JP2006003628A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置の熱を効率よく遮断し、定着装置の熱によるトナーの影響を抑える。
【解決手段】 帯電ローラ８や現像ローラ１０など作像に必要な部材が納められ、装置本体に着脱自在に設けられる作像ユニットＢを備えた画像形成装置において、作像ユニットＢを装置本体に装着したとき、作像ユニットＢを液体で冷却する冷却ユニット２０Ａ，Ｂを備えている。冷却ユニット２０Ａ，２０Ｂは、前記液体が流れる冷却パイプ２１と前記液体を循環させるポンプ２２とを備え、前記冷却パイプ２１で前記作像ユニットＢの少なくとも一部を冷却する。
【選択図】図３

Description

本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機など着脱自在なプロセスユニットを備え、記録媒体に形成されたトナー像を過熱により定着する画像形成装置に関する。

従来から画像形成される感光体と、帯電によってそこに形成された潜像を顕像化する現像装置を備え、光学装置により感光体上に形成された潜像を現像剤であるトナーにより顕像化し、転写装置によりシート状の記録媒体に転写し、記録媒体上の転写されたトナー像を定着装置によって加熱定着して永久画像とする電子写真画像形成装置が広く普及している。このような画像形成装置においては、定着装置の熱により画像形成装置内の空気が暖められ、プロセスユニット内のトナーを暖めることにより、トナーのブロッキングなどを起こし、本来の機能を損ねるてしまう。そこで、プロセスユニットを定着装置の熱から遮断することが提案されている。なお、プロセスユニットとしては、感光体を除く帯電装置や現像装置を一体的にユニット化したものや、これら帯電装置や現像装置に感光体を一体的にユニット化し、画像形成装置本体に着脱自在にしたものである。

例えば、特許文献１記載の発明では、トナーを内蔵するプロセスユニットと定着装置の間に断熱用の障壁を設け、その間に風路を形成することにより問題を解決している。構造としては、トナーを内蔵したプロセスユニットと定着器の間にリブを設け、かつプロセスユニットとリブとの間に空気を循環させる。またリブを揺動可能とすることにより、ジャム処理も容易に行うことが可能となっている。さらにプロセスユニットに冷却穴またはリブ列を設け、本体内のルーバと位置を合わせて風路を形成している。

また、特許文献２には、熱による悪影響を未然に防ぐため、プロセスユニット内の感光体をプロセスユニットが機外へ放置させたときに汚れや、光から保護する保護部材が、機内において退避しているときに、間隙を有して流体流路の一部を構成し、機内の廃熱を効率よく行うことが提案されている。

更に、特許文献３には、プロセスユニット内のトナーの溶融を防ぐために、温度センサーを設置し、設定温度によりプリンターの動作を制御し、ファンで冷却することが提案されている。
特開平１０−１３３５５０号公報 特開平１１−３１６５３６号公報 特開２００１−１１７４７４号公報

上述従来技術のうち風路を確保する方法においては、効率のよい、また妨げのない風路を確保するために、画像形成装置の大きさを小さくすることに限界がある。また、風路を確保し風をとおすために、冷却のための数多くのファンなどの送風機構を設けることとなり、オフィスや各家庭などにおいての設置場所近くでのファン騒音、温風の吹き出しなど、ユーザに対しての快適性の低下となっている。

さらに画像形成される感光体と、そこに形成された潜像を顕像化する現像装置を一体化した着脱可能なプロセスユニットの場合、その現像機能部分において、トナーを攪拌し、潜像を顕像とする機能を持っているが、定着ユニットの発熱のために、ユニット内の内部が熱せられトナーが溶融し、そのユニットの外装に固着してしまう。しかしながら、一部の機能を果たした後回収され、筐体、その他の部品が洗浄、再利用される際に、トナーなどの固着は少ないほうがよく、そのためにも使用中のユニット温度の上昇を抑えることが必要となる。

また近年は、省エネルギー対策として、トナーを記録媒体に固着させる定着装置で使用する電力をなるべく低くするためにはその温度を下げることで効果があり、トナーの溶融温度を下げる方向にあるが、これは反面、現像装置や感光体のクリーニング装置などでの固着をさせやすくすることになる。そのためにも使用中のユニットの温度上昇を抑えることが必要となる。

本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、定着装置の熱を効率よく遮断し、定着装置の熱によるトナーの影響を抑えることができるようにすることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、作像に供される部材が納められ、装置本体に着脱自在に設けられるプロセスユニットを備えた画像形成装置において、前記プロセスユニットを前記装置本体に装着したとき、前記プロセスユニットを液体で冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段の前記冷却手段が、前記液体が流れるパイプと、前記液体を循環させる循環ポンプとを備え、前記パイプで前記プロセスユニットの少なくとも一部を冷却することを特徴とする。

第３の手段は、第１又は第２の手段の前記装置本体は、前記循環ポンプと前記パイプの一部を支持し、前記プロセスユニットは前記装置本体に装着されたとき、前記パイプによって冷却されることを特徴とする。

第４の手段は、第１又は第２の手段の前記パイプは、前記プロセスユニットに設けられ、前記循環ポンプは前記装置本体に設けられ、前記装置本体に前記プロセスユニットを装着したとき、前記パイプと前記循環ポンプが接続されることを特徴とする。

第５の手段は、第２の手段の前記冷却手段が、前記装置本体に支持された前記液体を貯蔵するタンクを更に備えていることを特徴とする。

第６の手段は、第１ないし第５の手段における前記循環ポンプの駆動源は、前記画像形成装置の駆動装置と共通であることを特徴とする。

第７の手段は、第４の手段の前記パイプと前記タンクは、前記プロセスユニットが外されたとき、前記液体の流失を防止するように閉じるコネクタで接続されていることを特徴とする。

第８の手段は、第４の手段の前記パイプ内には予め前記液体が注入れていることを特徴とする。

第９の手段は、第１ないし第８の手段における前記プロセスユニットが、像担持体、潜像を顕像化するためのトナーを収納した現像手段、前記像担持体および前記現像手段を一体的に収容する枠体から構成されていることを特徴とする。

後述の実施形態において、帯電手段は帯電ローラ８に、現像手段は現像ローラ１０に、プロセスユニットは作像ユニットＢに、冷却手段は冷却ユニット２０Ａ，２０Ｂ、冷却パイプ２１、ポンプ２２及び液体タンク２３に、コネクタは符号２４Ｃ、２４Ｃ´、２４Ｄ、２４Ｄ´に、像担持体は感光体７にそれぞれ対応する。

本発明によれば、液体によって画像形成装置内の温度上昇を確実にかつ静粛に抑え、トナーの溶融による不具合を防止し、またリサイクルした際の不具合を解消することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下の各実施形態は画像形成装置をプリンタに適用した場合を例に取っている。また、共通な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態を概略的に示す図、図２はプロセスユニットを装置本体から引き出した状態を示す図、図３は第１の実施形態における冷却装置とプロセスユニットのみを示す斜視図、図４は第１の実施形態における冷却装置を模式的に示す図、図５は冷却装置のポンプを示す斜視図、図６は図５のポンプを機能的に示す図である。

本実施形態に係る画像形成装置は、レーザ光学系Ａ、プロセスユニットである作像ユニットＢ、給紙部Ｃ、転写部Ｄ、定着部Ｅから構成されている。作像ユニットＢは、感光体７、帯電ローラ８、現像ローラ１０、現像剤アジテータ１４現像剤及びトナーを収容している現像部９、クリーニングブレード１１、及び外装部１３よりなり、ユニット化されている。作像ユニットＢは、装置本体の図１に示したレール１５に沿って抜き差しができるようになっている。

ユーザが得たい画像信号が送られてくると、感光体７は、帯電ローラ８により、帯電される。次に光学ユニットＡ内のレーザダイオードが発光し、ポリゴンミラーによって反射され、感光体７上に画像を潜像として形成する。形成された潜像は、作像ユニットＢ内の現像部において現像ローラ上のトナーにより顕像化する。一方、給紙部Ｃ内の給紙トレイ２から送り出された記録媒体である転写紙１を搬送ローラ３によって転写部Ｄに送り込み、転写ローラ１５で感光体７上のトナー像を転写紙１に転写する。感光体７上の残留トナーはクリーニングブレード１１により掻き落とされ、廃トナー保持空間１２内に溜められる。

さらに、転写紙１は定着部Ｅに送られ、トナー像を定着させ、排出ローラ６により機外に排出しユーザに提供する。定着部Ｅでは、トナーを定着するために内部の電熱ヒータや電熱コイル（図示せず）に電流を流すことで熱を発生させている。そのため、断熱材１９を設けてはいるが、熱伝達や空気の熱の流れとともに、作像ユニットＢ内のクリーニングされたトナーを保持する空間や、現像部９内のトナーとキャリアなどの現像剤の周辺の温度が上昇してしまう。

そこで、装置本体１００には、本体内に液を通しながら、熱を伝達するパイプを備えた冷却ユニット２０Ａ，２０Ｂ、液を保持して循環する冷却パイプ２１、液を循環、駆動するポンプ２２、液体タンク２３がつながれている。装置本体１００には作像ユニットＢの外壁に接するように、液体の入ったパイプを備えた冷却ユニット２０Ａ，２０Ｂの一端部が支持されている。作像ユニットＢの現像部周辺の面である面Ｐ、クリーニング部周辺の面である面Ｔは、熱伝導性のよい例えば銅やステンレスなどの金属、または熱伝導性のよい金属を含有したプラスチックなどにより構成されている。本体１００内の冷却パイプ２１は画像形成装置背面、側面全体に沿って配置されている。作像ユニットＢは、本体１００内にセットされたときに、冷却ユニット２０Ａ，２０Ｂのパイプに接するまたは、ごく近傍に位置するように差し込まれて、本体１００内に収まる。ポンプ２２は、図５及び６に示すように、公知のポンプであり、内部には回転される羽根４１があり、液体を循環、移動させる。羽根４１を回転させる駆動力は、例えば機械本体１００の給紙ローラの回転駆動源（図示せず）からとる。給紙が働かなくてもよい画像作像が終わった後は液を循環させるために使用するようにすれば、１つの駆動を有効に使用することができる。

このような構成において、作像動作中には、ポンプ２２が駆動され、中の液体を冷却パイプ２１内またはタンク２３内を循環させる。また、作像動作を終了した後も、しばらくはポンプ２２は駆動され液体を循環させる。この動作により作像ユニットＢの面Ｔ，Ｐと接するかまたは近傍にある冷却ユニット２０Ａ，２０Ｂ内のパイプの液は、装置本体１００の背面や側面に配置した冷却パイプ２１内を通る間に外気により冷却され、液体タンク２３内に入り、順次パイプ内を循環する。このような動作をすることにより、作像ユニットＢの温度は上昇せず、中のトナーが溶融して、ユニット内の動作を損なったり、壁面につくのを防ぐことができる。

＜第２の実施形態＞
図７は本発明に係る画像形成装置の第２の実施形態を概略的に示す図、図８はプロセスユニットを装置本体１００から引き出した状態を示す図、図９は第２の実施形態における冷却装置とプロセスユニットのみを示す斜視図、図１０はプロセスユニットとパイプと接続関係を示す図、図１１は第２の実施形態における冷却装置を模式的に示す図、図１２はコネクタの一例を示す斜視図である。この第２の実施形態における作像ユニットＢ内には、外装部１３に接するように、現像部上面及びクリーニングされたトナーを保持している空間に液体の入ったパイプを備えた冷却ユニット２０Ｃ，２０Ｄが設置されている。この作像ユニットＢは、装置本体１００のレール１５に沿って抜き差しができるようになっている。装置本体１００にセットさせたときに、コネクタ２４Ｃと２４Ｃ´そしてコネクタ２４Ｄと２４Ｄ´によって装置本体１００の冷却パイプ２１、ポンプ２２、タンク２３と接続される（図１０、図１１参照）。

図７及び８に示すように作像ユニットＢをセットするため、レール１５に沿って移動させたとき、まずコネクタ２４Ｄと２４Ｄ´が接続され、最終的に作像ユニットＢがセットされたときにコネクタ２４Ｃと２４Ｃ´が接続される。図１２にコネクタ２４Ｃと２４Ｃ´の例を示す。これらコネクタ２４Ｃと２４Ｃ´そしてコネクタ２４Ｄと２４Ｄ´は、作像ユニットＢを外したときには閉じ、作像ユニットＢを差し込んだときに開放されるような機能をもつ、例えば、日東工器果仏式会社から商品名「コンパクトカプラ」で市販されているコネクタを使用する。

その他、特に説明しない各部は前述第１の実施形態と同等に構成されている。

＜第３の実施形態＞
図１３は本発明に係る画像形成装置の第３の実施形態を概略的に示す図、図１４は第３の実施形態における冷却装置とプロセスユニットのみを示す斜視図、図１５は第３の実施形態における冷却装置を模式的に示す図である。この第３の実施形態は、画像形成装置をカラープリンタに適用した場合を示している。

図１３において、本体筐体内に、給紙部１０２、転写ベルト部１１７、この転写ベルト部１１７に沿って配設されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）各色の画像形成部、定着部１０１を備えている。各色画像形成部は図１４に代表してイエローの画像形成ユニット１０５Ｙを示す。全体はユニット化され、感光体１０７Ｙ、帯電ローラ１０８Ｙ、現像ローラ１１０Ｙとトナーや現像材などを含んだ現像部１０９Ｙ等により構成され、さらに冷却パイプ１３０Ｙ及び液を循環させるポンプ１３２Ｙを備えている。

作像ユニット１０５Ｙ、参照番号を省略したマゼンタの画像形成ユニット、シアンの画像形成ユニット、ブラックの画像形成ユニットは、本体内にセットされたときに、冷却パイプ１３０Ｙ，１３０Ｍ，１３０Ｃ，１３０Ｂに接続されるように、図１４のコネクタ１３４Ｙに代表されるコネクタ１３４Ｙ，１３４Ｍ，１３４Ｃ，１３４Ｂにさしこまれ、本体内に収まる。感光体１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｂは、それぞれ作像１０５Ｙ，１０５Ｍ，１０５Ｃ，１０５Ｂのユニットにおいて、順次帯電ローラ体１０７Ｙ，１０７７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｂによって一様に帯電され、光学ユニット１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｂにより、画像データに基づいて変調されたレーザにより感光体１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｂ上に照射され、静電潜像を形成する。潜像は現像部１０９Ｙ，１０９Ｍ，１０９Ｃ，１０９Ｂの現像ローラ１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｂにより各色トナーであるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを現像され、画像を形成する。

一方、給紙部１０２より送り出された転写紙は、給紙コロ１０３、給紙パットにより送られ、転写ベルト部１１７に送られる。転写ベルト１１７は、駆動ローラ１１８、従動ローラ１１９よりなり、張り渡されている。給紙部１０２より送られてきた転写紙は転写ベルト１１７上に搬送され、感光体１０７Ｙ，１０７Ｍ，１０７Ｃ，１０７Ｂ上に作成させた画像を転写ローラ１１６Ｙ，１１６Ｍ，１１６Ｃ，１１６Ｂより転写して転写紙上に画像を形成する。転写ベルト１１７はクロロプレン、シリコンなどのゴム材に、イオン導電性の材料やカーボンなどを混錬した材料よりなっている。

上述のようにして，イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂ）の各色のトナー画像が転写されて、転写ベルト１１７上に吸着させている転写紙はさらに搬送され、従動ローラ１１９上で分離され定着部１０１に搬送される。定着部１０１では転写紙上のトナーが暖められ、転写紙に定着し、排出ローラ１０６により排出される。定着装置１０１は、トナーを定着するため１６０度以上の熱を発しており、その周辺は暖められ、機内の温度は上昇する。

上記のような作像動作中には、画像形成部ユニット内の冷却パイプ１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｍ，１３０Ｙには、図１７には図示されていないが、各ユニットに駆動ポンプ設置、駆動され、中の液体をユニット内の冷却パイプ及び装置本体１００の背面に配置されている冷却パイプ１３１内を循環させる。中の液体は画像形成装置の背面の冷却パイプ１３１を通る間に外気により冷却され、液体タンク１３２Ｙ内に入り、順次冷却パイプ内を循環する。

また作像動作を終了した後、しばらくはポンプを駆動し液を循環させる。このような動作をすることにより、ユニット１０５Ｙ，１０５Ｃ，１０５Ｍ，１０５Ｂ内の温度は上昇せず、中のトナーが溶融して動作を損なったり、壁面につくのを防ぐことができる。
この装置における構成をイエローのユニット１０５Ｙを例にして図１５に模式的に示す。ユニット１０５Ｙ内に熱を伝達する冷却パイプ１３０Ｙ、液体を循環させるポンプ１３２Ｙが備えられ、液を循環し冷却する冷却パイプ３１が装置本体１００に備えられている。ユニット内冷却パイプ１３０Ｙと画像形成装置内の冷却パイプはコネクタ３４Ｙで接続される。

ユニット１０５Ｙ，１０５Ｃ，１０５Ｍ，１０５Ｂは、中のトナーが無くなったときユーザが交換できるような構成となっており、各冷却パイプは３４Ｙに代表されるコネクタによって接続される。取り出したときのユニットの概略図は図１０に示すようである。ユニット１０５Ｙ，１０５Ｃ，１０５Ｍ，１０８Ｂは交換部品として供給される。

ユニット内の冷却パイプ１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｍ，１３０Ｙ内には初期状態において、液が適量入っていて、本体の液体補給として使用できる。これは、画像形成装置全体として、液の蒸発による冷却機能の低下を回復することに役立つ。

＜第４の実施形態＞
図１７は第４の実施形態における冷却装置を模式的に示す図である。第４の実施形態では、各色画像形成部をイエローの作像ユニットを例にして説明する。シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成ユニットの構成は第３の実施形態と同様である。作像ユニットは、感光体１０７Ｙ、帯電ローラ１０８Ｙ、現像ローラ１１０Ｙとトナーや現像材などを含んだ現像部１０９Ｙ等により構成され、さらに冷却パイプ１３０Ｙ、液を循環させるポンプ１３２Ｙ、および液を保持するタンク１３３Ｙを備えている。各作像ユニットは中のトナーが無くなったとき、ユーザが交換できるような構成となっており、各冷却パイプは１３４Ｙに代表されるコネクタによって接続される。各作像ユニットは交換部品として供給される。

イエローのユニット１０５Ｙには、ユニット内に熱を伝達する冷却パイプ１３０Ｙ、液体を循環させるポンプ１３２Ｙ、液体を保持する３３Ｙが備えられ、液を循環し冷却する冷却パイプ３１は装置本体１００に備えられている。ユニット１０５Ｙ内の冷却パイプ１３０Ｙ、ポンプ３２Ｙ、タンク３３Ｙと装置本体１００内の冷却パイプ１３１はコネクタ１３４Ｙで接続される。

その他、特に説明しない各部は前述の第３の実施形態と同等に構成されている。

第３及び第４の実施形態に示したように、画像形成部分をユニット化したカラー画像形成装置においても液を循環させる方法によって冷却を行うことが可能である。なお、カラー画像形成装置はこれ以外に、各色を中間転写ベルトに画像を形成し、２次転写において転写材に転写する形式があるが、これにも上述したような冷却装置を設けることが可能である。

本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態を概略的に示す図である。 プロセスユニットを装置本体から引き出した状態を示す図である。 第１の実施形態における冷却装置とプロセスユニットのみを示す斜視図である。 第１の実施形態における冷却装置を模式的に示す図である。 冷却装置のポンプを示す斜視図である。 図５のポンプを機能的に示す図である。 本発明に係る画像形成装置の第２の実施形態を概略的に示す図である。 プロセスユニットを装置本体から引き出した状態を示す図である。 第２の実施形態における冷却装置とプロセスユニットのみを示す斜視図である。 プロセスユニットと冷却パイプと接続関係を示す図である。 第２の実施形態における冷却装置を模式的に示す図である。 コネクタの一例を示す斜視図である。 本発明に係る画像形成装置の第３の実施形態を概略的に示す図である。 第３の実施形態における冷却装置とプロセスユニットのみを示す斜視図である。 第３の実施形態における冷却装置を模式的に示す図である。 本発明に係る画像形成装置の第４の実施形態における冷却装置とプロセスユニットのみを示す斜視図である。 第４の実施形態における冷却装置を模式的に示す図である。

符号の説明

Ａ レーザ光学系
Ｂ，１０１ 作像ユニット
Ｄ 転写部
Ｅ 定着部
７ 感光体
８ 帯電ローラ
９ 現像部
１０ 現像ローラ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 冷却ユニット
２１、３０Ｙ１ 冷却パイプ
２２、１３２Ｙ ポンプ
２４Ｃ，２４Ｃ´，２４Ｄ，２４Ｄ´，１３４Ｙ コネクタ
１００ 装置本体
１０５Ｙ 画像形成ユニット

Claims (9)

1. 作像に供されるが納められ、装置本体に着脱自在に設けられるプロセスユニットを備えた画像形成装置において、
   前記プロセスユニットを前記装置本体に装着したとき、前記プロセスユニットを液体で冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記冷却手段は、前記液体が流れるパイプと前記液体を循環させる循環ポンプとを備え、前記パイプで前記プロセスユニットの少なくとも一部を冷却することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記装置本体は、前記循環ポンプと前記パイプの一部を支持し、前記プロセスユニットは前記装置本体に装着されたとき、前記パイプによって冷却されることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記パイプは前記プロセスユニットに、前記循環ポンプは前記装置本体にそれぞれ設けられ、前記装置本体に前記プロセスユニットを装着したとき、前記パイプと前記循環ポンプが接続されることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
5. 前記冷却手段は、前記装置本体に支持された前記液体を貯蔵するタンクを更に備えていることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
6. 前記循環ポンプの駆動源は前記画像形成装置の駆動装置と共通であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記パイプと前記タンクは前記プロセスユニットが外されたとき、前記液体の流失を防止するように閉じるコネクタで接続されていることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
8. 前記パイプ内には予め前記液体が注入れていることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
9. 前記プロセスユニットは、像担持体、潜像を顕像化するためのトナーを収納した現像手段、前記像担持体および前記現像手段を一体的に収容する枠体から構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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