レーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置、並びに定着方法
【課題】
余計な電力消費を抑えつつ、十分な定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るレーザ定着装置は光照射部と、光を複数の分割光へと分割する分割光学系と、前記複数の分割光が、それぞれ前記記録用紙上の別の位置を照射するように配置された照射光学系と備えることを特徴とする。
余計な電力消費を抑えつつ、十分な定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るレーザ定着装置は光照射部と、光を複数の分割光へと分割する分割光学系と、前記複数の分割光が、それぞれ前記記録用紙上の別の位置を照射するように配置された照射光学系と備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられるレーザ定着装置及びこのレーザ定着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】
電子写真方式の画像形成装置には、記録用紙上に形成された未定着トナー像を加熱溶融させることによって用紙上に定着させる定着装置が備えられている。定着装置には、記録用紙上に形成された未定着トナー像にレーザ光を照射し、トナー像を溶融することで定着を行うレーザ光方式のものがある。
【０００３】
たとえば、特許文献１では、図１１に示すように、用紙搬送装置８６０、フラッシュ定着装置８７０、レーザ定着装置８８０を備えた定着装置が開示されている。図１１（ａ）は、フラッシュ定着装置８７０からみて用紙搬送方向下流側にレーザ定着装置８８０を配設した場合であり、図１１（ｂ）はフラッシュ定着装置８７０からみて用紙搬送方向上流側にレーザ定着装置８８０を配設した場合である。フラッシュ定着装置８７０は、用紙搬送装置８６０によって搬送される用紙Ｐのほぼ全面にインコヒーレントな光を照射し、用紙Ｐ上のトナーを溶融・定着させる。また、レーザ定着装置８８０は、用紙搬送装置８６０によって搬送される用紙Ｐ上のトナー保持位置に選択的にコヒーレントなレーザ光を照射し、用紙Ｐ上のトナーをさらに溶融・定着させる。このとき、フラッシュ定着装置８７０は用紙Ｐのほぼ全面に光を照射し、レーザ定着装置８８０は用紙Ｐ上のトナーの形成部位に局所的にレーザ光を照射する。
【０００４】
特許文献２には、一般的なレーザ定着装置として、図１２及び図１３に示すように、感光体ドラム９０１上に形成されたトナー像を、転写コロトロン９０２を介して、複写用紙９０３に転写した後、レーザ光源９０４からのレーザ光を、モータ９０５によって高速回転している回転多面鏡９０６で反射すると共に、定着すべき幅だけスキャニングし、前記反射光を適当な光路補正レンズ９０７を介して、前記複写用紙９０３表面の照射線上に集光する装置が開示されている。
【０００５】
また、図１３に示すように、未定着トナー像を付着した複写用紙９０３の搬送路上に、前記複写用紙９０３と実質的に平行に、鏡面平板９０８を前記複写用紙９０３に近接配置し、その前記平板と前記複写用紙９０３との間隙９０９を通して、レーザ光９１０を照射するように構成することで、前記平板９０８の鏡面と前記複写用紙９０３との間で反射を繰り返したレーザ光９１０は、前記複写用紙９０３及びその表面に付着する未定着トナーを前記レーザ光９１０の直接照射をうける前に予熱し、定着させると共に、レーザ光のエネルギー利用効率を向上させることが開示されている。
【特許文献１】特開２００８−１０７５７６（平成２０年５月８日公開）
【特許文献２】特開昭５９−９５５６７（昭和５９年６月１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で示された方法によれば、レーザ定着装置以外に、別途フラッシュ定着装置が必要となり、該フラッシュ定着装置は用紙のほぼ全面に光を照射するため、トナー以外の余計な用紙部分を暖めることになり、用紙上のトナーを暖める手段としては余計な電力を消費することとなる。
【０００７】
また、特許文献２に開示された方法では、トナーの光反射率が複写用紙９０３に比べて低いため、トナーで反射したレーザ光９１０のエネルギーは著しく低下し、トナーを十分に予熱できず、定着が不十分なトナーが発生するという問題があり、また、トナーを定着させるためにレーザ光源９０４の出力密度を高くした場合には、レーザ光９１０の直接照射を受けたトナーの表面が集中的に熱され、トナーの水分が蒸発し、ボイドが発生してしまうという問題があった。なお、ここでボイドとは光定着特有の印字欠陥で、トナーや記録用紙の水分が定着の際に突沸することでトナー像の一部が欠損し、穴ぼこ状の欠陥が発生する現象を意味する。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、余計な電力消費を抑えつつ、十分な定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るレーザ定着装置は、光を照射する光照射部と、光照射部からの光を複数の分割光へと分割する分割光学系と、前記複数の分割光が、それぞれ記録用紙上の別の位置を照射するように配置された照射光学系と備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記照射光学系は、反射ミラーと、前記複数の分割光に前記記録用紙上を走査させる走査ミラーとを有することが好ましい。
【００１１】
さらに、前記反射ミラーは、前記複数の分割光の内２つ以上が、同一の前記走査ミラーへ導かれるように配置されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記複数の分割光は、前記記録用紙の搬送方向の下流側に照射される分割光の出力が小さく分割されることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される分割光の出力が、その他の分割光の出力の総和よりも大きくなるように、前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される前記分割光の照射位置と、最も下流から２番目に下流側に照射される前記分割光の照射位置との距離が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下となるように、前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記光照射部は、光源を複数備えることが好ましい。さらに、前記光照射部の出力を制御する制御部を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置は、前記レーザ定着装置を備えることを特徴とする。本発明に係るレーザ定着方法は、前記レーザ定着装置において、前記制御部は前記複数の分割光のいずれの照射位置にもトナーが無ければ、前記光照射部の出力を切り、いずれかの照射位置にトナーが存在すれば前記光照射部の出力を入れることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
余計な電力消費を抑えつつ、十分な定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１における画像定着部の概略構成図である。
【図２】実施形態１における分割光による記録用紙の走査を示した図である。
【図３】実施形態１における分割光がトナーへ照射される様子を示した図である。
【図４】実施形態２における画像定着部の概略構成図である。
【図５】実施形態２におけるレーザ光による記録用紙の走査を示した図である。
【図６】実施形態２における分割光がトナーへ照射される様子を示した図である。
【図７】実施形態３における定着部材の斜視図である。
【図８】実施形態３におけるレーザ光ヘッドの断面図である。
【図９】実施形態３におけるレーザ光ヘッドの側面図である。
【図１０】実施形態３における分割光帯による記録用紙の走査を示した図である。
【図１１】従来技術に係るレーザ定着装置の構成例を示した図である。
【図１２】従来技術に係るレーザ定着装置の概念を示す構成図である。
【図１３】従来技術に係るレーザ定着装置の一実施例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るレーザ定着装置及び、それを備えた画像形成装置の一例について、図面を参照して説明する。尚、本明細書中では、記録用紙搬送路上で、記録用紙が進む方向を基準に、上流、下流という用語を用いる。
【００２０】
〔実施形態１〕
（画像定着部の構成）
図１は、実施形態１における画像定着部の概略図を表す。実施形態１では、定着部７１として、単体のレーザ光源から発した光を２つに分割して、記録用紙に照射する画像定着部について説明する。
【００２１】
画像定着部７０は、画像形成部（図示せず）で形成された未定着のトナー画像を、記録用紙に定着させる。そして、画像定着部７０で形成されたトナー定着済みの記録用紙は、画像形成装置１の外へ排出される。画像定着部７０は、定着部７１及び搬送部材７２を備え、定着部７１は、レーザ光源７１ａ、ポリゴンミラー７１ｂ、補正レンズ７１ｃ、反射ミラー７１ｄ及びビームスプリッタ１０１を備える。
【００２２】
レーザ光源７１ａは、記録用紙８０上のトナー８１を定着させるためのレーザ光を発する１ビーム方式の半導体レーザ光源で、実施形態１におけるレーザ光の強度は１５０Ｗ、波長は７８０ｎｍ、ビーム径及びスポット径は５０μｍである。また、レーザ光源７１ａは、制御部（図示せず）によって、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦ、レーザ光の強度、ビーム径及びスポット径を可変制御できる。レーザ光源７１ａが１ビーム方式の場合、単位面積当たりの出力が大きく、短時間の照射でトナー８１を加熱するのに十分な熱量をトナー８１に与えることができる。
【００２３】
ビームスプリッタ１０１は、レーザ光源７１ａが発したレーザ光から２つの分割光に分割する光分割部材で、入射した光の一部を反射し、残りを透過する機能を有する。ビームスプリッタ１０１は、直角プリズムを二つ貼り合わせたもので、接合面には誘電体多層膜や金属薄膜のコーティングが施してあり、簡単なものはガラス膜でできている。但し、ビームスプリッタ１０１はプリズムに限定されるものではなく、平面型、ウェッジ基板型を用いてもよい。
【００２４】
ビームスプリッタ１０１で反射した光の強度と透過した光の強度との比は４：１である。すなわち、レーザ光源７１ａが発したレーザ光の強度は１５０Ｗであるため、ビームスプリッタ１０１で反射した光（以下、反射光と記す）の強度は１２０Ｗ、透過した光（以下、透過光と記す）の強度は３０Ｗとなる。但し、ビームスプリッタ１０１は、光の強度を７１に分割するものに限定されるものではなく、トナーの特性、レーザ光の強度、レーザ光のスポット半径、記録用紙の定着速度等を鑑み、所定の比率に分割できればよい。
【００２５】
図２は、２本のレーザ光による記録用紙８０の走査を示した図である。ポリゴンミラー７１ｂは、高速回転することにより、照射されたレーザ光を記録用紙８０の横方向（搬送方向に略直交する方向）に走査させる走査ミラーである。厳密には、ポリゴンミラー７１ｂによって反射ミラー７１ｄが横方向に走査され、反射ミラー７１ｄで反射された光が、記録用紙８０を横方向に走査する。実施形態１では、定着部７１は、各分割光、すなわち反射光と透過光と、それぞれに対してポリゴンミラー７１ｂを１つずつ、つまり合計で２つ備えている。
【００２６】
補正レンズ７１ｃは、レーザ光の偏向により生じる収差を補正することができ、ポリゴンミラー７１ｂで反射されたレーザ光を、反射ミラー７１ｄに導くことで、記録用紙８０の全域を走査することが可能となる。さらに、搬送部材７２によって記録用紙８０を搬送することで、記録用紙８０の全域に、レーザ光を照射することが可能となる。ここで、補正レンズ７１ｃとしては、ｆθレンズを用いるが、これに限定されるものではなく、集光レンズなどを用いてもよい。
【００２７】
反射ミラー７１ｄは、レーザ光を、ポリゴンミラー７１ｂ及び補正レンズ７１ｃを経由させ、記録用紙８０へ照射させるためのもので、レーザ光源７１ａ、ビームスプリッタ１０１、ポリゴンミラー７１ｂ及び補正レンズ７１ｃの位置関係によって、適当な位置及び枚数が設置される。実施形態１では、透過光をポリゴンミラー７１ｂまで導くために１枚の反射ミラー７１ｄを用い、ポリゴンミラー７１ｂによって導かれた反射光及び透過光を、補正レンズ７１ｃ通過後に、記録用紙８０へ導くために、それぞれ１枚の反射ミラー７１ｄが用いられた。また、反射ミラー７１ｄは、透過光が上流側、反射光が下流側に導かれるように設置された。
【００２８】
搬送部材７２は、記録用紙８０を搬送するためのものである。尚、搬送部材７２が記録用紙８０を搬送する速度は、定着速度と呼ばれる。
【００２９】
画像定着部７０は、記録用紙８０の表面に形成された未定着のトナー画像を、レーザ光の熱によって記録用紙８０に定着させるものである。より具体的には、記録用紙８０のレーザ光が照射される位置に、所定の定着速度および複写速度で未定着トナー像を担持した記録媒体が搬送され、レーザ光の熱によって定着が行われる。
【００３０】
実施形態１では、最大定着速度は２２５ｍｍ／ｓｅｃ、最大複写速度は５０枚/分（Ａ４横送り）であり、後述するように定着速度及び複写速度は画像パターンにより可変制御される。
【００３１】
定着部７１からの２つのレーザ光、すなわち、透過光と反射光とは、記録用紙８０上のそれぞれ別の位置を照射する。搬送部材７２の上流には透過光（３０Ｗ）が、下流には反射光（１２０Ｗ）が照射され、２つの照射位置に、共にトナー８１が存在しなければ、レーザ光源の出力を切り、それ以外はレーザ光源の出力を入れる制御を行った。記録用紙８０上に、トナー８１が存在するか否かは、記憶部４０に保存された画像データを基にして判断される。
【００３２】
（定着方法）
図３は、単体のレーザ光源から発した２つの分割光、すなわち透過光及び反射光がトナー８１へ照射される様子を表した図である。実線矢印は反射光（１２０Ｗ）を、破線矢印は透過光（３０Ｗ）を表し、記録用紙８０上の円はトナー８１を表す。また、図３は（ａ）〜（ｄ）を時系列順に並べている。
【００３３】
図３（ａ）は透過光（３０Ｗ）によってトナー８１表面が熱される様子を表し、図３（ｂ）はトナー８１表面の熱がトナー８１全体に伝導した様子を表し、図３（ｃ）は更に反射光（１２０Ｗ）によって熱される様子を表し、図３（ｄ）はトナー８１が記録用紙８０に定着された様子を表す。
【００３４】
トナー８１は、まず透過光（３０Ｗ）によって表面が約１００度まで加熱され、反射光（１２０Ｗ）を照射するまでに時間を置く事により、トナー８１全体に熱が伝導する。図３（ｂ）では、反射光（１２０Ｗ）及び透過光（３０Ｗ）の照射位置に、トナー８１が存在しないため、レーザ光はＯＦＦとなる。そして、その後、更に反射光（１２０Ｗ）がトナー８１へと照射され、トナー８１は約１６０度まで加熱され、図３（ｄ）に示すように、トナー８１は記録用紙８０に定着される。
【００３５】
また、記録用紙８０上において透過光が照射される位置と反射光が照射される位置との間の距離は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。もし、５ｍｍよりも距離を近くすれば、透過光（３０Ｗ）を照射してからトナー８１下層に熱が伝導する時間を確保することができず、反射光（１２０Ｗ）を照射する際にトナー８１表層が突沸しやすくなる。また、３０ｍｍよりも距離を遠くすると、透過光（３０Ｗ）を照射してから反射光（１２０Ｗ）を照射するまでにトナー８１が冷めてしまうため、定着性が悪くなる。
【００３６】
実施形態１におけるレーザ定着装置は、トナー８１を定着させるのに必要なエネルギーを、ビームスプリッタ１０１によって、２度に分けてレーザ光照射する構成をとることで、トナー８１温度が急激に上昇することがなく、１度に全てのエネルギーをレーザ光照射する場合に比べて、ボイドの発生を抑えることができた。
【００３７】
また、レーザ定着装置とは、別にフラッシュ定着装置を設けるような場合に比べ、ビームスプリッタ１０１によってレーザ光を分割する構成にすることで、余計な電力消費を抑えつつ、定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置を提供することができた。
【００３８】
〔実施形態２〕
（画像定着部の構成）
図４は、実施形態２における画像定着部の概略図を表す。実施形態２では、単体のレーザ光源から発したレーザ光を３つに分割して、記録用紙に照射する画像定着部について説明する。
【００３９】
実施形態２において、実施形態１と異なるのは、ビームスプリッタの数、ポリゴンミラーの数及び反射ミラー７１ｄの数のみで、他の構成は実施形態１と同様である。以下、ビームスプリッタ、ポリゴンミラー及び反射ミラーについて説明する。
【００４０】
画像定着装置７０は、ビームスプリッタ２０１及びビームスプリッタ２０２を備える。
【００４１】
ビームスプリッタ２０１及びビームスプリッタ２０２は、レーザ光源７１ａから発光されたレーザ光（出力１５０Ｗ、波長７８０ｎｍ、ビーム径及びスポット径５０μｍ）を、３つに分割する。
【００４２】
ビームスプリッタ２０１で反射した光の強度と透過する光の強度との比は４：１で、ビームスプリッタ２０２で反射した光の強度と透過する光の強度との比は３：２である。
【００４３】
レーザ光源７１ａから発光されたレーザ光２１０は、ビームスプリッタ２０１により、第一反射光２１１（１２０Ｗ）と第一透過光２１２（３０Ｗ）の２つに分割され、第一透過光は、更にビームスプリッタ２０２により、第二反射光２１３（１８Ｗ）と第二透過光２１４（１２Ｗ）に分割される。
【００４４】
ポリゴンミラー７１ｂは、高速回転することにより、照射されたレーザ光を記録用紙８０の横方向（搬送方向に略直交する方向）に走査させるものである。厳密には、反射ミラー７１ｄが横方向に走査され、反射ミラー７１ｄで反射された光が、記録用紙８０を横方向に走査する。実施形態２では、実施形態１とは異なり、第一反射光２１１（１２０Ｗ）、第二反射光２１３（１８Ｗ）及び第二透過光２１４（１２Ｗ）は、同一のポリゴンミラー７１ｂに導かれる。同一のポリゴンミラー７１ｂを共用することで、画像定着部７０を小型化することができる。
【００４５】
実施形態２では、第二反射光２１３、第二透過光２１４を同一のポリゴンミラー７１ｂまで導くために合計５枚の反射ミラー７１ｄを用い、さらに、ポリゴンミラー７１ｂによって反射された光を、補正レンズ７１ｃ通過後に、記録用紙８０へ導くために１枚の反射ミラー７１ｄが用いられた。また、反射ミラー７１ｄは、第一反射光２１１が最上流側、第二透過光２１４が最下流側に導かれるように設置された。
【００４６】
図５は、３本のレーザ光による記録用紙８０の走査を示した図である。定着部７１から照射された３本のレーザ光、第一反射光２１１（１２０Ｗ）、第二反射光２１３（１８Ｗ）及び第二透過光２１４（１２Ｗ）は、記録用紙８０上のそれぞれ別の位置を照射する。搬送部材７２の最上流には第二透過光（１２Ｗ）が、最下流には第一反射光（１２０Ｗ）が、間には第二反射光（１８Ｗ）が照射され、３つの照射位置に、いずれもトナーが存在しなければ、レーザ光源の出力を切り、それ以外はレーザ光源の出力を入れる制御を行った。ここで、記録用紙８０上に、トナーが存在するか否かは、記憶部４０に保存された画像データを基にして判断される。
【００４７】
（定着方法）
図６は、３つの分割光、すなわち、第一反射光２１１（１２０Ｗ）、第二反射光２１３（１８Ｗ）及び第二透過光２１４（１２Ｗ）がトナー８１へ照射される様子を表した図である。実線矢印は第一反射光２１１（１２０Ｗ）、破線矢印は第二反射光２１３（１８Ｗ）、長鎖線矢印は第二透過光２１４（１２Ｗ）を表し、記録用紙８０上の円はトナー８１を表す。また、図６は（ａ）〜（ｄ）を時系列順に並べている。
【００４８】
図６（ａ）は第二透過光（１２Ｗ）によってトナー８１表面が熱される様子を表し、図６（ｂ）は第二反射光（１８Ｗ）によってトナー８１表面が熱される様子を表し、図６（ｃ）は反射光（１２０Ｗ）によって熱される様子を表し、図６（ｄ）はトナー８１が記録用紙８０に定着された様子を表す。
【００４９】
トナー８１は、まず第二透過光（１２Ｗ）によって表面が加熱され、第二反射光（１８Ｗ）が照射されるまでに時間を置く事により、トナー８１全体に熱が伝導する。そして、その後、第二反射光（１８Ｗ）がトナー８１へと照射され、トナー８１は加熱され、第一反射光（１２０Ｗ）が照射されるまでに時間を置く事により、トナー８１全体に熱が伝導する。そして、その後、更に第一反射光（１２０Ｗ）がトナー８１へと照射され、トナー８１は約１６０度まで加熱され、図６（ｄ）に示すように、トナー８１は記録用紙８０に定着される。図６（ｄ）では、第一反射光（１２０Ｗ）、第二反射光（１８Ｗ）及び第二透過光（１２Ｗ）のいずれの照射位置にもトナーが存在しないため、レーザ光はＯＦＦとなる。
【００５０】
また、記録用紙８０上において透過光が照射される位置と反射光が照射される位置との間の距離は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。もし、５ｍｍよりも距離を近くすれば、第二反射光（１８Ｗ）を照射してからトナー８１下層に熱が伝導する時間を確保することができず、第一反射光（１２０Ｗ）を照射する際にトナー８１表層が突沸しやすくなる。また、３０ｍｍよりも距離を遠くすると、第二反射光（１８Ｗ）を照射してから第一反射光（１２０Ｗ）を照射するまでにトナー８１が冷めてしまうため、定着性が悪くなる。
【００５１】
実施形態２におけるレーザ定着装置は、最も下流側に照射された分割光である第一反射光（１２０Ｗ）の出力が、その他の分割光、すなわち、第二反射光（１８Ｗ）及び第二透過光（１２Ｗ）の合計出力よりも大きくすることにより、トナー８１の昇温速度をゆるやかにし、トナー８１の下層も含めて均一に加熱することで、トナー８１の温度が急激に上昇することがなく、一度に加熱する場合に比べ、ボイドの発生を抑えることができた。
【００５２】
また、上流側に照射する分割光の出力ほど小さい構成、すなわち、上流側から第二透過光（１２Ｗ）、第二反射光（１８Ｗ）、第一反射光（１２０Ｗ）の順番に照射することで、トナー８１の昇温速度をゆるやかにし、トナー８１の下層も含めて均一に加熱することで、トナー温度が急激に上昇することがなく、一度に加熱する場合に比べ、ボイドの発生を抑えることができた。
【００５３】
〔実施形態３〕
（画像定着部の構成）
図７は、実施形態３における定着部の斜視図である。実施形態３では、図７に示すように、複数のレーザ光源からなるレーザ光ヘッドから発せられた複数のレーザ光の群（以下、光帯と記す）を、２つに分割して記録用紙に照射する定着部７１について説明する。
【００５４】
実施形態３において、実施形態１と異なるのは、定着部７１のみで、他の構成は実施形態１と同様である。以下、定着部７１の構成について説明する。
【００５５】
定着部７１は、レーザ光ヘッド３１０、ビームスプリッタ３２０、補正レンズ３３０及び反射ミラー７１ｄを備える。レーザ光ヘッド３１０は、実施例１におけるレーザ光源７１ａとは異なり、単体ではなく複数個のレーザ光素子をアレイ状に並べた半導体レーザ光アレイ３１１を備える。
【００５６】
レーザ光ヘッド３１０は、半導体レーザ光アレイ３１１からレーザ光群を照射し、ビームスプリッタ３２０によって、反射光帯３４１の強度と透過光帯３４２の強度が４：１になるように光帯３４０を分割する。反射光帯３４１は補正レンズ３３０で集光し、透過光帯３４２は反射ミラー７１ｄで反射させたものを補正レンズ３３０で集光した上で、記録用紙８０へ照射される。
【００５７】
図８はレーザ光ヘッド３１０の断面図であり、図９はレーザ光ヘッド３１０の側面図である。図８に示すように、レーザ光ヘッド３１０は、半導体レーザアレイ３１１、ヒートシンク３１２及びサーミスタ３１９を備える。半導体レーザアレイ３１１は、波長７８０ｎｍで、定格出力が１５０ｍＷのレーザ光素子３１１ａを１，０００個配列したものを用い、各レーザ光素子３１１ａの配列ピッチｐは０．３ｍｍで、記録用紙８０上に照射されるレーザ光スポット径ｄも０．３ｍｍとする。また、ヒートシンク３１２としては、アルミニウム合金製でベースサイズが３０ｍｍ×３０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、熱抵抗１．６℃／Ｗのヒートシンク（（株）アルファ社製 ＵＢ３０−２０Ｂ）を計１０個一列に並べたもの（トータルの熱抵抗０．１６℃／Ｗ）を用いている。
【００５８】
入力された信号によりレーザ光の出力は可変で、受光素子であるモニター用フォトダイオード３１３からの信号によりレーザ光の出力を一定に保つための制御回路（図示せず）とフォトダイオード３１３とがモノリシックに形成されたシリコン基板３１４に、レーザ光素子３１１ａマウントし、レーザ光素子３１１ａとシリコン基板３１４との間にワイヤーボンド線等で電気的接続を行う。
【００５９】
次に、このレーザ光素子３１１ａ付シリコン基板３１４をセラミック基板３１５上に複数個取り付け、ワイヤーボンディング等によりセラミック基板３１５の表面電極３１６とシリコン基板３１４上の電極との間に電気的接続を行う。最後に、この複数個のレーザ光装置が並んだセラミック基板３１５に、ヒートシンク３１２と、複数個の集光光学系としての複数の凸レンズ３１７とが保持されたレンズホルダー３１８を取り付ける。これにより、本実施例に係るレーザ光ヘッド３１０が製造される。
【００６０】
このレーザ光ヘッド３１０における複数の凸レンズ３１７とレンズホルダー３１８とは、各凸レンズ３１７を樹脂ホルダー等に組み込んだものよりも、樹脂によるレンズ―レンズホルダー一体成形品や、平板ガラスをレンズ状にイオン交換して製造される平板マイクロレンズなどのレンズアレイである方が、価格や工程、組立精度に関して好ましい。
【００６１】
また、凸レンズ３１７やレンズホルダー３１８等の集光光学系を無くし、平行光の状態でトナー画像にレーザ光を照射することも可能である。
【００６２】
図９に示すように、セラミック基板３１５上には、レーザ光ヘッド３１０の温度を測定するための温度センサとして、サーミスタ３１９が取り付けられている。尚、サーミスタ３１９は、セラミック基板３１５の長手方向中央部に配置されている。そして、サーミスタ３１９により検出された温度データに基づいて、制御回路（図示せず）が、レーザ光素子３１１ａに印加する電圧を制御する。
【００６３】
（定着方法）
図１０は、２つのレーザ光帯による記録用紙８０の走査を示した図である。
【００６４】
半導体レーザアレイ３１１から照射された２本のレーザ光帯、反射光帯３４１及び透過光帯３４２は、記録用紙８０上のそれぞれ別の位置を照射し、搬送部材７２の最上流には透過光帯３４２が、最下流には反射光帯３４１が照射される。
【００６５】
更に、詳しく説明すると、半導体レーザアレイ３１１に備えられたレーザ光素子３１１ａから照射された一本のレーザ光３４０ａは、ビームスプリッタ３２０によって、反射光３４１ａと透過光３４２ａに分けられ、搬送部材７２の最上流には透過光３４２ａが、最下流には反射光３４１ａが照射され、２つの照射位置に、いずれもトナーが存在しなければ、レーザ光３４０ａをＯＦＦにし、それ以外はＯＮにする制御を行った。記録用紙８０上に、トナーが存在するか否かは、記憶部４０に保存された画像データを基にして判断される。
【００６６】
レーザ光源が単体の場合は、トナーを定着するために、レーザ光の出力が単体で１５０Ｗと非常に大きなレーザ光源が必要となるが、アレイ状にしてレーザ光源を多数使用することで、１つ当たりのレーザ光の出力を小さくでき、その分多数レーザ光を並べることを考慮しても低消費電力、低コストで構成することができた。
【００６７】
尚、本発明は実施形態１〜３に限定されるものではない。実施形態１及び２では、レーザ光を走査するためにポリゴンミラーを用いたが、本発明はこれに限定されず、レーザ光を走査できる構成であればよく、例えば、ガルバノミラーを用いてもよい。
【００６８】
また、実施形態１〜３において、ビームスプリッタを用いて、レーザ光を２つ又は３つに分割したが、分割光を照射してトナーを定着させることができるならば、いくつに分割してもよく、例えば、４つに分割してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、光源を有したレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置に応用できる。
【符号の説明】
【００７０】
７０ 画像定着部
７１ 定着部
７１ａ、９０４ レーザ光源
７１ｂ ポリゴンミラー
７１ｃ、３３０ 補正レンズ
７１ｄ 反射ミラー
７２ 搬送部材
８０ 記録用紙
１０１、２０１、２０２、３２０ ビームスプリッタ
２１０、３４０ａ、９１０ レーザ光
２１１ 第一反射光（１２０Ｗ）
２１２ 第一透過光
２１３ 第二反射光（１８Ｗ）
２１４ 第二透過光（１２Ｗ）
３１０ レーザ光ヘッド
３１１ レーザアレイ
３１２ ヒートシンク
３１３ フォトダイオード
３１４ シリコン基板
３１５ セラミック基板
３１６ 表面電極
３１７ 凸レンズ
３１８ レンズホルダー
３１９ サーミスタ
３４０ 光帯
３４１ 反射光帯
３４１ａ 反射光
３４２ 透過光帯
３４２ａ 透過光
ｐ 配列ピッチ
ｄ レーザ光スポット径
９０１ 感光体ドラム
９０２ 転写コロトロン
９０３ 複写用紙
９０５ モータ
９０６ 回転多面鏡
９０７ 光路補正レンズ
９０８ 平板
９０９ 間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられるレーザ定着装置及びこのレーザ定着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】
電子写真方式の画像形成装置には、記録用紙上に形成された未定着トナー像を加熱溶融させることによって用紙上に定着させる定着装置が備えられている。定着装置には、記録用紙上に形成された未定着トナー像にレーザ光を照射し、トナー像を溶融することで定着を行うレーザ光方式のものがある。
【０００３】
たとえば、特許文献１では、図１１に示すように、用紙搬送装置８６０、フラッシュ定着装置８７０、レーザ定着装置８８０を備えた定着装置が開示されている。図１１（ａ）は、フラッシュ定着装置８７０からみて用紙搬送方向下流側にレーザ定着装置８８０を配設した場合であり、図１１（ｂ）はフラッシュ定着装置８７０からみて用紙搬送方向上流側にレーザ定着装置８８０を配設した場合である。フラッシュ定着装置８７０は、用紙搬送装置８６０によって搬送される用紙Ｐのほぼ全面にインコヒーレントな光を照射し、用紙Ｐ上のトナーを溶融・定着させる。また、レーザ定着装置８８０は、用紙搬送装置８６０によって搬送される用紙Ｐ上のトナー保持位置に選択的にコヒーレントなレーザ光を照射し、用紙Ｐ上のトナーをさらに溶融・定着させる。このとき、フラッシュ定着装置８７０は用紙Ｐのほぼ全面に光を照射し、レーザ定着装置８８０は用紙Ｐ上のトナーの形成部位に局所的にレーザ光を照射する。
【０００４】
特許文献２には、一般的なレーザ定着装置として、図１２及び図１３に示すように、感光体ドラム９０１上に形成されたトナー像を、転写コロトロン９０２を介して、複写用紙９０３に転写した後、レーザ光源９０４からのレーザ光を、モータ９０５によって高速回転している回転多面鏡９０６で反射すると共に、定着すべき幅だけスキャニングし、前記反射光を適当な光路補正レンズ９０７を介して、前記複写用紙９０３表面の照射線上に集光する装置が開示されている。
【０００５】
また、図１３に示すように、未定着トナー像を付着した複写用紙９０３の搬送路上に、前記複写用紙９０３と実質的に平行に、鏡面平板９０８を前記複写用紙９０３に近接配置し、その前記平板と前記複写用紙９０３との間隙９０９を通して、レーザ光９１０を照射するように構成することで、前記平板９０８の鏡面と前記複写用紙９０３との間で反射を繰り返したレーザ光９１０は、前記複写用紙９０３及びその表面に付着する未定着トナーを前記レーザ光９１０の直接照射をうける前に予熱し、定着させると共に、レーザ光のエネルギー利用効率を向上させることが開示されている。
【特許文献１】特開２００８−１０７５７６（平成２０年５月８日公開）
【特許文献２】特開昭５９−９５５６７（昭和５９年６月１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で示された方法によれば、レーザ定着装置以外に、別途フラッシュ定着装置が必要となり、該フラッシュ定着装置は用紙のほぼ全面に光を照射するため、トナー以外の余計な用紙部分を暖めることになり、用紙上のトナーを暖める手段としては余計な電力を消費することとなる。
【０００７】
また、特許文献２に開示された方法では、トナーの光反射率が複写用紙９０３に比べて低いため、トナーで反射したレーザ光９１０のエネルギーは著しく低下し、トナーを十分に予熱できず、定着が不十分なトナーが発生するという問題があり、また、トナーを定着させるためにレーザ光源９０４の出力密度を高くした場合には、レーザ光９１０の直接照射を受けたトナーの表面が集中的に熱され、トナーの水分が蒸発し、ボイドが発生してしまうという問題があった。なお、ここでボイドとは光定着特有の印字欠陥で、トナーや記録用紙の水分が定着の際に突沸することでトナー像の一部が欠損し、穴ぼこ状の欠陥が発生する現象を意味する。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、余計な電力消費を抑えつつ、十分な定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るレーザ定着装置は、光を照射する光照射部と、光照射部からの光を複数の分割光へと分割する分割光学系と、前記複数の分割光が、それぞれ記録用紙上の別の位置を照射するように配置された照射光学系と備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記照射光学系は、反射ミラーと、前記複数の分割光に前記記録用紙上を走査させる走査ミラーとを有することが好ましい。
【００１１】
さらに、前記反射ミラーは、前記複数の分割光の内２つ以上が、同一の前記走査ミラーへ導かれるように配置されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記複数の分割光は、前記記録用紙の搬送方向の下流側に照射される分割光の出力が小さく分割されることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される分割光の出力が、その他の分割光の出力の総和よりも大きくなるように、前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される前記分割光の照射位置と、最も下流から２番目に下流側に照射される前記分割光の照射位置との距離が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下となるように、前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記光照射部は、光源を複数備えることが好ましい。さらに、前記光照射部の出力を制御する制御部を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置は、前記レーザ定着装置を備えることを特徴とする。本発明に係るレーザ定着方法は、前記レーザ定着装置において、前記制御部は前記複数の分割光のいずれの照射位置にもトナーが無ければ、前記光照射部の出力を切り、いずれかの照射位置にトナーが存在すれば前記光照射部の出力を入れることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
余計な電力消費を抑えつつ、十分な定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１における画像定着部の概略構成図である。
【図２】実施形態１における分割光による記録用紙の走査を示した図である。
【図３】実施形態１における分割光がトナーへ照射される様子を示した図である。
【図４】実施形態２における画像定着部の概略構成図である。
【図５】実施形態２におけるレーザ光による記録用紙の走査を示した図である。
【図６】実施形態２における分割光がトナーへ照射される様子を示した図である。
【図７】実施形態３における定着部材の斜視図である。
【図８】実施形態３におけるレーザ光ヘッドの断面図である。
【図９】実施形態３におけるレーザ光ヘッドの側面図である。
【図１０】実施形態３における分割光帯による記録用紙の走査を示した図である。
【図１１】従来技術に係るレーザ定着装置の構成例を示した図である。
【図１２】従来技術に係るレーザ定着装置の概念を示す構成図である。
【図１３】従来技術に係るレーザ定着装置の一実施例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るレーザ定着装置及び、それを備えた画像形成装置の一例について、図面を参照して説明する。尚、本明細書中では、記録用紙搬送路上で、記録用紙が進む方向を基準に、上流、下流という用語を用いる。
【００２０】
〔実施形態１〕
（画像定着部の構成）
図１は、実施形態１における画像定着部の概略図を表す。実施形態１では、定着部７１として、単体のレーザ光源から発した光を２つに分割して、記録用紙に照射する画像定着部について説明する。
【００２１】
画像定着部７０は、画像形成部（図示せず）で形成された未定着のトナー画像を、記録用紙に定着させる。そして、画像定着部７０で形成されたトナー定着済みの記録用紙は、画像形成装置１の外へ排出される。画像定着部７０は、定着部７１及び搬送部材７２を備え、定着部７１は、レーザ光源７１ａ、ポリゴンミラー７１ｂ、補正レンズ７１ｃ、反射ミラー７１ｄ及びビームスプリッタ１０１を備える。
【００２２】
レーザ光源７１ａは、記録用紙８０上のトナー８１を定着させるためのレーザ光を発する１ビーム方式の半導体レーザ光源で、実施形態１におけるレーザ光の強度は１５０Ｗ、波長は７８０ｎｍ、ビーム径及びスポット径は５０μｍである。また、レーザ光源７１ａは、制御部（図示せず）によって、レーザ光のＯＮ・ＯＦＦ、レーザ光の強度、ビーム径及びスポット径を可変制御できる。レーザ光源７１ａが１ビーム方式の場合、単位面積当たりの出力が大きく、短時間の照射でトナー８１を加熱するのに十分な熱量をトナー８１に与えることができる。
【００２３】
ビームスプリッタ１０１は、レーザ光源７１ａが発したレーザ光から２つの分割光に分割する光分割部材で、入射した光の一部を反射し、残りを透過する機能を有する。ビームスプリッタ１０１は、直角プリズムを二つ貼り合わせたもので、接合面には誘電体多層膜や金属薄膜のコーティングが施してあり、簡単なものはガラス膜でできている。但し、ビームスプリッタ１０１はプリズムに限定されるものではなく、平面型、ウェッジ基板型を用いてもよい。
【００２４】
ビームスプリッタ１０１で反射した光の強度と透過した光の強度との比は４：１である。すなわち、レーザ光源７１ａが発したレーザ光の強度は１５０Ｗであるため、ビームスプリッタ１０１で反射した光（以下、反射光と記す）の強度は１２０Ｗ、透過した光（以下、透過光と記す）の強度は３０Ｗとなる。但し、ビームスプリッタ１０１は、光の強度を７１に分割するものに限定されるものではなく、トナーの特性、レーザ光の強度、レーザ光のスポット半径、記録用紙の定着速度等を鑑み、所定の比率に分割できればよい。
【００２５】
図２は、２本のレーザ光による記録用紙８０の走査を示した図である。ポリゴンミラー７１ｂは、高速回転することにより、照射されたレーザ光を記録用紙８０の横方向（搬送方向に略直交する方向）に走査させる走査ミラーである。厳密には、ポリゴンミラー７１ｂによって反射ミラー７１ｄが横方向に走査され、反射ミラー７１ｄで反射された光が、記録用紙８０を横方向に走査する。実施形態１では、定着部７１は、各分割光、すなわち反射光と透過光と、それぞれに対してポリゴンミラー７１ｂを１つずつ、つまり合計で２つ備えている。
【００２６】
補正レンズ７１ｃは、レーザ光の偏向により生じる収差を補正することができ、ポリゴンミラー７１ｂで反射されたレーザ光を、反射ミラー７１ｄに導くことで、記録用紙８０の全域を走査することが可能となる。さらに、搬送部材７２によって記録用紙８０を搬送することで、記録用紙８０の全域に、レーザ光を照射することが可能となる。ここで、補正レンズ７１ｃとしては、ｆθレンズを用いるが、これに限定されるものではなく、集光レンズなどを用いてもよい。
【００２７】
反射ミラー７１ｄは、レーザ光を、ポリゴンミラー７１ｂ及び補正レンズ７１ｃを経由させ、記録用紙８０へ照射させるためのもので、レーザ光源７１ａ、ビームスプリッタ１０１、ポリゴンミラー７１ｂ及び補正レンズ７１ｃの位置関係によって、適当な位置及び枚数が設置される。実施形態１では、透過光をポリゴンミラー７１ｂまで導くために１枚の反射ミラー７１ｄを用い、ポリゴンミラー７１ｂによって導かれた反射光及び透過光を、補正レンズ７１ｃ通過後に、記録用紙８０へ導くために、それぞれ１枚の反射ミラー７１ｄが用いられた。また、反射ミラー７１ｄは、透過光が上流側、反射光が下流側に導かれるように設置された。
【００２８】
搬送部材７２は、記録用紙８０を搬送するためのものである。尚、搬送部材７２が記録用紙８０を搬送する速度は、定着速度と呼ばれる。
【００２９】
画像定着部７０は、記録用紙８０の表面に形成された未定着のトナー画像を、レーザ光の熱によって記録用紙８０に定着させるものである。より具体的には、記録用紙８０のレーザ光が照射される位置に、所定の定着速度および複写速度で未定着トナー像を担持した記録媒体が搬送され、レーザ光の熱によって定着が行われる。
【００３０】
実施形態１では、最大定着速度は２２５ｍｍ／ｓｅｃ、最大複写速度は５０枚/分（Ａ４横送り）であり、後述するように定着速度及び複写速度は画像パターンにより可変制御される。
【００３１】
定着部７１からの２つのレーザ光、すなわち、透過光と反射光とは、記録用紙８０上のそれぞれ別の位置を照射する。搬送部材７２の上流には透過光（３０Ｗ）が、下流には反射光（１２０Ｗ）が照射され、２つの照射位置に、共にトナー８１が存在しなければ、レーザ光源の出力を切り、それ以外はレーザ光源の出力を入れる制御を行った。記録用紙８０上に、トナー８１が存在するか否かは、記憶部４０に保存された画像データを基にして判断される。
【００３２】
（定着方法）
図３は、単体のレーザ光源から発した２つの分割光、すなわち透過光及び反射光がトナー８１へ照射される様子を表した図である。実線矢印は反射光（１２０Ｗ）を、破線矢印は透過光（３０Ｗ）を表し、記録用紙８０上の円はトナー８１を表す。また、図３は（ａ）〜（ｄ）を時系列順に並べている。
【００３３】
図３（ａ）は透過光（３０Ｗ）によってトナー８１表面が熱される様子を表し、図３（ｂ）はトナー８１表面の熱がトナー８１全体に伝導した様子を表し、図３（ｃ）は更に反射光（１２０Ｗ）によって熱される様子を表し、図３（ｄ）はトナー８１が記録用紙８０に定着された様子を表す。
【００３４】
トナー８１は、まず透過光（３０Ｗ）によって表面が約１００度まで加熱され、反射光（１２０Ｗ）を照射するまでに時間を置く事により、トナー８１全体に熱が伝導する。図３（ｂ）では、反射光（１２０Ｗ）及び透過光（３０Ｗ）の照射位置に、トナー８１が存在しないため、レーザ光はＯＦＦとなる。そして、その後、更に反射光（１２０Ｗ）がトナー８１へと照射され、トナー８１は約１６０度まで加熱され、図３（ｄ）に示すように、トナー８１は記録用紙８０に定着される。
【００３５】
また、記録用紙８０上において透過光が照射される位置と反射光が照射される位置との間の距離は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。もし、５ｍｍよりも距離を近くすれば、透過光（３０Ｗ）を照射してからトナー８１下層に熱が伝導する時間を確保することができず、反射光（１２０Ｗ）を照射する際にトナー８１表層が突沸しやすくなる。また、３０ｍｍよりも距離を遠くすると、透過光（３０Ｗ）を照射してから反射光（１２０Ｗ）を照射するまでにトナー８１が冷めてしまうため、定着性が悪くなる。
【００３６】
実施形態１におけるレーザ定着装置は、トナー８１を定着させるのに必要なエネルギーを、ビームスプリッタ１０１によって、２度に分けてレーザ光照射する構成をとることで、トナー８１温度が急激に上昇することがなく、１度に全てのエネルギーをレーザ光照射する場合に比べて、ボイドの発生を抑えることができた。
【００３７】
また、レーザ定着装置とは、別にフラッシュ定着装置を設けるような場合に比べ、ビームスプリッタ１０１によってレーザ光を分割する構成にすることで、余計な電力消費を抑えつつ、定着ができ、ボイドの発生を抑えたレーザ定着装置を提供することができた。
【００３８】
〔実施形態２〕
（画像定着部の構成）
図４は、実施形態２における画像定着部の概略図を表す。実施形態２では、単体のレーザ光源から発したレーザ光を３つに分割して、記録用紙に照射する画像定着部について説明する。
【００３９】
実施形態２において、実施形態１と異なるのは、ビームスプリッタの数、ポリゴンミラーの数及び反射ミラー７１ｄの数のみで、他の構成は実施形態１と同様である。以下、ビームスプリッタ、ポリゴンミラー及び反射ミラーについて説明する。
【００４０】
画像定着装置７０は、ビームスプリッタ２０１及びビームスプリッタ２０２を備える。
【００４１】
ビームスプリッタ２０１及びビームスプリッタ２０２は、レーザ光源７１ａから発光されたレーザ光（出力１５０Ｗ、波長７８０ｎｍ、ビーム径及びスポット径５０μｍ）を、３つに分割する。
【００４２】
ビームスプリッタ２０１で反射した光の強度と透過する光の強度との比は４：１で、ビームスプリッタ２０２で反射した光の強度と透過する光の強度との比は３：２である。
【００４３】
レーザ光源７１ａから発光されたレーザ光２１０は、ビームスプリッタ２０１により、第一反射光２１１（１２０Ｗ）と第一透過光２１２（３０Ｗ）の２つに分割され、第一透過光は、更にビームスプリッタ２０２により、第二反射光２１３（１８Ｗ）と第二透過光２１４（１２Ｗ）に分割される。
【００４４】
ポリゴンミラー７１ｂは、高速回転することにより、照射されたレーザ光を記録用紙８０の横方向（搬送方向に略直交する方向）に走査させるものである。厳密には、反射ミラー７１ｄが横方向に走査され、反射ミラー７１ｄで反射された光が、記録用紙８０を横方向に走査する。実施形態２では、実施形態１とは異なり、第一反射光２１１（１２０Ｗ）、第二反射光２１３（１８Ｗ）及び第二透過光２１４（１２Ｗ）は、同一のポリゴンミラー７１ｂに導かれる。同一のポリゴンミラー７１ｂを共用することで、画像定着部７０を小型化することができる。
【００４５】
実施形態２では、第二反射光２１３、第二透過光２１４を同一のポリゴンミラー７１ｂまで導くために合計５枚の反射ミラー７１ｄを用い、さらに、ポリゴンミラー７１ｂによって反射された光を、補正レンズ７１ｃ通過後に、記録用紙８０へ導くために１枚の反射ミラー７１ｄが用いられた。また、反射ミラー７１ｄは、第一反射光２１１が最上流側、第二透過光２１４が最下流側に導かれるように設置された。
【００４６】
図５は、３本のレーザ光による記録用紙８０の走査を示した図である。定着部７１から照射された３本のレーザ光、第一反射光２１１（１２０Ｗ）、第二反射光２１３（１８Ｗ）及び第二透過光２１４（１２Ｗ）は、記録用紙８０上のそれぞれ別の位置を照射する。搬送部材７２の最上流には第二透過光（１２Ｗ）が、最下流には第一反射光（１２０Ｗ）が、間には第二反射光（１８Ｗ）が照射され、３つの照射位置に、いずれもトナーが存在しなければ、レーザ光源の出力を切り、それ以外はレーザ光源の出力を入れる制御を行った。ここで、記録用紙８０上に、トナーが存在するか否かは、記憶部４０に保存された画像データを基にして判断される。
【００４７】
（定着方法）
図６は、３つの分割光、すなわち、第一反射光２１１（１２０Ｗ）、第二反射光２１３（１８Ｗ）及び第二透過光２１４（１２Ｗ）がトナー８１へ照射される様子を表した図である。実線矢印は第一反射光２１１（１２０Ｗ）、破線矢印は第二反射光２１３（１８Ｗ）、長鎖線矢印は第二透過光２１４（１２Ｗ）を表し、記録用紙８０上の円はトナー８１を表す。また、図６は（ａ）〜（ｄ）を時系列順に並べている。
【００４８】
図６（ａ）は第二透過光（１２Ｗ）によってトナー８１表面が熱される様子を表し、図６（ｂ）は第二反射光（１８Ｗ）によってトナー８１表面が熱される様子を表し、図６（ｃ）は反射光（１２０Ｗ）によって熱される様子を表し、図６（ｄ）はトナー８１が記録用紙８０に定着された様子を表す。
【００４９】
トナー８１は、まず第二透過光（１２Ｗ）によって表面が加熱され、第二反射光（１８Ｗ）が照射されるまでに時間を置く事により、トナー８１全体に熱が伝導する。そして、その後、第二反射光（１８Ｗ）がトナー８１へと照射され、トナー８１は加熱され、第一反射光（１２０Ｗ）が照射されるまでに時間を置く事により、トナー８１全体に熱が伝導する。そして、その後、更に第一反射光（１２０Ｗ）がトナー８１へと照射され、トナー８１は約１６０度まで加熱され、図６（ｄ）に示すように、トナー８１は記録用紙８０に定着される。図６（ｄ）では、第一反射光（１２０Ｗ）、第二反射光（１８Ｗ）及び第二透過光（１２Ｗ）のいずれの照射位置にもトナーが存在しないため、レーザ光はＯＦＦとなる。
【００５０】
また、記録用紙８０上において透過光が照射される位置と反射光が照射される位置との間の距離は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。もし、５ｍｍよりも距離を近くすれば、第二反射光（１８Ｗ）を照射してからトナー８１下層に熱が伝導する時間を確保することができず、第一反射光（１２０Ｗ）を照射する際にトナー８１表層が突沸しやすくなる。また、３０ｍｍよりも距離を遠くすると、第二反射光（１８Ｗ）を照射してから第一反射光（１２０Ｗ）を照射するまでにトナー８１が冷めてしまうため、定着性が悪くなる。
【００５１】
実施形態２におけるレーザ定着装置は、最も下流側に照射された分割光である第一反射光（１２０Ｗ）の出力が、その他の分割光、すなわち、第二反射光（１８Ｗ）及び第二透過光（１２Ｗ）の合計出力よりも大きくすることにより、トナー８１の昇温速度をゆるやかにし、トナー８１の下層も含めて均一に加熱することで、トナー８１の温度が急激に上昇することがなく、一度に加熱する場合に比べ、ボイドの発生を抑えることができた。
【００５２】
また、上流側に照射する分割光の出力ほど小さい構成、すなわち、上流側から第二透過光（１２Ｗ）、第二反射光（１８Ｗ）、第一反射光（１２０Ｗ）の順番に照射することで、トナー８１の昇温速度をゆるやかにし、トナー８１の下層も含めて均一に加熱することで、トナー温度が急激に上昇することがなく、一度に加熱する場合に比べ、ボイドの発生を抑えることができた。
【００５３】
〔実施形態３〕
（画像定着部の構成）
図７は、実施形態３における定着部の斜視図である。実施形態３では、図７に示すように、複数のレーザ光源からなるレーザ光ヘッドから発せられた複数のレーザ光の群（以下、光帯と記す）を、２つに分割して記録用紙に照射する定着部７１について説明する。
【００５４】
実施形態３において、実施形態１と異なるのは、定着部７１のみで、他の構成は実施形態１と同様である。以下、定着部７１の構成について説明する。
【００５５】
定着部７１は、レーザ光ヘッド３１０、ビームスプリッタ３２０、補正レンズ３３０及び反射ミラー７１ｄを備える。レーザ光ヘッド３１０は、実施例１におけるレーザ光源７１ａとは異なり、単体ではなく複数個のレーザ光素子をアレイ状に並べた半導体レーザ光アレイ３１１を備える。
【００５６】
レーザ光ヘッド３１０は、半導体レーザ光アレイ３１１からレーザ光群を照射し、ビームスプリッタ３２０によって、反射光帯３４１の強度と透過光帯３４２の強度が４：１になるように光帯３４０を分割する。反射光帯３４１は補正レンズ３３０で集光し、透過光帯３４２は反射ミラー７１ｄで反射させたものを補正レンズ３３０で集光した上で、記録用紙８０へ照射される。
【００５７】
図８はレーザ光ヘッド３１０の断面図であり、図９はレーザ光ヘッド３１０の側面図である。図８に示すように、レーザ光ヘッド３１０は、半導体レーザアレイ３１１、ヒートシンク３１２及びサーミスタ３１９を備える。半導体レーザアレイ３１１は、波長７８０ｎｍで、定格出力が１５０ｍＷのレーザ光素子３１１ａを１，０００個配列したものを用い、各レーザ光素子３１１ａの配列ピッチｐは０．３ｍｍで、記録用紙８０上に照射されるレーザ光スポット径ｄも０．３ｍｍとする。また、ヒートシンク３１２としては、アルミニウム合金製でベースサイズが３０ｍｍ×３０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、熱抵抗１．６℃／Ｗのヒートシンク（（株）アルファ社製 ＵＢ３０−２０Ｂ）を計１０個一列に並べたもの（トータルの熱抵抗０．１６℃／Ｗ）を用いている。
【００５８】
入力された信号によりレーザ光の出力は可変で、受光素子であるモニター用フォトダイオード３１３からの信号によりレーザ光の出力を一定に保つための制御回路（図示せず）とフォトダイオード３１３とがモノリシックに形成されたシリコン基板３１４に、レーザ光素子３１１ａマウントし、レーザ光素子３１１ａとシリコン基板３１４との間にワイヤーボンド線等で電気的接続を行う。
【００５９】
次に、このレーザ光素子３１１ａ付シリコン基板３１４をセラミック基板３１５上に複数個取り付け、ワイヤーボンディング等によりセラミック基板３１５の表面電極３１６とシリコン基板３１４上の電極との間に電気的接続を行う。最後に、この複数個のレーザ光装置が並んだセラミック基板３１５に、ヒートシンク３１２と、複数個の集光光学系としての複数の凸レンズ３１７とが保持されたレンズホルダー３１８を取り付ける。これにより、本実施例に係るレーザ光ヘッド３１０が製造される。
【００６０】
このレーザ光ヘッド３１０における複数の凸レンズ３１７とレンズホルダー３１８とは、各凸レンズ３１７を樹脂ホルダー等に組み込んだものよりも、樹脂によるレンズ―レンズホルダー一体成形品や、平板ガラスをレンズ状にイオン交換して製造される平板マイクロレンズなどのレンズアレイである方が、価格や工程、組立精度に関して好ましい。
【００６１】
また、凸レンズ３１７やレンズホルダー３１８等の集光光学系を無くし、平行光の状態でトナー画像にレーザ光を照射することも可能である。
【００６２】
図９に示すように、セラミック基板３１５上には、レーザ光ヘッド３１０の温度を測定するための温度センサとして、サーミスタ３１９が取り付けられている。尚、サーミスタ３１９は、セラミック基板３１５の長手方向中央部に配置されている。そして、サーミスタ３１９により検出された温度データに基づいて、制御回路（図示せず）が、レーザ光素子３１１ａに印加する電圧を制御する。
【００６３】
（定着方法）
図１０は、２つのレーザ光帯による記録用紙８０の走査を示した図である。
【００６４】
半導体レーザアレイ３１１から照射された２本のレーザ光帯、反射光帯３４１及び透過光帯３４２は、記録用紙８０上のそれぞれ別の位置を照射し、搬送部材７２の最上流には透過光帯３４２が、最下流には反射光帯３４１が照射される。
【００６５】
更に、詳しく説明すると、半導体レーザアレイ３１１に備えられたレーザ光素子３１１ａから照射された一本のレーザ光３４０ａは、ビームスプリッタ３２０によって、反射光３４１ａと透過光３４２ａに分けられ、搬送部材７２の最上流には透過光３４２ａが、最下流には反射光３４１ａが照射され、２つの照射位置に、いずれもトナーが存在しなければ、レーザ光３４０ａをＯＦＦにし、それ以外はＯＮにする制御を行った。記録用紙８０上に、トナーが存在するか否かは、記憶部４０に保存された画像データを基にして判断される。
【００６６】
レーザ光源が単体の場合は、トナーを定着するために、レーザ光の出力が単体で１５０Ｗと非常に大きなレーザ光源が必要となるが、アレイ状にしてレーザ光源を多数使用することで、１つ当たりのレーザ光の出力を小さくでき、その分多数レーザ光を並べることを考慮しても低消費電力、低コストで構成することができた。
【００６７】
尚、本発明は実施形態１〜３に限定されるものではない。実施形態１及び２では、レーザ光を走査するためにポリゴンミラーを用いたが、本発明はこれに限定されず、レーザ光を走査できる構成であればよく、例えば、ガルバノミラーを用いてもよい。
【００６８】
また、実施形態１〜３において、ビームスプリッタを用いて、レーザ光を２つ又は３つに分割したが、分割光を照射してトナーを定着させることができるならば、いくつに分割してもよく、例えば、４つに分割してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、光源を有したレーザ定着装置、及びそれを具備した画像形成装置に応用できる。
【符号の説明】
【００７０】
７０ 画像定着部
７１ 定着部
７１ａ、９０４ レーザ光源
７１ｂ ポリゴンミラー
７１ｃ、３３０ 補正レンズ
７１ｄ 反射ミラー
７２ 搬送部材
８０ 記録用紙
１０１、２０１、２０２、３２０ ビームスプリッタ
２１０、３４０ａ、９１０ レーザ光
２１１ 第一反射光（１２０Ｗ）
２１２ 第一透過光
２１３ 第二反射光（１８Ｗ）
２１４ 第二透過光（１２Ｗ）
３１０ レーザ光ヘッド
３１１ レーザアレイ
３１２ ヒートシンク
３１３ フォトダイオード
３１４ シリコン基板
３１５ セラミック基板
３１６ 表面電極
３１７ 凸レンズ
３１８ レンズホルダー
３１９ サーミスタ
３４０ 光帯
３４１ 反射光帯
３４１ａ 反射光
３４２ 透過光帯
３４２ａ 透過光
ｐ 配列ピッチ
ｄ レーザ光スポット径
９０１ 感光体ドラム
９０２ 転写コロトロン
９０３ 複写用紙
９０５ モータ
９０６ 回転多面鏡
９０７ 光路補正レンズ
９０８ 平板
９０９ 間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する光照射部と、
光照射部からの光を複数の分割光へと分割する分割光学系と、
前記複数の分割光が、それぞれ記録用紙上の別の位置を照射するように配置された照射光学系と備えることを特徴とするレーザ定着装置。
【請求項２】
前記照射光学系は、
反射ミラーと、
前記複数の分割光に前記記録用紙上を走査させる走査ミラーとを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ定着装置。
【請求項３】
前記反射ミラーは、前記複数の分割光の内２つ以上が、同一の前記走査ミラーへ導かれるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ定着装置。
【請求項４】
前記複数の分割光は、前記記録用紙の搬送方向の下流側に照射される分割光の出力が小さく分割されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項５】
前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される分割光の出力が、その他の分割光の出力の総和よりも大きくなるように、
前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項６】
前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される前記分割光の照射位置と、最も下流から２番目に下流側に照射される前記分割光の照射位置との距離が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下となるように、
前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項７】
前記光照射部は、光源を複数備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項８】
前記光照射部の出力を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項９】
請求項１から８いずれかに記載のレーザ定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８記載のレーザ定着装置において、
前記制御部は前記複数の分割光のいずれの照射位置にもトナーが無い場合には、前記光照射部の出力を切り、いずれかの照射位置にトナーが存在する場合には、前記光照射部の出力を入れることを特徴とするレーザ定着方法。
【請求項１】
光を照射する光照射部と、
光照射部からの光を複数の分割光へと分割する分割光学系と、
前記複数の分割光が、それぞれ記録用紙上の別の位置を照射するように配置された照射光学系と備えることを特徴とするレーザ定着装置。
【請求項２】
前記照射光学系は、
反射ミラーと、
前記複数の分割光に前記記録用紙上を走査させる走査ミラーとを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ定着装置。
【請求項３】
前記反射ミラーは、前記複数の分割光の内２つ以上が、同一の前記走査ミラーへ導かれるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ定着装置。
【請求項４】
前記複数の分割光は、前記記録用紙の搬送方向の下流側に照射される分割光の出力が小さく分割されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項５】
前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される分割光の出力が、その他の分割光の出力の総和よりも大きくなるように、
前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項６】
前記記録用紙の搬送方向の最も下流側に照射される前記分割光の照射位置と、最も下流から２番目に下流側に照射される前記分割光の照射位置との距離が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下となるように、
前記分割光学系、及び前記照射光学系が配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項７】
前記光照射部は、光源を複数備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項８】
前記光照射部の出力を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項９】
請求項１から８いずれかに記載のレーザ定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８記載のレーザ定着装置において、
前記制御部は前記複数の分割光のいずれの照射位置にもトナーが無い場合には、前記光照射部の出力を切り、いずれかの照射位置にトナーが存在する場合には、前記光照射部の出力を入れることを特徴とするレーザ定着方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１５０３７３（Ｐ２０１２−１５０３７３Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４６３（Ｐ２０１１−１０４６３）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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