JP2016177050A - 集光部材、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光の熱交換効率を向上させる。【解決手段】集光部材２４１は、レンズ２４１１と、反射部材２４１２と、保持部材２４１３とを有する。レンズ２４１１は、光源２４２から照射されるレーザー光の入射面Ｆ１と、そのレーザー光が出射する出射面Ｆ２とを有する。加圧ロール２４３によって用紙Ｐがレンズ２４１１に押し付けられる際に、レンズ２４１１が加圧ロール２４３によって押される領域Ａ０は、出射面Ｆ２の全体に相当する領域Ａ１を覆うから、領域Ａ１は領域Ａ０内に完全に含まれる。これにより、レンズ２４１１を通過して出射面Ｆ２から出射するレーザー光は、加圧ロール２４３か、加圧ロール２４３によって押し付けられた用紙Ｐのいずれかに当たり、それ以外に漏れない。反射部材２４１２は、出射面Ｆ２から出射したレーザー光の用紙Ｐからの反射光を、減衰するまで出射面Ｆ２に向けて再反射させる。【選択図】図３

Description

本発明は、集光部材、定着装置および画像形成装置に関する。

特許文献１には、レーザー照射部の前後の用紙搬送機構を光が透過しないロールで構成した定着装置を有する画像形成装置が記載されている。
特許文献２には、レーザー照射部を極力覆い、前後のペーパーパスのシュートを長くして、シュートの表面をレーザー吸収材料とした定着装置を有する画像形成装置が記載されている。
特許文献３には、非接触式レーザー定着のレーザー照射部の周囲をミラーで覆って、反射光を照射領域に再照射する定着装置を有する画像形成装置が記載されている。

特開２０１３−５７８５５号公報 特開２０１２−８８３７２号公報 特開２０１２−６８４６７号公報

本発明は、レーザー光の熱交換効率を向上させることを目的とする。

本発明の請求項１に係る集光部材は、光源から照射されるレーザー光の入射面と出射面とを有するレンズと、前記出射面から出射したレーザー光の媒体からの反射光を、該出射面に向けて再反射させる反射部材と、を有し、前記媒体を搬送するロールによって該媒体が前記レンズに押し付けられる際に、該レンズが該ロールによって押される領域は前記出射面の全体を覆うことを特徴とする。
本発明の請求項２に係る集光部材は、請求項１に記載の態様において、前記反射部材が前記反射光を再反射させる面は、前記レンズに接していることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る集光部材は、請求項２に記載の態様において、前記反射部材は、蒸着により前記レンズの表面に形成される。
本発明の請求項４に係る定着装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の集光部材と、前記集光部材にレーザー光を照射する光源と、前記集光部材が有するレンズの出射面に媒体を押し付けながら、回転して該媒体を搬送するロールと、を有する。
本発明の請求項５に係る画像形成装置は、媒体上にトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部により形成されたトナー像を前記媒体上に定着させる請求項４に記載の定着装置と、を有する。

請求項１、４、５に係る発明によれば、媒体を搬送するロールによってその媒体が押し付けられる際に、ロールによって押される領域が出射面の全体を覆うように構成されたレンズを有しない場合や、出射面から出射したレーザー光の媒体からの反射光を、その出射面に向けて再反射させる反射部材を有しない場合に比べて、レーザー光の熱交換効率を向上させることができる。
請求項２に係る発明によれば、レンズと反射部材とに挟まれた空気などにより反射光が吸収されることがない。
請求項３に係る発明によれば、反射部材を予めレンズの表面に沿った形状に成形する必要がない。

本実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図。 定着部の構成を示す図。 図２に示す範囲IIIを拡大した図。 反射部材を説明するための図。

１．実施形態
１−１．画像形成装置の全体構成
以下の図において、画像形成装置２の各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。図に示す座標記号のうち、円の中に点を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置２の全体構成を示す図である。画像形成装置２は、搬送部２１と、現像部２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋと、転写部２３と、定着部２４とを有し、これらの構成が図示しない制御部により制御されることで、媒体に画像を形成する。図１における−ｚ方向は、重力方向における下である。

なお、符号のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーに対応した構成であることを意味している。現像部２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋのそれぞれは、用いるトナーが異なるものの、その構成に大きな差異はない。以下、現像部２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋのそれぞれを特に区別する必要がない場合には、トナーの色を示す符号末尾のアルファベットを削除し「現像部２２」とする。搬送部２１と、現像部２２と、転写部２３とは、用紙Ｐ（媒体）上にトナー像を形成する画像形成部として機能する。

搬送部２１は、容器と搬送ロールとを有する。容器には、予め定められたサイズにカットされた、媒体としての用紙Ｐが収容される。容器に収容されている用紙Ｐは、制御部の指示により搬送ロールによって１枚ずつ取り出され、用紙搬送路を経由して転写部２３へと搬送される。なお、媒体は用紙に限らず、例えば樹脂製のシート等であってもよい。要するに、媒体は、表面に画像を記録し得るものであればよい。図１において、搬送ロールの軸はｘ軸方向に沿って配置されている。

各現像部２２は、感光体ドラム２２１と、帯電器２２２と、露光装置２２３と、現像器２２４と、一次転写ロール２２５と、ドラムクリーナ２２６とを備えている。感光体ドラム２２１は電荷発生層や電荷輸送層を有する像保持体であり、図示しない駆動部により図中の矢印Ｄ２２の方向に回転させられる。帯電器２２２は感光体ドラム２２１の表面を帯電させる。露光装置２２３はレーザー発光源やポリゴンミラー等（いずれも図示せず）を備え、制御部の制御の下、画像を示すデータに応じたレーザー光を、帯電器２２２により帯電させられた後の感光体ドラム２２１に向けて照射する。これにより、各感光体ドラム２２１には潜像が保持される。

現像器２２４はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのいずれかの色のトナーと、フェライト粉等の磁性キャリアを含む二成分現像剤を収容する。そして現像器２２４に形成された磁気ブラシの穂先が感光体ドラム２２１の表面に接触することで、トナーは感光体ドラム２２１表面で露光装置２２３により露光された部分、すなわち静電潜像の画線部に付着し、感光体ドラム２２１に画像が形成（現像）される。

一次転写ロール２２５は転写部２３の中間転写ベルト２３１が感光体ドラム２２１と対向する位置において予め定めた電位差を生じさせ、この電位差によって中間転写ベルト２３１に画像を転写する。ドラムクリーナ２２６は、画像の転写後に感光体ドラム２２１の表面に残留している未転写のトナーを取り除き、感光体ドラム２２１表面を除電する。

転写部２３は、中間転写ベルト２３１と、二次転写ロール２３２と、ベルト搬送ロール２３３と、バックアップロール２３４と、ベルトクリーナ２３９とを有する。転写部２３は、現像部２２によって形成された画像を、ユーザの操作に応じて決められた紙種の用紙Ｐに転写する転写部である。

中間転写ベルト２３１は無端のベルト部材であり、ベルト搬送ロール２３３およびバックアップロール２３４はこの中間転写ベルト２３１を張架する。ベルト搬送ロール２３３およびバックアップロール２３４の少なくとも１つには駆動部（図示せず）が備えられており、中間転写ベルト２３１を図中の矢印Ｄ２３方向に移動させる。これにより、中間転写ベルト２３１上の画像は、二次転写ロール２３２とバックアップロール２３４とに挟まれる領域に移動させられる。

二次転写ロール２３２は、中間転写ベルト２３１との電位差によって、中間転写ベルト２３１上の画像を搬送部２１から搬送されてきた用紙Ｐに転写させる。ベルトクリーナ２３９は、中間転写ベルト２３１の表面に残留している未転写のトナーを取り除く。そして、転写部２３または搬送部２１は、画像が転写された用紙Ｐを定着部２４へと搬送する。
定着部２４は、用紙Ｐに転写された画像を加熱して定着させる。すなわち、定着部２４は、搬送部２１と、現像部２２と、転写部２３とにより形成されたトナー像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置である。

１−２．定着部の構成
図２は、定着部２４の構成を示す図である。定着部２４は、集光部材２４１と、光源２４２と、加圧ロール２４３とを有する。光源２４２は、集光部材２４１の上方向、つまり、＋ｚ方向に配置され、加圧ロール２４３は、集光部材２４１の下方向、つまり、−ｚ方向に配置されている。加圧ロール２４３は、図示しない付勢手段により＋ｚ方向に付勢されているため、集光部材２４１を＋ｚ方向に加圧している。

光源２４２は、集光部材２４１に向けてレーザー光を照射する。集光部材２４１は、光源２４２から照射されるレーザー光を、加圧ロール２４３によって押し付けられた用紙Ｐに向けて集中させて用紙Ｐ上に形成されたトナー像を加熱する。

加圧ロール２４３は、図示しない駆動部（回転機構）によりｘ軸方向に平行な軸を中心として矢印Ｄ２４３方向に回転しつつ、搬送部２１により搬送された用紙Ｐを集光部材２４１に押し付けることにより用紙Ｐ上に形成されたトナー像の定着を補助する。用紙Ｐは、加圧ロール２４３の回転に伴って、加圧ロール２４３と集光部材２４１とで挟まれるニップ領域を通過し、矢印Ｄ２４方向、すなわち、＋ｙ方向に搬送される。

図３は、図２に示す範囲IIIを拡大した図である。集光部材２４１は、レンズ２４１１と、反射部材２４１２と、保持部材２４１３とを有する。

レンズ２４１１は、光源２４２から照射されるレーザー光の入射面Ｆ１と、そのレーザー光が出射する出射面Ｆ２とを有する。入射面Ｆ１は、レンズ２４１１の＋ｚ方向の面であり、出射面Ｆ２は、レンズ２４１１の−ｚ方向の面である。

保持部材２４１３は、レンズ２４１１を保持する２つの半筒状の部材であり、レンズ２４１１を＋ｙ方向と−ｙ方向の両側から挟んで固定する。保持部材２４１３は、光源２４２から照射されるレーザー光を透過しない材質で構成されている。

図３に示す領域Ａ０は、レンズ２４１１が加圧ロール２４３によって押される領域である。一方、図３に示す領域Ａ１は、出射面Ｆ２の全体に相当する領域である。図３に示す通り、領域Ａ０は、領域Ａ１を覆っている。すなわち、加圧ロール２４３によって用紙Ｐがレンズ２４１１に押し付けられる際に、レンズ２４１１が加圧ロール２４３によって押される領域Ａ０は、出射面Ｆ２の全体に相当する領域Ａ１を覆う。これにより、領域Ａ１は領域Ａ０内に完全に含まれるので、レンズ２４１１を通過して出射面Ｆ２から出射するレーザー光は、加圧ロール２４３か、加圧ロール２４３によって押し付けられた用紙Ｐのいずれかに当たり、それ以外に漏れない。

また、反射部材２４１２は、出射面Ｆ２から出射したレーザー光の用紙Ｐからの反射光を、出射面Ｆ２に向けて再反射させる部材である。図４は、反射部材２４１２を説明するための図である。光源２４２（図２参照）から照射されたレーザー光の光束Ｌｕは、入射面Ｆ１を経てレンズ２４１１の内部を通過し、収束して焦点Ｆ０に集められる。これにより焦点Ｆ０の温度が上昇する。

加圧ロール２４３の回転に伴って＋ｙ方向に搬送される用紙Ｐが焦点Ｆ０を通過するため、用紙Ｐは、焦点Ｆ０における温度上昇の影響により加熱され、用紙Ｐ上に保持されたトナーが融解する。また、トナーは、融解しているときに、加圧ロール２４３と集光部材２４１とに挟まれて加圧される。これにより、加圧ロール２４３と集光部材２４１とで挟まれるニップ領域を通過して冷却したときに、用紙Ｐ上に形成されたトナー像は定着する。

一方、光源２４２から照射されるレーザー光のうち、焦点Ｆ０に集められなかった光は、出射面Ｆ２のうち、焦点Ｆ０以外の点に当たり、用紙Ｐや加圧ロール２４３によって反射してレンズ２４１１に戻る。反射部材２４１２は、入射面Ｆ１のうち、光束Ｌｕが通る領域以外の領域に反射面を向けて設けられている。そのため、レンズ２４１１に戻った反射光は反射部材２４１２の反射面に当たり、出射面Ｆ２に向けて再反射する。なお、このレーザー光は、反射部材２４１２の反射面と出射面Ｆ２とを往復して、完全に減衰するまで再反射を繰り返す。

以上、説明したとおり、レンズ２４１１が加圧ロール２４３によって押される領域が、レンズ２４１１の出射面Ｆ２の全体を覆っているため、出射面Ｆ２から出射するレーザー光が、ニップ領域以外の領域に漏れない。そしてレーザー光がニップ領域以外に漏れないことで、光源で発生するレーザー光がニップ領域以外を温め難くなるため、この構成を用いない定着装置に比べてレーザー光の熱交換効率は向上する。

また、出射面Ｆ２から出射したレーザー光のうち、用紙Ｐなどで反射した反射光は、反射部材２４１２によって再反射し、出射面Ｆ２に向けて再度照射されるため、この構成を用いない定着装置に比べてレーザー光の熱交換効率は向上する。

２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

２−１．変形例１
反射部材２４１２が上述した反射光を再反射させる反射面は、レンズ２４１１に接していてもよい。反射部材２４１２の反射面とレンズ２４１１とに隙間がある場合、隙間を占める空気を反射光が通過するため、反射光のエネルギーが空気に吸収される可能性がある。反射部材２４１２の反射面とレンズ２４１１とが接していることで、これらが接していない場合に比べて、反射光の全エネルギーのうち出射面Ｆ２に戻る割合が増加し、レーザー光の熱交換率は向上する。

２−２．変形例２
反射部材２４１２は、蒸着によりレンズ２４１１の表面に形成されていてもよい。これにより、反射部材２４１２の反射面の形状をレンズ２４１１の入射面Ｆ１に合わせて成形する必要がなくなる。また、これにより、定着部２４の製造コストが抑制される場合がある。

２…画像形成装置、２１…搬送部、２２…現像部、２２１…感光体ドラム、２２２…帯電器、２２３…露光装置、２２４…現像器、２２５…一次転写ロール、２２６…ドラムクリーナ、２３…転写部、２３１…中間転写ベルト、２３２…二次転写ロール、２３３…ベルト搬送ロール、２３４…バックアップロール、２３９…ベルトクリーナ、２４…定着部、２４１…集光部材、２４１１…レンズ、２４１２…反射部材、２４１３…保持部材、２４２…光源、２４３…加圧ロール、Ａ０…領域、Ａ１…領域、Ｆ０…焦点、Ｆ１…入射面、Ｆ２…出射面、Ｐ…用紙

Claims (5)

1. 光源から照射されるレーザー光の入射面と出射面とを有するレンズと、
   前記出射面から出射したレーザー光の媒体からの反射光を、該出射面に向けて再反射させる反射部材と、を有し、
   前記媒体を搬送するロールによって該媒体が前記レンズに押し付けられる際に、該レンズが該ロールによって押される領域は前記出射面の全体を覆う
   ことを特徴とする集光部材。
2. 前記反射部材が前記反射光を再反射させる面は、前記レンズに接している
   ことを特徴とする請求項１に記載の集光部材。
3. 前記反射部材は、蒸着により前記レンズの表面に形成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の集光部材。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の集光部材と、
   前記集光部材にレーザー光を照射する光源と、
   前記集光部材が有するレンズの出射面に媒体を押し付けながら、回転して該媒体を搬送するロールと、
   を有する定着装置。
5. 媒体上にトナー像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部により形成されたトナー像を前記媒体上に定着させる請求項４に記載の定着装置と、
   を有する画像形成装置。

Images