(57)【要約】【課題】列車内など商用電力が得られない場所でも、燃料電池を用いることにより長時間に亘る連続印字が可能なプリンタ等を提供する。【解決手段】液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、インクが収容されたインクカートリッジが装填され、インクを記録媒体に向けて吐出させることにより記録媒体上に画像を記録するプリンタにおいて、インクカートリッジ１０は、インクを収容するとともに、さらに液体燃料を収容する液体燃料収容部および水を収容する水収容部を有するものであって、液体燃料が供給され水を排出する燃料電池２０と、液体燃料収容部に収容された液体燃料を燃料極に供給する燃料供給路２１と、空気極から排出された水を水収容部に送る送水路２４とを備えた。【選択図】　図３
2004122750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、該燃料電池からの電力により、消耗品の消費を伴って動作する機器に装填され、該機器に該消耗品を供給する消耗品ユニットにおいて、
前記消耗品を有することに加え、さらに前記燃料電池用の液体燃料が収容された液体燃料収容部を有することを特徴とする消耗品ユニット。
【請求項２】
前記燃料電池は、液体燃料の供給を受けて発電し排液を生成するものであって、
前記消耗品ユニットが、さらに、前記排液を収容する排液収容部を有するものであることを特徴とする請求項１記載の消耗品ユニット。
【請求項３】
前記液体燃料収容部と前記排液収容部は、伸縮自在な隔膜により相互に隔離されたものであることを特徴とする請求項２記載の消耗品ユニット。
【請求項４】
液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、消耗品を有する消耗品ユニットが装填されて該消耗品ユニットから消耗品の供給を受け、該燃料電池からの電力により、該消耗品の消費を伴って動作する機器であって、
前記消耗品ユニットが、前記消耗品を有することに加え、さらに、前記燃料電池用の液体燃料が収容された液体燃料収容部を有するものであり、
この機器は、装填された消耗品ユニットから液体燃料の供給を受ける燃料供給路を有するものであることを特徴とする機器。
【請求項５】
前記燃料電池は、液体燃料の供給を受けて発電し排液を生成するものであり、
前記消耗品ユニットが、さらに、前記排液を収容する排液収容部を有するものであって、
この機器がさらに、前記燃料電池で生成された排液を、装填されている消耗品ユニットに送る排液送液路を有するものであることを特徴とする請求項４記載の機器。
【請求項６】
液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵して該燃料電池から電力を得て動作し、少なくとも黒インクが収容された着脱自在なインクカートリッジを用いて記録媒体に向けてインクを吐出させることにより該記録媒体上に画像を記録するプリンタにおいて、
前記インクカートリッジは、燃料電池用の液体燃料も一緒に収容されたものであることを特徴とするプリンタ。
【請求項７】
液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、インクが収容されたインクカートリッジがキャリッジに装填され、記録媒体をプロセス方向に移動させるとともに該キャリッジを該プロセス方向と直交する方向に自在に移動させ該インクカートリッジに収容されたインクを該記録媒体に向けて吐出させることにより該記録媒体上に画像を記録するプリンタにおいて、
前記インクカートリッジは、インクを収容するとともに、さらに、液体燃料が収容された液体燃料収容部、および水が収容される水収容部を有するものであって、
燃料極、空気極、および固体電解質膜を有し、該燃料極に液体燃料が供給され該空気極から水を排出する燃料電池と、
前記液体燃料収容部に収容された液体燃料を前記燃料極に供給する燃料供給路と、
前記空気極から排出された水を前記水収容部に送る送水路とを備えたことを特徴とするプリンタ。
【請求項８】
前記液体燃料収容部と前記水収容部は、伸縮自在な隔膜により相互に隔離されたものであることを特徴とする請求項７記載のプリンタ。
【請求項９】
前記液体燃料収容部および前記水収容部は、前記キャリッジが所定の待機位置で待機するときに、前記燃料供給路および前記送水路のそれぞれに接続され、該キャリッジが所定の待機位置から移動したときに、該燃料供給路および該送水路のそれぞれから切り離されるものであることを特徴とする請求項７記載のプリンタ。
【請求項１０】
前記空気極から排出される水を貯留する水タンクと、前記キャリッジが前記待機位置で待機するときに前記水タンクに貯留された水を前記水収容部に送るポンプとを前記送水路上に備えたことを特徴とする請求項９記載のプリンタ。
【請求項１１】
前記キャリッジが前記待機位置で待機するときに前記液体燃料収容部から供給された液体燃料を貯留し、その貯留された液体燃料を前記燃料極に供給する燃料タンクを前記燃料供給路上に備えたことを特徴とする請求項９記載のプリンタ。
【請求項１２】
前記インクカートリッジは、収容されたインクおよび液体燃料の残量を検知するセンサを備えたことを特徴とする請求項７記載のプリンタ。
【請求項１３】
前記インクカートリッジは、外形が円筒状、袋状、又はシート状のものであることを特徴とする請求項７記載のプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、消耗品を有する消耗品ユニットが装填されてその消耗品ユニットから消耗品の供給を受け、燃料電池からの電力により、その消耗品の消費を伴って動作する機器、そのような機器の一例としての、燃料電池を内蔵し、消耗品としてのインクが収容されたインクカートリッジが装填され、そのインクカートリッジからインクの供給を受けてプリント動作するプリンタ、および、上記の機器に装填されその機器に消耗品を供給する消耗品ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、消耗品が装着され、その消耗品の消費を伴って動作する様々な機器が開発され、様々な分野で使われている。ここでは、それら様々の機器をインクジェット式のプリンタで代表させて説明する。
【０００３】
近年、カラー化が進展し、小型、低価格で、比較的鮮明なカラー画像が得られるなどの点からインクカートリッジを用いたインクジェット式のプリンタが急速に普及している。
【０００４】
インクジェット式プリンタは、一般にガイドバーに移動自在に支持されたキャリッジを備え、そのキャリッジに、各色のインクが収容された複数のインクカートリッジを着脱自在に装填するとともに、キャリッジに備える記録ヘッドから、駆動信号に基づく膜沸騰力でインクカートリッジに収容されたインクを吐出させることにより、用紙上にカラー画像を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、インクカートリッジは、数ｍｌ程度のインクが入っているにすぎないので、多量の画像を記録する場合にはインク切れとなり、プリントが中断される場合がある。このため、各カートリッジ内にメモリ回路などを組み込むとともにアンテナを設け、プリンタ本体の制御部とそのアンテナとの間を無線でつなぐことによりインクの消費量等の管理を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、プリントされる内容がビジネス文書か、写真画像かによって画質に対する要求条件が異なる場合に、インクカートリッジに残量メモリと、リフィル開始メモリと、リフィル終了メモリとを設け、希釈剤を注入してインクを所望の濃度に薄めることにより、低濃度のインクが収容されたインクカートリッジに交換したり追加したりすることなく、階調性に優れた画像をプリントできるようにしたものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
近年、ニッケルカドミニウム（ニッカド）電池やリチウム電池などを初めとする高エネルギー密度の２次電池が開発され、携帯電話機、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ノートパソコン、電子手帳など電子機器のモバイル化が進展し、バッテリ駆動によるプリンタ内蔵パソコンが開発されているが、バッテリ消耗による印字の中断を防止すると共に、バッテリ交換に起因する印字データの喪失を防止するため、バッテリ残量と印字データ量とから、電力所要量を算出して印字の可否を判断することができるプリンタ内蔵パソコンが提案されている（特許文献４参照）。
【０００８】
しかしながら、提案されたプリンタ内蔵パソコンは、印字の中断や印字データの喪失は防止できても、バッテリが消耗する都度取り換える煩わしさが残る上、長時間に亘り連続して印字することは困難である。
【０００９】
今日、大気汚染が極めて少ない、変換効率の高いエネルギー変換方式として燃料電池が注目されている。燃料電池には、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、動作温度約１０００℃の固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）、電解質として燐酸水溶液を用い、動作温度約２００℃の燐酸型燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ　Ａｃｉｄ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）、電解質として溶融状態の炭酸塩を用い、動作温度約６００℃の溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ　Ｃａｒｂｏｎａｔｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）、電解質として固体高分子を用い、動作温度が常温の高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）などがあるが、小型・軽量で常温で作動し、高いエネルギー密度が得られる高分子電解質型燃料電池が、モバイル機器用燃料電池として注目されている。このうち、水素への改質が不要であり、液体のメタノールを電極に直接供給することにより発電が可能な、メタノール直接形燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）は、改質器が不要であり、取り扱いが容易で安価なメタノールを直接燃料とするなどの点で優位性があり、携帯用電子機器への利用が検討されている現時点においては、メタノールが燃料極で反応を起こさないまま固体電解質膜を通過する、いわゆるクロスオーバー現象が生じない膜用材料の開発、あるいは手段の開発、燃料極側における中間生成物である一酸化炭素による燃料極側の触媒（白金）の被毒防止など技術的課題はあるが、早晩解決が図られるものと考えられる。
【００１０】
この燃料電池の用途の１つとして、プリンタに燃料電池を搭載することも考えられている（例えば、特許文献５参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３０１１９６号公報（第３頁、図７）
【特許文献２】
特開２００２−１２７３９１号公報（第２−３頁、図４）
【特許文献３】
特開２００１−３０１１９６号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献４】
特開平１０−１０５２９５号公報（段落０００１−０００８）
【特許文献５】
特開２００１−１２５６４６号公報（段落００８９）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば上記のインクジェット式プリンタ等の機器を燃料電池で駆動する場合、ＰＥＦＣは、空気極から水が排出されるので、その水を如何に処理するかという問題がある。また、燃料極に供給する燃料をどこに貯留し、貯留している残量をどのように検知して補給するかという問題もある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、例えば列車内など商用電力が得られない場所でも長時間に亘る操作が可能な機器、そのような機器の一例としてのプリンタ、およびそのような機器に適合する消耗品ユニットを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の消耗品ユニットは、液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、その燃料電池からの電力により、消耗品の消費を伴って動作する機器に装填され、その機器にその消耗品を供給する消耗品ユニットにおいて、
上記消耗品を有することに加え、さらに上記燃料電池用の液体燃料が収容された液体燃料収容部を有することを特徴とする。
【００１５】
このように、消耗品を有しその消耗品を機器に供給する消耗品ユニットに燃料電池用の液体燃料を一緒に収容することにより、ユーザは、燃料電池に液体燃料を供給することが必要であることを特に意識することなく、その機器の通常の消耗品（例えばプリンタであればインクなど）を交換するだけの意識で、燃料電池に液体燃料が補充される。
【００１６】
ここで、本発明の消耗品ユニットにおいて、上記燃料電池は、液体燃料の供給を受けて発電し排液を生成するものであって、
上記消耗品ユニットが、さらに、上記排液を収容する排液収容部を有するものであることが好ましい。
【００１７】
このように消耗品ユニットが排液収容部を有するものであると、機器内の燃料電池で生成された排液をその排液収容部に収容させるように構成することにより、ユーザは、排液発生を意識して、消耗品等は別に排液を処理する必要がなくなり、一層使い勝手の良いシステムが構成される。
【００１８】
また、本発明の消耗品ユニットにおいて、液体燃料収容部と排液収容部は、伸縮自在な隔膜により相互に隔離されたものであることが好ましい。
【００１９】
このように、伸縮自在な隔膜により、液体燃料と排液を相互に隔離することにより、液体燃料の消費および排液の増加に合わせて液体燃料収容部と排液収容部の容積が変化し、したがって消耗品ユニット全体の容積を小さくすることができる。
【００２０】
また、上記目的を達成する本発明の機器は、液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、消耗品を有する消耗品ユニットが装填されて、その消耗品ユニットから消耗品の供給を受け、燃料電池からの電力により、消耗品の消費を伴って動作する機器であって、
上記消耗品ユニットが、上記消耗品を有することに加え、さらに、燃料電池用の液体燃料が収容された液体燃料収容部を有するものであり、
この機器は、装填された消耗品ユニットから液体燃料の供給を受ける燃料供給路を有するものであることを特徴とする。
【００２１】
本発明の機器は、本発明の消耗品ユニットを使用して、ユーザに、燃料電池に液体燃料を供給するということを特に意識させることなく、その機器の通常の消耗品を交換するだけの意識で、燃料電池に液体燃料が補充される。
【００２２】
ここで、本発明の機器において、上記燃料電池は、液体燃料の供給を受けて発電し排液を生成するものであり、消耗品ユニットが、さらに、排液を収容する排液収容部を有するものであって、
この機器がさらに、燃料電池で生成された排液を、装填されている消耗品ユニットに送る排液送液路を有するものであることが好ましい。
【００２３】
この場合、排液を別途処理する必要がなく、ユーザには通常の消耗品を交換するだけの意識で排液処理させることができ、使い勝手が一層優れた機器となる。
【００２４】
また、上記目的を達成する本発明のプリンタのうちの第１のプリンタは、液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵してその燃料電池から電力を得て動作し、少なくとも黒インクが収容された着脱自在なインクカートリッジを用いて記録媒体に向けてインクを吐出させることにより該記録媒体上に画像を記録するプリンタにおいて、
上記インクカートリッジは、燃料電池用の液体燃料も一緒に収容されたものであることを特徴とする。
【００２５】
このように、インクカートリッジに燃料電池用の液体燃料を一緒に収容することにより、その液体燃料を、その機器の通常の消耗品と一括して補充したり、廃棄したりすることができる。
【００２６】
上記目的を達成する本発明のプリンタのうちの第２のプリンタは、液体燃料の供給を受けて発電する燃料電池を内蔵し、インクが収容されたインクカートリッジがキャリッジに装填され、記録媒体をプロセス方向に移動させるとともに該キャリッジを該プロセス方向と直交する方向に自在に移動させ、そのインクカートリッジに収容されたインクを該記録媒体に向けて吐出させることによりその記録媒体上に画像を記録するプリンタにおいて、
上記インクカートリッジは、インクを収容するとともに、さらに、液体燃料が収容された液体燃料収容部、および水が収容される水収容部を有するものであって、
燃料極、空気極、および固体電解質膜を有し、該燃料極に液体燃料が供給され該空気極から水を排出する燃料電池と、
上記液体燃料収容部に収容された液体燃料を上記燃料極に供給する燃料供給路と、
上記空気極から排出された水を上記水収容部に送る送水路とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
このように、燃料電池を備え、キャリッジに装填されたインクカートリッジから燃料を供給すると共に、そのインクカートリッジに排水を戻すので、電車内など商用電力が得られない場所でも、長時間に亘る連続印字ができる。
【００２８】
ここで、上記液体燃料収容部と上記水収容部は、伸縮自在な隔膜により相互に隔離されたものであることが好ましい。
【００２９】
このように、伸縮自在な隔膜により液体燃料と水とを相互に隔離することにより、液体燃料の消費および排水の増加に合わせて燃料収容部と水収容部の容積が変化するのでインクカートリッジ全体の容積を小さくすることができる。
【００３０】
また、上記液体燃料収容部および上記水収容部は、上記キャリッジが所定の待機位置で待機するときに、上記燃料供給路及び上記送水路のそれぞれに接続され、そのキャリッジが所定の待機位置から移動したときに、燃料供給路および送水路のそれぞれから切り離されるものであってもよい。
【００３１】
このように、キャリッジが所定の待機位置から移動する、プリンタの運転時に、燃料供給路および送水路を切り離すことにすれば、燃料供給路や送水路がキャリッジの移動に合わせて移動することによる疲労の機会が減少する。
【００３２】
また、上記空気極から排出される水を貯留する水タンクと、上記キャリッジが上記待機位置で待機するときに上記水タンクに貯留された水を上記水収容部に送るポンプとを上記送水路上に備えてもよい。
【００３３】
このように、水タンクとポンプとを備えれば、キャリッジが待機位置で待機するときにインクカートリッジに一気に送水することができる。
【００３４】
また、上記キャリッジが上記待機位置で待機するときに上記液体燃料収容部から供給された液体燃料を貯留し、その貯留された液体燃料を上記燃料極に供給する燃料タンクを上記燃料供給路上に備えてもよい。
【００３５】
このように、燃料極に常時接続された燃料タンクを備えれば、キャリッジが待機位置で待機するときにインクカートリッジから所定量の燃料を補給し、プリンタの運転時に備えることができる。
【００３６】
さらに、上記インクカートリッジは、収容されたインクおよび液体燃料の残量を検知するセンサを備えてもよい。
【００３７】
このように、インクカートリッジにインクおよび液体燃料の残量を検知するセンサを備えておけば、インクと燃料の液体残量を同時に管理することができる。
【００３８】
また、上記インクカートリッジは、外形が円筒状、袋状、又はシート状のものであってもよい。
【００３９】
このように、色々な外形のカートリッジを用いることができれば、容量を自在に調整することができるとともに、色々なタイプのプリンタに適用できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００４１】
図１は、第１の実施形態のプリンタを示す概略外観図である。
【００４２】
このプリンタは、本発明のプリンタの一実施形態であるとともに、本発明にいう機器の一実施形態でもある。また、この図１に示すプリンタに使用されるインクカートリッジは、本発明にいう消耗品ユニットの一実施形態を含んでいる。
【００４３】
図１に示すプリンタ１は、プリントが行なわれる用紙Ｐを挿入する給紙ガイド２と、プリントされた用紙が排出される排紙口３と、インクカートリッジが装填されるキャリッジ４と、キャリッジ４が矢印Ａ方向に直交する方向に移動するのをガイドするガイドバー５と、ガイドバー５の端で待機するキャリッジ４にインクカートリッジを装填する、矢印Ｂ方向に開閉する蓋６と、外部から入力された信号を、熱作用によりインクを吐出させる駆動信号に変換する処理部７と、燃料電池２０とを備えている。また、キャリッジ４の、用紙Ｐに近接する面には、インクカートリッジに収容されたインクを吐出させる、図に現れない記録ヘッドを備えている。
【００４４】
このプリンタ１で用紙Ｐにプリントする場合には、例えばパーソナルコンピュータから信号を入力し、燃料電池２０により発電された電力によりその信号を画像処理し、用紙Ｐを矢印Ａ方向に移動させるとともに、キャリッジ４をガイドバー５に沿って用紙Ｐの幅方向に往復移動させ、キャリッジ４に収容されたカートリッジのインクを、画像処理した信号に基づく熱作用により用紙Ｐに向けて吐出させ、用紙Ｐ上に、入力された信号に基づく画像を記録する。なお、プリントが終了すると、キャリッジ４は、次のプリント指示があるまでガイドバー５の端で待機する。
【００４５】
図２は、図１に示すプリンタに用いる、インクおよび液体燃料が収容されたカートリッジを示す概略図である。
【００４６】
図２に示すカートリッジ１０は、図の左側から右側に、イエロ色のインクを収容するＹカートリッジ１１、マゼンタ色のインクを収容するＭカートリッジ１２、シアン色のインクを収容するＣカートリッジ１３、ブラック色のインクを収容するＫカートリッジ１４、およびメタノール燃料を収容すると共に、空気極からの排水を収容するＦカートリッジ１５が配列され一体化されている。
【００４７】
Ｆカートリッジ１５の、Ｋカートリッジ１４に隣接する側面とは反対側の側面の左下部には、メタノール燃料を燃料極に供給する供給口１５ａがあり、右上部には、空気極から排出された水を収容する受入口１５ｂがある。
【００４８】
また、各カートリッジ１１〜１５内には、各カートリッジに収容されたインク又はメタノール燃料が消費され、液面が所定のレベル以下になると動作するセンサ１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃを備えている。センサが動作すると、その情報は、キャリッジ４に接続された図示しないコネクタを介して処理部７に送られ、プリンタ１、あるいはプリンタ１に接続されたパーソナルコンピュータにアラーム表示される。
【００４９】
ここでは、ＹＭＣＫカートリッジ１１〜１４は、一体化したインクカートリッジ１０であるが、ＹＭＣカートリッジ１１〜１３を一体化するとともに、Ｋカートリッジ１４とＦカートリッジ１５とを一体化してもよい。各カートリッジ１１〜１５の容積は、各インクの使用量に応じて任意に設定することができる。
【００５０】
Ｆカートリッジ１５の容積は、Ｆカートリッジ１５に収容された液体燃料により図１に示すプリンタ１を運転したときに、Ｋカートリッジ１４に収容されたインクがなくなるまで、またはＹＭＣカートリッジ１１〜１３に収容されたインクの何れかがなくなるまでプリントできるだけの燃料、あるいはその整数倍の燃料を収容することができるように設定することが好ましい。
【００５１】
Ｆカートリッジ１５の容積をこのように設定することにより、消耗品であるインクとメタノール燃料とを一括して補充したり、廃棄したりすることができる。
【００５２】
図３は、燃料電池とＦカートリッジとの接続状態を示す図である。尚、燃料電池の原理については後述する。
【００５３】
図３に示すように、キャリッジ（説明の都合で省略されている。）はガイドバー５の右端にある所定の待機位置に待機している。また、このプリンタで画像を記録するのに必要な電力を供給する、燃料極、空気極、および固体電解質膜を有し、燃料極に液体燃料が供給され、空気極から水を排出する燃料電池２０と、その燃料極に液体燃料を供給する燃料サブタンク２１と、その空気極から排出された水を貯留する水タンク２２と、水タンク２２に貯留された水のうち、反応用水を燃料極に、反応用水を除く水をＦカートリッジ１５に送る送水ポンプ２３と、送水ポンプ２３と燃料極およびＦカートリッジ１５とをつなぐパイプ２４とを備えている。
【００５４】
燃料サブタンク２１には、キャリッジに収容されたＦカートリッジ１５側面の下部に設けられた供給口１５ａに挿入される、側面に設けられたノズル２１ａと、燃料電池２０の燃料極に設けられらたノズル２０ａが挿入される、底面に設けられた供給口２１ｂとがある。
【００５５】
燃料電池２０には、燃料極上面に設けられらたノズル２０ａのほかに、水タンク２２の側面に設けられた受入口２２ａに挿入される、空気極から水を排出するノズル２０ｂが設けられている。
【００５６】
また、送水ポンプ２３とＦカートリッジ１５とをつなぐパイプ２４の先端には、Ｆカートリッジの受入口１５ｂに挿入するノズル２４ａが設けられている。
【００５７】
キャリッジが待機位置で待機するときには、Ｆカートリッジ１５がガイドバー５の端に移動するので、燃料サブタンク２１のノズル２１ａがＦカートリッジ１５の供給口１５ａに挿入され、液体燃料が燃料サブタンク２１に送られるとともに、送水ポンプ２３とＦカートリッジ１５とをつなぐパイプ２４の先端に設けられたノズル２４ａがＦカートリッジの受入口１５ｂに挿入され、水タンク２２に貯えられた水がＦカートリッジ１５に送られる。そして、プリントが開始され、キャリッジが待機位置から移動すると、Ｆカートリッジの供給口１５ａおよび受入口１５ｂにそれぞれ挿入されていた各ノズル２１ａ，２４ａは、供給口１５ａおよび受入口１５ｂからそれぞれ切り離される。そのとき、空気極から排出される水のうち、燃料極に供給される反応用水を除く水は、キャリッジが再び待機位置で待機するときまで、水タンク２２に一旦貯留され、燃料極には、キャリッジが再び待機位置で待機するときまでは、燃料サブタンク２１に貯えられていた液体燃料でまかなわれる。
【００５８】
液体燃料の、Ｆカートリッジ１５から燃料サブタンク２１、燃料サブタンク２１から燃料極への供給は、それぞれ液体燃料の重力を利用することができる。また、水タンク２２の水は、ポンプ２３により、燃料電池２０の燃料極とＦカートリッジ１５に送水される。
【００５９】
図４は、本実施形態で採用されている燃料電池の原理説明図である。
【００６０】
この図４の原理説明図に示す燃料電池はメタノール直接型燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、このＤＭＦＣでは、メタノール（ＣＨ３ＣＯＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）と酸素（Ｏ２）との化学反応により発電が行なわれる。
【００６１】
このＤＭＦＣは、燃料極（アノード）３２と空気極（カソード）３３との間に、固体電界質膜としてのプロトン導電膜３１が挟まれた構造を有し、メタノール＋水（ＣＨ３ＣＯＯＨ＋Ｈ２Ｏ）は燃料極（アノード）３２における触媒作用により水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）と二酸化炭素（ＣＯ２）に分解される。二酸化炭素（ＣＯ２）は燃料極（アノード）３２から放出され、水素イオン（Ｈ＋）はプロトン導電膜３１中を移動して空気極（カソード）３３に達し、その空気極（カソード）３３に供給されてまた酸素（Ｏ２）と結びついて水（Ｈ２Ｏ）が生成され、その水（Ｈ２Ｏ）が空気極（カソード）３３から排出される。また、燃料極（アノード）３２における化学反応で生成された電子（ｅ−）により、空気極３３と燃料極３２との間に電流が流れ、これがすなわち、このＤＭＦＣで電力が生成された（発電が行なわれた）ことになる。
【００６２】
図５は、Ｆカートリッジの内部構造を示す図である。
【００６３】
図５に示すＦカートリッジ１５の側面、図の右上部には水の受入口１５ｂがあり、図の左下部に液体燃料の供給口１５ａがある。そして、Ｆカートリッジ１５の内部を、液体燃料が収容される液体燃料収容部１８と水が収容される水収容部１９とに隔離する、伸縮自在な膜１６が周囲をＦカートリッジ１５の内壁に貼付されて固定されている。フォトプリンタに装着された当初は、液体燃料が充満しているので、膜１６は図の右方に押圧され、右方の壁面に押し当てられている。しかし、液体燃料が消費されると共に、空気極からの水が受入口１５ｂから流入し、液体燃料の容積より水の容積が増大するのに伴って、膜１６は次第に図の左方に押圧される。
【００６４】
このように、Ｆカートリッジ１５の内部は、伸縮自在な膜１６により液体燃料収容部１８と水収容部１９とに隔離されており、液体燃料収容部１８および水収容部１９の容積は、液体燃料の消費と排水の増加に合わせて変化するので、Ｆカートリッジ１５の容積を小さくすることができる。
【００６５】
ここで、液体燃料の供給口１５ａは、このＦカートリッジ１５を含むインクカートリッジ１０が未使用状態にあるときはシールされており、そのインクカートリッジ１０がプリンタに装着されたときにそのシールが破かれる。また、水の受入口１５ｂは、その受入口１５ｂから一旦受入れた水が洩れ出さないように、弁構造になっている。
【００６６】
図６はＦカートリッジの他の例を示す図である。
【００６７】
図６に示すＦカートリッジ１５の底面、図の左方には液体燃料の供給口１５ａがあり、Ｆカートリッジ１５の右突出部の底面には、図に現れない水の受入口１５ｂがある。そして、水の受入口１５ｂには、伸縮自在なゴム袋１７が取り付けられており、水が流入するとゴム袋１７の容積が大きくなるようになっている。したがって、プリンタに装着された当初は、液体燃料が充満しているので、ゴム袋１７は縮んでいるが、液体燃料が消費され、空気極の排水が受入口１５ｂから流入すると、ゴム袋１７が次第に膨らむようになっている。
【００６８】
未使用時は供給口１５ａがシールされていること、及び、水の受入口１５ｂは弁構造を有することについては、図５の例の場合と同様である。また、図７以下の各図を参照して説明するインクカートリッジ等の各消耗品ユニットについても同様である。
【００６９】
本実施形態のプリンタは、燃料電池の液体燃料を、Ｆカートリッジ１５に収容し、インクカートリッジとして一体的にキャリッジに装填して燃料電池に供給すると共に、燃料電池から排出される水をＦカートリッジ１５に戻すので、水処理が容易であり、かつ消耗品であるインクおよび燃料を一緒に残量管理したり、補充および廃棄することができる。
【００７０】
尚、上記の実施形態では、キャリッジが待機位置で待機する場合にＦカートリッジと燃料供給路および送水路とが接続され、キャリッジが待機位置から移動した場合にＦカートリッジと燃料供給路および送水路とが切り離されるように構成されているが、必ずしもこの構成による必要はなく、Ｆカートリッジと燃料供給路および送水路とが常時接続され、キャリッジの移動に合わせて運動するように構成してもよい。また、水タンクや燃料タンクは、必ずしも設ける必要がない。
【００７１】
次に、インクカートリッジの様々な例について説明する。
【００７２】
図７は、インクカートリッジの他の一例を示す図である。
【００７３】
図７に示すように、インクカートリッジ１０は、外形が円筒状をなし、内部が隔壁で仕切られおり、仕切られたそれぞれのスペースに、黒インク、カラーインク、および液体燃料などが収容されている。また、インクカートリッジの一方の側面には、複数のインクの供給口があり、他方の側面には、液体燃料の供給口と、水の受入口がある。
【００７４】
インクカートリッジ１０をこのような形状にすれば、小型のプリンタにも適用できる。
【００７５】
図８は、インクカートリッジのもう１つの例を示す図である。
【００７６】
図８に示すように、インクカートリッジ１０は、外形が袋状をなし、内部が隔壁で仕切られおり、仕切られたそれぞれのスペースに、黒インク、カラーインク、および液体燃料などが収容されている。袋状のインクカートリッジの入り口にはバインダが取り付けてあり、バインダには、複数のインクの供給口と、液体燃料の供給口と、水の受入口とが設けてある。
【００７７】
インクカートリッジ１０をこのような形状にすれば、狭いスペースに設置する場合でも、比較的大容量のインクを収容することができる。
【００７８】
図９は、インクカートリッジのさらに異なる例を示す図である。
【００７９】
図９に示すように、インクカートリッジ１０は、外形がカールしたシート状をなし、内部が隔壁で仕切られおり、仕切られたそれぞれのスペースに、黒インク、カラーインク、および液体燃料などが収容されている。シートの入り口にはバインダが取り付けてあり、バインダには、複数のインクの供給口と、液体燃料の供給口と、水の受入口とが設けてある。
【００８０】
インクカートリッジ１０をこのような形状にすれば、狭いスペースでも設置することができる。
【００８１】
これまで説明してきたインクカートリッジの各種の例は、図１に示すプリンタあるいはそのプリンタと原理的には同じであって、インクカートリッジの装着機構やインクカートリッジと燃料電池との接続形態が異なるプリンタに使用されるものであるが、以下では、これまで説明してきたインクカートリッジとは全く異なる消耗品ユニットについて説明する。
【００８２】
図１０は、消耗品としてのロール紙を有するロール紙ユニットを示す図である。
【００８３】
図１に示すプリンタ１は、シート状の用紙を用いるプリンタであるが、プリンタの中にはロール紙を用いるプリンタも数多く存在する。
【００８４】
図１０のロール紙ユニット１１０は、そのようなロール紙を用いるプリンタであって、さらに燃料電池を搭載したプリンタに適合するものである。
【００８５】
このロール紙ユニット１１０は、長尺の用紙１１１が中空の巻芯１１２に多数回巻回されたものであり、その巻芯１１２はその中空内側のほぼ中央部分が隔壁１１２１で隔てられ、液体燃料が収容された液体燃料収容部１１２２と水が収容される水収容部１１２３が形成されている。また、巻芯の両端の各中心には、液体燃料収容部１１２２側に、液体燃料をプリンタに搭載された燃料電池に供給する供給口１１２２ａ、水収容部１１２３側に、その燃料電池で生成された水を受け入れる受入口１１２３ａが形成されている。供給口１１２２ａは、未使用の状態ではシールされており、プリンタに装填されたときに開口が形成される。このロール紙ユニット１１０は、プリンタに装填された、巻芯１１２の供給口１１２２ａおよび受入口１１２３ａのそれぞれにプリンタ内の燃料電池とつながる各中空パイプが挿入されて、その燃料電池に液体燃料を供給する燃料供給路と、その燃料電池で生成された水が排水される排水送水路とが形成されるとともに、巻芯１１２はそれらの中空パイプのまわりに回転自在となり、用紙１１１が引かれると回転して用紙１１１をプリンタに供給する。受入口１１２３ａは弁構造を有し、その受入口１１２３ａから水収容部１１２３内には水は流入するものの、その水収容部１１２３内の水がその受入口１１２３ａから流出しない構造となっている。
【００８６】
図１１は、消耗品としてのトナー（粉体インク）を有するトナーカートリッジを示す図である。
【００８７】
複写機やレーザプリンタ等では、電子写真方式が多用されている。電子写真方式とは、所定の感光体ドラム等の上に静電的な電位分布からなる潜像を形成し、その潜像を粉体インクであるトナーで現像してトナー像を形成し、そのトナー像を最終的に用紙上に転写して、たとえばそのトナーを熱で溶融させて冷却することなどによりそのトナー像をその用紙上に定着させ、このことによりその用紙上に定着トナー像からなる画像を形成する方式である。このような電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等では、消耗品としてトナーが消費されるためトナーを供給する必要があり、そのトナー供給の便宜のため、トナーを収容したカートリッジ式のもの（トナーカートリッジ）が多用されている。
【００８８】
図１１に示すトナーカートリッジ１２０は、そのような電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等に燃料電池を搭載した場合に適合するトナーカートリッジである。
【００８９】
この図１１に示すトナーカートリッジ１２０には、トナーが収容されるトナー収容室１２１と液体燃料が収容される液体燃料収容室１２２と、排水を収容する排水収容室１２３が形成され、未使用の状態では、トナー収容室１２１にはトナーが満杯に収容され、液体燃料収容室１２２には燃料が満杯に収容されている。これに対し排水収容室１２３は空のままとなっている。トナー収容室１２１にはそのトナー収容室１２１内のトナーをこのトナーカートリッジ１２０が装填された複写機あるいはレーザプリンタ等に供給するためのトナー供給口１２１ａが形成され、液体燃料収容室１２２には、その複写機あるいはレーザプリンタ等に内蔵された燃料電池に液体燃料を供給するための燃料供給口１２２ａが形成されている。トナー供給口１２１ａ，燃料供給口１２２ａ，および排水受入口１２３ａのうちのトナー供給口１２１ａと燃料供給口１２２ａは、内部のトナーや液体燃料が使用前に洩れ出ることのないようシールされており、このトナーカートリッジ１２０が複写機やレーザプリンタ等に装填されたときに開口が形成されるようになっている。
【００９０】
この図１１のトナーカートリッジ１２０が装填されると、そのトナーカートリッジ１２０を構成する液体燃料収容室内の液体燃料がその装填された複写機あるいはレーザプリンタ等に内蔵された燃料電池に供給され、その燃料電池で生成された水は、そのトナーカートリッジ１２０の排水収容室１２３に収容される。排水受入口１２３ａは弁構造となっており、排水収容室１２３に一旦収容された水はその排水受入口１２３ａから洩れ出ないようになっている。
【００９１】
図１２は、消耗品としての写真フィルムが巻回されて収容されたパトローネを示す図である。
【００９２】
このパトローネ１３０は、巻芯１３１の回りと長尺の写真フィルム１３２が巻回され、その周囲が光密構造のケース１３３で覆われたものであり、そのケース１３３の、遮光構造になっているフィルム取出口１３３ａから、写真フィルム１３２の先端部分１３２ａが露出した状態にある。
【００９３】
近年、固体撮像素子により画像データを生成するタイプのデジタルカメラも急速に普及しつつあるが、パトローネを装填しそのパトローネに巻回された写真フィルムを引き出してその写真フィルム上に写真撮影を行なうタイプのカメラも広く使用されている。
【００９４】
図１２に示すパトローネ１３０は、そのようなタイプのカメラに燃料電池を搭載した場合に適合するものである。
【００９５】
このパトローネ１３０の巻芯１３１は中空容器になっており、その中空の内部は、その中央部の隔壁１３１１で、液体燃料収容室１３１２と排水収容室１３１３との２つの部屋に分かれている。液体燃料収容室１３１２には液体燃料が収容されており、排水収容室１３１３は使用時に排水を受け入れるため未使用の状態では空になっている。液体燃料収容室１３１２には、その巻芯の回転軸上に、未使用状態ではシールされた燃料供給口１３１２ａが形成され、排水収容室１３１３には、やはりその巻芯の回転軸上に排水受入口１３１３ａが形成されている。
【００９６】
このパトローネ１３０が、燃料電池を搭載したカメラに装填されると、燃料供給口１３１２ａに開口が形成されるとともにその燃料供給口１３１２ａと排水受入口１３１３ａが、巻芯１３１が回転自在の状態でカメラ内臓の燃料電池に接続され、燃料供給口１３１２ａから液体燃料が燃料電池に供給されるとともに、その燃料電池で生成された排水受入口１３１３ａから排水収容室１３１３に流入する。排水受入口１３１３ａは弁構造となっており、排水収容室１３１３に一旦受け入れられた水は、このパトローネがカメラから取り出された後においても排水受入口１３１３ａから洩れ出ることのないよう、工夫されている。
【００９７】
図１３は、消耗品としてのインスタント写真シートが積層されて収容されたインスタント写真シートカートリッジを示す図である。
【００９８】
インスタント写真シートが積層されて収容されたインスタント写真シートカートリッジが装填され、その装填されたインスタント写真シートカートリッジ内のインスタント写真シート上に写真撮影を行なうインスタントカメラも広く普及している。
【００９９】
インスタント写真シートは、写真撮影により露光される感光面を有するとともに、その感光面に隣接した位置に、現像剤が収容された現像剤溜りを有し、インスタントカメラは、そのインスタント写真シートの感光面に写真撮影を行なうとともにその写真撮影が行なわれたインスタント写真シートをインスタントカメラ外部に送り出すものであり、このインスタントカメラは、さらに、そのインスタント写真シートを外部に送り出す際に現像剤溜りに収容された現像剤を感光面に展開して写真現像を行なうタイプのカメラである。そのインスタントカメラから送り出された写真シート上には、例えば数分程度の時間で写真が現われる。
【０１００】
図１３に示すインスタント写真シートカートリッジ１４０は、そのようなタイプのインスタントカメラに燃料電池を搭載している場合に適合するインスタント写真シートカートリッジである。
【０１０１】
この図１３に示すインスタント写真シートカートリッジ１４０のケース１４１の内部には、図示しないインスタント写真シートが１０枚積層されており、その前面が遮光カバー１４２で覆われるとともに、その遮光カバー１４２とケース１４１との間の僅かな隙間からも光が入り込むことのないよう光密シール１４３で封止されている。
【０１０２】
このインスタント写真シートカートリッジ１４０がインスタントカメラに装填されると、先ずは遮光カバー１４２がシール１４３を押し退けてそのシール１４３をケース１４１から剥がしながらインスタントカメラから送り出される。すると、今まで遮光カバー１４２で覆われていた面に、１枚目のインスタント写真シートの感光面が現われる。撮影操作に応じてその１枚目の写真シートに写真撮影が行なわれると、その１枚目のインスタント写真シートがそのインスタントカメラから送り出されるとともに現像され、その送り出されたインスタント写真シート上に写真が現われる。また、この送り出しによって、インスタント写真シートカートリッジ１４０の、図１３に示す状態における遮光カバー１４２で覆われていた面に、２枚目の写真シートの感光面が現われる。これを繰り返すことにより、１０枚のインスタント写真シート上に写真撮影が行なわれる。
【０１０３】
ここで、この図１３に示すインスタント写真シートカートリッジ１４０には、内部が中空に形成された液体燃料収容部１４４と、同じ内部が中空に形成された排水収容部１４５を備えており、液体燃料収容部１４４の中空の内部には液体燃料が充填されている。また、液体燃料収容部１４４の下部には、その内部の液体燃料をインスタントカメラに内蔵された燃料電池に供給するための燃料供給口１４４ａが形成されている。ただしこの燃料供給口１４４ａは、インスタントカメラに装填される前は、内部の液体燃料が洩れることのないようにシールされている。
【０１０４】
さらに、排水収容部１４５の下部には、インスタントカメラに内蔵された燃料電池で生成された水を排水収容部１４５内に受け入れるための排水受入口１４５ａが形成されている。この排水受入口１４５ａは、排水受入口１４５ａから排水収容部１４５内に一旦受け入れた水がその排水受入口１４５ａから再び洩れ出ることのないよう弁構造を有する。
【０１０５】
この図１３のインスタント写真シートカートリッジ１４０がインスタントカメラに装填されると、燃料供給口１４４ａと排水受入口１４５ａが、それぞれ、そのインスタントカメラ内の燃料電池につながり、液体燃料収容部１４４に収容された液体燃料はその燃料供給口１４４ａを通って燃料電池に供給され、その燃料電池で生成された水は排水受入口１４５ａを通って排水収容部１４５に収容される。
【０１０６】
以上、様々な例を示したように、本発明にいう消耗品は特定の消耗品に限られるものでなく、その消耗品ユニットが装填される機器で消費される様々な消耗品が対象となる。また、それと同様に本発明にいう機器も特定の機器に限定されるものではなく、燃料電池を内蔵し消耗品の消費を伴って動作する機器であれば本発明の対象となり得る。また、本発明にいう機器は燃料電池を備えているものであるが、燃料電池のみからの電力で動作する機器である必要はなく、たとえば商用ＡＣ電源でも動作し、商用ＡＣ電源を使用できない環境で燃料電池を使用する機器であってもよい。
【０１０７】
また、ここでは燃料電池としてＤＭＦＣタイプの燃料電池を使用するものとしその燃料電池では水が生成されるものとして説明したが、本発明にいう燃料電池は特定のタイプの燃料電池に限られるものではなく、またその燃料電池で生成される排液も水に限られるものではない。
【０１０８】
以上の説明では廃液や水の収納部の説明をしたが、小型機器用などの場合は廃液や水は少量である事が多いので、この収納部は必ずしも容器状のものでなくても、例えば高吸水性ポリマーなどに吸収させる収納部であっても良い。高吸収性ポリマーの材料はポリビニルアルコール／ポリアクリル酸系のものなどが考えられる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ユーザに燃料電池への液体燃料の供給を意識させることなく、その機器として通常消費される消耗品を交換するだけで液体燃料の新たな供給が行なわれ、使い勝手の良い、かつ商用ＡＣ電源等が使用できない環境下においても長時間に亘る動作が可能な機器や、その機器に適合した消耗品ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のプリンタを示す概略外観図である。
【図２】図１に示すプリンタに用いる、インクおよび液体燃料が収容されたカートリッジを示す概略図である。
【図３】燃料電池とＦカートリッジとの接続状態を示す図である。
【図４】本実施形態で採用されている燃料電池の原理説明図である。
【図５】Ｆカートリッジの内部構造を示す図である。
【図６】Ｆカートリッジの他の例を示す図である。
【図７】インクカートリッジの他の一例を示す図である。
【図８】インクカートリッジのもう１つの例を示す図である。
【図９】インクカートリッジのさらに異なる例を示す図である。
【図１０】消耗品としてのロール紙を有するロール紙ユニットを示す図である。
【図１１】消耗品としてのトナーを有するトナーカートリッジを示す図である。
【図１２】消耗品としての写真フィルムが巻回されて収容されたパトローネを示す図である。
【図１３】消耗品としてのインスタント写真シートが積層されて収容されたインスタント写真シートカートリッジを示す図である。
【符号の説明】
１　プリンタ
２　給紙ガイド
３　排紙口
４　キャリッジ
５　ガイドバー
６　蓋
１０　インクカートリッジ
１１　Ｙカートリッジ
１２　Ｍカートリッジ
１３　Ｃカートリッジ
１４　Ｋカートリッジ
１５　Ｆカートリッジ
１５ａ，２１ｂ　供給口
１５ｂ，２２ａ　受入口
１６　膜
１７　ゴム袋
２０　燃料電池
２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２４ａ　ノズル
２１　燃料サブタンク
２２　水タンク
２３　ポンプ
２４　パイプ
２５　インクの供給口
２６　バインダ
１１０　　ロール紙ユニット
１１１　　用紙
１１２　　巻芯
１１２１　　隔壁
１１２２　　液体燃料収容部
１１２２ａ　　供給口
１１２３　　水収容部
１１２３ａ　　受入口
１２０　　トナーカートリッジ
１２１　　トナー収容室
１２１ａ　　トナー供給口
１２２　　液体燃料収容室
１２２ａ　　燃料供給口
１２３　　排液収容室
１２３ａ　　排水受入口
１３０　　パトローネ
１３１　　巻芯
１３２　　写真フィルム
１３２ａ　　先端部分
１３３　　ケース
１３３ａ　　フィルム取出口
１３１１　　隔壁
１３１２　　液体燃料収容室
１３１２ａ　　燃料供給口
１３１３　　排水収容室
１３１３ａ　　排水受入口
１４０　　インスタント写真シートカートリッジ
１４１　　ケース
１４２　　遮光カバー
１４３　　光密シール
１４４ａ　　燃料供給口
１４５　　排水収容部
１４５ａ　　排水受入口
【図１】
2004122750.tif 000003
【図２】
2004122750.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004122750.tif 000006
【図５】
2004122750.tif 000007
【図６】
2004122750.tif 000008
【図７】
2004122750.tif 000009
【図８】
2004122750.tif 000010
【図９】
2004122750.tif 000011
【図１０】
2004122750.tif 000012
【図１１】
2004122750.tif 000013
【図１２】
2004122750.tif 000014
【図１３】
2004122750.tif 000015