクがプリントヘッドから分離する点の剪断値／ポンドが求められる。結果が表２に示される。ポンドで表される平均剪断値が３欄と５欄に示される。試験は０.０５０インチ／分の速度で行われる。次の観察結果が得られる。
【００３２】
１．耐剪断力を最も良く示す構造（従って、プリントヘッドのヒートシンクへの接着を最も良く保持する）構造は、洗浄を行う、陰極クロメートサンプルである。
【００３３】
【表２】
0004301583.tif 000003
２．洗浄を行う、または行わない陰極クロメートの結果は、浸せきクロメートに比べ、優れた耐剪断性を与える。
【００３４】
３．浸せきと陰極の双方のクロメート構造は、処理されない、銅メッキのみのヒートシンクに比べ優れた剪断接着を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  銅メッキされたヒートシンクの表面に形成される高分子クロメート耐インク被覆膜を持つヒートシンクを示す加熱インクジェットプリンタの拡大断面図である。
【図２】  図１の耐インク膜の形成に使用される２種類の処理の流れ図である。
【符号の説明】
８  ノズル、１０  プリントヘッド、１１  チャネルプレート、１２  加熱プレート、１３  電極、１４  容器、１５  注入口、１６  チャネル、１８  厚膜絶縁層、２０  ドーターボード、２１  傾斜端、２２  アドレス電極、２４  インク側路穴、２５  加熱素子、２６  穴、２７  絶縁層、２８  絶縁層、２９  ノズル面、３０  接続線、３１  電極接着端子、３２  亜鉛基板、３３  銅メッキ膜、３４  クロメート膜、３５  ヒートシンク。
【図１】
0004301583.tif 000004
【図２】
0004301583.tif 000005