(57)【要約】【課題】複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置、並びに該画像形成装置の付属装置における廃熱を回収し、電気エネルギーとして再利用できる省エネルギー性の高い画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ローラ１の内側に熱電変換装置２が隣接している。ここで、熱電変換装置２としては、任意の熱電変換装置，例えば、従来用いられているゼーベック効果による熱電変換装置を用いることができる。但し、定着ローラの発熱温度領域において、その効率が良い熱電変換装置を用いる方が良い。この熱電変換装置２によって、定着ローラ１の廃熱を電気エネルギーへ変換することができる。【選択図】　　　図１
2004133340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを含む現像剤により潜像を現像し、顕像化されたトナー像を記録材に転写後、該トナー像を定着装置により定着する画像形成装置において、少なくとも該画像形成装置本体の発熱部並びに付属装置の発熱部に隣接して熱電変換装置が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、前記発熱部は定着装置であり、該定着装置に隣接して熱電変換装置が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の画像形成装置において、発熱部の熱を集熱するための集熱装置が発熱部に隣接して設けられており、該集熱装置に隣接して熱電変換装置が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の画像形成装置において、少なくとも熱電変換装置あるいは集熱装置が、非定着動作時には定着装置に隣接し、定着動作時には隣接しないように設定されるようになっていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置において、少なくとも熱電変換装置あるいは集熱装置が、定着装置の内側に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置において、少なくとも熱電変換装置あるいは集熱装置が、定着装置の外側に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置あるいは集熱装置が定着装置に隣接する際に、定着装置と熱電変換装置あるいは集熱装置との間には、少なくとも間隙が設けられることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置により廃熱のエネルギーから変換された電気エネルギーを該画像形成装置の駆動電力として供給できる電力供給装置が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置により廃熱のエネルギーから変換された電気エネルギーを該画像形成装置の付属装置の駆動電力として供給できる電力供給装置が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置により廃熱のエネルギーから変換された電気エネルギーを蓄電することのできる蓄電装置が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に用いられている定着装置として、加熱手段を内部に有する定着ローラを用いた熱ローラ定着方式が、低速機から高速機まで、また、モノクロ機からフルカラー機までと、幅広く採用されている。
【０００３】
しかしながら、従来の熱ローラ定着方式の定着装置では、転写材やトナーを過熱する際に、熱容量の大きな定着ローラを加熱する必要があるため、エネルギー効率が悪く、省エネルギーという観点からは不利であった。近年、地球環境問題の高まりから、電子写真プロセスを用いた画像形成プロセスにおいても、省エネルギーを目的とした種々の技術開発が行われてきたが、定着ローラからの廃熱を再利用するという技術の開発は行われてこなかったのが現状である。熱電変換を用いた発電は、比較的低品質の熱においても直接電気に変換することが可能であるため、現状の未利用の廃熱を回収できる技術であり、最近のエネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、熱電変換に対する期待度はますます大きくなっている。
【０００４】
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り、モーターやタービン等の可動部がまったくなく、また、老廃物もないという優れた特徴を有している。
【０００５】
熱電変換装置の画像形成装置への応用に関しては、記録材を挟持搬送してトナー画像を上記記録材に定着する定着装置であって、少なくとも加熱ローラ内に加熱源を備えた定着装置において、定着装置が所定の高温状態であることを検知・表示する注意喚起手段を有する定着装置が提案されており、上記注意喚起手段が熱電素子により駆動される表示器を用いることが提案されているが（例えば、特許文献１参照。）、発熱部の廃熱エネルギーが十分に集熱できる構成になっていないために不具合が生じており、また、廃熱のエネルギーを再利用する提案がなされていないのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２１４７２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のことから、当業者間には、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置、並びに該画像形成装置の付属装置における廃熱を回収し、電気エネルギーとして再利用できる技術の開発が切望されている。
【０００８】
本発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置、並びに該画像形成装置の付属装置における廃熱を回収し、電気エネルギーとして再利用できる省エネルギー性の高い画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、トナーを含む現像剤により潜像を現像し、顕像化されたトナー像を記録材に転写後、該トナー像を定着装置により定着する画像形成装置において、少なくとも該画像形成装置本体の発熱部並びに付属装置の発熱部に隣接して熱電変換装置が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記発熱部は定着装置であり、該定着装置に隣接して熱電変換装置が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の画像形成装置において、発熱部の熱を集熱するための集熱装置が発熱部に隣接して設けられており、該集熱装置に隣接して熱電変換装置が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の画像形成装置において、少なくとも熱電変換装置あるいは集熱装置が、非定着動作時には定着装置に隣接し、定着動作時には隣接しないように設定されるようになっていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置において、少なくとも熱電変換装置あるいは集熱装置が、定着装置の内側に設けられていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置において、少なくとも熱電変換装置あるいは集熱装置が、定着装置の外側に設けられていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置あるいは集熱装置が定着装置に隣接する際に、定着装置と熱電変換装置あるいは集熱装置との間には、少なくとも間隙が設けられることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置により廃熱のエネルギーから変換された電気エネルギーを該画像形成装置の駆動電力として供給できる電力供給装置が設けられていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置により廃熱のエネルギーから変換された電気エネルギーを該画像形成装置の付属装置の駆動電力として供給できる電力供給装置が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置により廃熱のエネルギーから変換された電気エネルギーを蓄電することのできる蓄電装置が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、画像形成装置に装着される定着ローラ近傍に関して述べ、特に断らない限り、説明しない部分については、従来の装置（画像形成装置）と同様であるものとする。
【００２０】
図１は本発明に係る画像形成装置の一構成例を示す図（断面概念図）であり、図１には、定着ローラ１の内側に熱電変換装置２が隣接している様子が示されている。ここで、熱電変換装置２としては、任意の熱電変換装置，例えば、従来用いられているゼーベック効果による熱電変換装置を用いることができる。但し、定着ローラの発熱温度領域において、その効率が良い熱電変換装置を用いる方が良い。この熱電変換装置２によって、定着ローラ１の廃熱を電気エネルギーへ変換することができる。
【００２１】
また、図２は本発明に係る画像形成装置の他の構成例を示す図（断面概念図）であり、図２には、定着ローラ１の外側に熱電変換装置２が隣接している様子が示されている。このように、熱電変換装置２が定着ローラ１の外側に隣接している場合も、定着ローラ１の内側に隣接する場合と同様に、この熱電変換装置２によって、定着ローラ１の廃熱を電気エネルギーへ変換することができる。
【００２２】
なお、熱電変換装置２が、図１のように定着ローラ１の内側に隣接する場合も、また、図２のように定着ローラ１の外側に隣接する場合も、定着ローラ１の定着プロセスを妨げないような構成にすることが重要である。例えば、必要に応じて、上記の熱電変換装置２を脱着可能とし、定着装置が定着動作時には隣接することなく、定着動作時でない場合に隣接するようにすることも可能である。また、熱電変換装置２が定着ローラ１に隣接する際に、熱電変換装置２と定着ローラ１との間にわずかな間隙を設けることも可能であり、これにより、熱電変換装置２と定着ローラ１とが接触しないため、脱着時の定着ローラ１への応力負荷が減少し、定着ローラ１の破損，磨耗といった影響を小さくすることができる。
【００２３】
図３，図４は、それぞれ、図１，図２の変形例を示す図であり、それぞれ、定着ローラ１の内側，外側に熱電変換装置２が隣接している様子が示されている。熱電変換装置２は、図１，図２に示したように定着ローラ１の表面全体に隣接する必要はなく、図３，図４に示すように、定着ローラ１の部分的領域に隣接していても良い。なお、このような定着ローラ１の部分的領域への隣接は、定着ローラ１の定着動作への影響並びに熱電変換装置２が定着ローラ１の廃熱を電気エネルギーに変換する効率との影響を考慮して、適切に設計することが重要である。
【００２４】
また、図５は本発明に係る画像形成装置の他の構成例を示す図であり、図５には、定着ローラ１の内側に、必要に応じて、廃熱を定着ローラ１の外に導出する集熱装置３が隣接しており、その集熱装置３に熱電変換装置２が隣接している様子が示されている。図５の構成例では、定着ローラ１の廃熱は、集熱装置３によって集熱され、この集熱装置３に隣接する熱電変換装置２により電気エネルギーへと変換される。図５の構成例の場合は、熱電変換装置２の形状を定着ローラ１の形状に合わせる必要がなくなり、熱電変換装置２を製造する際の生産性を向上させることができ、コストの低減を図ることができる。
【００２５】
なお、図５には、廃熱エネルギーを集熱装置３を用いて定着ローラ１の外に導出している様子が示されているが、必ずしも廃熱を定着ローラ１の外まで導出する必要はなく、定着ローラ１内部で、集熱装置３と熱電変換装置２が隣接しても問題ない。ここで、集熱装置３としては、例えばヒートパイプ等を用いることができるが、特にその材質並びに形状を限定するものではなく、熱伝導性の大きいものを用いることが重要である。
【００２６】
また、図６は本発明に係る画像形成装置の他の構成例を示す図であり、図６には、定着ローラ１の外側に集熱装置３が隣接している様子が示されている。このように、集熱装置３が定着ローラ１の外側に隣接している場合も、同様に、定着ローラ１の廃熱は、この集熱装置３によって集熱され、この集熱装置３に隣接する熱電変換装置２により電気エネルギーへと変換される。
【００２７】
集熱装置３が、図５のように定着ローラ１の内側に隣接する場合も、また、図６のように定着ローラ１の外側に隣接する場合も、定着ローラ１の定着プロセスを妨げないような構成にすることが重要である。例えば、必要に応じて、上記の集熱装置３を脱着可能とし、定着装置が定着動作時には隣接することなく、定着動作時でない場合に隣接するようにすることも可能である。また、集熱装置３が定着ローラ１に隣接する際に、集熱装置３と定着ローラ１との間にわずかな間隙を設けることも可能であり、これにより、集熱装置３と定着ローラ１とが接触しないため、脱着時の定着ローラ１への応力負荷が減少し、定着ローラ１の破損，磨耗といった影響を小さくすることができる。
【００２８】
図７，図８は、それぞれ、図５，図６の変形例を示す図であり、それぞれ、定着ローラ１の内側，外側に集熱装置３が隣接している様子が示されている。集熱装置３は、図５，図６に示したように、定着ローラ１の表面全体に隣接する必要はなく、図７，図８に示すように、定着ローラ１の部分的領域に隣接していても良い。なお、このような定着ローラ１の部分的領域への隣接は、定着ローラ１の定着動作への影響並びに集熱装置３が定着ローラ１の廃熱を集熱する効率との影響を考慮して、適切に設計することが重要である。
【００２９】
上述の各構成例，各変形例では、発熱部が定着ローラであるとしたが、発熱部は、定着ローラに限定されるものではなく、画像形成装置並びにその付属装置の他の発熱部でも良く、これらの発熱部に関しても同様に本発明を適用できる。
【００３０】
また、上述した各構成例，各変形例において、熱電変換装置２によって廃熱が電気エネルギーへと変換された場合、この電気エネルギーは、画像形成装置の駆動電力として利用することが可能である。そのために、廃熱から変換された電気エネルギーを画像形成装置の駆動電力として供給できる電力供給装置を、必要に応じて装着すればよい。もちろん、廃熱から変換された電気エネルギーは、例えば、表示デバイス，冷却ファン，発光デバイス等の画像形成装置の付属装置の駆動電力として使用することも可能であり、この場合も同様に、付属装置の駆動電力として供給できる電力供給装置を、必要に応じて装着すればよい。また、キャパシタ，二次電池等の蓄電装置を装着することにより、廃熱から変換された電気エネルギーを蓄電することが可能になり、この場合は、蓄電された電気エネルギーは、画像形成装置及びその付属装置の駆動電力として利用できるのみならず、他のあらゆる電気機器の駆動電力として利用でき、さらに、蓄電の容量によって様々な使用法が可能になる。
【００３１】
本発明によって、画像形成装置の廃熱を電気エネルギーとして再利用できるようになり、画像形成装置の省エネルギー化に貢献するばかりでなく、他の電気機器の駆動電力としても利用することが可能となる。
【００３２】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００３３】
（実施例１）
実施例１では、定着動作時の温度（１８０℃）に温度を設定した定着ローラ１の表面に、熱電変換装置２を隣接させ、図４に示したと同様の構成とした。ここで、定着ローラ１と熱電変換装置２との間に、間隙は特に設けなかった。また、熱電変換装置２に使用される熱電変換材料としては、ｐ型材料としてＢｉ１．５Ｓｂ０．５Ｔｅ３を用い、ｎ型材料としてＢｉ２Ｔｅ３を用いており、熱電変換装置２は、これらが複数対直列につながった構成になっている。この熱電変換装置２の両端子をモーターに接続したところ、モーターを駆動することができた。このように、定着動作を行っていない定着ローラ１に、熱電変換装置２を隣接させることにより、廃熱を電気エネルギーに変換することができた。
【００３４】
（実施例２）
実施例２では、定着動作時の温度（１８０℃）に温度を設定した定着ローラ１の表面に、集熱装置３としてヒートパイプを隣接させ、さらにその集熱装置３に熱電変換装置２を隣接させて、図８と基本的に同様の構成とした。ここで、定着ローラ１と集熱装置３との間、並びに、集熱装置３と熱電変換装置２との間に、間隙は特に設けなかった。また、熱電変換装置２としては、実施例１と同様のものを用いた。同様に、熱電変換装置２の両端子をモーターに接続したところ、モーターを駆動することができた。このように、定着動作を行っていない定着ローラ１に、集熱装置３を隣接させ、さらにその集熱装置３に熱電変換装置２を隣接させることにより、廃熱を電気エネルギーに変換することができた。
【００３５】
（実施例３）
実施例３では、集熱装置３と定着ローラ１との間に０．５ｍｍの間隙を設けた以外は、実施例２と同様に、定着ローラ１に集熱装置３を隣接させ、さらにその集熱装置３に熱電変換装置２を隣接させた。熱電変換装置２の両端子をモーターに接続したところ、同様にモーターを駆動することができた。さらに、定着ローラ１への集熱装置３の脱着を１００回繰り返したが、定着ローラ１に破損，磨耗等は生じなかった。
【００３６】
（実施例４）
実施例４では、実施例２と同様に、定着ローラ１に集熱装置３を隣接させ、さらにその集熱装置３に熱電変換装置２を隣接させて、熱電変換装置２の両端子を、Ｌｉイオン２次電池に接続した。そして、そのままこのＬｉイオン２次電池を充電し、この電池を用いて、ラジオを駆動することができた。このように、定着動作を行っていない定着ローラ１に、集熱装置３を隣接させ、さらにその集熱装置３に熱電変換装置２を隣接させることにより、廃熱を電気エネルギーに変換でき、その電気エネルギーを蓄電することにより、他の電気機器を駆動することができた。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項１０記載の発明によれば、トナーを含む現像剤により潜像を現像し、顕像化されたトナー像を記録材に転写後、該トナー像を定着装置により定着する画像形成装置において、少なくとも該画像形成装置本体の発熱部並びに付属装置の発熱部に隣接して熱電変換装置が設けられているので、画像形成装置本体の発熱部並びに付属装置の発熱部の廃熱を回収し、電気エネルギーに変換することにより、廃熱の再利用が可能となる。すなわち、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置、並びに該画像形成装置の付属装置における廃熱を回収し、電気エネルギーとして再利用できる省エネルギー性の高い画像形成装置を提供することができる。
【００３８】
特に、請求項２，請求項３，請求項５，請求項６記載の発明では、画像形成装置に装着された定着ローラの廃熱を回収して、電気エネルギーに変換することができる。
【００３９】
また、請求項７記載の発明では、請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像形成装置において、熱電変換装置あるいは集熱装置が定着装置に隣接する際に、定着装置と熱電変換装置あるいは集熱装置との間には、少なくとも間隙が設けられることによって、脱着時の定着ローラへの応力負荷を減少でき、定着ローラの破損，磨耗を防止できる。
【００４０】
また、請求項８，請求項９記載の発明では、画像形成装置及び付属装置の発熱部の廃熱を回収して電気エネルギーに変換し、それを画像形成装置あるいは付属装置の駆動電力として供給できる。
【００４１】
また、請求項１０記載の発明では、画像形成装置及び付属装置の発熱部の廃熱を回収して電気エネルギーに変換し、それを蓄電することにより、より多くの電気機器の駆動電力として利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の他の構成例を示す図である。
【図３】図１の変形例を示す図である。
【図４】図２の変形例を示す図である。
【図５】本発明に係る画像形成装置の他の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係る画像形成装置の他の構成例を示す図である。
【図７】図５の変形例を示す図である。
【図８】図６の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　定着ローラ
２　　　　　熱電変換装置
３　　　　　集熱装置
【図１】
2004133340.tif 000003
【図２】
2004133340.tif 000004
【図３】
2004133340.tif 000005
【図４】
2004133340.tif 000006
【図５】
2004133340.tif 000007
【図６】
2004133340.tif 000008
【図７】
2004133340.tif 000009
【図８】
2004133340.tif 000010