JP5995070B2 - 用紙冷却装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対の無端状ベルト部材で用紙を挟持し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、搬送ローラ対で用紙が挟持されると、用紙上のトナー画像に搬送ロール対の痕が残り画像品質が低下するといった問題が生じる。

そこで、定着装置の用紙搬送方向下流側に、一対の無端状ベルト部材で用紙を挟持・搬送すると同時に用紙を冷却する用紙冷却装置を設けることが提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。これらの無端状ベルト部材で用紙を挟持し冷却する方式において、用紙から無端状ベルト部材に効率よく熱を伝えさせるためには、用紙と無端状ベルト部材との間の接触熱抵抗を低くする必要がある。なお、接触熱抵抗とは、接触面が完全に密着しないことにより生じる熱抵抗のことである。そこで、用紙と無端状ベルト部材との密着性を高めて接触熱抵抗を低くするために、例えば特許文献１の提案技術では、無端状ベルト部材の内周面側から用紙方向に無端状ベルト部材を押圧する押圧ローラを設けている。また、特許文献２の提案技術では、吸引によって用紙とヒートシンクとの密着性を高めている。

特開2009-161347号公報 特開2009-45746号公報 特開2008-112102号公報

しかしながら、押圧ローラによって用紙と無端状ベルト部材との密着性を高める構成では、ヒートシンクなどの冷却体と無端状ベルト部材との摺動抵抗が大きくなり無端状ベルト部材の摩耗や回転トルクの上昇などの問題が生じる。また、吸引によって用紙とヒートシンクとの密着性を高める構成では、用紙の搬送が不安定になることがある。また、用紙がヒートシンクに直接接触するので用紙の品質が悪くなるおそれがある。

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、無端状ベルト部材の摩耗や回転トルクの上昇を招くことなく、用紙と無端状ベルト部材との間の接触熱抵抗を低くして冷却効率を高めた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搬送ロール対の痕が残ることがなく、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、用紙を挟持し搬送すると同時に冷却する一対の無端状ベルト部材と、吸気手段と、前記吸気手段に接続し、一対の無端状ベルト部材における用紙搬送領域の幅方向の少なくとも一方端側に吸気口が位置する第１ダクトとを有し、一対の無端状ベルト部材の少なくとも一方の無端状ベルト部材の外周面に用紙搬送方向に対して交差する方向の溝を設けて、一対の無端状ベルト部材と用紙と間の空気を前記吸気口から吸引し、一対の無端状ベルト部材と用紙との密着性を向上させたことを特徴とする。

ここで、一対の無端状ベルト部材の少なくとも一方の内周部に、無端状ベルト部材の内周面と接触する放熱部材をさらに設けるのが好ましい。

このとき、前記放熱部材と前記無端状ベルト部材との接触領域の、幅方向の少なくとも一方端側に吸気口が位置する第２ダクトを設けて、前記放熱部材と前記無端状ベルト部材との間の空気を吸引し、前記放熱部材と前記無端状ベルト部材との密着性を調整するのが好ましく、第１ダクトと第２ダクトの吸気量は個別に制御できるようにするのが好ましい。

また、一対の無端状ベルト部材の少なくとも一方の内周部に空気を送り込む送風手段をさらに設けてもよい。

第１ダクトの吸気口は、一対の無端状ベルト部材の幅方向の一方端側に設けられた用紙搬送方向に長い四角柱部の無端状ベルト部材側の側面に、前記四角柱部の内部に切り込むように形成された、用紙搬送方向に細長い形状であり、一対の無端状ベルト部材の端部は前記吸気口に入り込むように配置され、用紙搬送面に対して垂直方向の、第１ダクトの吸気口の端部間の距離は２ｍｍ以下、第１ダクトの吸気口の前記端部と一対の無端状ベルト部材との距離は０．３ｍｍ以下とするのが好ましい。

そして、一対の無端状ベルト部材間に用紙が突入した後、第１ダクトの吸気口から空気を吸引するようにしてもよい。

一対の無端状ベルト部材のそれぞれが掛架された、一対の無端状ベルト部材を挟んで圧接するローラ対の一方をクラウン形状とし、他方を円柱形状としてもよい。

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、一対の無端状ベルト部材における用紙搬送領域の幅方向の少なくとも一方端側に吸気口を配置し、一対の無端状ベルト部材と用紙と間の空気を吸気口から吸引し、一対の無端状ベルト部材と用紙との密着性を向上させるので、無端状ベルト部材の摩耗や回転トルクの上昇を招くことなく、用紙と無端状ベルト部材との間の接触熱抵抗を低くでき、高い冷却効率が得られる。

また、本発明の画像形成装置では、定着装置の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搬送ロール対の痕が残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。 用紙冷却装置の概説図である。 第１ダクトと無端状ベルトとの配置を示す断面図である。 無端状ベルトの用紙搬送方向と平行な断面図である。 ローラ対の一例を示す図である。 本発明の用紙冷却装置の他の実施形態を示す概説図である。 図６の用紙冷却装置における第２ダクトとヒートシンクとの配置を示す断面図である。 本発明の用紙冷却装置のさらに他の実施形態を示す概説図である。

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（静電潜像担持体）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（転写装置）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７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７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。

図２に、用紙冷却装置の概説図を示す。こ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を挟んで圧接することによって、用紙Ｐを挟持し搬送する用紙搬送領域が形成されている。そして、無端状ベルト７１，７２の用紙搬送領域の、装置の背面側に第１ダクト７３の吸気口７３２が配置されている。

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。

図３に、第１ダクト７３と無端状ベルト７１，７２との配置を示す断面図を示す。第１ダクト７３の一方端は吸気ファン７４（吸気手段）に接続し、他方端には、用紙搬送方向に長い四角柱部７３１が形成されている。そして、四角柱部７３１の無端状ベルト側の側面には、用紙搬送方向に細長い吸気口７３２が四角柱部７３１の内部に切り込むように形成されている。一対の無端状ベルト７１，７２の端部は、第１ダクト７３の吸気口７３２に入り込むように配置されている。

吸気口７３２の大きさは、無端状ベルト７１，７２の厚みなどを考慮して適宜決定すればよいが、通常、吸気口７３２の、用紙搬送面に対して垂直方向の端部間の距離Ｄは２ｍｍ以下とするのが好ましく、吸気口７３２の端部と無端状ベルトとの距離ｄは０．３ｍｍ以下とするのが好ましい。さらに、無端状ベルト７１，７２と吸気口７３２との隙間を可撓性フィルムで塞ぐようにしてもよい。

このような構成の用紙冷却装置７ａにおいて、用紙搬送領域に用紙Ｐが突入すると、吸気ファン７４を駆動させて、第１ダクト７３の吸気口７３２から空気を吸引する。すると、無端状ベルト７１，７２と用紙Ｐとの間の空気が吸引され、無端状ベルト７１，７２と用紙Ｐとの密着性が高くなる。これにより接触熱抵抗が低くなって用紙Ｐから無端状ベルト７１，７２に効率的に熱が伝わるようになる。

このとき、第１ダクト７３の吸気口７３２による吸引圧は１００Ｐａ〜５００Ｐａ程度が好ましい。また、坪量の大きい用紙ほど熱容量が大きいので、坪量の大きい用紙ほど吸引圧を大きくして、無端状ベルト７１，７２と用紙Ｐとの密着性を高めるようにしてもよい。

また、吸引したときに無端状ベルト７１，７２と用紙Ｐとの間に空気溜まりやシワが生じるのを防止するために、無端状ベルト７１，７２の少なくとも一方の外周面に凹凸を設けてもよい。図４に一例を示す。この図に示す実施形態では、無端状ベルト７２の外周面に、用紙搬送方向に対して交差する方向の溝７２１を形成して、無端状ベルト７２と用紙Ｐとの間の空気を円滑の吸引できるようにしている。

さらに、図５に示すように、圧接するローラ対の一方のローラ７９ａをクラウン形状とし、他方のローラ７８ａを円柱形状とし、無端状ベルト７１，７２と用紙Ｐとの間の空気を抜けやすくして、無端状ベルト７１，７２と用紙Ｐとの間に空気溜まりやシワが生じるのを防止してもよい。なお、圧接するローラ対７８ｂ、７９ｂについても同様の構成としても構わない。

第１ダクト７３の吸気口７３２から吸引を開始する時期に特に限定はないが、無端状ベルト７１，７２の用紙搬送領域に用紙Ｐが突入した後から吸引を開始するのが好ましい。

図６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、図２に示した用紙冷却装置７ａと異なる点は、無端状ベルト７１の内周部に無端状ベルト７１の内周面と接触するようにヒートシンク（放熱部材）７５を設けた点にある。これにより、用紙Ｐから無端状ベルト７１に伝わった熱が、さらにヒートシンク７５に伝わり効率的に空気中に放熱されるようになる。

ヒートシンク７５を設ける構成では、無端状ベルト７１とヒートシンク７５との接触熱抵抗も冷却効率に関係し、無端状ベルト７１とヒートシンク７５とを密着させるのが望ましいが、密着性を高めると、無端状ベルト７１が摩耗しやすくなると共に、回転トルクが上昇する。そこで、図７に示すように、無端状ベルト７１とヒートシンク７５との接触領域の、幅方向の少なくとも一方端側に第２ダクト７６の吸引口７６２を位置させ、無端状ベルト７１とヒートシンク７５との間の空気を吸引し、無端状ベルト７１とヒートシンク７５との密着性を調整するようにしてもよい。

このとき、前述のように、無端状ベルト７１とヒートシンク７５とを密着を高めると、無端状ベルト７１の摩耗が激しくなるので、第１ダクト７３と第２ダクト７６の吸気量は個別に制御できるようにするのが望ましい。そのためには、第１ダクト７３と第２ダクト７６とをそれぞれ別の吸気ファンに接続してもよいし、共通の吸気ファン７４を用いる共に第１ダクト７３と第２ダクト７６とに吸気量調整弁を設けて調整するようにしてもよい。

図８に、本発明に係る用紙冷却装置のさらに他の実施形態を示す。この図に示す用紙冷却装置７ｃが、図２に示した用紙冷却装置７ａと異なる点は、無端状ベルト７１の内周部に空気を送り込む送風ファン（送風手段）７７を設けた点にある。これにより、用紙から無端状ベルト７１に伝わった熱が効率的に空気中に放熱されるようになる。もちろん、無端状ベルト７２にも送風ファンを別途設けて、空気を送り込むようにしても構わない。また、送風ファン７７とヒートシンク７５とを併用しても構わない。

本発明の用紙冷却装置では、無端状ベルトの摩耗や回転トルクの上昇を招くことなく、用紙と無端状ベルトとの間の接触熱抵抗を低くでき高い冷却効率が得られ有用である。

７ａ，７ｂ，７ｃ 用紙冷却装置
Ｐ 用紙
７１ 無端状ベルト
７２ 無端状ベルト
７３ 第１ダクト
７４ 吸気ファン（吸気手段）
７５ ヒートシンク（放熱部材）
７７ 送風ファン（送風手段）
７３２ 吸気口
７６２ 吸気口

Claims (9)

1. 用紙を挟持し搬送すると同時に冷却する一対の無端状ベルト部材と、
   吸気手段と、
   前記吸気手段に接続し、一対の無端状ベルト部材における用紙搬送領域の幅方向の少なくとも一方端側に吸気口が位置する第１ダクトとを有し、
   一対の無端状ベルト部材の少なくとも一方の無端状ベルト部材の外周面に用紙搬送方向に対して交差する方向の溝を設けて、一対の無端状ベルト部材と用紙と間の空気を前記吸気口から吸引し、一対の無端状ベルト部材と用紙との密着性を向上させたことを特徴とする用紙冷却装置。
2. 一対の無端状ベルト部材の少なくとも一方の内周部に、無端状ベルト部材の内周面と接触する放熱部材をさらに有する請求項１記載の用紙冷却装置。
3. 前記放熱部材と前記無端状ベルト部材との接触領域の、幅方向の少なくとも一方端側に吸気口が位置する第２ダクトを有し、前記放熱部材と前記無端状ベルト部材との間の空気を吸引し、前記放熱部材と前記無端状ベルト部材との密着性を調整する請求項２記載の用紙冷却装置。
4. 第１ダクトと第２ダクトの吸気量を個別に制御できる請求項３記載の用紙冷却装置。
5. 一対の無端状ベルト部材の少なくとも一方の内周部に空気を送り込む送風手段をさらに有する請求項１〜４のいずれかに記載の用紙冷却装置。
6. 第１ダクトの吸気口は、一対の無端状ベルト部材の幅方向の一方端側に設けられた用紙搬送方向に長い四角柱部の無端状ベルト部材側の側面に、前記四角柱部の内部に切り込むように形成された、用紙搬送方向に細長い形状であり、
   一対の無端状ベルト部材の端部は前記吸気口に入り込むように配置され、
   用紙搬送面に対して垂直方向の、第１ダクトの吸気口の端部間の距離を２ｍｍ以下とし、第１ダクトの吸気口の前記端部と一対の無端状ベルト部材との距離を０．３ｍｍ以下とした請求項１〜５のいずれかに記載の用紙冷却装置。
7. 一対の無端状ベルト部材間に用紙が突入した後、第１ダクトの吸気口から空気を吸引する請求項１〜６のいずれかに記載の用紙冷却装置。
8. 一対の無端状ベルト部材のそれぞれが掛架され、一対の無端状ベルト部材を挟んで圧接するローラ対の一方がクラウン形状で他方が円柱形状である請求項１〜７のいずれかに記載の用紙冷却装置。
9. 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１〜８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。