JP5910928B2 - 熱交換装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

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熱交換装置、及び、その熱交換装置を備えた画像形成装置に関するものである。

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。

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、ファンにより風を当てて冷却した熱交換体に直接または熱伝達部材を介して用紙を接触させて、熱交換体と用紙との間で熱交換を行い用紙を冷却する空冷方式が数多く採用されてきた。

特許文献１に記載の冷却装置では、熱伝達部材であり用紙を担持して搬送する搬送ベルトの内周面に熱交換体であるヒートシンクの冷却面を接触させて設けている。ヒートシンクはファンにより風を当てて冷却しており、搬送ベルトによって搬送される用紙はヒートシンクとの対向領域を通過した際に搬送ベルトを介して用紙からヒートシンクに熱が奪われることで冷却される。このように、ヒートシンクを用いることで用紙搬送方向におけるヒートシンクと用紙との接触幅を大きくすることができ、ヒートシンクによる用紙の冷却時間が長くなるので、その分、用紙の冷却効率を高めることができる。

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、より効率良く高温の用紙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。

特許文献２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熱交換体であ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、用紙搬送方向と直交する方向である冷却ローラ軸方向の一端側に設けられた入口開口部から他端側に設けられた出口開口部に向かって冷却ローラ内に流動媒体である冷却液が流され、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。このような液冷方式は、空冷方式よりも効率良く冷却できるため用紙の冷却効率を高めることができる。

しかしながら、特許文献２に記載の冷却装置では、用紙搬送方向における冷却ローラと用紙との接触幅が狭いので冷却ローラによる用紙の冷却時間が短くなってしまう。そこで、冷却ローラに変えて用紙搬送方向における用紙との冷却面の接触幅が広くなるような中空のブロック部材を熱交換体として用い、そのブロック部材の中空内部を冷却面の平面積と同程度の平面積を有する流路として、冷却液を用紙搬送方向と直交する方向に流すことが考えられる。

前記流路はブロック部材の内部に用紙搬送方向全域にわたって形成された広幅の流路であり、ブロック部材の用紙搬送方向と直交する方向の一端側に設けられた入口開口部から他端側に設けられた出口開口部に向かって冷却液が流される。これにより、用紙搬送方向におけるブロック部材の冷却面と用紙との接触幅を広くし用紙の冷却時間を長くしつつ、冷却液によって用紙を冷却するので、前記ヒートシンクや前記冷却ローラを用いる場合よりも用紙の冷却効率を高めることができる。

ところが、前記流路を流れる冷却液は、冷却面を介して用紙の熱を受熱することで徐々に温度が上昇する。そのため、冷却液の温度が高くなり過ぎて冷却液と用紙との温度差が小さくなり、その分、冷却液と用紙との間での熱交換効率が低下してしまうといった問題が生じる。

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、流動媒体とシート状部材との間での熱交換効率を向上させることができる熱交換装置、及び、その熱交換装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、シート状部材搬送方向と直交する方向に流動媒体が流れる流路が内部に形成された熱交換体と、前記流路の流動媒体流れ方向上流側と下流側それぞれに設けられた入口開口部と出口開口部とに連通させた配管を通して前記流路に流動媒体を搬送する流動媒体搬送手段とを備え、前記熱交換体の熱交換面にシート状部材を直接または熱伝達部材を介して接触させて該シート状部材と前記流動媒体との間で熱交換を行う熱交換装置において、前記熱交換体の内部に前記流路を前記熱交換面から離れる方向に多階層で形成し、各流路に対し前記入口開口部と前記出口開口部とをシート状部材搬送方向に沿って複数設けたことを特徴とするものである。

本発明においては、熱交換体の内部に熱交換面から離れる方向に多階層で形成した流路の内、熱交換面に最も近い階層を流れる流動媒体が熱交換面を介してシート状部材の熱を受熱する。また、前記熱交換面に最も近い階層を流れる流動媒体は、前記熱交換面に最も近い階層に隣接する階層を流れる流動媒体によって冷やされる。これにより、前記熱交換面に最も近い階層を流れる流動媒体の温度上昇を低減させることができる。よって、その分、前記熱交換面に最も近い階層を流れる流動媒体の温度が高くなり過ぎて、前記熱交換面に最も近い階層を流れる流動媒体とシート状部材との温度差が小さくなるを抑えられ、流動媒体とシート状部材との間での熱交換効率を向上させることができる。

以上、本発明によれば、流動媒体とシート状部材との間での熱交換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。

（ａ）流路を階層化した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１（ａ）の左側面方向から見た断面図。 本実施形態の冷却プレートを有する冷却装置を搭載した画像形成装置の構成概略図。 （ａ）冷却プレートを用紙搬送方向と直交する方向から見た場合の断面図、（ｂ）冷却プレートを用紙搬送方向から見た場合の断面図、（ｃ）冷却プレートを上方から見た場合の断面図。 熱交換装置である用紙の冷却装置の概略構成図。 （ａ）流路を３階層化した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図５（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）各階層の流路に対して各流路の流入口と排出口を用紙の搬送方向に沿って複数形成した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図６（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）下層流路と上層流路を狭間隙としたときの冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図７（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）流路群の組を用紙の搬送方向に沿うように複数形成した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図８（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）下層流路と上層流路を流れる冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）図９（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。 （ａ）横に並べた流路群の組毎に冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１０（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）図１０（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。 （ａ）下層流路と上層流路を流れる冷却液の流通方向を相対する向きとし、横に並べた流路群の組毎に冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１１（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）図１１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。 加温装置の概略構成図。 （ａ）流路を２階層化した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１３（ａ）の左側面方向から見た断面図。 熱交換装置である用紙の冷却装置の概略構成図。 （ａ）ターン流路を内部に形成した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１５（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）各階層の流路に対して各流路の流入口と排出口を用紙の搬送方向に沿って複数形成した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１６（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）下層流路と上層流路を狭間隙としたときの冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１７（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）流路群の組を用紙の搬送方向に沿うように複数形成した冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１８（ａ）の左側面方向から見た断面図。 （ａ）下層流路と上層流路を流れる冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレートの断面図、（ｂ）冷却プレートを上面方向から見た断面図、（ｃ）図１９（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）図１９（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。

［実施形態１］
次に、本発明を画像形成装置に適用した第１の実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、本発明の熱交換装置を、画像形成装置におけるシート状部材である用紙の冷却手段として用いたときの例を挙げて説明するが、本発明は画像形成装置に限定されることなく、また加温手段としての適応も可能である。つまり、本発明の熱交換装置は、冷やした流動媒体でシート状部材を冷却すれば冷却装置、温めた流動媒体でシート状部材を加温すれば加温装置になる。シート状部材の冷却または加温が必要な装置であれば対応可能であり、例えば金属、樹脂の薄板材や紙などの製造工程における圧延搬送装置、板状食品の加工装置などに搭載可能である。また本実施形態では、流動媒体として液体を用いているが、熱交換装置の用途によっては気体でも構わない。

また実施形態では、熱交換体である冷却プレートを用いて、熱伝達部材である冷却ベルトを介して用紙を冷却しているが、それは用紙表面に形成した画像の劣化（冷却プレートに用紙が接触摺動すると画像面に擦れ傷が生じる）を防ぐためであり、そのような問題が起きない場合、または問題にしない場合は、熱交換体に直接、用紙を接触させても構わない。

図２は、本実施形態の冷却プレート１１を有する冷却装置１２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である。

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。

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１１１Ｙの周囲に帯電装置１１０Ｙ、光書込装置１１２Ｙ、現像装置１１３Ｙ、クリーニング装置１１４Ｙが配置され、さらに中間転写ベルト５１を挟んで感光体１１１Ｙ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１１５Ｙが設けられている。また、他の三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、それら四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。

本実施形態では光書込装置１１２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１１１に対して画像情報に応じた露光を行う。

中間転写ベルト５１の下方には、シート状部材である用紙４の用紙収納部１１９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４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装置５９、熱定着装置１１６、用紙４を冷却する冷却プレート１１を有する冷却装置１２、トナー定着後の用紙４の排出部である排紙収容部１１７などが配置されている。そして、用紙収納部１１９から排紙収容部１１７へ至る用紙搬送路１２８が延びている。また、両面画像形成時に用紙４の裏面への画像形成を行う際に、冷却装置１２を一度通過した用紙４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１２９も備えている。

なお、冷却装置１２の冷却プレート１１は用紙４の熱を受熱する受熱部であり、ファン１０４を装着したラジエータ１０３、ポンプ１００、タンク１０１と共に配管であるパイプＰで連通するように連結され、冷却液が封入されている。冷却液の循環経路はパイプＰ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、冷却プレート１１へ供給し、そして冷却プレート１１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、如いては冷却プレート１１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（冷却プレート１１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。

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、暗中にて帯電装置１１０Ｙにより一様に帯電された感光体１１１Ｙ上に光書込装置１１２Ｙ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１１３Ｙ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１１５Ｙにより感光体１１１Ｙ上から中間転写ベルト５１に転写される。転写後の感光体１１１Ｙの表面はクリーニング装置１１４Ｙ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。

画像ステーション５４Ｙ，５４Ｃ，５４Ｍ，５４Ｂｋにおける各現像装置１１３Ｙ，１１３Ｃ，１１３Ｍ，１１３Ｂｋ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四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１１１とそれぞれ対向して設けられた一次転写ローラ１１５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。

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４に転写される。転写後の中間転写ベルト５１はクリーニング装置５９によりクリーニングされる。用紙４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４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４へのフルカラートナー像の転写後、用紙４上に担持されたフルカラートナー像を熱定着装置１１６で用紙４上に定着することにより、用紙４上にフルカラーの最終画像が形成され、その後、用紙４は排紙収容部１１７に積載される。

本実施形態の画像形成装置においては、排紙収容部１１７に用紙４が積載される前に、用紙４が熱定着装置１１６の直後に配置された冷却装置１２を通過する。通過する際、熱定着装置１１６で熱せられた用紙４が受熱部である冷却プレート１１に冷却ベルトを介して接触し熱交換しながら通過することになるので、冷却プレート１１の冷却面で用紙４から熱を吸熱し、この熱を冷却プレート１１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、冷却プレート１１から排出されタンク１０１やポンプ１００を経て、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、再び冷却プレート１１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１１６で熱せられて高温となった用紙４が効率良く冷やされる。

ここで、用紙４の温度を効率よく下げるには、用紙４から冷却プレート１１の壁部を挟んで冷却液５までの熱流束を増加させる必要がある。ここで、冷却プレート１１の壁部と冷却液５との間の熱流束は、非特許文献１より、対流熱伝達による数１のように表される。

ただし、
Ｗ［Ｗ］：熱流束
ｈ［Ｗ／ｍ^２・℃］：冷却プレート内壁面の熱伝達率
Ｘ［ｍ^２］：冷却プレート内壁面積
Ｔｒ［℃］：冷却プレート内壁面温度
Ｔｗ［℃］：液温（冷却プレート内壁面より十分離れた位置）

数１より、熱流束Ｗを上げるためには、液温Ｔｗを下げるか、冷却プレート内壁面積Ｘを増加するか、冷却プレート内壁面の熱伝達率ｈを向上させる必要がある。

図３（ａ）は冷却プレート１１を用紙搬送方向と直交する方向から見た場合の断面図であり、図３（ｂ）は冷却プレート１１を用紙搬送方向から見た場合の断面図であり、図３（ｃ）は冷却プレート１１を上方から見た場合の断面図である。

図３（ａ）は液冷方式の冷却プレート１１の一例で、冷却プレート１１を中空のブロック形状とし、その中空部を流路２７として内部に冷却液５が流れるようにした。図は冷却プレート１１周辺の概略断面図である。冷却プレート１１の流路２７は、図３（ｃ）に示すように、冷却面１９と同程度の面積領域を有した流路２７と、冷却液５が冷却プレート１１内に流れ込む流入口２５と、冷却液５が冷却プレート１１外に排出される排出口２８とから成っている。

用紙４は、図中左側から右側方向に回動駆動される冷却ベルト１５と搬送ベルト１６とで挟持され、冷却ベルト１５や搬送ベルト１６と同じ方向に搬送される。冷却プレート１１は、冷却ベルト１５の内周面に接触するように固定されて設けられている。そして、用紙４が冷却ベルト１５と搬送ベルト１６とで挟持搬送される際に、冷却ベルト１５を介して用紙４が冷却プレート１１で冷やされる構成となっている。冷却液５は図中奥側の流入口２５から流路２７内に流入し、図示しない図中手前側の排出口２８に向かって流れるようになっている。

図３（ｂ）や図３（ｃ）に示すように、冷却液５が流入口２５から流路２７に流入し排出口２８から排出される場合、冷却プレート１１内部の流路２７における冷却液５の流速分布は図中に示す流速プロファイル７のような流れの場を形成する。

図３（ｂ）や図３（ｃ）からわかるように、流入口２５と排出口２８とを結ぶ中心ラインＣＬの周辺の流れは速いが、中心ラインＣＬから用紙搬送方向で遠ざかるほど遅い流れとなっている。冷却液５の流れが遅くなるということは、冷却液５と冷却プレート１１との熱伝達率（熱交換率）の低下を招くだけでなく、用紙４から受熱して暖まった冷却液５と、流路２７に流入して来る、冷えた新しい冷却液５との入れ替え、すなわち流路２７内での冷却液５の出入りがスムースに行かないことになる。流路２７内における流れの最悪状態は冷却液５の滞留であり、そのような滞留が生じる虞もある。流路２７内で冷却液５が滞留してしまうと、冷却プレート１１内の冷却液５が高い温度での保温状態となってしまい、用紙４を冷やすことができなくなってしまう。

図３（ｂ）に示した冷却プレート１１を用紙搬送方向から見た場合の断面での冷却プレート１１内の流路２７における流速プロファイル７を、用紙搬送方向の中央付近と端部付近とで別けると、中央付近の流速プロファイルが符号７ａであり、端部付近の流速プロファイルが符号７ｂである。なお、用紙搬送方向の中央付近と端部付近とは、図３（ｃ）でいうところの前記中心付近が中心ラインＣＬ付近の位置であり、前記端部付近が内側面１１ｃ付近の位置である。

図３（ｂ）に示した流速プロファイル７からわかるように、用紙搬送方向の中央付近に比べて端部付近の流速が遅くなっているが、これは用紙搬送方向の流路２７の幅が広いことに起因しており、冷却ベルト１５を介して接触させる冷却プレート１１と用紙４との接触領域（接触幅）を冷却性能を向上させるためにある程度の大きさを必要とする以上は、必然的に起こる現象である。

また、用紙搬送方向の中央付近と端部付近とにおいて共通して、図３（ｃ）に示すように、中心ラインＣＬの周辺に比べて内上面１１ｂ付近と内底面１１ａ付近とで冷却液５の流れが遅くなっているが、これは流路２７の高さ（内上面１１ｂから内底面１１ａまでの間隔）が原因であり、流路２７の高さを高くすると（内上面１１ｂから内底面１１ａまでの間隔を大きくすると）必ず起こる現象である。そして、用紙４に近接する内底面１１ａ付近の冷却液５の流れが遅いということは、用紙４を冷却するという冷却性能にとって致命的な問題となってしまう。

また、図３（ｃ）に示した冷却プレート１１を上方から見た場合の断面での流速プロファイル７を見ると、図３（ｂ）と同様に、流路２７の用紙搬送方向中央付近である中心ラインＣＬ付近に比べて流路２７の用紙搬送方向端部付近である内側面１１ｃ付近での冷却液５の流れが著しく遅くなっているのがわかる。これは流路２７の幅を用紙搬送方向に広くしていることが原因であるが、冷却ベルト１５を介して接触させる冷却プレート１１と用紙４との接触領域（接触幅）を冷却性能を向上させるために稼がなければならないので、どうしても起きてしまう現象である。

結果的に、図３（ｃ）に示した冷却プレート１１を上方から見た場合の断面方向では、冷却プレート１１の用紙搬送方向中央付近である中心ラインＣＬ付近の狭い範囲でしか、用紙４を効率的に冷やすことができないことがわかる。

以上、図３（ｂ）と図３（ｃ）とをまとめて流速プロファイル７を立体的に見ると、図３（ｃ）で流れの速かった流路２７の用紙搬送方向中央付近においても、図３（ｂ）で示すように流路２７の内上面１１ｂ付近や内底面１１ａ付近では流れが遅い。また、図３（ｂ）で示すように内上面１１ｂ付近や内底面１１ａ付近、及び、図３（ｃ）で示すように流路２７の用紙搬送方向端部付近である内側面１１ｃ付近では、共に冷却液５の流れが遅くなっている。そのため、冷却液５の流れが遅い領域の交わった、流路２７の内上面１１ｂ付近や内底面１１ａ付近であって内側面１１ｃ付近である領域では、冷却液が冷却液５の滞留または滞留が危惧されるほどの流れしか発生していないと予測される。

本実施形態においては、熱交換体である冷却プレート１１内に形成する流路２７を、熱交換面である冷却面１９から離れる方向に多階層となるように複数形成した。例えば、図３（ａ）の冷却プレート１１で説明すると、図３（ａ）では一つの広い中空部を流路２７とし、そこに冷却液５が流れるようにしているが、その様な流路構成の場合は、冷却液５がスムースに流れず流路全域に行き渡らないことから、冷却性能を低下させる結果となってしまっている。

そこで本実施形態では、例えば図３（ａ）の一つの広い流路２７を、冷却面１９から離れる方向に多階層となるように分割したイメージの流路、つまり冷却面１９から離れる方向に複数の流路を形成した。そのようにすれば、多階層とした各階層の流路間隙を狭間隙とすることができ、冷却液５の流速増加を図ることができる。したがって、冷却液５がスムースに流れ、流路全域に隈なく行渡らせることができるようになる。よって、熱交換効率が向上する。

［構成例１］
図１（ａ）は、流路を２階層化した冷却プレート１１の例である。図１（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１（ｃ）は図１（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

冷却プレート１１は、内部に設けた仕切り部材１１ｐにより、熱交換面である冷却面１９から離れる方向に２階層の流路を形成している。冷却面１９に近い側の流路を下層流路２７ａ、その下層流路２７ａの上階に位置する流路を上層流路２７ｂとしている。上層流路２７ｂは、冷却面１９と対向する冷却プレート上部外形面に近い流路でもある。下層流路２７ａと上層流路２７ｂには、それぞれ冷却液５を流入させる流入口２５と、排出させる排出口２８が個別に形成されている。二つの流路は略同じ形状である。

冷却液５は、冷却プレート１１に各流入口２５から流入し、それぞれ下層流路２７ａと上層流路２７ｂに流れ込んで対向側に設けた各排出口２８より排出される。下層流路２７ａと上層流路２７ｂは、図１（ｂ）に示すように、冷却液５の流れ方向（図中左側から右側方向）が、用紙４の搬送方向（図中下側から上側方向）と交差するように形成している。これは、冷却液５の流れ方により生じる冷却プレート１１の温度勾配によって、用紙４（用紙４の両端部と中央付近）の冷めかたのばらつきを抑えるようにするためである。

また、略同形状の下層流路２７ａと上層流路２７ｂは、図に示すように冷却ベルト１５の内周面が接触する面領域、即ち冷却面１９と同程度の面積領域を有している。そして、その冷却面１９の同程度の領域で、冷却液５が通る下層流路２７ａと上層流路２７ｂの流路間隙を狭間隙としている。

狭間隙流路とは、２階層の内の一方の下層流路２７ａで説明すると、図１（ａ）に示すように、用紙４の搬送方向における下層流路２７ａの幅寸法をＬ、間隙寸法をＧ、とするとき、その関係が、Ｇ＜Ｌとなる流路のことである。こうすることで、冷却液５はより流速が増加し、スムースな流れを得ることができる。本構成例では、その下層流路２７ａが上部にも配置され２階層にしているイメージで、上記したように、Ｌの長さが用紙４の搬送方向における冷却面１９の幅と略同等となっている。

流路を狭間隙とする理由だが、狭い間隙の流路に流動媒体を流すと、狭流路効果によって、そこを流れる流動媒体の流速は速くなる、という現象を利用し、ポンプ２２のパワーを上げて流量を増さなくても、各階層の流路内全域の流速を増加させるようにするためである。つまり、図３（ｂ）で問題となっていた冷却プレート１１の内上面１１ｂと内底面１１ａ付近の流れの遅さ、そして、図３（ｃ）の端部付近（両側の内側面１１ｃ付近）の流れの遅さは、図１における冷却プレート１１の流路では、狭流路効果により、全て解消することができる。仕切り部材１１ｐにより流路間隙を狭くすることで、各階層の流路の全域で流速を増速させるのである。

図４は、熱交換装置である用紙４の冷却装置１２の概略構成図であり、高温の用紙４の温度を下げる液冷方式の冷却プレート１１を備えている。冷却装置１２は主に、冷却装置１２の上方に位置する冷却ベルトユニット１３と下方に位置する搬送ベルトユニット１４で構成されている。上方の冷却ベルトユニット１３には、高温の用紙４の表面と接触して冷却する役割を担う冷却ベルト１５が、そして下方の搬送ベルトユニット１４には、用紙４を冷却ベルト１５と共に挟持して搬送する役割を担う搬送ベルト１６が、それぞれ備えられている。

冷却ベルト１５、搬送ベルト１６は、複数のローラによって展張され、図示しないモータ等の駆動手段によって回動される。本実施形態では、冷却ベルト１５は左回動し、搬送ベルト１６が右回動することで、用紙４が図中左側から右側に搬送される。例えば、冷却ベルト１５の駆動ローラ１７をモータと連結しモータによって駆動ローラ１７を回転駆動させ、駆動ローラ１７の駆動力を搬送ベルト１６のローラ１８にギヤ等で伝達し与えることで、冷却ベルト１５と搬送ベルト１６の線速を合わせ、用紙４を挟持搬送する。冷却ベルト１５と搬送ベルト１６は、対向する外周面同士が適当なテンションで押付け合ながら広い領域で密着接触するように設けられていて、高温の用紙４をその接触領域に送り込み、そして挟込みながら搬送する。その挟持搬送間に用紙４の冷却を行うのである。

熱交換体である冷却プレート１１は、冷却ベルトユニット１３側に不動状態で設けられていて、冷却ベルト１５の内部に配され、冷却ベルト１５を介して用紙４を冷却するのである。このとき冷却ベルト１５は、冷却プレート１１と用紙４との間に介在する熱伝達部材となるため、できるだけ熱伝導率の高い材質、または薄いフィルム状が望ましい（例えば、薄いステンレスベルトやポリイミドフィルムなど）。冷却ベルト１５のループ内における冷却プレート１１の配置位置は、冷却ベルト１５と搬送ベルト１６との互いの外周面が接触する領域における、冷却ベルト１５の内周面と密着接触する位置に設けられている。そうすることで、冷却ベルト１５の内周面が密着接触する冷却プレート１１の面領域が熱交換面、言い換えれば、冷却面１９となる。そして、冷却ベルト１５との密着性を高めるために、冷却プレート１１の冷却面１９を湾曲形状としており、冷却ベルト１５が冷却面１９の全域に略均等な力がかかるようにしている。

以上の状態で冷却ベルト１５が回動すると、冷却ベルト１５の内周面は冷却プレート１１の冷却面１９に対して密着状態を保ちながら接触摺動することになる。つまり、冷却面１９は摺動面の役割も担うことになるので、滑らかな摺動を可能にする意味においても、冷却面１９は湾曲形状が望ましく、その湾曲表面は、凹凸のない高い表面仕上げ精度と、摩擦係数の小さな表面処理が必要となる。なお本実施形態では、用紙４と冷却ベルト１５外周面との接触状態、および冷却ベルト１５内周面と冷却面１９との接触状態をより高め、そして用紙４の挟持搬送力を高めるために、搬送ベルト１６の内側から冷却面１９に向かって力がかかる押圧ローラ２４を適所に設けている。

冷却プレート１１自体の材質は、接触摺動する冷却ベルト１５との熱交換性、及び冷却プレート１１内を流れる冷却液５との熱交換性に関わるものなので、熱伝導率の良い、例えばアルミ製や銅製が良い。

冷却装置１２により、用紙４の熱は狭持搬送間に冷却ベルト１５が受熱し、その熱を冷却プレート１１に伝導して冷却プレート１１の冷却液５と熱交換する。そして、その熱交換によって冷却プレート１１と冷却ベルト１５が冷やされることで、用紙４が冷却され、用紙４の温度が下がるのである。

また、本実施形態では、冷却プレート１１を介して用紙４の熱を受熱し熱交換する流動媒体に冷却液５を用いているが、その冷却液５は、図４に示すような冷却プレート１１の内部に形成した流路２７と冷却液循環手段２０とで構成した閉ループの循環システムによって循環するようにしている。その循環過程で冷やされた冷却液５が冷却プレート１１の流路２７を流通することで、冷却プレート１１（冷却面１９）が冷えるのである。冷却面１９で受熱した熱を冷却プレート１１の流路２７に伝達して冷却液５を温め、その温められた冷却液５を図示しない冷却プレート１１の排出口より排出する。そして排出された冷却液５は、タンク１０１、ポンプ１００、ファン１０４を装着したラジエータ１０３に送られる。温められた冷却液５はラジエータ１０３で排熱されて、略室温まで温度が下げられる。その後、冷めた冷却液５は、冷却プレート１１の流入口２５から再び流路２７へと供給される。このような冷却液循環の排熱サイクルによって、高温の用紙４が効率良く冷やされるのである。

また、本構成例では、最下層の流路である下層流路２７ａに隣接する上層流路２７ａに、下層流路２７ａの冷却液が外部温度の影響を受けないようにする断熱の役割を持たせている。そうすることで、用紙４の熱を受熱し移送する役割の下層流路２７ａを流れる冷却液の温度が外部温度によって上昇するのを抑制することができる。

また、下層流路２７ａを流れる冷却液は通常、用紙４の熱を受熱することで徐々に温度が上昇する。一方、本構成例では、下層流路２７ａを流れる冷却液は、上層流路２７ａを流れる冷却液によって冷やされる。これにより、下層流路２７ａを流れる冷却液の温度上昇を低減させることができる。よって、その分、下層流路２７ａを流れる冷却液の温度が高くなり過ぎて、下層流路２７ａを流れる冷却液と用紙４との温度差が小さくなるを抑えられ、冷却液と用紙４との間での熱交換効率を向上させることができる。

［構成例２］
図５（ａ）は、流路を３階層化した冷却プレート１１の例である。図５（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図５（ｃ）は図５（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

本構成例のように冷却プレート１１内に流路を３階層で形成することで、各階層の流路は、構成例１のように流路を２階層で形成した場合よりも更に狭い間隙の流路となる。そのため、各階層の流路を流れる流速増加による冷却性能アップが見込めると共に、階層間で冷却液を細かく分割するので、各階層毎に異なる温度となる冷却液をはっきりと区分けすることができる。これにより、階層間での温度伝達や遮断の効果がより向上する。

例えば、本構成例のように冷却プレート内に流路を３階層で形成した場合、冷却面１９に最も近い階層の流路である下層流路２７ａを流れる用紙４を冷やす。そして用紙４から熱を受けて温まった下層流路２７ａを流れる冷却液を、下層流路２７ａに隣接する中階層の流路である中層流路２７ｂ−１を流れる冷却液が冷やす。また、中層流路２７ｂ−１に隣接し、冷却面１９から最も遠い階層である上階層の流路である上層流路２７ｂ−２を流れる冷却液が、外部からの熱を遮断する。

［構成例３］
図６（ａ）は、各階層の流路に対して各流路の流入口２５と排出口２８を用紙４の搬送方向に沿って複数形成した冷却プレート１１の例である。図６（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図６（ｃ）は図６（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

本構成例では、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、多階層化した各階層の流路に対して、各流路の流入口２５と排出口２８を用紙４の搬送方向に沿って複数形成した。

冷却プレート１１の冷却性能を向上させるための有効な方法として、冷却プレート１１の冷却面１９を用紙４の搬送方向に広くすること考えられる。しかし、単純に搬送方向に広げたのでは、冷却プレート１１の幅方向端部付近の流れが遅くなったり滞ったりすることになる。

そこで、本構成例では、図６（ａ）のように流入口２５と排出口２８を増やした。図６（ｂ）で説明すると、下層流路２７ａと上層流路２７ｂにおいて、５箇所の流入口２５と排出口２８を用紙４の搬送方向に沿って設け、その横に並んだ流入口２５の各箇所から狭間隔の下層流路２７ａと上層流路２７ｂに冷却液が流れ込むようにした。そして、各流入口２５の対向位置にある排出口２８から冷却液を排出するようにした。そうすることで、流入口２５と排出口２８とを一箇所とした場合は各流路の中央付近からのみの冷却液の流入や排出だったものが、中央とその両側２箇所から流入する。これにより、冷却プレート１１の幅方向端部付近（図６（ｂ）の内側面１１ｃ付近）においても中央付近と同等な流れが発生する。このようにすれば、冷却プレート１１の冷却面１９全域に亘って熱交換効率の向上を図ることができる。

本構成例では、流入口２５と排出口２８を５箇所づつとしているが、数の限定はない。冷却プレート１１の大きさ寸法や流量などを条件に流体シミュレーションを行って決める。

なお、各流路内で冷却液が全域でスムースに流れるようにするには、流入と排出の流量を同等とすることが望ましい。そのため、本構成例では、流入側と排出側の形状を同じにしている。

［構成例４］
図７（ａ）は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを狭間隙としたときの冷却プレート１１の例である。図７（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図７（ｃ）は図７（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

本構成例では、熱交換効率（熱伝達効率）の更なる向上を図るために、多階層化した各階層の流路の間隙を更に狭い間隔に設定した。つまり、各階層の流路を狭間隙とすることで、それぞれの流路において全域で更に速くスムースに冷却液が流れるようした。

下層流路２７ａと上層流路２７ｂの内の下層流路２７ａで説明すると、図７（ａ）に示すように、下層流路２７ａに貫通し冷却液を送り込む流入口２５の直径寸法をＤ、用紙４の搬送方向における下層流路２７ａの幅寸法をＬ、その間隙寸法をＧとするとき、Ｇ＜Ｌであり、Ｌ≒ＤまたはＬ＞Ｄ、並びに、Ｇ≒ＤまたはＧ＜Ｄの関係を満たすように、下層流路２７ａの幅寸法Ｌと間隙寸法Ｇとを設定した。

つまり、幅寸法Ｌと間隙寸法Ｇとの関係を以下に示す（１）から（４）の何れかの条件を満たすように、広幅な流路２７であっても流速が増すように流路間隙を決めるのである。なお、流路２７の幅寸法Ｌと高さ寸法Ｇとが下記（１）から（４）の条件を満たすことで流路２７内での流速が増すことは、流体シミュレーションで確認済みである。

（１）Ｇ＜Ｌであり、ＬがＤと略同寸法のとき、ＧはＤよりも短い（Ｇ≧Ｄとすると狭間隙になり難い）。

（２）Ｇ＜Ｌであり、ＬがＤよりも長いとき、ＧはＤと略同寸法、または、ＧはＤよりも短い（Ｇ＞Ｄとすると狭間隙になり難い）。

（３）Ｇ＜Ｌであり、ＧがＤと略同寸法のとき、ＬはＤよりも長い（Ｌ≦Ｄとすると狭間隙になり難い）。

（４）Ｇ＜Ｌであり、ＧがＤよりも短いとき、ＬはＤと略同寸法、または、ＬはＤよりも長い（Ｌ＜Ｄとすると狭間隙になり難い）。

図７（ａ）では、上記条件構成の下層流路２７ａと上層流路２７ｂが上下に配置されている。

幅寸法Ｌと間隙寸法Ｇを上記のような関係にして、下層流路２７ａと上層流路２７ｂの流路間隙を幅寸法Ｌに対して極めて狭い間隙とする。ただし、狭くし過ぎて流れの圧力損失が大きくならない（流れが悪くならない）ことは大前提なので、流体シミュレーション等で確認する必要はある。各流路の間隙が狭くなれば、その狭流路効果によって、下層流路２７ａと上層流路２７ｂの全域で流速が増加するようになる。

また、本構成例では、冷却面１９の熱交換効率（熱伝達効率）が更に向上するよう、多階層化した各階層の流路の内での冷却液の流れを安定化し、そして確実にそれぞれの流路全域で速くスムースに流れる流路形状とした。

多階層化した各階層の流路の形状を、例えば下層流路２７ａを例に挙げると、断面積で下層流路２７ａと流入口２５を比べた場合に、その関係によっては下層流路２７ａの流速が遅くなってしまう場合がある。

通常、流路の形状が上流側と下流側で異なっていても、断面積が同じで、そこを流れる流量が同じであれば、流速は同じである。流量が上流側と下流側で一定であり、断面積が異なる場合、例えば、断面積が上流側より下流側が大きい場合には、上流側より下流側の流速が遅くなる。逆に、断面積が上流側より下流側が小さい場合には、上流側より下流側の流速が速くなる。つまり、流入口２５の断面積より下層流路２７ａの断面積を大きくしてしまうと、流入口２５の周辺流速よりも下層流路２７ａ内の流速が遅くなってしまう。このようにした場合は、幾ら下層流路２７ａを狭間隙としたとしても、冷却プレート１１の幅方向端部付近の冷却性能は著しく低下してしまう。その危険性を回避するためには、下層流路２７ａ内の流速を全体的に確実に増す必要がある。

本構成例では、多階層化した各階層の流路２７の各断面積を流入口２５の断面積よりも小さくする、という関係にすることで流速を増すようにした。例えば、図７（ａ）に示すように、下層流路２７ａの断面積をＡ、流入口２５の断面積をＢ、とするとき、その関係が、Ａ≒Ｂ、またはＡ＜Ｂとなるように下層流路２７ａと流入口２５の形状を設定する。以上の条件は上層流路２７ｂも同様である。

なお、各階層の流路内で冷却液がスムースに流れるように、流入と排出の流量が同等となるようにすることが望ましい。

［構成例５］
図８（ａ）は、流路群の組を用紙４の搬送方向に沿うように複数形成した冷却プレート１１の例である。図８（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図８（ｃ）は図８（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

本構成例の冷却プレート１１では、冷却面１９から離れる方向に多階層化した流路群を一つの組として、その流路群の組を用紙４の搬送方向に沿うように複数形成した。

図８（ａ）の冷却プレート１１は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂから成る２階層の流路群が用紙４の搬送方向に沿って二組配置されている。全ての流路には流入口２５と排出口２８が個別に形成されている。横に並べた二組の２階層流路は同じ形状である。冷却液は、冷却プレート１１に各流入口２５から流入し、それぞれの下層流路２７ａと上層流路２７ｂに流れ込んで反対側の各排出口２８より排出される。

また、用紙４の搬送方向に沿って形成した二組の２階層流路は、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、二組の流路群を並べ合わせると、冷却ベルト１５の内周面が接触する面領域、即ち冷却面１９と同程度の面積領域を有している。そして、その冷却面１９の領域で冷却液が通る各流路の間隙を狭間隔としている。

本構成例の流路でも全て、一つの流路の幅寸法をＬ、間隙寸法をＧ、とするとき、その関係が、Ｇ＜Ｌが成り立つようにしている。したがって、その流路群が二つ並ぶことで、Ｌ×２の長さが用紙４の搬送方向における冷却面１９の幅と略同等となる。従来の課題として挙げた『冷却性能を上げるには、用紙４との接触領域（接触幅）を稼ぐ必要がある』という課題に対応するには、できるだけ幅寸法Ｌを長くする必要があるが、幅寸法Ｌを単純に長くすると図３（ｃ）で説明したような両端部付近（図３（ｃ）の両側の内側面１１ｃ付近）の冷却液の流れが遅くなったり滞ったりしてしまうとうい問題が生じてしまう。

そこで、多階層化した本構成例であっても、その問題に対処するために、冷却面１９の幅を分割し、複数の流路群を形成することで、一つの流路の幅寸法Ｌが短くなるようにし、各流路全域での流れをスムースにした。

なお、本構成例は基本的に、各流路の端部付近の流速を増すことを目的として、流路間隙寸法Ｇを短くした流路を複数設けたものであり、各流路をそのような形状、つまり狭間隙な流路を複数設ければ、冷却性性能アップが見込める。

また、本構成例では多階層化した流路群を二組並べたが、流路群を並べる数は限定されず、冷却プレート１１の冷却面１９の大きさに応じて決める。小さな冷却プレート１１でも流路群の数を増やせば冷却性能はより向上する。

［構成例６］
図９（ａ）は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを流れる冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレート１１の例である。図９（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図９（ｃ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図９（ｄ）は図９（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

図８（ａ）の二つ並べた２階層の流路群においては、全て、図中左側の流入口２５から流入し、図中右側の排出口２８より排出されるようにしている。つまり、全ての流路の冷却液が同じ方向に流れるようにしている。これは、図４の冷却装置１２のシステム構成や冷却液の配管レイアウトをできるだけ簡素化するためにそうしている。

それに対し本構成例では、例えば図９（ｃ）、図９（ｄ）に示すように、一組の多階層の流路群内において、下層流路２７ａを流れる冷却液の流入口２５側と排出口２８側の温度勾配を抑制するために、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを流れる冷却液の流通方向を相対する向きとした。図９（ｃ）と図９（ｄ）とでは、下層流路２７ａは図中左から右へ、上層流路２７ｂは図中右から左へとしている。当然、流入口２５と排出口２８は階層毎に逆の位置となっている。

下層流路２７ａの冷却液は、流入口２５近辺では温度の低い状態だが、流路内を通過する過程で用紙４の熱を受熱し、その温度を徐々に上昇させながら排出口２８に向かって流れて行く。すると当然、流入口２５近辺と排出口２８近辺では冷却液に温度差が生じる。つまり、冷却性能に差が生じることになり、用紙４の両端で冷え方に違いが出てしまう原因となる。図８の場合も少なからず、その問題が危惧される。

一方、本構成例のように、上層流路２７ｂの冷却液を下層流路２７ａと反対の向きに流すようにすれば、下層流路２７ａの排出口２８近辺の暖まった冷却液を上層流路２７ｂの温度の低い冷却液で冷ますことができる。そして、結果的に下層流路２７ａにおける流入口２５近辺と排出口２８近辺の冷却液の温度差を小さくすることができ、冷却性能の均一性、安定性を向上させることができるようになる。

［構成例７］
図１０（ａ）は、横に並べた流路群の組毎に冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレート１１の例である。図１０（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図１０（ｄ）は図１０（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

本構成例では、例えば、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）に示すように、用紙４が冷却プレート１１を通過した時点での、用紙４の両端の冷え方に違いが出てしまうことがないように、全組の多階層の流路群内の下層流路２７ａと上層流路２７ｂを流れる冷却液の流通方向を同方向とし、下層流路２７ａの冷却液温度の上昇を抑制すると共に、横に並べた流路群の組毎に冷却液の流通方向を相対する向きとした。

図１０（ｃ）と図１０（ｄ）とでは、用紙４の搬送方向上流側の流路群の組が図中左から右へ、用紙４の搬送方向下流側の流路群の組が図中右から左へとしている。当然、流入口２５と排出口２８は流路群の組毎に逆の位置となっている。

流路群の組毎の冷却液は、流入口２５近辺では温度が低く、排出口２８近辺では温度が高い状態となるが、本構成例ではその流路群の組毎の冷却液の流通方向を反対の向きとなるようにし、用紙４の両端が流路群の流入口２５側と排出口２８側を同じ回数だけ通過するようにした。すると、用紙４が冷却プレート１１を通過した時点で、用紙４の両端の冷え方が同じとなる。

［構成例８］
図１１（ａ）は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを流れる冷却液の流通方向を相対する向きとし、横に並べた流路群の組毎に冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレート１１の例である。図１１（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１１（ｃ）は図１１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図１１（ｄ）は図１１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

本構成例は、構成例６と構成例７とを組み合わせ、その両方の利点効果が合さることで更なる冷却性能の向上を図るものである。

構成例６の方法においても、その温度差は小さいものの厳密にみれば、下層流路２７ａの排出口２８近辺の冷却液温度は、流入口２５近辺と比べれば多少高い。小さい温度差をも解消したい場合は、流路群の組毎の下層流路２７ａと上層流路２７ｂの流通方向が反対の向きとなるように、構成例７の方法を組み合わせるのである。

例えば、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、用紙４の搬送方向上流側の流路群の組においては、下層流路２７ａは冷却液が図中左から右へ、上層流路２７ｂは図中右から左へとしている。それに対して、用紙４の搬送方向下流側の流路群の組は反対に、下層流路２７ａは冷却液が図中右から左へ、上層流路２７ｂは図中左から右へとしている。

本実施形態では、これまで熱交換装置を定着後の用紙４を冷却する冷却手段である冷却装置１２に適応したが、同じように用紙４の冷却手段として、定着後の用紙４のカールを矯正するカール矯正装置や、用紙４に形成されたトナー画像の光沢度を制御する光沢制御装置など、出力した画像品質や用紙状態品質の高品位化装置としても適応可能ある。これらの場合においても、冷却装置１２と同様に、熱定着装置１１６の直後に熱交換装置を配設すれば良い。

また、本実施形態の熱交換装置は冷却手段としてだけではなく、流動媒体を熱交換体に流入させる前に温めておけば加温手段としても用いることができる。例えば画像転写前に用紙４を温める加温装置に用いることができ、その場合は用紙収納部１１９とレジストローラ対２１との間に配設する。画像転写前に用紙４を温めるのは、転写時における中間ベルトなどとの転写性向上や、用紙４の含有水分量のコントロールなどからである。

加温装置に適応する際は、その装置構成としては図４の冷却装置１２をそのまま利用することができる。冷却装置１２の部品名称を変えて図１２に示すように加温装置２１２として見ると、冷えた用紙４は加温ベルトユニット２１３の加温ベルト２１５と搬送ベルトユニット２１４の搬送ベルト２１６とによる狭持搬送の間に加温ベルト２１５によって給熱されるが、その給熱する熱は、加温液２０５と熱交換する加温プレート２１１によって伝導される。熱交換によって加温プレート２１１と加温ベルト２１５とが温められることで、用紙４が加温され、用紙４の温度が上がるのである。

また、加温液２０５の循環も図４と同様に、加温プレート２１１の内部に形成した流路２２７と加温液循環手段２２０とで構成した閉ループの循環システムによって循環するようにしている。その循環過程で温められた加温液２０５が加温プレート２１１の流路を流通することで、加温プレート２１１の加温面２１９が温まるのである。

加温面２１９で吸い取って冷えた温度を加温プレート２１１内に形成された二つの流路２２７に伝達して加温液２０５を冷やし、その冷やされた加温液２０５を加温プレート２１１から排出する。そして排出された加温液２０５は、タンク１０１、ポンプ１００、ファン１０４を装着したラジエータ１０３に送られる。このとき例えば、熱定着装置１１６から排熱される熱をファン１０４によってラジエータ１０３に送風し、冷えた加温液２０５をラジエータ１０３で温めて高い温度に上げる。その後、温まった加温液２０５は、加温プレート２１１の流入口（不図示）から再び流路２２７へと供給される。このような加温液循環の給熱サイクルによって、低温の用紙４が効率良く温められるのである。

なお、加温液２０５を温める手段としては、ヒーターや温風器などの発熱装置でも良いが、熱定着装置１１６など画像形成装置内の熱源を利用すれば、熱の再利用が可能となり、省エネルギー化など環境性の高い装置となる。

［実施形態２］
次に、本発明を画像形成装置に適用した第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る画像形成装置の基本的な構成及び動作については、実施形態１に記載した画像形成装置と略同様なので説明は省略する。

本実施形態では、熱交換体である冷却プレート１１内に形成する流路２７を、熱交換面である冷却面１９から離れる方向に二階層となる二つの流路である下層流路２７ａと上層流路２７ｂとを形成し、その下層流路２７ａと上層流路２７ｂとをターン流路で繋ぐことで、冷却プレート１１内で冷却液が往復するようにしている。

［構成例９］
図１３（ａ）は、流路を２階層化した冷却プレート１１の例である。図１３（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１３（ｃ）は図１３（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

冷却プレート１１は、内部に設けた仕切り部材１１ｐにより、熱交換面である冷却面１９から離れる方向に二階層の流路を形成している。冷却面１９に近い側の流路を下層流路２７ａ、その下層流路２７ａの上階に位置する流路を上層流路２７ｂとしている。上層流路２７ｂは、冷却面１９と対向する冷却プレート上部外形面に近い側の流路でもある。下層流路２７ａと上層流路２７ｂには、それぞれ冷却液を流入させる流入口２５と、排出させる排出口２８が個別に形成されている。そして、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを繋ぐターン流路であるチューブ１１ｔを設けて、下層流路２７ａと上層流路２７ｂとを連通するようにしている。

なお、下層流路２７ａと上層流路２７ｂとを繋ぐ方法としては、チューブ１１としてゴムチューブや金属管などを用いて、例えば下層流路２７ａの排出口２８と上層流路２７ｂの流入口２５とを繋ぐなどすればよい。なお、下層流路２７ａと上層流路２７ｂとは略同じ形状としている。

上記構成の冷却プレート１１に冷却液を流すと、冷却液は、先ず冷却面１９に近い下層流路２７ａの流入口２５から流入し、下層流路２７ａ全体に広がり流れていく。下層流路２７ａに流れ込んだ冷却液は、流入口２５の対向側に設けた排出口２８より排出される。そして、下層流路２７ａの排出口２８と上層流路２７ｂの流入口２５に、その各端を取り付け固定したチューブ１１ｔにより、下層流路２７ａの排出口２８から排出された冷却液は、再び上層流路２７ｂの流入口２５から冷却プレート１１内に流れ込んでいく。上層流路２７ｂに流れ込んだ冷却液は、上層流路２７ｂの排出口２８からより排出される。以上のように冷却液が冷却プレート１１内を往復するのである。

また、下層流路２７ａと上層流路２７ｂは、図１３（ｂ）に示すように、冷却液の流れ方向（図中の左側から右側方向、および右側から左側方向）が、用紙４の搬送方向（図中下側から上側方向）と交差するように形成している。これは、冷却液の流れ方により生じる冷却プレート１１の温度勾配によって、用紙４の両端部と中央付近の冷めかたのばらつきを抑えるようにするためである。

また、略同形状の下層流路２７ａと上層流路２７ｂは、図１３に示すように冷却ベルト１５の内周面が接触する面領域、即ち冷却面１９と同程度の面積領域を有している。そして、その冷却面１９の同程度の領域で、冷却液が通る下層流路２７ａと上層流路２７ｂの両流路間隙を狭間隙としている。

狭間隙流路とは、二階層の内の一方の下層流路２７ａで説明すると、図１３（ａ）に示すように、用紙４の搬送方向における下層流路２７ａの幅寸法をＬ、間隙寸法をＧ、とするとき、その関係が、Ｇ＜Ｌとなる流路のことである。こうすることで、冷却液はより流速が増加し、スムースな流れを得ることが出来る。

本構成例では、その下層流路２７ａが上部にも配置されて階層化しているイメージで、上記したように、Ｌの長さが用紙４の搬送方向における冷却面１９の幅と略同等となっている。

流路を狭間隙とする理由だが、狭い間隙の流路に流動媒体を流すと、狭流路効果によって、そこを流れる流動媒体の流速は速くなる、という現象を利用し、ポンプ２２のパワーを上げて流量を増さなくても、各階層の流路内全域の流速を増加させるようにするためである。つまり、図３（ｂ）で問題となっていた冷却プレート１１の内上面１１ｂと内底面１１ａ付近の流れの遅さ、そして図３（ｃ）の端部付近（両側の内側面１１ｃ付近）の流れの遅さは、図１３における冷却プレート１１の二階層流路では、狭流路効果により、全て解消することができる。仕切り部材１１ｐにより流路間隙を狭くすることで、各階層の流路の全域で流速を増速させるのである。

図１４は、熱交換装置である用紙４の冷却装置１２の概略構成図であり、高温の用紙４の温度を下げる液冷方式の冷却プレート１１を備えている。冷却装置１２は主に、冷却装置１２の上方に位置する冷却ベルトユニット１３と下方に位置する搬送ベルトユニット１４で構成されている。上方の冷却ベルトユニット１３には、高温の用紙４の表面と接触して冷却する役割を担う冷却ベルト１５が、そして下方の搬送ベルトユニット１４には、用紙４を冷却ベルト１５と共に挟持して搬送する役割を担う搬送ベルト１６が、それぞれ備えられている。

冷却ベルト１５、搬送ベルト１６は、複数のローラによって展張され、図示しないモータ等の駆動手段によって回動される。本実施形態では、冷却ベルト１５は左回動し、搬送ベルト１６が右回動することで、用紙４が紙面図中左側から右側に搬送される。例えば、冷却ベルト１５の駆動ローラ１７をモータと連結しモータによって駆動ローラ１７を回転駆動させ、駆動ローラ１７の駆動力を搬送ベルト１６のローラ１８にギヤ等で伝達し与えることで、冷却ベルト１５と搬送ベルト１６の線速を合わせ、用紙４を挟持搬送する。冷却ベルト１５と搬送ベルト１６は、対向する外周面同士が適当なテンションで押付け合ながら広い領域で密着接触するように設けられていて、高温の用紙４をその接触領域に送り込み、そして挟込みながら搬送する。その挟持搬送間に用紙４の冷却を行うのである。

熱交換体である冷却プレート１１は、冷却ベルトユニット１３側に不動状態で設けられていて、冷却ベルト１５の内部に配され、冷却ベルト１５を介して用紙４を冷却するのである。このとき冷却ベルト１５は、冷却プレート１１と用紙４との間に介在する熱伝達部材となるため、できるだけ熱伝導率の高い材質、または薄いフィルム状が望ましい（例えば、薄いステンレスベルトやポリイミドフィルムなど）。冷却ベルト１５のループ内における冷却プレート１１の配置位置は、冷却ベルト１５と搬送ベルト１６との互いの外周面が接触する領域における、冷却ベルト１５の内周面と密着接触する位置に設けられている。そうすることで、冷却ベルト１５の内周面が密着接触する冷却プレート１１の面領域が熱交換面、言い換えれば、冷却面１９となる。そして、冷却ベルト１５との密着性を高めるために、冷却プレート１１の冷却面１９を湾曲形状としており、冷却ベルト１５が冷却面１９の全域に略均等な力がかかるようにしている。

以上の状態で冷却ベルト１５が回動すると、冷却ベルト１５の内周面は冷却プレート１１の冷却面１９に対して密着状態を保ちながら接触摺動することになる。つまり、冷却面１９は摺動面の役割も担うことになるので、滑らかな摺動を可能にする意味においても、冷却面１９は湾曲形状が望ましく、その湾曲表面は、凹凸のない高い表面仕上げ精度と、摩擦係数の小さな表面処理が必要となる。なお本実施形態では、用紙４と冷却ベルト１５外周面との接触状態、および冷却ベルト１５内周面と冷却面１９との接触状態をより高め、そして用紙４の挟持搬送力を高めるために、搬送ベルト１６の内側から冷却面１９に向かって力がかかる押圧ローラ２４を適所に設けている。

冷却プレート１１自体の材質は、接触摺動する冷却ベルト１５との熱交換性、及び冷却プレート１１内を流れる冷却液との熱交換性に関わるものなので、熱伝導率の良い、例えばアルミ製や銅製が良い。

冷却装置１２により、用紙４の熱は狭持搬送間に冷却ベルト１５が受熱し、その熱を冷却プレート１１に伝導して冷却プレート１１の冷却液と熱交換する。そして、その熱交換によって冷却プレート１１と冷却ベルト１５が冷やされることで、用紙４が冷却され、用紙４の温度が下がるのである。

また、本構成例では、冷却プレート１１を介して用紙４の熱を受熱し熱交換する流動媒体に冷却液を用いているが、その冷却液は、図１４に示すような冷却プレート１１の内部に形成した流路２７と冷却液循環手段２０とで構成した閉ループの循環システムによって循環するようにしている。その循環過程で冷やされた冷却液が冷却プレート１１の流路２７を流通することで、冷却プレート１１（冷却面１９）が冷えるのである。冷却面１９で受熱した熱を冷却プレート１１の流路２７に伝達して冷却液を温め、その温められた冷却液を図示しない冷却プレート１１の排出口より排出する。そして排出された冷却液は、タンク１０１、ポンプ１００、ファン１０４を装着したラジエータ１０３に送られる。温められた冷却液はラジエータ１０３で排熱されて、略室温まで温度が下げられる。その後、冷めた冷却液は、冷却プレート１１の流入口２５から再び流路２７へと供給される。このような冷却液循環の排熱サイクルによって、高温の用紙４が効率良く冷やされるのである。

また、本構成例では、冷却プレート１１内に、冷却面１９から離れる方向に二階層となる二つの流路である下層流路２７ａと上層流路２７ｂとを形成している。そして、その下層流路２７ａと上層流路２７ｂとをターン流路で繋ぐことで、冷却プレート１１内で冷却液が往復するようにしている。これにより、冷却装置１２としての流路の短縮化（配管部材の最短化）を図れることができる。よって、冷却プレート１１の設置に必要な空間の省スペース化や、それに伴う冷却装置１２の小型化及び構成部品点数の削減が可能となる。

また、冷却液が往復送流する二階層流路のうち、冷却面１９に最も近い階層の流路である下層流路２７ａを往流路、下層流路２７ａと隣接し、冷却面１９から最も遠い流路である上層流路２７ｂを復流路としている。このように、下層流路２７ａを往流路とすることで、冷めた低い温度の冷却液が先ず下層流路２７ａに流れ込むようにして、効率的に冷却面１９を介して用紙４を冷やすことができる。

また、上層流路２７ｂを流れる冷却液は、下層流路２７ａで温められた冷却液を冷却プレート１１の外部に素早く排出するための流路であると共に、下層流路２７ａを流れる冷却液が冷却プレート１１の外部からの温度の影響を受けないように断熱する役割をも担うようにしている。これにより、冷却プレート１１の省スペース化を図りつつ、用紙４の熱を受熱し移送する役割の下層流路２７ａを流れる冷却液の温度を、常に安定的に低い状態に維持させることができる。よって、下層流路２７ａを流れる冷却液の温度上昇を低減させることができ、その分、下層流路２７ａを流れる冷却液の温度が高くなり過ぎて、下層流路２７ａを流れる冷却液と用紙４との温度差が小さくなるを抑えられる。したがって、冷却液と用紙４との間での熱交換効率を向上させることができる。

［構成例１０］
図１５（ａ）は、ターン流路を内部に形成した冷却プレート１１の例である。図１５（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１５（ｃ）は図１５（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）は、図１３とは別の下層流路２７ａと上層流路２７ｂを連通する方法を示している。

図１３のようにチューブ１１ｔなどで冷却プレート１１の外側にはみ出してターン流路を形成すると、はみ出すチューブ１１ｔの分のスペースが必要となり、小型化を阻む要因となってしまう。また、チューブ１１ｔを用いるということは、それだけ液漏れのリスクが高まることであり、その取り付けに注意を要することなる。

そこで、本構成例では、図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）に示すように、ターン流路を冷却プレート１１の内部に形成している。これにより、冷却プレート１１の省スペース化を図ると共に、液漏れや作業性などの問題を解消するようにした。

本構成例では、冷却液の流れ方向における下層流路２７ａの下流側端部２７ａ−３、及び、上層流路２７ｂの上流側端部２７ｂ−３の形状を、用紙４の搬送方向の幅とその間隙をそのままの形状とし、そこに端部同士を繋ぐＵ字形状のターン流路２７ｃを設けた。こうすることで、省スペース化や液漏れなどの問題だけでなく、ターン流路における冷却液の圧力損失を防ぐことができ、非常にスムースに冷却液を流すことができる。

つまり、図１３のようにターン流路をチューブ１１ｔなどで形成した場合、冷却液は幅の広い下層流路２７ａから一旦、狭い幅（径）のチューブ１１ｔに集束し、そして再び幅の広い上層流路２７ｂへ拡散していくので、送流の圧力損失を大きくしてしまっている。そもそも、図１３の一旦、チューブ１１ｔで集束させること自体が必要不可欠な工程ではないので、無駄に送流の圧力損失を起こさせていることになっている。そこで、本構成例では、それを図１５のようなターン流路構成にすることで解決している。

［構成例１１］
図１６（ａ）は、各階層の流路に対して各流路の流入口２５と排出口２８を用紙４の搬送方向に沿って複数形成した冷却プレート１１の例である。図１６（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１６（ｃ）は図１６（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

本構成例では、図１５の冷却プレート１１を用いた場合（各流路に流入口２５と排出口２８のどちらかを有する場合）の構成（図１６）で説明するが、図１３の冷却プレート１１の場合（各流路に流入口２５と排出口２８の両方を有する場合）でも適応可能である。

図１６に示すように、下層流路２７ａを往流路、上層流路２７ｂを復流路とし、下層流路２７ａに流入口２５、上層流路２７ｂに排出口２８を設けている。そして、それら流路の流入口２５と排出口２８を用紙４の搬送方向に沿って複数箇所配列した。

冷却プレート１１の冷却性能を向上させるための有効な方法として、冷却プレート１１の冷却面１９を用紙４の搬送方向に広くすること考えられる。しかし、単純に搬送方向に広げたのでは、冷却プレート１１の幅方向端部付近の流れが遅くなったり滞ったりすることになる。

そこで、本構成例では、図１６（ａ）のように流入口２５と排出口２８を増やした。図１６（ｂ）を用いて説明すると、下層流路２７ａに５箇所の流入口２５、上層流路２７ｂに５箇所の排出口２８をそれぞれ用紙４の搬送方向に沿って設けた。冷却液は先ず、その横に並んだ５箇所の流入口２５から狭間隔な下層流路２７ａに流れ込み、そしてターン流路２７ｃを経由して、狭間隔な上層流路２７ｂに流入した後、５箇所の排出口２８から排出される。

図１３のような流入口２５と排出口２８とを一箇所とした場合は、各流路の中央付近からのみの冷却液の流入または排出だが、上記のようにすることで、中央とその両側２箇所から流入または排出するので、冷却プレート１１の幅方向端部付近（図１６（ｂ）の内側面１１ｃ付近）においても中央付近と同等な流れが発生させることができる。よって、冷却プレート１１の冷却面１９全域に亘って熱交換効率の向上を図ることができる。

なお、本構成例では、流入口２５と排出口２８を５箇所づつとしているが、数の限定はない。冷却プレート１１の大きさ寸法や流量などを条件に流体シミュレーションを行って決める。

また、各流路内で冷却液が全域でスムースに流れるようにするには、流入と排出の流量を同等とすることが望ましい。そのため本構成例では、流入側と排出側の形状を同じにしている。

［構成例１２］
図１７（ａ）は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを狭間隙としたときの冷却プレート１１の例である。図１７（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１７（ｃ）は図１７（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

本構成例では、熱交換効率（熱伝達効率）の更なる向上を図るために、二階層化した二つの流路の間隙を更に狭い間隔に設定した。つまり、二つの流路を更に狭間隙とすることで、それぞれの流路において全域で更に速く、スムースに冷却液が流れるようにした。

流路の間隙を狭間隙とする方法は、例えば、図１７に示すように冷却プレート１１内部に設ける仕切り部材１１ｐの厚みを厚くして狭い空隙を作り、極めて狭間隙流路を形成するのである。

図１７は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを下記条件の狭間隙としたときの例である。
下層流路２７ａと上層流路２７ｂの内の下層流路２７ａで説明すると、図１７（ａ）に示すように、下層流路２７ａの流入口２５の直径寸法をＤ、用紙４の搬送方向における下層流路２７ａの幅寸法をＬ、その間隙寸法をＧとするとき、それらの関係が、Ｇ＜Ｌであり、Ｌ≒ＤまたはＬ＞Ｄ、並びに、Ｇ≒ＤまたはＧ＜Ｄの関係を満たすように、下層流路２７ａの幅寸法Ｌと間隙寸法Ｇとを設定した。

つまり、幅寸法Ｌと間隙寸法Ｇとの関係を以下に示す（１）から（４）の何れかの条件を満たすように、広幅な流路２７であっても流速が増すように流路間隙を決めるのである。なお、流路２７の幅寸法Ｌと高さ寸法Ｇとが下記（１）から（４）の条件を満たすことで流路２７内での流速が増すことは、流体シミュレーションで確認済みである。

（１）Ｇ＜Ｌであり、ＬがＤと略同寸法のとき、ＧはＤよりも短い（Ｇ≧Ｄとすると狭間隙になり難い）。

（２）Ｇ＜Ｌであり、ＬがＤよりも長いとき、ＧはＤと略同寸法、または、ＧはＤよりも短い（Ｇ＞Ｄとすると狭間隙になり難い）。

（３）Ｇ＜Ｌであり、ＧがＤと略同寸法のとき、ＬはＤよりも長い（Ｌ≦Ｄとすると狭間隙になり難い）。

（４）Ｇ＜Ｌであり、ＧがＤよりも短いとき、ＬはＤと略同寸法、または、ＬはＤよりも長い（Ｌ＜Ｄとすると狭間隙になり難い）。

なお、上層流路２７ｂの形状においても、Ｄを排出口２８の直径寸法として上記条件構成の下層流路２７ａと同じ形状である。ただし、図１７（ａ）に示すように下層流路２７ａと上層流路２７ｂの幅寸法Ｌが、仕切り部材１１ｐの形状により多少異なる場合があるが、できるだけ同じにするのが望ましい。

幅寸法Ｌと間隙寸法Ｇを上記のような関係にして、下層流路２７ａと上層流路２７ｂの流路間隙を幅寸法Ｌに対して極めて狭い間隙とする。ただし、狭くし過ぎて流れの圧力損失が大きくならない（流れが悪くならない）ことは大前提なので、流体シミュレーション等で確認する必要はある。流路の間隙が狭くなれば、その狭流路効果によって、下層流路２７ａと上層流路２７ｂの全域で流速が増加するようになる。

なお、図１７（ａ）ではターン流路２７ｃにおいても速くスムースに冷却液が流れるように、下層流路２７ａや上層流路２７ｂと同様の幅と間隙を有している。

また、本構成例では、冷却面１９の熱交換効率（熱伝達効率）が更に向上するよう、二階層化した二つの流路の内での冷却液の流れを安定化し、そして確実にそれぞれの流路全域で速くスムースに流れる流路形状とした。

二階層化した二つの流路の形状を、例えば下層流路２７ａを例に挙げると、断面積で下層流路２７ａと流入口２５を比べた場合に、その関係によっては下層流路２７ａの流速が遅くなってしまう場合がある。

通常、流路の形状が上流側と下流側で異なっていても、断面積が同じで、そこを流れる流量が同じであれば、流速は同じである。流量が上流側と下流側で一定であり、断面積が異なる場合、例えば、断面積が上流側より下流側が大きい場合には、上流側より下流側の流速が遅くなる。逆に、断面積が上流側より下流側が小さい場合には、上流側より下流側の流速が速くなる。つまり、流入口２５の断面積より下層流路２７ａの断面積を大きくしてしまうと、流入口２５の周辺流速よりも下層流路２７ａ内の流速が遅くなってしまう。このようにした場合は、幾ら下層流路２７ａを狭間隙としたとしても、冷却プレート１１の幅方向端部付近の冷却性能は著しく低下してしまう。その危険性を回避するためには、下層流路２７ａ内の流速を全体的に確実に増す必要がある。

本構成例では、下層流路２７ａの断面積を流入口２５の断面積よりも小さくする、という関係にすることで流速を増すようにした。例えば、図１７（ａ）に示すように、下層流路２７ａの断面積をＡ、流入口２５の断面積をＢ、とするとき、その関係が、Ａ≒Ｂ、またはＡ＜Ｂとなるように下層流路２７ａと流入口２５の形状を設定する。

以上の条件は上層流路２７ｂにおいても同様であり、上層流路２７ｂの断面積をＡ、排出口２８の断面積をＢ、とする。

なお、下層流路２７ａと上層流路２７ｂで冷却液がスムースに流れるように、流入と排出の流量が同等となるようにすることが望ましい。

［構成例１３］
図１８（ａ）は、流路群の組を用紙４の搬送方向に沿うように複数形成した冷却プレート１１の例である。図１８（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１８（ｃ）は図１８（ａ）の左側面方向から見た断面図である。

図１８（ａ）の冷却プレート１１は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂから成る二階層の流路が用紙４の搬送方向に沿って二組配置されている。その二つの流路には、それぞれ下層流路２７ａに流入口２５、上層流路２７ｂに排出口２８が形成されている。横に並べた二つの二階層流路は同じ形状である。冷却液は、冷却プレート１１に各流入口２５から流入し、それぞれの下層流路２７ａ、ターン流路２７ｃ、上層流路２７ｂを通って各排出口２８より排出される。

また、用紙４の搬送方向に沿って形成した二つの二階層流路は、図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示すように、二つの流路群を並べ合わせると、冷却ベルト１５の内周面が接触する面領域、即ち冷却面１９と同程度の面積領域を有している。そして、その冷却面１９の領域で冷却液が通る各流路の間隙を狭間隔としている。

本構成例の流路でも全て、一つの流路の幅寸法をＬ、間隙寸法をＧ、とするとき、その関係が、Ｇ＜Ｌが成り立つようにしている。したがって、その二階層流路が二つ並ぶことで、Ｌ×２の長さが用紙４の搬送方向における冷却面１９の幅と略同等となる。従来の課題として挙げた『冷却性能を上げるには、用紙４との接触領域（接触幅）を稼ぐ必要がある』という課題に対応するには、できるだけ幅寸法Ｌを長くする必要があるが、幅寸法Ｌを単純に長くすると図１５（ｃ）で説明したような両端部付近（図１５（ｃ）の両側の内側面１１ｃ付近）の冷却液の流れが遅くなったり滞ったりしまうとうい問題が生じてしまう。

そこで、二階層化した本構成例であっても、その問題に対処するために、冷却面１９の幅を分割し、複数の流路群を形成することで、一つの流路の幅寸法Ｌが短くなるようにし、各流路全域での流れをスムースにした。

本構成例は基本的に、図１５、図１６、図１７に見られるような冷却プレート１１に単一の二階層流路を設ける場合よりも、流路の端部付近の流速を更に増すことを目的としている。流速を増す方法として、狭間隙の二階層流路の幅寸法を短くし、その二階層流路を複数設けた。二階層流路をそのような形状、つまり、狭間隙な二階層流路を複数並べれば、冷却プレート１１の小型化を踏襲したまま、冷却性性能の更なるアップが見込める。

なお、本構成例では二階層化した流路を二組並べたが、二階層流路を並べる数は限定されず、冷却プレート１１の冷却面１９の大きさに応じて決める。小さな冷却プレート１１でも流路群の数を増やせば冷却性能はより向上する。

［構成例１４］
図１９（ａ）は、下層流路２７ａと上層流路２７ｂを流れる冷却液の流通方向を相対する向きとしたときの冷却プレート１１の例である。図１９（ｂ）は冷却プレート１１を上面方向から見た断面図である。図１９（ｃ）は図１９（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図１９（ｄ）は図１９（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。

図１８の二つ並べた二階層の流路においては、その二つの流路ともに、つまり用紙搬送方向の上流側と下流側の二階層流路とも、下層流路２７ａの流入口２５から流入し、上層流路２７ｂの排出口２８より排出されるようにしている。すなわち、両方の二階層流路とも冷却液が同じ方向に流れるようになっている。これは図１４の冷却装置１２のシステム構成や冷却液の配管レイアウトをできるだけ簡素化するためにそうしている。

しかしながら、そのような流し方（冷却プレート１１の同じ側の同じ所から流入し、同じ方向に流れ、同じ側の同じ所から排出）をすると、両方の二階層流路とも、冷えた冷却液が流入する下層流路２７ａの流入口２５付近だけが冷却プレート１１温度が低い状態となり、冷却プレート１１の温度勾配が生じ、紙を均等に冷やすことができない。

もう少し具体的に説明すると、両方の二階層流路とも、冷却液が流入する下層流路２７ａの流入口２５近辺は、冷えた冷却液が流入するので温度の低い状態だが、下層流路２７ａ内を通過する過程で冷却液は用紙４からの熱を受熱し、その温度を徐々に上昇させながらターン流路２７ｃに向かって流れて行く。すると当然、下層流路２７ａの流入口２５近辺とターン流路２７ｃ近辺では冷却液に温度差が生じる。つまり、冷却性能に差が生じることになり、用紙４の両端で冷え方に違いが出てしまう原因となる。図１８のような狭間隙な流路の場合でも少なからず、その問題が危惧される。

そこで本構成例では、例えば図１９（ｃ）、図１９（ｄ）に示すように、用紙４が冷却プレート１１を通過した時点での用紙４の両端（図中の左右方向）の冷え方に違いが出てしまうことがないように、二階層流路の流入口２５と排出口２８の位置を下層流路２７ａと上層流路２７ｂで逆にして、二つの二階層流路を流れるの冷却液の流通方向を相対する向きとした。図１９（ｃ）と図１９（ｄ）とでは、用紙４の搬送方向上流側の二階層流路においては、流入口２５を下層流路２７ａに、そして排出口２８を上層流路２７ｂに設けている。

また、用紙搬送方向下流側の二階層流路においては、流入口２５を上層流路２７ｂに、そして排出口２８を下層流路２７ａに設けている。この状態で冷却液を流す。すると、両方の下層流路２７ａに注目すると、用紙搬送方向上流側は図中左から右へ、用紙搬送方向下流側は図中右から左へと冷却液が流れ、用紙搬送方向上流側と下流側で冷却液の流通方向が反対向きとなる。その結果、用紙搬送方向上流側の流路の冷却液温度は図中左側が低く、用紙搬送方向下流側の流路の冷却液温度は図中右側が低くなる。よって、図１８よりも冷却プレート１１の温度勾配を抑えることができ、また用紙４の両端が、各流路の冷却液温度の低い領域を同じ回数だけ通過するので、用紙４が冷却プレート１１を通過した時点で、用紙４両端の冷え方が同じとなる。

本実施形態では、これまで熱交換装置を定着後の用紙４を冷却する冷却手段である冷却装置１２に適応したが、同じように用紙４の冷却手段として、定着後の用紙４のカールを矯正するカール矯正装置や、用紙４に形成されたトナー画像の光沢度を制御する光沢制御装置など、出力した画像品質や用紙状態品質の高品位化装置としても適応可能ある。これらの場合においても、冷却装置１２と同様に、熱定着装置１１６の直後に熱交換装置を配設すれば良い。

また、本実施形態の熱交換装置は冷却手段としてだけではなく、流動媒体を熱交換体に流入させる前に温めておけば加温手段としても用いることができる。例えば画像転写前に用紙４を温める加温装置に用いることができ、その場合は用紙収納部１１９とレジストローラ対２１との間に配設する。画像転写前に用紙４を温めるのは、転写時における中間ベルトなどとの転写性向上や、用紙４の含有水分量のコントロールなどからである。

加温装置に適応する際は、その装置構成としては図１４の冷却装置１２をそのまま利用することができる。冷却装置１２の部品名称を変えて図１２に示すように加温装置２１２として見ると、冷えた用紙４は加温ベルトユニット２１３の加温ベルト２１５と搬送ベルトユニット２１４の搬送ベルト２１６とによる狭持搬送の間に加温ベルト２１５によって給熱されるが、その給熱する熱は、加温液２０５と熱交換する加温プレート２１１によって伝導される。熱交換によって加温プレート２１１と加温ベルト２１５とが温められることで、用紙４が加温され、用紙４の温度が上がるのである。

また、加温液２０５の循環も図１４と同様に、加温プレート２１１の内部に形成した流路２２７と加温液循環手段２２０とで構成した閉ループの循環システムによって循環するようにしている。その循環過程で温められた加温液２０５が加温プレート２１１の流路を流通することで、加温プレート２１１の加温面２１９が温まるのである。

加温面２１９で吸い取って冷えた温度を加温プレート２１１内に形成された二つの流路２２７に伝達して加温液２０５を冷やし、その冷やされた加温液２０５を加温プレート２１１から排出する。そして排出された加温液２０５は、タンク１０１、ポンプ１００、ファン１０４を装着したラジエータ１０３に送られる。このとき例えば、熱定着装置１１６から排熱される熱をファン１０４によってラジエータ１０３に送風し、冷えた加温液２０５をラジエータ１０３で温めて高い温度に上げる。その後、温まった加温液２０５は、加温プレート２１１の流入口（不図示）から再び流路２２７へと供給される。このような加温液循環の給熱サイクルによって、低温の用紙４が効率良く温められるのである。

なお、加温液２０５を温める手段としては、ヒーターや温風器などの発熱装置でも良いが、熱定着装置１１６など画像形成装置内の熱源を利用すれば、熱の再利用が可能となり、省エネルギー化など環境性の高い装置となる。

４ 用紙
５ 冷却液
７ 流速プロファイル
１１ 冷却プレート
１１ａ 内底面
１１ｂ 内上面
１１ｃ 内側面
１１ｐ 仕切り部材
１１ｔ チューブ
１２ 冷却装置
１３ 冷却ベルトユニット
１４ 搬送ベルトユニット
１５ 冷却ベルト
１６ 搬送ベルト
１７ 駆動ローラ
１８ ローラ
１９ 冷却面
２０ 冷却液循環手段
２１ レジストローラ対
２２ ポンプ
２３ 給紙コロ
２４ 押圧ローラ
２５ 流入口
２７ 流路
２７ａ 下層流路
２７ａ−３ 下流側端部
２７ｂ 上層流路
２７ｂ−１ 中層流路
２７ｂ−２ 上層流路
２７ｂ−３ 上流側端部
２７ｃ ターン流路
２８ 排出口
５１ 中間転写ベルト
５２ ローラ
５３ ローラ
５４ 画像ステーション
５５ ローラ
５６ 二次転写ローラ
５８ ローラ
５９ クリーニング装置
１００ ポンプ
１０１ タンク
１０３ ラジエータ
１０４ ファン
１１０ 帯電装置
１１１ 感光体
１１２ 光書込装置
１１３ 現像装置
１１４ クリーニング装置
１１５ 一次転写ローラ
１１６ 熱定着装置
１１７ 排紙収容部
１１９ 用紙収納部
１２８ 用紙搬送路
１２９ 用紙搬送路
２０５ 加温液
２１１ 加温プレート
２１２ 加温装置
２１３ 加温ベルトユニット
２１４ 搬送ベルトユニット
２１５ 加温ベルト
２１６ 搬送ベルト
２１９ 加温面
２２０ 加温液循環手段
２２７ 流路

特開２０１０−００２６４４号公報 特開２００６−００３８１９号公報

Ｊ．Ｐ．ホールマン著 伝熱工学＜上＞（ブレイン図書出版）、Ｐ１１−１２

Claims (8)

1. シート状部材搬送方向と直交する方向に流動媒体が流れる流路が内部に形成された熱交換体と、
   前記流路の流動媒体流れ方向上流側と下流側それぞれに設けられた入口開口部と出口開口部とに連通させた配管を通して前記流路に流動媒体を搬送する流動媒体搬送手段とを備え、
   前記熱交換体の熱交換面にシート状部材を直接または熱伝達部材を介して接触させて該シート状部材と前記流動媒体との間で熱交換を行う熱交換装置において、
   前記熱交換体の内部に前記流路を前記熱交換面から離れる方向に多階層で形成し、
   各流路に対し前記入口開口部と前記出口開口部とをシート状部材搬送方向に沿って複数設けたことを特徴とする熱交換装置。
2. シート状部材搬送方向と直交する方向に流動媒体が流れる流路が内部に形成された熱交換体と、
   前記流路の流動媒体流れ方向上流側と下流側それぞれに設けられた入口開口部と出口開口部とに連通させた配管を通して前記流路に流動媒体を搬送する流動媒体搬送手段とを備え、
   前記熱交換体の熱交換面にシート状部材を直接または熱伝達部材を介して接触させて該シート状部材と前記流動媒体との間で熱交換を行う熱交換装置において、
   前記熱交換体の内部に前記流路を前記熱交換面から離れる方向に多階層で形成し、
   前記熱交換面から離れる方向に多階層に形成した流路群を一つの組として、その組をシート状部材搬送方向に沿って前記熱交換内部に複数設けたことを特徴とする熱交換装置。
3. シート状部材搬送方向と直交する方向に流動媒体が流れる流路が内部に形成された熱交換体と、
   前記流路の流動媒体流れ方向上流側と下流側それぞれに設けられた入口開口部と出口開口部とに連通させた配管を通して前記流路に流動媒体を搬送する流動媒体搬送手段とを備え、
   前記熱交換体の熱交換面にシート状部材を直接または熱伝達部材を介して接触させて該シート状部材と前記流動媒体との間で熱交換を行う熱交換装置において、
   前記熱交換体の内部に前記入口開口部、前記出口開口部、前記流路を一組とする層を前記熱交換面から離れる方向に多階層でそれぞれ別々に形成したことを特徴とする熱交換装置。
4. 請求項２または３の熱交換装置において、
   各層の流路を流れる前記流動媒体の流通方向を互いに相対する向きとしたことを特徴とする熱交換装置。
5. 請求項２の熱交換装置において、
   各組内の流路を流れる前記流動媒体の流通方向を各組間で相対する向きとしたことを特徴とする熱交換装置。
6. 請求項２の熱交換装置において、
   各組内の流路を流れる前記流動媒体の流通方向を相対する向きとし、且つ、各組間でも前記流動媒体の流通方向を相対する向きとしたことを特徴とする熱交換装置。
7. 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該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または６の熱交換装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
8. 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該シート状部材に定着させる熱定着手段と、
   前記シート状部材を加温する加温手段とを備えた画像形成装置において、
   前記加温手段として、請求項１、２、３、４、５または６の熱交換装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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