JP2006171481A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 画像形成装置の定着器からの余熱を熱電変換手段で電力に変換し、負荷の駆動に利用する場合、電源オフ後さらに熱電変換手段の出力が停止しても、負荷への電力供給を可能にして、省エネ動作下で障害や不具合の発生を確実に防ぐこと。
【解決手段】 定着器135で生じた熱を受ける熱電変換素子160は熱電変換し、出力端に起電力を生じる。熱電変換素子160の出力端は、2次電池としての電気2重層コンデンサ165cに接続されているので、発生した電気エネルギーは電気2重層コンデンサ165cに充電される。また、電力の供給を受ける負荷(排熱FAN190)は、電気2重層コンデンサの後段に接続され、熱電変換素子の出力が停止しても、負荷へ安定した電力供給が可能となる。電気2重層コンデンサは、急速な充電が可能であり、放電する場合も、大電流を負荷に対して供給を可能にし、様々な負荷への対応を可能とする。
【選択図】 図11

Description

本発明は、発熱源を持つ処理手段(ヒータを持つ定着器)を通して記録媒体へ画像データに基づく画像を形成する画像形成装置(例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、コピー・ファクシミリ・プリンタ等の多機能を複合させた複合機等)に関し、より特定すると、不要な熱を熱電変換手段により電気エネルギーに変換し、再利用を可能にする画像形成装置に関する。
従来から、プリンタ、複写機等の画像形成装置においては、装置内の閉じた空間に発熱源を持つ処理手段が組み込まれ、これらの処理手段を通して画像の形成処理が行われる。特に、電子写真技術による画像形成方法を用いる当該装置では、記録媒体(用紙)に転写されたトナー像を定着させる定着器は、熱圧着を行うためにヒータにより高温に加熱される。定着器で発生する熱は、定着のために使用された後、不要な熱として装置内にこもり、装置内の温度を上昇させ、様々な障害を及ぼしてしまう。そこで、多くはその不要な熱を冷却用ファンによって強制的に装置外に排出している。
ただ、定着器で発生した熱の利用に関しては、熱電変換素子で電気エネルギーに変換し、表示器を駆動する、という提案を行った下記特許文献1を従来例として挙げることができる。
特許文献1に記載された画像形成装置は、内部に加熱源を持つ加熱ローラよりなる定着装置と、定着装置が注意を要する高温状態にあることを検知・表示するための手段を備える。この検知・表示手段は、定着装置で発生する熱を電気エネルギーに変換するペルチェ効果による熱電素子と、変換された電気エネルギーにより駆動されるLED(発光ダイオード)を備え、LEDの点灯により高温状態を表示し、作業者に注意を喚起するものである。
また、定着後の余分な熱を熱電変換素子によって電気エネルギーに変換し、画像形成装置内のデバイスを駆動するエネルギーとして再利用し、省エネルギー化を図る、という課題へのアプローチも行われており、例えば、次の先行技術を示すことができる。
この先行技術では、熱電変換素子の起電力が、待機モード、即ち、画像形成装置が使用されない間に省エネルギー状態で待機するモード時に、動作が必要なデバイスの電力供給に用いられる(なお、此の種の画像形成装置は、一般的に消費電力が大きいため省エネルギー化が求められ、特に、消費電力が大きい定着器における消費電力を待機時に低減させることが望まれている)。具体的には、熱電変換素子の起電力を定着器で発生する熱の排出ファンを駆動するために用いるものである。このような動作が求められる背景は、待機モードに入って排熱ファンも停止させてしまうと、定着器で発生した熱は急に排出できないために、場所によってはさらに温度が上昇する場合もあって、排熱ファンの駆動を続ける必要があるからで、このための電力供給は、省エネ効果を損なう結果となる。そこで、排熱ファンの駆動を熱電変換素子の起電力を用いて省エネルギー化することにより、この解決を図るようにするものである。
特開2000−214721号公報
しかしながら、熱電変換素子の起電力を排熱ファンの駆動に用いて省エネルギー化を図る場合、画像形成装置内の熱が外部に排出されるほど、熱源のエネルギーは少なくなり、熱電変換素子により変換される電気エネルギーも徐々に少なくなる。これは、画像形成装置において、画像形成時と待機モード時とで、定着器への電源供給をオン/オフして切り替えを行っており(図12、参照)、オフ時から徐々に熱源のエネルギーが減少していくためである(図13、参照)。この結果として、排熱ファンの駆動が困難になり、待機モード時の画像形成装置内の温度上昇を抑えきれない、という問題が生じる。
ところで、画像形成装置においては、待機モードの電源オフ時における排熱ファンに求められる動作と同様に、電源オフと同時に動作が中断されてしまうと、不具合や障害の起きることが懸念されるデバイスが存在する。例えば、画像形成装置が有するHDD、或いは不揮発性記憶部が、このようなデバイスに当たるもので、これらのデバイスへのアクセス中に、電源オフが起きると、データの消失、不完全書込、ディスク損傷等の不具合や障害が生じる。こうした点についても、従来から、有効な対応策を講じてこなかったために、不具合や障害を防ぐことができない、という問題が生じている。
本発明は、装置の電源がオフされると、障害や不具合が発生する可能性のある、接続された負荷(デバイス)に対し、発熱源を持つ処理手段(定着器)で発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換手段から供給される電力により駆動することを可能にした上述の先行技術の問題に鑑み、これを解決するためになされたもので、電源オフ後でさらに熱電変換手段の出力が停止しても、デバイスへの電力供給を可能にして、省エネルギー動作下における障害や不具合の発生を確実に防ぐことができるようにすることを解決すべき課題とする。
請求項1の発明は、発熱源を持つ処理手段を通して記録媒体へ画像データに基づく画像を形成する画像形成処理手段と、前記発熱源からの熱を排出させる排熱手段を有する画像形成装置であり、前記排熱手段よりも発熱源側に設け、発熱源で発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換手段と、前記熱電変換手段により変換された電気エネルギーを充電する2次電池を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
請求項2の発明は、請求項1に記載された画像形成装置において、前記排熱手段は、排熱ファンと、該排熱ファンを前記2次電池の電力を用いて駆動することが可能な駆動手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項3の発明は、HDDを有する請求項1又は2に記載された画像形成装置において、前記HDDの駆動手段は、前記2次電池の電力を用いた駆動が可能な手段であることを特徴とするものである。
請求項4の発明は、不揮発性記憶部を有する請求項1乃至3のいずれかに記載された画像形成装置において、前記不揮発性記憶部に対する電力供給手段は、前記2次電池の電力の供給が可能な手段であることを特徴とするものである。
請求項5の発明は、前記発熱源を持つ処理手段として定着器を有する請求項1乃至4のいずれかに記載された画像形成装置において、前記定着器は、加熱用サブヒータと、該加熱用サブヒータを前記2次電池の電力を用いて駆動することが可能な駆動手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項6の発明は、前記定着器をローラ構成とした請求項5に記載された画像形成装置において、前記加熱用サブヒータを前記定着器のローラ内に配置したことを特徴とするものである。
請求項7の発明は、請求項5又は6に記載された画像形成装置において、前記加熱用サブヒータは、セラミックヒータであることを特徴とするものである。
請求項8の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載された画像形成装置において、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ことを特徴とするものである。
本発明によると、機内の熱を機外に排出する前に熱電変換素子によって電気エネルギーに変換し、2次電池に充電するようにしたことによって、装置の電源がオフされると、障害や不具合が発生する可能性のある、装置に接続された各種の負荷に対して、電源オフ後で、さらに熱電変換素子の出力が停止しても、2次電池から電力を供給し続けることができ、省エネルギー動作下における障害や不具合の発生を確実に防ぐことが可能になる。
以下に、本発明の画像形成装置に係わる実施形態を説明する。
本発明は、ヒータを持つ定着器のような発熱源を持つ処理手段を通して記録媒体へ画像データに基づく画像を形成する画像形成装置であり、発熱源で発生し、本来の目的で使用された後の余分な熱エネルギーを熱電変換手段で電気エネルギーに変換し、再利用ことが可能な装置に係わる。
本発明の解決課題は、上記画像形成装置において、熱電変換手段で変換した電気エネルギーを利用する場合に、熱電変換手段の出力が停止しても、安定した電力供給を続けることを可能にして、電力の供給を受けるデバイスにおける障害や不具合の発生を確実に防ぐことができるようにすることにある。
以下に示す実施形態は、上記解決課題を解決するために、発熱源で発生し、本来の目的で使用された後の不要な熱を装置外に排出する前に、熱電変換素子によって電気エネルギーに変換し、2次電池に充電する手段を備えることを特徴とする。このような本発明を特徴付ける手段以外の画像形成装置の構成要素である、画像データに基づいて画像を形成するための直接の処理手段については、既存の画像形成装置が備える手段を適用することにより実施が可能である。従って、以下の実施形態においては、既存の装置が備える、画像形成に直接係わる手段については概略的に示し、詳細な説明は省略する。なお、適用の対象となる既存の画像形成装置には、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、複合機等が含まれる。
図1は、本発明の実施形態に係わる画像形成装置の概略構成を示す。
図1に示す実施形態の画像形成装置は、電子写真技術による画像形成方式の装置を構成するもので、画像データに基づき像担持体上に画像を形成する作像部130、作像部130で形成された像担持体上の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135、画像形成装置の各部を統合制御する制御部110、定着器135で発生し定着に利用された後の余分な熱を含め装置内で発生した熱を機外に排出するための排熱口180、定着器135等で発生した熱を排熱口180へ導く排気経路170及び排気経路170に導かれた排熱を強制的に排気するための排熱FAN190を有する。
ここで、定着器135のヒータ等で発生した熱を強制的に排気する理由は、排熱をしないと機内の温度を上昇させ、熱に弱いトナー等に悪影響を及ぼしてしまうためである。
また、熱電変換素子160は、定着器135からの排熱を電気エネルギーに変換するために設けられている。
ここで、本実施形態に適用し得る熱電変換素子160について、図2の熱電変換素子の変換原理を示す概念図を参照して、説明する。
図2に示す熱電変換素子は、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子であり、異なった2種類の金属(又はP・N型半導体)の一端を接続部161で接続させ、他端をそれぞれ正・負の電極163p,163nとする。接続部161を高温側に、又電極163p,163nを低温側として、両端に温度差を与えると、ゼーベック効果により、図2に示すように、P・N型半導体内で電荷の移動が生じて、正・負の電極163p,163n間に接続した負荷抵抗107の両端に起電力Vが発生し、同図の矢印の方向に電流が流れる。即ち、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能となる。
なお、上記した熱電変換素子160を構成する2種類の異なった金属(又はP・N型半導体)の材料としては、現在、多種多様な組み合わせが提案されており、本実施形態に適用可能なものは、熱電変換の効果が得られるものであれば、特に材料は限定されない。
また、此の種の熱電変換装置として、上記のような構成を持つ素子が1個だけでは起電力が小さいため、複数個の素子を組み合わせて使用することも提案されており、本実施形態への適用は、熱電変換の効果が得られるものであればよいので、熱電変換装置としての構成は特に限定されない。
熱電変換素子160は、定着器135からの排熱を熱電変換素子の高温側の接続部161で効率良く受け、受熱する接続部161の表面温度が上がるような状態で熱電変換素子160を設け(図2では、低温側が定着器135の反対側になるような状態で設けることを簡略的に表している)、定着部135から発生する熱を利用する。
定着部135から発生する熱は、100℃を越えることもあるため、ゼーベック素子の低温側を外気に近い所に設ければ、その差は大きくなり、この温度差に応じた起電力を発生させる。
また、上記のようにして熱電変換素子160に作用した後の不要熱は、通常画像形成装置で行われているように、排熱FAN190によって機外に排出される。
定着器135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、その熱を熱電変換素子160で電気エネルギーに変換し、再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提供することが可能となる。
熱電変換素子160で変換され、再利用できる電気エネルギーは、画像形成装置が動作している、即ち定着器135から熱が発生している間には、通常使用されるAC電源と並行して供給され、省エネルギー化に寄与する。また熱電変換素子160の性質上、通常使用されるAC電源がオフ(以下、単に「電源オフ」という場合、このAC電源のオフを指す)した後でも、熱電変換素子160の動作に必要な熱がある限り、起電力が得られ、電力が供給可能である。この性質を利用して、電源オフ後にも電力の供給が必要な負荷(デバイス)を駆動するために、利用される。
ただ、熱電変換素子160で変換した電気エネルギーを利用する場合に、熱電変換素子160の出力の停止と同時に、電力の供給が停止してしまうと、電力の供給を受けるデバイスにおける障害や不具合が起きる場合がある(上記[発明が解決しようとする課題]の項、参照)。そこで、電源オフ後でさらに熱電変換素子160の出力が停止しても、デバイスへの電力供給を可能にして、省エネルギー動作下で、障害や不具合の発生を確実に防ぐことができるようにする。
このために、熱電変換素子160により変換された電気エネルギーを充電する2次電池を設ける。
図3は、画像形成装置の負荷に電力を供給する本実施形態に係わる電力給電部の構成を示す。
図3に示すように、定着器135で生じた熱エネルギーを受ける熱電変換素子160は、熱から電気へのエネルギーの変換を行い、起電力Vを発生する(図1参照)。
熱電変換素子160の出力端は、2次電池165に接続されているので、熱電変換素子160により変換され、得られた電気エネルギーは、2次電池165に充電される。また、電力の供給を受ける各種の負荷107は、2次電池165の後段に接続される。
このような構成により、2次電池165を介して給電される各種の負荷107への電力が安定し、熱電変換素子160の出力が停止しても、負荷107への電力供給が可能となる。
次に示す実施形態は、上記実施形態(図3参照)の2次電池165によって電力が供給される負荷が排熱FANであることを特徴とするものである。
図4は、画像形成装置の排熱FANに電力を供給する本実施形態に係わる電力給電部の構成を示す。図4に示す構成は、図3に示した構成における負荷107を排熱FAN190とした点で相違するが、それ以外は変わりがないので、構成の説明は、図3についての説明を参照することとし、省略する。
図4に示す構成によると、熱電変換素子160で変換された電気エネルギーは、2次電池165に蓄積され、2次電池165を介して、排熱FAN190への電力として供給される。この様な構成にすることにより、不要な熱を利用でき、省エネルギーに寄与することが可能となる。
しかも、次に示す、従来技術及び先行技術で起きる排熱FANの動作上の問題点も解消することが可能になる。
即ち、従来の画像形成装置は、一般的にAC電源が供給されるので、AC/DCコンバータを持ち、コンバータによる変換後のDC電源で機内の負荷を駆動している。このAC/DCコンバータへの入力AC電力は、電源SWを介しており、電源SWをオフすると、当然AC/DCコンバータも停止し、DC出力は停止する。
機内を冷却するための排熱FANも、このDC電源で駆動されているため、電源SWをオフすると、従来の構成では、排熱FANも停止してしまう。
従来のこうした動作により生じる問題点として、排熱用FANが停止すると、機内の温度が上昇し、例えばトナーなどの熱に対し弱い部分に悪影響を及ぼしてしまう危険性があった。
そこで、熱電変換素子を用いて電力の供給を可能とする方法(以下、「先行技術」と記す)が検討された。この先行技術によると、電源オフをしても、すぐには定着器の温度が下がることはないので、定着器の温度が下がるまでは熱起電力を発生させ、電源オフ後も電力供給が可能であるため、排熱FANの駆動が継続できて、上記のような不具合の発生を抑えることが可能になった。
しかしながら、この先行技術の動作は、定着器が電源オフ時には高温になっていることが前提であるが、実際は必ずしもそうとは限らず、仮に、定着器の温度がある程度下がった状態である場合には、熱電変換素子は起電力を発生できなくなり、排熱用FANへの電力の供給も困難になってしまう。
本実施形態のように、排熱FAN190へ2次電池165を介して電力供給を行うと、定着器135の温度がある程度下がった状態で電源オフになり、熱電変換素子160が起電力を発生することが出来なくても、これまでに発生された起電力を2次電池165に充電し、2次電池165に蓄えた電力によって排熱FAN190の駆動を継続できるため、このような状態において先行技術で起きた機内の温度上昇を防ぐことができ、更に、電源オン時には、排熱ファンへの電源供給を不要とし、省エネルギー化に寄与することが可能になる。
次の実施形態は、HDD(ハード ディスク ドライブ)を有する画像形成装置への適用形態を示すもので、熱電変換素子で発生された起電力を2次電池に充電し、2次電池に蓄えた電力によって負荷としてのHDDを駆動することを可能とするものである。
例えば、コピー機能を備えた画像形成装置やコピー・プリンタ等の多機能を複合させた画像形成装置では、処理の対象となる画像の蓄積手段としてHDDが装備され、HDDの利用により、機能の拡張が図られている。本実施形態は、こうした画像形成装置への適用を意図したものである。
図5は、本実施形態に係わる画像形成装置の概略構成を示す。
図5に示す実施形態の画像形成装置は、原稿の情報を読み取る読み取り部111、原稿読取画像及びホストコンピュータ200からの印刷要求に応じたプリント出力用画像を処理する画像処理制御部113、画像処理制御部113の制御下で画像処理用データ等を必要に応じて一時的に退避させたり、記憶保持・蓄積するHDD127を有する。また、電子写真技術による画像形成方式の画像形成を行うための要素部として、画像処理制御部113からの画像データに基づき像担持体上に画像を形成するための画像形成部133と、画像形成部133を制御する画像形成制御部131を有する。画像形成部133には、像担持体上に生成されたトナー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135を備える。
定着器135は、トナーを溶着させる熱を発生するために、内部にハロゲンヒータを持つ。ハロゲンヒータの駆動エネルギーは、通常、商用電源からのAC電力を直接供給し、このヒータをオン/オフさせる制御部は、機内に有するAC/DCコンバータ101によって商用電源であるAC電力から生成されたDC電源を用いている。
定着器135からの不要な熱を再利用できる電気エネルギーに変換する熱電変換素子160は、定着器135近傍に配し、定着器135からの熱エネルギーを受け取り、熱起電力を発生する構成となっている。なお、不要な熱は、最終的に上記実施形態(図1参照)と同様に、機外に排出し得るようにされる。
本実施形態においては、上記のようにして、熱電変換素子160で発生した電力が、一度、2次電池165に充電され、2次電池165からHDD127へ供給される。
従来では、この種の画像形成装置(HDD127への電力が熱電変換素子160から供給される以外は、図5と同様の構成を有する)に備わっているHDDへの電力の供給は、AC/DCコンバータからのDC電力であり、このAC/DCコンバータは、その構成上、AC入力電源をオン/オフさせる電源SW(図5の電源SW103に相当)をオフすると、当然、DC電源もオフすることになる。従って、このような従来装置における問題点として、制御部(図5の画像処理制御部113に相当)が、HDDにアクセス中に、電源SWをオフしてしまうと、HDDモータへの電源がオフされてしまうので、モータが停止してしまい、ディスクの破損や、データの損失等が発生してしまう危険性があった。
そこで、熱電変換素子を用いて電力の供給を可能とする方法(以下、「先行技術」と記す)が検討された。この先行技術によると、電源オフをしても、すぐには定着器の温度が下がることはないので、定着器の温度が下がるまでは熱起電力を発生させ、電源オフ後も電力供給が可能であるため、HDDの駆動が継続できて、上記のような不具合の発生を抑えることが可能になった。
しかしながら、この先行技術の動作は、定着器が電源オフ時には高温になっていることが前提であるが、実際は必ずしもそうとは限らず、仮に、定着器の温度がある程度下がった状態である場合には、熱電変換素子は起電力を発生できなくなり、HDDへの電力の供給は途絶えてしまう。
本実施形態のように、HDD127へ2次電池165を介して電力供給を行うと、定着器135の温度がある程度下がった状態で電源オフになり、熱電変換素子160が起電力を発生することが出来なくても、これまでに発生された起電力を2次電池165に充電し、2次電池165に蓄えた電力によってHDD127の駆動を継続できるため、このような状態において先行技術で起きたHDDのモータの急激な停止を防ぎ、データの消失、不完全書込、ディスク損傷を防ぐことができ、更に、電源オン時には、HDDへの電源供給を不要とし、省エネルギー化に寄与することが可能になる。
次の実施形態は、不揮発性記憶部を有する画像形成装置への適用形態を示すもので、熱電変換素子で発生された起電力を2次電池に充電し、2次電池に蓄えた電力を負荷としての不揮発性記憶部へ供給することを可能とするものである。
例えば、コピー機能を備えた画像形成装置やコピー・プリンタ等の多機能を複合させた画像形成装置では、対象となる画像の処理に付随する各種の情報を保存しておく必要があり(例えば、発生したジャム情報や、ユーザ固有の設定値等を保存しておき、次回、電源オン時にその情報が利用される)、こうした情報は、電源オフ後にも情報が消失しないように、不揮発性記憶部に記憶・保存される。本実施形態は、こうした不揮発性記憶部を有した画像形成装置への適用を意図したものである。
図6は、本実施形態に係わる画像形成装置の概略構成を示す。
図6に示す実施形態の画像形成装置は、原稿の情報を読み取る読み取り部111、原稿読取画像及びホストコンピュータ200からの印刷要求に応じたプリント出力用画像を処理し、画像形成部133を制御する画像形成/画像処理制御部121、画像形成/画像処理制御部121の制御に従い電子写真技術による画像形成方式で像担持体上に画像を形成するための画像形成部133を有する。また、画像形成/画像処理制御部121は、処理・制御に付随する各種の情報を保存する不揮発性記憶部124及びその記憶部制御部123を持つ。画像形成部133には、像担持体上に生成されたトナー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135を備える。
定着器135は、トナーを溶着させる熱を発生するために、内部にハロゲンヒータを持つ。ハロゲンヒータの駆動エネルギーは、通常、商用電源からのAC電力を直接供給し、このヒータをオン/オフさせる制御部は、機内に有するAC/DCコンバータ101によって商用電源であるAC電力から生成されたDC電源を用いている。
定着器135からの不要な熱を再利用できる電気エネルギーに変換する熱電変換素子160は、定着器135近傍に配し、定着器135からの熱エネルギーを受け取り、熱起電力を発生する構成となっている。なお、不要な熱は、最終的に上記実施形態(図1参照)と同様に、機外に排出し得るようにされる。
本実施形態においては、上記のようにして、熱電変換素子160で発生した電力が、一度、2次電池165に充電され、2次電池165から不揮発性記憶部124及び記憶部制御部123へ供給される。
従来では、この種の画像形成装置(不揮発性記憶部124及び記憶部制御部123への電力が熱電変換素子160から供給される以外は、図6と同様の構成を有する)に備わっている不揮発性記憶部及びその制御部への電力の供給は、AC/DCコンバータからのDC電力であり、このAC/DCコンバータは、その構成上、AC入力電源をオン/オフさせる電源SW(図5の電源SW103に相当)をオフすると、当然、DC電源もオフすることになる。従って、このような従来装置における問題点として、制御部(図6の画像形成/画像処理制御部121に相当)が、不揮発性記憶部にアクセス中に、電源SWをオフしてしまうと、データの書きこみ失敗、データ消失等の不具合が発生してしまう危険性があった。
そこで、熱電変換素子を用いて電力の供給を可能とする方法(以下、「先行技術」と記す)が検討された。この先行技術によると、電源オフをしても、すぐには定着器の温度が下がることはないので、定着器の温度が下がるまでは熱起電力を発生させ、電源オフ後も電力供給が可能であるため、不揮発性記憶部及びその制御部への電力の供給を継続し、正常に書き込みを終了することができて、上記のような不具合の発生を抑えることが可能になった。
しかしながら、この先行技術の動作は、定着器が電源オフ時には高温になっていることが前提であるが、実際は必ずしもそうとは限らず、仮に、定着器の温度がある程度下がった状態である場合には、熱起電力を十分得ることが出来ずに、不揮発性記憶部への電源供給も不安定になってしまう。
本実施形態のように、不揮発性記憶部124及び記憶部制御部123へ2次電池165を介して電力供給を行うと、定着器135の温度がある程度下がった状態で電源オフになり、熱電変換素子160が起電力を発生することが出来なくても、これまでに発生された起電力を2次電池165に充電し、2次電池165に蓄えた電力によって不揮発性記憶部124及び記憶部制御部123への供給を継続できるため、安定した電力供給を行うことができ、このような状態において先行技術で起きた記憶部等への電源ダウンを防ぎ、データの消失、不完全書込を防ぐことができ、更に、電源オン時には、記憶部等への電源供給を不要とし、省エネルギー化に寄与することが可能になる。
次の実施形態は、サブヒータを持つ定着器を有する画像形成装置への適用形態を示すもので、熱電変換素子で発生された起電力を2次電池に充電し、2次電池に蓄えた電力を負荷としてのサブヒータへ供給することを可能とするものである。
図7は、本実施形態におけるサブヒータを持つ定着器の概略構成を示す。
図7に示すように、定着器135は、各々の内部にハロゲンヒータ138を配した、定着ローラ136と加圧ローラ137を備え、ハロゲンヒータ138で高温に加熱された定着ローラ136と加圧ローラ137間で通過する転写紙を熱圧着することにより、未定着状態にある転写紙上のトナーの定着処理を行う。また、定着器135の上部に熱電変換素子160を設け、定着器内にサブヒータ139を配置する。なお、熱電変換素子160の位置は、図7に示す配置に限定するものではなく、定着器135からの熱エネルギーを受けることが可能な位置ならば何処でも良く、又、サブヒータ139も、定着部の温度を上昇、又は維持させることが可能な位置であれば何処でも良い。
また、本実施形態の画像形成装置は、図7に示すサブヒータ139を持つ定着器135を上述した図1の実施形態における画像形成装置における定着器135として用いることにより実施例装置とするものである。
従来装置の定着部では、トナー定着に用いた後の余分な熱は機外に排出されていたが、省エネルギーの観点から、この不要な熱を熱電変換素子により電力に変換し、発生させた電力を用いてサブヒータを駆動する方法(以下、「先行技術」と記す)が検討された。
しかしながら、この先行技術によると、定着器の温度が低い場合は、熱起電力を十分得ることが出来ずに、安定した電力供給を行うことができなくなってしまうという問題が生じた。
そこで、本実施形態の画像形成装置は、熱電変換素子160によって得られた電力を一度、2次電池に充電させ、2次電池からの電力をサブヒータ139に供給する構成とする。
図8は、画像形成装置のサブヒータ139に電力を供給する本実施形態に係わる電力給電部の構成を示す。
図8に示すように、定着器135で生じた熱エネルギーを受ける熱電変換素子160は、熱から電気へのエネルギーの変換を行い、起電力Vを発生する。
熱電変換素子160の出力端は、2次電池165に接続されているので、熱電変換素子160により変換され、得られた電気エネルギーは、2次電池165に充電される。また、電力の供給を受けるサブヒータ139は、2次電池165の後段に接続される。
このような構成により、定着器135の温度が低く、熱起電力の発生が停止した状態でも、2次電池165に蓄えた電力によって給電されるので、サブヒータ139への電力を安定させることが可能となる。
熱電変換素子160で発生するエネルギーは、そもそも不要熱として排出する熱から得られたエネルギーであり、全て省エネルギーに寄与させることが出来、特に、本実施形態では、このエネルギーを定着器135のサブヒータ139へ供給し、ローラを加熱するための電力を減少させることが出来るため、さらに、省エネルギーに寄与することが可能となる。
次の実施形態は、サブヒータを持つ定着器を有する画像形成装置への適用形態を示すもので、上記実施形態(図7)におけるサブヒータに係わる他のバリエーションを示すものである。
図9は、本実施形態におけるサブヒータを持つ定着器の概略構成を示す。
図9に示すように、サブヒータ139が定着ローラ136内に設けられている点が、この実施形態において変更された構成部分であり、その他の構成については、図7と相違しない。
サブヒータ139を定着ローラ136内に設けたことにより、多くの熱を直接、定着ローラ136に伝えることができるので、上記実施形態(図7)よりも更に熱効率を向上させることが可能となり、省エネルギーに寄与することが可能となる。
なお、図9に示す形態では、サブヒータ139を定着ローラ136内の中空部に配置しているが、定着ローラ136の内壁に接するように配置することも可能である。
次の実施形態は、サブヒータを持つ定着器を有する画像形成装置への適用形態を示すもので、熱電変換素子160によって得られた電力をサブヒータ139へ2次電池を介して供給する上記各実施形態(図7〜図9)におけるサブヒータを特定するものである。
図10は、本実施形態におけるサブヒータを持つ定着器の概略構成を示す。
図10に示すように、定着ローラ136内に設けられているサブヒータを、セラミックヒータ139cとした点が本実施形態の特徴であり、これ以外の構成については、図9と相違しない。なお、ここでは、定着ローラ136内に設けられているサブヒータを例としたが、サブヒータは、別の配置に設けられていても良い。
従来、定着器のサブヒータにセラミックヒータを用いるという発想はなかったが、セラミックヒータは、DC電源を用いて、使用可能であり、しかも、短時間で発熱することが可能であるという、優れた特性を持ちながら、比較的安価であり、その駆動にも、特別な回路が不要である。
従って、セラミックヒータ139cを上記のように定着ローラ136のサブヒータとして用いることによって、熱電変換素子160で得られた電力をサブヒータへ2次電池を介して、効率よく、安定的に供給し、省エネルギー化を図る、という所期の効果を最大限に引き出すことが可能になる。
次の実施形態は、熱電変換素子によって得られた電力を画像形成装置内の各種の負荷へ2次電池を介して供給する電力給電部における2次電池を特定するもので、電気2重層コンデンサ165cを2次電池として採用するものである。
図11は、画像形成装置の負荷に電力を供給する本実施形態に係わる電力給電部の構成を示す。
図11に示すように、定着器135で生じた熱エネルギーを受ける熱電変換素子160は、熱から電気へのエネルギーの変換を行い、起電力Vを発生する。
熱電変換素子160の出力端は、2次電池としての電気2重層コンデンサ165cに接続されているので、熱電変換素子160で発生した電気エネルギーは、電気2重層コンデンサ165cに充電される。また、電力の供給を受ける負荷(排熱FAN190)は、電気2重層コンデンサ165cの後段に接続される。
このような構成により、電気2重層コンデンサ165cを介して給電される負荷としての排熱FAN190への電力が安定し、熱電変換素子160の出力が停止しても、排熱FAN190への電力供給が可能となる。なお、ここでは、負荷を排熱FAN190としているが、1例を示すものであり、他の負荷にも同様に実施し得る。
2次電池として採用した電気2重層コンデンサ165cは、急速な充電が可能であり、放電する場合も、大電流を負荷に対して供給を可能にする特性を持つので、様々な負荷へ対応することが可能であり、より使いやすいシステムとすることができる。
本発明の実施形態に係わる画像形成装置の概略構成を示す。 ゼーベック効果を利用した熱電変換素子の変換原理を示す概念図である。 熱電変換素子の起電力を画像形成装置の負荷に供給する電力給電部の構成を示す。 熱電変換素子の起電力を画像形成装置の排熱FANに供給する電力給電部の構成を示す。 HDDを有する画像形成装置に適用した本発明の実施形態に係わる概略構成を示す。 不揮発性記憶部を有する画像形成装置に適用した本発明の実施形態に係わる概略構成を示す。 本発明の実施形態に係わるサブヒータを持つ定着器の概略構成を示す。 熱電変換素子の起電力を定着器のサブヒータに供給する電力給電部の構成を示す。 本発明の実施形態に係わるサブヒータを持つ定着器の概略構成を示す。 本発明の実施形態に係わるセラミックヒータをサブヒータとして持つ定着器の概略構成を示す。 熱電変換素子の起電力を画像形成装置の負荷に電気2重層コンデンサを介して供給する電力給電部の構成を示す。 画像形成時と待機モード時における定着器への電源供給状態を示す。 電源オフ時からの熱源エネルギーの変動を示す。
符号の説明
100・・画像形成装置、 123・・記憶部制御部、
124・・不揮発性記憶部、
127・・HDD(ハード ディスク ドライブ)、
133・・画像形成部、 135・・定着器、
139・・サブヒータ、 160・・熱電変換素子、
165・・2次電池、 165c・・電気2重層コンデンサ、
190・・排熱ファン。

Claims (8)

  1. 発熱源を持つ処理手段を通して記録媒体へ画像データに基づく画像を形成する画像形成処理手段と、前記発熱源からの熱を排出させる排熱手段を有する画像形成装置であり、前記排熱手段よりも発熱源側に設け、発熱源で発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換手段と、前記熱電変換手段により変換された電気エネルギーを充電する2次電池を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1に記載された画像形成装置において、前記排熱手段は、排熱ファンと、該排熱ファンを前記2次電池の電力を用いて駆動することが可能な駆動手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  3. HDDを有する請求項1又は2に記載された画像形成装置において、前記HDDの駆動手段は、前記2次電池の電力を用いた駆動が可能な手段であることを特徴とする画像形成装置。
  4. 不揮発性記憶部を有する請求項1乃至3のいずれかに記載された画像形成装置において、前記不揮発性記憶部に対する電力供給手段は、前記2次電池の電力の供給が可能な手段であることを特徴とする画像形成装置。
  5. 前記発熱源を持つ処理手段として定着器を有する請求項1乃至4のいずれかに記載された画像形成装置において、前記定着器は、加熱用サブヒータと、該加熱用サブヒータを前記2次電池の電力を用いて駆動することが可能な駆動手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  6. 前記定着器をローラ構成とした請求項5に記載された画像形成装置において、前記加熱用サブヒータを前記定着器のローラ内に配置したことを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項5又は6に記載された画像形成装置において、前記加熱用サブヒータは、セラミックヒータであることを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載された画像形成装置において、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画像形成装置。
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