JP5834658B2 - 記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー像を記録紙に熱定着させる定着部を有する記録装置に関する。

近年の複写機、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形成装置には、ＣＰＵ内のマイクロプロセッサ、画像形成装置の有すね記録装置内の定着器等、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。

これらの発熱機器が発生させた廃熱は、装置内部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されたり、ファン等を使用して装置外へ排出されることが一般的である。

従来では、廃熱を有効利用することが考えられていた。例えば特許文献１には、装置の廃熱を熱電変換して蓄電池に蓄電し、起動時に放電する技術が開示されている。

しかしながら、上記従来のように、例えば熱電変換素子の出力をそのまま蓄電池に充電する場合、廃熱温度が低くなると熱電変換素子からの出力電圧が蓄電池の出力電圧より低くなり、蓄電池への充電ができなくなる。したがって廃熱の有効利用ができていない。尚廃熱温度が低くなるときとは、例えば画像形成装置が省エネルギーモードへ移行した場合等である。

また上記従来のように、省エネルギーモードを有する画像形成装置では、廃熱から変換したエネルギーを画像形成装置の起動時に放電するだけでは、十分に廃熱エネルギーの有効利用ができていないという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、廃熱を有効利用することが可能な記録装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成すべく以下の如き構成を採用した。

本発明は、トナー像を記録紙に熱定着させる定着部を有する記録装置であって、前記定着部において発生した熱を含む当該記録装置内の廃熱を電力に変換して出力する熱電変換部と、前記熱電変換部の出力を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部を介して前記熱電変換部より得られた電力を蓄電する蓄電池と、前記昇圧部を介して前記熱電変換部より得られた電力と前記蓄電池に蓄電された電力とを結合して前記定着部へ電力を供給する合成部と、前記昇圧部の出力先として、前記蓄電池又は前記合成部の何れか一方を選択させる第一の切換部と、前記蓄電池の充放電を選択させる充放電切換部と、前記定着部の電力源として、商用電源から得た電力又は前記合成部により合成された電力の何れか一方か、又はオフとするかを選択させる第二の切換部と、前記第一の切換部と、前記第二の切換部と、前記充放電切換部とを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、当該記録装置が待機状態となったとき、前記昇圧部の出力先が前記合成部となるように前記第一の切換部を制御し、前記蓄電池に蓄電された電力が放電されるように前記充放電切換部を制御し、前記定着部の電力源が前記合成部から得た電力となるように前記第二の切換部を制御する。

本発明によれば、廃熱を有効利用することができる。

第一の実施形態の画像形成装置の構成の概略を説明する図である。 第一の実施形態の画像形成装置の熱電変換制御部を説明する図である。 第一の実施形態の熱電変換制御部の動作を説明するフローチャートである。 第一の実施形態の熱電変換制御部における切換制御を説明する第一の図である。 第一の実施形態の熱電変換制御部における切換制御を説明する第二の図である。 第二の実施形態の熱電変換制御部の動作を説明するフローチャートである。

本発明では、熱電変換された電圧を昇圧する。また本発明では、画像形成装置の待機状態にあるときに定着ヒータの電力源を蓄電池に蓄電された電力とする。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態を説明する。図１は、第一の実施形態の画像形成装置の構成の概略を説明する図である。

本実施形態の画像形成装置１００は、熱定着式の記録装置である。本実施形態の画像形成装置１００は、スキャン部２１により光源を原稿に照射しながら原稿を走査し、原稿からの反射光を３ラインＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサにより画像を読み取る。読み取られた画像は、画像処理ユニットによりスキャナγ補正、色変換、画像分離、階調補正処理等の画像処理が施された後、画像書き込みユニット２０へ送られる。画像書き込みユニット２０では、画像データに応じてＬＤ（Laser Diode）の駆動を変調する。感光体ユニット３０では、一様に帯電された回転する感光体ドラム３１にＬＤからのレーザビームにより静電潜像が書き込まれ、現像ユニット４０によりトナーが付着されて顕像化される。

感光体ドラム上に形成された画像は、中間転写部５０の中間転写ユニットの中間転写ベルト５１上に転写される。画像形成装置１００においてフルカラーコピーが実行された場合、中間転写ベルト５１上には４色（ブラック、シアン、マゼンダ、イエロー）のトナー像が順次重ねられる。全ての色の作像と転写が終了した時点で、中間転写ベルト５１とタイミングを合わせて給紙トレイ６０から記録紙が給紙され、二次転写部７０で中間転写ベルト５１から記録紙へトナー像が二次転写される。トナー像が転写された記録紙は、搬送部８０を経て定着部９０へ送られ、トナー像が記録紙に定着された後に排紙される。

本実施形態の定着部９０においてトナー像を記録紙に定着させる場合、例えば後述する定着ヒータ９１により定着ローラ９２を加熱し、加熱された定着ローラ９２と加圧ローラとによりトナー像を記録紙に定着させる。また本実施形態の定着部９０は、定着ローラ９２の温度を検出する温度センサ９３を有する。

本実施形態では、定着部９０において生じる画像形成装置１００内の廃熱をエネルギーとして蓄電池に充電する熱電変換制御部を有しており、熱電変換制御部により廃熱を有効に利用する。

図２は、第一の実施形態の画像形成装置の熱電変換制御部を説明する図である。本実施形態の画像形成装置１００の有する熱電変換制御部３００は、定着部９０と接続されている。

本実施形態の定着部９０の定着ヒータ９１はＡＣ（Alternating Current）駆動型で、定着ローラ９２の中に収められている。また定着ローラ９２には、温度検出素子９３が取り付けられている。

本実施形態の熱電変換制御部３００は、熱電変換部３１０、昇圧回路３２０、合成部３３０、ＤＣ(Direct Current)／ＡＣコンバータ３４０、制御部３５０、蓄電池３６０、充電量検出部３７０、逆流防止部Ｄ１、換スイッチＳＷ１、切換スイッチＳＷ２、制御スイッチＳＷ３、充放電切換スイッチＳＷ４を有する。

熱電変換部３１０は、画像形成装置１００内の廃熱を電力に変換する。昇圧回路３２０は、熱電変換部３１０から出力される電圧を昇圧する。逆流防止部Ｄ１は、昇圧回路３２０の出力の逆流を防止するダイオードである。

合成部３３０は、昇圧回路３２０からの出力と、蓄電池３６０からの出力とを合成する。ＤＣ／ＡＣコンバータ３４０は、合成部３３０の出力を直流から交流へ変換する。制御部３５０は、各切換スイッチの切換制御、蓄電池３６０の状態の制御等を行う。蓄電池３６０は、熱電変換部３１０により変換された電力を蓄電する。充電量検出部３７０は、蓄電池３６０に蓄電された電力の蓄電量（充電量）を検出する。

切換スイッチＳＷ１の入力は、逆転防止部Ｄ１の出力と接続されている。切換スイッチＳＷ１の一方の出力が合成部３３０と接続されており、他方の出力は充放電切換スイッチＳＷ４を介して蓄電池３６０に接続されている。本実施形態の切換スイッチＳＷ１は、制御部３５０からの制御信号に基づき、昇圧回路３２０の出力を合成部３３０に供給するか、又は蓄電池３６０に供給するかを切り換える。

切換スイッチＳＷ２の一方の入力は、商用電源（ＡＣ）に接続されており、他方の入力はＤＣ／ＡＣ３４０の出力と接続されている。切換スイッチＳＷ２の出力は、制御スイッチＳＷ３を介して定着部９０の定着ヒータ９１に接続されている。切換スイッチＳＷ２は、制御部３５０からの制御信号に基づき、定着部９０の電力の供給源を商用電源とするか、又は熱変換制御部３００とするかを切り換える。

制御スイッチＳＷ３の入力は切換スイッチＳＷ２の出力と接続されており、制御スイッチＳＷ３の出力は定着ヒータ９１と接続されている。制御スイッチＳＷ３は、制御部３５０からの制御信号に基づき、切換スイッチＳＷ２と定着ヒータ９１との接続／遮断を切り換える。

充放電切換スイッチＳＷ４は、蓄電池３６０と接続されており、蓄電池３６０は充放電を切り換える。充放電切換スイッチＳＷ４により、蓄電池３６０と切換スイッチＳＷ１の出力とが接続されると、蓄電池３６０には熱電変換部３１０により変換された電力が蓄電される。充放電切換スイッチＳＷ４により、蓄電池３６０と合成部３３０の入力とが接続されると、蓄電池３６０に蓄電された電力が合成部３３０へ放電される。

以下に図３を参照して本実施形態の熱電変換制御部３００の動作を説明する。図３は、第一の実施形態の熱電変換制御部の動作を説明するフローチャートである。図３の例では、画像形成装置１００が省エネルギーモードにある場合に印刷命令を受けた場合を示している。

画像形成装置１００の省エネルギーモードにおいて印刷命令を受けると（ステップＳ３０１）、画像形成装置１００はウォームアップを行う（ステップＳ３０２）。尚本実施形態における省エネルギーモードとは、電力消費を抑えた状態であり、画像形成装置１００が待機状態のまま一定時間が経過すると自動的に移行するモードである。また本実施形態のウォームアップとは、省エネルギーモードからの復帰時又は電源投入時から印刷が可能な状態になるまでの一連の処理である。

ウォームアップが終了すると、画像形成装置１００は印刷動作を開始する（ステップＳ３０３）。印刷動作が開始されると、本実施形態の熱電変換制御部３００は、制御部３５０は、熱電変換部３１０により変換された電力により蓄電池３６０を充電する（ステップＳ３０４）。

具体的には制御部３５０は、切換スイッチＳＷ１の出力を充放電切換スイッチＳＷ４と接続させ、充放電切換スイッチＳＷ４により蓄電池３６０を切換スイッチＳＷ１と接続させる。また制御部３５０は、切換スイッチＳＷ２の入力を商用電源と接続させる。本実施形態では、この切換制御により、熱電変換部３１０にて変換された電力は、昇圧回路３２０にて昇圧され、逆流防止部Ｄ１と切換スイッチＳＷ１、充放電切換スイッチＳＷ４を介して蓄電池３６０へ蓄電される。また定着ヒータ９１には、切換スイッチＳＷ２と制御スイッチＳＷ３を介して商用電源から電力が供給される。

すなわち本実施形態の熱電変換制御部３００では、画像形成装置１００が印刷動作を行っている場合は、商用電源を定着ヒータ９１の電力源とする。

続いて画像形成装置１００は、印刷動作が終了すると（ステップＳ３０５）、待機状態となる（ステップＳ３０６）。尚本実施形態では、待機状態となることを省エネルギーモードへの移行の開始とする。本実施形態の熱電変換制御部３００は、画像形成装置１００が待機状態になると、蓄電池３６０に蓄電された電力を放電する（ステップＳ３０７）。

具体的には制御部３５０は、切換スイッチＳＷ１の出力を合成部３３０の一方の入力と接続させ、充放電切換スイッチＳＷ４により蓄電池３６０を合成部３３０の他方の入力と接続させる。また制御部３５０は、切換スイッチＳＷ２の入力をＤＣ／ＡＣコンバータ３４０の出力と接続させる。

本実施形態では、この切換制御により、熱電変換部３１０にて変換された電力は、昇圧回路３２０にて昇圧され、逆流防止部Ｄ１と切換スイッチＳＷ１を介して合成部３３０へ供給される。また蓄電池３６０に蓄電された電力は、充放電切換スイッチＳＷ４を介して合成部３３０へ供給される。合成部３３０は、これらの電力を合成し、ＤＣ／ＡＣコンバータ３４０へ出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータ３４０の出力は、切換スイッチＳＷ２を介して定着ヒータ９１に供給される。

すなわち本実施形態の熱電変換制御部３００では、画像形成装置１００が待機状態である場合は、熱電変換部３１０で変換された電力と蓄電池３６０に蓄電された電力とを定着ヒータ９１の電力源とする。

続いて熱電変換制御部３００は、制御部３５０により、温度センサ９３の出力に基づき定着ローラ９２の温度が所定温度Ｔより低いか否かを判断する（ステップＳ３０８）。ステップＳ３０８において所定温度Ｔより低い場合、熱電変換制御部３００は、制御部３５０により定着ヒータ９１の電源を商用電源に切り換えて（ステップＳ３０９）、後述するステップＳ３１０へ進む。

具体的には制御部３５０は、切換スイッチＳＷ１の出力を充放電切換スイッチＳＷ４と接続させ、充放電切換スイッチＳＷ４により蓄電池３６０を切換スイッチＳＷ１と接続させる。また制御部３５０は、切換スイッチＳＷ２の入力を商用電源と接続させる。この切換制御により、定着ヒータ９１の電源は商用電源となる。

ステップＳ３０８において所定温度Ｔ以下の場合、ステップＳ３１０へ進む。画像形成装置１００は、待機状態となってから所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ３１０）。ステップＳ３１０において所定時間が経過した場合、画像形成装置１００は、待機状態から省エネルギーモードへ移行する（ステップＳ３１１）。ステップＳ３１０において所定時間が経過していない場合、ステップＳ３０８へ戻る。

画像形成装置１００が省エネルギーモードへ移行すると、制御部３５０は、熱電変換部３１０により変換された電力により蓄電池３６０を充電する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１２における切換制御は、ステップＳ３０４と同様である。

以下に図４、図５を参照して本実施形態の切換制御について説明する。図４は、第一の実施形態の熱電変換制御部における切換制御を説明する第一の図である。図４は、省エネルギーモード中に印刷命令を受けて印刷動作し、省エネルギーモードへ移行するまで待機状態が維持されて再び省エネルギーモードへ移行する場合の動作を示す。

図４のタイミングＴ１において、画像形成装置１００が印刷命令を受けると、画像形成装置１００はウォームアップを開始する。画像形成装置１００は、タイミングＴ２でウォームアップが終了し、印刷動作を開始する。このタイミングＴ２で、熱電変換制御部３００は、制御部３５０により切換スイッチＳＷ２の入力を商用電源と接続させる。この切換により、定着ヒータ９１の電力源は商用電源となる。またタイミングＴ２では、切換スイッチＳＷ１の出力は充放電切換スイッチＳＷ４と接続されており、充放電切換スイッチＳＷ４は蓄電池３６０と切換スイッチＳＷ１とを接続している。よって熱電変換部３１０により廃熱から変換された電力は、蓄電池３６０へ充電される。

タイミングＴ２から開始した印刷動作がタイミングＴ３において終了すると、画像形成装置１００は待機状態に入る。このタイミングＴ３において、熱電変換制御部３００は、制御部３５０により、図３のステップＳ３０７で説明した切換制御を行う。この切換制御により、定着ヒータ９１の電力源は熱電変換部３１０により廃熱から変換された電力と、蓄電池３６０に蓄電された電力となる。すなわち本実施形態では、画像形成装置１００が待機状態となったときに、蓄電池３６０に蓄電された電力が放電される。

画像形成装置１００がタイミングＴ３で待機状態となってから所定時間が経過し、タイミングＴ４で省エネルギーモードに移行すると、熱電変換制御部３００は、制御部３５０により図３のステップＳ３１２で説明した切換制御を行う。すなわち本実施形態では、画像形成装置１００が省エネルギーモードへ移行したときに、蓄電池３６０の充電が開始され、定着ヒータ９１への通電を停止させる。本実施形態では、これにより、省エネルギーモードにおける画像形成装置１００の消費電力を削減することができる。

図５は、第一の実施形態の熱電変換制御部における切換制御を説明する第二の図である。図５では、省エネルギーモード中に印刷命令を受けて印刷動作し、待機状態の後に再び省エネルギーモードへ移行する前に、印刷命令を受けて印刷動作をする場合を示す。

図５では、画像形成装置１００においてウォームアップが終了した後は、省エネルギーモードに移行しない。ここで本実施形態では、画像形成装置１００が待機状態となったとき蓄電池３６０に蓄電された電力を放電する。尚待機状態から省エネルギーモードへ移行するまでの所定時間（以下、省エネ移行時間）は、画像形成装置１００において任意に設定することができる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、例えば起動時にのみ蓄電池から放電する構成の従来の画像形成装置と比べて、蓄電池３６０に蓄電された電力を放電する機会が十分に与えられることになり、廃熱から変換された電力を効率的に利用することができる。

また本実施形態では、昇圧回路３２０を有するため、廃熱温度が低くなった場合でも、熱電変換分３１０からの出力電圧が蓄電池３６０の出力電圧より低くなり、蓄電池への充電ができなくなる。したがって廃熱を効率的に電力へ変換することができる。

尚本実施形態の蓄電池３６０の電池容量は、省エネ移行時間内に定着ヒータ９１を所定の温度まで上昇させるのに必要な電力以上の容量であることが好ましい。

このようにすれば、本実施形態の画像形成装置１００は、国際エネルギスタプログラムで定められた試験方法による消費電力の測定において、消費電力を削減できる。尚国際エネルギスタプログラムで定められた試験方法とは、画像形成装置１００の出荷時の省エネ移行時間の消費電力を測定する方法である。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、待機状態において、蓄電池３６０の充電量が所定電圧より少なくなると、定着ヒータ９１の電力源を商用電源側に切り換える点のみ、第一の実施形態と相違する。よって以下の本実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図６は、第二の実施形態の熱電変換制御部の動作を説明するフローチャートである。図６のステップＳ６０１からステップＳ６０７までの処理は、図３のステップＳ３０１からステップＳ３０７までの処理と同様であるから説明を省略する。

ステップ６０７に続いて制御部３５０は、充電量検出部３７０により検出された蓄電池３６０の充電量が所定値Ｖより小さいか否かを判断する（ステップＳ６０８）。

ステップＳ６０８において充電量が所定値Ｖより小さい場合、制御部３５０は図３のステップＳ３０９と同様の切換制御を行う（ステップＳ６０９）。ステップＳ６０８において充電量が所定値Ｖ以上である場合、制御部３５０はステップＳ６１０へ進む。ステップＳ６１０からステップＳ６１２までの処理は、図３のステップＳ３１０からステップＳ３１２までの処理と同様であるから説明を省略する。

したがって本実施形態では、第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

９０ 定着部
９１ 定着ヒータ
９２ 定着ローラ
１００ 画像形成装置
３００ 熱電変換制御部
３１０ 熱電変換部
３２０ 昇圧回路
３５０ 制御部
３６０ 蓄電池

特開２００５−１７６５８号公報

Claims (6)

1. トナー像を記録紙に熱定着させる定着部を有する記録装置であって、
   前記定着部において発生した熱を含む当該記録装置内の廃熱を電力に変換して出力する熱電変換部と、
   前記熱電変換部の出力を昇圧する昇圧部と、
   前記昇圧部を介して前記熱電変換部より得られた電力を蓄電する蓄電池と、
   前記昇圧部を介して前記熱電変換部より得られた電力と前記蓄電池に蓄電された電力とを結合して前記定着部へ電力を供給する合成部と、
   前記昇圧部の出力先として、前記蓄電池又は前記合成部の何れか一方を選択させる第一の切換部と、
   前記蓄電池の充放電を選択させる充放電切換部と、
   前記定着部の電力源として、商用電源から得た電力又は前記合成部により合成された電力の何れか一方か、又はオフとするかを選択させる第二の切換部と、
   前記第一の切換部と、前記第二の切換部と、前記充放電切換部とを制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、当該記録装置が待機状態となったとき、
   前記昇圧部の出力先が前記合成部となるように前記第一の切換部を制御し、
   前記蓄電池に蓄電された電力が放電されるように前記充放電切換部を制御し、
   前記定着部の電力源が前記合成部から得た電力となるように前記第二の切換部を制御する記録装置。
2. 前記制御部は、前記定着部による熱定着を行う場合は、
   前記昇圧部の出力先が前記蓄電池となるように前記第一の切換部を制御し、
   前記昇圧部の出力が前記蓄電池に充電されるように前記充放電切換部を制御し、
   前記定着部の電力源が前記商用電源から得た電力となるように前記第二の切換部を制御する請求項１記載の記録装置。
3. 前記定着部は、
   定着ローラと、電力が供給されて前記定着ローラを加熱する定着ヒータと、前記定着ローラの温度を検出する温度検出部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記定着ローラの温度が所定温度より小さいとき、前記定着部の電力源が前記商用電源から得た電力となるように前記第二の切換部を制御する請求項２記載の記録装置。
4. 前記蓄電池の充電量を検出する充電量検出部を有し、
   前記制御部は、
   前記充電量が所定量より小さいとき、前記定着部の電力源が前記商用電源から得た電力となるように前記第二の切換部を制御する請求項３記載の記録装置。
5. 前記制御部は、当該記録装置が省エネルギーモードとなったとき、
   前記昇圧部の出力先が前記蓄電池となるように前記第一の切換部を制御し、
   前記昇圧部の出力が前記蓄電池に充電されるように前記充放電切換部を制御し、
   前記定着部の電力源がオフされるように前記第二の切換部を制御する請求項１ないし４の何れか一項に記載の記録装置。
6. 前記蓄電池は、当該記録装置が待機状態となってから省エネルギーモードに移行するのまでの間に前記定着ローラを所定の温度まで上昇させることが可能な容量を備えている請求項３記載の記録装置。

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