(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送ローラに搬送ベルトを接触させ、その間に記録材を通過させて奪熱する記録材冷却装置において、
上記搬送ベルトが複数のベルト片から構成され、上記搬送ベルトの中央部に相当するベルト片の内周長は他のベルト片よりも小さく、上記搬送ベルトの中央部に相当するベルト片の張力は他のベルト片より高く設定されることを特徴とする記録材冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の記録材冷却装置を備えた定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の記録材冷却装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に装着される熱定着装置に対する記録材冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱定着装置の代表的な態様である熱ローラ定着装置は一般的に次のような構成となっている：即ち、定着ローラに加圧ローラを押し当て、ニップ部と呼ばれる一定幅の押し付け領域を形成する。内蔵した又は外部配置したヒータを用いて定着ローラを加熱する。そして、上記ニップ部へ未定着のトナー画像を有した記録材（転写紙、記録紙）を通過させることにより、上記トナーを溶かし、記録材に加圧作用で押し込むように構成されている。
【０００３】
このような構成において、トナーを記録材に定着させるためには一定の熱量が必要とされ、処理を高速化すると、定着装置通過後の記録材は高温状態のまま温度が殆ど下がらず、スタック部でトナーブロッキング現象が発生する可能性がある。また近年多用されるようになった両面画像形成装置では、記録材が高温のままで感光体ドラムに搬送され、その結果、当該ドラムの温度上昇につながってドラムの寿命を低下させたり、クリーニング不良等を引き起こす。
【０００４】
このような場合、高温の記録材を冷却するために、定着後の搬送経路に、熱伝導の良い材質で構成された搬送ローラを配置し、これに搬送ベルトを用いて記録材を押し付け、記録材の熱を搬送ローラ側に吸い取らせる冷却装置が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような冷却装置では、通常、搬送ローラ側のみに駆動を与え、搬送ベルトは従動させるようになっているが、ベルトとローラの間に記録材が挟まれると、ベルトとローラの接触面積が減ることによって、搬送ベルトに充分な連れ回り力が伝わりにくくなる。その結果、用紙の搬送力が低下してしまい、搬送不良が起きやすく、この部分でブレーキがかかり、記録材が中折れする所謂Ｚ折れが発生してしまうことがある。これを回避すべく、搬送ベルト側にも駆動を設けるようにすると、ローラとベルトの間に駆動時間のずれが発生してベルトに対し負荷を与える可能性がでてくる。具体的な現象としては、ベルト側に駆動時間のずれが堆積し、そのずれ状態が一気に元に戻る際に異音が発生したり、負荷の堆積によりベルトが経時で破損したりする。
【０００６】
そこで本発明では、定着装置通過後の記録材を冷却するにあたり、記録材の搬送の良好性を保ちながら、搬送ベルトへの負荷を低減することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明にしたがって、搬送ローラに搬送ベルトを接触させ、その間に記録材を通過させて奪熱する記録材冷却装置において、上記搬送ベルトを複数のベルト片から構成し、上記搬送ベルトの中央部に相当するベルト片の内周長を他のベルト片よりも小さく、上記搬送ベルトの中央部に相当するベルト片の張力を他のベルト片より高く設定することで、解決でき、搬送時のスリップが防止される。
【０００９】
搬送ローラと搬送ベルトに挟持された記録材を搬送経路下流側に手動操作で移動させることができる構成を備えていれば、紙詰まりの処理に際して好ましい。搬送ベルトとその駆動源の間にワンウェイクラッチが配され、搬送方向に対して搬送ベルトがフリーに動かされ得るようにすることも好都合である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に基づいて説明する。先ず本発明に係る画像形成装置について説明する。画像形成装置全体の構成は基本的に従来のものと共通しており、図１において、静電潜像担持体である感光体ドラム２１の周囲には、当該ドラム表面を帯電するための帯電チャージャ２２、一様帯電処理面に潜像を形成するための書込み部（マルチビーム書込み）２３、ドラム表面の潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する現像装置２４、形成されたドラム上のトナー像を記録材へ転写するための転写装置（転写搬送ベルトユニット）２５、ドラム上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置２７、ドラム上の残留電位を除去するための除電装置２８が順に配設されている。このような構成において、画像形成がＮ／Ｐ（ネガポジ）で行われる場合、帯電チャージャ２２によって表面を一様に負に帯電された感光体２１は、書込み部２３によって静電潜像を形成され、現像装置２４によってトナー像を形成される。当該トナー像は、転写ベルト２９などでなる転写装置２５によって、感光体ドラム２１表面から、装置下部のタンデムトレイ、ユニバーサルトレイ、固定トレイなどを組み合わせてなる給紙バンク２６或いは横付け給紙トレイ乃至手差しトレイから搬送された記録材へ転写される。この転写の際に感光体ドラム２１に静電的に付着した記録材は、分離爪によって感光体ドラム２１から分離される。そして未定着の記録材上のトナー像は定着ユニット３０によって記録材に定着される。一方、転写されずに感光体ドラム２１上に残留したトナーは、クリーニング装置２７によって除去され回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム２１は除電ランプ２８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００１１】
次に、本発明に係る記録材冷却装置の概要を示す図２において、定着ユニットの熱定着装置での定着ローラ１と加圧ローラ２の間を記録材６が通過するとき、加熱されたローラにより当該記録材上のトナーは溶け記録材に定着する。その後、記録材６は、定着下流上ガイド板３と定着下流下ガイド板４の間を通り、定着部の下流側に位置する冷却装置に搬送される。本冷却装置の搭載が必要となるような高速タイプの画像形成装置では、冷却装置に到達する際の記録材６の温度は例えば９０〜１２０℃である。
【００１２】
本冷却装置では、冷却入口ローラ５と冷却出口ローラ７に掛けまわされた搬送ベルト９が、搬送ローラ８に一定量（所定の円弧範囲で）巻き付くように接触している。ベルト９は例えばＥＰＤＭやシリコーンゴムのような弾性を有した材質でなり、各接触しているローラ５，７，８に対して張力を作用するようになっている。本例での搬送ベルトは、体積固有抵抗が１０８Ω・ｃｍ以下の材質が用いられている。これはベルトと金属製搬送ローラの接触により帯電が起こり、搬送すべき記録材に静電気が帯電するとガイドなどに吸い付き、搬送し難くなり、予定よりも大きな搬送力が必要になってしまうからである。
【００１３】
搬送ベルト９の巻き付け量（接触円弧範囲）は記録材６からの奪熱量に関わるものであると共に記録材搬送力にも影響し、一方で記録材６の厚みは搬送経路、特に冷却部後の搬送経路１０を通過する際の必要搬送力を異ならせ、レイアウト構成をコンパクトにするにあたって下流側搬送経路１０にターン部を設けるとすると、装置全体のコンパクトさと搬送に関わる部品（軸受やローラなど）の耐久性の観点から例えばターン部半径が最大４０ｍｍ程度が限界であるならば、そのようなターン部Ｒ４０ｍｍを通過するには、２００ｇ／ｍ２程度（１００μｍ）までの厚めの紙を搬送する場合、搬送力は４Ｎ以上を必要とし、ローラ８とベルト９の間の巻き付け量は１０ｍｍ以上となる。搬送力がこれより小さいと下流側搬送経路のターン部での抵抗力が搬送力を上回ることになり、搬送部でスリップが起こり記録材が止まってしまう。ただ搬送力を一方的に大きくすると、記録材にローラやベルトの跡が付きやすくなったり傷が付きやすくなったり、押し付けを受ける側の部品（軸受やローラなど）の耐久性が低下するなどの問題があるので、そのような観点から搬送力の上限が決められることとなる。ちなみに搬送ローラ８と搬送ベルト９の間の摩擦係数が０．８、圧力０．２ｋｇｆ／ｃｍ２で使用する場合、搬送力は８Ｎ程度となった。
【００１４】
冷却装置に対する駆動は、冷却出口ローラ７に不図示のタイミングプーリやギヤを介して行われる。このタイミングプーリやギヤに一方向しか回転しないワンウェイクラッチ、ベアリングを設けておく。回転方向の指定はギヤが冷却出口ローラ７を搬送方向に回す方向でロックとする。これにより、記録材６を搬送ベルト９と搬送ローラ８の間から搬送下流側に引き抜くときは、ベルト９が空回りし、小さな力で引き抜くことができる。
【００１５】
冷却出口ローラ７が駆動されると、摩擦力で搬送ベルト９、冷却入口ローラ５、搬送ローラ８も回転駆動する。本冷却装置を平面で見た図３に示されるように、冷却入口ローラ５、冷却出口ローラ７は、金属製軸５-１，７-１に、樹脂又はゴム製の円筒部５-２，７-２を巻き付けて備えており、この円筒部が搬送ベルト８の内側と接触する。この円筒部５-２，７-２の表面に凹凸を設けると、搬送ベルトとの摩擦性が向上し、各ローラ５，７と搬送ベルトの間で回転ムラを少なくすることができる。
【００１６】
記録材６は、搬送ローラ８と搬送ベルト９の間を搬送される。その際、記録材６の熱は搬送ローラ８側に吸熱される。そのために、搬送ローラ８はアルミニウムや鋼など金属製のパイプで構成されている。このパイプに風を吹き付けるなどして冷却するようにしておけば、この冷却域を通過することにより記録材６の温度は効率的に下げられる。本例では搬送ローラは、ヒートパイプと呼ばれる鋼管内を真空とし、純水を封入することで構成させた。８０枚／分の処理で約３００Ｗの冷却効率があり、記録材の温度を２０℃程度下げることができた。搬送ローラ８の外径は画像形成装置の仕様によって異なるものであるが、上記巻き付け量（押し付け幅）１０ｍｍを考慮すればφ３０ｍｍ以上が必要である（φ３０ｍｍに対して巻き付け量１０ｍｍは約１／１０に相当する）。これは搬送経路の取り方により必要な値で、より小径にすると、巻き付け角（接触円弧範囲を構成する部分の角度）が一層大きくなるため、搬送経路が急激なターンを強いられることとなり、記録材（用紙）のカールを増長したり、ターン時に負荷がかかって記録材に傷をつけることとなる。
【００１７】
冷却入口ローラ５、出口ローラ７、搬送ローラ５は、軸受１２を介して側板１１に止められ、回転自在に支持されている。図３で認識できるように、搬送ベルト９は５つに分割されており、冷却入口ローラ５、出口ローラ７は夫々の位置に対応して、円筒部５-２，７-２の部分を有する。当然のことながら、ベルトの分割数はいくつでも可能であるし、分割せずに１枚でも良いが、本冷却装置が搭載される画像形成装置で使用される可能性のある記録材の各サイズにおける紙端部がベルトの端部やベルト間の空白域にこないように設定する限り、複数枚に分割しておく方が都合がよい。巻き付け量乃至押し付け幅を１０ｍｍと長くとるので、分割しないと記録材６に対する負荷が大きくなり、逃げを設けておかないと皺を発生させる可能性もある。
【００１８】
冷却出口ローラ７の一端には、回転ノブ１３が設けられている。本例では、冷却部の駆動が冷却出口ローラ７を起点としているので、冷却部内に紙詰まりを起こした場合、この回転ノブ１３を回すことで、ジャムしている紙を難なく送り出すことができる。
【００１９】
図４において、ベルト構成について更に詳述する。搬送ベルト９は用紙搬送に際して記録材から熱を受け、熱膨張を起こすことにより、周長が変化する。張架ローラたる冷却入口ローラ５及び冷却出口ローラ７並びに搬送ローラ８により張力をかけられこれらローラとの摩擦力で駆動されるベルト９は、周長が大きくなったことで、摩擦力を低下させ、スリップを起こす。図３のように、５本のベルト部分のうち（本例では５本のベルト部分で説明するが３本や７本など任意の数が可能である．既述のように１本のベルトで構成することも可能であり、その場合には例えば複数のベルト部分を繋ぎ合わせて形成される）、真ん中のベルト部分乃至片が他のベルト部分より高温条件であるとすると、その部分が最も熱膨張が大きく張力が低下し、一番スリップしやすく、図５に概念的に描かれるように、記録材６の該当部分が周囲より遅れがちとなりやすく、搬送が安定しない。
【００２０】
そこで、真ん中のベルト部分９のみ、最初から熱膨張による伸びに合わせて張力を高く設定しておけば、熱がかかったときにもスリップが起きにくく、搬送が安定する。張力を高くする具体的方法としては、ベルト材料たるゴムの組成を変えること、例えばゴム材質の引っ張り強度を上げる；硬度を高くする；密度を高くする等がある。このベルト密度を変えることについては、材質によらず、ベルトに設けられる穴数で調整してもよい。即ち、より高温を予定されるところのベルトは、通常よりも穴数を減らることによって張力を予め高く設定できる。またベルトの厚みを調整することで張力を調整することもできる（１本のベルトのみを用いて厚みに変化を付ける場合には、ベルト表面を水平に保ち定着処理に悪影響を与えないように、対応する搬送ローラ側の部分に径変化を付けるべきである）。複数のベルト部分を平行して配置する場合には、該当ベルトの内周長のみを小さく設定することも考えられる。
【００２１】
上記のようにベルト間に相互に熱膨張差がかなり出ることを前提に対処する以外に、ベルト間に温度差がつかないように構成することもできる。上記と同じく搬送幅の真ん中あたりが他の個所よりも高温になる前提において、図６において、真ん中のベルト９に対応する搬送ローラ８の部分８-Ａは、その熱容量が他の部分よりも小さくなるように、肉厚が薄く形成されている。このようにしておけば、通紙時にベルトの温度が上昇した場合、肉厚の薄いローラ部分は放熱しやすく、したがってベルト間に温度差がつき難い。
【００２２】
当然のことながら端部基準で用紙搬送されるような場合、５本のベルトのうち、真ん中でなく、該当する位置のベルト或いは対応するローラ部分に上記措置が施されることとなる。
【００２４】
【発明の効果】
冷却装置を通過する記録材は、形成画像がのっぺりしていない限り付着トナーが領域的に一定にならず、そのために各部分によって温度が異なっており、そのような記録材の連続通過に伴って定着装置ローラも幅方向で温度分布があって、それによっても記録材に温度分布を引き起こしている。そのような温度差のまま均一な搬送ベルトを通過させると、ベルトにも温度分布を生じ、ベルト周長に差が生じ、ベルト張力に差ができてしまい、スリップを生じることも考えられ、そのことは記録材にシワを形成したり、破損したり、逆にベルトに偏りを発生させることになる。上記搬送ベルトを複数のベルト片から構成し、上記搬送ベルトの中央部に相当するベルト片の内周長を他のベルト片よりも小さく、上記搬送ベルトの中央部に相当するベルト片の張力を他のベルト片より高く設定しておけば、搬送時のスリップを防止することができ、ベルト駆動が安定する。
【００２５】
搬送ローラと搬送ベルトに挟持された記録材を搬送経路下流側に手動操作で移動させることができる構成を備えていれば、紙詰まりなどが発生しても、簡単に記録材を取り出すことができる。搬送ベルトとその駆動源の間にワンウェイクラッチが配され、搬送方向に対して搬送ベルトがフリーに動かされ得るようになっていれば、紙詰まりが発生しても、搬送経路の下流側に搬送ベルトを回転することで、搬送ローラと搬送ベルトの間から記録材を簡単に引き抜くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の基本的な構成を示す概略側面図である。
【図２】本発明に係る記録材冷却装置の基本的な構成を示す概略側面図である。
【図３】図２の記録材冷却装置の概略平面図である。
【図４】記録材冷却装置のベルト構成を説明する概略図である。
【図５】ベルト構成の説明のための概略斜視図である。
【図６】ベルト構成の説明のための概略平面図である。
【符号の説明】
５  冷却入口ローラ
６  記録材
７  冷却出口ローラ
８  搬送ローラ
９  搬送ベルト
【図１】
0003840369.tif 000002
【図２】
0003840369.tif 000003
【図３】
0003840369.tif 000004
【図４】
0003840369.tif 000005
【図５】
0003840369.tif 000006
【図６】
0003840369.tif 000007