(57)【要約】【課題】  熱定着方式の定着装置を備え、該定着装置の余分な熱を利用し発電を行える熱電発電素子を備えた画像形成装置において、該熱電発電素子により常に安定した電力を供給することが可能である省電力な画像形成装置を提供し、尚且つ電源ＯＦＦ時でも機内が冷えるまでの間は電力供給可能であり、機内昇温による電気部品の破損やトナーブロッキング等の問題を防止することを目的とする。【解決手段】  記録媒体上に転写されたトナー像を加熱定着させる定着装置と、該熱定着装置の熱を利用し発電を行い、尚且つ発電した電力を供給可能な熱電発電素子を備えた画像形成装置において、熱電発電素子の片側を画像形成装置の外壁近傍に配置し、他方を、定着装置の熱を熱電発電素子に伝える熱伝達手段に接触させるように配置する。【選択図】  図１
2008052032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に転写されたトナー像を加熱定着させる定着装置と、該定着装置の熱を利用し発電を行い、尚且つ発電した電力を供給可能な熱電発電素子を備えた画像形成装置において、
熱電発電素子の片側を画像形成装置の外壁近傍に配置し、他方を、定着装置の熱を熱電発電素子に伝える熱伝達手段に接触させるように配置すること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成装置の外壁近傍とは外気との温度差が10℃以下の位置であること
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
請求項１乃至２いずれか記載の画像形成装置において、前記熱電発電素子を前記定着装置近傍外壁付近に配置したこと
を特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載の画像形成装置において、前記熱電発電素子を配置している外壁面と同一面に画像形成装置内の熱を機外に排出する排熱口がある場合には、熱電発電素子を該排熱口より下方側に配置すること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載の画像形成装置において、記録媒体を機外に排紙する排紙部が画像形成装置側面にある場合には、前記熱電発電素子を、前記排紙部を設けた側面の外壁近傍であり、尚且つ前記排紙部より下方側に配置すること
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】
本発明は、電子写真方式を利用して画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、特に熱定着方式の定着装置を備え、該定着装置の熱を利用し発電を行える熱電発電素子を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を利用して画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、記録媒体上の未定着トナー像を定着させる手段として、熱定着方式が広く採用されている。
【０００３】
このような熱定着方式を利用した定着装置では、次々に搬送されてくる記録媒体上の未定着トナー像を充分に定着させ続けるためには熱容量の大きな定着ローラーを加熱する必要があり、大きな電力を必要としている。
【０００４】
ここで生じた熱は記録媒体搬送用の開口部や伝熱等により定着装置の周辺へ逃げてしまい、機内昇温の原因となっており、電気部品の誤動作及び破損や、トナーブロッキング等を引き起こしていた。
【０００５】
この対策として、定着装置から熱が本体内に逃げないように、数ヶ所にファンを配置し余分な熱を機外に排出させているものが多い。
【０００６】
また、近年の環境問題の観点から省エネ技術に対する要望はどんどん強まっており、熱定着装置の熱を利用して熱電変換を行い電力を発生させ、この電力を活用することで消費電力を低減させる素子の開発が進められている。
【０００７】
ここで熱電変換とは、異なる２種の金属やｐ型半導体とｎ型半導体等の熱電変換材料に温度差を与えると、両端に熱起電力が発生するゼーベック効果を利用して、熱エネルギーを直接電力に変換する技術である。
【０００８】
図５、図６に、従来の熱電発電素子の配置の一例の装置構成図を示す。
【０００９】
この熱電発電素子の画像形成装置への応用に関しては、図５に示すように熱電発電素子を定着装置の高温部近傍に配置し、定着装置から熱エネルギーを直接得て電力を得ているものや（例えば、特許文献１参照）、図６に示すように熱電発電素子を定着装置の下流搬送パスに設け、定着後の記録媒体の熱エネルギーを利用して電力を得ているものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０２−２１７８７６号公報
【特許文献２】特開２００５−０６２４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記排熱ファンによる排熱は電源ＯＮ時は有効に働くが、電源をＯＦＦした時には、排熱ファンも同時に止まってしまい、定着装置からの熱が機内にこもり、前述同様機内昇温の原因となり、電気部品の誤動作及び破損や、トナーブロッキング等を引き起こしてしまう。
【００１１】
その対策として上述の、前記熱電発電素子を機内に配置し、熱電発電素子の表裏の温度差により発電することで電源ＯＦＦ時でも機内熱源の温度が下がるまでのしばらくの間は排熱ファンに電力を供給することが可能な系が提案されているが、従来のように定着装置近傍に熱電発電素子を配置した場合には、実際には熱が熱電発電素子の低温面側にも廻り込んだり、また熱電発電素子自体が熱伝導率が高かったり、熱電発電素子自体の発熱の影響もあり、表裏の温度差を常に確保することが困難であった。その結果として安定した電力を供給することは非常に難しかった。
【００１２】
よって、本発明では熱定着方式の定着装置を備え、該定着装置の余分な熱を利用し発電を行える熱電発電素子を備えた画像形成装置において、該熱電発電素子により常に安定した電力を供給することが可能である省電力な画像形成装置を提供し、尚且つ電源ＯＦＦ時でも機内が冷えるまでの間は電力供給可能であり、機内昇温による電気部品の破損やトナーブロッキング等の問題を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱定着させる定着装置と、該熱定着装置の熱を利用し発電を行い、尚且つ発電した電力を供給可能な熱電発電素子を備えた画像形成装置において、熱電発電素子の片側を画像形成装置の外壁近傍に配置し、他方を、定着装置の熱を熱電発電素子に伝える熱伝達手段に接触させるように配置すること
を特徴とする。
【００１４】
ここで、前記画像形成装置の外壁近傍とは外気との温度差が10℃以下の位置であることを特徴とする。
【００１５】
前記画像形成装置は、前記熱電発電素子を前記定着装置近傍外壁付近に配置したことを特徴とする。
【００１６】
さらに前記画像形成装置は、前記熱電発電素子を配置している外壁面と同一面に画像形成装置内の熱を機外に排出する排熱口がある場合には、熱電発電素子を該排熱口より下方側に配置することを特徴とする。
【００１７】
また、前記画像形成装置は、記録媒体を機外に排紙する排紙部が画像形成装置側面にある場合には、前記熱電発電素子を、前記排紙部を設けた側面の外壁近傍であり、尚且つ前記排紙部より下方側に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、熱定着方式の定着装置を備え、該定着装置の余分な熱を利用し発電を行える熱電発電素子を備えた画像形成装置において、該熱電発電素子により常に安定した電力を供給することが可能である省電力な画像形成装置を提供し、尚且つ電源ＯＦＦ時でも機内が冷えるまでの間は電力供給可能であり、機内昇温による電気部品の破損やトナーブロッキング等の問題を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２０】
図１には本発明実施例の画像形成装置の概略断面図を示す。尚、本実施例においては熱電発電素子９を排紙トレイ６５より下方側に配置し、熱電発電素子９により得た電力により定着排熱ファン８３を駆動している系について説明する。
【００２１】
図１において、像担持対である感光ドラム１は回転自在に担持され、感光ドラム1の周りに、前露光ランプ、コロナ耐電器、レーザ露光光学系２、電位センサ、中間転写体３、クリーニング器４及び回転型現像体５を配置する。
【００２２】
回動可能な回転型現像体５は、ブラック用現像器５Ｋ、イエロー用現像器５Ｙ、マゼンタ用現像器５Ｍ、シアン用現像器５Ｃの４色の現像器を有している。回転型現像体５は、回転型現像体の中心に設けられた円筒状の回転軸の周りを図中矢印ａの反時計方向に回転し、必要時に所望の色の現像器を感光ドラム１と対向する現像位置へと移動させることが可能である。
【００２３】
レーザ露光光学系２においてリーダ部からの画像信号は、レーザ出力部にて光信号に変換され、光信号に変換されたレーザ光がポリゴンミラーで反射され、レンズ及び各反射ミラーを経て感光ドラム１の面に投影される。
【００２４】
プリンタ部画像形成時には感光ドラム１を回転させ、前露光ランプで除電した後の感光ドラムを帯電器により一様に帯電させて、１色目の光像Ｅを照射し、感光ドラム上に潜像を形成する。次に現像器により感光ドラム上の潜像を現像し、感光ドラム上に樹脂と顔料を基体としたトナーの画像を形成する。
【００２５】
その後、感光ドラム上に形成されたトナー画像は中間転写体３に一次転写される。
【００２６】
１色目の現像が終わると回転型現像体５は図中矢印aの方向に９０°回転し２色目の現像器が感光ドラム１と対向する現像位置に移動され、１次転写が終わりクリーニング器４によりクリーニングされた感光ドラム１は、１色目同様、２色目、３色目、４色目と潜像、現像、１次転写を繰り返し、中間転写体３上に各色のトナー画像を順次重ねていく。
【００２７】
ここで、現像器内のトナーはトナー収納部から現像器内のトナー比率（或いはトナー量）を一定に保つ様に所望のタイミングにて随時補給される。
【００２８】
一方記録媒体は各収納部６１、６２、６３、６４から各々の給紙手段７１、７２、７３、７４によって１枚ずつ搬送され、レジストローラ７５にて斜行を補正し、所望のタイミングにて２次転写部７６に搬送される。
【００２９】
２次転写部７６にてトナー像が転写された記録媒体は搬送部７７を通り、定着装置８へと搬送される。
【００３０】
定着装置８では加熱ローラ８１と加圧ローラ８２が互いに圧接しており、該両ローラ８１、８２、に記録媒体が送り込まれることにより記録媒体上の未定着トナー像が加熱・加圧され定着されて、排紙トレイ６５に排紙される。
【００３１】
ここで、定着装置８にて発生する熱の内、定着するのに必要な熱以外は定着装置８の周辺へ逃げてその周辺温度を上昇させてしまう。
【００３２】
この熱の影響で電気部品を破損させてしまったり、トナーをブロッキングさせてしまったり、作像周りでは作像に悪影響を及ぼしてしまうので、前記定着装置８の周囲に逃げてしまう余分な熱を電気部品や現像器等のトナー周り、感光ドラム等の作像周りに行かないようにするため、機外に排熱させる定着排熱ファン８３を設けている。
【００３３】
しかしながら、定着排熱ファン８３は通常稼動時は常に稼動可能なため定着装置８からの余分な熱を機外に排熱可能であるが、電源ＯＦＦ時には定着排熱ファン８３も同時に止まってしまうため、定着装置８から逃げる熱は機内にこもってしまい、上述の電気部品破損やトナーブロッキングといった問題を引き起こしてしまう。
【００３４】
そこで本発明においては定着排熱ファンへの電力供給を主電源のみからではなく、熱電発電素子９からも行っている。ここで熱電発電素子とは、異なる２種の金属やｐ型半導体とｎ型半導体等の熱電変換材料に温度差を与えると、両端に熱起電力が発生するゼーベック効果を利用して、熱エネルギーを直接電力に変換することが可能な素子であり、定着装置８の熱を利用して発電を行うため、電源ＯＦＦ時でも定着装置８が熱い間は定着排熱ファン８３に電力を供給可能であり、定着排熱ファン８３を回し続け、定着装置８の温度が下がると自動で止まってくれる。この時すでに機内の温度も充分に下がっており、上述の電気部品破損やトナーブロッキングといった問題には影響を及ぼすことはない。
【００３５】
ここで、定着排熱ファン８３への電力供給について説明する。
【００３６】
図３には本発明の一例のファンへの電力供給のブロック図を示す。
【００３７】
図３に示す通り、通常、定着排熱ファン８３は主電源から電力が供給され駆動されている。一方、定着装置８により熱をもらっている熱電発電素子はその表裏の温度差により発電を行い、蓄電回路へ充電させる。蓄電回路が充分に充電されたら定着排熱ファンへの給電を蓄電回路から行い、主電源から供給させる電力は電圧変換にて抑制させるか、完全に給電を止めてしまう。こうすることで、定着排熱ファン８３は常に安定して回ることが可能である。また、電源ＯＦＦ時には瞬断回路が電圧レベルを判断し、蓄電回路から定着排熱ファン８３に電力を供給するようにスイッチを切り替える。これにより、瞬断後も定着排熱ファン８３を一定時間回すことが可能になる。この時、定着装置８の熱が逃げて冷えてしまうまでの間は、熱電発電素子９により発電も進行されるので、蓄熱回路は熱電発電素子９より充電しつつ、既に蓄えていた電力を供給可能なので定着装置８が冷えるまでの一定時間は定着排熱ファン８３を回すことが出来る。
【００３８】
ここで、蓄熱回路としては、放充電可能なキャパシタ等を用いれば良い。
【００３９】
次に、熱電発電素子の配置に関して詳しく説明していく。
【００４０】
図２には熱電発電素子９及び熱伝達手段９１近傍断面図を示す。
【００４１】
図２に示す通り本発明において熱電発電素子９を外壁近傍に設け、低温面側が外気に直接触れることが出来るように外壁にルーバー（開口）９３を設けている。これは前述の通り、熱電発電素子９は素子自体の熱伝導率が高かく高温面側からの熱の影響を受けやすく、尚且つ素子自体による発熱の影響で、低温面側の温度も熱くなってしまうので低温面側の温度をなるべく低温にて保つために充分な放熱空間が必要なためである。
【００４２】
また、高温面側は常に高温に保つ必要があるため定着装置８からの熱を熱電発電素子９に伝える熱伝達手段９１を設けており、熱電発電素子９の高温面側を熱伝達手段に接触させておくことで通常稼動時には常に高温に保つことが可能であり、電源ＯＦＦ時も長時間高温に保つことができる。
【００４３】
ここで、熱伝達手段９１には熱伝導率の高い金属板等を用いれば良い。
【００４４】
更に、表裏の温度差を常に保つには高温面側からの熱の廻り込みも防がなければならないので、本実施例においては熱電発電素子９の周りに断熱材９４を設けている。
【００４５】
熱電発電素子９の配置エリアである前記外壁近傍とは、より外気に近い空間に置くことでより大きな放熱効果が得られ、尚且つ極力低い温度環境に配置すると良いので外気との温度差が１０℃以下であることが望ましい。ここで外気温度とは画像形成装置本体近傍の温度のことであり、例えば画像形成装置本体外壁から１メートルずつ離れた空間内の平均温度を指す。
【００４６】
また、熱電発電素子９は定着装置８近傍の外壁付近に配置することが望ましい。これは熱伝達手段９１による伝達距離を極力短くすることで、熱エネルギーの放熱によるロスを最小にとどめ、熱伝達手段９１の放熱による作像周り等の機内昇温を防止するためである。
【００４７】
通常、画像形成装置外壁には定着排熱ファン８３による排熱口（ルーバー）のほか、機内の熱を排出させるための排熱口が複数設けられている。この排熱口近傍及び上方に熱電発電素子９を設けると排熱の影響で低温面側が温められてしまうため、本発明においては、熱電発電素子９は排熱口の下方に配置することが望ましい。
【００４８】
また更には、記録媒体を機外に排紙する排紙部が画像形成装置側面にある場合には、熱電発電素子９を、前記排紙部を設けた側面の外壁近傍であり、尚且つ排紙トレイ６５より下方側に配置することが望ましい。これは画像形成装置の設置に充分なスペースが設けられないユーザーは背面や側面は壁等に近接させて設置してしまうので、せっかく本体外壁近傍に熱電発電素子９を配置しても、その対向直前に壁があるとそこに熱がこもってしまい、低温面側を充分低温で保てなくなる恐れがあるからである。これに対して排紙トレイ６５が側面にある場合には排紙空間が必要なため、該側面を壁等に近接させて設置されることはない。よって該側面には少なくとも排紙トレイ６５の長さ分の放熱空間が得られるので低温面側を低温に保つうえで有利である。しかしながら、排紙トレイ６５上方に熱電発電素子９を配置すると、排紙トレイ上に定着装置８にて加熱された記録媒体が搬送されてくるため、この記録媒体の熱の影響で低温面側を充分低温で保てなくなる恐れがある。よって、熱電発電素子９は排紙トレイ６５の下方側に配置することが望ましい。
【００４９】
以上、ここまで熱電発電素子９の配置に関して述べてきたが、より多くの電力を得るためには、熱電発電素子９を複数個直列に配置すれば良い。熱電発電素子にはそれぞれ個体差があるが、例えば本実施例においては複数個（ここでは１０個とする）の熱電発電素子を直列に配置し用いることで低温面側の温度を５０℃、高温面側の温度を９０℃の温度差４０°とすることで１２Ｖの電力を得ることが可能であり、加熱ローラを２００℃温調する定着装置８を備えた画像形成装置を、外気温度２３℃の環境にて使用した場合、上記本発明の構成をとることで充分に上記温度差を得ることが可能であり、例えば１２Ｖファンを駆動するにあたっては、安定した電力供給を可能にしている。
【００５０】
また、熱伝達手段９１の周りにも断熱部材を設けることで、熱伝達部材９１からの放熱を抑えられるので、高温面側の温度をより高く保つことが可能になり、発電効果が上がることは言うまでもない。
【００５１】
更には図４に示す通り、熱伝達手段９１のうち、定着装置８内部にある部分を凹凸を成す構造とすることで、熱流との接触面積を増やし、集熱効果を高めることでも熱電発電素子９の高温面側に、より多くの熱を伝えることが可能になるので、発電効果も上がる。ここで、定着断熱カバー８４を貫通させて熱伝達部材９１を構成させることになるが、ここでも定着断熱カバー８４と熱伝達部材９１との隙間を断熱材で埋めることで、定着装置８内の熱を必要以上に定着装置外へ放出することを防ぐことが可能である。
【００５２】
尚、熱電発電素子９の低温面側に放熱板等を設けることで、放熱効率が上がりより低温で保てるようになるので発電効果が上がることも当然である。
【００５３】
また、ここまで熱電発電素子９により得た電力により定着排熱ファンを駆動している系について述べてきたが、定着排熱ファンに限らず、電源ＯＦＦ時にも稼動しておきたい全ての電気部品において適用可能である。また、電源ＯＦＦ時を考慮しなくても消費電力の低減といった観点からは、余熱を使って発電した電力により電気部品を稼動することが可能なので、全ての電気部品に適用可能である。
【００５４】
以上より、本発明によると、熱定着方式の定着装置を備え、該定着装置の余分な熱を利用し発電を行える熱電発電素子を備えた画像形成装置において、該熱電発電素子により常に安定した電力を供給することが可能である省電力な画像形成装置を提供し、尚且つ電源ＯＦＦ時でも機内が冷えるまでの間は電力供給可能であり、機内昇温による電気部品の破損やトナーブロッキング等の問題を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態の一例である画像形成装置の主断面図。
【図２】図１の画像形成装置にける熱電発電素子及び熱伝達手段近傍断面図。
【図３】本発明の一例のファンへの電力供給のブロック図。
【図４】図１の画像形成装置にける定着装置及び熱伝達手段近傍断面図。
【図５】従来の熱電発電素子の配置の一例を示す装置構成図（特開平０２−２１７８７６）。
【図６】従来の熱電発電素子の配置の一例を示す装置構成図（特開２００４−２７２１３１）。
【符号の説明】
【００５６】
６５  排紙トレイ
８  定着装置
８１  加熱ローラ
８２  加圧ローラ
８３  定着排熱ファン
８４  定着断熱カバー
９  熱電発電素子
９１  熱伝達手段
９２  外壁
９３  ルーバー
９４  断熱材
【図１】
2008052032.tif 000003
【図２】
2008052032.tif 000004
【図３】
2008052032.tif 000005
【図４】
2008052032.tif 000006
【図５】
2008052032.tif 000007
【図６】
2008052032.tif 000008