JP2007286544A - 温度制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体を加熱する補助熱源として定着装置の熱を利用し、その熱をヒートパイプを用いて伝達させるとき、感光体から定着装置への熱の伝達が発生し電力を消費しないように、感光体の目標温度と定着装置の温度に応じて伝達経路を遮断することができる温度制御装置及び画像形成装置の提供。
【解決手段】感光体１の温度を一定に制御するためのヒータ３０９を備え、別の熱源である定着装置５の熱をヒートパイプ３０５、放熱部材３０６、受熱部材３０８、ヒートパイプ３０７という経路で感光体１に伝達し、放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合わせの面積を変化させることで温度を調整し、温度センサ３１１により検知される感光体１の温度が、温度センサ３１０により検知される廃熱ダクト３０３の温度より高いとき、放熱部材３０６と受熱部材３０８を噛合わない状態にして熱の伝達経路を遮断する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は温度制御装置及び画像形成装置に関し、特に、熱源からの熱をヒートパイプにより伝達する構成において、被加熱部の温度を制御できるようにした温度制御装置と該温度制御装置を備える画像形成装置に関する。

年々、省エネルギーに関する要望が非常に高くなってきている。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、この定着装置の廃熱を利用することがもっとも効果的であることは言うまでもなく、これについてさまざまな技術が提案されてきた。

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、例えば、特許文献１では、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。
特開平０４−３４５１８７号公報

しかしながら、上記従来例の技術では、次のような課題がある。たとえば比較的エネルギーの高い定着装置の廃熱を画像形成部の感光体の温度を一定の値に保ち、画像の品質を向上させるため利用する場合、定着装置がオフされることを考慮すると、感光体の温度を一定に保つためのヒータは必要となる。このように、基本的に、画像を良好に保つ必要がある場合は、定着装置の電源がオフされても感光体を加熱するヒータに通電可能とする構成をとる場合がある。そのため、定着装置からの熱は感光体を加熱するヒータの補助熱源として利用する構成を採用することとなる。この場合、定着装置が駆動され、加熱されている場合は、定着装置から感光体へ熱の移動が発生する。しかし、定着装置の加熱が停止した場合は定着装置の温度は徐々に低下し、温度制御される感光体の温度より低下することは明らかである。その場合、ヒートパイプを用いた構成では、温度の高いほうから低いほうへ熱の移送が自動的に発生することになるため、感光体から定着装置への熱の移送が行われる。このため、感光体の温度を一定に保つためのヒータは感光体だけではなく、定着装置をも加熱することとなり、ヒータにて消費される電力は定着装置の温度低下にしたがって、増加していくこととなる。

本発明は前記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達構成において、温度調整される部材からの熱が第一の熱源へ伝達されることを防止する温度制御装置及び画像形成装置の提供にある。

前記課題を解決するために、本発明の温度制御装置及び画像形成装置は以下の構成を備える。

（１）第一の熱源と、温度調整される部材を加熱する第二の熱源と、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度を検出するための第一の温度検出手段と、前記温度調整される部材の温度を検出するための第二の温度検出手段と、前記第一の熱源から発生する熱を前記温度調整される部材に伝達するヒートパイプと、前記ヒートパイプにより前記温度調整される部材に伝達される熱量を可変とする伝熱量可変手段とを有し、前記伝熱量可変手段は、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報と前記温度調整される部材の温度情報に応じて制御されることを特徴とする温度制御装置。

（２）前記（１）に記載の温度制御装置において、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報と前記温度調整される部材の温度情報とを比較する比較手段を有し、前記比較手段による比較の結果、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報が前記温度調整される部材の温度情報より高いときには、前記第一の熱源から発生する熱を前記温度調整される部材に伝達するように前記伝熱量可変手段を制御し、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報が前記温度調整される部材の温度情報より低いときには、前記第二の熱源から発生する熱が前記第一の熱源あるいはその周辺部に伝達しないように前記伝熱量可変手段を制御することを特徴とする温度制御装置。

（３）前記（１）に記載の温度制御装置において、前記伝熱量可変手段は、前記ヒートパイプにより伝達される熱を放熱する放熱部材と、前記放熱部材から放熱される熱を受熱する受熱部材とを有することを特徴とする温度制御装置。

（４）前記（３）に記載の温度制御装置において、前記放熱部材と前記受熱部材は、それぞれくし歯状端部を有し、それぞれの前記くし歯状端部が互いに非接触で移動可能に遊嵌することを特徴とする温度制御装置。

（５）前記（１）または（２）に記載の温度制御装置において、前記伝熱量可変手段は、前記温度調整される部材の近傍に配置されることを特徴とする温度制御装置。

（６）前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の温度制御装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、温度調整される部材からの熱が第一の熱源へ伝達されることを防止することができる。これは、第一の熱源からの熱を温度調整される部材にヒートパイプを用いて伝達する構成において、第一の熱源の温度が、温度調整される部材の目標温調温度より低い場合に、熱の伝達経路を遮断することによる。さらには、伝熱量可変手段を第二の熱源の近傍に配置することで、第二の熱源から放熱される熱を極力小さくでき、第二の熱源の消費電力を無駄にすることがなくなる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタ２０１の要部構成断面図である。

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。感光体１の内部には後述するヒータが設けられており、このヒータにより感光体１が温度制御される。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。なお、感光体１は温度調整される部材に相当する。

前記回転現像体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は回転現像体の回転を行う駆動モータであり、ステッピングモータとして説明を行う。４３は回転現像体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出センサである。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、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６０で検出する。これにより、回転現像体１３の基準位置を検出した上で、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し、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する。また、ローラ１９は２次転写装置としての転写ローラ２１（以下、２次転写装置２１とする）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（第一の熱源に相当）で熱定着されて画像形成装置外へ排出される。両面画像形成動作の場合、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。これにより、記録紙を搬送ローラ２９方向へ搬送し、搬送ローラ３０、３１で搬送することで、記録紙カセット２３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。

上記構成によるフルカラープリンタ２０１では、次のようにして画像が形成される。まず、一次帯電器７に電圧を印加して感光体１の表面を所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は画像制御部（不図示）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。

上記フルカラープリンタ２０１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。テンションローラ１８およびバックアップローラ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２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。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る。７１は画像形成装置本体内部へのアクセスを可能とするドア４１（図中、破線にて示す）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、画像形成装置内部への操作者の接触の際に誤動作などで生じるおそれのある操作者への問題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。これらは、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８４，８５，８６，８７，８８を介して、トナー補給経路８８の位置に達している現像器（図では１３Ｙ）の色のトナーが補給される。

図２は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からなり、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（その周辺部に相当）を通ってファン３０４にて画像形成装置外（矢印Ｃの方向）に放出される。廃熱ダクト３０３の中にはヒートパイプ３０５の一方の端部と廃熱の温度を監視する温度センサ３１０（第一の温度検出手段に相当）が配設される。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（伝熱量可変手段に相当）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の一方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（伝熱量可変手段に相当）が取り付けられており、他方は感光体１の中心部に埋め込まれている。その外側に感光体１を一定の温度に調整するためのヒータ３０９（第二の熱源に相当）が埋め込まれており、感光体１の周辺に取り付けられた感光体１の温度を検出する温度センサ３１１（第二の温度検出手段に相当）の出力に応じて制御される。ヒートパイプ３０５は後述の駆動源（ステッピングモータ）によって矢印Ａ及びＢの方向に移動可能に配設され、感光体１の目標温度と温度センサ３１０によって測定される廃熱の温度に応じて移動が制御される。なお、放熱部材３０６と受熱部材３０８は、その端部がくし歯状となっている。

図３に、感光体１の温度を検出し、ヒートパイプ３０５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。廃熱ダクト３０３の中の温度を検出する温度センサ３１０と感光体１の温度を検出する温度センサ３１１はＣＰＵ４０２（比較手段に相当）のアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ）入力端子に接続されている。温度センサ３１１の出力を温度に換算して、ＣＰＵ４０２は予め決められた目標温度になるようにヒータ３０９の通電を制御するようにヒータドライバ４０４を制御する。温度センサ３１０の出力を温度に換算して、その温度と感光体１の温度調整の目標値に応じて、ヒートパイプ３０５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。

廃熱ダクト３０３の中の温度が感光体１の温度調整の目標値より高い場合は、廃熱ダクト３０３の熱をヒートパイプ３０５、３０７を介して感光体１に伝達するように、放熱部材３０６と受熱部材３０８が噛合う位置にヒートパイプ３０５を移動させる。そして、温度センサ３１１によって検出される感光体１の温度が目標温度になるように図２の矢印Ａ、Ｂのいずれかの方向にヒートパイプ３０５を移動するようにモータ４０５を駆動する。温度センサ３１１によって検出される感光体１の温度が目標温度より高い場合は、放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積が小さくなるように矢印Ｂの方向にヒートパイプ３０５を移動させる。感光体１の温度が目標温度より低い場合は、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Ａの方向にヒートパイプ３０５を移動させる。

図４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し、（ａ）は放熱部材３０６と受熱部材３０８が噛合わない状態を示す図、（ｂ）は放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積が小さい状態を示す図である。また、図４（ｃ）は放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合う面積が（ｂ）より大きい状態を示す図、（ｄ）は放熱部材３０６と受熱部材３０８が噛合う面積が（ｃ）より大きい状態を示す図である。

廃熱ダクト３０３の中の温度と感光体１の目標温度Ｔ１を比較して、廃熱ダクト３０３のほうが低い場合は、図４（ａ）のようにする。すなわち、ヒートパイプ３０５に取り付けられた放熱部材３０６とヒートパイプ３０７に取り付けられた受熱部材３０８が噛合わないように、ヒートパイプ３０５を図２の矢印Ｂの方向に移動させる。廃熱ダクト３０３のほうが高い場合は、廃熱ダクト３０３内の熱を感光体１に伝達するように図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように放熱部材３０６と受熱部材３０８との噛合いがある状態で制御される。例えば、図４（ｃ）の状態にある場合に、感光体１の温度が目標温度Ｔ１より高いと判断されると、図４（ｂ）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ヒートパイプ３０５が図２の矢印Ｂの方向に動くように制御される。反対に、目標温度Ｔ１より低いと判断された場合は、例えば図４（ｄ）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ヒートパイプ３０５が図２の矢印Ａの方向に動くように制御される。

図５には感光体１の温度を制御するためのフローチャートを示す（ステップＳ１０１において、感光体温調制御と記す）。

まず廃熱ダクト３０３（図中、単にダクトと記す）の温度をサンプリングして、その温度が感光体１の目標温度Ｔ１より高いか低いかを確認する（ステップＳ１０２）。廃熱ダクト３０３の温度の方が低い場合は、放熱部材３０６と受熱部材３０８の噛合わせが発生しない状態（図４（ａ）の位置関係、図中状態（ａ）と記す）になるようにヒートパイプ３０５を移動させる（ステップＳ１０８）。

廃熱ダクト３０３の温度が感光体１の目標温度Ｔ１より高い場合は、ステップＳ１０３以降の、定着装置５の廃熱ダクト３０３の熱を利用した感光体１の温度制御を実行する。

次に感光体１の温度をサンプリングして、感光体１の温度が所定の温度範囲（例えば目標温度Ｔ１を基準に±３度）内にあるか否かを確認する（ステップＳ１０３）。なお、ここで、所定の温度範囲を設けている理由は、モータ４０５を頻繁に正逆転させないようにヒステリシスを設けるためである。感光体１の温度は温度センサ３１１により検知した温度であり、図中ＴＨ出力と記す。所定の温度範囲内であれば、一定時間経過後（ステップＳ１０４）に再び感光体１の温度の状態を判定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０３において、感光体１の温度が所定の温度範囲内になければ、目標温度Ｔ１より低いか否かを判定する（ステップＳ１０５）。温度が低ければ、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（例えば図４（ｃ）に対して図４（ｄ）になるように）ヒートパイプ３０５を図２矢印Ａの方向に所定の量だけ移動させる（ステップＳ１０６）。なお、ヒートパイプ３０５の１回の移動量は、例えば放熱部材３０６と受熱部材３０８が噛合う面積の最大値の２０％の変化に相当する量とする。反対に目標温度Ｔ１より高い場合は、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（図４（ｃ）に対して図４（ｂ）になるように）ヒートパイプ３０５を矢印Ｂの方向に所定の量だけ移動させる（ステップＳ１０７）。その後、前回の感光体の温度のサンプリングから一定時間（例えば１０秒）経過後（ステップＳ１０４）に再び感光体１の温度の状態を判定する。なお、図５中の「ヒートパイプ」は、ヒートパイプ３０５を指す。また、上述した所定の温度範囲、所定の移動量、一定時間の値は他の値であっても良い。

以上のように、第一の熱源からの熱を温度調整される部材にヒートパイプを用いて伝達する構成において、第一の熱源の温度が、温度調整される部材の目標温調温度より低い場合に、熱の伝達経路を遮断する。これにより、温度調整される部材からの熱が第一の熱源へ伝達されることを防止できる。さらには、伝熱量可変手段を第二の熱源の近傍に配置することで、第二の熱源から放熱される熱を極力小さくでき、第二の熱源の消費電力を無駄にすることがなくなる。

フルカラープリンタの要部構成断面図 感光体と定着装置およびヒートパイプの配置関係を示す要部構成斜視図 ヒートパイプを駆動するモータを制御する制御系のブロック図 （ａ）放熱部材と受熱部材が噛合わない状態を示す図、（ｂ）放熱部材と受熱部材の噛合う面積が小さい状態を示す図、（ｃ）放熱部材と受熱部材の噛合う面積が（ｂ）より大きい状態を示す図、（ｄ）放熱部材と受熱部材の噛合う面積が（ｃ）より大きい状態を示す図 感光体の温調制御を説明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（第一の熱源に相当）
３０１、３０２ 定着ローラ
３０３ 廃熱ダクト（その周辺部に相当）
３０４ ファン
３０５、３０７ ヒートパイプ
３０６ 放熱部材（伝熱量可変手段に相当）
３０８ 受熱部材（伝熱量可変手段に相当）
３０９ ヒータ（第二の熱源に相当）
３１０ 温度センサ（第一の温度検出手段に相当）
３１１ 温度センサ（第二の温度検出手段に相当）
４０１ 制御基板
４０２ ＣＰＵ（比較手段に相当）
４０３ ドライバ
４０４ ヒータドライバ
４０５ モータ

Claims (6)

1. 第一の熱源と、温度調整される部材を加熱する第二の熱源と、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度を検出するための第一の温度検出手段と、前記温度調整される部材の温度を検出するための第二の温度検出手段と、前記第一の熱源から発生する熱を前記温度調整される部材に伝達するヒートパイプと、前記ヒートパイプにより前記温度調整される部材に伝達される熱量を可変とする伝熱量可変手段とを有し、前記伝熱量可変手段は、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報と前記温度調整される部材の温度情報に応じて制御されることを特徴とする温度制御装置。
2. 請求項１に記載の温度制御装置において、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報と前記温度調整される部材の温度情報とを比較する比較手段を有し、前記比較手段による比較の結果、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報が前記温度調整される部材の温度情報より高いときには、前記第一の熱源から発生する熱を前記温度調整される部材に伝達するように前記伝熱量可変手段を制御し、前記第一の熱源あるいはその周辺部の温度情報が前記温度調整される部材の温度情報より低いときには、前記第二の熱源から発生する熱が前記第一の熱源あるいはその周辺部に伝達しないように前記伝熱量可変手段を制御することを特徴とする温度制御装置。
3. 請求項１に記載の温度制御装置において、前記伝熱量可変手段は、前記ヒートパイプにより伝達される熱を放熱する放熱部材と、前記放熱部材から放熱される熱を受熱する受熱部材とを有することを特徴とする温度制御装置。
4. 請求項３に記載の温度制御装置において、前記放熱部材と前記受熱部材は、それぞれくし歯状端部を有し、それぞれの前記くし歯状端部が互いに非接触で移動可能に遊嵌することを特徴とする温度制御装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の温度制御装置において、前記伝熱量可変手段は、前記温度調整される部材の近傍に配置されることを特徴とする温度制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の温度制御装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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