JP6273833B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスを利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらを組み合わせた複合機に適用される画像形成装置であって、省エネ要求の対応で発熱する熱を回収して電気エネルギーに変換して蓄え、スリープ状態時に蓄えた電気エネルギーを使用して発電することで消費電力を削減する機能を持つ画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置に搭載される発熱部品に対する発電及び冷却のために適用可能な周知技術としては、例えば熱電変換素子を用いて連続的に安定して発電を行う「発電装置」（特許文献１）が挙げられる。

この発電装置は、安定して発電をすることを目的として、発熱部品である機器の熱源部に熱電変換モジュール（熱電素子）の一面側を接触させ、熱電変換モジュールの他面側に放熱手段（冷却フィン）を接触させて冷却手段のファンによる冷風で冷却することにより、熱電変換モジュールの両面に温度差を与えると共に、機器の熱源部を冷却する構成となっている。

上述した特許文献１の技術は、発熱部品に熱伝導体を介在させて熱電素子を接触させて熱電素子により発電させる発電装置であり、発熱部品が使用状況によって高温になるために冷却手段による冷却を必要としているが、発熱部品と放熱手段との間に熱電素子を挟む構造であるために熱電素子の熱抵抗が大きくなることにより、同じ冷却能力のままであれば発熱部品の放熱能力が低下してしまい、場合によっては発熱部品が温度上昇して破壊される虞があるという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、発熱部品に熱電素子を装着した構造としても、発熱部品の放熱能力を低下させることなく、冷却用の消費電力を大きくせずに発熱部品を効率良く冷却できる発熱部品用の冷却及び発電機能を持つ画像形成装置を提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明の基本構成は、発熱部品を搭載した画像形成装置において、熱電素子による発電手段と、発熱部品と熱電素子の一面側との間に空冷用の第１の放熱板を挟んで当該熱電素子の他面側に第２の放熱板が取り付けられた放熱手段と、第１の放熱板を冷却する冷却手段と、発熱部品の温度上昇を当該温度上昇との関連が想定される装置の制御状態から予測し、予測結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却手段を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には当該冷却手段を動作させずに自然放熱で冷却させて発電手段により発電させるように動作制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の画像形成装置では、放熱手段を発熱部品と熱電素子の一面側との間に空冷用の第１の放熱板を挟んで熱電素子の他面側に第２の放熱板が取り付けられた構造とし、制御手段によって、発熱部品の温度上昇をその温度上昇との関連が想定される装置の制御状態から予測した予測結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却手段を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には冷却手段を動作させずに自然放熱で冷却させて熱電素子による発電手段で発電させるように動作制御を行うため、発熱部品に熱電素子を装着した構造としても、発熱部品の放熱能力を低下させることなく、冷却用の消費電力を大きくせずに発熱部品を効率良く冷却できる発熱部品用の冷却及び発電機能を持たせることができる。結果として、発熱部品の放熱能力の低下による破壊を防止することができる。

本発明の実施例１に係る画像形成装置の機械系部分の基本構成を示した概略図である。 図１で説明した画像形成装置の電源系部分の基本構成を示した概略ブロック図である。 図１で説明した画像形成装置の発熱部品に対する既存の発電及び冷却構造を対比して示した概略ブロック図である。 図１で説明した画像形成装置の発熱部品に対する実施例での発電及び冷却構造を示した概略ブロック図である。 図３に示した既存の発電及び冷却構造、図４に示した実施例１での発電及び冷却構造、並びに発電構造を持たない冷却構造を備えた画像形成装置における発熱部品の消費電力と発電電力との特性を温度上昇の大小に応じて対比して示した図である。

以下に、本発明の画像形成装置について、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置１の機械系部分の基本構成を示した概略図である。この画像形成装置１は、複写機能、プリンタ機能、及びファクシミリ機能等を有するデジタル複合機から成り、略図する操作部のアプリケーション切り替えキーにより各種機能を順次に切り替えて選択することが可能となっており、例えば複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリンタモードとなり、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。

図１を参照して具体的に説明すれば、画像形成装置１では、複写モードで原稿の束が自動原稿送り装置（ＡＤＦ）２によって順に画像読み取り装置３に給送され、画像読み取り装置３で原稿から画像情報が読み取られる。読み取られた画像情報は、画像処理手段を介して書き込み手段としての書き込みユニット４により光情報に変換され、感光体ドラム６における略図する帯電器によって一様に帯電された後、書き込みユニット４からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム６上の静電潜像は、現像装置７によって現像されてトナー像となる。このトナー像は、搬送ベルト８によって搬送された転写紙に転写され、その転写紙に対して定着装置９によってトナー像を定着してから排出する処理が行われる。

図２は、画像形成装置１の電源系部分の基本構成を示した概略ブロック図である。図２を参照すれば、画像形成装置１の電源系部分は、発熱部品２２と発電手段としての熱電素子３２の一面側との間に空冷用の第１の放熱板３０を挟んで熱電素子３２の他面側に第２の放熱板３１が取り付けられた放熱手段と、第１の放熱板３０を冷却する冷却手段としての冷却ファン２６と、発熱部品２２の温度上昇を検出する温度検出手段としての温度検出センサ２９と、温度検出センサ２９による温度検出結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させずに自然放熱で冷却させて熱電素子３２により発電させるように動作制御を行う制御手段である入出力制御部２０と、を備えている。

ここでは、発熱部品２２に対して熱電素子３２を空冷用の第１の放熱板３０を介在させて装着した構造としており、熱電素子３２が第１の放熱板３０を通して伝導される発熱部品２２から排出される熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。

熱電素子３２で発電された電気エネルギーは、ＤＤＣ充電器２７を介して蓄電池３４に蓄えられる。ＤＤＣ充電器２７をオフすれば、熱電素子３２とＤＤＣ充電器２７との接続は遮断状態になるので、電気的に熱電素子３２の発電は停止する。蓄電池３４に蓄えられた電気エネルギーはＤＤＣ放電器２４及び切替回路２３を介して負荷部２１に供給される。因みに、ここではＤＤＣ充電器２７、ＤＤＣ放電器２４、及び切替回路２３を動作させるための電源供給が必要となるため、切替回路２３には交流電源３５に接続された電源供給装置（ＰＳＵ）２５からの電源ラインが接続される。これにより、切替回路２３は、電源供給装置２５から供給される交流電源に基づいて主電源により作られる電源、並びに熱電素子３２で発電されて蓄電池３４で蓄電してＤＤＣ放電器２４を介して作られる電源を入出力制御部２０による制御に従って切り替えて負荷部２１に供給する働きをする。

入出力制御部２０は、上述した発熱部品２２に付設された温度検出センサ２９からの温度検出結果に基づく冷却ファン２６及び熱電素子３２の動作制御を行う他、必要に応じて機内の温度を検出する機内温度センサ２８からの機内温度検出結果を用いて冷却ファン２６を動作制御したり、或いはその他の各種センサからの各種検出結果に基づいて、デジタル複写機の全体の制御を行い、各動作モードに応じてシーケンシャルに負荷部２１となる各部を動作させ、更に蓄電池３４に対するＤＤＣ充電器２７やＤＤＣ放電器２４への充放電の動作制御も行い、発熱部品２２から発電できるタイミングで充電を行うようにＤＤＣ充電器２７を動作させる。

図３は、画像形成装置１の発熱部品２２に対する既存の発電及び冷却構造を対比して示した概略ブロック図である。図３を参照すれば、発熱部品２２に対する既存の発電及び冷却構造では、発熱部品２２に熱電素子３２の一面側を接触させ、熱電素子３２の他面側に冷風用の放熱板３３を取り付けて熱電素子３２による発電を行い、発熱部品２２に付設された温度検出センサ２９からの温度検出結果に基づいて入出力制御部２０が冷却ファン２６の動作を制御することで冷却を行うようになっており、機能構成上では特許文献１の発電装置を適用した場合と同様な仕様とみなせるものである。

即ち、ここでは発熱部品２２が装置内で動作して発熱すると、熱電素子３２に熱が伝わって熱電素子３２が発電し、このときに熱電素子３２に移動した熱は冷風用の放熱板３３を通して空気中に放熱される。発熱部品２２の温度上昇は温度検出センサ２９によって検出される。その検出結果で温度上昇が小さい場合には冷却ファン２６を動作させなくても、発熱部品２２が温度上昇によって破壊されることはないが、装置の使用状況により発熱部品２２が連続動作したとき等、温度上昇が大きい場合には冷却能力が十分でなくなるので、発熱部品２２が破壊されるのを防止するために冷却ファン２６を動作させ、放熱板３３の放熱フィン及びヒートシンクに冷風を当てて冷却能力を高める必要がある。

ところが、上記課題で述べた通り、発熱部品２２に熱電素子３２を接触させて発電する場合、発熱部品２２の冷却機能も考慮する必要があるが、熱電素子３２の有無で比較すると、発熱部品２２と放熱板３３との間に熱電素子３２を挟んだ場合、熱電素子３２は熱抵抗が大きいため、熱電素子３２を挟んでいない時と比べて外部からの冷却ファン２６による冷却性能が同じだった場合、熱抵抗のために発熱部品２２が冷え難くなって発熱部品２２の冷却機能が抑えられてしまい、最悪の場合には温度上昇のために発熱部品２２の素子が破壊されてしまう虞がある。このように、発熱部品２２が破壊されるのを回避するためには、冷却ファン２６の風量を増大させれば良いが、冷却用の電力を増大させて風量を増加させると、冷却に必要な電力が大幅にアップしてしまうため、昨今の省エネ化やエコ化の観点からすれば好ましくない。

そこで、放熱板を二種類設け、装置の使用状況によって冷却手法を切り替えるようにしたのが本発明の着眼点である。

図４は、画像形成装置１の発熱部品２２に対する実施例１での発電及び冷却構造を示した概略ブロック図である。実施例１に係る発熱部品２２に対する発電及び冷却構造では、放熱手段を発熱部品２２と熱電素子３２の一面側との間に空冷用の第１の放熱板３０を挟んで熱電素子３２の他面側に第２の放熱板３１が取り付けられた構造とし、入出力制御部２０によって、発熱部品２２の温度上昇を検出する温度検出センサ２９による温度検出結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させずに自然放熱で冷却させて熱電素子３２で発電させるように動作制御を行うようにしたものである。

即ち、ここでは発熱部品２２と熱電素子３２との間の第１の放熱板３０は冷却ファン２６によって冷却し、熱電素子３２の他面側の第２の放熱板３１は自然冷却するようにしている。第１の放熱板３０は、発熱部品２２と熱電素子３２との間の部分の箇所に放熱フィンを設けることができずに自然放熱し難い形状となってため、冷却ファン２６による冷風で効率良く放熱する構成とし、第２の放熱板３１は熱電素子３２との取り付け面との反対面全体に放熱フィンを設けることができるため、自然放熱に適する構成としている。

入出力制御部２０の動作制御によって、装置の使用状況に応じた温度検出センサ２９からの温度検出結果で発熱部品２２の温度上昇が一定値未満で小さい場合には、発熱の温度上昇が低く発熱部品２２が破壊されないため、冷却ファン２６を動作させずに第２の放熱板３１からの自然放熱のみで発熱部品２２の熱を放熱させる。このとき、発熱部品２２からの熱が熱伝導率の良い第１の放熱板３０を伝導して熱電素子３２へ移動し、熱電素子３２へ移動した熱は第２の放熱板３１から自然冷却されて放熱される。その際、冷却ファン２６は動作していないため、冷却ファン２６の電力が不要な状態で熱電素子３２により発生する発電量で発電することができる。装置の動作の大部分を占める小枚数印刷時等では、発熱部品２２の温度上昇が一定値未満になるので、冷却ファン２６を動作させずに冷却用の電力を使うことなく効率良く熱電素子３２で発電を行うことができる。

また、入出力制御部２０の動作制御によって、装置の使用状況に応じた温度検出センサ２９からの温度検出結果で発熱部品２２の温度上昇が一定値以上で大きい場合には、発熱の温度上昇が高く発熱部品２２が破壊される虞があるため、冷却ファン２６を動作させて第１の放熱板３０の放熱フィンに冷却ファン２６からの冷風が積極的に当たるようにして発熱部品２２からの熱を第１の放熱板３０を介して放出させる。その際、発熱部品２２と第１の放熱板３０との間に熱抵抗が大きな熱電素子３２を挟まない構成であるため、熱電素子３２を装着したことで冷却用の電力が増えることが無く、効率良く冷却を行うことができる。

図５は、図３に示した既存の発電及び冷却構造、図４に示した実施例１での発電及び冷却構造、並びに発電構造を持たない冷却構造を備えた画像形成装置１における発熱部品２２の消費電力と発電電力との特性を温度上昇の大小に応じて対比して示した図である。

一般に、オフィス等で使用される画像形成装置１は、小部数の印刷が行われるのが大半であるので、そうした場合には印刷後に待機状態又はスリープ状態に移行することにより、発熱部品２２には電流が流れなくなり、温度上昇しなくなる。このような少数部の印刷時には一時的に電流が流れ、温度上昇するものの、印刷部数が少ないために動作時間が短く、温度の上限に至る前に電流が流れなくなり、温度が低下する。このような動作が繰り返される間は、熱電素子３２を発電することで僅かな発電量を積算することになり、省エネの効果が得られることになる。

ところが、係る画像形成装置１でも大部数の印刷が行われる場合があり、こうした場合には長い間電流が流れて温度上昇が起こり、冷却能力が温度上昇より劣ると発熱部品２２の素子の温度上昇が止まらなくなり、いずれは素子の温度上限を超えて破壊される事態を招くことになる。こうした事態を防ぐために、冷却ファン２６により強制冷却が必要であるが、これは消費電力の増加を意味する。

図５を参照すれば、領域Ｅ１に示される既存の発電及び冷却構造では、発熱部品２２の素子の温度上昇が小さければ放熱板３３を介して放熱し、熱電素子３２で発電することができる。このように温度上昇が小さければ熱電素子３２の発電を僅かであるが、冷却ファン２６を動作させなくて実施できるために、所定量の発電電力が得られて冷却用の消費電力が無くて済む状態となる。

しかしながら、温度上昇が大きければ、冷却ファン２６を動作させる必要があるが、発熱部品２２と放熱板３３との間に熱抵抗が大きな熱電素子３２が介在されているため、領域Ｅ３の発電構造を持たない冷却構造（熱電素子３２が無い構造）と比較して、冷却用の消費電力が相当に増加してしまう。逆にこの分の冷却用の消費電力を使用しなければ（図示の場合には冷却用の消費電力の増加分未満で所定量の約半分程度の熱電素子３２による発電電力を得ている様子を示している）、温度上昇が大きい場合に発熱部品２２の素子が破壊されてしまうことを意味する。

これに対し、領域Ｅ２に示される実施例１の発電及び冷却構造では、発熱部品２２の素子の温度上昇が小さければ発熱部品２２からの熱が熱伝導率の良い第１の放熱板３０に伝導して熱電素子３２へ移動する。熱電素子３２へ移動した熱は第２の放熱板３１から放熱されて自然冷却されるため、熱電素子３２で発電して所定量の発電電力を得ることができる。その際、冷却ファン２６は動作していないため、冷却用の消費電力は無くて済む状態となる。

また、温度上昇が大きければ、冷却ファン２６を動作させ、これによって第１の放熱板３０の放熱フィンに冷風が積極的に当たることになり、発熱部品２２の熱が第１の放熱板３０を介して放熱される。ここでは、冷却用に冷却ファン２６の動作による冷風を活用することになるが、領域Ｅ１に示される既存の発電及び冷却構造の場合とは異なり、発熱部品２２と第１の放熱板３０との間に熱抵抗の大きな熱電素子３２が介在されないため、冷却用の消費電力が増加されることがなくて済む状態となり、領域Ｅ３の発電構造を持たない冷却構造（熱電素子３２が無い構造）で温度上昇が大きい場合に冷却ファン２６を動作させたときの冷却用の消費電力と同程度のレベルの消費電力になる。

実施例２に係る画像形成装置１は、発熱部品２２に付設されて発熱部品２２の温度上昇を検出する温度検出センサ２９を使用しない代わり、入出力制御部２０が発熱部品２２の温度上昇との関連が想定される装置の制御状態から発熱部品２２の温度上昇を予測し、予測結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させずに自然放熱で冷却させて熱電素子３２により発電させるように動作制御を行うものである。

即ち、実施例２に係る画像形成装置１では、入出力制御部２０が装置の制御状態から発熱部品２２に流れる電流、時間等を検出した結果に基づいて発熱量を計算し、発熱量に基づいて温度上昇を予測するもので、この場合には発熱部品２２に対して専用の温度検出センサ２９を設置する必要がないため、コストダウンを図ることができる。

実施例３に係る画像形成装置１は、実施例２の場合の一実施態様となるもので、装置の制御状態の一例として、装置の印刷枚数を検出する印刷枚数検出手段を備え、入出力制御部２０が印刷枚数検出手段による印刷枚数検出値に基づいて発熱部品２２の温度上昇を予測し、その予測結果に応じて冷却ファン２６及び熱電素子３２を動作制御する（予測結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させずに自然放熱で冷却させて熱電素子３２により発電させる）ものである。

実施例３に係る画像形成装置１では、実施例２の場合と同様に、発熱部品２２に対して専用の温度検出センサ２９を設置する必要がなく、コストダウンを図ることができる他、装置動作の大部分を占める小枚数印刷等の発熱部品２２が冷却ファン２６の冷却が必要な程度にまで温度上昇しない状態において、冷却ファン２６を動作させないで熱電素子３２による発電を行わせることができるため、効率良く発電できるという効果も期待できる。

実施例４に係る画像形成装置１は、実施例２の場合の他の実施態様となるもので、装置の制御状態の他例として、装置の印刷する紙厚を検出する紙厚検出手段を備え、入出力制御部２０が紙厚検出手段による紙厚検出値に基づいて発熱部品２２の温度上昇を予測し、その予測結果に応じて冷却ファン２６及び熱電素子３２を動作制御する（予測結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させずに自然放熱で冷却させて熱電素子３２により発電させる）ものである。

実施例４に係る画像形成装置１では、装置が出力する紙厚検出値によって、発熱部品２２のオン時間とそのときに流れる電流値とを検出した結果に基づいて温度上昇を予測することができるため、実施例２の場合と同様に、発熱部品２２に対して専用の温度検出センサ２９を設置する必要がなく、コストダウンを図ることができる。

実施例５に係る画像形成装置１は、実施例２の場合の別の実施態様となるもので、装置の制御状態の別例として、装置の印刷する印刷モードを認識する印刷モード認識手段を備え、入出力制御部２０が印刷モード認識手段による印刷モード認識結果に基づいて発熱部品２２の温度上昇を予測し、その予測結果に応じて冷却ファン２６及び熱電素子３２を動作制御する（予測結果が一定値以上の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には冷却ファン２６を動作させずに自然放熱で冷却させて熱電素子３２により発電させる）ものである。

実施例５に係る画像形成装置１では、装置が出力する印刷モード認識結果（モノクロ、カラー）によって、発熱部品２２のオン時間とそのときに流れる電流値とを検出した結果に基づいて温度上昇を予測することができるため、実施例２の場合と同様に、発熱部品２２に対して専用の温度検出センサ２９を設置する必要がなく、コストダウンを図ることができる。

１ 画像形成装置
２ 自動原稿送り装置（ＡＤＦ）
３ 画像読み取り装置
４ 書き込みユニット
５ プリンタユニット
６ 感光体ドラム
７ 現像装置
８ 搬送ベルト
９ 定着装置
２０ 入出制御部
２１ 負荷部
２２ 発熱部品
２３ 切替回路
２４ ＤＤＣ放電器
２５ 電源供給装置（ＰＳＵ）
２６ 冷却ファン
２７ ＤＤＣ充電器
２８ 機内温度センサ
２９ 温度検出センサ
３０、３１、３３ 放熱板
３２ 熱電素子
３４ 蓄電池
３５ 交流電源

特開２００５−１３７１５９号公報

Claims (4)

1. 発熱部品を搭載した画像形成装置において、
   熱電素子による発電手段と、前記発熱部品と前記熱電素子の一面側との間に空冷用の第１の放熱板を挟んで当該熱電素子の他面側に第２の放熱板が取り付けられた放熱手段と、前記第１の放熱板を冷却する冷却手段と、前記発熱部品の温度上昇を当該温度上昇との関連が想定される装置の制御状態から予測し、予測結果が一定値以上の温度上昇となる場合には前記冷却手段を動作させると共に、一定値未満の温度上昇となる場合には当該冷却手段を動作させずに自然放熱で冷却させて前記発電手段により発電させるように動作制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記装置の制御状態として、当該装置の印刷枚数を検出する印刷枚数検出手段を備え、前記制御手段は、前記印刷枚数検出手段による印刷枚数検出値に基づいて前記発熱部品の温度上昇を予測し、当該予測結果に応じて前記冷却手段及び前記発電手段を動作制御することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記装置の制御状態として、当該装置の印刷する紙厚を検出する紙厚検出手段を備え、前記制御手段は、前記紙厚検出手段による紙厚検出値に基づいて前記発熱部品の温度上昇を予測し、当該予測結果に応じて前記冷却手段及び前記発電手段を動作制御することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記装置の制御状態として、当該装置の印刷する印刷モードを認識する印刷モード認識手段を備え、前記制御手段は、前記印刷モード認識手段による印刷モード認識結果に基づいて前記発熱部品の温度上昇を予測し、当該予測結果に応じて前記冷却手段及び前記発電手段を動作制御することを特徴とする画像形成装置。