(57)【要約】【課題】ハロゲンヒータ等の電流−熱変換装置を使用せずにトナー像が転写された転写材を効率良く加熱して定着し、省エネルギを図るとともに、装置内の各ユニットや電装品を昇温させることを防止して、良質な画像を安定して形成する。【解決手段】トナー像を転写した記録紙に熱と圧力を加えて定着する定着部２８と、トナー像を定着した記録紙を冷却する冷却部２９とを有する定着ユニット１７の冷却部２９に、蒸気圧縮冷凍サイクルを使用したヒートポンプ５の蒸発器５４を伝熱媒体を介して接続し、定着部２８に、ヒートポンプの凝集器５２を伝熱媒体を介して接続する。ヒートポンプ５は冷却部２９からの熱を吸収して冷却し、冷却部２９から吸収した熱を定着部５４に与えて加熱する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプ機能を有する熱変換装置を備えた画像形成装置であって、
前記熱変換装置の高温部が画像形成装置内の加熱源又はその一部であり、前記熱変換装置の低温部が画像形成装置内の冷却源又はその一部であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
定着ユニットに可視画像を転写した記録媒体に熱と圧力を加えて定着する定着部と、可視画像を定着した記録媒体を冷却する冷却部と、該冷却部からの熱を吸収して冷却し、前記冷却部から吸収した熱を前記定着部に与えて加熱するヒートポンプ機能を有する熱変換装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記定着ユニットの定着部に、起動時に前記熱変換装置から熱を与えるとともに二次電池から電力を供給して加熱する請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記熱変換装置は蒸気圧縮冷凍サイクルを使用する請求項１，２又は３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記熱変換装置は、２段圧縮方式又は２段圧縮２段膨張方式である請求項４記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機やファクシミリ装置、レーザープリンタ、マルチファンクショナルプリンタ等の画像形成装置、特にエンジン部の定着ユニットや電装部等の冷却能率の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ装置等の画像形成装置には、電子写真記録方式が広く採用されている。電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体上に形成された潜像を現像してトナー像を形成し、このトナー像を転写材に静電転写させる。転写材に転写されたトナー像は熱定着部で熱と圧力が加えられ転写材に定着させる。この定着後の高温の転写材を加熱したままにしておくと、転写材に定着されたトナーが再び溶け出し、他の転写材へ融着してしまったり、カールがし易くなり搬送ジャムが発生してしまう。
【０００３】
この弊害が生じることを防止するため、特許文献１に示すように、熱定着部より転写部材搬送方向の下流側にヒートパイプを有する冷却ローラを設け、熱定着部でトナー像を定着した転写材を冷却ローラで冷却し、転写部材から冷却ローラに伝達した熱を、ヒートパイプの他端に設けた冷却ファンで放熱したり、特許文献２等に示すように、熱定着部でトナー像を定着した転写材にファンによる気流を吹き付けて冷却している。
【０００４】
しかしながら、いずれの画像形成装置も熱定着部の加熱源としては、ハロゲンヒータや赤外線ランプ、オーブンを使用したり、あるいは特許文献３に示すように誘導加熱方式が採用されている。このように加熱源として電流により発生するジュール熱等を利用しているため、電流を熱に変換する電流−熱変換効率があまり良くなく、省エネルギ化を図ることは困難であった。
【０００５】
また、画像形成装置の小型化が要望され、画像形成装置を小型化すると、熱定着部に有するハロゲンヒータ等の加熱源で発生する熱の一部は排熱として熱定着部の周辺に配置した現像ユニットや感光体、光学系ユニット及び電装部のＣＰＵやメモリ等の電装品を昇温させ、画像品質を劣化させるとともに、これらのユニットや電装品の誤動作や故障が生じてしまうという短所があった。
【特許文献１】特開平１０−１３３４４０号公報
【特許文献２】特開平８−１７１３８８号公報
【特許文献３】特開２０００−３５２８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、前記短所を解消し、ハロゲンヒータ等の電流−熱変換装置を使用せずにトナー像が転写された転写材を効率良く加熱して定着し、省エネルギを図るとともに、装置内の各ユニットや電装品を昇温させることを防止して、良質な画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の画像形成装置は、ヒートポンプ機能を有する熱変換装置を備えた画像形成装置であって、熱変換装置の高温部が画像形成装置内の加熱源又はその一部であり、熱変換装置の低温部が画像形成装置内の冷却源又はその一部であることを特徴とする。
【０００８】
この発明の他の画像形成装置は、定着ユニットに可視画像を転写した記録媒体に熱と圧力を加えて定着する定着部と、可視画像を定着した記録媒体を冷却する冷却部と、該冷却部からの熱を吸収して冷却し、冷却部から吸収した熱を定着部に与えて加熱するヒートポンプ機能を有する熱変換装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記定着ユニットの定着部に、起動時に前記熱変換装置から熱を与えるとともに二次電池から電力を供給して加熱すると良い。
【００１０】
また、前記熱変換装置は蒸気圧縮冷凍サイクルを使用することが望ましい。さらに、熱変換装置は、２段圧縮方式又は２段圧縮２段膨張方式であっても良い。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、ヒートポンプ機能を有する熱変換装置で画像形成装置内の可視画像を定着した記録媒体を冷却する冷却部等の冷却源から熱を吸収し、吸収した熱を定着部等の加熱源に供給して加熱するから、熱変換効率を極めて高めることができ、省エネルギを図るとともに排熱も無くすことができ、画像形成装置内の各ユニットや電装品を昇温させることを防止して、良質な画像を安定して形成することができる。
【００１２】
また、定着ユニットの定着部に、起動時に前記熱変換装置から熱を与えるとともに二次電池から電力を供給して加熱することにより、定着部を起動時から全稼動時間において安定した所望温度に加熱することができる。
【００１３】
さらに、前記熱変換装置は蒸気圧縮冷凍サイクルを使用し、１段圧縮方式や２段圧縮方式又は２段圧縮２段膨張方式を使用することにより、加熱・冷却効率を高め、省エネルギを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１はこの発明のデジタル複写機の構成図である。図に示すように、デジタル複写機１は複写機本体２と原稿自動送り装置（以下、ＡＤＦという）３と自動仕分け装置４及び蒸気圧縮冷凍サイクルのヒートポンプ５を有する。
【００１５】
複写機本体２は原稿読取ユニット６と書込ユニット７とエンジン部８と給紙ユニット９を有する。原稿読取ユニット６は光源と複数のミラーを有するキャリッジ１０とレンズ１１とＣＣＤ１２及びバッファ１３を有し、ＡＤＦ３で送られた原稿を走査して読み取る。書込ユニット７はレーザ光源やポリゴンミラー等を有し、画像情報を含むレーザビームをエンジン部８に出射する。エンジン部８は、画像形成ユニット１４と１次転写ユニット１５と２次転写ユニット１６及び定着ユニット１７を有する。画像形成ユニット１４は、感光体１８の周囲に配置された帯電チャージャ１９と書込ユニット６からのレーザビームの照射部とシアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）からなるカラー現像部２０及びドラムクリーニング部２１を有し、帯電チャージャ１９で帯電した感光体１８上にレーザビームで静電潜像を形成し、形成した静電潜像をカラー現像部２０で可視化してトナー像を形成する。１次転写ユニット１５は中間転写ベルト２２と１次転写部２３とテンションローラ２４と２次転写ローラ２５とクリーニング部２６及び基準位置センサ２７を有し、感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。中間転写ベルト２２は、このデジタル複写機１における最大転写紙サイズよりも大きく形成されており、使用する転写紙がＡ４サイズ程度の場合には、２面分のトナー像を保持することができる。この中間転写ベルト２２は感光体１８上のトナー像を１次転写するとき以外は図示しない接離機構によって感光体１８表面から離れ、中間転写ベルト２２に画像を１次転写するときだけ感光体１８の表面に圧接される。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像を記録紙に２次転写する。定着ユニット１７は、定着部２８と冷却部２９を有し、定着部２８で記録紙に転写されたトナー像を熱と圧力で定着し、冷却部２９でトナー像を定着した記録紙を冷却する。給紙ユニット９は複数の給紙カセット３０と手差トレイ３１を有し、記録紙を２次転写ユニット１６に送る。
【００１６】
ＡＤＦ３は読み取る原稿を原稿読取ユニット６に送り、原稿読取ユニット６で読み取った原稿を回収する。自動仕分け装置４は複数段の仕分けビンを有し、画像が形成された記録紙を仕分けして排出する。
【００１７】
このデジタル複写機１で原稿読取ユニット６で読み取った原稿の画像形成サイクルが始まると、形成する画像が１色の場合は、読み取った原稿の画像データにより感光体１８にトナー像を形成し、形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写する。トナー像を転写した記録紙は定着ユニット１７に送られ定着される。トナー像が定着された記録紙は自動仕分け装置４に排出される。また、中間転写ベルト２２に残留しているトナーはクリーニング部２６で回収する。
【００１８】
形成する画像が２色以上の場合は、中間転写ベルト２２に設けた基準マークを基準位置センサ２７で検出したことを基準にして原稿読取ユニッ６で原稿を読み取り、読み取った画像データにより感光体１８に第１色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。引き続いて感光体１８に第２色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。この感光体１８に対する画像形成と中間転写ベルト２２に対する１次転写を各色毎に繰り返す。すなわち、２色の画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を２回転し、フルカラーの画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を４回転して、各回転毎に感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写して各色の画像を位置ずれなしに重ね合わせる。所定の色のトナー像を中間転写ベルト２２に転写したら、中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット１７で定着する。
【００１９】
ヒートポンプ５は、図２の構成図に示すように、デジタル複写機１の冷却源３２から熱を吸収し、吸収した熱をデジタル複写機１の加熱源３３に与えて加熱するものであり、圧縮機５１と凝縮器５２と膨張弁５３及び蒸発器５４を有する。このヒートポンプ５は冷凍装置と同様な動作を行うものであり、図３の温度ＴとエントロピＳのＴ−Ｓ線図に示すように、圧縮機５１で冷媒の乾き飽和蒸気Ａを加熱源３３の所望温度に対する飽和蒸気圧以上の圧力まで圧縮して過熱飽和蒸気Ｂにして凝縮器５２に送る。凝縮器５２に送られた過熱飽和蒸気Ｂは加熱源３３に熱量Ｑ１を与えて冷やされ液化して飽和液Ｃになる。この飽和液Ｃは膨張弁５３に送られ、膨張弁５３によって等エンタルピ膨張して湿り蒸気Ｄになり蒸発器５４に送られる。蒸発器５４に送られた湿り蒸気Ｄは冷却源５４から熱量Ｑ２を吸収して気化し、乾き飽和蒸気Ａに戻り、この熱サイクルを繰り返す。
【００２０】
このヒートポンプ５を使用することにより、デジタル複写機１の冷却源３２を所望の温度に冷却し、加熱源３３を所望の温度に加熱することができる。そこで、図４の構成図に示すように、加熱源３３を定着ユニット１７の定着部２８とし、冷却源３３を定着ユニット１７の冷却部２９とし、定着部２８をヒートポンプ５の凝縮器５２に伝熱媒体例えばヒートパイプを介して接続し、冷却部２９をヒートポンプ５の蒸発器５４に伝熱媒体例えばヒートパイプを介して接続し、ヒートポンプ５で冷却部２９から熱を吸収し、吸収した熱を定着部２８に与えて加熱する。
【００２１】
このようにヒートポンプ５により冷却部２９から吸収した熱で定着部２８を加熱することにより、定着部２８を加熱するハロゲンヒータ等の電流−熱変換装置や、冷却源３３を冷却するファン等の冷却装置を設けずに、定着部２８を加熱して記録紙に転写されたトナー像を熱と圧力で定着することができるとともにトナー像を定着した記録紙を冷却部２９で冷却することができる。
【００２２】
また、蒸気圧縮冷凍サイクルのヒートポンプ５を使用して定着ユニット１７の定着部２８を加熱し、冷却部２９を冷却することにより、熱変換効率を極めて高めることができる。例えば定着部２８を１８０℃に加熱し、冷却部２９を３７℃にしたとき、動作係数は3.01であった。、また、ヒートポンプ５を使用することにより、省エネルギを図るとともに排熱も無くすことができ、デジタル複写機１内の各ユニットや電装品を昇温させることを防止して、良質な画像を安定して形成することができる。
【００２３】
前記説明では定着ユニット１７の定着部２８を冷却部２９から吸収した熱だけで加熱する場合について説明したが、図５の構成図に示すように、定着部２８に例えばハロゲンヒータ３４を設け、デジタル複写機１の起動時に例えば電気二重層キャパシタ等のように短時間で大電力を出力することができる二次電池３５からハロゲンヒータ３４に電流を供給しながら、ヒートポンプ５で冷却部２９から熱を吸収して定着部２８に供給するようにしても良い。このようにデジタル複写機１の起動時に二次電池３５からハロゲンヒータ３４に電流を供給することにより、定着部２８を起動時から全稼動時間において安定した所望温度に加熱することができる。
【００２４】
また、前記説明ではヒートポンプ５の冷却源３２を定着ユニット１７の冷却部２９とした場合について説明したが、図６の構成図に示すように、定着ユニット１７の冷却部２９とともに書込ユニット７とエンジン部８及びＣＰＵやメモリ等を有する電装基板３６とし、これらの冷却を要する部分をそれぞれヒートパイプ３７を介して伝熱部材３８に連結し、伝熱部材３８の熱をヒートポンプ５で吸収して定着部２９に与えるようにしても良い。このようにデジタル複写機１のエンジン部８や電装品を冷却することにより、良質な画像を安定して形成することができる。
【００２５】
前記説明ではヒートポンプ５は１段圧縮方式の場合について説明したが、図７の構成図（ａ）に示すように、低圧の圧縮機５１ａと中間冷却器５５と高圧の圧縮機５１ｂを設けた２段圧縮方式を使用したり、図７（ｂ）に示すように、中間冷却器５５の代わりに低圧の圧縮機５１ａの蒸発器と高圧の圧縮機５１ｂの凝縮器を兼ねるカスケード凝縮器５６と膨張弁５３ａ，５３ｂを有する２段圧縮２段膨張方式を使用しても良い。
【００２６】
また、前記ではヒートポンプ５に蒸気圧縮冷凍サイクルを使用した場合について説明したが、吸収冷凍サイクル、吸着冷凍サイクル、空気膨張冷凍サイクル、熱電冷凍サイクル等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明のデジタル複写機の構成図である。
【図２】ヒートポンプの構成図である。
【図３】ヒートポンプの動作を示すＴ−Ｓ線図である。
【図４】定着ユニットの定着部を加熱し、冷却部を冷却するヒートポンプの構成図である。
【図５】他の定着ユニットとヒートポンプの構成図である。
【図６】デジタル複写機の各ユニットを冷却するヒートポンプの構成図である。
【図７】ヒートポンプの他の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１；デジタル複写機、２；複写機本体、３；ＡＤＦ、４；自動仕分け装置、
５；ヒートポンプ、６；原稿読取ユニット、７；書込ユニット、８；エンジン部、
９；給紙ユニット、１７；定着ユニット、２８；定着部、２９；冷却部、
３２；冷却源、３３；加熱源、３４；ハロゲンヒータ、３５；二次電池、
５１；圧縮機、５２；凝縮器、５３；膨張弁、５４；蒸発器、５５；中間冷却器、
５６；カスケード凝集器。
【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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