JP2008179059A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を電源として動作し、印字材料によって記録する記録装置において、印字材料収容部の印字材料を使い切った際に、燃料タンクの燃料も使い切ることが可能となる記録装置を提供する。
【解決手段】燃料電池を電源として動作し、印字材料によって記録する記録装置１であって、
前記印字材料を収容した印字材料収容部４と、
前記燃料電池に供給するための燃料を収容した燃料タンク７と、
前記燃料タンク部から供給された燃料により発電した電力を前記記録装置に出力する前記燃料電池の発電部２と、
前記燃料タンクからの燃料を消費するための加熱部１１と、
前記加熱部に対して、前記印字材料収容部の印字材料を使い切った際に、燃料タンクの燃料も使い切るように、超過分の燃料を供給可能に制御する制御部５と、を有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池を電源として動作可能な記録装置に関するものである。

燃料電池は水素やメタノールなどの燃料を酸素と電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接得るため、高い発電効率を有する電源として、携帯機器用電源、電気自動車用、業務、家庭用の分散電源等の幅広い用途が期待されている。
このような燃料電池では、水素自身のエネルギー密度が高い点と、酸素を外気から取り入れるためカソード側の活物質を持たなくて良い点から、体積あたり・重量あたりのエネルギー容量を、従来の電池に比べて飛躍的に高めることができる。

このような燃料電池の中でも、プロトン透過性の固体高分子膜を用いた固体高分子膜型燃料電池は、室温付近で動作させることができ、とりわけ小型化にも適している。
従来において、特許文献１では、このような固体高分子型燃料電池を、プリンタ（記録装置）の電源として用いた提案がなされている。
プリンタを燃料電池で動作させると、商用コンセントから交流電力を受電することができない屋外等の環境においても、印刷処理をすることができることから、きわめて利便性を向上させることができる。
特開２００５−２６２５９２号公報

上記従来例の特許文献１における固体高分子型燃料電池を電源として用いた記録装置においては、屋外等の環境においても使用可能であり利便性を有するものであるが、つぎのような課題を有している。
すなわち、燃料電池が使用する燃料の量はプリンタの動作条件で変化するので、インクと燃料が消費されてなくなる時期は、一般に一致しない。
そのため、例えば、印刷中に燃料がなくなると、その時点で燃料電池が発電できなくなり、プリンタが停止するという不都合が生じる。
また、インクカートリッジと燃料タンクを一体型として用いる場合等においては、インクまたは燃料のいずれか一方がなくなり、新しいものを補充しようとすると、まだ残っている燃料またはインクのいずれか一方を廃棄せざるを得ないという不都合が生じる。

これらについて、更に説明すると、固体高分子膜型燃料電池は、水素や、メタノールを燃料として利用して、空気中の酸素との反応により発電するが、そのためには、燃料を供給する必要がある。
プリンタを燃料電池で動かした場合、印刷中に燃料がなくなると、その時点で燃料電池が発電できなくなり、プリンタが停止して印字作業が中断されてしまうという問題が生じる。
また、インクカートリッジと燃料タンクと一体型として用いる場合等においては、印刷中になくなった燃料を補充するに際して、高価なインクを廃棄するのはプリンタのランニングコストを上げることになる。
一方、燃料はインクに比べて、通常低価格であるが、燃料より、インクを先に使い切るように、十分な量の燃料を入れておくと、カートリッジを交換するときに、燃料を廃棄する必要が発生する。
この燃料の廃棄は、手間やコストがかかり、非常に不便である。
また、燃料にメタノールを使用した場合は、毒性に対しても対策をする必要があり、さらに余分なコストが必要である。

本発明は、上記課題に鑑みて、燃料電池を電源として動作し、印字材料によって記録する記録装置において、印字材料収容部の印字材料を使い切った際に、燃料タンクの燃料も使い切ることが可能となる記録装置の提供を目的とするものである。

本発明は、次のように構成した記録装置を提供するものである。
本発明の記録装置は、燃料電池を電源として動作し、印字材料によって記録する記録装置であって、
前記印字材料を収容した印字材料収容部と、
前記燃料電池に供給するための燃料を収容した燃料タンクと、
前記燃料タンク部から供給された燃料により発電した電力を前記記録装置に出力する前記燃料電池の発電部と、
前記燃料タンクからの燃料を消費するための加熱部と、
前記加熱部に対して、前記印字材料収容部の印字材料を使い切った際に、燃料タンクの燃料も使い切るように、超過分の燃料を供給可能に制御する制御部と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の記録装置は、印字材料収容部と燃料タンクとが、一体となって記録装置に装着可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の記録装置は、前記燃料タンクに対して、該燃料タンク内の燃料を収容できる燃料バッファタンクを備えていることを特徴とする。
また、本発明の記録装置は、前記加熱部は、該加熱部によって前記燃料電池の発電部を加熱可能な位置に配設されていることを特徴とする。
また、本発明の記録装置は、前記燃料電池に供給するための燃料が、水素またはメタノールであることを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池を電源として動作し、印字材料によって記録する記録装置において、印字材料収容部の印字材料を使い切った際に、燃料タンクの燃料も使い切ることが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した燃料電池を電源として動作し、印字材料によって記録する記録装置について説明する。
図１は、本実施例における記録装置の構成を説明するためのブロック図を示す。
図１において、１は記録装置、２は燃料電池の発電部、３は第１の燃料供給路、４はインクカートリッジ、５は制御部、６は信号線、７は燃料タンク、８は燃料タンク取付け手段、９は燃料送出手段、１０は第２の燃料供給路、１１は加熱部である。

本実施例の上記各構成部を有する記録装置において、燃料電池の発電部２では、燃料タンク７の燃料と、空気中の酸素から、燃料電池反応により、記録装置１を動作させるための電力を発生する。
また、第１の燃料供給路３により、燃料タンク取付手段８を介して燃料タンク７から燃料を燃料電池の発電部２に供給する。
燃料タンク７は、取付手段から取り外し可能な構造となっている。燃料タンク内の燃料は、水素またはメタノール水溶液など、燃料電池の発電部で発電反応に利用できるものであればどのようなものでもよい。
燃料として水素を利用した場合は、燃料タンク内部に水素吸蔵合金を貯蔵しておくと、小さな容器に効率よく水素を貯蔵することができる。
燃料電池の発電部２は、プロトン交換膜型の固体高分子膜を利用した、固体高分子膜型のスタックで、燃料タンクに貯蔵されている燃料を利用して燃料電池発電をおこなう。
燃料タンク７から燃料電池の発電部２への燃料の送出方法については、燃料タンクの燃料に応じて、バルブやポンプなど周知の技術でおこなえる。

加熱部１１では、燃料タンク中の燃料を白金などの触媒を利用して酸化することにより燃料を発電に供することなく消費する。酸化反応で燃料を消費するために、燃料の消費に伴い、熱を発生する。
燃料送出手段９により加熱部に燃料を送出し、第２の燃料供給路１０により加熱部１１に燃料を送る。
加熱部１１は、該加熱部によって燃料電池の発電部のカソードを加熱可能な位置に配設されている。加熱部の熱により、燃料電池の発電部２で燃料が空気中の酸素と反応したときに発生する水蒸気が、装置内もしくは、装置近傍の大気により冷却されて装置に結露することなく効果的に、大気中に放散される。

印字材料を収容した印字材料収容部であるインクカートリッジ４によってインクが貯蔵され、インクカートリッジのインクは、記録装置１が印字処理をするときに使用される。
制御部５は、インクカートリッジ４、燃料タンク７、燃料送出手段９のそれぞれと、信号線６によって接続されている。

印字材料を収容した印字材料収容部であるインクカートリッジ４のインク残量および、燃料タンク中の燃料残量は、信号線を介して制御部５で検出できる構成となっている。
インク残量、燃料残量の検出は、各タンクの透過光を測定する光学的検知法や、各タンクの重量を測定する物理的検知法等、周知の方法で実施できる。
燃料送出手段９は、制御部からの制御により、所定量の燃料を加熱部に供給できるように構成されている。
このような送出手段は、ポンプ等周知の方法で構成できる。

本実施例における制御部の処理について説明する。
図２に、本実施例における制御部の処理を説明するためのフローチャートを示す。
記録装置は、印刷処理をするために燃料電池で発電した電力を消費する。必要な電力量は、記録装置の動作条件や印刷条件により変化する。
単位インク量を処理するのに必要な平均電力使用量を元に、燃料電池が、その電力を発電するために必要な、燃料使用量を、ステップＳ１０１で、Ｒに設定する。
ステップＳ１０２で、インクカートリッジ内のインク残量をｋに設定し、燃料タンクの燃料残量をｆに設定する。
このとき、Ｒｋは、現在のインク残量を全て印刷するために必要になる、必要燃料量の推定値となるので、ｆ−Ｒｋは、必要燃料量の推定値に対して、現在に燃料タンクに存在している燃料量の超過分となる。
実際にインク残量ｋを印刷するに必要な燃料量は推定値から変動する可能性があるので、超過分に対して所定の比率α（０＜α＜１）を乗じた値を、ｘに設定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０４で、制御部５からの信号により燃料送出手段９を制御して、燃料をｘ量だけ加熱部１１に供給する。
ステップＳ１０５で所定量の印刷処理（例えば１ページ分の印刷処理）をした後、ステップＳ１０６で処理の停止信号が入力されたか、否かを判別する。
停止信号が入力されていない場合（Ｎの場合）は、ステップＳ１０２に戻り、処理を繰り返す。
ステップＳ１０６で停止信号が入力された場合（Ｙの場合）は、処理を終了する。

図３は、本実施例における燃料残量とインク残量の変化を説明するための図である。
図３において、左縦軸はインク残量を示し、右縦軸は燃料残量を示す。
横軸は、インクカートリッジと燃料タンクを装着してからの印刷枚数を示す。
横軸で、Ｓ点がインクカートリッジおよび燃料を供給した時で、Ｅ点がインクカートリッジのインクを使い切った時である。

図３において、２０はインク残量の減少を示すグラフ、２２（実線）は本実施例を実施した場合の燃料残量の減少を示すグラフである。
２１（点線）は本実施例を実施しなかった場合の燃料残量の減少を示すグラフ、２３（破線）はインク残量ｋを印刷処理ですべて使い切るために必要になる必要燃料の推定値（Ｒｋ）を示すグラフである。

装着時のインクカートリッジに入っているインクの量をＡとし、装着時の燃料タンクに入っている燃料の量をＢとする。
インク量Ａを印刷するのに必要な燃料の推定値はＣ（＝ＲＡ）となる。
しかし、実際に必要になる燃料の量は様々な条件で変化するので、インク全量の印刷処理を確実なものにするには、様々の条件を考慮して、Ｃより大きな量であるＢだけ、燃料タンクに燃料を入れておく必要がある。

横軸のＥ点は、インク残量が０になる点であるが、図で示されるように、本実施例を実施した場合、同時に燃料残量も０となる。
一方、本実施例を実施しなかった場合は、Ｅ点で、燃料残量Ｄだけ、燃料タンクに燃料が残っている。
残量Ｄの量は、実際の記録装置の動作により変動するが、印刷に必要な燃料が平均的であった場合は、ちょうど、Ｂ−Ｃと等しい。

次に、印刷処理のある時点Ｆについて、図２のフローチャートの各パラメータの意味を、図３に照らし合わせて説明する。
図３において、２４はインク残量ｋ、２６は燃料残量ｆを示し、２５はインク残量ｋを印刷するために必要な燃料の推定値Ｒｋとなる。
従って、図の２６と２５の違いが、超過燃料量（ｆ−Ｒｋ）に相当し、この超過燃料の所定の割合（α）を、加熱部で消費する。
図３から分かるように、本実施例の処理で超過燃料の量は、印刷処理を進めていくにしたがって減少し、最終的にインク残量が０になる時点で、燃料残量が０となる。

［実施例２］
実施例２においては、印字材料収容部と燃料タンクとが、一体となって記録装置に着脱可能に構成され、燃料バッファタンクを備えている構成例について説明する。
実施例１では、インクカートリッジと燃料タンクを別体とし、記録装置の別の個所に装着した。
ユーザがインクカートリッジと燃料タンクを取り扱うとき、取扱いを簡単にし、間違いを防ぐためには、印字材料収容部と燃料タンクとが、一体となって記録装置に装着可能に構成したほうが便利である。
一方、インクジェットプリンタなどの記録装置では、インクカートリッジは印字処理に伴い移動する印字ヘッドに装着される場合が多い。
この場合、印刷スピードを早くするためには、印字ヘッドの移動に伴う慣性モーメントを小さくするために、印字ヘッドをできるだけ軽量に構成する必要がある。
したがって、燃料タンクをインクカートリッジと一体型にした場合、燃料重量により印字ヘッドが重くなることに対する対策が必要になる。
この対策を施して、インクカートリッジと燃料タンクを一体型にした構成例を、実施例２として説明する。

図４は、本実施例における記録装置の構成を説明するためのブロック図である。
図４において、実施例１と同じ構成要素には、同じ番号を振っている。
１２は燃料タンクの燃料を燃料バッファタンクに移動させるための燃料移動路であり、燃料タンクとは、燃料タンク取付手段８を介して、着脱可能な形式で接続されている。
１３は燃料バッファタンクであり、記録装置１内に設けられており、燃料タンク７内の燃料の全量を収容できる容量をもっている。
１４は交換カートリッジであり、内部にインクカートリッジ４と燃料タンク７を収納し、記録装置１に着脱可能に構成されている。

本実施例において、交換カートリッジ１４が記録装置１に取付けられたとき、燃料タンク内の燃料の全量が燃料バッファタンクに移動するように、周知の方法によって構成されている。
燃料タンクの燃料を燃料バッファに移動させることにより、交換カートリッジが記録装置の印字ヘッドに取付けられたときでも、印字ヘッドが重くなることを、最低限に抑えることができる。
図４において、３は燃料バッファタンク１３から燃料を燃料電池の発電部２に供給するための燃料供給路である。
燃料電池の発電部２では、燃料バッファタンク１３の燃料と、空気中の酸素から、燃料電池反応により、記録装置１を動作させるための電力を発生し、記録装置に出力する。

インクカートリッジ４のインク残量および、燃料バッファタンク中の燃料残量は、信号線を介して制御部５で検出できる構成となっている。
インク残量、燃料残量の検出は、各タンクの透過光を測定する光学的検知法や、各タンクの重量を測定する物理的検知法等、周知の方法で実施できる。燃料送出手段は、制御部からの制御により、所定量の燃料を加熱部に供給できるように構成されている。
このような送出手段は、ポンプ等周知の方法で構成できる。
本実施例における制御部の処理は、実施例１の燃料タンクが、燃料バッファタンクに置き換わっただけで、全く同様に実施できる。

なお、上記の実施例１と実施例２では、記録装置の印字材料としてインクを使用した場合で説明したが、トナーなど、印刷処理と共に消費していく印字材料なら、インク以外のどのような印字材料でも、本発明を実施することができる。
以上、説明したように、上記の実施例１と実施例２によれば、加熱部に対して、前記印字材料収容部の印字材料を使い切った際に、燃料タンクの燃料も使い切るように、超過分の燃料を加熱部に供給可能に制御するように構成されている。
そのため、印字材料を全て消費した後に、あらたに印字材料を補給する場合、記録装置の残っている燃料の廃棄を心配することなく、印字材料と同じタイミングで，新たに燃料を補給することができる。
さらに、加熱部を燃料電池の発電部のカソードを加熱可能な位置に配設した構成により、燃料電池発電で発生した水蒸気を記録装置外部に拡散させることができる。
すなわち、記録装置の動作条件により、印字材料残量に対して、燃料残量が過剰になる場合は、余分な燃料を、記録装置動作中に、逐次、加熱部の加熱処理に用いて、燃料電池発電で発生した水蒸気を記録装置外部に拡散させることができる。
これにより、水蒸気が装置内もしくは、装置近傍の大気により冷却されて装置に結露すること等を防ぐことが可能となる。

本発明の実施例１における記録装置の構成を説明するためのブロック図。 本発明の実施例１における制御部の処理を説明するためのフローチャート。 本発明の実施例１における燃料残量とインク残量の変化を説明するための図。 本発明の実施例２における記録装置の構成を説明するためのブロック図。

符号の説明

１：記録装置
２：燃料電池の発電部
３：第１の燃料供給路
４：インクカートリッジ
５：制御部
６：信号線
７：燃料タンク
８：燃料タンク取付け手段
９：燃料送出手段
１０：第２の燃料供給路
１１：加熱部
１２：燃料移動路
１３：燃料バッファタンク
１４：交換カートリッジ

Claims (5)

1. 燃料電池を電源として動作し、印字材料によって記録する記録装置であって、
   前記印字材料を収容した印字材料収容部と、
   前記燃料電池に供給するための燃料を収容した燃料タンクと、
   前記燃料タンク部から供給された燃料により発電した電力を前記記録装置に出力する前記燃料電池の発電部と、
   前記燃料タンクからの燃料を消費するための加熱部と、
   前記加熱部に対して、前記印字材料収容部の印字材料を使い切った際に、燃料タンクの燃料も使い切るように、超過分の燃料を供給可能に制御する制御部と、
   を有することを特徴とする記録装置。
2. 印字材料収容部と燃料タンクとは、一体となって記録装置に着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記燃料タンクに対して、該燃料タンク内の燃料を収容できる燃料バッファタンクを備えていることを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
4. 前記加熱部は、該加熱部によって前記燃料電池の発電部を加熱可能な位置に配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記録装置。
5. 前記燃料電池に供給するための燃料が、水素またはメタノールであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記録装置。

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