(57)【要約】【目的】  発熱源から発生する熱を有効利用することによって省エネルギー化を図る。【構成】  画像形成装置１０では、発熱源である定着部１２から発生する熱を利用するため、ゼーベック素子１（熱電変換素子）をそのＰ型半導体とＮ型半導体との接合部（高温側）の温度が上がるように定着部１２に接触又は近接して設ける。そして、定着部１２から発生した不要な熱を利用してゼーベック素子１に起電力を発生させ、排熱用ファン１６を駆動する。あるいは、その起電力をＨＤＤや不揮発性記憶部に供給したり、定着部１２内の加熱用サブヒータに供給する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源から発生する熱を機外に排出する熱排出手段を有する画像形成装置において、
前記発熱源から発生する熱を熱電変換素子を用いて電力に変換する手段を設け、
該手段によって得られた電力を当該画像形成装置内の電力を使用する部分へ供給するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
発熱源から発生する熱を機外に排出する熱排出手段を有する画像形成装置において、
前記発熱源から発生する熱を熱電変換素子を用いて電力に変換する手段を設け、
該手段によって得られた電力によって前記熱排出手段を構成する排熱用ファンを駆動するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
発熱源から発生する熱を機外に排出する熱排出手段を有する画像形成装置において、
データ書き込み用のハードディスクドライブを備え、
前記発熱源から発生する熱を熱電変換素子を用いて電力に変換する手段を設け、
該手段から得られた電力によって前記ハードディスクドライブを駆動するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
発熱源から発生する熱を機外に排出する熱排出手段を有する画像形成装置において、
データ書き込み用の不揮発性記憶部を備え、
前記発熱源から発生する熱を熱電変換素子を用いて電力に変換する手段を設け、
該手段から得られた電力を前記不揮発性記憶部へ供給するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
発熱源から発生する熱を機外に排出する熱排出手段を有する画像形成装置において、
用紙上のトナー画像を熱定着するための定着部に加熱用サブヒータを備え、
前記発熱源から発生する熱を熱電変換素子を用いて電力に変換する手段を設け、
該手段から得られた電力を前記加熱用サブヒータへ供給するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５記載の画像形成装置において、
前記加熱用サブヒータは、前記定着部を構成するローラ内に配置することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の画像形成装置において、
前記加熱用サブヒータは、セラミックヒータであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記熱電変換素子は、ゼーベック効果を利用した素子であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ装置，複合機等の各種画像形成装置に関し、特に定着部等の発熱源（発熱部材）を有する画像形成装置におけるエネルギー利用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子写真方式の画像形成装置は、像担持体（感光体）に対して帯電，露光，現像，転写，定着の各プロセスを実行することにより、用紙上に画像を形成するようにしており、その最後のプロセスである定着プロセスを行うため、つまり用紙上のトナー画像を熱定着させるために、定着部を備えている。
ところで、定着部から発生する熱は、トナー画像の定着に用いられているが、全てトナー画像定着のために消費されるのではなく、その一部は不要な熱となっている。そのため、画像形成装置の多くは、その不要な熱を排熱用ファン等を使用して機外に排出するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の画像形成装置では、電源スイッチをオフ（ＯＦＦ）にした場合、排熱用ファンも停止してしまうので、すぐには機内の温度が低下することはなく、排熱用ファンによる機内気流の停止により、場所によっては更に温度が上昇してしまう恐れもあった。
また、ハードディスクドライブ（以下「ＨＤＤ」ともいう）や不揮発性記憶部（フラッシュＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ等）などの記憶デバイスを備えている場合、その記憶デバイスへのアクセス中に、電源スイッチがオフになると、データの消失，不完全書き込み、ディスク損傷等の懸念があった。
【０００４】
一方、画像形成装置は、一般的に消費電力が大きいため、省エネルギー化が求められている。特に、消費電力が大きい部分は、トナー画像を用紙（転写紙）に定着させるための定着部であるため、その消費電力を低減させることが望まれている。
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、定着部等の発熱源を有する画像形成装置において、発熱源から発生する熱を有効利用することによって省エネルギー化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、発熱源から発生する熱を機外に排出する熱排出手段を有する画像形成装置において、上記の目的を達成するため、発熱源から発生する熱を熱電変換素子を用いて電力に変換する手段を設け、該手段によって得られた電力を当該画像形成装置内の電力を使用する部分へ供給するようにしたものである。
例えば、熱排出手段は上記電力を使用する部分に相当するため、上記得られた電力を熱排出手段へ供給することにより、その熱排出手段を構成する排熱用ファンを駆動することが可能になる。
また、上記電力を使用する部分として、データ書き込み用のＨＤＤ（ハードディスクドライブ）を備えている場合には、上記得られた電力をＨＤＤへ供給することにより、そのＨＤＤを駆動することが可能になる。
【０００６】
あるいは、上記電力を使用する部分として、データ書き込み用の不揮発性記憶部を備えている場合には、上記得られた電力を不揮発性記憶部へ供給することにより、その不揮発性記憶部にアクセスすることが可能になる。
あるいはまた、用紙上のトナー画像を熱定着するための定着部に加熱用サブヒータを備えている場合には、上記得られた電力を加熱用サブヒータへ供給することにより、その加熱用サブヒータを加熱することが可能になる。
なお、上記加熱用サブヒータを定着部を構成するローラ内に配置するとよい。また、上記加熱用サブヒータとして、セラミックヒータを使用すればよい。さらに、熱電変換素子として、ゼーベック効果を利用した素子を利用するとよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の画像形成装置によれば、発熱源から発生する熱を熱電変換素子を用いて電力に変換し、その電力を当該画像形成装置内の電力を使用する部分（例えば熱排出手段，ＨＤＤ，不揮発性記憶部，定着部内の加熱用サブヒータなど）へ供給して、発熱源から発生する熱を有効利用するので、省エネルギー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】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
まず、この発明の実施例で使用する熱電変換素子について、図２を参照して簡単に説明する。
図２は、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子あるゼーベック素子の概念図である。
【０００９】
このゼーベック素子１は、２種類の半導体(金属でもよい)であるＰ型半導体２とＮ型半導体３の一端を所定の接合部材４によって相互に接合し、他端に異なる電極５，６を取り付けて構成している。
そのため、このゼーベック素子１では、接合部材４（接合部）と電極５，６（非接合部）に温度差が与えられると、ゼーベック効果によって図示のように電荷が移動し、負荷抵抗７の両端に起電力〔Ｖ〕が発生するため、矢示方向に電流が流れる。つまり、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能となる。
【００１０】
なお、２種類の半導体(又は金属)の材料としては、現在、Ｐ型半導体とＮ型半導体による組み合わせ以外に、多種多様な組み合わせが提案されているが、この発明では、熱電変換が行える材料であれば、その材料は限定しない。また、熱電変換素子（ゼーベック素子）が1個だけでは起電力が小さいため、複数個の熱電変換素子を組み合わせて使用することも提案されているが、この発明では、熱電変換が行えればよいため、その構成も限定しない。但し、説明の都合上、以下の各実施例の説明ではゼーベック素子１を使用する。
【００１１】
次に、この発明の各実施例について、図１および図３以降の各図面を参照して具体的に説明する。
図１は、この発明の第１実施例である画像形成装置の主要部の構成例を示す図である。
図３は、その主要部の制御系を示すブロック図である。
【００１２】
第１実施例の画像形成装置１０は、電子写真方式を用いた複写機，プリンタ，ファクシミリ装置，複合機等であり、帯電，露光，現像の各プロセスによって像担持体である感光体上にトナー画像を形成し、そのトナー画像を転写プロセスによって用紙上に転写する作像部１１と、作像部１１によってトナー画像が転写された転写紙に熱と圧力を加えることによりトナー画像を転写紙に定着させる定着部（定着器）１２と、作像部１１および定着部１２を含む装置全体を制御する制御部１３と、定着部１２から発せられる余分な熱等を機外に排出するための排気口（排熱口）１４と、排気口１４への排気経路１５とを備えている。
【００１３】
ここで、熱の排気は、定着部１２が発生する余分な熱が、機内に備えてある熱に弱い部材、例えばトナー等に悪影響を及ぼしてしまうため、行う必要がある。
そこで、この画像形成装置１０では、定着部１２から発生する熱を利用するため、図２に示したゼーベック素子１（他の熱電変換素子でもよい）を定着部１２から発生した熱で接合部材４側（高温側）の温度が上がるように、定着部１２に接触又は近接して設けている。
【００１４】
定着部１２から発生する熱は、１００℃を越えることもあるため、ゼーベック素子１の電極５，６側（低温側）を外気に近い所に設ければ、その差は大きくなり、この温度差から起電力を発生させることができる。
なお、ゼーベック素子１の配置位置については後述する他の実施例でも同様とするが、このゼーベック素子１は、熱エネルギーを受けることが可能な位置ならば、必ずしも定着部１２に接触又は近接して設ける必要はなく、何処に設けても良い。
【００１５】
図１の例では、簡単な構成にするために、ゼーベック素子１の電極５，６側が、定着部１２の反対側になるようにしている。
定着部１２から発生する熱は、そもそも機外に排出してしまうような余分な物であるため、その熱を利用することにより、より効率の良い省エネルギーの画像形成装置を提供することが可能となる。
定着部１２から発生した不要な熱は、排気経路１５を介して排気口１４から、そこに備えた排熱用ファン（実際には排熱用ファンを回転させるモータ）１６を駆動することによって機外に排出されるようになっている。
【００１６】
この画像形成装置１０では、排熱用ファン１６の駆動を、ゼーベック素子１（熱電変換素子）によって得られた起電力によって行う。
ここで、図３に示すように、定着部１２からの熱エネルギーをゼーベック素子１に与える。すると、ゼーベック素子１は、与えられた熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。つまり、熱エネルギーから熱起電力を発生する。
そして、ゼーベック素子１から発生した起電力を排熱用ファン１６に与えることにより、排熱用ファン１６を駆動する。
このような構成にすることにより、不要な熱を利用できるため、電源オン時に排熱用ファン１６への電源供給が不要になるため、省エネルギー化を図ることができる。
【００１７】
ここで、一般的に、画像形成装置は、ＡＣ／ＤＣコンバータを持ち、機内の負荷の駆動を行っている。このＡＣ／ＤＣコンバータへのＡＣ電力は、電源スイッチを介しており、この電源スイッチがオフ（ＯＦＦ）になると、ＡＣ／ＤＣコンバータを停止し、ＤＣ電源（ＤＣ電力）の出力を停止するようにしている。
従来、排熱用ファンはこのＡＣ／ＤＣコンバータからのＤＣ電源で駆動されているため、電源スイッチがオフになると、排熱用ファンは停止してしまう。
排熱用ファンが停止してしまうと、機内の温度が上昇してしまい、熱に対し、弱い部分、例えばトナーなどに悪影響を及ぼしてしまう恐れがあった。
【００１８】
第１実施例の画像形成装置１０では、電源スイッチがオフになっても、高温状態の定着部１２の温度は直ちに下がることはないため、定着部１２の熱を利用してゼーベック素子１から熱起電力を発生させることにより、定着部１２の温度が低下するまで排熱用ファン１６の駆動を継続させることができる。
したがって、電源スイッチがオフになった後も、排熱用ファン１６の駆動によって機内の温度上昇を防止できるため、熱に弱い部分（トナーなど）に悪影響を及ぼす恐れがなくなるという効果も得ることができる。
【００１９】
図４はこの発明の第２実施例である画像形成装置の構成例を示すブロック図であり、図１〜図３と同一部分には同じ符号を付している。
第２実施例の画像形成装置２０は、電子写真方式を用いたデジタル複写機，ファクシミリ装置，複合機等であり、原稿の画像を読み取る読み取り部２１と、読み取り部２１によって読み取られた画像データ（画像情報）に所定の画像処理を施す画像処理部２２と、画像処理部２２によって画像処理が施された画像データに基づいて画像形成（前述した帯電，露光，現像，転写，定着の各プロセスによる）を行う画像形成部２３と、読み取り部２１，画像処理部２２，および画像形成部２３を含む装置全体を統括的に制御する画像形成制御部２４と、データ書き込み用のＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２５とを備えている。
【００２０】
ここで、画像処理部２２は、画像データに画像処理を施す過程において、ＨＤＤ２５を使用することが多く、得られた画像データを一時的に退避させたり、必要に応じて記憶保持させておいたりする。
なお、画像データは、ホストコンピュータ２８（他の端末装置でもよい）のアプリケーションから入力される場合もあるが、基本的に、読み取り部２１から得られた画像データと同じように、画像処理部２２にて所定の画像処理が施される。
【００２１】
画像形成部２３には、用紙（転写紙）にトナー画像を定着させるための定着部１２を備えており、その内部にハロゲンヒータを備え、その熱によってトナー画像を溶着させる構成となっている。
上述した各部（負荷）を動作させるためのエネルギーとして、通常、商用電源（ＡＣ電源）からのＡＣ電力に基づき、機内のＡＣ／ＤＣコンバータ２６によって生成されたＤＣ電源（ＤＣ電力）を用いている。
【００２２】
定着部１２のハロゲンヒータ自体への電力はＡＣを直接供給し、そのハロゲンヒータへの通電をオン／オフさせる画像形成制御部２４はＤＣ電源で動作させる。
第２実施例の画像形成装置２０でも、第１実施例と同様に、定着部１２に接触又は近接してゼーベック素子（熱電変換素子）１を配し、定着部１２からの熱エネルギーを受ける構成となっている。
定着部１２は、大きな熱を発生させ、トナー画像を用紙に定着させるが、全ての熱をそれに費やすことはなく、不要な熱は機外に排出される。
【００２３】
ゼーベック素子１は、その不要熱を利用し、熱エネルギーとして受け取り、熱起電力を発生する。
そして、ＨＤＤ２５へは、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６からのＤＣ電力ではなく、ゼーベック素子１からの熱起電力を供給する。
ＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、その構成上、ＡＣ電力の供給をオン／オフさせる電源スイッチ２７がオフになると、ＤＣ電力の供給もオフになる。
ここで、従来、ＨＤＤへのアクセス中に、電源スイッチがオフになると、ＨＤＤモータへの電源がオフになってしまうので、ＨＤＤモータが急激に停止してしまい、データの消失や書き込み失敗（不完全書き込み）、ハードディスクの破損等が発生してしまう恐れがあった。
【００２４】
第２実施例の画像形成装置では、電源スイッチ２７がオフになっても、高温状態の定着部１２の温度は直ちに下がることはないため、定着部１２の熱を利用してゼーベック素子１から熱起電力を発生させることにより、定着部１２の温度が低下するまでＨＤＤ２５の駆動を継続させることができる。
【００２５】
したがって、ＨＤＤ２５へのアクセス中にＨＤＤモータが急激に停止することがなくなるため、データの消失や書き込み失敗、ハードディスクの破損等が発生する恐れがなくなる。
また、電源オン時に、ＨＤＤ２５の駆動でＡＣ／ＤＣコンバータ２６からの電力が消費することがなくなるため、つまりＡＣ／ＤＣコンバータ２６からＨＤＤ２５への電源供給が不要になるため、省エネルギー化を図ることも可能となる。
【００２６】
図５はこの発明の第３実施例である画像形成装置の構成例を示すブロック図であり、図４と同一部分には同じ符号を付して、それらの説明を省略する。
第３実施例の画像形成装置３０において、画像形成／画像処理制御部４０は、それらの処理中における各種情報を電源オフ後も保持しておくために、不揮発性記憶部（フラッシュＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ等）４１およびそれに対するデータの読み書きを制御する記憶部制御部４２を備えている。
記憶部制御部４２は、例えば発生したジャム情報やユーザ固有の設定値等の各種情報を不揮発性記憶部４１に書き込んで保存しておき、次回の電源オン時にそれらの情報を利用することができる。
【００２７】
ここで、従来、不揮発性記憶部へは、機内のＡＣ／ＤＣコンバータで生成された電力を供給している。
このため、不揮発性記憶部へのアクセス中に電源スイッチがオフになると、不揮発性記憶部への電力供給が停止するため、データの消失や書き込み失敗等の不具合が発生する恐れがあった。
【００２８】
第３実施例の画像形成装置３０では、不揮発性記憶部４１への電力として、ゼーベック素子１からの熱起電力を使用する。電源スイッチ２７がオフになっても、定着部１２の温度は直ちに低下することはないので、その間、定着部１２の熱を利用してゼーベック素子１から熱起電力を発生させることにより、定着部１２の温度が低下するまで不揮発性記憶部４１への電力供給（電源供給）を継続させることができる。つまり、電源スイッチ２７がオフになった後、不揮発性記憶部４１への書き込みが正常に終了するまで、不揮発性記憶部４１への電力供給を継続することができる。
【００２９】
したがって、不揮発性記憶部４１へのアクセス中に不揮発性記憶部４１への電力供給が急激に停止することがなくなるため、データの消失や書き込み失敗等が発生する恐れがなくなる。
また、電源オン時に、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６から不揮発性記憶部４１への電源供給が不要になるため、省エネルギー化を図ることも可能となる。
【００３０】
なお、上述した第１〜第３実施例の画像形成装置１０，２０，３０に用いた定着部１２に加熱用サブヒータを備え、それにゼーベック素子１からの熱起電力を供給することも可能である。そこで、その場合の実施例（第４実施例）について説明する。
図６はこの発明の第４実施例である画像形成装置の定着部１２の構成例を示す図、図７はその画像形成装置の主要部の制御系を示すブロック図であり、それぞれ図１〜図５と対応する部分には同一符号を付している。
【００３１】
第４実施例の画像形成装置では、図６に示すように、定着部１２の上部にゼーベック素子（熱電変換素子）１を、内部にサブヒータ１２ｄを配置している。これらの配置場所は、一例として示しているが、前述したように、ゼーベック素子１は、熱エネルギーを受けることが可能な位置ならば何処に設けても良い。また、サブヒータ１２ｄも、定着部１２の温度を上昇又は維持させることが可能な位置であれば何処に設けても良い。
【００３２】
定着部１２は、第１〜第３実施例では図示および説明を省略したが、図６に示すように、定着ローラ１２ａと加圧ローラ１２ｂとを備え、それらの内部にハロゲンヒータ１２ｃを備え、その各ハロゲンヒータ１２ｃへの通電（電力供給）をオンにして定着ローラ１２ａと加圧ローラ１２ｂを加熱し、その定着ローラ１２ａと加圧ローラ１２ｂとの間に、トナー画像が未定着の状態の用紙を送ることにより、その用紙にトナー画像を定着させることができるようになっている。
【００３３】
前述したように、定着部１２で発生する熱は、全てトナー画像の定着に用いることは不可能であり、不要熱として機外に排出している。
第４実施例の画像形成装置では、その不要熱を利用し、ゼーベック素子１から熱起電力を発生させ、それをサブヒータ１２ｄへの電気エネルギー（供給電力）として用いる。
つまり、その電気エネルギーはそもそも不要熱として排出する熱であるため、その電気エネルギーは全て無料で利用でき、その電気エネルギーをサブヒータ１２ｄへ供給することにより、定着ローラ１２ａと加圧ローラ１２ｂを加熱するためのＡＣ電源からの供給電力を減少させることができるため、省エネルギー化を図ることができる。つまり、効率的に定着部１２へ電力供給を行えるため、低消費電力化を図ることができる。
【００３４】
なお、例えば図８に示すように、サブヒータ１２ｄを定着ローラ１２ａの内部に備えることもできる（第５実施例）。そうすれば、電源オン時に定着ローラ１２ａを適正温度（定着温度）まで加熱するのに要する時間を短縮することができる。
したがって、より効率的に定着部１２へ電力供給を行えるため、一層の低消費電力化を図ることが可能になる。
図８では、サブヒータ１２ｄを定着ローラ１２ａ内の中空部に配置しているが、定着ローラ１２ａの内壁に接するように配置することも可能である。
【００３５】
また、サブヒータ１２ｄとしてセラミックヒータを用いることができる。
セラミックヒータは、ＤＣ電源を用いて使用可能であり、しかも短時間で発熱することが可能であるという、優れた特性を持ちながら、比較的安価であり、その駆動にも、特別な回路が不要である。
したがって、従来に比べ、比較的安価で且つ効率の良い定着部を提供することが可能となる。
【００３６】
なお、定着部１２の熱を利用してゼーベック素子１から熱起電力を発生させることにより、装置内の排熱用ファン１６，ＨＤＤ２５，不揮発性記憶部４１，サブヒータ１２ｄ以外の電力を使用する部分へも供給することができる。
以上、この発明を定着部の熱を利用可能な電子写真方式を用いた画像形成装置に適用した実施例について説明したが、この発明はこれに限らず、定着部以外の発熱源の熱を利用可能な各種画像形成装置あるいは他の電子装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ装置，複合機等の各種画像形成装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１実施例である画像形成装置の主要部の構成例を示す図である。
【図２】ゼーベック効果を利用した熱電変換素子あるゼーベック素子の概念図である。
【図３】図１に示した画像形成装置の主要部の制御系を示すブロック図である。
【図４】この発明の第２実施例である画像形成装置の構成例を示すブロック図である。
【００３９】
【図５】この発明の第３実施例である画像形成装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】この発明の第４実施例である画像形成装置の定着部の構成例を示す図である。
【図７】その画像形成装置の主要部の制御系を示すブロック図である。
【図８】この発明の第５実施例である画像形成装置の定着部の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ゼーベック素子      ２：Ｐ型半導体      ３：Ｎ型半導体      ４：接合部材
５，６：電極      １０，２０，３０：画像形成装置      １１：作像部
１２：定着部      １２ａ：定着ローラ      １２ｂ加圧ローラ
１２ｃ：ハロゲンヒータ      １２ｄ：サブヒータ      １３：制御部１３
１４：排気口      １５：排気経路      １６：排熱用ファン      ２１：読み取り部
２２：画像処理部      ２３：画像形成部      ２４：画像形成制御部
２５：ＨＤＤ      ２６：ＡＣ／ＤＣコンバータ      ２７：電源スイッチ
４０：画像形成／画像処理制御部      ４１：不揮発性記憶部      ４２：記憶部制御部
【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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