JP2014202768A - シート冷却装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却液を通す流路が設けられた冷却体を有するシート冷却装置において、加熱されたシートを効率よく冷却できるようにする。【解決手段】 冷却液を通す流路１２が設けられた冷却体１１（１１ａ，１１ｂ）をシートＳの搬送方向に複数並設させるシート冷却装置１０において、前記の冷却体１１（１１ａ，１１ｂ）の間に断熱部１３を設けた。【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱されたシートを冷却させるシート冷却装置、及び定着装置によりトナー画像が加熱定着されて熱くなった記録シートをシート冷却装置により冷却させるようにした複写機、プリンター、ファクシミリ及びこれらの複合機からなる画像形成装置に関するものである。特に、冷却液を通す流路が設けられた冷却体を有するシート冷却装置において、加熱されたシートを効率よく冷却させるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、複写機、プリンター、ファクシミリ及びこれらの複合機からなる画像形成装置においては、感光体等から記録シートに転写されたトナー画像を定着装置によって記録シートに加熱定着させ、このようにトナー画像が加熱定着された記録シートを排紙ローラーにより排紙させ、或いはトナー画像が加熱定着された記録シートを反転搬送経路に導き、トナー画像が定着された面と反対側の面にもトナー画像を形成することが行われている。

ここで、前記のようにトナー画像を定着装置によって記録シートに加熱定着させた場合、記録シートの温度が高くなって、トナー中におけるワックス成分が軟化した状態になっているため、この状態で記録シートを排紙ローラーや反転搬送経路に導いた場合、軟化したワックス成分が排紙ローラーや反転搬送経路等に付着して、形成される画像にノイズが発生する等の問題があった。また、記録シートの温度が高い状態で反転搬送経路を通して戻し、トナー画像が定着された面と反対側の面にもトナー画像を形成するようにした場合、記録シートの熱によって転写部分等が加熱されて、画像形成に悪影響を及ぼす等の問題もあった。

そして、従来においては、定着装置によってトナー画像が加熱定着された記録シートに冷却用空気を吹き付けて、熱くなった記録シートを冷却させることが行われていたが、このように冷却用空気を吹き付けるだけでは、熱くなった記録シートを素早く十分に冷却させることが困難であった。

また、特許文献１においては、トナー画像が加熱定着されて熱くなった記録シートを第１のベルト部材によって搬送させると共に、この第１のベルト部材を介して熱くなった記録シートを、多数のフィンを設けたヒートシンクからなる冷却体に接触させて、記録シートを冷却させるようにしたものが示されている。

しかし、このようにした場合においても、熱くなった記録シートを素早く十分に冷却させることが困難であった。

また、近年においては、熱くなったシートに素早く冷却させるため、特許文献２に示されるように、シートの搬送方向と直交する方向に流動媒体が入口開口部から出口開口部に流れる流路が内部に形成された熱交換体を設け、この熱交換体の熱交換面に、熱くなったシートを直接または熱伝達部材を介して接触させて、シートを冷却させるにあたり、熱交換体の内部に、流動媒体の流路をシートの搬送方向に沿わせて複数設けるようにしたものが提案されている。

ここで、このように熱交換体の内部に流路をシートの搬送方向に沿わせて複数設けた場合、熱くなったシートによってシートの搬送方向上流側における流路を流れる流動媒体が加熱されると、この上流側における流路を流れる流動媒体の熱が、熱交換体を通してシートの搬送方向下流側における流路を流れる流動媒体に伝わり、下流側における流路を流れる流動媒体が温められ、熱くなったシートを効率よく冷却させることが困難になるという問題があった。

特開２００９−１６１３４７号公報 特開２０１２−１９８５０２号公報

本発明は、加熱されたシートを冷却させる場合における前記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明においては、冷却液を通す流路が設けられた冷却体を有するシート冷却装置において、加熱されたシートを効率よく冷却できるようにすることを課題とするものである。

本発明に係るシート冷却装置においては、前記の課題を解決するため、冷却液を通す流路が設けられた冷却体をシートの搬送方向に複数並設させ、前記の冷却体間に断熱部を設けるようにした。

ここで、冷却体間に断熱部を設けるにあたっては、断熱部として、冷却体間に空間部を設けるようにし、或いは冷却体間に熱抵抗が大きい断熱部材を設けるようにすることができる。また、前記のように冷却体間に空間部を設ける場合においては、冷却体間を前記の空間部によって分離させるようにする他、冷却体間における空間部によって冷却体間の接続部分の面積を少なくさせるようにすることができる。

また、前記のシート冷却装置においては、冷却体における流路を流れる冷却液を循環させる循環経路を設け、この循環経路に、冷却体において加熱された冷却液を冷却させる冷却部を設けるようにすることができる。また、この冷却部において加熱された冷却液を冷却させるにあたっては、この冷却部に冷却空気を吹き付ける冷風装置を設けるようにすることができる。

また、本発明に係る画像形成装置においては、定着装置によってトナー画像を記録シートに加熱定着させるにあたり、定着装置よりも記録シートの搬送方向下流側の位置に前記のシート冷却装置を設け、トナー画像が加熱定着されて熱くなったシートをこのシート冷却装置によって冷却させるようにした。

本発明のシート冷却装置においては、冷却液を通す流路が設けられた冷却体をシートの搬送方向に複数並設させるにあたり、冷却体間に断熱部を設けたため、熱くなったシートによって、シートの搬送方向上流側の冷却体に設けられた流路を流れる冷却液が加熱されて上流側の冷却体が熱くなった場合においても、上流側の冷却体の熱がシートの搬送方向下流側における冷却体に伝わるのが防止されて、下流側の冷却体に設けられた流路を流れる冷却液の温度が上昇するのが抑制され、下流側の冷却体に設けられた流路を流れる冷却液が低い温度で維持されて、熱くなったシートを効率よく冷却させることができる。

そして、定着装置によってトナー画像をシートに加熱定着させる画像形成装置において、このようなシート冷却装置を定着装置よりもシートの搬送方向下流側の位置に設け、トナー画像が加熱定着されて熱くなったシートをこのシート冷却装置によって冷却させると、トナー中におけるワックス成分が軟化した状態で、シートが排紙ローラーや反転搬送経路等に導かれるのが防止されて、ワックス成分が排紙ローラーや反転搬送経路等に付着するのが抑制され、形成される画像にノイズが発生するのが適切に防止されるようになる。また、トナー画像が定着されたシートを反転搬送経路に導いて、トナー画像が定着された面と反対側の面にトナー画像を形成する場合にも、シートの熱によって転写部分等が加熱されて画像形成に悪影響を及ぼすということがなく、良好な画像形成が安定して行えるようになる。

本発明の実施形態に係るシート冷却装置において、２つの冷却体をシートの搬送方向に断熱部を介して並設させた状態を示した概略平面図である。 前記の実施形態に係るシート冷却装置において、熱くなったシートを冷却させる状態を示した概略説明図である。 前記の実施形態に係るシート冷却装置を用いて熱くなったシートを冷却させる場合において、シートの温度Ｔｐ、上流側の冷却体における冷却液の温度Ｔｗ１、下流側の冷却体における冷却液の温度Ｔｗ２、冷却部に吹き付ける冷却空気の温度Ｔａの関係を示した図である。 上流側の冷却体と下流側の冷却体との間において熱が移動する比較例のシート冷却装置を用いて熱くなったシートを冷却させる場合において、シートの温度Ｔｐａ、上流側の冷却体における冷却液の温度Ｔｗ１ａ、下流側の冷却体における冷却液の温度Ｔｗ２ａ、冷却部に吹き付ける冷却空気の温度Ｔａの関係を示した図である。 前記の実施形態に係るシート冷却装置において、上流側の冷却体と下流側の冷却体との間における断熱部の熱抵抗を変化させた場合に、上流側の冷却体を流れる上流側冷却液の液温と、下流側の冷却体を流れる下流側冷却液の液温との変化を示した図である。 前記の実施形態に係るシート冷却装置において、上流側の冷却体と下流側の冷却体との間における断熱部を変更させた第１の変更例を示した概略側面図である。 前記の実施形態に係るシート冷却装置において、上流側の冷却体と下流側の冷却体との間における断熱部を変更させた第２の変更例を示した概略側面図である。 前記の実施形態に係るシート冷却装置を使用する画像形成装置を示した概略説明図である。

次に、この発明の実施形態に係るシート冷却装置及びこのシート冷却装置を用いる画像形成装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るシート冷却装置及び画像形成装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

この実施形態に係るシート冷却装置１０においては、図１及び図２に示すように、冷却液を通す流路１２が設けられた２つの冷却体１１（１１ａ，１１ｂ）を、シートＳの搬送方向に並設させるにあたり、シートＳの搬送方向上流側における冷却体１１ａとシートＳの搬送方向下流側における冷却体１１ｂとを、断熱部１３となる空間部１３１によって分離させるようにしている。なお、この実施形態においては、シートＳの搬送方向に並設させる冷却体１１の数を２つにしたが、シートＳの搬送方向にさらに多くの冷却体１１を並設させるようにすることも可能である。

ここで、前記の各冷却体１１は、アルミニウム等の熱伝導率の高い材料で構成されており、その内部に冷却液である冷却水を通す流路１２が設けられている。

また、この実施形態のシート冷却装置１０においては、図１に示すように、前記の各冷却体１１の内部に設けられた流路１２を流れる冷却液を循環させる循環経路１４をそれぞれ別個に設け、各冷却体１１の流路１２を流れる冷却液を、それぞれポンプ１４１により各循環経路１４を通して循環させると共に、各循環経路１４に、それぞれ各冷却体１１において加熱された冷却液を冷却させる冷却部１４２を設けている。そして、各冷却部１４２においては、それぞれ冷却空気を吹き付ける冷風装置１４３を設け、この冷風装置１４３により冷却空気を吹き付け、各冷却体１１において加熱された冷却液を各冷却部１４２において冷却させ、このように冷却された冷却液を、各循環経路１４を通して各冷却体１１の流路１２に導くようにしている。

また、この実施形態に係るシート冷却装置１０においては、図２に示すように、回転ローラー１５に架け渡されて回転駆動される上搬送ベルト１６ａと下搬送ベルト１６ｂとの間に熱くなったシートＳを導き、このシートＳを上搬送ベルト１６ａと下搬送ベルト１６ｂとの間に挟んだ状態で搬送させるようにしている。そして、シートＳを挟んだ上搬送ベルト１６ａの上に、前記の各冷却体１１を上搬送ベルト１６ａと接触するように設ける一方、シートＳを挟んだ下搬送ベルト１６ｂの下に押圧ローラー１７を設け、この押圧ローラー１７により、上搬送ベルト１６ａと下搬送ベルト１６ｂとの間に挟まれたシートＳを、上搬送ベルト１６ａを介して前記の各冷却体１１に押し付けるようにしている。

このようにすると、上搬送ベルト１６ａと下搬送ベルト１６ｂとの間に挟まれたシートＳが、前記のように冷却液が流路１２を通して流れる前記の上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂにおいて冷却されるようになる。

そして、この実施形態に係るシート冷却装置１０においては、前記のように上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとを断熱部１３となる空間部１３１により分離させているため、上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとの間において熱が移動するのが抑制され、下流側の冷却体１１ｂの流路１２を流れる冷却液の温度が上昇するのが防止され、前記のシートＳが効率よく冷却されるようになる。

ここで、前記の各冷却体１１においては、シートＳの熱が循環経路１４を通して流路１２に導かれる冷却液に移動し、冷却液に移動した熱が循環経路１４に設けられた冷却部１４２に吹き付けられる冷却用空気に移動するようになり、シートＳから冷却液に移動する熱量と、冷却液から冷却用空気に移動する熱量とが等しくなるようにして冷却液の温度が決定される。

そして、この実施形態に係るシート冷却装置１０において、シートＳの温度をＴｐ、上流側の冷却体１１ａにおける冷却液の温度をＴｗ１、下流側の冷却体１１ｂにおける冷却液の温度をＴｗ２、冷却部１４２に吹き付ける冷却空気の温度をＴａとした場合、この実施形態のシート冷却装置１０においては、前記のように上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとの間において熱が移動するのが抑制される結果、図３に示すように、下流側の冷却体１１ｂにおける冷却液の温度Ｔｗ２が低い状態で維持され、上流側の冷却体１１ａにおける冷却液の温度Ｔｗ１と下流側の冷却体１１ｂにおける冷却液の温度Ｔｗ２との差が大きくなり、全体としてシートＳから冷却液を介して冷却用空気に移動する熱の移動量が大きくなってシートＳが効率よく冷却され、下流側の冷却体１１ｂから導出されるシートＳの温度Ｔｐが低くなっている。

これに対して、前記の上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとを接触させ、或いは上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとを熱伝導率の高い材料で接続させた場合、上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとの間において熱が移動し、図４に示すように、前記の実施形態に係るシート冷却装置１０に比べて、上流側の冷却体１１ａにおける冷却液の温度Ｔｗ１ａが低下する一方、下流側の冷却体１１ｂにおける冷却液の温度Ｔｗ２ａが上昇し、上流側の冷却体１１ａにおける冷却液の温度Ｔｗ１ａと下流側の冷却体１１ｂにおける冷却液の温度Ｔｗ２ａとの差が小さくなり、全体としてシートＳから冷却液を介して冷却用空気に移動する熱の移動量が減少し、前記の実施形態に係るシート冷却装置１０に比べてシートＳの冷却効率が低下して、下流側の冷却体１１ｂから導出されるシートＳの温度Ｔｐａが、前記の実施形態におけるシート冷却装置１０にいて下流側の冷却体１１ｂから導出されるシートＳの温度Ｔｐよりも高くなっている。

この結果から明らかなように、前記の実施形態に係るシート冷却装置１０のように、上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとを断熱部１３となる空間部１３１により分離させて、上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとの間において熱が移動するのを抑制した場合、シートＳが効率よく冷却されることが分かる。

ここで、前記の各冷却体１１において、シートＳの熱が冷却液に移動するまでの熱抵抗が０．０３℃／Ｗ、冷却液の熱が冷却用空気に移動するまでの熱抵抗が０．０２℃／Ｗで、全体としての熱抵抗が０．０５℃／Ｗになったものを用い、上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとの間における断熱部１３の熱抵抗を変化させて、上流側の冷却体１１ａを流れる上流側冷却液の液温と、下流側の冷却体１１ｂを流れる下流側冷却液の液温との変化を調べ、その結果を図５に示した。なお、上流側冷却液の液温を実線で、下流側冷却液の液温を破線で示した。

この結果、上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとの間における断熱部１３の熱抵抗が増加するに連れて、上流側冷却液の液温と下流側冷却液の液温との差が大きくなり、上流側の冷却体１１ａと下流側の冷却体１１ｂとの間の断熱部１３の熱抵抗が、前記の全体としての熱抵抗と同じ０．０５℃／Ｗの場合には、上流側冷却液の液温と下流側冷却液の液温との差が１０℃以上になり、シートＳを効率よく冷却させることができた。

なお、前記の実施形態に係るシート冷却装置１０においては、冷却液を通す流路１２が設けられた２つの冷却体１１（１１ａ，１１ｂ）の間を、断熱部１３となる空間部１３１により分離させるようにしたが、２つの冷却体１１（１１ａ，１１ｂ）の間に設ける断熱部１３はこのようなものに限定されない。

例えば、図６に示すように、冷却液を通す流路１２が設けられた２つの冷却体１１（１１ａ，１１ｂ）の間を、断熱部１３となる空間部１３１によって完全に分離させるのではなく、２つの冷却体１１の一部だけを連結部材１３２によって連結させ、他の部分を断熱部１３となる空間部１３１とすることも可能である。また、図７に示すように、冷却液を通す流路１２が設けられた２つの冷却体１１（１１ａ，１１ｂ）の間に、断熱部１３として、発泡樹脂等の熱抵抗が大きい断熱部材１３３を設けるようにすることもできる。

次に、前記のようなシート冷却装置１０を使用した実施形態の画像形成装置について説明する。

この実施形態の画像形成装置２０においては、図８に示すように、その内部に４つのイメージングカートリッジ３０Ａ〜３０Ｄを装着させている。

ここで、前記の各イメージングカートリッジ３０Ａ〜３０Ｄにおいては、感光体３１と、この感光体３１の表面を帯電させる帯電装置３２と、帯電された感光体３１の表面に画像情報に応じた露光を行って感光体３１の表面に静電潜像を形成する潜像形成装置３３と、感光体３１の表面に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー画像を形成する現像装置３４と、感光体３１の表面に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２１に転写させた後における感光体３１の表面に残留するトナーを感光体３１から除去するクリーニング装置３５とを設けている。

また、前記の各イメージングカートリッジ３０Ａ〜３０Ｄにおける各現像装置３４においては、それぞれ収容させるトナーの色彩を異ならせ、黒色、黄色、マゼンタ色、シアン色のトナーを収容させている。

そして、この画像形成装置２０においては、前記の各イメージングカートリッジ３０Ａ〜３０Ｄにおいて、それぞれ感光体３１の表面を帯電装置３２によって帯電させ、このように帯電された各感光体３１の表面に、それぞれ潜像形成装置３３により画像情報に応じた露光を行い、各感光体３１の表面にそれぞれ画像情報に応じた静電潜像を形成し、各感光体３１の表面に形成された静電潜像に、前記の各現像装置３４からそれぞれの色彩のトナーを供給して、各感光体３１の表面にそれぞれの色彩のトナー画像を形成する。

次いで、各イメージングカートリッジ３０Ａ〜３０Ｄにおける各感光体３１の表面に形成された各色彩のトナー画像を、回転駆動される中間転写ベルト２１に順々に転写させて、この中間転写ベルト２１の上に各色彩のトナー画像が合成されたトナー画像を形成し、このように中間転写ベルト２１の上に形成されたトナー画像を転写ローラー２４と対向する位置に導くようにすると共に、転写後の各感光体３１の表面に残留するトナーを、それぞれクリーニング装置３５によって各感光体３１の表面から除去させるようにする。

一方、この画像形成装置２０内に収容された記録シートＳを、給紙ローラー２２により給紙してタイミングローラー２３に導き、このタイミングローラー２３によって記録シートＳを適当なタイミングで前記の中間転写ベルト２１と転写ローラー２４との間に導き、中間転写ベルト２１の上に形成された前記のトナー像を、この記録シートＳに転写させるようにする。また、記録シートＳに転写されずに中間転写ベルト２１の上に残ったトナーを、第２クリーニング装置２５によって中間転写ベルト２１から除去させるようにする。

次いで、前記のようにトナー画像が転写された記録シートＳを、定着装置２６に設けられた加熱ローラー２６１と加圧ローラー２６２との間に導き、記録シートＳに転写されたトナー画像を、この加熱ローラー２６１と加圧ローラー２６２との間で記録シートＳに加熱定着させるようにする。

そして、この実施形態における画像形成装置２０においては、前記の定着装置２６よりも記録シートＳの搬送方向下流側の位置に前記のシート冷却装置１０を設け、このシート冷却装置１０により、トナー画像が加熱定着されて熱くなった記録シートＳを冷却させるようにしている。

そして、このようにシート冷却装置１０によって冷却された記録シートＳを排紙ローラー２７によって排紙させ、或いは冷却された記録シートＳを反転搬送経路２８に導き、反転搬送経路２８に設けられた各送りローラー２８１により、この反転搬送経路２８において前記の記録シートＳの表裏を反転させて前記のタイミングローラー２３に導き、前記のようにタイミングローラー２３により、表裏が反転された記録シートＳを適当なタイミングで中間転写ベルト２１と転写ローラー２４との間に導き、トナー画像が定着された面と反対側の面にトナー画像を形成させるようにする。

このようにすると、トナー画像が加熱定着された記録シートＳが前記のシート冷却装置１０により十分に冷却された状態になり、トナー中におけるワックス成分が軟化した状態で、記録シートＳが排紙ローラー２７や反転搬送経路２８に導かれるのが防止されるようになる。

この結果、トナー中におけるワックス成分が、排紙ローラー２７や反転搬送経路２８や反転搬送経路２８に設けられた送りローラー２８１に付着するのが抑制されて、形成される画像にノイズが発生するのが適切に防止されると共に、前記のようにトナー画像が定着された記録シートＳを反転搬送経路２８に導いて、トナー画像が定着された面と反対側の面にトナー画像を形成する場合にも、記録シートＳの熱によって転写部分等が加熱されて画像形成に悪影響を及ぼすということもなく、良好な画像形成が安定して行えるようになる。

１０ シート冷却装置
１１ 冷却体、１１ａ 上流側の冷却体、１１ｂ 下流側の冷却体
１２ 流路
１３ 断熱部、１３１ 空間部、１３２ 連結部材、１３３ 断熱部材
１４ 循環経路、１４１ ポンプ、１４２ 冷却部、１４３ 冷風装置
１５ 回転ローラー
１６ａ 上搬送ベルト、１６ｂ 下搬送ベルト
１７ 押圧ローラー
２０ 画像形成装置
２１ 中間転写ベルト
２２ 給紙ローラー
２３ タイミングローラー
２４ 転写ローラー
２５ 第２クリーニング装置
２６ 定着装置、２６１ 加熱ローラー、２６２ 加圧ローラー
２７ 排紙ローラー
２８ 反転搬送経路、２８１ 送りローラー
３０Ａ〜３０Ｄ イメージングカートリッジ、３１ 感光体、３２ 帯電装置、３３ 潜像形成装置、３４ 現像装置、３５ クリーニング装置
Ｓ シート（記録シート）

Claims (7)

1. 冷却液を通す流路が設けられた冷却体がシートの搬送方向に複数並設され、前記の冷却体間に断熱部が設けられていることを特徴とするシート冷却装置。
2. 請求項１に記載のシート冷却装置において、前記の断熱部として、前記の冷却体間に空間部を設けたことを特徴とするシート冷却装置。
3. 請求項２に記載のシート冷却装置において、前記の冷却体間が前記の空間部によって分離されていることを特徴とするシート冷却装置。
4. 請求項１に記載のシート冷却装置において、前記の断熱部として、前記の冷却体間に熱抵抗が大きい断熱部材を設けたことを特徴とするシート冷却装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のシート冷却装置において、前記の冷却体における流路を流れる冷却液を循環させる循環経路が設けられ、この循環経路に、冷却体において加熱された冷却液を冷却させる冷却部が設けられていることを特徴とするシート冷却装置。
6. 請求項５に記載のシート冷却装置において、前記の冷却部に冷却空気を吹き付ける冷風装置が設けられていることを特徴とするシート冷却装置。
7. 定着装置によってトナー画像を記録シートに加熱定着させる画像形成装置において、前記の定着装置よりも記録シートの搬送方向下流側の位置に、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のシート冷却装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。

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