JP5000385B2 - プリンタ用のローラおよびローラの表面を冷却する方法 - Google Patents

Description

本発明は、外管と、その中に配置された少なくとも１つの内管とを含み、外管が第１端から第２端に軸方向に延び、内管が外管にほぼ平行に延び、外管と内管との間に内部管状空間を画定し、ならびに内管内部に管状内空間を画定するプリンタ用のローラに属する。

本発明はそのようなローラの表面を冷却する方法にも属する。

一般に、そのようなローラは、例えば、電子写真プリンタに適用される。このタイプのローラは、例えば、画像担持ローラまたは冷却ローラに使用される。これらは、動作中に熱を吸収し、かつ表面の冷却を必要とするローラである。通常、冷却は、ローラの内部を通って、ファンで空気を吹き込みまたは吸い込むことによって行われる。画像担持ローラは、例えば、光伝導層または電極パターンで覆われたローラである。これは、画像担持ローラの表面上に静電像の形成を可能にする。それに続くステップでは、トナー粒子の層が、画像担持ローラ上の静電像上に現像される。続いて、このトナーの像が、受け取る基材に転写され、受け取る基材に定着される。

動作の間、画像担持ローラの表面温度は増加する傾向がある。表面温度が高くなり過ぎた場合、トナー粒子が、融解し画像担持ローラの表面に付着して、印刷アーティファクトをもたらす。したがって、画像担持ローラの表面は、例えば、ローラを介して、空気を吹き付けることによって冷却することを必要とする。プレアンブルによるローラは、冷却ローラとしても使用される。そのようなローラは、基材に回転可能に接触されたとき基材から熱を排出させ、したがって、基材を冷却する。それから、冷却ローラによって吸収された熱は、ローラを通過する空気流と共に放出される。任意選択として、ローラを通過する液体の冷却剤の流れと共に熱を放出することも可能である。
特開０２−０９９２５３号公報 米国特許第３７５２２２７号明細書

プレアンブルで説明されたようなローラの不利な点は、温度勾配が、表面に沿って軸方向に形成されることである。これは、ローラの内部管状空間に吹き込まれた冷たい空気がすぐにローラの表面と熱を交換するためである。ローラを通って進むとき、空気流の温度は増加する。これは、空気流とローラの表面との温度差を低減させる。引き続いて、これは、ローラの端部付近の空気流の冷却能力の減少につながり、これはローラの上の温度勾配をもたらす。温度勾配のために、空気流は、ローラの端部で指定された温度に達するために十分に大きくなければならない。これは、比較的不十分な冷却システムに通じる。

本発明の目的は、ローラの上の温度勾配を低減させることによって、改良された冷却効率をもつローラを提供することである。

この目的のために、ローラが、内部管状空間および管状内空間を、第１端からブロッキング要素に実質的に延びる第１部分と、ブロッキング要素から第２端に実質的に延びる第２部分とに分けるブロッキング要素（２７）を含み、第１および第２ダクト（３１、３３）が、内部管状空間の第１部分および第２部分を、それぞれ管状内空間の第２部分および第１部分にブロッキング要素を介して連結させることを特徴とするプレアンブルによるローラが発明された。

ブロッキング要素は、外管に嵌合する円板様の物体でよく、内管を通って延び、管状内空間と内部管状空間の両方を第１と第２部分に分ける。ブロッキング要素は、完全に、または部分的にローラを通る流れを妨げることができ、例えば射出成形のプラスチック物体でよい。

外管は内部表面から内部管状空間に延び、ローラの長手軸方向に沿って延びる薄板を含むことができる。これらの薄板は、外管の内部表面積を増加させ、これが流れとの有効接触面積を増加させ、したがって、熱交換能力を増加させる。ブロッキング要素はそれが外管に嵌合し、薄板がブロッキング要素を通過することを可能にする、外側から内向きに径方向のカットをもつように構成される。この径方向のカットの大きさが、妨げられる流れの部分と、内部管状空間を通って、その経路を継続することを可能にする流れの部分とを制御するように構成される。

空気流がローラを通過することを可能にするために、ブロッキング要素を通って延び、内部管状空間を管状内空間に連結する第１および第２ダクトが存在する。これは、内部管状空間の第１および第２部分のいずれかに吹き込まれる空気がダクトを通り、管状内空間の第１および第２部分のいずれかを経由してローラを出ることを可能にする。あるいは、管状内空間の第１および第２部分のいずれかに吹き込まれる空気が、内部管状空間の第１および第２部分のいずれかを経由してローラを出ることができる。

例えば、空気を内部管状空間の第１および第２部分に同時に、２つのファンユニットを用いて両方向から吹き込むことができる。内部管状空間の第１部分に吹き込まれる流れは、管状内空間の第１部分を経由してローラを出ることができる。内部管状空間の第２部分に同時に吹き込まれる流れは、管状内空間の第２部分を経由してローラを出ることができる。

好ましくは、ブロッキング要素は、ローラの軸に沿って中央位置に配置される。このようにして、内部管状空間の第１部分を通って吹き込まれ、ローラの表面を冷却する空気は、ローラの表面の半分だけを冷却する。ローラの第１部分上の表面温度勾配は、ブロッキング要素がない場合と同じである。しかし、ブロッキング要素がない場合、ローラの表面の第２部分は、第１部分と、表面温度において、ほぼ同じ勾配を経験し、第１部分にわたる温度勾配のほぼ２倍の全ローラの表面にわたる表面温度における累積勾配をもたらす。ブロッキング要素を組み込んだ実施形態では、すべての空気の流れは、ローラの表面の半分だけを冷却することが可能とされる。したがって、全ローラの表面にわたる表面温度の勾配は累積的ではなく、表面の第１部分および第２部分が、表面温度において同じ勾配を独立に経験する。こうして、ローラの表面における極端な温度差は、ブロッキング要素がない状況に対して、約半分に低減される。

別の実施形態では、第１および第２ダクトそれぞれは、対向する管状内空間の第１および第２部分によって、内部管状空間の第１および第２部分の１つに連結される。これは、ローラを通って空気を１方向に吹き込むことを可能にする。例えば、内部管状空間の第１部分に吹き込まれた空気は、ローラの表面の第１部分を冷却するのに役立ち、ローラの表面を冷却しない管状内空間の第２部分を経由してローラを出る。ローラの表面を冷却しない管状内空間の第１部分に同時に吹き込まれた空気は、第２ダクトを通過し、内部管状空間の第２部分を経由してローラを出て、ローラの表面を冷却する。

多くの数のダクトおよび大きい直径のダクトを選択することによって、ローラを通る流量を最適化することができる。ダクトの壁との空気流の最小の摩擦を得るために、ダクトの曲率をできるだけ小さく抑えることも好ましい。

ファンで生成された与えられた空気圧力に対し、ブロッキング要素がないローラに比べて、このローラシステムにおいて、内部管状空間を通るより高い空気流を実現できることがわかった。したがって、ブロッキング要素がない状況に対して、本発明のローラシステムは改良された冷却能力ももつ。

別の実施形態では、第１ダクトおよび第２ダクトは、二重のつる巻線を形成するように配置される。これは、例えば、内部管状空間の第１側の第１ダクトの入口は、管状内空間の同じ側の第２ダクトの入口の径方向上側にあることを意味する。管状内空間の第２側の第１ダクトの出口は、内部管状空間の第２側の第２ダクトの出口の径方向下側にある。したがって、この２つのダクトはねじれた組を形成し、半分のピッチをもつ二重のつる巻線とも呼ばれる。ブロッキング要素の中央で、２つのダクトは接線方向に並置される。ローラを通る最大の空気流を得るために、複数のダクトの組を使用することができる。

さらに別の実施形態では、ブロッキング要素は、軸方向で４０ｍｍより長くない。ブロッキング要素の位置では、ローラの表面を冷却する空気流がないので、ローラの表面温度はその位置では比較的高くなることがある。したがって、ブロッキング要素の軸方向の大きさをできるだけ小さくすることが好ましい。しかし、ブロッキング要素が狭いほど、ダクトの曲率が大きくなり、これがダクトの壁との空気流の摩擦を増加させ、これがブロッキング要素を通る空気流を妨げる。したがって、ブロッキング要素の軸方向の大きさは、ローラを通る十分に大きい空気流の実現と、ブロッキング要素が存在することによるローラの表面の表面温度におけるジャンプの最小化の間の妥協点である。

さらに別の実施形態では、ブロッキング要素は、ガスケットで結合された２つの部分で構成される。ブロッキング要素は、内部管状空間と管状内空間とを完全にまたは部分的に分け、かつガスケットで結合される２つの円板からなる。したがって、ブロッキング要素を通過するダクトは、第１部分と第２部分に区分される。すべての個別の円板はダクトの組のピッチの４分の１をもつ。２つの分離した円板からなるブロッキング要素をもつことは、分離した円板は、例えば射出成形で、製造するのがより簡単であるという利点がある。ガスケットを、例えば、金属、ゴム、またはプラスチックシートからつくることができ、ブロッキング要素を構成する第１および第２円板からの対応するダクトを連結するための穴を含む。

ブロッキング要素を構成する２つの円板は、ほぼ内管の大きさでもよく、したがって、管状内空間だけを分ける。したがって、ガスケットは内部管状空間に延び、内部管状空間を分けることができる。この実施形態は、外管とのガスケットの接触面積が非常に狭いという利点がある。したがって、空気流で冷却されないローラの表面積は、ほとんど無視でき、ローラの表面温度にほとんどいかなるジャンプもない。

本発明は、ローラの第１端からローラの第２端に空気を運ぶステップと、内部管状空間の第１部分を通って、第１ダクトを介して、管状内空間の第２部分中へ移動する空気を導くステップと、管状内空間の第１部分を通って、ブロッキング要素内の第２ダクト経由して、内部管状空間の第２部分中に移動する空気を導くステップとを含む上で説明されたプリンタ用のローラの表面を冷却する方法にも属する。空気流を、例えばローラを通して、ファンによって、吹き付け、吸い込むことができる。

次に、実施形態のいくつかが、下に与えられた図に関して説明されるであろう。

図１は、電子写真プリンタ１の概略図を示す。電子写真プリンタの動作は従来の技術から知られている。プリンタ１の心臓は印刷エンジン３である。印刷エンジン３は、画像担持ローラ５を含む。画像担持ローラ５は、外管７と内管９とを含む。画像担持ローラ５の表面上に、暗い場合には絶縁体であり、光にさらされた場合には、導体になる光伝導層が塗布される（図示せず）。最初は、光伝導層は、電荷コロナ線１１、電流がその中を流れる線によって、全体に正電荷が与えられる。ドラムが回転するにつれて、プリンタは、可動多角形ミラー１５上にレーザビームを反射させることによって、いくつかの点を放電させるために、表面にわたって小さいレーザビーム１３を照射する。このようにして、レーザは、電荷のパターン、すなわち静電像として、印刷されるべき文字および画像を「描く」。パターンが設定された後で、トナー供給ローラ１７が正に荷電されたトナー、すなわち細かい黒い粉末で光伝導層を覆う。それは正の電荷をもつので、トナーは、光伝導層の負に放電された領域に密着するが、正に帯電された「バックグランド」には密着しない。粉末のパターンが付着されると、画像担持ローラ５は、紙のスタック１９から分離され、かつ下のベルト２１に沿って移動する紙のシートの上を回転する。紙が、画像担持ローラの下を回転する前に、それは、転写コロナ線（図示せず）によって負電荷が与えられる。この電荷は、静電像の負電荷より強いので紙はトナー粉末を引き離すことができる。それは画像担持ローラ５と同じ速度で移動するので、紙は画像のパターンを厳密に写し取る。最後に、プリンタは定着器２３、すなわち過熱されたローラの組を介して紙を通過させる。紙がこれらのローラを通過するとき、固まっていないトナー粉末が溶けて、紙の中の繊維と融合する。定着器は、紙を出力トレイ（図示せず）に進める。画像担持ローラ５の表面温度は、動作の間、増加する傾向にある。しかし、トナー粉末が、画像担持ローラ上の光伝導層と融合し印刷アーティファクトをもたらすので、表面温度がトナー粉末の融解温度を超えないかもしれない。したがって、ファンユニット（図示せず）が、画像を含んだ部材の表面を冷却するために、内管９および外管７を介して空気を吹き付ける。

図２は画像担持ローラ５の概略図を示す。画像部材は、外管７と、２つの内管９ａおよび９ｂと、中心軸（図示せず）とからなる。管は、内部管状空間１１と、管状内空間１３とを画定する。ブロッキング部材２７は、外管内に密に嵌合する一体形円板である。ブロッキング要素は、内管９ａおよび９ｂに動作可能に係合する２つの円板様の突起２７ａおよび２７ｂをもつ。空気３５および３７の流れは、左から右にローラを介して運ばれる。内部管状空間１１および管状内空間１３は、ブロッキング要素の上流側の第１部分と、ブロッキング要素の下流側の第２部分とに分けられる。ブロッキング要素のダクト３１は、空気３５の流れを、内部管状空間１１の上流側から管状内空間１３の下流側に導く。ダクト３３は、空気流３７を、管状内空間の上流側から内部管状空間の下流側に導く。このようにして、空気流３５はローラの表面の第１部分を冷却し、空気流３７はローラの表面の第２部分を冷却する。ダクトの組３１から３３は、半分のピッチをもった二重つる巻線を形成する。ダクト３１の入口がダクト３３の入口より中心軸から遠くに置かれて、両方のダクトの入口はダクト３１の入口に径方向に位置合わせされる。ダクト３３の出口がダクト３１の出口より中心軸から遠くに置かれて、両方のダクトの出口もダクト３３の出口に径方向に位置合わせされる。

図３は、画像担持ローラ５の別の実施形態の概略図を示す。画像部材は、外管７と、２つの内管９ａおよび９ｂと、中心軸（図示せず）とからなる。管は、内部管状空間１１と、管状内空間１３とを画定する。ブロッキング部材２７は、内管９ａおよび９ｂと動作可能に係合される２つの円板２７ｃおよび２７ｄから構成される。２つの円板はガスケット２９を介して連結される。ガスケットは内部管状空間を２つの部分に分ける外管の壁に延びる。空気３５および３７の流れは、左から右にローラを介して運ばれる。内部管状空間１１および管状内空間１３は、ブロッキング要素の上流側の第１部分と、ブロッキング要素の下流側の第２部分とに分けられる。ブロッキング要素のダクト３１は、空気３５の流れを、内部管状空間の上流側から管状内空間の下流側に導く。ダクト３３は、空気流３７を、管状内空間の上流側から内部管状空間の下流側に導く。このようにして、空気流３５はローラの表面の第１部分を冷却し、空気流３７はローラの表面の第２部分を冷却する。ダクトの組３１から３３は、歪んだ二重つる巻線を形成する。

図４は、ローラの軸位置に応じた、画像ローラの表面からローラを通過する空気流への熱流のグラフを示す。トレース４０は、ブロッキング要素なしで、いかなるダクトもなしで、ローラが外管と内管とだけを含む状況に対応する。画像ローラの表面から空気流への熱流は、ローラの長手方向軸に沿って進むとき、着実に減少する。これは、ローラを通過するとき、空気流の温度が増加するためである。これが、画像ローラの表面と空気流との間の温度差の減少をもたらし、したがって熱流の減少をもたらす。定常状態の熱流は、すなわち、２つの物体の温度差に比例する。ローラの方向における減少する熱流は、ローラの軸に沿った温度勾配をもたらす。

トレース４２は、ローラが、付随するダクトを備えるブロッキング要素をもった状態で、外管と内管とを含む状況に対応する。トレース４２は、凹み４２ｂで分けられた、第１部分４２ａと第２部分４２ｃからなる。凹み４２ｂは、ブロッキング要素の存在によって引き起こされる。ブロッキング要素が外管の内部表面に接触する場合、ローラの表面から熱を運び去る空気流は存在しない。トレース４２ａは、ローラの軸に沿って進むとき、熱流の減少を示す。これは、ローラの表面からの熱の吸収による内部管状空間内の空気流の上昇する温度のためである。空気流がブロッキング要素に到達するとき、空気流はダクト内を通って、ブロッキング要素の反対側の管状内空間に進み、ローラから出る。同時に、管状内空間の第１部分に吹き込まれた空気流は、ブロッキング要素に到達する。ローラの表面と熱を交換しないので、この空気流は、最初の温度を維持した。この空気流は、ダクトを通って内部管状空間の第２部分に行く。次に、空気流は、ローラの表面と熱交換する接触をする。ローラの表面から空気流への熱流は、すぐに最高値に達し、それからローラの端部に向かって徐々に減少する。結果として、トレース４２の熱流におけるトレース４０に対する絶対的な差は相当に減少される。凹み４２ｂを、ローラの表面の対応する部分の過熱を避けるために、できる限り狭くしなければならない。これは、図３の実施形態を使用することによって実現される。

本発明による画像担持ローラを含むプリンタの概略図である。 本発明によるローラの実施形態の概略図である。 本発明によるローラの別の実施形態の概略図である。 ローラの軸方向位置に応じたローラの表面から空気流への熱伝達を示すグラフである。

符号の説明

１ プリンタ
３ 印刷エンジン
５ 画像担持ローラ
７ 外管
９、９ａ、９ｂ 内管
１１ 電荷コロナ線、内部管状空間
１３ 小さいレーザビーム、管状内空間
１５ 可動多角形ミラー
１７ トナー供給ローラ
１９ 紙のスタック
２１ ベルト
２３ 定着器
２７ ブロッキング部材
２７ａ、２７ｂ ２つの円板様の突起
２７ｃ、２７ｄ ２つの円板
２９ ガスケット
３１、３２、３３ ダクト
３５、３７ 空気
４０、４２ トレース
４２ａ 第１部分
４２ｂ 凹み
４２ｃ 第２部分

Claims (6)

1. 外管（７）と、その中に配置された少なくとも１つの内管（９）とを含み、外管が第１端から第２端に軸方向に延び、内管が外管にほぼ平行に延び、外管と内管との間に内部管状空間（１１）を画定し、ならびに内管内部に管状内空間（１３）を画定するプリンタ（１）用のローラ（５）であって、内部管状空間および管状内空間を、第１端からブロッキング要素に実質的に延びる第１部分と、ブロッキング要素から第２端に実質的に延びる第２部分とに分けるブロッキング要素（２７）を含み、第１および第２ダクト（３１、３３）が、内部管状空間の第１部分および第２部分を、それぞれ管状内空間の第２部分および第１部分にブロッキング要素を介して連結させることを特徴とする、プリンタ（１）用のローラ（５）。
2. 第１ダクトおよび第２ダクトが二重のつる巻線を形成するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載のプリンタ（１）用のローラ（５）。
3. ブロッキング要素が、軸方向に４０ｍｍより長くないことを特徴とする、請求項１から２のいずれかに記載のプリンタ（１）用のローラ（５）。
4. ブロッキング要素（２７）がガスケット（２９）で結合された２つの部分から構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のプリンタ（１）用のローラ（５）。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のローラ（５）を含む印刷システム。
6. ローラの第１端からローラの第２端に空気を運ぶステップと、内部管状空間（１１）の第１部分を通って、第１ダクト（３１）を介して、管状内空間（１３）の第２部分中へ移動する空気を導くステップと、管状内空間（１３）の第１部分を通って、ブロッキング要素（２７）内の第２ダクト経由して、内部管状空間（３３）の第２部分中に移動する空気を導くステップとを含む請求項５による印刷システム用のローラ（５）の表面を冷却する方法。

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