JP3170311B2 - Recording head and recording device - Google Patents
Recording head and recording deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は記録ヘッドおよび記録装
置に関し、特にインクジェット記録ヘッドおよびインク
ジェット記録ヘッドを具えた記録装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording head and a recording apparatus, and more particularly to an ink jet recording head and a recording apparatus provided with the ink jet recording head.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インクジェット記録法は、記録ヘッドに
設けられたオリフィスからインク（記録液）を吐出させ
てインク滴を形成し、このインク滴を紙等の被記録材に
付着させて記録を行なう記録方法である。この記録方式
は騒音の発生が極めて少なく、かつ高速記録が可能であ
り、しかも普通紙を使用でき特別の構成の記録用の紙を
用いる必要がないなど多くの利点を有しており、種々の
タイプのインクジェット記録方法が開発されている。2. Description of the Related Art In an ink jet recording method, ink (recording liquid) is discharged from an orifice provided in a recording head to form ink droplets, and recording is performed by attaching the ink droplets to a recording material such as paper. It is a recording method. This recording method has many advantages, such as extremely low noise generation, high-speed recording, and no need to use plain paper for specially configured recording paper. Types of ink jet recording methods have been developed.
【０００３】このインクジェット記録方法におけるイン
ク吐出方式には、圧電素子の変形による流路内の圧力変
化を利用したもの、あるいは加圧されたインクに圧電素
子による振動を与え液滴流とし、帯電した液滴のうち必
要なもののみを電極により偏向させて記録を行なうもの
などインク吐出エネルギー発生体に圧電素子を用いた方
式、あるいは流路内に発熱素子を設けて発熱させること
でインクを急激に加熱し、生ずる気泡の力によって液滴
を吐出させるインク吐出エネルギー発生体に発熱素子を
用いた方式といったような種々の記録方法を挙げること
ができる。The ink ejection method in this ink jet recording method uses a change in pressure in a flow path due to deformation of a piezoelectric element, or a method in which a pressurized ink is vibrated by a piezoelectric element to form a droplet stream, and the charged ink is charged. A method that uses a piezoelectric element as the ink ejection energy generator, such as one that performs recording by deflecting only necessary ones of the droplets with an electrode, or a method in which a heating element is provided in the flow path to generate heat to rapidly generate ink. Various recording methods such as a method using a heating element as an ink ejection energy generator for heating and ejecting droplets by the force of generated bubbles can be used.
【０００４】図４は、吐出エネルギー発生体として電気
熱変換体を用いたインクジェット記録方式の記録ヘッド
の吐出液滴形成部付近の代表的構成を示す断面図であ
る。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a typical configuration in the vicinity of a discharge droplet forming section of an ink jet recording type recording head using an electrothermal transducer as a discharge energy generator.
【０００５】この記録ヘッドは、インクを吐出するため
の熱エネルギーを発生するＨｆＢ2等からなる発熱抵抗
体２とＡｌ等からなる配線３とを有する電気熱変換体を
Ｓｉなどからなる基体1上に配置したヘッドであり、液
流路と液室の下に配置する発熱抵抗体２と配線３の上部
にＳｉＯ2等からなる保護層（不図示）をさらに設け、
樹脂あるいはガラスなどから形成した天板６を電気熱変
換体が配された前述の基板上に設けた構成を有する。In this recording head, an electrothermal converter having a heating resistor 2 made of HfB 2 or the like for generating thermal energy for discharging ink and a wiring 3 made of Al or the like is formed on a base 1 made of Si or the like. A protective layer (not shown) made of SiO 2 or the like is further provided above the heating resistor 2 and the wiring 3 disposed below the liquid flow path and the liquid chamber;
The top plate 6 made of resin or glass is provided on the above-mentioned substrate on which the electrothermal converter is provided.
【０００６】この記録ヘッドにおけるインクの吐出エネ
ルギーは、ヒーター部４を有する電気熱変換体によって
付与される。すなわち、配線3を経由して、発熱抵抗体
２に電流を流すと、ジュール熱が発生して、ヒーター部
4付近にある流路中のインクが瞬間的に加熱されて、膜
沸騰による気泡が発生し、その気泡の瞬間的な体積膨張
に伴う体積変化によってインク吐出口（オリフィス）５
からインクの液滴が吐出される。The ink ejection energy of the recording head is provided by an electrothermal converter having a heater section 4. That is, when an electric current is applied to the heating resistor 2 via the wiring 3, Joule heat is generated, and
The ink in the flow path near 4 is instantaneously heated to generate air bubbles due to film boiling, and the ink discharge port (orifice) 5 is formed by a volume change accompanying the instantaneous volume expansion of the air bubbles.
Ejects ink droplets.
【０００７】なお、このタイプの記録ヘッドでは、必要
に応じて、配線３およびヒーター部４上部に、耐キャビ
テーション層、またはその下部に蓄熱層が設けられる。
また本例では、流路とインク吐出口５は、流路でのイン
クの流れ方向と、インク吐出口からのインク滴の吐出方
向が同一となるような位置関係で設けられているが、こ
れらの方向を異なるようにこれらを配置する場合もあ
る。In this type of recording head, a cavitation-resistant layer is provided above the wiring 3 and the heater section 4 or a heat storage layer is provided below the cavitation layer as necessary.
In this example, the flow path and the ink discharge port 5 are provided in a positional relationship such that the direction of ink flow in the flow path and the direction of discharge of ink droplets from the ink discharge port are the same. These may be arranged so that the directions of are different.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述したような構成の
記録ヘッドにおいては、次のような課題がある。The recording head having the above configuration has the following problems.
【０００９】１）気泡（バブル）を発生するためにはヒ
ーター部が大きな熱量を急速に発生する必要があるため
に大電力が必要である。1) In order to generate air bubbles, a large amount of heat is required to be generated quickly by the heater, so that large electric power is required.
【００１０】２）インクに供給された熱量がインク吐出
後にもヒーター部近傍に残存するために基板温度の上昇
を招来する。2) The amount of heat supplied to the ink remains in the vicinity of the heater even after the ink is ejected, which causes an increase in the substrate temperature.
【００１１】３）ヒーター部で発生した熱が隣接する他
のノズルに到達する（熱のクロストーク）のために、隣
接するノズルが誤動作して、インクジェット記録ヘッド
の吐出性に影響を与えることがある。3) Since the heat generated in the heater reaches another adjacent nozzle (crosstalk of heat), the adjacent nozzle may malfunction and affect the ejection performance of the ink jet recording head. is there.
【００１２】電気エネルギーを熱エネルギーに変換する
方法としてジュール熱を用いる方法は大電力を必要とす
るため、現在においては必ずしも最適な方法とは言えな
い。The method of using Joule heat as a method of converting electric energy into heat energy requires a large amount of power, and is not always the most suitable method at present.
【００１３】また、インクジェット記録動作時における
基板温度の大幅な上昇は、インクを劣化させると共にイ
ンク吐出を不安定にするという新たな問題を引き起こ
す。Further, a large rise in the substrate temperature during the ink jet recording operation causes a new problem of deteriorating the ink and making the ink ejection unstable.
【００１４】すなわち、比較的高温における記録ヘッド
の信頼性および記録ヘッドの寿命と、比較的高温におけ
る気泡の発泡容易性とは相反する特性である。現状にお
いては、劣化したインクが記録紙に到達して画像の鮮細
性を損なうことを防止するために、長時間インク液滴を
吐出しない場合には、記録紙に印刷する前に空打を行な
うことで劣化していない新鮮なインクが記録紙に到達す
るようにしていた。しかしながら、この方法では、空打
のための余分の装置が必要であり、また、空打時間があ
るためにスループットが低下する。That is, the reliability of the recording head and the life of the recording head at a relatively high temperature and the bubble easiness of foaming at a relatively high temperature are incompatible characteristics. At present, in order to prevent the deteriorated ink from reaching the recording paper and impairing the sharpness of the image, if ink droplets are not ejected for a long period of time, idle printing should be performed before printing on the recording paper. By doing so, fresh ink that has not deteriorated reaches the recording paper. However, in this method, an extra device is required for the blank hit, and the throughput is reduced due to the blank hit time.
【００１５】熱エネルギーを発生させて気泡を生じせし
めるインクジェット記録装置にとって熱的クロストーク
の問題は常に伴う決定的な問題である。もしも、余分な
熱を発生させず、インク液に残存している熱を速やかに
回収することができるならば理想的である。The problem of thermal crosstalk is always a decisive problem for an ink jet recording apparatus that generates thermal energy to generate bubbles. It is ideal if the heat remaining in the ink liquid can be quickly recovered without generating excess heat.
【００１６】そこで、本発明の目的は、上述の問題点を
解消し、熱のクロストークを招来することはなく、イン
クが劣化して吐出が不安定になることなく、スループッ
トを高めた記録ヘッドおよび記録装置を提供することで
ある。特に、インクを吐出させるための熱エネルギーの
発生およびインクの冷却を簡単な構成で行なうことがこ
とができる記録ヘッドおよび記録装置を提供することを
目的とする。Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to improve the throughput without causing thermal crosstalk, preventing ink from deteriorating and causing unstable ejection. And a recording device. In particular, it is an object of the present invention to provide a recording head and a recording apparatus which can generate heat energy for discharging ink and cool the ink with a simple configuration.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の記録ヘッドは、インクを加熱するこ
とでインクに気泡を生じせしめて、この気泡の発生によ
りインクを吐出する記録ヘッドであって、一端にインク
吐出口を有するインク流路の壁が、第１導電型半導体層
が形成された第１の半導体基板と第２導電型半導体層が
形成された第２の半導体基板とを対向配置することで構
成されており、これらの半導体基板上には、前記半導体
層と接し、ペルチェ効果によって前記インクを吐出させ
るための発熱およびインクの冷却を行なうための吸熱を
行なう金属層が形成されていると共に、この金属層は前
記第１導電型半導体層と接する第１部分、前記第２導電
型半導体層と接する第２部分および前記第１部分と前記
第２部分とを接続しかつインク流通孔を有する第３部分
で構成されていることを特徴とする。また、本発明の記
録ヘッドは、インクを加熱することでインクに気泡を生
じせしめて、この気泡の発生によりインクを吐出する記
録ヘッドであって、一端にインク吐出口を有するインク
流路の壁を構成し、半導体層を有する半導体基板を具
え、この半導体基板上に、前記半導体層と接し、ペルチ
ェ効果によって前記インクを吐出させるための発熱およ
びインクの冷却を行なうための吸熱を行なう金属層が形
成されており、前記ペルチェ効果によって発熱および吸
熱する層がカスケード接続されたペルチェ素子の一部で
あることを特徴とする。In order to achieve the above object, a recording head according to the present invention generates a bubble in the ink by heating the ink, and discharges the ink by the generation of the bubble. A head, wherein a wall of an ink flow path having an ink discharge port at one end has a first semiconductor substrate on which a first conductivity type semiconductor layer is formed and a second semiconductor substrate on which a second conductivity type semiconductor layer is formed. And a metal layer that contacts the semiconductor layer and generates heat for discharging the ink by the Peltier effect and heat absorption for cooling the ink on these semiconductor substrates. Is formed, and the metal layer connects a first portion in contact with the first conductivity type semiconductor layer, a second portion in contact with the second conductivity type semiconductor layer, and connects the first portion and the second portion. And characterized in that it is constituted by a third portion having an ink flow hole. Further, the recording head of the present invention is a recording head that generates ink bubbles by heating the ink, and discharges the ink by the generation of the bubbles. The recording head has an ink discharge port at one end. Comprising a semiconductor substrate having a semiconductor layer, on the semiconductor substrate, a metal layer that is in contact with the semiconductor layer and that performs heat generation for discharging the ink by the Peltier effect and heat absorption for cooling the ink. The layer formed and generating and absorbing heat by the Peltier effect is a part of a cascade-connected Peltier element.
【００１８】さらに、記録ヘッドは、第１導電型の第１
半導体層と第２導電型の第2半導体層とが第１金属層を
介して結合され、第２導電型の第３半導体層と第１導電
型の第４半導体層とが第２金属層を介して結合され、前
記第１半導体層の前記第１金属層と対向する面および前
記第３半導体層の前記第２金属層と対向する面は第３金
属層によって接続され、前記第２半導体層の前記第１金
属層と対向する面と前記第４半導体層の前記第２金属層
と対向する面は第４金属層によって接続され、さらに前
記第１金属層は第２導電型の第５半導体層へ、前記第２
金属層は第１導電型の第６半導体層へ接続され、前記第
５および第６半導体層のそれぞれ第１および第２金属層
に対向する面は第５および第６金属層に接続されている
カスケード接続構造のペルチェ素子が、一端にインク吐
出口を有するインク流路の壁を構成する半導体基板に組
込まれ、インクを加熱することでインクに気泡を発生さ
せ、この気泡の発生によってインクを前記吐出口から吐
出させると共に、インクを冷却するための前記第４金属
層が前記インク流路に面していることを特徴とする。Further, the recording head has a first conductivity type first.
The semiconductor layer and the second semiconductor layer of the second conductivity type are coupled via the first metal layer, and the third semiconductor layer of the second conductivity type and the fourth semiconductor layer of the first conductivity type form a second metal layer. And a surface of the first semiconductor layer facing the first metal layer and a surface of the third semiconductor layer facing the second metal layer are connected by a third metal layer, and the second semiconductor layer The surface of the fourth semiconductor layer facing the first metal layer and the surface of the fourth semiconductor layer facing the second metal layer are connected by a fourth metal layer, and the first metal layer is a second conductive type fifth semiconductor. To the layer, the second
The metal layer is connected to the sixth semiconductor layer of the first conductivity type, and the surfaces of the fifth and sixth semiconductor layers facing the first and second metal layers, respectively, are connected to the fifth and sixth metal layers. A Peltier element having a cascade connection structure is incorporated into a semiconductor substrate constituting an ink flow path wall having an ink discharge port at one end, and generates bubbles in the ink by heating the ink. It is characterized in that the fourth metal layer for discharging from the discharge port and cooling the ink faces the ink flow path.
【００１９】また、記録ヘッドは、第１導電型の第１半
導体層と第２導電型の第2半導体層とが第１金属層を介
して結合され、前記第１および第２半導体層の前記第１
金属層に対向する面は、第２および第３金属層に接続さ
れているペルチェ素子が、一端にインク吐出口を有する
インク流路の壁を構成する半導体基板に組込まれ、イン
クを加熱することでインクに気泡を発生させ、この気泡
の発生によってインクを前記吐出口から吐出させると共
に、インクを冷却するための前記第１金属層が前記イン
ク流路に面していることを特徴とする。Also, in the recording head, the first semiconductor layer of the first conductivity type and the second semiconductor layer of the second conductivity type are coupled via the first metal layer, and the first and second semiconductor layers are connected to each other. First
On the surface facing the metal layer, a Peltier element connected to the second and third metal layers is incorporated into a semiconductor substrate constituting an ink flow path wall having an ink discharge port at one end to heat ink. In the method, bubbles are generated in the ink, the ink is discharged from the discharge ports by the generation of the bubbles, and the first metal layer for cooling the ink faces the ink flow path.
【００２０】また、本発明の記録装置は、インクを加熱
することでインクに気泡を生じせしめて、この気泡の発
生によりインクを吐出する記録装置であって、一端にイ
ンク吐出口を有するインク流路の壁が、第１導電型半導
体層が形成された第１の半導体基板と第２導電型半導体
層が形成された第２の半導体基板とを対向配置すること
で構成されており、これらの半導体基板上には、前記半
導体層と接し、ペルチェ効果によって前記インクを吐出
させるための発熱およびインクの冷却を行なうための吸
熱を行なう金属層が形成されていると共に、この金属層
は前記第１導電型半導体層と接する第１部分、前記第２
導電型半導体層と接する第２部分および前記第１部分と
前記第２部分とを接続しかつインク流通孔を有する第３
部分で構成されている記録ヘッドを具えていることを特
徴とする。さらに、本発明の記録装置は、インクを加熱
することでインクに気泡を生じせしめて、この気泡の発
生によりインクを吐出する記録装置であって、一端にイ
ンク吐出口を有するインク流路の壁を構成し、半導体層
を有する半導体基板を具え、この半導体基板上に、前記
半導体層と接し、ペルチェ効果によって前記インクを吐
出させるための発熱およびインクの冷却を行なうための
吸熱を行なう金属層が形成されており、前記ペルチェ効
果によって発熱および吸熱する層がカスケード接続され
たペルチェ素子に一部である記録ヘッドを具えているこ
とを特徴とする。Further, the recording apparatus of the present invention is a recording apparatus in which bubbles are generated in the ink by heating the ink, and the ink is discharged by the generation of the bubbles. The road wall is formed by arranging a first semiconductor substrate on which a first conductivity type semiconductor layer is formed and a second semiconductor substrate on which a second conductivity type semiconductor layer is formed, facing each other. On the semiconductor substrate, there is formed a metal layer that is in contact with the semiconductor layer and that generates heat for discharging the ink by the Peltier effect and absorbs heat for cooling the ink, and the metal layer is formed of the first layer. A first portion in contact with the conductive semiconductor layer;
A second portion in contact with the conductive type semiconductor layer, and a third portion connecting the first portion and the second portion and having an ink circulation hole.
It is characterized by having a recording head composed of parts. Further, the recording apparatus of the present invention is a recording apparatus that generates bubbles by heating the ink and discharges the ink by the generation of the bubbles, wherein the wall of the ink flow path having an ink discharge port at one end. Comprising a semiconductor substrate having a semiconductor layer, on the semiconductor substrate, a metal layer that is in contact with the semiconductor layer and that performs heat generation for discharging the ink by the Peltier effect and heat absorption for cooling the ink. The recording head is formed, and a layer that generates and absorbs heat by the Peltier effect is provided as a part of a cascade-connected Peltier element.
【００２１】[0021]
【作用】本発明によれば、ペルチェ素子の冷却効果を用
いて、インクを吐出させた後の残存した熱を吸収するよ
うにしたので、基板温度が過剰に上昇することはない。
従って、インクが劣化することなく、また安定してイン
ク液滴を吐出させることができ、また隣接するノズルの
誤動作を伴う熱的クロストークを招く心配もない。According to the present invention, the remaining heat after the ink is ejected is absorbed by using the cooling effect of the Peltier element, so that the substrate temperature does not rise excessively.
Therefore, the ink droplets can be stably ejected without deterioration of the ink, and there is no fear of causing thermal crosstalk accompanied by malfunction of the adjacent nozzle.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００２３】（実施例１）図１は本発明の記録ヘッドの
実施例を示す模式的断面図である。(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a recording head according to the present invention.
【００２４】Ｓｉからなる半導体基板１１にＢを熱拡散
法等によってドープしてｐ+ 型拡散層１２を形成する。
さらにまた、基板１１に対向する半導体基板１８にＰを
熱拡散法等によりドープしてｎ+ 型拡散層１７を形成す
る。半導体基板１１および半導体基板１８によってイン
ク流路１６が形成される。さらに、ｐ+ 型拡散層１２お
よびｎ+ 型拡散層１７の表面に、それぞれ、インクから
の酸化を防止するためにインク遮蔽性に優れるＳｉＯ2
等からなる絶縁保護膜１９および２０を形成する。さら
に、ｐ+ 型拡散層１２およびｎ+ 型拡散層１７の間にＡ
ｌ等からなる金属１４が設けられている。金属１４は中
央部に開孔を有し、一方の部分１４Ａでｐ+ 型拡散層１
２と、他方の部分１４Ｂでｎ+ 型拡散層１７とそれぞれ
直接に接している。ここで、ｐ+ 型拡散層１２に正の電
圧を印加し、ｎ+ 型拡散層１７に負の電圧を印加して電
流を流す。その結果、ペルチエ効果により、ｐ+ 型拡散
層１２と金属１４Ａとの界面および金属１４Ｂとｎ+ 型
拡散層１７との界面で発熱する。この発生した熱は熱伝
導性の高い金属１４を通してインク液に伝達される。こ
れにより、インク流路１６内のインク液は加熱され、気
泡が発生する。この気泡の急激な体積増加により、イン
ク吐出口１３よりインク液滴が吐出される。次に、ｐ+
型拡散層１２に負の電圧を印加し、ｎ+ 型拡散層１７に
正の電圧を印加することにより、界面で吸熱が生じる。
このペルチエ効果による吸熱作用により、気泡が収縮
し、消滅してもとのインク液に戻る。これと同時に、残
存するインク液および周囲の熱を奪うために、基板温度
も低下してインク液が劣化することはなくなる。A semiconductor substrate 11 made of Si is doped with B by a thermal diffusion method or the like to form ap + type diffusion layer 12.
Furthermore, P is doped into the semiconductor substrate 18 facing the substrate 11 by a thermal diffusion method or the like to form an n + type diffusion layer 17. An ink flow path 16 is formed by the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 18. Further, the surface of each of the p + -type diffusion layer 12 and the n + -type diffusion layer 17 is made of SiO 2 having an excellent ink shielding property for preventing oxidation from the ink.
The insulating protection films 19 and 20 made of the same are formed. Further, A between the p + -type diffusion layer 12 and the n + -type diffusion layer 17
Metal 14 made of l or the like is provided. The metal 14 has an opening in the center, and the p + -type diffusion layer 1
2 and the other portion 14B are in direct contact with the n + -type diffusion layer 17, respectively. Here, a positive voltage is applied to the p + -type diffusion layer 12 and a negative voltage is applied to the n + -type diffusion layer 17 to flow a current. As a result, heat is generated at the interface between the p + -type diffusion layer 12 and the metal 14A and the interface between the metal 14B and the n + -type diffusion layer 17 due to the Peltier effect. The generated heat is transmitted to the ink liquid through the metal 14 having high thermal conductivity. Thereby, the ink liquid in the ink flow path 16 is heated, and bubbles are generated. Due to the rapid increase in the volume of the bubble, an ink droplet is ejected from the ink ejection port 13. Then, p +
When a negative voltage is applied to the diffusion layer 12 and a positive voltage is applied to the n + diffusion layer 17, heat is absorbed at the interface.
Due to the heat absorption effect by the Peltier effect, the bubbles shrink and return to the original ink liquid after disappearing. At the same time, since the remaining ink liquid and surrounding heat are taken away, the substrate temperature does not decrease and the ink liquid does not deteriorate.
【００２５】また、ペルチエ効果の吸熱作用によりイン
ク液の温度が低下するので、隣接するノズルが誤動作す
るような熱のクロストークは招かない。従って、ノズル
を微細化することが可能である。In addition, since the temperature of the ink liquid is reduced by the heat absorption effect of the Peltier effect, there is no heat crosstalk that causes adjacent nozzles to malfunction. Therefore, it is possible to miniaturize the nozzle.
【００２６】さらに、基板温度がペルチエ効果により低
下するために、基板の保持が容易となり、例えば、集積
回路のような他の機能素子等を同一基板上に形成するこ
とが可能となるので、スループットが上昇すると共に、
廉価な記録装置を提供することができる。Further, since the substrate temperature is reduced by the Peltier effect, the substrate can be easily held. For example, another functional element such as an integrated circuit can be formed on the same substrate, so that the throughput can be improved. Rises,
An inexpensive recording device can be provided.
【００２７】（実施例２）図２は本発明の他の実施例を
示す模式的断面図である。(Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention.
【００２８】図２の接続方法は一般にカスケード接続と
呼ばれている。The connection method shown in FIG. 2 is generally called a cascade connection.
【００２９】インク吐出口２９Ａを有するインク流路２
９を構成する半導体基板２８Ａに組込まれたペルチエ素
子は複数の導電型層部分と複数の金属層とで構成されて
いる。天板２８Ｂは半導体である必要はない。図２の例
では、ｐ+ 層２５Ａ，２５Ｃおよびｎ+ 層２５Ｂ，２５
Ｄが、金属層２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃおよび２４Ａ，２
４Ｂによって、Ｍ（金属）２２Ａ→ｐ+ 層２５Ａ→Ｍ２
４Ａ→ｎ+ 層２５Ｂ→Ｍ２２Ｂ→ｐ+ 層２５Ｃ→Ｍ２４
Ｂ→ｎ+ 層２５Ｄ→Ｍ２２Ｃと接続され、さらに、ｎ+
層２５Ｂは金属層２４Ａを介してｐ+層２６Ａに、ｐ+
層２５Ｃは金属層２４Ｂを介してｎ+ 層２６Ｂと接続さ
れ、ｐ+ 層２６Ａおよびｎ+ 層２６Ｂは金属層３０を介
して接続されている。従って金属２２Ａと２２Ｃとの間
には、前述した経路の他に、Ｍ２２Ａ→ｐ+ 層２５Ａ→
Ｍ２４Ａ→ｐ+ 層２６Ａ→Ｍ３０→ｎ+ 層２６Ｂ→Ｍ２
４Ｂ→ｎ+ 層２５Ｄ→Ｍ２２Ｃという経路が形成されて
いる。金属層３０はインク流路２９に露出し、半導体基
板２８Ａの表面は絶縁保護膜２７によって覆われてい
る。このような構造は通常の半導体作製技術、すなわち
金属膜の堆積，不純物導入層の形成とそれらのパターニ
ングによって作ることができる。金属層２２Ａおよび２
２Ｃは電極としても利用できる。電極２２Ａと電極２２
Ｃとの間に電圧を印加して電流を流すと、金属層と半導
体層との界面のうち、ｐ+ 層から金属層へ、および金属
層からｎ+ 層へ電流が流れる界面では発熱し、金属層か
らｐ+ 層へ、およびｎ+ 層から金属層へ電流が流れる界
面では吸熱する。Ink flow path 2 having ink discharge port 29A
The Peltier element incorporated in the semiconductor substrate 28A constituting the semiconductor device 9 includes a plurality of conductive layer portions and a plurality of metal layers. The top plate 28B does not need to be a semiconductor. In the example of FIG. 2, p + layers 25A and 25C and n + layers 25B and 25B
D represents the metal layers 22A, 22B, 22C and 24A, 2
4B, M (metal) 22A → p + layer 25A → M2
4A → n + layer 25B → M22B → p + layer 25C → M24
B → n + layer 25D → M22C, and further, n +
Layer 25B via the metal layer 24A in the p + layer 26A, p +
Layer 25C is connected to n + layer 26B via metal layer 24B, and p + layer 26A and n + layer 26B are connected via metal layer 30. Therefore, between the metals 22A and 22C, in addition to the above-described path, M22A → p + layer 25A →
M24A → p + layer 26A → M30 → n + layer 26B → M2
A path of 4B → n + layer 25D → M22C is formed. The metal layer 30 is exposed to the ink flow path 29, and the surface of the semiconductor substrate 28A is covered with the insulating protection film 27. Such a structure can be formed by a usual semiconductor manufacturing technique, that is, deposition of a metal film, formation of an impurity introduction layer, and patterning thereof. Metal layers 22A and 2
2C can also be used as an electrode. Electrode 22A and electrode 22
When a current is applied by applying a voltage between C and C, heat is generated at the interface between the metal layer and the semiconductor layer where current flows from the p + layer to the metal layer and from the metal layer to the n + layer, Heat is absorbed at the interface where current flows from the metal layer to the p + layer and from the n + layer to the metal layer.
【００３０】従って、電極２２Ａに正の電圧を、電極２
２Ｃに負の電圧を印加して電流を流すと、インク流路２
９に露出している金属層３０は発熱し、金属層３０に接
する部分のインクは急激に加熱されて気泡を生じ、イン
ク吐出口２９Ａからインク液滴が吐出される。この時中
間の金属層２４Ａおよび２４Ｂはほとんど発熱せず、最
下層の金属層２２Ａ，２２Ｂおよび２２Ｃは吸熱する。Therefore, a positive voltage is applied to the electrode 22A and the electrode 2
When a current is applied by applying a negative voltage to 2C, the ink flow path 2
The metal layer 30 exposed to the metal layer 9 generates heat, and the ink in the portion in contact with the metal layer 30 is rapidly heated to generate bubbles, and ink droplets are ejected from the ink ejection port 29A. At this time, the intermediate metal layers 24A and 24B hardly generate heat, and the lowermost metal layers 22A, 22B and 22C absorb heat.
【００３１】次に電極２２Ａに負の電圧を、電極２２Ｃ
に正の電圧を印加して電流を流すと、各界面において
は、前述と逆の吸熱・発熱が生ずる。従って、金属層３
０付近の吸熱作用により、インク液中の気泡は急速に収
縮し、消滅する。この時、最下層の金属層２２Ａ，２２
Ｂ，２２Ｃは発熱するが、前段階における吸熱によって
基板２８Ａのこの近傍は冷却されているので、この時の
発熱によっても基板２８Ａの温度は上昇しない。Next, a negative voltage is applied to the electrode 22A and the electrode 22C
When a positive voltage is applied to the substrate to cause a current to flow, heat absorption and heat generation opposite to those described above occur at each interface. Therefore, the metal layer 3
Due to the heat absorption near zero, the bubbles in the ink liquid shrink rapidly and disappear. At this time, the lowermost metal layers 22A, 22A
B and 22C generate heat, but since the vicinity of the substrate 28A is cooled by heat absorption in the previous stage, the temperature of the substrate 28A does not rise even by the heat generated at this time.
【００３２】上記した実施例２においては、３段型カス
ケード接続であるが、ｐ+ 層２５Ａ，ｎ+ 層２５Ｂ，ｐ
+ 層２５Ｃおよびｎ+ 層２５Ｄを取り除くと共に、金属
層２２Ａ，２２Ｂ、および２２Ｃを取り除いた２段型カ
スケード接続としても、実施例２に記載したのと同様の
ペルチエ効果を発揮する。In the above-described second embodiment, the three-stage cascade connection is used, but the p + layer 25A, the n + layer 25B,
The two-stage cascade connection in which the + layer 25C and the n + layer 25D are removed and the metal layers 22A, 22B, and 22C are removed exhibits the same Peltier effect as described in the second embodiment.
【００３３】更なる例としては、従来の記録装置のヒー
ター部の近傍に、インク液および発熱抵抗層の冷却専用
のペルチエ素子を設ければ、冷却効果を一段と高めるこ
とが可能となるので、基板温度も低下する。従って、イ
ンクが劣化することはなくなり、隣接するノズルが誤動
作するような熱のクロストークを招かない。それにより
ノズルからのインク吐出も安定し、ノズルの微細化も可
能となる。As a further example, if a Peltier element exclusively for cooling the ink liquid and the heat-generating resistance layer is provided near the heater section of the conventional recording apparatus, the cooling effect can be further enhanced. The temperature also drops. Therefore, the ink is not deteriorated, and there is no thermal crosstalk in which adjacent nozzles malfunction. As a result, the ink ejection from the nozzle is stabilized, and the nozzle can be miniaturized.
【００３４】図３はその制御用回路図である。トランジ
スター３３および３４にクロック信号φ1 を印加して導
通させると、ペルチエ素子のｐ+ 型拡散層３１Ａに＋Ｖ
の電圧が、ｎ+ 型拡散層３１Ｄに−Ｖの電圧が印加さ
れ、電流はｐ+ 層３１Ａ→金属３１Ｂ→金属３１Ｃ→ｎ
+ 層３１Ｄの順に流れる。その結果、ｎ+ 型拡散層３１
Ｄと金属３１Ｃとの界面が発熱すると同時に、ｐ+ 型拡
散層３１Ａと金属３１Ｂとの界面で発熱する。従って、
インク液を加熱し、気泡を発生させることができる。次
に、トランジスター３５および３６にクロック信号φ2
を印加して導通させると、ペルチエ素子のｐ+ 型拡散層
３１Ａに−Ｖの電圧が、ｎ+ 型拡散層３１Ｄに＋Ｖの電
圧が印加される。その結果、ｎ+ 型拡散層３１Ｄと金属
３１Ｃとの界面において吸熱すると同時にｐ+ 型拡散層
３１Ａと金属３１Ｂとの界面においても吸熱する。従っ
て、インク液路内に発生した気泡は収縮し、ついには消
滅してもとのインク液に戻る。図３に示した制御回路
は、ノズルを形成した半導体基板上に形成することがで
きる。FIG. 3 is a circuit diagram for the control. When the transistors 33 and 34 to conduct by applying a clock signal phi 1, the p + -type diffusion layer 31A of the Peltier element + V
Is applied to the n + -type diffusion layer 31D, and the current flows through the p + layer 31A → metal 31B → metal 31C → n
It flows in the order of + layer 31D. As a result, n + type diffusion layer 31
At the same time as the interface between D and the metal 31C generates heat, it generates heat at the interface between the p + -type diffusion layer 31A and the metal 31B. Therefore,
The ink liquid can be heated to generate bubbles. Next, the clock signal φ 2 is supplied to the transistors 35 and 36.
Is applied to conduct, a voltage of -V is applied to the p + -type diffusion layer 31A and a voltage of + V is applied to the n + -type diffusion layer 31D of the Peltier element. As a result, heat is absorbed at the interface between the n + -type diffusion layer 31D and the metal 31C, and at the same time heat is absorbed at the interface between the p + -type diffusion layer 31A and the metal 31B. Therefore, the bubbles generated in the ink liquid path shrink and eventually disappear and return to the original ink liquid. The control circuit shown in FIG. 3 can be formed on a semiconductor substrate on which a nozzle is formed.
【００３５】以上の実施例においては、ｎ+ 型拡散層ま
たはｐ+ 型拡散層と電極との平坦な界面での発熱・吸熱
作用によって気泡を発生させ、次いで気泡を収縮させた
が、ペルチエ効果は界面で起こるので、界面を平坦面に
形成するのではなく、金属層とｐ+ 型拡散層またはｎ+
型拡散層の界面に凹凸を設ければ、表面積を大きくする
ことができるため、ペルチエ効果をさらに高めることが
できる。In the above embodiment, bubbles are generated by the heat and heat absorption at the flat interface between the n + -type diffusion layer or the p + -type diffusion layer and the electrode, and then the bubbles are shrunk. Occurs at the interface, so instead of forming the interface on a flat surface, the metal layer and the p + -type diffusion layer or n +
If irregularities are provided at the interface of the mold diffusion layer, the surface area can be increased, so that the Peltier effect can be further enhanced.
【００３６】その上、インク吐出後、ペルチエ効果によ
り基板温度を低下させることが可能であるので、熱に弱
い集積回路を同一基板に形成することができ、記録装置
を超微細，高精密にすることが可能となる。In addition, since the substrate temperature can be lowered by the Peltier effect after the ink is ejected, heat-sensitive integrated circuits can be formed on the same substrate, and the recording apparatus can be made ultra-fine and highly precise. It becomes possible.
【００３７】特開昭６２−２５３４５７号公報に開示さ
れているように、印刷技術、すなわちフォトレジストあ
るいは感光性ドライフィルム等を用いた微細加工技術に
より、記録ヘッドの細密部を所望のパターンで、しかも
極めて容易に記録ヘッドを製造することができる。さら
に、このような方法によって、記録ヘッドの超微細化，
高集積化，高精密化を達成することができる。As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-253457, a printing technique, that is, a fine processing technique using a photoresist or a photosensitive dry film, is used to form a fine portion of a recording head in a desired pattern. Moreover, the recording head can be manufactured very easily. Further, by such a method, the recording head can be made ultra-fine,
High integration and high precision can be achieved.
【００３８】以上例示した実施例では、半導体基板にＢ
をドープしてｐ型拡散層を形成し、またＰをドープして
ｎ型拡散層を形成したが、公知のｎ型熱電半導体材料お
よびｐ型熱電半導体材料を用いることができるのは勿論
である（例えば、上村欣一・西田勲夫著、「熱電半導体
とその応用」、日刊工業新聞社、１９８８年、ｐｐ．１
６７〜ｐｐ．１８０を参照のこと）。In the embodiment exemplified above, B
Is doped to form a p-type diffusion layer, and P is doped to form an n-type diffusion layer. Of course, known n-type thermoelectric semiconductor materials and p-type thermoelectric semiconductor materials can be used. (For example, Kinichi Uemura and Isao Nishida, "Thermoelectric semiconductors and their applications," Nikkan Kogyo Shimbun, 1988, pp.1
67-pp. 180).
【００３９】その場合には、用いられる記録ヘッドの温
度とｐ型とｎ型の半導体素子の性能指数を考慮に入れて
材料を選択する。In this case, the material is selected in consideration of the temperature of the recording head to be used and the figure of merit of the p-type and n-type semiconductor elements.
【００４０】ｎ型とｐ型の半導体素子からなる熱電素子
の性能指数は、The figure of merit of a thermoelectric element composed of n-type and p-type semiconductor elements is:
【００４１】[0041]
【数１】 (Equation 1)
【００４２】で表わされる。ここで、αn ，αp ，（κ
／σ）n ，（κ／σ）p は、それぞれ、ｎ型，ｐ型の半
導体のゼーベック係数，導電率に対する熱伝導率の比を
表わす。適当な仮定の下で計算すると、Ｚの大きな物質
を得るためには、μ／κph（μ：移動度、κph：熱伝導
率の格子成分）の大きな物質を選び、不純物制御を行っ
てキャリア濃度ｎの値を１０18〜１０19ｃｍ-3にすれば
良いことがわかる（管義夫（編）：「熱電半導体」、槙
書店（１９６６）、ｐｐ．２６２）。μ／κphを大きく
するには、平均原子量を増加すればよい。このことは、
原子番号の大きな半導体が有利なことを示している。現
在、実用に供されている材料は基本的に、Ｂｉ−Ｔｅ，
Ｐｂ−Ｔｅ，Ｓｉ−Ｇｅ等を例示することができる。## EQU1 ## Here, α n , α p , (κ
/ Σ) n and (κ / σ) p represent the Seebeck coefficient and the ratio of the thermal conductivity to the conductivity of the n-type and p-type semiconductors, respectively. Calculating under appropriate assumptions, in order to obtain a substance having a large Z, a substance having a large μ / κ ph (μ: mobility, κ ph : lattice component of thermal conductivity) is selected, and impurities are controlled. It is understood that the value of the carrier concentration n should be 10 18 to 10 19 cm −3 (Yoshio Kanbu (ed.): “Thermoelectric Semiconductor”, Maki Shoten (1966), pp. 262). To increase μ / κ ph , the average atomic weight may be increased. This means
A semiconductor with a large atomic number has shown an advantage. Currently, practically used materials are basically Bi-Te,
Pb-Te, Si-Ge and the like can be exemplified.
【００４３】ビスマス・テルル系熱電半導体は、ｎ型お
よびｐ型熱電半導体として、それぞれＢｉ2 Ｔｅ3 およ
びＳｂ2 Ｔｅ3 を主成分とする固溶体が現在よく用いら
れている。また、焼結温度の処理条件に敏感であって、
ｐ型にもｎ型にも変化するＢｉ2 Ｔｅ3 も用いられる。As the bismuth / tellurium-based thermoelectric semiconductor, a solid solution containing Bi 2 Te 3 and Sb 2 Te 3 as main components, respectively, is often used as an n-type and p-type thermoelectric semiconductor. Also, it is sensitive to the processing conditions of the sintering temperature,
Bi 2 Te 3 that changes to both p-type and n-type is used.
【００４４】鉛・ゲルマニウム・テルル系の熱電材料は
８５０Ｋ以下の中温度領域で有用性が認められている。The utility of the lead / germanium / tellurium-based thermoelectric material is recognized in a medium temperature range of 850K or lower.
【００４５】ＰｂＴｅに、ｐ型添加剤としてＡｇ2 Ｔｅ
またはＮａを、ｎ型にはＰｂＩ2 またはＰｂＢｒを添加
してキャリア濃度の制御を行う。また、Ｐｂ0.95Ｇｅ
0.05ＴｅにＰｂＩ2 を添加したｎ型と、ＰｂＴｅ0.95Ｓ
ｅ0.05にＮａを添加したｐ型とは、冷間プレスした後、
水素雰囲気下中で焼結することによって得られる。この
ｐ型とｎ型材料は最大性能指数が約１．８×１０-3／Ｋ
（７７０Ｋ）で、ＰｂＴｅ単結晶よりも最大性能指数が
大きい。Ag 2 Te is added to PbTe as a p-type additive.
Alternatively, the carrier concentration is controlled by adding Na and PbI 2 or PbBr for the n-type. In addition, Pb 0.95 Ge
N-type with PbI 2 added to 0.05 Te and PbTe 0.95 S
e The p-type with Na added to 0.05 means that after cold pressing,
It is obtained by sintering in a hydrogen atmosphere. The p-type and n-type materials have a maximum figure of merit of about 1.8 × 10 −3 / K.
(770K), the maximum figure of merit is larger than that of the PbTe single crystal.
【００４６】Ｓｉ−Ｇｅ系熱電半導体材料としては、Ｂ
またはＰを多量に添加したｐ型またはｎ型のＳｉ−Ｇｅ
合金が知られている。Ｇａを添加したＳｉ−Ｇｅ合金の
ｐ型は、Ｂ添加のｐ型やＰ添加のｎ型よりも熱伝導率が
小さいが性能指数は良い。As the Si—Ge-based thermoelectric semiconductor material, B
Or p-type or n-type Si-Ge doped with a large amount of P
Alloys are known. The p-type of the Si-Ge alloy to which Ga is added has a smaller thermal conductivity than the p-type to which B is added or the n-type to which P is added, but has a good figure of merit.
【００４７】セレン化合物としては、ｐ型のＣｕ1.97Ａ
ｇ0.03Ｓｅおよびｎ型のＧｄＳｅが挙げられ、ＧａＰを
添加したＳｉ−Ｇｅ合金よりも大きな性能指数を示す。As the selenium compound, p-type Cu 1.97 A
g 0.03 Se and n-type GdSe, which show a larger figure of merit than the Si—Ge alloy to which GaP is added.
【００４８】以上例示した熱電半導体を用いることによ
り、熱電半導体材料の性能指数を高めることができ、ペ
ルチエ効果を向上させることができる。By using the thermoelectric semiconductor exemplified above, the figure of merit of the thermoelectric semiconductor material can be increased, and the Peltier effect can be improved.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクを吐出するための熱エネルギーをペルチェ素子の
発熱作用を利用すると共にペルチェ素子の冷却作用を用
いて、インクを吐出させた後の残存した熱を吸収するよ
うに構成したので、基板温度が上昇することはない。従
って、インクは劣化することはなく安定したインク液滴
を吐出させることができ、また、隣接するノズルが誤動
作する熱のクロストークも招くことはない。As described above, according to the present invention,
The substrate temperature rises because the thermal energy for ejecting the ink is configured to use the heat generation effect of the Peltier element and to absorb the remaining heat after the ink is ejected by using the cooling function of the Peltier element. I will not do it. Therefore, the ink can be stably ejected without deterioration of the ink, and there is no occurrence of thermal crosstalk in which adjacent nozzles malfunction.
【００５０】さらにまた、本発明によれば、熱効率の高
いペルチェ効果を利用しているので、従来のジュール熱
を利用するインクジェット記録装置とは異なり、大電力
を必要としないので、廉価なインクジェット記録装置を
提供することができる。また、本発明においてはペルチ
ェ素子を流路の壁を構成する半導体基板を用いて構成し
ているため、簡単な構成でペルチェ素子を用いた記録ヘ
ッドを提供することができる。Further, according to the present invention, unlike the conventional ink jet recording apparatus utilizing Joule heat, the Peltier effect having high thermal efficiency is used, so that a large amount of power is not required. An apparatus can be provided. Further, in the present invention, since the Peltier element is configured using the semiconductor substrate forming the wall of the flow path, a recording head using the Peltier element with a simple configuration can be provided.
【００５１】その上、本発明によれば、インクを空打す
るための余分な装置を必要とせず、またスループットが
向上する。In addition, according to the present invention, no extra device is required for emptying ink, and the throughput is improved.
【図１】本発明の記録装置のノズル部分の実施例を示す
模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a nozzle portion of a recording apparatus of the present invention.
【図２】本発明の記録装置のノズル部分の他の実施例を
示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the nozzle portion of the recording apparatus of the present invention.
【図３】本発明のインクジェット記録装置のノズル部に
おけるヒーター部を制御するための制御回路図である。FIG. 3 is a control circuit diagram for controlling a heater unit in a nozzle unit of the ink jet recording apparatus of the present invention.
【図４】従来のインクジェット記録装置のノズル部分を
示す模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a nozzle portion of a conventional ink jet recording apparatus.
１ 基板 ２ 発熱抵抗体 ３ 配線 ４ ヒーター部 ５ インク吐出口（オリフィス） ６ 天板 １１ 半導体基板 １２ ｐ+ 型拡散層 １３ インク吐出口 １４Ａ，１４Ｂ 金属 １６ インク流路 １７ ｎ+ 型拡散層 １８ 半導体基板 １９，２０ 絶縁保護膜 ２２Ａ〜２２Ｃ 金属層 ２４Ａ，２４Ｂ 金属層 ２５Ａ ｐ+ 型拡散層 ２５Ｂ ｎ+ 型拡散層 ２５Ｃ ｐ+ 型拡散層 ２５Ｄ ｎ+ 型拡散層 ２６Ａ ｐ+ 型拡散層 ２６Ｂ ｎ+ 型拡散層 ２７ 絶縁保護膜 ２８Ａ，２８Ｂ 基板 ２９ インク流路 ２９Ａ インク吐出口 ３０ 金属層 ３１Ａ ｐ+ 型拡散層 ３１Ｂ 金属 ３１Ｃ 金属 ３１Ｄ ｎ+ 型拡散層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Heating resistor 3 Wiring 4 Heater part 5 Ink ejection port (orifice) 6 Top plate 11 Semiconductor substrate 12 P + type diffusion layer 13 Ink ejection port 14A, 14B Metal 16 Ink channel 17 n + type diffusion layer 18 Semiconductor Substrates 19, 20 Insulating protective film 22A to 22C Metal layer 24A, 24B Metal layer 25A p + type diffusion layer 25B n + type diffusion layer 25C p + type diffusion layer 25D n + type diffusion layer 26A p + type diffusion layer 26B n + Diffusion layer 27 Insulating protective film 28A, 28B Substrate 29 Ink flow path 29A Ink ejection port 30 Metal layer 31A P + type diffusion layer 31B Metal 31C Metal 31D n + type diffusion layer
Claims (9)
生じせしめて、この気泡の発生によりインクを吐出する
記録ヘッドであって、一端にインク吐出口を有するイン
ク流路の壁が、第１導電型半導体層が形成された第１の
半導体基板と第２導電型半導体層が形成された第２の半
導体基板とを対向配置することで構成されており、これ
らの半導体基板上には、前記半導体層と接し、ペルチェ
効果によって前記インクを吐出させるための発熱および
インクの冷却を行なうための吸熱を行なう金属層が形成
されていると共に、この金属層は前記第１導電型半導体
層と接する第１部分、前記第２導電型半導体層と接する
第２部分および前記第１部分と前記第２部分とを接続し
かつインク流通孔を有する第３部分で構成されているこ
とを特徴とする記録ヘッド。1. A recording head that generates ink bubbles by heating the ink and discharges the ink by the generation of the bubbles, wherein a wall of an ink flow path having an ink discharge port at one end is formed by a first wall. The first semiconductor substrate on which the conductive semiconductor layer is formed and the second semiconductor substrate on which the second conductive semiconductor layer is formed are arranged to face each other. A metal layer which is in contact with the semiconductor layer and performs heat generation for discharging the ink by the Peltier effect and heat absorption for cooling the ink is formed, and the metal layer is in contact with the first conductivity type semiconductor layer. A recording part comprising a first part, a second part in contact with the second conductivity type semiconductor layer, and a third part connecting the first part and the second part and having an ink circulation hole. head.
生じせしめて、この気泡の発生によりインクを吐出する
記録ヘッドであって、一端にインク吐出口を有するイン
ク流路の壁を構成し、半導体層を有する半導体基板を具
え、この半導体基板上に、前記半導体層と接し、ペルチ
ェ効果によって前記インクを吐出させるための発熱およ
びインクの冷却を行なうための吸熱を行なう金属層が形
成されており、前記ペルチェ効果によって発熱および吸
熱する層がカスケード接続されたペルチェ素子の一部で
あることを特徴とする記録ヘッド。2. A recording head that generates ink bubbles by heating the ink and discharges the ink by the generation of the bubbles, wherein the recording head forms an ink flow path wall having an ink discharge port at one end, A semiconductor layer having a semiconductor layer, and a metal layer in contact with the semiconductor layer and performing heat generation for discharging the ink by the Peltier effect and heat absorption for cooling the ink is formed on the semiconductor substrate; And a layer that generates and absorbs heat by the Peltier effect is part of a cascade-connected Peltier element.
凸部を有することを特徴とする請求項１ないし２のいず
れかに記載の記録ヘッド。3. The recording head according to claim 1, wherein an interface between the metal layer and the semiconductor layer has an uneven portion.
成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の記録ヘッド。4. The recording head according to claim 1, wherein an electrothermal transducer is further formed on the substrate.
路がさらに組込まれていることを特徴とする請求項１な
いし４のいずれかに記載の記録ヘッド。5. The recording head according to claim 1, wherein a circuit for controlling a Peltier element is further incorporated in the substrate.
の第２半導体層とが第１金属層を介して結合され、第２
導電型の第３半導体層と第１導電型の第４半導体層とが
第２金属層を介して結合され、前記第１半導体層の前記
第１金属層と対向する面および前記第３半導体層の前記
第２金属層と対向する面は第３金属層によって接続さ
れ、前記第２半導体層の前記第１金属層と対向する面と
前記第４半導体層の前記第２金属層と対向する面は第４
金属層によって接続され、さらに前記第１金属層は第２
導電型の第５半導体層へ、前記第２金属層は第１導電型
の第６半導体層へ接続され、前記第５および第６半導体
層のそれぞれ第１および第２金属層に対向する面は第５
および第６金属層に接続されているカスケード接続構造
のペルチェ素子が、一端にインク吐出口を有するインク
流路の壁を構成する半導体基板に組込まれ、インクを加
熱することでインクに気泡を発生させ、この気泡の発生
によってインクを前記吐出口から吐出させると共に、イ
ンクを冷却するための前記第４金属層が前記インク流路
に面していることを特徴とする記録ヘッド。6. A first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type are coupled via a first metal layer.
A conductive third semiconductor layer and a first conductive fourth semiconductor layer are coupled via a second metal layer, and a surface of the first semiconductor layer facing the first metal layer and the third semiconductor layer The surface of the second semiconductor layer facing the second metal layer is connected by a third metal layer, and the surface of the second semiconductor layer facing the first metal layer and the surface of the fourth semiconductor layer facing the second metal layer. Is the fourth
Are connected by a metal layer, and the first metal layer is a second metal layer.
The conductive type fifth semiconductor layer is connected to the first conductive type sixth semiconductor layer, and the second metal layer is connected to the first conductive type sixth semiconductor layer. The surfaces of the fifth and sixth semiconductor layers facing the first and second metal layers respectively are: Fifth
And a Peltier element having a cascade connection structure connected to the sixth metal layer is incorporated into a semiconductor substrate constituting an ink flow path wall having an ink discharge port at one end, and bubbles are generated in the ink by heating the ink. A recording head, wherein the ink is ejected from the ejection port by the generation of the bubble, and the fourth metal layer for cooling the ink faces the ink flow path.
の第2半導体層とが第１金属層を介して結合され、前記
第１および第２半導体層の前記第１金属層に対向する面
は、第２および第３金属層に接続されているペルチェ素
子が、一端にインク吐出口を有するインク流路の壁を構
成する半導体基板に組込まれ、インクを加熱することで
インクに気泡を発生させ、この気泡の発生によってイン
クを前記吐出口から吐出させると共に、インクを冷却す
るための前記第１金属層が前記インク流路に面している
ことを特徴とする記録ヘッド。7. A first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type are coupled via a first metal layer, and the first metal layer of the first and second semiconductor layers is formed. On the surface opposite to the Peltier element, the Peltier element connected to the second and third metal layers is incorporated in a semiconductor substrate constituting an ink flow path wall having an ink discharge port at one end, and the ink is heated by heating the ink. A recording medium, wherein the first metal layer for cooling the ink is facing the ink flow path, while generating bubbles in the ink, and discharging the ink from the discharge ports by the generation of the bubbles.
生じせしめて、この気泡の発生によりインクを吐出する
記録装置であって、一端にインク吐出口を有するインク
流路の壁が、第１導電型半導体層が形成された第１の半
導体基板と第２導電型半導体層が形成された第２の半導
体基板とを対向配置することで構成されており、これら
の半導体基板上には、前記半導体層と接し、ペルチェ効
果によって前記インクを吐出させるための発熱およびイ
ンクの冷却を行なうための吸熱を行なう金属層が形成さ
れていると共に、この金属層は前記第１導電型半導体層
と接する第１部分、前記第２導電型半導体層と接する第
２部分および前記第１部分と前記第２部分とを接続しか
つインク流通孔を有する第３部分で構成されている記録
ヘッドを具えていることを特徴とする記録装置。8. A recording apparatus for heating ink to generate bubbles in the ink and ejecting the ink by the generation of the bubbles, wherein a wall of an ink flow path having an ink discharge port at one end is formed by a first wall. The first semiconductor substrate on which the conductive semiconductor layer is formed and the second semiconductor substrate on which the second conductive semiconductor layer is formed are arranged to face each other. A metal layer which is in contact with the semiconductor layer and performs heat generation for discharging the ink by the Peltier effect and heat absorption for cooling the ink is formed, and the metal layer is in contact with the first conductivity type semiconductor layer. A recording head comprising a first portion, a second portion in contact with the second conductivity type semiconductor layer, and a third portion connecting the first portion and the second portion and having an ink circulation hole. A recording device, characterized in that:
生じせしめて、この気泡の発生によりインクを吐出する
記録装置であって、一端にインク吐出口を有するインク
流路の壁を構成し、半導体層を有する半導体基板を具
え、この半導体基板上に、前記半導体層と接し、ペルチ
ェ効果によって前記インクを吐出させるための発熱およ
びインクの冷却を行なうための吸熱を行なう金属層が形
成されており、前記ペルチェ効果によって発熱および吸
熱する層がカスケード接続されたペルチェ素子の一部で
ある記録ヘッドを具えていることを特徴とする記録装
置。9. A recording apparatus for generating bubbles in ink by heating the ink and discharging the ink by the generation of the bubbles, wherein the recording apparatus comprises a wall of an ink flow path having an ink discharge port at one end, A semiconductor layer having a semiconductor layer, and a metal layer in contact with the semiconductor layer and performing heat generation for discharging the ink by the Peltier effect and heat absorption for cooling the ink is formed on the semiconductor substrate; A recording head comprising a Peltier element in which a layer generating and absorbing heat by the Peltier effect is part of a cascade-connected Peltier element.
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|---|---|---|---|
| JP18877191A JP3170311B2 (en) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Recording head and recording device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18877191A JP3170311B2 (en) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Recording head and recording device |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH0531902A JPH0531902A (en) | 1993-02-09 |
| JP3170311B2 true JP3170311B2 (en) | 2001-05-28 |
Family
ID=16229493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP18877191A Expired - Fee Related JP3170311B2 (en) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | Recording head and recording device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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