(57)【要約】【課題】画像形成装置の電源がオフされた後であっても動作可能な冷却システムを提供する。【解決手段】  発熱する部品を有する画像形成装置（３４）における冷却システム（３２）であって、前記部品に熱的に結合し、前記部品からの熱を電気エネルギーに変換する熱電変換装置（４０）と、前記電気エネルギーが電力として供給され、前記画像形成装置を冷却する冷却装置（４２）と、を備えることを特徴とする画像形成装置における冷却システム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱する部品を有する画像形成装置における冷却システムであって、
前記部品に熱的に結合し、前記部品からの熱を電気エネルギーに変換する熱電変換装置と、
前記電気エネルギーが電力として供給されることにより前記画像形成装置を冷却する冷却装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置における冷却システム。
【請求項２】
前記発熱する部品は印字用部品を備える、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記画像形成装置内の電源から電気エネルギーを受け取り、該電気エネルギー量を監視するコントローラをさらに備え、
該コントローラは、前記熱電変換装置から前記電気エネルギーを受け取り、
さらに、該コントローラは、前記冷却装置に通常は前記電源からの電気エネルギーを供給し、前記電源からの電気エネルギー量がほぼ閾値以下であることを検出すると、代わって、前記熱電変換装置からの前記電気エネルギーを前記冷却装置に供給することを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記熱電変換装置からの電気エネルギーが前記電源からの電気エネルギー量よりも大きい量にあることを検出すると、代わって、前記冷却装置に前記熱電変換装置からの前記電気エネルギーを供給することを特徴とする、請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記熱電変換装置は、ゼーベックモードで動作するペルチェ素子を備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項６】
前記印字用部品を前記画像形成装置から取り外すことができるよう、前記熱電変換装置の第１の表面は、前記画像形成装置のハウジングに機械的に結合されるとともに熱的に結合され、前記熱電変換装置の第２の表面は前記印字用部品のみに熱的に結合され、
熱伝導性エラストマーが、前記熱電変換装置の前記第２の表面に付着された第１の主要な表面、および前記印字用部品に接する第２の主要な表面を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項７】
前記冷却装置は、空気流を生成する少なくとも１つの排気ファンを備え、前記画像形成装置の印字用部品の温度を下げることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項８】
画像形成装置を冷却する方法であって、
前記画像形成装置が生成した熱を電気エネルギーに変換すること、
前記電気エネルギーを用いて冷却装置に電力供給すること、
とを含むことを特徴とする画像形成装置を冷却する方法。
【請求項９】
第１の表面が前記画像形成装置内の熱源に熱的に結合され、第２の表面が前記画像形成装置のハウジングに熱的に結合されるように熱電変換装置を配置することをさらに含み、
前記熱電変換装置は、前記熱源からの熱を前記電気エネルギーに変換することを特徴とする、請求項８記載の画像形成装置を冷却する方法。
【請求項１０】
前記熱源の温度を下げるよう、前記熱源付近に前記冷却装置を配置することをさらに含むことを特徴とする、請求項９記載の画像形成装置を冷却する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ等の画像形成装置を冷却する冷却システムに関する。
【０００２】
本願は、２００３年１０月１４日に出願された「APPARATUS HAVING ACTUATING MEMBER」と題する米国特許出願第１０／６８４，６３４号、および２００３年１０月２０日に出願された「INDICATING SYSTEM」と題する米国特許出願第１０／６８９，４６４号に関連する。
【背景技術】
【０００３】
レーザプリンタ、ファックス機、および写真複写機等、電子写真式画像形成装置は、コピー用紙のシート等、印字媒体に所望の画像を作成するように設計されている。静電画像形成装置は一般に、作成すべき所望の画像を表すデータに応答して、走査レーザビームまたは発光ダイオードアレイからの照射により選択的に放電する感光素子を含み、感光素子上に、入射光が所望の画像の静電潜像コピーを生成する。次に、静電潜像コピーが、まず感光素子を感光素子の放電部分に付着するトナー粉体に曝し、その後、トナー粉体を感光素子から印字媒体に転写することによって現像される。次に、定着ユニットが「ばらばらの（固まっていない）」トナー粉体を印字媒体に定着させる。
【０００４】
定着ユニットは通常、トナー粉体を印字媒体に定着させるために熱と圧力の組み合わせを採用する。定着ユニットは、定着ニップを形成する、一対の対向するローラを採用することができ、一方のローラは定着ローラとして機能し、他方のローラは圧力ローラとして機能する。一般に、定着ローラは未定着トナーに接触し、圧力ローラは、定着ニップに圧力、すなわち挟む力を加えて、印字媒体を定着ローラと接触したままに保つ。定着ローラは一般に加熱される一方で、圧力ローラは加熱される場合もあれば、されない場合もある。定着前のばらばらのトナーを印字媒体に定着させるには、定着器モータが定着ローラおよび圧力ローラを順方向に回転させて、印字媒体を定着ニップに引き込み、この箇所で、ローラからの圧力と熱の組み合わせによりばらばらのトナーを溶融させ、印字媒体に永久的に固着させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ばらばらのトナーを印字媒体に適切に定着させるために、定着ユニットは一般に摂氏１５０度〜摂氏２００度の温度に保たれ、関連する画像形成装置の電源がオフされた後であっても大量の熱エネルギーを蓄えている場合がある。場合によっては、蓄熱エネルギー量があまりに大きいために、定着ユニットが数十分間、高温のままであることがあり、適切に放散されない場合、画像形成システムの構成部品にダメージを与える恐れがある。たとえば、プラテンローラが適切に冷却されない場合、無駄なトナー粉体がローラの表面または他の画像形成システム構成部品に定着する恐れがあり、あるいは、温度上昇により感光体にダメージを与えたり、トナー槽が部分的に溶融したりする恐れがあり、これら構成部品が印字欠陥の原因となる可能性がある。本発明の目的は、画像形成装置の電源がオフされた後であっても動作可能な冷却システムを提供することである。さらに、本発明の目的は、画像形成装置の熱エネルギーの利用により動作する冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、熱を生成する部品を有する画像形成装置における冷却システムを提供する。冷却システムは、熱電変換装置および冷却装置を備える。熱電変換装置は部品に熱的に結合されて、部品が発する熱を電気エネルギーに変換する。冷却装置はその電気エネルギーを供給されることによって駆動されて、画像形成装置を冷却する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の実施形態の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、特定の実施形態を例によって示す添付図面を参照する。他の実施形態も利用することが可能であり、特許請求項の範囲から逸脱することなく、構造的または論理的な変更を行うことができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定の意味で解釈すべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求項によって規定される。
【０００８】
図１は、熱３８を発する印字用部品３６を備えた画像形成装置３４の冷却システム３２の例示的な一実施形態の全体を３０で示す。冷却システム３２は、熱電変換装置４０および冷却装置４２をさらに備える。熱電変換装置４０は、印字用部品３６に熱的に結合するように構成され配置される。熱電変換装置４０は、印字用部品３６からの熱３８を電気エネルギーに変換するように構成される。冷却装置４２は、経路４４（電線）を介して、その電気エネルギーを電力として供給され、画像形成装置３４を冷却することができる。一実施形態では、熱電変換装置４０によって供給される電気エネルギーは電圧として供給される。一実施形態では、冷却装置４２は、熱を印字用部品３６から除去し、印字用部品３６の温度を下げる空気流を生み出すように配置される少なくとも１つの排気ファンを備える。
【０００９】
一実施形態では、冷却システム３２はコントローラ４５をさらに備える。この場合、熱電変換装置４０は、熱３８から変換された電気エネルギーを、経路４４を介して冷却装置４２にではなく、経路４６（電線）を介してコントローラに供給する。コントローラ４５は、画像形成装置３４に一体化された電源４８から経路４７（電線）を介して電気エネルギーを受け取り、受け取る電気エネルギー量を監視する。コントローラ４５は、冷却装置４２に、通常は電源４８からの電気エネルギーを電力として供給し、冷却装置４２を駆動する。さらに、コントローラ４５は、電源４８から受け取る電気エネルギー量がほぼゼロに等しい量にあること（すなわち、電源が切られたこと）を検出すると、代わって、熱電変換装置４０からの電気エネルギーを、経路４９（つまり電線）を介して電力として供給し、冷却装置４２を駆動する。
【００１０】
冷却を行うのに熱（普通なら無駄になる）を利用することにより、冷却システム３２は、画像形成装置３４の消費電力を実質的に増加することなく、さらなる冷却能力を画像形成装置３４に提供することができる。さらに、冷却システム３２は、電源が失われた後であっても画像形成装置３４に冷却を提供し続けることができる。したがって、冷却システム３２は、コストがかかり、定期的な整備または交換が必要である場合があるバッテリを使用せずに動作することが可能である。冷却システム３２を使用することにより、電源４８の電気負荷を、電源４８により電力を供給される冷却システムによって実際に使用される電気負荷よりも低減することができる。つまり、画像形成装置３４内の熱エネルギーの利用により、電源４８の供給電力は、冷却システムの消費電力より少なくできる。この電気負荷の低減により、電源のサイズを低減すること、または容量を他の用途に用いることが可能であり、余った容量は画像形成装置３４の他の機能に利用することが可能である。
【００１１】
一実施形態では、熱電変換装置４０は、ゼーベックモードで動作して冷却装置４２を動作させる電圧を生成するペルチェ素子を備える。ペルチェ素子では、電流が、２つの異なる材料のワイヤを接合することによって形成される直列ループを通って循環すると、一方の接合部が発熱し、他方の接合部が吸熱する（冷たくなる）。電流が逆になる場合、発熱する接合部および吸熱する接合部は逆になる。ペルチェ素子は熱電変換装置として機能することができる。すなわち、温度差が接合部の両端に加えられると、ペルチェ素子は接合部の間にＤＣ電圧を発生する。この動作モードはゼーベックモードとして知られている。ペルチェ素子は、たとえばBrun他、米国特許第４，９２９，２８２号、Cauchy、米国特許第５，４４８，１０９号、およびChi他、米国特許第５，７１４，７９１号に記載のように、高濃度にドープした直列接続の半導体セグメント（又は半導体部材）で構成することができる。
【００１２】
図２は、熱電変換装置４０が、ゼーベックモードで動作して冷却装置４２を駆動する出力電圧５４を生成するペルチェ素子５２を備えた冷却システム３２の一実施形態を５０で示す。ペルチェ素子５２は、複数のｐ型ドープ半導体セグメント５５（又はｐ型半導体部材）および複数のｎ型ドープ半導体セグメント５６（又はｎ型半導体部材）を備え、各セグメントは第１端および第２端を有する。ｎ型ドープセグメントは過度の電子を生じ、ｐ型ドープセグメントは電子の欠乏、つまりホールを生ずる。ｐ型ドープセグメント５５およびｎ型ドープセグメント５６は交互直列に接続され、それぞれの第１端は第１の複数の導電体セグメント５８に接続し、それぞれの第２端は第２の複数の導電体セグメント６０に接続し、第１および第２の複数の導電体セグメント５８および６０は、銅等の導電材料を含む。複数の導電体セグメント６０の最初と最後の導電体セグメントは、一対のワイヤ６２に接続されて、出力電圧５４を一対の出力端子６４および６６に供給する。冷却装置４２が端子６４および６６にわたって接続され、出力電圧５４によって動作する。
【００１３】
第１の複数の導電体セグメント５８は発熱接合部６８に接続され、第２の複数の導電体セグメント６０は吸熱接合部７０に接続される。発熱接合部６８および吸熱接合部７０は、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミック材料を含んだ、熱伝導性があるかまたは高い熱伝導性があるが非導電性である材料を含む。発熱接合部６８は印字用部品３６の外部表面７１に熱的に結合され、吸熱接合部７０は画像形成装置３４のハウジング７２の第１の表面に熱的に結合される。ここで、ハウジング７２の第１の表面と反対側の表面は周囲室温の空気７４に接している。一実施形態では、熱電変換装置４０は、吸熱接合部７０がハウジング７２に熱的に結合するようにハウジング７２に機械的に結合される。実質的には、印字用部品３６は熱３８を発熱接合部６８に伝達する熱源として機能し、一方プリンタのハウジング７２は、吸熱接合部７０からの熱３８を外気７４に伝達するヒートシンクとして機能する。
【００１４】
動作に際して、画像形成装置３４に電源が投入され、電源がオフされた後数十分間、印字用部品３６の温度は空気７４の周囲室温よりも高い温度に上昇し、それによって発熱接合部６８および吸熱接合部７０の間に温度差７６が生じる。通常、印字用部品３６の外表面７１は摂氏１００度を越える動作温度を有し、周囲空気７４の温度は通常摂氏２０度の範囲である。したがって、少なくとも摂氏６０度の温度差が熱電変換装置４０にわたって存在する。この温度差は、ゼーベック効果による発熱接合部６８と吸熱接合部７０の間の温度差７６であり、その結果ペルチェ素子５２が端子６４および６６の両端で出力電圧５４を生成する。出力電圧５４は温度差７６に比例し、温度差７６が増すと、出力電圧５４が増加する。したがって、冷却装置４２が排気ファンである一実施形態では、温度差７６が増すと、排気ファン４２によって行われる冷却が自動的に増大することになる。この点で、冷却システム３２は自己調整式である。
【００１５】
図３は、レーザプリンタ８０の例示的な一実施形態を示す。レーザプリンタ８０は、定着ユニットからの熱を、定着ユニットに冷却を行う冷却ファンに供給される電気エネルギーに変換する冷却システムを備える。レーザプリンタ８０は、レーザ走査ユニット８２、感光ドラム８４、帯電ステーション８５、トナーホッパー８６（トナー供給器）、現像ローラ８８、紙供給源９０、定着ユニット９２、電源９３、排気ファン９４、熱電変換装置４０、コントローラ４５、およびシートメタルハウジング７２を備える。
【００１６】
画像を作成するために、まず、帯電ステーション８５が感光ドラム８４の表面に全体として正電荷が与えられる。レーザ走査ユニット８２が、光ビーム８７で感光ドラム８４を選択的に照射する。感光ドラム８４が回転すると、入射光ビーム８７が感光ドラム８４の表面の部分を放電させ、画像の静電コピーが感光ドラム８４の表面に生じる。感光ドラム８４が回転している間に、現像ローラ８８がトナーホッパー８６からトナーを塗布し、トナーがドラム表面上の画像の静電コピーに付着する。１枚のコピー用紙が紙供給源９０から紙経路９１に沿って供給され、コピー用紙がドラムを通過するときに、画像の形の「ばらばらの」トナーが感光ドラム８４の表面からコピー用紙の表面に転写される。放電ランプ９６が、感光ドラム８４の表面から画像の静電コピーを「消去」する。
【００１７】
コピー用紙は紙経路９１に沿って定着ユニット９２に進む。定着ユニット９２は、定着用ニップ１００を形成する一対の対向プラテンローラ９８を備え、一方のローラは定着ローラ１０２であり、他方のローラはアイドラ圧力ローラ１０４である。定着ローラ１０２は加熱され、コピー用紙の表面上のばらばらのトナーに接触し、一方アイドラ圧力ローラ１０４は、圧力を定着ニップ１００に加えて、コピー用紙を定着ローラ１０２と接触した状態に保ち、定着したトナーの表面に対して平滑で平坦な仕上げを施す。ばらばらのトナーを溶融してコピー用紙に定着させるため、定着ローラ１０２は通常、摂氏１５０度〜摂氏２００度の温度に保たれ、定着ユニット９２の定着ユニット表面１０６は摂氏１００度を超える温度を有する。
【００１８】
熱電変換装置４０は、定着ユニットの表面１０６に熱的に結合された第１の表面、およびレーザプリンタ８０のシートメタルハウジング７２（薄い金属から構成されるハウジング）の表面７３に熱的に結合された第２の表面を有する。一実施形態では、熱伝導性を有するエラストマー（つまり、合成ゴムあるいは合成プラスチックのような重合物質）が熱電変換装置の第１の表面に付着され、熱電変換装置４０と定着ユニット９２の間の熱伝導を向上させる。エラストマー１０７により、定着ユニット９２と熱電変換装置４０の間を確実かつ良好に熱的に結合しながら、定着ユニット９２をレーザプリンタ８０に着脱することができる。シートメタルハウジング７２の表面７３は通常、摂氏４０度の範囲の温度を有し、これにより熱電変換装置４０にわたって少なくとも摂氏６０度の温度勾配７６が生ずる。一実施形態では、熱電変換装置の第２の表面はシートメタルハウジング７２に機械的かつ熱的に結合され、第１の表面は定着表面１０６に熱的にのみ結合され、それによって定着器９２をレーザプリンタ８０から取り外すことが可能になる。熱電変換装置４０は、温度差７６を端子６４および６６における出力電圧５４に変換する。
【００１９】
コントローラ４５は、一対のワイヤ１０８を介して出力電圧５４を受け取り、経路１０９（電線）を介して電源９３から電源電圧を受け取る。排気ファン９４は、ワイヤ１１４を介してコントローラ４５の出力端子１１０および１１２に接続され、定着ユニット９２を横切って空気１１６を循環させ、それによって定着ユニット９２の温度を調整するように動作する。電源電圧が経路１０９を介して存在する場合、コントローラ４５は、電源電圧を出力端子１１０および１１２に供給し、排気ファン９４を駆動する。コントローラ４５が、経路１０９を介して受け取る電源電圧がほぼゼロに等しい量に降下したことを検出すると、コントローラ４５は、熱電変換装置４０により供給される出力電圧５４を出力端子１１０および１１２に供給し、排気ファン９４を駆動する。熱電変換装置４０は、温度勾配７６が最小閾値未満に降下するまで排気ファン９４を作動させ続ける。したがって、冷却システムを採用したレーザプリンタ８０は、電力が失われた後であっても定着ユニット９２を引き続き冷却することが可能である。
【００２０】
冷却システム３２は、画像形成装置の消費電力を増加させることなく、熱を発するプリント用部品を有する画像形成装置にさらなる冷却能力を提供することができる。さらに、冷却システム３２は、画像形成装置に電力を供給するために使用される電源に対する電気負荷を低減することができる可能性があり、これにより、電源のサイズを低減する、または他の画像形成装置構成部品に電力を供給することが可能になる。さらに、冷却システム３２は、画像形成装置への電力が失われた後であっても、化学電池を使用することなく冷却を行うことが可能である。
【００２１】
特定の実施形態を本明細書に図示し説明したが、特許請求項の範囲から逸脱することなく、多種多様な代替および／または等価の実施態様で図示し説明した特定の実施形態を置き換えてもよいことが当業者に理解されよう。化学、機械、電気機械、電気、およびコンピュータの分野の当業者は、本開示の原理を多種多様な実施形態で実施することができることを容易に理解しよう。本願は、本明細書において説明した実施形態のいずれの適合または変形も包含すると意図される。したがって、本発明は特許請求項およびその等価物によってのみ限定されると意図される。
【００２２】
本発明は、以下の実施態様を含んでいる。
【００２３】
＜１＞  発熱する部品を有する画像形成装置（３４）における冷却システム（３２）であって、
前記部品に熱的に結合し、前記部品からの熱を電気エネルギーに変換する熱電変換装置（４０）と、
前記電気エネルギーが電力として供給されることにより前記画像形成装置を冷却する冷却装置（４２）と、を備えることを特徴とする画像形成装置における冷却システム。
【００２４】
＜２＞  前記発熱する部品は印字用部品（３６、９２）を備える、上記＜１＞記載の冷却システム。
【００２５】
＜３＞  前記画像形成装置内の電源（４８）から電気エネルギーを受け取り、該電気エネルギー量を監視するコントローラ（４５）をさらに備え、
該コントローラ（４５）は、前記熱電変換装置から前記電気エネルギーを受け取り、
さらに、該コントローラ（４５）は、前記冷却装置に通常は前記電源からの電気エネルギーを供給し、前記電源からの電気エネルギー量がほぼ閾値以下であることを検出すると、代わって、前記熱電変換装置からの前記電気エネルギーを前記冷却装置に供給することを特徴とする、上記＜１＞または＜２＞記載の冷却システム。
【００２６】
＜４＞  前記コントローラは、前記熱電変換装置からの電気エネルギーが前記電源からの電気エネルギー量よりも大きい量にあることを検出すると、代わって、前記冷却装置に前記熱電変換装置からの前記電気エネルギーを供給することを特徴とする、上記＜３＞記載の冷却システム。
【００２７】
＜５＞  前記熱電変換装置は、ゼーベックモードで動作するペルチェ素子（５２）を備えることを特徴とする、上記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の冷却システム。
【００２８】
＜６＞  前記印字用部品を前記画像形成装置から取り外すことができるよう、前記熱電変換装置の第１の表面は、前記画像形成装置のハウジング（７２）に機械的に結合されるとともに熱的に結合され、前記熱電変換装置の第２の表面は前記印字用部品のみに熱的に結合され、
熱伝導性エラストマーが、前記熱電変換装置の前記第２の表面に付着された第１の主要な表面、および前記印字用部品に接する第２の主要な表面を有することを特徴とする、上記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の冷却システム。
【００２９】
＜７＞  前記冷却装置は、空気流を生成する少なくとも１つの排気ファンを備え、前記画像形成装置の印字用部品の温度を下げることを特徴とする、上記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の冷却システム。
【００３０】
＜８＞  画像形成装置（３４）を冷却する方法であって、前記画像形成装置が生成した熱を電気エネルギーに変換すること、前記電気エネルギーを用いて冷却装置（４２）に電力供給すること、とを含むことを特徴とする画像形成装置を冷却する方法。
【００３１】
＜９＞  第１の表面が前記画像形成装置内の熱源に熱的に結合され、第２の表面が前記画像形成装置のハウジングに熱的に結合されるように熱電変換装置（４０）を配置することをさらに含み、
前記熱電変換装置は、前記熱源からの熱を前記電気エネルギーに変換することを特徴とする、上記＜８＞記載の画像形成装置を冷却する方法。
【００３２】
＜１０＞  前記熱源の温度を下げるよう、前記熱源付近に前記冷却装置を配置することをさらに含むことを特徴とする、上記＜９＞記載の画像形成装置を冷却する方法。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、発熱する部品を有する画像形成装置（プリンタ、コピー機等）の冷却システムとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】画像形成装置内の冷却システムの一実施形態を示す図である。
【図２】冷却システムとして採用される熱電変換装置の一実施形態を示す図である。
【図３】冷却システムを有するレーザプリンタを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
３２  冷却システム
３４  画像形成装置
３６  印字用部品（プリント部品）
４０  熱電変換装置（熱電変換発電装置）
４２  冷却装置
４５  コントローラ
４８  電源
６８  発熱接合部
７０  吸熱接合部
７４  空気
８０  レーザプリンタ
９３  電源
１１６  空気
【図１】
2005122165.tif 000003
【図２】
2005122165.tif 000004
【図３】
2005122165.tif 000005