(57)【要約】【課題】画像形成装置において、定着後のシートを冷却した際に、シートに発生する温度ムラに起因する画像の光沢ムラを低減する。【解決手段】画像形成装置１０は、シートにトナー画像を形成する画像形成部２と、シートを加熱してシートにトナー画像を定着する定着器１２と、トナー画像を定着されたシートを冷却する冷却装置３０１と、を備え、冷却装置３０１は、シートを搬送する円筒状の回転体１４と、回転体内に空気を供給するファン１５と、を有し、回転体は、内側から外側に通じる微細孔を多数有する焼結金属で形成されて、焼結金属の内側に金属製の前記空気の通過を許容する内層１０２を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートにトナー画像を形成する画像形成部と、
シートを加熱してシートにトナー画像を定着する定着手段と、
トナー画像を定着されたシートを冷却する冷却手段と、を備え、
前記冷却手段は、
シートを搬送する円筒状の回転体と、
前記回転体の内部に空気を供給する空気供給手段と、を有し、
前記回転体は、内側から外側に通じる微細孔を多数有する焼結金属で形成されて、前記焼結金属の内側に前記空気の通過を許容する補強部材を有している、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記補強部材は、アルミ製の網である、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記回転体は、シート上のトナーの温度がガラス転移点よりも高い状態の位置に配置されている、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートに転写されたトナー画像を定着器の熱によって定着した後、トナー画像を冷却装置で冷却する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置には、画像形成部でシートにトナー画像を転写した後、定着器でシートを加熱してトナー画像をシートに定着するようになっているタイプのものがある。
【０００３】
この場合、画像形成装置は、定着器によって加熱されたトナー画像のトナーが固化しない状態でシートを搬送ローラ対によって搬送すると、トナー画像にスジを付けることがある。また、排出トレイに排出して重ねると、トナーによってシート同士が貼り付いて、トナー画像を損傷することなく、シートを剥がすことが困難である。このように、従来の画像形成装置は、トナー画像のトナーが固化しない状態でシートを搬送したり、シート同士を重ねたりすると、トナー画像の品質を低下させることがあった。
【０００４】
そこで、トナーを早めに固化するのに、定着後のシートを回転体に接触させ、回転体によって冷却する装置がある。それには、回転体を効率良く冷却する必要がある。
【０００５】
回転体を冷却する従来技術として、通気孔を多数形成された芯金の周りを多孔質材料で囲んで形成した中空の回転体の中空部に空気を送り込み、多孔質材料の孔から空気を吹き出して、回転体を冷却する転写装置がある（特許文献１）。そして、多孔質材料に発泡材（連泡材）を使用した場合、発泡材の空孔の径は数μｍ〜百数１０μｍであることが知られている（特許文献２）。
【０００６】
また、多数の孔を有する材料で形成された円筒状の回転体の内部に空気を送り込み、回転体の表面から吹き出る空気でシートを冷却する装置がある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２７６１２号公報
【特許文献２】特開２００９−５７４３１号公報
【特許文献３】特開平９−２８１８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の転写装置は、回転体に特許文献２に記載されているような発泡材を使用しているため、回転体の外周表面の空気が吹き出す空孔の径が不均一であり、回転体全体を均一に冷却することが困難である。
【０００９】
また、特許文献１の転写装置は、回転体に発泡材を使用していることによって、熱伝導率が低く、回転体に熱が溜まり、感光体の熱を効率良く取り除くことが困難である。
【００１０】
また、特許文献３の定着装置は、回転体の空孔の径が大きく孔の数が少ない場合、回転体に接触したシートに、トナーのガラス転移点（８０℃）よりも高い部分と低い部分との温度ムラを生じさせることがある。そのため、特許文献３の定着装置は、シートの温度ムラが生じた部分がガイド部材や回転体に案内されて搬送されると、ガイド部材や回転体の表面の凹凸がガラス転移点より温度の高い部分に転写されることがある。この場合、シートのガラス転移点より温度の高い部分と低い部分とで光の反射率が変わることがある。したがって、この定着装置を備えた画像形成装置は、光沢ムラが生じたトナー画像をシートに形成することになり、近年求められている高品位の画像を得ることができないという課題があった。
【００１１】
そこで、仮に、特許文献３の定着装置は、空孔の径を小さくして、孔の数を多くすると、小径の孔内を流れる空気の抵抗が大きくなって空気の流量が少なくなり、回転体とシートを冷却しにくくなる。空気の抵抗を小さくするには、回転体の肉厚を薄くして、孔の長さを短くし、空気の流れを良くすればよいが、回転体の強度が低下する原因になる。
【００１２】
本発明は、シートを冷却する回転体自体を冷却しやすくして、シートを略均一に冷却する冷却装置を備えて、シートに光沢ムラの少ないトナー画像を形成することのできる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の画像形成装置は、シートにトナー画像を形成する画像形成手段と、シートを加熱してシートにトナー画像を定着する定着手段と、トナー画像を定着されたシートを冷却する冷却手段と、を備え、前記冷却手段は、シートを搬送する円筒状の回転体と、前記回転体の内部に空気を供給する空気供給手段と、を有し、前記回転体は、内側から外側に通じる微細孔を多数有する焼結金属で形成されて、前記焼結金属の内側に前記空気の通過を許容する補強部材を有している、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の画像形成装置は、焼結合金で形成された熱伝導率のよい回転体の多数の微細孔に空気を通過させて、回転体全体を冷却し易くし、シートを略均一に冷却する冷却装置を備えているので、光沢ムラの少ないトナー画像をシートに形成することができる。
【００１５】
また、本発明の画像形成装置は、回転体が補強部材を有することにより、焼結金属を薄くして、微細孔の長さを短くすることができ、空気の流出抵抗が少なく、回転体とシートとを容易に冷却して、光沢ムラの少ないトナー画像をシートに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における画像形成装置のシート搬送方向に沿った断面図である。
【図２】本発明の実施形態における画像形成装置に組み込まれている冷却装置のシート搬送方向に沿った概略断面図である。
【図３】冷却装置の外観斜視図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ矢視断面図である。（ａ）は全体図である。（ｂ）は部分拡大図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ矢視断面図である。
【図６】回転体を１対設けた場合の冷却装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の画像形成装置を図に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態における画像形成装置のシート搬送方向に沿った断面図である。
【００１９】
画像形成装置１０は、画像形成装置本体１の内部の上部に画像形成部２を備え、下部にシート搬送部４を備えている。
【００２０】
画像形成部２は、シートにトナー画像を形成する部分であり、主に、次の構成要素を備えている。イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のステーションに対応する像担持体としての感光体ドラム２０。感光体ドラム２０表面を一様に帯電する帯電器２１。感光体ドラム２０に静電潜像を形成するＬＥＤユニット２２。感光体ドラム２０上の静電潜像を粒径５μｍ〜１０μｍのトナーのトナー画像に現像する現像器２３。感光体ドラム２０上のトナー画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。中間転写ベルト２４を張架する駆動ローラ２７、２次転写内ローラ２８及びテンションローラ２９。
【００２１】
シート搬送部４は画像形成部２にシートを給送する部分である。
【００２２】
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枚ずつに分離され、複数の搬送ローラ４３によってレジストローラ対４４に搬送される。レジストローラ対４４まで搬送されたシートは、レジストローラ対４４によって、中間転写ベルト２４上のトナー画像の位置とタイミングを合わせられて、中間転写ベルト２４と２次転写外ローラ４５との間に送り込まれる。
【００２３】
中間転写ベルト２４上のトナー画像は、２次転写外ローラ４５によってシートＰ上に転写される。シートＰは、搬送ベルト４６によって定着器１２に搬送される。定着手段としての定着器１２は、シートを加熱してシートにトナー画像を定着し、冷却装置３０１に送り出す。冷却手段としての冷却装置３０１は、シートにトナー画像を定着されたシートを冷却してトナーの固化を早める。最後、排紙ローラ４８がシートを排紙トレイ４９に排出する。シートの他方の面にもトナー画像を形成する場合には、冷却装置３０１から送り出されたシートを反転復路パス５０が表裏反転して、再度、中間転写ベルト２４と２次転写外ローラ４５との間に送り込む。その後、シートは、排紙トレイ４９に排出される。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態における画像形成装置１０に組み込まれている冷却装置３０１のシート搬送方向に沿った概略断面図である。
【００２５】
（冷却装置３０１の概略説明）
定着器１２から送り出されて冷却装置３０１に接する直前のシートＰの温度は、約９０℃である。冷却装置３０１は、定着後のシートＰをトナーのガラス転移点（８０℃）よりも低い温度に冷却することができる。冷却装置３０１に接触した直後のシートＰの温度は約５５℃である。
【００２６】
仮に、冷却装置３０１が無い場合、シートはトナーのガラス転移点よりも高い温度で、搬送ローラ（例えば、排紙ローラ４８）やガイド部材に接触する。この場合、接触した部分のトナーやシートのみ、搬送ローラやガイド部材に冷却されて、搬送ローラやガイド部材の表面の凹凸の跡が付く。このため、高温部分と低温部分とで光の反射率が変わり、トナー画像に光沢ムラが発生する。よって、光沢ムラの少ない高品位な画像を得るために、シートＰおよびトナーを冷却する冷却装置３０１が必要である。
【００２７】
未定着のトナー画像が転写されたシートＰは、定着器１２に搬送されてトナー画像を定着され、その後、冷却装置３０１に搬送される。シートは図１において、上面にトナー画像を転写されて定着され、冷却装置３０１に搬送される。
【００２８】
冷却装置３０１は、搬送ベルト１３と回転体１４とファン１５とを備えている。回転体１４は、ファン１５によって中空部１４ａ内に空気を送り込まれる。空気は、矢印Ｄで示すように中空部１４ａから回転体１４の後述する微細孔を通過して外周表面１４ｂから吹き出る間に回転体１４を均一に冷却し、さらに、吹き出てシートＰを冷却する。
【００２９】
トナー画像を定着器１２によって定着されたシートＰは、搬送ベルト１３と回転体１４とに挟まれて搬送される。回転体１４は、シートの上面側に位置して均一に冷却されており、シートＰを搬送しながら、シートを均一に冷却してシートの上面に定着されたトナー画像を均一に冷却する。また、空気もシートを冷却する。
【００３０】
この場合、回転体１４の配置位置は、回転体１４に接触する前のシート上のトナーの温度がガラス転移点よりも高い状態の位置であり、かつ回転体１４に接触後のシートＰの温度がトナーのガラス転移点よりも低い温度となる位置である。また、定着器１２と回転体１４との間に、搬送ローラやガイド部材等を設置していない。このため、シートは、シートやトナー画像の温度がガラス転移点よりも高い場合、ガラス転移点以下に冷却され、しかも、トナー画像がガイド部材や搬送ローラに擦れることがない。このため、ガイド部材や回転体の表面の凹凸がトナー画像に転写されることがなく、トナー画像の光の反射率が殆ど変わることがなく、トナー画像に光沢ムラが殆ど生じない。この結果、画像形成装置１０は、冷却装置３０１によってシートＰに温度ムラが殆ど生じることがなく、シートに光沢ムラの少ない高品位なトナー画像を形成することができる。
【００３１】
（冷却装置３０１の詳細説明）
図３は、冷却装置３０１の外観斜視図である。トナー画像を定着されたシートを冷却する冷却手段としての冷却装置３０１は、搬送ベルト１３（図２）とシートを搬送する円筒状の回転体１４と回転体内に空気を供給する空気供給手段としてのファン１５とを備えている。ファン１５は、パイプ２０１内を矢印Ａ方向に空気を送り、回転体１４の中空部１４ａ内の空気圧を外部より高くする。回転体１４は、後述する多孔質材料で形成されて多数の空孔１０６（図４（ｂ））を有しており、空孔から矢印Ｄのように空気が吹き出て冷却される。回転体１４の一方の端部は、パイプ２０１に接続されたリング状のフランジキャップ２０２によって塞がれている。回転体１４の他方の端部は、円板状のフランジキャップ２０３によって塞がれている。フランジキャップ２０２，２０３は、回転体１４の端部から空気が漏れるのを防止して、回転体１４の中空部１４ａ内の空気圧を外部より高く保つために設けられている。なお、ファン１５の空気は、回転体１４の両端から供給してもよい。
【００３２】
回転体１４（図５）は、固定のパイプ２０１と、フランジキャップ２０３にパイプ２０１と同軸的に設けられた支持軸２０４とを中心にして、ベルト１３に追従回転するか、あるいは、支持軸２０４をモータによって駆動回転するようになっている。
【００３３】
図４は図３のＸ−Ｘ矢視断面図である。（ａ）は全体図である。（ｂ）は部分拡大図である。図５は図４のＹ−Ｙ矢視断面図である。
【００３４】
回転体１４は中空部材であり、外層１０１と内層１０２の２つの層で形成されている。
【００３５】
外層１０１は、内側から外側に通じる微細孔１０４（図４（ｂ））を多数有する多孔質の焼結金属（材質：主成分は銅で重量比７０％〜８０％、銅を除く部分の成分は重量比で錫１０％、ニッケル４０％、その他非金属でなる合金）で形成されている。外層１０１は、外径約４０ｍｍ、肉厚約２ｍｍ、表面粗さ約Rａ１．６に形成され、有効径約２０μｍ〜１００μｍの空孔１０６が多数形成されている。なお、図４（ｂ）に示すように、空孔１０６は、微細孔１０４の出口である。また、微細孔１０４は、外層１０１の内側から外側に通じる焼結金属の粒１０５同士間の隙間のことである。したがって、図４（ｂ）に示す微細孔１０４の数は、図面を簡略化するため少ないが実際にもっと多い。
【００３６】
内層１０２は、外層１０１の焼結金属の内側に設けられて金属製の空気の通過を許容するとともに、外層１０１を補強する補強部材である。内層１０２は、空気の通過を容易にするため、網目状にアルミ線材１０３で形成されている。内層１０２は、外径約３４ｍｍ、線径約０.５ｍｍ、格子間距離約２.５ｍｍに形成されている。なお、図４、図５において、アルミ線材１０３は、黒丸で太く図示してあるが、これは、構成を理解し易くするためであり、実際は、上記のように線径約０.５ｍｍで細いものである。
【００３７】
回転体１４は、中空部１４ａ内にファン１５によって空気が供給されると、内層１０２の格子、外層１０１の空孔を介して、回転体１４の外周表面全体から空気が吹き出る。このとき、回転体１４の内層内に溜まっている熱が回転体１４の外部に放出されて、回転体１４が均一に冷却される。
【００３８】
外層１０１を多孔質の焼結金属としたのは、回転体１４の中空部１４ａから空孔を介して回転体１４の外部へ空気を略均一吹き出させて回転体１４を冷却するためである。また、熱伝導率の高い焼結金属を使用することで回転体１４に定着後のシートＰを接触させたときシートＰの熱を効率良く伝達して、シートを効率よく冷却するためである。
【００３９】
なお、多孔質材料としてポリオレフィン系発泡材がある。ポリオレフィン系発泡材を回転体に使用した場合、回転体の外周表面に存在する空孔の有効径は数μ〜百数１０μｍである。これに対し、焼結金属を使用した回転体１４は、図４（ｂ）において、粒１０５の径約３０μｍ〜１５０μｍの金属粉末を用いて成形されており、外周表面１４ｂに存在する空孔１０６の有効径は約２０μｍ〜１００μｍである。発泡材は気泡を発生させて空孔を作るため、空孔の径のばらつきが大きいのに対し、焼結金属は、材料の粒１０５の径を揃えることができ、粒径未満の空孔ができるため、空孔の径と径のばらつきが小さい。このため、発泡材より焼結金属を使用した方が、回転体１４の外周表面１４ｂからより均一に空気を吹き出すことができて、回転体１４をより均一に冷却することができる。
【００４０】
回転体１４自体の冷却効率を高めるためには、空孔の長さを短くして、空気を通過しやすくした方が、空気の移動量を増して熱を多く逃がすことができる。それには、外層１０１の厚みをなるべく薄くした方がよい。しかし、外層１０１を薄くすると外層１０１の強度が落ちる。このため、外層１０１の内側には、外層１０１を補強する目的で網目状の内層１０２を設けてある。この場合、回転体１４の外周表面１４ｂから均一に空気を吹き出るように、空気が内層１０２を均一に通過する必要がある。このため、内層１０２は、空気の流れの妨げになってはならないので、網状に形成されている。また、内層１０２も熱伝導率が高い材料で形成されていた方が好ましいので、内層１０２をアルミ製としたが、アルミに限定されない。金属線材で網状に形成されていればよい。なお、回転体１４は、シートを搬送するため回転するようになっているので、アルミ材を使用した方が、軽量で回転しやすいという利点がある。
【００４１】
また、回転体１４は、搬送ベルト１３とでシートを挟んで回転して搬送するようになっている。このため、回転体１４は、搬送ベルト１３とでシートを挟持する挟持圧を受けており、外層１０１は、挟持圧に耐えられる厚みを有していなければならない。しかし、本実施形態の回転体１４は、補強部材としての内層１０２を備えているため、外層１０１を薄くしても、挟持圧に耐えられる構造になっている。
【００４２】
さらに、回転体１４は、補強部材としての内層１０２を備えているので、挟持圧を受けても、径方向に変形することが少なく、シートに対して線接触することができる。
【００４３】
回転体１４がシートに線接触すると次の効果を奏する。シートによって空孔を塞がれる数が少なくなり、回転体１４のシート冷却効率を高めることができる。回転体１４がシートに接触する面積が少なり、トナー画像に損傷を与えることが少なくなる。シートから回転体に熱が伝わりにくくなり、回転体１４の温度上昇を少なくすることができる。
【００４４】
なお、以上、説明した冷却装置は、回転体１４と搬送ベルト１３とでシートを搬送するようになっているが、搬送ベルト１３の代わりにローラを使用してもよい。搬送ベルト１３の代わりにローラを使用した場合、そのローラを上記の回転体１４と同一の構造にして、シートを冷却してもよい。すなわち、図６に示す冷却装置３０２ように、シートの両面に回転体１４を配置して、シートを両面から冷却してもよい。この場合、図６に示すように、各回転体１４に別々のファン１５を接続して回転体１４に空気を送っても良いし、図示しないが１台のファンで両方の回転体１４に空気を送ってもよい。
【００４５】
図６の冷却装置３０２は、シートの両面に回転体１４を接触させているので、シートＰから取り除く熱の総量が大きくなり、シートＰをより効率的に冷却することができる。
【符号の説明】
【００４６】
Ｐ：シートＰ、１：画像形成装置本体、２：画像形成部、４：シート搬送部、１０：画像形成装置、１２：定着器（定着手段）、１３：搬送ベルト、１４：回転体、１４ａ；中空部、１４ｂ：外周表面、１５：ファン（空気供給手段）、１０１：外層、１０２：内層（補強部材）、１０３：アルミ線材、１０４：微細孔、３０１：冷却装置（冷却手段）
【図１】
2012108179.tif 000003
【図２】
2012108179.tif 000004
【図３】
2012108179.tif 000005
【図４】
2012108179.tif 000006
【図５】
2012108179.tif 000007
【図６】
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