レーザ定着装置
【課題】 レーザ定着時に用紙が急激に加熱されることがなく、トナー像にブリスターやボイドを発生させないレーザ定着装置を提供する。
【解決手段】 レーザ光を照射するレーザ照射手段と、レーザ照射手段に、トナーが転写された用紙を搬送する用紙搬送手段とを有するレーザ定着装置であって、トナーにレーザ光を２回以上照射することを特徴とする。
【解決手段】 レーザ光を照射するレーザ照射手段と、レーザ照射手段に、トナーが転写された用紙を搬送する用紙搬送手段とを有するレーザ定着装置であって、トナーにレーザ光を２回以上照射す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、複写機や各種プリンタなどに組み込まれる定着装置に関し、詳しくは、記録紙上に形成された未定着のトナー像にレーザビームを照射し、発生した熱により記録紙上にトナー像を定着させるレーザ定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機や各種プリンタ等は、用紙上に転写されたトナー像を定着させるため各種の定着装置を備えている。近年では、消費電力の少ないレーザ定着装置が提案されている。
【０００３】
図７は、特許文献１に開示されているレーザ定着装置の模式図である。特許文献１のレーザ定着装置は、２個の半導体レーザにより２本のレーザ光Ｌ２、Ｌ３を出力する定着用レーザ光源８０を備える。定着レーザ光は、光学レンズａ１を通り、ポリゴンミラー８１により走査され、ミラー８２よって反射されて、用紙７８のＭ２上の同じポイントに同時に照射され、用紙上のトナー像が定着される。特許文献１のレーザ定着装置によれば、各々のレーザ光Ｌ２、Ｌ３を同一領域のトナー像に焦点を重ね合せることで、比較的低出力の半導体レーザであっても、パワー不足を補いトナーを溶かしてレーザ定着を行なうことができる。
【０００４】
図８は、特許文献２に開示されているレーザ定着装置の模式図である。特許文献２のレーザ定着装置は、感光体９０の転写点後方に、半導体素子を複数個一列状に配列した基板９１、９２を搬送方向に直交して配置し、基板９１、９２の下部に配置したセルフォックスレンズアレイ９３、９４を介して、用紙の横幅に亘ってレーザを線状に集光照射できるようになっている。特許文献２のレーザ定着装置によれば、レーザを走査する光学駆動機構が不要であるため、定着装置自体を簡単な構成にすることができ、レーザビームを同時照射で行なうことによる作業能率の向上も得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５５５１６号公報（２００５年３月３日公開）
【特許文献２】特開昭５９−１５２４７２号公報（１９８４年８月３１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や特許文献２のように、トナー像にレーザ光を照射して定着させる従来のレーザ定着装置では、図９に示す電子顕微鏡写真のように、レーザ定着されたトナーに、ブリスター９５と呼ばれるドーム状の膨らみや、ボイド９６と呼ばれる欠損部が生じ、画像の品質が劣化するという問題があった。
【０００７】
これは、レーザ定着では、レーザ光の照射によりトナー像が短時間に溶融され、トナー像からの熱伝導により用紙も急激に加熱されるので、用紙の繊維内に含まれる水分が水蒸気に相変化して体積が１０００倍以上に膨張することによって発生すると考えられる。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ定着時にトナー像にブリスターやボイドを発生させないレーザ定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のレーザ定着装置は、レーザ光を照射するレーザ照射手段と、レーザ照射手段に、トナーが転写された用紙を搬送する用紙搬送手段とを有するレーザ定着装置であって、トナーにレーザ光を２回以上照射することを特徴とする。
【００１０】
また、レーザ照射手段は、トナーを定着させる照射エネルギー量を分割して照射することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のレーザ定着装置において、レーザ照射手段は、レーザ光をスポット状に集光して、用紙の搬送方向と直交する方向に走査し、用紙搬送手段は、用紙にスポット状のレーザ光が搬送方向で重複するように、用紙を搬送することを特徴とする。
【００１２】
また、レーザ光のスポット形は楕円形であり、スポット形の長軸が搬送方向に向いていることを特徴とする。
【００１３】
また、レーザ照射手段は、トナーが転写されていない箇所にはレーザ光の照射を行なわないことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のレーザ定着装置において、レーザ照射手段は、用紙に線状のレーザ光を間欠的に照射し、用紙搬送手段は、線状のレーザ光が照射されない休止期間に、線状のレーザ光の線幅以下のピッチで用紙を送ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ定着時にトナー像にブリスターやボイドを発生させないレーザ定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例のレーザ定着装置を含む画像形成装置を示す図である。
【図２】実施例１のレーザ定着装置の構成を示す図である。
【図３】実施例１のレーザ光の照射方法を説明する図である。
【図４】多重照射時の照射エネルギー量を説明する図である。
【図５】実施例２のレーザ定着装置の構成を示す図である。
【図６】実施例２のレーザ光の照射方法を説明する図である。
【図７】従来のレーザ定着装置を示す図である。
【図８】従来のレーザ定着装置を示す図である。
【図９】トナー像に発生したブリスターとボイドを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものとする。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の定着装置を有する画像形成装置の全体の構成を模式的に示した図である。画像形成装置１は、電子写真方式のプリンタであり、ネットワーク上の端末装置から送信される画像データ等に基づいて、所定の用紙に対して多色または単色の画像を形成する。なお、画像形成装置１は複合機または複写機に設けられるプリンタであってもよい。
【００１９】
画像形成装置１は、図１に示すように、光学系ユニット２、可視像形成ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、中間転写ベルト４、２次転写ユニット５、レーザ定着装置６、内部給紙ユニット７および手差し給紙ユニット８を備えている。
【００２０】
図１に示すように、可視像形成ユニット３ａは感光体ドラム１１ａを有し、可視像形成ユニット３ｂは感光体ドラム１１ｂを有し、可視像形成ユニット３ｃは感光体ドラム１１ｃを有し、可視像形成ユニット３ｄは感光体ドラム１１ｄを有するものである。
【００２１】
光学系ユニット２は、レーザ光源から射出される光が４組の可視像形成ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの感光体ドラムを露光するように設計されている。詳しくは、光学系ユニット２は、メモリから読出した画像データ、または外部の装置から転送されてきた画像データに応じてレーザ光を出射するレーザ光源、レーザ光を偏向するポリゴンミラー、偏向されたレーザ光を補正するｆ−θレンズなどから構成されている。そして、入力画像データに応じて、帯電された感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを露光することにより、その表面に画像データに応じた静電潜像を形成する。
【００２２】
可視像形成ユニット３ａは、感光体ドラム１１ａの他、感光体ドラム１１ａの周囲に配置される現像ユニット１２ａ、帯電ユニット１３ａ、クリーニングユニット１４ａおよび１次転写ユニット１５ａを有する。現像ユニット１２ａにはブラック（Ｂ）のトナーが収容されている。
【００２３】
帯電ユニット１３ａは、感光体ドラム１１ａの表面を帯電するものである。帯電ユニット１３ａとしては、感光体ドラム１１ａの表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、ローラ方式のものが採用される。現像ユニット１２ａは、光学系ユニット２からの照射光によって感光体ドラム１１ａの表面に形成された静電潜像に対しトナーを供給してトナー像を形成するためのものである。１次転写ユニット１５ａは、中間転写ベルト４を介して感光体ドラム１１ａを押圧するように配置されており、感光体ドラム１１ａの表面のトナー像を中間転写ベルト４に転写するための転写装置である。クリーニングユニット１４ａは、トナー像を転写した後の感光体ドラム１１ａの表面に残存しているトナーを除去するためのものである。
【００２４】
他の３組の可視像形成ユニット３ｂ，３ｃ，３ｄは、可視像形成ユニット３ａと同様の構成であるため、以下では可視像形成ユニット３ｂ，３ｃ，３ｄの各構成部材の説明を省略する。但し、各可視像形成ユニットの現像ユニット１２ｂ，１２ｃ，１２ｄには、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナーが収容されている。
【００２５】
中間転写ベルト４は、用紙搬送方向に沿って並設された可視像形成ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに沿って、テンションローラ４ａ，４ｂにより撓むことなく配置されている。中間転写ベルト４において、テンションローラ４ｂ側には廃トナーボックス１７が当接配置され、テンションローラ４ａ側には２次転写ユニット５が当接配置されている。
【００２６】
２次転写ユニット５は、中間転写ベルト４に一時的に転写されたトナー像を用紙に転写するためのものである。
【００２７】
レーザ定着装置６は、用紙上の未定着トナー画像にレーザ光を照射して該未定着トナー画像を溶融して用紙上に定着させるレーザ照射手段３０と、用紙を搬送する用紙搬送手段４０とを備え、レーザ光によりトナー像を用紙に定着するものである。このレーザ定着装置６は、２次転写ユニット５の用紙搬送方向下流側に配置されている。
【００２８】
光学系ユニット２の下方には、内部給紙ユニット７が設けられ、装置本体の外側の側面には手差し給紙ユニット８が設けられている。画像形成装置１の上部には排紙トレイ１８が設けられている。この排紙トレイ１８は、印刷済みの用紙をフェイスダウンで載置するためのものである。
【００２９】
また、画像形成装置１には、内部給紙ユニット７の用紙および手差し給紙ユニット８の用紙を２次転写ユニット５やレーザ定着装置６を経由させて排紙トレイ１８に案内するための用紙搬送路Ｆが設けられている。
【００３０】
用紙搬送路Ｆには、給紙ローラ７ａ・８ａ、レジストローラ１９、２次転写ユニット５、レーザ定着装置６、搬送ローラｒ等が配置されている。
【００３１】
搬送ローラｒは、用紙の搬送を促進・補助するための小型のローラであり、用紙搬送路Ｆに沿って複数設けられている。給紙ローラ７ａは、内部給紙ユニット７の端部に備えられ、内部給紙ユニット７から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｆに供給する呼び込みローラである。給紙ローラ８ａは、手差し給紙ユニット８の近傍に備えられ、手差し給紙ユニット８から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｆに供給する呼び込みローラである。
【００３２】
レジストローラ１９は、用紙搬送路Ｆにて搬送されている用紙を一旦保持し、中間転写ベルト４上のトナー像の先端と用紙の先端とを合わせるタイミングで用紙を２次転写ユニット５の転写部に搬送するものである。
【００３３】
つぎに、用紙搬送について説明する。画像形成装置１には、図１に示すように、上述したように予め用紙を収納する内部給紙ユニット７および少数枚の印字を行う場合等に使用される手差し給紙ユニット８が配置されている。これら両ユニットには各々給紙ローラ７ａ・８ａが配置され、これら給紙ローラ７ａ・８ａによって用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｆに供給するようになっている。
【００３４】
片面印字の場合、内部給紙ユニット７から搬送される用紙は、用紙搬送路Ｆ中の搬送ローラｒによってレジストローラ１９まで搬送され、レジストローラ１９により用紙の先端と中間転写ベルト４上の積層されたトナー像の先端とが整合するタイミングで２次転写ユニット５の転写部に搬送される。転写部では中間転写ベルト４に形成されたトナー像が用紙上に転写され、このトナー像はレーザ定着装置６にて用紙上に定着される。その後、用紙は排紙ローラ１８ａから排紙トレイ１８上に排出される。
【００３５】
また、手差し給紙ユニット８から搬送される用紙は、複数の搬送ローラｒによってレジストローラ１９まで搬送される。それ以降の用紙搬送動作は、上述した内部給紙ユニット７から供給される用紙と同様の経過を経て排紙トレイ１８に排出される。
【００３６】
一方、両面印字の場合、上記のようにして片面印字が終了してレーザ定着装置６を通過した用紙が排紙ローラ１８ａに搬送され、用紙の後端が排紙ローラ１８ａにてチャックされる。その後、用紙は、排紙ローラ１８ａが逆回転することによって反転搬送路Ｆ´に導かれ、再びレジストローラ１９を経て裏面印字が行われた後に、排紙トレイ１８に排出される。
【００３７】
つぎに、画像形成装置１における画像形成処理について説明する。可視像形成ユニット３ａでは、感光体ドラム１１ａの表面が帯電ユニット１３ａにより一様に帯電された後、光学系ユニット２により感光体ドラム１１ａ表面に静電潜像が形成される。その後、現像ユニット１２ａによって感光体ドラム１１ａ上の静電潜像を現像してトナー像を形成する。感光体ドラム１１ａ上で顕像化されたトナー像は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された１次転写ユニット１５ａにより中間転写ベルト４上に転写される。なお、他の３組の可視像形成ユニット３ｂ，３ｃ，３ｄにおいても、可視像形成ユニット３ａと同様に画像形成が行われ、トナー画像が順次中間転写ベルト４上で重ねられるようになっている。
【００３８】
そして、中間転写ベルト４上に形成されたトナー画像は、トナー画像とは逆極性のバイアス電圧が印加された２次転写ユニット５によって用紙に転写される。トナー画像が転写された用紙は、レーザ定着装置６に搬送され、レーザ定着装置６においてレーザ照射により未定着トナー像が加熱されて用紙上に融着された後、排紙ローラ１８ａにより外部の排紙トレイ１８上に排出される。
【００３９】
図２は、実施例１のレーザ定着装置６の構成を示す斜視図である。図２を用いて、実施例１のレーザ定着装置６の構成について詳細に説明する。
【００４０】
レーザ定着装置６は、図２に示すように、レーザ照射手段３０と、用紙搬送手段４０とを備えている。また、レーザ定着装置６は、レーザ照射手段３０および用紙搬送手段４０の動作を制御する制御装置（図示省略）に接続されている。
【００４１】
レーザ定着装置６においては、図２に示すように、用紙搬送手段４０が用紙Ｐを搬送方向Ｆに搬送し、レーザ照射手段３０がスポット状のレーザ光Ｌを搬送されている用紙Ｐに向けて照射し、走査方向Ｓに繰り返し走査するようになっている。用紙Ｐの表面に集光されたレーザスポットＬＳは、用紙Ｐの表面に転写されたトナーに順次照射され、トナーが熱溶融して用紙Ｐに定着する。図２において、符号Ｔ１は未定着のトナー、Ｔ２は定着したトナーを示すものである。
【００４２】
つぎに、レーザ照射手段３０について説明する。レーザ照射手段３０は、図２に示すように、レーザ素子３１、コリメートレンズ３２、ホモジナイザー（図示省略）、ポリゴンミラー３３、ｆ−θレンズ３４を備えている。
【００４３】
レーザ素子３１は、例えば、光出力は２０Ｗ、波長８０８ｎｍの赤外線レーザ光を出射する赤外ＬＤを複数個並べて総出力３４０Ｗとして使用している。レーザ光の波長は、赤外光に限定されず、トナーに最も吸収される波長を選択することが好ましい。トナー中に含まれる吸収材料を調整すれば、紫外光を用いることも可能である。赤外ＬＤの他にも、半導体ＬＤ、固体ＬＤ等を用いることができる。
【００４４】
レーザ素子３１から出射されるレーザ光Ｌは、合成ガラス製のコリメートレンズ３２を通し平行光にして、集光部の光強度分布をホモジナイザーで整えた後、ポリゴンミラー３３に入射される。
【００４５】
ポリゴンミラー３３は、回転軸と平行に多数のミラー面を備え、ポリゴンミラー３３が回転しながらミラー面の角度を変えることにより、レーザ光Ｌを用紙Ｐの搬送方向Ｆと直交する方向Ｓに繰り返し走査する。また、走査されるレーザ光Ｌは、ｆ−θレンズ３４を通過することで、常に用紙Ｐの表面に集光するように構成されている。
【００４６】
つぎに、用紙搬送手段４０について説明する。用紙搬送手段４０は、図２に示すように、搬送ベルト４１、駆動ローラ４２、従動ローラ４３、吸着チャージャー４４、分離チャージャー４５、除電チャージャー４６、分離爪４７、駆動モータ（図示省略）を備えている。
【００４７】
搬送ベルト４１は、ベルト厚７５（μｍ）、体積抵抗率１．０×１０１６（Ω・ｃｍ）のポリイミド樹脂からなる無端状のベルト部材であり、駆動ローラ４２および従動ローラ４３に張架されている。
【００４８】
駆動ローラ４２は、制御装置が駆動モータを駆動することで、所定の回転速度で回転するようになっている。すなわち、搬送ベルト４１は、駆動ローラ４２の回転によりＴ方向に所定の用紙搬送速度Ｖｐ（ｍｍ／ｓｅｃ）で搬送される。また、搬送ベルト４１の周囲には、吸着チャージャー４４、分離チャージャー４５、除電チャージャー４６、分離爪４７が設けられている。
【００４９】
このように構成された用紙搬送手段４０において、２次転写ユニット５から搬送されてきた用紙Ｐは、搬送ベルト４１の表面における、従動ローラ４３と吸着チャージャー４４との間の領域に送り込まれる。
【００５０】
従動ローラ４３は導電性材料で構成されて接地されている。搬送ベルト４１の表面のうち、従動ローラ４３に対向する位置において、吸着チャージャー４４によって用紙に電荷を与えることにより、用紙Ｐと搬送ベルト４１とが誘電分極を起こす。これにより、用紙Ｐは搬送ベルト４１の表面に静電吸着される。
【００５１】
駆動ローラ４２の駆動によって搬送ベルト４１はＴ方向に動いており、これにより、搬送ベルト４１の表面に吸着される用紙Ｐはレーザ光が照射されている領域に搬送されるようになっている。
【００５２】
用紙Ｐはレーザ光が照射されている領域に搬送され、レーザ光が照射されたトナー像は熱溶融して用紙Ｐに定着される。このレーザ定着の工程については後で詳細に説明する。
【００５３】
トナー像の定着が行われた後、用紙Ｐは、搬送ベルト４１に静電吸着された状態で、分離チャージャー４５と駆動ローラ４２との間に搬送される。駆動ローラ４２は導電性材料で構成され接地されている。分離チャージャー４５は、搬送ベルト４１に載せられている用紙Ｐの表面を除電するものである。この除電によって、搬送ベルト４１と用紙Ｐとの間の静電吸着力が弱められる。
【００５４】
静電吸着力が弱められた後の用紙Ｐは、駆動ローラ４２に沿って大きな曲率で回動することにより、その先端が搬送ベルト４１から浮き上がる。さらに、用紙Ｐは、分離爪４７により搬送ベルト４１から完全に分離するようになっている。用紙Ｐが剥離された後の搬送ベルト４１は、除電チャージャー３６により表面および裏面が除電された後、再び用紙Ｐの吸着位置へ移動する。
【００５５】
図３は、レーザ定着工程を説明するための図であり、用紙Ｐに照射されるレーザスポットＬＳと、レーザスポットＬＳが走査されて形成される照射領域Ａを示している。図３に示すように、用紙Ｐを搬送方向Ｆに搬送しながら、レーザスポットＬＳの走査を、例えば、走査Ｓ１から走査Ｓ４まで４回行なうと、レーザスポットＬＳの高さＳＨ１で帯状の照射領域Ａ１〜Ａ４が形成される。レーザスポットＬＳは、例えば、高さＳＨ１が１．７ｍｍ、幅ＳＷ１が１ｍｍの楕円形であり、レーザスポットＬＳの長軸が搬送方向に向いている。各照射領域Ａ１〜Ａ４の面積は、それぞれ、レーザスポットＬＳの高さＳＨ１とレーザスポットＬＳの走査長の積となる。なお、図３では、各照射領域Ａ１〜Ａ４を区別するため、レーザ照射の開始位置をずらして図示しているが、走査方向でレーザ照射の開始位置と終了位置は揃うようになっている。
【００５６】
本実施例のレーザ定着装置６では、図３に示すようにレーザスポットＬＳの走査速度と用紙Ｐの搬送速度を調整して、レーザスポットＬＳの走査毎に形成される照射領域Ａ１〜Ａ４を走査前後で重複させ、複数回レーザ照射される領域（多重照射領域Ｂ１〜Ｂ３）を形成している。
【００５７】
例えば、走査速度は１１６ｍ／ｓで、１回の走査周期は３．８８ｍｓであり、搬送速度は走査周期の間に用紙Ｐを０．８５ｍｍの送り量（Ｆ１）で搬送するように設定している。レーザスポットＬＳの高さＳＨ１が１．７ｍｍに対して、送り量Ｆ１が０．８５ｍｍなので、多重照射領域Ｂ１〜Ｂ３はそれぞれの照射領域Ａが半分づつ重複したものとなっている。
【００５８】
図４は、トナー像が熱溶融し定着するのに要する照射エネルギーＥをグラフ化したものである。図４（ａ）は従来のレーザ定着装置の場合であり、照射領域Ａ１とＡ２は重複することなく、それぞれの照射領域Ａ１、Ａ２において、レーザ素子３１の出力は、１回の照射でトナーが熱溶融し定着する照射エネルギーが設定されている。
【００５９】
本発明のレーザ定着装置６では、図４（ｂ）に示すように、各照射領域Ａ１〜Ａ３において、レーザ素子３１の１回あたり照射エネルギーが、トナーを定着させるために必要な照射エネルギーの半分となるように設定されており、トナーが形成された領域で２回の照射エネルギーが合計されることにより、トナーが熱溶融して定着するようになっている。なお、最初の照射領域Ａ１において２回目のレーザ照射が行なわれない領域は、トナーが形成されない余白部になるように設定されている。
【００６０】
多重照射領域Ｂでは、各トナー像に対して、１回目のレーザスポットＬＳの照射によりトナーが半分程度が熱溶融し、２回目の照射により完全に熱溶融することにより、トナー像が用紙Ｐに定着される。１回目の照射から２回目の照射までの走査周期の間は、トナー像にレーザスポットＬＳが照射されない休止期間となる。
【００６１】
用紙Ｐはトナー像からの熱伝導により加熱されるが、１回の照射による熱伝導量が小さくなるため、用紙Ｐから発生する水蒸気量は減少する。また、水蒸気が発生しても、休止期間に用紙Ｐの繊維の隙間等から用紙外に放出され、トナー像に取り込まれることがないのでブリスターやボイドが発生しない。
【００６２】
なお、照射領域の重複は、図４（ｃ）に示すように３回以上であってもよい。重複回数を増やすことにより、１回あたりの照射エネルギーを下げることができ、用紙Ｐからの水蒸気量をより減少させることができる。また、水蒸気を逃がす休止期間の回数も増えるので、水蒸気がトナー像に取り込まれることがなくなる。
【００６３】
また、レーザ照射手段３０を制御する制御装置は、画像処理部（図示省略）に接続されている。この画像処理部は、外部から入力した画像データに対して画像処理を施し、画像処理の施された画像データに基づいて露光系ユニットＥを制御し、前記画像データに応じた潜像を感光体ドラムに形成するものである。つまり、前記画像データは用紙Ｐ上のトナー像の形成されている箇所を示したデータであるともいえる。
【００６４】
制御装置は、画像処理部から前記画像データを入力する。そして、制御装置は、用紙Ｐのトナー像の形成されている箇所に選択的にレーザ光が当てられるように、画像データに基づいてレーザ照射手段３０に含まれる半導体レーザ素子３１のオンとオフとを制御する。これにより、用紙Ｐにおいてトナー像の形成されている箇所には必ずレーザ光が当てられ、用紙Ｐにおいてトナー像の形成されていない箇所にはレーザ光の照射されない範囲が生じることになる。このように、トナー像に合せて半導体レーザ素子３１のオンとオフを制御することにより、レーザ定着装置６の消費エネルギーを低減することができる。
【実施例２】
【００６５】
次に、別のレーザ照射手段５０を用いた、レーザ定着装置について説明する。
【００６６】
図５は、実施例２のレーザ照射手段５０の構成を示し、図５（ａ）はレーザ照射手段５０を用紙搬送出口側から見た正面図であり、図５（ｂ）はレーザ照射手段５０を側面から見た図である。なお、実施例２において、レーザ照射手段５０を除く他の構成については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００６７】
実施例２のレーザ照射手段５０は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、セラミック基板５１とシリコン基板５２とを有する構成である。セラミック基板５１には表面電極５３が形成されている。シリコン基板５２には、ドライバ回路５４がモノリシックに形成されている。そして、表面電極５３とシリコン基板５２とがボンディングワイヤによって電気的に接続されている。また、シリコン基板５２には、光源であるレーザ素子５５がマウントされており、レーザ素子５５とドライバ回路５４との間が電気的に接続されている。レーザ素子５５は、例えば波長８０８ｎｍの赤外線レーザ光を出射する赤外ＬＤが用いられる。
【００６８】
さらに、セラミック基板５１にはアルミニウム合金製のヒートシンク５６が取り付けられている。
【００６９】
レーザ照射手段５０は、図５（ａ）に示すように、シリコン基板５２を複数個有しており、各レーザ素子５５を用紙搬送方向と直交する方向に沿って一列に配置している。これにより、用紙Ｐの幅とほぼ同等のレーザ照射幅ＳＷ２でレーザ光Ｌを照射するようになっている。また、図５（ｂ）に示すように、用紙Ｐの搬送方向Ｆに、個々のレーザ素子５５のレーザスポットＬＳの高さＳＨ２でレーザ光Ｌを照射するようになっている。
【００７０】
図６は、実施例２のレーザ定着工程を説明するための図である。実施例２のレーザ定着装置は、レーザ照射手段５０から間欠的にレーザ光Ｌを照射し、各レーザ照射領域Ｃが重複するように、レーザ光Ｌの照射タイミングと用紙Ｐの送り量Ｆ１が設定されている。
【００７１】
図６において、レーザ照射領域Ｃ１〜Ｃ４は、１回のレーザ光Ｌの照射により形成される照射領域であり、各レーザ照射領域Ｃは、レーザ照射幅ＳＷ２とレーザ照射高さＳＨ２で規定される線状となっている。なお、図６では、各照射領域Ｃ１〜Ｃ４を区別するため、各照射領域Ｃの端部の位置をずらして図示しているが、各照射領域Ｃの端部の位置は揃うようになっている。
【００７２】
実施例２のレーザ定着装置は、間欠的に線状のレーザ光Ｌを照射し、レーザ照射領域Ｃが形成される毎に、トナー像の冷却と用紙Ｐの水蒸気を逃すための休止期間を設けて、用紙Ｐを搬送方向Ｆに送り量Ｆ１づつ搬送する。この送り量Ｆ１は、例えば、線状のレーザ光Ｌの線幅ＳＨ２の半分以下、例えば、０．８５ｍｍに設定される。
【００７３】
このように、レーザ光Ｌの照射タイミングと用紙Ｐの送り量Ｆ１を設定することにより、前後のレーザ照射領域Ｃが重複して多重照射領域Ｄが形成される。多重照射領域Ｄにおいて、用紙Ｐに転写されたトナー像にレーザ光を２回に分けて照射することができ、１回目の照射と２回目の照射の間に休止期間を設けることができる。なお、最初の照射領域Ｃ１において２回目のレーザ照射が行なわれない領域は、トナーが形成されない余白部になるように設定されている。
【００７４】
実施例１と同様に、トナー像は、１回目のレーザスポットＬＳの照射により半分程度が熱溶融し、２回目の照射により完全に熱溶融して用紙Ｐに定着される。このため、用紙Ｐはトナー像からの熱伝導により加熱されるが、１回あたりの熱伝導量が小さくなり、用紙Ｐから発生する水蒸気量は減少する。また、水蒸気が発生しても、レーザが照射されない休止期間に用紙Ｐの繊維の隙間等から抜け出し、トナー像に取り込まれることがないのでブリスターやボイドが発生しない。
【００７５】
したがって、実施例２のレーザ定着装置によれば、レーザ照射手段５０が、用紙の横幅のほぼ全長に亘って線状のレーザ光を間欠的に照射し、用紙搬送手段４０が、レーザ光が照射されない休止期間にレーザ光の線幅以下のピッチで用紙を搬送するので、レーザ光Ｌをトナー像に少なくとも２回以上に分けて照射することができ、複数のレーザ光Ｌの照射間に休止期間を設けることができる。このため、トナー像にブリスターやボイドの発生を防止することができる。
【００７６】
以上、本発明のレーザ定着装置を各実施例に基づいて詳細に説明したが、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７７】
６ レーザ定着装置
３０、５０ レーザ照射手段
３１ レーザ素子
３２ コリメートレンズ
３３ ポリゴンミラー
３４ ｆ−θレンズ
４０ 用紙搬送手段
４１ 搬送ベルト
４２ 駆動ローラ
４３ 従動ローラ
４４ 吸着チャージャー
４５ 分離チャージャー
４６ 除電チャージャー
４７ 分離爪３７
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機や各種プリンタなどに組み込まれる定着装置に関し、詳しくは、記録紙上に形成された未定着のトナー像にレーザビームを照射し、発生した熱により記録紙上にトナー像を定着させるレーザ定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機や各種プリンタ等は、用紙上に転写されたトナー像を定着させるため各種の定着装置を備えている。近年では、消費電力の少ないレーザ定着装置が提案されている。
【０００３】
図７は、特許文献１に開示されているレーザ定着装置の模式図である。特許文献１のレーザ定着装置は、２個の半導体レーザにより２本のレーザ光Ｌ２、Ｌ３を出力する定着用レーザ光源８０を備える。定着レーザ光は、光学レンズａ１を通り、ポリゴンミラー８１により走査され、ミラー８２よって反射されて、用紙７８のＭ２上の同じポイントに同時に照射され、用紙上のトナー像が定着される。特許文献１のレーザ定着装置によれば、各々のレーザ光Ｌ２、Ｌ３を同一領域のトナー像に焦点を重ね合せることで、比較的低出力の半導体レーザであっても、パワー不足を補いトナーを溶かしてレーザ定着を行なうことができる。
【０００４】
図８は、特許文献２に開示されているレーザ定着装置の模式図である。特許文献２のレーザ定着装置は、感光体９０の転写点後方に、半導体素子を複数個一列状に配列した基板９１、９２を搬送方向に直交して配置し、基板９１、９２の下部に配置したセルフォックスレンズアレイ９３、９４を介して、用紙の横幅に亘ってレーザを線状に集光照射できるようになっている。特許文献２のレーザ定着装置によれば、レーザを走査する光学駆動機構が不要であるため、定着装置自体を簡単な構成にすることができ、レーザビームを同時照射で行なうことによる作業能率の向上も得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５５５１６号公報（２００５年３月３日公開）
【特許文献２】特開昭５９−１５２４７２号公報（１９８４年８月３１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や特許文献２のように、トナー像にレーザ光を照射して定着させる従来のレーザ定着装置では、図９に示す電子顕微鏡写真のように、レーザ定着されたトナーに、ブリスター９５と呼ばれるドーム状の膨らみや、ボイド９６と呼ばれる欠損部が生じ、画像の品質が劣化するという問題があった。
【０００７】
これは、レーザ定着では、レーザ光の照射によりトナー像が短時間に溶融され、トナー像からの熱伝導により用紙も急激に加熱されるので、用紙の繊維内に含まれる水分が水蒸気に相変化して体積が１０００倍以上に膨張することによって発生すると考えられる。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザ定着時にトナー像にブリスターやボイドを発生させないレーザ定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のレーザ定着装置は、レーザ光を照射するレーザ照射手段と、レーザ照射手段に、トナーが転写された用紙を搬送する用紙搬送手段とを有するレーザ定着装置であって、トナーにレーザ光を２回以上照射することを特徴とする。
【００１０】
また、レーザ照射手段は、トナーを定着させる照射エネルギー量を分割して照射することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のレーザ定着装置において、レーザ照射手段は、レーザ光をスポット状に集光して、用紙の搬送方向と直交する方向に走査し、用紙搬送手段は、用紙にスポット状のレーザ光が搬送方向で重複するように、用紙を搬送することを特徴とする。
【００１２】
また、レーザ光のスポット形は楕円形であり、スポット形の長軸が搬送方向に向いていることを特徴とする。
【００１３】
また、レーザ照射手段は、トナーが転写されていない箇所にはレーザ光の照射を行なわないことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のレーザ定着装置において、レーザ照射手段は、用紙に線状のレーザ光を間欠的に照射し、用紙搬送手段は、線状のレーザ光が照射されない休止期間に、線状のレーザ光の線幅以下のピッチで用紙を送ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ定着時にトナー像にブリスターやボイドを発生させないレーザ定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例のレーザ定着装置を含む画像形成装置を示す図である。
【図２】実施例１のレーザ定着装置の構成を示す図である。
【図３】実施例１のレーザ光の照射方法を説明する図である。
【図４】多重照射時の照射エネルギー量を説明する図である。
【図５】実施例２のレーザ定着装置の構成を示す図である。
【図６】実施例２のレーザ光の照射方法を説明する図である。
【図７】従来のレーザ定着装置を示す図である。
【図８】従来のレーザ定着装置を示す図である。
【図９】トナー像に発生したブリスターとボイドを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものとする。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の定着装置を有する画像形成装置の全体の構成を模式的に示した図である。画像形成装置１は、電子写真方式のプリンタであり、ネットワーク上の端末装置から送信される画像データ等に基づいて、所定の用紙に対して多色または単色の画像を形成する。なお、画像形成装置１は複合機または複写機に設けられるプリンタであってもよい。
【００１９】
画像形成装置１は、図１に示すように、光学系ユニット２、可視像形成ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、中間転写ベルト４、２次転写ユニット５、レーザ定着装置６、内部給紙ユニット７および手差し給紙ユニット８を備えている。
【００２０】
図１に示すように、可視像形成ユニット３ａは感光体ドラム１１ａを有し、可視像形成ユニット３ｂは感光体ドラム１１ｂを有し、可視像形成ユニット３ｃは感光体ドラム１１ｃを有し、可視像形成ユニット３ｄは感光体ドラム１１ｄを有するものである。
【００２１】
光学系ユニット２は、レーザ光源から射出される光が４組の可視像形成ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの感光体ドラムを露光するように設計されている。詳しくは、光学系ユニット２は、メモリから読出した画像データ、または外部の装置から転送されてきた画像データに応じてレーザ光を出射するレーザ光源、レーザ光を偏向するポリゴンミラー、偏向されたレーザ光を補正するｆ−θレンズなどから構成されている。そして、入力画像データに応じて、帯電された感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを露光することにより、その表面に画像データに応じた静電潜像を形成する。
【００２２】
可視像形成ユニット３ａは、感光体ドラム１１ａの他、感光体ドラム１１ａの周囲に配置される現像ユニット１２ａ、帯電ユニット１３ａ、クリーニングユニット１４ａおよび１次転写ユニット１５ａを有する。現像ユニット１２ａにはブラック（Ｂ）のトナーが収容されている。
【００２３】
帯電ユニット１３ａは、感光体ドラム１１ａの表面を帯電するものである。帯電ユニット１３ａとしては、感光体ドラム１１ａの表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、ローラ方式のものが採用される。現像ユニット１２ａは、光学系ユニット２からの照射光によって感光体ドラム１１ａの表面に形成された静電潜像に対しトナーを供給してトナー像を形成するためのものである。１次転写ユニット１５ａは、中間転写ベルト４を介して感光体ドラム１１ａを押圧するように配置されており、感光体ドラム１１ａの表面のトナー像を中間転写ベルト４に転写するための転写装置である。クリーニングユニット１４ａは、トナー像を転写した後の感光体ドラム１１ａの表面に残存しているトナーを除去するためのものである。
【００２４】
他の３組の可視像形成ユニット３ｂ，３ｃ，３ｄは、可視像形成ユニット３ａと同様の構成であるため、以下では可視像形成ユニット３ｂ，３ｃ，３ｄの各構成部材の説明を省略する。但し、各可視像形成ユニットの現像ユニット１２ｂ，１２ｃ，１２ｄには、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナーが収容されている。
【００２５】
中間転写ベルト４は、用紙搬送方向に沿って並設された可視像形成ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに沿って、テンションローラ４ａ，４ｂにより撓むことなく配置されている。中間転写ベルト４において、テンションローラ４ｂ側には廃トナーボックス１７が当接配置され、テンションローラ４ａ側には２次転写ユニット５が当接配置されている。
【００２６】
２次転写ユニット５は、中間転写ベルト４に一時的に転写されたトナー像を用紙に転写するためのものである。
【００２７】
レーザ定着装置６は、用紙上の未定着トナー画像にレーザ光を照射して該未定着トナー画像を溶融して用紙上に定着させるレーザ照射手段３０と、用紙を搬送する用紙搬送手段４０とを備え、レーザ光によりトナー像を用紙に定着するものである。このレーザ定着装置６は、２次転写ユニット５の用紙搬送方向下流側に配置されている。
【００２８】
光学系ユニット２の下方には、内部給紙ユニット７が設けられ、装置本体の外側の側面には手差し給紙ユニット８が設けられている。画像形成装置１の上部には排紙トレイ１８が設けられている。この排紙トレイ１８は、印刷済みの用紙をフェイスダウンで載置するためのものである。
【００２９】
また、画像形成装置１には、内部給紙ユニット７の用紙および手差し給紙ユニット８の用紙を２次転写ユニット５やレーザ定着装置６を経由させて排紙トレイ１８に案内するための用紙搬送路Ｆが設けられている。
【００３０】
用紙搬送路Ｆには、給紙ローラ７ａ・８ａ、レジストローラ１９、２次転写ユニット５、レーザ定着装置６、搬送ローラｒ等が配置されている。
【００３１】
搬送ローラｒは、用紙の搬送を促進・補助するための小型のローラであり、用紙搬送路Ｆに沿って複数設けられている。給紙ローラ７ａは、内部給紙ユニット７の端部に備えられ、内部給紙ユニット７から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｆに供給する呼び込みローラである。給紙ローラ８ａは、手差し給紙ユニット８の近傍に備えられ、手差し給紙ユニット８から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｆに供給する呼び込みローラである。
【００３２】
レジストローラ１９は、用紙搬送路Ｆにて搬送されている用紙を一旦保持し、中間転写ベルト４上のトナー像の先端と用紙の先端とを合わせるタイミングで用紙を２次転写ユニット５の転写部に搬送するものである。
【００３３】
つぎに、用紙搬送について説明する。画像形成装置１には、図１に示すように、上述したように予め用紙を収納する内部給紙ユニット７および少数枚の印字を行う場合等に使用される手差し給紙ユニット８が配置されている。これら両ユニットには各々給紙ローラ７ａ・８ａが配置され、これら給紙ローラ７ａ・８ａによって用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｆに供給するようになっている。
【００３４】
片面印字の場合、内部給紙ユニット７から搬送される用紙は、用紙搬送路Ｆ中の搬送ローラｒによってレジストローラ１９まで搬送され、レジストローラ１９により用紙の先端と中間転写ベルト４上の積層されたトナー像の先端とが整合するタイミングで２次転写ユニット５の転写部に搬送される。転写部では中間転写ベルト４に形成されたトナー像が用紙上に転写され、このトナー像はレーザ定着装置６にて用紙上に定着される。その後、用紙は排紙ローラ１８ａから排紙トレイ１８上に排出される。
【００３５】
また、手差し給紙ユニット８から搬送される用紙は、複数の搬送ローラｒによってレジストローラ１９まで搬送される。それ以降の用紙搬送動作は、上述した内部給紙ユニット７から供給される用紙と同様の経過を経て排紙トレイ１８に排出される。
【００３６】
一方、両面印字の場合、上記のようにして片面印字が終了してレーザ定着装置６を通過した用紙が排紙ローラ１８ａに搬送され、用紙の後端が排紙ローラ１８ａにてチャックされる。その後、用紙は、排紙ローラ１８ａが逆回転することによって反転搬送路Ｆ´に導かれ、再びレジストローラ１９を経て裏面印字が行われた後に、排紙トレイ１８に排出される。
【００３７】
つぎに、画像形成装置１における画像形成処理について説明する。可視像形成ユニット３ａでは、感光体ドラム１１ａの表面が帯電ユニット１３ａにより一様に帯電された後、光学系ユニット２により感光体ドラム１１ａ表面に静電潜像が形成される。その後、現像ユニット１２ａによって感光体ドラム１１ａ上の静電潜像を現像してトナー像を形成する。感光体ドラム１１ａ上で顕像化されたトナー像は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された１次転写ユニット１５ａにより中間転写ベルト４上に転写される。なお、他の３組の可視像形成ユニット３ｂ，３ｃ，３ｄにおいても、可視像形成ユニット３ａと同様に画像形成が行われ、トナー画像が順次中間転写ベルト４上で重ねられるようになっている。
【００３８】
そして、中間転写ベルト４上に形成されたトナー画像は、トナー画像とは逆極性のバイアス電圧が印加された２次転写ユニット５によって用紙に転写される。トナー画像が転写された用紙は、レーザ定着装置６に搬送され、レーザ定着装置６においてレーザ照射により未定着トナー像が加熱されて用紙上に融着された後、排紙ローラ１８ａにより外部の排紙トレイ１８上に排出される。
【００３９】
図２は、実施例１のレーザ定着装置６の構成を示す斜視図である。図２を用いて、実施例１のレーザ定着装置６の構成について詳細に説明する。
【００４０】
レーザ定着装置６は、図２に示すように、レーザ照射手段３０と、用紙搬送手段４０とを備えている。また、レーザ定着装置６は、レーザ照射手段３０および用紙搬送手段４０の動作を制御する制御装置（図示省略）に接続されている。
【００４１】
レーザ定着装置６においては、図２に示すように、用紙搬送手段４０が用紙Ｐを搬送方向Ｆに搬送し、レーザ照射手段３０がスポット状のレーザ光Ｌを搬送されている用紙Ｐに向けて照射し、走査方向Ｓに繰り返し走査するようになっている。用紙Ｐの表面に集光されたレーザスポットＬＳは、用紙Ｐの表面に転写されたトナーに順次照射され、トナーが熱溶融して用紙Ｐに定着する。図２において、符号Ｔ１は未定着のトナー、Ｔ２は定着したトナーを示すものである。
【００４２】
つぎに、レーザ照射手段３０について説明する。レーザ照射手段３０は、図２に示すように、レーザ素子３１、コリメートレンズ３２、ホモジナイザー（図示省略）、ポリゴンミラー３３、ｆ−θレンズ３４を備えている。
【００４３】
レーザ素子３１は、例えば、光出力は２０Ｗ、波長８０８ｎｍの赤外線レーザ光を出射する赤外ＬＤを複数個並べて総出力３４０Ｗとして使用している。レーザ光の波長は、赤外光に限定されず、トナーに最も吸収される波長を選択することが好ましい。トナー中に含まれる吸収材料を調整すれば、紫外光を用いることも可能である。赤外ＬＤの他にも、半導体ＬＤ、固体ＬＤ等を用いることができる。
【００４４】
レーザ素子３１から出射されるレーザ光Ｌは、合成ガラス製のコリメートレンズ３２を通し平行光にして、集光部の光強度分布をホモジナイザーで整えた後、ポリゴンミラー３３に入射される。
【００４５】
ポリゴンミラー３３は、回転軸と平行に多数のミラー面を備え、ポリゴンミラー３３が回転しながらミラー面の角度を変えることにより、レーザ光Ｌを用紙Ｐの搬送方向Ｆと直交する方向Ｓに繰り返し走査する。また、走査されるレーザ光Ｌは、ｆ−θレンズ３４を通過することで、常に用紙Ｐの表面に集光するように構成されている。
【００４６】
つぎに、用紙搬送手段４０について説明する。用紙搬送手段４０は、図２に示すように、搬送ベルト４１、駆動ローラ４２、従動ローラ４３、吸着チャージャー４４、分離チャージャー４５、除電チャージャー４６、分離爪４７、駆動モータ（図示省略）を備えている。
【００４７】
搬送ベルト４１は、ベルト厚７５（μｍ）、体積抵抗率１．０×１０１６（Ω・ｃｍ）のポリイミド樹脂からなる無端状のベルト部材であり、駆動ローラ４２および従動ローラ４３に張架されている。
【００４８】
駆動ローラ４２は、制御装置が駆動モータを駆動することで、所定の回転速度で回転するようになっている。すなわち、搬送ベルト４１は、駆動ローラ４２の回転によりＴ方向に所定の用紙搬送速度Ｖｐ（ｍｍ／ｓｅｃ）で搬送される。また、搬送ベルト４１の周囲には、吸着チャージャー４４、分離チャージャー４５、除電チャージャー４６、分離爪４７が設けられている。
【００４９】
このように構成された用紙搬送手段４０において、２次転写ユニット５から搬送されてきた用紙Ｐは、搬送ベルト４１の表面における、従動ローラ４３と吸着チャージャー４４との間の領域に送り込まれる。
【００５０】
従動ローラ４３は導電性材料で構成されて接地されている。搬送ベルト４１の表面のうち、従動ローラ４３に対向する位置において、吸着チャージャー４４によって用紙に電荷を与えることにより、用紙Ｐと搬送ベルト４１とが誘電分極を起こす。これにより、用紙Ｐは搬送ベルト４１の表面に静電吸着される。
【００５１】
駆動ローラ４２の駆動によって搬送ベルト４１はＴ方向に動いており、これにより、搬送ベルト４１の表面に吸着される用紙Ｐはレーザ光が照射されている領域に搬送されるようになっている。
【００５２】
用紙Ｐはレーザ光が照射されている領域に搬送され、レーザ光が照射されたトナー像は熱溶融して用紙Ｐに定着される。このレーザ定着の工程については後で詳細に説明する。
【００５３】
トナー像の定着が行われた後、用紙Ｐは、搬送ベルト４１に静電吸着された状態で、分離チャージャー４５と駆動ローラ４２との間に搬送される。駆動ローラ４２は導電性材料で構成され接地されている。分離チャージャー４５は、搬送ベルト４１に載せられている用紙Ｐの表面を除電するものである。この除電によって、搬送ベルト４１と用紙Ｐとの間の静電吸着力が弱められる。
【００５４】
静電吸着力が弱められた後の用紙Ｐは、駆動ローラ４２に沿って大きな曲率で回動することにより、その先端が搬送ベルト４１から浮き上がる。さらに、用紙Ｐは、分離爪４７により搬送ベルト４１から完全に分離するようになっている。用紙Ｐが剥離された後の搬送ベルト４１は、除電チャージャー３６により表面および裏面が除電された後、再び用紙Ｐの吸着位置へ移動する。
【００５５】
図３は、レーザ定着工程を説明するための図であり、用紙Ｐに照射されるレーザスポットＬＳと、レーザスポットＬＳが走査されて形成される照射領域Ａを示している。図３に示すように、用紙Ｐを搬送方向Ｆに搬送しながら、レーザスポットＬＳの走査を、例えば、走査Ｓ１から走査Ｓ４まで４回行なうと、レーザスポットＬＳの高さＳＨ１で帯状の照射領域Ａ１〜Ａ４が形成される。レーザスポットＬＳは、例えば、高さＳＨ１が１．７ｍｍ、幅ＳＷ１が１ｍｍの楕円形であり、レーザスポットＬＳの長軸が搬送方向に向いている。各照射領域Ａ１〜Ａ４の面積は、それぞれ、レーザスポットＬＳの高さＳＨ１とレーザスポットＬＳの走査長の積となる。なお、図３では、各照射領域Ａ１〜Ａ４を区別するため、レーザ照射の開始位置をずらして図示しているが、走査方向でレーザ照射の開始位置と終了位置は揃うようになっている。
【００５６】
本実施例のレーザ定着装置６では、図３に示すようにレーザスポットＬＳの走査速度と用紙Ｐの搬送速度を調整して、レーザスポットＬＳの走査毎に形成される照射領域Ａ１〜Ａ４を走査前後で重複させ、複数回レーザ照射される領域（多重照射領域Ｂ１〜Ｂ３）を形成している。
【００５７】
例えば、走査速度は１１６ｍ／ｓで、１回の走査周期は３．８８ｍｓであり、搬送速度は走査周期の間に用紙Ｐを０．８５ｍｍの送り量（Ｆ１）で搬送するように設定している。レーザスポットＬＳの高さＳＨ１が１．７ｍｍに対して、送り量Ｆ１が０．８５ｍｍなので、多重照射領域Ｂ１〜Ｂ３はそれぞれの照射領域Ａが半分づつ重複したものとなっている。
【００５８】
図４は、トナー像が熱溶融し定着するのに要する照射エネルギーＥをグラフ化したものである。図４（ａ）は従来のレーザ定着装置の場合であり、照射領域Ａ１とＡ２は重複することなく、それぞれの照射領域Ａ１、Ａ２において、レーザ素子３１の出力は、１回の照射でトナーが熱溶融し定着する照射エネルギーが設定されている。
【００５９】
本発明のレーザ定着装置６では、図４（ｂ）に示すように、各照射領域Ａ１〜Ａ３において、レーザ素子３１の１回あたり照射エネルギーが、トナーを定着させるために必要な照射エネルギーの半分となるように設定されており、トナーが形成された領域で２回の照射エネルギーが合計されることにより、トナーが熱溶融して定着するようになっている。なお、最初の照射領域Ａ１において２回目のレーザ照射が行なわれない領域は、トナーが形成されない余白部になるように設定されている。
【００６０】
多重照射領域Ｂでは、各トナー像に対して、１回目のレーザスポットＬＳの照射によりトナーが半分程度が熱溶融し、２回目の照射により完全に熱溶融することにより、トナー像が用紙Ｐに定着される。１回目の照射から２回目の照射までの走査周期の間は、トナー像にレーザスポットＬＳが照射されない休止期間となる。
【００６１】
用紙Ｐはトナー像からの熱伝導により加熱されるが、１回の照射による熱伝導量が小さくなるため、用紙Ｐから発生する水蒸気量は減少する。また、水蒸気が発生しても、休止期間に用紙Ｐの繊維の隙間等から用紙外に放出され、トナー像に取り込まれることがないのでブリスターやボイドが発生しない。
【００６２】
なお、照射領域の重複は、図４（ｃ）に示すように３回以上であってもよい。重複回数を増やすことにより、１回あたりの照射エネルギーを下げることができ、用紙Ｐからの水蒸気量をより減少させることができる。また、水蒸気を逃がす休止期間の回数も増えるので、水蒸気がトナー像に取り込まれることがなくなる。
【００６３】
また、レーザ照射手段３０を制御する制御装置は、画像処理部（図示省略）に接続されている。この画像処理部は、外部から入力した画像データに対して画像処理を施し、画像処理の施された画像データに基づいて露光系ユニットＥを制御し、前記画像データに応じた潜像を感光体ドラムに形成するものである。つまり、前記画像データは用紙Ｐ上のトナー像の形成されている箇所を示したデータであるともいえる。
【００６４】
制御装置は、画像処理部から前記画像データを入力する。そして、制御装置は、用紙Ｐのトナー像の形成されている箇所に選択的にレーザ光が当てられるように、画像データに基づいてレーザ照射手段３０に含まれる半導体レーザ素子３１のオンとオフとを制御する。これにより、用紙Ｐにおいてトナー像の形成されている箇所には必ずレーザ光が当てられ、用紙Ｐにおいてトナー像の形成されていない箇所にはレーザ光の照射されない範囲が生じることになる。このように、トナー像に合せて半導体レーザ素子３１のオンとオフを制御することにより、レーザ定着装置６の消費エネルギーを低減することができる。
【実施例２】
【００６５】
次に、別のレーザ照射手段５０を用いた、レーザ定着装置について説明する。
【００６６】
図５は、実施例２のレーザ照射手段５０の構成を示し、図５（ａ）はレーザ照射手段５０を用紙搬送出口側から見た正面図であり、図５（ｂ）はレーザ照射手段５０を側面から見た図である。なお、実施例２において、レーザ照射手段５０を除く他の構成については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００６７】
実施例２のレーザ照射手段５０は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、セラミック基板５１とシリコン基板５２とを有する構成である。セラミック基板５１には表面電極５３が形成されている。シリコン基板５２には、ドライバ回路５４がモノリシックに形成されている。そして、表面電極５３とシリコン基板５２とがボンディングワイヤによって電気的に接続されている。また、シリコン基板５２には、光源であるレーザ素子５５がマウントされており、レーザ素子５５とドライバ回路５４との間が電気的に接続されている。レーザ素子５５は、例えば波長８０８ｎｍの赤外線レーザ光を出射する赤外ＬＤが用いられる。
【００６８】
さらに、セラミック基板５１にはアルミニウム合金製のヒートシンク５６が取り付けられている。
【００６９】
レーザ照射手段５０は、図５（ａ）に示すように、シリコン基板５２を複数個有しており、各レーザ素子５５を用紙搬送方向と直交する方向に沿って一列に配置している。これにより、用紙Ｐの幅とほぼ同等のレーザ照射幅ＳＷ２でレーザ光Ｌを照射するようになっている。また、図５（ｂ）に示すように、用紙Ｐの搬送方向Ｆに、個々のレーザ素子５５のレーザスポットＬＳの高さＳＨ２でレーザ光Ｌを照射するようになっている。
【００７０】
図６は、実施例２のレーザ定着工程を説明するための図である。実施例２のレーザ定着装置は、レーザ照射手段５０から間欠的にレーザ光Ｌを照射し、各レーザ照射領域Ｃが重複するように、レーザ光Ｌの照射タイミングと用紙Ｐの送り量Ｆ１が設定されている。
【００７１】
図６において、レーザ照射領域Ｃ１〜Ｃ４は、１回のレーザ光Ｌの照射により形成される照射領域であり、各レーザ照射領域Ｃは、レーザ照射幅ＳＷ２とレーザ照射高さＳＨ２で規定される線状となっている。なお、図６では、各照射領域Ｃ１〜Ｃ４を区別するため、各照射領域Ｃの端部の位置をずらして図示しているが、各照射領域Ｃの端部の位置は揃うようになっている。
【００７２】
実施例２のレーザ定着装置は、間欠的に線状のレーザ光Ｌを照射し、レーザ照射領域Ｃが形成される毎に、トナー像の冷却と用紙Ｐの水蒸気を逃すための休止期間を設けて、用紙Ｐを搬送方向Ｆに送り量Ｆ１づつ搬送する。この送り量Ｆ１は、例えば、線状のレーザ光Ｌの線幅ＳＨ２の半分以下、例えば、０．８５ｍｍに設定される。
【００７３】
このように、レーザ光Ｌの照射タイミングと用紙Ｐの送り量Ｆ１を設定することにより、前後のレーザ照射領域Ｃが重複して多重照射領域Ｄが形成される。多重照射領域Ｄにおいて、用紙Ｐに転写されたトナー像にレーザ光を２回に分けて照射することができ、１回目の照射と２回目の照射の間に休止期間を設けることができる。なお、最初の照射領域Ｃ１において２回目のレーザ照射が行なわれない領域は、トナーが形成されない余白部になるように設定されている。
【００７４】
実施例１と同様に、トナー像は、１回目のレーザスポットＬＳの照射により半分程度が熱溶融し、２回目の照射により完全に熱溶融して用紙Ｐに定着される。このため、用紙Ｐはトナー像からの熱伝導により加熱されるが、１回あたりの熱伝導量が小さくなり、用紙Ｐから発生する水蒸気量は減少する。また、水蒸気が発生しても、レーザが照射されない休止期間に用紙Ｐの繊維の隙間等から抜け出し、トナー像に取り込まれることがないのでブリスターやボイドが発生しない。
【００７５】
したがって、実施例２のレーザ定着装置によれば、レーザ照射手段５０が、用紙の横幅のほぼ全長に亘って線状のレーザ光を間欠的に照射し、用紙搬送手段４０が、レーザ光が照射されない休止期間にレーザ光の線幅以下のピッチで用紙を搬送するので、レーザ光Ｌをトナー像に少なくとも２回以上に分けて照射することができ、複数のレーザ光Ｌの照射間に休止期間を設けることができる。このため、トナー像にブリスターやボイドの発生を防止することができる。
【００７６】
以上、本発明のレーザ定着装置を各実施例に基づいて詳細に説明したが、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７７】
６ レーザ定着装置
３０、５０ レーザ照射手段
３１ レーザ素子
３２ コリメートレンズ
３３ ポリゴンミラー
３４ ｆ−θレンズ
４０ 用紙搬送手段
４１ 搬送ベルト
４２ 駆動ローラ
４３ 従動ローラ
４４ 吸着チャージャー
４５ 分離チャージャー
４６ 除電チャージャー
４７ 分離爪３７
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射するレーザ照射手段と、
トナーが転写された用紙を搬送する用紙搬送手段とを有するレーザ定着装置であって、
前記トナーに前記レーザ光を２回以上照射することを特徴とするレーザ定着装置。
【請求項２】
前記レーザ照射手段は、前記トナーを定着させるために必要な照射エネルギー量を分割して照射することを特徴とする請求項１記載のレーザ定着装置。
【請求項３】
前記レーザ照射手段は、前記レーザ光をスポット状に集光して、前記用紙の搬送方向と直交する方向に走査し、
前記用紙搬送手段は、前記用紙に前記スポット状のレーザ光が搬送方向で重複するように、前記用紙を搬送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ定着装置。
【請求項４】
前記レーザ光のスポット形は楕円形であり、前記スポット形の長軸が搬送方向に向いていることを特徴とする請求項３記載のレーザ定着装置。
【請求項５】
前記レーザ照射手段は、前記トナーが転写されていない箇所には前記レーザ光の照射を行なわないことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のレーザ定着装置。
【請求項６】
前記レーザ照射手段は、前記用紙に線状のレーザ光を間欠的に照射し、
前記用紙搬送手段は、前記線状のレーザ光が照射されない休止期間に、前記線状のレーザ光の線幅以下のピッチで前記用紙を搬送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかのレーザ定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項１】
レーザ光を照射するレーザ照射手段と、
トナーが転写された用紙を搬送する用紙搬送手段とを有するレーザ定着装置であって、
前記トナーに前記レーザ光を２回以上照射することを特徴とするレーザ定着装置。
【請求項２】
前記レーザ照射手段は、前記トナーを定着させるために必要な照射エネルギー量を分割して照射することを特徴とする請求項１記載のレーザ定着装置。
【請求項３】
前記レーザ照射手段は、前記レーザ光をスポット状に集光して、前記用紙の搬送方向と直交する方向に走査し、
前記用紙搬送手段は、前記用紙に前記スポット状のレーザ光が搬送方向で重複するように、前記用紙を搬送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ定着装置。
【請求項４】
前記レーザ光のスポット形は楕円形であり、前記スポット形の長軸が搬送方向に向いていることを特徴とする請求項３記載のレーザ定着装置。
【請求項５】
前記レーザ照射手段は、前記トナーが転写されていない箇所には前記レーザ光の照射を行なわないことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のレーザ定着装置。
【請求項６】
前記レーザ照射手段は、前記用紙に線状のレーザ光を間欠的に照射し、
前記用紙搬送手段は、前記線状のレーザ光が照射されない休止期間に、前記線状のレーザ光の線幅以下のピッチで前記用紙を搬送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかのレーザ定着装置を備えた画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９２６４０（Ｐ２０１３−９２６４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４４７６（Ｐ２０１１−２３４４７６）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【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２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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