JP2005077762A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 画像形成を行なうまでに機内の温度および湿度がそれに適した所定の範囲内になっているようにするとともに、無駄なエネルギー消費を少なくする。
【構成】 装置内部の被空調部の温度を検出する温度センサ１２および湿度を検出する湿度センサ１３と、被空調部の温度および湿度を調整する空調手段３と、設定された時刻にその空調手段を稼動させ、温度センサに１２よって検出される温度と湿度センサ１３によって検出される湿度が所定の範囲内になるように、空調手段を制御する空調制御部１６とを設けたものである。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。

電子写真方式による画像形成装置はその構成が環境変化の影響を受けやすく、特に温度および湿度による特性変化への対策が大きな技術的課題である。
紙の搬送、分離に使われているゴム部品は温度によりその硬度やヤング率等の特性が変化し、ジャムや重送等の搬送不良の原因となる。また、画像形成プロセスの主要特性である帯電性やトナー特性（流動性等）などは湿度により大きく影響され、帯電不良やクリーニング不良等を引き起こし、画像形成不良の原因となっている。また、転写材である紙も、吸湿して腰がなくなることによる搬送性の低下や、乾燥して抵抗値が高くなり過ぎることによる転写不良が発生する。

このような不具合に対する対策として、特許文献１に見られるような機内の湿度を調整する機能を持った画像形成装置が提案されている。
この画像形成装置は、装置主要部を略閉鎖空間として構成し、装置内の空気を循環させる機内空気循環手段と、装置内の湿度を検出する湿度検出手段と、機内空気循環手段によって装置内を循環される空気を加湿及び除湿する湿度調節遮断とを備え、湿度検出手段によって検出される機内湿度と所定の最適湿度と比較し、湿度差がある場合には湿度調節手段によって装置内の湿度を調整する。
特開平９−８１０１８号公報

しかしながら、上述の画像形成装置では、機内の湿度のみを調節しているが、実際には前述したように機内の温度も性能に影響を及ぼし、特に紙の搬送や分離に使われているゴム部品は温度によりその硬度やヤング率等の特性が変化するので、温度も適性な範囲に保つ必用がある。
また、上述の画像形成装置では装置電源投入時に機内の湿度調節を開始するが、その場合装置内部が最適環境条件になるまでにはタイムラグがあるため、画像形成装置を使用する時に最適環境条件に至らないという問題がある。さらに、例えば昼休みとか就業時間以降とか、通常稼動率がかなり低い時間帯でも、電源が投入されていると常に空調しているのでは、エネルギー消費の点から問題がある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、画像形成装置が使用される予定の時刻より早い所定の時刻に機内の空調が自動的に開始されて、画像形成を行なうまでに機内の温度および湿度がそれに適した所定の範囲内になっているようにするとともに、無駄なエネルギー消費を少なくすることを目的とする。

この発明は、電子写真方式による画像形成装置において上記の目的を達成するため、装置内部の温度を検出する温度センサおよび湿度を検出する湿度センサと、装置内部の温度および湿度を調整する空調手段と、設定された時刻にその空調手段を稼動させ、温度センサによって検出される温度と湿度センサによって検出される湿度が所定の範囲内になるように、空調手段を制御する空調制御手段とを設けたものである。

上記空調制御手段は、設定された時刻に温度センサによって検出される温度と湿度センサによって検出される湿度をチェックし、その温度と湿度の少なくとも一方が上記所定の範囲内にないときだけ上記空調手段を稼動させるようにするとよい。
さらに、この画像形成装置の実際の使用状況データを蓄積する手段と、それによって蓄積された使用状況データに基いて空調手段を稼動させる時刻を設定する時刻設定手段とを設けるとよい。

空調手段によって空調される被空調部が、電子写真プロセスの主要な構成部である現像部、感光体、帯電部、クリーニング部、および転写部の少なくとも一つを含むようにするのが望ましい。
さらに、その被空調部が、転写紙収容部内および転写紙搬送手段の近傍をも含むようにするととよい。
また、その被空調部が概略密閉されているのが望ましく、プロセスカートリッジとして構成されていてもよい。

これらの画像形成装置において、上記空調手段と被空調部とを通して空気を循環させる空調気経路を形成するとよい。
その空調気経路中に異物除去部材を配置するのが望ましい。
上記空調手段は、デシカント方式の空調装置、あるいはペルチェ素子を用いた空調装置であるとよい。

この発明による画像形成装置は、空調手段の稼動時刻をユーザが画像形成に使用開始する予定時刻より前の所定時刻に設定しておくことにより、その時刻に空調手段が稼動し始め、装置内部の温度および湿度を所定範囲になるように制御するので、使用時におけるゴム部品の特性値変化や現像剤の電荷量変化、トナー特性の変化などを抑えて、装置使用中む、常に機外の温度や湿度環境に左右されずに、安定した作像を省エネルギーで行なうことができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
この発明による電子写真方式による画像形成装置の一実施例として、レーザプリンタ（以下単に「プリンタ」という）にこの発明を適用した例を説明する。
図１はそのプリンタの内部構成を示す概略構成図、図２はその空調手段の制御に係わる部分のブロック図であり、図３は図１における作像モジュールであるプロセスカートリッジの斜視図である。

まず、図１に示すプリンタ１は、電子写真プロセスの主要な構成部をケース２ａ内に設けた作像モジュールであるプロセスカートリッジ２を、筐体１ａの内部に着脱可能に設けている。また、空調手段（空調装置）３と、露光ユニット５と、転写紙Ｐを収容する給紙カセット６と、その転写紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ローラ７、搬送ローラ８、転写部の転写ローラ９、定着ユニット１０、および排紙ローラ１１が設けられている。さらに、換気用のファン１４、およびこのプリンタ全体の制御を司るコントローラ１５も備えている。この制御部１５はマイクロコンピュータを有しており、画像形成における電子写真プロセス（作像プロセス）のシーケンス制御などの他に、図２に示す空調制御部１６の機能も持っているが、その詳細は後述する。

プロセスカートリッジ２内には、感光体である感光体ドラム２０、帯電部を構成する帯電ローラ２１、現像部を構成する現像ユニット２２、およびクリーニング部を構成するクリーニングローラ２３が設けられている。さらに、そのケース２ａの一端面には図３にも示すように、ケース２ａの幅方向に細長い透明窓（透明樹脂等が嵌め込まれている）２４が設けられており、露光ユニットのポリゴンミラー５ａによって走査され、レンズ系５Bによって集光されるレーザビームが、その透明窓２４を通してプロセスカートリッジ２内入射し、感光体ドラム２０の表面を露光する。

さらに、空調手段３から、図３に示す吸気口２５を通して空調された空気を吸い込む空調気経路３１と、排気口２６を通してプロセスカートリッジ２内の空気を空調手段３へ送り出す空調気経路３２（図４に示す）をそれぞれダクト状に設けている。その空調気経路３１，３２に連通して、感光体ドラム２０の露光部と帯電ローラ２１による帯電部および現像ユニット２２の近傍に、概略密閉した被空調部４を形成している。そして、その被空調部４内に、温度センサ１２と湿度センサ１３を配設している。さらに、空調手段３と給紙カセット６との間にも、２本の空調気経路３１ａ，３２ａ（３２ａは図示されていない）が設けられており、給紙カセット６内も被空調部となっている。

このプリンタ１において、画像形成時には、図示しないモータの駆動力によって感光体ドラム２０が矢示Ｑ方向に回転し、その表面が帯電ローラ２１によって一様に帯電され、その表面が露光ユニット５からのレーザビームによって露光され、静電潜像が形成される。それが現像ユニット２２によってトナーを付着されて現像され、トナー像として顕像化される。

一方、給紙カセット６から給紙ローラ７の回転によって転写紙Ｐが給送され、搬送ローラ８によって搬送され、感光体ドラム２０のトナー像とタイミングを合わせてその転写紙Ｐが感光体ドラム２０と転写ローラ９とのニップ部である転写部に送り込まれ、その転写紙Ｐにトナー像を転写する。そのトナー像を転写された転写紙Ｐを定着ユニット１０へ搬送し、その加熱ローラと加圧ローラの間を通してトナー像を熱定着した後、排紙ローラ１１によって筐体１ａの上部に設けた排紙部１ｂへ排出する。

ここで、空調手段３とプロセスカードリッジ２内の被空調部４（給紙カセット６内の被空調部も含むものとする）との間の空調気の流れを、図４によって説明する。
空調手段３は、矢示Ａで示すように外気より一部流入させた空気と、被空調部４から空調気経路３２を通して戻ってきた空気の大部分（一部は矢示Ｂで示すように外気へ流出させる）とを、加熱又は冷却による温度調整、および加湿又は除湿による湿度調整をして、空調気経路３１を通して被空調部４へ送り込む。被空調部４では、その一部を矢示Ｄで示すように外気へ流出し、矢示Ｃで示すように外気より一部流入させて、空調気経路３２を通して空調手段３へ還流させる。

このように、空調気の大部分を、空調手段３と被空調部４との間で循環させながら空調を行ない、被空調部４の温度および湿度が所定の範囲内になるように制御する。
図５は、その空調気経路３１に異物除去部材であるフィルタ３３を配置した例を示しており、空調気経路３２にもフィルタ３３を配置するとよい。このフィルタ３３によって、外部から取り入れた空気やプロセスカードリッジ２内で発生した塵埃等を削除することができる。

次に、図２に示す空調手段３の制御に係わる部分について説明する。空調制御部１６はマイクロコンピュータを備えており、空調手段３の制御専用に設けてもよいが、この実施例では図１に示したコントローラ１５が兼ねているものとする。
この空調制御部１６には、空調手段３と、被制御部４内の温度を検出する温度センサ１２および湿度を検出する湿度センサ１３と、時計１７と、時刻設定部１８が接続されている。
そして、この空調制御部１６は、時計１７による時刻が時刻設定部１８によって設定された所定の時刻になった時に空調手段３を稼動させ、温度センサ１２によって検出される温度と湿度センサ１３によって検出される湿度を監視して、それらが所定の範囲内になるように空調手段３を制御する。その所定の範囲は、例えば温度20℃〜30℃、および湿度40％〜60％とする。この空調制御部１６による処理の詳細については後述する。

時刻設定部１８は、操作パネルからユーザが任意の時刻設定するようにしてもよいが、このプリンタの使用状況データを、コントローラ１５による空調制御部１６からメモリによる使用状況データ蓄積部に蓄積記憶させておき、その蓄積された使用状況データに基いて、プリンタの次の使用開始時刻を予測し、それより空調に必用な時間なだけ早い所定の時刻を自動的に設定するようにしてもよい。

図８に示すように、空調手段３の稼動開始から空調効果が発生するまでにタイムラグがあるため、画像形成装置（この例ではプリンタ）が稼動する前に充分な空調効果が得られるように、空調手段３を稼動させる所定の時刻を設定する。
それによって、図９のタイミングチャートに示すように、装置電源（プリンタの電源）がＯＮにされる前の所定時刻に空調がＯＮになり、装置電源がＯＮにされて画像形成を開始するときには、機内の温度および湿度が理想環境レベルになっているようにすることができる。

被空空調部４は、この実施例の部位に限らず、電子写真プロセスの主要な構成部である現像部、感光体、帯電部、クリーニング部、および転写部の少なくとも一つを含むが、望ましくはなるべく多くを含むようにするのがよいが、コストと空調効率および実際の効果を勘案してその範囲を選択すればよい。
この実施例では、転写紙収容部である給紙カセット内も被空調部にしているが、さらに転写紙搬送手段の近傍をも含むようにしてもよい。

次に、空調手段３の具体例を図６および図７によって簡単に説明する。
図６はデシカント方式の空調装置の構成例を示す。この空調装置３４は、回転するデシカントロータ３５と、ヒータ３６およびファン３７とからなり、被空調部からの空気が矢示Ｇ方向からデシカントロータ３５の下部を通過し、その際にロータ３５によって水分が吸収されて矢示Ｈ方向に通過し、乾燥した空気をファン３７によって矢示Ｊ方向に送出して被空調部へ戻す。一方、デシカントロータ３５の上部ではヒータ３６によってロータ３５中の水分を除去し、高湿気をラジエタ若しくは機外へ送出する。

図７はペルチェ素子を用いた空調装置の構成例を示す。この空調装置４０は、ペルチェ素子４１を吸熱側のフィンユニット４２と発熱側のフィンユニット４３の伝熱板間に挟んで構成し、吸熱側のフィンユニット４２にファン４４によって矢示方向に空調気を流通させて冷却し、水分を結露４６として除去する。また、発熱側のフィンユニット４３からファン４５によって矢示のように空調気を吸引して加熱した後送出する。

この他に、エアコンと呼ばれる「冷媒」をコンプレッサを使って気体と液体に相変化させ、そこで発生する吸熱と発熱作用を使った空調装置もあるが、画像形成装置にコンプレッサを組み込むのはスペース的に無理があり、現実的ではない。
上述したデシカント方式の空調装置、あるいはペルチェ素子を用いた空調装置であれば、画像形成装置をあまり大きくすることなく、空調を実現することができる。

空調装置は温度と湿度の両方を個々に制御できるのが望ましいが、近年この種の画像作像装置は小型化と低価格化が進んでおりなかなか難しい状況にある。しかし、温度と飽和水蒸気密度との関係は図１０に示すような関連がある。そのため、例えば40℃の時の飽和水蒸気量は51.2g/ｍ3でその時11.4g/ｍ3の水蒸気量なら相対湿度は11.4／51.2×100％＝22％だが25℃になると飽和水蒸気量は22.8ｇ/ｍ3となり相対湿度は11.4／22.8×100％＝50％となる。したがって、温度を制御することによって湿度も制御することが可能である。そこで、この発明において、湿度を制御する場合に、温度の制御のみによって湿度を制御することも含むものとする。

次に、図２に示した空調制御部１６による空調制御処理の具体例を図１１と図１２のフローチャートによって説明する。これらの図において、各ステップを「Ｓ」と略記しており、以下の説明においても、「ステップ」をＳという。
先ず、図１１に示す処理例を説明する。この処理を開始すると、Ｓ１で時計１７から時刻を読込み、Ｓ２で設定時刻か否かを判断する。設定時刻であればＳ３で空調手段３を稼動させ、設定時刻でなければ設定時刻になるのを待つ。
空調手段３を稼動すると、Ｓ４で温度センサ１２による検出温度をや読込み、Ｓ５でそれが所定範囲内（例えば20℃〜30℃）か否かを判断し、そうであればＳ６で温度制御を停止し、そうでなければＳ７で温度制御を開始する。

続いて、Ｓ８で湿度センサによる検出湿度を読込み、Ｓ９でそれが所定範囲内（例えば40％〜60％）か否かを判断し、そうであればＳ１０で湿度制御を停止し、そうでなければＳ１１で湿度制御を開始する。
その後、電源ＯＦＦが検知されれば処理を終了するが、電源ＯＦＦでなければＳ４へ戻って、温度読込みからの処理を繰り返す。

次に、図１２のフチャートに示す処理は、上述の処理における空調手段３を稼動する条件に、温度および湿度が所定の範囲内にないことを加えた例であり、図１０と同じステップには同一のステップ番号を付してあり、その説明は省略する。
図２に示した空調制御部１６がこの処理を開始すると、Ｓ１，Ｓ２で所定の時刻になるのを待ち、所定時刻になったときは、Ｓ２１で温度を読込み、Ｓ２２でそれが所定範囲内か否かを判断する。

そうでなければＳ２５で空調手段３を稼動させるが、そうであれば次にＳ２３で湿度を読込み、Ｓ２４でそれが所定範囲内か否かを判断する。そして、そうでなければＳ２５で空調手段３を稼動させるが、そうであればＳ２６で電源ＯＦＦか否かを判断し、ＯＦＦであれば処理を終了するが、ＯＦＦでなければＳ２１へ戻って温度読込みからの処理を繰り返し、温度又は湿度が所定範囲内でなくなったしきに空調手段を稼動する。
その後の処理は図１０におけるＳ４〜Ｓ１２の処理と同じである。

プリンタ等の画像形成装置は、一般的に使用されるれる時間が一定のパターンを持つことが多い。例えば朝はAM9:00に始まる事務所があるとすると、それ以前の時間はほとんど使用されない。昼休みとか就業後も同様である。この使用時刻を手動入力でも、装置内部で使用実績から自動判断する機能を有しても良いが、作像プロセスが開始されるまでに、機内の温度および湿度が所定範囲内の一定の条件になるように自動的に空調が始まるプログラムを持たせれば、常に安定した環境条件でプリントが可能となると共に、不必要な時に空調が入らず装置全体の省エネも可能になる。

もちろん装置が稼動していると認識されている時間帯であっても、装置内部の環境条件が前記設定値の範囲内なら空調手段が稼動しないように設定してあれば、より省エネとなる。また、装置内の空調範囲を実施例のように電子写真プロセスを構成する主要部分や給紙ユニット内を含む被空調部を略密閉構造として、その部分に限定して空調を行なえば少ないエネルギーで効果を得ることができる。空調される空気の大部分を循環させることによっても、効率的に空調を行なうことができる。
装置全体を空調するのはやはりエネルギー効率の上で問題であり、電子写真プロセスや転写紙収容部などの最も温湿度の影響を受け易い箇所を略密閉して空調するのが良い。

この発明は、電子写真方式の画像形成装置、すなわち複写機やプリンタ、ファクシミリ装置などに同様に適用でき、エネルギー消費を抑えながら、常に最適の温度および湿度条件で画像形成を行なうことができる。

この発明による画像形成装置の一実施例であるレーザプリンタの内部構成を示す概略構成図である。 同じくその空調手段の制御に係わる部分のブロック図である。 同じくその作像モジュールであるプロセスカートリッジの斜視図である。 同じくその空調手段と被空調部との間の空調気経路の説明図である。 その空調気経路に異物除去部材であるフィルタを配置した例を示す説明図である。 デシカント方式の空調装置の構成例を示す概略斜視図である。 ペルチェ素子を用いた空調装置の構成例を示す概略斜視図である。 空調手段の稼動開始から空調効果が発生するまでのタイムラグの説明図である。 この発明の実施例による空調動作を説明するためのタイミングチャート図である。 温度と飽和蒸気量との関係を示す線図である。 発明の実施例における図２に示した空調制御部による空調動作に係る処理例を示すフロー図である。 同じく他の処理例を示す図１１と異なる部分のフロー図である。

符号の説明

１：プリンタ ２：プロセスカートリッジ ３：空調手段 ４：被空調部

Claims (11)

1. 電子写真方式による画像形成装置において、
   該装置内部の温度を検出する温度センサおよび湿度を検出する湿度センサと、
   該装置内部の温度および湿度を調整する空調手段と、
   設定された時刻に前記空調手段を稼動させ、前記温度センサによって検出される温度と前記湿度センサによって検出される湿度が所定の範囲内になるように、前記空調手段を制御する空調制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、前記空調制御手段は、設定された時刻に前記温度センサによって検出される温度と前記湿度センサによって検出される湿度をチェックし、その温度と湿度の少なくとも一方が前記所定の範囲内にないときだけ前記空調手段を稼動させることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２記載の画像形成装置において、
   該装置の実際の使用状況データを蓄積する手段と、該手段に蓄積された使用状況データに基いて前記空調手段を稼動させる時刻を設定する時刻設定手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記空調手段によって空調される被空調部が、電子写真プロセスの主要な構成部である現像部、感光体、帯電部
   、クリーニング部、および転写部の少なくとも一つを含むことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４記載の画像形成装置において、前記被空調部が、転写紙収容部内および転写紙搬送手段の近傍をも含むことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４又は５記載の画像形成装置において、前記被空調部が概略密閉されていることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６記載の画像形成装置において、前記被空調部がプロセスカートリッジとして構成されていることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記空調手段と前記被空調部とを通して空気を循環させる空調気経路を形成していることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８記載の画像形成装置において、前記空調気経路中に異物除去部材を配置したことを特徴とする画像形成装置。
10. 前記空調手段がデシカント方式の空調装置である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
11. 前記空調手段がペルチェ素子を用いた空調装置である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
    

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