(57)【要約】【課題】ヒータで発生させた熱を電力に変換してヒータでの消費に再利用することを可能にした定着装置及びこれを用いた画像処理装置を提供する。【解決手段】熱電変換素子２４は、定着ローラの近傍で予熱待機時における廃熱等を処理する通風経路上にその一端を配置する。定着ヒータ２３の余剰熱等の熱エネルギーを熱電変換素子２４で電気エネルギーに変換し、熱電変換素子２４の出力電力を蓄電回路３５に蓄積し、最も電力が必要となる定着装置２０の起動時に蓄電回路３５を放電させ、その電力を定着ヒータ２３に供給することで、定着装置２０の起動時の消費電力の低減、立ち上げ時間の短縮を可能とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータ等の加熱手段を備えた定着装置において、上記ヒータの余剰熱及び廃熱等を電力に変換する熱電変換手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１の定着装置において、上記熱電変換手段の出力電力を蓄積する蓄電装置を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２の定着装置において、上記熱電変換手段の出力電力の供給先を上記ヒータまたは上記蓄電装置に切り換えるための切り換え手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項３の定着装置において、上記蓄電装置に上記熱電変換手段及び商用電源のいずれか一方または双方から充電可能としてなることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項３または４の定着装置において、上記蓄電装置に蓄積した電力を起動時に放電して上記ヒータに供給するための制御手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの定着装置を搭載してなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
ヒータ等の加熱手段を備えた定着装置の近傍に上記ヒータの余剰熱及び廃熱等を電力に変換する熱電変換手段を設けてなることを特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
請求項７の画像形成装置において、上記熱電変換手段の出力電力を蓄積する蓄電装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項８の画像形成装置において、上記熱電変換手段の出力電力の供給先を上記ヒータまたは上記蓄電装置に切り換えるための切り換え手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９の画像形成装置において、上記蓄電装置に上記熱電変換手段及び商用電源のいずれか一方または双方から充電可能としてなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項９または１０の画像形成装置において、上記蓄電装置に蓄積した電力を起動時に放電して上記ヒータに供給するための制御手段を有す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、ヒータ等の加熱手段を備えた定着装置と、これを用いる複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フ複写機、ファクシミリ、プリンタ、コピー・ファクシミリ複合機等の画像処理装置には、ＣＰＵ内のマイクロプロセッサ、記録部内の定着器等、それ自身の処理動作を行う際に熱を発生する種々の発熱機器がある。このような発熱機器が発生させた熱は、発熱に伴う装置内部での温度上昇による装置の誤動作を防ぐために、通気孔から装置外へ放出したり、ファンを使用して装置外へ排出したりするようになっているのが一般的である。
【０００３】
このような装置内部で発生する熱は有効的に利用されているとはいえないが、例えば、内部で発生した熱を熱電変換素子により２次電池を充電する構成とすることにより、内部での熱を有効に利用することができると共に、低コスト化も図れる画像処理装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、画像形成装置以外ではあるが、調理物の調理廃熱、マグネトロンの廃熱、ヒータの余剰熱等を電力に変換する熱電変換素子を設けた調理機器が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６４９４１号公報
【特許文献２】
特開平１０−２０８８７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、２次電池を充電する構成となり、熱電変換素子より変換された電力を直接再利用できる構成とはなっていない。また、特許文献２に開示されている技術は、熱電変換素子で変換した電力を画像形成に関わる装置に利用する構成とはなっていない。
【０００６】
本発明は、ヒータで発生させた熱を電力に変換してヒータでの消費に再利用することを可能にした定着装置と、これを用いた画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る定着装置は、上記目的を達成するために、ヒータ等の加熱手段を備えた定着装置において、上記ヒータの余剰熱及び廃熱等を電力に変換する熱電変換手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の定着装置において、上記熱電変換手段の出力電力を蓄積する蓄電装置を備えることを特徴とする。
【０００９】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項２の定着装置において、上記熱電変換手段の出力電力の供給先を上記ヒータまたは上記蓄電装置に切り換えるための切り換え手段を有することを特徴とする。
【００１０】
同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項３の定着装置において、上記蓄電装置に上記熱電変換手段及び商用電源のいずれか一方または双方から充電可能としてなることを特徴とする。
【００１１】
同請求項５に係るものは、上記目的を達成するために、請求項３または４の定着装置において、上記蓄電装置に蓄積した電力を起動時に放電して上記ヒータに供給するための制御手段を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項１ないし５のいずれかの定着装置を搭載してなることを特徴とする。
【００１３】
同請求項７に係るものは、上記目的を達成するために、ヒータ等の加熱手段を備えた定着装置の近傍に上記ヒータの余剰熱及び廃熱等を電力に変換する熱電変換手段を設けてなることを特徴とする。
【００１４】
同請求項８に係るものは、上記目的を達成するために、請求項７の画像形成装置において、上記熱電変換手段の出力電力を蓄積する蓄電装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
同請求項９に係るものは、上記目的を達成するために、請求項８の画像形成装置において、上記熱電変換手段の出力電力の供給先を上記ヒータまたは上記蓄電装置に切り換えるための切り換え手段を有することを特徴とする。
【００１６】
同請求項１０に係るものは、上記目的を達成するために、請求項９の画像形成装置において、上記蓄電装置に上記熱電変換手段及び商用電源のいずれか一方または双方から充電可能としてなることを特徴とする。
【００１７】
同請求項１１に係るものは、上記目的を達成するために、請求項９または１０の画像形成装置において、上記蓄電装置に蓄積した電力を起動時に放電して上記ヒータに供給するための制御手段を有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず本発明を適用する画像形成装置の構成、動作を説明する。図１は本発明に係る電子写真方式の画像形成装置の要部の概略構成を示す断面図である。図１において、像担持体である感光体１を図中の矢印方向（反時計回り）に回転駆動し、帯電ローラ２により表面を一様に帯電させる。その後、帯電させた感光体１の表面を図示しない露光部からの原稿像の露光あるいは図示しない光書き込み装置からのレーザ光Ｌによる光書き込み等により像露光し、感光体１上に静電潜像を形成する。
【００１９】
現像装置３内には、現像剤４が入っている。本実施形態では現像剤４には、キャリアと呼ばれる磁性粉と非磁性のトナーの混合体である２成分系現像剤を用いるものとして説明するが、本発明はこれに限定されない。現像剤４を撹拌すると、摩擦帯電によりトナーが帯電する。現像装置３の感光体１との対向位置には、内部に複数の磁石あるいは複数の磁極を有するマグネットローラを配設した現像スリーブ５が配してある。現像剤４は、磁力により現像スリーブ５上に担持され、感光体１との対向位置に搬送され、感光体１上の静電潜像をトナーで現像する。
【００２０】
感光体１の回転方向で現像装置３の下流側には転写ベルト６が配設してある。この転写ベルト６は、駆動ローラと従動ローラに張架してあって図中の矢印方向に回動駆動する。また、転写ベルト６は図示しない接離機構により感光体１に対して接離可能に設けてあり、転写時には感光体１に接触してニップ部を形成し、転写紙Ｓを搬送する。転写ベルト６の裏面側にはバイアスローラ６ａを介して図示しない電源によりトナーと逆極性の電圧（転写出力）が印加してある。
【００２１】
図示しない給紙部から搬送した転写紙Ｓは、感光体１への作像タイミングに合わせてレジストローラ７により感光体１と転写ベルト６のニップ部に給紙して感光体１と転写ベルト６の間に挾み、転写ベルト６と感光体１間の電界により感光体１上に現像したトナー像を転写紙Ｓ上に転写する。図中８は、トナー像の転写後に感光体１に残留したトナーを除去するクリーニングブレード、９は、転写ベルト６に残留したトナーを除去するクリーニングブレードである。
【００２２】
定着装置２０は、定着ローラ２１と加圧ローラ２２からなり、定着ローラ２１は定着ヒータ２３を内蔵し、この定着ヒータ２３によって加熱されるようになっている。図中２４は熱電変換素子で、定着ローラ２１の廃熱、定着ヒータ２３の余剰熱等を電力に変換できるように、定着装置２０内へ一端部を臨ませて設けてある。
【００２３】
具体的には図１のように、熱電変換素子２４は、定着ローラ２１の近傍で予熱待機時における廃熱等を処理する通風経路上にその一端を配置し、冷却風の吸入口や発熱部位から十分離し、常温を維持できる部位にその他端を配置することにより温度差を得るように設けることが好ましいが、上述の温度差を得られれば熱電変換素子２４を全体的に定着装置２０の内側にあるいは外側に設けてもよい。またいわゆる熱電変換素子以外でも熱電変換が可能な手段であれば採用できる。
【００２４】
トナー像を転写した転写紙Ｓを転写ベルト６により搬送し、上述の構成の定着装置２０の定着ローラ２１と加圧ローラ２２の間に通す。その際、定着ヒータ２３で加熱された定着ローラ２１から受ける熱により、トナー像が転写紙Ｓ上に熱溶着される。像定着後の転写紙Ｓは、図示しない排紙部に排紙する。
【００２５】
図２は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部のブロック図である。図中３１は商用電源、バッテリー等の主電源であり、通常、家庭用１００Ｖ電源である。この主電源３１から、低出力変換手段である第１電源回路部３２と、第１スイッチング回路３３を経由して高出力変換手段である第２電源回路部３４へ電力を供給する。第１電源回路部３２は、制御回路３７へ駆動電力を供給し、第２電源回路部３４は、定着ヒータ２３に電力を供給する。したがって定着ヒータ２３は主に第２電源回路部３４からの電力供給により発熱するが、本実施形態では、熱電変換素子２４から第２スイッチング回路３６を介して直接に電力供給を受け得るようになっており、熱電変換素子２４の出力電力を定着ヒータ２３の消費電力に用いることを可能としてある。第１スイッチング回路３３と第２スイッチング回路３６の制御は種々公知の手段により適宜行えばよいが、定着ヒータ２３への電源供給はいずれか一方からのみとしても、あるいは双方から行えるようにしても、いずれでもよい。
【００２６】
また本実施形態装置は、蓄電回路３５を備えている。蓄電回路３５は、例えば充放電可能なキャパシタを有する。キャパシタとしては、例えば８０Ｆ程度の静電容量を有するキャパシタを使用してもよいが、電気二重層キャパシタと称される２０００Ｆ程度以上の静電容量を有し、数秒から数１０秒の電力供給には十分な容量を備えているものが適する。すなわち電気二重層キャパシタ等のキャパシタは、誘電体がなく、個体電極と溶液界面にできるイオンまたは溶媒分子の電荷が集中した電気二重層のイオン吸着層の吸、脱着反応（充、放電）を利用するもので、二次電池とは異なり化学反応を伴わないために、充電時間が短いこと、繰り返し充放電に強くて寿命が長いこと、大電力を短時間で放電可能であること、充電し続けても安全性が高いこと、メンテナンスの必要がないこと、環境にやさしいこと、充放電効率が高いこと等の優れた特徴を有するためである。
【００２７】
二次電池として一般的なニッケル−カドミウム電池等を用いてもよいが、これらは急速充電を行っても数時間の時間を要するのに対し、キャパシタを用いた補助電源では数分程度の急速な充電が可能であり、従って、頻繁に充放電可能であるため、同一時間内で比較したときに補助電源として加熱の回数を増すことができる。またニッケル−カドミウム電池は充放電の繰り返し回数が５００から１０００回であるため加熱用補助電源としては寿命が短く、交換の手間やコストが問題となるのに対し、キャパシタは桁違いの寿命を有し、繰り返しの充放電による劣化も少ない。従って、待機時の非加熱動作と稼動時の加熱動作を繰り返す画像形成装置における定着装置の加熱装置等には、特に有利である。また、鉛蓄電池のように液交換や補充なども必要ないため、メンテナンスがほとんど要らない。さらに、二次電池は蓄えた電力を一気に放電することができないので、加熱部が低温からの立ち上げ時に大電力を供給できず、立ち上げ時間の短縮には高い効果を望むことはできないのに対し、キャパシタを用いた補助電源は、大電力を数秒で放電可能であるので、立ち上げ時間の短縮に威力を発揮する。また、二次電池は化学反応を利用しているため、最大容量まで充電した後、放電の必要が無い場合、充電回路に接続しつづけると、化学反応によるガスなどにより容器が膨張して破裂することもあり得るのに対し、キャパシタを用いた補助電源は化学反応ではなく物理現象を利用しているので、ガスの発生などは無く、充電しつづけても安全であり、従って、フロート状態のモードを設けなくて良い。近年キャパシタにも多量の電気エネルギーを蓄えることができるものが開発されてきており、電気自動車などへの採用も検討されている。最近では静電容量が数万Ｆ、エネルギー密度が十数Ｗｈ／ｌという大容量のものも開発され、一層の大容量化が図られつつある。
【００２８】
上述のような構成の蓄電回路３５は、第１電源回路部３２及び制御回路３７を介して主電源３１から充電されるように接続してあるとともに、第２スイッチング回路３６を介して熱電変換素子２４から電力供給を受けて充電され得るようにも接続してあり、さらに制御回路３７からの制御により放電して定着ヒータ２３に対して電力供給するようになっている。なお、蓄電回路３５を主電源３１と熱電変換素子２４のいずれか一方のみから充電するように制御しても、あるいは双方から充電し得るように制御してもいずれでもよいことはもちろんである。
【００２９】
すなわち、従来利用していなかった定着ヒータ２３の余剰熱等の熱エネルギーを熱電変換素子２４にて電気エネルギーに変換し、熱電変換素子２４の出力電力を蓄電回路３５に蓄積し、最も電力が必要となる定着装置２０の起動時に蓄電回路３５を放電させ、その電力を定着ヒータ２３に供給することで、定着装置２０の起動時の消費電力の低減、立ち上げ時間の短縮を可能としている。
【００３０】
なお以上のように熱電変換素子２４の出力電力を定着ヒータ２３に利用することで、熱電変換素子２４から得られる電力を無駄なく有効利用することができ、定着装置の消費電力を低減することができることはもちろんであるが、熱電変換素子２４の出力電力を、制御回路３７や操作部３８その他に利用しても同様である。また定着装置２０における定着ローラ２１の廃熱や定着ヒータ２３の余剰熱等だけでなく、画像形成装置内の熱を発生する機器についても同様に構成することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る定着装置及びこれを用いた画像形成装置は、以上説明してきたように、装置内で発生する熱を熱電変換素子により電力に変換して再使用することにより、廃熱の有効利用によって省エネルギー化できるとともに、ヒータ等の加熱手段の立ち上げ時間の短縮化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子写真方式の画像形成装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部のブロック図である。
【符号の説明】
１  感光体
２  帯電ローラ
３  現像装置
４  現像剤
５  現像スリーブ
６  転写ベルト
６ａ  バイアスローラ
７  レジストローラ
８、９  クリーニングブレード
２０  定着装置
２１  定着ローラ
２２  加圧ローラ
２３  定着ヒータ
２４  熱電変換素子
３１  主電源
３２  第１電源回路部
３３  第１スイッチング回路
３４  第２電源回路部
３５  蓄電回路
３６  第２スイッチング回路
３７  制御回路
３８  操作部
Ｓ  転写紙
【図１】
2005017658.tif 000003
【図２】
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