(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の管状部材からなる冷却ローラと、
該管状部材内に冷却液を搬送する冷却媒体搬送手段と、を備え、
前記冷却ローラにシート状部材を接触させてシート状部材を冷却する冷却装置において、
冷却液に乱流を発生させる乱流発生手段を前記管状部材の内壁近傍に設けており、
前記乱流発生手段が螺旋形状であり、該螺旋形状の巻き方向を、前記管状部材である外管の内壁近傍を流れる冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する巻き方向とすることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１の冷却装置において、
上記乱流発生手段は上記管状部材に対して着脱可能であることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２の冷却装置において、
上記外管の中空内部に該外管よりも細管構造の内管を内包し、該外管と該内管との間を冷却液が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却液が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項３の冷却装置において、
上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項３の冷却装置において、
上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項４の冷却装置において、
上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の冷却装置において、
上記外管の長手方向に渡るシート状部材が挟持される領域に上記乱流発生手段を配設したことを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５または６の冷却装置において、
上記外管の周方向に渡るシート状部材が挟持される領域に上記乱流発生手段を配設したことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８の冷却装置において、
上記乱流発生手段に振動を加える加振手段を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の冷却装置において、
上記乱流発生手段はコイル状部材であることを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項１の冷却装置において、
上記外管の中空内部にコア部材を内包し、上記乱流発生手段を設けた該外管と該コア部材で形成される間隙に冷却液が流れる流路を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
請求項１１の冷却装置において、
上記コア部材の外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
請求項３の冷却装置において、
上記内管の外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１４】
請求項４の冷却装置において、
上記シリンダの外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１５】
請求項１１の冷却装置において、
上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１６】
シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
該シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、
該熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、
前記冷却手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５の冷却装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる冷却装置、及び、その冷却装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置としては、電子写真技術を用いてシート状部材である用紙上にトナー画像を形成し、熱定着装置を通過させることでトナーを溶融し融着させるものが知られている。一般に熱定着装置の温度は、トナーや用紙の種類、用紙搬送スピードなどによって異なるが１８０［℃］〜２００［℃］程度の温度に設定され制御されて、トナーを瞬時に融着させる。熱定着装置を通過した直後の用紙の表面温度は、用紙の熱容量（比熱、密度など）に左右されるが例えば１００［℃］〜１３０［℃］程度の高い温度となっている。トナーの溶融温度はもっと低いので、熱定着装置通過直後の時点ではトナーは少し軟らかいままであり、用紙が冷えるまでは、しばらく粘着状態にある。そのため、連続的に画像出力動作が繰り返され熱定着装置通過後の用紙が排紙収容部に積載される場合、用紙上のトナーが十分に硬化できず軟化状態にあると、用紙上のトナーが別の用紙に貼り付く、所謂、ブロッキング現象を起こり画像品質が著しく低下することがある。
【０００３】
特許文献１に記載の画像形成装置では、軸受を介して回転可能にブラケットに支持され、用紙に接触して用紙を搬送しつつ冷却する冷却ローラを備えた冷却装置が、熱定着装置よりも用紙搬送方向下流側に設けられている。熱定着装置通過後の用紙が冷却装置の冷却ローラによって冷却されることで、用紙上のトナーも冷やされ硬化し、上記ブロッキング現象が起こるのを抑えることができる。また、冷却ローラは管状構造であり、冷却ローラ長手方向一端側から他端側に向かって冷却ローラ内に冷却液が流され、用紙から熱を奪うことで温度が上昇した冷却ローラが冷却液により冷却される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電話料金の請求書や領収書等の高速プリントや、厚紙、コート紙等へのカラー光沢画像のプリントなど、軽印刷のニーズが多くなりつつある。このような軽印刷では、高速で大量プリントが行われるため、より短時間に高温のシート状部材を冷却する必要がある。また、オフィス向けとは異なり、カラープリントの頻度も多く、光沢画像も多いことから、定着部ではより高温でシート状部材に画像を定着させるため、高効率の冷却が求められるようになってきた。
【０００５】
しかしながら、冷却ローラ内に冷却液を単に流しただけでは、冷却ローラ内壁近傍の冷却液の温度が高くなり過ぎて冷却液により冷却ローラを効果的に冷やすことができず、その結果、冷却ローラによって用紙の冷却を適切に行えないといった問題が生じ得る。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができる冷却装置、及び、画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、中空状の管状部材からなる冷却ローラと、該管状部材内に冷却液を搬送する冷却媒体搬送手段と、を備え、前記冷却ローラにシート状部材を接触させてシート状部材を冷却する冷却装置において、冷却液に乱流を発生させる乱流発生手段を前記管状部材の内壁近傍に設けており、前記乱流発生手段が螺旋形状であり、該螺旋形状の巻き方向を、前記管状部材である外管の内壁近傍を流れる冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する巻き方向とすることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の冷却装置において、上記乱流発生手段は上記管状部材に対して着脱可能であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の冷却装置において、上記外管の中空内部に該外管よりも細管構造の内管を内包し、該外管と該内管との間を冷却液が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却液が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の冷却装置において、上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項３の冷却装置において、上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項４の冷却装置において、上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の冷却装置において、上記外管の長手方向に渡るシート状部材が挟持される領域に上記乱流発生手段を配設したことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の冷却装置において、上記外管の周方向に渡るシート状部材が挟持される領域に上記乱流発生手段を配設したことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７または８の冷却装置において、上記乱流発生手段に振動を加える加振手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の冷却装置において、上記乱流発生手段はコイル状部材であることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１の冷却装置において、上記外管の中空内部にコア部材を内包し、上記乱流発生手段を設けた該外管と該コア部材で形成される間隙に冷却液が流れる流路を有することを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１１の冷却装置において、上記コア部材の外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項３の冷却装置において、上記内管の外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項４の冷却装置において、上記シリンダの外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項１１の冷却装置において、上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、該熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５の冷却装置を用いることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、乱流発生手段により管状部材の内壁近傍で冷却液の流れは乱流となる。これにより、前記内壁近傍にある温度の高い冷却液と前記内壁から離れた位置にある温度の低い冷却液との入れ替えが盛んに行われる。よって、乱流発生手段を前記内壁近傍に設けない場合よりも内壁近傍の冷却液の温度を低くすることができるので、その分、冷却液によって管状部材を効果的に冷やすことができる。したがって、前記管状部材からなる冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）構成例１に係る冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。（ｂ）構成例１の冷却ローラを直径方向で切断した場合の断面図。
【図２】用紙搬送の働きをも担う本発明の冷却ローラを備えた冷却装置の一例の概略図。
【図３】冷却ローラ内部の流速分布図。
【図４】冷却ローラ内壁面における剥離点よりも流れ方向下流における熱伝達率分布図。
【図５】（ａ）外管が右回転、コイル状部材が右巻きの冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）外管が左回転、コイル状部材が右巻きの冷却ローラの拡大断面図。（ｃ）外管が右回転、コイル状部材が左巻きの冷却ローラの拡大断面図。（ｄ）外管が左回転、コイル状部材が左巻きの冷却ローラの拡大断面図。
【図６】乱流発生手段として網状部材を設けた冷却ローラの構成図。
【図７】構成例２の冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。
【図８】（ａ）構成例３の冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。（ｂ）構成例３の冷却ローラを直径方向で切断した場合の断面図。
【図９】外管内に小径なコイル状部材を設ける場合の一例を示した説明図。
【図１０】外管内に小径なコイル状部材を設ける場合の他の例の説明図。
【図１１】複数の小径コイル状部材を用紙近くに配した場合の冷却ローラの構成図。
【図１２】小径コイル状部材に振動を加える加振手段を設けた場合の模式図。
【図１３】（ａ）コイル状部材を内壁近傍に設けた外管とコアとから成る冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）コアにも乱流発生手段であるコイル状部材を設けた場合の冷却ローラの拡大断面図。
【図１４】（ａ）構成例５の冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。（ｂ）構成例５の冷却ローラを直径方向で切断した場合の断面図。
【図１５】外管と内管との回転数が異なる場合の冷却ローラを直径方向で切断した場合の断面図。
【図１６】外管と内管との回転数が異なる場合の冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。
【図１７】（ａ）外管と内管とから成る管構造の冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）内管にも乱流発生手段であるコイル状部材を設けた場合の冷却ローラの拡大断面図。
【図１８】外管内に小径なコイル状部材を設ける場合の一例を示した説明図。
【図１９】外管内に小径なコイル状部材を設ける場合の他の例の説明図。
【図２０】（ａ）構成例６の冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。（ｂ）構成例６の冷却ローラを直径方向で切断した場合の断面図。
【図２１】（ａ）外管、内管及びシリンダから成る管構造の冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）シリンダにも乱流発生手段であるコイル状部材を設けた場合の冷却ローラの拡大断面図。
【図２２】本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る冷却ローラ及び冷却装置を、熱定着手段によって記録用紙上のトナーを定着させる画像形成装置を用いて説明する。しかし、本発明の冷却ローラおよび冷却装置はそれに限定されることなく、シート媒体の冷却が必要な装置であれば適応可能である。
【００１２】
冷却手段としての冷却ローラは、管状構造であり、内部に冷却液を流し循環させることで冷却ローラ表面を冷やすようにしたものである。この冷却ローラを有する冷却装置を熱定着手段直後の用紙搬送経路中に配置し、冷却ローラによって用紙を搬送させると同時に、接触させることで用紙から熱を除去し冷却する。
【００１３】
図２は、用紙搬送の働きをも担う本発明の冷却ローラ２２を備えた冷却装置１８の一例の概略図である。冷却装置１８にはシート状部材である用紙２０の搬送方向（左右方向）に間隔をおいて配列されたローラ４０とローラ４１が設けられて、用紙搬送の搬送ベルト４２を展張している。そして用紙搬送方向下流側のローラ４０を駆動ローラ（図示しない駆動源と連結）として、搬送ベルト４２を反時計回り方向に回転させ、用紙を図中右側から左側へ搬送する。
【００１４】
冷却装置１８よりも用紙搬送方向上流側には熱定着手段１６が配置されており、冷却装置１８よりも用紙搬送方向下流側には排紙収容部１７があり、ローラ４１の上方には熱定着手段１６から搬送されてきた用紙２０をガイドする上ガイド４３が設けられている。また、ローラ４０とローラ４１との中間位置には、搬送ベルト４２に食い込むように上から冷却ローラ２２が圧接されており、冷却ローラ２２は搬送ベルト４２の搬送力を利用した連れ回りで回転するようになっている。図中の符号３４は冷却装置１８本体を構成するブラケットであり、ローラ４０、ローラ４１、冷却ローラ２２、及び、上ガイド４３などの構成部品を固定または回転自在に支持する部材である。冷却装置１８はこのブラケット４４によりユニット化され、画像形成装置本体に組み込まれる。
【００１５】
熱定着手段１６で熱せられ高温となった用紙２０は、排紙収容部１７に排出される前に冷却装置１８を通過する。詳細には、熱定着手段１６を通って高温となった用紙２２が、冷却装置１８の上ガイド４３とローラ４１との間に入り込み、その後、冷却ローラ２２と搬送ベルト４２とで形成されるニップ領域部を通過して排紙収容部１７に排出される。冷却ローラ２２の内部は管構造になっており、外部で十分に冷却された冷却液が冷却ローラ２２内に供給され冷却ローラ２２内を循環した後に冷却液が冷却ローラ２２内から排出される。用紙２２は、冷却ローラ２２と搬送ベルト４２とが接することで形成されるニップ領域で冷却ローラ２２に密着し接触しながら通過されるので、その際に用紙２２の熱は冷却ローラ２２に吸熱され用紙２２が十分に冷却される。例えば、熱定着手段１６の通過直後の用紙２２の表面温度が１００［℃］程度のときに用紙２２を冷却装置１８に通過させることで、用紙２２を５０［℃］〜６０［℃］程度まで冷却することができる。
【００１６】
なお後述するが、冷却ローラ２２は回転管継ぎ手手段を介してタンク１０１、ポンプ１００、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３などの冷却液循環手段と連通／連結され、封入した冷却液が循環することで冷却ローラ２２が冷やされる。
【００１７】
ここで、電子写真方式の画像形成装置では、トナーが定着された高温のままの用紙は、カール発生を招いたり、またトナーが完全に固化されていないことから、積載すると用紙同士が張り付いたりして画像品質を著しく損ねるため、冷却が必要であった。
【００１８】
従来、オフィス向けの電子写真方式の画像形成装置においては、高温の用紙を冷却するため、用紙の上面及び帯下面に冷却ファンにより直接風を当てて冷却する方式や、用紙を、冷却ファンにより末端を冷却したヒートパイプローラに用紙を挟持させて冷却する方式が数多く採用されてきた。
【００１９】
しかしながら、近年、電子写真方式の画像形成装置は、電話料金の請求書や領収書等の高速プリントや、厚紙・コート紙等へのカラー光沢画像のプリントなど、軽印刷のニーズが多くなりつつあった。このような電子写真方式の画像形成装置による軽印刷では、高速で大量プリントが行われるため、より短時間に高温の用紙を冷却する必要があった。また、オフィス向けとは異なりカラープリントの頻度も多く、光沢画像も多いことから、定着部ではより高温で用紙にトナーを定着するため、従来方式以上の高効率の冷却が求められるようになってきた。
【００２０】
そこで、上述した冷却ファンやヒートパイプローラよりも冷却効率の高い、循環する冷却液を中空の冷却ローラに通して、この冷却ローラにより高温の用紙を冷却させる液冷方式が提案され始めた。
【００２１】
用紙の温度を効率よく下げるには、用紙から冷却ローラの壁部を挟んで冷却液までの熱流束を増加させる必要がある。ここで、冷却ローラの壁部と冷却液との間の熱流束は、「Ｊ．Ｐ．ホールマン著  伝熱工学＜上＞（ブレイン図書出版）、Ｐ１１−１２」より、対流熱伝達による数１のように表される。
【００２２】
【数１】
0005483174.tif 000002
ただし、
Ｗ［Ｗ］：熱流束
ｈ［Ｗ／ｍ２・℃］：ローラ内壁面の熱伝達率
Ａ［ｍ２］：ローラ内壁面積
Ｔｒ［℃］：ローラ内壁面温度
Ｔｗ［℃］：液温（ローラ内壁面より十分離れた位置で）
【００２３】
数１より、熱流束Ｗを上げるためには、液温Ｔｗを下げるか、ローラ内壁面積Ａを増加するか、ローラ内壁面の熱伝達率ｈを向上させる必要がある。
【００２４】
数１における熱流束Ｗを上げるため、ローラ内部を流れる流体を空気から冷却液に変えて熱伝導率や比熱を高くしたり、ローラに内部における流体の速度を増加したりするのは、ローラ内壁面の熱伝達率ｈを増加させることに対応している。ただし、流体速度を上げることは、ローラ内部に液体を送液するためのポンプに大きな負担を与えることになるため、容易には行えない。
【００２５】
また、数１において液温Ｔｗを下げることでも熱流束Ｗを上げることが可能であるが、液温Ｔｗを下げる手段として、冷却ファンとラジエータとを使った場合には、液温Ｔｗは本質的に室温以下にすることはできないため、液温Ｔｗが思ったほど下がるものではない。また、液温Ｔｗを下げる手段として冷凍機を使った場合、液温Ｔｗは室温以下には下がるものの、冷凍機の消費電力や初期投資のコストが嵩み、実現は容易ではない。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、これらの不具合が生じるのを抑えつつ、冷却ローラ２２による用紙２０の冷却効率を向上させている。
【００２７】
［構成例１］
図１（ａ）は、本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の断面図であり、図１（ｂ）は、本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の断面図である。
本構成例の冷却ローラ２２には、冷却ローラ２２である中空の外管１の内壁近傍に外管１内の冷却液を乱流化するための乱流発生手段としてのコイル状部材２が配設されている。コイル状部材２の冷却ローラ軸方向（スラスト方向）端部は、外管の内壁に設けられた突起部材である固定棒６０により固定されている。また、外管１の両端は開口しており、それら開口から外管１内にフランジ３８を嵌合圧入させて取り付けている。また、フランジ３８の軸部をロータリージョイント３５内に設けられた軸受３７に嵌合圧入させている。また、樹脂製のシール部材３９によって、ロータリージョイント３５の胴部３６の内壁とフランジ３８の軸部との間から液体がロータリージョイント３５外に漏れ出さないようにしている。
【００２８】
また、冷却ローラ２２の外管１と図示しない搬送ベルト４２（図２参照）とによって用紙２０が挟持され、かつ、図１（ｂ）中の矢印の方向に外管１が回転してシート状部材２２が紙面右側から左側に搬送される構成になっている。
【００２９】
図１（ａ）で紙面左側より外管１内に流入した冷却液は、外管１の内部を送液される際、当初は図２に示されるように流速プロファイル３のようなポアズイユ流れに似た流れ場を形成する。この流速プロファイル３は、図１（ａ）や図１（ｂ）に示される、外管１の内壁近傍に配設されたコイル状部材２に衝突し流れが乱れ、図３に示されるように流れが外管１の内壁に付着４の如く付着が発生したり、剥離５のように剥離したりが発生する。
【００３０】
ここで、流れの剥離や付着が発生する箇所では外管１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上する。流れの剥離に関して言えば、図４に示すように、外管１の内壁面上に冷却液流れの剥離５が発生した場合、剥離５の位置を原点とし、そこから冷却液流れ方向下流の位置ｘにおける熱伝達率は、「Ｊ．Ｐ．ホールマン著  伝熱工学＜上＞（ブレイン図書出版）、Ｐ．１４４−１６０、式（５−４１）」に掲載されている流れが層流時の対流熱伝達式である数２に基づき、ｈｘのように分布される。このとき、剥離５の箇所、すなわち原点で理論上、熱伝達率は＋∞に大きくなる（ただし、工学上、実際に、ｘ＝０で熱伝達率が＋∞になることはない）。
【００３１】
【数２】
0005483174.tif 000003
ただし、
ｘ［ｍ］：流れの剥離点からの位置
ｈｘ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］：位置ｘにおける局所熱伝達率
Ｐｒ［１］：プラントル係数
Ｕ∞［ｍ／ｓ］：ローラ内壁面より十分離れた流れの主流速
ν［ｍ２／ｓ］：動粘性率（＝粘性率／密度）
ｋ：熱伝導率
【００３２】
これらの流れの剥離や付着は、外管１の内壁近傍で数多く発生し、それぞれの箇所で熱伝達率は高くなることから、延いては外管１の長手方向に渡って一様に高い熱伝達率が実現されローラから冷却液までの熱流束が増加し、延いてはシート状部材の冷却効率が飛躍的向上する。したがって、高温である用紙２０は、冷却ローラ２２の外管１と図示しない搬送ベルト４２（図２参照）とによって挟持搬送される際、用紙２０の熱は外管１の壁部を通って外管１の内部を流れる冷却液に高効率で伝達され、延いては用紙２０の温度は低減する。
【００３３】
また、上記乱流発生手段であるコイル状部材２は、外管１の内壁近傍に配されるため、外管１の内部を流れる冷却液の流れを大きく妨げるものではない。したがって、外管１の内部を流れる冷却液に対して大きな流体抵抗にはなり得ず、外管１内に冷却液を送り込む図示しないポンプの送液に大きな負荷を与えることがなく、前記ポンプの消費電力を抑えた運転を行うことができる。
【００３４】
また、上記乱流発生手段であるコイル状部材２は、外管１とは別部材にして外管１の内壁面の直径よりもやや小径に作ることで、冷却ローラ２２を組み立てる工程で、容易に外管１内部に挿入でき、また外管１の内壁面とコイル状部材２とで発生する摩擦力にて自然にコイル状部材２を外管１内に固定できるため、特別な固定手段も必要なく容易に実現が可能である。また、外管１内からコイル状部材２の取り外しも容易に行えるため、冷却ローラ２２のメンテナンス性を向上させることができる。
【００３５】
なお、冷却液の流れの方向は、図１（ａ）に示す方向と逆方向でも構わない。
【００３６】
外管１に螺旋形状の部材や突起を設ける場合、その螺旋形状の巻き方向は流体抵抗の問題が起きないよう、外管１の回転方向を考えて、冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する巻き方向とすることが考えられる。
【００３７】
例えば、図１（ａ）に示すように外管１の左側から右側に向かって冷却液が流れ（前記左側が冷却液流れ方向上流側、前記右側が冷却液流れ方向下流側）、図１（ｂ）ように下流側の軸方向から見て外管１が右回転しているような場合において、コイル状部材２によって外管１の内壁近傍に流体抵抗とならないように乱流を起こそうとすると、外管１と共に右回転するコイル状部材２の巻き方向は、冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する右巻きとなる。
【００３８】
図５（ａ）は外管１が右回転、コイル状部材２が右巻きの冷却ローラ２２の拡大断面図であり、図１（ａ）をコイル状部材２の巻き方向を分かり易く実際的に描いたものである。図５（ａ）で冷却液の流れ方向とコイル状部材２の回転による冷却液の送り方向とが同方向となることが分かる。
【００３９】
言うまでもないが、同じように紙面左側から右側に冷却液を流し、図１（ｂ）の用紙２０の搬送方向を逆方向（紙面右方向）とする場合は、外管１は冷却液流れ方向下流側の軸方向から見て左回転となるので、このときのコイル状部材２の巻き方向は左巻きとなる。図５（ｄ）は、外管１が左回転、コイル状部材２が左巻きの冷却ローラ２２の拡大断面図で、冷却液の流れ方向とコイル状部材２の回転による冷却液の送り方向とが同方向となることが分かる。
【００４０】
このように、冷却ローラ２２の外管１内を流れる冷却液の流れ方向とコイル状部材２の回転による冷却液の送り方向とが同方向となるように構成することで、外管１の内部を流れる冷却液に対するコイル状部材２による流体抵抗を低減することができる。
【００４１】
一方、外管内壁（内周面）に設ける乱流発生手段をコイル状部材２のような螺旋形状とし、その螺旋の巻き方向を、外管１の回転方向に応じて外管内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して、逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とする。
【００４２】
図５（ａ）や図５（ｄ）に示される構成の冷却ローラ２２よりも外管１の内壁近傍の冷却液において、より一層の乱流を発生させ、冷却性能をさらに向上させるようにした。その方法として、コイル状部材２の巻き方向を図５（ａ）や図５（ｄ）に示される構成の巻き方向とは逆の巻き方向とし、冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生するようにした。こうすることで外管１の内壁近傍において、冷却液流れ方向下流に向かう冷却液の流れに対して、コイル状部材２によって冷却液を逆向きに送ろうとする力（流れ）がぶつかることになるので、より複雑でよりランダムな乱流が発生し、外管１から冷却液への熱伝達効率が格段に向上する。
【００４３】
コイル状部材２による冷却液の送り方向が外管１内を流れる冷却液の流れ方向と同方向となる図５（ａ）や図５（ｄ）に示した構成に対し、コイル状部材２による冷却液の送り方向が外管１内を流れる冷却液の流れ方向と逆方向の送りとなる構成例を図５（ｂ）と図５（ｃ）とに示す。
【００４４】
図５（ａ）や図５（ｃ）に示すように紙面左側から右側に向かって冷却液が流れ、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見て外管１が右回転する場合、コイル状部材２による冷却液の送り方向を外管１内を流れる冷却液の流れと同方向とするときは、図５（ａ）に示すようにコイル状部材２を右巻きにし、コイル状部材２による冷却液の送り方向を外管１内を流れる冷却液の流れ方向とは逆方向とするとには、図５（ｃ）に示すようにコイル状部材２を左巻きにとする。
【００４５】
また、図５（ｂ）や図５（ｄ）に示すように外管１内を紙面左側から右側に向かって冷却液が流れるが、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見て外管１が左回転する場合、コイル状部材２による冷却液の送り方向を外管１内を流れる冷却液の流れ方向と同方向とするときは、図５（ｄ）に示すようにコイル状部材２を左巻きにし、コイル状部材２による冷却液の送り方向を外管１内を流れる冷却液の流れ方向とは逆方向とするときには、図５（ｂ）に示すようにコイル状部材２を右巻きにする。
【００４６】
なお、以上の組合せ関係は限定されるものではなく、例えば外管１の回転方向とコイル状部材２の巻き方向とはそのままで、冷却液の流れ方向のみを反対方向（紙面右側から左側へ流れる方向）にすれば、図５（ａ）や図５（ｄ）に示す構成が冷却液の流れ方向とコイル状部材２による冷却液の送り方向とが逆向きになる。
【００４７】
よって、外管１の回転方向、冷却液の流れ方向、及び、コイル状部材２による冷却液の送り方向の３者の組合せ関係で、コイル状部材２による冷却液の送りを冷却液の流れ方向と同じ向きの送りまたは逆向きの送りが発生するように、コイル状部材２の巻き方向を決める。
【００４８】
ただし、コイル状部材２などの乱流発生手段の形状の大きさによっては流体抵抗が大きくなってしまうので注意が必要である。例えば、コイル状部材２の場合、その線径が極細であれば乱流による効果は小さくなるが、その分、コイル状部材２による冷却液の送り方向が冷却液の流れ方向とは逆向きであっても流体抵抗としては非常に小さく問題にならないレベルとなる。逆に、コイル状部材２の線径を極太にすれば乱流効果は大きくなるが、コイル状部材２による冷却液の送りが冷却液の流れ方向とは逆向きの送りも大きく強くなるので流体抵抗が増大してしまう。しかし、冷却液の流速、流量、冷却液が流れる間隙の幅（大きさ）、及び、冷却性能目標などの仕様条件によってコイル状部材２などの乱流発生手段の形状やその大きさは、各々の場合毎に対応して変わるので、一概に決めることはできない。そのため、本願出願人は、最小限の流体抵抗で最大限の乱流効果が得られるよう、乱流発生手段の最適な形状や大きさ（例えば線径寸法）を、シミュレーションや実験評価で比較や確認などを行って決めた。また、乱流発生手段がコイル状部材２のように螺旋形状の場合は、その螺旋ピッチ間隔が乱流の発生頻度や乱流の発生する位置間隔を決めるファクターとなるので、螺旋ピッチ間隔も同様に考慮する必要がある。
【００４９】
上記乱流発生手段としては、コイル状部材２の他に、例えば、図６に示すような網状部材６でも構わない。また、網状部材６ほどではないが、複数本の線状部材等を外管１内に挿入しても良い。あるいは、複数パンチ孔を設けたシートを円筒状に丸めたものや多少厚みのある多孔質媒体を外管１内に挿入しても良い。
【００５０】
［構成例２］
図７は本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の断面図である。本構成例においては、図７に示すように、外管１の軸方向で用紙２０近傍のみに、乱流発生手段であるコイル状部材２を設けている。高温の用紙２０が接する外管１の近傍のみにコイル状部材２を設けることで、外管１内のコイル状部材２が設けられていない、その他の部分で冷却ローラ２２の外管１内を流れる冷却液に対しコイル状部材２による流体抵抗の発生はないことから、前記ポンプの負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上し、また一ランク下のポンプで済み、低コスト化も図ることができる。
【００５１】
［構成例３］
図８（ａ）は本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の断面図であり、図８（ｂ）は本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の断面図である。本構成例においては、図８（ａ）や図８（ｂ）に示すように、外管１の直径よりもずっと小径なコイル状部材７０を、外管１の用紙２０近傍のみに設置している。
【００５２】
図９に示すように、一端がロータリージョイント３５の端部に固定支持され他端が外管１内に位置する冷却ローラ軸方向に長尺なシャフト６３の前記他端に固定させて設けた固定棒６０の側壁に冷却ローラ軸方向で穴を開け、そこに冷却ローラ軸方向に長く細い針金６１を通し針金トメ具６２で針金６１を固定棒６０にとめる。また、図９では図示しないが冷却ローラ軸方向反対側も同じ構成となっている。そして、その針金６１にコイル状部材７０を通すことで、外管１の内壁近傍にコイル状部材７０を留めている。また、コイル状部材７０の冷却ローラ軸方向（スラスト方向）は、固定棒６０によって固定されている。このような構成にすることによって、外管１が回転してもロータリージョイント３５に一端が固定支持されたシャフト６３は回転しないことから、シャフト６３に設けられた固体棒６０に張架された針金６１に通されたコイル状部材７０も外管１が回転しても用紙２０近傍の位置から変位することはない。
【００５３】
また、図１０に示すように、固定棒６０を軸受６４を介してシャフト６３に揺動可能に吊り下げて設けてもよい。この際、固定棒６０の軸受６４とは反対側の端部に錘６５を設けておくことで、錘６５の自重によりコイル状部材７０を用紙２０近傍の位置に位置させることができる。
【００５４】
また、変形例として図１１では、小径なコイル状部材７０を複数用意し、用紙２０と外管１との接触面積が広い場合に対応させて複数のコイル状部材７０を外管１の用紙２０近傍のみに配置している。これら複数のコイル状部材７０は、図９や図１１に示すような構成をコイル状部材７０と同じ数だけ設けることで、外管１の内壁近傍に留められる。
【００５５】
このようにコイル状部材２よりも小径のコイル状部材７０を外管１内の用紙２０近傍のみに配置することで、コイル状部材２を設ける場合よりもコイル状部材７０による流体抵抗を低減でき、前記ポンプの負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上し、また一ランク下のポンプで済み、低コスト化も図ることができる。
【００５６】
なお、乱流発生を助長させる意味で、コイル状部材などの乱流発生手段を外的に振動させる構成としても良い。図１２では、加振手段９により、用紙２０近傍に配された、乱流発生手段である小径なコイル状部材７０を、非接触で超音波等の振動波を送射して振動させ、乱流発生を助長している。
【００５７】
［構成例４］
図１３（ａ）に示すように、冷却ローラ２２を、コイル状部材２を内壁近傍に設けた外管１とコア３１とから成る管構造とし、外管１とコア３１とで狭い間隙を形成する。その間隙を流路として冷却液を流す。すると、図５（ａ）に比べて冷却液の流速が増加し、それにコイル状部材２による外管１の内壁近傍の乱流効果が加わることになるので、相乗効果で熱伝達率がより向上し、更なる用紙２０の温度低減が見込める。
【００５８】
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のコア３１にも乱流発生手段であるコイル状部材３２を設けたものである。コア３１の外壁近傍にもコイル状部材３２によって乱流を発生させ、外管１のコイル状部材２による外管内壁近傍の乱流と合わせて、外管１とコア３１との間隙内でより複雑で大きな乱流を発生させて、図１３（ａ）で示した構成よりも冷却性能を向上させることができる。
【００５９】
また、本構成例の冷却ローラ２２の場合、外管１とコア３１との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分は外管１内壁近傍とコア３１外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。コア３１の回転が、例えば外管１よりも何倍もの回転数であったり、逆に静止して非回転であったり、など外管１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合はコア３１を外管１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。しかも、外管１とコア３１とで形成される狭い間隙による流速増加で、さらに熱伝達率が向上する。また、コア３１にもコイル状部材３２などの乱流発生手段を設けた冷却ローラ２２であれば、一段と熱伝達率が向上する。
【００６０】
［構成例５］
図１４（ａ）は、本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の断面図であり、図１４（ｂ）は、本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の断面図である。
本構成例の冷却ローラ２２には、外管１の内部に内管７が設けられており、外管１と内管７との間の冷却液が流れる隙間内の外管１の内壁近傍に外管１内の冷却液を乱流化するための乱流発生手段としてのコイル状部材２が配設されている。
【００６１】
本構成例は図１４に示すように、冷却ローラ２２を外管１と内管７とから成る管構造とし、冷却ローラ２２内で冷却液を往復させる。すなわち、外管１と内管７とで形成した間隙を往流路として冷却液を紙面左側から流入させ、外管１の右端でＵターンさせて、内管７の内部を復流路として紙面左側に向けて冷却液を流出させる構成である。なお、冷却液の流入出経路は逆方向、つまり、内管７の内部を往流路とし、外管１と内管７とで形成した間隙を復流路としても構わない。
【００６２】
本構成例においては、往流路の流路の間隙が狭いので、図５（ａ）に比べて外管内壁近傍の冷却液の流速が増加し、さらにコイル状部材２による外管内壁近傍の乱流効果が加わるので、外管１から冷却液への熱伝達率が向上する。また、内管７の外径寸法を外管１の内径寸法に近づけて間隙をより狭くすれば、図１３（ａ）に示したコア３１を設けた場合と同様の効果が得られる。
【００６３】
また、本構成例においては、冷却ローラ２２の軸方向端部に設けられ外管１内への冷却液の流入流出用のメカニカルシールを施された継ぎ手は、冷却ローラ２２の紙面左側のみ、すなわち、冷却ローラ２２の軸方向一端側のみに設ければよく、これにより冷却ローラ２２の紙面右側、言い換えれば、前記継ぎ手手段が設けられていない冷却ローラ２２の軸方向他端側には空スペースが生まれる。この空スペースは、画像形成装置の小型化に寄与し、また、冷却ローラ２２を冷却装置１８や画像形成装置へ組み付ける際、冷却液のチューブや配管に捕らわれずに容易に冷却ローラ２２の組み付け作業を行うことができる。
【００６４】
また、外管１と内管７とで構成される冷却ローラ２２の場合、図１５に示すように外管１と内管７との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分は外管１内壁近傍と内管７外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。内管７の回転が、例えば外管１よりも何倍もの回転数であったり逆に静止して非回転であったりなど、外管１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合は内管７を外管１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。
【００６５】
例えば、図１６に示すように、ロータリージョイントの外部に設けたモータ８０の回転軸に磁石８１を取り付け、一方でモータ８０に取り付けた磁石８１と対向する内管７の外周面にも磁石８２を取り付けておき、モータ８０に取り付けた磁石８１を回転させて両磁石間に作用する磁力により内管７に取り付けた磁石８２に回転力を加えることによって内管７を回転させる構成で、モータ８０の回転数や回転方向を制御することにより、外管１と内管７との回転数や回転方向を異ならせることができる。
【００６６】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の内管７にも乱流発生手段であるコイル状部材３３を設けたものである。内管７の外壁近傍にもコイル状部材３３によって乱流を発生させ、外管１のコイル状部材２による外管内壁近傍の乱流と合わせて、外管１と内管７とで形成される間隙内でより複雑で大きな乱流を発生させて、冷却性能をさらに向上させることができる。
【００６７】
また、図１８や図１９に示すように、外管１の直径よりもずっと小径なコイル状部材７０を、外管１の用紙２０近傍のみに設置する構成を採用することもできる。
【００６８】
図１８に示すように、一端がロータリージョイント３５に固定支持され他端が外管１内に位置する、冷却ローラ軸方向に長尺なシャフト６３の前記他端に固定させて設けた固定棒６０の側壁に冷却ローラ軸方向で穴を開け、そこに冷却ローラ軸方向に長く細い針金６１を通し針金トメ具６２で針金６１を固定棒６０にとめる。そして、その針金６１にコイル状部材７０を通すことで、外管１の内壁近傍にコイル状部材７０を留めている。また、針金６１の固定棒６１側とは反対側の端部は、コイル状部材７０を針金６１に通した後に折り曲げてコイル状部材７０が針金６１から抜け出ないようにしている。コイル状部材７０の重さはそれほど重くないため、強度的に片持ちでシャフト６３を支持することは可能であるが、強度が増すようにシャフト６３を２本以上設けても良い。
【００６９】
また、図１９に示すように、固定棒６０を軸受６４を介して内管７に揺動可能に吊り下げて設けてもよい。この際、固定棒６０の軸受６４とは反対側の端部に錘６５を設けておくことで、錘６５の自重によりコイル状部材７０を用紙２０近傍の位置に位置させることができる。
【００７０】
このようにコイル状部材２よりも小径のコイル状部材７０を外管１内の用紙２０近傍のみに配置することで、コイル状部材２を設ける場合よりもコイル状部材７０による流体抵抗を低減でき、前記ポンプの負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上し、また一ランク下のポンプで済み、低コスト化も図ることができる。
【００７１】
［構成例６］
図２０（ａ）は、本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の断面図であり、図２０（ｂ）は、本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の断面図である。
本構成例の冷却ローラ２２には、外管１の内部に内管７が設けられ、さらに、その内管７の外側に中空のシリンダ８が挿入されており、外管１とシリンダ８とで形成される狭い間隙と内管７内を冷却液が流れる構成となっている。すなわち、紙面左側から冷却液を外管１とシリンダ８とで形成される狭い間隙から流入させ、外管１の右側端部に到達した冷却液をＵターンさせて内管７の内部を紙面左側に向けて流出させる構成としている。本構成例のようにシリンダ８を設けることで、シリンダ８が無い場合に比べて外管１の内壁近傍などの流速が増加し外管１の壁部から冷却液への熱伝達率が向上して、更なる用紙２０の温度低減を図ることができる。なお、冷却液の流入出経路は逆方向、つまり、内管７の内部を往流路とし、外管１とシリンダ８とで形成した間隙を復流路としても構わない。
【００７２】
この冷却ローラ２２の場合、外管１とシリンダ８とで狭い間隙を形成し、その狭い間隙を流路として冷却液が流れるので、図５（ａ）に比べて冷却液の流速が増加する。さらに、それにコイル状部材２による外管内壁近傍の乱流効果が加わるので、相乗効果で外管１から冷却液への熱伝達率がより向上し、更なる用紙２０の温度低減が見込める。
【００７３】
また、この構成の場合も、冷却液の流入流出用継ぎ手を冷却ローラ２２の紙面左側端部のみに設ければよいので、画像形成装置小型化や組立作業性の向上が可能となる。つまり、図２１（ａ）の冷却ローラ２２は、図１３（ａ）と図１７（ａ）とに示した構成を組み合わせた構成であり、双方の利点や効果を有している。
【００７４】
図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のシリンダ８にも乱流発生手段であるコイル状部材３４を設けたものである。これにより、シリンダ８の外壁近傍にもコイル状部材３４によって乱流を発生させ、外管１のコイル状部材２による乱流と合わせて、外管１とシリンダ８とで形成される間隙内でより複雑で大きな乱流を発生させて、冷却性能をさらに向上させることができる。つまり、図２１（ｂ）の冷却ローラ２２は、図１３（ｂ）と図２０（ｂ）とに示した構成を組み合わせた構成であり、双方の利点や効果を有している。
【００７５】
また、本構成例の冷却ローラ２２の場合、外管１とシリンダ８との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分は外管１内壁近傍とシリンダ８外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。シリンダ８の回転が、例えば外管１よりも何倍もの回転数であったり逆に静止して非回転であったりなど、外管１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合はシリンダ８７を外管１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。しかも、外管１とシリンダ８とで形成される狭い間隙による流速増加で、さらに熱伝達率が向上する。また、シリンダ８にもコイル状部材３４などの乱流発生手段を設けた冷却ローラ２２であれば、一段と熱伝達率が向上する。
【００７６】
次に、本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を搭載したタンデム型中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置の構成概略図を図２２に示す。
【００７７】
複数のローラによって中間転写媒体としての中間転写ベルト５１を展張し、中間転写ベルト５１はこれらのローラにより回転するように構成すると共に、中間転写ベルト５１のまわりに画像形成用のプロセス手段を配置している。
【００７８】
中間転写ベルト５１の回転方向を図中矢印ａとするとき、中間転写ベルト５１の上方であってローラ５２とローラ５３との間には、中間転写ベルト５１の回転方向の上流側から順に画像形成用のプロセス手段として、第一画像ステーション５４Ｙ、第二画像ステーション５４Ｃ、第三画像ステーション５４Ｍ、第四画像ステーション５４Ｂｋが配置されている。例えば第一画像ステーション５４Ｙは、ドラム状の感光体１１Ｙの周囲に帯電手段１０Ｙ、光書き込み手段１２Ｙ、現像装置１３Ｙ、クリーニング手段１４Ｙが配置され、さらに中間転写ベルト５１を挟んで感光体１１の対向位置に中間転写ベルト５１への転写手段としての一次転写ローラ１５Ｙが設けられており、他の３つの画像ステーションも同一構成となっている。そしてそれら４つの画像ステーションが互いに所定のピッチ間隔となるように左右並列に配置されている。
【００７９】
本実施形態では光書き込み手段１２をＬＥＤを光源とする光学系としているが、半導体レーザーを光源とするレーザー光学系で構成することもでき、感光体１１に対して画像情報に応じた露光を行う。
【００８０】
中間転写ベルト５１の下方には、シート状部材である用紙２０の用紙収納部１９および給紙コロ２３、レジストローラ対２１、中間転写ベルト５１を張架するローラ５５に中間転写ベルト５１を介して対向するように設けられた中間転写ベルト５１から用紙２０への転写手段としての二次転写ローラ５６、中間転写ベルト５１の裏面に接するローラ５８の対向位置に中間転写ベルト５１のおもて面に接するように設けられたクリーニング手段５９、熱定着手段１６、用紙２０を冷却する冷却ローラ２２を有する冷却装置１８、トナー定着後の用紙２０の排出部である排紙収容部１７などが配置されている。そして、用紙収納部１９から排紙収容部１７へ至る用紙搬送路２８が延びている。両面画像形成時に裏面の画像形成を行わせるため、冷却装置１８を一度通過した用紙２０を反転させ、再度、レジストローラ対２１へ搬送する両面画像形成用の用紙搬送路２９も備えている。
【００８１】
なお、冷却装置１８の冷却ローラ２２は用紙２０の熱を受熱する受熱部であり、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３、ポンプ１００、タンク１０１と共に配管１０５で連通／連結され、冷却液が封入されている。冷却液の循環経路は配管１０５の矢印で示すように、ラジエータ１０３で冷やされた冷却液を、冷却ローラ２２へ供給し、そして冷却ローラ２２内を廻ってから排出し、その後にタンク１０１、ポンプ１００へ送り、再び、ラジエータ１０３に戻す順序であり、ポンプ１００の回転圧力により冷却液を循環させ、ラジエータ１０３で放熱することで冷却液、如いては冷却ローラ２２を冷やす。ポンプ１００のパワーやラジエータ１０３の大きさなどは、熱設計条件（冷却ローラ２２が冷却すべき熱量と温度の条件）によって決定される流量、圧力、冷却効率などを元に選定される。
【００８２】
画像の形成プロセスは、第一画像ステーション５４Ｙに着目すれば、一般の静電記録方式に準じていて、暗中にて帯電手段１０Ｙにより一様に帯電された感光体１１Ｙ上に光書き込み手段１２Ｙにより露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置１３Ｙによりトナー像として可視像化する。そのトナー像は一次転写ローラ１５Ｙにより感光体１１Ｙ上から中間転写ベルト５１に転写される。転写後の感光体１１Ｙの表面はクリーニング手段１４によりクリーニングされる。他の画像ステーション５４も第一画像ステーション５４Ｙと同構成であり、同様の画像形成プロセスが行われる。
【００８３】
画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋにおける各現像装置１３は、それぞれ異なる４色のトナーによる可視像化機能を有しており、各画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋでイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックを分担すれば、フルカラー画像を形成することができる。よって、中間転写ベルト５１の同一画像形成領域が４つの画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋを順次通過する間に、中間転写ベルト５１を挟むようにして各感光体１１とそれぞれ対向して設けられた一次転写ローラ１５により与えられる転写バイアスによって、それぞれ１色ずつトナー像を中間転写ベルト５１上に重ね転写されるようにすれば、上記同一画像形成領域が各画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋを１回通過した時点で、この同一画像領域に、重ね転写によってフルカラートナー画像を得ることができる。
【００８４】
そして、中間転写ベルト５１上に形成されてフルカラートナー画像は、用紙２０に転写される。転写後の中間転写ベルト５１はクリーニング手段５９によりクリーニングされる。用紙２０への転写は転写時においてローラ５５上で中間転写ベルト５１を介して二次転写ローラ５６に転写バイアスを印加して、二次転写ローラ５６と中間転写ベルト５１とのニップ部に用紙２０を通過させることにより行なわれる。用紙２０への転写後、用紙２０上に担持されたフルカラートナー像を熱定着手段１６で定着することにより、用紙２０上にフルカラーの最終画像が形成され、排紙収容部１７に積載される。
【００８５】
本実施形態の画像形成装置においては、排紙収容部１７に用紙２０が積載される前に、熱定着手段１６の直後に配置した冷却装置１８を用紙２０が通過する。通過する際、熱定着手段１６で熱せられた用紙２０が受熱部である冷却ローラ２２に接触しながら通過することになるので、冷却ローラ２２の表面で用紙２０から熱を吸熱し、この熱を冷却ローラ２２内部の冷却液へ伝達する。熱が伝達され高温となった冷却液は、この後、冷却ローラ２２から排出され、冷却液はタンク１０１、ポンプ１００を経て、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３に送られ、そこで熱が画像形成装置外に排熱される。ラジエータ１０３で熱が除去され室温近くにまで下げられた冷却液は、その後、再び冷却ローラ２２へと送られる。このような冷却液による高い冷却性能の排熱サイクルによって、熱定着手段１６で熱せられて高温となった用紙２０が効率良く冷やされる。したがって、用紙２０が排紙収容部１７に積載される時点では、用紙２０上のトナーを確実に硬化状態とさせることができる。特に両面画像形成出力の際に大きな問題となっていたブロッキング現象を回避することができる。
【００８６】
以下、本発明における電子写真方式の画像形成装置の実施例について説明する。
【００８７】
［実施例１］
本発明の冷却ローラ２２を、リコー社製ｉｍａｇｉｏ  Ｎｅｏ  Ｃ６００カラー画像形成装置の改造機へ適用した。Ｉｍａｇｉｏ  Ｎｅｏ  Ｃ６００は、図２２に示したタンデム型の間接転写方式を採用している。
【００８８】
冷却ローラ２２は、外径φ３０．４［ｍｍ］、厚さ１．１［ｍｍ］のアルミニウム製の外管１に、線太さ０．５［ｍｍ］、ピッチ６［ｍｍ］のコイル状部材２を外管１の内壁に沿わせて挿入した構成とし、さらにショーワ技研社製の一方向流れ用の回転ジョイント２個を、冷却ローラ両端に封止・回転可能なように取り付けた。
【００８９】
ラジエータは、一辺が１２０［ｍｍ］の正方形をしたアルミニウム製コルゲート型（厚み２０［ｍｍ］）を直列に２個、ラジエータファンは、ラジエータと同サイズで一辺が１２０［ｍｍ］の正方形をした軸流ファン（流速２．３［ｍ／ｓ］）、ポンプは、締め切り揚程が５０［ｋＰａ］の遠心型、タンクは、容積７００［ｍＬ］のポリプロピレン製、配管は、ブチルゴムとＥＰＤＭ混合成分からなるゴムチューブ、循環する冷却液は、プロピレングリコールを主成分とした、防錆剤も含有された−１３［℃］不凍仕様を選んだ。
【００９０】
以上の構成より、１分間に７５枚のカラー両面連続印刷を、コート紙である王子製紙社製グロスコート（１５８［ｇ／ｍ２］）、ＰＯＤフィルムコートＳ（１９８［ｇ／ｍ２］）に対して連続３時間行った。なお、用紙の温度測定は、定着装置と冷却装置との間における用紙搬送経路中と、冷却ローラ２２よりも用紙搬送方向下流側の用紙搬送経路中と、に細い熱伝対を設けておき、その熱伝対に用紙が接触した際の温度を測定した。その結果、用紙温度低減効果として、王子製紙社製グロスコートを用いた場合は、冷却ローラ２２による冷却後の用紙温度が、定着後に用紙が冷却ローラ２２によって冷却される前の用紙温度から３５［℃］下がった。また、ＰＯＤフィルムコートＳを用いた場合は、冷却ローラ２２による冷却後の用紙温度が、定着後に用紙が冷却ローラ２２によって冷却される前の用紙温度から３０［℃］下がった。また用紙にはカールや張り付き等といった不具合は見られなかった。
【００９１】
［実施例２］
実施例２は、冷却ローラ２２として、外径φ３０．４［ｍｍ］、厚さ１．１［ｍｍ］のアルミニウム製の外管１に、アルミニウム製の内管７と、この内管７にシリンダ８を取り付けたものと、線太さ０．５［ｍｍ］、ピッチ１５［ｍｍ］のコイル状部材２を外管１の内壁に沿わせて挿入した構成とし、さらにこの冷却ローラ２２の片端には、ショーワ技研社製の両方向流れ用の回転ジョイントを、封止・回転可能なように取り付けたものを採用した。この際、内管７の内径はφ［４ｍｍ］、外管１とシリンダ８との間隙は１．１［ｍｍ］とした。
【００９２】
以上の構成より、１分間に７５枚のカラー両面連続印刷を４時間行った。なお、用紙の温度測定は、定着装置と冷却装置との間における用紙搬送経路中と、冷却ローラ２２よりも用紙搬送方向下流側の用紙搬送経路中と、に細い熱伝対を設けておき、その熱伝対に用紙が接触した際の温度を測定した。その結果、用紙温度低減効果として、王子製紙社製グロスコートを用いた場合は、冷却ローラ２２による冷却後の用紙温度が、定着後に用紙が冷却ローラ２２によって冷却される前の用紙温度から３９［℃］下がった。また、ＰＯＤフィルムコートＳを用いた場合は、冷却ローラ２２による冷却後の用紙温度が、定着後に用紙が冷却ローラ２２によって冷却される前の用紙温度から３３［℃］下がった。また用紙にはカールや張り付き等といった不具合は見られなかった。
【００９３】
［比較例］
次に、実施例１や実施例２で冷却ローラ２２内に設けていたコイル状部材２を冷却ローラ２２内から取り除いた、各実施例に対する比較例について説明する。
【００９４】
冷却ローラ２２は、外径φ３０．４［ｍｍ］、厚さ１．１［ｍｍ］のアルミニウム製の外管１に、ショーワ技研社製の一方向流れ用の回転ジョイント２個を、冷却ローラ両端に封止・回転可能なように取り付けた。このような冷却ロータを、リコー社製ｉｍａｇｉｏ  Ｎｅｏ  Ｃ６００カラー画像形成装置の改造機へ適用した。Ｉｍａｇｉｏ  Ｎｅｏ  Ｃ６００は、図２２に示したタンデム型の間接転写方式を採用している。
【００９５】
ラジエータは、一辺が１２０［ｍｍ］の正方形をしたアルミニウム製コルゲート型（厚み２０［ｍｍ］）を直列に２個、ラジエータファンは、ラジエータと同サイズで一辺が１２０［ｍｍ］の正方形をした軸流ファン（流速２．３［ｍ／ｓ］）、ポンプは、締め切り揚程が５０［ｋＰａ］の遠心型、タンクは、容積７００［ｍＬ］のポリプロピレン製、配管は、ブチルゴムとＥＰＤＭ混合成分からなるゴムチューブ、循環する冷却液は、プロピレングリコールを主成分とした、防錆剤も含有された−１３［℃］不凍仕様を選んだ。
【００９６】
以上の構成より、１分間に７５枚のカラー両面連続印刷を、コート紙である王子製紙社製グロスコート（１５８［ｇ／ｍ２］）、ＰＯＤフィルムコートＳ（１９８［ｇ／ｍ２］）に対して連続３時間行った。なお、用紙の温度測定は、定着装置と冷却装置との間における用紙搬送経路中と、冷却ローラよりも用紙搬送方向下流側の用紙搬送経路中と、に細い熱伝対を設けておき、その熱伝対に用紙が接触した際の温度を測定した。その結果、用紙温度低減効果として、王子製紙社製グロスコートを用いた場合は、冷却ローラによる冷却後の用紙温度が、定着後に用紙が冷却ローラによって冷却される前の用紙温度から３３［℃］下がった。また、ＰＯＤフィルムコートＳを用いた場合は、冷却ローラによる冷却後の用紙温度が、定着後に用紙が冷却ローラによって冷却される前の用紙温度から２７［℃］下がった。また用紙にはカールや張り付き等といった不具合は見られなかった。
【００９７】
実施例１、実施例２、及び、比較例の実験結果から、冷却ローラ２２内にコイル状部材２を設置して冷却ローラ２２の内壁近傍に乱流を積極的に発生させることによって、冷却ローラ２２内にコイル状部材２を設置しない場合よりも、上記用紙温度低減効果を向上させることができるのがわかる。
【００９８】
以上、本実施形態によれば、中空状の管状部材である外管１などからなる冷却ローラ２２と、冷却ローラ２２内に冷却液を搬送する冷却媒体搬送手段であるポンプ１００と、を備え、冷却ローラ２２に用紙２０を接触させて用紙２０を冷却する冷却装置１８において、冷却液に乱流を発生させる乱流発生手段を外管１の内壁近傍に設けたことで、乱流発生手段により内壁近傍で冷却液の流れは乱流となる。これにより、内壁近傍にある温度の高い冷却液と前記内壁から離れた位置にある温度の低い冷却液との入れ替えが盛んに行われる。よって、乱流発生手段を内壁近傍に設けない場合よりも内壁近傍の冷却液の温度を低くすることができるので、その分、冷却液によって冷却ローラ２２を効果的に冷やすことができる。その結果、冷却ローラによる用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、乱流発生手段が螺旋形状であり、螺旋形状の巻き方向を、外管１の内壁近傍を流れる冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する巻き方向とすることで、外管１の内壁近傍の冷却液に対し、より一層の乱流を発生させ冷却性能を更に向上させることができるので、用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は外管１に対して着脱可能であることで、乱流発生手段を設けるために外管１に予め溝やスリットを掘るといった難しい加工工程は必要なく後付けできて、またメンテナンスのための取替えも可能となる。
また、本実施形態によれば、上記管状部材である外管１の中空内部に外管１よりも細管構造の内管７を内包し、外管１と内管７との間を冷却液が流れる外側流路、及び、内管７内を冷却液が流れる内側流路を有する二重管構造である。これにより、外管１と内管７との間隙と内管７内部とで冷却液の流路を分けることができるため、一方を冷却液の流れの往路とし他方を冷却液の流れの復路とすることができる。そのため、冷却液の流入流出口を冷却ローラ２２の軸方向片側に設けることができ、冷却液の流入流出口を冷却ローラ２２の軸方向両側に設ける場合よりも省スペース化を図ることができる。また、冷却ローラ２２を冷却装置１８や画像形成装置に容易に組み付けることができる。
また、本実施形態によれば、外管１の中空内部で、内管７よりも外径の大きいシリンダ８を、内管７を内包するように取り付けたことで、外管１とシリンダ８との間隙を狭められるため、外管内壁近傍における冷却液の流速が増加し、ローラ内壁と冷却液との熱伝達率が増加して、延いては用紙２０の冷却効率が向上する。
また、本実施形態によれば、内管７が、外管１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、外管１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、外管１と内管７との間隙からなる流路において、旋回速度成分が大きくなり、前述した連流発生手段による冷却液の乱流発生を助長することができる。これにより、外管内壁面上の至る箇所で、より多くの冷却液の流れの剥離や付着が発生し、更なる用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、シリンダ８が、外管１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、外管１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、外管１とシリンダ８との間隙からなる流路において、旋回速度成分が大きくなり、前述した連流発生手段による冷却液の乱流発生を助長することができる。これにより、外管内壁面上の至る箇所で、より多くの冷却液の流れの剥離や付着が発生し、更なる用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、外管１の長手方向に渡る用紙２０が挟持される領域に乱流発生手段を配設したことで、その他の部分で乱流発生手段による流体抵抗の発生もなく、ポンプの負荷を低減し、消費電力を下げられる他、一ランク下のポンプで済み、低コスト化も図れる。また、ポンプの消費電力を抑えることは耐久時間の増加にも繋がる。
また、本実施形態によれば、外管１の周方向に渡る用紙２０が挟持される領域に乱流発生手段を配設したことで、その他の部分で乱流発生手段による流体抵抗の発生はなく、ポンプの負荷を低減し、消費電力を下げられる他、一ランク下のポンプで済み、低コストかも図れる。また、ポンプの消費電力を抑えることは耐久時間の増加にも繋がる。
また、本実施形態によれば、乱流発生手段に振動を加える加振手段を有することで、乱流発生手段を振動させ、乱流発生手段近傍の冷却液の流れの速度が変動し増加するため、前述したような乱流発生手段による冷却液の乱流発生を助長させることができる。これにより、外管内壁面上の至る箇所で、より多くの冷却液の流れの剥離や付着が発生し、更なる用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、乱流発生手段がコイル状部材であることで、本発明の冷却ローラ２２を低コストで容易に実現することができる。
また、本実施形態によれば、外管１の中空内部にコア部材であるコア３１を内包し、乱流発生手段を設けた外管１とコア３１で形成される間隙に冷却液が流れる流路を有する。これにより、コア３１を内包して形成した狭間隙流路に冷却液を流すので、外管内壁近傍における冷却液の流速が増加し、ローラ内壁と冷却液との熱伝達率が増加して、延いては用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、コア３１の外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことで、流路間隙内でより複雑で大きな乱流が発生し、ローラ内壁と冷却液との熱伝達率が一層増加して、用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、内管７の外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことで、流路間隙内でより複雑で大きな乱流が発生し、ローラ内壁と冷却液との熱伝達率が一層増加して、用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、シリンダ８の外周面近傍に冷却液に乱流を発生させる第二の乱流発生手段を設けたことで、流路間隙内でより複雑で大きな乱流が発生し、ローラ内壁と冷却液との熱伝達率が一層増加して、用紙２０の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、コア３１が、外管１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、外管１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、外管１内にコア３１を内包して形成した狭間隙の流路において、旋回速度成分が大きくなり、前述した乱流発生手段による冷却液の乱流発生を助長することができる。これにより、外管内壁面上の至る箇所で、より多くの冷却液の流れの剥離や付着が発生し、更なる用紙２０の冷却効率が向上する。
また、本実施形態によれば、用紙２０上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、用紙２０上に形成されたトナー像を少なくとも熱によって用紙２０に定着させる熱定着手段１６と、熱定着手段１６によってトナー像が定着された用紙２０を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を用いることで、用紙２０の冷却効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１      外管
２      コイル状部材
３      流速プロファイル
４      付着
５      剥離
６      網状部材
７      内管
８      シリンダ
９      加振手段
１０    帯電手段
１１    感光体
１２    光書き込み手段
１３    現像装置
１４    クリーニング手段
１５    一次転写ローラ
１６    熱定着手段
１７    排紙収容部
１８    冷却装置
１９    用紙収納部
２０    用紙
２１    レジストローラ対
２２    冷却ローラ
２３    給紙コロ
２８    用紙搬送路
２９    用紙搬送路
３１    コア
３２    コイル状部材
３３    コイル状部材
３４    コイル状部材
３５    ロータリージョイント
３６    胴部
３７    軸受
３８    フランジ
３９    シール部材
４０    ローラ
４１    ローラ
４２    搬送ベルト
４３    上ガイド
４４    ブラケット
５１    中間転写ベルト
５２    ローラ
５３    ローラ
５５    ローラ
５６    二次転写ローラ
５８    ローラ
５９    クリーニング手段
６０    固定棒
６１    針金
６２    針金トメ具
６３    シャフト
６４    軸受
６５    錘
７０    コイル状部材
８０    モータ
８１    磁石
８２    磁石
１００  ポンプ
１０１  タンク
１０３  ラジエータ
１０４  冷却ファン
１０５  配管
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１００】
【特許文献１】特開２００６−００３８１９号公報
【図１】
0005483174.tif 000004
【図２】
0005483174.tif 000005
【図３】
0005483174.tif 000006
【図４】
0005483174.tif 000007
【図５】
0005483174.tif 000008
【図６】
0005483174.tif 000009
【図７】
0005483174.tif 000010
【図８】
0005483174.tif 000011
【図９】
0005483174.tif 000012
【図１０】
0005483174.tif 000013
【図１１】
0005483174.tif 000014
【図１２】
0005483174.tif 000015
【図１３】
0005483174.tif 000016
【図１４】
0005483174.tif 000017
【図１５】
0005483174.tif 000018
【図１６】
0005483174.tif 000019
【図１７】
0005483174.tif 000020
【図１８】
0005483174.tif 000021
【図１９】
0005483174.tif 000022
【図２０】
0005483174.tif 000023
【図２１】
0005483174.tif 000024
【図２２】
0005483174.tif 000025