定着装置及びこれを用いる画像形成装置
【課題】トナー像を記録部材に定着させるときに、トナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えることができる定着装置及びこれを用いる画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー像が形成された用紙Ｐを搬送する用紙搬送装置Ｌ２と、用紙Ｐ上に形成されたトナー像にレーザ光を照射するレーザ照射手段Ｌ１と、レーザ照射手段Ｌ１による光の照射を制御する定着制御部６０２と、レーザ照射手段Ｌ１から照射されたレーザ光を用紙Ｐ上に集光する集光レンズ２０１とを備える定着装置４０において、定着制御部６０２、レーザ照射手段Ｌ１から照射される光出力を一定として、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、用紙Ｐの単位面積当りの光出力を制御することを特徴とする。
【解決手段】トナー像が形成された用紙Ｐを搬送する用紙搬送装置Ｌ２と、用紙Ｐ上に形成されたトナー像にレーザ光を照射するレーザ照射手段Ｌ１と、レーザ照射手段Ｌ１による光の照射を制御する定着制御部６０２と、レーザ照射手段Ｌ１から照射されたレーザ光を用紙Ｐ上に集光する集光レンズ２０１とを備える定着装置４０において、定着制御部６０２、レーザ照射手段Ｌ１から照射される光出力を一定として、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、用紙Ｐの単位面積当りの光出力を制御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、定着装置及びこれを用いる画像形成装置に係り、特に、記録部材上に形成されたトナー像に光照射手段により光を照射することでトナー像を記録部材に定着させる定着装置及びこれを用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置には、記録部材（記録紙または用紙）上に形成されたトナー像を熱溶融することによって記録部材上に定着させる定着装置が備えられている。
【０００３】
この定着装置の一例として、定着ローラと加圧ローラとから構成されるローラ対方式の定着装置が知られている（特許文献１を参照）。
【０００４】
定着ローラは、アルミなどの金属製中空芯金の表面に弾性層が形成されたローラ部材であり、この芯金の内部に熱源としてハロゲンランプが配置された構成である。そして、温度制御装置が、定着ローラ表面に設けられた温度センサから出力される信号に基づいてハロゲンランプをオン／オフ制御することによって、定着ローラ表面の温度を制御する。
【０００５】
加圧ローラは、芯金上に被覆層としてシリコンゴムなどの耐熱性弾性層を設けたローラ部材である。この加圧ローラは、定着ローラ周面に対して圧接され、加圧ローラの前記弾性層の弾性変形によって、定着ローラと加圧ローラとの間にニップ領域が形成される。
【０００６】
上記の構成において、定着装置では、未定着のトナー像が形成された記録部材を定着ローラと加圧ローラとの間のニップ領域に挟み込み、これら両ローラを回転させることによって前記記録部材を搬送するとともに、定着ローラ周面の熱により記録部材上のトナー像を溶融させて記録部材に定着させる。
【０００７】
しかしながら、上述した従来のローラ対方式では、例えば、朝一番に電源を投入した直後は、定着ローラ及び加圧ローラは、室温状態にあるため、電源ＯＮ後、所定温度にまで上昇させる必要があるため、ウォームアップ時間を要するという問題がある。
【０００８】
また、コピー動作が行われていない待機状態では、ローラ表面を所定温度に保持する必要があるため、コピー動作が行われていない時も常に加熱していなければならない。従って、これらコピー動作以外に、無駄なエネルギーを消費するという問題がある。
【０００９】
そこで、無駄なエネルギーを消費せず効率よくトナーのみを定着させる方法として、レーザパワーを利用してトナーを定着させる定着装置が提案されている（特許文献２を参照）。
【００１０】
上述した定着装置によれば、複数のレーザを用いてトナーを加熱することで、一つの弱いレーザだけでは不十分な定着性を複数個のレーザを用いることで定着性を向上させている。これにより、低出力で安価なレーザを使うことが可能であり、装置全体も簡単なものに構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３８８０２号公報
【特許文献２】特開２００５−５５５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２のようなレーザ定着装置の場合では、カラー画像の定着まで想定した場合、黒のトナー像が単層の場合に比べ、カラー画像により多層（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）になるとトナー量が多くなるため、単層の場合と同等の定着性を確保するには、レーザパワーを大きくする必要がある。そして、レーザ定着のように、焦点が絞られている位置でレーザ照射すると、トナー像の表面が急速に温度上昇し、トナーの色変化が生じる一方で、トナー像の下層は充分溶融しないという問題がある。
【００１３】
このような課題に対して、トナーの色変化が生じることなく定着性を確保するには、プロセス速度を落とすことでトナーの色変化防止と定着性の両立を行っているが、プロセス速度を落とすと生産性が落ちるという問題が生じる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、トナー像を記録部材に定着させるときに、トナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えることができる定着装置及びこれを用いる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】
【００１５】
上述した課題を解決するための本発明に係る定着装置及びこれを用いる画像形成装置は、次の通りである。
【００１６】
本発明は、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置において、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）に応じて、前記記録部材の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明は、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）が多くなるにつれて、単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を小さくするように制御することが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、前記制御手段により、前記集光レンズを光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、前記制御手段により、前記記録部材搬送手段を光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することが好ましい。
【００２０】
また、本発明は、前記光照射手段の構成として、レーザ光を用いるものとすることが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、前記光照射手段の構成として、光源として半導体レーザ素子を用いることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、前記光照射手段の構成として、光源として複数の半導体レーザ素子を前記記録部材の搬送方向と略直交する方向に沿って並べた半導体レーザ素子アレイからなるものとすることが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着装置として、請求項１から７のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の定着装置によれば、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置において、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）に応じて、前記記録部材の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することで、トナー像を形成するトナー付着量に応じた条件でトナー像を加熱溶融できる。これにより、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えトナー像を記録部材に定着させることができる。
【００２５】
本発明の定着装置において、記録部材（用紙）上のトナーを加熱溶融する場合、トナー表面から光を受光するので、トナー表面から溶融する。この時トナーを溶融し、用紙界面でトナーと用紙が固着するために必要なエネルギー（Ｊ／ｃｍ２）（以下、「定着エネルギー」と称する。）は、単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｃｍ２）（以下、「ワット密度」と称する。）×加熱時間(秒)で決まる。ここで、光照射手段から照射される光出力が一定の時、集光レンズを用いて光照射領域をできるだけ小さく（集光）することで、ワット密度を大きくできる。
【００２６】
ここで、同じ定着エネルギーでも、（１）高ワット密度×短加熱時間よりも（２）低ワット密度×長時間加熱の方が、加熱溶融過程で記録部材（用紙）や雰囲気中に逃げる熱が大きくなるので、（１）と（２）で同じエネルギーを与えたとしても、（２）の方は、定着性が弱くなるので、定着装置においては、できるだけ（１）の条件にして必要なエネルギーを小さくすることが省エネになる。しかし、（１）の条件にすればするほど、トナー表面と下層(紙界面付近)の温度差が大きくなる。
【００２７】
ところで、トナーの定着性を高くするには、用紙とトナー界面に存在するトナーの溶融性を上げる必要がある。つまり用紙とトナー界面温度をいかに高くするかで定着性がよくなる。しかし、記録部材に単位面積当たりに付着するトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）（以下、「トナー付着量」と称する。）が大きくなると、表面で加熱した光が用紙界面まで到達するのに時間がかかる。
【００２８】
つまり、カラー画像などトナーが多層(シアン、マゼンダ、イエロートナーが積層)形成される場合、黒のトナー像が単層形成されるものと比較した場合、同じトナー界面温度にしようとした場合、トナー表面温度が高くなる。そして、ある温度を超えると色素や樹脂の分解が生じトナーが色変化する。そこで、トナー付着量が変化する場合、レーザの出力を一定のまま、焦点位置を制御することで、ワット密度が変化し、トナー付着量に応じた条件で加熱溶融できるわけである。
【００２９】
また、本発明によれば、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）が多くなるにつれて、単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を小さくするように制御することで、照射領域が広がり、加熱時間が長くなるので、トナー表面と界面の温度差が小さくなり、トナーの定着性を確保しつつ、トナーの色変化を抑えることができる。
【００３０】
また、本発明によれば、前記制御手段により、前記集光レンズを光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することにより、トナー付着量に応じて瞬時に記録部材上の照射領域を変化させることができる。
【００３１】
また、本発明によれば、前記制御手段により、前記記録部材搬送手段を光照射方向に沿って移動して（例えば、偏芯カム（移動手段）の回転により光照射方向に沿って移動して）、焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することにより、レーザ光の焦点位置を用紙搬送装置の表面からずらすことを容易に行うことができる。
【００３２】
また、本発明によれば、前記光照射手段の構成として、レーザ光を用いるものとすることで、光の拡散が少ないため、トナーの存在する場所のみを選択加熱することも可能であり、トナーを効率良く照射できる。
【００３３】
すなわち、本発明の光照射手段として、フラッシュランプや、ＬＥＤ、等が使用可能であるが、レーザ光は、光の拡散が少ないため、レーザと集光レンズの併用により、光をもっとも集光でき、ワット密度をもっとも大きくすることができるので、効率よく光を照射できる。
【００３４】
また、本発明によれば、前記光照射手段の構成として、光源として半導体レーザ素子を用いることで、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザを用いるより、素子のコストが安いため低コスト化できる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記光照射手段の構成として、光源として複数の半導体レーザ素子を前記記録部材の搬送方向と略直交する方向に沿って並べた半導体レーザ素子アレイからなるものとすることで、前記記録部材の搬送方向と略直交する方向にレーザをスキャンさせる必要がないため、必要最低限の構成で使用することができ、更に、高速で定着させることが可能となる。
【００３６】
また、本発明の画像形成装置によれば、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着装置として、請求項１から７のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えたことで、トナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えトナー像を記録部材に定着させることができる。さらに、画像形成装置のウォームアップ時間が短縮でき、待機時の消費電力も必要がない為、低消費電力の画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図である。
【図３】前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図である。
【図４】前記画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図である。
【図６】前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図である。
【図７】前記定着装置を構成するレーザ照射手段の構成を示す説明図である。
【図８】本発明に係る定着装置の実施例によるトナーの定着性の測定結果を示す表である。
【図９】前記実施例による色差の測定結果を示すグラフである。
【図１０】前記実施例による色差測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は発明を実施する形態の一例であって、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。
【００３９】
第１実施形態は、図１に示すように、用紙（記録部材）Ｐ上に形成されたトナー像に光を照射することでトナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置４０を備えた画像形成装置１００において、定着装置４０として、本発明に係る特徴的な定着装置の構成を採用したものである。
【００４０】
まず、第１実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成について説明する。
第１実施形態の画像形成装置１００は、乾式電子写真方式のカラー画像形成装置であって、図１に示すように、例えば、ネットワーク上の各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Ｐに対して多色又は単色の画像を形成する。
【００４１】
画像形成装置１００は、可視像形成ユニット５０（５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｂ）、用紙搬送手段３０、定着装置４０を備えている。
【００４２】
画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色に対応して、４つの可視像形成ユニット５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｂが並設されている。つまり、可視像形成ユニット５０Ｙは、イエロー（Ｙ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｍは、マゼンダ（Ｍ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｃは、シアン（Ｃ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｂは、ブラック（Ｂ）のトナーを用いて画像形成を行う。
具体的な配置としては、用紙Ｐの搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット５０を配設した、所謂タンデム式である。
【００４３】
可視像形成ユニット５０は、それぞれ実質的に同一の構成を有し、すなわち、それぞれに、感光体ドラム５１、帯電器５２、レーザ光照射手段５３、現像槽５４、転写ローラ５５、ドラムクリーナユニット５６、が設けられており、搬送される用紙Ｐに各色トナーを多重転写する。
【００４４】
ここで、感光体ドラム５１は、形成される画像を担持するものである。
帯電器５２は、感光体ドラム５１表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。
レーザ光照射手段５３は、画像形成装置に入力された画像データに応じて、帯電器５２によって帯電した感光体ドラム５１表面を露光して、該感光体ドラム５１表面に静電潜像を形成する。
現像槽５４は、感光体ドラム５１表面に形成された静電潜像を、各色のトナーによって顕像化する。静電潜像を現像する方法としては、磁性１成分現像剤または非磁性１成分現像剤を用いる１成分現像方式と、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる２成分現像方式とがある。
【００４５】
２成分現像方式は、キャリアと呼ばれる磁性粒子とトナーとを撹拌して互いに摩擦帯電させることによってキャリアの表面にトナーを担持させ、トナーを担持するキャリア(現像剤)で磁石部材を内包する現像ローラの表面に穂を形成し、穂中のトナーを現像ローラから電子写真感光体の静電潜像へ移行させて現像する。
【００４６】
また、２成分現像方式は、１成分現像方式に比べて装置が若干複雑になるが、トナーの電位設定が比較的容易であり、高速対応性および安定性に優れるので、多用され、本実施例にも用いている。そして、カラートナー（イエロー、マゼンタ、シアン）はモノクロトナーに比べてレーザ光の吸収率が低いことから、赤外線吸収剤(例えば、シアニン化合物)を添加することでモノクロトナーと同じ吸収率を確保している。
【００４７】
転写ローラ５５は、トナーとは逆極性のバイアスが印加されており、後述する用紙搬送手段３０により搬送された用紙Ｐに、形成されたトナー像を転写させている。
【００４８】
ドラムクリーナユニット５６は、現像槽５４での現像処理、及び、感光体ドラム５１に形成された画像の転写後に、感光体ドラム５１表面に残留したトナーを除去・回収する。
以上のような用紙Ｐに対するトナー像の転写は、４色について４回繰り返される。
【００４９】
用紙搬送手段３０は、駆動ローラ３１、アイドリングローラ３２、搬送ベルト３３からなり、用紙Ｐに可視像形成ユニット５０にてトナー像が形成されるように、用紙Ｐを搬送するものである。
【００５０】
駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２は、無端状の搬送ベルト３３を架張するものであり、駆動ローラ３１が所定の周速度に制御されて回転することで、無端状の搬送ベルト３３を回転させている。搬送ベルト３３は、外側表面に静電気を発生させており、用紙Ｐを静電吸着させながら、用紙Ｐを搬送している。
【００５１】
用紙Ｐは、このようにして、搬送ベルト３３に搬送されながらトナー像を転写されたあと、駆動ローラ３１の曲率により搬送ベルト３３から剥離され、定着装置４０に搬送される。
【００５２】
定着装置４０は、用紙Ｐに適度な熱を与えて、トナーを溶解して用紙に固定することで、堅牢な画像を形成する。
【００５３】
次に、第１実施形態に係る特徴的な定着装置４０の構成について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は第１実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図、図３は前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図である。
【００５４】
第１実施形態の定着装置４０は、図２に示すように、レーザ照射手段（光照射手段）Ｌ１と、用紙搬送装置Ｌ２とを備えている。定着装置４０は、用紙Ｐの表面に形成された未定着トナー像に熱を加えることによって用紙Ｐに定着させる。
【００５５】
具体的には、定着装置４０は、用紙搬送装置Ｌ２により所定の定着搬送速度に基づき、用紙搬送装置Ｌ２上のレーザ光が照射される領域（レーザ照射エリア）Ａに未定着トナー像を担持した用紙Ｐを搬送して、レーザ照射手段Ｌ１からレーザ光を照射して、そのレーザ光の熱によってトナー像の定着を行う。
【００５６】
用紙搬送装置Ｌ２は、定着駆動ローラ１０２、定着従動ローラ１０７、電源１０４、分離チャージャ１０５、除電チャージャ１０６、及び定着搬送ベルト１０３を備えている。
【００５７】
定着搬送ベルト１０３は、無端状のベルトであり、ポリカーボネート、フッ化ビニリデン又はポリイミド等の樹脂にカーボン等の導電性部材を分散させた素材から構成されている。また、定着搬送ベルト１０３は、定着駆動ローラ１０２と定着従動ローラ１０７によって張架されている。
【００５８】
また、定着搬送ベルト１０３は、後述する定着制御部６０２（図４を参照）からの信号によって図示しない定着部モータによる駆動が制御される。定着制御部６０２による制御によって、定着搬送ベルト１０３の用紙搬送速度は可変され、各条件に応じて任意に調節できるように構成されている。尚、本実施形態では、定着搬送ベルト１０３の用紙搬送速度を２２０ｍｍ／ｓｅｃに設定する。
【００５９】
レーザ照射手段Ｌ１は、定着搬送ベルト１０３上のレーザ照射エリアＡに搬送された用紙Ｐに担持された未定着トナー像にレーザ光を照射して、トナー像を用紙Ｐに定着させる。
【００６０】
レーザ照射手段Ｌ１は、図２，図３に示すように、複数のレーザ素子（半導体レーザ素子）２００、複数のコリメートレンズ２１０、コリメートレンズホルダー２１１、集光レンズ２０１、集光レンズホルダー２０２と、フォトダイオード２０３と、シリコン基板２０４、ワイヤーボンド線２０５（図７を参照）、表面電極２０６及びセラミック基板２０７、放熱板（ヒートシンク）２０８、温度センサ（サーミスタ）２０９、レーザ制御回路（図示せず）を備えている。
【００６１】
本実施形態に係る放熱板２０８は、アルミニウム合金で構成されている。図２，図３に示すように、各レーザ素子２００の近傍に受光素子（フォトダイオード）２０３を配設して、レーザ素子２００の発光量を検出し、フォトダイオード２０３の検出した発光量をレーザ照射手段Ｌ１内のレーザ制御回路（図示せず）にフィードバックして、各レーザ素子２００の光量の出力を可変し、または一定にするという制御を行う。
【００６２】
レーザ制御回路、フォトダイオード２０３は、一体に形成（モノリシック）され、シリコン基板２０４を構成し、さらにレーザ素子２００がマウントされる。レーザ素子２００とシリコン基板２０４は、ワイヤーボンド線２０５で電気的に接続される。
【００６３】
また、シリコン基板２０４上には、各レーザ素子２００の温度を測定するための温度センサ（サーミスタ）２０９が備えられている。尚、制御回路は、温度センサ２０９によって検出された温度に基づき、各レーザ素子２００の光量の出力を可変する構成を取っても良い。
【００６４】
また、レーザ素子２００がマウントされたシリコン基板２０４を、セラミックで構成するセラミック基板２０７上に複数個配置する。複数のシリコン基板の電極（図示せず）とセラミック基板２０７の表面電極２０６とは、ワイヤーボンディング等により電気的に接続される。
【００６５】
集光光学系の複数のコリメートレンズ２１０、集光レンズ２０１は、集光レンズホルダー２０２に配設される。各レーザ素子２００から出射されたレーザ光は、対応するコリメートレンズ２１０及び集光レンズ２０１を通過し、レーザ照射エリアＡ上の用紙Ｐに照射される。
【００６６】
以上のように、レーザ照射手段Ｌ１は、レーザ素子２００がマウントされた複数のシリコン基板２０４が並べられたセラミック基板２０７と、放熱板２０８（ヒートシンク）と、複数のコリメートレンズ２１０及び集光レンズ２０１が配設されたコリメートレンズホルダー２１１，集光レンズホルダー２０２とによって構成されている。
【００６７】
集光レンズホルダー２０２は、図２，図３に示すように、複数の集光レンズ２０１を並設して保持するとともに、集光レンズ２０１を挟んで両端部にコイル２１４が内包されている。そして、コイル２１４の外側上方にはコイル２１４に近接して永久磁石２１２が設置されている。
【００６８】
すなわち、集光レンズホルダー２０２は、コイル２１４に電流を流した時に発生する電磁力と永久磁石との吸引力（反発力）とにより、集光レンズ２０１を光照射方向Ｂ（図２の上下方向）に沿って移動することで、レーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合せたり（図２を参照）、ずらしたり（図３を参照）することができるような構成となっている。
【００６９】
定着装置４０をこのように構成することで、レーザ照射手段Ｌ１により瞬時に集光レンズ２０１の位置を制御することができる。これにより、同じ用紙Ｐ上において、図２，図３に示すように、印字位置に応じてレーザ光の焦点位置を瞬時に制御することができる。
【００７０】
ここで、本実施形態の画像形成装置１００の特徴的な構成についてブロック図を参照して説明する。
図４は本実施形態の画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【００７１】
画像形成装置１００は、図２に示すように、例えば、スキャナとプリンタと周辺機器とを備えた複合機であり、電気的構成として、図４に示すように、画像形成装置１００の動作を制御する制御部６０１、定着装置４０の動作を制御する定着制御部（制御手段）６０２、画像形成装置の操作部である入力部６０３、表示部６０４、原稿画像を読み取る読取部６０５、読み取った原稿画像を適正な電気信号に変換して画像データを生成する画像処理部６０６、生成された画像データを印刷出力する画像形成部６０７、用紙搬送速度と用紙搬送開始信号を検出するアクチュエータの信号を元に印字開始信号を受信してから記録部材が定着装置内のレーザ照射部までの到達時間を記憶しているとともに、レーザの出力値及び集光レンズ(又は用紙搬送装置)の光照射方向の移動量を決定するテーブルを記憶している記憶部６０９、後処理装置であるフィニッシャーやソーターなどの周辺機器を制御する周辺機器制御部６０８を備えている。
【００７２】
制御部６０１は、画像処理部６０６から受信した画像情報の印字情報（印刷ジョブに対して、１ページ毎のどの位置に何色のトナーを印字するか(つまり各印字位置にどのくらいのトナー量を現像するか)といった信号を指す。以後、印字位置情報とする）をもとにレーザ光出力タイミング及びレーザ出力値を定着制御部６０２へ送信する。
【００７３】
ここで、第１実施形態の特徴的な定着制御部６０２について説明する。
定着制御部６０２は、レーザ照射手段Ｌ１によるレーザ光照射を制御するとともに、レーザ照射手段Ｌ１から照射される光出力を一定として、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、用紙Ｐの単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【００７４】
第１実施形態では、定着制御部６０２は、集光レンズ２０１を光照射方向（図２の上下方向）に動かして焦点位置を制御することで、レーザ照射手段Ｌ１による単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【００７５】
具体的には、定着制御部６０２は、受信した印字位置情報とレーザ光の出力値に基づいて、集光レンズホルダー２０２に設置したコイル２１４へ通電することで集光レンズホルダー２０２を変位させてレーザ光の焦点位置を移動するとともに、定着搬送ベルト１０３を駆動して、レーザ光を照射するように構成されている。また、定着制御部６０２は、用紙Ｐの搬送を検出する図示しないアクチュエータの信号を監視し、この信号に基づいて定着搬送ベルト１０３に対して電圧を印加する制御を行う。
【００７６】
この焦点位置の制御は、制御部６０１からの指令に基づき、レーザ照射手段Ｌ１における集光レンズホルダー２０２の位置を決定する。
【００７７】
以上のように構成したので、第１実施形態によれば、定着装置４０の構成として、レーザ照射手段Ｌ１と用紙搬送装置Ｌ２とを備え、レーザ照射手段Ｌ１の構成として、複数のレーザ素子２００のレーザ光を集光する複数の集光レンズ２０１を保持する集光レンズホルダー２０２を備え、その集光レンズホルダー２０２の両端部にコイル２１４を内包するとともに、そのコイル２１４の外側上方にコイル２１４に近接して永久磁石２１２を設置する構成とし、定着制御部６０２により、レーザ照射手段Ｌ１から照射される光出力を所定値で一定にした状態で、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、コイル２１４に電流を流した時に発生する電磁力と永久磁石との吸引力（反発力）とにより、集光レンズ２０１を光照射方向に沿って移動することで、レーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合せたり（図２を参照）、ずらしたり（図３を参照）することにより、用紙Ｐの単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することで、トナー像を形成するトナー付着量に応じた条件でトナー像を加熱溶融できる。
これにより、用紙Ｐに形成されるトナー像のトナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えてトナー像を用紙Ｐに定着させることができる。
【００７８】
なお、第１実施形態では、レーザ照射手段Ｌ１から照射されるレーザ光の焦点位置を変えるために、集光レンズ２０１を光照射方向に沿って上下方向に移動するようにしているが、レーザ照射手段Ｌ１から照射されるレーザ光の用紙Ｐ上の焦点位置をずらす目的であれば、上述した第１実施形態の構成に限定されるものではない。
【００７９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光定着装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図５は本発明の第２実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図、図６は前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図、図７は前記定着装置を構成するレーザ照射手段の構成を示す説明図である。
なお、第２実施形態の定着装置において、上述した第１実施形態と同様な構成については同一の符号を付することで説明を省略する。
【００８０】
第２実施形態は、光照射の焦点位置を制御する方法として、図５，図６に示すように、定着装置１４０として、レーザ照射手段（光照射手段）Ｌ１０１と、用紙搬送装置（記録部材搬送手段）Ｌ１０２とを備え、レーザ照射手段Ｌ１０１に対する用紙搬送装置Ｌ１０２の位置を制御して、レーザ照射手段Ｌ１０１から照射されるレーザ光の用紙Ｐ上の焦点位置を変位させるように構成したものである。
【００８１】
用紙搬送装置Ｌ１０２は、定着駆動ローラ１０２、定着従動ローラ１０７、電源１０４、分離チャージャ１０５、除電チャージャ１０６、及び定着搬送ベルト１０３を備え、さらに、定着駆動ローラ１０２と定着従動ローラ１０７とを図示しないベアリングを介して回転可能に支持するとともに用紙搬送装置Ｌ１０２全体を保持するアーム１１３を備えている。
【００８２】
定着駆動ローラ１０２、定着従動ローラ１０７は、図示しないギアを介して図示しない第１駆動部と接続されている。
【００８３】
アーム１１３の両端部には、図５に示すように、アーム１１３を図中の上方に付勢するばね部材（引っ張りばね）１１１が設けられるとともに、アーム１１３を図中の上下方向に変位させる偏芯カム（移動手段）１１２が配置されている。図中の符号１１２Ｐは軸芯を示す。
【００８４】
アーム１１３は、両端に設置したばね部材１１１により上方に引き上げられて偏芯カム１１２と当接した状態となっている。そして、偏芯カム１１２が回転することにより、アーム１１３が上下方向に変位することで、用紙搬送装置Ｌ１０２が上下方向に移動する。
これにより、レーザ照射手段Ｌ１０１に対する用紙搬送装置Ｌ１０２のベルト表面位置を変化させることができるので、レーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合わせたり（図５を参照）、ずらしたり（図６を参照）することができる。
【００８５】
偏芯カム１１２は、図示しない第２駆動部と接続されており、図示しない第２駆動部によって、制御部６０１から送られてきたトナー付着量の情報に応じて回転角度（回転量）が制御されるようになっている。
【００８６】
レーザ照射手段Ｌ１０１は、図５，図６に示すように、複数のレーザ素子２００、複数のコリメートレンズ２１０、コリメートレンズホルダー２１１、集光レンズ２０１、集光レンズホルダー１２０２と、フォトダイオード２０３と、シリコン基板２０４、ワイヤーボンド線２０５、表面電極２０６及びセラミック基板２０７、放熱板（ヒートシンク）２０８、温度センサ（サーミスタ）２０９、レーザ制御回路（図示せず）を備えている。
【００８７】
レーザ照射手段Ｌ１０１は、図７に示すように、所定のサイズの用紙（例えば、Ａ４サイズの用紙）上の未定着トナー像を定着する場合、用紙に対して平行に１列状に配列された複数のレーザ素子２００が使用される。複数のレーザ素子２００は、定着搬送ベルト１０３の幅方向に平行で、且つ、用紙搬送方向と直交する方向に一列に配置されている。
【００８８】
具体的には、レーザ素子列の領域Ｗ１に配設されているレーザ素子２００は、波長７８０ｍｍのレーザ光を出射するものであって、隣接するレーザ素子２００間の配列ピッチＰ１を１．０ｍｍとして３００個並設されている。
【００８９】
なお、レーザ素子２００の波長は、上記の値に限定されず、半導体素子の配合や材料等を替えることで４００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で選択できる構成となっている。
【００９０】
すなわち、第２実施形態におけるレーザ照射手段Ｌ１０１は、複数のレーザ素子２００が定着搬送ベルト１０３の幅方向に平行で、かつ、用紙搬送方向に垂直な方向に沿って一列に配列された半導体レーザ素子アレイにより構成されている。
【００９１】
例えば、１つのレーザ光源で、用紙Ｐの全面を光照射する場合、用紙Ｐの幅方向にレーザ光をスキャンさせる必要がある。そのため、定着プロセスに時間がかかるため高速で定着させるには限界がある。また、レーザ光をスキャンさせるには、装置が複雑化するとともに、コストアップになる。
【００９２】
これに対して、第２実施形態のようにレーザ照射手段Ｌ１０１を複数のレーザ素子２００を備えた半導体レーザ素子アレイによる構成とすることによって、用紙Ｐの幅方向にレーザ光をスキャンさせる必要がないため、簡単な装置構成で高速定着が可能となる。
【００９３】
また、１つのレーザ光源により高出力で光照射を行うよりも、複数のレーザ素子２００を備える構成で高出力化したほうが、レーザ照射手段Ｌ１０１における放熱部の面積が大きくなる。また、放熱部であるヒートシンク２０８への熱移動効率を向上することができる。
【００９４】
用紙Ｐは、レーザ照射エリアＡにおいてトナー像の定着が行われた後、定着搬送ベルト１０３に静電吸着された状態で分離チャージャ１０５と定着駆動ローラ１０２との間に搬送される。
【００９５】
定着駆動ローラ１０２は、導電性材料で構成され且つ接地されている。従って、分離チャージャ１０５により、用紙Ｐの除電を行って定着搬送ベルト１０３と用紙Ｐとの間の静電吸着力を弱める。
【００９６】
定着搬送ベルト１０３は、定着駆動ローラ１０２の駆動により静電吸着力を弱めた状態で搬送される。定着搬送ベルト１０３は、大きな曲率を有するため、用紙Ｐの先端部は定着搬送ベルト１０３から浮く。さらに、分離爪（図示せず）によって用紙Ｐは、完全に定着搬送ベルト１０３から分離する。
【００９７】
このように構成された定着装置１４０は、定着制御部１６０２（図４を参照）により動作制御される。
【００９８】
ここで、第２実施形態の特徴的な定着制御部１６０２について説明する。
定着制御部１６０２は、レーザ照射手段Ｌ１０１によるレーザ光照射を制御するとともに、レーザ照射手段Ｌ１０１から照射される光出力を一定として、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、用紙Ｐの単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【００９９】
第２実施形態では、定着制御部１６０２は、用紙搬送装置Ｌ１０２を光照射方向（図５の上下方向）に沿って移動して焦点位置を制御することで、レーザ照射手段Ｌ１０１による単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【０１００】
具体的には、定着制御部１６０２は、受信した印字位置情報とレーザ光の出力値に基づいて、図示しない駆動モータにより偏芯カム１１２を回転させることによりアーム１１３を変位させることで用紙搬送装置Ｌ１０２を上下方向に変位させてレーザ光の焦点位置を移動するとともに、定着搬送ベルト１０３を駆動して、レーザ光を照射するように構成されている。また、定着制御部１６０２は、用紙Ｐの搬送を検出する図示しないアクチュエータの信号を監視し、この信号に基づいて定着搬送ベルト１０３に対して電圧を印加する制御を行う。
【０１０１】
この焦点位置の制御は、制御部６０１からの指令に基づき、用紙搬送装置Ｌ１０２のベルト表面位置が決定される。
【０１０２】
以上のように構成したので、第２実施形態によれば、定着装置１４０の構成として、レーザ照射手段Ｌ１０１と用紙搬送装置Ｌ１０２とを備え、用紙搬送装置Ｌ１０２の構成として、定着駆動ローラ１０２と定着従動ローラ１０７とを図示しないベアリングを介して回転可能に支持するとともに用紙搬送装置Ｌ１０２全体を保持するアーム１１３を備え、そのアーム１１３の両端部に、アーム１１３を図中の上方に付勢するばね部材（引っ張りばね）１１１を設けるとともに、アーム１１３を図中の上下方向に変位させる偏芯カム１１２を配置して、定着制御部１６０２により、レーザ照射手段Ｌ１０１から照射される光出力を一定にするとともに、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、偏芯カム１１２を回転させることにより、アーム１１３を上下方向に変位させることで用紙搬送装置Ｌ１０２を光照射方向に沿って上下方向に移動することで、レーザ照射手段Ｌ１０１に対する用紙搬送装置Ｌ１０２のベルト表面位置を変化させてレーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合せたり（図５を参照）、ずらしたり（図６を参照）することにより、用紙Ｐの単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することで、トナー像を形成するトナー付着量に応じた条件でトナー像を加熱溶融できる。
これにより、第１実施形態と同様に、トナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えトナー像を記録部材に定着させることができる。
【０１０３】
次に、本発明に係る定着装置を用いた場合のトナーの定着性と色の変化について、実施例を挙げて具体的に説明する。
図８は本発明に係る定着装置の実施例によるトナーの定着性の測定結果を示す表、９は前記実施例による色差の測定結果を示すグラフ、図１０は前記実施例による色差測定結果を示すグラフである。
【０１０４】
本実施例は、図２に示すように、第１実施形態に係る定着装置４０を備えた画像形成装置１００を用いて、フォーカスレンズとして集光レンズ２０１を動かすことで用紙Ｐ上に照射するレーザ光の照射領域を変化させて定着性と色の変化を考察したものである。
【０１０５】
具体的には、レーザ照射手段Ｌ１に３００Ｗから最大９７５Ｗまで電力（レーザ出力）を変化させて投入し、プロセス速度２２（ｃｍ／ｓｅｃ）で、カラー画像単層(色変化が見やすいイエロー)の未定着トナー像（トナー付着量０．４（ｍｇ／ｃｍ２））及びカラー画像多層(イエローとマゼンタ)の未定着トナー像（トナー付着量０．８（ｍｇ／ｃｍ２））のべた画像を作成し、定着させた。
【０１０６】
この時のレーザ照射幅（図２のレーザ照射エリアＡ：紙搬送方向におけるレーザ照射幅）Ａを、カラー画像単層（トナー像単層）の時の０．００６ｃｍ、０．０１２ｃｍ、０．０２４ｃｍの３つの条件と、カラー画像多層（トナー像多層）の時の０．００６ｃｍ、０．０１２ｃｍ、０．０２４ｃｍ、０．０４８ｃｍと４つの条件とでトナーの定着性の比較を行い、与えた定着エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）と定着性との関係を検討した。
【０１０７】
なお、今回の実験では、レーザ照射幅Ａを０．００６ｃｍ以下に集光させることができないので、この条件が今回の焦点位置とした。また、用紙搬送方向とこれに対して垂直方向のレーザ照射幅は、３０ｃｍで一定とした。
【０１０８】
ここで、レーザ出力一定の下、レーザ照射幅Ａを増やすと、ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）は小さくなる。また、同様に用紙搬送装置Ｌ２で搬送される用紙Ｐ上の未定着トナー像は、照射時間が長くなる。
【０１０９】
例えば、定着エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）は、ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）×照射時間（秒）で決まるので、レーザ照射幅Ａが０．００６ｃｍで３００Ｗのレーザ出力で照射した時の定着エネルギーは、
定着エネルギー(Ｊ／ｃｍ２)＝ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）×照射時間（ｓｅｃ）
で与えられる。
【０１１０】
ここで、
ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）＝レーザ出力（Ｗ）÷照射領域（紙搬送方向の幅Ａ（０．００６ｃｍ）×垂直方向の幅（３０ｃｍ））
照射時間（ｓｅｃ）＝紙搬送方向の幅Ａ（０．００６ｃｍ）÷プロセス速度（２２ｃｍ／ｓｅｃ）
であるので、定着エネルギーは、０．４５（Ｊ／ｃｍ２）となる。
（定着エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）＝レーザ出力（３００Ｗ）÷垂直方向の幅（３０ｃｍ）÷プロセス速度（２２ｃｍ／ｓｅｃ））
【０１１１】
また、トナーの定着強度の確認としては、画像表面に白紙を載せその上におもり（１０ｃｍ×１０ｃｍ １ｋｇｆの荷重）をのせた時、白紙と画像表面の接触部にトナーが付着するかを確認し、トナーが付着していれば、定着不良として「△」、付着しなければ定着性が良好として「○」とした。なお、全くトナーが定着していないもの(指で画像を軽くふれただけでトナーがとれるもの)は、「×」とした。
【０１１２】
また、カラー画像を定着させた時のトナー表面の色変化を測定するために、分光測色計（Ｘ−Ｒｉｔｅ９３９）を用いて色度（Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊）を測定し、最も低い定着エネルギーで定着できた画像を基準とした時、定着エネルギーを増加させた時の色の変化(色差)を検討した。色差が３以下を色変化として合格とした。
【０１１３】
例えば、基準となる色の色度を、（Ｌ＊＝Ｌ０、ａ＊＝ａ０、ｂ＊＝ｂ０）、得られた定着画像の色度（Ｌ＊＝Ｌ１，ａ＊＝ａ１，ｂ＊＝ｂ１）とした時、色差ΔＥ＝{（Ｌ０-Ｌ1）＾２+（ａ０-ａ１）＾２+（ｂ０-ｂ１）＾２}^０．５で与えられる。
【０１１４】
本実施例において、実験したときのカラー画像単層及びカラー画像多層のときのトナー付着量とレーザ照射幅Ａの条件（Ｎｏ．１からＮｏ．７）を下記に示す。
Ｎｏ．１：カラー画像単層（０．４ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．００６ｃｍ
Ｎｏ．２：カラー画像単層（０．４ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０１２ｃｍ
Ｎｏ．３：カラー画像単層（０．４ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０２４ｃｍ
Ｎｏ．４：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．００６ｃｍ
Ｎｏ．５：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０１２ｃｍ
Ｎｏ．６：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０２４ｃｍ
Ｎｏ．７：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０４８ｃｍ
ここで、カラー画像単層はモノクロ画像単層であってもよい。
【０１１５】
そして、Ｎｏ．１からＮｏ．７の条件に対して、レーザ出力を３００Ｗ，３７５Ｗ，４１３Ｗ，４５０Ｗ，５２５Ｗ，６００Ｗと変化させて行った。
【０１１６】
上記条件で定着した時の結果を図８に示す。
カラー画像単層（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）での定着性を比較検討した結果、図８に示すように、Ｎｏ．１の条件（レーザ照射幅が０．００６ｃｍの時）が最も低い定着エネルギー０．５７（Ｊ／ｃｍ２）で定着できることが確認できた。
【０１１７】
詳しくは、図８に示すように、レーザ照射幅Ａが大きくなるにつれて、定着性がＯＫになるのに必要な定着エネルギーは大きくなることが確認できた。したがって、省エネの観点で考えた場合、最も集光させた条件（レーザ照射幅Ａが０．００６ｃｍ）が望ましい。
【０１１８】
次に、トナー表面の色変化について色度を測定した結果を図９に示す。
なお、図９に示すグラフにおける灰色の領域が、定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域である。色差が３を超えると、トナー表面の色が変化していることが目視で確認できる。
【０１１９】
トナー表面の色変化について色度を測定した結果、Ｎｏ．１の条件では、図９に示すように、定着エネルギーが０．５７（Ｊ／ｃｍ２）以上から０．８５（Ｊ／ｃｍ２）付近までが色差が３以下になることが確認できた。したがって、カラー画像単層の場合は、定着性や色変化の観点から、レーザ光を最も集光した条件で定着させることが色変化も無く、省エネになることが解った。
【０１２０】
次に、カラー画像多層（Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７）での定着性を比較検討した結果、図８に示すように、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６の条件で０．８（Ｊ／ｃｍ２）以上の定着エネルギーで定着できることが確認できた。しかしながら、Ｎｏ．７の条件では、更に定着エネルギーが増加するため、上述した範囲では定着性ＯＫの条件が無かった。
【０１２１】
なお、本実施例では、これ以上レーザ光を照射する出力を高出力にしなかったが、更に高出力にすれば、定着性ＯＫの条件が現れるが、省エネの観点から望ましくない。
【０１２２】
これはトナー付着量が大きくなると、レーザ光で照射した光がトナーの下層まで届かず表面で光を吸収し表面が加熱源となるため、その加熱されたトナー表面から伝熱により用紙界面まで到達するからと考えられる。
【０１２３】
次に、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６のトナー表面の色変化について色度を測定した結果を図１０に示す。
なお、図１０に示すグラフにおける灰色の領域が、定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域である。また△印がＮｏ．４、□印がＮｏ．５、×印がＮｏ．６の条件をプロットしたものである。
【０１２４】
トナー表面の色変化について色度を測定した結果、図１０に示すように、Ｎｏ．４の条件では、定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域が存在せず、Ｎｏ．６の条件が定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域が広く存在することが確認できた。
【０１２５】
これは、（１）高ワット密度×短加熱時間（この実験ではＮｏ．４）よりも（２）低ワット密度×長時間加熱（今回の実験ではＮｏ．６）の方が、トナー表面と下層との温度差が少なくなるため、トナー下層の温度がＮｏ．４とＮｏ．６とが同じ条件であった場合、Ｎｏ．４の方はトナー表面温度が高くなると予想できる。
【０１２６】
つまり、定着性はトナー下層(用紙との界面)温度できまるので、トナー下層がある温度以上になる条件で、かつ、トナー表面温度がトナー分解しない温度以下に抑える必要がある。したがって、カラー画像多層で定着性を確保しつつ色変化を少なくするには、（２）の条件、すなわち焦点位置をぼかして低ワット密度で長時間加熱する条件で定着させることが望ましい。
【０１２７】
なお、図５，図６に示すように、第２実施形態に係る定着装置１４０のように用紙搬送装置Ｌ１０２の高さを制御するようにした装置を用いて上記条件で実験しても同じような効果が得られる。
【０１２８】
また、本発明に係る定着装置の構成を、図２に示すような用紙Ｐ上に形成されたトナー像にレーザ光を照射することでトナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置４０に適用した例について説明したが、光を照射する光照射手段と、光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、光照射手段から照射された光を用紙上に集光する集光レンズとを備える定着装置であれば、上述したような構成に限定されるものではなく、半導体レーザ素子以外の光源を用いてトナーを定着するようにした装置にも展開が可能である。
【０１２９】
以上のように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３０】
４０，１４０ 定着装置
１００ 画像形成装置
１０３ 定着搬送ベルト
１１１ ばね部材
１１２ 偏芯カム（移動手段）
１１３ アーム
２００ レーザ素子
２０１ 集光レンズ
２０２，１２０２ 集光レンズホルダー
２１２ 永久磁石
２１４ コイル
６０１ 制御部
６０２，１６０２ 定着制御部（制御手段）
Ａ レーザ照射エリア（レーザ照射幅）
Ｌ１，Ｌ１０１ レーザ照射手段（光照射手段）
Ｌ２，Ｌ１０２ 用紙搬送装置（記録部材搬送手段）
Ｐ 用紙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及びこれを用いる画像形成装置に係り、特に、記録部材上に形成されたトナー像に光照射手段により光を照射することでトナー像を記録部材に定着させる定着装置及びこれを用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置には、記録部材（記録紙または用紙）上に形成されたトナー像を熱溶融することによって記録部材上に定着させる定着装置が備えられている。
【０００３】
この定着装置の一例として、定着ローラと加圧ローラとから構成されるローラ対方式の定着装置が知られている（特許文献１を参照）。
【０００４】
定着ローラは、アルミなどの金属製中空芯金の表面に弾性層が形成されたローラ部材であり、この芯金の内部に熱源としてハロゲンランプが配置された構成である。そして、温度制御装置が、定着ローラ表面に設けられた温度センサから出力される信号に基づいてハロゲンランプをオン／オフ制御することによって、定着ローラ表面の温度を制御する。
【０００５】
加圧ローラは、芯金上に被覆層としてシリコンゴムなどの耐熱性弾性層を設けたローラ部材である。この加圧ローラは、定着ローラ周面に対して圧接され、加圧ローラの前記弾性層の弾性変形によって、定着ローラと加圧ローラとの間にニップ領域が形成される。
【０００６】
上記の構成において、定着装置では、未定着のトナー像が形成された記録部材を定着ローラと加圧ローラとの間のニップ領域に挟み込み、これら両ローラを回転させることによって前記記録部材を搬送するとともに、定着ローラ周面の熱により記録部材上のトナー像を溶融させて記録部材に定着させる。
【０００７】
しかしながら、上述した従来のローラ対方式では、例えば、朝一番に電源を投入した直後は、定着ローラ及び加圧ローラは、室温状態にあるため、電源ＯＮ後、所定温度にまで上昇させる必要があるため、ウォームアップ時間を要するという問題がある。
【０００８】
また、コピー動作が行われていない待機状態では、ローラ表面を所定温度に保持する必要があるため、コピー動作が行われていない時も常に加熱していなければならない。従って、これらコピー動作以外に、無駄なエネルギーを消費するという問題がある。
【０００９】
そこで、無駄なエネルギーを消費せず効率よくトナーのみを定着させる方法として、レーザパワーを利用してトナーを定着させる定着装置が提案されている（特許文献２を参照）。
【００１０】
上述した定着装置によれば、複数のレーザを用いてトナーを加熱することで、一つの弱いレーザだけでは不十分な定着性を複数個のレーザを用いることで定着性を向上させている。これにより、低出力で安価なレーザを使うことが可能であり、装置全体も簡単なものに構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３８８０２号公報
【特許文献２】特開２００５−５５５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２のようなレーザ定着装置の場合では、カラー画像の定着まで想定した場合、黒のトナー像が単層の場合に比べ、カラー画像により多層（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）になるとトナー量が多くなるため、単層の場合と同等の定着性を確保するには、レーザパワーを大きくする必要がある。そして、レーザ定着のように、焦点が絞られている位置でレーザ照射すると、トナー像の表面が急速に温度上昇し、トナーの色変化が生じる一方で、トナー像の下層は充分溶融しないという問題がある。
【００１３】
このような課題に対して、トナーの色変化が生じることなく定着性を確保するには、プロセス速度を落とすことでトナーの色変化防止と定着性の両立を行っているが、プロセス速度を落とすと生産性が落ちるという問題が生じる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、トナー像を記録部材に定着させるときに、トナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えることができる定着装置及びこれを用いる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】
【００１５】
上述した課題を解決するための本発明に係る定着装置及びこれを用いる画像形成装置は、次の通りである。
【００１６】
本発明は、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置において、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）に応じて、前記記録部材の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明は、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）が多くなるにつれて、単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を小さくするように制御することが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、前記制御手段により、前記集光レンズを光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、前記制御手段により、前記記録部材搬送手段を光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することが好ましい。
【００２０】
また、本発明は、前記光照射手段の構成として、レーザ光を用いるものとすることが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、前記光照射手段の構成として、光源として半導体レーザ素子を用いることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、前記光照射手段の構成として、光源として複数の半導体レーザ素子を前記記録部材の搬送方向と略直交する方向に沿って並べた半導体レーザ素子アレイからなるものとすることが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着装置として、請求項１から７のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の定着装置によれば、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置において、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）に応じて、前記記録部材の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することで、トナー像を形成するトナー付着量に応じた条件でトナー像を加熱溶融できる。これにより、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えトナー像を記録部材に定着させることができる。
【００２５】
本発明の定着装置において、記録部材（用紙）上のトナーを加熱溶融する場合、トナー表面から光を受光するので、トナー表面から溶融する。この時トナーを溶融し、用紙界面でトナーと用紙が固着するために必要なエネルギー（Ｊ／ｃｍ２）（以下、「定着エネルギー」と称する。）は、単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｃｍ２）（以下、「ワット密度」と称する。）×加熱時間(秒)で決まる。ここで、光照射手段から照射される光出力が一定の時、集光レンズを用いて光照射領域をできるだけ小さく（集光）することで、ワット密度を大きくできる。
【００２６】
ここで、同じ定着エネルギーでも、（１）高ワット密度×短加熱時間よりも（２）低ワット密度×長時間加熱の方が、加熱溶融過程で記録部材（用紙）や雰囲気中に逃げる熱が大きくなるので、（１）と（２）で同じエネルギーを与えたとしても、（２）の方は、定着性が弱くなるので、定着装置においては、できるだけ（１）の条件にして必要なエネルギーを小さくすることが省エネになる。しかし、（１）の条件にすればするほど、トナー表面と下層(紙界面付近)の温度差が大きくなる。
【００２７】
ところで、トナーの定着性を高くするには、用紙とトナー界面に存在するトナーの溶融性を上げる必要がある。つまり用紙とトナー界面温度をいかに高くするかで定着性がよくなる。しかし、記録部材に単位面積当たりに付着するトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）（以下、「トナー付着量」と称する。）が大きくなると、表面で加熱した光が用紙界面まで到達するのに時間がかかる。
【００２８】
つまり、カラー画像などトナーが多層(シアン、マゼンダ、イエロートナーが積層)形成される場合、黒のトナー像が単層形成されるものと比較した場合、同じトナー界面温度にしようとした場合、トナー表面温度が高くなる。そして、ある温度を超えると色素や樹脂の分解が生じトナーが色変化する。そこで、トナー付着量が変化する場合、レーザの出力を一定のまま、焦点位置を制御することで、ワット密度が変化し、トナー付着量に応じた条件で加熱溶融できるわけである。
【００２９】
また、本発明によれば、前記制御手段により、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量（ｍｇ／ｃｍ２）が多くなるにつれて、単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を小さくするように制御することで、照射領域が広がり、加熱時間が長くなるので、トナー表面と界面の温度差が小さくなり、トナーの定着性を確保しつつ、トナーの色変化を抑えることができる。
【００３０】
また、本発明によれば、前記制御手段により、前記集光レンズを光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することにより、トナー付着量に応じて瞬時に記録部材上の照射領域を変化させることができる。
【００３１】
また、本発明によれば、前記制御手段により、前記記録部材搬送手段を光照射方向に沿って移動して（例えば、偏芯カム（移動手段）の回転により光照射方向に沿って移動して）、焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することにより、レーザ光の焦点位置を用紙搬送装置の表面からずらすことを容易に行うことができる。
【００３２】
また、本発明によれば、前記光照射手段の構成として、レーザ光を用いるものとすることで、光の拡散が少ないため、トナーの存在する場所のみを選択加熱することも可能であり、トナーを効率良く照射できる。
【００３３】
すなわち、本発明の光照射手段として、フラッシュランプや、ＬＥＤ、等が使用可能であるが、レーザ光は、光の拡散が少ないため、レーザと集光レンズの併用により、光をもっとも集光でき、ワット密度をもっとも大きくすることができるので、効率よく光を照射できる。
【００３４】
また、本発明によれば、前記光照射手段の構成として、光源として半導体レーザ素子を用いることで、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザを用いるより、素子のコストが安いため低コスト化できる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記光照射手段の構成として、光源として複数の半導体レーザ素子を前記記録部材の搬送方向と略直交する方向に沿って並べた半導体レーザ素子アレイからなるものとすることで、前記記録部材の搬送方向と略直交する方向にレーザをスキャンさせる必要がないため、必要最低限の構成で使用することができ、更に、高速で定着させることが可能となる。
【００３６】
また、本発明の画像形成装置によれば、トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着装置として、請求項１から７のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えたことで、トナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えトナー像を記録部材に定着させることができる。さらに、画像形成装置のウォームアップ時間が短縮でき、待機時の消費電力も必要がない為、低消費電力の画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図である。
【図３】前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図である。
【図４】前記画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図である。
【図６】前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図である。
【図７】前記定着装置を構成するレーザ照射手段の構成を示す説明図である。
【図８】本発明に係る定着装置の実施例によるトナーの定着性の測定結果を示す表である。
【図９】前記実施例による色差の測定結果を示すグラフである。
【図１０】前記実施例による色差測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は発明を実施する形態の一例であって、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。
【００３９】
第１実施形態は、図１に示すように、用紙（記録部材）Ｐ上に形成されたトナー像に光を照射することでトナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置４０を備えた画像形成装置１００において、定着装置４０として、本発明に係る特徴的な定着装置の構成を採用したものである。
【００４０】
まず、第１実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成について説明する。
第１実施形態の画像形成装置１００は、乾式電子写真方式のカラー画像形成装置であって、図１に示すように、例えば、ネットワーク上の各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Ｐに対して多色又は単色の画像を形成する。
【００４１】
画像形成装置１００は、可視像形成ユニット５０（５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｂ）、用紙搬送手段３０、定着装置４０を備えている。
【００４２】
画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色に対応して、４つの可視像形成ユニット５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｂが並設されている。つまり、可視像形成ユニット５０Ｙは、イエロー（Ｙ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｍは、マゼンダ（Ｍ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｃは、シアン（Ｃ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｂは、ブラック（Ｂ）のトナーを用いて画像形成を行う。
具体的な配置としては、用紙Ｐの搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット５０を配設した、所謂タンデム式である。
【００４３】
可視像形成ユニット５０は、それぞれ実質的に同一の構成を有し、すなわち、それぞれに、感光体ドラム５１、帯電器５２、レーザ光照射手段５３、現像槽５４、転写ローラ５５、ドラムクリーナユニット５６、が設けられており、搬送される用紙Ｐに各色トナーを多重転写する。
【００４４】
ここで、感光体ドラム５１は、形成される画像を担持するものである。
帯電器５２は、感光体ドラム５１表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。
レーザ光照射手段５３は、画像形成装置に入力された画像データに応じて、帯電器５２によって帯電した感光体ドラム５１表面を露光して、該感光体ドラム５１表面に静電潜像を形成する。
現像槽５４は、感光体ドラム５１表面に形成された静電潜像を、各色のトナーによって顕像化する。静電潜像を現像する方法としては、磁性１成分現像剤または非磁性１成分現像剤を用いる１成分現像方式と、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる２成分現像方式とがある。
【００４５】
２成分現像方式は、キャリアと呼ばれる磁性粒子とトナーとを撹拌して互いに摩擦帯電させることによってキャリアの表面にトナーを担持させ、トナーを担持するキャリア(現像剤)で磁石部材を内包する現像ローラの表面に穂を形成し、穂中のトナーを現像ローラから電子写真感光体の静電潜像へ移行させて現像する。
【００４６】
また、２成分現像方式は、１成分現像方式に比べて装置が若干複雑になるが、トナーの電位設定が比較的容易であり、高速対応性および安定性に優れるので、多用され、本実施例にも用いている。そして、カラートナー（イエロー、マゼンタ、シアン）はモノクロトナーに比べてレーザ光の吸収率が低いことから、赤外線吸収剤(例えば、シアニン化合物)を添加することでモノクロトナーと同じ吸収率を確保している。
【００４７】
転写ローラ５５は、トナーとは逆極性のバイアスが印加されており、後述する用紙搬送手段３０により搬送された用紙Ｐに、形成されたトナー像を転写させている。
【００４８】
ドラムクリーナユニット５６は、現像槽５４での現像処理、及び、感光体ドラム５１に形成された画像の転写後に、感光体ドラム５１表面に残留したトナーを除去・回収する。
以上のような用紙Ｐに対するトナー像の転写は、４色について４回繰り返される。
【００４９】
用紙搬送手段３０は、駆動ローラ３１、アイドリングローラ３２、搬送ベルト３３からなり、用紙Ｐに可視像形成ユニット５０にてトナー像が形成されるように、用紙Ｐを搬送するものである。
【００５０】
駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２は、無端状の搬送ベルト３３を架張するものであり、駆動ローラ３１が所定の周速度に制御されて回転することで、無端状の搬送ベルト３３を回転させている。搬送ベルト３３は、外側表面に静電気を発生させており、用紙Ｐを静電吸着させながら、用紙Ｐを搬送している。
【００５１】
用紙Ｐは、このようにして、搬送ベルト３３に搬送されながらトナー像を転写されたあと、駆動ローラ３１の曲率により搬送ベルト３３から剥離され、定着装置４０に搬送される。
【００５２】
定着装置４０は、用紙Ｐに適度な熱を与えて、トナーを溶解して用紙に固定することで、堅牢な画像を形成する。
【００５３】
次に、第１実施形態に係る特徴的な定着装置４０の構成について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は第１実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図、図３は前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図である。
【００５４】
第１実施形態の定着装置４０は、図２に示すように、レーザ照射手段（光照射手段）Ｌ１と、用紙搬送装置Ｌ２とを備えている。定着装置４０は、用紙Ｐの表面に形成された未定着トナー像に熱を加えることによって用紙Ｐに定着させる。
【００５５】
具体的には、定着装置４０は、用紙搬送装置Ｌ２により所定の定着搬送速度に基づき、用紙搬送装置Ｌ２上のレーザ光が照射される領域（レーザ照射エリア）Ａに未定着トナー像を担持した用紙Ｐを搬送して、レーザ照射手段Ｌ１からレーザ光を照射して、そのレーザ光の熱によってトナー像の定着を行う。
【００５６】
用紙搬送装置Ｌ２は、定着駆動ローラ１０２、定着従動ローラ１０７、電源１０４、分離チャージャ１０５、除電チャージャ１０６、及び定着搬送ベルト１０３を備えている。
【００５７】
定着搬送ベルト１０３は、無端状のベルトであり、ポリカーボネート、フッ化ビニリデン又はポリイミド等の樹脂にカーボン等の導電性部材を分散させた素材から構成されている。また、定着搬送ベルト１０３は、定着駆動ローラ１０２と定着従動ローラ１０７によって張架されている。
【００５８】
また、定着搬送ベルト１０３は、後述する定着制御部６０２（図４を参照）からの信号によって図示しない定着部モータによる駆動が制御される。定着制御部６０２による制御によって、定着搬送ベルト１０３の用紙搬送速度は可変され、各条件に応じて任意に調節できるように構成されている。尚、本実施形態では、定着搬送ベルト１０３の用紙搬送速度を２２０ｍｍ／ｓｅｃに設定する。
【００５９】
レーザ照射手段Ｌ１は、定着搬送ベルト１０３上のレーザ照射エリアＡに搬送された用紙Ｐに担持された未定着トナー像にレーザ光を照射して、トナー像を用紙Ｐに定着させる。
【００６０】
レーザ照射手段Ｌ１は、図２，図３に示すように、複数のレーザ素子（半導体レーザ素子）２００、複数のコリメートレンズ２１０、コリメートレンズホルダー２１１、集光レンズ２０１、集光レンズホルダー２０２と、フォトダイオード２０３と、シリコン基板２０４、ワイヤーボンド線２０５（図７を参照）、表面電極２０６及びセラミック基板２０７、放熱板（ヒートシンク）２０８、温度センサ（サーミスタ）２０９、レーザ制御回路（図示せず）を備えている。
【００６１】
本実施形態に係る放熱板２０８は、アルミニウム合金で構成されている。図２，図３に示すように、各レーザ素子２００の近傍に受光素子（フォトダイオード）２０３を配設して、レーザ素子２００の発光量を検出し、フォトダイオード２０３の検出した発光量をレーザ照射手段Ｌ１内のレーザ制御回路（図示せず）にフィードバックして、各レーザ素子２００の光量の出力を可変し、または一定にするという制御を行う。
【００６２】
レーザ制御回路、フォトダイオード２０３は、一体に形成（モノリシック）され、シリコン基板２０４を構成し、さらにレーザ素子２００がマウントされる。レーザ素子２００とシリコン基板２０４は、ワイヤーボンド線２０５で電気的に接続される。
【００６３】
また、シリコン基板２０４上には、各レーザ素子２００の温度を測定するための温度センサ（サーミスタ）２０９が備えられている。尚、制御回路は、温度センサ２０９によって検出された温度に基づき、各レーザ素子２００の光量の出力を可変する構成を取っても良い。
【００６４】
また、レーザ素子２００がマウントされたシリコン基板２０４を、セラミックで構成するセラミック基板２０７上に複数個配置する。複数のシリコン基板の電極（図示せず）とセラミック基板２０７の表面電極２０６とは、ワイヤーボンディング等により電気的に接続される。
【００６５】
集光光学系の複数のコリメートレンズ２１０、集光レンズ２０１は、集光レンズホルダー２０２に配設される。各レーザ素子２００から出射されたレーザ光は、対応するコリメートレンズ２１０及び集光レンズ２０１を通過し、レーザ照射エリアＡ上の用紙Ｐに照射される。
【００６６】
以上のように、レーザ照射手段Ｌ１は、レーザ素子２００がマウントされた複数のシリコン基板２０４が並べられたセラミック基板２０７と、放熱板２０８（ヒートシンク）と、複数のコリメートレンズ２１０及び集光レンズ２０１が配設されたコリメートレンズホルダー２１１，集光レンズホルダー２０２とによって構成されている。
【００６７】
集光レンズホルダー２０２は、図２，図３に示すように、複数の集光レンズ２０１を並設して保持するとともに、集光レンズ２０１を挟んで両端部にコイル２１４が内包されている。そして、コイル２１４の外側上方にはコイル２１４に近接して永久磁石２１２が設置されている。
【００６８】
すなわち、集光レンズホルダー２０２は、コイル２１４に電流を流した時に発生する電磁力と永久磁石との吸引力（反発力）とにより、集光レンズ２０１を光照射方向Ｂ（図２の上下方向）に沿って移動することで、レーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合せたり（図２を参照）、ずらしたり（図３を参照）することができるような構成となっている。
【００６９】
定着装置４０をこのように構成することで、レーザ照射手段Ｌ１により瞬時に集光レンズ２０１の位置を制御することができる。これにより、同じ用紙Ｐ上において、図２，図３に示すように、印字位置に応じてレーザ光の焦点位置を瞬時に制御することができる。
【００７０】
ここで、本実施形態の画像形成装置１００の特徴的な構成についてブロック図を参照して説明する。
図４は本実施形態の画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【００７１】
画像形成装置１００は、図２に示すように、例えば、スキャナとプリンタと周辺機器とを備えた複合機であり、電気的構成として、図４に示すように、画像形成装置１００の動作を制御する制御部６０１、定着装置４０の動作を制御する定着制御部（制御手段）６０２、画像形成装置の操作部である入力部６０３、表示部６０４、原稿画像を読み取る読取部６０５、読み取った原稿画像を適正な電気信号に変換して画像データを生成する画像処理部６０６、生成された画像データを印刷出力する画像形成部６０７、用紙搬送速度と用紙搬送開始信号を検出するアクチュエータの信号を元に印字開始信号を受信してから記録部材が定着装置内のレーザ照射部までの到達時間を記憶しているとともに、レーザの出力値及び集光レンズ(又は用紙搬送装置)の光照射方向の移動量を決定するテーブルを記憶している記憶部６０９、後処理装置であるフィニッシャーやソーターなどの周辺機器を制御する周辺機器制御部６０８を備えている。
【００７２】
制御部６０１は、画像処理部６０６から受信した画像情報の印字情報（印刷ジョブに対して、１ページ毎のどの位置に何色のトナーを印字するか(つまり各印字位置にどのくらいのトナー量を現像するか)といった信号を指す。以後、印字位置情報とする）をもとにレーザ光出力タイミング及びレーザ出力値を定着制御部６０２へ送信する。
【００７３】
ここで、第１実施形態の特徴的な定着制御部６０２について説明する。
定着制御部６０２は、レーザ照射手段Ｌ１によるレーザ光照射を制御するとともに、レーザ照射手段Ｌ１から照射される光出力を一定として、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、用紙Ｐの単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【００７４】
第１実施形態では、定着制御部６０２は、集光レンズ２０１を光照射方向（図２の上下方向）に動かして焦点位置を制御することで、レーザ照射手段Ｌ１による単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【００７５】
具体的には、定着制御部６０２は、受信した印字位置情報とレーザ光の出力値に基づいて、集光レンズホルダー２０２に設置したコイル２１４へ通電することで集光レンズホルダー２０２を変位させてレーザ光の焦点位置を移動するとともに、定着搬送ベルト１０３を駆動して、レーザ光を照射するように構成されている。また、定着制御部６０２は、用紙Ｐの搬送を検出する図示しないアクチュエータの信号を監視し、この信号に基づいて定着搬送ベルト１０３に対して電圧を印加する制御を行う。
【００７６】
この焦点位置の制御は、制御部６０１からの指令に基づき、レーザ照射手段Ｌ１における集光レンズホルダー２０２の位置を決定する。
【００７７】
以上のように構成したので、第１実施形態によれば、定着装置４０の構成として、レーザ照射手段Ｌ１と用紙搬送装置Ｌ２とを備え、レーザ照射手段Ｌ１の構成として、複数のレーザ素子２００のレーザ光を集光する複数の集光レンズ２０１を保持する集光レンズホルダー２０２を備え、その集光レンズホルダー２０２の両端部にコイル２１４を内包するとともに、そのコイル２１４の外側上方にコイル２１４に近接して永久磁石２１２を設置する構成とし、定着制御部６０２により、レーザ照射手段Ｌ１から照射される光出力を所定値で一定にした状態で、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、コイル２１４に電流を流した時に発生する電磁力と永久磁石との吸引力（反発力）とにより、集光レンズ２０１を光照射方向に沿って移動することで、レーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合せたり（図２を参照）、ずらしたり（図３を参照）することにより、用紙Ｐの単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することで、トナー像を形成するトナー付着量に応じた条件でトナー像を加熱溶融できる。
これにより、用紙Ｐに形成されるトナー像のトナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えてトナー像を用紙Ｐに定着させることができる。
【００７８】
なお、第１実施形態では、レーザ照射手段Ｌ１から照射されるレーザ光の焦点位置を変えるために、集光レンズ２０１を光照射方向に沿って上下方向に移動するようにしているが、レーザ照射手段Ｌ１から照射されるレーザ光の用紙Ｐ上の焦点位置をずらす目的であれば、上述した第１実施形態の構成に限定されるものではない。
【００７９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光定着装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図５は本発明の第２実施形態に係る定着装置の構成を示す説明図、図６は前記定着装置においてレーザ光の焦点位置をずらした状態を示す説明図、図７は前記定着装置を構成するレーザ照射手段の構成を示す説明図である。
なお、第２実施形態の定着装置において、上述した第１実施形態と同様な構成については同一の符号を付することで説明を省略する。
【００８０】
第２実施形態は、光照射の焦点位置を制御する方法として、図５，図６に示すように、定着装置１４０として、レーザ照射手段（光照射手段）Ｌ１０１と、用紙搬送装置（記録部材搬送手段）Ｌ１０２とを備え、レーザ照射手段Ｌ１０１に対する用紙搬送装置Ｌ１０２の位置を制御して、レーザ照射手段Ｌ１０１から照射されるレーザ光の用紙Ｐ上の焦点位置を変位させるように構成したものである。
【００８１】
用紙搬送装置Ｌ１０２は、定着駆動ローラ１０２、定着従動ローラ１０７、電源１０４、分離チャージャ１０５、除電チャージャ１０６、及び定着搬送ベルト１０３を備え、さらに、定着駆動ローラ１０２と定着従動ローラ１０７とを図示しないベアリングを介して回転可能に支持するとともに用紙搬送装置Ｌ１０２全体を保持するアーム１１３を備えている。
【００８２】
定着駆動ローラ１０２、定着従動ローラ１０７は、図示しないギアを介して図示しない第１駆動部と接続されている。
【００８３】
アーム１１３の両端部には、図５に示すように、アーム１１３を図中の上方に付勢するばね部材（引っ張りばね）１１１が設けられるとともに、アーム１１３を図中の上下方向に変位させる偏芯カム（移動手段）１１２が配置されている。図中の符号１１２Ｐは軸芯を示す。
【００８４】
アーム１１３は、両端に設置したばね部材１１１により上方に引き上げられて偏芯カム１１２と当接した状態となっている。そして、偏芯カム１１２が回転することにより、アーム１１３が上下方向に変位することで、用紙搬送装置Ｌ１０２が上下方向に移動する。
これにより、レーザ照射手段Ｌ１０１に対する用紙搬送装置Ｌ１０２のベルト表面位置を変化させることができるので、レーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合わせたり（図５を参照）、ずらしたり（図６を参照）することができる。
【００８５】
偏芯カム１１２は、図示しない第２駆動部と接続されており、図示しない第２駆動部によって、制御部６０１から送られてきたトナー付着量の情報に応じて回転角度（回転量）が制御されるようになっている。
【００８６】
レーザ照射手段Ｌ１０１は、図５，図６に示すように、複数のレーザ素子２００、複数のコリメートレンズ２１０、コリメートレンズホルダー２１１、集光レンズ２０１、集光レンズホルダー１２０２と、フォトダイオード２０３と、シリコン基板２０４、ワイヤーボンド線２０５、表面電極２０６及びセラミック基板２０７、放熱板（ヒートシンク）２０８、温度センサ（サーミスタ）２０９、レーザ制御回路（図示せず）を備えている。
【００８７】
レーザ照射手段Ｌ１０１は、図７に示すように、所定のサイズの用紙（例えば、Ａ４サイズの用紙）上の未定着トナー像を定着する場合、用紙に対して平行に１列状に配列された複数のレーザ素子２００が使用される。複数のレーザ素子２００は、定着搬送ベルト１０３の幅方向に平行で、且つ、用紙搬送方向と直交する方向に一列に配置されている。
【００８８】
具体的には、レーザ素子列の領域Ｗ１に配設されているレーザ素子２００は、波長７８０ｍｍのレーザ光を出射するものであって、隣接するレーザ素子２００間の配列ピッチＰ１を１．０ｍｍとして３００個並設されている。
【００８９】
なお、レーザ素子２００の波長は、上記の値に限定されず、半導体素子の配合や材料等を替えることで４００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で選択できる構成となっている。
【００９０】
すなわち、第２実施形態におけるレーザ照射手段Ｌ１０１は、複数のレーザ素子２００が定着搬送ベルト１０３の幅方向に平行で、かつ、用紙搬送方向に垂直な方向に沿って一列に配列された半導体レーザ素子アレイにより構成されている。
【００９１】
例えば、１つのレーザ光源で、用紙Ｐの全面を光照射する場合、用紙Ｐの幅方向にレーザ光をスキャンさせる必要がある。そのため、定着プロセスに時間がかかるため高速で定着させるには限界がある。また、レーザ光をスキャンさせるには、装置が複雑化するとともに、コストアップになる。
【００９２】
これに対して、第２実施形態のようにレーザ照射手段Ｌ１０１を複数のレーザ素子２００を備えた半導体レーザ素子アレイによる構成とすることによって、用紙Ｐの幅方向にレーザ光をスキャンさせる必要がないため、簡単な装置構成で高速定着が可能となる。
【００９３】
また、１つのレーザ光源により高出力で光照射を行うよりも、複数のレーザ素子２００を備える構成で高出力化したほうが、レーザ照射手段Ｌ１０１における放熱部の面積が大きくなる。また、放熱部であるヒートシンク２０８への熱移動効率を向上することができる。
【００９４】
用紙Ｐは、レーザ照射エリアＡにおいてトナー像の定着が行われた後、定着搬送ベルト１０３に静電吸着された状態で分離チャージャ１０５と定着駆動ローラ１０２との間に搬送される。
【００９５】
定着駆動ローラ１０２は、導電性材料で構成され且つ接地されている。従って、分離チャージャ１０５により、用紙Ｐの除電を行って定着搬送ベルト１０３と用紙Ｐとの間の静電吸着力を弱める。
【００９６】
定着搬送ベルト１０３は、定着駆動ローラ１０２の駆動により静電吸着力を弱めた状態で搬送される。定着搬送ベルト１０３は、大きな曲率を有するため、用紙Ｐの先端部は定着搬送ベルト１０３から浮く。さらに、分離爪（図示せず）によって用紙Ｐは、完全に定着搬送ベルト１０３から分離する。
【００９７】
このように構成された定着装置１４０は、定着制御部１６０２（図４を参照）により動作制御される。
【００９８】
ここで、第２実施形態の特徴的な定着制御部１６０２について説明する。
定着制御部１６０２は、レーザ照射手段Ｌ１０１によるレーザ光照射を制御するとともに、レーザ照射手段Ｌ１０１から照射される光出力を一定として、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、用紙Ｐの単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【００９９】
第２実施形態では、定着制御部１６０２は、用紙搬送装置Ｌ１０２を光照射方向（図５の上下方向）に沿って移動して焦点位置を制御することで、レーザ照射手段Ｌ１０１による単位面積当りの光出力を制御するようにされている。
【０１００】
具体的には、定着制御部１６０２は、受信した印字位置情報とレーザ光の出力値に基づいて、図示しない駆動モータにより偏芯カム１１２を回転させることによりアーム１１３を変位させることで用紙搬送装置Ｌ１０２を上下方向に変位させてレーザ光の焦点位置を移動するとともに、定着搬送ベルト１０３を駆動して、レーザ光を照射するように構成されている。また、定着制御部１６０２は、用紙Ｐの搬送を検出する図示しないアクチュエータの信号を監視し、この信号に基づいて定着搬送ベルト１０３に対して電圧を印加する制御を行う。
【０１０１】
この焦点位置の制御は、制御部６０１からの指令に基づき、用紙搬送装置Ｌ１０２のベルト表面位置が決定される。
【０１０２】
以上のように構成したので、第２実施形態によれば、定着装置１４０の構成として、レーザ照射手段Ｌ１０１と用紙搬送装置Ｌ１０２とを備え、用紙搬送装置Ｌ１０２の構成として、定着駆動ローラ１０２と定着従動ローラ１０７とを図示しないベアリングを介して回転可能に支持するとともに用紙搬送装置Ｌ１０２全体を保持するアーム１１３を備え、そのアーム１１３の両端部に、アーム１１３を図中の上方に付勢するばね部材（引っ張りばね）１１１を設けるとともに、アーム１１３を図中の上下方向に変位させる偏芯カム１１２を配置して、定着制御部１６０２により、レーザ照射手段Ｌ１０１から照射される光出力を一定にするとともに、用紙Ｐ上の単位面積当りのトナー重量に応じて、偏芯カム１１２を回転させることにより、アーム１１３を上下方向に変位させることで用紙搬送装置Ｌ１０２を光照射方向に沿って上下方向に移動することで、レーザ照射手段Ｌ１０１に対する用紙搬送装置Ｌ１０２のベルト表面位置を変化させてレーザ光の焦点位置と用紙Ｐの表面位置とを合せたり（図５を参照）、ずらしたり（図６を参照）することにより、用紙Ｐの単位面積当りの光出力（Ｗ／ｃｍ２）を制御することで、トナー像を形成するトナー付着量に応じた条件でトナー像を加熱溶融できる。
これにより、第１実施形態と同様に、トナー重量が多いときでもプロセス速度を落とさずに、定着性を確保し、かつトナー表面の色変化を抑えトナー像を記録部材に定着させることができる。
【０１０３】
次に、本発明に係る定着装置を用いた場合のトナーの定着性と色の変化について、実施例を挙げて具体的に説明する。
図８は本発明に係る定着装置の実施例によるトナーの定着性の測定結果を示す表、９は前記実施例による色差の測定結果を示すグラフ、図１０は前記実施例による色差測定結果を示すグラフである。
【０１０４】
本実施例は、図２に示すように、第１実施形態に係る定着装置４０を備えた画像形成装置１００を用いて、フォーカスレンズとして集光レンズ２０１を動かすことで用紙Ｐ上に照射するレーザ光の照射領域を変化させて定着性と色の変化を考察したものである。
【０１０５】
具体的には、レーザ照射手段Ｌ１に３００Ｗから最大９７５Ｗまで電力（レーザ出力）を変化させて投入し、プロセス速度２２（ｃｍ／ｓｅｃ）で、カラー画像単層(色変化が見やすいイエロー)の未定着トナー像（トナー付着量０．４（ｍｇ／ｃｍ２））及びカラー画像多層(イエローとマゼンタ)の未定着トナー像（トナー付着量０．８（ｍｇ／ｃｍ２））のべた画像を作成し、定着させた。
【０１０６】
この時のレーザ照射幅（図２のレーザ照射エリアＡ：紙搬送方向におけるレーザ照射幅）Ａを、カラー画像単層（トナー像単層）の時の０．００６ｃｍ、０．０１２ｃｍ、０．０２４ｃｍの３つの条件と、カラー画像多層（トナー像多層）の時の０．００６ｃｍ、０．０１２ｃｍ、０．０２４ｃｍ、０．０４８ｃｍと４つの条件とでトナーの定着性の比較を行い、与えた定着エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）と定着性との関係を検討した。
【０１０７】
なお、今回の実験では、レーザ照射幅Ａを０．００６ｃｍ以下に集光させることができないので、この条件が今回の焦点位置とした。また、用紙搬送方向とこれに対して垂直方向のレーザ照射幅は、３０ｃｍで一定とした。
【０１０８】
ここで、レーザ出力一定の下、レーザ照射幅Ａを増やすと、ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）は小さくなる。また、同様に用紙搬送装置Ｌ２で搬送される用紙Ｐ上の未定着トナー像は、照射時間が長くなる。
【０１０９】
例えば、定着エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）は、ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）×照射時間（秒）で決まるので、レーザ照射幅Ａが０．００６ｃｍで３００Ｗのレーザ出力で照射した時の定着エネルギーは、
定着エネルギー(Ｊ／ｃｍ２)＝ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）×照射時間（ｓｅｃ）
で与えられる。
【０１１０】
ここで、
ワット密度（Ｗ／ｃｍ２）＝レーザ出力（Ｗ）÷照射領域（紙搬送方向の幅Ａ（０．００６ｃｍ）×垂直方向の幅（３０ｃｍ））
照射時間（ｓｅｃ）＝紙搬送方向の幅Ａ（０．００６ｃｍ）÷プロセス速度（２２ｃｍ／ｓｅｃ）
であるので、定着エネルギーは、０．４５（Ｊ／ｃｍ２）となる。
（定着エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）＝レーザ出力（３００Ｗ）÷垂直方向の幅（３０ｃｍ）÷プロセス速度（２２ｃｍ／ｓｅｃ））
【０１１１】
また、トナーの定着強度の確認としては、画像表面に白紙を載せその上におもり（１０ｃｍ×１０ｃｍ １ｋｇｆの荷重）をのせた時、白紙と画像表面の接触部にトナーが付着するかを確認し、トナーが付着していれば、定着不良として「△」、付着しなければ定着性が良好として「○」とした。なお、全くトナーが定着していないもの(指で画像を軽くふれただけでトナーがとれるもの)は、「×」とした。
【０１１２】
また、カラー画像を定着させた時のトナー表面の色変化を測定するために、分光測色計（Ｘ−Ｒｉｔｅ９３９）を用いて色度（Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊）を測定し、最も低い定着エネルギーで定着できた画像を基準とした時、定着エネルギーを増加させた時の色の変化(色差)を検討した。色差が３以下を色変化として合格とした。
【０１１３】
例えば、基準となる色の色度を、（Ｌ＊＝Ｌ０、ａ＊＝ａ０、ｂ＊＝ｂ０）、得られた定着画像の色度（Ｌ＊＝Ｌ１，ａ＊＝ａ１，ｂ＊＝ｂ１）とした時、色差ΔＥ＝{（Ｌ０-Ｌ1）＾２+（ａ０-ａ１）＾２+（ｂ０-ｂ１）＾２}^０．５で与えられる。
【０１１４】
本実施例において、実験したときのカラー画像単層及びカラー画像多層のときのトナー付着量とレーザ照射幅Ａの条件（Ｎｏ．１からＮｏ．７）を下記に示す。
Ｎｏ．１：カラー画像単層（０．４ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．００６ｃｍ
Ｎｏ．２：カラー画像単層（０．４ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０１２ｃｍ
Ｎｏ．３：カラー画像単層（０．４ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０２４ｃｍ
Ｎｏ．４：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．００６ｃｍ
Ｎｏ．５：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０１２ｃｍ
Ｎｏ．６：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０２４ｃｍ
Ｎｏ．７：カラー画像多層（０．８ｍｇ／ｃｍ２）、レーザ照射幅Ａ０．０４８ｃｍ
ここで、カラー画像単層はモノクロ画像単層であってもよい。
【０１１５】
そして、Ｎｏ．１からＮｏ．７の条件に対して、レーザ出力を３００Ｗ，３７５Ｗ，４１３Ｗ，４５０Ｗ，５２５Ｗ，６００Ｗと変化させて行った。
【０１１６】
上記条件で定着した時の結果を図８に示す。
カラー画像単層（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）での定着性を比較検討した結果、図８に示すように、Ｎｏ．１の条件（レーザ照射幅が０．００６ｃｍの時）が最も低い定着エネルギー０．５７（Ｊ／ｃｍ２）で定着できることが確認できた。
【０１１７】
詳しくは、図８に示すように、レーザ照射幅Ａが大きくなるにつれて、定着性がＯＫになるのに必要な定着エネルギーは大きくなることが確認できた。したがって、省エネの観点で考えた場合、最も集光させた条件（レーザ照射幅Ａが０．００６ｃｍ）が望ましい。
【０１１８】
次に、トナー表面の色変化について色度を測定した結果を図９に示す。
なお、図９に示すグラフにおける灰色の領域が、定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域である。色差が３を超えると、トナー表面の色が変化していることが目視で確認できる。
【０１１９】
トナー表面の色変化について色度を測定した結果、Ｎｏ．１の条件では、図９に示すように、定着エネルギーが０．５７（Ｊ／ｃｍ２）以上から０．８５（Ｊ／ｃｍ２）付近までが色差が３以下になることが確認できた。したがって、カラー画像単層の場合は、定着性や色変化の観点から、レーザ光を最も集光した条件で定着させることが色変化も無く、省エネになることが解った。
【０１２０】
次に、カラー画像多層（Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７）での定着性を比較検討した結果、図８に示すように、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６の条件で０．８（Ｊ／ｃｍ２）以上の定着エネルギーで定着できることが確認できた。しかしながら、Ｎｏ．７の条件では、更に定着エネルギーが増加するため、上述した範囲では定着性ＯＫの条件が無かった。
【０１２１】
なお、本実施例では、これ以上レーザ光を照射する出力を高出力にしなかったが、更に高出力にすれば、定着性ＯＫの条件が現れるが、省エネの観点から望ましくない。
【０１２２】
これはトナー付着量が大きくなると、レーザ光で照射した光がトナーの下層まで届かず表面で光を吸収し表面が加熱源となるため、その加熱されたトナー表面から伝熱により用紙界面まで到達するからと考えられる。
【０１２３】
次に、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６のトナー表面の色変化について色度を測定した結果を図１０に示す。
なお、図１０に示すグラフにおける灰色の領域が、定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域である。また△印がＮｏ．４、□印がＮｏ．５、×印がＮｏ．６の条件をプロットしたものである。
【０１２４】
トナー表面の色変化について色度を測定した結果、図１０に示すように、Ｎｏ．４の条件では、定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域が存在せず、Ｎｏ．６の条件が定着性ＯＫかつ色差が３以下の領域が広く存在することが確認できた。
【０１２５】
これは、（１）高ワット密度×短加熱時間（この実験ではＮｏ．４）よりも（２）低ワット密度×長時間加熱（今回の実験ではＮｏ．６）の方が、トナー表面と下層との温度差が少なくなるため、トナー下層の温度がＮｏ．４とＮｏ．６とが同じ条件であった場合、Ｎｏ．４の方はトナー表面温度が高くなると予想できる。
【０１２６】
つまり、定着性はトナー下層(用紙との界面)温度できまるので、トナー下層がある温度以上になる条件で、かつ、トナー表面温度がトナー分解しない温度以下に抑える必要がある。したがって、カラー画像多層で定着性を確保しつつ色変化を少なくするには、（２）の条件、すなわち焦点位置をぼかして低ワット密度で長時間加熱する条件で定着させることが望ましい。
【０１２７】
なお、図５，図６に示すように、第２実施形態に係る定着装置１４０のように用紙搬送装置Ｌ１０２の高さを制御するようにした装置を用いて上記条件で実験しても同じような効果が得られる。
【０１２８】
また、本発明に係る定着装置の構成を、図２に示すような用紙Ｐ上に形成されたトナー像にレーザ光を照射することでトナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置４０に適用した例について説明したが、光を照射する光照射手段と、光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、光照射手段から照射された光を用紙上に集光する集光レンズとを備える定着装置であれば、上述したような構成に限定されるものではなく、半導体レーザ素子以外の光源を用いてトナーを定着するようにした装置にも展開が可能である。
【０１２９】
以上のように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３０】
４０，１４０ 定着装置
１００ 画像形成装置
１０３ 定着搬送ベルト
１１１ ばね部材
１１２ 偏芯カム（移動手段）
１１３ アーム
２００ レーザ素子
２０１ 集光レンズ
２０２，１２０２ 集光レンズホルダー
２１２ 永久磁石
２１４ コイル
６０１ 制御部
６０２，１６０２ 定着制御部（制御手段）
Ａ レーザ照射エリア（レーザ照射幅）
Ｌ１，Ｌ１０１ レーザ照射手段（光照射手段）
Ｌ２，Ｌ１０２ 用紙搬送装置（記録部材搬送手段）
Ｐ 用紙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置において、
前記制御手段は、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量に応じて、前記記録部材の単位面積当りの光出力を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量が多くなるにつれて、単位面積当りの光出力を小さくするように制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記集光レンズを光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記記録部材搬送手段を光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記光照射手段として、レーザ光を用いることを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記光照射手段は、光源として半導体レーザ素子を用いることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記光照射手段は、光源として複数の半導体レーザ素子を前記記録部材の搬送方向と略直交する方向に沿って並べた半導体レーザ素子アレイからなることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置として、請求項１から７のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置において、
前記制御手段は、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量に応じて、前記記録部材の単位面積当りの光出力を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記光照射手段から照射される光出力を一定として、前記記録部材上の単位面積当りのトナー重量が多くなるにつれて、単位面積当りの光出力を小さくするように制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記集光レンズを光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記記録部材搬送手段を光照射方向に沿って移動して焦点位置を制御することで、前記定着装置の単位面積当りの光出力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記光照射手段として、レーザ光を用いることを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記光照射手段は、光源として半導体レーザ素子を用いることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記光照射手段は、光源として複数の半導体レーザ素子を前記記録部材の搬送方向と略直交する方向に沿って並べた半導体レーザ素子アレイからなることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
トナー像が形成された記録部材を搬送する記録部材搬送手段と、前記記録部材上に形成されたトナー像に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段による光の照射を制御する制御手段と、前記光照射手段から照射された光を前記記録部材上に集光する集光レンズとを備える定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置として、請求項１から７のうちの何れか一項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４４９０３（Ｐ２０１３−４４９０３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２２３０（Ｐ２０１１−１８２２３０）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【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３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]