(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを直接収納した室を備えたインクタンクにおいて、
立体形状シリコンに半導体プロセスによって作り込まれた、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、前記立体形状シリコンの表面に半導体プロセスによって作り込まれた、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーによって発光する発光手段とを備え、重心が中心よりも重力方向下方に位置するとともに、メタセンタが前記重心よりも重力方向上方に位置するように構成された立体形半導体素子を前記インク中に浮遊させたことを特徴とするインクタンク。
【請求項２】
立体形状シリコンに半導体プロセスによって作り込まれた、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、前記立体形状シリコンの表面に半導体プロセスによって作り込まれた、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーによって発光する発光手段とが配された立体形半導体素子を備えたインクタンクが装着されるインクジェット記録装置であって、
前記立体形半導体素子の前記発光手段を発光させる前記外部エネルギーの供給手段と、前記発光手段の光を受光する受光手段とを備え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】
前記インクジェット記録装置は、複数のインクタンクを、各インクタンク内に収容されたインクの種類に従って所定の位置に装着されるように構成されており、前記立体形半導体素子の発光手段が発光した光を受光した前記受光手段によって前記インクタンクが不適切な位置に装着されたことが検知されたときに警告を発する手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記インクジェット記録装置は、複数のインクタンクが装着されるように構成されており、前記立体形半導体素子の発光手段が発光した光を受光した前記受光手段によって前記インクタンクの装着位置を検知し、装着されたインクタンクから供給されるインクの種類に合わせて記録ヘッドの駆動を制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部からエネルギーが供給されると発光する立体形半導体素子が配されたインクタンク、および該インクタンクが着脱可能に搭載される、ファクシミリ・プリンター・複写機等に用いられるインクジェット記録装置に関する。
【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ことについても、種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開平６−１４３６０７号によれば、図１２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１３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を用いることができない等、使用するインクに制約が生じてしまう。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、インクタンク内に収容されているインクの種類等のタンク内情報を知ることができない。
【０００７】
さらに、複数のインクを用いて印字するインクジェット記録装置では、インクを無駄なく使うために、各色ごとの複数のインクタンクを所定の位置に装着する場合がある。そのようなインクジェット記録装置では、ユーザーがインクタンクを不適切な位置に装着するのを防止するために、各色のインクタンクを異なる形状にし、不適切な位置では装着できないようにすることが一般的である。しかしながら、インクの色の数だけインクタンクの形状を異ならせることで、インクタンクのコストアップに繋がる場合があった。したがって、インクタンクの形状は同じでありつつ、誤装着を防止することが可能な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、外部と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。
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の目的は、インクタンク内に収容されているインクの種類等の検出に用いられる立体形半導体素子が配されたインクタンク、および該インクタンクが搭載されるインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインクタンクは、インクを直接収納した室を備えたインクタンクにおいて、立体形状シリコンに半導体プロセスによって作り込まれた、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、前記立体形状シリコンの表面に半導体プロセスによって作り込まれた、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーによって発光する発光手段とを備え、重心が中心よりも重力方向下方に位置するとともに、メタセンタが前記重心よりも重力方向上方に位置するように構成された立体形半導体素子を前記インク中に浮遊させたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のインクジェット記録装置は、立体形状シリコンに半導体プロセスによって作り込まれた、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、前記立体形状シリコンの表面に半導体プロセスによって作り込まれた、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーによって発光する発光手段とが配された立体形半導体素子を備えたインクタンクが装着されるインクジェット記録装置であって、前記立体形半導体素子の前記発光手段を発光させる前記外部エネルギーの供給手段と、前記発光手段の光を受光する受光手段とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
さらに、前記インクジェット記録装置は、複数のインクタンクを、各インクタンク内に収容されたインクの種類に従って所定の位置に装着されるように構成されており、前記立体形半導体素子の発光手段が発光した光を受光した前記受光手段によって前記インクタンクが不適切な位置に装着されたことが検知されたときに警告を発する手段を備えている構成としてもよい。これによれば、ユーザーはインクタンクを適切な位置に装着し直すことができる。
【００２２】
あるいは、前記インクジェット記録装置は、複数のインクタンクが装着されるように構成されており、前記立体形半導体素子の発光手段が発光した光を受光した前記受光手段によって前記インクタンクの装着位置を検知し、装着されたインクタンクから供給されるインクの種類に合わせて記録ヘッドの駆動を制御する制御手段を備えている構成としてもよい。この構成によれば、ユーザーがインクタンクを間違った位置に装着した場合でも自動的に適切な画像記録が行われるため、ユーザーがインクタンクの装着位置に留意する必要がなくなる。
【００２３】
【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。なお、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。
【００２４】
図１は、本発明の一実施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外部エネルギである起電力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光を発光させる発光手段３５とを備え、インクタンク内のインク中に配される。発光手段３５はフォトダイオード等によって構成される。
【００２５】
なお、素子を動作させるために供給される起電力としては、電磁誘導、熱、光、放射線などが適用できる。また、エネルギー変換手段３４および発光手段３５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。
【００２６】
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を用いて発光手段３５が光３６を放射する。発光手段３５から放射された光３６は、外部Ｂによってその強度が検出される。
【００２７】
なお、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ものである。
【００２８】
また、外部エネルギーの供給方法としては、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、記録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）。
【００２９】
次に、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２〜図４に示す。図２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。
【００３０】
また、図３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。
【００３１】
また、図４に示すインクタンク５２１は、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。このようなタンク５２１内のインク５２２中にも、本発明の立体形半導体素子５２６を配置することができる。
【００３２】
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５に概略図で示す。図５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２〜図４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や前記素子から放射された光を受光する手段（不図示）が記録装置６００内に設置されている。
【００３３】
ヘッドカートリッジ６０１は、図５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。
【００３４】
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。
【００３５】
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５では示されていない。
【００３６】
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。
【００３７】
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実施形態を更に詳しく説明する。
【００３８】
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。
【００３９】
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６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。
【００４０】
図６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ことにより、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。
【００４１】
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、
【００４２】
【数１】
Ｂ＝ｋ＊Ｎａ＊Ｉａ                                ▲１▼
コイルＬに生じる起電力Ｖは、
【００４３】
【数２】
0003745199.tif 000002
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、
【００４４】
【数３】
0003745199.tif 000003
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。
【００４５】
▲２▼式の相互インダクタンス：Ｍは、
【００４６】
【数４】
0003745199.tif 000004
となる。ここで、μoは、真空の透磁率である。
【００４７】
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、
【００４８】
【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、
【００４９】
【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、
【００５０】
【数７】
Ｚｏ（ωo）＝Ｒａ＋ｊＬａωo−（ωo2Ｍ2／Ｒ）        ▲７▼
となり、この共振回路の位相の遅れ：φは、
【００５１】
【数８】
tanφ＝｛ｊＬａωo−（ωo2Ｍ2／Ｒ）｝／Ｒ          ▲８▼
となる。
【００５２】
そして、この外部共振回路の共振周波数：ｆoは、
【００５３】
【数９】
ｆo＝１／２π（ＬＣ）1/2                          ▲９▼
で求められる。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
図７は、本発明の立体形半導体素子を用いたインクタンクの概略構成図である。この図で示す立体形半導体素子５２６は、インクタンク５２１内の生インク５２２の液面付近に浮遊しており、インクタンク５２１外の外部共振回路（不図示）によって電磁誘導による起電力を誘起させられ、立体形半導体素子５２６の表面に付近に配設されたフォトダイオードが駆動されることで、光を発する。その光は、インク５２２を透過し、インクタンク５２１の外部の光センサ５５０で受光される。
【００５８】
図８に、代表的なインク（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の吸光波長を示す。図８からわかるように、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色のインクは、３００〜７００ｎｍの波長帯において吸光率のピークが分散している。各色のインクの吸光率のピークは、イエローが約３９０ｎｍ、マゼンダが約５００ｎｍ、ブラックが約５９０ｎｍ、シアンが約６２０ｎｍである。そのため、３００〜７００ｎｍの範囲の波長を含む光を立体形半導体素子から発光させ、その光をインク中に透過させてインクタンク外にある光センサ５５０（図７参照）で受光し、どの波長が最も吸収されたかを検知することで、光が透過したインクの色が上記のうちのいずれであるかを判別することができる。
【００５９】
また、図８からわかるように、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色のインクは、波長５００ｎｍにおいて吸光率が互いに明確に異なる。波長５００ｎｍにおける各色のインクの吸光率は、マゼンダが約８０％、ブラックが約５０％、イエローが約２０％、シアンが約５％である。そのため、５００ｎｍの波長光に関して、立体形半導体素子で発光された光の強度に対するインク透過光の強度の割合（透光率）を検知することで、光が透過したインクの色が上記のうちのいずれであるかを判別することができる。
【００６０】
なお、上記のいずれの場合にも、一種類の立体形半導体素子を異なるインクタンク内にそれぞれ配して、複数のインク種の判別を行うことが可能である。
【００６１】
また、複数のインクタンクの各々が、それぞれのインクタンク内に収容されたインクの種類に従って所定の位置に装着されるように構成されているインクジェット記録装置においては、インクタンク内のインクを透過した光を受光した光センサ５５０によってインクタンクが不適切な位置に装着されたことが検知されたときにユーザーに警告を発する手段が備えられていてもよい。この場合の警告手段としては、ランプ等の発光手段やブザー等の鳴音手段などを用いることができる。ユーザーは、警告手段による警告によってインクタンクを誤った位置に装着したことを知り、そのインクタンクを本来の位置に装着し直すことができる。
【００６２】
あるいは、このようなインクジェット記録装置において、インクタンク内のインクを透過した光を受光した光センサ光によってインクタンクが不適切な位置に装着されたことが検知されたときに、装着されたインクタンクからインクが供給される記録ヘッドをそのインクの種類に合わせて制御する制御手段が備えられていてもよい。これによれば、ユーザーがインクタンクを間違った位置に装着した場合でも自動的に適切な画像記録が行われるため、ユーザーがインクタンクの装着位置に留意する必要がなくなる。
【００６３】
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９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、かつ、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。
【００６４】
図９（ａ）に示す球状シリコンに対し、その全表面上に図９（ｂ）に示すように熱酸化のＳｉＯ2膜２０２を形成した後、図９（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。
【００６５】
そして、図９（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９（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。
【００６６】
更に、図９（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９（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。
【００６７】
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１０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。
【００６８】
図１０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Åのゲート絶縁膜４０８を介して、４０００Å以上５０００Å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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
各素子間には、５０００Å以上１００００Å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。
【００７２】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Å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１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを形成した。
【００７３】
このＮ−Ｍｏｓ回路を、図９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。
【００７４】
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６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。
【００７５】
図１１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１１（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。
【００７６】
そして、図１１（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。
【００７７】
ここで、釣り合いの状態にあるときの重量の作用線（図１１（ｂ）中の一点鎖線）と、傾いたときの浮力の作用線（図１１（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。
【００７８】
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、
【００７９】
【数１０】
0003745199.tif 000005
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。
【００８０】
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。
【００８１】
そして、図１１（ｂ）から、
【００８２】
【数１１】
0003745199.tif 000006
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、
【００８３】
【数１２】
0003745199.tif 000007
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を行うための必要条件となる。
【００８４】
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。
【００８５】
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記録装置に関して、インク情報を検知し、最適な方法で記録装置を制御することに好ましく適用される。
【００８６】
なお、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、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。）
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、立体形半導体素子が、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、エネルギー変換手段で変換されたエネルギーにより発光する発光手段とを有しているので、立体形半導体素子から放射された光をインク中に透過させ、その透過光のある波長における強度を検出することにより、インクの種類を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施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】本発明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示す図である。
【図３】本発明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示す図である。
【図４】本発明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示す図である。
【図５】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概略構成図である。
【図６】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７】本発明の立体形半導体素子を用いたインクタンクの概略構成図である。
【図８】代表的なインク（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の吸光波長を示すグラフである。
【図９】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１０】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１１】図９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１２】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１３】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】
３１，５０６，５１６，５２６    立体形半導体素子
３２    起電力
３３    電力
３４    エネルギー変換手段
３５    発光手段
３６    光
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
５０１，５１１，５２１    インクタンク
５０２    インク袋
５０２ａ  袋口
５０３，５１２    筐体
５０４    ゴム栓
５０５    中空針
５１３，５２２    インク
５１４，５２５    インク供給口
５１５    インクジェットヘッド
５２３    負圧発生部材
５２４    連通路
【図１】
0003745199.tif 000008
【図２】
0003745199.tif 000009
【図３】
0003745199.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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