(57)【要約】【課題】簡単な構造で加熱定着から下流側に搬出するシートの結露を低減し、シート表面の汚損を防止することが可能な画像形成装置における定着シート搬送機構を提供する。【解決手段】定着ユニットと、その下流側に配置された排紙ローラとの間にシートを所定温度に低減する徐冷ロールを配置し、排紙ローラの手前でシート表面の温度を露化しない所定温度に低下させ、その後に搬送ローラでシートに搬送力を付与するのと同時に冷却する。このため徐冷ロールは、ロール表面は比較的熱伝導率が高い離型層で形成し、回転軸部材と離型層との間に断熱層を設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱定着されたシートを下流側に搬送する定着装置におけるシート搬送機構であって、
シートを加熱圧着する定着ユニットと、
前記定着ユニットで加熱されたシートを下流側に搬送する排紙ローラと、
前記定着ユニットと排紙ローラとの間に配置されシートの表面温度を所定温度に低温化する徐冷ロールと、
を備え、
前記徐冷ロールは、
回転中心を形成する回転軸部材と、
前記回転軸部材の周囲に配置された断熱層と、
前記断熱層の周囲に配置された離型層と、
で構成され、
前記離型層は、前記断熱層より熱伝導率が高い素材で構成され、
前記断熱層は、熱伝導率が前記回転軸部材及び前記離型層より低い素材で構成されていることを特徴とする定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項２】
前記徐冷ロールは、
シート表面温度を低減させる温度差が、前記排紙ローラのシート表面温度を低減させる温度差と比較して小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項３】
前記徐冷ロールは、
前記定着ユニットから送り出されたシートおよび前記排紙ローラで搬出されるシートの定着面と線接触する従動ロールであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項４】
前記徐冷ロールは、
前記定着ユニットから送り出されたシートの表面と接触するロール単体か、
若しくは、シートの表裏面と接触するロール対で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項５】
前記断熱層は、空気層、発泡シリコン層、メラミンフォーム層の少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項６】
前記回転軸部材は、
金属素材で、互いに分離した左右一対の軸部材で構成されるか、
若しくは、金属素材で、構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項７】
前記回転軸部材は、同一回転軸中心を形成する左右一対の回転軸部材で構成され、
前記離型層は、ステンレス鋼その他の中空円筒体で、前記一対の回転軸部材に一体形成したフランジ部材に嵌合され、
前記断熱層は、前記中空円筒体の離型層と前記左右一対のフランジ部材との間の空気層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項８】
前記回転軸部材は、回転軸中心を形成する貫通軸で構成され、
前記離型層は、ステンレス鋼その他の中空円筒体で、前記貫通軸から成る回転軸部材に一体形成されたフランジ部材に嵌合され、
前記断熱層は、前記中空円筒体の離型層と前記フランジ部材との間の空気層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【請求項９】
前記回転軸部材は、略同一外径の金属軸で構成され、
前記断熱層は、前記回転軸に嵌合されたメラミンフォームで形成された中空円筒体で構成され、
前記離型層は、フッ素樹脂で形成された中空円筒体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置におけるシート搬送機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタなどの画像形成装置における定着シート搬送機構に係わり、加熱定着されたシートに結露による水滴が付着することのないシート搬送機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に画像形成装置における定着装置は、加熱ローラ、加熱ベルトなどで画像形成されたシートを加熱して熱溶融性インク層を定着する装置として広く知られている。
そして加熱機構は、ヒートローラ、ヒートベルトで定着するものが比較的簡単な構造として知られている。
【０００３】
そして、装置の小型化と高速化に伴って高温で加熱する定着ユニットが例えば特許文献１などに提案されている。同文献には、ヒートローラで加熱したシートを下流側の搬送経路に配置した冷却ファンで送風してシート表面を冷却する装置が提案されている。
【０００４】
また特許文献２には、ヒートローラで加熱したシートを下流側の搬送ガイドにヒートシンクを配置して冷却する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８１６６７号公報（図２）
【特許文献２】特開２００７−０１７６１６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、静電画像形成装置などにおいて熱溶融性インクで画像形成したシートを加熱して定着する定着装置は、広く知られている。そして高速化と高精細化が進むに従ってより高温で加熱定着することが要求されている。
例えば高周波加熱方式でヒートロール、ヒートベルトを瞬間的に加熱する加熱方法と、オンデマンド印刷などウォーミングアップ時間の短縮と省エネ化で画像形成から定着までを迅速に実行することが求められている。
【０００７】
このようにトナー画像を転写したシートを加圧した状態で加熱することによって、紙の繊維内に溶融したトナーを進入させ、これを冷却固化して定着する際にシートに印加する熱によって種々の問題がもたらされている。
加熱温度と時間が不十分であると定着不良となって画像の一部が損なわれる問題が発生し、シート表面が必要位置に高温にさらされるとシートにカールの生じ、シートの表面温度を急速に定着すると水滴付着する問題が生ずる。
【０００８】
従って加熱定着ユニットでシートを所定の温度に加熱するのと同時に、定着ユニットから搬出されたシートを所定の温度に冷却する必要があり、加熱温度と定着温度を上手にコントロールしなければ上述の問題を引き起こす。
そしてトナーとその添加物の最適値は進化して現在では不完全定着の問題は解消されているに近い。しかし、高速化と小型コンパクト化と、省消費電力化は新たな課題を投げ掛けている。
【０００９】
従来、装置起動時には、ウォーミングアップによって装置の機内温度を一定に保ち、装置稼働中のインターバルでも待機運転で装置の機内温度を保持している。これは省費電力化に大きな問題となり、最近のオンデマンドプリンティング仕様からも、装置の立ち上がり時間の短縮化が要求されている。
【００１０】
そこで、定着ユニットには例えば誘導加熱（ＩＨ）装置を採用して瞬間的に定着温度を得ることが試みられている。ところが加熱したシートの表面温度を急速に冷却すると飽和水蒸気量の低下で露化する問題が発生する。
つまり定着ユニットから排紙スタッカまで距離の長いパスでシートを徐々に冷却するときには良いが、短いパスで瞬間的に冷却すると露化してシートに水滴が付着する問題が発生する。
【００１１】
このようにシートを短時間に冷却することで結露の問題が生ずることはすでに知られている。その原因として、シートは保存環境で水分を含有し、画像形成後に急速に加熱されると水蒸気として徐々に（時間的に遅れて）蒸発するが、このシート表面を急速に冷却すると飽和水蒸気量の低下で結露して水滴がシート表面に付着する。
【００１２】
また、シート表面に付着した水滴は、下流側のローラでシート表面を汚損する原因、インク擦れの原因となり、形成した画像品位を劣らせることとなる。
【００１３】
そこで従来は、定着ユニットの下流側に送風ファンを配置してシート表面を空気冷却することが試みられている。
しかし冷却ファンによる消費電力と騒音と装置の大型化の問題が生じている。この冷却ファンの代わりにヒートシンクを用いることも試みられているが消費電力と装置大型化の問題は解決し得ない。
【００１４】
本発明者は、定着装置（加熱ユニット）の下流側でシートに搬送力を付与するシート搬出機構に、搬送ローラ体と加熱ユニットの間にシート表面の温度を緩やかに低下させるロール回転体を配置することによってシート表面を急冷することによる結露を低減できるとの着想に至った。
【００１５】
本発明は、簡単な構造で加熱定着から下流側に搬出するシートの結露を低減し、シート表面の汚損を防止することが可能な画像形成装置における定着シート搬送機構の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は定着ユニットと、その下流側に配置された排紙ローラとの間にシートを所定温度に低減する徐冷ロールを配置し、排紙ローラの手前でシート表面の温度を露化しない所定温度に低下させ、その後に搬送ローラでシートに搬送力を付与するのと同時に冷却することを特徴としている。
このため徐冷ロールは、ロール表面は比較的熱伝導率が高い離型層で形成し、回転軸部材と離型層との間に断熱層を設ける事を特徴としている。
【００１７】
更にその構成を詳述すると、加熱定着されたシートを下流側に搬送する定着装置におけるシート搬送機構であって、シートを加熱圧着する定着ユニット（１４）と、定着ユニットで加熱されたシートを下流側に搬送する排紙ローラ（１７）と、定着ユニットと排紙ローラとの間に配置されシートの表面温度を所定温度に低温化する徐冷ロール（２０）とを備える。
徐冷ロールは、回転中心を形成する回転軸部材（２３）と、回転軸部材の周囲に配置された断熱層（２５）と、断熱層の周囲に配置された離型層（２４）と、で構成され、離型層は、断熱層より熱伝導率が高い素材で構成され、断熱層は、熱伝導率が回転軸部材及び離型層より低い素材で構成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、定着ユニットと排紙ローラとの間にシートを所定温度に低減する徐冷ロールを設け、この徐冷ロールを回転軸中心を形成する回転軸部材と、その外周に配置された断熱層と、その表面に形成された離型層で構成し、離型層は熱伝導率が高く断熱層は離型層および回転軸部材より低い熱伝導率で形成したものであるから以下の効果を奏する。
【００１９】
上流側の定着ユニットで加熱されたシートは、徐冷ロール次いで排紙ローラの順に冷却されるから、シート表面の温度は少なくとも２段階に冷却されることとなり、上下各ロールによる冷却温度差が低減され露化するおそれが少ない。
【００２０】
特に、徐冷ロールは、表面が熱伝導率の高い離型層で構成されているため移動するシートを表面に接しながら転動してシート表面を低下させる。このときシート表面から蒸発した水蒸気成分を周辺に拡散させるように放出する。
これと共に徐冷ロールは、断熱層を介して回転軸部材から装置フレームに装備されるため熱伝導によって熱が急速に失われて冷却されることはない。
【００２１】
更に本発明は、離型層をフッ素樹脂で、断熱層をメラミンフォームで構成することによって表面の離型層に蓄熱された温度が回転軸部材から熱伝導で外部に失われることがなく安定してシート表面温度を所定温度に冷却させることができる。
【００２２】
更に本発明は、徐冷ロールの外径を排紙ローラの外径より小さく設定することにより装置の小型化とローコスト化が可能である。
なお、上述の排紙ローラは、シートのカールを矯正するデカールローラであっても同一の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかわる定着シート搬送機構を採用した画像形成装置の全体構成の説明図。
【図２】本発明にかかわる定着シート搬送機構の全体構成の説明図。
【図３】図１の装置における搬送機構の冷却ロール構造の第１実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図。
【図４】（ａ）は図１の装置における搬送機構の冷却ロール構造の第２実施形態を示し、（ｂ）は冷却ロール構造の第３実施形態を示す。
【図５】第３実施形態における結露発生実験データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下図示の好適な実施形態に基づいて本発明を詳述する。図１は本発明にかかわる定着シート搬送機構Ｂを採用した画像形成装置Ａの全体構成を示す。
【００２５】
図１において、１は給紙部を、２は画像形成部を、３は排紙部を示し、定着シート搬送機構Ｂは画像形成部２と排紙部３との間に配置されている。
給紙部１は、ケーシング４内に配置され、画像形成するシートを収納する給紙カセット５で構成されている。図示のものは異なるサイズのシートを収納する複数のカセットで構成され、選択されたサイズのシートを給紙経路６に供給する。この給紙経路６には画像形成部２に送るシートを一時的に待機させるレジストローラ対７が配置されている。
【００２６】
画像形成部２（図示のものは静電画像形成機構）は、静電ドラム８（環状ロール若しくはベルト；感光体）と、印字ヘッド９（発光器）と、現像器１０と、転写チャージャ１１で構成されている。
そして感光体８に印字ヘッド９で潜画像を形成し、現像器１０でトナー（インク）を付着させて転写チャージャ１１でシート上に画像を形成する。
【００２７】
排紙部３は、シートを排紙口１２に案内する排紙径路１３で構成され、この経路に定着シート搬送機構Ｂが配置されている。
【００２８】
画像形成部２には、転写チャージャ１１の下流側に定着ユニット１４が設けられ、シート表面に付着したトナーを定着させる。
つまりトナーを加熱および加圧によって溶融し紙の繊維に浸透させたのちに固化（冷却）することで定着する。
【００２９】
このため転写チャージャ１１から送られたシートを加熱ローラで加熱圧着する加熱ローラ機構か、若しくは定着ベルト１５と加圧ローラ１６との間でシートを加熱圧着する定着ベルト機構で定着ユニット１４が形成される。
図示のものは定着ベルト１５と加圧ローラ１６との間でシートを加熱圧着する機構を示し、定着ベルト部分１５には図示しない加熱手段（Induction Heating 誘導加熱ユニットなど）が配置されている。
【００３０】
一般的に使用されているトナーの定着温度は１２０℃〜１８０℃であり、シート表面もこれに近い温度となる。このときシート中に含有されている水分は定着ユニット１４で加熱されることによって蒸発して装置内から冷却ファンなどで外部に送出される。
また、加熱定着されたシートは排紙経路１３に配置された搬送ローラ１７（ベルトなど）で下流側の排紙スタッカ２１に搬送される。
【００３１】
なお図示２２はデュープレックス経路でありシートを表裏反転して再び画像形成部2に案内し、裏面に画像形成する。このシートは表面側と同様に定着ユニット１４で加熱定着された後に排紙スタッカ２１に搬出される。
【００３２】
［排紙ローラ（搬送ローラ）構造］
排紙ローラ１７は、互いに圧接した駆動ローラと従動ローラのローラ対で構成されている。駆動ローラ１７ａはゴムなどの高摩擦材料（例えばシリコンゴム）で構成され、金属製の軸部材（不図示）にゴムローラを嵌合して構成している。
また従動ローラ１７ｂは樹脂ローラ（テフロン、ナイロン、ジュラコンなどの合成樹脂）で構成され、付勢スプリング（不図示）で互いに圧接するように構成されている。
このような構成で搬送されるシートの熱はロール表面に伝播し、回転軸（金属部材）から装置フレームを介して装置内に伝播される。
【００３３】
そこで本発明は、高温に加熱されたシート表面に搬送ローラ（搬送ベルトも同様）が接触すると、その熱はローラ表面から回転軸部材に伝わり、比較的急速に冷却される。
これによってシート表面には蒸発した水分が冷却されて再び水滴となり付着する。そこで上述の定着ユニット１４と搬送ローラ１７との間に、徐冷ロール（アニーリングロール）２０を配置することを特徴としている。
【００３４】
［徐冷ロールの構造］
図２に示すように、定着ユニット１４と排紙ローラ１７との間には、徐冷ロール２０が配置してある。徐冷ロール２０は、定着ユニット１４の下流側に隣接して配置され、加熱定着されたシート表面と接するロール表面２０ｒを有するローラ単体又はローラ対で構成される。
【００３５】
図２には、シート表面（加熱面）と接する第１ローラ体２０ａとシート裏面と接する第２ローラ体２０ｂで構成する場合を示している。この他、徐冷ロール２０は、第１ローラ体２０ａのみ（単体）で構成してもよい。
また、徐冷ロール２０は、ローラ対構造、ローラ単体構造のいずれであっても、最大サイズシートの幅サイズより大きいロール長さＬを有するように構成する。
そして定着ユニット１４と排紙ローラ１７で搬送力を付与されたシートに従動するアイドリング構造で構成する。この場合、ローラ径Ｒ２０は排紙ローラ径Ｒ１７より小径（Ｒ２０＜Ｒ１７）に構成する。
【００３６】
そして、徐冷ロール２０（上述の第１、第２ローラ体２０ａ、２０ｂ）は、回転軸部材２３と、この軸部材に支持されシート表面と接触する離型層（部材）２４と、回転軸部材２３と離型層２４との間に配置され、両者間の熱伝導を抑制する断熱層（部材）２５で構成される。回転軸部材２３はローラ構造体全体を堅牢に支持する金属軸で構成し、離型層２４は定着後の用紙搬送性に優れ、熱を吸収しやすい（熱伝導性の良い）素材で構成する。
後述する実施形態ではフッ素樹脂層（コーティング皮膜、フイルム層、スリーブ体など）で構成している。また断熱層２５は、空気層、発泡シリコン層、メラミンフォーム層など熱伝導率の低い素材（断熱効果の高い素材）で構成する。
【００３７】
このように構成することによって、徐冷ロール２０は装置フレーム（不図示）に安定した状態で回転可能に支持され、加熱定着されたシートの表面温度を表面の離型層（層）では吸収（冷却）し、断熱層２４では回転軸部材２３から装置フレームなどに熱伝導で伝搬するのを抑制（抑止）する。
従って、徐冷ロール２０では加熱定着されたシートを所定温度までは低下（冷却）させるが、所定温度以下には冷却しないこととなる。そしてこの所定温度は、離型層の外周径と層厚さ、及び断熱層２４の熱伝導特性によって設定される。
【００３８】
つまり、徐冷ロール２０の離型層２４を大径で層厚さを大きく設定すると冷却温度を低く設定でき、断熱層２４の熱伝導特性を低い素材で、若しくは層厚さを厚く設定すると冷却温度を比較的高い温度に設定することができる。
そしてこの徐冷ロール２０を定着ユニット１４の下流側で搬送ローラ機構１７の上流側に配置し、加熱定着されたシートが搬送ローラ１７で急速に冷却され、シート表面に水滴が付着する（シート表面雰囲気の飽和水蒸気量の低下）。
以下、徐冷ロール２０の実施形態について説明する。
【００３９】
［徐冷ロールの第１実施形態］
図３（ａ）に徐冷ロール２０の第１実施形態を示す。
回転軸部材２３は同一回転軸上に位置する左回転軸部材２３Ｒと右回転軸部材２３Ｆで構成され、この左右の回転軸部材２３は対称に形成されている。
左右の回転軸部材２３には軸承部２３ａが左右同一径で形成され、装置フレームの軸受部材（不図示）に軸支持されている。
また、左右の回転軸部材２３にはフランジ部２３ｂが一体形成されている。このフランジ部２３に後述する円筒形状の離型層２４（部材）が嵌合される。
【００４０】
なお、上記フランジ部２３ｂには空気を外部に送通する通気孔（不図示）が形成されている。そして左右のフランジ部２３ｂには中空円筒形状の離型層２４（部材）が嵌合されている。この離型層２４はステンレス鋼（ＳＵＳ鋼）の中空円筒体（中間円筒部材）でスリーブ形状に形成され、その中空部の左右端に回転軸部材２３Ｒ、２３Ｆを嵌合することによって一体的な円筒体を形成している。
【００４１】
そして上記中空円筒体の外表面にはフッ素樹脂（四フッ化樹脂）でコーティングしてあり、この離型層２４の表面は、熱伝導性と、対トナー離型性（トナーの剥がれ易さ）を備えている。従ってこのように構成された離型層２４は、加熱定着され一定送り出されたシート表面の温度を所定温度に低下させる。このときの温度は、離型層２４の周速度とフッ素樹脂層の膜厚さとスリーブ体（ＳＵＳ）の熱伝導特性によって設定される。
【００４２】
上記離型層２４と上記回転軸部材２３との間に形成される中空部には空気が内在している。このときの熱伝導率はゼロである。
従って離型層２４表面にシートから伝搬された熱は空気を介して回転軸部材に伝播されることがない。尚この場合にも、離型層２４の熱は空気の対流とフランジ部２３ｂを介して少許の熱が回転軸部材２３に伝播される。
【００４３】
以上の説明した徐冷ロール２０は定着ユニット１４の下流側に配置され、排紙ローラ１７の上流側で、ユニットの搬送手段（ローラ又はベルト）と排紙ローラ１７の搬送力で送られるシートの定着表面と摺接して回転する。このとき徐冷ロール２０を表面層（フッ素樹脂）は熱伝導特性に富み、断熱層２５（空気層）より熱伝導率が大きく、回転軸部材２３（金属製）より熱伝導率が小さく設定されている。
【００４４】
［徐冷ロールの第２実施形態］
図４（ａ）に示す第２実施形態について説明する。本実施形態は回転軸部材２３をストレートな貫通軸２３で構成し、その外周に断熱層（空気層）２５を、更にその外周に離型層２４を形成するロール構造を採用している。
離型層２４は、ステンレス鋼その他の中空円筒体で構成し回転軸部材２３に設けたカラー部材２６ａ、２６ｂに嵌合してある。カラー部材２６と中空円筒体の離型層２４とは、接着剤、圧入などで一体化してある。
【００４５】
そして回転軸部材２３と離型層２４との間には空気層２５が形成されている。この空気層２５は密閉されていても或いはカラー部材２６に通気孔を形成して空気流れを形成してもよい。
【００４６】
［徐冷ロールの第３実施形態］
この実施形態は、回転軸部材２３を略同一径の金属軸（ロッド）で構成し、その両端部には装置フレームに軸受支持する軸承部２３ａが形成されている。回転軸部材２３と外周には断熱層２５が形成され、その外周に離型層２４が形成されている。断熱層２５は発泡シリコン、メラミンフォームで形成され、離型層２４は、フッ素樹脂（ＦＰＡ）のチューブで形成してある。
【００４７】
図５は、上述の第３実施形態におけるロール表面の結露状態を示す実験データである。
（I）は鉄製回転軸にフッ素チューブを嵌合（断熱層なし）したロール表面を１８０℃に加熱したシート面に接触させた状態で５分間放置したときの結露状態を示すものであり、ロール表面には復数箇所に大きな水滴が発生した。
【００４８】
（II）は、鉄製回転軸（Iと同一径、同一素材）に発泡シリコン層（厚さ１ミリ）を形成し、先と同様にロール表面を１８０℃に加熱したシート面に接触させた状態で５分間放置したときの結露状態を示す。
ロール表面には復数箇所に小さな水滴が発生した。目視観察で（I）より小さい水滴で、発生個所も少ない。
【００４９】
（III）は、鉄製回転軸（Iと同一径、同一素材）にメラミンフォーム層（厚さ１ミリ）を形成し、先と同様にロール表面を１８０℃に加熱したシート面に接触させた状態で５分間放置したときの結露状態を示す。ロール表面には水滴の発生は認められない。
【符号の説明】
【００５０】
１      給紙部
２      画像形成部
３      排紙部
８      静電ドラム
１１    転写チャージャ
１３    排紙径路
１４    定着ユニット
１５    定着ベルト
１６    加圧ローラ
１７    排紙ローラ
１８    排紙ローラ
１９    排紙ローラ
２０    冷却ローラ
２０ａ  第１ローラ体
２０ｂ  第２ローラ体
２３    回転軸部材
２４    離型層（部材）
２５    断熱層（部材）
【図１】
2015022274.tif 000003
【図２】
2015022274.tif 000004
【図３】
2015022274.tif 000005
【図４】
2015022274.tif 000006
【図５】
2015022274.tif 000007