(57)【要約】  【課題】省エネルギー化と、機内の過熱に起因する不具合の解消とを実現する画像形成装置を提供する。  【解決手段】制御ユニット１０５は、機内が要冷却と判断したら蓄電池１０１と熱電変換素子１０２とから給電してファン１００を高速に回転駆動する。さもなければ、ファン１００への給電を停止して、熱電変換素子１０２にて蓄電池１０１を充電する。  【選択図】図２
2010054961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を記録シートに熱定着する定着器と、
定着器からの熱を利用して発電する熱電変換素子と、
蓄電池と、
自機内を冷却するファンと、
機内温度が所定の要冷却温度よりも低ければ、熱電変換素子及び蓄電池からファンへの給電を停止して、熱電変換素子にて蓄電池を充電し、
機内温度が所定の要冷却温度よりも高ければ、熱電変換素子及び蓄電池からファンへ給電する給電制御手段と、を備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
機内温度を計測する温度センサを備え、
前記給電制御手段は、温度センサの計測結果にて機内温度が所定の要冷却温度以下か否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
熱電変換素子の起電電圧を計測する電圧計を備え、
前記給電制御手段は、電圧計にて計測した起電電圧が所定の要冷却電圧よりも低ければ、機内温度が所定の要冷却温度よりも低いと判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
熱電変換素子の起電電圧が所定の充電停止電圧よりも低ければ、熱電変換素子から蓄電池への給電を停止する充電制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１また請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
温度センサにて計測した機内温度が所定の充電停止温度よりも低ければ、熱電変換素子から蓄電池への給電を停止する充電制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記蓄電池の蓄電量が所定量を超えたら、熱電変換素子から蓄電池への給電を停止する過充電防止手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、定着器の廃熱を有効利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、記録シート上に転写したトナー像を溶融、圧着する定着器を備えている。定着器が発する熱が画像形成装置内にこもると、定着器周辺の機器が過熱して不具合を生じたり、トナーボトル中でトナーが溶着したりするおそれがある。このため、冷却用のファンを設けて機外への排熱を行うのが一般的である。
機外への排熱は、例えば、急な停電によって主電源が途絶した後にも継続する必要があるため、定着器の余熱を利用して熱電変換素子によりファンに電力を供給する技術が開発されている。この技術によれば、定着器の温度低下に伴って熱電変換素子の発電量が低下すると、十分な電力をファンに供給することができなくなるおそれがある。
【０００３】
このような問題に対して、例えば、熱電変換素子の出力電力を予め２次電池に蓄電しておき、定着器の温度が低下したら、２次電池から電力を供給してファンを駆動する技術が提案されている（特許文献１を参照）。これによって、定着器の温度が低下しても、ファン停止による不具合の発生を防止することができる。
【特許文献１】特開２００６−１７１４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、画像形成装置に対して、単位時間当たりの印刷枚数を増加させる高速化が強く要求されている。このため、例えば、定着温度を上昇させて、トナーをより早く溶融することにより、記録シート１枚当たりの定着時間を短縮するようになってきた。
しかしながら、定着温度を上昇させると、画像形成装置の内部が過熱して不具合を生じるおそれがある。例えば、ファンを制御するＩＣ（Integrated Circuit）が熱破壊されると、ファンを駆動することができなくなって、機内が更に過熱してしまう。
【０００５】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、省エネルギー化と、機内の過熱に起因する不具合の解消とを実現する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、トナー像を記録シートに熱定着する定着器と、定着器からの熱を利用して発電する熱電変換素子と、蓄電池と、自機内を冷却するファンと、機内温度が所定の要冷却温度よりも低ければ、熱電変換素子及び蓄電池からファンへの給電を停止して、熱電変換素子にて蓄電池を充電し、機内温度が所定の要冷却温度よりも高ければ、熱電変換素子及び蓄電池からファンへ給電する給電制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このようにすれば、機内温度が所定の要冷却温度よりも低ければ、無駄にファンを駆動することなく、熱電変換素子が発電した電力を蓄電池に蓄電するので、省エネルギー化を図ることができる。また、機内温度が要冷却温度よりも高ければ、熱電変換素子と蓄電池の双方からファンに電力を供給してより高速に回転駆動するので、機内の過熱に起因する不具合を解消することができる。
【０００８】
この場合において、機内温度を計測する温度センサを備え、前記給電制御手段は、温度センサの計測結果にて機内温度が所定の要冷却温度以下か否かを判定するのが望ましい。
また、熱電変換素子の起電電圧を計測する電圧計を備え、前記給電制御手段は、電圧計にて計測した起電電圧が所定の要冷却電圧よりも低ければ、機内温度が所定の要冷却温度よりも低いと判定しても良い。
【０００９】
更に、本発明に係る画像形成装置は、熱電変換素子の起電電圧が所定の充電停止電圧よりも低ければ、熱電変換素子から蓄電池への給電を停止する充電制御手段を備えることを特徴とする。
また、温度センサにて計測した機内温度が所定の充電停止温度よりも低ければ、熱電変換素子から蓄電池への給電を停止する充電制御手段を備えても良い。
【００１０】
更に、前記蓄電池の蓄電量が所定量を超えたら、熱電変換素子から蓄電池への給電を停止する過充電防止手段を備えるとすれば好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］画像形成装置の構成
先ず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、ファン１００、蓄電池１０１、熱電変換素子１０２、放熱フィン１０３、温度センサ１０４、制御ユニット１０５、イメージングユニット１１０Ｙ〜１１０Ｋ、露光器１１１、中間転写ベルト１１２、２次転写ローラ１１３、給紙カセット１１４、ピックアップローラ１１５、定着器１１６、クリーナ１１７、排紙ローラ１１９及び排紙トレイ１２０を備え、トナーボトル１１８Ｙ〜１１８Ｋが装着されている。
【００１２】
イメージングユニット１１０Ｙ〜１１０Ｋは、露光器１１１が形成した静電潜像を現像してイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成し、中間転写ベルト１１２上へ一次転写する。中間転写ベルト１１２上の残留トナーはクリーナ１１７にて除去される。
給紙カセット１１４は内部に記録シートＰを格納する。記録シートＰはピックアップローラ１１５によって１枚ずつ取り出され、搬送路へと送り出される。２次転写ローラ１１３は中間転写ベルト１１２上のトナー像を記録シート上へ静電転写する。
【００１３】
定着器１１６はトナー像を溶融し、記録シートに圧着する。その後、記録シートは排紙ローラ１１９にて排紙トレイ１２０上に排出される。
制御ユニット１０５は温度センサ１０４にて機内温度を監視すると共に、画像形成装置１全体の動作を統括する。また、トナーボトル１１８Ｙ〜１１８Ｋは着脱可能に装着されており、それぞれイメージングユニット１１０Ｙ〜１１０Ｋへ各色のトナーを供給する。
【００１４】
熱電変換素子１０２は、一方の側面が定着器１１６から輻射熱にて温められ、他方の側面が放熱フィン１０３によって冷却されることによって生じる温度差を利用して発電する。
熱電変換素子１０２が発生させた電力はファン１００と蓄電池１０１とに供給される。蓄電池１０１は制御ユニット１０５の制御の下、ファン１００へ電力を供給する。ファン１００は印加される電圧が高いほど高回数で駆動され、印加電圧が低下すると回転数が減じる。
【００１５】
ファン１００は定着器１１６によって加熱、昇温された機内の暖気を機外へ排出する。すると、画像形成装置１の機内へ不図示の吸気口から外気が取り込まれるので、機内温度が下げられて機内各所やが冷却される。これによって、画像形成装置１を構成する各部品の熱故障が防止される。
［２］ファン１００の給電システム
次に、ファン１００に電力を供給するための給電システムについて説明する。
【００１６】
図２は、給電システムの構成を示す図である。図２に示されるように、給電システム２は、蓄電池１０１、熱電変換素子１０２、放熱フィン１０３、温度センサ１０４、制御ユニット１０５、スイッチ２０１及び板金部２０２からなっている。
板金部２０２は定着器１１６とトナーボトル１１８Ｙ〜１１８Ｋとを隔離する。これによって、定着器１１６からトナーボトル１１８Ｙ〜１１８Ｋに伝わる熱量が低減され、トナーボトル１１８Ｙ〜１１８Ｋ内のトナーが過熱して融着するのが防止される。
【００１７】
熱電変換素子１０２はＰ型半導体片とＮ型半導体片とが交互に接続されてなる。Ｐ型半導体では正孔（ホール）が、Ｎ型半導体では電子が、それぞれ高温側から低温側へ移動する現象をゼーベック効果といい、正孔と電子との移動方向が互いに反対になるように半導体片を接続することによって、温度差を電位差に変換することができる。
なお、熱電変換素子１０２の高温側は絶縁性の接着剤によって板金部２０２に密着、固定されている。また、低温側には放熱フィン１０３が固定されている。これによって、より大きな温度差を熱電変換素子１０２に与えて、発電効率を向上させることができる。
【００１８】
熱電変換素子１０２が発生させた電力はスイッチ２０１を介してファン１００に供給される。スイッチ２０１は制御ユニット１０５の制御の下、ファン１００を含む回路に蓄電池１０１を接続したり、切り離したりする。
図３は、給電システム２の主要な構成を示す回路図である。図３に示されるように、スイッチ２０１は２つのスイッチ２０１ａ、２０１ｂを備えており、何れも制御ユニット１０５の制御下にある。また、制御ユニット１０５は電圧計３０１にて熱電変換素子１０２の起電電圧を計測する。
【００１９】
ファン１００は、蓄電池１０１と熱電変換素子１０２とを並列接続した電源回路から給電を受ける。制御ユニット１０５は温度センサ１０４にて計測した機内温度に応じてスイッチ２０１ａを切り替え、蓄電池１０１及び熱電変換素子１０２からファン１００への給電を制御する。また、制御ユニット１０５は電圧計３０１にて計測した熱電変換素子１０２の起電電圧に応じてスイッチ２０１ｂを切り替え、蓄電池１０１を熱電変換素子１０２に接続したり、切り離したりする。
【００２０】
［３］制御ユニット１０５の構成
次に、制御ユニット１０５の構成について説明する。制御ユニット１０５は、所謂コンピュータであって、図４に示されるように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０３及びＩ／Ｏインタフェース（Input/Output Interface）４０４が内部バス４０５にて接続されてなる。
【００２１】
制御ユニット１０５は、Ｉ／Ｏインタフェース４０４を介して給紙カセット１１４やイメージングユニット１１０Ｙ〜１１０Ｋ、スイッチ２０１ａ、２０１ｂ等を制御したり、温度センサ１０４にて機内温度を監視したりする。
［４］制御ユニット１０５の動作
次に、制御ユニット１０５の動作について説明する。
【００２２】
図５は、給電システム２を制御するために制御ユニット１０５が実行する動作を示すフローチャートである。図５に示されるように、制御ユニット１０５は温度センサ１０４にて機内温度ｔを参照して（Ｓ５０１）、機内温度ｔが要冷却温度Ｔを超えていたら（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）、スイッチ２０１ａを切り替えてファン１００を電源、すなわち、蓄電池１０１と熱電変換素子１０２とに接続する（Ｓ５０３）。これによって、機内が冷却される。
【００２３】
なお、要冷却温度Ｔとは、機内温度ｔが要冷却温度Ｔ以下であれば、ファン１００によって機内を冷却する必要がなく、また、機内温度ｔが要冷却温度Ｔを超えたらファン１００によって機内を冷却しなければならない温度である。
また、機内温度ｔが要冷却温度Ｔ以下であれば（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）、スイッチ２０１ａを切り替えてファン１００を電源から切り離す（Ｓ５０４）。これによって、ファン１００によって不必要に機内を冷却せず、電力を節約することができる。
【００２４】
更に、熱電変換素子の起電電圧ｖが所定電圧Ｖを超えていたら（Ｓ５０５：Ｙｅｓ）、蓄電池１０１を熱電変換素子１０２に接続する（Ｓ５０６）。この場合において、ファン１００が回路に接続されていたら蓄電池１０１はファン１００に電力を供給し、ファン１００が回路から切り離されていたら蓄電池１０１は熱電変換素子１０２によって充電される。
【００２５】
なお、所定電圧Ｖとは、起電電圧ｖが所定電圧Ｖ以下であれば、熱電変換素子にて蓄電池１０１を充電することができなくなる電圧である。
また、起電電圧ｖが所定電圧Ｖ以下であれば（Ｓ５０５：Ｎｏ）、蓄電池１０１を熱電変換素子１０２から切り離す（Ｓ５０７）。
このようにすれば、機内が高温になっている場合には、蓄電池１０１からも熱電変換素子１０２からも電流が出力されるので、ファン１００に高電圧が印加される。すると、ファン１００がより高速に回転するので、より早く機内を冷却することができる。
【００２６】
また、機内が十分に冷却されており、更に冷却する必要がない場合にまで、ファン１００を回転駆動せずに、蓄電池を充電するので、無駄な電力消費を節減することができる。
更に機内温度が低下して、熱電変換素子１０２の起電力が低下すると、蓄電池を回路から切り離すので、蓄電池からの無駄な放電を防止することもできる。
［５］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【００２７】
（１）  上記実施の形態においては、スイッチ２０１を制御するために、温度センサ１０４と電圧計３０１とを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
例えば、温度計３０１にて機内温度を計測するのに代えて、電圧計３０１にて計測された熱電変換素子１０２の起電電圧の高低に応じてスイッチ２０１ａを制御しても良い。熱電変換素子１０２の起電電圧の高低は機内温度の高低に応じて変化するので、起電電圧を計測すれば機内温度を推定することができるからである。
【００２８】
逆に、機内温度の高低に応じてスイッチ２０１ｂを制御しても良い。上述のように、機内温度の高低に応じて熱電変換素子１０２の起電電圧が変化するので、熱電変換素子１０２の起電電圧から機内温度を推定することができるからである。
（２）  上記実施の形態においては、機内温度を参照してスイッチを制御する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに加えて以下のようにしても良い。
【００２９】
すなわち、制御ユニット１０５にて機内温度の他に排紙トレイ１２０上の記録シートの温度を計測して、機内温度と記録シート温度との何れか一方が所定の要冷却温度よりも高ければファン１００を回転駆動し、何れも要冷却温度より低ければファン１００を停止しても良い。
画像形成装置が高速化させるために、定着温度が高くされたり、溶融温度が低いトナーが用いられたりするようになっている。このようにして定着温度とトナーの溶融温度が乖離した結果、トナーが固化しないまま記録シート上が排紙されると、排紙トレイ上で重なり合う記録シートどうしが貼り付くタッキングが生じるおそれがある。
【００３０】
これに対して、本変形例によれば、熱電変換素子１０２に蓄電池１０１を併用してファン１００をより高速に回転させることによって記録シートを確実に冷却するので、タッキングを解消することができる。
この場合において、ファン１００の排気によって生じる風を排紙トレイ上へ送るようにすれば、排紙トレイ上の記録シートを更に効率良く冷却することができる。
【００３１】
（３）  上記実施の形態においては特に言及しなかったが、一般的に、蓄電池を過充電すると蓄電池の寿命が短縮する等の不都合が生じるおそれがあるので、過充電防止回路を付加するのが望ましい。
例えば、蓄電池１０１の電圧が所定値Ｖ1まで上昇したら、蓄電池１０１の充電を停止すれば良い。このようにすれば、蓄電池１０１が過充電されないので、過充電に起因する問題を防止することができる。
【００３２】
また、一般的に蓄電池は充電を停止すると蓄電量が自然漸減するので、充電停止中には微少量の電力を蓄電池１０１に供給しても良い。このようにすれば、ファンを回転駆動する際に蓄電池１０１から十分な電力を供給することができる。
更に、蓄電池１０１の充電停止状態は、蓄電池１０１の電圧が前記所定値Ｖ1よりも低い電圧Ｖ2に低下するまで維持するのが望ましい。このようにすれば、蓄電量の自然漸減により蓄電池１０１の電圧が低下しても直ぐには充電を再開しないので、充電の停止と再開が頻発するのを防止することができる。
【００３３】
なお、蓄電池１０１からファン１００へ給電する際には、蓄電池１０１の電圧に関わらず、蓄電池１０１が回路に接続されることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る画像形成装置は、定着器の廃熱を有効利用する技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。
【図２】ファン１００に電力を供給するための給電システムの構成を示す図である。
【図３】給電システム２の主要な回路構成を示す図である。
【図４】制御ユニット１０５の主要な構成を示す図である。
【図５】給電システム２を制御するために制御ユニットが実行する動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１………………………画像形成装置
２………………………給電システム
１００…………………ファン
１０１…………………蓄電池
１０２…………………熱電変換素子
１０３…………………放熱フィン
１０４…………………温度センサ
１０５…………………制御ユニット
１１０Ｙ〜１１０Ｋ…イメージングユニット
１１１…………………露光器
１１２…………………中間転写ベルト
１１３…………………２次転写ローラ
１１４…………………給紙カセット
１１５…………………ピックアップローラ
１１６…………………定着器
１１７…………………クリーナ
１１８Ｙ〜１１８Ｋ…トナーボトル
１１９…………………排紙ローラ
１２０…………………排紙トレイ
２０１…………………スイッチ
２０１ａ、２０１ｂ…スイッチ
２０２…………………板金部
３０１…………………電圧計
４０１…………………ＣＰＵ
４０２…………………ＲＯＭ
４０３…………………ＲＡＭ
４０４…………………Ｉ／Ｏインタフェース
４０５…………………内部バス
Ｐ………………………記録シート
【図１】
2010054961.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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