JP2018153971A - Inspection method for liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドの検査方法に関する。 The present invention relates to a liquid ejection head inspection method.
記録媒体などに記録液などの液体を吐出して記録を行う液体吐出装置は、液体吐出ヘッドを備えている。液体吐出ヘッドにおける吐出原理は種々のものがあるが、発熱抵抗素子を備え、発熱抵抗素子が発生する熱エネルギーを利用して吐出口から記録液などの液体を吐出する液体吐出ヘッドは、半導体装置と同様の工程を経て製造されるのが一般的である。したがってこのような液体吐出ヘッドは、基板上に発熱抵抗素子や配線層を形成して素子基板とする基板形成工程と、素子基板上に液体の流路や吐出口を形成する吐出口形成工程と、最終的な組立工程とを経て製造される。組立工程では、素子基板上への駆動素子の実装や、その他の部品の組み立てが行われる。各発熱抵抗素子を駆動するための回路も液体吐出ヘッドに設けられる。完成した液体吐出ヘッドに対しては、その記録品位や吐出性能を確認するとともに、最適な記録条件で液体吐出ヘッドを使用するために液体吐出ヘッドごとに設定されるパラメータを求めるために、記録検査工程が実施される。
液体吐出ヘッドでは、液体の吐出による記録を行う場合、選択された発熱抵抗素子に対してパルス状に電圧を印加してその発熱抵抗素子を駆動する。そこで記録検査工程では、液体吐出ヘッドを駆動する際に各発熱抵抗素子に印加される駆動電圧またはパルス幅を変化させながら、液体吐出ヘッドから液体を吐出させて所定のパターンを記録する。次に、記録されたパターンの画像から、各発熱抵抗素子による記録状態を観察して、吐出を行うことが可能な駆動電圧あるいはパルス幅の限界値を求める。そして、求めた限界値に対し、実験によって別途求めたマージン値を加え、このようにして得た駆動電圧値あるいはパルス幅をその液体吐出ヘッドの最適な駆動条件として、液体吐出ヘッドの駆動回路に設定する。
A liquid ejection apparatus that performs recording by ejecting a liquid such as a recording liquid onto a recording medium or the like includes a liquid ejection head. There are various ejection principles in a liquid ejection head, but a liquid ejection head that includes a heating resistor element and ejects a liquid such as a recording liquid from an ejection port using thermal energy generated by the heating resistor element is a semiconductor device. In general, it is manufactured through the same process. Therefore, such a liquid discharge head includes a substrate forming step in which a heating resistor element and a wiring layer are formed on a substrate to form an element substrate, and a discharge port forming step in which a liquid flow path and discharge ports are formed on the element substrate. It is manufactured through a final assembly process. In the assembly process, the drive element is mounted on the element substrate and other parts are assembled. A circuit for driving each heating resistor element is also provided in the liquid discharge head. In order to confirm the recording quality and discharge performance of the completed liquid discharge head, and to obtain parameters set for each liquid discharge head in order to use the liquid discharge head under the optimal recording conditions, a recording inspection is performed. A process is performed.
In the liquid ejection head, when recording is performed by ejecting liquid, a voltage is applied to the selected heating resistance element in a pulsed manner to drive the heating resistance element. Therefore, in the recording inspection process, a predetermined pattern is recorded by discharging the liquid from the liquid discharge head while changing the drive voltage or pulse width applied to each heating resistance element when driving the liquid discharge head. Next, from the recorded pattern image, the recording state by each heating resistance element is observed, and the limit value of the drive voltage or pulse width at which ejection can be performed is obtained. Then, a margin value obtained separately by experiment is added to the obtained limit value, and the drive voltage value or pulse width obtained in this way is set as the optimum drive condition for the liquid discharge head in the drive circuit of the liquid discharge head. Set.
最適な駆動条件すなわち最適な駆動電圧やパルス幅は、異なる液体吐出ヘッドの間(厳密には素子基板の間)の様々なばらつきに影響を受け、素子基板ごとに個体差があることが知られている。記録検査工程では、最適駆動条件を導くために、限界値となり得る範囲内すなわち製造後の素子基板のばらつきの範囲内において、駆動条件を段階的に変化させながら複数のパターンを記録し、各々の駆動条件に対する記録状態を確認する必要がある。しかし、限界値となり得る駆動条件の範囲は十分に広いため、記録すべきパターンの数も多くなり、記録検査工程のために多大な工数や時間が費やされることになる。工数や時間が多大となるため、必要な範囲での駆動電圧あるいはパルス幅の測定を現実的には行えなくなることもある。
素子基板ごとに個体差はあるものの、最適駆動条件や限界値については、素子基板上に形成される発熱抵抗素子の電気抵抗値(以下、単に抵抗値と呼ぶ)や素子基板を保護するための保護膜の厚さによる影響が大きいことも知られている。したがって、素子基板ごとに発熱抵抗素子の抵抗値を予め測定し、得られた抵抗値からある程度適切な駆動条件を推定することも可能である。しかしながら、素子基板ごとに測定された抵抗値のみから適切な駆動条件を推定する場合には、推定した最適駆動条件と実際の最適駆動条件との間に、保護膜のばらつきに起因するずれが発生することがある。この場合は、液体吐出ヘッドを実際に使用するときに最適な駆動条件で使用することができなくなる。
特許文献1には、液体吐出ヘッドの記録検査工程において、製造工程中に得られた発熱抵抗素子の抵抗値についてのデータと保護膜の膜厚のデータとに基づいて最適な駆動条件を設定し、これにより駆動電圧やパルス幅の測定を省略する方法が開示されている。
It is known that the optimum driving conditions, that is, the optimum driving voltage and pulse width, are affected by various variations between different liquid ejection heads (strictly, between element substrates), and there are individual differences between element substrates. ing. In the recording inspection process, in order to derive the optimum driving conditions, a plurality of patterns are recorded while changing the driving conditions stepwise within a range that can be a limit value, that is, within a range of variations in the element substrate after manufacture. It is necessary to confirm the recording state with respect to the driving conditions. However, since the range of driving conditions that can be the limit value is sufficiently wide, the number of patterns to be recorded increases, and a great amount of man-hours and time are spent for the recording inspection process. Since the man-hours and time are enormous, the measurement of the drive voltage or pulse width within the required range may not be practical.
Although there are individual differences for each element substrate, the optimum driving conditions and limit values are used to protect the electrical resistance value (hereinafter simply referred to as resistance value) of the heating resistor element formed on the element substrate and the element substrate. It is also known that the influence of the thickness of the protective film is large. Therefore, it is possible to preliminarily measure the resistance value of the heating resistor element for each element substrate, and to estimate a suitable driving condition to some extent from the obtained resistance value. However, when an appropriate driving condition is estimated only from the resistance value measured for each element substrate, a deviation due to variations in the protective film occurs between the estimated optimum driving condition and the actual optimum driving condition. There are things to do. In this case, when the liquid discharge head is actually used, it cannot be used under optimum driving conditions.
In
特許文献1に記載されるように発熱抵抗素子の抵抗値と素子基板の保護膜の膜厚とを測定する場合には、膜厚測定のための工数や測定機構が必要となり、むしろ工程負荷が大きくなってしまう。
本発明の目的は、工数や工程負荷を増大することなしに、個々の素子基板に適切な駆動条件を設定することが可能な液体吐出ヘッドの検査方法を提供することにある。
As described in
An object of the present invention is to provide a liquid ejection head inspection method capable of setting appropriate driving conditions for individual element substrates without increasing the number of man-hours and the process load.
本発明の液体吐出ヘッドの検査方法は、基板の第1の面に設けられた発熱抵抗素子と、発熱抵抗素子を覆うように第1の面に形成され誘電体からなる第1の保護層と、少なくとも発熱抵抗素子の形成位置において第1の保護層の上に形成され金属からなる第2の保護層と、を有し、発熱抵抗素子に電圧パルスを印加して液体に熱エネルギーを作用させることにより、発熱抵抗素子に対応して設けられた吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの検査方法であって、所定の電圧を発熱抵抗素子に印加したときに発熱抵抗素子を流れる電流を測定して第1の測定結果を求め、第1の保護層を介した発熱抵抗素子と第2の保護層との間の静電容量を測定して第2の測定結果を求める測定工程と、第1の測定結果と第2の測定結果とから、吐出口から液体を吐出させるために最低限必要な吐出限界エネルギーの予測値を求める予測工程と、発熱抵抗素子に対して印加される電圧パルスの駆動電圧及びパルス幅の少なくとも一方を駆動変数として、予測値に基づいて駆動変数の初期値を定め、初期値から駆動変数を変えながら、発熱抵抗素子を駆動し吐出口から液体を吐出して記録媒体にテストパターンの記録を行うことを繰り返す記録工程と、を有することを特徴とする。 The inspection method for a liquid ejection head according to the present invention includes a heating resistance element provided on a first surface of a substrate, a first protective layer formed of a dielectric formed on the first surface so as to cover the heating resistance element, and A second protective layer made of metal and formed on the first protective layer at least at a position where the heating resistor element is formed, and applying a voltage pulse to the heating resistor element to cause thermal energy to act on the liquid This is a method for inspecting a liquid discharge head that discharges liquid from a discharge port provided corresponding to a heating resistance element, and measures a current flowing through the heating resistance element when a predetermined voltage is applied to the heating resistance element. Measuring a first measurement result, measuring a capacitance between the heating resistance element and the second protective layer via the first protective layer, and obtaining a second measurement result; From the measurement result of 1 and the second measurement result, A prediction step for obtaining a predicted value of the minimum discharge limit energy necessary for discharging the liquid, and at least one of a driving voltage and a pulse width of a voltage pulse applied to the heating resistance element as a driving variable is used as a predicted value. A recording process that repeats recording the test pattern on the recording medium by determining the initial value of the driving variable based on the driving variable and driving the heating resistance element while discharging the liquid from the discharge port while changing the driving variable from the initial value. It is characterized by having.
本発明によれば、個々の素子基板に適切な駆動条件を設定することを可能とする検査を、工数や工程負荷を増大することなしに実行できるようになる。 According to the present invention, it becomes possible to perform an inspection that makes it possible to set an appropriate driving condition for each element substrate without increasing the number of man-hours and the process load.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明に基づく方法によって検査される液体吐出ヘッドの一例を概念的に示している。この液体吐出ヘッド1は、液体に熱エネルギーを作用させ、そのときに生じる気泡の圧力によって、微細な吐出口から液体を液滴として吐出するものであり、液体吐出装置に設けられるものである。吐出口から吐出する液体がインクなどの記録液であれば、その液体吐出ヘッドはインクジェット記録ヘッドであり、その液体吐出装置はインクジェット記録装置であることになる。図示される液体吐出ヘッド1は、例えばシリコンなどの半導体基板から形成された素子基板100に対し、吐出口形成部材120を貼り付けて形成されている。素子基板100には、その第2の面の側から第1の面の側へと液体を供給する供給口130が貫通孔として形成されている。素子基板100の第1の面には、液体に対して熱を作用させる複数の熱作用部117が形成されており、後述するように熱作用部117の各々には発熱抵抗素子308が設けられている。吐出口形成部材120には、熱作用部117ごとにその熱作用部117に対向する位置に液体を吐出するための吐出口121が形成されているとともに、供給口130から熱作用部117の形成位置を経て吐出口121に連通する流路116が形成されている。特に、流路116において、熱作用部117に接する位置から吐出口121に至るまでの部分は、吐出すべき液体を一時的に貯えることができる液室131(図3(b)参照)として形成されている。したがって、吐出口121に連通する液室131ごとに熱作用部117が形成されていることになる。素子基板100の外周端部には、熱作用部117に対して電力を供給するために外部との電気的接続を行う複数の外部電極(端子)311が設けられている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 conceptually shows an example of a liquid discharge head to be inspected by the method according to the present invention. The
図2は、液体吐出ヘッドを用いて構成された液体吐出ヘッドユニットを示している。液体吐出ヘッドユニット210は、図1に示したような液体吐出ヘッド1と、吐出用の液体を収容して液体吐出ヘッド1に供給するタンク204とから形成され、液体吐出装置に装着可能なカートリッジの形態を有している。液体吐出ヘッド1に電力などを供給するために素子基板100にTAB(Tape Automated Bonding)により接続する端子を備えるテープ状の電気配線部材202が、液体吐出ヘッド1に接続している。電気配線部材202は、液体吐出ヘッド1からタンク204に沿って延ばされており、その先端部には、液体吐出装置の本体との電気的接続に用いられる端子203が形成されている。液体吐出装置の本体からは、それぞれ熱作用部117に対応する発熱抵抗素子308(図3参照)に対し、端子203及び電気配線部材202を介して選択的に電力が供給される。
なお、本発明に基づく液体吐出ヘッドは、図2に示されるように吐出用の液体のタンクと一体化された形態のものに限定されるものではない。例えば、分離可能にタンクが装着されるようにし、タンク内の残留する液体がなくなったときに、このタンクを取り外して、液体が充填された新たなタンクが装着されるようなものであってもよい。あるいは、液体吐出ヘッドとタンクとが別個に設けられ、チューブや配管を介して吐出用の液体がタンクから液体吐出ヘッドに供給されるものであってもよい。さらに液体吐出ヘッドは、記録ヘッドによる走査を行いながら記録を行うシリアル記録方式の液体吐出装置に適用されるものであっても、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吐出口が設けられているものであってもよい。
FIG. 2 shows a liquid discharge head unit configured using the liquid discharge head. The liquid
In addition, the liquid discharge head based on this invention is not limited to the thing integrated with the tank of the liquid for discharge as FIG. 2 shows. For example, a tank is detachably mounted, and when there is no remaining liquid in the tank, the tank is removed and a new tank filled with liquid is mounted. Good. Alternatively, the liquid discharge head and the tank may be provided separately, and the discharge liquid may be supplied from the tank to the liquid discharge head via a tube or a pipe. Further, the liquid discharge head is a range corresponding to the full width of the recording medium, as applied to a line printer, even if it is applied to a serial recording type liquid discharge apparatus that performs recording while scanning by the recording head. A discharge port may be provided over the entire area.
図3は、素子基板100における熱作用部の近傍を示す図であって、図3(a)は素子基板100の模式平面図であり、図3(b)は、図3(a)のB−B線に沿って素子基板100を切断した状態を示す模式断面図である。素子基板100は、基板301の第1の面の上に、蓄熱層302と、発熱抵抗層304と、配線としての電極配線層305とをこの順に積層した構造を有する。蓄熱層302は、シリコンの熱酸化膜、SiO膜あるいはSiN膜などからなり、電極配線層305は、Alなどの金属材料、あるいはAl−Si、Al−Cuなどの合金材料からなる。発熱抵抗層304は、所望の電気抵抗を有して通電時に発熱するように、電極配線層305より十分高くかつ適切な体積抵抗率を有する材料によって構成されている。発熱抵抗層304と電極配線層305の積層構造において電極配線層305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層304を露出させることで発熱抵抗素子308が形成される。電極配線層305は、素子基板100に設けられた駆動素子回路(不図示)や選択回路(不図示)に接続するともに、外部電極311にも接続され、外部からの電力供給を受けることができるようになっている。なおここで示した例では、発熱抵抗層304の上に電極配線層305を配置しているが、電極配線層305を基板301または蓄熱層302の上に形成し、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層304を配置してもよい。
3A and 3B are diagrams showing the vicinity of the heat acting portion in the
さらに素子基板100では、発熱抵抗素子308及び電極配線層305の上層として、SiO膜あるいはSiN膜などの誘電体からなり絶縁層としても機能する保護層306が設けられている。さらに保護層306の上層として上部保護層307が形成されている。保護層306は第1の保護層であり、上部保護層307は第2の保護層である。上部保護層307は、発熱抵抗素子308の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗素子308を守る層であり、例えば、化学的耐性が強いTaまたはIrなどの金属から形成されている。上部保護層307は、個々の発熱抵抗素子308の形成位置に対応して保護層306の上に個別に形成されている部分と、これらの個別に形成されている部分の間を接続する共通部分とによって構成されている。ここでは発熱抵抗素子308の上に形成される保護層306は絶縁性を有する誘電膜であり、その上に金属膜である上部保護層307が形成されていることになる。したがって、発熱抵抗素子308を一方の電極とし、保護層306を誘電体とし、上部保護層307を他方の電極とする平行平板導体型の電気容量素子が形成されていることになる。上部保護層307は、保護層306を貫通して形成されたスルーホール310によって、電極配線層305に対して電気的に接続している。電極配線層305は、素子基板100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311を構成する。図1及び図3では区別して示されていないが、外部電極311は、各発熱抵抗素子308に共通に電力を供給するための外部電極311aと、接地(GND)となる外部電極311bと、上部保護層307に電気的に接続する外部電極311cとを含んでいる。後述するようにスイッチングトランジスタ401により導通が制御されるが、外部電極311a,311bは、それぞれ、発熱抵抗素子308の両方の端部に電気的に接続する第1の外部電極及び第2の外部電極を構成する。また外部電極311cは第3の外部電極を構成する。外部電極311には、各発熱抵抗素子308を個別に駆動するための選択回路(不図示)に接続する外部電極も含まれている。
Furthermore, in the
次に、本実施形態における液体吐出ヘッドの記録検査工程について説明する。図4は記録検査工程を説明するフローチャートである。上述したように記録検査工程は、完成した液体吐出ヘッド1に関し、その記録品位や吐出性能を確認するとともに、最適な記録条件での記録のために液体吐出ヘッド1ごとに設定されるべきパラメータを求める工程である。記録検査工程では、まず、ステップ601において、液体吐出ヘッド1の発熱抵抗素子308の抵抗値Rまたは電流値Iと、発熱抵抗素子308と上部保護層307との間の保護層306を挟んだ静電容量Cと、を測定する測定工程を実施する。ここで測定される抵抗値Rまたは電流値Iは第1の測定結果であり、静電容量Cが第2の測定結果である。
Next, the recording inspection process of the liquid ejection head in this embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart for explaining the recording inspection process. As described above, in the recording inspection process, regarding the completed
そこでまず、測定工程について説明する。図5(a)は、測定工程における発熱抵抗素子308の抵抗値Rまたは電流値Iの測定を説明する等価回路図であり、図5(b)は発熱抵抗素子308と上部保護層307との間の静電容量Cの測定を説明する等価回路図である。素子基板100において各発熱抵抗素子308の一端は電力供給用の外部電極311aに共通に接続し、他端は発熱抵抗素子308ごとのスイッチングトランジスタ401のドレインに接続している。各スイッチングトランジスタ401のソースは、接地(GND)となる外部電極311bに共通に接続し、ゲートは、それぞれ、選択回路(不図示)に接続している。この実施形態の液体吐出ヘッド1では吐出口121ごとに発熱抵抗素子308が設けられているが、選択回路によって任意の発熱抵抗素子308を選択して駆動できるようになっている。
液体吐出ヘッド1としての通常の動作には電圧パルスにより発熱抵抗素子308を駆動するが、抵抗値Rや電流値Iを測定する際には、発熱抵抗素子308に長時間電圧を印加する。そのため、抵抗値Rまたは電流値Iの測定では、長時間印加しても発熱抵抗素子308にダメージを与えない所定の電圧Vの電源320を、電流計321を介して外部電極311a,311bの間に印加する。例えば、所定の電圧Vとして5.0V以下の電圧を使用する。そして、測定対象の発熱抵抗素子308に対応したスイッチングトランジスタ401を選択回路(不図示)によって選択駆動し、このとき、電源から流れる電流値Iを電流計321により測定する。このとき、抵抗値Rは、
R≒V/I
で表わされ、電源320の電圧Vが固定であれば、電流値Iは、発熱抵抗素子308の抵抗値Rと相関を有する。測定に際して所定の電圧Vを一定値とするのは一般的であり、発熱等の影響によるオームの法則からのずれも僅少であると考えられるので、以後の工程では、抵抗値Rと電流値Iのいずれを用いてもよい。
First, the measurement process will be described. FIG. 5A is an equivalent circuit diagram for explaining the measurement of the resistance value R or the current value I of the
In a normal operation as the
R ≒ V / I
When the voltage V of the
次に、測定工程における発熱抵抗素子308と上部保護層307との間の保護層306を挟んだ静電容量Cの測定について説明する。静電容量Cの測定を行うために、電力供給用の外部電極311aと上部保護層307に接続する外部電極311cとの間に静電容量計322を接続する。このとき、各発熱抵抗素子308に接続するスイッチングトランジスタ401は遮断状態とする。上述したように上部保護層307は、発熱抵抗素子308ごとに個別に形成されている部分と、個別に形成されている部分の間を接続する共通部分とによって構成されているから、この測定では、素子基板100の全体での静電容量が測定されることになる。
平行平板導体の静電容量は、一般に「層間膜の誘電率ε」×「面積S」/「層間距離(膜厚)d」である。ここで示す場合、面積Sと層間膜である保護層306の誘電率εとは素子基板100ごとに差はなく一定であるから、結局、測定される静電容量Cは上部保護層307の膜厚dと相関がある。ステップ601では、液体吐出ヘッド1の最適駆動条件や限界値について大きな影響を与える、発熱抵抗素子308の抵抗値Rかそれに相関のある値と、素子基板100を保護するための保護層306の厚さに相関のある値とが求められることになる。
Next, the measurement of the capacitance C with the
The capacitance of the parallel plate conductor is generally “interlayer dielectric constant ε” × “area S” / “interlayer distance (film thickness) d”. In this case, since the area S and the dielectric constant ε of the
上記のようにステップ601の測定工程により各発熱抵抗素子308の抵抗値Rと素子基板100の全体にわたる静電容量Cを求めたら、次に、ステップ601において、これらの測定値に基づき、吐出限界エネルギーEthの予測を行う。限界吐出エネルギーEthは、吐出口から液体の吐出を行うために最低限必要とされるエネルギーのことである。同様に、液体の吐出を行うために最低限必要な駆動電圧及びパルス幅を、それぞれ、限界駆動電圧及び限界パルス幅と呼ぶ。発熱抵抗素子308の抵抗値Rは既に求められているから、吐出限界エネルギーEthから、パルス幅一定の条件で吐出に必要とされる最小の駆動電圧(限界駆動電圧)、あるいは、駆動電圧一定の条件での最小のパルス幅(限界パルス幅)を求めることができる。限界吐出エネルギーEthの予測値を求めたら、次に、ステップ603において、予測された限界吐出エネルギーEthに適当なマージンαを加えて記録エネルギーErを設定する。次に、ステップ604において、記録エネルギーErを満たす駆動電圧またはパルス幅を用いて各発熱抵抗素子308を駆動し、試験用の記録媒体に対して液体の吐出によるテストパターンの記録を行う。以下の説明では、駆動条件として、駆動電圧またはパルス幅を変化させるが、このとき、駆動電圧とパルス幅の両方を変化させてもよいし、駆動電圧とパルス幅の一方を変化させ他方を固定値のままとしてもよい。駆動電圧とパルス幅の一方を変化させる方が制御が容易であり、かつ、駆動条件の変更回数も少なくてすむが、駆動電圧と駆動パルスの両方を変化させるほうが、より正確に限界吐出エネルギーや限界駆動電圧、限界パルス幅を求めることができる。そこで、駆動電圧とパルス幅のうちで変化させるものを指して駆動変数とも呼ぶ。
As described above, when the resistance value R of each
本実施形態では、駆動電圧またはパルス幅に関する異なる駆動条件で複数回にわたってテストパターンの記録を行い、記録されたテストパターンあるいは画像の品質評価を行って、液体吐出ヘッドの実際の吐出限界エネルギー値を判定する。そこで、ステップ604においてテストパターンの記録を行ったら、次に、ステップ605において、記録回数が指定された回数に達したかどうかを判定する。指定回数に達していない場合には、ステップ606において、現在の記録エネルギーErから所定の刻み幅βを減算することにより記録エネルギーErを再設定し、ステップ604に戻る。再設定された記録エネルギーErによりステップ604を実行するときは、上述したように前回と比べ、駆動電圧とパルス幅の少なくとも一方が変化する。これにより、刻み幅βだけ記録エネルギーErを小さくしてテストパターンの記録を行うことが繰り返され、指定された回数の記録が行われることになる。ステップ603〜606において、段階的に駆動電圧またはパルス幅を増減した複数の駆動電圧またはパルス幅のそれぞれを用いて発熱抵抗素子308を駆動することによりテストパターンを繰り返し記録する記録工程が実施されたことになる。
ステップ605において指定された記録回数に達していた場合には、ステップ607において、記録されたテストパターンを確認し、この確認結果に基づき、ステップ608において、実際の吐出限界エネルギー値の判定を行う。ステップ607,608は、液体吐出ヘッドの実際の限界駆動電圧あるいは限界パルス幅を判定する判定工程を構成する。ステップ608を実行したら、本実施形態での記録検査工程は終了する。その後、必要に応じ、この液体吐出ヘッドの最適駆動条件を求め、求めた最適駆動条件などを液体吐出ヘッド内の不揮発性メモリ(不図示)などに書き込めばよい。
In this embodiment, a test pattern is recorded a plurality of times under different driving conditions relating to the driving voltage or pulse width, the recorded test pattern or image is evaluated for quality, and the actual ejection limit energy value of the liquid ejection head is determined. judge. If the test pattern is recorded in
If the number of times of recording specified in
図6は、本実施形態における記録媒体に対するテストパターンの記録を模式的に示している。ここでは、液体吐出ヘッド1において吐出口121が図示a方向に配列し、記録媒体501を図示b方向に搬送するものとする。記録媒体501を搬送しながら、隣接する吐出口121から同時には吐出を行わないようにして発熱抵抗素子308を所定の駆動条件で駆動し、同じ吐出口121から5ドット連続して吐出を行う。次に、同一の駆動条件で、隣接する吐出口121の一方から5ドット連続の記録を行う。これを繰り返してすべての吐出口121に5ドット連続の記録を行わせる。図示した例では、配列した吐出口121に順番を付けてその順番を4で除したときの剰余に基づいてこれらの吐出口121を4つのグループに分けている。そして、グループごとに同時に5ドット連続の記録を行い、1つのグループでの記録が終わったら次のグループの記録を行うようにしている。その結果、図6に示されるように、吐出口121から吐出され記録媒体501に着弾した液滴によって、細長い形状の記録502が、それぞれが重なり合わないように形成される。
FIG. 6 schematically shows test pattern recording on the recording medium in the present embodiment. Here, it is assumed that the
ある駆動条件で発熱抵抗素子308を駆動することによる液体の吐出がすべての吐出口121について終了すれば、次に、駆動条件を変えて同じようにすべての吐出口121において5ドット連続の記録を行わせる。図において、E1〜E9は、どの駆動条件を用いて記録を行ったかを示している。図5に示す処理では、記録エネルギーErが徐々に小さくなるように駆動条件が変更される。そのため、図5に示したものでは、駆動条件E1に対応する記録502が記録濃度が高く(液体がインクであれば記録502である画像の色が一番濃く)、駆動条件E2では記録濃度が少し低下し、駆動条件E3ではさらに低下している。
そこで駆動条件を上記のように変化させて形成された記録を確認して記録濃度を求めることにより、どの駆動条件のときまで実用的に記録を行えていたかを判定すること、すなわち、吐出限界エネルギー値の判定を行うことができる。記録濃度の確認は、記録後の記録媒体501を目視観察することによってよいが、カメラで撮像してデジタル化し、デジタル化されたデータでの画素値、あるいは記録画素が全体に占める面積の割合を求めることによって行ってもよい。
If the ejection of the liquid by driving the
Therefore, by confirming the recording formed by changing the driving conditions as described above and determining the recording density, it is determined to which driving condition the recording was practically performed, that is, the discharge limit energy. The value can be determined. The recording density can be confirmed by visually observing the
吐出可能な駆動電圧もしくはパルス幅を測定する際に、発熱抵抗素子308を有する素子基板100の製造工程ばらつきから想定される駆動電圧もしくはパルス幅の全てを変化させて測定すると、テストパターンの記録と判定とに多大な時間がかかる。そこで本実施形態では、発熱抵抗素子308に流れる電流値Iあるいは抵抗値Rと、発熱抵抗素子308と上部保護層307との間の静電容量Cとを求め、これらから最低限必要な駆動電圧またはパルス幅を予測する。そして、予測した駆動電圧またはパルス幅を初期値としてこれらの駆動電圧またはパルス幅を変化させている。その結果、駆動電圧またはパルス幅の変更範囲が合理的な範囲に限定されるので、短時間でテストパターンの記録と判定とを行うことが可能となる。上述した例では、駆動条件としてE1〜E9の9種類を用い(したがってステップ605での指定された記録回数も9回)、この範囲内で駆動電圧またはパルス幅を減少させている。すなわち初期値から記録エネルギーErが減少する方向で、駆動電圧またはパルス幅を9段階で減少させている。しかしながら、駆動電圧またはパルス幅の変化の段階数は9に限定されるものではなく、適宜に増減することができる。ここに示した例では、初期値から記録エネルギーErが減少する方向で、駆動電圧またはパルス幅を変化させることにより、少ない繰り返し回数で、吐出に最低限必要な駆動電圧またはパルス幅を実際に求めることができる。
When measuring the dischargeable drive voltage or pulse width and measuring all the drive voltage or pulse width assumed from the manufacturing process variation of the
図5に示した例では、初期値から記録エネルギーErが減少する方向で、駆動電圧またはパルス幅を変化させているが、記録エネルギーErが減少する方向と増加する方向との両方向で駆動電圧またはパルス幅を変化させることができる。記録エネルギーErが減少する方向と増加する方向との両方で駆動電圧またはパルス幅を変化させた場合には、測定の確実性が向上する。 In the example shown in FIG. 5, the driving voltage or the pulse width is changed in the direction in which the recording energy Er decreases from the initial value, but the driving is performed in both the direction in which the recording energy Er decreases and the direction in which the recording energy Er decreases. The voltage or pulse width can be changed. When the drive voltage or the pulse width is changed both in the direction in which the recording energy Er decreases and in the direction in which the recording energy Er increases, the certainty of measurement is improved.
以上説明した実施形態では、記録工程において繰り返しテストパターンの記録を行う際に、その駆動電圧またはパルス幅の初期値を電流値I(または抵抗値R)と静電容量Cの測定結果から求めた吐出限界エネルギーEthの予測値に基づいて定めている。その結果、初期値の近傍で駆動電圧またはパルス幅を変化させるだけで、実際の吐出限界エネルギーEthや限界駆動電圧、限界パルス幅を求めることができる。言い換えれば、本実施形態では、記録工程における駆動電圧またはパルス幅の変化範囲が制限されていることになり、変化範囲を制限しても実際の吐出限界エネルギーEthなどを正確に求めることができる。これにより、記録されるテストパターンの数を限定しても限界駆動電圧や限界パルス幅を正確に判定することが可能となり、記録検査工程における工程負荷や消費時間を従来よりも抑えることができるようになる。 In the embodiment described above, when the test pattern is repeatedly recorded in the recording process, the initial value of the driving voltage or pulse width is obtained from the measurement result of the current value I (or resistance value R) and the capacitance C. It is determined based on the predicted value of the discharge limit energy E th . As a result, the actual ejection limit energy E th , limit drive voltage, and limit pulse width can be obtained only by changing the drive voltage or pulse width in the vicinity of the initial value. In other words, in this embodiment, the change range of the drive voltage or pulse width in the recording process is limited, and the actual discharge limit energy E th and the like can be accurately obtained even if the change range is limited. . As a result, even if the number of test patterns to be recorded is limited, it becomes possible to accurately determine the limit drive voltage and the limit pulse width, so that the process load and consumption time in the recording inspection process can be suppressed as compared with the conventional case. become.
1 液体吐出ヘッド
100 素子基板
306 保護層
307 上部保護層
308 発熱抵抗素子
311,311a〜313c 外部電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
所定の電圧を前記発熱抵抗素子に印加したときに前記発熱抵抗素子を流れる電流を測定して第1の測定結果を求め、前記第1の保護層を介した前記発熱抵抗素子と前記第2の保護層との間の静電容量を測定して第2の測定結果を求める測定工程と、
前記第1の測定結果と前記第2の測定結果とから、前記吐出口から前記液体を吐出させるために最低限必要な吐出限界エネルギーの予測値を求める予測工程と、
前記発熱抵抗素子に対して印加される前記電圧パルスの駆動電圧及びパルス幅の少なくとも一方を駆動変数として、前記予測値に基づいて前記駆動変数の初期値を定め、前記初期値から前記駆動変数を変えながら、前記発熱抵抗素子を駆動し前記吐出口から液体を吐出して記録媒体にテストパターンの記録を行うことを繰り返す記録工程と、
を有することを特徴とする検査方法。 A heating resistance element provided on the first surface of the substrate, a first protective layer formed of a dielectric formed on the first surface so as to cover the heating resistance element, and at least a position where the heating resistance element is formed And a second protective layer made of metal formed on the first protective layer, and applying a voltage pulse to the heating resistor element to cause thermal energy to act on the liquid, thereby generating the heating resistor An inspection method of a liquid discharge head for discharging the liquid from an discharge port provided corresponding to an element,
When a predetermined voltage is applied to the heating resistance element, a current flowing through the heating resistance element is measured to obtain a first measurement result, and the heating resistance element and the second through the first protective layer are obtained. A measurement step of measuring a capacitance between the protective layer and obtaining a second measurement result;
A prediction step for obtaining a predicted value of the minimum discharge limit energy necessary for discharging the liquid from the discharge port from the first measurement result and the second measurement result;
Using at least one of the driving voltage and pulse width of the voltage pulse applied to the heating resistor element as a driving variable, an initial value of the driving variable is determined based on the predicted value, and the driving variable is determined from the initial value. A recording step of repeating the recording of a test pattern on a recording medium by driving the heating resistance element and discharging a liquid from the discharge port while changing,
An inspection method characterized by comprising:
所定の電圧を前記発熱抵抗素子に印加したときに前記発熱抵抗素子を流れる電流を測定して第1の測定結果を求め、前記第1の保護層を介した前記発熱抵抗素子と前記第2の保護層との間の静電容量を測定して第2の測定結果を求める測定工程と、
前記発熱抵抗素子に対して印加される前記電圧パルスの駆動電圧及びパルス幅の少なくとも一方を駆動変数として、前記駆動変数を変えながら、前記発熱抵抗素子を駆動し前記吐出口から液体を吐出して記録媒体にテストパターンの記録を行うことを繰り返す記録工程と、
を有し、前記第1の測定結果及び前記第2の測定結果に基づいて、前記記録工程における前記駆動変数の変化範囲が制限される、液体吐出ヘッドの検査方法。 A heating resistance element provided on the first surface of the substrate, a first protective layer formed of a dielectric formed on the first surface so as to cover the heating resistance element, and at least a position where the heating resistance element is formed And a second protective layer made of metal formed on the first protective layer, and applying a voltage pulse to the heating resistor element to cause thermal energy to act on the liquid, thereby generating the heating resistor An inspection method of a liquid discharge head for discharging the liquid from an discharge port provided corresponding to an element,
When a predetermined voltage is applied to the heating resistance element, a current flowing through the heating resistance element is measured to obtain a first measurement result, and the heating resistance element and the second through the first protective layer are obtained. A measurement step of measuring a capacitance between the protective layer and obtaining a second measurement result;
Using at least one of the driving voltage and the pulse width of the voltage pulse applied to the heating resistor element as a driving variable, the heating resistor element is driven to discharge liquid from the discharge port while changing the driving variable. A recording process of repeatedly recording a test pattern on a recording medium; and
And a change range of the drive variable in the recording process is limited based on the first measurement result and the second measurement result.
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