(57)【要約】【課題】  ユーザが要求する成果物の光沢度を簡易な構成で実現する画像形成装置を提供する。【解決手段】  定着後のシートＰを冷却ローラ２０１とベルト２０２で挟持搬送することにより冷却する冷却装置において、冷却ローラ２０１のベルト２０２に対する進入量を可変とすることでグロスコントロールを実現する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート上に形成されたトナー像を加熱定着させる定着器と、
前記定着器を通過したシートを冷却する冷却装置と、を備え、
前記冷却装置は、
前記定着器を通過したシートを、ベルトと挟持して搬送することによりシートを冷却する冷却ローラと、
前記冷却ローラと前記ベルトがシートを挟持する領域の搬送方向の長さが変更する変更手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記変更手段は、前記冷却ローラが前記ベルトに接触した状態における前記冷却ローラの前記ベルトに対する位置を変更することにより前記冷却ローラと前記ベルトがシートを挟持する領域の搬送方向の長さを変更とする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】
前記冷却ローラと前記ベルトがシートを挟持する領域の搬送方向の長さが長いほど、冷却されるシートの光沢度が高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記ベルトは表面に複数の孔が設けられ、
前記ベルトの、前記冷却ローラとは反対側に吸引ファンを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記吸引ファンの吸引力は、冷却されるシートの坪量が大きいほど強いことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記吸引ファンは、冷却されるシートが前記ベルト上を通過している時に作動されることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記冷却ローラにエアを吹き付けて前記冷却ローラを冷却する冷却ファンを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記冷却ローラのシート搬送方向下流に設けられ、前記ベルトの上方から前記ベルトに向かってエアを吹きつけるファンを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー画像が加熱定着されたシートを冷却する冷却装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱定着によってトナーをシートに定着する画像形成装置によって形成されたトナー画像、特にカラー画像には、例えば写真画像における高品質画像の条件として高い光沢度（以下、グロス）が要求されている。その一方、グロスが低いほうが見やすい場合があり、例えばビジネスユースのカラーグラフや文字画像、あるいはＣＡＤ図面などをプリントする場合には、グロスの低い画像が好まれる。このように、出力される画像のグロスに対するユーザの要求は多岐にわたり、画像形成の都度、その要求を満足させなければならない。
【０００３】
上述した画像形成方式による成果物のグロスは、定着後のシートの冷却条件によって変化することがわかっている。例えば、表面性の優れたローラやベルトを用いて定着後のシートをトナーのガラス転移点温度まで冷却すると、グロスが高い画像を出力することが可能となる。
【０００４】
従来、このようなメカニズムに基づいて、定着ベルト内側に冷却ローラを備え、定着ベルトに対して冷却ローラの接離を行うことによって、グロスコントロールを行う構成が考案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８５６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、二つの定着ベルトを対向して設けた、いわゆるツインベルト式定着器を用いており、加熱された定着ベルトを冷却する必要があるため、十分な冷却効果を得ることが難しい。また、通常の定着のために一旦冷却した定着ベルトを再加熱する際に時間がかかるため、生産性が低下するとともに、電力消費量も増大する。
【０００７】
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、生産性を低下させることなく、ユーザの要求に応じたシートの光沢度を実現することのできる冷却装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、シート上に形成されたトナー像を加熱定着させる定着器と、前記定着器を通過したシートを冷却する冷却装置と、を備え、前記冷却装置は、前記定着器を通過したシートを、ベルトと挟持して搬送することによりシートを冷却する冷却ローラと、前記冷却ローラと前記ベルトがシートを挟持する領域の搬送方向の長さが変更する変更手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
冷却ローラとベルトの接触状態において、冷却ローラのベルトに対する位置を可変とすることで、冷却ローラとベルトのニップ量の調整が可能となり、シートのグロスを任意に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置を備えた画像形成装置の断面図。
【図２】上記冷却装置の断面図。
【図３】上記冷却装置に設けられた冷却ローラを移動させるカム機構を説明する断面図。
【図４】高グロスモード設定時における上記冷却ローラとベルトの関係を説明する断面図。
【図５】上記冷却ローラのベルトに対する進入量とニップ量の関係を説明する図。
【図６】上記画像形成装置におけるグロスモードと各種パラメータの設定例を示す表。
【図７】上記冷却装置の動作を説明するフローチャート図。
【図８】上記画像形成装置の制御ブロック図。
【図９】冷却用ファンユニットを設けた上記冷却装置の概略図。
【図１０】吹き付けファンを用いた本発明の第２の実施の形態に係る冷却装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、回転体を用いた冷却装置１９９を組み込んだ画像形成装置であるプリンタの一例を示す断面図である。図１において、１はプリンタ本体であり、プリンタ本体１の上部に備えられた画像形成部２、下部に備えられたシート搬送部４とから構成される。
【００１２】
画像形成部２は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ各色ごとの画像形成ステーションを備える。それぞれのステーションには像担持体としての感光体ドラム２０、感光体ドラム表面を一様に帯電する帯電器２１、帯電された感光体ドラム２０に静電潜像を形成するための露光ユニット２２を備える。さらに、感光体ドラム２０上の静電潜像をトナー像に現像する現像器２３、感光体ドラム２０上のトナー像を中間転写ベルト２４に転写する１次転写ローラ２５、感光体ドラム２０上の残留トナーを除去するクリーナ２６を配設する。中間転写ベルト２４は、駆動ローラ２７、２次転写内ローラ２８、テンションローラ２９によって張架されている。
【００１３】
次に、シート搬送部４の構成について説明する。用紙カセット４０に収納されたシートＰは、給紙ローラ４１及び分離ローラ対４２によって１枚ずつ分離され、複数の搬送ローラ４３によってレジストローラ対４４へと搬送される。レジストローラ対４４のニップにシート搬送方向下流端を突き当てて停止したシートは、中間転写ベルト２４上のトナー像の位置とタイミングを合わせて搬送される。
【００１４】
中間転写ベルト２４上のトナー像は、２次転写内ローラ２８と２次転写外ローラ４５が対向する転写位置においてレジストローラ対４４から搬送されたシートＰ上に転写される。さらにシート搬送方向下流には、搬送ベルト４６、シートＰ上のトナー像を定着する定着器１２、定着器１２を通過したシートＰを冷却する冷却装置１９９、シートＰを装置外へ排出して排紙トレイ４９に積載する排紙ローラ４８が配設される。
【００１５】
冷却装置１９９に到達したシートＰの温度は約９０℃で、冷却装置１９９を通過したシートＰの温度は約５５℃である。このように、冷却装置１９９を通過することによって、定着後のシートＰをトナーのガラス転移点８０℃よりも低い温度にすることができる。仮にシートＰが冷却装置１９９を通過しない場合、シートＰはトナーのガラス転移点よりも高い温度で、ガイドや搬送ローラに接触することになる。この場合、シートＰの接触部分のみガイドや搬送ローラの表面性が画像に転写され、光沢ムラが発生する。よって、高品位な画像を得るためには、定着後のシートＰ及びトナーを冷却する冷却装置１９９が必要である。
【００１６】
次に、冷却装置１９９とその周辺の構成について説明する。図２は、冷却装置１９９の断面図である。冷却装置１９９は、定着器１２を通過したシートを挟持して搬送する冷却ローラ２０１、ベルト２０２から構成される。定着後のシートＰは、冷却ローラ２０１とベルト２０２の挟持により形成されるニップ部２００を通過することで冷却される。ニップ部２００とは、ベルト２０２が冷却ローラ２０１に巻きつくように接触することにより形成される領域を指す。
【００１７】
冷却ローラ２０１は、ＳＵＳ製のローラ材に厚さ０．５ｍｍのＰＦＡチューブを巻いたものであり、冷却ローラ２０１の表面性は高い。ＰＦＡチューブが巻かれた部分の外径は６０ｍｍである。冷却ローラ２０１は、モータから供給される駆動力によって回転駆動され、後述するカム機構２３０によりベルト２０２に対して近づく、あるいは遠ざかる方向に移動可能な構成となっている。
【００１８】
ベルト２０２はＣＲゴムの表層にウレタン材を接着した弾性ベルトで、厚みは６００μｍである。ベルト２０２の表面には搬送方向及び搬送方向と直交する幅方向にそれぞれ、１５ｍｍピッチ、７．８ｍｍピッチでφ４ｍｍの孔が設けられている。ベルト２０２は、駆動ローラ２０４ａにより回転駆動され、張架ローラ２０４ｂ、２０４ｃにより張架される。張架ローラ２０４ｂは、後述するカム機構によって位置を変更してベルト２０２にかかる張力を可変できる構成となっている。
【００１９】
ベルト２０２の冷却ローラ２０１と反対側にはシートＰをベルト２０２の表面に密着させるための吸引ファン２０３があり、ファンダクト２０８に接続されている。吸引ファン２０３の吸引力は、ユーザが設定、入力するグロスモード（冷却されるシートの光沢度に関する情報）、シート情報（坪量）に応じて、自動的に適切な吸引力に調節される。冷却装置１９９のシート搬送方向上流には上流ガイド２０５がある。上流ガイド２０５のシート搬送方向下流端には入口ガイドシート２０７が配置され、シートＰをニップ部２００にガイドする。冷却装置１９９のシート搬送方向下流には下流ガイド２０６が配置される。
【００２０】
次に、ニップ部２００における冷却ローラ２０１とベルト２０２のニップ量を変更するための移動手段としてのカム機構２３０について詳細に説明する。ここで、冷却ローラ２０１とベルト２０２のニップ量とは、冷却ローラ２０１とベルト２０２がシートを挟持する領域の冷却ローラ２０１の円周に沿った長さを言い、冷却ローラ２０１のベルト２０２に対する進入量によって変化する。
【００２１】
図３に冷却ローラ２０１を移動させるカム機構２３０の断面図を示す。冷却ローラ軸２２０はベアリング２２１によって支持されている。ベアリング２２１は、側板２２２に設けられた長孔部に嵌合し、長孔に沿って移動できる構成となっている。冷却ローラ軸２２０には位置規制ベアリング２２８が取り付けられている。位置規制ベアリング２２８に対してカム軸２２９に固定されたカム２２３が当接している。カム２２３は異なる半径を有する複数の当接部を備えている。カム軸２２９は減速ギア２２４、２２５、２２６、モータギア（非図示）を介して、位置決めモータ２２７からの駆動を受けて、回転可能となっている。この回転に伴い、カム２２３の位相が変わることにより冷却ローラ２０１が移動し、ベルト２０２に対する相対位置が変化することで、冷却ローラ２０１とベルト２０２が接触する度合いが変化する。これにより、ニップ部２００における冷却ローラ２０１とベルト２０２のニップ量を調節することができる。
【００２２】
次に、冷却装置１９９によってシートＰが冷却される手順を説明する。図４に高グロスモード設定時の冷却装置の動作を示す断面図を示す。まず、ユーザが成果物をプリントする際にシートＰのシート情報（種類、坪量）の入力、及びグロスモード（光沢度の高低）を設定する。ユーザは操作部１０１、又は画像形成装置に接続されたホストＰＣからシート情報の入力、及びグロスモード設定を行う。ユーザによって設定、入力された情報は画像形成装置のコントロール部（ＣＰＵ１５０（図８））に送られる。設定したグロスモードと、入力されたシートＰの情報に基づいてＣＰＵ１５０が冷却ローラ２０１とベルト２０２のニップ量、吸引ファン２０３の吸引力等を制御する。
【００２３】
高グロスモード設定時には冷却ローラ２０１はカム機構２３０によって、ニップ部２００における冷却ローラ２０１とベルト２０２のニップ量を増大させる方向に移動する。そして、画像形成動作が始まると、冷却ローラ２０１とベルト２０２は回転を始める。また、シートＰのシート搬送方向下流端がベルト２０２に到達するタイミングで吸引ファン２０３は吸引を始める。この際の吸引力は、入力、設定されたシートＰの種類、坪量、及びグロスモードによって決まっており、坪量が大きく、剛度の高い材質であるほど、シートＰをベルト２０２の表面に密着させるための吸引力は強く設定されている。シートＰは、定着器１２においてトナーが定着された後、上流ガイド２０５を通過する。そして、入口ガイドシート２０７によってガイドされながら、ニップ部２００に進入する。この際の冷却装置１９９へ搬入直前のシートＰの温度は約９０℃程度である。ニップ部２００ではシートＰは吸引ファン２０３に吸引され、ベルト２０２の表面に保持されながら搬送される。シートＰの画像面は冷却ローラ２０１に圧接されながら冷却され、ニップ量を最大にするとニップ部２００の直後のシートＰの温度は約５５℃まで低下する。トナーのガラス転移点温度Ｔｇは６０℃程度であるため、画像面のトナーは冷却ローラ２０１の高い表面性が転写されて表面性の高い状態で固まる。この結果、高グロスの成果物となる。そして、ニップ部２００を通過したシートＰは吸引ファン２０３によってベルト２０２の表面に吸着され、保持された状態で冷却ローラ２０１から分離し、搬送され、下流ガイド２０６に安定して受け渡される。シートＰのシート搬送方向下流端がベルト２０２から離れると吸引ファン２０３は停止する。そして最終的に排紙トレイに排出される。
【００２４】
また、低グロスモード設定時においては図２に示すように、ニップ部２００のニップ量を小さくすることで、冷却ローラの冷却能力を低減させる。このことにより、シートＰの温度は高い状態に保たれるため溶融トナーのシートＰへの沈み込みが発生し、シートＰの表面性は低下し、低グロスの成果物となる。このようにして、表面性の高い高グロスの成果物を出力したい場合はニップ部２００のニップ量を大きくし、表面性の低い低グロスの成果物を出力したい場合はニップ部２００のニップ量を小さくして光沢を調整することができる。そして、ニップ部２００のニップ量を変更した場合にも、ベルト２０２にシートＰに吸着させて搬送するために、シートＰを下流ガイド２０６に安定して受け渡すことが可能となる。
【００２５】
ここで、ニップ部２００のニップ量と冷却効果について説明する。以下に本発明に基づいて行った実験結果を示す。プロセス速度１００ｍｍ／ｓ、紙間距離を１４０ｍｍ、普通紙（６４ｇ／ｍ２）、定着後シート温度９０℃、ファンによる風速５ｍ／ｓという条件でシート冷却実験を行った。その結果、ニップ量を３ｍｍから２４ｍｍに８倍とした時には、シート温度低下幅が５℃増加するということが分かった。この時、冷却ローラ２０１のベルト２０２に対する進入量は２．５ｍｍから１１ｍｍに増加させている。このように、冷却ローラ２０１の進入量をコントロールすることで、冷却低下幅を変化させてグロスコントロールが実現できる。図５に冷却ローラの進入量とニップ量の関係を表すグラフを示す。
【００２６】
ここで、グロスモードと冷却ローラのベルトに対する進入量、ニップ量等の各種冷却パラメータの設定例について図６に示す。低グロスモード設定時にはシート温度低下幅は小さい方が良いため、ニップ量を縮小させる。一方、高グロスモード設定時には、大きなシート温度低下幅を必要とするためにニップ量を増大させる必要がある。また、厚紙で高グロスモード時には、坪量が大きく、剛度の高いシートＰをベルト２０２に吸着させるために通常よりも大きなファン吸引力が必要になる。このようにファン吸引力を大きくすることにより、剛度の高いシートＰでも湾曲したベルトに沿って搬送されるため、冷却装置１９９のシート搬送方向下流の下流ガイド２０６までシートＰを確実に案内することができる。
【００２７】
図７に画像形成動作時のフローチャート、図８にブロック図を示す。以下、図７に示されるフローチャートに従って説明する。まず、ユーザは操作部１０１（図８）から実行されるＪＯＢに関する設定値を入力する（Ｓ１）。入力されるパラメータは、シートＰの種類・坪量の設定と希望する成果物のグロスであり、ＣＰＵ１５０（図８）は、各設定値によって冷却ローラ２０１のベルト２０２に対する進入量と吸引ファン２０３の出力を決定する。設定されたグロスモードが「低グロスモード」である場合（Ｓ２のＮＯ）は、冷却ローラ２０１のベルト２０２に対する進入量を「通常」とし（Ｓ３）、吸引ファン２０３の吸引力を「通常」とする（Ｓ４）。Ｓ２で設定されたグロスモードが「高グロスモード」である場合（ＹＥＳ）は、位置決めモータ２２７（図８）を駆動して冷却ローラ２０１のベルト２０２に対する進入量を増加させて「大」とする（Ｓ５）。さらに、設定された坪量が所定値以下である場合（Ｓ６のＮＯ）は、吸引ファン２０３の吸引力を「通常」とする（Ｓ７）。そして、設定された坪量が所定値以上の「厚紙」である場合（Ｓ６のＹＥＳ）は、吸引ファン２０３の吸引力を増加させ、吸引力「大」とする（Ｓ８）。ＣＰＵ１５０により冷却ローラ２０１のベルト２０２に対する進入量、及び吸引ファン２０３の出力が決定されると、画像形成動作のＪＯＢが開始する（Ｓ９）。
【００２８】
次に、画像形成装置のプロセススピードが速い場合について説明する。プロセススピードが速い場合には、シートを短時間で冷却させる必要があるため、より大きな冷却能力が必要になる。その対策として、冷却ローラ２０１の冷却に追加のファンなどを用いて、さらに冷却能力を向上させる方法がある。図９に冷却用ファンユニットを設けた構成の概略図を示す。図９に示す構成おいて、冷却ローラ２０１に近接させてダクトユニット２１１とダクトユニット２１１に冷却風を吹き込む冷却ファン２１０を配置している。冷却ファン２１０から発生する冷却風を冷却ローラ２０１の表面に吹きつけ、冷却ローラ２０１の表面の熱を奪うことで、冷却ローラ２０１の表面温度を低下させる。この結果、冷却ローラによるシートＰに対する冷却能力を増大させることができる。
【００２９】
なお、上述した実施形態においては、シートの通過時のみ吸引ファン２０３を作動させる構成について説明した。これに限らず、シートＰの通過後、後続シートが到達するまでの間も作動させ、吸引ファン２０３が発生させるエアによって、冷却ローラ２０１を冷却するようにしてもよい。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態ではシートＰをベルトに吸着させるために吸引ファン２０３を用いたが、冷却ローラ２０１のシート搬送方向下流に備えられた吹き付けファンを用いる方法もある。図１０に吹き付けファンを用いた冷却装置の断面図を示す。ニップ部２００のシート搬送方向下流に冷却ファン２１０を配置し、ニップ部２００を通過したシートＰに対して、上方からベルト２０２に向かって、エアを吹き付けることでシートＰはベルト２０２に沿った状態で搬送される。このため、第１の実施の形態において吸引ファン２０３をベルト２０２の冷却ローラ２０１とは反対側に配置した時と同等の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３１】
１  プリンタ本体
２  画像形成部
４  シート搬送部
１２  定着器
１０１  操作部
１９９  冷却装置
２００  ニップ部
２０１  冷却ローラ
２０２  ベルト
２０３  吸引ファン
２０４ａ  駆動ローラ
２０４ｂ  テンションローラ
２０４ｃ  張架ローラ
２０５  上流ガイド
２０６  下流ガイド
２０７  入口ガイドシート
２０８  ファンダクト
２１０  冷却ファン
２１１  ダクトユニット
２２０  冷却ローラ軸
２２１  ベアリング
２２２  冷却ローラ側板
２２３  カム
２２４、２２５、２２６  減速ギア
２２７  位置決めモータ
２２８  位置規制ベアリング
２２９  カム軸
２３０  カム機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012098462.tif 000010
【図９】
2012098462.tif 000011
【図１０】
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