JP5184604B2 - 光定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光定着装置および画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置には、記録用紙などの記録媒体上に形成された未定着のトナー像を熱溶融し定着させる定着装置が備えられている。定着装置の一例として、特許文献１には、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開示されている。

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、この芯金の内部にはハロゲンランプなどの熱源が配置されている。定着ローラ表面の温度は、温度制御装置によるハロゲンランプのオン／オフによって制御されており、温度制御は、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行われる。加圧ローラは、芯金の表面に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、耐熱性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。

このような定着装置では、未定着トナー像が形成された記録媒体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記録媒体を搬送するとともに、定着ローラ周面の熱により記録媒体上のトナー像を溶融し、定着させる。

しかしながら、ローラ対方式の定着装置では、室温状態にある定着ローラおよび加圧ローラを、電源投入後、所定温度にまで上昇させる必要があるので、ウォームアップ時間を要する。また、画像形成が行われていない待機状態において、ローラ表面を所定温度に保持する必要があるので、待機時にも常に加熱していなければならない。その結果、画像形成時以外に、不必要なエネルギーを消費するという問題がある。

このような問題を解決するために、特許文献２には、複数のレーザ装置から出射されたレーザ光を記録媒体上に集光し、それによって未定着トナー像を定着するレーザ定着装置が開示されている。このようなレーザ定着装置では、複数のレーザ装置から出射されたレーザ光が記録媒体上に集光され、光強度の強められたレーザ光が記録媒体上の未定着トナー像に照射されるので、定着性を向上することができる。

特開平１１−３８８０２号公報 特開平７−１９１５６０号公報

しかしながら、特許文献２に開示されるレーザ定着装置では、記録媒体上の未定着トナー像は、レーザ光が照射されることによる熱のみにより定着されるので、定着後に形成される記録媒体上の画像は、定着強度が充分に高いものとはいえず、また、平滑性および光沢度が充分に高いものとはいえない。

したがって本発明の目的は、定着性を向上することができるとともに、定着後に形成される記録媒体上の画像の平滑性を向上し、高い光沢度を有して高品質の画像を形成することができる光定着装置および画像形成装置を提供することである。

本発明は、第１搬送ローラと第２搬送ローラとによって張架される搬送ベルトよりなり、トナー像が形成された記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段と、
前記記録媒体搬送手段によって搬送される記録媒体上に形成されたトナー像に、光を照射する光照射手段と、
前記記録媒体搬送手段によって搬送される記録媒体の搬送方向に関して、前記光照射手段よりも記録媒体の搬送方向下流側に設けられ、前記光照射手段により光が照射された後の記録媒体上のトナー像を加圧する加圧手段と、を備え、
前記加圧手段は、第１支持ローラと第２支持ローラとによって張架されて、回転自在に設けられる無端状の加圧ベルトを含み、
前記光照射手段は、前記加圧ベルトに圧接して設けられ、
前記第１支持ローラは、前記加圧ベルトと前記搬送ベルトとを介して前記第１搬送ローラに圧接されており、
前記第１支持ローラの外径は、前記第１搬送ローラの外径よりも小さく設定されていることを特徴とする光定着装置である。

また本発明の光定着装置は、前記加圧ベルトを介して前記光照射手段に対向し、回転自在に設けられる押圧ローラであって、前記加圧ベルトを前記光照射手段に向けて押圧する押圧ローラを含むことを特徴とする。

また本発明の光定着装置は、前記加圧ベルトを介して前記光照射手段に対向して設けられる板状の押圧部材であって、前記加圧ベルトを前記光照射手段に向けて押圧する押圧部材を含むことを特徴とする。

また本発明の光定着装置は、前記光照射手段が、複数の半導体レーザ素子が記録媒体の搬送方向と直交する方向にアレイ状に配列された半導体レーザ素子アレイからなることを特徴とする。
また本発明は、前記光定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、光定着装置は、第１搬送ローラと第２搬送ローラとによって張架される搬送ベルトよりなり、トナー像が形成された記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段と、記録媒体搬送手段によって搬送される記録媒体上に形成されたトナー像に、光を照射する光照射手段と、光照射手段よりも記録媒体の搬送方向下流側に設けられ、光照射手段により光が照射された後の記録媒体上のトナー像を加圧する加圧手段とを備える。加圧手段は、第１支持ローラと第２支持ローラとによって張架されて回転自在に設けられる無端状の加圧ベルトを含み、光照射手段は、加圧ベルトに圧接して設けられる。そして、第１支持ローラは、加圧ベルトと搬送ベルトとを介して第１搬送ローラに圧接されており、第１支持ローラの外径は、第１搬送ローラの外径よりも小さく設定されている。本発明の光定着装置では、記録媒体上に形成されたトナー像は、光照射手段により光が照射されて加熱され、さらに、加圧手段により加圧される。したがって、光定着装置は、定着後に形成される記録媒体上の画像の定着強度を向上することができるとともに、その画像の平滑性を向上し、高い光沢度を有して高品質の画像を形成することができる。

また、光照射手段は、加圧ベルトに圧接して設けられる。これによって、光照射手段が記録媒体上に形成されたトナー像に光を照射したときに発生する熱が加圧手段の加圧ベルトに伝達される。そのため、加圧手段が光照射後の記録媒体上のトナー像を加圧するときに、光照射手段から伝達された熱も付与される。すなわち、記録媒体上に形成されたトナー像は、光照射手段により光が照射されて加熱され、さらに、加圧手段により加熱加圧される。したがって、光定着装置は、定着後に形成される記録媒体上の画像の定着強度を向上することができるとともに、その画像の平滑性を向上し、高い光沢度を有して高品質の画像を形成することができる。

また、光照射手段における光照射時の発熱を冷却するために、通常、ファンなどの冷却手段が必要となり、光照射手段に対する投入電力以外に、冷却手段に供給する電力も別途必要となる。そこで、前述のように、光照射手段から放射される熱を加圧手段に伝達させ、その伝達された熱を利用して記録媒体上のトナー像を定着するように構成することによって、記録媒体上のトナー像の定着性を向上することができるとともに、光照射手段を冷却するための冷却手段を設ける必要がなく、冷却に必要な電力を削減することができる。

また、光照射手段から発生した熱を受取る側の加圧手段の構造を、無端状の加圧ベルトとすることによって、受熱面積を大きくすることができるので、光照射手段から加圧手段に向けての熱の移動効率を向上することができる。
また、第１支持ローラは、加圧ベルトと搬送ベルトとを介して第１搬送ローラに圧接されており、第１支持ローラの外径は、第１搬送ローラの外径よりも小さく設定されている。これによって、搬送ベルトからの記録媒体の剥離性を向上することができる。

また本発明によれば、光定着装置は、加圧ベルトの内側に回転自在に設けられる押圧ローラをさらに含む。この押圧ローラは、加圧ベルトを介して光照射手段に対向して設けられ、加圧ベルトを光照射手段に向けて押圧する。これによって、加圧ベルトと光照射手段との密着性を高めることができるので、光照射手段から加圧ベルトに向けての熱の移動効率を向上させることができる。

また本発明によれば、光定着装置は、加圧ベルトの内側に設けられる板状の押圧部材をさらに含む。この押圧部材は、加圧ベルトを介して光照射手段に対向して設けられ、加圧ベルトを光照射手段に向けて押圧する。これによって、加圧ベルトと光照射手段との密着性を高めることができるので、光照射手段から加圧ベルトに向けての熱の移動効率を向上させることができる。

また本発明によれば、光照射手段は、複数の半導体レーザ素子が記録媒体の搬送方向と直交する方向にアレイ状に配列された半導体レーザ素子アレイからなる。たとえば、１つの光源で、記録媒体の全面を光照射する場合、記録媒体の幅方向に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のに限界がある。また、光をスキャンさせるには、装置の複雑化、コストアップになる。

これに対して、光照射手段を半導体レーザ素子アレイの構成とすることによって、記録媒体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である。また、１つの光源で高出力するよりも、複数の半導体レーザ素子を備える構成で高出力化したほうが、光照射手段における熱が放射される放熱部の面積が大きくなる。そのため、光照射手段を半導体レーザ素子アレイの構成とすることによって、加圧手段との接触面積を大きくすることができるので、光照射手段から加圧手段への熱の移動効率を向上することができる。

また本発明によれば、前記の光定着装置を備える画像形成装置であるので、定着後に形成される記録媒体上の画像の定着強度を向上することができるとともに、その画像の平滑性を向上し、高い光沢度を有して高品質の画像を形成することができる。

本発明の実施の一形態に係る画像形成装置１の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る光定着装置４０の構成を示す図である。 レーザ照射手段４１の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光定着装置６０の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光定着装置７０の構成を示す図である。

図１は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置１の構成を示す図である。画像形成装置１は、たとえば乾式電子写真方式のカラー画像形成装置であり、たとえばネットワークを介して接続される各端末装置から送信される画像データまたはスキャナによって読取られた画像データに基づいて、記録媒体である記録紙Ｐに対してカラーまたはモノクロの画像を形成する。

画像形成装置１は、４つの可視像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ（以下、総称して「可視像形成ユニット１０」と記すことがある）、供給トレイ２０、記録紙搬送手段３０および光定着装置４０を備える。画像形成装置１が備える光定着装置４０は、本発明の実施形態に係る光定着装置であり、詳細については後述する。

画像形成装置１には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応して、４つの可視像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが並設されている。可視像形成ユニット１０Ｙ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１０Ｍ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１０Ｃ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１０Ｋは、ブラック（Ｋ）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、記録紙Ｐの供給トレイ２０と光定着装置４０とを繋ぐ記録紙Ｐの搬送路に沿って４組の可視像形成ユニット１０を配設した、いわゆるタンデム式である。

可視像形成ユニット１０は、扱うトナーの色が異なるだけで、それぞれ実質的に同一の構成を有し、それぞれに、感光体ドラム１１の周囲に帯電ローラ１２、露光手段１３、現像器１４、転写ローラ１５およびクリーナユニット１６が設けられている。なお、可視像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの現像器１４には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーがそれぞれ収容されている。

感光体ドラム１１は、ドラム形状を呈し、図示しない駆動手段によって軸線まわりに矢符Ｆ方向に回転駆動され、トナー像を担持する。帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１の表面を所定の電位に均一に帯電させる。露光手段１３は、画像形成装置１に入力された画像データに応じて、帯電ローラ１２によって帯電された感光体ドラム１１の表面を露光して、該感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。現像器１４は、感光体ドラム１１の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し、感光体ドラム１１の表面にトナー像を形成する。

画像形成に用いられるトナーのうち、カラートナー（イエロー、マゼンタ、シアン）は、ブラックトナーに比べて光の吸収率が低いので、赤外線吸収剤を添加しブラックトナーと同じ吸収率を確保する。赤外線吸収剤としては、たとえば、フタロシアニン、ポリメチン、シアニン、オニウム、ニッケル錯体などを用いることができる。これらの赤外線吸収剤は併用してもよい。赤外線吸収剤の添加量は、カラートナーの結着樹脂１００重量部に対して、１重量部以上５重量部以下が好ましい。上記のトナーは、非磁性１成分現像剤、非磁性２成分現像剤、磁性現像剤などの現像剤に用いられる。

転写ローラ１５は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されており、後述する記録紙搬送手段３０によって搬送された記録紙Ｐに、感光体ドラム１１の表面に形成されたトナー像を転写させる。クリーナユニット１６は、現像器１４での現像処理および感光体ドラム１１に形成されたトナー像の転写後に、感光体ドラム１１の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Ｐに対するトナー像の転写は、４色について各１回行われる。

可視像形成ユニット１０は、以下のようにしてトナー像を記録紙Ｐ上に形成する。すなわち、感光体ドラム１１の表面を帯電ローラ１２で均一に帯電した後、入力された画像データに応じて露光手段１３により感光体ドラム１１の表面を露光して静電潜像を形成する。その後、現像器１４により感光体ドラム１１の表面の静電潜像を現像してトナー像を顕像化し、顕像化されたトナー像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ１５によって、供給トレイ２０から記録紙搬送手段３０により搬送される記録紙Ｐに各色のトナー像を順次多重転写する。

供給トレイ２０は、複数の記録紙Ｐを載置可能であり、供給トレイ２０に載置された複数の記録紙Ｐを１枚ずつ分離して、最も供給トレイ２０側の可視像形成ユニット１０Ｙに供給する。

記録紙搬送手段３０は、駆動ローラ３１、アイドリングローラ３２および搬送ベルト３３を備え、記録紙Ｐに可視像形成ユニット１０で形成されたトナー像が転写されるように、供給トレイ２０から供給される記録紙Ｐを記録紙搬送方向Ｚに搬送する。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。駆動ローラ３１は、駆動手段（不図示）によって制御されて軸線まわりに回転することによって、搬送ベルト３３を所定の周速度、たとえば２２０ｍｍ／ｓｅｃで搬送路に沿って回転させる。なお、駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２は、感光体ドラム１１に平行に配置される。搬送ベルト３３は、外側表面に静電気を発生させており、記録紙Ｐを静電吸着させながら、駆動ローラ３１の回転駆動に応じて回転されて、記録紙Ｐを記録紙搬送方向Ｚに搬送する。

記録紙Ｐは、このようにして、搬送ベルト３３に搬送路に沿って搬送されながら、その表面に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、光定着装置４０に搬送される。光定着装置４０は、記録紙Ｐに適度な熱を与えて、トナーを溶融して記録紙Ｐの表面にトナー像を定着することで、画像を形成する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る光定着装置４０の構成を示す図である。光定着装置４０は、記録紙Ｐの表面に形成された未定着トナー像Ｔを、レーザ光の熱によって記録紙Ｐに定着させる。光定着装置４０は、光照射手段であるレーザ照射手段４１と、記録媒体搬送手段である定着用記録紙搬送手段４２と、加圧手段４３とを備える。

レーザ照射手段４１は、複数の半導体レーザ素子が長手方向に一列に配列した半導体レーザ素子アレイであり、未定着トナー像Ｔにレーザ光を照射する。レーザ照射手段４１の詳細については、後述する。

定着用記録紙搬送手段４２は、定着用駆動ローラ４２１、定着用従動ローラ４２２および定着用搬送ベルト４２３を備え、搬送ベルト３３から供給される、未定着トナー像Ｔが形成された記録紙Ｐを記録紙搬送方向Ｚに搬送する。定着用搬送ベルト４２３は、ポリイミド樹脂などからなる無端状のベルト部材であり、導電性材料からなる定着用駆動ローラ４２１および定着用従動ローラ４２２により張架される。

定着用駆動ローラ４２１は、図示しない駆動手段によって任意の速度で軸線まわりに回転駆動され、定着用搬送ベルト４２３は、定着用駆動ローラ４２１の回転によって任意の速度で回転される。定着用搬送ベルト４２３は、外側表面に静電気を発生させており、記録紙Ｐを静電吸着させながら、定着用駆動ローラ４２１の回転駆動に応じて回転されて、記録紙Ｐを記録紙搬送方向Ｚに搬送する。なお、定着用駆動ローラ４２１および定着用従動ローラ４２２の軸線は、記録紙搬送手段３０の駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２の軸線と平行であり、定着用搬送ベルト４２３の外表面における記録紙Ｐが載置される載置面は、搬送ベルト３３の外表面における記録紙Ｐが載置される載置面と同一平面を形成する。また、定着用駆動ローラ４２１および定着用従動ローラ４２２の軸線方向の長さ、定着用搬送ベルト４２３の幅方向の長さは、記録紙Ｐのサイズに応じて適宜設定される。また、定着用記録紙搬送手段４２において、定着用搬送ベルト４２３を張架する定着用駆動ローラ４２１および定着用従動ローラ４２２のうち、定着用従動ローラ４２２が、搬送ベルト３３に近い側のローラとなる。

本実施形態の光定着装置４０では、未定着トナー像Ｔが形成された記録紙Ｐが、搬送ベルト３３から、定着用従動ローラ４２２に当接する定着用搬送ベルト４２３に搬送される。定着用搬送ベルト４２３の外表面に静電吸着した記録紙Ｐは、定着用駆動ローラ４２１の回転によってレーザ照射部４１０に所定の速度で搬送される。レーザ照射部４１０に搬送された記録紙Ｐ上の未定着トナー像Ｔは、レーザ照射手段４１によって画像情報に応じたレーザ光を照射され、レーザ光の熱によって記録紙Ｐ上に定着される。

図３は、レーザ照射手段４１の構成を示す図である。図３（ａ）は断面図であり、図３（ｂ）は正面図である。

レーザ照射手段４１は、レーザ光を出射する装置であり、本実施形態では、レーザ照射手段４１は、複数の半導体レーザ素子２１３が、定着用搬送ベルト４２３の幅方向に平行で、かつ、記録紙搬送方向Ｚと直交する方向に一列に配列された半導体レーザ素子アレイである。半導体レーザ素子２１３から出射されるレーザ光は、該レーザ光の進む方向である出射方向に対して垂直な断面が、略真円形状である。各半導体レーザ素子２１３は、それぞれの出射するレーザ光の出射方向がすべて同一方向となり、かつ、半導体レーザ素子２１３の配列する方向に垂直な方向となるように設けられる。

半導体レーザ素子２１３としては、出射するレーザ光の波長が４００ｎｍ〜１０００ｎｍのものを任意に選択することができる。各半導体レーザ素子２１３は、シリコンから形成される各シリコン基板２１２上にそれぞれ設けられる。シリコン基板２１２上には図示しない制御回路と受光素子２１４とがモノリシックに形成される。受光素子２１４はモニタ用のフォトダイオードである。制御回路は、受光素子２１４から入力される信号に基づいて、半導体レーザ素子２１３に印加する電圧を制御して、レーザ光の出力を変化させたり一定に保ったりする。制御回路と半導体レーザ素子２１３とは、図示しない電極およびボンディングワイヤを介して電気的に接続される。

また、シリコン基板２１２上には、各半導体レーザ素子２１３の温度を測定するために、サーミスタなどの温度センサ２１５が設けられる。前記制御回路は、温度センサ２１５によって検出された温度データに基づいて、半導体レーザ素子２１３に印加する電圧を制御する。

シリコン基板２１２は、半導体レーザ素子２１３が設けられる面とは反対側の面において、セラミック基板２１１上に設けられる。セラミック基板２１１上の図示しない電極とシリコン基板２１２上の図示しない電極とは、ワイヤーボンディングなどによって電気的に接続される。本実施形態では、セラミック基板２１１が、レーザ照射手段４１における放熱部である。

また、セラミック基板２１１において、シリコン基板２１２が設けられる面とは反対側の面に、ヒートシンクを設けるようにしてもよい。セラミック基板２１１上にヒートシンクを設ける場合には、このヒートシンクがレーザ照射手段４１における放熱部となる。セラミック基板２１１上にヒートシンクを設ける場合には、このヒートシンクとして、アルミニウム合金製でベースサイズが縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ、高さが２０ｍｍ、熱抵抗が１．６℃／Ｗのヒートシンクを、１０個配列したもの（トータルの熱抵抗０．１６℃／Ｗ）を用いることができる。

レーザ照射手段４１における放熱部となるセラミック基板２１１は、絶縁性および低摩擦係数を有する材料であるＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどのフッ素系樹脂で被覆されていることが好ましい。セラミック基板２１１に被覆層を形成する場合の厚みは、たとえば１０μｍ程度である。レーザ照射手段４１における放熱部であるセラミック基板２１１には、後述する加圧手段４３が接触して設けられる。このセラミック基板２１１に被覆層を設けることによって、加圧手段４３との接触面での摩擦低減および絶縁性を確保することができる。

半導体レーザ素子２１３の照射方向下流側には、レンズアレイ２１６が設けられる。レンズアレイ２１６は、半導体レーザ素子２１３の総数と同じ数の凸レンズ２１７ａと、該凸レンズ２１７ａを保持するレンズホルダ２１７ｂとを含む。レンズアレイ２１６は、各半導体レーザ素子２１３から出射されたレーザ光が、各凸レンズ２１７ａにそれぞれ入射するように構成される。

以上のように、本実施形態においてレーザ照射手段４１は、複数の半導体レーザ素子２１３が、定着用搬送ベルト４２３の幅方向に平行で、かつ、記録紙搬送方向Ｚに垂直な方向に一列に配列された半導体レーザ素子アレイである。

たとえば、１つのレーザ光源で、記録紙Ｐの全面を光照射する場合、記録紙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のに限界がある。また、レーザ光をスキャンさせるには、装置の複雑化、コストアップになる。

これに対して、レーザ照射手段４１を半導体レーザ素子アレイの構成とすることによって、記録紙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である。

また、１つのレーザ光源で高出力するよりも、複数の半導体レーザ素子２１３を備える構成で高出力化したほうが、レーザ照射手段４１における放熱部の面積が大きくなる。そのため、レーザ照射手段４１を半導体レーザ素子アレイの構成とすることによって、加圧手段４３との接触面積を大きくすることができるので、放熱部であるセラミック基板２１１から加圧手段４３への熱移動効率を向上することができる。

本実施形態の光定着装置４０では、レーザ光が照射されて熱定着されたトナー像Ｔが形成された記録紙Ｐは、定着用搬送ベルト４２３上に静電吸着された状態で、加圧手段４３に搬送される。

加圧手段４３は、レーザ照射手段４１よりも記録紙搬送方向Ｚ下流側に配置され、定着用搬送ベルト４２３上に静電吸着された状態で搬送される、レーザ照射手段４１によりレーザ光が照射された後の記録紙Ｐ上のトナー像Ｔを加圧する。本実施形態において加圧手段４３は、支持ローラであり加圧用駆動ローラ４３１および加圧用従動ローラ４３２と、加圧ベルト４３３とを備える。

加圧ベルト４３３は、ポリイミド樹脂などの耐熱性を有する材料からなる基材の表面に、トナー像Ｔに対する離型性を有する、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂からなる離型層が形成された無端状のベルト部材である。この加圧ベルト４３３は、加圧用駆動ローラ４３１および加圧用従動ローラ４３２により張架される。本実施形態では、加圧用駆動ローラ４３１、加圧用従動ローラ４３２、および定着用搬送ベルト４２３を張架する定着用駆動ローラ４２１の軸線は、それぞれ平行であり、同一平面上にある。そして、加圧用駆動ローラ４３１、加圧用従動ローラ４３２および定着用駆動ローラ４２１の軸線を含む平面は、定着用搬送ベルト４２３の外周面と垂直である。また、加圧用駆動ローラ４３１および加圧用従動ローラ４３２の軸線方向の長さ、加圧ベルト４３３の幅方向の長さは、定着用駆動ローラ４２１の軸線方向の長さと同じに設定される。

本実施形態では、レーザ照射手段４１から発生した熱が、セラミック基板２１１から加圧ベルト４３３に移動するように、加圧ベルト４３３の外周面には、レーザ照射手段４１における放熱部であるセラミック基板２１１が、高熱伝導部材５０を介して圧接されている。なお、レーザ照射手段４１がヒートシンクを備える構成の場合には、レーザ照射手段４１のヒートシンクと加圧ベルト４３３とが、高熱伝導部材５０を介して圧接するように構成すればよい。

高熱伝導部材５０は、アルミニウム、銀、銅などの高い熱伝導率を有する材料により構成される板状の部材である。本実施形態では、高熱伝導部材５０は、たとえばアルミニウムにより構成される矩形板状の部材である。この高熱伝導部材５０は、セラミック基板２１１および加圧ベルト４３３と面接触して設けられる。高熱伝導部材５０の大きさは、加圧ベルト４３３における加圧用駆動ローラ４３１および加圧用従動ローラ４３２の軸線間にわたる大きさに略等しい。

セラミック基板２１１と加圧ベルト４３３との間に高熱伝導部材５０を介在させることによって、半導体レーザ素子２１３のレーザ光出射によって発生した熱を、セラミック基板２１１から加圧ベルト４３３に向けて、高い熱移動効率で伝達することができる。

また、本実施形態では、高熱伝導部材５０を用いずに、加圧ベルト４３３の外周面にセラミック基板２１１を直接接触させてもよい。ただし、レーザ照射手段４１が小型であり、セラミック基板２１１が小さい場合、セラミック基板２１１と加圧ベルト４３３の外周面との接触面積が充分確保できないので、この場合には、セラミック基板２１１から加圧ベルト４３３への充分な熱移動効率を確保するために、セラミック基板２１１と加圧ベルト４３３の外周面との間に高熱伝導部材５０を介在させるのが好ましい。

また、セラミック基板２１１と高熱伝導部材５０との間に、高熱伝導グリースなどを介在させてもよい。これによって、セラミック基板２１１と高熱伝導部材５０との密着性を高めることができるので、セラミック基板２１１から加圧ベルト４３３に向けての熱移動効率を向上させることができる。

加圧ベルト４３３を張架する加圧用駆動ローラ４３１は、図示しない駆動手段によって任意の速度で軸線まわりに回転駆動され、加圧ベルト４３３は、加圧用駆動ローラ４３１の回転によって任意の速度で回転される。この加圧用駆動ローラ４３１は、加圧ベルト４３３および定着用搬送ベルト４２３を介して定着用駆動ローラ４２１に圧接して設けられる。加圧用駆動ローラ４３１と定着用駆動ローラ４２１とが圧接することによって、加圧ベルト４３３と定着用搬送ベルト４２３との間に圧接部（加圧定着ニップ部）が形成される。レーザ光照射後のトナー像Ｔが担持された記録紙Ｐが、定着用搬送ベルト４２３により搬送されて、前記加圧定着ニップ部を通過することによって、記録紙Ｐ上のトナー像Ｔに、圧力が付与される。

本実施形態の光定着装置４０では、記録紙Ｐ上に担持されたトナー像Ｔは、レーザ照射手段４１によりレーザ光が照射されて加熱されることによって溶融して定着されるが、定着強度が弱かったり、平滑性が不充分である。光定着装置４０では、さらに、加圧ベルト４３３により加圧定着ニップ部において加圧される。したがって、光定着装置４０は、定着後に形成される記録紙Ｐ上の画像の定着強度を向上することができるとともに、その画像の平滑性を向上し、高い光沢度を有して高品質の画像を形成することができる。

さらに、本実施形態の光定着装置４０では、前述のように、加圧ベルト４３３の外周面には高熱伝導部材５０を介してセラミック基板２１１が圧接されているので、加圧定着ニップ部を通過する記録紙Ｐには、セラミック基板２１１から加圧ベルト４３３に伝達された熱も付与される。すなわち、本実施形態の光定着装置４０では、記録紙Ｐ上に担持されたトナー像Ｔは、レーザ照射手段４１によりレーザ光が照射されて加熱され、さらに、加圧ベルト４３３により加圧定着ニップ部において加熱加圧される。したがって、光定着装置４０は、定着後に形成される記録紙Ｐ上の画像の定着強度を向上することができるとともに、その画像の平滑性を向上し、高い光沢度を有して高品質の画像を形成することができる。

また、加圧用駆動ローラ４３１は、金属のみにより構成されてもよいが、本実施形態では、アルミニウム、鉄などによる芯金上に、ウレタンゴム、シリコンゴムなどの柔軟性を有するゴム層が形成されたローラである。このように、加圧用駆動ローラ４３１として、柔軟性を有するゴム層が形成されたローラを用いることによって、加圧定着ニップ部の幅を大きくすることができるので、定着性をさらに向上することができる。

また、加圧用駆動ローラ４３１は、その外径が、定着用駆動ローラ４２１の外径と同一でもよいが、本実施形態では、定着用駆動ローラ４２１の外径よりも小さく設定されている。加圧用駆動ローラ４３１と定着用駆動ローラ４２１との間の加圧定着ニップ部を通過した記録紙Ｐは、定着用搬送ベルト４２３から剥離されて光定着装置４０から排出されるが、加圧用駆動ローラ４３１の外径を定着用駆動ローラ４２１の外径よりも小さく設定することによって、定着用搬送ベルト４２３からの記録紙Ｐの剥離性を向上することができる。

ここで、レーザ照射手段４１に備えられる半導体レーザ素子２１３は、光エネルギー変換効率（半導体レーザ素子２１３に投入される電力に対して、レーザ光として光出力できる電力の割合）が低く、その光変換効率が５０％以下である。すなわち、半導体レーザ素子２１３への投入電力に対して５０％以上が変換ロスであり、この変換ロスが、レーザ照射手段４１から発生する熱となって、セラミック基板２１１から放熱される。通常、レーザ照射手段４１の発熱を冷却するために、ファン、水冷機構を備える水循環装置などの冷却手段によりセラミック基板２１１を冷却する。このように、セラミック基板２１１を冷却手段で冷却するときには、冷却手段に供給する電力が別途必要になるので、レーザ照射手段４１におけるトータルとしてのエネルギー変換効率（半導体レーザ素子２１３に対する投入電力、冷却手段に対する投入電力などを含めたレーザ照射手段４１を動作させるのに必要な全投入電力に対する、レーザ光照射に使用された電力の割合）が悪くなる。

そこで、本実施形態では、上述のように、セラミック基板２１１から放射される熱を加圧ベルト４３３に伝達させ、その伝達された熱を利用して記録紙Ｐ上のトナー像Ｔを定着する。これによって、光定着装置４０は、記録紙Ｐ上のトナー像Ｔの定着性を向上することができるとともに、セラミック基板２１１を冷却するための冷却手段を設ける必要がなく、冷却に必要な電力を削減することができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係る光定着装置６０の構成を示す図である。本実施形態の光定着装置６０は、前述した光定着装置４０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。光定着装置６０は、前述した加圧手段４３に代えて加圧手段６１を備えること以外は、光定着装置４０と同様に構成される。本実施形態の光定着装置６０は、前述した画像形成装置１の光定着装置として好適に用いることができる。

光定着装置６０が備える加圧手段６１は、加圧用駆動ローラ４３１と加圧用従動ローラ４３２とで張架される加圧ベルト４３３の内側（加圧ベルト４３３を挟んで高熱伝導部材５０とは反対側）に回転自在に設けられる、少なくとも１本の押圧ローラ６１１を備える。本実施形態では、加圧手段６１は、２本の押圧ローラ６１１ａ，６１１ｂを備える。

押圧ローラ６１１ａ，６１１ｂは、加圧ベルト４３３を介して高熱伝導部材５０に対向して設けられ、加圧ベルト４３３を高熱伝導部材５０に向けて押圧する。これによって、加圧ベルト４３３と高熱伝導部材５０との密着性を高めることができるので、セラミック基板２１１から加圧ベルト４３３に向けての高熱伝導部材５０を介する熱移動効率を向上させることができる。

押圧ローラ６１１ａ，６１１ｂは、金属のみにより構成されてもよいが、アルミニウム、鉄などによる芯金上に、発泡性のシリコンゴムなどの高い断熱性を有する断熱層が形成されたローラであることが好ましい。押圧ローラ６１１ａ，６１１ｂが、断熱層を有する構造であることによって、セラミック基板２１１から高熱伝導部材５０を介して加圧ベルト４３３に伝達された熱が、押圧ローラ６１１ａ，６１１ｂに伝達されるのを防止することができる。

図５は、本発明の第３実施形態に係る光定着装置７０の構成を示す図である。本実施形態の光定着装置７０は、前述した光定着装置４０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。光定着装置７０は、前述した加圧手段４３に代えて加圧手段７１を備えること以外は、光定着装置４０と同様に構成される。本実施形態の光定着装置７０は、前述した画像形成装置１の光定着装置として好適に用いることができる。

光定着装置７０が備える加圧手段７１は、加圧用駆動ローラ４３１と加圧用従動ローラ４３２とで張架される加圧ベルト４３３の内側（加圧ベルト４３３を挟んで高熱伝導部材５０とは反対側）に設けられる、押圧部材７１１を備える。押圧部材７１１は、矩形板状の部材であり、その大きさは、高熱伝導部材５０の大きさと略等しい。

押圧部材７１１は、加圧ベルト４３３を介して高熱伝導部材５０に対向して設けられ、加圧ベルト４３３を高熱伝導部材５０に向けて押圧する。これによって、加圧ベルト４３３と高熱伝導部材５０との密着性を高めることができるので、セラミック基板２１１から加圧ベルト４３３に向けての高熱伝導部材５０を介する熱移動効率を向上させることができる。

押圧部材７１１は、金属のみにより構成されてもよいが、アルミニウム、鉄などによる基材上に、発泡性のシリコンゴムなどの高い断熱性を有する断熱層と、低摩擦係数を有する材料であるＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂からなる最表層とが積層された部材であることが好ましい。

押圧部材７１１が、断熱層を有する構造であることによって、セラミック基板２１１から高熱伝導部材５０を介して加圧ベルト４３３に伝達された熱が、押圧部材７１１に伝達されるのを防止することができる。また、押圧部材７１１が、低摩擦係数を有する材料からなる最表層を有する構造であることによって、押圧部材７１１と接触して回転する加圧ベルト４３３の摩耗を抑制することができる。

本発明に係る光定着装置について、実施例を挙げて具体的に説明する。
（実施例１）
図２の光定着装置４０を備えた画像形成装置を用いた。具体的には、実施例１では、レーザ照射手段に対して記録紙搬送方向下流側に加圧手段が設けられた光定着装置を備えた画像形成装置とし、その光定着装置において加圧手段の加圧ベルトとレーザ照射手段のセラミック基板とが、高熱伝導部材を介して圧接して設けられる構成とした。

レーザ照射手段に６００Ｗの電力を投入し、プロセス速度２２０ｍｍ／ｓｅｃで、未定着トナー像（トナー付着量０．６ｍｇ／ｃｍ^２）を記録紙に定着させた。

なお、レーザ照射手段の光変換効率は５０％であるので、レーザ照射手段に対する投入電力６００Ｗのうち、３００Ｗがレーザ光照射に使用され、残り３００Ｗが変換ロスとなってセラミック基板からの放熱となる。このセラミック基板から放射される熱は、加圧ベルトにおける加熱加圧による定着処理に利用した。すなわち、実施例１では、レーザ照射手段におけるトータルとしてのエネルギー変換効率（レーザ照射手段を動作させるのに必要な全投入電力に対する、レーザ光照射に使用された電力の割合）は、｛（３００／６００）×１００｝＝５０％である。

（参考例１）
画像形成装置が備える光定着装置の構成を、加圧手段とレーザ照射手段とが接触しない構成としたこと以外は、実施例１と同様にした。

レーザ照射手段に６００Ｗの電力を投入し、プロセス速度２２０ｍｍ／ｓｅｃで、未定着トナー像（トナー付着量０．６ｍｇ／ｃｍ^２）を記録紙に定着させた。

なお、レーザ照射手段の光変換効率は５０％であるので、レーザ照射手段に対する投入電力６００Ｗのうち、３００Ｗがレーザ光照射に使用され、残り３００Ｗが変換ロスとなってセラミック基板からの放熱となる。このセラミック基板から放射される熱を冷却するためにファンを用い、ファンに投入される電力は１５０Ｗであった。すなわち、参考例１では、レーザ照射手段におけるトータルとしてのエネルギー変換効率（レーザ照射手段を動作させるのに必要な全投入電力に対する、レーザ光照射に使用された電力の割合）は、｛（３００／７５０）×１００｝＝４０％である。

（比較例１）
画像形成装置が備える光定着装置の構成を、加圧手段を備えない構成としたこと以外は、実施例１と同様にした。

レーザ照射手段に６００Ｗの電力を投入し、プロセス速度２２０ｍｍ／ｓｅｃで、未定着トナー像（トナー付着量０．６ｍｇ／ｃｍ^２）を記録紙に定着させた。

なお、レーザ照射手段の光変換効率は５０％であるので、レーザ照射手段に対する投入電力６００Ｗのうち、３００Ｗがレーザ光照射に使用され、残り３００Ｗが変換ロスとなってセラミック基板からの放熱となる。このセラミック基板から放射される熱を冷却するためにファンを用い、ファンに投入される電力は１５０Ｗであった。すなわち、比較例１では、レーザ照射手段におけるトータルとしてのエネルギー変換効率（レーザ照射手段を動作させるのに必要な全投入電力に対する、レーザ光照射に使用された電力の割合）は、｛（３００／７５０）×１００｝＝４０％である。

次に、実施例１、参考例１および比較例１の画像形成装置で形成した３枚の定着画像について、光沢度の評価を行った。光沢度の評価は、光沢度計（ＶＧ２０００、日本電色工業株式会社製）を用いて、入射角および反射角７５°で測定した。光沢度の評価結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１および参考例１の光沢度は比較例１よりも高い値を示しており、記録紙上に形成されたトナー像に対して、レーザ光照射による加熱に加えて、加圧手段による圧力を付与することによって、高品質の画像を形成することができることがわかる。

また、実施例１と参考例１とを比較すると、実施例１では、加圧手段においてセラミック基板から伝達される熱を利用して、記録紙上に形成されたトナー像を定着しているので、実施例１は参考例１よりも、レーザ照射手段におけるトータルとしてのエネルギー変換効率が良好である。また、実施例１と参考例１とを比較すると、実施例１が参考例１よりも高い光沢度を有する画像が形成されている。このことより、加圧手段においてセラミック基板から伝達される熱を利用して、記録紙上に形成されたトナー像に対して加熱加圧することによって、さらに高品質の画像を形成することができる。

１ 画像形成装置
１０ 可視像形成ユニット
１１ 感光体ドラム
１２ 帯電ローラ
１３ 露光手段
１４ 現像器
１５ 転写ローラ
１６ クリーナユニット
２０ 供給トレイ
３０ 記録紙搬送手段
４０，６０，７０ 光定着装置
４１ レーザ照射手段
４２ 定着用記録紙搬送手段
４３ 加圧手段
５０ 高熱伝導部材
２１３ 半導体レーザ素子
２１１ セラミック基板
４３１ 加圧用駆動ローラ
４３２ 加圧用従動ローラ
４３３ 加圧ベルト
６１１ 押圧ローラ
７１１ 押圧部材

Claims (5)

1. 第１搬送ローラと第２搬送ローラとによって張架される搬送ベルトよりなり、トナー像が形成された記録媒体を搬送する記録媒体搬送手段と、
   前記記録媒体搬送手段によって搬送される記録媒体上に形成されたトナー像に、光を照射する光照射手段と、
   前記記録媒体搬送手段によって搬送される記録媒体の搬送方向に関して、前記光照射手段よりも記録媒体の搬送方向下流側に設けられ、前記光照射手段により光が照射された後の記録媒体上のトナー像を加圧する加圧手段と、を備え、
   前記加圧手段は、第１支持ローラと第２支持ローラとによって張架されて、回転自在に設けられる無端状の加圧ベルトを含み、
   前記光照射手段は、前記加圧ベルトに圧接して設けられ、
   前記第１支持ローラは、前記加圧ベルトと前記搬送ベルトとを介して前記第１搬送ローラに圧接されており、
   前記第１支持ローラの外径は、前記第１搬送ローラの外径よりも小さく設定されていることを特徴とする光定着装置。
2. 前記加圧ベルトを介して前記光照射手段に対向し、回転自在に設けられる押圧ローラであって、前記加圧ベルトを前記光照射手段に向けて押圧する押圧ローラを含むことを特徴とする請求項１に記載の光定着装置。
3. 前記加圧ベルトを介して前記光照射手段に対向して設けられる板状の押圧部材であって、前記加圧ベルトを前記光照射手段に向けて押圧する押圧部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の光定着装置。
4. 前記光照射手段は、複数の半導体レーザ素子が記録媒体の搬送方向と直交する方向にアレイ状に配列され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１〜３のいずれか１つに記載の光定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images