JP2007047540A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に効率良く伝達して、画像形成ユニット内の熱を外部に排出することができ、高い品質で画像を形成することができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 筐体２に着脱自在に設けられ、転写紙に画像を形成するための画像形成ユニットを構成する感光体ドラム３、露光装置４、帯電ローラ５、現像装置６、転写装置７、クリーニング装置８および定着装置９と、筐体２に設けられた冷却装置４１と、画像形成ユニットと冷却装置４１の間で熱交換を行う熱交換部材４４とを備え、画像形成ユニットを筐体２に装着したときに、熱交換部材４４を冷却装置４１に接触させるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタ装置等の画像形成装置に関し、例えば、画像形成ユニットを効率良く冷却することができる冷却機構を備えた画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ装置、プリンタ装置等の画像形成装置にあっては、画像形成装置内で発生する熱の影響を受けてトナーの溶融や、電子部品の性能低下等の不具合が発生することから、様々な冷却方式が開発されている。

ここで、熱の発生源および不具合としては、画像形成ユニットの一部を構成する現像装置においてトナーやキャリアの攪拌により発生する熱があり、この熱によってトナーのブロッキングによる現像装置の機能低下がある。

また、感光体から不要なトナーを除去する画像形成ユニットの一部であるクリーニング部材の摩擦により発生する熱があり、この熱によってトナーの溶融が発生してしまい、感光体を汚染させてしまうことがある。

また、トナーを溶融して転写紙に定着する画像形成ユニットの一部を構成する定着装置から発生する熱があり、この熱は画像形成装置内の温度上昇や、トナー溶融、ブロッキング、トナー搬送障害等の不具合を発生させてしまう。

また、転写紙が収納される転写紙カセットにあっては、転写紙カセットから給紙される転写紙の摩擦等によって画像形成装置内の温度上昇や転写紙の粘着を発生させてしまうことがある。

また、感光体の温度の上昇により、感光性や感光体上の静電潜像を除去するための光による除電性の低下を招いてしまう。このように熱の影響によって画像形成作業に様々な障害が発生してしまうため、これらの熱の影響を排除する手段が考えられている。

従来から行われている一般的な熱の除去の方法としては、空気の流れを作るファンにより、画像形成装置内の空気を循環して熱を排出する空冷システムによる冷却方式が良く知られている。

また、各種画像形成ユニット内に発生する熱を輸送する方法として、ヒートパイプにより熱を輸送して冷却し、その熱を他に利用するものがある（例えば、特許文献１参照）。

この冷却方式にあっては、吸熱部が現像容器の内部で冷却対象部材に接触し、放熱部が転写材領域外に配設される冷却手段が設けられており、放熱部に送風手段としてファンが設置されている。

また、その他の冷却方式としては、ダクトを設け、このダクトを冷却対象の近傍に設置してファンにより空気の流れを作り、熱を排出するものがある（例えば、特許文献２または特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１〜特許文献３に記載されたものは、何れもファンからの空気でヒートパイプを冷却したり、ダクトを通して冷却対象に供給しているため、ファンの回転により騒音が発生してしまう。また、風の流れの制御が難しい上に風路を確保するためスペースが必要になり、画像形成装置の小型化を図ることができない等の不具合が発生してしまう。

このような不具合を解消するものとしては、液体を循環させて内部の熱を外部に出す液冷方式があり、この液冷方式では、風路を考慮しなくて良いため、設計が容易となる上に、ファンが不要になるので騒音が発生するのを防止することができる。

従来の液冷方式としては、中間転写ベルト上のトナーを転写と同時に定着する画像記録装置であって、中間転写ベルトを水冷式のローラまたはヒートシンクで冷却しているものがある（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−１１４５７７号公報 特開２００３−２２８２６０号公報 特開２００３−１２２１８１号公報 特開２００１−３５０３５７号公報

しかしながら、このような液冷方式にあっては、液体が流通するパイプの接続部分での液漏れが起こり易く、冷却対象と実際の冷却部分のパイプを一体化することが望ましいが、画像形成装置は転写紙のジャム処理性、現像剤の交換、トナーや紙粉等の汚れの除去、機能性部品の交換等のために、画像形成ユニットを画像形成装置に対して着脱自在にしているため、液循環部分が画像形成ユニットに含まれているものが多い。

したがって、画像形成ユニットのメンテナンスや紙詰まりの処理のために、液の循環部分の接続部を着脱しなければならない構造にすると、液漏れ防止の点で信頼性を損ねてしまい、さらに改善が必要である。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に効率良く伝達して、画像形成ユニット内の熱を外部に排出することができ、高い品質で画像を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。

本発明の画像形成装置は、筐体に着脱自在に設けられ、記録媒体に画像を形成するための画像形成ユニットと、前記筐体に設けられた冷却装置と、前記画像形成ユニットと前記冷却装置の間で熱交換を行う熱交換部材とを備え、前記画像形成ユニットを前記筐体に装着したときに、前記熱交換部材が前記冷却装置に接触するものから構成されている。

この構成により、熱交換部材を設け、画像形成ユニットを筐体に装着したときに熱交換部材を冷却装置に接触させるようにしたので、画像形成ユニットを着脱自在にした場合であっても、液冷方式で用いるパイプの接続による液漏れが発生すること等を防止しつつ、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に効率良く伝達して、画像形成ユニット内の熱を外部に排出することができ、高い品質で画像を形成することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記熱交換部材を前記冷却装置に押圧する押圧手段を有するものから構成されている。
この構成により、押圧手段によって熱交換部材を冷却装置に積極的に押圧することができるので、熱交換部材を冷却装置に確実に、かつ広い接触面積で接触させることができ、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に一層効率良く伝達することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記熱交換部材の前記冷却装置に接触する部分が熱伝導性を有する弾性部材からなる。
この構成により、熱交換部材を冷却装置に密着させるようにして確実に接触させることができ、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に一層効率良く伝達することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記熱交換部材の前記冷却装置に接触する部分が前記冷却装置内に組み込まれているものから構成されている。
この構成により、熱交換部材の前記冷却装置に接触する部分が前記冷却装置内に組み込まれているので、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に一層効率良く伝達することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記熱交換部材の熱伝導率、前記熱交換部材の前記冷却装置に接触する部分の熱伝導率および前記熱交換部材に接触する前記冷却装置の接触面の熱伝導率は、略等しいか、または、画像形成ユニットから前記冷却装置に向かうに従って大きくなるものから構成されている。
この構成により、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に一層効率良く伝達することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記熱交換部材は、前記冷却装置に接触する部分が交換可能であるものから構成されている。
この構成により、冷却装置に接触する部分が劣化した場合等にこの部分を交換することができるので、熱交換部材の熱伝導性を維持することができる。

本発明は、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に効率良く伝達して、画像形成ユニット内の熱を外部に排出することができ、高い品質で画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図５は本発明に係る画像形成装置の第１の実施の形態を示す図であり、画像形成装置をプリンタ装置に適用した例を示している。なお、画像形成装置としては、プリンタ装置以外にファクシミリ装置、複写機、複合機等のように記録媒体に画像を形成するものであれば如何なるものにも適用可能である。

まず、構成を説明する。図１、図２において、プリンタ装置１の筐体２の内部には、それぞれ画像形成ユニットを構成する感光体ドラム３、露光装置４、帯電ローラ５、現像装置６、転写装置７、クリーニング装置８および定着装置９が設けられており、これら画像形成ユニットは筐体２に対して着脱自在になっている。

感光体ドラム３はドラム型の直径６０ｍｍの円筒に負帯電性のＯＰＣを塗布したドラムが用いられている。帯電ローラ５は感光体ドラム３の上方に設けられており、時計方向に回転する感光体ドラム３上に負の電荷を付与して感光体ドラム３を帯電するようになっている。

露光装置４はレーザダイオード１０、回転多面鏡であるポリゴンミラー１１、光学レンズ１２、１３およびミラー１４を備えており、図示しないスキャナ装置等から送り込まれた書き込み画像信号に基づいてレーザダイオード１０を発光させ、この光をポリゴンミラー１１により反射した後、光学レンズ１２、１３を通過させ、さらに、ミラー１４で反射して帯電状態にある感光体ドラム３上に照射することにより、その光の強度に応じて帯電した感光体ドラム３上の電位を変化させ、レーザ光の照射の有無、量に応じた電位分布を感光体ドラム３上に書き込む。

この書き込みは、図示しない制御装置で記録すべき画素単位の位置信号をポリゴンミラー１１の回転位置と同期するようにレーザダイオード１０に印加して、画像の濃度でその画素の濃度、画像信号を書き込み信号に応じたレーザ光をオン／オフ制御することにより、感光体ドラム３上に静電潜像が形成される。

現像装置６は感光体ドラム３に書きこまれた静電潜像を帯電したトナーにより顕像化するようになっている。現像装置６はトナーが充填されたトナー補充部１５から補充されたトナーを攪拌ローラ１６によって摩擦帯電用キャリアと混合した後、現像ローラ１８上で帯電したトナーを現像ローラ１８との間で一定の隙間を形成するブレード１７を通して感光体ドラム３に供給することにより、感光体ドラム３上の静電潜像を顕像化する。本実施の形態では、キャリアとトナーを攪拌して帯電させる２成分現像方式が用いられ、トナーはマイナス極性に帯電されている。

また、転写装置７は現像装置６の下流側に設けられており、この転写装置７はローラ１９、２０に張架された転写ベルト２１と、転写ベルト２１の背面に設けられ、図示しない電源によって電荷が付与される転写ローラ２２とを備えている。

一方、筐体２の下方には記録媒体としての転写紙Ｐが収納された給紙カセット２３が設けられており、この給紙カセット２３内の転写紙Ｐは呼び出しローラ２４に給紙されて搬送ローラ対２５で１枚に分離された後、搬送ローラ対２６、２７によって搬送ローラ対２８に搬送される。

搬送ローラ対２８は画像の書き込みに合わせ同期を取り、転写紙を送るタイミングを再調整して転写装置７に搬送するようになっている。転写装置７は転写ローラ２２に電荷を供給して感光体ドラム３上のトナーを搬送ローラ対２８によってタイミングを取られた転写紙に転写する。

トナーが転写されて転写装置７から搬出された転写紙は、定着装置９によって転写紙上のトナーが溶融されて定着されるようなっており、定着装置９は加熱ローラ２９および加圧ローラ３０から構成されている。

加熱ローラ２９は、パイプ状芯金と、このパイプ状芯金の周面に形成され、耐熱性を有し、かつ離型性の良い樹脂層とから構成されており、加熱ローラ２９内にはハロゲンヒータ３１が設けられている。

また、樹脂層の周面にはサーミスタ３２が接触しており、このサーミスタ３２は加熱ローラ２９の表面温度を検知し、その検知信号を受けて図示しない温度制御部により温度を適宜制御してハロゲンヒータ３１をオン／オフして加熱ローラ２９の表面温度を常に一定に保つようになっている。なお、加熱ローラ２９上の温度は１６０℃〜２００℃の範囲の間に制御されている。

また、加圧ローラ３０は芯金の外周にシリコンゴム等で弾性層が形成され、さらに弾性層の周面に導電性フッ素樹脂をコーティングしたものから構成されている。この加圧ローラ３０は、その中心軸の両端を立方体状の軸受で支持し、その軸受に付勢ばね３３が当接されている。

付勢ばね３３は加圧ローラ３０の支持軸を保持して軸受を介して加圧ローラ３０を付勢して加熱ローラ２９に押し当てるようになっている。なお、加熱ローラ２９および加圧ローラ３０間の転写紙の進入側には、その先端が加熱ローラ２９および加圧ローラ３０のニップ部に向けられた入口ガイド３４が設けられており、定着装置９は、画像が転写された転写紙を入口ガイド３４により案内し、加熱ローラ２９と加圧ローラ３０の間に通して転写紙上の転写画像を熱と圧力とで定着する。

また、定着装置９によって画像が形成された転写紙は、排紙ローラ対３５を通じて筐体２の外部の図示しない排紙トレイ上に排紙されるか、両面ユニット３６のローラ３７、ローラ対３８およびローラ対３９によって転写装置７側に反転して返送される。両面ユニット３６によって転写装置７に返送された転写紙は転写装置７によって裏面に画像が形成された後、定着装置９に搬送される。

一方、図１に示すように、筐体１の奥側には冷却装置４１が設けられており、この冷却装置４１は冷却液が充填されたタンク４２と、図示しないポンプによってタンク４２との間で冷却液を循環させるパイプ４３とを備えている。なお、筐体２の外方に放熱フィンや放熱板等を設けることにより、放熱面積を広げても良い。

また、感光体ドラム３、露光装置４、帯電ローラ５、現像装置６、転写装置７、クリーニング装置８および定着装置９にはそれぞれ熱交換部材４４が設けられており、これら熱交換部材４４は感光体ドラム３、露光装置４、帯電ローラ５、現像装置６、転写装置７、クリーニング装置８および定着装置９の延在方向（図２で示す筐体２の前後方向）に亙って延在している。

なお、図１においてＡで示す領域は筐体２内の冷却装置４１が設置されている領域、Ｂで示す領域は上述した画像形成ユニットを駆動する基盤の配置されている領域、Ｃで示す領域は画像形成ユニットが設置された領域である。

本実施の形態では、熱交換部材４４の構造や機能は全て同じであるので、図３、図４において現像装置６に設けられた熱交換部材４４のみを説明する。図３、図４に示すように、現像装置６には熱交換部材４４が設けられており、この熱交換部材４４のブレード１７の上方に設けられ、延在方向と同方向に延在している。なお、図３において現像ローラ１８のトナー供給方向上流側にはトナーを現像ローラ１８に供給する供給ローラ４０が設けられている。

ここで、ブレード１７の上方に熱交換部材４４を設けたのは、トナーとキャリアの混合剤は現像ローラ１８に到達する前にブレード１７と現像ローラ１８の間を通過し、摩擦によって帯電されるのであるが、このときに熱も発生するため、この熱を熱交換部材４４で放熱するためである。

熱交換部材４４は熱伝導性の高い、熱導電性の良いアルミニウム、銅等の金属または、シリコンゴム等弾性のあるものにアルミ、銅、その他導電性の金属、酸化金属等を混ぜた材料等により構成されている。

なお、熱交換部材４４は内部に液体を含んだ液循環可能なパイプであっても良く、ヒートパイプを利用しても良い。さらに、熱交換部材４４は現像装置６等の画像形成ユニットではなく、予め筐体２内の領域Ｃに設置しておいても良い。

本実施の形態では、現像装置６が筐体２に装着されたときに、熱交換部材４４の端部がパイプ４３に接触するようになっており、熱交換部材４４は現像装置６を筐体２内で位置決めされたときに現像装置６のケース６ａによって押圧されてパイプ４３に接触されるようになっている。

このように本実施の形態では、現像装置６に熱交換部材４４を設け、現像装置６を筐体２に装着したときに、熱交換部材４４の端部をパイプ４３に接触させるようにしたので、現像装置６の熱を熱交換部材４４を通してパイプ４３に放熱することができる。

このため、現像装置６を着脱自在にした場合であっても、液冷方式で用いるパイプの接続による液漏れが発生すること等を防止しつつ、現像装置６で発生した熱を冷却装置４１に効率良く伝達して、現像装置６内の熱を外部に排出することができ、高い品質で画像を形成することができる。

なお、本実施の形態では、熱交換部材４４を現像装置６のケース６ａで押圧することにより、熱交換部材４４の端部をパイプ４３に接触させているが、これに限らず、図５に示すようにケース６ａの前板６ｂ（図２の手前側に位置する板）と熱交換部材４４の間に押圧手段としてのばね部材５１を設け、このばね部材５１により熱交換部材４４を押圧しても良い。このようにすれば、ばね部材５１によって熱交換部材４４をパイプ４３に積極的に押圧することができるので、熱交換部材４４をパイプ４３に確実に、かつ広い接触面積で接触させることができ、現像装置６で発生した熱を冷却装置４１に一層効率良く伝達することができる。

図６〜図８は本発明に係る画像形成装置の第２の実施の形態を示す図であり、本実施の形態では、熱交換部材の端部の構成が第１の実施の形態と異なるのみである。
図６において、熱交換部材４４の端部には熱コネクタ５２が設けられており、この熱コネクタ５１は硬度がＪＩＳ Ｋ６２５３の測定８０℃以下で、弾性があり、かつ熱伝導性のある弾性材料から構成されている。

具体的には、シリコンゴムに金、銀、銅、アルミ、ステンレス等の熱伝導性のよい金属や炭素を結合した材料等である。また、熱交換部材４４の熱コネクタ５２は現像装置６のケース６ａの前板６ｂによって押圧されることにより、パイプ４３に密着している。

本実施の形態では、現像装置６の熱は熱交換部材４４に伝達された後、熱コネクタ５２を介してパイプ４３に伝達されることにより、放熱される。したがって、本実施の形態では、熱交換部材４４を熱コネクタ５２によりパイプ４３に密着させるようにして確実に接触させることができ、現像装置６で発生した熱を冷却装置４１に一層効率良く伝達することができる。

また、本実施の形態において、熱交換部材４４の熱伝導率κu（Ｗ／（ｍ・ｋ）、熱交換部材４４のパイプ４３に接触する部分、すなわち、熱コネクタ５２の熱伝導率κｒ（Ｗ／（ｍ・ｋ））および熱コネクタ５２に接触するパイプ４３の接触面の熱伝導率κｃ（Ｗ／（ｍ・ｋ））を、κu（Ｗ／（ｍ・ｋ））≦κｒ（Ｗ／（ｍ・ｋ））≦κｃ（Ｗ／（ｍ・ｋ））となるようにしても良い。このようにすれば、現像装置６で発生した熱を冷却装置４１に一層効率良く伝達することができる。

また、上述した熱伝導率の関係をκu（Ｗ／（ｍ・ｋ））＝κｒ（Ｗ／（ｍ・ｋ））＝κｃ（Ｗ／（ｍ・ｋ））にしても同様の効果を得ることができる。

なお、熱コネクタ５２としては、図７に示すようにパイプ４３への接触面積を増大させるように、熱交換部材４４の他端部を包み込むような形状の熱コネクタ５３を用いたり、図８に示すように熱交換部材４４の端部から拡径するような形状の熱コネクタ５４を用いても良い。このようにしても同様の効果を得ることができる。

また、パイプ４３に接触する熱コネクタ５２〜５４を熱交換部材４４に着脱自在にして交換できるようにしても良い。このようにすれば、熱コネクタ５２〜５４が劣化した場合等に熱コネクタ５２〜５４を交換することで熱コネクタ５２〜５４を含んだ熱交換部材４４の熱伝導性を維持することができる。

図９、図１０は本発明に係る画像形成装置の第３の実施の形態を示す図であり、本実施の形態では、熱交換部材の端部の構成が第１の実施の形態と異なるのみである。
本実施の形態では、図９に示すように、パイプ４３に凹部４３ａを形成し、この凹部４３ａに熱交換部材４４を差し込む、すなわち、熱交換部材４４をパイプ４３に組み込んでいる。

このようにすれば、熱交換部材４４とパイプ４３との接触面積を多く確保することができ、現像装置６から冷却装置４１に熱を効率よく伝達することができる。なお、パイプ４３に凹部４３ａを設ける代わりに、熱交換部材４４に凹部を設け、この凹部にパイプ４３の一部を差し込むようにしても良い。

また、図１０に示すように熱交換部材４４の接触面に複数の凹凸部４４ａを設けるとともに、パイプ４３に凹凸部４４ａに嵌合する複数の凹凸部４３ｂを設けるようにした場合にも、熱交換部材４４とパイプ４３との接触面積を多く確保することができ、現像装置６から冷却装置４１に熱を効率よく伝達することができる。
なお、上記各実施の形態では、熱交換部材４４をパイプ４３に接触させているが、冷却装置４１のどの部分に接触させても良い。

以上のように、本発明に係る画像形成装置は、画像形成ユニットで発生した熱を冷却装置に効率良く伝達して、画像形成ユニット内の熱を外部に排出することができ、高い品質で画像を形成することができるという効果を有し、画像形成ユニットを効率良く冷却することができる冷却機構を備えた画像形成装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の画像形成ユニットと冷却装置を示す概略斜視図 本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図 本発明の第１の実施の形態に係る現像装置の概略側面図 本発明の第１の実施の形態に係る熱交換部材と冷却装置の概略構成図 本発明の第１の実施の形態に係る他の形状の熱交換部材と冷却装置の概略構成図 本発明の第２の実施の形態に係る熱交換部材と冷却装置の概略構成図 本発明の第２の実施の形態に係る他の形状の熱交換部材と冷却装置の概略構成図 本発明の第２の実施の形態に係る他の形状の熱交換部材と冷却装置の概略構成図 本発明の第３の実施の形態に係る熱交換部材と冷却装置の概略構成図 本発明の第３の実施の形態に係る他の形状の熱交換部材と冷却装置の概略構成図

符号の説明

１ プリンタ装置（画像形成装置）
２ 筐体
３ 感光体ドラム（画像形成ユニット）
４ 露光装置（画像形成ユニット）
５ 帯電ローラ（画像形成ユニット）
６ 現像装置（画像形成ユニット）
７ 転写装置（画像形成ユニット）
８ クリーニング装置（画像形成ユニット）
９ 定着装置（画像形成ユニット）
４１ 冷却装置
４４ 熱交換部材
５１ ばね部材（押圧手段）

Claims (6)

1. 筐体に着脱自在に設けられ、記録媒体に画像を形成するための画像形成ユニットと、前記筐体に設けられた冷却装置と、前記画像形成ユニットと前記冷却装置の間で熱交換を行う熱交換部材とを備え、前記画像形成ユニットを前記筐体に装着したときに、前記熱交換部材が前記冷却装置に接触することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記熱交換部材を前記冷却装置に押圧する押圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記熱交換部材の前記冷却装置に接触する部分が熱伝導性を有する弾性部材からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記熱交換部材の前記冷却装置に接触する部分が前記冷却装置内に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記熱交換部材の熱伝導率、前記熱交換部材の前記冷却装置に接触する部分の熱伝導率および前記熱交換部材に接触する前記冷却装置の接触面の熱伝導率は、略等しいか、または、画像形成ユニットから前記冷却装置に向かうに従って大きくなるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記熱交換部材は、前記冷却装置に接触する部分が交換可能であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の画像形成装置。

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