JP2005062465A - シート排熱装置及びこれを用いたシート処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シートからの排熱を有効に利用し、補助電力を生成可能とする。
【解決手段】 熱定着手段１にてシート２に被定着物３を熱定着するシート処理装置４に用いられるシート排熱装置５において、熱定着手段１の下流側に位置するシート搬送路６に配設され且つシート２からの熱を電力に変換する熱電変換素子７と、この熱電変換素子７にて熱電変換された電力を利用する電力補助部品８とを備える。電力補助部品８としては例えばシート２の冷却手段８ａがある。また、この種のシート排熱装置を用いたシート処理装置をも対象とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シートから排出される熱を有効利用するためのシート排熱装置に係り、特に、熱定着手段を備えた画像形成装置において有効なシート排熱装置及びこれを用いたシート処理装置の改良に関する。

従来におけるシート処理装置として、例えば電子写真方式の画像形成装置を例に挙げると、感光体などの像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー現像にて可視像化した後用紙などのシートに転写し、しかる後、シート上の可視像を熱定着装置にて定着し、定着後のシートを排出トレイへと排出するようにしたものが広く知られている。
この種のシート処理装置において、定着後のシートが排出トレイに順次積載されると、積載直後のシートは未だ蓄熱状態にあるため、画像形成剤（トナー）の樹脂が結着剤の役割をし、積載シート相互が結着してしまうという現象が見られる。この場合、トナーが融着して画像ディフェクト（画像むら、画像剥がれ）につながるという所謂トナーブロッキングが起こり易い。

このような技術的課題を解決するために、従来にあっては、熱定着装置の下流側に配設された排紙ガイドあるいは排出トレイの上方などに冷却ファンを配設し、この冷却ファンからの冷却風にて熱定着装置通過後のシートを冷却し、上述したトナーブロッキングを防止する技術が既に提供されている（例えば特許文献１参照）。

特開平５−１５０６７７号公報（実施例，図１，図４） 特開平１−２２９２７８号公報（実施例，第２図）

しかしながら、特許文献１にあっては、冷却ファンを駆動するための電力が必要であり、その分、画像形成装置の電源装置の容量が嵩むという技術的課題がある。
また、このような技術的課題を解決するには、例えば特許文献２に開示された技術を適用することが可能である。
すなわち、この特許文献２は、熱定着装置にゼーベック効果に基づく熱電変換素子を密着させ、熱定着装置からの熱を利用して熱電変換素子にて電力を発生させると共に、この電力で排気ファンなどを駆動し、装置内部の排熱を行い、感光体や現像剤の熱による劣化を防止するようにしたものである。
従って、熱電変換素子からの電力を冷却ファンの駆動電力として利用するようにすれば、その分、電力消費を低減することは可能かも知れない。
ところが、特許文献２の技術を適用する場合には、熱電変換素子は定着装置から吸熱するため、熱の消費量分だけ、定着装置への供給電力を多く配分しておくことが必要であり、電源装置の容量を抑えるという観点からすれば、有効な手法とは言い難い。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、シートからの排熱を有効に利用し、補助電力を生成可能としたシート排熱装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１に示すように、熱定着手段１にてシート２に被定着物３を熱定着するシート処理装置４に用いられるシート排熱装置５において、熱定着手段１の下流側に位置するシート搬送路６に配設され且つシート２からの熱を電力に変換する熱電変換素子７と、この熱電変換素子７にて熱電変換された電力を利用する電力補助部品８とを備えたことを特徴とするものである。

このような技術的手段において、熱定着手段１はシート２上に被定着物３を熱定着させるものであれば、未定着画像（トナー像など）を定着するものは勿論、シート２上にラミネートフィルムを固着（熱定着）する際に用いられるもの等広く含む。また、その形態についても、加熱定着部材と加圧定着部材を互いに接触転動させる態様を始め、シート２に対して非接触なオーブン型等適宜選定して差し支えない。

更に、熱電変換素子７としては代表的にはペルチェ素子が挙げられるが、熱電変換するものであれば適宜選定可能である。
そして、この熱電変換素子７の配設位置はシート２からの熱を電力に変換可能な位置であることを必要とする。
ここで、熱電変換素子７への熱の供給効率を高めるという観点からすれば、熱電変換素子７とシート搬送路６を通過するシート２との間には熱伝導性の高い伝熱部材が介在されていることが好ましい。
また、熱電変換素子７の代表的な取付構造としては、シート搬送路６に沿って配設されるガイド部材に付加されているものが挙げられ、このガイド部材を熱伝導性の高いセラミックス等の伝熱部材で構成することが好ましい。
更に、熱電変換素子７からの発生電力を増大させるには、例えば熱電変換素子７を複数個直列接続するようにすればよい。

また、電力補助部品８としては、熱電変換素子からの発生電力を利用できるものであれば適宜含まれる。
ここで、電力補助部品８の代表的態様としては、熱電変換素子７の下流側に位置するシート搬送路６に配設され且つシート２を冷却する冷却手段８ａが挙げられる。
冷却手段８ａとしては、熱電冷却素子、冷却ファンなど適宜選定して差し支えなく、また、少なくとも一つを含んでいればよく、複数のものを使用するようにしてもよい。熱電冷却素子としては代表的にはペルチェ素子などが挙げられる。ここで、熱電冷却素子からの冷却効果を増大させるには、例えば熱電冷却素子を複数個直列接続するようにすればよい。また、冷却ファンの配設箇所については、熱定着手段１と排出収容部材９との間のシート搬送路６に対応して配設してもよいし、あるいは、排出収容部材９に対応して配設するものなど適宜選定して差し支えないし、冷却ファンによる送風方向についても、シート２の上方から送風するものでもよいし、シート２の下方から、あるいは、側方から送風するものでもよい。

また、本発明は、シート排熱装置５に限られるものではなく、これを用いたシート処理装置４をも対象とする。この場合、本発明は、図１に示すように、シート２に被定着物３を熱定着する熱定着手段１と、この熱定着手段１の下流側のシート搬送路６に配設される上述したシート排熱装置５（熱電変換素子７＋補助電力部品８（例えば冷却手段８ａ））とを備えるようにすればよい。

以上説明したように、本発明によれば、熱定着手段を通過したシートが通過する部位に熱電変換素子を配設し、シートからの熱を熱電変換素子にて電力に変換することで電力補助部品を駆動するようにしたので、熱定着手段にて加熱されたシートからの排熱を有効に利用し、補助電力を生成することが可能になり、その分、熱定着手段への供給電力を増大させることなく、電力補助部品の駆動を実現することができる。
特に、電力補助部品としてシートの冷却手段を用いる態様にあっては、熱定着手段を通過したシートに対する排熱を効果的に実現でき、消費電力の増大を抑制しながら、例えば排出収容部材に収容されるシートの蓄熱による弊害（トナーブロッキング等）を有効に防止することができる。

そして、このようなシート排熱装置を用いたシート処理装置にあっては、シートの排熱を利用して電力補助部品を駆動させることが可能になるため、消費電力の少ない省エネルギ対応の効率的なシート処理装置を容易に実現することができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は本発明が適用されたシート処理装置の実施の形態１を示す。
同図において、シート処理装置は中間転写型の画像形成装置であり、装置本体１０内の上方には例えば電子写真方式にて各色成分（イエロ（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ））トナー像が形成される作像モジュール２０を配設したものである。
ここで、本実施の形態で用いられる作像モジュール２０は、各色成分トナー像を形成担持する感光体ドラム２１（具体的には２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ）を並列配置し、各感光体ドラム２１で形成した各色成分トナー像を中間転写ベルト２２に一次転写させ、二次転写装置（例えば二次転写ロール）２３にてシートトレイ３１〜３４から供給される用紙等のシートに中間転写ベルト２２上の各色成分トナー像を二次転写させ、熱定着装置２４に導くようにしたものである。

また、本実施の形態において、シートトレイ３１〜３４からの搬送路４０は、装置本体１０の図中左側側方から上方に向かい、作像モジュール２０の二次転写部位、熱定着装置２４を経て排出トレイ３５側へ向かう主搬送路４１と、この主搬送路４１の出口付近の下方側に略Ｙ字状に設けられ、シートの表裏を反転させて搬送する反転搬送路４２と、この反転搬送路４２の一部に連通接続され、表裏を反転させたシートを再び作像モジュール２０前の主搬送路４１に戻す戻し搬送路４３とを備えている。
尚、符号４４は、装置本体１０の図中左側方に開口し且つ主搬送路４１の水平部分に連通接続される手差し搬送路である。
ここで、主搬送路４１の二次転写部位の上流側にはシートを位置決めした後に搬送するレジストロール４５が、二次転写部位の下流側には熱定着装置２４へ搬送する搬送ベルト４６が、各搬送路４１〜４４には適宜数の搬送ロール４７が設けられている。また、反転搬送路４２にはシートの表裏を反転して搬送する反転機構４８が配設されている。

また、本実施の形態において、熱定着装置２４は、図３に示すように、過熱定着方式によりシートＳ上のトナー像を定着するものであり、シートＳに対して熱を与える加熱ロール５１と、シートＳに対して圧力を与える加圧ロール５２とから構成される。
尚、本例では、加熱ロール５１，加圧ロール５２に夫々加熱用のヒータ５１ａ，５２ａが内蔵されている。また、熱定着装置２４は定着時における熱損失を防止するという観点及び安全性という面から、通常周囲を遮熱用のハウジングで囲み、更に、内部には加熱ロール５１等の周囲に反射板が必要に応じて設けられている。
そして、定着装置２４の出口側には定着出口ロール５５（搬送ロール４７に相当）が配設されると共に、その下流側で且つ排出トレイ３５の直前には排出ロール５６（搬送ロール４７に相当）が配設されており、定着出口ロール５５と排出ロール５６との間には、熱定着装置２４を通過したシートＳを排出トレイ３５へ導くシュート状の搬送ガイド５７が配設されている。

特に、本実施の形態では、熱定着装置２４の下流側にはシートＳから排出される熱を有効利用するシート排熱装置が設けられている。
このシート排熱装置は、例えば熱電変換素子６０と冷却ファン７０とで構成されている。
すなわち、搬送ガイド５７の裏面（シート搬送面の反対側面）側には熱を電力に変換する熱電変換素子６０が配設されている。本例では、熱電変換素子６０としてペルチェ素子が用いられている。
そして、本実施の形態では、搬送ガイド５７は板状のシュート部材で構成されており、熱伝導性の高い伝熱部材、例えばセラミックスにて構成されている。

更に、本実施の形態では、図２及び図３に示すように、装置本体１０の側方の排出トレイ３５の上方には冷却ファン７０が設けられており、排出ロール５６から排出されるシートＳに対し上方から冷却風を送るようになっている。
そして、図３及び図４に示すように、この冷却ファン７０は前記熱電変換素子６０に接続されており、熱電変換素子６０で発生した電力を利用して駆動されるようになっている。

次に、本実施の形態に係るシート処理装置の作動をシート排熱装置を中心に説明する。
図３及び図４に示すように、今、作像モジュール２０にて作像されたシートＳが熱定着装置２４を通過したとすると、通過後のシートＳは熱定着装置２４による加熱処理にてかなりの熱量が蓄積された状態にある。
この状態において、シートＳが搬送ガイド５７上に沿って接触搬送されると、シートＳの熱が熱伝導性の高い搬送ガイド５７を通じて熱電変換素子であるペルチェ素子６０に伝達され、ペルチェ素子６０に吸熱される。すると、吸熱されたペルチェ素子６０が電力を生成し、この生成された電力が冷却ファン７０の駆動に供される。
この結果、冷却ファン７０が駆動し、排出ロール５６から排出トレイ３５（図２参照）に排出されるシートＳに対し冷却風を送り、シートＳを冷却する。このため、排出トレイ３５上に蓄熱状態のシートＳが積載される事態は回避されることになり、シートＳ上のトナー像が溶融してシートＳ間相互が結着するという所謂トナーブロッキングは有効に回避される。

◎実施の形態２
図５は本発明が適用されたシート排熱装置の実施の形態２を示す。尚、図６は図５の要部平面説明図である。
同図において、シート排熱装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様に、熱電変換素子６０（例えばペルチェ素子）を使用しているが、実施の形態１と異なり、シートＳの冷却手段として、冷却ファン７０に代えて熱電冷却素子８０を用いるようにしたものである。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、搬送ガイド５７は、シュート状の前段搬送ガイド５７ａと、これの下流側に配設されるシュート状の後段搬送ガイド５７ｂとを備えており、前後段の搬送ガイド５７（５７ａ，５７ｂ）はいずれも熱伝導性の高い伝熱部材、例えばセラミックスにて構成されている。
そして、前段搬送ガイド５７ａの裏面側には熱電変換素子６０が配設され、一方、後段搬送ガイド５７ｂの裏面側には熱電冷却素子８０が配設されており、この熱電冷却素子８０は熱電変換素子６０に接続されている。ここで、熱電変換素子６０及び熱電冷却素子８０としてはいずれもペルチェ素子が用いられる。

従って、本実施の形態によれば、作像モジュール２０にて作像されたシートＳが熱定着装置２４を通過し、シートＳが前段搬送ガイド５７ａ上に沿って接触搬送されると、シートＳの熱が熱伝導性の高い前段搬送ガイド５７ａを通じて熱電変換素子であるペルチェ素子６０に伝達され、ペルチェ素子６０に吸熱される。すると、吸熱されたペルチェ素子６０が電力を生成し、この生成された電力が熱電冷却素子８０であるペルチェ素子に供給される。
この結果、熱電冷却素子８０であるペルチェ素子が駆動し、熱伝導性の高い後段搬送ガイド５７ｂを冷却する。このとき、冷却された後段搬送ガイド５７ｂの表面をシートＳが接触搬送されると、通過中のシートＳが冷却されることになる。
このため、排出トレイ３５（図２参照）上に冷却されたシートＳが積載されることになり、排出トレイ３５上に蓄熱状態のシートＳが積載される事態は有効に回避され、所謂トナーブロッキングは有効に回避される。

尚、本実施の形態では、冷却ファン７０に代えて熱電冷却素子８０を用いるようにしたが、図６に仮想線で示すように、熱電変換素子６０に対し、冷却ファン７０を熱電冷却素子８０と並列に接続し、冷却手段として、熱電冷却素子８０及び冷却ファン７０の両方を使用するようにしてもよいことは勿論である。

◎実施の形態３
図７は本発明が適用されたシート排熱装置の実施の形態３を示す。
同図において、シート排熱装置の基本的構成は、実施の形態２と略同様であるが、実施の形態２と異なり、複数の熱電変換素子６０（本例では６０ａ〜６０ｄ）が直列に接続されており、一方、複数の熱電冷却素子８０（本例では８０ａ〜８０ｄ）も直列接続されており、熱電変換素子６０の直列回路と熱電冷却素子８０の直列回路とが接続されている。尚、実施の形態２と同様な構成要素については実施の形態２と同様な符号を付して説明する。

従って、本実施の形態によれば、基本的動作は実施の形態２と略同様であるが、実施の形態２と異なり、複数の熱電変換素子６０（６０ａ〜６０ｄ）が直列接続されているため、シートＳから各熱電変換素子６０に吸熱されると、各熱電変換素子６０で生成された電力が重畳されることになり、多くの電力が発生する。
この電力は、複数の直列接続された熱電冷却素子８０（８０ａ〜８０ｄ）に供給され、後段搬送ガイド５７ｂを介してシートＳを冷却する。
このとき、複数の熱電冷却素子８０が直列接続されているため、広範囲に亘って後段搬送ガイド５７ｂを冷却することが可能になり、その分、シートＳの冷却効果が向上する。
ここで、熱電交換素子６０，熱電冷却素子８０については、単一素子でも、表面積をシートと同じ程度まで大きくすれば、シートからの吸熱効果及びシートに対する冷却効果を向上させることは可能であるが、本実施の形態のように、複数の熱電交換素子６０や複数の熱電冷却素子８０を直列接続する態様の場合、シートサイズに合わせて新たに素子を製造することなく、既存サイズの素子を有効に利用できることから、装置コストを低減することができる点で好ましい。
更に、複数の素子を直列接続する態様において、例えば熱電冷却素子８０につき、シートサイズ（例えばＪＩＳ規格Ａ３判，Ａ４判）に応じて必要な素子を切替選択するようにすれば、シートに対する冷却効果をより効率的に行うことができる。

本発明に係るシート排熱装置及びこれを用いたシート処理装置の概要を示す説明図である。 本発明が適用されたシート処理装置の実施の形態１を示す説明図である。 実施の形態１の要部（シート排熱装置）を示す説明図である。 その要部平面説明図である。 実施の形態２に係るシート排熱装置を示す説明図である。 その要部平面説明図である。 実施の形態３に係るシート排熱装置を示す説明図である。

符号の説明

１…熱定着手段，２…シート，３…被定着物，４…シート処理装置，５…シート排熱装置，６…シート搬送路，７…熱電変換素子，８…電力補助部品，８ａ…冷却手段，９…排出収容部材

Claims (9)

1. 熱定着手段にてシートに被定着物を熱定着するシート処理装置に用いられるシート排熱装置において、
   熱定着手段の下流側に位置するシート搬送路に配設され且つシートからの熱を電力に変換する熱電変換素子と、
   この熱電変換素子にて熱電変換された電力を利用する電力補助部品とを備えたことを特徴とするシート排熱装置。
2. 請求項１記載のシート排熱装置において、
   電力補助部品は熱電変換素子の下流側に位置するシート搬送路に配設され且つシートを冷却する冷却手段であることを特徴とするシート排熱装置。
3. 請求項２記載のシート排熱装置において、
   冷却手段は熱電冷却素子を含んでいることを特徴とするシート排熱装置。
4. 請求項２記載のシート排熱装置において、
   冷却手段は冷却ファンを含んでいることを特徴とするシート排熱装置。
5. 請求項１又は２記載のシート排熱装置において、
   熱電変換素子とシート搬送路を通過するシートとの間には熱伝導性の高い伝熱部材が介在されていることを特徴とするシート排熱装置。
6. 請求項１又は２記載のシート排熱装置において、
   熱電変換素子はシート搬送路に沿って配設されるガイド部材に付加されていることを特徴とするシート排熱装置。
7. 請求項１又は２記載のシート排熱装置において、
   熱電変換素子が複数個直列接続されていることを特徴とするシート排熱装置。
8. 請求項３記載のシート排熱装置において、
   熱電冷却素子が複数個直列接続されていることを特徴とするシート排熱装置。
9. シートに被定着物を熱定着する熱定着手段と、この熱定着手段の下流側のシート搬送路に配設される請求項１ないし８いずれかに記載のシート排熱装置とを備えたことを特徴とするシート処理装置。

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