JP2009036852A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に冷却をすることができ、しかも熱伝導の効率を上げることができる現像装置を提供する。
【解決手段】トナーまたは現像剤を収納し、高熱伝導性材料からなる金属板（第２壁部）３と、それ以外の低熱伝導性材料からなる第１壁部とで構成されたケーシング２０と、金属板３にケーシング２０側を吸熱側として取付けられたペルチェ素子５とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンターなどの画像形成装置に内蔵される現像装置に関する。

上記画像形成装置は、近年コンパクト化が図られている。例えば、現像装置の周辺では、種々の電気部品などが密集して配設されていて、現像装置の温度が上昇し易い環境になっている。

ところで、現像装置の温度が上昇すると、その内部に収容された現像剤の温度も上昇する。このような現像剤の温度上昇に伴って、粘性が上昇して現像剤を攪拌、搬送する際の流動性が悪くなって現像剤が現像装置から溢れて落下するという剤落ちや、同じく粘性の上昇により感光体ドラム側へ移動し難くなることを起因とする現像した像の濃度低下、或いはトナーの固着などの不具合が発生し易くなるため、このような不具合の発生を抑制するには、現像装置を冷却する必要がある。

上記現像装置の冷却方法については、一般的には画像形成装置内に現像装置に繋がるダクトを設けて風路を確保し、現像装置の周辺の雰囲気温度を低下させる方法が採られるものの、上述したように電気部材などの密集度が大きい場合には冷却が不十分になる。

そこで、より効果的に冷却する方法として、ケーシングを熱伝導性の高い材料で形成する第１方法や、熱伝導性の高い材料を用いて現像装置の内部から外部へと導出させることで放熱部を形成する第２方法（例えば特許文献１参照）などが提案されている。
特開２００２−３５７９５２号公報

しかしながら、上記第１方法や第２方法による場合には、以下の問題がある。即ち、第１方法の場合は、上述したように電気部品などの密集度が高くなると、現像装置の周辺温度が高くなって現像装置が加熱される、つまり受熱側になってしまい、現像装置の冷却が不十分になる虞がある。一方、第２方法の場合は、現像装置の内部から外部へと導出させた長い経路により熱伝導上の損失が発生し、またその経路を配置するスペースが必要となるために画像形成装置の小型化とは矛盾するという問題がある。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、十分に冷却をすることができ、しかも熱伝導の効率を上げることができる現像装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る現像装置は、トナーまたは現像剤を収納するケーシングと、上記ケーシングにケーシング側を吸熱側として取付けられたペルチェ素子とを具備し、上記ケーシングのペルチェ素子取付部分が他のケーシング部分よりも熱伝導性が高い材料で形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明に係る現像装置は、請求項１に記載の現像装置において、前記ケーシングのペルチェ素子取付部分が薄肉の金属材により形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明に係る現像装置は、請求項１または２に記載の現像装置において、前記ケーシングのペルチェ素子取付部分の外側には、前記ペルチェ素子を挟む状態で、熱伝導性の高い材料からなる放熱部材が設けられていることを特徴とする。

請求項４の発明に係る現像装置は、請求項３に記載の現像装置において、前記放熱部材が前記ペルチェ素子よりも広く、その放熱部材と前記ケーシングのペルチェ素子取付部分との間の空間には断熱部材が配置されていることを特徴とする。

請求項５の発明に係る現像装置は、請求項３または４に記載の現像装置において、前記放熱部材を覆うようにダクトが形成されていることを特徴とする。

本発明の現像装置による場合には、ケーシングのペルチェ素子取付部分が熱伝導性の高い材料で構成されているので、その熱伝導性の高い部分から優先的に吸熱を行うことができ、加えて、ケーシングのペルチェ素子取付部分がペルチェ素子の吸熱側であるので、熱交換作用を有するペルチェ素子を介して、ケーシング側の熱を効率よく現像装置の外部へ伝導させることができる。これにより現像装置の周辺温度が高くなっても現像装置が受熱側にならず、十分に冷却をすることができる。よって、前記剤落ち、濃度低下、トナーの固着などの発生を防止することができる。

特に、請求項２のように、ケーシングのペルチェ素子取付部分を薄肉の金属材で形成した場合には、以下の理由により温度勾配が非常に大きくなるため、大きな冷却効果が得られる。即ち、熱流束密度Ｊと温度勾配ｇｒａｄＴと熱伝導率λとの関係は、Ｊ＝−λｇｒａｄＴの式で表される。よって、熱流束密度Ｊは温度勾配ｇｒａｄＴに比例するため、温度勾配が大きいほど流れる熱量が大きくなる。そして、温度勾配を大きくしようとすれば、現像剤の温度とペルチェ素子の放熱側の温度が一定とすれば、現像剤とペルチェ素子の放熱側までの距離を短くする、つまりケーシングのペルチェ素子取付部分に薄肉材を用いることが有効であるからである。なお、ケーシングのペルチェ素子取付部分に金属を用いるのは、熱伝導性が高く、しかも強度が高いからである。

また、請求項３の発明による場合には、ケーシングのペルチェ素子取付部分の外側に、ペルチェ素子を挟む状態で、熱伝導性の高い材料からなる放熱部材（例えばヒートシンク等）が設けられているので、温度勾配がより大きくなって冷却効果を向上させ得る。

また、請求項４の発明による場合には、放熱部材がペルチェ素子よりも広く、その放熱部材とケーシングのペルチェ素子取付部分との間の空間には断熱部材が配置されているので、ケーシングのペルチェ素子取付部分からペルチェ素子を介して行われる放熱の、ケーシングのペルチェ素子取付部分からペルチェ素子を介さずに行われる放熱に対する比率を向上させ得るとともに、放熱部材へ伝達された熱が再度ケーシング側へ戻るのを防止することが可能になる。これによっても冷却効果を向上させ得る。

また、請求項５の発明による場合には、放熱部材を覆うようにダクトが形成されているので、ダクト内を流れる空気により放熱部材からの放熱が促進され、これによっても冷却効果を向上させ得る。

以下に、本発明を具体的に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る現像装置を組み込んだ画像形成装置を模式的に示す正面図である。

この画像形成装置１０は、例えばモノクロ画像を出力する複写機であり、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１の表面全体を一様に帯電させる帯電装置１２と、感光体ドラム１１の表面にレーザ光を照射する露光ユニット１３と、感光体ドラム１１の表面に形成される静電潜像に対応する色のトナーを付着させてトナー像を形成して現像を行う現像装置１と、現像されたトナー像を転写する転写ローラ１４と、感光体ドラム１１の表面に残留するトナー等の付着物を除去するドラムクリーニングローラ１５と、給紙部１６とを備える。

感光体ドラム１１は、帯電装置１２により表面全体が一様に帯電され、その後、露光ユニット１３からのレーザ光照射により静電潜像が形成され、その後の現像装置１によるトナー付着により静電潜像に応じたトナー像が形成され、このトナー像が、給紙部１６から給紙される記録紙Ｐに転写される。また、感光体ドラム２の表面に残留するトナー等の付着物は、ドラムクリーニングローラ１５により除去される。

上記給紙部１６は、多数の記録紙Ｐが収容可能に構成されると共に記録紙Ｐを１枚ずつ給紙するようになっていて、給紙部１６から給紙される記録紙Ｐは、所定の搬送ライン１７により感光体ドラム１１と転写ローラ１４との間に搬送され、ここで記録紙Ｐにトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された記録紙Ｐは、定着ユニット１８へ搬送されてトナー像の定着が行われ、その後、上部に設けられた排紙部１９に排出される。

図２は上記現像装置を示す断面図で、図３はその現像装置を示す分解斜視図、図４はペルチェ素子の構成を示す模式図である。

この現像装置１は、底面２ａに金属板３を有する現像装置本体２と、金属板３に取付けられる断熱部材４と、同じく金属板３に取付けられるペルチェ素子５と、断熱部材４およびペルチェ素子５の下側に取付けられる放熱部材としてのヒートシンク６と、ヒートシンク６を覆うように現像装置本体２の底面２ａに取付けられるダクト７とを有する。

現像装置本体２は、その全体を覆うケーシング２０と、ケーシング２０内の下部に感光体ドラム１１の軸方向に長く設けられたトナー収容室（現像剤収容室）２１と、ケーシング２０内の上部であってトナー収容室２１の上側に設けられた現像部２２とを有する。トナー収容室２１の壁には、図示しないトナー供給口（現像剤供給口）が設けられ、トナー収容室２１の内部には２つの攪拌スクリュー２３、２４が設けられている。また、現像部２２には、下側にマグネットローラ２５が、上側に現像ローラ２６が設けられている。

図示しないトナー供給口から供給されたトナー（または現像剤）は、トナー収容室２１の内部を攪拌スクリュー２３、２４により攪拌されつつマグネットローラ２５に吸い上げられ、その後現像ローラ２６に静電気的に吸着されて感光体ドラム１１に供給され、感光体ドラム１１の潜像に対して選択的に現像される。

上記ケーシング２０は、その長手方向を感光体ドラム１１の軸方向に一致させてあり、底面２ａの金属板３で形成された部分（第２壁部）を除いて、樹脂で形成されており、金属板３の部分（第２壁部）では熱伝導性が高く、ケーシング２０の金属板３以外の部分（第１壁部）では熱伝導性が低くなっている。

金属板３には断熱部材４とペルチェ素子５が取付けられる。断熱部材４は、中央部に開口４ａを有する矩形状に形成されていて、開口４ａは、矩形状をしたペルチェ素子５に合わせた形状となっている。よって、金属板３の中央部にペルチェ素子５が配され、そのペルチェ素子５を全方位で取り囲むように断熱部材４が配置されている。

上記ヒートシンク６は、例えばアルミニウムなどの金属により成形されており、下側に多数のフィン６ａが設けられ、ペルチェ素子５からの熱をフィン６ａにより放熱するようになっている。上記ダクト７は、例えば樹脂や金属からなり、上側に開口７ａを配した断面コの字状のもので、その長手方向をケーシング２０の長手方向にほぼ一致させて配置させており、ダクト７の両端は開口している。よって、このダクト７の内部は風路８を構成する。また、ヒートシンク６は、ペルチェ素子５よりも広く形成されていて、ヒートシンク６と金属板３との間の空間には断熱部材４が配置された構成となっている。

ペルチェ素子５は、ｐ型半導体５１とｎ型半導体５２とを交互に配置するとともに、隣り合うｐ型半導体５１とｎ型半導体５２との間に絶縁層５３を配し、ｐ型半導体５１およびｎ型半導体５２を挟むように設けた一方の電極５４どうしを前記絶縁層５３で絶縁し、他方の電極５５どうしを前記絶縁層５３で絶縁してあり、更に両電極５４、５５の外側にそれぞれ絶縁膜５６、５７が設けられた構成となっている。そして、電極５４を金属板３側に、電極５５をヒートシンク６側に配し、かつｎ型半導体５２からｐ型半導体５１に電流が流れるように両電極５４、５５間に電流を流す。すると、金属板３側が吸熱側となり、ヒートシンク６側が放熱側となる。なお、図４中の５８はリード線を示す。

したがって、本実施形態では、ケーシング２０のペルチェ素子５を取付けた第２壁部が熱伝導性の高い金属板３で構成されているので、その熱伝導性の高い金属板３から優先的に吸熱を行うことができ、加えて、金属板（第２壁部）３がペルチェ素子５の吸熱側であるので、熱交換作用を有するペルチェ素子５を介して、ケーシング２０側の熱を効率よく現像装置１の外部へ伝導させることができる。これにより、現像装置１の周辺温度が高くなっても現像装置１が受熱側にならず、十分に冷却をすることができる。よって、前述した剤落ち、濃度低下、トナーの固着などの発生を防止することができる。特に、第２壁部を薄肉の金属板３で形成した場合には、前述したようにトナー（現像剤）とペルチェ素子５の放熱側までの距離が短くなって温度勾配が非常に大きくなるため、大きな冷却効果が得られる。また、第２壁部に金属を用いると、熱伝導性および強度を高くすることができる。

また、本実施形態では、金属板３の外側に、ペルチェ素子５を挟む状態で、熱伝導性の高い材料からなる放熱部材としてのヒートシンク６が設けられているので、温度勾配がより大きくなって冷却効果を向上させ得る。更に、ヒートシンク６がペルチェ素子５よりも広く、そのヒートシンク６と第２壁部との間の空間には断熱部材４が配置されているので、金属板３からペルチェ素子５を介して行われる放熱の、金属板３からペルチェ素子５を介さずに行われる放熱に対する比率を向上させ得るとともに、ヒートシンク６へ伝達された熱が再度ケーシング２０側へ戻るのを防止することが可能になる。これによっても冷却効果を向上させ得る。更にまた、ヒートシンク６を覆うようにダクト７が形成されているので、ダクト７内を流れる空気によりヒートシンク６からの放熱が促進され、これによっても冷却効果を向上させ得る。

なお、上述した実施形態では２つの攪拌スクリュー２３、２４とマグネットローラ２５と現像ローラ２６とを備えた現像装置に適用しているが、本発明はこれに限らない。例えば、現像ローラ以外のものが省略された現像装置にも適用することができ、要はトナーや現像剤を収容する一般の現像装置に適用可能である。

また、上述した実施形態では、現像装置本体の金属板（第２壁部）の一部にペルチェ素子を取付ける構成としているが、本発明はこれに限らない。例えば、前記金属板の全面を覆うようにペルチェ素子を取付けてもよい。その場合、１つのペルチェ素子が金属板に対して面積的に小さいときは、複数のペルチェ素子を取付けるようにしてもよい。

更に、上述した実施形態では、中央部に開口４ａを有する断熱部材４を用いているが、本発明はこれに限らず、複数に分割された断熱部材をペルチェ素子の周りに配置した構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係る現像装置を組み込んだ画像形成装置を模式的に示す正面図である。 現像装置を示す断面図である。 現像装置を示す分解斜視図である。 ペルチェ素子の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 現像装置
３ 金属板
４ 断熱部材
５ ペルチェ素子
６ ヒートシンク（放熱部材）
７ ダクト
２０ ケーシング

Claims (5)

1. トナーまたは現像剤を収納するケーシングと、
   上記ケーシングにケーシング側を吸熱側として取付けられたペルチェ素子とを具備し、上記ケーシングのペルチェ素子取付部分が他のケーシング部分よりも熱伝導性が高い材料で形成されていることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記ケーシングのペルチェ素子取付部分が薄肉の金属材により形成されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２に記載の現像装置において、
   前記ケーシングのペルチェ素子取付部分の外側には、前記ペルチェ素子を挟む状態で、熱伝導性の高い材料からなる放熱部材が設けられていることを特徴とする現像装置。
4. 請求項３に記載の現像装置において、
   前記放熱部材が前記ペルチェ素子よりも広く、その放熱部材と前記ケーシングのペルチェ素子取付部分との間の空間には断熱部材が配置されていることを特徴とする現像装置。
5. 請求項３または４に記載の現像装置において、
   前記放熱部材を覆うようにダクトが形成されていることを特徴とする現像装置。

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