JP5248464B2 - レーザ定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙に対してレーザ光を照射することによって用紙上の未定着のトナー像を溶融して定着させるレーザ定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対（定着ローラおよび加圧ローラ）を備え、このローラ対の両方あるいはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンヒータ等からなる加熱手段によりローラ対を所定の温度（定着温度）に加熱した後、未定着のトナー画像が形成された用紙をローラ対の圧接部（定着ニップ部）に給紙し、圧接部を通過させることで熱と圧力によりトナー画像の定着を行うようになっている。

しかしながら、このような従来の熱ローラ定着方式の定着装置においては、定着ローラや加圧ローラを定着可能な温度に昇温させるためのウォームアップ時間が長いため、待機時においても定着ローラや加圧ローラを予熱しておく必要があり、消費電力が増大するといった問題がある。

このような熱ローラ定着方式の定着装置の問題を解決するものとして、半導体レーザを用い、レーザ光を未定着のトナー像に照射することで、トナー像を溶融して用紙に定着させるレーザ定着方式の定着装置（以下、レーザ定着装置）がある。

例えば、特許文献１には、レーザ素子をアレイ状に並べたレーザヘッドを用いて、用紙上に形成された未定着のトナー像にレーザ光を照射するレーザ定着装置が開示されている。

また、特許文献２には、レーザ素子からのレーザ光を、ポリゴンミラーを介して用紙上に形成された未定着のトナー像に照射するレーザ定着装置が開示されている。

上記レーザ定着装置によれば、トナーの溶融にレーザを使用するので、ウォームアップや予熱の必要がない。しかも、熱ローラ定着方式のように、用紙全体を加熱するのではなく、用紙上のトナー像のある部分を選択的に加熱するので、消費電力を大幅に削減することができる。

特許第３０１６６８５号（２０００年３月６日発行） 特開２００５−５５５１６号公報

しかしながら、レーザ光を照射してトナー像を溶融させるレーザ定着装置においては、トナー像を構成するトナーの溶け方にバラツキが発生し、これが定着ムラを引き起こすといった問題がある。

これは、トナー像を構成するトナー量の違いや、熱によるレーザ出力のバラツキ（変動）に起因する。また、レーザ素子をアレイ状に並べる特許文献１のような構成では、個々のレーザ素子の個体差も一因となる。

より詳細に説明すると、用紙上のトナー像は、トナーが厚く積層された量の多い部分もあれば、少ない部分もある。このような用紙上のトナー像のトナー量は、感光体ドラム上に潜像を形成するのに用いた画像データを利用することで把握することができる。したがって、画像データより得られるトナー量の情報を基に、レーザ出力のオン／オフを制御し、トナー量の多い部分では照射時間を長く確保し、トナー量の少ない部分では照射時間を短くするなどの制御を実施することで、レーザ照射を概ねトナー量に見合うものとできる。

しかしながら、実際に、画像データより得られるトナー量に基づいたレーザ出力のオン／オフ制御だけで、トナー像を的確に溶融することは難しく容易ではない。上述したように、レーザ出力は熱により変動し、個体差もあり、かつ、単位照射領域の前後左右の各単位照射領域へのレーザ照射状況などにより、溶融状態に差が生じてしまう。

その結果、トナーの溶け過ぎや、不足による弊害が生じたりする。トナーが溶け過ぎると、トナー成分が分解し、発色性が低下する虞がある。また、用紙が焦げたりする可能性もある。逆に、トナーが充分に溶けていないと、定着性が低下し、艶の無い画像となってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、トナー量の違いや、熱によるレーザ出力の変動、個々のレーザ素子の個体差があっても、トナーを過不足のない適切な状態に溶融させて定着させることのできるレーザ定着装置を提供することである。

本発明のレーザ定着装置においては、上記課題を解決するために、レーザ素子と、前記レーザ素子のＯＮ／ＯＦＦ駆動を制御するもので、１回のＯＮ／ＯＦＦ駆動にて、予め定められた単位照射領域に照射を行わせるレーザ駆動制御部とを備え、搬送される用紙上の未定着のトナー像にレーザ光を照射することで前記トナー像を溶融し、前記用紙上に定着させるレーザ定着装置であって、前記レーザ素子は、前記未定着のトナー像に対しレーザ光を、用紙の法線に対して傾きをもって斜めから照射するよう設けられ、前記単位照射領域に対し、用紙の法線に対して傾きをもって斜めから光を照射する反射光検出用光源と、前記反射光検出用光源から照射された光の鏡面反射光量を検出する反射光量検出部とを備え、前記レーザ駆動制御部は、単位照射領域に照射を行わせるための１回のＯＮ／ＯＦＦ駆動において、前記反射光量検出部にて検出された鏡面反射光量が予め定められた光量に達すると、前記レーザ素子をＯＦＦさせることを特徴としている。

上記構成によれば、レーザ素子は、未定着のトナー像に対しレーザ光を、用紙の法線に対して傾きをもって斜めから照射するようになっている。トナーは溶融するにつれ、照射光に対する鏡面反射成分が増加し、トナーが受ける熱量は減少する。そして、一般的に、光の反射率は、照射角度（入射角度）が大きくなるほどに高くなる。したがって、上記のように、レーザ光を用紙に対して斜めから当てることで、トナーが溶けるにつれて、トナーに吸収される熱量を自ずと減少させることができ、溶け過ぎによる弊害を抑えることができる。

加えて、上記構成によれば、単位照射領域に対し、用紙の法線に対して傾きをもって斜めから光を照射する反射光検出用光源と、反射光検出用光源から照射された光の鏡面反射光量を検出する反射光量検出部とを備え、レーザ駆動制御部は、レーザ素子をＯＮしている状態で、反射光量検出部にて検出された鏡面反射光量が予め定められた光量（規定の反射光量）に達すると、レーザ素子をＯＦＦさせるようになっている。

上述したように、トナーが溶融するにつれ、照射光に対する鏡面反射成分が増加するので、鏡面反射光を受光し、その受光量を測定すれば、トナーの溶融状態を把握することができる。したがって、上記構成のように、反射光検出用光源と、鏡面反射光量を検出する反射光量検出部を備えて反射光をモニターし、予め定めた規定の反射光量に達したときにレーザ素子をＯＦＦして照射を停止することで、適切な溶融状態にて定着させることができ、トナーの定着ムラや、トナーの溶けすぎ等を確実に防ぐことができる。

本発明のレーザ定着装置においては、上記課題を解決するために、さらに、前記レーザ素子が、前記反射光検出用光源としての機能を有し、前記反射光量検出部は、前記レーザ素子より前記単位照射領域に照射されたレーザ光の鏡面反射光量を検出するよう設けられている構成とすることもできる。

これによれば、レーザ素子が、反射光検出用光源としての機能を有するので、部品点数を削減でき、レーザ定着装置を小型化できるといたメリットがある。但し、レーザ素子のレーザ光の波長によっては、反射光量両検出部に汎用の受光素子を使用できなくなるので、その場合は、本構成を採用せず、レーザ素子と、反射光検出用光源とを、別部材とする構成が望ましい。

本発明のレーザ定着装置においては、上記課題を解決するために、さらに、前記反射光量検出部が、用紙搬送方向と直交する方向にライン状に配された前記単位照射領域を一括して読み取ることのできるラインセンサからなる構成とすることもできる。

これによれば、反射光量検出部として、単位照射領域を一括して読み取ることのできるラインセンサを用いるので、用紙搬送方向と直交する主走査上ラインの反射光量を単位照射領域毎に一括して測定することが可能となり、構成が容易になる。このようなラインセンサとしては、汎用のＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどを用いることができる。

トナーを溶融させるレーザ素子のレーザ光の波長が１ｕｍ以下の場合、レーザ光の反射光量を検出する反射光量検出部として、ＣＣＤやＣＭＯＳが使用可能であり、上記構成を採用することができる。但し、レーザ光の波長が１ｕｍを超える場合は、その光を受光可能な汎用のラインセンサは入手困難であるので、反射光検出用光源をレーザ素子とは別個に備える構成とすることで、反射光量検出部として、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の汎用のラインセンサを用いることができる。

本発明のレーザ定着装置においては、上記課題を解決するために、さらに、前記単位照射領域が用紙上に形成されるトナー像の画像形成の一単位である１ドットに対応している構成とすることもできる。

これによれば、画像形成の一単位である１ドット毎に最適なレーザ光を照射できるので、トナーの定着ムラ、トナーの溶けすぎを、より詳細に防ぐことができる。

本発明のレーザ定着装置においては、上記課題を解決するために、さらに、前記反射光検出用光源の光の波長が赤外域以外であり、前記反射光量検出部への赤外線の入光を阻止する赤外線カットフィルタを備える構成とすることもできる。

これによれば、トナーや用紙が発熱することで生じるバックグラウンドノイズを低減し、反射光量検出部の受光感度を向上させることがきる。

本発明は、さらに、本発明のレーザ定着装置を備える画像形成装置も、発明の範疇としている。

本発明によれば、トナー量の違いや、熱によるレーザ出力の変動、個々のレーザ素子の個体差があっても、トナーを過不足のない適切な状態に溶融させて定着させることのできるレーザ定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ定着装置が用いられた画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。 前記レーザ定着装置の構成を示す説明図である。 前記レーザ定着装置を構成するレーザヘッドの構成を示す正面から見た説明図である。 前記レーザヘッドの構成を示す側面から見た説明図である。 （ａ）（ｂ）共に、レーザ光を用紙に対して斜め方向から照射したときに、トナーの溶け具合による反射光の変化の様子を示す説明図である。 レーザ光を用紙に対して斜め方向から照射したときの、照射時間に対するトナーの光吸収率の変化を示す説明図である。 トナーの溶融状態を、トナーの反射率でモニターするための測定原理図である。 図７の測定原理図の光源を半導体レーザ素子とし、レーザ光を用紙に対して斜め方向から照射したときの、照射時間に対する受光センサの出力の変化を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）共に、前記レーザ定着装置における、レーザヘッドにてトナーを溶融し、レーザ光の鏡面反射光を受光する光学系を示す説明図である。 前記レーザ定着装置における制御ブロック図である。 前記レーザ定着装置におけるレーザヘッドのあるレーザ素子におけるレーザ照射駆動の手順を示すフローチャートである。 （ａ）（ｂ）共に、本発明の第２実施形態に係るレーザ定着装置における、別途備える測定用光源からの光の鏡面反射光を受光する光学系を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）共に、本発明の第２実施形態に係るレーザ定着装置の変形例における、別途備える測定用光源からの光の鏡面反射光を受光する光学系を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ定着装置の構成を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）共に、本発明の第３実施形態に係るレーザ定着装置における、レーザヘッドにてトナーを溶融し、レーザ光の鏡面反射光を受光する光学系を示す説明図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施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実施形態に係るレーザ定着装置が用いられた画像形成装置の全体の構成を示す説明図である。

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。

第１本実施形態は、図１に示すように、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム１０１と、感光体ドラム１０１表面を帯電させる帯電ユニット（帯電装置）１０３と、感光体ドラム１０１表面に静電潜像を形成する光学系ユニット（露光装置）Ｅと、感光体ドラム１０１表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像ユニット（現像装置）１０２と、感光体ドラム１０１表面のトナー像を中間転写ベルト１１に転写する一次転写ユニット（転写装置）１３と、中間転写ベルト１１に一時的に転写されたトナー像を用紙に転写する二次転写ユニット（転写装置）１４と、前記転写されたトナー像を用紙に定着させるレーザ定着装置１５とを備え、電子写真方式によりトナーを用いて画像を形成する画像形成装置１００において、レーザ定着装置１５として、本発明に係る定着装置の構成を採用したものである。

まず、画像形成装置１００の全体構成について説明する。画像形成装置１００は、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、所定の用紙に対して多色又は単色の画像を形成する。

画像形成装置１００は、図１に示すように、光学系ユニットＥ、４組の可視像形成ユニットｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄ、中間転写ベルト１１、二次転写ユニット１４、レーザ定着装置１５、内部給紙ユニット１６および手差し給紙ユニット１７とを備えている。

可視画像形成ユニットｐａは、トナー像担持体となる感光体ドラム１０１ａの周囲に、現像ユニット１０２ａ、帯電ユニット１０３ａ、クリーニングユニット１０４ａおよび一次転写ユニット１３ａが配置されている。現像ユニット１０２ａには、ブラック（Ｂ）のトナーが収容されている。一次転写ユニット１３ａは、中間転写ベルト１１を介して感光体ドラム１０１ａ上に配置されている。

帯電ユニット１０３ａとしては、感光体ドラム１０１ａ表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式を採用している。

他の３組の可視像形成ユニットｐｂ，ｐｃ，ｐｄは、可視画像形成ユニットｐａと同様の構成であり、各可視像形成ユニットの現像ユニット１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄには、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナーが収容されている。

光学系ユニットＥは、レーザ光源４からの照射光を４組の感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに照射するように配置されている。

詳しくは、光学系ユニットＥは、メモリから読出した画像データ、または外部の装置から転送されてきた画像データに応じてレーザ光を出射するレーザ光源４、レーザ光を等角速度偏向するポリゴンミラー、等角速度で偏向されたレーザ光が感光体ドラム１０１上において等角速度で偏向されるように補正するｆ−θレンズなどから構成されている。そして、帯電された感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄを入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に画像データに応じた静電潜像を形成するものである。

中間転写ベルト１１は、用紙搬送方向に沿って並設された可視像形成ユニットｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄに沿って、テンションローラ１１ａ，１１ｂにより撓むことなく配置されている。中間転写ベルトにおいて、テンションローラ１１ｂ側には廃トナーボックス１２が当接配置され、テンションローラ１１ａ側には二次転写ユニット１４が当接配置されている。

レーザ定着装置１５は、用紙上の未定着トナー画像にレーザ光を照射して該未定着トナー画像を溶融して用紙上に定着させるレーザヘッド（レーザ照射手段）１５ａと、用紙を搬送する用紙搬送装置（記録媒体搬送手段）１５ｂとを備え、レーザ光によりトナー像を用紙に定着するレーザ定着装置である。このレーザ定着装置１５は、二次転写ユニット１４の用紙搬送方向下流側に配置されている。

光学系ユニットＥの下方には、内部給紙ユニット１６が設けられ、装置本体の外側面には手差し給紙ユニット１７が設けられている。画像形成装置１００の上部には排紙トレイ１８が設けられている。この排紙トレイ１８は、印刷済みの用紙をフェイスダウンで載置するためのものである。

また、画像形成装置１００には、内部給紙ユニット１６の用紙および手差し給紙ユニット１７の用紙を二次転写ユニット１４やレーザ定着装置１５を経由させて排紙トレイ１８に案内するための用紙搬送路Ｓが設けられている。

用紙搬送路Ｓには、給紙ローラ１６ａ，１７ａ、レジストローラ１９、二次転写ユニット１４、レーザ定着装置１５、搬送ローラｒ等が配置されている。

搬送ローラｒは、用紙の搬送を促進・補助するための小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。給紙ローラ１６ａは、内部給紙ユニット１６の端部に備えられ、内部給紙ユニット１６から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。給紙ローラ１７ａは、手差し給紙ユニット１７の近傍に備えられ、手差し給紙ユニット１７から用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。

レジストローラ１９は、用紙搬送路Ｓを搬送されている用紙を一旦保持し、中間転写ベルト１１上のトナー像の先端と用紙の先端とを合わせるタイミングで用紙を二次転写ユニット１４の転写部に搬送するものである。

次に、用紙搬送路Ｓによる用紙搬送動作について説明する。画像形成装置１００には、図１に示すように、上述したように予め用紙を収納する内部給紙ユニット１６および少数枚の印字を行う場合等に使用される手差し給紙ユニット１７が配置されている。これら両ユニットには各々給紙ローラ１６ａ，１７ａが配置され、これら給紙ローラ１６ａ，１７ａによって用紙を１枚ずつ用紙搬送路Ｓに供給するようになっている。

片面印字の場合は、内部給紙ユニット１６から搬送される用紙は、用紙搬送路Ｓ中の搬送ローラｒによってレジストローラ１９まで搬送され、レジストローラ１９により用紙の先端と中間転写ベルト１１上の積層されたトナー像の先端とが整合するタイミングで二次転写ユニット１４の転写部に搬送される。転写部では中間転写ベルト１１に形成されたトナー像が用紙上に転写され、このトナー像はレーザ定着装置１５にて用紙上に定着される。その後、用紙は排紙ローラ１８ａから排紙トレイ１８上に排出される。

また、手差し給紙ユニット１７から搬送される用紙は、複数の搬送ローラｒによってレジストローラ１９まで搬送される。それ以降の用紙搬送動作は、上述した内部給紙ユニット１６から供給される用紙と同様の経過を経て排紙トレイ１８に排出される。

一方、両面印字の場合は、上記のようにして片面印字が終了してレーザ定着装置１５を通過した用紙は、排紙ローラ１８ａに搬送され、後端が排紙ローラ１８ａにてチャックされる。次に、用紙は、排紙ローラ１８ａが逆回転することによって搬送ローラｒに導かれ、再びレジストローラ１９を経て裏面印字が行われた後に、排紙トレイ１８に排出される。

次に、画像形成装置１００における画像形成の行程について説明する。可視像形成ユニットｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄにおいて行われる画像形成は同様に行われるため、可視像形成ユニットｐａを例に挙げて説明する。

可視像形成ユニットｐａでは、感光体ドラム１０１ａ表面を帯電ユニット１０３ａにより一様に帯電した後、光学系ユニットＥにより感光体ドラム１０１ａ表面を画像情報に応じてレーザ露光することにより静電潜像を形成する。

その後、現像ユニット１０２ａにより感光体ドラム１０１ａ上の静電潜像に基づきトナー像を現像する。感光体ドラム１０１ａ上で顕像化されたトナー画像は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された一次転写ユニット１３ａにより中間転写ベルト１１上に転写される。

他の３組の可視像形成ユニットｐｂ，ｐｃ，ｐｄにおいても、可視像形成ユニットｐａと同様に画像形成が行われて、トナー画像が順次中間転写ベルト１１上で重ねて転写されるようになっている。

中間転写ベルト１１上に形成されたトナー画像は、二次転写ユニット１４において、内部給紙ユニット１６の給紙ローラ１６ａまたは手差し給紙ユニット１７の給紙ローラ１７ａにより給紙され、二次転写ユニット１４において、トナー画像とは逆極性のバイアス電圧が印加された用紙に転写される。

トナー画像が転写された用紙は、レーザ定着装置１５に搬送され、レーザ定着装置１５においてレーザ照射により未定着トナー像が加熱されて用紙上に融着された後、排紙ローラ１８ａにより外部の排紙トレイ１８上に排出される。

次に、第１実施形態に係るレーザ定着装置１５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実施形態に係るレーザ定着装置の構成を示す説明図、図３は前記レーザ定着装置を構成するレーザヘッドの構成を示す正面から見た説明図、図４は前記レーザヘッドの構成を示す側面から見た説明図である。

レーザ定着装置１５は、図２に示すように、レーザヘッド（レーザヘッド）１５ａと、用紙搬送装置１５ｂとを備えている。

このレーザ定着装置１５は、用紙Ｐの表面に形成された未定着トナー画像をレーザ光によって溶融させて用紙Ｐに定着させるものである。

具体的には、用紙搬送装置１５ｂ上のレーザ光が照射されるレーザ照射部１５ｃに所定の定着速度と複写速度とにより未定着トナー像を担持した用紙が用紙搬送装置１５ｂにより搬送され、レーザヘッド１５ａから照射されるレーザ光によってトナーが溶融することで定着が行われる。

図中の符号Ｔ１は未定着トナー、Ｔ２は定着したトナーをそれぞれ示すものである。

本実施形態の画像形成装置１００では、例えば、定着速度２２５（ｍｍ／ｓｅｃ）、複写速度５０枚／分（Ａ４横送り）である。

未定着トナー画像は、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、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光吸収率が低いことから、赤外線吸収剤を添加することでモノクロトナーと同じ光吸収率を確保している。

カラートナーは、例えば、カラートナーのメインバインダーレジン１００重量部に対して、赤外線吸収剤であるフタロシアニンが１重量部から５重量部が内添されたものが用いられている。また、フタロシアニン以外にポリメチン、シアニン、オニウム、ニッケル錯体等を用いることもできるし、併用することもできる。

まず、用紙搬送装置１５ｂについて説明する。用紙搬送装置１５ｂは、図２に示すように、搬送ベルト１５ｂ１、駆動ローラ１５ｂ２、従動ローラ１５ｂ３、吸着チャージャー１５ｂ４、分離チャージャー１５ｂ５、除電チャージャー１５ｂ６、分離爪１５ｂ７、駆動モータ（図示省略）を備えている。

搬送ベルト１５ｂ１は、ベルト厚７５（μｍ）、体積抵抗率１×１０１６（Ω・ｃｍ）のポリイミド樹脂からなり、駆動ローラ１５ｂ２と従動ローラ１５ｂ３に張架されている。駆動ローラ１５ｂ２は、図示しない駆動モータにより、任意の速度で回転駆動するよう構成されている。すなわち、搬送ベルト１５ｂ１は、駆動ローラ１５ｂ２の回転により矢印方向に任意の速度で搬送される。また、搬送ベルト１５ｂ１の周囲には、吸着チャージャー１５ｂ４、分離チャージャー１５ｂ５、除電チャージャー１５ｂ６、分離爪１５ｂ７が設けられている。

このように構成された用紙搬送装置１５ｂにおいて、二次転写ユニット１４から搬送されてきた未定着トナー像が形成された用紙Ｐは、従動ローラ１５ｂ３上の搬送ベルト１５ｂ１と吸着チャージャー１５ｂ４の間に搬送される。

従動ローラ１５ｂ３は、導電性材料で構成されて接地されている。この従動ローラ１５ｂ３に対向する位置で、吸着チャージャー１５ｂ４によって用紙に電荷を与えることで、用紙Ｐと搬送ベルト１５ｂ１とは、それぞれ誘電分極を起こす。これにより、用紙Ｐは、搬送ベルト１５ｂ１上に静電吸着される。

用紙Ｐは、駆動ローラ１５ｂ２の駆動によってレーザ光が照射されるレーザ照射部１５ｃに搬送される。レーザ照射部１５ｃにおいて、用紙Ｐ上の未定着トナー像は、レーザヘッド１５ａによって画像情報に応じてレーザ照射されることにより溶融して用紙Ｐに定着する。

そして、レーザ照射部１５ｃにおいて、トナー画像の定着を終了した用紙Ｐは、搬送ベルト１５ｂ１に静電吸着された状態で、分離チャージャー１５ｂ５と駆動ローラ１５ｂ２との間に搬送される。

駆動ローラ１５ｂ２は、導電性材料で構成され接地されている。分離チャージャー１５ｂ５によって用紙Ｐ上を除電することで、搬送ベルト１５ｂ１と用紙Ｐとの間の静電吸着力が弱まる。

その状態で搬送ベルト１５ｂ１が、駆動ローラ１５ｂ２に沿って大きな曲率で回動することにより、用紙Ｐは、その先端部が搬送ベルト１５ｂ１から浮き上がり、さらに、分離爪１５ｂ７により完全に搬送ベルト１５ｂ１から分離される。用紙Ｐが剥離された搬送ベルト１５ｂ１は、除電チャージャー１５ｂ６により外面および内面が除電された後、再び用紙Ｐの吸着位置へ移動される。

次に、レーザヘッド１５ａの構成について説明する。レーザヘッド１５ａは、レーザ照射部１５ｃにおいて未定着トナー像にレーザ光を照射し、トナーを用紙に定着させるものである。

レーザヘッド１５ａは、図２〜図４に示すように、複数の半導体レーザ素子（以下、レーザ素子と略記する）１５ａ１を長手方向（用紙搬送方向に対して直角方向）に一列状に配列した半導体レーザアレイ１５ａａを備えている。本実施形態では、半導体レーザアレイ１５ａａは、波長７８０（ｎｍ）で、１個の定格出力が１５０（ｍＷ）のレーザ素子１５ａ１を１，０００個配列したものが用いられている。この時、各レーザ素子１５ａ１の配列ピッチｐは、０．３（ｍｍ）でレーザスポット径ｄも０．３（ｍｍ）となる。レーザスポットが照射される領域が、各レーザ素子１５ａ１がレーザ照射を担う単位照射領域である。

図３、図４に示すように、各レーザ素子（チップ）１５ａ１は、個々にシリコン基板１５ａ３上にマウントされており、レーザ素子１５ａ１とシリコン基板１５ａ３との間は、ワイヤーボンド線１５ａ４等により電気的接続されている。

これら各シリコン基板１５ａ３には、受光素子であるモニター用のフォトダイオード１５ａ２がモノリシックに形成されると共に、入力された信号によりレーザ光出力を可変したり、上記フォトダイオード１５ａ２からの信号によりレーザ出力を一定に保持したりするための制御回路（図示せず）がモノシリックに形成されている。

そして、これら複数のシリコン基板１５ａ３は、ワイヤーボンド線１５ａ４により、セラミック基板１５ａ６に形成された表面電極１５ａ５にそれぞれ電気的に接続され、セラミック基板１５ａ６に取り付けられている。

セラミック基板１５ａ６の裏面には、放熱のためのヒートシンク１５ａ９が貼り付けられている。本実施形態では、ヒートシンク１５ａ９は、アルミニウム合金製でベースサイズが３０（ｍｍ）×３０（ｍｍ）、高さ２０（ｍｍ）、熱抵抗１．６（℃／Ｗ）のヒートシンク（（株）アルファ社製：ＵＢ３０−２０Ｂ）を計１０個一列に並べたもの（トータルの熱抵抗０．１６（℃／Ｗ））を用いている。

さらに、セラミック基板１５ａ６表面には、図２に示すように、レーザヘッド１５ａの温度を測定するためのサーミスタからなる温度センサ１５ａ１０が取り付けられている。温度センサ１５ａ１０は、レーザ定着装置１５の長手方向（用紙搬送方向に対して用紙Ｐの表面に沿って垂直方向）の略中央の位置に配置されている。この温度センサ１５ａ１０により検出された温度データに基づいて、レーザ素子１５ａ１に印加する電圧（あるいはレーザ素子１５ａ１に流れる電流）が制御される。

また、各レーザ素子１５ａ１に対応して個々に凸レンズ１５ａ８が設けられており、複数の凸レンズ１５ａ８は、レンズホルダ１５ａ７に保持されている。ここで、レーザヘッド１５ａにおける複数の凸レンズ１５ａ８とレンズホルダ１５ａ７とは、各凸レンズ１５ａ８を樹脂ホルダー等に組み込んだものよりも、樹脂によるレンズ−レンズホルダ一体成形品や、平板ガラスをレンズ状にイオン交換して製造される平板マイクロレンズなどのレンズアレイである方が、価格や工程、組立精度に関して有利である。なお、凸レンズ１５ａ８等の集光光学系を無くし、平行光の状態でトナー画像にレーザを照射することも可能である。

このような各レーザ素子１５ａ１の駆動は、後述するレーザ駆動制御機能１５１ａ（図１０参照）にて制御される。レーザ駆動制御機能１５１ａは、半導体レーザアレイ１５ａａの各レーザ素子１５ａ１を選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御して、用紙Ｐ上のトナー像のある部分に選択的にレーザ光を照射する。各レーザ素子１５ａ１は、レーザ駆動制御機能１５１ａのＯＮ／ＯＦＦ駆動の制御により、１回のＯＮ／ＯＦＦ駆動、つまり、ＯＮしてＯＦＦする１度のＯＮ／ＯＦＦ駆動にて、予め定められた単位照射領域に照射を行わせる。

以下、本実施形態のレーザ定着装置１５における特徴的な構成について説明する。図３、図４に示すように、本実施形態のレーザ定着装置１５におけるレーザヘッド１５ａは、レーザ光を用紙Ｐに対して、紙面の法線の方向である真上からではなく法線に対して傾きをもって斜めから照射するようになっている。これは、トナーが溶け過ぎることを防止するためである。

図５（ａ）（ｂ）に、レーザ素子１５ａ１よりレーザ光を用紙Ｐに対して斜め方向から照射したときに、トナーの溶け具合による反射光の変化の様子を示す。図中、一点鎖線にて紙面の法線を示し、入射角度ｘあるいは照射角度ｘは、紙面の法線とのなす角である。

図５（ａ）に示すように、トナーが溶ける前は、反射光は殆ど散乱光となる。その後、トナーが溶け始めると、図５（ｂ）に示すように、入射光と同じ角度ｘの反射光である鏡面反射成分（鏡面反射光）が増加し出し、反射光量が増加し反射率が高くなる。つまり、反射率は、トナーが溶けるほどに高くなる。そして、一般的に、反射率は、照射角度（入射角度）ｘが大きくなるほどに高くなる。したがって、レーザ光を用紙Ｐに対して斜めから当てることで、トナーが溶けるほどにトナーの反射率を上げ、トナーが吸収する熱量を自ずと減少させることができる。

図６に、レーザ素子１５ａ１よりレーザ光を用紙Ｐに対して斜め方向から照射したときの、照射時間に対するトナーの光吸収率の変化を示す。図６に示すように、レーザ照射開始後のトナーが溶け始めるまでの期間は、トナーはレーザを吸収するため、高い吸収率にて推移する。その後、トナーが溶け始めると、前述したように、鏡面反射成分が増加し出し、これに伴い吸収率は下がり始める。そして、トナーが充分に溶融すると、低い吸収率にて再び推移する。

このように、レーザ光を用紙Ｐに対して斜めから当てるといった簡単な構成で、トナーが溶けるほどに、トナーが吸収する熱量を自ずと減少させて、トナーが溶け過ぎることを防止できることがわかる。

そして、このような効果を得るには、レーザ光の照射角度は、２０〜８５°が好ましく、より好ましくは４５〜７０°である。照射角度ｘが２０°未満であると、反射率は、もっぱら鏡面反射成分の増加によって増加し、照射角度ｘが大きくなるほどに反射率が高くなる、つまり、トナーへの光吸収が抑えられるといった作用が小さくなり、トナーの溶け過ぎ防止効果が期待できない。

逆に、照射角度が８５°を超えると、照射角度ｘが大きくなるほどに反射率が高くなることによるトナーへの光吸収を抑えるといった作用は充分に得られるものの、レーザビームが楕円になる。そのため、単位面積あたりのレーザパワーが減り、レーザ素子１５ａ１にパワーの大きな素子が必要となる。しかも、レーザビームが楕円になることで、本来レーザ光を照射するべきではないトナー像のない部分にまでレーザ光が照射されてしまい、用紙焦げを発生させるなどの不具合もある。

照射角度ｘを、より好ましい４５〜７０°の範囲とすることで、反射率が高くなることによるトナーへの光吸収を抑えるといった作用は充分に得つつ、単位面積あたりのレーザパワーも保持できる。

また、用紙Ｐの法線に対して傾ける方向は、用紙搬送方向下流側としているが、用紙搬送方向上流側としてもよい。用紙搬送方向と直交する方向に傾けた場合、レーザ定着装置の大型化が避けられないが、このように用紙搬送方向の下流側或いは上流側に傾けることで、斜めからの照射であっても、レーザ定着装置の大型化を回避できる。

そして、さらに、本実施形態のレーザ定着装置１５では、単位照射領域に存在するトナーを溶融するにあたり、単位照射領域の鏡面反射光を検出して、トナーの溶融状態を把握し、これに基づいて、レーザ素子１５ａ１をＯＦＦするタイミングを決定している。

図７に、トナーの溶融状態を、トナーの反射率でモニターするための測定原理図を示す。用紙Ｐの法線に対して角度ｘをなす位置に光源６０が配置されている。この光源６０は、本実施形態のレーザ定着装置１５であれば、レーザヘッド１５ａのレーザ素子１５ａ１となる。なお、後述するように、反射光測定用にレーザ素子１５ａ１とは別個に反射光を測定するための測定用光源を設ける場合は、測定用光源がこの光源６０に相当する。光源６０からの光は、集光レンズ６１を介して、用紙Ｐ上のトナーへと照射される。

用紙Ｐの法線を挟んで光源６０の反対側には、鏡面反射成分を受光可能な受光センサ６２と、用紙Ｐ上のトナーからの鏡面反射成分を受光センサ６２に集光させる反射光集光レンズ６３を配置する。受光センサ６２、および反射光集光レンズ６３の光軸Ｙの紙面の法線とのなす角Ｘは、光源６０および集光レンズ６１の光軸の紙面の法線とのなす角である照射角度Ｘと同じである。

このような測定系では、用紙Ｐ上のトナーが溶融すると、トナーが溶けるほどに反射率が高くなって、反射光の鏡面反射成分が増加し、受光センサ６２の検出出力が上昇する。したがって、受光センサ６２の検出出力より、用紙Ｐ上のトナーの溶融状態をモニターすることができる。

図８に、上記光源６０をレーザ素子１５ａ１とし、レーザ光を用紙Ｐに対して斜め方向から照射したときの、照射時間に対する受光センサ６２の出力の変化を示す。図８に示すように、レーザ照射開始後のトナーが溶け始めるまでの期間は、センサ出力は低く推移し、トナーが溶け始めると、前述したように、鏡面反射成分が増加し出して反射率が上がるため、センサ出力が上昇し始める。その後、トナーの溶融が完了すると、センサ出力の上昇は止まり。高い出力で推移する。

本実施形態のレーザ定着装置１５においては、トナーが問題なく溶融したことを実験的に確認したセンサ出力Ｚを閾値として保持しており、出力が閾値Ｚに到達すると、単位照射領域に存在するトナーは充分に溶融したとしてレーザ素子１５ａ１をＯＦＦし、照射を停止する。

図９（ａ）（ｂ）に、本実施形態のレーザ定着装置１５における、レーザヘッド１５ａにてトナーを溶融し、レーザ光の鏡面反射光を受光する光学系を示す。図９（ａ）は、レーザ定着装置１５を上から見た図面であり、図９（ｂ）は、レーザ定着装置１５を、レーザヘッド１５ａにおける各レーザ素子１５ａ１が並ぶ方向である横から見た図面である。

レーザヘッド１５ａは、用紙Ｐの法線に対して、用紙搬送方向下流側に傾きを有している。そして、実際の装置では、図７に示した光軸Ｙの位置に、湾曲した反射板７０が配置されている。反射板７０は、各レーザ素子１５ａ１のレーザ照射ラインＬに照射されたレーザ光の鏡面反射光を、反射光集光レンズ７２を介してレーザヘッド１５ａよりも用紙搬送方向下流側に配されたラインセンサ（反射光量検出部）７１に導くものである。

ラインセンサ７１は、図７の受光センサ６２がライン状に並ぶものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳが使用可能である。但し、レーザ素子１５ａ１のレーザ光の波長が１ｕｍを超えると、ＣＣＤやＣＭＯＳを使用することができない。そのため、レーザ素子１５ａ１のレーザ光の波長が１ｕｍを超える場合は、後述する反射光検出用光源を別途に設ける構成とすることが好ましい。

各単位照射領域を一括して読み取ることのできるラインセンサ７１を用いることで、用紙搬送方向と直角をなすレーザ照射ラインＬを構成する各単位照射領域の反射光量を一括して測定することが可能となり、構成が容易になる。

なお、ラインセンサ７１の配置位置の関係から、さらに光路長を長く確保する必要がある場合は、反射板７０に加えて、平面ミラーを用いて、光路を折り返しても良い。

図１０に、本実施形態のレーザ定着装置１５の制御ブロック図を示す。ＣＰＵ等からなる制御装置１５１のレーザ駆動制御機能（レーザ駆動制御部）１５１ａが、レーザヘッド１５ａの各レーザ素子１５ａ１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

レーザ駆動制御機能１５１ａは、用紙Ｐ上のトナー像の位置情報を、画像処理部７３を介して、感光体ドラム１０１上に静電潜像を形成するために用いた画像データより取得して、各レーザ素子１５ａ１の単位照射領域にトナーが存在するかどうかを判断し、単位照射領域にトナーが存在するレーザ素子１５ａ１をＯＮしてレーザ光を照射する。

なお、後述するように、反射光測定用にレーザ素子１５ａ１とは別個に設けた光源を利用する構成であれば、レーザ駆動制御機能１５１ａは、画像処理部７３からの情報に頼らず、受光センサ６２のセンサ出力より、単位照射領域にトナーがあるかどうかを判定することもできる。反射率は、未定着トナー＜用紙＜定着後トナー、の順に高くなる。したがって、トナー溶融のためのレーザ素子１５ａ１とは別に測定用光源を備えてその反射光を受光センサ６２にて検出することで、センサ出力が用紙に対応した出力よりもさらに低下した場合に、レーザ照射領域にトナーがあると判定することができる。

そして、レーザ駆動制御機能１５１ａは、各レーザ素子１５ａ１において、レーザ光を照射している状態で、ラインセンサ７１における該当する受光素子にて検出された鏡面反射光量が予め定められた光量に達し、センサ出力が閾値Ｚ（図８参照）に達すると、該当するレーザ素子１５ａ１をＯＦＦし、レーザ光の照射を停止する。このように、レーザ駆動制御機能１５１ａは、レーザ素子１５ａ１毎に個別に担当する単位照射領域にあるトナーの溶融状態を把握し、レーザ照射を停止するタイミングを決定することで、トナーを適切な溶融状態にて定着させることができ。

図１１に、あるレーザ素子１５ａ１におけるレーザ照射駆動のフローを示す。レーザ駆動制御機能１５１ａは、画像データを基に、当該レーザ素子１５ａ１の単位照射領域であるレーザ照射面に、トナーがあるかどうかを判断する（Ｓ１）。

レーザ照射面にトナーが無い場合は、Ｓ６に移行し、トナーがある場合には、Ｓ２に進んで、レーザ照射を開始する。レーザ照射を開始した場合は、Ｓ３に進んで、ラインセンサ７１のセンサ出力をモニターして反射光量を測定し、ラインセンサ７１のセンサ出力が閾値Ｚに到達したか否かを判断する（Ｓ４）。そして、センサ出力が閾値Ｚに到達したと判断すると、レーザ素子１５ａ１をＯＦＦしてレーザ照射を停止し、Ｓ６に進む。

Ｓ６では、画像データを基に、トナー像の最終ラインへの照射が完了したかどうかを判断し、最終ラインへの照射が完了していれば、処理を終了し、完了していなければＳ１に戻り、次のレーザ照射ラインに担当するレーザ照射面にトナーがあるかどうかを判断する。Ｓ１〜Ｓ６までのステップを、Ｓ６において、トナー像の最終ラインへの照射完了を確認するまで繰り返す。

以上のように、本実施形態のレーザ定着装置１５においては、レーザヘッド１５ａは、未定着のトナー像に対しレーザ光を、用紙Ｐの法線に対して傾きをもって斜めから照射するようになっているので、トナーが溶けるにつれて、トナーに吸収される熱量を自ずと減少させることができ、溶け過ぎによる弊害を抑えることができる。

しかも、本実施形態のレーザ定着装置１５においては、各レーザ素子１５ａ１の照射光の鏡面反射光量を検出し、予め定めた規定の反射光量に達したときに該当するレーザ素子１５ａ１をＯＦＦして照射を停止するようになっている。これにより、何れのレーザ素子１５ａ１にて溶融されたトナーであっても、適切な溶融状態とできるので、トナー量の違いや、熱によるレーザ出力の変動、個々のレーザ素子の個体差があっても、トナーを過不足のない適切な状態に溶融させて定着させることのできる。

また、本実施形態のレーザ定着装置１５では、レーザ素子１５ａ１からのレーザ光の鏡面反射光をモニターすることで、反射光検出用光源を別途設ける必要がなく、部品点数を削減して、レーザ定着装置１５を小型化できるといたメリットがある。但し、上述したように、レーザ素子１５ａ１の波長によっては、ラインセンサ７１に汎用のＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いることができない場合があり、その場合は、コストパフォーマンスが著しく低下するため、測定用別光源を設けて、ラインセンサ７１に汎用のＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いる構成とすることが好ましい。
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、第１実施形態と同一の符号を付することにより重複説明を省略し、構成の異なる部分のみ説明する。

第２実施形態のレーザ定着装置は、反射光測定用にレーザ素子１５ａ１とは別個に光源を設けた構成である。

図１２（ａ）（ｂ）に、本実施形態のレーザ定着装置１５−１における、反射光測定用の測定用光源８０を別途有し、該測定用光源８０からの光の鏡面反射光をラインセンサ８１が受光する光学系を示す。図１２（ａ）は、レーザ定着装置１５−１を上から見た図面であり、図１２（ｂ）は、レーザ定着装置１５−１を、レーザヘッド１５ａにおける各レーザ素子１５ａ１が並ぶ方向である横から見た図面である。

レーザ素子１５ａ１からのレーザ照射によって溶かしているトナー表面を、別光源である測定用光源８０からの光の鏡面反射光をラインセンサ８１で検出してモニターすることで、レーザ素子１５ａ１をＯＦＦするタイミングを決定する。

このような測定用光源８０を設ける構成では、レーザ素子１５ａ１として波長の長いものを選ぶことが可能となり、加熱効率が向上する。また、測定用光源８０を可視波長（赤外域線の波長域以外）にすれば、ラインセンサ８１として、反射光量を測定するために、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の汎用のラインセンサを使用することができる。

また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の汎用のラインセンサをラインセンサ８１として使用した場合は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、ラインセンサ８１の手前に、赤外線の入光（入射）を素子する赤外線カットフィルタ８２を設ける構成とすることが好ましい。これにより、熱輻射によるノイズが低減し、受光感度を高めることができる。別光源のトナー上への光強度を高めるために、集光手段を用いることが望ましい。

さらに好ましくは、図１３（ａ）（ｂ）に示す、本実施形態の変形例のレーザ定着装置１５−１’のように、測定用光源８０の光をレーザ照射ライン上に集め光強度を高めるための集光レンズ８３を備えることである。
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、第１実施形態、第２実施形態と同一の符号を付することにより重複説明を省略し、構成の異なる部分のみ説明する。

第３実施形態のレーザ定着装置１５−２は、図１４に示すように、単一のレーザ光源１５０を備え、レーザ光を、ポリゴンミラー１５３を介して用紙Ｐ上に形成された未定着のトナー像にスキャンして照射するタイプのレーザ定着装置である。参照符号１５２は、収差補正レンズである。

図１５（ａ）（ｂ）に、本実施形態のレーザ定着装置１５-２における、レーザ光源１５０にてレーザ光をスキャンして照射することでレーザ照射ラインＬ上のトナーを溶融し、レーザ光の鏡面反射光をラインセンサ７１にて受光する光学系を示す。図１５（ａ）は、レーザ定着装置１５-２を上から見た図面であり、図１５（ｂ）は、レーザ定着装置１５-２を、レーザ光源１５０におけるスキャン方向である横から見た図面である。

レーザ光源１５０は、用紙Ｐの法線に対して、用紙搬送方向下流側に傾きをもって、レーザ光をスキャン照射する。スキャンタイプのレーザ定着装置１５−２においても、単位照射領域毎に、単位照射領域のレーザ光の鏡面反射光を基に、当該単位照射領域におけるレーザ光源１５０をＯＦＦするタイミングが決定される。

スキャンタイプのレーザ定着装置１５−２の場合、単位照射領域を用紙上に形成されるトナー像の画像形成の一単位である１ドットに対応している構成することもでき、これによれば、画像形成の一単位である１ドット毎に最適なレーザ光を照射できるので、トナーの定着ムラ、トナーの溶けすぎをより詳細に防ぐことができる。

なお、図示してはいないが、スキャンタイプのレーザ定着装置において、第２実施形態のレーザ定着装置１５−１のように、測定用光源８０を備える構成とすることもできる。

本発明は電子写真方式の画像形成装置に利用することができる。電子写真方式の画像形成装置としては、プリンタ専用機、複写機、複合機、ファクシミリ装置が挙げられる。

１５ レーザ定着装置
１５−１ レーザ定着装置
１５−２ レーザ定着装置
１５ａ レーザヘッド
１５ａ１ レーザ素子
１５ｂ 用紙搬送装置
１５ｂ１ 搬送ベルト
１５ｃ レーザ照射部
７１ ラインセンサ（反射光量検出部）
８２ 赤外線カットフィルタ
１００ 画像形成装置
１５１ 制御装置
１５１ａ レーザ駆動制御機能（レーザ駆動制御部）

Claims (6)

1. レーザ素子と、前記レーザ素子のＯＮ／ＯＦＦ駆動を制御するもので、１回のＯＮ／ＯＦＦ駆動にて、予め定められた単位照射領域に照射を行わせるレーザ駆動制御部とを備え、搬送される用紙上の未定着のトナー像にレーザ光を照射することで前記トナー像を溶融し、前記用紙上に定着させるレーザ定着装置であって、
   前記レーザ素子は、前記未定着のトナー像に対しレーザ光を、用紙の法線に対して傾きをもって斜めから照射するよう設けられ、
   前記単位照射領域に対し、用紙の法線に対して傾きをもって斜めから光を照射する反射光検出用光源と、
   前記反射光検出用光源から照射された光の鏡面反射光量を検出する反射光量検出部とを備え、
   前記レーザ駆動制御部は、単位照射領域に照射を行わせるための１回のＯＮ／ＯＦＦ駆動において、前記反射光量検出部にて検出された鏡面反射光量が予め定められた光量に達すると、前記レーザ素子をＯＦＦさせることを特徴とするレーザ定着装置。
2. 前記レーザ素子が、前記反射光検出用光源としての機能を有し、
   前記反射光量検出部は、前記レーザ素子より前記単位照射領域に照射されたレーザ光の鏡面反射光量を検出するよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ定着装置。
3. 前記反射光量検出部が、用紙搬送方向の直角方向にライン状に配された前記単位照射領域を一括して読み取ることのできるラインセンサからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ定着装置。
4. 前記単位照射領域が用紙上に形成されるトナー像の画像形成の一単位である１ドットに対応していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ定着装置。
5. 前記反射光検出用光源の光の波長が赤外線の波長域以外であり、
   前記反射光量検出部が、前記反射光量検出部への赤外線の入光を阻止する赤外線カットフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ定着装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のレーザ定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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