JP4751769B2

JP4751769B2 - 冷却方法、冷却装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4751769B2
Application number: JP2006155526A
Authority: JP
Inventors: 覚岡野; 友康平澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-06-05
Also published as: JP2007324498A

Description

本発明は冷却方法、冷却装置及び画像形成装置に関し、詳細には複写機、ファクシミリ、レーザプリンタ等の電子写真式画像形成装置やコンピュータ等の端末装置の内部に有する発熱装置、高温部材、あるいは画像形成装置における定着後の高温な記録紙等の各温度上昇部に冷媒を循環させて冷却する冷却装置に関する。

画像形成装置における冷却装置は、空冷を目的としたファンが一般的であるが、近年、高画質化や高速化といった高機能化、小型化、カラー化により、画像形成装置の発熱量、もしくは発熱密度は増加の一途をたどり、空冷ファンでは十分な冷却が難しく、代わりに高効率熱輸送デバイスであるヒートパイプやペルチェ素子等が利用され始めている。更に、ファンよりも格段に熱輸送効率が高く、かつ静音で、またヒートパイプの欠点であった、着脱のし辛さや配置の不自由さを克服できる液体冷却方法も検討され始めている。液体冷却方法の従来例としては、例えば、特許文献１は、電子写真装置の中間転写ベルトの冷却に、ファンでは冷却が難しいとの理由で、液体冷却の適用を検討している。また、特許文献２は、電子写真装置の現像装置の自己発熱に対し、発熱個所付近にダクトを設け、液体冷却を検討している。現像装置への液体冷却のその他の例としての特許文献３は、現像装置のメンテナンスを行えるようにと、現像装置の着脱を可能にした。この特許文献３では、受熱部材と現像装置との着脱を可能にした機構が検討されている。また、特許文献４でも、カプラを使って、液体冷却の受熱部材が付加される現像装置全体を着脱できる検討が開示されている。このような着脱は、ヒートパイプのような一体物の冷却デバイスにとっては、実現不可能であった。

以上のように、液体冷却は、ファンでは限界が見え始めた、昨今の高発熱量、あるいは高発熱密度の画像形成装置にとって、極めて有効で、また実用に耐えうる高効率冷却方法として認知され始めている。

ところで、上記特許文献１の中間転写ベルトや、特許文献２〜４の現像装置だけではなく、複数の要冷却個所へ液体冷却を適用する例としての特許文献５では、電子写真装置における定着装置の放熱から、感光体や現像装置等の複数の装置の温度上昇を抑制する、複数の受熱部材を設ける検討をなされている。この特許文献５では、共通の放熱部材（液槽）から、各受熱部材に向かって、並列に液体が流れる構成が採られている。
特開２００１−３５０３５７号公報特開平１１−１７４７９５号公報特開２００５−１６４９２７号公報特開２００６−００３６２８号公報特開２００５−１４８６５９号公報

しかしながら、特許文献１〜５のいずれにも、受熱部材と放熱部材を単につなぐだけの構成であって、どちら向きに流すかが明確に規定されていない。つなぐ構成と、その構成のもとで流す順序が指定されなければ、ファンよりも効率が落ちるばかりでなく、逆に温度上昇を招き、延いては故障の原因につながる可能性もある。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、冷却を要する複数の温度上昇部に対し、冷媒を使った効率的な冷却を行うことができる、冷却方法、冷却装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の冷却方法によれば、冷却を要する温度上昇部の各々に受熱部材をそれぞれ付加し、各受熱部材間を連続的に配管し、その配管に冷媒を流して前記受熱部材を介して前記各温度上昇部を冷却する際、周囲に設けられた高発熱装置からの距離が最も近く、該高発熱装置からの受熱量が多い温度上昇部に付加した受熱部材の順に冷媒を流すことに特徴がある。よって、適正な冷却順序でもって効率的な冷却を行うことができる。

また、別の発明としての冷却装置は、冷却を要する温度上昇部と、連続的に配管され、その配管に冷媒を流して前記各温度上昇部を冷却するために前記各温度上昇部にそれぞれ付加された受熱部材とを有している。そして、本発明の冷却装置は、周囲に設けられた高発熱装置からの距離が最も近く、該高発熱装置からの受熱量が多い温度上昇部に付加した受熱部材の順に冷媒を流す冷媒輸送方向制御手段を有することに特徴がある。よって、適正な冷却順序でもって効率的な冷却を行うことができる冷却装置を提供することができる。

更に、別の発明としての画像形成装置は、上記冷却装置を搭載したことに特徴がある。よって、冷却効率を向上でき、安定した画像形成を行うことができ、信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。

本発明の冷却方法によれば、高発熱装置からの受熱により温度上昇する複数の温度上昇部に対して、冷媒を用いて適正な冷却順序でもって効率的な冷却が行うことができると共に、逆に温度上昇を助長してしまう冷却構成を回避できる。

図１は本発明の第１の実施の形態例に係る冷却装置の構成を示す概略図である。同図に示すように、画像形成装置内部にあって、自らの発熱、もしくは周囲からの受熱により、温度上昇する温度上昇部１１に受熱部材１３が、温度上昇部１２に受熱部材１４が設けられている。また、受熱部材１３、１４は、連続的に配管され、放熱手段１５、冷媒輸送手段１６が順に配管されている。そして、その配管１７中を冷媒が冷媒輸送方向を示す矢印Ａの方向に循環する構成を有している。

図２は図１の各温度上昇部における上昇温度、目標上昇温度及び冷媒上昇温度を示す特性図である。同図中において、Ｔ10は図１の温度上昇部１１の上昇温度、Ｔ11は図１の温度上昇部１１の目標上昇温度、Ｔ12は図１の温度上昇部１１での冷媒上昇温度であり、Ｔ20は図１の温度上昇部１２の上昇温度、Ｔ21は図１の温度上昇部１２の目標上昇温度、Ｔ22は図１の温度上昇部１２での冷媒上昇温度である。図１及び図２からわかるように、温度上昇部１１、１２は、自らの発熱、もしくは周囲からの受熱によりそれぞれ温度上昇するが、温度上昇部１１は、冷媒輸送手段１６による冷媒輸送方向を制御する冷媒輸送方向制御手段（図示せず）によって冷媒輸送方向の矢印Ａの方向に輸送された冷媒により、受熱部材１３を介して熱が奪われ、上昇温度が抑制される。また、温度上昇部１２は、受熱部材１３から排出された冷媒が受熱部材１４に入り、受熱部材１４を介して熱が奪われ、上昇温度が同じように抑制される。この後、冷媒は、放熱手段１５により熱が奪われ、温度が低下し、再び冷媒輸送手段１６によって冷媒輸送方向の矢印Ａの方向に輸送され、温度上昇部１１１、１２から熱を奪い、各上昇温度の抑制を繰り返す。最終的には、温度上昇部１１の場合、図２に示すように、上昇温度Ｔ10が棒グラフに示す値に留まり、すなわち目標上昇温度Ｔ11以下に抑えられる。一方、温度上昇部１２の場合も、図２に示すように、上昇温度Ｔ20が棒グラフに示す値に留まり、目標上昇温度Ｔ21以下に抑えられる。

なお、このとき、図２に示すように、温度上昇部１１での冷媒上昇温度Ｔ12は正値を示し、かつ上昇温度Ｔ10よりも低いため、冷媒は温度上昇部１１から確実に受熱し、その結果温度上昇している。また、温度上昇部１２での冷媒上昇温度Ｔ22は、温度上昇部１１での冷媒上昇温度Ｔ12よりも上昇しており、かつ上昇温度Ｔ20よりも低いため、冷媒は温度上昇部１２から確実に受熱し、その結果温度上昇部１１のときよりも温度上昇している。

以上の冷却動作は、温度上昇部１１の目標上昇温度Ｔ11が、温度上昇部１２の目標上昇温度Ｔ21よりも低く、冷媒輸送順を温度上昇部１１から温度上昇部１２へ冷媒を流したことで成し得たことである。もし、温度上昇部１２から冷媒を流した場合、つまり図１の矢印Ａと逆の方向に冷媒を流した場合、温度上昇部１２では冷媒は必要以上に受熱し、その結果温度上昇し、このときの冷媒上昇温度は、温度上昇部１１での上昇温度を上回ってしまう可能性があり、延いては温度上昇部１１は冷媒から受熱部材１３を介して熱を受熱し、逆に温度上昇を助長する場合がある。従って、図１の矢印Ａの冷媒輸送方向に冷媒を輸送するべきである。

なお、図１の矢印Ａの冷媒輸送方向は、図２の目標上昇温度が、温度上昇部１１が温度上昇部１２よりも低く定められていたために、温度上昇部１１が温度上昇部１２の上流に配置されるように決められている。従って、目標上昇温度が逆であれば、冷媒輸送方向は逆とすべきである。その際、目標上昇温度は、装置の発熱量、内部の熱物性値、メーカ保証値、もしくは経験値を考慮した上で、決められた温度仕様として定められるものである。また、冷媒は気体よりも液体の方が、熱容量が大きく、すなわち熱輸送量が大きく取れ、非常に有利である。液体はその主成分を水とすることで、環境に優しい冷却装置と成り得る。

また、第１の実施の形態例では冷媒循環タイプであったが、図３に示すように、冷媒非循環タイプと構成し、そして冷媒の主成分を水とし、例えば水道水のインフラを利用し配管させることで、矢印Ｂの冷媒輸送方向に対し、給水を受熱部材１３の上流に、排水を受熱部材１４の下流に設置し、冷媒輸送手段及び放熱手段を別途設ける必要のない、簡易な液体冷却システムが実現する。更に、水道水は比較的安定な低温源として高効率冷却が期待できる。

図４は本発明の第２の実施の形態例に係る画像形成装置における冷却装置の構成を示す概略図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。温度上昇部１１、１２の目標上昇温度がほぼ等しく、かつ周囲からの受熱量が温度上昇部１１よりも温度上昇部１２のほうが大きい場合である。この場合、冷媒は、温度上昇部１２に付加された受熱部材１４から、温度上昇部１１に付加された受熱部材１３へ、すなわち冷媒輸送手段１６による冷媒輸送方向を制御する冷媒輸送方向制御手段（図示せず）によって矢印Ｃの冷媒輸送方向に循環する構成を有している。本実施の形態例では、目標上昇温度が同じでも、温度上昇部１２は温度上昇部１１以上に受熱していることから、受熱量と線形関係にある装置と冷媒との温度差は、温度上昇部１２では温度上昇部１１よりも大きく取らなければならない。従って、各上昇温度を、同じ目標上昇温度に留めおきたいとき、より多くの受熱量を伴う温度上昇部１２は、より低温の冷媒を、温度上昇部１１よりも先に輸送する必要がある。また、第２の実施の形態例と同様に、図５に示すように、受熱量は高発熱装置１８との距離に対して、増減関数となることから、高発熱装置１８に対する温度上昇部１１までの距離Ｌ２に比して距離Ｌ１が小である温度上昇部１２へは、より低温の冷媒を先に輸送する必要がある。

なお、目標上昇温度が著しく異なる装置を、同一な配管に接続した場合、放熱手段の、寸法、騒音などの性能限界より、目標上昇温度が著しく高い温度上昇部の温度に大きく依存し、延いては低い温度上昇部における上昇温度が目標上昇温度を満たさない場合がある。このように、目標上昇温度が著しく異なる場合には、各温度上昇部に対して独立に冷媒を輸送する手段を設けたほうが良いことになる。

図６は本発明の冷却装置をモノクロ画像形成装置に適用した例の構成を示す概略図である。同図において、帯電装置２１が、感光体２２上の一様に帯電した後、一方で図示しない光学装置が原稿を読み取り、この読取データに基づいて書込装置２３が感光体２２上に静電潜像として形成する。次いで、この静電潜像に現像装置２４がトナーを付着させ、すなわち可視トナー画像を形成させる。そして、積載していた給紙トレイ２５から一枚だけの記録紙２６が搬送路２７に沿って転写装置２８に搬送され、この転写装置２８が静電気で、可視トナー画像を記録紙２６に転写する。この後、この記録紙２６を、定着装置２９は熱と圧力により定着し、更にデカーラ３０が冷却して排出する。一方で、クリーニング装置３１が感光体２２上の残トナーを清掃し、以上の一連のプロセスを終了する。ここで、トナーと現像剤の攪拌で熱が発生する現像装置２４に対し、受熱部材１３が付加され、また定着後の高温な記録紙２６を冷却するためのデカーラ３０に対し、ヒートシンクとして受熱部材１４が付加されている。受熱部材１３、１４は連続的に配管され、更に放熱手段１５、冷媒輸送手段１６が付加され、冷媒としての純水を矢印Ｄの冷媒輸送方向に輸送する構成となっている。

ただし、受熱部材１３は、現像装置２４に対し、押し出し作成したアルミ製ダクトを付加した。また、受熱部材１４は、デカーラ３０であるローラの末端に液槽を付加した。更に、室温２０℃に対して、現像装置２４における目標上昇温度は３０Ｋ（ケルビン）で、デカーラ３０における目標上昇温度は４０Ｋ（低速印刷モード）であるため、現像装置３０へ先に冷媒を流すために、矢印Ｄの冷媒輸送方向を選択した。
以上の構成より、現像装置２４、デカーラ３０では、各受熱部材１３、１４を介して受熱され、各上昇温度は各目標上昇温度以内に留まった。

図７は本発明の冷却装置をカラー画像形成装置に適用した例の構成を示す概略図である。同図において、図６と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すカラー画像形成装置は、４連タンデムのカラー作像装置として、ブラック用作像装置３１、シアン用作像装置３２、マゼンタ用作像装置３３、イエロー用作像装置３４を備え、中間転写ベルト３５を備えている。各色の作像装置は、感光体、帯電装置、露光装置、現像装置、クリーニング装置を有している。ブラック用作像装置３１からイエロー用作像装置３４までで作成される可視トナー画像は、一旦中間転写ベルト３５へ写し取られ、一方で給紙トレイ２５に積載していた記録紙２６から一枚だけの記録紙２６が搬送路２７に沿って転写装置３６に搬送され、この転写装置３６が静電気で、可視トナー画像を記録紙２６に転写する。この後、この記録紙２６を、定着装置２９は熱と定着により定着し、更にデカーラ３０が冷却して排出する。その際、定着装置２９からの熱は周囲に伝わり、延いては各色の作像装置３１〜３４は伝熱を以って温められるが、その中でも定着装置２９との距離が最も近いイエロー用作像装置３４が最も強く温められ、徐々に遠くなっていきにつれて温められる度合いが徐々に小さくなり、ブラック用作像装置３１が最も弱く温められる。このような構成において、ブラック用作像装置３１の現像装置に受熱部材３７が、シアン用作像装置３２の現像装置に受熱部材３８が、マゼンタ用作像装置３３の現像装置に受熱部材３９が、イエロー用作像装置３４の現像装置に受熱部材４０がそれぞれ付加され、各受熱部材は連続的に配管され、更に放熱手段１５と冷媒輸送手段１６が付加されている。各現像装置での目標上昇温度は、トナーの物性値が各色でほぼ等しいために、ほぼ等しくおけるが、上述したように、定着装置２９からの距離が小さい現像装置順に、定着装置２９からの伝熱が大きいために、冷媒である純水は矢印Ｅの冷媒輸送方向に輸送する構成となっている。ただし、各色の受熱部材は、押し出し作成したアルミ製ダクトとした。また、室温２０℃に対して、各色の現像装置における目標上昇温度は２７Ｋ（ケルビン）とした。

以上の構成より、各色用作像装置の現像装置では、各受熱部材を介して受熱され、各上昇温度は各目標上昇温度以内に留まった。

なお、上述した各実施の形態例の冷却装置は画像形成装置に搭載した例をもって説明したがこれに限定する必要はなく、コンピュータ等の端末装置に搭載してもよい。また、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態例に係る冷却装置の構成を示す概略図である。図２は図１の各温度上昇部における上昇温度、目標上昇温度及び冷媒上昇温度を示す特性図である。第１の実施の形態例に水道水のインフラを利用した冷却装置の一例の構成を示す概略図である。本発明の第２の実施の形態例に係る冷却装置の構成を示す概略図である。第２の実施の形態例における温度上昇部と高発熱装置の距離に応じた冷媒輸送方向の冷却装置の構成を示す概略図である。本発明の冷却装置をモノクロ画像形成装置に適用した例の構成を示す概略図である。本発明の冷却装置をカラー画像形成装置に適用した例の構成を示す概略図である。

符号の説明

１１，１２；温度上昇部、１３，１４；受熱部材、１５；放熱手段、
１６；冷媒輸送手段、１７；配管、１８；高発熱装置。

Claims

冷却を要する温度上昇部の各々に受熱部材をそれぞれ付加し、各受熱部材間を連続的に配管し、その配管に冷媒を流して前記受熱部材を介して前記各温度上昇部を冷却する冷却方法において、
周囲に設けられた高発熱装置からの距離が最も近く、該高発熱装置からの受熱量が多い前記温度上昇部に付加した前記受熱部材の順に前記冷媒を流すことを特徴とする冷却方法。
冷却を要する温度上昇部と、連続的に配管され、その配管に冷媒を流して前記各温度上昇部を冷却するために前記各温度上昇部にそれぞれ付加された受熱部材とを有する冷却装置において、
周囲に設けられた高発熱装置からの距離が最も近く、該高発熱装置からの受熱量が多い前記温度上昇部に付加した前記受熱部材の順に前記冷媒を流す冷媒輸送方向制御手段を有することを特徴とする冷却装置。
請求項２に記載の冷却装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。