JPH0531902A - 記録ヘツドおよび記録装置 - Google Patents
記録ヘツドおよび記録装置Info
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- JPH0531902A JPH0531902A JP3188771A JP18877191A JPH0531902A JP H0531902 A JPH0531902 A JP H0531902A JP 3188771 A JP3188771 A JP 3188771A JP 18877191 A JP18877191 A JP 18877191A JP H0531902 A JPH0531902 A JP H0531902A
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- ink
- metal layer
- semiconductor
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 インクジェット動作時の基板の温度上昇を防
止し、インクの劣化，熱のクロストークを防ぎ、インク
吐出を安定化し、信頼性が高く廉価な記録装置を提供す
る。 【構成】 インクジェット記録装置は、液体を吐出して
飛翔液滴を形成するためのインク吐出口１３が開口され
たインク流路１６に面し、ペルチエ効果によって発熱お
よび吸熱する金属１４を有する。
止し、インクの劣化，熱のクロストークを防ぎ、インク
吐出を安定化し、信頼性が高く廉価な記録装置を提供す
る。 【構成】 インクジェット記録装置は、液体を吐出して
飛翔液滴を形成するためのインク吐出口１３が開口され
たインク流路１６に面し、ペルチエ効果によって発熱お
よび吸熱する金属１４を有する。
Description
【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。
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。
【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
させて記録を行う記録方法であり、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
用でき特別な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。
設け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
させて記録を行う記録方法であり、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
用でき特別な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。
【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を圧電素
子により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、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。
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を圧電素
子により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、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。
【０００４】図４は、このようなインクジェット記録方
法に用いる記録ヘッドの吐出エネルギー発生体として電
気熱変換体を用いた場合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。
法に用いる記録ヘッドの吐出エネルギー発生体として電
気熱変換体を用いた場合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。
【０００５】この記録ヘッドは、Ｓｉなどからなる基体
１上に、インクを吐出するための熱エネルギーを発生す
るための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配置し、さらに、
最終的に液流路と液室の下に位置する発熱抵抗体２と配
線３の上部にＳｉＯ2 等からなる保護層（不図示）を設
け、樹脂あるいはガラスなどから形成した天板６を接合
した構成を有する。
１上に、インクを吐出するための熱エネルギーを発生す
るための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配置し、さらに、
最終的に液流路と液室の下に位置する発熱抵抗体２と配
線３の上部にＳｉＯ2 等からなる保護層（不図示）を設
け、樹脂あるいはガラスなどから形成した天板６を接合
した構成を有する。
【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
と収縮から消滅に至る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。
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
と収縮から消滅に至る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。
【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、流路とインク吐出口５は、本例では、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。
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、流路とインク吐出口５は、本例では、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。
【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、次のような問題がある。
記録ヘッドにおいては、次のような問題がある。
【０００９】１）気泡（バブル）を発生するために、ヒ
ーター部が大きな熱量を急速を発生する必要があるため
に大電力が必要である。
ーター部が大きな熱量を急速を発生する必要があるため
に大電力が必要である。
【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。
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。
【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ために、隣接するノズルが誤動作す
ること、すなわち、熱のクロストークを招き、インクジ
ェット記録ヘッドの吐出性に障害がある。
のノズルに到達するために、隣接するノズルが誤動作す
ること、すなわち、熱のクロストークを招き、インクジ
ェット記録ヘッドの吐出性に障害がある。
【００１２】現在においては、ジュール熱を用いる方法
は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する方法とし
て、大電力を要するため、必ずしも最適な方法とは言え
ない。
は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する方法とし
て、大電力を要するため、必ずしも最適な方法とは言え
ない。
【００１３】また、インクジェット記録動作時における
基板温度の上昇は、インクを劣化させ、インク吐出が不
安定となるという新たな問題を引き起こす。
基板温度の上昇は、インクを劣化させ、インク吐出が不
安定となるという新たな問題を引き起こす。
【００１４】すなわち、比較的高温での記録ヘッドの信
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、長時間インク液滴を吐出しない場合には、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、記録紙に印刷する前に、空打を行い
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。
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、長時間インク液滴を吐出しない場合には、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、記録紙に印刷する前に、空打を行い
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。
【００１５】温度上昇によるクロストークの問題は、ヒ
ーター部に電気エネルギーを供給して、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
に常に伴なう決定的な問題である。もしも、余分な熱を
発生せず、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。
ーター部に電気エネルギーを供給して、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
に常に伴なう決定的な問題である。もしも、余分な熱を
発生せず、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。
【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に
ある。
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に
ある。
【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、一端にインク吐出口
を有するインク流路を構成する半導体基板上に、半導体
層と接し、ペルチエ効果によって発熱および吸熱する金
属層が形成されていることを特徴とする。
るために、本発明の記録ヘッドは、一端にインク吐出口
を有するインク流路を構成する半導体基板上に、半導体
層と接し、ペルチエ効果によって発熱および吸熱する金
属層が形成されていることを特徴とする。
【００１８】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エ素子が、一端にインク吐出口を有
するインク流路を構成する半導体基板に組込まれ、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。
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エ素子が、一端にインク吐出口を有
するインク流路を構成する半導体基板に組込まれ、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。
【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
れている構造のペルチエ素子が、一端にインク吐出口を
有するインク流路を構成する半導体基板に組込まれ、前
記第１の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。
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
れている構造のペルチエ素子が、一端にインク吐出口を
有するインク流路を構成する半導体基板に組込まれ、前
記第１の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。
【００２０】さらに、本発明の記録装置は、一端にイン
ク吐出口を有するインク流路を構成する半導体基板上
に、半導体層と接し、ペルチエ効果によって発熱および
吸熱する金属層が形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。
ク吐出口を有するインク流路を構成する半導体基板上
に、半導体層と接し、ペルチエ効果によって発熱および
吸熱する金属層が形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。
【００２１】
【作用】本発明によれば、ペルチエ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。
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。
【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。
に説明する。
【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。
実施例を示す模式的断面図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
示す模式的断面図である。
【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。
呼ばれている。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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、
の性能指数は、
【００４１】
【数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。
／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。
【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。
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。
【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。
８５０Ｋ以下の中温度領域で有用性が認められている。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ペルチエ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。
ペルチエ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。
【００５０】さらにまた、本発明によれば、熱効率の高
いペルチエ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。
いペルチエ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。
【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。
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。
【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。
模式的断面図である。
【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。
示す模式的断面図である。
【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。
おけるヒーター部を制御するための制御回路図である。
【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。
示す模式的断面図である。
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
Claims (9)
- 【請求項１】 一端にインク吐出口を有するインク流路
を構成する半導体基板上に、半導体層と接し、ペルチエ
効果によって発熱および吸熱する金属層が形成されてい
ることを特徴とする記録ヘッド。 - 【請求項２】 前記半導体基板は前記インク流路を挟ん
で対向する第１基板と第２基板とを有し、該第１および
第２基板にはそれぞれ第１導電型層および第２導電型層
が形成されており、前記金属層は前記第１導電型層と接
する第１部分，前記第２導電型層と接する第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部分からなることを特徴とする請求項
１に記載の記録ヘッド。 - 【請求項３】 前記ペルチエ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エ素子の一部で
あることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。 - 【請求項４】 前記金属層と前記半導体層との界面が凹
凸部を有す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。 - 【請求項５】 前記基板に、電気熱変換素子がさらに形
成さ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。 - 【請求項６】 前記基板に、ペルチエ素子を制御する回
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５のいずれかに記載の記録ヘッド。 - 【請求項７】 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
のペルチエ素子が、一端にインク吐出口を有するインク
流路を構成する半導体基板に組込まれ、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。 - 【請求項８】 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構造のペル
チエ素子が、一端にインク吐出口を有するインク流路を
構成する半導体基板に組込まれ、前記第１の金属層が前
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。 - 【請求項９】 一端にインク吐出口を有するインク流路
を構成する半導体基板上に、半導体層と接し、ペルチエ
効果によって発熱および吸熱する金属層が形成されてい
る記録ヘッドを具えていることを特徴とする記録装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18877191A JP3170311B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 記録ヘッドおよび記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18877191A JP3170311B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 記録ヘッドおよび記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0531902A true JPH0531902A (ja) | 1993-02-09 |
| JP3170311B2 JP3170311B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=16229493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18877191A Expired - Fee Related JP3170311B2 (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 記録ヘッドおよび記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3170311B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0885737A1 (en) * | 1997-06-18 | 1998-12-23 | Lexmark International, Inc. | Ink jet print cartridge having active cooling cell |
| US6193349B1 (en) | 1997-06-18 | 2001-02-27 | Lexmark International, Inc. | Ink jet print cartridge having active cooling cell |
| JP2009529799A (ja) * | 2006-03-16 | 2009-08-20 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 熱電用途用のドープ処理テルル化鉛 |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP18877191A patent/JP3170311B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0885737A1 (en) * | 1997-06-18 | 1998-12-23 | Lexmark International, Inc. | Ink jet print cartridge having active cooling cell |
| US6193349B1 (en) | 1997-06-18 | 2001-02-27 | Lexmark International, Inc. | Ink jet print cartridge having active cooling cell |
| JP2009529799A (ja) * | 2006-03-16 | 2009-08-20 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 熱電用途用のドープ処理テルル化鉛 |
| KR101364895B1 (ko) * | 2006-03-16 | 2014-02-19 | 바스프 에스이 | 열전기적 용도의 도핑된 납 텔루라이드 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3170311B2 (ja) | 2001-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |