(57)【要約】【課題】効率的にシートを冷却することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体上に形成されたトナー画像をシートＳに転写した後、定着装置１によりシートＳを加熱してトナー画像を定着させる。そして、この定着装置１の下流に定着装置１により加熱されたシートＳに空気を吹き付けてシートＳを冷却する冷却装置１４Ａを設け、この冷却装置１４Ａを、冷却装置１４Ａから吹き付けられる空気の、シートＳに平行な速度が最大となるように配置することにより、効率的にシートを冷却することができるようにする。【選択図】　　　図２
2004118113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成されたトナー画像をシートに転写した後、前記シートを加熱して前記トナー画像を定着させる画像形成装置において、
前記シートを加熱して前記トナー画像を定着させる定着装置と、
前記定着装置の下流に設けられ、該定着装置により加熱されたシートに空気を吹き付けて該シートを冷却する冷却装置と、
を備え、
前記冷却装置を、該冷却装置から吹き付けられる空気の、前記シートに平行な速度が最大となるように配置することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記冷却装置は、前記シートに向けて空気を吹き出すファンを備え、該冷却装置から吹き付けられる空気の、前記シートに平行な速度が最大となるよう前記ファンの前記シートに対する空気吹き出し角度を所定範囲内としたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記シートに向けて空気を吹き出すファンとダクトとを備え、該冷却装置から吹き付けられる空気の、前記シートに平行な速度が最大となるよう前記ダクトの吹き出し口の前記シートに対する空気吹き出し角度を所定範囲内としたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記所定範囲は３５〜５５°であることを特徴とする請求項２又は３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記定着装置の下流に設けられ、前記シートが通過する搬送空間を対向配置された板状のガイド部材で構成し、かつ前記ガイド部材のうち少なくとも前記冷却装置に臨むガイド部材に該冷却装置からの空気を前記搬送空間に入り込ませるスリットを形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、特にシートに転写されたトナー画像を加熱定着した後、シートを冷却する冷却装置を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、像担持体上に形成されたトナー画像をシートに転写した後、シートを加熱してトナー画像を定着させるようにしたものがある。
【０００３】
図１０は、このような従来の画像形成装置の定着装置近傍の構成を示す図であり、同図において、１０１は定着装置、１０２は定着ローラ、１０３は加圧ローラである。ここで、加圧ローラ１０３は図示しない付勢手段によって定着ローラ１０２に圧接しており、また定着ローラ１０２はヒータ１０４を内蔵しており、サーミスタ１０５によって定着ローラ１０２の温度が、例えば２００℃になるようにコントロールされている。
【０００４】
そして、図示しない転写部で転写された未定着トナー画像を有したシートＳが定着ローラ１０２と加圧ローラ１０３のニップ部に搬送されると、シートＳは定着ローラ１０２と加圧ローラ１０３により加熱加圧され、これにより未定着トナー画像がシートＳに定着される。
【０００５】
ところで、このようにして定着装置１０１によってトナー画像が定着されたシートＳは熱を持っており、この熱を持ったシートＳが機外の排出トレイ１０６に排出、積載されると、積載されたシートＳの中で蓄熱が発生してしまう。この結果、シート上のトナーが粘性を持つようになり、このようにトナーが粘性を持つようになると、このシートＳが、直上に積載されたシートの裏面に貼り付いてしまう。
【０００６】
これは排紙接着と呼ばれる現象であり、この現象は特にシートＳが定着装置１０１を通過してから機外に排出されるまでの時間が短く、シートＳが十分冷えきらずに積載される高速機において発生しやすい。
【０００７】
また、シートの両面に画像を形成するために、一度定着装置を通過したシートを再び画像形成部に搬送する構成の画像形成装置においては、シートの熱が画像形成部近傍の雰囲気温度を上昇させ、現像器やクリーナ内のトナー等に悪影響をおよぼす。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するために、例えば同図に示すように、定着装置１０１の下流の搬送路１０７の上方にダクト１１５を接続したファン１１４を配置し、未定着トナー画像が定着された後のシートＳにダクト１１５の吹き出し口１１５ａから空気を吹き付けることにより、シートＳを冷却するようにしたものがある。なお、このような画像形成装置は、下記の特許文献に示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２５５８０７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の画像形成装置においては、空気の吹き出し方向によっては、効率的にシートを冷却することができない場合があり、このような場合、排紙接着や両面コピー時の機内昇温等の不具合を防ぐことができない。なお、空気の吹き出し量を多くしてシートを冷却するようにした場合には、消費電力が多くなり、コストが増加するばかりでなく、騒音も発生する。
【００１１】
そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、効率的にシートを冷却することのできる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、像担持体上に形成されたトナー画像をシートに転写した後、前記シートを加熱して前記トナー画像を定着させる画像形成装置において、前記シートを加熱して前記トナー画像を定着させる定着装置と、前記定着装置の下流に設けられ、該定着装置により加熱されたシートに空気を吹き付けて該シートを冷却する冷却装置と、を備え、前記冷却装置を、該冷却装置から吹き付けられる空気の、前記シートに平行な速度が最大となるように配置することを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明は、前記冷却装置は、前記シートに向けて空気を吹き出すファンを備え、該冷却装置から吹き付けられる空気の、前記シートに平行な速度が最大となるよう前記ファンの前記シートに対する空気吹き出し角度を所定範囲内としたことを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明は、前記冷却装置は、前記シートに向けて空気を吹き出すファンとダクトとを備え、該冷却装置から吹き付けられる空気の、前記シートに平行な速度が最大となるよう前記ダクトの吹き出し口の前記シートに対する空気吹き出し角度を所定範囲内としたことを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明は、前記所定範囲は３５〜５５°であることを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明は、前記定着装置の下流に設けられ、前記シートが通過する搬送空間を対向配置された板状のガイド部材で構成し、かつ前記ガイド部材のうち少なくとも前記冷却装置に臨むガイド部材に該冷却装置からの空気を前記搬送空間に入り込ませるスリットを形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００１９】
同図において、５０は画像形成装置、２１ａ、２１ｂはシート収納部である給紙トレイである。また、２０は画像形成部であり、給紙トレイ２１ａ，２１ｂに収納されたシートＳはピックアップローラ４０、分離ローラ対４１、搬送ローラ４３，４４及びレジストローラ対４５を経て所定のタイミングで、画像形成部２０の像担持体である感光体ドラム４６及び転写装置４７とにより構成される転写部４８に搬送され、この転写部４８において感光体ドラム上に形成されたトナー画像が転写される。そして、このようにトナー画像が転写されたシートＳは、この後、搬送ベルト２３により定着装置１に搬送され、この定着装置１にてトナー画像が加熱定着される。
【００２０】
ところで、このようにトナー画像が定着された後、シートＳは、そのまま排紙される場合は、搬送路３５ｃを経て装置本体５０Ａから排紙トレイ１３上に排出される。また、反転排出される場合は、搬送路３５ｂを経て一旦、反転通路３５ｄに進入し、この後、反転通路３５ｄ、反転排出通路３５ｅを経て反転した状態で装置本体５０Ａから排出される。
【００２１】
また、両面コピー（両面画像形成）の場合は、搬送路３５ｂを経て反転通路３５ｄに進入し、この後、反転通路３５ｄ、再搬送通路３５ｇを経て反転された状態で再び画像形成部２０に搬送されるようになっている。そして、このように画像形成部２０に搬送されたシートＳは、トナー画像が転写された後、搬送ベルト２３、定着装置１を通った後、搬送路３５ｃを通過してストレート排紙されるようになっている。
【００２２】
図２は、画像形成装置５０の定着装置１近傍の拡大図である。なお、同図は、搬送路３５ｃのみを描いており、他の搬送路３５ｂ，３５ｅについては省略している。
【００２３】
同図において、２、３は定着装置１に設けられた定着ローラ及び加圧ローラであり、加圧ローラ３は図示しない付勢手段によって定着ローラ２に圧接している。また、５はサーミスタであり、このサーミスタ５によって定着ローラ２に内蔵されたヒータ４を制御し、定着ローラ２の温度が、例えば２００℃になるようにコントロールしている。
【００２４】
６は、定着ローラ２と加圧ローラ３に接するように設けられた分離爪であり、この分離爪６により定着ローラ２又は加圧ローラ３からシートＳを分離するようにしている。７，８は定着装置１を通過したシートを案内する下及び上ガイド板であり、搬送路３５ｃを構成する下ガイド板７に沿ってシートＳは装置本体５０Ａから排紙トレイ１３上に排出される。
【００２５】
９は下ガイド板７に回転自在に支持された搬送ローラ、１０は搬送ローラ９に対向するように配置され、不図示の付勢手段により付勢された搬送コロ、１１は装置本体５０Ａの排紙口５１に設けられ、下ガイド板７に回転自在に支持された排出ローラ、１２は排出ローラ１１に対向するように配置され、不図示の付勢手段により付勢された回転自在の排出コロである。
【００２６】
また、１４Ａはファン１４及びファン１４に接続され、吹き出し口１５ａを有するダクト１５を備え、シートＳを冷却するための冷却装置であるシート冷却装置である。
【００２７】
次に、このようなシート冷却装置１４Ａのシート冷却動作について説明する。
【００２８】
感光体ドラム４６及び転写装置４７により構成される転写部４８（図１参照）で転写された未定着トナー画像を有したシートＳが定着ローラ２と加圧ローラ３のニップ部に搬送されると、シートＳは定着ローラ２と加圧ローラ３によって加熱加圧され、これにより未定着トナー画像はシートＳに定着される。
【００２９】
この後、分離爪６によってシートＳは定着ローラ２又は加圧ローラ３から剥離されて搬送ローラ対９，１０に向かって搬送され、搬送ローラ対９，１０によって下ガイド板７に沿って搬送される。さらに、この後、シートＳは下ガイド板７に沿って案内されて排紙ローラ対１１，１２によって排出され、排紙トレイ１３に積載される。
【００３０】
そして、このように下ガイド板７に沿って搬送されている間、シート表面はファン１４によってダクト１５の吹き出し口１５ａから吹き出される空気によって冷却される。
【００３１】
ところで、このようにシートＳに空気を吹き付けてシートＳを冷却する場合、シートＳに対して約４５°の角度で空気を吹き付ける時に、もっとも冷却効果が高いことが実験により明らかになった。
【００３２】
次に、このような空気の吹き付け角について詳しく説明する。
【００３３】
図３はダクト１５（の吹き出し口１５ａ）の向きとシート温度低下の関係を示す図表であり、この図から、シートＳに対するダクト１５の向きを斜めにした時に、水平、垂直に空気を吹き付けた時よりもシートＳの温度低下が大きいことがわかる。この理由としては、ダクト１５の向きを水平にした場合はダクト１５の吹き出し口１５ａから拡散した空気しかシートＳに当たらず、逆に垂直に吹き付けた場合にはシートＳに当たった空気が跳ね返り分散し、損失が大きくなることが原因と考えられる。
【００３４】
次に、斜めにした時の角度が４５°付近で最適になる理由について説明する。
【００３５】
シートＳから奪われる熱量ΔＱは、強制対流の熱伝達により以下の式で表される。
【００３６】
【数１】
2004118113.tif 000003
【００３７】
【数２】
2004118113.tif 000004
【００３８】
【数３】
2004118113.tif 000005
【００３９】
以上から、理論上シートＳの温度低下は、シート平面上の空気の速度Ｖａのルートに比例することがわかる。つまり、シート平面上の空気の速度Ｖａが速いほど、シートＳの温度は低下する。
【００４０】
図４は、図５に示すように、ダクト１５の吹き出し口１５ａからの距離ｘに対応する空気の風速Ｖ０を測定した実験結果を示す図であり、図４から明らかなように吹き出し口１５ａからの距離が離れていくにつれて、風速Ｖ０も低下していく。
【００４１】
図６は、ダクト１５をシート面から一定の高さに配置し、吹付け角度を変化させた時の理論説明図であり、シート面に平行な風速Ｖａは、ダクト１５の傾斜角をθとすると
Ｖａ＝Ｖ０・ｃｏｓθ
で表される。
【００４２】
図７は、ダクト１５をシート面から一定の高さに配置した場合におけるダクト１５の傾斜角とシート面に平行な風速の関係を示した図であり、図６のベクトル成分の作図からもわかるようにダクト傾斜角４５°でシート面に平行な風速はピークとなる。
【００４３】
ここで、ダクト１５の傾斜角が４５°でピークを迎えた時のシート面に平行な風速Ｖａは、図７の場合、４．５［ｍ／ｓ］である。この場合、例えば傾斜角を４５°±１０°、即ち３５〜５５°の範囲で設定してもピーク時の風速に対して約９５％の４．２５［ｍ／ｓ］の風速が確保される。
【００４４】
以上説明したように、上記式３からシートＳの温度低下はシート面に平行な風速Ｖａのルートに比例し、また図７から風速Ａａがピークとなるダクト１５の傾斜角は４５°という結果より、同じ能力のファン１４をシート面から同じ高さに配置する際、ダクト１５の傾斜角を４５°±１０°の範囲に設定すれば、高い冷却効果が得られることが判明した。
【００４５】
そこで、本実施の形態において、定着後のシートＳを冷却する際、ファン１４の能力やダクト１５の配置を変えることなく最大限の冷却効果が得られるようダクト１５を、空気の吹き出し方向が図２に示すようにシートＳの搬送方向Ａに対して逆方向で、かつシートＳに対して約４５°の角度となるような位置に配置した。
【００４６】
さらに、本実施の形態において、ダクト１５の吹き出し口１５ａの開口部中心と下ガイド板７との距離を、既述した図４に示すようにシート面と平行に吹き付けられる空気の風速Ｖａが最大に近くなる１０ｍｍとなる位置に配置している。
【００４７】
これにより、下ガイド板７に案内されて搬送している間、シート表面はファン１４によって送られる風速Ｖａが最大の空気によって冷却される。この結果、ファン１４によるシートＳの冷却効率も最大となり、排紙接着等のシート温度に起因する問題を効率的に回避することができる。
【００４８】
このように、シート冷却装置１４Ａを、シート冷却装置１４Ａから吹き付けられる空気の、シートＳに平行な速度Ｖａが最大となるように配置することにより、効率的にシートＳを冷却することができる。これにより、排紙接着や両面コピー時の機内昇温等の問題を、省電力／低コスト及び低騒音で回避することが可能となる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５０】
図８は、本実施の形態に係る画像形成装置の定着装置近傍の構成を説明する図である。なお、同図において、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示している。
【００５１】
同図において、２７は定着装置１を通過したシートＳを案内する板状のガイド部材である下ガイド板、２８は下ガイド板２７に対向して配置された板状のガイド部材である上ガイド板であり、シートＳは上及び下ガイド板２７，２８によって形成される搬送空間を経て装置本体５０Ａから排紙トレイ１３上に排出されるようになっている。
【００５２】
ここで、このようにシートＳを下及び上ガイド板２７，２８によって形成される搬送空間を通過させるようにすることにより、シートＳがカールした場合でも、シートＳのカール量を考慮することなく、冷却装置１４Ａを配置することができる。
【００５３】
なお、これら下及び上ガイド板２７，２８には、図９に示すようにそれぞれシート搬送方向に略平行なスリット２７ａ，２８ａが設けられている。
【００５４】
また、本実施の形態において、冷却装置１４Ａは、図８に示すように空気の吹き出し方向がシートＳの搬送方向Ａと同方向で、かつシートＳに対して約４５°の角度となる位置、また吹き出し口１５ａの開口部中心と下ガイド板２７との距離が５ｍｍとなる位置にダクト１５を配置している。
【００５５】
これにより、定着装置１を通過した後、上ガイド板２８及び下ガイド板２７間を搬送されるシートは、上及び下ガイド板２７，２８を通過している間、下ガイドスリット２７ａから搬送空間に入り込んだファン１４からの空気によって冷却される。また、このとき、シート面直下で、かつシート面と平行に吹き付けられる空気の風速Ｖａは、下ガイド板２７からの距離を５ｍｍに固定した場合最大となり、これによりシート表面は最大限冷却される。
【００５６】
このように、ガイド板２７，２８にスリット２７ａ，２８ａを設け、このスリット２７ａ，２８ａからシートＳに空気を吹き付けるようにすることにより、搬送中のシートＳのカール量を考慮することなく、ダクト１５をシートに、より近接して配置することができる。その結果、Ｖａをより大きくすることができ、更なる冷却効果を得ることができる。
【００５７】
なお、これまでの説明においては、ファン１４からの空気をダクト１５から吹き出すようにしたが、ファン１４のみでも同様の効果を得ることができる。また、これまでの説明においては、ファン１４の吹き出し方向とダクト１５の吹き出し方向を同じ方向にしているが、本発明は、これに限らず、例えばシート搬送方向に直交する向きにファン１４の吹き出し方向を設定すると共にダクト１５の吹き出し方向をシート面に対して約４５°になるようにし、最終的にシート面に吹き付ける空気の角度が３５〜５５°の範囲となるように構成すれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のように、定着装置により加熱されたシートに空気を吹き付けてシートを冷却する冷却装置を、冷却装置から吹き付けられる空気のシートに平行な速度が最大となるように配置することにより、効率的にシートを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図。
【図２】上記画像形成装置の定着装置近傍の拡大図。
【図３】上記画像形成装置に設けられたシート冷却装置のダクトの向きとシート温度低下の関係を示す図表。
【図４】上記ダクトの吹き出し口からの距離と風速の関係を示す図表。
【図５】上記ダクトの吹き出し口と、ダクトの吹き出し口からの距離を示す図。
【図６】上記ダクトをシート面から一定の高さに配置し、吹付け角度を変化させた時の理論説明図。
【図７】ダクトの傾斜角とシート面に平行な風速の関係を示す図表。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置近傍の構成を説明する図。
【図９】上記定着装置近傍の構成を説明する上視図。
【図１０】従来の画像形成装置の定着装置近傍の構成を説明する図。
【符号の説明】
１　　　　　定着装置
２　　　　　定着ローラ
３　　　　　加圧ローラ
７　　　　　下ガイド板
１４Ａ　　　シート冷却装置
１４　　　　ファン
１５　　　　ダクト
１５ａ　　　吹き出し口
２０　　　　画像形成部
２７　　　　下ガイド板
２７ａ　　　スリット
２８　　　　上ガイド板
２８ａ　　　スリット
５０　　　　画像形成装置
Ｓ　　　　　シート
【図１】
2004118113.tif 000006
【図２】
2004118113.tif 000007
【図３】
2004118113.tif 000008
【図４】
2004118113.tif 000009
【図５】
2004118113.tif 000010
【図６】
2004118113.tif 000011
【図７】
2004118113.tif 000012
【図８】
2004118113.tif 000013
【図９】
2004118113.tif 000014
【図１０】
2004118113.tif 000015