JP2011039290A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体に形成される画像の画像濃度の高い部分と低い部分の双方とも該記録媒体上に未定着トナー像を良好に定着させる。
【解決手段】記録媒体２上に形成された画像形成材料による可視的な像（トナー像７，８）にレーザ光４ａを照射する第１のレーザ光照射部５と、前記第１のレーザ光照射部５でレーザ光４ａを照射した後に前記トナー像７，８にレーザ光４ｂを照射する第２のレーザ光照射部６とを含み、Ｗ1＜Ｗ2，ｔ1＞ｔ2（Ｗ1：第１のレーザ光照射部５から照射される単位領域あたりのレーザ光の光出力、Ｗ2：第２のレーザ光照射部６から照射される単位領域あたりのレーザ光の光出力、ｔ1：第１のレーザ光照射部５から照射されるレーザ光の単位領域あたりの照射時間、ｔ2：第２のレーザ光照射部６から照射されるレーザ光の単位領域あたりの照射時間）の条件を満たしてレーザ光を照射しトナー像７，８を記録媒体２上に定着させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。

特許文献１記載のレーザ定着装置は、記録紙の全域にレーザビームを照射できるように配置された半導体レーザから出射されたレーザビームを、複数個の凸レンズを有するレンズアレイにより記録紙上に集光して照射し、発生した熱により記録紙上に未定着トナー像を定着させるようになっている。

また、特許文献２記載の定着装置は、記録紙上に形成された未定着トナー像に半導体レーザからレーザビームを直接照射し、発生した熱により記録紙上にトナー像を定着させるもので、レーザスポットを楕円形とし、レーザ光の照射領域が記録紙搬送方向に広がるように配置している。

さらに、特許文献３記載の定着装置は、記録紙上に形成された未定着トナー像にレーザ光を照射することによりトナー像を記録紙上に定着させるもので、レーザ光をそれぞれ発光させる複数のレーザ光源を有するレーザ光発生手段と、前記複数のレーザ光源から発光されたレーザ光により、記録紙を主走査方向及び副走査方向に走査してトナー像を記録紙に溶融固着させる走査手段とを備え、前記複数のレーザ光源は、レーザ光を副走査方向に沿って並べた状態で１つのラインを主走査すると共に、副走査方向下流側のレーザ光がトナーに付与する熱量よりも、副走査方向上流側のレーザ光がトナーに付与する熱量が多くなるように設定されている。

特許第３０１６６８５号公報（実施例、図１） 特開２００７−５７９０３号公報（発明を実施するための最良の形態、図１、図２、図３） 特開２００８−８９８２８号公報（発明を実施するための最良の形態、図２、図５）

本発明が解決しようとする課題は、レーザ光を照射して未定着トナー像を記録媒体上に定着させる装置において、画像の画像濃度に応じて照射するレーザ光の強度を調整せずとも記録媒体に形成される画像の画像濃度の高い部分と低い部分の双方とも該記録媒体上に未定着トナー像を良好に定着させる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

請求項１に係る定着装置は、記録媒体上に形成された画像形成材料による可視的な像にレーザ光を照射する第１のレーザ光照射部と、前記第１のレーザ光照射部でレーザ光を照射した後に前記可視的な像にレーザ光を照射する第２のレーザ光照射部とを含み、
Ｗ1＜Ｗ2，ｔ1＞ｔ2
ここで、Ｗ1：第１のレーザ光照射部から照射される単位領域あたりのレーザ光の光出力、
Ｗ2：第２のレーザ光照射部から照射される単位領域あたりのレーザ光の光出力、
ｔ1：第１のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の単位領域あたりの照射時間、
ｔ2：第２のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の単位領域あたりの照射時間、
の条件を満たしてレーザ光を照射し前記可視的な像を前記記録媒体上に定着させるものである。
請求項２に係る発明は、前記第１のレーザ光照射部と前記第２のレーザ光照射部が、一つのレーザ光源から出射されたレーザ光を利用していることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。
請求項３に係る発明は、前記第１のレーザ光照射部と前記第２のレーザ光照射部が、一つのレーザ光源から出射された、前記記録媒体の前記可視的な像が形成される面に対して傾けられたレーザ光からなることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。
請求項４に係る発明は、前記レーザ光源からのレーザ光を一旦集束させて拡散させる光学系を備えたことを特徴とする請求項３記載の定着装置である。
請求項５に係る画像形成装置は、記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を前記記録媒体上に定着させる請求項１から４のいずれかに記載の定着装置とを備えたものである。

請求項１に係る発明によれば、レーザ光を照射して、未定着の画像形成材料による可視的な像（以下「未定着トナー像」という）を記録媒体上に定着させる装置において、本発明の構成を有しない場合に比べて、画像の画像濃度に応じて照射するレーザ光の強度を調整せずとも記録媒体に形成される画像の画像濃度の高い部分と低い部分の双方とも該記録媒体上に未定着トナー像を良好に定着させることができる。
請求項２に係る発明によれば、一つのレーザ光源によって、請求項１の効果を達成することができる。
請求項３に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、簡易な構成で、一つのレーザ光源によって連続的に光を照射して請求項１の効果を達成することができる。
請求項４に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、レーザ光源の傾斜角度を小さくすることができる。
請求項５に係る発明によれば、レーザ光を照射して未定着トナー像を記録媒体上に定着させる装置において、本発明の構成を有しない場合に比べて、画像の画像濃度に応じて照射するレーザ光の強度を調整せずとも記録媒体に形成される画像の画像濃度の高い部分と低い部分の双方とも該記録媒体上に未定着トナー像を良好に定着させることが可能な定着装置を含む、画像形成装置を構成することができる。

本発明による定着装置の実施の形態の概要を示す説明図であり、（ａ）は記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図であり、（ｂ）は記録媒体の搬送方向に沿った方向から見た正面図である。 本実施形態による定着装置が適用された画像形成装置の第１の実施形態を示す全体構成の説明図である。 第１の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図である。 前記定着装置における第１のレーザ光照射部を示す説明図であり、記録媒体の搬送方向に沿った方向から見た正面図である。 前記定着装置における第２のレーザ光照射部を示す説明図であり、記録媒体の搬送方向に沿った方向から見た正面図である。 前記第１のレーザ光照射部及び第２のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の記録媒体の搬送方向に交差する幅方向の光強度を示すグラフである。 前記第１のレーザ光照射部及び第２のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の光出力と照射時間との関係を示すグラフである。 第２の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図である。 第３の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図である。 第４の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図である。 第５の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図である。 図１０及び図１１に示す実施形態において、第１のレーザ光照射部及び第２のレーザ光照射部に相当する領域におけるレーザ光の光出力と照射時間との関係を示すグラフである。 他の実施形態による画像形成装置を示す全体構成の説明図である。 実施例と比較例により得られた記録媒体に対する画像（トナー像）の定着性を評価した結果を示す表である。

〔実施の形態の概要〕
図１は本発明による定着装置の実施の形態の概要を示す説明図であり、（ａ）は記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図であり、（ｂ）は記録媒体の搬送方向に沿った方向から見た正面図である。
この実施形態による定着装置１は、予め定めた方向（矢印Ｃ）に搬送される記録媒体（例えば記録紙）２の表面から予め定めた距離ｄだけ離れて配置され、レーザ光源３ａから発光されるレーザ光４ａを記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ拡がる拡がり領域Ｅ1に照射する第１のレーザ光照射部５と、該第１のレーザ光照射部５よりも記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に位置し、前記と同一又は他のレーザ光源３ｂから発光されるレーザ光４ｂを記録媒体２の搬送方向Ｃにて前記拡がり領域Ｅ1よりも絞り込んだ絞り領域Ｅ2に照射する第２のレーザ光照射部６とを含み、前記第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６からのレーザ光４ａ，４ｂを記録媒体２に形成された画像形成材料による可視的な像（以下「トナー像」という）７，８に照射して該記録媒体２上にトナー像を定着させる際に、
Ｗ1＜Ｗ2，ｔ1＞ｔ2
（ここで、Ｗ1は第１のレーザ光照射部５から照射される単位領域あたりのレーザ光４ａの光出力、Ｗ2は第２のレーザ光照射部６から照射される単位領域あたりのレーザ光４ｂの光出力、ｔ1は第１のレーザ光照射部５から照射されるレーザ光４ａの単位領域あたりの照射時間、ｔ2は第２のレーザ光照射部６から照射されるレーザ光４ｂの単位領域あたりの照射時間を意味する。）の条件を満たしてレーザ光４ａ，４ｂを照射するものである。

このような実施形態において、第１のレーザ光照射部５は、一つのレーザ光源３ａから発光されるレーザ光４ａを記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ拡がる拡がり領域Ｅ1に拡散させて照射するもので、前記記録媒体２の表面から予め定めた距離ｄだけ離れて配置されている。
また、第２のレーザ光照射部６は、他のレーザ光源３ｂから発光されるレーザ光４ｂを記録媒体２の搬送方向Ｃにて前記拡がり領域Ｅ1よりも絞り込んだ絞り領域Ｅ2に集束させて照射するもので、前記記録媒体２の表面から予め定めた距離ｄだけ離れて配置されると共に、前記第１のレーザ光照射部５よりも記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に位置している。

そして、前記第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６からのレーザ光４ａ，４ｂを記録媒体２に形成されたトナー像７，８に照射して該記録媒体２上にトナー像を定着させるようになっている。このとき、第１のレーザ光照射部５から照射されるレーザ光４ａの単位領域あたりの光出力をＷ1とし、第２のレーザ光照射部６から照射される単位領域あたりのレーザ光４ｂの光出力をＷ2とし、第１のレーザ光照射部５から照射されるレーザ光４ａの単位領域あたりの照射時間をｔ1とし、第２のレーザ光照射部６から照射されるレーザ光４ｂの単位領域あたりの照射時間をｔ2とすると、Ｗ1＜Ｗ2，ｔ1＞ｔ2の条件を満たしてレーザ光４ａ，４ｂを照射する。

ここで、図１（ａ）において、トナー像７は画像濃度が高い領域に転写された未定着のトナー像（以下「画像濃度の高いトナー像」という）を示し、トナー像８は画像濃度が低い領域に転写された未定着のトナー像（以下「画像濃度の低いトナー像」という）を示している。画像濃度の高いトナー像とは、ベタ画像に代表される多数のトナーが凝集して存在している状態を意味し、画像濃度の低いトナー像とは文字部分やハーフトーンに代表されるトナー粒子が１個又は数個程度集まって存在している状態を意味している。また、かぶり（現像操作によって本来トナーが付着すべきでない非画像部にトナーが付着してしまう現象）などによって発生する孤立したトナー粒子が付着している状態も、画像濃度が低いトナー像に含む。
上記画像濃度の高いトナー像７に対しては、記録媒体２が矢印Ｃ方向に搬送されることで、第１のレーザ光照射部５で拡散されたレーザ光４ａが光出力Ｗ1及び照射時間ｔ1で照射されて、Ｗ1×ｔ1＝Ｊ1の熱量でトナー粒子が溶融し、画像濃度の高いトナー像７が定着される。このとき、前記光出力Ｗ1及び照射時間ｔ1は、例えばカラーのベタ画像などの画像濃度が高い領域について予め定めた長さの時間（ｔ1）をかけてトナー粒子を溶融できる出力（Ｗ1）に決められている。この状態では、画像濃度の低いトナー像８が引き続いてレーザ光４ａの照射領域に入っても、トナー粒子が１個又は数個程度の画像濃度の低いトナー像では、個々のトナー粒子の空気との接触面積が大きいため放熱量が増大して前記光出力Ｗ1ではトナー粒子が溶融せず、画像濃度の低いトナー像８は定着されにくい。

その後、上記画像濃度の低いトナー像８に対しては、記録媒体２がさらに矢印Ｃ方向に搬送されることで第２のレーザ光照射部６からのレーザ光４ｂの照射領域に入り、該第２のレーザ光照射部６で集束されたレーザ光４ｂが光出力Ｗ2及び照射時間ｔ2で照射されて、Ｗ2×ｔ2＝Ｊ2の熱量でトナー粒子が溶融し、画像濃度の低いトナー像８が定着される。この場合、第２のレーザ光照射部６からのレーザ光４ｂは、前記第１のレーザ光照射部５からのレーザ光４ａよりも光強度の大きい（Ｗ2＞Ｗ1）レーザ光を短時間（ｔ2＜ｔ1）で照射しているので、放熱があっても画像濃度の低いトナー像８を定着することができる。
これにより、記録媒体２に形成される画像の画像濃度の高い部分と低い部分の双方について該記録媒体２上に未定着トナー像が定着される。

また、図１（ｂ）において、第１のレーザ光照射部５のレーザ光源３ａは、記録媒体２の搬送方向Ｃ（図１（ａ）参照）に交差する幅ｒ方向（例えば記録紙の紙幅方向）に沿って予め定めた間隔ｐをおいて一列に並べられた複数のレーザ光発生素子９，９，…を備えたものである。この場合、各レーザ光発生素子９から照射されるレーザ光４ａの記録媒体２への照射領域は、幅ｒ方向において少なくとも画像が形成されうる領域においてはレーザ光が照射されない部分が発生しないようにする必要があり、本実施形態では隣接する素子間で互いに重なり合うようになっている。なお、図１（ｂ）では図示していないが、第２のレーザ光照射部６のレーザ光源３ｂも、上記と同じに構成されている。
なお、図１において、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６のレーザ光放出部に細長い直線状に伸びる切欠き部を有するスリットを配置し、このスリットを介して一直線状に伸びる第１のレーザ光及び第２のレーザ光を照射するようにしてもよい。

次に、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６の他の実施形態について説明する。
図１（ａ）において、第１のレーザ光照射部５は、一つのレーザ光源３ａと該レーザ光源３ａからのレーザ光４ａを拡散させる光束拡散部材１０とを備え、第２のレーザ光照射部６は、他のレーザ光源３ｂと該レーザ光源３ｂからのレーザ光４ｂを集束させる光束集束部材１１とを備え、前記第１のレーザ光照射部５と第２のレーザ光照射部６とを、記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に予め定めた間隔ｆをおいて配置している。この形態によれば、記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に予め定めた間隔をおいて第１のレーザ光及び第２のレーザ光として照射する。

また、第１のレーザ光照射部５と第２のレーザ光照射部６とは、共通の一つのレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光のうち記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側に含まれるレーザ光もしくは上流側に分割したレーザ光を拡散させる光束拡散部材１０と、前記レーザ光源からのレーザ光のうち記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に含まれるレーザ光もしくは下流側に分割したレーザ光を集束させる光束集束部材１１とを備え、前記第１のレーザ光照射部５と第２のレーザ光照射部６とを、前記記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に隣接して配置してもよい。この形態によれば、記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に隣接して第１のレーザ光及び第２のレーザ光として照射する。

さらに、レーザ光源から発光されるレーザ光の光軸を記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に予め定めた角度（例えば４０度から５０度の範囲、好ましくは４５度）だけ傾けて配置し、前記レーザ光源から発光されるレーザ光のうち前記記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側に含まれるレーザ光は該搬送方向Ｃにて拡がり領域Ｅ1に照射し、前記記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に含まれるレーザ光は該搬送方向Ｃにて前記拡がり領域Ｅ1よりも絞り込んだ絞り領域Ｅ2に照射するようにしてもよい。この形態によれば、記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側から下流側にわたって連続した領域に第１のレーザ光及び第２のレーザ光として照射する。

さらにまた、レーザ光源からのレーザ光を一旦集束させて拡散させる光学系としての光束調整部材とを備え、前記レーザ光源から発光されるレーザ光の光軸を記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に予め定めた角度（例えば４０度から５０度の範囲、好ましくは４５度）だけ傾けて配置し、前記レーザ光源から発光されるレーザ光のうち前記記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側に含まれるレーザ光は該搬送方向Ｃにて拡がり領域Ｅ1に照射し、前記記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に含まれるレーザ光は該搬送方向Ｃにて前記拡がり領域Ｅ1よりも絞り込んだ絞り領域Ｅ2に照射するようにしてもよい。この形態によれば、光束調整部材を介して一旦集束させて拡散させた状態で、記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側から下流側にわたって連続した領域に第１のレーザ光及び第２のレーザ光として照射する。

また、本実施形態による定着装置が適用される画像形成装置は、記録媒体２にトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を前記記録媒体２上に定着させる前記各実施形態の定着装置１とを備えたものである。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図２は本実施形態による定着装置が適用された画像形成装置の第１の実施形態を示す全体構成の説明図である。この画像形成装置２０は、記録媒体に可視的な像であるトナー像を形成し、この形成されたトナー像を該記録媒体に転写させ、この転写されたトナー像を前記記録媒体上に定着させるもので、画像形成部２１と、転写装置２２と、定着装置１とを備えて成る。

前記画像形成部２１は、記録紙などの記録媒体２に例えば電子写真方式によりトナー像を形成するもので、フルカラーの色を表現できるように例えば４色分の画像形成部を備えている。具体的には、黒色画像形成部２１Ｋ、シアン画像形成部２１Ｃ、マゼンタ画像形成部２１Ｍ、イエロー画像形成部２１Ｙとで構成されている。各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙは、使用されるトナーの色を除き同じ構成を有している。代表的に、黒色画像形成部２１Ｋを例に説明を行う。
この黒色画像形成部２１Ｋは、表面に図示しない感光層を有して矢印Ａ方向に回転可能な円筒状の感光体２３を具備している。この感光体２３の周囲には、帯電装置２４と、露光装置２５と、現像装置２６とが配設されている。このうち帯電装置２４は、感光体２３の感光層を予め定めた電位に帯電する。露光装置２５は、図示しないレーザ光源を備えており、前記帯電装置２４よって予め定めた電位に帯電された感光体２３の感光層に選択的にレーザ光を照射することで静電潜像を形成する。現像装置２６は、対応する色成分（ここでは黒色）のトナーを現像剤として収容しており、このトナーによって感光体２３の感光層上の静電潜像を可視像化する。

転写装置２２は、各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙで形成されたトナー像を記録媒体２に転写させるもので、前記感光体２３の表面に圧力を加えた状態で回転可能に接触して配置された円筒状又は円柱状の転写部材を備えており、この転写部材と感光体２３との間に転写バイアスを印加することで、感光体２３上のトナー像を記録媒体２上に転写させるようになっている。

さらに、前記感光体２３の周囲には、感光体清掃器２７が配設されている。この感光体清掃器２７は、前記転写装置２２で記録媒体２にトナー像を転写した後に感光体２３上に付着している残留トナーを取り除くものである。

なお、図２において、制御部２８は、前記各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ及び転写装置２２並びに後述の定着装置１を制御するものである。また、画像処理部２９は、記録媒体２に画像を形成するための処理を実行するものである。

ここで、図２の実施形態においては、記録媒体２として心材に巻き取られた連続記録紙又は予め定めた大きさに折り畳まれた連続記録紙を用いている。すなわち、記録媒体２は、画像形成装置２０の機外に設置された用紙供給装置３０に装填されており、同じく機外に設置された用紙巻取り装置３１によって巻き取られるようにされている。そして、用紙供給装置３０から供給された連続記録紙は、前述の各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙへと搬送され黒、シアン、マゼンタ、イエローの順にトナー像が転写される。その後、定着装置１へと搬送され、レーザ光の照射により前記トナー像が定着されて、機外の用紙巻取り装置３１に巻き取られる。

前記連続記録紙は、その連続記録紙が通過する経路に設けられた複数の位置調整ロール３２，３３，３４，３５により用紙搬送中の位置がずれないようにその位置が調整される。この連続記録紙の位置調整は、記録媒体２に画像が転写される前に実施される工程である。また、最終段の張力付与ロール３６は、連続記録紙の搬送時の張力が予め定めた強さとなるように図示しない付勢部材によって矢印Ｂ方向に移動可能に支持されている。この張力付与ロール３６により、連続記録紙は破れることなく巻き取り時の位置が調整される。

ここで、図２に示す転写装置２２で転写されたトナー像を前記記録媒体２上に定着させる定着装置１の具体的な構成について、図３から図７を参照して説明する。
図３において、第１の実施形態による定着装置１は、第１のレーザ光照射部５と、第２のレーザ光照射部６とを備えている。前記第１のレーザ光照射部５は、第１のレーザ光源３ａと該レーザ光源３ａからのレーザ光を拡散させる光束拡散部材１０（例えば凹レンズ）とから構成されており、当該レーザ光照射部５から照射されるレーザ光４ａを記録媒体２の搬送方向Ｃにて拡がり領域Ｅ1（図１（ａ）参照）に拡散させて照射するものであり、矢印Ｃ方向に搬送される記録媒体２の表面から距離ｄ（図１（ａ）参照）だけ離れて配置されている。

また、第２のレーザ光照射部６は、第２のレーザ光源３ｂと該レーザ光源３ｂからのレーザ光を集束させる光束集束部材１１（例えば凸レンズ）とから構成されており、当該レーザ光照射部６から照射されるレーザ光４ｂを記録媒体２の搬送方向Ｃにて前記拡がり領域Ｅ1よりも絞り込んだ絞り領域Ｅ2（図１（ａ）参照）に集束させて照射するものであり、前記記録媒体２の表面から距離ｄだけ離れて配置されると共に、前記第１のレーザ光照射部５よりも記録媒体２の搬送方向Ｃにて下流側に間隔ｆ（図１（ａ）参照）をおいて配置されている。

なお、前記記録媒体２は、第１の搬送ロール３７と、第２の搬送ロール３８と、両搬送ロール３７，３８間に掛け回された搬送ベルト３９とから成る搬送機構により、前記搬送ベルト３９に載せられて矢印Ｃ方向に搬送されるようになっている。

また、図４及び図５に示すように、前記第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６のレーザ光源３ａ，３ｂは、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅ｒ方向（図１（ｂ）参照：例えば記録紙の幅方向）に沿って間隔ｐをおいて一列に並べられた複数のレーザ光発生素子９ａ，９ｂを備えており、前記記録媒体２の幅全体にわたってレーザ光４ａ，４ｂが照射されるようになっている。このとき、図６に示すように、前記第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６から照射されるレーザ光の光強度は、前記記録媒体２の幅方向（ｒ）において略均一な強度となるように構成されている。

次に、このように構成された定着装置１の動作について説明する。図３において、図示外の転写装置２２から定着装置１へ送られてきた記録媒体２は、搬送ベルト３９により矢印Ｃ方向へ搬送され、該記録媒体２に転写された画像濃度の高いトナー像７や画像濃度の低いトナー像８に対して、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６から順次レーザ光４ａ，４ｂが照射される。ここで、第１のレーザ光照射部５のレーザ光源３ａからのレーザ光は光束拡散部材１０で拡散されて記録媒体２に照射され、その単位領域あたりの光出力はＷ1であり、その単位領域あたりの照射時間はｔ1である。また、第２のレーザ光照射部６のレーザ光源３ｂからのレーザ光は光束集束部材１１で集束されて記録媒体２に照射され、その単位領域あたりの光出力はＷ2であり、その単位領域あたりの照射時間はｔ2である。このとき、Ｗ1＜Ｗ2，ｔ1＞ｔ2の条件を満たしてレーザ光４ａ，４ｂが照射される。

前記第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６から照射されるレーザ光４ａ，４ｂの光出力と照射時間との関係を図示すると、図７に示すグラフのようになる。すなわち、前記第１のレーザ光照射部５からは、第２のレーザ光照射部６よりも弱い（Ｗ1＜Ｗ2）レーザ光４ａを該第２のレーザ光照射部６よりも長い時間（ｔ1＞ｔ2）照射して、Ｗ1×ｔ1＝Ｊ1の熱量で画像濃度の高いトナー像７を記録媒体２に定着させる。また、前記第２のレーザ光照射部６からは、第１のレーザ光照射部５よりも強い（Ｗ2＞Ｗ1）レーザ光４ｂを該第１のレーザ光照射部５よりも短い時間（ｔ2＜ｔ1）照射して、Ｗ2×ｔ2＝Ｊ2の熱量で画像濃度の低いトナー像８を記録媒体２に定着させる。このように、第１のレーザ光照射部５は、記録媒体２に形成されたトナー像のうち画像濃度の高いトナー像７を定着させるために搭載されているのに対し、第２のレーザ光照射部６は、ハーフトーン画像や孤立トナーなどの画像濃度の低いトナー像８を定着させるために搭載されている。

ここで、従来の白熱電球やレーザ光源等の光を用いた定着装置においては、画像濃度の低いトナー像８に光を照射しても空気との接触面積が大きいため、放熱量が大きくて定着し難いことが知られている。この画像濃度の低いトナー像８が未定着のまま記録媒体２上に存在すると、定着器１よりも搬送方向の下流における機内を移動する過程で、機内の各部品、特に記録媒体２の搬送機構の部品を汚してしまうことが考えられるが、本実施形態の定着装置１はこのような恐れが少ない。

また、前記第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６からのレーザ光４ａ，４ｂの照射については、記録媒体２に形成される画像の画像領域と非画像領域の別に応じて、制御手段によりレーザ光の照射を制御するようにしてもよい。例えば、制御手段により、搬送機構が記録媒体２を搬送する速度と、該記録媒体２に形成される画像の画像データに含まれる各画素値の大小などに基づいて、記録媒体２上の画像領域と非画像領域とを判別すると共に、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６のレーザ光照射範囲を記録媒体２のどの位置が通過しているかを特定する。そして、この特定した位置の情報に基づいて、画像領域に対しては第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６の両方からレーザ光４ａ，４ｂを照射し、非画像領域に対しては第２のレーザ光照射部６のみからレーザ光４ｂを照射するように制御してもよい。

〔第２の実施形態〕
図８は第２の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する方向から見た側面図である。この実施形態の定着装置１は、共通の一つのレーザ光源３と、該レーザ光源３からのレーザ光のうち記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側に含まれるレーザ光４ａを拡散させる光束拡散部材（例えば凹レンズ）１０と、前記レーザ光源３からのレーザ光のうち記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に含まれるレーザ光４ｂを集束させる光束集束部材（例えば凸レンズ）１１とを備えている。ここで、前記光束拡散部材１０と光束集束部材１１とは、例えば凹レンズと凸レンズとを記録媒体２の搬送方向Ｃの前後に隣接して組み合わせた特殊レンズから成る。そして、前記レーザ光源３と光束拡散部材１０とで第１のレーザ光照射部５を構成し、前記レーザ光源３と光束集束部材１１とで第２のレーザ光照射部６を構成している。これにより、前記第１のレーザ光照射部５と第２のレーザ光照射部６とが、前記記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に隣接して配置されている。

この第２の実施形態の場合は、第１のレーザ光照射部５と第２のレーザ光照射部６とに共通に設けられた一つのレーザ光源３の光出力は、図３に示す第１の実施形態の場合に比して２倍の光強度の光を発光できるようになっている。

〔第３の実施形態〕
図９は第３の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する方向から見た側面図である。この実施形態の定着装置１は、共通の一つのレーザ光源３と、該レーザ光源３からのレーザ光の一部を透過し他の部分を側方へ反射して光を２分割するハーフミラー１２と、該ハーフミラー１２で反射されたレーザ光をさらに反射して光経路を記録媒体２の方へ向ける全反射ミラー１３と、該全反射ミラー１３で反射されたレーザ光を拡散させる光束拡散部材（例えば凹レンズ）１０と、前記ハーフミラー１２を透過したレーザ光４ｂを集束させる光束集束部材（例えば凸レンズ）１１とを備えている。ここで、前記ハーフミラー１２と全反射ミラー１３とは、記録媒体２の搬送方向Ｃの前後に隣接して配置されている。そして、前記レーザ光源３とハーフミラー１２と全反射ミラー１３と光束拡散部材１０とで第１のレーザ光照射部５を構成し、該第１のレーザ光照射部５からレーザ光４ａを記録媒体２上に照射する。また、前記レーザ光源３とハーフミラー１２と光束集束部材１１とで第２のレーザ光照射部６を構成しており、該第２のレーザ光照射部６からレーザ光４ｂを記録媒体２上に照射している。ここで、前記第１のレーザ光照射部５と第２のレーザ光照射部６とは、前記記録媒体２の搬送方向Ｃに対して前後に隣接して配置されている。

この第３の実施形態の場合も、第１のレーザ光照射部５と第２のレーザ光照射部６とに共通に設けられた一つのレーザ光源３の光出力は、図３に示す第１の実施形態の場合に比して２倍の光強度の光を発光するようになっている。

なお、図８及び図９に示す実施形態の場合において、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６から照射されるレーザ光４ａ，４ｂの光出力と照射時間との関係は、図７に示すグラフと同じになる。

〔第４の実施形態〕
図１０は第４の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する方向から見た側面図である。この実施形態の定着装置１は、一つのレーザ光源３を備え、該レーザ光源３から発光されるレーザ光の光軸１４を記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に予め定めた角度α（例えば４０度から５０度の範囲、好ましくは４５度）だけ傾けて配置されている。この場合は、レーザ光の光軸１４を記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に予め定めた角度αだけ傾けて配置された一つのレーザ光源３により、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６が構成される。そして、前記レーザ光源３から発生されるレーザ光のうち前記記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側に含まれるレーザ光４ａは該搬送方向Ｃにて前後に拡がる拡がり領域Ｅ1に照射し、前記記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に含まれるレーザ光４ｂは該搬送方向Ｃにて前記拡がり領域Ｅ1よりも絞り込んだ絞り領域Ｅ2に照射するようになる。
この実施形態において、画像濃度が高い領域でトナー像を定着できる領域がＥ1であり、前記拡がり領域Ｅ1に照射されるレーザ光４ａの光出力の平均をＷ1とし、その照射時間をｔ1とする。また、画像濃度が低い領域でトナー像を定着できる領域がＥ2であり、前記絞り領域Ｅ2に照射されるレーザ光４ｂの光出力の平均をＷ2とし、その照射時間をｔ2とする。

この第４の実施形態の場合も、一つのレーザ光源３の光出力は、図３に示す第１の実施形態の場合に比して２倍の光強度の光を発光するようになっている。

〔第５の実施形態〕
図１１は第５の実施形態による定着装置を示す説明図であり、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する方向から見た側面図である。この実施形態の定着装置１は、一つのレーザ光源３と該レーザ光源３からのレーザ光を一旦集束させて拡散させる光学系としての光束調整部材（例えば集光レンズ）１５とを備え、前記レーザ光源３から発光されるレーザ光の光軸１４を記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に予め定めた角度α（例えば４０度から５０度の範囲、好ましくは４５度）だけ傾けて配置されている。この場合は、レーザ光の光軸１４を記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に予め定めた角度αだけ傾けて配置された一つのレーザ光源３と光束調整部材１５とにより、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６が構成される。そして、前記レーザ光源３及び光束調整部材１５から放出されるレーザ光のうち前記記録媒体２の搬送方向Ｃの上流側に含まれるレーザ光４ａは該搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ拡がる拡がり領域Ｅ1に照射し、前記記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に含まれるレーザ光４ｂは該搬送方向Ｃにて前記拡がり領域Ｅ1よりも絞り込んだ絞り領域Ｅ2に照射するようになる。
この実施形態において、画像濃度が高い領域でトナー像を定着できる領域がＥ1であり、前記拡がり領域Ｅ1に照射されるレーザ光４ａの光出力の平均をＷ1とし、その照射時間をｔ1とする。また、画像濃度が低い領域でトナー像を定着できる領域がＥ2であり、前記絞り領域Ｅ2に照射されるレーザ光４ｂの光出力の平均をＷ2とし、その照射時間をｔ2とする。

この第５の実施形態の場合も、一つのレーザ光源３の光出力は、図３に示す第１の実施形態の場合に比して２倍の光強度の光を発光するようになっている。

なお、図１０及び図１１に示す実施形態の場合において、第１のレーザ光照射部５及び第２のレーザ光照射部６に相当する領域におけるレーザ光４ａ，４ｂの光出力と照射時間との関係は、図１２に示すグラフのようになる。この場合は、レーザ光４ａ，４ｂの光出力を照射時間の経過と共に連続的に変化させて徐々に強くなるように照射する。

〔画像形成装置の他の実施形態〕
図１３は他の実施形態による画像形成装置を示す全体構成の説明図である。図２に示す画像形成装置２０は、記録媒体２として心材に巻き取られた連続記録紙又は予め定めた大きさに折り畳まれた連続記録紙を用いるものであるが、本発明はこれに限られず、Ａ４判又はＢ４判等の予め定めた大きさに切断された枚葉記録紙を用いるものであってもよい。この実施形態による画像形成装置４０は、図１３に示すように、例えば４色分の画像形成部（黒色画像形成部２１Ｋ、シアン画像形成部２１Ｃ、マゼンタ画像形成部２１Ｍ、イエロー画像形成部２１Ｙ）と、各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙで形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト４１上に順次転写する１次転写装置４２と、前記中間転写ベルト４１に転写された重ね画像を記録媒体２に一括転写させる２次転写装置４３と、この２次転写装置４３で転写された画像を記録媒体２に定着させる定着装置１とを備えて成る。

なお、図１３において、符号４４は枚葉記録紙から成る複数の記録媒体２を収容する記録紙収容部を示し、符号４５は記録紙収容部４４から記録媒体２を取り出して搬送する搬送ロールを示し、符号４６は２次転写装置４３で転写後の記録媒体２を定着装置１側へ搬送する搬送ベルトを示し、符号４７は定着装置１で定着された後の記録媒体２を外部へ排出する排出ロールを示している。また、符号２８は前記各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ、１次転写装置４２及び２次転写装置４３、定着装置１を制御する制御部を示し、符号２９は記録媒体２に画像を形成するための処理を実行する画像処理部を示している。

以下、定着装置を試作し、記録媒体上にトナー像を定着させる定着実験を行った実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明する。
〔実施例１〕
まず、画像形成装置としては富士ゼロックス製DocuColor 1256GA（電子写真装置）を使用した。この画像形成装置に下記のレーザ定着用トナーを装填した。
このレーザ定着用トナーには、定着のために照射するレーザ光を吸収するように、810nm付近の波長の光を強く吸収する顔料を0.5％添加した画像形成材料を用いた。例えば、ペリミジン系スクアリリウム色素を含有する画像形成材料である。この画像形成材料は、400nm以上750nm未満の可視光波長領域における吸光度が低く、かつ、750nm以上1000nm未満の近赤外光波長領域における吸光度が高いものである。
そして、定着装置１としては、コヒーレント製9001-80-808（波長808nm、光出力80Ｗ）の半導体レーザを２列備えたもの（図３に対応する）を用いた。記録媒体２の搬送速度は1000mm/sとした。
この状態で、一つの列を第１のレーザ光照射部５として、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム幅が10mm、搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅が10mmのレーザ光を、記録媒体２上の未定着トナー像に照射した。また、もう一方の列を第２のレーザ光照射部６として、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム幅を10mm、搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅を２mmとして、レーザ光を記録媒体２に照射した。

〔実施例２〕
実施例２では、画像形成装置及びレーザ定着用トナーは、実施例１と同じものを用い、定着装置１は以下のものを用いた。
この定着装置１としては、コヒーレント製9001-80-808（波長808nm、光出力80Ｗ）を基として光出力を160Ｗに向上した半導体レーザを１列備え、該半導体レーザからのレーザ光の一部を透過し他の部分を側方へ反射して光を２分割するハーフミラーと、該ハーフミラーで反射されたレーザ光をさらに反射して光経路を記録媒体２の方へ向ける全反射ミラーとを備えたもの（図９に対応する）を用いた。記録媒体２の搬送速度は1000mm/sとした。
この状態で、前記半導体レーザとハーフミラーと全反射ミラーとを有する系を第１のレーザ光照射部５として、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム幅が10mm、搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅が10mmのレーザ光を、記録媒体２上の未定着トナー像に照射した。また、前記半導体レーザとハーフミラーとを有する系を第２のレーザ光照射部６として、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム幅を10mm、搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅を２mmとして、レーザ光を記録媒体２に照射した。

〔実施例３〕
実施例３では、画像形成装置及びレーザ定着用トナーは、実施例１と同じものを用い、定着装置１は以下のものを用いた。
この定着装置１としては、コヒーレント製9001-80-808（波長808nm、光出力80Ｗ）を基として光出力を160Ｗに向上した半導体レーザを１列備え、該半導体レーザから発光されるレーザ光の光軸を記録媒体２の搬送方向Ｃの下流側に４５度だけ傾けて配置したもの（図１０に対応する）を用いた。記録媒体２の搬送速度は1000mm/sとした。
この状態で、搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム幅が10mmのレーザ光を、記録媒体２上の未定着トナー像に照射した。

〔比較例１〕
比較例１では、画像形成装置及びレーザ定着用トナーは、実施例１と同じものを用い、定着装置は以下のものを用いた。
この定着装置としては、実施例１における定着装置１のうち第１のレーザ光照射部５に相当する半導体レーザを１列備え、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム幅が10mm、搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅が10mmのレーザ光を、記録媒体２上の未定着トナー像に照射した。

〔比較例２〕
比較例２では、画像形成装置及びレーザ定着用トナーは、実施例１と同じものを用い、定着装置は以下のものを用いた。
この定着装置としては、実施例１における定着装置１のうち第２のレーザ光照射部６に相当する半導体レーザを１列備え、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム幅を10mm、搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅を２mmとして、記録媒体２上の未定着トナー像に照射した。

〔実施例と比較例の評価〕
以上の実施例１，２，３と比較例１，２により得られた記録媒体２に対する画像（トナー像）の定着性を評価した結果を図１４の表に示す。なお、図１４の表に示す定着性評価の評価方法及び評価基準は以下の通りである。
まず、記録媒体２の画像濃度の高いトナー像の領域については、画像領域の或る個所で記録紙を二つ折りにして、その記録紙から画像（トナー像）が剥がれるか否かで評価した。
○：画像（トナー像）の剥がれ無し
×：画像（トナー像）の剥がれ有り
次に、記録媒体２の画像濃度の低いトナー像の領域については、その領域を顕微鏡で観察し、トナー粒子が１個又は２，３個程度の箇所を探し、画像濃度の低いトナー像を例えば綿棒で擦って記録紙から剥がれるか否かで評価した。
○：画像濃度の低いトナー像の剥がれ無し
×：画像濃度の低いトナー像の剥がれ有り
さらに、画像濃度の高い領域において、レーザ照射によりトナー温度が高くなり過ぎる場合に生じるボイドという画像欠陥の発生について目視で観察し評価した。
○：画像欠陥の発生無し
×：画像欠陥の発生有り

〔評価結果〕
以上のような評価方法及び評価基準による定着性評価の結果は、図１４の表に示すようになった。
実施例１は、画像濃度の高い領域・画像濃度の低い領域ともトナー像の剥がれが無く、画像欠陥の発生も無かった。
実施例２も、画像濃度の高い領域・画像濃度の低い領域ともトナー像の剥がれが無く、画像欠陥の発生も無かった。
実施例３も、画像濃度の高い領域・画像濃度の低い領域ともトナー像の剥がれが無く、画像欠陥の発生も無かった。
比較例１は、画像濃度の高いトナー像の剥がれが無く画像欠陥の発生も無かったが、画像濃度の低いトナー像の剥がれが有った。
比較例２は、画像濃度の高い領域・画像濃度の低い領域ともトナー像の剥がれは無かったが、画像濃度の高い領域において画像欠陥の発生が有った。

１…定着装置、２…記録媒体、３ａ，３ｂ…レーザ光源、４ａ，４ｂ…レーザ光、５…第１のレーザ光照射部、６…第２のレーザ光照射部、９，９ａ，９ｂ…レーザ光発生素子、１０…光束拡散部材（凹レンズ）、１１…光束集束部材（凸レンズ）、１２…ハーフミラー、１３…全反射ミラー、１４…光軸、１５…光束調整部材、２０…画像形成装置、２１Ｋ…黒色画像形成部、２１Ｃ…シアン画像形成部、２１Ｍ…マゼンタ画像形成部、２１Ｙ…イエロー画像形成部、２２…転写装置、３０…用紙供給装置、３１…用紙巻取り装置、３７，３８…搬送ロール、３９…搬送ベルト、４０…画像形成装置、４４…記録紙収容部

Claims (5)

1. 記録媒体上に形成された画像形成材料による可視的な像にレーザ光を照射する第１のレーザ光照射部と、前記第１のレーザ光照射部でレーザ光を照射した後に前記可視的な像にレーザ光を照射する第２のレーザ光照射部とを含み、
   Ｗ1＜Ｗ2，ｔ1＞ｔ2
   ここで、Ｗ1：第１のレーザ光照射部から照射される単位領域あたりのレーザ光の光出力、
   Ｗ2：第２のレーザ光照射部から照射される単位領域あたりのレーザ光の光出力、
   ｔ1：第１のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の単位領域あたりの照射時間、
   ｔ2：第２のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の単位領域あたりの照射時間、
   の条件を満たしてレーザ光を照射し前記可視的な像を前記記録媒体上に定着させることを特徴とする定着装置。
2. 前記第１のレーザ光照射部と前記第２のレーザ光照射部は、一つのレーザ光源から出射されたレーザ光を利用していることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記第１のレーザ光照射部と前記第２のレーザ光照射部は、一つのレーザ光源から出射された、前記記録媒体の前記可視的な像が形成される面に対して傾けられたレーザ光からなることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
4. 前記レーザ光源からのレーザ光を一旦集束させて拡散させる光学系を備えたことを特徴とする請求項３記載の定着装置。
5. 記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成されたトナー像を前記記録媒体上に定着させる請求項１から４のいずれかに記載の定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images