(57)【要約】【課題】  燃料電池により発電される電力量を多量の燃料を用いることなく一定範囲に保ち、かつ、低コストで小型のインクジェットプリンタを提供する。【解決手段】  インクジェットプリンタは、燃料カートリッジ１２内に収容されている燃料を燃料電池１０及び燃料電池キャップ１４を介してポンプ３２により吸引する出力回復機構と、インクカートリッジ２２内に収容されているインクをインクジェットヘッド２０及びヘッドキャップ２４を介してポンプ３２により吸引する保守機構とにより構成される保守／出力回復機構３０を備え、保守機構と出力回復機構とにおいてポンプ３２が共用されている。即ち、ポンプ３２と燃料電池キャップ１４との接続、ポンプ３２とヘッドキャップ２４との接続は、切替弁３６により切り替えられそれぞれ燃料カートリッジ１２内の燃料、インクカートリッジ２２内のインクの吸引が行われる。【選択図】  図４
2006248069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を搭載し、該燃料電池により発電された電力にて稼動するインクジェットプリンタであって、
インクを収容したインクカートリッジと、
インクジェットヘッドのノズル面を覆うヘッドキャップと、
前記燃料電池に供給する燃料を収容した燃料カートリッジと、
前記燃料電池の排出口形成部を覆う燃料電池キャップと、
前記ヘッドキャップ内を減圧して前記インクカートリッジ内のインクを吸引、又は前記燃料電池キャップ内を減圧して前記燃料カートリッジ内の燃料を吸引するポンプと、
前記ヘッドキャップ又は前記燃料電池キャップと、前記ポンプとの接続を切り替える切替弁と、
少なくとも前記ヘッドキャップ及び前記ポンプにより構成される保守機構と、
少なくとも前記燃料電池キャップ及び前記ポンプにより構成される出力回復機構と
を備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項２】
前記出力回復機構は、
予め設定された所定時間毎に、前記ポンプにより前記燃料カートリッジに収容されている燃料を吸引することを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【請求項３】
前記出力回復機構は、
前記燃料電池により発電される電力量をモニタするモニタ手段を備え、
前記モニタ手段によりモニタされる前記電力量に基づいて、前記燃料カートリッジに収容されている燃料を吸引することを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池により発電された電力を動力源として稼動するインクジェットプリンタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の燃料電池が提案されており、例えば、アルコール等の液体燃料を用いた小型の燃料電池としてダイレクトメタノール型燃料電池等が提案されている。また、燃料電池を搭載した電子機器も各種提案されており、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池を搭載したインクジェットプリンタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、燃料電池を動力源とするプリンタに用いられるカートリッジとして、印刷用紙、インク及び電池のカートリッジを一つにしたプリンタカートリッジが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このプリンタカートリッジは、燃料電池に供給される燃料を収容した燃料カートリッジ部、インクを収容したインクカートリッジ部及び印刷用紙を収容したペーパーカートリッジ部を合体又は組み合わせて構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５２７４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６０７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池により発電される電力量（燃料電池の出力）は、一般的に時間の経過と共に低下する。この場合、燃料電池に供給される燃料の量を急激に増加させて、電極表面をリフレッシュさせることで、出力が回復できることが知られている。燃料電池の出力を一定に保つためには、最初から多量の燃料を供給することが考えられるが、その場合には供給当初の燃料の殆どが発電に用いられず燃料の使用効率が低下すると共に、燃料カートリッジの大型化や頻繁な交換が必要になる等の問題がある。
【０００５】
また、例えば供給圧力差を用いて燃料を供給する燃料電池の場合、多量の燃料を燃料電池に供給することはできない。従って、多量の燃料を燃料電池に供給する場合には、燃料カートリッジに収容されている燃料をポンプを用いて吸引する必要がある。しかし、燃料電池に燃料を供給する際に用いられるポンプを新たにインクジェットプリンタに設けた場合、インクジェットプリンタのサイズが大きくなってしまうと共にインクジェットプリンタの製造コスト等が上昇するという問題がある。
【０００６】
この発明の課題は、燃料電池により発電される電力量を一定範囲に保ち、燃料利用効率が高く、かつ、低コストで小型のインクジェットプリンタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るインクジェットプリンタは、燃料電池を搭載し、該燃料電池により発電された電力にて稼動するインクジェットプリンタであって、インクを収容したインクカートリッジと、インクジェットヘッドのノズル面を覆うヘッドキャップと、前記燃料電池に供給する燃料を収容した燃料カートリッジと、前記燃料電池の排出口形成部を覆う燃料電池キャップと、前記ヘッドキャップ内を減圧して前記インクカートリッジ内のインクを吸引、又は前記燃料電池キャップ内を減圧して前記燃料カートリッジ内の燃料を吸引するポンプと、前記ヘッドキャップ又は前記燃料電池キャップと、前記ポンプとの接続を切り替える切替弁と、少なくとも前記ヘッドキャップ及び前記ポンプにより構成される保守機構と、少なくとも前記燃料電池キャップ及び前記ポンプにより構成される出力回復機構とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このインクジェットプリンタによれば、ヘッドキャップ又は燃料電池キャップと、ポンプとの接続を切替弁により切り替えることによって、一つのポンプを用いて出力回復機構と保守機構とが構成されている。即ち、燃料カートリッジに収容されている燃料を燃料電池キャップを介して吸引する出力回復機構と、インクカートリッジに収容されているインクをヘッドキャップを介して吸引する保守機構とにおいて、ポンプを共用することにより１つのポンプを用いて双方を構成することができる。従って、インクジェットプリンタの大型化を防止することができると共に、燃料電池を搭載したインクジェットプリンタの製造コスト等が上昇することを適切に防止することができる。
【０００９】
また、この発明のインクジェットプリンタは、前記出力回復機構が予め設定された所定時間毎に、前記ポンプにより前記燃料カートリッジに収容されている燃料を吸引することを特徴とする。
【００１０】
このインクジェットプリンタによれば、予め設定された所定時間毎にポンプにより燃料カートリッジ内の燃料を吸引している。即ち、インクジェットプリンタの稼動を開始してから燃料電池の出力が低下するまでの時間を予め計測して所定時間として設定し、設定された所定時間毎に燃料カートリッジ内の燃料を吸引して燃料電池の出力を回復させている。従って、当初から多量の燃料を供給することなく、燃料電池の出力を一定範囲に維持することができ、燃料の使用効率を向上させることができる。
【００１１】
また、この発明のインクジェットプリンタは、前記出力回復機構が前記燃料電池により発電される電力量をモニタするモニタ手段を備え、前記モニタ手段によりモニタされる前記電力量に基づいて、前記燃料カートリッジに収容されている燃料を吸引することを特徴とする。
【００１２】
このインクジェットプリンタによれば、燃料電池により発電される電力量のモニタ結果に基づいて、燃料カートリッジ内の燃料を吸引している。即ち、モニタ結果により燃料電池の出力が低下した場合に、燃料カートリッジ内の燃料を吸引し燃料電池の出力を回復させている。従って、当初から多量の燃料を燃料電池に供給する必要がなく、燃料の使用効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタについて説明する。図１は、この発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタの一例を模式的に示した図である。図１に示すインクジェットプリンタ２（以下、単に「プリンタ２」と言う）は、燃料電池１０を搭載しており、この燃料電池１０により発電された電力を動力源として稼動する。また、プリンタ２は、燃料電池１０、インクジェットヘッド２０、ヘッドキャップ２４、保守／出力回復機構３０、紙送り機構４２、紙送り機構４２を駆動する紙送りモータ４４、燃料電池１０が発電した電力を蓄えるキャパシタ５２を備え、これらの各構成要素がプリンタ筐体５４に収容されている。なお、保守／出力回復機構３０は、インクジェットヘッド２０のノズル詰り等を防止するための保守を行うと共に、燃料電池１０の出力を回復させる処理等を行う機構であり、ポンプ３２及び廃液タンク３４を備えている。
【００１４】
また、プリンタ筐体５４内には、図１に示すように、所定の燃料を収容した燃料カートリッジ１２及びインクを収容したインクカートリッジ２２を装着することが可能になっている。燃料カートリッジ１２には、燃料電池１０に供給される燃料（例えば、メタノール水溶液等）が収容されており、インクカートリッジ２２には、印刷用紙４６に画像（文字、図形、記号、写真等）を形成する着色剤としてのインクが収容されている。
【００１５】
燃料電池１０は、プリンタ２を駆動するのに充分な電力を確保するため、複数の単位セルを積層した構造（スタック構造）になっており、プリンタ筐体５４の底部に配置されている。
【００１６】
紙送り機構４２は、紙送りローラを紙送りモータ４４で回転駆動することにより、印刷用紙４６を引き出し搬送する。この紙送り機構４２は、直線的な紙搬送経路を備えることによって、紙搬送経路における負荷を小さくし紙送りモータ４４における電力消費を小さく抑えている。
【００１７】
図２は、この発明の実施の形態に係るプリンタ２のブロック構成図である。プリンタ２は、図２に示すように、プリンタ２における処理を制御する制御部６０を備え、制御部６０には、インクジェットヘッド２０を駆動する信号を生成するヘッドドライバ６２、インクジェットヘッド２０を印刷用紙４６の搬送方向と直交する方向に移動させるキャリッジモータ６４、プリンタ２の状態等を表示する表示部６６及び印刷用紙４６に印刷されるデータ（印刷データ）等を記憶するデータ記憶部６８等が接続されている。なお、パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等から入力されデータ記憶部６８に記憶された印刷データに基づいて、制御部６０によりインクジェットヘッド２０、紙送りモータ４４、及びキャリッジモータ６４等が制御され、印刷用紙４６に対する印刷処理が行われる。また、印刷処理が終了した場合や、インクジェットヘッド２０の保守等の処理を行う場合には、キャリッジモータ６４によりインクジェットヘッド２０が対比位置に移動されると共に、キャリッジモータ６４によりヘッドキャップ２４（図１参照）がインクジェットヘッド２０に対向する位置に移動され、ヘッドキャップ２４によりインクジェットヘッド２０のノズル面が覆われる。
【００１８】
燃料電池１０には、燃料カートリッジ１２に収容されている燃料が供給され、供給された燃料と空気中の酸素とを電気化学的に反応させることにより発電が行われる。燃料電池１０で発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０及びキャパシタ５２を介してプリンタ２の各部に供給され、プリンタ２が稼動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、燃料電池１０の負荷を一定にして、安定化させるように機能する。キャパシタ５２には、プリンタ待機時等の省電力モード時に燃料電池１０で発電された電力が蓄えられる。従って、モータ駆動開始時等の大電力が必要とされる際には、キャパシタ５２に蓄えられた電力を用いることができ、キャパシタ５２は、負荷変動分を吸収する補助電源として機能する。
【００１９】
図３は、図１に示すプリンタ２に搭載された燃料電池１０の分解斜視図である。なお、燃料電池１０としては、メタノール等の液体を燃料とするものが用いられるため、燃料電池１０全体の小型化が可能であり、容易に小型プリンタに搭載し動力源とすることができる。
【００２０】
燃料電池１０は、図３に示すように、燃料の供給管（燃料供給流路）１００が設けられた蓋１０２、燃料流路が形成された燃料極一体型セパレータ１０４、電解質膜１０６、空気流路が形成された空気極一体型セパレータ１０８を圧着して組み立てることによって形成されている。なお、図３に示す燃料極一体型セパレータ１０４が負極側として電子を放出する側であり、空気極一体型セパレータ１０８が正極側になる。また、電解質膜１０６の燃料極一体型セパレータ１０４側には、白金（Ｐｔ）及びルテニウム（Ｒｕ）が表面に形成されており、酸化触媒として機能する。また、電解質膜１０６の空気極一体型セパレータ１０８側には、白金が表面に形成されており、セパレータ１０４側における場合と同様に、酸化触媒として機能する。
【００２１】
図４は、この発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタの保守／出力回復機構３０の構成を模式的に示した図である。保守／出力回復機構３０は、燃料電池１０により発電される電力量、即ち、燃料電池の出力を回復させる出力回復機構と、インクジェットヘッドの保守を行う保守機構とにより構成されている。出力回復機構は、図４に示す燃料電池キャップ１４、燃料吸引チューブ１６、ポンプ３２及び廃液タンク３４により構成されている。また、保守機構は、図４に示すヘッドキャップ２４、インク吸引チューブ２６、ポンプ３２及び廃液タンク３４により構成されている。また、ポンプ３２と燃料吸引チューブ１６、ポンプ３２とインク吸引チューブ２６とは、図４に示すように、それぞれ切替弁３６及び吸引チューブ３８を介して接続されており、切替弁３６により吸引対象がインクから燃料へ、燃料からインクへと切り替えられる。従って、燃料カートリッジ１２から燃料を吸引する場合には、切替弁３６により吸引対象が切り替えられ、燃料吸引チューブ１６と吸引チューブ３８とが接続される。一方、インクカートリッジ２２からインクを吸引する場合には、切替弁３６により吸引対象が切り替えられ、インク吸引チューブ２６と吸引チューブ３８とが接続される。なお、ポンプ３２は、例えば、チューブポンプにより構成されている。
【００２２】
出力回復機構においては、燃料カートリッジ１２をプリンタ２に装着した際及び所定時間毎に、燃料カートリッジ１２に収容された燃料をポンプ３２で吸引する処理が行われる。即ち、燃料カートリッジ１２をプリンタ２に装着した場合、装着時に燃料カートリッジ１２内に気泡が混入する可能性があるため、燃料カートリッジ１２内に混入した気泡を吸い出す処理（初期充填処理）を行う必要がある。従って、制御部６０による制御に基づいて、切替弁３６により吸引対象を切り替え、即ち、燃料吸引チューブ１６と吸引チューブ３８とを接続し、燃料カートリッジ１２内の燃料を吸引対象として、ポンプ３２の吸引動作を作動させる。ポンプ３２の吸引動作を作動させた場合、吸引チューブ３８及び燃料吸引チューブ１６を介して燃料電池キャップ１４内が減圧され、燃料カートリッジ１２内に収容されている燃料と共に、燃料カートリッジ１２内に混入していた気泡が排出される。即ち、燃料電池キャップ１４は、燃料電池１０の排出口形成部、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池の場合に、電気化学反応において生成された水や電気化学反応に用いられなかった余分な燃料を排除するための排出口が形成された部分を覆い、この排出口を介して燃料カートリッジ１２内に収容されていた燃料及び気泡が排出される。排出された燃料は、ポンプ３２を介して廃液収容部３４に収容される。なお、初期充填処理が行われた後は、ポンプ３２による吸引を行うことなく、燃料カートリッジ１２内の圧力と燃料電池１０内の圧力との差により、燃料電池１０に所定量の燃料、例えば、１分間に２０ｍｇの燃料が供給される。
【００２３】
ここで、燃料電池１０の出力は、燃料電池１０における電気化学的反応の際に発生した二酸化炭素の気泡が酸化触媒の表面に付着し、燃料と酸化触媒との接触面積が減少する等のために時間の経過と共に低下する。従って、燃料電池１０の出力を回復させるべく、所定時間毎に燃料カートリッジ１２内の燃料をポンプ３２により吸引することによって、燃料電池１０内の燃料極触媒表面を回復する処理（出力回復処理）を行う必要がある。
【００２４】
出力回復処理を行う所定時間は、例えば、プリンタ２の稼動を開始してから３０分毎等、予め実験等により計測された時間であり、データ記憶部６８に記憶されている。従って、制御部６０においては、データ記憶部６８に記憶されている所定時間毎に、切替弁３６を制御して初期充填処理と同様の処理により、ポンプ３２を介して燃料カートリッジ１２内に収容されている燃料を吸引し出力回復処理を行う。この時、例えば、１分間に２００ｍｇの燃料を燃料電池１０を介して燃料カートリッジ１２から排出することにより、排出される燃料の勢いを利用して燃料電池１０内の二酸化炭素の気泡が除去される。なお、排出された燃料は、ポンプ３２を介して廃液収容部３４に収容される。
【００２５】
また、図４に示す保守機構においては、インクカートリッジ２２をプリンタ２に装着した際等にインクカートリッジ２２に収容されたインクをポンプ３２で吸引する処理が行われる。即ち、インクカートリッジ２２をプリンタ２に装着した際に、インクカートリッジ２２内に気泡が混入する可能性があるため、インクカートリッジ２２内に混入した気泡を吸い出す処理（初期充填処理）を行う必要がある。従って、制御部６０における制御に基づいて、キャリッジモータ６４によりヘッドキャップ２４をインクジェットヘッド２０と対向する位置に移動させ、ヘッドキャップ２４によりインクジェットヘッド２０のノズル面を覆う。次に、制御部６０における制御に基づいて、切替弁３６により吸引対象を切り替え、即ち、インク吸引チューブ２６と吸引チューブ３８とを接続してポンプ３２の吸引動作を作動させる。そして、吸引チューブ３８及びインク吸引チューブ２６を介してヘッドキャップ２４内を減圧し、インクカートリッジ２２内に収容されているインクと共に気泡を排出する。排出されたインクは、ポンプ３２を介して廃液収容部３４に収容される。なお、初期充填処理が行われた後は、インクカートリッジ２２とインクジェットヘッド２０との圧力差によりインクの供給が行われる。
【００２６】
また、インクカートリッジ２２内に収容されているインクの吸引は、例えば、インクジェットヘッド２０のノズル面に形成されているノズルの目詰まり等が生じた場合にも、上述の初期充填処理と同様の処理により行われる。
なお、インクと燃料の吸引を同じポンプを用いて行うために、燃料吸引チューブ１６とインク吸引チューブ２６は、吸引する液体の物性等に応じ、チューブ径等を変更することにより、吸引量の最適化を図っている。
【００２７】
この実施の形態に係るインクジェットプリンタによれば、ヘッドキャップ又は燃料電池キャップと、ポンプとの接続を切り替える切替弁により、ヘッドキャップとポンプ、燃料電池キャップとポンプとの接続が切り替えられる。従って、燃料カートリッジに収容されている燃料を吸引するためのポンプを新たに設けることなく、インクカートリッジ内に収容されているインクを吸引するために予め設置されているポンプを利用して燃料の吸引を行うことができる。そのため、インクジェットプリンタが大型化することを防ぎ、インクジェットプリンタのコストアップを伴うことなく、燃料カートリッジに収容されている燃料を吸引し、燃料電池の出力を回復させることができる。
【００２８】
また、この実施の形態に係るインクジェットプリンタによれば、燃料電池の出力が低下した場合には、燃料カートリッジに収容されている燃料を、燃料電池の排出口が形成された部分（排出口形成部）を覆っている燃料電池キャップを介してポンプにより吸引することにより、出力を回復させている。従って、燃料電池の出力を維持するために当初から多量の燃料を供給し続けることなく、出力が低下した場合にのみ所定量の燃料を吸引し排出することによって出力を回復させることができる。そのため、燃料の使用効率を向上させることができると共に、燃料を効率的に用いながら燃料電池の出力を適切に維持することができる。
【００２９】
なお、上述の実施の実施の形態に係るインクジェットプリンタにおいては、予め実験等によって計測された所定時間毎に、燃料カートリッジから所定量の燃料を吸引し出力回復処理を行っているが、燃料電池により発電される電力量をモニタして出力回復処理を行うようにしてもよい。即ち、制御部において燃料電池の出力をモニタし、出力が低下した場合にのみ、出力回復処理を行うようにしてもよい。また、制御部においてインクジェットプリンタの状態をモニタし、例えば、高出力の処理を行う必要がある場合に、燃料カートリッジ内の燃料をポンプを介して吸引して燃料電池に供給される燃料の量を増やし、燃料電池の出力を高めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のインクジェットプリンタを模式的に示した図。
【図２】本発明のインクジェットプリンタのブロック構成図。
【図３】本発明のインクジェットプリンタに搭載される燃料電池の分解斜視図。
【図４】本発明のインクジェットプリンタの出力回復機構及び保守機構を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
２・・・インクジェットプリンタ、１０・・・燃料電池、１２・・・燃料カートリッジ、１４・・・燃料電池キャップ、１６・・・燃料吸引チューブ、２０・・・インクジェットヘッド、２２・・・インクカートリッジ、２４・・・ヘッドキャップ、２６・・・インク吸引チューブ、３０・・・保守／出力回復機構、３２・・・ポンプ、３４・・・廃液タンク、３６・・・切替弁、３８・・・吸引チューブ、６０・・・制御部。
【図１】
2006248069.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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