JP2001358291A - Three-dimensional semiconductor device, ink tank, ink jet recording device having ink tank, method for obtaining information on liquid, and method for determining change in physical property of liquid - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To extremely efficiently detect information regarding liquid, and exchange information with the outside bi-directionally. SOLUTION: A three-dimensional semiconductor device 11 is arranged in a container for accommodating liquid, and is provided with at least an energy conversion means 14, an information acquisition means 15, and an information transmission means 18. The energy conversion means 14 converts electromotive force from the outside to power 13, and operates the information acquisition means 15 and the information transmission means 18. The information acquisition means 15 obtains information regarding liquid where the three-dimensional semiconductor device 11 is arranged from the liquid. The information transmission means 18 transmits information obtained by the information acquisition means 15 to the outside.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、周囲の環境情報を
検知し、その情報を外部へ伝達、表示する機能を有する
半導体素子や、これを用いた、液体の情報入手方法およ
び液体の物性変化の判断方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a function of detecting surrounding environmental information, transmitting and displaying the information to the outside, a method of obtaining liquid information using the same, and a change in physical properties of the liquid. About the judgment method.

【０００２】また本発明は、インクタンク内の情報（例
えばインク残量）を検知し、外部へ表示、伝達する装
置、および該装置を備えたインクタンク、該インクタン
クを着脱可能に搭載するファクシミリ・プリンター・複
写機等のインクジェット記録装置に関する。The present invention also relates to a device for detecting information (for example, the remaining amount of ink) in an ink tank and displaying and transmitting the information to the outside, an ink tank provided with the device, and a facsimile having the ink tank detachably mounted. -It relates to an inkjet recording device such as a printer or a copier.

【０００３】[0003]

【従来の技術】従来、記録ヘッドに設けた複数の噴射ノ
ズルからインクを噴射させながら、記録ヘッドを搭載し
たキャリッジを用紙に対して相対的に走査することで、
画像をドットパターンで用紙に形成するインクジェット
記録装置においては、記録用のインクを収容したインク
タンクを設け、そのインクタンクのインクをインク供給
路を介して記録ヘッドに供給するようにしている。そこ
で、そのインクタンクのインクの残量を検出するための
インク残量検出装置が実用に供されるととにも、種々提
案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, while ejecting ink from a plurality of ejection nozzles provided on a recording head, a carriage on which the recording head is mounted is relatively scanned with respect to a sheet.
In an ink jet recording apparatus that forms an image on a sheet in a dot pattern, an ink tank containing recording ink is provided, and the ink in the ink tank is supplied to a recording head via an ink supply path. Accordingly, various ink-remaining amount detecting devices for detecting the remaining amount of ink in the ink tank have been put to practical use, and various proposals have been made.

【０００４】例えば、特開平６−１４３６０７号公報に
開示されたものは、図３２に示すように、非導電性のイ
ンクが満たされているインクタンク７０１の底側の内面
に配設された２本（１対）の電極７０２と、インクタン
ク７０１内のインク液面に浮遊している浮揚体７０３と
を有している。２本の電極７０２は、両者間の導通状態
を検知する検知部（不図示）にそれぞれ接続されてい
る。また、浮揚体７０３には、電極７０２と対向する位
置に電極７０４が配設されている。インクタンク７０１
内のインクが消費され、それと共に浮揚体７０３の位置
が低下して電極７０４が電極７０２と接触すると、検知
部により電極７０２間のの導通状態が検知される。これ
により、インクタンク７０１内のインクが無いことが検
出され、インクジェット記録ヘッド７０５の動作が停止
される。For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 6-143607 discloses an ink tank 701 provided on the bottom inner surface of an ink tank 701 filled with non-conductive ink as shown in FIG. It has a pair (one pair) of electrodes 702 and a floating body 703 floating on the ink level in the ink tank 701. The two electrodes 702 are each connected to a detection unit (not shown) that detects a conduction state between the two. Further, an electrode 704 is provided on the floating body 703 at a position facing the electrode 702. Ink tank 701
When the ink inside is consumed and the position of the floating body 703 is lowered and the electrode 704 comes into contact with the electrode 702, the detecting unit detects the conduction state between the electrodes 702. As a result, it is detected that there is no ink in the ink tank 701, and the operation of the inkjet recording head 705 is stopped.

【０００５】また、特登録２９４７２４５号によれば、
図３３に示すように、下部が底面に向かって漏斗状に形
成されるとともに、底面に２つの導電体８０１，８０２
が設けられ、インク８０３よりも比重の小さい金属球８
０４が内部に設置される構成のインクジェットプリンタ
用インクカートリッジ８０５が開示されている。このよ
うな構成では、インク８０３が消費されて減っていくと
インク８０３の液面が下がる。それに伴って、インク８
０３の表面に浮かんでいる金属球８０４の位置が下がっ
ていく。インク８０３の液面がインクカートリッジ筺体
の底面の位置まで下がると、金属球８０４は２つの導電
体８０１，８０２に接する。すると、導電体８０１，８
０２が導通するので、その間に電流が流れる。その通流
を検出すれば、インクエンド状態を検出することができ
る。インクエンド状態が検出されれば、インクエンド状
態を示す情報が使用者に知らされる。According to Japanese Patent Registration No. 2947245,
As shown in FIG. 33, the lower part is formed in a funnel shape toward the bottom surface, and two conductors 801 and 802 are formed on the bottom surface.
Is provided, and the metal sphere 8 having a specific gravity smaller than that of the ink 803 is provided.
An ink cartridge 805 for an ink jet printer having a configuration in which the ink cartridge 04 is installed is disclosed. In such a configuration, as the ink 803 is consumed and decreases, the liquid level of the ink 803 decreases. Along with that, ink 8
The position of the metal ball 804 floating on the surface of No. 03 goes down. When the liquid level of the ink 803 drops to the position of the bottom surface of the ink cartridge housing, the metal sphere 804 comes into contact with the two conductors 801 and 802. Then, the conductors 801 and 8
02 conducts, during which time a current flows. If the flow is detected, the ink end state can be detected. When the ink end state is detected, information indicating the ink end state is notified to the user.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した構成はいずれ
も、インクタンク内に設置された電極間の導通の有無の
検出によりインク無しを検出するものであるので、イン
クタンク内に検出用の電極を配置する必要がある。しか
も、インクタンク内にインクが存在しているときにイン
クを介して電極間が導通しないようにするため、インク
成分に金属イオンが用いられない等の、使用するインク
に制約が生じてしまう。In each of the above-described configurations, the absence of ink is detected by detecting the presence or absence of conduction between the electrodes provided in the ink tank. Need to be placed. In addition, since there is no conduction between the electrodes via the ink when the ink is present in the ink tank, restrictions are imposed on the ink to be used, for example, metal ions are not used in the ink component.

【０００７】また、上記の構成ではインクの有無しか検
知することが出来ず、その他のタンク内情報を外部が知
ることが出来ない。例えば、インク残量がどれくらいで
あるか、インクタンク内の圧力情報、インク物性の変化
などは、インクジェットヘッドを常に安定した吐出量で
動作するために重要なパラメータであり、タンク内のイ
ンク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内圧を外部
のインクジェット記録装置にリアルタイムで知らせた
り、インク物性の変化を外部へ伝達できるタンクが望ま
れている。Further, in the above configuration, only the presence or absence of ink can be detected, and other information in the tank cannot be known to the outside. For example, how much ink is remaining, pressure information in the ink tank, changes in ink physical properties, etc. are important parameters for operating the inkjet head with a stable ejection amount at all times. Accordingly, there is a demand for a tank capable of notifying an external ink jet recording apparatus of a constantly changing tank internal pressure in real time and transmitting a change in ink physical properties to the outside.

【０００８】さらに、一方的にインクタンク内の検知し
た情報を外部へ知らせるのみならず、外部からの問いか
けに対して内部情報を返答するような双方向の情報のや
り取りを実施できるインクタンクが望まれている。[0008] Further, an ink tank which can unilaterally exchange not only information detected in the ink tank to the outside but also internal information in response to an external inquiry is desired. It is rare.

【０００９】上記のようなインクタンクを開発するにあ
たって、本発明者らは、直径１ミリのシリコン・ボール
の球面上に半導体集積回路を形成するというボール・セ
ミコンダクター社のボール・セミコンダクターに着目し
た。このボールセミコンダクターは球形であるため、こ
れをインクタンク内に収容すれば、周囲環境情報の検出
や外部との双方向の情報のやり取りを平面形に比べて非
常に効率良く行えることが予想された。しかしながら、
このような機能を持つものを調査したところ、ボール・
セミコンダクター同士を電気配線で接続する技術などが
存在する（米国特許明細書第５８７７９４３号参照）だ
けで、上記の機能を持つ素子自体の開発が必要となっ
た。また、この素子をインクタンクに有効に適用できる
ものとするために、いくつかの固有の課題もあった。In developing the above-described ink tank, the present inventors focused on a ball semiconductor manufactured by Ball Semiconductor, which forms a semiconductor integrated circuit on a spherical surface of a silicon ball having a diameter of 1 mm. Since this ball semiconductor is spherical, it was expected that if it was housed in an ink tank, it would be possible to detect ambient environment information and exchange bidirectional information with the outside very efficiently compared to a planar type. . However,
When investigating the thing which has such a function,
Only with the technology for connecting semiconductors by electric wiring (see U.S. Pat. No. 5,877,943), the development of the device itself having the above functions is required. There are also some unique problems in order to effectively apply this element to an ink tank.

【００１０】第１に、タンク内に収容された素子を起動
させるための電力の供給である。素子の起動のための電
源をインクタンクに持たせるとタンクが大型になった
り、タンク外部に電源を備える場合でも電源と素子との
接続手段が必要になり、タンクの製造コストが増え、タ
ンクカートリッジが高価になるので、外部より非接触で
素子を起動させねばならない。First, there is a supply of electric power for starting the elements housed in the tank. If the ink tank has a power supply for starting the element, the tank becomes large, or even if a power supply is provided outside the tank, a connecting means between the power supply and the element is required, which increases the manufacturing cost of the tank and increases the tank cartridge. Therefore, the device must be started up from outside without contact.

【００１１】第２に、素子を、インクタンクのインク液
面や液面より一定の距離沈んだインク中で浮遊させなけ
ればならない場合があることである。例えば、インクタ
ンク内のインク消費に伴う負圧量の変動を経時的に監視
するには、インク液面に素子が位置するのが望ましい
が、素子は水より比重の大きいシリコンからなるため、
インクに浮遊させることは一般には困難である。Second, there is a case where the element has to be floated in the ink level of the ink tank or in the ink which has sunk a certain distance from the liquid level. For example, in order to monitor the fluctuation of the negative pressure amount due to the ink consumption in the ink tank over time, it is desirable that the element is located on the ink level, but since the element is made of silicon having a higher specific gravity than water,
It is generally difficult to float the ink.

【００１２】本発明の目的は、液体に関する情報の検出
や外部との双方向の情報のやり取りを非常に効率良く行
える立体形半導体素子を提供することにある。It is an object of the present invention to provide a three-dimensional semiconductor device which can detect liquid information and exchange bidirectional information with the outside very efficiently.

【００１３】また、本発明の他の目的は、インクタンク
内の詳細な情報をリアルタイムで検出し、外部のインク
ジェット記録装置と双方向に情報のやり取りを行うこと
ができる立体形半導体素子、該半導体素子を配したイン
クタンク、および該タンクを備えたインクジェット記録
装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor device capable of detecting detailed information in an ink tank in real time and exchanging information bidirectionally with an external ink jet recording apparatus. An object of the present invention is to provide an ink tank provided with elements and an ink jet recording apparatus provided with the tank.

【００１４】本発明の更なる目的は、インクタンク内の
インクの状態変化（ｐＨ変化、濃度変化、密度変化）を
経時的に検知することができる方法を提供することにあ
る。そして、インクが供給されるヘッドにおいて使用不
可となるものにおいては外部へ表示することで装置の使
用を制限させる方法を提供することにある。It is a further object of the present invention to provide a method capable of detecting a state change (pH change, density change, density change) of the ink in the ink tank over time. It is another object of the present invention to provide a method of restricting the use of the apparatus by displaying an externally usable head that cannot be used in an ink supply head.

【００１５】さらに、本発明によれば、上記の密度変化
を検知することで、インクの粘度、かつ、表面張力の変
化量も推定できるものであり、本発明の他の目的は、こ
れにより、ヘッドの駆動条件を最適に設定することによ
り安定した吐出特性を保つ方法を提供することにある。Further, according to the present invention, by detecting the above density change, the amount of change in ink viscosity and surface tension can be estimated, and another object of the present invention is to provide: It is an object of the present invention to provide a method for maintaining stable ejection characteristics by optimally setting head driving conditions.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の立体形半導体素子は、液体と接して配される
立体形半導体素子であって、少なくとも前記液体の水素
イオン濃度指数、濃度、密度の一つを含む、前記液体の
化学的物性の情報を入手する情報入手手段と、前記情報
入手手段により入手された入手情報を外部へ表示または
伝達する情報伝達手段と、外部から与えられるエネルギ
ーを、前記情報入手手段および前記情報伝達手段を動作
させるための、前記エネルギーとは異なる種類のエネル
ギーに変換するエネルギー変換手段とを有する。A three-dimensional semiconductor device according to the present invention for achieving the above object is a three-dimensional semiconductor device arranged in contact with a liquid, wherein at least a hydrogen ion concentration index and a concentration of the liquid are measured. , Including one of the densities, information obtaining means for obtaining information on the chemical properties of the liquid; information transmitting means for displaying or transmitting the obtained information obtained by the information obtaining means to the outside; and Energy conversion means for converting energy into energy of a different type from the energy for operating the information acquisition means and the information transmission means.

【００１７】本発明の立体形半導体素子は、情報を入手
すべき対象である液体に接して置かれる。この状態で、
情報入手手段により、液体に関する情報を入手し、その
情報を、情報伝達手段により外部へ伝達する。これら情
報入手手段および情報伝達手段を作動させるためのエネ
ルギーは、エネルギー変換手段によって、外部からのエ
ネルギーが異なる種類のエネルギーに変換されて与えら
れる。このように、液体に関する情報を入手して外部に
伝達する機能を立体形の半導体素子に作り込んでいるの
で、情報の入手および伝達を三次元的に行える。そのた
め、平板型の半導体素子を用いる場合に比べ、情報の入
手および伝達の方向にの制限も少ないので、液体に関す
る情報の入手および外部への伝達が効率的に行えるよう
になる。The three-dimensional semiconductor device of the present invention is placed in contact with a liquid from which information is to be obtained. In this state,
Information on the liquid is obtained by the information obtaining means, and the information is transmitted to the outside by the information transmitting means. Energy for operating the information acquisition means and the information transmission means is provided by converting external energy into different types of energy by the energy conversion means. As described above, since the function of acquiring and transmitting the information regarding the liquid to the outside is built into the three-dimensional semiconductor element, the information can be obtained and transmitted three-dimensionally. Therefore, there is less restriction on the direction in which information is obtained and transmitted as compared with the case of using a flat-plate type semiconductor element, so that it is possible to efficiently obtain and transmit information regarding a liquid to the outside.

【００１８】入手情報と比較するための情報を蓄積する
情報蓄積手段と、これに蓄積された情報と情報入手手段
で入手した情報とを比較し外部への情報の伝達の必要性
を判断する判断手段とを更に有することで、入手情報は
必要に応じて外部へ伝達される。さらに、外部からの信
号を受信する受信手段を付加することで、受信信号に応
じて情報を入手し、蓄積情報との比較結果をその入手情
報とともに外部へ伝達し、外部装置と双方向に信号の送
受信を行うことも可能となる。An information storage means for storing information for comparison with the obtained information, and a judgment for comparing the information stored in the information with the information obtained by the information obtaining means to determine the necessity of transmitting the information to the outside Further, the obtained information is transmitted to the outside as necessary. Furthermore, by adding a receiving means for receiving an external signal, information is obtained according to the received signal, a comparison result with the stored information is transmitted to the outside together with the obtained information, and a signal is bidirectionally transmitted to an external device. Can be transmitted and received.

【００１９】液体に関する情報としては、例えば、液体
のｐＨや圧力などが挙げられ、特に、液体が容器内に収
容されている場合には、その容器内での液体の残量が挙
げられる。液体の残量を入手する場合は、立体形半導体
素子は、液体表面もしくは液中に浮遊して配置されるの
が望ましく、そのために、空洞部を有する構成としても
よい。The information on the liquid includes, for example, the pH and pressure of the liquid, and particularly, when the liquid is stored in a container, the remaining amount of the liquid in the container. When obtaining the remaining amount of the liquid, the three-dimensional semiconductor element is desirably placed on the surface of the liquid or floating in the liquid, and therefore may be configured to have a cavity.

【００２０】本発明の立体形半導体素子は、好ましく
は、インクジェット記録の分野における、記録用のイン
クに関する情報を入手するのに用いられる。記録用のイ
ンクは、一般的にはインクタンク内に収容されており、
インクタンク内のインクに関する情報を入手すること
は、高品位な記録を行う上で非常に重要である。The three-dimensional semiconductor device of the present invention is preferably used for obtaining information on recording ink in the field of ink jet recording. The recording ink is generally contained in an ink tank,
Obtaining information on the ink in the ink tank is very important for performing high-quality printing.

【００２１】そこで本発明のインクタンクは、インクを
吐出する吐出ヘッドに供給するインクを収容し、かつ、
上記本発明の立体形半導体素子が前記インクに接して配
されている。立体形半導体素子の数は、一つでもよいし
複数でもよい。複数の立体形半導体素子を有する場合
は、それぞれが異なる情報を入手するものでもよいし、
互いに情報のやり取りを行えるようにしてもよい。Therefore, the ink tank of the present invention contains ink to be supplied to a discharge head for discharging ink, and
The three-dimensional semiconductor element of the present invention is disposed in contact with the ink. The number of three-dimensional semiconductor elements may be one or more. When having a plurality of three-dimensional semiconductor elements, each may obtain different information,
Information may be exchanged with each other.

【００２２】また本発明のインクタンクは、インクを吐
出する吐出ヘッドに供給するインクを収容するインクタ
ンクであって、少なくとも前記インクの水素イオン濃度
指数、濃度、密度の一つを含む、前記インクの化学的物
性の情報を入手する情報入手手段と、前記情報入手手段
により入手された入手情報を外部へ表示または伝達する
情報伝達手段と、外部から与えられるエネルギーを、前
記情報入手手段および前記情報伝達手段を動作させるた
めの、前記エネルギーとは異なる種類のエネルギーに変
換するエネルギー変換手段とを有する。Further, the ink tank of the present invention is an ink tank for storing ink to be supplied to a discharge head for discharging ink, wherein the ink contains at least one of a hydrogen ion concentration index, a concentration and a density of the ink. Information obtaining means for obtaining information on the chemical properties of the above, information transmitting means for displaying or transmitting the obtained information obtained by the information obtaining means to the outside, and energy given from outside, the information obtaining means and the information And energy conversion means for converting the energy into energy of a different type from the energy for operating the transmission means.

【００２３】本発明のインクジェット記録装置は、イン
クを吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドに供給する
インクを収容している本発明のインクタンクとを搭載す
る。An ink jet recording apparatus according to the present invention includes a discharge head for discharging ink, and an ink tank according to the present invention containing ink to be supplied to the discharge head.

【００２４】本発明の液体の情報入手方法は、液体に関
する情報を入手する情報入手手段と、前記情報入手手段
により入手された入手情報を外部へ表示または伝達する
情報伝達手段と、外部から与えられるエネルギーを、前
記情報入手手段および前記情報伝達手段を動作させるた
めの、前記エネルギーとは異なる種類のエネルギーに変
換するエネルギー変換手段と、を有する、液体と接して
配される立体形半導体素子を用いて、前記液体の変化情
報を入手するものである。According to the liquid information obtaining method of the present invention, an information obtaining means for obtaining information on a liquid, an information transmitting means for displaying or transmitting the obtained information obtained by the information obtaining means to the outside, and an externally provided information. Using a three-dimensional semiconductor element disposed in contact with a liquid, comprising: an energy conversion unit that converts energy into energy of a different type from the energy for operating the information acquisition unit and the information transmission unit. Thus, the change information of the liquid is obtained.

【００２５】さらに、本発明の液体の物性変化の判断方
法は、液体に関する情報を入手する情報入手手段と、前
記情報入手手段から入手した情報と予め記憶されている
データテーブルに基づいて液体の物性変化を判断する判
断手段と、前記判断手段による情報を外部へ表示または
伝達する情報伝達手段と、外部から与えられるエネルギ
ーを、前記情報入手手段、前記判断手段および前記情報
伝達手段を動作させるための、前記エネルギーとは異な
る種類のエネルギーに変換させるエネルギー変換手段
と、を有する、液体と接して配される立体形半導体素子
を用いて、液体の物性変化を判断するものである。Further, according to the method for determining a change in the physical properties of a liquid according to the present invention, information obtaining means for obtaining information on the liquid, and physical properties of the liquid based on the information obtained from the information obtaining means and a data table stored in advance are provided. Determining means for determining a change; information transmitting means for displaying or transmitting information by the determining means to the outside; and energy supplied from outside for operating the information obtaining means, the determining means, and the information transmitting means. And determining the change in the physical properties of the liquid by using a three-dimensional semiconductor element which is disposed in contact with the liquid and has an energy converting means for converting the energy into a different type of energy.

【００２６】上記の方法によれば、液体の物性変化を経
時的に検知することができ、例えば、使用により不具合
が生じるおそれがある場合には、外部にその旨を知らせ
て使用を制限させたり、特に、インクタンクに用いられ
る場合には、液体であるインクの粘度および表面張力の
変化量を推定し、記録ヘッドの駆動条件を最適に設定す
ることもできる。According to the above method, a change in the physical properties of the liquid can be detected over time. For example, if there is a possibility that a problem may occur due to use, the use is notified to the outside to limit the use. In particular, when used in an ink tank, it is possible to estimate the amount of change in the viscosity and surface tension of the ink, which is a liquid, and to optimally set the driving conditions of the recording head.

【００２７】さらに、本発明は、液体に関する情報を経
時的に入手し、前記液体に関する情報の経時的変化情報
から液体の変化量を推定する判断方法であって、前記液
体に関する異常な変化情報を判断する判断方法を提供す
る。Further, the present invention is a determination method for obtaining information on a liquid over time and estimating a change amount of the liquid from information on a change over time of the information on the liquid, wherein the abnormal change information on the liquid is obtained. Provide a judgment method to judge.

【００２８】この方法によれば、例えばインクタンクに
おいては収容されているインクの量は通常は消費によっ
て直線的に減少していくはずであるがこれが補充等によ
って急激に増加したり、インクの成分が変化したこと
を、異常な変化情報として判断することができる。According to this method, for example, the amount of ink contained in an ink tank should normally decrease linearly due to consumption, but this increases sharply due to replenishment, etc. Can be determined as abnormal change information.

【００２９】なお、本明細書中の「メタセンタ」とは、
釣り合いにある時の重量の作用線と、傾いたときの浮力
の作用線との交点を示す。The “meta center” in the present specification is
It shows the intersection of the action line of weight when balanced and the action line of buoyancy when tilted.

【００３０】また本明細書中の「立体形半導体素子」の
「立体形」とは、三角柱、球、半球体、四角柱、回転楕
円体、一軸回転体など、種々の立体形を全て含む。The term "three-dimensional shape" of the "three-dimensional semiconductor device" in the present specification includes all various three-dimensional shapes such as a triangular prism, a sphere, a hemisphere, a quadratic prism, a spheroid, and a uniaxial rotator.

【００３１】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００３２】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成およ
び外部とのやり取りを表したブロック構成図である。こ
の図で示す形態の立体形半導体素子（以下、単に「素
子」という）１１は、インクタンク内に配置されてお
り、外部Ａから素子１１に向かって非接触で供給された
起電力１２を電力１３に変換するエネルギー変換手段１
４と、エネルギー変換手段１４で変換された電力１３に
より起動する情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄
積手段１７、および情報伝達手段１８とを備えている。
素子１１を動作させるために供給する起電力には、電磁
誘導、熱、光、放射線などを適用することができる。ま
た、少なくともエネルギー変換手段１４および情報入手
手段１５は素子１１の表面もしくは表面付近に形成され
ていることが望ましい。(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing the internal structure of a three-dimensional semiconductor device according to a first embodiment of the present invention and the exchange with the outside. A three-dimensional semiconductor element (hereinafter, simply referred to as an “element”) 11 in the form shown in this figure is disposed in an ink tank, and generates an electromotive force 12 supplied from the outside A to the element 11 in a non-contact manner. Energy conversion means 1 for converting to 13
4, an information acquisition unit 15, a determination unit 16, an information storage unit 17, and an information transmission unit 18 which are activated by the power 13 converted by the energy conversion unit 14.
Electromagnetic induction, heat, light, radiation, or the like can be applied to the electromotive force supplied to operate the element 11. It is preferable that at least the energy conversion means 14 and the information obtaining means 15 are formed on or near the surface of the element 11.

【００３３】情報入手手段１５は、素子１１の周囲環境
情報であるインクタンク内のインクに関する情報（イン
ク情報）を入手し、判断手段１６へ出力する。判断手段
１６は、情報入手手段１５より入手したインク情報と情
報蓄積手段１７に記憶されている情報とを比較し、入手
したインク情報を外部へ伝達する必要があるか否かを判
断する。情報蓄積手段１７は、入手するインク情報と比
較する諸条件や情報入手手段１５より入手したインク情
報そのものをデータテーブルとして蓄積する。情報伝達
手段１８は、判断手段１６からの命令に基づき、エネル
ギー変換手段１４により与えられた電力を、インク情報
を外部Ａ又は外部Ｂに伝達するためのエネルギーに変換
して、外部Ａ又は外部Ｂへインク情報を伝達する。ここ
で、外部Ｂとは、起電力１２の供給源である外部Ａとは
異なる対象であり、この素子１１が収容されるインクタ
ンクを搭載するインクジェット記録装置の他に、例え
ば、人の視覚や聴覚といった感覚器官も含む。The information obtaining means 15 obtains information on the ink in the ink tank (ink information), which is information on the surrounding environment of the element 11, and outputs the information to the determining means 16. The determination unit 16 compares the ink information obtained from the information obtaining unit 15 with the information stored in the information storage unit 17 and determines whether it is necessary to transmit the obtained ink information to the outside. The information storage unit 17 stores, as a data table, various conditions to be compared with the obtained ink information and the ink information itself obtained by the information obtaining unit 15. The information transmitting means 18 converts the electric power supplied by the energy converting means 14 into energy for transmitting the ink information to the external A or the external B based on the command from the determining means 16, and outputs the external A or the external B To transmit ink information to Here, the external B is a target different from the external A that is a supply source of the electromotive force 12, and in addition to an inkjet recording apparatus equipped with an ink tank in which the element 11 is housed, for example, Also includes sensory organs such as hearing.

【００３４】図２は、図１に示した素子の動作を説明す
るためのフローチャートである。図１及び図２を参照す
れば、外部Ａから素子１１に向かって起電力１２を与え
ると、エネルギー変換手段１４は起電力１２を電力１３
へと変換し、その電力１３により情報入手手段１５、判
断手段１６、情報蓄積手段１７、および情報伝達手段１
８を起動する。FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the element shown in FIG. Referring to FIGS. 1 and 2, when an electromotive force 12 is applied from the outside A toward the element 11, the energy conversion unit 14 converts the electromotive force 12 into the electric power 13.
The information 13 is converted to the information 13 by the power 13, the determination unit 16, the information storage unit 17, and the information transmission unit 1.
8 is started.

【００３５】起動した情報入手手段１５は、素子１１の
周囲環境情報であるインクタンク内のインク情報、例え
ば、インクの残量、インクの種類、温度、ｐｈなどの情
報を入手する（図２のステップＳ１１）。次に、判断手
段１６は、入手したタンク内部情報と参照するための条
件を情報蓄積手段１７より読み出し（図２のステップＳ
１２）、この読み出した条件と入手したタンク内部情報
とを比較し、情報伝達の必要性を判断する（図２のステ
ップＳ１３）。ここで、情報蓄積手段１７に予め設定し
てある条件に基づく判断は、例えばインク残量が２ｍｌ
以下になったり、インクのｐｈが大きく変化したりした
為にタンク交換が必要との判断を行うことが挙げられ
る。The activated information obtaining means 15 obtains the ink information in the ink tank, which is the surrounding environment information of the element 11, for example, information such as the remaining amount of ink, the type of ink, the temperature, and ph (see FIG. 2). Step S11). Next, the judging means 16 reads out the obtained tank internal information and the conditions for referencing from the information accumulating means 17 (Step S in FIG. 2).
12) The read conditions are compared with the obtained tank internal information to determine the necessity of information transmission (step S13 in FIG. 2). Here, the determination based on the condition preset in the information storage means 17 is, for example, when the ink remaining amount is 2 ml.
It is possible to determine that the tank needs to be replaced because of the following or the ph of the ink has significantly changed.

【００３６】ステップＳ１３において判断手段１６が外
部へタンク内の情報を伝達する必要がないと判断した場
合には、情報蓄積手段１７に現在のインクタンク内の情
報が蓄積される（図２のステップＳ１４）。なお、次に
情報入手手段１５がインクタンク内の情報を入手したと
き、判断手段１６は、その入手した情報とここで蓄積さ
れた情報とを比較してもよい。If it is determined in step S13 that the information in the tank does not need to be transmitted to the outside, the information in the current ink tank is stored in the information storage means 17 (step in FIG. 2). S14). Next, when the information obtaining means 15 obtains the information in the ink tank, the determining means 16 may compare the obtained information with the information stored here.

【００３７】またステップＳ１３において、判断手段１
６がインクタンク内の情報を外部へ伝達する必要がある
と判断した場合には、エネルギー変換手段１５により変
換され電力１３が、情報伝達手段１８でさらに、インク
タンク内の情報を外部へ伝達するためのエネルギーへと
変換される。この伝達するためのエネルギーとしては、
磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能
であり、例えば、インク残量が２ｍｌ以下になったと判
断された場合には音を鳴らしてタンク交換が必要である
ことを外部Ｂ（例えば、インクジェット記録装置）に伝
達する（図２のステップＳ１５）。また、伝達先はイン
クジェット記録装置のみでなく、特に光、形、色や音な
どの場合は人の視覚や聴覚に伝達してもよい。さらに、
インク残量が２ｍｌ以下になったと判断された場合には
音を発し、インクのｐｈが大きく変化したときには光を
発するなど、情報に応じてその伝達方法を変えてもよ
い。In step S13, the judgment means 1
If it is determined that the information in the ink tank needs to be transmitted to the outside, the power 13 converted by the energy conversion means 15 is further transmitted by the information transmission means 18 to the outside of the ink tank. Is converted into energy for As energy for this transmission,
It is possible to use magnetic fields, light, shapes, colors, radio waves, sounds, etc. For example, if it is determined that the ink level is 2 ml or less, it sounds a sound to indicate that the tank needs to be replaced. The data is transmitted to the external B (for example, an inkjet recording apparatus) (Step S15 in FIG. 2). In addition, the transmission destination is not limited to the ink jet recording apparatus. In particular, in the case of light, shape, color, sound, or the like, the information may be transmitted to human vision or hearing. further,
The transmission method may be changed according to the information, such as emitting a sound when it is determined that the remaining amount of ink has become 2 ml or less, and emitting light when the ph of the ink has greatly changed.

【００３８】インクジェット記録装置に用いられる場
合、素子１１に外部エネルギーとして起電力を供給する
手段を設けるのに好ましい位置としては、シリアル型の
インクジェット記録装置を例に挙げると、記録ヘッド、
キャリッジ、記録ヘッドの回復ポジション、もしくはキ
ャリッジリターンポジション等が挙げられる。これ以外
にも、起電力を供給する手段を有する装置を用いれば、
インクジェット記録装置がなくてもインクタンク内部の
状態を知ることができ、例えば、工場や販売店で、実際
にインクタンクをインクジェット記録装置に装着するこ
となく、インクタンクの品質検査を行うこともできる。When used in an ink jet recording apparatus, a preferable position for providing a means for supplying an electromotive force as external energy to the element 11 is, for example, a recording head of a serial type.
A carriage, a recovery position of the recording head, a carriage return position, and the like are given. In addition, if an apparatus having a means for supplying an electromotive force is used,
It is possible to know the state of the inside of the ink tank even without an ink jet recording apparatus, for example, it is also possible to inspect the quality of the ink tank at a factory or a store without actually mounting the ink tank on the ink jet recording apparatus. .

【００３９】本実施形態によれば、素子１１がエネルギ
ー変換手段１５を有しているので、外部と直接的な電気
的配線を行う必要がなくなり、外部と直接的な電気的配
線を行うことが困難な個所、例えば、後述する図１１〜
図１４に示すようなインク中など、対象物中のどの個所
であっても素子１１を使用することができる。インク中
に素子１１を配すれば、インクの状態をリアルタイムで
正確に把握することが可能となる。According to the present embodiment, since the element 11 has the energy conversion means 15, it is not necessary to perform direct electrical wiring with the outside, and it is possible to perform direct electrical wiring with the outside. Difficult places, for example, FIGS.
The element 11 can be used anywhere in the object, such as in ink as shown in FIG. If the element 11 is arranged in the ink, the state of the ink can be accurately grasped in real time.

【００４０】また、素子１１がエネルギー変換手段１５
を有しているので、素子１１を動作させるための起電力
を蓄積する手段（本例では電源）を素子１１に設ける必
要がなくなる。そのため、素子１１の小型化が可能とな
り、狭い個所、もしくは図１１〜図１４のようにインク
中など、対象物中のどの個所であっても素子を使用する
ことができる。尚、本形態では素子１１と非接触で素子
１１に起電力を供給したが、一時的に外部と接触して起
電力を供給した後、外部と非接触となる形態でもよい。The element 11 is used as the energy conversion means 15.
Therefore, there is no need to provide a means (power supply in this example) for accumulating an electromotive force for operating the element 11 in the element 11. Therefore, the size of the element 11 can be reduced, and the element can be used in a narrow place or in any place in an object such as in ink as shown in FIGS. In the present embodiment, the electromotive force is supplied to the element 11 in a non-contact manner with the element 11, but a mode in which the electromotive force is supplied in temporary contact with the outside and then non-contact with the outside may be employed.

【００４１】ここで、エネルギー変換手段１４につい
て、電磁誘導を利用して電力を発生させる場合を例に挙
げて説明する。Here, the energy conversion means 14 will be described by taking as an example a case where electric power is generated using electromagnetic induction.

【００４２】図３は、本発明の立体形半導体素子の構成
要素であるエネルギー変換手段の電力発生原理を説明す
るための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of power generation by the energy conversion means which is a component of the three-dimensional semiconductor device of the present invention.

【００４３】図３において、コイルＬａを有する外部共
振回路１０１と、コイルＬをを有する発振回路１０２と
を、両コイルＬ_a，Ｌを隣接させて設置する。この状態
で、外部共振回路１０１を通じてコイルＬ_aに電流Ｉ_aを
流すと、電流Ｉ_aによって発振回路１０２のコイルＬを
貫く磁束Ｂが生じる。ここで、電流Ｉ_aを変化させると
コイルＬを貫く磁束Ｂが変化するので、コイルＬには誘
導起電力Ｖが生じる。したがって、素子１１にエネルギ
ー変換手段として発振回路１０２を作り込み、素子１１
の外部の例えばインクジェット記録装置に、外部共振回
路１０１を、素子側の発振回路１０２のコイルＬと素子
外部の共振回路１０１のコイルＬ_aとが隣接するように
配設する事により、外部からの電磁誘導による誘導起電
力で、素子１１を動作させる電力を発生することができ
る。[0043] In FIG. 3, an external resonant circuit 101 having a coil La, and an oscillation circuit 102 having a coil L, the coil L _a, is adjacent L is installed. In this state, when a current flows I _a in the coil L _a via the external resonance circuit 101, the magnetic flux B that penetrates the coil L of oscillation circuit 102 by the current I _a generated. Here, when the current _Ia is changed, the magnetic flux B passing through the coil L changes, so that an induced electromotive force V is generated in the coil L. Therefore, the oscillation circuit 102 is built in the element 11 as energy conversion means, and the element 11
The outside of for example, an ink jet recording apparatus, by disposing as the external resonance circuit 101, and a coil L _a coil L and elements outside of the resonance circuit 101 of oscillation circuit 102 of the element side adjacent external Electric power for operating the element 11 can be generated by induced electromotive force by electromagnetic induction.

【００４４】素子１１にエネルギー変換手段として作り
込んだ発振回路１０２のコイルＬを貫く磁束Ｂは、外部
共振回路１０１のコイルＬ_aの巻き数Ｎ_aと電流Ｉ_aの積
に比例するから、比例定数をｋとして、The magnetic flux B that penetrates the coil L of oscillation circuit 102 to elaborate made as energy converting means element 11 is proportional to the product of number of turns N _a and current I _a of the coil L _a of the external resonant circuit 101, proportional Let k be a constant

【００４５】[0045]

【数１】 (Equation 1)

【００４６】で表される。Is represented by

【００４７】また、コイルＬの巻き数をＮとしたとき、
コイルＬに生じる起電力Ｖは、When the number of turns of the coil L is N,
The electromotive force V generated in the coil L is

【００４８】[0048]

【数２】 (Equation 2)

【００４９】となる。Is as follows.

【００５０】ここで、コイルＬの磁心の透磁率をμ_a、
磁界をＨ、外部共振回路１０２のコイルＬ_aと素子１１
に作り込んだコイルＬとの距離をｚとすると、磁束Ｂ
は、Here, the permeability of the magnetic core of the coil L is μ _a ,
The magnetic field H, a coil L _a and the element 11 of the external resonant circuit 102
When the distance between the coil L and the coil L is z, the magnetic flux B
Is

【００５１】[0051]

【数３】 (Equation 3)

【００５２】となる。Is as follows.

【００５３】また、（２）式の相互インダクタンスＭ
は、Further, the mutual inductance M of the equation (2)
Is

【００５４】[0054]

【数４】 (Equation 4)

【００５５】となる。ここで、μ_oは、真空での透磁率
である。Is as follows. Here, μ _o is the magnetic permeability of a vacuum.

【００５６】そして、素子１１に作り込んだ発信回路１
０２のインピーダンスＺは、The transmitting circuit 1 built in the element 11
02, the impedance Z

【００５７】[0057]

【数５】 (Equation 5)

【００５８】と表され、外部共振回路１０１のインピー
ダンスＺ_aは、[0058] denoted as the impedance Z _a of the external resonant circuit 101,

【００５９】[0059]

【数６】 (Equation 6)

【００６０】となる．ここで、Ｊは、磁化を表してい
る。## EQU1 ## Here, J represents magnetization.

【００６１】この外部共振回路１０１が共振（電流値：
Ｉ_aが最大になるとき）した時のインピーダンスＺ₀は、The external resonance circuit 101 has resonance (current value:
The impedance Z ₀ when I _a becomes maximum) is

【００６２】[0062]

【数７】 (Equation 7)

【００６３】となり、この共振回路１０２の位相の遅れ
φは、The phase delay φ of the resonance circuit 102 is

【００６４】[0064]

【数８】 (Equation 8)

【００６５】となる。Is obtained.

【００６６】そして、この外部共振回路１０１の共振周
波数ｆ_oは、The resonance frequency f _o of the external resonance circuit 101 is

【００６７】[0067]

【数９】 (Equation 9)

【００６８】で求められる。Is obtained.

【００６９】上記のような関係から、素子１１に作り込
んだ発振回路１０２のインピーダンスＺがインクタンク
内のインクの変化に応じて変化すると、外部共振回路１
０１の周波数が変化し、外部共振回路１０１のインピー
ダンスＺ_aの振幅および位相差に、上記のインクの変化
が表れてくる。さらには、この位相差や振幅には、イン
ク残量（即ち、Ｚの変化）も含まれている。From the above relationship, when the impedance Z of the oscillation circuit 102 built in the element 11 changes according to the change in the ink in the ink tank, the external resonance circuit 1
01 frequency changes, the amplitude and phase difference of the impedance Z _a of the external resonant circuit 101, the change of the ink come appear. Further, the phase difference and the amplitude include the remaining amount of ink (that is, a change in Z).

【００７０】例えば、外部共振回路１０１の共振周波数
ｆoを変化させることで、素子１１に作り込んだ発振回
路１０２からの出力（インピーダンスＺ）が、周囲の環
境変化に応じて変化するので、この周波数依存性を検出
することで、インクの有無やインク残量を検出すること
ができる。For example, by changing the resonance frequency fo of the external resonance circuit 101, the output (impedance Z) from the oscillation circuit 102 built in the element 11 changes according to a change in the surrounding environment. By detecting the dependency, the presence or absence of ink and the remaining amount of ink can be detected.

【００７１】したがって、素子１１に作り込む発振回路
１０２は、電力を発生させるエネルギー変換手段１４と
してのみならず、その発振回路１０２と外部共振回路１
０１との関係で、インクタンク内のインクの変化を検知
する情報入手手段１５の一部を兼用している。Therefore, the oscillation circuit 102 built in the element 11 can be used not only as the energy conversion means 14 for generating power but also with the oscillation circuit 102 and the external resonance circuit 1.
01, it also serves as a part of the information obtaining means 15 for detecting a change in the ink in the ink tank.

【００７２】以上説明したような、外部共振回路１０１
により電力が供給される素子１１を、インク情報を検出
するための素子として収容したインクタンクの構成例に
ついて、図４を参照して説明する。The external resonance circuit 101 as described above
With reference to FIG. 4, an example of the configuration of an ink tank in which the element 11 to which the power is supplied as described above is stored as an element for detecting ink information will be described.

【００７３】図４は、図１に示す素子１１を収容したイ
ンクタンクの概略構成図である。図４に示すインクタン
ク５０は、互いに仕切壁５０ａで仕切られた負圧発生室
５１とインク室５２とを有する。仕切壁５０ａの下端部
は連通路５０ｂとなっており、この連通路５０ｂを介し
て、負圧発生室５１とインク室５２とが連通している。
負圧発生室５１には、繊維体や多孔質体などで構成され
る負圧発生部材が収納されており、負圧発生室５１内で
インクは負圧発生部材に吸収された状態で保持されてい
る。また、負圧発生室５１には、負圧発生室５１内のイ
ンクをインクジェット記録ヘッド（不図示）等、外部に
供給するためのインク供給口５３と、負圧発生室５１の
内部を大気と連通させる大気連通口（不図示）とが設け
られている。インク室５２は、連通路５０ｂを除いて実
質的に密閉構造で、インクをそのまま保持しており、素
子１１は、インク室５２に保持されたインクの液面に浮
かべられている。このような、素子１１を浮かばせるた
めの構造については後述する。素子１１には、図３を用
いて説明した発振回路（不図示）が作り込まれており、
素子１１は、インクタンク５０の下方に配置された外部
共振回路１０１からの電磁誘導による誘導起電力で電力
を発生し、かつ、共振周波数を発生してインクタンク５
０内のインク情報を外部に伝達する。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an ink tank containing the element 11 shown in FIG. The ink tank 50 shown in FIG. 4 has a negative pressure generating chamber 51 and an ink chamber 52 partitioned by a partition wall 50a. The lower end of the partition wall 50a is a communication passage 50b, and the negative pressure generation chamber 51 and the ink chamber 52 communicate with each other via the communication passage 50b.
The negative pressure generating chamber 51 contains a negative pressure generating member formed of a fibrous body, a porous body, or the like, and the ink is held in the negative pressure generating chamber 51 in a state of being absorbed by the negative pressure generating member. ing. Further, the negative pressure generating chamber 51 has an ink supply port 53 for supplying the ink in the negative pressure generating chamber 51 to the outside such as an ink jet recording head (not shown), and the inside of the negative pressure generating chamber 51 is connected to the atmosphere. An air communication port (not shown) for communication is provided. The ink chamber 52 has a substantially sealed structure except for the communication path 50b, and holds the ink as it is. The element 11 floats on the liquid surface of the ink held in the ink chamber 52. Such a structure for floating the element 11 will be described later. The oscillation circuit (not shown) described with reference to FIG. 3 is built in the element 11.
The element 11 generates electric power by induced electromotive force by electromagnetic induction from an external resonance circuit 101 disposed below the ink tank 50, and generates a resonance frequency to generate the electric power.
The ink information in 0 is transmitted to the outside.

【００７４】このような構成のインクタンク５０によれ
ば、インク供給口５３からのインクの消費に伴い、連通
路５０ｂを介して、負圧発生室５１からインク室５２へ
気体（大気連通口から導入された気体）が導出されると
ともに、それと見合った量のインクがインク室５２から
負圧発生室５１へ導入され、これにより、負圧発生室５
１内に保持されるインクの量すなわち負圧発生室５１内
の負圧がほぼ一定に保たれる。According to the ink tank 50 having such a configuration, the gas (from the air communication port to the air communication port) flows from the negative pressure generation chamber 51 to the ink chamber 52 through the communication path 50b as the ink is consumed from the ink supply port 53. (Introduced gas) is led out, and an appropriate amount of ink is introduced from the ink chamber 52 into the negative pressure generating chamber 51, whereby the negative pressure generating chamber 5
The amount of ink held in 1, that is, the negative pressure in the negative pressure generating chamber 51 is kept almost constant.

【００７５】ここで、素子１１に設けられた発振回路で
発生する出力の例を、共振周波数と振幅との関係とし
て、図５に示す。図５に示すように、発振回路で発生す
る出力は、インクタンク５０内（正確にはインク室５
２）のインクの状況に応じて、例えばａ〜ｃのように、
振幅のピーク値を示す共振周波数およびそのピーク値で
の振幅にそれぞれ違いが生じる。具体的には、図６
（ａ）に示すように、振幅のピーク値を示す共振周波数
ｆ_a、ｆ_b、ｆ_cは、インクのｐＨと相関関係をもってい
る。この図６（ａ）に示す関係を予め測定しておくこと
で、インクのｐＨの変化を検知することができる。イン
クの濃度に関しても、違う周波数領域帯で同様の関係が
あり、その関係を予め測定しておくことで、インクの濃
度変化を検知することができる。Here, an example of an output generated by the oscillation circuit provided in the element 11 is shown in FIG. 5 as a relationship between the resonance frequency and the amplitude. As shown in FIG. 5, the output generated by the oscillation circuit is stored in the ink tank 50 (to be precise, the ink chamber 5).
According to the condition of the ink of 2), for example, as in a to c,
A difference occurs between the resonance frequency indicating the peak value of the amplitude and the amplitude at the peak value. Specifically, FIG.
(A), the resonance frequency f _a which indicates the peak value of the amplitude, f _b, f _c has the correlation with the pH of the ink. By previously measuring the relationship shown in FIG. 6A, a change in the pH of the ink can be detected. There is a similar relationship between the ink densities in different frequency range bands, and a change in the ink density can be detected by measuring the relationship in advance.

【００７６】また、図５に示した共振周波数領域での振
幅値の変化Ａ，Ｂ，Ｃは、図６（ｂ）に示すように、素
子１１と外部共振回路１０１との距離と相関関係をもっ
ている。従って、インクが満タンのときと空のときとの
振幅値を予め測定しておくことで、インクタンク５０内
での素子１１の位置、すなわちインクの残量を検知する
ことができる。The amplitude changes A, B, and C in the resonance frequency region shown in FIG. 5 have a correlation with the distance between the element 11 and the external resonance circuit 101 as shown in FIG. 6B. I have. Therefore, the position of the element 11 in the ink tank 50, that is, the remaining amount of ink can be detected by measuring the amplitude values when the ink is full and when the ink is empty in advance.

【００７７】また、液体の密度は、状態方程式 ＰＶ＝ｎＲＴ （１０） （ここで、Ｐ：圧力、Ｖ：体積、ｎ：グラム分子量、
Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度） を用いて近似することも可能である。The density of the liquid is expressed by the equation of state PV = nRT (10) (where P: pressure, V: volume, n: molecular weight of gram,
(R: gas constant, T: absolute temperature).

【００７８】式（１０）において、Ｔを一定とすると、
密度ρは、In equation (10), assuming that T is constant,
The density ρ is

【００７９】[0079]

【数１０】 (Equation 10)

【００８０】（ここで、Ｍ：分子量）で表される。すな
わち、液体の圧力および温度を検知することができれ
ば、液体の密度の状態変化も測定可能である。(Here, M: molecular weight). That is, if the pressure and temperature of the liquid can be detected, the state change of the density of the liquid can be measured.

【００８１】液体の圧力については、例えば、詳しくは
後述するが、ポリシリコン膜でダイアフラムを構成し、
圧力の変化によるダイアフラムの変位に伴う抵抗値変化
を利用した圧力センサを、本実施形態の素子１１に作り
込むことで検知することができる。As for the pressure of the liquid, for example, as will be described in detail later, a diaphragm is constituted by a polysilicon film,
A pressure sensor utilizing a change in resistance due to a displacement of the diaphragm due to a change in pressure can be detected by being incorporated in the element 11 of the present embodiment.

【００８２】また、液体の温度については、例えば、特
開平７−５２３８７号公報に記載されている、記録ヘッ
ドの温度を検知するためのダイオードセンサを本実施形
態の素子１１に作り込むことによって、検知することが
できる。For the temperature of the liquid, for example, a diode sensor for detecting the temperature of the recording head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-52387 is incorporated in the element 11 of the present embodiment. Can be detected.

【００８３】以上のように、素子１１に圧力センサおよ
び温度センサを作り込むことで、インクの密度を検知す
ることができる。経時変化も同様に検知できると、液体
の粘度／表面張力の変化も推定することができる。As described above, by forming the pressure sensor and the temperature sensor in the element 11, the density of the ink can be detected. If the change over time can be similarly detected, the change in the viscosity / surface tension of the liquid can be estimated.

【００８４】液体の粘度に関しては、オリック・アーバ
ーの式With respect to the viscosity of the liquid, the formula of Orick Arbor

【００８５】[0085]

【数１１】 [Equation 11]

【００８６】（ここで、η：粘度、Ａ：定数、Ｂ：定
数）から、密度の変化により液体の粘度の変化を推定す
ることができる。From (here, η: viscosity, A: constant, B: constant), the change in viscosity of the liquid can be estimated from the change in density.

【００８７】液体の表面張力と密度との間には、マクレ
オドによる、 γ＝｛Ｃ（ρ₀−ρ）｝^4.0 （１３） （ここで、γ：表面張力、Ｃ：液体により決められた定
数）の関係式がある。この式（１３）から、密度の変化
により、液体の表面張力の変化を推定することができ
る。The surface tension and the density of the liquid are calculated by the following formula: γ = {C (ρ ₀ −ρ)} ^4.0 (13) (where γ: surface tension, C: constant determined by the liquid) ). From this equation (13), the change in the surface tension of the liquid can be estimated from the change in the density.

【００８８】以上のことから、素子１１をインクタンク
５０に適用することにより、インクのｐＨ、濃度、密度
などといったインク情報を経時的に検知しインクタンク
５０の外部へ伝達することが可能となるので、例えば、
使用していたインクタンクが別のものに換えられたり、
インクタンク５０内に別のインクが注入され、インクの
量が以上に増加したりインクの成分が変化した場合であ
っても、これらを異常として正確に検知することができ
る。また、インクの粘度や表面張力の変化も推定するこ
とができるので、記録ヘッドの制御部へこれらの情報を
伝達し、安定した吐出特性を保つ駆動条件を設定するこ
ともできる。As described above, by applying the element 11 to the ink tank 50, it is possible to detect ink information such as the pH, concentration, and density of the ink over time and to transmit the information to the outside of the ink tank 50. So, for example,
The used ink tank is replaced with another one,
Even if another ink is injected into the ink tank 50 and the amount of ink is increased or the components of the ink are changed, these can be accurately detected as abnormal. In addition, since changes in the viscosity and surface tension of the ink can be estimated, such information can be transmitted to the control unit of the recording head, and driving conditions for maintaining stable ejection characteristics can be set.

【００８９】なお、図４では、図１に示した構成を有す
る素子１１を用いたが、判断手段１６および情報蓄積手
段１７は、素子１１にでなくインクタンク５０の外部に
設けてもよい。Although the element 11 having the configuration shown in FIG. 1 is used in FIG. 4, the judging means 16 and the information storage means 17 may be provided outside the ink tank 50 instead of the element 11.

【００９０】ところで、前述したように、図４に示すイ
ンクタンク５０では素子１１はインク液面に浮かべられ
ているが、そのようなインク液面に浮かぶ素子１１につ
いて、その製造方法とともに、以下に説明する。As described above, in the ink tank 50 shown in FIG. 4, the element 11 floats on the ink liquid surface. The element 11 floating on the ink liquid surface will be described below together with the manufacturing method thereof. explain.

【００９１】図７は、図４に示す浮遊型の素子１１を、
前述したボール・セミコンダクターのベースとなる球状
シリコンを用いて製造する場合の製造方法の一例を説明
するための一連の工程を示す図である。なお、図７で
は、各工程を球状シリコンの中心を通る断面で示してい
る。また、ここでは、球状シリコンの重心を中心より下
部になるように作成し、且つ、球面体内部の上部を空洞
にして、更に、その空洞部を気密状態に保持する場合の
製造方法を例に挙げる。FIG. 7 shows the floating type element 11 shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a series of steps for describing an example of a manufacturing method in the case of manufacturing using spherical silicon serving as a base of the above-described ball semiconductor. In FIG. 7, each step is shown by a cross section passing through the center of the spherical silicon. In addition, here, an example of a manufacturing method in which the center of gravity of the spherical silicon is formed below the center, the upper part inside the spherical body is made hollow, and the hollow part is kept airtight is taken as an example. I will.

【００９２】まず、図７（ａ）に示す球状シリコン２０
１に対し、その全表面上に、図７（ｂ）に示すように熱
酸化のＳｉＯ₂膜２０２を形成する。その後、図７
（ｃ）に示すようにＳｉＯ₂膜２０２の一部に開口２０
３を形成するため、フォトリソグラフィプロセスを用い
て、パターニングをする。First, the spherical silicon 20 shown in FIG.
As shown in FIG. 7B, a thermally oxidized SiO ₂ film 202 is formed on the entire surface of the substrate 1. Then, FIG.
As shown in (c), an opening 20 is formed in a part of the SiO ₂ film 202.
In order to form No. 3, patterning is performed using a photolithography process.

【００９３】そして、図７（ｄ）に示すように、開口２
０３を通じてのＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチングに
より、球状シリコン２０１の上半部を除去し、空洞部２
０４を形成する。その後、図７（ｅ）に示すように、Ｌ
ＰＣＶＤ法を用いて、空洞部２０４の内面も含む、球状
シリコン２０１およびＳｉＯ₂膜２０２の全露出面をＳ
ｉＮ膜２０５で被覆する。Then, as shown in FIG.
The upper half of the spherical silicon 201 was removed by anisotropic etching using a KOH solution through
04 is formed. Then, as shown in FIG.
Using the PCVD method, the entire exposed surfaces of the spherical silicon 201 and the SiO ₂ film 202 including the inner surface of the cavity 204 are formed by S
It is covered with an iN film 205.

【００９４】更に、図７（ｆ）に示すように、メタルＣ
ＶＤ法を用いて、ＳｉＮ膜２０５の外表面上にＣｕ膜２
０６を形成する。そして、図７（ｇ）に示すように、周
知のフォトリソグラフィプロセスを用いてＣｕ膜２０６
をパターニングし、発振回路１０２（図３参照）の一部
である導電体コイルＬを巻き数Ｎで形成する。その後、
導電体コイルＬを形成した立体形素子を真空装置から大
気中に出し、上部の開口２０３を樹脂や栓などの封止部
材２０７で塞ぎ、球面体内部の空洞部２０４を密閉状態
にする。このように製造すれば、シリコンからなる素子
自体に浮力を持たせることができる。Further, as shown in FIG.
The Cu film 2 is formed on the outer surface of the SiN film 205 by using the VD method.
06 is formed. Then, as shown in FIG. 7G, the Cu film 206 is formed by using a well-known photolithography process.
Is patterned to form a conductor coil L that is a part of the oscillation circuit 102 (see FIG. 3) with the number of turns N. afterwards,
The three-dimensional element on which the conductor coil L is formed is taken out of the vacuum device into the atmosphere, the upper opening 203 is closed with a sealing member 207 such as a resin or a plug, and the cavity 204 inside the spherical body is sealed. By manufacturing in this way, the element itself made of silicon can have buoyancy.

【００９５】また、このような浮遊型の立体形半導体素
子を製造する前に球状シリコンに形成しておくコイルＬ
以外の駆動回路素子は、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を用いてい
る。図８に、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断
した模式的断面図を示す。Further, before manufacturing such a floating type three-dimensional semiconductor device, a coil L formed on spherical silicon
Other drive circuit elements use N-MOS circuit elements. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the N-MOS circuit element cut in a longitudinal direction.

【００９６】図８によれば、Ｐ導電体のＳｉ基板４０１
に、一般的なＭｏｓプロセスを用いたイオンプランテー
ション等の不純物導入および拡散により、Ｎ型ウェル領
域４０２にＰ−Ｍｏｓ４５０が構成され、Ｐ型ウェル領
域４０３にＮ−Ｍｏｓ４５１が構成されている。Ｐ−Ｍ
ｏｓ４５０およびＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数
百Åのゲート絶縁膜４０８を介して、４０００Å以上５
０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓ
ｉによるゲート配線４１５、およびＮ型あるいはＰ型の
不純物導入をしたソース領域４０５、ドレイン領域４０
６等で構成され、それらＰ−Ｍｏｓ４５０とＮ−Ｍｏｓ
４５１によりＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。Referring to FIG. 8, a P conductive Si substrate 401 is provided.
In addition, a P-Mos 450 is formed in the N-type well region 402 and an N-Mos 451 is formed in the P-type well region 403 by introducing and diffusing impurities such as ion plantation using a general Mos process. PM
The os450 and the N-Mos451 each have a thickness of not less than 4000 ５ through a gate insulating film 408 having a thickness of several hundred Å.
Poly-S deposited by the CVD method to a thickness of less than 000 mm
i, a gate wiring 415, and a source region 405 and a drain region 40 into which N-type or P-type impurities are introduced.
6 P-Mos450 and N-Mos
451 constitutes a C-Mos logic.

【００９７】素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０
１は、やはり不純物導入および拡散等の工程により、Ｐ
型ウェル基板４０２上のドレイン領域４１１、ソース領
域４１２およびゲート配線４１３等で構成されている。N-mos transistor 30 for driving the element
No. 1 is obtained by the steps of impurity introduction and diffusion.
It comprises a drain region 411, a source region 412, a gate wiring 413, and the like on the mold well substrate 402.

【００９８】ここで、素子駆動ドライバとしてＮ−Ｍｏ
ｓトランジスタ３０１を使うと、１つのトランジスタを
構成するドレインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０
μｍとなる。その１０μｍの内訳の１つは、ソースとド
レインのコンタクト４１７の幅であり、それらの幅分は
２×２μｍであるが、実際は、その半分が隣のトランジ
スタとの兼用となるため、その１／２の２μｍである。
内訳の他は、コンタクト４１７とゲート４１３の距離分
の２×２μｍの４μｍと、ゲート４１３の幅分の４μｍ
であり、合計１０μｍとなる。Here, N-Mo is used as an element driving driver.
When the s-transistor 301 is used, the distance L between the drain and the gate constituting one transistor is about 10 at minimum.
μm. One of the breakdowns of the 10 μm is the width of the source and drain contacts 417, and the width of the contact 417 is 2 × 2 μm. 2, 2 μm.
Other than that, 4 μm of 2 × 2 μm for the distance between the contact 417 and the gate 413 and 4 μm for the width of the gate 413
And the total is 10 μm.

【００９９】各素子間には、５０００Å以上１００００
Å以下の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４
５３が形成され、素子分離されている。このフィールド
酸化膜は、一層目の蓄熱層４１４として作用する。[0099] Between each element, 5000 素 子 or more
酸化 Oxide film isolation region 4 by field oxidation of thickness less than
53 are formed and the elements are separated. This field oxide film functions as the first heat storage layer 414.

【０１００】各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６
が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳ
Ｇ膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされて
から、コンタクトホールを介して、第１の配線層となる
Ａｌ電極４１７により配線が行なわれている。その後、
プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ₂膜等の層間絶縁膜４１
８を１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積
し、更にスルーホールを形成した。After each element is formed, an interlayer insulating film 416 is formed.
Has a thickness of about 7000mm and is made of PSG and BPS by CVD method.
After being deposited with a G film or the like and subjected to a flattening process or the like by heat treatment, wiring is performed by an Al electrode 417 serving as a first wiring layer via a contact hole. afterwards,
Interlayer insulating film 41 such as a SiO ₂ film by a plasma CVD method
8 was deposited to a thickness of 10,000 to 15,000, and a through hole was formed.

【０１０１】このＮ−Ｍｏｓ回路を、浮遊型の素子を形
成する前に形成しておく。そして、本発明のエネルギー
変換手段としての発振回路などとの接続を上記スルーホ
ールを介して行なう。This N-Mos circuit is formed before forming a floating element. Then, connection with an oscillation circuit or the like as the energy conversion means of the present invention is made through the above-mentioned through hole.

【０１０２】図４に示した例では、素子１１を起動させ
る電力を供給する外部エネルギーにコイルによる電磁誘
導を利用したが、これ以外に、光の明暗を利用してもよ
い。光の明暗を電気信号に変換する場合は、光の照射に
より抵抗値が変化する材料（例えば、光導電体）を用い
て、光導電効果により電力を発生させることができる。
光導電体としては例えば、ＣｄＳ，ＩｎＳｂやＨｇ_0.8
Ｃｄ_0.2Ｔｅなどの二元合金／三元合金や、ＧａＡｓ，
Ｓｉ，Ｖａ−Ｓｉなどが用いられる。さらに、起電力と
して熱を使用する場合は、物質の放射エネルギーから量
子効果により電力を発生させることができる。In the example shown in FIG. 4, electromagnetic induction by a coil is used for external energy for supplying electric power for starting the element 11, but light or darkness of light may be used instead. In the case of converting light and dark of light into an electric signal, electric power can be generated by a photoconductive effect using a material (for example, a photoconductor) whose resistance value changes by light irradiation.
As the photoconductor, for example, CdS, InSb or Hg _0.8
Binary / ternary alloys such as Cd _0.2 Te, GaAs,
Si, Va-Si, or the like is used. Further, when heat is used as an electromotive force, power can be generated from the radiant energy of a substance by a quantum effect.

【０１０３】（第２の実施の形態）図９は、本発明の第
２の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成およ
び外部とのやり取りを表したブロック構成図である。こ
の図で示す形態の立体形半導体素子（以下、単に「素
子」という）２１は、インクタンク内に配置されてお
り、外部Ａから素子２１に向かって非接触で供給された
起電力２２を電力２３に変換するエネルギー変換手段２
４と、エネルギー変換手段２４で変換された電力により
起動する情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手
段２７、情報伝達手段２８、および受信手段２９とを備
えている。本実施形態は、第１の実施の形態とは受信機
能を有する点、すなわち受信手段２９を有する点が第１
の実施形態と異なり、その他は第１の実施形態と同様で
ある。素子２１を動作させるために供給する起電力２２
には、電磁誘導、熱、光、放射線などを適用することが
できる。また、少なくともエネルギー変換手段２４、情
報入手手段２５および受信手段２９は素子２１の表面も
しくは表面付近に形成されていることが望ましい。(Second Embodiment) FIG. 9 is a block diagram showing the internal structure of a three-dimensional semiconductor device according to a second embodiment of the present invention and the exchange with the outside. A three-dimensional semiconductor element (hereinafter, simply referred to as an “element”) 21 in the form shown in FIG. 1 is disposed in an ink tank, and generates an electromotive force 22 supplied from the outside A to the element 21 in a non-contact manner. Energy conversion means 2 for converting to 23
4, an information obtaining unit 25, a determining unit 26, an information storing unit 27, an information transmitting unit 28, and a receiving unit 29 which are activated by the power converted by the energy converting unit 24. This embodiment is different from the first embodiment in that the first embodiment has a receiving function, that is, the first embodiment has a receiving unit 29.
In other respects, the third embodiment is the same as the first embodiment. Electromotive force 22 supplied to operate element 21
, Electromagnetic induction, heat, light, radiation and the like can be applied. It is desirable that at least the energy conversion means 24, the information acquisition means 25, and the reception means 29 are formed on or near the surface of the element 21.

【０１０４】情報入手手段２５は、素子２１の周囲環境
情報であるインクタンク内のインク情報を入手する。受
信手段２９は外部Ａまたは外部Ｂからの入力信号３０を
受信する。判断手段２６は、受信手段２９からの入力信
号に応じて、情報入手手段２５にインク情報を入手さ
せ、この入手したインク情報と情報蓄積手段２７に記憶
してある情報とを比較し、入手したインク情報が所定の
条件を満たすかどうかを判断する。情報蓄積手段２７
は、入手するインク情報と比較する諸条件や情報入手手
段２５より入手したインク情報そのものをデータテーブ
ルとして蓄積する。情報伝達手段２８は、判断手段２６
の命令によって、電力を、インク情報を外部Ａ、外部Ｂ
または外部Ｃへ伝達するためのエネルギーに変換して、
判断手段２６による判断結果を外部Ａ、外部Ｂまたは外
部Ｃへ表示、伝達する。The information obtaining means 25 obtains the ink information in the ink tank, which is the surrounding environment information of the element 21. The receiving means 29 receives an input signal 30 from the external A or the external B. The determining means 26 causes the information obtaining means 25 to obtain the ink information in accordance with the input signal from the receiving means 29, compares the obtained ink information with the information stored in the information storage means 27, and obtains the obtained ink information. It is determined whether the ink information satisfies a predetermined condition. Information storage means 27
Accumulates, as a data table, various conditions to be compared with the obtained ink information and the ink information itself obtained from the information obtaining means 25. The information transmitting means 28 includes the determining means 26
Power, ink information to external A, external B
Or convert it to energy for transmission to external C,
The judgment result by the judgment means 26 is displayed and transmitted to the external A, the external B or the external C.

【０１０５】図１０は、図９に示した素子の動作を説明
するためのフローチャートである。図９及び図１０を参
照すれば、外部Ａから素子２１に向かって起電力２２を
与えると、エネルギー変換手段２４は起電力２２を電力
２３へと変換し、その電力により情報入手手段２５、判
断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８およ
び受信手段２９を起動する。FIG. 10 is a flow chart for explaining the operation of the device shown in FIG. 9 and 10, when an electromotive force 22 is applied from the outside A toward the element 21, the energy conversion unit 24 converts the electromotive force 22 into the electric power 23, and the information obtaining unit 25 uses the electric power to make a decision. The means 26, the information storage means 27, the information transmission means 28 and the reception means 29 are activated.

【０１０６】この状態で、外部Ａ又は外部Ｂから、素子
２１にインクタンク内の情報を聞くための信号３０を送
信する。この入力信号３０は、例えばインクタンク内に
まだインクが残っているかどうかを素子２１に聞くため
の信号であり、受信手段２９で受信される（図１０のス
テップＳ２１）。すると、判断手段２６は、情報入手手
段２５に、インクタンク内のインク情報、例えばインク
の残量、インクの種類、温度、ｐＨなどの情報を入手さ
せ（図１０のステップＳ２２）、かつ入手したインク情
報と参照するための条件を情報蓄積手段２７より読み出
し（図１０のステップＳ２３）、入手したインク情報が
設定条件を満たすかどうかを判断する（図１０のステッ
プＳ２４）。In this state, a signal 30 for listening to the information in the ink tank is transmitted from the external device A or the external device B to the element 21. The input signal 30 is, for example, a signal for asking the element 21 whether or not ink still remains in the ink tank, and is received by the receiving means 29 (step S21 in FIG. 10). Then, the determination unit 26 causes the information obtaining unit 25 to obtain the ink information in the ink tank, for example, information such as the remaining amount of the ink, the type of the ink, the temperature, and the pH (Step S22 in FIG. 10). The ink information and a reference condition are read from the information storage unit 27 (step S23 in FIG. 10), and it is determined whether the obtained ink information satisfies the set condition (step S24 in FIG. 10).

【０１０７】ステップＳ２４において入手情報が設定条
件を満たさないと判断した場合にはその満たしていない
旨を、入手情報が設定条件を満たすと判断した場合には
その満たしている旨を外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに伝
達する（ステップＳ２５，Ｓ２６）。このとき、判断結
果に併せて入手情報も伝達してもよい。この伝達は、エ
ネルギー変換により得られた電力を、情報伝達手段２８
でさらに、インクタンク内のインク情報を外部へ伝達す
るためのエネルギーへ変換することで行なう。この伝達
するためのエネルギーとしては、磁界、光、形、色、電
波、音などを使用することが可能であり、判断結果に応
じて変化させ、また、判断すべき質問内容（例えば、イ
ンク残量が２ｍｌ以下であるかや、インクのｐＨが変化
しているか等）に応じて、その伝達方法を変えてもよ
い。In step S24, when it is determined that the obtained information does not satisfy the set condition, it is determined that the obtained information does not satisfy the setting condition, and when it is determined that the obtained information satisfies the set condition, it is determined that the obtained information is satisfied. The information is transmitted to B or the external C (steps S25 and S26). At this time, the obtained information may be transmitted together with the determination result. In this transmission, the electric power obtained by the energy conversion is transmitted to the information transmitting means 28.
Further, the conversion is performed by converting the ink information in the ink tank into energy for transmitting to the outside. As the energy for this transmission, a magnetic field, light, shape, color, radio wave, sound, or the like can be used. The energy is changed according to the judgment result, and the content of the question to be judged (for example, ink remaining) is used. The transmission method may be changed according to whether the amount is 2 ml or less, whether the pH of the ink is changed, and the like.

【０１０８】なお、外部Ａ又は外部Ｂからの入力信号３
０と共に起電力をも素子２１に与えても良く、例えばそ
の起電力が電磁誘導の場合はインクの残量について聞く
ための信号、光の場合はｐｈを聞くための信号など、情
報の種類によって使い道を分けて与えても良い。The input signal 3 from the external A or the external B
An electromotive force may be applied to the element 21 together with 0. For example, if the electromotive force is electromagnetic induction, a signal for asking about the remaining amount of ink, and if the electromotive force is light, a signal for asking ph, depending on the type of information. You may give the use separately.

【０１０９】本実施形態によれば、外部からの信号を受
信する機能を有しているため、第１の実施の形態による
効果に加え、外部からの様々な種類の信号による質問に
対して返答することが可能となり、素子と外部とで情報
のやり取りを行うことができる。According to the present embodiment, since it has the function of receiving signals from the outside, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to respond to questions with various types of signals from the outside. It is possible to exchange information between the element and the outside.

【０１１０】（第３の実施の形態）図１１は、本発明の
第３の実施の形態による立体形半導体素子の内部構成お
よび外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
この図で示す形態の立体形半導体素子（以下、単に「素
子」という）３１は、インクタンク内に配置されてお
り、外部Ａから素子３１に向かって非接触で供給された
起電力３２を電力３３に変換するエネルギー変換手段３
４と、エネルギー変換手段３４で変換された電力を用い
て浮力を発生させる浮力発生手段３５とを備えている。(Third Embodiment) FIG. 11 is a block diagram showing the internal structure of a three-dimensional semiconductor device according to a third embodiment of the present invention and the exchange with the outside.
A three-dimensional semiconductor element (hereinafter, simply referred to as an “element”) 31 in the form shown in FIG. 1 is disposed in an ink tank, and generates an electromotive force 32 supplied from the outside A to the element 31 in a non-contact manner. Energy conversion means 3 for converting to 33
4 and a buoyancy generating means 35 for generating buoyancy using the electric power converted by the energy conversion means 34.

【０１１１】本実施形態では、外部Ａから素子３１に向
かって起電力３２を与えると、エネルギー変換手段３４
は起電力３２を電力３３へと変換し、その電力３３を用
いて浮力発生手段３５は素子３１の浮力を発生し、素子
３１をインク液面で浮遊させる。この浮力は必ずしもイ
ンク液面だけでなく、インクが空の状態で吐出を行うの
を防止するために、素子３１の位置が必ずインク液面か
ら一定距離下方に存在するようにしてもよい。In this embodiment, when an electromotive force 32 is applied from the outside A toward the element 31, the energy conversion means 34
Converts the electromotive force 32 into the electric power 33, and using the electric power 33, the buoyancy generating means 35 generates the buoyancy of the element 31 and causes the element 31 to float on the ink liquid surface. The buoyancy is not limited to the ink liquid level, and the position of the element 31 may always be located at a certain distance below the ink liquid level in order to prevent the ink from being discharged in an empty state.

【０１１２】図１２に、インクタンクのインク中に浮遊
させた素子の位置を、インクの消費変化とともに示す。
なお、図１２に示すインクタンクは図４に示すインクタ
ンクと同様の構成であるので、ここではその説明は省略
する。FIG. 12 shows the positions of the elements floating in the ink in the ink tank, together with changes in ink consumption.
Since the ink tank shown in FIG. 12 has the same configuration as the ink tank shown in FIG. 4, the description thereof is omitted here.

【０１１３】図１２に示すようなインクタンクでは、イ
ンク供給口３６より負圧発生部材３７のインクが外部へ
導出されるのに伴い、消費された分のインクがインク室
から負圧発生部材３７に導入される。これにより、イン
ク室内のインク３８中の素子３１は、インク液面Ｈから
一定距離下方に存在した状態で、インクの消費によるイ
ンク液面Ｈの位置の低下と共に移動する。In the ink tank shown in FIG. 12, as the ink of the negative pressure generating member 37 is led out from the ink supply port 36, the consumed ink is supplied from the ink chamber to the negative pressure generating member 37. Will be introduced. As a result, the element 31 in the ink 38 in the ink chamber moves with a decrease in the position of the ink liquid level H due to the consumption of the ink in a state where the element 31 exists below the ink liquid level H by a certain distance.

【０１１４】図１３は、素子３１の位置を確認し、タン
ク交換の必要性を判断するためのフローチャートであ
る。図１１及び図１３のステップＳ３１〜Ｓ３４を参照
すると、外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録
装置）により素子３１に向けて光を発信し、その光を外
部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）又は
外部Ｃで受信することにより素子３１の位置が検知さ
れ、この検出された素子３１の位置により、インクタン
クを交換する必要があるか等をインクジェット記録装置
が判断し、必要がある場合はタンク交換を音や光等で報
知する。FIG. 13 is a flowchart for confirming the position of the element 31 and determining the necessity of replacing the tank. Referring to steps S31 to S34 in FIGS. 11 and 13, light is transmitted toward the element 31 by the external A or the external B (for example, an ink jet recording apparatus), and the light is transmitted to the external A or the external B (for example, an ink jet recording apparatus). Alternatively, the position of the element 31 is detected by receiving the signal from the external C, and the ink jet recording apparatus determines whether the ink tank needs to be replaced based on the detected position of the element 31. Notify the exchange by sound or light.

【０１１５】素子３１の位置の検出方法としては、エネ
ルギー変換手段３４として図３に示した発振回路１０２
を用い、インクタンクの外部に外部共振回路１０１と設
置すれば、発振回路１０２からの出力に基づいて第１の
実施形態と同様に検知する方法が挙げられる。また、そ
の他に、インク液面の変位に伴って素子３１が通過する
位置に発光手段と受光手段とを対向配置し、発光手段か
ら発せられた光を素子３１が遮蔽することにより素子３
１の位置を検出する方法、または、発光手段から発した
光を素子３１で反射させ、その反射光により素子３１の
位置を検出する方法などが挙げられる。As a method for detecting the position of the element 31, the oscillation circuit 102 shown in FIG.
When the external resonance circuit 101 is installed outside the ink tank using the above method, a method of detecting the output based on the output from the oscillation circuit 102 in the same manner as in the first embodiment can be given. In addition, the light emitting means and the light receiving means are disposed opposite to each other at a position where the element 31 passes along with the displacement of the ink liquid level, and the light emitted from the light emitting means is shielded by the element 31 so that the element 3
1 or a method of reflecting light emitted from the light emitting means on the element 31 and detecting the position of the element 31 based on the reflected light.

【０１１６】本実施形態によれば、第１の実施形態にお
いて図７を参照して説明したように内部に空洞部を設け
なくても素子３１を浮遊させることができ、しかも、液
体の比重が異なるなど、素子３１が用いられる環境によ
り素子３１に必要な浮力などが変化する場合において
も、外部からの起電力３２をエネルギー変換手段３４に
より変換して所望の位置に常に素子が存在するように設
定することができるので、素子３１が置かれる環境に拘
わらず素子３１を使用することが可能である。According to the present embodiment, as described in the first embodiment with reference to FIG. 7, the element 31 can be floated without providing a cavity therein, and the specific gravity of the liquid is reduced. Even if the buoyancy required for the element 31 changes depending on the environment in which the element 31 is used, such as when the element 31 is different, the external electromotive force 32 is converted by the energy conversion means 34 so that the element always exists at a desired position. Since the setting can be performed, the element 31 can be used regardless of the environment where the element 31 is placed.

【０１１７】なお、本実施形態は上述した第１及び第２
の実施の形態に適宜組み合わせることも可能である。This embodiment is different from the first and second embodiments described above.
It is also possible to appropriately combine the above embodiments.

【０１１８】（第４の実施の形態）本実施形態は、第１
又は第２の実施形態と同様の構成を有する素子に、他の
素子に情報を伝達する機能を付与し、これらを対象物中
に複数配置した構成としたものである。(Fourth Embodiment) This embodiment is directed to the first embodiment.
Alternatively, an element having a configuration similar to that of the second embodiment is provided with a function of transmitting information to another element, and a plurality of these elements are arranged in an object.

【０１１９】まず、本実施形態の概念について図１４を
参照して説明する。図１４は、本発明の第４の実施の形
態の概念を説明するための図である。First, the concept of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram for explaining the concept of the fourth embodiment of the present invention.

【０１２０】図１４（Ａ）に示す例では、第１の実施の
形態と同様の構成を有する複数の素子４１，４２，…，
４３が対象物中に配されており、各素子４１，４２，
…，４３に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給される
と、各素子４１，４２，…，４３はそれぞれ周囲環境情
報を入手する。そして、素子４１の入手情報ａは素子４
２へ、素子４１及び素子４２の入手情報ａ，ｂは次の素
子へと順次伝達され、最後の素子４３はすべての入手情
報を外部Ａ又は外部Ｂに伝達する。In the example shown in FIG. 14A, a plurality of elements 41, 42,.
43 is arranged in the object, and each element 41, 42,
, 43 are supplied with an electromotive force from the external A or the external B, the respective elements 41, 42,... The obtained information a of the element 41 is the element 4
2, the obtained information a and b of the elements 41 and 42 are sequentially transmitted to the next element, and the last element 43 transmits all the obtained information to the external A or the external B.

【０１２１】また、図１４（Ｂ）に示す例では、第２の
実施の形態と同様の構成を有する複数の素子５１，５
２，…，５３が対象物中に配され、各素子５１，５２，
…，５３に外部Ａ、外部Ｂ又は外部Ｃより起電力が供給
されている。例えば、素子５３に外部Ａ又は外部Ｂから
信号による所定の質問が入力されると、素子５１又は５
２はそれぞれ質問に応じた情報を入手して回答を行な
い、素子５１又は５２の質問回答は他の素子へと順次伝
達され、所望の素子５３より外部Ａ又は外部Ｂ又は外部
Ｃに返答される。In the example shown in FIG. 14B, a plurality of elements 51, 5 having the same configuration as in the second embodiment are provided.
, 53 are arranged in the object, and each element 51, 52,
, 53 are supplied with electromotive force from external A, external B, or external C. For example, when a predetermined question by a signal is input to the element 53 from the external A or the external B, the element 51 or 5
2 obtains information corresponding to each question and makes an answer, and the question answer of the element 51 or 52 is sequentially transmitted to other elements, and is returned to the external A or external B or external C from the desired element 53 .

【０１２２】また、図１４（Ｃ）に示す例では、第２の
実施の形態と同様の構成を有する複数の素子６１，６
２，…，６３が対象物中に配され、各素子６１，６２，
…，６３に外部Ａ、外部Ｂ又は外部Ｃより起電力が供給
されている。外部Ａ又は外部Ｂより例えば素子６３に対
してある信号が入力されると、その信号は素子６２およ
び素子６１へと順次伝達され、素子６１により外部Ａ又
は外部Ｂ又は外部Ｃへ表示を行なう。In the example shown in FIG. 14C, a plurality of elements 61, 6 having the same configuration as in the second embodiment are used.
, 63 are arranged in the object, and each element 61, 62,
, 63 are supplied with electromotive force from external A, external B or external C. For example, when a certain signal is input from the external A or the external B to the element 63, the signal is sequentially transmitted to the element 62 and the element 61, and the element 61 performs display on the external A, the external B, or the external C.

【０１２３】なお、図１４（Ａ）〜（Ｃ）の例では、複
数の素子のうち一つを、第３の実施の形態と同様に浮力
発生手段を備えたものとしてもよい。In the examples shown in FIGS. 14A to 14C, one of the plurality of elements may be provided with buoyancy generating means as in the third embodiment.

【０１２４】以上、本実施形態の概念について説明した
が、以下に、上述の概念に基づいた本実施形態でのイン
ク情報の検知について、図１５及び図１６を参照して説
明する。The concept of the present embodiment has been described above. Hereinafter, detection of ink information in the present embodiment based on the above-described concept will be described with reference to FIGS.

【０１２５】図１５は、インクタンク内及びこれに接続
したインクジェット記録ヘッド内にそれぞれ、第１、第
２又は第３の実施の形態の構成を適宜組み合わせた素子
を配置した例を示している。この例では、第１の実施の
形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段および他
の素子７９への情報伝達機能を付加した素子７１がイン
クタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置され
る。一方、インクタンク７２のインク供給口７４と連結
した液路７５及び液室７６を通じて供給されたインクを
印字のために吐出口７７から吐出する記録ヘッド７８に
は、ＩＤ機能（認証機能）を備えた、第２の実施の形態
と同様の構成を有する素子７９が配置される。この素子
７９への電力供給は、素子表面に配した電極部と記録ヘ
ッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部と
の接触によって行なってもよい。FIG. 15 shows an example in which elements in which the configurations of the first, second or third embodiment are appropriately combined are arranged in the ink tank and the ink jet recording head connected to the ink tank, respectively. In this example, the element 71 having the buoyancy generating means of the third embodiment and the function of transmitting information to another element 79 is added to the first embodiment at a desired position in the ink 73 of the ink tank 72. Placed in On the other hand, the recording head 78 which discharges the ink supplied through the liquid path 75 and the liquid chamber 76 connected to the ink supply port 74 of the ink tank 72 from the discharge port 77 for printing has an ID function (authentication function). Further, an element 79 having the same configuration as that of the second embodiment is arranged. The power supply to the element 79 may be performed by contact between an electrode portion arranged on the element surface and a contact portion on an electric board for driving the recording head 78.

【０１２６】そして、各素子７１，７９に外部から起電
力を供給すると、インク７３中の素子７１は、インク情
報として例えばインクの残量情報を入手し、記録ヘッド
７８側の素子７９は例えばタンク交換のためのインク残
量を判断するＩＤ情報を素子７１に伝達する。すると、
素子７１は入手したインク残量とＩＤとを比較し、これ
らが一致したときのみ、素子７９に、外部へタンク交換
を知らせるよう伝達指示する。素子７９はこれを受信し
て外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の
目や聴覚に訴える音や光等を出力する。When an electromotive force is externally supplied to each of the elements 71 and 79, the element 71 in the ink 73 obtains, for example, information on the remaining amount of the ink as ink information, and the element 79 on the recording head 78 side receives, for example, a tank. The ID information for determining the remaining amount of ink for replacement is transmitted to the element 71. Then
The element 71 compares the acquired remaining ink amount with the ID, and only when they match, instructs the element 79 to notify the outside of the tank replacement. The element 79 receives this and transmits a signal notifying the tank replacement to the outside, or outputs a sound or light appealing to human eyes or hearing.

【０１２７】以上のように、素子をある対象物中に複数
配することで、複雑な情報の条件を設定することが可能
となる。As described above, by arranging a plurality of elements in a certain object, it is possible to set complicated information conditions.

【０１２８】また、図１４及び図１５に示した例では、
各々の素子に起電力を供給する構成としたが、これに限
らず、ある素子に供給した起電力を情報とともに他の素
子に順次伝達する構成であってもよい。In the example shown in FIGS. 14 and 15,
Although the configuration has been described in which the electromotive force is supplied to each element, the configuration is not limited thereto, and the configuration may be such that the electromotive force supplied to a certain element is sequentially transmitted to another element together with information.

【０１２９】例えば図１６に示すように、第１の実施の
形態の構成に、第３の実施の形態と同様の浮力発生手段
と、他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能と
を付加した素子８１、及び、第２の実施の形態の構成
に、第３の実施の形態と同様の浮力発生手段と、他の素
子への情報伝達機能および起電力供給機能とを付加した
素子８２がそれぞれ、図１５と同様のインクタンク７２
のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、イン
クタンク７２と連結した記録ヘッド７８には、ＩＤ機能
（認証機能）を備えた、第２の実施の形態と同様の構成
を有する素子８３が配置される。この素子８３への電力
供給は素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動
するための電気基板上のコンタクト部との接触によって
行なってもよい。For example, as shown in FIG. 16, the configuration of the first embodiment includes a buoyancy generating means similar to that of the third embodiment, a function of transmitting information to other elements, and a function of supplying an electromotive force. An element 82 obtained by adding a buoyancy generating unit similar to that of the third embodiment, a function of transmitting information to another element, and a function of supplying an electromotive force to the configuration of the element 81 and the second embodiment. Are the same ink tanks 72 as in FIG.
At a desired position in the ink 73. On the other hand, an element 83 having an ID function (authentication function) and having the same configuration as that of the second embodiment is arranged on the recording head 78 connected to the ink tank 72. The power supply to the element 83 may be performed by contact between an electrode portion arranged on the element surface and a contact portion on an electric board for driving the recording head 78.

【０１３０】そして、素子８１に外部から起電力を供給
すると、インク７３中の一方の素子８１は、インク情報
として例えばインクの残量情報を入手して、この情報を
内部の規定条件と比較し、他方の素子８２へ伝達の必要
がある場合は、入手したインク残量情報を他方の素子８
２に、その素子８２を動作させる起電力とともに伝達す
る。起電力が供給された他方の素子８２は、素子８１か
ら伝達されたインク残量情報を受信するとともに、イン
ク情報として例えばインクのｐＨに関する情報を入手
し、記録ヘッド７８側の素子８３に、素子８３を動作さ
せる起電力を伝達する。すると、起電力が供給された記
録ヘッド７８側の素子８３は例えばタンク交換のための
インク残量又はインクのｐＨを判断するＩＤ情報を素子
８２に伝達する。そして素子８２は、入手したインク残
量情報およびｐＨ情報とＩＤを比較し、一致したときの
み、素子８３に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指
示する。素子８３はこれを受信して外部にタンク交換を
知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や
光等を出力する。このように、ある素子から他の素子へ
と情報とともに起電力を供給する方法も考えられる。When an electromotive force is supplied to the element 81 from the outside, one of the elements 81 in the ink 73 obtains, for example, information on the remaining amount of ink as ink information, and compares this information with internal prescribed conditions. If it is necessary to transmit the remaining ink amount information to the other element 82,
2 together with the electromotive force for operating the element 82. The other element 82 to which the electromotive force is supplied receives the remaining ink amount information transmitted from the element 81 and obtains, for example, information on the pH of the ink as the ink information. The electromotive force for operating the 83 is transmitted. Then, the element 83 on the recording head 78 side to which the electromotive force is supplied transmits ID information for determining the remaining amount of ink or the pH of ink for tank replacement to the element 82, for example. The element 82 compares the acquired ink remaining amount information and the pH information with the ID, and instructs the element 83 to notify the outside of the tank replacement only when the IDs match. The element 83 receives this and transmits a signal notifying the tank replacement to the outside, or outputs a sound or light appealing to human eyes or hearing. As described above, a method of supplying an electromotive force together with information from one element to another element is also conceivable.

【０１３１】なお、記録ヘッド７８は、液路内でヒータ
ー等の電気熱変換素子の熱によりインクを発泡させ、そ
の気泡成長エネルギーにより、液路と連通する微小開口
よりインクを吐出するものが考えられる。It is conceivable that the recording head 78 causes the ink to foam in the liquid path by the heat of the electrothermal conversion element such as a heater, and discharges the ink from the minute opening communicating with the liquid path by the bubble growth energy. Can be

【０１３２】（その他の実施の形態）以下に、上述した
各実施形態に適用可能なその他の実施形態について説明
する。(Other Embodiments) Other embodiments applicable to the above-described embodiments will be described below.

【０１３３】〈情報入力手段〉インクに関する情報およ
びその情報を入手する情報入手手段としては、上述した
各実施形態で述べたものの他に、（１）ＳｉＯ₂膜やＳ
ｉＮ膜をイオン感応膜として作り、インクのｐＨを検知
するセンサ（イオンセンサ）、（２）ダイヤフラム構造
を有し、タンク内の圧力変化を検知する圧力センサ、
（３）光を熱エネルギーに変換し、焦電効果を有するフ
ォトダイオードを作り込み、現在の位置を検出し、イン
ク残量を検知するセンサ、（４）材料の導電効果を用い
て、タンク内の水分量によりインク有無を検知するセン
サ等が挙げられる。<Information Input Means> Information on ink and information obtaining means for obtaining the information include (1) SiO ₂ film and S
a sensor (ion sensor) for forming the iN film as an ion-sensitive film and detecting the pH of the ink; (2) a pressure sensor having a diaphragm structure and detecting a pressure change in the tank;
(3) A sensor that converts light into heat energy to produce a photodiode having a pyroelectric effect, detects the current position, and detects the remaining amount of ink. (4) The inside of the tank using the conductive effect of the material. And the like, which detects the presence or absence of ink based on the amount of water.

【０１３４】以下に、情報入手手段をイオンセンサとし
た場合について詳細に説明する。The case where the information obtaining means is an ion sensor will be described in detail below.

【０１３５】図１７は、本発明の立体形半導体素子に設
けられたイオンセンサの断面図である。FIG. 17 is a sectional view of an ion sensor provided in the three-dimensional semiconductor device of the present invention.

【０１３６】図１７に示すように、立体形半導体素子の
ベースとなる球状シリコン３０１の表面には、ＳｉＮま
たはＳｉＯ₂からなるイオン感応膜３０２が、その一部
を間隙部３０７を介して球状シリコン３０１と間隔をあ
けて形成されている。イオン感応膜３０２の表面にはゲ
ート絶縁膜３０３が形成されている。さらに、ゲート絶
縁膜３０３の表面には、Ｎ型不純物を導入したソース領
域３０４ａおよびドレイン領域３０４ｂからなるＮ型ウ
ェル層が形成され、さらにその上に、Ｐ型ウェル層３０
５が形成されている。また、間隙部３０７が形成された
領域の、球状シリコン３０１の表面の一部には参照電極
３０６が形成され、以上により、イオン選択性ＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）であるイオンセンサ３００が
構成される。As shown in FIG. 17, an ion-sensitive film 302 made of SiN or SiO ₂ is partially formed on the surface of a spherical silicon 301 serving as a base of a three-dimensional semiconductor device through a gap 307. It is formed at an interval from 301. On the surface of the ion-sensitive film 302, a gate insulating film 303 is formed. Further, on the surface of the gate insulating film 303, an N-type well layer including a source region 304a and a drain region 304b into which an N-type impurity is introduced is formed.
5 are formed. Further, a reference electrode 306 is formed on a part of the surface of the spherical silicon 301 in a region where the gap 307 is formed.
An ion sensor 300 (field effect transistor) is configured.

【０１３７】間隙部３０７は、参照電極３０６が形成さ
れた球状シリコン３０１の表面に、インク感応膜３０２
等を形成する前に、参照電極３０６を覆って犠牲層を形
成しておき、Ｐ型ウェル領域３０５が形成された後、こ
の犠牲層をエッチング等により除去することで形成する
ことができる。また、間隙部３０７は、不図示の連通部
を介してイオンセンサ３００の外部と連通しており、こ
の立体形半導体素子がインク中に設置された状態では、
インクは連通部を介して間隙部３０７内を自由に行き来
できる。The gap 307 is formed on the surface of the spherical silicon 301 on which the reference electrode 306 is formed, by the ink-sensitive film 302.
Before forming the layers, a sacrifice layer is formed to cover the reference electrode 306, and after the P-type well region 305 is formed, the sacrifice layer can be removed by etching or the like. The gap 307 communicates with the outside of the ion sensor 300 via a communication part (not shown), and when the three-dimensional semiconductor element is installed in the ink,
The ink can freely flow in the gap 307 via the communication portion.

【０１３８】インク感応膜３０２がインクと接すること
により、インク感応膜３０２とインクとの間でインク中
のイオン種とその濃度に応じた界面電位が発生する。イ
オンセンサ３００のソース−ドレイン間に所定のバイア
ス電圧を印加しておくことにより、界面電位に応じたド
レイン電流が流れる。測定時には、参照電極３０６とソ
ースとの間に適当なバイアスを印加しておき、界面電位
とこのバイアスとの和に応じたドレイン電流を観測す
る。あるいは、イオンセンサ３００をソースフォロア回
路として構成し、抵抗を介して電位として出力を得るよ
うにしてもよい。When the ink-sensitive film 302 comes into contact with the ink, an interface potential is generated between the ink-sensitive film 302 and the ink in accordance with the ion species in the ink and its concentration. By applying a predetermined bias voltage between the source and the drain of the ion sensor 300, a drain current according to the interface potential flows. At the time of measurement, an appropriate bias is applied between the reference electrode 306 and the source, and a drain current corresponding to the sum of the interface potential and the bias is observed. Alternatively, the ion sensor 300 may be configured as a source follower circuit, and an output may be obtained as a potential via a resistor.

【０１３９】ところで、インクジェット記録装置で使用
されるインクは、一般的に、溶媒としての水に、染料や
顔料を溶解または分散させたものである。具体的には、
カルボキシル基や水酸基を有する染料イオンや、これら
の基を有する分散剤によって親水化された顔料や、これ
らの基を付着させた顔料粒子を水に溶解または分散させ
たものである。このような染料あるいは顔料は、水溶液
系であるインク中で、図１８（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、水素結合などの比較的弱い結合により、会合状態を
形成する。このような会合状態が数十／数百の分子間で
起こると、仮想的に高分子の色材分子となり、インクの
動的粘度を低下させ、その結果、記録ヘッドからの吐出
特性の劣化をもたらすことになる。By the way, the ink used in the ink jet recording apparatus is generally obtained by dissolving or dispersing a dye or a pigment in water as a solvent. In particular,
A dye ion having a carboxyl group or a hydroxyl group, a pigment hydrophilized by a dispersant having these groups, or a pigment particle having these groups attached is dissolved or dispersed in water. As shown in FIGS. 18A and 18B, such a dye or pigment forms an associated state by a relatively weak bond such as a hydrogen bond, as shown in FIGS. When such an association state occurs between several tens / several hundreds of molecules, it becomes virtually a high molecular color material molecule, lowers the dynamic viscosity of the ink, and consequently deteriorates the ejection characteristics from the recording head. Will bring.

【０１４０】上述した会合状態が形成されると、見かけ
上、イオンとしてのカルボキシル基や水酸基の活量が低
下することになるとともに、イオン自体の実効的な分子
量が大きくなるため、イオンセンサ３００での検出電位
に変化を生じさせることになる。本例の立体形半導体素
子は、例えば記録ヘッドのインクと接触する領域に設置
し、インク中での染料イオン等の会合状態をイオンセン
サ３００によって検知し、必要に応じて記録ヘッドの回
復動作等を行って、記録ヘッド内のインクを常に一定の
解離状態にする。When the above-described association state is formed, apparently the activities of carboxyl groups and hydroxyl groups as ions decrease, and the effective molecular weight of the ions themselves increases. Changes in the detected potential. The three-dimensional semiconductor element of this example is installed, for example, in an area of the recording head that comes into contact with the ink, detects the association state of dye ions and the like in the ink with the ion sensor 300, and performs a recovery operation of the recording head as necessary. Is performed to always keep the ink in the recording head in a constant dissociated state.

【０１４１】図１９（ａ）は、イオンセンサでの検知結
果を出力するための回路の一例を示す図であり、図１９
（ｂ）は、図１９（ａ）の回路をロジック回路として表
したものである。ここでは、イオン濃度に応じて発振周
波数が変化する発振回路を説明する。FIG. 19A is a diagram showing an example of a circuit for outputting the result of detection by the ion sensor.
FIG. 19B shows the circuit of FIG. 19A as a logic circuit. Here, an oscillation circuit in which the oscillation frequency changes according to the ion concentration will be described.

【０１４２】図１９に示す例では、ＭＯＳトランジスタ
３２０，３２１を直列に接続してインバータ回路３２
２，３２３が構成され、このようなインバータ回路３２
２，３２３を２段、リング状に接続して発振回路を構成
し、さらにインバータ回路３２３の出力をバッファとし
ての１段のインバータ回路３２２を介して取り出すこと
により、発振出力としている。イオンセンサ３００は、
インバータ回路３２２の出力（すなわちインバータ回路
３２３の入力）と接地点との間に挿入されている。この
回路によれば、イオンセンサ３００での検出電位に応じ
て発振周波数が変化する。従って、この発振周波数を検
出することにより、インクのイオン濃度を検出すること
ができる。In the example shown in FIG. 19, MOS transistors 320 and 321 are connected in series and inverter circuit 32 is connected.
2, 323, and the inverter circuit 32
An oscillation circuit is formed by connecting two stages 2323 in a ring shape, and an output of the inverter circuit 323 is taken out via a one-stage inverter circuit 322 as a buffer, thereby obtaining an oscillation output. The ion sensor 300 is
It is inserted between the output of the inverter circuit 322 (that is, the input of the inverter circuit 323) and the ground point. According to this circuit, the oscillation frequency changes according to the detection potential of the ion sensor 300. Therefore, the ion concentration of the ink can be detected by detecting the oscillation frequency.

【０１４３】本発明の立体形半導体素子をインクタンク
のインク中、特に液面付近に配しておくと、上述したよ
うに、インク中の色材分子等が会合していくと、仮想的
に高分子状態になり、底面付近に沈降し、インクタンク
中のインクに濃度分布やｐＨ分布が発生するのを検知す
ることができる。その結果を外部に伝達することで、こ
れらの分布をなくす動作を機能させることが可能とな
る。When the three-dimensional semiconductor element of the present invention is arranged in the ink in the ink tank, particularly near the liquid surface, as described above, when the color material molecules and the like in the ink are associated with each other, it is virtually assumed. It can be detected that the ink becomes a polymer state, settles near the bottom surface, and a concentration distribution or a pH distribution occurs in the ink in the ink tank. By transmitting the result to the outside, it becomes possible to function to eliminate these distributions.

【０１４４】イオンセンサ３００での検出電圧値は、ネ
ルンスト（Nernst）の式によって支配されるため、温度
の関数でもある。そこで、温度の影響をなくすため、例
えば温度センサも別に設け、温度の測定値に応じてイオ
ン濃度の測定値を補正できるようにしてもよい。このよ
うに温度センサを設けた場合には、イオンセンサと温度
センサとを同一の素子に形成してもよいし、それぞれ別
の素子に形成し、第４の実施形態のように、温度センサ
を形成した素子が入手した情報を、イオンセンサを形成
した素子に伝達する構成としてもよい。The detection voltage value at the ion sensor 300 is governed by the Nernst equation, and is therefore a function of temperature. Therefore, in order to eliminate the influence of the temperature, for example, a temperature sensor may be separately provided so that the measured value of the ion concentration can be corrected according to the measured value of the temperature. When the temperature sensor is provided in this manner, the ion sensor and the temperature sensor may be formed in the same element, or may be formed in separate elements, and the temperature sensor may be formed as in the fourth embodiment. The information obtained by the formed element may be transmitted to the element forming the ion sensor.

【０１４５】また、流体力学の面から導かれたストーク
ス（Stokes）の法則によれば、イオンのモル濃度λは、According to Stokes' law derived from the viewpoint of hydrodynamics, the molar concentration λ of ions is

【０１４６】[0146]

【数１２】 (Equation 12)

【０１４７】（ここで、Ｚ：イオンの電荷数、Ｆ：ファ
ラデー定数、Ｎ：単位面積当たりの分子数、η：粘性
率、ｒ：イオン半径）で与えられ、また、イオンの拡散
係数Ｄは、(Where, Z: number of charge of ion, F: Faraday constant, N: number of molecules per unit area, η: viscosity, r: ion radius), and diffusion coefficient D of ion is given by ,

【０１４８】[0148]

【数１３】 (Equation 13)

【０１４９】（ここで、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度）
で与えられる。この流体力学のストークスの法則がイン
ク中のイオンの運動に当てはめることができるとする。
その際、インクカートリッジやインクタンクに注入する
前に、インクのモル伝導度λや拡散係数Ｄを測定してお
いて、素子に設けられている情報蓄積手段または素子の
外部に予め設けられているメモリに認識させておく。(Where, R: gas constant, T: absolute temperature)
Given by Suppose that Stokes' law of hydrodynamics can be applied to the movement of ions in ink.
At this time, before the ink is injected into the ink cartridge or the ink tank, the molar conductivity λ and the diffusion coefficient D of the ink are measured, and the information is provided in advance in the information storage means provided in the element or outside the element. Make the memory recognize it.

【０１５０】インク中の色材成分（染料もしくは顔料）
にのみ着目してみると、イオン半径ｒ、粘性率η、電荷
数Ｚが、可変するパラメータになる。Color material component (dye or pigment) in ink
Focusing only on, the ionic radius r, the viscosity η, and the number of charges Z are variable parameters.

【０１５１】さらに、着目したイオンの双極子モーメン
トμは、Further, the dipole moment μ of the focused ion is

【０１５２】[0152]

【数１４】 [Equation 14]

【０１５３】で表され、インクの被誘電率εは、The dielectric constant ε of the ink is

【０１５４】[0154]

【数１５】 (Equation 15)

【０１５５】（ここで、ｇ：隣接分子の相対的な配向で
決まる量、ｋ：ボルツマン定数）で表される。(Where g is an amount determined by the relative orientation of adjacent molecules, k is Boltzmann's constant).

【０１５６】上述のイオンセンサを用いて、検出電位の
変化が、（イオンの電荷数Ｚ／イオン半径ｒ）に比例す
ると考えると、（１０）式から、粘性率ηの変化を相対
的に見積もることができる、この粘性率ηの変化に応じ
て吐出特性を一定にするためのパルス制御が、極めて有
効な手段になると考えられる。Assuming that the change in the detected potential is proportional to (the number of charges of ions Z / the ion radius r) using the above-described ion sensor, the change in the viscosity η is relatively estimated from equation (10). It is considered that pulse control for making the ejection characteristics constant in accordance with the change in the viscosity η can be an extremely effective means.

【０１５７】〈インクタンクの構成〉上述した実施の形
態の立体形半導体素子を適用できるインクタンクのいく
つかの構成例を図２０〜図２３に示す。<Structure of Ink Tank> FIGS. 20 to 23 show some examples of the structure of an ink tank to which the three-dimensional semiconductor element of the above-described embodiment can be applied.

【０１５８】図２０に示すインクタンク５０１は、イン
クを収容した可撓性のインク袋５０２を筐体５０３内に
配置し、筐体５０３に固定したゴム栓５０４で袋口５０
２ａを閉じておき、インク導出用の中空針５０５をゴム
栓５０４に突き刺して袋内に連通させることで、不図示
のインクジェットヘッドへインク供給を行なうものであ
る。このようなインクタンク５０１のインク袋５０２内
に本発明の立体形半導体素子５０６を配置し、インク袋
５０２内に収容されているインクの情報を検知すること
ができる。In an ink tank 501 shown in FIG. 20, a flexible ink bag 502 containing ink is disposed in a housing 503, and a bag opening 50 is provided by a rubber stopper 504 fixed to the housing 503.
2a is closed, and a hollow needle 505 for drawing out ink is pierced into the rubber stopper 504 to communicate with the inside of the bag, thereby supplying ink to an unillustrated inkjet head. By arranging the three-dimensional semiconductor element 506 of the present invention in the ink bag 502 of the ink tank 501, information on the ink contained in the ink bag 502 can be detected.

【０１５９】また、図２１に示すインクタンク５１１
は、インク５１３を収容した筐体５１２のインク供給口
５１４に、インクを記録紙Ｓに向けて吐出し記録を行な
うインクジェットヘッド５１５を取り付けたものであ
る。このようなタンク５１１内のインク５１３中に本発
明の立体形半導体素子５１６を配置し、筐体５１２内の
インク５１３の情報を検知することができる。The ink tank 511 shown in FIG.
In the figure, an ink jet head 515 for discharging ink toward the recording paper S and performing recording is attached to an ink supply port 514 of a housing 512 containing the ink 513. By arranging the three-dimensional semiconductor element 516 of the present invention in the ink 513 in such a tank 511, information on the ink 513 in the housing 512 can be detected.

【０１６０】また、図２２に示すインクタンク５２１
は、図４等に示したインクタンクと同様の構成を有し、
インク５２２を収容し連通路５２４を除いて実質的に密
閉状態のインク室と、負圧発生部材５２３を収納する大
気連通状態の負圧発生室と、タンク最下部でインク室と
負圧発生室を連通させる連通路５２４とを備えたもので
ある。このような構成のインクタンク５２１において、
インク室と負圧発生室とにそれぞれ本発明の立体形半導
体素子５２５，５２６を配し、分割された各々の室のイ
ンクに関する情報をやり取りしてもよい。The ink tank 521 shown in FIG.
Has the same configuration as the ink tank shown in FIG.
An ink chamber that contains the ink 522 and is substantially sealed except for the communication path 524, a negative pressure generation chamber that stores the negative pressure generating member 523, and an ink chamber and a negative pressure generation chamber at the bottom of the tank. And a communication path 524 that communicates with the communication path. In the ink tank 521 having such a configuration,
The three-dimensional semiconductor elements 525 and 526 of the present invention may be arranged in the ink chamber and the negative pressure generating chamber, respectively, and information about ink in each of the divided chambers may be exchanged.

【０１６１】また、図２３に示すインクタンク５３１
は、インクを吸収保持した多孔質部材５３２を内部に収
納し、収納したインクを記録のために使用するインクジ
ェットヘッド５３３を取付けたものである。このような
構成のタンク５３１においても、図１５、図１６に示し
た構成と同様に、インクタンク５３１側とインクジェッ
トヘッド５３３側にそれぞれ本発明の立体形半導体素子
５３４，５３５を配し、分割された各々の構成部内のイ
ンクに関する情報をやり取りしてもよい。The ink tank 531 shown in FIG.
Is a cartridge in which a porous member 532 absorbing and holding ink is housed, and an inkjet head 533 for using the housed ink for recording is attached. Also in the tank 531 having such a configuration, the three-dimensional semiconductor elements 534 and 535 of the present invention are disposed on the ink tank 531 side and the inkjet head 533 side, respectively, similarly to the configuration shown in FIGS. Information about the ink in each component may be exchanged.

【０１６２】〈インクジェット記録装置〉図２４に、本
発明の立体形半導体素子を備えたインクタンクを搭載す
るインクジェット記録装置の概略斜視図を示す。図２４
に示されるインクジェット記録装置６００に搭載された
ヘッドカートリッジ６０１は、印字記録のためにインク
を吐出する液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供
給される液体を保持する図２０〜図２３に示したような
インクタンクとを有するものである。また、インクタン
ク内に配された立体形半導体素子（不図示）へ外部エネ
ルギーである起電力を供給する外部エネルギー供給手段
６２２や、立体形半導体素子と情報を双方向に通信する
手段（不図示）が記録装置６００内に設置されている。<Ink Jet Recording Apparatus> FIG. 24 is a schematic perspective view of an ink jet recording apparatus equipped with an ink tank provided with the three-dimensional semiconductor element of the present invention. FIG.
The head cartridge 601 mounted on the ink jet recording apparatus 600 shown in FIG. 20 is shown in FIGS. 20 to 23 which hold a liquid ejection head for ejecting ink for print recording and a liquid supplied to the liquid ejection head. And an ink tank as described above. Further, an external energy supply unit 622 for supplying an electromotive force as external energy to a three-dimensional semiconductor element (not shown) disposed in the ink tank, and a means for bidirectionally communicating information with the three-dimensional semiconductor element (not shown) ) Are installed in the recording device 600.

【０１６３】ヘッドカートリッジ６０１は、図２４に示
すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動
力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリード
スクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャ
リッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の
動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６
０７ともとにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方
向に往復移動される。インクジェット記録装置６００に
は、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクな
どの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを
搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられてい
る。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０９上
を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キ
ャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐを
プラテン６０９に対して押圧する。As shown in FIG. 24, the head cartridge 601 engages with the spiral groove 606 of the lead screw 605 rotating via the driving force transmission gears 603 and 604 in conjunction with the forward / reverse rotation of the drive motor 602. Is mounted on a carriage 607. The head cartridge 601 is moved by the power of the drive motor 602 to the carriage 6.
07 is reciprocated along the guide 608 in the directions of arrows a and b. The inkjet recording apparatus 600 includes a recording medium transport unit (not shown) that transports a printing paper P as a recording medium that receives a liquid such as ink discharged from the head cartridge 601. The paper pressing plate 610 of the print paper P conveyed on the platen 609 by the recording medium conveying means presses the print paper P against the platen 609 in the moving direction of the carriage 607.

【０１６４】リードスクリュー６０５の一端の近傍に
は、フォトカプラ６１１および６１２が配設されてい
る。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６
０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６
１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転
方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知
手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッド
カートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ
部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられてい
る。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などさ
れてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引
するインク吸引手段６１５が備えられている。このイン
ク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を
介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われ
る。In the vicinity of one end of the lead screw 605, photocouplers 611 and 612 are provided. The photocouplers 611 and 612 are
07, the photocouplers 611 and 6
This is a home position detecting means for confirming the presence in the area No. 12 and switching the rotation direction of the drive motor 602. In the vicinity of one end of the platen 609, a support member 613 that supports a cap member 614 that covers the front surface of the head cartridge 601 having the discharge port is provided. In addition, an ink suction unit 615 that sucks ink that has been idly discharged from the head cartridge 601 and accumulated inside the cap member 614 is provided. The ink suction unit 615 performs suction recovery of the head cartridge 601 through the opening of the cap member 614.

【０１６５】インクジェット記録装置６００には本体支
持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９に
は移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６
０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持さ
れている。移動部材６１８には、クリーニングブレード
６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６
１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニン
グブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６
１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するため
のレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キ
ャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移
動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換
えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカー
トリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与した
り、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジ
ェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、
図２４では示されていない。The ink jet recording apparatus 600 is provided with a main body support 619. The moving member 618 is attached to the main body support 619 in the front-rear direction, that is, the carriage 6.
It is supported so as to be movable in a direction perpendicular to the direction of movement 07. The cleaning blade 617 is attached to the moving member 618. Cleaning blade 6
Reference numeral 17 is not limited to this form, and may be another form of a known cleaning blade. Further, the ink suction means 6
15 is provided with a lever 620 for starting suction in the suction recovery operation by the lever 15. The lever 620 moves with the movement of the cam 621 engaging with the carriage 607, and the driving force from the driving motor 602 switches the clutch. The movement is controlled by a known transmission means such as the like. An ink jet recording control unit for giving a signal to a heating element provided in the head cartridge 601 and controlling the driving of each mechanism described above is provided on the recording apparatus main body side.
It is not shown in FIG.

【０１６６】上述した構成を有するインクジェット記録
装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘ
ッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわた
って往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給
手段からヘッドカートリッジ６０１に駆動信号が供給さ
れると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部から被記録
媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行
われる。In the ink jet recording apparatus 600 having the above-described configuration, the head cartridge 601 reciprocates over the entire width of the print paper P with respect to the print paper P conveyed on the platen 609 by the recording medium conveyance means. When a drive signal is supplied from a drive signal supply unit (not shown) to the head cartridge 601 during this movement, ink (recording liquid) is ejected from the liquid ejection head unit to the recording medium in accordance with the signal, and recording is performed. Done.

【０１６７】なお、図２４ではインクジェット記録装置
の外装は示していないが、外装のカバーを半透明など中
の状態が見れるものを用い、インクタンクも半透明のも
のを用いた場合には光を伝達手段として用いると、タン
クの光をユーザーが見ることができるので、例えば「タ
ンク交換の必要がある」ことが分かり易く、ユーザー
に、タンク交換の必要性を喚起することができる。従来
は、記録装置本体の操作ボタンに発光手段を設け、その
発光手段を発光させることによってタンク交換をユーザ
ーに知らせていたが、発光手段は幾つかの表示機能を兼
用している場合が多く、発光手段が発光してもユーザー
はこの発光が何を意味しているのか分かりにくい場合が
多かった。In FIG. 24, the exterior of the ink jet recording apparatus is not shown. However, when the exterior cover is translucent or the like, which can be seen inside, and when the ink tank is translucent, light is emitted. When used as a transmission means, the light of the tank can be seen by the user, so that it is easy to understand, for example, that "the tank needs to be replaced", and it is possible to urge the user to replace the tank. Conventionally, a light emitting means is provided on the operation button of the recording apparatus main body, and the user is notified of tank replacement by causing the light emitting means to emit light.However, the light emitting means often has several display functions, Even if the light emitting means emits light, it is often difficult for the user to understand what this light emission means.

【０１６８】〈浮遊型の立体形半導体素子の液面での安
定化〉立体形半導体素子が、図７に示すような空洞部を
有する構成であり、また、立体形半導体素子への電力の
供給が、図３に示した発振回路と外部共振回路とにより
なされる場合、インクタンクがどのような状態において
も、素子に作り込まれた発振回路と外部の外部共振回路
との間で安定した磁束（磁界）が働いている必要があ
る。つまり、外部共振回路に対する素子の向きが安定し
ている必要がある。しかし、素子がインクなど液体中に
浮遊している場合、外部振動により液面が振動し、素子
の向きが変動することがある。そのような場合でも、素
子が液体中で安定した姿勢を保持するために、浮遊型の
立体形半導体素子の重心を以下のように決定する。<Stabilization of the floating type three-dimensional semiconductor element at the liquid surface> The three-dimensional semiconductor element has a cavity as shown in FIG. 7, and power is supplied to the three-dimensional semiconductor element. Is performed by the oscillation circuit and the external resonance circuit shown in FIG. 3, when the ink tank is in any state, a stable magnetic flux is generated between the oscillation circuit built into the element and the external external resonance circuit. (Magnetic field) must be working. That is, the orientation of the element with respect to the external resonance circuit needs to be stable. However, when the element is floating in a liquid such as ink, the liquid surface vibrates due to external vibration, and the direction of the element may fluctuate. Even in such a case, the center of gravity of the floating type three-dimensional semiconductor element is determined as follows in order to keep the element in a stable position in the liquid.

【０１６９】図２５で示しているように、球体として形
成した立体形半導体素子２１０を液体中に浮遊させた場
合、図２５（ａ）のように、釣り合いの状態にあるため
には、（１）浮力Ｆ＝物体の重量Ｗ、かつ、（２）浮力
の作用線と重量の作用線（重心Ｇを通る線）とが一致、
という関係が成り立っていることが必要である。As shown in FIG. 25, when a three-dimensional semiconductor element 210 formed as a sphere is suspended in a liquid, as shown in FIG. ) Buoyancy F = weight W of the object;
It is necessary that the relationship is established.

【０１７０】そして、図２５（ｂ）のように、外力によ
り液体が振動して、立体形半導体素子２１０が、釣り合
いの状態から少し傾いた時、浮力の中心Ｃが移動し、浮
力と重量とで偶力となる。Then, as shown in FIG. 25B, when the liquid vibrates due to an external force and the three-dimensional semiconductor element 210 is slightly tilted from the balanced state, the center C of the buoyancy moves, and the buoyancy and the weight are reduced. It becomes a couple.

【０１７１】ここで、釣り合いの状態にあるときの重量
の作用線（図２５（ｂ）中の一点鎖線）と、傾いたとき
の浮力の作用線（図２５（ｂ）中の実線）との交点をメ
タセンタといい、メタセンタと重心Ｇとの距離ｈをメタ
センタの高さという。Here, the action line of the weight in the balanced state (dashed-dotted line in FIG. 25 (b)) and the action line of the buoyancy when inclined (solid line in FIG. 25 (b)) The intersection is called a metacenter, and the distance h between the metacenter and the center of gravity G is called the height of the metacenter.

【０１７２】立体形半導体素子２１０のメタセンタは重
心Ｇよりも高い位置にあり、これにより、偶力（復元
力）は元の釣り合いの位置に戻そうとする向きに作用す
る。この復元力Ｔは、 Ｔ＝Ｗｈsinθ＝Ｆｈsinθ ＝ρｇＶｈsinθ （＞０） （１４） で表される。ここで、Ｖは、立体形半導体素子２１０が
排除した液体の体積、ρｇは、立体形半導体素子２１０
の比重量である。The metacenter of the three-dimensional semiconductor element 210 is located at a position higher than the center of gravity G, whereby the couple (restoring force) acts in a direction to return to the original balanced position. This restoring force T is represented by T = Whsinθ = Fhsinθ = ρgVhsinθ (> 0) (14) Here, V is the volume of the liquid excluded by the three-dimensional semiconductor element 210, and ρg is the three-dimensional semiconductor element 210
Is the specific weight of

【０１７３】そこで、この復元力Ｔを正にするために
は、ｈ＞０となることが必要十分条件である。Therefore, in order to make the restoring force T positive, h> 0 is a necessary and sufficient condition.

【０１７４】そして、図２５（ｂ）から、Then, from FIG. 25 (b),

【０１７５】[0175]

【数１６】 (Equation 16)

【０１７６】となる。ここで、ＩはＯ軸回りの慣性モー
メントである。よって、Is obtained. Here, I is the moment of inertia about the O axis. Therefore,

【０１７７】[0177]

【数１７】 [Equation 17]

【０１７８】となることが、立体形半導体素子２１０
が、インク中で安定して浮遊し、外部共振回路からの誘
電起電力の供給や、素子外部の通信手段との双方向通信
を行うための必要条件となる。The three-dimensional semiconductor element 210
However, they are stably floating in the ink, which is a necessary condition for supplying a dielectric electromotive force from an external resonance circuit and performing bidirectional communication with communication means outside the element.

【０１７９】〈圧力センサ〉ここでは、第１の実施形態
で述べた、液体の密度を検知するのに利用される圧力セ
ンサの一例について詳しく説明する。<Pressure Sensor> Here, an example of the pressure sensor used for detecting the density of the liquid described in the first embodiment will be described in detail.

【０１８０】図２６は、本発明の立体形半導体素子に設
けられる圧力センサの構造の一例を説明する断面図であ
る。FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a pressure sensor provided in the three-dimensional semiconductor device of the present invention.

【０１８１】図２６に示す圧力検知センサは、ポリシリ
コン膜におけるピエゾ抵抗効果を利用した半導体歪ゲー
ジであり、球状シリコンから作られる立体形半導体素子
の表面の常にインクと接する部位に形成されている。ポ
リシリコン抵抗層２２１は、球状シリコン２００の表面
に、空洞部２２５を介して部分的に浮き上がったダイア
フラムとして形成されている。ポリシリコン抵抗層２２
１の浮き上がった領域での両端部には、例えばＣｕまた
はＷからなる配線２２２が設けられている。そして、ポ
リシリコン抵抗層２２１および配線２２２は、ＳｉＮか
らなる保護膜２２３で覆われ、これにより圧力調整手段
が構成されている。The pressure detection sensor shown in FIG. 26 is a semiconductor strain gauge utilizing a piezoresistive effect in a polysilicon film, and is formed on a surface of a three-dimensional semiconductor element made of spherical silicon, which is always in contact with ink. . The polysilicon resistance layer 221 is formed on the surface of the spherical silicon 200 as a diaphragm partially raised via the cavity 225. Polysilicon resistance layer 22
Wirings 222 made of, for example, Cu or W are provided at both end portions of the region 1 in which the surface is raised. Then, the polysilicon resistance layer 221 and the wiring 222 are covered with a protective film 223 made of SiN, thereby constituting a pressure adjusting unit.

【０１８２】次に、図２６に示す圧力検知センサによる
圧力検知原理について、図２６、および図２６に示すポ
リシリコン抵抗層からの出力をモニタする回路の回路図
である図２７を参照して説明する。Next, the principle of pressure detection by the pressure detection sensor shown in FIG. 26 will be described with reference to FIG. 26 and FIG. 27 which is a circuit diagram of a circuit for monitoring the output from the polysilicon resistance layer shown in FIG. I do.

【０１８３】図２７において、ポリシリコン抵抗層２２
１の通常時の抵抗値をｒとすると、電流計２３０には、 ｉ＝ＶＤＤ／｛Ｒ₀＋Ｒ×ｒ（Ｒ＋ｒ）｝ （１９） の電流が流れる。また、ポリシリコンは、その変位にほ
ぼ比例して抵抗値が増加する特性を有する。従って、通
路２１２の圧力の変化によってポリシリコン抵抗層２２
１が変位すると、ポリシリコン抵抗層２２１の抵抗値ｒ
が変化し、その結果、電流計２３０で測定される電流ｉ
も変化する。すなわち、電流ｉの変化からポリシリコン
抵抗層２２１の変位量がわかり、それによってインクの
圧力が検知可能となる。In FIG. 27, polysilicon resistance layer 22
Assuming that the normal resistance value of 1 is r, a current of i = VDD / {R ₀ + R × r (R + r)} (19) flows through the ammeter 230. Further, polysilicon has a characteristic that the resistance value increases substantially in proportion to the displacement. Therefore, the change in the pressure in the passage 212 causes the polysilicon resistance layer 22
1 is displaced, the resistance value r of the polysilicon resistance layer 221 is changed.
Changes, and as a result, the current i measured by the ammeter 230
Also changes. In other words, the amount of displacement of the polysilicon resistance layer 221 can be determined from the change in the current i, so that the pressure of the ink can be detected.

【０１８４】更に詳細に説明すると、ポリシリコン抵抗
層２２１の長さをＬ、断面積をＳとすると、抵抗率ρを
用い、全抵抗値Ｒは、 Ｒ＝ρＬ／Ｓ （２０） で表される。ここで、ポリシリコン抵抗層２２１が、圧
力変化に伴って変化すると、その長さはＬ＋ΔＬと長く
なり、抵抗値が増加する。一方、断面積はＳ−ΔＳと小
さくなり、また、ρもρ’と変化する。抵抗値の増加分
ΔＲと長さの増加部ΔＬとの関係は、More specifically, assuming that the length of the polysilicon resistance layer 221 is L and the cross-sectional area is S, the total resistance R is expressed by the following equation: R = ρL / S (20) You. Here, when the polysilicon resistance layer 221 changes with a change in pressure, its length becomes L + ΔL and the resistance value increases. On the other hand, the cross-sectional area becomes small as S-ΔS, and ρ also changes to ρ ′. The relationship between the increase ΔR in resistance and the increase ΔL in length is:

【０１８５】[0185]

【数１８】 (Equation 18)

【０１８６】で表され、更に、, And

【０１８７】[0187]

【数１９】 [Equation 19]

【０１８８】となる。ここで、ｋｇは、歪みに対する抵
抗値の変化係数を表している。Is obtained. Here, kg represents a coefficient of change in resistance value with respect to strain.

【０１８９】そして、ブリッジ回路等を用いて、抵抗値
の変化分ΔＲを検出することで圧力変動を求めることが
できる。Then, the pressure fluctuation can be obtained by detecting the change ΔR in the resistance value using a bridge circuit or the like.

【０１９０】ポリシリコンは温度によって歪み抵抗が変
化する特性を持つ。そのため、ポリシリコン抵抗層２２
１を有する圧力検知センサでは、ポリシリコン抵抗層２
２１の温度をモニタする温度センサを更に備えることが
望ましい。つまり、ポリシリコン抵抗層２２１に、温度
センサを介して電圧ＶＤＤを供給することにより、環境
温度の変化によるポリシリコン抵抗層２２１の抵抗変化
を補償して、インクの圧力をより正確に検知することが
できる。Polysilicon has the characteristic that the strain resistance changes with temperature. Therefore, the polysilicon resistance layer 22
In the pressure detecting sensor having the polysilicon resistive layer 2, the polysilicon resistive layer 2
It is desirable to further include a temperature sensor for monitoring the temperature of the temperature sensor 21. That is, by supplying the voltage VDD to the polysilicon resistance layer 221 via the temperature sensor, the resistance change of the polysilicon resistance layer 221 due to the change of the environmental temperature is compensated, and the pressure of the ink is more accurately detected. Can be.

【０１９１】〈立体形半導体素子のインクタンク以外へ
の応用〉以上、本発明について、インクジェット記録装
置に用いられるインクタンク内のインク情報を検知する
場合を例に挙げて説明した。本発明は、これに限らず、
素子が接している液体に関する情報を外部から検知する
のに有効な発明である。<Application of Three-Dimensional Semiconductor Element to Devices Other Than Ink Tank> The present invention has been described above with reference to an example in which ink information in an ink tank used in an ink jet recording apparatus is detected. The present invention is not limited to this,
This is an invention that is effective for externally detecting information on a liquid in contact with an element.

【０１９２】ここでは、本発明の立体形半導体素子のイ
ンクタンク以外への適用例について説明する。Here, an example in which the three-dimensional semiconductor element of the present invention is applied to a device other than an ink tank will be described.

【０１９３】図２８は、本発明の立体形半導体素子を配
した水管の断面図である。図２８に示す例では、水道管
など、図示矢印方向に液体が流れる水管１５１内に、本
発明の立体形半導体素子１５３が固定されている。立体
形半導体素子１５３は、エネルギー変換手段として発振
回路（不図示）を有し、水管１５１の外側の、立体形半
導体素子１５３の近くに、共振回路を介して立体形半導
体素子１５３に電力を供給するための外部共振回路１５
２が配されている。このような水管１５１内に立体形半
導体素子１５３を配することによって、外部共振回路１
５２による共振周波数領域を可変させて、立体形半導体
素子１５３内の発振回路から発生する出力により、水管
１５１内の液体の流れに伴って液体の特性変化を読み取
ることができる。FIG. 28 is a sectional view of a water pipe provided with the three-dimensional semiconductor element of the present invention. In the example shown in FIG. 28, the three-dimensional semiconductor element 153 of the present invention is fixed in a water pipe 151 such as a water pipe through which a liquid flows in the direction of the arrow shown in the figure. The three-dimensional semiconductor element 153 has an oscillation circuit (not shown) as energy conversion means, and supplies power to the three-dimensional semiconductor element 153 outside the water pipe 151 and near the three-dimensional semiconductor element 153 via a resonance circuit. External resonance circuit 15
2 are arranged. By disposing the three-dimensional semiconductor element 153 in such a water pipe 151, the external resonance circuit 1
By changing the resonance frequency range of the liquid crystal 52 and the output generated from the oscillation circuit in the three-dimensional semiconductor element 153, it is possible to read the change in the characteristic of the liquid along with the flow of the liquid in the water pipe 151.

【０１９４】図２９は、本発明の立体形半導体素子を配
したマイクロバルブの概略断面図である。図２９に示す
ように、マイクロバルブ１６０は、壁面に圧電素子１６
２が取り付けられるとともに、液体の流入口および排出
口が形成された液体室１６１と、液体室１６１の流入口
に設けられ、液体室１６１の内側にのみ開く流入弁１６
４ａ，１６４ｂと、液体室１６１の流出口に設けられ、
液体室１６１の外側にのみ開く流出弁１６６ａ，１６６
ｂとを有する。流入口には流入管１６３が接続され、流
出口には流出管１６５が接続されている。そして、本発
明の立体形半導体素子１６７は、液体室１６１内に固定
されている。FIG. 29 is a schematic sectional view of a microvalve provided with the three-dimensional semiconductor element of the present invention. As shown in FIG. 29, the microvalve 160 has a piezoelectric element 16 on the wall surface.
2, a liquid chamber 161 having a liquid inlet and a liquid outlet formed therein, and an inflow valve 16 provided at the inlet of the liquid chamber 161 and opened only inside the liquid chamber 161.
4a, 164b, provided at the outlet of the liquid chamber 161;
Outflow valves 166a, 166 that open only outside the liquid chamber 161
b. The inflow pipe 163 is connected to the inflow port, and the outflow pipe 165 is connected to the outflow port. The three-dimensional semiconductor element 167 of the present invention is fixed in the liquid chamber 161.

【０１９５】図２９に示すマイクロバルブ１６０では、
圧電素子１６２に電圧を印加することによる圧電素子１
６２のたわみ変形を利用して、図３０（ａ）および
（ｂ）に示すように、液体室１６１の容積を変化させて
いる。すなわち、図３０（ａ）に示すように圧電素子１
６２を変形させると、液体室１６１の容積が増大し、こ
れにより流入弁１６４ａ，１６４ｂが開き、流入管１６
３から液体室１６１内に液体が流入する。その後、図３
０（ｂ）に示すように圧電素子１６２を変形させると、
液体室１６１の容積が減少し、これにより流出弁１６６
ａ，１６６ｂが開き、液体室１６１内の液体が流出管１
６５へ流出する。この動作を繰り返すことで、液体室１
６１を経由して、流入管１６３から流出管１６５へ液体
を送ることができる。In the microvalve 160 shown in FIG.
Piezoelectric element 1 by applying a voltage to piezoelectric element 162
The volume of the liquid chamber 161 is changed as shown in FIGS. 30A and 30B by using the bending deformation of 62. That is, as shown in FIG.
When deformed, the volume of the liquid chamber 161 increases, whereby the inflow valves 164a, 164b open, and the inflow pipe 16
The liquid flows into the liquid chamber 161 from 3. Then, FIG.
When the piezoelectric element 162 is deformed as shown in FIG.
The volume of the liquid chamber 161 is reduced, so that the outlet valve 166
a, 166b are opened and the liquid in the liquid chamber 161 is discharged from the outflow pipe 1
Outflow to 65. By repeating this operation, the liquid chamber 1
The liquid can be sent from the inflow pipe 163 to the outflow pipe 165 via 61.

【０１９６】液体室１６１内に配された立体形半導体素
子１６７は、液体室１６１内の液体の化学的物性変化を
経時的に検出することができる。その検出された化学的
物性変化から物理的物性を推定し、圧電素子１６２の駆
動条件を最適化させることができる。その結果、図２９
に示したマイクロバルブ１６０は、定量ポンプや、また
はインクジェットヘッドのように一定量の液滴を吐出さ
せるデバイスにも適用することができる。The three-dimensional semiconductor element 167 disposed in the liquid chamber 161 can detect a change in chemical properties of the liquid in the liquid chamber 161 with time. The physical properties can be estimated from the detected change in the chemical properties, and the driving conditions of the piezoelectric element 162 can be optimized. As a result, FIG.
The microvalve 160 shown in (1) can also be applied to a metering pump or a device such as an inkjet head that discharges a fixed amount of droplets.

【０１９７】図３１に、図２９に示すマイクロバルブを
適用したインクジェットデバイスの概略断面図を示す。
図３１に示すインクジェットデバイス１７０は、圧電素
子１７２が取り付けられた液体室１７１と、液体室１７
１の流入口に接続された供給管１７３と、液体室１７１
の流出口に接続され、オリフィス１７５ａが形成された
吐出部１７５とを有する。液体室１７１の流入口には液
体室１７１の内側にのみ開く流入弁１７４ａ，１７４ｂ
が設けられ、液体室１６１の流出口には液体室１７１の
外側にのみ開く流出弁１７６ａ，１７６ｂが設けられて
いる。立体形半導体素子１７７は、液体室１７１内に固
定されている。FIG. 31 is a schematic sectional view of an ink jet device to which the microvalve shown in FIG. 29 is applied.
An ink jet device 170 shown in FIG. 31 includes a liquid chamber 171 to which a piezoelectric element 172 is attached, and a liquid chamber 17.
A supply pipe 173 connected to the inlet of the
And an ejection portion 175 in which an orifice 175a is formed. Inflow valves 174a and 174b that open only inside the liquid chamber 171 are provided at the inflow ports of the liquid chamber 171.
Outflow valves 176 a and 176 b that open only to the outside of the liquid chamber 171 are provided at the outlet of the liquid chamber 161. The three-dimensional semiconductor element 177 is fixed in the liquid chamber 171.

【０１９８】図３１に示すインクジェットデバイス１７
０の基本的な動作は、図３０に示したマイクロバルブ１
６０と同様であり、圧電素子１７２を駆動することで、
供給管１７３から供給された液体が、液体室１７１を経
由して、吐出部１７５のオリフィス１７５ａから液滴と
して吐出される。インクジェットデバイス１７０におい
ても、立体形半導体素子１７７での検知結果に基づいて
圧電素子１７２の駆動を最適化し、ひいては液滴の吐出
特性を最適化することができる。The ink jet device 17 shown in FIG.
The basic operation of the micro valve 1 shown in FIG.
60, and by driving the piezoelectric element 172,
The liquid supplied from the supply pipe 173 is discharged as liquid droplets from the orifice 175a of the discharge part 175 via the liquid chamber 171. In the ink jet device 170 as well, the driving of the piezoelectric element 172 can be optimized based on the detection result of the three-dimensional semiconductor element 177, and the discharge characteristics of the droplet can be optimized.

【０１９９】このように、本発明は、液体を取り扱うあ
らゆる装置において、その液体に関する情報を入手する
のに有効であるが、最も好ましいのは、上述した各実施
形態で説明したような、着脱可能に装着されたインクタ
ンクに収容されたインクをインクジェット記録ヘッドに
供給し、その記録ヘッドから噴射するインク滴で記録用
紙に印字するインクジェットプリンタに関してのインク
情報を検知し、インクジェットプリンタにその情報を伝
送して、最適な方法でプリンタを制御したり、タンク内
の状態を最適維持するのに適用する場合である。As described above, the present invention is effective for obtaining information on a liquid in any device that handles the liquid. However, the most preferable is the removable type as described in each of the above embodiments. Supplies the ink contained in the ink tank attached to the inkjet recording head to the inkjet recording head, detects ink information about the inkjet printer that prints on recording paper with ink droplets ejected from the recording head, and transmits the information to the inkjet printer. Then, the present invention is applied to control the printer in an optimal manner or to maintain the state in the tank optimally.

【０２００】また、上述した各実施形態では、インクタ
ンク、水管、あるいはマイクロバルブといった、液体を
取り扱う装置に立体形半導体素子を配した例を挙げて説
明したが、その立体形半導体素子の持つ機能をこれらの
装置に直接付与してもよい。Further, in each of the embodiments described above, an example is described in which a three-dimensional semiconductor element is provided in a device that handles liquid, such as an ink tank, a water pipe, or a microvalve. May be directly applied to these devices.

【０２０１】[0201]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
体（インク）に関する情報を入手する機能と、入手した
情報を外部に伝達する機能とを素子自体に作り込むこと
で、液体に関する情報の入手および外部への伝達を効率
的に行うことができる。特に、本発明の立体形半導体素
子をインクタンクに適用することで、立体形半導体素子
が入手した情報に基づいて記録ヘッドの駆動等を制御
し、高品位な記録を行うことができる。具体的には、イ
ンクタンクが別のものに換えられたり、異なる種類のイ
ンクが挿入されてもそれを検知することができ、また、
インクの粘度や表面張力の変化を推定し、その推定結果
に基づいて記録ヘッドの駆動条件を最適に制御し、安定
した吐出特性を保つことができる。As described above, according to the present invention, a function of obtaining information on liquid (ink) and a function of transmitting the obtained information to the outside are built in the element itself, thereby obtaining information on liquid. Can be obtained and transmitted to the outside efficiently. In particular, by applying the three-dimensional semiconductor element of the present invention to an ink tank, high-quality printing can be performed by controlling the driving of the recording head based on information obtained by the three-dimensional semiconductor element. Specifically, even if the ink tank is replaced by another one or a different type of ink is inserted, it can be detected,
It is possible to estimate changes in the viscosity and surface tension of the ink, optimally control the driving conditions of the recording head based on the estimation result, and maintain stable ejection characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施の形態による立体形半導体
素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロッ
ク構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a three-dimensional semiconductor device according to a first embodiment of the present invention and an exchange with the outside.

【図２】図１に示した立体形半導体素子の動作を説明す
るためのフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the three-dimensional semiconductor device shown in FIG.

【図３】本発明の立体形半導体素子の構成要素であるエ
ネルギー変換手段の電力発生原理を説明するための図で
ある。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of power generation by energy conversion means, which is a component of the three-dimensional semiconductor device of the present invention.

【図４】図１に示す立体形半導体素子を収容したインク
タンクの概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an ink tank containing the three-dimensional semiconductor element shown in FIG.

【図５】図３に示す発振回路からの出力を共振周波数と
振幅との関係で示す図である。5 is a diagram showing an output from the oscillation circuit shown in FIG. 3 in a relationship between a resonance frequency and an amplitude.

【図６】図３に示す発振回路からの出力の振幅のピーク
値とインクのｐＨとの関係を示す図である。6 is a diagram illustrating a relationship between a peak value of an amplitude of an output from the oscillation circuit illustrated in FIG. 3 and a pH of ink.

【図７】図４に示す浮遊型の立体形半導体素子の製造方
法の一例を説明するための一連の工程を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a series of steps for describing an example of a method of manufacturing the floating type three-dimensional semiconductor element shown in FIG.

【図８】本発明の立体形半導体素子に使用するＮ−ＭＯ
Ｓ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図であ
る。FIG. 8 shows an N-MO used in the three-dimensional semiconductor device of the present invention.
It is the typical sectional view cut so that an S circuit element might be cut longitudinally.

【図９】本発明の第２の実施の形態による立体形半導体
素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロッ
ク構成図である。FIG. 9 is a block diagram showing an internal configuration of a three-dimensional semiconductor device according to a second embodiment of the present invention and an exchange with the outside.

【図１０】図９に示した立体形半導体素子の動作を説明
するためのフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the three-dimensional semiconductor device shown in FIG.

【図１１】本発明の第３の実施の形態による立体形半導
体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロ
ック構成図である。FIG. 11 is a block diagram showing an internal configuration of a three-dimensional semiconductor device according to a third embodiment of the present invention and an exchange with the outside.

【図１２】インクタンクのインク中に浮遊させた図９の
構成の素子の位置を、インクの消費変化とともに示す図
である。FIG. 12 is a diagram showing the positions of the elements having the configuration shown in FIG. 9 floating in the ink in the ink tank together with changes in ink consumption.

【図１３】図９に示す構成の素子の位置を確認し、タン
ク交換の必要性を判断するためのフローチャートであ
る。13 is a flowchart for confirming the position of the element having the configuration shown in FIG. 9 and determining the necessity of tank replacement.

【図１４】本発明の第４の実施の形態の概念を説明する
ための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the concept of a fourth embodiment of the present invention.

【図１５】インクタンク内及びこれに接続したインクジ
ェットヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施
の形態を適宜組み合わせた立体形半導体素子を配置した
例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example in which a three-dimensional semiconductor element in which the first, second, or third embodiment is appropriately combined is disposed in an ink tank and an inkjet head connected to the ink tank.

【図１６】インクタンク内及びこれに接続したインクジ
ェットヘッド内にて、ある立体形半導体素子に供給した
起電力を情報とともに他の立体形半導体素子に順次伝達
する構成例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration example in which an electromotive force supplied to a certain three-dimensional semiconductor element is sequentially transmitted to another three-dimensional semiconductor element together with information in an ink tank and an inkjet head connected to the ink tank.

【図１７】本発明の立体形半導体素子を構成する情報入
手手段の一例であるイオンセンサを説明する図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an ion sensor which is an example of information obtaining means constituting the three-dimensional semiconductor device of the present invention.

【図１８】インク中の染料イオンの会合状態を説明する
図である。FIG. 18 is a diagram illustrating an association state of dye ions in ink.

【図１９】図１７に示すイオンセンサでの検知結果を出
力するための回路の一例を示す図である。19 is a diagram showing an example of a circuit for outputting a detection result of the ion sensor shown in FIG.

【図２０】本発明の種々の実施の形態による立体形半導
体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図で
ある。FIG. 20 is a diagram showing an example of an ink tank suitable for disposing a three-dimensional semiconductor element according to various embodiments of the present invention.

【図２１】本発明の種々の実施の形態による立体形半導
体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図で
ある。FIG. 21 is a diagram showing an example of an ink tank suitable for disposing a three-dimensional semiconductor element according to various embodiments of the present invention.

【図２２】本発明の種々の実施の形態による立体形半導
体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図で
ある。FIG. 22 is a diagram showing an example of an ink tank suitable for disposing a three-dimensional semiconductor device according to various embodiments of the present invention.

【図２３】本発明の種々の実施の形態による立体形半導
体素子を配するのに好適なインクタンクの例を示す図で
ある。FIG. 23 is a diagram showing an example of an ink tank suitable for disposing a three-dimensional semiconductor element according to various embodiments of the present invention.

【図２４】本発明の立体形半導体素子を備えたインクタ
ンクを搭載するインクジェット記録装置の一例の概略斜
視図である。FIG. 24 is a schematic perspective view of an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink tank provided with the three-dimensional semiconductor element of the present invention.

【図２５】図７で示す方法で製造した立体形半導体素子
が液体中で安定した状態を保持するための条件を説明す
るための図である。25 is a diagram for explaining conditions for maintaining a stable state in a liquid of the three-dimensional semiconductor element manufactured by the method shown in FIG. 7;

【図２６】本発明の立体形半導体素子に設けられる圧力
センサの構造の一例を説明する図である。FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a structure of a pressure sensor provided in the three-dimensional semiconductor element of the present invention.

【図２７】図２６に示すポリシリコン抵抗層からの出力
をモニタする回路の回路図である。FIG. 27 is a circuit diagram of a circuit for monitoring an output from the polysilicon resistance layer shown in FIG. 26.

【図２８】本発明の立体形半導体素子を配した水管の断
面図である。FIG. 28 is a sectional view of a water pipe provided with the three-dimensional semiconductor element of the present invention.

【図２９】本発明の立体形半導体素子を配したマイクロ
バルブの概略断面図である。FIG. 29 is a schematic sectional view of a microvalve provided with the three-dimensional semiconductor element of the present invention.

【図３０】図２９に示すマイクロバルブの動作を説明す
る図である。30 is a diagram illustrating the operation of the microvalve shown in FIG. 29.

【図３１】図２９に示すマイクロバルブを適用したイン
クジェットデバイスの概略断面図である。FIG. 31 is a schematic sectional view of an inkjet device to which the microvalve shown in FIG. 29 is applied.

【図３２】従来のインク残量検知装置の一例を示す図で
ある。FIG. 32 is a diagram illustrating an example of a conventional ink remaining amount detecting device.

【図３３】従来のインク残量検知装置の他の例を示す図
である。FIG. 33 is a diagram showing another example of the conventional ink remaining amount detecting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１１，２１，３１，７１，７９，８１，８２，８３，１
５３，１６７，１７７立体形半導体素子 １２，２２，３２ 起電力 １３，２３，３３ 電力 １４，２４，３４ エネルギー変換手段 １５，２５ 情報入手手段 １６，２６ 判断手段 １７，２７ 情報蓄積手段 １８，２８ 情報伝達手段 ２９ 受信手段 ３０ 入力信号 ３５ 浮力発生手段 ３６，５３，７４ インク供給口 ３７ 負圧発生部材 ３８，７３ インク ５０，７２，５０１，５１１，５２１，５３１ イン
クタンク ５０ａ 仕切壁 ５０ｂ 連通路 ５１ 負圧発生室 ５２ インク室 ７５ 液路 ７６ 液室 ７７ 吐出口 ７８ 記録ヘッド １０１，１５２ 外部共振回路 １０２ 発振回路 １５１ 水管 １６０ マイクロバルブ １６１，１７１ 液体室 １６２，１７２ 圧電素子 １６３ 流入管 １６４ａ，１６４ｂ，１７４ａ，１７４ｂ 流入弁 １６５ 流出管 １６６ａ，１６６ｂ，１７４ａ，１７４ｂ 流出弁 １７０ インクジェットデバイス １７３ 供給管 １７５ 吐出部 １７５ａ オリフィス ２０１，３０１ 球状シリコン ２０２ ＳｉＯ₂膜 ２０３ 開口 ２０４ 空洞部 ２０５ ＳｉＮ膜 ２０６ Ｃｕ膜 ２０７ 封止部材 ３００ イオンセンサ ３０２ インク感応膜 ３０３ ゲート絶縁膜 ３０４ａ ソース領域 ３０４ｂ ドレイン領域 ３０５ Ｐ型ウェル層 ３０６ 参照電極 ３０７ 間隙部 ６００ インクジェット記録装置 ６０１ ヘッドカートリッジ ６０７ キャリッジ ６２２ 外部エネルギー供給手段11, 21, 31, 71, 79, 81, 82, 83, 1
53,167,177 Three-dimensional semiconductor device 12,22,32 Electromotive force 13,23,33 Power 14,24,34 Energy conversion means 15,25 Information acquisition means 16,26 Judgment means 17,27 Information storage means 18,28 Information transmitting means 29 Receiving means 30 Input signal 35 Buoyancy generating means 36, 53, 74 Ink supply port 37 Negative pressure generating member 38, 73 Ink 50, 72, 501, 511, 521, 531 Ink tank 50a Partition wall 50b Communication path 51 Negative pressure generating chamber 52 Ink chamber 75 Liquid path 76 Liquid chamber 77 Discharge port 78 Recording head 101, 152 External resonance circuit 102 Oscillation circuit 151 Water pipe 160 Micro valve 161,171 Liquid chamber 162,172 Piezoelectric element 163 Inflow pipe 164a, 164b, 174a, 174b Inflow valve 165 Outflow pipe 16 a, 166b, 174a, 174b outflow valve 170 inkjet devices 173 supply pipe 175 discharging portion 175a orifices 201 and 301 spherical silicon 202 SiO ₂ film 203 opening 204 cavity 205 SiN film 206 Cu film 207 sealing member 300 ion sensor 302 ink sensitive Film 303 Gate insulating film 304a Source region 304b Drain region 305 P-type well layer 306 Reference electrode 307 Gap 600 Inkjet recording device 601 Head cartridge 607 Carriage 622 External energy supply means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｆ 23/76 Ｇ０１Ｎ 11/00 Ｚ Ｇ０１Ｎ 11/00 13/02 13/02 27/00 Ｚ 27/00 Ｇ０８Ｃ 19/12 27/414 Ｈ０１Ｌ 29/06 27/416 Ｇ０１Ｌ 9/04 １０１ Ｇ０８Ｃ 19/12 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０２Ｚ Ｈ０１Ｌ 29/06 Ｇ０１Ｎ 27/30 ３０１Ｚ // Ｇ０１Ｌ 9/04 １０１ ３０１Ｒ ３０１Ｕ 27/46 ３５３Ｚ ３５３Ｇ (72)発明者 斉藤 一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 望月 無我 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山口 孝明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 井上 良二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 石永 博之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA29 EB20 EB51 KC11 KC13 KC30 KD06 2F013 AA01 AB01 BC03 BD01 BD02 CA30 CB10 2F055 AA39 BB20 CC02 DD05 EE13 FF02 GG11 2F073 AA01 AB01 BB02 BC01 CC02 DD01 FF03 GG02 GG05 GG09 2G060 AA06 AE17 AE40 AF01 AF13 BA07 HC10 HC18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01F 23/76 G01N 11/00 Z G01N 11/00 13/02 13/02 27/00 Z 27/00 G08C 19/12 27/414 H01L 29/06 27/416 G01L 9/04 101 G08C 19/12 B41J 3/04 102Z H01L 29/06 G01N 27/30 301Z // G01L 9/04 101 301R 301U 27/46 353Z 353G (72) Inventor Ichiro Saito 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Mochizuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Takaaki Yamaguchi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Ryoji Inoue 3-30 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo No. Within Canon Inc. (72) Inventor Hiroyuki Ishinaga 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term within Canon Inc. (reference) 2C056 EA29 EB20 EB51 KC11 KC13 KC30 KD06 2F013 AA01 AB01 BC03 BD01 BD02 CA30 CB10 2F055 AA39 BB20 CC02 DD05 EE13 FF02 GG11 2F073 AA01 AB01 BB02 BC01 CC02 DD01 FF03 GG02 GG05 GG09 2G060 AA06 AE17 AE40 AF01 AF13 BA07 HC10 HC18

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 液体と接して配される立体形半導体素子
であって、 少なくとも前記液体の水素イオン濃度指数、濃度、密度
の一つを含む、前記液体の化学的物性の情報を入手する
情報入手手段と、 前記情報入手手段により入手された入手情報を外部へ表
示または伝達する情報伝達手段と、 外部から与えられるエネルギーを、前記情報入手手段お
よび前記情報伝達手段を動作させるための、前記エネル
ギーとは異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー
変換手段とを有する立体形半導体素子。1. A three-dimensional semiconductor element disposed in contact with a liquid, wherein information for obtaining information on chemical properties of the liquid, including at least one of a hydrogen ion concentration index, a concentration, and a density of the liquid. Obtaining means, information transmitting means for displaying or transmitting the obtained information obtained by the information obtaining means to the outside, and energy supplied from outside, the energy for operating the information obtaining means and the information transmitting means. A three-dimensional semiconductor device having energy conversion means for converting the energy into a different type of energy. 【請求項２】 前記入手情報と比較するための情報を蓄
積する情報蓄積手段と、 前記入手情報とこれに対応する前記情報蓄積手段に蓄積
された情報とを比較し、外部への情報伝達の必要性を判
断する判断手段とを更に有し、 前記情報伝達手段は、前記判断手段にて情報伝達が必要
と判断された場合に、前記入手情報を外部へ表示または
伝達し、 前記情報蓄積手段および前記判断手段は、前記エネルギ
ー変換手段で変換されたエネルギーによって作動する、
請求項１に記載の立体形半導体素子。2. An information storage unit for storing information for comparison with the obtained information, and comparing the obtained information with information stored in the information storage unit corresponding to the obtained information, and transmitting information to the outside. A determination unit for determining necessity; wherein the information transmission unit displays or transmits the obtained information to the outside when the determination unit determines that information transmission is necessary; And the determining means operates by the energy converted by the energy converting means,
The three-dimensional semiconductor device according to claim 1. 【請求項３】 前記入手情報と比較するための情報を蓄
積する情報蓄積手段と、 外部からの信号を受信する受信手段と、 前記受信手段で受信した信号に応じて前記情報入手手段
に前記容器に収容された液体に関する情報を入手させ、
前記入手情報とこれに対応する前記情報蓄積手段に蓄積
された情報とを比較し、前記入手情報が所定の条件を満
たすか否か判断する判断手段とを更に有し、 前記情報伝達手段は、少なくとも前記判断手段による判
断結果を外部へ表示または伝達し、 前記情報蓄積手段、前記受信手段、および前記判断手段
は、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーに
よって作動する、請求項１に記載の立体形半導体素子。3. An information storage means for storing information for comparison with the obtained information; a receiving means for receiving an external signal; and a container provided to the information obtaining means in accordance with the signal received by the receiving means. To obtain information about the liquid contained in
Comparing the obtained information and the information stored in the information storage unit corresponding to the obtained information, further comprising: a determination unit that determines whether the obtained information satisfies a predetermined condition. The three-dimensional object according to claim 1, wherein at least a result of the determination by the determination unit is externally displayed or transmitted, and the information storage unit, the reception unit, and the determination unit are operated by the energy converted by the energy conversion unit. Semiconductor device. 【請求項４】 前記エネルギー変換手段は、外部に配さ
れた共振回路との間で電磁誘導による誘導起電力で電力
を発生させる発振回路を有する、請求項１ないし３のい
ずれか１項に記載の立体形半導体素子。4. The energy conversion means according to claim 1, wherein said energy conversion means has an oscillation circuit for generating electric power by induced electromotive force generated by electromagnetic induction between the energy conversion means and an externally disposed resonance circuit. Three-dimensional semiconductor device. 【請求項５】 前記液体に関する情報は前記発振回路か
らの出力の変化で与えられる、請求項４に記載の立体形
半導体素子。5. The three-dimensional semiconductor device according to claim 4, wherein the information on the liquid is given by a change in an output from the oscillation circuit. 【請求項６】 液体表面もしくは液中に浮遊して配置さ
れ、前記液体表面もしくは液中に浮遊させるための空洞
部を有する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の
立体形半導体素子。6. The three-dimensional semiconductor device according to claim 1, wherein the three-dimensional semiconductor device is arranged so as to float on a liquid surface or in a liquid, and has a cavity for floating in the liquid surface or in the liquid. . 【請求項７】 液体を収容する容器内に配され、前記情
報入手手段は前記容器内での液体の残量を検出する手段
である、請求項６に記載の立体形半導体素子。7. The three-dimensional semiconductor device according to claim 6, wherein the three-dimensional semiconductor device is arranged in a container for storing a liquid, and the information obtaining unit is a unit for detecting a remaining amount of the liquid in the container. 【請求項８】 前記情報入手手段は液体のイオン濃度を
検出する手段である、請求項１ないし６のいずれか１項
に記載の立体形半導体素子。8. The three-dimensional semiconductor device according to claim 1, wherein said information obtaining means is means for detecting an ion concentration of a liquid. 【請求項９】 前記情報入手手段はイオンセンサであ
る、請求項８に記載の立体形半導体素子。9. The three-dimensional semiconductor device according to claim 8, wherein said information obtaining means is an ion sensor. 【請求項１０】 前記情報入手手段はイオン選択性電界
効果トランジスタである、請求項８に記載の立体形半導
体素子。10. The three-dimensional semiconductor device according to claim 8, wherein said information obtaining means is an ion selective field effect transistor. 【請求項１１】 インクを吐出する吐出ヘッドに供給す
るインクを収容し、かつ、請求項１ないし５のいずれか
１項に記載の少なくとも一つの立体形半導体素子が前記
インクに接して配されているインクタンク。11. An ink supply device for accommodating an ink to be supplied to a discharge head for discharging the ink, wherein at least one three-dimensional semiconductor element according to claim 1 is arranged in contact with the ink. Ink tank. 【請求項１２】 前記立体形半導体素子は、インク表面
もしくはインク中に浮遊して配置され、前記情報入手手
段はインク残量を検出する手段である、請求項１１に記
載のインクタンク。12. The ink tank according to claim 11, wherein the three-dimensional semiconductor element is arranged floating on the ink surface or in the ink, and the information obtaining means is means for detecting the remaining amount of the ink. 【請求項１３】 前記情報入手手段はインクのイオン濃
度を検出する手段である、請求項１１に記載のインクタ
ンク。13. The ink tank according to claim 11, wherein said information obtaining means is means for detecting an ion concentration of the ink. 【請求項１４】 前記情報入手手段はイオンセンサであ
る、請求項１３に記載のインクタンク。14. The ink tank according to claim 13, wherein said information obtaining means is an ion sensor. 【請求項１５】 前記情報入手手段はイオン選択性電界
効果トランジスタである、請求項１３に記載のインクタ
ンク。15. The ink tank according to claim 13, wherein said information obtaining means is an ion selective field effect transistor. 【請求項１６】 インクを吐出する吐出ヘッドに供給す
るインクを収容するインクタンクであって、 少なくとも前記インクの水素イオン濃度指数、濃度、密
度の一つを含む、前記インクの化学的物性の情報を入手
する情報入手手段と、 前記情報入手手段により入手された入手情報を外部へ表
示または伝達する情報伝達手段と、 外部から与えられるエネルギーを、前記情報入手手段お
よび前記情報伝達手段を動作させるための、前記エネル
ギーとは異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー
変換手段とを有するインクタンク。16. An ink tank for storing ink to be supplied to a discharge head that discharges ink, wherein information on chemical properties of the ink including at least one of a hydrogen ion concentration index, a concentration, and a density of the ink. Information obtaining means for obtaining information obtained by the information obtaining means, information transmitting means for displaying or transmitting the obtained information obtained by the information obtaining means to the outside, and operating the information obtaining means and the information transmitting means by applying energy given from outside. An energy conversion means for converting the energy into a different kind of energy from the above energy. 【請求項１７】 前記入手情報と比較するための情報を
蓄積する情報蓄積手段と、 前記入手情報とこれに対応する前記情報蓄積手段に蓄積
された情報とを比較し、外部への情報伝達の必要性を判
断する判断手段とを更に有し、 前記情報伝達手段は、前記判断手段にて情報伝達が必要
と判断された場合に、前記入手情報を外部へ表示または
伝達し、 前記情報蓄積手段および前記判断手段は、前記エネルギ
ー変換手段で変換されたエネルギーによって作動する、
請求項１６に記載のインクタンク。17. An information storage unit for storing information for comparison with the obtained information, and comparing the obtained information with information stored in the information storage unit corresponding to the obtained information, and transmitting information to the outside. A determination unit for determining necessity; wherein the information transmission unit displays or transmits the obtained information to the outside when the determination unit determines that information transmission is necessary; And the determining means operates by the energy converted by the energy converting means,
The ink tank according to claim 16. 【請求項１８】 前記入手情報と比較するための情報を
蓄積する情報蓄積手段と、 外部からの信号を受信する受信手段と、 前記受信手段で受信した信号に応じて前記情報入手手段
に前記インクに関する情報を入手させ、前記入手情報と
これに対応する前記情報蓄積手段に蓄積された情報とを
比較し、前記入手情報が所定の条件を満たすか否か判断
する判断手段とを更に有し、 前記情報伝達手段は、少なくとも前記判断手段による判
断結果を外部へ表示または伝達し、 前記情報蓄積手段、前記受信手段、および前記判断手段
は、前記エネルギー変換手段で変換されたエネルギーに
よって作動する、請求項１６に記載のインクタンク。18. An information storage unit for storing information for comparison with the obtained information, a receiving unit for receiving a signal from the outside, and the information obtaining unit receiving the ink in accordance with the signal received by the receiving unit. And information comparing the obtained information with the information stored in the information storage means corresponding to the obtained information, and determining whether the obtained information satisfies a predetermined condition. The information transmission means displays or transmits at least a result of the determination by the determination means to the outside, and the information storage means, the reception means, and the determination means operate with the energy converted by the energy conversion means. Item 17. An ink tank according to item 16. 【請求項１９】 前記エネルギー変換手段は、外部に配
された共振回路との間で電磁誘導による誘導起電力で電
力を発生させる発振回路を有する、請求項１６ないし１
８のいずれか１項に記載のインクタンク。19. The energy conversion device according to claim 16, wherein said energy conversion means has an oscillation circuit for generating electric power with an induced electromotive force generated by electromagnetic induction between the energy conversion means and an externally disposed resonance circuit.
9. The ink tank according to any one of 8. 【請求項２０】 前記液体に関する情報は前記発振回路
からの出力の変化で与えられる、請求項１９に記載のイ
ンクタンク。20. The ink tank according to claim 19, wherein the information on the liquid is given by a change in an output from the oscillation circuit. 【請求項２１】 インクを吐出する吐出ヘッドと、前記
吐出ヘッドに供給するインクを収容している請求項１１
ないし２０のいずれか１項に記載のインクタンクとを搭
載するインクジェット記録装置。21. An ejection head for ejecting ink, and containing ink to be supplied to the ejection head.
An ink jet recording apparatus comprising the ink tank according to any one of claims 20 to 20. 【請求項２２】 液体に関する情報を入手する情報入手
手段と、 前記情報入手手段により入手された入手情報を外部へ表
示または伝達する情報伝達手段と、 外部から与えられるエネルギーを、前記情報入手手段お
よび前記情報伝達手段を動作させるための、前記エネル
ギーとは異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー
変換手段と、 を有する、液体と接して配される立体形半導体素子を用
いて、前記液体の変化情報を入手する情報入手方法。22. An information obtaining means for obtaining information on a liquid, an information transmitting means for displaying or transmitting the obtained information obtained by the information obtaining means to the outside, An energy conversion means for converting the energy into a different kind of energy for operating the information transmission means, and having a three-dimensional semiconductor element disposed in contact with the liquid, the change information of the liquid being How to get information. 【請求項２３】 前記情報入手手段は、少なくとも液体
の水素イオン濃度指数、濃度、密度の一つを含む液体の
化学的物性の変化情報を入手することを特徴とする、請
求項２２に記載の情報入手方法。23. The liquid crystal display according to claim 22, wherein the information obtaining means obtains information on a change in chemical properties of the liquid including at least one of a hydrogen ion concentration index, a concentration, and a density of the liquid. How to get information. 【請求項２４】 液体に関する情報を入手する情報入手
手段と、 前記情報入手手段から入手した情報と予め記憶されてい
るデータテーブルに基づいて液体の物性変化を判断する
判断手段と、 前記判断手段による情報を外部へ表示または伝達する情
報伝達手段と、外部から与えられるエネルギーを、前記
情報入手手段、前記判断手段および前記情報伝達手段を
動作させるための、前記エネルギーとは異なる種類のエ
ネルギーに変換させるエネルギー変換手段と、 を有する、液体と接して配される立体形半導体素子を用
いて、液体の物性変化を判断する判断方法。24. An information obtaining means for obtaining information on the liquid, a determining means for determining a change in the physical properties of the liquid based on the information obtained from the information obtaining means and a data table stored in advance. An information transmitting means for displaying or transmitting information to the outside, and converting energy supplied from the outside into energy of a different type from the energy for operating the information obtaining means, the determining means and the information transmitting means. A method for determining a change in physical properties of a liquid by using a three-dimensional semiconductor element disposed in contact with a liquid, the method including: an energy conversion unit. 【請求項２５】 前記情報入手手段は、液体の化学的物
性の変化情報を入手し、前記液体の化学的物性の変化情
報から前記データテーブルより液体の物理的物性値の変
化を推定して情報伝達の必要性を判断する、請求項１９
に記載の判断方法。25. The information obtaining means obtains information on a change in a chemical property of a liquid, estimates information on a change in a physical property value of the liquid from the data table from the change information on the chemical property of the liquid, and obtains the information. 20. Determine the need for communication.
Judgment method described in. 【請求項２６】 前記液体の化学的物性の変化情報は、
少なくとも液体の水素イオン濃度指数、濃度、密度の一
つを含む、請求項２５に記載の判断方法。26. The information on changes in chemical properties of the liquid,
26. The determination method according to claim 25, comprising at least one of a hydrogen ion concentration index, a concentration, and a density of the liquid. 【請求項２７】 前記液体の物理的物性は、少なくとも
液体の粘度、表面張力の一つを含む、請求項２５または
２６に記載の判断方法。27. The method according to claim 25, wherein the physical properties of the liquid include at least one of viscosity and surface tension of the liquid. 【請求項２８】 前記判断手段は、前記情報入手手段か
ら入手した情報と前記予め記憶されているデータテーブ
ルとを比較し、情報伝達の必要性を判断する、請求項２
４ないし２７のいずれか１項に記載の判断方法。28. The information processing apparatus according to claim 2, wherein the determining unit compares information obtained from the information obtaining unit with the data table stored in advance to determine necessity of information transmission.
28. The determination method according to any one of 4 to 27. 【請求項２９】 液体に関する情報を経時的に入手し、
前記液体に関する情報の経時的変化情報から液体の変化
量を推定する判断方法であって、 前記液体に関する異常な変化情報を判断する判断方法。29. Obtaining information about a liquid over time,
A determination method for estimating a change amount of a liquid from information on a temporal change of information on the liquid, wherein a determination method of determining abnormal change information on the liquid.