JP3610281B2 - インクタンク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクタンクの情報（例えばインク残量）を検知し、その情報を外部へ表示、伝達する機能を有する半導体素子を備えたインクタンクに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、記録ヘッドに設けた複数の噴射ノズルからインクを噴射させながら、記録ヘッドを搭載したキャリッジを印字方向に移動することで、画像をドットパターンで用紙に印字するようにしたインクジェット記録装置においては、記録用のインクを収容したインクタンクを設け、そのインクタンクのインクをインク供給路を介して記録ヘッドに供給するようにしている。そこで、そのインクタンクのインクの残量を検出するようにしたインク残量検出装置が実用に供されるととにも、種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開平６−１４３６０７号によれば、図２２に示すように非導電性のインクが満たされているインクタンク７０１の底側の内面に２本（１対）の電極７０２が配設され、インクタンク７０１内のインク中には、電極７０２と対向位置にある電極７０４が配設された浮揚体７０３が浮揚している。２本の電極７０２は、両電極の導通状態を検知する検知部（不図示）にそれぞれ接続されており、両電極の導通状態を検知すると、インクタンク７０１内のインクが無いことを示すインク残量エラーを発し、インクジェット記録ヘッド７０５の動作を停止させることが開示されている。
【０００５】
また、特登録２９４７２４５号によれば、図２３に示すように下部が底面に向かって漏斗状に形成されるとともに、底面に２つの導電体８０１，８０２が設けられ、インク８０３よりも比重の小さい金属球８０４が内部に設置される構成のインクジェットプリンタ用インクカートリッジ８０５が開示されている。このような構成では、インク８０３が消費されて減っていくとインク８０３の液面が下がる。それに伴って、インク８０３の表面に浮かんでいる金属球８０４の位置が下がっていく。インク８０３の液面がインクカートリッジ筺体の底面の位置まで下がると、金属球８０４は２つの導電体８０１，８０２に接する。すると、導電体８０１，８０２が導通するので、その間に電流が流れる。その通流を検出すれば、インクエンド状態を検出することができる。インクエンド状態が検出されれば、インクエンド状態を示す情報が使用者に知らされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来公報に代表するような、インクタンク内のインク残量を検出する構成が知られているが、このような構成ではインクタンク内に検出用の電極を配置する必要がある。また、電極間の導通状態によりインク残量を検知するため、インク成分に金属イオンが用いられない等の、使用するインクに制約が生じてしまう。
【０００７】
また、上記の構成ではインク残量しか検知することが出来ず、その他のタンク内情報を外部が知ることが出来ない。例えばインクタンク内の圧力情報、インク物性の変化などは、インクジェットヘッドを常に安定した吐出量で動作するために重要なパラメータであり、タンク内のインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内圧を外部のインクジェット記録装置にリアルタイムで知らせたり、インク物性の変化を外部へ伝達できるタンクが望まれている。
【０００８】
さらに、一方的にインクタンク内の検知した情報を外部へ知らせるのみならず、外部からの問いかけに対して内部情報を返答するような双方向の情報のやり取りを実施できるインクタンクが望まれている。
【０００９】
上記のようなインクタンクを開発するにあたって、本発明者らは、直径１ミリのシリコン・ボールの球面上に半導体集積回路を形成するというボール・セミコンダクター社のボール・セミコンダクターに着目した。このボールセミコンダクターは球形であるため、これをインクタンク内に収容すれば、周囲環境情報の検出や外部との双方向の情報のやり取りを平面形に比べて非常に効率良く行えることが予想された。しかしながら、このような機能を持つものを調査したところ、ＵＳＰ５８７７９４３号のようにボール・セミコンダクター同士を電気配線で接続する技術などが存在するだけで、上記の機能を持つ素子自体の開発が必要となった。また、この素子がインクタンクに有効に適用できるものである為には、クリアしなければならない課題もあった。課題の一つは、タンク内に収容された素子を起動させるための電力の供給である。素子の起動のための電源をインクタンクに持たせるとタンクが大型になったり、タンク外部に電源を備える場合でも電源と素子との接続手段が必要になり、タンクの製造コストが増え、タンクカートリッジが高価になるので、外部より非接触で素子を起動させねばならない。
【００１０】
更なる課題としては、インクタンクのインク液面や液面より一定の距離沈んだインク中で浮遊し得ることである。例えばインクタンク内のインク消費に伴う負圧量の変動を経時的に監視するにはインク液面に素子が位置するのが望ましいが、素子は水より比重の大きいシリコンからなるため、インクに浮遊させることが困難である。
【００１２】
本発明の目的は、インクタンク内の詳細な情報をリアルタイムで検出し、外部のインクジェット記録装置と双方向に情報のやり取りを行うことができる立体形半導体素子を配したインクタンクを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、外部からのエネルギーを異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、外部からの信号を受信する受信手段と、外部の環境情報を入手する情報入手手段と、前記情報入手手段による入手情報と比較するための情報を蓄積する情報蓄積手段と、前記受信手段で受信した信号に応じて前記情報入手手段に外部環境情報を入手させ、当該入手情報とこれに対応する前記情報蓄積手段に蓄積された情報とを比較し、前記入手情報が所定の条件を満たすかどうかの判断を下す判断手段と、前記判断手段による判断結果を外部へ表示又は伝達する情報伝達手段とを備え、前記受信手段、前記情報蓄積手段、前記判断手段、および前記情報伝達手段は前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーにより作動する立体形半導体素子が、インクを吐出する吐出ヘッドに供給するインクを収容したインク貯留部に少なくとも１つ配されているインクタンクであって、前記立体形半導体素子が、前記インク貯留部のインク液面もしくはインク液中の所定の高さで浮遊するための空洞部を有し、前記立体形半導体素子の重心が当該立体形半導体素子の中心より下部に位置するとともに、当該立体形半導体素子のメタセンタが前記重心より常に上部に位置するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
前記情報伝達手段は他の立体形半導体素子にも表示または伝達するものであってもよく、前記受信手段は他の立体形半導体素子からの信号をも受信するものであってもよい。さらに上記のような立体形半導体素子は、起電力を他の立体形半導体素子に付与する機能を有してもよい。
【００１７】
上記のような立体形半導体素子では、前記エネルギー変換手段が変換する外部エネルギーは非接触で供給されることが好ましい。
【００１８】
また、上記のような立体形半導体素子において、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーは電力である。前記エネルギー変換手段が電力に変換する外部エネルギーは電磁誘導または熱または光または放射線による起電力が考えられる。
【００１９】
この場合の前記情報伝達手段は、前記エネルギー変換手段により変換された電力を、前記外部に対して情報を表示または伝達するためのエネルギーである磁界または光または形または色または電波または音に変換するものが考えられる。
【００２０】
また、前記エネルギー発生手段は、外部共振回路との間で電磁誘導によって電力を発生する導電体コイルおよび発振回路を有するものが考えられ、前記導電体コイルは立体形半導体素子の外表面に巻き付くように形成されていることが好ましい。
【００３０】
なお、本明細書中の「メタセンタ」とは、釣り合いにある時の重量の作用線と、傾いたときの浮力の作用線との交点を示す。
【００３１】
また本明細書中の「立体形半導体素子」の「立体形」とは、三角柱、球、半球体、四角柱、回転楕円体、一軸回転体など、種々の立体形を全て含む。
【００３２】
外部エネルギーの供給方法は、インクジェット記録装置に用いられる場合、素子に外部エネルギーとして起電力を供給する手段は回復ポジション、リターンポジション、もしくはキャリッジ、ヘッド等に設ければ良い。これ以外にも、起電力を供給する手段を有する装置を用いれば、インクジェット記録装置がなくてもインクタンク内部の状態を知ることができ、例えば工場や販売店で用いれば検査などに用いられる（品質保証）。
【００３３】
上記のとおりのインクタンクに備わる立体形半導体素子では、素子外部から（好ましくは非接触で）特定のエネルギーを与えると、エネルギー変換手段はその外部エネルギーを異なるエネルギーへと変換し、この変換されたエネルギーにより情報入手手段、判断手段、情報蓄積手段、および情報伝達手段を起動する。起動した情報入手手段は、素子周囲の環境情報を入手する。次に、判断手段は、入手情報と参照するための情報を情報蓄積手段より読み出し、この読み出した蓄積情報と入手情報とを比較し、情報伝達の必要性を判断する。そして、情報伝達の必要があると判断した場合に、判断手段は入手情報を情報伝達手段により外部へ伝達させる。
【００３４】
このように周囲環境情報を入手して外部に伝達する機能を立体形の半導体素子に作り込んでいるため、３次元的に情報入手・伝達が可能なので、平板形の半導体素子を用いる場合と比べて、情報伝達の方向の制限も少ない。このため、周囲環境情報の入手、外部への伝達を効率良く行うことができる。
【００３５】
さらには、外部からの信号を受信する通信手段を付加することにより、受信信号に応じた情報を入手して、蓄積情報との比較判断結果をその入手情報とともに外部へ伝達できるので、外部装置と双方向に信号のやり取りを行なうことも可能である。
【００３６】
以上のような立体形半導体素子をインクタンク内に少なくとも一つ配することで、インクタンク内に収容したインクに関する情報や、タンク内の圧力などをリアルタイムで外部の例えばインクジェット記録装置に伝達させることが可能である。これは、例えばインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内の負圧量を制御してインクジェット吐出を安定化する上で有利である。
【００３７】
さらに、立体形半導体素子を動作させるための外部エネルギーを非接触で供給する構成であるので、素子の起動のためのエネルギー源をインクタンクに持たせたり、エネルギー供給用の配線を素子に接続する必要がなく、外部との直接的な配線を施すことが困難な箇所に使用することができる。
【００３８】
例えば、素子の起動エネルギーを電力とした場合は、外部エネルギー変換手段として発振回路の導電体コイルを立体形半導体素子の外表面に巻き付けるように形成することにより、外部の共振回路との間で電磁誘導によって導電体コイルに電力を発生させて、素子に非接触で電力を供給することができる。
【００３９】
この場合、素子の外表面にはコイルが巻き付けられているので、そのコイルのインダクタンスの大きさはインクタンク内の例えばインクの残量、インク濃度、インクｐＨに応じて変化する。したがって、発振回路はそのインダクタンスの変化に応じて発振周波数を変更するので、その変更される発振周波数の変化に基づいてインクタンク内のインクの残量などを検出することも可能である。
【００４０】
そして、立体形半導体素子は、液中に浮遊するための空洞部を有するとともに、素子の重心が、当該素子の中心より下部に位置するように形成されているので、例えば、インクジェット記録装置に搭載された記録ヘッドおよびインクタンクが、シリアルに動作し、インクタンク内のインクが上下左右に揺動しても、安定してインクタンク内のインク中に浮遊しながら、インクに関する情報や、タンク内の圧力などを精度良く検出することができる。その上、素子に形成した上記の発振回路のコイルを、外部の共振回路のコイルに対して安定した位置で保持し、常に安定した双方向通信をも可能にする。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。特に、インクタンク中に素子を配置した場合の実施形態について詳細に説明する。尚、この素子はインクタンクのみに用いられるものでなく、他の対象物中に配して用いても同様の効果が得られる。
【００４２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子１１は、外部Ａから素子１１に向かって非接触で供給された起電力１２を電力１３に変換するエネルギー変換手段１４と、エネルギー変換手段１４で得た電力により起動する情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、情報伝達手段１８とを備え、インクタンク内に配される。素子を動作させるために供給する起電力は、電磁誘導、熱、光、放射線などが適用できる。また、少なくともエネルギー変換手段１４および情報入手手段１５は素子の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。
【００４３】
情報入手手段１５は、素子１１の周囲環境情報であるインクタンク内の情報を入手する。判断手段１６は、情報入手手段１５より入手したタンク内部情報と情報蓄積手段１７に記憶してある情報とを比較し、入手したタンク内部情報を外部へ伝達する必要があるかを判断する。情報蓄積手段１７は、入手するタンク内部情報と比較する諸条件や情報入手手段１５より入手したタンク内部情報を蓄積する。情報伝達手段１８は、判断手段１６の命令によって電力を、タンク内部情報へ伝達するためのエネルギーに変換して、外部Ｂへインク内部情報を表示、伝達する。
【００４４】
図２は図１に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図１及び図２を参照すれば、外部Ａから素子１１に向かって起電力１２を与えると、エネルギー変換手段１４は起電力１２を電力１３へと変換し、その電力により情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、および情報伝達手段１８を起動する。
【００４５】
起動した情報入手手段１５は、素子周囲の環境情報であるインクタンク内の情報、例えば、インクの残量、インクの種類、温度、ｐｈなどの情報を入手する（図２のステップＳ１１）。次に、判断手段１６は、入手したタンク内部情報と参照するための条件を情報蓄積手段１７より読み出し（図２のステップＳ１２）、この読み出した条件と入手したタンク内部情報とを比較し、情報伝達の必要性を判断する（図２のステップＳ１３）。ここで、情報蓄積手段１７に予め設定してある条件に基づく判断は、例えばインク残量が２ミリリットル以下になったり、インクのｐｈが大きく変化したりした為にタンク交換が必要との判断を行うことが挙げられる。
【００４６】
ステップＳ１３において判断手段１６が外部へタンク内の情報を伝達する必要がないと判断した場合には、情報蓄積手段１７に現在のインクタンク内の情報が蓄積される（図２のステップＳ１４）。この蓄積情報は次に情報入手手段１５が入手した情報と判断手段１６で比較してもよい。
【００４７】
またステップＳ１３において、判断手段１６が外部へタンク内の情報を伝達する必要があると判断した場合には、エネルギー変換により得た電力が、情報伝達手段１８で、インクタンク内の情報を外部へ伝達するためのエネルギーへと変換される。この伝達するためのエネルギーは磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、例えばインク残量が２ミリリットル以下になったと判断された場合には音を鳴らしてタンク交換が必要であることを外部Ｂ（例えば、インクジェット記録装置）に伝達する（図２のステップＳ１５）。また、伝達先はインクジェット記録装置のみでなく、特に光、形、色や音などの場合は人の視覚や聴覚に伝達してもよい。さらに、インク残量が２ミリリットル以下になったと判断された場合には音で、インクのｐｈが大きく変化したときには光で知らせるなど、情報に応じてその伝達方法を変えてもよい。
【００４８】
インクジェット記録装置に用いられる場合、素子に外部エネルギーとして起電力を供給する手段は回復ポジション、リターンポジション、もしくはキャリッジ、ヘッド等に設ければ良い。これ以外にも、起電力を供給する手段を有する装置を用いれば、インクジェット記録装置がなくてもインクタンク内部の状態を知ることができ、例えば工場や販売店で用いれば検査などに用いられる（品質保証）。
【００４９】
本実施形態によれば、素子がエネルギー変換手段を有しているので、外部と直接的な電気的配線を行う必要がなくなり、外部と直接的な電気的配線を行うことが困難な個所、例えば図１１〜図１４に示すようなインク中など、対象物中のどの個所であっても素子を使用することができる。インク中に素子を配すれば、インクの状態をリアルタイムで正確に把握することが可能となる。
【００５０】
また、素子がエネルギー変換手段を有しているので、素子を動作させるための起電力を蓄積する手段（本例では電源）を配置する必要がなくなるため、素子の小型化が可能となり、狭い個所、もしくは図１１〜図１４のようにインク中など、対象物中のどの個所であっても素子を使用することができる。尚、本実施例では非接触で起電力を供給したが、一時的に外部と接触して起電力を供給した後、外部と非接触となる形態でもよい。
【００５１】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子２１は、外部Ａから素子２１に向かって非接触で供給された起電力２２を電力２３に変換するエネルギー変換手段２４と、エネルギー変換手段２４で得た電力により起動する情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８、受信手段２９とを備え、インクタンク内に配される。第１の実施の形態とは受信機能を有する点で異なる。また、素子を動作させるために供給する起電力は、電磁誘導、熱、光、放射線などが適用できる。また、少なくともエネルギー変換手段２４と情報入手手段２５と受信手段２９は素子の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。
【００５２】
情報入手手段２５は、素子２１の周囲環境情報であるインクタンク内の情報を入手する。受信手段２９は外部Ａまたは外部Ｂからの入力信号２０を受信する。判断手段２６は、受信手段２９からの入力信号に応じて、情報入手手段２５にタンク内部情報を入手させ、この入手したタンク内部情報と情報蓄積手段２７に記憶してある情報とを比較し、入手したタンク内部情報が所定の条件を満たすかどうかを判断する。情報蓄積手段２７は、入手するタンク内部情報と比較する諸条件や情報入手手段２５より入手したタンク内部情報を蓄積する。情報伝達手段２８は、判断手段２６の命令によって電力を、タンク内部情報へ伝達するためのエネルギーに変換して、判断手段２６による判断結果を外部Ａまたは外部Ｂまたは外部Ｃへ表示、伝達する。
【００５３】
図４は図３に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図３及び図４を参照すれば、外部Ａから素子２１に向かって起電力２２を与えると、エネルギー変換手段２４は起電力２２を電力２３へと変換し、その電力により情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８および受信手段２９を起動する。
【００５４】
この状態において、外部Ａ又は外部Ｂから素子２１にインクタンク内の情報を聞くための信号３０を送信する。この入力信号３０は例えばインクタンク内にまだインクが残っているかどうかを素子に聞くための信号であり、受信手段２９で受信される（図４のステップＳ２１）。すると、判断手段２６は、情報入手手段２５によりインクタンク内の情報、例えばインクの残量、インクの種類、温度、ｐｈなどの情報を入手させ（図４のステップＳ２２）、かつ入手したタンク内部情報と参照するための条件を情報蓄積手段２７より読み出し（図２のステップＳ２３）、入手したタンク内部情報が設定条件を満たすかどうかを判断する（図４のステップＳ２４）。
【００５５】
ステップＳ２４において入手情報が設定条件を満たさないと判断した場合にはその満たしていない旨を、入手情報が設定条件を満たすと判断した場合にはその満たしている旨を外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに伝達する（ステップＳ２５，Ｓ２６）。このとき、判断結果に併せて入手情報も伝達してもよい。この伝達は、エネルギー変換により得た電力を情報伝達手段２８で、インクタンク内の情報を外部へ伝達するためのエネルギーへ変換することで行なう。この伝達するためのエネルギーは磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、判断結果に応じて変化させ、また、判断すべき質問内容（例えば、インク残量が２ミリリットル以下であるかや、インクのｐｈが変化しているか等）に応じて、その伝達方法を変えてもよい。
【００５６】
なお、外部Ａ又は外部Ｂからの入力信号３０と共に起電力をも素子２１に与えても良く、例えばその起電力が電磁誘導の場合はインクの残量について聞くための信号、光の場合はｐｈを聞くための信号など使い道を分けて与えても良い。
【００５７】
本実施形態によれば、外部からの信号を受信する機能を有しているため、第１の実施の形態による効果に加え、外部からの様々な種類の信号による質問に対して返答することが可能となり、素子と外部とで情報のやり取りを行うことができる。
【００５８】
なお、インクタンク内に配するのに好適な素子について述べたため、情報入手手段を備えたものとしたが、これを持たず、素子に予め記憶してある情報を外部からの入力信号に応じて外部に出力する立体形半導体素子を本実施形態の基本構成とする。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子３１は、外部Ａから素子３１に向かって非接触で供給された起電力３２を電力３３に変換するエネルギー変換手段３４と、エネルギー変換手段３４で得た電力を用いて浮力を発生させる浮力発生手段３５とを備え、インクタンク内のインク中に配される。
【００６０】
このような形態では、外部Ａから素子３１に向かって起電力３２を与えると、エネルギー変換手段３４が起電力３２を電力３３へと変換し、その電力３３を用いて浮力発生手段３５が浮力を発生し、素子３１をインク液面で浮遊させる。この浮力は必ずしもインク液面だけでなく、インクが空の状態で吐出を行うのを防止するために、素子の位置が必ずインク液面から一定距離下方に存在するようにしてもよい。
【００６１】
例えば図６にインクタンクのインク中に浮遊させた素子の位置を、インクの消費変化とともに示す。図６に示すようなタンクではインク供給口３６より負圧発生部材３７のインクが外部へ導出されるのに伴い、消費された分のインクが負圧発生部材３７に保持される。これにより、生インク３８中の立体形素子３１は、インク液面Ｈから一定距離下方に存在した状態で、インクの消費によるインク液面Ｈの位置の低下と共に移動する。
【００６２】
図７は素子３１の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。図５及び図７のステップＳ３１〜Ｓ３４を参照すると、外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）により素子３１に向けて光を発信し、その光を外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）又は外部Ｃで受信することにより素子３１の位置が検知され、この素子の位置によりインクタンク交換の必要があるか等をインクジェット記録装置が判断し、必要がある場合はタンク交換を音や光等で報知する。
【００６３】
この素子の位置の検出は、発光手段と受光手段が対向して設けられていて、素子の部分が光を通さないことにより位置が確認されるもの、もしくは発光手段から発した光が受光手段に向けて反射することにより確認されるものなどが用いられる。
【００６４】
本実施形態によれば、液体の比重が異なるなど素子が用いられる環境により素子に必要な浮力などが変化する場合においても、外部からの起電力をエネルギー変換手段により変換して所望の位置に常に素子が存在するように設定することができるので、素子が置かれる環境に関わらず素子を使用することが可能である。
【００６５】
なお、本実施形態は上述した第１及び第２の実施の形態に適宜組み合わせることも可能である。
【００６６】
（第４の実施の形態）
図８は本発明の第４の実施の形態である立体形半導体素子の使用方法を説明するための概念図である。
【００６７】
本実施形態は第１又は第２の実施形態の立体形半導体素子に他の素子に情報を伝達する機能を付与し、これらを対象物中に複数配置した構成である。
【００６８】
図８（Ａ）の例では、第１の実施の形態の立体形半導体素子が対象物中に複数配されており、各素子に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されると、各素子が周囲環境情報をそれぞれ入手し、素子４１の入手情報ａは素子４２へ、素子４１及び素子４２の入手情報ａ，ｂは次の素子へと順次伝達され、最後の素子４３はすべての入手情報を外部Ａ又は外部Ｂに伝達する。
【００６９】
また、図８（Ｂ）の例では、第２の実施の形態の立体形半導体素子が対象物中に複数配され、各素子に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されており、外部Ａ又は外部Ｂより例えば素子５３に信号による所定の質問が入力されると、質問内容に対応する素子５１又は５２は質問に応じた情報を入手して回答を行ない、素子５１又は５２の質問回答は他の素子へと順次伝達され、所望の素子５３より外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに返答される。
【００７０】
また、図８（Ｃ）の例では、第２の実施の形態の立体形半導体素子が対象物中に複数配され、各素子に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されており、外部Ａ又は外部Ｂより例えば素子６３に対してある信号が入力されると、その信号は素子６２および素子６１へと順次伝達され、素子６３により外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃへ表示を行なう。
【００７１】
なお、図８（Ａ）〜（Ｃ）の例では、複数の立体形半導体素子の一つに第３の実施の形態の浮力発生手段を備えたものを使用してもよい。
【００７２】
また図９は、インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態を適宜組み合わせた立体形半導体素子を配置した例を示している。この例では、第１の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段および他の素子７９への情報伝達機能を付加した立体形半導体素子７１がインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２のインク供給口７４と連結した液路７５及び液室７６を通じて供給されたインクを印字のために吐出口７７から吐出する記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた第２の実施の形態の立体形半導体素子７９が配置される。この素子７９への電力供給は素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【００７３】
そして、各素子７１，７９に外部から起電力を供給すると、インク中の素子７１は例えばインクの残量情報を入手し、記録ヘッド側の素子７９は例えばタンク交換のためのインク残量を判断するＩＤ情報を素子７１に伝達する。すると、素子７１は入手したインク残量とＩＤを比較し、一致したときのみ、素子７９に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子７９はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。
【００７４】
以上のように、素子をある対象物中に複数配することで、複雑な情報の条件を設定することが可能となる。
【００７５】
また、図８及び図９に示した例では、各々の立体形半導体素子に起電力を供給する構成としたが、これに限らず、ある素子に供給した起電力を情報とともに他の素子に順次伝達する構成であってもよい。例えば図１０に示すように、第１の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段と他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能を付加した立体形半導体素子８１及び、第２の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段と他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能を付加した立体形半導体素子８２がそれぞれ、図９と同様のインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２と連結した記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた第２の実施の形態の立体形半導体素子８３が配置される。この素子８３への電力供給は素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【００７６】
そして、素子８１に外部から起電力を供給すると、インク中の素子８１は例えばインクの残量情報を入手して、この情報を内部の規定条件と比較し、他の素子へ伝達の必要がある場合は入手したインク残量情報を素子８２に、素子８２を動作させる起電力とともに伝達する。起電力が供給された素子８２は、素子８１から伝達されたインク残量情報を受信するとともに、例えばインクのｐｈに関する情報を入手し、記録ヘッド側の素子８３に、素子８３を動作させる起電力を伝達する。すると、起電力が供給された記録ヘッド側の素子８３は例えばタンク交換のためのインク残量又はインクのｐｈを判断するＩＤ情報を素子８２に伝達する。そして素子８２は、入手したインク残量情報およびｐｈ情報とＩＤを比較し、一致したときのみ、素子８３に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子８３はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。このように、ある素子から他の素子へと情報とともに起電力を供給する方法も考えられる。
【００７７】
なお、記録ヘッド７８は、液路内でヒーター等の電気熱変換素子の熱によりインクを発泡させ、その気泡成長エネルギーにより、液路と連通する微小開口よりインクを吐出するものが考えられる。
【００７８】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態の立体形半導体素子を適用できるインクタンクの構成例を図１１〜図１４に示す。図１１に示すインクタンク５０１は、インクを収納した可撓性のインク袋５０２を筐体５０３内に配置し、筐体５０３に固定したゴム栓５０４で袋口５０２ａを閉じておき、インク導出用の中空針５０５をゴム栓５０４に突き刺して袋内に連通させることで、不図示のインクジェットヘッドへインク供給を行なうものである。このようなインクタンク５０１のインク袋５０２内に本発明の立体形半導体素子５０６を配置することができる。
【００７９】
また、図１２に示すインクタンク５１１は、インク５１３を収容した筐体５１２のインク供給口５１４に、インクを記録紙Ｓに向けて吐出し記録を行なうインクジェットヘッド５１５を取付けたものである。このようなタンク５１１内のインク５１３中に本発明の立体形半導体素子５１６を配置することができる。
【００８０】
また、図１３に示すインクタンク５２１は図６、図９、図１０に示したタンクと同様のタンクであり、インク５２２を収容する完全密閉状態の第１室と、負圧発生部材５２３を収納する大気連通状態の第２室と、タンク最下部で第１室と第２室を連通させる連通路５２４とを備えたものである。第２室側のインク供給口５２５よりインクが消費されると、第２室側より大気が第１室へ入ることに替わって第１室のインク５２２が第２室に導出される。このような構成のタンク５２１において第１室と第２室とにそれぞれ本発明の立体形半導体素子５２５，５２６を配し、分割された各々の室のインクに関する情報をやり取りしてもよい。
【００８１】
また、図１４に示すインクタンク５３１は、インクを保持した多孔質部材５３２を収納し、収納インクを記録のために使用するインクジェットヘッド５３３を取付けたものである。このような構成のタンク５３１においても、図９、図１０に示したタンクと同様に、インクタンク側とインクジェットヘッド側にそれぞれ本発明の立体形半導体素子５３４，５３５を配し、分割された各々の構成部内のインクに関する情報をやり取りしてもよい。
【００８２】
次に、本発明の立体形半導体素子を備えたインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の構成例を図１５に概略図で示す。図１５に示されるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ６０１は、印字記録のためにインクを吐出する液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する図１１〜図１４に示したようなインクタンクとを有するものである。また、該インクタンク内に配された立体形半導体素子へ外部エネルギーである起電力を供給する手段６２２や前記素子と情報を双方向に通信する手段（不図示）が記録装置６００内に設置されている。
【００８３】
ヘッドカートリッジ６０１は、図１５に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６０７ともとにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。インクジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【００８４】
リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。
【００８５】
インクジェット記録装置６００には本体支持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９には移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持されている。移動部材６１８には、クリーニングブレード６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニングブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するためのレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカートリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、図１５では示されていない。
【００８６】
上述した構成を有するインクジェット記録装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給手段からヘッドカートリッジ６０１に駆動信号が供給されると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部から被記録媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行われる。
【００８７】
【実施例】
次に、本発明の立体形半導体素子をインクタンク内に配置する場合の好ましい具体例を更に詳しく説明する。
【００８８】
まず、本発明の立体形半導体素子に適用可能な情報入手手段を例に挙げる。インクタンク内に配置される立体形半導体素子が球状シリコンに作り込まれる場合、上記の実施の形態で説明した情報入手手段としては、（１）ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜をイオン感応膜として作り、インクのｐＨを検知するセンサーや、（２）ダイヤフラム構造を有し、タンク内の圧力変化を検知する圧力センサーや、（３）光を熱エネルギーに変換し、焦電効果を有するフォトダイオードを作り込み、現在の位置を検出し、インク残量を検知するセンサーや、（４）材料の導電効果を用いて、タンク内の水分量により、インク有無を検知するセンサー等を挙げられる。
【００８９】
次に、本発明の立体形半導体素子に適用可能なエネルギー発生手段の具体例を挙げる。図１６は本発明の立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー発生手段の電力発生原理を説明するための図である。
【００９０】
図１６において、外部共振回路１０１のコイルＬａに隣接して、発振回路１０２の導電体コイルＬを置き、外部共振回路１０１を通じてコイルＬａに電流Ｉａを流すと、電流Ｉａによって発振回路１０２のコイルＬを貫く磁束Ｂが生じる。ここで、電流Ｉａを変化させるとコイルＬを貫く磁束Ｂが変化するので、コイルＬには誘導起電力Ｖが生じる。したがって、球状シリコンにエネルギー発生手段としての発振回路１０２を作り込み、素子外部の例えばインクジェット記録装置に外部共振回路１０１を、素子側の発振回路１０２の導電体コイルＬと素子外部の共振回路１０１のコイルＬａとが隣接するように配設する事により、外部からの電磁誘導による誘導起電力で、素子を動作させる電力を発生することが出来る。
【００９１】
また、球状シリコンにエネルギー発生手段として作り込んだ発振回路１０２の巻き数ＮのコイルＬを貫く磁束Ｂは、外部共振回路１０１のコイルＬａの巻き数Ｎａと電流Ｉａの積に比例するから、比例定数をｋとして、
【００９２】
【数１】
Ｂ＝ｋ＊Ｎａ＊Ｉａ ▲１▼
コイルＬに生じる起電力Ｖは、
【００９３】
【数２】
ここで、磁束Ｂは、コイルの磁心の透磁率をμａ、磁界をＨとすると、
【００９４】
【数３】
となる。ここで、ｚは、外部共振回路のコイルと球状シリコンに作り込んだコイルとの距離を示している。
【００９５】
▲２▼式の相互インダクタンス：Ｍは、
【００９６】
【数４】
となる。ここで、μｏは、真空の透磁率である。
【００９７】
そして、球状シリコンに作り込んだ発信回路のインピーダンス：Ｚは、
【００９８】
【数５】
Ｚ（ω）＝Ｒ＋ｊ｛ωＬ−（１／ωＣ）｝ ▲５▼
と表され、外部共振回路のインピーダンス：Ｚａは、
【００９９】
【数６】
Ｚａ（ω）＝Ｒａ＋ｊωＬａ−｛ω２Ｍ２／Ｚ（ω）｝ ▲６▼
となる．ここで、Ｊは、磁化を表している。そして、この外部共振回路が共振（電流値：Ｉａが最大になるとき）した時のインピーダンス：Ｚｏは、
【０１００】
【数７】
Ｚｏ（ωｏ）＝Ｒａ＋ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ） ▲７▼
となり、この共振回路の位相の遅れ：φは、
【０１０１】
【数８】
ｔａｎφ＝｛ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ）｝／Ｒ ▲８▼
となる。
【０１０２】
そして、この外部共振回路の共振周波数：ｆｏは、
【０１０３】
【数９】
ｆｏ＝１／２π（ＬＣ）１／２ ▲９▼
で求められる。
【０１０４】
上記のような関係から、球状シリコンに作り込んだ発振回路１０２のインピーダンスが、インクタンク内のインクの変化に応じて可変すると、外部共振回路１０１の周波数を変化させて、外部共振回路１０１のインピーダンスの振幅および位相差に、上記のインクの変化が表れてくる。さらには、この位相差や振幅には、インク残量（即ち、ｚの変化）も含まれている。
【０１０５】
例えば、外部共振回路１０１の共振周波数を可変することで、球状シリコンに作り込んだ発振回路１０２からの出力（インピーダンス）が、周囲の環境変化に応じて、変化するので、この周波数依存性を検出することで、インクの有無やインク残量を検出することが出来る。
【０１０６】
したがって、球状シリコンに作り込む発振回路は、電力を発生させるエネルギー発生手段としてのみならず、その発振回路と外部共振回路との関係で、タンク内のインクの変化を検知する手段の一部としても使用することが可能である。
【０１０７】
次に、本例の立体形半導体素子の製造方法について説明する。図１７は、本発明の立体形半導体素子の製造方法の一例を説明するための工程図であり、各工程を球状シリコンの中心を通る断面で示している。また、ここでは、球状シリコンの重心を中心より下部になるように作成し、且つ、球面体内部の上部を空洞にして、更に、その空洞部を気密状態に保持する製造方法を例に挙げる。
【０１０８】
図１７（ａ）に示す球状シリコンに対し、その全表面上に図１７（ｂ）に示すように熱酸化のＳｉＯ２膜２０２を形成した後、図１７（ｃ）に示すようにＳｉＯ２膜の一部に開口２０３を形成するため、フォトリソグラフィプロセスを用いて、パターニングをする。
【０１０９】
そして、図１７（ｄ）に示すように、開口２０３を通じてのＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチングにより、上部のシリコン部分のみ除去し、空洞部２０４を形成する。その後、図１７（ｅ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法を用いて、立体形素子の内外表面にＳｉＮ膜２０５を形成する。
【０１１０】
更に、図１７（ｆ）に示すように、メタルＣＶＤ法を用いて、立体形素子の全表面上にＣｕ膜２０６を形成する。そして、図１７（ｇ）に示すように、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてＣｕ膜２０６をパターニングし、発振回路の一部である巻き数Ｎの導電体コイルＬを形成する。その後、導電体コイルＬを形成した立体形素子を真空装置から大気中に出し、上部の開口２０３を樹脂や栓などの封止部材２０７で塞ぎ、球面体内部の空洞部２０４を密閉状態にする。このように製造すれば、第３の実施の形態のように電力を用いて浮力を発生する手段を備えなくても、シリコンからなる立体形半導体素子自体に浮力を持たせることが出来る。
【０１１１】
また、このような浮遊型の立体形半導体素子を製造する前に球状シリコンに形成しておくコイルＬ以外の駆動回路素子はＮ−ＭＯＳ回路素子を用いている。図１８に、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図を示す。
【０１１２】
図１８によれば、Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭｏｓプロセスを用いたイオンプランテーション等の不純物導入および拡散により、Ｎ型ウェル領域４０２にＰ−Ｍｏｓ４５０が構成され、Ｐ型ウェル領域４０３にＮ−Ｍｏｓ４５１が構成されている。Ｐ−Ｍｏｓ４５０およびＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数百オングストロームのゲート絶縁膜４０８を介して、４０００オングストローム以上５０００オングストローム以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５、およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入をしたソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成され、それらＰ−Ｍｏｓ４５０とＮ−Ｍｏｓ４５１によりＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【０１１３】
素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１は、やはり不純物導入および拡散等の工程により、Ｐ型ウェル基板４０２上のドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成されている。
【０１１４】
ここで、素子駆動ドライバとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１を使うと、１つのトランジスタを構成するドレインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０μｍとなる。その１０μｍの内訳の１つは、ソースとドレインのコンタクト４１７の幅であり、それらの幅分は２×２μｍであるが、実際は、その半分が隣のトランジスタとの兼用となるため、その１／２の２μｍである。内訳の他は、コンタクト４１７とゲート４１３の距離分の２×２μｍの４μｍと、ゲート４１３の幅分の４μｍであり、合計１０μｍとなる。
【０１１５】
各素子間には、５０００オングストローム以上１００００オングストローム以下の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４５３が形成され、素子分離されている。このフィールド酸化膜は、一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【０１１６】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００オングストロームの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳＧ膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされてから、コンタクトホールを介して、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行なわれている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜４１８を１００００オングストローム以上１５０００オングストローム以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを形成した。
【０１１７】
このＮ−Ｍｏｓ回路を、図１７のように浮遊型の立体形半導体素子を形成する前に形成しておく。そして、本発明のエネルギー発生手段としての発振回路や情報入手手段としてのセンサ部などとの接続を上記スルーホールを介して行なう。
【０１１８】
また、本例の浮遊型の立体形半導体素子を配したインクタンクがどのような状態においても、上述のような製法で球状シリコンに作り込まれた発振回路と、図１６に示した外部共振回路との間で、安定した磁束（磁界）が働いている必要がある。しかし、インクなど液体中に浮遊した場合、外部振動により液面が振動をすることがある。そのような場合でも、液体中で安定した状態を保持するために、本例では、浮遊型の立体形半導体素子の重心を決定している。
【０１１９】
図１９で示しているように、液体中に本例のボール形半導体素子２１０を浮遊させた場合、図１９（ａ）のように、釣り合いの状態にあるためには、
（１）浮力Ｆ＝物体の重量Ｗ
（２）浮力の作用線と重量の作用線（重心Ｇを通る線）が一致
という関係が成り立っていることが必要である。
【０１２０】
そして、図１９（ｂ）のように、外力により液体が振動して、立体形半導体素子２１０が、釣り合いの状態から少し傾いた時、浮力の中心が移動し、浮力と重量とで偶力となる。
【０１２１】
ここで、釣り合いの状態にあるときの重量の作用線（図１９（ｂ）中の一点鎖線）と、傾いたときの浮力の作用線（図１９（ｂ）中の実線）との交点をメタセンタと呼び、メタセンタと重心との距離ｈをメタセンタの高さと呼ばれている。
【０１２２】
本例のように、立体形半導体素子２１０のメタセンタが重心より高い位置にあるので、偶力（復元力）は元の釣り合いの位置に戻そうとする向きに作用する。この復元力：Ｔは、
【０１２３】
【数１０】
で表される。ここで、立体形半導体素子２１０が排除した液体の体積をＶと、立体形半導体素子２１０の比重量をρｇとしている。
【０１２４】
そこで、この復元力を正にするためには、ｈ＞０となることが必要十分条件である。
【０１２５】
そして、図１９（ｂ）から、
【０１２６】
【数１１】
【０１２７】
となる。ここで、ＩはＯ軸回りの慣性モーメントである。よって、
【０１２８】
【数１２】
【０１２９】
となることが、ボール形半導体素子２１０が、インク中で安定して浮遊し、外部共振回路からの誘電起電力の供給や、素子外部の通信手段との双方向通信を行うための必要条件となる。
【０１３０】
この時の外部通信手段との双方向通信方法としては、マイクロ波帯周波数を用いる無線ＬＡＮシステムや、準ミリ波・ミリ波帯周波数を利用する無線アクセスシステムを適用することが出来る。
【０１３１】
ここで、無線ＬＡＮシステムによる送受信の概要を説明する。下記では、立体形半導体素子から記録装置へのデータ送信について述べる。尚、逆に記録装置側から立体形半導体素子へのデータ送信を行う場合は、それぞれ側にデータＩＤを配しており、それによって、識別される。
【０１３２】
送信側の立体形半導体素子には、ライン監視部、データ・ハンドリング部、アクノリッジ・チェック部、エラー処理部を有し、受信側の記録装置には、データ・ハンドリング部、アクノリッジ部、エラー処理部、そして、表示部などが付設されている。
【０１３３】
送信側の立体形半導体素子でのフローチャートを図２０に示す。データの送信を行う場合、決められた送信プロコトルにより、初期設定を行った後、受信側のアドレスを設定し、データの送信を行う。送信中に信号の衝突が発生したり、あるいは、指定した受信側の装置からアクノリッジが返って来なかったときは再送を行う。動作中は、ラインの状態やアクノリッジの有無について、受信側の記録装置などに設けた表示部上に表示し、ユーザに的確な判断をうながす。
【０１３４】
受信側の記録装置でのフローチャートを図２１に示す。この受信側では、常にライン監視を行い、自分のアドレスを確認したら、ラインからデータを取り込み、メイン・メモリ上のバッファに蓄積していく。受信中に、１６バイト毎のブロック・マークが確認出来なかったり、あるいは受信終了後の誤り検出処理でチェックサムが一致しなかった場合は、受信エラーとして、受信を中断し、再度ラインを監視し、ヘッダの到着を待つ。エラー無く受信出来た場合には、表示部上に受信内容を表示する。
【０１３５】
以上のような実施例の立体形半導体素子では、素子を起動させる電力を供給する外部エネルギーとしてコイルによる電磁誘導を使用したが、これ以外に光を使用してもよく、この光の明暗を電気信号に変換する場合は、光の照射により抵抗値が変化する材料（例えば、光導電体）を用いて、光導電効果により電力を発生させることができる。光導電体としては例えば、ＣｄＳ，ＩｎＳｂやＨｇ０．８Ｃｄ０．２Ｔｅなどの二元合金／三元合金や、ＧａＡｓ，Ｓｉ，Ｖａ−Ｓｉなどが用いられる。さらに、起電力として熱を使用する場合は、物質の放射エネルギーから量子効果により電力を発生させることができる。
【０１３６】
また、本実施例の立体形半導体素子は、着脱可能に装着されたインクタンクに収容されたインクをインクジェット記録ヘッドに供給し、その記録ヘッドから噴射するインク滴で記録用紙に印字するインクジェットプリンタに関してのインク情報およびタンク情報を検知し、該インクジェットプリンタに該情報を伝送して、最適な方法でプリンタを制御したり、タンク内の状態を最適維持する制御をするインクジェットプリンタに好ましく適用される。
【０１３７】
尚、本実施例ではインクジェット記録装置の外装は不図示であるが、外装のカバーを半透明など中の状態が見れるものを用い、インクタンクも半透明のものを用いた場合には光を伝達手段として用いると、タンクの光をユーザーが見れるので、例えば「タンクを交換したい」ことが分かり易く、ユーザーに、タンクを交換しようとする意欲を持たせることができる。（従来は装置本体のボタンが光るが、いくつかの表示機能を兼ねているため、光っても何を知らせたいのかユーザーには分かりにくい。）
【０１３８】
【発明の効果】
本発明のインクタンクに備わる立体形半導体素子は、外部エネルギーの変換手段と、該エネルギー変換手段で変換されたエネルギーにより作動する外部の環境情報の入手手段および、情報蓄積手段、入手情報と蓄積情報を比較し判断する判断手段、入手情報を外部へ表示又は伝達する情報伝達手段とを備えることで、この素子の立体形という形状を活かして、周囲環境情報の入手を効率良く行なえる。また、平板形の半導体素子を用いる場合と比べて、情報伝達の方向の制限も少ない。さらには、外部からの信号を受信する通信手段を備え、この受信信号に応じた情報を入手して、蓄積情報との比較判断結果をその入手情報とともに外部へ伝達することで、外部装置と双方向に信号のやり取りを行なうことも可能である。
【０１３９】
このような立体形半導体素子をインクタンク内に少なくとも一つ配することで、インクタンク内に収容したインクに関する情報や、タンク内の圧力などをリアルタイムで外部の例えばインクジェット記録装置に伝達させることが可能である。これは、例えばインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内の負圧量を制御してインクジェット吐出を安定化する上で有利である。
【０１４０】
さらに、立体形半導体素子を動作させるための外部エネルギーを非接触で供給する構成であるので、素子の起動のためのエネルギー源をインクタンクに持たせたり、エネルギー供給用の配線を素子に接続する必要がなく、外部との直接的な配線を施すことが困難な箇所に使用することができる。
【０１４１】
例えば、素子の起動エネルギーを電力とした場合は、外部エネルギー変換手段として発振回路の導電体コイルを立体形半導体素子の外表面に巻き付けるように形成することにより、外部の共振回路との間で電磁誘導によって導電体コイルに電力を発生させて、素子に非接触で電力を供給することができる。
【０１４２】
この場合、素子の外表面にはコイルが巻き付けられているので、そのコイルのインダクタンスの大きさはインクタンク内の例えばインクの残量、インク濃度、インクｐＨに応じて変化する。したがって、発振回路はそのインダクタンスの変化に応じて発振周波数を変更するので、その変更される発振周波数の変化に基づいてインクタンク内のインクの残量などを検出することも可能である。
【０１４３】
そして、立体形半導体素子は、液中に浮遊するための空洞部を有するとともに、素子の重心が、当該素子の中心より下部に位置するように形成されているので、例えば、インクジェット記録装置に搭載された記録ヘッドおよびインクタンクが、シリアルに動作し、インクタンク内のインクが上下左右に揺動しても、安定してインクタンク内のインク中に浮遊しながら、インクに関する情報や、タンク内の圧力などを精度良く検出することができる。その上、素子に形成した上記の発振回路のコイルを、外部の共振回路のコイルに対して安定した位置で保持し、常に安定した双方向通信をも可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図２】図１に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図４】図３に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図６】インクタンクのインク中に浮遊させた図３の構成の素子の位置を、インクの消費変化とともに示す図である。
【図７】図３に示す構成の素子の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施の形態である立体形半導体素子の使用方法を説明するための概念図である。
【図９】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態を適宜組み合わせた立体形半導体素子を配置した例を示す図である。
【図１０】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にて、ある立体形半導体素子に供給した起電力を情報とともに他の立体形半導体素子に順次伝達する構成例を示す図である。
【図１１】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１２】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１３】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１４】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１５】図１１〜図１４などに示すインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の一例を示す斜視図である。
【図１６】本発明の立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー発生手段の電力発生原理を説明するための図である。
【図１７】本発明の立体形半導体素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図１８】本発明の立体形半導体素子に使用するＮ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図である。
【図１９】図１７で示す方法で製造した立体形半導体素子が液体中で安定した状態を保持するための条件を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施例による立体形半導体素子と記録装置とで双方向通信を行なう場合の、送信側の立体形半導体素子でのフローチャートを示す図である。
【図２１】本発明の実施例による立体形半導体素子と記録装置とで双方向通信を行なう場合の、受信側の記録装置でのフローチャートを示す図である。
【図２２】特開平６−１４３６０７号に記載のインク残量検知装置を示す図である。
【図２３】特登録２９４７２４５号に記載のインク残量検知装置を示す図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１〜４３、５１〜５３、６１〜６３、７１、７９、８１〜８３ 立体形半導体素子
１２、２２、３２ 起電力
１３、２３、３３ 電力
１４、２４、３４ エネルギー変換手段
１５、２５ 情報入手手段
１６、２６ 判断手段
１７、２７ 情報蓄積手段
１８、２８ 情報伝達手段
２９ 受信手段
３０ 入力信号
３５ 浮力発生手段
３６ インク供給口
３７ 負圧発生部材
７２ インクタンク
７３ インク
７４ インク供給口
７５ 液路
７６ 液室
７７ 吐出口
７８ インクジェット記録ヘッド
１０１ 外部共振回路
１０２ 発振回路
２０１ 球状シリコン
２０２ ＳｉＯ２膜
２０３ 開口
２０４ 空洞部
２０５ ＳｉＮ膜
２０６ Ｃｕ膜
２０７ 封止部材
２１０ ボール形半導体素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクタンクの情報（例えばインク残量）を検知し、その情報を外部へ表示、伝達する機能を有する半導体素子を備えたインクタンクに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、記録ヘッドに設けた複数の噴射ノズルからインクを噴射させながら、記録ヘッドを搭載したキャリッジを印字方向に移動することで、画像をドットパターンで用紙に印字するようにしたインクジェット記録装置においては、記録用のインクを収容したインクタンクを設け、そのインクタンクのインクをインク供給路を介して記録ヘッドに供給するようにしている。そこで、そのインクタンクのインクの残量を検出するようにしたインク残量検出装置が実用に供されるととにも、種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開平６−１４３６０７号によれば、図２２に示すように非導電性のインクが満たされているインクタンク７０１の底側の内面に２本（１対）の電極７０２が配設され、インクタンク７０１内のインク中には、電極７０２と対向位置にある電極７０４が配設された浮揚体７０３が浮揚している。２本の電極７０２は、両電極の導通状態を検知する検知部（不図示）にそれぞれ接続されており、両電極の導通状態を検知すると、インクタンク７０１内のインクが無いことを示すインク残量エラーを発し、インクジェット記録ヘッド７０５の動作を停止させることが開示されている。
【０００５】
また、特登録２９４７２４５号によれば、図２３に示すように下部が底面に向かって漏斗状に形成されるとともに、底面に２つの導電体８０１，８０２が設けられ、インク８０３よりも比重の小さい金属球８０４が内部に設置される構成のインクジェットプリンタ用インクカートリッジ８０５が開示されている。このような構成では、インク８０３が消費されて減っていくとインク８０３の液面が下がる。それに伴って、インク８０３の表面に浮かんでいる金属球８０４の位置が下がっていく。インク８０３の液面がインクカートリッジ筺体の底面の位置まで下がると、金属球８０４は２つの導電体８０１，８０２に接する。すると、導電体８０１，８０２が導通するので、その間に電流が流れる。その通流を検出すれば、インクエンド状態を検出することができる。インクエンド状態が検出されれば、インクエンド状態を示す情報が使用者に知らされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来公報に代表するような、インクタンク内のインク残量を検出する構成が知られているが、このような構成ではインクタンク内に検出用の電極を配置する必要がある。また、電極間の導通状態によりインク残量を検知するため、インク成分に金属イオンが用いられない等の、使用するインクに制約が生じてしまう。
【０００７】
また、上記の構成ではインク残量しか検知することが出来ず、その他のタンク内情報を外部が知ることが出来ない。例えばインクタンク内の圧力情報、インク物性の変化などは、インクジェットヘッドを常に安定した吐出量で動作するために重要なパラメータであり、タンク内のインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内圧を外部のインクジェット記録装置にリアルタイムで知らせたり、インク物性の変化を外部へ伝達できるタンクが望まれている。
【０００８】
さらに、一方的にインクタンク内の検知した情報を外部へ知らせるのみならず、外部からの問いかけに対して内部情報を返答するような双方向の情報のやり取りを実施できるインクタンクが望まれている。
【０００９】
上記のようなインクタンクを開発するにあたって、本発明者らは、直径１ミリのシリコン・ボールの球面上に半導体集積回路を形成するというボール・セミコンダクター社のボール・セミコンダクターに着目した。このボールセミコンダクターは球形であるため、これをインクタンク内に収容すれば、周囲環境情報の検出や外部との双方向の情報のやり取りを平面形に比べて非常に効率良く行えることが予想された。しかしながら、このような機能を持つものを調査したところ、ＵＳＰ５８７７９４３号のようにボール・セミコンダクター同士を電気配線で接続する技術などが存在するだけで、上記の機能を持つ素子自体の開発が必要となった。また、この素子がインクタンクに有効に適用できるものである為には、クリアしなければならない課題もあった。課題の一つは、タンク内に収容された素子を起動させるための電力の供給である。素子の起動のための電源をインクタンクに持たせるとタンクが大型になったり、タンク外部に電源を備える場合でも電源と素子との接続手段が必要になり、タンクの製造コストが増え、タンクカートリッジが高価になるので、外部より非接触で素子を起動させねばならない。
【００１０】
更なる課題としては、インクタンクのインク液面や液面より一定の距離沈んだインク中で浮遊し得ることである。例えばインクタンク内のインク消費に伴う負圧量の変動を経時的に監視するにはインク液面に素子が位置するのが望ましいが、素子は水より比重の大きいシリコンからなるため、インクに浮遊させることが困難である。
【００１２】
本発明の目的は、インクタンク内の詳細な情報をリアルタイムで検出し、外部のインクジェット記録装置と双方向に情報のやり取りを行うことができる立体形半導体素子を配したインクタンクを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、外部からのエネルギーを異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、外部からの信号を受信する受信手段と、外部の環境情報を入手する情報入手手段と、前記情報入手手段による入手情報と比較するための情報を蓄積する情報蓄積手段と、前記受信手段で受信した信号に応じて前記情報入手手段に外部環境情報を入手させ、当該入手情報とこれに対応する前記情報蓄積手段に蓄積された情報とを比較し、前記入手情報が所定の条件を満たすかどうかの判断を下す判断手段と、前記判断手段による判断結果を外部へ表示又は伝達する情報伝達手段とを備え、前記受信手段、前記情報蓄積手段、前記判断手段、および前記情報伝達手段は前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーにより作動する立体形半導体素子が、インクを吐出する吐出ヘッドに供給するインクを収容したインク貯留部に少なくとも１つ配されているインクタンクであって、前記立体形半導体素子が、前記インク貯留部のインク液面もしくはインク液中の所定の高さで浮遊するための空洞部を有し、前記立体形半導体素子の重心が当該立体形半導体素子の中心より下部に位置するとともに、当該立体形半導体素子のメタセンタが前記重心より常に上部に位置するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
前記情報伝達手段は他の立体形半導体素子にも表示または伝達するものであってもよく、前記受信手段は他の立体形半導体素子からの信号をも受信するものであってもよい。さらに上記のような立体形半導体素子は、起電力を他の立体形半導体素子に付与する機能を有してもよい。
【００１７】
上記のような立体形半導体素子では、前記エネルギー変換手段が変換する外部エネルギーは非接触で供給されることが好ましい。
【００１８】
また、上記のような立体形半導体素子において、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーは電力である。前記エネルギー変換手段が電力に変換する外部エネルギーは電磁誘導または熱または光または放射線による起電力が考えられる。
【００１９】
この場合の前記情報伝達手段は、前記エネルギー変換手段により変換された電力を、前記外部に対して情報を表示または伝達するためのエネルギーである磁界または光または形または色または電波または音に変換するものが考えられる。
【００２０】
また、前記エネルギー発生手段は、外部共振回路との間で電磁誘導によって電力を発生する導電体コイルおよび発振回路を有するものが考えられ、前記導電体コイルは立体形半導体素子の外表面に巻き付くように形成されていることが好ましい。
【００３０】
なお、本明細書中の「メタセンタ」とは、釣り合いにある時の重量の作用線と、傾いたときの浮力の作用線との交点を示す。
【００３１】
また本明細書中の「立体形半導体素子」の「立体形」とは、三角柱、球、半球体、四角柱、回転楕円体、一軸回転体など、種々の立体形を全て含む。
【００３２】
外部エネルギーの供給方法は、インクジェット記録装置に用いられる場合、素子に外部エネルギーとして起電力を供給する手段は回復ポジション、リターンポジション、もしくはキャリッジ、ヘッド等に設ければ良い。これ以外にも、起電力を供給する手段を有する装置を用いれば、インクジェット記録装置がなくてもインクタンク内部の状態を知ることができ、例えば工場や販売店で用いれば検査などに用いられる（品質保証）。
【００３３】
上記のとおりのインクタンクに備わる立体形半導体素子では、素子外部から（好ましくは非接触で）特定のエネルギーを与えると、エネルギー変換手段はその外部エネルギーを異なるエネルギーへと変換し、この変換されたエネルギーにより情報入手手段、判断手段、情報蓄積手段、および情報伝達手段を起動する。起動した情報入手手段は、素子周囲の環境情報を入手する。次に、判断手段は、入手情報と参照するための情報を情報蓄積手段より読み出し、この読み出した蓄積情報と入手情報とを比較し、情報伝達の必要性を判断する。そして、情報伝達の必要があると判断した場合に、判断手段は入手情報を情報伝達手段により外部へ伝達させる。
【００３４】
このように周囲環境情報を入手して外部に伝達する機能を立体形の半導体素子に作り込んでいるため、３次元的に情報入手・伝達が可能なので、平板形の半導体素子を用いる場合と比べて、情報伝達の方向の制限も少ない。このため、周囲環境情報の入手、外部への伝達を効率良く行うことができる。
【００３５】
さらには、外部からの信号を受信する通信手段を付加することにより、受信信号に応じた情報を入手して、蓄積情報との比較判断結果をその入手情報とともに外部へ伝達できるので、外部装置と双方向に信号のやり取りを行なうことも可能である。
【００３６】
以上のような立体形半導体素子をインクタンク内に少なくとも一つ配することで、インクタンク内に収容したインクに関する情報や、タンク内の圧力などをリアルタイムで外部の例えばインクジェット記録装置に伝達させることが可能である。これは、例えばインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内の負圧量を制御してインクジェット吐出を安定化する上で有利である。
【００３７】
さらに、立体形半導体素子を動作させるための外部エネルギーを非接触で供給する構成であるので、素子の起動のためのエネルギー源をインクタンクに持たせたり、エネルギー供給用の配線を素子に接続する必要がなく、外部との直接的な配線を施すことが困難な箇所に使用することができる。
【００３８】
例えば、素子の起動エネルギーを電力とした場合は、外部エネルギー変換手段として発振回路の導電体コイルを立体形半導体素子の外表面に巻き付けるように形成することにより、外部の共振回路との間で電磁誘導によって導電体コイルに電力を発生させて、素子に非接触で電力を供給することができる。
【００３９】
この場合、素子の外表面にはコイルが巻き付けられているので、そのコイルのインダクタンスの大きさはインクタンク内の例えばインクの残量、インク濃度、インクｐＨに応じて変化する。したがって、発振回路はそのインダクタンスの変化に応じて発振周波数を変更するので、その変更される発振周波数の変化に基づいてインクタンク内のインクの残量などを検出することも可能である。
【００４０】
そして、立体形半導体素子は、液中に浮遊するための空洞部を有するとともに、素子の重心が、当該素子の中心より下部に位置するように形成されているので、例えば、インクジェット記録装置に搭載された記録ヘッドおよびインクタンクが、シリアルに動作し、インクタンク内のインクが上下左右に揺動しても、安定してインクタンク内のインク中に浮遊しながら、インクに関する情報や、タンク内の圧力などを精度良く検出することができる。その上、素子に形成した上記の発振回路のコイルを、外部の共振回路のコイルに対して安定した位置で保持し、常に安定した双方向通信をも可能にする。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。特に、インクタンク中に素子を配置した場合の実施形態について詳細に説明する。尚、この素子はインクタンクのみに用いられるものでなく、他の対象物中に配して用いても同様の効果が得られる。
【００４２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子１１は、外部Ａから素子１１に向かって非接触で供給された起電力１２を電力１３に変換するエネルギー変換手段１４と、エネルギー変換手段１４で得た電力により起動する情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、情報伝達手段１８とを備え、インクタンク内に配される。素子を動作させるために供給する起電力は、電磁誘導、熱、光、放射線などが適用できる。また、少なくともエネルギー変換手段１４および情報入手手段１５は素子の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。
【００４３】
情報入手手段１５は、素子１１の周囲環境情報であるインクタンク内の情報を入手する。判断手段１６は、情報入手手段１５より入手したタンク内部情報と情報蓄積手段１７に記憶してある情報とを比較し、入手したタンク内部情報を外部へ伝達する必要があるかを判断する。情報蓄積手段１７は、入手するタンク内部情報と比較する諸条件や情報入手手段１５より入手したタンク内部情報を蓄積する。情報伝達手段１８は、判断手段１６の命令によって電力を、タンク内部情報へ伝達するためのエネルギーに変換して、外部Ｂへインク内部情報を表示、伝達する。
【００４４】
図２は図１に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図１及び図２を参照すれば、外部Ａから素子１１に向かって起電力１２を与えると、エネルギー変換手段１４は起電力１２を電力１３へと変換し、その電力により情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、および情報伝達手段１８を起動する。
【００４５】
起動した情報入手手段１５は、素子周囲の環境情報であるインクタンク内の情報、例えば、インクの残量、インクの種類、温度、ｐｈなどの情報を入手する（図２のステップＳ１１）。次に、判断手段１６は、入手したタンク内部情報と参照するための条件を情報蓄積手段１７より読み出し（図２のステップＳ１２）、この読み出した条件と入手したタンク内部情報とを比較し、情報伝達の必要性を判断する（図２のステップＳ１３）。ここで、情報蓄積手段１７に予め設定してある条件に基づく判断は、例えばインク残量が２ミリリットル以下になったり、インクのｐｈが大きく変化したりした為にタンク交換が必要との判断を行うことが挙げられる。
【００４６】
ステップＳ１３において判断手段１６が外部へタンク内の情報を伝達する必要がないと判断した場合には、情報蓄積手段１７に現在のインクタンク内の情報が蓄積される（図２のステップＳ１４）。この蓄積情報は次に情報入手手段１５が入手した情報と判断手段１６で比較してもよい。
【００４７】
またステップＳ１３において、判断手段１６が外部へタンク内の情報を伝達する必要があると判断した場合には、エネルギー変換により得た電力が、情報伝達手段１８で、インクタンク内の情報を外部へ伝達するためのエネルギーへと変換される。この伝達するためのエネルギーは磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、例えばインク残量が２ミリリットル以下になったと判断された場合には音を鳴らしてタンク交換が必要であることを外部Ｂ（例えば、インクジェット記録装置）に伝達する（図２のステップＳ１５）。また、伝達先はインクジェット記録装置のみでなく、特に光、形、色や音などの場合は人の視覚や聴覚に伝達してもよい。さらに、インク残量が２ミリリットル以下になったと判断された場合には音で、インクのｐｈが大きく変化したときには光で知らせるなど、情報に応じてその伝達方法を変えてもよい。
【００４８】
インクジェット記録装置に用いられる場合、素子に外部エネルギーとして起電力を供給する手段は回復ポジション、リターンポジション、もしくはキャリッジ、ヘッド等に設ければ良い。これ以外にも、起電力を供給する手段を有する装置を用いれば、インクジェット記録装置がなくてもインクタンク内部の状態を知ることができ、例えば工場や販売店で用いれば検査などに用いられる（品質保証）。
【００４９】
本実施形態によれば、素子がエネルギー変換手段を有しているので、外部と直接的な電気的配線を行う必要がなくなり、外部と直接的な電気的配線を行うことが困難な個所、例えば図１１〜図１４に示すようなインク中など、対象物中のどの個所であっても素子を使用することができる。インク中に素子を配すれば、インクの状態をリアルタイムで正確に把握することが可能となる。
【００５０】
また、素子がエネルギー変換手段を有しているので、素子を動作させるための起電力を蓄積する手段（本例では電源）を配置する必要がなくなるため、素子の小型化が可能となり、狭い個所、もしくは図１１〜図１４のようにインク中など、対象物中のどの個所であっても素子を使用することができる。尚、本実施例では非接触で起電力を供給したが、一時的に外部と接触して起電力を供給した後、外部と非接触となる形態でもよい。
【００５１】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子２１は、外部Ａから素子２１に向かって非接触で供給された起電力２２を電力２３に変換するエネルギー変換手段２４と、エネルギー変換手段２４で得た電力により起動する情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８、受信手段２９とを備え、インクタンク内に配される。第１の実施の形態とは受信機能を有する点で異なる。また、素子を動作させるために供給する起電力は、電磁誘導、熱、光、放射線などが適用できる。また、少なくともエネルギー変換手段２４と情報入手手段２５と受信手段２９は素子の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。
【００５２】
情報入手手段２５は、素子２１の周囲環境情報であるインクタンク内の情報を入手する。受信手段２９は外部Ａまたは外部Ｂからの入力信号２０を受信する。判断手段２６は、受信手段２９からの入力信号に応じて、情報入手手段２５にタンク内部情報を入手させ、この入手したタンク内部情報と情報蓄積手段２７に記憶してある情報とを比較し、入手したタンク内部情報が所定の条件を満たすかどうかを判断する。情報蓄積手段２７は、入手するタンク内部情報と比較する諸条件や情報入手手段２５より入手したタンク内部情報を蓄積する。情報伝達手段２８は、判断手段２６の命令によって電力を、タンク内部情報へ伝達するためのエネルギーに変換して、判断手段２６による判断結果を外部Ａまたは外部Ｂまたは外部Ｃへ表示、伝達する。
【００５３】
図４は図３に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図３及び図４を参照すれば、外部Ａから素子２１に向かって起電力２２を与えると、エネルギー変換手段２４は起電力２２を電力２３へと変換し、その電力により情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８および受信手段２９を起動する。
【００５４】
この状態において、外部Ａ又は外部Ｂから素子２１にインクタンク内の情報を聞くための信号３０を送信する。この入力信号３０は例えばインクタンク内にまだインクが残っているかどうかを素子に聞くための信号であり、受信手段２９で受信される（図４のステップＳ２１）。すると、判断手段２６は、情報入手手段２５によりインクタンク内の情報、例えばインクの残量、インクの種類、温度、ｐｈなどの情報を入手させ（図４のステップＳ２２）、かつ入手したタンク内部情報と参照するための条件を情報蓄積手段２７より読み出し（図２のステップＳ２３）、入手したタンク内部情報が設定条件を満たすかどうかを判断する（図４のステップＳ２４）。
【００５５】
ステップＳ２４において入手情報が設定条件を満たさないと判断した場合にはその満たしていない旨を、入手情報が設定条件を満たすと判断した場合にはその満たしている旨を外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに伝達する（ステップＳ２５，Ｓ２６）。このとき、判断結果に併せて入手情報も伝達してもよい。この伝達は、エネルギー変換により得た電力を情報伝達手段２８で、インクタンク内の情報を外部へ伝達するためのエネルギーへ変換することで行なう。この伝達するためのエネルギーは磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、判断結果に応じて変化させ、また、判断すべき質問内容（例えば、インク残量が２ミリリットル以下であるかや、インクのｐｈが変化しているか等）に応じて、その伝達方法を変えてもよい。
【００５６】
なお、外部Ａ又は外部Ｂからの入力信号３０と共に起電力をも素子２１に与えても良く、例えばその起電力が電磁誘導の場合はインクの残量について聞くための信号、光の場合はｐｈを聞くための信号など使い道を分けて与えても良い。
【００５７】
本実施形態によれば、外部からの信号を受信する機能を有しているため、第１の実施の形態による効果に加え、外部からの様々な種類の信号による質問に対して返答することが可能となり、素子と外部とで情報のやり取りを行うことができる。
【００５８】
なお、インクタンク内に配するのに好適な素子について述べたため、情報入手手段を備えたものとしたが、これを持たず、素子に予め記憶してある情報を外部からの入力信号に応じて外部に出力する立体形半導体素子を本実施形態の基本構成とする。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子３１は、外部Ａから素子３１に向かって非接触で供給された起電力３２を電力３３に変換するエネルギー変換手段３４と、エネルギー変換手段３４で得た電力を用いて浮力を発生させる浮力発生手段３５とを備え、インクタンク内のインク中に配される。
【００６０】
このような形態では、外部Ａから素子３１に向かって起電力３２を与えると、エネルギー変換手段３４が起電力３２を電力３３へと変換し、その電力３３を用いて浮力発生手段３５が浮力を発生し、素子３１をインク液面で浮遊させる。この浮力は必ずしもインク液面だけでなく、インクが空の状態で吐出を行うのを防止するために、素子の位置が必ずインク液面から一定距離下方に存在するようにしてもよい。
【００６１】
例えば図６にインクタンクのインク中に浮遊させた素子の位置を、インクの消費変化とともに示す。図６に示すようなタンクではインク供給口３６より負圧発生部材３７のインクが外部へ導出されるのに伴い、消費された分のインクが負圧発生部材３７に保持される。これにより、生インク３８中の立体形素子３１は、インク液面Ｈから一定距離下方に存在した状態で、インクの消費によるインク液面Ｈの位置の低下と共に移動する。
【００６２】
図７は素子３１の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。図５及び図７のステップＳ３１〜Ｓ３４を参照すると、外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）により素子３１に向けて光を発信し、その光を外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）又は外部Ｃで受信することにより素子３１の位置が検知され、この素子の位置によりインクタンク交換の必要があるか等をインクジェット記録装置が判断し、必要がある場合はタンク交換を音や光等で報知する。
【００６３】
この素子の位置の検出は、発光手段と受光手段が対向して設けられていて、素子の部分が光を通さないことにより位置が確認されるもの、もしくは発光手段から発した光が受光手段に向けて反射することにより確認されるものなどが用いられる。
【００６４】
本実施形態によれば、液体の比重が異なるなど素子が用いられる環境により素子に必要な浮力などが変化する場合においても、外部からの起電力をエネルギー変換手段により変換して所望の位置に常に素子が存在するように設定することができるので、素子が置かれる環境に関わらず素子を使用することが可能である。
【００６５】
なお、本実施形態は上述した第１及び第２の実施の形態に適宜組み合わせることも可能である。
【００６６】
（第４の実施の形態）
図８は本発明の第４の実施の形態である立体形半導体素子の使用方法を説明するための概念図である。
【００６７】
本実施形態は第１又は第２の実施形態の立体形半導体素子に他の素子に情報を伝達する機能を付与し、これらを対象物中に複数配置した構成である。
【００６８】
図８（Ａ）の例では、第１の実施の形態の立体形半導体素子が対象物中に複数配されており、各素子に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されると、各素子が周囲環境情報をそれぞれ入手し、素子４１の入手情報ａは素子４２へ、素子４１及び素子４２の入手情報ａ，ｂは次の素子へと順次伝達され、最後の素子４３はすべての入手情報を外部Ａ又は外部Ｂに伝達する。
【００６９】
また、図８（Ｂ）の例では、第２の実施の形態の立体形半導体素子が対象物中に複数配され、各素子に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されており、外部Ａ又は外部Ｂより例えば素子５３に信号による所定の質問が入力されると、質問内容に対応する素子５１又は５２は質問に応じた情報を入手して回答を行ない、素子５１又は５２の質問回答は他の素子へと順次伝達され、所望の素子５３より外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに返答される。
【００７０】
また、図８（Ｃ）の例では、第２の実施の形態の立体形半導体素子が対象物中に複数配され、各素子に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されており、外部Ａ又は外部Ｂより例えば素子６３に対してある信号が入力されると、その信号は素子６２および素子６１へと順次伝達され、素子６３により外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃへ表示を行なう。
【００７１】
なお、図８（Ａ）〜（Ｃ）の例では、複数の立体形半導体素子の一つに第３の実施の形態の浮力発生手段を備えたものを使用してもよい。
【００７２】
また図９は、インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態を適宜組み合わせた立体形半導体素子を配置した例を示している。この例では、第１の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段および他の素子７９への情報伝達機能を付加した立体形半導体素子７１がインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２のインク供給口７４と連結した液路７５及び液室７６を通じて供給されたインクを印字のために吐出口７７から吐出する記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた第２の実施の形態の立体形半導体素子７９が配置される。この素子７９への電力供給は素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【００７３】
そして、各素子７１，７９に外部から起電力を供給すると、インク中の素子７１は例えばインクの残量情報を入手し、記録ヘッド側の素子７９は例えばタンク交換のためのインク残量を判断するＩＤ情報を素子７１に伝達する。すると、素子７１は入手したインク残量とＩＤを比較し、一致したときのみ、素子７９に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子７９はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。
【００７４】
以上のように、素子をある対象物中に複数配することで、複雑な情報の条件を設定することが可能となる。
【００７５】
また、図８及び図９に示した例では、各々の立体形半導体素子に起電力を供給する構成としたが、これに限らず、ある素子に供給した起電力を情報とともに他の素子に順次伝達する構成であってもよい。例えば図１０に示すように、第１の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段と他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能を付加した立体形半導体素子８１及び、第２の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段と他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能を付加した立体形半導体素子８２がそれぞれ、図９と同様のインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２と連結した記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた第２の実施の形態の立体形半導体素子８３が配置される。この素子８３への電力供給は素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【００７６】
そして、素子８１に外部から起電力を供給すると、インク中の素子８１は例えばインクの残量情報を入手して、この情報を内部の規定条件と比較し、他の素子へ伝達の必要がある場合は入手したインク残量情報を素子８２に、素子８２を動作させる起電力とともに伝達する。起電力が供給された素子８２は、素子８１から伝達されたインク残量情報を受信するとともに、例えばインクのｐｈに関する情報を入手し、記録ヘッド側の素子８３に、素子８３を動作させる起電力を伝達する。すると、起電力が供給された記録ヘッド側の素子８３は例えばタンク交換のためのインク残量又はインクのｐｈを判断するＩＤ情報を素子８２に伝達する。そして素子８２は、入手したインク残量情報およびｐｈ情報とＩＤを比較し、一致したときのみ、素子８３に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子８３はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。このように、ある素子から他の素子へと情報とともに起電力を供給する方法も考えられる。
【００７７】
なお、記録ヘッド７８は、液路内でヒーター等の電気熱変換素子の熱によりインクを発泡させ、その気泡成長エネルギーにより、液路と連通する微小開口よりインクを吐出するものが考えられる。
【００７８】
（その他の実施の形態）
上述した実施の形態の立体形半導体素子を適用できるインクタンクの構成例を図１１〜図１４に示す。図１１に示すインクタンク５０１は、インクを収納した可撓性のインク袋５０２を筐体５０３内に配置し、筐体５０３に固定したゴム栓５０４で袋口５０２ａを閉じておき、インク導出用の中空針５０５をゴム栓５０４に突き刺して袋内に連通させることで、不図示のインクジェットヘッドへインク供給を行なうものである。このようなインクタンク５０１のインク袋５０２内に本発明の立体形半導体素子５０６を配置することができる。
【００７９】
また、図１２に示すインクタンク５１１は、インク５１３を収容した筐体５１２のインク供給口５１４に、インクを記録紙Ｓに向けて吐出し記録を行なうインクジェットヘッド５１５を取付けたものである。このようなタンク５１１内のインク５１３中に本発明の立体形半導体素子５１６を配置することができる。
【００８０】
また、図１３に示すインクタンク５２１は図６、図９、図１０に示したタンクと同様のタンクであり、インク５２２を収容する完全密閉状態の第１室と、負圧発生部材５２３を収納する大気連通状態の第２室と、タンク最下部で第１室と第２室を連通させる連通路５２４とを備えたものである。第２室側のインク供給口５２５よりインクが消費されると、第２室側より大気が第１室へ入ることに替わって第１室のインク５２２が第２室に導出される。このような構成のタンク５２１において第１室と第２室とにそれぞれ本発明の立体形半導体素子５２５，５２６を配し、分割された各々の室のインクに関する情報をやり取りしてもよい。
【００８１】
また、図１４に示すインクタンク５３１は、インクを保持した多孔質部材５３２を収納し、収納インクを記録のために使用するインクジェットヘッド５３３を取付けたものである。このような構成のタンク５３１においても、図９、図１０に示したタンクと同様に、インクタンク側とインクジェットヘッド側にそれぞれ本発明の立体形半導体素子５３４，５３５を配し、分割された各々の構成部内のインクに関する情報をやり取りしてもよい。
【００８２】
次に、本発明の立体形半導体素子を備えたインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の構成例を図１５に概略図で示す。図１５に示されるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ６０１は、印字記録のためにインクを吐出する液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する図１１〜図１４に示したようなインクタンクとを有するものである。また、該インクタンク内に配された立体形半導体素子へ外部エネルギーである起電力を供給する手段６２２や前記素子と情報を双方向に通信する手段（不図示）が記録装置６００内に設置されている。
【００８３】
ヘッドカートリッジ６０１は、図１５に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６０７ともとにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。インクジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【００８４】
リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。
【００８５】
インクジェット記録装置６００には本体支持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９には移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持されている。移動部材６１８には、クリーニングブレード６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニングブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するためのレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカートリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、図１５では示されていない。
【００８６】
上述した構成を有するインクジェット記録装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給手段からヘッドカートリッジ６０１に駆動信号が供給されると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部から被記録媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行われる。
【００８７】
【実施例】
次に、本発明の立体形半導体素子をインクタンク内に配置する場合の好ましい具体例を更に詳しく説明する。
【００８８】
まず、本発明の立体形半導体素子に適用可能な情報入手手段を例に挙げる。インクタンク内に配置される立体形半導体素子が球状シリコンに作り込まれる場合、上記の実施の形態で説明した情報入手手段としては、（１）ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜をイオン感応膜として作り、インクのｐＨを検知するセンサーや、（２）ダイヤフラム構造を有し、タンク内の圧力変化を検知する圧力センサーや、（３）光を熱エネルギーに変換し、焦電効果を有するフォトダイオードを作り込み、現在の位置を検出し、インク残量を検知するセンサーや、（４）材料の導電効果を用いて、タンク内の水分量により、インク有無を検知するセンサー等を挙げられる。
【００８９】
次に、本発明の立体形半導体素子に適用可能なエネルギー発生手段の具体例を挙げる。図１６は本発明の立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー発生手段の電力発生原理を説明するための図である。
【００９０】
図１６において、外部共振回路１０１のコイルＬａに隣接して、発振回路１０２の導電体コイルＬを置き、外部共振回路１０１を通じてコイルＬａに電流Ｉａを流すと、電流Ｉａによって発振回路１０２のコイルＬを貫く磁束Ｂが生じる。ここで、電流Ｉａを変化させるとコイルＬを貫く磁束Ｂが変化するので、コイルＬには誘導起電力Ｖが生じる。したがって、球状シリコンにエネルギー発生手段としての発振回路１０２を作り込み、素子外部の例えばインクジェット記録装置に外部共振回路１０１を、素子側の発振回路１０２の導電体コイルＬと素子外部の共振回路１０１のコイルＬａとが隣接するように配設する事により、外部からの電磁誘導による誘導起電力で、素子を動作させる電力を発生することが出来る。
【００９１】
また、球状シリコンにエネルギー発生手段として作り込んだ発振回路１０２の巻き数ＮのコイルＬを貫く磁束Ｂは、外部共振回路１０１のコイルＬａの巻き数Ｎａと電流Ｉａの積に比例するから、比例定数をｋとして、
【００９２】
【数１】
Ｂ＝ｋ＊Ｎａ＊Ｉａ ▲１▼
コイルＬに生じる起電力Ｖは、
【００９３】
【数２】
【００９４】
【数３】
【００９５】
▲２▼式の相互インダクタンス：Ｍは、
【００９６】
【数４】
【００９７】
そして、球状シリコンに作り込んだ発信回路のインピーダンス：Ｚは、
【００９８】
【数５】
Ｚ（ω）＝Ｒ＋ｊ｛ωＬ−（１／ωＣ）｝ ▲５▼
と表され、外部共振回路のインピーダンス：Ｚａは、
【００９９】
【数６】
Ｚａ（ω）＝Ｒａ＋ｊωＬａ−｛ω２Ｍ２／Ｚ（ω）｝ ▲６▼
となる．ここで、Ｊは、磁化を表している。そして、この外部共振回路が共振（電流値：Ｉａが最大になるとき）した時のインピーダンス：Ｚｏは、
【０１００】
【数７】
Ｚｏ（ωｏ）＝Ｒａ＋ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ） ▲７▼
となり、この共振回路の位相の遅れ：φは、
【０１０１】
【数８】
ｔａｎφ＝｛ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ）｝／Ｒ ▲８▼
となる。
【０１０２】
そして、この外部共振回路の共振周波数：ｆｏは、
【０１０３】
【数９】
ｆｏ＝１／２π（ＬＣ）１／２ ▲９▼
で求められる。
【０１０４】
上記のような関係から、球状シリコンに作り込んだ発振回路１０２のインピーダンスが、インクタンク内のインクの変化に応じて可変すると、外部共振回路１０１の周波数を変化させて、外部共振回路１０１のインピーダンスの振幅および位相差に、上記のインクの変化が表れてくる。さらには、この位相差や振幅には、インク残量（即ち、ｚの変化）も含まれている。
【０１０５】
例えば、外部共振回路１０１の共振周波数を可変することで、球状シリコンに作り込んだ発振回路１０２からの出力（インピーダンス）が、周囲の環境変化に応じて、変化するので、この周波数依存性を検出することで、インクの有無やインク残量を検出することが出来る。
【０１０６】
したがって、球状シリコンに作り込む発振回路は、電力を発生させるエネルギー発生手段としてのみならず、その発振回路と外部共振回路との関係で、タンク内のインクの変化を検知する手段の一部としても使用することが可能である。
【０１０７】
次に、本例の立体形半導体素子の製造方法について説明する。図１７は、本発明の立体形半導体素子の製造方法の一例を説明するための工程図であり、各工程を球状シリコンの中心を通る断面で示している。また、ここでは、球状シリコンの重心を中心より下部になるように作成し、且つ、球面体内部の上部を空洞にして、更に、その空洞部を気密状態に保持する製造方法を例に挙げる。
【０１０８】
図１７（ａ）に示す球状シリコンに対し、その全表面上に図１７（ｂ）に示すように熱酸化のＳｉＯ２膜２０２を形成した後、図１７（ｃ）に示すようにＳｉＯ２膜の一部に開口２０３を形成するため、フォトリソグラフィプロセスを用いて、パターニングをする。
【０１０９】
そして、図１７（ｄ）に示すように、開口２０３を通じてのＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチングにより、上部のシリコン部分のみ除去し、空洞部２０４を形成する。その後、図１７（ｅ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法を用いて、立体形素子の内外表面にＳｉＮ膜２０５を形成する。
【０１１０】
更に、図１７（ｆ）に示すように、メタルＣＶＤ法を用いて、立体形素子の全表面上にＣｕ膜２０６を形成する。そして、図１７（ｇ）に示すように、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてＣｕ膜２０６をパターニングし、発振回路の一部である巻き数Ｎの導電体コイルＬを形成する。その後、導電体コイルＬを形成した立体形素子を真空装置から大気中に出し、上部の開口２０３を樹脂や栓などの封止部材２０７で塞ぎ、球面体内部の空洞部２０４を密閉状態にする。このように製造すれば、第３の実施の形態のように電力を用いて浮力を発生する手段を備えなくても、シリコンからなる立体形半導体素子自体に浮力を持たせることが出来る。
【０１１１】
また、このような浮遊型の立体形半導体素子を製造する前に球状シリコンに形成しておくコイルＬ以外の駆動回路素子はＮ−ＭＯＳ回路素子を用いている。図１８に、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図を示す。
【０１１２】
図１８によれば、Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭｏｓプロセスを用いたイオンプランテーション等の不純物導入および拡散により、Ｎ型ウェル領域４０２にＰ−Ｍｏｓ４５０が構成され、Ｐ型ウェル領域４０３にＮ−Ｍｏｓ４５１が構成されている。Ｐ−Ｍｏｓ４５０およびＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数百オングストロームのゲート絶縁膜４０８を介して、４０００オングストローム以上５０００オングストローム以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５、およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入をしたソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成され、それらＰ−Ｍｏｓ４５０とＮ−Ｍｏｓ４５１によりＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【０１１３】
素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１は、やはり不純物導入および拡散等の工程により、Ｐ型ウェル基板４０２上のドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成されている。
【０１１４】
ここで、素子駆動ドライバとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１を使うと、１つのトランジスタを構成するドレインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０μｍとなる。その１０μｍの内訳の１つは、ソースとドレインのコンタクト４１７の幅であり、それらの幅分は２×２μｍであるが、実際は、その半分が隣のトランジスタとの兼用となるため、その１／２の２μｍである。内訳の他は、コンタクト４１７とゲート４１３の距離分の２×２μｍの４μｍと、ゲート４１３の幅分の４μｍであり、合計１０μｍとなる。
【０１１５】
各素子間には、５０００オングストローム以上１００００オングストローム以下の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４５３が形成され、素子分離されている。このフィールド酸化膜は、一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【０１１６】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００オングストロームの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳＧ膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされてから、コンタクトホールを介して、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行なわれている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜４１８を１００００オングストローム以上１５０００オングストローム以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを形成した。
【０１１７】
このＮ−Ｍｏｓ回路を、図１７のように浮遊型の立体形半導体素子を形成する前に形成しておく。そして、本発明のエネルギー発生手段としての発振回路や情報入手手段としてのセンサ部などとの接続を上記スルーホールを介して行なう。
【０１１８】
また、本例の浮遊型の立体形半導体素子を配したインクタンクがどのような状態においても、上述のような製法で球状シリコンに作り込まれた発振回路と、図１６に示した外部共振回路との間で、安定した磁束（磁界）が働いている必要がある。しかし、インクなど液体中に浮遊した場合、外部振動により液面が振動をすることがある。そのような場合でも、液体中で安定した状態を保持するために、本例では、浮遊型の立体形半導体素子の重心を決定している。
【０１１９】
図１９で示しているように、液体中に本例のボール形半導体素子２１０を浮遊させた場合、図１９（ａ）のように、釣り合いの状態にあるためには、
（１）浮力Ｆ＝物体の重量Ｗ
（２）浮力の作用線と重量の作用線（重心Ｇを通る線）が一致
という関係が成り立っていることが必要である。
【０１２０】
そして、図１９（ｂ）のように、外力により液体が振動して、立体形半導体素子２１０が、釣り合いの状態から少し傾いた時、浮力の中心が移動し、浮力と重量とで偶力となる。
【０１２１】
ここで、釣り合いの状態にあるときの重量の作用線（図１９（ｂ）中の一点鎖線）と、傾いたときの浮力の作用線（図１９（ｂ）中の実線）との交点をメタセンタと呼び、メタセンタと重心との距離ｈをメタセンタの高さと呼ばれている。
【０１２２】
本例のように、立体形半導体素子２１０のメタセンタが重心より高い位置にあるので、偶力（復元力）は元の釣り合いの位置に戻そうとする向きに作用する。この復元力：Ｔは、
【０１２３】
【数１０】
【０１２４】
そこで、この復元力を正にするためには、ｈ＞０となることが必要十分条件である。
【０１２５】
そして、図１９（ｂ）から、
【０１２６】
【数１１】
となる。ここで、ＩはＯ軸回りの慣性モーメントである。よって、
【０１２８】
【数１２】
となることが、ボール形半導体素子２１０が、インク中で安定して浮遊し、外部共振回路からの誘電起電力の供給や、素子外部の通信手段との双方向通信を行うための必要条件となる。
【０１３０】
この時の外部通信手段との双方向通信方法としては、マイクロ波帯周波数を用いる無線ＬＡＮシステムや、準ミリ波・ミリ波帯周波数を利用する無線アクセスシステムを適用することが出来る。
【０１３１】
ここで、無線ＬＡＮシステムによる送受信の概要を説明する。下記では、立体形半導体素子から記録装置へのデータ送信について述べる。尚、逆に記録装置側から立体形半導体素子へのデータ送信を行う場合は、それぞれ側にデータＩＤを配しており、それによって、識別される。
【０１３２】
送信側の立体形半導体素子には、ライン監視部、データ・ハンドリング部、アクノリッジ・チェック部、エラー処理部を有し、受信側の記録装置には、データ・ハンドリング部、アクノリッジ部、エラー処理部、そして、表示部などが付設されている。
【０１３３】
送信側の立体形半導体素子でのフローチャートを図２０に示す。データの送信を行う場合、決められた送信プロコトルにより、初期設定を行った後、受信側のアドレスを設定し、データの送信を行う。送信中に信号の衝突が発生したり、あるいは、指定した受信側の装置からアクノリッジが返って来なかったときは再送を行う。動作中は、ラインの状態やアクノリッジの有無について、受信側の記録装置などに設けた表示部上に表示し、ユーザに的確な判断をうながす。
【０１３４】
受信側の記録装置でのフローチャートを図２１に示す。この受信側では、常にライン監視を行い、自分のアドレスを確認したら、ラインからデータを取り込み、メイン・メモリ上のバッファに蓄積していく。受信中に、１６バイト毎のブロック・マークが確認出来なかったり、あるいは受信終了後の誤り検出処理でチェックサムが一致しなかった場合は、受信エラーとして、受信を中断し、再度ラインを監視し、ヘッダの到着を待つ。エラー無く受信出来た場合には、表示部上に受信内容を表示する。
【０１３５】
以上のような実施例の立体形半導体素子では、素子を起動させる電力を供給する外部エネルギーとしてコイルによる電磁誘導を使用したが、これ以外に光を使用してもよく、この光の明暗を電気信号に変換する場合は、光の照射により抵抗値が変化する材料（例えば、光導電体）を用いて、光導電効果により電力を発生させることができる。光導電体としては例えば、ＣｄＳ，ＩｎＳｂやＨｇ０．８Ｃｄ０．２Ｔｅなどの二元合金／三元合金や、ＧａＡｓ，Ｓｉ，Ｖａ−Ｓｉなどが用いられる。さらに、起電力として熱を使用する場合は、物質の放射エネルギーから量子効果により電力を発生させることができる。
【０１３６】
また、本実施例の立体形半導体素子は、着脱可能に装着されたインクタンクに収容されたインクをインクジェット記録ヘッドに供給し、その記録ヘッドから噴射するインク滴で記録用紙に印字するインクジェットプリンタに関してのインク情報およびタンク情報を検知し、該インクジェットプリンタに該情報を伝送して、最適な方法でプリンタを制御したり、タンク内の状態を最適維持する制御をするインクジェットプリンタに好ましく適用される。
【０１３７】
尚、本実施例ではインクジェット記録装置の外装は不図示であるが、外装のカバーを半透明など中の状態が見れるものを用い、インクタンクも半透明のものを用いた場合には光を伝達手段として用いると、タンクの光をユーザーが見れるので、例えば「タンクを交換したい」ことが分かり易く、ユーザーに、タンクを交換しようとする意欲を持たせることができる。（従来は装置本体のボタンが光るが、いくつかの表示機能を兼ねているため、光っても何を知らせたいのかユーザーには分かりにくい。）
【０１３８】
【発明の効果】
本発明のインクタンクに備わる立体形半導体素子は、外部エネルギーの変換手段と、該エネルギー変換手段で変換されたエネルギーにより作動する外部の環境情報の入手手段および、情報蓄積手段、入手情報と蓄積情報を比較し判断する判断手段、入手情報を外部へ表示又は伝達する情報伝達手段とを備えることで、この素子の立体形という形状を活かして、周囲環境情報の入手を効率良く行なえる。また、平板形の半導体素子を用いる場合と比べて、情報伝達の方向の制限も少ない。さらには、外部からの信号を受信する通信手段を備え、この受信信号に応じた情報を入手して、蓄積情報との比較判断結果をその入手情報とともに外部へ伝達することで、外部装置と双方向に信号のやり取りを行なうことも可能である。
【０１３９】
このような立体形半導体素子をインクタンク内に少なくとも一つ配することで、インクタンク内に収容したインクに関する情報や、タンク内の圧力などをリアルタイムで外部の例えばインクジェット記録装置に伝達させることが可能である。これは、例えばインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内の負圧量を制御してインクジェット吐出を安定化する上で有利である。
【０１４０】
さらに、立体形半導体素子を動作させるための外部エネルギーを非接触で供給する構成であるので、素子の起動のためのエネルギー源をインクタンクに持たせたり、エネルギー供給用の配線を素子に接続する必要がなく、外部との直接的な配線を施すことが困難な箇所に使用することができる。
【０１４１】
例えば、素子の起動エネルギーを電力とした場合は、外部エネルギー変換手段として発振回路の導電体コイルを立体形半導体素子の外表面に巻き付けるように形成することにより、外部の共振回路との間で電磁誘導によって導電体コイルに電力を発生させて、素子に非接触で電力を供給することができる。
【０１４２】
この場合、素子の外表面にはコイルが巻き付けられているので、そのコイルのインダクタンスの大きさはインクタンク内の例えばインクの残量、インク濃度、インクｐＨに応じて変化する。したがって、発振回路はそのインダクタンスの変化に応じて発振周波数を変更するので、その変更される発振周波数の変化に基づいてインクタンク内のインクの残量などを検出することも可能である。
【０１４３】
そして、立体形半導体素子は、液中に浮遊するための空洞部を有するとともに、素子の重心が、当該素子の中心より下部に位置するように形成されているので、例えば、インクジェット記録装置に搭載された記録ヘッドおよびインクタンクが、シリアルに動作し、インクタンク内のインクが上下左右に揺動しても、安定してインクタンク内のインク中に浮遊しながら、インクに関する情報や、タンク内の圧力などを精度良く検出することができる。その上、素子に形成した上記の発振回路のコイルを、外部の共振回路のコイルに対して安定した位置で保持し、常に安定した双方向通信をも可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図２】図１に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図４】図３に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図６】インクタンクのインク中に浮遊させた図３の構成の素子の位置を、インクの消費変化とともに示す図である。
【図７】図３に示す構成の素子の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施の形態である立体形半導体素子の使用方法を説明するための概念図である。
【図９】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態を適宜組み合わせた立体形半導体素子を配置した例を示す図である。
【図１０】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にて、ある立体形半導体素子に供給した起電力を情報とともに他の立体形半導体素子に順次伝達する構成例を示す図である。
【図１１】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１２】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１３】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１４】本発明の種々の実施の形態による立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図である。
【図１５】図１１〜図１４などに示すインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の一例を示す斜視図である。
【図１６】本発明の立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー発生手段の電力発生原理を説明するための図である。
【図１７】本発明の立体形半導体素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図１８】本発明の立体形半導体素子に使用するＮ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図である。
【図１９】図１７で示す方法で製造した立体形半導体素子が液体中で安定した状態を保持するための条件を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施例による立体形半導体素子と記録装置とで双方向通信を行なう場合の、送信側の立体形半導体素子でのフローチャートを示す図である。
【図２１】本発明の実施例による立体形半導体素子と記録装置とで双方向通信を行なう場合の、受信側の記録装置でのフローチャートを示す図である。
【図２２】特開平６−１４３６０７号に記載のインク残量検知装置を示す図である。
【図２３】特登録２９４７２４５号に記載のインク残量検知装置を示す図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１〜４３、５１〜５３、６１〜６３、７１、７９、８１〜８３ 立体形半導体素子
１２、２２、３２ 起電力
１３、２３、３３ 電力
１４、２４、３４ エネルギー変換手段
１５、２５ 情報入手手段
１６、２６ 判断手段
１７、２７ 情報蓄積手段
１８、２８ 情報伝達手段
２９ 受信手段
３０ 入力信号
３５ 浮力発生手段
３６ インク供給口
３７ 負圧発生部材
７２ インクタンク
７３ インク
７４ インク供給口
７５ 液路
７６ 液室
７７ 吐出口
７８ インクジェット記録ヘッド
１０１ 外部共振回路
１０２ 発振回路
２０１ 球状シリコン
２０２ ＳｉＯ２膜
２０３ 開口
２０４ 空洞部
２０５ ＳｉＮ膜
２０６ Ｃｕ膜
２０７ 封止部材
２１０ ボール形半導体素子
Claims (10)
- 外部からのエネルギーを異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、外部からの信号を受信する受信手段と、外部の環境情報を入手する情報入手手段と、前記情報入手手段による入手情報と比較するための情報を蓄積する情報蓄積手段と、前記受信手段で受信した信号に応じて前記情報入手手段に外部環境情報を入手させ、当該入手情報とこれに対応する前記情報蓄積手段に蓄積された情報とを比較し、前記入手情報が所定の条件を満たすかどうかの判断を下す判断手段と、前記判断手段による判断結果を外部へ表示又は伝達する情報伝達手段とを備え、前記受信手段、前記情報蓄積手段、前記判断手段、および前記情報伝達手段は前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーにより作動する立体形半導体素子が、インクを吐出する吐出ヘッドに供給するインクを収容したインク貯留部に少なくとも１つ配されているインクタンクであって、
前記立体形半導体素子が、前記インク貯留部のインク液面もしくはインク液中の所定の高さで浮遊するための空洞部を有し、前記立体形半導体素子の重心が当該立体形半導体素子の中心より下部に位置するとともに、当該立体形半導体素子のメタセンタが前記重心より常に上部に位置するように構成されているインクタンク。 - 前記情報伝達手段は他の立体形半導体素子にも前記判断手段による判断結果を表示または伝達する請求項１に記載のインクタンク。
- 前記受信手段は他の立体形半導体素子からの信号をも受信する請求項１に記載のインクタンク。
- 起電力を他の立体形半導体素子に付与する機能を有する請求項１に記載のインクタンク。
- 前記エネルギー変換手段によって変換される外部エネルギーは非接触で供給される請求項１に記載のインクタンク。
- 前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーは電力である請求項１に記載のインクタンク。
- 前記情報伝達手段は前記外部に対して情報を表示または伝達するために磁界または光または電波または音を用いる請求項６に記載のインクタンク。
- 前記エネルギー変換手段が電力に変換する外部エネルギーは電磁誘導または熱または光または放射線による起電力である請求項６に記載のインクタンク。
- 前記エネルギー発生手段は、外部共振回路との間で電磁誘導によって電力を発生する導電体コイルおよび発振回路を有する請求項１に記載のインクタンク。
- 前記導電体コイルは立体形半導体素子の外表面に巻き付くように形成されている請求項９に記載のインクタンク。
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