光定着装置、及びこれを用いた電子機器
【課題】階調の違いに起因する定着状態のばらつきや、定着時における消費電力を低減することが可能な光定着装置、およびこれを用いた電子機器を提供する。
【解決手段】発光部１１からの光を照射光学系により記録媒体１６上に集光し、前記記録媒体上の未定着トナーに照射して定着を行う光定着装置であって、前記記録媒体上の未定着トナーのトナー濃度に依存せず、一定のエネルギで照射することを特徴とする。
【解決手段】発光部１１からの光を照射光学系により記録媒体１６上に集光し、前記記録媒体上の未定着トナーに照射して定着を行う光定着装置であって、前記記録媒体上の未定着トナーのトナー濃度に依存せず、一定のエネルギで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】
本発明は光定着装置に係り、特に、記録媒体上に記録された未定着トナー像に光を照射することで定着させる光定着装置、及びこれを搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機あるいはプリンタ等の画像形成装置において、トナー像を記録媒体上に転写する方法として、過熱された定着ローラによりトナーを溶融し、加圧ローラによって加圧し、記録媒体上に定着させる熱加圧方式が一般的に知られている。熱加圧方式の場合、トナーを溶融するのに十分な温度にまで、定着ローラの温度を上昇させるのに時間がかかる。また、装置待機時においても、立ち上がり時間短縮のため、ローラを一定の温度に保持しておく必要があり、待機時における電力消費が大きいという問題がある。
【０００３】
このような問題に対し、未定着のトナーに対して光を照射し、トナーが光を吸収して発生する熱を用いて、トナーを溶融して記録媒体上に定着させる光定着方式が提案されている。光定着方式では、熱加圧方式で用いるような定着ローラを用いず、トナーに対する熱エネルギの供給源を瞬時にオン・オフ可能なレーザ等の光源としているため、上記熱加圧方式に比べて、装置の立ち上がりに要する時間を短縮できるとともに、待機時の電力消費を削減することが可能となる。
【０００４】
特許文献１には、感光体にレーザ光を照射し潜像を形成する露光用レーザ光と、その潜像に基づいて用紙上に転写された画像にレーザ光を照射して画像の定着を行う定着用レーザ光を一つのポリゴンミラーを用いてスキャン照射し、トナー画像の定着を行う光定着方式が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、感光体上に潜像を形成するためのレーザを複数で構成し、形成された潜像に基づいて記録媒体上に転写されたトナー画像を単一のレーザ光でスキャン照射することでトナー画像の定着を行う光定着方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３０３２９８号公報
【特許文献２】特開２０００−３３８７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
潜像に基づいて記録媒体上に形成されたトナー画像は、色の濃淡を階調表現であらわしているため、記録媒体上に存在するトナーの密度が一定ではない。一般に光照射による定着方式では、トナーは光吸収により得たエネルギを熱に変換することで、昇温・溶融し、記録媒体上に定着する。トナーが昇温する際には、トナー間の熱伝達、記録媒体への熱伝達、大気中への熱伝達等、熱エネルギの移動が生じる。記録媒体上のトナー密度が異なる場合、上記のような熱伝達による熱エネルギの移動量も変化するため、単位面積あたりに同等のエネルギを投入した場合、トナー密度によってトナーの伝達温度や溶融時間が異なり、それに伴い、記録媒体に対するトナーの定着状態も変化する。
【０００８】
そのため、上記特許文献１及び特許文献２に示された従来の光定着方式のように、一定のレーザパワーでレーザをスキャンし、トナー画像の定着を行うと、階調による定着状態の違いが原因で、供給エネルギ過多によるトナーの焦げやガスの発生、あるいは供給エネルギ不足による未定着等の問題が発生する。ここで、トナーの階調に応じて照射するレーザ出力を変調し、単位面積当たりに投入するエネルギを調整することで、階調に関わらず同様の定着性を得ることが可能となるが、トナー密度に応じてレーザ出力量を調整するための制御系が別途必要となり、また、トナー密度の異なる複数の領域を、光照射範囲が同時にカバーしないよう、範囲を決定しなければならない等の制限が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、レーザや、レーザアレイ等を光源とする光定着装置において、トナーの階調に関わらず、良好なトナー画像の定着を行うことができる光定着装置、およびこれを用いた電子機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光定着装置は、発光部からの光を照射光学系により記録媒体上に集光し、前記記録媒体上の未定着トナーに照射して定着を行う光定着装置であって、前記記録媒体上の未定着トナーのトナー濃度に依存せず、一定のエネルギで照射することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光定着装置は、光パワー密度をＩ〔Ｗ／ｃｍ２〕、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕とした場合、下記の式（１）を満たすことを特徴とする。
【００１２】
０．４９≦Ｉ×ｔ≦０．６３ …（１）
また、本発明に係る光定着装置は、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕が下記の式（２）を満たすことを特徴とする。
【００１３】
４×１０−５ ≦ ｔ ≦ ８×１０−５ …（２）
また、本発明に係る光定着装置は、光パワー密度Ｉ〔Ｗ／ｃｍ２〕が下記の式（３）を満たすことを特徴とする。
【００１４】
７３００ ≦ Ｉ ≦ １２５００ …（３）
また、本発明に係る光定着装置は、前記発光部は、潜像書き込みデータに基づいて、選択的に光照射を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光定着装置は、前記記録媒体を搬送する搬送装置をさらに備え、前記搬送装置によって前記記録媒体が搬送される方向に対して略垂直な方向の照射領域が、前記記録媒体の搬送方向に略垂直な方向における長さよりも長いことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る電子機器は、上記のいずれかに記載の光定着装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トナーの階調に関わらず、良好なトナー画像の定着を行うことが可能な光定着装置、およびこれを用いた電子機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る光定着装置を搭載する、複写機の全体構成図である。
【図２】実施形態１に係る光定着装置の構成図である。
【図３】実施形態１におけるパワー密度と定着効率の関係を示す図である。
【図４】複数の集光光を用いたときの照射範囲を説明する図である。
【図５】実施形態２に係る光定着装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
＜実施形態１＞
図１は、本発明に係る光定着装置を搭載する、複写機２の全体構成を示すブロック図である。複写機２は、複写機２のスタートや複写枚数、濃度の設定などを入力する操作部２０、複写機２全体の動作のコントロールをつかさどる制御部２１、原稿や画像を読み取る読み取り部２２、読み取った画像を処理する画像処理部２３、紙などの記録媒体にトナー像を形成する現像部２４、記録媒体上の未定着トナーを記録媒体に定着させる定着部２５、記録紙を保持し、給紙を行う給紙部２６より構成される。
【００２１】
次に、本実施の形態における定着部２５を用いた複写機２の動作について説明を行う。操作部２０からの入力により、制御部２１は読み取り部２２に対して原稿読み取りを指示し、読み取り部２２は原稿読み取りを開始する。そして、読み取り部２２にて読み取った画像データは画像処理部２３に送られる。画像処理部２３では読み取った画像に補正等の画像処理を行い、画像データを現像部２４、定着部２５に転送する。給紙部２６は記録媒体を保持しており、この記録媒体を現像部２４に搬送する。現像部２４では画像データに応じて、給紙部２６から送られてきた記録媒体にトナー像を形成した後、定着部２５に記録媒体を送る。一方、定着部２５では、画像処理部２３からの画像データを元に、トナーの有無に応じて各レーザアレイのＯＮ、ＯＦＦをそれぞれ制御し、記録媒体上の未定着のトナーを定着する。
【００２２】
図２は、定着部２５を構成する光定着装置１の構成図である。本実施形態における光定着装置１は、未定着のトナー１６を溶融する光源である発光部１１、発光部１１から発せられる拡散光を集光し、記録媒体１５上の未定着のトナー１６に光を照射する照射光学系１２、照射光学系１２の光を反射させて、記録媒体１５上に走査させるポリゴンミラー１３、記録媒体１５を移動させる搬送装置１４より構成されている。記録媒体１５上には、本発明に関係する定着工程の前工程で、図１に示す現像部２４にて、予め未定着のトナー１６により、像が形成されている。前工程では、レーザ光等の潜像書込み用光源より照射された光を、光学系により、感光体ドラム等の感光体上で走査することで、静電潜像が形成され、感光体に形成された潜像は図示されない現像装置により、現像されてトナー像となり、その後、感光体ドラム上のトナー像が記録媒体１５上に転写される。
【００２３】
発光部１１は、例えばＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）またはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光半導体を光源とするものが用いられ、未定着のトナー１６を溶融するための光源として使用される。光半導体は、小型で発光効率が高く、長寿命という特長に加えて、ＯＮ／ＯＦＦや、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗを高速で切り替える高周波駆動が可能であるという特徴を有する。発光部１１から発せられる拡散光の波長は、後述する未定着のトナー１６によく吸収され、熱エネルギに変換され易い波長が好ましい。また、定着物が印刷物として長期使用される観点から、未定着のトナー１６が可視光を吸収するのは、変質等が生じ易くなり、好ましくないため、上記拡散光の波長は８００〜１０００ｎｍが好ましく、更には８５０ｎｍ前後の近赤外光がより好ましい。中でも８５０ｎｍ前後の近赤外光は、半導体レーザにより効率的な発光が可能で、半導体レーザ自体の価格も安く、性能も安定している。
【００２４】
トナー１６は、本発明に関係する定着工程の前工程において、発光部１１から出射される上記波長帯域の光を吸収する特性を有する材料を用いる必要がある。トナー１６の粒子は、例えば数μｍ〜十数μｍ程度の微小な粒子であり、記録媒体１５上に単層あるいは複数層を成すように堆積されており、トナー１６の密度により濃淡を表現する。未定着のトナー１６の表層にあるトナー粒子は、発光部１１によって照射された光を吸収する。そして、吸収された光は熱エネルギに変換され、トナー粒子の温度が上昇する。さらに、上記未定着のトナー１６の内部層、すなわち表層よりも記録媒体１５側に存在するトナー粒子は、高温になった表層のトナー粒子からの熱伝達によって温度上昇する。最終的にはトナー粒子全体の温度が融点に達し、溶融状態のトナー１６が記録媒体１５に浸透することによって記録媒体１５上に定着固定される。
【００２５】
照射光学系１２は、光学レンズ１２１、反射鏡１２２などから構成され、上記発光部１１より出射された拡散光は、この照射光学系１２により、集光光として紙等の記録媒体１５上に照射される。光学レンズ１２１は、記録媒体上１５上に常に焦点を結ぶよう、ｆθレンズを用いることが望ましい。
【００２６】
ポリゴンミラー１３は、図２に示した記録媒体１５が搬送される主走査方向（Ｘ方向）と略垂直に交わる方向である副走査方向（Ｙ方向）に、照射光学系１２からの集光光を走査することにより、記録媒体１５を光照射する。本実施形態ではポリゴンミラー１３を用いたが、ガルバノミラー等の空間光変調素子であって、光を空間的に走査することができるものであれば他のものでも構わない。
【００２７】
搬送装置１４は、送りローラ等で構成され、紙などの記録媒体１５を主走査方向（Ｘ方向）に搬送することで、記録媒体１５を光照射する。搬送装置１４による記録媒体１５のＸ方向への送り速度に同期するように、ポリゴンミラー１３により照射光学系１３による集光光をＹ方向に走査することにより、記録媒体１５の全域を照射し、記録媒体１５上の各位置に存在するトナー１６を定着固定させる。
【００２８】
次に、トナー定着に要するエネルギと階調について、図３に基づいて説明する。図３は、照射光学系１２による記録媒体１５上の照射領域の光パワー密度Ｉ［Ｗ／ｃｍ２］と、トナー定着に要するエネルギ（単位面積当たりに投入したエネルギ）Ｅ［Ｊ／ｃｍ２］の関係を測定した結果である。ここでは、記録媒体１５上のトナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］、０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のサンプルに対して光照射を行い、トナー定着に要するエネルギＥをそれぞれ測定している。なお、トナー定着に要するエネルギＥは、融点、比熱、光吸収率等の物性値によって変化する。
【００２９】
ここで、集光光のパワーをＰ［Ｗ］、照射光学系１２により形成された記録媒体１５上の照射領域の面積をＳ［ｃｍ２］とすると、照射領域の光パワー密度Ｉは、Ｉ＝Ｐ／Ｓとなる。また、トナーへの光照射時間をｔ［ｓ］とすると、単位面積当たりのトナー定着に要するエネルギＥは、Ｅ＝Ｉ×ｔ［Ｊ／ｃｍ２］となる。
【００３０】
図３に示すように、記録媒体１５上に形成されたトナー像のトナー密度、すなわち階調が異なるトナー１６に光照射を行った場合、トナー定着に要するエネルギは異なる。トナー１６が昇温する際には、トナー１６の粒子間の熱伝達、記録媒体への熱伝達、大気中への熱伝達等、熱エネルギの移動が生じる。そして、記録媒体１５上のトナー像の階調、すなわちトナー密度が異なる場合、上記した熱伝達による熱エネルギの移動量も変化する。それぞれ階調の異なるトナー像に対し、単位面積あたりに同等のエネルギ量の光を照射した場合、トナー密度によってトナー１６への到達温度や溶融時間が異なるため、その結果トナー定着に要するエネルギは階調ごとに異なってしまう。
【００３１】
表１は、図３でグラフ化した測定データである。
【００３２】
【表１】
【００３３】
例えば、トナーへの光照射時間をｔ＝２．３×１０−４［ｓ］としたとき、トナーを定着させるために必要となる照射領域の光パワー密度Ｉは、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝２．６×１０３［Ｗ／ｃｍ２］、また、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝３．８×１０３［Ｗ／ｃｍ２］であった。
【００３４】
ここで、光パワー密度Ｉ＝２．６×１０３［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射すると、図３および表１に示すように、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．６０［Ｊ／ｃｍ２］であり、図３に示すように、良好な定着状態を得られるが、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．８５［Ｊ／ｃｍ２］であり、トナーへの光照射時間ｔ＝２．３×１０−４［ｓ］のときに必要な光パワー密度Ｉが３．８×１０３［Ｗ／ｃｍ２］には足りないため、供給エネルギの不足によりトナーが溶融・定着せず、定着不良が生じる。ここで、光照射時間を長くすれば、エネルギ不足は解消できるが、良好な定着状態を得ていた部分は、逆にエネルギ過多になってしまい、焦げやガスの発生等の問題が生じる。
【００３５】
一方、光パワー密度Ｉ＝３．８×１０３［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射すると、図３および表１に示すように、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．８５［Ｊ／ｃｍ２］であり、図３に示すように、良好な定着状態を得られるが、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．６０［Ｊ／ｃｍ２］であり、トナーへの光照射時間ｔ＝２．３×１０−４［ｓ］のときに必要な光パワー密度Ｉが２．６×１０３［Ｗ／ｃｍ２］よりも大幅に上回るため、供給エネルギ過多によるトナー表面の焦げやガスの発生などの問題が発生する。ここで、光照射時間を短くすれば、エネルギ過多は解消できるが、良好な定着状態を得ていた部分はエネルギ不足になってしまい、定着不良となる。
【００３６】
このように、一定のレーザパワーでレーザをスキャンする光定着方法の場合、上記のパワー密度では、階調ごとに定着状態に差が生じてしまい、階調に関わらず良好な定着状態を得ることができない。
【００３７】
図３および表１の測定結果に示すように、トナー密度がいずれの場合でも、光パワー密度Ｉを増加させると、階調に関わらず、定着に要するエネルギＥが減少している。この理由は、光パワー密度を増加することで、トナーを溶融状態とするための昇温時間を短縮することができ、光照射時間も短くできる。その結果、昇温時における記録媒体や大気中への熱拡散等による熱エネルギ損失が低減されているためである。
【００３８】
ここで、表１に示すように、トナー１６への光照射時間ｔが、ｔ＜２×１０−５［ｓ］の場合、定着に要するエネルギＥの減少がほぼ見られなくなる。これにより、昇温時における記録媒体１５や大気中への熱拡散による熱エネルギ損失が、トナーへの光照射時間ｔが２×１０−５［ｓ］より短くなるとほぼ無視できると考えられる。この場合、定着に要するエネルギＥの値は、記録媒体１５上に存在するトナー密度ρのみで決定される。
【００３９】
トナーへの光照射時間ｔ＜２×１０−５［ｓ］の場合、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］の定着に要するエネルギＥは約０．４６［Ｊ／ｃｍ２］となり、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］の定着に要するエネルギＥは約０．４０［Ｊ／ｃｍ２］となる。ここで、トナーへの光照射時間ｔを２×１０−５［ｓ］より短い時間でトナー定着を行う場合、トナー密度ρの異なるトナーに対し、単位面積あたりに同等のエネルギ量の光を照射した場合、どちらかの階調のトナー定着に不良が発生するという問題がある。
【００４０】
例えば、トナーへの光照射時間をｔ＝１．５×１０−５［ｓ］としたとき、トナーを定着させるために必要となる照射領域の光パワー密度Ｉは、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝３０．７×１０４［Ｗ／ｃｍ２］、また、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝３０．３×１０４［Ｗ／ｃｍ２］であった。例えば、Ｉ＝３０．７×１０４［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射すると、ρ＝０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは良好な定着状態を得られるが、ρ＝０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、光パワー密度が高いため、供給エネルギ過多によるトナー表面の焦げやガスの発生などの問題が発生する。
【００４１】
一方、Ｉ＝３０．３×１０４［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射した場合、ρ＝０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは良好な定着状態を得られるが、ρ＝０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、光パワー密度が低いため、供給エネルギ不足による定着不良が発生する。
【００４２】
以上の結果から、トナーへの光照射時間ｔを２×１０−５［ｓ］より短くした場合、トナー定着に要するエネルギＥはトナー密度ρのみで決定されてしまい、その結果、一定のパワー密度Ｉでの光照射により様々な階調のトナー定着に対応することはできない。
【００４３】
図３および表１より、定着に要するエネルギＥ［Ｊ／ｃｍ２］が、０．４９≦Ｅ≦０．６３のとき、トナーの階調ごとの差が小さいため、一定のパワー密度Ｉ［Ｗ／ｃｍ２］で光照射することで、さまざまな階調で良好な定着性を得ることができる。また、光パワー密度Ｉ［Ｗ／ｃｍ２］が７３００ ≦ Ｉ ≦ １２５００においても、さまざまな階調で良好な定着性を得ることができることがわかる。さらにトナーへの光照射時間ｔが４×１０−５［ｓ］以上（ｔ≧４×１０−５［ｓ］）の場合、昇温時における記録媒体や大気中への熱拡散等による熱エネルギ損失が発生するため、定着に要するエネルギＥは増加していく。そして、熱エネルギ損失の増加量は各階調により異なるため、定着に要するエネルギＥの増加量も階調で異なる。熱エネルギ損失がほぼ無視できる場合（ｔ＜２×１０−５［ｓ］の場合）、記録媒体上のトナー密度ρが小さいほど定着に要するエネルギＥも小さいが、光照射時間ｔを長くした場合における熱エネルギ損失は、記録媒体上のトナー密度ρが小さいほど増加量は大きくなる。よって、ｔ＜２×１０−５［ｓ］の範囲では、定着に要するエネルギＥが階調ごとに差があり、一定のパワー密度Ｉでの光照射により様々な階調のトナー定着に対応することは困難であるが、ｔ［ｓ］を増加していくと、定着に要するエネルギＥの階調ごとの差が小さくなっていき、その結果、一定のパワー密度Ｉでの光照射により、様々な階調で良好な定着性を得ることができる。
【００４４】
更に、４×１０−５ ≦ ｔ ≦ ８×１０−５の範囲であれば、定着に要するエネルギＥは各階調間での差がほぼ無視できるため、結果として各階調間でのトナー定着状態の差が更に低減されるため好ましい。
【００４５】
次に発光部１１の制御について説明する。未定着トナーの定着時には、集光光は搬送装置１４とポリゴンミラー１３によって、記録媒体１５上の全域を走査する。転写されるトナー像によって、記録媒体１５上には未定着トナーが存在する領域と存在しない領域がある。本実施形態に記載の光定着装置１では、集光光を記録媒体１５上で走査する際、未定着トナー５が存在する領域を通過する際には発光（ＯＮ）し、未定着トナーが存在しない領域を通過する際には発光を停止（ＯＦＦ）する。上記ＯＮ、ＯＦＦ制御により、不必要な光照射を行わないことで、記録媒体１５上の印刷パターンに応じて消費電力を削減することが可能となる。記録媒体１５上のトナー１６の有無を判別する手段としては、図１に示す現像部２４において、感光体に対して静電潜像を書き込むときの書込みデータに基づき、記録媒体１５上の未定着トナーの位置に対応して、ＯＮ、ＯＦＦ制御を行う。
【００４６】
なお、本実施形態では、発光部１１を単一の光源としているが、発光部１１の構成はこれに限らず、例えば、複数個の光半導体や、アレイレーザ等の複数の発光点を有する発光手段を用い、照射光学系１２により集光することで、照射領域を形成し、記録媒体１５上を走査してもよい。このように、複数の発光点からの光をＹ方向に走査する構成をとることにより、個々の発光点が照射しなければならないエリアが減るため、走査速度を抑えることが出来る。例えば、発光点が１個のときの、照射しなければならない面積をＳ、操作速度をＶとすると、発光点が２個の場合、発光点１個あたりの照射面積Ｓは、１／２Ｓ、照射速度Ｖは１／２Ｖとなり、走査速度Ｖが遅いほうが、ポリゴンミラー１３に要求する性能も抑えられる。
【００４７】
また、本実施形態では、記録媒体１５をＸ方向に搬送する搬送装置１４を送りローラとしているが、記録媒体１５を一方向に搬送可能な構成であれば、これに限らない。さらに、本実施形態では、記録媒体１５の全域を１つの集光光で走査し、トナー定着を行っているが、発光部１１および照射光学系１２により複数の集光光を形成し、記録媒体１５の全域を走査するような構成であってもよい。図４は、複数の集光光を用いた構成を示した平面図である。図において、集光光の照射スポットＺ１は、矢印で示すａ１の範囲を走査し、集光光の照射スポットＺ２はａ２の範囲を走査し、集光光の照射スポットＺ３はａ３の範囲を走査する。
【００４８】
また、ポリゴンミラー１３は、集光光の走査用と、潜像書込み用として２つのポリゴンミラーを使用してもよいし、１つのポリゴンミラーを走査用と潜像書き込み用の両方に共通する光路上に設け、走査用と潜像書込み用を共通化するような構成であってもよい。
【００４９】
＜実施形態２＞
本発明の実施形態２に係る定着装置１ａについて、図５に基づいて説明する。なお、この実施形態２の定着装置１ａでは、実施形態１の定着装置と同一構成部に対しては同一参照番号を付している。本実施形態では、発光部１１が、行列状に並べられた複数の光源により構成されており、ポリゴンミラー１３を用いない点で、実施形態１とは異なる。
【００５０】
図５は、実施形態２に係る定着装置１ａの構成図である。図５に示すように発光部１１は、複数の発光源１１１１よりなるアレイパッケージ１１１が複数配列され、構成されている。発光部１１により発せられた拡散光は照射光学系１２により集光され、その集光光が記録媒体１５上の未定着トナーに照射される。ここで、照射光学系１２により形成される集光光のＹ方向の照射領域は、記録媒体１５のＹ方向の長さよりも長くなるように光学レンズ等を調整して設定され、記録媒体１５を搬送装置１４によりＸ方向に搬送することで、記録媒体１５の全域が照射可能となっている。
【００５１】
また、発光部１１は、図５に示すように複数のグループに分けられており、個々のグループにおいて発光のＯＮ、ＯＦＦが制御可能となっている。搬送装置１４により記録媒体１５をＸ方向に走査する際、集光光が未定着トナーの存在する領域を通過する際には発光（ＯＮ）し、未定着トナーが存在しない領域を通過する際には発光を停止（ＯＦＦ）する。以上の制御を発光部１１の各グループで行い、不必要な光照射を行わないことで、記録媒体１５上の印刷パターンに応じて消費電力を削減することが可能となる。
【００５２】
記録媒体１５上のトナーの有無を判断する手段としては、本発明の実施形態１に記載した方法と同様に、感光体に対して静電潜像を書き込むときの書込みデータに基づき、記録媒体１５上の未定着トナーの位置に対応して、ＯＮ、ＯＦＦ制御を行う。この場合の照射時間のカウントは、実際に発光がＯＮになっている時間を照射時間とする。
【００５３】
照明装置１ａにおいても、本発明の実施形態１に示したように、トナーへの光照射時間ｔが、２０≦ｔ≦８０の範囲であれば、一定の光パワー密度でトナーに対し照射を行ったところ、階調に関わらず良好な定着状態が得られた。
【００５４】
ここで、発光部１１として使用している全ての光源が発光したときにおける集光光のトータルパワーをＰ［Ｗ］、全ての光源が発光したときの記録媒体１５上における照射領域（集光光）の面積をＳ［ｃｍ２］とすると、光パワー密度Ｉは、Ｉ＝Ｐ／Ｓとなる。Ｉが上記範囲内となるよう、発光部１１を構成するアレイパッケージ１１１及び発光源１１１１の個数、出力、照射光学系１２の構成を決定すればよい。
【００５５】
なお、本実施形態では、発光部１１をアレイレーザとしているが、発光部１１の構成はこれに限らず、例えば、複数個のＬＤやＬＥＤ等の光源を用い、照射光学系１２により集光することで、記録媒体１５のＹ方向の長さよりも長い照射領域を確保可能な構成であれば、これに限らない。
【００５６】
さらに、本実施形態では、記録媒体１５をＸ方向に搬送する搬送装置１４を送りローラとしているが、記録媒体１５を一方向に搬送可能な構成であれば、これに限らない。
【００５７】
上記のような構成により、光定着装置において、階調の違いに起因する定着状態のばらつきや、定着時における消費電力を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の光定着装置は、階調の違いに起因する定着状態のばらつきや、定着時における消費電力の削減に有効であり、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子機器や、露光装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 光定着装置
２ 複写機
１１ 発光部
１２ 照射光学系
１３ ポリゴンミラー
１４ 搬送装置
１５ 記録媒体
１６ トナー
２０ 操作部
２１ 制御部
２２ 読み取り部
２３ 画像処理部
２４ 現像部
２５ 定着部
２６ 給紙部
１２１ 光学レンズ
１２２ 反射鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は光定着装置に係り、特に、記録媒体上に記録された未定着トナー像に光を照射することで定着させる光定着装置、及びこれを搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機あるいはプリンタ等の画像形成装置において、トナー像を記録媒体上に転写する方法として、過熱された定着ローラによりトナーを溶融し、加圧ローラによって加圧し、記録媒体上に定着させる熱加圧方式が一般的に知られている。熱加圧方式の場合、トナーを溶融するのに十分な温度にまで、定着ローラの温度を上昇させるのに時間がかかる。また、装置待機時においても、立ち上がり時間短縮のため、ローラを一定の温度に保持しておく必要があり、待機時における電力消費が大きいという問題がある。
【０００３】
このような問題に対し、未定着のトナーに対して光を照射し、トナーが光を吸収して発生する熱を用いて、トナーを溶融して記録媒体上に定着させる光定着方式が提案されている。光定着方式では、熱加圧方式で用いるような定着ローラを用いず、トナーに対する熱エネルギの供給源を瞬時にオン・オフ可能なレーザ等の光源としているため、上記熱加圧方式に比べて、装置の立ち上がりに要する時間を短縮できるとともに、待機時の電力消費を削減することが可能となる。
【０００４】
特許文献１には、感光体にレーザ光を照射し潜像を形成する露光用レーザ光と、その潜像に基づいて用紙上に転写された画像にレーザ光を照射して画像の定着を行う定着用レーザ光を一つのポリゴンミラーを用いてスキャン照射し、トナー画像の定着を行う光定着方式が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、感光体上に潜像を形成するためのレーザを複数で構成し、形成された潜像に基づいて記録媒体上に転写されたトナー画像を単一のレーザ光でスキャン照射することでトナー画像の定着を行う光定着方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３０３２９８号公報
【特許文献２】特開２０００−３３８７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
潜像に基づいて記録媒体上に形成されたトナー画像は、色の濃淡を階調表現であらわしているため、記録媒体上に存在するトナーの密度が一定ではない。一般に光照射による定着方式では、トナーは光吸収により得たエネルギを熱に変換することで、昇温・溶融し、記録媒体上に定着する。トナーが昇温する際には、トナー間の熱伝達、記録媒体への熱伝達、大気中への熱伝達等、熱エネルギの移動が生じる。記録媒体上のトナー密度が異なる場合、上記のような熱伝達による熱エネルギの移動量も変化するため、単位面積あたりに同等のエネルギを投入した場合、トナー密度によってトナーの伝達温度や溶融時間が異なり、それに伴い、記録媒体に対するトナーの定着状態も変化する。
【０００８】
そのため、上記特許文献１及び特許文献２に示された従来の光定着方式のように、一定のレーザパワーでレーザをスキャンし、トナー画像の定着を行うと、階調による定着状態の違いが原因で、供給エネルギ過多によるトナーの焦げやガスの発生、あるいは供給エネルギ不足による未定着等の問題が発生する。ここで、トナーの階調に応じて照射するレーザ出力を変調し、単位面積当たりに投入するエネルギを調整することで、階調に関わらず同様の定着性を得ることが可能となるが、トナー密度に応じてレーザ出力量を調整するための制御系が別途必要となり、また、トナー密度の異なる複数の領域を、光照射範囲が同時にカバーしないよう、範囲を決定しなければならない等の制限が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、レーザや、レーザアレイ等を光源とする光定着装置において、トナーの階調に関わらず、良好なトナー画像の定着を行うことができる光定着装置、およびこれを用いた電子機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光定着装置は、発光部からの光を照射光学系により記録媒体上に集光し、前記記録媒体上の未定着トナーに照射して定着を行う光定着装置であって、前記記録媒体上の未定着トナーのトナー濃度に依存せず、一定のエネルギで照射することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光定着装置は、光パワー密度をＩ〔Ｗ／ｃｍ２〕、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕とした場合、下記の式（１）を満たすことを特徴とする。
【００１２】
０．４９≦Ｉ×ｔ≦０．６３ …（１）
また、本発明に係る光定着装置は、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕が下記の式（２）を満たすことを特徴とする。
【００１３】
４×１０−５ ≦ ｔ ≦ ８×１０−５ …（２）
また、本発明に係る光定着装置は、光パワー密度Ｉ〔Ｗ／ｃｍ２〕が下記の式（３）を満たすことを特徴とする。
【００１４】
７３００ ≦ Ｉ ≦ １２５００ …（３）
また、本発明に係る光定着装置は、前記発光部は、潜像書き込みデータに基づいて、選択的に光照射を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光定着装置は、前記記録媒体を搬送する搬送装置をさらに備え、前記搬送装置によって前記記録媒体が搬送される方向に対して略垂直な方向の照射領域が、前記記録媒体の搬送方向に略垂直な方向における長さよりも長いことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る電子機器は、上記のいずれかに記載の光定着装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トナーの階調に関わらず、良好なトナー画像の定着を行うことが可能な光定着装置、およびこれを用いた電子機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る光定着装置を搭載する、複写機の全体構成図である。
【図２】実施形態１に係る光定着装置の構成図である。
【図３】実施形態１におけるパワー密度と定着効率の関係を示す図である。
【図４】複数の集光光を用いたときの照射範囲を説明する図である。
【図５】実施形態２に係る光定着装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
＜実施形態１＞
図１は、本発明に係る光定着装置を搭載する、複写機２の全体構成を示すブロック図である。複写機２は、複写機２のスタートや複写枚数、濃度の設定などを入力する操作部２０、複写機２全体の動作のコントロールをつかさどる制御部２１、原稿や画像を読み取る読み取り部２２、読み取った画像を処理する画像処理部２３、紙などの記録媒体にトナー像を形成する現像部２４、記録媒体上の未定着トナーを記録媒体に定着させる定着部２５、記録紙を保持し、給紙を行う給紙部２６より構成される。
【００２１】
次に、本実施の形態における定着部２５を用いた複写機２の動作について説明を行う。操作部２０からの入力により、制御部２１は読み取り部２２に対して原稿読み取りを指示し、読み取り部２２は原稿読み取りを開始する。そして、読み取り部２２にて読み取った画像データは画像処理部２３に送られる。画像処理部２３では読み取った画像に補正等の画像処理を行い、画像データを現像部２４、定着部２５に転送する。給紙部２６は記録媒体を保持しており、この記録媒体を現像部２４に搬送する。現像部２４では画像データに応じて、給紙部２６から送られてきた記録媒体にトナー像を形成した後、定着部２５に記録媒体を送る。一方、定着部２５では、画像処理部２３からの画像データを元に、トナーの有無に応じて各レーザアレイのＯＮ、ＯＦＦをそれぞれ制御し、記録媒体上の未定着のトナーを定着する。
【００２２】
図２は、定着部２５を構成する光定着装置１の構成図である。本実施形態における光定着装置１は、未定着のトナー１６を溶融する光源である発光部１１、発光部１１から発せられる拡散光を集光し、記録媒体１５上の未定着のトナー１６に光を照射する照射光学系１２、照射光学系１２の光を反射させて、記録媒体１５上に走査させるポリゴンミラー１３、記録媒体１５を移動させる搬送装置１４より構成されている。記録媒体１５上には、本発明に関係する定着工程の前工程で、図１に示す現像部２４にて、予め未定着のトナー１６により、像が形成されている。前工程では、レーザ光等の潜像書込み用光源より照射された光を、光学系により、感光体ドラム等の感光体上で走査することで、静電潜像が形成され、感光体に形成された潜像は図示されない現像装置により、現像されてトナー像となり、その後、感光体ドラム上のトナー像が記録媒体１５上に転写される。
【００２３】
発光部１１は、例えばＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）またはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光半導体を光源とするものが用いられ、未定着のトナー１６を溶融するための光源として使用される。光半導体は、小型で発光効率が高く、長寿命という特長に加えて、ＯＮ／ＯＦＦや、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗを高速で切り替える高周波駆動が可能であるという特徴を有する。発光部１１から発せられる拡散光の波長は、後述する未定着のトナー１６によく吸収され、熱エネルギに変換され易い波長が好ましい。また、定着物が印刷物として長期使用される観点から、未定着のトナー１６が可視光を吸収するのは、変質等が生じ易くなり、好ましくないため、上記拡散光の波長は８００〜１０００ｎｍが好ましく、更には８５０ｎｍ前後の近赤外光がより好ましい。中でも８５０ｎｍ前後の近赤外光は、半導体レーザにより効率的な発光が可能で、半導体レーザ自体の価格も安く、性能も安定している。
【００２４】
トナー１６は、本発明に関係する定着工程の前工程において、発光部１１から出射される上記波長帯域の光を吸収する特性を有する材料を用いる必要がある。トナー１６の粒子は、例えば数μｍ〜十数μｍ程度の微小な粒子であり、記録媒体１５上に単層あるいは複数層を成すように堆積されており、トナー１６の密度により濃淡を表現する。未定着のトナー１６の表層にあるトナー粒子は、発光部１１によって照射された光を吸収する。そして、吸収された光は熱エネルギに変換され、トナー粒子の温度が上昇する。さらに、上記未定着のトナー１６の内部層、すなわち表層よりも記録媒体１５側に存在するトナー粒子は、高温になった表層のトナー粒子からの熱伝達によって温度上昇する。最終的にはトナー粒子全体の温度が融点に達し、溶融状態のトナー１６が記録媒体１５に浸透することによって記録媒体１５上に定着固定される。
【００２５】
照射光学系１２は、光学レンズ１２１、反射鏡１２２などから構成され、上記発光部１１より出射された拡散光は、この照射光学系１２により、集光光として紙等の記録媒体１５上に照射される。光学レンズ１２１は、記録媒体上１５上に常に焦点を結ぶよう、ｆθレンズを用いることが望ましい。
【００２６】
ポリゴンミラー１３は、図２に示した記録媒体１５が搬送される主走査方向（Ｘ方向）と略垂直に交わる方向である副走査方向（Ｙ方向）に、照射光学系１２からの集光光を走査することにより、記録媒体１５を光照射する。本実施形態ではポリゴンミラー１３を用いたが、ガルバノミラー等の空間光変調素子であって、光を空間的に走査することができるものであれば他のものでも構わない。
【００２７】
搬送装置１４は、送りローラ等で構成され、紙などの記録媒体１５を主走査方向（Ｘ方向）に搬送することで、記録媒体１５を光照射する。搬送装置１４による記録媒体１５のＸ方向への送り速度に同期するように、ポリゴンミラー１３により照射光学系１３による集光光をＹ方向に走査することにより、記録媒体１５の全域を照射し、記録媒体１５上の各位置に存在するトナー１６を定着固定させる。
【００２８】
次に、トナー定着に要するエネルギと階調について、図３に基づいて説明する。図３は、照射光学系１２による記録媒体１５上の照射領域の光パワー密度Ｉ［Ｗ／ｃｍ２］と、トナー定着に要するエネルギ（単位面積当たりに投入したエネルギ）Ｅ［Ｊ／ｃｍ２］の関係を測定した結果である。ここでは、記録媒体１５上のトナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］、０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のサンプルに対して光照射を行い、トナー定着に要するエネルギＥをそれぞれ測定している。なお、トナー定着に要するエネルギＥは、融点、比熱、光吸収率等の物性値によって変化する。
【００２９】
ここで、集光光のパワーをＰ［Ｗ］、照射光学系１２により形成された記録媒体１５上の照射領域の面積をＳ［ｃｍ２］とすると、照射領域の光パワー密度Ｉは、Ｉ＝Ｐ／Ｓとなる。また、トナーへの光照射時間をｔ［ｓ］とすると、単位面積当たりのトナー定着に要するエネルギＥは、Ｅ＝Ｉ×ｔ［Ｊ／ｃｍ２］となる。
【００３０】
図３に示すように、記録媒体１５上に形成されたトナー像のトナー密度、すなわち階調が異なるトナー１６に光照射を行った場合、トナー定着に要するエネルギは異なる。トナー１６が昇温する際には、トナー１６の粒子間の熱伝達、記録媒体への熱伝達、大気中への熱伝達等、熱エネルギの移動が生じる。そして、記録媒体１５上のトナー像の階調、すなわちトナー密度が異なる場合、上記した熱伝達による熱エネルギの移動量も変化する。それぞれ階調の異なるトナー像に対し、単位面積あたりに同等のエネルギ量の光を照射した場合、トナー密度によってトナー１６への到達温度や溶融時間が異なるため、その結果トナー定着に要するエネルギは階調ごとに異なってしまう。
【００３１】
表１は、図３でグラフ化した測定データである。
【００３２】
【表１】
【００３３】
例えば、トナーへの光照射時間をｔ＝２．３×１０−４［ｓ］としたとき、トナーを定着させるために必要となる照射領域の光パワー密度Ｉは、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝２．６×１０３［Ｗ／ｃｍ２］、また、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝３．８×１０３［Ｗ／ｃｍ２］であった。
【００３４】
ここで、光パワー密度Ｉ＝２．６×１０３［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射すると、図３および表１に示すように、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．６０［Ｊ／ｃｍ２］であり、図３に示すように、良好な定着状態を得られるが、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．８５［Ｊ／ｃｍ２］であり、トナーへの光照射時間ｔ＝２．３×１０−４［ｓ］のときに必要な光パワー密度Ｉが３．８×１０３［Ｗ／ｃｍ２］には足りないため、供給エネルギの不足によりトナーが溶融・定着せず、定着不良が生じる。ここで、光照射時間を長くすれば、エネルギ不足は解消できるが、良好な定着状態を得ていた部分は、逆にエネルギ過多になってしまい、焦げやガスの発生等の問題が生じる。
【００３５】
一方、光パワー密度Ｉ＝３．８×１０３［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射すると、図３および表１に示すように、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．８５［Ｊ／ｃｍ２］であり、図３に示すように、良好な定着状態を得られるが、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、トナー定着に要するエネルギは、表１より０．６０［Ｊ／ｃｍ２］であり、トナーへの光照射時間ｔ＝２．３×１０−４［ｓ］のときに必要な光パワー密度Ｉが２．６×１０３［Ｗ／ｃｍ２］よりも大幅に上回るため、供給エネルギ過多によるトナー表面の焦げやガスの発生などの問題が発生する。ここで、光照射時間を短くすれば、エネルギ過多は解消できるが、良好な定着状態を得ていた部分はエネルギ不足になってしまい、定着不良となる。
【００３６】
このように、一定のレーザパワーでレーザをスキャンする光定着方法の場合、上記のパワー密度では、階調ごとに定着状態に差が生じてしまい、階調に関わらず良好な定着状態を得ることができない。
【００３７】
図３および表１の測定結果に示すように、トナー密度がいずれの場合でも、光パワー密度Ｉを増加させると、階調に関わらず、定着に要するエネルギＥが減少している。この理由は、光パワー密度を増加することで、トナーを溶融状態とするための昇温時間を短縮することができ、光照射時間も短くできる。その結果、昇温時における記録媒体や大気中への熱拡散等による熱エネルギ損失が低減されているためである。
【００３８】
ここで、表１に示すように、トナー１６への光照射時間ｔが、ｔ＜２×１０−５［ｓ］の場合、定着に要するエネルギＥの減少がほぼ見られなくなる。これにより、昇温時における記録媒体１５や大気中への熱拡散による熱エネルギ損失が、トナーへの光照射時間ｔが２×１０−５［ｓ］より短くなるとほぼ無視できると考えられる。この場合、定着に要するエネルギＥの値は、記録媒体１５上に存在するトナー密度ρのみで決定される。
【００３９】
トナーへの光照射時間ｔ＜２×１０−５［ｓ］の場合、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］の定着に要するエネルギＥは約０．４６［Ｊ／ｃｍ２］となり、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］の定着に要するエネルギＥは約０．４０［Ｊ／ｃｍ２］となる。ここで、トナーへの光照射時間ｔを２×１０−５［ｓ］より短い時間でトナー定着を行う場合、トナー密度ρの異なるトナーに対し、単位面積あたりに同等のエネルギ量の光を照射した場合、どちらかの階調のトナー定着に不良が発生するという問題がある。
【００４０】
例えば、トナーへの光照射時間をｔ＝１．５×１０−５［ｓ］としたとき、トナーを定着させるために必要となる照射領域の光パワー密度Ｉは、トナー密度ρが０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝３０．７×１０４［Ｗ／ｃｍ２］、また、トナー密度ρが０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］の場合、Ｉ＝３０．３×１０４［Ｗ／ｃｍ２］であった。例えば、Ｉ＝３０．７×１０４［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射すると、ρ＝０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは良好な定着状態を得られるが、ρ＝０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、光パワー密度が高いため、供給エネルギ過多によるトナー表面の焦げやガスの発生などの問題が発生する。
【００４１】
一方、Ｉ＝３０．３×１０４［Ｗ／ｃｍ２］でそれぞれの密度のトナーを照射した場合、ρ＝０．０６［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーでは良好な定着状態を得られるが、ρ＝０．４１［ｍｇ／ｃｍ２］のトナーに対しては、光パワー密度が低いため、供給エネルギ不足による定着不良が発生する。
【００４２】
以上の結果から、トナーへの光照射時間ｔを２×１０−５［ｓ］より短くした場合、トナー定着に要するエネルギＥはトナー密度ρのみで決定されてしまい、その結果、一定のパワー密度Ｉでの光照射により様々な階調のトナー定着に対応することはできない。
【００４３】
図３および表１より、定着に要するエネルギＥ［Ｊ／ｃｍ２］が、０．４９≦Ｅ≦０．６３のとき、トナーの階調ごとの差が小さいため、一定のパワー密度Ｉ［Ｗ／ｃｍ２］で光照射することで、さまざまな階調で良好な定着性を得ることができる。また、光パワー密度Ｉ［Ｗ／ｃｍ２］が７３００ ≦ Ｉ ≦ １２５００においても、さまざまな階調で良好な定着性を得ることができることがわかる。さらにトナーへの光照射時間ｔが４×１０−５［ｓ］以上（ｔ≧４×１０−５［ｓ］）の場合、昇温時における記録媒体や大気中への熱拡散等による熱エネルギ損失が発生するため、定着に要するエネルギＥは増加していく。そして、熱エネルギ損失の増加量は各階調により異なるため、定着に要するエネルギＥの増加量も階調で異なる。熱エネルギ損失がほぼ無視できる場合（ｔ＜２×１０−５［ｓ］の場合）、記録媒体上のトナー密度ρが小さいほど定着に要するエネルギＥも小さいが、光照射時間ｔを長くした場合における熱エネルギ損失は、記録媒体上のトナー密度ρが小さいほど増加量は大きくなる。よって、ｔ＜２×１０−５［ｓ］の範囲では、定着に要するエネルギＥが階調ごとに差があり、一定のパワー密度Ｉでの光照射により様々な階調のトナー定着に対応することは困難であるが、ｔ［ｓ］を増加していくと、定着に要するエネルギＥの階調ごとの差が小さくなっていき、その結果、一定のパワー密度Ｉでの光照射により、様々な階調で良好な定着性を得ることができる。
【００４４】
更に、４×１０−５ ≦ ｔ ≦ ８×１０−５の範囲であれば、定着に要するエネルギＥは各階調間での差がほぼ無視できるため、結果として各階調間でのトナー定着状態の差が更に低減されるため好ましい。
【００４５】
次に発光部１１の制御について説明する。未定着トナーの定着時には、集光光は搬送装置１４とポリゴンミラー１３によって、記録媒体１５上の全域を走査する。転写されるトナー像によって、記録媒体１５上には未定着トナーが存在する領域と存在しない領域がある。本実施形態に記載の光定着装置１では、集光光を記録媒体１５上で走査する際、未定着トナー５が存在する領域を通過する際には発光（ＯＮ）し、未定着トナーが存在しない領域を通過する際には発光を停止（ＯＦＦ）する。上記ＯＮ、ＯＦＦ制御により、不必要な光照射を行わないことで、記録媒体１５上の印刷パターンに応じて消費電力を削減することが可能となる。記録媒体１５上のトナー１６の有無を判別する手段としては、図１に示す現像部２４において、感光体に対して静電潜像を書き込むときの書込みデータに基づき、記録媒体１５上の未定着トナーの位置に対応して、ＯＮ、ＯＦＦ制御を行う。
【００４６】
なお、本実施形態では、発光部１１を単一の光源としているが、発光部１１の構成はこれに限らず、例えば、複数個の光半導体や、アレイレーザ等の複数の発光点を有する発光手段を用い、照射光学系１２により集光することで、照射領域を形成し、記録媒体１５上を走査してもよい。このように、複数の発光点からの光をＹ方向に走査する構成をとることにより、個々の発光点が照射しなければならないエリアが減るため、走査速度を抑えることが出来る。例えば、発光点が１個のときの、照射しなければならない面積をＳ、操作速度をＶとすると、発光点が２個の場合、発光点１個あたりの照射面積Ｓは、１／２Ｓ、照射速度Ｖは１／２Ｖとなり、走査速度Ｖが遅いほうが、ポリゴンミラー１３に要求する性能も抑えられる。
【００４７】
また、本実施形態では、記録媒体１５をＸ方向に搬送する搬送装置１４を送りローラとしているが、記録媒体１５を一方向に搬送可能な構成であれば、これに限らない。さらに、本実施形態では、記録媒体１５の全域を１つの集光光で走査し、トナー定着を行っているが、発光部１１および照射光学系１２により複数の集光光を形成し、記録媒体１５の全域を走査するような構成であってもよい。図４は、複数の集光光を用いた構成を示した平面図である。図において、集光光の照射スポットＺ１は、矢印で示すａ１の範囲を走査し、集光光の照射スポットＺ２はａ２の範囲を走査し、集光光の照射スポットＺ３はａ３の範囲を走査する。
【００４８】
また、ポリゴンミラー１３は、集光光の走査用と、潜像書込み用として２つのポリゴンミラーを使用してもよいし、１つのポリゴンミラーを走査用と潜像書き込み用の両方に共通する光路上に設け、走査用と潜像書込み用を共通化するような構成であってもよい。
【００４９】
＜実施形態２＞
本発明の実施形態２に係る定着装置１ａについて、図５に基づいて説明する。なお、この実施形態２の定着装置１ａでは、実施形態１の定着装置と同一構成部に対しては同一参照番号を付している。本実施形態では、発光部１１が、行列状に並べられた複数の光源により構成されており、ポリゴンミラー１３を用いない点で、実施形態１とは異なる。
【００５０】
図５は、実施形態２に係る定着装置１ａの構成図である。図５に示すように発光部１１は、複数の発光源１１１１よりなるアレイパッケージ１１１が複数配列され、構成されている。発光部１１により発せられた拡散光は照射光学系１２により集光され、その集光光が記録媒体１５上の未定着トナーに照射される。ここで、照射光学系１２により形成される集光光のＹ方向の照射領域は、記録媒体１５のＹ方向の長さよりも長くなるように光学レンズ等を調整して設定され、記録媒体１５を搬送装置１４によりＸ方向に搬送することで、記録媒体１５の全域が照射可能となっている。
【００５１】
また、発光部１１は、図５に示すように複数のグループに分けられており、個々のグループにおいて発光のＯＮ、ＯＦＦが制御可能となっている。搬送装置１４により記録媒体１５をＸ方向に走査する際、集光光が未定着トナーの存在する領域を通過する際には発光（ＯＮ）し、未定着トナーが存在しない領域を通過する際には発光を停止（ＯＦＦ）する。以上の制御を発光部１１の各グループで行い、不必要な光照射を行わないことで、記録媒体１５上の印刷パターンに応じて消費電力を削減することが可能となる。
【００５２】
記録媒体１５上のトナーの有無を判断する手段としては、本発明の実施形態１に記載した方法と同様に、感光体に対して静電潜像を書き込むときの書込みデータに基づき、記録媒体１５上の未定着トナーの位置に対応して、ＯＮ、ＯＦＦ制御を行う。この場合の照射時間のカウントは、実際に発光がＯＮになっている時間を照射時間とする。
【００５３】
照明装置１ａにおいても、本発明の実施形態１に示したように、トナーへの光照射時間ｔが、２０≦ｔ≦８０の範囲であれば、一定の光パワー密度でトナーに対し照射を行ったところ、階調に関わらず良好な定着状態が得られた。
【００５４】
ここで、発光部１１として使用している全ての光源が発光したときにおける集光光のトータルパワーをＰ［Ｗ］、全ての光源が発光したときの記録媒体１５上における照射領域（集光光）の面積をＳ［ｃｍ２］とすると、光パワー密度Ｉは、Ｉ＝Ｐ／Ｓとなる。Ｉが上記範囲内となるよう、発光部１１を構成するアレイパッケージ１１１及び発光源１１１１の個数、出力、照射光学系１２の構成を決定すればよい。
【００５５】
なお、本実施形態では、発光部１１をアレイレーザとしているが、発光部１１の構成はこれに限らず、例えば、複数個のＬＤやＬＥＤ等の光源を用い、照射光学系１２により集光することで、記録媒体１５のＹ方向の長さよりも長い照射領域を確保可能な構成であれば、これに限らない。
【００５６】
さらに、本実施形態では、記録媒体１５をＸ方向に搬送する搬送装置１４を送りローラとしているが、記録媒体１５を一方向に搬送可能な構成であれば、これに限らない。
【００５７】
上記のような構成により、光定着装置において、階調の違いに起因する定着状態のばらつきや、定着時における消費電力を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の光定着装置は、階調の違いに起因する定着状態のばらつきや、定着時における消費電力の削減に有効であり、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子機器や、露光装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 光定着装置
２ 複写機
１１ 発光部
１２ 照射光学系
１３ ポリゴンミラー
１４ 搬送装置
１５ 記録媒体
１６ トナー
２０ 操作部
２１ 制御部
２２ 読み取り部
２３ 画像処理部
２４ 現像部
２５ 定着部
２６ 給紙部
１２１ 光学レンズ
１２２ 反射鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部からの光を照射光学系により記録媒体上に集光し、前記記録媒体上の未定着トナーに照射して定着を行う光定着装置であって、
前記記録媒体上の未定着トナーのトナー濃度に依存せず、一定のエネルギで照射することを特徴とする光定着装置。
【請求項２】
前記光定着装置は、光パワー密度をＩ〔Ｗ／ｃｍ２〕、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕とした場合、下記の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の光定着装置。
０．４９≦Ｉ×ｔ≦０．６３ …（１）
【請求項３】
前記光定着装置は、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕が下記の式（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の光定着装置。
４×１０−５ ≦ ｔ ≦ ８×１０−５ …（２）
【請求項４】
前記光定着装置は、光パワー密度Ｉ〔Ｗ／ｃｍ２〕が下記の式（３）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の光定着装置。
７３００ ≦ Ｉ ≦ １２５００ …（３）
【請求項５】
前記発光部は、潜像書き込みデータに基づいて、選択的に光照射を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光定着装置。
【請求項６】
前記光定着装置は、前記記録媒体を搬送する搬送装置をさらに備え、
前記搬送装置によって前記記録媒体が搬送される方向に対して略垂直な方向の照射領域が、前記記録媒体の搬送方向に略垂直な方向における長さよりも長いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の光定着装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
発光部からの光を照射光学系により記録媒体上に集光し、前記記録媒体上の未定着トナーに照射して定着を行う光定着装置であって、
前記記録媒体上の未定着トナーのトナー濃度に依存せず、一定のエネルギで照射することを特徴とする光定着装置。
【請求項２】
前記光定着装置は、光パワー密度をＩ〔Ｗ／ｃｍ２〕、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕とした場合、下記の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の光定着装置。
０．４９≦Ｉ×ｔ≦０．６３ …（１）
【請求項３】
前記光定着装置は、前記照射光学系により照射される時間をｔ〔ｓ〕が下記の式（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の光定着装置。
４×１０−５ ≦ ｔ ≦ ８×１０−５ …（２）
【請求項４】
前記光定着装置は、光パワー密度Ｉ〔Ｗ／ｃｍ２〕が下記の式（３）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の光定着装置。
７３００ ≦ Ｉ ≦ １２５００ …（３）
【請求項５】
前記発光部は、潜像書き込みデータに基づいて、選択的に光照射を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光定着装置。
【請求項６】
前記光定着装置は、前記記録媒体を搬送する搬送装置をさらに備え、
前記搬送装置によって前記記録媒体が搬送される方向に対して略垂直な方向の照射領域が、前記記録媒体の搬送方向に略垂直な方向における長さよりも長いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の光定着装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３２９５５（Ｐ２０１２−１３２９５５Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８２５１６（Ｐ２０１０−２８２５１６）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【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７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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