(57)【要約】【課題】インクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを利用するインクジェットヘッドにおいて、インクに接触する熱作用部上に蓄積されるコゲを確実かつ均一に除去できるようにする。【解決手段】熱作用部１０８を含む領域に、インクとの電気化学反応を生じさせるための電極となるよう電気的接続が可能に配置された上部保護層１０７を配置する。この上部保護層を、電気化学反応により溶出する金属を含み、かつ加熱により前記溶出を妨げる酸化膜を形成しない材料で形成する。これにより、確実な電気化学反応を生じさせて上部保護層の表面層を溶出させることで、熱作用部上のコゲをを均一かつ確実に除去することが可能となる。【選択図】図３
2008105364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極配線層のギャップと発熱抵抗体層とにより形成された発熱部と、
前記電極配線層および前記発熱抵抗体層上に配置された保護層と、
前記発熱部の上方の前記インクに接触する熱作用部を少なくとも含む前記保護層上の領域に、前記インクとの電気化学反応を生じさせるための電極となるよう電気的接続が可能に配置された上部保護層であって、前記電気化学反応により溶出する金属を含み、かつ加熱により前記溶出を妨げる酸化膜を形成しない材料で形成された当該上部保護層と、
を具えたことを特徴とするインクジェットヘッド用基板。
【請求項２】
前記上部保護層はＩｒまたはＲｕを含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項３】
前記上部保護層は導電性を有する密着層を介して前記保護層上に配置され、前記上部保護層は、前記密着層と前記保護層に設けたスルーホールとを介して前記電極配線層に接続されることで前記電気的接続が行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項４】
前記上部保護層は、前記密着層上において、前記インクの流路を形成するための流路形成部材が接合されるべき部分を避けた位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項５】
前記密着層は、加熱により酸化膜を形成することで、前記電気化学反応による実質的な溶出が生じない金属を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項６】
前記密着層は、ＴａまたはＮｂを含む材料で形成されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド用基板。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の基板と、
前記熱作用部に対応したインクの吐出口を有するとともに、前記基板に接合されることで前記吐出口に至る前記インクの流路を形成する流路形成部材と、
を具えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載のインクジェットヘッドの前記熱作用部上に堆積するコゲを除去するためのクリーニング方法であって、
前記上部保護層を一方の電極として用いることにより前記電気化学反応を生じさせて、前記上部保護層を前記インク中に溶出させることを特徴とするインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【請求項９】
前記上部保護層が前記電気化学反応におけるアノード電極となるよう電位を印加することを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【請求項１０】
請求項７に記載のインクジェットヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録装置であって、
前記上部保護層を一方の電極として用いることにより前記電気化学反応を生じさせて、前記上部保護層を前記インク中に溶出させることで、前記熱作用部上に堆積するコゲを除去する処理を行うクリーニング手段を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１１】
インク吐出口と連通するインク流路内に配置された電気熱変換部と、
前記電気熱変換部と前記インク流路内のインクとの接触を遮断する絶縁性の保護層と、
前記保護層の前記電気熱変換部によって加熱される部分を少なくとも覆う熱作用部を有する上部保護層と、を有し、
前記上部保護層を前記インクとの電気化学反応によって溶出する金属を含み、かつ加熱されることにより前記溶出を妨げる酸化膜が形成されない材料で形成したインクジェットヘッドに対し、前記上部保護層に堆積するコゲを除去するクリーニング方法であって、
前記上部保護層を一方の電極とすると共に、前記上部保護層に対し前記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電圧印加工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【請求項１２】
前記電圧印加工程は、前記上部保護層をアノード電極とし、前記他方の電極をカソード電極として電圧を印加することにより、前記上部保護層を電気化学反応により前記インク中に溶出させる第１の工程と、
前記上部保護層をカソード電極とし、前記他方の電極をアノード電極として電圧を印加することにより、前記熱作用部に堆積したインク成分からなる付着物を除去する第２の工程と、を有し、上記第１および第２の工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【請求項１３】
前記インク吐出口からインクを吐出させるために、前記電気熱変換部に印加すべき電気エネルギの閾値を測定し、その測定結果に応じた電気エネルギを前記電気熱変換部に供給することを特徴とする請求項１１または１２に記載のインクジェット記録方法。
【請求項１４】
インク吐出口と連通するインク流路内に配置された電気熱変換部と、
前記電気熱変換部と前記インク流路内のインクとの接触を遮断する絶縁性の保護層と、
前記保護層の前記電気熱変換部によって加熱される部分を少なくとも覆う熱作用部を有する上部保護層と、を有し、
前記上部保護層を、前記インクとの電気化学反応によって溶出する金属を含み、かつ加熱されることにより前記溶出を妨げる酸化膜が形成されない材料で形成したインクジェットヘッドであって、
前記上部保護層に対してインクを介して導通可能な電極と、
前記上部保護層と前記電極との間の電圧印加時に前記上部保護層の極性を反転可能とする反転手段と、を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１５】
インク吐出口と連通するインク流路内に配置された電気熱変換部と、
前記電気熱変換部と前記インク流路内のインクとの接触を遮断する絶縁性の保護層と、
前記保護層の前記電気熱変換部によって加熱される部分を少なくとも覆う熱作用部を有する上部保護層と、を有し、
前記上部保護層を、前記インクとの電気化学反応によって溶出する金属を含み、かつ加熱されることにより前記溶出を妨げる酸化膜が形成されない材料で形成したインクジェットヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録装置において、
前記上部保護層を一方の電極とすると共に、前記上部保護層に対し前記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により、前記上部保護層に堆積するコゲを除去する処理を行うクリーニング手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１６】
インク吐出口と連通するインク流路内に配置された電気熱変換部と、
前記電気熱変換部と前記インク流路内のインクとの接触を遮断する絶縁性の保護層と、
前記保護層の前記電気熱変換部によって加熱される部分を少なくとも覆う熱作用部を有する上部保護層と、を有し、
前記上部保護層を前記インクとの電気化学反応によって溶出する金属を含み、かつ加熱されることにより前記溶出を妨げる酸化膜が形成されない材料で形成したインクジェットヘッドに対し、前記上部保護層に堆積するコゲを除去するクリーニング方法であって、
前記上部保護層を一方の電極として用いることにより前記電気化学反応を生じさせて、前記上部保護層を前記インク中に溶出させ、
前記電気化学反応を行うための前記上部保護層に対する電圧印加が、前記インク流路内のインクを前記インク吐出口から排出させるインク排出動作に関連して行われることを特徴とするインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【請求項１７】
前記電気化学反応を行うための前記上部保護層に対する電圧印加が、前記インク排出動作中に行われることを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【請求項１８】
前記電気化学反応を行うための前記上部保護層に対する電圧印加が、前記インク排出動作を開始した後に行われることを特徴とする請求項１６または１７に記載のインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【請求項１９】
前記電気化学反応を行うための前記上部保護層に対する電圧印加と、前記インク排出動作とが共に行われることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれかに記載のインクジェットヘッドのクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式によりインクを吐出して記録媒体に記録を行うためのインクジェットヘッド、該ヘッド用基板、前記ヘッドのクリーニング方法、クリーニング装置、および前記ヘッドを用いるインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１あるいは特許文献２等に開示されているインクジェット記録方式は、熱エネルギを利用してインクを発泡させることで高速、高画質の記録が可能でかつ、カラー化、コンパクト化に適しているため、近年インクジェット記録方式の主流となっている。
【０００３】
インクジェット記録に使用されるヘッド（インクジェットヘッド）の一般的な構成としては、複数の吐出口と、吐出口に連通する液路と、インクを吐出するために利用される熱エネルギを発生する電気熱変換素子とを有する構成を挙げることができる。電気熱変換素子は発熱抵抗体およびこれに電力を供給するための電極を有して構成される。この電気熱変換素子が電気的絶縁性を有する保護層により被覆されることで、各電気熱変換素子間での絶縁性が確保される。各インク流路は共通液室と連通している。この共通液室にはインク貯留部としてのインクタンクからインクが供給される。そして、共通液室に供給されたインクは、ここから各液路に導かれた後、吐出口近傍でメニスカスを形成して保持される。この状態で、電気熱変換素子を選択的に駆動すると、駆動された電気熱変換素子から熱エネルギが発生する。この熱エネルギを利用して、電気熱変換素子上方のインク接触部分（熱作用部）によりインクが急激に加熱されて発泡する。この発泡に伴う圧力によってインクを吐出させる。
【０００４】
かかるインクジェットヘッド（以下、単にヘッドとも言う）の熱作用部は、発熱抵抗体の加熱により高温にさらされると共に、インクの発泡、収縮に伴うキャビテーションによる衝撃などの物理的作用や、インクによる化学的作用を複合的に受ける。よって、通常、熱作用部にはこれらの影響から電気熱変換素子を保護するために、上部保護層が設けられる。従来は、これらのキャビテーションによる衝撃や、インクによる化学的作用に対して比較的強いＴａ膜を０．２〜０．５μｍの厚さに形成した保護層を設けることにより、ヘッドの長寿命化および信頼性の両立を図っていた。
【０００５】
図２６は従来のインクジェットヘッドの熱作用部周辺を示す模式的断面図である。図２６において、６０１はシリコンの基体である。６０２は熱酸化膜，ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等からなる蓄熱層である、６０４は発熱抵抗体層、６０５はＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料からなる配線としての電極配線層である。電気熱変換素子としての発熱部６０４’は、電極配線層６０５の一部を除去してその部分の発熱抵抗体層６０４を露出させることにより形成される。電極配線層６０４は基板６０１上で引き回され、駆動素子回路ないし外部電源端子に接続される。これにより、電極配線層６０４は、外部からの電力供給を受けることができる。
【０００６】
６０６は、発熱部６０４’および電極配線層６０４の上層として設けられた保護層である。この保護層６０６は、ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等からなる絶縁層としても機能する。６０７は保護層６０６の上に設けられた上部保護層である。この上部保護層６０７は、上記化学的および物理的作用から電気熱変換素子を守るための層である。そして、上部保護層６０７の中で、発熱部６０４’の上に位置する部分が、インクに接触して熱を作用する熱作用部となる。この上部保護層６０７は、専ら電気熱変換素子を化学的および物理的衝撃から守るために設けられており、外部電極と電気的に接続されていない。
【０００７】
以上の構成のインクジェットヘッド用基板６００には、流路形成部材６２０が設けられている。この流路形成部材６２０は、熱作用部に対応する位置に吐出口６２１を有するとともに、基板６００を貫通して設けたインク供給口から熱作用部６０８を経てインク吐出口６２１に連通する流路を形成している。
【０００８】
ここでインクジェットヘッドにおける熱作用部６０８では、インクに含まれる色材および添加物などが、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、上部保護層６０７上に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、上部保護層６０７上に難溶解性の有機物や無機物が吸着されると、熱作用部６０８からインクへの熱伝導が不均一になり、発泡が不安定となる。
【０００９】
そこで、従来は耐熱性の高い染料を含有するインクを用いたり、十分な精製を行って染料中の不純物の量を減らしたインクを用いたりすることによって、コゲが発生しにくいようにしていた。しかしその分インクの製造コストが高くなったり、使用できる染料の種類が限られてしまう等の問題点が生じていた。
【００１０】
上記のような問題点を解消するべく、特許文献３には、記録インクとは異なる電解質を含む水溶液（コゲ除去液）をヘッドに満たし、熱作用部をなすＴａの表面層に通電することにより、熱作用部上に堆積したコゲを除去するクリーニング方法が開示されている。この文献においては、当該通電により、Ｔａと水溶液との間で電気化学反応が生じ、Ｔａ層表面の一部が腐食して水溶液中に溶解し、堆積したコゲがＴａ層と共に剥離することによって除去されることが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，７２３，１２９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７４０，７９６号明細書
【特許文献３】特開平９−２９９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、安定したインクの発泡が行われるためには、熱作用部上に堆積したコゲが均一かつ確実に除去されることが重要である。しかしながら、本発明者らが上記特許文献３に開示の技術を検証したところ、堆積したコゲの除去が十分に行われないことがあるという問題を見出した。そして本発明者らが鋭意検討したところ、加熱により上部保護層として用いているＴａ層の表面に酸化膜が形成されてしまい、この酸化膜によりコゲを除去する際の電気化学反応が妨げられてしまうことがわかった。すなわち、コゲが堆積した熱作用部表面において電気化学反応が妨げられることがあるために、均一かつ確実にコゲを除去することができないのである。
【００１３】
また、特許文献３では、専用のコゲ除去液が用いられており、ヘッドにコゲ除去液を供給した上でクリーニングを実施する必要があった。このため、リサイクル業者等がこれを行うか、あるいはユーザの側で行うこととなる。しかし、少なくともユーザが実施する一連の記録処理の過程でクリーニングを行うことはできなかった。
【００１４】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、熱作用部上にコゲが蓄積しても、これを均一かつ確実に除去することが可能できるようにすることで、吐出特性を安定させ、信頼性のある高品位の画像記録を行い得るようにすることを目的とする。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、専用の業者やユーザによる特別かつ煩雑なクリーニング処理を要さず、一連の記録処理の過程でクリーニングを行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を備える。  
【００１７】
本発明の第１の形態は、電極配線層のギャップと発熱抵抗体層とにより形成された発熱部と、前記電極配線層および前記発熱抵抗体層上に配置された保護層と、前記発熱部の上方の前記インクに接触する熱作用部を少なくとも含む前記保護層上の領域に、前記インクとの電気化学反応を生じさせるための電極となるよう電気的接続が可能に配置された上部保護層であって、前記電気化学反応により溶出する金属を含み、かつ加熱により前記溶出を妨げる酸化膜を形成しない材料で形成された当該上部保護層と、を具えたことを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１８】
本発明の第２の形態は、上記インクジェットヘッドの前記熱作用部上に堆積するコゲを除去するためのクリーニング方法であって、前記上部保護層を一方の電極として用いることにより前記電気化学反応を生じさせて、前記上部保護層を前記インク中に溶出させることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の形態は、インク吐出口と連通するインク流路内に配置された電気熱変換部と、前記電気熱変換部と前記インク流路内のインクとの接触を遮断する絶縁性の保護層と、前記保護層の前記電気熱変換部によって加熱される部分を少なくとも覆う熱作用部を有する上部保護層と、を有し、前記上部保護層を前記インクとの電気化学反応によって溶出する金属を含み、かつ加熱されることにより前記溶出を妨げる酸化膜が形成されない材料で形成したインクジェットヘッドに対し、前記上部保護層に堆積するコゲを除去するクリーニング方法であって、前記上部保護層を一方の電極とすると共に、前記上部保護層に対し前記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電圧印加工程を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４の形態は、インク吐出口と連通するインク流路内に配置された電気熱変換部と、前記電気熱変換部と前記インク流路内のインクとの接触を遮断する絶縁性の保護層と、前記保護層の前記電気熱変換部によって加熱される部分を少なくとも覆う熱作用部を有する上部保護層と、を有し、前記上部保護層を前記インクとの電気化学反応によって溶出する金属を含み、かつ加熱されることにより前記溶出を妨げる酸化膜が形成されない材料で形成したインクジェットヘッドに対し、前記上部保護層に堆積するコゲを除去するクリーニング方法であって、前記上部保護層を一方の電極として用いることにより前記電気化学反応を生じさせて、前記上部保護層を前記インク中に溶出させ、前記電気化学反応を行うための前記上部保護層に対する電圧印加が、前記インク流路内のインクを前記インク吐出口から排出させるインク排出動作に関連して行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上記第１の形態では、電気化学反応により溶出する金属を含み、かつ加熱により前記溶出を妨げる酸化膜を形成しない材料で上部保護層を形成した。これにより、確実な電気化学反応を生じさせて上部保護層の表面層を溶出させることで、熱作用部上のコゲをを均一かつ確実に除去することが可能となる。また、これにより、インクジェットヘッドの吐出特性を安定させ、信頼性のある高品位の画像記録を行うことができるようになる。
【００２２】
また、高ｐＨ値を持たない液体に対しても電気化学反応によって溶出する材料を上部保護層として用いることで、インクジェットヘッド内にインクが存在する状態でも電気化学反応を発生させることができる。これにより、ユーザ側での一連の記録処理過程において、インクジェットヘッドのクリーニング処理を実施することが可能となる。
【００２３】
また、上記第２の形態では、上記第１の形態と同様に、上部保護層に生じたコゲを、電気化学反応による上部保護層の表面層を溶出させることによって除去することができる。しかも、上部保護層と電極との間に電圧が印加される際、上部保護層の電極を反転させることが可能になっている。従って、電気化学反応の進行過程において上部保護層にインク成分が付着した場合にも、そのインク成分をインク中に分散させることが可能となる。このため、電気化学反応をより適正に発生させることが可能となり、より確実にコゲを除去することが可能になる。これにより、インクジェットヘッドの吐出特性の安定化、信頼性の向上を図ることが可能となり、高品位な記録画像を得ることができる。
【００２４】
また、上記第４の形態では、上記第１ないし第３の形態と同様に、上部保護層に生じたコゲを、電気化学反応による上部保護層の表面層を溶出させることによって除去することができる。しかも、前記電気化学反応を行うための前記上部保護層に対する電圧印加が、前記インク流路内のインクを前記インク吐出口から排出させるインク排出動作に関連して行われるため、前記上部保護層に発生する気泡をインクと共に排出することが可能とな。このため、電気化学反応をより適正に発生させることが可能となり、より確実にコゲを除去することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２６】
１．材料の選定等
電気化学反応により熱作用部の表面層を腐食させて、堆積したコゲを均一かつ確実に除去するためには、上部保護層に均一に電位が印加されることが強く望ましい。しかし本発明者らは、上部保護層として用いられる材料が適切に選択されていないと、インクを発泡させるための加熱により高温にさらされることで、上部保護層の表面に酸化膜が形成され、電圧を印加しても所望の電気化学反応が妨げられてしまうことを見出した。そこで本発明者らは、これを避けるために、インク中の電気化学反応により溶出し、かつ高温でも化学的に安定であって加熱により強固な酸化膜を形成しない材料を、上部保護層として選定すべきであるとの知見を得た。
【００２７】
上部保護層には、物理的・化学的衝撃からの保護という本来的な機能のほかに、電気化学反応によって液体に溶解する性質をもつことが前提となる。電気化学反応による金属の溶出の有無は、一般に種々の金属の電位−ｐＨ図を見れば把握することが可能である。そして本発明者らは、好ましい溶出領域をもち、かつ加熱により強固な酸化膜を形成しない材料として、ＩｒまたはＲｕの単体、あるいはＩｒと他の金属との合金もしくはＲｕと他の金属との合金を選定することが好ましいことを見出した。特に、保護層としては、ＩｒまたはＲｕの含有率が多いほど電気化学反応が効率良く進行するので、それぞれの金属単体の場合が最も好ましいものである。しかしながら、Ｉｒ合金もしくはＲｕ合金の場合であっても、本発明の効果を得ることができるものである。このように、少なくとも、ＩｒまたはＲｕを含む材料であれば本発明の効果を得られるものである。
【００２８】
すなわち、保護層としてインクとの電気化学反応により溶出する金属を含む材料を選定すべきこととの知見を得た。
【００２９】
図１はこれらのうちＩｒの電位−ｐＨ図を示している。図１から明らかなように、Ｉｒはこれをアノード電極として電位を印加することにより溶出する領域（溶液への溶解による腐食域。以下、溶出領域という）を有していることがわかる。なお、図１において、ラインＬ１，Ｌ２は、水の生成・分解に関する電位を示している。すなわち、ラインＬ１より上の領域においてのみ酸素が発生し、ラインＬ２の下の領域でのみ水素が発生する。従って、両ラインＬ１とＬ２との間が水の安定領域となる。
【００３０】
また、通常、電極配線のギャップと発熱抵抗体層とによって形成される発熱部の発熱により、発熱部上方の上部保護層の熱作用部表面は、３００〜６００℃程度に加熱されると推測されている。これに対して、Ｉｒは、大気中でも８００℃までは酸化膜を形成しないことがわかっているので、上部保護層として好ましく選定できる。
【００３１】
一方、特許文献３に記載されたようなＴａは、加熱により強固な酸化膜が形成されてしまうとともに、溶出領域が極端に小さい。よって腐食ないし溶出を生じさせるために高いｐＨ値を有する溶液を用いる必要があり、そのために専用のコゲ除去液を用いていたと考えられる。
【００３２】
これに対し、Ｉｒには図１のように好ましい溶出領域があるので、ｐＨ値が高い専用のコゲ除去液を用いる必要がない。インクジェット記録に用いられるインクは電解質を含んでおり、Ｉｒを用いる場合にはそれで十分である。すなわち、インクジェットヘッド内にインクが存在する状態でも電気化学反応を発生させることが可能である。従って、ユーザ側での一連の記録処理過程においてクリーニング処理を実施することも可能となる。
【００３３】
２．第１の実施形態
２．１  インクジェットヘッドの構成
図２は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の熱作用部付近の模式的平面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って基板を垂直に切断した状態で示す模式的断面図である。
【００３４】
図２および図３において、１０１はシリコンの基体である。１０２は熱酸化膜，ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等からなる蓄熱層である、１０４は発熱抵抗体層、１０５はＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料からなる配線としての電極配線層である。電気熱変換素子としての発熱部１０４’は、電極配線層１０５の一部を除去してギャップを形成し、その部分の発熱抵抗体層を露出することで形成される。電極配線層１０４は不図示の駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されて、外部からの電力供給を受けることができる。なお、図示の例では、発熱抵抗体層１０４上に電極配線層１０５を配置しているが、電極配線層１０５を基体１０１または熱酸化膜１０２上に形成し、その一部を部分的に除去してギャップを形成した上で発熱抵抗体層を配置する構成を採用してもよい。
【００３５】
１０６は、発熱部１０４’および電極配線層１０４の上層として設けられ、ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等からなる絶縁層としても機能する保護層である。１０７は発熱部１０４’の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から電気熱変換素子を守り、かつクリーニング処理に際しコゲを除去するために溶出する上部保護層である。本実施形態では、インクと接する上部保護層１０７としてインク中の電気化学反応により溶出する金属、具体的にはＩｒを用いた。そして、発熱部１０４’の上に位置し、かつ発熱部１０４’が発生した熱をインクに作用する上部保護層１０７の部分が、熱作用部となる。１０９は保護層１０６と上部保護層１０７との間に配置され、保護層１０６に対する上部保護層１０７の密着性を向上させるための密着層であり、導電性を有する材料を用いて形成される。
【００３６】
上部保護層１０７はスルーホール１１０に挿通され、密着層１０９を介して電極配線層１０５に電気的に接続されている。電極配線層１０５はインクジェットヘッド用基体の端部にまで延在し、その先端が外部との電気的接続を行うための外部電極１１１をなす。
【００３７】
以上の構成のインクジェットヘッド用基板１００には流路形成部材１２０が接合される。この流路形成部材１２０は、熱作用部に対応する位置に吐出口１２１を有するとともに、基板１００を貫通して設けたインク供給口から熱作用部を経てインク吐出口１２１に連通する流路を形成している。
【００３８】
以上の構成では、大気中でも８００℃までは酸化膜を形成しないＩｒを用いて上部保護層１０７を形成したことにより、熱作用部に均一に電位が印加され、インクとの電気化学反応による溶出により、熱作用部１０８上に堆積したコゲを除去することが可能となる。
【００３９】
なお、上部保護層１０７として用いるＩｒは一般的に密着性が低い。このため保護層１０６と上部保護層１０７との間に密着層１０９を形成することで、密着性を向上させている。
【００４０】
また、熱作用部１０８上の堆積物を除去するために、本実施形態では上部保護層１０７とインクとの間の電気化学反応を利用することを前提としている。このために、保護層１０６にスルーホール１１０を形成し、上部保護層１０７と電極配線層１０５とを密着層１０９を介して接続させている。電極配線層１０５は外部電極１１１に接続されているので、上部保護層１０７と外部電極１１１とが電気的に接続されることになる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、上部保護層１０７は、発熱部１０４’上に形成される熱作用部１０８を含む領域１０７ａと、それ以外の領域（対向電極側の領域）１０７ｂとの二つの領域に分けられてそれぞれに電気的接続が施される。領域１０７ａと領域１０７ｂとは基板上に溶液が存在しない場合には、相互に電気的に接続されていない。しかし、基板上に電解質を含む溶液が充填されると、この溶液を介して電流が流れ、上部保護層１０７と溶液との界面で電気化学反応が発生する。インクジェット記録に用いられるインクは電解質を含んでいるが、本実施形態では図１のような特性をもつＩｒを上部保護層１０７に用いているので、インクが存在すれば電気化学反応ないし溶出を発生させることが可能である。このとき、図１から分かるように、アノード電極側で金属の溶出が発生するので、熱作用部１０８上のコゲを除去するためには、領域１０７ａがアノード側、領域１０７ｂがカソード側となるように電位を印加すればよい。
【００４２】
また、本実施形態では、電気化学反応を実施する際のカソード電極に上部保護層領域１０７ｂを用いている。すなわち、上部保護層領域１０７ｂについてもＩｒを用いて形成している。しかし溶液（インク）を介して好ましい電気化学反応を実施することが可能なものであれば、他の材料を用いて上部保護層領域１０７ｂを形成してもよい。
【００４３】
さらに、以上の構成では上部保護層１０７としてＩｒを用いているが、電気化学反応により溶出する金属を含み、かつ加熱により溶出を妨げる酸化膜を形成しない材料であれば、その他のものが用いられてもよい。なお、前記のような加熱により溶出を妨げる酸化膜を形成しない材料とは、酸化膜を全く形成しない材料を意味するのではなく、加熱によって酸化膜を形成したとしても、その酸化膜が溶出を妨げない程度しか形成されない材料を意味する。Ｉｒ合金またはＲｕ合金の場合、酸化膜が形成される程度は、ＩｒまたはＲｕの含有率が多いほど減少する傾向にある。よって、上部保護層１０７を構成する金属の組成の選択は、上記のような傾向と求められる金属の耐久性などに応じて選択する。
【００４４】
２．２  インクジェットヘッドの製造工程
第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程の一例を説明する。
【００４５】
図４（ａ）〜（ｆ）は図２および図３に示したインクジェットヘッド用基板の製造工程を説明するための模式的断面図、図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、図４（ａ）〜（ｅ）に対応した模式的平面図である。
【００４６】
なお、以下の製造工程は、Ｓｉでなる基体１０１、ないしは発熱部１０４’を選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ等の半導体素子でなる駆動回路が予め作り込こまれた基体に対して実施されるものである。しかし簡略化のために、以下の図ではＳｉでなる基体１０１が図示されている。
【００４７】
まず、基体１０１に対し、熱酸化法，スパッタ法，ＣＶＤ法などによって、発熱抵抗体層１０４の下部層としてＳｉＯ２の熱酸化膜からなる蓄熱層１０２を形成した。なお、駆動回路を予め作り込んだ基体に対しては、それら駆動回路の製造プロセス中で蓄熱層を形成可能である。
【００４８】
次に、蓄熱層１０２上にＴａＳｉＮ等の発熱抵抗体層１０４を、反応スパッタリングにより約５０ｎｍの厚さに形成し、さらに電極配線層１０５となるＡｌ層をスパッタリングにより約３００ｎｍの厚さに形成した。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗体層１０４および電極配線層１０５に対して同時にドライエッチングを施し、図４（ａ）に示すような断面形状および図５（ａ）に示すような平面形状を得た。なお、本実施形態では、ドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いた。
【００４９】
次に、発熱部１０４’を形成するために、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、再びフォトリソグラフィ法を用いて、ウエットエッチングによりＡｌの電極配線層１０５を部分的に除去し、その部分の発熱抵抗体層１０４を露出させた。なお、配線端部における保護層１０６のカバレッジ性を良好なものとするため、配線端部において適切なテーパ形状が得られる公知のウエットエッチングを行うことが望ましい。
【００５０】
その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、保護層１０６としてＳｉＮ膜を約３５０ｎｍの厚みに形成した。
【００５１】
次にフォトリソグラフィ法を用いて、上部保護層１０７と電極配線層１０５とを電気的に接触させるためのスルーホール１１０を形成するために、図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すような、ドライエッチングを行った。これによりＳｉＮ膜を部分的に除去し、その部分の電極配線層１０５を露出させた。
【００５２】
次に、保護層１０６と上部保護層１０７との密着性を向上する密着層１０９として、保護層１０６上に、スパッタリングによりＴｉ層を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、その密着層１０９上に、上部保護層１０７としてのＩｒ層をスパッタリングにより約２００ｎｍの厚さに形成した。なお、この状態は特に図示していない。
【００５３】
次に、図４（ｅ）および図５（ｅ）に示すような形状の上部保護層１０７および密着層１０９のパターンを形成するために、フォトリソグラフィ法を用いて、ドライエッチングにより上部保護層１０７および密着層１０９を部分的に除去する。これにより、熱作用部１０８上の上部保護層領域１０７ａと、もう一方の上部保護層領域１０７ｂとを形成した。
【００５４】
次に、外部電極１１１を形成するために、図４（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、ドライエッチングにより保護層１０６を部分的に除去し、その部分の電極配線層１０５を部分的に露出させた。
【００５５】
なお、以上の製造工程においては、密着層１０９および上部保護層１０７のパターニング方法としてドライエッチング法を選択しているが、上部保護層１０７に使用しているＩｒはエッチングレートが遅いために、工程に時間を要してしまう。このため、密着層１０９および上部保護層１０７のパターニング方法としては、リフトオフ法を用いても良い。この場合は、密着層１０９および上部保護層１０７の形成前に剥離用部材を配置し、フォトリソグラフィ法によりパターニングする。この際、密着層１０９および上部保護層１０７を除去するべき領域に剥離用部材が形成されるようにする。この後、密着層１０９および上部保護層１０７を成膜し、剥離用部材を溶液等を用いて剥離する。これにより、密着層１０９および上部保護層１０７のパターンが形成される。剥離用部材としては、無機材料やレジスト剤などの有機材料を用いることが可能である。
【００５６】
図６（ａ）〜（ｄ）は上記基板１００を用いてインクジェットヘッドを製造する工程を説明するための模式的断面図である。
【００５７】
基体１０１上に上記各層でなる回路部１１５が形成されたインクジェットヘッド用基板１００の上に、最終的にインク流路となる溶解可能な固体層２０１および２０２として、レジストをスピンコート法を用いて塗布する。レジスト材は、例えばポリメチルイソプロペニルケトンからなり、ネガ型のレジストとして作用するものである。そして、フォトリソグラフィ技術を用い、図６（ａ）に示すように、レジスト層を所望のインク流路の形状にパターニングする。
【００５８】
続いて、図６（ｂ）に示すように、流路形成部材１２０（図３）を構成する液流路壁や吐出口１２１を形成するために、被覆樹脂層２０３を形成する。この被覆樹脂層２０３を形成する前に、密着性を向上させるためにシランカップリング処理等を適宜行うことができる。被覆樹脂層２０３は、従来より知られているコーティング法を適宜選択して、インク流路パターンが形成されたインクジェットヘッド用基体１００上に樹脂を塗布することによって形成することができる。
【００５９】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、図６（ｃ）に示すように、被覆樹脂層２０３を所望の液流路壁や吐出口の形状にパターニングする。
【００６０】
その後、図６（ｄ）に示すように、基板１００の裏面から、異方性エッチング法，サンドブラスト法，異方性プラズマエッチング法等を用いて、インク液供給口１１６を形成する。最も好ましくは、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ），ＮａＯＨ，ＫＯＨ等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、インク液供給口１１６を形成することができる。続いて、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行い、現像および乾燥を行うことにより、溶解可能な固体層２０１および２０２を除去する。
【００６１】
図７は以上の製造工程を経て作成されたインクジェットヘッドの模式的な斜視図である。  
このインクジェットヘッドは、所定のピッチで電気熱変換素子１１７（発熱部１０４’および熱作用部１０８）が形成された素子列を２列、並列させてなる基板１００を有している。
【００６２】
２．３  コゲ除去実験
基本的に図２および図３に示した基板構成を用いて作成したインクジェットヘッドの２実施例と、比較例とについてコゲ除去実験を行い、第１の実施形態の効果を検証した。
【００６３】
（実施例１）
上記工程に従い製造したインクジェットヘッドを複数用いて、コゲの除去実験を実施した。実験方法は、熱作用部１０８上にコゲが堆積するように所定条件で発熱部を駆動し後、上部保護層１０７に通電することによりコゲ除去処理を実施するものとした。インクはＢＣＩ−６ｅ  Ｍ（キヤノン製）を用いた。
【００６４】
まず、電圧２０Ｖおよび幅１．５μｓの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、発熱部に印加した。
【００６５】
図１２（ａ）はその直後の状態を示す説明図である。熱作用部１０８上には、図１２（ａ）のようにほぼ均一にコゲと呼ばれる不純物Ｋが堆積していた。この状態のインクジェット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。
【００６６】
次に、上部保護層１０７ａに接続している外部電極１１１に１０ＶのＤＣ電圧を３０秒間印加した。このとき、上部保護層の領域１０７ａをアノード電極、領域１０７ｂをカソード電極とした。
【００６７】
図１２（ｂ）は当該印加後の状態を示す説明図である。熱作用部１０８上からは、それまで堆積していたコゲＫが図１２（ｂ）のように除去されていることが確認された。ここで、電圧印加後に上部保護層の領域１０７ａおよび密着層１０９のパターン端部を段差計で測定したところ、約５ｎｍの膜減りが見られた。このことから、上部保護層１０７ａに電圧を印加し、インクとの間で電気化学反応を発生させることにより、上部保護層１０７ａとして形成されているＩｒがインク中に溶解し、それに伴い熱作用部１０８上に堆積したコゲＫが除去されていることが分かった。この状態のインクジェットヘッドを用いた記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同様の状態まで回復していることが確認された。
【００６８】
次に、上記駆動条件と同条件の駆動をコゲ除去処理後のインクジェットヘッドに対して再度行った。その直後では、上記と同様にコゲＫの堆積および記録品位の低下が確認された。
【００６９】
そして上記と同じコゲ除去処理を実施したところ、堆積したコゲＫが無くなり、記録品位の回復が確認された。また、上部保護層１０７ａおよび密着層１０９のパターン端部はさらに約５ｎｍ膜減りしていた。
【００７０】
（実施例２）
次に、Ｒｕを用いて上部保護層１０７を形成したこと以外は、実施例１と全く同様の工程により、実施例２に係るインクジェットヘッドを複数製造し、同様のコゲ除去実験を実施した。コゲ除去実験は、上記と同じ駆動条件にてインクジェットヘッドの駆動を行い、その直後とコゲ除去処理後とで、コゲの堆積状態および記録品位の観察を行うとともに、上部保護層１０７ａおよび密着層１０９のパターン端部の段差測定を行うことで実施した。
【００７１】
そして上部保護層１０７としてＲｕを用いた場合も、Ｉｒを用いた場合と同様に、熱作用部上のコゲが除去され、記録品位の回復が可能であることが確認された。
【００７２】
なお、ＲｕはＩｒに比べてドライエッチングが容易であることが知られており、Ｉｒよりも容易にインクジェットヘッド用基板を製造することができるものである。
【００７３】
（比較例）
次に、Ｃｒを用いて上部保護層１０７を形成したこと以外は、実施例１と全く同様の工程により、比較例に係るインクジェットヘッドを複数製造し、同様のコゲ除去実験を実施した。
【００７４】
ここではまず、電圧１８Ｖおよび幅１．２μｓの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、電気熱変換素子に印加した。その直後では、上記と同様にコゲの堆積および記録品位の低下が確認された。
【００７５】
そして上記と同じコゲ除去処理を実施したが、実施例１および実施例２と異なり、コゲが堆積したままであった。ここで、電圧印加後に上部保護層の領域１０７ａおよび密着層１０９のパターン端部、すなわち熱作用部１０８から離れた部位を段差計で測定したところ、約７ｎｍの膜減りが発生していた。このことから、上部保護層１０７に電圧を印加し、インクとの間で電気化学反応を発生することにより、熱作用部１０８以外の領域では上部保護層１０７として形成されているＣｒがインク中に溶解したことがわかる。それにも拘らず、熱作用部１０８上に堆積していたコゲが除去できなかったのは、加熱により熱作用部上に酸化膜が形成されたことが原因と考えられる。すなわち、この酸化膜が形成された部位の上部保護層１０７においては電気化学反応が発生しなかったことが原因と考えられる。また、これによって記録品位の回復も見られなかった。
【００７６】
以上の実験結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
2008105364.tif 000003
【００７８】
この実験結果から明らかなように、熱作用部１０８上のコゲを電気化学反応による金属の溶出により除去するためには、加熱により上部保護層１０７自体が酸化膜を形成しないものを選定すべきことがわかる。
【００７９】
また、上部保護層の厚みは、１回のコゲ除去処理によって膜厚減少量と、インクジェットヘッドに対するコゲ除去処理の想定実施回数とから適切に定めればよいことがわかる。
【００８０】
３．第２の実施形態
上述のように、熱作用部上のコゲを除去するために上部保護層１０７を電気化学反応により溶出させると、上部保護層１０７の厚みが減少する。そして、厚みの減少は熱作用部１０８上だけでなく、上部保護層の領域１０７ａ全体にわたるものとなる。
【００８１】
従って、上部保護層１０７の領域１０７ａと流路形成部材１２０とが接している図３に示したような構成では、厚みの減少によって上部保護層１０７ａと流路形成部材１２０との界面に間隙が生じてしまう。コゲ除去処理が行われる回数が少なければ顕著な間隙が生じないか、あるいは多少の間隙が生じても問題とはならないと考えられる。しかしコゲ除去処理が行われる回数が多くなるほど、上部保護層１０７の厚みの減少ないしは間隙が大きくなる。このため、流路形成部材１２０との密着性が低下し、最終的には部分的に剥離してしまうことも無いとは言えない。そのような剥離が生じると、隣接するノズルとの連通が生じ、これが記録品位の低下をもたらす虞がある。
【００８２】
これを避けるために、上部保護層１０７および密着層１０９を発熱部１０４’の上方のみに形成することも考えられる。しかしこの場合は、保護膜１０６がインクに接触することになり、電極配線部１０５の段差等に対するカバレッジ性が十分でない部分において、絶縁の信頼性が懸念される。そこで、このような懸念を解消するため、以下に示す第２の実施形態のような構成を採ることも可能である。
【００８３】
３．第２の実施形態
３．１  インクジェットヘッドの構成
そこで本発明の第２の実施形態では、保護層１０６と上部保護層１０７との間に介在する密着層１０９と、上部保護層１０７とを異なるパターンで形成し、密着層１０９が流路形成部材１２０と接するようにした構成を採用する。密着層１０９としては、インク中の電気化学反応により溶出しない金属を主成分とする材料で形成されるものとする。これにより、上部保護層１０７が存在しない領域でのカバレッジ性を維持しつつ、上部保護層１０７の溶出後にも基板と流路形成部材１２０との密着性を低下させないことを可能とする。
【００８４】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッド基板１００の発熱部１０４’付近の模式的平面図である。図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿って基板１００を垂直に切断した状態で示す模式的断面図である。これらの図において、上記第１の実施形態と同様に構成できる各部には同一符号を付してある。
【００８５】
本実施形態が第１の実施形態と異なるのは、上記と同様に密着層１０９を形成するが、上部保護層１０７については、密着層１０９の中で、インク流路を形成するための流路形成部材１２０が接合されるべき部分を避けた位置に形成している点である。また、密着層１０９は二つの領域、すなわち熱作用部１０８から延在して流路形成部材１２０と接触する部位を通りスルーホール１１０に至る領域１０９ａと、これとの対向電極としてのカソード電極となる領域１０９ｂとに分けられている。また、本実施形態では密着層はＴａによって形成されている。
【００８６】
本実施形態では、上部保護層１０７は、流路形成部材１２０と接することなく、密着層領域１０９ａおよび電極配線層１０５を介して外部電極１１１に接続され、アノード側となるように電位が印加される。このときに生じる電気化学反応により上部保護層１０７が溶出しても、流路形成部材１２０と基板１００との密着性低下の問題は生じない。密着層１０９が流路形成部材１２０と接している一方、密着層１０９として本実施形態ではＴａを用いているからである。Ｔａは、上述のように、インク中で電気化学反応を起こさせると陽極酸化により表面に酸化膜を形成するため、溶出が実質的に生じない。
【００８７】
なお、本実施形態では、電気化学反応を実施する際のカソード電極となる密着層領域１０９ｂについてもＴａを用いて形成している。しかし溶液（インク）を介して好ましい電気化学反応を実施することが可能なものであれば、他の材料を用いて密着層領域１０９ｂを形成してもよい。
【００８８】
３．２  インクジェットヘッドの製造工程
第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程の一例を説明する。
【００８９】
図１０（ａ）〜（ｄ）は図８および図９に示したインクジェットヘッド用基板の製造工程を説明するための模式的断面図、図１１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１０（ａ）〜（ｃ）に対応した模式的平面図である。本製造工程は、上記第１の実施形態について説明した図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）の工程の後に実施可能なものである。
【００９０】
まず、図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｄ）と同様の工程を実施した。
【００９１】
その後、図１０（ａ）および図１１（ａ）に示すように、密着層１０９としてのＴａ層をスパッタリングにより約１００ｎｍの厚さに形成する。さらに密着層１０９の上に上部保護層１０７としてのＩｒ層をスパッタリングにより約１００ｎｍの厚さに形成した。
【００９２】
次に、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）に示すような上部保護層１０７のパターンを形成するために、フォトリソグラフィ法を用いて、ドライエッチングにより上部保護層１０７を部分的に除去した。
【００９３】
次に、図１０（ｃ）および図１１（ｃ）に示すような密着層１０９のパターンを形成するために、フォトリソグラフィ法を用いて、ドライエッチングにより密着層１０９を部分的に除去した。これにより、熱作用部１０８と電気的に接続している密着層領域１０９ａと、もう一方の密着層領域１０９ｂとを形成した。
【００９４】
次に、外部電極１１１を形成するために、図１０（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、ドライエッチングにより保護層１０６を部分的に除去し、その部分の電極配線層１０５を部分的に露出させた。
【００９５】
その後、図６に示したものと同様の工程を経て吐出口形成部材１２０を基板１００上に配置し、図７〜図９に示すようなインクジェットヘッドを得た。
【００９６】
３．３  コゲ除去実験
図８および図９に示した基板構成を用いて作成したインクジェットヘッドの２実施例（実施例３および実施例４）についてコゲ除去実験を行い、第２の実施形態の効果を検証した。
【００９７】
（実施例３）
上記工程に従い製造したインクジェットヘッドを複数用いて、コゲの除去実験を実施した。実験方法は、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素子１１７を駆動させた後、上部保護層１０７に通電することによりコゲ除去処理を実施するものとした。インクはＢＣＩ−６ｅ  Ｍ（キヤノン製）を用いた。
【００９８】
まず、電圧２０Ｖおよび幅１．５μｓの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、電気熱変換素子に印加した。
【００９９】
図１２（ａ）はその直後の状態を示す説明図である。熱作用部１０８上には、図１２（ａ）のようにほぼ均一にコゲと呼ばれる不純物Ｋが堆積していた。この状態のインクジェット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。
【０１００】
次に、上部保護層１０７に接続している外部電極１１１に８ＶのＤＣ電圧を１５秒間印加した。このとき、上部保護層１０７ａをアノード電極、密着層領域１０９ｂをカソード電極とした。
【０１０１】
図１２（ｂ）は当該印加後の状態を示す説明図である。熱作用部１０８上からは、それまで堆積していたコゲが図１２（ｂ）のように除去されていることが確認された。この状態のインクジェットヘッドを用いた記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同様の状態まで回復していることが確認された。
【０１０２】
図１３は図１２（ｂ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って基板面に垂直に切断した状態を示す模式的断面図である。上部保護層１０７のパターン端部は溶出により、やや丸くなっていた。また、密着層領域１０９ａのインクと接していた領域（図１３内の符号Ａで示す領域）には、表面に陽極酸化による酸化膜が形成されていた。
【０１０３】
このことから、電圧を印加している間、以下のような状態になっていたことが推測される。まず、コゲを除去する際に密着層領域１０９ａおよび上部保護層１０７に電圧を印加すると、領域１０９ａのインクと接している部分の表面には、電圧に応じた酸化膜が形成される。そして、その酸化膜が、ある厚さになるとその表面での電気化学反応が停止する。これに対し、上部保護層１０７には、密着層１０９を通じて電圧が印加されつづけ、溶出が継続する。
【０１０４】
図１３から明らかなように、密着層１０９は、表面に酸化膜が形成されるため、電気化学反応により溶出せず、従って流路形成部材１０９との界面で密着性が低下するような間隙が生じることがない。
【０１０５】
次に、上記駆動条件と同条件の駆動をコゲ除去処理後のインクジェットヘッドに対して再度行った。その直後では、上記と同様にコゲＫの堆積および記録品位の低下が確認された。
【０１０６】
そして上記と同じコゲ除去処理を実施したところ、堆積したコゲＫが無くなり、記録品位の回復が確認された。
【０１０７】
（実施例４）
次に、密着層１０９をＮｂを用いて形成したこと以外は、実施例３と全く同様の工程により、実施例４に係るインクジェットヘッドを複数製造し、同様のコゲ除去実験を実施した。コゲ除去実験は、上記と同じ駆動条件にてインクジェットヘッドの駆動を行い、その直後とコゲ除去処理後とで、コゲの堆積状態および記録品位の観察を行うことで実施した。
【０１０８】
そして、密着層１０９としてＮｂを用いた場合も、Ｔａを用いた場合と同様に、流路形成部材と基板との密着性を低下させることなく、熱作用部上のコゲを除去することが可能であることが確認された。
【０１０９】
以上の実験結果を表２に示す。
【０１１０】
【表２】
2008105364.tif 000004
【０１１１】
この実験結果から明らかなように、本実施形態に係るインクジェットヘッドを用いることによっても、長時間の使用により熱作用部上にコゲが蓄積した場合にもこれを均一かつ確実に除去することが可能となることがわかる。
【０１１２】
また、本実施形態のインクジェットヘッドを用いることにより、流路形成部材と基板との密着性を低下させること無く、熱作用部上のコゲを除去することが可能となる。つまり、こげ除去処理が多数回実施されるような長期の使用によっても、吐出特性が安定し信頼性のある高品位の記録画像を提供することが可能となる。
【０１１３】
なお、密着層としてはＴａあるいはＮｂを用いたが、熱作用部のコゲを除去する際の電気分解により溶出しない材料であれば、密着層の形成材料はこれらに限られない。他の材料を用いる場合も、密着層が溶出せずかつ上部保護層が溶出する電位を電位−ｐＨ図に基づいて定めることにより、流路形成部材と基板との密着性を低下させること無くコゲを除去することが可能となる。
【０１１４】
４．装置の実施形態
４．１  インクジェットヘッド
上記各実施形態によるインクジェットヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、このインクジェットヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書において、「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。
【０１１５】
ここで、上記インクジェットヘッドをインクタンクと一体化してなるカートリッジ形態のユニットおよびこれを用いるインクジェット記録装置について説明する。
【０１１６】
図１４（図５）は上記したインクジェットヘッド（以下、符号１で参照する）を構成要素に含むインクジェットヘッドユニット４１０の構成例を示す。図中、４０２はインクジェットヘッド１に電力を供給するための端子を有するＴＡＢ（Tape Automated Bonding）用のテープ部材である。このテープ部材４０２は、プリンタ本体から接点４０３を介して電力を供給する。４０４はインクをインクジェットヘッド１に供給するためのインクタンクである。すなわち、図１４のインクジェットヘッドユニットは、記録装置に装着可能なカートリッジの形態を有するものである。
【０１１７】
なお、インクジェットヘッドは、上記のようにインクタンクと一体化された形態に適用されるものに限られないことは勿論である。例えば、インクタンクが分離可能に装着されるようになし、インクタンク内のインク残量が無くなったときに、これを取り外して新たなインクタンクが装着されるものでもよい。また、インクジェットヘッドがインクタンクとは別体に構成されて、チューブ等を介してインクが供給されるものでもよい。さらに、インクジェットヘッドとしては、次に述べるようなシリアル記録方式に適用されるもののほか、ラインプリンタに適用されるような、記録媒体の全幅に対応した範囲にわたってノズルを有してなるものでもよい。
【０１１８】
４．２  装置の機械的構成
図１５は図１４のインクジェットヘッドユニット４１０を用いて記録を行うインクジェット記録装置の概略構成例を示すものである。
【０１１９】
図示のインクジェット記録装置において、キャリッジ５００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５０３，５０３に巻回され、一方のプーリ５０３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５００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。
【０１２０】
キャリッジ５００上には、上記カートリッジ形態のインクジェットヘッドユニットが搭載されている。ここで、インクジェットヘッドユニットは、ヘッド１の吐出口４が記録媒体としての用紙Ｐと対向し、かつ上記配列方向が主走査方向（Ａ方向）と異なる方向（例えば用紙Ｐの搬送方向である副走査方向（Ｂ方向））に一致するようにキャリッジ５００に搭載される。なお、インクジェットヘッド１およびインクタンク４０４の組は、使用するインク色に対応した個数を設けることができ、図示の例では４色（例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）に対応して４組設けられている。
【０１２１】
また、図示の装置には、キャリッジ５００の主走査方向上の移動位置を検出するなどの目的でリニアエンコーダ５０６が設けられている。リニアエンコーダ５０６の一方の構成要素としてはキャリッジ５００の移動方向に沿って設けられたリニアスケール５０７があり、このリニアスケール５０７には所定密度で、等間隔にスリットが形成されている。一方、キャリッジ５００には、リニアエンコーダ５０６の他方の構成要素として、例えば、発光部および受光センサを有するスリットの検出系５０８および信号処理回路が設けられている。従って、リニアエンコーダ５０６からは、キャリッジ５００の移動に伴って、インク吐出タイミングを規定するための吐出タイミング信号およびキャリッジの位置情報が出力される。
【０１２２】
記録媒体としての記録紙Ｐは、キャリッジ５００のスキャン方向と直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙Ｐは搬送方向上流側の一対のローラユニット５０９および５１０と、下流側一対のローラユニット５１１および５１２とにより支持され、一定の張力を付与されてインクジェットヘッド１に対する平坦性を確保した状態で搬送される。各ローラユニットに対する駆動力は、ここでは図示しない搬送モータから伝達される。
【０１２３】
以上のような構成によって、キャリッジ５００の移動に伴いインクジェットヘッド１の吐出口の配列幅に対応した幅の記録と用紙Ｐの搬送とを交互に繰り返しながら、用紙Ｐ全体に対する記録が行われる。
【０１２４】
なお、キャリッジ５００は、記録開始時または記録中に必要に応じてホームポジションで停止する。このホームポジションには、各インクジェットヘッド１の吐出口が設けられた面（吐出口面）をキャッピングするキャップ部材５１３が設けられている。このキャップ部材５１３には、キャップ内に負圧を発生させ、吐出口から強制的にインクを吸引してインク流路内のインクを排出させる機構（不図示）が接続されている。このようなインクを吸引、排出させる機構は、一般に、吸引回復機構と呼ばれ、これによって行われるインク排出動作は吸引回復動作と呼ばれている。この吸引回復動作によって、吐出口の目詰まり等が防止される。
【０１２５】
４．３  制御系の構成
図１６（図７）は上記構成の記録装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
【０１２６】
図１６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。１７０１はＭＰＵであり、ＲＯＭ１７０２に記憶された図１７について後述する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プリンタ内の各部を制御する。そのデータとしては、例えば発熱部１０４に印加する駆動パルスの形状や印加時間のほか、上部保護層１０７に印加する電圧およびその継続時間など、インクジェットヘッドの駆動条件がある。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。
【０１２７】
１７０３は各種データ（上記記録信号やヘッドに供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。また、ＤＲＡＭ１７０３には後述する制御の過程で使用されるフラグ用の領域等を設けておくことができる。１７０４はヘッド１に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）である。このゲートアレイ１７０４は、インタフェース１７００、ＭＰＵ１７０１およびＤＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。１７２５はドットカウンタであり、インク吐出数（ドット数）を１回の記録動作毎にカウントする。１７２６は所要のデータを記録装置の電源オフ時にも保存しておくためのＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。
【０１２８】
１７０９は搬送モータであり、記録紙Ｐを搬送するための駆動源として用いられる。１７１１は回復系モータであり、キャップ５１３のキャッピング動作や、吸引回復を行うためのポンプ等の吸引回復手段の動作の駆動源として用いられる。なお、伝動機構を適切に構成することで、これらモータ１７０９および１７１１を兼用することも可能である。１７０５はヘッド１を駆動するヘッドドライバ、１７０６、１７０７および１７０８は、それぞれ、搬送モータ１７０９、キャリッジモータ５０４および回復系モータ１７１１を駆動するためのモータドライバである。
【０１２９】
４．４  制御手順
上述した第１または第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１では、適切な材料によって上部保護層１０７が形成されている。従って、ヘッド内部にインクが存在する状態でも電気化学反応を発生させることが可能である。よって、特許文献３に記載されたような専用のコゲ除去液の使用が必要なく、またユーザ側での一連の記録処理過程においてクリーニング処理を実施することも可能となる。
【０１３０】
図１７は本発明のインクジェットヘッドを用いる記録装置が実施可能な記録処理手順の一例を示す。
【０１３１】
ホスト装置１０００等から記録指示が行われると以下の本手順が開始される。まずホスト装置１０００から記録に係る画像データを受信し、この画像データを記録装置に適合するデータとして展開する（ステップＳ１）。そして展開した記録データに基づき、記録用紙Ｐの搬送とインクジェットヘッド１の主走査とを交互に行いながら記録動作を実行する（ステップＳ３）。また、この際、記録ドット数（電気熱変換素子の駆動パルス数）のカウントを実施する。
【０１３２】
そして１単位（例えば記録用紙１枚分）の記録動作が終了すると、ＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データを読み出し（ステップＳ５）、これに今回カウントしたドット数を加算する（ステップＳ７）。次に、当該加算して得られた値が所定の値Ｔｈ（例えば５×１０６）以上となったか否かを判定する（ステップＳ９）。
【０１３３】
ここで所定の値Ｔｈ以上となったと判定されれば、上述したように上部保護層１０７に電圧を印加し、熱作用部１０８上のコゲが上部保護層１０７とともに除去されるようにする（ステップＳ１１）。係るコゲ除去処理を行った後には、ノズル付近には溶出した上部保護層の形成材料と剥離したコゲとを含むインクが滞留している。記録品位に影響を及ぼすものでなければ、このインクをそのまま次回の記録動作に用いることでノズルから吐出させてしまうこともできる。しかし本実施形態では、吸引回復等を実施することで（ステップＳ１３）、そのインクを積極的に排出するようにする。その後、ＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データをリセットし（ステップＳ１５）、一連の記録処理を終了する。
【０１３４】
一方、ステップＳ９にて否定判定された場合には、上記の加算値をもってＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データを更新し（ステップＳ１７）、記録処理を終了する。
【０１３５】
なお、以上の手順では記録動作後にコゲ除去処理ないし回復処理を実施するものとしたが、記録動作に先立って行うようにしてもよい。この場合には、ステップＳ１で展開した記録データに基づいてドットカウントを行い、これをドットカウントの累積値に加算し、その加算値に基づいてコゲ除去処理の実施の有無を判定するようにすることができる。また、所定量の記録動作毎（例えばインクジェットヘッドの１または数スキャン毎）にコゲ除去処理が実施されるようにすることも可能である。
【０１３６】
また、コゲ除去処理後にインクを排出させるための処理としては、上述したような吸引回復に限られない。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。また、記録動作とは別に発熱部を駆動してインクを吐出させる処理（予備吐出処理）により排出を行うものでもよい。この場合には、予備吐出のための駆動パルスも上記カウントに反映させることができる。
【０１３７】
いずれにしても、本発明によれば、一連の記録処理過程においてコゲ除去処理を含むクリーニング処理をそのまま実施することが可能となる。従って、インクジェットヘッドを取り外して行うような特別かつ煩雑なクリーニング処理が不要となり、効率よくクリーニング処理を実施することが可能となる。
【０１３８】
５．第３の実施形態
以下、図面を参照しつつ本発明の第３の実施形態を詳細に説明する。
【０１３９】
５.１  インクジェットヘッドの構成
図１８は、本発明の第３の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の熱作用部付近の模式的平面図である。図１９は、図１８におけるＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿って基板を垂直に切断した状態で示す模式的断面図である。
【０１４０】
図１８および図１９において、１０１はシリコンの基体である。１０２は熱酸化膜，ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等からなる蓄熱層である。１０４は発熱抵抗体層、１０５はＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料からなる配線としての電極配線層である。電気熱変換素子としての発熱部１０４’は、電極配線層１０４の一部を除去してギャップを形成し、その部分の発熱抵抗体層１０４を露出することで形成される。電極配線層１０４は不図示の駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されて、外部からの電力供給を受けることができる。なお、図示の例では、発熱抵抗体層１０４上に電極配線層１０５を配置している。しかし、電極配線層１０５を基体１０１上に形成し、その一部を部分的に除去してギャップを形成した上で発熱抵抗体層１０４を配置する構成を採用してもよい。
【０１４１】
１０６は、発熱部１０４’および電極配線層１０５の上層として設けられた保護層である。この保護層１０６は、ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等からなる絶縁層としても機能する。１０７は発熱部１０４’の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から電気熱変換素子を守る上部保護層である。この上部保護層１０７は、クリーニング処理に際しコゲを除去するために溶出する層である。本実施形態では、インクと接する上部保護層１０７としてインク中での電気化学反応により溶出する金属、具体的にはＩｒを用いた。このＩｒは、大気中でも８００℃までは酸化膜を形成しない特性を有している。そして、発熱部１０４’の上に位置する上部保護層１０７の部分１０８が、発熱部１０４’が発生した熱をインクに作用する熱作用部となる。なお、この上部保護層１０７として用いるＩｒは一般的に保護層１０６との密着性が低い。このため保護層１０６と上部保護層１０７，１０７ｂとの間に密着層１０９を形成することで、保護層１０６に対する密着性を向上させている。
【０１４２】
この密着層１０９は、上部保護層１０７と外部端子とを電気的に接続する配線部を構成しており、導電性を有する材料を用いて形成される。また、密着層１０９は、保護層１０６に形成されたスルーホール１１０に挿通され、電極配線層１０５に接続されている。さらに、電極配線層１０５は基体１０１の端部にまで延在している。この電極配線層１０５の先端は外部端子との電気的接続を行うための外部電極１１１をなしている。これにより、上部保護層１０７と外部端子１１１とが電気的に接続されることになる。
【０１４３】
また、上記インクジェットヘッド用基板１００には、この基板１００と共にインクの流路１２２を形成する流路形成部材１２０が設けられている。この流路形成部材１２０には、熱作用部１０８に対応する位置に吐出口１２１が形成されており、吐出口１２１とインク流路１２２とが連通している。
【０１４４】
さらに、この第３の実施形態では、上部保護層１０７の形成部位が、熱作用部１０８を包含する領域１０７ａと、電気化学反応を実施する際に対向電極となる領域１０７ｂとの二つの領域に分けられている。そして、密着層１０９も同様に二つの領域１０９ａ，１０９ｂに分けられている。各密着層の領域１０９ａ，１０９ｂは、それぞれ外部電極へ接続されている。
【０１４５】
図２０は、上記インクジェットヘッド基板の上部保護層の二つの領域１０９ａ，１０９ｂに対する電圧の印加状態を示す図である。ここで、（ａ）は熱作用部１０８を含む領域１０９ａをアノード側電極として、領域１０９ａと領域１０９ｂとの間に電圧を印加する状態を示している。また、（ｂ）は同領域１０９ａをカソード側電極として、領域１０９ａと領域１０９ｂとの間に電圧を印加する状態を示している。図示のように、密着層１０９ａと１０９ｂとは、それら自体は互いに電気的に接続されていないが、外部電極をなす電極配線層１０５によって、スイッチング素子などで構成される電圧反転回路１１３に接続されている。この電圧反転回路により、上部保護層１０７ａと１０７ｂには、アノード極、カソード極が交互に反転するよう電圧を印加することが可能となる。
【０１４６】
上記のように、インクジェット用基板１００の上部保護層１０７の領域１０７ａと１０７ｂとは基板単体では相互に電気的に接続されていない。しかし、基板上に電解質を含む溶液が充填された状態において、両領域間に電圧を印加すると、この溶液を介して両領域１０７ａと１０７ｂとの間に電流が流れ、上部保護層１０７と溶液との界面で電気化学反応が発生する。すなわち、インクジェット記録に用いられるインク（本実施形態では顔料インク）は電解質を含んでいる。また、上部保護層１０７は比較的低いｐＨ値の電解液でも溶出する特性をもつＩｒを用いている。このため、基板上にインクが存在すれば上部保護層に電気化学反応ないし溶出を発生させることが可能である。この際、Ｉｒの溶出は、これがアノード電極側となっているときに発生する。従って、領域１０７ａがアノード側、領域１０７ｂがカソード側となるように電位が印加されたときに、領域１０７におけるＩｒの溶出が発生し、この溶出と共に熱作用部１０８上のコゲが除去される。
【０１４７】
しかし、両領域に印加される電圧の極性を一定に保った場合、すなわち、領域１０７ａ，１０７ｂをアノード側、カソード側にそれぞれ固定して、電気化学反応を進めると、アノード電極表面に徐々にインク成分が付着して行き、これが表面を覆うことがある。この場合、上部保護層１０７ａの溶出が妨げられ、結果としてコゲを完全に除去できなくなることがある。
【０１４８】
そこで、この第３の実施形態では、上部保護層の各領域１０７ａと１０７ｂとが交互にアノード、カソードとなるように、印加する電圧の極性を反転させる。これは電圧反転回路によって行う。この際、上部保護層１０７の各領域１０７ａがアノード側になっているときには、上述のように、領域Ｉｒの溶出が生じ、熱作用部１０８上のコゲが除去される。この後、印加電圧が反転されると、アノード側およびカソード側の各領域１０７ａ，１０７ｂに付着あるいは吸引されたインク成分が除去あるいは分散される。つまり、各領域１０７ａ，１０７ｂがインク成分からなる層に覆われることはなくなる。ここで再び領域１０７ａがアノード側となるよう電圧の極性を切り換えると、領域１０７ａからＩｒの溶出が生じ、熱作用部１０８上に残留しているコゲはさらに除去されることとなる。以上の動作を繰り返し行うことによって、領域１０７ａのコゲを略完全に除去することが可能となる。
【０１４９】
なお、この第３の実施形態では、電気化学反応を実施する際の対向電極として上部保護層領域１０７ｂを用い、この上部保護層領域１０７ｂもＩｒを用いて形成している。しかし溶液（インク）を介して好ましい電気化学反応を実施することが可能なものであれば、他の材料を用いて上部保護層領域１０７ｂを形成してもよい。
【０１５０】
さらに、以上の構成では上部保護層１０７としてＩｒを用いているが、電気化学反応により溶出する金属を含み、かつ加熱により溶出を妨げるほどの酸化膜を形成しない材料であれば、その他のものが用いられてもよい。
【０１５１】
この第３の本実施形態では、上部保護層１０７は、流路形成部材１２０とは接触しない。また上部保護層１０７は、密着層領域１０９ａおよび電極配線層１０５を介して外部電極１１１に接続され、電位が印加される。このときに生じる電気化学反応により上部保護層１０７が溶出しても、流路形成部材１２０と基板１００との密着性低下の問題は生じない。これは、密着層１０９が流路形成部材１２０と接していることに加え、密着層１０９として本実施形態では、上記第２の実施形態と同様に、Ｔａを用いていることによる。すなわち、Ｔａは、上述のように、インク中で電気化学反応を起こさせると陽極酸化により表面に酸化膜を形成するため、溶出が実質的に発生しない。このため、密着層１０９と流路形成部材１２０および基板１００との密着性が低下することはない。
【０１５２】
なお、第３の実施の形態では、アノード側電極、カソード側電極の反転をインクジェットヘッド用基板に設けた電圧反転回路１１３で行っている。しかし、インクジェット記録装置本体において電圧を反転させ、これを外部電極より上部保護層１０７に印加してもよい。
【０１５３】
５．２  コゲ除去実験  
次に上記第３の実施形態におけるインクジェットヘッドのクリーニング方法を、以下の実施例に基づいて、より具体的に説明する。
【０１５４】
（実施例５）
上記のインクジェットヘッドを複数用意し、各々に対し、上記実施形態におけるクリーニング方法によるコゲの除去実験を実施した。実験方法は、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素子としての発熱部１０４’を駆動させた後、上部保護層１０７に通電することによりコゲ除去処理を実施するものとした。インクには樹脂分散型の顔料インクを用いた。
【０１５５】
まず、上部保護層１０７上にコゲを堆積させる目的で、電圧２０Ｖおよび幅１．５μｓｅｃの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、発熱部１０４’に印加した。  
図２１（ａ）は発熱部１０４’の駆動動作直後における上部保護層１０７の状態を示す説明図である。熱作用部１０８上には、図２１（ａ）のようにほぼ均一に不純物（コゲ）Ｋが堆積していた。この状態のインクジェットヘッドを用いて記録動作を行った結果、記録された画像の品位は、コゲＫが堆積していない状態で記録された画像の記録品位より低下していることが確認された。  
次に、コゲＫの除去処理（クリーニング処理）として、上部保護層１０７ａに接続している外部電極１１１に１０ＶのＤＣ電圧を１５秒間印加した。このとき、上部保護層１０７ａをアノード電極、上部保護層１０７ｂをカソード電極とした。  
図２１（ｂ）はこのコゲ処理における電圧印加後の状態を示す説明図である。熱作用部１０８上からは、それまで堆積していたコゲＫが、図２１（ｂ）のように、やや除去されていることが確認された。しかし、上部保護層１０７ａの表面上にインク成分が付着しているため、コゲＫを完全に除去できていないことが判明した。
【０１５６】
そこで、上部保護層１０７ａをカソード電極、上部保護層１０７ｂをアノード電極として、それ以外は、上記同様の条件で電圧を印加した。図２１（ｃ）に示すように、上部保護層１０７ａの表面に付着したインク成分は脱離したが、コゲＫの堆積状態には変化はなかった。そして再度同じ条件で、上部保護層１０７ａをアノード電極として電圧を印加し、その後さらに上部保護層１０７ａをカソード電極として電圧を印加した。その結果、熱作用部１０８上からは、それまで堆積していたコゲＫが図２１（ｄ）に示すように完全に除去された。この状態のインクジェットヘッドを用いて記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同様の状態まで回復していることが確認された。
【０１５７】
このことから、図２１（ｂ）ないし（ｄ）に示すように電圧を印加している間、上部保護層１０７ａの表面には、以下のような状態変化が生じていたことが推測される。  
まず、コゲＫを除去する際に密着層領域１０９ａおよび上部保護層１０７に電圧を印加すると、密着層１０９ａにおけるインクと接している部分の表面には、電圧に応じた酸化膜が形成される。この酸化膜が、ある厚さになるとその表面での電気化学反応が停止する。これに対し、上部保護層１０７ａには、密着層１０９を通じて電圧が印加され続け、溶出が継続する。しかし、溶出と同時にインク成分が付着するため、インクと１０７ａとの反応が抑制され、溶出が停止する。このため、コゲＫが完全に除去できない。そこで、次に１０７ａをカソード電極とするよう電圧を印加すると、１０７ａ上に付着したインク成分が再度インク中に分散し、１０７ａ表面は直接インクと接する状態に戻る。この一連の動作を繰り返し実施することで、コゲＫは完全に除去される。  
また、密着層１０９は、表面に酸化膜が形成されるため、電気化学反応により溶出しない。従って、密着層１０９と流路形成部材１０９との界面で密着性が低下するような間隙が生じることがない。
【０１５８】
次に、コゲ除去処理後のインクジェットヘッドに対して、上記の駆動条件と同条件で電気熱変換素子の駆動を再度行った。この電気熱変換素子の駆動後には、上記と同様にコゲＫの堆積が確認される。従って、この状態において記録された画像には、記録品位の低下が確認された。  
この後、上記と同様のコゲ除去処理を実施したところ、堆積したコゲＫが無くなり、記録品位の回復が確認された。
以上の実験結果を表３に示す。
【０１５９】
【表３】
2008105364.tif 000005
【０１６０】
表３において、表面状態の欄において、○はコゲが堆積していない状態を、×はコゲが堆積した状態をそれぞれ示す。また、記録品位の欄において、○は良好な記録品位を、×は記録品位の劣化をそれぞれ示している。また、染料インクにはＢＣＩ−６ｅ（キヤノン製）を用いた。
【０１６１】
この実験結果から明らかなように、本実施形態に係るクリーニング方法によれば、顔料インクを用いた長時間の記録動作によって熱作用部１０８上にコゲＫが堆積した場合にも、染料インクを用いた場合と同様に、確実にコゲＫを除去できることがわかる。
【０１６２】
５．３  制御手順
図２２は本発明の第３の実施形態において実施される記録処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、この第３の実施形態においても、図１５および図１６に示す構成を備えたインクジェット記録装置を用いるものとする。但し、この第３の実施形態においては、ヘッドドライバ１７０５が、各インク流路に設けられている発熱部１０４’を記録データに基いて駆動する発熱駆動部として機能すると共に、電圧反転回路１１３の電圧反転動作を制御する反転制御部としても機能する。また、このヘッドドライバ１７０５と各部に電圧を印加するための電源部とにより、電圧印加手段が構成されている。
【０１６３】
ホスト装置１０００等から記録指示が行われると本手順が開始され、まずホスト装置１０００から記録に係る画像データを受信し、これを記録装置に適合するデータとして展開する（ステップＳ２１）。そして当該展開した記録データに基づき、記録用紙Ｐの搬送とインクジェットヘッド１の主走査とを交互に行いながら記録動作を実行する（ステップＳ２２）。また、この際、記録ドット数（電気熱変換素子の駆動パルス数）のカウントを実施する。
【０１６４】
そして１単位（例えば記録用紙１枚分）の記録動作が終了すると、この記録動作の開始前までにＥＥＰＲＯＭ１７２６に累積されたドットカウント値のデータを読み出し（ステップＳ２３）、これに今回カウントしたドット数を加算する（ステップＳ２４）。次に、当該加算値が所定の閾値（例えば１×１０７）以上となったか否かを判定する（ステップＳ２５）。
【０１６５】
ここで閾値以上となったと判定された場合には、上述したように上部保護層１０７の領域１０７ａが、電気化学反応において、アノード側とカソード側とに交互に切り換えて電圧を印加する。これにより、熱作用部１０８上のコゲが上部保護層１０７ａと共に除去される（ステップＳ２６、Ｓ２７）。このようなコゲ除去処理を行った後、ノズル付近には溶出した上部保護層の形成材料と剥離したコゲとを含むインクが滞留している。この滞留したインクが記録品位に影響を及ぼすものでなければ、このインクをそのまま次回の記録動作に用いることでノズルから吐出させてしまうこともできる。しかし本実施形態では、吸引回復等を実施することで（ステップＳ２８）、そのインクを積極的に排出するようにする。また、コゲ除去動作に伴って、上部保護層１０７の領域１０７ａが溶出するため、この領域の膜厚が減少することとなる。このため、高い記録品位を保つためには、インクを発泡させるために発熱部１０４’に印加すべき電気エネルギの閾値、例えばパルス幅あるいはパルス電圧の閾値Ｐｔｈを再度測定し、これを記憶する（ステップＳ２９、Ｓ３０）。その後、ＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データをリセットし（ステップＳ３１）、一連の記録処理を終了する。なお、
【０１６６】
一方、ステップＳ２５にて否定判定された場合には、上記加算値をもってＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データを更新し（ステップＳ３２）、記録処理を終了する。
【０１６７】
なお、記録動作後にコゲ除去処理ないし回復処理を実施するものとしたが、この第３の実施形態においても、コゲ除去処理ないし回復処理は記録動作に先立って行うようにしてもよい。
【０１６８】
また、コゲ除去処理後にインクを排出させるための処理としても、上述したような吸引回復に限らず、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。また、記録動作とは別に熱作用部を駆動してインクを吐出させる処理（予備吐出処理）により排出を行うものでもよい。
【０１６９】
いずれにしても、この第３の実施形態によれば、インクジェットヘッドを取り外して行うような特別かつ煩雑なクリーニング処理が不要となり、効率よくクリーニング処理を実施することが可能となる。
【０１７０】
６．第４の実施形態
上記第１の実施形態のように、熱作用部上のコゲを除去するために上部保護層１０７を電気化学反応により溶出させると、反応に伴って気泡が発生する。このように発生した気泡が均一な上部保護層のインク中への溶出を妨げる原因となる可能性がある。特に近年では、吐出するインクの液滴サイズが数ピコリットル〜１ピコリットル、さらには１ピコリットル以下のインクジェットヘッドが実現、あるいは提案されている。このようなインク液滴サイズが非常に小さい場合に、本発明のコゲ除去方法を用いると、電気化学反応によって発生した気泡が上部保護層とインクとの反応を一部阻害し、均一かつ確実なコゲ除去が十分に行えないことがある。
【０１７１】
そこで、本発明の第４の実施形態では、上部保護層１０７を電気化学反応により溶出させるための上部保護層１０７への電圧印加を、インク吸引動作を開始した後に行うクリーニング方法を採用する。これにより、電気化学反応によって発生する気泡が大く成長することなく、インク吸引によって排出されるため、均一かつ確実にコゲを除去することを可能とする。
【０１７２】
６．１  コゲ除去実験
図８および図９に示した基板と図６で示したインクジェットヘッドを製造する工程で、吐出するインク液滴量が５ピコリットルのインクジェットヘッドを作成した。このインクジェットヘッドを用いた実施例（実施例６）と、比較例についてコゲ除去実験を行い、第４の実施形態の効果を検証した。
【０１７３】
（実施例６）
上記のインクジェットヘッドと、本実施形態のクリーニング方法を用いて、コゲの除去実験を実施した。実験方法は、熱作用部１０８上にコゲが堆積するように所定条件で発熱部を駆動した後、上部保護層１０７に通電することによりコゲ除去処理を実施するものとした。インクはＢＣＩ−６ｅ  Ｍ（キヤノン製）を用いた。
【０１７４】
まず、電圧２０Ｖおよび幅１．５μｓの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、発熱部に印可した。図２３（ａ）に示すように、熱作用部１０８上には、ほぼ均一にコゲと呼ばれる不純物Ｋが堆積していた。この状態のインクジェット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。
【０１７５】
次に、上部保護層１０７ａに接続している外部電極１１１に１０ＶのＤＣ電圧を３０秒間印可した。このとき、上部保護層の領域１０７ａをアノード電極、領域１０７ｂをカソード電極とした。さらに、図２４のタイミング図に示すように、ｔ＝ｔ１でＤＣ電圧を印加することによって電気化学反応が開始する前に、ｔ＝ｔ０で回復ポンプを用いた吸引回復を開始した。そして、電圧印加に伴って上部保護層１０７ａより発生する気泡を、インクと共に強制的に排出させながら、ｔ２まで上部保護層１０７の溶出によるコゲ除去処理を実施した。なお、吸引回復はＤＣ電圧の印加が終了した後、ｔ３で終了した。
【０１７６】
図２３（ｂ）に示すように、熱作用部１０８上からは、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た。この状態のインクジェットヘッドを用いた記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同等の状態まで回復していることが確認された。
【０１７７】
この結果から明らかなように、上部保護層１０７を溶出させるための電気化学反応を、インク吸引中に行うことによって、電気化学反応で発生する気泡が、上部保護層１０７に付着することなくインクと共に排出される。従って、インク液滴が数ピコリットル以下と小さい場合でも、インクと上部保護層１０７との電気化学反応が阻害されず、インクへの溶出が均一かつ確実に行われるため、長期の使用においてもコゲ除去が可能となる。
【０１７８】
次に、熱作用部１０８上に、再度、コゲを堆積させるために、上記駆動条件と同条件の駆動を、コゲ除去処理後のインクジェットヘッドに対して行った。その結果、上記と同様にコゲＫの堆積および記録品位の低下が確認された。
【０１７９】
そして、上記と同じコゲ除去処理を実施したところ、堆積したコゲＫが無くなり、記録品位の回復が確認された。
【０１８０】
（比較例）
次に、回復ポンプを用いたインク吸引を電気化学反応のための電圧印加開始後に開始し、コゲ除去処理を実施した。なお、インクの吸引動作は電圧の印加終了まで行った。
【０１８１】
まず、電圧２０Ｖおよび幅１．５μｓの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、発熱部に印可した。図２３（ａ）に示すように、熱作用部１０８上には、ほぼ均一にコゲと呼ばれる不純物Ｋが堆積していた。この状態のインクジェット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。
【０１８２】
そして、上記実施例６と同様にコゲ除去処理を実施したが、実施例６と異なり、図２３（ｃ）に示すように、コゲＫが一部堆積したままであった。
このような現象が発生するのを確認するため、インク吸引を電圧印加中に停止し、上部保護層１０７の領域を観察した。その結果、図２３（ｄ）に示した図からわかるように、電気化学反応で発生した気泡ＢＢが、上部保護層１０７上に付着していた。この気泡ＢＢが上部保護層とインクとの電気化学反応を阻害したため、この領域のコゲが除去されなかったと考えられる。また、上部保護層１０７の一部の領域には気泡が付着しなかったため反応が進み、この一部の領域に付着していたコゲＫは除去できた。しかしながら、インクに触れる箇所、つまり気泡によって阻害されなかった場所に、電気化学反応のための電圧が集中して印加されることとなった。このため、長期の使用を続けた場合、この領域の上部保護層のインクへの溶出が過剰に進み、均一な上部保護層１０７の膜厚が維持できないことが明らかになった。
【０１８３】
以上の実験結果を表４に示す。
【０１８４】
【表４】
2008105364.tif 000006
【０１８５】
この実験から明らかなように、上部保護層１０７の溶出を均一かつ確実に行うためには、インク吸引を実施しながら電気化学反応を実施することが適切であることがわかる。特に吐出するインク液適量が数ピコリットル以下である場合は、発生する気泡を上部保護層１０７とインクとの反応を阻害するまで成長させることなく、インクと共に排出しながら、上部保護層１０７を溶出させるコゲ除去方法を選定すべきことがわかる。
【０１８６】
本実施例においては、インクの回復処理を上部保護層１０７の電気化学反応を開始する前より行うことで、電気化学反応で発生する気泡による反応阻害を防ぎ、上部保護層１０７を均一かつ確実に溶出させている。図２４に示したタイミング図のように、ｔ０＜ｔ１となれば本実施形態の効果が得られる。ここで、一般的に電極材料が溶液中に電気化学反応によって溶出する際には、電圧を印加したのとほぼ同時に電極表面近傍に電気二重層とよばれる層が形成され、その後溶出反応が進むとされている。この電気二重層を形成するのに要する時間は、概ね０．０１秒台であることから、図２４に示したタイミング図において、電圧印加を開始する時間ｔ１と、インク吸引を開始する時間ｔ０がｔ０＝ｔ１となった場合においても、本実施形態で示したクリーニング方法の効果を得ることが可能である。
【０１８７】
６．２  制御手順
図２５は本発明のクリーニング方法を用いる記録装置が実施可能な記録処理手順の一例を示す。
【０１８８】
ホスト装置１０００等から記録指示が行われると以下の本手順が開始される。まずホスト装置１０００から記録に係る画像データを受信し、この画像データを記録装置に適合するデータとして展開する（ステップＳ４１）。そして展開した記録データに基づき、記録用紙Ｐの搬送とインクジェットヘッド１の主走査とを交互に行いながら記録動作を実行する（ステップＳ４３）。また、この際、記録ドット数（電気熱変換素子の駆動パルス数）のカウントを実施する。
【０１８９】
そして１単位（例えば記録用紙１枚分）の記録動作が終了すると、ＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データを読み出し（ステップＳ４５）、これに今回カウントしたドット数を加算する（ステップＳ４７）。次に、当該加算値が所定の値Ｔｈ（例えば５×１０６）以上となったか否かを判定する（ステップＳ４９）。
【０１９０】
ここで所定の値Ｔｈ以上となったと判定されれば、上述したように回復処理を開始する（ステップＳ５１）。そして、上部保護層１０７に電圧を印加し、熱作用部１０８上のコゲが上部保護層１０７とともに除去されるようにする（ステップＳ５３）。係るコゲ除去処理を行った後には、ノズル付近には溶出した上部保護層の形成材料と剥離したコゲとを含むインクが滞留している。記録品位に影響を及ぼすものでなければ、このインクをそのまま次回の記録動作に用いることでノズルから吐出させてしまうこともできる。しかし本実施形態では、吸引回復をコゲ除去処理が終了した後に停止することで（ステップＳ５５）、上部保護層の形成材料と剥離したコゲとを含むインクを積極的に排出するようにする。その後、ＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データをリセットし（ステップＳ５７）、一連の記録処理を終了する。
【０１９１】
一方、ステップＳ４９にて否定判定された場合には、上記加算値をもってＥＥＰＲＯＭ１７２６に格納されているドットカウント値の累積データを更新し（ステップＳ５９）、記録処理を終了する。
【０１９２】
なお、以上の手順では記録動作後に回復処理ないしコゲ除去処理を実施するものとしたが、記録動作に先立って行うようにしてもよい。この場合には、ステップＳ４１で展開した記録データに基づいてドットカウントを行い、これをドットカウントの累積値に加算し、その加算値に基づいてコゲ除去処理の実施の有無を判定するようにすることができる。また、所定量の記録動作毎（例えばインクジェットヘッドの１または数スキャン毎）にコゲ除去処理が実施されるようにすることも可能である。
【０１９３】
また、コゲ除去処理前に開始するインクを排出させるための処理としては、上述したような吸引回復に限られない。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。
【０１９４】
いずれにしても、本発明によれば、一連の記録処理過程においてコゲ除去処理を含むクリーニング処理をそのまま実施することが可能となる。従って、インクジェットヘッドを取り外して行うような特別かつ煩雑なクリーニング処理が不要となり、効率よくクリーニング処理を実施することが可能となる。
【０１９５】
なお、また、上記第４の実施形態においては、上部保護層に印加する電圧の極性を、上記第３の実施形態のように反転させるようにしても良い。これによれば、より確実なコゲ除去効果を期待できる。
【０１９６】
また、以上の説明においては、吐出口の目詰まりを防止するために、インク流路内のインクを吐出口から排出させるインク排出動作を行うインク排出機構として、インク流路内のインクを負圧によって吸引する吸引回復機構を例に採り説明した。しかしながら、本発明は、吸引回復機構以外のインク排出機構を用いることも可能である。すなわち、インク排出機構としては、インクジェットヘッドのインク流路内のインクに圧力（正圧）を加え、その圧力によってインクを吐出口から強制的に排出させる加圧回復機構も知られている。この加圧回復機構は、主として大型なインクジェットヘッドを用いて高速記録を行うインクジェット記録装置、例えば、産業用のインクジェット記録装置、あるいはフルライン型のインクジェット記録装置などに用いられている。本発明は、このような加圧回復機構によってインク排出動作を行うものにも適用可能であり、上記吸引回復動作を行う場合と同様の効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】本発明の実施形態で上部保護層の形成材料として用いたＩｒの電位−ｐＨ図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッド用基板の発熱部付近の模式的平面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って基板を垂直に切断した状態で示す模式的断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は図２および図３に示したインクジェットヘッド用基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、図４（ａ）〜（ｅ）に対応した模式的平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係る基板を用いてインクジェットヘッド用基板を製造する工程を説明するための模式的断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における製造工程を経て作成されたインクジェットヘッドの模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の発熱部付近の模式的平面図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿って基板を垂直に切断した状態で示す模式的断面図である。
【図１０】図８および図９に示したインクジェットヘッド用基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１０（ａ）〜（ｃ）に対応した模式的平面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第２の実施形態の基板の熱作用部に堆積したコゲの状態およびコゲが除去された状態を示す説明図である。
【図１３】図１２（ｂ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って基板面に垂直に切断した状態を示す模式的断面図である。
【図１４】第１または第２の実施形態に係るインクジェットヘッドを構成要素に含むインクジェットヘッドユニットの構成例を示す斜視図である。
【図１５】図１４のインクジェットヘッドユニットを用いて記録を行うインクジェット記録装置の概略構成例を示す斜視図である。
【図１６】図１５の記録装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
【図１７】本発明のインクジェットヘッドを用いる記録装置が実施可能な記録処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係るインクジェットヘッド基板の熱作用部付近の模式的平面図である。
【図１９】図１８におけるＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿って基板を垂直に切断した状態で示す模式的断面図である。
【図２０】上部保護層の二つの領域に対する電圧の印加状態を示す図であり、（ａ）は熱作用部を含む領域をアノード側電極として電圧を印加する状態を、（ｂ）は同領域をカソード側電極として電圧を印加する状態を、それぞれ示している。
【図２１】電気熱変換素子の上部保護層の状態を示す説明図であり、（ａ）は電気熱変換素子の駆動動作直後の状態を示し、（ｂ）〜（ｄ）は本発明の実施例におけるコゲ除去処理によって上部保護層に付着したコゲが除去される過程を示している。
【図２２】本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録装置によって実施される記録処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の第４の実施形態に係る電気熱変換素子の上部保護層の状態を示す説明図であり、（ａ）は電気熱変換素子の駆動動作直後の状態を示し、（ｂ）〜（ｃ）は本発明の実施例におけるコゲ除去処理によって上部保護層に付着したコゲが除去される過程を示し、（ｄ）は気泡が上部保護層表面に残留している状態を示す説明図である。
【図２４】本発明の第４の実施形態に係る電気化学反応と回復動作のタイミングを示すタイミング図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態に係るインクジェット記録装置によって実施される記録処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２６】従来のインクジェットヘッドの熱作用部周辺を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【０１９８】
１  インクジェットヘッド
１００  インクジェットヘッド用基板
１０１，６０１  基体
１０２，６０２    蓄熱層
１０４，６０４  発熱抵抗体層
１０４’、６０４’  発熱部
１０５，６０５  電極配線層
１０６，６０６  保護層
１０７，６０７  上部保護層
１０７ａ  上部保護層の熱作用部側の領域
１０７ｂ  上部保護層の対向電極側の領域
１０８，６０８  熱作用部
１０９  密着層
１０９ａ  密着層上の熱作用部領域
１０９ｂ  密着層の対向電極領域
１１０  スルーホール
１１１  外部電極
１１３  電圧反転回路
１１６  インク供給口
１２０，６２０  流路形成部材
１２１，６２１  吐出口
１０００  ホスト装置
１７０１  ＭＰＵ
１７１１  回復系モータ
１７２５  ドットカウンタ
１７２６  ＥＥＰＲＯＭ
【図１】
2008105364.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2008105364.tif 000023
【図１８】
2008105364.tif 000024
【図１９】
2008105364.tif 000025
【図２０】
2008105364.tif 000026
【図２１】
2008105364.tif 000027
【図２２】
2008105364.tif 000028
【図２３】
2008105364.tif 000029
【図２４】
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【図２５】
2008105364.tif 000031
【図２６】
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