KR100849746B1 - 잉크젯 헤드용 기판, 상기 기판을 갖는 잉크젯 헤드, 상기헤드의 클리닝 방법 및 상기 헤드를 이용하는 잉크젯 기록장치 - Google Patents
잉크젯 헤드용 기판, 상기 기판을 갖는 잉크젯 헤드, 상기헤드의 클리닝 방법 및 상기 헤드를 이용하는 잉크젯 기록장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 잉크를 토출하기 위해 이용되는 에너지로서 열에너지를 이용하는 잉크젯 헤드에 있어서, 잉크에 접촉하는 열작용부 상에 축적되는 눌러 붙음을 확실하면서 균일하게 제거할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 그로 인해, 본 발명은 열작용부(108)를 포함하는 영역에, 잉크와의 전기 화학 반응을 발생시키기 위한 전극이 되도록 전기적 접속이 가능하게 배치된 상부 보호층(107)을 배치한다. 이 상부 보호층을 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열에 의해 용출을 방해하는 산화막을 형성하지 않는 재료로 형성한다. 이에 의해, 확실한 전기 화학 반응을 발생시켜 상부 보호층의 표면층을 용출시킴으로써, 열작용부 상의 눌러 붙음을 균일하면서 확실하게 제거하는 것이 가능해진다.
열작용부, 상부 보호층, 발열부, 열산화막, 전극 배선층
Description
도1은 본 발명의 실시 형태에서 상부 보호층의 형성 재료로서 이용한 Ir의 전위-pH도.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드용 기판의 발열부 부근의 모식적 평면도.
도3은 도2에 있어서의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잉크젯 헤드용 기판을 수직으로 절단한 상태로 도시하는 모식적 단면도.
도4a 내지 도4f는 도2 및 도3에 도시한 잉크젯 헤드용 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도5a 내지 도5e는 각각 도4a 내지 도4e에 대응한 모식적인 평면도.
도6a 내지 도6d는 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드용 기판을 이용하여 잉크젯 헤드를 제조하는 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도7은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 제조 공정을 경과하여 작성된 잉크젯 헤드의 모식적인 사시도.
도8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드용 기판의 발열부 부근의 모식적인 평면도.
도9는 도8에 있어서의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 잉크젯 헤드용 기판을 수직으로 절단한 상태로 도시하는 모식적 단면도.
도10a 내지 도10d는 도8 및 도9에 도시한 잉크젯 헤드용 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도11a 내지 도11c는 각각 도10a 내지 도10c에 대응한 모식적인 평면도.
도12a 및 도12b는 각각 제2 실시 형태의 잉크젯 헤드용 기판의 열작용부에 퇴적된 눌러 붙음의 상태 및 눌러 붙음이 제거된 상태를 도시하는 설명도.
도13은 도12b의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선을 따라 기판면에 수직으로 절단한 상태를 도시하는 모식적 단면도.
도14는 제1 또는 제2 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드를 구성 요소에 포함하는 잉크젯 헤드 유닛의 구성예를 도시하는 사시도.
도15는 도14의 잉크젯 헤드 유닛을 이용하여 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치의 대략 구성예를 도시하는 사시도.
도16은 도15의 기록 장치의 제어계의 구성예를 도시하는 블록도.
도17은 본 발명의 잉크젯 헤드를 이용하는 기록 장치가 실시 가능한 기록 처리 순서의 일례를 도시하는 흐름도.
도18은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드용 기판의 열작용부 부근의 모식적인 평면도.
도19는 도18에 있어서의 ⅩⅨ-ⅩⅨ선에 따라 잉크젯 헤드용 기판을 수직으로 절단한 상태로 도시하는 모식적 단면도.
도20a는 상부 보호층의 2개의 영역에 대한 전압의 인가 상태를 도시하는 도면이고, 열작용부를 포함하는 영역을 애노드측 전극으로서 전압을 인가하는 상태를 도시하는 도면.
도20b는 상부 보호층의 2개의 영역에 대한 전압의 인가 상태를 도시하는 도면이고, 상기 영역을 캐소드측 전극으로서 전압을 인가하는 상태를, 각각 도시하는 도면.
도21a는 전기 열변환 소자의 상부 보호층의 상태를 도시하는 설명도이며, 전기 열변환 소자의 구동 동작 직후의 상태를 도시하고 있는 도면.
도21b 내지 도21d는 전기 열변환 소자의 상부 보호층의 상태를 도시하는 설명도이며, 본 발명의 실시예에 있어서의 눌러 붙음 제거 처리에 의해 상부 보호층에 부착된 눌러 붙음이 제거되는 과정을 도시하는 도면.
도22는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치에 의해 실시되는 기록 처리 순서의 일례를 나타내는 흐름도.
도23a는 본 발명의 제4 실시 형태 관한 전기 열변환 소자의 상부 보호층의 상태를 도시하는 설명도이며, 전기 열변환 소자의 구동 동작 직후의 상태를 도시하는 도면.
도23b 및 도23c는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전기 열변환 소자의 상부 보호층의 상태를 도시하는 설명도이며, 본 발명의 실시예에 있어서의 눌러 붙음 제 거 처리에 의해 상부 보호층에 부착된 눌러 붙음이 제거되는 과정을 도시하는 도면.
도23d는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전기 열변환 소자의 상부 보호층의 상태를 도시하는 설명도이며, 기포가 상부 보호층 표면에 잔류되어 있는 상태를 도시하는 도면.
도24는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전기 화학 반응과 잉크 배출 동작의 타이밍을 도시하는 타이밍도.
도25는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 잉크젯 기록 장치에 의해 실시되는 기록 처리 순서의 일례를 도시하는 흐름도.
도26은 종래의 잉크젯 헤드의 열작용부 주변을 도시하는 모식적 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11, 12 : 라인
100, 600 : 잉크젯 헤드용 기판
101, 601 : 베이스
102, 602 : 열산화막
104, 105, 605 : 전극 배선층
104' : 발열부
107, 607 : 상부 보호층
108, 608 : 열작용부
109 : 밀착층
110 : 관통 구멍
111 : 외부 전극
115 : 회로부
117 : 전기 열변환 소자
120, 620 : 유로 형성 부재
121, 621 : 토출구
201, 202 : 고체층
203 : 피복 수지층
404 : 잉크 탱크
410 : 잉크젯 헤드 유닛
500 : 캐리지
501 : 무단 벨트
502 : 가이드 샤프트
503 : 풀리
504 : 구동 모터
506 : 리니어 인코더
507 : 리니어 스케일
508 : 검출계
509, 510, 511, 512 : 롤러 유닛
512 : 캡 부재
604 : 발열 저항체층
1700 : 인터페이스
1701 : MPU
1703 : DRAM
1706, 1706, 1708 : 헤드 드라이버
1709 : 반송 모터
1711 : 회복계 모터
1725 : 도트 카운터
1726 : 불휘발성 메모리
[문헌 1] 미국 특허 제4,723,129호
[문헌 2] 미국 특허 제4,740,796호
[문헌 3] 일본 특허 공개 평9-29985호
본 발명은 잉크젯 방식에 의해 잉크를 토출하여 기록 매체에 기록을 행하기 위한 잉크젯 헤드, 상기 헤드용 기판, 상기 헤드의 클리닝 방법, 클리닝 장치 및 상기 헤드를 이용하는 잉크젯 기록 장치에 관한 것이다.
미국 특허 제4,723,129호 명세서 혹은 미국 특허 제4,740,796호 명세서 등에 개시되어 있는 잉크젯 기록 방식은 열에너지를 이용하여 잉크를 발포시킴으로써 고속 및 고화질의 기록이 가능하고, 또한 컬러화, 컴팩트화에 적합하기 때문에, 최근 잉크젯 기록 방식의 주류가 되어 있다.
잉크젯 기록에 사용되는 헤드(잉크젯 헤드)의 일반적인 구성으로서는 복수의 토출구와, 토출구에 연통하는 액로와, 잉크를 토출하기 위해 이용되는 열에너지를 발생하는 전기 열변환 소자를 갖는 구성을 예로 들 수 있다. 전기 열변환 소자는 발열 저항체 및 이에 전력을 공급하기 위한 전극을 갖고 구성된다. 이 전기 열변환 소자가 전기적 절연성을 갖는 보호층에 의해 피복됨으로써, 각 전기 열변환 소자 사이에서의 절연성이 확보된다. 각 잉크 유로는 공통 액실과 연통하고 있다. 이 공통 액실에는 잉크 저장부로서의 잉크 탱크로부터 잉크가 공급된다. 그리고, 공통 액실에 공급된 잉크는, 여기부터 각 액로에 유도된 후, 토출구 근방에서 메니스커스를 형성하여 유지된다. 이 상태에서, 전기 열변환 소자를 선택적으로 구동하면, 구동된 전기 열변환 소자로부터 열에너지가 발생된다. 이 열에너지를 이용하여 전기 열변환 소자 상방의 잉크 접촉 부분(열작용부)에 의해 잉크가 급격하게 가열되어 발포한다. 이 발포에 수반하는 압력에 의해 잉크를 토출시킨다.
이러한 잉크젯 헤드(이하, 간단히 헤드라고도 함)의 열작용부는 발열 저항체의 가열에 의해 고온으로 노출되는 동시에, 잉크의 발포 및 수축에 수반하는 캐비테이션에 의한 충격 등의 물리적 작용이나 잉크에 의한 화학적 작용을 복합적으로 받는다. 따라서, 통상 열작용부에는 이러한 영향으로부터 전기 열변환 소자를 보호하기 위해 상부 보호층이 설치된다. 종래는, 이러한 캐비테이션에 의한 충격이 나 잉크에 의한 화학적 작용에 대해 비교적 강한 Ta막을 0.2 내지 0.5 ㎛의 두께로 형성한 보호층을 설치함으로써, 헤드의 장기 수명화 및 신뢰성의 양립을 도모하고 있었다.
도26은 종래의 잉크젯 헤드의 열작용부 주변을 도시하는 모식적 단면도이다. 도26에 있어서, 부호 601은 실리콘의 베이스이다. 부호 602는 열산화막, SiO막, SiN막 등으로 이루어지는 축열층이며, 604는 발열 저항체층, 605는 Al, Al-Si, Al-Cu 등의 금속 재료로 이루어지는 배선으로서의 전극 배선층이다. 전기 열변환 소자로서의 발열부(604')는 전극 배선층(605)의 일부를 제거하여 그 부분의 발열 저항체층(604)을 노출시킴으로써 형성된다. 전극 배선층(604)은 기판(601) 상에서 배치되고, 구동 소자 회로 또는 외부 전원 단자에 접속된다. 이에 의해, 전극 배선층(604)은 외부로부터의 전력 공급을 받을 수 있다.
부호 606은 발열부(604') 및 전극 배선층(604)의 상층으로서 설치된 보호층이다. 이 보호층(606)은 SiO막, SiN막 등으로 이루어지는 절연층으로서도 기능한다. 부호 607은 보호층(606) 상에 설치된 상부 보호층이다. 이 상부 보호층(607)은 상기 화학적 및 물리적 작용으로부터 전기 열변환 소자를 지키기 위한 층이다. 그리고, 상부 보호층(607) 속에서 발열부(604') 상에 위치하는 부분이 잉크에 접촉하여 열을 작용하는 열작용부가 된다. 이 상부 보호층(607)은, 오로지 전기 열변환 소자를 화학적 및 물리적 충격으로부터 지키기 위해 설치되어 있고, 외부 전극과 전기적으로 접속되어 있지 않다.
이상 구성의 잉크젯 헤드용 기판(600)에는 유로 형성 부재(620)가 설치되어 있다. 이 유로 형성 부재(620)는 열작용부에 대응하는 위치에 토출구(621)를 갖는 동시에, 기판(600)을 관통하여 마련한 잉크 공급 구멍으로부터 열작용부(608)를 경과하여 잉크 토출구(621)에 연통하는 유로를 형성하고 있다.
여기서, 잉크젯 헤드에 있어서의 열작용부(608)에서는 잉크에 포함되는 색재 및 첨가물 등이 고온 가열됨으로써 분자 레벨로 분해되고, 난용해성의 물질에 변화되어 상부 보호층(607) 상에 물리 흡착되는 현상이 일어난다. 이 현상은 「눌러 붙음」이라 칭하고 있다. 이와 같이, 상부 보호층(607) 상에 난용해성의 유기물이나 무기물이 흡착되면, 열작용부(608)로부터 잉크로의 열전도가 불균일해져 발포가 불안정하게 된다.
그래서, 종래는 내열성이 높은 염료를 함유하는 잉크를 이용하거나 충분한 정제를 행해 염료 중 불순물의 양을 줄인 잉크를 이용하거나 함으로써, 눌러 붙음이 발생하기 어렵도록 하고 있었다. 그러나, 그만큼 잉크의 제조 비용이 높아지거나 사용할 수 있는 염료의 종류가 한정되어 버리는 등의 문제점이 생기고 있었다.
상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해, 일본 특허 공개 평9-29985호에는 기록 잉크와는 다른 전해질을 포함하는 수용액(눌러 붙음 제거액)을 헤드에 만족시키고, 열작용부를 이루는 Ta의 표면층에 통전함으로써, 열작용부 상에 퇴적된 눌러 붙음을 제거하는 클리닝 방법이 개시되어 있다. 이 문헌에 있어서는, 상기 통전에 의해 Ta와 수용액 사이에서 전기 화학 반응이 생기고, Ta층 표면의 일부가 부식되어 수용액 속에 용해하고, 퇴적된 눌러 붙음이 Ta층과 함께 박리됨으로써 제거되는 것이 기재되어 있다.
여기서, 안정된 잉크의 발포가 이루어지기 위해서는 열작용부 상에 퇴적된 눌러 붙음이 균일하면서 확실하게 제거되는 것이 중요하다. 그러나, 본 발명자들이 상기 일본 특허 공개 평9-29985호 공보에 개시된 기술을 검증한 바, 퇴적된 눌러 붙음의 제거가 충분하게 행해지지 않는 경우가 있는 문제를 발견하였다. 그리고, 본 발명자들이 예의 검토한 바, 가열에 의해 상부 보호층으로서 이용하고 있는 Ta층의 표면에 산화막이 형성되어 버리고, 이 산화막에 의해 눌러 붙음을 제거할 때의 전기 화학 반응이 방해되어 버리는 것을 알 수 있었다. 즉, 눌러 붙음이 퇴적된 열작용부 표면에 있어서 전기 화학 반응이 방해되는 경우가 있기 때문에, 균일하면서 확실하게 눌러 붙음을 제거할 수 없다는 것이다.
또한, 일본 특허 공개 평9-29985호 공보에서는 전용의 눌러 붙음 제거액을 이용할 수 있고, 헤드에 눌러 붙음 제거액을 공급한 후에 클리닝을 실시할 필요가 있었다. 이로 인해, 리사이클 업자 등이 이를 행하거나 혹은 사용자의 측에서 행하게 된다. 그러나, 적어도 사용자가 실시하는 일련의 기록 처리의 과정으로 클리닝을 행할 수는 없었다.
[특허 문헌 1] 미국 특허 제4,723,129호
[특허 문헌 2] 미국 특허 제4,740,796호
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평9-29985호
본 발명은, 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로서, 열작용부 상에 눌러 붙음이 축적되어도, 이를 균일하면서 확실하게 제거하는 것을 가능할 수 있게 함으 로써 토출 특성을 안정시켜 신뢰성이 있는 고품위의 화상 기록을 행할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전용의 업자나 사용자에 의한 특별하면서 번잡한 클리닝 처리를 요하지 않고, 일련의 기록 처리의 과정으로 클리닝을 행할 수 있게 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 구비한다.
본 발명의 제1 형태는 전극 배선층의 갭과 발열 저항체층에 의해 형성된 발열부와, 상기 전극 배선층 및 상기 발열 저항체층 상에 배치된 보호층과, 상기 발열부의 상방의 상기 잉크에 접촉하는 열작용부를 적어도 포함하는 상기 보호층 상의 영역에, 상기 잉크와의 전기 화학 반응을 발생시키기 위한 전극이 되도록 전기적 접속이 가능하게 배치된 상부 보호층이며, 상기 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열에 의해 상기 용출을 방해하는 산화막을 형성하지 않는 재료로 형성된 상기 상부 보호층을 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드용 기판이다.
본 발명의 제2 형태는 상기 기판과, 상기 열작용부에 대응한 잉크의 토출구를 갖는 동시에, 상기 기판에 접합됨으로써 상기 토출구에 이르는 상기 잉크의 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드이다.
상기 상부 보호층은 상기 열작용부 상에 있어서, 상기 잉크의 유로를 형성하기 위한 유로 형성 부재가 접합되어야 할 부분을 피한 위치에 배치되어 있는 것으 로 할 수 있다.
본 발명의 제3 형태는, 본 발명의 상기 어느 하나의 형태에 관한 잉크젯 헤드의 상기 열작용부 상에 퇴적되는 눌러 붙음을 제거하기 위한 클리닝 방법이며, 상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로서 이용함으로써 상기 전기 화학 반응을 발생시켜, 상기 상부 보호층을 상기 잉크 속에 용출시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4 형태는, 본 발명의 상기 일 형태 또는 다른 형태에 관한 잉크젯 헤드를 이용하여 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치이며, 상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로서 이용함으로써 상기 전기 화학 반응을 발생시켜, 상기 상부 보호층을 상기 잉크 속에 용출시킴으로써, 상기 열작용부 상에 퇴적되는 눌러 붙음을 제거하는 처리를 행하는 클리닝 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 형태는 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와, 상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과, 상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고, 상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드에 대해, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 클리닝 방법이며, 상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로 하는 동시에, 상기 상부 보호층에 대해 상기 잉크를 거쳐서 도통 가능한 부분을 다른 쪽의 전극으로 하고, 양쪽 전극의 극성을 반전시켜서 전압을 인가하는 전압 인가 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 형태는, 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와, 상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과, 상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고, 상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드에 대해, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 클리닝 장치이며, 상기 상부 보호층에 대해 상기 잉크를 거쳐서 도통 가능한 전극과 상기 상부 보호층 사이에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 구비하고, 상기 전압 인가 수단은 상기 상부 보호층의 극성을 반전시켜 상기 전극 사이에 전압을 인가 가능하게 하는 전압 반전 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 형태는 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와, 상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과, 상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고, 상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드이며, 상기 상부 보호층에 대해 잉크를 거쳐서 도통 가능한 전극과, 상기 상부 보호층과 상기 전극 사이의 전압 인가 시에 상기 상부 보호층의 극성을 반전 가능하게 하는 반전 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 형태는 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와, 상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과, 상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고, 상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드를 이용하여 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치에 있어서, 상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로 하는 동시에, 상기 상부 보호층에 대해 상기 잉크를 거쳐서 도통 가능한 부분을 다른 쪽의 전극으로 하고, 양쪽 전극의 극성을 반전시켜 전압을 인가함으로써, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 처리를 행하는 클리닝 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 형태는 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와, 상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과, 상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고, 상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드에 대해, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 클리닝 방법이며, 상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로서 이용함으로써 상기 전기 화학 반응을 발생시켜, 상기 상부 보호층을 상기 잉크 속에 용출시키고, 상기 전기 화학 반응을 행하기 위한 상기 상 부 보호층에 대한 전압 인가가, 상기 잉크 유로 내의 잉크를 상기 잉크 토출구로부터 배출시키는 잉크 토출 동작에 관련하여 행해지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제4 형태에서는 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열에 의해 상기 용출을 방해하는 산화막을 형성하지 않는 재료로 상부 보호층을 형성하였다. 이에 의해, 확실한 전기 화학 반응을 발생시켜 상부 보호층의 표면층을 용출시킴으로써, 열작용부 상의 눌러 붙음을 균일하면서 확실하게 제거하는 것이 가능해진다. 또한, 이에 의해 잉크젯 헤드의 토출 특성을 안정시켜 신뢰성이 있는 고품위의 화상 기록을 행할 수 있게 된다.
또한, 고 pH값을 갖지 않는 액체에 대해서도 전기 화학 반응에 의해 용출하는 재료를 상부 보호층으로서 이용함으로써, 잉크젯 헤드 내에 잉크가 존재하는 상태라도 전기 화학 반응을 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 사용자측에서의 일련의 기록 처리 과정에 있어서, 잉크젯 헤드의 클리닝 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제5 내지 제8 형태에서는 상기 제1 내지 제4 형태와 마찬가지로 상부 보호층에 생긴 눌러 붙음을 전기 화학 반응에 의한 상부 보호층의 표면층을 용출시킴으로써 제거할 수 있다. 게다가, 상부 보호층과 전극 사이에 전압이 인가될 때, 상부 보호층의 전극을 반전시키는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 전기 화학 반응의 진행 과정에 있어서 상부 보호층에 잉크 성분이 부착된 경우라도, 그 잉크 성분을 잉크 속에 분산시키는 것이 가능해진다. 이로 인해, 전기 화학 반응을 보다 적정하게 발생시키는 것이 가능해지고, 보다 확실하게 눌러 붙음을 제거하 는 것이 가능해진다. 이에 의해, 잉크젯 헤드의 토출 특성의 안정화 및 신뢰성의 향상을 도모하는 것이 가능해져 고품위인 기록 화상을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제9 형태에서는 상기 제1 내지 제5 형태와 마찬가지로, 상부 보호층에 생긴 눌러 붙음을 전기 화학 반응에 의한 상부 보호층의 표면층을 용출시킴으로써 제거할 수 있다. 게다가, 상기 전기 화학 반응을 행하기 위한 상기 상부 보호층에 대한 전압 인가가, 상기 잉크를 배출하는 동작에 관련하여 행해지기 때문에, 상기 상부 보호층에 발생하는 기포를 잉크와 함께 배출하는 것이 가능해지고, 이로 인해 전기 화학 반응을 보다 적정하게 발생시키는 것이 가능해지고, 보다 확실하게 눌러 붙음을 제거하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 예시적인 실시예들의 다음의 설명으로부터 명백할 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
1. 재료의 선정 등
전기 화학 반응에 의해 열작용부의 표면층을 부식시켜 퇴적된 눌러 붙음을 균일하면서 확실하게 제거하기 위해서는, 상부 보호층에 균일하게 전위가 인가되는 것이 매우 바람직하다. 그러나, 본 발명자들은 상부 보호층으로서 이용되는 재료가 적절하게 선택되어 있지 않으면, 잉크를 발포시키기 위한 가열에 의해 고온에 노출됨으로써 상부 보호층의 표면에 산화막이 형성되고, 전압을 인가해도 원하는 전기 화학 반응이 방해되어 버리는 것을 발견하였다. 그래서, 본 발명자들은 이를 피하기 위해 잉크 속의 전기 화학 반응에 의해 용출하고, 또한 고온이라도 화학적 으로 안정되며 가열에 의해 견고한 산화막을 형성하지 않는 재료를, 상부 보호층으로서 선정해야만 하는 것의 지견을 얻을 수 있었다.
상부 보호층에는 물리적ㆍ화학적 충격으로부터의 보호라는 본래적인 기능 이외에, 전기 화학 반응에 의해 액체에 용해되는 성질을 갖는 것이 전제가 된다. 전기 화학 반응에 의한 금속 용출의 유무는, 일반적으로 여러 가지의 금속의 전위-pH도를 보면 파악하는 것이 가능하다. 그리고, 본 발명자들은 바람직한 용출 영역을 갖고, 또한 가열에 의해 견고한 산화막을 형성하지 않는 재료로서, Ir 또는 Ru의 단일 부재 혹은 Ir과 다른 금속과의 합금 혹은 Ru와 다른 금속과의 합금을 선정하는 것이 바람직한 것을 발견하였다. 특히, 상부 보호층으로서는 Ir 또는 Ru의 함유율이 많을수록 전기 화학 반응이 효율적으로 진행되므로, 각각의 금속 단일 부재의 경우가 가장 바람직하다. 그러나, Ir 합금 혹은 Ru 합금의 경우라도, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이, 적어도 Ir 또는 Ru를 포함하는 재료이면 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 것이다. 즉, 상부 보호층으로서 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하는 재료를 선정하기 위한 지견을 얻었다.
도1은 이들 중 Ir의 전위-pH도를 도시하고 있다. 도1로부터 명백한 바와 같이, Ir은 이를 애노드 전극으로서 전위를 인가함으로써 용출하는 영역(용액으로의 용해에 의한 부식 영역. 이하, 용출 영역이라 함)을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도1에 있어서 라인(L1, L2)은 물의 생성ㆍ분해에 관한 전위를 나타내고 있다. 즉, 라인(L1)으로부터 상측의 영역에 있어서만 산소가 발생되고, 라인(L2)의 하측의 영역에서만 수소가 발생된다. 따라서, 양쪽 라인(L1, L2) 사이가 물의 안 정 영역이 된다.
또한, 통상 전극 배선의 갭과 발열 저항체층에 의해 형성되는 발열부의 발열에 의해, 발열부 상방의 상부 보호층의 열작용부 표면은 300 내지 600 ℃ 정도로 가열되면 추측되어 있다. 이에 대해, Ir은 대기 중에서도 800 ℃까지는 산화막을 형성하지 않는 것을 알 수 있으므로, 상부 보호층으로서 바람직하게 선정할 수 있다.
한편, 일본 특허 공개 평9-29985호 공보에 기재된 바와 같은 Ta는 가열에 의해 견고한 산화막이 형성되어 버리는 동시에, 용출 영역이 극단적으로 작다. 따라서, 부식 또는 용출을 발생시키기 위해 높은 pH값을 갖는 용액을 이용할 필요가 있고, 그로 인해 전용의 눌러 붙음 제거액을 이용하고 있다고 고려된다.
이에 대해 Ir에는 도1과 같이 바람직한 용출 영역이 있으므로, pH값이 높은 전용의 눌러 붙음 제거액을 이용할 필요가 없다. 잉크젯 기록에 이용되는 잉크는 전해질을 포함하고 있고, Ir을 이용하는 경우에는 그것으로 충분하다. 즉, 잉크젯 헤드 내에 잉크가 존재하는 상태라도 전기 화학 반응을 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 사용자측에서의 일련의 기록 처리 과정에 있어서 클리닝 처리를 실시하는 것도 가능해진다.
2. 제1 실시 형태
2. 1 잉크젯 헤드의 구성
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드용 기판의 열작용부 부근의 모식적 평면도이다. 도3은 도2에 있어서의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 기판을 수직으로 절 단한 상태로 도시하는 모식적 단면도이다.
도2 및 도3에 있어서, 부호 101은 실리콘의 베이스이다. 부호 102는 열산화막, SiO막, SiN막 등으로 이루어지는 축열층이며, 104는 발열 저항체층, 105는 Al, Al-Si, Al-Cu 등의 금속 재료로 이루어지는 배선으로서의 전극 배선층이다. 전기 열변환 소자로서의 발열부(104')는 전극 배선층(105)의 일부를 제거하여 갭을 형성하고, 그 부분의 발열 저항체층을 노출시킴으로써 형성된다. 전극 배선층(104)은 도면에 나타내지 않은 구동 소자 회로 내지 외부 전원 단자에 접속되어 외부로부터의 전력 공급을 받을 수 있다. 또한, 도면에 나타낸 예에서는 발열 저항체층(104) 상에 전극 배선층(105)을 배치하고 있지만, 전극 배선층(105)을 베이스(101) 또는 열산화막(102) 상에 형성하고, 그 일부를 부분적으로 제거하여 갭을 형성한 후에 발열 저항체층을 배치하는 구성을 이용해도 좋다.
부호 106은 발열부(104') 및 전극 배선층(104)의 상층으로서 설치되고, SiO막, SiN막 등으로 이루어지는 절연층으로서도 기능하는 보호층이다. 부호 107은 발열부(104')의 발열에 수반하는 화학적 및 물리적 충격으로부터 전기 열변환 소자를 지키고, 또한 클리닝 처리 시에 눌러 붙음을 제거하기 위해 용출하는 상부 보호층이다. 본 실시 형태에서는 잉크와 접하는 상부 보호층(107)으로서 잉크 속의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속, 구체적으로는 Ir을 이용하였다. 그리고, 발열부(104') 상에 위치하고, 또한 발열부(104')가 발생된 열을 잉크에 작용하는 상부 보호층(107)의 부분이 열작용부가 된다. 부호 109는 보호층(106)과 상부 보호층(107) 사이에 배치되고, 보호층(106)에 대한 상부 보호층(107)의 밀착성을 향상 시키기 위한 밀착층이며, 도전성을 갖는 재료를 이용하여 형성된다.
상부 보호층(107)은 관통 구멍(110)에 삽입되고, 밀착층(109)을 거쳐서 전극 배선층(105)에 전기적으로 접속되어 있다. 전극 배선층(105)은 잉크젯 헤드용 기판의 단부에까지 연장되고, 그 선단부가 외부와의 전기적 접속을 행하기 위한 외부 전극(111)을 이룬다.
이상 구성의 잉크젯 헤드용 기판(이하, 간단히 기판이라 함)(100)에는 유로 형성 부재(120)가 접합된다. 이 유로 형성 부재(120)는 열작용부에 대응하는 위치에 토출구(121)를 갖는 동시에, 기판(100)을 관통하여 마련한 잉크 공급 구멍으로부터 열작용부를 지나서 잉크 토출구(121)에 연통하는 유로를 형성하고 있다.
이상 구성에서는, 대기 중에서도 800 ℃까지는 산화막을 형성하지 않는 Ir을 이용하여 상부 보호층(107)을 형성함으로써, 열작용부에 균일하게 전위가 인가되고, 잉크와의 전기 화학 반응에 의한 용출에 의해 열작용부(108) 상에 퇴적된 눌러 붙음을 제거하는 것이 가능해진다.
또한, 상부 보호층(107)으로서 이용하는 Ir은 일반적으로 밀착성이 낮다. 이로 인해, 보호층(106)과 상부 보호층(107) 사이에 밀착층(109)을 형성함으로써 밀착성을 향상시키고 있다.
또한, 열작용부(108) 상의 퇴적물을 제거하기 위해, 본 실시 형태에서는 상부 보호층(107)과 잉크 사이의 전기 화학 반응을 이용하는 것을 전제로 하고 있다. 이로 인해, 보호층(106)에 관통 구멍(110)을 형성하고, 상부 보호층(107)과 전극 배선층(105)을 밀착층(109)을 거쳐서 접속시키고 있다. 전극 배선층(105)은 외부 전극(111)에 접속되어 있으므로, 상부 보호층(107)과 외부 전극(111)이 전기적으로 접속되게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 상부 보호층(107)은 발열부(104') 상에 형성되는 열작용부(108)를 포함하는 영역(107a)과, 그 이외의 영역(대향 전극측의 영역)(107b)과의 2개의 영역으로 나눌 수 있어 각각에 전기적 접속이 실시된다. 영역(107a)과 영역(107b)은 기판 상에 용액이 존재하지 않을 경우에는, 서로 전기적으로 접속되어 있지 않다. 그러나, 기판 상에 전해질을 포함하는 용액이 충전되면, 이 용액을 거쳐서 전류가 흐르고, 상부 보호층(107)과 용액과의 계면에서 전기 화학 반응이 발생된다. 잉크젯 기록에 이용되는 잉크는 전해질을 포함하고 있지만, 본 실시 형태에서는 도1과 같은 특성을 갖는 Ir을 상부 보호층(107)에 이용하고 있으므로, 잉크가 존재하면 전기 화학 반응 또는 용출을 발생시키는 것이 가능하다. 이때, 도1로부터 알 수 있는 바와 같이 애노드 전극측에서 금속의 용출이 발생되므로, 열작용부(108) 상의 눌러 붙음을 제거하기 위해서는 영역(107a)이 애노드측, 영역(107b)이 캐소드측이 되도록 전위를 인가하면 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는 전기 화학 반응을 실시할 때의 캐소드 전극에 상부 보호층 영역(107b)을 이용하고 있다. 즉, 상부 보호층 영역(107b)에 대해서도 Ir을 이용하여 형성하고 있다. 그러나, 용액(잉크)을 거쳐서 바람직한 전기 화학 반응을 실시하는 것이 가능한 것이면, 다른 재료를 이용하여 상부 보호층 영역(107b)을 형성해도 좋다.
또한, 이상 구성에서는 상부 보호층(107)으로서 Ir을 이용하고 있지만, 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열에 의해 용출을 방해하는 산화막을 형성하지 않은 재료이면, 그 밖의 것이 이용되어도 좋다. 또한, 상기와 같은 가열에 의해 용출을 방해하는 산화막을 형성하지 않는 재료라 함은, 산화막을 완전히 형성하지 않는 재료를 의미하는 것은 아니며, 가열에 의해 산화막을 형성한 것으로 해도, 그 산화막이 용출을 방해하지 않는 정도밖에 형성되지 않는 재료를 의미한다. Ir 합금 또는 Ru 합금의 경우, 산화막이 형성되는 정도는 Ir 또는 Ru의 함유율이 많을수록 감소되는 경향이 있다. 따라서, 상부 보호층(107)을 구성하는 금속 조성의 선택은 상기와 같은 경향과 요구되는 금속의 내구성 등에 따라서 선택한다.
2. 2 잉크젯 헤드의 제조 공정
제1 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드의 제조 공정의 일례를 설명한다.
도4a 내지 도4f는 도2 및 도3에 도시한 잉크젯 헤드용 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도, 도5a 내지 도5e는 각각 도4a 내지 도4e에 대응한 모식적인 평면도이다.
또한, 이하의 제조 공정은 Si로 이루어지는 베이스(101) 내지는 발열부(104')를 선택적으로 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터 등의 반도체 소자로 이루어지는 구동 회로가 미리 만들어진 베이스에 대해 실시되는 것이다. 그러나, 간략화하기 위해, 이하의 도면에서는 Si로 이루어지는 베이스(101)가 도시되어 있다.
우선, 베이스(101)에 대해 열산화법 스패터법, CVD법 등에 의해, 발열 저항 체층(104)의 하부층으로서 SiO2의 열산화막으로 이루어지는 축열층(102)을 형성하였다. 또한, 구동 회로를 미리 만든 베이스에 대해서는, 그들 구동 회로의 제조 프로세스 중에서 축열층을 형성 가능하다.
다음에, 축열층(102) 상에 TaSiN 등의 발열 저항체층(104)을 반응 스패터링에 의해 약 50 ㎚의 두께로 형성하고, 또한 전극 배선층(105)으로 이루어지는 Al층을 스패터링에 의해 약 300 ㎚의 두께로 형성하였다. 그리고, 포토 리소그래픽법을 이용하고, 발열 저항체층(104) 및 전극 배선층(105)에 대해 동시에 드라이 에칭을 실시하고, 도4a에 도시한 바와 같은 단면 형상 및 도5a에 도시한 바와 같은 평면 형상을 얻었다. 또한, 본 실시 형태에서는 드라이 에칭으로서 리어 액티브 이온 에칭(RIE)법을 이용하였다.
다음에, 발열부(104')를 형성하기 위해, 도4b 및 도5b에 도시한 바와 같이 다시 포토 리소그래픽법을 이용하여, 습윤 에칭에 의해 Al의 전극 배선층(105)을 부분적으로 제거하고, 그 부분의 발열 저항체층(104)을 노출시켰다. 또한, 배선 단부에 있어서의 보호층(106)의 커버리지성을 양호한 것으로 하기 위해, 배선 단부에 있어서 적절한 테이퍼 형상을 얻을 수 있는 공지의 습윤 에칭을 행하는 것이 바람직하다.
그 후, 플라스마 CVD법을 이용하여, 도4c 및 도5c에 도시한 바와 같이 보호층(106)으로서 SiN막을 약 350 ㎚의 두께로 형성하였다.
다음에, 포토 리소그래피법을 이용하여, 상부 보호층(107)과 전극 배선 층(105)을 전기적으로 접촉시키기 위한 관통 구멍(110)을 형성하기 위해, 도4d 및 도5d에 도시한 바와 같은 드라이 에칭을 행하였다. 이에 의해, SiN막을 부분적으로 제거하고, 그 부분의 전극 배선층(105)을 노출시켰다.
다음에, 보호층(106)과 상부 보호층(107)의 밀착성을 향상시키는 밀착층(109)으로서, 보호층(106) 상에 스패터링에 의해 Ti층을 약 50 ㎚의 두께로 형성하였다. 다음에, 그 밀착층(109) 상에 상부 보호층(107)으로서의 Ir층을 스패터링에 의해 약 200 ㎚의 두께로 형성하였다. 또한, 이 상태는 특별히 도시하지 않는다.
다음에, 도4e 및 도5e에 도시한 바와 같은 형상의 상부 보호층(107) 및 밀착층(109)의 패턴을 형성하기 위해, 포토 리소그래픽법을 이용하여 드라이 에칭에 의해 상부 보호층(107) 및 밀착층(109)을 부분적으로 제거한다. 이에 의해, 열작용부(108) 상의 상부 보호층 영역(107a)과, 이미 한쪽의 상부 보호층 영역(107b)을 형성하였다.
다음에, 외부 전극(111)을 형성하기 위해, 도4f에 도시한 바와 같이 포토 리소그래픽법을 이용하여 드라이 에칭에 의해 보호층(106)을 부분적으로 제거하고, 그 부분의 전극 배선층(105)을 부분적으로 노출시켰다.
또한, 이상의 제조 공정에 있어서는 밀착층(109) 및 상부 보호층(107)의 패터닝 방법으로서 드라이 에칭법을 선택하고 있지만, 상부 보호층(107)에 사용하고 있는 Ir은 에칭률이 느리기 때문에, 공정에 시간을 요하고 있다. 이로 인해, 밀착층(109) 및 상부 보호층(107)의 패터닝 방법으로서는 리프트 오프법을 사용해도 좋 다. 이 경우에는 밀착층(109) 및 상부 보호층(107)의 형성 전에 박리용 부재를 배치하고, 포토 리소그래피법에 의해 패터닝한다. 이때, 밀착층(109) 및 상부 보호층(107)을 제거해야 할 영역에 박리용 부재가 형성되도록 한다. 이후, 밀착층(109) 및 상부 보호층(107)을 성막하고, 박리용 부재를 용액 등을 이용하여 박리한다. 이에 의해, 밀착층(109) 및 상부 보호층(107)의 패턴이 형성된다. 박리용 부재로서는 무기 재료나 레지스트제 등의 유기 재료를 이용하는 것이 가능하다.
도6a 내지 도6d는 상기 기판(100)을 이용하여 잉크젯 헤드를 제조하는 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
베이스(101) 상에 상기 각 층으로 이루어지는 회로부(115)가 형성된 잉크젯 헤드용 기판(100) 상에, 최종적으로 잉크 유로가 되는 용해 가능한 고체층(201, 202)으로서, 레지스트를 스핀코트법을 이용하여 도포한다. 레지스트재는, 예를 들어 폴리메틸이소프로페닐케톤으로 이루어지고, 네거티브형의 레지스트로서 작용하는 것이다. 그리고, 포토 리소그래피 기술을 이용하고, 도6a에 도시한 바와 같이 레지스트층을 원하는 잉크 유로의 형상으로 패터닝한다.
계속해서, 도6b에 도시한 바와 같이 유로 형성 부재(120)(도3)를 구성하는 액유로벽이나 토출구(121)를 형성하기 위해 피복 수지층(203)을 형성한다. 이 피복 수지층(203)을 형성하기 전에, 밀착성을 향상시키기 위해 실란 커플링 처리 등을 적절하게 행할 수 있다. 피복 수지층(203)은, 종래부터 알려져 있는 코팅법을 적당하게 선택하여 잉크 유로 패턴이 형성된 잉크젯 헤드용 기판(100) 상에 수지를 도포함으로써 형성할 수 있다.
다음에, 포토 리소그래피 기술을 이용하고, 도6c에 도시한 바와 같이 피복 수지층(203)을 원하는 액유로벽이나 토출구의 형상으로 패터닝한다.
그 후, 도6d에 도시한 바와 같이 기판(100)의 이면으로부터, 이방성 에칭법, 샌드 블라스트법, 이방성 플라즈마 에칭법 등을 이용하여, 잉크액 공급구(116)를 형성한다. 가장 바람직하게는, 테트라메틸히드록시아민(TMAH), NaOH, KOH 등을 이용한 화학적 실리콘 이방성 에칭법에 의해 잉크액 공급구(116)를 형성할 수 있다. 계속해서, Deep-UV광에 의한 전면 노광을 행하고 현상 및 건조를 행함으로써, 용해 가능한 고체층(201, 202)을 제거한다.
도7은 이상의 제조 공정을 경과하여 작성된 잉크젯 헤드의 모식적 사시도이다.
이 잉크젯 헤드는 소정의 피치로 전기 열변환 소자(117)[발열부(104') 및 열작용부(108)]가 형성된 소자열을 2열, 병렬시켜 이루어지는 기판(100)을 갖고 있다.
2. 3 눌러 붙음 제거 실험
기본적으로 도2 및 도3에 도시한 기판 구성을 이용하여 작성한 잉크젯 헤드의 제2 실시예와, 비교예에 대해 눌러 붙음 제거 실험을 행하고, 제1 실시 형태의 효과를 검증하였다.
(제1 실시예)
상기 공정에 따라 제조한 잉크젯 헤드를 복수 이용하여, 눌러 붙음의 제거 실험을 실시하였다. 실험 방법은 열작용부(108) 상에 눌러 붙음이 퇴적되도록 소 정 조건으로 발열부를 구동한 후, 상부 보호층(107)에 통전함으로써 눌러 붙음 제거 처리를 실시하는 것으로 하였다. 잉크는 BCI-6e M(캐논제)을 이용하였다.
우선, 전압 20V 및 폭 1.5 ㎲의 구동 펄스를 주파수 5 ㎑로 5.0 × 106회, 발열부에 인가하였다.
도12a는 그 직후의 상태를 도시하는 설명도이다. 열작용부(108) 상에는, 도12a와 같이 거의 균일하게 눌러 붙은 불순물(K)이 퇴적되어 있었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용한 기록을 행하면, 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적에 의해 기록 품위가 저하되어 있는 것이 확인되었다.
다음에, 상부 보호층(107a)에 접속되어 있는 외부 전극(111)에 10V의 DC 전압을 30초간 인가하였다. 이때, 상부 보호층의 영역(107a)을 애노드 전극, 영역(107b)을 캐소드 전극으로 하였다.
도12b는 상기 인가 후의 상태를 도시하는 설명도이다. 열작용부(108) 상으로부터는 거기까지 퇴적되어 있던 눌러 붙은 불순물(K)이 도12b와 같이 제거되어 있는 것이 확인되었다. 여기서, 전압 인가 후에 상부 보호층의 영역(107a) 및 밀착층(109)의 패턴 단부를 단차계로 측정한 바, 약 5 ㎚의 막 감소가 보여졌다. 이 점으로부터, 상부 보호층(107a)에 전압을 인가하고, 잉크 사이에서 전기 화학 반응을 발생시킴으로써, 상부 보호층(107a)으로서 형성되어 있는 Ir이 잉크 속에 용해하고, 그에 수반하여 열작용부(108) 상에 퇴적된 눌러 붙은 불순물(K)이 제거되어 있는 것을 알 수 있었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용한 기록을 행하면, 기록 품위는 초기와 거의 같은 상태까지 회복되어 있는 것이 확인되었다.
다음에, 상기 구동 조건과 동일 조건의 구동을 눌러 붙음 제거 처리 후의 잉크젯 헤드에 대해 다시 행하였다. 그 직후에서는, 상기와 마찬가지로 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적 및 기록 품위의 저하가 확인되었다.
그리고, 상기와 같은 눌러 붙음 제거 처리를 실시한 바, 퇴적된 눌러 붙은 불순물(K)이 없어져 기록 품위의 회복이 확인되었다. 또한, 상부 보호층(107a) 및 밀착층(109)의 패턴 단부는 또한 약 5 ㎚ 막 감소하고 있었다.
(제2 실시예)
다음에, Ru를 이용하여 상부 보호층(107)을 형성한 것 이외는, 제1 실시예와 매우 동일한 공정에 의해, 제2 실시예에 관한 잉크젯 헤드를 복수 제조하고, 마찬가지의 눌러 붙음 제거 실험을 실시하였다. 눌러 붙음 제거 실험은, 상기와 같은 구동 조건에서 잉크젯 헤드의 구동을 행하고, 그 직후와 눌러 붙음 제거 처리 후에서, 눌러 붙음의 퇴적 상태 및 기록 품위의 관찰을 행하는 동시에, 상부 보호층(107a) 및 밀착층(109)의 패턴 단부의 단차 측정을 행함으로써 실시하였다.
그리고, 상부 보호층(107)으로서 Ru를 이용한 경우도, Ir을 이용한 경우와 마찬가지로 열작용부 상의 눌러 붙음이 제거되고, 기록 품위의 회복이 가능한 것이 확인되었다.
또한, Ru는 Ir에 비해 드라이 에칭이 용이한 것이 알려져 있고, Ir보다도 용이하게 잉크젯 헤드용 기판을 제조할 수 있는 것이다.
(비교예)
다음에, Cr을 이용하여 상부 보호층(107)을 형성한 것 이외는, 제1 실시예와 매우 동일한 공정에 의해, 비교예에 관한 잉크젯 헤드를 복수 제조하고, 마찬가지의 눌러 붙음 제거 실험을 실시하였다.
여기서는, 우선 전압 18V 및 폭 1.2 ㎲의 구동 펄스를 주파수 5 ㎑에서 5.0 × 106회, 전기 열변환 소자에 인가하였다. 그 직후에서는, 상기와 마찬가지로 눌러 붙음의 퇴적 및 기록 품위의 저하가 확인되었다.
그리고, 상기와 같이 눌러 붙음 제거 처리를 실시하였지만, 제1 실시예 및 제2 실시예와 달리 눌러 붙음이 퇴적한 상태였다. 여기서, 전압 인가 후에 상부 보호층의 영역(107a) 및 밀착층(109)의 패턴 단부, 즉 열작용부(108)로부터 떨어진 부위를 단차계로 측정한 바, 약 7 ㎚의 막 감소가 발생되고 있었다. 이 점으로부터, 상부 보호층(107)에 전압을 인가하고, 잉크 사이에서 전기 화학 반응을 발생함으로써, 열작용부(108) 이외의 영역에서는 상부 보호층(107)으로서 형성되어 있는 Cr이 잉크 속에 용해된 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 열작용부(108) 상에 퇴적되어 있던 눌러 붙음을 제거할 수 없던 것은 가열에 의해 열작용부 상에 산화막이 형성된 것이 원인이라 사료된다. 즉, 이 산화막이 형성된 부위의 상부 보호층(107)에 있어서는 전기 화학 반응이 발생되지 않던 것이 원인이라 사료된다. 또한, 이에 의해 기록 품위의 회복도 보이지 않았다.
이상의 실험 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
| 상부 보호층 | 토출 펄스수 (적산) | 눌러 붙음 제거 처리 조건 | 기록 품위 | 막 두께(상부 보호층 + 밀착층) | |
| 제1 실시예 | Ir | 초기 | _ | ○ | 250 ㎚ |
| 5.0 × 106 | _ | × | _ | ||
| _ | 10V, 30s | ○ | 245 ㎚ | ||
| 1.0 × 107 | _ | × | |||
| _ | 10V, 30s | ○ | 240 ㎚ | ||
| 제2 실시예 | Ru | 초기 | ○ | 250 ㎚ | |
| 5.0 × 106 | △ | ||||
| _ | 10V, 30s | ○ | 242 ㎚ | ||
| 비교예 | Cr | 초기 | _ | ○ | 250 ㎚ |
| 5.0 × 106 | _ | × | _ |
본 실험 결과로부터 명백한 바와 같이, 열작용부(108) 상의 눌러 붙음을 전기 화학 반응에 의한 금속의 용출에 의해 제거하기 위해서는, 가열에 의해 상부 보호층(107) 자체가 산화막을 형성하지 않는 것을 선정해야만 하는 것을 알 수 있다.
또한, 상부 보호층의 두께는 1회의 눌러 붙음 제거 처리에 막 두께 감소량과, 잉크젯 헤드에 대한 눌러 붙음 제거 처리의 상정 실시 횟수로부터 적절하게 정하면 좋은 것을 알 수 있다.
3. 제2 실시 형태
상술한 바와 같이, 열작용부 상의 눌러 붙음을 제거하기 위해 상부 보호층(107)을 전기 화학 반응에 의해 용출시키면, 상부 보호층(107)의 두께가 감소된다. 그리고, 두께의 감소는 열작용부(108) 상 뿐만 아니라, 상부 보호층의 영역(107a) 전체에 걸치는 것이 된다.
따라서, 상부 보호층(107)의 영역(107a)과 유로 형성 부재(120)가 접하고 있는 도3에 도시한 바와 같은 구성에서는, 두께의 감소에 의해 상부 보호층(107)과 유로 형성 부재(120)와의 계면에 간극이 생겨 버린다. 눌러 붙음 제거 처리가 행해지는 횟수가 적으면 현저한 간극이 생기지 않거나 혹은 다소의 간극이 생겨도 문제가 생기지 않는다고 사료된다. 그러나, 눌러 붙음 제거 처리가 행해지는 횟수가 많아질수록, 상부 보호층(107)의 두께의 감소 또는 간극이 커진다. 이로 인해, 유로 형성 부재(120)와의 밀착성이 저하되고, 최종적으로는 부분적으로 박리되어 버리는 일도 없다고는 말할 수 없다. 그와 같은, 박리가 생기면, 인접하는 노즐과의 연통이 생기고, 이것이 기록 품위의 저하를 초래할 우려가 있다.
이를 피하기 위해, 상부 보호층(107) 및 밀착층(109)을 발열부(104')의 상방에만 형성하는 경우도 사료된다. 그러나, 이 경우에는 보호층(106)이 잉크에 접촉하게 되고, 전극 배선부(105)의 단차 등에 대한 커버리지성이 충분하지 않은 부분에 있어서, 절연의 신뢰성이 염려된다. 그래서, 이와 같은 염려를 해소하기 위해, 이하에 도시한 제2 실시 형태와 같은 구성을 취하는 것도 가능하다.
3. 제2 실시 형태
3. 1 잉크젯 헤드의 구성
그래서, 본 발명의 제2 실시 형태에서는 보호층(106)과 상부 보호층(107) 사이에 개재하는 밀착층(109)과, 상부 보호층(107)이 다른 패턴으로 형성하고, 밀착층(109)이 유로 형성 부재(120)와 접하도록 한 구성을 이용한다. 밀착층(109)으로서는 잉크 속의 전기 화학 반응에 의해 용출하지 않은 금속을 포함하는 재료로 형성되는 것으로 한다, 이에 의해, 상부 보호층(107)이 존재하지 않는 영역에서의 커버리지성을 유지하면서, 상부 보호층(107)의 용출 후에도 기판과 유로 형성 부재(120)와의 밀착성을 저하시키지 않는 것을 가능하게 한다.
도8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드 기판(100)의 발열부(104') 부근의 모식적 평면도이다. 도9는 도8에 있어서의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 기판(100)을 수직으로 절단한 상태로 도시하는 모식적 단면도이다. 이러한 도면에 있어서, 상기 제1 실시 형태와 같이 구성할 수 있는 각 부에는 동일한 부호를 첨부하고 있다.
본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 것은, 상기와 같이 밀착층(109)을 형성하지만, 상부 보호층(107)에 대해서는 밀착층(109) 속에서 잉크 유로를 형성하기 위한 유로 형성 부재(120)가 접합되어야 할 부분을 피한 위치에 형성하고 있는 점이다. 또한, 그 형성 부위를 열작용부(108)의 부위에 국한되어 있는 점이다. 밀착층(109)은 2개의 영역, 즉 열작용부(108)로부터 연장되어 유로 형성 부재(120)와 접촉하는 부위를 지나 관통 구멍(110)에 이르는 영역(109a)과, 이러한 대향 전극으로서의 캐소드 전극이 되는 영역(109b)으로 나뉘어져 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 밀착층은 Ta에 의해 형성되어 있다.
본 실시 형태에서는 상부 보호층(107)은 유로 형성 부재(120)와 접하는 일 없이, 밀착층 영역(109a) 및 전극 배선층(105)을 거쳐서 외부 전극(111)에 접속되어 애노드측이 되도록 전위가 인가된다. 이때에 생기는 전기 화학 반응에 의해 상부 보호층(107)이 용출되어도, 유로 형성 부재(120)와 기판(100)과의 밀착성 저하의 문제는 생기지 않는다. 밀착층(109)이 유로 형성 부재(120)와 접하고 있는 한편, 밀착층(109)으로서 본 실시 형태에서는 Ta를 이용하고 있기 때문이다. Ta는, 상술한 바와 같이 잉크 속으로 전기 화학 반응을 일으키게 하면 양극 산화에 의해 표면에 산화막을 형성하기 때문에, 용출이 실질적으로 생기지 않는다.
또한, 본 실시 형태에서는 전기 화학 반응을 실시할 때의 캐소드 전극이 되는 밀착층 영역(109b)에 대해서도 Ta를 이용하여 형성하고 있다. 그러나, 용액(잉크)을 거쳐서 바람직한 전기 화학 반응을 실시하는 것이 가능한 것이면, 다른 재료를 이용하여 밀착층 영역(109b)을 형성해도 좋다.
3. 2 잉크젯 헤드의 제조 공정
제2 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드의 제조 공정의 일례를 설명한다.
도10a 내지 도10d는 도8 및 도9에 도시한 잉크젯 헤드용 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도, 도11a 내지 도11c는 각각 도10a 내지 도10c에 대응한 모식적인 평면도이다. 본 제조 공정은, 상기 제1 실시 형태에 대해 설명한 도4a 내지 도4d 및 도5a 내지 도5d의 공정 후에 실시 가능한 것이다.
우선, 도4a 내지 도4d 및 도5a 내지 도5d와 같은 공정을 실시하였다.
그 후, 도10a 및 도11에 도시한 바와 같이 밀착층(109)으로서의 Ta층을 스패 터링에 의해 약 100 ㎚의 두께로 형성한다. 또한, 밀착층(109) 상에 상부 보호층(107)으로서의 Ir층을 스패터링에 의해 약 100 ㎚의 두께로 형성하였다.
다음에, 도10b 및 도11b에 도시한 바와 같이 상부 보호층(107)의 패턴을 형성하기 위해, 포토 리소그래피법을 이용하여 드라이 에칭에 의해 상부 보호층(107)을 부분적으로 제거하였다.
다음에, 도10c 및 도11c에 도시한 바와 같은 밀착층(109)의 패턴을 형성하기 위해, 포토 리소그래픽법을 이용하여 드라이 에칭에 의해 밀착층(109)을 부분적으로 제거하였다. 이에 의해, 열작용부(108)와 전기적으로 접속하고 있는 밀착층 영역(109a)과, 이미 한쪽의 밀착층 영역(109b)을 형성하였다.
다음에, 외부 전극(111)을 형성하기 위해, 도10d에 도시한 바와 같이 포토 리소그래피법을 이용하여 드라이 에칭에 의해 보호층(106)을 부분적으로 제거하고, 그 부분의 전극 배선층(105)을 부분적으로 노출시켰다.
그 후, 도6a 내지 도6d에 도시한 것으로 마찬가지의 공정을 지나 토출구 형성 부재(120)를 기판(100) 상에 배치하고, 도7 내지 도9에 도시한 바와 같은 잉크젯 헤드를 얻었다.
3. 3 눌러 붙음 제거 실험
도8 및 도9에 도시한 기판 구성을 이용하여 작성한 잉크젯 헤드의 제2 실시예(제3 실시예 및 제4 실시예)에 대해 눌러 붙음 제거 실험을 행하고 제2 실시 형태의 효과를 검증하였다.
(제3 실시예)
상기 공정에 따라 제조한 잉크젯 헤드를 복수 이용하여 눌러 붙음 제거 실험을 실시하였다. 실험 방법은 열작용부(108) 상에 눌러 붙음이 퇴적되도록 소정 조건으로 전기 열변환 소자(117)를 구동시킨 후, 상부 보호층(107)에 통전함으로써 눌러 붙음 제거 처리를 실시하는 것으로 하였다. 잉크는 BCI-6e M(캐논제)을 이용하였다.
우선, 전압 20V 및 폭 1.5 ㎲의 구동 펄스를 주파수 5 ㎑로 5.0 × 106회, 전기 열변환 소자에 인가하였다.
도12a는 그 직후의 상태를 도시하는 설명도이다. 열작용부(108) 상에는 도12a와 같이 거의 균일하게 눌러 붙은 불순물(K)이 퇴적되어 있었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용한 기록으로 행하면, 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적에 의해 기록 품위가 저하되어 있는 것이 확인되었다.
다음에, 상부 보호층(107)에 접속되어 있는 외부 전극(111)에 8V의 DC 전압을 15초간 인가하였다. 이때, 상부 보호층(107a)을 애노드 전극 및 밀착층 영역(109b)을 캐소드 전극으로 하였다.
도12b는 상기 인가 후의 상태를 도시하는 설명도이다. 열작용부(108) 상으로부터는, 거기까지 퇴적되어 있던 눌러 붙음이 도12b와 같이 제거되어 있는 것이 확인되었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용한 기록으로 행하면, 기록 품위는 초기와 거의 같은 상태까지 회복하고 있는 것이 확인되었다.
도13은 도12b의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선을 따라 기판면에 수직으로 절단한 상태를 도시 하는 모식적 단면도이다. 상부 보호층(107)의 패턴 단부는 용출에 의해, 다소 둥글게 되어 있다. 또한, 밀착층 영역(109a)의 잉크와 접하고 있던 영역(도13 내의 부호 A로 나타낸 영역)에는 표면에 양극 산화에 의한 산화막이 형성되어 있었다.
이 점으로부터, 전압을 인가하고 있는 동안, 이하와 같은 상태로 되어 있던 것이 추측된다. 우선, 눌러 붙음을 제거할 때에 밀착층 영역(109a) 및 상부 보호층(107)에 전압을 인가하면, 영역(109a)의 잉크와 접하고 있는 부분의 표면에는 전압에 따른 산화막이 형성된다. 그리고, 그 산화막이 일정한 두께가 되면 그 표면에서의 전기 화학 반응이 정지된다. 이에 대해, 상부 보호층(107)에는 밀착층(109)을 통해 전압이 인가되면서 용출이 계속된다.
도13으로부터 명백한 바와 같이, 밀착층(109)은 표면에 산화막이 형성되기 때문에, 전기 화학 반응에 의해 용출되지 않고, 따라서 유로 형성 부재(109)와의 계면에서 밀착성이 저하되는 간극이 생기는 일이 없다.
다음에, 상기 구동 조건과 동일한 조건의 구동을 눌러 붙음 제거 처리 후의 잉크젯 헤드에 대해 다시 행하였다. 그 직후에서는, 상기와 마찬가지로 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적 및 기록 품위의 저하가 확인되었다.
그리고, 상기와 같이 눌러 붙음 제거 처리를 실시한 바, 퇴적된 눌러 붙은 불순물(K)이 없어져 기록 품위의 회복이 확인되었다.
(제4 실시예)
다음에, 밀착층(109)을 Nb를 이용하여 형성한 것 이외는, 제3 실시예와 매우 동일한 공정에 의해, 제4 실시예에 관한 잉크젯 헤드를 복수 제조하고, 마찬가지의 눌러 붙음 제거 실험을 실시하였다. 눌러 붙음 제거 실험은, 상기와 같은 구동 조건으로 잉크젯 헤드의 구동을 행하고, 그 직후와 눌러 붙음 제거 처리 후로, 눌러 붙음의 퇴적 상태 및 기록 품위의 관찰을 행함으로써 실시하였다.
그리고, 밀착층(109)으로서 Nb를 이용한 경우도, Ta를 이용한 경우와 같이 유로 형성 부재와 기판과의 밀착성을 저하시키는 일 없이, 열작용부 상의 눌러 붙음을 제거하는 것이 가능한 것이 확인되었다.
이상의 실험 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
| 상부 보호층 | 밀착층 | 토출 펄스수 (적산) | 눌러 붙음 제거 처리 조건 | 기록 품위 | |
| 제3 실시예 | Ir | Ta | 초기 | _ | ○ |
| 5.0 × 106 | _ | × | |||
| - | 8V, 15s | ○ | |||
| 1.0 × 107 | _ | × | |||
| _ | 8V, 15s | ○ | |||
| 제4 실시예 | Ir | Nb | 초기 | _ | ○ |
| 5.0 × 106 | _ | × | |||
| _ | 8V, 15s | ○ |
본 실험 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드를 이용함으로써도, 장시간의 사용에 의해 열작용부 상에 눌러 붙음이 축적된 경우에도 이를 균일하면서 확실하게 제거하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 잉크젯 헤드를 이용함으로써, 유로 형성 부재와 기판 과의 밀착성을 저하시키는 일 없이 열작용부 상의 눌러 붙음을 제거하는 것이 가능해진다. 즉, 눌러 붙음 제거 처리가 다수회 실시되는 오랜 기간 사용에 의해서도, 토출 특성이 안정되고 신뢰성이 있는 고품위의 기록 화상을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 밀착층으로서는 Ta 혹은 Nb를 이용하였지만, 열작용부의 눌러 붙음을 제거할 때의 전기 분해에 의해 용출하지 않는 재료이면, 밀착층의 형성 재료는 이들에 한정되지 않는다. 다른 재료를 이용하는 경우도, 밀착층이 용출되지 않고 또한 상부 보호층이 용출되는 전위를 전위-pH도를 기초로 하여 결정함으로써, 유로 형성 부재와 기판과의 밀착성을 저하시키는 일 없이 눌러 붙음을 제거하는 것이 가능해진다.
4. 장치의 실시 형태
4. 1 잉크제 헤드
상기 각 실시 형태에 의한 잉크젯 헤드는 프린터, 복사기, 통신 시스템을 갖는 팩시밀리, 프린터부를 갖는 워드 프로세서 등의 장치, 또는 각종 처리 장치와 복합적으로 조합한 산업 기록 장치에 탑재 가능하다. 그리고, 이 잉크젯 헤드를 사용함으로써, 종이, 실, 섬유, 직물, 피혁, 금속, 플라스틱, 유리, 목재, 세라믹 등 여러 가지의 기록 매체에 기록을 행할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「기록」이라 함은, 문자나 도형 등의 의미를 갖는 화상을 기록 매체에 대해 부여하는 것뿐만 아니라, 패턴 등의 의미를 갖지 않은 화상을 부여하는 것도 의미한다.
여기서, 상기 잉크젯 헤드를 잉크 탱크와 일체화하여 이루어지는 카트리지 형태의 유닛 및 이를 잉크젯 기록 장치에 대해 설명한다.
도14는 상기한 잉크젯 헤드(이하, 부호 1에서 참조함)를 구성 요소에 포함하는 잉크젯 헤드 유닛(410)의 구성예를 나타낸다. 도면 중, 부호 402는 잉크젯 헤드(1)에 전력을 공급하기 위한 단자를 갖는 TAB(Tape Automated Bonding)용의 테이프 부재이다. 이 테이프 부재(402)는 프린터 본체로부터 접촉점(403)을 거쳐서 전력을 공급한다. 부호 404는 잉크를 잉크젯 헤드(1)에 공급하기 위한 잉크 탱크이다. 즉, 도14의 잉크젯 헤드 유닛은 기록 장치에 장착 가능한 카트리지의 형태를 갖는 것이다.
또한, 잉크젯은 상기한 바와 같이 잉크 탱크와 일체화된 형태에 적용되는 것으로 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들어, 잉크 탱크가 분리 가능하게 장착되도록 이루고, 잉크 탱크 내의 잉크 잔량이 없어졌을 때, 이를 제거하여 새로운 잉크 탱크가 장착되는 것도 좋다. 또한, 잉크젯 헤드가 잉크 탱크와는 별도의 부재로 구성되어 튜브 등을 거쳐서 잉크가 공급되는 것도 좋다. 또한, 잉크젯 헤드로서는, 다음에 서술한 바와 같은 시리얼 기록 방식에 적용되는 것 외에, 라인 프린터에 적용되는 기록 매체의 전체 폭에 대응한 범위에 걸쳐 노즐을 갖고 이루어지는 것으로도 좋다.
4. 2 장치의 기계적 구성
도15는 도14의 잉크젯 헤드 유닛(410)을 이용하여 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치의 개략 구성예를 도시하는 것이다.
도시한 잉크젯 기록 장치에 있어서, 캐리지(500)는 무단 벨트(501)에 고정되 고, 또한 가이드 샤프트(502)에 따라서 이동 가능하게 되어 있다. 무단 벨트(501)는 풀리(503, 503)에 권취되고, 한쪽의 풀리(503)에는 캐리지 구동 모터(504)의 구동축이 연결되어 있다. 따라서, 캐리지(500)는 모터(504)의 회전 구동에 수반하여 가이드 샤프트(502)에 따라서 왕복 방향(A 방향)으로 주주사된다.
캐리지(500) 상에는, 상기 카트리지 형태의 잉크젯 헤드 유닛이 탑재되어 있다. 여기서, 잉크젯 헤드 유닛은 헤드(1)의 토출구(4)가 기록 매체로서의 용지(P)와 대향하고, 또한 상기 배열 방향이 주주사 방향(A 방향)과 다른 방향[예를 들어, 용지(P)의 반송 방향인 부주사 방향(B 방향)]으로 일치하도록 캐리지(500)에 탑재된다. 또한, 잉크젯 헤드(1) 및 잉크 탱크(404)의 세트는, 사용하는 잉크색에 대응한 개수를 마련할 수 있고, 도시한 예에서는 4색(예를 들어, 블랙, 옐로우, 마젠타, 시안)에 대응하여 4세트 마련되어 있다.
또한, 도시한 장치에는 캐리지(500)의 주주사 방향 상의 이동 위치를 검출하는 등의 목적으로 리니어 인코더(506)가 설치되어 있다. 리니어 인코더(506)의 한쪽의 구성 요소로서는 캐리지(500)의 이동 방향에 따라서 설치된 리니어 스케일(507)이 있고, 이 리니어 스케일(507)에는 소정 밀도로, 등간격으로 슬릿이 형성되어 있다. 한편, 캐리지(500)에는 리니어 인코더(506)의 다른 쪽의 구성 요소로서, 예를 들어 발광부 및 수광 센서를 갖는 슬릿의 검출계(508) 및 신호 처리 회로가 설치되어 있다. 따라서, 리니어 인코더(506)로부터는 캐리지(500)의 이동에 수반하여, 잉크 토출 타이밍을 규정하기 위한 토출 타이밍 신호 및 캐리지의 위치 정보가 출력된다.
기록 매체로서의 기록지(P)는 캐리지(500)의 스캔 방향과 직교하는 화살표 B방향으로 간헐적으로 반송된다. 기록지(P)는 반송 방향 상류측의 한 쌍의 롤러 유닛(509, 510)과, 하류측 한 쌍의 롤러 유닛(511, 512)에 의해 지지되고, 일정한 장력을 부여하여 잉크젯 헤드(1)에 대한 평탄성을 확보한 상태로 반송된다. 각 롤러 유닛에 대한 구동력은, 여기서는 도시하지 않은 반송 모터로부터 전달된다.
이상과 같은 구성에 의해, 캐리지(500)의 이동에 수반하여 잉크젯 헤드(1)의 토출구의 배열 폭에 대응한 폭의 기록과 용지(P)의 반송을 교대로 반복하면서 용지(P) 전체에 대한 기록이 행해진다.
또한, 캐리지(500)는 기록 개시 시 또는 기록 중에 필요에 따라서 홈 포지션에서 정지한다. 이 홈 포지션에는 각 잉크젯 헤드(1)의 토출구가 설치된 면(토출구면)을 캡핑하는 캡 부재(513)가 설치되어 있다. 이 캡 부재(513)에는 토출구로부터 강제적으로 잉크를 흡인하여 잉크 유로 내의 잉크를 배출시키는 구조(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 이와 같은 잉크를 흡인 및 배출시키는 기구는, 일반적으로 흡인 회복 구조라 불리고, 이에 의해 행해지는 잉크 배출 동작은 흡인 회복 동작이라 불리고 있다. 이 흡인 회복 동작에 의해, 토출구의 막힘 등이 방지된다.
4. 3 제어계의 구성
도16은 상기 구성의 기록 장치의 제어계의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도16에 있어서, 부호 1700은 인터페이스이고, 컴퓨터, 디지털 카메라, 스캐너 등 적절한 형태를 갖는 호스트 장치(1000)로부터 이송되어 오는 커맨드나 화상 데이터를 포함하는 기록 신호를 수신한다. 또한, 호스트 장치(1000)에 대해서는 필요에 따라 기록 장치의 스테이터스 정보를 송출한다. 부호 1701은 MPU이며, ROM(1702)에 기억된 도17에 대해 후술하는 처리 순서에 대응한 제어 프로그램이나 소요의 데이터에 따라서 프린터 내의 각 부를 제어한다. 그 데이터로서는, 예를 들어 발열부(104)에 인가하는 구동 펄스의 형상이나 인가 시간 외에, 상부 보호층(107)에 인가하는 전압 및 그 계속 시간 등, 잉크젯 헤드의 구동 조건이 있다. 또한, 기록 매체 반송의 조건, 또는 캐리지 속도 등도 포함할 수 있다.
부호 1703은 각종 데이터(상기 기록 신호나 헤드에 공급되는 기록 데이터 등)를 보존해 두는 DRAM이다. 또한, DRAM(1703)에는 후술하는 제어의 과정에서 사용되는 플래그 영역 등을 마련해 둘 수 있다. 부호 1704는 헤드(1)에 대한 기록 데이터의 공급 제어를 행하는 게이트 어레이(G. A)이다. 이 게이트 어레이(1704)는 인터페이스(1700), MPU(1701) 및 DRAM(1703) 사이의 데이터 전송 제어도 행한다. 부호 1725는 도트 카운터이고, 잉크 토출수(도트수)를 1회의 기록 동작마다 카운트한다. 부호 1726은 소요의 데이터를 기록 장치의 전원 오프 때에도 보존해 두기 위한 EEPROM 등의 불휘발성 메모리이다.
부호 1709는 반송 모터이며, 기록지(P)를 반송하기 위한 구동원으로서 이용된다. 부호 1711은 회복계 모터이고, 캡(513)의 캡핑 동작이나, 흡인 회복을 행하기 위한 펌프 등의 흡인 회복 수단의 동작 구동원으로서 이용된다. 또한, 전동 기구를 적절하게 구성함으로써, 이들 모터(1709, 1711)를 겸용하는 것도 가능하다. 부호 1705는 헤드(1)를 구동하는 헤드 드라이버(1706, 1707, 1708)는, 각각 반송 모터(1709), 캐리지 모터(504) 및 회복계 모터(1711)를 구동하기 위한 모터 드라이 버이다.
4. 4 제어 순서
상술한 제1 또는 제2 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드(1)에서는, 적절한 재료에 의해 상부 보호층(107)이 형성되어 있다. 따라서, 헤드 내부에 잉크가 존재하는 상태라도 전기 화학 반응을 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 일본 특허 공개 평9-29985호에 기재된 바와 같은 전용의 눌러 붙음 제거액의 사용이 필요 없고, 또한 사용자측에서의 일련의 기록 처리 과정에 있어서 클리닝 처리를 실시하는 것도 가능해진다.
도17은 본 발명의 잉크젯 헤드를 이용하는 기록 장치가 실시 가능한 기록 처리 순서의 일례를 나타낸다.
호스트 장치(1000) 등으로부터 기록 지시가 행해지면 이하의 본 순서가 개시된다. 우선, 호스트 장치(1000)로부터 기록에 관한 화상 데이터를 수신하고, 이 화상 데이터를 기록 장치에 적합한 데이터로서 전개한다(스텝 S1). 그리고, 전개한 기록 데이터를 기초로 하여, 기록 용지(P)의 반송과 잉크젯 헤드(1)의 주주사를 교대로 행동하면서 기록 동작을 실행한다(스텝 S3). 또한, 이때 기록 도트수(전기 열변환 소자의 구동 펄스수)의 카운트를 실시한다.
그리고, 1단위(예를 들어, 기록 용지 1매분)의 기록 동작이 종료되면, EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운트 값의 누적 데이터를 판독하고(스텝 S5), 이에 금회 카운트한 도트수를 가산한다(스텝 S7). 다음에, 상기 가산하여 얻 어진 값이 소정의 값 Th(예를 들어 5 × 106) 이상이 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S9).
여기서, 소정의 값 Th 이상이 되었다고 판정되면, 상술한 바와 같이 상부 보호층(107)에 전압을 인가하고, 열작용부(108) 상의 눌러 붙음이 상부 보호층(107)과 함께 제거되도록 한다(스텝 S11). 이러한 눌러 붙음 제거 처리를 행한 후에는, 노즐 부근에는 용출한 상부 보호층의 형성 재료와 박리된 눌러 붙음을 포함하는 잉크가 체류되어 있다. 기록 품위에 영향을 끼치는 것이 아니면, 이 잉크를 그대로 다음 회의 기록 동작에 이용함으로써 노즐로부터 토출시켜 버릴 수도 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는 흡인 회복 등을 실시함으로써(스텝 S13), 그 잉크를 적극적으로 배출하도록 한다. 그 후, EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운트 값의 누적 데이터를 리셋하고(스텝 S15), 일련의 기록 처리를 종료한다.
한편, 스텝 S9에서 부정 판정된 경우에는, 상기 가산치하여 얻어진 값을 갖고 EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운터 값의 누적 데이터를 갱신하고(스텝 S17), 기록 처리를 종료한다.
또한, 이상의 순서에서는 기록 동작 후에 눌러 붙음 제거 처리 또는 회복 처리를 실시하는 것으로 하였지만, 기록 동작에 앞서서 행하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 스텝 S1에서 전개한 기록 데이터를 기초로 하여 도트 카운트를 행하고, 이를 도트 카운트의 누적치에 가산하고, 그 가산치를 기초로 하여 눌러 붙음 제거 처리의 실시 유무를 판정하도록 할 수 있다. 또한, 소정량의 기록 동작마다(예를 들 어, 잉크젯 헤드의 1 또는 수 스캔마다) 눌러 붙음 제거 처리가 실시되도록 하는 것도 가능하다.
또한, 눌러 붙음 제거 처리 후에 잉크를 배출시키기 위한 처리로서는, 상술한 바와 같은 흡인 회복에 한정되지 않는다. 토출구에 이르는 잉크 공급계를 가압함으로써 배출을 행하게 하는 것이라도 좋다. 또한, 기록 동작과는 별도로 발열부를 구동하여 잉크를 토출시키는 처리(예비 토출 처리)에 의해 배출을 행하는 것이라도 좋다. 이 경우에는, 예비 토출을 위한 구동 펄스도 상기 카운트에 반영시킬 수 있다.
어떻게 해도, 본 발명에 따르면 일련의 기록 처리 과정에 있어서 눌러 붙음 제거 처리를 포함하는 그대로 실시하는 것이 가능해진다. 따라서, 잉크젯 헤드를 제거하여 행하는 특별하면서 번잡한 클리닝 처리가 불필요해지고, 효율적으로 클리닝 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
5. 제3 실시 형태
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 제3 실시 형태를 상세하게 설명한다.
5. 1 잉크젯 헤드의 구성
도18은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 잉크젯 헤드 기판의 열작용부 부근의 모식적 평면도이다. 도19는 도18에 있어서의 ⅩⅨ-ⅩⅨ선을 따라 기판을 수직으로 절단한 상태로 도시하는 모식적 단면도이다.
도18 및 도19에 있어서, 부호 101은 실리콘의 베이스이다. 부호 102는 열산화막, SiO막, SiN막 등으로 이루어지는 축열층이다. 부호 104는 발열 저항체층, 105는 Al, Al-Si, Al-Cu 등의 금속 재료로 이루어지는 배선으로서의 전극 배선층이다. 전기 열변환 소자로서의 발열부(104')는 전극 배선층(104)의 일부를 제거하여 갭을 형성하고, 그 부분의 발열 저항체층(104)을 노출시킴으로써 형성된다. 전극 배선층(104)은 도시하지 않은 구동 소자 회로 또는 외부 전원 단자에 접속되어 외부로부터의 전력 공급을 받을 수 있다. 또한, 도시한 예에서는 발열 저항체층(104) 상에 전극 배선층(105)을 배치하고 있다. 그러나, 전극 배선층(105)을 베이스(101) 상에 형성하고, 그 일부를 부분적으로 제거하여 갭을 형성한 후에 발열 저항체층(104)을 배치하는 구성을 채용해도 좋다.
부호 106은 발열부(104') 및 전극 배선층(105)의 상층으로서 설치된 보호층이다. 이 보호층(106)은 SiO막, SiN막 등으로 이루어지는 절연층으로서도 기능한다. 부호 107은 발열부(104')의 발열에 수반하는 화학적 및 물리적 충격으로부터 전기 열변환 소자를 지키는 상부 보호층이다. 이 상부 보호층(107)은 클리닝 처리할 때에 눌러 붙음을 제거하기 위해 용출하는 층이다. 본 실시 형태에서는 잉크와 접하는 상부 보호층(107)으로서 잉크 속에서의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속, 구체적으로는 Ir을 이용하였다. 이 Ir은 대기 중에서도 800 ℃까지는 산화막을 형성하지 않는 특성을 갖고 있다. 그리고, 발열부(104') 상에 위치하는 상부 보호층(107)의 부분(108)이 발열부(104')가 발생된 열을 잉크에 작용하는 열작용부가 된다. 또한, 이 상부 보호층(107)으로서 이용하는 Ir은 일반적으로 보호층(10)과의 밀착성이 낮다. 이로 인해 보호층(106)과 상부 보호층(107, 107b) 사이에 밀착층(109)을 형성함으로써, 보호층(106)에 대한 밀착성을 향상시키고 있다.
이 밀착층(109)은 상부 보호층(107)과 외부 단자를 전기적으로 접속하는 배선부를 구성하고 있고, 도전성을 갖는 재료를 이용하여 형성된다. 또한, 밀착층(109)은 보호층(106)에 형성된 관통 구멍(110)에 삽입되고, 전극 배선층(105)에 접속되어 있다. 또한, 전극 배선층(105)은 베이스(101)의 단부에까지 연장되어 있다. 이 전극 배선층(105)의 선단부는 외부 단자와의 전기적 접속을 행하기 위한 외부 전극(111)을 이루고 있다. 이에 의해, 상부 보호층(107)과 외부 단자(111)가 전기적으로 접속되게 된다.
또한, 상기 잉크젯 헤드용 기판(100)에는 이 기판(100)과 함께 잉크의 유로(122)를 형성하는 유로 형성 부재(120)가 설치되어 있다. 이 유로 형성 부재(120)에는 열작용부(108)에 대응하는 위치에 토출구(121)가 형성되어 있고, 토출구(121)와 잉크 유로(122)가 연통되어 있다.
또한, 본 제3 실시 형태에서는 상부 보호층(107)의 형성 부위가 열작용부(108)를 포함하는 영역(107a)과, 전기 화학 반응을 실시할 때에 대향 전극이 되는 영역(107b)과의 2개의 영역으로 나눌 수 있다. 그리고, 밀착층(109)도 마찬가지로 2개의 영역(109a, 109b)으로 나눌 수 있다. 각 밀착층의 영역(109a, 109b)은, 각각 외부 전극으로 접속되어 있다.
도20a 및 도20b는 상기 잉크젯 헤드 기판의 상부 보호층의 2개의 영역(109a, 109b)에 대한 전압의 인가 상태를 도시하는 도면이다. 여기서, 도20a는 열작용부(108)를 포함하는 영역(109a)을 애노드측 전극으로서 영역(109a)과 영역(109b) 사이에 전압을 인가하는 상태를 나타내고 있다. 또한, 도20b는 상기 영역(109a)을 캐소드측 전극으로서, 영역(109a)과 영역(109b) 사이에 전압을 인가하는 상태를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 밀착층(109a, 109b)과는 그들 자체는 서로 전기적으로 접속되어 있지만, 외부 전극을 이루는 전극 배선층(105)에 의해 스위칭 소자 등으로 구성되는 전압 반전 회로(113)에 접속되어 있다. 이 전압 반전 회로에 의해, 상부 보호층(107a, 107b)에는 애노드극 및 캐소드극이 교대로 반전하도록 전압을 인가하는 것이 가능해진다.
상기한 바와 같이, 잉크젯용 기판(100)의 상부 보호층(107)의 영역(107a, 107b)과는 기판 단일 부재로는 서로 전기적으로 접속되어 있지 않다. 그러나, 기판 상에 전해질을 포함하는 용액이 충전된 상태에 있어서, 양쪽 영역 사이에 전압을 인가하면, 이 용액을 거쳐서 양쪽 영역(107a, 107b) 사이에 전류가 흐르고, 상부 보호층(107)과 용액과의 계면에서 전기 화학 반응이 발생된다. 즉, 잉크젯 기록에 이용되는 잉크(본 실시 형태에서는 안료 잉크)는 전해질을 포함하고 있다. 또한, 상부 보호층(107)은 비교적 낮은 pH값의 전기 분해액으로도 용출하는 특성을 갖는 Ir을 이용하고 있다. 이로 인해, 기판 상에 잉크가 존재하면 상부 보호층에 전기 화학 반응 또는 용출을 발생시키는 것이 가능하다. 이때, Ir의 용출은 이것이 애노드 전극측이 되어 있을 때에 발생한다. 따라서, 영역(107a)이 애노드측, 영역(107b)이 캐소드측이 되도록 전위가 인가되었을 때, 영역(107)에 있어서의 Ir의 용출이 발생되고, 이 용출과 함께 열작용부(108) 상의 눌러 붙음이 제거된다.
그러나, 양쪽 영역에 인가되는 전압의 극성을 일정하게 유지한 경우, 즉 영역(107a, 107b)을 애노드측 및 캐소드측에 각각 고정하여 전기 화학 반응을 진행시 키면, 애노드 전극 표면에 서서히 잉크 성분이 부착되어 행하고, 이것이 표면을 덮는 경우가 있다. 이 경우, 상부 보호층(107a)의 용출을 방해할 수 있어, 결과적으로 눌러 붙음을 완전하게 제거할 수 없게 되는 경우가 있다.
그래서, 본 제3 실시 형태에서는 상부 보호층의 각 영역(107a, 107b)이 교대로 애노드 및 캐소드가 되도록, 인가하는 전압의 극성을 반전시킨다. 이는 전압 반전 회로에 의해 행한다. 이때, 상부 보호층(107)의 각 영역(107a)이 애노드측이 되어 있을 때에는, 상술한 바와 같이 영역 Ir의 용출이 생기고, 열작용부(108) 상의 눌러 붙음이 제거된다. 이후, 인가 전압이 반전되면, 애노드측 및 캐소드측의 각 영역(107a, 107b)에 부착 혹은 흡인된 잉크 성분이 제거 혹은 분산된다. 즉, 각 영역(107a, 107b)이 잉크 성분으로 이루어지는 층에 덮여지는 일이 없어진다. 여기서, 다시 영역(107a)이 애노드측이 되도록 전압의 극성을 절환하면, 영역(107a)으로부터 Ir의 용출이 생기고, 열작용부(108) 상에 잔류되어 있는 눌러 붙음은 또한 제거되게 된다. 이상의 동작을 반복 행함으로써, 영역(107a)의 눌러 붙음을 대략 완전하게 제거하는 것이 가능해진다.
또한, 본 제3 실시 형태에서는 전기 화학 반응을 실시할 때의 대향 전극으로서 상부 보호층 영역(107b)을 이용하고, 이 상부 보호층 영역(107b)도 Ir을 이용하여 형성하고 있다. 그러나, 용액(잉크)을 거쳐서 바람직한 전기 화학 반응을 실시하는 것이 가능한 것이라면, 다른 재료를 이용하여 상부 보호층 영역(107b)을 형성해도 좋다.
또한, 이상 구성에서는 상부 보호층(107)으로서 Ir을 이용하고 있지만, 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열에 의해 용출을 방해하는 산화막을 형성하지 않는 재료이면, 그 밖의 것을 이용해도 좋다.
본 제3 본 실시 형태에서는 상부 보호층(107)은 유로 형성 부재(120)와는 접촉하지 않는다. 또한, 상부 보호층(107)은 밀착층 영역(109a) 및 전극 배선층(105)을 거쳐서 외부 전극(111)에 접속되고 전위가 인가된다. 이때 생기는 전기 화학 반응에 의해 상부 보호층(107)이 용출되어도, 유로 형성 부재(120)와 기판(100)과의 밀착성 저하의 문제는 생기지 않는다. 이는, 밀착층(109)이 유로 형성 부재(120)와 접하고 있는데다가, 밀착층(109)으로서 본 실시 형태에서는 상기 제2 실시 형태와 마찬가지로 Ta를 이용하고 있는 것에 따른다. 즉, Ta는 상술한 바와 같이 잉크 속에서 전기 화학 반응을 일으키게 하면 양극 산화에 의해 표면에 산화막을 형성하므로, 용출이 실질적으로 발생하지 않는다. 이로 인해, 밀착층(109)과 유로 형성 부재(120) 및 기판(100)과의 밀착성이 저하되는 일은 없다.
또한, 제3 실시 형태에서는 애노드측 전극 및 캐소드측 전극의 반전을 잉크젯 헤드용 기판에 설치한 전압 반전 회로(113)로 행하고 있다. 그러나, 잉크젯 기록 장치 본체에 있어서 전압을 반전시키고, 이를 외부 전극으로부터 상부 보호층(107)에 인가해도 좋다.
5. 2 눌러 붙음 제거 실험
다음에, 상기 제3 실시 형태에 있어서의 잉크젯 헤드의 클리닝 방법을, 이하의 실시예를 기초로 하여 보다 구체적으로 설명한다.
(제5 실시예)
상기의 잉크젯 헤드를 복수 용의하고, 각각에 대해 상기 실시 형태에 있어서의 클리닝 방법에 의한 눌러 붙음의 제거 실험을 실시하였다. 실험 방법은 열작용부(108) 상에 눌러 붙음이 퇴적되도록 소정 조건으로 전기 열변환 소자로서의 발열부(104')를 구동시킨 후, 상부 보호층(107)에 통전함으로써 눌러 붙음 제거 처리를 실시하는 것으로 하였다. 잉크에는 수지 분산형의 안료 잉크를 이용하였다.
우선, 상부 보호층(107) 상에 눌러 붙음을 퇴적시키는 목적으로, 전압 20V 및 폭 15 ㎲ec의 구동 펄스를 주파수 5 ㎑로 5.0 × 106회, 발열부(104')에 인가하였다.
도21a에는 발열부(104')의 구동 동작 직후에 있어서의 상부 보호층(107)의 상태를 도시하는 설명도이다. 열작용부(108) 상에는, 도21a와 같이 거의 균일하게 눌러 붙은 불순물(K)이 퇴적되어 있었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용하여 기록 동작을 행한 결과, 기록된 화상의 품위는 눌러 붙은 불순물(K)이 퇴적되어 있지 않은 상태에서 기록된 화상의 기록 품위보다 저하되어 있는 것이 확인되었다.
다음에, 눌러 붙은 불순물(K)의 제거 처리(클리닝 처리)로서 상부 보호층(107a)에 접속하고 있는 외부 전극(111)에 10V의 DC 전압을 15초간 인가하였다. 이때, 상부 보호층(107a)을 애노드 전극 및 상부 보호층(107b)을 캐소드 전극으로 하였다.
도21b는 이 눌러 붙음 처리에 있어서의 전압 인가 후의 상태를 도시하는 설명도이다. 열작용부(108) 상으로부터는 거기까지 퇴적되어 있던 눌러 붙은 불순 물(K)이, 도21b와 같이 다소 제거되어 있는 것이 확인되었다. 그러나, 상부 보호층(107a)의 표면 상에 잉크 성분이 부착되어 있기 때문에, 눌러 붙은 불순물(K)을 완전하게 제거되어 있지 않은 것이 판명되었다.
그래서, 상부 보호층(107a)을 캐소드 전극, 상부 보호층(107b)을 애노드 전극으로서, 그 이외는 상기와 마찬가지의 조건으로 전압을 인가하였다. 도21c에 도시한 바와 같이 상부 보호층(107a)의 표면에 부착된 잉크 성분은 이탈하였지만, 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적 상태에는 변화는 없었다. 그리고, 다시 같은 조건으로, 상부 보호층(107a)을 애노드 전극으로서 전압을 인가하고, 그 후 상부 보호층(107a)을 캐소드 전극으로서 전압을 인가하였다. 그 결과, 열작용부(108) 상으로부터는 거기까지 퇴적되어 있던 눌러 붙은 불순물(K)이 도21d에 도시한 바와 같이 완전하게 제거되었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용하여 기록을 행하면, 기록 품위는 초기와 거의 마찬가지의 상태까지 회복하고 있는 것이 확인되었다.
이 점으로부터, 도21b 내지 도21d에 도시한 바와 같이 전압을 인가하고 있는 동안, 상부 보호층(107a)의 표면에는, 이하와 같은 상태 변화가 생기고 있던 것이 추측된다.
우선, 눌러 붙은 불순물(K)을 제거할 때에 밀착층 영역(109a) 및 상부 보호층(107)에 전압을 인가하면, 밀착층(109a)에 있어서의 잉크와 접하고 있는 부분의 표면에는 전압에 따른 산화막이 형성된다. 이 산화막이 일정한 두께가 되면 그 표면에서의 전기 화학 반응이 정지된다. 이에 대해, 상부 보호층(107a)에는 밀착층(709)을 통해 전압이 인가되어 계속 용출된다. 그러나, 용출과 동시에 잉크 성 분이 부착되므로, 잉크와 상부 보호층(107a)의 반응이 억제되어 용출이 정지된다. 이로 인해, 눌러 붙은 불순물(K)을 완전하게 제거할 수 없다. 그래서, 다음에 상부 보호층(107a)을 캐소드 전극으로 하도록 전압을 인가하면, 상부 보호층(107a) 상에 부착된 잉크 성분이 다시 잉크 속으로 분산되고, 상부 보호층(107a) 표면은 직접 잉크와 접하는 상태로 복귀한다. 이 일련의 동작을 반복 실시함으로써 눌러 붙은 불순물(K)은 완전하게 제거된다.
또한, 밀착층(109)은 표면에 산화막이 형성되므로, 전기 화학 반응에 의해 용출하지 않는다. 따라서, 밀착층(109)과 유로 형성 부재(109)와의 계면에서 밀착성이 저하되는 간극이 생길 일이 없다.
다음에, 눌러 붙음 제거 처리 후의 잉크젯 헤드에 대해, 상기의 구동 조건과 동일 조건으로 전기 열변환 소자의 구동을 다시 행하였다. 이 전기 열변환 소자의 구동 후에는, 상기와 마찬가지로 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적이 확인된다. 따라서, 이 상태에 있어서 기록된 화상에는 기록 품위의 저하가 확인되었다.
이 후, 상기와 마찬가지의 눌러 붙음 제거 처리를 실시한 바, 퇴적된 눌러 붙은 불순물(K)이 없어져 기록 품위의 회복이 확인되었다.
이상의 실험 결과를 표 3에 나타낸다
[표 3]
| 사용 잉크 | 토출 펄스수 (적산) | 눌러 붙음 제거 처리 조건 | 표면 상태 | 기록 품위 |
| 안료 잉크 | 초기 | - | ○ | ○ |
| 5.0 ×106 | - | ○ | × | |
| - | 양극ㆍ10V, 15s | × | × | |
| - | 음극ㆍ10V, 15s | ○ | × | |
| - | 양극ㆍ10V, 15s | × | × | |
| - | 음극ㆍ10V, 15s | ○ | ○ | |
| ※참고 염료 잉크 | 초기 | - | ○ | - |
| 5.0 ×106 | - | ○ | × | |
| 양극ㆍ10V, 30s | ○ | ○ |
표 3에 있어서, 표면 상태의 란에 있어서, ○는 눌러 붙음이 퇴적되어 있지 않은 상태를, ×는 눌러 붙음이 퇴적된 상태를 각각 나타낸다. 또한, 기록 품위의 란에 있어서 ○는 양호한 기록 품위를, ×는 기록 품위의 열화를 각각 나타내고 있다. 또한, 연료 잉크에는 BCI-6e(캐논제)를 이용하였다.
본 실험 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 클리닝 방법에 따르면 안료 잉크를 이용한 장시간의 기록 동작에 의해 열작용부(108) 상에 눌러 붙은 불순물(K)이 퇴적된 경우라도, 염료 잉크를 이용한 경우와 마찬가지로 확실하게 눌러 붙은 불순물(K)을 제거할 수 있는 것을 알 수 있다.
5. 3 제어 순서
도22는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서 실시되는 기록 처리 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다. 또한, 본 제3 실시 형태에 있어서도 도15 및 도16에 도시한 구성을 구비한 잉크젯 헤드 기록 장치를 이용하는 것으로 한다. 단, 본 제3 실시 형태에 있어서는 헤드 드라이버(1705)가, 각 잉크 유로에 설치되어 있는 발열부(104')를 기록 데이터에 의거하여 구동하는 발열 구동부로서 기능하는 동시에, 전압 반전 회로(113)의 전압 반전 동작을 제어하는 반전 제어부로서도 기능한다. 또한, 이 헤드 드라이버(1705)와 각 부에 전압을 인가하기 위한 전원부에 의해, 전압 인가 수단이 구성되어 있다.
호스트 장치(1000) 등으로부터 기록 지시가 행해지면 본 순서가 개시되고, 우선 호스트 장치(1000)로부터 기록에 관한 화상 데이터를 수신하고, 이를 기록 장치에 적합한 데이터로서 전개한다(스텝 S21). 그리고, 상기 전개한 기록 데이터를 기초로 하여 기록 용지(P)의 반송과 잉크젯 헤드(1)의 주주사를 교대로 행하면서 기록 동작을 실행한다(스텝 S22). 또한, 이때 기록 도트수(전기 열변환 소자의 구동 펄스수)의 카운트를 실시한다.
그리고, 1단위(예를 들어, 기록 용지 1매분)의 기록 동작이 종료되면, 이 기록 동작의 개시 전까지 EEPROM(1726)에 누적된 도트 카운트 값의 데이터를 판독하고(스텝 S23), 이에 금회 카운트한 도트수를 가산한다(스텝 S24). 다음에, 상기 가산치가 소정의 임계치(예를 들어, 1 × 107) 이상이 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S25).
여기서, 임계치 이상이 되었다고 판정된 경우에는, 상술한 바와 같이 상부 보호층(107)의 영역(107a)이 전기 화학 반응에 있어서 애노드측과 캐소드측에 교대로 절환하여 전압을 인가한다. 이에 의해, 열작용부(108) 상의 눌러 붙음이 상부 호층(107a)과 함께 제거된다(스텝 S26, S27). 이와 같은 눌러 붙음 제거 처리를 행한 후 노즐 부근에는 용출한 상부 보호층의 형성 재료와 박리한 눌러 붙음을 포함하는 잉크가 체류되어 있다. 이 체류된 잉크가 기록 품위에 영향을 미치는 것이 아니라면, 이 잉크를 그대로 다음 회의 기록 동작에 이용함으로써 노즐로부터 토출시켜 버릴 수도 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는 흡인 회복 등을 실시함으로써(스텝 S28), 그 잉크를 적극적으로 배출하도록 한다. 또한, 눌러 붙음 제거 동작에 수반하여 상부 보호층(107)의 영역(107a)이 용출되므로, 이 영역의 막 두께가 감소되게 된다. 이로 인해, 높은 기록 품위를 보호하기 위해서는 잉크를 발포시키기 위해 발열부(104')에 인가해야 할 전기 에너지의 임계치, 예를 들어 펄스 폭 혹은 펄스 전압의 임계치(Pth)를 다시 측정하고, 이를 기억한다(스텝 S29, S30). 그 후, EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운트 값의 누적 데이터를 리셋하고(스텝 S31), 일련의 기록 처리를 종료한다.
한편, 스텝 S25에서 부정 판정된 경우에는, 상기 가산치를 갖고 EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운트 값의 누적 데이터를 갱신하고(스텝 S32), 기록 처리를 종료한다.
또한, 기록 동작 후에 눌러 붙음 제거 처리 또는 회복 처리를 실시하는 것이라고 하였지만, 본 제3 실시 형태에 있어서도 눌러 붙음 제거 처리 또는 회복 처리는 기록 동작에 앞서 행하도록 해도 좋다.
또한, 눌러 붙음 제거 처리 후에 잉크를 배출시키기 위한 처리로서도, 상술한 바와 같은 흡인 회복에 한정되지 않고, 토출구에 이르는 잉크 공급계를 가압함 으로써 배출을 행하게 하는 것이라도 좋다. 또한, 기록 동작과는 별도로 열작용부를 구동하여 잉크를 토출시키는 처리(예비 토출 처리)에 의해 배출을 행하는 것으로 좋다.
어떻게 해도, 본 제3 실시 형태에 따르면 잉크젯 헤드를 제거하여 행하는 특별하면서 번잡한 클리닝 처리가 불필요해지고, 효율적으로 클리닝 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
6. 제4 실시 형태
상기 제1 실시 형태와 같이, 열작용부 상의 눌러 붙음을 제거하기 위해 상부 보호층(107)을 전기 화학 반응에 의해 용출시키면 반응에 수반하여 기포가 발생된다. 이와 같이 발생된 기포가 균일한 상부 보호층의 잉크 속으로의 용출을 방해하는 원인이 될 가능성이 있다. 특히, 최근에는 토출하는 잉크의 액적 사이즈가 수 피코리터 내지 1피코리터, 또는 1피코리터 이하의 잉크젯 헤드가 실현 혹은 제안되어 있다. 이와 같은 잉크 액적 사이즈가 매우 작을 경우에, 본 발명의 눌러 붙음 제거 방법을 이용하면, 전기 화학 반응에 의해 발생되어 기포가 상부 보호층과 잉크와의 반응을 일부 저해하고, 균일하면서 확실한 눌러 붙음을 충분히 행할 수 없는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 제4 실시 형태에서는 상부 보호층(107)을 전기 화학 반응에 의해 용출시키기 위한 상부 보호층(107)으로의 전압 인가를 잉크 흡인 동작을 개시한 후에 행하는 클리닝 방법을 채용한다. 이에 의해, 전기 화학 반응에 의해 발생되는 기포가 크게 성장하는 일 없이, 잉크 흡인에 의해 배출되므로, 균일하면 서 확실하게 눌러 붙음을 제거하는 것을 가능하게 한다.
6. 1 눌러 붙음 제거 실험
도8 및 도9에 도시한 기판과 도6에서 도시한 잉크젯 헤드를 제조하는 공정으로, 토출하는 잉크 액적량이 5피코리터의 잉크젯 헤드를 작성하였다. 이 잉크젯 헤드를 이용한 실시예(제6 실시예)와, 비교예에 대해 눌러 붙음 제거 실험을 행하고, 제4 실시 형태의 효과를 검증하였다.
(제6 실시예)
상기의 잉크젯 헤드와, 본 실시 형태의 클리닝 방법을 이용하여 눌러 붙음의 제거 실험을 실시하였다. 실험 방법은 열작용부(108) 상에 눌러 붙음이 퇴적되도록 소정 조건으로 발열부를 구동한 후, 상부 보호층(107)에 통전함으로써 눌러 붙음 제거 처리를 실시하는 것으로 하였다. 잉크는 BCI-6e M(캐논제)을 이용하였다.
우선, 전압 20V 및 폭 1.5 ㎲의 구동 펄스를 주파수 5 ㎑로 5.0 × 106회, 발열부에 인가하였다. 도23a에 도시한 바와 같이 열작용부(108) 상에는, 거의 균일하게 눌러 붙은 불순물(K)이 퇴적되어 있었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용한 기록을 행하면, 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적에 의해 기록 품위가 저하되어 있는 것이 확인되었다.
다음에, 상부 보호층(107a)에 접속되어 있는 외부 전극(111)에 10V의 DC 전압을 30초간 인가하였다. 이때, 상부 보호층의 영역(107a)을 애노드 전극 및 영 역(107b)을 캐소드 전극으로 하였다. 또한, 도24의 타이밍도에 도시한 바와 같이 t = t1로 DC 전압을 인가함으로써 전기 화학 반응이 개시되기 전에, t = t0으로 회복 펌프를 이용한 흡인 회복을 개시하였다. 그리고, 전압 인가에 수반하여 상부 보호층(107a)으로부터 발생하는 기포를, 잉크와 함께 강제적으로 배출시키면서 t2까지 상부 보호층(107)의 용출에 의한 눌러 붙음 제거 처리를 실시하였다. 또한, 흡인 회복은 DC 전압의 인가가 종료된 후, t3에서 종료하였다.
도23b에 도시한 바와 같이, 열작용부(108) 상으로부터는 거기까지 퇴적되어 있던 눌러 붙은 불순물(K)이 제거되어 있는 것이 확인되었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용한 기록을 행하면, 기록 품위는 초기와 거의 동등한 상태까지 회복하고 있는 것이 확인되었다.
이 상태로부터 명백한 바와 같이, 상부 보호층(107)을 용출시키기 위한 전기 화학 반응을 잉크 흡인 중에 행함으로써, 전기 화학 반응에서 발생되는 기포가 상부 보호층(107)에 부착되는 일 없이 잉크와 동시에 배출된다. 따라서, 잉크 액적이 수 피코리터 이하로 작은 경우라도, 잉크와 상부 보호층(107)과의 전기 화학 반응이 저해되지 않고, 잉크로의 용출이 균일하면서 확실하게 행해지기 때문에, 오랜 기간 사용에 있어서도 눌러 붙음 제거가 가능해진다.
다음에, 열작용부(108) 상에, 다시 눌러 붙음을 퇴적시키기 위해, 상기 구동 조건과 동일 조건의 구동을 눌러 붙음 제거 처리 후의 잉크젯 헤드에 대해 행하였다. 그 결과, 상기와 마찬가지로 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적 및 기록 품위의 저하가 확인되었다.
그리고, 상기와 마찬가지로 눌러 붙음 제거 처리를 실시한 바, 퇴적된 눌러 붙은 불순물(K)이 없어져 기록 품위의 회복이 확인되었다.
(비교예)
다음에, 회복 펌프를 이용한 잉크 흡인을 전기 화학 반응을 위한 전압 인가 개시 후에 개시하고 눌러 붙음 제거 처리를 실시하였다. 또한, 잉크의 흡인 동작은 전압의 인가 종료까지 행하였다.
우선, 전압 20V 및 폭 1.5 ㎲의 구동 펄스를 주파수 5 ㎑로 5.0 × 106회, 발열부에 인가하였다. 도23a에 도시한 바와 같이 열작용부(108) 상에는 거의 균일하게 눌러 붙은 불순물(K)이 퇴적되어 있었다. 이 상태의 잉크젯 헤드를 이용한 기록을 행하면, 눌러 붙은 불순물(K)의 퇴적에 의해 기록 품위가 저하되어 있는 것이 확인되었다.
그리고, 상기 제6 실시예와 마찬가지로 눌러 붙음 제거 처리를 실시하였지만, 제6 실시예와 달리 도23c에 도시한 바와 같이 눌러 붙은 불순물(K)이 일부 퇴적된 상태였다.
이와 같은 현상이 발생되는 것을 확인하기 위해, 잉크 흡인을 전압 인가 중에 정지하고, 상부 보호층(107)의 영역을 관찰하였다. 그 결과, 도23d에 도시한 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전기 화학 반응에서 발생된 기포(BB)가 상부 보호층(107) 상에 부착되어 있었다. 이 기포(BB)가 상부 보호층과 잉크와의 전기 화학 반응을 방해하였기 때문에, 이 영역의 눌러 붙음이 제거되지 않았다고 사료된 다. 또한, 상부 보호층(107)의 일부의 영역에는 기포가 부착되지 않았으므로 반응이 진행되고, 이 일부의 영역에 부착되어 있던 눌러 붙은 불순물(K)은 제거할 수 있었다. 그러나, 잉크에 접촉하는 부위, 즉 기포에 의해 방해되지 않던 장소에, 전기 화학 반응을 위한 전압이 집중하여 인가되는 것이 되었다. 이로 인해, 오랜 기간 사용을 계속한 경우, 이 영역의 상부 보호층의 잉크로의 용출이 지나치게 진행되고, 균일한 상부 보호층(107)의 막 두께를 유지할 수 없다는 것이 명백하게 되었다.
이상의 실험 결과를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
| 잉크 흡인 | 토출 펄스수 (적산) | 눌러 붙음 제거 처리 조건 | 기록 품위 | 용출의 균일성 | |
| 제6 실시예 | 전압 인가 전 | 초기 | - | ○ | - |
| 5.0 ×106 | - | × | ○ | ||
| - | 10V, 15s | ○ | |||
| 1.0 ×107 | - | × | ○ | ||
| - | 10V, 15s | ○ | |||
| 비교예 | 전압 인가 후 | 초기 | - | ○ | - |
| 5.0 ×106 | - | × | × | ||
| - | 10V, 15s | × |
본 실험으로부터 명백한 바와 같이, 상부 보호층(107)의 용출을 균일하면서 확실하게 행하기 위해서는 잉크 흡인을 실시하면서 전기 화학 반응을 실시하는 것이 적절한 것을 알 수 있다. 특히, 토출하는 잉크 액적량이 수 피코리터 이하인 경우에는, 발생하는 기포를 상부 보호층(107)과 잉크와의 반응을 저해하기까지 성 장시키는 일 없이, 잉크와 함께 배출하면서 상부 보호층(107)을 용출시키는 눌러 붙음 제거 방법을 선정해야만 하는 것을 알 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 잉크의 회복 처리를 상부 보호층(107)의 전기 화학 반응을 개시하기 전으로부터 행함으로써, 전기 화학 반응에서 발생하는 기포에 의해 반응 저해를 방지하고, 상부 보호층(107)을 균일하면서 확실하게 용출시키고 있다. 도24에 도시한 타이밍도와 같이, t0 < t1이 되면 본 실시 형태의 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 일반적으로 전극 재료가 용액 속에 전기 화학 반응에 의해 용출할 때에는, 전압을 인가한 것과 거의 동시에 전극 표면 근방에 전기 이중층이라 불리는 층이 형성되고, 그 후 용출 반응이 진행된다고 되어 있다. 이 전기 이중층을 형성하는 데 필요한 시간은, 대략 0.01초대이므로, 도24에 도시한 타이밍도에 있어서 전압 인가를 개시하는 시간 t1과, 잉크 흡인을 개시하는 시간 t0이 t0 = t1이 된 경우에 있어서도, 본 실시 형태에서 도시한 클리닝 방법의 효과를 얻는 것이 가능하다.
6. 2 제어 순서
도25는 본 발명의 클리닝 방법을 이용하는 기록 장치가 실시 가능한 기록 처리 순서의 일례를 나타낸다.
호스트 장치(1000) 등으로부터 기록 지시가 행해지면 이하의 본 순서가 개시된다. 우선, 호스트 장치(1000)로부터 기록에 관한 화상 데이터를 수신하고, 이 화상 데이터를 기록 장치에 적합한 데이터로서 전개한다(스텝 S41). 그리고, 전개한 기록 데이터를 기초로 하여 기록 용지(P)의 반송과 잉크젯 헤드(1)의 주주사를 교대로 행하면서 기록 동작을 실행한다(스텝 S43). 또한, 이때 기록 도트수(전기 열변환 소자의 구동 펄스수)의 카운트를 실시한다.
그리고, 1단위(예를 들어, 기록 용지 1매분)의 기록 동작이 종료되면, EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운트 값의 누적 데이터를 판독하고(스텝 S45), 이에 금회 카운트한 도트수를 가산한다(스텝 S47). 다음에, 상기 가산치가 소정의 값(Th)(예를 들어, 5 × 106) 이상이 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S49).
여기서, 소정의 값(Th) 이상이 되었다고 판정되면, 상기한 바와 같이 회복 처리를 개시한다(스텝 S51). 그리고, 상부 보호층(107)에 전압을 인가하고, 열작용부(108) 상의 눌러 붙음이 상부 보호층(107)과 동시에 제거되도록 한다(스텝 S53). 이러한 눌러 붙음 제거 처리를 행한 후에는, 노즐 부근에는 용출한 상부 보호층의 형성 재료와 박리한 눌러 붙음을 포함하는 잉크가 체류되어 있다. 기록 품위에 영향을 미치는 것이 아니라면, 이 잉크를 그대로 다음 회의 기록 동작에 이용함으로써 노즐로부터 토출시켜 버릴 수도 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는 흡인 회복을 눌러 붙음 제거 처리가 종료된 후에 정지함으로써(스텝 S55), 상부 보호층의 형성 재료와 박리한 눌러 붙음을 포함하는 잉크를 적극적으로 배출하도록 한다. 그 후, EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운트 값의 누적 데이터를 리셋하고(스텝 S57), 일련의 기록 처리를 종료한다.
한편, 스텝 S49에서 부정 판정된 경우에는, 상기 가산하여 얻어진 값을 갖고 EEPROM(1726)에 저장되어 있는 도트 카운트 값의 누적 데이터를 갱신하고(스텝 S59), 기록 처리를 종료한다.
또한, 이상의 순서에서는 기록 동작 후에 회복 처리 또는 눌러 붙음 제거 처리를 실시하는 것으로 하였지만, 기록 동작에 앞서 행하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 스텝 S41에서 전개한 기록 데이터를 기초로 하여 도트 카운트를 행하고, 이를 도트 카운트의 누적치에 가산하고, 그 가산치를 기초로 하여 눌러 붙음 제거 처리의 실시 유무를 판정하도록 할 수 있다. 또한, 소정량의 기록 동작마다(예를 들어, 잉크젯 헤드의 1 스캔 또는 수 스캔마다) 눌러 붙음 제거 처리가 실시되도록 하는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면 일련의 기록 처리 과정에 있어서 눌러 붙음 제거 처리를 포함하는 클리닝 처리를 그대로 실시하는 것이 가능해진다. 따라서, 잉크젯 헤드를 제거하여 행하는 특별하면서 번잡한 클리닝 처리가 불필요해지고, 효율적으로 클리닝 처리를 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제4 실시 형태에 있어서는 상부 보호층에 인가하는 전압의 극성을, 상기 제3 실시 형태와 같이 반전시키도록 해도 좋다. 이에 따르면, 보다 확실한 눌러 붙음 제거 효과를 기대할 수 있다.
또한, 이상의 설명에 있어서는 토출구의 막힘을 방지하기 위해, 잉크 유로 내의 잉크를 토출구로부터 배출시키는 잉크 배출 동작을 행하는 잉크 배출 기구로서, 잉크 유로 내의 잉크를 부압에 의해 흡인하는 흡인 회복 기구를 예로 채용하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 흡인 회복 기구 이외의 잉크 배출 기구를 이용하는 것도 가능하다. 즉, 잉크 배출 기구로서는 잉크젯 헤드의 잉크 유로 내의 잉크 에 압력(정압)을 가하고, 그 압력에 의해 토출구로부터 잉크를 강제적으로 배출시키는 가압 회복 기구도 알려져 있다. 이 가압 회복 기구는 주로 하여 대형인 잉크젯 헤드를 이용하여 고속 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치, 예를 들어 산업용의 잉크젯 기록 장치 혹은 풀 라인형의 잉크젯 기록 장치 등에 이용되어 있다. 본 발명은, 이와 같은 가압 회복 기구에 의해 잉크 배출 동작을 행하는 것에도 적용 가능하고, 상기 흡인 회복 동작을 행하는 경우와 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시예들에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 다음의 청구항들의 범주는 모든 변경, 및 동등한 구성 및 특징 등을 포함하도록 가장 광범위한 해석으로 간주될 수 있다.
본 발명에 따르면, 열작용부 상에 눌러 붙음이 축적되어도, 이를 균일하면서 확실하게 제거하는 것을 가능할 수 있게 함으로써 토출 특성을 안정시켜 신뢰성이 있는 고품위의 화상 기록을 행할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전용의 업자나 사용자에 의한 특별하면서 번잡한 클리닝 처리를 요하지 않고, 일련의 기록 처리의 과정으로 클리닝을 행할 수 있게 하는 것이다.
Claims (29)
- 전극 배선층의 갭과 발열 저항체층에 의해 형성된 발열부와,상기 전극 배선층 및 상기 발열 저항체층 상에 배치된 보호층과,상기 발열부의 상방의 잉크에 접촉하는 열작용부를 적어도 포함하는 상기 보호층 상의 영역에, 상기 잉크와의 전기 화학 반응을 발생시키기 위한 전극이 되도록 전기적 접속이 가능하게 배치된 상부 보호층이며, 상기 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열에 의해 상기 용출을 방해하는 산화막을 형성하지 않는 재료로 형성된 상기 상부 보호층을 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 보호층은 Ir 또는 Ru를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드용 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 보호층은 도전성을 갖는 밀착층을 거쳐서 상기 보호층 상에 배치되고, 상기 상부 보호층은 상기 밀착층과 상기 보호층에 마련한 관통 구멍을 거쳐서 상기 전극 배선층에 접속됨으로써 상기 전기적 접속이 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드용 기판.
- 제3항에 있어서, 상기 상부 보호층은 상기 밀착층 상에 있어서, 잉크 유로를 형성하기 위한 유로 형성 부재가 접합되어야 할 부분을 피한 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드용 기판.
- 제4항에 있어서, 상기 밀착층은 가열에 의해 산화막을 형성함으로써, 상기 전기 화학 반응에 의한 실질적인 용출이 생기지 않는 금속을 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드용 기판.
- 제5항에 있어서, 상기 밀착층은 Ta 또는 Nb를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드용 기판.
- 제1항에 기재된 기판과,상기 열작용부에 대응한 잉크의 토출구를 갖는 동시에, 상기 기판에 접합됨으로써 상기 토출구에 이르는 상기 잉크의 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제4항에 기재된 기판과,상기 열작용부에 대응한 잉크의 토출구를 갖는 동시에, 상기 기판에 접합됨으로써 상기 토출구에 대한 상기 잉크의 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 구비하고, 상기 유로 형성 부재는 상기 밀착층 상에 직접적으로 접합되기 위해 접촉함으로써 상기 유로를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 제7항에 기재된 잉크젯 헤드의 상기 열작용부 상에 퇴적되는 눌러 붙음을 제거하기 위한 클리닝 방법이며,상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로서 이용함으로써 상기 전기 화학 반응을 발생시켜, 상기 상부 보호층을 상기 잉크 속에 용출시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 상부 보호층이 상기 전기 화학 반응에 있어서의 애노드 전극이 되도록 전위를 인가하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제7항에 기재된 잉크젯 헤드를 이용하여 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치이며,상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로서 이용함으로써 상기 전기 화학 반응을 발생시켜, 상기 상부 보호층을 상기 잉크 속에 용출시킴으로써, 상기 열작용부 상에 퇴적되는 눌러 붙음을 제거하는 처리를 행하는 클리닝 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 처리 후에, 상기 잉크를 배출시키는 처리를 행하는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
- 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와,상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과,상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고,상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드에 대해, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 클리닝 방법이며,상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로 하는 동시에, 상기 상부 보호층에 대해 상기 잉크를 거쳐서 도통 가능한 부분을 다른 쪽의 전극으로 하고, 양쪽 전극의 극성을 반전시켜 전압을 인가하는 전압 인가 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 전압 인가 공정은 상기 상부 보호층을 애노드 전극으로 하고, 상기 다른 쪽의 전극을 캐소드 전극으로서 전압을 인가함으로써, 상기 상부 보호층을 전기 화학 반응에 의해 상기 잉크 속에 용출시키는 제1 공정과,상기 상부 보호층을 캐소드 전극으로 하고, 상기 다른 쪽의 전극을 애노드 전극으로서 전압을 인가함으로써, 상기 열작용부에 퇴적한 잉크 성분으로 이루어지 는 부착물을 제거하는 제2 공정을 갖고, 상기 제1 및 제2 공정을 반복하여 행하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 상부 보호층은 Ir 또는 Ru를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 전압 인가 공정 후, 상기 잉크 유로 내에 체류하고 있는 잉크를, 상기 잉크 유로 내로부터 배출시키는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 전압 인가 공정은 기록 동작 개시 전과 기록 동작 개시 후의 적어도 한쪽에 있어서 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 전압 인가 공정은 상기 잉크젯 헤드에 의해 기록되는 도트수가, 미리 정해진 하나의 상수에 도달한 시점에서 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 잉크 토출구로부터 잉크를 토출시키기 위해, 상기 전기 열변환부에 인가해야 할 전기 에너지의 임계치를 측정하고, 그 측정 결과에 따 른 전기 에너지를 상기 전기 열변환부에 공급하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와,상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과,상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고,상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드에 대해, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 클리닝 장치이며,상기 상부 보호층에 대해 상기 잉크를 거쳐서 도통 가능한 전극과 상기 상부 보호층 사이에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 구비하고,상기 전압 인가 수단은 상기 상부 보호층의 극성을 반전시켜 상기 전극 사이에 전압을 인가 가능하게 하는 전압 반전 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 전압 반전 수단은 상기 상부 보호층과 상기 전극에 접속된 스위칭 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 전압 반전 수단은 상기 잉크젯 헤드에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
- 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와,상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과,상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고,상기 상부 보호층을, 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않은 재료로 형성한 잉크젯 헤드이며,상기 상부 보호층에 대해 잉크를 거쳐서 도통 가능한 전극과,상기 상부 보호층과 상기 전극 사이의 전압 인가 시에 상기 상부 보호층의 극성을 반전 가능하게 하는 전압 반전 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드.
- 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와,상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과,상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열 작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고,상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드를 이용하여 기록을 행하는 잉크젯 기록 장치에 있어서,상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로 하는 동시에, 상기 상부 보호층에 대해 상기 잉크를 거쳐서 도통 가능한 부분을 다른 쪽의 전극으로 하고, 양쪽 전극의 극성을 반전시켜 전압을 인가함으로써, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 처리를 행하는 클리닝 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
- 잉크 토출구와 연통하는 잉크 유로 내에 배치된 전기 열변환부와,상기 전기 열변환부와 상기 잉크 유로 내의 잉크와의 접촉을 차단하는 절연성의 보호층과,상기 보호층의 상기 전기 열변환부에 의해 가열되는 부분을 적어도 덮는 열작용부를 갖는 상부 보호층을 갖고,상기 상부 보호층을 상기 잉크와의 전기 화학 반응에 의해 용출하는 금속을 포함하고, 또한 가열됨으로써 상기 용출을 방해하는 산화막이 형성되지 않는 재료로 형성한 잉크젯 헤드에 대해, 상기 상부 보호층에 퇴적하는 눌러 붙음을 제거하는 클리닝 방법이며,상기 상부 보호층을 한쪽의 전극으로서 이용함으로써 상기 전기 화학 반응을 발생시켜, 상기 상부 보호층을 상기 잉크 속에 용출시키는 클리닝 방법이며,상기 전기 화학 반응을 행하기 위한 상기 상부 보호층에 대한 전압 인가가, 상기 잉크 유로 내의 잉크를 상기 잉크 토출구로부터 배출시키는 잉크 토출 동작에 관련하여 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 전기 화학 반응을 행하기 위한 상기 상부 보호층에 대한 전압 인가가, 상기 잉크를 배출하는 잉크 배출 동작 중에 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 전기 화학 반응을 행하기 위한 상기 상부 보호층에 대한 전압 인가가, 상기 잉크 배출 동작을 개시한 후에 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 전기 화학 반응을 행하기 위한 상기 상부 보호층에 대한 전압 인가와, 상기 잉크를 배출하는 잉크 배출 동작이 동시에 행해지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 잉크를 배출하는 회복 동작이, 상기 잉크 토출구로부터 잉크젯 기록 헤드 내의 잉크를 흡인하는 잉크 흡인 동작인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법.
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