(57)【要約】【課題】熱電変換素子で排熱を電力に変換する画像形成装置において、熱電変換素子の出力電圧が低下した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができるようにする。【解決手段】画像形成装置１の定着器２に、ゼーベック素子などの熱電変換素子３を装着する。定着器２の排熱を電力に変換して負荷11に供給する。熱電変換素子３の出力電圧を監視し、必要な電圧よりも低い場合は、負荷11への電力供給源をAC/DCコンバータ12からのDC電源に切り替える。熱電変換素子３の出力電圧が回復した場合は、再び熱電変換素子３からの電力を負荷11に供給する。【選択図】図５
2007034011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の発熱源の熱を電力に変換する熱電変換素子と、変換した電力を使用する負荷装置とを具備する画像形成装置において、前記熱電変換素子の出力電圧を監視する手段と、前記出力電圧が前記負荷装置に必要な電圧よりも低いことを検出したことに応じて主電源からの電力を前記負荷装置に供給する手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
内部の発熱源の熱を電力に変換する熱電変換素子と、変換した電力を蓄積する２次電池と、変換した電力を前記２次電池経由で使用する負荷装置とを具備する画像形成装置において、前記２次電池の出力電圧を監視する手段と、前記２次電池の出力電圧が前記負荷装置に必要な電圧よりも低いことを検出したことに応じて主電源からの電力を前記負荷装置に供給する手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
内部の発熱源の熱を電力に変換する熱電変換素子と、変換した電力を蓄積する２次電池と、変換した電力を前記２次電池経由で使用する負荷装置とを具備する画像形成装置において、前記２次電池の出力電圧を監視する手段と、前記２次電池の出力電圧が前記負荷装置に必要な電圧よりも低いことを検出したことに応じて主電源からの電力を前記２次電池に供給する手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
内部の発熱源の熱を電力に変換する熱電変換素子と、変換した電力を蓄積する２次電池と、変換した電力を前記２次電池経由で使用する負荷装置とを具備する画像形成装置において、前記２次電池の出力電圧を監視する手段と、前記２次電池の出力電圧が前記負荷装置に必要な電圧よりも低いことを検出したことに応じて主電源からの電力を前記２次電池と前記負荷装置とに供給する手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記２次電池は、電気２重層コンデンサであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記２次電池の出力電圧が前記負荷装置に必要な電圧よりも高いことを検出したことに応じて、前記熱電変換素子で変換した電力を再び前記２次電池経由で前記負荷装置に供給する手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記熱電変換素子を定着器に装着することを特徴とする請求項１〜６のいずれか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、画像形成装置に関し、特に、プリンタやFAXやそれらの複合機など、発熱部材を持つ画像形成装置のエネルギー有効利用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の多くは、トナーを転写用紙に定着させるために、熱定着部を備えている。そこから発熱される熱は、当然、トナーの定着に用いられるが、全てトナー定着のために消費されるのではなく、その一部は不要な熱となる。画像形成装置の多くは、その不要な熱を、ファン等を使用して機外に排出している。また、装置の小型化が進んだため、各ユニットの物理的な位置が、極めて近接するようになった。定着部においても、その周辺ユニットとの間隔は狭く、定着部から放出される不要熱の影響が問題となる。そのため、不要な熱を、熱電変換素子を用いて電気エネルギーに変換することが提案されている。さらに、この熱電変換素子を、定着器に装着することも提案されている。熱電変換素子は温度差を利用して発電するため、当然、発電出力は発熱部の温度上昇に左右されることになる。そのため、常に安定した電気エネルギーを供給できるとは限らない。そこで、熱電変換素子の出力を蓄えるために２次電池を設けることも提案されている。以下に、これに関連する従来技術の例をいくつかあげる。
【０００３】
特許文献１に開示された「画像形成装置」は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置やそ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である。定着ローラの内側に熱電変換装置が隣接している。熱電変換装置としては、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。この熱電変換装置によって、定着ローラの廃熱を電気エネルギーへ変換することができる。
【０００４】
特許文献２に開示された「投写型画像表示装置」は、反射型画像表示素子の背面に熱電変換素子を配し、反射型画像表示素子の温度上昇に伴って、熱電変換素子で発生する熱起電力を電動部材に供給することにより、省電力化やコストダウンを図るものである。熱電変換素子は、その表面が反射型画像表示素子の背面に接合された状態で配置される。放熱部材は、その接合面が熱電変換素子の裏面に接合された状態で配置される。熱電変換素子は、その表裏面間に温度差が生じると、熱起電力を生じるように構成されている。熱電変換素子で発生した熱起電力は、導線部を介して送風装置に供給される。送風装置は、熱電変換素子から供給された熱起電力により駆動される。
【０００５】
特許文献３に開示された「画像形成装置」は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置等で用いる記録材の廃熱を回収し、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である。定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとで、記録材を挟持搬送しつつ、記録材にトナー画像を定着させる。トナー画像を定着させた記録材に隣接する位置に、熱電変換装置を設ける。熱電変換装置により、定着後の記録材の廃熱は、電気エネルギーへ変換される。熱電変換装置を２つ具備し、記録材の上下に隣接させてもよい。集熱装置と冷却装置を設けて、熱電変換効率を高めてもよい。熱電変換装置と集熱装置と冷却装置は、平面状だけでなくローラ状にしてもよい。
【０００６】
特許文献４に開示された「定着装置」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である。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、熱電変換素子の一端を配置する。定着ヒータの余剰熱等の熱エネルギーを、熱電変換素子で電気エネルギーに変換する。熱電変換素子の出力電力を、蓄電回路に蓄積する。最も電力が必要となる定着装置の起動時に、蓄電回路を放電させ、その電力を定着ヒータに供給する。定着装置の起動時の消費電力の低減と、立ち上げ時間の短縮が可能となる。
【０００７】
特許文献５に開示された「画像形成装置」は、省スペース及び省コストを実現するとともに、安定的に省資源に寄与する画像形成装置である。定着部に備わる加熱ヒータから発せられる熱エネルギーを、熱電変換素子で電気エネルギーに変換する。電源回路で、熱電変換素子から電気エネルギーを受け取って、消費電力に充当する。
【０００８】
特許文献６に開示された「定着装置」は、加熱に利用していなかった熱エネルギーを熱電変換素子により電気エネルギーとして取り出すことで、エネルギーを効率よく利用できる定着装置である。加熱部材で、被加熱媒体を加熱する。加圧部材で、被加熱媒体を加熱部材に押圧する。発熱手段で、加熱部材に熱を供給する。熱伝達制御手段で、発熱手段から加熱部材への熱供給の領域を制御する。熱電変換手段で、遮蔽板等に蓄積された加熱に利用していなかった熱エネルギーを電気エネルギーとして取り出す。
【０００９】
特許文献７に開示された「定着装置」は、定着装置からの排熱を電気変換して再利用し、低温部をエネルギーの使用なしに作り出し、排熱収集の効率化と、低温維持を可能にする定着装置である。シートの搬入箇所から内部に搬入したシートを、内部に有する熱源で加熱する。排出箇所から、加熱したシートを外部へ排出する。熱源を囲む構造体の一部あるいは構造体を囲む位置に、放熱部を有して熱源の温度よりも低温に維持される低温維持部材を設ける。この低温維持部材の内側に、熱電変換素子を装着する。
【００１０】
特許文献８に開示された「画像形成装置」は、熱電変換手段を利用することにより、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真画像形成装置とその付属装置（ユニット）において、排出している熱を回収して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である。給紙搬送手段で、転写紙を給紙部から搬送する。画像形成手段で、未定着画像を形成する。未定着画像が形成された転写紙を、定着手段で熱により定着する。定着手段の転写紙通過方向の下流側に、搬送手段で転写紙を案内する。第一の熱電変換手段を、高温度排熱の熱電変換とする。第二と第三の熱電変換手段を、低温度排熱の熱電変換とする。
【００１１】
特許文献９に開示された「画像形成装置用の冷却システム」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である。発熱する部品を有する画像形成装置を、冷却システムで冷却する。熱電変換装置を部品に熱的に結合し、部品からの熱を電気エネルギーに変換する。その電気エネルギーを冷却装置に供給して、画像形成装置を冷却する。
【００１２】
特許文献10に開示された「定着装置」は、被加熱媒体の加熱に利用されない熱エネルギーを電気エネルギーとして取り出すことで、エネルギーを効率よく利用できる定着装置である。加熱部材で、被加熱媒体を加熱する。加圧部材で、被加熱媒体を加熱部材に押圧する。発熱手段から加熱部材に熱を供給する。加熱部材や加圧部材の集熱対象部材の熱を、集熱手段で集熱する。集熱手段において集熱した熱を、熱伝達手段で熱電変換手段に供給する。集熱手段により集熱した熱を、熱電変換手段で電気エネルギーに変換する。
【特許文献１】特開2004-133340号公報
【特許文献２】特開2004-157396号公報
【特許文献３】特開2004-272131号公報
【特許文献４】特開2005-017658号公報
【特許文献５】特開2005-024773号公報
【特許文献６】特開2005-071822号公報
【特許文献７】特開2005-084127号公報
【特許文献８】特開2005-099527号公報
【特許文献９】特開2005-122165号公報
【特許文献１０】特開2005-122904号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、従来の熱電変換装置では、熱電変換素子や２次電池の出力が不足した場合には、その影響が負荷側に及んで、安定した動作を行うことができないという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、熱電変換素子で排熱を電気エネルギーに変換する画像形成装置において、熱電変換素子や２次電池の出力が不足した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明では、内部の発熱源の熱を電力に変換する熱電変換素子と、変換した電力を使用する負荷装置とを具備する画像形成装置に、変換した電力を監視する手段と、変換した電力が負荷装置に必要な電力よりも少ないことを検出したことに応じて主電源からの電力を負荷装置に供給する手段とを備えた構成とした。
【００１６】
また、内部の発熱源の熱を電力に変換する熱電変換素子と、変換した電力を蓄積する２次電池と、変換した電力を２次電池経由で使用する負荷装置とを具備する画像形成装置に、２次電池の出力電圧を監視する手段と、２次電池の出力電圧が負荷装置に必要な電圧よりも低いことを検出したことに応じて、主電源からの電力を負荷装置や２次電池に供給する手段とを備えた構成とした。
【００１７】
また、２次電池を電気２重層コンデンサとし、熱電変換素子を定着器に装着し、２次電池の出力電圧が負荷装置に必要な電圧よりも高いことを検出したことに応じて、熱電変換素子で変換した電力を再び２次電池経由で負荷装置に供給する構成とした。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成したことにより、熱電変換素子や２次電池の出力が不足した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図14を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１は、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して負荷に供給し、変換電力が不足する場合は、DC電源から電力を供給する画像形成装置である。
【００２１】
図１は、本発明の実施例１における画像形成装置で用いるゼーベック効果を利用した熱電変換素子の概念図である。図２は、ゼーベック素子を利用した画像形成装置の概念図である。図２において、画像形成装置１は、PPCやFAXやプリンタやそれらの複合機など、発熱する定着器を有する装置である。定着器２は、画像が転写された転写紙に熱と圧力を加えて画像を転写紙に定着させる装置である。ゼーベック素子３は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子である。制御部４は、画像形成装置の各部の一連の動作を制御する手段である。作像部５は、画像を生成する手段である。
【００２２】
図３は、画像形成装置の定着器の構成図である。図４は、熱電変換素子の起電力Ｖを監視する画像形成装置の概念図である。図５は、画像形成装置の全体構成を示す機能ブロック図である。図６は、画像形成装置の制御フローチャートである。図５において、読み取り部６は、原稿の画情報を読み取る手段である。画像処理制御部７は、読み取った原稿画像に種々の加工処理を行う手段である。画像形成制御部８は、加工処理した原稿画像から印刷画像を形成するために必要な制御を行う手段である。画像形成部９は、加工処理した原稿画像から印刷画像を形成する手段である。電圧監視部10は、熱電変換素子の出力電圧を監視する手段である。負荷11は、熱電変換素子の出力電力で動作するモータなどの電気部品である。AC/DCコンバータ12は、AC100Vの商用電源から直流電力を生成する主電源である。ホストコンピュータ13は、画像形成装置に画像形成を要求するクライアント装置である。
【００２３】
上記のように構成された本発明の実施例１における画像形成装置の動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、熱電変換素子について説明する。異なった２種類の金属(又は半導体)の一方を接続させ、両端に温度差を与えると、ゼーベック効果により、図１のように電荷が移動し、負荷抵抗の両端に起電力Ｖが発生し、図１の矢印の方向に電流が流れる。すなわち、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる。２種類の異なった金属(又は半導体)の材質としては、多種多様な組み合わせがあるが、熱電変換が行える材質であれば材質はいずれでもよい。熱電変換素子が１個だけでは起電力が小さい場合、複数個の熱電変換素子を組み合わせて使用する方法もあるが、必要な熱電変換ができれば、どのような構成でもよい。
【００２４】
次に、図２を参照しながら、ゼーベック素子を利用して熱電変換を行う画像形成装置の概要を説明する。画像形成装置１には、画像形成を行う作像部５と、作像部５で作像された画像を転写紙に転写し、画像が転写された転写紙に熱と圧力を加えて画像を転写紙に定着させる定着器２と、これらを制御する制御部４と、定着器２から発せられる余分な熱を機外に排出するための排気口と、排気口への排気経路がある。定着器２で発生する余分な熱は、機内に有るトナー等の熱に弱い部材に悪影響を及ぼしてしまうため、排気が必要である。ゼーベック素子を用いた画像形成装置１は、この定着器２から発生する熱を利用する。
【００２５】
定着器２で発生した熱でゼーベック素子３の表面の温度が上がるように、ゼーベック素子３を図２のように設置する。定着器２の温度は100℃を越えることもあるため、ゼーベック素子３の低温側を外気に近い所に設ければ、温度差は大きくなる。この温度差に応じた起電力が発生する。図２では、簡単な構成にするために、低温側は、定着器２の反対側になるように示してある。定着器２から発生する熱は、そもそも排出してしまうような余分なものであるため、その熱を利用することにより、より効率の良い省エネルギーの画像形成装置を実現できる。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、熱電変換素子の定着器への設置方法を説明する。熱電変換素子３は、その特性上、高温部と低温部との温度差が大きければ大きいほど、電気エネルギーへの変換効率は良くなる。一般的に、画像形成装置は、トナーを転写紙に定着させるために、定着器を使用し、その定着方法として、一対のローラの中にヒータを設け、そのヒータを発熱し、ローラを加熱する。加熱されたローラの間を、未定着のトナーが乗った転写紙が通過すると、トナーがローラの熱で溶解し、転写紙に定着する。本発明では、この熱を最大限に利用する。図３の例では、定着器の上部に、熱電変換素子を配する構成としているが、低温部と高温部の温度差を利用できる構成ならば、何処に配しても良い。画像形成装置の中には、定着器以外にも、モータ等のように発熱する部材は多いが、定着器の発生する熱量が一番多いため、画像形成装置としては、最も効率良く排熱利用ができる。
【００２７】
なお、この例では、定着器２からの熱を熱電変換素子３で受け、起電力を発生させる構成となっているが、起電力を得ることが可能な構成であれば、どこから熱を供給しても良い。以下の各実施例では、定着器２から熱エネルギーを供給することを前提とする。
【００２８】
次に、図４を参照しながら、熱電変換素子の出力電圧の監視方法を説明する。熱電変換素子３は、定着器２からの熱エネルギーを受け、起電力Ｖを発生させる。この発生した起電力Ｖを負荷に供給する。このとき、例えば、定着器２からの熱エネルギーの量が減少すると、熱電変換素子３の起電力も低下してしまう。定着器２の熱エネルギーが減少する主な理由は、定着ヒータがOFFになるためである。例えば、前カバーを開けたとき、定着器２への安全装置（インターロック等）が働いて、定着ヒータがOFFになった場合や、紙詰まり等が機内で発生して、定着ヒータがOFFになった場合に、定着器２からの熱エネルギーが減少することになる。熱電変換素子３の起電力が減少すると、負荷への電力供給が減少することになるため、負荷の動作ができなくなってしまう。
【００２９】
そこで、図４のように、熱電変換素子３の出力電圧を、電圧監視部10で監視する。例えば、24Ｖ１Ａという定格で動作する負荷が接続されているとする。熱電変換素子３が、24Ｖ１Ａ以上の電力を供給する能力がある場合は問題ない。しかし、出力電圧が24Ｖを下回ってしまうと、必要電流の１Ａが流れなくなるため、負荷は動作不能になる。熱電変換素子３の出力電力を監視するためには、出力の電圧値を監視すればよい。電圧を監視する例を示したが、出力電力を監視できれば、どのような方法でもよい。
【００３０】
次に、図５を参照しながら、熱電変換素子の出力電圧監視を行う画像形成装置の動作を説明する。画像形成装置１は、原稿の画情報を読むための読み取り部６と、その画情報を電気信号として処理する画像処理部７と、トナーを画情報に従って転写紙に転写し、定着器を使用して熱を加えてトナー像を転写紙に定着させる画像形成部９と、紙送り等を行う搬送部と、これらの一連の動作を制御する制御部８と、これらで使用する電力を供給するためにAC電源からDC電源を生成するAC/DCコンバータ12等で構成されている。この画像形成装置１の場合は、熱電変換素子３と、その出力電力が供給される負荷11の間に、スイッチSW-Aが設けられている。さらに、AC/DCコンバータ12からのDC出力と負荷11の間に、スイッチSW-Bが設けられている。この負荷11は、搬送部のモータであってもよいし、他の適当な電気部品でもよい。
【００３１】
次に、図６のフローチャートを参照しながら、熱電変換素子の制御方法を説明する。画像形成装置１の制御部８は、熱電変換素子３の出力電圧を監視する。この出力電圧が、負荷側で必要な電圧よりも十分高ければ、電圧監視を続け、機械動作も通常通りに進める。この出力電圧が、負荷側の必要電圧より低下した場合は、スイッチSW-AをOFFにし、かつ、スイッチSW-BをONにする。スイッチSW-AがOFFにされるので、熱電変換素子３からの電力供給は遮断される。スイッチSW-BがONになるので、AC/DCコンバータ12からのDC電力が代わりに負荷11へ供給される。そのため、熱電変換素子３の出力電圧が低下しても、負荷11の動作に影響を及ぼさずに、機械として正常に動作を続けることができる。熱電変換素子３の出力電圧が回復したら、再び熱電変換素子３から負荷11に電力を供給するようにしてもよい。
【００３２】
上記のように、本発明の実施例１では、画像形成装置を、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して負荷に供給し、変換電力が不足する場合は、DC電源から電力を供給する構成としたので、熱電変換素子の出力が不足した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができる。
【実施例２】
【００３３】
本発明の実施例２は、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して２次電池に蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から負荷に電力を供給する画像形成装置である。
【００３４】
図７は、本発明の実施例２における画像形成装置の機能ブロック図である。図８は、画像形成装置の動作フローチャートである。実施例２における画像形成装置の基本的な構成は、実施例１と同じである。実施例２における画像形成装置が実施例１と異なるところは、熱電変換素子の出力電力を２次電池経由で負荷に供給する点である。図７において、２次電池14は、熱電変換素子の出力電力を蓄積する電池である。
【００３５】
上記のように構成された本発明の実施例２における画像形成装置の動作を説明する。最初に、図７を参照しながら、画像形成装置の機能を説明する。熱電変換素子３は、その特性上、与えられた熱エネルギー量によって、出力電力が左右される。常に定着器２が熱を発生し、その熱を熱電変換素子３へ安定して供給できれば問題無い。しかし、機械の動作状態によっては、定着ヒータがOFFになることがあるため、熱電変換素子３の出力電力も低下してしまう場合がある。この様な場合でも、熱電変換素子３の出力が接続されている負荷11は、動作可能である必要がある。
【００３６】
そこで、熱電変換素子３の出力電力を２次電池14に蓄え、２次電池14を介して電力を負荷11に供給する構成にする。これでも、熱電変換素子３の出力電力によって２次電池14への充電量が影響されるため、負荷11の電源としては完全とはいえない。そこでさらに、２次電池14と負荷11との間をスイッチSW-Aで遮断し、AC/DCコンバータ12からのDC電源を、スイッチSW-Bを介して負荷11に供給できるようにする。
【００３７】
次に、図８の制御フローを参照しながら、動作手順を説明する。制御部８は、２次電池14の出力電圧を監視する。２次電池14の出力電圧が、負荷11が必要とする電圧よりも高い場合は、熱電変換素子３からの電力供給も十分であると判断し、引き続き電圧監視を続ける。２次電池14の出力電圧が、負荷11で使用する電圧よりも低い場合は、スイッチSW-AをOFFにし、かつ、スイッチSW-BをONにする。負荷11への電力供給を、AC/DCコンバータ12からの電力供給に切り替えられるため、負荷11は安定動作を続けることができる。このとき、２次電池14は、電力を消費する負荷が無くなり、熱電変換素子３からの電力供給を受けるのみとなる。そのため、この間に２次電池14へ充電できる。
【００３８】
制御部８は、さらに２次電池14の出力電圧を監視する。２次電池14の出力電圧が、負荷11で使用する電圧よりも低い場合は、負荷11へAC/DCコンバータ12から電力を供給し、２次電池14に熱電変換素子３から充電する状態を継続する。２次電池14の出力電圧が、負荷11が必要とする電圧よりも高くなったら、スイッチSW-AをONにし、かつ、スイッチSW-BをOFFにして、負荷11へ熱電変換素子３から２次電池14経由で電力を供給し、制御部８は電圧監視を続ける。この動作を繰り返すことにより、熱電変換素子３を用いた省エネルギーシステムを、より効率的に機能させることができる。
【００３９】
上記のように、本発明の実施例２では、画像形成装置を、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して２次電池に蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から負荷に電力を供給する構成としたので、熱電変換素子や２次電池の出力が不足した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができる。
【実施例３】
【００４０】
本発明の実施例３は、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して２次電池に蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から２次電池に電力を供給する画像形成装置である。
【００４１】
図９は、本発明の実施例３における画像形成装置の機能ブロック図である。図10は、画像形成装置の動作フローチャートである。実施例３における画像形成装置の基本的な構成は、実施例２と同じである。実施例３における画像形成装置が実施例２と異なるところは、２次電池を主電源から充電できるようにした点である。
【００４２】
上記のように構成された本発明の実施例３における画像形成装置の動作を説明する。最初に、図９を参照しながら、画像形成装置の機能を説明する。熱電変換素子３と２次電池14の間に、スイッチSW-Aを設け、２次電池14とAC/DCコンバータ12からのDC電源との間に、スイッチSW-Bを設ける。２次電池14の出力電力を、電圧監視部10で監視し、出力電圧が低下したら、２次電池14をAC/DCコンバータ12からのDC電源で充電する。
【００４３】
次に、図10のフローチャートを参照しながら動作手順を説明する。制御部８は、２次電池14の出力電圧を監視する。出力電圧が負荷11で必要な電圧よりも高ければ、熱電変換素子３からの電力供給は十分であると判断でき、そのまま監視を継続する。出力電圧が負荷11に必要な電圧よりも低い場合は、熱電変換素子３からの電力供給が減少したためと判断できる。このとき、制御部８は、スイッチSW-AをOFFにし、スイッチSW-BをONにする。こうすることにより、２次電池14への電力供給元は、熱電変換素子３から、AC/DCコンバータ12に切り替えられる。このため、２次電池14には十分充電することができ、負荷11を安定に動作させることができる。この場合、熱電変換素子３の出力電圧を直接監視していないので、熱電変換素子３の出力電圧が復帰したことは知りえない。熱電変換素子３の出力電圧を直接監視して、熱電変換素子３の出力電圧が復帰したことを検知して、再び熱電変換素子３で２次電池14を充電するように構成してもよい。
【００４４】
上記のように、本発明の実施例３では、画像形成装置を、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して２次電池に蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から２次電池に電力を供給する構成としたので、２次電池の出力が不足した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができる。
【実施例４】
【００４５】
本発明の実施例４は、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して２次電池に蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から２次電池と負荷に電力を供給する画像形成装置である。
【００４６】
図11は、本発明の実施例４における画像形成装置の機能ブロック図である。図12は、画像形成装置の動作フローチャートである。実施例４における画像形成装置の基本的な構成は、実施例３と同じである。実施例４における画像形成装置が実施例３と異なるところは、主電源から負荷に電力を供給できるようにした点である。
【００４７】
上記のように構成された本発明の実施例４における画像形成装置の動作を説明する。最初に、図11を参照しながら、画像形成装置の機能を説明する。２次電池14の前段に、スイッチSW-AとスイッチSW-Bを設け、後段にスイッチSW-CとスイッチSW-Dを設ける。２次電池14の出力電力を、電圧監視部10で監視し、出力電圧が低下したら、２次電池14をAC/DCコンバータ12からのDC電源で充電するとともに、AC/DCコンバータ12からのDC電源を負荷11に供給する。
【００４８】
次に、図12のフローチャートを参照しながら、画像形成装置の動作手順を説明する。制御部８は、電圧監視部10を介して、２次電池14の出力電圧を監視する。出力電圧が、負荷11で必要な電圧よりも高ければ、そのまま監視を続ける。必要電圧よりも低ければ、スイッチSW-AをOFFにし、スイッチSW-BをONにし、スイッチSW-CをOFFにし、スイッチSW-DをONにする。こうすることにより、負荷11へは、AC/DCコンバータ12から電力が供給される。２次電池14へも、AC/DCコンバータ12から電力が供給され、素早く充電を行うことができる。すなわち、負荷11を安定に動作させながら、２次電池14への充電電力も安定に供給することができるようになる。
【００４９】
２次電池14への電力供給元を、AC/DCコンバータ12にする理由は、次の通りである。２次電池14の出力電圧が低下したことから、熱電変換素子３の電力供給能力が低下したためと考えられる。２次電池14の負荷が無いとはいえ、この状態での熱電変換素子３からの充電には時間を要してしまう。２次電池14の出力電圧が回復したら、２次電池14から負荷11に電力を供給する。このため、２次電池14には十分充電することができ、負荷11を安定に動作させることができる。この場合、熱電変換素子３の出力電圧を直接監視していないので、熱電変換素子３の出力電圧が復帰したことは知りえない。熱電変換素子３の出力電圧を直接監視して、熱電変換素子３の出力電圧が復帰したことを検知して、再び熱電変換素子３で２次電池14を充電するように構成してもよい。
【００５０】
上記のように、本発明の実施例４では、画像形成装置を、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して２次電池に蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から２次電池と負荷に電力を供給する構成としたので、２次電池の出力が不足した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができる。
【実施例５】
【００５１】
本発明の実施例５は、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して電気２重層コンデンサに蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から電気２重層コンデンサに電力を供給する画像形成装置である。
【００５２】
図13は、本発明の実施例５における画像形成装置の機能ブロック図である。図14は、画像形成装置の制御フローチャートである。実施例５における画像形成装置の基本的な構成は、実施例３と同じである。実施例５における画像形成装置が実施例３と異なるところは、２次電池として、電気２重層コンデンサを使用する点である。
【００５３】
上記のように構成された本発明の実施例５における画像形成装置の動作を説明する。最初に、図13を参照しながら、画像形成装置の機能を説明する。２次電池として、電気２重層コンデンサ15を使用する。電気２重層コンデンサ15には、急速充電が可能という優れた特徴がある。機械動作中に２次電池の出力電圧低下が発生した場合は、DC電源からの電力供給に切り替えるが、再充電を行う場合は、その充電時間は速ければ速いほど、熱エネルギーを使用した省エネシステムを有効に活用できることになる。したがって、電気２重層コンデンサの特長を生かし、２次電池に用いることにより、そのシステムを、最大限活用することが可能となる。図13に示す例では、図９に示した２次電池を電気２重層コンデンサとしたが、他の実施例の２次電池を電気２重層コンデンサとする構成としてもよい。
【００５４】
次に、図14の制御フローチャートを参照しながら、画像形成装置の動作手順を説明する。制御部８は、電圧監視部10を介して、電気２重層コンデンサ15の出力電圧を監視する。この出力電圧が、負荷11の必要電圧よりも高ければ、そのまま監視を続ける。負荷11の必要電圧よりも低ければ、スイッチSW-AとスイッチSW-Bを操作し、電気２重層コンデンサ15への電力供給元を、熱電変換素子３から、AC/DCコンバータ12のDC電源に切り替える。すなわち、負荷11へは、AC/DCコンバータ12から電気２重層コンデンサ15を経由して電力が供給される。制御部８は更に監視を続ける。このため、電気２重層コンデンサ15には十分急速に充電することができ、負荷11を安定に動作させることができる。この場合、熱電変換素子３の出力電圧を直接監視していないので、熱電変換素子３の出力電圧が復帰したことは知りえない。熱電変換素子３の出力電圧を直接監視して、熱電変換素子３の出力電圧が復帰したことを検知して、再び熱電変換素子３で電気２重層コンデンサ15を充電するように構成してもよい。
【００５５】
次に、図７に示した２次電池14を電気２重層コンデンサとした場合の動作を説明する。制御部８は、電気２重層コンデンサの出力電圧を監視し、出力電圧が十分高い場合は、熱電変換素子３から負荷11へ電気２重層コンデンサ経由で電力を供給し、引き続き、電圧監視を続ける。出力電圧が必要電圧よりも低い場合は、スイッチSW-AをOFFにし、かつ、スイッチSW-BをONにして、AC/DCコンバータ12から負荷11へ電力を供給する。この間に、熱電変換素子３から電気２重層コンデンサへ充電する。充電された電気２重層コンデンサの出力電圧は次第に上昇する。電気２重層コンデンサの出力電圧が十分高くなったら、スイッチSW-AをONにし、かつ、スイッチSW-BをOFFにして、負荷11へ熱電変換素子３から電気２重層コンデンサ経由で電力を供給する。この動作を繰り返すことにより、熱電変換素子と電気２重層コンデンサを用いた省エネルギーシステムを、より効率的に機能させることができる。
【００５６】
上記のように、本発明の実施例５では、画像形成装置を、ゼーベック素子で排熱を電力に変換して電気２重層コンデンサに蓄積し、変換電力が不足する場合は、DC電源から電気２重層コンデンサに電力を供給する構成としたので、熱電変換素子や電気２重層コンデンサの出力が不足した場合でも、負荷側に影響を及ぼすことなく安定した動作を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の画像形成装置の排熱利用方法は、プリンタやFAXやそれらの複合機などの画像形成装置で、発熱部材の排熱エネルギーを有効利用して省エネ化する場合に安定動作させる方法として最適である。その他の発熱部材のある装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の各実施例における画像形成装置で用いるゼーベック効果を利用したデバイスの概念図である。
【図２】本発明の各実施例におけるゼーベック素子を利用した画像形成装置の概念図である。
【図３】本発明の各実施例における画像形成装置の定着器の構成図である。
【図４】本発明の実施例１における熱電変換素子の起電力Ｖの電圧を監視する画像形成装置の概念図である。
【図５】本発明の実施例１における画像形成装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の実施例１における画像形成装置の制御フローチャートである。
【図７】本発明の実施例２における画像形成装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図８】本発明の実施例２における画像形成装置の動作フローチャートである。
【図９】本発明の実施例３における画像形成装置の機能ブロック図である。
【図１０】本発明の実施例３における画像形成装置の動作フローチャートである。
【図１１】本発明の実施例４における画像形成装置の機能ブロック図である。
【図１２】本発明の実施例４における画像形成装置の動作フローチャートである。
【図１３】本発明の実施例５における画像形成装置の機能ブロック図である。
【図１４】本発明の実施例５における画像形成装置の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・画像形成装置、２・・・定着器、３・・・ゼーベック素子（熱電変換子）、４・・・制御部、５・・・作像部、６・・・読み取り部、７・・・画像処理部、８・・・制御部、９・・・画像形成部、10・・・電圧監視部、11・・・負荷、12・・・AC/DCコンバータ、13・・・ホストコンピュータ、14・・・２次電池、15・・・電気２重層コンデンサ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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