JP2013007801A - 光沢付与装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却手段の冷却効率を上げることで高速機に対応できる光沢付与装置、画像形成装置を提供する。
【解決手段】無端状ベルト２４、光沢付与加熱ロール２１、無端状ベルト２４を挟んで光沢付与加熱ロール２１に当接する光沢付与加圧ロール２２、無端状ベルト２４を冷却する冷却部材４１、５１、６１を備え、無端状ベルト２４と光沢付与加圧ロール２２で形成するニップ部で記録材を無端状ベルト２４に接触させて搬送し、冷却部材４１〜６１で冷却した後に剥離し、記録材に光沢を付与する光沢付与装置３００である。冷却部材４１〜６１は記録材の搬送方向で複数に分割され、複数個の冷却部材それぞれに冷却手段を設け、光沢付与加熱ロール２１側の冷却部材の冷却手段による冷却量が、記録材が無端状ベルト２４から剥離される側の複数の冷却部材の冷却手段による冷却量より大きい構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置の光沢付与装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置においては、定着ローラと支持ローラとの間に張架された無端状定着ベルトと、定着ローラに対向して設けられた加圧ローラとを備え、記録紙を無端状ベルトに当接させた状態で冷却手段により冷却してから剥離させ、写真のような高光沢のプリントを得ることができる光沢付与手段が提案されている（特許文献１、２、３参照）。

無端状ベルトおよび無端状ベルトに当接した記録紙を冷却する方法手段として、特許文献１では、ベルトの内側とベルトの外側（下側）に冷却ファンを設置し、冷却ファンの送風により冷却する方法や、水やその他の冷媒を内包したヒートパイプやヒートシンクを接触させて冷却する方法、手段が開示されている。

また、特許文献２では、無端状ベルトの内周面に接触して熱を吸収して放熱する放熱部材（ヒートシンク）や、冷却用ファンによる空冷装置などを使用することが開示されている。

また、特許文献３では、無端状ベルトの外側（下側）に冷却ファンを設置し、冷却ファンの送風により冷却する方法や、冷却ファンの風量を調節することで所要の光沢画像または非光沢画像を得る方法が開示されている。

さらに、特許文献４では、冷却部材を分割し、加熱側の冷却部材の熱容量を小さくして、剥離側に向かうにしたがって冷却能力を高くする方式が開示されている。

上述した従来のベルト式光沢付与手段においては、高光沢な画像を得るためには、無端状ベルトが張架された定着ローラ、加圧ローラ部で形成されるニップ部において、トナーを一度溶かし、トナーとベルトの密着力でトナーとベルトが密着させ、その状態で搬送し、密着した状態で冷却させ、分離部で剥離することで、ベルトの表面状態がトナーの表面に転写され、トナーの表面が平滑になり、光沢度が高くなる。したがって、光沢度が高い画像を得るためには、トナーとベルトが密着した状態でベルトを（トナー表面を）狙いの温度にまで冷却する必要があり、そのためには冷却手段の能力が重要で、効率よく冷却できることが必要となる。

しかしながら、上述した従来の技術では、特に高速機においては、ベルトの速度が速いため、冷却する時間が短く、所定の温度にまで冷却できない。また、冷却ファンによる送風の方式では連続通紙を行った場合に加熱部からの放熱により周囲の温度が上がり、送風する風の温度が高くなりベルトの温度が徐々に高くなっていく。またベルトに接触して冷却するヒートシンク方式においても同様に連続通紙を行った場合にヒートシンクがベルトからの熱を受けヒートシンクの温度が徐々に高くなっていきベルトを所定の温度に冷却できない。

そこで本発明は上述の従来技術の問題にかんがみ、冷却手段の冷却効率を上げることで高速機に対応できる光沢付与装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光沢付与装置は、無端状ベルトと、加熱部材と、前記無端状ベルトを挟んで前記加熱部材に当接する加圧部材と、前記無端状ベルトに接触した状態で前記無端状ベルトを冷却する冷却部材と、を有し、前記無端状ベルトと前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において記録材を前記無端状ベルトに接触させ、かつ接触させた状態で搬送し、前記冷却部材で冷却した後に前記無端状ベルトから剥離することで前記記録材に光沢を付与する光沢付与装置において、前記冷却部材は記録材の搬送方向で複数に分割され、該複数個の冷却部材それぞれに冷却手段を設け、前記加熱部材側の前記複数の冷却部材の冷却手段による冷却量が、前記記録材が前記無端状ベルトから剥離される剥離側の前記複数の冷却部材の冷却手段による冷却量より大きい、ことを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、画像を形成する手段と、本発明に係る光沢付与装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数個の冷却部材において加熱部材側の冷却部材の冷却手段による冷却量が、剥離側の冷却部材の冷却手段による冷却量より大きいため、上流側の冷却手段で多くの熱量を排出でき、効率的に冷却できる。

本発明に係る光沢付与装置の一実施例の概略図 冷却部材の断面形状を示す図 本発明に係る光沢付与装置の他の実施例の概略図 比較のために示す従来技術による光沢付与装置の例の概略図 従来技術の冷却部材の断面図 本発明と従来技術での冷却液の温度比較図 冷却部材毎のラジエータでの冷却量を示す図 本発明による光沢付与装置を備えた画像形成装置の概略図

本発明の実施の形態を図面に示した実施例を参照して説明する。

＜実施例１＞
図１に本発明に係る光沢付与装置の一実施例の概略図を示す。
この光沢付与装置３００は、光沢付与加熱ロール２１と、駆動ロール２６と剥離ロール２７とテンションロール２８のローラにより無端状ベルト２４が張り廻らされており、駆動ロール２６により矢印方向に回転するように構成されている。例えば無端状ベルト２４は、駆動ロール２６の駆動力により周速５０〜７００ｍｍ／ｓｅｃで回転するようになっている。

光沢付与加熱ロール２１には無端状ベルト２４を挟んで光沢付与加圧ロール２２が圧接している。光沢付与加熱ロール２１には加熱源としてのハロゲンヒータ２３が内部に設置されており、無端状ベルト表面の温度を検知するサーミスタ２５が設けられ、図示しない制御装置によりハロゲンヒータ２３をオン・オフ制御している。無端状ベルト２４の内周側には、冷却部材４１、５１、６１が設けられている。

無端状ベルト２４は基材と外周面側に形成される表面層との２層構造からなるベルトである。ベルト基材としては、例えば厚さ１０〜３００μｍの耐熱性の高い樹脂シートを使用することが可能である。具体的にはポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドなどのポリマーシートを用いることが可能である。表面層としては例えば厚さ１〜１００μｍのシリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等の表面層形成用材料にて形成される層である。

また、この無端状ベルト２４は、画像の光沢付与するためのベルトであるため、その表面層の表面が高光沢を付与するに適した平滑面として形成される。この場合、その平滑面は例えば算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下となるように形成される。

本実施例では、冷却部材、冷却手段が３個の例について説明する。この冷却部材４１、５１、６１は、光沢付与加熱ローラ２１と光沢付与加圧ローラ２２の圧接部直後の無端状ベルト２４に接触して無端状ベルト２４を冷却し、さらに無端状ベルト２４に密着している記録材を冷却している。冷却部材４１、５１、６１にはそれぞれに液冷方式で冷却部材を冷却する冷却手段が設置されている。冷却部材４１には冷却液を循環させるためのポンプ４４、冷却液を冷却するためのラジエータ４２、冷却液を溜めるタンク４３が設置されそれぞれをパイプ（チューブ）でつないである。ラジエータ４２にはファンが設置され冷却液をファンにより冷却している。同様に冷却部材５１、冷却部材６１にも同様の冷却手段が設置されてそれぞれが独立して冷却できるような構成となっている。冷却部材は光沢付与加熱ロール２１側が剥離ロール２７側に比べて無端状ベルト２４との接触面積が広くなっている。つまり、冷却部材４１の搬送方向の長さＬ１が冷却部材６１の長さＬ３より長くなっている。なお、冷却部材、冷却手段の個数は本実施形態の例には限定されない。

光沢付与加熱ロール２１は円筒状の金属ロールからなるものであり、例えばアルミニウム等の材料で形成され、その外径が例えばφ５０〜φ１２０ｍｍとなっており、中空部分にハロゲンヒータ２３が内蔵され、そのヒータ２３によって光沢付与加熱ロール２１を加熱している。

光沢付与加圧ロール２２は、例えば、円筒状の金属ロールの外周に、例えば厚さ５〜３０ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、表層面は、例えば厚さ３０〜２００μｍのフッ素樹脂のチューブで構成する。

また、光沢付与加圧ロール２２は無端状ベルト２４を挟んで光沢付与加熱ロール２１に圧接され光沢付与ニップ部を形成している。ニップ部の幅は、例えば１０〜４０ｍｍ程度に設定する。

また、無端状ベルト２４の表面に設置されたサーミスタ２５により検出された温度に基づいて無端状ベルト２４の光沢付与加熱ロール２１上での表面温度は、例えば１００℃〜１８０℃に制御する。

図２は冷却部材４１、５１、６１の断面形状を示している。冷却部材４１、５１、６１はそれぞれ熱伝導性の良い金属（例えばアルミニウム）で構成され、内部は液体が往復しながら循環できるような穴（溝）が形成されており、それぞれの両端部に液体の入口、出口が設けられ、内部を液体が循環することで冷却部材を冷却している。もちろん冷却部材を構成する金属はアルミニウムには限定されない。

本実施例の動作を説明する。
冷却部材４１、５１、６１は無端状ベルト２４に接触して無端状ベルト２４を冷却することで、無端状ベルト２４に密着搬送される記録紙上のトナー像を冷却している。冷却部材は熱伝導性の良い金属（例えばアルミニウム等）で形成され、内部には冷却液が循環するための穴が冷却部材の内部を往復するように形成することが好ましい。

冷却部材４１、５１、６１はベルトと接触している長さ（搬送方向）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、例えば１５０ｍｍ〜４００ｍｍ程度であり、加熱部材側の冷却部材の長さＬ１が、剥離部材側の冷却部材の長さＬ３より長くなるように設定されている（Ｌ１＞Ｌ３）。中間の冷却部材の長さＬ２はＬ１とＬ３の長さの中間程度に設定する。

冷却部材４１には、冷却液を循環させ冷却するためのラジエータ４２、タンク４３、ポンプ４４がそれぞれチューブにより接続されている。ラジエータ４２は一般的なラジエータで例えば排熱するためのファンの風量を、例えば０〜１１ｍ＾３／分の性能を有するものとし、ファンの風量を変更することで冷却量を調整可能とする。例えば、ポンプは流量を０〜１５リットル／分のもので流量を調整可能とする。以上のように、冷却部材、冷却手段をそれぞれ２〜５個ずつ設置して無端状ベルトを冷却する。なお、「＾」はべき乗であることを示す。

＜実施例２＞
図３は本発明の他の実施例の概略図である。無端状ベルト２４を冷却するための冷却部材４１、５１、８１が設置され、冷却部材４１、５１の冷却手段は液冷方式で、冷却部材８１の冷却手段は空冷方式である。冷却部材８１はヒートシンクとなっており冷却ファン８２により冷却部材７１を冷却している。その他の構成は、先の実施例と同様である。

＜比較例＞
図４は比較のために示す従来技術による光沢付与装置の例の概略図である。この例では、一つの冷却部材７１で無端状ベルト２４の冷却を行っている。冷却部材７１には冷却液を循環させるためのポンプ７４、冷却液を冷却するためのラジエータ７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、冷却液を溜めるタンク７３が設置されそれぞれをパイプ（チューブ）でつないでいる。なお図では、本発明に係る実施形態との比較のため、ラジエータ７２を３個直列でつないだ例を示しているが、一般的には１個のラジエータで冷却している。

図５は、図４で示すような従来技術の冷却部材７１の断面形状を示している。冷却部材７１は本発明の実施形態と同様に、熱伝導性の良い金属（例えばアルミニウム）で構成され、内部は液体が往復しながら循環できるような穴（溝）が形成されており、両端部に液体の入口、出口が設けられ、内部を液体が循環することで冷却部材を冷却している。

＜実施例３＞
図８は本発明に係る光沢付与装置を備えた画像形成装置の実施例の概略図である。本概略図では光沢付与装置を光沢付与装置本体として画像形成装置本体とは別の装置としているが、必ずしも別の装置である必要はなく画像形成装置本体の中に光沢付与装置を取り付けても良い。

このような光沢付与装置を備えた画像形成装置におけるトナー像への光沢付与は次のようにして行われる。
すなわち、画像形成装置本体１００によりトナー像が定着された記録材を、写真画像のような高い光沢度を得たい場合は、光沢付与装置本体２００を通過させることで光沢度を高くする。

図１において画像形成装置本体１００を通過してトナー像が定着された記録材は、光沢付与装置３００の光沢付与加熱ロール２１と光沢付与加圧ロール２２で形成されるニップを通過し加熱される。無端状ベルトの表面温度（サーミスタ２５の箇所）が１５０℃で制御維持されている場合、記録材はニップ部を通過することで１００℃〜１２０℃となりトナー像が軟化、溶融する。記録材はトナー像のベルトへの密着力によりベルトに密着したまま搬送され、ベルトが冷却部材４１、５１、６１に接触搬送されることで冷却され剥離ロール２７部でベルトから剥離される。ベルトに密着した状態で冷却された記録材（トナー像）は剥離時には４０℃以下に冷却されて固化することでベルトの表面状態がトナー像表面に転写されて高い光沢を得ることができる。

このようにして得られた画像の光沢度は、本願発明者の実験では２０°、光沢度の値で６５〜８０の値であった。

図６に上記の光沢画像を得た条件での本発明の実施例と、従来技術の構成での、それぞれの冷却液の温度の測定結果を示す。本発明の実施例として図１に示す様に冷却部材を３分割とし、それぞれに冷却手段を設置し、室温３０℃の環境で高速機の速度４００ｍｍ／ｓｅｃで１時間以上連続で回転を続け、冷却部材、冷却液が充分に温まり、温度が飽和したときの冷却液の温度を測定した。温度の測定点は図１、２に示すようにそれぞれの冷却部材４１の入口ｂと出口ａ、冷却部材５１の入口ｄと出口ｃ、冷却部材６１の入口ｆと出口ｅの位置である。冷却部材の入口、出口の温度はそれぞれラジエータの出口と入口の温度である。このラジエータの入口温度と出口温度の差がラジエータでの冷却量となる。

図６において冷却手段４１の冷却部材４１の入口ｂの温度は６２℃、出口ａの温度は７０℃で温度差が８℃であった。同様に冷却部材５１の入口ｄの温度は４８℃、出口ｃの温度は５０℃で温度差が２℃であった。同様に冷却部材６１の入口ｆの温度は４０℃、出口ｅの温度は４１℃で温度差が１℃であった。冷却部材の温度もそれぞれ冷却液の温度とほぼ概略同温度となっている。

図７に冷却部材毎のラジエータでの冷却量を示す。図７に示すように加熱部材側の冷却部材４１（ラジエータ４２）での冷却量は約２０００Ｗで、剥離側の冷却部材６１（ラジエータ６２）での冷却量約３００Ｗより冷却量が大きくなっている。

これに対して従来技術の冷却部材を分割しない方式で同様の条件での冷却液の温度の測定結果も図６に示す。比較のために、冷却部材７１の長さ（冷却距離）は図１の本発明の３つの冷却部材を足した長さ（冷却距離）としている。ラジエータ７２も冷却量を同じにするため３つのラジエータを直列に接続している。この例では、冷却部材７１の入口ｆの温度は４７℃、出口ａの温度は５５℃で温度差は８℃であった。

上述したように、冷却部材を分割することで、加熱部材側の冷却部材４１と冷却手段で最も高い温度の状態であるベルトからの熱を受けることになり、そのため冷却液の温度が高くなり、冷却液の温度が高い温度で循環させるとラジエータ４２で冷却するときに室温との温度差が大きくなる。そのため冷却液の冷却量を大きくすることができる。

また、図１に示すように加熱部材側の冷却部材４１のベルトとの接触面積を剥離側の冷却部材６１のベルトとの接触面積より大きくすることで、つまり搬送方向の長さＬ１をＬ３より長くすることで、加熱部材側でが剥離側より冷却量を大きくすることができる。従来技術では冷却部材７１の温度が加熱部材側、剥離側で平均化されるため冷却液の温度も平均化され、室温との温度差が少なくなりラジエータ７２での冷却量が本発明に比べると少なくなる。

また、剥離時の温度は４０℃以下としているが、４０℃以下であればトナー像が固化しているため、これ以上冷却して温度を下げても光沢度が高くなることはない。したがって複数個の冷却手段の冷却量を個別に独立して制御できる構成となっていれば、例えば剥離側のポンプ６４の流量を下げる、または止めることにより、冷却温度を制御することが可能である。

これにより無駄に冷却することなく、また光沢付与加熱ローラ２１部にくるときのベルトの温度を４０℃と制御しすることで、例えば３０℃の温度のベルトを加熱することがなく加熱に関しても有利となる。

冷却量の調整に関しては、ラジエータのファンの風量を調整しても同様の効果をえることができる。すなわち、上流側で多くの熱量を排出することができ、かつ空冷により構成が簡素にできコストも安くすることができる。

また図３に示すように剥離側のみ冷却手段を空冷方式とすることで、ポンプ、ラジエータ等の高価な部品を使用することなく冷却ができるためコストを下げることができる。

なお本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１００：画像形成装置本体
２００：光沢付与装置本体
３００：光沢付与装置
２１：光沢付与加熱ロール
２２：光沢付与加圧ロール
２３：ハロゲンヒータ
２４：無端状ベルト
２５：サーミスタ
２６：駆動ロール
２７：剥離ロール
２８：テンションロール
３０：ガイド部材（入口）
３１：ガイド部材（出口）
４１：冷却部材１
４２：ラジエータ１
４３：タンク１
４４：ポンプ１
５１：冷却部材２
５２：ラジエータ２
５３：タンク２
５４：ポンプ２
６１：冷却部材３
６２：ラジエータ３
６３：タンク３
６４：ポンプ３
７１：冷却部材
７２a〜７２c：ラジエータ
７３：タンク
７４：ポンプ
８１：冷却部材
８２：冷却ファン

特開２００９−０１４８７６号公報 特開２００４−３２５９３４号公報 特開平０５−３３３６４３号公報 特開２００８−１７０５３９号公報

Claims (5)

1. 無端状ベルトと、
   加熱部材と、
   前記無端状ベルトを挟んで前記加熱部材に当接する加圧部材と、
   前記無端状ベルトに接触した状態で前記無端状ベルトを冷却する冷却部材と、
   を有し、
   前記無端状ベルトと前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において記録材を前記無端状ベルトに接触させ、かつ接触させた状態で搬送し、
   前記冷却部材で冷却した後に前記無端状ベルトから剥離することで前記記録材に光沢を付与する光沢付与装置において、
   前記冷却部材は記録材の搬送方向で複数に分割され、
   該複数個の冷却部材それぞれに冷却手段を設け、
   前記加熱部材側の前記複数の冷却部材の冷却手段による冷却量が、前記記録材が前記無端状ベルトから剥離される剥離側の前記複数の冷却部材の冷却手段による冷却量より大きい、
   ことを特徴とする光沢付与装置。
2. 請求項１に記載の光沢付与装置において、前記冷却部材の前記無端状ベルトと接触する面積が、前記加熱部材側が、前記記録材が前記剥離側より大きいことを特徴とする光沢付与装置。
3. 請求項１または２に記載の光沢付与装置において、前記冷却手段が液冷方式のものであり、冷却液を冷却するファンの風量が、前記加熱部材側が前記剥離側より大きいことを特徴とする光沢付与装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光沢付与装置において、前記冷却手段が液冷方式と空冷方式の組み合わせであり、前記加熱部材側の前記冷却手段は液冷方式のもので、前記剥離側の冷却手段を空冷方式のものとしたことを特徴とする光沢付与装置。
5. 画像を形成する手段と、請求項１から４のいずれかに記載の光沢付与装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。