(57)【要約】【課題】簡便な構成で温度検知と冷却動作の適切な両立を可能にする温度制御装置を提供する。【解決手段】熱電エレメントを直並列に配列して形成され、両端に電圧を印加することで吸熱効果を発する第１面と発熱効果を発する第２面とを持ち、第１面が冷却対象物に密着されている熱電素子（熱電モジュール１０５）を備える。また、熱電素子に電圧を印加して冷却動作させる電源１０６と、熱電素子が前記電源と接続されていないときに熱電素子の両端に生じる起電力により第１面と第２面の温度差を検知する温度差検知手段（温度差検知器１０７）を備える。また、熱電素子を電源と温度差検知手段に切り換え接続する切り換え手段（接点切り換えＳＷ１０９）を備える。また、切り換え手段を電源に接続するか温度差検知手段に接続するかの切り換え信号を、温度差検知手段の温度差検知信号に応じて出力する制御手段（制御部１０８）備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電エレメントを直並列に配列して形成され、両端に電圧を印加することで吸熱効果を発する第１面と発熱効果を発する第２面とを持ち、前記第１面が冷却対象物に密着されている熱電素子と、
前記熱電素子に電圧を印加して冷却動作させる電源と、
前記熱電素子が前記電源と接続されていないときに前記熱電素子の両端に生じる起電力により前記第１面と第２面の温度差を検知する温度差検知手段と、
前記熱電素子を前記電源と前記温度差検知手段に切り換え接続する切り換え手段と、
前記切り換え手段を前記電源に接続するか前記温度差検知手段に接続するかの切り換え信号を、前記温度差検知手段の温度差検知信号に応じて出力する制御手段と、
を備えることを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記温度差検知信号の第１の温度差閾値を持ち、前記温度差検知信号が前記第１の温度差閾値より低い場合は、前記切り換え手段を前記熱電素子が前記温度差検知手段に接続されるように制御することを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の温度差閾値より高い第２の温度差閾値を持ち、前記温度差検知信号が前記第１の温度差閾値より高くなった場合は、前記切り換え手段を前記熱電素子が所定間隔で前記温度差検知手段と前記電源に交互に接続されるように制御し、さらに、前記第２の温度差閾値より高くなった場合は、前記電源に接続される時間比率を増加させるように制御することを特徴とする請求項１または２記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記温度差検知信号が前記第１の温度差閾値より高くなった場合は、前記切り換え手段を前記熱電素子が所定間隔で前記温度差検知手段と前記電源に交互に接続されるように制御し、さらに、前記温度差検知信号に比例して前記電源に接続される時間比率を増加させるように制御することを特徴とする請求項１または２記載の温度制御装置。
【請求項５】
熱電エレメントを直並列に配列して形成され、両端に電圧を印加することで吸熱効果を発する第１面と発熱効果を発する第２面とを持ち、前記第１面が冷却対象物に密着されている熱電素子と、
前記熱電素子に電圧を印加して冷却動作させる電源と、
前記熱電素子が前記電源と接続されていないときに前記熱電素子の両端に生じる起電力により前記第１面と第２面の温度差を検知する温度差検知手段と、
前記熱電素子を前記電源と前記温度差検知手段に切り換え接続する切り換え手段と、
前記切り換え手段を前記電源に接続するか前記温度差検知手段に接続するかの切り換え信号を出力する第１の制御手段と、
前記冷却対象物の加熱要因となる動作を制御し、前記加熱要因となる動作の開始を示す駆動開始信号を前記第１の制御手段に出力する第２の制御手段とを備え、
前記第１の制御手段は、当初、前記切り換え手段を前記熱電素子と前記温度差検知手段が接続されるように制御し、次に、前記第２の制御手段が前記駆動開始信号を出力したことを検知して、前記切り換え手段を前記熱電素子が所定間隔で前記温度差検知手段と前記電源に交互に接続されるように制御することを特徴とする温度制御装置。
【請求項６】
請求項１または５記載の温度制御装置を備える現像装置。
【請求項７】
請求項６記載の現像装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御装置、その温度制御装置を備える現像装置及びその現像装置を備える電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、静電プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置においては、感光体上に光を照射して得られた静電潜像に現像剤（トナー）を塗布することによって画像（トナー像）を形成する。そして、転写手段によって記録紙（記録媒体）上にトナー像を転写した後、加熱方式の定着装置によって未定着トナー像を記録紙上に溶融定着する。
【０００３】
トナーは、現像器に収められ、上記感光体と対向し回転する現像ローラに常時薄く均一に塗布されるよう磁化されていて、感光体上の静電潜像に応じて感光体上に移動する。
【０００４】
トナーは、上記のように、熱によって溶融されて記録紙に固着する性質を持つために、温度が上昇すると軟化する性質がある。そうなると、静電潜像を現像する特性に変化が生じるため、感光体や現像ローラに印加する電圧等が一定の条件においては安定した画像を得ることが困難になる。
【０００５】
装置内部での温度上昇の原因としては、感光体の特性を保持するための保温ヒータの放射熱や上記トナーが塗布される現像ローラの回転軸が回転するときの摩擦熱が考えられる。
【０００６】
従って、これを防ぐために、装置動作時にはトナー温度上昇を抑える冷却手段が必要となるが、ファンの送風による空冷方式では、トナーの飛散による画像劣化の虞があり適切ではない。
【０００７】
近年においては、このような空冷以外の冷却装置として、ペルチェ素子と呼ばれる熱電素子を使用する冷却方式が用いられるようになってきている。
【０００８】
この素子は、図９に示すように、Ｐ型半導体とＮ型半導体を直列に接続して電圧を印加すると、片側の面が吸熱、他方が発熱する熱移動動作を行うものである。
【０００９】
この素子の一方の面を温調対象物に密着固定して一定電圧を印加することで、その印加極性により、密着面に加熱効果あるいは冷却効果をもたらすことができる。
【００１０】
但し、上記のように充分な温調効果を得るためには、この素子を温調対象面に密着させる必要があるため、温度測定素子を加熱／あるいは冷却面直下に配置することが困難であり、温調対象物の温度を測定することは難しい。
【００１１】
この点を解決するために、特許文献１には、上記熱電素子に駆動電流を流してないときに温調面と他の面の温度差があると、接点間に温度差と比例した起電圧が生じる、いわゆるゼーベック効果を利用して温調対象物の温度を測定する手法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５８−１０５１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１では、ペルチェ素子の加熱／冷却動作と、ゼーベック効果による温度検知動作を常時一定間隔で切り換えている。そのため、加熱／冷却駆動時に加熱／冷却能力を可変するためには、さらに電圧もしくは電流可変のための手段が必要になり、装置が複雑になる。
【００１３】
また、温度検知も一定時間ごとにのみ可能なので、装置動作により温度が変化し始めて、加熱または冷却が必要になったことを判断する時刻に遅延が生じる虞がある。
【００１４】
本発明の目的は、簡便な構成で温度検知と冷却動作の適切な両立を可能にする温度制御装置、現像装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の温度制御装置は、熱電エレメントを直並列に配列して形成され、両端に電圧を印加することで吸熱効果を発する第１面と発熱効果を発する第２面とを持ち、前記第１面が冷却対象物に密着されている熱電素子と、前記熱電素子に電圧を印加して冷却動作させる電源と、前記熱電素子が前記電源と接続されていないときに前記熱電素子の両端に生じる起電力により前記第１面と第２面の温度差を検知する温度差検知手段と、前記熱電素子を前記電源と前記温度差検知手段に切り換え接続する切り換え手段と、前記切り換え手段を前記電源に接続するか前記温度差検知手段に接続するかの切り換え信号を、前記温度差検知手段の温度差検知信号に応じて出力する制御手段と備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の温度制御装置は、熱電エレメントを直並列に配列して形成され、両端に電圧を印加することで吸熱効果を発する第１面と発熱効果を発する第２面とを持ち、前記第１面が冷却対象物に密着されている熱電素子と、前記熱電素子に電圧を印加して冷却動作させる電源と、前記熱電素子が前記電源と接続されていないときに前記熱電素子の両端に生じる起電力により前記第１面と第２面の温度差を検知する温度差検知手段と、前記熱電素子を前記電源と前記温度差検知手段に切り換え接続する切り換え手段と、前記切り換え手段を前記電源に接続するか前記温度差検知手段に接続するかの切り換え信号を出力する第１の制御手段と、前記冷却対象物の加熱要因となる動作を制御し、前記加熱要因となる動作の開始を示す駆動開始信号を前記第１の制御手段に出力する第２の制御手段とを備え、前記第１の制御手段は、当初、前記切り換え手段を前記熱電素子と前記温度差検知手段が接続されるように制御し、次に、前記第２の制御手段が前記駆動開始信号を出力したことを検知して、前記切り換え手段を前記熱電素子が所定間隔で前記温度差検知手段と前記電源に交互に接続されるように制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の現像装置は、請求項１または５記載の温度制御装置を備える。
【００１８】
請求項７記載の画像形成装置は、請求項６記載の現像装置を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の温度制御装置は、簡便な構成で温度検知と冷却動作の適切な両立が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の現像装置の概略構成図である。
【００２２】
図１において、感光ドラム１０１は、矢印方向に回転しながら光学的書き込み手段により静電潜像が形成される。現像器１０２はトナー１０３を収納する。現像器１０２に収納されたトナー１０３は、現像ローラ１０４が回転することにより、現像ローラ１０４上に薄く膜状に付着する。
【００２３】
感光ドラム１０１が回転して形成された静電潜像が現像点Ｄを通過するとき、感光ドラム１０１と現像ローラ１０４間の電位差で現像ローラ１０４上のトナー１０３が感光ドラム１０１上に移動し、静電潜像を可視画像（トナー像）に現像する。
【００２４】
熱電モジュール１０５は、現像器１０２に一方の面が密着固定され、他方の面には放熱シンク１１０が取り付けられ、放熱シンク１１０により放熱を冷却するようになっている。
【００２５】
熱電素子としての熱電モジュール１０５は、熱電エレメントを直並列に配列して形成され、両端に電圧を印加することで吸熱効果を発する第１面と発熱効果を発する第２面とを持ち、第１面が冷却対象物（現像器１０２）に密着されている。
【００２６】
接点切り換えＳＷ１０９（以下、単にＳＷ１０９と称する）は、熱電モジュール１０５の接点に取り付けられており、外部からの切り換え信号により接点ＡまたはＢのいずれかに接続するよう動作する。
【００２７】
電源１０６は、熱電モジュール１０５に電圧を印加して冷却動作させる。即ち、電源１０６は、ＳＷ１０９の接点Ｂに取り付けられており、ＳＷ１０９を介して熱電モジュール１０５に接続されると、熱電モジュール１０５の現像器１０２に接した面に吸熱効果、放熱シンク１１０に接した面に放熱効果が発生するよう電流を供給する。
【００２８】
温度差検知器１０７は、ＳＷ１０９の接点Ａに接続されており、熱電モジュール１０５に接続されているとき、接点間に生じる起電力から熱電モジュール１０５の面間の温度差を検知する。
【００２９】
制御部１０８は、温度差検知器１０７の第１面と第２面の温度差検知信号を受け取り、それに応じてＳＷ１０９に対して接点切り換え信号を発する。
【００３０】
ここで、温度差検知信号の第１、第２の温度差閾値を有し、例えば、温度差検知信号が第１の温度差閾値より低い場合は、ＳＷ１０９を熱電素子が温度差検知器１０７に接続されるように制御する。
【００３１】
尚、本発明の現像装置は、現像器１０２と、温度制御装置を構成する各モジュールにより構成される。
【００３２】
図２は、図１の画像形成装置によって実行される温度制御処理の第１の実施形態の手順を示すフローチャートである。また、図３は、図２の温度制御処理における時間遷移を示す図である。
【００３３】
ここで、図３（ａ）は、熱電モジュール１０５の現像器１０２に接する面と放熱シンク１１０に接する面間の温度差時間遷移図である。図３（ｂ）は、制御部１０８によるＳＷ１０９の切り換え時間遷移図である。
【００３４】
図２において、まず、制御部１０８は、ＳＷ１０９の接点を接点Ａ側に切り換えておく（ステップＳ２０１）。従って温度差検知器１０７が、熱電モジュール１０５の接点間に生じる電位差、即ち、両面の温度差ΔＴを検知する。当初は、現像装置が動作開始していないので、トナー１０３の温度も低く、熱電モジュール１０５の両面の温度差が小さいと温度差検知のみ継続する（３０１）。
【００３５】
次に、画像形成動作が開始されると、現像ローラ１０４が現像のために回転を開始する（ステップＳ２０２）。従って、その回転軸における摩擦熱や現像ローラ表面と現像器１０２の壁面とのこすれで生じる熱等がトナー１０３に伝導し、徐々にその温度が上昇していく。
【００３６】
そして、制御部１０８は、温度差ΔＴがＴ１（第１の温度差閾値）以上になったかどうかを判断する（ステップＳ２０３）。温度差ΔＴがＴ１に達すると、制御部１０８は、ＳＷ１０９を、接点Ａ側に切り換え時間（接続時間）Ｔｍｅｓ１、接点Ｂ側にＴｄｒｖ１の間だけ接続するように、接点切り換え信号を発信する（ステップＳ２０４）。
【００３７】
この状態では、ＳＷ１０９が接点Ａ側に接続されているときは、温度差検知器１０７が熱電モジュール１０５の両面の温度差を測定して制御部１０８に温度差を報知する。ＳＷ１０９が接点Ｂに接続されているときは、電源１０６が現像器１０２に接している熱電モジュール１０５の面を吸熱して冷やすように電流を供給する。また時間比率的には、例えば、Ｔｍｅｓ１≒Ｔｄｒｖ１に設定される（３０２）。
【００３８】
ここで、供給される熱に対して冷却能力が不足していると、トナー１０３の温度は、上昇速度は鈍化するものの、さらに上昇し続ける。
【００３９】
そこで、制御部１０８は、温度差ΔＴがＴ２（第２の温度差閾値）以上になったかどうかを判断する（ステップＳ２０５）。温度差ΔＴがＴ２（＞Ｔ１）に達すると、制御部１０８は、ＳＷ１０９の切り換え時間を、Ａ接点側がＴｍｅｓ２、Ｂ接点側がＴｄｒｖ２に変更する（ステップＳ２０６）。
【００４０】
このときは、冷却能力を増加させるために、ＳＷ１０９の切り換え時間を、以下のように設定する。
【００４１】
Ｔｄｒｖ２  ＞  Ｔｄｒｖ１、Ｔｍｅｓ２≦Ｔｍｅｓ１
そして、冷却駆動の比率が上昇するようにする（３０３）。
【００４２】
上記によりトナー１０３の温度上昇が抑えられるが、画像形成動作が終了して現像ローラ１０４が停止する等加熱が低下すると温度差ΔＴが小さくなっていく。
【００４３】
そこで、制御部１０８は、温度差ΔＴがＴ３未満になったかどうかを判断する（ステップＳ２０７）。温度差ΔＴがＴ３未満まで低下すると、制御部１０８は、ＳＷ１０９の切り換え時間をそれぞれＴｍｅｓ１、Ｔｄｒｖ２に戻す（ステップＳ２０８）。
【００４４】
ここで、温度差Ｔ３は動作の安定性のために通常Ｔ３＜Ｔ１と設定される（３０４）。
【００４５】
また、温度差測定時間Ｔｍｅｓ１、Ｔｍｅｓ２については、以下のように設定されるのが適切である。
【００４６】
Ｔｍｅｓ−ｌｉｍｉｔ≦Ｔｍｅｓ２≦Ｔｍｅｓ１
ここでＴｍｅｓ−ｌｉｍｉｔは、温度差検知器１０７が温度測定するのに最低限必要な所要時間である。
【００４７】
（第２の実施形態）
図４は、図１の画像形成装置によって実行される温度制御処理の第２の実施形態の手順を示すフローチャートである。また、図５は、図４の温度制御処理における時間遷移を示す図である。
【００４８】
図５（ａ）は温度差検知器１０７で検知する温度差ΔＴの時間遷移図、（ｂ）は制御部１０８から出力されるＳＷ１０９の接点切り換え信号の時間遷移図である。
【００４９】
図４において、まず、制御部１０８は、ＳＷ１０９の接点を接点Ａ側に切り換えておく（ステップＳ４０１）。そして、制御部１０８は、温度差ΔＴを測定する（ステップＳ４０２）。第１の実施形態と同様に、画像形成動作等によって温度差ΔＴが大きくなると、制御部１０８は、以下の式で、接点Ａ側の接続（測温）時間Ｔｍｅｓ（ΔＴ）、接点Ｂ側の接続（冷却）時間Ｔｄｒｖ（ΔＴ）を決定する（ステップＳ４０３）。
【００５０】
Ｔｍｅｓ（ΔＴ）=Ｔｍｅｓ０+Ｋ１×ΔＴ
Ｔｄｒｖ（ΔＴ）=Ｔｄｒｖ０＋Ｋ２×ΔＴ
尚、
Ｔｍｅｓ０：基本測温時間
Ｋ１：＜０である比例係数
Ｔｄｒｖ０：基本駆動時間
Ｋ２：＞０である比例係数
と定められる。
従って、温度差ΔＴが大きくなるほどＴｍｅｓ（ΔＴ）は短くなり、Ｔｄｒｖ（ΔＴ）は長くなる。
【００５１】
但し、制御部１０８は、Ｔｍｅｓ（ΔＴ）は温度測定のための最低必要時間Ｔｍｅｓ−ｌｉｍｉｔより短くならないか監視して（ステップＳ４０４）、短ければＴｍｅｓ（ΔＴ）＝Ｔｍｅｓ−ｌｉｍｉｔに補正する（ステップＳ４０５）。
【００５２】
以上のように決定した時間Ｔｍｅｓ（ΔＴ）、Ｔｄｒｖ（ΔＴ）に従って、制御部１０８はＳＷ１０９を切り換える（ステップＳ４０６）。
【００５３】
例えば、図５においては温度差Ｔ１のときとＴ２のときには、以下の関係となり、温度差が大きいほど冷却駆動比率が大きい制御を行う。
【００５４】
Ｔｍｅｓ（ΔＴ１）＞Ｔｍｅｓ（ΔＴ２）
Ｔｄｒｖ（ΔＴ１）＜Ｔｄｒｖ（ΔＴ２）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の現像装置の概略構成図である。
【００５５】
図１に示す第１の実施形態の画像形成装置と同一箇所には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００５６】
第２の実施形態に係る画像形成装置は、感光ドラム１０１、現像ローラ１０４を画像形成時に回転させる制御を行う第２の制御部６０１を新たに備える。即ち、第２の制御部６０１は、冷却対象物の加熱要因となる画像形成動作を制御する制御部である。
【００５７】
第２の制御部６０１は、画像形成動作を開始し、感光ドラム１０１及び現像ローラ１０４の駆動を開始すると、制御部１０８に駆動開始信号をＯＮする。
【００５８】
第１の制御手段は、当初、切り換え手段を熱電素子と温度差検知手段が接続されるように制御し、次に、第２の制御手段が駆動開始信号を出力したことを検知して、切り換え手段を熱電素子が所定間隔で温度差検知手段と電源に交互に接続されるように制御する。
【００５９】
図７は、図６の画像形成装置によって実行される温度制御処理の第２の実施形態の手順を示すフローチャートである。また、図８は、図７の温度制御処理における時間遷移を示す図である。
【００６０】
ここで、図８（ａ）は駆動開始信号、図８（ｂ）は接点切り換え信号である。
【００６１】
図７において、まず、制御部１０８は、ＳＷ１０９の接点を接点Ａ側に切り換えておく（ステップＳ７０１）。そして、制御部１０８は、第２の制御部１０８からの駆動開始信号がＯＮになるまで待機する（ステップＳ７０２）。
【００６２】
現像装置の停止時は、駆動開始信号がＯＦＦなので制御部１０８は、ＳＷ１０９を介して熱電モジュール１０５を温度差検知器１０７側に接続している（８０１）。
【００６３】
次に、画像形成動作が開始すると、感光ドラム１０１、現像ローラ１０４も回転駆動されるので、第２の制御部６０１による駆動開始信号もＯＮになる。
【００６４】
制御部１０８は、該駆動開始信号に従ってＳＷ１０９を所定の時間Ｔｍｅｓ´、Ｔｄｒｖ´ごとに切り換え制御して、所定比率で測温、冷却動作を実行する（ステップＳ７０３）、（６０２）。
【００６５】
ここで、第２の実施形態においては、駆動開始信号に応じて一定時間ごとでＳＷ１０９の切り換え動作を行うようにしたが、第１の実施形態と組み合わせて、その温度差によってもその比率が可変となるようにしてもよいのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本実施形態では、熱電モジュール１０５は、現像器１０２内のトナー１０３の冷却に用いたが、これに限らず電子部品、あるいは駆動モータ外装等、熱電モジュールが密着設置できる温度上昇部材に適応できるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の現像装置の概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置によって実行される温度制御処理の第１の実施形態の手順を示すフローチャートである。
【図３】図２の温度制御処理における時間遷移を示す図である。
【図４】図１の画像形成装置によって実行される温度制御処理の第２の実施形態の手順を示すフローチャートである。
【図５】図４の温度制御処理における時間遷移を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の現像装置の概略構成図である。
【図７】図６の画像形成装置によって実行される温度制御処理の第２の実施形態の手順を示すフローチャートである。
【図８】図７の温度制御処理における時間遷移を示す図である。
【図９】本発明で使用する熱電モジュールの吸熱動作の模式図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１  感光ドラム
１０２  現像器
１０３  トナー
１０４  現像ローラ
１０５  熱電モジュール
１０６  電源
１０７  温度差検知器
１０８  制御部
１０９  接点切り換えＳＷ
６０１  第２の制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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