(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に移動する移動体の、相対的に高温側の部位に接する第１の接触部、相対的に低温側の部位に接する第２の接触部、前記第１の接触部から第２の接触部に熱を移動させる熱移動部からなる、前記移動体の移動方向に沿って配列された複数の熱交換ユニット、および該熱交換ユニットを前記移動体間の熱交換をほぼ移動体駆動と同時に安定して開始させることができる所定の温度まで加熱する加熱手段を備え、前記移動体の高温側の部位と低温側の部位の間で熱交換を行う熱交換器において、
前記加熱手段が、前記複数の熱交換ユニットそれぞれを加熱する、互いに異なる加熱温度に設定可能な複数の加熱ユニットからなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記加熱手段が、前記第１の接触部を加熱するものであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱移動部がヒートパイプであることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
表面にトナー像を担持して循環移動し該トナー像を所定の転写同時定着部に搬送するトナー像担持体、該トナー像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段、前記トナー像担持体上のトナー像を間に挟むように所定の記録媒体を重ね合わせて、重ね合わされたトナー像担持体、トナー像、および記録媒体を間に挟んで加熱するとともに加圧することにより該トナー像担持体上のトナー像を該記録媒体上に転写すると共に定着する転写同時定着手段を有する画像形成装置において、
前記トナー像担持体の、前記転写同時定着部よりも下流側の部位に接する第１の接触部、前記転写同時定着部よりも上流側の部位に接する第２の接触部、および前記第１の接触部から第２の接触部に熱を移動させる熱移動部からなる熱交換ユニットを有し、前記トナー像担持体の、前記転写同時定着部よりも下流側の部位と該転写同時定着部よりも上流側の部位との間で熱交換を行う熱交換器を備え、
該熱交換器が、前記熱交換ユニットを前記移動体間の熱交換をほぼ移動体駆動と同時に安定して開始させることができる所定の温度まで加熱する、前記複数の熱交換ユニットそれぞれを加熱する、互いに異なる加熱温度に設定可能な複数の加熱ユニットからなる加熱手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記加熱手段が、前記第１の接触部を加熱するものであることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記熱移動部がヒートパイプであることを特徴とする請求項４又は５記載の画像形成装置。
【請求項７】
所定の方向に移動する無端ベルト、所定の定着部に配備され該無端ベルトを支持する加熱部、該定着部において前記加熱部に対向して配備され、前記無端ベルト、および未定着トナー像を担持した記録媒体が該定着部に供給されてきた時の該記録媒体を前記加熱部に押圧する加圧部を備えた定着装置において、
前記無端ベルトの、前記定着部よりも下流側の部位に接する第１の接触部、前記定着部よりも上流側の部位に接する第２の接触部、前記第１の接触部から第２の接触部に熱を移動させる熱移動部からなる熱交換ユニットを有し、前記無端ベルトの、前記定着部よりも下流側の部位と該定着部よりも上流側の部位の間で熱交換を行う熱交換器を備え、
該熱交換器が、前記熱交換ユニットを前記移動体間の熱交換をほぼ移動体駆動と同時に安定して開始させることができる所定の温度まで加熱する前記複数の熱交換ユニットそれぞれを加熱する、互いに異なる加熱温度に設定可能な複数の加熱ユニットからなる加熱手段を有することを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の方向に移動する移動体の高温側の部位と低温側の部位との間で熱交換を行う熱交換器、その熱交換器を備えた画像形成装置、およびその熱交換器を備えた定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、特開平６−２７８３３号公報に、感光体と接する転写位置と、加熱ロールと接する定着位置との間を循環移動する中間転写ベルトを備えた画像形成装置において、中間転写ベルトに接する感光体が、加熱ロールにより高温度に加熱された中間転写ベルトの熱で損傷されるのを防止するために、定着位置から転写位置に到る戻りの経路上の中間転写ベルトに接触させることにより高温度の中間転写ベルトを冷却する冷却ベルトを備えた画像形成装置が開示されている。このようにして、熱に弱い感光体を高熱から保護することができる。しかし、この方法では冷却ベルトで吸収した熱量を有効に利用することはできず熱経済上好ましい方法とはいい難い。
【０００３】
また、特公平７−２７１９６号公報、特許第２５１６８８６号明細書、特許第２６３２４０４号明細書、特許第２６４６２５４号明細書などには、移動するシート状もしくは無端ベルト状の移動体を加熱し、高温となった移動体を介して未定着トナー像を担持した記録媒体を加熱してトナー像を記録媒体に定着させ、次に、移動体とともに記録媒体とトナー像とを冷却した後、記録媒体と移動体とを分離する方式の画像形成装置が開示されている。この方式の画像形成装置では、トナー像を定着するサイクル毎に、冷却された移動体を、定着を行うのに必要な温度まで再加熱する必要があり、冷却工程のない定着装置を備えた画像形成装置に比べて、余分な電力を消費するという問題がある。
【０００４】
そこで、定着位置を通過した後の高温の中間転写ベルトから回収した熱を、定着位置の手前の低温の中間転写ベルトに供給する熱交換器を用いた画像形成装置が考えられる。すなわち、表面にトナー像を担持して循環移動する中間転写体と記録媒体とを加熱するとともに加圧して、中間転写体上のトナー像を記録媒体上に転写すると同時に定着する方式の画像形成装置において、中間転写体の移動方向に関して転写同時定着部よりも下流側の中間転写体の高温部分と、転写同時定着部よりも上流側の中間転写体の低温部分との間で熱交換を行う熱交換器を備えた画像形成装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、熱交換器自体が持つ熱容量のために、中間転写体の駆動を開始してから相当の時間が経過してからでないと熱交換器が定常状態にまで到達せず、立上げの途中では十分な熱交換が行われないという問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑み、定常状態に到達するまでの立上げ時間が短縮された熱交換器、その熱交換器を備えた消費エネルギの少ない画像形成装置および定着装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の熱交換器は、
所定の方向に移動する移動体の、相対的に高温側の部位に接する第１の接触部、相対的に低温側の部位に接する第２の接触部、および上記第１の接触部から第２の接触部に熱を移動させる熱移動部からなる熱交換ユニットを備え、上記移動体の高温側の部位と低温側の部位の間で熱交換を行う熱交換器において、
上記熱交換ユニットを加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記の目的を達成する本発明の画像形成装置は、
表面にトナー像を担持して循環移動しトナー像を所定の転写同時定着部に搬送するトナー像担持体、上記トナー像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段、上記トナー像担持体上のトナー像を間に挟むように所定の記録媒体を重ね合わせて、重ね合わされたトナー像担持体、トナー像、および記録媒体を間に挟んで加熱するとともに加圧することにより上記トナー像担持体上のトナー像を記録媒体上に転写すると共に定着する転写同時定着手段を有する画像形成装置において、
上記トナー像担持体の、上記転写同時定着部よりも下流側の部位に接する第１の接触部、上記転写同時定着部よりも上流側の部位に接する第２の接触部、および上記第１の接触部から第２の接触部に熱を移動させる熱移動部からなる熱交換ユニットを有し、上記トナー像担持体の、上記転写同時定着部よりも下流側の部位と上記転写同時定着部よりも上流側の部位との間で熱交換を行う熱交換器を備え、
上記熱交換器が、上記熱交換ユニットを加熱する加熱手段を有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記の目的を達成する本発明の定着装置は、
所定の方向に移動する無端ベルト、所定の定着部に配備され上記無端ベルトを支持する加熱部、上記定着部において上記加熱部に対向して配備され、上記無端ベルト、および未定着トナー像を担持した記録媒体が上記定着部に供給されてきた時の上記記録媒体を上記加熱部に押圧する加圧部を備えた定着装置において、
上記無端ベルトの、上記定着部よりも下流側の部位に接する第１の接触部、上記定着部よりも上流側の部位に接する第２の接触部、上記第１の接触部から第２の接触部に熱を移動させる熱移動部からなる熱交換ユニットを有し、上記無端ベルトの、上記定着部よりも下流側の部位と上記定着部よりも上流側の部位の間で熱交換を行う熱交換器を備え、
上記熱交換器が、上記熱交換ユニットを加熱する加熱手段を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の熱交換器に関する一実施形態の構成を示す上面図であり、図２は、本発明の熱交換器の一実施形態の構成を示す正面図であり、図３は、本発明の熱交換器の一実施形態の構成を示す側面図である。
【００１０】
図１，２，３に示すように、この熱交換器は、矢印Ａ方向に移動する移動体１の、相対的に高温側の部位１ａに接する第１のアルミニウムブロック１１、相対的に低温側の部位１ｂに接する第２のアルミニウムブロック１２、および第１のアルミニウムブロック１１から第２のアルミニウムブロック１２に熱を移動させるヒートパイプ１３からなる熱交換ユニット１０を備え、移動体１の高温側の部位１ａと低温側の部位１ｂの間で熱交換を行う熱交換器であって、熱交換ユニット１０を加熱するシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを備えている。
【００１１】
本実施形態における第１および第２のアルミニウムブロック１１，１２は、本発明にいう第１の接触部および第２の接触部に相当するものであり、本実施形態におけるヒートパイプ１３は、本発明にいう熱移動部に相当するものであり、本実施形態におけるシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、本発明にいう加熱手段の加熱ユニットに相当するものである。
【００１２】
第１および第２のアルミニウムブロック１１，１２は、それぞれ、移動体１の移動方向Ａに４分割されたサブブロック１１＿１，１１＿２，１１＿３，１１＿４、およびサブブロック１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４が連結されて一体化されたブロックとして構成されている。第１および第２のアルミニウムブロック１１，１２の移動体１と接触する接触面１１ａ，１２ａは、移動体１との接触を十分に確保するために曲面状に加工してある。
【００１３】
アルミニウムブロック１１，１２には、移動体１の移動方向Ａに４本ずつの、ヒートパイプ１３を挿通用の貫通口１４が列設されている。４本のヒートパイプ１３は、高温側のアルミニウムブロック１１の４つの貫通口１４に挿通されるとともに低温側のアルミニウムブロック１２の４つの貫通口１４にも挿通されることにより、２つのアルミニウムブロック１１，１２は、熱的に４本のヒートパイプ１３によってループ状に連結される。
【００１４】
また、アルミニウムブロック１１，１２の上記各サブブロックの連結部に沿って延びる空隙１５がそれぞれ３個所ずつ設けられている。この空隙１５を設けたことにより、互いに隣接するサブブロック間の連結部の接触面積を減少させて、アルミニウムブロック１１，１２それぞれのＡ方向についての熱抵抗［Ｋ／Ｗ］を大きくすることにより、アルミニウムブロック１１，１２それぞれのＡ方向の温度勾配が平均化するのを防止している。従って、移動体１の移動方向Ａに対して大きい温度勾配を持った状態で熱交換を行うことが可能となり、熱の効率的な回収と再利用を行うことができる。
【００１５】
なお、本実施形態では、移動体１とヒートパイプ１３との熱交換はアルミニウムブロック１１，１２を介して行われているが、移動体１とヒートパイプ１３との間で直接熱交換を行うことが可能であれば、アルミニウムブロック１１，１２は省略しても差し支えない。また、移動体１とヒートパイプ１３との間に、何らかの接触部材を介する必要がある場合には、その材質は、アルミニウムに限られるものではなく、熱の良導体であれば、いかなる材料を用いてもよい。
【００１６】
本実施形態においては、熱移動部として、銅管製のヒートパイプ１３が用いられ、作動液としては純水が用いられているが、熱移動部は、必ずしもヒートパイプに限定されるものではなく、温度差のある２つの移動体に接触して高温側の移動体から低温側の移動体に熱エネルギを移動させる機能を有するものであれば、その構成、材質には制限されない。
【００１７】
熱交換ユニット１０を加熱する加熱ユニットとして用いられるシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、高温側の移動体および低温側の移動体と接するアルミニウムブロック１１，１２にそれぞれ２枚ずつ貼り付けられている。これら各２枚のシリコーンラバーヒータは、移動体１の移動方向Ａに沿う方向にそれぞれ互いに異なる加熱温度に設定される。
【００１８】
なお、この加熱ユニットは、高温側のアルミニウムブロック１１と、低温側のアルミニウムブロック１２の双方を加熱するものに限定されるものではなく、高温側のアルミニウムブロック１１、すなわち第１の接触部のみを加熱するものとして構成してもよい。
本実施形態では、熱交換ユニット１０を加熱する加熱手段の加熱ユニットとして、シリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが用いられているが、加熱ユニットとしては、熱交換ユニット１０を加熱できるものであればどのようなものでもよく特にシリコーンラバーヒータに限定されるものではない。例えば、ハロゲンランプ、シーズヒータ、アルミナ基板に抵抗体を印刷したセラミックヒータなどを用いることができる。また、本実施形態には、加熱ユニットが４つ備えられた例を示しているが、加熱ユニットの数は４つに限定されるものではない。
【００１９】
本実施形態の熱交換器には、温度検出手段としての温度センサ１７、過昇温防止装置としてのサーモスタット１８もそれぞれ４つずつ配置されているが、この数も加熱ユニットの数同様４つに限定されるものではない。ここでいう温度検出手段とは、温度変化に応じた信号、例えば、電圧、電流、抵抗値などを出力するものであれば周知のセンサを使用できる。具体的には、例えば、熱電対や、サーミスタなどを挙げることができる。また、ここで言う過昇温防止装置とは、アルミニウムブロックがある所定の温度以上に加熱された場合に、加熱を停止させる動きをするものであればいかなる装置を用いてもよい。具体的には、例えば、温度ヒューズや、バイメタル効果を利用したサーモスタットなどを挙げることができる。
【００２０】
また、本実施形態の熱交換器は、熱交換の対象となる移動体１の高温側の部位と移動体１の低温側の部位とが互いに向かい合いながら移動する向流型の熱交換器の例を示しているが、本発明の熱交換器は、向流型のみに限定されるものではなく、移動体１の高温側の部位と移動体１の低温側の部位とが同一方向に移動する並流型の熱交換器であってもよい。
【００２１】
次に、本実施形態の熱交換器の動作について説明する。
先ず、移動体１の駆動開始の前に熱交換器の加熱を開始して熱交換器を所定の温度まで昇温させる。熱交換器が所定の温度になったところで、加熱ユニットによる加熱を停止し、移動体の駆動を開始する。このような動作をするため、熱交換器が定常動作に素早く移行し、移動体間の熱交換をほぼ移動体駆動と同時に安定して開始させることができる。この際、本実施形態では、加熱ユニットは２分割された構成となっているため、それぞれのアルミニウムブロックを、より定常動作に近い温度に予め加熱できるので、熱交換器の定常動作への移行がより素早く行える。本実施形態では、移動体の駆動開始前に加熱ユニットによる加熱を開始させ、駆動と同時に停止させているが、この動作も、加熱ユニットを用いて熱交換器の定常動作を促進する方法であればいかなる動作方法でもよい。例えば、移動体の駆動開始と同時に加熱を開始し、熱交換器が定常動作となったところで停止したり、また加熱ユニットを前記動作と同様に立ち上げるが、移動体の駆動を、熱交換器が定常動作に至るまでは、減速して行うなどをあげるなどの方式を採用することができる。
（実施例１）
次に、本実施形態に基づく第１の実施例について図１、図２、および図３を参照しながら説明する。
【００２２】
この実施例のアルミニウムブロック１１，１２の寸法は、Ａ方向に交わる幅方向の長さが３４０ｍｍであり、Ａ方向の全長が１６３ｍｍである。アルミニウムブロック１１，１２はＡ方向にそれぞれ４つのサブブロック１１＿１，１１＿２，１１＿３，１１＿４、およびサブブロック１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４に分割されており、各サブブロックのＡ方向の長さは４０ｍｍとした。
【００２３】
また、アルミニウムブロック１１，１２のそれぞれの各サブブロック相互間の連結部に形成された空隙１５のＡ方向の幅は１ｍｍでありこの空隙１５はワイヤカット加工により形成した。
アルミニウムブロック１１，１２の移動体１との接触面１１ａ，１２ａは、曲率半径が１０００ｍｍとなるようにボールエンドミルにて切削加工した。
【００２４】
アルミニウムブロック１１，１２に開口された、ヒートパイプ１３挿通用の貫通口１４は直径１０．５ｍｍであり、この貫通口１４は、アルミニウムブロック１１，１２を押し出し成形する際に形成した。
貫通口１４に挿通されるヒートパイプ１３は、内壁に作動液案内用の溝を有する外径９．５２ｍｍの銅管であり、ヒートパイプ１３の外壁とアルミニウムブロック１１，１２の貫通口１４との隙間には、半田を充填して両者を完全に接合した。各ヒートパイプ１３には作動液として純水を用いた。
【００２５】
本実施例における熱交換ユニットの加熱手段として用いた４枚のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄにはそれぞれ２００Ｗのものを用い、室温硬化型シリコーン接着剤でアルミニウムブロック１１，１２にそれぞれ接着した。これらのシリコーンラバーヒータのそれぞれ１枚が、アルミニウムブロックの各サブブロック２つに対応して配置されている。
【００２６】
アルミニウムブロック１１，１２のそれぞれの両側面１１ｓ，１２ｓに取り付けられた温度センサ１７はサーミスタで構成されており、アルミニウムブロックの温度検出手段として用いられ加熱ユニットの温度を制御する。同じく両側面１１ｓ，１２ｓに取り付けられたサーモスタット１８はバイメタル効果によって加熱ユニットの電源を切断することにより加熱手段の過昇温を防止するための装置である。
【００２７】
本実施例には移動体１として、厚さ１２５μｍ、幅３２０ｍｍのポリイミドフィルムを用いた。
次に、本実施例の熱交換器の動作について説明する。
先ず、熱交換ユニット１０のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄにより各アルミニウムブロックの加熱を開始する。各シリコーンラバーヒータをオンにする温度は、１６ａ，１６ｃが１００℃、１６ｂ，１６ｄが６０℃にそれぞれ設定されている。４つのシリコーンラバーヒータは、それぞれオン−オフ制御により上記の設定温度に制御される。これら４つのシリコーンラバーヒータが設定温度に到達した後、各シリコーンラバーヒータの電源を切断すると共に、移動体１を、１６０ｍｍ／ｓの速度で駆動開始した。熱交換ユニット１０に入る移動体１の入口温度は、高温側および低温側それぞれが１３０℃、４０℃となるように、熱交換ユニット１０の高温側および低温側それぞれに設けられた図示しない加熱装置および冷却装置により制御した。
【００２８】
上述の動作を行わせて、熱交換ユニット１０が定常状態に到達するまでの立上げ時間を計測した結果、移動体１の駆動とほぼ同時、すなわち１０秒以内に、熱交換ユニット１０が定常状態となった。なお、熱交換ユニット１０の定常状態は、次のように定義した。すなわち、高温側、低温側それぞれの移動体１が熱交換ユニット１０によりそれぞれ冷却され、あるいは加熱されて熱交換ユニット１０から出てきた時の温度を測定し、その結果が次の（条件１）および（条件２）を同時に満たす場合に熱交換ユニット１０が定常状態となったものと定義する。
【００２９】
（条件１）  高温側の移動体１が熱交換ユニット１０よって冷却されて出てきた時の温度が、［定常状態になるまで充分な時間駆動させた時の移動体１の温度］＋［１℃］以下である。
（条件２）  低温側の移動体１が熱交換ユニット１０によって加熱されて出てきた時の温度が、［定常状態になるまで充分な時間駆動させた時の移動体１の温度］−［１℃］以上である。
【００３０】
なお、移動体１の温度は赤外放射温度計により測定した。
比較例として、本実施例の熱交換器のシリコーンラバーヒータによる予備加熱を行わずに、移動体１を駆動したところ、駆動開始後１０分経過しても熱交換ユニット１０は定常状態には至らなかった。
上記の結果から、熱交換器が加熱手段（シリコーンラバーヒータ）を備えたことにより、熱交換器の定常状態に到達するまでの立上げ時間を大幅に短縮できることが確認された。
【００３１】
なお、上記の実施例では、熱交換器がヒートパイプを用いて構成されているが、本発明の熱交換器は、移動体の、相対的に高温側の部位に接する第１の接触部、相対的に低温側の部位に接する第２の接触部、および第１の接触部から第２の接触部に熱を移動させる熱移動部からなる熱交換ユニットを備え、移動体の高温側の部位と低温側の部位の間で熱交換を行う熱交換器であればよく、本実施例のようにヒートパイプを用いた構成のみに限定されるものではない。
（実施形態２）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３２】
図４は、本発明の画像形成装置に関する一実施形態を示す概略構成図であり、図５は、図４に示した画像形成装置に備えられた熱交換器の概略構成図である。
図４に示すように、この画像形成装置は、表面にトナー像Ｔを担持して循環移動しトナー像Ｔを転写同時定着部４０に搬送する中間転写体２、中間転写体２上にトナー像Ｔを形成するトナー像形成部２０、中間転写体２上のトナー像Ｔを間に挟むように記録媒体Ｐを重ね合わせて、重ね合わされた中間転写体２、トナー像Ｔ、および記録媒体Ｐを間に挟んで加熱するとともに加圧することにより中間転写体２上のトナー像Ｔを記録媒体Ｐ上に転写すると共に定着する加熱ロール２３および加圧ロール２４を有する。
【００３３】
図４および図５に示すように、この画像形成装置は、中間転写体２の、転写同時定着部４０よりも下流側の部位２ａに接する第１のアルミニウムブロック１１、転写同時定着部４０よりも上流側の部位２ｂに接する第２のアルミニウムブロック１２、第１のアルミニウムブロック１１から第２のアルミニウムブロック１２に熱を移動させるヒートパイプ１３からなる熱交換ユニット３０を有し、中間転写体２の、転写同時定着部４０よりも下流側の部位と転写同時定着部４０よりも上流側の部位との間で熱交換を行う熱交換器３９を備えており、この熱交換器３９は、熱交換ユニット３０を加熱するシリコンラバーヒータ１６ａ，１６ｂを有している。
【００３４】
本実施形態における中間転写体２は、本発明にいうトナー像担持体に相当するものであり、トナー像形成部２０は、本発明にいうトナー像形成手段に相当するものであり、加熱ロール２３および加圧ロール２４は、本発明にいう転写同時定着手段、あるいは加熱部および加圧部に相当するものであり、第１のアルミニウムブロック１１は、本発明にいう第１の接触部に相当するものであり、第２のアルミニウムブロック１２は、本発明にいう第２の接触部に相当するものであり、ヒートパイプ１３は、本発明にいう熱移動部に相当するものであり、シリコンラバーヒータ１６ａ，１６ｂは、本発明にいう加熱手段に相当するものである。
【００３５】
無端ベルト状の中間転写体２は、加熱ロール２３、剥離ロール２５、テンションロール２６および駆動ロール２２により張架され駆動ロール２２により駆動されて矢印Ａ方向に循環移動する。
加熱ロール２３は、転写同時定着部４０において加圧ロール２４との間にニップ部を形成する。加熱ロール２３、加圧ロール２４の内部には、それぞれ、熱源となるハロゲンランプ２７が配置されている。加熱ロール２３は、中間転写体２上のトナー像Ｔを加熱溶融し、転写同時定着部４０のニップ部により加圧ロール２４は加熱ロール２３と協働してトナー像Ｔを記録用紙Ｐ上に転写すると共に定着（転写同時定着）し記録用紙Ｐ上に画像を形成する。転写同時定着部４０において画像が形成された記録用紙Ｐは、剥離ロール２５の部位において記録用紙Ｐの腰の強さにより中間転写体２から剥離される。
【００３６】
中間転写体２の転写同時定着部４０よりも下流側の部位２ａと上流側の部位２ｂとの双方に接するように熱交換ユニット３０が配置されている。中間転写体２およびその上に担持されたトナー像Ｔは転写同時定着部４０よりも上流側の部位２ｂにおいて熱交換ユニット３０により加熱されるとともに、転写同時定着部４０よりも下流側の部位２ａにおいて熱交換ユニット３０により冷却される。中間転写体２は、記録用紙Ｐが中間転写体２から剥離された後、必要に応じて、冷却ファン１９によって次の画像形成サイクルでのトナー像形成に支障がない程度の温度まで冷却される。
【００３７】
本実施形態では、このように中間転写体２と記録用紙Ｐとが熱交換ユニット３０により冷却された後に、互いに剥離されるが、中間転写体２と記録用紙Ｐとが剥離されるタイミングは、特に冷却後に限定されるものではなく、加熱加圧の直後であってもよい。また、転写同時定着部４０を通過した中間転写体１と熱交換ユニット３０とが接触するタイミングも、中間転写体２と記録用紙Ｐが剥離される以前に限定されるものではなく、加熱加圧された後でかつ次に中間転写体２上にトナー像Ｔが形成される以前であればどのようなタイミングであってもよく、中間転写体２と記録用紙Ｐが剥離された後であってもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、中間転写体２と記録用紙Ｐとを剥離するのに記録用紙Ｐの腰の強さを利用しているが、例えば、剥離爪や剥離ロールを用いるなどの任意の方法を用いてもよい。
本実施形態に用いる熱交換ユニット３０の構成は、加熱手段、温度検出手段、過昇温防止装置の数と配置位置が若干異なる以外は、図１に示した熱交換器と同様の構成を有している。また、動作についても同様に、中間転写体２の駆動開始前に予め熱交換ユニットを加熱し、熱交換ユニットが所定の温度に到達した後、中間転写体の駆動を開始すると共に、熱交換ユニットの加熱を停止する。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の画像形成装置では、熱交換ユニットに加熱手段が備わっているため、予め熱交換ユニットを所定の温度に加熱することができる。従って、中間転写体の駆動開始と共に、熱交換ユニットが定常状態に移行し、中間転写体や、現像器、感光体などを空回転させることなく、即時に画像形成を行うことが可能となる。
【００４０】
なお、トナー像担持体（中間転写体２）上へのトナー像Ｔの形成は、周知の電子写真方式の画像形成方法で行うことができる。すなわち、帯電、露光、および現像などの各工程を経て感光体（図示せず）上に形成したトナー像を、例えばカラー画像の場合は、イエロー、マゼンタ、シアン、および黒それぞれのトナー像を個別に静電的に中間転写体２上に転写することにより形成される。
【００４１】
ここで、本実施形態のようにトナー像担持体が中間転写体である場合は、中間転写体とは別の感光体に、帯電、露光、および現像の各工程を経て形成されたトナー像を、静電気、圧力、あるいは粘着力などを利用して中間転写体上へ転写する方式を採用することができる。
また、トナー像担持体を感光体とし、そのトナー像担持体に直接、帯電、露光、および現像の各工程によるトナー像形成を行う方式や、トナー像担持体を誘電体とし、そのトナー像担持体上に電子やイオン銃を用いて静電潜像を形成した後、現像工程を経てトナー像を形成する方式などを採用することができる。
【００４２】
中間転写体２上に形成されるトナー像Ｔは、単色トナー像、多重トナー像のいずれであってもよい。中間転写体２は、トナー像Ｔを形成するのに適し、かつトナー像Ｔの記録用紙Ｐへの転写定着に耐えるものであれば、いかなる構成、いかなる材料のものを用いることもできる。
なお、本実施形態では、中間転写体２として無端ベルト状の転写体を用いているが、ドラム状の中間転写体を用いてもよい。その場合の、材料、構成に関する制限は、無端ベルト状の中間転写体の場合と同様である。
【００４３】
また、本実施形態では、転写同時定着のための加熱加圧用に１対のロール２３，２４を用いているが、記録用紙Ｐと中間転写体２上のトナー像Ｔとを挟んで加熱加圧し、トナー像Ｔを記録用紙Ｐへ転写定着する機能を有するものであれば、その構成、材料に関する制限は特にない。例えば、１対のロールの代わりに加熱ヘッドと押圧パッドを組み合わせたものを用いることも可能であり、中間転写体上のトナー像と記録媒体とを赤外線ランプで非接触で加熱し、その後１対のロールで加圧する方式などを採用することができる。転写同時定着のための熱源についてもその位置、加熱方法などは周知の方式を用いることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、記録媒体として記録用紙を用いた例について説明したが、記録用紙の他、金属板、木製の板、織物、樹脂シートなど、トナー像を加熱加圧することにより画像が形成可能なものであれば任意の記録媒体を用いることができる。
（実施例２）
次に、本実施形態に基づく第２の実施例について図４を参照しながら説明する。
【００４５】
この実施例では、中間転写体２としては、ベース層と表面層の２層から構成されたものを用いた。ベース層には、カーボンブラックを添加した厚さ７５μｍのポリイミドフィルムを用いた。ベース層の体積抵抗率を調整するために、カーボンブラックを２０重量％添加した。表面層は、厚さ５０μｍのシリコーン系の共重合体を用いた。この中間転写体２の熱容量は、２．５×１０2 Ｊ／ｍ2 Ｋであった。また、本実施例に用いたトナーは、イエロー、マゼンタ、シアンなどの色素を含有した熱可塑性のバインダ樹脂で構成し、軟化点は約７５℃のものを用いた。
【００４６】
加熱ロール２３および加圧ロール２４は、内部に加熱源としてハロゲンランプ２７が配置されたアルミニウム製の基質ロールと、この基質ロール上に設けられた厚さ２ｍｍのシリコーンゴム層とから構成したものを用いた。加熱ロール２３と加圧ロール２４は、共に外径５０ｍｍのものを用いた。
図５に示すように、本実施例の熱交換ユニット３０は、以下の点を除き、図１、図２、および図３に示した熱交換ユニット１０とほぼ同様の構成を有している。
【００４７】
（１）２枚のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂが、高温側のアルミニウムブロック１１に取り付けられており、低温側のアルミニウムブロック１２にはシリコーンラバーヒータは取り付けられていない。
（２）２枚のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂの温度を制御するための温度センサであるサーミスタ１７が、低温側のアルミニウムブロック１２の、中間転写体２の移動方向に沿った側面１２ｓ’に取り付けられている。
【００４８】
（３）２枚のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂの過昇温を防止するため、過昇温時の加熱源の電源を切断するサーモスタット１８が、高温側のアルミニウムブロック１１の中間転写体２の移動方向に沿った側面１１ｓ’に配置されている。
次に、本実施例の熱交換器の動作について説明する。先ず、熱交換ユニット３０のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂによる加熱を開始する。シリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂの温度設定は、シリコーンラバーヒータ１６ａを１００℃、シリコーンラバーヒータ１６ｂを６０℃とした。２つのシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂは、それぞれオン−オフ動作により設定温度に制御される。これら２つのシリコーンラバーヒータが設定温度に到達した後、各シリコーンラバーヒータの電源を切断すると共に、移動体である中間転写体２を１６０ｍｍ／ｓの速度で駆動開始し、画像形成を行った。なお、他の加熱源は、中間転写体２の駆動開始前に熱交換ユニットと同様、予め、所定の温度に加熱した。具体的には、加熱ロール２３の温度を１７０℃に、加圧ロール２４の温度を１００℃に設定した。なお、中間転写体２は、記録用紙Ｐを剥離した後、表面に次のトナー像Ｔが形成される前に、冷却ファン１９によって５０℃となるように冷却が行われる。
【００４９】
上述の動作を行わせて、熱交換器が定常状態に到達するまでの立上げ時間を計測した結果、中間転写体２の駆動開始とほぼ同時、１０秒以内に、熱交換器が定常状態に到達した。なお、熱交換器の定常状態の定義、および中間転写体の温度測定方法は、実施例１と同様に行った。
前記の結果より、熱交換ユニットが加熱手段を備えたことにより、熱交換器の定常状態に到達するまでの立上げ時間を短縮できることが確認された。
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５０】
図６は、本発明の定着装置に関する一実施形態を示す概略構成図であり、図７は、図６に示した定着装置に備えられた熱交換器の概略構成図である。
図６に示した定着装置は、電子写真方式の画像形成装置の定着装置として用いられるものであり、矢印Ａ方向に移動する無端ベルト３、定着部５０に配備され無端ベルト３を支持する、ハロゲンランプ２７を内蔵した加熱ロール４１、定着部５０において加熱ロール４１に対向して配備され、無端ベルト３、および未定着トナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが定着部５０に供給されてきた時の記録媒体Ｐを加熱ロール４１に押圧する加圧ロール４２を備えている。
【００５１】
図６および図７に示したように、無端ベルト３の、定着部５０よりも下流側の部位３ａに接する第１のアルミニウムブロック４６、定着部５０よりも上流側の部位３ｂに接する第２のアルミニウムブロック４７、アルミニウムブロック４６から第２のアルミニウムブロック４７に熱を移動させるヒートパイプ４８からなる熱交換ユニット４５が備えられており、無端ベルト３の、定着部５０よりも下流側の部位３ａと定着部５０よりも上流側の部位３ｂの間で熱交換を行う熱交換器６０を備えており、この熱交換器６０は、熱交換ユニット４５を加熱するシリコンラバーヒータ１６ａ，１６ｂを有している。
【００５２】
本実施形態における第１のアルミニウムブロック４６は、本発明にいう第１の接触部に相当するものであり、第２のアルミニウムブロック４７は、本発明にいう第２の接触部に相当するものであり、ヒートパイプ４８は、本発明にいう熱移動部に相当するものであり、シリコンラバーヒータ１６ａ，１６ｂは、本発明にいう熱交換ユニットを加熱する加熱手段に相当するものである。
【００５３】
無端ベルト３は、加熱ロール４１、テンションロール兼剥離ロール４３、およびベルト蛇行矯正ロール４４に張架されて矢印Ａ方向に循環移動する。
加熱ロール４１および加圧ロール４２は、トナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐを無端ベルト３を介して加熱加圧してトナー像を溶融し記録媒体Ｐに定着するものであり、テンションロール兼剥離ロール４３は、無端ベルト３にテンションを付与するとともに記録媒体Ｐの腰の強さを利用して定着後の記録媒体Ｐを無端ベルト３から剥離するための曲率を形成するためのロールである。また、ベルト蛇行矯正ロール４４は、無端ベルト３の蛇行を矯正するためのロールである。なお、本定着装置の無端ベルト３は、加熱ロール４１を駆動することによって行っている。
【００５４】
ここで、記録媒体Ｐ上へのトナー像形成は、周知の電子写真方式の画像形成方法により行うことができる。例えば、感光体に帯電、露光、および現像の各工程を経て形成されたトナー像を、静電的に記録媒体Ｐ上へ転写する方法などを採用することができる。このトナー像は、単色でも、複数の色からなる多重像であってもよい。
【００５５】
次に、本実施形態の定着装置の動作について説明する。
トナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐは、定着部５０に供給され、無端ベルト３を介して、加熱ロール４１および加圧ロール４２によって加熱加圧される。図６に示した定着装置では、定着のための加熱加圧用に１対のロール４１，４２を用いているが、トナー像Ｔを担持した記録用紙Ｐと無端ベルト３とを挟んで加熱加圧し、トナー像Ｔを記録用紙Ｐ上に定着する機能を有するものであれば、その構成、材料に関する制限はない。例えば、１対のロールの代わりに加熱ヘッドと押圧パッドを組み合わせたものを用いたり、トナー像を担持した記録媒体と定着ベルトとを赤外線ランプで非接触で加熱し、その後１対のロールで加圧する方法などを採用することができる。熱源についてもその位置、方法などは周知の方法を用いることができる。
【００５６】
加熱ロール４１および加圧ロール４２によって加熱加圧されたトナー像Ｔ、記録媒体Ｐ、および無端ベルト３は、互いに密着したまま、熱交換ユニット４５により冷却され、テンションロール兼剥離ロール４３の部位に移動する。テンションロール兼剥離ロール４３の部位において、記録媒体Ｐの腰の強さとテンションロール兼剥離ロール４３の曲率により、無端ベルト３とトナー像Ｔが定着した記録媒体Ｐとが剥離される。本実施形態では、熱交換器４５のみにより無端ベルト３およびトナー像Ｔが冷却されるように構成されているが、この冷却工程としては、例えば、冷却ファンのついたアルミニウムブロックなど、複数の手段により冷却を行うよう構成してもよい。
また、本実施形態の冷却過程では、無端ベルト３と記録媒体Ｐは、トナーの接着力によってのみ密着状態を保っているが、両者を互いに静電的に吸着させたり、記録媒体Ｐの画像形成面とは反対側の面からもベルトを当接させて支持するように構成してもよい。
【００５７】
図７に示すように、本実施形態の熱交換ユニット４５においては、アルミニウムブロック４６，４７の無端ベルト３と接する表面とは反対の裏面側に、無端ベルト３の移動方向Ａと交わる方向にスリット４６ｓ，４７ｓを形成することにより、アルミニウムブロック４６，４７のＡ方向への断熱が行われている以外は、加熱源、温度検出手段、過昇温防止装置の数、配置位置などの基本構成は、前述の第２の実施形態に示した画像形成装置におけるものと同様である。
（実施例３）
次に、本実施形態に基づく第３の実施例について図６および図７を参照しながら説明する。
【００５８】
無端ベルト３は、ベース層と表面層の２層から構成されるものを用いた。ベース層は、カーボンブラックを添加した厚さ７５μｍのポリイミドフィルムを用いた。ベース層の体積抵抗率を調整するためにカーボンブラックを２０重量％添加した。表面層は、厚さ５０μｍのシリコーン系の共重合体を用いた。この無端ベルト３の熱容量は、２．５×１０2 Ｊ／ｍ2 Ｋであった。また、本実施例に用いたトナーは、イエロー、マゼンタ、シアンなどの色素を含有した熱可塑性のバインダ樹脂で構成し、軟化点は約７５℃のものを用いた。
【００５９】
加熱ロール４１と加圧ロール４２は、内部に加熱源としてハロゲンランプ２７が配置されたアルミニウム製の基質ロールと、この基質ロール上に設けられた厚さ２ｍｍのシリコーンゴム層とから構成したものを用いた。加熱ロール４１および加圧ロール４２は、ともに外径５０ｍｍのものを用いた。また、加熱ロール４１は、図示しない、はす歯車によって、駆動モータに連結されている。また、加圧ロール４２は、図示しない、カム機構を利用した上下移動装置によって、加熱ロール４１と離間自在に支持されている。
【００６０】
テンションロール兼剥離ロール４３には、外径２０ｍｍのステンレスロールを用い、無端ベルト３の蛇行を矯正するためのベルト蛇行矯正ロール４４には、外径３０ｍｍのアルミニウムロールが用いられ、ロール奥側に設けられたベアリング支持部を支点とする支持機構により、矢印Ｂ方向に上下動自在に支持されており、無端ベルト３の蛇行を矯正する。
【００６１】
次に、この定着装置の熱交換器について説明する。
本実施例に用いられた熱交換器は、図７に示すように、以下の点を除いて、実施例１と同様の構成を有している。
（１）２枚のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂが、高温側のアルミニウムブロック４６にのみ取り付けているが、低温側のアルミニウムブロック４７にはシリコーンラバーヒータは取り付けられていない。
【００６２】
（２）２枚のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂの温度を制御するための温度センサであるサーミスタ１７が、低温側のアルミニウムブロック４７の、無端ベルト３の移動方向に沿った側面４７ｓ’に取り付けられている。
（３）２枚のシリコーンラバーヒータ１６ａ，１６ｂの過昇温を防止するため、過昇温時の加熱源の電源を切断するサーモスタット１８が、高温側のアルミニウムブロック４６の、無端ベルト３の移動方向に沿った側面４６ｓ’に取り付けられている。
【００６３】
（４）アルミニウムブロック４６，４７に挿入されたそれぞれ４本のヒートパイプ４８相互間を断熱するために、１ｍｍ幅のスリット４６ｓ，４７ｓ溝が形成されている。
本実施例の定着装置の熱交換器の動作は、前述の第１および第２の実施例におけると同様、無端ベルト３の駆動開始前に、加熱手段により熱交換ユニットを予め所定の温度に加熱し、熱交換ユニットが所定の温度に到達した後、加熱手段による加熱を停止して、無端ベルト３の駆動を開始する。このようにすることにより、熱交換器の定常状態に到達するまでの立上げ時間を大幅に短縮することができた。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱交換器によれば、熱交換ユニットを加熱する加熱手段を備えたことにより、熱交換すべき移動体の駆動を開始してから熱交換器が定常状態に到達するまでの立上げ時間を大幅に短縮することができる。
また、本発明の画像形成装置によれば、熱交換器に、熱交換ユニットを加熱する加熱手段を備えたことにより、熱交換器が定常状態に到達するまでの立上げ時間が短縮された消費エネルギの少ない画像形成装置を実現することができる。
【００６５】
また、本発明の定着装置によれば、熱交換器に、熱交換ユニットを加熱する加熱手段を備えたことにより、熱交換器が定常状態に到達するまでの立上げ時間が短縮された消費エネルギの少ない定着装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器に関する一実施形態の構成を示す上面図である。
【図２】本発明の熱交換器の一実施形態の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の熱交換器の一実施形態の構成を示す側面図である。
【図４】本発明の画像形成装置に関する一実施形態を示す概略構成図である。
【図５】図４に示した画像形成装置に備えられた熱交換器の概略構成図である。
【図６】本発明の定着装置に関する一実施形態を示す概略構成図である。
【図７】図６に示した定着装置に備えられた熱交換器の概略構成図である。
【符号の説明】
１    移動体
１ａ，１ｂ    部位
２    中間転写体
２ａ，２ｂ    部位
３    無端ベルト
３ａ，３ｂ    部位
１０    熱交換ユニット
１１，１２    アルミニウムブロック
１１ｓ，１１ｓ’，１２ｓ，１２ｓ’    側面
１１＿１，１１＿２，１１＿３，１１＿４    サブブロック
１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４    サブブロック
１３    ヒートパイプ
１４    貫通口
１５    空隙
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ    シリコーンラバーヒータ
１７    温度センサ
１８    サーモスタット
１９    冷却ファン
２０    トナー像形成部
２２    駆動ロール
２３    加熱ロール
２４    加圧ロール
２５    剥離ロール
２６    テンションロール
２７    ハロゲンランプ
３０    熱交換ユニット
３１，３２    接触部
３９    熱交換器
４０    転写同時定着部
４１    加熱ロール
４２    加圧ロール
４３    テンションロール兼剥離ロール
４４    ベルト蛇行矯正ロール
４５    熱交換ユニット
４６，４７    アルミニウムブロック
４６ｓ，４７ｓ    スリット
４６ｓ’，４７ｓ’    側面
４８    ヒートパイプ
５０    定着部
６０    熱交換器
【図１】
0003733732.tif 000002
【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】
0003733732.tif 000007
【図７】
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