(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において、記録紙上の未定着画像を熱により定着する定着手段から排出する熱を熱の影響を受けやすい周辺機器から絶縁し、また排出する熱の回収を行い、再利用し省エネルギー性を向上する。【解決手段】未定着画像が形成された記録紙１１は定着装置２２内の定着ローラ２４と加圧ローラ２５によって熱定着され、排紙トレイに排出される。定着装置２２は、圧延鋼板上にポリイミド等の高分子樹脂層を形成した断熱体を一層もしくは多層構造とした断熱部材によって形成した定着筐体２３で包囲され熱絶縁されている。断熱部材の外側には熱電変換装置４０を有し、熱電変換によって電力を回収し、定着装置２２からの熱はヒートパイプ４７を介しヒートシンク４８によって放熱する。【選択図】図２
2005338430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録紙を給紙する給紙搬送手段と、前記記録紙に未定着画像を形成する未定着画像形成手段と、前記未定着画像を熱により定着する定着手段と、該定着手段によって画像が定着された記録紙を排紙する排紙搬送手段を備えた画像形成装置において、前記定着手段を断熱部材で包囲したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定着手段は、発熱体を有する定着ローラと加圧ローラからな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】
前記断熱部材は、金属上に高分子材料樹脂層を形成した１組の金属−樹脂層からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記断熱部材は、金属上に気泡を混入した高分子材料樹脂層を形成した１組の金属−気泡を混入した樹脂層からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記断熱部材は、金属と金属との間に空隙を設け、該空隙を減圧乃至真空状態とした１組の金属‐減圧乃至真空層‐金属からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記断熱部材は、表面に熱電変換素子を有することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記熱電変換素子は、その放熱部にヒートシンクを有することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記熱電変換装置により熱電変換した電力を蓄電する蓄電装置を有することを特徴とする請求項６または７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、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、さらに詳しくは、画像形成装置本体内に設置された加熱された定着ローラ、加圧ローラから輻射される熱及び熱伝達される熱を周辺装置に対し絶縁し、周辺装置への熱影響をなくし、加熱に要する電力を低減するとともに、排出される熱から熱電変換によって電力を回収し、省エネを図るようにした画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを利用した複写機等の画像形成装置は、熱源を有する装置と熱の影響を受けやすい装置を機器本体内に搭載している。前者としては、例えば、ハロゲンランプ等の熱源を有し記録紙に転写された未定着画像を熱源による加熱・加圧により記録紙に定着する定着装置等が知られており、一方、後者としては、例えば、像担持体としての感光体ドラムに対してトナーを転移することで、感光体ドラム上の静電潜像を画像として可視化する現像装置、転写が行われて感光体ドラム上に残留する残留トナーを回収するクリーニング装置（現像剤回収装置）、電子部品を実装した基板、レーザにより感光体ドラムに書き込みを行う書き込みユニット等が知られている。
【０００３】
近年の画像形成装置は、高速化、省スペース化及び小型化が進められており、熱源の高温度化が図られ、また熱源を有する装置と熱の影響を受けやすい装置とが近接して配置されるようになってきている。このため、熱の影響を受けやすい装置が、熱源を有する装置からの排熱の影響を多大に受けることになる。
【０００４】
例えば、現像装置、クリーニング装置等が熱源に近接する場合は、これら現像装置、クリーニング装置のトナーが固まってしまうという不具合が発生し、また例えば、基板が近接する場合には、装置が誤動作をするといった問題があり、書き込みユニットが近接する場合には、ユニットを構成するフレームにゆがみが発生し良好な書き込みができないといった問題がある。さらに、これら画像機器から排出される熱がオフィスの熱負荷となる等の問題がある。
【０００５】
前者の問題に対し、特許文献１では、画像支持体上に形成された静電潜像を現像することにより画像支持体上にトナー像を形成し、トナー像を記録媒体上に転写定着する画像形成装置において、画像支持体上に形成されたトナー像を中間転写体上に転写し、次いで記録媒体を中間転写体に押圧・加熱することにより、中間転写体に転写されたトナー像を記録媒体上に転写と同時に定着するが、中間転写体をペルチェ素子で冷却することによって、熱による画像支持体の損傷を防止している。
【０００６】
また、特許文献２では、画像形成装置において、熱の影響を受けやすい第１の装置（クリーニング装置）と熱源（定着装置）との間に配置した熱移動素子（ペルチェ素子）により第１の装置の熱を吸熱する一方で、この吸熱した熱を第２の装置に排熱し、第１の装置を冷却するとともに、第２の装置を保温するように構成し、熱源の省エネを達成しつつ、第１の装置の温度上昇を防止している。
【０００７】
また、特許文献３では、トナーにより画像形成された未定着の記録紙を熱定着する方法において、加熱ローラ等が搬送ベルトと圧接するニップ部と、圧接後にトナー画像面と接する搬送ベルトをペルチェ素子で冷却し、トナー溶融後に冷却することで、離型用オイル等を塗布せずとも、オフセットが生じることなく定着ができるようにしている。
【０００８】
また、以上のような従来例以外にも次のような画像形成装置が知られており、この画像形成装置は画像形成装置本体の発熱部及び付属装置の発熱部に隣接して熱電変換装置が設けられた構成であり、発熱部としては例えば定着装置が例示される。また、集熱装置を発熱部に隣接して設け、集熱装置に隣接して熱電変換装置を設けている。定着動作の有無で、前記熱電変換装置あるいは集熱装置が隣接したり、しなかったりするものである。また、前記熱電変換装置あるいは集熱装置を定着装置の外側に設けている。さらに、熱から変換した電気エネルギーを画像形成装置及び付属装置の駆動電力として供給する電力供給装置を設け、電気エネルギーを蓄電する装置を設けている。
【０００９】
以上のように各種の従来例が知られているが、熱伝達や輻射熱等で定着装置から損失する熱エネルギーを少なくしようとするものはなく、また、機器本体内から発生する熱を再利用するという技術の開発は行われていないのが現状である。
【００１０】
本発明は、画像形成装置内の加熱された定着ローラ、加圧ローラからの輻射熱及び熱伝達される熱を絶縁し周辺装置への熱影響を少なくし、かつ、加熱の省電力化を図るようにしたものである。また、完全な熱絶縁装置にするには、コスト、装置寸法ともに大掛かりなものとなるため、現実的な価格、大きさとなるようにしたものである。そして、この場合、わずかに外部に伝達され、漏れる熱エネルギーを電気に変換する熱電変換素子を設けた点が大きく異なる。
【００１１】
また、異なる従来例では、高温度及び低温度の排熱の熱電変換として、第１、第２、第３の熱電変換装置を機器本体内に具備し、定着手段を囲むように集熱板と熱電半導体素子とヒートパイプからなる第１の熱電変換装置を設けている。本発明は、画像形成装置内の加熱された定着ローラ、加圧ローラからの輻射熱及び定着装置を構成する部品を通して外部へ熱伝達される熱を絶縁し、周辺装置への熱影響を少なくし、かつ、加熱の省電力化を図り、また、外部に漏れる低温度の熱エネルギーを電力に変換する熱電変換素子を設けた点が大きく異なる。
【特許文献１】特開平８−１３７２７７号公報
【特許文献２】特開２０００−９８８６１号公報
【特許文献３】特開２００１−４２６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記した従来例の実情に鑑みなされたもので、熱源を内蔵する定着装置を絶縁部材で包囲することにより、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の定着装置において、画像形成装置内に設置された定着装置から熱伝達される熱を熱の影響を受ける周辺装置から絶縁し、周辺装置への熱影響をなくし、定着装置への投入電力の低電力化を可能とする画像形成装置を提供することを目的とする。
また、画像形成装置の定着装置から排出される熱を熱電変換装置を利用して電力に変換し、他の周辺機器駆動用に再利用して、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する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、記録紙を給紙する給紙搬送手段と、前記記録紙に未定着画像を形成する未定着画像形成手段と、前記未定着画像を熱により定着する定着手段と、該定着手段によって画像が定着された記録紙を排紙する排紙搬送手段を備えた画像形成装置において、前記定着手段を断熱部材で包囲したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記発熱体を有する手段は、定着ローラと加圧ローラからなる定着手段であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記断熱部材は、金属上に高分子材料樹脂層を形成した１組の金属−樹脂層からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記断熱部材は、金属上に気泡を混入した樹脂層を形成した１組の金属−気泡を混入した高分子材料樹脂層からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記断熱部材は、金属と金属との間に空隙を設け、該空隙を減圧乃至真空状態とした１組の金属‐減圧乃至真空層‐金属からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の画像形成装置において、前記断熱部材は、表面に熱電変換素子を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６に記載の画像形成装置において、前記熱電変換素子は、その放熱部にヒートシンクを有することを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項６または７に記載の画像形成装置において、前記熱電変換装置により熱電変換した電力を蓄電する蓄電装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１、２の発明の効果は、記録紙を給紙部から搬送する給紙搬送手段と、記録紙に未定着画像を形成する未定着画像形性手段と、未定着画像を熱により定着する定着手段と、定着手段によって画像が定着された記録紙を搬送する排紙搬送手段とを備えた画像形成装置において、定着手段を断熱部材で包囲したことで、定着手段の定着ローラ、加圧ローラの発熱部から排出される熱が外部へ熱伝達されるのを絶縁し、周辺装置への熱影響を少なくし、かつ、定着ローラ、加圧ローラの加熱に要する電力を省電力化することが可能となる。
【００２２】
請求項３の発明の効果は、断熱部材として、金属上に高分子材料樹脂層を形成した１組の金属−樹脂層からなる断熱体を、一層もしくは多層構造とした積層板を用いたことで、定着手段の定着ローラ、加圧ローラの発熱部から排出される熱が外部へ熱伝達されるのを効果的に低減でき、その結果、周辺装置への熱影響を少なくし、かつ、定着ローラ、加圧ローラの加熱の省電力化が可能となる。
【００２３】
請求項４の発明の効果は、断熱部材として、金属上に気泡を混入した高分子材料樹脂層を形成した１組の金属−気泡を混入した樹脂層からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことで、空気等の気泡を含む高分子材料からなる樹脂層の断熱効果が増加し、定着手段の定着ローラ、加圧ローラの発熱部から排出される熱が外部へ熱伝達されるのを低減でき、その結果、周辺装置への熱影響を少なくし、かつ、定着ローラ、加圧ローラの加熱の省電力化可能となる。
【００２４】
請求項５の発明の効果は、断熱部材として、金属と金属との間に空隙を設け、その間を減圧乃至真空層とした１組の金属‐減圧乃至真空層‐金属からなる断熱体を、一層もしくは多層構造としたことで、減圧乃至真空層での断熱効果が増加し、定着手段の定着ローラ、加圧ローラの発熱部から排出される熱が外部へ熱伝達されるのを低減でき、その結果、周辺装置への熱影響を少なくし、かつ、定着ローラ、加圧ローラの加熱の省電力化が可能となる。
【００２５】
請求項６の発明の効果は、断熱部材の表面に熱電変換素子を設けたことで、断熱部材表面に熱伝達され移動してきた熱エネルギーを熱電変換し、変換された電力を画像形成装置内の他の周辺装置に利用することが可能となる。
【００２６】
請求項７の発明の効果は、熱電変換素子の放熱部にヒートシンクを設け、熱電変換装置の一方を冷却したことで、温度差を大きくでき、熱電変換効率の向上が可能となる。
【００２７】
請求項８の発明の効果は、熱電変換装置により変換した電力を蓄電する蓄電装置を具備したしたことで、画像形成装置内の各機器の駆動電力として利用することが可能になり、その際電力を安定して供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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において、記録紙上の未定着画像を熱により定着する定着手段から排出する熱を熱の影響を受けやすい周辺機器から絶縁し、また定着手段から排出する熱の回収を行うようにした、定着装置への投入電力の低電力化と電気エネルギーとして再利用す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するもので、そのための構成として、記録紙を給紙する給紙搬送手段と、前記記録紙に未定着画像を形成する未定着画像形成手段と、前記未定着画像を熱により定着する定着手段と、該定着手段によって画像が定着された記録紙を排紙する排紙搬送手段を備えた画像形成装置において、前記定着手段を断熱部材で包囲するようにしたものである。
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明の画像形成装置を図１〜８に示す実施例１〜４に基づいて説明する。
図１は、本発明が実施される画像形成装置の概略を示す断面図で、画像形成装置が複写機である場合の例である。
実施例１の複写機は、複写機本体１、コンタクトガラス２、自動原稿搬送装置３、ハロゲンランプ４、反射ミラー５、レンズ６、ＣＣＤイメージセンサ７、画像処理プロセッサ部８、給紙トレイ１０、記録紙１１、ピックアップロール１２、搬送ロール１３、レーザ露光部（ＲＯＳユニット）１４、帯電装置１５、感光体ドラム（静電潜像担持体）１６、（フルカラーレボルバ式）現像装置１７、ドラムクリーニング装置１８、転写ベルト２０、記録紙搬送装置２１、定着装置２２、定着筐体２３、定着ロール２４、加圧ロール２５、排紙ロール２６、排紙トレイ２７、冷却ファン２８等から構成されている。
【００３０】
実施例１の複写機は以上のように、複写機本体１と、複写機本体１の上面に設置されたコンタクトガラス２を開閉自在に覆うように設けられた自動原稿搬送装置３とから構成されている。また、複写機本体１の内部には、自動原稿搬送装置３によりコンタクトガラス２上に載置された固定原稿の画像もしくは文字を読み取って画像信号に変換する画像読み取り部と、画像読み取り部からの画像信号に基づいて記録紙（記録材、記録用紙、転写紙、記録媒体、…）上に可視像を形成する画像形成部と、この画像形成部に対して記録紙を供給する給紙部とが設けられている。
【００３１】
原稿読み取り部は、ハロゲンランプ４等の光源により照明された移動または固定原稿の反射光をレンズ６を介して受光するＣＣＤ等のイメージセンサ７に結像させ、光学画像を電気的な信号として読み取る。このイメージセンサ７で得られた情報に所定の画像処理を施す画像処理プロセッサ部８とから構成される。
【００３２】
給紙部は、複写機本体１の下部に設けられており、給紙トレイ１０は記録紙１１をサイズ別、または記録紙種別に重ねて収容するもので、上下に並べて複写機本体１に対して着脱可能に装着され、これらの内のいずれかの給紙トレイ１０からピックアップロール１２により記録紙１１が１枚ずつ用紙搬送路を介して搬送ロール１３に向かって送り出される。図１は用紙サイズが１種類の例を示したものである。
【００３３】
画像形成部は、画像処理プロセッサ部８からの画像信号で変調されたレーザビームを出射するレーザ露光部（ＲＯＳユニット）１４と、コロナ放電装置等からなる帯電装置１５により帯電され、レーザ露光部１４からのレーザビームにより露光される静電潜像担持体としての感光体ドラム１６と、カートリッジ内に収容されたトナー等の現像剤（以下、トナーと称す）をフルカラーレボルバ式等の現像装置１７により担持して感光体ドラム１６に移転することで、レーザビーム露光により感光体ドラム１６上に形成された静電潜像を画像として可視化、すなわち現像する現像装置１７と、感光体ドラム１６上に現像された画像を、給紙部から送り出され搬送ロール１３により姿勢と搬送タイミングが整合されて感光体ドラム１６との間に送り込まれる記録紙１１に転写する転写ベルト２０等よりなる転写装置と、転写装置により記録紙１１に転写された未定着画像を記録紙１１に定着する定着装置２２と、転写後の感光体ドラム１６上に残留するトナーを回収するドラムクリーニング装置１８とから構成される。
【００３４】
現像装置１７は、一定量のトナーとキャリアとを内部で撹拌させるため、撹拌にトルクを要し、摩擦熱で内部の温度が上昇する。また、感光体ドラム１６は、帯電装置１５によるコロナ放電で１ｋＶ程度に帯電されるが、空気を絶縁破壊し発生したイオンの衝突により周囲の温度が上昇するので、冷却が必要となる。これらの熱は、複写機本体１内に設けられた冷却ファン２８により形成される気流中に放熱され、その排熱は１箇所に集められ、複写機本体１の外部に排出される。
また、ドラムクリーニング装置１８は、感光体ドラム１６上の図示しない残留トナーを除去するブラシクリーナと、この除去された残留トナーを回収する回収ユニットとから構成される。
【００３５】
定着装置２２は、定着筐体２３とこの定着筐体２３内に配置された一対の加熱ロールから構成され、一方のロールを構成する定着ロール２４は、内部にハロゲンランプ等の熱源と温度センサを備えた加熱ロールからなり、定着ロール２４表面の温度を未定着画像の定着に必要な温度、例えば１５０℃程度に加熱、制御している。他方のロールを構成する加圧ロール２５は、内部にハロゲンランプ等の熱源と温度センサを備えた加熱ロールからなり、加圧ロール２５表面の温度を定着に必要な温度に制御され、さらに、定着ロール２４に対して適宜な圧力で圧接するように配置されている。
【００３６】
定着ロール２４と加圧ロール２５の間には所定のニップ幅のニップ部が形成される。そして、このニップ部を記録紙１１が通過することで記録紙１１が加熱・加圧され、記録紙に転写された未定着画像が定着され、定着された記録紙１１は排紙ロール２６により排紙トレイ２７に排紙される。このとき、記録紙１１は熱定着により加熱され、記録紙からの熱により排紙ロール２６、排紙トレイ２７等の周辺装置も加熱・蓄熱することになる。複写機本体１の中で定着装置２２は比較的高い温度の熱源を有する装置に相当する。
【００３７】
図２は、実施例１の画像形成装置の概略を示す断面図である。
この画像形成装置の例である複写機は、図１と同様に、複写機本体１と、複写機本体１の上面に設置されたコンタクトガラス２を開閉自在に覆うように設けられた自動原稿搬送装置３とから構成される。特に、本実施例においては、定着装置２２の定着筐体２３を金属板と高分子材料から成る樹脂層を張りあわせて１組の層とした断熱部材で形成した。
【００３８】
図３は、定着筐体を形成する断熱部材の構成を示す要部断面図である。
定着筐体２３を形成する断熱部材は、板厚０.５ｍｍの圧延鋼板３１にポリイミドワニス（新日本理化（株）の型番ＳＮ−２０）をスプレー塗布した後、大気圧下で２００℃、１０分間加熱して（焼き付け）溶剤を飛ばし、２０μｍ厚みのポリイミド樹脂層３２とした積層板からなる。この積層板のポリイミド樹脂面同士を内側にして張り合わせ、断熱部材とした。つまり、この断熱部材は、圧延鋼板／ポリイミド樹脂／ポリイミド樹脂／圧延鋼板の積層構造を有している。
【００３９】
定着装置２２の定着筐体２３は上下カバー、前後左右側板からなり、前記した積層構造を有する断熱部材を定着装置２２の定着筐体２３として機能する形状及び寸法に加工した。この定着筐体２３の外側、図２では上面及び左右面に、図３に示すようなアルミナセラミックス４１上にＢｉ，Ｔｅ，Ｓｂ等の合金からなるｐ型、ｎ型熱電半導体素子４２，４３を電極４４を介して電気的に直列に接合した熱電変換装置４０を、図示しない熱伝導特性のよいシリコーングリースを介して取り付けた。この熱電変換装置４０の放熱側にはアルミニウム製のヒートブロック４６を接続した。
【００４０】
図４は、ヒートブロック、ヒートパイプ、ヒートシンクの接続構造を示す図である。
ヒートブロック４６には、ＳＵＳ３０４、直径３.０ｍｍφ、作動液が水のステンレス製ヒートパイプ４７の吸熱側４７ａを２本挿入して接続した。また、このヒートパイプ４７の放熱側４７ｂを複写機本体１側に設置した冷却フィン４９を有するアルミニウム製のヒートシンク４８に接続した。
【００４１】
実施例１の定着筐体２３で用いる断熱部材では、ポリイミド樹脂層３２の厚みを２０μｍにしているが、この厚みに限定するものではなく、金属より熱伝導率が小さい物質が介在していればよく、その厚みは１μｍ〜１ｍｍの範囲が望ましく、ポリイミドワニスの塗布コスト、ポリイミドワニス塗布後の板の加工容易性等を考慮すると、ポリイミド樹脂層３２の厚みは１０μｍ〜１００μｍがより好ましい厚みである。
【００４２】
また、実施例１の定着筐体２３で用いる断熱部材では、積層版を２枚積層した構造としているが、４枚を積層した構成であっても、それ以上の積層構成であってもよいが、製造コストを考慮すれば、１０枚以下が望ましい。また、金属板厚みが０.１ｍｍ以下のフィルム上にポリイミド樹脂層を形成して積層しても同様な効果が得られ、圧延鋼板３１からなる金属板の厚みやポリイミド樹脂層３２の厚みは、実施例１の厚みに限定されるものではなく、金属板上に金属板より熱伝導率が小さい物質を形成したことが特徴である。
【００４３】
また、実施例１の定着筐体２３で用いる断熱部材では、Ｓｅ，Ｔｅ，Ｓｂ等の合金からなるｐ型、ｎ型の熱電半導体素子４２，４３を用いているが、このような材料、構成に限定するものではなく、使用される温度領域において、最も効率が良い熱電変換材料を用いるのが望ましい。また、ヒートパイプ４７の作動液は水に限定するものではなく、ナフタリン、エタノール等であってもよい。また、ヒートブロック４６及びヒートシンク４８は、アルミニウム以外に銅を代表とする熱伝導性のよい金属や、Ｎｉ，Ｃｒ等をメッキした鉄を含む金属製の板でもよい。
【００４４】
定着装置２２の定着ロール２４及び加圧ロール２５の表面の温度を定着に必要な温度、一例として１５０℃にするため、ハロゲンランプで定着ロール２４及び加圧ロール２５を加熱し、サーミスタで各ロールの表面温度を検出し温度制御を行っている。このように、定着ロール２４及び加圧ロール２５表面から定着筐体２３内面に輻射や、空気により熱輸送された熱は、一部が内面の金属板に吸収されるが、熱伝導率が小さいポリイミド樹脂層３２があるため、熱が外部へ移動するのを低減することができる。また、積層板中の熱伝導により定着筐体２３外側の温度が上昇し、熱電変換装置４０に温度差が生じた場合、この温度差により、熱電変換装置４０に熱起電力が発生し、電気エネルギーが発生する。所謂、熱電変換される。輻射熱の一部は反射され定着筐体内部に閉じ込められ、定着ロール２４及び加圧ロール２５表面の温度との差が小さくなる。これにより、定着ロール２４及び加圧ロール２５表面から放熱される熱量が減少し、ハロゲンランプの消費電力が低減する。
【００４５】
また、熱電変換された電気エネルギーは、例えば、表示デバイス、各種センサ等、画像形成装置内の小電力装置の駆動電力として使用することが可能であり、さらに、排熱を電力に変換する際、熱電変換装置４０に外部からエネルギーを供給する必要性がなく、かつ、駆動部が一切ないことからメンテナンスフリーで使用可能である。
【実施例２】
【００４６】
図５は、実施例２の画像形成装置の定着筐体を形成する断熱部材の構成を示す要部断面図である。
この定着装置２２の定着筐体２３を構成している断熱部材は、板厚０.５ｍｍの圧延鋼板３１にポリイミドワニス（新日本理化（株）の型番ＳＮ−２０）を３０μｍ以下の厚さとなるように発泡剤を含ませスプレー塗布した後、一方のポリイミド樹脂層３２の面に５０μｍφのアルミナセラミックボール３３を適当量散布した後、この断熱部材のポリイミド樹脂面同士を内側にして張り合わせ、積層板として仮固定した。積層板の構成は圧延鋼板／ポリイミド樹脂／ポリイミド樹脂／圧延鋼板である。その後、大気圧下で２００℃、１０分間加熱し（焼き付け）、溶剤を飛ばし、空気層を含む約５０μｍ厚みのポリイミド樹脂層３２とした。ここでは定着筐体２３の内面となる圧延鋼板３１の表面にミラー面となるよう機械研磨を施してある。
【００４７】
定着装置２２の定着筐体２３は、実施例１の定着筐体と同様に、上下カバー、前後左右側板からなり、積層板を定着装置の筐体として機能する寸法に曲げ、打ち抜き加工した。この定着筐体２３の外側、図２では上面及び下左右面にアルミナセラミックス上にＢｉ，Ｔｅ，Ｓｂ等の合金からなるｐ型、ｎ型の熱電半導体素子を電極４４，４５を介して電気的に直列に接合した熱電変換装置４０を熱伝導特性のよいシリコーングリースを介して取り付けた。この熱電変換装置４０の放熱側にはアルミニウム製のヒートブロック４６を熱的に接続した。
【００４８】
さらに、このヒートブロック４６にＳＵＳ３０４製、直径３.０ｍｍφ、作動液が水のステンレス製ヒートパイプ４７を２本挿入し、熱的に接続した。このヒートパイプ４７の放熱側は複写機本体側に設置したアルミニウム製のヒートシンク４８に接続した。このように、定着ロール２４及び加圧ロール２５表面から筐体内面に輻射や、空気による熱輸送された熱は一部内面の金属板に吸収されるが、熱伝導率が小さい気泡３４を含むポリイミド樹脂層３２があるため、熱が外部へ移動するのを低減し、ハロゲンランプの消費電力を低減できる。
【００４９】
また、熱電変換された電気エネルギーは、例えば、表示デバイス、各種センサ等、画像形成装置内の小電力装置の駆動電力として使用することが可能であり、さらに、排熱を電力に変換する際、熱電変換装置に外部からエネルギーを供給する必要性がなく、かつ、駆動部が一切ないことからメンテナンスフリーで使用可能である。
【００５０】
なお、実施例２の画像形成装置で使用する断熱部材はポリイミド樹脂層３２の厚みを２０μｍにしているが、この厚みに限定するものではなく、金属より熱伝導率が小さい物質が介在していればよく、その厚みは１μｍ〜１ｍｍの範囲が望ましく、ポリイミドワニスの塗布コスト、ポリイミドワニス塗布後の板の加工容易性等を考慮すると、ポリイミド樹脂層の厚みは１０μｍ〜１００μｍがより好ましい厚みである。また、積層板を２枚積層した構造としているが、３層であっても、それ以上の積層構造であってもよいが、製造コストを考慮すれば、１０層以下が望ましい。
【実施例３】
【００５１】
図６は、実施例３の画像形成装置の定着筐体を形成する断熱部材の構成を示す要部断面図で、図７は、定着筐体の端部構造を示す断面図である。
実施例３の定着筐体２３を形成する断熱部材は、板厚０.５ｍｍの圧延鋼板３１の表面に１００μｍφのアルミナボール３３を３〜５個／１００ｍｍ２の密度で配置接着し、この面に板厚０.５ｍｍの圧延鋼板３１を張り合わせ積層板とした。この積層板を図面仕様に従いプレス曲げ、打ち抜き加工した後、端面を減圧下で溶接３６する。この結果、圧延鋼板３１，３１間の間隙は、真空に近い減圧状態とすることができ、熱伝導率の低い断熱部材とすることができる。
【００５２】
このようにして加工された上下板と左右の板を用いて定着筐体２３を構成した。定着筐体２３の上下板内部への各種部品の取り付けは、予めスポット溶接で取り付けられた部品に直接ネジ等を用いて取り付けている。また、左右の側板に取り付けられる主な定着ローラ２４、加圧ローラ２５等の回転部品は、回転伝達部分を除く面に対応した形状に加工した板の端面を減圧下で溶接した。同様に、定着筐体２３の左右板内部への各種部品の取り付は、予めスポット溶接で取り付けられた部品に直接ネジ等を用いて取り付けている。
【００５３】
この定着筐体２３の外側には、図２で示す実施例１の定着装置と同様に、図では上面及び左右面にＢｉ，Ｔｅ，Ｓｂ等の合金からなるｐ型、ｎ型の熱電半導体素子４２，４３を電気的に直列に接合した熱電変換装置４０を図示しない熱伝導特性のよいシリコーングリースを介して取り付けた。この熱電変換装置４０の放熱側にはアルミニウム製のヒートブロック４６を熱的に接続した。さらに、このヒートブロック４６にＳＵＳ３０４、直径３.０ｍｍφ、作動液が水のステンレス製ヒートパイプ４７を２本挿入し、熱的に接続した。このヒートパイプ４７の放熱側は複写機本体側に設置したアルミニウム製のヒートシンク４８に接続した。このように、定着筐体２３を構成する積層板は、定着ロール２４及び加圧ロール２５表面から輻射された熱は積層板の表面で反射され、一部吸収し、加熱され、温度が上昇するが、熱伝導率の小さい減圧乃至真空層３５を設けていることで、外側への熱移動が低減できる。また、積層板が温度上昇した場合であっても、熱電変換装置４０の吸熱側と冷却側との間に温度差が生じることで熱起電力が発生する。この熱起電力は電力取り出し線を通して蓄電装置へ蓄電され、電気エネルギーとして再利用される。
【００５４】
輻射熱の一部が反射され定着筐体２３内部に閉じ込められることで、定着ロール２４及び加圧ロール２５の表面から放熱される熱量が減少し、ハロゲンランプの消費電力を低減できる。また、熱電変換した電気エネルギーは、例えば、表示デバイス、各種センサ等、画像形成装置内の小電力装置の駆動電力として使用することが可能であり、さらに、排熱を電気に変換する際、熱電変換装置に外部からエネルギーを供給する必要性がなく、かつ、駆動部が一切ないことからメンテナンスフリーで使用可能である。
【実施例４】
【００５５】
図８は、実施例４の画像形成装置の概略を示す断面図である。
実施例４の画像形成装置は、熱電変換装置４０の出力側に、発生した電力を貯蔵する手段に接続した例で、貯蔵手段としては、充電可能な電池（二次電池）とし、画像形成装置である複写機本体１内部に設置したものである。
具体的には、定着装置２２の周辺に設置した熱電変換装置４０のそれぞれの出力側に、電力取り出し線５０を介してリチウムイオン二次電池５１に接続した。実施例１〜３で示した各熱電変換装置４０で定着手段２２から漏れ出した熱を電力に変換し、リチウムイオン二次電池５１を充電した。この蓄電した電力を用い、複写機本体１内の操作パネルの表示素子等を駆動することができる。
【００５６】
そのほか、金属リチウム二次電池、アルカリ蓄電池、鉛酸系電池、リチウムポリマー電池等の二次電池や大容量のキャパシタ等を用いてもよく、これらの蓄電装置を装着することにより、排熱から変換した電力を蓄電することが可能になり、この蓄電した電力は画像形成装置の表示デバイスや電子機器の駆動電力としての利用や、他の電気機器の駆動電力として利用が可能となり、さらには蓄電池の容量を変更することにより様々な利用法が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明が実施される画像形成装置の概略を示す断面図で、画像形成装置が複写機である場合の例である。
【図２】実施例１の画像形成装置の概略を示す断面図である。
【図３】実施例１の画像形成装置の定着筐体を形成する断熱部材の構成を示す要部断面図である。
【図４】ヒートブロック、ヒートパイプ、ヒートシンクの接続構造を示す図である。
【図５】実施例２の画像形成装置の定着筐体を形成する断熱部材の構成を示す要部断面図である。
【図６】実施例３の画像形成装置の定着筐体を形成する断熱部材の構成を示す要部断面図である。
【図７】実施例３の画像形成装置の定着筐体における端部構造を示す断面図である。
【図８】実施例４の画像形成装置の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…複写機本体、２…コンタクトガラス、３…自動原稿搬送装置、４…ハロゲンランプ、７…イメージセンサ、８…画像処理プロセッサ部、１０…給紙トレイ、１１…記録紙、１４…レーザ露光部、１５…帯電装置、１６…感光体ドラム、１７…現像装置、１８…ドラムクリーニング装置、２０…転写ベルト、２２…定着装置、２３…定着筐体、２４…定着ロール、２５…加圧ロール、２７…排紙トレイ、２８…冷却ファン、３１…圧延鋼板、３２…ポリイミド樹脂層、３３…アルミナボール、３４…気泡、３５…減圧乃至真空層、４０…熱電変換装置、４１…アルミナセラミックス、４２…ｐ型熱電半導体素子、４３…ｎ型熱電半導体素子、４４，４５…電極、４６…ヒートブロック、４７…ヒートパイプ、４８…ヒートシンク、４９…冷却フィン、５１…リチウムイオン２次電池。
【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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