专利名称：固体半导体元件、带有该元件的墨水盒、以及它们的使用方法
技术领域：
本发明涉及具有探测环境信息、并将该信息向外部传递/显示或根据该信息对环境进行调节的功能的半导体元件，还涉及用这种半导体元件获取液体信息、并识别液体的物理性能变化的方法。
此外，本发明还涉及一种具有探测墨水盒内部信息(例如，墨水残余量、压力等等)、并将该信息向外部传递/显示的功能的设备；一种具有根据该信息对环境进行调节的功能的设备；一种装有该元件的墨水盒；和一种带有该墨水盒的喷墨记录设备，该喷墨记录设备例如是传真机、打印机和复印机，其中墨水盒可拆卸地安装在喷墨记录设备上。
背景技术：
在通过位于记录头中的若干喷嘴而喷射墨水的传统喷墨记录设备中，其上安装有记录头的滑架相对于记录载体进行扫描，并以点状图案的形式形成图象；安置装有记录墨水的墨水盒，该墨水盒中的墨水通过供墨路径而被提供给记录头。这里，用于探测墨水盒中的墨水残余量的探测装置被实际使用，并且已经存在各种不同的设计。
例如，如图1所示，日本专利申请No.6-143607中所公开的一种装置包括两个(一对)放置于墨水盒701的内底表面上的电极702，该墨水盒701中装有非导电性墨水，一个浮动元件703在墨水盒701中浮在墨水表面上。两个电极702与一个用于探测这两电极之间的导电状态的探测器(未示出)相连接。此外，在浮动元件703上，电极704被设置在电极702的对面。当墨水盒701中的墨水被消耗时，浮动元件703的位置下降，电极704接触电极702。于是，该探测器探测出电极702之间的导电状态。由此可探测出墨水盒701中没有墨水，并且停止喷墨记录头705的操作。
此外，在日本专利No.2947245中，公开了一种喷墨打印机的墨水盒805。如图2所示，该墨水盒的下部成漏斗状，漏斗的方向朝向该墨水盒的底部，在该底表面上安装有两个导体801、802，一金属球804被放置在该墨水盒中，所述金属球804的比重小于墨水803的比重。在这种情况下，当墨水803被消耗而减少时，墨水803的液体表面降低。因此，浮在墨水803表面上的金属球804的位置降低。当墨水803的液体表面降低至达到墨水盒壳体的底面时，该金属球804接触两个导体801、802。于是导体801、802成为导通的，在它们之间形成电流。当探测到所述电流时，就可探测到墨水用完了的状态。当探测到墨水用完了的状态时，使用者便被显示墨水用完状态的信息所告知。
在上述任一种结构中，通过探测放置于墨水盒中的电极之间是否导电来探测墨水的有无。因此，需要在墨水盒中放置探测电极。此外，当墨水盒中有墨水时，要防止电流通过墨水而在电极之间流动。因此，在墨水的组份中不能使用金属离子，或者在使用墨水时对墨水进行其它限制。
此外，在上述结构中，只能探测到墨水是否存在，而不能将墨水盒内部的其它信息通知给外部。例如，墨水的残余量、墨水盒中的压力信息、墨水的物理性能变化等此类信息对于喷墨头以稳定的喷墨量进行稳定操作是重要的参数。人们需要墨水盒具有这样一种功能，即，通过这种功能，使得外部的喷墨记录装置能够被告知随着墨水盒中墨水的实时的消耗而产生的墨水盒内部压力的不断变化，或墨水的物理性能的变化可被传递给外部。
进一步说，人们还需要墨水盒具有这样一种功能，即，通过这种功能，所探测到的墨水盒中的信息被单方向地传递给外部，并且，响应外部的要求，内部信息可双向交换。
为了改进上述墨水盒，本发明的发明人等人已经提出了一种球状半导体，这种球状半导体由Ball Semiconductor有限公司制造，用以在直径为1毫米的硅球的球面上形成半导体集成电路。这个球状半导体为球形。因此，当墨水盒中装有该半导体时，可以以一种平面形状有效地进行对环境信息的探测以及与外部的双向信息交换。然而，当检索具有这种功能的半导体时，仅发现该球状半导体通过电线等类似物而彼此连接的技术(见美国专利US5877943)。因此需要改进具有上述功能的元件本身。此外，为了有效地将该元件装到墨水盒中，还存在下列问题。
首先，要施加用于激励装在墨水盒中的元件的能量。当将用于启动该元件的电源设置在墨水盒中时，墨水盒的尺寸要加大。在将该电源放置在墨水盒外部时，还需要有用于将电源连接到所述元件上的装置。墨水盒的制造费用增加；墨盒架变得昂贵；必须以非接触的方式从外部启动所述元件。
第二，该元件有时必须浮在墨水盒中的墨水表面上或处在墨水中与液体表面相距一给定的距离的地方。例如，为了监测负压值随着时间、随着墨水盒中墨水的消耗而产生的变动，最好将该元件定位在墨水的表面。然而，由于该元件是由比重大于水的硅形成的，所以一般很难让该元件浮在墨水中。
第三，在彩色打印机中，要求根据外部的询问而对相应的墨水盒单独地和独立地获得相应墨水盒的内部信息，并传递这一信息。
第四，在实际使用的喷墨头中的一种模式的墨水盒中，容器被分成第一腔室和第二腔室，在第一腔室中，安装了一种在与大气相连通的状态下用于根据喷墨记录头而产生所需负压的多孔的或纤维性的负压生成件；第二腔室中实际上装有记录液体。在壁的底部设置有一连通通道，用于将容器中的第一和第二腔室隔开。这个墨水盒的储墨量很大，并且，与只有一个腔室(其中装有负压生成件)的墨水盒结构相比，该墨水盒还可以使喷墨记录头的负压稳定。因此，特别是对墨水盒有这样的要求，即要求墨水盒具备以下功能在上述两腔室的墨水盒结构中，诸如墨水盒中的墨水残余量、墨水的物理性能变化、内压状态等信息可与外部进行双向交换。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体半导体元件，该元件可以非常有效地探测有关液体的信息，并与外部双向交换该信息。
本发明的另一目的是提供一种固体半导体元件，该元件实时地探测墨水盒中的详细信息，并可与外部的喷墨记录装置双向交换这些信息。本发明的另一个目的还在于提供一种安装有该半导体元件的墨水盒和具有这种墨水盒的喷墨记录装置。
本发明的又一个目的是提供一种可实时地探测墨水盒中墨水的状态变化(PH值的变化、浓度的变化、密度的变化)的方法。此外，提供一种在向喷墨头供墨的情况下向外部显示该装置不能在喷墨头中使用并限制该装置的使用的方法。
另外，如果探测到了密度的变化，则墨水的粘度和表面张力值也可被计算出来。因此，本发明的另一个目的还在于提供一种设定最佳的喷墨头驱动条件并保持稳定的喷射性能的方法。
此外，本发明的一个目的是提供一种其上安装有固体半导体元件的液体容器，在所述容器中，液体的物化性能的信息(PH值的变化、浓度的变化、密度的变化)以及物理性能的信息(液体的粘度、表面张力、负压值)被探测，所探测到的信息可与外部进行双向交换，并且可对墨水盒的内部状态进行调节(负压调节)；本发明的一个目的还在于提供一种装有上述液体容器的喷墨记录装置。
为实现上述目的，按照本发明，所提供的固体半导体元件放置在与液体相接触的地方，该元件包括信息获取(传递)部件，它用于获取液体的化学性能信息，所述液体的化学性能信息至少包括氢离子浓度的指示、液体的浓度和液体的密度这些信息之一；信息传递部件，它用于向外部显示或传递所获取的信息；能量转换部件，它用于将从外部施加的能量转换成不同形式的能量，以操纵上述信息获取部件和信息传递部件。
本发明的这种固体半导体元件作为一个物件被放置在与液体相接触的地方，从该物件上将能够获取所述信息。在这种情况下，该信息获取部件获取有关液体的信息，信息传递部件将该信息传递到外部。操纵信息获取部件和信息传递部件所需要的能量是通过用能量转换部件将来自外部的能量转换成不同形式的能量而获得的。由于该固体半导体元件具有以上述这种方式获取有关液体信息和向外部传递该信息的功能，所以可以三维地获取和传递这些信息。因此，与使用二维的半导体元件相比较，由于对获取和传递信息的方向没有限制，所以可有效地获取并向外部传递有关液体的信息。
该元件还包括信息存储部件，它用于存储与所获取的信息相比较的信息；该元件还包括识别部件，它用于将存储在信息存储部件中的信息与由信息获取部件获取的信息相比较，以判定是否需要向外部传递信息。因此，如果需要就向外部传递所获取的信息。进一步说，当附加一个用于接收来自外部的信号的接收部件时，则根据所接收的外部信号而获取信息，把与所存储的信息相比较的结果和所获取的信息一起传递到外部，并且，就外部装置而言，该信号可进行双向传递/接收。
有关液体的信息的例子包括液体的PH值、液体的压力，当液体装在容器中时还包括液体在容器中的残余量。为获得液体残余量，最好将该固体半导体元件浮在液体表面上或放在液体中，这种结构也可以包括中空部。
本发明的固体半导体元件最好是在喷墨记录领域用于获取有关记录墨水的信息。该记录墨水一般是装在墨水盒中。当要进行高质量的记录时，获取有关墨水盒中墨水的信息是十分重要的。
因此，本发明的墨水盒盛装将要被提供给喷墨头的墨水，所述喷墨头用于排出墨水；本发明的固体半导体元件放置在与墨水接触的地方。固体半导体元件的数量可以是一个或多个。当设置若干个固体半导体元件时，各个元件可获取不同的信息，或与另一个元件交换信息。
此外，按照本发明，所提供的墨水盒盛装将要被提供给喷墨头的墨水，所述喷墨头用于喷射墨水；该墨水盒包括信息获取部件，它用于获取墨水的化学性能信息，所述墨水的化学性能信息至少包括氢离子浓度的指示、墨水的浓度和墨水的密度这些信息之一；信息传递部件，它用于向外部显示或传递所获取的信息；能量转换部件，它用于将从外部施加的能量转换成不同形式的能量，以操纵上述信息获取部件和信息传递部件。
本发明的喷墨记录装置上装有用于喷射墨水的喷墨头，本发明的墨水盒中装有将会提供给喷墨头的墨水。
按照本发明，提供一种用所设置的与液体相接触的固体半导体元件来获取液体变化信息的方法，所述元件包括用于获取关于液体的信息的信息获取部件；用于向外部显示或传递由信息获取部件获取的信息的信息传递部件；用于把从外部施加的能量转换成不同形式的能量、以操纵上述信息获取部件和信息传递部件的能量转换部件。
进一步说，按照本发明，提供一种用所设置的与液体相接触的固体半导体元件来判断液体的物理性能的变化的方法，所述元件包括用于获取关于液体的信息的信息获取部件；用于根据由信息获取部件获取的信息和预先存储的数据表来鉴别液体的物理性能的变化的识别部件；用于向外部显示或传递由所述识别部件获取的信息的信息传递部件；用于把从外部施加的能量转换成不同形式的能量、以操纵上述信息获取部件、识别部件和信息传递部件的能量转换部件。
按照上述方法，可随时探测到液体的物理性能的变化。例如，当使用中产生不利的情况时，这一情况被通知到外部，以限制使用。特别是对于墨水盒的使用，测定液体墨水的粘度和表面张力的变化值，并且可设定最佳的记录头驱动条件。
进一步说，按照本发明，提供一种实时地获取有关液体的信息、并从显示有关液体的信息实时的变化的信息中计算液体的变化值的鉴别方法，其中，对于有关液体的异常变化的信息进行识别。
例如，装在墨水盒中的墨水通常是随着墨水的消耗而呈线性减少，但也会因为再补充墨水而快速增加，或墨水的成份发生变化。这可以按照上述方法作为异常变化信息进行判断。
为实现上述目的，按照本发明，所提供的固体半导体元件包括用于以非接触方式从外部接收电磁波信号、并通过电磁感应将该电磁波信号转换成电能的接收和能量转换部件；用于获取外部环境信息的信息获取部件；用于存储与由信息获取部件获取的信息相比较的信息的信息存储部件；识别部件，它用于将由信息获取部件获取的信息与存储在信息存储部件中的相应信息进行比较，从而在由接收和能量转换部件所接收的电磁波信号满足预定的感应条件时判别是否需要进行信息传递；信息传递部件，它用于在识别部件判断需要进行信息传递时向外部显示或传递由信息获取部件获取的信息。信息获取部件、信息存储部件、识别部件以及信息传递部件都是借助于由接收和能量转换部件转换的电能来操纵的。
电磁感应频率或交流协议可作为感应条件加以应用。
对于信息传递部件而言，由接收和能量转换部件转换的电能设想为被转换成磁场、光、波形、颜色、无线电波、或声音，作为向外部显示或传递信息的能量。
可采用这样的接收和能量转换部件，即它具有导电线圈和振荡电路，用于通过外部谐振电路的电磁感应产生电能。
在这种情况下，导线线圈优选这样形成，即卷绕在固体半导体元件的外表面上。
而且，该元件优选包括一个用来漂浮在所述液体表面或液体预定位置上的中空部。在这种情况下，漂浮在液体中的固体半导体元件的重力中心位于该元件中心的下方。该漂浮的元件优选稳定地摆动而不会在液体中旋转。该固体半导体元件的稳心(定倾中心)优选固定不变地位于该固体半导体元件的重力中心上方。
此外，按照本发明，提供了一个至少设置一个固体半导体元件的墨水盒。
在这种情况下，该固体半导体元件的响应条件随墨水盒中墨水的不同而不同。具体地说，该固体半导体元件的响应条件随墨水盒中墨水的颜色，水彩色材料的浓度或墨水的物理性能的不同而不同。
此外，按照本发明，提供了一个设置有多个墨水盒的喷墨记录设备。
在这种情况下，该喷墨记录设备优选包括交流部件，用来相对于每个墨水盒中的固体半导体元件传递/接收电磁波。而且，可采用具有发出电磁波的谐振电路的交流部件。
而且，按照本发明，提供了一个采用了固体半导体元件的交流系统，它包括许多液体容器，其中分别设置有所述固体半导体元件；一个振荡电路，它形成在所述固体半导体元件中并设有一个导电线圈；信息获取部件，它用于获取所述容器内的信息；接收部件，它用于接收来自外部的信号；信息交流部件，它用于当预定响应条件满足时，向外部传递信息；一个外部谐振电路，它设置在所述许多液体容器的外部，并相对于所述固体半导体元件的振荡电路通过电磁感应产生电能；外部交流部件，它用于与所述固体半导体元件的接收部件和信息交流部件进行双向交流。
在这种情况下，响应条件允许电磁感应或交流协议随每个容器的不同而不同。
此外，漂浮在液体中的固体半导体元件的重力中心位于该元件中心的下方，并且该漂浮元件优选稳定地摆动而不会在液体中旋转。该固体半导体元件的稳心优选固定不变地位于该固体半导体元件的重力中心上方。
如上所述，当电磁波的信号以非接触的方式从外部被施加到固体半导体元件上时，接收和能量转换部件将电磁波转换成电能，而信息获取部件、识别部件、信息储存部件和信息传递部件被转换的电能启动。该识别部件允许当被接收和能量转换部件接收的电磁波信号满足预定的响应条件时，信息获取部件获取元件的环境信息，将获取的信息与储存在信息储存部件中相应的信息相比较，并判定是否需要进行信息传递。而且，当判断出信息的传递是必要的时，识别部件允许信息传递部件向外部传递所获取的信息。
这样一来，由于仅当来自外部的电磁波信号满足预定的响应条件时，固体半导体元件具有获取环境信息并将信息传递到外部的功能，所以各元件的环境信息是单独被获取的。而且，由于信息可三维地被获取/传递，所以当与平面半导体元件的使用相比较时，信息传递的方向是极少被限制的。因此，环境信息可被有效地获取并传递到外部。
而且，由于至少一个固体半导体元件设置在墨水盒中，有关包含在墨水盒中的墨水、墨水盒中的压力等等的信息可被实时地传递到外部，例如被传递到喷墨记录设备上。例如，这在通过控制墨水盒中的负压量稳定地进行墨水喷射中是有利的，负压量是随墨水的消耗量而时刻变化的。
特别地，对于许多分别设置有固体半导体元件的墨水盒来说，仅当接收的电磁波信号满足预定的响应条件时，信息响应接收的信号而被获取，并且带有储存的信息的比较/识别结果被连同所获取的信息传递到外部。因此，当响应条件相对于每个墨水盒改变时，各墨水盒的信息可单独地获得。因此，用户可毫无错误地替换用完墨水的墨水盒。
而且，操纵固体半导体元件的电能是以非接触的方式在结构中输送的。因此，没有必要设置启动墨水盒中该元件的电源，或者将供电线连接到该元件上。该结构可用在难于将电线直接与外部相连的空间中。
例如，当振荡电路的导电线圈卷绕在固体半导体元件的外表面上时，电能相对于外部谐振电路通过电磁感应在导电线圈中产生，并且电能可以非接触的方式被输送到元件上。
在这种情况下，由于线圈卷绕在该元件的外表面上，所以线圈磁感的大小根据墨水盒中的墨水残余量、墨水浓度和墨水PH值而改变。因此，由于振荡电路的振荡频率根据感应的变化而改变，所以墨水盒中墨水的残余量等等可在振荡频率的改变的基础上得到探测。
而且，由于固体半导体元件具有用于漂浮在液体中的中空部，并且该元件的重力中心位于该元件中心的下方，所以例如，安装在喷墨记录设备上的记录头和墨水盒连续地操作。即便当墨水盒中的墨水垂直地和水平地摆动时，该元件稳定地漂浮在墨水盒中的墨水中，并且可精确地探测到墨水盒中的墨水、压力的信息等等。此外，形成在该元件上的振荡电路的线圈相对于外部谐振电路的线圈固定在稳定的位置上，还能固定不变地进行稳定的双向通信。
而且，按照本发明，提供了一种液体容器，它包含了输送到喷射液滴的液体喷射头上的墨水，并包括第一腔室，它与大气部分地相连并包含有吸收液体的吸收体；第二腔室，它与外部隔离并包含有所述液体；连接通道，它设置在该容器的底部附近，用于使所述第一腔室与所述第二腔室相连；输送口，它设置在所述第一腔室中，通过该输送口液体被输送到所述液体喷射头上。用于监控所述第一腔室液体量的第一监控部件设置在所述第一腔室中。流速调整设备根据来自第一监控部件的信息调整所述连接通道的流速，它设置在所述连接通道中。
在这种情况下，监控所述第二腔液体量的第二监控部件设置在所述第二腔中，并且优选根据来自该第二监控部件的信息控制所述流速调整设备。
就第一监控部件而言，优选使用第一固体半导体元件，它包括探测液体压力波动的压力探测部件；将该压力探测部件获得的压力信息传递到所述流速调整设备的信息传递部件；和将从外部施加的能量转换为不同于所述施加能量的能量以操纵所述压力探测部件和所述信息交流部件的能量转换部件。该固体半导体元件不需要布置电线，并可自由地设置在任何位置上而不受限制。
特别地，当从所述第二腔输送到所述第一腔的液体可能被中断输送时，第一固体半导体元件优选形成在所述第一腔的液体表面上方并位于可探测到压力波动的位置上。当该元件设置在这样的位置上时，液体输送的中断可事先探测得到。
流速调整设备优选为第二固体半导体元件，该第二固体半导体元件包括至少接收来自所述第一监控部件的压力信息的接收部件；响应所述接收的压力信息的开/关阀；和将从外部施加的能量转换为不同于所述施加能量的能量以操纵所述接收部件和所述开/关阀的能量转换部件。因为不需要布置电线，所以即便在获窄的位置上也可设置该元件。
而且，该第二监控部件优选为第三固体半导体元件，该第三固体半导体元件包括至少探测液体残余量的残余量探测部件；将残余量探测部件获得的残余量信息传递到所述流速调整设备的信息交流部件；和将从外部施加的能量转换为不同于所述施加能量的能量以操纵所述残余量探测部件和所述信息交流部件的能量转换部件。这是因为无须布置任何电线就可设置该元件。
此外，按照本发明，提供了一种液体喷射记录设备，它包括喷射记录液滴的液体喷射头；和液体容器，在该液体容器中包含有输送到该液体喷射头上的液体。在这种情况下，当热能被施加到液体上时，该液体喷射头优选通过利用产生薄膜沸腾的喷嘴喷射液滴。不过，本发明并不限制于上述的模式。在本发明的液体喷射头的别的模式中，电信号可被输入到薄膜元件上，该薄膜元件发生微小的移动，而液体通过喷嘴被喷射出来。
此外，本文中描述的“稳心”表示倾斜过程中平衡重量的作用线与浮力作用线的交点。
而且，“固体半导体元件”的“固体形状”的实例包括各种立方形状比如三角杆、球体、半球体、方杆、旋转式椭圆体和单轴转子。
图1为一示出常见墨水残余量探测设备实例的视图；图2为一示出常见墨水残余量探测设备另一实例的视图；图3为一方框图，示出了本发明第一实施方案中固体半导体元件的内部结构和元件与外部的信息交换；图4为一流程图，示出了图3所示固体半导体元件的操作；图5为一示出作为本发明的固体半导体元件的一构成元件的能量转换部件的发电原理的说明图；图6为一包含有图3所示固体半导体元件的墨水盒的示意图；图7为一示出图5所示的振荡电路在共振频率和振幅之间关系中的输出振幅的视图；图8A和8B为示出图5所示振荡电路的输出振幅的峰值和墨水的PH值之间关系的视图；图9A、9B、9C、9D、9E、9F和9G为示出图6所示浮动的固体半导体元件的制造方法的实例中一连串步骤的视图；图10为一示出用在本发明的固体半导体元件中的N-MOS电路元件的示意纵向剖面图；图11为一方框图，示出了本发明第二实施方案中固体半导体元件的内部结构和元件与外部的信息交换；图12为一示出图11所示固体半导体元件操作的流程图；图13为一方框图，示出了本发明第三实施方案中固体半导体元件的内部结构和元件与外部的信息交换；图14A和14B为示出在墨水盒的墨水中浮动并如图11所示构造的元件的位置和墨水消耗量的变化的视图；
图15为一流程图，用来探测具有图11所示结构的元件的位置并判断是否需要更换墨水盒；图16A、16B和16C为示出本发明第四实施方案原理的视图；图17为一视图，示出了由第一、第二和第三实施方案适当组合构成的固体半导体元件位于墨水盒和与墨水盒相连的喷墨打印头中的实例；图18为一视图，示出了输送到一定固体半导体元件的电动势连同墨水盒及相连的喷墨头中的信息被连续地传递到另一固体半导体元件的实例；图19为一说明图，其中一离子传感器作为构成本发明固体半导体元件的信息获取部件的实例；图20A和20B为墨水中染料离子的相关状态的说明图；图21A和21B为示出了用来输出图19所示离子传感器中的探测结果的电路实例的视图；图22为示出一优选墨水盒实例的视图，其中固体半导体元件根据本发明不同的实施方案而位于不同位置；图23为示出一优选墨水盒实例的视图，其中固体半导体元件根据本发明不同的实施方案而位于不同位置；图24为一示出一优选墨水盒实例的视图，其中固体半导体元件根据本发明不同的实施方案而位于不同位置；图25为一示出一优选墨水盒实例的视图，其中固体半导体元件根据本发明不同的实施方案而位于不同位置；图26为一示意透视图，示出了喷墨记录设备的一实例，其上安装有装有本发明固体半导体元件的墨水盒；图27A和27B为说明图，示出了用来保持按图9A至9G所示方法制造的固体半导体元件的稳定状态的情况。
图28为说明图，示出了一压力传感器位于本发明固体半导体元件中结构的实例；图29为一电路图，其中电路用来监控图28所示多晶硅电阻层的输出；图30为一水管的剖面图，其中设置有本发明的固体半导体元件；图31为一微型阀的示意剖面图，其中设置有本发明的固体半导体元件；图32A和32B为示出了图31所示微型阀操作的说明图；
图33为一施加有图31所示微型阀的喷墨装置的示意剖面图；图34为一示出本发明第五实施方案中喷墨记录设备的示意结构图；图35为一视图，示出了一导电线圈卷绕在本发明的固体半导体元件的表面上以构成接收和能量转换部件；图36为一方框图，示出了本发明的固体半导体元件的内部结构和元件与外部的信息交换；图37为一原理说明图，按此原理在本发明第六实施方案中喷墨记录设备主体和墨水盒中的固体半导体元件之间通过电磁感应进行数字标识符(ID)交换；图38为一视图，示出了采用如图37所示数字标识符(ID)的交换来获取特定颜色的墨水盒内部信息的操作流程；图39为一方框图，示出了本发明一实施方案中固体半导体元件的内部结构和元件与外部的信息交换；图40为一采用了本发明固体半导体元件的墨水盒的示意结构图；图41为一示出了代表性油墨(黄、品红、青和黑色)的吸收波长的图表；图42为一示出了本发明墨水盒第七实施方案的示意剖面图；图43为一位于图42的墨水盒的连接通道中的固体半导体元件的压力阀结构实例的说明图；图44A、44B、44C、44D、44E、44F和44G为图43所示压力阀的制造步骤的说明图；图45为图44F所示状态中固体半导体元件的平面图；图46为图43所示压力阀电动结构的等效电路图；图47为图46所示压力阀中阀电极和基极电极中所施加的信号实例的时间图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的实施方案进行描述。特别地，将对各色墨水盒中装有各固体半导体元件的实施方案进行详细描述。此外，该元件不只是安装在墨水盒内。即便当将该元件安置在并用在另一物体中时，也能获得相似的效果。(第一实施方案)图3为一方框图，示出了本发明第一实施方案中固体半导体元件的内部结构及该元件与外部的交换情况。如图3所示的固体半导体元件(下文中只称“元件”)11被安置在墨水盒中，该元件包括能量转换部件14，它用于将从外部A输送到元件11上的电动势12转化成电能13；由电能13启动的信息获取部件15，所述电能13是由能量转换部件14转换的；识别部件16；信息存储部件17；并且信息交流电磁感应、热、光、射线等可被施加到用于操作元件11的电动势上。不过，至少能量转换部件14和信息获取部件15最好是形成在元件11的表面上或在该表面的附近。
信息获取部件15获取作为元件11的环境信息的关于墨水盒中墨水的信息(墨水信息)，并向识别部件16输出该信息。识别部件16将从信息获取部件15中得到的墨水信息与存储在信息存储部件17中的信息进行比较，并判断是否有必要向外部传递所获取的墨水信息。信息存储部件17将各种与所获得的墨水信息和从信息获取部件15获得的墨水信息本身进行比较的条件存储为一数据表。信息交流部件18将通过能量转换部件14施加的电能转化为将墨水信息传递到外部A或外部B的能量，并且在识别部件16指令的基础上将墨水信息传递到外部A或外部B。这里，外部B是一个不同于作为电动势12的供给源的外部A的物体，它包括一个其上安装有包含元件11的墨水盒的喷墨记录设备，和其它人的视觉和听觉感官。
图4是示出了图3所示元件操作的流程图。参照图3和4，当电动势12从外部A施加到元件11上时，能量转换部件14将电动势12转换为电能13，并且信息获取部件15、识别部件16、信息储存部件17和信息交流部件18由电能13启动。
启动的信息获取部件15获取作为元件11的环境信息的墨水盒中的墨水信息，比如墨水的残余量、墨水类型、温度和PH值(图4的步骤S11)。随后，识别部件16读取用于参照从信息储存部件17获取的墨水盒内部信息的条件(图4的步骤S12)，并将读取的条件与获取的墨水盒内部信息相比较，判断是否需要进行信息传递(图4的步骤S13)。这里，例如当墨水残余量为两毫升或更少或者墨水的PH数值变化大时，在信息储存部件17中条件的基础上判断是否需要更换墨水盒。
在步骤S13中，若识别部件16判断出将墨水盒内部信息传递到外部是无必要的，存在的墨水盒内部信息就被储存在信息储存部件17(图4的步骤S14)内。此外，当信息获取部件15接着获取墨水盒内部信息时，识别部件16可将所获取的信息与储存的信息相比较。
此外，在步骤S13中，若识别部件16判断出将墨水盒内部信息传递到外部是必要的，信息交流部件18接着就将由信息获取部件15转换的电能13转换成将墨水盒内部信息传递到外部的能量。磁场、光、形状、颜色、辐射波、声音等可用作传递的能量。例如，当判断出墨水的残余量为2ml或更少时，便发出一种声音来向外部B(例如喷墨记录设备)传达更换墨水盒的需要(图4的步骤S15)。此外，传递的目标并不限制于喷墨记录设备，特别是光、形状、颜色、声音等也可传递到人的视觉和听觉感官。而且，当判断出墨水残余量为2毫升或更少时，便发出声音。当墨水的PH值大大改变时，便发光。传递的方法可按这种方式根据信息而改变。
对于用在串行式喷墨记录设备中来说，优选位置的实例包括一个记录头、滑架、记录头复位位置、滑架返回位置等，其中在优选位置上设置有将作为外部能量的电动势输送到元件11上的部件。或者，当采用一种具有输送电动势的部件的设备时，也可了解到墨水盒的内部状态，而无须采用喷墨记录设备了。例如，定量的墨水盒可得到测试，而不用实际地在工厂或储存状态中将墨水盒连接到喷墨记录设备上。
根据第一实施方案，由于元件11包括信息获取部件15，所以将电布线直接连到外部是无必要的。即便在难于将电布线直接连接到外部的位置上，例如在后面参照图13至图16A-16C所述的墨水中或在物体的任何位置上，都可采用元件11。当元件11设置在墨水中时，墨水状态可实时地得到准确的掌握。
此外，由于元件11包括信息获取部件15，所以在元件11中设置用来储存用于操作元件11的电动势的部件(本实施方案中的电源)是无必要的。因此，元件11可小型化，甚至可用在狭窄的位置上、后面参照图13至图16A-16C所述的墨水中、或物体的任何位置上。此外，以非接触的方式相对于第一实施方案中的元件11将电动势输送到元件11上。不过，在通过暂时与外部的接触输送了电动势之后，就可不与外部连接了。
这里，就能量转换部件14来说，将描述采用电磁感应来发电的实例。
图5为一说明图，示出了一作为本发明固体半导体元件的构成元件的能量转换部件的发电原理。
在图5中，设置有一个具有线圈La的外部谐振电路101和一个具有线圈L的振荡电路102，此时相对的线圈La、L相邻。当电流Ia通过外部谐振电路101流过线圈La时，振荡电路102的线圈L乘以电流Ia便得到了磁通量B。这里，当电流Ia改变时，线圈L的磁通量也就改变了，并且在线圈L中产生了感应电动势V。因此，振荡电路102形成为元件11中的能量转换部件。例如，在元件11外部的喷墨记录设备中，外部谐振电路101是这样设置的，即元件侧端振荡电路102的线圈L与谐振电路101的线圈La相邻。因此，操纵元件11的电能可通过外部的电磁感应由感应电动势产生。
由于流过形成为能量转换部件的振荡电路102的线圈L的磁通量B与圈数Na和外部谐振电路101的电流Ia的乘积成正比，采用比例常数K表示磁通量的关系式如下B＝kNaIa(1)此外，当线圈L的圈数为N时，线圈L中产生的电动势V如下V＝-N{dB/dt}＝kNaN{dIa/dt}＝-M{dIa/dt}(2)这里，当线圈L的磁中心的导磁率为μa时，磁场为H，外部谐振电路101的线圈La和元件11中形成的线圈L之间的距离为z，磁通量B表示如下B＝μaH(z)＝{μaNaIara2/2(ra2+z2)3/2}(3)此外，方程(2)的互感系数M表示如下M＝{μN/μaIa}∫sB·dS＝{μμara2NaNS/2μ0(ra2+z2)3/2}(4)这里，μ0为真空下的导磁率。
此外，元件11中形成的振荡电路102的阻抗Z表示如下Z(ω)＝R+j{ωL-(1/ωL)}(5)外部谐振电路101的阻抗Za表示如下Za(ω0)＝Ra+jωLa-{ω2M2/Z(ω)}(6)这里，J代表磁化强度。
当外部谐振电路101发生共振时(电流值Ia为最大值)，阻抗Z0表示如下Z0(ω0)＝Ra+jLaωa-(ω02M2/R)(7)振荡电路102的相位时延φ如下
tanφ＝{jLaω0-(ω02M2/R)}/R(8)此外，外部谐振电路101的共振频率f0由方程(9)获得。f0=1/2πLC......(9)]]>从上面的关系式可以看出，当元件11中形成的振荡电路102的阻抗Z根据墨水盒中墨水的变化而变化时，外部谐振电路101的频率改变，并且墨水的变化反映在外部谐振电路101的阻抗Za的振幅和相位差异中。此外，相位差异和振幅还包括墨水的残余量(即z的变化)。
例如，当外部谐振电路101的共振频率f0改变时，元件11中形成的振荡电路102的输出(阻抗z)根据环境的变化而改变。因此，当根据探测到的频率时，墨水的有/无或墨水的残余量便可探测得到了。
因此，元件11中形成的振荡电路102不仅作为产生电能的能量转换部件14，还作为从振荡电路102和外部谐振电路101之间的关系探测墨水盒中墨水变化的信息获取部件15的一部分。
下面将参照图6对上述包含元件11的墨水盒的结构实例进行描述，其中电能从作为探测墨水信息的元件的外部谐振电路101输送到元件11上。
图6是包含图3所示元件的墨水盒的示意图。图6所示的墨水盒50包括一个负压产生室51和通过一隔墙50a相互隔开的墨水室52。隔墙50a的下端形成一个连接通道50b，而负压产生室51通过该连接通道50b与墨水室52相连。在负压产生室51中，包含有一个由纤维或多孔材料构成的负压产生件。该负压产生室51中的负压产生件容纳并吸收墨水。此外，在负压产生室51中，设置有一个供墨口53和一个通气口(未示出)，其中供墨口53用来将负压产生室51中的墨水供给到如喷墨记录设备(未示出)的外部，而通气口用来使负压产生室51的内部与大气相连。墨水室52是一个除了连接通道50b之外基本上是封闭的结构，并用于容纳墨水，而元件11漂浮在容纳在墨水室52中墨水的液体表面上。将在后面对这样使元件11浮动的结构进行描述。参照图5所述的振荡电路(未示出)形成在元件11中。元件11通过感应电动势产生电能，还产生共振频率，并将墨水盒50中的墨水信息传递到外部，其中感应电动势是通过墨水盒50下设置的外部谐振电路101发生电磁感应而产生的。在图6中，a代表电磁感应，而b代表振荡。
在如上所述的墨水盒50中，随着墨水通过供墨口53的消耗，气体(通过通气口引导的气体)通过连接通道50b从负压产生室51排放到墨水室52中，并且相应量的墨水从墨水室52被引导到负压产生室51中。从而容纳在负压产生室51中的墨水量，也即负压产生室51中的负压基本上保持不变。
这里，由设置在元件11中的振荡电路产生的输出的实例在图7中表示为共振频率和振幅之间的关系。在图7中，如a-c所示，振荡电路产生的输出显示了表征振幅峰值的共振频率的差异和响应墨水盒50(实际为墨水室52)中墨水情况的峰值中的振幅。具体地说，如图8A所示，表示振幅峰值的共振频率fa、fb和fc与墨水的PH值有关。当图8A所示的关系事先测量了时，墨水PH值的变化便可探测得到。同样就墨水的浓度来说，在不同频率的区段中可看出相似的关系。当关系事先测量了时，便可探测得到墨水浓度的变化。
此外，图7所示共振频率范围中的振幅值变化A、B和C与图8B所示的元件和外部谐振电路101之间的距离有关。因此，墨水盒充满墨水(F)或墨水盒为空(E)那点处的振幅值得到事先测量。墨水盒50中元件11的位置也即墨水的残余量便可探测得到。
此外，也可采用下面的状态方程估计出液体的密度PV＝nRT(10)(这里，P压力，V容积，n克分子量，R气体常数，T绝对温度)在方程(10)中，当T固定时，密度n表示如下ρ＝MP/(nRT)(11)(这里，M分子量)。也就是说，当液体压力和温度可得到探测时，液体密度的状态变化也可得到测量。
下面将详细描述液体压力。压力传感器是这样构成的，即形成一层多晶硅薄膜的隔膜，并利用随着压力变化引起的隔膜偏移而发生的电阻值的变化，它形成在第一实施方案的元件11中，以便探测到压力。
此外，就液体温度来说，例如当一个描述在日本专利申请特许公开号52387/1995中的、用来探测记录头温度的二极管传感器形成在第一实施方案的元件11中时，温度便可探测得到。
如上所述，当压力和温度传感器形成在元件11中时，墨水的密度便可探测得到。当随着时间的变化可同样探测得到时，液体的粘度/表面张力也可估计得到。
就液体粘度来说，液体粘度的变化可根据Orik Arbor方程的密度变化估计得到In{η/(ρM)}＝A+B/T(12)(这里，η粘度，A常数，B常数)液体表面张力和密度之间的关系由Macleod方程给出γ＝{C(ρ0-ρ)}4.0(13)(这里，γ表面张力，C液体确定的常数)液体表面张力的变化可根据方程(13)的密度变化估计。
如上所述，当元件11施加到墨水盒50中时，例如墨水PH值和密度的墨水信息可随时间而检测得到并被传递到墨水盒50的外部。因此，例如，当使用过的墨水盒被另一墨水盒替代时，另一种墨水被喷射到墨水盒50中，并且墨水的量不正常地增加或墨水的组分改变，这些情况可准确地作为异常探测出。此外，由于墨水粘度和表面张力的变化也可估计得到，所以这些信息被传递到一个记录头控制器，并且还可设定一个保持稳定喷射性能的驱动条件。
此外，在图6中，采用了具有如图3所示结构的元件11，但识别部件16和信息储存部件17可设置在墨水盒50的外部，而不在元件11内。
此外，如上所述，元件11漂浮在图6所示墨水盒50中的墨水表面上。将在下面对漂浮在墨水表面上的元件11连同其制造方法进行描述。
图9A-9G为一连串步骤的视图，示出了采用球形硅作为上述球半导体的基底来制造图6所示浮动的元件11的方法实例。此外，图9A-9G示出了在沿着球形硅的中心的剖面图中的各步骤。而且，球形硅的重力中心形成在中心的下方，并且球体的内上部是中空的。此外，中空部保持密封。制造方法将作为一个实例来描述。
首先，如图9B所示，一层热氧化的二氧化硅薄膜202形成在图9A所示球形硅201的整个表面上。随后，当一个开口203形成在图9C所示二氧化硅薄膜202一部分中时，便采用一种光刻工艺在薄膜上形成图案。
随后，如图9D所示，球形硅201的上半部通过开口203采用KOH溶液进行各向异性腐蚀而移去，并且形成一个中空部204。此后，如图9E所示，采用LPCVD工艺将SiN膜205涂布在球形硅201整个暴露的表面和包括中空部204内表面的二氧化硅薄膜202上。
此外，如图9F所示，采用金属CVD工艺来在SiN膜205的外表面上形成一层Cu膜206。随后，如图9G所示，采用一种已知的光刻工艺来在Cu膜206上形成图案，并且作为振荡电路102一部分的导电线圈L(见图3)形成的圈数为N。此后，从真空设备中将其上形成导电线圈L的立方体元件取出到大气中，上开口203由比如一种树脂的密封元件207和塞子封闭，并且球体内的中空部204进入密封状态。当该元件以这种方式制造时，由硅形成的元件本身具有了浮力。
此外，在制造漂浮型固体半导体元件之前，事先在球形硅中形成的除了线圈L之外的驱动电路元件中采用一个N-MOS电路元件。图10是示出了该N-MOS电路元件的示意纵向剖面图。
在图10中，通过采用一种通用的MOS工艺在N型阱区域402中形成P-MOS450，从而在P导体硅基质401中设立离子或引入并扩散其它杂质，而N-MOS451形成在P型阱区域403中。P-MOS450和N-MOS451都是由栅布线415、源区域405、漏极区406以及通过几百微米厚的栅绝缘膜408在其中导入N型或P型杂质的一类东西构成的，其中栅布线是在CVD工艺中沉积4000-5000微米厚的多晶硅而形成的。C-MOS逻辑线路由P-MOS450和N-MOS451构成。
通过杂质引导和扩散步骤在P型阱基质402中形成由漏极区411、源区域412和栅布线413构成的、用来驱动元件的N-MOS晶体管301。
这里，当N-MOS晶体管301用作元件驱动器时，在构成晶体管的漏极和栅之间的距离L最小大约为10μm。10μm的值包括源接点和漏接点417的宽度。该宽度为2×2μm，但实际上有一半用作相邻的晶体管，因此宽度也就是一半，为2μm。该值还包括接点417和栅413之间的距离，即2×2μm＝4μm，以及栅413的宽度，即4μm。因此，总距离为10μm。
厚度为5000-10000μm的氧化膜分离区453通过区域氧化形成在元件之间，并且元件相互分离。这一区域氧化膜形成为再生层414的第一层。
在形成了各元件之后，沉积一中间层绝缘膜416，其作为PSG、BPSG膜等等采用CVD工艺形成约7000μm厚。该膜经过热处理，也就是平坦化处理等，并通过AI电极417经由一个接触孔布线，作为第一布线层。此后，通过等离子体CVD工艺沉积一厚度为10000-15000μm的SiO2膜的中间层绝缘膜418，进而形成一个穿孔。
在形成浮动元件之前形成N-MOS电路。随后，该电路通过该穿孔与作为本发明能量转换部件的振荡电路相连。
在图6所示的实例中，将线圈的电磁感应运用在输送电能以启动元件11的外部能量中，但也可采用光亮度/暗度。为了将光亮度/暗度转换成电信号，可采用这样的一种材料来通过光导效应产生电能，即其电阻值随光照改变(例如光导体)。光导体的实例包括两维/三维合金比如CdS、InSb和hg0.8Cd0.2Te，以及GaAs、Si、Va-Si等。当热量用作电动势时，电能可通过量子效应从材料辐射能量中产生。(第二实施方案)图11为一方框图，示出了本发明第二实施方案中固体半导体元件的内部结构和该元件与外部的信息交换。图11所示的固体半导体元件21(下文简单地称作“元件”)设置在墨水盒内，并包括能量转换部件24、信息获取部件25、识别部件26、信息储存部件27、信息交流部件28和接收部件29，其中能量转换部件24将从外部A输送到元件21的电动势22转换成电能23，信息获取部件25由能量转换部件24转换的电能启动。第二实施方案不同于第一实施方案，因为该元件具有接收功能，也即接收部件29，而在其它方面与第一实施方案相似。电磁感应、热、光、射线等可被施加到为操纵元件21而输送的电动势22上。此外，至少能量转换部件24、信息获取部件25和接收部件29优选形成在元件21的表面上或表面的附近位置。
信息获取部件25获取作为元件21环境信息的墨水盒中的墨水信息。接收部件29从外部A或B接收输入信号30。识别部件26允许信息获取部件25获取墨水信息以响应来自接收部件29的输入信号，将获取的墨水信息与储存在信息储存部件27中的信息相比较并判断获取的墨水信息是否满足预定的条件。信息储存部件27储存各种与获取的墨水信息和从信息获取部件25中获取的墨水信息本身相比较的条件，来作为数据表。信息交流部件28将电能转换成将墨水信息传递到外部A、B或C的能量，并且响应识别部件26的指令，将识别部件26获取的识别结果显示并传递到外部A、B或C。
图12是示出了图11所示元件操作的流程图。参照图11和12，当电动势22从外部A被施加到元件21上时，能量转换部件24将电动势22转换成电能23，并且信息获取部件25、识别部件26、信息储存部件27、信息交流部件28和接收部件29由电能启动。
在这种状态下，外部A或B将信号30传递到元件21，从而询问墨水盒内部信息。输入信号30是这样一种信号，例如询问元件21墨水是否仍在墨水盒中，并且该信号被接收部件29接收(图12的步骤S21)。接着，识别部件26允许信息获取部件25获取墨水盒中的墨水信息比如墨水残余量、墨水类型、温度和PH值(图12的步骤S22)，从信息储存部件27读取涉及所获取墨水信息的条件(图12的步骤S23)，并判断所获取的墨水信息是否满足设定条件(图12的步骤S24)。
在步骤S24中，当判断出所获取的信息不满足设定条件时，或当判断出所获取的信息满足设定条件时，便将信息传递给外部A、B或C(步骤S25、S26)。此时，所获取的信息可连同判断结果一起传递。当信息交流部件28将通过能量转换获取的电能转换成将墨水盒中墨水信息传递到外部的能量时，传递该信息。磁场、光、波形、颜色、辐射波、声音等可用作传递的能量，并且该能量可根据判断的结果改变。根据要判断的询问内容(例如，墨水残余量是否为2ml或更少，或者墨水PH值是否改变)，可改变传递的方法。
此外，电动势也可连同输入信号30从外部A或B传递到元件21上。例如，当电动势是电磁感应时，便传递询问墨水残余量的信号。当电动势为光时，便传递询问PH值的信号。该信号可以这种方式根据信息的类型而传递。
在第二实施方案中，该元件具有从外部接收信号的功能。因此，除了第一实施方案产生的效果之外，经由外部的各类信号所传达的问题可得到答复，并且元件可与外部交换信息。(第三实施方案)图13为一方框图，示出了本发明第三实施方案中固体半导体元件的内部结构和该元件与外部的信息交换。图13所示的固体半导体元件(下文简单地称作“元件”)31被设置在墨水盒中，并且包括将从外部输送到元件31的电动势32转换成电能33的能量转换部件34和采用由能量装换部件34转换的电能产生浮力的浮力产生部件35。
在第三实施方案中，当电动势32从外部A施加到元件31上时，能量转换部件34将电动势32转换成电能33，浮力产生部件35采用电能33产生元件31的浮力，并且元件31漂浮在墨水表面上。有了浮力，该元件31可不仅位于墨水表面上，还可位于墨水表面下方的一固定距离处，以便防止墨水在空的状态下喷射出来。
图14A和14B示出了元件漂浮在墨水盒内墨水中的位置和墨水消耗的变化。此外，由于图14A和14B所示的墨水盒与图6所示墨水盒的结构相似，所以省略对其的描述。
在图14A和14B所示的墨水盒中，当负压产生元件37的墨水通过一供墨口36被排放到外部时，一定消耗量的墨水便从墨水室引导到负压产生元件37中。因而，墨水室内墨水38中的元件1便与墨水表面H相距一指定的距离，并当墨水表面的位置随着墨水的消耗而降低时移动。
图15是探测元件31的位置并判断是否需要更换墨水盒的流程图。参照图13和15的步骤S31和S34，外部A或B(例如喷墨记录设备)将光传递到元件31上。当外部A或B(例如喷墨记录设备)或C接收了光时，元件31的位置便探测到了。喷墨记录设备根据元件31的探测位置判断是否有必要更换墨水盒。如果有必要的话，便采用声音、光等通知更换墨水盒。
探测元件31位置的方法的实例包括这样一种方法，即采用图5所示振荡电路102作为能量转换部件34，在墨水盒外部设置电路和外部谐振电路101，并如同第一实施方案一样基于振荡电路102输出的基础上探测元件31的位置。此外，该实例包括的一种方法为相对于光接收部件将发光部件设置在元件31随墨水表面位移而通行的位置上，通过元件31屏蔽从该发光部件发射出的光，探测元件31的位置；该实例还包括的一种方法为通过元件31反射从该发光部件发射出的光，并通过反射光探测元件31的位置等。
在第三实施方案中，元件31可漂浮着，而不用设置在参照图9A-9G描述的第一实施方案中的元件的中空部中。此外，即便当元件31所必要的浮力等因液体比重或采用元件31的另一环境的变化而改变时，能量转换部件34从外部转换电动势32，并且该元件可固定地安置在所需位置上。因此，无论设置元件31的环境如何，都可采用该元件31。
此外，第三实施方案也可适当地与上述第一和第二实施方案结合。(第四实施方案)在第四实施方案中，将信息传递到另一元件上的功能被赋予给结构与第一或第二实施方案中相似的元件，多个元件被设置在该物体中。
首先，参照图16A-16C描述第四实施方案的原理。图16A-16C为示出了本发明第四实施方案原理的说明图。
在图16A所示的实例中，许多与第一实施方案中结构相似的元件41、42、...43都被设置在该物体中。当电动势P从外部A或B被输送给各元件41、42、...43时，各元件41、42、...43便获得了环境信息。随后，所获取的元件41的信息a被传递到元件42上，而所获取的元件41、42的信息a、b接连被传递到下一个元件上。最后一个元件43将所有所获取的信息传递到外部A或B。
而且，在图16B所示的实例中，许多结构与第二实施方案中相似的元件51、52、...53被设置在该物体中。电动势P从外部A、B或C被输送给各元件51、52、...53。例如，当预定的问题从外部A或B通过信号被输入到元件53上时，元件51或52获取相应的信息并回答问题。元件51或52的问题/答复被接连传递到另一元件上，并且所需元件53向外部A、B或C回答问题。
此外，在图16C所示的实例中，许多结构与第二实施方案中相似的元件61、62、...63被设置在该物体中。电动势P从外部A、B或C被输送给各元件61、62、...63。例如，当一定的信号从外部A或B被输入到元件63上时，信号接连被传递到元件62和61上。元件61向外部A、B或C显示信号。
另外，在图16A-16C的实例中，许多元件中的一个可装有与第三实施方案中相似的浮力产生部件。
第四实施方案的原理已在上面进行了描。下面将参照图17和18描述基于第四实施方案中上述原理的墨水信息的探测。在图17和18中，W代表打印扫描方向，而P代表电动势。
图17示出了适当地结合了第一、第二和第三实施方案而构成的元件位于墨水盒和与之相连的喷墨记录头中的实例。在这一实例中，元件71是这样构成的，即将第三实施方案中的浮力产生部件和传递信息的功能添加到第一实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，结构与第二实施方案中相似并且具有ID(识别功能)功能的元件79，经由喷射口77，位于用来喷射的记录头78中，经液体通道75输送的打印墨水和通过供墨口74与墨水盒72相连的液体室76。通过使一个位于该元件表面上的电极部分与一个驱动记录头78的电基质上的连接部分相接触，可将电能输送到元件79上。
随后，当电动势从外部输送到各元件71、79时，墨水73中的元件71获取比如墨水残余量信息的墨水信息，并且记录头78侧上的元件79将ID信息传递到元件71上，其中ID信息判断墨水的残余量以决定是否更换墨水盒。接着，元件71将所获取的墨水残余量与ID进行比较，并且仅当它们相匹配时，指示元件79通知外部更换墨水盒。元件79接收到这一点，并将指示墨水盒更换的信号传递给外部或者把声音、光等输出到人的视觉和听觉感官上。
当在某一物体中设置多个元件时，可设定复杂的信息条件。
而且，在如图16和17所示的实例中，电动势被输送到各元件上，但这种结构并不受限制，并且输送到该元件上的电动势可连同信息接连传递到另一元件上。
例如，如图18所示，元件81是这样构成的，即将与第三实施方案中相似的浮力产生部件，以及传递信息并输送电动势到另一元件上的功能添加到第一实施方案的结构中去。元件82是这样构成的，即将与第三实施方案中相似的浮力产生部件，以及传递信息并输送电动势到另一元件上的功能添加到第二实施方案的结构中去。这些元件设置在与图17相似的墨水盒72的墨水73中的所需位置上。另一方面，将一个元件83设置在与墨水盒72相连的记录头78中，其中元件83与第二实施方案中的结构相似并具有ID功能(识别功能)。通过使位于元件表面上的电极部分与驱动记录头78的电基质上的连接部分相接触，可将电能输送到元件83上。
随后，当电动势从外部被输送到元件81上时，一个墨水73中的元件81获取比如墨水残余量的墨水信息，并且将信息与内部确定的条件相比较。当信息需要被传递到其它元件82上时，元件便将所获取的墨水残余量信息连同操纵元件82的电动势一起传递到该元件82上。具有了输送来的电动势的其它元件82接收传递自元件81的墨水残余量信息，并将操纵元件83的电动势传递到记录头78侧上的元件83上。接着，具有了输送来的电动势的记录头78侧上的元件83将ID信息传递到元件82上，其中ID信息判断墨水的残余量或者墨水的PH值，以决定是否更换墨水盒。随后，元件82将所获取的墨水残余量信息和PH值信息与ID信息进行比较，并且仅当它们相匹配时，指示元件83通知外部更换墨水盒。元件83接收到这一点，并将指示墨水盒更换的信号传递给外部或者把声音、光等输出到人的视觉和听觉感官上。同样考虑到了这样一种方法，即连同信息将电动势以该方式从某一元件输送到其它元件上。
此外，就记录头78来说，墨水因受到比如液体通道中的加热器的电/热转换部件的热量作用而产生气泡，并且设想会经一个通过气泡增长能量与液体通道相连的微型开口喷射出来。
下面将对施加有上述各实施方案的其它实施方案进行描述。<信息输入部件>
除了关于各实施方案中上述的墨水和信息获取部件的信息外，获取信息的信息获取部件的实例包括(1)用来探测墨水PH值的传感器(离子传感器)，其中SiO2薄膜或SiN薄膜形成为离子传感膜；(2)压力传感器，它具有探测墨水盒压力变化的隔膜结构；(3)探测光二极管的存在位置和墨水残余量的传感器，其中光二极管用来将光转换成热能并产生热电效果；(4)采用材料的传导效果来根据墨水盒中的湿量等探测墨水有无的传感器。
下面将详细描述将离子传感器用作信息获取部件的情况。
图19是离子传感器位于本发明固体半导体元件中的剖面图。在图19中，S代表源极，B代表偏压，D代表漏极。
如图19所示，一层由SiN或SiO2形成的离子传感膜302形成在作为固体半导体元件基底的球形硅301的表面上，并且薄膜的一部分通过间隙307与该球形硅301有一定间距。栅绝缘膜303形成在该离子传感膜302的表面上。此外，由带有N型杂质的源区域304a构成的N型阱层和由漏区304b形成的N型阱层在该栅绝缘膜303的表面上形成，还有P型阱层305在这些层上形成。而且，参考电极306在该球形硅301表面的一部分上，在形成间隙307的区域中形成。这便构成了作为离子选择性场效应晶体管(FET)的离子传感器300。
间隙307可这样形成，即在其上形成有参考电极306的球形硅301的表面上形成离子传感膜302等之前，形成牺牲层来覆盖该参考电极306，随后形成P型阱区域305，并接着将该牺牲层腐蚀/去除。而且，该间隙307通过连接部(未示出)与离子传感器300的外部相连。当固体半导体元件位于墨水中时，墨水可自由地通过该连接部在间隙307中移动。
当离子传感膜302与墨水接触时，交界状态电势根据墨水中离子的类型和浓度在该离子传感膜302和墨水之间产生。当在离子传感器300的源极和偏压极之间施加了预定的偏压时，漏电流便根据该交界状态电势流动。在测量过程中，在参考电极306和源极之间施加有适当的偏压，并且观察得到相应于该交界状态电势和偏压总和的输出(漏电流)。或者，该离子传感器300构成为源跟随电路，并且输出可通过电阻作为电势而获得。
此外，用在喷墨记录设备中的墨水一般通过溶解或分散水中的染料或颜料而形成为溶剂。墨水的实例包括一种具有羧基基团或氢氧基团的染料离子，一种通过具有该基团的分散剂调节为亲水的颜料以及附着该基团并在水中溶解或分散的颜料颗粒。如图20A和20B所示，该染料或颜料通过墨水中的氢键或别的相对弱的键形成处于缔合状态(associated state)(一种组合状态)的水溶液。当该缔合状态发生在几十/百分子中时，实际上便形成一种聚合彩色材料分子，墨水的动力粘度下降，且因此记录头的喷射性能变差。在图20A和20B中，DM代表染料分子。
当上述缔合状态形成时，作为离子的羧基基团或氢氧基团的活动明显下降，并且离子自身有效的分子量增加。因此，离子传感器300中探测的电势发生变化。例如，该实例的固体半导体元件与记录头墨水相接触，墨水中染料离子的缔合状态通过该离子传感器300探测得到，如果必要的话执行记录头的复位操作，并且记录头中的墨水保持在恒定的解离状态下。
图21A是一示出了将离子传感器中的探测结果输出的电路的实例的视图，而图21B示出了作为逻辑电路的图21A的电路。这里，将对振荡电路进行描述，其中振荡电路的振荡频率是根据离子浓度变化的。
在图21A和21B的实例中，MOS晶体管320、321串联在一起构成反相电路322、323。这些反相电路322、323是以二阶环形连接起来以构成振荡电路的。此外，反相电路323的输出通过作为缓冲器的一阶反相电路322而抽出来作为振荡输出。离子传感器300插在反相电路322(即反相电路323的输入端)和接地点之间。根据这一电路，振荡频率是根据离子传感器300中探测的电势而变化的。因此，当探测到振荡频率时，墨水离子浓度也就探测到了。
当本发明的固体半导体元件位于墨水盒中的墨水内时，并尤其位于液体表面附近时，如上所述，墨水中的彩色材料分子是缔合的，实际上形成了聚合物状态，并且分子都沉积在底面附近。墨水盒中墨水的浓度分布和PH值分布的产生也可探测得到。当结果传递到外部时，便可执行将这些分布去除的操作。
离子传感器300中探测到的电压值是受Nernst方程控制的，且因此具有响应温度的功能。例如，为了消除温度的影响，还可单独地设置温度传感器，从而离子浓度的测量值可根据温度的测量值得到校正。当温度传感器以这种方式设置时，离子传感器和温度传感器可形成在同一元件中，或形成在分开的元件中。若分开形成的话，正如在第四实施方案中一样，通过具有温度传感器的元件获取的信息可传递到具有离子传感器的元件中。
而且，根据由流体动力学而来的Stokes定律，离子摩尔浓度λ由下面的方程表示λ＝(|Z|·F2)/(6πNηr)(14)(这里，Z离子电荷数，FFaraday常数，N单位面积的分子数，η粘度，r离子半径)。而且，离子扩散系数D由下面的方程式表示D＝(RTλ)/(|Z|·F2)(15)(这里，R气体常数，T绝对温度)。可推断得出，流体动力学的这一Stokes定律可施加到墨水中的离子运动中去。在这种情况下，在墨水被喷射到墨水盒之前，离子摩尔浓度λ和扩散系数D都得到测量并储存在设在元件中的信息储存部件或一个事先设在元件外部的存储器中。
当仅注意墨水中的彩色材料成分(染料或颜料)时，离子半径r、粘度η和电荷数Z是变化的参数。
此外，所注意的离子的偶极矩μ由下面的方程式表示μ＝λ/F (16)墨水的介电常数ε由下面的方程式表示ε＝2πN(μ2g/kT)(17)(这里，g相邻分子的相对定向所确定的数量，kBoltzmann常数)采用上述的离子传感器。认为探测的电势变化与(离子电荷数z/离子半径r)成比例。粘度η的变化可相对地从方程式(10)推导出来。根据粘度η的变化将喷射特性调整成固定不变的脉冲控制是卓有成效的方式。<墨水盒的结构>
在图22-25中示出了可施加上述实施方案中固体半导体元件的墨水盒的一些结构实例。
在图22所示的墨水盒501中，一个保存墨水的柔性墨水袋502位于壳体503内，一个袋的入口502a由固定在壳体503上的橡皮塞504封闭，一个导出墨水的中空针505通过该橡皮塞504穿透袋子，并且墨水被输送到一喷墨头(未示出)上。本发明的固体半导体元件506位于墨水盒501的墨水袋502中，并且可探测得到该墨水袋502中容纳的墨水信息。
而且，在图23所示的墨水盒511中，一个将记录墨水喷射到记录片材S上的喷墨头515与一容纳墨水513的壳体512的供墨口514相连。本发明的固体半导体元件516位于墨水盒511的墨水513中，并且可探测得到壳体512内墨水513的信息。
而且，图24所示的墨水盒521具有一个与图6所示墨水盒相似的结构和别的构件，它包括容纳墨水522且除了连通通道524之外基本上处于密封状态的墨水腔；容纳负压产生元件523并且处于通气状态下的负压产生腔；和在墨水盒的最下部使墨水腔与负压产生腔相连的连通通道524。在如上所述的墨水盒521中，本发明的固体半导体元件525、526分别位于墨水腔和负压产生腔内，从而关于每个分割腔的墨水信息可交换。
而且，就图25所示的墨水盒531来说，吸收/容纳墨水的多孔件532容纳在内部，并且连接容纳用于记录的墨水的喷墨头533。即便在以这种方式构成的墨水盒531中，与图17、18所示的结构相似，本发明的固体半导体元件534、535分别位于墨水盒531侧和喷墨头533侧，并且关于各分割的构造部分的墨水信息可交换。<喷墨记录设备>
图26为示意透视图，示出了其上安装有装有本发明固体半导体元件的墨水盒的喷墨记录设备。图26所示的喷墨记录设备600上安装的头盒601具有一个喷射打印/记录墨水的液体喷射头和一个容纳输送到图22-25所示液体喷射头上的液体的墨水盒。而且，外部能量输送部件622，以及使信息与固体半导体元件双向交流的部件(未示出)位于记录设备600中，其中外部能量输送部件将作为外部能量的电动势输送到位于墨水盒中的固体半导体元件(未示出)。
如图26所示，头盒601安装在一个滑架607上，其中滑架607与一导螺杆605的螺旋槽606啮合，导螺杆随驱动马达602、驱动力传递齿轮603和604的正/反转动而转动。头盒601在箭头a和b的方向上通过驱动马达602的驱动力沿着导向器608与滑架607往复运动/运动。喷墨记录设备600装有记录材料输送部件(未示出)，其中记录材料输送部件输送作为接收从头盒601喷射的墨水或别的液体的记录材料的打印纸P。通过记录材料输送部件，在压纸卷轴609上输送的打印纸P的压纸板610在滑架607的运动方向上压制压纸卷轴609上的打印纸P。
光耦合器611和612位于导螺杆605一端的附近。该光耦合器611和612为原始位置探测部件，用来检查光耦合器611和612的区域中滑架607的杠杆607a的存在，以及改变驱动马达602的转动方向。一支承件613位于压纸卷轴609一端的附近，它用来支承一个盖元件614以覆盖包括头盒601喷射口的正面。而且，墨水吸取部件615通过从头盒601空喷射而吸取盖元件614内集中的墨水。头盒601经盖元件614的一个开口通过这一墨水吸取部件615被抽吸/回复。
主体支架619位于喷墨记录设备600内。一个移动件618被该主体支架619支承以在前后方向上移动，也就是说，在与滑架607移动方向成直角的方向上移动。清洁刮刀617与该移动件618相连。该清洁刮刀617并不限制于这种模式，其它已知的清洁刮刀也可使用。而且，设置有杠杆620，它通过墨水吸取部件615在抽吸/回复操作中启动抽吸。该杠杆620与凸轮621一起运动，并通过已知的传递部件移动/受到控制，其中凸轮与滑架607啮合，而传递部件通过改变离合器传递来自驱动马达602的驱动力。一个喷墨记录控制器位于记录设备主体侧的记录设备上，并在图24中未示出，其中该喷墨记录控制器将信号传递到头盒601内设置的热产生器上，并驱动/控制上述的各机构。
在具有上述结构的喷墨记录设备600中，头盒601相对于打印纸P在打印纸P的整个宽度方向上往复运动/运动，其中打印纸P通过记录材料输送部件在压纸卷轴609上被输送。在这一运动过程中，当驱动信号输送部件(未示出)将驱动信号输送给头盒601时，墨水(记录液体)从液体喷射头部被喷射到记录材料上并且在纸上进行记录。
此外，在图26中并未示出喷墨记录设备的外壳，但可采用半透明的壳以便看清内部状态。当一起采用半透明的墨水盒时，并且将光用作传递方式时，用户可看到墨水盒的光线。例如，可容易看出“需要更换墨水盒”，并且可提醒用户更换墨水盒。在现有技术中，发光部件位于记录设备主体的操作按钮中。当发光部件发射光时，用户便被通知更换墨水盒。不过，发光部件频繁地执行多个显示功能。因此，即便当发光部件发射光线时，用户不可能容易地在多种情况下理解发射光线的意义。<液体表面上浮动型固体半导体元件的稳定化>
当固体半导体元件具有如图9A-9G所示的中空部，并且电能通过图5所示的振荡电路和外部谐振电路被输送到固体半导体元件上时，即便在墨水盒的任何状态下，需要一个稳定的磁通量(磁场)在元件中形成的振荡电路和外部谐振电路之间起作用。也就是说，元件相对于外部谐振电路的方向需要保持稳定。不过，当元件在墨水或别的液体中漂浮着时，液体表面会因外部的变化而变化，并且元件的方向有时也会波动。即便在这种情况下，漂浮型固体半导体元件的重力中心确定如下，从而元件在液体中保持其稳定形态。
如图27A和27B所示，当形成为一球体的固体半导体元件210漂浮在液体中时，为获得如图27A所示的平衡状态，需要满足下面的关系式(1) 浮力F＝材料重量W；以及(2) 浮力作用线与重量作用线相交(通过重力中心的线)。
在图27A和27B中，L代表墨水表面，而MC代表稳心。
这里，平衡状态下的重量作用线(图27B中的虚线)与倾斜过程中浮力作用线(图27B中的实线)的交点为稳心，而稳心和重力中心G之间的距离h为稳心的高度。
固体半导体元件210的稳心比重力中心G的位置高一些，并且一个力偶(恢复力)作用在回复到初始平衡位置的方向上。恢复力T由下面的方程式表示如下T＝Whsinθ＝Fhsinθ＝ρgVhsinθ(＞0)(18)这里，V代表由固体半导体元件210排开的液体容积，而ρg为该固体半导体元件210的比重。
为了将恢复力T调整成正值，h＞0是一个充要条件。
接着，从图27B产生出下面的方程式h＝(I/V)-CG(19)这里，I代表O轴周围的惯性矩。因此，下面的关系式是一个必要条件，使得固体半导体元件210稳定地漂浮在墨水中，输送来自外部谐振电路的引进电动势，并与元件外部的交流部件进行双向交流(I/V)＞CG(20)<压力传感器>
这里，将对描述在第一实施方案中并用来探测液体密度的压力传感器的实例进行详细描述。
图28所示的压力探测传感器是半导体应变仪，其中利用了在多晶硅中的压敏电阻效应。该传感器形成在由球形硅形成的固体半导体元件表面的固定的墨水接触位置上。多晶硅电阻层221通过一个球形硅200表面上的中空部225形成为一个局部凸起的隔膜。由铜或钨形成的导线222位于该多晶硅电阻层221的凸起区域的相对端中。而且，多晶硅电阻层221和导线222都涂布有由SiN形成的保护膜223，并构成了压力调整部件。
下面将参照图28和29对图28所示的压力探测传感器的压力探测原理进行描述。图29为一电路图，该电路监控图28所示的多晶硅电阻层的输出。
在图29中，假定多晶硅电阻层221的正常电阻值为r。接着，下面的电流流经安培计230。
i＝VDD/{R0+R×r(R+r)}(21)而且，多晶硅具有这样的性能，即电阻值与位移成比例地增长。因此，当多晶硅电阻层221通过通道212的压力变化而移动时，多晶硅电阻层221的电阻值r改变，且因此由安培计230测量的电流i也跟着变化。也就是说，多晶硅电阻层221的位移量从电流i的变化中得知，从而可探测得到墨水的压力。
这一方面将更详细地加以描述。当多晶硅电阻层221的长度为L，并且横截面积为S时，电阻率ρ用于表达如下的总电阻值RR＝ρL/S(22)这里，当多晶硅电阻层221随压力的变化而改变时，长度变长了，也就是说，变为L+ΔL，并且电阻值增加。另一方面，横截面积变小了，也即变为S-ΔS。而且，ρ变为ρ′。电阻值的增量ΔR和长度的增量ΔL之间的关系表示如下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)这里，kg代表电阻值相对于应变的变化系数。
而且，当桥电路等用于探测电阻值的变量ΔR时，可获得压力的波动。
多晶硅具有应变压力随温度变化的性能。因此，包括多晶硅电阻层221的压力探测传感器优选还包括一个温度传感器，它用来监控多晶硅电阻层221的温度。也就是说，当电压VDD通过该温度传感器输送到该多晶硅电阻层221上时，由环境温度的变化引起的多晶硅电阻层221的电阻变化便得到弥补，并且墨水的压力可得到更准确的探测。<固体半导体元件在不同于墨水盒的设备上的应用>
本发明已通过这样的实例在上面作了描述，即用在喷墨记录设备中的墨水盒的墨水信息得到探测。本发明并不限制于此，在探测关于液体与来自外部的元件接触的信息方面也是有效的。
这里，将描述这样一个实例，即本发明的固体半导体元件被施加到不同于墨水盒的设备上。
图30是水管的剖面图，其中本发明的固体半导体元件设置在水管中。在图30所示的实例中，一个本发明的固体半导体元件153固定在水管151中，液体通过该水管在所示的箭头方向上流动。固体半导体元件153具有作为能量转换部件的振荡电路(未示出)，并且外部谐振电路152设置在水管151外部的固体半导体元件153的附近，其中外部谐振电路用来通过谐振电路将电能输送到固体半导体元件153上。当固体半导体元件153设置在水管151中时，外部谐振电路的共振频率范围变化，并且沿着水管151中的液体流从输出中可读取液体性能的变化，其中输出产生于固体半导体元件153中的振荡电路。
图31为一微型阀的示意剖面图，其中设置有本发明的固体半导体元件。如图31所示，在微型阀160中，一个压电元件162附着于壁表面。该阀包括一个带有液体的流入口和流出口的液体腔161；流入阀164a、164b，它们位于液体腔161的流入口中并仅在该液体腔161中向内开放；和流出阀166a、166b，它们位于液体腔161的流出口中并仅从该液体腔向外开放。流入口与一流入管163相连，而流出口与流出管165相连。而且，本发明的固体半导体元件167固定在液体腔161中。
在图31所示的微型阀160中，利用通过向压电元件162施加电压而引起的压电元件162的偏移/变形来改变图32A和32B所示的液体腔161的容积。也就是说，当压电元件162如图32A所示那样变形时，液体腔161的容积变大，接着流入阀164a、164b开放，并且液体通过流入管163流到液体腔161中。此后，当压电元件162如图32B所示那样变形时，液体腔161的容积变小，接着流出阀166a、166b开放，并且液体从液体腔161流到流出管165中。当这一操作重复时，液体可通过液体腔161从流入管163传递到流出管165。
位于液体腔161中的固体半导体元件167可实时地探测到液体腔161中液体化学性质的变化。从探测的化学性质的变化推断出物理性质，并且压电元件162的驱动条件可达到最佳。因此，图31所示的微型阀160也可施加到定量泵、喷墨头和用来喷射固定量液滴的其它装置上。
图33为一喷墨装置的示意剖面图，其中施加有图31所示的微型阀。图33所示的喷墨装置170包括一个连接有压电元件172的液体腔171；一个与液体腔171的流入口相连的输送管173；和一个喷射部175，它与液体腔171的流出口相连并具有一个在其内形成的孔175a。仅在液体腔171中向内开放的流入阀174a、174b位于液体腔171的流入口中，而仅从液体腔171向外开放的流出阀176a、176b位于液体腔171的流出口中。固体半导体元件177固定在液体腔171中。
图33所示喷墨装置170的基本操作与图32A和32B所示微型阀160的操作相似。当驱动压电元件172时，通过输送管173输送的液体作为通过液体腔171从喷射部175的孔175a喷出的液滴喷射出来。即便在喷墨装置170中，压电元件172的驱动在固体半导体元件177的探测结果的基础上达到最佳状态，而液滴喷射性也可实现最佳。
如上所述，本发明在获得任何处理液体的设备中的液体信息中是有效的。在最优选的情况下，如上述实施方案所述，本发明被施加到这样的设备上，即将容纳在可拆卸连接的墨水盒中的墨水输送到喷墨记录头上，并探测喷墨打印机的墨水信息，其中喷墨打印机用喷射自记录头的墨滴打印记录纸，将信息传递到喷墨打印机上，并以最佳方法控制打印机，或将墨水盒的内部保持处于最佳状态下。
而且，在上述的各实施方案中，已描述了这样的实例，即固体半导体元件位于墨水盒、水管、微型阀或别的处理液体的设备中，但固体半导体元件的功能可直接赋予到设备上。
如上所述，根据本发明，由于获取液体(墨水)信息的功能和将所获取信息传递到外部的功能是形成在元件本身中的，所以液体信息的获取和信息向外部的传递可有效地进行。特别地，当本发明的固体半导体元件被施加到墨水盒中时，记录头的驱动是在通过固体半导体元件获取的信息基础上受到控制的，并可进行高品质的记录。具体地说，即便当墨水盒用别的墨水盒替换时，或加入不同类型的墨水时，都可检测得到这一点。而且，墨水粘度和表面张力的变化可推断得出，记录头的驱动条件基于推断的结果可实现最佳/得到控制，并且可保持稳定的喷射性。
下面将对这样的结构进行描述，即固体半导体元件应用在实现彩色记录的各彩色墨水盒中。(第五实施方案)图34为示意结构图，示出了本发明第五实施方案中的喷墨记录设备。图34所示的喷墨记录设备1600装有滑架1607，其上安装有一个液体喷射头(未示出)和各色墨水盒1500，其中液体喷射头用来喷射打印/记录墨滴，而墨水盒用来容纳输送到液体喷射头上的液体。作为各色墨水盒1500来说，安装有四种颜色即黑色B、青色C、品红M和黄色Y的墨水盒。
具有与不同响应条件相交流功能的各固体半导体元件1011设置在各色墨水盒中，并可与设在墨水盒1500外部的喷墨记录设备1600的交流电路1150通信。
交流电路1150可通过由调频器1152和感应线圈1151构成的谐振电路1102与设在墨水盒1500中的固体半导体元件1011的交流部件相通信。通过谐振电路1102的电磁感应可使固体半导体元件1011通过共振而通信(交流)。为了实现交流的功能，在图35所示的固体半导体元件1011的表面上绕有感应线圈L。而且，为了改变每种颜色元件的响应条件，每种颜色固体半导体元件上的线圈L的圈数、长度等都尤其在本实例中作了改变，从而共振频率对每种颜色在固体半导体元件1011中是不同的。交流电路1150可通过调频器1152调整电磁感应频率。与交流颜色相应的固体半导体元件的共振频率是同步(调谐)的，并且能单独进行每种颜色的交流。例如，当交流电路1150与青色的共振频率同步时，同步信号仅从青色墨水盒中的固体半导体元件接收，该电路可仅相对于青色墨水盒内部信息与元件交流(当同步信号被传递时，仅青色墨水盒中的元件响应信号)。
而且，固体半导体元件1011装有感应线圈L。因此，当线圈被用于装配振荡电路时，交流电路1150的谐振电路1102的电磁感应可转换成电能。因此，启动元件中形成的电路的电能可以非接触的方式输送。
在上述喷墨记录设备中，例如，为了与青色墨水盒的信息交换，交充电路1150通过电磁波1012将具有与墨水盒青色共振频率相当的频率的信号发送到墨水盒中。接着，电能通过电磁感应在青色墨水盒元件的线圈中产生，而元件中的电路可被启动。因此，当获取元件的环境信息的部件或将环境信息传递到外部的部件位于元件中的电路中时，青色墨水盒内部信息可被探测得到并被通知给外部。
图36为一方框图，示出了各色固体半导体元件1011的内部结构和与外部的信息交换。
固体半导体元件1011包括接收和能量转换部件(装有线圈的振荡电路)1014，它用来接收传递自记录设备1600中交流电路1150的电磁波1012的信号并将电磁波1012转换成电能1013；信息获取部件1015、识别部件1016、信息储存部件1017和通过接收和能量转换部件1014获取的电能而启动的信息传递部件1018。接收和能量转换部件1014、信息获取部件1015和信息传递部件1018优选形成在元件1011的表面上或表面的附近。
当接收和能量转换部件(装有线圈的振荡电路)1014与接收的电磁波1012发生共振时，识别部件1016接收电磁波1012的信号，并且当该部件不发生共振时不接收信号。随后，在接收电磁波1012的信号时，该部件允许信息获取部件1015获取作为元件1011的环境信息的墨水盒内部信息(例如墨水残余量、墨水颜色材料浓度、PH值、温度等)。识别部件将获取的墨水盒内部信息与储存在信息储存部件1017内的信息比较，并判断是否有必要将获取的墨水盒内部信息传递到外部。信息储存部件1017储存各种用来与获取的墨水盒内部信息和从信息获取部件1015获取的墨水盒内部信息相比较的条件。这里，基于事先设定在信息储存部件1017中的条件，识别部件1016识别是否有更换墨水盒的需要，例如，当墨水残余量为2ml或更少或当墨水PH值大大改变时。
信息传递部件1018将电能转换为将墨水盒内部信息传递到外部的能量，并基于识别部件1016的指令将墨水盒内部信息显示/传递到外部。磁场、光、波形、颜色、辐射波、声音等可用作传递的能量。例如，当判断出墨水残余量为2ml或更少时，便发出声音以向外部传递更换墨水盒的需要。而且，传递的目标并不限制于喷墨记录设备的交流电路1150，尤其是光、波形、颜色、声音等可传递到人的视觉和听觉感官上。此外，当判断出原有墨水残余量为2ml或更少时，发出声音。当墨水PH值大大改变时，发出光线。传递的方法可以这种方式根据信息改变。
在第五实施方案中，设置有固体半导体元件，它具有响应不同频率的各色墨水盒的交流功能，并且该元件可单独地与所需颜色的墨水盒进行信息交换。
而且，每色固体半导体元件将来自位于记录设备主体测的交流电路的电磁波转换成启动元件中识别部件、信息获取部件和信息传递部件的电能。因此，电线不必直接与外部相连，并且该元件可用在物体的任何位置上，例如，在难于将电线直接与外部相连的墨水中。当该元件位于墨水中时，墨水状态可准确地实时掌握。此外，无必要设置储存操纵该元件的电动势的部件(本实例中的电源)，且因此该元件得以最小化，甚至可用在狭窄的空间中。(第六实施方案)接着将描述另一实施方案。固体半导体元件的基本结构与图36所示结构相似，但交流的响应条件不同。因此，在说明书中，与第五实施方案中结构相同的部件用相同的参照标记表示。在第六实施方案中，与第五实施方案不同，交流所调谐的频率相对于各色墨水盒中的所有元件是相同的(元件上线圈L的圈数、长度等确定的共振频率对于各色元件是相同的)。不同的数字ID识别功能被赋予各色墨水盒中的各元件上，用来交流的某颜色的墨盒由数字ID识别，并且判断能不能进行交流。
图37说明了这样一个原理，即通过该原理，数字ID在记录设备主体侧上的交流电路1150和固体半导体元件1011之间通过电磁感应进行交换。参照图37，首先当数字ID设定为D3h(h为表示D3为十六进制的标识)(图37A)，交流电路1150便将这一十六进制数转换为二进制数“11010011”(图37B)，并形成相应的电磁感应波形(图37C)。假定数值1为一个周期的正弦波，而0为输出0。当交流电路1150通过电磁感应将波形传递到固体半导体元件1011时(图37D)，墨水盒中的该元件经过调谐并获得带有该元件1011上线圈L的相似波形(图37E)。该元件1011通过比较电路等将波形转换为数字二进制数列(图37F)，并可获得作为数字ID的D3h(图37G)。
图38示出了一操作流程，即采用数字ID的交换以获取特定颜色的墨水盒内部信息。首先，当选择用于交流的墨水盒的响应条件的ID时(此时D3h作为数字ID)，交流电路1150通过移位寄存器(未示出)等将ID转换为二进制数的布置方式，将该布置方式转换为相应的电磁波形并传递该波形。在转换过程中，例如，该二进制数的布置方式与AND门中同一周期的正弦波相乘。固体半导体元件1011获取与用线圈传递的电磁感应波形相同的波形。该波形被转换为二进制数，接着十六进制数被一个位于固体半导体元件1011的识别部件1016中的转换器获得。
随后，识别部件1016将所获取的十六进制数的ID与预保存在信息储存部件1017中的十六进制数的识别ID相比较。当所比较的ID相匹配时，便接收ID后的信息。在不匹配的情况下，信息不被接受。
当如上所述信息被接受时，识别部件1016允许信息获取部件1015根据图36所示的所接受的信息获取作为元件1011的环境信息的墨水盒内部信息(例如墨水浓度、残余量、物理性能等)。该识别部件将所获取的墨水盒内部信息与信息储存部件1017中储存的信息相比较，并判断是否需要将所获取的墨水盒内部信息传递到外部。信息传递部件1018通过识别部件1016的指令将电能转换为将墨水盒内部信息传递到外部的能量，并向外部显示/传递墨水盒内部信息。
在第六实施方案中，设置有固体半导体元件，它具有交流功能，用来响应采用不同的各色墨水盒的ID识别的交流协议。因此，与第一实施方案相似，该元件可单独地与所需颜色的墨水盒交换信息。而且，启动该元件中电路的电能可以非接触的方式输送，且因此即便在布线困难的墨水中也可使用该元件。
此外，由于每色的墨水盒通过第六实施方案中的数字ID进行了识别，与第五实施方案的结构相比，可以处理大数量类型的墨水盒。
另外，通过一个采用了上述固体半导体元件的结构实例来描述储存在墨水盒中的墨水类型是如何探测的。
图39为一方框图，示出了本发明一实施方案中固体半导体元件的内部结构和与外部的信息交换。图39所示的固体半导体元件91包括能量转换部件94和发光部件95，其中能量转换部件94用来以非接触的方式将作为从外部输送到元件91上的外部能量的电动势92转换为电能93，而发光部件95采用了通过能量转换部件94获取的电能来发光。该元件位于墨水盒的墨水中。发光部件95是由光二极管等构成的。
另外，电磁感应、热量、光、射线等可作为输送的电动势应用以操纵元件。而且，能量转换部件94和发光部件95优选形成在元件表面上或表面的附近。
在这个实施方案中，当电动势92从外部A被施加到元件91上时，能量转换部件94将电动势92转换为电能93，而发光部件95采用电能来发出光线96。从发光部件95发射出的光线96的强度由外部B检测得到。
而且，在输送了外部能量的方法中，就用在喷墨记录设备中而言，将电动势输送到元件上作为外部能量的部件可设置在恢复位置、返回位置、滑架、记录头上等。此外，当采用包括电动势输送部件的设备时，没有喷墨记录设备的话也可了解墨水盒内部的状态。例如，该元件可用在工厂、储存等(质量控制)中起检测的目的。
图40为一采用了本发明固体半导体元件的墨水盒的示意结构图。图40所示的固体半导体元件1526漂浮在墨水盒1521中原有(raw)墨水1522的液体表面附近。电动势是经一个设在墨水盒1521外部的外部谐振电路(未示出)通过电磁感应而引发出的。设在固体半导体元件1526附近的光二极管被驱动以发光。光线穿过墨水1522并被墨水盒1521的外部光传感器1550接收。
图41示出了代表性墨水(黄色(Y)、品红(M)、青色(C)、黑色(B))的吸收波长。从图41可看出，在黄色、品红、青色和黑色墨水中，吸收系数峰值分散在300-700nm的波长段中。黄色墨水的吸收系数的峰值大约390nm，品红墨水的吸收系数的峰值大约500nm，黑色墨水的吸收系数的峰值大约590nm，青色墨水的吸收系数的峰值大约620nm。因此，包括300-700nm范围波长的光线从固体半导体元件发射出来，透过墨水并被设在墨水盒外部的光传感器1550接收(见图40)。接着，探测到最大吸收的波长，并且可识别透光墨水的颜色。
而且，从图41可看出，黄、品红、青和黑色墨水在500nm的波长中彼此的吸收系数显著不同。对于波长500nm的各色墨水的吸收系数来说，品红大约具有80％，黑色大约50％，黄色大约20％，青色大约5％。因此，相对于波长为500nm的光线探测到透过墨水的光线强度(透光度)和固体半导体元件发射的光线强度之比，因此可识别透光墨水的颜色。
另外，在任何情况下，当一类固体半导体元件位于不同的墨水盒中时，可区别出许多墨水的类型。
而且，在喷墨记录设备中，许多单个的墨水盒都根据容纳在墨水盒中墨水的类型而附加到预定的位置上。这一结构可包括这样的部件，即，当已接收了从墨水盒中墨水透过的光线的光传感器1550探测到墨水盒附加到不适当的位置时，向用户发出警告。在这种情况下，警告部件的实例包括比如灯的发光部件、比如蜂鸣器的声音部件等。一旦警告部件警告墨水盒附加到不正确的位置上，便通知用户，用户就可再一次将墨水盒附加到原始位置上。
或者，喷墨记录设备可包括这样的控制部件，即当已接收了透过墨水盒中墨水的光线的光传感器探测到墨水盒附加到不适当的位置上时，用来根据墨水的类型控制带有从连接的墨水盒输送的墨水的记录头。在这种情况下，即便当用户将墨水盒附加到错误的位置上时，图像可自动并适当地被记录。因此，用户不必注意墨水盒的附加位置。
如上所述，本发明的固体半导体元件包括能量转换部件和发光部件，其中能量转换部件将来自外部的能量转换为不同类型的能量，而发光部件通过能量转换部件转换的能量发射光线。因此，从固体半导体元件发射的光线透过墨水，探测得到一定波长中传递光线的强度，且因此可识别墨水的类型。
在本发明中，仅当外部的电磁波信号满足预定的响应条件时，固体半导体元件具有获取环境信息并将信息传递到外部的交流功能。因此，每个元件的环境信息可单独地获得。而且，由于信息可从三维获取/传递，与使用平面的半导体元件相比，对于信息传递方向的限制就少一些。因此，环境信息可有效地获取并传递到外部。
而且，当至少一个固体半导体元件位于墨水盒中时，关于容纳在墨水盒中的墨水、墨水盒中的压力等的信息可被实时地传递，例如被传递到设在外部的喷墨记录设备上。这对于控制时刻随墨水消耗量变化的墨水盒中的负压量；以及使墨水的喷射稳定化而言将是有利的。
尤其当各固体半导体元件位于多个墨水盒中，并且仅当接收的电磁波信号满足预定的响应条件时，响应接收的信号而获取信息。与储存信息比较的识别结果可连同获取的信息传递到外部。当响应条件相对于每个墨水盒变化时，每个墨水盒的信息可单独地获得。因此，用户可不出错地更换用完墨水的墨水盒。
此外，操纵固体半导体元件的电能以非接触的方式被输送到元件上。在这种结构中，就没有必要设置用来启动墨水盒中该元件的电源，或没有必要将供电电线连接到该元件上。该元件可用在难于直接将电线与外部相连的位置上。而且，由于该元件是以非接触的方式在墨水盒的附近起作用的，所以该元件可在一个位置上处理多种颜色。而且，即便在打印过程中，信息也可传递。
例如，振荡电路的导电线圈绕在固体半导体元件的外表面，并且电能通过与外部谐振电路的电磁感应在该导电线圈中产生，从而电能可以非接触的方式输送到该元件上。
在这种情况下，由于线圈绕在元件的外表面上，所以线圈的电感大小根据墨水盒中墨水的残余量、墨水浓度和墨水PH值变化。因此，由于振荡电路可根据电感的变化来改变振荡频率，墨水盒中的墨水残余量等也可基于改变的振荡频率得到探测。
而且，由于固体半导体元件具有漂浮在液体中的中空部，并且该元件的重力中心位于其中心下方，所以例如，喷墨记录设备上安装的记录头和墨水盒连续地操作。即便当墨水盒中的墨水垂直地并且水平地摇动，该元件也稳定地漂浮在墨水盒的墨水中，并且可精确地探测有关墨水、墨水盒中的压力等的信息。另外，形成在该元件上的振荡电路的线圈相对于外部谐振电路的线圈保持在稳定的位置上，并且可始终地执行稳定的双向交流。
接着将描述利用固体半导体元件作为墨水盒的内部压力调整部件的结构。(第七实施方案)接着将描述本发明的墨水盒的第七实施方案。这里，在结构实例中，墨水可通过墨水盒的供墨口高度可靠地输送到外部，其中墨水盒具有图6所示的两腔结构。
在具有图6所示两腔结构的墨水盒中，如上所述，当墨水通过供墨口53输送时，首先墨水相对于供墨口从负压产生腔51的负压产生件各向同性地消耗。当墨水表面到达连接通道50b时，已进入负压产生腔51的空气通过该连接通道50b流到墨水腔52中。相应量的墨水从墨水腔52导入负压产生腔51，并且墨水腔52中的墨水被消耗，代替了负压产生件中墨水的消耗。由于墨水表面在这种状态下在负压产生件中几乎不改变(下文还称作“在气液交换中”)，所以负压量相对于喷墨头保持不变，并且喷墨头可在喷射量稳定的情况下固定地操作。不过，当供墨口53的墨水消耗量大于在气液交换中从墨水腔52输送到负压产生腔51的墨水量时，墨水腔52和负压产生件51的供墨口53之间的墨水通道便被中断，或者负压产生件51不可能在某些情况下被充满足够量的墨水。这一难题可得到克服，即将供墨口53周围负压产生件的材料改变为这样的材料，即墨水吸收力高于不同于供墨口周围的空间的吸收力的材料(例如PP压缩材料)。不过，在这种措施中，不可能期望难题产生并即刻(数字化地)处理难题。因此，需要当难题产生时能即刻处理难题的功能。因此，这里建议采用这样的墨水盒，即具有与图6所示结构相似的两腔结构并具有该发明的功能。
图42为一示意剖面图，示出了本发明墨水盒的第七实施方案。在具有图42所示两腔结构(与图6相似)的墨水盒中，具有用来探测压力波动的压力传感器(压力探测部件)的固体半导体元件1004(第一监控部件)被设在负压产生腔1001内。具有开/关阀的固体半导体元件1005(流速调整设备)被设在连接通道1050b中，它接收来自固体半导体元件1004的压力信号，并通过该开/关阀调整连接通道1050b的流速。此外，为了事先防止墨水的缺乏，需要将固体半导体元件1004设置在缺乏墨水处的界限上(图42虚线所示的气液界面)。参照标记1010a代表隔墙。
而且，第一或第二实施方案(图3或图11的结构)可应用到固体半导体元件1004中。在这种情况下，该元件1004中的信息获取部件为一个压力传感器。另一方面，可采用开/关阀来替换第二实施方案中的信息传递部件(图11的结构)并且省略掉信息获取部件来构造固体半导体元件1005。第二实施方案的固体半导体元件以这种方式被用作连接通道1050b中的开/关阀设备。不过，阀设备并不限制于固体半导体元件，只要在本发明中该阀设备可以非接触方式不依靠任何电源来调整连接通道的流速就行了。
此外，固体半导体元件1006(第二监视器部件)在必要时漂浮在墨水腔1002的墨水表面上，它具有探测墨水残余量并在墨水量低于给定水平面时充分打开元件1005的开/关阀的控制部件。通过固体半导体元件1006来探测墨水残余量并产生浮力的方法与第一实施方案中的相同。
此外，还考虑到固体半导体元件1004、1005、1006是由参照图5描述的感应电动势启动的。
接着将对通过第七实施方案的墨水盒输送墨水的操作进行描述。
参照图42，负压产生腔1001的液体表面降到界限(图42的虚线)，在该界限下方墨水通道可能在气液交换过程中被中断，接着固体半导体元件1004在液体表面上移动并暴露在大气中。液体存在于元件1004周围负压产生件的状态变化为液体消除的状态，接着压力波动产生。该元件的压力传感器探测压力的波动，并且从墨水腔1002通往供墨口1003的墨水通道被中断的状态可事先探测得到。随后，固体半导体元件1004将通过压力传感器获得的压力波动信息传递到连接通道1050b的固体半导体元件1005上。
固体半导体元件1005从该元件1004接收压力波动信息，并根据压力波动信息控制开/关阀。也就是说，当负压产生腔1001的液体表面降到可能中断墨水通道的界限上时，连接通道1050b的该元件1005的开/关阀进一步被打开，并且从墨水腔1002输送到负压产生腔1001的墨水量增加。而且，该元件1004周围的压力值是通过压力传感器获得的，并且通过该值可判断出液体表面返回到墨水通道不中断的状态。在这种情况下，连接通道1050b的固体半导体元件1005的开/关阀关闭，并且获得正常的流速。
如上所述，在具有与图3相当的两腔结构的墨水盒中，可设置这样的功能，即探测从墨水腔1002通往负压产生腔1001的供墨口1003的墨水通道中断的可能性并即刻防止中断。
此外，当固体半导体元件1006位于墨水腔1002中时，固体半导体元件1005接收通过固体半导体元件1006获得的墨水腔1002中的墨水残余量信息，并在识别给定水平面的墨水残余量或更少时控制且充分打开开/关阀。因而，即便当墨水腔1002中的墨水残余量降低时，可保证输送到负压产生腔1001的充分的墨水量。这里可设置高可靠性地输送墨水的两腔结构的墨水盒。
通过固体半导体元件1006对墨水腔1002中墨水残余量进行的探测并不限制于这样的方法，即根据该元件和如在第一实施方案中所述的外部谐振电路之间的距离，采用谐振频率范围内振幅值的变化。也就是说，别的方法可包括设置压力传感器，用来在固体半导体元件1006中探测墨水腔1002的压力；探测在墨水腔1002中消耗液体之前的墨水腔1002的初始压力P0和墨水腔1002中液体消耗掉的某一点的压力P，并获得压力损失h(见图42)；并将压力损失h的信息传递到固体半导体元件1005。压力损失h是通过h＝(P0-P)/ρg(这里，ρg代表固体半导体元件的比重)获得的。压力损失的上限值是根据各记录头的技术参数(例如喷嘴数、喷射量、驱动频率、墨水和和记录头供墨口之间的尺寸等)而设定的。当在使用记录头过程中该上限值超出时，便从本发明的固体半导体元件将紧急信号传递到记录头和记录设备上。因而，防止用来控制图像数据和记录头的驱动信号从记录设备传递到记录头上，且因此可防止由于向记录头输送的墨水缺乏而导致的图像变劣。<开/关阀>
下面将连同制造步骤对第七实施方案中的开/关阀结构实例作具体的描述。
图43为一说明图，说明了其中形成有第七实施方案的开/关阀的固体半导体元件的实例。该元件形成在用在球半导体内的球形硅中。图44A-44G为图43所示压力调整部件的制造步骤的说明图。此外，图43和44示出了沿该球形硅中心的剖面。
如图43所示，基极电极201形成在该球形硅200的两相对的部分中。而且，一SiN薄膜206形成在该球形硅200的周围。该SiN薄膜206构成了可移动部分210、211，其中与该基极电极201相对设置的部分以悬臂的方式支承在与该球形硅200的表面相距一间距的地方。阀电极205在各可移动部分210、211中设置在与该基极电极201相对的位置上。而且，在从一基极电极201向另一基极电极201延伸的部分中，该SiN薄膜206形成在与该球形硅200相距一间距的地方。这个部分形成了一个通道212，在通道212中气体可在一可移动部分210和另一可移动部分211之间循环。
下面将参照图44A-44G对图43所示开/关阀的制造方法进行描述。
首先，如图44B所示，磷酸硅酸盐玻璃(PSG)薄膜202形成在图44A所示球形硅200的整个表面上。此外，在PSG薄膜202形成之前，基极电极201通过球形硅200的中心事先形成在相互对称的两个相对的部分中。此后，如图44C所示，为了形成至少一个开口203用来暴露出该PSG薄膜202中的基极电极201以及为了形成后面描述的通道，采用光刻工艺在除了形成该通道的部分外的该PSG薄膜202上形成图案。
随后，如图44D所示，通过金属CVD工艺形成一层铜薄膜204来涂覆该基极电极201和PSG薄膜202，并被移走并留下该基极电极201的上面和外周部分。此后，如图44E所示，阀电极205形成在将在该铜薄膜204上形成可移动部分的那部分中。而且，PECVD工艺被用于在该球形硅200的整个外围上形成一层SiN薄膜206，从而涂布PSG薄膜202、铜薄膜204和阀电极205。
此外，如图44F所示，该SiN薄膜206形成一可移动部分形状的图案。图45示出了在这一阶段中该元件的示意平面图。该SiN薄膜206形成了图案，并且如图45所示，径向槽206a形成在该SiN薄膜206上的铜薄膜204中。随后，该铜薄膜204和PSG薄膜202通过一种溶剂被适当地溶解并被除掉。因而，如图44G所示，获得固体半导体元件。在该元件中，许多起阀功能的可移动部分210、211位于两个上下部分中，并被承在与球形硅200相距一间距的地方。而且，一个位于该上部可移动部分210和该球形硅200之间的空间与一个位于该下部可移动部分211和该球形硅200之间的空间通过许多通道212相连。
当固体半导体元件位于图42所示的墨水和连接通道1050b中，一个可移动的部分210位于图42所示的墨水盒的墨水腔1002侧，而另一个可移动部分211位于图42的墨水盒的负压产生腔1001侧。
下面将参照图43、46和47对一种调整墨水盒中墨水输送量的方法进行描述，其中该墨水盒带有具有与之相连的开/关阀的固体半导体元件。
图46为图43所示开/关阀的电结构的等效电路图。从图46可清晰地看出，在阀电极(VE)和与之相对设置的基极电极(BE)之间构造有一个电容器C。
而且，图47为一实例的时间图，其中在该实例中，信号被施加到图46所示压力调整部件中的阀电极(VE)和基极电极(BE)上。在图47中，C代表关闭，O代表开启。
首先，基极电极201和阀电极205被调整到GND(接地)电平位置。随后，一个高电平信号被施加到基极电极201上，并进一步被施加到该阀电极205上。因而，一种静电吸引力在该阀电极205和该基极电极201之间起作用。由于该阀电极205被吸到基极电极201上，因此，位于通道212相对端的可移动部分210、211朝球形硅200移动以与该球形硅200连接，而通道212的相对端除了由槽206a形成的间隙外是被封闭的。当该高电平信号被施加到通道212的相对端中的可移动部分210、211的所有阀电极205上时，所有通道212的出口/入口都得以最小化。
这种状态被认为是初始状态。当流速增加时，低电平信号被施加到所需号的通道212的相对端中可移动部分210、211的阀电极205上。因而，可移动部分210、211与该球形硅200分离，并且通道212的出口/入口大大程度地打开。流速可根据开启通道的数目进行调整。而且，当流速再一次降低时，高电平信号被再一次施加到阀电极205上以移动可移动部分210、211并封闭通道212。即便在这种情况下，降低的流速也可通过封闭通道的数目得到调整。
如上所述，在本发明中，设置有两腔结构的液体容器，其中一个封闭的液体容器腔通过该容器底面中的连接通道与一个部分与大气相连的吸收容器腔相连，并且通向液体喷射头的输送口被设置在该吸收容器腔中。在该容器中，至少设置有一个这样的元件，即在其中形成有获取液体(墨水)信息的功能和将获取的信息传递到外部的功能。液体的信息可有效地被获取并传递到外部。特别地，记录设备、供墨量等的驱动是建立在固体半导体元件所获取信息的基础上得到控制的，并可实现高品质的记录。
权利要求
1.一种设置成与液体接触的固体半导体元件，它包括信息获取部件，它用于获取所述液体的化学性能信息，该液体的化学性能信息至少包括氢离子浓度指数、所述液体的浓度和液体的密度这些信息之一；信息交流部件，它用于向外部显示或传递通过所述信息获取部件获取的信息；能量转换部件，它用于将从外部施加的能量转换成与所述施加能量形式不同的能量；以操纵所述信息获取部件和信息传递部件。
2.一种如权利要求1所述的固体半导体元件，还包括信息储存部件，它用来储存与所述获取信息相比较的信息；和识别部件，它用来将所述获取信息与储存在所述信息储存部件内相应的信息相比较，并判定是否需要将该信息传递到外部，其中，当所述识别部件判定需要进行信息传递时，所述信息交流部件向外部显示或传递所述获取的信息，并且所述信息储存部件和所述识别部件是通过所述能量转换部件转换的能量操作的。
3.一种如权利要求1所述的固体半导体元件，还包括信息储存部件，它用来储存与所述获取信息相比较的信息；接收部件，它用来接收来自外部的信号；识别部件，它允许所述信息获取部件响应由所述接收部件接收的信号获取容纳在所述容器内的液体的信息，将所述获取的信息与储存在所述信息储存部件内的相应信息相比较，并判断所述获取的信息是否满足预定的条件，其中，所述信息交流部件向外部显示或传递至少一个通过所述识别部件获得的识别结果，所述信息储存部件、所述接收部件和所述识别部件是通过所述能量转换部件转换的能量操作的。
4.一种如权利要求1所述的固体半导体元件，其中，所述能量转换部件包括一个振荡电路，它通过设置在外部的谐振电路的电磁感应从感应电动势中产生电能。
5.一种如权利要求4所述的固体半导体元件，其中，所述液体的信息是通过来自所述振荡电路的输出的变化而给出的。
6.一种如权利要求1所述的固体半导体元件，其中，它漂浮并设置在液体的表面上或液体中，并且具有一个用来漂浮在所述液体表面或液体中的中空部。
7.一种如权利要求6所述的固体半导体元件，其中，它设置在一个其中容纳液体的容器中，并且其中，所述信息获取部件包括探测所述容器中液体残余量的部件。
8.一种如权利要求1所述的固体半导体元件，其中，所述信息获取部件包括用来探测液体的离子浓度的部件。
9.一种如权利要求8所述的固体半导体元件，其中，所述信息获取部件包括一个离子传感器。
10.一种如权利要求8所述的固体半导体元件，其中，所述信息获取部件包括一个离子选择场效应晶体管。
11.一种墨水盒，它装有输送到喷射墨水的喷射头上的墨水，其中，至少一个如权利要求1所述的固体半导体元件被布置成与墨水接触。
12.一种如权利要求11所述的墨水盒，其中，所述固体半导体元件漂浮并设置在墨水的表面上或液体中，并且所述信息获取部件包括探测墨水残余量的部件。
13.如权利要求11所述的墨水盒，其中，所述信息获取部件包括探测墨水的离子浓度的部件。
14.如权利要求13所述的墨水盒，其中，所述信息获取部件包括一个离子传感器。
15.如权利要求13所述的墨水盒，其中，所述信息获取部件包括一个离子选择场效应晶体管。
16.一种墨水盒，它包含输送到用来喷射墨水的喷射头上的墨水，并包括信息获取部件，它用于获取所述液体的化学性能信息，该液体的化学性能信息至少包括氢离子浓度指数、液体的浓度和液体的密度这些信息之一；信息交流部件，它用于向外部显示或传递通过所述信息获取部件获取的信息；能量转换部件，它用于将从外部施加的能量转换成与所述施加能量形式不同的能量，以操纵所述信息获取部件和信息交流部件。
17.如权利要求16所述的墨水盒，还包括信息储存部件，它用来储存与所述获取信息相比较的信息；和识别部件，它用来将所述获取信息与储存在所述信息储存部件内相应的信息相比较，并判定是否需要将该信息传递到外部，其中，当所述识别部件判定需要进行信息传递时，所述信息交流部件向外部显示或传递所述获取的信息，并且所述信息储存部件和所述识别部件是通过所述能量转换部件转换的能量操作的。
18.如权利要求16所述的墨水盒，还包括信息储存部件，它用来储存与所述获取信息相比较的信息；接收部件，它用来接收来自外部的信号；识别部件，它允许所述信息获取部件响应由所述接收部件接收的信号获取所述墨水的信息，将所述获取的信息与储存在所述信息储存部件内的相应信息相比较，并判断所述获取的信息是否满足预定的条件，其中，所述信息交流部件向外部显示或传递至少一个通过所述识别部件获得的识别结果，所述信息储存部件、所述接收部件和所述识别部件是通过所述能量转换部件转换的能量操作的。
19.如权利要求16所述的墨水盒，其中，所述能量转换部件包括一个振荡电路，它通过设置在外部的谐振电路的电磁感应从感应电动势中产生电能。
20.如权利要求19所述的墨水盒，其中，所述墨水的信息是通过来自所述振荡电路的输出的变化而给出的。
21.一种喷墨记录设备，它包括喷射墨水的喷射头；和如权利要求11-20中任何一项所述的墨水盒，在该墨水盒中装有向所述喷射头输送的墨水。
22.一种获取液体变化信息的方法，它采用设置成与液体接触的固体半导体元件，所述元件包括信息获取部件，它用于获取液体的信息；信息交流部件，它用于向外部显示或传递通过所述信息获取部件获取的信息；能量转换部件，它用于将从外部施加的能量转换成与所述施加能量形式不同的能量，以操纵所述信息获取部件和信息交流部件。
23.如权利要求22所述的信息获取方法，其中，所述信息获取部件获取液体化学性能的变化信息，该液体的化学性能信息至少包括氢离子浓度指数、液体的浓度和液体的密度这些信息之一。
24.一种识别液体物理性能变化的方法，它采用设置成与液体接触的固体半导体元件，所述元件包括信息获取部件，它用于获取液体的信息；识别部件，它用于在通过所述信息获取部件获取的信息和预先储存的数据表的基础上识别液体物理性能的变化；信息交流部件，它用于向外部显示或传递通过所述识别部件获取的信息；能量转换部件，它用于将从外部施加的能量转换成与所述施加能量形式不同的能量，以操纵所述信息获取部件、所述识别部件和所述信息交流部件。
25.如权利要求24所述的识别方法，其中，所述信息获取部件获取液体化学性能的变化信息，从所述液体的化学性能的变化信息和所述数据表中推断液体的物理性能值的变化，并判定是否需要进行信息的传递。
26.如权利要求25所述的识别方法，其中，所述液体的化学性能的变化信息至少包括氢离子浓度指数、液体的浓度和液体的密度这些信息之一。
27.如权利要求25所述的识别方法，其中，所述液体的物理性能包括至少液体粘度和表面张力之一。
28.如权利要求24所述的识别方法，其中，所述识别部件将通过所述信息获取部件获取的信息与所述的预先储存的数据表相比较，并判定是否需要进行信息的传递。
29.一种识别方法，它获取有关液体随着时间的信息，并从指示有关所述液体随着时间的信息变化的信息中推断液体的变化量，所述方法包括识别有关所述液体不正常变化信息的步骤。
30.一种固体半导体元件，它包括接收和能量转换部件，它用于以非接触的方式从外部接收电磁波的信号，并通过电磁感应将电磁波转换成电能；信息获取部件，它用于获取外部的环境信息；信息储存部件，它用于储存与所述信息获取部件获取的信息相比较的信息；识别部件，它用于将所述信息获取部件获取的信息与相应的储存在所述信息储存部件中的信息相比较，并在所述接收和能量转换部件接收的电磁波信号满足预定的响应条件时，判定是否需要进行信息传递；和信息交流部件，它用于当所述识别部件判定需要进行信息传递时，向外部显示或传递所述信息获取部件获取的信息，其中，所述信息获取部件、所述信息储存部件、所述识别部件和所述信息交流部件是通过所述接收和能量转换部件转换的电能而操作的。
31.如权利要求30所述的固体半导体元件，其中，所述响应条件包括电磁感应频率。
32.如权利要求30所述的固体半导体元件，其中，所述响应条件包括一种交流协议。
33.如权利要求30所述的固体半导体元件，其中，所述信息交流部件将所述接收和能量转换部件转换的电能转换为作为向外部显示或传递信息的磁场、光、形状、颜色、辐射波或声音。
34.如权利要求30所述的固体半导体元件，其中，所述接收和能量转换部件包括导电线圈和振荡电路，用来通过外部谐振电路的电磁感应产生电能。
35.如权利要求34所述的固体半导体元件，其中，所述导电线圈是这样形成的，即它卷绕在该固体半导体元件的外表面上。
36.如权利要求30所述的固体半导体元件，包括一个用来漂浮在所述液体表面或液体预定位置上的中空部。
37.如权利要求36所述的固体半导体元件，其中，漂浮在液体中的固体半导体元件的重力中心位于该元件中心的下方，并且该漂浮的元件可稳定地摆动而不会在液体中旋转。
38.如权利要求37所述的固体半导体元件，其中，该固体半导体元件的稳心恒常地位于该固体半导体元件的重力中心上方。
39.一种设置有至少一个如权利要求30-38中任何一项所述的固体半导体元件的墨水盒。
40.如权利要求39所述的墨水盒，其中，所述固体半导体元件的响应条件随墨水盒中墨水的不同而不同。
41.如权利要求40所述的墨水盒，其中，所述固体半导体元件的响应条件随墨水盒中墨水颜色的不同而不同。
42.如权利要求40所述的墨水盒，其中，所述固体半导体元件的响应条件随墨水盒中墨水彩色材料浓度的不同而不同。
43.如权利要求40所述的墨水盒，其中，所述固体半导体元件的响应条件随墨水盒中墨水性能的不同而不同。
44.一种设置有多个如权利要求39所述的墨水盒的喷墨记录设备。
45.如权利要求44所述的喷墨记录设备，还包括交流部件，用来相对于每个墨水盒中的固体半导体元件传递/接收电磁波。
46.如权利要求45所述的喷墨记录设备，其中，所述交流部件包括一个发出电磁波的谐振电路。
47.一种采用了固体半导体元件的交流系统，它包括多个液体容器，其中分别设置有所述固体半导体元件；振荡电路，它形成在所述固体半导体元件中并设有一个导电线圈；信息获取部件，它用于获取所述容器内的信息；接收部件，它用于接收来自外部的信号；信息交流部件，它用于当预定响应条件满足时，向外部传递信息；外部谐振电路，它设置在所述许多液体容器的外部，并相对于所述固体半导体元件的振荡电路通过电磁感应产生电能；外部交流部件，它用于与所述固体半导体元件的接收部件和信息交流部件进行双向交流。
48.如权利要求47所述的交流系统，其中，所述响应条件随每个容器的不同而不同。
49.如权利要求48所述的交流系统，其中，所述响应条件包括电磁感应频率。
50.如权利要求48所述的交流系统，其中，所述响应条件包括一个交流协议。
51.如权利要求47所述的交流系统，其中，漂浮在液体中的固体半导体元件的重力中心位于该元件中心的下方，并且该漂浮元件稳定地摆动而不会在液体中旋转。
52.如权利要求51所述的交流系统，其中，该固体半导体元件的稳心恒常地位于该固体半导体元件的重力中心上方。
53.一种液体容器，它包含了输送到喷射液滴的液体喷射头上的墨水，并包括第一腔室，它与大气部分地相连并包含有吸收液体的吸收体；第二腔室，它与外部隔离并包含有所述液体；连接通道，它设置在该容器的底部附近，用于使所述第一腔室与所述第二腔室相连；输送口，它设置在所述第一腔室中，通过该输送口液体被输送到所述液体喷射头上；第一监控部件，它设置在所述第一腔室中，用于监控所述第一腔室的液体量；流速调整设备，它设置在所述连接通道中，用于根据来自第一监控部件的信息来调整所述连接通道的流速。
54.如权利要求53所述的液体容器，其中，监控所述第二腔室的液体量的第二监控部件设置在所述第二腔室中，并且根据来自该第二监控部件的信息控制所述流速调整设备。
55.如权利要求53所述的液体容器，其中，所述第一监控部件包括第一固体半导体元件，该第一固体半导体元件包括至少用于探测液体的压力波动的压力探测部件；将该压力探测部件获得的压力信息传递到所述流速调整设备的信息交流部件；和将从外部施加的能量转换为不同于所述施加能量的能量以操纵所述压力探测部件和所述信息交流部件的能量转换部件。
56.如权利要求55所述的液体容器，其中，当从所述第二腔室输送到所述第一腔室的液体可能被中断输送时，所述第一固体半导体元件位于所述第一腔的液体表面上方并位于可探测到压力波动的位置上。
57.如权利要求55所述的液体容器，其中，所述流速调整设备为第二固体半导体元件，该第二固体半导体元件包括至少接收来自所述第一监控部件的压力信息的接收部件；响应所述接收的压力信息而操作的开/关阀；和将从外部施加的能量转换为不同于所述施加能量的能量以操纵所述接收部件和所述开/关阀的能量转换部件。
58.如权利要求53所述的液体容器，其中，所述第二监控部件为第三固体半导体元件，该第三固体半导体元件包括至少探测液体残余量的残余量探测部件；将残余量探测部件获得的残余量信息传递到所述流速调整设备的信息交流部件；和将从外部施加的能量转换为不同于所述施加能量的能量以操纵所述残余量探测部件和所述信息交流部件的能量转换部件。
59.如权利要求58所述的液体容器，其中，所述固体半导体元件漂浮在液体表面上或液体中。
60.一种液体喷射记录设备，它包括喷射记录液滴的液体喷射头；以及如权利要求53-59中任何一项所述的液体容器，在该液体容器中包含有输送到该液体喷射头上的液体。
61.液体喷射记录设备，其中，所述液体喷射头利用当热能被施加到液体上时产生的薄膜沸腾来通过喷嘴喷射液滴。
全文摘要
本发明公开了一个固体半导体元件,它非常有效地探测关于液体的信息并与外部进行信息的双向交换。该固体半导体元件设置在一个液体容器中,并至少包括能量转换部件、信息获取部件和信息交流部件。该能量转换部件将来自外部的电动势转换成电能,并操纵该信息获取部件和信息交流部件。该信息获取部件获取有关液体的信息,其中该固体半导体元件设置在液体中,而该信息交流部件将信息获取部件获取的信息传递到外部。
文档编号B41J29/393GK1367080SQ0114128
公开日2002年9月4日 申请日期2001年6月15日 优先权日2000年6月16日
发明者久保田雅彦, 须釜定之, 齐藤一郎, 石永博之, 今中良行, 望月无我, 井上良二, 西田真纪, 山口孝明 申请人:佳能株式会社