JP2019215530A - 冷却装置、画像形成装置及び画像形成システム - Google Patents

Abstract

【課題】記録材の熱に起因するベルトの温度上昇を抑制し、記録材からベルトへトナーやワックス等を付着し難くする。【解決手段】ヒートシンクに冷却される第一ベルト２１は冷却ニップＴ４の上流側に、ベルト搬送装置７０から搬送された記録材Ｓを冷却ニップＴ４に案内する平坦面２１ａを有する。ベルト搬送装置７０は、記録材Ｓを案内する案内方向に平行な仮想面Ｆと、平坦面２１ａとのなす角度θ２が鋭角となるように配置され、記録材Ｓの先端を平坦面２１ａに突き当てるように案内する。平坦面２１ａでは、記録材Ｓが冷却ニップＴ４の上流端Ｔ４ａから上流側の所定範囲Ｙに亘って当接され、記録材Ｓが冷却されつつ冷却ニップＴ４に案内される。こうすると、冷却ニップＴ４の侵入前に記録材Ｓの冷却が開始され、記録材Ｓの熱に起因する第二ベルト２５の温度上昇を抑制でき、記録材Ｓから第二ベルト２５へトナーやワックス等が付着し難い。【選択図】図５

Description

本発明は、加熱によりトナー像を定着する定着装置を通過した記録材を冷却する冷却装置、冷却装置を備えた画像形成装置及び画像形成システムに関する。

電子写真方式の画像形成装置では、紙等の記録材に形成されたトナー像を定着装置で加熱、加圧することによって記録材にトナー像を定着させている。トナー像の定着は、ヒータなどにより加熱される定着ローラと、定着ローラに圧接する加圧ローラとによって、記録材が挟持搬送されることにより行われる。トナー像の定着の際には記録材が加熱されるため、定着装置から搬送される記録材は定着前に比べて温度が高くなりやすい。そして、トナー像の定着後に、所定温度よりも高い温度のまま搬送された記録材が積載部に数多く積載されるにつれ、積載された記録材同士がトナーにより貼り付く虞がある。こうした積載時の記録材の貼り付きを抑制するために、トナー像の定着後に記録材の温度を下げるべく、定着装置から搬送されるトナー像定着後の記録材を冷却する冷却装置が設けられている（特許文献１）。特許文献１に記載の冷却装置は、定着装置から搬送された記録材を挟持搬送する一対の搬送ベルトの一方がヒートシンクに冷却され、冷却された搬送ベルトを介して記録材の温度を下げるようにしたベルト冷却方式の装置である。

特許第５２７２４２４号公報

近年、画像形成装置には、普通紙、厚紙、ラフ紙（表面の粗い紙）、凹凸紙（エンボス紙等）、コート紙等の様々な種類の記録材に対応できるマルチメディア対応性や印刷の高速化が要求されている。また、低い温度でもトナーを記録材に定着させるべく、低い温度で溶け出すワックスを含んだトナーが用いられている。こうしたトナーを用いて、特に厚紙やコート紙などを多量に高速印刷したような場合に、従来では冷却装置において、ヒートシンクが設けられていない一方の搬送ベルトに対し記録材からトナーやワックスが転移して付着することがあった。これは、加熱された記録材の熱が、ヒートシンクが設けられている搬送ベルトに比べてヒートシンクが設けられていない搬送ベルトに伝わりやすく、ヒートシンクが設けられていない搬送ベルトに蓄熱されることで、そのベルト温度が上昇するからである。そして、搬送ベルトに付着したトナーやワックスはその後に冷却する記録材に画像ムラや画像汚れを生じさせる原因となり得、またワックスに紙粉やゴミなどが付くと記録材を汚す原因となり得る。

本発明は、ベルト冷却方式により定着装置を通過した記録材を冷却する構成で、記録材の熱によるベルトの温度上昇を抑制し、記録材からベルトへトナーやワックス等の付着し難い冷却装置、画像形成装置及び画像形成システムの提供を目的とする。

本発明に係る冷却装置は、記録材にトナー像を形成する画像形成部により形成されたトナー像を加熱して記録材に定着させる定着装置を通過した記録材を冷却する冷却装置において、第一ベルトと、前記第一ベルトに当接して前記第一ベルトとの間でニップ部を形成し、前記第一ベルトと共に記録材を挟持搬送する第二ベルトと、前記第一ベルトを冷却する冷却手段と、前記定着装置を通過した記録材を、記録材の搬送方向に関して前記ニップ部よりも上流側において前記第一ベルトに当接させるように案内する案内手段と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、記録材がニップ部に侵入する前に第一ベルトによる記録材の冷却を開始して、記録材の熱に起因する第二ベルトの温度上昇を抑制できることから、もって記録材から第二ベルトへトナーやワックス等が付着し難くなる。

本実施形態の画像形成装置の構成を示す概略図。 画像形成部を示す概略図。 第一実施形態の記録材冷却装置を示す概略図。 制御部について説明する制御ブロック図。 ニップ部の上流側を拡大して示す拡大図。 ガイド部材を設けた場合におけるニップ部の上流側を拡大して示す拡大図。 第二実施形態の記録材冷却装置を示す概略図。 従来の場合における連続通紙枚数と第二ベルトの温度との関係を示すグラフ。 画像形成システムの一実施形態を示す概略図。 画像形成システムの他の実施形態を示す概略図。

［第一実施形態］
＜画像形成装置＞
本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１に示す画像形成装置１００は、電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。画像形成装置１００は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを有する。画像形成装置１００は、装置本体１００Ａに接続された原稿読取装置（不図示）又は装置本体１００Ａに対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部機器からの画像信号に応じてトナー像を記録材Ｓに形成する。記録材Ｓとしては、普通紙、厚紙、ラフ紙、凹凸紙、コート紙等の用紙、プラスチックフィルム、布など、といった様々な種類のシート材が挙げられる。

図１に示すように、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは装置本体１００Ａ内において、中間転写ベルト８の移動方向に沿って並べて配置されている。中間転写ベルト８は複数のローラに張架されて、矢印Ｒ２方向に走行するように構成されている。そして、中間転写ベルト８は一次転写されたトナー像を担持して搬送する。中間転写ベルト８を張架するローラ９と中間転写ベルト８を挟んで対向する位置には、二次転写ローラ１０が配置され、中間転写ベルト８上のトナー像を記録材Ｓに転写する二次転写部Ｔ２を構成している。二次転写部Ｔ２の記録材搬送方向下流には、定着装置１１が配置されている。

画像形成装置１００の下部には、記録材Ｓが収容された収容部としてのカセット１２が配置されている。記録材Ｓは、搬送ローラ１３によりカセット１２からレジストレーションローラ１４に向け、装置本体１００Ａ内において記録材Ｓの通り道を形成する搬送路６００を搬送される。その後、レジストレーションローラ１４が後述するようにして中間転写ベルト８上に形成されたトナー像と同期して回転開始されることにより、記録材Ｓは搬送路６００を二次転写部Ｔ２に搬送される。なお、ここではカセット１２を１つだけ示したが、カセット１２はサイズや厚さの異なる記録材Ｓを収容可能に複数が配置されていてもよく、その場合、複数のカセット１２のいずれかから選択的に記録材Ｓが搬送路６００に搬送される。また、カセット１２に収容された記録材Ｓに限らず、手差し給送部（不図示）に載置された記録材Ｓが搬送路６００に搬送されるようにしてもよい。本実施形態の場合、搬送路６００は両面印刷の際に、記録材冷却装置２０に冷却された記録材Ｓの表裏を反転して画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫへ再搬送する反転搬送部６００ａを有している。

＜画像形成部＞
画像形成装置１００が備える４つの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。従って、ここでは代表して画像形成部ＰＫについて説明し、その他の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣについては説明を省略する。

図２に示すように、画像形成部ＰＫには、感光体として円筒型の感光ドラム１が配設されている。感光ドラム１は、矢印Ｒ１方向に回転駆動される。感光ドラム１の周囲には帯電装置２、露光装置３、現像装置４、一次転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６が配置されている。

画像形成装置１００により、例えばフルカラーの画像を形成するプロセスについて説明する。まず、画像形成動作が開始されると、回転する感光ドラム１の表面が帯電装置２によって一様に帯電される。帯電装置２は、例えばコロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１を一様な負極性の暗部電位に帯電させるコロナ帯電器などである。次いで、感光ドラム１は、露光装置３から発せられる画像信号に対応したレーザ光Ｌにより走査露光される。これにより、感光ドラム１の表面に画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム１に形成された静電潜像は、現像装置４内に収容されているトナー（現像剤）によって顕像化され、可視像となる。

感光ドラム１に形成されたトナー像は、中間転写ベルト８を挟んで配置される一次転写ローラ５との間で構成される一次転写部Ｔ１にて、中間転写ベルト８に一次転写される。この際、一次転写ローラ５には一次転写バイアスが印加される。一次転写後に感光ドラム１の表面に残ったトナーは、ドラムクリーニング装置６によって除去される。

このような動作をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成部ＰＹ〜ＰＫで順次行い、中間転写ベルト８上で４色のトナー像を重ね合わせる。その後、トナー像の形成タイミングにあわせてカセット１２に収容された記録材Ｓが二次転写部Ｔ２に搬送される。そして、二次転写ローラ１０に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト８上に形成されたフルカラーのトナー像が記録材Ｓに一括して二次転写される。

次いで、記録材は定着装置１１に搬送される。定着装置１１は、回転自在に配設された加熱部としての定着ローラ１１ａと、定着ローラ１１ａに圧接しながら回転して定着ローラ１１ａと共に記録材Ｓを挟持搬送可能な加圧部としての加圧ローラ１１ｂとを有する。定着ローラ１１ａは加圧ローラ１１ｂに圧接された状態で（例えば、圧接力が約７８４Ｎ（約８０ｋｇ））、不図示の駆動モータにより所定の回転速度（例えば４００ｍｍ／ｓ）で回転される。定着ローラ１１ａ内には加熱源としてのハロゲンヒータ１１ｃが配置されており、ハロゲンヒータ１１ｃにより定着ローラ１１ａの表面温度が上げられることで（例えば１８０℃）、定着装置１１は記録材Ｓを加熱し得る。

定着装置１１は、定着ローラ１１ａと加圧ローラ１１ｂとによって形成された定着ニップＴ３においてトナー像が形成された記録材Ｓを挟持搬送することにより、搬送される記録材Ｓを加熱、加圧してトナー像を記録材Ｓに定着させる。即ち、加熱、加圧によって記録材Ｓに形成されたトナー像のトナーが溶融、混合され、フルカラーの画像として記録材Ｓに定着される。このようにして、一連の画像形成プロセスは終了する。そして、定着装置１１を通過した記録材Ｓは、ベルト搬送装置７０によって記録材冷却装置２０へと搬送される。ベルト搬送装置７０は、例えばエア吸着などにより記録材Ｓを担持するベルトが所定の回転速度（例えば４００ｍｍ／ｓ）で回転されることにより、定着装置１１から記録材冷却装置２０へと記録材Ｓを搬送する（後述する図５参照）。冷却装置としての記録材冷却装置２０は、ベルト搬送装置７０により搬送される記録材Ｓを冷却する。記録材冷却装置２０については後述する（図３参照）。

本実施形態では、トナーとして、溶融粘度が１．０×１０^６Ｐａ・ｓ、ガラス転移温度が５６℃のものを使用した。トナーの母体となるバインダ樹脂としては、ポリエステル系の樹脂を使用した。トナーの製造法としては粉砕法を用いたがこれに限らず、懸濁重合法、界面重合法、分散重合法等を用いてよい。また、トナーには、記録材Ｓへのトナー像の定着時に定着装置１１からの離型性やトナーの定着性などを向上させるためにワックスが含有されている。ワックスとしては、例えばポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素系ワックス、ジアルキルケトン系ワックス、エステル系ワックス、アミド系ワックスなどが用いられる。ワックスの融点は、通常４０〜１６０℃、好ましくは５０〜１２０℃である。融点がこの範囲内であれば、トナーの耐熱性が確保される一方で、低温で定着が行われた場合でもコールドオフセットなどの画像不良を生じさせることなく画像形成が行われる。なお、トナー中のワックス含有量は３質量％〜３０質量％が好ましい。

＜記録材冷却装置＞
次に、第一実施形態の記録材冷却装置２０について、図３を用いて説明する。本実施形態の記録材冷却装置２０は、ベルト冷却方式の冷却装置である。図３に示すように、記録材冷却装置２０は無端状の第一ベルト２１と、第一ベルト２１と記録材Ｓを挟持して搬送する無端状の第二ベルト２５とを有している。例えば、第一ベルト２１と第二ベルト２５は強度の高いポリイミド製で形成され、厚みが１００μｍ、周長が９４２ｍｍに設定されている。また、記録材冷却装置２０は、第一ベルト２１を冷却するヒートシンク３０を有している。本実施形態の場合、ヒートシンク３０は、定着装置１１によりトナー像が形成された面側で記録材Ｓに当接する第一ベルト２１に当接している。なお、ヒートシンク３０によって第一ベルト２１を冷却することに限らない。例えば、第一ベルト２１に対し送風することで第一ベルト２１を冷却可能なベルトファンなどであってもよい。

図３に示すように、第一ベルト２１は複数の第一ベルト張架ローラ（２２ａ〜２２ｅ）に掛け回され、第一ベルト張架ローラ（２２ａ〜２２ｅ）のうち少なくともいずれか１つが不図示の駆動モータによって回転させられる。これにより、第一ベルト２１は図中矢印Ｂ方向へ回転する。他方、第二ベルト２５は複数の第二ベルト張架ローラ（２６ａ〜２６ｅ）に掛け回され、第一ベルト２１に当接している。そして、第二ベルト２５は第一ベルト２１に連れて従動して回転する。なお、ここでは図示を省略したが、第二ベルト２５の内周側には、ヒートシンク３０に向かって第二ベルト２５を加圧する加圧ローラが複数設けられていてもよい。加圧ローラは例えば９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の加圧力で第二ベルト２５を加圧することで、第二ベルト２５を介し第一ベルト２１をヒートシンク３０（詳しくは後述の受熱部３０ａ）に確実に当接させる。

なお、ここでは第一ベルト２１を駆動して第二ベルト２５を第一ベルト２１に従動させるようにしたが、反対に第二ベルト２５を駆動して第一ベルト２１を第二ベルト２５に従動させてもよい。あるいは、第一ベルト２１と第二ベルト２５の両方を駆動してもよい。

トナー像が定着された記録材Ｓは、第一ベルト２１と第二ベルト２５との間に挟持され、これらの回転に従って搬送方向（図中矢印Ｃ方向）へと搬送される。その際に、記録材Ｓは、第一ベルト２１と第二ベルト２５とが当接することにより形成されるニップ部としての冷却ニップＴ４を通過する。本実施形態の場合、第一ベルト２１がヒートシンク３０により冷却されている。ヒートシンク３０は、記録材Ｓを効率よく冷却するために、冷却ニップＴ４を形成する箇所において第一ベルト２１内周面に当接するように配置されている。言い換えるならば、冷却ニップＴ４はヒートシンク３０の第一ベルト２１に対する接触領域に形成される。記録材Ｓは、冷却ニップＴ４を通過する際に第一ベルト２１を介して冷却される。

冷却手段としてのヒートシンク３０は、例えばアルミなどの金属で形成された放熱板である。ヒートシンク３０は、第一ベルト２１に接触して第一ベルト２１から熱を奪うための受熱部３０ａと、熱を放熱するための放熱部３０ｂと、受熱部３０ａから放熱部３０ｂに熱を伝導するためのフィンベース３０ｃとを有する。放熱部３０ｂは、空気との接触面積を稼いで効率のよい放熱を促すために、多数の放熱フィンにより形成されている。例えば、放熱フィンは厚みが１ｍｍ、高さが１００ｍｍ、ピッチが５ｍｍに設定され、フィンベース３０ｃは厚みが１０ｍｍに設定される。また、ヒートシンク３０自体を強制的に冷却するために、ヒートシンク３０（詳しくは放熱部３０ｂ）に向けて送風する冷却ファン４０が設けられている。この冷却ファン４０の風量は、例えば２ｍ^３／ｍｉｎに設定される。

＜制御部＞
図１に示すように、画像形成装置１００は制御部３００を備えている。制御部３００について、図１及び図３を参照しながら図４を用いて説明する。ただし、制御部３００には図示した以外にも画像形成装置１００を動作させるモータや電源等の各種機器が接続されているが、ここでは発明の本旨でないのでそれらの図示及び説明を省略する。

制御部３００は、画像形成動作などの画像形成装置１００の各種制御を行うものであり、ＣＰＵ３０１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、ＲＯＭやＲＡＭあるいはハードディスク装置などのメモリ３０２を有する。メモリ３０２には、例えば記録材Ｓに画像形成する画像形成ジョブなどの各種プログラム、各種データ等が記憶される。制御部３００はメモリ３０２に記憶されている各種プログラムを実行可能であり、各種プログラムを実行して画像形成装置１００を動作させ得る。なお、メモリ３０２は、各種プログラムの実行に伴う演算処理結果などを一時的に記憶することもできる。

制御部３００は画像形成ジョブとして、記録材Ｓの片面（一面側）のみにトナー像を定着させる片面印刷ジョブと、記録材Ｓの両面にトナー像を定着させる両面印刷ジョブとを実行可能である。片面印刷ジョブの場合、記録材冷却装置２０に冷却された記録材Ｓは、排紙ローラ１５によって装置本体１００Ａ外へ排出され、積載ユニット６０に積載される。他方、両面印刷ジョブの場合、記録材冷却装置２０に冷却された記録材Ｓは反転搬送部６００ａにより反転されることにより、記録材Ｓの表裏が入れ替えられる。反転された記録材Ｓは搬送路６００に戻されて、レジストレーションローラ１４に向けて搬送路６００を搬送され、レジストレーションローラ１４により印刷されていない面側（二面側）を中間転写ベルト８側に向けた状態で二次転写部Ｔ２に搬送される。二次転写部Ｔ２では、中間転写ベルト８上に形成されたフルカラーのトナー像が記録材Ｓ（二面側）に一括して二次転写される。その後、記録材Ｓは定着装置１１によるトナー像の定着、記録材冷却装置２０による冷却が行われ、冷却後の記録材Ｓが装置本体１００Ａ外へ排出され積載ユニット６０に積載される。

制御部３００には入出力インタフェースを介して、操作部４００、ベルト駆動モータ４０１、ファン駆動モータ４０２、搬送モータ４０３が接続されている。操作部４００は、利用者（ユーザ）による各種プログラムの実行指示や各種データ入力などを受け付ける、例えば操作パネルや外部端末などである。利用者は操作部４００を用いて、例えば記録材Ｓのサイズや種類、あるいは坪量や表面性などの記録材情報、濃度等の画像情報、印刷枚数や両面印刷／片面印刷などの印刷情報の設定などが可能である。

制御部３００は、第一ベルト張架ローラ（２２ａ〜２２ｅ）のうち少なくともいずれか１つを駆動するベルト駆動モータ４０１を制御して、第一ベルト２１の駆動開始や停止、移動速度などを制御する。即ち、ベルト駆動モータ４０１によって駆動される第一ベルト張架ローラ（２２ａ〜２２ｅ）のうちのいずれかは、第一ベルト２１を張架しつつ駆動する駆動ローラを兼ねる。また、制御部３００はファン駆動モータ４０２を制御して、冷却ファン４０の駆動開始や停止、風量などを制御する。さらに、制御部３００は搬送モータ４０３を制御して、ベルト搬送装置７０による記録材Ｓの駆動開始や停止、回転速度などを制御する。

ところで、上述の第一ベルト２１のみにヒートシンク３０を有する記録材冷却装置２０（図３参照）を用いた従来の画像形成装置では、ヒートシンク３０が設けられていない第二ベルト２５に記録材Ｓのトナーやワックスが付着することがあった。例えば厚紙やコート紙などの熱伝導率が低い記録材Ｓに対して両面印刷した際に、第一ベルト２１にはトナーが付着しない一方で、第二ベルト２５にトナーやワックスが付着し得る。これは、ヒートシンク３０と直接接触する第一ベルト２１に比べて、ヒートシンク３０と直接接触しない第二ベルト２５はベルト自体に蓄熱される熱が奪われにくいからである。そのため、記録材Ｓを冷却ニップＴ４で挟持搬送して冷却する際に、定着装置１１に加熱されて高温である記録材Ｓの熱が第一ベルト２１よりも第二ベルト２５に蓄熱されやすく、第二ベルト２５が温められる。そして、このように高温の記録材Ｓが連続して冷却ニップＴ４を通過することに伴い、第二ベルト２５に蓄熱され、第二ベルト２５の温度が上昇する。厚紙やコート紙などの熱伝導率が低い記録材Ｓの場合は特に、冷却ニップＴ４に挟持された状態において第一ベルト２１により記録材Ｓが冷却されても、第一ベルト２１と記録材Ｓとを介してヒートシンク３０に冷却される第二ベルト２５は冷却されにくい。そのため、記録材Ｓの冷却ニップＴ４を通過する時間が短ければ、ヒートシンク３０によって第二ベルト２５の温度が十分に下がらない。こうして第二ベルト２５の温度が、第一ベルト２１の温度よりも高くなる。

ここで、従来の画像形成装置に関し、連続通紙枚数と第二ベルト２５の温度との関係を図８に示す。図８から理解できるように、第二ベルト２５の温度は記録材Ｓの連続通紙枚数が増すにつれて上昇し、１枚目の４０℃から５０枚目の通過後には６５℃に達する。第二ベルト２５の温度がトナーのガラス転移温度以上であると、両面印刷時において先にトナー像が定着済みの面側において記録材Ｓ上のトナーやワックスが第二ベルト２５の熱によって軟化し得る。例えばガラス転移温度が５６℃のトナーを用いた場合、図８に示すように、少なくとも連続通紙枚数が２０枚目以降からトナーやワックスが軟化した状態になり得る。

なお、トナーのガラス転移温度は、粘弾性測定装置（商品名：ＵＢＭ製Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００）により測定される損失正接（ｔａｎδ＝損失弾性率／貯蔵弾性率）に基づき求められる。粘弾性測定装置は、強制振動非共振法による縦型の動的粘弾測定装置であり、トナーなどの試料に対して正弦波歪を与えて発生する応力レスポンスを水晶圧電型応力検出器により検出する。そして、その際の動的応力波形及び動的変位波形をＦＦＴ演算等を用い、各々の周波数の振幅と位相差角を求めて、損失弾性率、貯蔵弾性率、損失正接を算出することが可能である。

上述のように、第二ベルト２５の温度上昇に起因して記録材Ｓ上のトナーワックスが軟化すると、記録材Ｓ上のトナーやワックスが部分的に第二ベルト２５に付着してしまい、記録材Ｓ上のトナー像に光沢度のムラ（所謂グロスムラ）が発生する。あるいは、第二ベルト２５に付着したトナーやワックスは、その後に冷却ニップＴ４を通過する記録材Ｓに汚れを生じさせる虞がある。そこで、本実施形態では上述した点に鑑み、冷却されていない第二ベルト２５の温度を、記録材Ｓ上のトナーのガラス転移温度以上に上昇させないように抑制できるようにした。以下、そうするための構成について、図３を参照しながら図５を用いて説明する。なお、以下の説明において特に断りなく単に上流、下流と言う場合は、それぞれ第一ベルト２１の回転方向（第一ベルト２１及び第二ベルト２５による記録材Ｓの搬送方向）に関し上流、下流を指すものとする。

図５に示すように、第一ベルト２１は冷却ニップＴ４の上流側に、ベルト搬送装置７０から搬送された記録材Ｓを冷却ニップＴ４に案内する平坦面２１ａを有している。平坦面２１ａは、複数の第一ベルト張架ローラ（２２ａ〜２２ｅ）のうち冷却ニップＴ４の上流端Ｔ４ａ（回転方向上流端）に配置された第一ローラ２２ａと、第一ローラ２２ａの上流側に配置された第二ローラ２２ｅとの間に張架されるベルト部分を指す。即ち、第一ベルト２１は、第一ローラ２２ａと第二ローラ２２ｅとに張架されることによって、冷却ニップＴ４へ記録材Ｓを案内する案内面としての平坦面２１ａが形成される。第一ベルト２１は、冷却ニップＴ４に形成される面を記録材Ｓの搬送方向上流に延ばした仮想面Ｇと、平坦面２１ａとのなす角度θ１が鋭角となるように張架されている。本実施形態の場合、第二ローラ２２ｅが冷却ニップＴ４よりもベルト搬送装置７０側に、また第一ローラ２２ａよりも上方に配置されることで、仮想面Ｇと平坦面２１ａとのなす角度θ１が鋭角となるようにしている。

ベルト搬送装置７０は、記録材Ｓを担持する無端状のベルト７１と、ベルト７１を架け渡す二個のローラ７２、７３とを備え、ローラ７２、７３の回転に伴いベルト７１が第一ベルト２１の平坦面２１ａに向けて記録材Ｓを案内しながら搬送する。案内手段（ベルト搬送手段）としてのベルト搬送装置７０は、記録材Ｓを案内する案内方向に平行な搬送面７０ａから延びる仮想面Ｆと、平坦面２１ａとのなす角度θ２が鋭角となるように配置されている。言い換えるならば、ベルト搬送装置７０は、平坦面２１ａに先端が当接した際の記録材Ｓの平坦面２１ａに対する角度θ２が鋭角となるように記録材Ｓを案内する。この角度θ２は、記録材Ｓの剛性や第一ベルト２１の回転速度などの条件によって、様々な値をとりうる。また、ベルト搬送装置７０の記録材Ｓの搬送面７０ａは、鉛直方向において第一ローラ２２ａと第二ローラ２２ｅとの間に位置している。さらに、ベルト搬送装置７０の下流端部は、搬送方向において第一ローラ２２ａと第二ローラ２２ｅとの間に位置している。これにより、ベルト搬送装置７０は、記録材Ｓの先端を平坦面２１ａに突き当てるように当接させて記録材Ｓを案内し得る。

ただし、角度θ２は、普通紙に比較して剛性が高いコート紙などの記録材Ｓがベルト搬送装置７０から第一ベルト２１に向けて搬送された場合でも、平坦面２１ａにおける記録材Ｓとの接触開始位置（交点Ｏ）を平坦面２１ａ上に維持できる角度である。即ち、記録材Ｓを案内する案内方向に平行な仮想面Ｆと平坦面２１ａとのなす角度θ２が所定角度よりも大きい場合には、剛性が高い記録材Ｓが平坦面２１ａの接触開始位置に到達すると、記録材Ｓに対し第一ベルト２１から離れる向きに力がかかり始める。これにより、記録材Ｓは平坦面２１ａから離れるように湾曲され、冷却ニップＴ４に記録材Ｓの先端が案内されにくくなる。そこで、本実施形態では角度θ２をできる限りにおいて小さくし、剛性が特に高い記録材Ｓを使用した場合でも、平坦面２１ａにおける記録材Ｓの当接状態を維持し、当接状態を維持したまま冷却ニップＴ４に記録材Ｓが案内されるようにしている。例えば、記録材Ｓとして坪量２５６ｇ／ｍ^２のキャストコート紙を使用する装置である場合には、第一ベルト２１と記録材Ｓとの当接状態を維持できる角度の上限値は４０°である。したがって、角度θ２は０°より大きく４０°以下であればよく、好ましくは５°以上１０°以下であるとよい。

また、平坦面２１ａでは、記録材Ｓが冷却ニップＴ４の上流端Ｔ４ａから上流側の少なくとも所定範囲Ｙの範囲で当接し、記録材Ｓがヒートシンク３０によって冷却されやすい第一ベルト２１によって冷却されつつ冷却ニップＴ４に案内されるようにしている。記録材Ｓは、平坦面２１ａに対し接触開始位置（交点Ｏ）に突き当てられる。そして、冷却ニップＴ４が接触開始位置（交点Ｏ）と回転方向に少なくとも所定範囲Ｙを挟んだ位置から開始されるように、第一ベルト２１と第二ベルト２５とベルト搬送装置７０とはそれぞれ配置されている。

所定範囲Ｙは、記録材Ｓが平坦面２１ａに接触開始してから冷却ニップＴ４に到達するまでの間に、記録材Ｓが平坦面２１ａに当接した状態に維持されて記録材Ｓの温度を低下できる範囲に設定される。即ち、記録材Ｓは冷却ニップＴ４に到達する前に平坦面２１ａにより予備的に冷却され、記録材Ｓの温度が低下する。こうして記録材Ｓの温度を冷却ニップＴ４に到達する前に低下させることができれば、記録材Ｓが冷却ニップＴ４に到達し第二ベルト２５に接触することにより生じていた第二ベルト２５の温度上昇が生じ難くなる。つまり、記録材Ｓの熱により第二ベルト２５の温度が上昇するのを抑制できる。本実施形態の場合、例えば定着ローラ１１ａの制御温調が１９０℃、ベルト搬送装置７０のベルト７１の回転速度が４００ｍｍ／ｓである場合、記録材Ｓの温度をトナー再溶融温度以下に下げるのに必要な冷却時間は０．０５ｓである。その冷却時間０．０５ｓを確保するには、所定範囲Ｙが２０ｍｍ以上であるのが望ましい（Ｙ≧０．０５×ベルト７１の回転速度）。

一方で、所定範囲Ｙが長すぎると、記録材Ｓが冷却ニップＴ４に侵入するまで記録材Ｓの挙動が不安定となりやすく、平坦面２１ａに当接した状態を維持し難くなるし、あるいは記録材Ｓの先端が第二ベルト２５側に座屈して冷却ニップＴ４に侵入し難くなる。例えば、記録材Ｓとして坪量２５６ｇ／ｍ^２のキャストコート紙を使用する装置である場合には、平坦面２１ａにおいて第一ベルト２１と記録材Ｓとの当接状態を維持できる所定範囲Ｙの上限値は６０ｍｍである。したがって、所定範囲Ｙは２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であればよく、本実施形態では記録材Ｓの温度を十分に低下させることが可能な範囲として４０ｍｍに設定した。

以上のように、本実施形態では、定着装置１１により加熱された記録材Ｓを冷却ニップＴ４に侵入させる前に、ヒートシンク３０により直接接触している第一ベルト２１に対して所定範囲Ｙに亘って当接させている。即ち、記録材Ｓは冷却ニップＴ４から接触開始位置（交点Ｏ）に亘る第一ベルト２１との接触が維持されたまま冷却ニップＴ４に向け案内される。こうすると、記録材Ｓが冷却ニップＴ４に侵入する前に第一ベルト２１による記録材Ｓの冷却が開始され、記録材Ｓが冷却ニップＴ４に侵入してヒートシンク３０と直接接触していない第二ベルト２５に接触することによる第二ベルト２５の温度上昇を抑制できる。こうして記録材Ｓの熱に起因する第二ベルト２５の温度上昇を抑制できることから、もって記録材Ｓから第二ベルト２５へトナーやワックス等が付着し難くなる。

なお、上述した実施形態では、記録材冷却装置２０へ記録材Ｓを搬送するためにベルト搬送装置７０を用いた例を示したが、これに限らない。例えば、ベルト搬送装置７０によって搬送された記録材Ｓを記録材冷却装置２０に向けて案内するように、ガイド部材を配置してよい。あるいは、定着装置１１から搬送される記録材Ｓをそのまま記録材冷却装置２０に案内するように、ガイド部材を配置してもよい。ガイド部材を配置した場合を、図６に示す。なお、ここでは、上述した第一実施形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図６に示すように、案内手段としてのガイド部材８０は、記録材Ｓの下面側を支持する下ガイド部材であり、平坦面２１ａに向けて記録材Ｓを案内する。ガイド部材８０は、記録材Ｓを案内する案内方向に平行な仮想面Ｆ１と、平坦面２１ａとのなす角度θ２が鋭角となるように配置され、記録材Ｓの先端を平坦面２１ａに突き当てるように案内する。そして、この場合でも、所定範囲Ｙは、記録材Ｓが平坦面２１ａに接触開始してから冷却ニップＴ４に到達するまでの間に、記録材Ｓが平坦面２１ａに当接した状態に維持されて記録材Ｓの温度を低下させることができる範囲に設定される。こうして、記録材Ｓの熱による第二ベルト２５の温度上昇を抑制できることから、例え高速で両面印刷を行ったような場合でも、第二ベルト２５の温度上昇に起因して第二ベルト２５にトナーが付着し難くできる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態の記録材冷却装置２０Ａについて説明する。上述した第一実施形態の記録材冷却装置２０では（図３参照）、定着装置１１によりトナー像が形成された面側で記録材Ｓを冷却するものを示したが、これに限らない。例えば、定着装置１１によりトナー像が形成された面と反対の面側から記録材Ｓを冷却してもよい。図７に、定着装置１１によりトナー像が形成された面と反対の面側から記録材Ｓを冷却する記録材冷却装置２０Ａを示す。なお、図７に示した記録材冷却装置２０Ａにおいて、第一実施形態の記録材冷却装置２０と同一の構成には同一の符号を付して説明を簡略化又は省略する。また、ここではガイド部材８０によって記録材Ｓを記録材冷却装置２０に向けて案内する場合を例に示した。

本実施形態では、ヒートシンク３０が定着装置１１によりトナー像が形成された面と反対の面側から記録材Ｓに当接する第一ベルト２１に当接されている。つまり、本実施形態では、記録材Ｓの搬送路６００に対して、加圧ローラ１１ｂと同じ側にヒートシンク３０を内部に有する第一ベルト２１が位置し、定着ローラ１１ａと同じ側にヒートシンク３０を内部に有さない第二ベルト２５が位置している（図３参照）。この場合、厚紙等の熱伝導率の低い記録材Ｓが連続して冷却ニップＴ４を通過する度に、記録材Ｓによって第二ベルト２５の温度が上昇し、第二ベルト２５にトナーが付着する虞がある。そこで、図７に示すように、ガイド部材８０によって記録材Ｓを第一ベルト２１側に案内する。この場合でも、上述した第一実施形態と同様に、記録材Ｓは、第一ベルト２１の回転方向に関し、冷却ニップＴ４の上流端から上流側の所定範囲に亘って当接され、第一ベルト２１により冷却されながら冷却ニップＴ４に案内される。これにより、記録材Ｓを介した第二ベルト２５の温度上昇を抑制でき、もって記録材Ｓのトナーやワックス等が第二ベルト２５に付着し難くなる、という効果が得られる。

なお、上述した各実施形態では、画像形成装置１００の１つの筐体（装置本体１００Ａ）内に定着装置１１と記録材冷却装置２０とを有する構成を例に説明したが、これに限らない。画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ、中間転写ベルト８、二次転写ローラ１０を第一筐体に設け、定着装置１１と記録材冷却装置２０を第一筐体と異なる第二筐体に設け、第一筐体と第二筐体とで１つの装置を構成するような画像形成装置であってもよい。

なお、上述した各実施形態では、内部に記録材冷却装置２０を有する画像形成装置１００を例に説明したが（図１参照）、これに限らない。例えば、図９に示すように、装置本体１００Ａ内に記録材冷却装置２０（図１参照）を有さない画像形成装置１００１に対して外部冷却装置１０１を連結した構成であってもよい。外部冷却装置１０１は、上述した記録材冷却装置２０と同様構成の記録材冷却装置２０１を有する。このように、記録材冷却装置２０を有さない画像形成装置１００１にも外部冷却装置１０１を連結可能とすることにより、利用者は既存の画像形成装置１００１を買い替えることなく、容易に既存の画像形成装置１００１の冷却能力を向上させることができる。また、厚紙等のように定着温度を高くする必要がある記録材Ｓを用いる場合であっても、トナー像の光沢を均一にしたり、積載ユニット６０に積載された記録材同士の貼り付きを抑制することができる。このように、画像形成システム１Ｘの冷却能力の向上を求める利用者のニーズに容易に応えることが可能となる。なお、図９に示した画像形成システム１Ｘは、画像形成装置１００１と外部冷却装置１０１とのそれぞれが、複数の設置部８００によって床などの設置面に設置されている。ここで、設置部８００は、キャスタや設置脚等である。

また、画像形成システムにおいて定着装置よりも記録材Ｓの搬送方向下流側に設けられる冷却装置であれば、図１０に示す画像形成システム１Ｘのように、複数の定着装置１１、１１１を有する構成であってもよい。即ち、図１０に示すように、第一の定着装置１１を有する画像形成装置１００１の外部に、第二の定着装置１１１を有する外部定着装置７００を連結する構成であってもよい。ここで、外部定着装置７００は、画像形成装置１００１に対してオプションで選択的に連結が可能な装置である。外部定着装置７００は、画像形成装置１００１から出力される記録材Ｓの光沢度や、画像形成装置１００１から排出される厚紙等の坪量の大きい記録材Ｓの排出速度（単位時間当たりの記録材Ｓの排出枚数）を向上させるために画像形成装置１００１に連結される。このように、オプションの外部定着装置７００が画像形成装置１００１に連結された場合、複数の定着装置１１、１１１を備えるため、画像形成装置１００１の冷却性能の向上が求められる。このような場合でも、本実施形態によれば、外部冷却装置１０１を外部定着装置７００に対して連結することができるため、画像形成システム１Ｘの冷却性能の向上を求める利用者のニーズに容易に応えることが可能となる。

１Ｘ…画像形成システム、１１（１１１）…定着装置、１１ａ…加熱部（定着ローラ）、１１ｂ…加圧部（加圧ローラ）、１１ｃ…加熱源（ハロゲンヒータ）、１２…収容部（カセット）、２０（２０Ａ、２０１）…冷却装置（記録材冷却装置）、２１…第一ベルト、２１ａ…案内面（平坦面）、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ…張架ローラ（第一ベルト張架ローラ）、２２ａ…第一ローラ（第一ベルト張架ローラ）、２２ｅ…第二ローラ（第一ベルト張架ローラ）、２５…第二ベルト、３０…冷却手段（放熱板、ヒートシンク）、７０…案内手段（ベルト搬送手段、ベルト搬送装置）、８０…案内手段（下ガイド部材、ガイド部材）、１００（１００１）…画像形成装置、３００…制御部、６００…搬送路、６００ａ…反転搬送部、ＰＹ（ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）…画像形成部、Ｓ…記録材、Ｔ４…ニップ部（冷却ニップ）

Claims (16)

1. 記録材にトナー像を形成する画像形成部により形成されたトナー像を加熱して記録材に定着させる定着装置を通過した記録材を冷却する冷却装置において、
   第一ベルトと、
   前記第一ベルトに当接して前記第一ベルトとの間でニップ部を形成し、前記第一ベルトと共に記録材を挟持搬送する第二ベルトと、
   前記第一ベルトを冷却する冷却手段と、
   前記定着装置を通過した記録材を、記録材の搬送方向に関して前記ニップ部よりも上流側において前記第一ベルトに当接させるように案内する案内手段と、を備える、
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 前記第一ベルトを張架する複数の張架ローラを備え、
   前記複数の張架ローラは、前記搬送方向において前記ニップ部の上流端に配置された第一ローラと、前記搬送方向において前記第一ローラの上流側に配置される第二ローラとを有し、
   前記第一ベルトは、前記第一ローラと前記第二ローラとに張架されることによって前記ニップ部へ記録材を案内する案内面が形成され、
   前記案内手段は、前記定着装置を通過した記録材の先端を前記案内面に当接させるように記録材を案内する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記案内面は、平坦面である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記第一ベルトは、前記ニップ部に形成される面を記録材の搬送方向上流に延ばした仮想面と、前記平坦面とのなす角度が鋭角となるように、前記複数の張架ローラにより張架される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記案内手段は、前記平坦面に先端が当接した際の記録材の前記平坦面に対する角度が鋭角となるように記録材を案内する、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の冷却装置。
6. 前記案内手段は、前記平坦面に先端が当接した際の記録材の前記平坦面に対する角度が０°より大きく４０°以下となるように記録材を案内する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
7. 前記案内手段は、記録材を搬送するベルト搬送手段であって、
   前記搬送方向における前記ベルト搬送手段の下流端部は、前記搬送方向において前記第一ローラと前記第二ローラとの間に位置する、
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の冷却装置。
8. 前記案内手段は、搬送される記録材の下面側を支持して記録材を案内する下ガイド部材である、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却装置。
9. 前記冷却手段は、前記第一ベルトの内周面に接触して放熱する放熱板である、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷却装置。
10. 前記ニップ部は、前記放熱板の前記第一ベルトに対する接触領域に形成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
11. 記録材にトナー像を形成する画像形成部と、
    前記画像形成部により形成されたトナー像を加熱して記録材に定着させる定着装置と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の冷却装置と、を備える、
    ことを特徴とする画像形成装置。
12. 前記定着装置によりトナー像が定着された記録材の表裏を反転し、前記画像形成部へ再搬送する反転搬送部を備える、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記定着装置によりトナー像が定着された記録材を前記反転搬送部により反転させ、記録材の両面にトナー像を定着させる画像形成ジョブを実行可能な制御部を備える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記定着装置は、加熱源を有する加熱部と、前記加熱部と共に記録材を挟持搬送可能であって前記加熱部に対して記録材を加圧する加圧部とを有し、
    前記第一ベルトは、前記定着装置を通過した記録材が搬送される搬送路に対して前記加熱部が設けられる側に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
15. 前記画像形成部へ搬送される記録材を収容する収容部をさらに備え、
    前記収容部は、記録材として坪量２５６ｇ／ｍ^２のキャストコート紙を収容する、
    ことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
16. 記録材にトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部により形成されたトナー像を加熱して記録材に定着させる定着装置と、を有する画像形成装置と、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の冷却装置と、を備える、
    ことを特徴とする画像形成システム。

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