JP5740782B2 - 冷却装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に使用する液冷式の冷却装置と、この冷却装置を有する画像形成装置に関する。
電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置は、感光体上に静電潜像を形成する工程から始まって、記録媒体としての転写紙にトナー像を定着させる工程に至るまでに、発熱を伴う装置やユニットを多数使用している。例えば、画像形成装置を制御するための各種電装回路および電源装置、感光体を帯電させるために用いる高圧電源および帯電装置、感光体上に静電潜像を形成する光書き込み装置、現像剤を撹拌して感光体上に静電潜像を現像する現像装置、トナー像を転写紙に定着させる定着装置等を使用している。これら発熱を伴う装置やユニットは、近年の高速印刷化の要求に伴ってその発熱量がますます増加しているうえに、小型化のために高集積化される傾向にある。このため、従来と比較して発熱部材から発生した熱が装置内にこもって画像形成装置内の温度が上昇する傾向にある。
特に、画像形成装置を使用する周囲環境の温度が高い中で印刷したり高速連続印刷等を行ったりすることで画像形成装置内の温度が上昇すると、現像装置内の現像剤のトナーが周囲環境からの受熱や攪拌による摩擦熱により軟化または溶融する。そして、この溶融したトナーが現像剤規制部材や現像剤担持体又は感光体などに固着し、画像にスジ状の濃度ムラが生じる場合がある。近年、画像定着時の消費エネルギーを少なくするために、溶融温度の低いトナーを用いることがあるが、このような溶融温度の低いトナーを使用した場合はいっそうトナーが溶融しやすくなるため、上記トナーの固着による濃度ムラが生じやすくなる。
画像形成装置内の温度上昇を抑制するには、冷却装置で現像ユニットやクリーニングユニットを冷却する必要がある。冷却装置としては空冷式と液冷式があり、空冷式は、画像形成装置内の温度上昇を抑制するために冷却したい箇所の近傍に送風ダクトの一端を配置し、この送風ダクトの他端に冷却ファンで外部の空気を送り込んで冷却する。しかし、この空冷式は、前述した装置やユニットの小型化および高集積化に伴って送風ダクトの配置スペースが取りにくくなってきているため、必要な冷却性能を得ることが次第に困難になってきている。また、冷却ファンの風量を上げて必要な冷却性能を得ようとすると、発生した気流でトナー等の粉塵が発生し、機内及び機外を汚してしまうなどの不具合が生じるおそれがある。
液冷式は、現像ユニット用の場合、ユニットに当接すると共に内部に冷却液を通す冷却流路を形成した受熱部と、冷却液の熱を放熱する放熱部と、受熱部と放熱部との間で冷却液を循環させる循環通路と、冷却液を送り出すポンプで構成される(特許文献1:特開2005−164927号公報)。そして、ポンプによって冷却液を循環させ、現像ユニットの熱を受熱部で奪って冷却する。この液冷式は、受熱部を現像ユニットに圧接させる加圧レバー等を備えることにより、受熱部と現像ユニットとの当接面積(受熱面積)を増大して冷却効率を向上させることが可能である。液冷式は空冷式よりも冷却効率が良いだけでなく、液冷式の循環パイプは空冷式の送風ダクトよりも省スペースであるため、現像ユニットの周辺空間が少ないコンパクトタイプの画像形成装置に適する。
一方、画像形成装置は常に同一の条件で印刷を繰り返すと、経時変化や環境変動などに起因して、その画像濃度や階調性が変動し、画質が徐々に劣化して行くことが知られている。具体的には、画像形成回数が増加すると、感光体の帯電性等が変化して初期の画像濃度が得られなくなる。また、下地(バックグランド)においてトナー等が付着してはならない領域にもトナーが付着することで画像劣化を生じる。そこで、このような画質劣化を防ぐために、通常、画質補償制御(以下、「プロセスコントロール」と称する)を行うようにしている。プロセスコントロールの詳細は、例えば特開平10−213928号公報等に開示されている。
また、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤を用いる画像形成装置においては、前記プロセスコントロールに加えて、現像装置内の現像剤のトナー濃度(キャリアとトナーとの混合比)を一定に保つためのトナー濃度制御も行われている。このトナー濃度制御は、トナー濃度が予め定めた目標トナー濃度値より低い場合に、目標トナー濃度値となるようにトナー補給機構を駆動して現像剤室ヘトナーを補給するとともに、目標トナー濃度値に到達するとトナー補給を停止する。
前記プロセスコントロールやトナー濃度制御は、現像剤室に配設したトナー濃度センサの出力を使用するが、トナー濃度センサの出力は温度や湿度で変わることが知られている。温度や湿度などの画像形成装置の内部環境は、装置を使用する周囲の外部環境の変化に加えて、前述した装置内での多くの発熱要素から放射される熱の影響があるため、画像形成装置の稼動状況に大きく依存する。このため、冷却効率が高い液冷式冷却装置であっても、装置の稼動状況に対応したきめ細かな冷却制御が求められる。
特許文献2(特開2009−169276号公報)の発明は、放熱部としてのラジエータの冷却ファンの風量や循環冷却液の流量を可変にすることで、画像形成装置の稼動状況に応じた適時適切な冷却を可能にしている。
また、トナー濃度制御の適切化に関するものとして、例えば特許文献3と4の発明がある。特許文献3(特開平6−282166号公報)の発明は、画像形成装置の内部環境のうち特に湿度を検出してトナー補給制御を行い、画像濃度を安定化するようにしている。
特許文献4(特許第369354号公報)の発明は、画像形成装置の内部環境の検出値に基づいてトナー濃度検出値を補正してトナー補給制御を行い、画像濃度を安定化するようにしている。
特許文献2〜4の画像形成装置では、例えば冬期早朝に画像形成装置を電源投入して低温環境下で印刷を開始した直後のように、短時間で温度や湿度が大きく変化する場合に対応できない。特許文献2の冷却装置は、発熱部材の温度上昇状態や画像形成装置の直前使用履歴によって冷却性能を制御しているが、画像形成開始前のような温度上昇が少ないときは特に制御を行っていないからで、これは他の特許文献3と4の装置でも同様である。このため、冬期早朝などの低温環境下で電源投入からあまり時間を空けないで印刷を開始したような場合では、短時間で温度や湿度が大きく変化することにより適時適切なプロセスコントロールやトナー濃度制御が困難になり、画像濃度が不安定になる可能性がある。
本発明の目的は、特に低温環境下で電源投入直後等のように現像剤温度が低温のときに、現像剤の温度を短時間で所定温度まで引き上げて、画像濃度の変化が少ない安定した画像を得ることができる冷却装置を提供することにある。
請求項1に係る発明は、画像形成装置の発熱部材と熱交換をする第1熱交換器と、熱交換器に循環通路を通じて冷却液を供給するポンプと、循環通路に配設されて冷却液を冷却ファンで冷却する第2熱交換器と、発熱部材の温度を検出する第1温度検出手段と、冷却液の温度を検出する第2温度検出手段と、第1温度検出手段と第2温度検出手段の検出結果に基づいてポンプと冷却ファンを駆動制御する制御手段とを備え、制御手段は、発熱部材の温度が熱交換器の冷却開始の可否を判断する設定温度T1未満であって冷却液の温度が冷却液の循環供給の可否を判断する設定温度T2未満のときに、ポンプを停止させると共に冷却ファンを停止させる第1制御パターンと、発熱部材の温度が設定温度T1未満であって冷却液の温度が設定温度T2以上のときに、ポンプを作動させると共に冷却ファンを停止させる第2制御パターンと、発熱部材の温度が設定温度T1以上のときに、ポンプと冷却ファンを共に作動させる第3制御パターンを有することを特徴とする。
ここで、前記第1温度検出手段と第2温度検出手段は、例えば温度センサまたは温度計で構成することができる。また、前記制御手段は、画像形成装置の制御手段と一体となっていても構わないし、画像形成装置の制御手段で制御されるプロセッサ等であっても構わない。
この請求項1の発明によれば、(i)第1制御パターンにおいて、冷却液と画像形成装置の発熱部材の温度が共に低いとき、冷却ファンおよび冷却液の循環を停止して、画像形成装置内部の熱により冷却液と現像容器内の現像剤の温度が一定温度まで上昇してから印刷開始動作を行うので、画像を安定化させることができる。(ii)第2制御パターンにおいて、冷却液の温度が少し上昇したけれども現像容器内の現像剤の温度が低いとき、冷却ファンは停止したままにして外部へ放熱せず、温度上昇した冷却液を循環させることにより現像容器内の現像剤を暖めるので、低温状態の現像剤を一定温度まで短時間で上昇させて画像を安定化させることができる。(iii)第3制御パターンにおいて、冷却液と現像
容器内の現像剤の温度が共に上昇したとき、冷却液を循環させて現像容器内の熱を吸熱して外部に放熱するので、現像容器内の現像剤を冷却して溶融温度以下に保ち画像を安定化させることができる。
請求項2に係る発明は、第3制御パターンにおいて、ポンプの冷却液供給量を第1温度検出手段の検出温度の上昇に対応して漸増するようにしたことを特徴とする。
この請求項2の発明によれば、現像容器内の現像剤の温度状態によって冷却液の流量を可変して冷却性能を調整するので、現像容器内の現像剤の温度を急激に変化させることなく適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。冷却液供給量の漸増は段階的または連続的に行う。
請求項3に係る発明は、第3制御パターンにおいて、冷却ファンの送風量を第温度検出手段の検出温度の上昇に対応して漸増するようにしたことを特徴とする。
この請求項3の発明によれば、現像容器内の現像剤の温度状態によって冷却ファンの風量を可変して冷却性能を調整するので、現像容器内の現像剤の温度を急激に変化させることなく適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。冷却ファンの風量の漸増は段階的または連続的に行う。
請求項4に係る発明は、冷却ファンの回転速度を第温度検出センサの検出温度に対応して変えるようにしたことを特徴とする。
請求項4の発明によれば、現像容器内の現像剤の温度を急激に変化させることなく適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。
請求項5に係る発明は、冷却ファンを複数台配設し、駆動する冷却ファンの台数を第温度検出センサの検出温度に対応して変えるようにしたことを特徴とする。
請求項5の発明によれば、現像容器内の現像剤の温度を急激に変化させることなく適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。
請求項6に係る発明は、制御装置が、複数台の冷却ファンの駆動時間を各冷却ファン毎に積算する積算手段を備え、積算手段の積算結果に基づいて、総駆動時間が相対的に少ない冷却ファンから優先的に駆動するようにしたことを特徴とする。
この請求項6の発明によれば、複数台の冷却ファンの個々の総駆動時間を平均化することができるので、冷却ファンの長寿命化を図ることができる。前記積算手段は前記制御手段と一体に構成することができ、その積算結果は制御手段のメモリ等に記憶することができる。
請求項7に係る発明は、第1制御パターンにおいて、画像形成装置の周辺に存在する熱源によって循環通路を加熱するようにしたことを特徴とする。
この請求項7の発明によれば、低温環境下等に放置されて所定温度以下まで低下した状態にある冷却液を、画像形成装置の熱源からの熱を受熱して、短時間で所定温度まで上昇させるので、現像容器内の現像剤の温度を適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。
請求項8に係る発明は、熱源が画像形成装置で形成した画像を記録媒体に転写する定着装置であることを特徴とする。
この請求項8の発明によれば、画像形成装置電源のスイッチをオンにしたとき、定着装置が所定の温度に加熱保持されてその周囲温度がいち早く上昇するから、所定温度以下まで低下した状態にある冷却液を短時間で所定温度まで上昇させ、現像容器内の現像剤の温度を適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。
請求項9に係る発明は、熱源が前記画像形成装置で静電潜像を形成するための光学装置であることを特徴とする。
この請求項9の発明によれば、画像形成装置によるコピー動作を開始したとき、光学装置が稼動してその周囲温度が上昇するから、所定温度以下まで低下した状態にある冷却液を短時間で所定温度まで上昇させ、現像容器内の現像剤の温度を適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。
請求項10に係る発明は、画像形成装置の周辺に存在する熱源と循環通路との間に送風ダクトを配設したことを特徴とする。
この請求項10の発明によれば、熱源の周囲の加熱された空気を送風ダクトによって循環通路に送風することで冷却液を短時間で所定温度まで上昇させるので、現像容器内の現像剤の温度を適正な温度範囲に保ち画像を安定化させることができる。
請求項11に係る発明は、請求項1から10のいずれか1項の冷却装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
この請求項11の発明によれば、低温環境下に長時間放置された状態から電源投入し直ちに印刷を開始した場合でも、現像剤の温度を短時間で所定温度まで引き上げて安定した画像を得ることができる。
本発明によれば、低温環境下で電源投入直後等のように現像剤温度が低温のときに現像剤の温度を短時間で所定温度まで引き上げて画像濃度の変化が少ない安定した画像を得ることができる。
本発明の第1の実施形態に係る冷却装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。 冷却装置の概略構成図である。 冷却装置の第1変形例の概略構成図である。 冷却装置の第2変形例の概略構成図である。 冷却装置の制御フローチャートを示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る冷却装置の制御図である。 本発明の第3の実施形態に係る冷却装置の制御図である。 本発明の第4の実施形態に係る冷却装置の制御図である。 本発明の第5の実施形態に係る冷却装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態を示すもので、冷却装置1を搭載したタンデム型中間転写ベルト方式の画像形成装置3の概略構成図である。また、図2(A)は冷却装置1の概略構成図である。タンデム型画像形成装置3は4連タンデム型中間転写方式のフルカラー機として描いているが、これは電子写真方式の画像形成装置の代表例として描いているだけであり、画像形成装置は4連タンデム型直接転写方式や1ドラム型中間転写方式などのフルカラー機でも良いし、直接転写方式のモノクロ機でも良い。但し、環境変化によりプロセスコントロールやトナー濃度制御を正確に行うことができない場合の悪影響に関しては、モノクロ機よりもカラー機の方が顕著であり、本発明の冷却装置1はカラー機においてより大きな意義がある。
(画像形成装置の構成)
画像形成装置3はカラーレーザプリンタであって、カラー3色(例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M))とブラック(K)の画像形成ステーションとなる計4つのプロセスユニット5Y、5C、5M、5Kが、図1の左側から順に水平方向に直列状に配設されている。これら複数のプロセスユニット5Y〜5Kの配設方向は一例であって、プロセスユニット5Y〜5Kは水平方向ではなく傾斜方向や垂直方向にも配設可能である。カラー3色はイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)の順で並んでいるが、この順番に限るものではなく色順は任意である。
プロセスユニット5Y〜5Kの下方には、転写材としての用紙Pを収容する給紙トレイ7が水平に配設され、この給紙トレイ7の給紙側(図1の右側)に給紙ローラ9が配設されている。給紙トレイ7は簡略のため一つだけを描いているが、複数段で設けることができ、また手差しトレイを設けることも可能である。用紙搬送方向で給紙ローラ9の下流側にレジストローラ対10が配設されている。このレジストローラ対10は中間転写ベルト11上のトナー画像の位置にタイミングを合わせて回転されており、用紙Pはレジストローラ対10においてスキュー補正されるとともに、所定のタイミングで二次転写ローラ41と対向ローラ17の間の二次転写ニップに送り込まれる。
プロセスユニット5Y〜5Kと給紙トレイ7との間に、中間転写ベルト11が配設されている。この中間転写ベルト11は、駆動ローラ13および従動ローラ15をはじめとする複数のローラに張架され、中間転写ベルト11の上部がプロセスユニット5Y〜5Kの配設方向に沿ってプロセス線速で駆動されるようになっている。中間転写ベルト20の下側には各プロセスユニット5Y〜5K毎に一次転写ローラ29Y〜29Kが配設され、この一次転写ローラ29Y〜29Kと各プロセスユニット5Y〜5Kの感光体ドラム21Y、21C、21M、21Kとの間に中間転写ベルト11が挟み込まれている。
中間転写ベルト11の下部は対向ローラ17に張架され、この対向ローラ17との間に中間転写ベルト11を挟み込む形で二次転写ローラ41が配設されている。二次転写ローラ41よりも下流側の中間転写ベルト11に対し、クリーニングブレード43が摺接状態で配置されている。そして給紙ローラ9からレジストローラ対10を通して二次転写ニップに供給される用紙Pに中間転写ベルト11に転写された画像を一括転写し、中間転写ベルト11に残存したトナーをクリーニングブレード43で除去するようにしている。また、画像を転写された用紙Pは搬送路44を通して定着装置45を構成する加熱ローラ45aと加圧ローラ45bの間に挿通され、ここでトナー像を用紙Pに定着させた後、排出ローラ対47を通して排紙収容部49に排出される。また、両面印刷モードで用紙Pの裏面に画像形成をする場合は、排出ローラ対47を通過した用紙Pの先端を図示しない切り換え部材で下方に向けて反転させ、両面画像形成用の搬送路51を通して再度レジストローラ対10へ搬送できるようになっている。
次に、プロセスユニット5Y〜5Kについて説明する。プロセスユニット5Y〜5Kは、各色共に同様な構成で同様な動作を行うので、以下イエロー画像を形成するプロセスユニット5Yの構成及び動作を中心に説明する。
プロセスユニット5Yは円筒形の感光体ドラム21Yを有する。この感光体ドラム21Yは図示しない駆動手段により、プロセス線速(感光体線速)で反時計方向に回転駆動される。プロセス線速は通常30〜200mm/sの範囲であって、画像形成条件に対応して線速が設定される。感光体ドラム21Yの周囲には、反時計周りに、帯電器23Y、露光装置25Y、現像装置27Y、転写ローラ29Y、クリーニングブレード31Yが配設されている。
帯電器23Yはローラ形状であって、感光体ドラム21Yの表面に圧接して感光体ドラム21Yの回転により従動回転する。画像形成時、帯電器23Yは図示しない電源装置によってACバイアスが印加され、このACバイアスによって感光体ドラム21Yが除電され、その表面電位が略−50vの基準電位とされる。次に帯電器23Yは電源装置によりDCあるいはDCにACが重畳されたバイアスが印加されることで、感光体ドラム21YがほぼDC成分に等しい電位に均一に帯電される。帯電された感光体ドラム21Yの表面電位は例えば−400〜−600Vで、具体的な目標帯電電位は図示しないプロセス制御部により決定される。
露光装置25Yは図示しない光書き込みユニットの一部を構成し、この光書き込みユニットでは、出力すべき画像情報として図示しないCPU、ROM、RAMなどからなるコントローラより送られてきたデジタル画像情報を各色毎の2値化されたLD発光信号に変換して該LD発光信号により半導体レーザを駆動する。この半導体レーザからのレーザビームは、シリンダレンズを経てポリゴンミラーにより偏向走査され、fθレンズ、ミラー
及びWTLレンズ等を介して感光体ドラム21Y上に露光光として照射される。感光体ドラム21Yは、露光光が照射された部分の表面電位が略−50vとなり、イエロー画像情報に対応した静電潜像が形成される。露光工程は半導体レーザ方式の代わりに画像形成装置全体の小型化のためにLEDアレイ方式を採用することも可能である。
感光体ドラム21Y上のイエロー画像情報に対応した静電潜像は、現像装置27Yにより可視像化されてイエロー画像となる。現像装置27Yは接触現像器であって、この現像器は感光体ドラム21Yの周面に対し所定の間隙を保ち、感光体ドラム21Yの回転方向と順方向に回転する円筒状の非磁性のステンレスあるいはアルミニウム材で形成された現像スリーブを有する。現像器内部には現像色に従った(イエロー、シアン、マゼンタまたはブラックの)一成分あるいは二成分現像剤を収容している。現像器は、図示しない高圧電源から供給されるACバイアスを重畳した−100〜−300V等の所定の現像DCバイアスによって、光書き込みにより電位が低下した感光体ドラム21Y画像部分にのみトナーを付着させて現像し、トナー像として顕像化させる。
各プロセスユニット5Y〜5Kの感光体ドラム21Y〜21K上に形成された各色のトナー像は、一次転写ローラ29Y〜29Kに印加された転写バイアスと感光体ドラム21Y〜21Kとの電位差から形成される電界により、中間転写ベルト11上に順次に直接重ね合わせて転写されることでフルカラー画像が形成される。そして4つの感光体ドラム21Y〜21Kを通過して4色のトナー像が重ね合わされた中間転写ベルト11は二次転写ローラ41に搬送され、この二次転写ローラ41と対向ローラ17の間の二次転写ニップで用紙Pに画像が転写される。この用紙Pは定着装置45の加熱ローラ45aと加圧ローラ45bの間に送られて画像が定着され、排出ローラ対47によって装置外の排紙収容部49に排紙される。
(冷却装置の構成)
図1と図2(A)に示すように、冷却装置1は、各プロセスユニットの現像装置27Y〜27Kに取り付けられた第1熱交換器としての冷却液ジャケット61Y〜61Kと、冷却液を溜めるタンク63と、冷却液を供給するポンプ65と、第2熱交換器としての例えばコルゲートフィン型ラジエータ(放熱器)67および冷却ファン68とを有する。これらは循環通路を構成するチューブ69に沿って冷却液Lが流れる方向に順番に配設されている。冷却液ジャケット61Y〜61Kは、具体的には現像装置27Y〜27Kの現像剤を収容した各現像容器の外面の望ましくは底面または側面に密着して取り付けられている。冷却液ジャケット61Y〜61Kは必ずしも現像容器に取り付ける必要はなく、現像装置27Y〜27Kを含む画像形成装置3の熱を効果的に吸収できる任意の位置に配置することができ、現像容器の周囲に配置することもできる。なお、ラジエータ67および冷却ファン68は比較的高位置に配設し、タンク63とポンプ65は比較的低位置に配設するとよい。
各現像装置27Y〜27Kの現像容器に第1温度検出手段としての第1温度センサ71Y〜71Kが取り付けられ、また最初の現像装置27Yの入口付近のチューブ69に第2温度検出手段としての第2温度センサ73が取り付けられている。これら温度センサは、例えばサーミスタなどの接触式温度センサまたは温度計で構成することができるが、非接触式温度センサにしてもよい。第1温度センサ71Y〜71Kは、現像容器内の現像剤が直接接触する現像容器内面または外面や、現像ローラの外周に近接配置される規制ブレードに取り付けることが望ましく、検出精度向上のために第1温度センサを現像容器と一体化してもよい。また、例えばサーミスタなどの接触式にした第2温度センサ73は、チューブ69の内面または外面に取り付ける。そして、第1温度センサ71Y〜71Kから得られる各現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taと、第2温度センサ73から得られる冷却液Lの温度Tbが制御手段75に入力され、これら温度Ta、Tbに基づいて、ポンプ65と冷却ファン68が図3のフローチャートのステップS6〜S8で示すように駆動されるようになっている。
冷却装置1の各構成要素の具体的な仕様は、冷却液ジャケット61Y〜61Kによって冷却すべき熱量・温度の条件によって決定される冷却液の流量、圧力、冷却効率などをもとに選定される。なお、図2Aでは冷却液ジャケット61Y〜61Kをチューブ69に沿って直列に接続しているが、図2Bのように冷却液ジャケット61Y〜61Kを並列に接続することもできる。また、ラジエータ67と冷却ファン68は一つだけでなく、図2Cのように複数のラジエータ67A〜67Cと冷却ファン68A〜68Cを配設してもよい。
以上のように、各プロセスユニットの現像装置27Y〜27Kにそれぞれ冷却液ジャケット61Y〜61Kを取り付け、これら冷却液ジャケット61Y〜61Kにラジエータ67と冷却ファン68で冷却した冷却液Lをポンプ65で循環供給することで、現像装置27Y〜27K内の現像剤が冷却され、現像ローラや感光体ドラム上での現像剤の溶融・固着による異常画像を回避することができる。ジャケット61Y〜61Kに吸収された熱は冷却液Lに伝達され、高温になった冷却液Lはジャケット61Y〜61Kから排出された後、タンク63とポンプ65を経てラジエータ67に送られ、そこで冷却ファン68によって熱が画像形成装置外に排熱される。ラジエータ67で熱が除去され室温近くに低下した冷却液Lはその後再びジャケット61Y〜61Kへと送られ、このような冷却液Lによる高い冷却性能の排熱サイクルによって、昇温した現像剤が効率良く冷却され安定した画像が得られる。
(冷却装置の制御)
画像形成装置3内や現像装置27Y〜27K内の温度や湿度の環境条件が変動すると、感光体ドラム21Y〜21K上の静電潜像へのトナー付着量が変化し、画像濃度や色差が変動して安定した画像を出力することができない場合がある。特に、低温環境下に長時間放置された状態から電源投入した直後、例えば、冬期・寒冷地における早朝起動により直ちに印刷を開始するようなときに、このような不具合が起こりやすい。従って、印刷開始後の数十枚程度は画像濃度や色差のばらつきが大きくなることがある。本発明の冷却装置1はこのような不具合を解消するために図3のフローチャートで示すようにポンプ65と冷却ファン68を制御する。
以下、図1、図2(A)の装置構成と図3のフローチャートを用いてポンプ65と冷却ファン68の制御内容を説明する。なお、図3では「プロセスコントロール」を略して「プロコン」と表示している(ステップS1、S9)。
画像形成装置3の電源を投入すると、画像形成するための調整を行うプロセスコントロールが作動するか、または印刷が開始される(ステップS1)。このとき、露光装置25Y〜25K、現像装置27Y〜27K、定着装置45、電装装置など様々な機器が作動を開始し、また現像装置27Y〜27Kの現像剤の攪拌等によっても熱が発生する。このため画像形成装置3内の温度が次第に上昇し始める。
ポンプ65と冷却ファン68を制御する温度条件を把握するために、現像装置27Y〜27K内の温度Taを第1温度センサ71Y〜71Kで検出し、チューブ69内の冷却液Lの温度Tbを第2温度センサ73で検出する(ステップS2、S3)。
次に、現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1と前記温度Taを比較する(ステップS4)。現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する判断基準となる温度T1より低いとき、ステップS5に移動する。
次に、チューブ69内の冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T2と、検出した冷却液Lの温度Tbを比較する(ステップS5)。現像装置27Y〜27K内の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より低く、チューブ69内の冷却液Lの温度Tbが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T2より低いとき、すなわち冷却液Lの温度と現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度が共に低いとき、現像装置27Y〜27Kを冷却する必要がないため、ステップS6に移動してポンプ65を停止状態にして冷却液Lの循環を停止し、また冷却ファン68の駆動を停止状態にする(第1の制御モード)。
すなわち、Ta<T1かつTb<T2の温度条件では、現像装置27Y〜27K内の現像剤は画像濃度を安定化させるためにむしろ暖める方がよいので、冷却液Lおよび現像装置27Y〜27Kは、画像形成装置3内の発熱部からの熱を受熱して予め設定した温度T1まで温度上昇させる。このとき、ポンプ65および冷却ファン68は駆動停止状態にあるから、消費電力と騒音の低減効果が得られる。
ステップS4で現像装置27Y〜27K内の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より低いと判断され、かつ、ステップS5でチューブ69内の冷却液Lの温度Tbが冷却液Lの循環供給を開始する予め設定した判断基準となる温度T2より高いと判断されたとき、ステップS7の制御に移動する(第2の制御モード)。ステップS5の判断がYからNに変化するのは、冷却液Lの温度Tbが画像形成装置3内で発生した熱を受熱して温度T2を越えたときである。このとき、現像装置27Y〜27K内の現像剤は画像形成装置3内で発生した熱を受熱してその温度が少し上昇するが、画像濃度を安定化させるための温度までは達していない。そこで、ステップS7でポンプ65を駆動して冷却液Lを循環させるが、冷却ファン68はステップS6と同様に停止したままにする。これにより、現像剤は画像形成装置3内で発生した熱で暖められるとともに、冷却液Lが有する熱によっても暖められる。
詳しくは、画像形成装置3内で発生した熱を受熱して温度が少し上昇した冷却液Lは、その温度TbがT2より高くなった段階でポンプ65が駆動されることでチューブ69内の循環を開始する。この結果、冷却液Lはポンプ65で発生する熱を受熱し、更に温度が上昇する。このとき、冷却ファン68は停止状態のため、冷却液Lが受熱した熱は外部に放出されずに専ら冷却液Lの温度上昇に使用される。温度上昇した冷却液Lの熱をジャケット61Y〜61Kを介して現像装置27Y〜27Kに伝え、現像剤の温度を上昇させる。このようにして、低温状態にあった現像剤を短時間で画像濃度が安定する温度範囲に上昇させて、印刷開始直後の画像濃度や色差がばらつく印刷枚数を可及的に低減する(ステップS7)。
ステップS4で現像装置27Y〜27K内の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する判断基準となる温度T1より高いと判断されたときは、ステップS8に進んでポンプ65を駆動して冷却液Lを循環させると共に冷却ファン68を駆動する。これにより、現像装置27Y〜27Kの熱をジャケット61Y〜61Kで受熱して冷却液Lに伝え、ラジエータ67内を通る冷却液Lの熱を冷却ファン68の送風により外部に放出する(第3の制御モード)。
次に、プロセスコントロールや印刷が終了すると、ステップS9で所定時間が経過したかどうかが判断され、所定時間を経過するまではステップS6〜S8で行った制御を継続したままステップS1に戻る制御が行われる。ステップS1で新たなジョブ(プロセスコントロールまたは印刷)がないと判断されると再びステップS9に移動し、新たなジョブがあるまでは所定時間このサイクルを繰り返す。ステップS9で所定時間が経過したと判断されるとステップS10に移動し、ステップS7とS8で作動させたポンプ65と冷却ファン68を停止する。
(第2の実施形態)
次に、図4に基づいて本発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態はポンプ65の流量を可変制御する例である。図4で符号S6、S7、S8で示す部分は図3のフローチャートのステップS6、S7、S8にそれぞれ対応している。S6で示す部分は、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より低いときの制御である。換言すると現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taと冷却液Lの温度Tbが共に低いときである。この場合は現像装置27Y〜27Kを冷却する必要がないためポンプ65および冷却ファン68の駆動を停止状態にする。これにより、冷却液Lと現像装置27Y〜27K内の現像剤は画像形成装置3内で発生した熱を受熱して温度上昇する。
図4のS7で示す部分は、チューブ69内の冷却液Lの温度Tbが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T2より高く、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より低いときの制御である。この場合、ポンプ65を大流量R2で駆動させてポンプ65で発生する熱により積極的に冷却液Lの温度を上昇させる。冷却ファン68は停止状態であるため冷却液Lの熱は外部へ放出されない。温度上昇した冷却液Lの熱をジャケット61Y〜61Kを介して現像装置27Y〜27K内の現像剤に伝えて短時間で温度上昇させ、画像濃度を安定化させる。
現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より高くなったとき、ポンプ65を駆動させてチューブ69内に冷却液Lを循環させると共に、冷却ファン68の駆動を開始して現像装置27Y〜27Kの冷却を行う。現像装置27Y〜27K内の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より僅かに高くなった時点では、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度上昇は少ないので、チューブ69内を流れる冷却液Lの流量は中流量R1(或いはその前後)に設定して、冷却性能を抑えた制御を行う。印刷を継続して現像剤の温度がさらに上昇すると、その温度上昇にしたがい中流量R1から高流量R2に段階的ないし連続的に冷却液Lの流量を上げて冷却性能を制御する(図4のS8aの部分)。現像剤の温度が所定温度T3以上になると、冷却液Lの流量を最大にしても徐々に現像剤の温度は上昇していくので、現像剤が現像ローラや感光体ドラム上で固着および溶融しないように冷却液Lを高流量R2で制御して冷却性能を上げて温度上昇を抑える(S8)。
(第3の実施形態)
次に、図5を用いて本発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態はポンプ65の流量と冷却ファン68の風量を可変制御する例である。なお、この第3の実施形態ではポンプ65の流量を図4と同様に制御するため図5では省略している。図4で符号S6、S8で示す部分は図3のフローチャートのステップS6、S8にそれぞれ対応している。S6で示す部分は図4と同様であり、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度TT1より低いときの制御である。このとき、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taと冷却液Lの温度Tbは共に低い。この場合は現像装置27Y〜27Kを冷却する必要がないためポンプ65および冷却ファン68の駆動を停止状態にする。これにより、冷却液Lと現像装置27Y〜27K内の現像剤は画像形成装置3内で発生した熱を受熱して温度上昇する。
図5でS7aで示す部分は、チューブ69内の冷却液Lの温度Tbが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T2より高く、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より低いときの制御である。このとき、図4のS7の部分の制御と同様にポンプ65を高流量R2で駆動させてポンプ65で発生する熱により冷却液Lの温度を上昇させるが、冷却ファン68は停止状態であるため冷却液Lの熱は外部へ放出されない。これにより、温度上昇した冷却液Lの熱をジャケット61Y〜61Kを介して現像装置27Y〜27K内の現像剤に伝えて短時間で温度上昇させ、画像濃度を安定化させる。
現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より高くなったとき、図4のS8aの部分の制御と同様にポンプ65を駆動させてチューブ69内に冷却液Lを循環させると共に、冷却ファン68の駆動を開始して現像装置27Y〜27Kの冷却を行う。現像装置27Y〜27K内の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より僅かに高くなった時点では、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度上昇は少ないので、ラジエータ67に送風する冷却ファン68の風量は中風量F1(或いはその前後)に設定して、冷却性能を抑えた制御を行う。印刷を継続して現像剤の温度が上昇すると、その温度上昇にしたがい段階的ないし連続的に冷却ファン68の風量を上げて冷却性能を制御し、現像剤の急激な温度変化を防止する(図5のS8bの部分)。現像剤の温度が所定温度T3以上になると冷却ファン68の風量を大きくしても徐々に現像剤の温度は上昇していくので、現像剤が現像ローラや感光体ドラム上で固着および溶融しないように冷却ファン68を大風量F2で制御して冷却性能を上げて温度上昇を抑える。
(第4の実施形態)
次に、図1、図2C、図6を用いて本発明の第4の実施形態について説明する。
前述した図1、図2(A)、図2(B)に示す冷却装置1は、放熱手段としてのラジエータ67と冷却ファン68を1組で構成した例であるが、必要な冷却性能を確保するために、(i)ラジエータ67と冷却ファン68を複数組で配設する構成、(ii)断面積の大きなラジエータ67に複数個の冷却ファン68を組み合わせる構成、(iii)複数個のラジエータ67に風量の大きい冷却ファン68を組み合わせる構成など、種々の変更が可能である。そこで、第4の実施形態では図2Cのように三台のラジエータ67A〜67Cを直列に接続し、これらを三台の冷却ファン68A〜68Cで個別に冷却するようにした。
図6に示すように、第4の実施形態は冷却ファン68A〜68Cの駆動台数で風量を可変制御し、図4と同様にポンプ65の流量も可変制御する。ポンプ65の流量は図4と同様に制御するため図6では省略している。図4で符号S6、S8で示す部分は図3のフローチャートのステップS6、S8にそれぞれ対応している。S6で示す部分は図4と同様であり、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より低いときの制御である。このとき、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taと冷却液Lの温度Tbは共に低い。この場合は現像装置27Y〜27Kを冷却する必要がないためポンプ65および冷却ファン68の駆動を停止状態にする。これにより、冷却液Lと現像装置27Y〜27K内の現像剤は画像形成装置3内で発生した熱を受熱して温度上昇する。
図6でS7aで示す部分は、チューブ69内の冷却液Lの温度Tbが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T2より高く、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より低いときの制御である。このとき、図4のS7の部分の制御と同様にポンプ65を高流量R2で駆動させてポンプ65で発生する熱により冷却液Lの温度を上昇させるが、冷却ファン68は停止状態であるため冷却液Lの熱は外部へ放出されない。これにより、温度上昇した冷却液Lの熱をジャケット61Y〜61Kを介して現像装置27Y〜27K内の現像剤に伝えて短時間で温度上昇させ、画像濃度を安定化させる。
現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より高くなったとき、図4のS8aの部分の制御と同様にポンプ65を駆動させてチューブ69内に冷却液Lを循環させると共に、冷却ファン68の駆動を開始して現像装置27Y〜27Kの冷却を行う。現像装置27Y〜27K内の温度Taが現像装置27Y〜27Kの冷却を開始する予め設定した判断基準となる温度T1より僅かに高くなった時点では、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度上昇は少ないので、ラジエータ67A〜67Cに送風する冷却ファン68A〜68Cの駆動は冷却ファン68A〜68Cのいずれか1台に設定して、冷却性能を抑えた制御を行う。印刷を継続して現像剤の温度が上昇すると、その温度上昇にしたがい段階的に冷却ファン68A〜68Cの駆動台数を増やして冷却性能を制御し、現像剤の急激な温度変化を防止する(図6のS8cの部分)。現像剤の温度が所定温度T3以上になるとすべての冷却ファン68A〜68Cの風量を大きくしても徐々に現像剤の温度は上昇していくので、現像剤が現像ローラや感光体ドラム上で固着および溶融しないようにすべての冷却ファン68A〜68Cを駆動制御して冷却性能を上げて温度上昇を抑える。
(複数台の冷却ファンの駆動時間の平均化)
図2Cに示すように放熱手段としての冷却ファン68A〜68Cが複数台のとき、前述の本発明の第4の実施形態の冷却制御を行うと、冷却ファン68A〜68Cの駆動時間がそれぞれ異なってくる。このため、画像形成装置で印刷する度に毎回同じ順番(例えば冷却ファン68A→68B→68C)で冷却ファン68A〜68Cを選択して駆動すると、長期使用では最初の冷却ファン68Aと最後の冷却ファン68Cで総駆動時間に大きな差が発生する。このような総駆動時間の差により、特に最初の冷却ファン68Aの寿命および劣化が早く到来することになる。そこで、冷却ファン68A〜68Cの駆動時間を積算して記憶する手段を設け、現像剤の検出温度TaがT2からT3の間(T2<Ta<T3)において、印刷を行う毎に総駆動時間の短い順に順次冷却ファン68A〜68Cを選択して駆動する制御を行う。前記積算手段は制御手段と一体に構成することができ、その積算結果は制御手段のメモリ等に記憶することができる。このように、総駆動時間が相対的に少ない冷却ファンから優先的に駆動する制御を行うことにより、冷却ファン68A〜68Cの駆動時間を平均化することができ、特定の冷却ファンの寿命が早期に到来するような不具合を回避することができる。
(第5の実施形態)
次に、図7を用いて本発明の第5の実施形態について説明する。この第5の実施形態は画像形成装置3内の熱源から発生した熱で冷却液供給用のチューブ69を加熱することにより冷却液Lを加熱するようにしたものである。
すなわち、第2温度センサ73で検出したチューブ69内の冷却液Lの温度Taが、冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T2より低いとき、現像装置27Y〜27K内の現像剤の温度Taも十分低いので、冷却する必要はない。そこで、画像形成装置3内で発生した熱を冷却液Lに受熱させてその温度を積極的に上昇させると共に、温度上昇した冷却液Lの熱をジャケット61Y〜61Kを介して現像装置27Y〜27K内の現像剤に伝えて短時間で温度上昇させ、早期に画像濃度を安定化させる制御を行う。
この制御を行うために、冷却液Lの温度Tbが冷却液Lの循環を開始する予め設定した判断基準となる温度T2に上昇するまで、画像形成装置3内の熱源としての定着装置45で発生した熱の気流を送風ダクト77を通じてチューブ69に向けて送風して冷却液Lの温度を短時間で上昇させる。定着装置45はトナーを用紙Pに熱定着させるために多量の熱を発生し、周囲の温度が上昇する。印刷を行っていない非稼動時においても余熱モード等で一定の熱が発生する。定着装置45で発生する熱により周囲の空気が暖められ、この熱を給気ファン79により送風ダクト77を通じて冷却液供給用のチューブ69に送風する。この熱により、低温状態の冷却液Lを短時間で温度T2まで上昇させ、第1から第4の実施形態に示す制御を行うことにより低温状態の現像装置27Y〜27K内の現像剤を短時間で一定温度まで暖め、画像の安定化を図ることができる。
1 冷却装置
3 画像形成装置
5Y-5K プロセスユニット
7 給紙トレイ
9 給紙ローラ
10 レジストローラ対
11 中間転写ベルト
13 駆動ローラ
15 従動ローラ
17 対向ローラ
20 中間転写ベルト
21Y-21K 感光体ドラム
23Y-23K 帯電器
25Y-25K 露光装置
27Y-27K 現像装置
29Y-29K 一次転写ローラ
31Y-31K クリーニングブレード
41 二次転写ローラ
43 クリーニングブレード
44 用紙の搬送路
45 定着装置
45a 加熱ローラ
45b 加圧ローラ
47 排出ローラ対
49 排紙収容部
51 両面画像形成用の用紙の搬送路
61Y-61K 冷却液ジャケット
63 タンク
65 ポンプ
67、67A-67C ラジエータ
68、68A-68C 冷却ファン
69 チューブ
71Y-71K 第1温度センサ
73 第2温度センサ
75 制御手段
77 送風ダクト
79 給気ファン
L 冷却液
P 用紙
特開2005−164927号公報 特開2009−169276号公報 特開平6−282166号公報 特許第369354号公報

Claims (11)

  1. 画像形成装置の発熱部材と熱交換をする第1熱交換器と、
    前記熱交換器に循環通路を通じて冷却液を供給するポンプと、
    前記循環通路に配設されて前記冷却液を冷却ファンで冷却する第2熱交換器と、
    前記発熱部材の温度を検出する第1温度検出手段と、
    前記冷却液の温度を検出する第2温度検出手段と、
    前記第1温度検出手段と第2温度検出手段の検出結果に基づいて前記ポンプと前記冷却ファンを駆動制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記発熱部材の温度が前記第1熱交換器の冷却開始の可否を判断する設定温度T1未満であって前記冷却液の温度が前記冷却液の循環供給の可否を判断する設定温度T2未満のときに、前記ポンプを停止させると共に前記冷却ファンを停止させる第1制御パターンと、
    前記発熱部材の温度が設定温度T1未満であって前記冷却液の温度が設定温度T2以上のときに、前記ポンプを作動させると共に前記冷却ファンを停止させる第2制御パターンと、
    前記発熱部材の温度が設定温度T1以上のときに、前記ポンプと前記冷却ファンを共に作動させる第3制御パターンを有する冷却装置。
  2. 前記第3制御パターンにおいて、前記ポンプの冷却液供給量を前記第1温度検出手段の検出温度の上昇に対応して漸増するようにした請求項1の冷却装置。
  3. 前記第3制御パターンにおいて、前記冷却ファンの送風量を前記第温度検出手段の検出温度の上昇に対応して漸増するようにした請求項1の冷却装置。
  4. 前記冷却ファンの回転速度を前記第温度検出手段の検出温度に対応して変えるようにした請求項3の冷却装置。
  5. 前記冷却ファンを複数台配設し、駆動する冷却ファンの台数を前記第温度検出手段の検出温度に対応して変えるようにした請求項3の冷却装置。
  6. 前記制御装置が、前記複数台の冷却ファンの駆動時間を各冷却ファン毎に積算する積算手段を備え、前記積算手段の積算結果に基づいて、総駆動時間が相対的に少ない冷却ファンから優先的に駆動するようにした請求項5の冷却装置。
  7. 前記第1制御パターンにおいて、前記画像形成装置の熱源によって前記循環通路を加熱するようにした請求項1の冷却装置。
  8. 前記熱源が前記画像形成装置で形成した画像を記録媒体に転写する定着装置である請求項7の冷却装置。
  9. 前記熱源が前記画像形成装置で静電潜像を形成するための光学装置である請求項7の冷却装置。
  10. 前記熱源と前記循環通路との間に送風ダクトを配設した請求項7の冷却装置。
  11. 請求項1から10のいずれか1項の冷却装置を有する画像形成装置。
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