液体喷射头、基板、包括其的液体喷射装置及其清洁方法

专利名称：液体喷射头、基板、包括其的液体喷射装置及其清洁方法
技术领域：
本发明涉及液体喷射头、液体喷射头基板、包括液体喷射头的液体喷射装置和清
洁液体喷射头的方法
背景技术：
使用液体喷射的记录方法是通过从设置在液体喷射头中的喷射口喷射液体(例 如，墨)并使该液体附着到比如纸等记录材料来进行记录的方法。在这些记录方法中，通过 利用由电热换能器产生的热能形成的液体的起泡而喷射液体的液体喷射记录方法能够实 现高图像品质和高速记录。 液体喷射头典型地包括多个喷射口 ；与该喷射口连通的流路；和产生用来喷射 墨的热能的多个电热换能器。每个电热换能器包括加热电阻层；构造成向该加热电阻层 提供电力的电极；和绝缘性的下部保护层，该绝缘性的下部保护层例如由氮化硅构成并且 覆盖加热电阻层和电极。因而，确保了墨和电热换能器之间的绝缘。 在液体喷射期间用作电热换能器的加热部暴露于高温并以多种方式经受由液体 的起泡和收縮产生的气穴冲击(caviationimpact)和由墨产生的化学作用。因此，为保护 加热电阻层免受由墨产生的这种气穴冲击和化学作用，在加热部上设置了上部保护层。上 部保护层的表面温度增加到大约70(TC，并且该表面接触墨。因此，上部保护层必须具有耐 热性、机械特性、化学稳定性、耐碱性等方面的良好的膜特性。 此外，包含在墨中的着色材料、添加剂等通过在高温下加热可以分解到分子水平
并变成不易于溶解的称为"结垢"(kogation)的物质。当这样的结垢物理吸附在上部保护
层上时，从加热电阻到墨的热传导变得不均匀并且由此使气泡的形成不稳定。 为解决该问题，US 2007/0146428公开了一种用于通过由电化学反应将由铱或者
钌构成的上部保护层的表面溶解而去除结垢的技术。 在US 2007/0146428所说明的技术中，通过电化学反应的溶解而使上部保护层的 厚度减小的量依赖于电化学反应中使用的墨中包含的电解质的浓度。因此，需要关注的是， 上部保护层的厚度的减小的量由于墨中包含的电解质的浓度的变化或墨的类型的变化而 变化。喷射头中的上部保护层的这种不均匀的厚度可以降低记录品质。因此，在使用具有 不同颜色的多种类型的墨的喷射头中，必须为每种颜色设定电化学反应的条件。而且，在一 些情况中，上部保护层的溶解的量可能大于所假设的量，并且由此使电化学反应不能进行 预定的次数。

发明内容
根据本发明，即使电化学反应由于电解质浓度等而存在变化，所溶解的层的厚度 的量也能够恒定。 本发明提供了一种液体喷射头，该喷射头包括液体喷射头基板，该液体喷射头基 板包括产生用于从喷射口喷射液体的热能的元件和至少覆盖该元件的保护层，在该保护层中，第一层和第二层被交替地堆叠；流路构件，该流路构件限定了与喷射口连通的流路的 壁；和流路电极，该流路电极被布置于流路。 根据本发明的一个方面， 一种液体喷射头，该液体喷射头包括液体喷射头基板， 该液体喷射头基板包括用于从喷射口喷射液体的热能的元件和保护层，该保护层至少覆盖 元件，并且该保护层中包括两个以上的第一层及两个以上的第二层，第一层和第二层被交 替地堆叠；流路构件，该流路构件具有与喷射口连通的流路的壁，并且该流路构件通过以如 下方式接触液体喷射头基板来限定流路在壁位于内侧的状态下流路构件与液体喷射头基 板接触；及流路电极，该流路电极被布置在流路中，其中，在施加电压使得保护层起阳极电 极作用并且使流路电极起阴极电极作用的情况下，第一层的材料在与液体接触时溶解并且 第二层的材料在与液体接触时被钝化。 根据本发明的另一方面，一种液体喷射装置，该液体喷射装置包括根据上述方面 的液体喷射头；及构造成在保护层和流路电极之间施加电压的单元。 根据本发明的另一方面，一种用于清洁根据上述方面的液体喷射头的方法，该方 法包括在一个第一层与液体接触的情况下在保护层和流路电极之间施加电压以溶解一个 第一层而使位于一个第一层的紧下方的一个第二层暴露；以及在保护层和流路电极之间施 加电压，从而使暴露的一个第二层钝化。 根据本发明的另一方面，一种液体喷射头基板，该液体喷射头基板包括元件，该 元件产生用于喷射液体的热能；和保护层，该保护层至少覆盖元件，并且该保护层中包括两 个以上的第一层及两个以上的第二层，第一层和第二层被交替地堆叠，其中，在施加电压使 得保护层起阳极电极作用的情况下，第一层的材料在与液体接触时溶解并且第二层的材料 在与液体接触时被钝化。 根据本发明，在保护层(上部保护层)上产生作为移除结垢操作的电化学反应的 情况下，即使电化学反应由于电解质浓度等而出现变化时，由单次结垢移除操作而溶解的 保护层的厚度的量能够恒定。因此，能够以高的精度重复一系列的结垢移除操作进行。结 果，能够减小喷射头中的保护层的厚度的减小量。因此，能够使喷射特性稳定并且因而能够 进行可靠的高品质图像记录。 从下面参考附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。


图1是根据本发明的实施方式的液体喷射头用基板的示意性截面图。 图2根据本发明的实施方式的液体喷射头用基板的加热部附近的示意性平面图。 图3A到图3H是示出制造图1和图2所示的液体喷射头用基板的过程的示意性截面图。 图4A到图4H是分别对应于图3A到图3H的示意性平面图。 图5是当垂直剖切根据本发明的实施方式的液体喷射头用基板时的加热部附近 的示意性截面图。 图6是示出根据本发明的实施方式的液体喷射头的立体图。 图7是示出根据本发明的实施方式的液体喷射装置的概略结构的实施例的立体 图。
具体实施例方式
在本发明中，通过将电压施加到保护层(上部保护层)产生电化学反应，由此移 除结垢。本发明的一个主要特征在于上部保护层具有堆叠结构，在该堆叠结构中作为清洁 层的第一层和作为清洁阻隔层的第二层交替地堆叠。能够堆叠多个第一层和多个第二层。 根据该结构，作为第一层的清洁层中的一层在由单次结垢移除操作引起的电化学反应中溶 解，然后由后续的喷射操作溶解作为第二层的清洁阻隔层中的一层。这些结垢移除操作和 喷射操作被重复进行。 现在将参考附图对本发明进行详细说明。
1.对液体喷射头用基板和液体喷射头的说明 图2是根据本发明的实施方式的用作液体喷射头用基板(下文中被称为"液体喷 射头基板")的电热换能器的加热部附近的示意性平面图。图1是沿图2中的线I-I垂直 地剖切的基板的示意性截面图。 参考图1，液体喷射头基板100包括由硅构成的基部101 ;布置在基部101上的由 比如Si0膜、SiN膜等热氧化膜构成的蓄热层或热累积层102 ;及布置在蓄热层102上的加 热电阻层104。各由如A1、 Al-Si或A1-Cu等金属构成的一对电极层105以其间隔开一定 空间的方式被布置在加热电阻层104上。包括Si0膜、SiN膜等的下部保护层106被设置 在电极层105上和位于一对电极层105之间的加热电阻层104上。下部保护层106还用作 绝缘层。加热部104'由布置在电极层105之间的加热电阻层和布置在加热电阻层上的下 部保护层106构成。将由加热部104'产生的热施加至墨的部分构成热作用部108 (如图2 中所示)。电极层105连接到驱动器电路或外部电源端子(未示出)，并从外部接收电力供 给。在另一可选构造中，加热电阻层104和电极层105的位置可以交换。
每个均由钽构成的密着层(adhesive layer) 109a和109b被设置在下部保护层 106上。密着层109a被布置在包括加热部104'的上部的区域中。密着层109b位于与密 着层109a分离开的位置并且被布置在与墨流路122中的墨接触的部分。
作为本发明的一个特征的上部保护层107a被设置于密着层109a的对应于加热部 104'的部分。上部保护层107a保护加热电阻免受由于墨所产生的热造成的化学和物理冲 击并且具有在清洁过程中移除结垢的功能。在该实施方式中，上部保护层107具有清洁层 和清洁阻隔层的堆叠结构。 上部保护层107a的区域和用作流路中的电极(下文中称为"流路电极")的上部保 护层107b的区域未以基板的形式彼此电连接。但是，当流路充填包含电解质的溶液(墨) 时，电流流过该溶液。因此，在上部保护层107a与溶液之间的交界面和在上部保护层107b 与溶液之间的交界面产生电化学反应。 在图1中，为了在上部保护层107a和墨之间产生电化学反应，在下部保护层106 中形成通孔IIO，从而使上部保护层107a经由密着层109a连接到电极层105。电极层105 延伸到液体喷射头基板100的端部，并且电极层105的端部形成用于建立与外界的电连接 的外部电极lll。 对应于热作用部108的上部保护层107a被形成为不与流路构件120接触。从而， 即使当由电化学反应使上部保护层107a溶解时，在流路构件120和基板100之间的密着性
5也不会降低。 上述的结构涉及液体喷射头基板100。喷射口 121被设置在对应于液体喷射头基 板100的热作用部108的位置。而且，使流路构件120以使得壁120a朝向内侧布置的方式 与液体喷射头基板100接触，由此形成流路122，其中，该流路构件120具有从贯通液体喷射 头基板100的供墨口 705经由热作用部108连通到喷墨口 121的流路122的壁120a。因 此，形成液体喷射头1。 图6是上述液体喷射头1的示意性立体图。 图6中示出的液体喷射头1包括具有三个供墨口 705的液体喷射头基板100，并且 能够将不同类型的墨供应到各个供墨口。多个热作用部108被设置在各个供墨口 705的两 侧的纵向上。 2.上部保护层的结构和操作 上部保护层107是本发明的一个特征，现在将对上部保护层107进行说明。图5 是对应于热作用部108的上部保护层107a或上部保护层107b的放大截面图。如图5中所 示，上部保护层107具有清洁层107x(第一层)和清洁阻隔层107y(第二层)交替地堆叠 的结构。 作为清洁层107x的材料，优选的是使用如下材料该材料通过用于结垢移除操作 的电化学反应而溶解在墨中，但并不会形成在加热时即通常的记录操作期间阻碍溶解的氧 化膜。更为具体地，能够使用包含铱和钌中的至少一种的材料或由其合金构成的材料。
作为清洁阻隔层107y的材料，可以使用如下材料该材料经受阳极氧化处理，但 并不由电化学反应而溶解在墨中，而是由后续的重复喷射操作而溶解在墨中。具体地，能够 使用包含钽和铌中的至少一种的材料或由其合金构成的材料。从确保与清洁层107x的密 着性的观点来看，清洁阻隔层107y能够由与密着层109的材料相同的材料构成。
随着清洁层107x和清洁阻隔层107y的堆叠结构的重复数量的增加，能够在长时 间保持高品质的记录。但是，当布置于热作用部108的膜的厚度增加时，也增加喷射所需的 能量。因此，应当减小清洁层107x和清洁阻隔层107y的厚度。清洁层107x和清洁阻隔层 107y的厚度每层优选为lnm 100nm，并且堆叠层的数量(其中一个清洁阻隔层和一个清 洁层计数为一个堆叠层)优选为2 100。这是基于喷射所需的能量的观点和使用电化学 反应能够进行的清洁的次数的观点，并且由此能够实现由于重复清洁带来的节能和高品质 记录的优点。 3.结垢移除操作的说明 在本发明的结垢移除操作中，使用对应于热作用部的上部保护层107a作为阳极 电极并使用上部保护层107b(流路电极)作为阴极电极来产生与作为包含电解质的溶液的 墨的电化学反应。在该情况中，上部保护层107a经由密着层109a和电极层105的区域连 接到外部电极lll，并由此施加电压从而使上部保护层107a作用为阳极。作为阳极电极的 上部保护层107a中的清洁层107x溶解，由此移除沉积在保护层上的结垢。由电化学反应 而溶解在溶液中的金属材料能够参考各种金属的电位-pH(potential-PH)图来确定。本发 明中用作上部保护层107a的清洁层107x的材料应当是如下材料该材料在墨的pH值时不 溶解，而在通过施加电压使上部保护层107a作用为阳极电极时溶解。 另外，上部保护层107的上表面优选地为清洁层107x。其原因如下。在作用为阴极电极的上部保护层107b中，当顶层由清洁层(铱)构成时，清洁层在喷射期间不会氧化，因 而能够使上部保护层107b保持作为阴极电极的稳定性。连接到阴极侧的上部保护层107b 不必具有堆叠的结构。但是，考虑到包括膜沉积和蚀刻的制造过程，上部保护层107b具有 的结构优选地与上部保护层107a的结构相同。 利用通过以使上部保护层107a作用为阳极的方式施加电压而产生的电化学反应 进行的单次结垢移除操作，暴露于液体(墨)的单个清洁层107x溶解并且使下面的清洁阻 隔层107y露出。暴露于液体(墨)的清洁阻隔层107y然后通过连续地以使上部保护层 107a作用为阳极的方式施加电压而被进行阳极化处理从而被钝化(passivate)。钝化作用 形成了氧化层，在以使上部保护层107a作用为阳极的方式施加电压时，该氧化层使上部保 护层107a的厚度的减小停止。在后续的通常记录操作中，由在墨的起泡和喷射期间对于热 作用部108的重复加热或由起泡后的消泡期间的反复气穴作用使清洁阻隔层107y的露在 表面的氧化膜逐渐溶解在墨中。因此，新的清洁层107x再次暴露于墨，并且由此能够再次 重复进行结垢移除操作。 如上所述，通过在上部保护层107中堆叠具有不同特性的清洁层107x和清洁阻隔 层107y，可以控制层的厚度在单次清洁操作中的减小。因此，即使墨中的电解质的浓度或电 化学反应期间施加的电压变化，也能够均匀地控制膜的厚度的减小，并且能够可靠地移除 结垢。 此外，对于包括具有多个供墨口的液体喷射头基板并喷射不同类型的墨的液体喷 射头，能够在预定状态下对每种颜色重复进行结垢移除清洁，而不用对每种类型的墨单独 地设定用于电化学反应的条件。
4.液体喷射装置的说明 图7是示出根据本实施方式的液体喷射装置(喷墨打印机)的相关部分的示例的 示意性立体图。 该液体喷射装置包括在壳体1008中的输送装置1030，该输送装置1030在箭头P 指示的方向上间歇地输送作为记录介质的片材1028。另外，液体喷射装置包括记录单元 IOIO，该记录单元1010在与片材1028的输送方向P垂直的方向S上往复运动并且设置有 液体喷射头；和运动驱动器1006，该运动驱动器1006用作被构造成使记录单元1010往复 运动的驱动单元。 输送装置1030包括以彼此平行且彼此面对的方式配置的一对辊单元1022a和 1022b及一对辊单元1024a和1024b ;及驱动这些辊单元的驱动器1020。当驱动器1020运 转时，片材1028由辊单元1022a和1022b及辊单元1024a和1024b夹持，并且沿方向P被 间歇地输送。 移动驱动器1006包括带1016和马达1018。带1016绕带轮1026a和1026b缠绕 并且平行于辊单元1022a和1022b定位，其中，带轮1026a和1026b以预定间隔彼此面对的 方式装配于转轴。马达1018在正向和反向移动与记录单元1010的滑架构件1010a联接的 带1016。 当马达1018运转并且带1016在箭头R指示的方向上转动时，滑架构件1010a在 箭头S指示的方向上移动预定的距离。另外，当带1016在与箭头R指示的方向相反的方向 上转动时，滑架构件1010a在与箭头S指示的方向相反的方向上移动预定的距离。此外，被构造成对记录单元1010进行喷射恢复处理的恢复单元1026以面对记录单元1010的喷墨 面的方式被配置在用作滑架构件1010a的原始位置的位置处。 记录单元1010包括能拆卸地设置于滑架构件1010a的盒1012。对于如黄色、品红 色、青色和黑色等各个颜色，分别设置盒1012Y、1012M、1012C和1012B。
实施例
实施例1 现在将参考附图对本发明的实施例1进行详细说明。 图3A到图3H是说明制造图1和图2中示出的液体喷射头基板的过程的示意性截 面图。图4A到图4H分别是对应于图3A到图3H的示意性平面视图。注意，对于如下基板 执行下面的制造过程在该基板中，预先设置用于选择性地驱动加热部104'的如开关晶 体管等半导体元件构成的驱动电路。但是，为简洁起见，在下面说明的图中示出由硅(Si) 构成的基部101。 首先，由Si02构成的蓄热层102通过热氧化法、溅射法、CVD法等形成在基部101 上以作为加热电阻层的下层。对于预先已经形成有驱动电路的基部，能够在驱动电路的制 造过程期间形成蓄热层。 接着，由例如Ta SiN构成的加热电阻层104通过反应溅射(reaction sputtering)形成在蓄热层102上，以具有大约50nm的厚度。此外，形成在电极层105内的 铝(Al)通过溅射被沉积，以具有大约300nm的厚度。 然后，对加热电阻层104和电极层105进行光刻法(photolithography method) 的同时进行干法蚀刻以获得图3A中示出的截面形状和图4A中示出的平面形状。
接着，如图3B和图4B所示，再次使用光刻法通过湿法蚀刻部分地移除Al电极层 105以露出位于加热电阻层104的与所移除的部分对应的位置处的部分。从而，设置加热部 104'。为获得下部保护层106在电极层的端部的令人满意的覆盖特性，需要采用已知的湿 法蚀刻技术，通过该技术能够在电极层的端部获得适当的锥形。 随后，如图3C和图4C所示，通过离子CVD法将SiN沉积为下部保护层106，以具有 大约350nm的厚度。 如图3D和图4D中所示，使用光刻法通过干法蚀刻部分地移除下部保护层106以
形成通孔110。从而使电极层105露出于通孔110。该通孔110最终经由形成在下部保护
层106上的密着层109在电极层105和上部保护层107之间提供电连接。 接着，如图3E和图4E所示，通过溅射钽(Ta)在下部保护层106上形成具有大约
100nm的厚度的密着层109。该密着层109也作用为用于在电化学反应中为上部保护层107
提供电力的配线层。 接着，形成图3F和图4F中示出的上部保护层107。上部保护层107具有通过交替 地形成多个清洁层107x和清洁阻隔层107y而形成的堆叠结构，如图5中所示。首先，在密 着层109的表面上，通过溅射法沉积构成清洁层107x的铱，以使铱具有TIf的厚度。随后， 通过溅射法类似地沉积构成清洁阻隔层107y的钽，以使钽具有TTa的厚度。重复多次一系 列这样的步骤以形成清洁层107x和清洁阻隔层107y交替地堆叠的上部保护层107，如图5 中所示。通过使用上述的溅射法形成上部保护层107，能够分别设置包含的Ir和Ta量分 别在大约90%到100%范围内的的Ir膜和Ta膜。通过以该方式设置该高纯度Ir膜和Ta膜，能高效地移除结垢。 在该实施例中在上部保护层107的形成过程中，每个清洁层107x的厚度TIt大约 为lOnm，并且每个清洁阻隔层107y的厚度TTa大约为10nm。另外，上面的膜沉积步骤重复 五次，从而使包含清洁层107x和清洁阻隔层107y的上部保护层的总厚度大约为100nm。
接着，为了形成图3G和图4G中示出的上部保护层107的图案，使用光刻法通过干 法蚀刻部分地移除上部保护层107。由此，形成位于热作用部108上的上部保护层107a的 区域和上部保护层107b的区域。 接着，为了形成图3H和图4H中示出的密着层109的图案，使用光刻法通过干法蚀 刻部分地移除密着层109。由此，形成位于热作用部108上的密着层109a的区域和密着层 109b的区域。 接着，为了形成外部电极lll，使用光刻法通过干法蚀刻部分地移除下部保护层 106以露出电极层105的位于对应于所移除部分(图中未示出)的位置的部分。通过上面 的步骤制造液体喷射头基板100。使用光刻技术在液体喷射头基板100上形成由树脂构成 的流路构件120，以制造出液体喷射头。
輔物i痛吡誦 为确认实施例1的优点，使用多个通过上述的过程制造出的液体喷射头以及 作为比较例的其上部保护层107仅由铱构成的多个液体喷射头(该液体喷射头在US 2007/0146428中公开)进行结垢移除实验。 关于比较例的液体喷射头中的热作用部108的层状结构，由钽构成并且厚度为 150nm的底层被沉积为密着层109，然后沉积具有50nm的厚度的铱作为上部保护层107。
在该实验中，在预定条件下驱动加热部104'从而使结垢沉积在对应于热作用部 108的上部保护层107a上，并且然后通过将电压施加到上部保护层107来进行结垢移除处 理。在该实验中，检查铱膜溶解的量与墨的类型之间的关系。使用BCI-7eM和BCI-7eC(由 佳能株式会社制造)作为墨。 首先，以5kHz的频率向加热部104'施加具有20V电压和1. 5 y s的脉宽的驱动脉 冲5.0X107次。然后观察表面状态。根据观察结果，称为结垢的墨中的杂质大致均匀地沉 积在对应于热作用部108的上部保护层107a上。当使用该状态下的液体喷射头进行记录 时，无法在所希望的位置进行喷射并且确认降低了记录品质。 接着，对连接到上部保护层107a的外部电极111施加10V的DC电压30秒。在该 情况中，使用上部保护层107a作为阳极电极并使用上部保护层107b作为阴极电极。
结果，在实施例1的液体喷射头和比较例的液体喷射头中的每个液体喷射头中， 确认在使用每个类型的墨时从对应于热作用部的上部保护层107a(即，第一层)移除了沉 积的结垢。 此外，关于实施例1的液体喷射头，在使用品红色墨的喷射头和使用青色墨的喷 射头二者中，被布置为上部保护层107a的顶层的一个清洁层107x溶解在墨中。结果，确认， 被布置在溶解的清洁层107x的紧下方的清洁阻隔层107y出现为顶层。S卩，确认构成清洁 阻隔层107y的钽由与墨的电化学反应而被进行阳极化处理并且形成为不溶解于墨的钝化 膜，由此停止反应。 另一方面，对于比较例的每个液体喷射头，采用台阶仪(st印profiler)对上部保护层107a和密着层109之间的高度差进行测量以确定上部保护层107a的厚度的减小量。 根据该结果，在使用品红色墨的喷射头中，层的厚度的减小量大约是5nm。在使用青色墨的 喷射头中，层的厚度的减小量大约是8nm。层的厚度在单次电化学反应中的减小量随墨的类 型不同而变化大约3nm。 接着，再次进行墨的喷射以使结垢沉积。在实施例1的液体喷射头中，露于顶面的 清洁阻隔层107y由于例如喷射操作和起泡引起的气穴作用而溶解在墨中。因此，结垢沉积 在布置在所溶解的清洁阻隔层107y下的第二清洁层107x的表面上。 随后，重复五次喷射出墨从而使结垢沉积然后使用电化学反应移除结垢的该清洁 循环。最后进行上述的表面观察，并测量膜厚度的减小量。 已确认的是，不管使用哪种类型的墨，单个清洁层107x通过单次电化学反应而溶 解在墨中，然后，出现为顶层的清洁阻隔层107y通过墨喷射操作被溶解在墨中。
相比之下，在比较例的液体喷射头中，由于与不同墨颜色相关的电化学反应的差 异而产生了上部保护层107的厚度的差异。在使用品红色墨的喷射头中，剩余上部保护层 107的厚度大约是25nm。另一方面，在使用青色墨的喷射头中，剩余上部保护层107的厚度 大约是10nm。以这种方式，当热作用部的剩余膜厚度对于各种类型的墨不同时，为了实现高 的记录品质，应当为每种类型的墨设定喷射所需的能量。作为具体的例子，需要为每个类型 的墨设定驱动脉冲的持续时间的操作。 相比之下，当使用实施例1的液体喷射头进行结垢移除清洁时，即使对于不同类 型的墨，也能够非常均匀地并以良好的可控性进行上部保护层107a的溶解。而且，易于确 定布置在热作用部108上的上部保护层107a的厚度。因此，能够维持初始的记录品质，并 且另外，能够实现对于喷射能量具有良好可控性的高品质记录。
实施例2 现在将参考附图详细说明本发明的实施例2 在实施例1中说明的溅射法中，到达基板的原子生长以形成岛状结构，并且多个 岛进一步组合以形成连续的膜。当膜的厚度在大约lnm到2nm的范围时，膜可以具有岛状 结构或可以处于岛状结构和连续膜之间的中间状态。随后，需要关注的事情在于当膜厚度 在大约lnm到2nm左右时不能以高精度均匀地形成上部保护层的堆叠结构。特别地，可能 难以控制在上部保护层107和密着层109之间的交界面的层的品质。 随后，在实施例2中，通过采用原子层沉积法(atomic layerd印osition method) 形成上部保护层107，在该方法中，通过重复地一层接一层地堆叠原子层来形成膜。在原 子层沉积法中，基板被放置在真空室中，待沉积的材料的分子(前驱体分子，precursor molecules)被吸着在基板表面并在该表面上起反应，并且通过用惰性气体吹洗来移除多余 的分子。通过重复该循环，能够将膜厚控制在原子层水平上。所生成的膜均匀并且在具有 非常小的厚度的同时具有高覆盖特性。 首先，如实施例1 一样使用CVD技术、溅射技术、光刻技术和蚀刻技术形成图3E和 图4E中示出的基部101。需要的是还在电化学反应中用作向上部保护层107提供电力的配 线层的密着层109具有一定的厚度。由此，如实施例1 一样，通过溅射将钽沉积为具有大约 100nm的厚度的密着层109。 随后，形成图3F中示出的上部保护层107。如实施例1 一样，使用铱作为清洁层107x的材料，并且使用钽作为清洁阻隔层107y的材料。在该实施例中，通过原子层沉积法 形成上部保护层107。首先，作为清洁层107x的材料的铱的第一前驱体分子被导入到基部 101的表面并在已经形成在基部101的表面上的密着层109的表面上起反应。接着，用如 氩(Ar)气等惰性气体去除多余的第一前驱体分子。重复该步骤以一层接一层地堆叠原子 层，由此形成厚度为2nm的清洁层107x。随后，作为清洁阻隔层107y的材料的钽的第二前 驱体分子被导入清洁层107x的表面并在该表面上起反应。如上述的步骤一样，用如氩气等 惰性气体去除多余的第二前驱体分子以形成单个钽原子层。重复该步骤以形成厚度为2nm 的清洁阻隔层107y。重复这些步骤以形成25个清洁层107x和25个清洁阻隔层107y即总 共50层交替地堆叠并具有总计100nm的厚度的上部保护层107。通过采用这样的原子层沉 积法，能够形成大致无杂质的铱清洁层107x和钽清洁阻隔层107y。通过以该方式设置这样 的高纯度铱膜和钽膜，能够有效地移除结垢。 根据该技术，能够均匀地将膜的品质控制在原子层水平上，并且所形成的膜在具 有非常小的厚度的同时具有高的膜品质。因此，增加了能够进行的堆叠的次数。另外，在如 电极层105之间的间隙等台阶部，能够实现非常高的覆盖特性而不用增加膜厚。
随后的步骤的进行与实施例1 一样。因此，省略对它们的说明。
輔物刺介 使用通过上述过程制造出的液体喷射头进行结垢移除实验以确认本实施例的优 点。 在该实验中，如实施例1 一样，在预定条件下驱动加热部104'从而使结垢沉积在
对应于热作用部108的上部保护层107a上，然后通过将电压施加至上部保护层107进行结
垢移除处理。在该实验中，使用BCI-7eM(由佳能株式会社制造)作为墨。 首先，以5kHz的频率向加热部104'施加具有20V电压和1. 5 y s的脉宽的驱动脉
冲5. 0X 106次。称为结垢的墨中的杂质大致均匀地沉积在对应于热作用部108的上部保
护层107a上。当使用该状态下的液体喷射头进行记录时，确认由于结垢的沉积而降低了记
录品质。 接着，对连接到上部保护层107a的外部电极111施加10V的DC电压30秒。在该 情况中，使用上部保护层107a作为阳极电极并使用上部保护层107b作为阴极电极。
对该喷墨和清洁结垢的循环重复总计25次。在每个循环中，由电化学反应使上部 保护层107的清洁层107x溶解在墨中。确认使布置在所溶解的清洁层107x紧下方的清洁 阻隔层107y被阳极化处理，由此停止电化学反应。此外，确认清洁阻隔层107y然后由后续 的喷射操作溶解，并且清洁层107x再次出现为顶层。 如上所述，根据通过原子层沉积法形成的上部保护层107的堆叠结构，被堆叠的 层的厚度小。因此，与溅射膜相比，能够增加堆叠结构的重复数量，而不用增加总层厚。该 结构能够增加结垢移除操作的次数。因此，与使用具有实施例1中获得的膜品质的上部保 护层107的情况相比较，能够长时间地进行具有高品质的高度可靠的打印。
其它实施例 在上述的实施例中，单个清洁层107x的厚度与单个清洁阻隔层107y的厚度相同。
可替换地，每个清洁阻隔层107y的厚度可以比每个清洁层107x的厚度大。 例如，将对使用铱作为清洁层107x和使用钽作为清洁阻隔层107y的情况进行说
11明。铱的导热率大约是钽的导热率的三倍。因此，当每个清洁层107x的厚度过大时，用于 喷墨的热能可能不被充分地传输到墨，由此降低喷射效率。因此，关于上部保护层107的堆 叠结构，单个清洁阻隔层107y的厚度优选地在单个清洁层107x的厚度的两倍以上五倍以 下。更为具体地，单个清洁阻隔层107y(钽层)的厚度能够在2nm 100nm，并且单个清洁 层107x(铱层)的厚度能够在lnm 50nm。在实施例2中说明的原子层沉积法中，通过改 变原子层的重复数，能够制造出包括厚度均为4nm的各清洁阻隔层107y和厚度均为2nm的 各清洁层107x的喷射头。 但是，每个清洁阻隔层107y的厚度可以小于每个清洁层107x的厚度。这是因为， 通过充分地减小清洁阻隔层107y的厚度，能够立即进行清洁阻隔层107y在墨中的溶解。在 这样的情况中，由于清洁阻隔层107y具有较小的厚度，清洁层107x应该具有能作用为上部 保护层的一定程度的厚度。即，单个清洁层107x的厚度优选地为各个清洁阻隔层107y的 厚度的两倍以上十倍以下。更为具体地，单个清洁层107x的厚度优选地在2nm 100nm，并 且单个清洁阻隔层107y的厚度能够在lnm 10nm。 根据本发明，保护层的各个清洁阻隔层107y不必全部由相同的材料构成。类似 地，清洁层107x不必全部由相同的材料构成。 虽然参考示例性实施方式对本发明进行了说明，但是应理解本发明不限于所公开 的示例性实施方式。权利要求的范围符合最宽泛的阐释以涵盖全部的变型、等同结构和功
权利要求
一种液体喷射头，其包括液体喷射头基板，该液体喷射头基板包括元件，该元件产生用于从喷射口喷射液体的热能；和保护层，该保护层至少覆盖所述元件，并且该保护层包括两个以上的第一层及两个以上的第二层，所述第一层和所述第二层被交替地堆叠；流路构件，该流路构件具有与所述喷射口连通的流路的壁，并且该流路构件通过以如下方式接触所述液体喷射头基板来限定所述流路在所述壁位于内侧的状态下所述流路构件与所述液体喷射头基板接触；及流路电极，该流路电极被布置在所述流路中，其中，在施加电压使得所述保护层起阳极电极作用并且使所述流路电极起阴极电极作用的情况下，所述第一层的材料在与所述液体接触时溶解并且所述第二层的材料在与所述液体接触时被钝化。
2. 根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于，所述第一层由包含铱和钌中的至 少一种的材料构成。
3. 根据权利要求1或2所述的液体喷射头，其特征在于，所述第二层由包含钽和铌中的 至少一种的材料构成。
4. 根据权利要求1到3中的任一项所述的液体喷射头，其特征在于，所述第一层和所述 第二层均通过原子层沉积法形成。
5. 根据权利要求1到4中的任一项所述的液体喷射头，其特征在于，所述第一层和所述 第二层均具有lnm以上且100nm以下的厚度。
6. 根据权利要求1到5中的任一项所述的液体喷射头，其特征在于，每个所述第二层的 厚度大于每个所述第一层的厚度。
7. —种液体喷射装置，其包括根据权利要求1到6中的任一项所述的液体喷射头；及 构造成在所述保护层和所述流路电极之间施加电压的单元。
8. —种用于清洁根据权利要求1到6中的任一项所述的液体喷射头的方法，该方法包括在一个所述第一层与所述液体接触的情况下在所述保护层和所述流路电极之间施加 电压以溶解所述一个所述第一层而使位于所述一个所述第一层的紧下方的一个所述第二 层暴露；以及在所述保护层和所述流路电极之间施加电压，从而使暴露的所述一个所述第二层钝化。
9. 一种液体喷射头基板，其包括 元件，该元件产生用于喷射液体的热能；禾口保护层，该保护层至少覆盖所述元件，并且该保护层包括两个以上的第一层及两个以 上的第二层，所述第一层和所述第二层被交替地堆叠，其中，在施加电压使得所述保护层起阳极电极作用的情况下，所述第一层的材料在与 所述液体接触时溶解并且所述第二层的材料在与所述液体接触时被钝化。
全文摘要
液体喷射头、基板、包括其的液体喷射装置及其清洁方法。一种液体喷射头，包括液体喷射头基板，该液体喷射头基板包括产生用于从喷射口喷射液体的热能的元件和至少覆盖该元件的保护层，在该保护层中，第一层和第二层被交替地堆叠；流路构件，该流路构件限定了与喷射口连通的流路的壁；以及流路电极，该流路电极被布置于流路。
文档编号B41J2/165GK101734014SQ20091022400
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者松居孝浩, 石田让 申请人:佳能株式会社