JP2012083452A - 冷却装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】用紙上の画像の光沢ムラを低減できる冷却装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】シート状部材Sを冷却する冷却ローラ12と、冷却ローラ12にシート状部材Sを圧接させるとともにシート状部材Sを担持搬送する、複数の張架部材によって回転可能に張架されたベルト部材13と、複数の張架部材の一つでありベルト部材13を回転駆動させる駆動ローラ14とを備えた冷却装置10において、駆動ローラ14は軸方向で複数のコロ15に分割されており、複数のコロ15それぞれが軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に大きくなるクラウン形状を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる冷却装置、及び、その冷却装置を備えた画像形成装置に関するものである。
画像形成装置としては、電子写真技術を用いてシート状部材である用紙上にトナー画像を形成し、定着装置を通過させることでトナーを溶融し融着させるものが知られている。また、印刷速度の高速化に伴い、定着装置により熱せられた用紙を速やかに冷却するための冷却装置を備えた画像形成装置も知られている。
特許文献1に記載の画像形成装置では、定着装置よりも用紙搬送方向下流側に、用紙に接触して用紙を搬送しつつ冷却する冷却ローラを備えた冷却装置が設けられている。冷却装置には用紙の搬送方向に間隔をおいて配列された2つローラが設けられており、用紙を搬送する弾性部材からなる搬送ベルトを張架している。搬送ベルトを張架する一方のローラは駆動ローラとして搬送ベルトを回転させる。また、搬送ベルトを張架する2つのローラの間には、搬送ベルトのおもて面に接するように冷却ローラが配設されており、冷却ローラは搬送ベルトの搬送力を利用した連れ回りで回転するようになっている。定着装置を通って高温となった用紙を搬送ベルトで担持搬送し、冷却ローラと搬送ベルトとが接することで形成されるニップ領域で冷却ローラに用紙を接触させることで、用紙の熱が冷却ローラに吸熱され用紙が冷却される。
搬送ベルトを回転させる駆動ローラとしては、搬送ベルトの蛇行を抑えるために駆動ローラの軸方向中央部の直径を両端部より大きくした太鼓状の形状である所謂クラウン形状とすることがある。駆動ローラをクラウン形状とすることで、搬送ベルトが駆動ローラの軸方向中央部を超えて駆動ローラ軸方向に移動しにくくなり、搬送ベルトの蛇行を抑制することができる。
ところが、クラウン形状の駆動ローラは駆動ローラ中央部と端部とで直径が異なるため、駆動ローラ軸方向中央部における搬送ベルトの張力が駆動ローラ軸方向端部における搬送ベルトの張力よりも高くなり、駆動ローラ軸方向で搬送ベルトに張力差が生じる。このような張力差が搬送ベルトに生じると、冷却ローラとベルトとで用紙を挟持した際、用紙に対する搬送ベルトからの圧力に駆動ローラ軸方向で差が生じ、その圧力差に起因する光沢ムラが用紙上の画像に発生するといった問題が生じる。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、用紙上の画像の光沢ムラを低減できる冷却装置及びその冷却装置を備えた画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、シート状部材に接することで該シート状部材を冷却する冷却ローラと、前記冷却ローラに前記シート状部材を圧接させるとともに該シート状部材を担持搬送する、複数の張架部材によって回転可能に張架されたベルト部材と、前記複数の張架部材の一つであり前記ベルト部材を回転駆動させる駆動ローラとを備えた冷却装置において、前記駆動ローラは軸方向で複数のコロに分割されており、該複数のコロそれぞれが軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に大きくなるクラウン形状を有することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の冷却装置において、上記冷却ローラは放熱手段を有する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または2の冷却装置において、上記ベルト部材のおもて面に接触させないで上記駆動ローラに対向させて配設したローラ部材を有することを特徴とするものである。
また、請求項4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、該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定着手段と、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または3の冷却装置を用い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4の画像形成装置において、上記冷却装置は上記定着手段よりもシート状部材搬送方向下流側に配設されており、該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該冷却装置で冷却することを特徴とするものである。
本発明においては、駆動ローラがクラウン形状を有する複数のコロからなるため、コロの軸方向中央部と端部との直径の差を、前記コロと同じ曲率のクラウン形状を有する軸方向で分割されていない単一の駆動ローラよりも小さくすることができる。これにより、前記複数のコロからなる駆動ローラの軸方向の直径の差が、前記単一の駆動ローラよりも小さくなるので、その分、前記単一の駆動ローラを用いた場合よりもベルト部材の駆動ローラ軸方向の張力差を小さくすることができる。よって、冷却ローラとベルト部材とでシート状部材を挟持した際、用紙に対するベルト部材からの圧力に駆動ローラ軸方向で生じる圧力差が小さくなるので、その分、圧力差に起因するシート部材上の画像の光沢ムラを低減することができる。
以上、本発明によれば、用紙上の画像の光沢ムラを低減できるという優れた効果がある。
本実施形態に係る冷却装置を上方から見た場合の模式図。 本実施形態に係る複写機の概略構成図。 本実施形態に係る冷却装置の概略構成図。 従来の冷却装置の例を示す図。 曲率半径が同じである、単一のコロと複数のコロそれぞれで構成された各駆動ローラの模式図。 駆動ローラを軸方向で分割した複数のコロの軸方向の幅と同程度の幅を有する平ベルトを複数のコロそれぞれに掛け回した冷却装置を上方から見た場合の模式図。
以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真複写機(以下、単に「複写機」という。)に適用した一実施形態について説明する。
図2は、本実施形態に係る複写機の概略構成図である。
複写機には、無端移動体たる中間転写ベルト41を張架しながら図中反時計回りに無端移動せしめる転写装置40が配設されている。転写装置40は、中間転写ベルト41の他、4つの一次転写器5Y,C,M,Kなども備えている。
中間転写ベルト41は、駆動ローラ44、テンションローラ43、二次転写対向ローラ46、および、従動ローラ42などの張架ローラに張架された状態で、図2中時計回り方向に回転駆動される。駆動ローラ44は、図示しないモータ等の駆動源により回転駆動され、駆動ローラ44から中間転写ベルト41に駆動源の駆動力が伝達され、中間転写ベルト41が一定速度で回転する。
駆動ローラ44と従動ローラ42との間のベルト張架部分には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の4つの画像形成ユニット48Y,48C,48M,48Kが並んで配置されている。画像形成ユニット48には、潜像担持体としての感光体1の周囲に、コロナ帯電器2や現像装置4などが設けられている。また、感光体1に対して中間転写ベルト41を介して対向する位置に一次転写器5が配設されている。
画像形成ユニット48Y,48C,48M,48Kの上方には、2つの画像書込装置3が設けられている。この画像書込装置3は、パソコンなどから送信された画像情報に基づいて、各画像形成ユニット48に設けられた感光体1Y,1C,1M,1K上に静電潜像を形成するためのものである。
また、中間転写ベルト41を挟んで二次転写対向ローラ46に対向する位置には、二次転写ローラ22が設けられている。二次転写ローラ22は、図示しないバネなどの付勢手段によって中間転写ベルト方向へ加圧され、二次転写対向ローラ46と二次転写ローラ22とで中間転写ベルト41を挟み込んで二次転写ニップを形成している。そして、図示しない電源によってトナーと逆極性の二次転写バイアスが二次転写ローラ22に印加されることで、二次転写ニップ内に二次転写電界が形成される。中間転写ベルト41上のトナー像をシート材たる用紙S上に二次転写する際には、二次転写ローラ22に二次転写バイアスを印加して二次転写ニップに二次転写電界を形成して、中間転写ベルト41上の4色トナー像を二次転写電界やニップ圧によって用紙Sに一括転写する。これにより、用紙Sの白色と相まってフルカラー画像が用紙Sの印刷面に形成される。
二次転写ニップで二次転写を終えた用紙Sは、二次転写ニップよりも用紙搬送方向下流側に配置されている定着装置7に送られる。この定着装置7は、ヒータランプを内蔵した加熱ローラ8と、表面を弾性体で覆われた加圧ローラ9とを当接させた構成となっている。定着装置7よりも用紙搬送方向下流側には用紙Sを冷却する冷却装置10が設けられている。
次に、本実施形態における複写機の動作について説明する。
感光体1の表面をコロナ帯電器2により帯電し、画像書込装置3からの書込光によって感光体1の表面に静電潜像を作像する。現像装置4は感光体1上に形成された静電潜像上に粉体のトナーを電気的に付着させ可視化する。感光体1上の可視化されたトナー像は、一次転写器5によって感光体1上から中間転写ベルト41上に転写される。中間転写ベルト41上に転写されたトナー像は二次転写ニップで中間転写ベルト41上から用紙Sの表面へ転写される。その後、トナーが転写された用紙Sは定着装置7の内部に送り込まれ、加熱ローラ8と加圧ローラ9との間を通過することにより熱と圧力とが加えられ、用紙Sにトナー像が定着される。このようにトナー像が定着された用紙Sは、定着装置7よりも用紙搬送方向下流側に設置された冷却装置10に搬送され冷却された後、排紙口11から装置外に排出される。
図3は、本実施形態に係る冷却装置10の概略構成図である。冷却装置10には用紙Pの搬送方向(左右方向)に間隔をおいて配列された駆動ローラ14と従動ローラ19とが設けられており、用紙Sを担持搬送する弾性部材からなる平ベルト13を展張している。駆動ローラ14は図示しない駆動源と連結されており、駆動ローラ14が図中反時計回りに回転することで平ベルト13が図中反時計回り方向に回転し、平ベルト13のおもて面に担持した用紙Sを図中右側から左側へ搬送する。なお、従動ローラ19は平ベルト13の回転に連れまわって図中反時計回りに回転する。また、従動ローラ19としては単一のローラ部材(単一のコロ)からなるものを用いても良いし、ローラ部材を軸方向で分割し複数のコロからなるものを用いても良い。
駆動ローラ14と従動ローラ19との中間位置には、平ベルト13に食い込むように上から管状のローラである冷却パイプ12が圧接されており、冷却パイプ12は平ベルト13の搬送力を利用した連れ回りで回転するようになっている。冷却パイプ12としては、空冷のためのフィン12a(図1などを参照)や冷却液の循環機構などを備えたものを用いることができる。また、従動ローラ19の上方には定着装置7から搬送されてきた用紙Sをガイドする図示しない用紙受入ガイドが設けられており、駆動ローラ14の上方には冷却装置10から排紙口11に用紙Sをガイドする用紙排出ガイドが設けられている。
定着装置7を通って高温となった用紙Sが、冷却装置10の冷却パイプ12と平ベルト13とで形成されるニップ領域部を通過して排紙口11から装置外に排出される。この際、冷却パイプ12と平ベルト13とが接することで形成されるニップ領域で、用紙Sは平ベルト13の張力によって冷却パイプ12に圧接されながら搬送される。そのため、用紙Sは冷却パイプ12に密着しながら前記ニップ領域を通過するので、その際に用紙Sの熱は冷却パイプ12に吸熱され用紙Sが十分に冷却される。また、冷却パイプ12に用紙Sを広範囲で接触させることにより効率良く用紙Sを冷却することができる。
また、本実施形態においては、図3に示すように冷却装置10の出口に平ベルト13に接触しないように平ベルト13を介して駆動ローラ14と対向する位置に従動ローラ17を設置している。これにより、冷却装置10を出た直後の余熱により十分にトナーが固化していない用紙Sの表面が、用紙排出ガイドの端部などの鋭利な部分に接触するのを従動ローラ17の湾曲したローラ表面によって抑制し、用紙S上の画像に線状のキズが発生するのを抑制することができる。
ここで、従来の冷却装置では、図4に示すように平ベルト13を回転させるための駆動ローラ34のコロ16は、平ベルト13の蛇行を防止すべく、駆動ローラ34の軸方向中央部Aの直径を端部より大きくした太鼓状の形状、所謂クラウン形状とすることが多い。ところが、駆動ローラ34の軸方向中央部Aにおける平ベルト13の張力は、他の部分と比較して高くなる。そのため、冷却パイプ12と平ベルト13との間に用紙Sが挟持された場合、用紙Sに対する平ベルト13からの圧力もまた駆動ローラ34のコロ16の中央部Aに相当する場所(平ベルト13上のハッチング部分)は、他の場所に比べて高くなり、圧力差に起因する光沢ムラが発生してしまう場合がある。すなわち、トナー凝固工程におけるベルト張力の部分的な差が原因で、用紙S上の画像に光沢ムラが発生してしまう。
なお、クラウン形状を有する駆動ローラとして図4に示すような単一のローラ部材からなるものだけではなく、ローラ部材を軸方向で分割した複数のコロからなり、それら複数のコロ全体で1つのクラウン形状を形成するようなものであっても、上述したのと同様の理由により圧力差に起因する光沢ムラが発生する。
さらに、駆動ローラ軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に小さくなる所謂逆クラウン形状を有する駆動ローラを用いた場合でも、平ベルト13の駆動ローラ軸方向で張力差が生じる。そのため、用紙Sに対する平ベルト13からの圧力に駆動ローラ軸方向で差が生じ、その圧力差に起因する光沢ムラが発生してしまう。
特に、電子写真方式のカラー画像形成装置においては、近年、カラー化が進み、より高品位の画質を得るために定着装置のオイルレス化が主流となりつつあるが、上述した用紙S上の画像に光沢ムラが発生する現象は、特にオイルレス定着を行う電子写真方式のカラー画像形成装置において顕著に現れる現象である。
すなわち、冷却装置による用紙Sの冷却において、用紙上のトナーからなる画像は圧力や冷却時間の影響を受け易く、その結果、表面状態が変化して用紙上の画像の光沢ムラを起こし易い状態となる。
一方、本実施形態の冷却装置10では、図1に示すように平ベルト13を張架し回転駆動させる駆動ローラ14が軸方向で複数のコロ15に分割されており、複数のコロ15それぞれが軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に大きくなるクラウン形状を有している。
駆動ローラ14をクラウン形状を持った複数のコロ15から構成することで、図5に示すようなコロ15と同じ曲率半径Rを持つ単一のコロ16で駆動ローラ34を構成する場合よりも、クラウン形状を持ったコロ15の軸方向中央部と端部との落差が小さく(Δh1>Δh2)なる。そのため、コロ15と同じ曲率半径Rを持つ単一のコロ16からなる駆動ローラ34で平ベルト13を張架した場合よりも、曲率半径Rのクラウン形状を持った複数のコロ15からなる駆動ローラ14で平ベルト13を張架した場合のほうが、平ベルト13の駆動ローラ軸方向における部分的な張力差が小さくなる。これにより、駆動ローラ14のクラウン形状を持った複数のコロ15により平ベルト13の蛇行防止性能を維持しつつ、平ベルト13の駆動ローラ軸方向における張力のバラツキを小さくすることが可能となる。よって、前記単一のコロ16からなる駆動ローラ34を用いて平ベルト13の駆動ローラ軸方向における張力のバラツキが大きい場合よりも、平ベルト13の駆動ローラ軸方向の圧力差に起因する光沢ムラを低減させることができる。
ここで、駆動ローラ14がクラウン形状を有する複数のコロ15からなるため、図6に示すように、コロ15の軸方向の幅と同程度の幅を有する平ベルト18をコロ15それぞれに掛け回し、それら複数の平ベルト18で用紙Sを担持搬送するような構成を採用することも考えられる。なお、図6においては従動ローラ19も軸方向で複数のコロ38に分割し、複数のコロ38で各平ベルト18を複数のコロ15とともに張架している。ところが、このような構成の場合、隣り合う平ベルト間には必然的に駆動ローラ軸方向で隙間ができるため、平ベルト18からの張力によって冷却パイプ12に用紙Sを圧接させたときの軸方向の圧力や、用紙Sから冷却パイプ12及び平ベルト18に奪い取られる熱量に差が生じ、用紙S上の画像に光沢ムラが発生する場合がある。
一方、本実施形態の冷却装置10のように、駆動ローラ14の軸方向の幅と同程度の幅を有する単一の平ベルト13をクラウン形状を有する複数のコロ15からなる駆動ローラ14に掛け回すことで、図6を用いて説明したような隣り合う平ベルト間に隙間があることで前述した理由により生じ得る光沢ムラを抑制することができる。
また、平ベルト13の駆動ローラ軸方向における張力のバラツキを小さくすることだけを考えれば、駆動ローラ14の複数のコロ15にクラウン形状を設けずに軸方向で一端側から他端側にかけてコロ15の直径を同じにすればよいが、この場合、平ベルト13が蛇行し易くなってしまう。そのため、クラウン形状を有していないフラットな複数のコロ15それぞれを独立して駆動可能に構成し、平ベルト13が蛇行した際にコロ15の回転速度を個々で変化させて平ベルト13の蛇行を戻すようなことが考えられる。しかしながら、平ベルト13が蛇行したことを検知する検知手段や、複数のコロ15それぞれに別個で駆動源を設ける必要があるため、装置の大型化やコスト上昇を招いてしまう。
そのため、本実施形態の冷却装置10に設けられた駆動ローラ14のように、複数のコロ15それぞれがクラウン形状を有することで、装置の大型化やコスト上昇を抑えつつ、用紙S上の画像に光沢ムラが発生しない程度の小さな張力差で、駆動ローラ14の軸方向の幅と同程度の幅を有する平ベルト13を蛇行させることなく回転させることができる。
なお、本願発明者らが、弾性体からなる平ベルト13の厚さを1[mm]程度、ゴム硬度を55[hs](JIS K6253 タイプA)程度、平ベルト13の張力をベルト伸び率で4[%]程度、駆動ローラ14の中央部の直径をφ19[mm]、クラウン形状の曲率半径を1400[mm]程度、幅をコロ15の個数4個にて330[mm]に設定して実験を行った結果、平ベルト13の蛇行防止性能を維持しつつ、良好な光沢ムラの防止効果が得られた。
また、本実施形態のような冷却装置10の構成を採用することにより、オイルレス定着を採用した電子写真方式のカラー画像形成装置においても、用紙S上の画像の光沢ムラの低減や線状のキズの発生を抑制することが可能となる。
以上、本実施形態によれば、シート状部材である用紙Sを冷却する冷却ローラである冷却パイプ12と、冷却パイプ12に用紙Sを圧接させるとともに用紙Sを担持搬送する、複数の張架部材である張架ローラによって回転可能に張架されたベルト部材である平ベルト13と、複数の張架ローラの一つであり平ベルト13を回転駆動させる駆動ローラ14とを備えた冷却装置10において、駆動ローラ14は軸方向で複数のコロ15に分割されており、複数のコロ15それぞれがクラウン形状を有する。駆動ローラ14がクラウン形状を有する複数のコロ15からなるため、コロ15の軸方向中央部と端部との直径の差を、コロ15と同じ曲率のクラウン形状を有する軸方向で分割されていない単一の駆動ローラよりも小さくすることができる。これにより、複数のコロ15からなる駆動ローラ14の軸方向の直径の差が、前記単一の駆動ローラよりも小さくなるので、その分、前記単一の駆動ローラを用いた場合よりも平ベルト13の駆動ローラ軸方向における張力差を小さくすることができる。よって、冷却パイプ12と平ベルト13とで用紙Sを挟持した際、用紙Sに対する平ベルト13からの圧力に駆動ローラ軸方向で生じる圧力差が小さくなるので、その分、圧力差に起因する用紙S上の画像の光沢ムラを低減することができる。
また、本実施形態によれば、冷却パイプ12として空冷のためのフィン12aや冷却液の循環機構などの放熱手段を有するものを用いることができる。
また、本実施形態によれば、平ベルト13のおもて面に接触させないで駆動ローラ14に対向させて配設したローラ部材である従動ローラ17を有することで、冷却装置10を出た直後の余熱により十分にトナーが固化していない用紙Sの表面が、用紙ガイドの端部などの鋭利な部分に接触するのを従動ローラ17によって抑制し、用紙S上の画像に線状のキズが発生するのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、シート状部材である用紙S上にトナー像を形成するトナー像形成手段である画像形成ユニット48と、用紙S上に形成されたトナー像を少なくとも熱によって用紙Sに定着させる熱定着手段である定着装置7と、用紙S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装置10を用い、冷却装置10を定着装置7よりも用紙搬送方向下流側に配設して、定着装置7によってトナー像が定着された用紙Sを冷却装置10で冷却することで、用紙S上の画像の光沢ムラの低減や線状のキズの発生を抑制することが可能となる。
1 感光体
2 コロナ帯電器
3 画像書込装置
4 現像装置
5 一次転写器
7 定着装置
8 加熱ローラ
9 加圧ローラ
10 冷却装置
11 排紙口
12 冷却パイプ
13 平ベルト
14 駆動ローラ
15 コロ
16 コロ
17 従動ローラ
18 平ベルト
19 従動ローラ
22 二次転写ローラ
34 駆動ローラ
38 コロ
40 転写装置
41 中間転写ベルト
42 従動ローラ
43 テンションローラ
44 駆動ローラ
46 二次転写対向ローラ
48 画像形成ユニット
特開2006−3819号公報

Claims (5)

  1. シート状部材に接することで該シート状部材を冷却する冷却ローラと、
    前記冷却ローラに前記シート状部材を圧接させるとともに該シート状部材を担持搬送する、複数の張架部材によって回転可能に張架されたベルト部材と、
    前記複数の張架部材の一つであり前記ベルト部材を回転駆動させる駆動ローラとを備えた冷却装置において、
    前記駆動ローラは軸方向で複数のコロに分割されており、該複数のコロそれぞれが軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に大きくなるクラウン形状を有することを特徴とする冷却装置。
  2. 請求項1の冷却装置において、
    上記冷却ローラは放熱手段を有することを特徴とする冷却装置。
  3. 請求項1または2の冷却装置において、
    上記ベルト部材のおもて面に接触させないで上記駆動ローラに対向させて配設したローラ部材を有することを特徴とする冷却装置。
  4. 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、
    該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定着手段と、
    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または3の冷却装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項4の画像形成装置において、
    上記冷却装置は上記定着手段よりもシート状部材搬送方向下流側に配設されており、該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該冷却装置で冷却することを特徴とする画像形成装置。
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