(57)【要約】【課題】  限られたスペースにできるだけ多くのインクを搭載することができ、それに伴って、記録画像の多様な色表現が可能な記録装置を提供すること。【解決手段】  燃料電池１１の排出物である水を利用して、画像の記録に用いるインクの濃度を調整する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーと共に水を生成する燃料電池が電源として装着され、インクを用いて画像を記録する記録装置において、
前記燃料電池によって生成された水を用いて、前記インクの濃度を調整する調整手段を備えることを特徴とする記録装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記燃料電池によって生成された水に非液体のインク材を溶解させることにより、所定の濃度の液体のインクを生成することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記燃料電池によって生成された水と、前記非液体のインク材と、を混合するためのインク液化タンクを備えることを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
【請求項４】
前記調整手段は、前記燃料電池によって生成された水と、前記非液体のインク材と、の混合物を攪拌するための濃度調整タンクを備えることを特徴とする請求項２または３に記載の記録装置。
【請求項５】
前記燃料電池によって生成された電気エネルギーを蓄積する二次電池を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の記録装置。
【請求項６】
前記調整手段によって濃度が調整された液体のインクを吐出可能な記録ヘッドを用いて、画像を記録することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の記録装置。
【請求項７】
画像の記録に用いられるインクの濃度を調整するためのインク濃度調整システムであって、
電気エネルギーと共に水を生成する燃料電池から導入した水を用いて、前記インクの濃度を調整する調整手段を備えることを特徴とするインク濃度調整システム。
【請求項８】
前記調整手段は、前記燃料電池から導入した水に非液体のインク材を溶解させることにより、所定の濃度の液体のインクを生成することを特徴とする請求項７に記載のインク濃度調整システム。
【請求項９】
前記調整手段は、前記燃料電池から導入した水と、前記非液体のインク材と、を混合するためのインク液化タンクを備えることを特徴とする請求項８に記載のインク濃度調整システム。
【請求項１０】
前記調整手段は、前記燃料電池から導入した水と、前記非液体のインク材と、の混合物を攪拌するための濃度調整タンクを備えることを特徴とする請求項８または９に記載のインク濃度調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池によって生成される水を利用する記録装置およびインク濃度調整システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーに代表される独立電源を備えた記録装置は、主に携帯用とされている。携帯を目的として記録装置を設計する場合には、必然的に、小型化が求められる。記録装置を小型化するためには、装置全体の容積が削減されるため、その装置に搭載するインクの量も犠牲になっていた。
【０００３】
従来の技術において、携帯型の記録装置には、据え置き型の記録装置と同様に液体状態のインクが搭載されているため、必然的に、据え置き型の記録装置に比してインクの搭載量が少なくなる。このようにインクの搭載量が少ない携帯型の記録装置は、据え置き型の記録装置に比して記録量が制限されることになり、またカートリッジ形態のインクタンク（インクカートリッジ）を搭載する場合には、比較的小型のインクカートリッジを頻繁に交換する必要が生じて、ランニングコストが高くなるおそれがある。
【０００４】
また、特許文献１には、記録装置に濃縮インクと希釈液とを別々に搭載して、それらを記録装置内にて混合して用いる構成が記載されている。このような構成においては、濃縮インク自体の容積は小さいものの、希釈液も記録装置内に搭載するため、結果的に、インクの搭載に必要な容積は通常の液体状態のインクを搭載する場合と同様となり、記録装置の小型化には貢献しない。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０８５９号公報
【特許文献２】特開２０００−９４７１２号公報
【特許文献３】特開平７−６８７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように従来の技術は、通常の液体状態のインク、またはインクの原料となる液体（濃縮インクや希釈液）を記録装置に搭載しなければならなかった。そのため、特に小型化が要求される携帯型の記録装置においては、インクの搭載量が制限されることになる。
【０００７】
また、液体状態のインクを搭載した場合には、インクの濃度が固定されることになり、また用いるインク色の数だけインクタンクを搭載する必要がある。そのため、特に小型化が要求される携帯型の記録装置においては、搭載できるインクの種類が制限されることと相俟って、記録画像の色表現が制約されるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、限られたスペースにできるだけ多くのインクを搭載することができ、それに伴って、記録画像の多様な色表現が可能な記録装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、燃料電池の排出物である水を有効利用することができるインク濃度調整システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の記録装置は、電気エネルギーと共に水を生成する燃料電池が電源として装着され、インクを用いて画像を記録する記録装置において、前記燃料電池によって生成された水を用いて、前記インクの濃度を調整する調整手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のインク濃度調整システムは、画像の記録に用いられるインクの濃度を調整するためのインク濃度調整システムであって、電気エネルギーと共に水を生成する燃料電池から導入した水を用いて、前記インクの濃度を調整する調整手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池の排出物である水を有効利用して、インクの濃度を調整することができる。そのため、特に携帯型の記録装置においては、限られたスペースに非液体または高濃度の液体のインクをより多く搭載することができ、それに伴って、記録画像の多様な色表現を実現することができる。また、記録装置に組み込まれる形態あるいは記録装置とは別体の形態を採るインク濃度調整システムとして小型のシステムを提供することができる。また、携帯型の記録装置においては、電源として燃料電池を装着することにより、より長時間の使用が可能となると共に、より一層の軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、燃料電池セル１の基本構成の説明図である。  
燃料電池は、水素ガスまたは水素含有ガスと、酸素ガスまたは空気中の酸素から、電気エネルギーと熱と水を生成するものであり、図１のような構成の燃料電池セル１を複数枚接続することによって構成されている。燃料電池セル１の原理は、燃料層１Ｂに含まれる水素分子が、触媒を含んだ電解層１Ｂ（燃料層１Ｂに接している）で水素イオンにイオン化し、その水素イオンが空気層１Ｄ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。電池として機能するときには、燃料層１Ｂが負極、空気層１Ｄが正極となる。本発明では、このような燃料電池の電気エネルギーの他に、その燃料電池によって生成される水を利用する。
【００１４】
図２は、本発明によるインク液化システムの概略構成図である。  
図２において、インク濃度調整タンク７（７Ａ，７Ｂ）には、その内部のインク残量を検知するための検出手段が備えられている。その検出手段によって、インク濃度調整タンク７内のインクの残量が所定の規定値を下回ったことが検出されたときに、後述するように、インクを合成してインク濃度調整タンク７内に供給するインク供給シーケンス（図４参照）が起動される。本例において、インク濃度調整タンク７内のインク残量を検出するための検出手段は、そのタンク７内に挿入された２つのインク残量検出ピン７ａ，７ｂを用いる構成となっている。すなわち、それらのピン７ａ，７ｂの一方に信号を印加し、タンク７内のインク残量に応じて変化するピン７ａ，７ｂ間のインピーダンスを検出する。このような検出方式は公知であり、例えば、特許文献２などに記載されている。
【００１５】
図６および図７は、その検出方式の説明図であり、インク濃度調整タンク７に対応するタンクＴ内に、インク残量検出ピン７ａ，７ｂに対応するピンＰ１，Ｐ２が挿入されている。入力端子Ｔ１から、ＰＷＭ制御された信号ＰをピンＰ１に印加する。この検出方式では、インクに直接電流を印加させるため、インクを電気分解させないように、信号ＰをＰＷＭ制御してインクに掛かるエネルギーを減少させる。この印加された信号Ｐは、ピンＰ１，Ｐ２の間においてインクに印加され、そして出力端子Ｔ２から検出される。インクのインピーダンスは、その組成によって異なる。しかし、ピンＰ１，Ｐ２間にインクがない場合には、端子Ｔ１，Ｔ２間がオープンになるため、それらの端子Ｔ１，Ｔ２間のインピーダンスの変化を確実に検出することができる。
【００１６】
図７は、このような検出の結果例（２つの例）の説明図である。これらの例のタンクの場合には、その内部のインク残量が約０．６グラムになったときに、インクが存在しない空気層がピンＰ１，Ｐ２間に生じて、端子Ｔ１，Ｔ２間のインピーダンスが急激に上がって、それらの端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧が急激に変化する。この出力変化を不図示のＡＤコンバータを用いて検出することにより、タンク内のインク残量が所定量以下となったことを検出することができる。
【００１７】
なお、タンク内のインク残量の検出方式は、本例のような方式のみに特定されない。例えば、インクの反射率の変化を利用する非接触の光学方式、または電磁波を用いてインクの容量成分を検出する非接触方式などを採用することもできる。
【００１８】
また図２の構成においては、１つのインク液化タンク４内にて２種類の濃度のインクを生成し、それらの２種類の濃度のインクを第１のインク供給ポンプ６（６Ａ，６Ｂ）によってインク濃度調整タンク７Ａ，７Ｂのそれぞれに供給する。タンク４内にて濃インクを生成したときは、それをインク濃度調整タンク７Ａに供給し、タンク４内にて淡インクを生成したときは、それをインク濃度調整タンク７Ｂに供給する。インク濃度調整タンク７（７Ａ，７Ｂ）には、各タンク内のインクの濃度を均一に調整するためのインク攪拌ファン７ｃが備えられている。
【００１９】
インク液化タンク４には、後述するように、燃料電池にて生成された水と、非液体インク材５Ａが供給される。３は、燃料電池とインク液化タンク４との間の水供給ライン、２は、その水供給ライン３中に備わる水供給ポンプ２である。非液体インク材５Ａは、水に容易に溶解する状態の非液体状態のインクの固形物である。また、この非液体インク材５Ａは顆粒やタブレット状であって、一回に供給される分量が同一になるような形態となっている。本例の非液体インク材５Ａはタブレット状であり、同一の非液体インク材５Ａが非液体インク材カートリッジ５に複数保管されており、その非液体インク材カートリッジ５を傾けることによって、非液体インク材５Ａを１つずつインク液化タンク４内に供給することができる。
【００２０】
インク液化タンク４には、その内部の水量を検出するための検出手段が備えられている。本例の場合は、そのタンク４内に挿入されたピン４Ａを用いて、前述したインク濃度調整タンク７におけるインク残量の検出方式と同様の方式によって、タンク４内の水量を検出する構成となっている。
【００２１】
インク濃度調整タンク７（７Ａ，７Ｂ）内のインクは、インク供給ライン９（９Ａ，９Ｂ）を通して、第２のインク供給ポンプ８（８Ａ，８Ｂ）によってインクタンク１０（１０Ａ，１０Ｂ）に供給される。インクタンク１０は、記録ヘッド１２と共に記録装置に搭載される。
【００２２】
図３は、記録装置１００の構成例を説明するためのブロック図である。  
電気エネルギーは、燃料電池セル１を複数枚接続して構成される燃料電池１１から供給される。その電気エネルギーは、電源ライン２１を介して燃料電池１１からＤＣ／ＤＣコンバータ２２に入力され、そのＤＣ／ＤＣコンバータ２２において、コントロールユニット２３、記録ヘッド１２、モータ２４，２５、パネルユニット２８などに最適な電圧に変換される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、コントロールユニット２３の制御下において、そのコントロールユニット２３、記録ヘッド１２、およびモータ２４，２５に電気エネルギーを供給する。また、その電気エネルギーは、コントロールユニット２３の制御下において二次電池２７に充電される。
【００２３】
また、燃料電池１１から排出された水は、コントロールユニット２３によって制御される水供給ポンプ２により、水供給ライン３を介してインク液化タンク４に供給される。そして後述するように、インク液化タンク４内において、燃料電池１１から供給された水と非液体インク材５Ａとが混合され、液体のインクが生成される。このように生成されたインクは、コントロールユニット２３によって制御される第１のインク供給ポンプ６によって、インク濃度調整タンク７内に送られて蓄積される。その蓄積されたインクは、コントロールユニット２３によって制御される第２のインク供給ポンプ８により、インク供給ライン９を介してインクタンク１０に送り込まれる。記録装置１００が後述するようなシリアルスキャンタイプのものである場合には、主走査方向に往復移動するキャリッジ上に、記録ヘッド１２と共にインクタンク１０が搭載される。その場合には、インクタンク１０内のインク残量が所定量以下となったときに、コントロールユニット２３の制御下において、キャリッジを所定のインク供給ポジションに移動させて、そのキャリッジ上のインクタンク１０に対してインクを供給することができる。インク供給ライン９は、インクタンク１０に対するインクの供給時にのみ形成して、それ以外のときは遮断または分断しておいてもよい。
【００２４】
記録データは、パーソナルコンピュータ形態などの図示しないホスト装置から、インターフェイス２６を通して入力される。コントロールユニット２３上のコントロール手段（主に、ＡＳＩＣとソフトウエアで構成されるマイコンシステム）は、入力された記録データに基づいてモータ２４，２５、および記録ヘッド１２を制御することにより、紙などの記録媒体に画像を記録する。記録装置１００が後述するようなシリアルスキャンタイプである場合には、モータ２４，２５の一方をキャリッジモータとして用い、他方を被記録媒体の送りローラを駆動するモータとして用いることができる。
【００２５】
図４は、インク濃度調整タンク７までのインクの供給動作を実施するインク供給シーケンスの説明図である。  
インク供給シーケンスが起動されたときには、まず、インク濃度調整タンク７内のインク残量があるか否か（または、所定量以上であるか否か）を判定し（ステップＳ１）、インク残量がないとき（または、所定量未満であるとき）は、記録装置１００が記録動作中であるか否かを判定し、記録動作中のときは、その終了を待つ（ステップＳ２）。プリント動作が終了したときは、二次電池２７が満充電状態であるか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定は、インク液化タンク４に供給する水を生成すべく燃料電池１１が発電をした際に、その発電された電気エネルギーの消費および蓄積方法を切り替えるためである。
【００２６】
二次電池２７が満充電である場合、本例においては、記録ヘッド１２のメンテナンスのための回復シーケンスをスタートする（ステップＳ４）。この回復シーケンスは、記録ヘッド１２の状態を良好に維持するための処理であり、シリアルスキャンタイプのインクジェット記録装置の場合には、後述するように記録ヘッドの回復処理を含めることができる。また、このような回復シーケンスは、二次電池２７が満充電のときに、燃料電池１１によって発電された電気エネルギーを有効に利用するためであり、その電気エネルギーを有効に利用することができれば他の処理を実施してもよい。このような回復シーケンスを開始してからは、燃料電池１１による発電を開始し（ステップＳ５）、その後、後述するインク合成シーケンスを開始する（ステップＳ６）。そして、そのインク合成シーケンスの終了を待って（ステップＳ７）、燃料電池１１による発電を停止させてから（ステップＳ８）、回復シーケンスを止める（ステップＳ９）。
【００２７】
一方、ステップＳ３の判定において、二次電池２７が満充電でない場合には、燃料電池１１によって発電された電気エネルギーは二次電池２７に蓄電されることとなる。すなわち、燃料電池１１に二次電池２７を接続してから、その燃料電池１１による発電を開始する（ステップＳ１１）。その後は、上述したステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８と同様の処理（ステップＳ１２，１３，１４）を実行してから、燃料電池１１を二次電池２７から切り離す（ステップＳ１５）。
【００２８】
図５は、ステップＳ６，Ｓ１２において実施されるインク合成シーケンスの説明図である。  
まず、非液体インク材５Ａを非液体インク材カートリッジ５からインク液化タンク４内に供給する（ステップＳ２１）。次に、水供給ポンプ２を起動して、燃料電池１１にて生成された水をインク液化タンク４内に供給する（ステップＳ２２）。このような水の供給は、その供給量が所定の規定量に達するまで続く。その規定量は、インク液化タンク４内の要求されるインク濃度に応じた量であり、非液体インク材５Ａの材質、要求されるインクの濃度、インク液化タンク４のサイズ、水供給ポンプ２を停止させてから水の供給が止まるまでのマージン等を考慮して決定される設計値である。水の供給量が規定量に達したか否かは、前述したような水量検出用のピン４Ａを含む検出手段を用いて判定する。そして、水の供給量が規定量に達したときに、水供給ポンプ２を停止させて水の供給を止める（ステップＳ２３，Ｓ２４）。
【００２９】
このように、水の供給量に応じてインクの濃度が制御される。図２の例では、２種類の濃度のインクを１つのインク液化タンク４を用いて生成している。しかし、インクの濃度を３種類以上に増やすことも可能である。さらに、同じインク液化タンク４を用いて異なる色のインクを生成することも可能であり、その場合には、そのインク液化タンク４内のインクを入れ替えられることになる。
【００３０】
次に、所定のＸ秒間だけ待機して（ステップＳ２５）、インク液化タンク４内の水に対する非液体インク材５Ａの溶解を待つ。その待機時間のＸ秒は、非液体インク材５Ａが水に溶けるまでに要する最低限の時間に、所定のマージンを上乗せした設計値である。なお、インク濃度調整タンク７内に設けられるインク攪拌ファン７ｃをインク液化タンク４内にも備えるようにし、上述した所定のＸ秒の間にインク攪拌ファンを駆動し、インク液化タンク４内のインク濃度を均一化するようにしてもよい。
【００３１】
次に、第１のインク供給ポンプ６を起動して（ステップＳ２６）、非液体インク材５Ａが水に溶解したインク液化タンク４内のインクをインク濃度調整タンク７内に移送する。このインクの移送を所定の規定時間Ｙ秒の間続けた後に、第１のインク供給ポンプ６を停止させる（ステップＳ２７）。この規定時間Ｙ秒は、インクの濃度に応じるインク生成量と、インク供給ポンプ６の供給能力等によって決まる設計値である。
【００３２】
次に、インク濃度調整タンク７内のインク攪拌ファン７ｃを起動する（ステップＳ２８）。このインク攪拌ファン７ｃによって、インク液化タンク４内にて不均一に溶解したインクを攪拌することにより、インクの濃度を均一に調整する。このような攪拌を所定の規定時間Ｚ秒続けた後に、インク攪拌ファン７ｃを停止させて攪拌を止める（ステップＳ２９，Ｓ３０）。この規定時間のＺ秒は、実験値に所定のマージンを乗せて決まる設計値である。
【００３３】
このようにして図５のインク合成シーケンスを終了した後は、図４のステップＳ８またはＳ１４に戻って、燃料電池１１による発電を停止する。なお、インクの濃度調整方法としては、特許文献３に記載されているような公知の方法の他、種々の方法を採用することができる。
【００３４】
（記録装置の構成例）
図８は、本発明を適用可能な記録装置の概略構成を説明するための斜視図である。  
本例の記録装置５０はシリアルスキャン方式の記録装置であり、ガイド軸５１，５２によって、キャリッジ５３が矢印Ａの主走査方向に移動自在にガイドされている。キャリッジ５３は、キャリッジモータおよびその駆動力を伝達するベルト等の駆動力伝達機構により、主走査方向に往復動される。キャリッジ５３には、記録ヘッド１２（図８には不図示）と、その記録ヘッド１２にインクを供給するインクタンク１０が搭載される。記録ヘッド１２とインクタンク１０は、インクジェットカートリッジを構成するものであってもよい。前述したように、このインクタンク１０（１０Ａ，１０Ｂ）には、図２で示されるインク濃度調整タンク７（７Ａ，７Ｂ）でそれぞれ濃度調整されたインクが供給される。
【００３５】
本例の記録ヘッド１２は、複数の吐出口からインクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドであり、電気熱変換体（ヒーター）やピエゾ素子などを用いてインクを吐出させることができる。電気熱変換体を用いた場合には、それに駆動パルスを印加して発熱させることにより、吐出口に連通するインク流路内のインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用して吐出口からインクを吐出させることができる。
【００３６】
被記録媒体としての用紙Ｐは、装置の前端部に設けられた挿入口５５から挿入された後、その搬送方向が反転されてから、送りローラ５６によって矢印Ｂの副走査方向に搬送される。記録装置５０は、記録ヘッド１２を主走査方向に移動させつつ、プラテン５７上の用紙Ｐのプリント領域に向かってインクを吐出させる記録動作と、その記録幅に対応する距離だけ用紙Ｐを副走査方向に搬送する搬送動作と、を繰り返すことによって、用紙Ｐ上に順次画像を記録する。
【００３７】
キャリッジ５３の移動領域における図２中の左端には、キャリッジ５３に搭載された記録ヘッド１２の吐出口形成面と対向する回復系ユニット（回復処理手段）５８が設けられている。回復系ユニット５８には、記録ヘッド１２の吐出口のキャッピングが可能なキャップと、そのキャップ内に負圧を導入可能な吸引ポンプなどが備えられており、吐出口を覆ったキャップ内に負圧を導入することにより、吐出口からインクを吸引排出させて、記録ヘッド１２の良好なインク吐出状態を維持すべく回復処理（「吸引回復処理」ともいう）をする。また、キャップ内に向かって、吐出口から画像の寄与しないインクを吐出させることによって、記録ヘッド１２の良好なインク吐出状態を維持すべく回復処理（「吐出回復処理」ともいう）をすることもできる。
【００３８】
（他の実施形態）
本発明は、上述したようなシリアルスキャンタイプの記録装置の他、種々の記録方式の記録装置に対して広く適用することができる。例えば、被記録媒体における記録領域の幅方向の全域に渡って延在する長尺な記録ヘッドを用いて、被記録媒体と記録ヘッドとを一方向に相対移動させつつ画像を記録する、いわゆるフルラインタイプの記録装置にも適用することができる。また本発明は、携帯型のみならず据え置き型の記録装置にも適用することができる。
【００３９】
また本発明は、記録装置を含む種々のインク使用装置で使用されるインクの濃度を調整するためのインク濃度調整システムとして、広範囲の分野に適用することができる。このインク濃度調整システムは、記録装置に組み込まれる形態であってもよいし、記録装置とは別体の形態であってもよい。
【００４０】
また本発明は、燃料電池から排出される水を有効に利用して、インクの濃度を調整するものである。したがって、濃度調整前のインクは非液体状態の固形物のみに特定されず、高濃度の液体インクであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】燃料電池セルの基本構成の説明図である。
【図２】本発明のインク液化システムの概略構成の説明図である。
【図３】図２のインク液化システムを備えた記録装置の概略ブロック図である。
【図４】図２の記録装置において実行するインク供給シーケンスを説明するためのフローチャートである。
【図５】図４におけるインク合成シーケンスを説明するためのフローチャートである。
【図６】図２のインク濃度調整タンクに備わる検出手段の構成例を説明するための回路図である。
【図７】図６の検出手段による検出結果の例の説明図である。
【図８】本発明を適用可能な記録装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    燃料電池セル
２    水供給ポンプ
４    インク液化タンク
５Ａ    非液体インク材
６    第１のインク供給ポンプ
７    インク濃度調整タンク
８    第２のインク供給ポンプ
１０    インクタンク
１１    燃料電池
１２    記録ヘッド
２３    コントロールユニット
【図１】
2005238598.tif 000003
【図２】
2005238598.tif 000004
【図３】
2005238598.tif 000005
【図４】
2005238598.tif 000006
【図５】
2005238598.tif 000007
【図６】
2005238598.tif 000008
【図７】
2005238598.tif 000009
【図８】
2005238598.tif 000010