JP6504905B2 - 液体吐出ヘッド及び該ヘッドのクリーニング方法、並びに記録装置 - Google Patents
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Description
液体吐出口と、前記液体吐出口に連通する液室と、前記液室に配置された第一の電気熱変換部と、前記第一の電気熱変換部と前記液室内の液体との接触を遮断する絶縁性の保護層と、前記保護層の前記第一の電気熱変換部によって加熱される発熱部を少なくとも覆い、前記液体との電気化学反応によって溶出する金属を含む材料で構成された第一の電極と、前記液体を介して前記第一の電極と電気的に接続可能に設けられ、前記第一の電極と前記液体との前記電気化学反応を生起するための第二の電極と、前記第二の電極に接続された電極配線と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記第二の電極周辺の前記液室内に位置する前記電極配線を加熱する手段を有することを特徴とする。
液体吐出口と、前記液体吐出口に連通する液室と、前記液室に配置された第一の電気熱変換部と、前記第一の電気熱変換部と前記液室内の液体との接触を遮断する絶縁性の保護層と、前記保護層の前記第一の電気熱変換部によって加熱される発熱部を少なくとも覆い、前記液体との電気化学反応によって溶出する金属を含む材料で構成された第一の電極と、前記液体を介して前記第一の電極と電気的に接続可能に設けられ、前記第一の電極と前記液体との前記電気化学反応を生起するための第二の電極と、前記第二の電極に接続された電極配線と、を備えた液体吐出ヘッドにおける、前記第一の電極の上に堆積するコゲを前記第一の電極の電気化学反応による溶出と共に除去するクリーニング動作を含む液体吐出ヘッドのクリーニング方法であって、
前記クリーニング動作中、または前記クリーニング動作後に前記第二の電極周辺の前記液室内に位置する前記電極配線を加熱する工程を含むことを特徴とする。
液体吐出口と、前記液体吐出口に連通する液室と、前記液室内に配置された第一の電気熱変換部と、前記第一の電気熱変換部と前記液室内の液体との接触を遮断する絶縁性の保護層と、前記保護層の前記第一の電気熱変換部によって加熱される発熱部を少なくとも覆い、前記液体との電気化学反応によって溶出する金属を含む材料で構成された第一の電極と、前記液体を介して前記第一の電極と電気的に接続可能に設けられ、前記第一の電極と前記液体との前記電気化学反応を生起するための第二の電極と、前記第二の電極に接続された電極配線と、を備えた液体吐出ヘッドを用いて記録を行う記録装置であって、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより、前記第一の電極の上に堆積するコゲを、前記第一の電極の溶出と共に除去する処理を行うクリーニング手段と、
前記第二の電極周辺の前記液室内に位置する前記電極配線を加熱する手段と、
を有することを特徴とする。
(1.本発明の液体吐出ヘッドの説明)
図1は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドにおけるクリーニング手段130及び加熱手段140を模式的に示す図である。
本発明のコゲ除去動作は、上部電極131をアノード電極、対向電極132をカソード電極とし、電解液である液体(インク)との電気化学反応を利用する。アノード電極である上部電極131を溶出させることで、堆積したコゲを上部電極131の溶出と共に除去することができる。なお、コゲ除去動作時に、特許文献1に開示されているように、上部電極131と対向電極132の極性を反転させると、コゲ除去動作時に電極表面に吸着ないしは引き寄せられた液体中の成分を液体中に再放出することが可能となる。極性を反転させると上部電極131上で水素が発生し、その周辺の上部電極配線(密着配線層116)が水素に曝されるが、第一の電気熱変換部151を駆動する液体吐出の際に加熱されるため、上部電極配線の水素脆化の影響は殆どない。もちろん、クリーニング動作中に第一の電気熱変換部151を駆動して、上部電極配線から積極的に水素を追い出す様にしてもよい。
図5は本実施形態に係る記録装置500の概略構成例を示すものである。
図示の記録装置500において、キャリッジ505は無端ベルト501に固定され、かつガイドシャフト502に沿って移動可能になっている。無端ベルト501はプーリ503A,503Bに巻回され、一方のプーリ503Aにはキャリッジ駆動モータ504の駆動軸が連結されている。従って、キャリッジ505は、モータ504の回転駆動に伴いガイドシャフト502に沿って往復方向(A方向)に主走査される。
図7において、1700はインタフェースであり、コンピュータ,デジタルカメラ,スキャナ等適宜の形態を有するホスト装置1000から送られてくるコマンドや画像データを含む記録信号を受信する。また、ホスト装置1000に対しては必要に応じ記録装置のステータス情報を送出する。制御部90内には、MPU1701、ROM1702、DRAM1703、ゲートアレイ(G.A.)1704、エネルギーテーブル1725、EEPROM等の不揮発性メモリ1726が含まれる。MPU1701は、ROM1702に記憶された図8について後述するクリーニング処理及びエネルギー設定処理手順に対応した制御プログラムや所要のデータに従って記録装置500内の各部を制御する。ROM1702に記憶されるデータとしては、例えば以下のものが挙げられる。
・第一の電気熱変換部151に印加する駆動パルスの形状や印加時間などの液体吐出ヘッド1の定常的な駆動条件
・上部電極131と対向電極132との間に印加する電圧
・加熱手段140において第二の電気熱変換部152に印加する電圧や駆動パルスの形状や印加時間など。
また、記録媒体搬送の条件、さらにはキャリッジ速度等も含めることができる。
図8は本発明の液体吐出ヘッド1を用いる記録装置500が実施可能なクリーニング処理手順の一例を示す。
ここで肯定判定(Yes)であれば、クリーニング動作を開始する。
図1に示す加熱手段140において、第二の電気熱変換部152(対向電極配線用ヒータともいう)の駆動を開始する(ステップS11)。図1に示すクリーニング手段130において、上部電極131がアノード側、対向電極132がカソード側となるように電圧を印加し、クリーニング動作を実施する(ステップS12)。クリーニング完了後(ステップS13)、対向電極配線用ヒータの駆動を停止する(ステップS14)。
ドットカウントの加算値を判定するステップS5までは、第一の実施形態と同じであり、ここで肯定判定(Yes)であれば、クリーニング動作を開始する。(ステップS21)。その後、所定の時間経過後、クリーニング動作を停止し(ステップS22)、吸引回復を行う(ステップS23)。その後、液室内のインクを排出する(ステップS24)。液体を排出させるための処理としては、吸引回復であっても、吐出口に至るインク供給系を加圧することで排出を行わせるものでもよい。液室内のインクを十分排出した後、対向電極配線用ヒータを駆動して加熱を開始する(ステップS25)。このとき、液室内のインクは排出されているため、インクの変質を考慮することなく、駆動条件を設定して構わないので、直流であってもパルスであってもよい。
このように、本実施形態のクリーニング方法では、クリーニング動作中に対向電極配線が吸蔵した水素を、インク排出後に対向電極配線用ヒータを駆動することにより追いだすことができる。液室内にインクがないため、より効果的な駆動条件を設定することができる。
ドットカウントの加算値を判定するステップS5までは、第一の実施形態と同じであり、ここで肯定判定(Yes)であれば、吸引回復を開始する(ステップS31)。その後、対向電極配線用ヒータ駆動を開始し(ステップS32)、クリーニング動作を開始する(ステップS33)。所定の時間経過後、クリーニング動作を停止し(ステップS34)、対向電極配線用ヒータ駆動を停止(ステップS35)、吸引回復動作を停止する(ステップS36)。以降の工程は、第一の実施形態と同様である。
<液体吐出ヘッドの製造>
本実施例の液体吐出ヘッドとして、特許文献1に開示の方法と同様にして図2(又は図3)となるように、Siで形成された基板101上にSiO2蓄熱層、TaSiN発熱抵抗体層103、Al配線層104、SiN保護層105を順次形成した。なお、第一及び第二の電気熱変換部151,152はAl配線層104の一部をエッチング除去して形成した。その後、保護層105上に、密着配線層116、136としてタンタルを100nm形成した後、イリジウム膜を50nm成膜した。イリジウム膜をパターニングし、上部電極131、対向電極132をそれぞれ形成した。その後は、特許文献1と同様に、インク供給路107の形成、流路形成部材120の形成、その他必要な端子部の形成等を経て液体吐出ヘッドを完成した。なお、本実施例では、図6に示したようなインクタンク一体型のヘッドユニットではなく、インクタンク分離型とした。
第一の実施形態について、図8のクリーニング動作手順に従って、上記の液体吐出ヘッドを用いたコゲ除去実験を実施した。
インクは染料マゼンダインクを用いた。実験方法は、まず、新規のインクタンクを液体吐出ヘッドにセットし、熱作用部108上にコゲが堆積するように所定条件で第一の電気熱変換部151を駆動してコゲ付けをした。表面状態を観察すると、熱作用部108には、ほぼ均一にコゲKと呼ばれる不純物が堆積していた。この状態の液体吐出ヘッドを用いた記録を行うと、コゲKの堆積により記録品位が低下していることが確認された。対向電極用ヒータ(第二の電気熱変換部152)の駆動条件を、インクが発泡するエネルギー閾値をk値1.0とした場合、k値0.8となるように設定し、パルス電圧を印加し、クリーニングを行った。クリーニング終了後、パルス電圧を停止し、吸引回復後、印字品位を確認した。
それぞれのサイクルにおいてシーケンス終了後の熱作用部108の表面状態を観察すると、それまで堆積していたコゲKが除去されていることが確認され、対向電極配線割れも発生していなかった。インクタンク交換後に記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同等に回復していた。
実施例1における、対向電極ヒータ駆動条件を、k値1.2となるように設定した以外は、実施例1と同じ実験を行った。5サイクルのシーケンス終了後、表面状態を観察すると、コゲKが除去できていること、対向電極配線割れも起きてないことを確認した。
対向電極配線用ヒータの駆動を行わなかった以外は、実施例1と同じ条件で、コゲ除去実験を行った。5サイクルのシーケンス終了後、コゲKの除去残りと、対向電極配線割れが観察された。
本発明の第二の実施形態ついて、図9のクリーニング動作手順に従って、実施例1で作製した液体吐出ヘッドを用いたコゲ除去実験を実施した。
インクは染料マゼンダインクを用いた。実験方法は、まず、新規のインクタンクを液体吐出ヘッドにセットし、熱作用部108上にコゲが堆積するように所定条件で電気熱変換部151を駆動してコゲ付けをした。表面状態を観察すると、熱作用部108には、ほぼ均一にコゲKと呼ばれる不純物が堆積していた。この状態の液体吐出ヘッドを用いた記録を行うと、コゲKの堆積により記録品位が低下していることが確認された。その後、10V40秒のクリーニングを行った。吐出口からの吸引により、液室内のインクを排出した(S24)。その後、対向電極用ヒータに、温度が200℃となるように直流電圧を印加した。
それぞれのサイクルにおいてシーケンス終了後の熱作用部108の表面状態を観察すると、それまで堆積していたコゲKが除去されていることが確認され、対向電極配線割れも発生していなかった。インクタンク交換後に記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同等に回復していた。
本発明の第三の実施形態ついて、図10のクリーニング動作手順に従って、実施例1で作製した液体吐出ヘッドを用いたコゲ除去実験を実施した。
インクは染料マゼンダインクを用いた。実験方法は、まず、新規のインクタンクを液体吐出ヘッドにセットし、熱作用部108上にコゲが堆積するように所定条件で電気熱変換部151を駆動してコゲ付けをした。表面状態を観察すると、熱作用部108には、ほぼ均一にコゲKと呼ばれる不純物が堆積していた。この状態の液体吐出ヘッドを用いた記録を行うと、コゲKの堆積により記録品位が低下していることが確認された。その後、インクタンクのセット、吸引回復、対向用ヒータ駆動、クリーニング動作を行った。
対向電極用ヒータ駆動条件は、k値1.3のパルス電圧とした。クリーニング終了後、パルス電圧を停止し、吸引回復停止後、印字品位を確認した。
それぞれのサイクルにおいてシーケンス終了後の熱作用部108の表面状態を観察すると、それまで堆積していたコゲKが除去されていることが確認され、対向電極配線割れも発生していなかった。インクタンク交換後に記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同等に回復していた。
100 液体吐出ヘッド用基板
101 Si基板
102 蓄熱層
103 発熱抵抗体層
104 配線層
105 保護層
107 液体供給路
108 熱作用部
116 密着配線層
117 液室
120 流路形成部材
121 液体吐出口
130 クリーニング手段
131 上部電極
132 対向電極
133 電源
134 スイッチ
135 配線経路
136 密着配線層(対向電極配線)
140 加熱手段
143 電源
144 スイッチ
145 配線経路
151 第一の電気熱変換部
152 第二の電気熱変換部
Claims (15)
- 液体吐出口と、
前記液体吐出口に連通する液室と、
前記液室に配置された第一の電気熱変換部と、
前記第一の電気熱変換部と前記液室内の液体との接触を遮断する絶縁性の保護層と、
前記保護層の前記第一の電気熱変換部によって加熱される発熱部を少なくとも覆い、前記液体との電気化学反応によって溶出する金属を含む材料で構成された第一の電極と、
前記液体を介して前記第一の電極と電気的に接続可能に設けられ、前記第一の電極と前記液体との前記電気化学反応を生起するための第二の電極と、
前記第二の電極に接続された電極配線と、
を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記第二の電極周辺の前記液室内に位置する前記電極配線を加熱する手段を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記電極配線を加熱する手段は、前記保護層を介して前記第二の電極の下方に配置された第二の電気熱変換部と、前記第二の電気熱変換部を駆動する回路と、を有する請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電極配線は、TaまたはNbを含む材料で形成されている請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体吐出口と、前記液体吐出口に連通する液室と、前記液室に配置された第一の電気熱変換部と、前記第一の電気熱変換部と前記液室内の液体との接触を遮断する絶縁性の保護層と、前記保護層の前記第一の電気熱変換部によって加熱される発熱部を少なくとも覆い、前記液体との電気化学反応によって溶出する金属を含む材料で構成された第一の電極と、前記液体を介して前記第一の電極と電気的に接続可能に設けられ、前記第一の電極と前記液体との前記電気化学反応を生起するための第二の電極と、前記第二の電極に接続された電極配線と、を備えた液体吐出ヘッドにおける、前記第一の電極の上に堆積するコゲを前記第一の電極の電気化学反応による溶出と共に除去するクリーニング動作を含む液体吐出ヘッドのクリーニング方法であって、
前記クリーニング動作中、または前記クリーニング動作後に前記第二の電極周辺の前記液室内に位置する前記電極配線を加熱する工程を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドのクリーニング方法。 - 前記電極配線を加熱する工程は、前記液体吐出ヘッド内の前記保護層を介して前記第二の電極の下方に配置された第二の電気熱変換部を、前記第二の電気熱変換部に接続された回路により駆動する工程を含む請求項4に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
- 前記第二の電気熱変換部に接続された回路は、前記第二の電気熱変換部に、パルス電圧を印加するものである請求項5に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
- 前記第二の電気熱変換部に接続された回路は、前記液室内の液体が発泡する値未満の電力を与えるものである請求項5または6に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
- 前記第二の電気熱変換部に接続された回路は、前記液室内の液体が発泡する値以上の電力を与えるものである請求項5または6に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
- 前記電極配線を加熱する工程は、前記液室内の液体を排出した状態で行う請求項4または5に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
- 前記電極配線を加熱する工程は、前記液室内の液体を置換しながら行う請求項4乃至8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
- 前記電極配線は、TaまたはNbを含む材料で形成されている請求項4乃至10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
- 液体吐出口と、前記液体吐出口に連通する液室と、前記液室内に配置された第一の電気熱変換部と、前記第一の電気熱変換部と前記液室内の液体との接触を遮断する絶縁性の保護層と、前記保護層の前記第一の電気熱変換部によって加熱される発熱部を少なくとも覆い、前記液体との電気化学反応によって溶出する金属を含む材料で構成された第一の電極と、前記液体を介して前記第一の電極と電気的に接続可能に設けられ、前記第一の電極と前記液体との前記電気化学反応を生起するための第二の電極と、前記第二の電極に接続された電極配線と、を備えた液体吐出ヘッドを用いて記録を行う記録装置であって、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより、前記第一の電極の上に堆積するコゲを、前記第一の電極の溶出と共に除去する処理を行うクリーニング手段と、
前記第二の電極周辺の前記液室内に位置する前記電極配線を加熱する手段と、
を有することを特徴とする記録装置。 - 前記電極配線を加熱する手段は、前記液体吐出ヘッド内の前記保護層を介して前記第二の電極の下方に配置された第二の電気熱変換部と、前記第二の電気熱変換部を駆動する回路と、を有することを特徴とする請求項12に記載の記録装置。
- 前記第二の電気熱変換部を駆動する回路の一部が前記液体吐出ヘッドの内部に設けられており、前記回路の残部が前記液体吐出ヘッドの外部に設けられている請求項13に記載の記録装置。
- 前記液室内の液体を、前記吐出口から吸引する手段を有する請求項12乃至14のいずれか1項に記載の記録装置。
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