CN105034602B - 用于清洁液体喷射头的方法和液体喷射设备 - Google Patents

Abstract

一种用于清洁液体喷射头的方法和液体喷射设备，其中，所述液体喷射头包括：流路形成构件，用于形成液体流路；发热电阻元件；以及涂层，其被配置成覆盖所述发热电阻元件，并且被配置成与所述液体接触，其中，使得所述发热电阻元件发热，并且使得从喷射口喷射所述液体，所述方法包括以下步骤：向所述涂层施加电压，以在所述涂层和所述液体之间发生电化学反应，并且使得在所述液体中溶出所述涂层，从而去除堆积在所述涂层上的结垢；以及在向所述涂层连续或者间歇施加电压的同时，使得所述发热电阻元件发热，并且使得从所述喷射口喷射所述液体，从而去除由所述电化学反应所生成的气泡。

Description

用于清洁液体喷射头的方法和液体喷射设备

技术领域

本公开涉及一种用于清洁液体喷射头的方法。

背景技术

在诸如喷墨打印机等的液体喷射设备中，使用利用发热电阻元件来喷射液体的液体喷射头。该液体喷射头设置有形成诸如墨等的液体的流路的流路形成构件、以及发热电阻元件。发热电阻元件由例如电热转换元件构成。当使得发热电阻元件发热时，在位于发热电阻元件上方的液体接触部分(即，热作用部处)中，液体突然被加热、并且使其发泡。发泡导致使得液体从喷射口喷射的压力。利用该液体，将图像记录在诸如纸张等的记录介质的表面上。提出了这样一种结构，在该结构中，利用绝缘层覆盖发热电阻元件以使得发热电阻元件与液体隔离。发热电阻元件接收下面的复杂作用：包括由液体的发泡和脱泡引起的气穴所导致的冲击的物理作用和由液体所导致的化学作用。因此，提出了一种利用用于保护的保护层覆盖发热电阻元件的结构。

在液体喷射头中，可能发生下面的现象：诸如液体中所包含的着色材料等的添加剂，在高温加热时分解；添加剂变成高不溶性物质；以及添加剂被物理吸附至诸如绝缘层和保护层等的接触液体的层。物理吸附物被称为“结垢”。当结垢粘附至保护层时，可能发生从热作用部向液体的不均匀热传导，发泡可能变得不稳定，并且可能影响液体的喷射特性。

为了解决该问题，日本特开2008-105364号公开这样一种结构，在该结构中，在包括热作用部的区域中设置电可连接上部保护层，以形成导致与液体的电化学反应的电极。有这样一种清洁方法，在该方法中，通过使得利用电化学反应对上部保护层进行溶出，去除掉热反应部上的结垢。在使用与液体的电化学反应的该方法中，在上部保护层溶出的情况下，当液体被分解时，生成气泡。由于气泡滞留在上部保护层上，因而存在下面的问题：上部保护层和液体之间的电化学反应被抑制。为了解决该问题，在日本特开2008-105364号中，在通过吸引液体或者在供液口侧加压使得从发泡室挤出所生成的气体的同时进行清洁，从而防止对电化学反应的抑制。

发明内容

这里公开一种方法，所述方法用于清洁液体喷射头，所述液体喷射头包括：流路形成构件，用于形成液体流路；发热电阻元件；以及涂层，其被配置成覆盖所述发热电阻元件，并且被配置成与所述液体接触，其中，使得所述发热电阻元件发热，并且使得从喷射口喷射所述液体，所述方法包括以下步骤：向所述涂层施加电压，以在所述涂层和所述液体之间发生电化学反应，并且使得所述涂层溶出到所述液体中，从而去除堆积在所述涂层上的结垢；以及在向所述涂层连续或者间歇施加电压的同时，使得所述发热电阻元件发热，并且使得所述液体从所述喷射口喷射，从而去除由所述电化学反应所生成的气泡。

还公开了一种用于清洁液体喷射头的方法，其中，所述液体喷射头包括：流路形成构件，用于形成液体流路；发热电阻元件；以及涂层，其被配置成覆盖所述发热电阻元件，并且被配置成与所述液体接触，其中，使得所述发热电阻元件发热，并且使得所述液体从喷射口喷射，所述方法包括以下步骤：向所述涂层施加电压，以在所述涂层和所述液体之间发生电化学反应，并且使得所述涂层溶出到所述液体中，从而去除堆积在所述涂层上的结垢；以及在向所述涂层连续或者间歇施加电压的同时，使得所述发热电阻元件发热，并且使得所述液体发泡，从而去除由所述电化学反应所生成的气泡。

还公开了一种液体喷射设备，其中，所述液体喷射设备包括液体喷射头，所述液体喷射设备包括：流路形成构件，用于形成液体流路；发热电阻元件；以及涂层，其被配置成覆盖所述发热电阻元件，并且被配置成与所述液体接触，其中，所述液体喷射头使得所述发热电阻元件发热、并且使得所述液体从喷射口喷射，所述液体喷射设备向所述涂层连续或者间歇施加电压，以在所述涂层和所述液体之间发生电化学反应、并且使得所述涂层溶出到所述液体中，从而使得能够去除堆积在所述涂层上的结垢，其中，在向所述涂层连续或者间歇施加所述电压的同时，使得所述发热电阻元件发热，并且使得所述液体从所述喷射口喷射。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。

附图说明

图1是喷墨记录设备的透视图。

图2是设置有液体喷射头的储液室的透视图。

图3是液体喷射头的基板的透视图。

图4是液体喷射头的基板的横断面图。

图5A～5C是清洁液体喷射头期间的基板的横断面图。

图6A～6C是示出清洁液体喷射头期间的电压施加方法的图。

具体实施方式

根据本发明人的研究，在日本特开2008-105364号所述的方法中，由于在吸引和加压液体的同时清洁液体喷射头，因而在安装有帽的状态下清洁液体喷射头。该帽用于收集液体。因此，如果将该清洁方法应用于使用管状液体吸帽进行恢复的纵长的头，则需要用于与该液体吸帽合作来去除结垢的复杂的清洁序列和驱动电路等。此外，由于结垢的去除针对每一喷射口都需要数十秒(sec)到数分钟的时间，因而用于去除纵长的头中的所有喷射口的结垢所需的时间变得非常长。由于长时间地吸引液体，因而需要大量液体。

本公开提供一种用于清洁能够容易地去除结垢的液体喷射头的方法。

下面参考附图，说明本公开的实施例。

图1是作为液体喷射设备的例子的喷墨记录设备的透视图。滑架500由导轨502支持。液体喷射头410被安装至滑架500以进行打印。导轨502被安装至机架，并且支持滑架500以使其在与记录介质的输送方向垂直的方向上往复移动。导轨502与机架形成一个整体，并且保持滑架500的后端以维持液体喷射头410和记录介质之间的间隙。通过被安装至机架的滑架电动机504，经由正时皮带501驱动滑架500。通过空转轮503拉伸并支持正时皮带501。

当在上述结构中，在诸如纸张等的记录介质上形成图像时，针对记录介质的上下方向，由输送辊511和夹持辊所构成的辊对输送和定位记录介质。针对记录介质的左右方向，通过滑架电动机504，在与输送方向垂直的方向上移动滑架500，并且将液体喷射头410配置在目标图像形成位置处。这样，在相对于记录介质移动液体喷射头410的同时，向记录介质喷射液体。

图2是设置有液体喷射头410的储液器的透视图。液体喷射头410由基板101、电气布线带(即，柔性布线基板)402和与记录设备主体电连接的电接触部403构成。在储液部404中形成液体喷射头410。从储液部404所提供的液体被提供至液体喷射头410的各喷射口并且被喷射。以此方式，在记录介质上形成图像。

图3是液体喷射头410的基板的透视图。在基板101中，例如，使用半导体制造技术，在硅基板上形成使得液体发泡的发热电阻元件8和驱动发热电阻元件8的驱动电路。此外，形成用于连通基板101的两个面的供液口122。在发热电阻元件8上，形成用于形成液体流路123的流路形成构件120。流路形成构件120由例如树脂或者无机薄膜制成。在图3中，在流路形成构件120中形成喷射口121。使得与喷射口121相对应的发热电阻元件8发热，并且使得液体发泡。发泡产生用以喷射液体以在记录介质上形成图像的压力。

图4是液体喷射头410的基板101沿图3的线IV-IV的横断面图。由例如硅制成在其上设置诸如晶体管等的驱动元件的基板101。在基板101上，形成由硅化合物所制成的蓄热层102。在蓄热层102上，形成在通电时发热的材料(例如，TaSiN、WSiN、TaAlN、TiAl和TiAlN)所制成的发热电阻元件104。电极对105与发热电阻元件104相接触地设置，其中，电极对105主要由电阻低于发热电阻元件104材料、例如铝制成。在电极对105之间施加电压，以使得发热电阻元件104的位于电极对105之间的部分发热。在电极对105之间，存在暴露发热电阻元件104的部分103，并且在该部分处，发热电阻元件104尤其发热。利用由诸如SiN一样的硅化合物等的绝缘材料所制成的绝缘层106，覆盖发热电阻元件104和电极对105，以使得发热电阻元件104和电极对105与要喷射的液体隔离。

利用涂层107a覆盖发热电阻元件104，以保护发热电阻元件104免于由发热电阻元件104的发热所导致的化学和物理冲击。如果形成了绝缘层106，则形成涂层107a以覆盖绝缘层106。涂层107a在清洁处理期间去除结垢时将会被溶出，并且成为在结垢去除期间的结垢去除电极。涂层107a由通过液体中的电化学反应溶出的金属制成。该金属是例如Ir和Ru。涂层107a的一部分成为将由发热电阻元件104所产生的热作用于液体的热作用部108。在涂层107a和绝缘层106之间，设置结垢去除电极配线109a。结垢去除电极配线109a构成将涂层107a电连接至外部端子的配线部，并且由具有导电性的材料制成。涂层107a经由结垢去除电极配线109a与外部端子电连接。

在液体流路中形成对向电极107b，作为与涂层107a相对的电极。对向电极107b可以由例如Ir或者Ru制成。对向电极107b被连接至由例如Ta所制成的对向电极配线109b，并且被连接至外部电源130。

在液体喷射头410的基板101上，形成用于形成液体流路123的流路形成构件120。在流路形成构件120的与热作用部108相对应的例如热作用部108上方的位置处，形成喷射口121。喷射口121与液体流路123连通。

接着参考图5A～5C，说明用于清洁本发明的液体喷射头410的方法。

如图5A所示，在液体流路充满了液体的状态下向涂层107a施加电压。特别地，例如，向涂层107a施加正电压，并且向对向电极107b施加负电压。然后，在涂层107a和液体之间，发生电化学反应，并且涂层107a溶出到液体中。通过该处理，可以去除堆积在涂层107a上的结垢(结垢去除)。

通过该电化学反应，液体在涂层107a上被电解。然后，如图5B所示，在涂层107a的表面上产生气泡。当产生气泡时，与液体的电化学反应变得难以继续进行，并且然后涂层107a未被充分溶出。也就是说，结垢的去除变得难以继续进行。

在本发明中，通过去除气泡来促进结垢的去除。为此，在向涂层107a施加电压时，使得发热电阻元件104发热。例如，通过所生成的热使得液体发泡。如果在向涂层107a施加电压时去除结垢，则在去除结垢的同时使得发热电阻元件104发热。图5C示出已经使得液体发泡的状态。当使得液体发泡时，通过发泡所产生的气泡吸收原本存在于涂层107a上的气泡。可选地，通过发泡所产生的气泡，挤出原本存在于涂层107a上的气泡。从而，从涂层107a的表面去除气泡。气泡的去除促进结垢的去除。通过在向涂层107a施加电压时使得发热电阻元件104发热，使得液体发泡。通过在此时使得液体发泡，可以良好地去除气泡。期望结垢在液体发泡时已被去除。也就是说，期望液体在结垢的去除期间发泡。

考虑液体的发泡，期望在覆盖发热电阻元件104的整个涂层107a被气泡覆盖之前，使得发热电阻元件104发热。如果整个涂层107a被气泡覆盖，则涂层107a不再与液体接触。于是，难以再使得液体发泡。如果涂层107a至少部分与液体接触，则容易使得液体在接触点处开始发泡。在这点上，期望在开始向涂层107a施加电压之后的两秒钟内，使得发热电阻元件104发热，并且更期望在开始向涂层107a施加电压之后的一秒钟内，使得发热电阻元件104发热。

液体并非必须发泡。在液体不发泡的情况下，仅需要通过使得发热电阻元件104发热以使得从喷射口喷射液体。通过使得喷射液体，可以利用喷射去除由电化学反应所产生的、覆盖涂层107a的气泡。

另一方面，在用于去除气泡的发泡期间，并非必须从喷射口121喷射液体。另外，在不从喷射口121喷射液体的结构中，当通过电化学反应所产生的气泡由于发泡而从涂层107a移走时，电化学反应继续进行。然而，在这种情况下，气泡可能滞留在液体流路123中。因此，期望在用于去除气泡的液体的发泡时，从喷射口121喷射液体。如果通过发泡从喷射口121喷射液体，则还可以从喷射口121容易地排出气泡。因此，可以有效防止气泡滞留在液体流路123中。

通过从喷射口121喷射液体，可以在记录介质上形成图像。然而，考虑到在液体中存在结垢的可能性，期望该喷射在辅助喷射(即，液体不被喷射在诸如纸张等的记录介质处、并且不用于记录的辅助喷射)中使用。

期望在向涂层107a施加电压之前，进行发热电阻元件104的发热(在使得液体发泡的情况下，液体的发泡)。更期望在结垢的去除之前进行发热电阻元件104的发热。此外，期望在向涂层107a施加电压的时间之前到向涂层107a施加电压时，连续进行发热电阻元件104的发热。尤其如果从喷射口121喷射液体，则还可以使用该液体用于图像形成。因此，在效率方面，期望通过从喷射口连续喷射液体来在记录介质上形成图像。利用该结构，在形成图像的同时，可以良好地去除结垢。然而，考虑到如上所述在液体中存在结垢的可能性，期望在用于去除结垢的喷射时进行辅助喷射，然后进行用于在记录介质上进行记录的喷射。

通过使得液体发泡，如图5C所示，可以使得从图5B所示状态恢复成图5A所示状态。也就是说，由于气泡被去除，因而可以良好地去除结垢。由于对于结垢的去除不需要液体的吸引和加压，因而可以通过简单方法来去除结垢。此外，可以提供一种能够通过这类简单方法来去除结垢的液体喷射设备。

实施例

实施例1

使用图4所示的液体喷射头的基板，清洁液体喷射头。基板101由Si制成，并且蓄热层102由SiO₂制成。发热电阻元件104由TaSiN制成，并且厚度为50nm。电极105由Al制成，并且厚度为300nm。绝缘层106由SiN制成，并且厚度为350nm。结垢去除电极配线109a和对向电极配线109b由Ta制成，并且厚度为100nm。涂层107a和对向电极107b由Ir制成，并且厚度为100nm。涂层107a经由结垢去除电极配线109a被连接至外部电源130。对向电极107b经由对向电极配线109b被连接至外部电源130。

在设置有这类液体喷射头410的液体喷射设备(即，喷墨打印机)中，驱动发热电阻元件104喷射作为液体所使用的青色墨(商品名：BCI-7eC，佳能株式会社制造)。作为液体的喷射条件，向发热电阻元件104施加电压24V、脉冲宽度0.82μs、并且频率15kHz的1.0x10⁹驱动脉冲。

然后，在电子显微镜下观察发热电阻元件104的表面状态，并且发现在与热作用部108相对应的涂层107a上堆积有结垢。

在堆积有结垢的状态下从液体喷射头410喷射液体，然后在显微镜下检查记录介质上的图像。结果，发现认为是由液体的喷射点未对准所导致的图像失真。使用墨滴速度测量设备测量结垢堆积之前和之后的喷射速度。结垢堆积之前的喷射速度是15m/s，而结垢堆积之后的喷射速度是9m/s。也就是说，喷射速度降低6m/s。

接着，清洁液体喷射头410。向与涂层107a连接的外部电源130施加5V的DC电压，从而使用涂层107a作为阳极、并且使用对向电极107b作为阴极。

按照下面如图6A所示的程序进行清洁。首先，在涂层107a和对向电极107b之间施加5V的DC电压。在该清洁条件下，当施加该电压约1s时，整个涂层107a覆盖有气泡。因此，发现电化学反应实际上不会在继续进行。为此，电极之间的电压施加时间被设置成0.5s。

然后，向电热转换元件施加电压24V、并且脉冲宽度0.5μs的驱动脉冲，以使得液体发泡。使得涂层107a和对向电极107b之间的DC电压的施加和液体的喷射作为一个清洁周期，并且重复60个清洁周期。也就是说，在向涂层施加电压的同时，使得发热电阻元件104发热，并且使得液体发泡。

当在电子显微镜下观察涂层107a的表面时，发现堆积的结垢已被去除。

使用墨滴速度测量设备测量此时液体的喷射速度，并且发现是15m/s。喷射速度被恢复至结垢堆积之前的喷射速度。在显微镜下检查记录介质上的图像。发现点着落在期望的位置处，并且发现获得了良好的打印质量。

在去除结垢期间，期望在整个涂层107a被气泡覆盖之前，通过使得发热电阻元件104发热使得液体发泡。直到涂层107a被气泡覆盖之前的时间，根据清洁时所使用的液体的种类和清洁条件而改变。例如，如果在涂层107a和对向电极107b之间施加15V的电压，则与在上述条件(即，施加5V的电压)下相比，电化学反应更高速地进行。因此，从开始向各电极施加电压起，涂层107a在小于等于0.5s内被气泡覆盖。另外，在这种情况下，通过例如在整个涂层107a被气泡覆盖之前临时停止电极之间的电压施加、并且使得液体发泡，可以良好地去除结垢。

实施例2

在实施例2中，使用与实施例1相同的液体喷射头。在实施例2中，如图6B所示，在涂层107a和对向电极107b之间施加5V的DC电压30s。当在开始DC电压的施加之后过去了0.5s时，向发热电阻元件104施加电压24V、脉冲宽度0.82μs、且频率15kHz的驱动脉冲，直到结束DC电压的施加为止，连续喷射液体数秒钟。

在实施例2中，以与液体的正常喷射频率相同的频率，喷射液体。通过喷射口121喷射液体。在去除结垢之后，也喷射液体。

因此，如实施例1一样，发现至此所堆积的结垢已从涂层107a去除。

使用墨滴速度测量设备测量此时的液体的喷射速度，并且发现是15m/s。喷射速度被恢复至结垢堆积之前的喷射速度。在显微镜下检查记录介质上的图像。发现点着落在期望的位置处，并且发现获得了良好的打印质量。

在实施例2中，在用于去除气泡的发泡期间，从喷射口121喷射液体。这样，从流路良好地去除气泡。利用此时所喷射的液体记录图像。也就是说，连续使得液体发泡，并且从喷射口121连续喷射液体，从而不断去除结垢。因此，与间歇去除相比，可以更有效地去除结垢。

实施例3

另外，在实施例3中，使用如实施例1相同的液体喷射头。在实施例3中，如图6C所示，预先向发热电阻元件104施加电压24V、脉冲宽度0.82μs、并且频率15kHz的驱动脉冲，开始液体的连续喷射，然后在涂层107a和对向电极107b之间施加5V的DC电压30s。

尽管在本发明中，可以与开始喷射液体同时去除结垢，但是由于需要控制喷射液体的定时和去除结垢的定时，因而期望开始喷射液体、并且然后在电极之间施加电压以去除结垢。

因此，如实施例1一样，发现至此所堆积的结垢已从涂层107a去除。

使用墨滴速度测量设备测量此时液体的喷射速度，并且发现喷射速度是15m/s。喷射速度被恢复至结垢堆积之前的喷射速度。在显微镜下检查记录介质上的图像。发现点着落在期望的位置处，并且发现获得了良好的打印质量。

另外，在实施例3中，如实施例2一样，可以良好地去除流路中的气泡。在实施例3中，在涂层107a和对向电极107b之间施加电压之前，喷射液体。在这种情况下，使用BCI-7eC(佳能株式会社制造)进行清洁处理。如果使用其它液体，则存在下面的可能性：电化学反应改变，并且直到涂层107a被气泡覆盖之前的时间缩短。从该角度看，如实施例3一样，期望在涂层107a和对向电极107b之间施加电压之前、即在去除结垢之前，为了去除气泡而使得液体发泡。

尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。

Claims (12)

1.一种用于清洁液体喷射头的方法，其中，所述液体喷射头包括：流路形成构件，用于形成液体流路；发热电阻元件；以及涂层，其被配置成覆盖所述发热电阻元件，并且被配置成与所述液体接触，其中，使得所述发热电阻元件发热，并且使得所述液体从喷射口喷射，所述方法包括以下步骤：

向所述涂层施加电压，以在所述涂层和所述液体之间发生电化学反应，并且使得所述涂层溶出到所述液体中，从而去除堆积在所述涂层上的结垢；以及

在向所述涂层连续或者间歇施加电压的同时，使得所述发热电阻元件发热，并且使得所述液体发泡，从而去除由所述电化学反应所生成的气泡。

2.根据权利要求1所述的用于清洁液体喷射头的方法，其中，通过使得所述液体发泡，从所述喷射口喷射所述液体。

3.根据权利要求2所述的用于清洁液体喷射头的方法，其中，通过从所述喷射口喷射所述液体，在记录介质上形成图像。

4.根据权利要求2所述的用于清洁液体喷射头的方法，其中，通过从所述喷射口喷射所述液体，进行在记录介质上不会形成图像的辅助喷射。

5.根据权利要求1所述的用于清洁液体喷射头的方法，其中，从向所述涂层施加所述电压时之前开始、到向所述涂层施加所述电压期间，连续进行所述发热电阻元件的发热。

6.根据权利要求1所述的用于清洁液体喷射头的方法，其中，在覆盖所述发热电阻元件的所述涂层与所述液体接触的状态下，使得所述发热电阻元件发热。

7.根据权利要求1所述的用于清洁液体喷射头的方法，其中，使得所述发热电阻元件在开始向所述涂层的电压施加之后的两秒钟之内发热。

8.根据权利要求1所述的用于清洁液体喷射头的方法，其中，使得所述发热电阻元件在开始向所述涂层的电压施加之后的一秒钟之内发热。

9.一种液体喷射设备，其中，所述液体喷射设备包括液体喷射头，所述液体喷射头包括：

流路形成构件，用于形成液体流路；

发热电阻元件；以及

涂层，其被配置成覆盖所述发热电阻元件，并且被配置成与所述液体接触，

其中，所述液体喷射头使得所述发热电阻元件发热、并且使得所述液体从喷射口喷射，所述液体喷射设备向所述涂层连续或者间歇施加电压，以在所述涂层和所述液体之间发生电化学反应、并且使得所述涂层溶出到所述液体中，从而使得能够去除堆积在所述涂层上的结垢，其中，

在向所述涂层连续或者间歇施加所述电压的同时，使得所述发热电阻元件发热，并且使得所述液体发泡，从而去除由所述电化学反应所生成的气泡。

10.根据权利要求9所述的液体喷射设备，其中，通过使得所述液体发泡，从所述喷射口喷射所述液体。

11.根据权利要求9所述的液体喷射设备，其中，从向所述涂层施加所述电压时之前开始、到向所述涂层施加所述电压期间，连续进行所述发热电阻元件的发热。

12.根据权利要求9所述的液体喷射设备，其中，使得所述发热电阻元件在开始向所述涂层的电压施加之后的两秒钟之内发热。