DE60130287T2

DE60130287T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsgerät das ein Festkörperhalbleiterbauelement verwendet

Info

Publication number: DE60130287T2
Application number: DE60130287T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Ohta-ku Imanaka; Ichiro Ohta-ku Saito; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Masahiko Ohta-ku Kubota; Muga Ohta-ku Mochizuki; Ryoji Ohta-ku Inoue; Takaaki Ohta-ku Yamaguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: EP1726438B1; CA2453883A1; KR100404699B1; EP1726438A3; TW508632B; US6769754B2; CA2453960A1; CN1339359A; CN1192885C; US20020008722A1; DE60130287D1; ATE372213T1; KR20010113519A; EP1164023A3; CA2350392A1; ATE519598T1; EP1164023A2; EP1726438A2; EP1164023B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung und in Betracht gezogener
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, bei dem ein Halbleiterbauelement in Festkörperform Verwendung findet, und bezieht sich insbesondere auf ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, bei dem Informationen bezüglich der Stellung einer Aufzeichnungseinrichtung sowie der in einem Tintenbehälter befindlichen Tinte durch Einbau dieses festen bzw. Festkörperform aufweisenden Halbleiterbauelements in einen Tintenstrahlkopf (einer Aufzeichnungseinrichtung) oder einen Tintenbehälter gewonnen werden können.
Üblicherweise ist bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, bei dem das Ausdrucken von Bildern auf Papier in Form von Punktmustern durch Bewegung eines mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf versehenen Druckwagens in einer Druckrichtung unter gleichzeitigem Ausstoßen von Tinte aus einer Vielzahl von an einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf (der nachstehend vereinfacht als Aufzeichnungskopf bezeichnet wird) angeordneten Ausstoßdüsen erfolgt, ein Tinte für die Aufzeichnung enthaltender Tintenbehälter vorgesehen, über den die Tinte dem Aufzeichnungskopf über eine Tintenversorgungsstrecke zugeführt wird.
Bei einem solchen Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät besteht einer der Hauptfaktoren zur Erzielung einer sehr genauen und qualitativ hochwertigen Aufzeichnung in der Einhaltung einer genauen relativen Positionsbeziehung zwischen der jeweiligen Ausstoßposition der Tinte und einem Aufzeichnungsmaterial (wie Aufzeichnungspapier oder dergleichen). Bei der Fertigung wird die Relativbeziehung zwischen dem Antriebs- und Bewegungsmechanismus des Druckwagens und dem Transport- und Fördermechanismus des Aufzeichnungsmaterials genau eingestellt, wobei dann auf der Basis dieser Vorbedingung die zeitliche Steuerung der Druckwagenbewegung und des Tintenausstoßes zur Erzielung eines gewünschten Aufzeichnungsbildes festgelegt und eine entsprechende Aufzeichnung durchgeführt werden. In einigen Fällen kommt es jedoch auf Grund von herstellungs- oder montagebedingten Fehlern, im Laufe der Zeit auftretenden Abnutzungserscheinungen, mechanischen Verschleißerscheinungen und dergleichen zu gewissen Abweichungen der jeweiligen Tintenausstoßposition. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Aufbringung von Tintentröpfchen auf dem Aufzeichnungsmaterial an der jeweils gewünschten Position oder es treten Änderungen von Form und Umfang der an dem Aufzeichnungsmaterial haftenden Tinte auf, wodurch sich die Qualität der erzeugten Bilder verschlechtert.
Das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät umfasst daher meist einen Mechanismus zur Stellungserfassung des den Aufzeichnungskopf tragenden Druckwagens, durch den die Position bzw. Stellung des Druckwagens unter Verwendung eines lineare Stellungsgebers oder dergleichen in geeigneter Form erfasst wird.
Ein weiterer Hauptfaktor bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät in Bezug auf die Erzeugung sehr genauer und qualitativ hochwertiger Aufzeichnungen besteht darin, dass zur richtigen Zeit Zustandsgrößen der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte z.B. in Form der Tintenart, der vorliegenden Restmenge, des jeweiligen Betriebszustands sowie von Bestandteilen der Tinte erfasst werden. In Bezug auf den Tintenfüllstand bzw. die in dem Tintenbehälter noch befindliche Tinten-Restmenge, die eine dieser zu erfassenden Zustandsgrößen darstellt, sind bereits verschiedene Tintenfüllstands- oder Tintenrestmengen-Messeinrichtungen vorgeschlagen worden.
Gemäß der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 6-143 607 sind z.B. in der in 1 dargestellten Weise zwei (als Elektrodenpaar angeordnete) Elektroden 702 an der Innenseite des Bodens eines mit einer nichtleitenden Tinte gefüllten Tintenbehälters 701 angeordnet, während ein Schwimmkörper 703 mit einer den Elektroden 702 gegenüberliegenden Elektrode 704 in der in dem Tintenbehälter 701 befindlichen Tinte schwimmt. Die beiden Elektroden 702 sind hierbei mit einer (nicht dargestellten) Sensoreinrichtung verbunden, die das Vorliegen eines leitenden Zustands von beiden Elektroden erfasst. Bei Feststellung dieses leitenden Zustands wird dann eine Tintenrestmengen-Fehlermeldung abgegeben, durch die angezeigt wird, dass sich in dem Tintenbehälter 701 keine Tinte mehr befindet, woraufhin der Betrieb eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes 705 unterbrochen wird.
Weiterhin ist aus der japanischen Patentschrift 2 947 245 eine für einen Tintenstrahldrucker vorgesehene und in 2 dargestellte Tintenpatrone 805 bekannt, deren unterer Bereich zum Boden hin trichterartig ausgestaltet ist, wobei am Boden zwei elektrische Leiter 801 und 802 vorgesehen und im Innenraum eine Metallkugel 804 mit einem geringeren spezifischen Gewicht (Wichte) als Tinte 803 angeordnet sind. Wenn bei dieser Konfiguration der Flüssigkeitsstand der Tinte 803 mit deren fortschreitendem Verbrauch sinkt, führt dies zu einer entsprechenden Abwärtsbewegung der an der Oberfläche der Tinte 803 schwimmenden Metallkugel 804.
Wenn hierbei der Flüssigkeitsstand der Tinte 803 schließlich den Boden des Tintenpatronengehäuses erreicht, tritt die Metallkugel 804 mit den beiden elektrischen Leitern 801 und 802 in Kontakt, wodurch die elektrischen Leiter 801 und 802 miteinander verbunden werden und ein Strom fließen kann. Durch Erfassung dieses Stroms lässt sich somit ein vollständiger Tintenverbrauch feststellen, sodass in einem solchen Fall einer Bedienungsperson eine entsprechende Information in Form einer Tinten-Leeranzeige zugeführt werden kann.
Bei dem vorstehend beschriebenen Druckwagen-Positonserfassungsmechanismus eines üblichen Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes findet dagegen im wesentlichen nur eine eindimensionale Positionserfassung in einer Bewegungsrichtung des Druckwagens statt, sodass der Abstand zwischen einer Tintenausstoßöffung und dem Aufzeichnungsmaterial und dergleichen nicht erfasst werden kann. Darüber hinaus stellt die Verwendung eines linearen Stellungsgebers eine ziemlich aufwändige Maßnahme dar, durch die sich die Herstellungskosten eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes erhöhen.
Weiterhin bedingt eine Konfiguration, bei der der Tintenfüllstand bzw. die Tintenrestmenge innerhalb des Tintenbehälters erfasst wird, dass auch die zur Tintenerfassung dienenden Elektroden innerhalb des Tintenbehälters angeordnet sind. Wenn die Tintenrestmenge in Abhängigkeit vom leitenden Zustand der Elektroden erfasst wird, bestehen auch Einschränkungen in Bezug auf die zu verwendende Tinte, die z.B. in einem solchen Fall keine Bestandteile wie Metallionen enthalten darf.
Im übrigen ermöglicht diese Konfiguration nur eine Erfassung des Tintenfüllstands bzw. der Tintenrestmenge, während Informationen über andere Zustandsgrößen innerhalb des Tintenbehälters nicht in den Außenbereich gelangen. Informationen, die sich z.B. auf den Druck im Tintenbehälter, Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Tinte und dergleichen beziehen, stellen jedoch wichtige Parameter zur konstanten Erzielung einer stabilen Ausstoßmenge im Betrieb eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes dar, sodass ein Tintenbehälter wünschenswert ist, über den einem externen Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät in Echtzeit Informationen bezüglich des sich in Verbindung mit dem Tintenverbrauch ständig verändernden Tintenbehälter-Innendrucks zugeführt und Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Tinte in den Außenbereich übertragen werden können.
Außerdem sollte ein Tintenbehälter dahingehend ausgestaltet sein, dass ein beiderseitiger Informationsaustausch, d.h. nicht nur eine einseitige Übertragung von Innenzustandsinformationen des Tintenbehälters nach außen sondern auch eine Beantwortung von externen Anfragen in Bezug auf Innenzustandsinformationen, erfolgen kann.
In diesem Zusammenhang wurde im Rahmen der Erfindung ein kugelförmiger Halbleiter (ein festes bzw. in Festkörperform vorliegendes Halbleiterbauelement) der Firma BALL Semiconductor Inc. einer näheren Betrachtung unterzogen, bei dem es sich um eine 1-mm-Siliciumkugel handelt, auf deren Kugeloberfläche ein integrierter Halbleiterschaltkreis ausgebildet ist. Da dieses feste Halbleiterbauelement kugelförmig ist, wird davon ausgegangen, dass bei seiner Anordnung in dem an dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät angebrachten Aufzeichnungskopf oder Tintenbehälter die Erfassung von Umgebungsinformationen sowie ein beiderseitiger Informationsaustausch mit dem Außenbereich im Vergleich zu einer ebenen Konfiguration wesentlich effizienter erfolgen können.
Die Anmelderin hat im Rahmen der japansichen Patentanmeldung 2000-114 228 bereits ein zur Aufnahme von Tinteninformationen geeignetes festes Halbleiterbauelement sowie ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit einem ein eingebautes Halbleiterbauelement dieser Art enthaltenden Tintenbehälter vorgeschlagen. Dieses feste Halbleiterbauelement umfasst eine Informationserfassungseinrichtung zur Aufnahme von im Bereich des Elements vorhandenen, umgebungsbedingten Informationen sowie eine Beurteilungseinrichtung, über die aus einer Informationsspeichereinrichtung Speicherinformationen in Bezug auf die aufgenommenen Informationen ausgelesen und die ausgelesenen Speicherinformationen sodann mit den aufgenommenen Informationen verglichen werden, um auf diese Weise festzulegen, ob eine Weiterleitung der Informationen erforderlich ist. Wenn eine Weiterleitung der Informationen für erforderlich gehalten wird, veranlasst die Beurteilungseinrichtung dann die Übertragung der aufgenommenen Informationen in den Außenbereich durch eine Informationsübertragungseinrichtung. Nachdem dieses feste bzw. in Festkörperform vorliegende Halbleiterbauelement bereits die Informationsaufnahmeeinrichtung, die Informationsübertragungseinrichtung und dergleichen aufweist, sollte auch die Möglichkeit bestehen, weitere Funktionen vorzusehen und dieses feste Halbleiterbauelement in erweitertem Umfang auch zur qualitativen Verbesserung der Tintenstrahlaufzeichnung einzusetzen.
Hierbei kann in Betracht gezogen werden, zumindest einen Teil eines solchen festen Halbleiterbauelements in dem Aufzeichnungskopf oder dem Tintenbehälter anzuordnen, um Positionsinformationen bezüglich des Aufzeichnungskopfes, Informationen bezüglich der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte, des Innendrucks im Tintenbehälter und dergleichen einer externen Vorrichtung in Echtzeit zu übermitteln und sie auf diese Weise in den Tintenstrahl-Aufzeichnungsbetrieb eingehen zu lassen.
Wenn jedoch ein solches festes Halbleiterbauelement in dem Tintenbehälter zur Aufnahme von in dem Tintenbehälter verfügbaren Informationen angeordnet wird, ist auch eine Energiezufuhr in Bezug auf Ansteuerung und Betätigung eines solchen Halbleiterbauelements erforderlich, wobei die Energieübertragung kontaktlos erfolgen muss, da sich das feste Halbleiterbauelement im Tintenbehälter in einem schwimmenden Zustand befindet. Somit ist eine Einrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung in Bezug auf das feste Halbleiterbauelement erforderlich.
Da weiterhin die Möglichkeit einzubeziehen ist, dass sich in dem Tintenbehälter eine leitfähige Tinte befindet, kann bei dem Versuch, die Energieübertragung zu dem in der Tinte befindlichen festen Halbleiterbauelement unter Verwendung eines elektromagnetisches Feldes bzw. einer elektromagnetischen Welle durchzuführen, ein Abschirmzustand des Halbleiterbauelements auf Grund der leitfähigen Tinte auftreten oder es kann zu reflexionsbedingten Störungen des elektromagnetischen Feldes bzw. der elektromagnetischen Welle kommen, sodass keine stabile Energiezufuhr erfolgt.
Wenn im Falle einer Konfiguration, bei der der Tintenbehälter zusammen mit dem Aufzeichnungskopf an dem Druckwagen angebracht ist, der Tintenbehälter im Druckbetrieb in Verbindung mit dem gesamten Druckwagen eine Abtastbewegung durchführt, ist zur Aufrechterhaltung eines stabilen energetischen Zustands eine Energiezufuhr auch während des Druckens zweckmäßig. Hierbei wäre insbesondere eine Konfiguration zweckmäßig, bei der im Druckbetrieb anfallende kinetische Energie auch zur Betätigung des festen Halbleiterbauelements Verwendung findet. Außerdem ist es bei einer kontaktlosen Informationsübertragung in Bezug auf Zustandsgrößen im Tintenbehälter zur Verhinderung einer Funktionsbeeinträchtigung erforderlich, dass bei außer Betrieb befindlicher Druckvorrichtung keine Informationsübertragung erfolgt.
Weiterhin ist aus der EP-A-0 878 316 ein Druckkopf bekannt, bei dem im Falle eines Abtastkopfes eine eingebaute Batterie in Verbindung mit einer drahtlosen Nachrichtenübertragung vorgesehen ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät anzugeben, bei dem ein festes bzw. in Festkörperform vorliegendes Halbleiterbauelement zur Erfassung einer Aufzeichnungskopfstellung Verwendung findet, um durch eine in geeigneter Weise erfolgende Erfassung der Aufzeichnungskopfstellung eine Verbesserung der Druckqualität zu erzielen, wobei eine multifunktionale und damit effektivere Verwendung des festen Halbleiterbauelements erfolgen soll, ohne dass dies einen komplexen Aufbau der Konfiguration zur Folge hat.
Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit einer Konfiguration, bei der das feste bzw. in Festkörperform vorliegende Halbleiterbauelement in dem Tintenbehälter angeordnet ist und eine stabile, kontaktlose Energieübertragung zu diesem Halbleiterbauelement erfolgen kann, sowie ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät anzugeben, bei dem die bei der Abtastbewegung des Tintenbehälters im Druckbetrieb anfallende kinetische Energie zur stabilen Energiezufuhr zu dem Halbleiterbauelement auch im Verlauf des Druckbetriebs genutzt und hierbei Beeinträchtigungen bei außer Betrieb befindlicher Druckvorrichtung verhindert werden.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät gemäß den Patentansprüchen gelöst.
Erfindungsgemäß ist das feste bzw. in Festkörperform vorliegende Halbleiterbauelement in einem an dem Druckwagen angebrachten Bauteil (dem Aufzeichnungskopf oder dem Tintenbehälter) angebracht, wobei auch Nachrichtenübertragungs- oder Energiezuführungseinrichtungen im Abtastbereich des Druckwagens fest angeordnet sind.
Während einer Aufzeichnung, die durch Ausstoßen von Tinte über in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf angeordnete Aufzeichnungseinrichtungen im Verlauf der Bewegung des den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf tragenden Druckwagens erfolgt, wird eine elektrische Welle von fest angeordneten Übertragungseinrichtungen zu dem an dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf angebrachten festen Halbleiterbauelement übertragen, das die elektrische Welle aufnimmt, auf deren Basis die jeweilige Position der Aufzeichnungseinrichtungen erfasst und eine entsprechende zeitliche Steuerung des Tintenausstoßes vornimmt.
Erfindungsgemäß wird eine dreidimensionale Erfassung der jeweiligen Tintenausstoßposition des Tintenstrahl- Aufzeichnungsgerätes ermöglicht, die zur Steuerung des Tintenausstoßes zwecks Erzielung einer hochgenauen und qualitativ hochwertigen Aufzeichnung Verwendung finden kann. Hierdurch wird nicht nur eine eindimensionale sondern eine dreidimensionale Positionserfassung in der Bewegungsrichtung des Druckwagens ermöglicht, wodurch sich die Druckqualität erheblich verbessern lässt, da auch der Abstand zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und der jeweiligen Ausstoßposition erfasst werden kann.
Durch die Verwendung des festen Halbleiterbauelements erübrigt sich die Anbringung eines linearen Stellungsgebers oder dergleichen an dem Gerätekörper, was zu einer höheren Gestaltungsfreiheit in Bezug auf die Auslegung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräts führt und z.B. eine veränderliche Druckwagengeschwindigkeit ermöglicht. Außerdem sind aufwändige Bauteile wie ein linearer Stellungsgeber nicht länger erforderlich, wobei darüber hinaus die Möglichkeit besteht, dem eigentlich zu einem anderen Zweck eingesetzten festen Halbleiterbauelement eine zusätzliche Funktion in Form einer Positionserfassung zuzuordnen, wodurch eine multifunktionale und damit kostengünstige Verwendung erzielbar ist.
Im einzelnen kann hierbei über das feste Halbleiterbauelement eine Erfassung der Tintenausstoßposition der Aufzeichnungseinrichtungen in Verbindung mit einer entsprechenden Korrektur der zeitlichen Steuerung des Tintenausstoßes erfolgen, um auf diese Weise Abweichungen der erfassten Ist-Ausstoßposition von einer Soll-Ausstoßposition zu vermeiden. Ferner kann eine Korrektur der zeitlichen Steuerung des Tintenausstoßes erfolgen, indem über das feste Halbleiterbauelement den Aufzeichnungseinrichtungen ein Ausstoßsteuersignal zur Steuerung des Tintenausstoßes zugeführt wird.
Wenn das feste Halbleiterbauelement zum Empfangen, Identifizieren und Analysieren der elektrischen Welle zur Ableitung einer Kommunikationsentfernung der elektrischen Welle ausgestaltet ist, ist es hierbei zweckmäßig, dass die Übertragungsentfernung auf der Basis einer Phasenabweichung der elektrischen Welle ermittelt, die Position des Halbleiterbauelements aus der Übertragungsentfernung abgeleitet und die Ausstoßposition der Aufzeichnungseinrichtungen auf der Basis der Position des Halbleiterbauelements erfasst werden.
Da auf Grund der Verwendung einer elektrischen Welle eine breitere Strahlung als im Falle eines Laserstrahls oder dergleichen erhalten wird, ist eine dem in Bewegung befindlichen Druckwagen nachgeführte Übertragung nicht erforderlich. Da außerdem die Induktivität des festen Halbleiterbauelements gering gehalten werden kann, ist es für eine Übertragung durch eine elektrische Welle geeignet.
Die Übertragung der elektrischen Welle zu dem vorstehend beschriebenen festen Halbleiterbauelement sollte zumindest über drei der vorstehend beschriebenen festen Übertragungseinrichtungen erfolgen. In einem solchen Fall sollte die Übertragung der elektrischen Welle über jede der festen Übertragungseinrichtungen vorzugsweise mit einer anderen Frequenz, einer anderen Amplitude oder einem anderen Signalmuster erfolgen.
Auf diese Weise erfolgt die Positionserfassung im Rahmen eines trilateralen Verfahrens.
Weiterhin ist bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit einem Aufzeichnungskopf, einem Tintenbehälter zur Aufnahme der dem Aufzeichnungskopf zuzuführenden Tinte und einem beweglichen Druckwagen, an dem der Aufzeichnungskopf und der Tintenbehälter angebracht sind, ein festes bzw. in Festkörperform vorliegendes Halbleiterbauelement mit einem Induktor in dem Tintenbehälter angeordnet, wobei sich eine Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung zur kontaktlosen Zuführung von elektrischer Energie zu dem im Stillstand befindlichen Halbleiterbauelement in einer spezifischen Position im Bewegungsbereich des Druckwagens befindet.
Dies hat den Vorteil, dass die EMK dem Halbleiterbauelement im Stillstand des Druckwagens zugeführt werden kann, wenn kein Druckvorgang erfolgt. Ferner erübrigt sich auf diese Weise eine elektrische Leitungsführung in dem Tintenbehälter.
Vorzugsweise wird die spezifische Position, in der die Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung angeordnet ist, von einer Ruhe- oder Ausgangsstellung gebildet. Diese Ruhe- oder Ausgangsstellung umfasst eine Position oder Stellung, bei der sich der Druckwagen nur in einem Bereitschaftszustand befindet, sodass keine Beeinträchtigung des Aufzeichnungskopfes, der Tinte und dergleichen erfolgen kann, da sich das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät zwar im Einschaltzustand befindet, jedoch kein Drucken erfolgt, wobei darüber hinaus gewährleistet ist, dass sich der Druckwagen zwischen der Beendigung und dem Beginn von Druckvorgängen zuverlässig in einem Magnetfeld befindet, wodurch sich die Gefahr verringert, dass die EMK-Zuführung zu dem Halbleiterbauelement mit einer Verzögerung erfolgt.
Wenn die Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung eine elektromagnetische Vorrichtung umfasst, kann auf einfache Weise ein veränderlicher magnetischer Induktionsfluss um das feste Halbleiterbauelement herum erzeugt werden.
Zusätzlich kann in Betracht gezogen werden, auch im Bewegungsbereich des Druckwagens eine Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung zur kontaktlosen Zuführung von elektrischer Energie zu dem auf einem Transportweg geführten festen Halbleiterbauelement anzuordnen.
Auf diese Weise kann dem festen Halbleiterbauelement auch im Verlauf einer Bewegung des Druckwagens während eines Druckvorgangs eine EMK zugeführt und damit ein Mangel an elektrischer Energie zur Betätigung des Halbleiterbauelements während des Druckens vermieden werden. Außerdem kann die kinetische Energie des Druckwagens in effektiver Weise zur Zuführung der EMK genutzt werden.
Die Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung kann hierbei eine Vielzahl von elektromagnetischen Vorrichtungen umfassen. Alternativ kann die Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung jedoch auch eine Vielzahl von Permanentmagneten umfassen. Dies beruht im wesentlichen darauf, dass bei der Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung die Bewegung des Druckwagens ausgenutzt wird, sodass keine Änderung des magnetischen Induktionsflusses erforderlich ist.
Vorzugsweise sollte das feste Halbleiterbauelement zumindest teilweise mit der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte in Berührung stehen und in Form eines Hohlkörpers in der Tinte in dem Tintenbehälter schwimmen, sodass der vorstehend beschriebene Induktor stets in einer festen Richtung angeordnet ist bzw. einer festen Richtung gegenüberliegt. Auf diese Weise kann die EMK unter Verwendung elektromagnetischer Induktion zuverlässig erzeugt werden.
Vorzugsweise sollte eine elektrische Energiespeichereinrichtung an dem festen Halbleiterbauelement angebracht sein, da die zugeführte EMK oder die durch Umsetzung dieser EMK erhaltene elektrische Leistung auf diese Weise für einen anschließenden Betrieb des Halbleiterbauelements gespeichert werden kann.
Außerdem kann eine Nachrichtenübertragungseinrichtung zur Übermittlung eines Signals zu dem festen Halbleiterbauelement vorgesehen werden, wobei das Halbleiterbauelement dann die Funktion aufweisen kann, dass in Abhängigkeit von einer Anfrage der Nachrichtenübertragungseinrichtung übermittelt wird, ob eine ausreichende elektrische Energiemenge zur Betätigung des Halbleiterbauelements vorhanden ist oder nicht.
Weiterhin kann das feste Halbleiterbauelement in Verbindung mit der über die Nachrichtenübertragungseinrichtung erfolgenden Signalübertragung die Funktion aufweisen, dass in Abhängigkeit von einer Anfrage der Nachrichtenübertragungseinrichtung in Bezug auf die Tintenmenge, die Tintenart, Tintenbestandteile sowie den Zustand der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte zumindest eine dieser Zustandsgrößen erfasst und übermittelt wird.
Im übrigen bezeichnet der im Rahmen der nachstehenden Beschreibung verwendete Begriff "Metazentrum" den Schnittpunkt einer Massenwirkungslinie im Gleichgewichtszustand mit einer Auftriebswirkungslinie.
Außerdem beinhaltet der verwendete Begriff "festes Halbleiterbauelement" bzw. "in Festkörperform vorliegendes Halbleiterbauelement" alle kubischen (dreidimensionalen) Raumformen verschiedener Art wie z.B. ein dreiseitiges Prisma (Dreipol), eine Kugel, eine Halbkugel, einen Quader (Vierpol), ein Rotationsellipsoid oder einen einachsigen Drehkörper.
Erfindungsgemäß sind ferner eine Energiewandlereinrichtung zur Umsetzung von extern zugeführter Energie in eine andere Energieform sowie eine Tintenbehälter-Lichtemissionseinrichtung zur Emission von Licht mit Hilfe der von der Energiewandlereinrichtung umgesetzten Energie vorgesehen.
Durch diese Lichtemissionseinrichtung, die Licht mit Hilfe der von der Energiewandlereinrichtung umgesetzten Energie abgibt, kann die Art der Tinte bestimmt werden, indem beim Hindurchtreten des von dem Halbleiterbauelement abgegebenen Lichts durch die Tinte die spektrale Stärke bzw. Intensität in Bezug auf die Wellenlänge des hindurchgetretenen Lichts erfasst wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Tintenrestmengen-Detektionseinrichtung des Standes der Technik,
2 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für eine Tintenrestmengen-Detektionseinrichtung des Standes der Technik,
3 eine perspektivische Darstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 ein Blockschaltbild eines Hauptbestandteils des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Prinzips der Positionserfassung,
6A und 6B Ablaufdiagramme, die eine bei der Herstellung erfolgende Initialisierung sowie den Betrieb des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes veranschaulichen,
7 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes mit einer Vielzahl von festen bzw. in Festkörperform vorliegenden Halbleiterbauelementen,
8 ein sendeseitiges Ablaufdiagramm in Bezug auf das feste Halbleiterbauelement bei einer beiderseitigen Nachrichtenübermittlung zwischen dem festen Halbleiterbauelement des erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes und der Geräteeinheit des Aufzeichnungsgerätes,
9 ein empfangsseitiges Ablaufdiagramm in Bezug auf die Geräteeinheit des Aufzeichnungsgerätes bei einer beiderseitigen Nachrichtenübertragung zwischen dem festen Halbleiterbauelement des erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes und der Geräteeinheit des Aufzeichnungsgerätes,
10 ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus des festen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und dessen Informationsaustausch mit dem Außenbereich,
11 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung von Betrieb und Arbeitsweise des festen Halbleiterbauelements gemäß 10,
12 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für den Aufbau eines Tintenbehälters, der in Bezug auf die Verwendung des festen Halbleiterbauelements geeignet ist,
13 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für den Aufbau eines Tintenbehälters, der in Bezug auf die Verwendung des festen Halbleiterbauelements geeignet ist,
14 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für den Aufbau eines Tintenbehälters, der in Bezug auf die Verwendung des festen Halbleiterbauelements geeignet ist,
15 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für den Aufbau eines Tintenbehälters, der in Bezug auf die Verwendung des festen Halbleiterbauelements geeignet ist,
16 ein Schaltbild, das das Prinzip der Energieerzeugung bei dem festen Halbleiterbauelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
17 eine schematische Darstellung einer Stillstands-EMK-Erzeugungseinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels,
18 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Vorgangs der Zuführung einer EMK durch die Stillstands-EMK-Erzeugungseinrichtung gemäß 17,
19A und 19B ein elektrisches Schaltbild des Hauptabschnitts einer Energiewandlereinrichtung des festen Halbleiterbauelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sowie Spannungsverläufe zur Veranschaulichung der Energieumwandlung,
20 eine schematische Darstellung der Stillstands-EMK-Erzeugungseinrichtung sowie einer Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels,
21 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Vorgangs der Zuführung einer EMK durch die Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung gemäß 20,
22 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Vorgangs der Zuführung einer EMK durch die Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung gemäß 20,
23 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Stillstands-EMK-Erzeugungseinrichtung sowie der Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels,
24 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Aufzeichnungsvorgangs bei dem zweiten Ausführungsbeispiel,
25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F und 25G schematische Darstellungen von Fertigungsstufen, die den Ablauf eines Herstellungsverfahrens für das feste Halbleiterbauelement des zweiten Ausführungsbeispiels veranschaulichen,
26 eine schematische Querschnittsansicht eines Nleitfähigen MOS-Bauelements, das das feste Halbleiterbauelement gemäß den 25A bis 25G bildet,
27A und 278 schematische Darstellungen, die Bedingungen zur Aufrechterhaltung einer stabilen Gleichgewichtslage des im Rahmen des Verfahrens gemäß den 25A bis 25G hergestellten festen Halbleiterbauelements in einer Flüssigkeit veranschaulichen,
28 ein Blockschaltbild, das den inneren Aufbau eines festen Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und dessen Informationsaustausch mit dem Außenbereich veranschaulicht,
29 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung von Betrieb und Wirkungsweise des festen Halbleiterbauelements gemäß 28,
30 ein Blockschaltbild, das den internen Aufbau eines festen Halbleiterbauelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und dessen Informationsaustausch mit dem Außenbereich veranschaulicht,
31A und 31B schematische Darstellungen der Schwimmlage des festen Halbleiterbauelements gemäß 30 in der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte bei Änderungen der Tinten-Restmenge,
32 ein Ablaufdiagramm, das die Überwachung der Lage des festen Halbleiterbauelements gemäß 30 und die Bestimmung des Erfordernisses eines Austausches des Tintenbehälters veranschaulicht,
33A, 33B und 33C Konzeptdarstellungen, die die Verwendung eines festen Halbleiterbauelements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen,
34 ein Beispiel für die Anordnung des festen Halbleiterbauelements in Form einer geeigneten Kombination von Ausführungsbeispielen in dem Tintenbehälter und dem damit verbundenen Tintenstrahlkopf,
35 ein Beispiel für eine Konfiguration, bei der die einem bestimmten festen Halbleiterbauelement zugeführte EMK zusammen mit Informationen aufeinanderfolgend weiteren festen Halbleiterbauelementen in dem Tintenbehälter und dem damit verbundenen Tintenstrahlkopf zugeführt wird,
36 ein Blockschaltbild, das den inneren Aufbau eines festen Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Informationsaustausch mit dem Außenbereich veranschaulicht,
37 eine schematische Darstellung des Tintenbehälters, bei dem das erfindungsgemäße feste Halbleiterbauelement Verwendung findet, und
38 ein Schaubild der spektralen Absorption bzw. Extinktion bei Wellenlängen von repräsentativen Tintenarten (Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Erstes Ausführungsbeispiel
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei zunächst auf die Gesamtkonfiguration dieses Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes 600 kurz eingegangen wird.
An dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 ist eine Aufzeichnungskopfpatrone (ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf) 601 angebracht, die in der in 4 veranschaulichten Weise einen Flüssigkeitsausstoßabschnitt (Aufzeichnungselemente) 23 zum Ausstoßen von Tinte für eine Druckaufzeichnung sowie einen nachstehend noch näher beschriebenen Tintenbehälter zur Aufnahme der dem Flüssigkeitsausstoßabschnitt 23 zuzuführenden Flüssigkeit umfasst. In dem Flüssigkeitsausstoßabschnitt 23 ist ein festes bzw. in Festkörperform vorliegendes Halbleiterbauelement 11 vorgesehen, das eine Energiewandlereinrichtung 14 zur Umsetzung einer extern zugeführten EMK in eine elektrische Leistung bzw. einen Strom sowie eine Ausstoßsteuereinrichtung 15 umfasst, die mit Hilfe der von der Energiewandlereinrichtung 14 erhaltenen elektrischen Energie aktiviert wird, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Wie in 4 veranschaulicht ist, sind in einer Aufzeichnungsgeräteeinheit 28 eine EMK-Zuführungseinrichtung 622 zur Zuführung von externer Energie in Form einer EMK zu dem festen Halbleiterbauelement 11 sowie drei fest angeordnete Übertragungseinrichtungen 26 für einen Informationsaustausch mit dem festen Halbleiterbauelement 11 vorgesehen. Der Flüssigkeitsausstoßabschnitt 23 dient hierbei im wesentlichen zur Herbeiführung einer Dampf- oder Gasblasenbildung in der Tinte durch Beaufschlagung der Tinte mit von einem elektrothermischen Wandlerelement wie einem in einem Flüssigkeitskanal angeordneten Heizelement abgegebener Wärme und eines Tintenausstoßes über eine mit dem Flüssigkeitskanal verbundene Mikroöffnung (Ausstoßöffnung) mit Hilfe der bei der Gas- oder Dampfblasenbildung zunehmenden Energieentwicklung.
Die Aufzeichnungskopfpatrone 601 ist an einem (nachstehend vereinfacht als Wagen bezeichneten) Druckwagen oder Druckschlitten 607 angebracht, der mit einer Spiralnut 606 einer Antriebsspindel 605 in Eingriff steht, die synchron mit der Vorwärts- und Rückwärtsdrehung eines Antriebsmotors 602 über Antriebsübertragungszahnräder 603 und 604 in Drehung versetzt wird. Die Aufzeichnungskopfpatrone 601 wird hierbei im Rahmen des über den Antriebsmotor 602 erfolgenden Antriebs in Richtung der Pfeile a und b zusammen mit dem Wagen 607 entlang einer Führungsschiene 608 hin- und herbewegt. Das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 umfasst eine (nicht dargestellte) Aufzeichnungsmaterial-Transporteinrichtung zum Transport und zur Führung von als Aufzeichnungsmaterial verwendetem Druckpapier P bei der Aufnahme einer Flüssigkeit wie Tinte, die von der Aufzeichnungskopfpatrone 601 ausgestoßen wird. Mit Hilfe eines Papierhalters 610 wird das von der Aufzeichnungsmaterial-Transporteinrichtung über eine Auflagewalze 609 geführte Druckpapier in der Bewegungsrichtung des Wagens 607 gegen die Auflagewalze 609 gedrückt.
In der Nähe eines Endes der Antriebsspindel 605 sind Optokoppler 611 und 612 angeordnet, die als Ruhe- oder Ausgangsstellungsdetektoren zur Erfassung der Anwesenheit eines Hebels 607a des Wagens 607 in ihrem Bereich dienen und eine entsprechende Umschaltung der Drehrichtung des Antriebsmotors 602 herbeiführen. In der Nähe eines Endes der Auflagewalze 609 ist eine Halterung 613 für ein Kappenelement 614 vorgesehen, das die Vorderseite mit den Ausstoßöffnungen der Aufzeichnungskopfpatrone 601 abdeckt. Außerdem ist eine Tintenabsorptionseinrichtung 615 zur Absorption der Tinte vorgesehen, die sich in dem Kappenelement 614 bei einem Leerausstoß der Aufzeichnungskopfpatrone 601 ansammelt. Mit Hilfe dieser Tintenabsorptionseinrichtung 615 erfolgt über die Öffnung des Kappenelements 614 eine Absaugregenerierung der. Aufzeichnungskopfpatrone 601.
Weiterhin umfasst das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 einen Gehäuseträger 619, der ein bewegliches Element 618 umfasst, das senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Wagens 607 eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung ausführt, wobei an dem beweglichen Element 618 eine Reinigungsklinge 617 befestigt ist. Die Ausgestaltung der Reinigungsklinge 617 ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt, sondern es kann natürlich auch eine bekannte Reinigungsklinge anderer Art Verwendung finden. Zur Einleitung eines Absaugvorgangs bei einer über die Tintenabsorptionseinrichtung 615 erfolgenden Absaugregenerierung ist außerdem ein Hebel 620 vorgesehen, der sich in Verbindung mit der Bewegung eines mit dem Wagen 607 in Eingriff stehenden Nockens 621 bewegt, wobei die Antriebskraft des Antriebsmotors 602 im Rahmen einer Bewegungssteuerung von einer bekannten Kraftübertragungseinrichtung wie einer Schaltkupplung übertragen wird. Ferner ist auf der Seite der Aufzeichnungsgeräteeinheit 28 ein in 3 nicht dargestellter Tintenstrahl-Aufzeichnungssteuerabschnitt vorgesehen, über den einem in der Aufzeichnungskopfpatrone 601 vorgesehenen Heizelement ein Signal zugeführt und eine Antriebssteuerung der vorstehend beschriebenen Mechanismen herbeigeführt werden.
Bei dem die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweisenden Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 führt die Aufzeichnungskopfpatrone 601 eine Hin- und Herbewegung über die gesamte Breite des von der vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsmaterial-Transporteinrichtung über die Auflagewalze 609 geführten Druckpapiers P hinweg durch. Wenn im Rahmen dieser Bewegung der Aufzeichnungskopfpatrone 601 von einer Ansteuersignal-Zuführungseinrichtung 24 ein Ansteuersignal zugeführt wird, erfolgt über den Flüssigkeitsausstoßabschnitt 23 in Abhängigkeit von diesem Signal ein entsprechender Tintenausstoß (ein Ausstoß einer Aufzeichnungsflüssigkeit) auf das Aufzeichnungsmaterial, wodurch eine Aufzeichnung erfolgt.
Nachstehend wird auf das in dem Tintenbehälter der Aufzeichnungskopfpatrone 601 des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes 600 anzuordnende feste bzw. Festkörperform aufweisende Halbleiterbauelement 11 näher eingegangen.
4 zeigt ein Blockschaltbild der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfpatrone 601 mit dem festen Halbleiterbauelement 11 und der Aufzeichnungsgeräteeinheit 28. Das feste Halbleiterbauelement 11 umfasst hierbei die Energiewandlereinrichtung 14 zur Umsetzung einer von der EMK-Zuführungseinrichtung 622 (oder 623) kontaktlos zugeführten EMK 12 in eine elektrische Leistung 13 sowie die durch die von der Energiewandlereinrichtung 14 erhaltene Energie aktivierte Ausstoßsteuereinrichtung 15 und befindet sich in dem nachstehend noch näher beschriebenen Tintenbehälter. Die zur Betätigung des festen Halbleiterbauelements 11 zugeführte EMK wird hierbei durch elektromagnetische Induktion erzeugt, wobei die Energiewandlereinrichtung 14 vorzugsweise an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche des festen Halbleiterbauelements 11 ausgebildet sein sollte.
Die Ausstoßsteuereinrichtung 15 umfasst einen elektrischen Wellenempfangsabschnitt 16, einen elektrischen Wellenanalysierabschnitt 17, einen Positionsdetektionsabschnitt 18, einen Ausstoßzeit-Steuerabschnitt 19, einen Speicher 20, einen Zeitsignal-Empfangsabschnitt 21 und einen Taktgeber 22. Der elektrische Wellenempfangsabschnitt 16 empfängt elektrische Wellen von drei fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 der Aufzeichnungsgeräteeinheit 28, während der elektrische Wellenanalysierabschnitt 17 eine Frequenz oder eine Amplitude der von dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt 16 empfangenen elektrischen Welle identifiziert und den Abstand bzw. die Entfernung zwischen jeder fest angeordneten Kommunikationseinrichtung 26 und dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt 16 berechnet. Der Positionsdetektionsabschnitt 18 leitet die vorliegende Ist-Ausstoßposition des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes 601 aus der Position des elektrischen Wellenempfangsabschnitts 16 in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 auf der Basis des Abstands bzw. der Entfernung von den drei fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 ab. Der Ausstoßzeit-Steuerabschnitt 19 überträgt ein Ausstoßzeit-Steuersignal zur Korrektur der Ausstoßzeit und Festlegung der erhaltenen Ist-Ausstoßposition als Ausstoßposition für einen idealen Tintenausstoß. Der Speicher 20 speichert Daten zur Ableitung der Position des elektrischen Wellenempfangsabschnitts 16 in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 auf der Basis der Entfernung zwischen den drei fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 und dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt 16, Daten einer relativen Positionsbeziehung zwischen der Position des elektrischen Wellenempfangsabschnitts 16 und der Ausstoßposition des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes 601, Daten zur Korrektur der Ist-Ausstoßposition als Ausstoßposition in Bezug auf einen idealen Tintenausstoß und dergleichen. Der Taktgeber 22 führt dem elektrischen Wellenanalysierabschnitt 17 Zeitdaten zur Feststellung des Zeitpunktes zu, bei dem die Übertragung der elektrischen Wellen von den fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 erfolgt. Der Zeitsignal-Empfangsabschnitt 21 empfängt ein Zeitsignal von einem in der Aufzeichnungsgeräteeinheit 28 vorgesehenen Zeitsignal-Sendeabschnitt 25 und korrigiert den Taktgeber 22 in geeigneter Weise, um eine zeitliche Übereinstimmung zwischen der Aufzeichnungsgeräteeinheit 28 und dem Taktgeber 22 herbeizuführen und die Übertragungszeit der elektrischen Welle von den fest angeordneten Kommunikationseinrichtungen 26 zu ermitteln. Weiterhin erfolgt eine Steuerung der fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 und des Zeitsignal-Sendeabschnitts 25 mit Hilfe einer Zeitfunktion/Signal-Sendesteuerfunktion 27.
Nachstehend wird auf das Prinzip der Positionsdetektion näher eingegangen. Bei diesem Ausführungsbeispiel findet ein trilaterales Verfahren Verwendung, das einem allgemein als GPS-System (Global Positioning System) bekannten Positionserfassungssystem ähnelt.
Es sei in der in 5 veranschaulichten Weise angenommen, dass die Koordinaten von drei bekannten Punkten B1, B2 und B3 (bei diesem Ausführungsbeispiel den drei fest angeordneten Übertragungseinrichtungen) jeweils durch (x1, y1, z1), (x2, y2, z2) und (x3, y3, z3) und die Koordinaten eines unbekannten Punktes A (des festen Halbleiterbauelements) durch (x, y, z) gegeben sind. Wenn außerdem die Entfernungen von B1, B2 und B3 nach A jeweils durch L1, L2 und L3 gegeben sind, werden die nachstehenden Beziehungen erhalten. Entfernung von A nach B1:
Entfernung von A nach B2:
Entfernung von A nach B3:
Wenn somit die Entfernungen L1, L2 und L3 festgelegt sind, lassen sich die drei Variablen (x, y, z) mit Hilfe der vorstehenden drei Gleichungen berechnen.
Nachstehend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einer Entfernung kurz beschrieben. Bei der Übertragung einer elektrischen Welle mit einer Frequenz von 100 MHz und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von 300000 km/s (= 30 cm/ns) beträgt z.B. die zum Erreichen eines von einem Sendepunkt 30 cm entfernten Empfangspunktes erforderliche Zeit 1 ns. Eine am Sendepunkt vorliegende Phase weicht somit von einer am Empfangspunkt vorliegenden Phase um einen 1 ns entsprechenden Wert ab. Bei diesem Beispiel beträgt die Phasenabweichung annähernd 40°. Auf der Basis einer solchen Beziehung kann somit die Entfernung zwischen den beiden Punkten ermittelt werden, indem bei einer von dem Sendepunkt (den festangeordneten Übertragungseinrichtungen) mit einer vorgegebenen Phase übertragenen elektrischen Welle der Betrag der Phasenabweichung von dieser vorgegebenen Phase beim Empfang am Empfangspunkt (dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt des festen Halbleiterbauelements) festgestellt wird.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die von den drei fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 abgegebenen elektrischen Wellen von einem einzigen elektrischen Wellenempfangsabschnitt empfangen werden, gibt jede der drei fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 eine elektrische Welle mit einer anderen Frequenz, einer anderen Amplitude oder einem anderen Signalmuster ab, um auf diese Weise eine Identifizierung jeder elektrischen Welle zu ermöglichen. Die fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 besitzen somit jeweils eine Identifikationsmodulierfunktion, durch die die Übertragung einer jeweils eindeutig zugeordneten elektrischen Welle gewährleistet ist.
Die Position des elektrischen Wellenempfangsabschnitts 16 des festen Halbleiterbauelements 11 in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 wird somit in der vorstehend beschriebenen Weise berechnet. Da bei der Fertigung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes 601 die relative Positionsbeziehung zwischen dem festen Halbleiterbauelement 11 und den jeweiligen Tintenausstoßöffnungen des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes 601 benötigt wird, kann sodann die Position (die tatsächliche Ausstoßposition) einer Tintenausstoßöffnung in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 abgeleitet werden.
Bei der Herstellung von Aufzeichnungen mit Hilfe des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes 600 stellt diese Positionsbeziehung einen der wesentlichen Faktoren zur Erzielung einer sehr präzisen und qualitativ hochwertigen Aufzeichnung dar. Auf Grund von Abweichungen bei dem Bewegungsmechanismus des Wagens 607, die z.B. im Verlauf einer über eine längere Zeitdauer hinweg erfolgenden Verwendung entstehen, kann jedoch nicht ständig eine ideale Positionsbeziehung zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und der Tintenausstoßposition gewährleistet werden. Eine mechanische Korrektur solcher Abweichungen der Relativpositionen erfordert jedoch aufwändige Wartungsarbeiten und ist daher mit gewissen Schwierigkeiten verbunden. Es kann daher in Betracht gezogen werden, eine solche Abweichung zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und der Tintenausstoßposition durch entsprechende Verschiebung des Zeitpunktes des Tintenausstoßes zu korrigieren und auf diese Weise eine sehr genaue und qualitativ hochwertige Aufzeichnung zu gewährleisten. Demzufolge wird zunächst die tatsächliche Tintenausstoßposition mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Verfahrens ermittelt und sodann das Vorliegen einer Abweichung von einer Sollposition festgestellt, wobei in einem solchen Falle dann von dem Ausstoßzeit-Steuerabschnitt 19 das Ausstoßzeit-Steuersignal zur Korrektur der Ausstoßzeit in der zur Behebung dieser Abweichung erforderlichen Weise übertragen wird.
Dieser Ablauf umfasst die wesentlichen Vorgänge bei dem festen Halbleiterbauelement 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wobei die für die verschiedenen Rechenvorgänge und dergleichen erforderlichen Daten in dem Speicher 20 vorgespeichert sind. Üblicherweise werden diese Daten als Anfangsdaten in dem Speicher 20 bei der Herstellung des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes 601 oder bei der Herstellung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes 600 vorgespeichert.
Normalerweise wird dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf 601 von der Ansteuersignal-Zuführungseinrichtung 24 der Aufzeichnungsgeräteeinheit 28 ein Ansteuersignal zugeführt, wodurch ein selektiver Tintenausstoß synchron mit der Bewegung des Wagens 607 zur Aufzeichnung eines gewünschten Bildes oder dergleichen erfolgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch der von dem Ansteuersignal festgelegte Zeitpunkt des Tintenausstoßes mit Hilfe des von dem Ausstoßzeit-Steuerabschnitt 19 des festen Halbleiterbauelements 11 übertragenen Ausstoßzeit-Steuersignals korrigiert und auf diese Weise der Tintenausstoß verändert. Wenn jedoch von dem Positionsdetektionsabschnitt 18 festgestellt wird, dass die tatsächliche Ist-Ausstoßposition mit der gewünschten Sollposition übereinstimmt, wird von dem Ausstoßzeit-Steuerabschnitt 19 kein Ausstoßzeit-Steuersignal abgegeben.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme gemäß den 6A und 6B der Betrieb des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Übersicht kurz beschrieben, wobei sich 6A auf den Herstellungsvorgang des Aufzeichnungskopfes und 6B auf die Verwendung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes beziehen.
Bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 gemäß diesem Ausführungsbeispiel findet eine nicht dargestellte Mess- und Einstelleinrichtung bei der Herstellung des Aufzeichnungskopfes zur Messung und Ableitung der relativen Positionsbeziehung zwischen dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt 16 des festen Halbleiterbauelements 11 in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf 601 und den Tintenausstoßöffnungen Verwendung, wobei die Messdaten dann als Anfangszustandsdaten in dem Speicher 20 gespeichert werden. Ferner sind auch andere Daten in dem Speicher 20 des festen Halbleiterbauelements 11 gespeichert, die sich z.B. auf die Einstellung der Ausstoßzeit zur Korrektur einer solchen Positionsbeziehung beim Auftreten von Abweichungen von dem Ausgangszustand bzw. von einer Soll-Positionsbeziehung sowie auf die vorstehend beschriebenen Gleichungen beziehen, die für die bei der Positionserfassung des festen Halbleiterbauelements 11 durchzuführenden Berechnungen erforderlich sind.
Wenn das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 nach der Fertigstellung sodann in Betrieb genommen wird, wird zunächst das Zeitsignal von dem Zeitsignal-Sendeabschnitt 25 dem festen Halbleiterbauelement 11 zugeführt und von dem Zeitsignal-Empfangsabschnitt 21 empfangen, der sodann ermittelt, ob die von dem Zeitsignal angegebene Zeit mit der Taktzeit des Taktgebers 22 übereinstimmt, wobei im Falle einer fehlenden Übereinstimmung der Taktgeber 22 zur Herbeiführung dieser Übereinstimmung korrigiert wird. Ferner werden von den drei fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 elektrische Wellen zur Positionserfassung zu dem festen Halbleiterbauelement 11 übertragen und von dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt 16 aufgenommen. Von dem elektrischen Wellenanalysierabschnitt 17 und dem Positionsdetektionsabschnitt 18 werden dann die jeweiligen Entfernungen von den fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 zu dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt 16 auf der Basis der Phasenabweichungen in der vorstehend beschriebenen Weise zur Ableitung der Position des elektrischen Wellenempfangsabschnitts 16 in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 und zur Ableitung der Position (der tatsächlichen Ausstoßposition) der Tintenausstoßöffnung in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 berechnet. Wenn sich hierbei die auf diese Weise erhaltene Position der Ausstoßöffnung von dem Ausgangszustand unterscheidet, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausstoßzeit zur Kompensation der Abweichung verschoben, indem das Ausstoßzeit-Steuersignal dem Flüssigkeitsausstoßabschnitt 23 von dem Ausstoßzeit-Steuerabschnitt 19 zugeführt wird. Außer der Vorspeicherung der für die vorstehend beschriebene Datenverarbeitung erforderlichen verschiedenen Daten und dergleichen in dem Speicher 20 ist auch eine Speicherung der auf diese Weise bei der Aufzeichnungseinrichtung erfassten Abweichung zweckmäßig.
Der Flüssigkeitsausstoßabschnitt 23 wird von dem von der Ansteuersignal-Zuführungseinrichtung 24 der Aufzeichnungsgeräteeinheit 28 zugeführten Ansteuersignal und dem von dem Ausstoßzeit-Steuerabschnitt 19 zugeführten Ausstoßzeit-Steuersignal gesteuert und führt eine Aufzeichnung durch Ausstoß von Tintentröpfchen auf das Druckpapier P synchron mit dem Transport des Druckpapiers P und der hin- und hergehenden Bewegung des Druckwagens 607 durch.
Das feste Halbleiterbauelement 11 wird hierbei von der EMK-Zuführungseinrichtung 622, die dem festen Halbleiterbauelement 11 die EMK 12 zuführt, sowie von der Energiewandlereinrichtung 14 betrieben, die die EMK 12 in die elektrische Leistung 13 umsetzt und sodann die Ausstoßsteuereinrichtung 15 mit Hilfe dieser Leistung aktiviert.
Außerdem kann auch eine Konfiguration in Betracht gezogen werden, bei der im Aufzeichnungskopf mehrere feste Halbleiterbauelemente angeordnet sind. Wenn nur ein einziges festes Halbleiterbauelement vorgesehen ist, kann nämlich durchaus ein toter Winkel bei der Nachrichtenübermittlung entstehen, wenn berücksichtigt wird, dass der Wagen sich in einem größeren Bereich bewegt und von anderen Bauteilen und Baugruppen umgeben ist und dass zukünftig Aufzeichnungen auch auf dreidimensionale Objekte aufgebracht werden. Wenn in der vorstehend beschriebenen Weise die Verwendung von mehreren festen Halbleiterbauelementen in Betracht gezogen wird, ist es außerdem zweckmäßig, vier oder mehr der fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 in der in 7 dargestellten Weise in der Aufzeichnungsgeräteeinheit anzuordnen. Durch Verwendung von zwei oder mehreren festen Halbleiterbauelementen 11 und von vier oder mehreren fest angeordneten Übertragungseinrichtungen 26 lässt sich somit eine äußerst genaue Ausstoßpositionserfassung erzielen.
Wenn mehrere feste Halbleiterbauelemente Verwendung finden, können zwar in der in 4 veranschaulichten Weise voneinander unabhängige Elemente vorgesehen werden, jedoch besteht auch die Möglichkeit, dass die festen Halbleiterbauelemente miteinander kommunizieren und bestimmte Funktionen gemeinsam ausführen.
Da das feste Halbleiterbauelement 11 bei diesem Ausführungsbeispiel die Energiewandlereinrichtung 14 umfasst, ist eine direkte elektrische Leitungsverbindung mit dem Außenbereich nicht länger erforderlich, wobei das feste Halbleiterbauelement 11 darüber hinaus auch in Positionen angeordnet werden kann, bei denen eine elektrische Leitungsverbindung mit dem Außenbereich schwierig ist, was die Erfassung der Position der Ausstoßöffnung im Verlauf der Bewegung des Wagens 607 in Echtzeit ermöglicht. Da das feste Halbleiterbauelement 11 die Energiewandlereinrichtung 14 umfasst, ist auch eine Einrichtung zur Speicherung der EMK für den Betrieb des festen Halbleiterbauelements 11 nicht länger erforderlich, was wiederum eine kleinere Ausführung des festen Halbleiterbauelements 11 ermöglicht, sodass es auch unter sehr beengten Platzverhältnissen angeordnet werden kann.
Als beiderseitiges Nachrichtenübertragungsverfahren zwischen dem festen Halbleiterbauelement und dem Außenbereich kann darüber hinaus die Verwendung eines lokalen Funknetzes in Form eines LAN-Funksystems im Mikrowellen-Frequenzbereich oder eines Quasimillimeterwellen-/Millimeterwellen-Frequenzen verwendenden Funksystems in Betracht gezogen werden.
Nachstehend wird kurz auf den Sende- und Empfangsvorgang bei einem LAN-Funksystem eingegangen, wobei eine Datenübertragung von dem festen Halbleiterbauelement zu dem Aufzeichnungsgerät näher betrachtet wird. Im Falle einer auch von dem Aufzeichnungsgerät zu dem festen Halbleiterbauelement erfolgenden umgekehrten Datenübertragung ist eine beiderseitige Datenidentifizierung vorgesehen.
Das auf der Sendeseite befindliche feste Halbleiterbauelement umfasst hierbei einen Zeilenüberwachungsabschnitt, einen Datenverarbeitungsabschnitt, einen Bestätigungsprüfabschnitt und einen Fehlerverarbeitungsabschnitt, während das auf der Empfangsseite vorgesehene Aufzeichnungsgerät einen Datenverarbeitungsabschnitt, einen Empfangsbestätigungsabschnitt, einen Fehlerverarbeitungsabschnitt, einen Anzeigeabschnitt und dergleichen umfasst.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm für das auf der Sendeseite befindliche feste Halbleiterbauelement. Bei einer Datenübertragung erfolgt zunächst eine Initialisierung durch ein bestimmtes Übertragungsprotokoll, woraufhin eine Adresse auf der Empfangsseite eingestellt und Daten übertragen werden. Wenn bei der Datenübertragung eine Signalkollision auftritt oder von einem angegebenen Gerät auf der Empfangsseite keine Rückmeldung in Form einer Bestätigung erhalten wird, erfolgt eine Rückübertragung. Im Betrieb wird der Zeilenzustand und das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Bestätigung auf einer Anzeigeeinrichtung des empfangsseitigen Aufzeichnungsgerätes angezeigt, sodass einer Bedienungsperson eine genaue Beurteilung ermöglicht wird.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm für das auf der Empfangsseite vorgesehene Aufzeichnungsgerät, das empfangsseitig eine konstante Zeilenüberwachung durchführt und bei Bestätigung seiner eigenen Adresse die Zeilendaten einliest und sie in einem Pufferspeicher eines Hauptspeichers speichert. Wenn während eines Empfangs das jeweilige Auftreten eines Blockzeichens je 16 Byte nicht bestätigt werden kann oder bei einer nach Beendigung eines Empfangsvorgangs erfolgenden Fehlererkennungsverarbeitung bei einer Prüfsumme keine Übereinstimmung erhalten wird, erfolgt eine Unterbrechung des Empfangs auf Grund eines Empfangsfehlers, woraufhin im Rahmen einer erneuten Zeilenüberwachung der Eingang des Nachrichtenvorsatzes wieder abgewartet wird. Wenn dagegen der Empfang ohne einen Empfangsfehler erfolgt, wird der erhaltene Dateninhalt auf der Anzeige wiedergegeben.
Im übrigen kann das feste Halbleiterbauelement 11 noch verschiedene weitere Funktionen zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorgängen der Ausstoßpositionserfassung und der zeitlichen Ausstoßsteuerung umfassen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird eine Konfiguration näher beschrieben, bei der das feste Halbleiterbauelement zur Erfassung des Tintenbehälterzustands Verwendung findet.
10 zeigt ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus eines bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Festkörper-Bauelements 11 und dessen Informationsauftausch mit dem Außenbereich, wobei das Festkörper-Halbleiterbauelement 11 nachstehend vereinfacht auch als Halbleiterbauelement 11 bezeichnet wird. Wie in 3 veranschaulicht ist, umfasst das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät 600 eine Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung 622 zur Zuführung von externer Energie in Form einer EMK zu dem Halbleiterbauelement 11 sowie die Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung 623 und (nicht dargestellte) eingebaute Einrichtungen zur Durchführung eines beiderseitigen Informationsaustausches mit dem Halbleiterbauelement 11. Wie nachstehend noch näher beschrieben ist, erzeugen die EMK-Zuführungseinrichtungen 622 und 623 eine EMK zur Ansteuerung und Betätigung des Halbleiterbauelements 11 durch elektromagnetische Induktion.
Das Halbleiterbauelement 11 umfasst eine Energiewandlereinrichtung 114 zur Umsetzung der dem Halbleiterbauelement 11 aus dem Außenbereich A (von der EMK-Zuführungseinrichtung 622 oder 623) kontaktlos zugeführten EMK 112 in elektrische Energie 113 sowie eine von der durch die Energiewandlereinrichtung 114 erhaltene elektrische Energie aktivierte Informationserfassungseinrichtung 115, eine Beurteilungseinrichtung 116, eine Informationsspeichereinrichtung 117 und eine Informationsübertragungseinrichtung 118 und ist in dem Tintenbehälter in einer nachstehend noch näher beschriebenen Weise angeordnet. Die zur Ansteuerung und Betätigung des Halbleiterbauelements 11 zugeführte EMK wird hierbei durch elektromagnetische Induktion erzeugt.
Vorzugsweise sollten zumindest die Energiewandlereinrichtung 114 und die Informationserfassungseinrichtung 115 an oder in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterbauelements 11 ausgebildet sein.
Die Informationserfassungseinrichtung 115 nimmt hierbei Informationen im Tintenbehälter auf, die Umgebungsinformationen des Halbleiterbauelements 11 darstellen. Die Beurteilungseinrichtung 116 vergleicht sodann die von der Informationserfassungseinrichtung 115 erhaltenen Tintenbehälter-Informationen mit in der Informationsspeichereinrichtung 117 gespeicherten Informationen und beurteilt hierbei, ob die erhaltenen Tintenbehälter-Informationen in den Außenbereich weitergeleitet werden sollen oder nicht. Die Informationsspeichereinrichtung 117 speichert die von der Informationserfassungseinrichtung 115 erhaltenen Tintenbehälter-Informationen sowie mit diesen Tintenbehälter-Informationen zu vergleichende Bedingungen. Die Informationsübertragungseinrichtung 118 setzt die elektrische Energie in Abhängigkeit von einer entsprechenden Anweisung der Beurteilungseinrichtung 116 in Sendeenergie zur Übertragung der Tintenbehälter-Informationen in den Außenbereich B zu deren Anzeige um.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Betrieb und Wirkungsweise des Halbleiterbauelements 11 gemäß 10 veranschaulicht. Wie in den 10 und 11 dargestellt ist, erfolgt bei der Zuführung der EMK 112 aus dem Außenbereich A (von der EMK-Zuführungseinrichtung) zu dem Halbleiterbauelement 11 durch die Energiewandlereinrichtung 114 eine Umsetzung der EMK 112 in die elektrische Energie 113, durch die sodann die Informationserfassungseinrichtung 115, die Beurteilungseinrichtung 116, die Informationsspeichereinrichtung 117 und die Informationsübertragungseinrichtung 118 aktiviert werden.
Die aktivierte Informationserfassungseinrichtung 115 nimmt dann Informationen im Tintenbehälter auf, die Umgebungsinformationen im Bereich des Halbleiterbauelements z.B. in Form der Tinten-Restmenge, der Tintenart, der Temperatur und des pH-Wertes darstellen (Schritt S11 gemäß 11). Sodann liest die Beurteilungseinrichtung 116 aus der Informationsspeichereinrichtung 117 Bedingungen aus, die sich auf die erhaltenen Tintenbehälter-Informationen beziehen (Schritt S12 gemäß 11) und vergleicht die ausgelesenen Bedingungen mit den erhaltenen Tintenbehälter-Informationen zur Beurteilung des Erfordernisses einer Weiterleitung dieser Informationen (Schritt S13 gemäß 11). Die in der Informationsspeichereinrichtung 117 vorgespeicherten Bedingungen beziehen sich hierbei z.B. auf eine minimale Restmenge der Tinte (von z.B. 2 ml), den pH-Wert der Tinte und dergleichen, wobei bei einer Tinten-Restmenge von 2 ml oder weniger oder erheblichen Veränderungen des pH-Wertes der Tinte entschieden wird, dass dem Außenbereich eine entsprechende Nachricht zugeführt wird, die das Erfordernis eines Austauschs des Tintenbehälters beinhaltet.
Wenn dagegen die Beurteilungseinrichtung 116 im Schritt S13 die Feststellung trifft, dass eine Weiterleitung der Tintenbehälter-Informationen in den Außenbereich nicht erforderlich ist, werden diese Tintenbehälter-Informationen in der Informationsspeichereinrichtung 117 gespeichert (Schritt S14 gemäß 11). Diese gespeicherten Informationen können dann von der Beurteilungseinrichtung 116 auch mit den von der Informationserfassungseinrichtung 115 erhaltenen nächsten Informationen verglichen werden.
Wenn die Beurteilungseinrichtung 116 jedoch im Schritt S13 die Entscheidung trifft, dass eine Weiterleitung der Tintenbehälter-Informationen in den Außenbereich erforderlich ist, wird die durch die Energieumwandlung erhaltene elektrische Energie von der Informationsübertragungseinrichtung 118 in Sendeenergie zur Übertragung der Tintenbehälter-Informationen in den Außenbereich umgesetzt. Diese Sende- oder Übertragungsenergie wird unter Verwendung von Magnetfeldern, Licht, Form- und Farbveränderungen, elektrischen Wellen, Tonsignalen und dergleichen eingesetzt wobei z.B. im Falle der Erfassung einer Tinten-Restmenge von 2 ml oder weniger das Erfordernis eines Tintenbehälter-Austausches in den Außenbereich B (z.B. zu dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät) in Form von Tonsignalen übermittelt wird (Schritt S15 gemäß 11). Außerdem ist das Ziel bzw. der Empfänger dieser Übertragung nicht auf die Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräteeinheit beschränkt, sondern die Informationsübertragung kann insbesondere im Falle von Lichtsignalen, Form- und Farbveränderungen, Tonsignalen und dergleichen auch auf das menschliche visuelle oder akustische Wahrnehmungsvermögen abgestellt sein. Ferner kann das Übertragungsverfahren informationsabhängig sein, wobei z.B. Tonsignale bei der Feststellung einer Tinten-Restmenge von 2 ml oder weniger und Lichtsignale bei erheblichen Veränderungen des pH-Wertes der Tinte übertragen bzw. abgegeben werden.
Im Falle einer Verwendung bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät sollte die Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung 622, über die dem Halbleiterbauelement 11 externe Energie in Form einer EMK zugeführt wird, in der Ruhe- oder Ausgangsstellung angeordnet sein, sodass sich der Wagen 607 zwischen der jeweiligen Beendigung und dem jeweiligen Beginn eines Druckvorgangs zuverlässig in einem Magnetfeld befindet und demzufolge kaum die Gefahr besteht, dass die Zuführung der EMK zu dem Halbleiterbauelement mit einer Verzögerung erfolgt. Außerdem kann auch der interne Zustand des Tintenbehälters unter Verwendung der EMK-Zuführungseinrichtung festgestellt werden, die z.B. werksseitig oder vertriebsseitig zu Inspektionszwecken (zur Qualitätskontrolle) eingesetzt werden kann. Auf die EMK-Zuführungseinrichtung und entsprechende Verfahren wird auch in diesem Zusammenhang nachstehend noch näher eingegangen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die vorstehend beschriebenen Festkörper-Halbleiterbauelemente in dem Tintenbehälter angeordnet, wobei in den 12 bis 15 Beispiele für entsprechende Konfigurationen des Tintenbehälters dargestellt sind. Hierbei umfasst der in 12 dargestellte Tintenbehälter 501 einen in einem Gehäuse 503 angeordneten flexiblen Tintenbeutel 502 mit einer an dem Gehäuse 503 befestigten und von einem Gummistopfen 504 verschlossenen Beutelöffnung 502a, wobei eine Hohlnadel 505 zur Tintenführung in den Gummistopfen 504 gesteckt wird und ihn bis zum Innenraum des Tintenbeutels 502 durchsticht, wodurch die Tintenzufuhr zu dem nicht dargestellten Tintenstrahlkopf erfolgt. In dem Tintenbeutel 502 dieses Tintenbehälters 501 kann dann ein Festkörper-Halbleiterbauelement 506 angeordnet werden.
Der in 13 dargestelle Tintenbehälter 511 umfasst dagegen ein Tinte 513 aufnehmendes Gehäuse 512 mit einer Tintenzuführungsöffnung 514, an der ein Tintenstrahlkopf 515 zum Ausstoßen der Tinte auf Aufzeichnungspapier S zur Herbeiführung einer Aufzeichnung angebracht ist. In diesem Tintenbehälter 511 kann dann ein erfindungsgemäßes Festkörper-Halbleiterbauelement 516 in der Tinte 513 angeordnet sein.
Der in 14 dargestellte Tintenbehälter 521 entspricht dem Tintenbehälter eines nachstehend noch näher beschriebenen Ausführungsbeispiels und umfasst eine vollständig abgeschlossene erste Kammer, zur Aufnahme von Tinte 522, eine ventilierte zweite Kammer zur Aufnahme eines Unterdruck-Erzeugungselements 523 sowie einen Verbindungskanal 524, der die erste Kammer und die zweite Kammer am Behälterboden miteinander verbindet. Beim Verbrauch der Tinte über eine an der zweiten Kammer seitlich angeordnete Tintenzuführungsöffnung 525 strömt Luft von der zweiten Kammer in die erste Kammer wobei die Tinte 522 von der ersten Kammer in die zweite Kammer geführt wird. Bei dem Tintenbehälter 521 mit dieser Konfiguration können dann in der ersten Kammer ein Festkörper-Halbleiterbauelement 525 und in der zweiten Kammer ein Festkörper-Halbleiterbauelement 526 angeordnet werden, wodurch ein Informationsaustausch in Bezug auf die in den unterteilten Kammern jeweils enthaltene Tinte ermöglicht wird.
Der in 15 dargestellte Tintenbehälter 531 umfasst dagegen einen angebrachten Tintenstrahlkopf 533, der mit einem Tinte aufnehmenden porösen Element 532 in Verbindung steht und die aufgenommene Tinte zur Aufzeichnung verwendet. Bei einem Tintenbehälter 531 mit dieser Konfiguration können ebenfalls auf der Seite des Tintenbehälters ein Festkörper-Halbleiterbauelement 534 und auf der Seite des Tintenstrahlkopfes ein Festkörper-Halbleiterbauelement 535 angeordnet werden, wodurch ein Informationsaustausch bezüglich der in den jeweiligen abgeteilten Bauteilen enthaltenen Tinte wie bei dem Tintenbehälter gemäß dem nachstehend näher beschriebenen Ausführungsbeispiel ermöglicht wird.
Da die Festkörper-Halbleiterbauelemente bei diesem Ausführungsbeispiel die Energiewandlereinrichtung aufweisen, ist eine direkte elektrische Leitungsverbindung mit dem Außenbereich nicht länger erforderlich, wobei die Halbleiterbauelemente an beliebigen Orten in dem Objekt angeordnet werden können, d.h. auch an Orten, bei denen eine elektrische Leitungsverbindung mit dem Außenbereich schwierig ist oder in der Tinte, wie dies vorstehend in Verbindung mit den 12 bis 15 beschrieben worden ist. Durch Anordnung der Halbleiterbauelemente in der Tinte kann dann der Tintenzustand korrekt in Echtzeit erfasst werden.
Da die Festkörper-Halbleiterbauelemente mit der Energiewandlereinrichtung versehen sind, ist es außerdem auch nicht länger erforderlich, Einrichtungen (bei diesem Ausführungsbeispiel eine Stromversorgung) zur Speicherung der EMK für die Ansteuerung und Betätigung der Halbleiterbauelemente vorzusehen, sodass die Halbleiterbauelemente kleiner ausgeführt und an beliebigen Orten in dem Objekt verwendet werden können, und zwar auch unter beengten Verhältnissen oder in der Tinte, wie dies in den 4 bis 7 dargestellt ist.
Nachstehend werden bevorzugte konkrete Beispiele für den Fall der Anordnung der Festkörper-Halbleiterbauelemente gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Tintenbehälter näher beschrieben.
Zunächst werden Beispiele für die bei den Festkörper-Halbleiterbauelementen dieses Ausführungsbeispiels verwendbare Informationserfassungseinrichtung näher betrachtet. Falls die in dem Tintenbehälter anzuordnenden Festkörper-Halbleiterbauelemente als kugelförmige Siliciumelemente ausgestaltet sind, können in Bezug auf die vorstehend beschriebene Informationserfassungseinrichtung in Betracht gezogen werden:

(1) Ein Sensor mit einer SiO₂-Schicht oder einer SiN-Schicht als ionenempfindliche Schicht zur Erfassung des pH-Wertes der Tinte.
(2) Ein Drucksensor mit einer Membrankonfiguration zur Erfassung von Druckänderungen im Tintenbehälter.
(3) Ein Sensor zur Umsetzung von Licht in Wärmeenergie mit auf dem pyroelektrischen Effekt beruhenden Fotodioden zur Erfassung einer jeweiligen Position sowie der jeweils vorliegenden Tinten-Restmenge.
(4) Ein Sensor, der eine Beeinflussung der Tinte durch eine im Tintenbehälter erfolgende Wasserbildung auf der Basis der elektrischen Leitfähigkeit von Stoffen erfasst, usw.

Nachstehend wird auf eine bei den erfindungsgemäßen Festkörper-Halbleiterbauelementen verwendbare Energiewandlereinrichtung näher eingegangen. 16 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Energieerzeugungsprinzips der Energiewandlereinrichtung, die einen Bestandteil der erfindungsgemäßen Festkörper-Halbleiterbauelemente bildet.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 16 auf dieses Energieerzeugungsprinzip näher eingegangen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Spule (ein Induktor) bei dem Festkörper-Halbleiterbauelement vorgesehen, sodass die EMK-Zuführungseinrichtung in diesem Falle durch Veränderung eines magnetischen Induktionsflusses im Bereich der Spule und damit durch elektromagnetische Induktion eine EMK in der Spule induziert. Wenn hierbei eine elektrische Drosselspule L eines Schwingkreises 102 in die Nähe einer Spule La eines externen Resonanzkreises 101 der EMK-Zuführungseinrichtung gebracht und ein Strom Ia über die Spule La des externen Schwingkreises 101 geführt wird, wird von diesem Strom Ia ein die Spule L des Schwingkreises 102 durchdringender magnetischer Induktionsfluss B erzeugt. Wenn nun der Strom Ia verändert wird, ändert sich auch der die Spule L durchdringende magnetische Induktionsfluss B, sodass in der Spule L eine EMK V induziert wird. Der Schwingkreis 102 wird somit als Energieerzeugungseinrichtung in dem kugelförmigen Siliciumelement angeordnet, während der externe Resonanzkreis 101 als EMK-Zuführungseinrichtung außerhalb des Festkörper-Halbleiterbauelements an dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät derart angeordnet wird, dass sich die Drosselspule L des an dem Festkörper-Halbleiterbauelement befindlichen Schwingkreises 102 in der Nähe der Spule La des außerhalb des Festkörper-Halbleiterbauelements befindlichen externen Resonanzkreises 101 befindet, sodass die Energie zur Ansteuerung und Betätigung des Festkörper-Halbleiterbauelements von der durch externe elektromagnetische Induktion induzierten EMK erzeugt wird.
Wenn bei dem in dem kugelförmigen Siliciumelement als Energieerzeugungseinrichtung ausgebildeten Schwingkreis 102 die Spule L eine Anzahl von N Windungen aufweist, ist der die Spule L durchdringende magnetische Induktionsfluss B durch die nachstehende Gleichung (1) gegeben, da er dem Produkt der Anzahl Na von Windungen der Spule La des externen Resonanzkreises 101 und des Stroms Ia proportional ist, wobei k eine Proportionalitätskonstante darstellt. B = k × Na × Ia (1)
Die in der Spule L induzierte EMK V ist dann durch die nachstehende Gleichung gegeben: V = N (dB/dt) = –kNaN(dIa/dt) = –M(dIa/dt) (2)
Wenn die Permeabilität eines Magnetkerns der Spule durch μa und das Magnetfeld durch H gegeben sind, lässt sich der magnetische Induktionsfluss B folgendermaßen ausdrücken: B = μaH(z) = {μaNaIara 2/2(ra 2 + z2)3/2 (3)
Hierbei ist mit z der Abstand zwischen der Spule des externen Resonanzkreises und der in dem kugelförmigen Siliciumelement ausgebildeten Spule bezeichnet.
Die Gegeninduktivität M ist hierbei durch die nachstehende Gleichung (4) gegeben, wobei mit μ_o die absolute Permeabilität des Vakuums bezeichnet ist. M = {μN/μaIa}∫aB·dS = {μμara 2NaNS/2μo(ra 2 + z2)3/2} (4)
In Bezug auf die Impedanz Z des in dem kugelförmigen Siliciumelement ausgebildeten Schwingkreises gilt: Z(ω) = R + j{ωL – (1/ωC)} (5)
Für die Impedanz Za des externen Resonanzkreises gilt dagegen: Za(ω) = Ra + jωLa – {ω2M2/Z(ω)} (6)
Hierbei bezieht sich j auf die Magnetisierung. Die Resonanzimpedanz Zo des externen Resonanzkreises (bei einem maximalen Wert des Stroms Ia) ergibt sich dann aus: Zo(ωo) = Ra + jLaωo – (ωo2M2/R) (7)
Weiterhin gilt für die Phasenverzögerung ϕ des externen Resonanzkreises: tanϕ = (jLaωo – (ωo 2M2/R)}/R (8)
Ferner ergibt sich die Resonanzfrequenz fo des externen Schwingkreises aus: f0 = 1/2π(LC)1/2 (9)
Auf Grund der vorstehenden Beziehungen ergibt sich, dass eine Änderung der Impedanz des in dem kugelförmigen Siliciumelement ausgebildeten Schwingkreises 102 auf Grund einer Veränderung der Tinte in dem Tintenbehälter auch eine Änderung der Frequenz des externen Resonanzkreises 101 zur Folge hat, sodass sich diese Veränderung der Tinte in Bezug auf Amplitude und Phasendifferenz bei der Impedanz des externen Resonanzkreises 101 widerspiegelt. Hierbei beziehen sich die Phasendifferenz und die Amplitude auch auf die Tinten-Restmenge (d.h. auf eine Änderung von z).
Wenn somit die Resonanzfrequenz des externen Resonanzkreises 101 in Abhängigkeit von umgebungsbedingten Änderungen des Ausgangssignals (der Impedanz) des in dem kugelförmigen Siliciumelement ausgebildeten Schwingkreises 102 variabel ist, kann auf der Basis dieser Frequenzabhängigkeit z.B. festgestellt werden, ob Tinte und eine entsprechende Tinten-Restmenge noch vorhanden sind oder nicht.
Somit kann der in dem kugelförmigen Siliciumelement ausgebildete Schwingkreis 102 nicht nur als Energieerzeugungseinrichtung sondern auch als Teil einer Einrichtung zur Erfassung einer Veränderung der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte auf der Basis der jeweils vorliegenden Beziehung zwischen dem Schwingkreis 102 und dem externen Resonanzkreis 101 Verwendung finden.
Auf der Basis dieses Prinzips werden nachstehend konkrete Einrichtungen und Verfahren zur Zuführung der EMK zu dem Festkörper-Halbleiterbauelement unter Bezugnahme auf die 17 bis 24 näher beschrieben, wobei aus Vereinfachungsgründen in den 17, 18, 20 und 23 nur der Tintenbehälter ohne den Wagen und den Aufzeichnungskopf dargestellt ist.
Wie in 17 veranschaulicht ist, führt ein an dem Wagen 607 angebrachter Tintenbehälter 541 während des Druckens bzw. im Rahmen einer Aufzeichnung eine Hin- und Herbewegung durch und kommt in einer außerhalb des Aufzeichnungsbereichs vorgesehenen Ruhe- oder Ausgangsstellung HP zum Stillstand, wenn kein Drucken erfolgt. Wenn in dieser Ruhe- bzw. Ausgangsstellung HP kein Druckvorgang erfolgt, wird bei der Aufzeichnungskopfpatrone 601 gemäß 3 die Absaugregenerierung und dergleichen von dem Kappenelement 614, der Tintenabsorptionseinrichtung 615 und der Reinigungsklinge 617 durchgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die EMK dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 zugeführt, während sich der Wagen 607 in der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP im Stillstand befindet.
Zur Induzierung der EMK in dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 durch elektromagnetische Induktion gemäß dem vorstehend beschriebenen Prinzip ist eine elektromagnetische Vorrichtung 622 als Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung in der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP angeordnet. Die elektromagnetische Vorrichtung 622 ist im wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei zwei gegenüberliegende Enden 622a und 622b eine Bewegungsbahn (den Bewegungsbereich) 625 des Wagens 607 umgeben. Im Betrieb der elektromagnetischen Vorrichtung 622 bilden die beiden Enden 622a und 622b Magnetpole, d.h. einen S-Pol oder einen N-Pol, und erzeugen hierbei den durch das Festkörper-Halbleiterbauelement 11 in dem an dem Wagen 608 angebrachten Tintenbehälter 541 hindurchtretenden magnetischen Induktionsfluss.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die elektromagnetische Vorrichtung 622 mit Wechselstrom betrieben wird und sich demzufolge die magnetischen Eigenschaften der beiden Pole an den Enden 622a und 622b ständig ändern, erfolgt auch eine ständige Änderung des durch das Festkörper-Halbleiterbauelement 11 in der in 18 veranschaulichten Weise hindurchtretenden magnetischen Induktionsflusses B. Wenn sich hierbei der durch die Spule L in der in 16 dargestellten Weise hindurchtretende magnetische Induktionsfluss B ändert, wird in der Spule L eine Wechselspannung induziert. Diese Wechselspannung wird von der in 19A dargestellten Energiewandlereinrichtung 114 in der in 19B veranschaulichten Weise gleichgerichtet, geglättet und stabilisiert. Ein Teil der auf diese Weise zu einem Gleichstrom gewordenen Energie wird dann der Informationserfassungseinrichtung 115, der Beurteilungseinrichtung 116, der Informationsspeichereinrichtung 117 und der Informationsübertragungseinrichtung 118 des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 zu deren Aktivierung zugeführt. Die verbleibende Energie wird von einer nicht dargestellten elektrischen Energiespeichereinrichtung wie einer Batterie oder einem Kondensator für eine folgende Aktivierung und Betätigung des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 gespeichert. Durch diese Konfiguration kann dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 die EMK in der Ruhe- bzw. Ausgangsstellung HP kontaktlos zugeführt werden, wenn kein Drucken erfolgt.
Obwohl eine Konfiguration zweckmäßig ist, bei der die EMK dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 im Stillstand des Wagens 607 in der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP in der vorstehend beschriebenen Weise zugeführt wird, ist es zur Aktivierung und Stabilisierung des Betriebs des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 effektiver, wenn die EMK auch während eines Druckvorgangs zugeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung 623 vorgesehen, bei der eine Anzahl von Permanentmagneten an der Bewegungsbahn (im Bewegungsbereich) 625 des Wagens 607 in der in 20 dargestellten Weise angeordnet sind. Wenn bei dieser Konfiguration der Wagen 607 während eines Druckbetriebs eine Hin- und Herbewegung durchführt, schneidet die Spule L des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 in der in 21 dargestellten Weise den von den Permanentmagneten 623 erzeugten magnetischen Induktionsfluss B, sodass in der Spule L eine Wechselspannung induziert wird. Diese Wechselspannung wird in der vorstehend beschriebenen Weise gleichgerichtet, geglättet und stabilisiert, sodass sie zur Aktivierung und Betätigung der Einrichtungen des Festkörper-Halbleiterbauelements zur Verfügung steht, wobei darüber hinaus eine Speicherung in der nicht dargestellten Batterie und dem Kondensator erfolgt (siehe 22). Bei dieser Konfiguration kann die Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung Permanentmagneten 623 zur Erzeugung der EMK durch elektromagnetische Induktion unter Ausnutzung der Bewegung des Wagens 607 umfassen. Auf diese Weise ist eine Energiezufuhr sowohl im Stillstand des Wagens 607 in der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP als auch während seiner Bewegung im Rahmen eines Druckbetriebs und dergleichen gewährleistet, wodurch sich Aktivierung und Betrieb des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 in hohem Maße stabilisieren lassen, ohne dass die Gefahr eines Energieausfalls auftritt.
Wenn hierbei die beiden Magnetpole der Permanentmagneten 623 in der in 23 veranschaulichten Weise einander gegenüberliegend angeordnet sind und hierbei die Wagenbahn (den Bewegungsbereich) 625 des Druckwagens 607 einschließen, kann der durch die Spule L des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 hindurchtretende magnetische Induktionsfluss B zur Erzielung einer größeren Wirkung der elektromagnetischen Induktion ausgestaltet werden. Darüber hinaus kann auch eine elektromagnetische Vorrichtung anstelle der Permanentmagneten Verwendung finden. Anders als bei der in der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP angeordneten elektromagnetischen Vorrichtung 622 ist es in diesem Falle nicht erforderlich, den magnetischen Induktionsfluss durch eine Wechselstrombeaufschlagung ständig zu ändern.
Nachstehend wird ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 24 näher beschrieben.
Beim Einschalten der Stromversorgung dieses Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes (S101) wird zunächst mit Hilfe der Optokoppler 611 und 612 (siehe 3) überprüft, ob sich der Wagen 607 in der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP befindet (S102). Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Antriebsmotor 602 zur Bewegung des Wagens 607 in die Ruhe- oder Ausgangsstellung HP betätigt (S103).
In der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP wird sodann überprüft, ob in dem in einem Tintenbehälter 700 des Wagens 607 befindlichen Festkörper-Halbleiterbauelement 11 ausreichend Energie gespeichert ist. Hierbei wird von den Nachrichtenübertragungseinrichtungen der Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräteeinheit dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 ein Signal zugeführt (S104). Wenn sich das Festkörper-Halbleiterbauelement 11 in einem betriebsfähigen Zustand befindet, gibt es nach dem Empfang des Signals eine entsprechende Antwort ab (S105). Wenn somit von dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 den Übertragungseinrichtungen der Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräteeinheit keine Antwort zugeführt wird, wird daraus geschlossen, dass in dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 keine ausreichende Energie gespeichert und das Halbleiterbauelement 11 demzufolge nicht betriebsfähig ist, sodass die Zuführung einer EMK erfolgt (S106). Hierbei wird die in der Ruhe- oder Ausgangsstellung HP angeordnete elektromagnetische Vorrichtung 622 mit Wechselstrom beaufschlagt, sodass in dem Festkörper-Halbleiterbauelement 11 durch elektromagnetische Induktion in der vorstehend beschriebenen Weise eine EMK induziert wird.
Sodann wird von den Übertragungseinrichtungen der Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräteeinheit ein Signal zur Inbetriebnahme des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 übertragen, woraufhin auf der Basis der vorstehend beschriebenen Gleichung eine Erfassung der Tinten-Restmenge in dem Tintenbehälter 541 erfolgt (S107) und sodann festgestellt wird, ob eine ausreichende Tintenmenge vorhanden ist oder nicht (S108). Falls sich hierbei ergibt, dass keine Tinte oder nur eine unzureichende Tintenmenge vorhanden ist, wird eine Instruktion zum Austausch des Tintenbehälters angezeigt (S109). Wenn jedoch festgestellt wird, dass noch eine ausreichende Tintenmenge vorhanden ist, werden in der vorstehend beschriebenen Weise Aufzeichnungen durch Ausstoß von Tintentröpfchen über den Flüssigkeitsausstoßkopf auf das Druckpapier P synchron mit dem Transport des Druckpapiers P und der Hin- und Herbewegung des Wagens 607 hergestellt (S110). Nach Abschluß der Druckvorgänge endet dann der gesamte Ablauf.
Nachstehend wird nun die Herstellung dieses Ausführungsbeispiels des Festkörper-Halbleiterbauelements 11 näher beschrieben. Die 25A bis 25G zeigen den Ablauf eines Beispiels für ein Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Festkörper-Halbleiterbauelements, wobei die jeweiligen Herstellungsvorgänge in Form von Querschnittsansichten dargestellt sind, die durch die Mitte des kugelförmigen Siliciumelements hindurch verlaufen. Hierbei wird ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren betrachtet, durch das der Schwerpunkt des kugelförmigen Siliciumelements unter den Mittelpunkt verlegt und der obere Innenbereich der Kugel als Hohlraum ausgebildet und luftdicht verschlossen werden.
Nach der Ausbildung einer thermisch oxidierten SiO₂-Schicht 202 auf der gesamten Oberfläche des kugelförmigen Siliciumelements gemäß 25A erfolgt sodann in der in 25B dargestellten Weise eine Musterbildung unter Verwendung eines fotolithografischen Prozesses, wobei in einem Teil der SiO₂-Schicht in der in 25C dargestellten Weise eine Öffnung 203 ausgebildet wird.
Sodann wird in der in 25D veranschaulichten Weise der obere Teil des Siliciums mit Hilfe eines unter Verwendung einer KOH-Lösung erfolgenden anisotropen Ätzens durch die Öffnung 203 hindurch zur Bildung eines Hohlraums 204 teilweise entfernt. Anschließend wird in der in 25E veranschaulichten Weise eine SiN-Schicht 205 auf der Innenseite und der Außenseite des Festkörper-Halbleiterbauelements unter Verwendung eines LPCVD-Verfahrens ausgebildet.
Danach wird in der in 25F dargestellten Weise eine Cu-Schicht 206 auf der gesamten Oberfläche des Festkörper-Halbleiterbauelements unter Verwendung eines CVD-Metallisierungsverfahrens ausgebildet. Wie in 25G dargestellt ist, wird sodann mit Hilfe eines bekannten fotolithografischen Verfahrens in der Cu-Schicht 206 eine Musterbildung vorgenommen, bei der die einen Teil des Schwingkreises bildende Drosselspule L mit N Windungen ausgebildet wird. Anschließend wird das die Drosselspule L nunmehr enthaltende Festkörper-Halbleiterbauelement aus dem Vakuum in Luft verbracht und die obere Öffnung 203 mit Hilfe eines aus einem Kunstharz, einem Stopfen oder dergleichen bestehenden Dichtungselements 207 derart verschlossen, dass ein luftdichter Verschluss des Hohlraums 204 in der Kugel erhalten wird. Bei einer auf diese Weise erfolgenden Herstellung besitzt das aus Silicium bestehende Festkörper-Halbleiterbauelement bereits selbst einen Auftrieb, ohne dass eine Einrichtung zur Auftriebserzeugung durch Energiezufuhr vorgesehen ist, wie dies bei einem nachstehend noch näher beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Außer der Spule L finden darüber hinaus noch N-MOS-Bauelemente für eine Ansteuerschaltung Verwendung, die in dem kugelförmigen Siliciumelement vor der Herstellung solcher schwimmender Festkörper-Halbleiterbauelemente auszubilden sind. 26 zeigt eine schematische Querschnittsansicht in Form eines vertikalen Schnitts durch ein solches N-MOS-Bauelement.
Wie 26 zu entnehmen ist, werden auf einem Si-Substrat 401 mit P-Leitfähigkeit in einem N-Wannenbereich 402 ein P-MOS-Element 450 und in einem P-Wannenbereich 403 ein N-MOS-Element 451 durch Störstelleneinbringung und Diffusion wie Ionenimplantation im Rahmen eines üblichen MOS-Herstellungsverfahrens ausgebildet. Das P-MOS-Element 450 und das N-MOS-Element 451 bestehen hierbei jeweils aus einer Gate-Elektrode 415, die durch im Rahmen eines CVD-Verfahrens erfolgende Aufbringung einer Polysiliciumschicht mit einer Dicke von 4000 bis 5000 Angström auf eine Gate-Isolierschicht 408 mit einer Dicke von einigen 100 Angström erhalten wird, sowie aus einem Source-Bereich 405, einem Drain-Bereich 406 usw., bei denen eine N- oder P-Störstelleneinbringung erfolgt ist, wobei von diesen P-MOS-Elementen 450 und N-MOS-Elementen 451 eine C-MOS-Logikschaltung gebildet wird.
Außerdem ist in dem P-Wannenbereich 403 durch Verfahren wie Störstelleneinbringung und Diffusion zur Bildung von Treiberelementen ein N-MOS-Transistor 301 ausgebildet, der einen Drain-Bereich 411, einen Source-Bereich 412, eine Gate-Elektrode 413 und dergleichen umfasst.
Wenn der N-MOS-Transistor 301 hierbei einen Element-Ansteuerungstreiber bildet, umfasst der Bereich L der Drain-, Source- und Gate-Bereiche eines Transistors minimal etwa 10 μm. Hierbei wird ein Teil dieses Bereiches von 10 μm von der 2 × 2 μm betragenden Breite eines Kontaktes 417 des Source-Bereiches und des Drain-Bereiches gebildet, der tatsächlich jedoch nur den halben Wert von 2 μm aufweist, da die andere Hälfte mit einem benachbarten Transistor geteilt wird. Der Rest dieses Bereiches umfasst den Abstand zwischen dem Kontakt 417 und dem Gate-Bereich 413, der 2 × 2 μm = 4 μm beträgt, sowie die 4 μm betragende Breite des Gate-Bereiches 413, sodass sich ein Gesamtwert von 10 μm ergibt.
Zwischen den Elementen ist ein Trennbereich 453 in Form einer Oxidschicht durch Feldoxidation in einer Dicke von 5000 bis 10000 Angström zur Elementtrennung ausgebildet, wobei diese Feldoxidschicht eine erste Wärmespeicherschicht 414 bildet.
Nach der Ausbildung der Elemente wird eine Isolierzwischenschicht 416 in Form von PSG- und von BPSG-Schichten und dergleichen mit einer Dicke von annähernd 7000 Angström im Rahmen eines CVD-Verfahrens aufgebracht und durch eine Wärmebehandlung geglättet, woraufhin eine Verbindung durch eine eine erste Verbindungsschicht bildende AI-Elektrode 417 über ein Kontaktloch erfolgt. Sodann wird eine Isolierzwischenschicht 418 in Form einer SiO₂-Schicht im Rahmen eines CVD-Plasmaverfahrens mit einer Dicke von 10000 bis 15000 Angström aufgebracht, wobei ein Durchgangsloch ausgebildet wird.
Dieser N-MOS-Schaltkreis wird vor der Herstellung des schwimmfähigen Festkörper-Halbleiterbauelements gemäß den 25A bis 25G ausgebildet. Über das vorstehend beschriebene Durchgangsloch werden dann Verbindungen zu dem die erfindungsgemäße Energieerzeugungseinrichtung bildenden Schwingkreis und dem die erfindungsgemäße Informationserfassungseinrichtung bildenden Sensorabschnitt und dergleichen hergestellt.
Außerdem muss gewährleistet sein, dass unabhängig vom jeweiligen Zustand des Tintenbehälters, in dem sich das schwimmfähige Festkörper-Halbleiterbauelement gemäß diesem Ausführungsbeispiel befindet, ein stabiler magnetischer Induktionsfluss (ein stabiles Magnetfeld) zwischen dem im Rahmen des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens in dem kugelförmigen Siliciumelement ausgebildeten Schwingkreis und dem externen Resonanzkreis in der in 16 dargestellten Weise erzeugt werden kann. Bei einer Schwimmbewegung in einer Flüssigkeit wie der Tinte ist jedoch zu berücksichtigen, dass der Flüssigkeitspegel auf Grund von externen Einwirkungen schwanken bzw. Wellen bilden kann. Für einen solchen Fall ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Schwerpunkt des schwimmfähigen Festkörper-Halbleiterbauelements derart festgelegt, dass ein stabiler Gleichgewichtszustand in der Flüssigkeit aufrecht erhalten wird.
Wie in den 27A und 27B veranschaulicht ist, muss bei dem in der Flüssigkeit schwimmenden Festkörper-Halbleiterbauelement 210 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die nachstehende Beziehung gegeben sein, damit der in 27A dargestellte Gleichgewichtszustand besteht:

(1) Auftriebskraft F = Objektgewicht W, und
(2) Die Auftriebswirkungslinie und die Gewichts- oder Massenwirkungslinie (eine durch den Schwerpunkt G hindurchverlaufende Linie) müssen zusammenfallen.

Das Bezugszeichen IL bezeichnet hierbei den jeweiligen Tintenpegel.
Wenn in der in 27B dargestellten Weise der Flüssigkeitspegel durch externe Einwirkungen schwankt und das Festkörper-Halbleiterbauelement 210 in Bezug auf den Gleichgewichtszustand eine Schrägstellung einnimmt, bewegt sich auch der Auftriebsmittelpunkt, sodass Auftrieb und Gewicht bzw. Masse zwei Kräfte bilden.
Der Schnittpunkt der Gewichts- bzw. Massenwirkungslinie im Gleichgewichtszustand (die strichpunktierte Linie gemäß 27B) mit der Auftriebswirkungslinie bei Schrägstellung (der durchgezogenen Linie in 27B) wird hierbei als Metazentrum MC bezeichnet, wobei der Abstand h zwischen dem Metazentrum und dem Schwerpunkt als Höhe des Metazentrums bezeichnet wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt jedoch das Metazentrum des Festkörper-Halbleiterbauelements 210 in der dargestellten Weise über dem Schwerpunkt, sodass die beiden Kräfte (die Rückführkraft) in einer Richtung wirken, in der eine Rückführung in die ursprüngliche Gleichgewichtsstellung erfolgt. Diese Rückführkraft T lässt sich folgendermaßen ausdrücken: T = WhsinΘ = FhsinΘ = pgVhsinΘ (> 0)
Das von dem Festkörper-Halbleiterbauelement 210 verdrängte Flüssigkeitsvolumen ist hierbei mit V bezeichnet, während das spezifische Gewicht des Festkörper-Halbleiterbauelements 210 mit pg bezeichnet ist.
Zur Gewährleistung einer positiven Rückführkraft ist es somit erforderlich und auch ausreichend, dass die Bedingung h > 0 erfüllt ist.
Aus 27B ergibt sich dann: h = (I/V) – CG
Hierbei ist mit I das Trägheitsmoment um eine Achse O bezeichnet. Demzufolge gilt: (I/V) > CG
Diese Bedingungen müssen gegeben sein, damit das Festkörper-Halbleiterbauelement 210 stabil in der Tinte schwimmt, die EMK über den externen Resonanzkreis induziert wird und ein beiderseitiger Informationsaustausch mit den außerhalb des Festkörper-Halbleiterbauelements angeordneten Übertragungseinrichtungen erfolgt.
Das Verfahren des beiderseitigen Informationsaustausches mit den externen Übertragungseinrichtungen erfolgt in diesem Fall in Form eines Sende- und Empfangsvorgangs im Rahmen einer Konfiguration, bei der ein LAN-Funksystem im Mikrowellen-Frequenzbereich oder ein Funksystem im Quasimillimeterwellen-/Millimeterwellen-Frequenzbereich eingesetzt werden kann, wobei das auf der Sendeseite befindliche Festkörper-Halbleiterbauelement den Zeilenüberwachungsabschnitt, den Datenverarbeitungsabschnitt, den Bestätigungsprüfabschnitt und den Fehlerverarbeitungsabschnitt aufweist, während das auf der Sendeseite befindliche Aufzeichnungsgerät den Datenverarbeitungsabschnitt, den Bestätigungsabschnitt, den Fehlerverarbeitungsabschnitt, den Anzeigeabschnitt und dergleichen umfasst. Ein Ablaufdiagramm für das sendeseitige Festkörper-Halbleiterbauelement ist hierbei in 8 dargestellt, während ein Ablaufdiagramm für das empfangsseitige Aufzeichnungsgerät in 9 dargestellt ist.
Weiterhin findet das erfindungsgemäße Festkörper-Halbleiterbauelement vorzugsweise bei einem Tintenstrahldrucker Verwendung, bei dem einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf Tinte aus einem entnehmbar angeordneten und damit austauschbaren Tintenbehälter zugeführt wird, wobei die Tinteninformation und die Tintenbehälterinformation während des durch den Tintenstrahldrucker erfolgenden Druckens auf Aufzeichnungspapier durch Ausstoß von Tintentröpfchen über den Aufzeichnungskopf erfasst und dem Tintenstrahldrucker zur Erzielung der zweckmäßigsten Steuerung des Tintenstrahldruckers und Aufrechterhaltung eines optimalen Zustands im Tintenbehälter zugeführt werden.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel die äußere Gestaltung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes nicht dargestellt ist, kann im Falle der Verwendung einer Außenklappe und eines Tintenbehälters, die in gewisser Weise durchsichtig sind und den inneren Zustand erkennen lassen, auch Licht zur Nachrichtenübertragung verwendet werden, sodass eine Bedienungsperson das von dem Tintenbehälter abgegebene Licht wahrnehmen und z.B. die Information "der Tintenbehälter sollte ausgetauscht werden" leicht erkennen kann und demzufolge einen Ersatz des Tintenbehälters in Betracht zieht. Häufig kann nämlich eine Bedienungsperson die Bedeutung einer abgegebenen Meldung nicht ohne weiteres erkennen, und zwar auch dann nicht, wenn eine Leuchtanzeige am Gerät aufleuchtet, da hierbei meist mehrere Anzeigefunktionen vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch sehr leicht erkannt werden, dass ein Austausch des Tintenbehälters vorzunehmen ist.
Drittes Ausführungsbeispiel
28 zeigt ein Blockschaltbild, das den inneren Aufbau eines Festkörper-Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und dessen Informationsaustausch mit dem Außenbereich veranschaulicht. Da dieses Ausführungsbeispiel mit Ausnahme des Aufbaus des Festkörper-Halbleiterbauelements dem ersten Ausführungsbeispiel weitgehend entspricht, erübrigt sich eine nochmalige diesbezügliche Beschreibung.
Das in 28 dargestellte Festkörper-Halbleiterbauelement 21 umfasst eine Energiewandlereinrichtung 124 zur Umsetzung einer dem Festkörper-Halbleiterbauelement 21 aus dem Außenbereich A (von der EMK-Zuführungseinrichtung 622 oder 623) kontaktlos zugeführten EMK 122 in elektrische Energie 123, eine durch die von der Energiewandlereinrichtung 124 erhaltene elektrische Energie aktivierte Informationserfassungseinrichtung 125, eine Beurteilungseinrichtung 126, eine Informationsspeichereinrichtung 127, eine Informationsübertragungseinrichtung 128 und eine Empfangseinrichtung 129 und ist wiederum im Tintenbehälter angeordnet. Der Unterschied in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel besteht hierbei darin, dass nunmehr eine Empfangsfunktion vorgesehen ist. Außerdem sollten zumindest die Energiewandlereinrichtung 124, die Informationserfassungseinrichtung 125 und die Empfangseinrichtung 129 an oder in der Nähe der Oberfläche des Festkörper-Halbleiterbauelements ausgebildet sein.
Die Informationserfassungseinrichtung 125 erfasst wiederum Informationen im Tintenbehälter, die Umgebungsinformationen in Bezug auf das Festkörper-Halbleiterbauelement 21 darstellen. Die Empfangseinrichtung 129 empfängt ein Eingangssignal 130, das von einer in einem Außenbereich A angeordneten Übertragungseinrichtung oder einer in einem Außenbereich B angeordneten Übertragungseinrichtung abgegeben wird. Die Beurteilungseinrichtung 126 veranlasst die Informationserfassungseinrichtung 125 zur Erfassung der Tintenbehälterinformation in Abhängigkeit von einem von der Empfangseinrichtung 129 erhaltenen Eingangssignal und vergleicht die erhaltene Tintenbehälterinformation mit einer in der Informationsspeichereinrichtung 127 gespeicherten Information zur Beurteilung, ob die erfasste Tintenbehälterinformation vorgegebene Bedingungen erfüllt oder nicht. In der Informationsspeichereinrichtung 127 sind verschiedene Bedingungen für einen Vergleich mit erhaltenen und von der Informationserfassungseinrichtung 125 erfassten Tintenbehälterinformationen gespeichert. Die Informationsübertragungseinrichtung 128 setzt in Abhängigkeit von einer Anweisung der Beurteilungseinrichtung 126 die elektrische Energie in Sendeenergie zur Übermittlung der Tintenbehälterinformationen um, wodurch die von der Beurteilungseinrichtung 126 erhaltenen Beurteilungsergebnisse in den Außenbereich A, den Außenbereich B oder einen Außenbereich C übertragen und angezeigt werden.
29 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Betrieb und Wirkungsweise des Festkörper-Halbleiterbauelements gemäß 28 veranschaulicht. Wenn in der in 28 und 29 veranschaulichten Weise die EMK 122 aus dem Außenbereich A (von der EMK-Zuführungseinrichtung) dem Festkörper-Halbleiterbauelement 21 zugeführt wird, setzt die Energiewandlereinrichtung 124 die EMK 122 in elektrische Leistung 123 um und aktiviert mit Hilfe dieser elektrischen Leistung die Informationserfassungseinrichtung 125, die Beurteilungseinrichtung 126, die Informationsspeichereinrichtung 127, die Informationsübertragungseinrichtung 128 sowie die Empfangseinrichtung 129.
In diesem Zustand wird ein Signal 130 zur Anforderung der Informationen des Tintenbehälters aus dem Außenbereich A oder dem Außenbereich B zu dem Festkörper-Halbleiterbauelement 21 übertragen. Dieses Eingangssignal 130 stellt ein von der Empfangseinrichtung 129 empfangenes Anfragesignal für das Festkörper-Halbleiterbauelement z.B. in Bezug auf die Anfrage dar, ob in dem Tintenbehälter noch eine ausreichende Tinten-Restmenge vorhanden ist oder nicht (Schritt S21 in 29). Die Beurteilungseinrichtung 126 veranlasst dann die Informationserfassungseinrichtung 125 zur Ermittlung von Informationen im Tintenbehälter wie der Tinten-Restmenge, der Tintenart, der Temperatur und des pH-Wertes (Schritt S22 in 29), liest aus der Informationsspeichereinrichtung 127 die die erfassten Tintenbehälterinformationen betreffenden Bedingungen aus (Schritt S23 in 29) und beurteilt sodann, ob die erfassten Informationen vorgegebene Bedingungen erfüllen (Schritt S24 in 29).
Wenn hierbei im Schritt S24 festgestellt wird, dass die erfassten Informationen die vorgegebenen Bedingungen nicht erfüllen, wird eine entsprechende Information dem Außenbereich A, dem Außenbereich B oder dem Außenbereich C zugeführt, während andernfalls bei Erfüllung dieser Bedingungen eine dementsprechende Information zugeführt wird (Schritte S25 und S26). Zusammen mit diesen Beurteilungsergebnissen können auch die erhaltenen Informationen übertragen werden. Diese Übertragung erfolgt, indem die Informationsübertragungseinrichtung 128 die durch die Energieumwandlung erhaltene Energie in Sendeenergie zur Übertragung der aus dem Tintenbehälter erhaltenen Informationen in den Außenbereich umsetzt. In Bezug auf diese Übertragungsenergie können Magnetfelder, Licht, Form- und Farbveränderungen, elektrische Wellen, Tonsignale und dergleichen in Betracht gezogen werden, wobei eine beurteilungsergebnisabhängige Veränderung erfolgen kann und auch das Übertragungsverfahren in Abhängigkeit vom jeweiligen Inhalt der vorstehend beschriebenen Anfragen (z.B., ob die Tinten-Restmenge 2 ml oder weniger beträgt oder ob der pH-Wert der Tinte sich verändert hat) eine Änderung erfahren kann.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die EMK dem Festkörper-Halbleiterbauelement 21 zusammen mit dem Eingangssignal 130 aus dem Außenbereich A oder dem Außenbereich B zuzuführen, wobei die Signalzuführung in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck z.B. in Form eines Anforderungssignals in Bezug auf die Tinten-Restmenge im Falle einer durch elektromagnetische Induktion erhaltenen EMK und in Form eines Anforderungssignals in Bezug auf den pH-Wert im Falle von Licht erfolgen kann.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel Signale aus dem Außenbereich empfangen werden können, besteht in Bezug auf die Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels zusätzlich die Möglichkeit, auch Anfragen in Form verschiedener Signalarten aus dem Außenbereich zu beantworten, sodass zwischen dem Festkörper-Halbleiterbauelement und dem Außenbereich ein Informationsaustausch erfolgen kann.
Obwohl das vorzugsweise im Tintenbehälter anzuordnende Festkörper-Halbleiterbauelement dahingehend beschrieben worden ist, dass es die Informationserfassungseinrichtung aufweisen muss, kann jedoch auch eine Basisversion dieses Ausführungsbeispiels in Betracht gezogen werden, bei der das Festkörper-Halbleiterbauelement keine derartige Einrichtung aufweist und in Abhängigkeit von extern zugeführten Eingangssignalen nur vorgespeicherte Informationen in den Außenbereich abgibt.
Viertes Ausführungsbeispiel
30 zeigt ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus eines Festkörper-Halbleiterbauelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie dessen Informationsaustausch mit dem Außenbereich. Da dieses Ausführungsbeispiel mit Ausnahme des Aufbaus des Festkörper-Halbleiterbauelements dem zweiten Ausführungsbeispiel weitgehend entspricht, erübrigt sich eine erneute diesbezügliche Beschreibung.
Das Festkörper-Halbleiterbauelement 31 gemäß 30 umfasst eine Energiewandlereinrichtung 134 zur Umsetzung einer aus dem Außenbereich A dem Festkörper-Halbleiterbauelement 31 kontaktlos zugeführten EMK 132 in elektrische Energie 133 sowie eine Auftriebserzeugungseinrichtung 135 zur Erzeugung eines Auftriebs unter Verwendung der von der Energiewandlereinrichtung 134 erhaltenen Energie und ist in der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte angeordnet.
Wenn hierbei die EMK 132 dem Festkörper-Halbleiterbauelement 31 aus dem Außenbereich A zugeführt wird, setzt die Energiewandlereinrichtung 134 die EMK 132 in die elektrische Energie 133 um, wobei die Auftriebserzeugungseinrichtung 135 einen Auftrieb unter Verwendung der elektrischen Energie 133 erzeugt und ein Schwimmen des Festkörper-Halbleiterbauelements 31 an der Tintenoberfläche herbeiführt. Dieser Auftrieb muss sich jedoch nicht notwendigerweise an der Tintenoberfläche auswirken, sondern kann auch dahingehend ausgestaltet sein, dass das Festkörper-Halbleiterbauelement stets in einem bestimmten Abstand unter der Tintenoberfläche positioniert ist, um eine Entladung in einem Zustand zu vermeiden, bei dem keine Tinte mehr vorhanden ist.
In den 31A und 31B sind z.B. Positionen des in der Tinte im Tintenbehälter schwimmenden Festkörper-Halbleiterbauelemente dargestellt, die sich in Abhängigkeit vom Tintenverbrauch verändern. Bei dem in den 31A und 31B dargestellten Tintenbehälter wird die Tinte mit Hilfe eines Unterdruck-Erzeugungselements 37 über eine Tintenzuführungsöffnung 36 in den Außenbereich geführt, sodass eine der Verbrauchsmenge entsprechende Tintenmenge von dem Unterdruck-Erzeugungselement 37 festgehalten wird. Das in der unverbrauchten Tinte 38 befindliche Festkörper-Halbleiterbauelement 31 befindet sich hierbei in einem festen Abstand unter dem Tintenstand bzw. Tintenpegel H und bewegt sich somit in Verbindung mit dem verbrauchsabhängig sinkenden Tintenstand H abwärts.
32 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Überwachung der Position des Festkörper-Halbleiterbauelements 31 und die Beurteilung des Erfordernisses eines Austausches des Tintenbehälters veranschaulicht. In den Schritten S31 bis S34 gemäß 32 wird das Festkörper-Halbleiterbauelement 31 aus dem Außenbereich A oder dem Außenbereich B (z.B. von den Übertragungseinrichtungen des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes) mit Licht beaufschlagt, das dann in dem Außenbereich A oder dem Außenbereich B (z.B. von dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät) oder in dem Außenbereich C zur Erfassung der Position des Festkörper-Halbleiterbauelements 31 wieder aufgenommen wird, wobei das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät dann in Abhängigkeit von der erfassten Position beurteilt, ob ein Austausch des Tintenbehälters erforderlich ist oder nicht, woraufhin eine entsprechende Meldung in Form eines Tonsignals, Lichtsignals oder dergleichen abgegeben wird, wenn dieses Erfordernis vorliegt.
Zur Erfassung der Position des Festkörper-Halbleiterbauelements findet ein Verfahren, bei dem eine Lichtemissionseinrichtung und eine Lichtempfangseinrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sind und die Position in Abhängigkeit von einer durch das Festkörper-Halbleiterbauelement erfolgenden Lichtabschirmung erfasst wird, oder ein Verfahren Verwendung, bei dem die Position mit Hilfe des von der Lichtemissionseinrichtung abgegebenen und wieder auf die Lichtempfangseinrichtung zurückreflektierten Lichts erfasst wird, und dergleichen.
Auch wenn sich der für das Halbleiterbauelement erforderliche Auftrieb und dergleichen in Abhängigkeit von den jeweiligen Umgebungsbedingungen wie im Falle eines unterschiedlichen bzw. schwankenden spezifischen Gewichts (Wichte) verändert, kann bei diesem Ausführungsbeispiel die aus dem Außenbereich zugeführte EMK von der Energiewandlereinrichtung zuverlässig umgesetzt und das Festkörper-Halbleiterbauelement stets in einer gewünschten Lage gehalten werden, sodass das Festkörper-Halbleiterbauelement unabhängig von den jeweils vorliegenden Umgebungsbedingungen Verwendung finden kann.
Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, dieses Ausführungsbeispiel mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in einer geeigneten Weise zu kombinieren.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Die 33A bis 33C zeigen Konzeptdarstellungen, die die Verwendung des Festkörper-Halbleiterbauelements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen. Da dieses Ausführungsbeispiel mit Ausnahme des Aufbaus des Festkörper-Halbleiterbauelements weitgehend dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, erübrigt sich eine erneute diesbezügliche Beschreibung.
Dieses Ausführungsbeispiel besitzt eine Konfiguration, bei der das Festkörper-Halbleiterbauelement die Funktion hat, Informationen zu weiteren Festkörper-Halbleiterbauelementen zu übertragen, von denen eine Vielzahl in einem Objekt vorgesehen ist.
Bei dem Beispiel gemäß 33A ist eine Vielzahl der Festkörper-Halbleiterbauelemente gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in dem Objekt angeordnet, wobei im Falle der Zuführung der EMK zu den Halbleiterbauelementen durch die EMK-Zuführungseinrichtung des Außenbereichs A oder des Außenbereichs B die Festkörper-Halbleiterbauelemente jeweils Umgebungsinformationen erfassen und die erfassten Informationen aufeinanderfolgend übertragen werden, d.h., die erfasste Information a eines Festkörper-Halbleiterbauelements 41 wird zu einem Festkörper-Halbleiterbauelement 42 übertragen, während die erfassten Informationen a und b des Festkörper-Halbleiterbauelements 41 und des Festkörper-Halbleiterbauelements 42 zu dem nächsten Festkörper-Halbleiterbauelement übertragen werden, sodass das letzte Festkörper-Halbleiterbauelement 43 sämtliche erfassten Informationen zum Außenbereich A oder zum Außenbereich B überträgt.
Bei dem Beispiel gemäß 33B sind mehrere Festkörper-Halbleiterbauelemente des dritten Ausführungsbeispiels in dem Objekt angeordnet, wobei die EMK den Festkörper-Halbleiterbauelementen von der EMK-Zuführungseinrichtung des Außenbereichs A oder des Außenbereichs B zugeführt wird. Wenn hierbei eine vorgegebene Anfrage durch ein Signal z.B. einem Festkörper-Halbleiterbauelement 53 von der Übertragungseinrichtung des Außenbereichs A oder des Außenbereichs B zugeführt wird, wird von einem Festkörper-Halbleiterbauelement 51 oder 52, auf das sich der Inhalt der Anfrage bezieht, eine entsprechende Information zur Beantwortung der Anfrage erfasst und die von dem Festkörper-Halbleiterbauelement 51 oder 52 erhaltene Antwort dann aufeinanderfolgend zu den anderen Festkörper-Halbleiterbauelementen übertragen, woraufhin die Antwort schließlich über das Festkörper-Halbleiterbauelement 53 dem Außenbereich A, dem Außenbereich B oder dem Außenbereich C zugeführt wird.
Bei dem Beispiel gemäß 33C sind wiederum mehrere Festkörper-Halbleiterbauelemente des dritten Ausführungsbeispiels in dem Objekt angeordnet, wobei die EMK den Festkörper-Halbleiterbauelementen von der EMK-Zuführungseinrichtung des Außenbereichs A oder des Außenbereichs B zugeführt wird. Wenn hierbei ein bestimmtes Signal z.B. einem Festkörper-Halbleiterbauelement 63 von der Übertragungseinrichtung des Außenbereichs A oder des Außenbereichs B zugeführt wird, wird dieses Signal aufeinanderfolgend zu einem Festkörper-Halbleiterbauelement 62 und einem Festkörper-Halbleiterbauelement 61 übertragen und über das Festkörper-Halbleiterbauelement 61 im Außenbereich A, im Außenbereich B oder im Außenbereich C angezeigt.
Darüber hinaus besteht bei den Beispielen gemäß den 33A bis 33C auch die Möglichkeit, dass mit der Auftriebserzeugungseinrichtung versehene Festkörper-Halbleiterbauelement gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel als eines der mehreren Festkörper-Halbleiterbauelemente zu verwenden.
34 zeigt ein Beispiel für die Anordnung einer geeigneten Kombination von Festkörper-Halbleiterbauelementen gemäß dem zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel in dem Tintenbehälter und dem damit verbundenen Tintenstrahlkopf. Bei diesem Beispiel ist ein Festkörper-Halbleiterbauelement 71 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich die Auftriebserzeugungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel und eine Funktion zur Übertragung von Informationen zu einem weiteren Festkörper-Halbleiterbauelement 79 vorgesehen sind, in einer gewünschten Lage in der Tinte 73 im Tintenbehälter 72 angeordnet. Das dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechende und eine Identifizierungsfunktion (Berechtigungsfunktion) aufweisende Festkörper-Halbleiterbauelement 79 ist hierbei an einem Aufzeichnungskopf 78 angeordnet, der über eine Ausstoßöffnung 77 Tinte zum Drucken ausstößt, die über einen Flüssigkeitskanal 75 und eine Flüssigkeitskammer 76 zugeführt wird, welche wiederum mit einer Tintenzuführungsöffnung 74 des Tintenbehälters 72 verbunden sind. Hierbei kann dem Festkörper-Halbleiterbauelement 79 Energie zugeführt werden, indem ein an der Oberfläche des Festkörper-Halbleiterbauelements befindlicher Elektrodenabschnitt mit einem Kontaktbereich an einem elektrischen Substrat zur Ansteuerung und Betätigung des Aufzeichnungskopfes 78 in Kontakt gebracht wird. In 34 sind die EMK mit dem Bezugszeichen P und die Richtung einer Druckabtastung mit dem Bezugszeichen W bezeichnet.
Wenn hierbei den Festkörper-Halbleiterbauelementen 71 und 79 durch die im Außenbereich angeordnete EMK-Zuführungseinrichtung eine EMK zugeführt wird, erfasst z.B. das in der Tinte befindliche Festkörper-Halbleiterbauelement 71 eine Information bezüglich der Tinten-Restmenge, während das auf der Seite des Aufzeichnungskopfes befindliche Festkörper-Halbleiterbauelement 79 z.B. dem Festkörper-Halbleiterbauelement 71 eine ID-Information zur Bestimmung der Tinten-Restmenge in Bezug auf einen gegebenenfalls erforderlichen Austausch des Tintenbehälters zuführt. Das Festkörper-Halbleiterbauelement 71 vergleicht dann die erfasste Tinten-Restmenge mit der ID-Information und führt dem Festkörper-Halbleiterbauelement 79 nur im Falle einer Übereinstimmung eine Übertragungsinstruktion zur Übermittlung einer Tintenbehälter-Austauschinformation in den Außenbereich zu. Wenn das Festkörper-Halbleiterbauelement 79 diese Instruktion erhält, führt sie dem Außenbereich ein Signal zur Übermittlung einer Nachricht in Bezug auf den erforderlichen Tintenbehälteraustausch zu oder gibt Tonsignale, Lichtsignale oder dergleichen ab, die akustisch oder visuell wahrgenommen werden können.
Indem in der vorstehend beschriebenen Weise mehrere Festkörper-Halbleiterbauelemente in einem Objekt angeordnet werden, besteht somit die Möglichkeit, komplexe Bedingungen für eine Informationsübermittlung einzustellen. Bei dem Beispiel gemäß den 33A bis 33C und 34 ist zwar eine Konfiguration in Betracht gezogen worden, bei der eine Zuführung der EMK zu jeweiligen Festkörper-Halbleiterbauelementen erfolgt, jedoch besteht insofern keinerlei Beschränkung, sondern es kann auch eine Konfiguration in Betracht gezogen werden, bei der eine einem bestimmten Festkörper-Halbleiterbauelement zugeführte EMK zusammen mit Informationen aufeinanderfolgend zu weiteren Festkörper-Halbleiterbauelementen übertragen wird. So können z.B. in der in 35 dargestellten Weise ein Festkörper-Halbleiterbauelement 81 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich die Auftriebserzeugungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, eine Funktion zur Übertragung von Informationen zu anderen Festkörper-Halbleiterbauelementen sowie eine Funktion zur Zuführung der EMK vorgesehen sind, und ein Festkörper-Halbleiterbauelement 82 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich die Auftriebserzeugungseinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, eine Funktion zur Übertragung von Informationen zu anderen Festkörper-Halbleiterbauelementen sowie eine Funktion zur Zuführung einer EMK vorgesehen sind, in gewünschten Positionen in der Tinte 73 in dem dem Ausführungsbeispiel gemäß 34 entsprechenden Tintenbehälter 72 angeordnet werden. Weiterhin kann an einem mit dem Tintenbehälter 72 verbundenen Aufzeichnungskopf 78 ein Festkörper-Halbleiterbauelement 83 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel mit der ID-Funktion (Berechtigungsfunktion) angeordnet werden. Hierbei besteht wiederum die Möglichkeit, dieses Festkörper-Halbleiterbauelement 83 mit Energie zu versorgen, indem ein an der Oberfläche des Festkörper-Halbleiterbauelements angeordneter Elektrodenabschnitt mit einem Kontaktbereich an einem elektrischen Substrat zur Ansteuerung und Betätigung des Aufzeichnungskopfes 78 in Kontakt gebracht wird. Auch in 35 sind mit P die EMK und mit W die Richtung einer Druckabtastung bezeichnet.
Wenn hierbei dem Festkörper-Halbleiterbauelement 81 aus dem Außenbereich eine EMK zugeführt wird, erfasst das in der Tinte befindliche Festkörper-Halbleiterbauelement 81 z.B. die Tinten-Restmengeninformation und vergleicht diese Information mit intern festgelegten Bedingungen. Wenn sich hierbei ergibt, dass eine Übertragung der erhaltenen Tinten-Restmengeninformation zu anderen Festkörper-Halbleiterbauelementen erforderlich ist, wird dem Festkörper-Halbleiterbauelement 82 die erhaltene Tinten- Restmengeninformation zusammen mit der EMK zur Inbetriebnahme des Festkörper-Halbleiterbauelements 82 zugeführt. Das mit der EMK versorgte Festkörper-Halbleiterbauelement 82 erhält dann die von dem Festkörper-Halbleiterbauelement 81 übertragene Tinten-Restmengeninformation, erfasst außerdem z.B. eine Information bezüglich des pH-Wertes der Tinte und überträgt die EMK zu dem auf der Seite des Aufzeichnungskopfes angeordneten Festkörper-Halbleiterbauelement 83 zu dessen Inbetriebnahme. Das mit der zugeführten EMK beaufschlagte Festkörper-Halbleiterbauelement 83 auf der Seite des Aufzeichnungskopfes überträgt sodann die ID-Information zur Bestimmung der Tinten-Restmenge oder des pH-Wertes der Tinte für den Tintenbehälteraustausch z.B. zu dem Festkörper-Halbleiterbauelement 82. Das Festkörper-Halbleiterbauelement 82 vergleicht dann die erfasste Tinten-Restmengeninformation und pH-Information mit der ID-Information und führt nur bei deren Übereinstimmung dem Festkörper-Halbleiterbauelement 83 eine Übertragungsinstruktion in Bezug auf die Übermittlung einer einen Tintenbehälteraustausch betreffenden Nachricht in den Außenbereich zu. Das Festkörper-Halbleiterbauelement 83 erhält dann diese Nachricht und führt dem Außenbereich ein Aufforderungssignal in Bezug auf einen Tintenbehälteraustausch zu, oder gibt Tonsignale, Lichtsignale oder dergleichen ab, die akustisch oder visuell wahrgenommen werden können. Somit kann auch ein Verfahren zur Zuführung der EMK zusammen mit Informationen von einem Festkörper-Halbleiterbauelement zu weiteren Festkörper-Halbleiterbauelementen in Betracht gezogen werden.
Erfindungsgemäß kann somit die Tintenausstoßposition in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät dreidimenional erfasst werden, was zur Steuerung des Tintenausstoßes zur Erzielung einer äußerst präzisen und qualitativ hochwertigen Aufzeichnung genutzt werden kann. Hierbei kann insbesondere in der Bewegungsrichtung des Wagens eine nicht nur eindimensionale sondern dreidimensionale Positionserfassung erfolgen, was in Bezug auf eine Verbesserung der Druckqualität äußerst effektiv ist, da auf diese Weise auch der Abstand zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und der Ausstoßposition erfasst werden kann.
Durch die Verwendung des Festkörper-Halbleiterbauelements ist der Einbau eines linearen Stellungsgebers oder dergleichen in das Gehäuse des Aufzeichnungsgerätes nicht länger erforderlich, wodurch sich die Gestaltungsfreiheit bei der Auslegung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes z.B. in Bezug auf eine veränderliche Druckwagengeschwindigkeit maßgeblich erhöht. Darüber hinaus sind nicht nur teure Bauteile wie ein linearer Stellungsgeber nicht länger erforderlich, sondern das eigentlich für andere Zwecke eingesetzte Festkörper-Halbleiterbauelement kann zusätzlich auch eine Funktion zur Positionserfassung aufweisen, was eine multifunktionale Verwendung und damit eine Kostensenkung durch gemeinsame Verwendung von Bauelementen und Baugruppen ermöglicht.
Außerdem ermöglicht die Erfindung eine im Rahmen einer relativ einfachen Konfiguration erfolgende kontaktlose Zuführung einer EMK zur Ansteuerung und Betätigung des Halbleiterbauelements in dem Tintenbehälter, ohne dass in dem Tintenbehälter eine elektrische Leitungsführung oder dergleichen vorgesehen werden muss. Im Falle einer Konfiguration mit der Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung ergibt sich der Vorteil, dass die EMK dem Festkörper-Halbleiterbauelement im Stillstand des Wagens zugeführt werden kann, wenn kein Drucken erfolgt. Wenn hierbei die Stillstands-EMK-Zuführungseinrichtung in der Ruhestellung angeordnet ist, kann die EMK dem Festkörper-Halbleiterbauelement zwischen der jeweiligen Beendigung eines Druckvorgangs und dem erneuten Beginn eines nächsten Druckvorgangs mit Hilfe eines Magnetfeldes zuverlässig zugeführt werden, sodass nicht die Gefahr besteht, dass die Zuführung der EMK mit einer Verzögerung erfolgt.
Bei einer Konfiguration mit der Bewegungszustands-EMK-Zuführungseinrichtung kann dagegen die EMK zur Ansteuerung und Betätigung des Festkörper-Halbleiterbauelements auch im Betrieb des Aufzeichnungsgerätes (während der Bewegung des Druckwagens) zugeführt werden, wobei zusätzlich die kinetische Energie des Wagens zur Zuführung der EMK effektiv genutzt werden kann.
Wenn kein Druckvorgang erfolgt, kann auch keine Fehlfunktion des Festkörper-Halbleiterbauelements auftreten, da außer im Stillstand des Wagens in der Ruhestellung oder außer im Verlauf eines Druckvorgangs keine EMK zur Ansteuerung und Betätigung des Festkörper-Halbleiterbauelements zugeführt wird.
Das Festkörper-Halbleiterbauelement sollte vorzugsweise mit der in dem vorstehend beschriebenen Tintenbehälter enthaltenen Tinte zumindest teilweise in Kontakt stehen und hierbei in Form eines Hohlkörpers in der in dem Tintenbehälter befindlichen Tinte derart schwimmen, dass der vorstehend beschriebene Induktor konstant eine feste Richtung einnimmt bzw. einer festen Richtung gegenüberliegt. Auf diese Weise kann die EMK unter Verwendung von elektromagnetischer Induktion zuverlässig und stabil erzeugt werden.
Hierbei besteht insbesondere die Möglichkeit, den Induktor in Form eines dreidimensionalen feinen Musters unter Nutzung der Struktur des Festkörper-Halbleiterbauelements auszugestalten, wobei in diesem Falle die Induktivität durch Vergrößerung der Anzahl von Windungen oder durch Verwendung eines Kernmaterials mit einer hohen Permeabilität erhöht werden kann.
Anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels für die vorstehend beschriebene Konfiguration einer Verwendung des Festkörper-Halbleiterbauelements wird nachstehend die Erfassung der Tintenart einer in dem Tintenbehälter enthaltenen Tinte näher beschrieben.
36 zeigt ein Blockschaltbild des inneren Aufbaus eines Festkörper-Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Informationsaustausch mit dem Außenbereich. Dieses in der in 36 dargestellten Form aufgebaute Festkörper-Halbleiterbauelement 91 umfasst eine Energiewandlereinrichtung 94 zur Umsetzung einer von dem Außenbereich A dem Halbleiterbauelement 91 kontaktlos als externe Energie zugeführten EMK 92 in elektrische Energie 93 sowie eine Lichtemissionseinrichtung 95 zur Emission von Licht unter Verwendung der von der Energiewandlereinrichtung 94 erhaltenen Energie und befindet sich in der in dem Tintenbehälter enthaltenen Tinte. Die Lichtemissionseinrichtung 95 umfasst hierbei Fotodioden oder dergleichen.
Hierbei kommt in Bezug auf die Zuführung der EMK zur Ansteuerung und Betätigung des Elements elektromagnetische Induktion, Wärme, Licht, Strahlung und dergleichen in Betracht. Weiterhin sollten die Energiewandlereinrichtung 94 und die Lichtemissionseinrichtung 95 vorzugsweise an oder in der Nähe der Oberfläche des Elements ausgebildet sein. Wenn bei dieser Konfiguration dem Halbleiterbauelement 91 aus dem Außenbereich A die EMK 92 zugeführt wird, setzt die Energiewandlereinrichtung 94 die EMK 92 in die elektrische Energie 93 um, während die Lichtemissionseinrichtung 95 unter Verwendung der elektrischen Energie 93 Licht 96 erzeugt und abgibt, das dann im Außenbereich B erfasst wird.
Im übrigen beinhaltet der in Verbindung mit der Bezeichnung des "festen Halbleiterbauelements bzw. Festkörper-Halbleiterbauelements" verwendete Begriff "fest" bzw. "Festkörper" sämtliche verschiedenen Formen fester Körper wie z.B. ein dreiseitiges Prisma (Dreipol), eine Kugel, eine Halbkugel, einen Quader (Vierpol), ein Rotationsellipsoid, einen einachsigen Drehkörper und dergleichen.
Außerdem kann als Einrichtung zur Zuführung externer Energie im Falle des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes die Einrichtung zur Zuführung der EMK als externe Energie zu dem Halbleiterbauelement in einer Regenerierungsstellung bzw. Rückkehrstellung des Wagens oder des Aufzeichnungskopfes und dergleichen angeordnet sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Zustand im Inneren des Tintenbehälters auch ohne das Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät zu erfassen, indem eine Vorrichtung mit der Einrichtung zur Zuführung der EMK zu Inspektionszwecken (zur Qualitätssicherung) z. B. im Rahmen einer werksseitigen oder vertriebsseitigen Qualitätskontrolle verwendet wird.
37 zeigt eine schematische Darstellung des Tintenbehälters mit dem erfindungsgemäßen festen bzw. in Form eines festen Körpers vorliegenden Halbleiterbauelement. Das in 37 dargestellte Festkörper-Halbleiterbauelement 1526 schwimmt in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche von in einem Tintenbehälter 1521 befindlicher unverbrauchter Tinte 1522, wobei die EMK durch elektromagnetische Induktion mit Hilfe des außerhalb des Tintenbehälters 1521 angeordneten (nicht dargestellten) externen Resonanzkreises in dem Halbleiterbauelement 1526 induziert und Licht abgegeben wird, wenn die in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterbauelements 1526 angeordnete Fotodiode angesteuert wird. Das abgegebene Licht tritt dann durch die Tinte 1522 hindurch und wird von einem außerhalb des Tintenbehälters 1521 angeordneten optischen Sensor 1550 aufgenommen.
38 zeigt ein Absorptionsspektrum der Tinte sowie die Extinktionswellenlängen von repräsentativen Tintenarten (Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) und Schwarz (B)). Wie 38 zu entnehmen ist, weisen die Tinten der Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz Spitzenwerte des Absorptionsvermögens in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 700 nm auf. Diese Spitzenwerte des Absorptionsvermögens der Tinten dieser Farben liegen für gelbe Tinte bei annähernd 390 nm, für Magenta-Tinte bei annähernd 500 nm, für schwarze Tinte bei annähernd 590 nm und für Cyan-Tinte bei annähernd 620 nm. Somit kann bestimmt werden, welche der vorstehenden Farben bei einer jeweiligen Tinte vorliegt, durch die das Licht hindurchgetreten ist, indem von dem festen bzw. in Festkörperform vorliegenden Halbleiterbauelement Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 300 bis 700 nm abgegeben und durch die Tinte hindurchgeführt wird, wobei dann der außerhalb des Tintenbehälters angeordnete optische Sensor 1550 (siehe 37) das Licht aufnimmt und hierbei erfasst, bei welcher Wellenlänge die stärkste Absorption aufgetreten ist.
Außerdem ist 38 zu entnehmen, dass bei den Tinten mit den Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz bei einer Wellenlänge von 500 nm ein deutlich unterschiedliches Absorptionsvermögen bei diesen Farben auftritt. So beträgt das Absorptionsvermögen der Tinten dieser Farben bei einer Wellenlänge von 500 nm für Magenta-Tinte annähernd 80%, für schwarze Tinte annähernd 50%, für gelbe Tinte annähernd 20% und für Cyan-Tinte annähernd 5%. Im Bereich einer Lichtwellenlänge von 500 nm kann somit auf einfache Weise festgestellt werden, welche der vorstehenden Farben die jeweilige Tinte aufweist, durch die das Licht hindurchgetreten ist, indem das Verhältnis der Stärke bzw. Intensität (des Absorptionsvermögens) des durch die Tinte hindurchgetretenen Lichts zu der Stärke bzw. Intensität des von dem Festkörper-Halbleiterbauelement abgegebenen Lichts ermittelt wird.
Weiterhin kann in jedem dieser Fälle auch eine Vielzahl von Tintenarten bestimmt werden, indem jeweils ein Festkörper-Halbleiterbauelement bestimmter Art in jedem der unterschiedlichen Tintenbehälter angeordnet wird.
Außerdem kann bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, bei dem mehrere Tintenbehälter in Abhängigkeit von der in jedem dieser Tintenbehälter enthaltenen Tintenart in einer spezifischen vorgegebenen Position angeordnet sind, eine Warneinrichtung vorgesehen werden, durch die eine Bedienungsperson bei der Anordnung eines Tintenbehälters in einer ungeeigneten Position eine Warnmeldung erhält, was mit Hilfe des optischen Sensors 1550 erfolgen kann, der das durch die Tinte in dem jeweiligen Tintenbehälter hindurchgetretene Licht aufnimmt. Als Warneinrichtung kann in diesem Falle eine Leuchteinrichtung wie eine Lampe oder ein Tongenerator wie ein Summer Verwendung finden. Die Bedienungsperson wird dann durch die von dieser Warneinrichtung abgegebene Warnmeldung darüber informiert, dass sich ein Tintenbehälter in der falschen Position befindet, sodass sie in der Lage ist, den Tintenbehälter in die korrekte Position einzusetzen.
Für den Fall, dass bei einem solchen Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät von dem das durch die Tinte in einem Tintenbehälter hindurchgetretene Licht aufnehmenden optischen Sensor festgestellt wird, dass der Tintenbehälter sich in einer ungeeigneten Position befindet, kann darüber hinaus auch die Verwendung einer Steuereinrichtung zur Steuerung des mit der Tinte aus diesem Tintenbehälter versorgten Aufzeichnungskopfes in Abhängigkeit von der Tintenart in Betracht gezogen werden. Auf diese Weise können automatisch Bilder auch dann in geeigneter Form aufgezeichnet werden, wenn eine Bedienungsperson einen Tintenbehälter in der falschen Position eingesetzt hat, sodass die Bedienungsperson die Anbringungspositionen der Tintenbehälter nicht länger überwachen muss.
Da das Festkörper-Halbleiterbauelement erfindungsgemäß somit die Energiewandlereinrichtung zur Umsetzung von extern zugeführter Energie in eine andere Energieform und die Lichtemissionseinrichtung zur Abgabe von Licht unter Verwendung der von der Energiewandlereinrichtung umgesetzten Energie umfasst, kann in der vorstehend beschriebenen Weise die Tintenart durch Hindurchführung des von dem Festkörper-Halbleiterbauelement abgegebenen Lichts durch die Tinte und sodann erfolgende Erfassung der Stärke bzw. Intensität des durch die Tinte hindurchgetretenen Lichts bei einer bestimmten Wellenlänge festgestellt werden.

Claims

Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät (600), mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf (601) zur Durchführung einer Aufzeichnung mit Aufzeichnungseinrichtungen und einem Wagen, an dem der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zur Durchführung einer in einer Hauptabtastrichtung erfolgenden Abtastbewegung anbringbar ist, wobei an dem Aufzeichnungskopf ein Festkörper-Halbleiterbauelement (11) angebracht ist, das einen Positionsdetektionsabschnitt (18) zur Erfassung einer Tintenausstoßposition der Aufzeichnungseinrichtungen, einen Ausstoßzeit-Steuerabschnitt (19) zur zeitlichen Korrektur eines Tintenausstoßes zum Ausgleich einer Abweichung zwischen der von dem Positionsdetektionsabschnitt (18) erfassten Tintenausstoßposition und einer Soll-Ausstoßposition, und einen Energiewandlerabschnitt (14) zur Umsetzung von extern zugeführter Energie in eine andere Energieform zur Aktivierung des Positionsdetektionsabschnitts (18) und des Ausstoßzeit-Steuerabschnitts (19), die auf dem gleichen Trägerelement des Festkörper-Halbleiterbauelements (11) ausgebildet sind, aufweist und bei einer Haupteinheit (28) des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes zumindest drei fest angeordnete Übertragungseinrichtungen (26) zur Übertragung elektrischer Wellen zu dem Festkörper-Halbleiterbauelement (11) und eine Ansteuersignal-Zuführungseinrichtung (24) zur Zuführung eines Ansteuersignals zu den Aufzeichnungseinrichtungen vorgesehen sind, und wobei durch die fest angeordneten Übertragungseinrichtungen (26) und den Positionsdetektionsabschnitt (18) eine dreidimensionale Erfassung der Ausstoßposition des Tintenstrahl-Ausstoßkopfes erfolgt und ein Tintenausstoßvorgang im Rahmen einer auf der Basis des von dem Positionsdetektionsabschnitt erhaltenen Detektionsergebnisses durch den Ausstoßzeit-Steuerabschnitt (19) erfolgenden Steuerung durchgeführt wird.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, bei dem das Festkörper-Halbleiterbauelement einen elektrischen Wellenempfangsabschnitt (16) zum Empfang einer extern zugeführten elektrischen Welle und einen elektrischen Wellenanalysierabschnitt (17) zum Identifizieren und Analysieren der elektrischen Welle und Ermittlung einer Übertragungsentfernung der elektrischen Welle aufweist, wobei der elektrische Wellenanalysierabschnitt (17) und der Positionsdetektionsabschnitt (18) zur Ermittlung der Übertragungsentfernung der elektrischen Welle auf der Basis einer Phasenabweichung der extern zugeführten und von dem elektrischen Wellenempfangsabschnitt (16) empfangenen elektrischen Welle, Ermittlung der Position des Festkörper-Halbleiterbauelements (11) aus der Übertragungsentfernung und Erfassung der Ausstoßposition der Aufzeichnungseinrichtungen auf der Basis der Position des Festkörper-Halbleiterbauelements ausgestaltet sind.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Festkörper-Halbleiterbauelement einen Taktgeber (22) aufweist und eine Taktzeit durch ein externes Signal einstellbar ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Festkörper-Halbleiterbauelement einen Speicher (20) zur Speicherung einer Soll-Tintenausstoßposition sowie von Daten zur Korrektur der Ausstoßzeit auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen der Soll-Ausstoßposition und einer von dem Positionsdetektionsabschnitt erfassten Ist-Ausstoßposition umfasst.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Vielzahl der Festkörper-Halbleiterbauelemente vorgesehen ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die jeweiligen fest angeordneten Übertragungseinrichtungen (26) zur Übertragung von elektrischen Wellen mit unterschiedlicher Frequenz und Amplitude oder einem unterschiedlichen Signalmuster ausgestaltet sind.