JP5856942B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that fixes a toner image on a sheet and an image forming apparatus including the fixing device.
従来、複写機、プリンター、ファクシミリ、複合機等の電子写真方式の画像形成装置には、用紙にトナー像を定着させるための定着装置が設けられている。この定着装置には、熱によりトナーを用紙に定着させる加熱定着方式が一般的に採用されている。このような加熱定着方式の定着装置には、用紙にトナー像を定着させる定着部材(例えば定着ローラーや定着ベルト)と、この定着部材を加熱する熱源(例えば、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター)と、が設けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a multifunction machine is provided with a fixing device for fixing a toner image on a sheet. The fixing device generally employs a heat fixing method in which toner is fixed to a sheet by heat. Such a heat-fixing type fixing device includes a fixing member (for example, a fixing roller or a fixing belt) for fixing a toner image on a sheet and a heat source (for example, a halogen heater or a ceramic heater) for heating the fixing member. Is provided.
このような構成の定着装置の中には、用紙にトナー像を定着可能な定着可能温度に定着部材を加熱する定着可能モードと、上記の定着可能温度よりも低温な節電温度に定着部材を加熱する節電モードと、定着部材を加熱しないスリープモードと、を切替え可能としたものが存在する。このような構成を採用する場合、定着可能モードから節電モードに移行する際や節電モードからスリープモードに移行する際に、熱源による定着部材の加熱が停止されて、定着部材の温度が低下する。この温度低下分の熱は、廃熱となって機外に排出されるのが通常であり、エネルギーが無駄になっている。 In the fixing device having such a configuration, a fixing mode in which the fixing member is heated to a fixing temperature capable of fixing the toner image on the sheet, and the fixing member is heated to a power saving temperature lower than the fixing temperature described above. In some cases, the power saving mode can be switched between the power saving mode and the sleep mode in which the fixing member is not heated. In the case of adopting such a configuration, when shifting from the fixable mode to the power saving mode or when shifting from the power saving mode to the sleep mode, heating of the fixing member by the heat source is stopped, and the temperature of the fixing member decreases. Usually, the heat corresponding to the temperature drop becomes waste heat and is discharged outside the apparatus, so that energy is wasted.
そこで、この無駄になっているエネルギーを有効利用するために、特許文献1には、定着部材(「定着ローラ1」参照)に隣接して設けられた熱電変換装置によって、定着部材の廃熱を電気エネルギーに変換する構成が開示されている。また、特許文献1には、定着動作(用紙に対してトナー像を定着させる動作。以下同様。)を行っている時に熱電変換装置を定着部材に隣接させず、定着動作を行っていない時に熱電変換装置を定着部材に隣接させる構成が開示されている(段落0022参照)。 Therefore, in order to effectively use this wasted energy, Patent Document 1 discloses waste heat of the fixing member by a thermoelectric conversion device provided adjacent to the fixing member (see “fixing roller 1”). A configuration for converting to electrical energy is disclosed. Patent Document 1 discloses that a thermoelectric conversion device is not adjacent to a fixing member when performing a fixing operation (an operation for fixing a toner image on a sheet of paper). A configuration in which the conversion device is adjacent to the fixing member is disclosed (see paragraph 0022).
例えば、上記の定着可能モードで待機するReady時には、定着動作を行っていなくても、定着部材を定着可能温度に加熱しておく必要がある。また、上記した節電モード時には、定着動作を行っていなくても、次の定着動作に備えて定着部材を節電温度に加熱しておく必要がある。しかしながら、特許文献1では、定着動作を行っていない時には一律に熱電変換装置を定着部材に隣接させる構成となっているため、Ready時や節電モード時にも、定着部材の熱が熱電変換装置に奪われてしまう。そのため、Ready時に定着部材の温度が定着可能温度よりも低下しやすくなるという問題や、節電モードから定着可能モードに復帰する際に、定着部材の温度を定着可能温度まで上昇させるのに時間が掛かってしまうという問題が有る。 For example, at the time of Ready waiting in the above-described fixing possible mode, it is necessary to heat the fixing member to a fixing possible temperature even if the fixing operation is not performed. In the power saving mode described above, it is necessary to heat the fixing member to the power saving temperature in preparation for the next fixing operation even if the fixing operation is not performed. However, in Patent Document 1, since the thermoelectric conversion device is uniformly adjacent to the fixing member when the fixing operation is not performed, the heat of the fixing member is deprived by the thermoelectric conversion device even in the Ready or power saving mode. It will be broken. Therefore, there is a problem that the temperature of the fixing member tends to be lower than the fixable temperature during Ready, and it takes time to raise the temperature of the fixing member to the fixable temperature when returning from the power saving mode to the fixable mode. There is a problem of end.
そこで、本発明は上記事情を考慮し、定着部材の廃熱を回収して電気エネルギーとして利用することを可能にすると共に、定着部材の加熱中に定着部材の熱が奪われてしまうのを防止することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention makes it possible to recover waste heat of the fixing member and use it as electric energy, and to prevent the heat of the fixing member from being taken away during heating of the fixing member. The purpose is to do.
本発明の定着装置は、用紙にトナー像を定着させる定着部材と、該定着部材を加熱する熱源と、前記定着部材から発生する熱を電気に変換する熱電変換装置と、第1の位置と、該第1の位置よりも前記定着部材に接近する第2の位置と、の間で前記熱電変換装置を移動させる駆動機構と、該駆動機構への駆動指令信号を送信可能な制御部と、前記定着部材の加熱目標温度を記憶する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記熱源が前記定着部材を前記加熱目標温度に加熱している間は、前記熱電変換装置を前記第1の位置に保持し、前記熱源が前記定着部材の加熱を停止するのに伴って、前記駆動機構によって前記熱電変換装置を前記第1の位置から前記第2の位置まで移動させることを特徴とする。 The fixing device of the present invention includes a fixing member that fixes a toner image on a sheet, a heat source that heats the fixing member, a thermoelectric conversion device that converts heat generated from the fixing member into electricity, a first position, A drive mechanism that moves the thermoelectric converter between a second position that is closer to the fixing member than the first position, a control unit that is capable of transmitting a drive command signal to the drive mechanism, and A storage unit that stores a heating target temperature of the fixing member, and the control unit moves the thermoelectric conversion device to the first position while the heat source is heating the fixing member to the heating target temperature. The thermoelectric conversion device is moved from the first position to the second position by the drive mechanism as the heat source stops heating the fixing member.
このような構成を採用することにより、熱源が定着部材を加熱目標温度に加熱している間は、定着動作を行っているか否かに関わらず、熱電変換装置を第1の位置に保持することが可能となる。そのため、定着部材の加熱中に熱電変換装置によって定着部材の熱が奪われるのを防止することができる。一方で、熱源が定着部材の加熱を停止するのに伴って、第1の位置よりも定着部材に接近する第2の位置まで熱電変換装置を移動させているため、熱電変換装置によって定着部材の廃熱を効率的に回収し、電気エネルギーに変換することが可能となる。そのため、省エネルギー性の高い定着装置を提供することができる。 By adopting such a configuration, while the heat source is heating the fixing member to the heating target temperature, the thermoelectric conversion device is held in the first position regardless of whether or not the fixing operation is performed. Is possible. Therefore, it is possible to prevent the heat of the fixing member from being taken away by the thermoelectric conversion device during heating of the fixing member. On the other hand, as the heat source stops heating the fixing member, the thermoelectric conversion device is moved to the second position closer to the fixing member than the first position. Waste heat can be efficiently recovered and converted into electrical energy. Therefore, a fixing device with high energy saving can be provided.
前記記憶部は、用紙にトナー像を定着可能な定着可能温度と、該定着可能温度よりも低温な節電温度と、を前記加熱目標温度として記憶し、前記熱源は、前記定着部材を前記定着可能温度に加熱する定着可能モードから前記定着部材を前記節電温度に加熱する節電モードへの移行を開始する時と、前記定着可能モード又は前記節電モードから前記定着部材を加熱しないスリープモードへの移行を開始する時と、電源がOFFになる時に、前記定着部材の加熱を停止しても良い。 The storage unit stores a fixing possible temperature at which a toner image can be fixed on a sheet and a power saving temperature lower than the fixing possible temperature as the heating target temperature, and the heat source can fix the fixing member. A transition from a fixable mode that heats to a temperature to a power saving mode that heats the fixing member to the power saving temperature, and a transition from the fixable mode or the power saving mode to a sleep mode that does not heat the fixing member. The heating of the fixing member may be stopped when starting and when the power is turned off.
このような構成を採用することにより、定着部材の温度低下時に発生する排熱を、一層効率良く電気エネルギーに変換することが可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to more efficiently convert the exhaust heat generated when the temperature of the fixing member is lowered into electric energy.
本発明の定着装置は、前記定着部材の温度を検出する温度検出部を更に備え、前記制御部は、前記定着可能モードから前記節電モードへの移行を開始した後、前記温度検出部による前記定着部材の検出温度が前記節電温度まで低下しているか否かを判定し、前記検出温度が前記節電温度まで低下していると判定した場合には、前記駆動機構によって前記熱電変換装置を前記第2の位置から前記第1の位置まで移動させても良い。 The fixing device of the present invention further includes a temperature detection unit that detects a temperature of the fixing member, and the control unit starts the transition from the fixing possible mode to the power saving mode, and then performs the fixing by the temperature detection unit. It is determined whether or not the detected temperature of the member has decreased to the power saving temperature, and when it is determined that the detected temperature has decreased to the power saving temperature, the thermoelectric conversion device is moved to the second by the drive mechanism. It is also possible to move from the position to the first position.
このような構成を採用することで、節電モード時に定着部材の温度が節電温度よりも低下するのを防止することが可能となる。これに伴って、節電モードから定着可能モードに復帰する際に、定着部材の温度を速やかに定着可能温度まで上昇させることが可能になる。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent the temperature of the fixing member from lowering than the power saving temperature in the power saving mode. Accordingly, when returning from the power saving mode to the fixable mode, the temperature of the fixing member can be quickly raised to the fixable temperature.
前記駆動機構は、前記定着部材の長手方向に沿って前記熱電変換装置が固定される回転軸と、該回転軸に接続されるモーターと、を備え、該モーターを回転させると、前記熱電変換装置が前記回転軸を中心に回転しても良い。 The drive mechanism includes a rotation shaft to which the thermoelectric conversion device is fixed along the longitudinal direction of the fixing member, and a motor connected to the rotation shaft. When the motor is rotated, the thermoelectric conversion device May rotate around the rotation axis.
このような構成を採用することで、簡易な構成の駆動機構を用いて、熱電変換装置を移動させることが可能となる。 By adopting such a configuration, it is possible to move the thermoelectric conversion device using a drive mechanism with a simple configuration.
前記駆動機構は、前記定着部材の長手方向と垂直な方向に延びて前記熱電変換装置を支持する支持部材と、該支持部材に接続されるモーターと、を備え、該モーターを回転させると、前記熱電変換装置が前記支持部材と共に前記定着部材の長手方向と垂直な方向にスライドしても良い。 The drive mechanism includes a support member that extends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the fixing member and supports the thermoelectric conversion device, and a motor connected to the support member, and when the motor is rotated, The thermoelectric conversion device may slide in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the fixing member together with the support member.
このような構成を採用することで、熱電変換装置の移動距離を十分に確保することができ、定着部材の加熱中に熱電変換装置によって定着部材の熱が奪われるのを、一層確実に防止することができる。 By adopting such a configuration, the moving distance of the thermoelectric conversion device can be sufficiently secured, and the heat of the fixing member is more reliably prevented from being taken away by the thermoelectric conversion device during heating of the fixing member. be able to.
前記モーターの駆動回路は、電源部に設けられた平滑コンデンサーの放電回路であっても良い。 The motor drive circuit may be a discharge circuit of a smoothing capacitor provided in the power supply unit.
このような構成を採用することで、電源部側で発生する不要な電気エネルギーを、モーターの駆動源として利用することができ、定着装置を一層省エネルギー化することができる。 By adopting such a configuration, unnecessary electric energy generated on the power supply unit side can be used as a drive source of the motor, and the fixing device can further save energy.
前記熱電変換装置は、前記第2の位置にある状態で、前記定着部材とは離間して設けられていても良い。 The thermoelectric conversion device may be provided apart from the fixing member in a state in the second position.
このような構成を採用することで、熱電変換装置によって定着部材の表面が傷つけられるのを防止することが可能となる。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent the surface of the fixing member from being damaged by the thermoelectric conversion device.
前記熱電変換装置は、前記定着部材の外側に配置されていても良い。 The thermoelectric conversion device may be disposed outside the fixing member.
このような構成を採用することで、定着部材の内側に熱電変換装置を配置する場合と比較して、熱電変換装置の受熱側と放熱側の温度差を大きくすることができ、熱電変換装置の発電効率を向上させることが可能となる。 By adopting such a configuration, the temperature difference between the heat receiving side and the heat radiating side of the thermoelectric conversion device can be increased compared to the case where the thermoelectric conversion device is arranged inside the fixing member. It becomes possible to improve the power generation efficiency.
本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。 The image forming apparatus of the present invention includes any one of the fixing devices described above.
本発明によれば、定着部材の廃熱を回収して電気エネルギーとして利用することが可能になると共に、定着部材の加熱中に定着部材の熱が奪われてしまうのを防止することが可能となる。 According to the present invention, waste heat of the fixing member can be recovered and used as electric energy, and it is possible to prevent the heat of the fixing member from being deprived during heating of the fixing member. Become.
<第1の実施形態>
まず、図1を用いて、画像形成装置としての複合機1の全体の構成について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る複合機の概略を示す模式図である。
<First Embodiment>
First, the overall configuration of a multifunction machine 1 as an image forming apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a multifunction peripheral according to the first embodiment of the present invention.
複合機1は、箱型形状の複合機本体2を備えており、複合機本体2の下部には用紙(図示せず)を収納した給紙カセット3が設けられ、複合機本体2の上部には排紙トレイ4が設けられている。
The multifunction device 1 includes a box-shaped multifunction device
複合機本体2の上部には、中間転写ユニット5が設けられている。中間転写ユニット5は、複数のローラー間に架設される中間転写ベルト6を備えており、中間転写ベルト6の下方には、レーザー・スキャニング・ユニット(LSU)で構成される露光器7が配置されている。複合機本体2の中央部には、中間転写ベルト6の下部に沿って4個の画像形成部8がトナーの色ごとに設けられている。
An
各画像形成部8には、感光体ドラム9が回転可能に設けられており、感光体ドラム9の周囲には、帯電器10と、現像器11と、一次転写部12と、クリーニング装置13と、除電器14とが、一次転写のプロセス順に配置されている。現像器11の上方には、各画像形成部8と対応する4個のトナーコンテナ15が、トナーの色ごとに設けられている。
Each
複合機本体2の一側(図面上右側)には、用紙の搬送経路16が設けられている。搬送経路16の上流端には給紙部17が設けられ、搬送経路16の中流部には中間転写ベルト6の一端(図面上右端)に二次転写部18が設けられ、搬送経路16の下流部には、定着装置20が設けられ、搬送経路16の下流端には排紙口21が設けられている。
A
次に、このような構成を備えた複合機1の画像形成動作について説明する。複合機1に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着装置20の温度設定等の初期設定が実行される。そして、複合機1に接続されたコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。
Next, an image forming operation of the multifunction machine 1 having such a configuration will be described. When the MFP 1 is turned on, various parameters are initialized, and initial settings such as temperature setting of the fixing
まず、帯電器10によって感光体ドラム9の表面が帯電された後、露光器7からのレーザー光(矢印P参照)により感光体ドラム9に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム9の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、現像器11がトナーにより対応する色のトナー像に現像する。このトナー像は、一次転写部12において中間転写ベルト6の表面に一次転写される。以上の動作を各画像形成部8が順次繰り返すことによって、中間転写ベルト6上にフルカラーのトナー像が形成される。なお、感光体ドラム9上に残留したトナー及び電荷は、クリーニング装置13及び除電器14によって除去される。
First, after the surface of the photosensitive drum 9 is charged by the
一方、給紙部17によって給紙カセット3又は手指しトレイ(図示せず)から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて二次転写部18へと搬送され、二次転写部18において、中間転写ベルト6上のフルカラーのトナー像が用紙に二次転写される。トナー像を二次転写された用紙は、搬送経路16を下流側へと搬送されて定着装置20に進入し、定着装置20において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙口21から排紙トレイ4の上に排出される。
On the other hand, the paper taken out from the paper feed cassette 3 or the hand tray (not shown) by the paper feed unit 17 is conveyed to the
次に、主に図2を用いて、定着装置20の構成について説明する。なお、図2における矢印Fr、Rr、L、Rは、それぞれ、定着装置20の前方、後方、左方、右方を示している(図6についても同様である)。
Next, the configuration of the fixing
定着装置20は、ユニット化されており、複合機本体2(図1参照)に対して着脱可能となっている。定着装置20は、定着部材としての定着ローラー22と、定着ローラー22と対向して定着ローラー22の後方に配置される加圧ローラー23と、定着ローラー22の前上方に配置される熱電変換装置24と、熱電変換装置24と共に定着ローラー22の前上方に配置される駆動機構25と、を備えている。以下、これらについて順番に説明する。
The fixing
まず、定着ローラー22について説明する。定着ローラー22は、左右方向に長い形状を成している。即ち、本実施形態では、左右方向が定着ローラー22の長手方向である。定着ローラー22は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属から成る円筒状の芯材と、この芯材に周設されるシリコンゴム等から成る弾性層と、この弾性層を被覆するPFA等のフッ素樹脂から成る離型層と、を備えている。定着ローラー22は、定着フレーム(図示せず)に回転可能に支持されている。
First, the fixing
定着ローラー22の内部空間には、例えばハロゲンヒーターやセラミックヒーター等によって構成される熱源としてのヒーター26が収容されている。定着ローラー22の後上方には、定着ローラー22の温度を検出する温度検出部としてのサーミスター27が配置されている。サーミスター27は、定着ローラー22の外周面に接触していても良いし、接触していなくても良い。
In the inner space of the fixing
次に、加圧ローラー23について説明する。加圧ローラー23は、定着ローラー22と同様に左右方向に長い形状を成している。加圧ローラー23は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属から成る円筒状の芯材と、この芯材に周設されるシリコンゴム等から成る弾性層と、この弾性層を被覆するPFA等のフッ素樹脂から成る離型層と、を備えている。加圧ローラー23は、定着ローラー22と同様に、定着フレーム(図示せず)に回転可能に支持されている。
Next, the
加圧ローラー23は、付勢手段(図示せず)の付勢力によって定着ローラー22に圧接しており、定着ローラー22と加圧ローラー23の間には、定着ニップ28が形成されている。加圧ローラー23は、定着ローラー22の回転に伴って定着ローラー22とは逆方向に従動回転するように構成されている(図2の矢印a、b参照)。
The
次に、熱電変換装置24について説明する。熱電変換装置24は、定着ローラー22の外側に配置されており、全体として左右方向(定着ローラー22の長手方向)に長い平板状を成している。熱電変換装置24は、複数個(例えば、7個)の平板状の熱電変換モジュール30を直列的に連結して構成されている。各熱電変換モジュール30の一方の面は受熱面31であり、各熱電変換モジュール30の他方の面は放熱面32である。各熱電変換モジュール30内には、一対の半導体素子(n型半導体素子とp型半導体素子)が配置されており、この一対の半導体素子の接合部に温度差が発生すると、いわゆるゼーベック効果により起電力が発生するように構成されている。
Next, the
次に、駆動機構25について説明する。駆動機構25は、回転軸33と、回転軸33の左端側に配置されるモーター34と、を備えている。
Next, the
回転軸33は、左右方向に長い直棒状を成している。回転軸33には、熱電変換装置24の側面(受熱面31及び放熱面32と垂直で、左右方向に延びる面)が、左右方向に沿って固定されている。回転軸33の左端部には、従動ギア35が同軸上に固定されている。
The rotating
モーター34は、例えば、ステッピングモーターであり、正逆回転可能に設けられている。モーター34には駆動ギア36が固定されており、この駆動ギア36が回転軸33に固定された従動ギア35に噛合することで、モーター34が回転軸33に接続されている。そして、モーター34を回転させると、この回転が回転軸33を介して熱電変換装置24に伝達され、熱電変換装置24が回転軸33を中心に所定角度の範囲内で回転するようになっている。この回転に伴って、熱電変換装置24は、定着ローラー22と所定の間隔を隔てた第1の位置(図2の実線参照)と、この第1の位置よりも定着ローラー22に接近する第2の位置(図2の二点鎖線参照)と、の間で移動するようになっている。以下、熱電変換装置24を第2の位置から第1の位置に移動させる回転方向(図2の矢印X方向)を正方向と称し、熱電変換装置24を第1の位置から第2の位置に移動させる回転方向(図2の矢印Xとは逆の方向)を逆方向と称する。
The
熱電変換装置24は、第2の位置にある状態で、定着ローラー22とは離間している。換言すると、熱電変換装置24は、第2の位置にある状態で、定着ローラー22とは接触していない。
The
次に、図3を用いて、定着装置20の制御システムについて説明する。
Next, a control system of the fixing
定着装置20には、制御部37(CPU)が設けられている。制御部37は、ROM、RAM等の記憶装置で構成される記憶部38と接続されており、記憶部38に格納された制御プログラムや制御用データに基づいて、制御部37が定着装置20の各部の制御を行うように構成されている。記憶部38は、用紙にトナー像を定着可能な定着可能温度(本実施形態では、200℃)と、定着可能温度よりも低温な節電温度(本実施形態では、100℃)と、を定着ローラー22の加熱目標温度として記憶している。
The fixing
制御部37は、サーミスター27と接続されている。そして、サーミスター27が検出した定着ローラー22の温度を、制御部37が受信するようになっている。
The
制御部37は、ヒーター26に接続されている。そして、制御部37からの信号に基づいてヒーター26が通電して発熱することで、ヒーター26によって定着ローラー22が加熱されるように構成されている。
The
制御部37は、キャパシター40(蓄電部)に接続されている。キャパシター40は、蓄電装置41を介して熱電変換装置24と接続されており、熱電変換装置24によって熱エネルギーから変換された電気エネルギーが、蓄電装置41によってキャパシター40に蓄電されるようになっている。制御部37は、この蓄電量を監視している。
The
制御部37は、第1駆動回路42を介して駆動モーター43に接続され、駆動モーター43は定着ローラー22に接続されている。そして、制御部37からの駆動指令信号に基づいて、第1駆動回路42から駆動モーター43に電流が流されることで、駆動モーター43が回転し、この回転が定着ローラー22に伝達されて定着ローラー22が回転するように構成されている。
The
制御部37は、第2駆動回路44を介して駆動機構25のモーター34に接続されている。そして、制御部37からの駆動指令信号(パルス信号)に基づいて第2駆動回路44からモーター34に電流が流されることで、モーター34が回転するように構成されている。つまり、制御部37は、駆動機構25への駆動指令信号を送信可能に設けられている。第2駆動回路44は、複合機1の各部に電源を供給する電源部45(遮断電源)に設けられた平滑コンデンサー46の放電回路である。
The
上記の如く構成された定着装置20の制御方法を、主に図4及び図5を用いて説明する。
A control method of the fixing
まず、ユーザー等が複合機1の電源を入れると(ステップS101)、制御部37は、第2駆動回路44からモーター34に電流を流し、モーター34を一方向に所定角度回転させる。この回転は、回転軸33を介して熱電変換装置24に伝達され、熱電変換装置24が、第2の位置から第1の位置まで正方向(図2の矢印X参照)に回転する(ステップS102)。この時、定着ローラー22の温度は、依然として常温のままとなっている(図5のt1時点)。
First, when a user or the like turns on the multifunction device 1 (step S101), the
このステップS102が終了すると、制御部37は、ヒーター26によって定着ローラー22を加熱する(ステップS103)。この加熱により、定着ローラー22の温度が、常温から定着可能温度(200℃)まで上昇する(図5のt2時点)。
When step S102 ends, the
次に、制御部37は、定着可能モードに移行する(S104)。そして、不図示のコンピューター等から印字の指示があれば、制御部37は、第1駆動回路42から駆動モーター43に駆動指令信号を送信して定着ローラー22を回転させる。このように定着ローラー22が回転すると、これに従動して加圧ローラー23も回転し、定着ニップ28に進入した用紙にトナー像が定着される。一方で、不図示のコンピューター等から印字の指示がなければ、Ready状態(いつでも印字が開始できる状態)で待機する。この定着可能モードにおいては、ヒーター26が定着ローラー22を定着可能温度に加熱し続けており、その間は、熱電変換装置24が第1の位置に保持されている。
Next, the
次に、制御部37は、定着可能モードから節電モードに移行するか否かの判定を行う(ステップS105)。この判定は、例えば、Ready状態のまま所定時間が経過したか否かや、ユーザーによって節電モードが選択されたか否かを基準に行う。ステップS105の判定がNOの場合、制御部37は、定着可能モードのまま、定着動作を行うか、又は、Ready状態で待機する(ステップS104)。
Next, the
一方で、ステップS105の判定がYESの場合には、定着可能モードから節電モードへの移行が開始され、制御部37がヒーター26による定着ローラー22の加熱を停止する。これに伴って、定着ローラー22の温度が、定着可能温度(200℃)から低下し始める(図5のt3時点)。
On the other hand, when the determination in step S105 is YES, the transition from the fixing possible mode to the power saving mode is started, and the
また、上記のように節電モードへの移行が開始されると、制御部37は、第2駆動回路44からモーター34に電流を流し、モーター34を上記一方向とは反対の方向に所定角度回転させる。これに伴って、熱電変換装置24が第1の位置から第2の位置まで逆方向(図2の矢印Xとは逆の方向)に回転する(ステップS107)。この回転により、熱電変換装置24が定着ローラー22に接近すると共に、熱電変換装置24の各熱電変換モジュール30の受熱面31が定着ローラー22の外周面に対向する。そして、熱電変換装置24によって、定着ローラー22から発生する熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、蓄電装置41によってキャパシター40に蓄電される。
When the transition to the power saving mode is started as described above, the
次に、制御部37は、サーミスター27による定着ローラー22の検出温度が節電温度(100℃)まで低下しているか否かを判定する(ステップS108)。ステップS108の判定がNOの場合には、サーミスター27から定着ローラー22の検出温度が出力される度に、出力ステップS108の判定が繰り返される。一方で、定着ローラー22の温度が節電温度(100℃)まで低下していると判定した場合(図5のt4時点)には、制御部37は、第2駆動回路44からモーター34に電流を流し、モーター34を一方向に所定角度回転させる。これに伴って、熱電変換装置24が、第2の位置から第1の位置まで正方向(図2の矢印X参照)に回転する(ステップS109)。
Next, the
また、上記のように定着ローラー22の温度が節電温度(100℃)になると、制御部37は、節電モードに移行する(ステップS110)。この節電モードでは、ヒーター26によって定着ローラー22が上記の節電温度に加熱される。定着ローラー22を節電温度に加熱するには、例えば、定着可能モードよりもヒーター26に流れる電流を減少させたり、定着可能モードよりもヒーター26のON時間に対するOFF時間の割合を大きくしたりすれば良い。
As described above, when the temperature of the fixing
次に、制御部37は、節電モードからスリープモード(ヒーター26による定着ローラー22の加熱を行わないモード)に移行するか、又は複合機1の電源をOFFするか、の判定を行う(ステップS111)。節電モードからスリープモードに移行するかの判定は、例えば、節電モードのまま所定時間が経過したか否かを基準に行う。複合機1の電源をOFFするかの判定は、例えば、ユーザーによって電源スイッチがONからOFFに切り替えられたか否かを基準に行う。ステップS111の判定がNOの場合、制御部37は、節電モード(ステップ110)のまま待機する。
Next, the
一方で、ステップS111の判定がYESの場合には、節電モードからスリープモードへの移行が開始されるか、又は、電源がOFFになり、ヒーター26が定着ローラー22の加熱を停止する(ステップS112)。これに伴って、定着ローラー22の温度が、節電温度(100℃)から低下し始める(図5のt5時点)。
On the other hand, if the determination in step S111 is YES, the transition from the power saving mode to the sleep mode is started, or the power is turned off, and the
また、制御部37は、第2駆動回路44からモーター34に電流を流し、モーター34を上記一方向とは反対の方向に所定角度回転させる。これに伴って、熱電変換装置24が第1の位置から第2の位置まで逆方向(図2の矢印Xとは逆の方向)に回転する(ステップS113)。これにより、熱電変換装置24が定着ローラー22に接近すると共に、熱電変換装置24の各熱電変換モジュール30の受熱面31が定着ローラー22の外周面に対向する。そして、熱電変換装置24によって、定着ローラー22から発生する熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、蓄電装置41によってキャパシター40に蓄電される。なお、上記のようにヒーター26による定着ローラー22の加熱を停止したまま定着装置20を放置すると、定着ローラー22の温度は、常温(定着ローラー22の加熱が停止されてから十分な時間が経過し、定着ローラー22の温度低下が停止した時の温度)まで低下する(図5のt6時点)。
Further, the
なお、例えば、スリープモード中に不図示のコンピューター等から印字の指示があった場合や、電源OFFの状態からユーザー等によって電源スイッチがONされた場合には、制御部37は、定着可能モードへの復帰を開始する(ステップS114)。この場合には、ステップS102に戻って、熱電変換装置24を第2の位置から第1の位置まで正方向(図2の矢印X参照)に回転させる。ステップS114で定着可能モードへの復帰を開始しない場合には、定着装置20の制御を終了する。
For example, when a printing instruction is given from a computer (not shown) during the sleep mode, or when the power switch is turned on by the user or the like from a power-off state, the
本実施形態では上記のように、ヒーター26が定着ローラー22を加熱目標温度(本実施形態では、定着可能温度と節電温度)に加熱している間は、熱電変換装置24を第1の位置に保持し、ヒーター26が定着ローラー22の加熱を停止するのに伴って、駆動機構25によって熱電変換装置24を第1の位置から第2の位置まで移動させている。このような構成を採用することで、ヒーター26が定着ローラー22を加熱目標温度に加熱している間は、定着動作を行っているか否かに関わらず、熱電変換装置24を第1の位置に保持することが可能となる。そのため、定着ローラー22の加熱中に熱電変換装置24によって定着ローラー22の熱が奪われるのを防止することができる。一方で、ヒーター26が定着ローラー22の加熱を停止するのに伴って、第1の位置よりも定着ローラー22に接近する第2の位置まで熱電変換装置24を移動させている。そのため、熱電変換装置24によって定着ローラー22の廃熱を効率的に回収し、電気エネルギーに変換することが可能となる。そのため、省エネルギー性の高い定着装置20を提供することができる。
In the present embodiment, as described above, while the
また、定着動作を行う際には、熱電変換装置24が第1の位置にあり、熱電変換装置24によって定着ローラー22の熱が奪われないため、定着ローラー22を安定して定着可能温度に加熱することができ、画像不良の発生を防止することができる。
Further, when the fixing operation is performed, the
また、ヒーター26は、定着可能モードから節電モードに移行する時と、節電モードからスリープモードに移行するか又は電源がOFFになる時に、定着ローラー22の加熱を停止している。このような構成を採用することにより、定着ローラー22の温度低下時に発生する排熱を、一層効率良く電気エネルギーに変換することが可能となる。なお、定着可能モードから節電モードを経ずにスリープモードに移行する場合や電源がOFFになる場合にも、ヒーター26による定着ローラー22の加熱は停止される。
In addition, the
また、制御部37は、定着可能モードから節電モードへの移行を開始した後、サーミスター27による定着ローラー22の検出温度が節電温度まで低下しているか否かを判定し、検出温度が節電温度まで低下していると判定した場合には、駆動機構25によって熱電変換装置24を第2の位置から第1の位置まで移動させている。このような構成を採用することで、節電モード時に定着ローラー22の熱が熱電変換装置24によって奪われて定着ローラー22の温度が節電温度よりも低下するのを防止することが可能となる。これに伴って、節電モードから定着可能モードに復帰する際に、定着ローラー22の温度を速やかに定着可能温度まで上昇させることが可能になる。
Further, the
また、駆動機構25は、回転軸33とモーター34を備え、モーター34を回転させると、熱電変換装置24が回転軸33を中心に回転するように構成されている。このような構成を採用することで、簡易な構成の駆動機構25を用いて、熱電変換装置24を移動させることが可能となる。
The
また、モーター34の駆動回路である第2駆動回路44は、電源部45に設けられた平滑コンデンサー46の放電回路である。そのため、電源部45側で発生する不要な電気エネルギーを、モーター34の駆動源として利用することができ、定着装置20を一層省エネルギー化することができる。
The second drive circuit 44, which is a drive circuit for the
また、熱電変換装置24は、第2の位置にある状態で、定着ローラー22とは離間しているため、熱電変換装置24によって定着ローラー22の表面が傷つけられるのを防止することが可能となる。
Further, since the
ところで、熱電変換装置24による発電効率を高めるためには、温度差が必要となるが、定着ローラー22の内部は熱がこもりやすいため、定着ローラー22の内部に熱電変換装置24を配置しても、発電効率は悪い。これに対して、本実施形態では、定着ローラー22の外部に熱電変換装置24を配置しているため、高い発電効率を期待することができる。
By the way, in order to increase the power generation efficiency by the
次に、上記のような熱電変換装置24を用いた場合の電力利得の算出方法の一例について、説明する。
Next, an example of a method for calculating the power gain when using the
想定する熱電変換モジュール30の仕様は、以下の通りである。
モジュール寸法50mm×50mm×4.2mm
モジュールの重さ47g
エネルギー変換効率7.2%(高温側280℃,低温側30℃で動作した場合)
最大出力24W(同上)
出力密度1W/cm2(同上)
The specification of the assumed
Module size 50mm x 50mm x 4.2mm
Module weight 47g
Energy conversion efficiency 7.2% (when operating at 280 ° C on the high temperature side and 30 ° C on the low temperature side)
Maximum output 24W (same as above)
Output density 1W / cm 2 (same as above)
定着ローラー22の長さを例えば336mmとすると、上記した熱電変換モジュール30(左右幅50mm)を7個直列に連結すれば、熱電変換装置24全体の左右幅は、
50×7=350mm
となり、定着ローラー22の長手方向一端部から他端部まで熱電変換装置24を配置することができる。この場合、熱電変換装置24の最大出力は、
24×7=168W
となる。
Assuming that the length of the fixing
50 × 7 = 350mm
Thus, the
24 × 7 = 168W
It becomes.
一方で、熱電変換装置24の全体の重さは、
47×7=329g=0.329kg
であり、これを動かす為には、
0.329×9.8=3.22N
の力が必要である。そこで、消費電力が12Wのモーター34を使うことにする。
On the other hand, the overall weight of the
47 × 7 = 329g = 0.329kg
And in order to move this,
0.329 × 9.8 = 3.22N
The power of Therefore, the
定着ローラー22が定着可能温度から常温になるには約40分かかる。この間に熱電変換によって得られる電力(量)は、
(40/60)×168=112W・h
となる。
It takes about 40 minutes for the fixing
(40/60) × 168 = 112 W · h
It becomes.
定着ローラー22の温度が曲線形で低下していくことを予想して実際の熱電変換効率が半分になると仮定すると、熱電変換される電力(量)は、
112/2=56W・h
となる。定着可能モードからスリープモードに直接移行する場合には、定着ローラー22の温度が下がり始めた時と、定着ローラー22の温度が常温まで下がり切った時に、計2回モーター34を動かすことになる。モーター34を動かす時間を3秒間とすると、消費電力は、
2×12×(3/3600)=0.02W・h
となる。
Assuming that the temperature of the fixing
112/2 = 56W · h
It becomes. When the fixing mode is shifted directly to the sleep mode, the
2 × 12 × (3/3600) = 0.02W · h
It becomes.
この場合の電力利得は、
56−0.02=55.98W・h
と算出される。なお、定着可能モードから節電モードを経てスリープモードに移行する場合には、計4回モーター34を動かすことになるため、計2回モーター34を動かす場合の2倍として消費電力を計算すれば、同じような原理で電力利得を算出できる。
The power gain in this case is
56−0.02 = 55.98W ・ h
Is calculated. In addition, when shifting from the fixing possible mode to the sleep mode through the power saving mode, the
本実施形態では、定着ローラー22の加熱を停止した後に、熱電変換装置24を第1の位置から第2の位置まで回転させる場合について説明した(ステップS106、ステップS107参照)。一方で、他の異なる実施形態では、熱電変換装置24を第1の位置から第2の位置まで回転させた後に、定着ローラー22の加熱を停止しても良い。
In the present embodiment, the case where the
本実施形態では、熱電変換装置24によって変換された電気エネルギーの蓄電部としてキャパシターを用いたが、他の異なる実施形態では、蓄電部として二次電池を用いても良い。
In the present embodiment, a capacitor is used as a power storage unit for electrical energy converted by the
本実施形態では、熱源としてヒーター26を用いる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、例えばIHコイル等の他の熱源を用いても良い。
Although the case where the
本実施形態では、複合機1に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、プリンター、複写機、ファクシミリ等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。 In this embodiment, the case where the configuration of the present invention is applied to the multi-function device 1 has been described. However, in another different embodiment, the configuration of the present invention is applied to other image forming apparatuses such as a printer, a copier, and a facsimile. It is also possible.
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態に係る定着装置51について、図6を用いて説明する。なお、駆動機構52以外の部分については第1の実施形態と同様の構成であるため、図面上に第1の実施形態と同一の番号を付し、説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a fixing
駆動機構52は、左右一対の支持部材53と、各支持部材53の近傍に配置される左右一対のモーター54と、を備えている。
The drive mechanism 52 includes a pair of left and
支持部材53は、前後方向(定着ローラー22の長手方向である左右方向とは垂直な方向)に延びており、直棒状を成している。右側の支持部材53の後端部には、右端の熱電変換モジュール30が固定されている。左側の支持部材53の後端部には、左端の熱電変換モジュール30が固定されている。このような構成により、左右一対の支持部材53によって熱電変換装置24が支持されている。各支持部材53の上面にはラック55が設けられている。なお、ラック55は、多数の歯車が直線状に列設されることで形成されているが、図6の図面上は、歯車の記載が省略されている。
The
各モーター54は、例えばステッピングモーターであり、正逆回転可能に設けられている。各モーター54にはピニオン56が固定されており、このピニオン56が各支持部材53のラック55に噛合することで、ラックアンドピニオン機構57が形成されている。換言すると、各モーター54は、ラックアンドピニオン機構57を介して各支持部材53に接続されている。
Each
そして、各モーター54が回転すると、この回転がラックアンドピニオン機構57を介して各支持部材53に伝達され、各支持部材53が前後方向に直線状にスライドする。このスライドに伴って、熱電変換装置24が、各支持部材53と共に、定着ローラー22と所定の距離を隔てた第1の位置(図6の実線参照)と、この第1の位置よりも定着ローラー22に接近する第2の位置(図6の二点鎖線参照)と、の間で前後方向に直線状にスライドする。
When each motor 54 rotates, this rotation is transmitted to each
このような構成を採用することで、熱電変換装置24の移動距離を十分に確保することができ、定着ローラー22の加熱中に熱電変換装置24によって定着ローラー22の熱が奪われるのを、一層確実に防止することができる。
By adopting such a configuration, a sufficient moving distance of the
1 複合機(画像形成装置)
20 定着装置
22 定着ローラー(定着部材)
24 熱電変換装置
25 駆動機構
26 ヒーター(熱源)
27 サーミスター(温度検出部)
33 回転軸
34 モーター
37 制御部
38 記憶部
45 電源部
46 平滑コンデンサー
53 支持部材
54 モーター
57 ラックアンドピニオン機構
1 MFP (image forming device)
20
24
27 Thermistor (temperature detector)
33 Rotating
Claims (7)
該定着部材を加熱する熱源と、
前記定着部材から発生する熱を電気に変換する熱電変換装置と、
第1の位置と、該第1の位置よりも前記定着部材に接近する第2の位置と、の間で前記熱電変換装置を移動させる駆動機構と、
該駆動機構への駆動指令信号を送信可能な制御部と、
前記定着部材の加熱目標温度を記憶する記憶部と、
前記定着部材の温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記制御部は、前記熱源が前記定着部材を前記加熱目標温度に加熱している間は、前記熱電変換装置を前記第1の位置に保持し、前記熱源が前記定着部材の加熱を停止するのに伴って、前記駆動機構によって前記熱電変換装置を前記第1の位置から前記第2の位置まで移動させ、
前記記憶部は、用紙にトナー像を定着可能な定着可能温度と、該定着可能温度よりも低温な節電温度と、を前記加熱目標温度として記憶し、
前記熱源は、前記定着部材を前記定着可能温度に加熱する定着可能モードから前記定着部材を前記節電温度に加熱する節電モードへの移行を開始する時と、前記定着可能モード又は前記節電モードから前記定着部材を加熱しないスリープモードへの移行を開始する時と、電源がOFFになる時に、前記定着部材の加熱を停止し、
前記制御部は、前記定着可能モードから前記節電モードへの移行を開始した後、前記温度検出部による前記定着部材の検出温度が前記節電温度まで低下しているか否かを判定し、前記検出温度が前記節電温度まで低下していると判定した場合には、前記駆動機構によって前記熱電変換装置を前記第2の位置から前記第1の位置まで移動させることを特徴とする定着装置。 A fixing member for fixing the toner image on the paper;
A heat source for heating the fixing member;
A thermoelectric conversion device that converts heat generated from the fixing member into electricity;
A drive mechanism that moves the thermoelectric conversion device between a first position and a second position that is closer to the fixing member than the first position;
A control unit capable of transmitting a drive command signal to the drive mechanism;
A storage unit for storing a heating target temperature of the fixing member;
A temperature detection unit for detecting the temperature of the fixing member ,
The controller holds the thermoelectric conversion device at the first position while the heat source is heating the fixing member to the heating target temperature, and the heat source stops heating the fixing member. Accordingly, the thermoelectric conversion device is moved from the first position to the second position by the drive mechanism ,
The storage unit stores, as the heating target temperature, a fixable temperature at which a toner image can be fixed on a sheet, and a power saving temperature lower than the fixable temperature,
The heat source starts the transition from the fixable mode in which the fixing member is heated to the fixable temperature to the power saving mode in which the fixing member is heated to the power saving temperature, and from the fixable mode or the power saving mode to the power saving mode. When the transition to the sleep mode without heating the fixing member is started and when the power is turned off, the heating of the fixing member is stopped,
The control unit determines whether the temperature detected by the temperature detection unit of the fixing member has decreased to the power saving temperature after starting the transition from the fixable mode to the power saving mode, and the detected temperature Is determined to have decreased to the power saving temperature , the fixing mechanism moves the thermoelectric conversion device from the second position to the first position by the drive mechanism .
前記定着部材の長手方向に沿って前記熱電変換装置が固定される回転軸と、
該回転軸に接続されるモーターと、を備え、
該モーターを回転させると、前記熱電変換装置が前記回転軸を中心に回転することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 The drive mechanism is
A rotating shaft to which the thermoelectric conversion device is fixed along the longitudinal direction of the fixing member;
A motor connected to the rotating shaft,
The fixing device according to claim 1 , wherein when the motor is rotated, the thermoelectric conversion device rotates about the rotation shaft.
前記定着部材の長手方向と垂直な方向に延びて前記熱電変換装置を支持する支持部材と、
該支持部材に接続されるモーターと、を備え、
該モーターを回転させると、前記熱電変換装置が前記支持部材と共に前記定着部材の長手方向と垂直な方向にスライドすることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 The drive mechanism is
A support member that extends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the fixing member and supports the thermoelectric conversion device;
A motor connected to the support member,
The fixing device according to claim 1 , wherein when the motor is rotated, the thermoelectric conversion device slides in a direction perpendicular to a longitudinal direction of the fixing member together with the support member.
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