(57)【要約】【課題】  従来の熱交換手段としてヒートパイプを用いた構成よりも、画像形成動作で発生する廃熱を有効に利用し、定着処理時の更なる省エネルギー化を図ることが出来る画像形成装置を提供する。【解決手段】  吸熱部１Ｃにより加熱領溶融域６外の冷却領域７から熱を吸収し、放熱部１Ｈにより加熱溶融領域６に熱を放出するヒートポンプ１を用いる。ヒートポンプ１を用いることで、記録体Ｐを冷却時に吸収した定着処理の廃熱を加熱溶融部での加熱に用いることができ、ヒートパイプで予備加熱する構成よりも廃熱を有効に利用することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録体と該記録上の未定着のトナー像とを加熱溶融領域で加熱し、
該トナー像を該記録体上に定着させる画像形成装置において、
吸熱部により該加熱溶融領域外から熱を吸収し、放熱部により該加熱溶融領域に熱を放出するヒートポンプを設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記ヒートポンプの吸熱部を、上記加熱溶融領域から該記録体搬送方向下流側の上記記録体搬送経路に設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２の画像形成装置において、
上記放熱部と上記吸熱部とを隣接して配置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項２の画像形成装置において、
上記放熱部と上記吸熱部とを間隔を空けて配置し、該放熱部及び該吸熱部に対して圧接するように一つの加圧部材を設置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項２の画像形成装置において、
上記放熱部および上記吸熱部に対して異なる加圧部材がそれぞれ圧接するように、複数の加圧部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４および５の画像形成装置形成装置において、
上記ヒートポンプがペルチエ素子を用いたヒートポンプであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５および６の画像形成装置において、
上記ヒートポンプに隣接して加熱手段を設けた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、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に係り、詳しくは、画像形成動作時に発生する廃熱を有効に利用する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置においては、定着処理を行う際の省エネルギー化が求められている。そして、省エネルギー化を図るため、動作時に発生させた熱エネルギーに対してトナーの融着に使用される熱エネルギーの比率を高めるために、画像形成動作で発生する廃熱を定着熱に再利用するものが知られている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２には、廃熱を定着熱として再利用する熱交換手段として、ヒートパイプを用いた画像形成装置が示されている。これは、トナーが溶融する温度で記録体を加熱する加熱溶融領域の記録体搬送方向下流側にヒートパイプの吸熱部を配置し、加熱溶融領域の記録体搬送方向上流側にヒートパイプの放熱部を配置する。そして、加熱溶融領域を通過した後の記録体からヒートパイプの吸熱部が吸熱し、加熱溶融領域を通過する前の記録体にヒートパイプの放熱部が放熱する構成である。これは、定着後のトナー像と記録体とが有する熱エネルギーを、定着前のトナー像と記録体とへヒートパイプを通じて伝達するものである。加熱溶融領域通過後の記録体に対しては、定着後のトナー像と記録体が有する熱を吸熱することにより、オフセットを防止することができる。また、加熱溶融領域到達前のトナー像と記録体とに対しては、予備加熱を行い、加熱溶融領域でトナー像を溶融させるために必要な加熱エネルギーを削減することができる。このように、定着時の廃熱を再利用し、予備加熱に用いることで、加熱溶融領域での加熱エネルギーを削減することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−１９６５４号公報
【特許文献２】特開平２０００−３３８８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒートパイプは、熱伝導により温度の高い吸熱部の熱を温度の低い放熱部へと移動させるものであり、熱伝導率が非常に高い素子を用いて、吸熱部から放熱部へ熱が効率良く移動するようにしたものである。熱伝導による熱の移動は温度が高い所から低い所に向けて移動させるものであり、温度が低いところから高い所へ熱を移動させるものではない。よって、ヒートパイプによる熱の移動によっては、放熱部を吸熱部より高温にすることはできない。そして、定着処理の際は加熱溶融領域における温度が最も高くなるので、加熱溶融領域はヒートパイプの吸熱部よりも高温となる。これらのことより、吸熱部よりも高温となる加熱溶融領域に放熱部を設けることはできない。このような、ヒートパイプによる定着時の廃熱の利用は、加熱溶融領域での加熱には用いることができず、定着前の記録体の温度をある程度まで上昇させておく予備加熱にしか用いることができない。そして、予備加熱を行う予備加熱部とトナーを溶融させる加熱溶融領域とが近接していると、加熱溶融領域の熱が空気を介して予備加熱部に伝達し、予備加熱部の温度が上昇する。予備加熱部に設けた放熱部の温度が上昇し、吸熱部との温度差が小さくなると、ヒートパイプの吸熱部から放熱部への熱の伝達が行われなくなる。一方、予備加熱部が加熱溶融領域からの熱の影響を受けない程度まで距離をとると、予備加熱部から加熱溶融領域までの間で記録体から熱が放出されるため、廃熱の有効利用が不十分である。
【０００６】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、画像形成動作で発生する廃熱を従来よりも有効に利用し、定着処理時の更なる省エネルギー化を図ることが出来る画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、記録体と該記録上の未定着のトナー像とを加熱溶融領域で加熱し、該トナー像を該記録体上に定着させる画像形成装置において、吸熱部により該加熱溶融領域外から熱を吸収し、放熱部により該加熱溶融領域に熱を放出するヒートポンプを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記ヒートポンプの吸熱部を、上記加熱溶融領域から該記録体搬送方向下流側の上記記録体搬送経路に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記放熱部と上記吸熱部とを隣接して配置したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記放熱部と上記吸熱部とを間隔を空けて配置し、該放熱部及び該吸熱部に対して圧接するように一つの加圧部材を設置したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記放熱部および上記吸熱部に対して異なる加圧部材がそれぞれ圧接するように、複数の加圧部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４および５の画像形成装置形成装置において、上記ヒートポンプがペルチエ素子を用いたヒートポンプであることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５および６の画像形成装置において、上記ヒートポンプに隣接して加熱手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記請求項１乃至７の画像形成装置においては、廃熱を再利用する熱交換手段として、温度の低い所から熱を集め、温度が高い所へ熱を送り出すことができる装置であるヒートポンプを用いている。このヒートポンプは、画像形成動作で発生する廃熱を吸熱する吸熱部よりも、放熱部のほうが高温の状態でも、吸熱部から放熱部への熱を移動させることが可能である。
このような、ヒートポンプの放熱部を加熱溶融領域に設け、加熱溶融領域の加熱手段として用いている。これにより、予備加熱部を有する構成では熱を放出していた、記録体を予備加熱部から加熱溶融領域まで搬送する工程をなくすことができ、ヒートパイプを用いたものよりも熱の損失を抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１乃至７の発明によれば、従来のヒートパイプを用いた定着よりも熱の損失を抑えることができるので、定着に要するエネルギーを低減し、更なる省エネルギー化を図ることができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[実施液体１]
以下、本発明を、画像形成装置である粉体現像電子写真複写機（以下「複写機という」）に適用した一実施形態（以下、実施形態１という）について説明する。
図１は、複写機の構成図である。この複写機では、複写装置本体であるプリンタ部１００と給紙部２００とスキャナ部３００と原稿搬送部４００とを備えている。スキャナ部３００は複写装置本体１００上に取り付けられ、そのスキャナ部３００の上に原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）からなる原稿搬送部４００が取り付けられている。また、カラー複写機内の各装置の動作を制御する制御手段としての制御部（不図示）も備えている。
【００１１】
スキャナ部３００は、コンタクトガラス３２上に載置された原稿の画像情報を読取センサ３６で読み取り、読み取った画像情報を制御部に送る。制御部は、スキャナ部３００から受け取った画像情報に基づき、プリンタ部１００の露光装置２１内に配設された図示しないレーザやＬＥＤ等を制御して感光体ドラム４０Ｂｋ、４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃに向けてレーザ書き込み光Ｌを照射させる。この照射により、感光体ドラム４０Ｂｋ、４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃの表面には静電潜像が形成され、この潜像は所定の現像プロセスを経由してトナー像に現像される。
【００１２】
プリンタ部１００は、露光装置２１の他、一次転写装置６２、二次転写装置２２、定着装置２５、排紙装置、図示しないトナー供給装置、トナー供給装置等も備えている。
給紙部２００は、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４、給紙カセットから記録体としての転写紙を繰り出す給紙ローラ４２、繰り出した転写紙Ｐを分離して給紙路４６に送り出す分離ローラ４５等を備えている。また、プリンタ部１００の給紙路４８に転写紙Ｐを搬送する搬送ローラ４７も備えている。本実施形態の装置においては、この給紙部以外に、手差し給紙も可能となっており、手差しのための手差しトレイ５１、手差しトレイ上の転写紙Ｐを手差し給紙路５３に向けて一枚ずつ分離する分離ローラ５２も装置側面に備えている。レジストローラ４９は、それぞれ給紙カセット４４又は手差しトレイ５１に載置されている転写紙Ｐを１枚だけ排出させ、中間転写体としての中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間に位置する二次転写ニップ部に送る。
【００１３】
上記構成において、カラー画像のコピーをとるとき、原稿搬送部４００の原稿台３０上に原稿をセットするか、又は原稿搬送部４００を開いてスキャナ部３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットして行う。そして、図示しないスタートスイッチを押すと、原稿搬送部４００に原稿をセットしたときは原稿をコンタクトガラス３２上へと搬送して、スキャナ部３００を駆動する。他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは直ちに、スキャナ部３００を駆動し、第１走行体３３及び第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、画像情報を読み取る。そして、スキャナ部から画像情報を受け取ると、上述のようなレーザ書き込みや、現像プロセスを実施させて感光体ドラム４０上にトナー像を形成させる。そして、画像情報に応じたサイズの転写紙Ｐを給紙させるべく、４つのレジストローラのうち１つを作動させる。
また、これに伴って、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６の１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト１０を回転搬送する。同時に、個々の画像形成ユニット１８でその感光体ドラム４０を回転して各感光体ドラム４０上にそれぞれ、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。
【００１４】
一方、給紙部２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、給紙カセット４４の１つから転写紙Ｐを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で複写機本体１００内の給紙路４８に導く。そして、この転写紙Ｐをレジストローラ４９に突き当てて止める。又は、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上の転写紙Ｐを繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルトと二次転写ローラ２３との当接部である二次転写ニップ部に転写紙Ｐを送り込む。ニップに形成されている転写用電界や当接圧力などの影響によってカラー画像を二次転写して転写紙Ｐ上にカラー画像を記録する。
【００１５】
画像転写後の転写紙Ｐは、２次転写装置の搬送ベルト２４で定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で加圧ローラ４による加圧力と熱の付与によりトナー像を定着させた後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
【００１６】
次に、実施形態１の複写機に適用した定着装置２５について説明する。
図２は、本実施形態に係る定着装置の概略構成図を示している。定着装置２５では、４つの支持ローラ５によって張架された耐熱部材からなる定着ベルト２の内側に、転写紙Ｐへの加熱手段である放熱部１Ｈと、冷却手段である吸熱部１Ｃとが定着ベルトに接触するようにヒートポンプ１を設けている。そして、放熱部１Ｈと定着ベルト２とが接触する加熱溶融領域６と、吸熱部１Ｃと定着ベルトとが接触する冷却領域７とを形成している。ここで、矢印Ａは記録体Ｐの搬送方向を示しており、ヒートポンプ１内の矢印Ｈはヒートポンプ中の熱の移動方向を示している。そして、ヒートポンプ１の放熱部１Ｈ及び吸熱部１Ｃに対して、加圧部材である加圧ローラ４が定着ベルト２を挟んで圧接している。
【００１７】
未定着トナー像を担持した転写紙Ｐは、定着装置２５に入るとまず、加熱溶融領域６で、放熱部１Ｈと加圧ローラ４との間に挟まれ押圧されて、放熱部１Ｈから転写紙Ｐ及びトナー像に熱が与えられ、トナー像が溶融する。加熱溶融領域６を通過した転写紙Ｐは、定着ベルト２と加圧ローラ４とによって、狭持・搬送され冷却領域７に到達する。溶融した状態のトナーを担持した転写紙Ｐは、冷却領域７で吸熱部１Ｃと加圧ローラ４との間に挟まれ押圧されて、吸熱部１Ｃによって転写紙Ｐ及びトナー像から熱が奪われ、トナー像が硬化し、転写紙Ｐ上に定着する。そして、冷却領域７で吸熱部１Ｃが転写紙Ｐ及びトナー像から奪った熱は、ヒートポンプ１の放熱部１Ｈにより加熱溶融領域６で用いられ、定着処理時の廃熱が再利用される。
また、本実施形態では図２に示すように放熱部１Ｈと吸熱部１Ｃとを隣接した状態で設け、加圧ローラ４上で単一のニップを形成している。
【００１８】
次に、ヒートポンプについて説明する。ヒートポンプは熱を温度が低い吸熱部から、温度が高い放熱部へ移動させることができるものであり、ちょうど水を低い所から高い所に押し上げるポンプのように熱を移動させるところから、ヒートポンプという名前で呼ばれている。
【００１９】
ところで、特開２００１−４２６７２には、加熱溶融領域から表面移動方向下流側の搬送ベルトと搬送ベルト上の記録体とを冷却する冷却手段にペルチエ素子を用いた画像形成装置が示されている。この画像形成装置では、ペルチエ素子を用いた冷却手段の放熱部を加熱溶融領域から表面移動方向上流側の搬送ベルトに接するように設置している。この画像形成装置においては、放熱部からの熱で搬送ベルトの予備加熱が可能かもしれない。しかし、この放熱部はファンやヒートシンクなどを用いるので、大気中への放熱が多く、予備加熱手段として用いても、熱の利用効率は不十分である。
【００２０】
また、従来の電熱等のヒータ等の抵抗発熱体のみによる加熱だと、ヒータの消費電力以上のエネルギーを熱エネルギーとして発生させることはできない。これに対して、ヒートポンプの放熱部を加熱手段として用いると、ヒートポンプの消費電力以上のエネルギーを熱エネルギーとして発生させることが可能である。これは、ヒートポンプが熱を作るのではなく汲み上げる装置であり、吸熱部で吸収した熱エネルギーを放熱部で放出するためである。このように、ヒートポンプは加熱手段としても、従来のヒータ等の抵抗発熱体を用いた加熱手段と比べて省エネルギー化が可能な加熱手段である。そして、吸熱部が放熱部より低温の場合、特に吸熱部と放熱部の温度差が小さいほど、熱の移動の効率は高くなる。定常的に定着を行っている間は、ヒートポンプ１の吸熱部１Ｃにはトナー像や記録体Ｐを介して放熱部１Ｈから出た大量の熱量が流入するので、吸熱部１Ｃを、定着装置外などの他の場所においた場合に比べて高い効率を保てる。
【００２１】
ところで、実施形態１の定着装置２５において、定着動作始動時には吸熱側の温度は定着装置の外と温度が変わらず、吸熱部の熱が少ないため、熱の移動を行っても放熱側の温度を定着に必要な温度まで上昇させることは困難である。この様な場合のために補助加熱手段としての補助ヒータ（不図示）が必要となる。補助ヒータは、ヒートポンプの吸熱部と放熱部のどちら側か、または両方に設けることが有効で、特に、放熱部側に設けることにより、素早い応答が望める。
【００２２】
複写機の熱の移動に用いるヒートポンプの種類としては、家庭用冷蔵庫やエアコンに用いられている最も一般的な機械圧縮型の他に、吸収型・吸着型などの化学的手法を用いた方式や、磁気冷凍として知られる方式、音響を用いる方式等がある。そしてペルチエ効果をもちいたいわゆるペルチエ素子を用いたものがある。原理的には、どのようなヒートポンプでも複写機での熱の移動に用いることが出来るが、その中でも、小型化かつオンデマンド動作に適したヒートポンプとして、現状ではペルチエ素子が最も望ましい。
【００２３】
図３は、実施形態１に適用したペルチエ素子を用いたヒートポンプ１の一つ目の構成を示す模式図であり、図３（ａ）はヒートポンプを模式的にあらわした斜視図であり、図３（ｂ）は上方向から見た模式図である。
図３（ａ）および（ｂ）において、半導体７１と接合部７２とでペルチエ素子が構成されている。半導体７１はＮ型半導体７１ＮとＰ型半導体７１Ｐからなり、図３（ｂ）から判るように交互に並べられていて、吸熱側接合部７２Ｃと放熱側接合部７２Ｈを介して直列に電流が流れる。半導体の材料としては、最も一般的なビスマス−テルル系の半導体を用いることができる。より高温での動作が可能な半導体としては、亜鉛アンチモン系やナトリウム・コバルト酸化物系などの化合物系半導体を用いることが出来る。接合部７２としては、銅板等の導電性の高い金属板を用いる。なお、吸熱側接合部７２Ｃと放熱側接合部７２Ｈという区別は、電流の方向で逆転もする。図３（ｂ）のように、電流を流すことにより、７３Ｈが放熱部となり、７３Ｃが吸熱部となる。つまり、電流がＰ型半導体７１Ｐから金属板に流れ、さらに金属板からＮ型半導体７１Ｎに電流が流れる場合の金属板である接合部７２Ｈは放熱する。一方、電流がＮ型半導体７１Ｎから金属板に流れ、さらに金属板からＰ型半導体７１Ｐに電流が流れる場合の金属板である接合部７２Ｃは吸熱する。
【００２４】
ペルチエ素子の接合部７２には熱伝導部材７３が接している。放熱側熱伝導部材７３Ｈではペルチエ素子で汲み上げた熱を加熱溶融領域６へと導き、また吸熱側熱伝導部材７３Ｃでは冷却領域７からの熱をペルチエ素子へと導く。熱伝導部材は、熱伝導性の高い材料で構成された部材で、ヒートポンプとは異なり、受動的に熱を運ぶ。熱伝導性の高い材料としては、銅やアルミなどの金属のほか、高い熱伝導性を有するセラミックなどを用いることが出来る。また、部材中にヒートパイプを埋め込むことも考えられる。熱伝導部材に金属を用いた場合は、接合部と接触して電気的短絡を起こさないように、熱伝導部材と接合部との間に電気絶縁材料を配するなどの配慮が必要である。また、吸熱側熱伝導部材７３Ｃと放熱側熱伝導部材７３Ｈの間、および半導体と半導体の間には、絶縁部材７４が充填されていて、Ｐ型半導体７１ＰとＮ型半導体７２Ｎとの間に短絡が起きないようにしている。また、絶縁部材７４は熱に対しても絶縁性を有しており、放熱側と吸熱側との間の無駄な熱伝導を防止している。
放熱側熱伝導部材７３Ｈには、補助ヒータ７５が設けられていて、定着装置始動時などヒートポンプの吸熱側が低温で十分な熱を汲み上げられないときなどに作動させる。補助ヒータ７５としては、セラミックヒータなどの抵抗発熱体が適している。
【００２５】
ペルチエ素子の放熱側接合部７２Ｈでは、吸熱側接合部７２Ｃから汲み上げた熱に、ペルチエ素子を通過する電流によるジュール熱も加わり、定着可能な温度（およそ２００℃〜３００℃）まで達する。なお、市販のペルチエ素子に於いては、放熱側接合部の温度上限が８０℃前後という定格のものが多いが、これは主に低融点のリフロー半田で素子を接合しているためで、素子に用いられている半導体材料自体の特性としては、ビスマス−テルル系材料でも約１５０℃〜２００℃の温度が得られるし、近年では亜鉛アンチモン系やナトリウム・コバルト酸化物系などのように２００℃以上の温度が得られる材料も登場している。
【００２６】
ペルチエ素子を用いたヒートポンプ１の構成としては、図３に示した構成に限るものではない。ペルチエ効果により吸熱、放熱を行うことができればどのような構成でもかまわない。図３と異なる構成例として、図４にペルチエ素子を用いたヒートポンプ１の二つ目の構成例を模式的にあらわした斜視図を示す。この構成では、図３のヒートポンプ１では長方形だった半導体７１を、図４のヒートポンプ１ではコの字状の形態としている。各部材同士の位置関係及び役割は図３での同じ符号の部材と差異がないので省略する。図４に示すように半導体７１を下向きのコの字型にし、放熱側係合部７２Ｈと吸熱側係合部７２Ｃとをその下方に設ける。半導体７２の下方に設けた係合部の下方に熱伝導部材７３を設けることで、半導体の両側に係合部を設ける構成と比べて、熱伝導部材７３の容積を小さくすることができる。熱伝導部材７３の容積を小さくすることで、熱伝導部材７３の熱容量を少なくすることができる。熱伝導部材７３の熱容量を少なくすることで、ヒートポンプ１の立ち上がり時間の短縮を図ることができる。熱伝導部材７３は加熱溶融領域６及び冷却領域７のそれぞれの温度を均質化する役割も担っているので、極端に小さくすることはできない。図４のヒートポンプ１のような構成を採用することにより、極端に小さくはできないが、図３のヒートポンプ１の構成よりも、熱伝導部材１６の体積を１桁程度小さくすることができる。
【００２７】
また、図３、４のヒートポンプのように、ペルチエ素子による熱の移動を一段だけ行うものに限らず、複数段のペルチエ素子を設け、吸熱部から放熱部までの熱の移動を段階的に行う構成にしてもよい。この時、複数段のペルチエ素子同士の間には、銅やアルミなどからなる熱伝導部材を設ける。このように吸熱部から放熱部までの熱の移動を段階的に行うことにより、ペルチエ素子が一段だけの熱の移動よりも、ヒートポンプの放熱部と吸熱部との温度差が大きな熱の移動をすることが可能となる。また、１段のペルチエ素子の前後での温度差を小さくすることができるので、ペルチエ素子を含めた周辺部材が熱応力により破損する危険性を軽減することができる。
【００２８】
以上、実施形態１によれば、画像形成動作時の廃熱を再利用する熱交換手段としてヒートポンプ１を用いて、放熱部１Ｈを定着装置２５の加熱溶融領域６の加熱手段として用いている。ヒートポンプ１の放熱部１Ｈを用いることにより、従来のヒートパイプの放熱部により予備加熱を行う構成に比べて、記録体の移動に伴う熱移動により発散する熱量を削減することができる。これにより、定着に要する電力を軽減することができ、省エネルギ−化を図ることができる。
また、加熱後の記録体Ｐを冷却手段として、ヒートポンプ１の吸熱部１Ｃを用いることにより、定着処理時の廃熱を有効に再利用できるとともに、ヒートパイプを用いるものと比べて、連続使用による冷却効率の低下が少ない。冷却効率の低下が少ないため、冷却不足に起因するトナー像のオフセットの発生も防止することができる。
また、ヒートポンプ１がペルチエ素子を用いたヒートポンプであることにより、他の方式とヒートポンプと比べて、小型の構成にすることができる。さらに、ペルチエ素子を用いたヒートポンプは、他の方式に比べて、温度制御の応答が早いので、加熱温度を精密に制御することができる。
また、ヒートポンプ１に隣接して補助ヒータ７５を設けているため、始動時などの熱量不足の際に熱量を補うことができ、安定した定着を行うことができる。
また、放熱部１Ｈと吸熱部１Ｃとを隣接した状態で設け、加圧ローラ４上で単一のニップを形成させることにより、加熱溶融領域６から冷却領域７までにいたる経路で記録体Ｐ及び記録体Ｐ上のトナー像から発散する熱量を削減することができる。これにより、ヒートポンプ１の吸熱部１Ｃに入る熱量が大きくなるので、熱を交換する効率が上がり、放熱部１Ｈと吸熱部１Ｃとを隣接して配置しないものと比して記録体Ｐ上から発散する熱量を削減することができ、更なる省エネルギー化を図ることができる。
【００２９】
また、実施形態１においては、粉体現像剤用いた画像形成装置に本発明を適用した構成について説明したが、これに限るものではなく、定着時に加熱するものであれば、液体現像剤を用いた画像形成装置でも適用可能である。
【００３０】
［変形例１］
次に、図５に示すように、放熱部１Ｈと吸熱部１Ｃとを距離をおいて設置し、放熱部１Ｈと吸熱部１Ｃとにたして、共通の加圧部材である加圧ローラ４上が、２箇所で定着ベルト２を挟んで圧接する変形例１について説明する。図５においては、定着ベルト２に囲まれたヒートポンプ１と加圧部材４とが２箇所で互いに圧接している他は、図３の定着装置２５と同じ構成になっていているので各部材の説明は省略する。
図５に示した定着装置２５では放熱部１Ｈと吸熱部１Ｃとが離れた状態で設けられており、加圧ローラ４とヒートポンプ１とが２箇所で圧接しているので、加熱溶融領域６と冷却領域７とにそれぞれ広い領域を与えることができる。そして、特に加圧部材が図５のようにローラ形状であれば、定着ベルト２と加圧ローラ４とのニップ幅を広く確保することができる。このように、定着ベルト２と加圧ローラ４とのニップ幅を広く確保することができるため、安定した定着を行うことができる。
【００３１】
［変形例２］
次に、図６に示すように、放熱部１Ｈ及び吸熱部１Ｃに対して、それぞれ異なる放熱側加圧ローラ４Ｈおよび吸熱側加圧ローラ４Ｃが定着ベルト２を挟んで圧接する変形例２について説明する。図６において、定着ベルト２に囲まれたヒートポンプ１が２個の放熱側加圧ローラ４Ｈと、吸熱側加圧ローラ４Ｃとに圧接して、それぞれ加熱溶融領域６と冷却領域７とを形成している他は、図３の定着装置２５と同じ構成であるので各部材の説明は省略する。
このように、加熱溶融領域６及び冷却領域７のそれぞれに、放熱側加圧ローラ４Ｈ及び吸熱側加圧ローラ４Ｃを配置することにより、図５で示した構成と同様に、加熱溶融領域６と冷却領域７とにそれぞれ広い領域を与えることができる。さらに、加熱溶融領域６で放熱部１Ｈに圧接する放熱側加圧ローラ４Ｈと、冷却領域７で吸熱部１Ｃに圧接する吸熱側加圧ローラ４Ｃとが、分離独立して形成している。２つの加圧ローラが分離独立しているので、放熱側加圧ローラ４Ｈは高温状態を、吸熱側加圧ローラ４Ｃは低温状態を保つことができる。このように、２つの加圧ローラがそれぞれ高温状態と低温状態とを保つことができることにより、放熱部１Ｈと吸熱部１Ｃとに対して、共通の加圧部材が圧接する構成に比して、消費エネルギーを少なくすることができる。
【００３２】
また、放熱側加圧ローラ４Ｈと吸熱側加圧ローラ４Ｃとを設ける構成においては、少なくともローラの表面部分は熱伝導率が比較的高い部材を用いてもよい。放熱側加圧ローラ４Ｈに熱伝導率が高い部材を用いることにより、記録体が通過したあと、次の記録体が進入するまでの間に、放熱側加圧ローラ４Ｈは放熱部１Ｈにより加熱される。加圧ローラ４Ｈが加熱されることにより、加熱時の記録体に対して、上下両面から加熱ができるため、効率的に加熱でき、トナーの加熱不足を防止することができる。一方、吸熱側加圧ローラ４Ｃに熱伝導率が比較的高い部材を用いることにより、記録体の通過の間に吸熱側加圧ローラ４Ｃは吸熱部１Ｃにより冷却（吸熱）される。吸熱側加圧ローラ４Ｃが冷却させることにより、次の記録体に対して、上下両面から冷却（吸熱）することができる。これにより、記録体から効率的に吸熱することが可能となり、記録体に伴う熱移動により定着装置外に発散する熱量を削減することができる。また、冷却不足によるオフセットも防止することができる。
【００３３】
［変形例３］
実施形態１および変形例１、２では、ヒートポンプ１の吸熱部１Ｃを加熱後の記録体Ｐを吸熱し、記録紙Ｐを冷却する箇所に設けたが、吸熱部１Ｃの設置箇所はこれに限るものではない。ここでは、吸熱部１Ｃを記録体Ｐの冷却領域以外に設ける変形例３について説明する。
画像形成装置内では、廃熱が発生する箇所は定着後の記録体Ｐに限るものではなく、駆動源等、定着工程以外でも廃熱は発生する。よって、このような廃熱を発生する箇所にヒートポンプの吸熱部を設け、定着熱に用いる構成を採用してもよい。
このように、ヒートポンプの吸熱部を定着装置外の発熱体に近接配置し、放熱部を予備加熱部に配置することにより、定着装置以外の廃熱の有効利用が可能となる。さらに、廃熱を発生する箇所の周辺部材の温度上昇を防止することができる。また、従来温度上昇を防止するために、画像形成装置の外殻周辺に設置せざるを得なかった部材や、定着装置周辺に設置することができなかった部材を定着装置周辺に配置することができ、レイアウトの選択肢を広めることができる。
このような廃熱は定着後の記録体Ｐの廃熱と比較すると熱量が小さいため、加熱溶融領域での加熱手段として用いるのは困難であるが、予備加熱手段として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に係る画像形成装置の概略図。
【図２】実施形態１に係る定着装置の概略図。
【図３】ヒートポンプの一つ目の構成例図。        （ａ）は横方向からの断面図。（ｂ）は上方向からの断面図。
【図４】ヒートポンプの２つ目の構成例図。
【図５】変形例１に係る定着装置の概略図。
【図６】変形例２に係る定着装置の概略図。
【符号の説明】
【００３５】
１      ヒートポンプ
１Ｈ    ヒートポンプの放熱部
１Ｃ    ヒートポンプの吸熱部
２      定着ベルト
４      加圧ローラ
４Ｈ    放熱部側の加圧ローラ
４Ｃ    吸熱側の加圧ローラ
５      定着ベルト支持ローラ
６      加熱溶融領域
７      冷却領域
１０    中間転写ベルト
１８    画像形成ユニット
２１    露光装置
２４    搬送ベルト
２５    定着装置
４０    感光体ドラム
４４    給紙カセット
７１    半導体
７２    接合部
７３    熱伝導部材
７４    絶縁部材
７５    補助ヒータ
１００  プリンタ部
２００  給紙部
３００  スキャナ部
４００  原稿搬送部
【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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