JP2016139042A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力化した画像形成装置を提供する。
【解決手段】実施形態の画像形成装置は、発熱源を含むとともに印刷対象物に熱を付与して前記印刷対象物にトナーを定着させる定着ローラと、前記定着ローラとの間に前記印刷対象物を挟むように前記定着ローラと対向する対向ローラと、液体と固体との間で相変化可能な蓄熱材を収納する熱交換ローラと、前記定着ローラの温度を感知可能な感知部と、前記感知部で感知した前記定着ローラの温度に応じて、前記定着ローラに対して前記熱交換ローラを当接させたり、前記定着ローラから前記熱交換ローラを離間させたりする駆動部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、印刷対象物に画像を形成可能な画像形成装置に関する。

印刷対象物（用紙）にトナー画像を形成する画像形成装置が開示される（特許文献１）。画像形成装置は、転写部でトナー画像を形成するとともにトナー画像を給紙部から転写部に供給された印刷対象物に転写し、定着部で印刷対象物に対してトナー画像を定着する。定着部は、熱源を含む加熱ローラと、加熱ローラと対向し印刷対象物に圧力を付与する加圧ローラと、を有する。定着部は、これらで印刷対象物を挟み込んで熱と圧力を付与し、トナーを融解させて画像を印刷対象物に定着させる。

通常、加熱ローラの幅は、印刷対象物の幅よりも大きい。このため、加熱ローラには、印刷対象物と接触する中央寄りの接触領域と、印刷対象物とは接触しない外側の非接触領域と、が存在する。

別の画像形成装置では、潜熱蓄熱材を充填したローラを定着部出口に配置し、印刷対象物の熱をローラで吸収することで印刷対象物の温度を均熱化する（特許文献２）。

特開２００８−１３９６６５号公報 特開２０１２−８２０３７号公報

上記特許文献１の画像形成装置では、定着動作で印刷対象物を素早く加熱する必要があり、大きな電力を要するため、加熱ローラを薄肉化してローラの熱容量を下げることで、加熱ローラ自体を加熱するための電力を削減している。しかしながら、このように薄肉化して熱容量を下げた場合には、加熱ローラの軸方向に関する伝熱性が低下する。一方、上記接触領域では、加熱ローラの熱が印刷対象物に放出されるのに対して、上記非接触領域では、印刷対象物が通過しないため、放熱がなされない。したがって、軸方向の伝熱性が低下した加熱ローラにおいて、その軸方向に関して温度ムラが発生しやすくなる。

上記特許文献２の画像形成装置では、蓄熱材を充填したローラは定着部出口の紙から熱を吸収する構造のため、出口を出た紙が両面印刷で再び定着部に入らない限り定着部を冷却することができない。

実施形態の画像形成装置は、発熱源を含むとともに印刷対象物に熱を付与して前記印刷対象物にトナーを定着させる定着ローラと、前記定着ローラとの間に前記印刷対象物を挟むように前記定着ローラと対向する対向ローラと、液体と固体との間で相変化可能な蓄熱材を収納する熱交換ローラと、前記定着ローラの温度を感知可能な感知部と、前記感知部で感知した前記定着ローラの温度に応じて、前記定着ローラに対して前記熱交換ローラを当接させたり、前記定着ローラから前記熱交換ローラを離間させたりする駆動部と、を備える。

第１実施形態の画像形成装置の全体構成を示した模式図。 図１に示す画像形成装置の定着部を拡大して示した断面図。 図１に示す画像形成装置のＦ３−Ｆ３線に沿った断面図。 第１実施形態の画像形成装置を用いた画像形成方法を示すフローチャート。 第２実施形態の画像形成装置の定着部を拡大して示すとともに、図６のＦ５−Ｆ５線に沿った断面図。 図５に示す画像形成装置の定着部の横方向に沿った断面図。 第２実施形態の画像形成装置を用いた画像形成方法を示すフローチャート。 第３実施形態の画像形成装置の定着部を拡大して示し、熱交換ローラの第２ユニットが定着ローラの非接触領域に当接する直前の状態を示した断面図。 第３実施形態の画像形成装置の定着部を拡大して示し、熱交換ローラの第１ユニットが定着ローラの接触領域に当接する直前の状態を示した断面図。 第３実施形態の画像形成装置を用いた画像形成方法を示すフローチャート。

[第１実施形態]
以下、図１を参照して画像形成装置の第１実施形態について説明する。画像形成装置は、例えば、印刷対象物にトナー画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を複数備えた複合機など、各種の印刷装置を含んだ概念である。

図１に示すように、画像形成装置１１は、印刷対象物１２を収納した給紙部１３（給紙トレイ）と、トナー画像を印刷対象物１２に形成する転写部１４と、トナー画像を印刷対象物１２に熱定着する定着部１５と、直列的に並んだ第１搬送ラインＬ１、第２搬送ラインＬ２、および第３搬送ラインＬ３と、第２搬送ラインＬ２と第３搬送ラインＬ３との境界から第１搬送ラインＬ１と第２搬送ラインＬ２との境界に印刷対象物１２を戻すようにループをなした戻り搬送ラインＬ４と、これらを収納した筐体１６と、画像が印刷された印刷対象物１２が排出される筐体１６外の排紙部１８（排紙トレイ）と、筐体１６の上面等に配置される操作部１７と、を備えている。

ユーザは、操作部１７を用いて入力操作をすることができる。これによって、制御部２１は、画像形成装置１１を制御し、所望の画像の印刷等の処理を行う。給紙部１３は、ローラ等で構成される給紙機構を有し、給紙機構は、印刷対象物１２を第１搬送ラインＬ１に向けて送ることができる。

転写部１４は、転写ベルト２２と、複数のトナーボックス２３と、複数のトナーボックス２３と１対１で対応するように設けられた複数の画像形成部２４と、を備えている。転写ベルト２２は、可撓性の材料、例えばポリイミド製のフィルムを用いて、環状に形成されている。転写ベルト２２は、図１において例えば反時計回りに回転され、画像形成部２４により形成されたトナー画像を転写ローラ２５に向けて搬送する。

複数のトナーボックス２３は、例えばカラー印刷用に設けられる。複数のトナーボックス２３は、イエロートナーボックス２３Ａ、黒トナーボックス２３Ｂ、マゼンダトナーボックス２３Ｃ等を有する。それぞれのトナーボックス２３には、対応する色のトナーが収納される。それぞれのトナーボックス２３内に収納されたトナーは、対応する画像形成部２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）に供給される。なお、モノクロ印刷をする専用機として画像形成装置１１を構成する場合には、黒のトナーを収納するトナーボックスのみを用いることができる。

画像形成部２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）は、感光ドラムと、現像器と、を含んでいる。画像形成部２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ）は、その感光ドラムの周面に形成された静電潜像を、これにトナーを放出する現像器により顕像化して、トナー画像を形成することができる。

転写部１４は、転写ローラ２５と、転写対向ローラ３１と、を有しており、これらは画像形成部２４よりも下流側に配置されている。転写ローラ２５は、転写ベルト２２の内側に位置し、転写ベルト２２の内面に接している。転写対向ローラ３１は、転写ローラ２５と対向しており、転写ローラ２５とともにローラ対をなしている。転写対向ローラ３１は、この転写ローラ２５との間に転写ベルト２２を挟んで転写ローラ２５に対向するように、転写ベルト２２の外面に接して配置されている。転写ローラ２５と転写対向ローラ３１との間を通過する印刷対象物１２に対して、転写ローラ２５は、転写ベルト２２上に形成されたトナー画像を転写する。

定着部１５は、印刷対象物１２に熱を付与して、印刷対象物１２に転写されたトナー画像を印刷対象物１２に熱定着させることができる。図２に示すように、定着部１５は、定着ローラ３２（加熱ローラ）と、定着対向ローラ３３と、熱交換ローラ３４（吸熱ローラ）と、駆動部３５と、感知部３６と、を備えている。

図２、図３に示すように、定着ローラ３２は、軸部３７を中心に回転可能なローラ本体４１と、ローラ本体４１内に設けられ電力の投入により発熱する発熱源となる加熱部４２と、を含んでいる。加熱部４２は、例えばローラ本体４１の中央部に内蔵されたハロゲンランプ又は電磁誘導により加熱をするＩＨヒータ等で構成される。定着ローラ３２の表面には、シリコンゴムやフッ素ゴムなどのゴム層４３が設けられていても良い。定着ローラ３２は、中央に設けられ印刷時に印刷対象物１２と接触する接触領域Ｃと、端部に設けられ印刷時に印刷対象物１２とは接触しない非接触領域Ｓと、を含んでいる。

定着対向ローラ３３は、定着ローラ３２と対向するとともに定着ローラ３２に接して配置されている。定着対向ローラ３３は、回転軸部４４と、回転軸部４４の外側（表層側）に設けられる発泡ゴム層４９と、回転軸部４４および発泡ゴム層４９を定着ローラ３２に対して押し付ける加圧機構４５と、を有している。加圧機構４５は、駆動モータを有する。駆動モータは、回転軸部４４を進退移動させることで、定着ローラ３２に対する回転軸部４４および発泡ゴム層４９の押し付け量と、定着ローラ３２と定着対向ローラ３３との間に形成されるニップ幅４６と、を調整することができる。

図２、図３に示すように、熱交換ローラ３４は、アルミ合金等で形成された金属製の円筒部４７と、円筒部４７の内部に収納され固体−液体間の相変化（潜熱）を利用して熱を吸収する蓄熱材４８（相変化材料）と、を有している。蓄熱材４８は、１００℃以上で、かつ１５０℃以下の温度域に相変化温度を有する。蓄熱材４８は、相変化温度より高い温度に加熱すると固体から液体に相変化する。一方、蓄熱材４８は、相変化温度より低い温度に冷却すると液体から固体に相変化する。蓄熱材４８（相変化材料）は、具体的には、高分子材料であるエリスリトール、マンニトールで構成されるが、他の蓄熱材（相変化材料）でも同様の温度域に相変化温度を有すれば良い。エリスリトールの相変化温度は、１１５〜１２０℃であり、マンニトールの相変化温度は、１４０〜１５０℃である。一方、トナーの融点は、例えば、７０〜９０℃である。このため、熱交換ローラ３４が定着ローラ３２に当接した場合でも、定着ローラ３２の温度がトナーの融点よりも下がることが防止される。

駆動部３５は、熱交換ローラ３４を回転可能に支持しており、定着ローラ３２に対して熱交換ローラ３４を当接させたり、定着ローラ３２から熱交換ローラ３４を離間させたりすることができる。駆動部３５は、熱交換ローラ３４を支持するとともに支点を中心に回動できるアーム部５１と、アーム部５１を支点周りに回動させる際の駆動源となるモータ５２と、モータ５２のトルクをアーム部５１に伝達する複数の歯車５３と、を有している。

図３に示すように、感知部３６は、定着ローラ３２のうち接触領域Ｃに対応するように設けられた第１検知部５４と、非接触領域Ｓに対応するように設けられた第２検知部５５と、を有している。第１検知部５４は、定着ローラ３２の接触領域Ｃ（中央部）の温度である第１温度Ｔｃを検知することができる。第２検知部５５は、定着ローラ３２の非接触領域Ｓ（端部）の温度である第２温度Ｔｓを検知することができる。第１検知部５４および第２検知部５５としては、例えば、定着ローラ３２と直接接触して温度を計測する熱電対や、非接触型の抵抗変化型サーミスタ、輻射温度センサなどを用いることができるが、それ以外の他の種類の温度センサを用いても良い。

なお、第１検知部５４は、定着ローラ３２の延びる方向に沿って、複数個並んで設けられていてもよい。この場合、接触領域Ｃの第１温度Ｔｃは、複数の第１検知部５４から得られた温度情報の平均値を採用することができる。同様に、第２検知部５５は、定着ローラ３２の延びる方向に沿って、複数個並んで設けられていてもよい。この場合、非接触領域Ｓの第２温度Ｔｓは、複数の第２検知部５５から得られた温度情報の平均値を採用することができる。また、画像形成装置１１は、第１搬送ラインＬ１の途中に印刷対象物１２のサイズを検出できるセンサを有してもよい。そして、印刷対象物１２のサイズが印刷毎に変化する場合には、制御部２１は、センサによる印刷対象物１２のサイズの検出結果に基づいて、複数の第１検知部５４のうちのいくつかを第２検知部５５として使用することもできる。一方、制御部２１は、印刷対象物１２のサイズの検出結果に基づいて、複数の第２検知部５５のいくつかを第１検知部５４として使用することもできる。

図１に示すように、第１搬送ラインＬ１から第４搬送ラインＬ４のそれぞれは、搬送路と、印刷対象物１２（印刷が施された印刷物を含む。）を挟んで搬送路に沿って搬送する複数のローラ対やベルト対等と、を含んでいる。

第１搬送ラインＬ１は、給紙部１３から転写部１４（二次転写部１４Ａ）にわたって設けられている。この第１搬送ラインＬ１によって、給紙部１３内の印刷対象物１２が転写部１４に搬送される。第２搬送ラインＬ２は、転写部１４から定着部１５にわたって設けられている。この第２搬送ラインＬ２によって、転写部１４を通過した印刷対象物１２が定着部１５に搬送される。第３搬送ラインＬ３は、定着部１５から排紙部１８にわたって設けられている。この第３搬送ラインＬ３によって、定着部１５を通過した印刷対象物１２が排紙部１８に搬送される。戻り搬送ラインＬ４は、印刷対象物１２の両面に画像を形成する場合に、定着部１５を通過した印刷対象物１２を転写部１４に戻す際に利用される。

次に、図４等を参照して、画像形成装置１１を用いた画像形成方法を説明する。ユーザが操作部１７を操作することにより、画像形成装置１１の制御部２１がラインＳ１を通して印刷開始指令（ステップＳ１）を受ける。これに従い、制御部２１はウェークアップ動作（ステップＳ２）を実行する。この動作により、制御部２１は定着部１５に温度制御指令を与え、定着ローラ３２の加熱部４２に電力を投入し、定着ローラ３２及びこれに接した定着対向ローラ３３を予め定められた温度、言い換えれば、トナーを定着するのに必要な温度まで加熱する。

こうして定着部１５を適温まで上昇させた後、制御部２１はラインＳ３を介して転写部１４を駆動させて印刷動作（ステップＳ３）を開始させる。これにより、転写部１４の転写ベルト２２が図１において反時計回りに回転され、転写ベルト２２の表面上にトナー画像が形成される。このトナー画像は転写ベルト２２の回転に伴って転写ローラ２５付近（二次転写部１４Ａ）へ搬送される。一方、制御部２１は、ラインＳ４を介して給紙部１３に設けられた給紙機構を動作させ、給紙部１３から印刷対象物１２を第１搬送ラインＬ１に送り込むとともに、第１搬送ラインＬ１によって印刷対象物１２を転写部１４に搬送する。

制御部２１は、トナー画像が二次転写部１４Ａに到達するタイミングに合わせて印刷対象物１２を二次転写部１４Ａに到達させ、転写ローラ２５と転写対向ローラ３１によって、転写ベルト２２から印刷対象物１２の片面（転写ベルト２２に接する面）にトナー画像を転写する。

二次転写部１４Ａを通過した印刷対象物１２は、第２搬送ラインＬ２によって定着部１５に搬送される。印刷対象物１２とこれに転写されたトナー画像のトナーは定着ローラ３２で加熱され、トナー画像が印刷対象物１２に定着される。ユーザが指定した印刷枚数に達するまで印刷動作が継続され、その間に、感知部３６の第１検知部５４は定着ローラ３２の接触領域Ｃの第１温度Ｔｃを検知し、第２検知部５５は定着ローラ３２の非接触領域Ｓの第２温度Ｔｓを検知する（ステップＳ４）。そして、第２温度Ｔｓと第１温度Ｔｃの温度差ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔｃの値を予め定められた上限温度差値ΔＴｌｉｍと比較し（ステップＳ５）、ΔＴがΔＴｌｉｍよりも小さい場合、制御部２１は駆動部３５を操作して熱交換ローラ３４を定着ローラ３２から離間させる（ステップＳ６）。なお、温度差値ΔＴｌｉｍは、例えば、３０〜１００℃の範囲で適宜に設定される。これによって、必要以上に定着ローラ３２の温度が低下することを防止する。一方、ΔＴがΔＴｌｉｍを超えた場合、制御部２１は駆動部３５を操作して熱交換ローラ３４を定着ローラ３２に当接させる（ステップＳ７）。これによって、熱交換ローラ３４に含まれる蓄熱材４８（相変化材料）の融解潜熱により定着ローラ３２の熱を熱交換ローラ３４に吸熱し、定着ローラ３２の温度を下げることが可能である。なお、この場合でも、熱交換ローラ３４内の蓄熱材４８の融点は１００℃より高く１５０℃より低い範囲にあり、熱交換ローラ３４を当接させた際にも定着ローラ３２の温度がトナー融点（７０〜９０℃）以下に下がることが防止される。

上記温度差ΔＴに応じた離間および当接の動作を設定した印刷枚数に達するまで繰り返す（ステップＳ８）。印刷枚数が設定した印刷枚数に達したら、印刷動作を終了する（ステップＳ９）。上記の画像形成方法により、定着ローラ３２の均熱化と、省電力化の両立が可能となる。

第１実施形態によれば、画像形成装置１１は、発熱源を含むとともに印刷対象物１２に熱を付与して印刷対象物１２にトナーを定着させる定着ローラ３２と、定着ローラ３２との間に印刷対象物１２を挟むように定着ローラ３２と対向する対向ローラと、液体と固体との間で相変化可能な蓄熱材４８を収納する熱交換ローラ３４と、定着ローラ３２の温度を感知可能な感知部３６と、感知部３６で感知した定着ローラ３２の温度に応じて、定着ローラ３２に対して熱交換ローラ３４を当接させたり、定着ローラ３２から熱交換ローラ３４を離間させたりする駆動部３５と、を備える。

一般に、印刷動作を継続すると、定着ローラ３２のうち、印刷対象物１２と接触する接触領域Ｃでは、印刷対象物１２を介して定着ローラ３２の放熱が順次なされ、印刷対象物１２と接触しない非接触領域Ｓでは放熱がなされず熱が蓄積する。このため、非接触領域Ｓにおいて定着ローラ温度Ｔｓが上昇し、定着ローラ３２の非接触領域Ｓと接触する周辺部材（対向ローラ等）を熱で損傷する恐れがある。また、非接触領域Ｓの温度が上昇した状態で、接触領域Ｃおよび非接触領域Ｓの両方にまたがる大型の印刷対象物１２が供給された場合には、高温によって印刷対象物１２上のトナーが定着ローラ３２に張り付くことがあり、その結果印刷品質が低下する恐れがある。

上記の構成によれば、例えば、定着ローラ３２の温度が上昇した際に、定着ローラ３２に対して熱交換ローラ３４を当接させて、熱交換ローラ３４によって定着ローラ３２の温度を吸収することができる。一方、逆に定着ローラ３２の温度が予定する温度よりも低下した場合には、熱交換ローラ３４を定着ローラ３２に当接させ、熱交換ローラ３４内に蓄積した熱を定着ローラ３２に対して供給することができる（第２実施形態参照）。これによって、定着ローラ３２において発生した余分な熱を熱交換ローラ３４に蓄積し、定着ローラ３２の温度が低下した場合（例えば、所定時間経過後に印刷を再開する場合）など、必要に応じて熱交換ローラ３４に蓄積した熱を定着ローラ３２に戻すことができる。以上によって、周辺部材の熱による損傷を防止できるとともに、定着ローラ３２に対するトナーの張り付きを防止して印刷品質を向上できる。また、印刷の再開時に定着ローラ３２を加熱するために必要な電力を少なくして、画像形成装置１１の省電力化を促進することができる。

画像形成装置１１は、駆動部３５を制御する制御部２１を備え、感知部３６は、定着ローラ３２の中央部の温度を検知する第１検知部５４と、定着ローラ３２の端部の温度を検知する第２検知部５５と、を含み、制御部２１は、第１検知部５４で検知した第１温度Ｔｃと、第２検知部５５で検知した第２温度Ｔｓと、の間の温度差が所定の値よりも大きい場合に、熱交換ローラ３４を定着ローラ３２に当接させるように駆動部３５を制御する。

一般に、接触領域Ｃの第１温度Ｔｃと非接触領域Ｓの温度Ｔｓの温度差ΔＴが小さい場合には、定着ローラ３２内の熱の拡散によって温度の不均一が時間経過とともに解消される。しかしながら、定着ローラ３２の接触領域Ｃの第１温度Ｔｃと定着ローラ３２の非接触領域Ｓの第２温度Ｔｓの温度差ΔＴが小さい場合に、定着ローラ３２に熱交換ローラ３４を当接させる制御を行うと、定着ローラ３２の温度が低下し、定着ローラ３２を再加熱するために消費電力がかえって増加してしまう可能性がある。

上記の構成によれば、第１温度Ｔｃと第２温度Ｔｓとの間の温度差が所定の温度よりも大きい場合に、定着ローラ３２に対して熱交換ローラ３４を接触させる制御をすることができる。これによって、例えば非接触領域Ｓにおいて温度が高くなり過ぎた場合に、熱交換ローラ３４によって定着ローラ３２の熱を吸収することができ、定着ローラ３２の温度を必要以上に下げてしまうことを防止できる。これによって、画像形成装置１１の省電力化をより一層促進することができる。

この場合、蓄熱材４８の相変化温度は、前記トナーの融点よりも高い。

通常、液体と固体との間で相変化可能な蓄熱材４８は、相変化する間は、一定の温度を維持する性質を有する。上記の構成によれば、定着ローラ３２に対して熱交換ローラ３４を当接させた場合でも、定着ローラ３２がトナーの融点以下の温度に下がってしまうことを防止できる。これによって、トナーの融解が不十分で印刷対象物１２上にトナーが定着しない、という印刷品質が低下する不具合を防止できる。

[第２実施形態]
続いて、図５から図７を参照して、画像形成装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態の画像形成装置１１は、感知部３６が第３検知部５６を含む点、印刷停止時に熱交換ローラ３４を定着ローラ３２に接触させる点で、第１実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第１実施形態と同じである。このため、主として第１実施形態と異なる部分について以下に説明し、第１実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。

図５、図６に示すように、感知部３６は、定着ローラ３２のうち接触領域Ｃに対応するように設けられた第１検知部５４と、非接触領域Ｓに対応するように設けられた第２検知部５５と、熱交換ローラ３４の温度を検知する第３検知部５６と、を有している。

第３検知部５６は、定着ローラ３２の非接触領域Ｓに対応する位置の熱交換ローラ３４の温度、すなわち、熱交換ローラ３４の端部の位置の温度（第３温度Ｔａ）を検知することができる。第３検知部５６としては、例えば、熱交換ローラ３４と直接接触して温度を計測する熱電対や、非接触型の抵抗変化型サーミスタ、輻射温度センサなどを用いることができるが、それら以外の他の種類の温度センサを用いることもできる。

次に、図７を参照して本実施形態の画像形成装置１１を用いた画像形成方法について説明する。

印刷動作が終了した状態（ステップＳ１１）で、第２検知部５５は定着ローラ３２の非接触領域の第２温度Ｔｓを検知し、第３検知部５６は非接触領域Ｓに対応する熱交換ローラ３４の端部の第３温度Ｔａを検知する（ステップＳ１２）。そして、制御部２１は、第２温度Ｔｓが第３温度Ｔａよりも低いか否かの判定を行い（ステップＳ１３）、第２温度Ｔｓが第３温度Ｔａよりも低い場合、熱交換ローラ３４を定着ローラ３２に当接させる（ステップＳ１４）。この動作により、熱交換ローラ３４に蓄積された熱を定着ローラ３２に放出し、定着ローラ３２の温度を上昇させることができる。これによって、定着ローラ３２の保温性が向上する。一方、第２温度Ｔｓが第３温度Ｔａよりも高い場合、熱交換ローラ３４を定着ローラ３２から離間させる（ステップＳ１５）。この動作により、定着ローラ３２の熱が熱交換ローラ３４側に放出されてしまうことを防止する。

本動作を次回の運転開始指令（ステップＳ１６）がなされるまで繰り返す。以上の運転方法により、定着ローラ３２の均熱化と、定着部１５の省電力化の両立が可能となる。

本実施形態によれば、感知部３６は、熱交換ローラ３４の温度を検知する第３検知部５６を含み、制御部２１は、印刷停止時に第３検知部５６で検知した第３温度Ｔａが第２温度Ｔｓよりも高い場合に、熱交換ローラ３４を定着ローラ３２に当接させるように駆動部３５を制御する。

一般的に、定着ローラ３２の保温性を高めることができれば、次回印刷時に定着ローラ３２を加熱するのに必要な消費電力を削減できる。

上記構成によれば、印刷停止時において、熱交換ローラ３４に蓄積した熱を定着ローラ３２に放出することができ、定着ローラ３２の温度を上昇させて定着ローラ３２の保温性を向上できる。また、印刷停止時に熱交換ローラ３４に蓄積した熱を定着ローラ３２に放出できれば、次の印刷を行う際に、熱交換ローラ３４の吸熱能力を高く維持することができる。

[第３実施形態]
続いて、図８から図１０を参照して、画像形成装置１１の第３実施形態について説明する。第３実施形態の画像形成装置１１は、熱交換ローラ３４の形状が異なる点で、第１実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第１実施形態と同じである。このため、主として第１実施形態と異なる部分について以下に説明し、第１実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。

定着部１５は、転写部１４によって印刷対象物１２に転写されたトナー画像を印刷対象物１２に熱定着させることができる。図８に示すように、定着部１５は、定着ローラ３２（加熱ローラ）と、定着対向ローラ３３と、熱交換ローラ３４（吸熱ローラ）と、駆動部３５と、感知部３６と、を備えている。定着ローラ３２、定着対向ローラ３３、駆動部３５、および感知部３６の構成は、第１実施形態と同様である。

熱交換ローラ３４は、複数の金属製の円筒部４７と、複数の円筒部４７を貫通するように延びたクランク軸部６１（軸部）と、それぞれの円筒部４７の内部に収納される蓄熱材４８（相変化材料）と、を備えている。

本実施形態では、複数の円筒部４７は、中央に位置する１個の第１ユニット６２と、第１ユニット６２の両側に位置する一対の第２ユニット６３と、の計３個のユニットで構成される。複数の円筒部４７は、３個以上のユニットで構成されてもよい。第１ユニット６２は、定着ローラ３２の接触領域Ｃと当接することが可能である。第２ユニット６３は、定着ローラ３２の非接触領域Ｓと当接することが可能である。

それぞれの円筒部４７（第１ユニット６２、第２ユニット６３）は、アルミ合金等で形成されている。それぞれの円筒部４７は、クランク軸部６１周りに回転することができる。それぞれの円筒部４７の内部に収納される蓄熱材は、第１実施形態と同様である。

第１ユニット６２は、クランク軸部６１のクランク状の構造によって、第２ユニット６３に対して偏心して設けられている。このため、図８に示すように、非接触領域Ｓに対応する熱交換ローラ３４の第２ユニット６３が定着ローラ３２と当接する際には、接触領域Ｃに対応する熱交換ローラ３４の第１ユニット６２が定着ローラ３２から離間される（なお、図８は、第２ユニット６３が定着ローラ３２と当接する直前の状態を示す。）。逆に、図９に示すように、非接触領域Ｓに対応する熱交換ローラ３４の第２ユニット６３が定着ローラ３２と離間する際には、接触領域Ｃに対応する熱交換ローラ３４の第１ユニット６２が定着ローラ３２と当接する（なお、図９は、第２ユニット６３が定着ローラ３２と当接する直前の状態を示す。）。

クランク軸部６１は、蓄熱材４８よりも熱伝導性の高い材料（金属材料）からなり、接触領域Ｃに接する第１ユニット６２と、非接触領域Ｓに接する第２ユニット６３と、を熱的に接続する。したがって、第１ユニット６２は、クランク軸部６１を介して第２ユニット６３と熱を伝達（交換）することができる。なお、クランク軸部６１内にヒートパイプを配置してもよいし、或いはクランク軸部６１自体をヒートパイプで構成してもよい。クランク軸部６１内にヒートパイプを配置すれば、第１ユニット６２と第２ユニット６３との間の熱伝導性能を向上できる。

続いて、図８〜図１０を参照して、本実施形態の画像形成装置を用いた画像形成方法について説明する。

ユーザが操作部１７を操作することにより、画像形成装置１１の制御部２１がラインＳ１を通して印刷開始指令（ステップＳ２１）を受ける。これに従い、制御部２１は、熱交換ローラ３４の第１ユニット６２および第２ユニット６３をともに定着ローラ３２から離間させ（ステップＳ２２）、ウェークアップ動作を実行する（ステップＳ２３）。この動作により、制御部２１は定着部１５に温度制御指令を与え、定着ローラ３２の加熱部４２に電力を投入し、定着ローラ３２及びこれに接した定着対向ローラ３３を予め定められた温度、言い換えれば、トナーを定着するのに必要な温度まで加熱する。

こうして適温まで上昇させた後、制御部２１はラインＳ３を介して転写部１４を駆動させて印刷動作を開始させる（ステップＳ２４）。給紙部１３から転写部１４に運ばれ、トナー画像が転写された印刷対象物１２は、定着部１５に搬送される。印刷対象物１２とこれに転写されたトナー画像のトナーは定着ローラ３２で加熱され、トナー画像が印刷対象物１２に定着される。ユーザが指定した印刷枚数に達するまで印刷動作を繰り返す中で、感知部３６の第１検知部５４および第２検知部５５は、定着ローラ３２の接触領域Ｃの第１温度Ｔｃと、非接触領域Ｓの第２温度Ｔｓを検知する（ステップＳ２５）。そして、ＴｓとＴｃの温度差ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔｃの値を予め定められた上限温度差値ΔＴｌｉｍと比較し（ステップＳ２６）、ΔＴがΔＴｌｉｍより小さい場合、制御部２１は駆動部３５を操作して接触領域Ｃに対応する熱交換ローラ３４の第１ユニット６２と、非接触領域Ｓに対応する熱交換ローラ３４の第２ユニット６３と、をともに定着ローラ３２から離間させる（ステップＳ２７）。一方、ΔＴがΔＴｌｉｍを超えた場合、制御部２１は、図８に示すように、駆動部３５を操作して非接触領域Ｓに対応する熱交換ローラ３４の第２ユニット６３を定着ローラ３２に当接させる（ステップＳ２８）。これによって、第２ユニット６３に含まれる相変化材料の融解潜熱により定着ローラ３２の非接触領域Ｓの温度を優先的に下げることが可能である。

制御部２１は、上記温度差ΔＴに応じた熱交換ローラ３４の離間および当接動作を設定印刷枚数に達するまで繰り返す（ステップＳ２９）。印刷枚数が設定印刷枚数に達したら、制御部２１は、印刷動作を終了する（ステップＳ３０）。印刷動作が終了すると、図９に示すように、制御部２１は駆動部３５を操作して接触領域Ｃに対応する熱交換ローラ３４の第１ユニット６２を定着ローラ３２に当接させる（ステップＳ３１）。なお、このとき、熱交換ローラ３４は、図８に示す状態から、クランク軸部６１をその中心軸周りに例えば１８０°回転させた状態で定着ローラ３２に当接される。これによって、熱交換ローラ３４の第２ユニット６３に蓄えられた熱をクランク軸部６１および第１ユニット６２を介して定着ローラ３２に伝えることができる。

第３実施形態によれば、熱交換ローラ３４は、クランク状をなした軸部と、前記軸部に対して回転可能で、定着ローラ３２の前記中央部に対応するように設けられるとともに蓄熱材４８を収納する第１ユニット６２と、前記軸部に対して回転可能で、第１ユニット６２に対して偏心し、前記定着ローラの前記端部に対応するように設けられるとともに前記蓄熱材を収納する第２ユニットと、を有し、前記第２ユニットは、印刷動作時に前記定着ローラの前記端部に当接し、前記第１ユニットは、印刷停止時に前記定着ローラの前記中央部に当接する。

通常、印刷動作を継続すると、定着部１５の印刷対象物１２との接触領域Ｃでは定着ローラ３２から印刷対象物１２へと放熱がなされるものの、非接触領域Ｓでは放熱がなされない。これにより、非接触領域Ｓの定着ローラ３２の温度Ｔｓが上昇し、対向ローラ等の周辺部材を熱で損傷する恐れがある。非接触領域Ｓだった領域に次回印刷対象物１２が供給された場合、高温により印刷対象物１２上のトナーが定着ローラ３２に張り付いてしまい、画像品質を低下させてしまう可能性がある。

上記構成によれば、定着ローラ３２の非接触領域Ｔｓと接触領域Ｔｃの温度差ΔＴを検知し、温度差ΔＴが上限値より高い場合に定着ローラ３２の非接触領域Ｓに対して熱交換ローラ３４の第２ユニット６３を当接させることができる。これによって、第２ユニット６３に含まれる蓄熱材４８の融解潜熱により定着ローラ３２の熱を吸熱し、非接触領域Ｓの定着ローラ３２の温度を優先的に下げることができる。また、印刷動作終了後には定着ローラ３２の接触領域Ｃに対して熱交換ローラ３４の第１ユニット６２に当接させることで、第２ユニット６３に蓄えた熱をクランク軸部６１および第１ユニット６２を介して定着ローラ３２に伝えることができる。これによって、定着ローラ３２の接触領域Ｃにおいて保温性を高めることができ、次回印刷時に定着ローラ３２を加熱するのに必要な消費電力を削減することができる。さらに、定着ローラ３２の内において温度が相対的に低い接触領域Ｃを介して熱交換ローラ３４の熱を効率よく放出できるため、第２ユニット６３の温度を十分に低下させて、次回運転動作時に第２ユニット６３の吸熱能力を維持することができる。

なお、本実施形態では、第１ユニット６２に収納される蓄熱材４８（相変化材料）と、第２ユニット６３に収納される蓄熱材４８（相変化材料）とを同一の材料としているが、第１ユニット６２に収納される蓄熱材４８と、第２ユニット６３に収納される蓄熱材４８と、を異なる材料で構成してもよい。具体的には、第２ユニット６３に収納される蓄熱材４８の相変化温度を、第１ユニット６２に収納される蓄熱材４８の相変化温度よりも高く設定してもよい。これによって、第２ユニット６３に収納される蓄熱材４８に回収した潜熱を第１ユニット６２に収納される蓄熱材４８に輸送し、停止中に潜熱として長時間保存することが可能となる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変形実施することができる。すなわち、画像形成装置は、上記した第１実施形態から第３実施形態に示されるものだけではなく、第１実施形態から第３実施形態に示される各要素を組み合わせて一つの画像形成装置を構成することもできる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願発明の他の特徴を示す構成について付記する。
前記熱交換ローラは、
クランク状をなした軸部と、
前記軸部に対して回転可能で、前記定着ローラの前記中央部に対応するように設けられるとともに前記蓄熱材を収納する第１ユニットと、
前記軸部に対して回転可能で、前記第１ユニットに対して偏心し、前記定着ローラの前記端部に対応するように設けられるとともに前記蓄熱材を収納する第２ユニットと、
を有し、
前記第２ユニットは、印刷動作時に前記定着ローラの前記端部に当接し、前記第１ユニットは、印刷停止時に前記定着ローラの前記中央部に当接する画像形成装置。

１１…画像形成装置、１２…印刷対象物、２１…制御部、３２…定着ローラ、３３…定着対向ローラ、３４…熱交換ローラ、３５…駆動部、３６…感知部、４８…蓄熱材、５４…第１検知部、５５…第２検知部、５６…第３検知部。

Claims (5)

1. 発熱源を含むとともに印刷対象物に熱を付与して前記印刷対象物にトナーを定着させる定着ローラと、
   前記定着ローラとの間に前記印刷対象物を挟むように前記定着ローラと対向する対向ローラと、
   液体と固体との間で相変化可能な蓄熱材を収納する熱交換ローラと、
   前記定着ローラの温度を感知可能な感知部と、
   前記感知部で感知した前記定着ローラの温度に応じて、前記定着ローラに対して前記熱交換ローラを当接させたり、前記定着ローラから前記熱交換ローラを離間させたりする駆動部と、
   を備える画像形成装置。
2. 前記駆動部を制御する制御部を備え、
   前記感知部は、前記定着ローラの中央部の温度を検知する第１検知部と、前記定着ローラの端部の温度を検知する第２検知部と、を含み、
   前記制御部は、前記第１検知部で検知した第１温度と、前記第２検知部で検知した第２温度と、の間の温度差が所定の値よりも大きい場合に、前記熱交換ローラを前記定着ローラに当接させるように前記駆動部を制御する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記蓄熱材の相変化温度は、前記トナーの融点よりも高い請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記感知部は、前記熱交換ローラの温度を検知する第３検知部を含み、
   前記制御部は、印刷停止時に前記第３検知部で検知した第３温度が前記第２温度よりも高い場合に、前記熱交換ローラを前記定着ローラに当接させるように前記駆動部を制御する請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記蓄熱材は、エリスリトールおよびマンニトールのいずれかである請求項３に記載の画像形成装置。