(57)【要約】【課題】省スペース、省エネルギーで、熱源及びその周辺の温度制御を可能とする画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体４ａ上に露光して潜像を書き込み、該潜像をトナーを含む現像剤により現像して、形成されたトナー像を記録紙に転写後定着させ、画像を得る画像形成装置において、画像形成工程において必要な熱を供給する熱源１２と、熱源１２から保護される被保護部２との間に、１以上の熱交換装置１６と、熱交換装置１６周辺の空気の滞留を防止するスペース１４とを備え、熱源１２の表面温度を検出する温度センサ１７を有し、温度センサ１７の出力に応じて熱交換装置１６への入力電流を調整する制御ユニット１６ａとを備える画像形成装置である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に露光して潜像を書き込み、該潜像をトナーを含む現像剤により現像して、形成されたトナー像を記録紙に転写後定着させ、画像を得る画像形成装置において、
該画像形成装置は、画像形成工程において必要な熱を供給する熱源と、該熱源から保護される被保護部との間に、１以上の熱交換装置と、該熱交換装置周辺の空気の滞留を防止するスペースとを備え、
該熱源の表面温度を検出する温度センサを有し、該温度センサの出力に応じて該熱交換装置への入力電流を調整する制御ユニットとを備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、前記熱交換装置周辺の空気の滞留を防止するスペースの外装面側に換気手段を備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記制御ユニットは、前記熱源の表面温度をそれぞれ異なる温度に制御する２以上の制御モードを有し、それぞれの表面温度設定を熱交換装置に指示するための入力制御と、該入力制御からの信号に基づいて前記制御モードを切り替える切り替え制御を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の画像形成装置において、
前記制御ユニットは、前記制御モードに応じて、前記温度センサの出力に基づく前記換気手段への入力制御と、前記熱交換装置への入力制御からの信号に基づいて前記換気手段への入力信号を切り替える切り替え制御を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、前記熱交換装置、前記制御ユニット、及び前記温度センサとが移動可能に構成されてなる
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関し、さらに詳しくは、熱定着等の熱源を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置は、機内に、熱源を有するユニットと熱の影響を受け易いユニットとを備え持ち、画像形成作業を成している。例えば、熱源を有するユニットとしては、ヒータを内部に備えるローラを用いた熱定着手段等が挙げられる。記録紙上に転写されたトナー像に１５０℃前後の熱を加え、トナーを溶融させるとともに加圧して画像を定着させるものである。一方、像担持体上に潜像を形成する露光手段、トナーを扱う像担持体、現像手段、転写手段、クリーニング手段は、機内の温度上昇の影響を受けやすい。露光手段は、精度の高い光学部品を有する装置であり、これらの部品が温度の影響を受けると、原稿に忠実な潜像の形成ができなくなる。また、像担持体、現像手段、転写手段、クリーニング手段に定着手段の熱が及ぶと、トナーが熱の影響を受けて凝固、融着等を起こし、異常画像の原因となる。そこで、これらの手段への熱の影響を低減させるべく、熱定着手段との配置関係を考慮した設計等がなされている。
しかし、現状、多彩なプロセスを有する画像形成装置は、機械部品、電子部品が多数になり、機内の部品密度は高く、少スペース化を考慮した部品のレイアウト設計が難解になってきている。
【０００３】
特許文献１に記載の画像形成装置は、熱源である定着装置と、その近傍に位置するクリーニング装置の温度制御を直接的に行い、トナーを確実に定着させて、残留トナーの温度管理をして再利用すると共に、消費電力を低減させる構成としている。しかしながら、温度制御をこれだけに頼るのでは大雑把な制御しかできず、また安全性にも乏しい。
【０００４】
特許文献２に記載の画像形成装置は、少スペースで冷却効率の高い熱交換装置を使用して、熱源の保温と熱源周辺の手段の冷却とを行う構成としている。しかしながら、熱交換装置が備え持っている入力電流による温度制御機能を利用しているものではなく、精密な温度制御はされていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−４７４４５号公報
【特許文献２】
特開２０００−９８８６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
画像形成装置の設計にあたっては、露光手段、像担持体、現像手段、転写手段、クリーニング手段等機内の熱の影響を受けやすい手段を熱から保護し、異常画像の発生を抑えると共に、画像形成装置全体としての省エネルギー化を一層進めるために、機内のさらに精密な温度制御が求められている。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、省スペース、省エネルギーで、熱源及びその周辺の温度制御を可能とする画像形成装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体上に露光して潜像を書き込み、該潜像をトナーを含む現像剤により現像して、形成されたトナー像を記録紙に転写後定着させ、画像を得る画像形成装置において、該画像形成装置は、画像形成工程において必要な熱を供給する熱源と、該熱源から保護される被保護部との間に、１以上の熱交換装置と、該熱交換装置周辺の空気の滞留を防止するスペースとを備え、該熱源の表面温度を検出する温度センサを有し、該温度センサの出力に応じて該熱交換装置への入力電流を調整する制御ユニットとを備える画像形成装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記熱交換装置周辺の空気の滞留を防止するスペースの外装面側に換気手段を備える画像形成装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記制御ユニットが、前記熱源の表面温度をそれぞれ異なる温度に制御する２以上の制御モードを有し、それぞれの表面温度設定を熱交換装置に指示するための入力制御と、該入力制御からの信号に基づいて前記制御モードを切り替える切り替え制御を行う画像形成装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の画像形成装置において、前記制御ユニットが、前記制御モードに応じて、前記温度センサの出力に基づく前記換気手段への入力制御と、前記熱交換装置への入力制御からの信号に基づいて前記換気手段への入力信号を切り替える切り替え制御を行う画像形成装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記熱交換装置、前記制御ユニット、及び前記温度センサが移動可能に構成されてなる画像形成装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。図２は、図１の画像形成装置を背面からみた図である。
自動原稿読取装置１を装置上部に有し、その下方に、光学系ユニット３、像担持体である感光体４ａを含む感光体ユニット４、現像ユニット２、中間転写ユニット５が配置されている。中間転写ユニット５の下方には、記録紙にトナー像を転写する転写ユニット７が配置され、その横にトナー像を転写された記録紙を搬送する搬送ベルト８、引き続いて記録紙上にトナー像を定着させる定着ユニット１２が配置されている。
自動原稿読取装置１で原稿を読み取り、読み取った画像データに基づいて光学系ユニット３のレーザーが感光体４ａに潜像を書き込む。そして、その潜像に、現像ユニット２によりトナーが供給され、顕像化され、中間転写ユニット５に転写されて一時的に担持される。一方で、給紙ユニット９もしくは手差し給紙台６から、転写ユニット７に向け記録紙が搬送される。中間転写ユニット５のトナー像は、搬送されてきた記録紙に転写ユニット７にて転写され、搬送ベルト８で搬送されて定着ユニット１２で記録紙に定着される。このようにして画像が形成された記録紙は、排紙部にて排紙される。
【００１２】
上記感光体ユニット４、現像ユニット２、中間転写ユニット５、転写ユニット７は、未定着状態のトナーを扱っているユニットである。トナーは熱による影響を受けると凝固、融着等の現象を起こし、異常画像を発生してしまう為、熱の影響を受け易いユニット、すなわち被保護部に相当する。
定着ユニット１２は内部にハロゲンランプ等の熱源を備える加熱ローラ１１と、加熱ローラ１１に対して圧接するように配置された加圧ローラ１０とから構成されている。これらのローラ間には所定幅のニップ部が形成されており、このニップ部を記録紙が通過するときに加熱及び加圧され、記録紙上の未定着画像が定着される。従って、定着ユニット１２は熱源を有するユニットに相当する。
図１及び図２から分かる通り、上記に示した熱の影響を受け易いユニットと熱源を有するユニットとは、画像形成装置全体の小型化を図るべく、互いに近接配置されており、感光体ユニット４、現像ユニット２、中間転写ユニット５、転写ユニット７は、定着ユニット１２の熱源の影響を多大に受けやすい配置関係にある。
【００１３】
図３及び図４は、本画像形成装置の画像形成部の概略を拡大して示す図である。本発明の画像形成装置は、熱源である定着ユニット１２と、最も熱源の熱の影響を受け易い配置となっている現像ユニット２との間に、１以上の熱交換装置１６を設ける。熱交換装置１６としては、例えばペルチェ素子を用いることができる。ペルチェ素子１６の片面は、定着ユニット１２に接するように配置する。また、ペルチェ素子１６への入力電流を制御する制御ユニット１６ａを備える。
ペルチェ素子１６の被保護部側の片面は、ペルチェ素子１６の熱交換率を向上させる為、及びペルチェ素子１６周辺の空気の滞留を防止する為に、空気の流れ道になる程度のスペース１４を設ける。なおそのスペース１４は、図３に示すように周辺のユニットで流れ道をつくっても良いし、図４に示すように枠体にて囲んでも良い。
更に、そのスペース１４と外部とを換気する為に、画像形成装置の外装面側にファン等の換気手段１５を設けることがよい。
【００１４】
図５は、定着ユニット１２の斜視図である。本実施形態においては、定着ユニット１２の表面に接するように、３個のペルチェ素子１６と制御ユニット１６ａとが固定部材１８により固定され（図５においては、制御ユニット１６ａのみが見える状態である。）、更に定着ユニット１２の表面温度を検出する温度センサ１７が設けられ、それぞれの制御ユニット１６ａと接続されている。これにより、温度センサ１７の出力信号は制御ユニット１６ａへ送られ、出力信号に応じてペルチェ素子１６への入力電流を制御する。
【００１５】
図３〜図５に示した構成により、熱源である定着ユニット１２と被保護部である現像ユニット２との間に、熱交換装置としてのペルチェ素子１６を１個以上備えることで、少スペースで定着ユニット１２の温度維持制御が可能となる。ペルチェ素子１６の片面側には、空気の滞留を防止する為のスペース１４が設けられているため、定着ユニット１２の温度が上昇し過ぎたときは、効率的に定着ユニットの冷却を行うことができる。更に、スペース１４と外部とを換気する換気手段１５を備えることで、ペルチェ素子１６の熱交換率を向上させることができる。定着ユニット１２の表面にその表面温度を検出する温度センサ１７を配置することで、その出力に応じて、ペルチェ素子１６への入力電流を調整し、定着ユニット１２の表面温度を常に一定に保持することができる。
【００１６】
ここで、定着ユニット１２では、画像形成装置の稼動状態によって設定温度が異なる。そこで、熱交換装置１６と制御ユニット１６ａとを備える本画像形成装置によって行う、より効率的な定着ユニット１２の温度制御について説明する。図６は、熱交換装置（ペルチェ素子）１６の制御のフローである。本画像形成装置では、定着ユニット１２の設定温度を、電源ＯＮ〜ウォームアップ時は設定温度Ａ、ウォームアップ時〜待機時は設定温度Ｂ、待機時〜画像形成作業時は設定温度Ｃとしている。制御ユニット１６ａは、上記各設定温度について精密な温度制御を実施するための３つの制御モードを有する。そして、制御ユニット１６ａは、電源のＯＮ／ＯＦＦ、又は画像形成の開始を指示する入力を行う入力制御、及びその入力信号に基づいて制御モードを切り替える切り替え制御を行う。各制御モードにおいては、既に説明したように、温度センサ１７の出力に応じて、ペルチェ素子１６への入力電流を調整して温度制御を行う。
【００１７】
また、図７は熱交換装置（ペルチェ素子）１６の制御、及びスペース１４の画像形成装置外装面側に設けた換気手段１５の制御のフローである。換気手段１５は、ペルチェ素子１６の熱交換率を一層向上させるために設けられている。制御ユニット１６ａは、各制御モードに応じて、温度センサ１７の出力に基づく換気手段１５への入力制御と、ペルチェ素子１６への入力制御からの信号に基づいて換気手段１５のＯＮ／ＯＦＦを切り替える切り替え制御を行う。
上記の構成により、熱源である定着ユニット１２の温度が設定温度範囲を超えたとき高くなった場合、換気手段１５をＯＮ制御することで、さらに短時間で、定着ユニット１２の表面測定温度の設定温度への収束を促す。すなわち、従来の画像形成装置の構成における「換気手段を常時ＯＮ」、及び「電源ＯＮ時に換気手段ＯＮ」等の無駄なエネルギー消費を無くし、さらに、より早く設定温度に戻す効果を持たせる。
【００１８】
図８は、別の実施形態を示す定着ユニット１２の斜視図である。図３及び図４に示す構成の画像形成装置において、定着ユニット１２と現像ユニット２の間に配置したペルチェ素子１６、制御ユニット１６ａ、及び、定着ユニット１２の表面温度を検出する温度センサ１７とを同時に移動可能な構成としたものである。より詳細には、タイミングベルト１９にペルチェ素子１６と制御ユニット１６ａ、及び温度センサ１７を固定して一体化し、駆動制御を行うことで水平移動が可能となっている。熱源である定着ユニット１２に熱交換装置としてのペルチェ素子１６を配置する場合、ペルチェ素子１６は比較的小型で、かつ急冷効果がある為、配置場所によって、熱源自体に温度のバラツキが生じてくる。そこで、ペルチェ素子１６、制御ユニット１６ａ、及び温度センサ１７を一定時間毎に移動させることで、熱源全体を均一に冷却することができる。また、ペルチェ素子１６を移動させる構成とすることで、ペルチェ素子１６の配置数を最小限にすることができる。
【００１９】
尚、本実施の形態においては、熱源を定着ユニット１２、被保護部を現像ユニット２として説明してきたが、本発明はこれに限るものでなく、機内のレイアウトによって、例えば、被保護部が感光体ユニット４、あるいは転写ユニット７等であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明により、省スペース、省エネルギーで、熱源及びその周辺のより精密な温度制御を可能とする画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置を背面からみた図である。
【図３】本画像形成装置の画像形成部の概略を拡大して示す図である。
【図４】本画像形成装置の画像形成部の概略を拡大して示す図である。
【図５】定着ユニットの斜視図である。
【図６】熱交換装置（ペルチェ素子）の制御のフローである。
【図７】熱交換装置（ペルチェ素子）の制御、及びスペースの画像形成装置外装面側に設けた換気手段の制御のフローである。
【図８】別の実施形態を示す定着ユニットの斜視図である。
【符号の説明】
１  自動原稿読取装置
２  現像ユニット
３  光学系ユニット
４  感光体ユニット
４ａ  感光体（像担持体）
５  中間転写ユニット
７  転写ユニット
１２  定着ユニット
１４  スペース
１５  換気手段
１６  ペルチェ素子（熱交換装置）
１６ａ  制御ユニット
１７  温度センサ
１９  タイミングベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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