JP2007057909A - 温度制御装置およびその制御方法ならびに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートパイプを用いた熱伝導構成において、被加熱部の温度を制御可能とする温度制御装置およびその制御方法ならびに画像形成装置の提供。
【解決手段】 熱源と、温度調整される被調整部材と、熱源あるいは熱源付近の熱を前記被調整部材へ伝達するための、少なくともひとつのヒートパイプと、前記被調整部材の温度を検出する温度検出手段と、前記ヒートパイプにより前記被調整部材へ伝達される熱量を調整する伝熱量調整機構と、前記温度検出手段の出力に応じて前記伝熱量調整機構を制御する制御手段を有することを特徴とする温度制御装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱源からの熱をヒートパイプにより伝達される構成において、被加熱部の温度を制御できるようにした温度制御装置およびその制御方法ならびに画像形成装置に関する。

年々、複写機，プリンタなど加熱方式の定着装置を有する画像形成装置において、省エネに関する要望が非常に高くなってきている。そしてこの定着装置の廃熱を利用する技術が考案されてきた。

そのなかで新たに電力を消費することなく優れた熱伝達性能を有するヒートパイプに注目が集まっている。これを用いて定着の廃熱を利用したものとして、定着装置の熱をヒートパイプを用いて定着装置より上流の搬送路に伝達させ、プリヒートさせるという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０４−３４５１８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、定着装置の廃熱を非制御状態、すなわち定着装置の廃熱の温度やヒートパイプの性能に応じて伝達される熱量が決まっている。従って、被加熱部の温度（特許文献１では定着装置より上流の搬送路温度）を制御できるものではない。たとえば、画像形成装置において良好な画像形成のために感光ドラムに搭載されるドラムヒータはドラムをある温度範囲で温度制御している。このドラムヒータに代えて定着廃熱を利用する場合、定着装置の廃熱の温度が最大のときに、ドラムの制御温度範囲の最大値を超えないようにヒートパイプの設計を行う必要がある。しかし、定着装置の廃熱は一定でないため、廃熱温度が低いと感光ドラムを制御温度範囲内に制御することができず、結局ドラムヒータが必要となる。すなわち、ヒートパイプを用いた廃熱利用の構成は補助的なものでしかない。

本発明は上記したような従来技術の各種問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ヒートパイプを用いた熱伝導構成において、被加熱部の温度を制御可能とする温度制御装置およびその制御方法ならびに画像形成装置の提供にある。

本発明の温度制御装置およびその制御方法ならびに画像形成装置は、熱源と、温度調整される被調整部材と、熱源あるいは熱源付近の熱を前記被調整部材へ伝達するための、少なくともひとつのヒートパイプと、前記被調整部材の温度を検出する温度検出手段と、前記ヒートパイプにより前記被調整部材へ伝達される熱量を調整する伝熱量調整機構と、前記温度検出手段の出力に応じて前記伝熱量調整機構を制御する制御手段を有することを特徴とするものである。

また、前記伝熱量調整機構は、ヒートパイプとヒートパイプ間、または熱源あるいは熱源付近とヒートパイプ間の熱接合の度合いを変化させるように動作することを特徴とするものである。

また、前記伝熱量調整機構は、ヒートパイプの姿勢を変化させるように動作することを特徴とするものである。

また、前記伝熱量調整機構は、ヒートパイプの高さ方向の姿勢を変化させるように動作することを特徴とするものである。

さらに、熱源と、温度調整される被調整部材と、熱源あるいは熱源付近の熱を前記被調整部材へ伝達するための、少なくともひとつのヒートパイプと、前記ヒートパイプにより前記被調整部材へ伝達される熱量を調整する伝熱量調整機構とを有する温度制御装置の制御方法であって、
前記被調整部材の温度を検出する温度検出ステップと、
前記温度検出ステップで検出した温度に応じて前記伝熱量調整機構を制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするものである。

さらに、前記温度制御装置を有する画像形成装置であって、前記熱源は画像形成装置の定着器であり、前記被調整部材は、感光体ドラムであることを特徴とするものである。

本発明によれば、以上の構成により、ヒートパイプとヒートパイプの間、または熱源とヒートパイプ間に熱接合の度合いを変化させる機構を配設することやヒートパイプの姿勢を変化させる。これによりヒートパイプで移送される熱量を制御することが可能となる。その結果、従来困難であった廃熱温度が高く、変動するような部位からの熱を比較的低い温度で、かつ所定の温度範囲内に制御しなければならない部位に伝達することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図２は本発明に係るヒートパイプを用いた温度制御装置を画像形成装置に用いた場合の一例であるフルカラープリンタ２０１の要部構成図である。

画像形成部３内に像担持体としての感光体ドラム（以下、単に「感光体」という）１は図示しないモータで矢印Ａの方向に回転できるように設けられている。この感光体１の周囲には、一次帯電器７，露光装置８，回転現像体１３，転写装置１０，クリーナ装置１２が配置されている。

回転現像体１３はフルカラー現像のための４色分の現像装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋを内蔵する。４２は回転現像体１３の回転を行う駆動モータであり、ステッピングモータが用いられている。４３は回転現像体１３の位置固定のロック機構を動作させるソレノイド、７２はロック機構の動作を検出するフォトインタラプタのロック検センサである。７３は回転現像体１３に取り付けられた位置検出フラグであり、６０は位置検出フラグ７３の検知を行うことで回転現像体１３の位置検知を行う回転現像体ＨＰセンサである。

現像装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋは、感光体１上の潜像をそれぞれＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナーで現像する。各色のトナーを現像する際には、モータ４２の駆動によって回転現像体１３を矢印Ｒ方向に回転させる。そして、回転現像体１３に敷設された位置検出フラグ７３を回転現像体ＨＰセンサで検出することで回転現像体の基準位置を検出する。基準位置検出に基づいて回転現像体１３を所定の回転位置まで回転させることで当該色の現像装置が感光体１に当接するように位置合わせされる。

感光体１上に現像された各色のトナー像は、転写装置１０によって中間転写体としてのベルト２に順次転写されて、４色のトナー像が重ね合わされる。ベルト２はローラ１７，１８，１９に張架されている。これらのうち、ローラ１７は図示しない駆動源に結合されてベルト２を駆動する駆動ローラとして機能する。ローラ１８はベルト２の張力を調節するテンションローラとして機能し、ローラ１９は２次転写装置としての転写ローラ２１のバックアップローラとして機能する。

ベルト２を挟んでローラ１７と対向する位置にはベルトクリーナ２２が当接／離間可能に設けられていて、２次転写後のベルト２上の残留トナーがクリーナブレードで掻き落とされる。

記録紙カセット２３内に配置された記録紙はリフタモータ４０の動作により、ピックアップローラ２４に当接する位置まで引き上げられる。記録紙カセット２３からピックアップローラ２４で搬送路に引き出された記録紙はローラ対２５，２６によってニップ部、つまり２次転写装置２１とベルト２との当接部に給送される。ベルト２上に形成されたトナー像はこのニップ部で記録紙上に転写され、定着装置５で熱定着されて装置外へ排出される。両面形成動作の場合、フラッパ３２を動作させ、搬送ローラ２７の方向へ記録紙を搬送する。搬送ローラ２８で記録紙の後端がフラッパ３３を越えるまで搬送を行った後、搬送ローラ２８を逆回転するとともにフラッパ３３を動作させることで、記録紙を搬送ローラ２９方向へ搬送し、搬送ローラ３０，３１で搬送する。その後、記録紙カセットからの搬送路に合流させることで、１面目とは反対の面に画像形成を可能とする。

上記構成によるカラープリンタでは、次のようにして画像が形成される。まず、帯電装置７に電圧を印加して感光体１の表面を予定の帯電部電位で一様にマイナス帯電させる。続いて、帯電された感光体１上の画像部分が予定の露光部電位になるようにレーザースキャナからなる露光装置８で露光を行い潜像が形成される。露光装置８は不図示の画像制御部で生成される画像信号に基づいて露光をオン・オフすることにより、画像に対応した潜像を形成する。

上記カラープリンタの画像形成タイミングは、ベルト２上の所定位置を基準とする信号ＩＴＯＰを基準に制御されている。ベルト２は駆動ローラ１７，テンションローラ１８，バックアップローラ１９からなるローラ類に掛け渡されていて、テンションローラ１８によって所定の張力が与えられている。駆動ローラ１７およびローラ１９の間には、基準位置を検知する反射型位置センサ３６が配置されている。

現像装置１３Ｙ等の現像ローラには各色毎に予め設定された現像バイアスが印加されており、前記潜像は該現像ローラの位置を通過時にトナーで現像され、トナー像として可視化される。トナー像は転写装置１０でベルト２に転写され、さらに２次転写装置２１で記録紙に転写された後、定着装置５に送給される。フルカラープリント時はベルト上で４色のトナーが重ね合わされた後、記録紙に転写される。感光体１上に残留したトナーはクリーナ装置１２で除去・回収され、最後に、感光体１は除電装置（不図示）で一様に０ボルト付近まで除電されて、次の画像形成サイクルに備える。

５０は記録紙カセット２３内での紙面高さを検知する紙面高さセンサ、５１〜５８は搬送路上に配置される搬送センサであり各ポイントでの記録紙の有無または記録紙の搬送タイミングを検知する。６０は回転現像体１３の位置検知を行う回転現像体ＨＰセンサであり、７０は記録紙カセット２３の着脱を検知するカセット着脱センサであり、７１は本体内部へのアクセスを可能とするドア４１の開閉に応じて動作するドア開閉スイッチである。このドア開閉スイッチ７１で駆動負荷への電力供給を遮断／接続することで、装置内部への操作者の接触の際に不意の誤動作などによる操作者への危害を防ぐことができる。

８０，８１，８２，８３は現像装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋのトナーが減少した際に補給するトナーを保存している容器である。各容器には、それぞれ図示しないモータで、それぞれの色に対応したトナー補給経路８４，８５，８６，８７を介して、トナー補給経路８８の位置に達している現像器の色のトナーが補給される。

図３に画像形成装置を構成する感光体１と定着装置５、および定着装置５から排出される熱を感光体１に伝達するヒートパイプ３０５、３０７の関係を示したものである。

定着装置５は定着ローラ３０１，３０２を有し、定着装置５の廃熱は画像形成装置２０１の奥側に送られ、奥側に配設された廃熱ダクト３０３を通ってファン３０４にて機外に放出される。廃熱ダクト３０３の中にはヒートパイプ３０５の一方の端部が配設され、他方には、ヒートパイプ３０７へ熱を受け渡すための放熱部材３０６が取り付けられ、感光体１の近傍に配置されている。ヒートパイプ３０７の端部にはヒートパイプ３０５から放熱部材３０６を介して放熱される熱を受熱する受熱部材３０８が取り付けられており、他方は感光体１の中心部に、感光体１の駆動と独立して回動可能なように埋め込まれている。ヒートパイプ３０７は感光体１の中心部にその軸方向に設けられている。ヒートパイプ３０７は図示しないモータにより回動し、放熱部材３０６と受熱部材３０８との接合の度合いが変化することでヒートパイプ３０５から伝達される熱量が変化するようになっている。感光体１の温度を検出する温度センサ４０４は感光体１の近傍に配置されている。

図４に、感光体１の温度を検出し、ヒートパイプ３０７を駆動するモータを制御する制御系のブロック図を示す。制御基板４０１には画像形成装置の駆動部を制御するＣＰＵ４０２が搭載されている。感光体１の温度を検出する温度センサ４０４はＣＰＵ４０２のＡ／Ｄ入力端子に接続されている。ＣＰＵ４０２は、温度センサ４０４の出力を温度に換算して、その温度情報を基に、ヒートパイプ３０７を駆動するモータ４０５を駆動するドライバ４０３に指令を与える。

図５に、ヒートパイプ３０５，３０７にそれぞれ付加されている放熱部材３０６と受熱部材３０８との位置関係を示す図である。放熱部材３０６と受熱部材３０８はくし歯状に形成されており、図に示すように、お互いかみ合うように配置されている。感光体１の近傍には感光体１の温度を測定するために温度センサ４０４が配置されている。この温度センサ４０４の出力に応じてモータ４０５が制御され、放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積が調整されて、熱伝達量が変化し、感光体１の温度が制御される。

図６には、放熱部材３０６と受熱部材３０８との噛合い具合の変化を示す。温度センサ４０４の出力に応じて、感光体１の温度が目標温度より高いと判断された場合は、図６（ａ）に示すように放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積が小さくなるように矢印の方向に動くように制御される。反対に、目標温度より低いと判断された場合は、図６（ｃ）に示すように放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積が大きくなるように矢印の方向に動くように制御される。

図１は感光体１の温度を制御するためのフローチャートを示す。

まず感光体１の温度が所定の温度範囲内にあるかを確認する（Ｓ１０２）。所定の温度範囲内であれば、一定時間経過後（Ｓ１０３）に再び感光体１の温度の状態を判定する。感光体１の温度が所定の温度範囲内になければ、所定の温度より低いか高いかを判定する（Ｓ１０４）。検知した温度が低ければ、放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積を大きくするために、受熱部材３０８が所定の角度だけまわるようにモータ４０５を駆動させる（Ｓ１０５）。反対に所定の温度より高い場合は、放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積を小さくするために、受熱部材３０８が所定の角度だけ回るようにモータ４０５を駆動させる（Ｓ１０６）。その後、一定時間経過後（Ｓ１０３）に再び感光体１の温度の状態を判定する。

本実施形態では２つのヒートパイプにそれぞれ放熱部材と受熱部材を配設させた例を記載したが、３つ以上の複数の場合でも伝達される熱量は制御可能となることはいうまでもない。また、熱源に直接放熱部材を配設し、受熱部材を配設したひとつのヒートパイプでも伝達される熱量は制御可能となる。

また、感光体１に熱源を配した場合も、同様に制御することで、この熱源の消費電力を低減することが可能である。

(第２の実施形態)
図７に第２の実施形態にかかわるヒートパイプ７０５の配置を示す。ヒートパイプ７０５の一方の端部はスリット７０２を有する廃熱ダクト７０１の中に入っており、受熱部として機能する。他方の端部は感光体１の中心部に入っており、放熱部として機能する。さらにはヒートパイプ７０５は感光体１の温度を監視する温度センサ７０４の出力に応じてモータ７０３（たとえばステッピングモータ）によって矢印ＡまたはＢの方向に回動される。感光体１の温度が所定の温度より低い場合は、ヒートパイプ７０５の伝熱量が増加する矢印Ｂの方向にモータ７０３によって回動される。感光体１の温度が所定の温度より高い場合は、ヒートパイプ７０５の伝熱量が減少する矢印Ａの方向にモータ７０３によって回動される。

これは、ヒートパイプは高さ方向において、受熱部の位置が低く、放熱部の位置が高い場合に熱移送量が大きくなり、反対に受熱部の位置が高く、放熱部の位置が低い場合には熱移送量が低くなるという特性によるものである。

図８に第２の実施形態にかかわる感光体１の温度を制御するためのフローチャートを示す。

まず感光体１の温度が所定の温度範囲内にあるかを確認する（Ｓ８０２）。所定の温度範囲内であれば、一定時間経過後（Ｓ８０３）に再び感光体１の温度の状態を判定する。感光体１の温度が所定の温度範囲内になければ、所定の温度より低いか高いかを判定する（Ｓ８０４）。検知した温度が低ければ、受熱部の高さ方向の位置を放熱部の位置より低くするために、ヒートパイプ７０５が図７の矢印Ｂの方向に所定の角度だけまわるようにモータ７０３を駆動させる（Ｓ８０５）。反対に所定の温度より高い場合は、受熱部の高さ方向の位置を放熱部の位置より高くするために、ヒートパイプ７０５が図７の矢印Ａの方向に所定の角度だけまわるようにモータ７０３を駆動させる（Ｓ８０６）。その後、一定時間経過後（Ｓ８０３）に再び感光体１の温度の状態を判定する。

以上説明したように、ヒートパイプとヒートパイプの間、または熱源とヒートパイプ間に熱接合の度合いを変化させる機構を配設することやヒートパイプの姿勢を変化させることでヒートパイプで移送される熱量を制御することができる。これにより、画像形成装置の定着装置からの熱を感光体に伝達し、廃熱を利用した温度制御を実現することができる。

また、上述した実施形態では、熱の伝達先として感光体について説明したが、記録紙の収納部に適用することも可能である。

また、本発明は画像形成装置に適用するだけでなく、他の熱源を有する機器に適用することも可能である。

第１の実施形態の感光体の温度を制御するためのフローチャート フルカラープリンタの要部構成図 感光体と定着装置およびヒートパイプの配置関係図 制御系ブロック図 ヒートパイプと放熱部材、受熱部材との位置関係図 放熱部材、受熱部材のかみ合い図 第２の実施形態のヒートパイプの配置 第２の実施形態の感光体の温度を制御するためのフローチャート

符号の説明

１ 感光体（温度調整される部材に相当）
５ 定着装置（熱源に相当）
３０１、３０２ 定着ローラ（熱源に相当）
３０３ 廃熱ダクト
３０４ ファン
３０５、３０７ ヒートパイプ
３０６ 放熱部材
３０８ 受熱部材
４０１ 制御基板
４０２ ＣＰＵ
４０３ ドライバ
４０４ 温度センサ
４０５ モータ
７０１ 廃熱ダクト
７０２ スリット
７０３ モータ
７０４ 温度センサ
７０５ ヒートパイプ

Claims (6)

1. 熱源と、温度調整される被調整部材と、熱源あるいは熱源付近の熱を前記被調整部材へ伝達するための、少なくともひとつのヒートパイプと、前記被調整部材の温度を検出する温度検出手段と、前記ヒートパイプにより前記被調整部材へ伝達される熱量を調整する伝熱量調整機構と、前記温度検出手段の出力に応じて前記伝熱量調整機構を制御する制御手段を有することを特徴とする温度制御装置。
2. 前記伝熱量調整機構は、ヒートパイプとヒートパイプ間、または熱源あるいは熱源付近とヒートパイプ間の熱接合の度合いを変化させるように動作することを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
3. 前記伝熱量調整機構は、ヒートパイプの姿勢を変化させるように動作することを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
4. 前記伝熱量調整機構は、ヒートパイプの高さ方向の姿勢を変化させるように動作することを特徴とする請求項３記載の温度制御装置。
5. 熱源と、温度調整される被調整部材と、熱源あるいは熱源付近の熱を前記被調整部材へ伝達するための、少なくともひとつのヒートパイプと、前記ヒートパイプにより前記被調整部材へ伝達される熱量を調整する伝熱量調整機構とを有する温度制御装置の制御方法であって、
   前記被調整部材の温度を検出する温度検出ステップと、
   前記温度検出ステップで検出した温度に応じて前記伝熱量調整機構を制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする温度制御装置の制御方法。
6. 請求項１記載の温度制御装置を有する画像形成装置であって、前記熱源は画像形成装置の定着器であり、前記被調整部材は、感光体ドラムであることを特徴とする画像形成装置。

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