(57)【要約】【課題】ストラクチャーの異なるカーボンブラックを含む複数の黒色系インクを吐出するインクジェット記録装置で、記録素子の保護膜の削れ現象の発生を抑制可能なインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供する。【解決手段】一次粒子の充填率が高くＤＢＰ給油量が低い低ストラクチャーカーボンブラックを含む第一のインクと、一次粒子の充填率が低くＤＢＰ給油量が高い高ストラクチャーカーボンブラックを含む第二のインクとを、異なる記録素子基板から吐出させ、第一のインクを吐出させる第一の記録素子基板２１の吐出前設定温度を、第二のインクを吐出させる第二の記録素子基板２０の吐出前設定温度よりも低く設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に設けられ、インクを吐出するエネルギーを発生する記録素子と、該記録素子とインクとの接触を防止する保護膜を有する記録素子基板を備え、
顔料としての第一のカーボンブラックを含有する第一のインクを吐出する第一の記録素子群と、顔料としての第二のカーボンブラックを含有する第二のインクを吐出する第二の記録素子群と、をそれぞれ１つ以上搭載したインクジェット記録装置であって、
前記第一のカーボンブラックは、その一次粒子の充填率が、前記第二のカーボンブラックの一次粒子の充填率よりも高い、または、そのＤＢＰ給油量が、該第二のカーボンブラックのＤＢＰ給油量よりも低く、
前記第一の記録素子群と、前記第二の記録素子群が異なる記録素子基板に配されており、
前記第一の記録素子群の配列された第一の記録素子基板における吐出前設定温度と、前記第二の記録素子群の配列された第二の記録素子基板における吐出前設定温度とを、前記第一の記録素子基板において前記第二の記録素子基板よりも低く制御する制御手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記第一の記録素子基板における前記保護膜の厚みが、前記第二の記録素子基板における前記保護膜の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記第一のインクは、第一のカーボンブラックの濃度の異なる２種のインクで構成されており、それぞれのインクを吐出する記録素子群を異なる記録素子基板に配設させ、吐出前設定温度を濃度の高いインクを吐出する記録素子群に対して低くなるように個別に制御することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
基板と、該基板上に設けられ、インクを吐出するエネルギーを発生する記録素子と、該記録素子とインクとの接触を防止する保護膜を有する記録素子基板を備え、
顔料としての第一のカーボンブラックを含有する第一のインクを吐出する第一の記録素子群と、顔料としての第二のカーボンブラックを含有する第二のインクを吐出する第二の記録素子群と、をそれぞれ１つ以上搭載したインクジェット記録装置を用いて画像を記録するインクジェット記録方法であって、
前記第一のカーボンブラックは、その一次粒子の充填率が、前記第二のカーボンブラックの一次粒子の充填率よりも高い、または、そのＤＢＰ給油量が、該第二のカーボンブラックのＤＢＰ給油量よりも低く、
前記第一の記録素子群と、前記第二の記録素子群が異なる記録素子基板に配し、
前記第一の記録素子群の配列された第一の記録素子基板における吐出前設定温度と、前記第二の記録素子群の配列された第二の記録素子基板における吐出前設定温度とを、前記第一の記録素子基板において前記第二の記録素子基板よりも低く制御することを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項５】
前記第一のインクは、第一のカーボンブラックの濃度の異なる２種のインクで構成されており、それぞれのインクを記録素子群が異なる記録素子基板から吐出させ、前記吐出前設定温度を濃度の高いインクに対して低くなるように個別に制御することを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録方法。
【請求項６】
前記第一のカーボンブラックの一次粒子径が、前記第二のカーボンブラックの一次粒子径よりも小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載のインクジェット記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置に適用されている記録ヘッドは、インクを吐出するためのエネルギーを発生するほぼ正方形または長方形の記録素子が複数個配列され、各記録素子に配線が接続され、インクの液路が形成された記録素子基板を有するものが知られている。特に記録素子としては、熱エネルギーによってインクに膜沸騰を生起させて吐出エネルギーを発生させるものがある。
【０００３】
かかる基板上に形成された記録素子の構造および温度分布を例えば図１１に示す。図１１の（ａ）は記録素子の形状を示す断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿って観測された温度分布を示すグラフである。図１１において、符号１は電極であり、３は両電極１の間に形成された記録素子である。電極１と記録素子３の上には、記録素子３等の金属層部分とインクとの直接の接触を避けて金属層部分の腐食を防止する保護膜５が形成されている。保護膜５を形成する材料としてはＳｉＯ２等の絶縁膜が用いられており、Ｔａ等の耐キャビテーション膜も用いられている。記録素子３は、電極１により電位差を与えられて発熱し、その熱は保護膜５を介して保護膜５上に供給されるインクを加熱発泡し、その発泡圧力により記録素子３の側方または直上に形成された液吐出口（図１１において略す）を通じてインクを吐出する。
【０００４】
しかしながら、図１１（ａ）に示すように記録素子３からの伝熱方向を示す熱流束２はあらゆる方向に拡がり、インクのみに伝わる熱は全体の一部に過ぎず、エネルギーロスが大きくなる。このため、記録素子３の下方に逃げる熱量を最小限にすべく記録素子３および保護膜５の下側に蓄熱層６を設けていた。
【０００５】
ところが、近年の記録の高速化に対応するために、インク吐出の駆動周波数を大きくしてインク吐出を高速にする際に、蓄熱層６が厚すぎると、蓄熱層６に蓄熱される熱が累積し、この累積した熱がインク吐出に悪影響を与え吐出を不安定にすることがあった。このため、駆動周波数に応じて、記録素子３からの放熱が速やかに行われるように厚さを抑える必要もある。
【０００６】
このような条件で決められた構造の温度分布は、図１１（ｃ）に示すように、記録素子３の端縁部での熱拡散が大きいため、温度は端縁部付近で低くなる。この時、記録素子３がインクを膜発泡させる温度をＴｔｈ（膜発泡スレッショルド温度）とすると、記録素子中央部の温度がＴｔｈを越えた際の端縁部の温度はＴｔｈより低い。記録素子中央部の温度をあまり高くしすぎると、それに比較して熱ストレスにより耐久性が劣化するため、Ｔｔｈを越える程度の条件で、通常駆動される。このとき、１つの記録素子３の全領域のうち、Ｔｔｈを越えた領域４は有効発泡領域とされ、それより外側の発泡に寄与しない領域と区別する。
【０００７】
有効発泡領域にてＴｔｈ以上で安定して発生する気泡の状態は、膜沸騰状態と呼ばれている。また、Ｔｔｈより低い温度で、安定して発生する気泡の状態が、キャビア状核沸騰と呼ばれている（特許文献１参照）。
【０００８】
インクジェット記録装置に用いられるインクの粘度は、低温環境下で増加する。そのため低温環境下においては、記録ヘッドから吐出するインクの体積が減少したり（吐出量変動）、正常なインク吐出が行われない（吐出不良）現象が生じる。この場合、記録した画像においては吐出量変動に伴う濃度ムラや吐出不良によるショボ（不完全なドット形状）等が視認され、記録品質が著しく低下する。また、これら以外にも記録ヘッドの吐出口近傍のインク液路内において、揮発性のインク成分が蒸発してインクの粘度が高くなると、始めの数回の吐出で吐出不良が発生しやすくなる。
こうした吐出量変動や吐出不良を解消するために、従来のインクジェット記録装置では記録動作前あるいは記録動作中に、記録ヘッドの温度が所定の範囲内となるように加熱して制御することが行われている（例えば特許文献２及び３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１２３４５４号公報
【特許文献２】特開２００６−４３９２３号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１５９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ある種の顔料インクでは、印字記録の経過につれて以下のような問題が発生することが本発明者の検討によって明らかとなった。すなわち、記録ヘッドの温度が所定の範囲内となる温調方式を実施して印字記録を行った場合、有効発泡領域の外周部のみ保護膜５が削れていくという現象が発生した。保護膜５が消失すると、インクと記録素子３とが直接接触し、化学的あるいは電気化学的に消耗され、記録素子３が断線に至ることがある。
【００１１】
本発明は、この保護膜の削れ現象の発生を抑制可能なインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、基板と、該基板上に設けられ、インクを吐出するエネルギーを発生する記録素子と、該記録素子とインクとの接触を防止する保護膜を有する記録素子基板を備え、
顔料としての第一のカーボンブラックを含有する第一のインクを吐出する第一の記録素子群と、顔料としての第二のカーボンブラックを含有する第二のインクを吐出する第二の記録素子群と、をそれぞれ１つ以上搭載したインクジェット記録装置であって、
前記第一のカーボンブラックは、その一次粒子の充填率が、前記第二のカーボンブラックの一次粒子の充填率よりも高い、または、そのＤＢＰ給油量が、該第二のカーボンブラックのＤＢＰ給油量よりも低く、
前記第一の記録素子列群と、前記第二の記録素子列群が異なる記録素子基板に配設されており、
前記第一の記録素子群の配列された第一の記録素子基板における吐出前設定温度と、前記第二の記録素子群の配列された第二の記録素子基板における吐出前設定温度とを、前記第一の記録素子基板において前記第二の記録素子基板よりも低く制御する温度制御手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置、に関する。
【００１３】
また、本発明の別の形態は、基板と、該基板上に設けられ、インクを吐出するエネルギーを発生する記録素子と、該記録素子とインクとの接触を防止する保護膜を有する記録素子基板を備え、
顔料としての第一のカーボンブラックを含有する第一のインクを吐出する第一の記録素子群と、顔料としての第二のカーボンブラックを含有する第二のインクを吐出する第二の記録素子群と、をそれぞれ１つ以上搭載したインクジェット記録装置を用いて画像を記録するインクジェット記録方法であって、
前記第一のカーボンブラックは、その一次粒子の充填率が、前記第二のカーボンブラックの一次粒子の充填率よりも高い、または、そのＤＢＰ給油量が、該第二のカーボンブラックのＤＢＰ給油量よりも低く、
前記第一の記録素子群と、前記第二の記録素子群が異なる記録素子基板に配し、
前記第一の記録素子群の配列された第一の記録素子基板における吐出前設定温度と、前記第二の記録素子群の配列された第二の記録素子基板における吐出前設定温度とを、前記第一の記録素子基板において前記第二の記録素子基板よりも低く制御することを特徴とするインクジェット記録方法、に関する。
【発明の効果】
【００１４】
以上の構成によれば、特定のカーボンブラックインクを吐出する記録素子列における保護膜の削れ現象が抑制され、記録ヘッドの耐久寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態のインクジェット記録装置の実施形態を示す外観斜視図である。
【図２】第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドとカートリッジを示す図であり、（ａ）は上方から観た外観斜視図であり、（ｂ）は下方から見た外観斜視図である。
【図３】第１の実施形態のヘッドチップの内部構造、特に吐出口構造の一例を示す図であり、（ａ）は一部切欠斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示したもののｂ−ｂ線断面図である。
【図４】第１の実施形態の各吐出口群の配置構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】第１の実施形態における制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図６】エネルギー発生素子の有効発泡領域の外周部において、保護膜が一部削れた状態を示す上面図、断面図及び温度分布を示すグラフである。
【図７】低ストラクチャーカーボンブラック及び高ストラクチャーカーボンブラックの一次粒子の凝集体を示す模式図である。
【図８】カーボンブラックインクにおける記録素子の累積駆動回数と保護膜の削れ量の関係を示した図である。
【図９】第２の実施形態の各吐出口群の配置構成を示す図である。
【図１０】比較例におけるエネルギー発生素子の有効発泡領域の外周部において、保護膜が一部削れた状態を示す上面図、断面図及び温度分布を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は記録素子と周辺への熱伝導を示す概略断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿って観測された温度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者が検討したところ、吐出量変動や吐出不良を解消するために温調方式を採用するインクジェット記録装置では、ブラックインクやグレーインクを吐出する記録素子基板において、他のインクを吐出する記録素子基板に比較して早期に寿命に至ることが明らかとなった。
【００１７】
記録素子３の有効発泡領域４の外周部分では、均一な膜沸騰状態ではなく微小な気泡が多数発生する（キャビア状の核沸騰状態）と推定される。よって、多数の気泡が消泡、生成のサイクルを繰り返すことになる。このとき、保護膜５の表面温度は、まだ高温状態にある。このような高温下でインク中の顔料粒子、特にカーボンブラックと保護膜５とが高速で接触する。高速接触によって、記録素子３の有効発泡領域４の外周部分の保護膜５には、物理的ダメージ、さらには熱化学的ダメージが及ぼされる。結果的にインクジェット記録ヘッドの耐久寿命を低下させてしまう。この保護膜５が削られる現象（額縁削れともいう）の弊害は、記録ヘッドの温調温度が高くなればなるほど顕著になる。
【００１８】
この、インク中の顔料粒子と気泡の界面に接する保護膜５の額縁削れは、カーボンブラックのストラクチャーの構造によって変化することが発明者の検討でわかった。
すなわち、黒系統の顔料分散インクには所望の機能を考慮したインク処方設計をするにあたり、カーボンブラックの構造（ストラクチャー）が決定される。この時、ストラクチャーが低であるか高であるかによって、温調制御を実行した際に各記録素子基板での記録素子３における有効発泡領域４の外周部分が保護膜の額縁削れによって断線するかしないかの状態になる、という知見が得られた。カーボンブラックは、一次粒子同士が集合した凝集体（アグリゲート）とよばれ、概念的にはぶどうの房にたとえられている。このアグリゲートの発達度合いをストラクチャーといい、このストラクチャーの高低が、分散性、着色力、粘度等に大きな影響を与えている。
【００１９】
図７（ａ）は低ストラクチャーカーボンブラック（第一のカーボンブラック、「低ＳＣ」と略す）の、図７（ｂ）は高ストラクチャーカーボンブラック（第二のカーボンブラック、「高ＳＣ」と略す）のストラクチャーとして一次粒子１００の凝集体の模式図を示している。
【００２０】
低ＳＣのストラクチャーは、カーボンブラックの一次粒子１００の粒子充填率が密になっているのが特徴である。よって凝集体の硬度は高ＳＣに比べて高く、すなわち硬い。
高ＳＣのストラクチャーは、一次粒子１００の粒子充填率が疎になっているのが特徴である。よって凝集体の硬度は低ＳＣに比べて低く、すなわち柔らかい。
【００２１】
上記のストラクチャーの構造は、顔料粒子の充填率、およびとＤＢＰ吸油量と相関があることが知られている。ストラクチャーは、ハイ（高い）、ノーマル（中）、ロー（低）に分類される。ＤＢＰ吸油量は、個々のアグリゲート間の空隙率がストラクチャーと正の相関がある。
すなわち、低ＳＣの構造は、一次粒子が密な状態で凝集している。一次粒子径とはカーボンブラック凝集体を構成する一次粒子（小さな球状成分）の大きさである。なお本実施形態の場合は、低ＳＣの一次粒子径は約６０ｎｍ、高ＳＣの一次粒子径は約１００ｎｍである。すなわち、第一のカーボンブラックの一次粒子径が、第二のカーボンブラックの一次粒子径よりも小さい。
低ＳＣの構造は、一次粒子が密な状態で凝集していて、ＤＢＰ給油量の値は小さい。逆に、高ＳＣの構造は、一次粒子が疎な状態で凝集していて、ＤＢＰ給油量の値は大きい
本発明のカーボンブラック顔料のＤＢＰ吸油量とストラクチャーの関係は、低ＳＣのＤＢＰ給油量の値が、高ＳＣのＤＢＰ給油量の値に比べて小さい。低ＳＣである第一のカーボンブラックのＤＢＰ給油量は、例えば１０ｍｌ／１００ｇ〜１００ｍｌ／１００ｇ以下であることができる。高ＳＣである第二のカーボンブラックのＤＢＰ給油量は、例えば１２０ｍｌ／１００ｇ以上であることができる。
【００２２】
顔料のＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳ  Ｋ６２２１やＡＳＴＭ  Ｄ  ２４１４に準拠した方法により測定することができる。これらの方法は、１００ｇの顔料に撹拌下でフタル酸ジブチルを滴下し、トルクが最大となった時点でのフタル酸ジブチルの添加量を測定する方法である。
【００２３】
本発明では、インクのカーボンブラック顔料の種類によって、記録素子基板（チップ）を分け、それぞれに異なる温調方式を採用する。
顔料として低ＳＣ（第一のカーボンブラック）を含有する第一のインクを吐出する第一の記録素子群を備えた記録素子基板を第一の記録素子基板という。また、顔料として高ＳＣ（第二のカーボンブラック）を含有する第二のインクを吐出する第二の記録素子群を備えた記録素子基板を第二の記録素子基板という。それぞれの記録素子群は１つ以上搭載される。
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
［第１の実施形態］
（インクジェット記録装置全体）
図１は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の実施形態を示す外観斜視図である。本実施形態のインクジェット記録装置５０はシリアルスキャン方式の記録装置であり、ガイド軸５１，５２によって、キャリッジ５３が矢印Ａの主走査方向に移動自在にガイドされている。キャリッジ５３は、キャリッジモータおよびその駆動力を伝達するベルト等の駆動力伝達機構により、主走査方向に往復動される。キャリッジ５３には、インクジェット記録ヘッド１０（図１においては不図示）と、そのインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）１０にインクを供給するインクタンク５４が搭載される。また、本実施例では写真調の高画質なカラープリントを可能とするため、例えば黒色（マットブラック），黒色（フォトブラック），シアン色，マゼンタ色，黄色（イエロー）および灰色（グレー）の各色インクが独立した６個のインクタンク５４を使用可能としている。
【００２５】
記録媒体Ｐは、装置の前端部に設けられた挿入口５５から挿入された後、その搬送方向が反転されてから、送りローラ５６によって矢印Ｂの副走査方向に搬送される。インクジェット記録装置５０は、記録ヘッド１０を主走査方向に移動させつつ、プラテン５７上の記録媒体Ｐの記録領域に向かってインクを吐出させる記録動作と、その記録幅に対応する距離だけ記録媒体Ｐを副走査方向に搬送する搬送動作と、を繰り返す。これによって、記録媒体Ｐ上に順次画像を記録する。なお、本実施形態の記録装置は、記録媒体の同一記録領域に対し記録ヘッドの複数回の記録走査によって画像を完成させるマルチパス記録方式と、同一記録領域に一回の記録走査で画像を完成させる１パス記録方式のいずれも実施可能なものとなっている。
【００２６】
キャリッジ５３の移動領域における図１中の左端には、キャリッジ５３に搭載された記録ヘッド１０の吐出口１５の形成面と対向する回復系ユニット（回復処理手段）５８が設けられている。回復系ユニット５８には、記録ヘッド１０の吐出口２９のキャッピングが可能なキャップと、そのキャップ内に負圧を導入可能な吸引ポンプなどが備えられている。この吸引ポンプによって、吐出口２９を覆ったキャップ内に負圧を発生させることにより、吐出口８からインクを吸引排出させて、記録ヘッド１０の良好なインク吐出性能を維持すべく回復処理（吸引回復処理ともいう）をする。また、キャップ内に向かって、記録ヘッドの吐出口から画像の寄与しないインクを吐出させることによって、記録ヘッド１０の良好なインク吐出性能を維持すべく回復処理（吐出回復処理ともいう）をすることもできる。
【００２７】
（インクジェット記録ヘッド）
図２は、第１の実施形態のインクジェットカートリッジの具体的構成を示す図であり、（ａ）は上方から観た外観斜視図であり、（ｂ）は下方から見た外観斜視図である。以下、これらの図２を参照して各構成要素の説明を行う。
【００２８】
本実施形態のインクジェットカートリッジ１８は、記録ヘッド１０と、記録ヘッド１０に着脱自在に設けられたインクタンク５４（５４ＭａｔＢＫ，５４Ｐｂｋ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｙ，５４Ｇ）と、インクタンク５４を保持するタンクホルダ１９から構成されている。
【００２９】
記録ヘッド１０は、インクタンク５４から供給されるインクを、記録情報に応じて吐出する複数の吐出口からなる吐出口群を備えたヘッドチップ２０，２１と、これらヘッドチップ２０，２１を保持するベースプレート１１などから構成されている。ヘッドチップ２０は、シアン、マゼンタ、イエロー、マットブラックなどのカラーおよび黒色顔料インクそれぞれを吐出する４つの吐出口群を備えたインク吐出用のヘッドチップとなっている。また、ヘッドチップ２１は、フォトブラックインクとグレーインクを吐出する吐出口群を備えたインク吐出用のヘッドチップであり、各ヘッドチップ２０，２１は、いずれも単一の記録素子基板を構成部材として備える。
【００３０】
また、インクジェットカートリッジ１８は、インクジェット記録装置本体に載置されているキャリッジ５３（図１参照）に対して、位置決め手段および電気的接点などによって固定可能であり、かつ必要に応じてキャリッジ５３からの取り外しも可能となっている。インクタンク５４ＭａｔＢＫ，５４Ｐｂｋ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｙ，５４Ｇは、カートリッジ１８の一部を構成するタンクホルダ１９に対して着脱自在に設けられるものであり、それぞれのインクタンクが独立して交換可能となっている。従って、貯留量が不足したインクタンクのみを交換することができ、記録のランニングコストを低減することができる。但し、本発明は、この形態に限定されるものではなく、インクジェット記録装置の本体に装着されたインクタンク（不図示）よりチューブを介して記録ヘッドへのインクの供給を行う形態を構成するものにも適用可能である。
【００３１】
図３は、ヘッドチップの内部構造、特に吐出口構造の一例を示す図であり、（ａ）は一部切欠斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示したもののｂ−ｂ線断面図である。なお、ヘッドチップ２０とヘッドチップ２１は、同一の吐出口構造を有しているため、ここでは、ヘッドチップ２１の吐出口構造を例に採り説明する。
【００３２】
図３に示すように、ヘッドチップ２１は、主に、記録素子基板（以下、単に基板という）２５と、この基板２５上に設けられた流路形成部材２６と、この流路形成部材２６に設けられた吐出口形成部材２７とを有する。基板２５には、記録ヘッドのホルダに装着されたインクタンク５４から供給されたインクをヘッドチップ２１内に導く供給路（インク供給口）２８が形成されている。また、吐出口形成部材２７には供給路２８の左右両側に複数の吐出口２９ａ，２９ｂが整列した状態で形成されている。本例では、供給路２８の左右両側に、それぞれ複数の吐出口からなる吐出口列が１列ずつ配置され、この２つの吐出口列によってインクを吐出する吐出口群が構成されている。供給路２８から吐出口２９ａ，２９ｂに亘って流路３０ａ，３０ｂが形成され、供給路２８から流路３０ａ及び３０ｂに供給されたインクは、吐出口２９ａ及び２９ｂを通じて吐出される。なお、以下の説明において、吐出口２９ａと２９ｂとを特に区別する必要がない場合には、吐出口２９と記すことがある。同様に、流路３０ａと３０ｂについても流路３０として記すことがある。
【００３３】
ヘッドチップ２１には、図３に示すように２つの吐出口列からなる吐出口群が、黒色（フォトブラック），グレーのインクそれぞれに対応した複数の吐出口群として、主走査方向に沿って配列されている。
【００３４】
また、基板２５の内面（図では、上面）には、各流路の吐出口と対向する位置に一つずつ電気熱変換体３１ａ、３１ｂからなる加熱素子（以下、記録素子ともいう）３が配列されている。従って、記録素子３も供給路２８の左右両側に列状に配列されており、以下、この記録素子の列を記録素子列、２列の記録素子列を記録素子群と称す。この記録素子３から発生させた熱エネルギー（第１の熱エネルギー）により流路内のインクが加熱されて気泡が発生し、その気泡の圧力によって吐出口２９ａ，２９ｂからインク滴が吐出される。
【００３５】
なお、ヘッドチップ２０における吐出口群も、ヘッドチップ２１の吐出口群と同様の構造を有する。但し、ヘッドチップ２０には、図３に示した２つの吐出口列からなる吐出口群が、黒色（マットブラック），シアン，マゼンタ，イエローのインクそれぞれに対応した複数の吐出口群として、主走査方向に沿って配列されている。
【００３６】
図４は、本実施形態で用いる記録ヘッド１０のヘッドチップに形成されている各吐出口群の配置構成を示す図である。アルミナからなるベースプレート１１に左側からチップ２０とチップ２１が離間されて配置されている。上面図が図４（ａ）、断面図が図４（ｂ）である。
【００３７】
チップ２０と２１の基板はＳｉ基板で構成されており、アルミナからなるベースプレート１１よりも熱伝導性が高い。熱伝導度の高いＳｉ基板は、短時間の昇温に関しても十分熱伝導がなされる。さらに熱の流れを詳細に説明する。チップ２０または２１の記録素子３で生じた熱は、短時間でチップ２０や２１の基板の温度を選択的に上昇させ、その後チップ２０、２１とベースプレート１１を接着している接着面などの熱抵抗を経てベースプレート１１へ拡散していく。ベースプレート１１が金属よりも熱伝導度の低いアルミナによって構成されることで、チップ間の熱的影響を抑えることができる。よって本発明のヘッド構成では、短時間ではチップ２０で上昇した温度の影響をチップ２１では受けない。短時間のレンジでは、チップ２０とチップ２１は熱的に分離された状態になっている。
【００３８】
本実施形態では１列当たり６００ｄｐｉ（ドット／インチ）のピッチ（約４２μｍピッチ）で吐出口２９ａ，２９ｂを配列した吐出口列を１色当たり２列設けている。このインクを吐出する２列の吐出口列（吐出口群）は、互いに副走査方向（搬送方向）に約２１μｍずらして設けてある。このため、各吐出口群では、副走査方向（Ｂ方向）において１２００ｄｐｉの解像度での記録を行うことが可能になっている。各吐出口列から吐出されるインクの色は、ヘッドチップの図中左側から、チップ２１はフォトブラック、グレー、チップ２０は、シアン、マゼンタ、イエロー、マットブラックとなっており、合計６つの吐出口群によって構成される。
【００３９】
なお、本実施形態では、走査毎に合計６つの吐出口群を用いて１２００ｄｐｉの解像度で画像の記録を行う単一構造のヘッドチップを例に採り説明したが、ヘッドチップの構成はこれに限定されない。
【００４０】
（制御系）
次に、上述したインクジェット記録装置の各部の記録制御を実行するための制御系の概略構成について、図５に示すブロック図を参照して説明する。
【００４１】
インクジェット記録装置５０に設けられた制御装置２００は、インターフェース２２２を介してホストコンピュータなどの外部装置に接続されている。制御装置２００には、ＭＰＵ２２３と、ＲＯＭ２２４、ＤＲＡＭ２２５、及びゲートアレイ（Ｇ．Ａ）２２６などが設けられている。ＭＰＵ２２３は、ＲＯＭ２２４などに格納された制御プログラムに従って後述の記録動作を含む各部の動作の制御を司る。ＤＲＡＭ２２５には、各種データ（上記画像データや記録ヘッド２１に供給される記録データ等）を一時的に保存するが設けられ、ここには、吐出口単位の記録実行ドット数や記録領域等の情報が記憶される。ゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）２２６は、記録ヘッド１０に対する記録データの供給制御を行うものであり、インターフェース２２２、ＭＰＵ２２３、およびＤＲＡＭ２２５間のデータ転送の制御も行う。また、制御装置２００には、モータドライバ２２９を介して記録媒体を搬送する搬送モータ２２８が接続されると共に、モータドライバ２３１を介してキャリアモータ２３０が接続され、さらに、ヘッドドライバ２４０を介して記録ヘッド１０が接続されている。
【００４２】
上記制御系において外部装置からインターフェース２２２を介して画像データが制御装置２００へと送られると、ゲートアレイ２２６とＭＰＵ２２３との間で、画像データが記録データに変換される。そして、この記録データに従ってモータドライバ２２９、２３１が駆動されると共に、ヘッドドライバ２４０に送られた記録データ及び制御信号に従って記録ヘッド１０の各吐出口に設けられた記録素子が駆動され、記録動作が行われる。
【００４３】
ところで、低温環境下において記録動作時の吐出口におけるインク吐出動作を適正に行うに行うためには、記録ヘッド１０内のインクを適正な温度に保つべく、記録ヘッドを加熱することが必要となる。このため、従来よりインク吐出に使用する加熱素子を用いて、記録ヘッドを加熱する予備加熱が行われている。この予備加熱では、吐出口からインクが吐出されない程度の熱エネルギー（第２の熱エネルギー）を発生させ、この熱エネルギーによって基板、インクなどの加熱を行うようになっている。
【００４４】
（駆動回数の増加に伴う記録素子の性能低下の抑制）
発明者らの検討の結果、本実施形態で用いる記録素子は、用いるインクの種類によっては駆動することで記録素子上の保護膜の表面の一部が摩耗され、駆動回数が多くなるにつれてその摩耗が同じ領域で重畳して発生する。これによって記録素子がダメージを受け、この結果としてインクジェット記録ヘッド寿命が短くなっていることがわかった。
【００４５】
特に、本実施形態では、低ＳＣを含有するインク、すなわちフォトブラックインクとグレーインクにおいて上述の現象が発生することが確認できた。更に、グレーインクよりもフォトブラックインクにおいて上述による記録素子のダメージが特に顕著に発生することが明らかになった。
逆に、高ＳＣを含有するマットブラックインクにおける記録素子のダメージは殆ど見られなかった。
【００４６】
図６は上述の現象が発生する推定メカニズムを説明するための模式図である。
図６（ａ）は保護膜５の状態を平面図、そのＢ−Ｂ’断面図及び温度分布を示すグラフである。図６（ｂ）は、図６（ａ）の平面図の９０°回転させた平面図、そのＡ−Ａ’断面図及び温度分布を示すグラフである。図６に示されるように、有効発泡領域４の外周部において保護膜５の削れ７が発生する。この保護膜５の削れ７は、カーボンブラックのストラクチャーによって変化する。
【００４７】
（記録ヘッドの温度調節）
上記のようなインクと気泡の界面に接する保護膜５の削れ現象の発生を抑えるため、この第１の実施形態では、記録動作の前に記録ヘッドに対して以下のような予備加熱を行うことにより、記録ヘッドの温度調節を行う。予備加熱による設定温度を吐出前設定温度と呼ぶ。
【００４８】
この第１の実施形態では記録ヘッドに対する温度調節（温調）として、通常吐出のために駆動される記録素子３にインクの発泡が生じない程度のパルス幅を印加することで保護膜を直接的に加熱する短パルス加熱を行う。
【００４９】
本実施形態は、低ＳＣを含む第一のインク用の第一の記録素子基板の設定温度Ｔ１を、高ＳＣを含む第二のインク用の第二の記録素子基板の設定温度Ｔ２よりも低く設定する。すなわち、第一の記録素子群の配列された第一の記録素子基板における吐出前設定温度と、第二の記録素子群の配列された第二の記録素子基板における吐出前設定温度とを、前記第一の記録素子基板において前記第二の記録素子基板よりも低く制御する。この制御は図５に示す制御装置２００を制御手段として用いることが実行できる。
【００５０】
これにより、第一の記録素子基板の記録素子３および保護膜５の表面温度は、第二の記録素子基板の記録素子３および保護膜５の表面温度よりも低温状態にある。例えば、設定温度Ｔ１は常温（２５℃、予備加熱なし）とし、設定温度Ｔ２は４０℃とする。なお、該温度は、保護膜５内に温度センサを埋め込んで測定してもよく、非接触式の温度測定手段により求めてもよい。
【００５１】
温調の手段は、短パルス加熱に限定することなく、サブヒータで加熱したり、記録素子３の充分なエネルギーを付与したりできる形態であれば何れでも良い。例えば、第一の記録素子基板の保護膜の厚さが、第二の記録素子基板よりも薄くてもよい。保護膜の厚みが厚いほど、液体を吐出させるのに多くのエネルギーが必要であり、保護膜が薄いほど液体を吐出させるのに必要なエネルギーも少なくて済む。
第一の記録素子基板の記録素子３および保護膜５の表面温度が、第二の記録素子基板の記録素子３および保護膜５の表面温度よりも低温になればどのような方法でもよい。
図６に示すように、設定温度Ｔ１の場合、有効発泡領域４の外周は、設定温度Ｔ２の場合（破線）より低い温度となる。
【００５２】
図８は、黒色系インクにおける記録素子の累積駆動回数と保護膜の削れ量の関係を示した図である。Ａ及びＢは低ＳＣを含むフォトブラックインク（第一のインク）の様子を示し、Ａは高温調時（Ｔ２）であり、Ｂは低温状態（Ｔ１）での保護膜の削れ量である。Ｃは、高温調時（Ｔ２）の高ＳＣを含むマットブラックインク（第二のインク）による保護膜の削れ量の推移を示している。
【００５３】
第一のインクは、顔料粒子が互いに密な状態にあり、硬度が高いため駆動回数が多くなるにつれて、保護膜５が削られていく傾向にあるが、低温状態（Ｔ１）のほうが削れる速度が緩やかである。
【００５４】
第二のインクは、顔料粒子が互いに疎な状態にあり、硬度が低いため累積駆動回数が増加しても記録素子へのダメージは殆ど見られない。
【００５５】
記録素子基板の記録素子３の有効発泡領域４の外周部分では、均一な膜沸騰状態ではなくキャビア状の核沸騰状態が起こっていると推定される。よって、多数のキャビア状のバブルが消泡、生成のサイクルを繰り返すことになるが、このとき、図６に示すように、保護膜５の表面温度は、第二の記録素子基板に比べて低温状態に保たれている。このような低温下では、高温時に比べて、インクと気泡の界面に接する保護膜５が削られる速度が低下する。すなわち、記録素子３の有効発泡領域４の外周部分の保護膜５には、物理的ダメージ、さらには熱化学的ダメージが軽減される。結果的に記録ヘッド１０の耐久性が向上する。
【００５６】
なお、本実施形態では第一の記録素子基板の温調温度が低く設定されている。そのため、記録ヘッドの吐出口近傍のインク液路内において、揮発性のインク成分が蒸発してインクの粘度が高くなると、始めの数回の吐出で吐出不良が発生しやすい場合がある。しかし、低ＳＣを含むインクの色がフォトブラックやグレーインクの黒色系統であるため、画像的に欠陥が目立つ場合は、シアン、マゼンタ、イエロー色の混合によるプロセスブラックで画像的に補完することも可能である。
【００５７】
［第２の実施形態］
図９は、本実施形態で用いる記録ヘッド１０のヘッドチップに形成されている各吐出口群の配置構成を示す図である。ヘッドチップ２２、２１、２０には、図９に示した３つのチップからなる吐出口群が以下のように配設されている。左からチップ２２にはフォトブラックインク、チップ２１にはグレーインク、チップ２０は、シアン、マゼンタ、イエロー、マットブラックとなっており、合計６つの吐出口群によって構成される。
【００５８】
カーボンブラックは第１の実施形態と同様に、フォトブラックインク、グレーインクは低ＳＣ、マッドブラックが高ＳＣである。フォトブラックインクとグレーインクでは、低ＳＣの濃度が異なる。
第１の実施形態との違いは、フォトブラックインクの吐出口群２９を有するチップ２２とグレーインクの吐出口群２９を有するチップ２１が別チップとなって配設されている。つまり、第一のインクは、第一のカーボンブラックの濃度の異なる２種のインクで構成されており、それぞれのインクを記録素子群が異なる記録素子基板から吐出させる構成となっている。その他は、第１の実施形態と同様の構成であり詳細は説明を省略する。
【００５９】
本実施形態では、チップ２２の記録素子基板の設定温度をＴＬ、チップ２１の記録素子基板の設定温度をＴＭ、チップ２０の記録素子基板の設定温度ＴＨとする。ＴＬ＜ＴＭ＜ＴＨの関係がある。例えば、ＴＬを２５℃、ＴＭを３５℃、ＴＨを４０℃に設定する。
【００６０】
前述したように、グレーインク用の記録素子基板においても駆動回数に伴う保護膜の削れは発生するものの、カーボンブラックの顔料濃度がフォトブラックインクよりも低いため、フォトブラックインク用の記録素子基板に比べると保護膜の削れの程度は小さい。そこで、本実施形態では、フォトブラックインクよりもグレーインクの温調温度を高く設定する。個別に温度制御することによって、グレーインクのチップ２１の吐出口近傍のインク液路内において、揮発性のインク成分が蒸発してインクの粘度が高くなった場合でも、始めの数回の吐出で吐出不良が発生しない利点がある。
【００６１】
（比較例）
本比較例形態では、第一の実施形態と同様の配置で、図４に示すようにアルミナからなるベースプレート３に左側からチップ２０とチップ２１が離間されて配置されている。
【００６２】
本比較例の形態でも、記録ヘッドに対する温度調節（温調）として、通常吐出のために駆動される記録素子３に発泡が生じない程度のパルス幅を印加することで周囲のヘッド基板及びインクを直接的に加熱する短パルス加熱を行う。
【００６３】
本比較例では、低ＳＣを含む第一のインク用の記録素子基板の設定温度と高ＳＣを含む第二のインク用の記録素子基板の設定温度（ＴＳ）を常温より高い４０℃に設定する。
【００６４】
本比較例は、第一の記録素子基板の設定温度を第二の記録素子基板の設定温度と等しく常温より高く設定する。これにより、第一の記録素子基板の記録素子３および保護膜５の表面温度は、第１及び第２の実施形態と比較して高温状態にある。
【００６５】
第二の記録素子基板は実施形態と同様に、保護膜５は削られず、記録素子３は断線しない。
【００６６】
一方、第一の記録素子基板では、図１０に示すように、保護膜５が削られていき、額縁削れ７が生じる。第一の記録素子基板の記録素子３の有効発泡領域４の外周部分では、均一な膜沸騰状態ではなくキャビア状の核沸騰状態が起こっていると推定される。よって、多数のキャビア状のバブルが消泡、生成のサイクルを繰り返すことになるが、このとき、記録素子３および保護膜５の表面温度は、高温状態に保たれている。このような高温下では、インクと気泡の界面に接する保護膜５が削れる速度が速い。すなわち、記録素子３の有効発泡領域４の外周部分の保護膜５には、物理的ダメージ、さらには熱化学的ダメージが蓄積される。額縁削れ７は、保護膜５を貫通し、記録素子３に達する。記録素子３が断線してしまう。結果的にインクジェットヘッドの耐久性を低下させてしまう。
【００６７】
なお、図１０は図６と同様に、図１０（ａ）は保護膜５の状態を平面図、そのＢ−Ｂ’断面図及び温度分布を示すグラフである。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の平面図の９０°回転させた平面図、そのＡ−Ａ’断面図及び温度分布を示すグラフである。
保護膜５が消失すると、
【符号の説明】
【００６８】
１  電極
２  熱流束
３  記録素子
４  有効発泡領域
５  保護膜
６  蓄熱層
７  額縁削れ
１０  記録ヘッド
２０  ヘッドチップ
２１  ヘッドチップ
２２  ヘッドチップ
２５  Ｓｉ基板
２６  流路形成部材
２７  吐出口形成部材
２８  供給路
２９  吐出口群（吐出口）
３０  流路
【図１】
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【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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