JP2012042698A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】未定着のトナーに光を照射して加熱溶融する際に、トナーの加熱中に光出力を適切に制御することにより、良好な定着性を確保できるようにする。
【解決手段】定着装置４０は、記録紙搬送装置１０１により搬送された記録紙１００に形成された未定着のトナー画像に光を照射するレーザ光源１０５を有し、レーザ光源１０５からの光によってトナーを溶融して記録紙１００にトナー画像を定着する。ここで記録紙１００の搬送速度をｐ、記録紙の搬送方向における光照射領域の長さをｑ、未定着画像のトナーが搬送中に光を受ける時間をｒ、未定着画像のトナーが受ける単位面積当たりのエネルギーをＪ（Ｊ＝単位面積当たりの光出力×時間ｒ）とするとき、時間ｒの開始から一定の時間ｒ１におけるエネルギーと、ｒ１経過後時間ｒの終了までの時間ｒ２におけるエネルギーとを異ならせるように、レーザ光源１０５の光出力を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に係り、より詳細には、記録紙上に形成された未定着のトナー画像に光を照射して定着する定着装置と、該定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置（例えばプリンタ）には、記録紙上に形成された未定着のトナー画像を熱溶融することによって記録紙上に定着させる定着装置が備えられている。この定着装置の一例として、トナー画像に光を照射してトナーを加熱することにより、非接触でそのトナー画像を記録紙に定着させる電子写真方式の画像形成装置が知られている。この定着方式では、非接触でトナーが加熱されるため、従来の接触加熱方式であるローラ定着方式に比べ、ウォームアップが不必要であるといった特徴を有する。

このような光により非接触で定着する画像形成装置として、例えば特許文献１には、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開示されている。
特許文献１のレーザ定着装置は、複数の半導体レーザと、その半導体レーザに対応したレンズアレイを備えるもので、半導体レーザから出射したレーザビームをレンズアレイにより記録紙上に集光し、未定着トナーを定着させるようにしている。これにより、小型で安価な半導体レーザ定着装置を実現できるとされている。

特許３０１６６８５号公報

特許文献１に記載の定着装置は、温度検出手段によってレーザの強度を制御しているが、トナーはレーザにより瞬時に加熱されるため、トナーの温度を検知したときには、レーザによるトナーの加熱が既に終了している。従って、トナー自身が加熱されている間にリアルタイムに加熱制御することはできない。つまり、トナーが瞬時に加熱された後に温度を検知して光強度を制御しても正確なフィードバックを行うことはできず、適切な制御を行うことができない。すなわち、光定着方式では、通常、トナー温度の検出結果に基づく光強度のフィードバック制御を行うことができない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、未定着のトナーに光を照射して加熱溶融する際に、トナーの加熱中に光出力を適切に制御することにより、良好な定着性を確保できるようにした定着装置と、該定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、記録媒体を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送された記録媒体上に形成された未定着のトナー画像に光を照射する光源と、該光源の光出力を制御する光出力制御手段とを有し、前記光源からの光によって前記トナー画像のトナーを溶融して前記記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、前記記録媒体の搬送速度をｐ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記記録媒体の搬送方向における該記録媒体上の光照射領域の長さをｑ（ｍｍ）、前記未定着画像のトナーが搬送中に光を受ける時間をｒ（ｓｅｃ）（ｒ＝ｑ／ｐ）、前記未定着画像のトナーが受ける単位面積当たりのエネルギーをＪ（Ｊ＝単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｍｍ²）×時間ｒ（ｓｅｃ））とするとき、
前記光出力制御手段は、時間ｒの開始から一定の時間ｒ１（ｓｅｃ）における前記エネルギーと、前記ｒ１経過後時間ｒの終了までの時間ｒ２（ｒ２＝ｒ−ｒ１）（ｓｅｃ）における前記エネルギーとを異ならせるように、前記光源の光出力を制御することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記光出力制御手段が、前記光源の光出力を電流値と発光デューティによって制御し、前記時間ｒ１では、一定の電流値で発光デューティ１００％で前記光源を連続発光させ、前記時間ｒ２では、前記ｒ１と同じ電流値で、発光デューティを１００％より小さくして、前記光源を間欠的に発光させることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１の技術手段において、前記光出力制御手段が、前記時間ｒ１における前記光源の電流値をＣ、前記時間ｒ２における前記光源の電流値をＤ（Ｃ＞Ｄ）とし、前記時間ｒ１、および前記時間ｒ２においてともに発光デューティ１００％で連続発光させることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記光源として、半導体レーザを備えていることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、前記光源が、前記半導体レーザを複数有し、該複数の半導体レーザは、前記記録紙の搬送方向と直交する方向にアレイ上に配列されたレーザアレイを形成していることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１〜第５のいずれか１の技術手段による定着装置を備えた画像形成装置である。

本発明によれば、未定着のトナーに光を照射して加熱溶融する際に、トナーの加熱中に光出力を適切に制御することにより、良好な定着性を確保できるようにした定着装置と、該定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明に適用可能な乾式電子写真方式のカラー画像形成装置の内部構造を示している。 本発明による定着装置の構成を概略的に示す図である。 本発明による定着装置の光出力の制御例を示す図である。 本発明による定着装置の光出力の他の制御例を示す図である。 レーザ光の照射によるトナー表面温度と定着性の評価結果を示す図である。 レーザ光の照射によるトナー表面温度と定着性の評価結果を示す図である。 レーザ光の照射によるトナー表面温度と定着性の評価結果を示す図である。 レーザ光の照射によるトナー表面温度と定着性の評価結果を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明に適用可能な乾式電子写真方式のカラー画像形成装置の内部構造を示す図である。画像形成装置１０は、供給トレイ２０、搬送装置３０、定着装置４０、および可視像形成ユニット５０（５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｂ）を備え、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、所定の記録媒体に対して多色または単色の画像を形成する。記録媒体としては記録紙や記録用フィルムなどを用いることができる。以下、記録紙を用いるものとして説明する。

画像形成装置１０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。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、供給トレイ２０と定着装置４０とを繋ぐ記録紙１００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、所謂タンデム式の配置となっている。

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、感光体ドラム５１、帯電器５２、レーザ光照射手段５３、現像器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、搬送される記録紙１００に各色トナーを多重転写する。レーザ光照射手段５３は、半導体レーザによる光源を備えている。
感光体ドラム５１は、記録紙に転写するトナー画像を担持するものである。また、帯電器５２は、感光体ドラム５１の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１０に入力された画像データに応じて、帯電器５によって帯電した感光体ドラム５１の表面を露光し、感光体ドラム５１表面に静電潜像を形成する。また、現像器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。転写ローラ５５には、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加され、記録紙の搬送装置３０により搬送された記録紙１００にトナー像を転写させる。ドラムクリーナユニット５６は、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、記録紙１００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。

搬送装置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、記録紙１００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、記録紙１００を搬送する。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、記録紙１００を静電吸着させながら搬送する。

記録紙１００は、搬送ベルト３３に搬送されながらトナー像が転写されたあと、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。定着装置４０は、記録紙１００に適度な熱を与え、トナーを溶解して記録紙に固定することで、堅牢な画像を形成する。ここで、上記定着装置について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、本発明による定着装置の構成を概略的に示す図である。

定着装置４０は、レーザ光源１０５、および記録紙１００を搬送する搬送手段である記録紙搬送装置１０１、レーザ光源１０５の光出力を制御する光出力制御手段である光出力制御部１０８を備えている。
一般に記録紙の未定着トナーに光を照射する手段としては、フラッシュランプやＬＥＤ等があるが、本発明に係る実施形態ではレーザ光源１０５を使用する。レーザは、光の拡散が少ないため、集光レンズとの併用により光を効率よく集光することができ、被照射部における単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｍｍ²）を最も大きくすることができる。さらにレーザの中でも半導体レーザを用いることで、低コスト化することができる。また、半導体素子の配合や材料の組成によって４００ｎｍ〜１０００ｎｍの領域で任意の波長のレーザを発生させることができる。

本実施形態における半導体レーザは、発光波長が８０８ｎｍのものを使用している。また、レーザ光源１０５は、複数の半導体レーザ素子が記録紙１００の搬送方向と直交方向にアレイ状に配列した半導体レーザアレイであり、最大出力２Ｗの半導体レーザ素子を３００個配列し、各レーザ素子の配列ピッチを１ｍｍとしている。

レーザ光源１０５は、光出力制御部１０８に接続され、１つの半導体レーザ素子に対して２Ｖの一定電圧を印加し、電流値を最大２Ａ（このときの光出力が２Ｗ）まで制御可能とすることで、最大出力以下の範囲において任意の光出力（電力）を得ることができる。また他の電力制御方法として、光出力のＯＮ−ＯＦＦ信号（パルス信号）をレーザドライバ側に入力し、デューティを可変に設定することよって光出力を制御できる。このときは、電流値一定でパルス信号のＯＮ−ＯＦＦによって電力を制御する。

レーザ光源１０５から出力した光は、コリメートレンズ１０６で記録紙１００の搬送方向について平行光とされる。そして、集光レンズ１０７は、紙搬送方向の光のみを焦点位置で焦点が合うように集光させる。この焦点位置と集光レンズとの光軸方向の距離を焦点距離ｆとしている。本実施形態では、焦点距離ｆ＝４８ｍｍとした。
ここで記録紙１００の搬送方向と垂直方向の光については、特別に集光させていないが、別途レンズを用いて任意の領域に集光させてもよい。例えば、Ａ４の記録紙幅に相当する約３００ｍｍ幅に集光したい場合は、その３００ｍｍ幅の領域に光照射領域を設定することができる。

また、レーザ光源１０５は、記録紙１００の搬送方向に垂直方向（記録紙搬送ベルト１０４の幅方向）に複数並べられる。例えば、１つの半導体レーザ素子で記録紙全面を光照射しようとすると、記録紙１００の搬送方向以外に記録紙搬送方向と垂直方向にレーザ光をスキャンさせる必要があり、定着プロセスに時間がかかるため、高速機等の定着速度が速い場合には定着不良が発生する場合がある。また、レーザ光をスキャンさせる構成は、定着装置の複雑化やコストアップを招来する。

これに対して本発明に係る実施形態では、レーザ光源１０５は、記録紙１００の搬送方向と垂直方向（記録紙搬送ベルト１０３の幅方向）に半導体レーザ素子を複数アレイ状に配列させて構成する。これにより、記録紙１００の搬送方向と垂直方向にレーザ光をスキャンさせる必要がなく、必要最低限のスペースで定着装置を構成することができ、更に高速でトナーを定着させることができる。

記録紙搬送装置１０１は、２本のテンションローラ１０２，１０３と、耐熱性の記録紙搬送ベルト１０４とを備えている。記録紙１００は記録紙搬送ベルト１０４上を搬送される。２本のテンションローラ１０２，１０３は、図示しない軸芯が図示しないベアリングと接続されており、テンションローラ１０２は、図示しないギアを介して図示しない駆動部と接続されている。

記録紙搬送ベルト１０４は、ポリカーボネート、フッ化ビニリデン、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂にカーボンなどの導電性部材を分散させた素材から構成される。そして記録紙搬送ベルト１０４の内面に接続された図示しないバイアス印加手段によって電圧を印加することで、記録紙搬送ベルト１０４の表面（外周面）に記録紙１００を静電吸着させる構成となっている。記録紙１００を記録紙搬送ベルト１０３に静電吸着させることによって、記録紙搬送ベルト１０４と記録紙１００とが密着し、記録紙の浮きを極力防ぐことができる。記録紙搬送ベルト１０４の表面は、図２に示すように、光軸と垂直な面で交わっている。

未定着のトナー画像は、例えば、非磁性トナーを含む非磁性１成分現像剤、非磁性トナーおよびキャリアを含む非磁性２成分現像剤、もしくは磁性トナーを含む磁性現像剤などの現像剤に含まれるトナーで形成される。
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程度の吸収率を確保している。例えば、半導体レーザの場合、レーザ光の波長が７８０ｎｍ前後であり、モノクロトナーではレーザ光の吸収率が高い（約６０％）ものの、カラートナーでは吸収率が低く（１０％前後）、カラー画像の場合定着不良となる。そこで、カラートナーに赤外線吸収剤を添加することで、モノクロトナーと同程度の吸収率を実現することができ、定着不良を解消することができる。

次に、本発明の特徴となる光出力の制御例について説明する。
光エネルギーによりトナーを定着させる定着装置において、搬送されてくる未定着のトナーが受ける単位面積あたりエネルギー（Ｊ／ｍｍ²）は、光照射範囲内でトナーに与えられる単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｍｍ²）と光照射時間（ｓ）との積で決まる。
従って、同じエネルギー（単位面積当たりの光出力×光照射時間）の光を与えてトナーを定着させる場合には、レンズにより光を集光させて、単位面積当たりの光出力（ワット密度）を大きくし、短い光照射時間で照射を行う方が、記録紙や雰囲気中への熱逃げが抑えられ、トナーのみを効率よく加熱（つまり少ないエネルギー量で定着）することができる。

高光出力（高ワット密度）にするには、レンズで集光するか、光源側の出力をできるだけ大きくすることが必要となる。ここでレンズの集光が一定の場合には、光源の出力を最大出力にして瞬時にトナーを加熱することが、少ないエネルギーで加熱を行うことができるため最も効率がよい。しかしながら、光で加熱する場合、トナー表面は光を吸収して瞬時に溶融するが、トナーと記録紙の界面付近（下層トナー）に光が届かない場合、例えば３色のカラーを重ねたトナー層を形成した場合等では、界面付近の下層トナーは表面からの伝熱により加熱されることになる。

この場合、表面のトナーは高温になり、界面付近のトナーは充分加熱されないため、表面のトナーは熱分解が生じる温度まで上昇しているにもかかわらず、界面付近のトナーは温度が低く溶融が不十分で、定着性が確保できない状態になる。

このような問題に対して、本発明に係る一実施形態では、図３に示すような光出力の制御を行う。この例では、レーザ光源１０５からの光をトナーが受ける時間（照射時間）をｒ（ｓｅｃ）とするとき、時間ｒの開始から一定の時間ｒ１（ｓｅｃ）が経過するまでは、一定の高出力のままトナーにレーザ光を照射する。ここでが、レーザ光源１０５を一定電流で連続出力する。従って光出力デューティは、１００％になる。

そして、時間ｒ１の経過後時間ｒの終了までの時間ｒ２（ｓｅｃ）では、光出力デューティを１００％より小さい値で制御し、間欠的に発光させる。デューティ制御を行う場合、レーザ光源１０５を駆動する電流値を一定に制御しながら、パルス発生器でトリガ信号を発生させ、トリガ信号によってレーザ駆動装置のＯＮ−ＯＦＦのタイミングを制御することで、レーザ発光のデューティを可変に設定することができる。図３の例では、光出力デューティを５０％としている。これにより、トナーが受けるエネルギーを時間ｒ１と時間ｒ２で異ならせ、時間ｒ２におけるエネルギーを時間ｒ１におけるエネルギーより小さくすることができ、トナーの温度上昇を抑えることができる。また、簡単な駆動回路でレーザ光源１０５の光出力を制御することができ、トナーが受けるエネルギーを任意に設定することができる。

図４は、光出力の他の制御例を示す図である。上記図３の例では、レーザ光源１０５を駆動する電流値を一定にして発光デューティを制御することにより、トナーに与えるエネルギーを最適化していた。これに対して本制御例では、時間ｒ１（ｓｅｃ）においては、電流値Ｉ１でレーザ光源１０５を駆動して高出力の光を連続照射する。従って光出力デューティは、１００％になる。そして、時間ｒ１が経過した後の時間ｒ２においては、電流値Ｉ２をＩ２＝１／ｎ×Ｉ１（ｎ＞０）とし、低出力の光を連続照射する。従ってＩ１＞Ｉ２となる。ここでも光出力デューティは１００％である。
このように、トナーが受けるエネルギーを時間ｒ１と時間ｒ２でレーザ光源１０５を駆動する電流値を異ならせ、時間ｒ２におけるエネルギーを時間ｒ１におけるエネルギーより小さくすることができ、トナーの温度上昇を抑えることができる。また、簡単な駆動回路でレーザ光源１０５の出力を制御することができ、トナーが受けるエネルギーを任意に設定することができる。

上記のような制御によって、高いエネルギーでトナーを加熱した後、トナーが加熱しすぎないように低エネルギーの加熱を行うことができるため、良好な定着性を得ることができる。また、トナーに対する光の照射時間は、記録紙の搬送速度（プロセス速度）と照射領域の搬送方向の長さで決まるが、何らかのトラブルで搬送中の記録紙がスリップすることにより照射時間が長くなったとしても、上記のような制御を行うことでトナー表面温度の過度の上昇を防ぐことができる。

上記の制御方法に基づきトナーの加熱定着を評価する実験を行った。この結果を以下に説明する。
（実験１）
カラー１色（例えばシアン）の未定着画像を形成した記録紙を用意し、記録紙の搬送速度（プロセス速度）を任意に変化させて、レーザ光の照射領域内で最も高い温度に到達したときのトナーの表面温度と定着性の関係について評価した。このとき、未定着画像を形成するトナーの付着量は０.４ｍｇ／ｃｍ²とした。この場合、プロセス速度の変更によりレーザ光の照射時間も変化する。また、評価実験においては、トナー表面を高速度カメラで撮影し、トナーの溶融過程を観察した。

レーザ光の照射条件としては、記録紙の搬送方向の光照射領域の長さを１.５ｍｍ、記録紙搬送方向に垂直方向の光照射領域の幅を３００ｍｍとして、その範囲の照射領域に６００Ｗの出力でレーザ光を照射した。そして、上記照射領域でレーザ光を受光したトナーの表面温度を放射温度計で測定した。そのときの結果を図５に示す。定着性の評価のうち、○は定着性が良好、×は定着性が不十分、▲は定着性は確保しているが、トナーが熱分解していることを示す。以下、他の実験結果においても同様である。

図５に示すように、プロセス速度が２１４ｍｍ／ｓｅｃ以上では、トナーが充分溶融せず、記録紙からトナーが剥がれ落ちる定着不良が見られたが、１８８ｍｍ／ｓｅｃ以下では、定着性を確保することができた。一方、プロセス速度が１００ｍｍ／ｓｅｃ以下では、トナー表面が約２５０℃付近まで上昇した。高速度カメラで観察した結果、この条件ではトナーが熱分解し、ガスが発生する現象が見られた。従ってトナー表面が２５０℃以上になると、トナーの熱分解により有害ガスが発生することがあり、環境問題等により使用できないことがわかった。

つまり、良好な定着画像を得るためのトナーの加熱温度は１５０℃〜２５０℃の範囲である。しかしながらこの実験の条件の場合には、トナーを定着させるために必要な加熱時間（ここでは８ｍｓｅｃ以上）と、加熱過多によりトナーが熱分解する時間（ここでは、１５ｍｓｅｃ以上）とのマージンが少なく、照射時間のわずかな変化によってトナーが熱分解温度に達する可能性がある。

（実験２）
Ｃ，Ｍ，Ｙのカラートナーを３色重ねた未定着像を形成した記録紙によって実験１と同様の評価を行った。このとき定着画像を形成するトナー付着量は、３色で１.２ｍｇ／ｃｍ²とした。この結果を図６に示す。
図６に示すように、カラートナーを３色重ねた場合には、プロセス速度が１１５ｍｍ／ｓｅｃ以下では定着性を確保することができた。しかしながら、１１５ｍｍ／ｓｅｃ以下ではトナー表面温度が２５０℃以上となり、トナーの熱分解が始まっていた。従ってトナーが熱分解することなく良好な定着性が確保できる条件は存在しなかった。これは、トナー表面温度が上がりすぎて、記録紙界面のトナーが充分溶融する前もしくは同時に、トナー表面の熱分解が始まっていることが考えられる。

（実験３）
上記実験２と同様にＣ，Ｍ，Ｙのカラートナーを３色重ねた未定着像（トナーの付着量は、３色で１.２ｍｇ／ｃｍ²）を形成した記録紙を使用し、実験２において定着性が確保できたものの熱分解が生じたプロセス速度（１１５ｍｍ／ｓｅｃ以下）で、光源の電力制御により光出力（Ｗ）の状態を制御した。
具体的には、図３に示すようなデューティ制御を行って光のエネルギーを時間的に変化させた。ここでは、まず、プロセス速度を１１５ｍｍ／ｓｅｃ、照射時間ｒを１３ｍｓｅｃとした。そして、ｒ１＝１０ｍｓｅｃまでは光を連続して出力した。従ってｒ１における光出力デューティは１００％である。そしてその後ｒ２＝３ｍｓｅｃの間、光出力デューティ５０％で光出力させた。

次に、プロセス速度を１０７ｍｍ／ｓｅｃ、ｒ＝１４ｍｓｅｃとし、ｒ１＝１０ｍｓｅｃまでを連続して光出力し、その後ｒ２＝４ｍｓｅｃを周波数１０ｋＨｚ、デューティ５０％で光出力した。
同様に、プロセス速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ、ｒ＝１５ｍｓｅｃとし、ｒ１＝１０ｍｓｅｃまでを連続して光出力し、その後ｒ２＝５ｍｓｅｃをデューティ５０％で光出力した。
同様に、プロセス速度を９４ｍｍ／ｓｅｃ、ｒ＝１６ｍｓｅｃとし、ｒ１＝１０ｍｓｅｃまでを連続して光出力し、その後ｒ２＝６ｍｓｅｃをデューティ５０％で光出力した。このときのトナーの表面温度と定着性の関係を図７に示す。

図７に示すように、照射初期の時間ｒ１における光の連続照射とその後の時間ｒ２におけるデューティ制御とを組み合わせることにより、時間ｒ１に最大限の光照射を行うことでトナーの表面温度を瞬時に２００℃まで上昇させ、その後トナーの表面温度を２００℃に抑えることができる。これにより、効率よくトナーを加熱することができ、定着性を確保しつつ、トナーが熱分解温度に到達しない条件を得ることができる。

（実験４）
同様に、トナーの付着量が０.４ｍｓ／ｃｍ²のカラー１色の未定着画像について、照射初期の光の連続照射とその後のデューティ制御とを組み合わせて定着処理を行って評価した。このときの結果を図８に示す。
実験１では、熱分解することなくトナーを定着させることができる加熱時間のマージンは、８ｍｓｅｃ〜１４ｍｓｅｃであったのに対して、本実験ではトナーの表面温度が制御されるので、加熱時間のマージンを更に広く取ることができた（８〜１６ｍｓｅｃ以上）。
これにより、例えば記録紙の搬送中に、何らかのトラブルで紙がスリップして照射時間が長くなってしまったとしても、トナーの表面温度の過度の上昇を防ぐことができる。

（実験５）
上記実験１〜４と同様に、光出力を図４に示すような方法で制御しても同様の効果が得られた。具体的には、図４の時間ｒ１では、６００Ｗで連続して光出力し、その後時間ｒ２の間、ピーク電流を下げて３００Ｗで連続して光出力させた。この場合、いずれもデューティを１００％として連続して光出力させた。
これらの実験についても実験１〜４と同様の結果が得られ、電流制御によるエネルギーの制御によっても良好な定着特性を得られることができた。

上記のごとくの結果から、記録紙の搬送速度をｐ（ｍｍ／ｓｅｃ）、記録紙の搬送方向における記録紙上の光照射幅をｑ（ｍｍ）、未定着画像のトナーが搬送中に光を受ける時間をｒ（ｓｅｃ）（ｒ＝ｑ／ｐ）、未定着画像のトナーが受ける単位面積当たりのエネルギーをＪ（Ｊ＝単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｍｍ²）×時間ｒ（ｓｅｃ））とするとき、時間ｒの開始から一定の時間ｒ１（ｓｅｃ）におけるエネルギーよりも、ｒ１経過後時間ｒの終了までの時間ｒ２（ｒ２＝ｒ−ｒ１）（ｓｅｃ）におけるエネルギーが小さくなるように、光源の光出力を制御することにより、効率よくトナーを加熱溶融することができる。

今回の実験３，４では、トナーの表面温度が２００℃以上にならないように時間ｒ１、時間ｒ２を設定して制御したが、本発明ではこの条件に限定されることなく、トナーの溶融特性や耐熱性等に応じてトナーの表面温度を適宜制御できるよう、プロセス速度、および光照射幅ｒに応じて、ｒ１、ｒ２ 光出力、周波数、デューティ等の値を設定すればよい。
また、今回の実験では、電力制御をｒ１の時間およびｒ２の時間で２つに分けているが、ｒ＝ｒ１＋ｒ２＋・・・＋ｒｎとして照射時間ｒをｎ回に分割し、ｎ回分のそれぞれの時間ごとに個別に電力制御を行うようにしてもよい。

１０…画像形成装置、２０…供給トレイ、３０…搬送装置、３１…駆動ローラ、３２…アイドリングローラ、３３…搬送ベルト、４０…定着装置、５０…可視像形成ユニット、５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｂ…可視像形成ユニット、５１…感光体ドラム、５２…帯電器、５３…レーザ光照射手段、５４…現像器、５５…転写ローラ、５６…ドラムクリーナユニット、１００…記録紙、１０１…記録紙搬送装置、１０２，１０３…テンションローラ、１０４…記録紙搬送ベルト、１０５…レーザ光源、１０６…コリメートレンズ、１０７…集光レンズ、１０８…光出力制御部。

Claims (6)

1. 記録媒体を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送された記録媒体上に形成された未定着のトナー画像に光を照射する光源と、該光源の光出力を制御する光出力制御手段とを有し、前記光源からの光によって前記トナー画像のトナーを溶融して前記記録媒体にトナー画像を定着する定着装置において、
   前記記録媒体の搬送速度をｐ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記記録媒体の搬送方向における該記録媒体上の光照射領域の長さをｑ（ｍｍ）、前記未定着画像のトナーが搬送中に光を受ける時間をｒ（ｓｅｃ）（ｒ＝ｑ／ｐ）、前記未定着画像のトナーが受ける単位面積当たりのエネルギーをＪ（Ｊ＝単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｍｍ²）×時間ｒ（ｓｅｃ））とするとき、
   前記光出力制御手段は、時間ｒの開始から一定の時間ｒ１（ｓｅｃ）における前記エネルギーと、前記ｒ１経過後時間ｒの終了までの時間ｒ２（ｒ２＝ｒ−ｒ１）（ｓｅｃ）における前記エネルギーとを異ならせるように、前記光源の光出力を制御することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、前記光出力制御手段は、前記光源の光出力を電流値と発光デューティによって制御し、前記時間ｒ１では、一定の電流値で発光デューティ１００％で前記光源を連続発光させ、前記時間ｒ２では、前記ｒ１と同じ電流値で、発光デューティを１００％より小さくして、前記光源を間欠的に発光させることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、前記光出力制御手段は、前記時間ｒ１における前記光源の電流値をＩ１、前記時間ｒ２における前記光源の電流値をＩ２（Ｉ１＞Ｉ２）とし、前記時間ｒ１、および前記時間ｒ２においてともに発光デューティ１００％で連続発光させることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の定着装置において、前記光源として、半導体レーザを備えることを特徴とする光定着装置。
5. 請求項４に記載の定着装置において、前記光源は、前記半導体レーザを複数有し、該複数の半導体レーザは、前記記録紙の搬送方向と直交する方向にアレイ上に配列されたレーザアレイを形成していることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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