(57)【要約】  【課題】  複雑な制御回路及び制御方法をなくしてトナー融着を回避することのできる画像形成装置を提供する。  【解決手段】  未定着画像が形成された転写紙を熱定着する定着手段２と、画像形成装置１の機内を冷却する冷却ファン１０４とを有する画像形成装置１において、前記定着装置２の近傍に熱電素子１０１を設け、その熱電素子１０１で定着装置２の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生させ、その電力にて前記冷却ファン１０４を回転駆動することを特徴とする。【選択図】  図２
2005352006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像が形成された転写紙を熱定着する定着手段と、画像形成装置の機内を冷却する冷却ファンとを有する画像形成装置において、
前記定着手段の近傍に熱電素子を設け、その熱電素子で定着手段の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生させ、その電力にて前記冷却ファンを回転駆動することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記熱電素子の発生する起電力を検出し、前記冷却ファンの回転数を制御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】
前記定着手段の上部に前記熱電素子の冷却側を上、熱を受ける側を下にした状態で前記熱電素子を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記熱電素子の冷却側に密着するように金属製の放熱手段を設置したことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記冷却ファンによる空気流を流す通風ダクトを設け、前記放熱手段をその通風ダクトの内部に配置したことを特徴とする請求項４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、複写機等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やプリンタ或いはその複合機等の画像形成装置において加熱定着により未定着トナー像の定着を行う場合、機内の温度上昇を防止するため冷却ファンにて機内温度を下げ、現像／クリーニング装置とトナー容器等のトナー融着及び感光体等の帯電特性変化を防止している。
【０００３】
今日の機械は省スペース化が進んでおり、定着装置と前記のトナーを有する装置等の距離が接近する理由となっている。また、省エネ等の観点から低融点トナーを使用している。このような諸事情が影響し、電源スイッチをオフすることにより冷却ファンが停止し、定着内部の温度の過加熱（オーバーシュート）で前記のトナーを有する装置等でトナー融着が発生する。
【０００４】
これらの問題を回避するため、特許文献１や特許文献２に見られるように、電源スイッチをオフしてもしばらく一定時間が切れない回路、温度をモニターして所定温度以下になった場合でも電源をオフする制御、電源同期切換手段等の回路にて対応している。
【０００５】
また、近年省エネルギーでクリーンなエネルギー源として光及び熱等が着目され、他の機械では廃熱利用等が研究されてきているが、画像形成装置においては、特許文献３に見られるようにスキャナ光源の光及び熱を利用した技術はあるが、定着装置で発生する熱は冷却ファンにて機外放出されて有効利用されていなかった。
【特許文献１】特開平７−１２１０６３号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９５５号公報
【特許文献３】特開平８−２８９０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、トナー融着を回避するこれらの方法では冷却ファンを回すための電源供給及び制御回路やその制御方法が複雑になるという問題がある。さらに、電源スイッチを切っても見かけ上の電源オフであり、実際は電源がしばらくの間作動しているため、電力消費が大きいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、複雑な制御回路及び制御方法をなくしてトナー融着を回避することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。また、本発明は、電源スイッチをオフしても電源ラインからの電力を消費しない、さらに定着装置で発生する熱で電力を発生させ冷却に使用することにより、今まで廃熱していた熱の有効利用ができ、これにより消費電力をより低減させることができ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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、未定着画像が形成された転写紙を熱定着する定着手段と、画像形成装置の機内を冷却する冷却ファンとを有する画像形成装置において、前記定着手段の近傍に熱電素子を設け、その熱電素子で定着手段の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生させ、その電力にて前記冷却ファンを回転駆動することを特徴とする。
【０００９】
また、前記熱電素子の発生する起電力を検出し、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、前記定着手段の上部に前記熱電素子の冷却側を上、熱を受ける側を下にした状態で前記熱電素子を配置したことを特徴とする。この場合、前記熱電素子の冷却側に密着するように金属製の放熱手段を設置するのがよい。さらに、前記冷却ファンによる空気流を流す通風ダクトを設け、前記放熱手段をその通風ダクトの内部に配置するとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、定着装置の近傍にゼーベック効果を利用した熱電素子を設けるため、大きな温度差を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。従って、発電効率の向上が図られ、省エネと熱電素子の小型化を実現でき、画像形成装置の省スペース化を図ることができる。また、電源スイッチが予期せずオフしたときとしても、熱電素子によって発電して冷却ファンを駆動してトナー融着を防止することができるため、停電対策を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の外観斜視図である。画像形成装置１の筐体内部には、感光体１１の潜像画像を現像する現像装置３〜６、前記感光体１１より用紙にトナー現像画像を中間転写体１２を介して用紙に転写させる転写装置１３、転写後の感光体１１を清掃するクリーニング装置１４及び中間転写体１２を清掃するクリーニング装置１５、未定着画像が形成された転写紙を定着する定着装置２、画像形成装置１の機内を冷却する冷却ファン１０４（図２参照）等が設けられている。
【００１３】
定着装置２は、熱ローラ２１と、熱ローラに圧接する圧ローラ２２と、熱ローラ２１内に埋設された定着ヒータ２３とから構成されている。定着装置２の熱ローラの上部に熱電素子１０１を配置し、この熱電素子１０１に取り付けた金属製の放熱フィン１０２を通風ダクト１０３内に配置している。なお、定着装置２の上部にはトナーを収容する各種現像装置３〜６及び対応するトナー容器（コンテナ）７〜１０が配置されており、電源スイッチのオフ直後に冷却ファン（図示せず）を停止させると、それら現像装置３〜６及びトナー容器７〜１０の内部のトナーが、定着熱の過加熱（オーバーシュート）により溶着し、画像形成装置１全体に非常に大きなダメージを与える懸念がある。
【００１４】
図２は、定着装置上部の正面図である。定着装置２上部に冷却側を上、熱を受ける側を下にした状態でゼーベック効果を利用した熱電素子１０１を配置し、その熱電素子１０１の冷却側に密着するように金属製の放熱フィン１０２を設置し、さらにこの放熱フィン１０２を通風ダクト１０３の内部に配置している。この構成で、熱電素子１０１によって発電された電力により冷却ファン１０４が駆動されると、その通風ダクト１０３内を通過する空気流が発生し、この空気流により放熱フィン１０２からの放熱を促進することができる。これにより、熱電素子１０１の高温部と冷却部の温度差を大きくし、より大きな発電効率を上げることが可能になる。
【００１５】
ゼーベック効果とは図３の説明図に示すように、２種類の金属又は半導体の接合部に温度差をつけると電位差が発生する現象のことである。熱電素子１０１は２種類の異なるＰ型及びＮ型半導体で構成され、図３では熱電素子１０１の左側を高温部、右側を低温部にして温度差を付けた場合、Ｐ型半導体からＮ型半導体方向（図３では反時計回りの方向）に電流が流れるように電圧が発生し、温度差が大きいほど発電量が大きくなる。また、１つの発電素子１０１自体の発電量は微々たるものであるが、この発電素子１０１単体を多数連結することにより起電力を上げることが可能となる。本発明はこのゼーベック効果を利用した熱電素子１０１を用いることで定着装置２の熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、動力源として利用したものである。
【００１６】
図４は、冷却ファン１０４への電源供給手段の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。熱電素子１０１でゼーベック効果にて発電した電力は、冷却ファン１０４を回転駆動させるように供給される。その電力供給経路から分岐して充放電経路が形成されており、この充放電経路の末端には二次電池１０５が設けられている。従って、熱電素子１０１で発電した電力の一部を二次電池１０５に充電し、或いは発電が停止した後、二次電池１０５に充電した電力を冷却ファン１０４の駆動に使用することができる。但し、二次電池１０５から熱電素子１０１へ電流が逆流しないように、逆流防止回路１０６を設けることが必要である。なお、有効発電面積が大きく、発電効率の高い熱電素子１０１を使用する場合は、二次電池１０５及び逆流防止回路１０６は不要である。
【００１７】
図５は、本実施形態に係る電源供給手段を備えた画像形成装置における定着装置温度の推移の一例を、該電源供給手段を備えない従来の画像形成装置と比較して示す温度グラフである。電源スイッチをオンすると、定着装置２の熱ローラ２１内に埋設された定着ヒータ２３に電流が流れ、定着装置２の全体が暖まってくる。熱ローラ２１の温度は、図示しないサーミスタにより検出され、定着装置２は所定の定常温度を維持するように制御される。
【００１８】
従来の画像形成装置では、図５の温度グラフ破線で定着温度の推移を示すように、電源スイッチのオンと同時に定着ヒータ２３がオンし、また外部電源からの電源供給を受けて冷却ファン１０４の回転駆動が開始される。そして、定着装置２の温度を検出するサーミスタの検出結果に基づき制御部は定着ヒータ２３をオン／オフ制御することで、定着装置２は所定の定常温度に維持される。そして、画像形成装置１の使用を終え、電源スイッチをオフすると、冷却ファン１０４への電源供給も止まり、冷却ファン１０４の回転が停止する。
【００１９】
このような制御方法では、電源スイッチのオン直後の定着装置２が暖まっていないときでも冷却ファン１０４が駆動されているため、定着装置２が定常温度に達するまでの時間（いわゆる、ウォームアップ時間）が比較的長くなってしまう。また、電源スイッチをオフすると、サーミスタによる温度制御がなくなることによる過加熱（オーバーシュート）が起こり、一時的に定着温度が上昇する。このオーバーシュートが上記のトナー融着を引き起こすことになるので問題である。
【００２０】
それに対し、本実施形態に係る電源供給手段を備えた画像形成装置では、電源スイッチをオンすると、熱電素子１０１の両面に温度差が発生し、ゼーベック効果により発電が開始され、冷却ファン１０４を充分回転させる電力が発生した時点で冷却ファン１０４が回転を開始し、機内冷却が開始される。また、画像形成装置１の使用を終え、電源スイッチをオフしたとしても、熱電素子１０１の両面に温度差がしばらくは存在するため、ゼーベック効果による発電は継続して行われ、冷却ファン１０４への電源供給も継続される。このため、冷却ファン１０４の回転が停止することなく、機内の冷却を行うことができる。
【００２１】
従って、通常の電源スイッチのみによる冷却ファン１０４のオン／オフ制御に比べて、図５の温度グラフ実線で示すように、電源スイッチオン直後の定着装置２の温度上昇が早くなり、ウォームアップ時間の短縮が図られるとともに、定着ヒータ２１の通電時間が短くなることにより、省エネが図られる。また、電源スイッチオフ後の定着装置２の温度上昇も防止することができ、オーバーシュートによるトナー融着を防ぐことができる。また、停電時にように予期せず電源がオフした場合でも、別途非常用バッテリーや熱エネルギー以外のエネルギー（例えば、太陽光）を使用せずとも、冷却ファン１０４を継続して駆動することができる。さらに、ソーラーバッテリーでは夜間の発電は期待できないが、熱電素子１０１では定着装置２の余熱さえあれば昼夜を問わずいつでも発電できるため、停電対策としての確実性を高めることができる。
【００２２】
図６は、冷却ファン１０４への電源供給手段の第２の実施形態を示す概略ブロック図である。熱電素子１０１でゼーベック効果にて発電した電力は、冷却ファン回転数制御回路１０７によって回転数を制御されながら冷却ファン１０４を駆動させるように供給される。また、熱電素子１０１で発生した起電圧値が電源供給経路とは別経路で冷却ファン回転数制御回路１０７に入力され、これに基づき冷却ファン回転数制御回路１０７は冷却ファン１０４の回転数を駆動する。その他の構成については、上記第１の実施形態と同一である。
【００２３】
図７は、本実施形態に係る電源供給手段を備えた画像形成装置における大量通紙時の定着装置温度の推移の一例を、該電源供給手段を備えない画像形成装置と比較して示す温度グラフである。定着装置２が定常温度に達した後、画像形成装置１を使用して大量の用紙に画像の転写及び定着を行うと、定着ヒータ２３の温度（１６０〜２００℃）に比べてかなり低い温度（２０℃前後）の用紙が大量に熱ローラ２１に通紙され、定着装置２の温度が定常温度よりも下がる。熱ローラ２１の温度低下をサーミスタが検出すると、定着装置２の温度を定常温度に復帰させるべく、定着ヒータ２３の発熱量を上昇させ、定着装置２が定常温度を維持するように制御されるので、大量通紙が終わると、オーバーシュートにより定着装置２の温度が上昇する。
【００２４】
上記第１の実施形態のように、冷却ファン１０４の回転数制御機能を備えない画像形成装置１では、図７の温度グラフ破線で示すように、大量通紙を行うことにより定着装置２の温度が下がり始めても、冷却ファンは回転数を所定の値に固定されたまま回転し続けるため、比較的長い時間、定常温度から低下した状態が続くことになる。大量通紙が終わると、定着装置２の温度が上昇するが、冷却ファン１０４は回転数を所定の値に固定されたまま回転し続けるため、比較的長い時間、定常温度より上昇した状態が続くことになる。このため、大量通紙中の熱ローラ温度が安定せず、画像定着性能の劣化を招くおそれがある。
【００２５】
それに対し、本発明に係る熱電素子等を備えた画像形成装置では、大量通紙が始まると、熱電素子１０１の両面の温度差が減少し、起電力が小さくなるため、冷却ファン回転数制御回路１０７は冷却ファン１０４の回転数を落とし、これによって定着装置２の温度低下を低減することができる。逆に、大量通紙が終了すると、熱電素子１０１の両面の温度差が増加し、起電力が大きくなるため、冷却ファン回転数制御回路１０７は冷却ファン１０４の回転数を上げ、これによって冷却効果を高めて定着装置２の温度の上昇を抑制することができる。
【００２６】
このように冷却ファン１０４の回転数を制御することにより、大量通紙等による定常状態における温度変化にも即座に対応することができるようになり、熱ローラ温度が安定し、画像定着性能の劣化を防止することができる。
【００２７】
以上説明したように本発明によると、定着装置の近傍にゼーベック効果を利用した熱電素子を設け、熱電素子の高温側を熱ローラに接近させ、熱電素子の低温側を冷却ファンの送風通路となるダクトの内部に位置させるため、大きな温度差を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。従って、発電効率の向上が図られ、省エネと熱電素子の小型化を実現でき、画像形成装置の省スペース化を図ることができる。また、電源スイッチが予期せずオフしたときとしても、熱電素子によって発電して冷却ファンを駆動してトナー融着を防止することができるため、停電対策を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、定着装置を備えた画像形成装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】は、本発明に係る画像形成装置の外観斜視図である。
【図２】は、定着装置上部の概略構成図である。
【図３】は、熱電素子の説明図である。
【図４】は、冷却ファンへの電源供給手段の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図５】は、上記第１の実施形態に係る電源供給手段を備えた画像形成装置における定着装置温度の推移の一例を、該電源供給手段を備えない従来の画像形成装置と比較して示す温度グラフである。
【図６】は、冷却ファンへの電源供給手段の第２の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図７】は、上記第２の実施形態に係る電源供給手段を備えた画像形成装置における大量通紙時の定着装置温度の推移の一例を、該電源供給手段を備えない画像形成装置と比較して示す温度グラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  画像形成装置
２  定着装置
１０１  熱電素子
１０２  放熱フィン
１０３  通風ダクト
１０４  冷却ファン
１０５  二次電池
１０６  逆流防止回路
１０７  冷却ファン回転数制御回路
【図１】
2005352006.tif 000003
【図２】
2005352006.tif 000004
【図３】
2005352006.tif 000005
【図４】
2005352006.tif 000006
【図５】
2005352006.tif 000007
【図６】
2005352006.tif 000008
【図７】
2005352006.tif 000009