JP6137271B2 - 記録材冷却装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート状記録材のための記録材冷却装置およびこれを備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらを備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、定着装置によって加熱・加圧を行うことで記録材上に転写されたトナーを定着させる。このとき、記録材が熱を持ったまま排紙トレイにスタックされていくと、積み重なった記録材内にこもった熱によってトナーが軟化し、さらに記録材が重なることで自重による圧力が生じ、トナーによって記録材同士がブロック化して貼りついてしまう。この現象はブロッキング現象と呼ばれており、ブロッキング現象が生じた記録材同士を無理に剥がそうとするとトナー像が壊れてしまう。ブロッキング現象を抑制するためには、加熱定着後の記録材を十分に冷却する冷却装置が必要である。現在、記録材を搬送しながら冷却する冷却装置として、記録材を表面、裏面の順に冷却する装置が知られている。

しかし、記録材表面を最初に冷却する従来の冷却装置では、両面印刷時に記録材の第１面に続き第２面に画像を定着し、冷却装置で冷却する際に、定着装置の加圧ローラの温度不均一に起因して記録材の第１面の光沢ムラが発生しやすかった。

特許文献１には、冷却効率を高めるために両面から記録材を冷却する構成が開示されている。しかし、両面印刷時において記録材の第１面に光沢ムラが生じる虞は残っている。

そこで、本発明は、両面印刷時に記録材が記録材冷却装置を通過する際の、記録材の第１面の光沢ムラの発生と、案内部へのトナー固着と画像キズの発生を防止することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明では、熱源を有する定着部材と前記定着部材と接触して定着ニップを形成する加圧部材とによって記録材上の未定着画像を定着する定着装置の記録材搬送方向下流側に配置される記録材冷却装置であって、前記記録材冷却装置は、記録材搬送方向に、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置された第１冷却部、前記定着部材と接触した記録材の面に対向するように配置された第２冷却部、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置された第３冷却部、を順次有し、前記第１冷却部、前記第２冷却部、前記第３冷却部は、前記記録材に直接的に接触または前記記録材を搬送するためのベルトに接触することを特徴とする記録材冷却装置、を提案する。

加圧部材の局所的な高温部と接触して生じる記録材裏面の高温部と他の低温部が、記録材冷却装置によって時間差なしにトナー固化温度まで冷却され、両面印刷時に生じ得る裏面画像の光沢ムラが回避される。また、記録材が案内部に接触しても、記録材はトナー固着回避温度以下になっているため、案内部へのトナー固着や案内部との摺擦による画像キズが発生することもない。

実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図である。 冷却装置を通過した記録材を反転路または排紙部へ案内する案内部を示す図である。 図１に示す冷却装置の拡大図である。 奥側から見た冷却装置の概略構成図である。 冷却装置の変形例を示す図である。 従来構成の冷却装置と定着装置の側面図である。 本発明の基本構成を有する冷却装置と定着装置の側面図である。 定着装置の内部構成と紙間を示す図である。 定着装置通過後の記録材の温度分布の一例を示す図である。 定着装置通過後の記録材を図６の従来の冷却装置に通紙した場合の記録材の温度変化を示す図である。 定着装置通過後の記録材を図７の本発明の冷却装置に通紙した場合の記録材の温度変化を示す図である。 本実施形態の冷却装置の構成を示す側面図である。 本冷却装置による記録材の温度変化を示す図である。 本実施形態における冷却ローラの位置と定着装置通過後の記録材Ｐの表面の温度（実線）と裏面（破線）の温度との関係を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る冷却装置の側面図である。 本発明の他の実施形態に係る冷却装置の背面図である。 本発明の他の実施形態に係る冷却装置の拡大図である。

図１は、実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、画像形成ユニットとしての４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋを並べて配設したタンデム型の画像形成部を備える。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、画像形成装置本体２００に着脱可能に構成されており、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっている。

具体的には、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ３と、感光体２の表面にトナー像を形成する現像手段としての現像装置４と、感光体２の表面を清掃するクリーニング手段としてのクリーニングブレード５を備えている。なお、図１では、イエローのプロセスユニット１Ｙが備える感光体２、帯電ローラ３、現像装置４、クリーニングブレード５のみに符号を付しており、その他のプロセスユニット１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋにおいては符号を省略している。

図１において、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの上方には、感光体２の表面を露光する露光手段としての露光装置６が配設されている。露光装置６は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体２の表面へレーザ光を照射するようになっている。

また、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの下方には、転写装置７が配設されている。転写装置７は、転写体としての無端状のベルトから構成される中間転写ベルト１０を有する。中間転写ベルト１０は、支持部材としての複数のローラ２１〜２４に張架されており、それらローラ２１〜２４のうちの１つが駆動ローラとして回転することによって、中間転写ベルト１０は図の矢印に示す方向に周回走行（回転）するように構成されている。

４つの感光体２に対向した位置に、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１１が配設されている。各一次転写ローラ１１はそれぞれの位置で中間転写ベルト１０の内周面を押圧しており、中間転写ベルト１０の押圧された部分と各感光体２とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。各一次転写ローラ１１は、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）および／または交流電圧（ＡＣ）が一次転写ローラ１１に印加されるようになっている。

また、中間転写ベルト１０を張架する１つのローラ２４に対向した位置に、二次転写手段としての二次転写ローラ１２が配設されている。この二次転写ローラ１２は中間転写ベルト１０の外周面を押圧しており、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト１０とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ１２は、一次転写ローラ１１と同様に、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）および／または交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ１２に印加されるようになっている。

画像形成装置本体２００の下部には、紙やＯＨＰ等のシート状の記録材Ｐを収容した複数の給紙カセット１３が配設されている。各給紙カセット１３には、収容されている記録材Ｐを送り出す給紙ローラ１４が設けてある。また、画像形成装置本体２００の図の左側の外面には、機外に排出された記録材Ｐをストックする排紙部としての排紙トレイ２０が設けてある。

画像形成装置本体２００内には、記録材Ｐを給紙カセット１３から二次転写ニップを通って排紙トレイ２０へ搬送するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ１２の位置よりも記録材搬送方向上流側にはレジストローラ１５が配設されている。また、二次転写ローラ１２の位置よりも記録材搬送方向下流側には、定着装置８、記録材冷却装置としての冷却装置９、一対の排出ローラ１６が順次配設されている。定着装置８は、例えば、内部に図示しないヒータ（熱源）を有する定着部材としての定着ローラ１７と、定着ローラ１７を加圧する加圧部材としての加圧ローラ１８を備える。定着ローラ１７と加圧ローラ１８とが接触した箇所には、定着ニップが形成されている。

以下、図１を参照して上記画像形成装置の基本的動作について説明する。作像動作が開始されると、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２が図の反時計回りに回転駆動され、帯電ローラ３によって各感光体２の表面が所定の極性に一様に帯電される。図示しない読取装置によって読み取られた原稿の画像情報に基づいて、露光装置６から帯電された各感光体２の表面にレーザ光が照射されて、各感光体２の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体２上に形成された静電潜像に、各現像装置４によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

中間転写ベルト１０を張架するローラの１つが回転駆動し、中間転写ベルト１０を図の矢印の方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ１１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧または定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ１１と各感光体２との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各感光体２に形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト１０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト１０はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。また、中間転写ベルト１０に転写しきれなかった各感光体２上のトナーは、クリーニングブレード５によって除去される。

給紙ローラ１４が回転することによって、給紙カセット１３から記録材Ｐが搬出される。搬出された記録材Ｐは、レジストローラ１５によってタイミングを計られて、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト１０との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ１２には、中間転写ベルト１０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト１０上のトナー画像が記録材Ｐ上に一括して転写される。その後、記録材Ｐは定着装置８に送り込まれ、定着ローラ１７と加圧ローラ１８によって記録材Ｐが加圧および加熱されてトナー画像が記録材Ｐ上に定着される。そして、記録材Ｐは、冷却装置９によって冷却された後、一対の排出ローラ１６によって排紙トレイ２０に排出される。

両面印刷の場合は、冷却後の記録材Ｐを切換爪２５を切り換えることにより反転路２６へ導き、切換爪２７を切り換えてローラ２８などを逆回転させることにより反転後の記録材Ｐを反転路２９からレジストローラ１５へと再給紙して用紙の表裏を反転させる。このとき、中間転写ベルト１０上には裏面画像となるトナー画像を形成して担持させておき、記録材Ｐの裏面にトナー画像を転写して定着装置８による定着処理と冷却装置９による冷却処理を経て、排出ローラ１６により排紙トレイ２０上に排紙する。

以上の説明は、記録材にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つまたは３つのプロセスユニットを使用して、２色または３色の画像を形成したりすることも可能である。

図２は、冷却装置９を通過した記録材Ｐを反転路または排紙部へ案内する案内部を示す図である。
冷却装置９の下流側に、冷却装置９を通過した記録材Ｐを案内する案内部が設けられている。図２（ａ）に示す例では、案内部としての搬送ガイド板３５と、切換爪２５が設けられている。片面印刷時などに切換爪２５が実線位置にあるときは、記録材Ｐは搬送ガイド板３５に案内されて排出ローラ１６により排紙トレイ２０に排出される。両面印刷時には切換爪２５は破線位置に切り換えられ、記録材Ｐは反転路２６に導かれる。図２（ｂ）に示す例では、案内部としてのローラ３７および搬送ガイド板３５と、切換爪２５が設けられている。ローラ３７により記録材Ｐは撓むことなく搬送ガイド板３５および切換爪２５側にガイドされ、切換爪２５の位置に従って排出または反転される。

ところで、冷却装置は、図３に示すように、ベルト搬送手段３０のベルトの走行によって搬送されるシート状記録材Ｐを冷却する冷却部材３３を備えたものである。ベルト搬送手段３０は、シート状記録材Ｐの一方の面（表面または上面）側に配置される第１の搬送機構３１と、シート状記録材Ｐの他方の面（裏面または下面）側に配置される第２の搬送機構３２を備える。また、各搬送機構に対してそれぞれ冷却部材３３を備え、第１冷却部としての冷却部材（液冷プレート）３３ａがシート状記録材Ｐの他方の面（裏面または下面）側に配置され、第２冷却部としての冷却部材３３ｂがシート状記録材Ｐの一方の面（表面または上面）側に配置され、第３冷却部としての冷却部材３３ｃがシート状記録材Ｐの他方の面（裏面または下面）側に配置されている。

冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、シート状記録材の走行方向に沿ってずれて配置されている。また、一方の冷却部材３３ｂは、下面が僅かに膨出した扁平円弧面状の吸熱面３４ｂとされ、他方の冷却部材３３ａ，３３ｃは、上面が僅かに膨出した扁平円弧面状の吸熱面３４ａ，３４ｃとされている。そして、各冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃの内部には、冷却液が流れる冷却液流路が形成されている。

この冷却装置は、図４に示すように、発熱部としての記録材Ｐからの熱を受ける受熱部４５と、受熱部４５の熱を放熱する放熱部４６と、受熱部４５と放熱部４６とを冷却液が循環する循環路４７とを有する冷却液循環回路４４を備える。この循環回路４７内には、冷却液を循環させるためのポンプ４８と、冷却液を溜める液溜タンク４９とが配置されている。そして、液冷プレートである冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃを受熱部４５として機能させる。また、放熱部４６としてラジエータ等からなる。冷却液には、例えば、水を主成分とし、凍結温度を下げるためのプロピレングリコール又はエチレングリコールや、金属製の部品の錆を防止するための防錆剤（例えば、リン酸塩系物質：リン酸カリ塩、無機カリ塩等）が添加されたもの等がある。

循環路４７としては、冷却部材３３ａの一方の開口部と液溜タンク４９とを連結する配管５０と、冷却部材３３ａの他方の開口部と冷却部材３３ｂの一方の開口部とを連結する配管６０と、冷却部材３３ｂの他方の開口部と冷却部材３３ｃの一方の開口部を連結する配管５１と、冷却部材３３ｃの他方の開口部と放熱部４６としてラジエータとを連結する配管５２と、放熱部４６としてラジエータとポンプ４８とを連結する配管５３と、ポンプ４８と液溜タンク４９とを連結する配管５４とを備える。配管５０，６０，５１，５２，５３，５４を有する循環路４７は一本の流路を形成しているが、冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃ内では蛇行しており、冷却液が効果的に冷却部材を冷却するようになっている。

第１の搬送機構３１は、複数個（図例では４個）のローラ（従動ローラ）５５と、このローラ５５に掛け回されるベルト（搬送ベルト）５６とを備え、第２の搬送機構３２は、複数個（図例では４個）のローラ（従動ローラ）５７ｃ，５７ｄ，５８と、駆動ローラ５７ａと、ローラ５７、５８に掛け回されるベルト（搬送ベルト）５９とを備える。

このため、記録材Ｐを搬送する際には、第１の搬送機構３１のベルト５６と第２の搬送機構３２のベルト５９とで、記録材Ｐを挟持搬送することになる。すなわち、駆動ローラ５７ａが駆動することによって、図３に示すように、ベルト５９が矢印Ａ方向に走行し、ベルト５６，５９間に挟まれた記録材Ｐを介して、第２の搬送機構３２のベルト５９の走行に伴って、第１の搬送機構３１のベルト５６が矢印Ｂ方向に走行する。これによって、記録材Ｐは矢印Ｃ方向沿って、上流側から下流側へと搬送される。

次に、前記のように構成された冷却装置の動作について説明する。記録材Ｐの挟持搬送する場合、図３等に示すように、第１の搬送機構３１と第２の搬送機構３２とを近接させた状態とする。この図３に示す状態において、第２の搬送機構３２の駆動ローラ５７ａを回転駆動させれば、前記したように、各ベルト５６，５９が矢印方向に走行して、記録材Ｐは矢印方向に走行する。この状態では、前記冷却液循環回路４４において、冷却液を循環させる。すなわち、ポンプ４８を駆動することによって、冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃの冷却液流路内に冷却液を流す。

この際、第１の搬送機構３１のベルト５６の内面が、冷却部材３３ｂの吸熱面３４ｂを摺動し、第２の搬送機構３２のベルト５９の内面が、冷却部材３３ａの吸熱面３４ａと冷却部材３３ｃの吸熱面３４ｃを摺動する。このため、記録材Ｐの表面（上面）側から、ベルト５６を介して冷却部材３３ｂは記録材Ｐの熱を吸収する。また、記録材Ｐの裏面（下面）側から、ベルト５９を介して冷却部材３３ｃ，３３ａは記録材Ｐの熱を吸収する。この場合、冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃが吸収した熱量を冷却液が外部に輸送することで冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃは低温に保たれる。

すなわち、ポンプ４８を駆動することによって、冷却液が冷却液循環回路４４内を循環し、冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃの冷却液流路内を流れて吸熱して高温となった冷却液が、放熱部として機能するラジエータを通過することによって、外気へ放熱され、その温度が低下する。そして、低温となった冷却液が再度冷却液流路内を流れて、冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃが放熱部４６と機能する。このため、このサイクルを繰り返すことによって、記録材Ｐは両面から冷却される。

本発明は、冷却液循環回路４４を用いた冷却装置に限定されず、これに替えて、図５のように排熱促進形状部１０６を設けてもよい。排熱促進形状部１０６としては、多数のフィンを有する空冷ヒートシンクである。このときの吸熱面３４ａ，３４ｂ，３４ｃとベルト５６，５９との関係は、上記実施例を適用できる。
このように、空冷ヒートシンク構造を用いることによって、冷却液循環回路４４を用いなくてすみ、装置のコンパクト化および低コスト化を図ることができる。

図６は、従来構成の冷却装置と定着装置の側面図を示す。
本例では、冷却装置９は、回転する冷却ローラ７１ａ，７１ｂと、これに対向して配置され小径ローラ７２に掛け回されたベルト７３を２組有している。定着の際、記録材Ｐは、定着装置８の定着ローラ１７によって表面のトナー画像を加熱定着されて高温となる。その記録材Ｐは、図示のように冷却ローラ７１およびベルト７３に挟持搬送されながら、初めに画像形成面である表面、次いで裏面の順に冷却される。このように画像形成面である表面だけでなく裏面からも冷却を行うことで、記録材からの全吸熱量は、２本の冷却ローラ７１を記録材Ｐの表側に設ける場合より多くなる。

一方、図７は本発明の基本構成を有する冷却装置と定着装置の側面図を示す。
本例では、冷却装置９は、回転する冷却ローラ７１ａ，７１ｂと、これに対向して配置され小径ローラ７２に掛け回されたベルト７３を２組有しているが、これらの配置は図６のものとは上下逆になっている。従って、記録材Ｐは、初めに裏面、次いで画像形成面である表面の順に冷却される。

次に、図８〜１１を用いて従来構成と本発明の基本構成の効果の違いを説明する。
図８に示すように、定着装置８は、内部の図示しないヒータにより一定の温度に制御される定着ローラ１７および加圧ローラ１８を有しており、この定着装置８によって記録材Ｐの表面にトナー画像が定着される。このような装置で連続印刷を行う場合、ある記録材Ｐと後続の記録材Ｐの間には紙間が生じる。図示のように、加圧ローラ１８はこの紙間に相当する部位Ｑにて定着ローラ１７に直接接触する。よって、加圧ローラの部位Ｑは他の箇所に比べて高温になり、これが１回転して次の記録材Ｐと接触すると、この部位Ｑでは記録材Ｐの裏面が他の箇所よりも高温になる。

図９は、定着装置８通過後の記録材Ｐの温度分布の一例を示す図である。
記録材Ｐの温度は、定着装置８の直後に配置したセンサ（不図示）により測定したものである。横軸は、センサで感知されたときの記録材の先端から後端までの用紙幅、縦軸は用紙温度である。図示のように、加圧ローラ１８の部位Ｑと接触していた裏面の箇所は他の箇所よりも高温になり、裏面に対応する表面の箇所も熱の影響を受けて他の箇所に比べて少し高温になる。

図１０は、このような温度分布を有する記録材Ｐを図６の従来の冷却装置に通紙した場合の記録材の温度変化を示す。図１０（ａ），（ｂ）に示す記録材Ｐの温度は、それぞれ冷却ローラ７１ａ，７１ｂの直後に配置したセンサ（不図示）により測定したものである。
まず片面印刷時において、１本目の冷却ローラ７１ａによって表面が冷却された直後の記録材表裏の温度は図１０（ａ）に示すようになる。表面を冷却すると、表面の温度はトナー固化温度よりも低くなり、これに伴い裏面の温度も下がる。このとき、表面（第１面）に形成されたトナー画像は固化するが、裏面の一部はトナー固化温度以上の高温である。次いで、図１０（ｂ）に示すように、２本目の冷却ローラ７１ｂによって裏面が冷却されたとき、裏面全体はトナー固化温度以下に冷却される。表面全体は、記録材内部の熱拡散による熱のぶり返しのため先ほどよりも高温となり、裏面より高温となるが、トナー固化温度より低温である。

しかし、両面印刷時には、記録材Ｐは、冷却装置９通過後に反転路２９を通ってレジストローラ１５へと再給紙され、二次転写ローラ１２にて表面（第２面）に画像形成され、定着装置８通過後に再び図９に示す温度部分布を有する。よって、裏面（第１面）がトナー固化温度以上となるため、先ほど固化された裏面のトナー画像は半溶融状態となる。そして、記録材Ｐが再び１本目の冷却ローラ７１ａを通過して図１０（ａ）の温度分布となるが、点線で囲んだ部位に示す裏面の高温部のみがトナー固化温度よりも高温となる。この高温部ではトナー画像が軟化した状態となり、その他の低温の部位のみのトナー画像が固化する。その後記録材Ｐは、裏面を冷却する２本目の冷却ローラ７１ｂを通過することで、図１０（ｂ）のように全体がトナー固化温度以下まで冷却されるが、トナー固化に時間差が生まれたことでトナー画像には光沢ムラが生じてしまう。

これに対し、図７に示す本実施形態の構成では、図９の温度分布を有する記録材Ｐの裏面を１本目の冷却ローラ７１ａで最初に冷却する。両面印刷時における裏面（第１面）の冷却直後の記録材の温度分布は図１１（ａ）に示すようになる。図示のように、最上流部の冷却ローラ７１ａで裏面全体が直接冷却されるため、紙間に相当する加圧ローラの部位Ｑにより生じる裏面の高温部も他の低温部も、トナーが軟化する境界であるトナー固化温度以下の温度域まで略同時に冷却され、高温部と低温部の差が小さくなる。また、裏面を冷却された影響で表面の温度も少し下がる。次いで、記録材Ｐの表面を冷却する２本目の冷却ローラ７１ｂを通過すると、記録材Ｐの温度分布は図１１（ｂ）のようになる。すなわち、表面温度が下がり、記録材Ｐ内部に残っている熱量が裏面に拡散するため裏面温度は少し上がるが、記録材全体の温度はトナー固化温度以下になる。よって、両面印刷時においても、裏面（第１面）のトナー固化に時間差は生じない。一方、表面（第２面）の温度は図１１（ａ）ではトナー固化温度以上であり、トナーは半溶融状態であるが、図１１（ｂ）では表面（第２面）全体の温度はトナー固化温度以下になる。よって、表面（第２面）のトナー固化にも時間差は生じない。

結局図７に示すように、用紙搬送方向において冷却ローラ７１ａ，７１ｂを加圧ローラ側、定着ローラ側の順に配置し、用紙を裏、表の順に冷却すれば、両面印刷時の裏面のトナー画像の光沢ムラの発生を回避することができる。

以上のように、トナー固化温度以下まで記録材Ｐ上のトナー画像を冷却すれば光沢への影響は回避できる。しかし、より低温のトナー固着回避温度までトナー画像を冷却しなければ、記録材Ｐの裏面が重力によって下側の搬送ガイド板と摺擦し、裏面のトナー画像が剥がされて画像キズが生じる虞がある。また、剥がされたトナーが下側搬送ガイド板に固着することで、後続の記録材Ｐの汚染や搬送不具合が生じてしまう。

そこで、本発明は、図１２〜１４に示すように、図７の冷却装置における用紙搬送方向の最後尾に第３冷却部を配置することで、記録材Ｐの表面の光沢ムラの発生の防止に加えて、下側搬送ガイド板へのトナー固着と画像キズの発生を防止するものである。
図１２〜１４は、本発明の実施形態について説明する図である。
図１２は、本実施形態の冷却装置の構成を示す側面図である。本例では、冷却装置９は、加圧ローラ側に配置された第１冷却部としての冷却ローラ７１ａ、定着ローラ側に配置された第２冷却部としての冷却ローラ７１ｂ、加圧ローラ側に配置された第３冷却部としての冷却ローラ７１ｃと、これらに対向して配置され小径ローラ７２に掛け回されたベルト７３とを３組有している。これは、図７の冷却装置において用紙搬送方向の最後尾に、第３冷却部としての冷却ローラ７１ｃと、小径ローラ７２に掛け回されたベルト７３とをもう一対追加したものである。冷却ローラ７１ｃは記録材Ｐの裏面を冷却するものである。

次に、本実施形態の冷却装置の作用・効果を説明する。
図１３は、本冷却装置による記録材Ｐの温度変化を示す図である。図１３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図９，１１（ａ），１１（ｂ）と共通である。図１３（ｄ）は、冷却ローラ７１ｃにより記録材Ｐの裏面を冷却したときの記録材の温度分布を示す。図１３（ｃ）に示すように、記録材Ｐが表面を冷却する２本目の冷却ローラ７１ｂを通過した直後では、裏面の温度が、トナー固化温度よりも低くてブロッキング現象が生じないトナー固着回避温度よりも高い。よって、記録材Ｐがこのまま下側の搬送ガイド板３５に向けて排出され、これに摺擦すると、裏面のトナー画像が剥がされて上記の不具合が発生する虞がある。そこで、冷却ローラ７１ｃで記録材Ｐの裏面をもう一度冷却し、図１３（ｄ）に示すように、記録材Ｐの裏面をトナーのブロッキング現象が生じないトナー固着回避温度以下に低下させ、下側の搬送ガイド板３５に送ることで上記の不具合を回避している。なお、図１３（ｄ）において、表面全体は、記録材内部の熱拡散による熱のぶり返しのため図１３（ｃ）よりも高温となり、裏面より高温となるが、トナー固着回避温度より低温である。

図１４は、本実施形態における冷却ローラの位置と定着装置通過後の記録材Ｐの表面の温度（実線）と裏面（破線）の温度との関係を示す図である。
図１４（ａ）では、所定間隔内に２本の冷却ローラが記録材搬送方向に加圧ローラ側、定着ローラ側の順に設けられている。記録材Ｐが１本目の冷却ローラ７１ａを通過するとき、記録材Ｐが冷却ローラ７１ａに接触している間に裏面の温度は大きく下降し、その後記録材内部の熱拡散の影響のため緩やかに上昇する。そして、２本目の冷却ローラ７１ｂを通過すると、表面からの冷却効果により裏面の温度は再び緩やかに下降する。一方、表面の温度は、１本目の冷却ローラ７１ａを通過後には裏面からの冷却効果により緩やかに低下し、２本目の冷却ローラ７１ｂの通過時には大きく低下し、この時点で表面の温度は裏面よりも低くなる。その後、表面の温度は緩やかに上昇し、時間が経てば最終的に裏面と表面の温度は一致する。

図１４（ｂ）では、所定間隔内に３本の冷却ローラが記録材搬送方向に加圧ローラ側、定着ローラ側、加圧ローラ側の順に設けられている。前述と同様にして、裏面と表面の温度は低下と上昇を繰り返すが、３本目の冷却ローラ７１ｃにより低下と上昇が一回分増えている。つまり、裏面の温度は２回大きく低下している。一般に、熱いものに冷たいものが接触したときに冷却効率が高くなるため、２本目の冷却ローラ７１ｂ通過後により高温の裏面を、３本目の冷却ローラ７１ｃで冷却することで、裏面の温度をより効率的に低下させることができる。言い換えれば、３本目の冷却ローラが定着ローラ側に設けられている場合、３本目の冷却ローラでより冷たい表面を再び冷却することになり、その冷却効率は、３本目の冷却ローラが加圧ローラ側に設けられている場合よりも低い。

最下流部の冷却ローラ７１ｃは、冷却ローラ７１ｂにより冷却された記録材の表面と裏面のうちのより高温側を冷却するものであり、本例では裏面を冷却するよう配置されている。しかしながら、２本目の冷却ローラ７１ｂによる冷却後に表面がより高温になる場合もあり得るため、第４冷却部としての別な冷却ローラが、表面を再度冷却するように定着ローラ１７側であって冷却ローラ７１ｂと冷却ローラ７１ｃの間に配置されてもよい。別な冷却ローラは、冷却ローラ７１ｂにより冷却された記録材の表面と裏面のうちのより高温側を冷却するものである。よって、別な冷却ローラは、加圧ローラ１８側であって冷却ローラ７１ｂと冷却ローラ７１ｃの間に配置されてもよい。以上の効果は、図３，４，１６に示す液冷プレート、図５，１５に示す空冷ヒートシンクにも当てはまる。
また、所定間隔内に３本（又は４本）の冷却ローラ７１ａ，７１ｂ，７１ｃが設けられているため、装置が大型化することもない。

ここで、冷却部材としての冷却ローラは、前記実施形態におけるような空冷式であっても、液冷式であってもよい。空冷式の場合、冷却ローラ内部に冷却ファンから空気が送られる。液冷式の場合、冷却ローラは、例えば、冷却手段としてのアルミニウム製の円筒状のローラと、該ローラに対向して配置された対向ローラなどで構成され、ローラ内部には冷却液を流通させるための冷却液流路が形成される。液冷式の冷却ローラについては、例えば特許文献２に詳しいため、ここでは詳述ない。

図１５は、本発明の他の実施形態に係る冷却装置の側面図である。
本実施形態では、定着装置８によって表面にトナー画像を加熱定着されて高温となった記録材Ｐが、回転する複数のローラ５５，５７，５８に掛け回されて回動するベルト５６および５９によって構成される第１の搬送機構３１および第２の搬送機構３２により挟持搬送される。この搬送の際に、ベルト内周面に接触する第１、第２および第３冷却部である空冷ヒートシンク３３ａ，３３ｂ，３３ｃによって、記録材Ｐの熱はベルト５６および５９を介して裏面と表面から交互に吸収され、記録材Ｐは低温になって排出される。冷却装置は、記録材搬送方向に、加圧ローラ側に配置された第１冷却部としての空冷ヒートシンク３３ａ、定着ローラ側に配置された第２冷却部としての空冷ヒートシンク３３ｂ、加圧ローラ側に配置された第３冷却部としての空冷ヒートシンク３３ｃを有している。また、本例では、図５に示す空冷ヒートシンクとは異なり、吸熱面（受熱面）は平坦に形成されている。

本実施形態では、前述の冷却ローラを用いた冷却装置と比較して同様の装置サイズでより広い受熱面積が得られるため、省スペースで高い冷却効果が得られる。また、空冷ヒートシンクを記録材Ｐの裏面側と表面側に交互に設けることで、片面のみから冷却を行う場合よりも冷却効率が高まり、かつ両面から空冷ヒートシンクで記録材Ｐを挟むようにして冷却する場合に比べてベルト搬送抵抗が小さくなる。なお、冷却部材３３ｂの下面は平坦な吸熱面３４ｂとされ、冷却部材３３ａ，３３ｃの上面は平坦な吸熱面３４ａ，３４ｃとされている。他の構成は、前述の実施形態と同様である。このように、用紙搬送方向において空冷ヒートシンクを加圧ローラ側、定着ローラ側、加圧ローラ側の順に配置し、記録材Ｐを裏、表、裏の順で冷却することで、両面印刷時の裏面のトナー画像の光沢ムラの発生を確実に回避しつつ、下側の搬送ガイド板３５へのトナー固着や画像キズの発生を防止することができる。

図１６は、本発明の他の実施形態に係る冷却装置の背面図である。
この冷却装置は、空冷ヒートシンクを用いた冷却装置よりも冷却性能の高い液冷式の冷却装置である。本実施形態では、図４の形態と異なり、放熱部４６としてラジエータと、液溜タンク４９の配置が逆になっている。つまり、配管５０は冷却部材３３ａの一方の開口部と放熱部４６としてラジエータとを連結し、配管５２は冷却部材３３ｃの他方の開口部と液溜タンク４９とを連結している。他の構成は図４の形態と同様である。液溜タンク４９に貯留された冷却液は、ポンプ４８によって送られ、ラジエータを通過し、外気への放熱を行って温度が低下する。こうして低温になった冷却液は、冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃを順に通過し、熱伝達によって冷却部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃから熱を吸収し、高温になって液溜タンク４９に戻る。

このような冷却装置では、放熱部４６から排出された最も低温の冷却液が最初に通過する冷却部材３３ａが、最も高い冷却性能を有する。よって、放熱部４６から排出された冷却液は、冷却部材３３ａ、冷却部材３３ｂ、冷却部材３３ｃの順に通過するようになっている。これにより、記録材Ｐの入口側に配置された冷却部材３３ａで確実に記録材Ｐの裏面のトナー画像をトナー固化温度以下にすることができる。

ところで、一般的に冷却装置では記録材Ｐを最後に冷却する記録材搬送方向の最下流部に配置された冷却部材３３ｃの温度が低い方が記録材Ｐの温度をより低温で排出できることが知られている。そのため、図４に示す冷却装置では、放熱部４６から排出された冷却液が、冷却部材３３ｃ、冷却部材３３ｂ、冷却部材３３ａの順に通過するようになっている。しかしながら、記録材Ｐの裏面の光沢ムラや、下側の搬送ガイド板３５での画像キズ、トナー固着が生じない程度に記録材Ｐの裏面を冷却する性能が確保される限りどのような配管をしても構わない。

前述のベルト方式の記録材冷却装置において、冷却部材３３は空冷ヒートシンクや液冷プレートに限らず、ペルチェ素子を用いた冷却部材や、放熱端を有するヒートパイプの吸熱端が内部に埋め込まれた冷却プレートなどであってもよい。
また、排紙部は記録材Ｐをストックする排紙トレイ２０に限られず、排出された記録材Ｐに所定の後処理を施す後処理装置を設けるものであってもよい。

また、図３に示す吸熱面３４ａ，３４ｂ，３４ｃは平坦に形成されていてもよい。
また、図３，５，１２，１５に示す冷却装置では、加圧ローラ側に配置された冷却部の数が定着ローラ側に配置された冷却部の数より多い。これは、加圧ローラ側の各冷却部により記録材から奪われる熱量の総和が、定着ローラ側に配置された冷却部により記録材から奪われる熱量よりも大きいことを意味する。
従って、この熱量の大小を満たす冷却部材であれば、加圧ローラ側の冷却部材の数と定着ローラ側の冷却部材の数は同じでもよい。この場合、図１７に示すように、加圧ローラ側の第１冷却部としての冷却部材３３ａの吸熱面３４ａの広さ（記録材搬送方向の長さ）を、定着ローラ側の第２冷却部としての冷却部材３３ｂの吸熱面３４ｂの広さ（記録材搬送方向の長さ）より広くすればよい。一例として、吸熱面３４ａの広さを吸熱面３４ｂの広さの３倍以上の広さとすることが好ましい。

これにより、記録材Ｐが裏面を冷却する１つ目の冷却部材３３ａを通過した直後では、裏面の温度をトナー固着回避温度よりも大幅に低くし、表面の温度を、トナー固化温度よりも低くてブロッキング現象が生じないトナー固着回避温度よりも高くできる。次いで、記録材Ｐが表面を冷却する２つ目の冷却部材３３ｂを通過した後には、図１３（ｄ）のように表面および裏面の温度をトナー固着回避温度よりも確実に低くできる。このように、吸熱面３４ａをより広くすることにより、吸熱面３４ｂで表面を吸熱するときに表側の熱が裏側に伝わったとしても表面と裏面がトナー固着回避温度より下回るように、吸熱面３４ａで予め裏面を冷やしておくことができる。
また、図１７の構成に替えて、図１７に示す冷却部材３３ａの長さ分だけ、複数の冷却部材３３ａを記録材搬送方向に沿って配置してもよい。

８ 定着装置
９ 冷却装置（記録材冷却装置）
１７ 定着ローラ（定着部材）
１８ 加圧ローラ（加圧部材）
２０ 排紙トレイ（排紙部）
２６，２９ 反転路
３３ａ，７１ａ 液冷プレート、空冷ヒートシンク、冷却ローラ（第１冷却部）
３３ｂ，７１ｂ 液冷プレート、空冷ヒートシンク、冷却ローラ（第２冷却部）
３３ｃ，７１ｃ 液冷プレート、空冷ヒートシンク、冷却ローラ（第３冷却部）
２００ 画像形成装置
Ｐ 記録材

特開２０１２−０９８６７７号公報 特開２０１１−１９１５０２号公報

Claims (10)

1. 熱源を有する定着部材と前記定着部材と接触して定着ニップを形成する加圧部材とによって記録材上の未定着画像を定着する定着装置の記録材搬送方向下流側に配置される記録材冷却装置であって、
   前記記録材冷却装置は、記録材搬送方向に、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置された第１冷却部、前記定着部材と接触した記録材の面に対向するように配置された第２冷却部、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置された第３冷却部、を順次有し、
   前記第１冷却部、前記第２冷却部、前記第３冷却部は、前記記録材に直接的に接触または前記記録材を搬送するためのベルトに接触することを特徴とする記録材冷却装置。
2. 熱源を有する定着部材と前記定着部材と接触して定着ニップを形成する加圧部材とによって記録材上の未定着画像を定着する定着装置の記録材搬送方向下流側に配置される記録材冷却装置であって、
   前記記録材冷却装置は、記録材搬送方向に、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置され前記記録材から熱を受ける受熱面を有する第１冷却部、前記定着部材と接触した記録材の面に対向するように配置され前記記録材から熱を受ける受熱面を有する第２冷却部を順次有し、
   前記第１冷却部により記録材から奪う熱量は、前記第２冷却部により記録材から奪う熱量よりも大きいことを特徴とする記録材冷却装置。
3. 熱源を有する定着部材と前記定着部材と接触して定着ニップを形成する加圧部材とによって記録材上の未定着画像を定着する定着装置の記録材搬送方向下流側に配置される記録材冷却装置であって、
   前記記録材冷却装置は、記録材搬送方向に、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置され前記記録材を搬送するベルトに接触する第１冷却部、前記定着部材と接触した記録材の面に対向するように配置され前記記録材を搬送する他のベルトに接触する第２冷却部を順次有し、
   前記第１冷却部により記録材から奪う熱量は、前記第２冷却部により記録材から奪う熱量よりも大きいことを特徴とする記録材冷却装置。
4. 熱源を有する定着部材と前記定着部材と接触して定着ニップを形成する加圧部材とによって記録材上の未定着画像を定着する定着装置の記録材搬送方向下流側に配置される記録材冷却装置であって、
   前記記録材冷却装置は、記録材搬送方向に、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置され前記記録材から熱を受ける受熱面を有する第１冷却部、前記定着部材と接触した記録材の面に対向するように配置され前記記録材から熱を受ける受熱面を有する第２冷却部を順次有し、
   前記第１冷却部における記録材搬送方向の長さは、前記第２冷却部における記録材搬送方向の長さよりも長いことを特徴とする記録材冷却装置。
5. 熱源を有する定着部材と前記定着部材と接触して定着ニップを形成する加圧部材とによって記録材上の未定着画像を定着する定着装置の記録材搬送方向下流側に配置される記録材冷却装置であって、
   前記記録材冷却装置は、記録材搬送方向に、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置され且つ流体の流路を有する第１冷却部、前記定着部材と接触した記録材の面に対向するように配置され且つ流体の流路を有する第２冷却部、前記加圧部材と接触した記録材の面に対向するように配置され且つ流体の流路を有する第３冷却部、を順次有することを特徴とする記録材冷却装置。
6. 前記第１冷却部、前記第２冷却部、前記第３冷却部は、前記記録材から熱を受ける受熱部を有することを特徴とする請求項１または５に記載の記録材冷却装置。
7. 前記第２冷却部により冷却された前記記録材の表面と裏面のうちのより高温側を冷却する第４冷却部が、前記第２冷却部と前記第３冷却部の間に配置されることを特徴とする請求項１，５または６のいずれか一項に記載の記録材冷却装置。
8. 前記第１冷却部は、前記第２冷却部よりも記録材搬送方向上流側に複数配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の記録材冷却装置。
9. 前記記録材冷却装置は冷却液が循環する液冷式の冷却装置であり、前記冷却液は、前記第１冷却部および前記第２冷却部の内部を通過することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の記録材冷却装置。
10. 熱源を有する定着部材と、前記定着部材と接触して定着ニップを形成する加圧部材とによって記録材上の未定着画像を定着する定着装置と、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の記録材冷却装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
    

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