JP2014174356A - 用紙冷却装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率が高く、しかも無端状ベルトの幅方向においてムラなく冷却できる用紙冷却装置を提供する。
【解決手段】無端状ベルト７１と無端状ベルト７２とが回転自在に圧接している。無端状ベルト７１にはヒートシンク７３が無端状ベルト７１の内周面に接触するように設けられている。そして、無端状ベルト７２には５本の押圧ローラ７５が、無端状ベルト７１，７２を挟んでヒートシンク７３に圧接している。ヒートシンク７３は、平板状の基部７３１と、用紙搬送方向と平行に設けられた複数の板状のフィンと７３２を有する。送風ファン７０によって用紙搬送方向下流側から空気が送り込まれ、各フィン７３２間を通って温度上昇した空気は、用紙搬送方向上流側の排出口７４２から排出される。
【選択図】図４

Description

本発明は、無端状ベルトで用紙を搬送すると同時に冷却する用紙冷却装置に関するものである。

例えば、電子写真方式の画像形成装置は、感光体を一様に帯電させる帯電装置と、感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、静電潜像をトナーによって可視像化する現像装置、感光体上のトナー画像を用紙に転写させる転写装置と、用紙上のトナー像を加熱・加圧することによって用紙に定着させる定着装置とを備える。ここで、一般的に使用される定着装置は、圧接した一対のローラのニップ部に用紙を通過させて加熱・加圧を行い、トナー画像を用紙に溶融定着するものである。

近年、画像形成装置の高速化が進み、定着装置から用紙が高速で排出される。高速で排出された用紙上のトナー画像は未だ充分に冷却されていないので、画像上の軟化しているワックス成分が通紙経路に付着し、画像ノイズが生じることがある。また、用紙の両面に画像形成を行う場合、高温の用紙が再び転写装置などの画像形成部に搬送されるので、画像形成部の温度が上昇しプロセスの安定性が損なわれることがあった。

そこで、例えば、特許文献１では、定着装置の用紙搬送方向下流側において、一対の無端状ベルトで用紙を挟持・搬送すると同時に、無端状ベルト内に設けた、複数の板状のフィンを有するヒートシンクによって用紙を冷却する用紙冷却装置が提案されている。図６に示すように、ここで提案されている用紙冷却装置では、板状のフィン７３２の形成方向と用紙搬送方向とが直交するようにヒートシンク７３を配置すると共に、無端状ベルト７１の一方の開口部から他方の開口部に向けてファンモーター７０ａにより空気を供給することでヒートシンク７３を空冷している。

特開2009-161347号公報

ところが、前記提案の用紙冷却装置では、ファンモーター７０ａによって供給される空気は、無端状ベルト７１の一方の開口部から他方の開口部に向かって流れるにしたがい温度上昇するため、空気流の下流側では冷却効率が低下し、画像に光沢ムラなどのノイズが生じる。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却効率が高く、しかも無端状ベルトの幅方向においてムラなく冷却できる用紙冷却装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、用紙上のトナー画像に光沢ムラなどの画像ノイズが生じることがなく、高い画像品質が得られる画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成する本発明に係る用紙冷却装置は、用紙を搬送する第１の無端状ベルトと、第１の無端状ベルトの内周面に接触する放熱部材と、第１の無端状ベルトによって搬送される用紙を前記放熱部材側に押し当てる押圧部材と、前記放熱部材に対して用紙搬送方向下流側から上流側に向かう空気流を付与する送風手段とを有することを特徴とする。

ここで、給気口と排気口とが形成され前記放熱部材を覆うハウジングをさらに設け、前記給気口を前記放熱部材よりも用紙搬送方向下流側に形成し、前記排気口を前記放熱部材よりも用紙搬送方向上流側に形成するようにしてもよい。

あるいはまた、前記送風手段を、前記放熱部材よりも用紙搬送方向下流側で且つ第１の無端状ベルトの内部に設け、第１の無端状ベルトに多数の穴を形成するようにしてもよい。

また、前記放熱部材が、第１の無端状ベルトの内周面と一方面側が接触する平板状の基部と、前記基部の他方面側に、基部に対して略垂直で且つ所定間隔で形成された複数の板状のフィンとを備え、前記板状のフィンの形成方向と用紙搬送方向とが略平行となるようにするのが好ましい。

また、前記放熱部材よりも用紙搬送方向下流側において、前記板状のフィンのそれぞれの間に流れる空気流量が均一になるように、空気流を分配する第１整流板をさらに設けてもよい。

前記放熱部材よりも用紙搬送方向上流側において、前記板状のフィンのそれぞれの間を流れてきた空気を第１の無端状ベルトの幅方向に導き排出する第２整流板をさらに設けてもよい。

前記押圧部材がその内周面に配置された第２の無端状ベルトをさらに設けるのが好ましい。

また、本発明によれば、用紙に転写されたトナー画像を加熱して用紙に溶融定着させる定着手段を有する画像形成装置において、前記定着手段よりも用紙搬送方向下流側に、前記のいずれかに記載の用紙冷却装置を設けたことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明の用紙冷却装置では、送風手段によって、放熱部材に対して用紙搬送方向下流側から上流側に向かう空気流を付与するので、用紙の温度が最も低くなる位置において最も温度の低い空気を当てることになり高い冷却効率が得られる。また、幅方向において温度ムラなく無端状ベルトを冷却できる。

また、本発明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、前記の用紙冷却装置を設けたので、定着装置を通過した用紙がすみやかに冷却され、用紙上のトナー画像に光沢ムラなどの画像ノイズが生じることがなく、高い画像品質が得られる。

本発明の用紙冷却装置を搭載した画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の用紙冷却装置を示す水平断面図である。 本発明の用紙冷却装置を示す垂直断面図である。 本発明の用紙冷却装置を示す斜視図である。 本発明の用紙冷却装置の他の実施形態を示す斜視図である。 従来の用紙冷却装置を示す斜視図である。図である。

以下、本発明に係る用紙冷却装置及び画像形成装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る用紙冷却装置及び画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図を示す。図１に示す画像形成装置８は、画像を形成するプリンター部８１と、原稿画像を読み取るイメージリーダ部８２と、使用者が画像形成条件を入力したり装置の状態等を表示する操作表示部８３とを備える。イメージリーダー部８２は、不図示の原稿ガラス板の上に載置された原稿を、スキャナーを移動して読み取る公知のもので、不図示のＣＣＤイメージセンサーにより電気信号に変換された画像データが得られる。

プリンター部８１には、トナー像を担持し、時計回りに回転する円筒状の感光体Ｄの周囲に、感光体Ｄの表面を一様に帯電させる帯電装置２と、感光体Ｄ表面に光を照射して静電潜像を形成する露光装置３と、感光体Ｄにトナーを供給し感光体Ｄ上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置４と、現像装置４によって形成された感光体Ｄ上のトナー像を用紙Ｐに転写する転写ローラ５と、用紙Ｐに転写されずに感光体Ｄ上に残留したトナーを除去するクリーニング装置６とが設けられている。

帯電装置２は、スコロトロン方式の帯電装置であって、感光体Ｄに対向する面側が開口した箱状のシールド電極２２と、シールド電極２２内に張架された放電電極２１と、シールド電極２２の開口に取り付けられたグリッド電極２３とを有する。放電電極２１に数ｋＶの電圧が印加されるとコロナ放電が発生し、これに感光体Ｄの表面が一様に帯電される。なお、帯電装置２の種類は特に限定されるものでなく、ローラ方式の帯電部材、ブレード状の帯電部材、ブラシ状の帯電部材等を用いてももちろん構わない。

露光装置３は、帯電装置２によって一様に帯電された感光体Ｄの表面に、例えばパソコンなどの外部装置から入力される画像データに基づいて、選択的に光を照射して露光を行い、感光体Ｄの表面に所定の静電潜像を形成する。

現像装置４は、ハウジング４１と、感光体Ｄに対向し回転可能に設けられた現像ローラ４２と、現像ローラ４２に向かって現像剤を搬送する搬送ローラ４３とを備える。ハウジング４１内にはトナーとキャリア（いずれも不図示）とからなる現像剤が収容されている。現像ローラ４２に現像バイアス電圧を印加すると、現像ローラ４２に印加される電圧と感光体Ｄの静電潜像との電位差によってトナーが感光体Ｄに移動し、感光体Ｄ上の静電潜像がトナーによって可視像化（トナー画像）される。

転写ローラ５は、転写ローラ５に連結された駆動モータ（不図示）によって回転可能に設けられるとともに付勢部材（不図示）によって感光体Ｄに圧接している。また転写ローラ５には、不図示の電圧印加手段によって、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加される。感光体Ｄと転写ローラ５との間を用紙Ｐが通過する際に、転写ローラ５に前記電圧が印加され、感光体Ｄに形成されたトナー画像が用紙Ｐに転写する。

クリーニング装置６は、感光体Ｄに圧接するクリーニングブレード６１を備え、感光体Ｄ表面に残留する未転写トナーを感光体Ｄから除去する。

プリンター部８１の下部には、用紙Ｐを収納した給紙カセット５１がプリンター部８１に対して着脱自在に配置されている。給紙カセット５１内に収納された用紙Ｐは、給紙カセット５１の上方側部に配置された給紙ローラ５２の回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路５０に送り出される。給紙カセット５１から送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対５３に搬送され、レジストローラ対５３から感光体Ｄの回転とタイミングを合わせて転写ローラ５と感光体Ｄとのニップ部に送り出され、前述の通りトナー画像が用紙Ｐに転写される。

さらに、プリンター部８１は、感光体Ｄから用紙Ｐに転写されたトナー画像を定着させる定着装置１を備えている。定着装置１は、ハロゲンヒータＨを内蔵した定着ローラ１１と、定着ローラ１１に圧接する加圧ローラ１２とを有する。定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ部を用紙Ｐが通過する際に加熱及び加圧されてトナー画像が用紙Ｐに溶融定着される。そして、用紙Ｐは、用紙冷却装置７ａを通って排出口５５から本体側面の排紙トレイ８５に排出される。用紙冷却装置７ａについては後述する。

画像形成装置８は、画像形成装置８に関係する構成要素を総合的に制御する制御装置８４を備えており、この制御装置８４は、感光体Ｄ、現像ローラ４２、転写ローラ５、給紙ローラ５２、搬送ローラ５３及び定着ローラ１１などの回転駆動と帯電装置２、露光装置３、現像装置４、ハロゲンヒータＨなどの作動を制御する。もちろん、制御装置８４の制御動作は、操作表示部８３から使用者が入力した設定条件に従って実行される。

なお、前記実施形態では、用紙冷却装置７は画像形成装置８に内蔵されていたが、独立した装置として画像形成装置本体に並置するようにしてももちろん構わない。

図２に用紙冷却装置７ａの正面垂直断面図を示し、図３に水平断面図を、図４に斜視図をそれぞれ示す。これらの図に示す用紙冷却装置７ａでは、無端状ベルト７１と無端状ベルト７２とが４つのローラ７８ａ〜７８ｄと４つのローラ７９ａ〜７８ｄとにそれぞれ掛架され、ローラ７８ａとローラ７９ａ及びローラ７８ｂとローラ７９ｂが無端状ベルト７１，７２を挟んで圧接している。無端状ベルト７１にはヒートシンク（放熱部材）７３が無端状ベルト７１の内周面に接触するように設けられている。そして、無端状ベルト７２には５本の押圧ローラ（押圧部材）７５が、不図示の付勢手段によって、無端状ベルト７１及び無端状ベルト７２を挟んでヒートシンク７３に圧接している。これにより無端状ベルト７１及び無端状ベルト７２はヒートシンク側に押し当てられる。

ヒートシンク７３は、平板状の基部７３１と、基部７３１に対して垂直で且つ所定間隔で設けられた複数の板状のフィン７３２とを有し、基部７３１の裏面は無端状ベルト７２と接触している。また、フィン７３２の形成方向は用紙搬送方向と平行である。そして、ヒートシンク７３を覆うようにハウジング７４が設けられている。

図３に示すように、ハウジング７４には、ヒートシンク７３よりも用紙搬送方向下流側に給気口７４１が形成され、ヒートシンク７３よりも用紙搬送方向上流側には排気口７４２が形成されている。そして、ハウジング７４の給気口７４１の外側近傍には送風ファン（送風手段）７０が設けられている。また、ハウジング７４内のヒートシンク７３よりも用紙搬送方向下流側には、給気口７４１から供給された空気が各フィン７３２間に等しく流れるように空気流を分配する第１整流板７６が設けられている。そしてまた、ハウジング７４内のヒートシンク７３よりも用紙搬送方向上流側には、各フィン７３２間を流れてきた空気流を排出口７４２に導く第２整流板７７が設けられている。

用紙冷却装置７ａに搬送されてきた用紙Ｐは、無端状ベルト７１，７２との間で挟持され搬送される。この間、押圧ローラ７５によって、無端状ベルト７１，７２と共に用紙Ｐはヒートシンク７３側に押圧され、用紙Ｐの熱は無端状ベルト７１を介してヒートシンク７３に伝わる。これにより、用紙Ｐは冷却されて用紙冷却装置７ａから送り出される。

一方、送風ファン７０によって供給された空気は、給気口７４１からハウジング７４内に送り込まれ、各フィン７３２間を通って排出口７４２から排出される。ヒートシンク７３の基部７３１及びフィン７３２から放出された熱は、この送風ファン７０による空気流に吸収される。ここで重要なことは、ヒートシンク７３に対して用紙搬送方向下流側から上流側に向かって空気を流すことにある。

用紙Ｐから空気流への移動熱量Ｑは次式で表される。
移動熱量Ｑ＝（用紙温度−空気流温度）／熱抵抗
式中、熱抵抗とは、用紙冷却装置の熱の伝わりにくさを表すものであり、熱抵抗が小さいほど移動熱量は多くなる。また、熱抵抗が同じであれば、移動熱量は用紙温度と空気流温度との差が大きいほど大きくなる。

従来のように、空気流の方向が用紙搬送方向と直交する方向であると、ヒートシンク７３における空気流の下流側（無端状ベルトの幅方向の一方側）では空気流の温度が高くなるため、用紙温度との差が小さくなり冷却効率が低下する。このため、無端状ベルト７１の幅方向で冷却効率に差が生じる。一方、本発明の冷却装置では、空気流の方向は、用紙搬送方向下流側から上流側に向かう方向であるため、無端状ベルト７１の幅方向における空気流温度はほぼ等しくなり冷却効率に差は生じない。加えて、空気流の温度の低い吸気側を、用紙温度が低下した用紙搬送方向下流側とし、空気流の温度の高い排気側を、用紙温度の高い用紙搬送方向上流側としたので、高い冷却効率が得られる。

また、給気口７４１からハウジング７４内に送り込まれた空気は、第１整流板７６によって各フィン７３２間に等しく分配されるので、無端状ベルト７１の幅方向における空気流量はほぼ等しくなり、幅方向における冷却効率は略同一となる。そして、各フィン７３２間を通過した空気は、第２整流板７７によって排出口７４２に導かれ排出されるので、空気流の圧損が抑制されると共に、温度上昇した空気によってハウジング４２等が不必要に暖められることが抑制される。

なお、無端状ベルト７１，７２の材質は、熱伝導性に優れているものであれば特に限定はないが、ポリイミドフィルムやニッケル電鋳フィルム、ポリエチレンフィルムなどが好ましい。また、送風手段としては、軸流ファンや遠心ファンなど従来公知のものを使用できる。

図５に、本発明に係る用紙冷却装置の他の実施形態を示す。この図に示す用紙冷却装置７ｂが前記実施形態の用紙冷却装置７ａと異なる点は、無端状ベルト７１ａ内の、ヒートシンク７３よりも用紙搬送方向下流側に、幅方向に５つのファンモーター（送風手段）７０ａを並べて設けた点と、ハウジングを設けず、代わりに無端状ベルト７１ａとして複数の穴７１１が形成されたものを用いた点にある。ファンモーター７０ａから供給された空気は、用紙搬送方向下流側から上流側に向かってフィン７３２の間を用紙搬送方向と平行に流れ、無端状ベルト７１ａに形成された複数の穴７１１から外に排出される。このような構成によっても前記の用紙冷却装置７ａと同様の効果が用紙冷却装置７ｂでも奏される。

図１に示した画像形成装置を用いて、下記の条件下で用紙定着を行い、定着後の用紙温度を測定したところ１１０℃であった。
環境温度 ：２５℃
定着温度 ：約２００℃
用紙の坪量 ：１２８ｇ／ｍ^２
用紙搬送速度：４００ｍｍ／ｓｅｃ

（実施例１）
図１に示した画像形成装置において、用紙冷却装置を駆動させて用紙冷却装置を通過した用紙の温度を測定したところ５４℃で、幅方向の温度ムラは１〜２℃であった。

（比較例１）
図１に示す画像形成装置において、図６に示す従来の用紙冷却装置を取り付け、実施例１と同様にして用紙の温度を測定したところ６０℃で、幅方向の温度ムラは２〜３℃であった。

本発明の用紙冷却装置では、送風手段によって、放熱部材に対して用紙搬送方向下流側から上流側に向かう空気流を付与するので、用紙の温度が最も低くなる位置において最も温度の低い空気を当てることになり高い冷却効率が得られる。また、幅方向において温度ムラなく無端状ベルトを冷却でき有用である。

７ａ，７ｂ 用紙冷却装置
Ｐ 用紙
７０ 送風ファン（送風手段）
７０ａ ファンモーター（送風手段）
７１，７１ａ 無端状ベルト（第１の無端状ベルト）
７２ 無端状ベルト（第２の無端状ベルト）
７３ ヒートシンク
７４ ハウジング
７５ 押圧ローラ（押圧部材）
７６ 第１整流板
７７ 第２整流板
７１１ 穴
７４１ 給気口
７４２ 排気口

Claims (8)

1. 用紙を搬送する第１の無端状ベルトと、第１の無端状ベルトの内周面に接触する放熱部材と、第１の無端状ベルトによって搬送される用紙を前記放熱部材側に押し当てる押圧部材と、前記放熱部材に対して用紙搬送方向下流側から上流側に向かう空気流を付与する送風手段とを有することを特徴とする用紙冷却装置。
2. 給気口と排気口とが形成され前記放熱部材を覆うハウジングをさらに有し、
   前記給気口が、前記放熱部材よりも用紙搬送方向下流側に形成され、前記排気口が、前記放熱部材よりも用紙搬送方向上流側に形成されている請求項１記載の用紙冷却装置。
3. 前記送風手段が、前記放熱部材よりも用紙搬送方向下流側で且つ第１の無端状ベルトの内部に設けられ、第１の無端状ベルトに多数の穴が形成されている請求項１記載の用紙冷却装置。
4. 前記放熱部材が、第１の無端状ベルトの内周面と一方面側が接触する平板状の基部と、前記基部の他方面側に、基部に対して略垂直で且つ所定間隔で形成された複数の板状のフィンとを備え、前記板状のフィンの形成方向と用紙搬送方向とを略平行とした請求項１〜３のいずれかに記載の用紙冷却装置。
5. 前記放熱部材よりも用紙搬送方向下流側において、前記板状のフィンのそれぞれの間に流れる空気流量が均一になるように、空気流を分配する第１整流板をさらに有する請求項４記載の用紙冷却装置。
6. 前記放熱部材よりも用紙搬送方向上流側において、前記板状のフィンのそれぞれの間を流れてきた空気を第１の無端状ベルトの幅方向に導き排出する第２整流板をさらに有する請求項４又は５記載の用紙冷却装置。
7. 前記押圧部材がその内周面に配置された第２の無端状ベルトをさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の用紙冷却装置。
8. 用紙に転写されたトナー画像を加熱して用紙に溶融定着させる定着手段を有する画像形成装置において、
   前記定着手段よりも用紙搬送方向下流側に、請求項１〜７のいずれかに記載の用紙冷却装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。