JP7346119B2 - 液体吐出ヘッドのクリーニング方法及び液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッドのクリーニング方法及び液体吐出装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドのクリーニング方法及び液体を吐出する液体吐出装置に関する。
現在、液室の内部の液体を発熱抵抗体に通電させることで加熱し、これによって生じる液体の膜沸騰によって液室内で発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出装置が多く採用されている。このような液体吐出装置を使用すると、液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。また、液体の吐出が行われる際には、発熱抵抗体は高温となっているので、液体の成分が熱分解して発熱抵抗体の表面に付着して固着・堆積するといった化学的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体を覆う保護層が設けられる。
ここで、発熱抵抗体上の保護層のうちの液体と接する熱作用部では、液体に含まれる色材及び添加物などが、高温加熱されることにより分子レベルで分解され、難溶解性の物質に変化し、物理吸着される現象が起こる。この現象は「コゲ」と称されている。このように熱作用部にコゲが発生すると、熱作用部から液体への熱伝導が不均一になり、発泡が不安定となる恐れがある。
上記のような問題点を解消するべく、特許文献１にはインク（液体）との電気化学反応によって、発熱抵抗体を覆う保護層をインクに溶出させてコゲを除去する、液体吐出ヘッドのクリーニング処理が開示されている。また、特許文献１には、クリーニング処理の際に、保護層を一方の電極とすると共に、保護層に対しインクを介して導通可能な部分を他方の電極とし、両電極の極性を反転させて電圧を印加することが開示されている。これにより、コゲが除去されて安定した発泡が可能となるため、液体吐出ヘッドの耐久性を高めることができる。
特開２０１２－１０１５５７号公報
しかし、特許文献１に開示されたような液体吐出ヘッドのクリーニング処理を行うと、発熱抵抗体を覆う保護層によって構成される第１電極と、液体を介して第１電極との間に電圧を印加可能な第２電極との、液体への溶出量が異なる場合がある。特に、クリーニング処理における両電極の溶出量の差が大きく、液体吐出ヘッドのクリーニング処理を定期的に行うと、どちらか一方の電極が先に無くなり、それ以降のクリーニング処理ができなくなる恐れが生じる。このように、両電極の溶出量の差が液体吐出ヘッドの耐久性の向上を阻む要因となり得る。
そこで、本発明は、クリーニング処理における第１電極と第２電極との溶出量の差を小さくし、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することを目的とする。
本発明の液体吐出ヘッドのクリーニング方法は、流路の中の液体を吐出するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を覆い、前記流路に露出する第１面を備える第１電極と、前記流路に露出する第２面を備える第２電極と、を有する液体吐出ヘッドに対してクリーニングを行う液体吐出ヘッドのクリーニング方法において、前記第１電極と前記第２電極との間に液体を介して電圧を印加し、前記第１電極を溶出する第１溶出工程と、前記第１電極と前記第２電極との間に液体を介して電圧を印加し、前記第２電極を溶出する第２溶出工程と、を有し、前記第１溶出工程において使用する第１電力量と前記第２溶出工程において使用する第２電力量との比が、前記第１面の面積と前記第２面の面積との比に応じた比となるように、前記第１溶出工程と前記第２溶出工程とを行い、前記第１電力量をＷ １ 、前記第２電力量をＷ ２ 、前記第１面の総面積をＳ １ 、前記第２面の総面積をＳ ２ とすると、
Figure 0007346119000001
 を満たすことを特徴とする。
本発明によると、クリーニング処理における第１電極と第２電極との溶出量の差を小さくできるので、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することが可能となる。
液体吐出装置の概略構成図である。 液体吐出ヘッドの斜視図である。 記録素子基板の平面図である。 記録素子基板及び蓋部材の断面を示す斜視図である。 記録素子基板を部分的に示す図である。 コゲ除去クリーニング処理を説明するための回路図である。 コゲ除去クリーニング処理の際の電界模式図である。 コゲ除去クリーニング処理の際の印加電圧波形の一例である。 記録素子基板を部分的に示す図である。 コゲ除去クリーニング処理の際の電界模式図である。 コゲ除去クリーニング処理の際の印加電圧波形の一例である。 記録素子基板を部分的に示す図である。 コゲ除去クリーニング処理の際の電界模式図である。 コゲ除去クリーニング処理の際の印加電圧波形の一例である。 記録素子基板を部分的に示す図である。 コゲ除去クリーニング処理の際の電界模式図である。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態の例を説明する。
本実施形態は、インク等の液体をタンクと液体吐出装置との間で循環させる形態の液体吐出装置（記録装置）であるが、その他の形態であっても良い。例えばインクを循環せずに、液体吐出装置上流側と下流側に２つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことで、圧力室内のインクを流動させる形態であっても良い。また、後述する回収口を設けていない形態であってもよい。
また、本実施形態は被記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂ライン型ヘッドであるが、被記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出装置にも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出装置としては、例えばブラックインク用、及びカラーインク用記録素子基板を各１つずつ搭載する構成があげられる。なお、これに限らず、数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短い、短尺のラインヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであっても良い。
＜第１の実施形態＞
（液体吐出装置）
本発明を適用可能な液体を吐出する装置、特にはインクを吐出して記録を行う液体吐出装置１０００（以下、記録装置とも称す）の概略構成を図１に示す。液体吐出装置１０００は、被記録媒体２を搬送する搬送部１と、被記録媒体の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド３と、を備え、複数の被記録媒体２を連続もしくは間欠に搬送しながら１パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体２はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。液体吐出装置１０００はＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）インクの各色に対応する液体吐出ヘッド３が搭載されており、フルカラー印刷が可能である。また、液体吐出ヘッド３には、液体を液体吐出ヘッド３へ供給する供給路である液体供給手段、メインタンク及びバッファタンクが流体的に接続される。さらに、液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。
（液体吐出ヘッド）
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッド３の斜視図である。液体吐出ヘッド３は１つの記録素子基板１０でＣ／Ｍ／Ｙ／Ｋのいずれか１色のインクを吐出可能な記録素子基板１０を直線上に１５個配列（インラインに配置）されるライン型の液体吐出ヘッドである。液体吐出ヘッド３は、各記録素子基板１０と、フレキシブル配線基板４０及び電気配線基板９０を介して電気的に接続された信号入力端子９１と電力供給端子９２を備える。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板１０に供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子９１及び電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時又は液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。また、液体吐出ヘッド３の両端部には液体接続部１１１が設けられており、記録装置１０００本体における液体供給系と接続される。これにより、インクが記録装置１０００本体の供給系から液体吐出ヘッド３に供給され、液体吐出ヘッド３内を通ったインクが記録装置１０００本体の供給系へ回収される。このように、インクは記録装置１０００の経路と液体吐出ヘッド３の経路を介して循環可能である。
（記録素子基板）
本実施形態における記録素子基板１０の構成について説明する。図３は記録素子基板１０の吐出口１３が形成される側の面の平面図を示し、図４は記録素子基板１０の一部を示す斜視図である。
記録素子基板１０はＳｉにより形成される基板１１と感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２とが積層されており、基板１１の裏面にはカバープレート２０（蓋部材）が接合されている。基板１１の一方の面側には記録素子１５と、供給口１７ａ、回収口１７ｂとが形成されている。また、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路１８及び液体回収路１９を構成する溝が形成されている。液体供給路１８及び液体回収路１９は、それぞれ供給口１７ａ、回収口１７ｂを介して吐出口１３と連通している。カバープレート２０には、液体供給路１８及び液体回収路１９に連通する開口２１が複数設けられている。
各吐出口１３に対応した位置には液体を熱エネルギーにより発泡させるための発熱抵抗体である記録素子１５が配置されている。また、隔壁２２（図５（ａ））によって記録素子１５を内部に備える圧力室２３（流路）が区画されている。記録素子１５は記録素子基板１０に設けられる電気配線（不図示）によって端子１６と電気接続されており、記録装置１０００の制御回路から、電気配線基板９０及びフレキシブル配線基板４０を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口１３から吐出する。
次に、記録素子基板１０内での液体の流れについて説明する。基板１１とカバープレート２０によって形成される液体供給路１８及び液体回収路１９はそれぞれ、記録素子基板１０を支持する支持部材内に形成された共通供給流路と共通回収流路に接続されており、液体供給路１８と液体回収路１９との間には差圧が生じている。液体吐出ヘッド３の吐出口１３から液体を吐出している際に、吐出動作を行っていない吐出口１３では、この差圧によって、液体供給路１８内の液体は、供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる。図４ではこの流れを矢印Ｃで示している。この流れによって、記録を休止している吐出口１３や圧力室２３において、吐出口１３からの蒸発によって生じる増粘インクや、泡・異物などを液体回収路１９へ回収することができる。また吐出口１３や圧力室２３のインクの増粘を抑制することが出来る。液体回収路１９へ回収された液体は、カバープレート２０の開口２１を通って支持部材内の共通回収流路に回収され、最終的には記録装置１０００の供給経路へと回収される。
図５（ａ）は、記録素子基板１０を拡大して模式的に示した部分平面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＶ－Ｖ線に沿った模式的な断面図である。なお、図５（ａ）では基板１１に形成された後述する第１電極１４や第２電極１２９の位置を示すため、吐出口形成部材１２を一部省略している。
図５（ｂ）を参照して、記録素子基板１０の積層構成について説明する。記録素子基板１０は、シリコンによって形成された基体上に、複数の層が積層されて形成されている。本実施形態では、シリコン基体上に、熱酸化膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成される蓄熱層が配置される。また、蓄熱層の上側には、発熱抵抗体１２６が配置され、発熱抵抗体１２６には、Ａｌ、Ａｌ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｃｕ等の金属材料から形成される配線としての電極配線層（不図示）がタングステンプラグ１２８を介して接続されている。発熱抵抗体１２６上には、絶縁保護層１２７が配置されている。絶縁保護層１２７は、発熱抵抗体１２６を覆うように、これらの上側（流路側）に設けられている。絶縁保護層１２７は、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成される。
絶縁保護層１２７上には保護層が配置されている。本実施形態では、保護層は、下部保護層１２５と上部保護層１２４と密着保護層１２３が積層されて構成されている。下部保護層１２５はタンタル（Ｔａ）、上部保護層１２４はイリジウム（Ｉｒ）、密着保護層１２３はタンタル（Ｔａ）によって形成されている。また、これらの材料によって形成された保護層は、導電性を有している。発熱抵抗体１２６上では密着保護層１２３が除去されて上部保護層１２４が露出している。したがって、下部保護層１２５と上部保護層１２４とが発熱抵抗体１２６の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗体１２６の表面を保護する役割を果たす。上部保護層１２４の表面は流路２３内の液体と接触するように配置されており、上部保護層１２４の表面で液体の温度が瞬間的に上昇して発泡し、そこで消泡してキャビテーションが生じる。そこで、本実施形態では、耐食性が高く、信頼性の高いイリジウムによって上部保護層１２４を形成している。
密着保護層１２３上には耐液体及び吐出口形成部材１２との密着性向上のための保護層１２２が構成されている。本実施形態では、保護層１２２はＳｉＣやＳｉＣＮによって形成されている。
（コゲ除去クリーニング処理）
本実施形態は、発熱抵抗体１２６の上側に設けられ、上部保護層１２４のうちの流路２３に露出する部分である第１電極１４と、液体を介して第１電極１４との間に電圧を印加可能な第２電極１２９と、が設けられている。液体吐出を行うことで上部保護層１２４の表面にコゲが堆積する。このコゲを除去するために、第１電極１４がアノード電極、第２電極１２９がカソード電極となるように液体を介して両電圧間に電圧を印加し、電解質を含む溶液であるインク（液体）との電気化学反応を生じさせる。これにより、発熱抵抗体１２６上のコゲが堆積した上部保護層１２４の表面部分が液体に溶出され、上部保護層１２４の表面に堆積したコゲを除去することができる。このコゲ除去のクリーニング処理を定期的に行うことで、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することができる。
なお、このようなクリーニング処理を行うためにも、第１電極１４を構成する上部保護層１２４は、電気化学反応により溶出する金属を主体とし、かつ加熱により溶出を阻害するほどの酸化膜を形成しない材料で形成されることが好ましい。そのような材料として白金族材料を用いることが好ましい。また、製造負荷を抑えるために、第２電極１２９も上部保護層１２４と同じ層（材料）として形成されることが好ましい。
第１電極１４や第２電極１２９は、密着保護層１２３や電極配線層を介して端子１６に電気接続されており、端子１６を介して両電極間に電圧を印加可能な構成となっている。
ここで、上述したように上部保護層１２４のコゲを除去する際に、第１電極１４はアノード電極となるため、液体中に含まれる負極に帯電した顔料粒子などの粒子が第１電極１４の表面に吸着される。粒子が第１電極１４の表面に吸着した状態であると吐出が不安定になる恐れがある。また、粒子が第１電極１４の表面に吸着して表面を覆うと、電気化学反応を利用したコゲの除去が阻害され、十分なコゲの除去が行われなくなる恐れがある。そのため、第１電極１４の表面への粒子の吸着の抑制や表面からの粒子の除去が求められる。
そこで、コゲを除去するための電圧印加とは極性とは反転させた電圧極性を両電極に印加する。すなわち、第１電極１４がカソード電極、第２電極がアノード電極となるように液体を介して両電圧間に電圧を印加する。これにより、カソード電極である第１電極１４では、負極に帯電した顔料粒子が反発されて液体中へ拡散される。これにより、第１電極１４の表面への粒子の吸着の抑制や表面からの粒子の除去を行うことができる。なお、負極に帯電した粒子を第１電極１４から十分に反発させるために、第２電極１２９が溶出されるような電圧を印加することが好ましい。
また、上記のように電圧を印加すると、アノード電極とされた第２電極１２９では、負極に帯電した粒子がその表面に吸着される。再び第１電極１４と第２電極１２９とで電圧極性を反転させて電圧を印加すると、第１電極１４の表面が溶出されるとともにコゲが除去される。そして、第２電極１２９の表面に吸着された粒子が除去され、再び第１電極１４の表面に粒子が吸着される。
第１電極１４の表面に堆積したコゲを十分に除去するためには、一度のクリーニング処理において、第１電極１４と第２電極１２９との間に印加する電圧の極性を反転させる操作を繰り返し行うことが好ましい。
本明細書では、液体を介して第１電極１４と第２電極１２９との間に電圧を印加し、第１電極１４を液体に溶出させる工程を「第１溶出工程」とも称する。また、液体を介して第１電極１４と第２電極１２９との間に電圧を印加し、第２電極１２９を液体に溶出させる工程を「第２溶出工程」とも称する。第１電極１４の表面に堆積したコゲを除去するためには、一度のクリーニング処理において少なくとも第１溶出工程と第２溶出工程とを一度ずつ行えばよい。なお、コゲを十分に除去するためには、本実施形態のように一度のクリーニング処理において第１溶出工程と第２溶出工程とを交互に繰り返し行うことが好ましい。また、第１溶出工程と第２溶出工程との間でインターバルを設けてもよいが、クリーニング処理に要する時間を短縮するために第１溶出工程と第２溶出工程とを時間差なく交互に行うことが好ましい。
（回路構成）
図６に、本実施形態の液体吐出ヘッドの回路図の一例を示す。複数の発熱抵抗体１２６は例えば２０～３５Ｖの駆動電圧である電源３０１に接続されている。複数の発熱抵抗体１２６のそれぞれはスイッチングトランジスタ１１４に接続されており、選択回路によってスイッチングトランジスタ１１４のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、対応する発熱抵抗体１２６の駆動が制御される。このような構成により、所定のタイミングで発熱抵抗体１２６に電源３０１からの電力を供給することができ、所定のタイミングで吐出口から液滴を吐出することができる。
上述の発熱抵抗体１２６と第１電極１４（上部保護層１２４）との間には、絶縁層として機能する絶縁保護層１２７（図５（ｂ））が配置されているので、発熱抵抗体１２６と第１電極１４とは、電気的に接続されてはない。発熱抵抗体１２６の一列分に対応する複数の第１電極１４は共通配線１０３を介して電気接続されている。
図６（ａ）、（ｂ）は上述したコゲ除去のためのクリーニング処理を行う際の回路の接続状態を示している。図６（ａ）では、第２電極１２９を０Ｖ（ＧＮＤと同電位）にし、第１電極１４の側を電源３０３（電圧印加手段）に電気接続して第１電極１４に例えば＋３．５～＋１０Ｖの正電位を印加する。これにより、第１電極１４の表面が液体に溶出され、コゲが除去される（第１溶出工程）。その後、図６（ｂ）に示すような接続状態に切り替え、第２電極１２９に＋３．５～＋１０Ｖの正電位を印加し、第１電極１４は０Ｖ（ＧＮＤと同電位）にする。これにより、第１電極１４の表面から液体に含まれる負極に帯電した粒子が除去され、第２電極１２９の表面が液体に溶出される（第２溶出工程）。例えば１度のクリーニング処理では、第１溶出工程と第２溶出工程とを交互に繰り返して複数回行う（例えば１５回ずつ行う）。
（コゲ除去クリーニング処理の条件）
図７は、第１溶出工程及び第２溶出工程の際に電極１４と第２電極１２９との間に生成される電界１３０（電気力線）の模式図を示し、図７（ａ）はその平面模式図であり、図７（ｂ）はその断面模式図である。本実施形態では、クリーニング処理を行う際に機能する第１電極１４の面積よりも第２電極１２９の面積が小さくなっている。すなわち、第１電極１４のうちの流路２３に露出する第１面の面積よりも第２電極１２９のうちの流路２３に露出する第２面の面積が小さくなっている。より正確には、１つの第２電極１２９は、互いに隣接する２つの第１電極１４からの流路２３を通る最短距離に位置している。言い換えると、２つの第１電極１４に対して１つの第２電極１２９が対応するように設けられている。そして、２つの第１電極１４の第１面の面積の合計よりも１つの第２電極１２９の第２面の面積の方が小さくなっている。
本実施形態のように第１電極１４の面積よりも第２電極１２９の面積が小さい場合、第１溶出工程と第２溶出工程を行う際の電圧印加条件（印加する電圧値及び電圧を印加する時間）を等しくすると、以下の課題が生じる。すなわち、第２溶出工程における第２電極１２９表面の電流密度が第１溶出工程における第１電極１４表面の電流密度よりも高くなり、単位面積当たりの溶出量は第１電極１４よりも第２電極１２９の方が大きくなる。したがって、第１溶出工程と第２溶出工程を行う際の電圧印加条件を等しくすると、第２電極１２９は第１電極１４よりも早く膜減りしてしまう。どちらか片方の電極が溶出してなくなると、それ以降のコゲ除去クリーニングができなくなる。
そこで、本実施形態では、第１溶出工程において使用する第１電力量よりも第２溶出工程において使用する第２電力量を小さくして、第１電極１４と第２電極１２９の両電極の溶出量（溶出速度）の差を小さくすることが好ましい。また、第１電極１４と第２電極１２９とを均等に溶出させることがより好ましい。
なお、クリーニング処理にて電圧が印加される第１電極１４と第２電極１２９とが複数ある場合は、それぞれの電極の総面積を考慮する。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、複数の発熱抵抗体１２６の一列に対応する複数の第１電極１４が互いに電気的に接続されている。また、第１電極１４との間に電圧を印加するための複数の第２電極１２９も互いに電気的に接続されている。したがって、複数の第１電極１４の第１面の総面積と複数の第２電極１２９の総面積とを考慮して、第１溶出工程と第２溶出工程における電圧印加条件を設定する。なお、記録素子基板１０内に発熱抵抗体１２６の列が複数ある場合も同様に電圧印加条件を設定すればよい。すなわち、複数の発熱抵抗体１２６の列に対応する複数の第１電極１４が互いに電気接続され、複数の発熱抵抗体１２６の列に対応する複数の第２電極１２９が互いに電気接続されている。このような場合、これらの複数の第１電極１４の第１面の総面積と複数の第２電極１２９の総面積とを考慮して電圧印加条件を設定すればよい。
第１電極１４の第１面の総面積をＳ１［μｍ２］、第２電極１２９の第２面の総面積をＳ２［μｍ２］、第１溶出工程で使用する第１電力量（印加エネルギー）をＷ１〔Ｊ〕、第２溶出工程で使用する第２電力量をＷ２〔Ｊ〕とする。そして、
Ｗ１／Ｓ１≒Ｗ２／Ｓ２
の関係が成り立つようなエネルギー印加条件にし、コゲ除去クリーニングを行う。これにより、コゲ除去クリーニングによる電極の膜厚の減少量が第１電極１４と第２電極１２９とでほぼ均等になる。したがって、第１電極１４と第２電極１２９とを有効に使い切ることができるため、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することができる。
なお、コゲ除去クリーニングにおいて使用される電力量Ｗ〔Ｊ〕は、印加電圧［Ｖ］の２乗に比例し、印加時間Ｔ［ｓ］に比例する関係にある。したがって、これらの印加条件を変えて、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量との比が、第１電極１４の第１面の面積と第２電極１２９の第２面の面積との比に応じた比となるようにする。
以下、第１溶出工程及び第２溶出工程における電圧印加条件の具体例を説明する。図８は第１電極１４と第２電極１２９に印加する印加電圧の波形を示す。
本実施形態において、１つの第１電極１４の面積は、１４μｍ×１４μｍ＝１９６μｍ２である。発熱抵抗体１２６の一列分では第１電極１４の数は５１２個であるため、第１電極１４の総面積は、１９６μｍ２×５１２個＝１００３５２μｍ２となる。一方、１つの第２電極１２９の面積は、１４μｍ×１４μｍ＝１９６μｍ２である。発熱抵抗体１２６の一列分では、第２電極１２９の数は２５６個であるため、第２電極１２９の総面積は、１９６μｍ２×２５６個＝５０１７５μｍ２となる。すなわち、第１電極１４の総面積と第２電極１２９の総面積との比は２：１であるため、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量との比も２：１となるように電圧印加条件を設定する。
図８（ａ）に示す例では電圧を印加する時間を異ならせてコゲ除去クリーニングを行う。具体的には、第１溶出工程では第１電極１４に対して５．０Ｖ、１．０秒のパルスを印加し、第２溶出工程では第２電極１２９に対して５．０Ｖ、０．５０秒のパルスを印加する。第１溶出工程と第２溶出工程とは、第１電極１４と第２電極１２９に印加する電圧が重ならないように交互に電圧を印加し、それぞれの溶出工程を１５回ずつ行う。
図８（ｂ）に示す例では印加する電圧の値を異ならせてコゲ除去クリーニングを行う。具体的には、第１溶出工程では第１電極１４に対して５．０Ｖ、１．０秒のパルスを印加し、第２溶出工程では第２電極１２９に対して３．５Ｖ、１．０秒のパルスを印加する。第１溶出工程と第２溶出工程とは、第１電極１４と第２電極１２９に印加する電圧が重ならないように交互に電圧を印加し、それぞれの溶出工程を１５回ずつ行う。
このようにコゲ除去クリーニングを行うことで、第１電極１４と第２電極１２９とは均等に膜減りし、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することができる。
なお、電気化学反応によって、溶液中に溶出する金属材料は、一般に種々金属の電位－ｐｈ図から把握することが可能である。本実施形態においては、上部保護層１２４として、インクが有するｐｈ値においては溶出せず、電圧を印加してアノード電極となる時に溶出する性質を持つ材料を用いる。
また、液体と接する上部保護層１２４はイリジウムを用いて形成することが好ましい。これは、イリジウムを用いて上部保護層１２４を形成することで、発熱抵抗体１２６を覆う第１電極１４が吐出中に酸化することを抑え、カソード電極として安定を保つことが可能であるからである。なお、第２電極１２９に関しては、積層構造を必ずしもとる必要はないが、成膜、エッチングといった製造負荷を抑制するためには、発熱抵抗体１２６を覆う保護膜の積層構成と同じ積層構成であることが好ましい。
本実施形態の液体吐出装置を用いてコゲ除去クリーニング処理を行うと、顔料粒子の吸着なくコゲ除去のクリーニング処理を行うことができ、劣化した印字品位を回復することが可能となる。これにより、初期の印字品位を保ち、耐久性に優れた高品質な液体吐出ヘッド、及び液体記録装置を提供することが可能となる。
また、本実施形態では、液体吐出ヘッドの耐久性を向上するとともに、第１電極１４の総面積よりも第２電極１２９の総面積を小さくすることにより、記録素子基板１０の小型化も可能となる。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドのクリーニング方法について説明する。図９（ａ）は、本実施形態の記録素子基板１０を拡大して模式的に示した平面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＩＸ－ＩＸ線に沿った模式的な断面図である。なお、図９（ａ）では基板１１に形成された第１電極１４や第２電極１２９の位置を示すため、吐出口形成部材１２を一部省略している。なお、以降の説明においては、主として上述の実施形態と異なる部分を説明し、上述の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
図９は、第１電極１４の面積（総面積）がこれに対応する第２電極１２９の面積（総面積）よりも小さい場合を示している。図１０は第１溶出工程及び第２溶出工程の際に電極１４と第２電極１２９との間に生成される電界１３０の模式図を示し、図１０（ａ）はその平面模式図であり、図１０（ｂ）はその断面模式図である。
本実施形態において、第１溶出工程と第２溶出工程を行う際の電圧印加条件を等しくすると、第１電極１４の電流密度が第２電極１２９の電流密度よりも高くなる。したがって、電気化学反応による単位面積当たりの溶出量は第２電極１２９よりも第１電極１４の方が大きくなり、第１電極１４は第２電極１２９よりも早く膜減りしてしまう。どちらか片方の電極が溶出してなくなるとコゲ除去クリーニングができなくなる。
そこで、本実施形態では、第１溶出工程において使用する第１電力量よりも第２溶出工程において使用する第２電力量を大きくして、第１電極１４と第２電極１２９の両電極の溶出量の差を小さくすることが好ましい。また、第１電極１４と第２電極１２９とを均等に溶出させることがより好ましい。
以下、第１溶出工程及び第２溶出工程における電圧印加条件の具体例を説明する。図１１は第１電極１４と第２電極１２９に印加する印加電圧の波形を示す。
本実施形態において、第１電極１４の総面積は上述の実施形態と同じであり、１９６μｍ２×５１２個＝１００３５２μｍ２である。一方、１つの第２電極１２９の面積は、１４μｍ×４２．３μｍ＝５９３μｍ２である。発熱抵抗体１２６の一列分では、第２電極１２９の数は２５６個であるため、第２電極１２９の総面積は、５９３μｍ２×２５６個＝１５１７２１μｍ２となる。すなわち、第１電極１４の総面積と第２電極１２９の総面積との比は２：３であるため、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量との比も２：３となるように電圧印加条件を設定する。
図１１（ａ）に示す例では電圧を印加する時間を異ならせてコゲ除去クリーニングを行う。具体的には、第１溶出工程では第１電極１４に対して５．０Ｖ、１．０秒のパルスを印加し、第２溶出工程では第２電極１２９に対して５．０Ｖ、１．５秒のパルスを印加する。第１溶出工程と第２溶出工程とは、第１電極１４と第２電極１２９に印加する電圧が重ならないように交互に電圧を印加し、それぞれの溶出工程を１５回ずつ行う。
図１１（ｂ）に示す例では印加する電圧の値を異ならせてコゲ除去クリーニングを行う。具体的には、第１溶出工程では第１電極１４に対して５．０Ｖ、１．０秒のパルスを印加し、第２溶出工程では第２電極１２９に対して６．１Ｖ、１．０秒のパルスを印加する。第１溶出工程と第２溶出工程とは、第１電極１４と第２電極１２９に印加する電圧が重ならないように交互に電圧を印加し、それぞれの溶出工程を１５回ずつ行う。
このようにコゲ除去クリーニングを行うことで、第１電極１４と第２電極１２９とは均等に膜減りし、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することができる。
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドのクリーニング方法について説明する。図１２（ａ）は、本実施形態の記録素子基板１０を拡大して模式的に示した平面図である。また、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）におけるＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿った模式的な断面図である。なお、図１２（ａ）では基板１１に形成された第１電極１４や第２電極１２９の位置を示すため、吐出口形成部材１２を一部省略している。なお、以降の説明においては、主として上述の実施形態と異なる部分を説明し、上述の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
図１２は、第１電極１４の面積（総面積）とこれに対応する第２電極１２９の面積（総面積）とが略等しい場合を示している。図１３は第１溶出工程及び第２溶出工程の際に電極１４と第２電極１２９との間に生成される電界１３０の模式図を示し、図１３（ａ）はその平面模式図であり、図１３（ｂ）はその断面模式図である。
第１電極１４の総面積と第２電極１２９の総面積とが略同等である場合、第１溶出工程と第２溶出工程を行う際の電圧印加条件を略同等とすることで、第１電極１４表面の電流密度と第２電極１２９表面の電流密度が等しくなる。これにより、単位面積当たりの溶出量は両電極で等しくなり、第１電極１４と第２電極１２９とは同じ膜減り量となる。したがって、本実施形態においては、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量とを略同等とし、第１電極１４と第２電極１２９の両電極の溶出量の差を小さくすることが好ましい。また、第１電極１４と第２電極１２９とを均等に溶出させることがより好ましい。
以下、第１溶出工程及び第２溶出工程における電圧印加条件の具体例を説明する。図１４は第１電極１４と第２電極１２９に印加する印加電圧の波形を示す。
本実施形態において、第１電極１４の総面積は上述の実施形態と同じであり、１９６μｍ２×５１２個＝１００３５２μｍ２である。一方、１つの第２電極１２９の面積は、１４μｍ×２８μｍ＝３９２μｍ２である。発熱抵抗体１２６の一列分では、第２電極１２９の数は２５６個であるため、第２電極１２９の総面積は、３９２μｍ２×２５６個＝１００３５２μｍ２となる。すなわち、第１電極１４の総面積と第２電極１２９の総面積との比は１：１であるため、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量との比も１：１となるように電圧印加条件を設定する。
図１４に示す例では、具体的には、第１溶出工程では第１電極１４に対して５．０Ｖ、１．０秒のパルスを印加し、第２溶出工程では第２電極１２９に対して５．０Ｖ、１．０秒のパルスを印加する。第１溶出工程と第２溶出工程とは、第１電極１４と第２電極１２９に印加する電圧が重ならないように交互に電圧を印加し、それぞれの溶出工程を１５回ずつ行う。
このようにコゲ除去クリーニングを行うことで、第１電極１４と第２電極１２９とは均等に膜減りし、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することができる。
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る液体吐出ヘッドのクリーニング方法について説明する。図１５（ａ）は、本実施形態の記録素子基板１０を拡大して模式的に示した平面図である。また、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）におけるＸＶ－ＸＶ線に沿った模式的な断面図である。なお、図１５（ａ）では基板１１に形成された第１電極１４や第２電極１２９の位置を示すため、吐出口形成部材１２を一部省略している。なお、以降の説明においては、主として上述の実施形態と異なる部分を説明し、上述の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
発熱抵抗体１２６の面積が異なる場合、これを覆う第１電極１４の面積も異なる場合があり、本実施形態はこのような面積の異なる第１電極１４を備える構成である。図１５（ａ）では、同じ発熱抵抗体１２６の列内において面積が大きい第１電極１４ａと面積が小さい第１電極１４ｂとが混在している。なお、同じ発熱抵抗体１２６の列内の第１電極１４（１４ａ、１４ｂ）の総面積と、これに対応する第２電極１２９の総面積とは、同等となっている。図１６は第１溶出工程及び第２溶出工程の際に電極１４と第２電極１２９との間に生成される電界１３０の模式図を示す。図１６（ａ）はその平面模式図であり、図１６（ｂ）は面積の大きい第１電極１４ａを通る断面模式図であり、図１６（ｃ）は面積の小さい第１電極１４ｂを通る断面模式図である。
第１電極１４の総面積と第２電極１２９の総面積とが同等である場合、第１溶出工程と第２溶出工程を行う際の電圧印加条件を等しくすることで、第１電極１４表面の電流密度と第２電極１２９表面の電流密度が等しくなる。これにより、単位面積当たりの溶出量は両電極で等しくなり、第１電極１４と第２電極１２９とは同じ膜減り量となる。液体吐出ヘッドの耐久性を向上するためには、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量とを略同等とし、第１電極１４と第２電極１２９の両電極の溶出量の差を小さくすることが好ましい。また、第１電極１４と第２電極１２９とを均等に溶出させることがより好ましい。
以下、第１溶出工程及び第２溶出工程における電圧印加条件の具体例を説明する。本実施形態において、１つの第１電極１４ａの面積は２０μｍ×２０μｍ＝４００μｍ２、１つの第１電極１４ｂの面積は１４μｍ×１４μｍ＝１９６μｍ２である。発熱抵抗体１２６の一列分では大面積の第１電極１４ａ及び小面積の第１電極１４ｂの数はそれぞれ２５６個であるため、第１電極１４の総面積は、（４００μｍ２×２５６個）＋（１９６μｍ２×２５６個）＝１５２５７６μｍ２である。一方、１つの第２電極１２９の面積は、１４μｍ×１４μｍ＝５９３μｍ２である。発熱抵抗体１２６の一列分では、第２電極１２９の数は２５６個であるため、第２電極１２９の総面積は、５９３μｍ２×２５６個＝１５１７２１μｍ２となる。すなわち、第１電極１４の総面積と第２電極１２９の総面積との比は１：１であるため、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量との比も１：１となるように電圧印加条件を設定する。したがって、例えば図１４に示した印加電圧の波形でコゲ除去クリーニングを行えばよい。
このようにコゲ除去クリーニングを行うことで、第１電極１４と第２電極１２９とは均等に膜減りし、液体吐出ヘッドの耐久性を向上することができる。
なお、上述の実施形態の各具体例では、第１溶出工程において使用する第１電力量と第２溶出工程において使用する第２電力量との比が、第１電極１４の総面積と第２電極１２９の総面積との比と略同じとなるようにコゲ除去クリーニングを行っている。しかし、電力量の比と面積の比とが略同じとなるような条件でなくてもよく、第１電力量と第２電力量との比が、第１電極１４と第２電極１２９との面積比に応じた比となるようにクリーニング処理を行えばよい。なお、記録素子基板１０において第１電極１４や第２電極１２９の面積のばらつきやこれらの電極に接続される配線抵抗のばらつきが±５％程度生じ、電圧印加に用いる電源値のばらつきも±５％程度生じる可能性がある。このようなばらつきを考慮しつつ、両電極の溶出量差を小さくして液体吐出ヘッドの耐久性を向上するためには、上記の電力量と電極の面積とに関し、
Figure 0007346119000002
を満たすことが好ましい。
３ 液体吐出ヘッド
１４ 第１電極
２３ 流路
１２６ 発熱抵抗体
１２９ 第２電極

Claims (13)

  1. 流路の中の液体を吐出するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を覆い、前記流路に露出する第１面を備える第１電極と、前記流路に露出する第２面を備える第２電極と、を有する液体吐出ヘッドに対してクリーニングを行う液体吐出ヘッドのクリーニング方法において、
    前記第１電極と前記第２電極との間に液体を介して電圧を印加し、前記第１電極を溶出する第１溶出工程と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に液体を介して電圧を印加し、前記第２電極を溶出する第２溶出工程と、
    を有し、
    前記第１溶出工程において使用する第１電力量と前記第２溶出工程において使用する第２電力量との比が、前記第１面の面積と前記第２面の面積との比に応じた比となるように、前記第１溶出工程と前記第２溶出工程とを行い、
    前記第１電力量をＷ １ 、前記第２電力量をＷ ２ 、前記第１面の総面積をＳ １ 、前記第２面の総面積をＳ ２ とすると、
    Figure 0007346119000003
    を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  2. 前記液体吐出ヘッドは、互いに電気的に接続された複数の前記第１電極と、互いに電気的に接続された複数の前記第２電極とを有しており、
    前記第１電力量と前記第２電力量との比が、前記第１溶出工程において電圧が印加される前記複数の第１電極の前記第１面の総面積と、前記第２溶出工程において電圧が印加される前記複数の第２電極の前記第２面の総面積との比に応じた比となるように、前記第１溶出工程と前記第２溶出工程とを行う、請求項１に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  3. 前記液体吐出ヘッドは、前記第１面の前記総面積よりも前記第２面の前記総面積が小さく、
    前記第１電力量よりも前記第２電力量を小さくする、請求項２に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  4. 前記液体吐出ヘッドは、前記第１面の前記総面積よりも前記第２面の前記総面積が大きく、
    前記第１電力量よりも前記第２電力量を大きくする、請求項２に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  5. 前記第１溶出工程において印加する電圧の値と前記第２溶出工程において印加する電圧の値とを異ならせる、請求項３または請求項４に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  6. 前記第１溶出工程において電圧を印加する時間と前記第２溶出工程において電圧を印加する時間とを異ならせる、請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  7. 前記液体吐出ヘッドは、前記第１面の前記総面積と前記第２面の前記総面積とが略等しく、
    前記第１電力量と前記第２電力量とを略同等とする、請求項２に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  8. 前記第１溶出工程と前記第２溶出工程とを交互に複数回行う、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  9. 前記第１電極と前記第２電極とは、同じ白金族材料で形成されている、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドのクリーニング方法。
  10. 流路の中の液体を吐出するための発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を覆い、前記流路に露出する第１面を備える第１電極と、前記流路に露出する第２面を備える第２電極と、を有する液体吐出ヘッドと、
    前記第１電極を溶出する第１溶出工程と前記第２電極を溶出する第２溶出工程とを行うために、前記第１電極と前記第２電極との間に液体を介して電圧を印加可能な電圧印加手段と、
    を有する液体吐出装置において、
    前記電圧印加手段は、前記第１溶出工程において使用する第１電力量と前記第２溶出工程において使用する第２電力量との比が、前記第１面の面積と前記第２面の面積との比に応じた比となるように、電圧を印加し、
    前記第１電力量をＷ １ 、前記第２電力量をＷ ２ 、前記第１面の総面積をＳ １ 、前記第２面の総面積をＳ ２ とすると、
    Figure 0007346119000004
    を満たすことを特徴とする液体吐出装置。
  11. 前記液体吐出ヘッドは、互いに電気的に接続された複数の前記第１電極と、互いに電気的に接続された複数の前記第２電極と、を有しており、
    前記電圧印加手段は、前記第１電力量と前記第２電力量との比が、前記第１溶出工程において電圧が印加される前記複数の第１電極の前記第１面の総面積と、前記第２溶出工程において電圧が印加される前記複数の第２電極の前記第２面の総面積との比に応じた比となるように、電圧を印加する、請求項１０に記載の液体吐出装置。
  12. 前記第１溶出工程と前記第２溶出工程とを交互に複数回行う、請求項１０又は請求項１１に記載の液体吐出装置。
  13. 前記第１電極と前記第２電極とは、同じ白金族材料で形成されている、請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
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