JP4964435B2 - 現像器の冷却装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等において、高速化によって生じる熱問題の一つである現像器の熱対策としての液体冷却式現像器及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、高速化の要求に対応すると、複写機内の一連のプロセスである作像プロセスから、現像、定着へといたる工程で種々の熱問題が発生している（例えば、特許文献１及び２参照）。
複写機やプリンタ等の画像形成装置は従来にも増して白黒コピーに加えてカラーコピーの需要も高まり、しかも高速化の要求も大きい。この高速化に対応して、上述のごとく複写機内の一連のプロセスである作像プロセスから、現像、定着といたる工程で種々の熱問題が発生してきた。
とくに、現像器は内部の粉体である現像剤が、高速回転する攪拌手段によって攪拌されるため、摩擦熱の発生による温度上昇が著しく、現像剤中のトナーの帯電量が変化したり、あるいは熱で特性が変化しコピー画像の品質が損なわれる場合がある。
この原因は、コピー速度が高速になるにつれて、現像ローラや現像スリーブに対してトナーを安定供給するために現像剤の攪拌・搬送を高速で行う必要があるからである。特に、２成分の現像方式では、磁化した鉄の酸化物であるキャリアにトナーを混在させ、攪拌してトナーを電気的に帯電させる工程が必須である。そのため、現像剤中のキャリアとトナーは常時攪拌や搬送が高速で行われ、トナーの帯電量や濃度を一定でしかも温度に対しても安定に保つことが要求される。その結果、パドルやスクリュ等が高速に回転することによって、現像剤に摩擦熱が発生し現像部内の温度上昇が大きくなる。
これを冷却するために現像器の枠体や回転体であるパドルやスクリュの回転軸を中空にして空冷することが特許文献１に開示されている。また、特許文献２では高速回転に伴うトナー飛散防止と発熱防止が開示されている。
特開平１０−２３９９６５号公報 特開２００２−２７８２６８公報

しかしながら、これらの従来技術は何れもファンを利用した空気の流れによって冷却する空冷方式であるが、粉体であるトナーが飛散し機内外が汚染されることが懸念される。したがって、効率よく発熱部を冷却することができない欠点を有している。
そこで、本発明の目的は、液体を冷媒として利用する熱交換器等の冷却装置を備え、液体によって熱を除去することが可能なように冷却流路を設け、効率よく冷却し、かつトナー等の現像剤の飛散による汚染を防止する現像器の冷却装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、冷却することが可能な現像器を有する画像形成装置において、冷媒としての液体を循環させる冷却装置と、前記液体が循環する流路を有する現像器と、を備え、前記冷却装置と前記流路との間に循環器を設け、前記循環器に、前記現像器の差し込み口に差し込んで前記流路に前記液体を循環させる流入口と流出口とを設け、前記循環器は前記冷却装置と接続し、さらに前記流路とも接続させ、前記現像器の長手方向に沿って該現像器を装着する装着方向手前側に脱着可能に設けられたカートリッジ式循環器であり、前記カートリッジ式循環器は、液送ポンプを備えていることを特徴とする画像形成装置。
請求項２の発明は、前記カートリッジ式循環器は、圧縮した空気を導入して前記現像器の流路内の液体を排出させる空気圧縮器を備えていることを特徴とする。
請求項３の発明は、前記カートリッジ式循環器は、画像形成装置に装備される現像器と同数備わっていることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記カートリッジ式循環器は、液抜き口、及び空気口を備えていることを特徴とする。
請求項５の発明は、前記流路は、現像器枠体を中空構造にし、前記液体を循環させることによって形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、前記流路は、現像剤攪拌・搬送部等の発熱量の多いホットスポットと接触する現像器枠体の一部を中空構造とし、液体を循環させる構成を備えていることを特徴とする。
請求項７の発明は、前記ホットスポットは、ドクタブレード、あるいはそれを保持するガイド板であり、これに流路を設け、液体を循環させることを特徴とする。
請求項８の発明は、前記現像器の枠体に前記流路を設け、前記流路の流路壁と接続し、かつ現像剤や他の構成部材と熱交換可能なヒートパイプを設けることを特徴とする。

従来、現像器内の現像剤の温度は例えば、４８℃を超えていたが、液体循環によって冷却することにより、３０℃以下にすることが可能となり、また、従来は現像器内部で発生する熱をファン空冷により冷却するため、機内の粉塵が機内外に飛散し汚染していたが、本発明によれば、液体を現像器に循環させることにより高効率に冷却しかつ清浄環境を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。先ず、本発明による現像器は、複写工程ではトナーを感光体や転写ベルト、あるいはコピー用紙に付着させるユニットである。現像器内には、キャリアと呼ばれる磁性体とトナーが所定量混在している。これらの現像剤を十分攪拌し摩擦帯電させて現像に使用する。
この現像剤中には、比較的重量の大きい磁性粉であるキャリアが８００ｇ程度入っており、これを攪拌したり、現像ローラの磁気ブラシとして回転させたりするために摩擦熱が発生し、著しく温度が上昇する。
図１は現像器の断面図である。この現像器は高速機用であり、上現像スリーブ１及び下現像スリーブ２の２本の現像スリーブを用いている。パドルローラ３は現像剤を汲み上げ、攪拌し、混合し、かつ搬送するのに使用する。ドクタ４は、ドクタブレードとも称されるものであり、汲み上げた現像剤を適量に制限するものである。
ドクタブレード４で規制された残りの現像剤はセパレータ５へと流れ、このセパレータ５に設けられた斜めのガイド５ａによって前から奥へと搬送される。斜めのガイド５ａの終端部には搬送スクリュ７が設けられる。そして補充されたトナーを現像剤と混合させるための攪拌ローラ８がさらに設けられる。
フィルタ６は現像器１０内の圧力が高くなるために使用する空気抜きであり、そのさい、トナーが飛散しないようにしている。攪拌ローラ８の下方にはトナーの濃度を一定するためのトナーセンサ９が配置される。
この現像剤を攪拌し、搬送し、汲み上げそして磁気ブラシ回転等の一連の現像工程の過程で摩擦熱が生じる。この摩擦熱によって現像器内の温度が上昇した結果生じる、種々の画像への悪影響を防止し、品質の安定を図るようにする。
現像器内部で発生する熱をファンで冷却するのが困難であるために、これに代えて液体を現像器に循環させて高効率に冷却することを試みる。現像器には液体によって熱を除去することが可能なように冷却流路を種々の方法で設ける。また、液体を冷却する熱交換器等の冷却装置も付帯させるようにする。

図２は現像器の液体冷却の概念を示す概略斜視図である。図２において、冷却装置Ａは画像形成装置の本体部分（図示せず）に設置し、液体循環用のメインポンプ１３と液体の温度を調節・制御するための熱交換器１４が主要な機器である。
現像器１０、冷却装置Ａ（メインポンプ１３、熱交換器１４）の間をチューブで連結し、必要に応じてチューブにバルブ１２等を設置する。現像器１０は液体が循環して除熱するための流路（図示せず）を有し、冷却装置とは図２のような流入口１５と流出口１６で連結している。
このようにすると、４８℃を超えていた現像器１０内の現像剤の温度は、液体循環によって冷却することにより、３０℃以下にすることが可能となる。また、従来はファン空冷を用いていたため、機内の粉塵が機内外に飛散し汚染していたが、この構成では清浄環境を提供することが可能となる。
冷却装置と現像器１０の流路の出入り口を接続した場合には、紙ジャムや機内メンテナンス時現像器１０を機外に外すさいに液体の配管・チューブ等の取り外しが煩雑である。そのため、現像器の前面に取り外し自由なカートリッジ式の循環器１１（図３）を設け、メンテナンス時には簡易に外すことができるようにする。

図３はカートリッジ式循環器を示す概略斜視図である。このカートリッジ式循環器１１は現像器本体の面板のような構造をしている。図３にはカートリッジ式循環器１１と現像器１０の流路差し込み口を分かり易く示している。
カートリッジを取り付けない状態では、通常の現像器と同一である。図中、流路差し込み口１７と１８を、カートリッジ式循環器１１に設けた流入口１５と流出口１６に差し込み、液体を現像器１０の流路に循環させるものである。
液体による冷却ではチューブの配管接続や連結等が強固であるため、紙ジャムや現像剤の新品交換などで現像器１０の取り外しが煩雑となることが予想されるが、本発明により従来同様の扱いが可能であり、メンテナンスも容易となる。
タンデム式カラー機などのように、４つの現像器がある場合など、各現像器に上述したカートリッジ式の循環器を設け、各々個別に外せるようにして取り扱いを容易で簡便にする。
タンデム式のカラー機などは、４つの現像器が設けられているが、カートリッジ式循環器付きの現像器をその個数分だけ設け、全てを液体による冷却を可能にする。
４つの現像器が機内に備わっており、直列に液体循環が繋がっていては、メンテナンス時に煩雑である。この現像器に並列に本冷却装置を連結することで個々が独立にメンテナンスできるため、ハンドリングが容易となる。
また、カートリッジ式の循環器１１内に補助ポンプを設けることも考えられる。冷却装置にもポンプがついているが、現像器内の流路の圧力損出が大きく、補助的な役割を担うポンプを設けることで、流量を多くし冷却効果をさらに大きくするように試みることが好ましい。

図４はカートリッジ式循環器を示す概略斜視図である。まず、カートリッジ式循環器１１は現像器本体（図示せず）の手前側に設置することになるが、現像器側の、図３に示すような流路差し込み口（入口）１８、流路差し込み口（出口）１７に、流入口１５と流出口１６を合わせてセットでき、連結することになる。カートリッジ式循環器１１内部には図示したように、液送ポンプ１９が設けられており、流入した液体を現像器側の流路の流路差し込み口（入口）１８から循環させる。
通常は冷却装置の方に付帯しているポンプで循環は可能であるが、現像器の枠体流路などでは圧力損出が大きいので、液体が殆ど流れない可能性がある。しかしながら、かかる補助ポンプを追加することによって十分な流量を得ることができ、冷却効果も大きくすることができる。
図４には、空気口２０及び水（液）抜き口２１が設けられている。これらは、カートリッジ式循環器１１内に、メンテナンス時にこのカートリッジ式循環器１１を取り外すさいに、現像器（図示せず）の液を排出するために利用され、取り外しと取り付け時にも極めて作業性をよくすることができる。
上述のごとく、現像器を取り外す場合には、本体冷却装置のバルブ（例えば、図２のバルブ１２）を閉め、カートリッジ式循環器１１の空気口２０及び液抜き口２１の栓をとり、現像器内の液体を抜く。さらにカートリッジ式循環器１１を取り外してから、現像器を取り外すことが可能となる。なお、空気口２０及び液抜き口２１の取り付け位置は本実施の形態に限るものではない。
本発明では、現像器を液体循環にして冷却効果を得たが、紙ジャムや現像剤交換等のメンテナンス時に液体漏れを起こしたのでは問題である。そこでこの実施の形態のように、カートリッジ式循環器１１内に液抜き口とさらに空気抜き口を設けることによって、現像器枠体の流路内の液をすべて抜くことができるので取り扱いが容易となる。
現像器の流路内にある液を抜くため圧縮した空気を空気口２０から導入し、メンテナンスの作業性を向上させてもよい。このために、空気口２０から、圧力を加えて現像器の流路内の液体を排出できるように、スポイトや注射器（図示せず）のような加圧できる器具を備え付けておいても良い。上述した液抜きをさらに著しく迅速に行うために、簡易な空気圧縮器を使うことによって液抜きを短時間に行うことができる。

図５は図１と同様な現像器の内部構造を示す断面図である。図５は先に記載した図１の詳細な説明に加えて、枠体の底部全体を液体で充満させ、循環させる流路Ａ、及び出入り口Ｂ、Ｃを示している。ここで、図１と同一部分には同一符号を付して不要な説明は省略する。
液体の流路Ａは現像器１０のケース、つまり枠体１０ａの肉厚を利用し、中空構造にして液体を流し、内部の熱を冷却する。枠体１０ａに設けることによって効率よく熱交換が行われ、高効率な冷却が可能である。枠体１０ａを中空二重構造にして中に液体を循環させることにより、現像器を大きくすることなく、効率の良い冷却が可能となる。
図６は現像器内の温度上昇が大きなパドルローラ底部に流路を形成した場合を示す図１と同様な現像器の内部構造を示す断面図である。図６は先に記載した図１の詳細な説明に加えて、枠体の部分的流路Ｄを示している。ここで、図１と同一部分には同一符号を付して不要な説明は省略する。
図６では、枠体１０ａの中でも発熱によって温度上昇が大きな部分、すなわち、パドルローラ３底部に対応する枠体部分に流路Ｄを設けて効率よく冷却するものである。かかる流路は現像剤攪拌・搬送部等の発熱量の多いホットスポットと接触する枠体の一部を中空構造とし、液体を循環させる。
前述した実施の形態では、現像器１０の枠体１０ａほぼ全体を使って流路Ｃ（図５参照）を形成したが、枠体１０ａの部分的な一部を使って流路にしても冷却効果を得ることができる。とくに除熱しにくいところは局部的に流路を設けて冷却効果を得ることが可能である。

図７は現像器内の温度上昇が大きなドクタブレードを保持、固定しているガイド板に流路を形成した場合を示す図１と同様な現像器の内部構造を示す断面図である。図７は先に記載した図１の詳細な説明に加えて、枠体１０ａの部分的流路Ｅを示している。ここで、図１と同一部分には同一符号を付して不要な説明は省略する。
図７にはドクタブレードを保持、固定しているガイド板４ａを冷却するために設けたドクタブレード冷却用流路Ｅを示している。枠体以外でも冷却すべき箇所は現像剤の汲み上げ量を制限するドクタブレード４である。
ドクタブレード４は摩擦による熱が発生するところであり、これを直接冷却するか、またはこれを固定するガイド板４ａを冷却する。図７のように部分的に局所冷却でも良いし、あるいは図５または図６と組み合わせた流路でも良く、本実施の形態に限るものではない。
ドクタブレード４も現像剤量を制限するため摩擦熱が発生するところであり、局所的に流路を設けて冷却した。このことによって、ドクタブレード４部の温度上昇は抑えられ、現像剤の動きがスムーズとなり品質の安定した画像を得ることができた。

図８はヒートパイプを内部に設置した現像器を示す概略斜視図である。図８には、図１と同様に上現像スリーブ１、下現像スリーブ２、パドルローラ３、ドクタブレード４、セパレータ５、このセパレータ５に設けられた斜めのガイド５ａ、搬送スクリュ７及び攪拌ローラ８が示してある。
攪拌中の現像剤を直接冷却するために熱伝導率に優れたヒートパイプ２２を用いて冷却を促進する。ヒートパイプ２２の一端は水冷却されている枠体１０ａに接触し熱伝導して冷却するものである。
図８の現像器１０内に設置するヒートパイプ２２としては、パドルローラ３と攪拌ローラ８間に直径φ８ｍｍの長さＬ＝２５０ｍｍの棒状ヒートパイプを１〜３本程度横に配置している。それらの端部は液体が循環する枠体１０ａの一部に熱的に接触して固定されている。現像剤の中にヒートパイプ２２を挿入して除熱させることによって、枠体の冷却以上に高効率で冷却が可能となる。
図９は本発明による液体冷却式現像器の複写機への設置を示す概略斜視図である。図１０は図９の液体冷却式現像器を示す分解斜視図である。図９及び図１０において、複写機本体２３に液体冷却式現像器１０を取り付ける。流入口１５及び流出口１６を有するカートリッジ式循環器１１はノブ２４によって液体冷却式現像器１０に固定される。図中、符号２５はトナー補給口を示している。
現像器の発熱による温度上昇を防止し、安定した画像品質を得るとともにファンによるトナー飛散等の汚染を防ぐために、図９及び図１０に示すような複写機への液冷現像器１０を設置する。これにより複写機本体２３の枠体を利用することで、大きさも従来と同サイズのまま本体に設置できる。循環の液体と冷却装置も複写機本体内に置くことができる。

現像器を示す断面図である。 現像器の液体冷却の概念を示す概略斜視図である。 カートリッジ式循環器を示す概略斜視図である。 カートリッジ式循環器を示す概略斜視図である。 図１と同様な現像器の内部構造を示す断面図である。 現像器内の温度上昇が大きなパドルローラ底部に流路を形成した場合を示す図１と同様な現像器の内部構造を示す断面図である。 現像器内の温度上昇が大きなドクタブレードを保持、固定しているガイド板に流路を形成した場合を示す図１と同様な現像器の内部構造を示す断面図である。 ヒートパイプを内部に設置した現像器を示す概略斜視図である。 本発明による液例現像器の複写機への設置を示す概略斜視図である。 図９の液例現像器を示す分解斜視図である。

符号の説明

４ ドクタブレード、４ａ ドクタブレードのガイド板、１０ 現像器、１１ カートリッジ式循環器、１３ 液体循環用のメインポンプ、１４ 冷却装置(熱交換器)、１９ 液送ポンプ、２０ 空気口、２１ 液抜き口、２２ ヒートパイプ、２３ 画像形成装置（複写機本体）、 Ａ 流路（枠体流路）、 Ｄ 流路（枠体の部分的流路）、 Ｅ 流路（ドクタブレード冷却用流路）

Claims (8)

1. 冷却することが可能な現像器を有する画像形成装置において、
   冷媒としての液体を循環させる冷却装置と、前記液体が循環する流路を有する現像器と、を備え、
   前記冷却装置と前記流路との間に循環器を設け、
   前記循環器に、前記現像器の差し込み口に差し込んで前記流路に前記液体を循環させる流入口と流出口とを設け、
   前記循環器は前記冷却装置と接続し、さらに前記流路とも接続させ、前記現像器の長手方向に沿って該現像器を装着する装着方向手前側に脱着可能に設けられたカートリッジ式循環器であり、
   前記カートリッジ式循環器は、液送ポンプを備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記カートリッジ式循環器は、圧縮した空気を導入して前記現像器の流路内の液体を排出させる空気圧縮器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記カートリッジ式循環器は、画像形成装置に装備される現像器と同数備わっていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記カートリッジ式循環器は、液抜き口、及び空気口を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記流路は、現像器枠体を中空構造にし、前記液体を循環させることによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記流路は、現像剤攪拌・搬送部等の発熱量の多いホットスポットと接触する現像器枠体の一部を中空構造とし、液体を循環させる構成を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記ホットスポットは、ドクタブレード、あるいはそれを保持するガイド板であり、これに流路を設け、液体を循環させることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記現像器の枠体に前記流路を設け、前記流路の流路壁と接続し、かつ現像剤や他の構成部材と熱交換可能なヒートパイプを設けることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の画像形成装置。

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