(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給するインクを収容するインクタンクと、前記記録ヘッドおよび前記インクタンクが搭載され移動するキャリッジとを有するインクジェット記録装置において、
前記インクタンクはインクを直接収納するインク室を備えており、該インク室には、インダクターと、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情報を表示または伝達する情報伝達手段と、を同一基体に形成したボール状半導体素子が収容され、該ボール状半導体素子はインク表面もしくはインク中の所定の位置で浮遊するための空洞部を有し、前記ボール状半導体素子の重心が当該素子の中心より下部に位置するとともに、当該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ることで前記インダクターの向きが常に一定の向きとなるようにされており、
前記キャリッジの移動範囲内の特定の位置に、静止状態の前記ボール状半導体素子に対し非接触で電気エネルギーを供給する静止時起電力供給手段が設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給するインクを収容するインクタンクと、前記記録ヘッドおよび前記インクタンクが搭載され移動するキャリッジとを有するインクジェット記録装置において、
前記インクタンクはインクを直接収納するインク室を備えており、該インク室には、インダクターと、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情報を表示または伝達する情報伝達手段と、を同一基体に形成したボール状半導体素子が収容され、該ボール状半導体素子はインク表面もしくはインク中の所定の位置で浮遊するための空洞部を有し、前記ボール状半導体素子の重心が当該素子の中心より下部に位置するとともに、当該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ることで前記インダクターの向きが常に一定の向きとなるようにされており、
前記キャリッジの移動範囲内に、移動中の前記ボール状半導体素子に対し非接触で電気エネルギーを供給する移動時起電力供給手段が設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記ボール状半導体素子には蓄電手段が搭載されている、請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記ボール状半導体素子に対し信号を送信する通信手段を有し、
前記ボール状半導体素子は、前記通信手段からの要求に応じて、前記ボール状半導体素子の駆動に十分な電気エネルギーの有無を伝達する機能を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記ボール状半導体素子に対し信号を送信する通信手段を有し、
前記ボール状半導体素子は、前記通信手段からの要求に応じて、前記インクタンク内の前記インクの量、種類、成分、状態の少なくとも１つを検出して伝達する機能を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
請求項１に記載のインクジェット記録装置を用いたインクジェット記録装置のインクの情報収集方法であって、
前記キャリッジが移動範囲内の特定の位置に静止しているときに、前記ボール状半導体素子に対し非接触で電気エネルギーを供給し、
前記ボール状半導体素子を前記電気エネルギーにより起動して、前記インクタンク内の前記インクの情報を収集させることを特徴とするインクジェット記録装置のインクの情報収集方法。
【請求項７】
請求項２に記載のインクジェット記録装置を用いたインクジェット記録装置のインクの情報収集方法であって、
前記キャリッジが移動しているときに、前記ボール状半導体素子に対し非接触で電気エネルギーを供給し、
前記ボール状半導体素子を前記電気エネルギーにより起動して、前記インクタンク内の前記インクの情報を収集させることを特徴とするインクジェット記録装置のインクの情報収集方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール状半導体素子を内蔵したインクタンクを有するインクジェット記録装置およびインクの情報収集方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録ヘッドに設けられ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種々提案され、実用にも供されている。
【０００３】
例えば、特開平６−１４３６０７号によれば、図３０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。
【０００４】
また、特許登録第２９４７２４５号には、図３１に示すように下部が底面に向かって漏斗状に形成され、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が内部に配置されてい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。その電流を検出すれば、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来公報に代表されるような、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など、使用するインクに制約が生じてしまう。
【０００６】
また、上記の構成ではインク残量しか検知することができず、その他のタンク内情報を外部が知ることができない。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。
【０００７】
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。
【０００８】
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が形成されているボール・セミコンダクター社のボール・セミコンダクター（立体形半導体素子）に着目した。この立体形半導体素子は球形であるため、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。
【０００９】
そこで本出願人は、特願２０００−１１４２２８号において、インクの情報収集に適した立体形半導体素子と、この立体形半導体素子を内蔵したインクタンクを有するインクジェット記録装置を提案している。これによると、立体形半導体素子の情報入手手段が素子周囲の環境情報を入手し、判断手段が、この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。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装置に伝達させ、インクジェット記録動作に反映させることができる。
【００１０】
インクタンク内の情報を収集するためにこのような立体形半導体素子をインクタンク内に配置する場合には、その立体形半導体素子を駆動するための動力が必要であり、立体形半導体素子はインクタンク内で浮遊しているため、非接触でエネルギー伝達を実施する必要がある。そこで、非接触で立体形半導体素子にエネルギーを供給する手段が求められている。
【００１１】
しかも、インクタンク内には導電性のインクが収容される可能性があるため、インク中あるいはインクを介して電磁波を用いて立体形半導体素子にエネルギーを供給しようとすると、導電性のインクにより立体形半導体素子がシールドされた状態になったり、反射により電磁波が乱れるなどして、安定的に所望のエネルギー供給が行えないおそれがある。
【００１２】
また、インクタンクが記録ヘッドとともにキャリッジに搭載されている構成の場合、印字動作中に、インクタンクがキャリッジごとスキャン移動するが、安定したエネルギーを維持するためには、印字中でもエネルギーを供給することが望まれる。特に、印字動作中の運動エネルギーが立体形半導体素子の駆動のために活用される構成であることが望ましい。一方、インクタンク内の情報を非接触で伝達するため、印字装置が動作していない時には情報伝達がなされないように誤動作を防止する必要性がある。
【００１３】
そこで本発明の目的は、立体形半導体素子をインクタンク内に配置した構成で、この立体形半導体素子に非接触で安定的にエネルギー伝達を行い得るインクジェット記録装置を提供すること、さらに、印字動作中にインクタンクがスキャン移動するとき、その運動エネルギーを利用して印字動作中にも立体形半導体素子に安定的にエネルギーを供給し、しかも、印字装置が動作していない時の誤動作が防止されるインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、インクジェット記録装置のインクの情報を適宜に収集することができるインクの情報収集方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、記録ヘッドと、記録ヘッドに供給するインクを収容するインクタンクと、記録ヘッドおよびインクタンクが搭載され移動するキャリッジとを有するインクジェット記録装置において、インクタンクはインクを直接収納するインク室を備えており、インク室には、インダクターと、情報を入手する情報入手手段と、情報入手手段による情報を表示または伝達する情報伝達手段と、を同一基体に形成したボール状半導体素子が収容され、ボール状半導体素子はインク表面もしくはインク中の所定の位置で浮遊するための空洞部を有し、ボール状半導体素子の重心が当該素子の中心より下部に位置するとともに、当該素子のメタセンタが重心より常に上部に位置するように構成されることでインダクターの向きが常に一定の向きとなるようにされており、キャリッジの移動範囲内の特定の位置に、静止状態のボール状半導体素子に対し非接触で電気エネルギーを供給する静止時起電力供給手段が設けられているところにある。
【００１６】
これによると、キャリッジの停止時、すなわち非印字時に、ボール状半導体素子に起電力を供給することができ、効率的である。また、インクタンク内に電気配線等を設ける必要がない。
【００１７】
静止時起電力供給手段が設けられる特定の位置はホームポジションであることが好ましい。ホームポジションは、インクジェット記録装置の電源を入れた際や非印字時に記録ヘッドやインク等にダメージを生じないようにキャリッジが待機する位置であり、印字終了時から磁界の印字開始時までの間にキャリッジが必ず立ち寄る場所であるから、ボール状半導体素子への起電力供給が滞るおそれが小さい。
【００１８】
静止時起電力供給手段が電磁石装置を含んでいると、変化する磁束をボール状半導体素子の周囲に発生させることが容易にできる。
【００１９】
また、キャリッジの移動範囲内に、搬送路を走行中のボール状半導体素子に対し非接触で電気エネルギーを供給する移動時起電力供給手段が設けられていてもよい。
【００２０】
これによると、印字動作中などキャリッジの移動中にもボール状半導体素子に起電力を供給することができ、印字中にボール状半導体素子を動作させるための電気エネルギーが不足することが防げる。また、キャリッジの運動エネルギーを、起電力供給のために有効に利用することができる。
【００２１】
移動時起電力供給手段が複数の電磁石装置を含んでいてもよい。または、移動時起電力供給手段が複数の永久磁石を含んでいてもよい。移動時起電力供給手段は、キャリッジの運動を利用し、磁束を変化させる必要がないからである。
【００２２】
ボール状半導体素子は、インクタンクに収容されているインクに少なくとも一部が接しており、中空構造であり、前記した通り、インダクターの向きが常に一定の向きとなるように、インクタンクに収容されているインク中で浮遊していることにより、電磁誘導を利用した起電力発生が確実に安定的に行える。
【００２３】
ボール状半導体素子に蓄電手段が搭載されていると、供給した起電力またはこの起電力を変換した電力を、その後のボール状半導体素子の動作のために蓄えておけるので好ましい。
【００２４】
ボール状半導体素子に対し信号を送信する通信手段を有し、ボール状半導体素子は、通信手段からの要求に応じて、ボール状半導体素子の駆動に十分な電気エネルギーの有無を伝達する機能を有していてもよい。
【００２５】
また、ボール状半導体素子に対し信号を送信する通信手段を有し、ボール状半導体素子は、通信手段からの要求に応じて、インクタンク内のインクの量、種類、成分、状態の少なくとも１つを検出して伝達する機能を有していてもよい。
【００２６】
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。
【００２８】
【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。
【００２９】
図１に、本発明の第１の実施の形態であるインクジェット記録装置の概略図が示されている。まず、このインクジェット記録装置６００の全体構成について簡単に説明する。
【００３０】
このインクジェット記録装置６００にはヘッドカートリッジ６０１が搭載されており、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（記録ヘッド）と、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する後述するインクタンクとを有するものである。インクタンク内には立体形半導体素子（ボール状半導体素子）１１が配されており、後述するが、この立体形半導体素子１１は、外部から供給された起電力を電力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と、判断手段１６と、情報蓄積手段１７と、情報伝達手段１８とを備えている。記録装置６００内には、外部エネルギーである起電力を立体形半導体素子１１に供給する手段である静止時起電力供給手段６２２および移動時起電力供給手段６２３や、立体形半導体素子１１と情報を双方向に通信する手段（不図示）が設置されている。後述するが、この起電力供給手段６２２，６２３は、電磁誘導により、立体形半導体素子１１を動作させるための起電力を生じさせるものである。なお、液体吐出ヘッドは、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。なお、以下の説明において、本発明の「立体形半導体素子」とは全て「ボール状半導体素子」を指している。
【００３１】
ヘッドカートリッジ６０１は、図１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とともにガイド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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１には示されていない。
【００３４】
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。
【００３５】
次に、このインクジェット記録装置６００のヘッドカートリッジ６０１のインクタンク内に収容される立体形半導体素子について詳細に説明する。
【００３６】
図２は、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。この立体形半導体素子１１は、外部Ａ（起電力供給手段６２２，６２３）から立体形半導体素子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と、判断手段１６と、情報蓄積手段１７と、情報伝達手段１８とを備えており、後述するインクタンク内に配される。立体形半導体素子１１を動作させるために供給される起電力は、電磁誘導により生じる。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、立体形半導体素子１１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。
【００３７】
情報入手手段１５は、立体形半導体素子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どうかを判断する。情報蓄積手段１７は、情報入手手段１５より入手したタンク内部情報や、このタンク内部情報と比較する諸条件を蓄積する。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。
【００３８】
図３は、図２に示した立体形半導体素子１１の動作を説明するためのフローチャートである。図２および図３に示すように、外部Ａ（起電力供給手段）から立体形半導体素子１１に対して起電力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。
【００３９】
起動した情報入手手段１５は、立体形半導体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３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３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３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とは、例えばインクの最低残量（例えば２ミリリットル）やインクのｐｈなどであり、これに基づいて、インクの残量が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ときには、タンク交換必要として外部に伝達する必要があると判断される。
【００４０】
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３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。
【００４１】
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３のステップＳ１５）。また、伝達先はインクジェット記録装置本体のみでなく、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。
【００４２】
インクジェット記録装置に用いられる場合、立体形半導体素子１１に外部エネルギーとして起電力を供給する静止起電力供給手段６２３をホームポジションに設けると、印字終了時から磁界の印字開始時までの間にキャリッジ６０７が必ず立ち寄るので、立体形半導体素子への起電力供給が滞るおそれが小さい。また、起電力供給手段を用いて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）。この起電力供給手段および方法については後述する。
【００４３】
本実施形態では、上述したような立体形半導体素子がインクタンク内に収容されている。このインクタンクの構成例を図４〜図７に示す。図４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内に立体形半導体素子５０６を配置することができる。
【００４４】
また、図５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。
【００４５】
また、図６に示すインクタンク５２１は、後述する図２５、図２８、図２９に示す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。
【００４６】
また、図７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、後述する図２８、図２９に示すタンクと同様に、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。
【００４７】
本実施形態によれば、立体形半導体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、前記した図４〜図７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立体形半導体素子を使用することができる。インク中に立体形半導体素子を配すれば、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。
【００４８】
また、立体形半導体素子がエネルギー変換手段を有しているので、立体形半導体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、立体形半導体素子の小型化が可能となり、狭い個所、もしくは図４〜図７のようにインク中など、対象物中のどの個所であっても立体形半導体素子を使用することができる。
【００４９】
次に、本実施形態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さらに詳しく説明する。
【００５０】
まず、本実施形態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が挙げられる。
【００５１】
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について説明する。図８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。
【００５２】
まず、この電力発生原理について、図８を参照して説明する。
【００５３】
本実施形態では、立体形半導体素子にコイル（インダクター）が設けられており、起電力供給手段が、コイルの周囲の磁束を変化させることにより、電磁誘導によりコイルに誘導起電力を発生させる。すなわち、起電力供給手段の外部共振回路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、立体形半導体素子外部のインクジェット記録装置に、起電力供給手段としての外部共振回路１０１を、立体形半導体素子側の発振回路１０２の導電体コイルＬと立体形半導体素子外部の外部共振回路１０１のコイルＬａとが隣接するように配設することにより、外部からの電磁誘導による誘導起電力で、立体形半導体素子を動作させる電力を発生することができる。
【００５４】
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、
【００５５】
【数１】
0003605003.tif 000002
【００５６】
コイルＬに生じる起電力Ｖは、
【００５７】
【数２】
0003605003.tif 000003
【００５８】
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、
【００５９】
【数３】
0003605003.tif 000004
【００６０】
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。
【００６１】
▲２▼式の相互インダクタンス：Ｍは、
【００６２】
【数４】
0003605003.tif 000005
【００６３】
となる。ここで、μｏは、真空の透磁率である。
【００６４】
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、
【００６５】
【数５】
0003605003.tif 000006
【００６６】
と表され、外部共振回路のインピーダンス：Ｚａは、
【００６７】
【数６】
0003605003.tif 000007
【００６８】
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、
【００６９】
【数７】
0003605003.tif 000008
【００７０】
となり、この外部共振回路の位相の遅れ：φは、
【００７１】
【数８】
0003605003.tif 000009
となる。
【００７２】
そして、この外部共振回路の共振周波数：ｆｏは、
【００７３】
【数９】
0003605003.tif 000010
で求められる。
【００７４】
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。
【００７５】
例えば、外部共振回路１０１の共振周波数を可変にすることで、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できる。
【００７６】
したがって、球状シリコンに作り込む発振回路１０２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１０２と外部共振回路１０１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。
【００７７】
このような原理に基づいて、立体形半導体素子に起電力を供給する具体的な手段および方法について、図９〜１６を参照して説明する。なお、わかりやすくするために、図９，１０，１２，１５にはキャリッジや記録ヘッドは省略しインクタンクのみを示している。
【００７８】
図９に示すように、キャリッジ６０７に搭載されたインクタンク７００は、印字記録中には往復移動し、非印字時には記録領域外に設けられているホームポジションＨＰに停止する。非印字時等にこのホームポジションＨＰにおいて、図１に示すヘッドカートリッジ６０１は、キャップ部材６１４やインク吸引手段６１５やクリーニングブレード６１７により、吸引回復処理等が施される。本実施形態では、キャリッジ６０７がこのホームポジションＨＰに停止している間に、立体形半導体素子１１への起電力供給が行われる。
【００７９】
前記した原理にのっとって電磁誘導により立体形半導体素子１１に誘導起電力を発生させるため、ホームポジションＨＰに静止時起電力発生手段として電磁石装置６２２が配設されている。この電磁石装置６２２は、略コ字状であり、両端部６２２ａ，６２２ｂがキャリッジ６０７の搬送路（移動範囲）７０１を挟んで対向するように設けられている。そして、電磁石装置６２２の動作時にはこの両端部６２２ａ，６２２ｂがＳ極またはＮ極の磁極となり、キャリッジ６０７に搭載されたインクタンク７００内の立体形半導体素子１１を貫通する磁束を発生させる。
【００８０】
本実施形態では、電磁石装置６２２が交流駆動され、両端部６２２ａ，６２２ｂの磁性が交互に変化し続けるため、図１０に示すように立体形半導体素子１１を貫通する磁束Ｂが、常に変化し続ける。すなわち、図８に示すコイルＬを貫通する磁束Ｂが変化するため、コイルＬに交流の誘導起電力が生じる。この交流の誘導起電力が、図１１（ａ）に示すエネルギー変換手段１４により、図１１（ｂ）に示すように整流かつ平滑安定化される。そして、直流となった電力の一部が、立体形半導体素子１１の情報入手手段１５と、判断手段１６と、情報蓄積手段１７と、情報伝達手段１８に供給されて、これらを起動させる。また、残りの電力は、その後の立体形半導体素子１１の起動や動作のために、図示しないバッテリーやコンデンサ等の蓄電手段に蓄えられる。このような構成によると、非印字時にホームポジションＨＰにて、立体形半導体素子１１に起電力が非接触供給できる。
【００８１】
前記した通り、キャリッジ６０７がホームポジションＨＰに停止している間に、立体形半導体素子１１に起電力を供給する構成とすることが好ましいが、さらに、印字動作中にも起電力が供給できると、立体形半導体素子１１の起動および動作の安定化のためにより効果的である。そのため、本実施形態では、図１２に示すように、キャリッジ６０７の搬送路（移動範囲）７０１に多数の永久磁石を並べて移動時起電力供給手段６２３を構成している。この構成によると、印字動作中などにキャリッジ６０７が往復移動すると、図１３に示すように、永久磁石６２３による磁束Ｂ中を立体形半導体素子１１のコイルＬが横切るため、コイルＬに交流の誘導起電力が生じる。そして、前記したのと同様に、交流の誘導起電力が、整流かつ平滑安定化され、立体形半導体素子の各手段の起動および動作のために用いられるとともに、図示しないバッテリーやコンデンサに蓄えられる（図１４参照）。この構成によると、永久磁石６２３により移動時起電力供給手段を構成して、キャリッジ６０７の移動を利用して電磁誘導による起電力の発生が可能である。従って、キャリッジ６０７がホームポジションＨＰに停止しているときも、印字動作などのため移動しているときも電力が得られ、立体形半導体素子１１の起動および動作が極めて安定し、電力不足となるおそれがない。
【００８２】
なお、図１５に示すように、永久磁石６２３の両磁極がキャリッジ６０７の搬送路（移動範囲）７０１を挟んで対向するように設けられていると、立体形半導体素子１１のコイルＬを貫通する磁束Ｂが形成できるので、より大きな電磁誘導効果が得られる。また、永久磁石の代わりに電磁石装置を用いても構わない。この場合、ホームポジションＨＰに配置された電磁石装置６２２とは異なり、交流駆動で磁束を常に変化させる必要はない。
【００８３】
ここで、図１６のフローチャートを参照して、本実施形態のインクジェット記録装置の動作を説明する。
【００８４】
インクジェット記録装置の電源が投入されると、まずフォトカプラ６１１，６１２（図１参照）によって、キャリッジ６０７がホームポジションＨＰにあるかどうか確認される。キャリッジ６０７がホームポジションＨＰにない場合には、駆動モータ６０２を作動させてキャリッジ６０７をホームポジションＨＰに移動させる。
【００８５】
ホームポジションＨＰにおいて、キャリッジ６０７のインクタンク７００内の立体形半導体素子１１に十分な電力が蓄えられているかどうか確認する。具体的には、インクジェット記録装置本体の通信手段から立体形半導体素子１１に対し信号を送信する。立体形半導体素子１１が動作可能な状態にあれば、信号を受信した後、返信する。これに対し、立体形半導体素子１１からインクジェット記録装置本体の通信手段に返信されない場合、立体形半導体素子１１に十分な電力が蓄えられておらず、動作不能であると判断され、起電力供給が行われる。具体的には、前記した通り、ホームポジションＨＰに位置する電磁石装置６２２を交流駆動することにより、電磁誘導により立体形半導体素子１１に起電力を生じさせる。
【００８６】
次に、インクジェット記録装置本体の通信手段から信号を送信して立体形半導体素子１１を作動させて、前記した計算式に基づきインクタンク７００内のインク残量を検知する。インクがない、またはインク量が足りないと判断された場合は、インクタンク交換を指示する表示を行う。インクが十分あると判断された場合は、前記した通り、プリント用紙Ｐの搬送およびキャリッジ６０７の往復移動とともに、液体吐出ヘッドからプリント用紙Ｐにインク滴を噴射して、記録を行う。印字が完了したら、全ての動作を終了する。
【００８７】
次に、本実施形態の立体形半導体素子１１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、さらに、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。
【００８８】
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、フォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングをし、図１７（ｃ）に示すようにＳｉＯ２膜の一部に開口２０３を形成する。
【００８９】
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、シリコンの上部を部分的に除去し、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。
【００９０】
さらに、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、後述する第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できる。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、さらにスルーホールを形成した。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
図１９に示しているように、液体中に本例の立体形半導体素子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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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んでいる。
【０１０２】
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、
【０１０３】
【数１０】
0003605003.tif 000011
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
そして、図１９（ｂ）から、
【０１０７】
【数１１】
0003605003.tif 000012
【０１０８】
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、
【０１０９】
【数１２】
0003605003.tif 000013
【０１１０】
となることが、立体形半導体素子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、立体形半導体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。
【０１１１】
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できる。
【０１１２】
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、それぞれの側にデータＩＤを配しており、それによって、識別される。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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トコルにより、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。
【０１１５】
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・マークが確認できなかったり、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。エラー無く受信できた場合には、表示部上に受信内容を表示する。
【０１１６】
また、本実施形態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。
【０１１７】
尚、本実施形態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られるものを用い、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かったが、本実施形態によると、タンク交換必要であることがとても分かり易い。
【０１１８】
（第２の実施の形態）
図２２は、本発明の第２の実施の形態の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。なお、本実施形態は、立体形半導体素子以外の構成については第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１１９】
この図で示す形態の立体形半導体素子２１は、外部Ａ（起電力供給手段６２２，６２３）から立体形半導体素子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、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は立体形半導体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。
【０１２０】
情報入手手段２５は、立体形半導体素子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の通信手段からの入力信号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。
【０１２１】
図２３は図２２に示した立体形半導体素子の動作を説明するためのフローチャートである。図２２および図２３を参照すれば、外部Ａ（起電力供給手段）から立体形半導体素子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。
【０１２２】
この状態において、外部Ａまたは外部Ｂから立体形半導体素子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立体形半導体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２３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２３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２３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２３のステップＳ２４）。
【０１２３】
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または外部Ｂまたは外部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。
【０１２４】
なお、外部Ａまたは外部Ｂからの入力信号３０と共に起電力をも立体形半導体素子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。
【０１２５】
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、立体形半導体素子と外部とで情報のやり取りを行うことができる。
【０１２７】
（第３の実施の形態）
図２４は本発明の第３の実施の形態の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。なお、本実施形態は、立体形半導体素子以外の構成については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１２８】
この図に示す形態の立体形半導体素子３１は、外部Ａから立体形半導体素子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。
【０１２９】
このような形態では、外部Ａから立体形半導体素子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、立体形半導体素子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、立体形半導体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。
【０１３０】
例えば図２５にインクタンクのインク中に浮遊させた立体形半導体素子の位置を、インクの消費変化とともに示す。図２５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中の立体形半導体素子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。
【０１３１】
図２６は立体形半導体素子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２４および図２６のステップＳ３１〜Ｓ３４を参照すると、外部Ａまたは外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置の通信手段）により立体形半導体素子３１に向けて光を発信し、その光を外部Ａまたは外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）または外部Ｃで受信することにより立体形半導体素子３１の位置が検知され、この立体形半導体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。
【０１３２】
この立体形半導体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、立体形半導体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。
【０１３３】
本実施形態によれば、液体の比重が異なるなど立体形半導体素子が用いられる環境により立体形半導体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立体形半導体素子が存在するように設定することができるので、立体形半導体素子が置かれる環境に関わらず立体形半導体素子を使用することが可能である。
【０１３４】
なお、詳述しないが、本実施形態においても上述した第１および第２の実施の形態と同様に、立体形半導体素子３１は、インダクターと情報入手手段と情報伝達手段とが同一基体に形成されたものである。
【０１３５】
（第４の実施の形態）
図２７は本発明の第４の実施の形態の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。なお、本実施形態は、立体形半導体素子以外の構成については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１３６】
本実施形態は第１または第２の実施の形態の立体形半導体素子に他の立体形半導体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。
【０１３７】
図２７（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、各立体形半導体素子に外部Ａまたは外部Ｂの起電力供給手段より起電力が供給されると、各立体形半導体素子が周囲環境情報をそれぞれ入手し、立体形半導体素子４１の入手情報ａは立体形半導体素子４２へ、立体形半導体素子４１および立体形半導体素子４２の入手情報ａ，ｂは次の立体形半導体素子へと順次伝達され、最後の立体形半導体素子４３はすべての入手情報を外部Ａまたは外部Ｂに伝達する。
【０１３８】
また、図２７（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、各立体形半導体素子に外部Ａまたは外部Ｂの起電力供給手段より起電力が供給されており、外部Ａまたは外部Ｂの通信手段より例えば立体形半導体素子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立体形半導体素子５１または５２は質問に応じた情報を入手して回答を行ない、立体形半導体素子５１または５２の質問回答は他の立体形半導体素子へと順次伝達され、所望の立体形半導体素子５３より外部Ａまたは外部Ｂまたは外部Ｃに返答される。
【０１３９】
また、図２７（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、各立体形半導体素子に外部Ａまたは外部Ｂの起電力供給手段より起電力が供給されており、外部Ａまたは外部Ｂの通信手段より例えば立体形半導体素子６３に対してある信号が入力されると、その信号は立体形半導体素子６２および立体形半導体素子６１へと順次伝達され、立体形半導体素子６３により外部Ａまたは外部Ｂまたは外部Ｃへ表示を行なう。
【０１４０】
なお、図２７（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。
【０１４１】
また、図２８は、インクタンク内およ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または第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立体形半導体素子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および液室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。この立体形半導体素子７９への電力供給は立体形半導体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。
【０１４２】
そして、各立体形半導体素子７１，７９に外部の起電力供給手段から起電力を供給すると、インク中の立体形半導体素子７１は例えばインクの残量情報を入手し、記録ヘッド側の立体形半導体素子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情報を立体形半導体素子７１に伝達する。すると、立体形半導体素子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、立体形半導体素子７９に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。立体形半導体素子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。
【０１４３】
以上のように、立体形半導体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。
【０１４４】
また、図２７および図２８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であってもよい。例えば図２９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立体形半導体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および、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立体形半導体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２８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。この立体形半導体素子８３への電力供給は立体形半導体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。
【０１４５】
そして、立体形半導体素子８１に外部から起電力を供給すると、インク中の立体形半導体素子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、他の立体形半導体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立体形半導体素子８２に、立体形半導体素子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立体形半導体素子８２は、立体形半導体素子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、記録ヘッド側の立体形半導体素子８３に、立体形半導体素子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立体形半導体素子８３は例えばタンク交換のためのインク残量またはインクのｐｈを判断するＩＤ情報を立体形半導体素子８２に伝達する。そして立体形半導体素子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、立体形半導体素子８３に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。立体形半導体素子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、ある立体形半導体素子から他の立体形半導体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。
【０１４６】
【発明の効果】
本発明によると、インクタンク内に電気配線等を設けたりすることなく、比較的簡単な構成で、インクタンク内の立体形半導体素子を駆動するための起電力を非接触で供給することができる。静止時起電力供給手段を有する構成であると、キャリッジの停止時、すなわち非印字時に、立体形半導体素子に起電力を供給することができ、効率的である。また、この静止時起電力供給手段がホームポジションに設けられていると、印字終了時から磁界の印字開始時までの間に必ず立体形半導体素子への起電力供給の機会があり、起電力供給が滞るおそれが小さい。
【０１４７】
また、移動時起電力供給手段を有する構成であると、記録装置の動作（キャリッジの移動）を利用して、立体形半導体素子を駆動するための起電力を補給することができる。また、キャリッジの運動エネルギーを、起電力供給のために有効に利用することができる。
【０１４８】
これらの構成によると、キャリッジがホームポジションに停止しているとき、または印字中でないと、立体形半導体素子を動作させる起電力がないため、非印字時の立体形半導体素子の誤動作が防止できる。
【０１４９】
立体形半導体素子は、インクタンクに収容されているインクに少なくとも一部が接しており、中空構造であり、インダクターの向きが常に一定の向きとなるように、インクタンクに収容されているインク中で浮遊していることにより、電磁誘導を利用した起電力発生が確実に安定的に行える。
【０１５０】
特に、立体形半導体素子構造を活かした微細パターンにて立体的にインダクタを構成することができ、その場合、巻数を多くすることや、コアとして高透磁率の物質を用いることにより、インダクタンスをより大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の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３】図１に示した立体形半導体素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの第１の例を示す図である。
【図５】立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの第２の例を示す図である。
【図６】立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの第３の例を示す図である。
【図７】立体形半導体素子を配するのに好適なインクタンクの第４の例を示す図である。
【図８】第１の実施の形態の立体形半導体素子の電力発生原理を説明するための図である。
【図９】第１の実施の形態の静止時起電力発生手段を示す模式図である。
【図１０】図９に示す静止時起電力発生手段による起電力供給動作を説明するための模式図である。
【図１１】（ａ）は第１の実施の形態の立体形半導体素子のエネルギー変換手段の要部を示す電気回路図、（ｂ）はエネルギーの変換を説明するためのグラフである。
【図１２】第１の実施の形態の静止時起電力発生手段および移動時起電力供給手段を示す模式図である。
【図１３】図１２に示す移動時起電力発生手段による起電力供給動作を説明するための模式図である。
【図１４】図１２に示す移動時起電力発生手段による起電力供給動作を説明するフローチャートである。
【図１５】第１の実施の形態の静止時起電力発生手段および移動時起電力供給手段の他の例を示す模式図である。
【図１６】第１の実施の形態における記録動作を説明するフローチャートである。
【図１７】第１の実施の形態の立体形半導体素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図１８】図１７に示す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に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】本発明のインクジェット記録装置の立体形半導体素子と記録装置本体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】本発明のインクジェット記録装置の立体形半導体素子と記録装置本体とで双方向通信を行なう場合の、受信側の記録装置本体でのフローチャートを示す図である。
【図２２】本発明の第２の実施の形態の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２３】図２２に示す立体形半導体素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２４】本発明の第３の実施の形態の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２５】図２２に示す立体形半導体素子をインクタンク内のインク中に浮遊させたときの位置を、インク残量変化とともに示す図である。
【図２６】図２２に示す立体形半導体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２７】本発明の第４の実施の形態の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２８】インクタンク内およ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または第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２９】インクタンク内およ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３０】特開平６−１４３６０７号に記載の従来のインク残量検知装置を示す図である。
【図３１】特登録２９４７２４５号に記載の従来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    立体形半導体素子
５０１    インクタンク
５０２    インク袋
５０２ａ  袋口
５０３    筐体
５０４    ゴム栓
５０５    中空針
５０６    立体形半導体素子
５１１    インクタンク
５１２    筐体
５１３    インク
５１４    インク供給口
５１５    インクジェットヘッド
５２１    インクタンク
５２２    インク
５２３    負圧発生部材
５２４    連通路
５２５，５２６    立体形半導体素子
５３１    インクタンク
５３２    多孔質部材
５３３    インクジェットヘッド
５３４，５３５    立体形半導体素子
６００    インクジェット記録装置
６０１    ヘッドカートリッジ
６０２    駆動モータ
６０３，６０４    駆動力伝達ギヤ
６０５    リードスクリュー
６０６    螺旋溝
６０７    キャリッジ
６０８    ガイド
６０９    プラテン
６１０    紙押さえ板
６１１，６１２    フォトカプラ
６１３    支持部材
６１４    キャップ部材
６１５    インク吸引手段
６１７    クリーニングブレード
６１８    移動部材
６１９    本体支持体
６２０    レバー
６２１    カム
６２２    静止時起電力供給手段（電磁石装置）
６２２ａ，６２２ｂ    端部（磁極）
６２３    移動時起電力供給手段（永久磁石）
７００    インクタンク
７０１    搬送路（移動範囲）
ａ，ｂ    矢印
Ｐ        プリント用紙
Ｂ        磁束
Ｌ        コイル（インダクター）
ＨＰ      ホームポジション
【図１】
0003605003.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003605003.tif 000021
【図９】
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【図１０】
0003605003.tif 000023
【図１１】
0003605003.tif 000024
【図１２】
0003605003.tif 000025
【図１３】
0003605003.tif 000026
【図１４】
0003605003.tif 000027
【図１５】
0003605003.tif 000028
【図１６】
0003605003.tif 000029
【図１７】
0003605003.tif 000030
【図１８】
0003605003.tif 000031
【図１９】
0003605003.tif 000032
【図２０】
0003605003.tif 000033
【図２１】
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【図２２】
0003605003.tif 000035
【図２３】
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【図２４】
0003605003.tif 000037
【図２５】
0003605003.tif 000038
【図２６】
0003605003.tif 000039
【図２７】
0003605003.tif 000040
【図２８】
0003605003.tif 000041
【図２９】
0003605003.tif 000042
【図３０】
0003605003.tif 000043
【図３１】
0003605003.tif 000044