(57)【要約】  【課題】機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことが可能な画像形成装置を提供する。  【解決手段】像担持体６１と、現像装置６３と、装置本体の内部に外気を取り入れる吸気部１１と、装置本体内部の空気を外部に排出する排気部１８と、吸気部１１から装置本体内部に気流を導く吸気経路Ｄと、吸気経路Ｄとは異なり装置本体内部から排気部１８に気流を導く排気経路Ｇとを有する画像形成装置１０において、吸気経路Ｄと排気経路Ｇとをそれぞれの一部が互いに近接するように対向配置し、互いの近接位置に吸気経路Ｄから排気経路Ｇへと熱を移動させる熱移動手段４０を設け、熱移動手段４０によって吸気経路Ｄを通過する気流の温度を下げる構成とした。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、装置本体の内部に外気を取り入れる吸気部と、装置本体内部の空気を外部に排出する排気部と、前記吸気部から装置本体内部に気流を導く吸気経路と、前記吸気経路とは異なり装置本体内部から前記排気部に気流を導く排気経路とを有する画像形成装置において、
前記吸気経路と前記排気経路とはそれぞれの一部が互いに近接するように対向配置され、互いの近接位置には前記吸気経路から前記排気経路へと熱を移動させる熱移動手段が設けられ、前記熱移動手段によって前記吸気経路を通過する気流の温度を下げることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
装置外部の温度に基づいて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２記載の画像形成装置において、
画像形成枚数に応じて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１記載の画像形成装置において、
装置内部の所定箇所の温度に基づいて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１記載の画像形成装置において、
装置外部の温度と装置内部の所定箇所の温度との差に基づいて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５記載の画像形成装置において、
装置内部の所定箇所の温度に基づいて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１記載の画像形成装置において、
装置外部の温度と装置内部の所定箇所の温度とに基づいて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１記載の画像形成装置において、
装置内部の所定箇所の温度と前記熱移動手段よりも下流側の前記吸気経路を通過する気流の温度とに基づいて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１記載の画像形成装置において、
装置内部の所定箇所の温度が所定時間後に所定値以上上昇したときに元の温度及びその上昇量に基づいて前記熱移動手段の熱移動量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記熱移動手段が前記装置本体に対して着脱自在であり、前記熱移動手段が前記装置本体より離脱しているときには前記吸気経路と前記排気経路との間で熱移動を生じさせない断熱性部材を前記熱移動手段に代えて装着可能であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式を採用した画像形成装置に関し、詳しくは効率的な機内冷却制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子写真式画像形成装置では装置の小型化や高速化が望まれており、これに伴い装置内ユニットの小型化や装置内ユニット同士が少ない隙間で近接する配置レイアウトが検討されている。これにより装置内の温度上昇が顕著となるが、装置内温度上昇に対する冷却気流の設計に工夫がなされ、その一方で装置の低騒音化の基準も厳しくなっているために騒音対策にも考慮した設計が要求されている。
【０００３】
そこで、給気ファンを作動して吸気口から取り込んだ外気を、吸気ダクトを通してドラム状の感光体に導入し、感光体他端側でＵターンダクトを通してＵターンさせて方向を変え、クリーニング装置（トナー収納装置）と定着装置との間に配置するダクトを通して感光体の一端側（背面側）に戻し、排気ダクトを通して排気口から外部へと排出する空気流路を形成して感光体を含む作像ユニット（感光体、帯電装置、現像装置、転写装置、感光体クリーニング装置等より構成している）を冷却する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。
【０００４】
また、作像装置本体を大きくしないためにトナーボトルを作像装置内にコンパクトに収める必要があり、トナーボトルを作像装置の通紙方向とほぼ平行で現像装置上部から感光体ユニット側部を経て定着ユニット上部に至るように配置する技術が、例えば「特許文献２」に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが近年では、装置のさらなる高速化及び省資源、炭酸ガス排出量抑制でのトナーの無駄な消費の削減や、環境負荷低減でＴＥＣ値等消費エネルギの削減要求が高まっており、使用するトナーの低定着温度化や使用するトナーの廃棄分を少なくするために、用紙に転写されず感光体クリーニング装置で回収されたトナーを現像装置に戻し、再使用するトナーリサイクル技術の要求が高まっている。トナーは低定着温度化すればするほど熱による特性劣化が大きくなるため、機内温度上昇による余裕度が低下する。
【０００６】
またトナーリサイクルを行うと、リサイクルトナーは紙粉や異物等の混入、熱や機械ストレスの履歴を受けているため、トナー表面に付着して帯電性や流動性を安定化させている添加剤の離脱や埋没、上記ストレスによるトナー樹脂の特性変化やトナーの形状変化（変形や割れ、微粉化等）により以下のような不具合が発生する場合がある。
【０００７】
すなわち、過去の事例でも帯電性の低下により地肌部の汚れや感光体のクリーニング装置すり抜けによる汚れ画像の発生、トナー流動性の低下によるトナー搬送不良、現像ローラ表面へのリサイクルトナーの固着による画像濃度への影響等が報告されている。これ等は、トナーの低定着温度化によってより不利な方向となっているので、この場合でも機内温度上昇の影響を受け易い。
【０００８】
一方、近年の省エネルギの要求により、機内温度を下げたり機内の防塵やオゾン等の作像ユニット部品を劣化させるガスの捕集や排出をしたりする目的で、駆動させている画像形成装置に設けたファンの駆動時間に制約を設けたり排気量を落としたりして使用する場合が増加している。また、電力供給事情の変化によりユーザの使用環境も大きく変化してきており、空調の温度設定を高めにしたり空調運転時間を短縮したりする等、装置本体の置かれている環境も変化している。例えば、夜間の時間帯で空調が切られていて設置環境温度がかなり上昇している条件で、プリンタやファクシミリが無人で使用されるケースも多くなっている。そのため、従来の機内温度冷却方法では不十分な状況が増加し、異常画像の発生割合が増加するという問題点がある。  
本発明は上述の問題点を解決し、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことが可能な画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、装置本体の内部に外気を取り入れる吸気部と、装置本体内部の空気を外部に排出する排気部と、前記吸気部から装置本体内部に気流を導く吸気経路と、前記吸気経路とは異なり装置本体内部から前記排気部に気流を導く排気経路とを有する画像形成装置において、前記吸気経路と前記排気経路とはそれぞれの一部が互いに近接するように対向配置され、互いの近接位置には前記吸気経路から前記排気経路へと熱を移動させる熱移動手段が設けられ、前記熱移動手段によって前記吸気経路を通過する気流の温度を下げることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の画像形成部要部の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられるトナーリサイクル経路を示す概略図である。
【図４】従来の画像形成装置における吸気経路と排気経路とを説明する概略斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態における吸気気流経路を説明する概略図である。
【図６】本発明の一実施形態における吸気気流経路を説明する概略図である。
【図７】本発明の一実施形態における吸気気流経路を説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施形態における排気気流経路を説明する概略図である。
【図９】本発明の一実施形態における排気気流経路を説明する概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態における排気気流経路を説明する概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態における排気気流経路を説明する概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態における排気気流経路を説明する概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態における排気気流経路を説明する概略図である。
【図１４】本発明の一実施形態に用いられる熱移動手段の概略斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態に用いられる熱移動手段の概略正面図である。
【図１６】本発明の一実施形態における熱移動手段の装着状態を説明する概略図である。
【図１７】本発明の一実施形態に用いられる熱移動手段の取付状態を説明する概略図である。
【図１８】本発明の一実施形態の変形例に用いられる熱移動手段の取付状態を説明する概略図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態におけるペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２０】本発明の第２の実施形態におけるペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２１】本発明の第３の実施形態におけるペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２２】本発明の第４の実施形態におけるオーバシュートの概念図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態におけるペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２４】本発明の第５の実施形態における外部温度高温時でのペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２５】本発明の第５の実施形態における外部温度中温時でのペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２６】本発明の第６の実施形態におけるペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２７】本発明の第７の実施形態におけるペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２８】本発明の第８の実施形態における外部温度中温時でのペルチェ素子の制御を説明する表である。
【図２９】本発明の他の実施形態に用いられる断熱性部材の取付状態を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置を示している。同図において、原稿画像を読み取ってこれに基づき公知の電子写真方式による画像形成を行う画像形成装置としての複写機１０は、原稿読取部３、露光手段７、画像形成部１、給紙部２等を有している。
【００１３】
原稿読取部３は、コンタクトガラス３１上に載置された原稿に光を照射する光源３２、原稿からの反射光像を読み取るための結像レンズ３４及びＣＣＤ等のイメージセンサ３５、結像レンズ３４に原稿からの反射光像を導くミラー３３等を有している。コンタクトガラス３１の上部には、自動で原稿を連続的に読み取るＡＤＦ３０が配設されている。
【００１４】
露光手段７は、原稿読取部３によって読み取られた画像信号を基に感光体ドラム６１上に光書込を行って静電潜像を形成するものである。露光手段７は、図示しないレーザ光源、ポリゴンミラー等の光偏向器、ｆθレンズ等からなる走査結像用のレンズ系及びミラー群によって構成されている。
【００１５】
画像形成部１は、像担持体である感光体ドラム６１、その周囲に配設された帯電装置６２、現像装置６３、感光体クリーニング装置６４の他、レジストローラ対２９、転写搬送装置５１、定着装置５２等によって構成されている。また給紙部２には、各種サイズの転写紙が収容された複数の給紙カセットが設けられている。
【００１６】
なお図示していないが、概ね現像装置６３の上部から感光体ドラム６１の上部を経て定着装置５２に差し渡して、トナーを収容したトナーボトルが配設されている。トナーボトルは円筒形を呈しており、回転することによりその供給口より現像装置６３の上部である符号６で示した辺りにトナーを供給する。トナーボトルの定着装置５２側の端部は、トナーボトルの底部となる。
【００１７】
図２は、作像部の詳細を示している。図２において画像形成動作が開始されると、原稿読取部３により原稿画像が読み取られ、感光体ドラム６１が矢印Ａ方向に回転しつつ帯電装置６２によって約−９００Ｖに帯電される。そして、原稿読取部３で読み取られた画像信号に基づいて露光手段７により感光体ドラム６１への光書込（ミラー４による光照射）が行われて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置６３内の２成分現像剤によって現像され、感光体ドラム６１上にトナー像が形成される。
【００１８】
感光体ドラム６１上のトナー像は、転写搬送装置５１に設けられた転写ベルト５５のニップ部５４において、給紙部２より給送されレジストローラ対２９によって位置調整がなされた転写紙に対して静電転写される。トナー像が転写された転写紙は、転写ベルト５５によって搬送されて定着装置５２においてトナー像を定着される。トナー像が定着された転写紙は、図１に示す排紙ローラ対５３によって機外へと排出され、排紙トレイ５上に排紙される。
【００１９】
トナー像転写後の感光体ドラム６１の表面は感光体クリーニング装置６４に設けられたクリーニングブレード５９及びクリーニングブラシ６０によって清掃され、残留トナーが除去及び回収される。転写搬送後の転写ベルト５５も転写搬送装置５１内に設けられた図示しないベルトクリーニング手段によって清掃され、転写残トナーが除去及び回収される。
【００２０】
感光体クリーニング装置６４及び図示しないベルトクリーニング装置によって除去された残留トナーは、リサイクルトナーとして図３に示すトナーリサイクル経路８に送られる。その後、紙粉等の大きな異物を通過させないメッシュ状のフィルタを通過させた後、現像装置６３にトナーを補給するために一旦トナーを貯留するトナーホッパ５８に送られる。なお、小型機や中型機の機種によってはフィルタを設けない場合もある。
【００２１】
トナーホッパ５８には、未使用のトナーが図示しないトナーボトルから供給され、トナーホッパ５８内において未使用のトナーとリサイクルトナーとが混じり合うように攪拌される。これは、現像装置６３の内部でリサイクルトナーが偏ってしまうことを防止するためである。このようにして、新たに供給されるトナー（未使用トナーとリサイクルトナー）がトナーホッパ５８内で準備され、現像装置６３での消費量を補うように補給制御される。
【００２２】
次に、現像装置６３について説明する。現像装置６３は２成分現像剤を用いるものであり、現像タンク６５内に磁性キャリアとトナーとからなる現像剤６６を収容している。感光体ドラム６１上の静電潜像を現像装置６３内の現像ローラ６７ａ，６７ｂで現像してトナー像を形成すると、現像装置６３内のトナー割合であるトナー濃度が減少する。そこで、画像濃度の低下を抑えるため、現像剤６６中のトナー濃度が所定値以下となるとトナーホッパ５８からトナーを補給し、現像剤６６中のトナー濃度を維持することが行われる。現像剤６６中のトナー濃度は、現像装置６３のケーシング下部に取り付けられた透磁率センサ６８によって測定される。
【００２３】
トナーホッパ５８から補給されたトナーは、現像装置６３内の撹拌部材６９によってキャリアと撹拌混合されて負極性に摩擦帯電される。帯電された現像剤６６はパドルホイール７０によって上方の現像ローラ６７ａに向けて跳ね上げられ、跳ね上げられた現像剤６６は現像ローラ６７ａ上に吸着される。現像剤６６は現像ローラ６７ａの外周スリーブにより搬送され、余剰分は現像ドクタ７１によって掻き落とされる。現像ドクタ７１によって掻き落とされた現像剤６６は、通路７２、攪拌ローラ７３を介して撹拌部材６９に戻される。
【００２４】
感光体ドラム６１側に搬送された現像剤６６中のトナーは、電位約−１００Ｖの静電潜像に対応してバイアス手段７４から約−５２０Ｖの現像バイアスが印加されることで、電位差による電界の作用によって感光体ドラム６１の外周面に付着する。ここでの現像ポテンシャルは、（−１００Ｖ：感光体ドラム６１の露光部電位）−（５２０Ｖ：現像バイアス）＝４２０Ｖとなる。現像後の現像ローラ６７ａ上の現像剤６６は、下方の現像ローラ６７ｂに移動してさらに現像ローラ６７ａと同様の現像を行った後に現像タンク６５に戻される。
【００２５】
現像装置６３が新品に交換されたとき及び現像剤６６を新品に交換する際には、トナー濃度が一定値である基準となる現像剤（初期剤）を現像タンク６５に充填する。初期剤のトナー濃度（トナーの重量／現像剤の重量×１００）を例えば４％とし、現像剤の重量を９００ｇとすると、初期剤に混入しているトナー量は３６ｇとなり、残りの８６４ｇはキャリア重量である。初期剤を充填した現像装置６３を画像形成装置１０の装置本体にセットしたときには、先ず初期剤のトナー濃度が一定の状態で透磁率センサ６８（以下、トナー濃度センサという）の校正を行う必要がある。
【００２６】
画像形成装置１０の本体制御部には、現像剤交換後の画像形成枚数をカウントして記憶する現像剤使用カウンタが設けられており、画像形成枚数をサービズ担当者やユーザの操作によって確認することができるように構成されている。これに基づき、所定の枚数以上現像剤６６が使用されている場合には、現像剤６６を新品に交換する時期を判断して交換作業の必要を適正なタイミングで使用者に促し、使用者は現像剤６６の交換作業を適正なタイミングで行うことができる。
【００２７】
本形態で示す画像形成装置１０は、キャリアとトナーとが混合された２成分現像剤を用いている。キャリアは、粒子径が３５〜８０μｍのフェライト等の磁性粒子の表面に、アミノシランカップリング剤を含むシリコン樹脂がコーティングされている。トナーは、ポリエステルやポリスチレン等をメイン樹脂として、顔料、帯電制御剤、ワックス等を混練し、粉砕してトナー粒子を作製し、その表面に外添剤としてシリカ等の金属酸化物やその他の微粒子を付着させて作製されている。また別の方法としては、重合法により製造したポリエステルやポリスチレン等のトナーを用いることも可能である。トナーの低温定着化は、主に上記樹脂成分の処方条件の変更により定着温度を下げている。
【００２８】
図４は、従来の画像形成装置における機内の吸気経路と排気経路とを示している。図４では、吸気経路Ａと排気経路Ｂとが分離されている。先ず、吸気経路Ａを説明する。矢印で示すように、気流は右上部の吸気部としての吸気口１１から吸気ファン１２を経て吸気ダクト１３に導かれる。この後の気流の流れとしては感光体ドラム６１に向かうものと帯電装置６２に入るものとがある。感光体ドラム６１に向かう経路では図において左方に気流を流し、左側端部のトナーリサイクル経路８を経由してファン１４上部の感光体ユニット排気ダクト１５に気流を送る。一方、もう一つの吸気の流れは、帯電装置６２から感光体クリーニング装置６４の上部及び防塵フィルタ１６を経て感光体ユニット排気ダクト１５に通じている。
【００２９】
排気経路Ｂは、感光体ユニット排気ダクト１５に加え定着装置５２の定着出口部からの熱気を排気する定着出口排気ダクト１７を有している。各排気気流は、各ダクト１５，１７の合流部の下流途中に共に図示しないオゾンフィルタ及び防塵フィルタを介して、排気部として機能する排気ファン１８によって機外に排出される。
【００３０】
しかしこの構成では、装置内部の画像形成部１の付近に供給される気流は吸気口１１付近の空気そのものであるので、吸気気流の温度は必ずしも低くない場合があり、狙いの冷却効果が得られない場合があった。そこで本発明では、より積極的に装置内部の画像形成部１の付近に供給される吸気気流の温度を下げる方法を提案する。
【００３１】
図５、図６、図７に本発明の一実施形態である気流経路を示す。各図において機内の画像形成部１は図１に示した構成と同様であり、図５は正面図を、図６は平面図を、図７は右側面図をそれぞれ示している。図５〜図７において吸気入口部Ｃは、機外からの空気取り込み口２０、機外から塵埃等が入らないように捕集する防塵フィルタ２１、吸気気流を形成する吸気ファン２２、機内のダクトの中継を行う吸気入口ダクト２３等を有している。吸気入口部Ｃから取り入れられた空気は、吸気経路としての吸気通気ダクトＤ（トナーボトル９を含む）、作像部Ｅ、定着部Ｆ、排気経路としての排気通気ダクトＧ、排気出口部Ｈへと順次送られる。
【００３２】
吸気入口部Ｃから取り入れられた空気は、感光体ドラム６１、帯電装置６２、現像装置６３、転写搬送装置５１等を有する作像部Ｅへと接続された吸気通気ダクトＤに送られる。吸気通気ダクトＤと排気通気ダクトＧの主に作像部Ｅからの気流を流す部分は所定の面積を持ってそれぞれ相対配置されており、双方のダクト内を流れる気流間の熱的伝導性を有する熱移動手段４０が各ダクト間に配設されている。吸気通気ダクトＤに入った気流は熱移動手段４０によって吸熱され、温度が低下した状態となって作像部Ｅに送られ、作像部Ｅを効率的に冷却することができる。熱移動手段４０は、排気通気ダクトＧ側では排気気流に熱を放散し、排気気流の温度を上昇させつつ排気出口部Ｈ方向へと送り出す。以上が吸気入口部Ｃから作像部Ｅまでの吸気の流れである。
【００３３】
次に、図８〜図１３を用いて排気気流について説明する。図８〜図１０は主に作像部Ｅから排気する気流の経路を示しており、図１１〜図１３は主に定着部Ｆの出口部から排気する気流の経路を示している。図８及び図１１は正面図を、図９及び図１２は平面図を、図１０及び図１３は側面図をそれぞれ示している。
【００３４】
先ず、排気出口部Ｈを説明する。排気出口部Ｈは、最終的に機外に排気や排熱を行いかつ排気気流を作成する排気ファン２４を有している。また排気出口部Ｈは、排気ファン２４の手前に配置され機内で発生するオゾン等の有害物質を捕集すると共に同じく機内で発生する飛散トナーや紙粉が主な原因の飛散粒子等を捕集するフィルタ２５を有している。また排気出口部Ｈは、排気通気ダクトＧと接続された排気出口ダクト２６を有し、排気通気ダクトＧと排気気流経路を形成することにより排気ファン２４によって排気気流経路中に効率よく気流を形成し、機外に排気及び排熱を行うことができる。
【００３５】
図８に示すように、作像部Ｅからの気流は排気通気ダクトＧに対して回収されるように流れ込み、熱移動手段４０と接触している部分では熱を放出されて排気気流の温度が上昇し、排気通気ダクトＧから排気出口部Ｈのダクトを経て作像部Ｅからの気流が排出される。
【００３６】
一方定着部Ｆでは、排出する用紙の温度や排紙部の温度を下げるため、あるいは用紙に含まれる水分が定着部Ｆで発生する蒸気（結露や用紙に触れて異常画像の原因となる）を排出するため、定着部Ｆの出口の熱や蒸気を排出する必要がある。そこで図１１に示すように、定着部Ｆの出口部からの空気を排気通気ダクトＧに導き、排気出口部Ｈのダクトへと排出する。
【００３７】
次に、熱移動手段４０について説明する。熱移動手段４０としては、吸気側の気流から吸熱して作像部Ｅからの排気気流に熱を放出するものであれば、ヒートパイプやそれらを集積させた熱交換手段を用いることも可能である。しかし、このような構成では大型化してしまうことから、近年では吸熱の効率化が図られているペルチェ素子を用いたものが最も適している。ペルチェ素子を用いた熱移動手段（熱移動ユニット）４０の構成例を図１４及び図１５に示す。図１４は斜視図を、図１５は正面図をそれぞれ示している。
【００３８】
熱移動手段４０は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とを金属電極によりＮ−Ｐ−Ｎ−Ｐ・・・（−は電極での接続を示す）のように接続したπ型ペルチェ素子４１によって構成されている。熱移動手段４０は、左から右へと電流を流したときにＮ−Ｐの電極とそれぞれの半導体界面では吸熱を行い、Ｐ−Ｎの電極とそれぞれの半導体界面では放熱を行う。この構成では複数のペルチェ素子４１を配列し、吸熱側及び放熱側をセラミックス等の非導電かつ熱伝導の板材で挟持し（ペルチェ素子４１とセラミックスとの間は熱伝導を確保する）、さらにセラミックス板上に放熱板を形成している。放熱板は上述のセラミックスを一体成型してもよいが、熱伝導率の高い金属（銅やアルミニウム）の成型品がよく、図ではセラミックス板との接触状態を示してはいないがセラミックス板とほぼ同等の面積で熱的に接触させる。
【００３９】
放熱板は上述したダクト内の気流に接触させ、吸熱側では気流を冷却し、逆に放熱側では気流に対して熱を放出する作用を働かせる。図１４では、気流方向に対して平行な板材を並べた単純な形状を示したが、より熱の移動をし易くするようにＣＰＵの放熱装置のように表面積を大きくする形状や、放熱板の密度を工夫することも可能である。ここで、放熱板の密度を上げることは気流流量の確保と相反するため、ダクトの通気経路断面積を含め最適な条件を選択する必要がある。
【００４０】
次に、熱移動手段４０を用いた例を示す。例えば、感光体ドラム６１の線速を２７０ｍｍ／ｓ、毎分６０枚（Ａ４横送り）画像形成可能な装置において、吸気通気ダクトＤと排気通気ダクトＧとの主に作像部Ｅからの気流を流す部分は、所定の面積かつ上下重なる位置関係でそれぞれ相対している。
【００４１】
熱移動手段４０は、図１６に示すように画像形成装置１０の装置本体の背面側から装着可能であり、熱移動手段４０の装着部分Ｉの拡大図が図１７、図１８である。図１７は、用紙搬送方向６０ｍｍ、装置奥行き方向６０ｍｍのサイズの熱移動手段４０を、各ダクトＤ，Ｇの間隔が１５ｍｍでかつ上下のセラミックス板がそれぞれダクトに接するように支持部材２７で固定した例を示している。支持部材２７は装置本体側のダクト間に設けられており、熱移動手段４０の挿入装着時におけるガイド部材を兼用する。本実施形態で用いる冷却素子は、高温側２７℃のときに最大吸熱１５０Ｗ、最大温度差６８℃であるが、実際にはそこまでの温度差は必要ではないので、電力を制御して適正な温度差を保っている。本実施形態では、２０〜４０℃の温度差があれば十分である。
【００４２】
図１７は、セラミックス板がダクト面に露出する形での装着例であるが、図１８に示すように、熱移動手段４０の外周を補強部材１９と断熱部材２８とで覆う構成としてもよい。素子自身の厚み（セラミックス板までの厚み）は５ｍｍ程度のものが多いので、汎用的な素子を使用する場合にはこのようにして補強した上で熱移動手段４０を構成することが望ましい。
【００４３】
次に、画像形成装置１０における機内温度上昇について説明する。機内温度上昇は、一般に装置が稼働状態にあり、定着装置５２が作動し、モータが通電して各ユニットを駆動し、また可動物の摺動摩擦熱の発生により生じる。一方、装置稼働中は同時に機内温度上昇を防止する冷却系も作動しているので、これにより長時間稼働した場合に発熱と放熱とのバランスが取れ、最高温度である飽和温度に達する。また、機内温度は画像形成装置の置かれた場所での機外温度の影響を受ける。すなわち、機外温度が２０℃の場合と３５℃の場合とでは、おおよそ機内温度の飽和温度はその差である１５℃を受け継ぎ、仮に機外温度が２０℃の場合の機内飽和温度が３５℃の場合には、機外温度が３５℃の場合では５０℃まで上昇してしまう。
【００４４】
さらに、機内配置に目を向けると、同じ機内であっても熱源の温度が高く、発生熱量の多いところ、例えば定着装置の近傍等はかなりの温度上昇が生じ、仮に定着装置に近い位置に作像ユニットを置くと、定着装置に近いほど高温によるダメージを受け易い。また、稼働状態だけでなく、稼働終了後に静音化のためにファンを停止させるモードを有する装置も多く、この場合には機内の発生熱が滞留して所定時間後に温度上昇が引き起こされ、装置が稼働状態時の飽和温度よりも高温となってしまう場合も見受けられる。
【００４５】
安定した品質の画像を得るために従来は、このような機内温度上昇に対してファンを増強したり気流をスムーズに流すためにダクトの形状や配置を工夫したり、またトナーの耐熱性を高めることで対応してきた。しかし、「発明が解決しようとする課題」の欄でも述べたように、近年の省エネルギや低騒音、さらに小型化や高速化の要求から、上述の対応が取れない場合や上述の対応では不十分である場合が生じてきた。そこで、今までとは異なる機内温度上昇回避策が必要となっている。
【００４６】
そこで、本発明における熱移動手段４０の動作方法を説明する。本実施形態における熱移動手段４０は常時動作させる必要はなく、状況に応じて動作させる。例えば、装置の外部温度が十分に低い場合には、機外から取り込む外気によって装置内の作像部は十分に冷却が可能である。そこで、外部温度が所定温度以上となった場合に、複数段階毎に熱移動手段４０の出力を上昇させる方法を採用している。
【００４７】
先ず第１の実施形態として、外部とほぼ同じ温度が測定可能な装置本体の部位（例えば給紙装置の下部等の定着装置から十分に離れた位置）に温度センサを配置する。そして、この温度センサの出力を随時モニタし、この温度データに基づいて例えば図１９に示すように熱移動手段４０の出力を制御する。π型ペルチェ素子４１の場合には、電流値を上げれば冷却温度が大きくなって吸気気流の温度をさらに下げることができる。第１の実施形態では、外部温度が高くなるほどπ型ペルチェ素子４１の排熱側と吸熱側との温度差を大きくして冷却効果を高めている。ここで、外部温度が３０℃以下の場合いはトナーボトル９の最高温度は４５℃までしか上昇しないため、π型ペルチェ素子４１を非作動としている。
【００４８】
装置内の作像部において温度上昇を積極的に抑えたい箇所は、現像装置、感光体クリーニング部、トナーリサイクル経路、感光体ドラム、トナーボトル等と複数箇所が挙げられる。しかし、最も温度上昇が厳しく影響する箇所は装置毎にそれぞれ異なるため、ここでは最もリスクの高い箇所に対応するように制御することを考える。例えば、トナーボトルが定着装置に近接していて内部のトナーが熱による劣化を受ける場合もあるし、クリーニング装置で回収されたトナーが近接して配置されている定着装置の熱によって固化して搬送不良が生じる場合もある等、様々な事情がある。さらにダクトへの送風もこれを考慮して気流の分配を行うことが望ましい。上述の構成により、外部温度の変化に追従して機内温度上昇を抑制することができ、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００４９】
また、外部温度が同じであっても装置の稼働状態、例えば単位時間当たりの画像形成枚数が異なれば機内温度上昇の状況が変化し、画像形成枚数が多くなればなるほど機内温度上昇が大きくなる。そこで第２の実施形態として、第１の実施形態の構成に加えて単位時間当たり例えば１時間当たりの画像形成枚数をカウントし、その結果を熱移動手段４０の出力に反映させる。その一例を図２０に示す。第２の実施形態では、外部温度が高くなるほど、また画像形成枚数が多くなるほどπ型ペルチェ素子４１の排熱側と吸熱側との温度差を大きくして冷却効果を高めている。上述の構成により、外部温度の変化及び画像形成枚数の増減に追従して機内温度上昇を抑制することができ、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００５０】
次に、より直接的に機内温度を測定して熱移動手段４０の出力を制御する例を第３の実施形態として示す。機内温度をモニタする箇所は、装置で最もリスクの高い作像部を選択する。ここでは仮に、定着装置に最も近接したトナーボトルの近傍に温度センサを設置する。そして、この温度センサの出力を随時モニタし、この温度データに基づいて例えば図２１に示すように熱移動手段４０の出力を制御する。第３の実施形態では、機内温度が高くなるほどπ型ペルチェ素子４１の排熱側と吸熱側との温度差を大きくして冷却効果を高めている。上述の構成により、機内温度の変化に追従して機内温度上昇を抑制することができ、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００５１】
次に第４の実施形態として、上述した温度センサで機内温度をモニタした結果、機内温度が所定時間後に所定値以上上昇したときに、元の機内温度及び温度上昇量に基づいて熱移動手段４０の出力を制御する。装置本体内部に設けられているファンは、画像形成時においては通常速度で動作されているが、画像形成動作終了後に通常速度から低速に切り替わったり、通常速度から停止に切り替わったりする。このようにファンの動作状態が切り替わったとき、所定時間後に機内温度が上昇するという、オーバシュートが起こり易い。熱移動手段４０が作動していない場合におけるオーバシュートの概念図を図２２に示す。
【００５２】
そこで第４の実施形態では、画像形成動作終了後や画像形成動作間にファンを停止させず、その動作音がユーザの気にならない程度に低速でファンを動作させる。そして、オーバシュートによる熱ストレスを回避すべく、図２３に示すように熱移動手段４０の出力を制御することによって３分後におけるオーバシュート量を低減させている。第４の実施形態では、ファン通常動作時における機内温度が高くなるほど及びオーバシュート量が大きくなるほどπ型ペルチェ素子４１の排熱側と吸熱側との温度差を大きくして冷却効果を高めている。上述の構成により、機内温度の変化及びオーバシュート量の変化に追従して機内温度上昇を抑制することができ、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００５３】
次に、外部温度と機内温度との差分から熱移動手段４０の出力を制御する例を第５の実施形態として示す。第５の実施形態では、外部温度を計測するセンサを第１の実施形態と同じ位置に、機内温度を計測するセンサを第３の実施形態と同じ位置にそれぞれ配置している。そして、各温度センサの出力を随時モニタして各温度データの差分に基づいて例えば図２４、図２５に示すように熱移動手段４０の出力を制御する。図２４は外部温度が画像形成装置の保証温度上限である３２℃の場合を、図２５は外部温度が２８℃の場合をそれぞれ示している。第５の実施形態では、各温度データの差分が大きくなるほどπ型ペルチェ素子４１の排熱側と吸熱側との温度差を大きくして冷却効果を高めている。
【００５４】
この第５の実施形態では、外部温度が３２℃のときに機内温度が外部温度よりも１０℃高い状態までは特に装置本体の熱蓄積が多くならないので、熱移動手段４０を作動させていない。しかし、それ以上に温度差が開く場合には機内温度を下げるように、段階を追って熱移動手段４０の出力を高めていく必要がある。本実施形態では、温度差１０℃を目標として一定間隔で出力を変化させ、目標温度に近付けていくフィードバック制御を行う。またＰＩＤ制御でもよい。上述の構成により、外部温度と機内温度との差分の変化に追従して機内温度上昇を抑制することができ、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００５５】
次に、外部温度と機内温度との差分及び機内温度から熱移動手段４０の出力を制御する例を第６の実施形態として示す。第６の実施形態では、外部温度を計測するセンサ及び機内温度を計測するセンサを第５の実施形態と同じ位置にそれぞれ配置している。そして、各温度センサの出力を随時モニタして各温度データの差分及び機内温度に基づいて例えば図２６に示すように熱移動手段４０の出力を制御する。第６の実施形態では、各温度データの差分が大きくなるほどπ型ペルチェ素子４１の排熱側と吸熱側との温度差を大きくして冷却効果を高めているが、機内温度が高いほどさらに冷却出力を高める必要がある。上述の構成により、外部温度と機内温度との差分の変化及び機内温度の変化に追従して機内温度上昇を抑制することができ、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００５６】
次に、外部温度と機内温度とから熱移動手段４０の出力を制御する例を第７の実施形態として示す。第７の実施形態では、外部温度を計測するセンサ及び機内温度を計測するセンサを第５の実施形態と同じ位置にそれぞれ配置し、各温度センサの出力を随時モニタして各温度データに基づいて例えば図２７に示すように熱移動手段４０の出力を制御する。第７の実施形態では、各温度がそれぞれ大きくなるほどπ型ペルチェ素子４１の排熱側と吸熱側との温度差を大きくして冷却効果を高めている。上述の構成により、外部温度と機内温度との変化に追従して機内温度上昇を抑制することができ、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００５７】
次に、熱移動手段４０の下流側の吸気通気ダクト内の気流温度と機内温度とを検知して熱移動手段４０の出力を制御する例を第８の実施形態として示す。熱移動手段４０の下流側の吸気通気ダクト内の気流温度は、低いほど機内の冷却効果が高まる。機内温度が目標温度よりも高い状態が検知された場合には、熱移動手段４０の下流側の吸気通気ダクト内の気流温度を下げるように制御する。そのイメージを図２８に示す。
【００５８】
図２８において、機内温度の目標温度＜Ｔｎ１とし、温度がＴｎ１に達すると熱移動手段４０をオンさせて吸気通気ダクトの気流温度を下げる（通常のフィードバック制御）。そして、使用条件等の外乱が加わりさらに機内温度が上昇する場合には、目標温度Ｔｎ１よりも高い目標温度Ｔｎ２を設定して気流温度をさらに下げるように制御する。また、熱移動手段４０の下流側の吸気通気ダクトの気流温度と機内温度とを同時に把握することにより、熱移動手段４０が正常に動作しているか否かを直接的に確認することができる。異常時には、表示パネルに表示を行ってユーザに報告する。なお、異常確認は外部温度との比較でも可能である。上述の構成により、装置内部の所定箇所の温度と熱移動手段４０よりも下流側の吸気経路を通過する気流の温度とに基づいて機内温度上昇を抑制することができる。これにより、機内温度上昇に伴うトナー劣化等の様々な不具合の発生を抑制して異常画像の発生を防止し、良好な画像形成を継続的に行うことができる。
【００５９】
上述した各実施形態では、画像形成装置として株式会社リコー製のＭＰ６０００（６０枚／分）を用いた場合を想定しており、この機種に基づいて各温度を想定している。ここで、連続画像形成時におけるトナーボトル部での温度上昇（最高温度）は外部温度＋１５℃であり、オーバシュートは最大で約７℃である。トナーボトル内のトナーが劣化する温度は５０℃以上であると考えられるが、本実施形態ではトナーボトルの温度が４５℃を超えると熱移動手段によって積極的に冷却制御を行っている。
【００６０】
ところで、上述した機内温度上昇により派生する問題が全ての地域で発生するわけではなく、またユーザでの装置設置環境や使用方法によって問題が発生するか否かは状況が異なる。地域でいえば熱帯地方の方が問題が発生し易く、ユーザの使用条件でいえば屋外に近い場所に設置され夏季の熱気を受け易い条件や厚紙の使用が多く定着装置の温度を通常よりも高く設定している場合等において問題が発生し易いと考えられる。
【００６１】
一方、もし熱移動手段を装着してもこれがほとんど作動する条件とはならないユーザについては、当初から熱移動手段を装着せずに装置を提供することがコスト的にも妥当である。そのようなユーザでも事情によって環境が変化して熱移動手段が必要となる場合には、熱移動手段が装置本体に対して自由に着脱可能であれば、装置が使用できなくなって他の機種に入れ替える等の対応を回避することができる。
【００６２】
図２９は、熱移動手段４０を装着した支持部材２７から熱移動手段４０を外し、代わりに同じ外形形状である断熱性部材３６を支持部材２７に装着した例を示す。この構成により上下のダクトからの熱移動が生じず、吸気系では外気を取り込んでそのままの温度で作像部を冷却することができる。また、熱移動手段４０を取り外すことにより余分な電力消費が抑えられると共に、熱移動手段４０の装着を必要に応じて選択することができる。
【００６３】
上記では主に機内温度上昇の抑制方法について述べてきたが、本発明により以下のメリットも期待できる。先ず一つは、低温定着トナーを使用する上で、装置の余裕度が広がる点である。現在、市場の要求で低消費電力化が望まれているが、これを実現するためにトナーの低温定着化が検討されている。トナーの樹脂特性では、軟化温度が低いことが低温定着に結び付くが、作像プロセスの現像、転写、クリーニング、トナー搬送では、トナーのガラス転移点がそれぞれの動作に影響する。ガラス転移点は定着温度とは直接的な関係はないが、低温定着トナーはガラス転移点も低いという傾向があり、作像プロセス部の温度上昇でトナーがダメージを受け、各作像部において正常な動作を維持できなくなるという問題点がある。現在市場で使用されている低温定着を意識していない通常トナーのガラス転移点６０℃以上に対し、ＴＥＣ値がトップレベルにある省エネルギを意識した装置に使用されている低温定着トナーのガラス転移点は概ね６０℃以下である。これは、今後は５５℃以下に推移するものと予測される。将来は、次世代の低温定着トナーを使いこなす上で、ますます機内温度の上昇を抑えることが要求される。本発明では、その展開も実現可能となる。
【００６４】
もう一つは、トナーリサイクル技術を搭載した装置の余裕度も広げられる点である。世界的に広がりを見せている省資源の流れは今後ますます強くなってくると考えられ、石油を主原料として合成製造された樹脂を用いたトナーの廃棄率をさらに低減することは大きな課題である。上述したリサイクルトナーの劣化は機内温度の影響と機械的ストレスの影響が挙げられる。しかし、通常の電子写真装置では両方のストレスがリサイクルトナーに与えられていて、それぞれが単独で作用するよりも同時に加わることで相乗的に劣化が進んでしまうことが知られている。本発明は、機内温度上昇による熱ストレスの低減を実現するものであり、トナーの特性劣化を防ぎ安定した画質が継続的に得られると共に、劣化したリサイクルトナーが引き起こす現像剤の寿命低下も防止できる。これにより、現状よりも長寿命のリサイクルトナーシステムを搭載した画像形成装置を実現できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  画像形成装置（複写機）
１１  吸気部（吸気口）
１８  排気部（排気ファン）
３６  断熱性部材
４０  熱移動手段
６１  像担持体（感光体ドラム）
６３  現像装置
６４  感光体クリーニング装置
Ｄ  吸気経路（吸気通気ダクト）
Ｇ  排気経路（排気通気ダクト）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６６】
【特許文献１】特開２００３−２２８２６０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２８９２号公報
【図１】
2014081583.tif 000003
【図２】
2014081583.tif 000004
【図３】
2014081583.tif 000005
【図４】
2014081583.tif 000006
【図５】
2014081583.tif 000007
【図６】
2014081583.tif 000008
【図７】
2014081583.tif 000009
【図８】
2014081583.tif 000010
【図９】
2014081583.tif 000011
【図１０】
2014081583.tif 000012
【図１１】
2014081583.tif 000013
【図１２】
2014081583.tif 000014
【図１３】
2014081583.tif 000015
【図１４】
2014081583.tif 000016
【図１５】
2014081583.tif 000017
【図１６】
2014081583.tif 000018
【図１７】
2014081583.tif 000019
【図１８】
2014081583.tif 000020
【図１９】
2014081583.tif 000021
【図２０】
2014081583.tif 000022
【図２１】
2014081583.tif 000023
【図２２】
2014081583.tif 000024
【図２３】
2014081583.tif 000025
【図２４】
2014081583.tif 000026
【図２５】
2014081583.tif 000027
【図２６】
2014081583.tif 000028
【図２７】
2014081583.tif 000029
【図２８】
2014081583.tif 000030
【図２９】
2014081583.tif 000031