JP2010266810A - 冷却装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状部材の多くの種類に対応して冷却効果を発揮することができると共に小型化及び高速化に対応した冷却装置を提供する。
【解決手段】シート状部材を搬送する搬送手段と、内部に冷却液を流通させる冷却液流路３０を有すると共にシート状部材に接触して当該シート状部材を冷却する冷却部材３１とを備える。シート状部材の種類に応じて冷却部材３１の冷却能力を変化させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、シート状部材を冷却する冷却装置、及びその冷却装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置において、熱によって記録用紙上のトナーを溶融させて画像を定着させる定着装置が多く用いられている。この種の定着装置の定着温度は、トナーや記録用紙の種類、記録用紙の搬送速度などによって異なるが、一般的に、１８０℃〜２００℃程度となるように制御されている。また、定着処理直後の記録用紙の温度は、１００℃〜１３０℃程度の高い温度となっている。そのため、定着処理直後の時点では、記録用紙上のトナーはまだ溶融状態にあり、トナーが冷えて完全に硬化するまではしばらくの時間を要する。特に、両面印刷の場合は、１枚の記録用紙に対して定着処理を２回行うため、記録用紙の温度はさらに上昇し、溶融したトナーが硬化するにはより長い時間を要する。

定着処理された記録用紙は熱を持った状態で排紙トレイに排出されるが、その後、排紙トレイ上で記録用紙の放熱が行われてトナーが完全に硬化する。ところが、連続的に印刷が繰り返し行われ、排紙トレイに多量の記録用紙が積載された場合、積載された記録用紙の熱が合算され蓄熱される。また、積み重ねられた記録用紙の重みで記録用紙同士の密着度合いが高まって、記録用紙が外気に曝されにくくなり、記録用紙の放熱が妨げられる。このように、記録用紙が多量に積載され放熱が行われにくい状況下では、トナーが硬化しにくくなる、あるいは、硬化したトナーが再度軟化する場合がある。その結果、軟化したトナーが別の記録用紙に貼り付く所謂ブロッキングと呼ばれる現象が生じ、画像品質を著しく低下させる問題がある。最悪の場合は、トナーによって貼り付いた記録用紙同士が剥がれなくなり、無理に剥がそうとすると、トナーが剥離したり、記録用紙が破れてしまったりする。

上記トナーの硬化不良の対策として、従来の画像形成装置では、定着装置から排紙トレイまでの記録用紙の搬送経路を長くしたり、記録用紙の搬送速度を遅くしたりして、記録用紙の放熱（冷却）時間を稼いでいる。しかしながら、このような対策方法は、装置の大型化や印刷速度の低下を招く。また、近年の画像形成装置の高速化及び高画質化に伴って定着装置の発熱量が増加してきており、上記のような方法では記録用紙を効果的に冷却することは困難であった。

これに対し、液冷式の冷却装置を用いた場合は、効果的な冷却が可能で、省スペース化も図ることが可能である。例えば、下記特許文献１、２又は３には、内部に冷却液を流通させる冷却ローラやヒートパイプ等を、定着処理後の記録用紙に接触させることにより記録用紙を冷却する方法が記載されている。

ところで、記録用紙には様々な種類があり、普通紙の他、表面に特殊な処理が施された特殊紙、厚紙等が用途によって使い分けられる。例えば、写真等の光沢性の高い画像を得るには、表面が平滑面となるようにコーティング処理された記録用紙が用いられる。また、耐水性を付加するために、表面に樹脂層を有する記録用紙もある。これらの多種多様な記録用紙は、それぞれ一枚当たりの熱容量が異なっている。

図９は、３種類の記録用紙における温度ごとの熱容量を示したグラフである。ここでは、記録用紙として、普通紙：乾式ＰＰＣ用紙マイペーパー（株式会社リコー製）、特殊紙：ＰＯＤフィルムコート（王子製紙株式会社製）、特殊紙：ＫｒｏｍｅＫｏｔｅ（Ｃｈａｍｐｉｏｎ Ｐａｐｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ製）を用いた。そして、これらの記録用紙の比熱を高感度示差走査熱量計（ＤＳＣ２２０：セイコー電子工業株式会社製）で測定し、一枚当たりの熱容量を推定して図９に示した。図９において、（ｉ）のグラフが乾式ＰＰＣ用紙マイペーパーの熱容量を示し、（ii）のグラフがＰＯＤフィルムコートの熱容量を示し、（iii）のグラフがＫｒｏｍｅＫｏｔｅの熱容量を示す。この図から、特に、記録用紙を冷却するときの目標温度となる６０℃付近では、熱容量が最大のものと最小のものとの差が約３〜４倍も違っていることがわかる。

また、記録用紙の種類によって熱伝導率も異なる。例えば、厚紙や、表面に特殊なコーティングがされた記録用紙などは、熱伝導率が低く内部まで冷却しにくいものがある。これらの記録用紙は、冷却直後に表面温度が下がったとしても、上記のように排紙トレイに記録用紙が大量に積載された場合は、内部の熱が拡散して表面の温度が再上昇してしまい、結果としてブロッキングが発生する虞がある。

以上のように、記録用紙は種類によって熱容量や熱伝導率が異なるため、上記冷却装置による冷却のしやすさも記録用紙の種類ごとに差が生じる。従って、複数種類の記録用紙を扱う場合は、それらの中で最も冷却が困難な記録用紙に対応させて冷却装置の冷却能力を設定しなければ冷却が不十分となる虞がある。しかしながら、一方で、冷却装置の冷却能力を冷却しにくい記録用紙に対応させて設定することは、冷却しやすい記録用紙に対してエネルギーを無駄に消費してしまうことになる。

そこで、消費エネルギーを必要最低限に抑えつつ十分な冷却を行うために、下記の特許文献４又は５に記載された画像形成装置は、記録用紙の種類ごとに冷却装置の冷却能力を変化させている。

具体的には、特許文献４に記載された画像形成装置は、記録用紙に対して送風する送風ファンと、記録用紙の厚みを検知する紙厚検知手段を備え、紙厚検知手段で検知した記録用紙の厚みに応じて送風ファンの送風量の大小を切り換えるように構成されている。これにより、熱容量の大きい厚紙に対しては送風量を多くして十分な冷却を行い、反対に熱容量の小さい薄紙に対しては送風量を少なくしてファンの消費電力を必要最低限に抑え、省エネルギー化を図っている。

また、特許文献５に記載された画像形成装置は、記録用紙を挟んで冷却する一対の金属製の冷却ローラを備える。この場合、記録用紙の種類に応じて前記冷却ローラと記録用紙との接触圧や接触時間を変化させて、各種記録用紙の温度を同程度の温度にまで冷却するようにしている。

しかしながら、上記特許文献４に記載の画像形成装置のように、記録用紙に直接送風して冷却する構成は、記録用紙と空気との間の熱交換率が低く、冷却能力は高くない。そのため、冷却能力を変化させ得る範囲が小さく、多くの種類の記録用紙に対応して冷却効果を発揮することは困難である。この場合、冷却能力を向上させるためには、風量や風速を増加させることが考えられるが、風量や風速を増加させるためには、非常に大きなファンやダクトが必要になり、装置が大型化する問題がある。さらに、風量・風速を増加させると、装置内に浮遊しているほこりや紙粉、トナー等を飛散させてしまうという問題もある。また、冷却能力を向上させるために冷却時間を長くすることが考えられるが、冷却時間を長く確保するためには、記録用紙が送風を受ける間の搬送速度を遅くしたり、搬送経路を長くしたりする必要がある。記録用紙の搬送速度を遅くした場合は、印刷速度が低下し、昨今の高速化の要求に反することとなる。また、記録用紙の搬送経路を長くした場合は、装置が大型化すると共に、気流による記録用紙のばたつきを防止するために記録用紙を挟持するローラを多く配設しなければならない。

上記特許文献５に記載の画像形成装置も、金属製の冷却ローラと空気との間における熱交換率が低いため、冷却能力に課題がある。また、この場合、冷却能力を向上させるには、記録用紙の搬送速度を遅くしなければならず、上記と同様に、印刷速度が低下するといった問題も生じる。

以上のように、特許文献４及び５に記載の画像形成装置は、熱交換率が低いため、ファンの回転速度の切換や、冷却ローラと記録用紙との接触圧又は接触時間を変化させることによる冷却能力の変化幅が小さく、多くの種類の記録用紙に対応して冷却効果を発揮することは困難である。さらに、熱交換率の低さを補うために、冷却能力を向上させようとすると、それに伴う様々な問題が生じる。

本発明は、斯かる事情に鑑み、記録用紙等のシート状部材の多くの種類に対応して冷却効果を発揮することができると共に小型化及び高速化に対応した冷却装置、及びその冷却装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、シート状部材を搬送する搬送手段と、内部に冷却液を流通させる冷却液流路を有すると共に前記シート状部材に接触して当該シート状部材を冷却する冷却部材とを備え、前記シート状部材の種類に応じて前記冷却部材の冷却能力を変化させるようにしたものである。

シート状部材の種類に応じて冷却部材の冷却能力を変化させることにより、シート状部材の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることができる。これにより、冷却しにくいシート状部材に対して十分な冷却を行うことができる。一方、冷却しやすいシート状部材に対しては、冷却のための消費エネルギーを必要最低限に抑えることができ、省エネルギー化を図り得る。しかも、本発明の冷却装置は、熱輸送媒体として熱交換率の良い液体を使用しているので、従来の熱交換率の低い冷却装置に比べ、シート状部材を効果的に冷却することができる。従って、本発明の冷却装置は、従来のように、熱交換率の低さを補うために、装置を大型化して冷却能力を向上させたり、シート状部材の搬送速度を遅くしたりする必要がないので、小型化及び高速化を図り得る。また、熱交換率の良い液体を使用することにより、冷却能力を変化させ得る範囲が大きくなるため、多くの種類のシート状部材に対応して適切な冷却効果を発揮することが可能である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の冷却装置において、前記冷却部材に冷却液を供給する冷却液供給手段を備え、前記冷却液供給手段による単位時間当たりの冷却液の供給量を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成したものである。

シート状部材の種類に応じて単位時間当たりの冷却液の供給量を変化させることにより、冷却液による熱輸送効率を変化させることができ、シート状部材の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることが可能である。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の冷却装置において、冷却液の熱を放出させる放熱部と、前記放熱部に送風するファンとを備え、前記ファンの回転速度を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成したものである。

シート状部材の種類に応じてファンの回転速度を変化させることにより、放熱部における冷却液の放熱効率を変化させることができ、シート状部材の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることが可能である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置において、電力供給源から電力を供給されることによって冷却液を冷却する冷却素子を備え、当該冷却素子に供給する電力量を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成したものである。

シート状部材の種類に応じて冷却素子に供給する電力量を変化させることにより、シート状部材の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることが可能である。

請求項５の発明は、請求項１に記載の冷却装置において、前記冷却部材を、内部に冷却液を封入したヒートパイプによって構成すると共に、当該ヒートパイプの放熱部に送風するファンを設け、当該ファンの回転速度を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成したものである。

シート状部材の種類に応じてファンの回転速度を変化させることにより、ヒートパイプの放熱部における放熱効率を変化させることができ、シート状部材の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることができる。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置において、前記冷却部材に接触する対向部材を備え、前記冷却部材と前記対向部材とが接触する接触部に前記シート状部材を通過させるように構成したものである。

シート状部材を冷却部材と対向部材とが接触する接触部に通過させることによって、冷却部材にシート状部材を確実に接触させることができ、シート状部材を効率良く冷却することが可能となる。

請求項７の発明は、請求項６に記載の冷却装置において、前記対向部材の表面に弾性層を配設すると共に、当該弾性層を前記冷却部材に所定の圧力で接触させたものである。

この場合、弾性層が冷却部材の表面形状に沿って変形するため、対向部材と冷却部材との接触面積を大きく確保することができる。これにより、シート状部材と冷却部材との接触面積が大きくなり、広い範囲で冷却部材がシート状部材から熱を奪うことができるので、より効果的に冷却することができる。

請求項８の発明は、請求項６に記載の冷却装置において、対向部材をベルトで構成したものである。

対向部材をベルトで構成した場合、ベルトを冷却部材の表面に沿って接触させることができるので、その接触面積を大きく確保することが可能である。この場合も、シート状部材と冷却部材との接触面積を大きくすることができ、冷却効果を高めることができる。

請求項９の発明は、請求項８に記載の冷却装置において、前記ベルトを前記冷却部材に対して所定の圧力で接触させる加圧部材を設けたものである。

加圧部材によってベルトを冷却部材に所定の圧力で接触させた場合は、冷却部材とシート状部材との接触圧を高めることができ、より効果的に冷却することができる。

請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置において、前記シート状部材の種類を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に応じて前記冷却部材の冷却能力を変化させるように構成したものである。

検知手段の検知結果に応じて冷却部材の冷却能力を変化させることにより、シート状部材の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることができる。

請求項１１の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置を備えた画像形成装置である。

これにより、上記画像形成装置は、多くの種類のシート状部材に対応して適切な冷却効果を発揮することが可能である。また、小型化及び高速化に対応した画像形成装置を提供することが可能となる。

請求項１２の発明は、シート状部材としての記録媒体に形成された未定着画像を加熱して定着させる定着装置を備え、当該定着装置によって画像が定着された記録媒体を冷却する冷却装置として、請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置を適用した画像形成装置である。

これにより、上記画像形成装置は、特に、定着装置によって加熱された記録媒体を、その種類に応じて適切な冷却効果を発揮することが可能である。従って、冷却しにくい記録媒体に対しては十分な冷却を行って、ブロッキング等の不具合を防止することができると共に、冷却しやすい記録媒体に対しては消費エネルギーを必要最低限に抑えて省エネルギー化を図り得る。また、小型化及び高速化に対応した画像形成装置を提供することが可能となる。

本発明は、熱交換率の良い液体を使用しているので、従来の熱交換率の低い冷却装置に比べ、シート状部材を効果的に冷却することができる。従って、本発明は、従来のように、熱交換率の低さを補うために、装置を大型化して冷却能力を向上させたり、シート状部材の搬送速度を遅くしたりする必要がないので、小型化及び高速化を図り得る。また、熱交換率の良い液体を使用することにより、冷却能力を変化させ得る範囲が大きくなるため、多くの種類のシート状部材に対応して適切な冷却効果を発揮することが可能である。

本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の実施例１に係る冷却装置の構成を示す図である。 上記実施例１に係る冷却装置の全体構成を模式的に示す図である。 記録用紙の種類を検知する検知手段の一例を示す図である。 本発明の実施例２に係る冷却装置の全体構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例３に係る冷却装置の全体構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例４に係る冷却装置の全体構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例５に係る冷却装置の構成を示す図である。 記録用紙における温度ごとの熱容量を示すグラフである。

図１は、本発明に係る画像形成装置を示す概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋを備えている。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、画像形成装置本体１００に対して着脱可能に構成してある。各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっている。そこで、１つのプロセスユニット１Ｙを例にその構成を説明する。

プロセスユニット１Ｙは、静電潜像担持体としての感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ３と、感光体２の表面にトナー像を形成する現像手段としての現像装置４と、感光体２の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード５を備えている。

各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの上方には、露光手段としての露光装置７が配設されている。露光装置７は、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２にレーザ光を照射するように構成されている。また、各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの下方には、中間転写ユニット６が配設されている。中間転写ユニット６は、複数のローラ２１〜２４に掛け渡された無端状のベルトから成る中間転写ベルト１０を有する。中間転写ベルト１０の内周面には、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１１が配設されている。各一次転写ローラ１１は、それぞれ感光体２に対向した位置で中間転写ベルト１０の内周面に圧接している。これにより、各感光体２が中間転写ベルト１０の外周面に圧接し、各感光体２と中間転写ベルト１０との圧接部において一次転写ニップが形成されている。

また、中間転写ベルト１０を張架する１つのローラ２４に対向して、二次転写手段としての二次転写ローラ１２が配設されている。この二次転写ローラ１２は、中間転写ベルト１０の外周面に圧接しており、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト１０との圧接部において二次転写ニップが形成されている。

画像形成装置本体１００の下部には、記録媒体としての記録用紙Ｐを収容した複数の給紙カセット１３が配設されている。各給紙カセット１３には、記録用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１４等が設けてある。また、画像形成装置本体１００の図の左側の外面には、機外に排出された記録用紙Ｐをストックする排紙トレイ２０が設けてある。

画像形成装置本体１００内には、記録用紙Ｐを給紙カセット１３から二次転写ニップを通って排紙トレイ２０へ搬送するための搬送経路Ｒ１が配設されている。以下、搬送経路Ｒ１において、記録用紙Ｐを搬送する方向を下流側とし、それと反対方向を上流側とすると、二次転写ニップの上流側にはレジストローラ１５が配設されている。また、給紙カセット１３から二次転写ニップに至る途中には、複数の搬送ローラ２５が配設されている。二次転写ニップの下流側には、定着装置８、冷却装置９、一対の排出ローラ１６が順次配設されている。定着装置８は、例えば、内部に加熱源を有する加熱ローラ１７と、その加熱ローラ１７を加圧する加圧ローラ１８を有する。加熱ローラ１７と加圧ローラ１８は互いに圧接しており、その圧接部において定着ニップを形成している。

また、画像形成装置本体１００内に、両面印刷を行うために記録用紙Ｐを表裏反転させて供給するための反転路Ｒ２が配設されている。反転路Ｒ２は、冷却装置９と排紙ローラ１６との間で搬送経路Ｒ１から分岐し、レジストローラ１５の上流側で搬送経路Ｒ１に合流している。反転路Ｒ２には正逆方向に回転するスイッチバックローラ２６が設けてある。

以下、図１を参照して上記画像形成装置の基本的動作について説明する。
各プロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの感光体２が図の反時計回りに回転駆動され、帯電ローラ３によって各感光体２の表面が所定の極性に一様に帯電される。図示しない読取装置によって読み取られた原稿の画像情報に基づいて、露光装置７から帯電された各感光体２の表面にレーザ光が照射されて、各感光体２の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体２上に形成された静電潜像に、各現像装置４によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として可視像化される。

中間転写ベルト１０を張架するローラの１つが回転駆動し、中間転写ベルト１０を図の矢印の方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ１１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ１１と各感光体２との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各感光体２に形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト１０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト１０はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。また、転写後の各感光体２の表面には、中間転写ベルト１０に転写しきれなかったトナーが残留している。この感光体２上に残留したトナーは、クリーニングブレード５によって除去される。

また、給紙ローラ１４が回転することによって、給紙カセット１３から記録用紙Ｐが搬出される。搬出された記録用紙Ｐは、複数の搬送ローラ２５によって搬送された後、レジストローラ１５によってタイミングを計られて、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト１０との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ１２に、中間転写ベルト１０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、二次転写ニップに転写電界が形成される。そして、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト１０上のトナー画像が記録用紙上に一括して転写される。

トナー画像が転写された記録用紙Ｐは、定着装置８へと搬送される。定着装置８に送り込まれた記録用紙Ｐは、加熱ローラ１７と加圧ローラ１８間に挟まれて加熱・加圧され、トナー画像が記録用紙Ｐ上に定着される。その後、記録用紙Ｐは、冷却装置９を通過する際に冷却され、排出ローラ１６によって排紙トレイ２０に排出される。

以上の説明は、記録用紙にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

また、両面印刷を行う場合は、片面（表側の面）に画像を定着した記録用紙Ｐを、排紙トレイ２０に排出せずに反転路Ｒ２へ搬送する。反転路Ｒ２において、記録用紙Ｐはスイッチバックローラ２６による逆回転によって逆向きに搬送され、再び搬送経路Ｒ１へと送られる。これを、一般に、スイッチバック動作と呼び、この動作によって記録用紙Ｐの表裏を反転させる。

記録用紙Ｐは二次転写ニップへと搬送され、二次転写ニップにおいて、上記片面に画像を転写した場合と同様にして、記録用紙Ｐの裏面に画像が転写される。そして、定着装置８によって記録用紙Ｐの裏面に画像を定着させた後、冷却装置９によって記録用紙Ｐを冷却し、記録用紙Ｐを排紙トレイ２０へ排出する。
以下、本発明の特徴部分である上記冷却装置９の構成について詳しく説明する。

図２に示すように、実施例１に係る冷却装置９は、冷却ローラ３１と、その冷却ローラ３１に対向して配設された対向ローラ３２等を備える。冷却ローラ３１は、アルミニウム製の円筒状のローラで構成されており、そのローラの内部には冷却液を流通させるための冷却液流路３０が形成されている。なお、冷却ローラ３１の材料としては、アルミニウム以外の熱伝導率の良い部材を適用することも可能である。対向ローラ３２は、金属製の芯材３２ａと、その芯材３２ａの表面に配設されたシリコーンゴム等から成る弾性層３２ｂとで構成されている。

冷却ローラ３１と対向ローラ３２は、互いに所定の圧力で接触（圧接）しており、記録用紙Ｐは冷却ローラ３１と対向ローラ３２とが接触する接触部を通過するようになっている。また、冷却ローラ３１と対向ローラ３２は、記録用紙Ｐの搬送方向と同じ方向に回転するようになっている。すなわち、回転する冷却ローラ３１及び対向ローラ３２の間に侵入した記録用紙Ｐは、冷却ローラ３１と対向ローラ３２によって加圧されながら搬送される。このとき、記録用紙Ｐは冷却ローラ３１と接触することで冷却ローラ３１に熱が奪われ冷却されるようになっている。なお、本実施例では、対向ローラ３２は図示しない駆動手段によって回転駆動する駆動ローラであり、冷却ローラ３１は対向ローラ３２の回転に伴って従動回転する従動ローラとなっている。ただし、冷却ローラ３１を駆動ローラとし、対向ローラ３２を従動ローラとしてもよい。

図３は、実施例１に係る冷却装置９の全体構成を模式的に示した図である。
図３に示すように、冷却装置９は、上記冷却ローラ３１及び上記対向ローラ３２以外に、ポンプ３３と、ラジエータ３４と、ファン３５と、タンク３６等を備えている。また、冷却ローラ３１、ポンプ３３、ラジエータ３４、タンク３６は、循環路３７を介して接続されている。

上記ポンプ３３は、循環路３７を介して冷却液を冷却ローラ３１に供給する冷却液供給手段である。この場合、冷却液は循環路３７内を図の矢印の方向に循環するようになっている。上記ラジエータ３４は、その内部に冷却液を収容することにより、冷却液を放熱させる放熱部である。また、上記ファン３５は、ラジエータ３４に送風することによって、ラジエータ３４の放熱効果を高めるためのものである。上記タンク３６は、余剰の冷却液を貯留するために設けられている。

冷却液は、水を主成分とし、凍結温度を下げるためのプロピレングリコール又はエチレングリコールや、金属製の部品の錆を防止するための防錆剤（例えば、リン酸塩系物質：リン酸カリ塩、無機カリ塩等）が添加されている。

また、図３に示すように、冷却ローラ３１の両端部は、一対の支持部材３８，３９によって回転可能に支持されている。各支持部材３８，３９は、内部に冷却液を流通させるための冷却液流路４０，４１が形成されている。これら支持部材３８，３９の冷却液流路４０，４１の一端は、冷却ローラ３１の冷却液流路３０と接続され、他端は、循環路３７と接続されている。支持部材３８，３９の冷却液流路４０，４１と、冷却ローラ３１の冷却液流路３０との接続は、例えば、回転継手などを介して行うことで、冷却ローラ３１を回転させつつ冷却液の供給及び排出を行うことが可能である。あるいは、冷却ローラ３１を、冷却液流路３０を形成する内管と、その内管の外側に回転可能に取り付けられた外管とで構成し、前記内管と支持部材３８，３９の冷却液流路４０，４１とを回転しないように接続してもよい。また、この場合、冷却ローラ３１の内管と支持部材３８，３９の冷却液流路４０，４１とを１本の配管によって一体的に構成することも可能である。

冷却ローラ３１が記録用紙から奪った熱は、冷却液流路３０内を流通する冷却液に伝達される。そして、熱が伝達されて温度上昇した冷却液は、冷却ローラ３１からラジエータ３４に送られる。ラジエータ３４に送られた冷却液は、ファン３５からの送風によって放熱して温度が下げられた後、再び冷却ローラ３１へ供給されるようになっている。

また、本発明に係る冷却装置は、記録用紙の冷却のしやすさに応じて冷却能力を変更できるように構成されている。記録用紙の冷却のしやすさに関わるパラメータとしては、例えば、記録用紙における、１枚当たりの熱容量、熱伝導率、厚さ、表面状態などが挙げられる。上記「表面状態」とは、記録用紙の表面粗さや、コーティング層等の表面処理の有無、その表面処理の種類などである。

実施例１では、ポンプ３３の駆動を制御する流量制御部４２を設け、その流量制御部４２によって、ポンプ３３から冷却ローラ３１への単位時間当たりの冷却液の供給量を変化させて、冷却能力を変化させるようにしている。具体的には、冷却ローラ３１への冷却液の供給量を多くすると、冷却液による熱輸送効率が高まるので、冷却能力を大きくすることができる。反対に、冷却ローラ３１への冷却液の供給量を少なくすると、熱輸送効率が低くなるので、冷却能力を小さくすることが可能である。

上記流量制御部４２は、記録用紙の種類ごとに適したポンプ３３の制御条件を記憶しており、図示しない操作部で使用者等が指定した記録用紙の種類に基づいて、流量制御部４２がポンプ３３の駆動を制御するように構成されている。上記記録用紙の種類ごとに適したポンプ３３の制御条件は、予め実験やシミュレーションなどによって、記録用紙の種類ごとに、記録用紙を所定の温度にまで冷却するための冷却液流量を求めることによって得られる。

実施例１では、記録用紙の種類は使用者等が操作部で指定することによって判別しているが、記録用紙の種類を検知する検知手段を設けてもよい。この検知手段としては、例えば、記録用紙の剛性を検知するものを適用可能である。記録用紙の剛性はその種類（材質や厚さ等）によって異なるので、記録用紙の種類ごとに予め剛性を測定しておき、それらと検知手段によって検知（測定）した剛性とを比較・照合することで記録用紙の種類を判別することが可能である。

また、上記検知手段として、記録用紙の光透過性や光反射性を検知するものを適用することも可能である。下記表１に、ＰＰＣ用紙（普通紙）、コート紙、再生紙の各種記録用紙について、反射散乱光、透過散乱光、正透過光、正反射光を測定して得た強度の相対値の一例を示す。

表１に示すように、記録用紙の光透過性や光反射性の特性は、記録用紙の種類によって異なるため、記録用紙の種類ごとに予め光透過性や光反射性を測定しておき、それらと検知手段によって検知（測定）したものとを比較・照合することで記録用紙の種類を判別することが可能である。例えば、採用する記録用紙が、表１に示すＰＰＣ用紙、コート紙、再生紙である場合は、冷却水の供給量を、ＰＰＣ用紙、コート紙、再生紙の順に、小、大、中となるように設定する。

記録用紙の種類を検知するために正透過光のみを利用する場合は、図４に示すように、記録用紙Ｐに光を照射する発光部４３と、記録用紙Ｐからの正透過光を検知する受光部４４を、冷却装置より上流側の記録用紙の搬送経路に配設する。また、正透過光以外の光を利用する場合は、適宜それらの光を検知可能なように発光部と受光部を配設すればよい（図示省略）。

なお、記録用紙の種類を検知する検知手段は、上記のような剛性を検知するものや、光透過性・光反射性を検知するものに限らない。その他の検知手段も適用可能である。

図５は、本発明の実施例２に係る冷却装置９の全体構成を模式的に示した図である。
実施例２は基本的に上記実施例１と同様に構成されているが、実施例２では、ファン３５の駆動を制御する風量制御部４５を設け、その風量制御部４５によってファン３５の回転速度を変化させて、冷却能力を変化させるようにしている。ファン３５の回転速度を速くすると、ラジエータ３４における冷却液の放熱効率が高まるので、冷却能力を大きくすることができ、反対に、ファン３５の回転速度を遅くすると、ラジエータ３４における冷却液の放熱効率が低くなるので、冷却能力を小さくすることができる。なお、ファン３５の回転速度を変化させる制御には、回転速度を増減させる制御だけでなく、回転のＯＮ−ＯＦＦの切換制御も含まれる。

また、風量制御部４５は、記録用紙の種類ごとに適したファン３５の制御条件を記憶しており、図示しない操作部で使用者等が指定した記録用紙の種類に基づいて、風量制御部４５がファン３５の回転速度を制御するように構成されている。すなわち、実施例２においても、記録用紙の種類に応じて冷却能力を変化させるようにしている。また、上記と同様に、記録用紙の種類を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に応じて、風量制御部４５がファン３５を制御するように構成してもよい。

以上、実施例２の構成について説明したが、実施例２におけるその他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。なお、図５において、図３と同一の符号は同じ部材又は装置を示している。

図６は、本発明の実施例３に係る冷却装置９の全体構成を模式的に示した図である。
図６に示すように、実施例３では、ラジエータ３４の外面に冷却素子としてのペルチェ素子４６を配設している。ペルチェ素子４６は、一対の電極と、これら電極と直列に接続されたＮ型とＰ型の熱電半導体とを有している。図示しない電力供給源からペルチェ素子４６に電力が供給されると、Ｐ型とＮ型の熱電半導体に電流が流れ、一方の電極側では電子がエネルギーを奪って冷やされ、他方の電極側では電子が奪ったエネルギーを放出して温められる。ペルチェ素子４６の冷やされる電極側の吸熱面は、ラジエータ３４に接触しており、ラジエータ３４の熱を奪うようになっている。一方、ペルチェ素子４６の放熱する電極側の発熱面には、ファン４７が対向して配設されており、ファン４７からの送風によってペルチェ素子４６が冷却されるようになっている。

実施例３では、上記実施例１及び２と異なり、電力量制御部４８によって、ペルチェ素子４６に供給される電力量を変化させて、冷却能力を変化させるようにしている。ペルチェ素子４６への供給電力量を大きくすると、ペルチェ素子４６の冷却能力を大きくすることができ、反対に、ペルチェ素子４６への供給電力量を小さくすると、ペルチェ素子４６の冷却能力を小さくすることが可能である。このように、供給電力量を制御することによって、ペルチェ素子４６の吸熱面の温度を精密に制御することが可能である。

上記電力量制御部４８は、記録用紙の種類ごとに適したペルチェ素子４６への供給電力量を記憶しており、図示しない操作部で使用者等が指定した記録用紙の種類に基づいて、電力量制御部４８がペルチェ素子４６への供給電力量を変化させるようにしている。すなわち、実施例３においても、記録用紙の種類に応じて冷却能力を変化させるようにしている。また、上記と同様に、記録用紙の種類を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に応じて、電力量制御部４８が供給電力量を変化させるように構成してもよい。

以上、実施例３の構成について説明したが、実施例３におけるその他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。また、図６において、図３と同一の符号は同じ部材又は装置を示している。

図７は、本発明の実施例４に係る冷却装置９の全体構成を模式的に示した図である。
実施例４では、冷却ローラとしてヒートパイプ５０を適用している。ヒートパイプ５０の一端側（図７において右端側）には放熱フィン５１が設けてある。さらに、この放熱フィン５１に送風するファン５３が配設されている。また、ヒートパイプ５０には、上記各実施例と同様の対向ローラ５２が接触又は圧接している。

図示しない記録用紙は、ヒートパイプ５０と対向ローラ５２とが接触（又は圧接）する接触部を通過するようになっている。また、ヒートパイプ５０と対向ローラ５２は、記録用紙の搬送方向と同じ方向に回転するようになっている。すなわち、回転するヒートパイプ５０及び対向ローラ５２の間に侵入した記録用紙は、ヒートパイプ５０と対向ローラ５２によって挟持（又は加圧）されながら搬送される。このとき、記録用紙はヒートパイプ５０と接触することでヒートパイプ５０によって熱が奪われ冷却されるようになっている。

ヒートパイプ５０は、冷却液（作動液）が内部に真空封入された金属製の中空パイプで構成されると共に、その中空パイプの内壁に、熱輸送を行う毛細管構造のウィックが配設されている。この実施例では、冷却液を水（純水）とし、ヒートパイプ５０をステンレス製の中空パイプで構成しているが、冷却液やヒートパイプ５０の素材に他のものを適用することも可能である。ヒートパイプ５０内に封入された冷却液は、対向ローラ５２と接触（又は圧接）した受熱部において蒸発して蒸気流となり、その蒸気流はフィン５１を設けた放熱部に移動し、そこで凝縮する。また、放熱部で凝縮した冷却液は、ウィックの毛細管現象により受熱部へと環流するようになっている。

ヒートパイプ５０が記録用紙から奪った熱は、ヒートパイプ５０内に封入された冷却液に伝達される。冷却液は受熱部において蒸発して蒸気流となり、放熱フィン５１を配設した放熱部に移動する。そして、放熱部において、冷却液は、ファン５３からの送風によって放熱して凝縮する。放熱部で凝縮した冷却液は、ウィックの毛細管現象により受熱部へと環流する。このように、冷却液は、受熱部における受熱と放熱部における放熱とを繰り返す。

また、図７に示す実施例４では、ヒートパイプ５０の冷却能力を変化させるために、風量制御部５４によって、ファン５３の回転速度を変化させるようにしている。ファン５３の回転速度を速くすると、ヒートパイプ５０の放熱部における放熱効率が高まるので、冷却能力を大きくすることができる。反対に、ファン５３の回転速度を遅くすると、ヒートパイプ５０の放熱部における放熱効率が低くなるので、冷却能力を小さくすることが可能である。また、ファン５３の回転速度を変化させる制御には、回転速度を増減させる制御だけでなく、回転のＯＮ−ＯＦＦの切換制御も含まれる。

風量制御部５４は、記録用紙の種類ごとに適したファン５３の制御条件を記憶しており、図示しない操作部で使用者等が指定した記録用紙の種類に基づいて、風量制御部５４がファン５３の回転速度を制御するように構成されている。すなわち、実施例４においても、記録用紙の種類に応じて冷却能力を変化させるようにしている。また、上記と同様に、記録用紙の種類を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に応じて、風量制御部５４がファン５３を制御するように構成することも可能である。

図８は、本発明の実施例５に係る冷却装置９の構成を示した図である。
図８に示す実施例５は、冷却ローラ３１に対向して配設された対向部材を、上記各実施例のような対向ローラではなく、無端状のベルト５５としている。ベルト５５は、フッ素ゴム等から形成されており、駆動ローラ５６、従動ローラ５７，テンションローラ５８に掛け渡されている。ベルト５５と冷却ローラ３１は互いに接触しており、ベルト５５が駆動ローラ５６の回転駆動によって矢印の方向に周回走行（回転）した際、冷却ローラ３１は従動回転するようになっている。また、記録用紙Ｐは、周回走行するベルト５５によって搬送されつつ、冷却ローラ３１とベルト５５とが接触する接触部を通過するようになっている。そして、記録用紙Ｐが冷却ローラ３１とベルト５５との接触部を通過する際、冷却ローラ３１によって記録用紙Ｐが冷却される。また、ベルト５５に対して記録用紙Ｐの搬送方向下流側には、ベルト５５から記録用紙Ｐを分離するための分離部材５９が配設されている。

また、この冷却装置９は、冷却ローラ３１の冷却液流路３０に冷却液を供給するポンプ（図示省略）と、余剰の冷却液を貯留するタンク（図示省略）と、冷却液を放熱させるラジエータ（図示省略）と、これらを冷却ローラ３１と接続するための循環路（図示省略）等を備えている。さらに、ポンプから冷却ローラ３１への単位時間当たりの冷却液の供給量を変化させる流量制御部（図示省略）を設け、記録用紙の種類に応じて冷却ローラ３１の冷却能力を変更可能に構成されている。また、冷却能力を変化させるために、ラジエータに送風するファンの回転速度を変化さてもよい。あるいは、ペルチェ素子等の冷却素子をラジエータに接触させて配設し、その冷却素子へ供給する電力量を変化させることにより、冷却能力を変化させることも可能である。

また、図８に示す実施例５において、加圧部材としての加圧ローラ（図示省略）を、ベルト５５を介して冷却ローラ３１に圧接させてもよい。また、冷却ローラ３１の代わりに、図７に示すようなヒートパイプ５０を適用することも可能である。あるいは、冷却ローラ３１やヒートパイプ５０等の回転体の代わりに、回転しない冷却部材を適用することも可能である。

以下、上記本発明の各実施例の作用・効果について説明する。

まず、本発明の実施例１に係る冷却装置の作用・効果について説明する。
実施例１では、図３に示す流量制御部４２が、図示しない画像形成装置の操作部からの信号を受け、指定された記録用紙の種類に基づいてポンプ３３の駆動を制御する。詳しくは、流量制御部４２は、上記操作部から受けた記録用紙の種類に関する情報と、記録用紙の種類ごとに記憶してあるポンプ３３の制御条件とを照合して、その記録用紙の種類に対応した条件でポンプ３３の駆動を制御し、単位時間当たりの冷却液の供給量を調整する。この制御を行うタイミングは、記録用紙が冷却ローラ３１と対向ローラ３２との間に侵入する前の所定のタイミングで行う。

上記のように、実施例１では、記録用紙の種類に応じて単位時間当たりの冷却液の供給量を変化させて、冷却液による熱輸送効率を変化させることにより、記録用紙の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることが可能である。

また、図５に示す実施例２では、風量制御部４５が、図示しない画像形成装置の操作部からの信号を受けた場合、指定された記録用紙の種類に基づいてファン３５の回転速度を制御する。このように、実施例２では、記録用紙の種類に応じてファン３５の回転速度を変化させて、ラジエータ３４における放熱効率を変化させることにより、記録用紙の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることが可能である。

また、図６に示す実施例３では、電力量制御部４８が、図示しない画像形成装置の操作部からの信号を受けた場合、指定された記録用紙の種類に基づいてペルチェ素子４６の電力供給源を制御する。これにより、記録用紙の種類に応じてペルチェ素子４６への供給電力量を調整することができ、記録用紙の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることが可能である。

また、図７に示す実施例４では、風量制御部５４が、図示しない画像形成装置の操作部からの信号を受けた場合、指定された記録用紙の種類に基づいてファン５３の回転速度を制御する。このように、実施例４では、記録用紙の種類に応じてファン５３の回転速度を変化させて、ヒートパイプ５０の放熱部における放熱効率を変化させることにより、記録用紙の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることができる。

上記のように、実施例２〜４においても、記録用紙の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることができる。なお、上記実施例２の風量制御部４５によるファン３５の制御、上記実施例３の電力量制御部４８による電力供給源の制御、上記実施例４の風量制御部５４によるファン５３の制御は、それぞれ、実施例１と同様に、操作部から受けた記録用紙の種類に関する情報と、記録用紙の種類ごとに記憶してある制御条件とを照合して、その記録用紙の種類に対応した条件で各制御対象を制御すればよい。

また、図８に示す実施例５においては、上記各実施例のいずれかと同様の冷却能力の制御方法を採用することによって、記録用紙の種類ごとに適した冷却能力を発揮させることが可能である。

以上のように、本発明によれば、記録用紙の種類に応じて冷却能力を変化させることができる。これにより、厚紙等の冷却しにくい記録用紙に対して十分な冷却を行うことができ、ブロッキング等の不具合を防止することができる。一方、薄紙等の冷却しやすい記録用紙に対しては、ポンプ３３の消費電力を必要最低限に抑えることができ、省エネルギー化を図ることが可能である。

しかも、本発明に係る冷却装置は、熱輸送媒体として熱交換率の良い液体を使用しているので、従来の熱交換率の低い冷却装置に比べ、記録用紙を効果的に冷却することができる。従って、本発明の冷却装置は、従来のように、熱交換率の低さを補うために、装置を大型化して冷却能力を向上させたり、シート状部材の搬送速度を遅くしたりする必要がないので、小型化及び高速化を図り得る。また、熱交換率の良い液体を使用することにより、冷却能力を変化させ得る範囲が大きくなるため、多くの種類の記録用紙に対応して適切な冷却効果を発揮することが可能である。

さらに、上記本発明の実施例では、対向ローラ３２を冷却ローラ３１に対して所定の圧力で接触（圧接）させている。これにより、対向ローラ３２によって記録用紙を冷却ローラ３１に加圧することができ、冷却ローラ３１と記録用紙との接触圧を高めて、冷却効果を向上させることが可能である。また、対向ローラ３２と冷却ローラ３１との圧接によって、対向ローラ３２の弾性層３２ｂが冷却ローラ３１の表面形状に沿って変形するため、対向ローラ３２と冷却ローラ３１との接触面積を大きく確保することができる。これにより、記録用紙と冷却ローラ３１との接触面積が大きくなり、広い範囲で冷却ローラ３１が記録用紙から熱を奪うことができるので、より効果的に冷却することができる。

また、図８に示す実施例のように、対向ローラの代わりにベルト５５を採用した場合は、ベルト５５を冷却ローラ３１の外周面に沿って接触させることができるので、その接触面積を大きく確保することが可能である。この場合も、記録用紙と冷却ローラ３１との接触面積を大きくすることができ、冷却効果を高めることができる。さらに、図示しない加圧部材によってベルト５５を冷却ローラ３１に対して所定の圧力で接触（圧接）させた場合は、冷却ローラ３１と記録用紙との接触圧を高めることができ、より効果的に冷却することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、ポンプの流量制御とラジエータに送風するファンの制御を組み合わせたり、ポンプの流用制御とペルチェ素子への供給電力量の制御を組み合わせたりして、冷却能力を変化させることも可能である。

また、上述の実施例では、本発明に係る冷却装置を、定着装置に対して記録用紙の搬送方向下流側に配設しているが、これ以外の場所に冷却装置を配設することも可能である。また、本発明の冷却装置を搭載する画像形成装置は、図１に示すものに限らない。その他の複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等にも、本発明の冷却装置を搭載可能である。また、本発明に係る冷却装置は、記録用紙以外のシート状部材を冷却する場合にも適用可能である。

８ 定着装置
９ 冷却装置
３０ 冷却液流路
３１ 冷却ローラ（冷却部材）
３２ 対向ローラ（対向部材）
３２ｂ 弾性層
３３ ポンプ（冷却液供給手段）
３４ ラジエータ（放熱部）
３５ ファン
４６ ペルチェ素子（冷却素子）
５０ ヒートパイプ
５３ ファン
５５ ベルト
Ｐ 記録用紙（シート状部材）

特開平１０−２０７１５５号公報 特開平１１−７２１８号公報 特開２００６−３８１９号公報 特開２００３−３０７９５９号公報 特開平９−１６０３１１号公報

Claims (12)

1. シート状部材を搬送する搬送手段と、
   内部に冷却液を流通させる冷却液流路を有すると共に前記シート状部材に接触して当該シート状部材を冷却する冷却部材とを備え、
   前記シート状部材の種類に応じて前記冷却部材の冷却能力を変化させるようにしたことを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷却部材に冷却液を供給する冷却液供給手段を備え、前記冷却液供給手段による単位時間当たりの冷却液の供給量を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成した請求項１に記載の冷却装置。
3. 冷却液の熱を放出させる放熱部と、前記放熱部に送風するファンとを備え、前記ファンの回転速度を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成した請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 電力供給源から電力を供給されることによって冷却液を冷却する冷却素子を備え、当該冷却素子に供給する電力量を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 前記冷却部材を、内部に冷却液を封入したヒートパイプによって構成すると共に、当該ヒートパイプの放熱部に送風するファンを設け、当該ファンの回転速度を、前記シート状部材の種類に応じて変化させるように構成した請求項１に記載の冷却装置。
6. 前記冷却部材に接触する対向部材を備え、前記冷却部材と前記対向部材とが接触する接触部に前記シート状部材を通過させるように構成した請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
7. 前記対向部材の表面に弾性層を配設すると共に、当該弾性層を前記冷却部材に所定の圧力で接触させた請求項６に記載の冷却装置。
8. 対向部材をベルトで構成した請求項６に記載の冷却装置。
9. 前記ベルトを前記冷却部材に対して所定の圧力で接触させる加圧部材を設けた請求項８に記載の冷却装置。
10. 前記シート状部材の種類を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に応じて前記冷却部材の冷却能力を変化させるように構成した請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
12. シート状部材としての記録媒体に形成された未定着画像を加熱して定着させる定着装置を備え、当該定着装置によって画像が定着された記録媒体を冷却する冷却装置として、請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置を適用したことを特徴とする画像形成装置。

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