JP2009012456A - ミッシングノズル検出方法およびこれを用いたインクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ミッシングノズルが発生したとき、これを簡単な方式で直ぐに検出することができ、ミッシングノズルの正確な位置を検出することができるミッシングノズル検出方法およびこれを用いたインクジェットプリントヘッドを提供する。
【解決手段】インクが充填される複数のチャンバー２１ａと、各チャンバーに対応する複数のヒーター１１と、各ヒーターに対応する複数のノズル３１と、を備えるインクジェットヘッドに適用されるミッシングノズル検出方法であって、複数のノズルの温度をそれぞれ感知する温度感知段階と、感知された温度が所定の温度範囲から逸脱した場合、ノズルをミッシングノズルであると判断する段階と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ミッシングノズル検出方法およびこれを用いたインクジェットプリントヘッドに関するもので、より詳細には、インクジェットプリントヘッドに設けられた各ノズル側の温度を感知することで、ミッシングノズルを検出することができるミッシングノズル検出方法およびこれを用いたインクジェットプリントヘッドに関するものである。

インクジェットプリントヘッドは、印刷媒体上の所望の位置に微小なインク液滴を吐出させることで画像を形成する装置である。

上記のようなインクジェットプリントヘッドは、インク液滴の吐出メカニズムによって熱駆動方式と圧電駆動方式に区分される。このうち、熱駆動方式のプリントヘッドは、熱源を用いてインクにバブルを発生させ、そのバブルの膨張力によってインク液滴を吐出させる。

一般的に、熱駆動方式のプリントヘッドは、シリコンウェハーとして設けられる基板と、インクを供給するために基板に形成されるインク供給口と、基板上に流路および複数のインクチャンバーを形成する流路形成層と、流路形成層上に形成され、インクチャンバーに対応する複数のノズルを有するノズル層と、インクチャンバー内のインクを加熱するためにインクチャンバーに対応して設けられる複数のヒーターとを備えている。

インクジェットプリントヘッドには、複数のノズルのうち一部が詰まったり、複数のノズルに対応するヒーターまたはアクチュエーターのうち一部の誤作動およびヒーターまたはアクチュエーターに電源を印加する回路における異常発生によって、複数のノズルのうち一部が損傷すると、印刷媒体に白い線が形成されることで、印刷品質の不良がもたらされる。

上記のように、損傷してインクが吐出されないノズルをミッシングノズルといい、このミッシングノズルを検出し、ミッシングノズルを補償して印刷品質の低下を防止するための技術（例えば、下記特許文献１、２）が開発されている。

大韓民国特許第１０-６３６２３６号 特開平０５-３０９８３２号公報

ミッシングノズルを検出するための方法の一例として、特許文献１には、印刷部で印刷された結果をスキャニングすることで、ミッシングノズルを検出するミッシングノズル検出方法が開示されている。

この方法は、ノズルを通して印刷媒体にインクを吐出することで試験パターンを印刷し、試験パターンをスキャンセンサーによってスキャニングすることで、ミッシングノズルを検出する方法である。

しかしながら、上記のような従来のミッシングノズル検出方法によると、試験パターンを印刷し、スキャン作業を通してミッシングノズルを探すことになるので、作業自体が面倒かつ複雑であり、迅速にミッシングノズルを検出することができない。

また、従来技術では、所定分量の印刷作業を行った後、所定間隔で試験パターンの印刷を繰り返してミッシングノズルを探すので、ミッシングノズル検出作業の直後にミッシングノズルが発生すると、次のミッシングノズル検出作業時まで印刷品質の低下した印刷結果を出力することになるという問題点がある。すなわち、ミッシングノズルが発生したとき、このミッシングノズルを直ぐに感知することができない。

また、ミッシングノズル検出作業時に印刷媒体にインクを吐出させる必要があるので、ミッシングノズルを検出するために印刷媒体やインクを浪費してしまう。

また、スキャンセンサーを用いてミッシングノズルの位置情報を検出するので、ミッシングノズルの位置を正確に検出することが難しい。

また、特許文献２には、プリントヘッドの温度を測定し、測定された温度によってプリントヘッドのインク吐出状態の良否を判断するインクジェット記録ヘッドが開示されている。

しかしながら、特許文献２に開示されたインクジェット記録ヘッドは、ヘッドの平均温度を測定することで、インク吐出状態の良否を検出するもので、各ノズルで個別に温度を測定するものでないので、ホワイトラインを発生させるミッシングノズルを正確に検出することができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ミッシングノズルが発生したとき、これを簡単な方式で直ぐに検出することができる、新規かつ改良された、ミッシングノズル検出方法およびこれを用いたインクジェットプリントヘッドを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ミッシングノズルの正確な位置を検出することができる、新規かつ改良された、ミッシングノズル検出方法およびこれを用いたインクジェットプリントヘッドを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、インクが充填される複数のチャンバーと、各チャンバーに対応する複数のヒーターと、各ヒーターに対応する複数のノズルと、を備えるインクジェットプリントヘッドに適用されるミッシングノズル検出方法が提供される。本ミッシングノズル検出方法は、複数のノズルの温度をそれぞれ感知する温度感知段階と、感知された温度が所定の温度範囲から逸脱した場合、ノズルをミッシングノズルであると判断する段階と、を含む。

ここで、上記温度感知段階の温度感知には、複数のノズル側にそれぞれ隣接して蒸着された薄膜熱電対を用いてもよい。また、上記薄膜熱電対は、ｋタイプ熱電対でもよい。また、上記所定の温度範囲は、約４０℃〜８０℃でもよい。

上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、インクが充填されるチャンバー、各チャンバーに対応するノズル、およびチャンバー内のインクを加熱するヒーターを含む複数のノズルモジュールと、複数のノズルモジュールにそれぞれ設けられ、各ノズルの温度を感知する温度センシング部と、感知されたノズルの温度が所定の温度範囲から逸脱した場合、ノズルをミッシングノズルであると判断する制御部と、を備えるインクジェットプリントヘッドが提供される。

ここで、上記ノズルが形成されたノズル層をさらに含み、温度センシング部は、ノズルに隣接してノズル層に設けられてもよい。また、上記温度センシング部は、薄膜熱電対として形成されてもよい。また、上記所定の温度範囲は、約４０℃〜８０℃でもよい。

上記課題を解決するために、本発明の第３の観点によれば、ヒーターおよびヒーターを保護するパッシベーション層が形成された基板と、ヒーターに対応するチャンバーを規定する流路形成層と、チャンバーに対応する複数のノズルが形成されたノズル層と、ノズルに隣接してノズル層に形成され、複数のノズルの温度をそれぞれ感知する温度センシング部と、温度センシング部によって感知された温度が所定の温度範囲から逸脱した場合、ノズルをミッシングノズルであると判断する制御部と、を備えるインクジェットプリントヘッドが提供される。

ここで、上記温度センシング部は、ノズル層に蒸着された薄膜熱電対でもよい。また、上記制御部は、ヒーターのオン／オフを制御し、温度センシング部は、ヒーターがオンになるとき、ノズルの温度を感知してもよい。

本発明によれば、印刷動作を行う毎に、各ノズルの温度を用いてミッシングノズルの発生有無を判断することができるので、従来のスキャニングを用いたミッシングノズル検出方式に比べて迅速にミッシングノズルを検出することができる。

また、本発明によれば、各ノズルの温度を測定してミッシングノズルの発生有無を決定するので、ミッシングノズルを正確に検出することができる。

また、本発明によれば、簡単な方法でミッシングノズルを検出することができ、不必要な印刷を防止することができるので、印刷媒体やインクの浪費を予防することができる。

以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドを概略的に示した平面図であり、図２は、図１のＩ-Ｉ’線断面図であり、図３は、本発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドを示した部分断面斜視図である。

本実施形態に係るインクジェットプリントヘッドは、熱源を用いてインクにバブルを発生させ、そのバブルの膨張力によってインク液滴を吐出させる熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドである。

本実施形態に係るインクジェットプリントヘッドは、図１〜図３に示すように、インクを吐出するための吐出圧発生素子としてヒーター１１が設けられた基板１０を備えている。ヒーター１１の上部には電極１２が形成され、電極１２上には、パッシベーション層１３およびアンチキャビテーション層１４のうち少なくとも一つが追加的に形成される。また、基板１０上には、チャンバー２１ａを規定する流路形成層２０が積層され、流路形成層２０上には、インク吐出のためのノズル３１が形成されたノズル層３０が積層される。流路形成層２０と基板１０との間には、流路形成層２０が基板１０上に安定的に接着されるように接着層１５が介在され、ノズル層３０には、ノズル３１側の温度を感知するための温度センシング部４３が形成される。

基板１０としてシリコンウェハーが使用され、基板１０には、インク保存部（図示せず）からインクを供給するためのインク供給口１０ａが形成される。ヒーター１１は、基板１０の上部に形成される通常の薄膜ヒーターであり、電極１２から伝達される電気的信号を熱エネルギーに変換することで、チャンバー２１ａ内部のインクを加熱する。ヒーター１１には、窒化タンタル（ＴａＮ）、アルミニウムタンタル（Ｔａ-Ａｌ）などの発熱抵抗物質が使用される。電極１２は、アルミニウム（Ａｌ）のように優れた導電性を有する金属物質が蒸着されて形成され、蒸着された金属層は、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程によって所定の配線形態でヒーター１１の上部に形成される。また、電極１２は、通常のＣＭＯＳロジックおよびパワートランジスタなどから信号を受けた後、この信号をヒーター１１に伝達する。

ヒーター１１と基板１０との間には、シリコン酸化膜からなる絶縁層として熱保存層１６が設けられる。熱保存層１６は、ヒーター１１から発生した熱が基板１０に伝達することを防止する。

パッシベーション層１３は、ヒーター１１および電極１２の酸化またはヒーター１１および電極１２とインクとの直接的な接触を防止することで、ヒーター１１および電極１２を保護する。パッシベーション層１３は、良好な絶縁性および熱伝逹効率を有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ）として形成される。パッシベーション層１３上で各ノズル３１に対応するヒーター１１の発熱領域上部には、アンチキャビテーション層１４が形成される。

アンチキャビテーション層１４は、チャンバー２１ａ内部の気泡が収縮および消滅するときに生じるキャビテーション圧力（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ Ｆｏｒｃｅ）からヒーター１１を保護し、インクによって生じるヒーター１１の腐食を防止する。アンチキャビテーション層１４は、パッシベーション層１３の上部に所定厚さのタンタル（Ｔａ）を蒸着することで形成される。

流路形成層２０は、インク供給口１０ａとノズル３１とを連結するインク流路２１（２１ａ、２１ｂ）を規定し、このインク流路２１は、インクが充填されるチャンバー２１ａと、インク供給口１０ａとチャンバー２１ａとを連結するリストリクター２１ｂとを含んで構成される。

ノズル層３０には、ノズル３１側の温度を感知するための温度センシング部４３を形成するための第１および第２金属層４１、４２が設けられる。

本発明の実施形態において、一つの層（例えば、フィーチャー）は、基準層または基板上に直接形成されるか（設けられるか）、基準層をオーバーレイする他の層またはパターン上に形成される（設けられる）場合に、他の層または基板上に形成される（設けられる）ものと見なされる。

温度センシング部４３は、薄膜熱電対として設けられるが、温度を感知するための温度センサーとしては、ＴＣＲ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を用いた温度センサーを使用することができる。しかし、ＴＣＲを用いた温度センサーは、金属の抵抗変化値を用いて温度を測定するので、比較的広い領域の平均温度を測定するだけで、特定ポイントの温度を測定することは不可能である。したがって、本発明の実施形態では、熱電対を用いた温度センシング部４３を備えることが好ましい。

熱電対は、二種類の異なる金属で輪状の閉回路を構成した後、閉回路の二種類の金属が接触して形成された二つの接点のうち一側の接点を高温に連結し、他側の接点を低温に連結することで、閉回路を構成する金属の種類および二つの接点の温度差によって起電力が発生するゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋ Ｅｆｆｅｃｔ）を用いた温度センサーである。

したがって、熱電対は、二種類の金属が接触して形成された一側の接点を、温度を測定しようとする領域に直接接続し、二種類の金属が接触しない状態で開放された他側端をデータ取得ボード（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｂｏａｒｄ）に連結することで、温度信号を容易に得ることができる。熱電対は、このような温度信号を用いて測定領域の温度を簡便に測定することができ、熱電対を構成する二種類の金属の種類によって多様に分類される。

図１に示した実施形態では、クロメルおよびアルメルを用いたｋタイプ熱電対を使用することが好ましい。

したがって、本発明の実施形態では、クロメルおよびアルメルを使用するｋタイプ熱電対を用いて、第１金属層４１および第２金属層４２の一側両端をノズル３１に隣接してノズル層３０上に形成することで、ノズル３０側の温度を容易に測定することができる。

第１金属層４１は、クロメルをスパッタリングまたは化学気相蒸着法によって蒸着した後、これをパターニングすることで形成され、第２金属層４２は、アルメルをスパッタリングまたは化学気相蒸着法によって蒸着した後、これをパターニングすることで形成される。

温度センシング部４３によってノズル３１の温度を測定し、測定された温度のアナログ信号をＡ／Ｄコンバーター（図示せず）を通してデジタル信号に変換した後、このデジタル信号を後述する制御部５０に伝送する。

図４は、本発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの制御ブロック図であり、本実施形態に係るインクジェットプリントヘッドは、制御部５０およびヒーター駆動部５１をさらに含んで構成される。

制御部５０は、入力信号によってヒーター駆動部５１を通してヒーター１１を駆動する。

流路形成層２０によって区画されるチャンバー２１ａと、チャンバー２１ａの下部に設けられたヒーター１１と、チャンバー２１ａの上部に設けられたノズル３１と、ノズル３１の温度を測定する温度センシング部４３とを含む単位ノズルモジュールは、インクジェットプリントヘッドに複数個で形成される。

上記のようなノズルモジュールでは、制御部５０によって制御されるヒーター１１を駆動することでチャンバー２１ａ内のインクにバブルが発生し、このバブルの膨張力によってインク液滴がノズル３１を通して吐出される。

このとき、温度センシング部４３は、ヒーター１１の駆動時にノズル３１の温度を持続的に感知するが、温度センシング部４３によって感知された温度信号は、制御部５０に伝送される。

ヒーター１１が正常な状態で制御部５０の信号によって発熱する場合、チャンバー２１ａ内の加熱されたインクがノズル３１を通して吐出されるので、ノズル３１は、所定の温度範囲に維持される。すなわち、インクが正常にノズル３１を通して吐出される場合、ノズル３１側の温度は、インクにバブルが発生する温度である約６０℃±２０℃に維持される。

ノズル３１が詰まった状態でヒーター１１が加熱する場合、チャンバー２１ａ内のインクがノズル３１を通して吐出されないので、ノズル側１１の温度は、継続的に増加して８０℃を越えるようになる。

また、ヒーター１１に異常が発生し、ヒーター１１が発熱しない場合、ヒーター１１の温度は常温を維持するようになる。

したがって、ノズル３１が詰まったり、ヒーター１１が発熱しないミッシングノズルが発生する場合、ノズル１１の温度は、所定の温度範囲（約６０℃±２０℃）を逸脱する。そのため、制御部５０は、ノズル１１の温度を持続的にモニタリングし、ノズル１１の温度が所定の温度範囲を逸脱したと判断される場合、該当するノズルモジュールのノズル３１をミッシングノズルであると判断する。

ミッシングノズルの判断誤差を減少させるために、制御部５０は、測定されたノズル３１の温度が４０℃以下である場合、ヒーター１１が発熱していないと判断し、測定されたノズル３１の温度が８０℃を越える場合、ノズル３１が詰まっていると判断してミッシングノズルを検出する。

上記のようにミッシングノズルを検出した後、多様なミッシングノズル補正方法を通して印刷品質の低下を防止する。ミッシングノズル補正方法と関連した多数の特許は、本出願人によって出願および登録されている。また、ミッシングノズルの補償方法の一例が大韓民国公開特許公報第１０-２００６-６７０５６号に開示されており、ミッシングノズルの多様な補償方法が採用可能であるので、それに対する説明は省略する。

上記のような方式で印刷時毎にミッシングノズルを検出することができるので、従来のスキャニングを用いてミッシングノズルを検出する方式に比べて迅速にミッシングノズルを発見することができる。

また、印刷およびスキャニングなどの一連の複雑な過程を省略することができ、不必要な印刷を防止することができるので、印刷媒体やインクの浪費を予防することができる。

また、各ノズルの温度測定によってミッシングノズルの発生有無を感知するので、ミッシングノズルを正確に検出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドを概略的に示した平面図である。 図１のＩ−Ｉ線断面図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドを概略的に示した部分断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの制御ブロック図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ ヒーター
１２ 電極
１３ パッシベーション層
１４ アンチキャビテーション層
２０ 流路形成層
２１ａ チャンバー
３０ ノズル層
３１ ノズル
４１、４２ 第１および第２金属層
４３ 温度センシング部
５０ 制御部

Claims (11)

1. インクが充填される複数のチャンバーと、前記各チャンバーに対応する複数のヒーターと、前記各ヒーターに対応する複数のノズルと、を備えるインクジェットプリントヘッドに適用されるミッシングノズル検出方法であって、
   前記複数のノズルの温度をそれぞれ感知する温度感知段階と、
   感知された温度が所定の温度範囲から逸脱した場合、前記ノズルをミッシングノズルであると判断する段階と、
   を含むことを特徴とするミッシングノズル検出方法。
2. 前記温度感知段階の温度感知には、前記複数のノズル側にそれぞれ隣接して蒸着された薄膜熱電対を用いることを特徴とする、請求項１に記載のミッシングノズル検出方法。
3. 前記薄膜熱電対は、ｋタイプ熱電対であることを特徴とする、請求項２に記載のミッシングノズル検出方法。
4. 前記所定の温度範囲は、約４０℃〜８０℃であることを特徴とする、請求項１に記載のミッシングノズル検出方法。
5. インクが充填されるチャンバー、前記各チャンバーに対応するノズル、および前記チャンバー内のインクを加熱するヒーターを含む複数のノズルモジュールと、
   前記複数のノズルモジュールにそれぞれ設けられ、前記各ノズルの温度を感知する温度センシング部と、
   感知された前記ノズルの温度が所定の温度範囲から逸脱した場合、前記ノズルをミッシングノズルであると判断する制御部と、
   を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
6. 前記ノズルが形成されたノズル層をさらに含み、前記温度センシング部は、前記ノズルに隣接して前記ノズル層に設けられたことを特徴とする、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
7. 前記温度センシング部は、薄膜熱電対として形成されたことを特徴とする、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
8. 前記所定の温度範囲は、約４０℃〜８０℃であることを特徴とする、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッド。
9. ヒーターおよび前記ヒーターを保護するパッシベーション層が形成された基板と、
   前記ヒーターに対応するチャンバーを規定する流路形成層と、
   前記チャンバーに対応する複数のノズルが形成されたノズル層と、
   前記ノズルに隣接して前記ノズル層に形成され、前記複数のノズルの温度をそれぞれ感知する温度センシング部と、
   前記温度センシング部によって感知された温度が所定の温度範囲から逸脱した場合、前記ノズルをミッシングノズルであると判断する制御部と、
   を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
10. 前記温度センシング部は、前記ノズル層に蒸着された薄膜熱電対であることを特徴とする、請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。
11. 前記制御部は、前記ヒーターのオン／オフを制御し、前記温度センシング部は、前記ヒーターがオンになるとき、前記ノズルの温度を感知することを特徴とする、請求項９に記載のインクジェットプリントヘッド。

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