冷却装置及び画像形成装置
【課題】冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができる冷却装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】中空状の管状部材１からなる冷却ローラ２２と、管状部材１内に冷却媒体を搬送するポンプ１００などからなる冷却媒体搬送手段と、を備え、冷却ローラ２２にシート状部材Ｐを接触させてシート状部材Ｐを冷却する冷却装置１８において、冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段６０を管状部材１の内壁に設けた。
【解決手段】中空状の管状部材１からなる冷却ローラ２２と、管状部材１内に冷却媒体を搬送するポンプ１００などからなる冷却媒体搬送手段と、を備え、冷却ローラ２２にシート状部材Ｐを接触させてシート状部材Ｐを冷却する冷却装置１８において、冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段６０を管状部材１の内壁に設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる冷却装置、及び、その冷却装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置としては、電子写真技術を用いてシート状部材である用紙上にトナー画像を形成し、熱定着装置を通過させることでトナーを溶融し融着させるものが知られている。一般に熱定着装置の温度は、トナーや用紙の種類、用紙搬送スピードなどによって異なるが１８０［℃］〜２００［℃］程度の温度に設定され制御されて、トナーを瞬時に融着させる。熱定着装置を通過した直後の用紙の表面温度は、用紙の熱容量（比熱、密度など）に左右されるが例えば１００［℃］〜１３０［℃］程度の高い温度となっている。トナーの溶融温度はもっと低いので、熱定着装置通過直後の時点ではトナーは少し軟らかいままであり、用紙が冷えるまでは、しばらく粘着状態にある。そのため、連続的に画像出力動作が繰り返され熱定着装置通過後の用紙が排紙収容部に積載される場合、用紙上のトナーが十分に硬化できず軟化状態にあると、用紙上のトナーが別の用紙に貼り付く所謂ブロッキング現象が起こり、画像品質が著しく低下することがある。
【０００３】
特許文献１に記載の画像形成装置では、軸受を介して回転可能にブラケットに支持され、用紙に接触して用紙を搬送しつつ冷却する冷却ローラを備えた冷却装置が、熱定着装置よりも用紙搬送方向下流側に設けられている。熱定着装置通過後の用紙が冷却装置の冷却ローラによって冷却されることで、用紙上のトナーも冷やされ硬化し、上記ブロッキング現象が起こるのを抑えることができる。また、冷却ローラは管状構造であり、冷却ローラ軸方向一端側から他端側に向かって冷却ローラ内に冷却液が流され、用紙から熱を奪うことで温度が上昇した冷却ローラが冷却液により冷却される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電話料金の請求書や領収書等の高速プリントや、厚紙、コート紙等へのカラー光沢画像のプリントなど、軽印刷のニーズが多くなりつつある。このような軽印刷では、高速で大量プリントが行われるため、より短時間に高温のシート状部材を冷却する必要がある。また、オフィス向けとは異なり、カラープリントの頻度も多く、光沢画像も多いことから、熱定着装置によって用紙により高温で画像を定着させるため、高効率の冷却が求められるようになってきた。
【０００５】
しかしながら、冷却ローラ内に冷却液を単に流しただけでは、冷却ローラ内壁近傍の冷却液の温度が高くなり過ぎて冷却液により冷却ローラを効果的に冷やすことができず、その結果、冷却ローラによって用紙の冷却を適切に行えないといった問題が生じ得る。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができる冷却装置、及び、画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、中空状の管状部材からなる冷却ローラと、前記管状部材内に冷却媒体を搬送する冷却媒体搬送手段と、を備え、前記冷却ローラにシート状部材を接触させてシート状部材を冷却する冷却装置において、冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段を前記管状部材の内壁に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた螺旋形状の突起または溝であり、前記管状部材の回転に伴う冷却媒体の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように前記突起または前記溝の螺旋巻き方向を設定したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた穴であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた凹凸面または粗し面であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の冷却装置において、上記冷却ローラは上記管状部材である外管と、該外管内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けた前記外管の内壁と前記内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の冷却装置において、上記内包部材はコア部材であり、上記乱流発生手段を設けた上記外管と前記コア部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項５の冷却装置において、上記内包部材は、上記外管よりも細管構造の内管であり、該外管と該内管との間を冷却媒体が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却媒体が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の冷却装置において、上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項６の冷却装置において、上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項７の冷却装置において、上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項８の冷却装置において、上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１の冷却装置において、上記乱流発生手段を上記管状部材が接触することで冷却するシート状部材と略同幅の領域に設けることを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、前記熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３の冷却装置を用いることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、管状部材の内壁に設けた乱流発生手段により管状部材の内壁近傍で冷却媒体の流れが乱流となる。これにより、前記内壁近傍にある温度の高い冷却媒体と前記内壁から離れた位置にある温度の低い冷却媒体との入れ替えが盛んに行われる。よって、乱流発生手段を前記内壁に設けない場合よりも内壁近傍の冷却媒体の温度を低くすることができるので、その分、冷却媒体によって管状部材を効果的に冷やすことができる。したがって、前記管状部材からなる冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】構成例１の冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。
【図２】実施形態に係る冷却装置の概略構成図。
【図３】冷却ローラ内部の流速分布図。
【図４】冷却ローラ内壁面における剥離点よりも流れ方向下流における熱伝達分布図。
【図５】構成例１に係るスリーブの内壁に螺旋形状の突起が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図６】構成例１に係るスリーブの内壁に螺旋形状の溝が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図７】構成例２に係るスリーブの内壁に螺旋状の突起が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図８】構成例２に係るスリーブの内壁に螺旋状の溝が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図９】（ａ）構成例３に係る冷却ローラを軸方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）構成例３に係る冷却ローラを直径方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。
【図１０】（ａ）構成例４に係る冷却ローラを軸方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）構成例４に係る冷却ローラを直径方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。
【図１１】構成例５に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１２】構成例６に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１３】構成例７に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１４】構成例８に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１５】本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る冷却ローラ及び冷却装置を、熱定着装置によってシート状部材である用紙上のトナーを定着させる画像形成装置を用いて説明する。しかし、本発明の冷却ローラおよび冷却装置は画像形成装置に用いられるものに限定されず、シート状部材の冷却が必要な装置であれば適応可能である。
【００１２】
図２は、用紙搬送の働きをも担う本発明の冷却ローラ２２を備えた冷却装置１８の一例の概略構成図である。冷却手段としての冷却ローラ２２は、管状構造であり、内部に冷却液を流し循環させることで冷却ローラ表面を冷やすようにしたものである。この冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を熱定着装置直後の用紙搬送経路中に配置し、冷却ローラ２２によって用紙を搬送させると同時に、接触させることで用紙から熱を除去し冷却する。
【００１３】
冷却装置１８にはシート状部材である用紙Ｐの搬送方向（左右方向）に間隔をあけて配列されたローラ４０とローラ４１とが設けられており、用紙を搬送するための搬送ベルト４２をローラ４０とローラ４１とにより展張している。ローラ４０は、図示しない駆動源からの駆動力により搬送ベルト４２を回転駆動させる駆動ローラであり、搬送ベルト４２を図中反時計回り方向に回転させて、搬送ベルト４２上に担持された用紙Ｐを図中右側から左側へ搬送する。
【００１４】
冷却装置１８よりも用紙搬送方向上流側には熱定着装置１６が配置されており、冷却装置１８よりも用紙搬送方向下流側には排紙収容部１７が配置されている。ローラ４１の上方には熱定着装置１６から搬送されてきた用紙Ｐをガイドする上ガイド４３が設けられている。また、ローラ４０とローラ４１との中間位置には、搬送ベルト４２に食い込むように上から冷却ローラ２２が搬送ベルト４２に圧接されており、冷却ローラ２２は搬送ベルト４２の搬送力を利用した連れ回りで回転するようになっている。図中の符号４４は冷却装置１８の本体を構成するブラケットであり、ローラ４０、ローラ４１、冷却ローラ２２、及び、上ガイド４３などの構成部品を固定または回転自在に支持する部材である。冷却装置１８はこのブラケット４４によりユニット化され、画像形成装置本体に組み込まれる。
【００１５】
用紙Ｐ上のトナーを熱と圧力とにより用紙Ｐに定着させる熱定着装置１６で熱せられ高温となった用紙Ｐは、排紙収容部１７に排出される前に冷却装置１８を通過する。詳しくは、熱定着装置１６を通って高温となった用紙Ｐが、冷却装置１８の上ガイド４３とローラ４１との間に入り込み搬送ベルト２４に担持され、その後、冷却ローラ２２と搬送ベルト４２とで形成されるニップ領域部を通過して排紙収容部１７に排出される。冷却ローラ２２の内部は管構造になっており、外部で十分に冷却された冷却液が冷却ローラ２２内に供給され冷却ローラ２２内を循環した後に冷却液が冷却ローラ２２内から排出される。用紙Ｐは、冷却ローラ２２と搬送ベルト４２とが接することで形成されるニップ領域で冷却ローラ２２に密着し接触しながら通過するので、その際に用紙Ｐの熱は冷却ローラ２２に吸熱され用紙Ｐが十分に冷却される。例えば、熱定着装置１６を通過した直後の用紙Ｐの表面温度が１００［℃］程度のときに用紙Ｐを冷却装置１８に通過させることで、用紙Ｐの表面温度を５０［℃］〜６０［℃］程度まで冷却することができる。
【００１６】
なお後述するが、冷却ローラ２２は回転管継ぎ手手段を介してタンク１０１、ポンプ１００、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３などの冷却液循環手段と連通／連結され、封入した冷却液が循環することで冷却ローラ２２が冷やされる（図１５等を参照）。
【００１７】
ここで、電子写真方式の画像形成装置では、熱定着装置によりトナーが定着された高温のままの用紙は、カール発生を招いたり、またトナーが完全に固化されていないことから、積載すると用紙同士がトナーによって張り付いたりして画像品質を著しく損ねるため、用紙の冷却が必要であった。
【００１８】
従来、オフィス向けの電子写真方式の画像形成装置においては、高温の用紙を冷却するため、用紙の上面及び下面に冷却ファンにより直接風を当てて冷却する方式や、冷却ファンにより末端を冷却したヒートパイプローラに用紙を接触させて用紙を冷却する方式が数多く採用されてきた。
【００１９】
しかしながら、近年、電子写真方式の画像形成装置は、電話料金の請求書や領収書等の高速プリントや、厚紙・コート紙等へのカラー光沢画像のプリントなど、軽印刷のニーズが多くなりつつあった。このような電子写真方式の画像形成装置による軽印刷では、高速で大量プリントが行われるため、より短時間に高温の用紙を冷却する必要があった。また、オフィス向けとは異なりカラープリントの頻度も多く、光沢画像も多いことから、定着部ではより高温で用紙にトナーを定着するため、従来方式以上の高効率の冷却が求められるようになってきた。
【００２０】
そこで、上述した冷却ファンやヒートパイプローラよりも冷却効率の高い、循環する冷却液を中空の冷却ローラに通して、この冷却ローラにより高温の用紙を冷却させる液冷方式が提案され始めた。
【００２１】
用紙の温度を効率よく下げるには、用紙から冷却ローラの壁部を挟んで冷却液までの熱流束を増加させる必要がある。ここで、冷却ローラの壁部と冷却液との間の熱流束は、「Ｊ．Ｐ．ホールマン著 伝熱工学＜上＞（ブレイン図書出版）、Ｐ１１−１２」より、対流熱伝達による数１のように表される。
【００２２】
【数１】
ただし、
Ｗ［Ｗ］：熱流束
ｈ［Ｗ／ｍ２・℃］：冷却ローラ内壁面の熱伝達率
Ａ［ｍ２］：冷却ローラ内壁面積
Ｔｒ［℃］：冷却ローラ内壁面温度
Ｔｗ［℃］：液温（冷却ローラ内壁面より十分離れた位置）
【００２３】
数１より、熱流束Ｗを上げるためには、液温Ｔｗを下げるか、冷却ローラ内壁面積Ａを増加するか、冷却ローラ内壁面の熱伝達率ｈを向上させる必要がある。
【００２４】
数１における熱流束Ｗを上げるため、冷却ローラ内部を流れる流体を空気から冷却液に変えて熱伝導率や比熱を高くしたり、冷却ローラに内部における流体の速度を増加したりするのは、冷却ローラ内壁面の熱伝達率ｈを増加させることに対応している。ただし、流体速度を上げることは、冷却ローラの内部に冷却液を送液するためのポンプに大きな負担を与えることになるため、容易には行えない。
【００２５】
また、数１において液温Ｔｗを下げることでも熱流束Ｗを上げることが可能であるが、液温Ｔｗを下げる手段として、冷却ファンとラジエータとを使った場合には、液温Ｔｗは本質的に室温以下にすることはできないため、液温Ｔｗが思ったほど下がるものではない。また、液温Ｔｗを下げる手段として冷凍機を使った場合、液温Ｔｗは室温以下には下がるものの、冷凍機の消費電力や初期投資のコストがかさみ、省エネルギー化や低コスト化の観点から実現は容易ではない。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、これらの不具合が生じるのを抑えつつ、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却効率を向上させている。
【００２７】
［構成例１］
図１は、本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の断面図である。
本構成例の冷却ローラ２２は中空の管状部材であるスリーブ１からなり、そのスリーブ１の内壁にスリーブ内壁近傍の冷却液を乱流化するための乱流発生手段である螺旋状の突起６０が配設されている。また、スリーブ１の両端は開口しており、それら開口からスリーブ１内にフランジ３８を嵌合圧入させて取り付けている。また、フランジ３８の軸部は、回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５内に設けられた軸受３７に嵌合圧入されており、これによって冷却ローラ２２がロータリージョイント３５に回転可能に軸しされる。また、樹脂製のシール部材３９によって、ロータリージョイント３５の胴部３６の内壁とフランジ３８の軸部との間から冷却液がロータリージョイント３５の外に漏れ出さないようにしている。
【００２８】
本構成例は、冷却ローラ２２のスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流れに、乱流を発生させる乱流発生手段として螺旋状の微小突起である突起６０をスリーブ１の内壁（内周面）に多数設けている。また、突起６０の螺旋巻き方向は、流体抵抗が大きくならないよう冷却ローラ２２（スリーブ１）の回転方向を考慮して、ポンプ１００（図１５参照）によって送液され冷却装置１８内を循環する冷却液の冷却ローラ２２内における図１中矢印で示した流れ方向と同方向の送りが、スリーブ１の内壁近傍で発生する巻き方向としている。
【００２９】
図１で紙面左側よりスリーブ１内に流入した冷却液は、スリーブ１の内部を送液される際、当初は図３に示されるように流速プロファイル３のようなポアズイユ流れに似た流れ場を形成する。なお、図３においてはスリーブ１の内壁に設けられた突起６０の図示を省略している。この流速プロファイル３は、図１に示される、スリーブ１の内壁に配設された突起６０に衝突し流れが乱れ、図３に示されるように流れがスリーブ１の内壁に付着４の如く付着が発生したり、剥離２の如く剥離したりする。
【００３０】
ここで、流れの剥離や付着が発生する箇所ではスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上する。流れの剥離に関して言えば、図４に示すように、スリーブ１の内壁面上に冷却液流れの剥離２が発生した場合、剥離２の位置を原点とし、そこから冷却液流れ方向下流の位置ｘにおける熱伝達率は、「Ｊ．Ｐ．ホールマン著 伝熱工学＜上＞（ブレイン図書出版）、Ｐ．１４４−１６０、式（５−４１）」に掲載されている、流れが層流時の対流熱伝達式である数２に基づき、ｈｘのように分布される。このとき、剥離２の箇所、すなわち原点で理論上、熱伝達率は＋∞に大きくなる（ただし、工学上、実際に、ｘ＝０で熱伝達率が＋∞になることはない）。
【００３１】
【数２】
ただし、
ｘ［ｍ］：流れの剥離点からの位置
ｈｘ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］：位置ｘにおける局所熱伝達率
Ｐｒ［１］：プラントル係数
Ｕ∞［ｍ／ｓ］：冷却ローラ内壁面より十分離れた流れの主流速
ν［ｍ２／ｓ］：動粘性率（＝粘性率／密度）
ｋ：熱伝導率
【００３２】
これらの流れの剥離や付着は、スリーブ１の内壁近傍で数多く発生し、それぞれの箇所で熱伝達率は高くなることから、延いてはスリーブ１の軸方向に渡って一様に高い熱伝達率が実現されスリーブ１から冷却液までの熱流束が増加し、延いては用紙Ｐの冷却効率が飛躍的向上する。したがって、高温である用紙Ｐは、冷却ローラ２２のスリーブ１と図示しない搬送ベルト４２（図２参照）とによって挟持搬送される際、用紙Ｐの熱はスリーブ１の壁部を通ってスリーブ１の内部を流れる冷却液に高効率で伝達され、延いては用紙Ｐの温度は低減する。
【００３３】
なお、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させるためにスリーブ１の内壁に設ける突起６０の大きさとしては、必要以上に大きくするのは好ましくない。突起６０の大きさを大きくするほどスリーブ１の内壁の面積が増加し、冷却液とスリーブ１の内壁との接触面積を稼ぐと共に、スリーブ１の回転に伴う突起６０の螺旋運動によって積極的に渦巻き状の送りを発生させスリーブ１の内壁に沿って螺旋方向に速い流れを起こすことが可能となるので、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率向上が期待できる。しかしながら、大きな形状の突起６０はスリーブ１内を流れる冷却液に対して大きな流体抵抗の発生原因となり、ポンプ１００により冷却液の流量や流速を上げて、その問題を解決させなければならなくなる。そのため、ポンプ１００が大型化し画像形成装置の大型化やコストアップを招いてしまう。
【００３４】
本構成例の場合は、上記数１の熱流束Ｗを上げる方法として、螺旋状の大きな突起をスリーブ１の内壁に設けてスリーブ１の内壁の面積を稼いだり螺旋方向に速い流れを発生させたりするのではなく、流体抵抗をできるだけ小さくなるように考慮しつつ螺旋状の微小な突起６０をスリーブ１の内壁に設け、スリーブ１の内壁近傍（冷却ローラ半径方向の僅かな幅）を流れる冷却液の流れに乱流を起こし、その乱流による攪拌作用で、流れが悪くて停滞気味であるスリーブ１の内壁近傍の冷却液（停滞することで温まってしまう冷却液）と、流れが良くて次々に新しい冷却液が送られてくるスリーブ１の中央に近い冷却液（滞りなく流れる冷えた冷却液）とを混ぜ合わせて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率を向上させるものである。
【００３５】
すなわち、本構成例では、上述したようにスリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に螺旋状の微小突起である突起６０を多数設けて、その突起６０によりスリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させて、熱流束Ｗを上げると共に流体抵抗も抑えるようにした。
【００３６】
本出願人は、熱伝達率の向上が望め、かつ流体抵抗を抑えることのできる冷却ローラ２２の構成形状を流体シミュレーションで検討した。その結果、冷却ローラ２２のスリーブ１の内壁に流体抵抗を考慮した小さな突起または溝などを多数設け、スリーブ１の内壁近傍に小さな乱流を多数発生させるようにすれば、いたる所で乱流が絡み合い複雑に変化し、そして波及され相乗されて、スリーブ１の内壁近傍の冷却液とスリーブ１の中央に近い冷却液とが混ぜ合わされることが分かった。つまり、小さな形状の突起や溝でもスリーブ１内壁に多数設ければ攪拌機能として十分効果があることが分かった。冷却ローラ２２の構成形状を本構成例のようにすれば、流体抵抗の抑制と冷却液の攪拌作用の両立が可能となり、ポンプの性能に頼らずに熱伝達率を上げて熱流束Ｗを向上させることができるようになる。
【００３７】
なお、本構成例を螺旋形状の突起を例に挙げて説明したが、流体抵抗が大きくならなければ、乱流発生手段の大きさや形状、構成は限定されるものではない。ただ一般的には、冷却液の流れ方向と直角に近い状態で当って、流れを遮るような構成や形状は流体抵抗に対して不利となるので避けた方がよい。
【００３８】
図５はスリーブ１の内壁に螺旋形状の突起６０を設けたときの冷却ローラ２２の拡大断面図である。突起６０を螺旋状とすれば、スリーブ１内を軸方向で流れる冷却液が突起６０に対して鈍角で当り（直角には当らない）、その当った冷却液が突起６０の螺旋方向に沿って流れるので流体抵抗を抑えることができる。
【００３９】
本構成例の乱流発生手段である突起６０は、冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的としていないので、図５の突起６０は冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的としている場合に比べて、その大きさ形状を格段に小さくすることができる。なお、冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的としてスリーブ１の内壁に設けられた突起よりも、突起６０の大きさが小さくなるので、その分、冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的で突起をスリーブ１の内壁に設ける場合よりも、突起６０をスリーブ１の内壁に多数設ける。
【００４０】
図５の場合では突起６０の螺旋ピッチ間隔を細かくしている。突起６０の形状は小さいほど流体抵抗に対して非常に有利となるが、小さくする場合はその数を多くする必要がある。突起６０の形状を小さくしすぎるとスリーブ１の内壁近傍で生じる乱流も小さくなり乱流による冷却液の攪拌力が弱くなるので、流体抵抗とのバランスを考えて決めなければならない。つまり、突起６０の適切な構成及び大きさ形状やその数は、一概に特定することはできないので、スリーブ１の大きさ（直径）や冷却液の流量や流速など上記数１の熱流束Ｗを左右する要因をパラメータとして、適時、決める必要がある。すなわち、装置構成ごとに設計者が、高い冷却性能となるようシステムバランスを考えてシミュレーションや試作実験評価で検証や確認をして、最終的に突起６０の適切な構成や形状を決めることになる。
【００４１】
本出願人らの行ったシミュレーションでは、例えばスリーブ１の内径がφ３０［ｍｍ］のときに乱流発生手段を螺旋状の突起６０とした場合、冷却液の流量や流速にもよるが突起６０のスリーブ１の内壁からの高さを１［ｍｍ］〜２［ｍｍ］程度、螺旋ピッチ間隔を５［ｍｍ］程度以下としたときが流体抵抗と冷却性能のバランスが良かった。一方、スリーブ１の内壁に螺旋状の大きな突起（スリーブ１の内壁からの高さ１０［ｍｍ］、ピッチ間隔２０［ｍｍ］）を設けた場合でもシミュレーションを試みたが、流体抵抗が非常に大きくなり、前述の構成よりも数倍の送液能力を有するポンプを用いないと冷却ローラ２２（スリーブ１）内を流れる冷却液が所望の流量とならず、冷却性能を悪くする結果となった。よって、螺旋運動とスリーブ１の内壁面積を大きくすることとの両者を両立させることを目的とした構成や形状の突起をスリーブ１の内壁に設けることは推奨できない。
【００４２】
図５を具体的に説明すると、図中左側が冷却液流れ方向上流側で図中右側が冷却液流れ方向下流側であり、スリーブ１の図中左側から図中右側に向かって冷却液が流れ、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見てスリーブ１が右回転しているような場合において、乱流発生手段である螺旋形状の突起６０によってスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流れに乱流を起こし、流体抵抗が大きくならないように突起６０の大きさを微小とし、かつ多数設け、そしてスリーブ１と共に右回転する螺旋形状の突起６０の巻き方向を冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する右巻きとする。図５から冷却液の流れ方向と螺旋形状の突起６０の回転による冷却液の送り方向とが同方向となることが分かる。
【００４３】
図６は、図５で示した乱流発生手段としての螺旋形状の突起６０に代えて、スリーブ１の内壁に設ける乱流発生手段を螺旋形状の溝６１としたときの冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００４４】
螺旋形状の溝６１でのシミュレーションを試みた結果、乱流の大きさとしては図５に示した突起６０には及ばなかったが、スリーブ１の内壁に突起６０や溝６１などの乱流発生手段を設けない場合よりもスリーブ１の内壁に溝６１を設けることで冷却性能が向上した。また、図５に示した突起６０をスリーブ１の内壁に設けた場合よりもスリーブ１の内壁に溝６１を設けたほうが流体抵抗は非常に小さくなった。
【００４５】
ここで、大径のスリーブ１を用いる場合には乱流発生手段として溝６１を適用するよりも図５に示した突起６０を適用するほうが望ましいが、小径のスリーブ１であれば乱流発生手段として溝６１を適用しても十分に冷却性能を出すことができ、また流体抵抗が小さいので、パワーの小さなポンプを用いなければならない場合や、スリーブ１内を流れる冷却液の流量や流速を増したい場合などに適した構成形状といえる。
【００４６】
なお、スリーブ１の内壁への突起６０や溝６１の形成は、切削加工や鋳造などの型成形によって行えばよい。
【００４７】
［構成例２］
図７は、スリーブ１の内壁に乱流発生手段として螺旋状の微小突起である突起６２が設けられ、突起６２の螺旋巻き方向がスリーブ１の回転に応じてスリーブ１の内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とした場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００４８】
図８は、スリーブ１の内壁に乱流発生手段として螺旋状の溝６３が設けられ、溝６３の螺旋巻き方向がスリーブ１の回転に応じてスリーブ１の内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とした場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００４９】
構成例１の図５や図６では、スリーブ１内を流れる冷却液の流れ方向と螺旋形状の突起６０や溝６１による冷却液の送り方向とが同方向になるようにしている。この場合、冷却液はスリーブ１の内壁近傍で乱流を発生させながら積極的ではないが渦を巻くように螺旋運動しながら送り方向（図５では図中左から右方向）に流れるので、スリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗抑制重視の構成といえる。
【００５０】
これに対し、本構成例の乱流発生手段である突起６２や溝６３は、スリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗を抑えつつも、より熱伝達率が向上するようスリーブ１の内壁近傍で大きな乱流を発生させる乱流発生重視の構成とした。
【００５１】
すなわち、スリーブ１の内壁に設ける乱流発生手段を螺旋形状の微小突起である突起６２または螺旋形状の溝６３を設け、そしてより大きな乱流を発生させるために、その螺旋の巻き方向を、スリーブ１の回転方向に応じてスリーブ１の内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とした。つまり、螺旋形状の巻き方向を図５や図６とは逆の巻き方向とし、冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように構成した。
【００５２】
具体的には、図７で図中左側が冷却液流れ方向上流側で図中右側が冷却液流れ方向下流側であり、スリーブ１の図中左側から図中右側に向かって冷却液が流れ、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見てスリーブ１が右回転する場合、突起６２による冷却液の送り方向を冷却液の流れとは逆方向となるように左巻きとしている。
【００５３】
また、図８で図中左側が冷却液流れ方向上流側で図中右側が冷却液流れ方向下流側であり、スリーブ１の図中左側から図中右側に向かって冷却液が流れ、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見てスリーブ１が右回転する場合、溝６３による冷却液の送り方向を冷却液の流れとは逆方向となるように左巻きとしている。
【００５４】
こうすることでスリーブ１の内壁近傍において、冷却液流れ方向上流側から下流側に向かう冷却液の流れに対して逆向きに送ろうとする流れ（力）がぶつかることになるので、より大きな、そしてより複雑でランダムな乱流が発生する。このような大きくて複雑な乱流が発生すればスリーブ１内を流れる冷却液を撹拌する攪拌力は増加し、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液とスリーブ１の中央を流れる冷却液とがより混ぜ合わされるようになり、その結果、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率が格段に向上する。
【００５５】
ただし、特に乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に螺旋形状の突起６２を設けた場合においては、突起６２の螺旋形状の大きさが大きくなり過ぎると、スリーブ１内を流れる冷却液におよぼされる冷却液の流れ方向とは逆向きの送り力、すなわち、流体抵抗が大きくなり過ぎてしまうので注意が必要である。例えば、突起６２が小さな突起形状であれば乱流によるスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率の改善効果は小さくなるが、その分、突起６２による冷却液の送り方向が冷却液の流れ方向とは逆向きであっても流体抵抗としては非常に小さく問題にならないレベルとなる。逆に、突起６２が大きな突起形状であれば乱流によるスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率の改善効果は大きくなるが、突起６２による冷却液の逆向きの送りも大きく強くなるので流体抵抗が増大してしまう。
【００５６】
乱流発生手段である突起６２や溝６３の螺旋形状の大きさは、スリーブ１の大きさ（直径）や冷却液の流速及び流量や冷却性能目標などの仕様条件などによって、各々の場合毎に対応して変わるので、一概に決めることはできない。本出願人は、最小限の流体抵抗で最大限の乱流効果が得られるよう、突起６２や溝６３の螺旋の最適な形状や大きさを、シミュレーションや実験評価で比較や確認をしながら決めた。また螺旋形状の場合、その螺旋ピッチ間隔が乱流の発生頻度や乱流の発生する位置間隔を決めるファクターとなるので、螺旋ピッチ間隔も同様に考慮しなければならない。例えば、乱流発生手段として螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設ける場合、スリーブ１の内径がφ３０［ｍｍ］のときには、螺旋形状の突起６２のスリーブ１の内壁からの高さを０．５［ｍｍ］〜１［ｍｍ］程度とし、螺旋ピッチ間隔を５［ｍｍ］程度とする。
【００５７】
なお、例えばスリーブ１の回転方向と突起６２や溝６３の螺旋形状の巻き方向とはそのままで、冷却液の流れ方向のみを反対方向（図７、図８で図中右側から図中左側に冷却液が流れる方向）にすれば、構成例１で図５や図６に示した乱流発生手段である突起６０や溝６１の螺旋巻き方向が、冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生することになる。すなわち、スリーブ１の回転方向、スリーブ１内を流れる冷却液の流れ方向、及び、乱流発生手段である突起６０，６２や溝６１，６３の螺旋形状による冷却液の送り方向の３者の組合せ関係で、突起６０，６２や溝６１，６３によりスリーブ１の内壁近傍の冷却液に対して冷却液の流れ方向と同じ向きの送りを発生させるのか、逆向きの送りを発生させるのかを決める。
【００５８】
［構成例３］
図９（ａ）は本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図であり、図９（ｂ）は本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００５９】
本構成例では、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液に対して乱流を発生させる乱流発生手段として、図９（ａ）や図９（ｂ）に示すようにスリーブ１の内壁に微小な穴６４を多数設け、スリーブ１の内壁全面が穴６４の面となるようにしている。
【００６０】
このように乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に穴６４を多数設けることで、図６や図８で示した溝６１，６３と同様に、図５や図７に示したような突起６０，６２をスリーブ１の内壁に設ける場合よりもスリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗を非常に小さくすることができる。さらに微小な穴６４ならばスリーブ１の内壁全体に形成することができるので、図６や図８に示したような溝６１，６３をスリーブ１の内壁に設ける場合よりも配置数を格段に増やすことができ、乱流をスリーブ１の内壁全面で発生させることができる。したがって、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって略均等に同じ大きさの乱流が発生するので、スリーブ１の内壁温度を均一にすることができ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
【００６１】
なお、穴６４の形状は、丸穴、長穴、多角形穴など限定されるものでないが、乱流の発生具合を流体抵抗と併せてシミュレーション等で最適な形状や大きさを決める。
【００６２】
スリーブ１の内壁への穴６４の形成は、切削加工の場合、切削工具が入る大径のスリーブ１ならばスリーブ１の内側からの加工は可能だが、小径のスリーブ１のときはスリーブ１の内側からの加工は困難になる。そのため、例えばスリーブ１の外側（外壁）からの孔加工を施してから、冷却液が漏れないようにスリーブ１の外側から内壁に穴が残る程度に孔を塞ぐ処理を行う。切削加工以外では、一般的な鋳造などの型成形でも可能である。
【００６３】
［構成例４］
図１０（ａ）は本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図であり、図１０（ｂ）は本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００６４】
本構成例では、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液に対して乱流を発生させる乱流発生手段として、図１０（ａ）や図１０（ｂ）に示すようにスリーブ１の内壁に微小な凹凸を多数設け、スリーブ１の内壁全面が凹凸面６５となるようにしている。
【００６５】
このように乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に微小な凹凸を多数設け凹凸面６５を形成することで、図６及び図８で示した溝６１，６３や図９で示した穴６４と同様に、図５や図７に示したような突起６０，６２をスリーブ１の内壁に設ける場合よりもスリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗を非常に小さくすることができる。さらに微小な凹凸からなる凹凸面６５ならば図９に示した穴６４よりも微細に形成することが可能となるので、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって均一の乱流発生、ひいてはスリーブ１の内壁温度の均一化をより図ることができる。よって、スリーブ１の内壁に乱流発生手段として図９に示したような穴６４を設ける場合よりもスリーブ１の内壁に微小な凹凸を設けて凹凸面６５を形成するほうが、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
【００６６】
なお、乱流発生手段としては、ランダムでさらに微小な凹凸で形成の手間もあまりかからない粗し面でも構わない。ただし、凹凸を微細にし過ぎると乱流を発生させる効果が小さくなり過ぎて冷却液を混ぜ合わすことができなくなるので、シミュレーション等で流体抵抗と併せて最適な形状や大きさを決める必要がある。
【００６７】
スリーブ１の内壁への凹凸の形成は、切削加工や鋳造などの型成形で可能である。微小な場合は形状に多少のバラツキを伴うがペーパーやグラインダなどのやすり加工や、サンドブラストなど粗し加工などによる。また、意図的に凹凸を形成するのではなく、鋳造や押し出しによるスリーブ１の製作時の粗れた素地のままでも、場合によっては使えるときがある。
【００６８】
［構成例５］
本構成例においては、図１１に示すように冷却ローラ２２を、乱流発生手段として図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を内壁に設けた外管であるスリーブ１と、そのスリーブ１内に内包する内包部材であるコア５とから成る管構造としている。
【００６９】
図１１に示すようなスリーブ１の内壁とコア５の外周面とで形成される狭い間隙を流路として冷却液を流すと、その狭い隙間の流路により、ポンプの流量を上げなくてもスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流速が、図７に示した冷却ローラ２２のようにスリーブ１内にコア５を内包しない場合に比べて大きくなる。そして、それにスリーブ１の内壁に設けられた螺旋形状の突起６２による乱流効果が加わるので、相乗効果でスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、さらなる用紙Ｐの温度低減が見込める。
【００７０】
本構成例では、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段として、冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設けた逆送りタイプの冷却ローラ２２を用いているので、図５に示したような乱流発生手段として冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する螺旋形状の突起６０をスリーブ１の内壁に設けた順送りタイプの冷却ローラ２２のスリーブ１にコア５を内包したときよりもさらに冷却性能は向上する。
【００７１】
ここで、逆送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が強くなり、順送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が弱くなるので、目的に応じて逆送りタイプの冷却ローラ２２と順送りタイプの冷却ローラ２２とを使い分ける必要がある。例えば、所望の冷却性能やポンプの送液能力などを考慮して順送りタイプの冷却ローラ２２と逆送りタイプの冷却ローラ２２とのどちらを用いるのかを選択すればよい。
【００７２】
また、言うまでもないが図９や図１０に示したような乱流発生手段である穴６４や凹凸面６５をスリーブ１の内壁に設け、そのスリーブ１内にコア５を内包すれば、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と、穴６４や凹凸面６５による乱流効果との相乗効果で、スリーブ１内にコア５を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
【００７３】
また、本構成例のスリーブ１とコア５とで構成される冷却ローラ２２の場合、スリーブ１とコア５との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とコア５の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。コア５の回転が、例えばスリーブ１よりも何倍もの回転数であったり、逆に静止して非回転であったりなど、スリーブ１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合はコア５をスリーブ１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。さらに、本構成例では、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段である螺旋形状の突起６２によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
【００７４】
［構成例６］
本構成例においては、図１２に示すように冷却ローラ２２を、乱流発生手段として図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を内壁に設けた外管であるスリーブ１と、そのスリーブ１内に内包する内包部材である内管６とから成る管構造としている。そして、図１２に示すようなスリーブ１と内管６とで形成される狭い間隙と内管６の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管６の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ２２内で冷却液が往復するようにしている。
【００７５】
例えば図１２のように、スリーブ１と内管６とで形成した間隙を往流路として冷却液を図中左側から流入させ図中右側に向けて流し、スリーブ１の図中右端でＵターンさせて冷却液を内管６の中空内部に流入させ、内管６の中空内部を復流路として図中左側に向けて流出させるのである。このように冷却液を流すと、図７に比べて往流路の流路の間隙が狭くなるので、スリーブ１の内壁近傍の冷却液の流速が増加し、さらに螺旋形状の突起６２によるスリーブ１の内壁近傍の乱流効果が加わるので、相乗効果でスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上する。
【００７６】
なお、内管６の外径寸法をスリーブ１の内径寸法に近づけて、より前記間隙を狭くすれば、図１１に示したコア５と同じ程度にスリーブ１の内壁近傍の冷却液の流速が増加し、さらにスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上し、ひいては冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却効果が向上する。
【００７７】
また、本構成例では、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段として、冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設けた逆送りタイプの冷却ローラ２２を用いているので、図５に示したような乱流発生手段として冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する螺旋形状の突起６０をスリーブ１の内壁に設けた順送りタイプの冷却ローラ２２のスリーブ１に内管６を内包したときよりもさらに冷却性能は向上する。
【００７８】
ここで、逆送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が強くなり、順送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が弱くなるので、目的に応じて逆送りタイプの冷却ローラ２２と順送りタイプの冷却ローラ２２とを使い分ける必要がある。例えば、所望の冷却性能やポンプの送液能力などを考慮して順送りタイプの冷却ローラ２２と逆送りタイプの冷却ローラ２２とのどちらを用いるのかを選択すればいよい。
【００７９】
また、言うまでもないが図９や図１０に示したような乱流発生手段である穴６４や凹凸面６５をスリーブ１の内壁に設け、そのスリーブ１内に内管６を内包すれば、スリーブ１と内管６とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流効果とで、スリーブ１内に内管６を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
【００８０】
また、冷却ローラ２２内に冷却液を流入流出させるためには、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１に示すような冷却ローラ２２の一端側から他端側に向けて一方向に冷却液を流すローラ構成の場合は、図１に示すようにメカニカルシールが施された回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を冷却ローラ２２の両端部に設ける必要がある。
【００８１】
これに対し、本構成例のようにスリーブ１内に内管６を内包した冷却ローラ２２の場合は、冷却ローラ２２の片方の端部のみにロータリージョインと５を設ければ良く、冷却ローラ２２の他方の端部側にロータリージョインと３５を設けない分、空スペースが生まれる。この空スペースは、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
【００８２】
なお、冷却液の流入出経路は図１２で示した方向と逆方向でも構わない。つまり図１２の流れ方向とは逆に、内管６の中空内部を往流路として冷却液を流入させ、スリーブ１と内管６とで形成される間隙を復流路として冷却液を流出させても良い。ただし、螺旋形状の突起６２で、スリーブ１の内壁近傍に復流路を流れる冷却液の流れ方向とは逆方向の送りによる乱流を発生させたい場合は、突起６２の螺旋巻き方向に注意する必要がある。
【００８３】
また、本構成例のスリーブ１と内管６とで構成される冷却ローラ２２の場合、スリーブ１と内管６との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍と内管６の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長してスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上する。内管６の回転が、例えばスリーブ１よりも何倍もの回転数であったり、逆に静止して非回転であったりなど、スリーブ１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合は内管６をスリーブ１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。さらに、本構成例では、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段である螺旋形状の突起６２によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できる。
【００８４】
［構成例７］
本構成例においては、図１３に示すように冷却ローラ２２を、乱流発生手段として図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を内壁に設けた外管であるスリーブ１と、そのスリーブ１内に内包された内管６と、その内管６の外側に挿入された中空のシリンダ７と、からなる管構造となっている。そして、図１３に示すようなスリーブ１とシリンダ７とで形成される間隙と内管６の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管６の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ２２内で冷却液が往復するようにしている。
【００８５】
例えば図１３のように、スリーブ１とシリンダ７とで形成した間隙を往流路として冷却液を図中左側から流入させ図中右側に向けて流し、スリーブ１の図中右端でＵターンさせて冷却液を内管６の中空内部に流入させ、内管６の中空内部を復流路として図中左側に向けて流出させるのである。このように冷却液を流すと、図１２に比べて往流路の流路の間隙が狭くなるので、スリーブ１の内壁近傍の冷却液の流速が増加し、さらに螺旋形状の突起６２によるスリーブ１の内壁近傍の乱流効果が加わるので、相乗効果でスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上し、さらなる用紙Ｐの温度低減が見込める。
【００８６】
また、本構成例では、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段として、冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設けた逆送りタイプの冷却ローラ２２を用いているので、図５に示したような乱流発生手段として冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する螺旋形状の突起６０をスリーブ１の内壁に設けた順送りタイプの冷却ローラ２２のスリーブ１にシリンダ７を内包したときよりもさらに冷却性能は向上する。
【００８７】
言うまでもないが図５、図６、図８、図９及び図１０のいずれかに示したような乱流発生手段（突起６０、溝６１、溝６３、穴６４、凹凸面６５）をスリーブ１の内壁に設け、そのスリーブ１内に内管６及びシリンダ７を内包すれば、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流効果とで、スリーブ１内に内管６及びシリンダ７を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
【００８８】
さらに、本構成例は、構成例６で説明したスリーブ１内に内管６を内包した冷却ローラ２２と同様に、冷却ローラ２２の片方の端部のみに図１に示したような回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を設ければ良いので、冷却ローラ２２の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
【００８９】
すなわち、本構成例の冷却ローラ２２は、構成例５の構成と構成例６の構成とを組み合わせたものと略同等の構成と言え、双方の利点や効果を有している。
【００９０】
なお、冷却液の流入出経路は図１３で示した方向と逆方向でも構わない。つまり図１３の流れ方向とは逆に、内管６の中空内部を往流路として冷却液を流入させ、スリーブ１とシリンダ７とで形成される間隙を復流路として冷却液を流出させても良い。ただし、螺旋形状の突起６２でスリーブ１の内壁近傍に逆方向の送りによる乱流を発生させたい場合は、突起６２の螺旋巻き方向に注意する必要がある。
【００９１】
また、本構成例のスリーブ１と内管６及びシリンダ７とで構成される冷却ローラ２２の場合、スリーブ１とシリンダ７との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とシリンダ７の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。シリンダ７の回転が、例えばスリーブ１よりも何倍もの回転数であったり、逆に静止して非回転であったりなど、スリーブ１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合はシリンダ７をスリーブ１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。さらに、本構成例では、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段である螺旋形状の突起６２によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
【００９２】
ここで、構成例１から構成例７までの説明では、乱流発生手段（突起６０、溝６１、突起６２、溝６３、穴６４、凹凸面６５）をスリーブ１やスリーブ１の内壁に直接加工して成形するようにしているが、例えばバネ性を有する板材など別部材に突起６０、溝６１、突起６２、溝６３、穴６４及び凹凸面６５のいずれかの乱流発生手段を設けて、それをスリーブ１の内壁に取り付けても良い。この場合、スリーブ１の内壁に直接、乱流発生手段を成形するよりも乱流発生手段の成形工程が簡単で、乱流発生手段の形状の自由度が増す。
【００９３】
［構成例８］
本構成例においては、図１４に示すように冷却ローラ２２の外管であるスリーブ１内に内管６を内包し、その内管６の外側に中空のシリンダ７が挿入された管構造となっている。そして、スリーブ１とシリンダ７とで形成される間隙と内管６の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管６の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ２２内で冷却液が往復するようにしている。
【００９４】
スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段としては、図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を、スリーブ１の内壁に設けている。また、本構成例では図１４に示すように、冷却ローラ２２のスリーブ１に接触することで冷却される用紙Ｐの幅（冷却ローラ軸方向の幅）と略同幅のスリーブ１の内壁の領域に螺旋形状の突起６２を設けている。
【００９５】
本構成例のように用紙Ｐが接するスリーブ１の領域と略同幅域のみに螺旋形状の突起６２を設けることで、スリーブ１の内壁の螺旋形状の突起６２が設けられていない、その他の部分では、スリーブ１内を流れる冷却液に対して突起６２による流体抵抗が発生しない。これにより、冷却液を冷却ローラ２２内に送り込むポンプの負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上する。また、スリーブ１の内壁全域にわたって螺旋形状の突起６２を設ける場合よりも一ランク下の送液性能のポンプで済み、低コスト化を図ることができる。
【００９６】
［構成例９］
次に、構成例１から構成例８で示したいずれかの本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を搭載したタンデム型中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置の構成概略図を図１５に示す。
【００９７】
なお、構成例１から構成例８で示した本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８は、画像形成装置に設けられるものに限定されることなく、シート状部材の冷却が必要な装置であれば適応可能である。また、本構成例では、冷却媒体として液体を用いて説明するが、流体の媒体であれば気体でも構わない。
【００９８】
複数のローラによって中間転写媒体としての中間転写ベルト５１を展張し、中間転写ベルト５１はこれらのローラにより回転するように構成すると共に、中間転写ベルト５１のまわりに画像形成用のプロセス手段を配置している。
【００９９】
中間転写ベルト５１の回転方向を図中矢印ａとするとき、中間転写ベルト５１の上方であってローラ５２とローラ５３との間には、中間転写ベルト５１の回転方向の上流側から順に画像形成用のプロセス手段として、画像ステーション５４Ｙ、画像ステーション５４Ｃ、画像ステーション５４Ｍ、画像ステーション５４Ｂｋが配置されている。例えば画像ステーション５４Ｙは、ドラム状の感光体１１Ｙの周囲に帯電手段１０Ｙ、光書き込み手段１２Ｙ、現像装置１３Ｙ、クリーニング手段１４Ｙが配置され、さらに中間転写ベルト５１を挟んで感光体１１Ｙの対向位置に中間転写ベルト５１への転写手段としての一次転写ローラ１５Ｙが設けられている。また、他の３つの画像ステーション５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋも同一構成となっている。そして、それら４つの画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋが互いに所定のピッチ間隔となるように左右並列に配置されている。
【０１００】
本実施形態では光書き込み手段１２をＬＥＤを光源とする光学系としているが、半導体レーザーを光源とするレーザー光学系で構成することもでき、感光体１１に対して画像情報に応じた露光を行う。
【０１０１】
中間転写ベルト５１の下方には、シート状部材である用紙Ｐの用紙収納部１９および給紙コロ２３、レジストローラ対２１、中間転写ベルト５１を張架するローラ５５に中間転写ベルト５１を介して対向するように設けられ中間転写ベルト５１から用紙Ｐへのトナー像の転写手段としての二次転写ローラ５６、中間転写ベルト５１の裏面に接するローラ５８の対向位置で中間転写ベルト５１のおもて面に接するように設けられ中間転写ベルト５１のおもて面をクリーニングするクリーニング手段５９、熱定着装置１６、用紙Ｐを冷却する冷却ローラ２２を有する冷却装置１８、トナー定着後の用紙Ｐの排出部である排紙収容部１７などが配置されている。そして、用紙収納部１９から排紙収容部１７へ至る用紙搬送路２８が延びている。また、両面画像形成時に用紙Ｐの裏面への画像形成を行う際に、冷却装置１８を一度通過した用紙Ｐの表裏を反転させ、再度、レジストローラ対２１へ搬送する両面画像形成用の用紙搬送路２９も備えている。
【０１０２】
なお、冷却装置１８の冷却ローラ２２は用紙Ｐの熱を受熱する受熱部であり、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３、ポンプ１００、タンク１０１と共に配管１０５で連通／連結され、冷却液が封入されている。冷却液の循環経路は配管１０５の矢印で示すように、ラジエータ１０３で冷やされた冷却液を、冷却ローラ２２へ供給し、そして冷却ローラ２２内を廻ってから排出し、その後にタンク１０１、ポンプ１００へ送り、再び、ラジエータ１０３に戻す順序であり、ポンプ１００の回転圧力により冷却液を循環させ、ラジエータ１０３で放熱することで冷却液、如いては冷却ローラ２２を冷やす。ポンプ１００の送液能力やラジエータ１０３の大きさなどは、熱設計条件（冷却ローラ２２が冷却すべき熱量と温度の条件）によって決定される流量、圧力、冷却効率などを元に選定される。
【０１０３】
画像の形成プロセスは、画像ステーション５４Ｙに着目すれば、一般の静電記録方式に準じていて、暗中にて帯電手段１０Ｙにより一様に帯電された感光体１１Ｙ上に光書き込み手段１２Ｙにより露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置１３Ｙによりトナー像として可視像化する。そのトナー像は一次転写ローラ１５Ｙにより感光体１１Ｙ上から中間転写ベルト５１に転写される。転写後の感光体１１Ｙの表面はクリーニング手段１４Ｙによりクリーニングされる。他の画像ステーション５４も画像ステーション５４Ｙと同構成であり、同様の画像形成プロセスが行われる。
【０１０４】
画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋにおける各現像装置１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂｋは、それぞれ異なる４色のトナーによる可視像化機能を有しており、各画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋでイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックを分担すれば、フルカラー画像を形成することができる。よって、中間転写ベルト５１の同一画像形成領域が４つの画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋを順次通過する間に、中間転写ベルト５１を挟むようにして各感光体１１とそれぞれ対向して設けられた一次転写ローラ１５により与えられる転写バイアスによって、それぞれ１色ずつトナー像を中間転写ベルト５１上に重ね転写されるようにすれば、上記同一画像形成領域が各画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋを１回通過した時点で、この同一画像領域に、重ね転写によってフルカラートナー画像を得ることができる。
【０１０５】
そして、中間転写ベルト５１上に形成されてフルカラートナー画像は、用紙Ｐに転写される。転写後の中間転写ベルト５１はクリーニング手段５９によりクリーニングされる。用紙Ｐへの転写は転写時において二次転写ローラ５６に転写バイアスを印加して、中間転写ベルト５１を介して二次転写ローラ５６とローラ５５との間に転写電界を形成し、二次転写ローラ５６と中間転写ベルト５１とのニップ部に用紙Ｐを通過させることにより行なわれる。中間転写ベルト５１から用紙Ｐへのフルカラートナー像の転写後、用紙Ｐ上に担持されたフルカラートナー像を熱定着装置１６で用紙Ｐ上に定着することにより、用紙Ｐ上にフルカラーの最終画像が形成され、その後、用紙Ｐは排紙収容部１７に積載される。
【０１０６】
本実施形態の画像形成装置においては、排紙収容部１７に用紙Ｐが積載される前に、用紙Ｐが熱定着装置１６の直後に配置された冷却装置１８を通過する。通過する際、熱定着装置１６で熱せられた用紙Ｐが受熱部である冷却ローラ２２に接触しながら通過することになるので、冷却ローラ２２の表面で用紙Ｐから熱を吸熱し、この熱を冷却ローラ２２内部の冷却液へ伝達する。熱が伝達され高温となった冷却液は、この後、冷却ローラ２２から排出されタンク１０１やポンプ１００を経て、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３に送られ、そこで熱が画像形成装置外に排熱される。ラジエータ１０３で熱が除去され室温近くにまで下げられた冷却液は、その後、再び冷却ローラ２２へと送られる。このような冷却液による高い冷却性能の排熱サイクルによって、熱定着装置１６で熱せられて高温となった用紙Ｐが効率良く冷やされる。
【０１０７】
また、構成例１乃至構成例８で説明したような、突起６０、溝６１、突起６２、溝６３、穴６４及び凹凸面６５のいずれかの乱流発生手段を冷却ローラ２２のスリーブ１の内壁に設けることで冷却性能が向上し、さらに、上述したようなコア５やシリンダ７をスリーブ１内に内包してスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流路を狭くすることで、冷却性能をより向上させることができる。
【０１０８】
したがって、本実施形態の画像形成装置では、用紙Ｐが排紙収容部１７に積載される時点で、用紙Ｐ上のトナーを確実に硬化状態とさせることができる。特に、熱定着装置１６により用紙Ｐに対して２度の定着動作がなされる両面画像形成出力の際に大きな問題となっていたブロッキング現象を回避することができる。
【０１０９】
以上、本実施形態によれば、中空状の管状部材であるスリーブ１からなる冷却ローラ２２と、スリーブ１内に冷却媒体である冷却液を搬送する冷却媒体搬送手段であるポンプ１００と、を備え、冷却ローラ２２にシート状部材である用紙Ｐを接触させて用紙Ｐを冷却する冷却装置１８において、冷却液に乱流を発生させる乱流発生手段をスリーブ１の内壁に設けた。本実施形態においては、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で冷却液の流れは乱流となる。これにより、前記内壁近傍にある温度の高い冷却液と前記内壁から離れた位置にある温度の低い冷却液との入れ替えが盛んに行われる。よって、乱流発生手段を前記内壁に設けない場合よりも前記内壁近傍の冷却液の温度を低くすることができるので、その分、冷却液によってスリーブ１を効果的に冷やすことができる。したがって、スリーブ１からなる冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ１の内壁に設けた螺旋形状の突起６２または溝６３であり、スリーブ１の回転に伴う冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように突起６２または溝６３の螺旋巻き方向を設定した。これにより、スリーブ１の内壁近傍において、冷却液流れ方向上流側から下流側に向かう冷却液の流れに対して突起６２または溝６３による冷却液を逆向きに送ろうとする流れ（力）がぶつかることになるので、より大きな、そしてより複雑でランダムな乱流が発生する。このような大きくて複雑な乱流が発生すればスリーブ１内を流れる冷却液を撹拌する攪拌力は増加し、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液と、スリーブ１の中央を流れる冷却液とがより混ぜ合わされるようになり、その結果、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率が格段に向上する。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ１の内壁に設けた穴６４であることで、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって略均等に同じ大きさの乱流を発生させることができるので、スリーブ１の内壁温度を均一にすることができ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ１の内壁に設けた凹凸面６５または粗し面であることで、乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に穴６４を設ける場合よりも微細に形成することができる。よって、乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に穴６４を設ける場合よりも、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって略均等に同じ大きさの乱流を発生させることができ、スリーブ１の内壁温度の均一化をより図れ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、冷却ローラ２２は管状部材であり外管であるスリーブ１と、スリーブ１内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けたスリーブ１の内壁と内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有する。これにより、スリーブ１と内包部材とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内に内包部材を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
また、本実施形態によれば、上記内包部材はコア部材であるコア５であり、上記乱流発生手段を設けたスリーブ１とコア５の外壁とで形成される間隙に冷却液が流れる流路を有する。これにより、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内にコア５を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
また、本実施形態によれば、コア５が、スリーブ１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とコア５の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
また、本実施形態によれば、上記内包部材は、スリーブ１よりも細管構造の内管６であり、冷却ローラ２２がスリーブ１と内管６との間を冷却液が流れる外側流路、及び、内管６内を冷却液が流れる内側流路を有する二重管構造である。これにより、スリーブ１と内管６とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内に内管６を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。さらに、冷却ローラ２２の片方の端部のみに回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を設ければ良いので、冷却ローラ２２の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
また、本実施形態によれば、内管６が、スリーブ１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍と内管６の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できる。
また、本実施形態によれば、スリーブ１の中空内部で、内管６よりも外径の大きいシリンダ７を内管６を内包するように取り付けたことで、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内にシリンダ７を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。さらに、冷却ローラ２２の片方の端部のみに回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を設ければ良いので、冷却ローラ２２の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
また、本実施形態によれば、シリンダ７が、スリーブ１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とシリンダ７の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段をスリーブ１が接触することで冷却する用紙Ｐと略同幅の領域に設けることで、スリーブ１の内壁の乱流発生手段が設けられていない、その他の部分では、スリーブ１内を流れる冷却液に対して乱流発生手段による流体抵抗が発生しない。これにより、冷却液を冷却ローラ２２内に送り込むポンプ１００の負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上する。また、スリーブ１の内壁全域にわたって乱流発生手段を設ける場合よりも一ランク下の送液性能のポンプ１００で済み、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、シート状部材である用紙Ｐ上にトナー像を形成する画像形成ユニット５４などのトナー像形成手段と、用紙Ｐ上に形成されたトナー像を少なくとも熱によって用紙Ｐに定着させる熱定着手段である熱定着装置１６と、熱定着装置１６によってトナー像が定着された用紙Ｐを冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を用いることにより、熱定着装置１６による熱定着後の用紙Ｐの冷却効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ スリーブ
２ 剥離
３ 流速プロファイル
４ 付着
５ コア
６ 内管
７ シリンダ
１０ 帯電手段
１１ 感光体
１２ 光書き込み手段
１３ 現像装置
１４ クリーニング手段
１５ 一次転写ローラ
１６ 熱定着装置
１７ 排紙収容部
１８ 冷却装置
１９ 用紙収納部
２１ レジストローラ対
２２ 冷却ローラ
２３ 給紙コロ
２８ 用紙搬送路
２９ 用紙搬送路
３５ ロータリージョイント
３６ 胴部
３７ 軸受
３８ フランジ
３９ シール部材
４０ ローラ
４１ ローラ
４２ 搬送ベルト
４３ 上ガイド
４４ ブラケット
５１ 中間転写ベルト
５２ ローラ
５３ ローラ
５４ 画像形成ユニット
５５ ローラ
５６ 二次転写ローラ
５８ ローラ
５９ クリーニング手段
６０ 突起
６１ 溝
６２ 突起
６３ 溝
６４ 穴
６５ 凹凸面
１００ ポンプ
１０１ タンク
１０３ ラジエータ
１０４ 冷却ファン
１０５ 配管
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開２００６−００３８１９号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる冷却装置、及び、その冷却装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置としては、電子写真技術を用いてシート状部材である用紙上にトナー画像を形成し、熱定着装置を通過させることでトナーを溶融し融着させるものが知られている。一般に熱定着装置の温度は、トナーや用紙の種類、用紙搬送スピードなどによって異なるが１８０［℃］〜２００［℃］程度の温度に設定され制御されて、トナーを瞬時に融着させる。熱定着装置を通過した直後の用紙の表面温度は、用紙の熱容量（比熱、密度など）に左右されるが例えば１００［℃］〜１３０［℃］程度の高い温度となっている。トナーの溶融温度はもっと低いので、熱定着装置通過直後の時点ではトナーは少し軟らかいままであり、用紙が冷えるまでは、しばらく粘着状態にある。そのため、連続的に画像出力動作が繰り返され熱定着装置通過後の用紙が排紙収容部に積載される場合、用紙上のトナーが十分に硬化できず軟化状態にあると、用紙上のトナーが別の用紙に貼り付く所謂ブロッキング現象が起こり、画像品質が著しく低下することがある。
【０００３】
特許文献１に記載の画像形成装置では、軸受を介して回転可能にブラケットに支持され、用紙に接触して用紙を搬送しつつ冷却する冷却ローラを備えた冷却装置が、熱定着装置よりも用紙搬送方向下流側に設けられている。熱定着装置通過後の用紙が冷却装置の冷却ローラによって冷却されることで、用紙上のトナーも冷やされ硬化し、上記ブロッキング現象が起こるのを抑えることができる。また、冷却ローラは管状構造であり、冷却ローラ軸方向一端側から他端側に向かって冷却ローラ内に冷却液が流され、用紙から熱を奪うことで温度が上昇した冷却ローラが冷却液により冷却される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電話料金の請求書や領収書等の高速プリントや、厚紙、コート紙等へのカラー光沢画像のプリントなど、軽印刷のニーズが多くなりつつある。このような軽印刷では、高速で大量プリントが行われるため、より短時間に高温のシート状部材を冷却する必要がある。また、オフィス向けとは異なり、カラープリントの頻度も多く、光沢画像も多いことから、熱定着装置によって用紙により高温で画像を定着させるため、高効率の冷却が求められるようになってきた。
【０００５】
しかしながら、冷却ローラ内に冷却液を単に流しただけでは、冷却ローラ内壁近傍の冷却液の温度が高くなり過ぎて冷却液により冷却ローラを効果的に冷やすことができず、その結果、冷却ローラによって用紙の冷却を適切に行えないといった問題が生じ得る。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができる冷却装置、及び、画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、中空状の管状部材からなる冷却ローラと、前記管状部材内に冷却媒体を搬送する冷却媒体搬送手段と、を備え、前記冷却ローラにシート状部材を接触させてシート状部材を冷却する冷却装置において、冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段を前記管状部材の内壁に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた螺旋形状の突起または溝であり、前記管状部材の回転に伴う冷却媒体の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように前記突起または前記溝の螺旋巻き方向を設定したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた穴であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１の冷却装置において、上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた凹凸面または粗し面であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の冷却装置において、上記冷却ローラは上記管状部材である外管と、該外管内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けた前記外管の内壁と前記内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の冷却装置において、上記内包部材はコア部材であり、上記乱流発生手段を設けた上記外管と前記コア部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項５の冷却装置において、上記内包部材は、上記外管よりも細管構造の内管であり、該外管と該内管との間を冷却媒体が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却媒体が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の冷却装置において、上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項６の冷却装置において、上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項７の冷却装置において、上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項８の冷却装置において、上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１の冷却装置において、上記乱流発生手段を上記管状部材が接触することで冷却するシート状部材と略同幅の領域に設けることを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、前記熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３の冷却装置を用いることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、管状部材の内壁に設けた乱流発生手段により管状部材の内壁近傍で冷却媒体の流れが乱流となる。これにより、前記内壁近傍にある温度の高い冷却媒体と前記内壁から離れた位置にある温度の低い冷却媒体との入れ替えが盛んに行われる。よって、乱流発生手段を前記内壁に設けない場合よりも内壁近傍の冷却媒体の温度を低くすることができるので、その分、冷却媒体によって管状部材を効果的に冷やすことができる。したがって、前記管状部材からなる冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、冷却ローラによるシート状部材の冷却効率を向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】構成例１の冷却ローラを軸方向で切断した場合の断面図。
【図２】実施形態に係る冷却装置の概略構成図。
【図３】冷却ローラ内部の流速分布図。
【図４】冷却ローラ内壁面における剥離点よりも流れ方向下流における熱伝達分布図。
【図５】構成例１に係るスリーブの内壁に螺旋形状の突起が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図６】構成例１に係るスリーブの内壁に螺旋形状の溝が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図７】構成例２に係るスリーブの内壁に螺旋状の突起が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図８】構成例２に係るスリーブの内壁に螺旋状の溝が設けられた冷却ローラの拡大断面図。
【図９】（ａ）構成例３に係る冷却ローラを軸方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）構成例３に係る冷却ローラを直径方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。
【図１０】（ａ）構成例４に係る冷却ローラを軸方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。（ｂ）構成例４に係る冷却ローラを直径方向で切断した場合の冷却ローラの拡大断面図。
【図１１】構成例５に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１２】構成例６に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１３】構成例７に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１４】構成例８に係る冷却ローラの拡大断面図。
【図１５】本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る冷却ローラ及び冷却装置を、熱定着装置によってシート状部材である用紙上のトナーを定着させる画像形成装置を用いて説明する。しかし、本発明の冷却ローラおよび冷却装置は画像形成装置に用いられるものに限定されず、シート状部材の冷却が必要な装置であれば適応可能である。
【００１２】
図２は、用紙搬送の働きをも担う本発明の冷却ローラ２２を備えた冷却装置１８の一例の概略構成図である。冷却手段としての冷却ローラ２２は、管状構造であり、内部に冷却液を流し循環させることで冷却ローラ表面を冷やすようにしたものである。この冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を熱定着装置直後の用紙搬送経路中に配置し、冷却ローラ２２によって用紙を搬送させると同時に、接触させることで用紙から熱を除去し冷却する。
【００１３】
冷却装置１８にはシート状部材である用紙Ｐの搬送方向（左右方向）に間隔をあけて配列されたローラ４０とローラ４１とが設けられており、用紙を搬送するための搬送ベルト４２をローラ４０とローラ４１とにより展張している。ローラ４０は、図示しない駆動源からの駆動力により搬送ベルト４２を回転駆動させる駆動ローラであり、搬送ベルト４２を図中反時計回り方向に回転させて、搬送ベルト４２上に担持された用紙Ｐを図中右側から左側へ搬送する。
【００１４】
冷却装置１８よりも用紙搬送方向上流側には熱定着装置１６が配置されており、冷却装置１８よりも用紙搬送方向下流側には排紙収容部１７が配置されている。ローラ４１の上方には熱定着装置１６から搬送されてきた用紙Ｐをガイドする上ガイド４３が設けられている。また、ローラ４０とローラ４１との中間位置には、搬送ベルト４２に食い込むように上から冷却ローラ２２が搬送ベルト４２に圧接されており、冷却ローラ２２は搬送ベルト４２の搬送力を利用した連れ回りで回転するようになっている。図中の符号４４は冷却装置１８の本体を構成するブラケットであり、ローラ４０、ローラ４１、冷却ローラ２２、及び、上ガイド４３などの構成部品を固定または回転自在に支持する部材である。冷却装置１８はこのブラケット４４によりユニット化され、画像形成装置本体に組み込まれる。
【００１５】
用紙Ｐ上のトナーを熱と圧力とにより用紙Ｐに定着させる熱定着装置１６で熱せられ高温となった用紙Ｐは、排紙収容部１７に排出される前に冷却装置１８を通過する。詳しくは、熱定着装置１６を通って高温となった用紙Ｐが、冷却装置１８の上ガイド４３とローラ４１との間に入り込み搬送ベルト２４に担持され、その後、冷却ローラ２２と搬送ベルト４２とで形成されるニップ領域部を通過して排紙収容部１７に排出される。冷却ローラ２２の内部は管構造になっており、外部で十分に冷却された冷却液が冷却ローラ２２内に供給され冷却ローラ２２内を循環した後に冷却液が冷却ローラ２２内から排出される。用紙Ｐは、冷却ローラ２２と搬送ベルト４２とが接することで形成されるニップ領域で冷却ローラ２２に密着し接触しながら通過するので、その際に用紙Ｐの熱は冷却ローラ２２に吸熱され用紙Ｐが十分に冷却される。例えば、熱定着装置１６を通過した直後の用紙Ｐの表面温度が１００［℃］程度のときに用紙Ｐを冷却装置１８に通過させることで、用紙Ｐの表面温度を５０［℃］〜６０［℃］程度まで冷却することができる。
【００１６】
なお後述するが、冷却ローラ２２は回転管継ぎ手手段を介してタンク１０１、ポンプ１００、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３などの冷却液循環手段と連通／連結され、封入した冷却液が循環することで冷却ローラ２２が冷やされる（図１５等を参照）。
【００１７】
ここで、電子写真方式の画像形成装置では、熱定着装置によりトナーが定着された高温のままの用紙は、カール発生を招いたり、またトナーが完全に固化されていないことから、積載すると用紙同士がトナーによって張り付いたりして画像品質を著しく損ねるため、用紙の冷却が必要であった。
【００１８】
従来、オフィス向けの電子写真方式の画像形成装置においては、高温の用紙を冷却するため、用紙の上面及び下面に冷却ファンにより直接風を当てて冷却する方式や、冷却ファンにより末端を冷却したヒートパイプローラに用紙を接触させて用紙を冷却する方式が数多く採用されてきた。
【００１９】
しかしながら、近年、電子写真方式の画像形成装置は、電話料金の請求書や領収書等の高速プリントや、厚紙・コート紙等へのカラー光沢画像のプリントなど、軽印刷のニーズが多くなりつつあった。このような電子写真方式の画像形成装置による軽印刷では、高速で大量プリントが行われるため、より短時間に高温の用紙を冷却する必要があった。また、オフィス向けとは異なりカラープリントの頻度も多く、光沢画像も多いことから、定着部ではより高温で用紙にトナーを定着するため、従来方式以上の高効率の冷却が求められるようになってきた。
【００２０】
そこで、上述した冷却ファンやヒートパイプローラよりも冷却効率の高い、循環する冷却液を中空の冷却ローラに通して、この冷却ローラにより高温の用紙を冷却させる液冷方式が提案され始めた。
【００２１】
用紙の温度を効率よく下げるには、用紙から冷却ローラの壁部を挟んで冷却液までの熱流束を増加させる必要がある。ここで、冷却ローラの壁部と冷却液との間の熱流束は、「Ｊ．Ｐ．ホールマン著 伝熱工学＜上＞（ブレイン図書出版）、Ｐ１１−１２」より、対流熱伝達による数１のように表される。
【００２２】
【数１】
ただし、
Ｗ［Ｗ］：熱流束
ｈ［Ｗ／ｍ２・℃］：冷却ローラ内壁面の熱伝達率
Ａ［ｍ２］：冷却ローラ内壁面積
Ｔｒ［℃］：冷却ローラ内壁面温度
Ｔｗ［℃］：液温（冷却ローラ内壁面より十分離れた位置）
【００２３】
数１より、熱流束Ｗを上げるためには、液温Ｔｗを下げるか、冷却ローラ内壁面積Ａを増加するか、冷却ローラ内壁面の熱伝達率ｈを向上させる必要がある。
【００２４】
数１における熱流束Ｗを上げるため、冷却ローラ内部を流れる流体を空気から冷却液に変えて熱伝導率や比熱を高くしたり、冷却ローラに内部における流体の速度を増加したりするのは、冷却ローラ内壁面の熱伝達率ｈを増加させることに対応している。ただし、流体速度を上げることは、冷却ローラの内部に冷却液を送液するためのポンプに大きな負担を与えることになるため、容易には行えない。
【００２５】
また、数１において液温Ｔｗを下げることでも熱流束Ｗを上げることが可能であるが、液温Ｔｗを下げる手段として、冷却ファンとラジエータとを使った場合には、液温Ｔｗは本質的に室温以下にすることはできないため、液温Ｔｗが思ったほど下がるものではない。また、液温Ｔｗを下げる手段として冷凍機を使った場合、液温Ｔｗは室温以下には下がるものの、冷凍機の消費電力や初期投資のコストがかさみ、省エネルギー化や低コスト化の観点から実現は容易ではない。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、これらの不具合が生じるのを抑えつつ、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却効率を向上させている。
【００２７】
［構成例１］
図１は、本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の断面図である。
本構成例の冷却ローラ２２は中空の管状部材であるスリーブ１からなり、そのスリーブ１の内壁にスリーブ内壁近傍の冷却液を乱流化するための乱流発生手段である螺旋状の突起６０が配設されている。また、スリーブ１の両端は開口しており、それら開口からスリーブ１内にフランジ３８を嵌合圧入させて取り付けている。また、フランジ３８の軸部は、回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５内に設けられた軸受３７に嵌合圧入されており、これによって冷却ローラ２２がロータリージョイント３５に回転可能に軸しされる。また、樹脂製のシール部材３９によって、ロータリージョイント３５の胴部３６の内壁とフランジ３８の軸部との間から冷却液がロータリージョイント３５の外に漏れ出さないようにしている。
【００２８】
本構成例は、冷却ローラ２２のスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流れに、乱流を発生させる乱流発生手段として螺旋状の微小突起である突起６０をスリーブ１の内壁（内周面）に多数設けている。また、突起６０の螺旋巻き方向は、流体抵抗が大きくならないよう冷却ローラ２２（スリーブ１）の回転方向を考慮して、ポンプ１００（図１５参照）によって送液され冷却装置１８内を循環する冷却液の冷却ローラ２２内における図１中矢印で示した流れ方向と同方向の送りが、スリーブ１の内壁近傍で発生する巻き方向としている。
【００２９】
図１で紙面左側よりスリーブ１内に流入した冷却液は、スリーブ１の内部を送液される際、当初は図３に示されるように流速プロファイル３のようなポアズイユ流れに似た流れ場を形成する。なお、図３においてはスリーブ１の内壁に設けられた突起６０の図示を省略している。この流速プロファイル３は、図１に示される、スリーブ１の内壁に配設された突起６０に衝突し流れが乱れ、図３に示されるように流れがスリーブ１の内壁に付着４の如く付着が発生したり、剥離２の如く剥離したりする。
【００３０】
ここで、流れの剥離や付着が発生する箇所ではスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上する。流れの剥離に関して言えば、図４に示すように、スリーブ１の内壁面上に冷却液流れの剥離２が発生した場合、剥離２の位置を原点とし、そこから冷却液流れ方向下流の位置ｘにおける熱伝達率は、「Ｊ．Ｐ．ホールマン著 伝熱工学＜上＞（ブレイン図書出版）、Ｐ．１４４−１６０、式（５−４１）」に掲載されている、流れが層流時の対流熱伝達式である数２に基づき、ｈｘのように分布される。このとき、剥離２の箇所、すなわち原点で理論上、熱伝達率は＋∞に大きくなる（ただし、工学上、実際に、ｘ＝０で熱伝達率が＋∞になることはない）。
【００３１】
【数２】
ただし、
ｘ［ｍ］：流れの剥離点からの位置
ｈｘ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］：位置ｘにおける局所熱伝達率
Ｐｒ［１］：プラントル係数
Ｕ∞［ｍ／ｓ］：冷却ローラ内壁面より十分離れた流れの主流速
ν［ｍ２／ｓ］：動粘性率（＝粘性率／密度）
ｋ：熱伝導率
【００３２】
これらの流れの剥離や付着は、スリーブ１の内壁近傍で数多く発生し、それぞれの箇所で熱伝達率は高くなることから、延いてはスリーブ１の軸方向に渡って一様に高い熱伝達率が実現されスリーブ１から冷却液までの熱流束が増加し、延いては用紙Ｐの冷却効率が飛躍的向上する。したがって、高温である用紙Ｐは、冷却ローラ２２のスリーブ１と図示しない搬送ベルト４２（図２参照）とによって挟持搬送される際、用紙Ｐの熱はスリーブ１の壁部を通ってスリーブ１の内部を流れる冷却液に高効率で伝達され、延いては用紙Ｐの温度は低減する。
【００３３】
なお、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させるためにスリーブ１の内壁に設ける突起６０の大きさとしては、必要以上に大きくするのは好ましくない。突起６０の大きさを大きくするほどスリーブ１の内壁の面積が増加し、冷却液とスリーブ１の内壁との接触面積を稼ぐと共に、スリーブ１の回転に伴う突起６０の螺旋運動によって積極的に渦巻き状の送りを発生させスリーブ１の内壁に沿って螺旋方向に速い流れを起こすことが可能となるので、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率向上が期待できる。しかしながら、大きな形状の突起６０はスリーブ１内を流れる冷却液に対して大きな流体抵抗の発生原因となり、ポンプ１００により冷却液の流量や流速を上げて、その問題を解決させなければならなくなる。そのため、ポンプ１００が大型化し画像形成装置の大型化やコストアップを招いてしまう。
【００３４】
本構成例の場合は、上記数１の熱流束Ｗを上げる方法として、螺旋状の大きな突起をスリーブ１の内壁に設けてスリーブ１の内壁の面積を稼いだり螺旋方向に速い流れを発生させたりするのではなく、流体抵抗をできるだけ小さくなるように考慮しつつ螺旋状の微小な突起６０をスリーブ１の内壁に設け、スリーブ１の内壁近傍（冷却ローラ半径方向の僅かな幅）を流れる冷却液の流れに乱流を起こし、その乱流による攪拌作用で、流れが悪くて停滞気味であるスリーブ１の内壁近傍の冷却液（停滞することで温まってしまう冷却液）と、流れが良くて次々に新しい冷却液が送られてくるスリーブ１の中央に近い冷却液（滞りなく流れる冷えた冷却液）とを混ぜ合わせて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率を向上させるものである。
【００３５】
すなわち、本構成例では、上述したようにスリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に螺旋状の微小突起である突起６０を多数設けて、その突起６０によりスリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させて、熱流束Ｗを上げると共に流体抵抗も抑えるようにした。
【００３６】
本出願人は、熱伝達率の向上が望め、かつ流体抵抗を抑えることのできる冷却ローラ２２の構成形状を流体シミュレーションで検討した。その結果、冷却ローラ２２のスリーブ１の内壁に流体抵抗を考慮した小さな突起または溝などを多数設け、スリーブ１の内壁近傍に小さな乱流を多数発生させるようにすれば、いたる所で乱流が絡み合い複雑に変化し、そして波及され相乗されて、スリーブ１の内壁近傍の冷却液とスリーブ１の中央に近い冷却液とが混ぜ合わされることが分かった。つまり、小さな形状の突起や溝でもスリーブ１内壁に多数設ければ攪拌機能として十分効果があることが分かった。冷却ローラ２２の構成形状を本構成例のようにすれば、流体抵抗の抑制と冷却液の攪拌作用の両立が可能となり、ポンプの性能に頼らずに熱伝達率を上げて熱流束Ｗを向上させることができるようになる。
【００３７】
なお、本構成例を螺旋形状の突起を例に挙げて説明したが、流体抵抗が大きくならなければ、乱流発生手段の大きさや形状、構成は限定されるものではない。ただ一般的には、冷却液の流れ方向と直角に近い状態で当って、流れを遮るような構成や形状は流体抵抗に対して不利となるので避けた方がよい。
【００３８】
図５はスリーブ１の内壁に螺旋形状の突起６０を設けたときの冷却ローラ２２の拡大断面図である。突起６０を螺旋状とすれば、スリーブ１内を軸方向で流れる冷却液が突起６０に対して鈍角で当り（直角には当らない）、その当った冷却液が突起６０の螺旋方向に沿って流れるので流体抵抗を抑えることができる。
【００３９】
本構成例の乱流発生手段である突起６０は、冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的としていないので、図５の突起６０は冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的としている場合に比べて、その大きさ形状を格段に小さくすることができる。なお、冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的としてスリーブ１の内壁に設けられた突起よりも、突起６０の大きさが小さくなるので、その分、冷却液の螺旋運動やスリーブ１の内壁の面積を稼ぐことを目的で突起をスリーブ１の内壁に設ける場合よりも、突起６０をスリーブ１の内壁に多数設ける。
【００４０】
図５の場合では突起６０の螺旋ピッチ間隔を細かくしている。突起６０の形状は小さいほど流体抵抗に対して非常に有利となるが、小さくする場合はその数を多くする必要がある。突起６０の形状を小さくしすぎるとスリーブ１の内壁近傍で生じる乱流も小さくなり乱流による冷却液の攪拌力が弱くなるので、流体抵抗とのバランスを考えて決めなければならない。つまり、突起６０の適切な構成及び大きさ形状やその数は、一概に特定することはできないので、スリーブ１の大きさ（直径）や冷却液の流量や流速など上記数１の熱流束Ｗを左右する要因をパラメータとして、適時、決める必要がある。すなわち、装置構成ごとに設計者が、高い冷却性能となるようシステムバランスを考えてシミュレーションや試作実験評価で検証や確認をして、最終的に突起６０の適切な構成や形状を決めることになる。
【００４１】
本出願人らの行ったシミュレーションでは、例えばスリーブ１の内径がφ３０［ｍｍ］のときに乱流発生手段を螺旋状の突起６０とした場合、冷却液の流量や流速にもよるが突起６０のスリーブ１の内壁からの高さを１［ｍｍ］〜２［ｍｍ］程度、螺旋ピッチ間隔を５［ｍｍ］程度以下としたときが流体抵抗と冷却性能のバランスが良かった。一方、スリーブ１の内壁に螺旋状の大きな突起（スリーブ１の内壁からの高さ１０［ｍｍ］、ピッチ間隔２０［ｍｍ］）を設けた場合でもシミュレーションを試みたが、流体抵抗が非常に大きくなり、前述の構成よりも数倍の送液能力を有するポンプを用いないと冷却ローラ２２（スリーブ１）内を流れる冷却液が所望の流量とならず、冷却性能を悪くする結果となった。よって、螺旋運動とスリーブ１の内壁面積を大きくすることとの両者を両立させることを目的とした構成や形状の突起をスリーブ１の内壁に設けることは推奨できない。
【００４２】
図５を具体的に説明すると、図中左側が冷却液流れ方向上流側で図中右側が冷却液流れ方向下流側であり、スリーブ１の図中左側から図中右側に向かって冷却液が流れ、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見てスリーブ１が右回転しているような場合において、乱流発生手段である螺旋形状の突起６０によってスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流れに乱流を起こし、流体抵抗が大きくならないように突起６０の大きさを微小とし、かつ多数設け、そしてスリーブ１と共に右回転する螺旋形状の突起６０の巻き方向を冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する右巻きとする。図５から冷却液の流れ方向と螺旋形状の突起６０の回転による冷却液の送り方向とが同方向となることが分かる。
【００４３】
図６は、図５で示した乱流発生手段としての螺旋形状の突起６０に代えて、スリーブ１の内壁に設ける乱流発生手段を螺旋形状の溝６１としたときの冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００４４】
螺旋形状の溝６１でのシミュレーションを試みた結果、乱流の大きさとしては図５に示した突起６０には及ばなかったが、スリーブ１の内壁に突起６０や溝６１などの乱流発生手段を設けない場合よりもスリーブ１の内壁に溝６１を設けることで冷却性能が向上した。また、図５に示した突起６０をスリーブ１の内壁に設けた場合よりもスリーブ１の内壁に溝６１を設けたほうが流体抵抗は非常に小さくなった。
【００４５】
ここで、大径のスリーブ１を用いる場合には乱流発生手段として溝６１を適用するよりも図５に示した突起６０を適用するほうが望ましいが、小径のスリーブ１であれば乱流発生手段として溝６１を適用しても十分に冷却性能を出すことができ、また流体抵抗が小さいので、パワーの小さなポンプを用いなければならない場合や、スリーブ１内を流れる冷却液の流量や流速を増したい場合などに適した構成形状といえる。
【００４６】
なお、スリーブ１の内壁への突起６０や溝６１の形成は、切削加工や鋳造などの型成形によって行えばよい。
【００４７】
［構成例２］
図７は、スリーブ１の内壁に乱流発生手段として螺旋状の微小突起である突起６２が設けられ、突起６２の螺旋巻き方向がスリーブ１の回転に応じてスリーブ１の内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とした場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００４８】
図８は、スリーブ１の内壁に乱流発生手段として螺旋状の溝６３が設けられ、溝６３の螺旋巻き方向がスリーブ１の回転に応じてスリーブ１の内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とした場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００４９】
構成例１の図５や図６では、スリーブ１内を流れる冷却液の流れ方向と螺旋形状の突起６０や溝６１による冷却液の送り方向とが同方向になるようにしている。この場合、冷却液はスリーブ１の内壁近傍で乱流を発生させながら積極的ではないが渦を巻くように螺旋運動しながら送り方向（図５では図中左から右方向）に流れるので、スリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗抑制重視の構成といえる。
【００５０】
これに対し、本構成例の乱流発生手段である突起６２や溝６３は、スリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗を抑えつつも、より熱伝達率が向上するようスリーブ１の内壁近傍で大きな乱流を発生させる乱流発生重視の構成とした。
【００５１】
すなわち、スリーブ１の内壁に設ける乱流発生手段を螺旋形状の微小突起である突起６２または螺旋形状の溝６３を設け、そしてより大きな乱流を発生させるために、その螺旋の巻き方向を、スリーブ１の回転方向に応じてスリーブ１の内壁近傍に沿って流れる冷却液の流れ方向に対して逆向きの方向に送りが発生する巻き方向とした。つまり、螺旋形状の巻き方向を図５や図６とは逆の巻き方向とし、冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように構成した。
【００５２】
具体的には、図７で図中左側が冷却液流れ方向上流側で図中右側が冷却液流れ方向下流側であり、スリーブ１の図中左側から図中右側に向かって冷却液が流れ、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見てスリーブ１が右回転する場合、突起６２による冷却液の送り方向を冷却液の流れとは逆方向となるように左巻きとしている。
【００５３】
また、図８で図中左側が冷却液流れ方向上流側で図中右側が冷却液流れ方向下流側であり、スリーブ１の図中左側から図中右側に向かって冷却液が流れ、冷却液流れ方向下流側の軸方向から見てスリーブ１が右回転する場合、溝６３による冷却液の送り方向を冷却液の流れとは逆方向となるように左巻きとしている。
【００５４】
こうすることでスリーブ１の内壁近傍において、冷却液流れ方向上流側から下流側に向かう冷却液の流れに対して逆向きに送ろうとする流れ（力）がぶつかることになるので、より大きな、そしてより複雑でランダムな乱流が発生する。このような大きくて複雑な乱流が発生すればスリーブ１内を流れる冷却液を撹拌する攪拌力は増加し、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液とスリーブ１の中央を流れる冷却液とがより混ぜ合わされるようになり、その結果、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率が格段に向上する。
【００５５】
ただし、特に乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に螺旋形状の突起６２を設けた場合においては、突起６２の螺旋形状の大きさが大きくなり過ぎると、スリーブ１内を流れる冷却液におよぼされる冷却液の流れ方向とは逆向きの送り力、すなわち、流体抵抗が大きくなり過ぎてしまうので注意が必要である。例えば、突起６２が小さな突起形状であれば乱流によるスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率の改善効果は小さくなるが、その分、突起６２による冷却液の送り方向が冷却液の流れ方向とは逆向きであっても流体抵抗としては非常に小さく問題にならないレベルとなる。逆に、突起６２が大きな突起形状であれば乱流によるスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率の改善効果は大きくなるが、突起６２による冷却液の逆向きの送りも大きく強くなるので流体抵抗が増大してしまう。
【００５６】
乱流発生手段である突起６２や溝６３の螺旋形状の大きさは、スリーブ１の大きさ（直径）や冷却液の流速及び流量や冷却性能目標などの仕様条件などによって、各々の場合毎に対応して変わるので、一概に決めることはできない。本出願人は、最小限の流体抵抗で最大限の乱流効果が得られるよう、突起６２や溝６３の螺旋の最適な形状や大きさを、シミュレーションや実験評価で比較や確認をしながら決めた。また螺旋形状の場合、その螺旋ピッチ間隔が乱流の発生頻度や乱流の発生する位置間隔を決めるファクターとなるので、螺旋ピッチ間隔も同様に考慮しなければならない。例えば、乱流発生手段として螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設ける場合、スリーブ１の内径がφ３０［ｍｍ］のときには、螺旋形状の突起６２のスリーブ１の内壁からの高さを０．５［ｍｍ］〜１［ｍｍ］程度とし、螺旋ピッチ間隔を５［ｍｍ］程度とする。
【００５７】
なお、例えばスリーブ１の回転方向と突起６２や溝６３の螺旋形状の巻き方向とはそのままで、冷却液の流れ方向のみを反対方向（図７、図８で図中右側から図中左側に冷却液が流れる方向）にすれば、構成例１で図５や図６に示した乱流発生手段である突起６０や溝６１の螺旋巻き方向が、冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生することになる。すなわち、スリーブ１の回転方向、スリーブ１内を流れる冷却液の流れ方向、及び、乱流発生手段である突起６０，６２や溝６１，６３の螺旋形状による冷却液の送り方向の３者の組合せ関係で、突起６０，６２や溝６１，６３によりスリーブ１の内壁近傍の冷却液に対して冷却液の流れ方向と同じ向きの送りを発生させるのか、逆向きの送りを発生させるのかを決める。
【００５８】
［構成例３］
図９（ａ）は本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図であり、図９（ｂ）は本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００５９】
本構成例では、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液に対して乱流を発生させる乱流発生手段として、図９（ａ）や図９（ｂ）に示すようにスリーブ１の内壁に微小な穴６４を多数設け、スリーブ１の内壁全面が穴６４の面となるようにしている。
【００６０】
このように乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に穴６４を多数設けることで、図６や図８で示した溝６１，６３と同様に、図５や図７に示したような突起６０，６２をスリーブ１の内壁に設ける場合よりもスリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗を非常に小さくすることができる。さらに微小な穴６４ならばスリーブ１の内壁全体に形成することができるので、図６や図８に示したような溝６１，６３をスリーブ１の内壁に設ける場合よりも配置数を格段に増やすことができ、乱流をスリーブ１の内壁全面で発生させることができる。したがって、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって略均等に同じ大きさの乱流が発生するので、スリーブ１の内壁温度を均一にすることができ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
【００６１】
なお、穴６４の形状は、丸穴、長穴、多角形穴など限定されるものでないが、乱流の発生具合を流体抵抗と併せてシミュレーション等で最適な形状や大きさを決める。
【００６２】
スリーブ１の内壁への穴６４の形成は、切削加工の場合、切削工具が入る大径のスリーブ１ならばスリーブ１の内側からの加工は可能だが、小径のスリーブ１のときはスリーブ１の内側からの加工は困難になる。そのため、例えばスリーブ１の外側（外壁）からの孔加工を施してから、冷却液が漏れないようにスリーブ１の外側から内壁に穴が残る程度に孔を塞ぐ処理を行う。切削加工以外では、一般的な鋳造などの型成形でも可能である。
【００６３】
［構成例４］
図１０（ａ）は本構成例の冷却ローラ２２を軸方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図であり、図１０（ｂ）は本構成例の冷却ローラ２２を直径方向で切断した場合の冷却ローラ２２の拡大断面図である。
【００６４】
本構成例では、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液に対して乱流を発生させる乱流発生手段として、図１０（ａ）や図１０（ｂ）に示すようにスリーブ１の内壁に微小な凹凸を多数設け、スリーブ１の内壁全面が凹凸面６５となるようにしている。
【００６５】
このように乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に微小な凹凸を多数設け凹凸面６５を形成することで、図６及び図８で示した溝６１，６３や図９で示した穴６４と同様に、図５や図７に示したような突起６０，６２をスリーブ１の内壁に設ける場合よりもスリーブ１内を流れる冷却液の流体抵抗を非常に小さくすることができる。さらに微小な凹凸からなる凹凸面６５ならば図９に示した穴６４よりも微細に形成することが可能となるので、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって均一の乱流発生、ひいてはスリーブ１の内壁温度の均一化をより図ることができる。よって、スリーブ１の内壁に乱流発生手段として図９に示したような穴６４を設ける場合よりもスリーブ１の内壁に微小な凹凸を設けて凹凸面６５を形成するほうが、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
【００６６】
なお、乱流発生手段としては、ランダムでさらに微小な凹凸で形成の手間もあまりかからない粗し面でも構わない。ただし、凹凸を微細にし過ぎると乱流を発生させる効果が小さくなり過ぎて冷却液を混ぜ合わすことができなくなるので、シミュレーション等で流体抵抗と併せて最適な形状や大きさを決める必要がある。
【００６７】
スリーブ１の内壁への凹凸の形成は、切削加工や鋳造などの型成形で可能である。微小な場合は形状に多少のバラツキを伴うがペーパーやグラインダなどのやすり加工や、サンドブラストなど粗し加工などによる。また、意図的に凹凸を形成するのではなく、鋳造や押し出しによるスリーブ１の製作時の粗れた素地のままでも、場合によっては使えるときがある。
【００６８】
［構成例５］
本構成例においては、図１１に示すように冷却ローラ２２を、乱流発生手段として図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を内壁に設けた外管であるスリーブ１と、そのスリーブ１内に内包する内包部材であるコア５とから成る管構造としている。
【００６９】
図１１に示すようなスリーブ１の内壁とコア５の外周面とで形成される狭い間隙を流路として冷却液を流すと、その狭い隙間の流路により、ポンプの流量を上げなくてもスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流速が、図７に示した冷却ローラ２２のようにスリーブ１内にコア５を内包しない場合に比べて大きくなる。そして、それにスリーブ１の内壁に設けられた螺旋形状の突起６２による乱流効果が加わるので、相乗効果でスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、さらなる用紙Ｐの温度低減が見込める。
【００７０】
本構成例では、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段として、冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設けた逆送りタイプの冷却ローラ２２を用いているので、図５に示したような乱流発生手段として冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する螺旋形状の突起６０をスリーブ１の内壁に設けた順送りタイプの冷却ローラ２２のスリーブ１にコア５を内包したときよりもさらに冷却性能は向上する。
【００７１】
ここで、逆送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が強くなり、順送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が弱くなるので、目的に応じて逆送りタイプの冷却ローラ２２と順送りタイプの冷却ローラ２２とを使い分ける必要がある。例えば、所望の冷却性能やポンプの送液能力などを考慮して順送りタイプの冷却ローラ２２と逆送りタイプの冷却ローラ２２とのどちらを用いるのかを選択すればよい。
【００７２】
また、言うまでもないが図９や図１０に示したような乱流発生手段である穴６４や凹凸面６５をスリーブ１の内壁に設け、そのスリーブ１内にコア５を内包すれば、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と、穴６４や凹凸面６５による乱流効果との相乗効果で、スリーブ１内にコア５を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
【００７３】
また、本構成例のスリーブ１とコア５とで構成される冷却ローラ２２の場合、スリーブ１とコア５との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とコア５の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。コア５の回転が、例えばスリーブ１よりも何倍もの回転数であったり、逆に静止して非回転であったりなど、スリーブ１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合はコア５をスリーブ１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。さらに、本構成例では、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段である螺旋形状の突起６２によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
【００７４】
［構成例６］
本構成例においては、図１２に示すように冷却ローラ２２を、乱流発生手段として図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を内壁に設けた外管であるスリーブ１と、そのスリーブ１内に内包する内包部材である内管６とから成る管構造としている。そして、図１２に示すようなスリーブ１と内管６とで形成される狭い間隙と内管６の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管６の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ２２内で冷却液が往復するようにしている。
【００７５】
例えば図１２のように、スリーブ１と内管６とで形成した間隙を往流路として冷却液を図中左側から流入させ図中右側に向けて流し、スリーブ１の図中右端でＵターンさせて冷却液を内管６の中空内部に流入させ、内管６の中空内部を復流路として図中左側に向けて流出させるのである。このように冷却液を流すと、図７に比べて往流路の流路の間隙が狭くなるので、スリーブ１の内壁近傍の冷却液の流速が増加し、さらに螺旋形状の突起６２によるスリーブ１の内壁近傍の乱流効果が加わるので、相乗効果でスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上する。
【００７６】
なお、内管６の外径寸法をスリーブ１の内径寸法に近づけて、より前記間隙を狭くすれば、図１１に示したコア５と同じ程度にスリーブ１の内壁近傍の冷却液の流速が増加し、さらにスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上し、ひいては冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却効果が向上する。
【００７７】
また、本構成例では、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段として、冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設けた逆送りタイプの冷却ローラ２２を用いているので、図５に示したような乱流発生手段として冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する螺旋形状の突起６０をスリーブ１の内壁に設けた順送りタイプの冷却ローラ２２のスリーブ１に内管６を内包したときよりもさらに冷却性能は向上する。
【００７８】
ここで、逆送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が強くなり、順送りタイプの冷却ローラ２２の場合はスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の乱流が弱くなるので、目的に応じて逆送りタイプの冷却ローラ２２と順送りタイプの冷却ローラ２２とを使い分ける必要がある。例えば、所望の冷却性能やポンプの送液能力などを考慮して順送りタイプの冷却ローラ２２と逆送りタイプの冷却ローラ２２とのどちらを用いるのかを選択すればいよい。
【００７９】
また、言うまでもないが図９や図１０に示したような乱流発生手段である穴６４や凹凸面６５をスリーブ１の内壁に設け、そのスリーブ１内に内管６を内包すれば、スリーブ１と内管６とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流効果とで、スリーブ１内に内管６を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
【００８０】
また、冷却ローラ２２内に冷却液を流入流出させるためには、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１に示すような冷却ローラ２２の一端側から他端側に向けて一方向に冷却液を流すローラ構成の場合は、図１に示すようにメカニカルシールが施された回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を冷却ローラ２２の両端部に設ける必要がある。
【００８１】
これに対し、本構成例のようにスリーブ１内に内管６を内包した冷却ローラ２２の場合は、冷却ローラ２２の片方の端部のみにロータリージョインと５を設ければ良く、冷却ローラ２２の他方の端部側にロータリージョインと３５を設けない分、空スペースが生まれる。この空スペースは、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
【００８２】
なお、冷却液の流入出経路は図１２で示した方向と逆方向でも構わない。つまり図１２の流れ方向とは逆に、内管６の中空内部を往流路として冷却液を流入させ、スリーブ１と内管６とで形成される間隙を復流路として冷却液を流出させても良い。ただし、螺旋形状の突起６２で、スリーブ１の内壁近傍に復流路を流れる冷却液の流れ方向とは逆方向の送りによる乱流を発生させたい場合は、突起６２の螺旋巻き方向に注意する必要がある。
【００８３】
また、本構成例のスリーブ１と内管６とで構成される冷却ローラ２２の場合、スリーブ１と内管６との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍と内管６の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長してスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上する。内管６の回転が、例えばスリーブ１よりも何倍もの回転数であったり、逆に静止して非回転であったりなど、スリーブ１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合は内管６をスリーブ１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。さらに、本構成例では、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段である螺旋形状の突起６２によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できる。
【００８４】
［構成例７］
本構成例においては、図１３に示すように冷却ローラ２２を、乱流発生手段として図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を内壁に設けた外管であるスリーブ１と、そのスリーブ１内に内包された内管６と、その内管６の外側に挿入された中空のシリンダ７と、からなる管構造となっている。そして、図１３に示すようなスリーブ１とシリンダ７とで形成される間隙と内管６の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管６の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ２２内で冷却液が往復するようにしている。
【００８５】
例えば図１３のように、スリーブ１とシリンダ７とで形成した間隙を往流路として冷却液を図中左側から流入させ図中右側に向けて流し、スリーブ１の図中右端でＵターンさせて冷却液を内管６の中空内部に流入させ、内管６の中空内部を復流路として図中左側に向けて流出させるのである。このように冷却液を流すと、図１２に比べて往流路の流路の間隙が狭くなるので、スリーブ１の内壁近傍の冷却液の流速が増加し、さらに螺旋形状の突起６２によるスリーブ１の内壁近傍の乱流効果が加わるので、相乗効果でスリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率が向上し、さらなる用紙Ｐの温度低減が見込める。
【００８６】
また、本構成例では、スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段として、冷却液の流れ方向とは逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２をスリーブ１の内壁に設けた逆送りタイプの冷却ローラ２２を用いているので、図５に示したような乱流発生手段として冷却液の流れ方向と同方向の送りが発生する螺旋形状の突起６０をスリーブ１の内壁に設けた順送りタイプの冷却ローラ２２のスリーブ１にシリンダ７を内包したときよりもさらに冷却性能は向上する。
【００８７】
言うまでもないが図５、図６、図８、図９及び図１０のいずれかに示したような乱流発生手段（突起６０、溝６１、溝６３、穴６４、凹凸面６５）をスリーブ１の内壁に設け、そのスリーブ１内に内管６及びシリンダ７を内包すれば、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流効果とで、スリーブ１内に内管６及びシリンダ７を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
【００８８】
さらに、本構成例は、構成例６で説明したスリーブ１内に内管６を内包した冷却ローラ２２と同様に、冷却ローラ２２の片方の端部のみに図１に示したような回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を設ければ良いので、冷却ローラ２２の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
【００８９】
すなわち、本構成例の冷却ローラ２２は、構成例５の構成と構成例６の構成とを組み合わせたものと略同等の構成と言え、双方の利点や効果を有している。
【００９０】
なお、冷却液の流入出経路は図１３で示した方向と逆方向でも構わない。つまり図１３の流れ方向とは逆に、内管６の中空内部を往流路として冷却液を流入させ、スリーブ１とシリンダ７とで形成される間隙を復流路として冷却液を流出させても良い。ただし、螺旋形状の突起６２でスリーブ１の内壁近傍に逆方向の送りによる乱流を発生させたい場合は、突起６２の螺旋巻き方向に注意する必要がある。
【００９１】
また、本構成例のスリーブ１と内管６及びシリンダ７とで構成される冷却ローラ２２の場合、スリーブ１とシリンダ７との回転数を異なるようにしておくことで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とシリンダ７の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。シリンダ７の回転が、例えばスリーブ１よりも何倍もの回転数であったり、逆に静止して非回転であったりなど、スリーブ１の回転数と異なれば異なる程、効果を得ることができる。なお、最大限の効果を望む場合はシリンダ７をスリーブ１の回転方向とは逆方向に回転させれば良い。さらに、本構成例では、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段である螺旋形状の突起６２によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
【００９２】
ここで、構成例１から構成例７までの説明では、乱流発生手段（突起６０、溝６１、突起６２、溝６３、穴６４、凹凸面６５）をスリーブ１やスリーブ１の内壁に直接加工して成形するようにしているが、例えばバネ性を有する板材など別部材に突起６０、溝６１、突起６２、溝６３、穴６４及び凹凸面６５のいずれかの乱流発生手段を設けて、それをスリーブ１の内壁に取り付けても良い。この場合、スリーブ１の内壁に直接、乱流発生手段を成形するよりも乱流発生手段の成形工程が簡単で、乱流発生手段の形状の自由度が増す。
【００９３】
［構成例８］
本構成例においては、図１４に示すように冷却ローラ２２の外管であるスリーブ１内に内管６を内包し、その内管６の外側に中空のシリンダ７が挿入された管構造となっている。そして、スリーブ１とシリンダ７とで形成される間隙と内管６の中空内部それぞれを流路として冷却液を流す構成であり、前記間隙と内管６の中空内部とを冷却液が流れて冷却ローラ２２内で冷却液が往復するようにしている。
【００９４】
スリーブ１の内壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段としては、図７に示すような冷却液の流れと逆方向の送りが発生する螺旋形状の突起６２を、スリーブ１の内壁に設けている。また、本構成例では図１４に示すように、冷却ローラ２２のスリーブ１に接触することで冷却される用紙Ｐの幅（冷却ローラ軸方向の幅）と略同幅のスリーブ１の内壁の領域に螺旋形状の突起６２を設けている。
【００９５】
本構成例のように用紙Ｐが接するスリーブ１の領域と略同幅域のみに螺旋形状の突起６２を設けることで、スリーブ１の内壁の螺旋形状の突起６２が設けられていない、その他の部分では、スリーブ１内を流れる冷却液に対して突起６２による流体抵抗が発生しない。これにより、冷却液を冷却ローラ２２内に送り込むポンプの負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上する。また、スリーブ１の内壁全域にわたって螺旋形状の突起６２を設ける場合よりも一ランク下の送液性能のポンプで済み、低コスト化を図ることができる。
【００９６】
［構成例９］
次に、構成例１から構成例８で示したいずれかの本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を搭載したタンデム型中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置の構成概略図を図１５に示す。
【００９７】
なお、構成例１から構成例８で示した本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８は、画像形成装置に設けられるものに限定されることなく、シート状部材の冷却が必要な装置であれば適応可能である。また、本構成例では、冷却媒体として液体を用いて説明するが、流体の媒体であれば気体でも構わない。
【００９８】
複数のローラによって中間転写媒体としての中間転写ベルト５１を展張し、中間転写ベルト５１はこれらのローラにより回転するように構成すると共に、中間転写ベルト５１のまわりに画像形成用のプロセス手段を配置している。
【００９９】
中間転写ベルト５１の回転方向を図中矢印ａとするとき、中間転写ベルト５１の上方であってローラ５２とローラ５３との間には、中間転写ベルト５１の回転方向の上流側から順に画像形成用のプロセス手段として、画像ステーション５４Ｙ、画像ステーション５４Ｃ、画像ステーション５４Ｍ、画像ステーション５４Ｂｋが配置されている。例えば画像ステーション５４Ｙは、ドラム状の感光体１１Ｙの周囲に帯電手段１０Ｙ、光書き込み手段１２Ｙ、現像装置１３Ｙ、クリーニング手段１４Ｙが配置され、さらに中間転写ベルト５１を挟んで感光体１１Ｙの対向位置に中間転写ベルト５１への転写手段としての一次転写ローラ１５Ｙが設けられている。また、他の３つの画像ステーション５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋも同一構成となっている。そして、それら４つの画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋが互いに所定のピッチ間隔となるように左右並列に配置されている。
【０１００】
本実施形態では光書き込み手段１２をＬＥＤを光源とする光学系としているが、半導体レーザーを光源とするレーザー光学系で構成することもでき、感光体１１に対して画像情報に応じた露光を行う。
【０１０１】
中間転写ベルト５１の下方には、シート状部材である用紙Ｐの用紙収納部１９および給紙コロ２３、レジストローラ対２１、中間転写ベルト５１を張架するローラ５５に中間転写ベルト５１を介して対向するように設けられ中間転写ベルト５１から用紙Ｐへのトナー像の転写手段としての二次転写ローラ５６、中間転写ベルト５１の裏面に接するローラ５８の対向位置で中間転写ベルト５１のおもて面に接するように設けられ中間転写ベルト５１のおもて面をクリーニングするクリーニング手段５９、熱定着装置１６、用紙Ｐを冷却する冷却ローラ２２を有する冷却装置１８、トナー定着後の用紙Ｐの排出部である排紙収容部１７などが配置されている。そして、用紙収納部１９から排紙収容部１７へ至る用紙搬送路２８が延びている。また、両面画像形成時に用紙Ｐの裏面への画像形成を行う際に、冷却装置１８を一度通過した用紙Ｐの表裏を反転させ、再度、レジストローラ対２１へ搬送する両面画像形成用の用紙搬送路２９も備えている。
【０１０２】
なお、冷却装置１８の冷却ローラ２２は用紙Ｐの熱を受熱する受熱部であり、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３、ポンプ１００、タンク１０１と共に配管１０５で連通／連結され、冷却液が封入されている。冷却液の循環経路は配管１０５の矢印で示すように、ラジエータ１０３で冷やされた冷却液を、冷却ローラ２２へ供給し、そして冷却ローラ２２内を廻ってから排出し、その後にタンク１０１、ポンプ１００へ送り、再び、ラジエータ１０３に戻す順序であり、ポンプ１００の回転圧力により冷却液を循環させ、ラジエータ１０３で放熱することで冷却液、如いては冷却ローラ２２を冷やす。ポンプ１００の送液能力やラジエータ１０３の大きさなどは、熱設計条件（冷却ローラ２２が冷却すべき熱量と温度の条件）によって決定される流量、圧力、冷却効率などを元に選定される。
【０１０３】
画像の形成プロセスは、画像ステーション５４Ｙに着目すれば、一般の静電記録方式に準じていて、暗中にて帯電手段１０Ｙにより一様に帯電された感光体１１Ｙ上に光書き込み手段１２Ｙにより露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置１３Ｙによりトナー像として可視像化する。そのトナー像は一次転写ローラ１５Ｙにより感光体１１Ｙ上から中間転写ベルト５１に転写される。転写後の感光体１１Ｙの表面はクリーニング手段１４Ｙによりクリーニングされる。他の画像ステーション５４も画像ステーション５４Ｙと同構成であり、同様の画像形成プロセスが行われる。
【０１０４】
画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋにおける各現像装置１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂｋは、それぞれ異なる４色のトナーによる可視像化機能を有しており、各画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋでイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックを分担すれば、フルカラー画像を形成することができる。よって、中間転写ベルト５１の同一画像形成領域が４つの画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋを順次通過する間に、中間転写ベルト５１を挟むようにして各感光体１１とそれぞれ対向して設けられた一次転写ローラ１５により与えられる転写バイアスによって、それぞれ１色ずつトナー像を中間転写ベルト５１上に重ね転写されるようにすれば、上記同一画像形成領域が各画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋを１回通過した時点で、この同一画像領域に、重ね転写によってフルカラートナー画像を得ることができる。
【０１０５】
そして、中間転写ベルト５１上に形成されてフルカラートナー画像は、用紙Ｐに転写される。転写後の中間転写ベルト５１はクリーニング手段５９によりクリーニングされる。用紙Ｐへの転写は転写時において二次転写ローラ５６に転写バイアスを印加して、中間転写ベルト５１を介して二次転写ローラ５６とローラ５５との間に転写電界を形成し、二次転写ローラ５６と中間転写ベルト５１とのニップ部に用紙Ｐを通過させることにより行なわれる。中間転写ベルト５１から用紙Ｐへのフルカラートナー像の転写後、用紙Ｐ上に担持されたフルカラートナー像を熱定着装置１６で用紙Ｐ上に定着することにより、用紙Ｐ上にフルカラーの最終画像が形成され、その後、用紙Ｐは排紙収容部１７に積載される。
【０１０６】
本実施形態の画像形成装置においては、排紙収容部１７に用紙Ｐが積載される前に、用紙Ｐが熱定着装置１６の直後に配置された冷却装置１８を通過する。通過する際、熱定着装置１６で熱せられた用紙Ｐが受熱部である冷却ローラ２２に接触しながら通過することになるので、冷却ローラ２２の表面で用紙Ｐから熱を吸熱し、この熱を冷却ローラ２２内部の冷却液へ伝達する。熱が伝達され高温となった冷却液は、この後、冷却ローラ２２から排出されタンク１０１やポンプ１００を経て、冷却ファン１０４を装着したラジエータ１０３に送られ、そこで熱が画像形成装置外に排熱される。ラジエータ１０３で熱が除去され室温近くにまで下げられた冷却液は、その後、再び冷却ローラ２２へと送られる。このような冷却液による高い冷却性能の排熱サイクルによって、熱定着装置１６で熱せられて高温となった用紙Ｐが効率良く冷やされる。
【０１０７】
また、構成例１乃至構成例８で説明したような、突起６０、溝６１、突起６２、溝６３、穴６４及び凹凸面６５のいずれかの乱流発生手段を冷却ローラ２２のスリーブ１の内壁に設けることで冷却性能が向上し、さらに、上述したようなコア５やシリンダ７をスリーブ１内に内包してスリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液の流路を狭くすることで、冷却性能をより向上させることができる。
【０１０８】
したがって、本実施形態の画像形成装置では、用紙Ｐが排紙収容部１７に積載される時点で、用紙Ｐ上のトナーを確実に硬化状態とさせることができる。特に、熱定着装置１６により用紙Ｐに対して２度の定着動作がなされる両面画像形成出力の際に大きな問題となっていたブロッキング現象を回避することができる。
【０１０９】
以上、本実施形態によれば、中空状の管状部材であるスリーブ１からなる冷却ローラ２２と、スリーブ１内に冷却媒体である冷却液を搬送する冷却媒体搬送手段であるポンプ１００と、を備え、冷却ローラ２２にシート状部材である用紙Ｐを接触させて用紙Ｐを冷却する冷却装置１８において、冷却液に乱流を発生させる乱流発生手段をスリーブ１の内壁に設けた。本実施形態においては、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で冷却液の流れは乱流となる。これにより、前記内壁近傍にある温度の高い冷却液と前記内壁から離れた位置にある温度の低い冷却液との入れ替えが盛んに行われる。よって、乱流発生手段を前記内壁に設けない場合よりも前記内壁近傍の冷却液の温度を低くすることができるので、その分、冷却液によってスリーブ１を効果的に冷やすことができる。したがって、スリーブ１からなる冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ１の内壁に設けた螺旋形状の突起６２または溝６３であり、スリーブ１の回転に伴う冷却液の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように突起６２または溝６３の螺旋巻き方向を設定した。これにより、スリーブ１の内壁近傍において、冷却液流れ方向上流側から下流側に向かう冷却液の流れに対して突起６２または溝６３による冷却液を逆向きに送ろうとする流れ（力）がぶつかることになるので、より大きな、そしてより複雑でランダムな乱流が発生する。このような大きくて複雑な乱流が発生すればスリーブ１内を流れる冷却液を撹拌する攪拌力は増加し、スリーブ１の内壁近傍を流れる冷却液と、スリーブ１の中央を流れる冷却液とがより混ぜ合わされるようになり、その結果、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達効率が格段に向上する。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ１の内壁に設けた穴６４であることで、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって略均等に同じ大きさの乱流を発生させることができるので、スリーブ１の内壁温度を均一にすることができ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段は、スリーブ１の内壁に設けた凹凸面６５または粗し面であることで、乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に穴６４を設ける場合よりも微細に形成することができる。よって、乱流発生手段としてスリーブ１の内壁に穴６４を設ける場合よりも、スリーブ１の内壁の全域（スリーブ１の円周方向および軸方向）にわたって略均等に同じ大きさの乱流を発生させることができ、スリーブ１の内壁温度の均一化をより図れ、流体抵抗を抑えると共に熱流束Ｗを上げかつ均一性を確保することができる。
また、本実施形態によれば、冷却ローラ２２は管状部材であり外管であるスリーブ１と、スリーブ１内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けたスリーブ１の内壁と内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有する。これにより、スリーブ１と内包部材とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内に内包部材を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
また、本実施形態によれば、上記内包部材はコア部材であるコア５であり、上記乱流発生手段を設けたスリーブ１とコア５の外壁とで形成される間隙に冷却液が流れる流路を有する。これにより、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内にコア５を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。
また、本実施形態によれば、コア５が、スリーブ１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とコア５の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とコア５とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
また、本実施形態によれば、上記内包部材は、スリーブ１よりも細管構造の内管６であり、冷却ローラ２２がスリーブ１と内管６との間を冷却液が流れる外側流路、及び、内管６内を冷却液が流れる内側流路を有する二重管構造である。これにより、スリーブ１と内管６とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内に内管６を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。さらに、冷却ローラ２２の片方の端部のみに回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を設ければ良いので、冷却ローラ２２の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
また、本実施形態によれば、内管６が、スリーブ１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍と内管６の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できる。
また、本実施形態によれば、スリーブ１の中空内部で、内管６よりも外径の大きいシリンダ７を内管６を内包するように取り付けたことで、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果と乱流発生手段による乱流効果とで、スリーブ１内にシリンダ７を内包しない場合に比べて、スリーブ１の内壁から冷却液への熱伝達率がより向上し、冷却ローラ２２による用紙Ｐの冷却性能を格段に向上させることができる。さらに、冷却ローラ２２の片方の端部のみに回転管継ぎ手手段であるロータリージョイント３５を設ければ良いので、冷却ローラ２２の他方の端部側に空スペースが生まれ、画像形成装置などの装置の小型化に寄与し、また冷却ローラ２２を冷却装置１８へ組み付ける際に冷却液のチューブや配管が邪魔にならず、作業性が向上する。
また、本実施形態によれば、シリンダ７が、スリーブ１の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、スリーブ１の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることで、冷却液の旋回速度成分はスリーブ１の内壁近傍とシリンダ７の外壁近傍とで大きく異なり、乱流発生を助長して熱伝達率がより向上する。さらに、スリーブ１の内壁に設けた乱流発生手段によりスリーブ１の内壁近傍で乱流が増幅されるので、格段の乱流効果が期待できるとともに、スリーブ１とシリンダ７とで形成される狭い間隙の流路による高流速効果が加わるので、さらに熱伝達率が向上する。
また、本実施形態によれば、上記乱流発生手段をスリーブ１が接触することで冷却する用紙Ｐと略同幅の領域に設けることで、スリーブ１の内壁の乱流発生手段が設けられていない、その他の部分では、スリーブ１内を流れる冷却液に対して乱流発生手段による流体抵抗が発生しない。これにより、冷却液を冷却ローラ２２内に送り込むポンプ１００の負荷は小さく消費電力を下げられ且つ耐久性も向上する。また、スリーブ１の内壁全域にわたって乱流発生手段を設ける場合よりも一ランク下の送液性能のポンプ１００で済み、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、シート状部材である用紙Ｐ上にトナー像を形成する画像形成ユニット５４などのトナー像形成手段と、用紙Ｐ上に形成されたトナー像を少なくとも熱によって用紙Ｐに定着させる熱定着手段である熱定着装置１６と、熱定着装置１６によってトナー像が定着された用紙Ｐを冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として、本発明の冷却ローラ２２を有する冷却装置１８を用いることにより、熱定着装置１６による熱定着後の用紙Ｐの冷却効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ スリーブ
２ 剥離
３ 流速プロファイル
４ 付着
５ コア
６ 内管
７ シリンダ
１０ 帯電手段
１１ 感光体
１２ 光書き込み手段
１３ 現像装置
１４ クリーニング手段
１５ 一次転写ローラ
１６ 熱定着装置
１７ 排紙収容部
１８ 冷却装置
１９ 用紙収納部
２１ レジストローラ対
２２ 冷却ローラ
２３ 給紙コロ
２８ 用紙搬送路
２９ 用紙搬送路
３５ ロータリージョイント
３６ 胴部
３７ 軸受
３８ フランジ
３９ シール部材
４０ ローラ
４１ ローラ
４２ 搬送ベルト
４３ 上ガイド
４４ ブラケット
５１ 中間転写ベルト
５２ ローラ
５３ ローラ
５４ 画像形成ユニット
５５ ローラ
５６ 二次転写ローラ
５８ ローラ
５９ クリーニング手段
６０ 突起
６１ 溝
６２ 突起
６３ 溝
６４ 穴
６５ 凹凸面
１００ ポンプ
１０１ タンク
１０３ ラジエータ
１０４ 冷却ファン
１０５ 配管
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開２００６−００３８１９号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の管状部材からなる冷却ローラと、
前記管状部材内に冷却媒体を搬送する冷却媒体搬送手段と、を備え、
前記冷却ローラにシート状部材を接触させてシート状部材を冷却する冷却装置において、
冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段を前記管状部材の内壁に設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた螺旋形状の突起または溝であり、
前記管状部材の回転に伴う冷却媒体の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように前記突起または前記溝の螺旋巻き方向を設定したことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた穴であることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた凹凸面または粗し面であることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の冷却装置において、
上記冷却ローラは上記管状部材である外管と、該外管内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けた前記外管の内壁と前記内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項５の冷却装置において、
上記内包部材はコア部材であり、上記乱流発生手段を設けた上記外管と前記コア部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項５の冷却装置において、
上記内包部材は、上記外管よりも細管構造の内管であり、該外管と該内管との間を冷却媒体が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却媒体が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項７の冷却装置において、
上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項６の冷却装置において、
上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項７の冷却装置において、
上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項８の冷却装置において、
上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１の冷却装置において、
上記乱流発生手段を上記管状部材が接触することで冷却するシート状部材と略同幅の領域に設けることを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、
前記熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、
前記冷却手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３の冷却装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
中空状の管状部材からなる冷却ローラと、
前記管状部材内に冷却媒体を搬送する冷却媒体搬送手段と、を備え、
前記冷却ローラにシート状部材を接触させてシート状部材を冷却する冷却装置において、
冷却媒体に乱流を発生させる乱流発生手段を前記管状部材の内壁に設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた螺旋形状の突起または溝であり、
前記管状部材の回転に伴う冷却媒体の流れ方向とは逆向きの送りが発生するように前記突起または前記溝の螺旋巻き方向を設定したことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた穴であることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１の冷却装置において、
上記乱流発生手段は、上記管状部材の内壁に設けた凹凸面または粗し面であることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の冷却装置において、
上記冷却ローラは上記管状部材である外管と、該外管内に内包する内包部材とから成る管構造であり、上記乱流発生手段を設けた前記外管の内壁と前記内包部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項５の冷却装置において、
上記内包部材はコア部材であり、上記乱流発生手段を設けた上記外管と前記コア部材の外壁とで形成される間隙に冷却媒体が流れる流路を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項５の冷却装置において、
上記内包部材は、上記外管よりも細管構造の内管であり、該外管と該内管との間を冷却媒体が流れる外側流路、及び、該内管内を冷却媒体が流れる内側流路を有する二重管構造であることを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項７の冷却装置において、
上記外管の中空内部で、上記内管よりも外径の大きいシリンダを該内管を内包するように取り付けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項６の冷却装置において、
上記コア部材が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項７の冷却装置において、
上記内管が、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項８の冷却装置において、
上記シリンダが、上記外管の回転方向と同一方向に異なる回転数で回転可能、該外管の回転方向とは逆方向に回転可能、または、固定状態で設けられていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１の冷却装置において、
上記乱流発生手段を上記管状部材が接触することで冷却するシート状部材と略同幅の領域に設けることを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる熱定着手段と、
前記熱定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、
前記冷却手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３の冷却装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２２７３１５（Ｐ２０１１−２２７３１５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９７５３４（Ｐ２０１０−９７５３４）
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]