JP2005305651A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池にて動作する記録装置の小型化。インク等の記録材を保持するスペースをできるだけ小さくすることが求められている。
【解決手段】 燃料電池から生成される液体を用いて、インクを生成する生成手段と、インクタンクのインク残量を判定する判定手段とを備え、インク残量の判定結果に応じて、生成されたインクを記録ヘッドに供給する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池を電源として動作する記録装置に関するものである。

記録ヘッドを走査させて、記録ヘッドから吐出するインクにより画像を記録する小型の印字装置（記録装置）が広く使われている。この装置には、記録ヘッドの状態を良好に保つための回復手段が備えられている（特許文献１）。

バッテリー等二次電池を備えた印字装置は主に携帯に用いられている。携帯を目的に設計される必然として小型化に設計する必要であったが、装置を小型化するためには装置の容積が削られるために、装置に搭載できうるインク量は据え置き型の装置のそれと比べて、少なかった。

この積載できるインク量が少ないために、使用者が大量のプリントを行う場合には、例えばインクタンクの交換頻度が多くなり、使用者にタンク交換の手間をかけていた。

このような、課題を解決従来においては、濃縮インクと希釈液を別々に保持して、印字装置内で混合させる印字装置というものがあった（特許文献２）。
特開平０５−０３１９０９号公報 特開平１１−１０８５９号公報

燃料電池にて動作する記録装置においても、その装置の小型化が求められている。そして、上述した背景の技術と同様に、インク等の記録材を保持するスペースをできるだけ小さくすることは求められている。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の記録装置は、燃料電池から電力供給を受けて記録ヘッドからインクを吐出させて記録を行う記録装置であって、前記燃料電池から生成される液体を用いて、前記インクを生成する生成手段と、インクを貯めるインクタンクと、インクタンクのインク残量を判定する判定手段と、前記生成手段にて生成されたインクを前記インクタンクに供給する供給手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記供給手段を動作させる制御手段とを備える。

以上説明したように、燃料電池から生成される水を利用することで、インクの残量が減少した場合でも、自動的にインクを補充することができる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して、詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１に、燃料電池セルの基本構成を示す。燃料電池は代表的にこのような構成のセルが複数枚接続されてできている。燃料電池セルの原理は燃料層１−Ｂに含まれる水素分子が燃料層１−Ｂに接している触媒を含んだ電解層１−Ｃで水素イオンにイオン化し、その水素イオンが空気層１−Ｄの酸素分子と合成することで電子と水と熱を生成する化学反応である。電池としては燃料層１−Ｂが負極、空気層１−Ｄが正極として働く。本発明ではこの電気エネルギーのほかに生成される水を利用するものである。

図２（Ａ）、（Ｂ）に、本発明のインク液化システムの実施例を示す。先の説明で生成された水はプリンタコントロールユニットにより制御されたポンプ２によってインク液化タンク４に送られる。インク液化タンク４には、タンクの上部に非液状（例えば粉末、顆粒状）のインク材がある材料室４−Ｂと、タンクから供給された水と不図示の手段で混合されて、タンクの下方に設けられた蓄積部（蓄積タンク）４−Ａに送られ、蓄積される。図２の（Ｂ）は、蓄積部（蓄積タンク）４−Ａの拡大図である。この蓄積部（蓄積タンク）４−Ａには、二本のピン（電極）１０が設けられている。この電極により蓄積部のインクの残量が残り少ないことを検知できる。

蓄積されたインク４−Ａは、インク流路に設けられたプリンタコントロールユニットにより制御されたポンプ５によって、プリントヘッド（記録ヘッド）７に設けられているインクタンク６に供給される。

図３に、本発明のプリンタ１の構成を示す。燃料電池３０で生成された電力が、電源ラインを介してＤＣＤＣコンバータ３１に出力される。このＤＣＤＣコンバータ３１において、電圧が変換される。例えば、変換される電圧値は、コントロールユニット３２へ供給するための３．３ボルト、プリントヘッド３５やモータドライバ３３Ａ、３３Ｂなどに供給する１８ボルトである。

また、プリンタ１は燃料電池３０の代わりに、二次電池から電力供給を受けて動作することもできる。この二次電池ユニット３０Ｂは、二次電池と二次電池に充電を行う充電回路を備えている。二次電池から出力された電力は、ＤＣＤＣコンバータ３１に出力される。

電源ラインには、電力供給先を切り替えるスイッチ手段３０Ａがあり、コントロールユニット３２から出力される信号に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ３１または二次電池ユニット３０Ｂの一方に供給される。

一方、インクは、次のように供給される。燃料電池３０から排出された水は水供給ラインを介してコントロールユニット３２によって制御されたポンプ３８Ａによってインク生成タンク３７へ送られる。そして、上述したようにインク生成タンク３７において燃料電池３０から供給された水と非液体インク材とが混合されインクが生成される。生成されたインクはインク生成タンク３７に貯められる。

そして、インク供給ラインを介してコントロールユニット３２によって制御されたポンプ３８Ｂによって、インクタンク３６に送られる。

コントロールユニットは、ＣＰＵとＡＳＩＣ、ＲＯＭ、ＲＡＭで構成されている。このＣＰＵとＡＳＩＣにより、キャリッジモータや搬送モータの制御、記録ヘッドの制御、ポンプの制御、電力供給の切り替えな制御などを行う。なお、ＣＰＵとＡＳＩＣが１チップになったものでも構わない。

プリントヘッド３５に設けられているインクタンク３６のインクが少なくなったとコントローラユニット３２が判断したら、インクの生成を行い、インクタンクへ生成したインクを供給する。

このように、燃料電池で生成される水をインク生成タンク（インク生成手段）に供給することで、必要に応じてインクを生成することで、大きなインクタンクを記録装置に設ける必要はなくなった。記録装置の小型化を実現できる。

ここで、記録装置の記録動作について簡単に説明する。記録（印字）データはインターフェイス部３９を介してホスト装置から入力される。入力された印字データはコントロールユニット３２において、記録ヘッドへ転送する形式に変換され、記録ヘッドに転送される。また、モータ（キャリッジモータ）３４Ａにより記録ヘッドが走査し、モータ（搬送モータ）３４Ｂによって、記録用紙（被記録媒体）を給紙トレーから給紙動作と、搬送動作を行う。３３Ａ、３３Ｂは、それぞれモータ３４Ａ、３４Ｂを駆動するモータドライバである。

記録ヘッド３５は、この記録用紙に対して、走査し記録ヘッドからインクを吐出する。そして、搬送手段による所定量の搬送動作と、記録ヘッドの走査を繰り返し行って、記録用紙に画像記録を行う。

インクの残量はインク液化タンクに設けられたインク残量検出手段によって行われる。本実施例においては二本のピン（電極）をインクタンクに挿して、片方のピンに信号を印加して、もう一方のピンで検出するインクの有無によるピン間のインピーダンスの変化を検出する。

図５はその構成を説明する図であり、図６がその検出結果である。図５の１からＰＷＭ制御された信号を入力部５１から入力する。そしてこの入力信号は、電極を介して出力部５３から出力される。この出力部５３の電圧を測定すれば、インクの量を判定できる。

この方式はインクに直接電流を印加させる方式なのでインクを電気分解させないためにＰＷＭ制御を行っている。図６は、横軸がインク残量、縦軸がインク残量の検出電圧である。

この印加された信号はインク生成タンク２に設けられた２本のピンを通じてインクに印加された後に検出される。インクのインピーダンスはそのインクの組成によって異なるが、インクがない場合は端子間がオープンになるために端子間のインピーダンスの変化は確実に検出できる。

図６において、本実施形態においては、インク残量が約０．６グラムになったところでピン間に空気層が生じて、端子間のインピーダンスが急激に上がって端子間電圧が急激に変化する。この出力の変化を制御素子のＡＤコンバータ３で検出してインクがなくなったことを検出するのである。この図においては、端子間電圧約０．６ボルトでインクなしと判定できる。

なお、インク残量の検出方式にはこの他に、非接触の光学式によるインクの反射率を検出する方式や同じく非接触方式の電磁波によるインクの容量成分を検出する方式などを用いても構わない。

上述したインク残量検出手段によってインクなしを検出された場合の制御について図４のフローを用いて説明する。

まずインクが少なくなったことを検出する（Ｓ１）と、プリンタがプリント動作中であるかどうかを確認する（Ｓ２）。プリント動作中は発電している場合があるので、水が生成されインクが生成される場合があるので、発電のための特別なシーケンスには進まない。

ここでプリントが終了してスタンバイモードであればＳ３へ進む。このスタンバイモードとは、プリント動作（キャリッジ動作や被記録媒体の搬送動作）中でもなく、記録ヘッドの回復動作などプリント動作のための準備動作を行っていない状態のことをいう。

本実施例ではプリンタは、補助電源として二次電池を設けており、二次電池の残量を検出し、二次電池が満充電の状態であるか調べる（Ｓ３）。ここで二次電池の残量が十分であると判断した場合（Ｓ３でｙ）には、例えば、プリントヘッド（記録ヘッド）のメンテナンスの動作を行う。具体的にはプリントヘッドの表面をふき取るためのワイピング動作などである。

これらの動作と並行して、燃料電池の発電に伴って生成された水を使ってインク生成を開始する。この生成したインクをインクタンクに供給して、インクを補充する（Ｓ５）。

この動作を、インク残量検出手段でインク残量をモニタしながら行う。インクの供給が十分にできたと判断した（Ｓ６でｙ）ならば、インクの生成を停止する（Ｓ７）。そして、ヘッドメンテナンスシーケンスを終了する。なお、このインク生成の処理は、インク残量検出手段でインクなしを検出した時点から、インクタンクがフル（満タン）になる時間（予め求められている時間）を行っても構わない。

なお、二次電池が十分に充電されていない場合（Ｓ３においてｎ）、燃料電池によって発電された電力を二次電池に供給するようにする。通常、燃料電池から出力される電力はＤＣＤＣコンバータへ供給されるが、この場合には、二次電池の充電回路に出力するためにスイッチ手段の切り替えを行う（Ｓ９）。

この場合も、インク残量をモニタしながら（Ｓ１１）インクが十分な量まで燃料電池で発電して、生成した水を用いてインクを生成し、インクを供給する。このＳ９からＳ１２はＳ５からＳ７の処理と同様の処理を行う。そして、燃料電池の出力を二次電池ユニットからＤＣＤＣコンバータに再び接続を切り替える（Ｓ１３）。

以上のように、インク残量が減ってきた場合、インクの生成処理を行うが、その際、二次電池の残量が減ってきた場合には、発電した電力を二次電池に供給する。このように、Ｓ９からＳ１３においては、インク供給処理と二次電池の充電処理を時間的に並行して行うことで、インク供給処理や充電処理のための待ち時間を減らすことができる。

図７は、本実施形態で説明した記録装置（プリンタ）の斜視図である。１１０５は記録ヘッドであり、キャリッジ１１０４上に搭載されてシャフト１１０３に沿って長手方向（走査方向）に往復運動可能となっている。記録ヘッドより吐出されたインクは、記録ヘッドと微小な間隔をおいて、プラテン１１０１に記録面を規制された被記録媒体１１０２に到達し、その上に画像を形成する。

記録ヘッドには、フレキシブルケーブル１１１９を介して画像データに応じて吐出信号が供給される。なお、１１１４はキャリッジ１１０４をシャフト１１０３に沿って走査させるためのキャリッジモータである。１１１３はモータ１１１４の駆動力をキャリッジ１１０４に伝達するワイヤである。また、１１１８はプラテンローラー１１０１に結合して被記録媒体１１０２を搬送させるための搬送モータである。

記録ヘッドは、所定の待機位置があり、この位置において、インク生成タンク８に貯められるインクの供給を受ける。

なお、記録ヘッドの解像度は６００ＤＰＩである。この記録ヘッドは、インクジェット方式でブラック用は３２０本、カラー用は１２８本の記録素子が配列されている。記録素子は駆動部とノズルから構成されており、駆動部は、ヒーターによりインクに熱を与えることが可能になっている。この熱によりインクは膜沸騰し、この膜沸騰による気泡の成長または収縮によって生じる圧力変化によって、ノズルからインクが吐出される。

＜その他の実施の形態＞
上述した第１の実施の形態において、インクタンクに設けられた、インク残量検出手段の検出（検知）結果に応じて、インクの生成、インクタンクへの供給を行っているが、この方法に限定するものではない。

例えば、クリーニング動作の回数や記録動作を行ったページ数、あるいは、記録データの量に基づいてインク残量を判定しても構わない。

このために、コントロールユニット３２に不揮発性のメモリ手段（ＥＥＰＲＯＭ）を設け、そのメモリ手段にクリーニング動作の回数や記録動作を行ったページ数、記録したドット数に対応するデータを格納する構成とする。なお、これらのデータは、クリーニング動作や記録動作の区切りで更新される。

また、図４のＳ４の動作としてメンテナンス動作としてワイピング動作を行っているが、予備吐出動作や回復動作であっても構わない。この場合、メンテナンス動作で消費するインク量は、生成されるインク量より少ないものとする。

また、図４のＳ４の動作としてメンテナンス動作の代わりに、搬送手段が被記録媒体を保持していない状態であれば、搬送手段を駆動させても構わない。この動作により、燃料電池に対して電気的負荷を発生させ、インク生成のための水を生成することができる。

燃料電池セルの基本構成 インク生成のシステムの構成 記録装置の構成図 インク供給の制御フロー インク残量検出回路の構成 インク残量と端子間電圧との関係を示すグラフ 記録装置の斜視図

符号の説明

１−Ａ セパレータ
１−Ｂ 燃料層（負極）
１−Ｃ 電解層
１−Ｄ 空気層（正極）
１−Ｅ 電池端子（負極）
１−Ｆ 電池端子（正極）
２ 水供給用ポンプ
４ インク液化タンク
４−Ａ 蓄積部
４−Ｂ 材料室
５ インク供給用ポンプ
６ インクタンク
７ プリントヘッド
１０ ピン（電極）
３０ 燃料電池
３０Ａ スイッチ手段
３０Ｂ 二次電池ユニット
３１ ＤＣＤＣコンバータ
３２ コントロールユニット
５１ インク残量のための信号入力部
５２ インク液化タンク
５３ インク残量のための信号出力部

Claims (2)

1. 燃料電池から電力供給を受けて記録ヘッドからインクを吐出させて記録を行う記録装置であって、
   前記燃料電池から生成される液体を用いて、前記インクを生成する生成手段と、
   インクを貯めるインクタンクと、
   前記インクタンクのインク残量を判定する判定手段と、
   前記生成手段にて生成されたインクを前記インクタンクに供給する供給手段と、
   前記判定手段の判定結果に応じて、前記供給手段を動作させる制御手段とを備えることを特徴とする記録装置。
2. 前記記録装置は、二次電池から電力供給を受けて動作可能であり、
   前記二次電池に充電を行う充電回路と、二次電池の残量を判定する第２判定手段と備え、
   前記第２判定手段が前記二次電池の残量が少であると判定した場合、前記制御手段は、前記燃料電池から充電回路に電力供給を行うことを特徴とする請求項１に記載の記録装置。

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