JP2011227315A - 冷却装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中空状の管状部材1からなる冷却ローラ22と、管状部材1内に冷却媒体を搬送するポンプ100などからなる冷却媒体搬送手段と、を備え、冷却ローラ22にシート状部材Pを接触させてシート状部材Pを冷却する冷却装置18において、冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段60を管状部材1の内壁に設けた。
【選択図】図1
Description
また、請求項2の発明は、請求項1の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた螺旋形状の突起または溝であり、前記管状部材の回転に伴う冷却媒体の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように前記突起または前記溝の螺旋巻き方向を設定したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた穴であることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた凹凸面または粗し面であることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3または4の冷却装置において、上記冷却ローラは上記管状部材である外管と、該外管内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けた前記外管の内壁と前記内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の冷却装置において、上記内包部材はコア部材であり、上記乱流発生手段を設けた上記外管と前記コア部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項5の冷却装置において、上記内包部材は、上記外管よりも細管構造の内管であり、該外管と該内管との間を冷却媒体が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却媒体が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項7の冷却装置において、上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項6の冷却装置において、上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項7の冷却装置において、上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項8の冷却装置において、上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10または11の冷却装置において、上記乱流発生手段を上記管状部材が接触することで冷却するシート状部材と略同幅の領域に設けることを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、前記熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12または13の冷却装置を用いることを特徴とするものである。
図1は、本構成例の冷却ローラ22を軸方向で切断した場合の断面図である。
本構成例の冷却ローラ22は中空の管状部材であるスリーブ1からなり、そのスリーブ1の内壁にスリーブ内壁近傍の冷却液を乱流化するための乱流発生手段である螺旋状の突起60が配設されている。また、スリーブ1の両端は開口しており、それら開口からスリーブ1内にフランジ38を嵌合圧入させて取り付けている。また、フランジ38の軸部は、回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント35内に設けられた軸受37に嵌合圧入されており、これによって冷却ローラ22がロータリージョイント35に回転可能に軸しされる。また、樹脂製のシール部材39によって、ロータリージョイント35の胴部36の内壁とフランジ38の軸部との間から冷却液がロータリージョイント35の外に漏れ出さないようにしている。
x[m]:流れの剥離点からの位置
hx[W/m2・K]:位置xにおける局所熱伝達率
Pr[1]:プラントル係数
U∞[m/s]:冷却ローラ内壁面より十分離れた流れの主流速
ν[m2/s]:動粘性率(=粘性率/密度)
k:熱伝導率
図7は、スリーブ1の内壁に乱流発生手段として螺旋状の微小突起である突起62が設けられ、突起62の螺旋巻き方向がスリーブ1の回転に応じてスリーブ1の内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とした場合の冷却ローラ22の拡大断面図である。
図9(a)は本構成例の冷却ローラ22を軸方向で切断した場合の冷却ローラ22の拡大断面図であり、図9(b)は本構成例の冷却ローラ22を直径方向で切断した場合の冷却ローラ22の拡大断面図である。
図10(a)は本構成例の冷却ローラ22を軸方向で切断した場合の冷却ローラ22の拡大断面図であり、図10(b)は本構成例の冷却ローラ22を直径方向で切断した場合の冷却ローラ22の拡大断面図である。
本構成例においては、図11に示すように冷却ローラ22を、乱流発生手段として図7に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起62を内壁に設けた外管であるスリーブ1と、そのスリーブ1内に内包する内包部材であるコア5とから成る管構造としている。
本構成例においては、図12に示すように冷却ローラ22を、乱流発生手段として図7に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起62を内壁に設けた外管であるスリーブ1と、そのスリーブ1内に内包する内包部材である内管6とから成る管構造としている。そして、図12に示すようなスリーブ1と内管6とで形成される狭い間隙と内管6の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管6の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ22内で冷却液が往復するようにしている。
本構成例においては、図13に示すように冷却ローラ22を、乱流発生手段として図7に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起62を内壁に設けた外管であるスリーブ1と、そのスリーブ1内に内包された内管6と、その内管6の外側に挿入された中空のシリンダ7と、からなる管構造となっている。そして、図13に示すようなスリーブ1とシリンダ7とで形成される間隙と内管6の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管6の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ22内で冷却液が往復するようにしている。
本構成例においては、図14に示すように冷却ローラ22の外管であるスリーブ1内に内管6を内包し、その内管6の外側に中空のシリンダ7が挿入された管構造となっている。そして、スリーブ1とシリンダ7とで形成される間隙と内管6の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管6の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ22内で冷却液が往復するようにしている。
次に、構成例1から構成例8で示したいずれかの本発明の冷却ローラ22を有する冷却装置18を搭載したタンデム型中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置の構成概略図を図15に示す。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ1の内壁に設けた螺旋形状の突起62または溝63であり、スリーブ1の回転に伴う冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように突起62または溝63の螺旋巻き方向を設定した。これにより、スリーブ1の内壁近傍において、冷却液流れ方向上流側から下流側に向かう冷却液の流れに対して突起62または溝63による冷却液を逆向きに送ろうとする流れ(力)がぶつかることになるので、より大きな、そしてより複雑でランダムな乱流が発生する。このような大きくて複雑な乱流が発生すればスリーブ1内を流れる冷却液を撹拌する攪拌力は増加し、スリーブ1の内壁近傍を流れる冷却液と、スリーブ1の中央を流れる冷却液とがより混ぜ合わされるようになり、その結果、スリーブ1の内壁から冷却液への熱伝達効率が格段に向上する。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ1の内壁に設けた穴64であることで、スリーブ1の内壁の全域(スリーブ1の円周方向および軸方向)にわたって略均等に同じ大きさの乱流を発生させることができるので、スリーブ1の内壁温度を均一にすることができ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Wを上げかつ均一性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ1の内壁に設けた凹凸面65または粗し面であることで、乱流発生手段としてスリーブ1の内壁に穴64を設ける場合よりも微細に形成することができる。よって、乱流発生手段としてスリーブ1の内壁に穴64を設ける場合よりも、スリーブ1の内壁の全域(スリーブ1の円周方向および軸方向)にわたって略均等に同じ大きさの乱流を発生させることができ、スリーブ1の内壁温度の均一化をより図れ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Wを上げかつ均一性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、冷却ローラ22は管状部材であり外管であるスリーブ1と、スリーブ1内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けたスリーブ1の内壁と内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有する。これにより、スリーブ1と内包部材とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ1内に内包部材を内包しない場合に比べて、スリーブ1の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ22による用紙Pの冷却性能を格段に向上させることができる。
また、本実施形態によれば、上記内包部材はコア部材であるコア5であり、上記乱流発生手段を設けたスリーブ1とコア5の外壁とで形成される間隙に冷却液が流れる流路を有する。これにより、スリーブ1とコア5とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ1内にコア5を内包しない場合に比べて、スリーブ1の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ22による用紙Pの冷却性能を格段に向上させることができる。
また、本実施形態によれば、コア5が、スリーブ1の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ1の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ1の内壁近傍とコア5の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ1の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ1の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ1とコア5とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
また、本実施形態によれば、上記内包部材は、スリーブ1よりも細管構造の内管6であり、冷却ローラ22がスリーブ1と内管6との間を冷却液が流れる外側流路、及び、内管6内を冷却液が流れる内側流路を有する二重管構造である。これにより、スリーブ1と内管6とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ1内に内管6を内包しない場合に比べて、スリーブ1の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ22による用紙Pの冷却性能を格段に向上させることができる。さらに、冷却ローラ22の片方の端部のみに回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント35を設ければ良いので、冷却ローラ22の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ22を冷却装置18へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
また、本実施形態によれば、内管6が、スリーブ1の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ1の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ1の内壁近傍と内管6の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ1の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ1の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できる。
また、本実施形態によれば、スリーブ1の中空内部で、内管6よりも外径の大きいシリンダ7を内管6を内包するように取り付けたことで、スリーブ1とシリンダ7とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ1内にシリンダ7を内包しない場合に比べて、スリーブ1の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ22による用紙Pの冷却性能を格段に向上させることができる。さらに、冷却ローラ22の片方の端部のみに回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント35を設ければ良いので、冷却ローラ22の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ22を冷却装置18へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
また、本実施形態によれば、シリンダ7が、スリーブ1の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ1の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ1の内壁近傍とシリンダ7の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ1の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ1の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ1とシリンダ7とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段をスリーブ1が接触することで冷却する用紙Pと略同幅の領域に設けることで、スリーブ1の内壁の乱流発生手段が設けられていない、その他の部分では、スリーブ1内を流れる冷却液に対して乱流発生手段による流体抵抗が発生しない。これにより、冷却液を冷却ローラ22内に送り込むポンプ100の負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上する。また、スリーブ1の内壁全域にわたって乱流発生手段を設ける場合よりも一ランク下の送液性能のポンプ100で済み、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、シート状部材である用紙P上にトナー像を形成する画像形成ユニット54などのトナー像形成手段と、用紙P上に形成されたトナー像を少なくとも熱によって用紙Pに定着させる熱定着手段である熱定着装置16と、熱定着装置16によってトナー像が定着された用紙Pを冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、本発明の冷却ローラ22を有する冷却装置18を用いることにより、熱定着装置16による熱定着後の用紙Pの冷却効率を向上させることができる。
2 剥離
3 流速プロファイル
4 付着
5 コア
6 内管
7 シリンダ
10 帯電手段
11 感光体
12 光書き込み手段
13 現像装置
14 クリーニング手段
15 一次転写ローラ
16 熱定着装置
17 排紙収容部
18 冷却装置
19 用紙収納部
21 レジストローラ対
22 冷却ローラ
23 給紙コロ
28 用紙搬送路
29 用紙搬送路
35 ロータリージョイント
36 胴部
37 軸受
38 フランジ
39 シール部材
40 ローラ
41 ローラ
42 搬送ベルト
43 上ガイド
44 ブラケット
51 中間転写ベルト
52 ローラ
53 ローラ
54 画像形成ユニット
55 ローラ
56 二次転写ローラ
58 ローラ
59 クリーニング手段
60 突起
61 溝
62 突起
63 溝
64 穴
65 凹凸面
100 ポンプ
101 タンク
103 ラジエータ
104 冷却ファン
105 配管
Claims (13)
- 中空状の管状部材からなる冷却ローラと、
前記管状部材内に冷却媒体を搬送する冷却媒体搬送手段と、を備え、
前記冷却ローラにシート状部材を接触させてシート状部材を冷却する冷却装置において、
冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段を前記管状部材の内壁に設けたことを特徴とする冷却装置。 - 請求項1の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた螺旋形状の突起または溝であり、
前記管状部材の回転に伴う冷却媒体の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように前記突起または前記溝の螺旋巻き方向を設定したことを特徴とする冷却装置。 - 請求項1の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた穴であることを特徴とする冷却装置。 - 請求項1の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた凹凸面または粗し面であることを特徴とする冷却装置。 - 請求項1、2、3または4の冷却装置において、
上記冷却ローラは上記管状部材である外管と、該外管内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けた前記外管の内壁と前記内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とする冷却装置。 - 請求項5の冷却装置において、
上記内包部材はコア部材であり、上記乱流発生手段を設けた上記外管と前記コア部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とする冷却装置。 - 請求項5の冷却装置において、
上記内包部材は、上記外管よりも細管構造の内管であり、該外管と該内管との間を冷却媒体が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却媒体が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とする冷却装置。 - 請求項7の冷却装置において、
上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とする冷却装置。 - 請求項6の冷却装置において、
上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項7の冷却装置において、
上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項8の冷却装置において、
上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10または11の冷却装置において、
上記乱流発生手段を上記管状部材が接触することで冷却するシート状部材と略同幅の領域に設けることを特徴とする冷却装置。 - シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、
前記熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、
前記冷却手段として、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12または13の冷却装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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