專利名稱：固體半導體元件、帶有該元件的墨水盒、以及它們的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有探測環(huán)境信息、并將該信息向外部傳遞/顯示或根據(jù)該信息對環(huán)境進行調(diào)節(jié)的功能的半導體元件，還涉及用這種半導體元件獲取液體信息、并識別液體的物理性能變化的方法。
此外，本發(fā)明還涉及一種具有探測墨水盒內(nèi)部信息(例如，墨水殘余量、壓力等等)、并將該信息向外部傳遞/顯示的功能的設(shè)備；一種具有根據(jù)該信息對環(huán)境進行調(diào)節(jié)的功能的設(shè)備；一種裝有該元件的墨水盒；和一種帶有該墨水盒的噴墨記錄設(shè)備，該噴墨記錄設(shè)備例如是傳真機、打印機和復印機，其中墨水盒可拆卸地安裝在噴墨記錄設(shè)備上。
背景技術(shù)：
在通過位于記錄頭中的若干噴嘴而噴射墨水的傳統(tǒng)噴墨記錄設(shè)備中，其上安裝有記錄頭的滑架相對于記錄載體進行掃描，并以點狀圖案的形式形成圖象；安置裝有記錄墨水的墨水盒，該墨水盒中的墨水通過供墨路徑而被提供給記錄頭。這里，用于探測墨水盒中的墨水殘余量的探測裝置被實際使用，并且已經(jīng)存在各種不同的設(shè)計。
例如，如圖1所示，日本專利申請No.6-143607中所公開的一種裝置包括兩個(一對)放置于墨水盒701的內(nèi)底表面上的電極702，該墨水盒701中裝有非導電性墨水，一個浮動元件703在墨水盒701中浮在墨水表面上。兩個電極702與一個用于探測這兩電極之間的導電狀態(tài)的探測器(未示出)相連接。此外，在浮動元件703上，電極704被設(shè)置在電極702的對面。當墨水盒701中的墨水被消耗時，浮動元件703的位置下降，電極704接觸電極702。于是，該探測器探測出電極702之間的導電狀態(tài)。由此可探測出墨水盒701中沒有墨水，并且停止噴墨記錄頭705的操作。
此外，在日本專利No.2947245中，公開了一種噴墨打印機的墨水盒805。如圖2所示，該墨水盒的下部成漏斗狀，漏斗的方向朝向該墨水盒的底部，在該底表面上安裝有兩個導體801、802，一金屬球804被放置在該墨水盒中，所述金屬球804的比重小于墨水803的比重。在這種情況下，當墨水803被消耗而減少時，墨水803的液體表面降低。因此，浮在墨水803表面上的金屬球804的位置降低。當墨水803的液體表面降低至達到墨水盒殼體的底面時，該金屬球804接觸兩個導體801、802。于是導體801、802成為導通的，在它們之間形成電流。當探測到所述電流時，就可探測到墨水用完了的狀態(tài)。當探測到墨水用完了的狀態(tài)時，使用者便被顯示墨水用完狀態(tài)的信息所告知。
在上述任一種結(jié)構(gòu)中，通過探測放置于墨水盒中的電極之間是否導電來探測墨水的有無。因此，需要在墨水盒中放置探測電極。此外，當墨水盒中有墨水時，要防止電流通過墨水而在電極之間流動。因此，在墨水的組份中不能使用金屬離子，或者在使用墨水時對墨水進行其它限制。
此外，在上述結(jié)構(gòu)中，只能探測到墨水是否存在，而不能將墨水盒內(nèi)部的其它信息通知給外部。例如，墨水的殘余量、墨水盒中的壓力信息、墨水的物理性能變化等此類信息對于噴墨頭以穩(wěn)定的噴墨量進行穩(wěn)定操作是重要的參數(shù)。人們需要墨水盒具有這樣一種功能，即，通過這種功能，使得外部的噴墨記錄裝置能夠被告知隨著墨水盒中墨水的實時的消耗而產(chǎn)生的墨水盒內(nèi)部壓力的不斷變化，或墨水的物理性能的變化可被傳遞給外部。
進一步說，人們還需要墨水盒具有這樣一種功能，即，通過這種功能，所探測到的墨水盒中的信息被單方向地傳遞給外部，并且，響應外部的要求，內(nèi)部信息可雙向交換。
為了改進上述墨水盒，本發(fā)明的發(fā)明人等人已經(jīng)提出了一種球狀半導體，這種球狀半導體由Ball Semiconductor有限公司制造，用以在直徑為1毫米的硅球的球面上形成半導體集成電路。這個球狀半導體為球形。因此，當墨水盒中裝有該半導體時，可以以一種平面形狀有效地進行對環(huán)境信息的探測以及與外部的雙向信息交換。然而，當檢索具有這種功能的半導體時，僅發(fā)現(xiàn)該球狀半導體通過電線等類似物而彼此連接的技術(shù)(見美國專利US5877943)。因此需要改進具有上述功能的元件本身。此外，為了有效地將該元件裝到墨水盒中，還存在下列問題。
首先，要施加用于激勵裝在墨水盒中的元件的能量。當將用于啟動該元件的電源設(shè)置在墨水盒中時，墨水盒的尺寸要加大。在將該電源放置在墨水盒外部時，還需要有用于將電源連接到所述元件上的裝置。墨水盒的制造費用增加；墨盒架變得昂貴；必須以非接觸的方式從外部啟動所述元件。
第二，該元件有時必須浮在墨水盒中的墨水表面上或處在墨水中與液體表面相距一給定的距離的地方。例如，為了監(jiān)測負壓值隨著時間、隨著墨水盒中墨水的消耗而產(chǎn)生的變動，最好將該元件定位在墨水的表面。然而，由于該元件是由比重大于水的硅形成的，所以一般很難讓該元件浮在墨水中。
第三，在彩色打印機中，要求根據(jù)外部的詢問而對相應的墨水盒單獨地和獨立地獲得相應墨水盒的內(nèi)部信息，并傳遞這一信息。
第四，在實際使用的噴墨頭中的一種模式的墨水盒中，容器被分成第一腔室和第二腔室，在第一腔室中，安裝了一種在與大氣相連通的狀態(tài)下用于根據(jù)噴墨記錄頭而產(chǎn)生所需負壓的多孔的或纖維性的負壓生成件；第二腔室中實際上裝有記錄液體。在壁的底部設(shè)置有一連通通道，用于將容器中的第一和第二腔室隔開。這個墨水盒的儲墨量很大，并且，與只有一個腔室(其中裝有負壓生成件)的墨水盒結(jié)構(gòu)相比，該墨水盒還可以使噴墨記錄頭的負壓穩(wěn)定。因此，特別是對墨水盒有這樣的要求，即要求墨水盒具備以下功能在上述兩腔室的墨水盒結(jié)構(gòu)中，諸如墨水盒中的墨水殘余量、墨水的物理性能變化、內(nèi)壓狀態(tài)等信息可與外部進行雙向交換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固體半導體元件，該元件可以非常有效地探測有關(guān)液體的信息，并與外部雙向交換該信息。
本發(fā)明的另一目的是提供一種固體半導體元件，該元件實時地探測墨水盒中的詳細信息，并可與外部的噴墨記錄裝置雙向交換這些信息。本發(fā)明的另一個目的還在于提供一種安裝有該半導體元件的墨水盒和具有這種墨水盒的噴墨記錄裝置。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種可實時地探測墨水盒中墨水的狀態(tài)變化(PH值的變化、濃度的變化、密度的變化)的方法。此外，提供一種在向噴墨頭供墨的情況下向外部顯示該裝置不能在噴墨頭中使用并限制該裝置的使用的方法。
另外，如果探測到了密度的變化，則墨水的粘度和表面張力值也可被計算出來。因此，本發(fā)明的另一個目的還在于提供一種設(shè)定最佳的噴墨頭驅(qū)動條件并保持穩(wěn)定的噴射性能的方法。
此外，本發(fā)明的一個目的是提供一種其上安裝有固體半導體元件的液體容器，在所述容器中，液體的物化性能的信息(PH值的變化、濃度的變化、密度的變化)以及物理性能的信息(液體的粘度、表面張力、負壓值)被探測，所探測到的信息可與外部進行雙向交換，并且可對墨水盒的內(nèi)部狀態(tài)進行調(diào)節(jié)(負壓調(diào)節(jié))；本發(fā)明的一個目的還在于提供一種裝有上述液體容器的噴墨記錄裝置。
為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，所提供的固體半導體元件放置在與液體相接觸的地方，該元件包括信息獲取(傳遞)部件，它用于獲取液體的化學性能信息，所述液體的化學性能信息至少包括氫離子濃度的指示、液體的濃度和液體的密度這些信息之一；信息傳遞部件，它用于向外部顯示或傳遞所獲取的信息；能量轉(zhuǎn)換部件，它用于將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成不同形式的能量，以操縱上述信息獲取部件和信息傳遞部件。
本發(fā)明的這種固體半導體元件作為一個物件被放置在與液體相接觸的地方，從該物件上將能夠獲取所述信息。在這種情況下，該信息獲取部件獲取有關(guān)液體的信息，信息傳遞部件將該信息傳遞到外部。操縱信息獲取部件和信息傳遞部件所需要的能量是通過用能量轉(zhuǎn)換部件將來自外部的能量轉(zhuǎn)換成不同形式的能量而獲得的。由于該固體半導體元件具有以上述這種方式獲取有關(guān)液體信息和向外部傳遞該信息的功能，所以可以三維地獲取和傳遞這些信息。因此，與使用二維的半導體元件相比較，由于對獲取和傳遞信息的方向沒有限制，所以可有效地獲取并向外部傳遞有關(guān)液體的信息。
該元件還包括信息存儲部件，它用于存儲與所獲取的信息相比較的信息；該元件還包括識別部件，它用于將存儲在信息存儲部件中的信息與由信息獲取部件獲取的信息相比較，以判定是否需要向外部傳遞信息。因此，如果需要就向外部傳遞所獲取的信息。進一步說，當附加一個用于接收來自外部的信號的接收部件時，則根據(jù)所接收的外部信號而獲取信息，把與所存儲的信息相比較的結(jié)果和所獲取的信息一起傳遞到外部，并且，就外部裝置而言，該信號可進行雙向傳遞/接收。
有關(guān)液體的信息的例子包括液體的PH值、液體的壓力，當液體裝在容器中時還包括液體在容器中的殘余量。為獲得液體殘余量，最好將該固體半導體元件浮在液體表面上或放在液體中，這種結(jié)構(gòu)也可以包括中空部。
本發(fā)明的固體半導體元件最好是在噴墨記錄領(lǐng)域用于獲取有關(guān)記錄墨水的信息。該記錄墨水一般是裝在墨水盒中。當要進行高質(zhì)量的記錄時，獲取有關(guān)墨水盒中墨水的信息是十分重要的。
因此，本發(fā)明的墨水盒盛裝將要被提供給噴墨頭的墨水，所述噴墨頭用于排出墨水；本發(fā)明的固體半導體元件放置在與墨水接觸的地方。固體半導體元件的數(shù)量可以是一個或多個。當設(shè)置若干個固體半導體元件時，各個元件可獲取不同的信息，或與另一個元件交換信息。
此外，按照本發(fā)明，所提供的墨水盒盛裝將要被提供給噴墨頭的墨水，所述噴墨頭用于噴射墨水；該墨水盒包括信息獲取部件，它用于獲取墨水的化學性能信息，所述墨水的化學性能信息至少包括氫離子濃度的指示、墨水的濃度和墨水的密度這些信息之一；信息傳遞部件，它用于向外部顯示或傳遞所獲取的信息；能量轉(zhuǎn)換部件，它用于將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成不同形式的能量，以操縱上述信息獲取部件和信息傳遞部件。
本發(fā)明的噴墨記錄裝置上裝有用于噴射墨水的噴墨頭，本發(fā)明的墨水盒中裝有將會提供給噴墨頭的墨水。
按照本發(fā)明，提供一種用所設(shè)置的與液體相接觸的固體半導體元件來獲取液體變化信息的方法，所述元件包括用于獲取關(guān)于液體的信息的信息獲取部件；用于向外部顯示或傳遞由信息獲取部件獲取的信息的信息傳遞部件；用于把從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成不同形式的能量、以操縱上述信息獲取部件和信息傳遞部件的能量轉(zhuǎn)換部件。
進一步說，按照本發(fā)明，提供一種用所設(shè)置的與液體相接觸的固體半導體元件來判斷液體的物理性能的變化的方法，所述元件包括用于獲取關(guān)于液體的信息的信息獲取部件；用于根據(jù)由信息獲取部件獲取的信息和預先存儲的數(shù)據(jù)表來鑒別液體的物理性能的變化的識別部件；用于向外部顯示或傳遞由所述識別部件獲取的信息的信息傳遞部件；用于把從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成不同形式的能量、以操縱上述信息獲取部件、識別部件和信息傳遞部件的能量轉(zhuǎn)換部件。
按照上述方法，可隨時探測到液體的物理性能的變化。例如，當使用中產(chǎn)生不利的情況時，這一情況被通知到外部，以限制使用。特別是對于墨水盒的使用，測定液體墨水的粘度和表面張力的變化值，并且可設(shè)定最佳的記錄頭驅(qū)動條件。
進一步說，按照本發(fā)明，提供一種實時地獲取有關(guān)液體的信息、并從顯示有關(guān)液體的信息實時的變化的信息中計算液體的變化值的鑒別方法，其中，對于有關(guān)液體的異常變化的信息進行識別。
例如，裝在墨水盒中的墨水通常是隨著墨水的消耗而呈線性減少，但也會因為再補充墨水而快速增加，或墨水的成份發(fā)生變化。這可以按照上述方法作為異常變化信息進行判斷。
為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，所提供的固體半導體元件包括用于以非接觸方式從外部接收電磁波信號、并通過電磁感應將該電磁波信號轉(zhuǎn)換成電能的接收和能量轉(zhuǎn)換部件；用于獲取外部環(huán)境信息的信息獲取部件；用于存儲與由信息獲取部件獲取的信息相比較的信息的信息存儲部件；識別部件，它用于將由信息獲取部件獲取的信息與存儲在信息存儲部件中的相應信息進行比較，從而在由接收和能量轉(zhuǎn)換部件所接收的電磁波信號滿足預定的感應條件時判別是否需要進行信息傳遞；信息傳遞部件，它用于在識別部件判斷需要進行信息傳遞時向外部顯示或傳遞由信息獲取部件獲取的信息。信息獲取部件、信息存儲部件、識別部件以及信息傳遞部件都是借助于由接收和能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的電能來操縱的。
電磁感應頻率或交流協(xié)議可作為感應條件加以應用。
對于信息傳遞部件而言，由接收和能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的電能設(shè)想為被轉(zhuǎn)換成磁場、光、波形、顏色、無線電波、或聲音，作為向外部顯示或傳遞信息的能量。
可采用這樣的接收和能量轉(zhuǎn)換部件，即它具有導電線圈和振蕩電路，用于通過外部諧振電路的電磁感應產(chǎn)生電能。
在這種情況下，導線線圈優(yōu)選這樣形成，即卷繞在固體半導體元件的外表面上。
而且，該元件優(yōu)選包括一個用來漂浮在所述液體表面或液體預定位置上的中空部。在這種情況下，漂浮在液體中的固體半導體元件的重力中心位于該元件中心的下方。該漂浮的元件優(yōu)選穩(wěn)定地擺動而不會在液體中旋轉(zhuǎn)。該固體半導體元件的穩(wěn)心(定傾中心)優(yōu)選固定不變地位于該固體半導體元件的重力中心上方。
此外，按照本發(fā)明，提供了一個至少設(shè)置一個固體半導體元件的墨水盒。
在這種情況下，該固體半導體元件的響應條件隨墨水盒中墨水的不同而不同。具體地說，該固體半導體元件的響應條件隨墨水盒中墨水的顏色，水彩色材料的濃度或墨水的物理性能的不同而不同。
此外，按照本發(fā)明，提供了一個設(shè)置有多個墨水盒的噴墨記錄設(shè)備。
在這種情況下，該噴墨記錄設(shè)備優(yōu)選包括交流部件，用來相對于每個墨水盒中的固體半導體元件傳遞/接收電磁波。而且，可采用具有發(fā)出電磁波的諧振電路的交流部件。
而且，按照本發(fā)明，提供了一個采用了固體半導體元件的交流系統(tǒng)，它包括許多液體容器，其中分別設(shè)置有所述固體半導體元件；一個振蕩電路，它形成在所述固體半導體元件中并設(shè)有一個導電線圈；信息獲取部件，它用于獲取所述容器內(nèi)的信息；接收部件，它用于接收來自外部的信號；信息交流部件，它用于當預定響應條件滿足時，向外部傳遞信息；一個外部諧振電路，它設(shè)置在所述許多液體容器的外部，并相對于所述固體半導體元件的振蕩電路通過電磁感應產(chǎn)生電能；外部交流部件，它用于與所述固體半導體元件的接收部件和信息交流部件進行雙向交流。
在這種情況下，響應條件允許電磁感應或交流協(xié)議隨每個容器的不同而不同。
此外，漂浮在液體中的固體半導體元件的重力中心位于該元件中心的下方，并且該漂浮元件優(yōu)選穩(wěn)定地擺動而不會在液體中旋轉(zhuǎn)。該固體半導體元件的穩(wěn)心優(yōu)選固定不變地位于該固體半導體元件的重力中心上方。
如上所述，當電磁波的信號以非接觸的方式從外部被施加到固體半導體元件上時，接收和能量轉(zhuǎn)換部件將電磁波轉(zhuǎn)換成電能，而信息獲取部件、識別部件、信息儲存部件和信息傳遞部件被轉(zhuǎn)換的電能啟動。該識別部件允許當被接收和能量轉(zhuǎn)換部件接收的電磁波信號滿足預定的響應條件時，信息獲取部件獲取元件的環(huán)境信息，將獲取的信息與儲存在信息儲存部件中相應的信息相比較，并判定是否需要進行信息傳遞。而且，當判斷出信息的傳遞是必要的時，識別部件允許信息傳遞部件向外部傳遞所獲取的信息。
這樣一來，由于僅當來自外部的電磁波信號滿足預定的響應條件時，固體半導體元件具有獲取環(huán)境信息并將信息傳遞到外部的功能，所以各元件的環(huán)境信息是單獨被獲取的。而且，由于信息可三維地被獲取/傳遞，所以當與平面半導體元件的使用相比較時，信息傳遞的方向是極少被限制的。因此，環(huán)境信息可被有效地獲取并傳遞到外部。
而且，由于至少一個固體半導體元件設(shè)置在墨水盒中，有關(guān)包含在墨水盒中的墨水、墨水盒中的壓力等等的信息可被實時地傳遞到外部，例如被傳遞到噴墨記錄設(shè)備上。例如，這在通過控制墨水盒中的負壓量穩(wěn)定地進行墨水噴射中是有利的，負壓量是隨墨水的消耗量而時刻變化的。
特別地，對于許多分別設(shè)置有固體半導體元件的墨水盒來說，僅當接收的電磁波信號滿足預定的響應條件時，信息響應接收的信號而被獲取，并且?guī)в袃Υ娴男畔⒌谋容^/識別結(jié)果被連同所獲取的信息傳遞到外部。因此，當響應條件相對于每個墨水盒改變時，各墨水盒的信息可單獨地獲得。因此，用戶可毫無錯誤地替換用完墨水的墨水盒。
而且，操縱固體半導體元件的電能是以非接觸的方式在結(jié)構(gòu)中輸送的。因此，沒有必要設(shè)置啟動墨水盒中該元件的電源，或者將供電線連接到該元件上。該結(jié)構(gòu)可用在難于將電線直接與外部相連的空間中。
例如，當振蕩電路的導電線圈卷繞在固體半導體元件的外表面上時，電能相對于外部諧振電路通過電磁感應在導電線圈中產(chǎn)生，并且電能可以非接觸的方式被輸送到元件上。
在這種情況下，由于線圈卷繞在該元件的外表面上，所以線圈磁感的大小根據(jù)墨水盒中的墨水殘余量、墨水濃度和墨水PH值而改變。因此，由于振蕩電路的振蕩頻率根據(jù)感應的變化而改變，所以墨水盒中墨水的殘余量等等可在振蕩頻率的改變的基礎(chǔ)上得到探測。
而且，由于固體半導體元件具有用于漂浮在液體中的中空部，并且該元件的重力中心位于該元件中心的下方，所以例如，安裝在噴墨記錄設(shè)備上的記錄頭和墨水盒連續(xù)地操作。即便當墨水盒中的墨水垂直地和水平地擺動時，該元件穩(wěn)定地漂浮在墨水盒中的墨水中，并且可精確地探測到墨水盒中的墨水、壓力的信息等等。此外，形成在該元件上的振蕩電路的線圈相對于外部諧振電路的線圈固定在穩(wěn)定的位置上，還能固定不變地進行穩(wěn)定的雙向通信。
而且，按照本發(fā)明，提供了一種液體容器，它包含了輸送到噴射液滴的液體噴射頭上的墨水，并包括第一腔室，它與大氣部分地相連并包含有吸收液體的吸收體；第二腔室，它與外部隔離并包含有所述液體；連接通道，它設(shè)置在該容器的底部附近，用于使所述第一腔室與所述第二腔室相連；輸送口，它設(shè)置在所述第一腔室中，通過該輸送口液體被輸送到所述液體噴射頭上。用于監(jiān)控所述第一腔室液體量的第一監(jiān)控部件設(shè)置在所述第一腔室中。流速調(diào)整設(shè)備根據(jù)來自第一監(jiān)控部件的信息調(diào)整所述連接通道的流速，它設(shè)置在所述連接通道中。
在這種情況下，監(jiān)控所述第二腔液體量的第二監(jiān)控部件設(shè)置在所述第二腔中，并且優(yōu)選根據(jù)來自該第二監(jiān)控部件的信息控制所述流速調(diào)整設(shè)備。
就第一監(jiān)控部件而言，優(yōu)選使用第一固體半導體元件，它包括探測液體壓力波動的壓力探測部件；將該壓力探測部件獲得的壓力信息傳遞到所述流速調(diào)整設(shè)備的信息傳遞部件；和將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換為不同于所述施加能量的能量以操縱所述壓力探測部件和所述信息交流部件的能量轉(zhuǎn)換部件。該固體半導體元件不需要布置電線，并可自由地設(shè)置在任何位置上而不受限制。
特別地，當從所述第二腔輸送到所述第一腔的液體可能被中斷輸送時，第一固體半導體元件優(yōu)選形成在所述第一腔的液體表面上方并位于可探測到壓力波動的位置上。當該元件設(shè)置在這樣的位置上時，液體輸送的中斷可事先探測得到。
流速調(diào)整設(shè)備優(yōu)選為第二固體半導體元件，該第二固體半導體元件包括至少接收來自所述第一監(jiān)控部件的壓力信息的接收部件；響應所述接收的壓力信息的開/關(guān)閥；和將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換為不同于所述施加能量的能量以操縱所述接收部件和所述開/關(guān)閥的能量轉(zhuǎn)換部件。因為不需要布置電線，所以即便在獲窄的位置上也可設(shè)置該元件。
而且，該第二監(jiān)控部件優(yōu)選為第三固體半導體元件，該第三固體半導體元件包括至少探測液體殘余量的殘余量探測部件；將殘余量探測部件獲得的殘余量信息傳遞到所述流速調(diào)整設(shè)備的信息交流部件；和將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換為不同于所述施加能量的能量以操縱所述殘余量探測部件和所述信息交流部件的能量轉(zhuǎn)換部件。這是因為無須布置任何電線就可設(shè)置該元件。
此外，按照本發(fā)明，提供了一種液體噴射記錄設(shè)備，它包括噴射記錄液滴的液體噴射頭；和液體容器，在該液體容器中包含有輸送到該液體噴射頭上的液體。在這種情況下，當熱能被施加到液體上時，該液體噴射頭優(yōu)選通過利用產(chǎn)生薄膜沸騰的噴嘴噴射液滴。不過，本發(fā)明并不限制于上述的模式。在本發(fā)明的液體噴射頭的別的模式中，電信號可被輸入到薄膜元件上，該薄膜元件發(fā)生微小的移動，而液體通過噴嘴被噴射出來。
此外，本文中描述的“穩(wěn)心”表示傾斜過程中平衡重量的作用線與浮力作用線的交點。
而且，“固體半導體元件”的“固體形狀”的實例包括各種立方形狀比如三角桿、球體、半球體、方桿、旋轉(zhuǎn)式橢圓體和單軸轉(zhuǎn)子。


圖1為一示出常見墨水殘余量探測設(shè)備實例的視圖；圖2為一示出常見墨水殘余量探測設(shè)備另一實例的視圖；圖3為一方框圖，示出了本發(fā)明第一實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元件與外部的信息交換；圖4為一流程圖，示出了圖3所示固體半導體元件的操作；圖5為一示出作為本發(fā)明的固體半導體元件的一構(gòu)成元件的能量轉(zhuǎn)換部件的發(fā)電原理的說明圖；圖6為一包含有圖3所示固體半導體元件的墨水盒的示意圖；圖7為一示出圖5所示的振蕩電路在共振頻率和振幅之間關(guān)系中的輸出振幅的視圖；圖8A和8B為示出圖5所示振蕩電路的輸出振幅的峰值和墨水的PH值之間關(guān)系的視圖；圖9A、9B、9C、9D、9E、9F和9G為示出圖6所示浮動的固體半導體元件的制造方法的實例中一連串步驟的視圖；圖10為一示出用在本發(fā)明的固體半導體元件中的N-MOS電路元件的示意縱向剖面圖；圖11為一方框圖，示出了本發(fā)明第二實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元件與外部的信息交換；圖12為一示出圖11所示固體半導體元件操作的流程圖；圖13為一方框圖，示出了本發(fā)明第三實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元件與外部的信息交換；圖14A和14B為示出在墨水盒的墨水中浮動并如圖11所示構(gòu)造的元件的位置和墨水消耗量的變化的視圖；
圖15為一流程圖，用來探測具有圖11所示結(jié)構(gòu)的元件的位置并判斷是否需要更換墨水盒；圖16A、16B和16C為示出本發(fā)明第四實施方案原理的視圖；圖17為一視圖，示出了由第一、第二和第三實施方案適當組合構(gòu)成的固體半導體元件位于墨水盒和與墨水盒相連的噴墨打印頭中的實例；圖18為一視圖，示出了輸送到一定固體半導體元件的電動勢連同墨水盒及相連的噴墨頭中的信息被連續(xù)地傳遞到另一固體半導體元件的實例；圖19為一說明圖，其中一離子傳感器作為構(gòu)成本發(fā)明固體半導體元件的信息獲取部件的實例；圖20A和20B為墨水中染料離子的相關(guān)狀態(tài)的說明圖；圖21A和21B為示出了用來輸出圖19所示離子傳感器中的探測結(jié)果的電路實例的視圖；圖22為示出一優(yōu)選墨水盒實例的視圖，其中固體半導體元件根據(jù)本發(fā)明不同的實施方案而位于不同位置；圖23為示出一優(yōu)選墨水盒實例的視圖，其中固體半導體元件根據(jù)本發(fā)明不同的實施方案而位于不同位置；圖24為一示出一優(yōu)選墨水盒實例的視圖，其中固體半導體元件根據(jù)本發(fā)明不同的實施方案而位于不同位置；圖25為一示出一優(yōu)選墨水盒實例的視圖，其中固體半導體元件根據(jù)本發(fā)明不同的實施方案而位于不同位置；圖26為一示意透視圖，示出了噴墨記錄設(shè)備的一實例，其上安裝有裝有本發(fā)明固體半導體元件的墨水盒；圖27A和27B為說明圖，示出了用來保持按圖9A至9G所示方法制造的固體半導體元件的穩(wěn)定狀態(tài)的情況。
圖28為說明圖，示出了一壓力傳感器位于本發(fā)明固體半導體元件中結(jié)構(gòu)的實例；圖29為一電路圖，其中電路用來監(jiān)控圖28所示多晶硅電阻層的輸出；圖30為一水管的剖面圖，其中設(shè)置有本發(fā)明的固體半導體元件；圖31為一微型閥的示意剖面圖，其中設(shè)置有本發(fā)明的固體半導體元件；圖32A和32B為示出了圖31所示微型閥操作的說明圖；
圖33為一施加有圖31所示微型閥的噴墨裝置的示意剖面圖；圖34為一示出本發(fā)明第五實施方案中噴墨記錄設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)圖；圖35為一視圖，示出了一導電線圈卷繞在本發(fā)明的固體半導體元件的表面上以構(gòu)成接收和能量轉(zhuǎn)換部件；圖36為一方框圖，示出了本發(fā)明的固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元件與外部的信息交換；圖37為一原理說明圖，按此原理在本發(fā)明第六實施方案中噴墨記錄設(shè)備主體和墨水盒中的固體半導體元件之間通過電磁感應進行數(shù)字標識符(ID)交換；圖38為一視圖，示出了采用如圖37所示數(shù)字標識符(ID)的交換來獲取特定顏色的墨水盒內(nèi)部信息的操作流程；圖39為一方框圖，示出了本發(fā)明一實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元件與外部的信息交換；圖40為一采用了本發(fā)明固體半導體元件的墨水盒的示意結(jié)構(gòu)圖；圖41為一示出了代表性油墨(黃、品紅、青和黑色)的吸收波長的圖表；圖42為一示出了本發(fā)明墨水盒第七實施方案的示意剖面圖；圖43為一位于圖42的墨水盒的連接通道中的固體半導體元件的壓力閥結(jié)構(gòu)實例的說明圖；圖44A、44B、44C、44D、44E、44F和44G為圖43所示壓力閥的制造步驟的說明圖；圖45為圖44F所示狀態(tài)中固體半導體元件的平面圖；圖46為圖43所示壓力閥電動結(jié)構(gòu)的等效電路圖；圖47為圖46所示壓力閥中閥電極和基極電極中所施加的信號實例的時間圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述。特別地，將對各色墨水盒中裝有各固體半導體元件的實施方案進行詳細描述。此外，該元件不只是安裝在墨水盒內(nèi)。即便當將該元件安置在并用在另一物體中時，也能獲得相似的效果。(第一實施方案)圖3為一方框圖，示出了本發(fā)明第一實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及該元件與外部的交換情況。如圖3所示的固體半導體元件(下文中只稱“元件”)11被安置在墨水盒中，該元件包括能量轉(zhuǎn)換部件14，它用于將從外部A輸送到元件11上的電動勢12轉(zhuǎn)化成電能13；由電能13啟動的信息獲取部件15，所述電能13是由能量轉(zhuǎn)換部件14轉(zhuǎn)換的；識別部件16；信息存儲部件17；并且信息交流電磁感應、熱、光、射線等可被施加到用于操作元件11的電動勢上。不過，至少能量轉(zhuǎn)換部件14和信息獲取部件15最好是形成在元件11的表面上或在該表面的附近。
信息獲取部件15獲取作為元件11的環(huán)境信息的關(guān)于墨水盒中墨水的信息(墨水信息)，并向識別部件16輸出該信息。識別部件16將從信息獲取部件15中得到的墨水信息與存儲在信息存儲部件17中的信息進行比較，并判斷是否有必要向外部傳遞所獲取的墨水信息。信息存儲部件17將各種與所獲得的墨水信息和從信息獲取部件15獲得的墨水信息本身進行比較的條件存儲為一數(shù)據(jù)表。信息交流部件18將通過能量轉(zhuǎn)換部件14施加的電能轉(zhuǎn)化為將墨水信息傳遞到外部A或外部B的能量，并且在識別部件16指令的基礎(chǔ)上將墨水信息傳遞到外部A或外部B。這里，外部B是一個不同于作為電動勢12的供給源的外部A的物體，它包括一個其上安裝有包含元件11的墨水盒的噴墨記錄設(shè)備，和其它人的視覺和聽覺感官。
圖4是示出了圖3所示元件操作的流程圖。參照圖3和4，當電動勢12從外部A施加到元件11上時，能量轉(zhuǎn)換部件14將電動勢12轉(zhuǎn)換為電能13，并且信息獲取部件15、識別部件16、信息儲存部件17和信息交流部件18由電能13啟動。
啟動的信息獲取部件15獲取作為元件11的環(huán)境信息的墨水盒中的墨水信息，比如墨水的殘余量、墨水類型、溫度和PH值(圖4的步驟S11)。隨后，識別部件16讀取用于參照從信息儲存部件17獲取的墨水盒內(nèi)部信息的條件(圖4的步驟S12)，并將讀取的條件與獲取的墨水盒內(nèi)部信息相比較，判斷是否需要進行信息傳遞(圖4的步驟S13)。這里，例如當墨水殘余量為兩毫升或更少或者墨水的PH數(shù)值變化大時，在信息儲存部件17中條件的基礎(chǔ)上判斷是否需要更換墨水盒。
在步驟S13中，若識別部件16判斷出將墨水盒內(nèi)部信息傳遞到外部是無必要的，存在的墨水盒內(nèi)部信息就被儲存在信息儲存部件17(圖4的步驟S14)內(nèi)。此外，當信息獲取部件15接著獲取墨水盒內(nèi)部信息時，識別部件16可將所獲取的信息與儲存的信息相比較。
此外，在步驟S13中，若識別部件16判斷出將墨水盒內(nèi)部信息傳遞到外部是必要的，信息交流部件18接著就將由信息獲取部件15轉(zhuǎn)換的電能13轉(zhuǎn)換成將墨水盒內(nèi)部信息傳遞到外部的能量。磁場、光、形狀、顏色、輻射波、聲音等可用作傳遞的能量。例如，當判斷出墨水的殘余量為2ml或更少時，便發(fā)出一種聲音來向外部B(例如噴墨記錄設(shè)備)傳達更換墨水盒的需要(圖4的步驟S15)。此外，傳遞的目標并不限制于噴墨記錄設(shè)備，特別是光、形狀、顏色、聲音等也可傳遞到人的視覺和聽覺感官。而且，當判斷出墨水殘余量為2毫升或更少時，便發(fā)出聲音。當墨水的PH值大大改變時，便發(fā)光。傳遞的方法可按這種方式根據(jù)信息而改變。
對于用在串行式噴墨記錄設(shè)備中來說，優(yōu)選位置的實例包括一個記錄頭、滑架、記錄頭復位位置、滑架返回位置等，其中在優(yōu)選位置上設(shè)置有將作為外部能量的電動勢輸送到元件11上的部件。或者，當采用一種具有輸送電動勢的部件的設(shè)備時，也可了解到墨水盒的內(nèi)部狀態(tài)，而無須采用噴墨記錄設(shè)備了。例如，定量的墨水盒可得到測試，而不用實際地在工廠或儲存狀態(tài)中將墨水盒連接到噴墨記錄設(shè)備上。
根據(jù)第一實施方案，由于元件11包括信息獲取部件15，所以將電布線直接連到外部是無必要的。即便在難于將電布線直接連接到外部的位置上，例如在后面參照圖13至圖16A-16C所述的墨水中或在物體的任何位置上，都可采用元件11。當元件11設(shè)置在墨水中時，墨水狀態(tài)可實時地得到準確的掌握。
此外，由于元件11包括信息獲取部件15，所以在元件11中設(shè)置用來儲存用于操作元件11的電動勢的部件(本實施方案中的電源)是無必要的。因此，元件11可小型化，甚至可用在狹窄的位置上、后面參照圖13至圖16A-16C所述的墨水中、或物體的任何位置上。此外，以非接觸的方式相對于第一實施方案中的元件11將電動勢輸送到元件11上。不過，在通過暫時與外部的接觸輸送了電動勢之后，就可不與外部連接了。
這里，就能量轉(zhuǎn)換部件14來說，將描述采用電磁感應來發(fā)電的實例。
圖5為一說明圖，示出了一作為本發(fā)明固體半導體元件的構(gòu)成元件的能量轉(zhuǎn)換部件的發(fā)電原理。
在圖5中，設(shè)置有一個具有線圈La的外部諧振電路101和一個具有線圈L的振蕩電路102，此時相對的線圈La、L相鄰。當電流Ia通過外部諧振電路101流過線圈La時，振蕩電路102的線圈L乘以電流Ia便得到了磁通量B。這里，當電流Ia改變時，線圈L的磁通量也就改變了，并且在線圈L中產(chǎn)生了感應電動勢V。因此，振蕩電路102形成為元件11中的能量轉(zhuǎn)換部件。例如，在元件11外部的噴墨記錄設(shè)備中，外部諧振電路101是這樣設(shè)置的，即元件側(cè)端振蕩電路102的線圈L與諧振電路101的線圈La相鄰。因此，操縱元件11的電能可通過外部的電磁感應由感應電動勢產(chǎn)生。
由于流過形成為能量轉(zhuǎn)換部件的振蕩電路102的線圈L的磁通量B與圈數(shù)Na和外部諧振電路101的電流Ia的乘積成正比，采用比例常數(shù)K表示磁通量的關(guān)系式如下B＝kNaIa(1)此外，當線圈L的圈數(shù)為N時，線圈L中產(chǎn)生的電動勢V如下V＝-N{dB/dt}＝kNaN{dIa/dt}＝-M{dIa/dt}(2)這里，當線圈L的磁中心的導磁率為μa時，磁場為H，外部諧振電路101的線圈La和元件11中形成的線圈L之間的距離為z，磁通量B表示如下B＝μaH(z)＝{μaNaIara2/2(ra2+z2)3/2}(3)此外，方程(2)的互感系數(shù)M表示如下M＝{μN/μaIa}∫sB·dS＝{μμara2NaNS/2μ0(ra2+z2)3/2}(4)這里，μ0為真空下的導磁率。
此外，元件11中形成的振蕩電路102的阻抗Z表示如下Z(ω)＝R+j{ωL-(1/ωL)}(5)外部諧振電路101的阻抗Za表示如下Za(ω0)＝Ra+jωLa-{ω2M2/Z(ω)}(6)這里，J代表磁化強度。
當外部諧振電路101發(fā)生共振時(電流值Ia為最大值)，阻抗Z0表示如下Z0(ω0)＝Ra+jLaωa-(ω02M2/R)(7)振蕩電路102的相位時延φ如下
tanφ＝{jLaω0-(ω02M2/R)}/R(8)此外，外部諧振電路101的共振頻率f0由方程(9)獲得。f0=1/2πLC......(9)]]>從上面的關(guān)系式可以看出，當元件11中形成的振蕩電路102的阻抗Z根據(jù)墨水盒中墨水的變化而變化時，外部諧振電路101的頻率改變，并且墨水的變化反映在外部諧振電路101的阻抗Za的振幅和相位差異中。此外，相位差異和振幅還包括墨水的殘余量(即z的變化)。
例如，當外部諧振電路101的共振頻率f0改變時，元件11中形成的振蕩電路102的輸出(阻抗z)根據(jù)環(huán)境的變化而改變。因此，當根據(jù)探測到的頻率時，墨水的有/無或墨水的殘余量便可探測得到了。
因此，元件11中形成的振蕩電路102不僅作為產(chǎn)生電能的能量轉(zhuǎn)換部件14，還作為從振蕩電路102和外部諧振電路101之間的關(guān)系探測墨水盒中墨水變化的信息獲取部件15的一部分。
下面將參照圖6對上述包含元件11的墨水盒的結(jié)構(gòu)實例進行描述，其中電能從作為探測墨水信息的元件的外部諧振電路101輸送到元件11上。
圖6是包含圖3所示元件的墨水盒的示意圖。圖6所示的墨水盒50包括一個負壓產(chǎn)生室51和通過一隔墻50a相互隔開的墨水室52。隔墻50a的下端形成一個連接通道50b，而負壓產(chǎn)生室51通過該連接通道50b與墨水室52相連。在負壓產(chǎn)生室51中，包含有一個由纖維或多孔材料構(gòu)成的負壓產(chǎn)生件。該負壓產(chǎn)生室51中的負壓產(chǎn)生件容納并吸收墨水。此外，在負壓產(chǎn)生室51中，設(shè)置有一個供墨口53和一個通氣口(未示出)，其中供墨口53用來將負壓產(chǎn)生室51中的墨水供給到如噴墨記錄設(shè)備(未示出)的外部，而通氣口用來使負壓產(chǎn)生室51的內(nèi)部與大氣相連。墨水室52是一個除了連接通道50b之外基本上是封閉的結(jié)構(gòu)，并用于容納墨水，而元件11漂浮在容納在墨水室52中墨水的液體表面上。將在后面對這樣使元件11浮動的結(jié)構(gòu)進行描述。參照圖5所述的振蕩電路(未示出)形成在元件11中。元件11通過感應電動勢產(chǎn)生電能，還產(chǎn)生共振頻率，并將墨水盒50中的墨水信息傳遞到外部，其中感應電動勢是通過墨水盒50下設(shè)置的外部諧振電路101發(fā)生電磁感應而產(chǎn)生的。在圖6中，a代表電磁感應，而b代表振蕩。
在如上所述的墨水盒50中，隨著墨水通過供墨口53的消耗，氣體(通過通氣口引導的氣體)通過連接通道50b從負壓產(chǎn)生室51排放到墨水室52中，并且相應量的墨水從墨水室52被引導到負壓產(chǎn)生室51中。從而容納在負壓產(chǎn)生室51中的墨水量，也即負壓產(chǎn)生室51中的負壓基本上保持不變。
這里，由設(shè)置在元件11中的振蕩電路產(chǎn)生的輸出的實例在圖7中表示為共振頻率和振幅之間的關(guān)系。在圖7中，如a-c所示，振蕩電路產(chǎn)生的輸出顯示了表征振幅峰值的共振頻率的差異和響應墨水盒50(實際為墨水室52)中墨水情況的峰值中的振幅。具體地說，如圖8A所示，表示振幅峰值的共振頻率fa、fb和fc與墨水的PH值有關(guān)。當圖8A所示的關(guān)系事先測量了時，墨水PH值的變化便可探測得到。同樣就墨水的濃度來說，在不同頻率的區(qū)段中可看出相似的關(guān)系。當關(guān)系事先測量了時，便可探測得到墨水濃度的變化。
此外，圖7所示共振頻率范圍中的振幅值變化A、B和C與圖8B所示的元件和外部諧振電路101之間的距離有關(guān)。因此，墨水盒充滿墨水(F)或墨水盒為空(E)那點處的振幅值得到事先測量。墨水盒50中元件11的位置也即墨水的殘余量便可探測得到。
此外，也可采用下面的狀態(tài)方程估計出液體的密度PV＝nRT(10)(這里，P壓力，V容積，n克分子量，R氣體常數(shù)，T絕對溫度)在方程(10)中，當T固定時，密度n表示如下ρ＝MP/(nRT)(11)(這里，M分子量)。也就是說，當液體壓力和溫度可得到探測時，液體密度的狀態(tài)變化也可得到測量。
下面將詳細描述液體壓力。壓力傳感器是這樣構(gòu)成的，即形成一層多晶硅薄膜的隔膜，并利用隨著壓力變化引起的隔膜偏移而發(fā)生的電阻值的變化，它形成在第一實施方案的元件11中，以便探測到壓力。
此外，就液體溫度來說，例如當一個描述在日本專利申請?zhí)卦S公開號52387/1995中的、用來探測記錄頭溫度的二極管傳感器形成在第一實施方案的元件11中時，溫度便可探測得到。
如上所述，當壓力和溫度傳感器形成在元件11中時，墨水的密度便可探測得到。當隨著時間的變化可同樣探測得到時，液體的粘度/表面張力也可估計得到。
就液體粘度來說，液體粘度的變化可根據(jù)Orik Arbor方程的密度變化估計得到In{η/(ρM)}＝A+B/T(12)(這里，η粘度，A常數(shù)，B常數(shù))液體表面張力和密度之間的關(guān)系由Macleod方程給出γ＝{C(ρ0-ρ)}4.0(13)(這里，γ表面張力，C液體確定的常數(shù))液體表面張力的變化可根據(jù)方程(13)的密度變化估計。
如上所述，當元件11施加到墨水盒50中時，例如墨水PH值和密度的墨水信息可隨時間而檢測得到并被傳遞到墨水盒50的外部。因此，例如，當使用過的墨水盒被另一墨水盒替代時，另一種墨水被噴射到墨水盒50中，并且墨水的量不正常地增加或墨水的組分改變，這些情況可準確地作為異常探測出。此外，由于墨水粘度和表面張力的變化也可估計得到，所以這些信息被傳遞到一個記錄頭控制器，并且還可設(shè)定一個保持穩(wěn)定噴射性能的驅(qū)動條件。
此外，在圖6中，采用了具有如圖3所示結(jié)構(gòu)的元件11，但識別部件16和信息儲存部件17可設(shè)置在墨水盒50的外部，而不在元件11內(nèi)。
此外，如上所述，元件11漂浮在圖6所示墨水盒50中的墨水表面上。將在下面對漂浮在墨水表面上的元件11連同其制造方法進行描述。
圖9A-9G為一連串步驟的視圖，示出了采用球形硅作為上述球半導體的基底來制造圖6所示浮動的元件11的方法實例。此外，圖9A-9G示出了在沿著球形硅的中心的剖面圖中的各步驟。而且，球形硅的重力中心形成在中心的下方，并且球體的內(nèi)上部是中空的。此外，中空部保持密封。制造方法將作為一個實例來描述。
首先，如圖9B所示，一層熱氧化的二氧化硅薄膜202形成在圖9A所示球形硅201的整個表面上。隨后，當一個開口203形成在圖9C所示二氧化硅薄膜202一部分中時，便采用一種光刻工藝在薄膜上形成圖案。
隨后，如圖9D所示，球形硅201的上半部通過開口203采用KOH溶液進行各向異性腐蝕而移去，并且形成一個中空部204。此后，如圖9E所示，采用LPCVD工藝將SiN膜205涂布在球形硅201整個暴露的表面和包括中空部204內(nèi)表面的二氧化硅薄膜202上。
此外，如圖9F所示，采用金屬CVD工藝來在SiN膜205的外表面上形成一層Cu膜206。隨后，如圖9G所示，采用一種已知的光刻工藝來在Cu膜206上形成圖案，并且作為振蕩電路102一部分的導電線圈L(見圖3)形成的圈數(shù)為N。此后，從真空設(shè)備中將其上形成導電線圈L的立方體元件取出到大氣中，上開口203由比如一種樹脂的密封元件207和塞子封閉，并且球體內(nèi)的中空部204進入密封狀態(tài)。當該元件以這種方式制造時，由硅形成的元件本身具有了浮力。
此外，在制造漂浮型固體半導體元件之前，事先在球形硅中形成的除了線圈L之外的驅(qū)動電路元件中采用一個N-MOS電路元件。圖10是示出了該N-MOS電路元件的示意縱向剖面圖。
在圖10中，通過采用一種通用的MOS工藝在N型阱區(qū)域402中形成P-MOS450，從而在P導體硅基質(zhì)401中設(shè)立離子或引入并擴散其它雜質(zhì)，而N-MOS451形成在P型阱區(qū)域403中。P-MOS450和N-MOS451都是由柵布線415、源區(qū)域405、漏極區(qū)406以及通過幾百微米厚的柵絕緣膜408在其中導入N型或P型雜質(zhì)的一類東西構(gòu)成的，其中柵布線是在CVD工藝中沉積4000-5000微米厚的多晶硅而形成的。C-MOS邏輯線路由P-MOS450和N-MOS451構(gòu)成。
通過雜質(zhì)引導和擴散步驟在P型阱基質(zhì)402中形成由漏極區(qū)411、源區(qū)域412和柵布線413構(gòu)成的、用來驅(qū)動元件的N-MOS晶體管301。
這里，當N-MOS晶體管301用作元件驅(qū)動器時，在構(gòu)成晶體管的漏極和柵之間的距離L最小大約為10μm。10μm的值包括源接點和漏接點417的寬度。該寬度為2×2μm，但實際上有一半用作相鄰的晶體管，因此寬度也就是一半，為2μm。該值還包括接點417和柵413之間的距離，即2×2μm＝4μm，以及柵413的寬度，即4μm。因此，總距離為10μm。
厚度為5000-10000μm的氧化膜分離區(qū)453通過區(qū)域氧化形成在元件之間，并且元件相互分離。這一區(qū)域氧化膜形成為再生層414的第一層。
在形成了各元件之后，沉積一中間層絕緣膜416，其作為PSG、BPSG膜等等采用CVD工藝形成約7000μm厚。該膜經(jīng)過熱處理，也就是平坦化處理等，并通過AI電極417經(jīng)由一個接觸孔布線，作為第一布線層。此后，通過等離子體CVD工藝沉積一厚度為10000-15000μm的SiO2膜的中間層絕緣膜418，進而形成一個穿孔。
在形成浮動元件之前形成N-MOS電路。隨后，該電路通過該穿孔與作為本發(fā)明能量轉(zhuǎn)換部件的振蕩電路相連。
在圖6所示的實例中，將線圈的電磁感應運用在輸送電能以啟動元件11的外部能量中，但也可采用光亮度/暗度。為了將光亮度/暗度轉(zhuǎn)換成電信號，可采用這樣的一種材料來通過光導效應產(chǎn)生電能，即其電阻值隨光照改變(例如光導體)。光導體的實例包括兩維/三維合金比如CdS、InSb和hg0.8Cd0.2Te，以及GaAs、Si、Va-Si等。當熱量用作電動勢時，電能可通過量子效應從材料輻射能量中產(chǎn)生。(第二實施方案)圖11為一方框圖，示出了本發(fā)明第二實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和該元件與外部的信息交換。圖11所示的固體半導體元件21(下文簡單地稱作“元件”)設(shè)置在墨水盒內(nèi)，并包括能量轉(zhuǎn)換部件24、信息獲取部件25、識別部件26、信息儲存部件27、信息交流部件28和接收部件29，其中能量轉(zhuǎn)換部件24將從外部A輸送到元件21的電動勢22轉(zhuǎn)換成電能23，信息獲取部件25由能量轉(zhuǎn)換部件24轉(zhuǎn)換的電能啟動。第二實施方案不同于第一實施方案，因為該元件具有接收功能，也即接收部件29，而在其它方面與第一實施方案相似。電磁感應、熱、光、射線等可被施加到為操縱元件21而輸送的電動勢22上。此外，至少能量轉(zhuǎn)換部件24、信息獲取部件25和接收部件29優(yōu)選形成在元件21的表面上或表面的附近位置。
信息獲取部件25獲取作為元件21環(huán)境信息的墨水盒中的墨水信息。接收部件29從外部A或B接收輸入信號30。識別部件26允許信息獲取部件25獲取墨水信息以響應來自接收部件29的輸入信號，將獲取的墨水信息與儲存在信息儲存部件27中的信息相比較并判斷獲取的墨水信息是否滿足預定的條件。信息儲存部件27儲存各種與獲取的墨水信息和從信息獲取部件25中獲取的墨水信息本身相比較的條件，來作為數(shù)據(jù)表。信息交流部件28將電能轉(zhuǎn)換成將墨水信息傳遞到外部A、B或C的能量，并且響應識別部件26的指令，將識別部件26獲取的識別結(jié)果顯示并傳遞到外部A、B或C。
圖12是示出了圖11所示元件操作的流程圖。參照圖11和12，當電動勢22從外部A被施加到元件21上時，能量轉(zhuǎn)換部件24將電動勢22轉(zhuǎn)換成電能23，并且信息獲取部件25、識別部件26、信息儲存部件27、信息交流部件28和接收部件29由電能啟動。
在這種狀態(tài)下，外部A或B將信號30傳遞到元件21，從而詢問墨水盒內(nèi)部信息。輸入信號30是這樣一種信號，例如詢問元件21墨水是否仍在墨水盒中，并且該信號被接收部件29接收(圖12的步驟S21)。接著，識別部件26允許信息獲取部件25獲取墨水盒中的墨水信息比如墨水殘余量、墨水類型、溫度和PH值(圖12的步驟S22)，從信息儲存部件27讀取涉及所獲取墨水信息的條件(圖12的步驟S23)，并判斷所獲取的墨水信息是否滿足設(shè)定條件(圖12的步驟S24)。
在步驟S24中，當判斷出所獲取的信息不滿足設(shè)定條件時，或當判斷出所獲取的信息滿足設(shè)定條件時，便將信息傳遞給外部A、B或C(步驟S25、S26)。此時，所獲取的信息可連同判斷結(jié)果一起傳遞。當信息交流部件28將通過能量轉(zhuǎn)換獲取的電能轉(zhuǎn)換成將墨水盒中墨水信息傳遞到外部的能量時，傳遞該信息。磁場、光、波形、顏色、輻射波、聲音等可用作傳遞的能量，并且該能量可根據(jù)判斷的結(jié)果改變。根據(jù)要判斷的詢問內(nèi)容(例如，墨水殘余量是否為2ml或更少，或者墨水PH值是否改變)，可改變傳遞的方法。
此外，電動勢也可連同輸入信號30從外部A或B傳遞到元件21上。例如，當電動勢是電磁感應時，便傳遞詢問墨水殘余量的信號。當電動勢為光時，便傳遞詢問PH值的信號。該信號可以這種方式根據(jù)信息的類型而傳遞。
在第二實施方案中，該元件具有從外部接收信號的功能。因此，除了第一實施方案產(chǎn)生的效果之外，經(jīng)由外部的各類信號所傳達的問題可得到答復，并且元件可與外部交換信息。(第三實施方案)圖13為一方框圖，示出了本發(fā)明第三實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和該元件與外部的信息交換。圖13所示的固體半導體元件(下文簡單地稱作“元件”)31被設(shè)置在墨水盒中，并且包括將從外部輸送到元件31的電動勢32轉(zhuǎn)換成電能33的能量轉(zhuǎn)換部件34和采用由能量裝換部件34轉(zhuǎn)換的電能產(chǎn)生浮力的浮力產(chǎn)生部件35。
在第三實施方案中，當電動勢32從外部A施加到元件31上時，能量轉(zhuǎn)換部件34將電動勢32轉(zhuǎn)換成電能33，浮力產(chǎn)生部件35采用電能33產(chǎn)生元件31的浮力，并且元件31漂浮在墨水表面上。有了浮力，該元件31可不僅位于墨水表面上，還可位于墨水表面下方的一固定距離處，以便防止墨水在空的狀態(tài)下噴射出來。
圖14A和14B示出了元件漂浮在墨水盒內(nèi)墨水中的位置和墨水消耗的變化。此外，由于圖14A和14B所示的墨水盒與圖6所示墨水盒的結(jié)構(gòu)相似，所以省略對其的描述。
在圖14A和14B所示的墨水盒中，當負壓產(chǎn)生元件37的墨水通過一供墨口36被排放到外部時，一定消耗量的墨水便從墨水室引導到負壓產(chǎn)生元件37中。因而，墨水室內(nèi)墨水38中的元件1便與墨水表面H相距一指定的距離，并當墨水表面的位置隨著墨水的消耗而降低時移動。
圖15是探測元件31的位置并判斷是否需要更換墨水盒的流程圖。參照圖13和15的步驟S31和S34，外部A或B(例如噴墨記錄設(shè)備)將光傳遞到元件31上。當外部A或B(例如噴墨記錄設(shè)備)或C接收了光時，元件31的位置便探測到了。噴墨記錄設(shè)備根據(jù)元件31的探測位置判斷是否有必要更換墨水盒。如果有必要的話，便采用聲音、光等通知更換墨水盒。
探測元件31位置的方法的實例包括這樣一種方法，即采用圖5所示振蕩電路102作為能量轉(zhuǎn)換部件34，在墨水盒外部設(shè)置電路和外部諧振電路101，并如同第一實施方案一樣基于振蕩電路102輸出的基礎(chǔ)上探測元件31的位置。此外，該實例包括的一種方法為相對于光接收部件將發(fā)光部件設(shè)置在元件31隨墨水表面位移而通行的位置上，通過元件31屏蔽從該發(fā)光部件發(fā)射出的光，探測元件31的位置；該實例還包括的一種方法為通過元件31反射從該發(fā)光部件發(fā)射出的光，并通過反射光探測元件31的位置等。
在第三實施方案中，元件31可漂浮著，而不用設(shè)置在參照圖9A-9G描述的第一實施方案中的元件的中空部中。此外，即便當元件31所必要的浮力等因液體比重或采用元件31的另一環(huán)境的變化而改變時，能量轉(zhuǎn)換部件34從外部轉(zhuǎn)換電動勢32，并且該元件可固定地安置在所需位置上。因此，無論設(shè)置元件31的環(huán)境如何，都可采用該元件31。
此外，第三實施方案也可適當?shù)嘏c上述第一和第二實施方案結(jié)合。(第四實施方案)在第四實施方案中，將信息傳遞到另一元件上的功能被賦予給結(jié)構(gòu)與第一或第二實施方案中相似的元件，多個元件被設(shè)置在該物體中。
首先，參照圖16A-16C描述第四實施方案的原理。圖16A-16C為示出了本發(fā)明第四實施方案原理的說明圖。
在圖16A所示的實例中，許多與第一實施方案中結(jié)構(gòu)相似的元件41、42、...43都被設(shè)置在該物體中。當電動勢P從外部A或B被輸送給各元件41、42、...43時，各元件41、42、...43便獲得了環(huán)境信息。隨后，所獲取的元件41的信息a被傳遞到元件42上，而所獲取的元件41、42的信息a、b接連被傳遞到下一個元件上。最后一個元件43將所有所獲取的信息傳遞到外部A或B。
而且，在圖16B所示的實例中，許多結(jié)構(gòu)與第二實施方案中相似的元件51、52、...53被設(shè)置在該物體中。電動勢P從外部A、B或C被輸送給各元件51、52、...53。例如，當預定的問題從外部A或B通過信號被輸入到元件53上時，元件51或52獲取相應的信息并回答問題。元件51或52的問題/答復被接連傳遞到另一元件上，并且所需元件53向外部A、B或C回答問題。
此外，在圖16C所示的實例中，許多結(jié)構(gòu)與第二實施方案中相似的元件61、62、...63被設(shè)置在該物體中。電動勢P從外部A、B或C被輸送給各元件61、62、...63。例如，當一定的信號從外部A或B被輸入到元件63上時，信號接連被傳遞到元件62和61上。元件61向外部A、B或C顯示信號。
另外，在圖16A-16C的實例中，許多元件中的一個可裝有與第三實施方案中相似的浮力產(chǎn)生部件。
第四實施方案的原理已在上面進行了描。下面將參照圖17和18描述基于第四實施方案中上述原理的墨水信息的探測。在圖17和18中，W代表打印掃描方向，而P代表電動勢。
圖17示出了適當?shù)亟Y(jié)合了第一、第二和第三實施方案而構(gòu)成的元件位于墨水盒和與之相連的噴墨記錄頭中的實例。在這一實例中，元件71是這樣構(gòu)成的，即將第三實施方案中的浮力產(chǎn)生部件和傳遞信息的功能添加到第一實施方案中的另一元件79上，并且它位于墨水盒72的墨水73中的所需位置上。另一方面，結(jié)構(gòu)與第二實施方案中相似并且具有ID(識別功能)功能的元件79，經(jīng)由噴射口77，位于用來噴射的記錄頭78中，經(jīng)液體通道75輸送的打印墨水和通過供墨口74與墨水盒72相連的液體室76。通過使一個位于該元件表面上的電極部分與一個驅(qū)動記錄頭78的電基質(zhì)上的連接部分相接觸，可將電能輸送到元件79上。
隨后，當電動勢從外部輸送到各元件71、79時，墨水73中的元件71獲取比如墨水殘余量信息的墨水信息，并且記錄頭78側(cè)上的元件79將ID信息傳遞到元件71上，其中ID信息判斷墨水的殘余量以決定是否更換墨水盒。接著，元件71將所獲取的墨水殘余量與ID進行比較，并且僅當它們相匹配時，指示元件79通知外部更換墨水盒。元件79接收到這一點，并將指示墨水盒更換的信號傳遞給外部或者把聲音、光等輸出到人的視覺和聽覺感官上。
當在某一物體中設(shè)置多個元件時，可設(shè)定復雜的信息條件。
而且，在如圖16和17所示的實例中，電動勢被輸送到各元件上，但這種結(jié)構(gòu)并不受限制，并且輸送到該元件上的電動勢可連同信息接連傳遞到另一元件上。
例如，如圖18所示，元件81是這樣構(gòu)成的，即將與第三實施方案中相似的浮力產(chǎn)生部件，以及傳遞信息并輸送電動勢到另一元件上的功能添加到第一實施方案的結(jié)構(gòu)中去。元件82是這樣構(gòu)成的，即將與第三實施方案中相似的浮力產(chǎn)生部件，以及傳遞信息并輸送電動勢到另一元件上的功能添加到第二實施方案的結(jié)構(gòu)中去。這些元件設(shè)置在與圖17相似的墨水盒72的墨水73中的所需位置上。另一方面，將一個元件83設(shè)置在與墨水盒72相連的記錄頭78中，其中元件83與第二實施方案中的結(jié)構(gòu)相似并具有ID功能(識別功能)。通過使位于元件表面上的電極部分與驅(qū)動記錄頭78的電基質(zhì)上的連接部分相接觸，可將電能輸送到元件83上。
隨后，當電動勢從外部被輸送到元件81上時，一個墨水73中的元件81獲取比如墨水殘余量的墨水信息，并且將信息與內(nèi)部確定的條件相比較。當信息需要被傳遞到其它元件82上時，元件便將所獲取的墨水殘余量信息連同操縱元件82的電動勢一起傳遞到該元件82上。具有了輸送來的電動勢的其它元件82接收傳遞自元件81的墨水殘余量信息，并將操縱元件83的電動勢傳遞到記錄頭78側(cè)上的元件83上。接著，具有了輸送來的電動勢的記錄頭78側(cè)上的元件83將ID信息傳遞到元件82上，其中ID信息判斷墨水的殘余量或者墨水的PH值，以決定是否更換墨水盒。隨后，元件82將所獲取的墨水殘余量信息和PH值信息與ID信息進行比較，并且僅當它們相匹配時，指示元件83通知外部更換墨水盒。元件83接收到這一點，并將指示墨水盒更換的信號傳遞給外部或者把聲音、光等輸出到人的視覺和聽覺感官上。同樣考慮到了這樣一種方法，即連同信息將電動勢以該方式從某一元件輸送到其它元件上。
此外，就記錄頭78來說，墨水因受到比如液體通道中的加熱器的電/熱轉(zhuǎn)換部件的熱量作用而產(chǎn)生氣泡，并且設(shè)想會經(jīng)一個通過氣泡增長能量與液體通道相連的微型開口噴射出來。
下面將對施加有上述各實施方案的其它實施方案進行描述。<信息輸入部件>
除了關(guān)于各實施方案中上述的墨水和信息獲取部件的信息外，獲取信息的信息獲取部件的實例包括(1)用來探測墨水PH值的傳感器(離子傳感器)，其中SiO2薄膜或SiN薄膜形成為離子傳感膜；(2)壓力傳感器，它具有探測墨水盒壓力變化的隔膜結(jié)構(gòu)；(3)探測光二極管的存在位置和墨水殘余量的傳感器，其中光二極管用來將光轉(zhuǎn)換成熱能并產(chǎn)生熱電效果；(4)采用材料的傳導效果來根據(jù)墨水盒中的濕量等探測墨水有無的傳感器。
下面將詳細描述將離子傳感器用作信息獲取部件的情況。
圖19是離子傳感器位于本發(fā)明固體半導體元件中的剖面圖。在圖19中，S代表源極，B代表偏壓，D代表漏極。
如圖19所示，一層由SiN或SiO2形成的離子傳感膜302形成在作為固體半導體元件基底的球形硅301的表面上，并且薄膜的一部分通過間隙307與該球形硅301有一定間距。柵絕緣膜303形成在該離子傳感膜302的表面上。此外，由帶有N型雜質(zhì)的源區(qū)域304a構(gòu)成的N型阱層和由漏區(qū)304b形成的N型阱層在該柵絕緣膜303的表面上形成，還有P型阱層305在這些層上形成。而且，參考電極306在該球形硅301表面的一部分上，在形成間隙307的區(qū)域中形成。這便構(gòu)成了作為離子選擇性場效應晶體管(FET)的離子傳感器300。
間隙307可這樣形成，即在其上形成有參考電極306的球形硅301的表面上形成離子傳感膜302等之前，形成犧牲層來覆蓋該參考電極306，隨后形成P型阱區(qū)域305，并接著將該犧牲層腐蝕/去除。而且，該間隙307通過連接部(未示出)與離子傳感器300的外部相連。當固體半導體元件位于墨水中時，墨水可自由地通過該連接部在間隙307中移動。
當離子傳感膜302與墨水接觸時，交界狀態(tài)電勢根據(jù)墨水中離子的類型和濃度在該離子傳感膜302和墨水之間產(chǎn)生。當在離子傳感器300的源極和偏壓極之間施加了預定的偏壓時，漏電流便根據(jù)該交界狀態(tài)電勢流動。在測量過程中，在參考電極306和源極之間施加有適當?shù)钠珘?，并且觀察得到相應于該交界狀態(tài)電勢和偏壓總和的輸出(漏電流)?；蛘撸撾x子傳感器300構(gòu)成為源跟隨電路，并且輸出可通過電阻作為電勢而獲得。
此外，用在噴墨記錄設(shè)備中的墨水一般通過溶解或分散水中的染料或顏料而形成為溶劑。墨水的實例包括一種具有羧基基團或氫氧基團的染料離子，一種通過具有該基團的分散劑調(diào)節(jié)為親水的顏料以及附著該基團并在水中溶解或分散的顏料顆粒。如圖20A和20B所示，該染料或顏料通過墨水中的氫鍵或別的相對弱的鍵形成處于締合狀態(tài)(associated state)(一種組合狀態(tài))的水溶液。當該締合狀態(tài)發(fā)生在幾十/百分子中時，實際上便形成一種聚合彩色材料分子，墨水的動力粘度下降，且因此記錄頭的噴射性能變差。在圖20A和20B中，DM代表染料分子。
當上述締合狀態(tài)形成時，作為離子的羧基基團或氫氧基團的活動明顯下降，并且離子自身有效的分子量增加。因此，離子傳感器300中探測的電勢發(fā)生變化。例如，該實例的固體半導體元件與記錄頭墨水相接觸，墨水中染料離子的締合狀態(tài)通過該離子傳感器300探測得到，如果必要的話執(zhí)行記錄頭的復位操作，并且記錄頭中的墨水保持在恒定的解離狀態(tài)下。
圖21A是一示出了將離子傳感器中的探測結(jié)果輸出的電路的實例的視圖，而圖21B示出了作為邏輯電路的圖21A的電路。這里，將對振蕩電路進行描述，其中振蕩電路的振蕩頻率是根據(jù)離子濃度變化的。
在圖21A和21B的實例中，MOS晶體管320、321串聯(lián)在一起構(gòu)成反相電路322、323。這些反相電路322、323是以二階環(huán)形連接起來以構(gòu)成振蕩電路的。此外，反相電路323的輸出通過作為緩沖器的一階反相電路322而抽出來作為振蕩輸出。離子傳感器300插在反相電路322(即反相電路323的輸入端)和接地點之間。根據(jù)這一電路，振蕩頻率是根據(jù)離子傳感器300中探測的電勢而變化的。因此，當探測到振蕩頻率時，墨水離子濃度也就探測到了。
當本發(fā)明的固體半導體元件位于墨水盒中的墨水內(nèi)時，并尤其位于液體表面附近時，如上所述，墨水中的彩色材料分子是締合的，實際上形成了聚合物狀態(tài)，并且分子都沉積在底面附近。墨水盒中墨水的濃度分布和PH值分布的產(chǎn)生也可探測得到。當結(jié)果傳遞到外部時，便可執(zhí)行將這些分布去除的操作。
離子傳感器300中探測到的電壓值是受Nernst方程控制的，且因此具有響應溫度的功能。例如，為了消除溫度的影響，還可單獨地設(shè)置溫度傳感器，從而離子濃度的測量值可根據(jù)溫度的測量值得到校正。當溫度傳感器以這種方式設(shè)置時，離子傳感器和溫度傳感器可形成在同一元件中，或形成在分開的元件中。若分開形成的話，正如在第四實施方案中一樣，通過具有溫度傳感器的元件獲取的信息可傳遞到具有離子傳感器的元件中。
而且，根據(jù)由流體動力學而來的Stokes定律，離子摩爾濃度λ由下面的方程表示λ＝(|Z|·F2)/(6πNηr)(14)(這里，Z離子電荷數(shù)，F(xiàn)Faraday常數(shù)，N單位面積的分子數(shù)，η粘度，r離子半徑)。而且，離子擴散系數(shù)D由下面的方程式表示D＝(RTλ)/(|Z|·F2)(15)(這里，R氣體常數(shù)，T絕對溫度)?？赏茢嗟贸?，流體動力學的這一Stokes定律可施加到墨水中的離子運動中去。在這種情況下，在墨水被噴射到墨水盒之前，離子摩爾濃度λ和擴散系數(shù)D都得到測量并儲存在設(shè)在元件中的信息儲存部件或一個事先設(shè)在元件外部的存儲器中。
當僅注意墨水中的彩色材料成分(染料或顏料)時，離子半徑r、粘度η和電荷數(shù)Z是變化的參數(shù)。
此外，所注意的離子的偶極矩μ由下面的方程式表示μ＝λ/F (16)墨水的介電常數(shù)ε由下面的方程式表示ε＝2πN(μ2g/kT)(17)(這里，g相鄰分子的相對定向所確定的數(shù)量，kBoltzmann常數(shù))采用上述的離子傳感器。認為探測的電勢變化與(離子電荷數(shù)z/離子半徑r)成比例。粘度η的變化可相對地從方程式(10)推導出來。根據(jù)粘度η的變化將噴射特性調(diào)整成固定不變的脈沖控制是卓有成效的方式。<墨水盒的結(jié)構(gòu)>
在圖22-25中示出了可施加上述實施方案中固體半導體元件的墨水盒的一些結(jié)構(gòu)實例。
在圖22所示的墨水盒501中，一個保存墨水的柔性墨水袋502位于殼體503內(nèi)，一個袋的入口502a由固定在殼體503上的橡皮塞504封閉，一個導出墨水的中空針505通過該橡皮塞504穿透袋子，并且墨水被輸送到一噴墨頭(未示出)上。本發(fā)明的固體半導體元件506位于墨水盒501的墨水袋502中，并且可探測得到該墨水袋502中容納的墨水信息。
而且，在圖23所示的墨水盒511中，一個將記錄墨水噴射到記錄片材S上的噴墨頭515與一容納墨水513的殼體512的供墨口514相連。本發(fā)明的固體半導體元件516位于墨水盒511的墨水513中，并且可探測得到殼體512內(nèi)墨水513的信息。
而且，圖24所示的墨水盒521具有一個與圖6所示墨水盒相似的結(jié)構(gòu)和別的構(gòu)件，它包括容納墨水522且除了連通通道524之外基本上處于密封狀態(tài)的墨水腔；容納負壓產(chǎn)生元件523并且處于通氣狀態(tài)下的負壓產(chǎn)生腔；和在墨水盒的最下部使墨水腔與負壓產(chǎn)生腔相連的連通通道524。在如上所述的墨水盒521中，本發(fā)明的固體半導體元件525、526分別位于墨水腔和負壓產(chǎn)生腔內(nèi)，從而關(guān)于每個分割腔的墨水信息可交換。
而且，就圖25所示的墨水盒531來說，吸收/容納墨水的多孔件532容納在內(nèi)部，并且連接容納用于記錄的墨水的噴墨頭533。即便在以這種方式構(gòu)成的墨水盒531中，與圖17、18所示的結(jié)構(gòu)相似，本發(fā)明的固體半導體元件534、535分別位于墨水盒531側(cè)和噴墨頭533側(cè)，并且關(guān)于各分割的構(gòu)造部分的墨水信息可交換。<噴墨記錄設(shè)備>
圖26為示意透視圖，示出了其上安裝有裝有本發(fā)明固體半導體元件的墨水盒的噴墨記錄設(shè)備。圖26所示的噴墨記錄設(shè)備600上安裝的頭盒601具有一個噴射打印/記錄墨水的液體噴射頭和一個容納輸送到圖22-25所示液體噴射頭上的液體的墨水盒。而且，外部能量輸送部件622，以及使信息與固體半導體元件雙向交流的部件(未示出)位于記錄設(shè)備600中，其中外部能量輸送部件將作為外部能量的電動勢輸送到位于墨水盒中的固體半導體元件(未示出)。
如圖26所示，頭盒601安裝在一個滑架607上，其中滑架607與一導螺桿605的螺旋槽606嚙合，導螺桿隨驅(qū)動馬達602、驅(qū)動力傳遞齒輪603和604的正/反轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。頭盒601在箭頭a和b的方向上通過驅(qū)動馬達602的驅(qū)動力沿著導向器608與滑架607往復運動/運動。噴墨記錄設(shè)備600裝有記錄材料輸送部件(未示出)，其中記錄材料輸送部件輸送作為接收從頭盒601噴射的墨水或別的液體的記錄材料的打印紙P。通過記錄材料輸送部件，在壓紙卷軸609上輸送的打印紙P的壓紙板610在滑架607的運動方向上壓制壓紙卷軸609上的打印紙P。
光耦合器611和612位于導螺桿605一端的附近。該光耦合器611和612為原始位置探測部件，用來檢查光耦合器611和612的區(qū)域中滑架607的杠桿607a的存在，以及改變驅(qū)動馬達602的轉(zhuǎn)動方向。一支承件613位于壓紙卷軸609一端的附近，它用來支承一個蓋元件614以覆蓋包括頭盒601噴射口的正面。而且，墨水吸取部件615通過從頭盒601空噴射而吸取蓋元件614內(nèi)集中的墨水。頭盒601經(jīng)蓋元件614的一個開口通過這一墨水吸取部件615被抽吸/回復。
主體支架619位于噴墨記錄設(shè)備600內(nèi)。一個移動件618被該主體支架619支承以在前后方向上移動，也就是說，在與滑架607移動方向成直角的方向上移動。清潔刮刀617與該移動件618相連。該清潔刮刀617并不限制于這種模式，其它已知的清潔刮刀也可使用。而且，設(shè)置有杠桿620，它通過墨水吸取部件615在抽吸/回復操作中啟動抽吸。該杠桿620與凸輪621一起運動，并通過已知的傳遞部件移動/受到控制，其中凸輪與滑架607嚙合，而傳遞部件通過改變離合器傳遞來自驅(qū)動馬達602的驅(qū)動力。一個噴墨記錄控制器位于記錄設(shè)備主體側(cè)的記錄設(shè)備上，并在圖24中未示出，其中該噴墨記錄控制器將信號傳遞到頭盒601內(nèi)設(shè)置的熱產(chǎn)生器上，并驅(qū)動/控制上述的各機構(gòu)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的噴墨記錄設(shè)備600中，頭盒601相對于打印紙P在打印紙P的整個寬度方向上往復運動/運動，其中打印紙P通過記錄材料輸送部件在壓紙卷軸609上被輸送。在這一運動過程中，當驅(qū)動信號輸送部件(未示出)將驅(qū)動信號輸送給頭盒601時，墨水(記錄液體)從液體噴射頭部被噴射到記錄材料上并且在紙上進行記錄。
此外，在圖26中并未示出噴墨記錄設(shè)備的外殼，但可采用半透明的殼以便看清內(nèi)部狀態(tài)。當一起采用半透明的墨水盒時，并且將光用作傳遞方式時，用戶可看到墨水盒的光線。例如，可容易看出“需要更換墨水盒”，并且可提醒用戶更換墨水盒。在現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)光部件位于記錄設(shè)備主體的操作按鈕中。當發(fā)光部件發(fā)射光時，用戶便被通知更換墨水盒。不過，發(fā)光部件頻繁地執(zhí)行多個顯示功能。因此，即便當發(fā)光部件發(fā)射光線時，用戶不可能容易地在多種情況下理解發(fā)射光線的意義。<液體表面上浮動型固體半導體元件的穩(wěn)定化>
當固體半導體元件具有如圖9A-9G所示的中空部，并且電能通過圖5所示的振蕩電路和外部諧振電路被輸送到固體半導體元件上時，即便在墨水盒的任何狀態(tài)下，需要一個穩(wěn)定的磁通量(磁場)在元件中形成的振蕩電路和外部諧振電路之間起作用。也就是說，元件相對于外部諧振電路的方向需要保持穩(wěn)定。不過，當元件在墨水或別的液體中漂浮著時，液體表面會因外部的變化而變化，并且元件的方向有時也會波動。即便在這種情況下，漂浮型固體半導體元件的重力中心確定如下，從而元件在液體中保持其穩(wěn)定形態(tài)。
如圖27A和27B所示，當形成為一球體的固體半導體元件210漂浮在液體中時，為獲得如圖27A所示的平衡狀態(tài)，需要滿足下面的關(guān)系式(1) 浮力F＝材料重量W；以及(2) 浮力作用線與重量作用線相交(通過重力中心的線)。
在圖27A和27B中，L代表墨水表面，而MC代表穩(wěn)心。
這里，平衡狀態(tài)下的重量作用線(圖27B中的虛線)與傾斜過程中浮力作用線(圖27B中的實線)的交點為穩(wěn)心，而穩(wěn)心和重力中心G之間的距離h為穩(wěn)心的高度。
固體半導體元件210的穩(wěn)心比重力中心G的位置高一些，并且一個力偶(恢復力)作用在回復到初始平衡位置的方向上。恢復力T由下面的方程式表示如下T＝Whsinθ＝Fhsinθ＝ρgVhsinθ(＞0)(18)這里，V代表由固體半導體元件210排開的液體容積，而ρg為該固體半導體元件210的比重。
為了將恢復力T調(diào)整成正值，h＞0是一個充要條件。
接著，從圖27B產(chǎn)生出下面的方程式h＝(I/V)-CG(19)這里，I代表O軸周圍的慣性矩。因此，下面的關(guān)系式是一個必要條件，使得固體半導體元件210穩(wěn)定地漂浮在墨水中，輸送來自外部諧振電路的引進電動勢，并與元件外部的交流部件進行雙向交流(I/V)＞CG(20)<壓力傳感器>
這里，將對描述在第一實施方案中并用來探測液體密度的壓力傳感器的實例進行詳細描述。
圖28所示的壓力探測傳感器是半導體應變儀，其中利用了在多晶硅中的壓敏電阻效應。該傳感器形成在由球形硅形成的固體半導體元件表面的固定的墨水接觸位置上。多晶硅電阻層221通過一個球形硅200表面上的中空部225形成為一個局部凸起的隔膜。由銅或鎢形成的導線222位于該多晶硅電阻層221的凸起區(qū)域的相對端中。而且，多晶硅電阻層221和導線222都涂布有由SiN形成的保護膜223，并構(gòu)成了壓力調(diào)整部件。
下面將參照圖28和29對圖28所示的壓力探測傳感器的壓力探測原理進行描述。圖29為一電路圖，該電路監(jiān)控圖28所示的多晶硅電阻層的輸出。
在圖29中，假定多晶硅電阻層221的正常電阻值為r。接著，下面的電流流經(jīng)安培計230。
i＝VDD/{R0+R×r(R+r)}(21)而且，多晶硅具有這樣的性能，即電阻值與位移成比例地增長。因此，當多晶硅電阻層221通過通道212的壓力變化而移動時，多晶硅電阻層221的電阻值r改變，且因此由安培計230測量的電流i也跟著變化。也就是說，多晶硅電阻層221的位移量從電流i的變化中得知，從而可探測得到墨水的壓力。
這一方面將更詳細地加以描述。當多晶硅電阻層221的長度為L，并且橫截面積為S時，電阻率ρ用于表達如下的總電阻值RR＝ρL/S(22)這里，當多晶硅電阻層221隨壓力的變化而改變時，長度變長了，也就是說，變?yōu)長+ΔL，并且電阻值增加。另一方面，橫截面積變小了，也即變?yōu)镾-ΔS。而且，ρ變?yōu)棣选?。電阻值的增量ΔR和長度的增量ΔL之間的關(guān)系表示如下R+ΔR＝{ρ′(L+ΔL)}/(S-ΔS)≈(ρ L)/S+ΔL{ρ′/(S-ΔS)}(23)此外，得出下面的方程式ΔR/R＝(ρ′/ρ)×{S/(S-ΔS}×(ΔL/L)＝kg×(ΔL/L)(24)這里，kg代表電阻值相對于應變的變化系數(shù)。
而且，當橋電路等用于探測電阻值的變量ΔR時，可獲得壓力的波動。
多晶硅具有應變壓力隨溫度變化的性能。因此，包括多晶硅電阻層221的壓力探測傳感器優(yōu)選還包括一個溫度傳感器，它用來監(jiān)控多晶硅電阻層221的溫度。也就是說，當電壓VDD通過該溫度傳感器輸送到該多晶硅電阻層221上時，由環(huán)境溫度的變化引起的多晶硅電阻層221的電阻變化便得到彌補，并且墨水的壓力可得到更準確的探測。<固體半導體元件在不同于墨水盒的設(shè)備上的應用>
本發(fā)明已通過這樣的實例在上面作了描述，即用在噴墨記錄設(shè)備中的墨水盒的墨水信息得到探測。本發(fā)明并不限制于此，在探測關(guān)于液體與來自外部的元件接觸的信息方面也是有效的。
這里，將描述這樣一個實例，即本發(fā)明的固體半導體元件被施加到不同于墨水盒的設(shè)備上。
圖30是水管的剖面圖，其中本發(fā)明的固體半導體元件設(shè)置在水管中。在圖30所示的實例中，一個本發(fā)明的固體半導體元件153固定在水管151中，液體通過該水管在所示的箭頭方向上流動。固體半導體元件153具有作為能量轉(zhuǎn)換部件的振蕩電路(未示出)，并且外部諧振電路152設(shè)置在水管151外部的固體半導體元件153的附近，其中外部諧振電路用來通過諧振電路將電能輸送到固體半導體元件153上。當固體半導體元件153設(shè)置在水管151中時，外部諧振電路的共振頻率范圍變化，并且沿著水管151中的液體流從輸出中可讀取液體性能的變化，其中輸出產(chǎn)生于固體半導體元件153中的振蕩電路。
圖31為一微型閥的示意剖面圖，其中設(shè)置有本發(fā)明的固體半導體元件。如圖31所示，在微型閥160中，一個壓電元件162附著于壁表面。該閥包括一個帶有液體的流入口和流出口的液體腔161；流入閥164a、164b，它們位于液體腔161的流入口中并僅在該液體腔161中向內(nèi)開放；和流出閥166a、166b，它們位于液體腔161的流出口中并僅從該液體腔向外開放。流入口與一流入管163相連，而流出口與流出管165相連。而且，本發(fā)明的固體半導體元件167固定在液體腔161中。
在圖31所示的微型閥160中，利用通過向壓電元件162施加電壓而引起的壓電元件162的偏移/變形來改變圖32A和32B所示的液體腔161的容積。也就是說，當壓電元件162如圖32A所示那樣變形時，液體腔161的容積變大，接著流入閥164a、164b開放，并且液體通過流入管163流到液體腔161中。此后，當壓電元件162如圖32B所示那樣變形時，液體腔161的容積變小，接著流出閥166a、166b開放，并且液體從液體腔161流到流出管165中。當這一操作重復時，液體可通過液體腔161從流入管163傳遞到流出管165。
位于液體腔161中的固體半導體元件167可實時地探測到液體腔161中液體化學性質(zhì)的變化。從探測的化學性質(zhì)的變化推斷出物理性質(zhì)，并且壓電元件162的驅(qū)動條件可達到最佳。因此，圖31所示的微型閥160也可施加到定量泵、噴墨頭和用來噴射固定量液滴的其它裝置上。
圖33為一噴墨裝置的示意剖面圖，其中施加有圖31所示的微型閥。圖33所示的噴墨裝置170包括一個連接有壓電元件172的液體腔171；一個與液體腔171的流入口相連的輸送管173；和一個噴射部175，它與液體腔171的流出口相連并具有一個在其內(nèi)形成的孔175a。僅在液體腔171中向內(nèi)開放的流入閥174a、174b位于液體腔171的流入口中，而僅從液體腔171向外開放的流出閥176a、176b位于液體腔171的流出口中。固體半導體元件177固定在液體腔171中。
圖33所示噴墨裝置170的基本操作與圖32A和32B所示微型閥160的操作相似。當驅(qū)動壓電元件172時，通過輸送管173輸送的液體作為通過液體腔171從噴射部175的孔175a噴出的液滴噴射出來。即便在噴墨裝置170中，壓電元件172的驅(qū)動在固體半導體元件177的探測結(jié)果的基礎(chǔ)上達到最佳狀態(tài)，而液滴噴射性也可實現(xiàn)最佳。
如上所述，本發(fā)明在獲得任何處理液體的設(shè)備中的液體信息中是有效的。在最優(yōu)選的情況下，如上述實施方案所述，本發(fā)明被施加到這樣的設(shè)備上，即將容納在可拆卸連接的墨水盒中的墨水輸送到噴墨記錄頭上，并探測噴墨打印機的墨水信息，其中噴墨打印機用噴射自記錄頭的墨滴打印記錄紙，將信息傳遞到噴墨打印機上，并以最佳方法控制打印機，或?qū)⒛械膬?nèi)部保持處于最佳狀態(tài)下。
而且，在上述的各實施方案中，已描述了這樣的實例，即固體半導體元件位于墨水盒、水管、微型閥或別的處理液體的設(shè)備中，但固體半導體元件的功能可直接賦予到設(shè)備上。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于獲取液體(墨水)信息的功能和將所獲取信息傳遞到外部的功能是形成在元件本身中的，所以液體信息的獲取和信息向外部的傳遞可有效地進行。特別地，當本發(fā)明的固體半導體元件被施加到墨水盒中時，記錄頭的驅(qū)動是在通過固體半導體元件獲取的信息基礎(chǔ)上受到控制的，并可進行高品質(zhì)的記錄。具體地說，即便當墨水盒用別的墨水盒替換時，或加入不同類型的墨水時，都可檢測得到這一點。而且，墨水粘度和表面張力的變化可推斷得出，記錄頭的驅(qū)動條件基于推斷的結(jié)果可實現(xiàn)最佳/得到控制，并且可保持穩(wěn)定的噴射性。
下面將對這樣的結(jié)構(gòu)進行描述，即固體半導體元件應用在實現(xiàn)彩色記錄的各彩色墨水盒中。(第五實施方案)圖34為示意結(jié)構(gòu)圖，示出了本發(fā)明第五實施方案中的噴墨記錄設(shè)備。圖34所示的噴墨記錄設(shè)備1600裝有滑架1607，其上安裝有一個液體噴射頭(未示出)和各色墨水盒1500，其中液體噴射頭用來噴射打印/記錄墨滴，而墨水盒用來容納輸送到液體噴射頭上的液體。作為各色墨水盒1500來說，安裝有四種顏色即黑色B、青色C、品紅M和黃色Y的墨水盒。
具有與不同響應條件相交流功能的各固體半導體元件1011設(shè)置在各色墨水盒中，并可與設(shè)在墨水盒1500外部的噴墨記錄設(shè)備1600的交流電路1150通信。
交流電路1150可通過由調(diào)頻器1152和感應線圈1151構(gòu)成的諧振電路1102與設(shè)在墨水盒1500中的固體半導體元件1011的交流部件相通信。通過諧振電路1102的電磁感應可使固體半導體元件1011通過共振而通信(交流)。為了實現(xiàn)交流的功能，在圖35所示的固體半導體元件1011的表面上繞有感應線圈L。而且，為了改變每種顏色元件的響應條件，每種顏色固體半導體元件上的線圈L的圈數(shù)、長度等都尤其在本實例中作了改變，從而共振頻率對每種顏色在固體半導體元件1011中是不同的。交流電路1150可通過調(diào)頻器1152調(diào)整電磁感應頻率。與交流顏色相應的固體半導體元件的共振頻率是同步(調(diào)諧)的，并且能單獨進行每種顏色的交流。例如，當交流電路1150與青色的共振頻率同步時，同步信號僅從青色墨水盒中的固體半導體元件接收，該電路可僅相對于青色墨水盒內(nèi)部信息與元件交流(當同步信號被傳遞時，僅青色墨水盒中的元件響應信號)。
而且，固體半導體元件1011裝有感應線圈L。因此，當線圈被用于裝配振蕩電路時，交流電路1150的諧振電路1102的電磁感應可轉(zhuǎn)換成電能。因此，啟動元件中形成的電路的電能可以非接觸的方式輸送。
在上述噴墨記錄設(shè)備中，例如，為了與青色墨水盒的信息交換，交充電路1150通過電磁波1012將具有與墨水盒青色共振頻率相當?shù)念l率的信號發(fā)送到墨水盒中。接著，電能通過電磁感應在青色墨水盒元件的線圈中產(chǎn)生，而元件中的電路可被啟動。因此，當獲取元件的環(huán)境信息的部件或?qū)h(huán)境信息傳遞到外部的部件位于元件中的電路中時，青色墨水盒內(nèi)部信息可被探測得到并被通知給外部。
圖36為一方框圖，示出了各色固體半導體元件1011的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和與外部的信息交換。
固體半導體元件1011包括接收和能量轉(zhuǎn)換部件(裝有線圈的振蕩電路)1014，它用來接收傳遞自記錄設(shè)備1600中交流電路1150的電磁波1012的信號并將電磁波1012轉(zhuǎn)換成電能1013；信息獲取部件1015、識別部件1016、信息儲存部件1017和通過接收和能量轉(zhuǎn)換部件1014獲取的電能而啟動的信息傳遞部件1018。接收和能量轉(zhuǎn)換部件1014、信息獲取部件1015和信息傳遞部件1018優(yōu)選形成在元件1011的表面上或表面的附近。
當接收和能量轉(zhuǎn)換部件(裝有線圈的振蕩電路)1014與接收的電磁波1012發(fā)生共振時，識別部件1016接收電磁波1012的信號，并且當該部件不發(fā)生共振時不接收信號。隨后，在接收電磁波1012的信號時，該部件允許信息獲取部件1015獲取作為元件1011的環(huán)境信息的墨水盒內(nèi)部信息(例如墨水殘余量、墨水顏色材料濃度、PH值、溫度等)。識別部件將獲取的墨水盒內(nèi)部信息與儲存在信息儲存部件1017內(nèi)的信息比較，并判斷是否有必要將獲取的墨水盒內(nèi)部信息傳遞到外部。信息儲存部件1017儲存各種用來與獲取的墨水盒內(nèi)部信息和從信息獲取部件1015獲取的墨水盒內(nèi)部信息相比較的條件。這里，基于事先設(shè)定在信息儲存部件1017中的條件，識別部件1016識別是否有更換墨水盒的需要，例如，當墨水殘余量為2ml或更少或當墨水PH值大大改變時。
信息傳遞部件1018將電能轉(zhuǎn)換為將墨水盒內(nèi)部信息傳遞到外部的能量，并基于識別部件1016的指令將墨水盒內(nèi)部信息顯示/傳遞到外部。磁場、光、波形、顏色、輻射波、聲音等可用作傳遞的能量。例如，當判斷出墨水殘余量為2ml或更少時，便發(fā)出聲音以向外部傳遞更換墨水盒的需要。而且，傳遞的目標并不限制于噴墨記錄設(shè)備的交流電路1150，尤其是光、波形、顏色、聲音等可傳遞到人的視覺和聽覺感官上。此外，當判斷出原有墨水殘余量為2ml或更少時，發(fā)出聲音。當墨水PH值大大改變時，發(fā)出光線。傳遞的方法可以這種方式根據(jù)信息改變。
在第五實施方案中，設(shè)置有固體半導體元件，它具有響應不同頻率的各色墨水盒的交流功能，并且該元件可單獨地與所需顏色的墨水盒進行信息交換。
而且，每色固體半導體元件將來自位于記錄設(shè)備主體測的交流電路的電磁波轉(zhuǎn)換成啟動元件中識別部件、信息獲取部件和信息傳遞部件的電能。因此，電線不必直接與外部相連，并且該元件可用在物體的任何位置上，例如，在難于將電線直接與外部相連的墨水中。當該元件位于墨水中時，墨水狀態(tài)可準確地實時掌握。此外，無必要設(shè)置儲存操縱該元件的電動勢的部件(本實例中的電源)，且因此該元件得以最小化，甚至可用在狹窄的空間中。(第六實施方案)接著將描述另一實施方案。固體半導體元件的基本結(jié)構(gòu)與圖36所示結(jié)構(gòu)相似，但交流的響應條件不同。因此，在說明書中，與第五實施方案中結(jié)構(gòu)相同的部件用相同的參照標記表示。在第六實施方案中，與第五實施方案不同，交流所調(diào)諧的頻率相對于各色墨水盒中的所有元件是相同的(元件上線圈L的圈數(shù)、長度等確定的共振頻率對于各色元件是相同的)。不同的數(shù)字ID識別功能被賦予各色墨水盒中的各元件上，用來交流的某顏色的墨盒由數(shù)字ID識別，并且判斷能不能進行交流。
圖37說明了這樣一個原理，即通過該原理，數(shù)字ID在記錄設(shè)備主體側(cè)上的交流電路1150和固體半導體元件1011之間通過電磁感應進行交換。參照圖37，首先當數(shù)字ID設(shè)定為D3h(h為表示D3為十六進制的標識)(圖37A)，交流電路1150便將這一十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)“11010011”(圖37B)，并形成相應的電磁感應波形(圖37C)。假定數(shù)值1為一個周期的正弦波，而0為輸出0。當交流電路1150通過電磁感應將波形傳遞到固體半導體元件1011時(圖37D)，墨水盒中的該元件經(jīng)過調(diào)諧并獲得帶有該元件1011上線圈L的相似波形(圖37E)。該元件1011通過比較電路等將波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字二進制數(shù)列(圖37F)，并可獲得作為數(shù)字ID的D3h(圖37G)。
圖38示出了一操作流程，即采用數(shù)字ID的交換以獲取特定顏色的墨水盒內(nèi)部信息。首先，當選擇用于交流的墨水盒的響應條件的ID時(此時D3h作為數(shù)字ID)，交流電路1150通過移位寄存器(未示出)等將ID轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)的布置方式，將該布置方式轉(zhuǎn)換為相應的電磁波形并傳遞該波形。在轉(zhuǎn)換過程中，例如，該二進制數(shù)的布置方式與AND門中同一周期的正弦波相乘。固體半導體元件1011獲取與用線圈傳遞的電磁感應波形相同的波形。該波形被轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，接著十六進制數(shù)被一個位于固體半導體元件1011的識別部件1016中的轉(zhuǎn)換器獲得。
隨后，識別部件1016將所獲取的十六進制數(shù)的ID與預保存在信息儲存部件1017中的十六進制數(shù)的識別ID相比較。當所比較的ID相匹配時，便接收ID后的信息。在不匹配的情況下，信息不被接受。
當如上所述信息被接受時，識別部件1016允許信息獲取部件1015根據(jù)圖36所示的所接受的信息獲取作為元件1011的環(huán)境信息的墨水盒內(nèi)部信息(例如墨水濃度、殘余量、物理性能等)。該識別部件將所獲取的墨水盒內(nèi)部信息與信息儲存部件1017中儲存的信息相比較，并判斷是否需要將所獲取的墨水盒內(nèi)部信息傳遞到外部。信息傳遞部件1018通過識別部件1016的指令將電能轉(zhuǎn)換為將墨水盒內(nèi)部信息傳遞到外部的能量，并向外部顯示/傳遞墨水盒內(nèi)部信息。
在第六實施方案中，設(shè)置有固體半導體元件，它具有交流功能，用來響應采用不同的各色墨水盒的ID識別的交流協(xié)議。因此，與第一實施方案相似，該元件可單獨地與所需顏色的墨水盒交換信息。而且，啟動該元件中電路的電能可以非接觸的方式輸送，且因此即便在布線困難的墨水中也可使用該元件。
此外，由于每色的墨水盒通過第六實施方案中的數(shù)字ID進行了識別，與第五實施方案的結(jié)構(gòu)相比，可以處理大數(shù)量類型的墨水盒。
另外，通過一個采用了上述固體半導體元件的結(jié)構(gòu)實例來描述儲存在墨水盒中的墨水類型是如何探測的。
圖39為一方框圖，示出了本發(fā)明一實施方案中固體半導體元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和與外部的信息交換。圖39所示的固體半導體元件91包括能量轉(zhuǎn)換部件94和發(fā)光部件95，其中能量轉(zhuǎn)換部件94用來以非接觸的方式將作為從外部輸送到元件91上的外部能量的電動勢92轉(zhuǎn)換為電能93，而發(fā)光部件95采用了通過能量轉(zhuǎn)換部件94獲取的電能來發(fā)光。該元件位于墨水盒的墨水中。發(fā)光部件95是由光二極管等構(gòu)成的。
另外，電磁感應、熱量、光、射線等可作為輸送的電動勢應用以操縱元件。而且，能量轉(zhuǎn)換部件94和發(fā)光部件95優(yōu)選形成在元件表面上或表面的附近。
在這個實施方案中，當電動勢92從外部A被施加到元件91上時，能量轉(zhuǎn)換部件94將電動勢92轉(zhuǎn)換為電能93，而發(fā)光部件95采用電能來發(fā)出光線96。從發(fā)光部件95發(fā)射出的光線96的強度由外部B檢測得到。
而且，在輸送了外部能量的方法中，就用在噴墨記錄設(shè)備中而言，將電動勢輸送到元件上作為外部能量的部件可設(shè)置在恢復位置、返回位置、滑架、記錄頭上等。此外，當采用包括電動勢輸送部件的設(shè)備時，沒有噴墨記錄設(shè)備的話也可了解墨水盒內(nèi)部的狀態(tài)。例如，該元件可用在工廠、儲存等(質(zhì)量控制)中起檢測的目的。
圖40為一采用了本發(fā)明固體半導體元件的墨水盒的示意結(jié)構(gòu)圖。圖40所示的固體半導體元件1526漂浮在墨水盒1521中原有(raw)墨水1522的液體表面附近。電動勢是經(jīng)一個設(shè)在墨水盒1521外部的外部諧振電路(未示出)通過電磁感應而引發(fā)出的。設(shè)在固體半導體元件1526附近的光二極管被驅(qū)動以發(fā)光。光線穿過墨水1522并被墨水盒1521的外部光傳感器1550接收。
圖41示出了代表性墨水(黃色(Y)、品紅(M)、青色(C)、黑色(B))的吸收波長。從圖41可看出，在黃色、品紅、青色和黑色墨水中，吸收系數(shù)峰值分散在300-700nm的波長段中。黃色墨水的吸收系數(shù)的峰值大約390nm，品紅墨水的吸收系數(shù)的峰值大約500nm，黑色墨水的吸收系數(shù)的峰值大約590nm，青色墨水的吸收系數(shù)的峰值大約620nm。因此，包括300-700nm范圍波長的光線從固體半導體元件發(fā)射出來，透過墨水并被設(shè)在墨水盒外部的光傳感器1550接收(見圖40)。接著，探測到最大吸收的波長，并且可識別透光墨水的顏色。
而且，從圖41可看出，黃、品紅、青和黑色墨水在500nm的波長中彼此的吸收系數(shù)顯著不同。對于波長500nm的各色墨水的吸收系數(shù)來說，品紅大約具有80％，黑色大約50％，黃色大約20％，青色大約5％。因此，相對于波長為500nm的光線探測到透過墨水的光線強度(透光度)和固體半導體元件發(fā)射的光線強度之比，因此可識別透光墨水的顏色。
另外，在任何情況下，當一類固體半導體元件位于不同的墨水盒中時，可區(qū)別出許多墨水的類型。
而且，在噴墨記錄設(shè)備中，許多單個的墨水盒都根據(jù)容納在墨水盒中墨水的類型而附加到預定的位置上。這一結(jié)構(gòu)可包括這樣的部件，即，當已接收了從墨水盒中墨水透過的光線的光傳感器1550探測到墨水盒附加到不適當?shù)奈恢脮r，向用戶發(fā)出警告。在這種情況下，警告部件的實例包括比如燈的發(fā)光部件、比如蜂鳴器的聲音部件等。一旦警告部件警告墨水盒附加到不正確的位置上，便通知用戶，用戶就可再一次將墨水盒附加到原始位置上。
或者，噴墨記錄設(shè)備可包括這樣的控制部件，即當已接收了透過墨水盒中墨水的光線的光傳感器探測到墨水盒附加到不適當?shù)奈恢蒙蠒r，用來根據(jù)墨水的類型控制帶有從連接的墨水盒輸送的墨水的記錄頭。在這種情況下，即便當用戶將墨水盒附加到錯誤的位置上時，圖像可自動并適當?shù)乇挥涗洝Ｒ虼?，用戶不必注意墨水盒的附加位置?br> 如上所述，本發(fā)明的固體半導體元件包括能量轉(zhuǎn)換部件和發(fā)光部件，其中能量轉(zhuǎn)換部件將來自外部的能量轉(zhuǎn)換為不同類型的能量，而發(fā)光部件通過能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的能量發(fā)射光線。因此，從固體半導體元件發(fā)射的光線透過墨水，探測得到一定波長中傳遞光線的強度，且因此可識別墨水的類型。
在本發(fā)明中，僅當外部的電磁波信號滿足預定的響應條件時，固體半導體元件具有獲取環(huán)境信息并將信息傳遞到外部的交流功能。因此，每個元件的環(huán)境信息可單獨地獲得。而且，由于信息可從三維獲取/傳遞，與使用平面的半導體元件相比，對于信息傳遞方向的限制就少一些。因此，環(huán)境信息可有效地獲取并傳遞到外部。
而且，當至少一個固體半導體元件位于墨水盒中時，關(guān)于容納在墨水盒中的墨水、墨水盒中的壓力等的信息可被實時地傳遞，例如被傳遞到設(shè)在外部的噴墨記錄設(shè)備上。這對于控制時刻隨墨水消耗量變化的墨水盒中的負壓量；以及使墨水的噴射穩(wěn)定化而言將是有利的。
尤其當各固體半導體元件位于多個墨水盒中，并且僅當接收的電磁波信號滿足預定的響應條件時，響應接收的信號而獲取信息。與儲存信息比較的識別結(jié)果可連同獲取的信息傳遞到外部。當響應條件相對于每個墨水盒變化時，每個墨水盒的信息可單獨地獲得。因此，用戶可不出錯地更換用完墨水的墨水盒。
此外，操縱固體半導體元件的電能以非接觸的方式被輸送到元件上。在這種結(jié)構(gòu)中，就沒有必要設(shè)置用來啟動墨水盒中該元件的電源，或沒有必要將供電電線連接到該元件上。該元件可用在難于直接將電線與外部相連的位置上。而且，由于該元件是以非接觸的方式在墨水盒的附近起作用的，所以該元件可在一個位置上處理多種顏色。而且，即便在打印過程中，信息也可傳遞。
例如，振蕩電路的導電線圈繞在固體半導體元件的外表面，并且電能通過與外部諧振電路的電磁感應在該導電線圈中產(chǎn)生，從而電能可以非接觸的方式輸送到該元件上。
在這種情況下，由于線圈繞在元件的外表面上，所以線圈的電感大小根據(jù)墨水盒中墨水的殘余量、墨水濃度和墨水PH值變化。因此，由于振蕩電路可根據(jù)電感的變化來改變振蕩頻率，墨水盒中的墨水殘余量等也可基于改變的振蕩頻率得到探測。
而且，由于固體半導體元件具有漂浮在液體中的中空部，并且該元件的重力中心位于其中心下方，所以例如，噴墨記錄設(shè)備上安裝的記錄頭和墨水盒連續(xù)地操作。即便當墨水盒中的墨水垂直地并且水平地搖動，該元件也穩(wěn)定地漂浮在墨水盒的墨水中，并且可精確地探測有關(guān)墨水、墨水盒中的壓力等的信息。另外，形成在該元件上的振蕩電路的線圈相對于外部諧振電路的線圈保持在穩(wěn)定的位置上，并且可始終地執(zhí)行穩(wěn)定的雙向交流。
接著將描述利用固體半導體元件作為墨水盒的內(nèi)部壓力調(diào)整部件的結(jié)構(gòu)。(第七實施方案)接著將描述本發(fā)明的墨水盒的第七實施方案。這里，在結(jié)構(gòu)實例中，墨水可通過墨水盒的供墨口高度可靠地輸送到外部，其中墨水盒具有圖6所示的兩腔結(jié)構(gòu)。
在具有圖6所示兩腔結(jié)構(gòu)的墨水盒中，如上所述，當墨水通過供墨口53輸送時，首先墨水相對于供墨口從負壓產(chǎn)生腔51的負壓產(chǎn)生件各向同性地消耗。當墨水表面到達連接通道50b時，已進入負壓產(chǎn)生腔51的空氣通過該連接通道50b流到墨水腔52中。相應量的墨水從墨水腔52導入負壓產(chǎn)生腔51，并且墨水腔52中的墨水被消耗，代替了負壓產(chǎn)生件中墨水的消耗。由于墨水表面在這種狀態(tài)下在負壓產(chǎn)生件中幾乎不改變(下文還稱作“在氣液交換中”)，所以負壓量相對于噴墨頭保持不變，并且噴墨頭可在噴射量穩(wěn)定的情況下固定地操作。不過，當供墨口53的墨水消耗量大于在氣液交換中從墨水腔52輸送到負壓產(chǎn)生腔51的墨水量時，墨水腔52和負壓產(chǎn)生件51的供墨口53之間的墨水通道便被中斷，或者負壓產(chǎn)生件51不可能在某些情況下被充滿足夠量的墨水。這一難題可得到克服，即將供墨口53周圍負壓產(chǎn)生件的材料改變?yōu)檫@樣的材料，即墨水吸收力高于不同于供墨口周圍的空間的吸收力的材料(例如PP壓縮材料)。不過，在這種措施中，不可能期望難題產(chǎn)生并即刻(數(shù)字化地)處理難題。因此，需要當難題產(chǎn)生時能即刻處理難題的功能。因此，這里建議采用這樣的墨水盒，即具有與圖6所示結(jié)構(gòu)相似的兩腔結(jié)構(gòu)并具有該發(fā)明的功能。
圖42為一示意剖面圖，示出了本發(fā)明墨水盒的第七實施方案。在具有圖42所示兩腔結(jié)構(gòu)(與圖6相似)的墨水盒中，具有用來探測壓力波動的壓力傳感器(壓力探測部件)的固體半導體元件1004(第一監(jiān)控部件)被設(shè)在負壓產(chǎn)生腔1001內(nèi)。具有開/關(guān)閥的固體半導體元件1005(流速調(diào)整設(shè)備)被設(shè)在連接通道1050b中，它接收來自固體半導體元件1004的壓力信號，并通過該開/關(guān)閥調(diào)整連接通道1050b的流速。此外，為了事先防止墨水的缺乏，需要將固體半導體元件1004設(shè)置在缺乏墨水處的界限上(圖42虛線所示的氣液界面)。參照標記1010a代表隔墻。
而且，第一或第二實施方案(圖3或圖11的結(jié)構(gòu))可應用到固體半導體元件1004中。在這種情況下，該元件1004中的信息獲取部件為一個壓力傳感器。另一方面，可采用開/關(guān)閥來替換第二實施方案中的信息傳遞部件(圖11的結(jié)構(gòu))并且省略掉信息獲取部件來構(gòu)造固體半導體元件1005。第二實施方案的固體半導體元件以這種方式被用作連接通道1050b中的開/關(guān)閥設(shè)備。不過，閥設(shè)備并不限制于固體半導體元件，只要在本發(fā)明中該閥設(shè)備可以非接觸方式不依靠任何電源來調(diào)整連接通道的流速就行了。
此外，固體半導體元件1006(第二監(jiān)視器部件)在必要時漂浮在墨水腔1002的墨水表面上，它具有探測墨水殘余量并在墨水量低于給定水平面時充分打開元件1005的開/關(guān)閥的控制部件。通過固體半導體元件1006來探測墨水殘余量并產(chǎn)生浮力的方法與第一實施方案中的相同。
此外，還考慮到固體半導體元件1004、1005、1006是由參照圖5描述的感應電動勢啟動的。
接著將對通過第七實施方案的墨水盒輸送墨水的操作進行描述。
參照圖42，負壓產(chǎn)生腔1001的液體表面降到界限(圖42的虛線)，在該界限下方墨水通道可能在氣液交換過程中被中斷，接著固體半導體元件1004在液體表面上移動并暴露在大氣中。液體存在于元件1004周圍負壓產(chǎn)生件的狀態(tài)變化為液體消除的狀態(tài)，接著壓力波動產(chǎn)生。該元件的壓力傳感器探測壓力的波動，并且從墨水腔1002通往供墨口1003的墨水通道被中斷的狀態(tài)可事先探測得到。隨后，固體半導體元件1004將通過壓力傳感器獲得的壓力波動信息傳遞到連接通道1050b的固體半導體元件1005上。
固體半導體元件1005從該元件1004接收壓力波動信息，并根據(jù)壓力波動信息控制開/關(guān)閥。也就是說，當負壓產(chǎn)生腔1001的液體表面降到可能中斷墨水通道的界限上時，連接通道1050b的該元件1005的開/關(guān)閥進一步被打開，并且從墨水腔1002輸送到負壓產(chǎn)生腔1001的墨水量增加。而且，該元件1004周圍的壓力值是通過壓力傳感器獲得的，并且通過該值可判斷出液體表面返回到墨水通道不中斷的狀態(tài)。在這種情況下，連接通道1050b的固體半導體元件1005的開/關(guān)閥關(guān)閉，并且獲得正常的流速。
如上所述，在具有與圖3相當?shù)膬汕唤Y(jié)構(gòu)的墨水盒中，可設(shè)置這樣的功能，即探測從墨水腔1002通往負壓產(chǎn)生腔1001的供墨口1003的墨水通道中斷的可能性并即刻防止中斷。
此外，當固體半導體元件1006位于墨水腔1002中時，固體半導體元件1005接收通過固體半導體元件1006獲得的墨水腔1002中的墨水殘余量信息，并在識別給定水平面的墨水殘余量或更少時控制且充分打開開/關(guān)閥。因而，即便當墨水腔1002中的墨水殘余量降低時，可保證輸送到負壓產(chǎn)生腔1001的充分的墨水量。這里可設(shè)置高可靠性地輸送墨水的兩腔結(jié)構(gòu)的墨水盒。
通過固體半導體元件1006對墨水腔1002中墨水殘余量進行的探測并不限制于這樣的方法，即根據(jù)該元件和如在第一實施方案中所述的外部諧振電路之間的距離，采用諧振頻率范圍內(nèi)振幅值的變化。也就是說，別的方法可包括設(shè)置壓力傳感器，用來在固體半導體元件1006中探測墨水腔1002的壓力；探測在墨水腔1002中消耗液體之前的墨水腔1002的初始壓力P0和墨水腔1002中液體消耗掉的某一點的壓力P，并獲得壓力損失h(見圖42)；并將壓力損失h的信息傳遞到固體半導體元件1005。壓力損失h是通過h＝(P0-P)/ρg(這里，ρg代表固體半導體元件的比重)獲得的。壓力損失的上限值是根據(jù)各記錄頭的技術(shù)參數(shù)(例如噴嘴數(shù)、噴射量、驅(qū)動頻率、墨水和和記錄頭供墨口之間的尺寸等)而設(shè)定的。當在使用記錄頭過程中該上限值超出時，便從本發(fā)明的固體半導體元件將緊急信號傳遞到記錄頭和記錄設(shè)備上。因而，防止用來控制圖像數(shù)據(jù)和記錄頭的驅(qū)動信號從記錄設(shè)備傳遞到記錄頭上，且因此可防止由于向記錄頭輸送的墨水缺乏而導致的圖像變劣。<開/關(guān)閥>
下面將連同制造步驟對第七實施方案中的開/關(guān)閥結(jié)構(gòu)實例作具體的描述。
圖43為一說明圖，說明了其中形成有第七實施方案的開/關(guān)閥的固體半導體元件的實例。該元件形成在用在球半導體內(nèi)的球形硅中。圖44A-44G為圖43所示壓力調(diào)整部件的制造步驟的說明圖。此外，圖43和44示出了沿該球形硅中心的剖面。
如圖43所示，基極電極201形成在該球形硅200的兩相對的部分中。而且，一SiN薄膜206形成在該球形硅200的周圍。該SiN薄膜206構(gòu)成了可移動部分210、211，其中與該基極電極201相對設(shè)置的部分以懸臂的方式支承在與該球形硅200的表面相距一間距的地方。閥電極205在各可移動部分210、211中設(shè)置在與該基極電極201相對的位置上。而且，在從一基極電極201向另一基極電極201延伸的部分中，該SiN薄膜206形成在與該球形硅200相距一間距的地方。這個部分形成了一個通道212，在通道212中氣體可在一可移動部分210和另一可移動部分211之間循環(huán)。
下面將參照圖44A-44G對圖43所示開/關(guān)閥的制造方法進行描述。
首先，如圖44B所示，磷酸硅酸鹽玻璃(PSG)薄膜202形成在圖44A所示球形硅200的整個表面上。此外，在PSG薄膜202形成之前，基極電極201通過球形硅200的中心事先形成在相互對稱的兩個相對的部分中。此后，如圖44C所示，為了形成至少一個開口203用來暴露出該PSG薄膜202中的基極電極201以及為了形成后面描述的通道，采用光刻工藝在除了形成該通道的部分外的該PSG薄膜202上形成圖案。
隨后，如圖44D所示，通過金屬CVD工藝形成一層銅薄膜204來涂覆該基極電極201和PSG薄膜202，并被移走并留下該基極電極201的上面和外周部分。此后，如圖44E所示，閥電極205形成在將在該銅薄膜204上形成可移動部分的那部分中。而且，PECVD工藝被用于在該球形硅200的整個外圍上形成一層SiN薄膜206，從而涂布PSG薄膜202、銅薄膜204和閥電極205。
此外，如圖44F所示，該SiN薄膜206形成一可移動部分形狀的圖案。圖45示出了在這一階段中該元件的示意平面圖。該SiN薄膜206形成了圖案，并且如圖45所示，徑向槽206a形成在該SiN薄膜206上的銅薄膜204中。隨后，該銅薄膜204和PSG薄膜202通過一種溶劑被適當?shù)厝芙獠⒈怀?。因而，如圖44G所示，獲得固體半導體元件。在該元件中，許多起閥功能的可移動部分210、211位于兩個上下部分中，并被承在與球形硅200相距一間距的地方。而且，一個位于該上部可移動部分210和該球形硅200之間的空間與一個位于該下部可移動部分211和該球形硅200之間的空間通過許多通道212相連。
當固體半導體元件位于圖42所示的墨水和連接通道1050b中，一個可移動的部分210位于圖42所示的墨水盒的墨水腔1002側(cè)，而另一個可移動部分211位于圖42的墨水盒的負壓產(chǎn)生腔1001側(cè)。
下面將參照圖43、46和47對一種調(diào)整墨水盒中墨水輸送量的方法進行描述，其中該墨水盒帶有具有與之相連的開/關(guān)閥的固體半導體元件。
圖46為圖43所示開/關(guān)閥的電結(jié)構(gòu)的等效電路圖。從圖46可清晰地看出，在閥電極(VE)和與之相對設(shè)置的基極電極(BE)之間構(gòu)造有一個電容器C。
而且，圖47為一實例的時間圖，其中在該實例中，信號被施加到圖46所示壓力調(diào)整部件中的閥電極(VE)和基極電極(BE)上。在圖47中，C代表關(guān)閉，O代表開啟。
首先，基極電極201和閥電極205被調(diào)整到GND(接地)電平位置。隨后，一個高電平信號被施加到基極電極201上，并進一步被施加到該閥電極205上。因而，一種靜電吸引力在該閥電極205和該基極電極201之間起作用。由于該閥電極205被吸到基極電極201上，因此，位于通道212相對端的可移動部分210、211朝球形硅200移動以與該球形硅200連接，而通道212的相對端除了由槽206a形成的間隙外是被封閉的。當該高電平信號被施加到通道212的相對端中的可移動部分210、211的所有閥電極205上時，所有通道212的出口/入口都得以最小化。
這種狀態(tài)被認為是初始狀態(tài)。當流速增加時，低電平信號被施加到所需號的通道212的相對端中可移動部分210、211的閥電極205上。因而，可移動部分210、211與該球形硅200分離，并且通道212的出口/入口大大程度地打開。流速可根據(jù)開啟通道的數(shù)目進行調(diào)整。而且，當流速再一次降低時，高電平信號被再一次施加到閥電極205上以移動可移動部分210、211并封閉通道212。即便在這種情況下，降低的流速也可通過封閉通道的數(shù)目得到調(diào)整。
如上所述，在本發(fā)明中，設(shè)置有兩腔結(jié)構(gòu)的液體容器，其中一個封閉的液體容器腔通過該容器底面中的連接通道與一個部分與大氣相連的吸收容器腔相連，并且通向液體噴射頭的輸送口被設(shè)置在該吸收容器腔中。在該容器中，至少設(shè)置有一個這樣的元件，即在其中形成有獲取液體(墨水)信息的功能和將獲取的信息傳遞到外部的功能。液體的信息可有效地被獲取并傳遞到外部。特別地，記錄設(shè)備、供墨量等的驅(qū)動是建立在固體半導體元件所獲取信息的基礎(chǔ)上得到控制的，并可實現(xiàn)高品質(zhì)的記錄。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置成與液體接觸的固體半導體元件，它包括信息獲取部件，它用于獲取所述液體的化學性能信息，該液體的化學性能信息至少包括氫離子濃度指數(shù)、所述液體的濃度和液體的密度這些信息之一；信息交流部件，它用于向外部顯示或傳遞通過所述信息獲取部件獲取的信息；能量轉(zhuǎn)換部件，它用于將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成與所述施加能量形式不同的能量；以操縱所述信息獲取部件和信息傳遞部件。
2.一種如權(quán)利要求1所述的固體半導體元件，還包括信息儲存部件，它用來儲存與所述獲取信息相比較的信息；和識別部件，它用來將所述獲取信息與儲存在所述信息儲存部件內(nèi)相應的信息相比較，并判定是否需要將該信息傳遞到外部，其中，當所述識別部件判定需要進行信息傳遞時，所述信息交流部件向外部顯示或傳遞所述獲取的信息，并且所述信息儲存部件和所述識別部件是通過所述能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的能量操作的。
3.一種如權(quán)利要求1所述的固體半導體元件，還包括信息儲存部件，它用來儲存與所述獲取信息相比較的信息；接收部件，它用來接收來自外部的信號；識別部件，它允許所述信息獲取部件響應由所述接收部件接收的信號獲取容納在所述容器內(nèi)的液體的信息，將所述獲取的信息與儲存在所述信息儲存部件內(nèi)的相應信息相比較，并判斷所述獲取的信息是否滿足預定的條件，其中，所述信息交流部件向外部顯示或傳遞至少一個通過所述識別部件獲得的識別結(jié)果，所述信息儲存部件、所述接收部件和所述識別部件是通過所述能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的能量操作的。
4.一種如權(quán)利要求1所述的固體半導體元件，其中，所述能量轉(zhuǎn)換部件包括一個振蕩電路，它通過設(shè)置在外部的諧振電路的電磁感應從感應電動勢中產(chǎn)生電能。
5.一種如權(quán)利要求4所述的固體半導體元件，其中，所述液體的信息是通過來自所述振蕩電路的輸出的變化而給出的。
6.一種如權(quán)利要求1所述的固體半導體元件，其中，它漂浮并設(shè)置在液體的表面上或液體中，并且具有一個用來漂浮在所述液體表面或液體中的中空部。
7.一種如權(quán)利要求6所述的固體半導體元件，其中，它設(shè)置在一個其中容納液體的容器中，并且其中，所述信息獲取部件包括探測所述容器中液體殘余量的部件。
8.一種如權(quán)利要求1所述的固體半導體元件，其中，所述信息獲取部件包括用來探測液體的離子濃度的部件。
9.一種如權(quán)利要求8所述的固體半導體元件，其中，所述信息獲取部件包括一個離子傳感器。
10.一種如權(quán)利要求8所述的固體半導體元件，其中，所述信息獲取部件包括一個離子選擇場效應晶體管。
11.一種墨水盒，它裝有輸送到噴射墨水的噴射頭上的墨水，其中，至少一個如權(quán)利要求1所述的固體半導體元件被布置成與墨水接觸。
12.一種如權(quán)利要求11所述的墨水盒，其中，所述固體半導體元件漂浮并設(shè)置在墨水的表面上或液體中，并且所述信息獲取部件包括探測墨水殘余量的部件。
13.如權(quán)利要求11所述的墨水盒，其中，所述信息獲取部件包括探測墨水的離子濃度的部件。
14.如權(quán)利要求13所述的墨水盒，其中，所述信息獲取部件包括一個離子傳感器。
15.如權(quán)利要求13所述的墨水盒，其中，所述信息獲取部件包括一個離子選擇場效應晶體管。
16.一種墨水盒，它包含輸送到用來噴射墨水的噴射頭上的墨水，并包括信息獲取部件，它用于獲取所述液體的化學性能信息，該液體的化學性能信息至少包括氫離子濃度指數(shù)、液體的濃度和液體的密度這些信息之一；信息交流部件，它用于向外部顯示或傳遞通過所述信息獲取部件獲取的信息；能量轉(zhuǎn)換部件，它用于將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成與所述施加能量形式不同的能量，以操縱所述信息獲取部件和信息交流部件。
17.如權(quán)利要求16所述的墨水盒，還包括信息儲存部件，它用來儲存與所述獲取信息相比較的信息；和識別部件，它用來將所述獲取信息與儲存在所述信息儲存部件內(nèi)相應的信息相比較，并判定是否需要將該信息傳遞到外部，其中，當所述識別部件判定需要進行信息傳遞時，所述信息交流部件向外部顯示或傳遞所述獲取的信息，并且所述信息儲存部件和所述識別部件是通過所述能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的能量操作的。
18.如權(quán)利要求16所述的墨水盒，還包括信息儲存部件，它用來儲存與所述獲取信息相比較的信息；接收部件，它用來接收來自外部的信號；識別部件，它允許所述信息獲取部件響應由所述接收部件接收的信號獲取所述墨水的信息，將所述獲取的信息與儲存在所述信息儲存部件內(nèi)的相應信息相比較，并判斷所述獲取的信息是否滿足預定的條件，其中，所述信息交流部件向外部顯示或傳遞至少一個通過所述識別部件獲得的識別結(jié)果，所述信息儲存部件、所述接收部件和所述識別部件是通過所述能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的能量操作的。
19.如權(quán)利要求16所述的墨水盒，其中，所述能量轉(zhuǎn)換部件包括一個振蕩電路，它通過設(shè)置在外部的諧振電路的電磁感應從感應電動勢中產(chǎn)生電能。
20.如權(quán)利要求19所述的墨水盒，其中，所述墨水的信息是通過來自所述振蕩電路的輸出的變化而給出的。
21.一種噴墨記錄設(shè)備，它包括噴射墨水的噴射頭；和如權(quán)利要求11-20中任何一項所述的墨水盒，在該墨水盒中裝有向所述噴射頭輸送的墨水。
22.一種獲取液體變化信息的方法，它采用設(shè)置成與液體接觸的固體半導體元件，所述元件包括信息獲取部件，它用于獲取液體的信息；信息交流部件，它用于向外部顯示或傳遞通過所述信息獲取部件獲取的信息；能量轉(zhuǎn)換部件，它用于將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成與所述施加能量形式不同的能量，以操縱所述信息獲取部件和信息交流部件。
23.如權(quán)利要求22所述的信息獲取方法，其中，所述信息獲取部件獲取液體化學性能的變化信息，該液體的化學性能信息至少包括氫離子濃度指數(shù)、液體的濃度和液體的密度這些信息之一。
24.一種識別液體物理性能變化的方法，它采用設(shè)置成與液體接觸的固體半導體元件，所述元件包括信息獲取部件，它用于獲取液體的信息；識別部件，它用于在通過所述信息獲取部件獲取的信息和預先儲存的數(shù)據(jù)表的基礎(chǔ)上識別液體物理性能的變化；信息交流部件，它用于向外部顯示或傳遞通過所述識別部件獲取的信息；能量轉(zhuǎn)換部件，它用于將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換成與所述施加能量形式不同的能量，以操縱所述信息獲取部件、所述識別部件和所述信息交流部件。
25.如權(quán)利要求24所述的識別方法，其中，所述信息獲取部件獲取液體化學性能的變化信息，從所述液體的化學性能的變化信息和所述數(shù)據(jù)表中推斷液體的物理性能值的變化，并判定是否需要進行信息的傳遞。
26.如權(quán)利要求25所述的識別方法，其中，所述液體的化學性能的變化信息至少包括氫離子濃度指數(shù)、液體的濃度和液體的密度這些信息之一。
27.如權(quán)利要求25所述的識別方法，其中，所述液體的物理性能包括至少液體粘度和表面張力之一。
28.如權(quán)利要求24所述的識別方法，其中，所述識別部件將通過所述信息獲取部件獲取的信息與所述的預先儲存的數(shù)據(jù)表相比較，并判定是否需要進行信息的傳遞。
29.一種識別方法，它獲取有關(guān)液體隨著時間的信息，并從指示有關(guān)所述液體隨著時間的信息變化的信息中推斷液體的變化量，所述方法包括識別有關(guān)所述液體不正常變化信息的步驟。
30.一種固體半導體元件，它包括接收和能量轉(zhuǎn)換部件，它用于以非接觸的方式從外部接收電磁波的信號，并通過電磁感應將電磁波轉(zhuǎn)換成電能；信息獲取部件，它用于獲取外部的環(huán)境信息；信息儲存部件，它用于儲存與所述信息獲取部件獲取的信息相比較的信息；識別部件，它用于將所述信息獲取部件獲取的信息與相應的儲存在所述信息儲存部件中的信息相比較，并在所述接收和能量轉(zhuǎn)換部件接收的電磁波信號滿足預定的響應條件時，判定是否需要進行信息傳遞；和信息交流部件，它用于當所述識別部件判定需要進行信息傳遞時，向外部顯示或傳遞所述信息獲取部件獲取的信息，其中，所述信息獲取部件、所述信息儲存部件、所述識別部件和所述信息交流部件是通過所述接收和能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的電能而操作的。
31.如權(quán)利要求30所述的固體半導體元件，其中，所述響應條件包括電磁感應頻率。
32.如權(quán)利要求30所述的固體半導體元件，其中，所述響應條件包括一種交流協(xié)議。
33.如權(quán)利要求30所述的固體半導體元件，其中，所述信息交流部件將所述接收和能量轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)換為作為向外部顯示或傳遞信息的磁場、光、形狀、顏色、輻射波或聲音。
34.如權(quán)利要求30所述的固體半導體元件，其中，所述接收和能量轉(zhuǎn)換部件包括導電線圈和振蕩電路，用來通過外部諧振電路的電磁感應產(chǎn)生電能。
35.如權(quán)利要求34所述的固體半導體元件，其中，所述導電線圈是這樣形成的，即它卷繞在該固體半導體元件的外表面上。
36.如權(quán)利要求30所述的固體半導體元件，包括一個用來漂浮在所述液體表面或液體預定位置上的中空部。
37.如權(quán)利要求36所述的固體半導體元件，其中，漂浮在液體中的固體半導體元件的重力中心位于該元件中心的下方，并且該漂浮的元件可穩(wěn)定地擺動而不會在液體中旋轉(zhuǎn)。
38.如權(quán)利要求37所述的固體半導體元件，其中，該固體半導體元件的穩(wěn)心恒常地位于該固體半導體元件的重力中心上方。
39.一種設(shè)置有至少一個如權(quán)利要求30-38中任何一項所述的固體半導體元件的墨水盒。
40.如權(quán)利要求39所述的墨水盒，其中，所述固體半導體元件的響應條件隨墨水盒中墨水的不同而不同。
41.如權(quán)利要求40所述的墨水盒，其中，所述固體半導體元件的響應條件隨墨水盒中墨水顏色的不同而不同。
42.如權(quán)利要求40所述的墨水盒，其中，所述固體半導體元件的響應條件隨墨水盒中墨水彩色材料濃度的不同而不同。
43.如權(quán)利要求40所述的墨水盒，其中，所述固體半導體元件的響應條件隨墨水盒中墨水性能的不同而不同。
44.一種設(shè)置有多個如權(quán)利要求39所述的墨水盒的噴墨記錄設(shè)備。
45.如權(quán)利要求44所述的噴墨記錄設(shè)備，還包括交流部件，用來相對于每個墨水盒中的固體半導體元件傳遞/接收電磁波。
46.如權(quán)利要求45所述的噴墨記錄設(shè)備，其中，所述交流部件包括一個發(fā)出電磁波的諧振電路。
47.一種采用了固體半導體元件的交流系統(tǒng)，它包括多個液體容器，其中分別設(shè)置有所述固體半導體元件；振蕩電路，它形成在所述固體半導體元件中并設(shè)有一個導電線圈；信息獲取部件，它用于獲取所述容器內(nèi)的信息；接收部件，它用于接收來自外部的信號；信息交流部件，它用于當預定響應條件滿足時，向外部傳遞信息；外部諧振電路，它設(shè)置在所述許多液體容器的外部，并相對于所述固體半導體元件的振蕩電路通過電磁感應產(chǎn)生電能；外部交流部件，它用于與所述固體半導體元件的接收部件和信息交流部件進行雙向交流。
48.如權(quán)利要求47所述的交流系統(tǒng)，其中，所述響應條件隨每個容器的不同而不同。
49.如權(quán)利要求48所述的交流系統(tǒng)，其中，所述響應條件包括電磁感應頻率。
50.如權(quán)利要求48所述的交流系統(tǒng)，其中，所述響應條件包括一個交流協(xié)議。
51.如權(quán)利要求47所述的交流系統(tǒng)，其中，漂浮在液體中的固體半導體元件的重力中心位于該元件中心的下方，并且該漂浮元件穩(wěn)定地擺動而不會在液體中旋轉(zhuǎn)。
52.如權(quán)利要求51所述的交流系統(tǒng)，其中，該固體半導體元件的穩(wěn)心恒常地位于該固體半導體元件的重力中心上方。
53.一種液體容器，它包含了輸送到噴射液滴的液體噴射頭上的墨水，并包括第一腔室，它與大氣部分地相連并包含有吸收液體的吸收體；第二腔室，它與外部隔離并包含有所述液體；連接通道，它設(shè)置在該容器的底部附近，用于使所述第一腔室與所述第二腔室相連；輸送口，它設(shè)置在所述第一腔室中，通過該輸送口液體被輸送到所述液體噴射頭上；第一監(jiān)控部件，它設(shè)置在所述第一腔室中，用于監(jiān)控所述第一腔室的液體量；流速調(diào)整設(shè)備，它設(shè)置在所述連接通道中，用于根據(jù)來自第一監(jiān)控部件的信息來調(diào)整所述連接通道的流速。
54.如權(quán)利要求53所述的液體容器，其中，監(jiān)控所述第二腔室的液體量的第二監(jiān)控部件設(shè)置在所述第二腔室中，并且根據(jù)來自該第二監(jiān)控部件的信息控制所述流速調(diào)整設(shè)備。
55.如權(quán)利要求53所述的液體容器，其中，所述第一監(jiān)控部件包括第一固體半導體元件，該第一固體半導體元件包括至少用于探測液體的壓力波動的壓力探測部件；將該壓力探測部件獲得的壓力信息傳遞到所述流速調(diào)整設(shè)備的信息交流部件；和將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換為不同于所述施加能量的能量以操縱所述壓力探測部件和所述信息交流部件的能量轉(zhuǎn)換部件。
56.如權(quán)利要求55所述的液體容器，其中，當從所述第二腔室輸送到所述第一腔室的液體可能被中斷輸送時，所述第一固體半導體元件位于所述第一腔的液體表面上方并位于可探測到壓力波動的位置上。
57.如權(quán)利要求55所述的液體容器，其中，所述流速調(diào)整設(shè)備為第二固體半導體元件，該第二固體半導體元件包括至少接收來自所述第一監(jiān)控部件的壓力信息的接收部件；響應所述接收的壓力信息而操作的開/關(guān)閥；和將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換為不同于所述施加能量的能量以操縱所述接收部件和所述開/關(guān)閥的能量轉(zhuǎn)換部件。
58.如權(quán)利要求53所述的液體容器，其中，所述第二監(jiān)控部件為第三固體半導體元件，該第三固體半導體元件包括至少探測液體殘余量的殘余量探測部件；將殘余量探測部件獲得的殘余量信息傳遞到所述流速調(diào)整設(shè)備的信息交流部件；和將從外部施加的能量轉(zhuǎn)換為不同于所述施加能量的能量以操縱所述殘余量探測部件和所述信息交流部件的能量轉(zhuǎn)換部件。
59.如權(quán)利要求58所述的液體容器，其中，所述固體半導體元件漂浮在液體表面上或液體中。
60.一種液體噴射記錄設(shè)備，它包括噴射記錄液滴的液體噴射頭；以及如權(quán)利要求53-59中任何一項所述的液體容器，在該液體容器中包含有輸送到該液體噴射頭上的液體。
61.液體噴射記錄設(shè)備，其中，所述液體噴射頭利用當熱能被施加到液體上時產(chǎn)生的薄膜沸騰來通過噴嘴噴射液滴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一個固體半導體元件,它非常有效地探測關(guān)于液體的信息并與外部進行信息的雙向交換。該固體半導體元件設(shè)置在一個液體容器中,并至少包括能量轉(zhuǎn)換部件、信息獲取部件和信息交流部件。該能量轉(zhuǎn)換部件將來自外部的電動勢轉(zhuǎn)換成電能,并操縱該信息獲取部件和信息交流部件。該信息獲取部件獲取有關(guān)液體的信息,其中該固體半導體元件設(shè)置在液體中,而該信息交流部件將信息獲取部件獲取的信息傳遞到外部。
文檔編號B41J29/393GK1367080SQ0114128
公開日2002年9月4日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月16日
發(fā)明者久保田雅彥, 須釜定之, 齊藤一郎, 石永博之, 今中良行, 望月無我, 井上良二, 西田真紀, 山口孝明 申請人:佳能株式會社