JP2018194579A - ボルテックス効果による排紙冷却手段を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紙に転写されたトナー像を加熱式の定着器にて定着する方式の画像形成装置においては、定着時の加熱により紙の温度が上昇する。紙が、ある一定温度以上になると、排紙トレイに積載された際に、トナー同士あるいはトナーと紙が固着し、いわゆる排紙接着が生じて画像不良の原因となる。【解決手段】圧縮空気６０を生成するコンプレッサ５０と、コンプレッサ５０が生成した圧縮空気６０の供給を受けて冷気６１と暖気６２を生成するボルテックスチューブ５１とを備え、ボルテックスチューブ５１が生成した冷気６１を用いて、定着部で加熱されたシートＳの冷却を行う。排紙接着の問題をクリアし得るような、冷却能力が高くて安価なシート冷却手段を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置において、トナー像を定着した後の高温のシートを冷却する手段に関する。

従来から、紙に転写されたトナー像を加熱式の定着器にて定着する方式の画像形成装置が知られているが、かかる装置においては、定着時の加熱により紙の温度が上昇する。紙が、ある一定温度以上になると、排紙トレイに積載された際に、トナー同士あるいはトナーと紙が固着し、いわゆる排紙接着が生じて画像不良の原因となる。その為、排紙トレイに積載するまでに、トナー像が定着された紙を排紙接着が生じない温度にまで空冷ファンなどを用いて冷却することが必要である。

近年は、トナーの融点を低温化する傾向があるため、排紙接着が発生する温度が下がってきている事と、画像形成プロセススピードの向上により搬送速度が上がったことの影響により、排紙接着が発生しない温度にまで紙を冷やす事が困難になっている。その結果、排紙接着による画像不良が、画像形成速度を更に向上するのを妨げる原因となっている。
そこで、例えば特許文献１には、排紙冷却手段として、紙の用紙サイズによって外気を取り込む冷却ファンの風量を変化させる構成が開示されている。

特開２０１６−５３６０９号公報

従来の、冷却ファンで外気を取り込み冷却する方式では、風量を上げても、排紙接着の発生を抑制するのが困難な場合があり得た。たとえば外気温度が３０°Ｃを超えるような高温環境下の場合や、画像形成装置のスピードを高速にして生産性を上げようとした場合、排紙接着の発生を抑制するのが困難となる。

本発明は、トナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部が形成した前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、前記転写部で転写されたトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着部と、コンプレッサが生成した圧縮空気の供給を受けて、前記圧縮空気よりも低温な冷気と、前記圧縮空気よりも高温な暖気を生成するボルテックスチューブと、前記冷気の供給を受けて、前記定着部でトナー像が定着された記録媒体を冷却する冷却部と、を有する、ことを特徴とする画像形成装置である。

また、本発明は、トナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部が形成した前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、前記転写部で転写されたトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着部と、コンプレッサが生成した圧縮空気の供給を受けて、前記圧縮空気よりも低温な冷気と、前記圧縮空気よりも高温な暖気を生成するボルテックスチューブを備える画像形成装置であって、前記ボルテックスチューブが生成した冷気を用いて、前記画像形成装置の発熱部の冷却を行うとともに、前記ボルテックスチューブが生成した暖気を用いて、前記画像形成装置の内部の除湿を行う、ことを特徴とする画像形成装置である。

また、本発明は、トナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部が形成した前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、前記転写部で転写されたトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着部と、コンプレッサが生成した圧縮空気の供給を受けて、前記圧縮空気よりも低温な冷気と、前記圧縮空気よりも高温な暖気を生成するボルテックスチューブを備える画像形成装置であって、前記ボルテックスチューブが生成した冷気を用いて、前記画像形成装置の発熱部の冷却を行うとともに、前記ボルテックスチューブが生成した暖気を用いて、前記画像形成装置の内部の加熱を行う、ことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、排紙接着の発生が抑制された画像形成装置を提供できる。

実施形態の画像形成装置の外観斜視図。 実施形態の画像形成装置の断面図。 実施形態のシステムの構成例。 他の実施形態の画像形成装置の断面図。 冷却機能を有する排紙ローラの例。 冷却機能を有する排紙ローラの他の例。 冷却機能を有する排紙トレイの例。 加熱（除湿）機能を有するシート収納部の例。 実施形態の制御ブロック図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態である画像形成装置について説明する。
図１は、実施形態の画像形成装置の外観を示す斜視図で、図２は本体部分の断面図である。
図１に示すように、画像形成装置１は、排出トレイ１３、原稿読取部４１、シート供給部４２、操作部４６、電気回路実装部４７、等を有している。さらに、本体内部には、画像形成部、定着部、シート搬送部等を備えている。

より詳細には、図２の装置断面図に示すように、画像形成装置１の本体は、露光ユニット２、作像ユニット３、１次転写手段５、感光体ドラム６、中間転写ベルト７を有しており、これらは画像形成部を構成している。画像形成部は、４色のトナー像を形成するため、感光体ドラム６を４つ備えている。各感光体ドラム６の周囲には、不図示の帯電器、現像器、クリーナが配置され、それらがプロセスカートリッジとして作像ユニット３を構成している。画像形成部の上部には、各感光体ドラム６と接触するようにして中間転写手段としての中間転写ベルト７を配置している。

感光体ドラム６はそれぞれ不図示の帯電器により帯電し、露光ユニット２より露光して、感光体ドラム６上に静電潜像を形成する。それぞれの静電潜像を不図示の現像器により現像して、トナー像を各々の感光体ドラム６上に形成する。感光体ドラム６の回転に伴い、トナー像は感光体ドラム６と中間転写ベルト７とが当接する１次転写手段５に到達する。１次転写手段５には、不図示の電気回路から１次転写バイアスが印加され、トナー像は各々の感光体ドラム６から中間転写ベルト７へ順次転写される。

シート供給部４２に収納された記録媒体としてのシートＳは、ピックアップローラにより取り出され、分離ローラ１０を介して１枚毎に送り出される。シートＳは、レジストローラ９で搬送開始のタイミングを調整された後、２次転写ローラ８と中間転写ベルト７で構成されるニップ部に搬送され、中間転写ベルト７のトナー像が２次転写される。

トナー像が転写されたシートＳは、定着部４５に搬送され、定着ローラ１１で熱及び圧力を受けてトナーが溶融混色してシートＳに定着される。プリント画像が形成されたシートＳは、定着部４５の下流に設けられた排出搬送部１８によって排出トレイ１３に排出され、積載される。両面プリントを行う場合には、シートＳを反転搬送ローラ１７により再び２次転写部へ搬送する。そして、両面プリント完了後に、シートＳは定着部４５へ搬送され、排出搬送部１８によって積載部である排出トレイ１３に排出される。

（冷気、暖気の供給システム）
本実施形態の画像形成装置１は、内部にボルテックスチューブを備え、画像形成装置の所定の部位に対して冷却および加熱を行う。図３は、システムの概略構成の一例を示す図である。

画像形成装置１の筐体内には、ボルテックスチューブ５１とコンプレッサ５０が設置されている。コンプレッサ５０からボルテックスチューブ５１へ圧縮空気６０を供給可能なように、両者の間は配管されている。ボルテックスチューブ５１は、コンプレッサ５０から圧縮空気を入力されると、内部での渦流、圧縮、膨張、圧力差を利用してボルテックス効果により圧縮空気を分離し、冷気と暖気を同時に外部に供給することができる。
以後の説明で、冷気とは入力された圧縮空気よりも温度が低い空気を指し、暖気とは入力された圧縮空気よりも温度が高い空気を指すこととする。

本実施形態の画像形成装置は、冷気と暖気を同時に供給することができるボルテックスチューブ５１を用い、装置内の適所に対して冷気６１と暖気６２を供給し、冷却と加熱を行う。
すなわち、本実施形態では、ボルテックスチューブ５１から供給される冷気６１を用いて、定着部４５で定着処理された後の高温のシートＳを、排出トレイ１３に到達する前に冷却する。その際には、冷気の配管周辺において結氷が生じないように、ボルテックスチューブ５１から供給する冷気６１の温度が０°Ｃ以下にはならないように制御するのが望ましい。

また、本実施形態では、ボルテックスチューブ５１から供給される暖気６２を、排紙ガイド２１の結露防止や、シート供給部４２内に収納されたシートの除湿のための加熱に用いる。尚、結露の可能性が小さい場合や、シートの除湿が不要の場合には、暖気６２を画像形成装置外に排出できるように、暖気の流路を変更する機構を設けるのが望ましい。

ボルテックスチューブ５１の設置個所は、冷気の配管を短くする為、画像形成装置内の排出搬送部１８の近傍が望ましいが、筐体内の任意の空間に設置して、排出搬送部１８まで冷気を配管で導いてもよい。前述したように、シートＳを冷却するための冷気の温度は氷点を下回らないのが望ましいので、氷点下への強冷却を目的とする用途とは異なり、冷気の配管をある程度長くしても許容できるからである。尚、冷気の配管を分岐し、電気回路実装部４７にある回路基板、あるいは電源や駆動モータなど、発熱部となる電気部品の冷却に用いても良い。

ボルテックスチューブ５１の冷気の取出し口と暖気の取出し口の近傍に、温度センサを配置し、冷気および暖気の温度をモニターしながら、制御部が必要に応じて冷気や暖気の温度を調整してもよい。その際には、制御部は、コンプレッサの駆動や、ボルテックスチューブの調整バルブを調整してもよい。
画像形成装置内の各所に温度をモニターする手段を配置して温度情報を制御部に入力し、制御部が冷気あるいは暖気の過不足を検知して、コンプレッサ５０の駆動や、冷気や暖気の流量バルブの開閉や流路切替えバルブを制御するように構成するのが望ましい。

コンプレッサ５０は、たとえば、画像形成装置内の底部付近に設置する。画像形成装置の静音化のため、外装カバーで囲まれた領域に設置して動作音が漏洩するのを抑制するのが好ましい。場合によっては、コンプレッサ５０の周囲に遮音性の高いカバーを設けたり、吸音材や防振材を配置してもよい。

図９は、冷気および暖気の供給を制御するシステム構成の一例を示すブロック図である。図中、９００はＣＰＵを備えた制御部、５０はコンプレッサ、９０１はボルテックスチューブ内の出力調整バルブ、９０２は冷気の配管に設けられている流路切替バルブ、９０３は冷気の配管に設けられている流量制御バルブである。また、９０４は暖気の配管に設けられている流路切替バルブ、９０５は暖気の配管に設けられている流量制御バルブ、９０６は装置環境の温度を測る温度センサ、９０７は装置環境の湿度を測る湿度センサである。また、９０７は電気回路実装部の温度を測る温度センサ、９０８はシート供給部の温度を測る温度センサ、９０９は排紙ガイドの温度を測る温度センサである。

制御部９００は、温度センサや湿度センサから入力される情報に基づいて、コンプレッサ５０やボルテックスチューブ内の出力調整バルブ９０１を制御して、冷気および暖気の供給量や温度を制御する。同時に、制御部９００は流路切替バルブや流量制御バルブを制御し、冷気および暖気を必要な箇所に必要な量を供給したり、余剰な暖気を装置外に排出したりする。なお、センサや制御要素の構成は、図９に示したブロック図の例に限られるものではなく、適宜変更することが可能である。

（冷却機構）
本実施形態の画像形成装置が備える冷却機構について説明する。
図３に示すように、コンプレッサ５０は圧縮空気６０を生成し、配管を介してボルテックスチューブ５１に供給する。ボルテックスチューブ５１から供給される冷気６１は、定着部４５から排出された高温のシートＳに向けて吹き出し口５２から吹き出される。すなわち、定着部４５と排出トレイ１３の間の冷却部で、低温の空気流である冷却ブロー６１ａが高温のシートＳに吹付けられ、シートＳを冷却する。

定着部４５から排出されたシートＳを直ちに冷却することにより、トナーをシートＳにしっかり固めて定着させることが出来、排出トレイ１３に積載されたシートＳに排紙接着による画像不良が生じるのを防ぐことが可能となる。

また、定着部４５から排出されたシートＳを直ちに冷却することにより、シートＳのカール量を低減することができる。このため、排紙ガイド２１にシートＳが引掛かることでシートＳにダメージが生ずる等の搬送トラブルを減らすことも可能となる。

一般的に、ボルテックスチューブの冷却能力は、コンプレッサから供給される圧縮空気の圧力が０．７ＭＰａ程度のとき、供給される圧縮空気よりも５０°Ｃ程度低い冷気を供給することが可能とされている。しかし、排紙接着を防ぐ為に定着後のシートＳを冷却するためには、冷気６１は、５〜１０°Ｃ程度の温度であれば十分で、それよりも低温である必要はない。したがって、圧縮空気６０の温度が３０°Ｃの場合でも、ボルテックスチューブからは、それより２０°Ｃ程度低い冷気６１が取り出せればよい。したがって、コンプレッサ５０からの供給圧力は０．２ＭＰａ程度あれば足り、小型のコンプレッサでも十分機能を達成することが可能である。本発明によれば、小型で安価な構成でシートＳを冷却することが可能となり、画像形成スピードを上げて生産性を向上した時の画像弊害の発生を抑制することが出来る。

ボルテックスチューブから供給される冷気を用いて、定着部から排出されたシートＳを冷却する方法は、低温の空気流である冷却ブロー６１ａを高温のシートＳに直接吹き付ける方法に限られるものではない。
たとえば、図４に示すように、定着部４５と排出トレイ１３の間に、ボルテックスチューブから供給される冷却空気を用いてシートＳを冷却可能な金属製排紙ローラ５３を設けてもよい。

金属製排紙ローラ５３は、図５に示すように、中空ローラ軸５３ａと金属ローラ５３ｂで構成されている。中空ローラ軸５３ａの中にボルテックスチューブ５１で生成された冷気６１を供給し、金属ローラ５３ｂを内部から冷却する。定着後のシートＳは、冷却された金属ローラ５３ｂと接触することにより冷却される。シートＳを挟持するローラ対の両方のローラを金属製排紙ローラとしてもよいし、一方だけを金属製排紙ローラにして他方はシートＳとの摩擦力が大きい搬送ローラを用いてもよい。

図４の装置では、図２の装置の排出搬送部１８とは別に、金属製排紙ローラ５３を追加的に設けているが、既存の排出搬送部１８のローラを金属製排紙ローラに置き換えてもよい。その場合には、新たなローラを追加する為の配置スペースを確保する必要がなく、装置が大型化することはなく、コストも抑えられる。

また、図６に示すように、金属製排紙ローラ５３の替わりに、スポンジ排紙ローラ５４を設置する構成としても良い。すなわち、中空のローラ軸５４ａとスポンジ製のスポンジローラ５４ｂで構成されたスポンジ排紙ローラ５４である。ローラ軸５４ａには、冷気を吹き出す開口が設けられており、ローラ軸５４ａの内部にボルテックスチューブから供給される冷気６１を流すことで、スポンジローラ５４ｂから冷却ブロー６１ａを排出する。この構成によれば、定着後のシートＳのカールをスポンジローラ５４ｂのニップで除去しながら冷却することが可能となる。スポンジニップによるカール低減効果と、冷却ブロー６１ａによるカール低減効果が相乗することで、極めて高いカール低減性を発揮することが出来る。

以上に例示したように、定着部から排出されたシートを直ちに冷却することにより、トナーをシートにしっかり固めて定着させることが出来、排出トレイに積載されたシートに排紙接着による画像不良が生じるのを防ぐことが可能となる。冷却ブローやローラを用いたシートの冷却は、シートの両面から行ってもよいし、片面から行ってもよい。特に、トナー像が転写された側のシート面を冷却するのが有効である。

また、定着部４５から排出されたシートＳを直ちに冷却することにより、シートＳのカール量を低減することができる。このため、排紙ガイド２１にシートＳが引掛かることでシートＳにダメージが生ずる等の搬送トラブルを減らすことも可能となる。

更に、図７に示すように、排出トレイ１３に排紙されたシートＳ、あるいは複数枚のシートＳが積載されたシート束Ｓ２にボルテックスチューブから供給される冷気６１を供給し、低温の空気流である冷却ブロー６１ａを吹き付けてもよい。これにより、積載されたシート束Ｓ２が冷却され、排紙接着による画像弊害をさらに抑制することが出来る。

（加熱・除湿機構）
画像形成装置の筐体内が冷えている状態で画像形成を動作させると、シートの搬送経路に設けられている搬送ガイドなどに結露が発生し、シートに水滴が付着して画像に弊害が発生する場合がある。

本実施形態の画像形成装置１では、図３に示したように、コンプレッサ５０により生成された圧縮空気６０をボルテックスチューブ５１へ供給することにより、ボルテックスチューブ５１から暖気６２を取り出す。そして、ボルテックスチューブ５１から取り出される暖気６２を、定着後のシートＳの排出経路に設けられている排紙ガイド２１へ供給し、排紙ガイド２１を内部から温めることで、排紙ガイド２１の通紙面における結露を防止する。定着後のシートＳに対して搬送ガイドとして機能するものであれば、排紙ガイド２１の形状は、図３の例に限られたものではない。

排紙ガイド２１を温めるタイミングは、画像形成動作を開始する前がよい。というのも、定着部４５が加熱動作を行う前までに排紙ガイドが十分に温められていると、効果が大きいからである。そこで、画像形成装置１の筐体内温度を監視する手段を設け、筐体内の温度に応じて、コンプレッサの動作や暖気６２の供給路を制御してもよい。具体的には、２２℃以下の結露が発生し易い状態を検知したら、積極的に暖気を排紙ガイド２１に供給するようにコントロールするとよい。

また、画像形成装置のシート供給部に収納されているシートの湿度が高くなると、定着部で画像を定着した際にシートがカールして、紙詰まり等が発生し易くなる。
本実施形態の画像形成装置１では、ボルテックスチューブ５１から排出される暖気６２を、記録媒体供給部たるシート供給部に供給する。

図８に、シート供給部を暖気により加熱する具体例を示す。シート供給部４２の下部に、ボルテックスチューブ５１から供給された暖気６２を供給し、収納されているシートＳ１を温めることで、シートＳ１が吸湿するのを抑制する。本実施形態の画像形成装置では、画像形成動作中には定着後のシートを冷却するためボルテックスチューブ５１に圧縮空気６０を供給するが、その際にボルテックスチューブから取り出される暖気６２を使ってシート供給部の除湿を行うことができる。このため、シート供給部に電熱ヒータ等を付設して暖房する場合と比較して、極めてエネルギー効率良くシートのカール発生を抑制することが可能である。たとえば、シート供給部の除湿を電熱ヒータで行うとすれば、２０Ｗ程度の電力を要すると見込まれるが、本実施形態であればコンプレッサ５０で消費する電力は１０Ｗ以下に抑えることが可能である。

［他の実施形態］
本発明の実施形態は、上述した実施形態に限られるものではなく、適宜変更することが可能である。
例えば、画像形成装置の構成は、図１に示した形態に限らない。４ドラム式でなくともよく、中間転写ベルトを用いない方式でも良い。また、画像を定着させる記録媒体は、シートや紙に限らない。

要は、加熱によって画像を定着させた高温の記録媒体を、ボルテックスチューブからの冷気を用いて冷却する装置であればよい。また、画像形成装置の内部において、高い湿度により好ましくない影響がでる可能性がある部分を、ボルテックスチューブからの暖気を用いて加熱するものであればよい。
画像形成装置１の筐体内にコンプレッサ５０を配置した形態を例示した。しかし、画像形成装置１が、コンプレッサから圧縮空気の供給を受けるようにしてもよい。

１・・・画像形成装置／２・・・露光ユニット／３・・・作像ユニット／５・・・１次転写手段／６・・・感光ドラム／７・・・中間転写ベルト／１１・・・定着ローラ／１３・・・排出トレイ／１８・・・排出搬送部／２１・・・排紙ガイド／４１・・・原稿読取部／４２・・・シート供給部／４５・・・定着部／４６・・・操作部／４７・・・電気回路実装部／５０・・・コンプレッサ／５１・・・ボルテックスチューブ／５３ａ・・・中空ローラ軸／５３ｂ・・・金属ローラ／５４・・・スポンジ排紙ローラ／６１・・・冷気／６１ａ・・・冷却ブロー／６２・・・暖気／Ｓ・・・シート

Claims (10)

1. トナー像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部が形成した前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、
   前記転写部で転写されたトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着部と、
   コンプレッサが生成した圧縮空気の供給を受けて、前記圧縮空気よりも低温な冷気と、前記圧縮空気よりも高温な暖気を生成するボルテックスチューブと、
   前記冷気の供給を受けて、前記定着部でトナー像が定着された記録媒体を冷却する冷却部と、を有する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像形成装置は、前記定着部でトナー像が定着された記録媒体が積載される積載部を備え、
   前記冷却部は、前記定着部でトナー像が定着された前記記録媒体が前記定着部から前記積載部に搬送される間に、前記冷気を前記記録媒体に吹付ける、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成装置は、前記定着部でトナー像が定着された記録媒体が積載される積載部を備え、
   前記冷却部は、前記定着部でトナー像が定着された前記記録媒体が前記定着部から前記積載部に搬送される間に、前記冷気で冷却されたローラを前記記録媒体と接触させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成装置は、前記定着部でトナー像が定着された記録媒体が積載される積載部を備え、
   前記冷却部は、前記定着部でトナー像が定着された前記記録媒体が前記定着部から前記積載部に搬送される間に、前記冷気を吹付けながら回転するスポンジローラを前記記録媒体と接触させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成装置は、前記定着部でトナー像が定着された記録媒体が積載される積載部を備え、
   前記冷却部は、前記積載部に積載された前記記録媒体に前記冷気を吹付ける、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記暖気を用いて、前記定着部と前記積載部の間に設けられた搬送ガイドを加熱する、
   ことを特徴とする請求項２乃至５のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記画像形成装置は、画像を形成するための記録媒体が収納される記録媒体供給部を備え、
   前記暖気を用いて、前記記録媒体供給部に収納されている前記記録媒体を加熱する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
8. トナー像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部が形成した前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、
   前記転写部で転写されたトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着部と、
   コンプレッサが生成した圧縮空気の供給を受けて、前記圧縮空気よりも低温な冷気と、前記圧縮空気よりも高温な暖気を生成するボルテックスチューブを備える画像形成装置であって、
   前記ボルテックスチューブが生成した冷気を用いて、前記画像形成装置の発熱部の冷却を行うとともに、
   前記ボルテックスチューブが生成した暖気を用いて、前記画像形成装置の内部の除湿を行う、
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. トナー像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部が形成した前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、
   前記転写部で転写されたトナー像を加熱して記録媒体に定着する定着部と、
   コンプレッサが生成した圧縮空気の供給を受けて、前記圧縮空気よりも低温な冷気と、前記圧縮空気よりも高温な暖気を生成するボルテックスチューブを備える画像形成装置であって、
   前記ボルテックスチューブが生成した冷気を用いて、前記画像形成装置の発熱部の冷却を行うとともに、
   前記ボルテックスチューブが生成した暖気を用いて、前記画像形成装置の内部の加熱を行う、
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. 圧縮空気を生成するコンプレッサを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
    
    

Images