JP2007279266A - 定着ユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハロゲンランプのランプ寿命を確保しつつ、加熱ローラの非通紙部の温度上昇を抑制する。
【解決手段】冷却装置２は、吸熱板２２に対向して、加熱ローラ１６１と離間する側に配設され、熱を大気中に放出する放熱板２１と、加熱ローラ１６１に近接して配設され、加熱ローラ１６１の熱を吸収する吸熱板２２と、吸熱板２２の熱を吸収し、放熱板２１へ移動させるペルチェ素子２３と、ペルチェ素子２３に所定の電流を流す電圧源２４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録紙上に形成されたトナー像を定着させる定着ユニット及び画像形成装置に関するものである。特に、記録紙上に画像を形成する装置である複写機、プリンタ、ファクシミリ、インターネットファクシミリ、及び、これらの機能の内のいずれかの機能を有する複合機に関するものである。

トナー像が形成された記録紙に加熱ローラを圧着することにより、トナーを融着して定着を行う定着ユニット及び画像形成装置が知られている。このような画像形成装置においては、定着の際に加熱ローラは、記録紙によって熱が奪われるため、加熱ローラの通紙部は非通紙部に比べて表面温度が低くなる。そこで、継続して連続プリントを行う場合には、加熱ローラの通紙部の温度を所定の高温に維持する必要があるため、通紙部の表面温度を所定の高温とするべく温度制御が行われている。

しかし、このような温度制御によって、通紙部の表面温度は所定の定着温度に維持されるが、非通紙部では通紙部に比べて徐々に高温となる。その結果、加熱ローラが過度に高温となる場合には、ローラ寿命が低下することになる。従って、加熱ローラにおいては、非通紙部の過度の温度上昇を防止する必要がある。従来、上記課題を解消するために、長さの異なる複数のハロゲンランプを配設し、記録紙のサイズに応じて点灯するハロゲンランプを選択することが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２８７５６４号公報

しかしながら、複数のハロゲンランプを配設する必要があるため、小型化を阻害する要因になると共に設備費が増大する要因にもなる。更に、ハロゲンランプをオンオフする頻度が多いため、ランプ寿命を低下させる要因にもなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ハロゲンランプのランプ寿命を確保しつつ、加熱ローラの非通紙部の温度上昇を抑制することの可能な定着ユニット及び画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために請求項１に記載の定着ユニットは、記録紙上に形成されたトナー像を定着させる定着ユニットであって、所定温度に加熱され、トナー像が形成された記録紙に圧着して回転することによりトナーを加熱して記録紙上に融着させる加熱ローラと、加熱ローラの幅方向両端に位置する非通紙部を冷却する冷却手段とを備え、前記冷却手段が、前記加熱ローラに近接して配設され、前記加熱ローラの熱を吸収する吸熱板と、前記吸熱板に対向して、前記加熱ローラと離間する側に配設され、熱を大気中に放出する放熱板と、前記吸熱板の熱を前記放熱板へ移動させる熱移動部とを有することを特徴としている。

請求項２に記載の定着ユニットは、請求項１に記載の定着ユニットであって、前記熱移動部が、両端に電極が形成され、一方の電極が前記吸熱板と伝熱可能に接続され、他方の電極が前記放熱板と伝熱可能に接続された複数のペルチェ素子と、前記複数のペルチェ素子の両端に所定の電圧を印加する電圧源とを備えることを特徴としている。

請求項３に記載の定着ユニットは、請求項２に記載の定着ユニットであって、前記吸熱板が、前記加熱ローラに沿って半円筒状に形成され、前記複数のペルチェ素子が、前記吸熱板と前記放熱板との間に、前記加熱ローラの周方向及び幅方向の少なくとも一方に、それぞれ複数個だけ配設されていることを特徴としている。

請求項４に記載の定着ユニットは、請求項３に記載の定着ユニットであって、前記加熱ローラの幅方向に配設された複数のペルチェ素子は、直列接続されており、その両端のペルチェ素子が前記電圧源に接続されていることを特徴としている。

請求項５に記載の画像形成装置は、記録紙上にトナー像を形成する感光ユニットと、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着ユニットとを備えることを特徴としている。

請求項１に記載の定着ユニットによれば、加熱ローラの非通紙部に近接して配設された吸熱板によって加熱ローラの熱が吸収され、その熱が熱移動部によって放熱板へ移動され、吸熱板に対向して、加熱ローラと離間する側に配設された放熱板から大気中に放出されるため、非通紙部から効果的に放熱されるので、加熱ローラの非通紙部の温度上昇を抑制することができる。また、非通紙部の温度上昇を抑制するためにハロゲンランプをオンオフする必要がないので、ハロゲンランプランプ寿命を確保することができる。

請求項２に記載の定着ユニットによれば、複数のペルチェ素子の一方の電極が吸熱板に伝熱可能に接続され、他方の電極が放熱板に伝熱可能に接続され、電圧源によって、複数のペルチェ素子の両端に所定の電圧が印加されるため、ペルチェ素子に電流が流れ、その熱電効果により、吸熱板から熱が吸収されて、放熱板へ放出され、加熱ローラの非通紙部の温度上昇を更に効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の定着ユニットによれば、吸熱板が加熱ローラに沿って半円筒状に形成され、複数のペルチェ素子が、吸熱板と放熱板との間に、加熱ローラの周方向及び幅方向の少なくとも一方に、それぞれ複数個だけ配設されているため、加熱ローラの非通紙部の温度上昇を更に効果的に抑制することができる。

請求項４に記載の定着ユニットによれば、加熱ローラの幅方向に配設された複数のペルチェ素子が、直列接続されており、その両端のペルチェ素子が電圧源に接続されているため、加熱ローラの非通紙部を幅方向に均等に冷却することができるので、加熱ローラの非通紙部の温度上昇を更に効果的に抑制することができる。

すなわち、加熱ローラの幅方向に配設され、直列接続されたペルチェ素子には同一の大きさの電流が流れ、略同一の熱量を吸熱板から放熱板へ移動させるため、加熱ローラの非通紙部を幅方向に均等に冷却することができるのである。

請求項５に記載の画像形成装置によれば、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着ユニットを備えるため、非通紙部から効果的に放熱されるので、加熱ローラの非通紙部の温度上昇を抑制することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の一例について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の概略構成の一例を示す模式図（側面図）である。なお、ここでは、画像形成装置が、モノクロのプリンタである場合について説明するが、カラープリンタである形態でもよいし、トナーを転写することにより記録紙上に画像を形成する他の画像形成装置（例えば、ファクシミリ、複写機等）である形態でもよい。図１に示すように、プリンタ１は、表示部１１、操作部１２、現像ユニット１３、感光ユニット１４、レーザ走査ユニット１５、及び定着ユニット１６を備えている。

表示部１１は、外部から視認可能に種々の情報を表示するものであって、具体的には、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等からなり種々の操作情報、設定情報、ガイダンス情報等を表示するものである。

操作部１２は、外部からの操作を受け付けるものであって、具体的には、例えば、種々の操作ボタン、表示部１１に配設されたＬＣＤと一体に形成されたタッチパネル等からなり、ユーザからの操作を受け付けるものである。

現像ユニット１３は、レーザ走査ユニット１５からのレーザビーム等によって感光ドラムの表面に形成された、外部装置（例えば、パーソナルコンピュータ等）より入力された画像データに対応する静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成するものである。

感光ユニット１４は、感光ドラムを備え、感光ドラムは、まず、その表面が帯電ローラによって略均一に帯電され、次に、現像ユニット１３によって、原稿画像に対応する静電潜像にトナーが付着されてトナー像が形成され、更に、そのトナー像が転写ローラによって記録紙上に転写されるものである。

定着ユニット１６は、加熱ローラ（＝定着ローラ）１６１を備え、感光ユニット１４で記録紙上に転写されたトナー像を、記録紙上に定着させるものである。また、加熱ローラ１６１は、図略のハロゲンランプ等で加熱され、例えば、加熱ローラ１６１の表面温度は２１０〜２２０℃となるように制御される。

図２は、本発明に係る定着ユニット１６に配設される冷却装置の構成の一例を示す構成図である。（ａ）は定着ユニット１６の正面図であり、（ｂ）は定着ユニット１６の側面図であり、（ｃ）は電気的な構成を示す構成図である。冷却装置２（冷却手段に相当する）は、（ａ）に示すように、加熱ローラ１６１の幅方向（図の左右方向）両端部（例えば、加熱ローラ１６１の端面から５０ｍｍの範囲）に位置する非通紙部（記録紙が接触しない範囲）に配設される。また、冷却装置２は、（ｂ）に示すように、加熱ローラ１６１の表面に近接し、且つ、加熱ローラ１６１の表面に沿って半円筒状に形成されている。

冷却装置２は、（ｃ）に示すように、放熱板２１、吸熱板２２、ペルチェ素子２３及び電圧源２４を備えている。放熱板２１は、吸熱板２２に対向して、加熱ローラ１６１と離間する側に配設され、熱を大気中に放出するものである。また、放熱板２１は、（ａ）（ｂ）に示すように加熱ローラ１６１の表面に沿って、略半円筒状に形成され、（ｃ）に示すように、加熱ローラ１６１側の表面にペルチェ素子２３の一方端（ここでは、上端）の電極２３２が伝熱可能に接続されている。

吸熱板２２は、加熱ローラ１６１に近接して配設され、加熱ローラ１６１の熱を吸収するものである。また、吸熱板２２は、（ａ）（ｂ）に示すように、加熱ローラ１６１の表面に沿って、所定距離（例えば、０．５ｍｍ）だけ離間して略半円筒状に形成され、（ｃ）に示すように、加熱ローラ１６１と反対側の表面にペルチェ素子２３を構成する他方端（ここでは、下端）の電極２３２が伝熱可能に接続されている。

放熱板２１及び吸熱板２２の表面には、ペルチェ素子２３を構成する電極２３２が伝熱可能に接続されているため、隣接する電極２３２間を絶縁するために、放熱板２１及び吸熱板２２は、少なくとも電極２３２が配設されている面（放熱板２１の加熱ローラ１６１側の面、及び、吸熱板２２の加熱ローラ１６１と反対側の面）は、絶縁材料（例えば、セラミックス）で形成されている。

一方、放熱板２１は、大気中に放熱する必要があり、吸熱板２２は、加熱ローラ１６１からの輻射熱を吸収する必要があるため、熱伝導率の良好な材料（例えば、銅、アルミニウム等）で形成されている。すなわち、放熱板２１及び吸熱板２２は、例えば、銅からなる基体上にセラミックスが蒸着された２層構造を有するものである。

ペルチェ素子２３（熱移動部の一部に相当する）は、吸熱板２２の熱を吸収し、放熱板２１へ移動させるものである。ペルチェ素子２３は、半導体２３１（Ｎ型半導体ペレット２３Ｎ、Ｐ型半導体ペレット２３Ｐ）と電極２３２とで構成されている。加熱ローラ１６１の幅方向に配設された複数（ここでは２個）のペルチェ素子２３は、直列接続されており、その両端のペルチェ素子２３が電圧源２４（熱移動部の一部に相当する）に接続されている。すなわち、ここでは、図の右端のＮ型半導体ペレット２３Ｎに電圧源２４のプラス側端子が接続され、図の左端のＰ型半導体ペレット２３Ｐ側に電圧源２４のマイナス側端子が接続される。

そして、Ｎ型半導体ペレット２３Ｎ及びＰ型半導体ペレット２３Ｐに電流が流れることにより、Ｎ型半導体ペレット２３Ｎに接続された電極２３２では、電子を介して吸熱及び放熱が行われ、Ｐ型半導体ペレット２３Ｐに接続された電極２３２では、ホールを介して吸熱及び放熱が行われる。そこで、ペルチェ素子２３によって、吸熱板２２の熱が吸収され、放熱板２１へ移動されるのである。

このようにして、加熱ローラ１６１の非通紙部に近接して配設された吸熱板２２によって加熱ローラ１６１の熱が吸収され、その熱がペルチェ素子２３によって放熱板２１へ移動され、吸熱板２２に対向して、加熱ローラ１６１と離間する側に配設された放熱板２１から大気中に放出されるため、非通紙部から効果的に放熱されるので、加熱ローラ１６１の非通紙部の温度上昇を抑制することができる。また、非通紙部の温度上昇を抑制するためにハロゲンランプをオンオフする必要がないので、ハロゲンランプランプ寿命を確保することができる。

また、複数のペルチェ素子２３の一方の電極２３２が吸熱板２２に伝熱可能に接続され、他方の電極２３２が放熱板２１に伝熱可能に接続され、電圧源２４によって、複数のペルチェ素子２３の両端に所定の電圧が印加されるため、ペルチェ素子２３に電流が流れ、その熱電効果により、吸熱板２２から熱が吸収されて、放熱板２１へ放出され、加熱ローラ１６１の非通紙部の温度上昇を更に効果的に抑制することができる。

更に、吸熱板２２が加熱ローラ１６１に沿って半円筒状に形成され、複数のペルチェ素子２３が、吸熱板２２と放熱板２１との間に、加熱ローラ１６１の周方向及び幅方向に、それぞれ複数個だけ配設されているため、加熱ローラ１６１の非通紙部の温度上昇を更に効果的に抑制することができる。

加えて、加熱ローラ１６１の幅方向に配設された複数の（ここでは、２個の）ペルチェ素子が、直列接続されており、その両端のペルチェ素子２３が電圧源２４に接続されているため、加熱ローラ１６１の非通紙部を幅方向に均等に冷却することができるので、加熱ローラ１６１の非通紙部の温度上昇を更に効果的に抑制することができる。

なお、本発明は、以下の形態にも適用可能である。
（Ａ）本実施形態では、熱移動部がペルチェ素子２３及び電圧源２４から構成される場合について説明したが、その他の吸熱板２２から放熱板２１へ熱を強制的に移動するものであればよい。例えば、吸熱板２２で熱を吸収し、放熱板２１で熱を放出する液体又は気体からなる媒体を介して熱を強制的に移動する形態でもよい。

（Ｂ）本実施形態では、冷却装置２が加熱ローラ１６１の端部に対向して配設されている場合について説明したが、冷却装置２が冷却する加熱ローラ１６１の幅方向位置及び範囲を変更可能に構成されている形態でもよい。この場合には、更に効果的に加熱ローラ１６１の非通紙部を冷却することができる。

（Ｃ）本実施形態では、冷却装置２（吸熱板２２）が加熱ローラ１６１の表面に沿って略半円筒状に形成される場合について説明したが、吸熱板２２が加熱ローラ１６１の周方向の更に広い範囲を覆う形態でもよい。吸熱板２２が加熱ローラ１６１の表面を覆う面積が大きい程、吸熱板２２と加熱ローラ１６１との間の熱伝達が良好となる。

（Ｄ）本実施形態では、ペルチェ素子２３が定電圧源２４に接続されている場合について説明したが、ペルチェ素子２３が印加する電圧値を変更可能に構成された電圧源に接続されている形態でもよい。この場合には、例えば、加熱ローラ１６１の非通紙部の温度に応じてペルチェ素子２３に印加する電圧値を変更することにより、更に効果的に加熱ローラ１６１の非通紙部を冷却することができる。

は、本発明に係る画像形成装置の概略構成の一例を示す模式図（側面図）である。 は、本発明に係る定着ユニットに配設される冷却装置の構成の一例を示す構成図である。

符号の説明

１ プリンタ
１６ 定着ユニット
２ 冷却装置（冷却手段）
２１ 放熱板
２２ 吸熱板
２３ ペルチェ素子（熱移動部の一部）
２３１ 半導体
２３Ｎ Ｎ型半導体ペレット
２３Ｐ Ｐ型半導体ペレット
２３２ 電極
２４ 電圧源（熱移動部の一部）

Claims (5)

1. 記録紙上に形成されたトナー像を定着させる定着ユニットであって、
   所定温度に加熱され、トナー像が形成された記録紙に圧着して回転することによりトナーを加熱して記録紙上に融着させる加熱ローラと、
   加熱ローラの幅方向両端に位置する非通紙部を冷却する冷却手段と
   を備え、
   前記冷却手段は、
   前記加熱ローラに近接して配設され、前記加熱ローラの熱を吸収する吸熱板と、
   前記吸熱板に対向して、前記加熱ローラと離間する側に配設され、熱を大気中に放出する放熱板と、
   前記吸熱板の熱を前記放熱板へ移動させる熱移動部と
   を有することを特徴とする定着ユニット。
2. 前記熱移動部は、両端に電極が形成され、一方の電極が前記吸熱板と伝熱可能に接続され、他方の電極が前記放熱板と伝熱可能に接続された複数のペルチェ素子と、
   前記複数のペルチェ素子の両端に所定の電圧を印加する電圧源と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着ユニット。
3. 前記吸熱板は、前記加熱ローラに沿って半円筒状に形成され、
   前記複数のペルチェ素子は、前記吸熱板と前記放熱板との間に、前記加熱ローラの周方向及び幅方向の少なくとも一方に、それぞれ複数個だけ配設されていることを特徴とする請求項２に記載の定着ユニット。
4. 前記加熱ローラの幅方向に配設された複数のペルチェ素子は、直列接続されており、その両端のペルチェ素子が前記電圧源に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の定着ユニット。
5. 記録紙上にトナー像を形成する感光ユニットと、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着ユニットと
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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