JP5407656B2 - レーザ定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
接触方式は、例えば無端状の周面が加熱される加熱部材とこの加熱部材に接触する加圧部材とを備え、これらの間に記録媒体を挟みこんでトナー像を加熱及び加圧して記録媒体上にトナー像を定着するものである。
また、近年は特許文献1及び特許文献2に開示されるように、高出力のレーザ装置を用いてトナー像を高速で定着するレーザ定着装置が考案されている。
この画像形成装置1は、記録媒体である連続用紙(連続帳票とも呼ばれる連続した用紙、以下単に「連続用紙」と呼ぶ)に画像を形成する大型機であり、連続用紙Pを搬送供給する用紙搬送部10と、画像を形成し連続用紙Pに転写する画像形成部20と、転写された画像を定着する定着部30とから構成されている。
それぞれの画像形成ユニット21K,21C,21M,21Yは、導電性材料からなる円筒状部材の外周面に光導電性層が形成された感光体ドラム22を備えており、この感光体ドラム22の周囲に、感光体ドラム22の表面を一様に帯電させる帯電装置23と、帯電された感光体ドラム22に像光を照射して表面に潜像を形成する露光装置24と、感光体ドラム22上の潜像にトナーを転移させてトナー像を形成する現像装置27と、感光体ドラム22と対向し、感光体ドラム上に形成されたトナー像を連続用紙上に転写する転写ロール25と、トナー像が転写された後の感光体ドラム22に残留するトナーを除去するクリーニング装置26と、を備えている。
なお、4つの画像形成ユニット21K,21C,21M,21Yのそれぞれは、現像装置27が収容するトナーの色が異なっており、その他の構成は同じである。そして、各現像装置27K,27C,27M,27Yの上方には、当該現像装置内のトナーと対応する色のトナーを収容するトナー補給容器28K,28C,28M,28Yが備えられており、現像により消費されるトナーを各現像装置に補充することができるようになっている。
図2は、上記画像形成装置で用いることができるレーザ定着装置31の一例を示す概略斜視図であり、図3は、概略断面図である。
このレーザ定着装置31は、移動する連続用紙Pの画像が転写される領域の全幅にわたってレーザ光33を照射するレーザ光発生装置32と、レーザ光33が連続用紙Pで反射することによって生じた散乱光33bを再び連続用紙Pに照射するための集光体35と、上記連続用紙Pを透過して散乱した光33cを反射し、連続用紙Pの背面側から照射位置に集光する背面側集光体36と、上記集光体35及び上記背面側集光体36のそれぞれの反射面35b,36bを覆う光透過性体である板ガラス37a,37bと、で主要部が構成されている。
なお、本例では、半導体レーザが用いられ、連続用紙Pの搬送方向に約1mmのビーム幅で照射することができるようになっている。
なお、円筒曲面となった反射面35bの中心軸位置は、一次照射位置で反射した散乱光を一次照射位置付近に集光できるものであれば、連続用紙Pの移動方向又は連続用紙の紙面と垂直な方向に多少はずれていてもよい。
ここで「一次照射位置又は一次照射位置付近に集光する」とは、レーザ光が一次照射されることによる照射エネルギーに対し、特に孤立しているトナーに対して、集光体で反射して集光される光のエネルギーの追加によって一次照射位置におけるトナー粒子の定着効果が増大する程度に集光することである。したがって、集光体で集光される光が正確に一次照射位置に照射される場合の他、一次照射位置とその付近に照射されるものであっても良いし、集光体で集光される光の照射エネルギーの分布におけるピーク位置が一次照射位置から多少はずれるものであっても良い。
このレーザ定着装置では、上記集光体35の円筒曲面の半径は50mm、周方向の両端35cと搬送される連続用紙との間隔は5mmとなっている。
この背面側集光体36は、上記集光体35と同様に、連続用紙Pの一次照射位置33aの背面側を覆うように形成されており、連続用紙Pの幅方向には、画像が形成される領域の全幅を覆うようになっている。また、反射面36bである円筒曲面の中心軸は、連続用紙P上にレーザ光が照射される一次照射位置33a又はこの一次照射位置付近となるように設定されている。これにより、背面側集光体36は、レーザ光が連続用紙を透過して散乱した光33cの多くを連続用紙の背面側で一次照射位置33a又はこの付近に集光するものとなっている。
連続用紙Pに転写されたトナー像には、高濃度部や低濃度部等が混在している。高濃度部は、トナーが密集して連続用紙Pに付着しているのに対し、低濃度部ではトナーが分散して連続用紙に付着している。低濃度部の分散したトナーには、複数のトナー粒子が凝集したものが分散して付着しているもの、及び一つのトナー粒子が孤立して付着しているもの(以下「孤立トナー」と呼ぶ)が含まれる。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)が生じた場合には孤立トナーが多く存在する。
一方、低濃度部は付着しているトナーの密集度が低く、図4(b)に示すように、レーザ光33の一次照射位置でトナー粒子Tにレーザ光33が照射されるとともに、トナー粒子Tの周辺部にレーザ光33が照射され、反射して散乱光33bとなる。また、一部は連続用紙Pを透過して背面側で散乱光33cとなる。このとき、トナー粒子Tに直接照射されるレーザ光33の照射エネルギーは、高濃度部におけるトナー粒子と大きく変わるものではないが、密集して存在している高濃度部に比べて、トナー粒子の外気に触れる表面積が広いために、放熱量が多くなって十分に加熱されないことがある。このため、定着不良が生じやすく、特にトナーの粒子単位で孤立して付着している孤立トナーは、加熱不十分による定着不良が生じ易い。
このように、低濃度部におけるトナー粒子や孤立トナーは、レーザ光の照射エネルギーで十分に加熱されず、未定着状態になる可能性がある。未定着状態のトナーは、排出ロール39等に付着して用紙や装置内を汚すおそれがある。
つまり、低濃度部や孤立トナーのある領域では、反射光33b又は透過光33cが多くなり、これを一次照射位置33a又は一次照射位置付近に集光させてトナー粒子Tに照射する。このとき、トナー粒子周辺の連続用紙に照射された光は、さらに散乱光となって集光体35又は背面側集光体36で集光され、繰り返しトナー粒子に照射される。これにより、トナー粒子に照射される照射エネルギーが増大し、低濃度部のトナー又は孤立トナーも良好に定着される。
一方、高濃度部はレーザ光33の吸収率が高く、一次照射位置33aでの反射光33bや透過光33cは少ない。したがって、集光体35又は背面側集光体36により反射されて一次照射位置33aに戻ってくる光は少なく、高濃度部が過剰に加熱されるおそれは少ない。
図13に示すように、従来のフラッシュランプを用いた定着装置100では、搬送される記録媒体Pの幅方向にフラッシュランプ101が配置され、フラッシュランプ101の背面及び側面を覆うように、反射体であるミラー102が設けられている。このミラー102は、図13(a)に示すように、全方位に発光するフラッシュランプ101の光、特に背面側や側方への光を反射して、全体として均一になるように記録媒体Pに照射するものである。このとき、ミラー102で反射した光は記録媒体Pのフラッシュランプ101と対向する広い領域に分布して照射される。また、図13(b)に示すように、記録媒体に照射されて反射した光をさらに反射して記録媒体上に照射する機能をも有するものであるが、入射角が異なる光をそのまま分散させて反射するものであって、特定された領域に集光するものではない。このため、記録媒体Pのフラッシュランプ101と対向する領域にほぼ一様に照射エネルギーが供給される。したがって、記録媒体Pに高濃度部と低濃度部とが混在している場合であっても、画像濃度によらずほぼ一様に照射エネルギーが供給されることになる。
このレーザ定着装置41は、図3に示すレーザ定着装置と同様に、移動する連続用紙Pにレーザ光43を照射するレーザ光発生装置42と、レーザ光43が連続用紙Pで反射することによって生じた散乱光43bを再び連続用紙Pに照射するための集光体45とを備えており、集光体45の反射面45aを覆う光透過性体は、ガラスの薄板を円筒曲面状とした円筒曲面ガラス46となっている。
なお、上記レーザ光発生装置42及び集光体45は、図2及び図3に示すものと同様であるので、説明は省略する。
集光体の反射面を覆う光透過性体として、図3に示すように平板状の板ガラス37が用いられていると、連続用紙Pに照射されて反射した散乱光33bは次のように散逸する。つまり、図7(a)に示すように板ガラス37に入射した光は板ガラス内に透過されるともに一部は空気とガラスとの界面で反射する。また、板ガラス内から空気へ透過する界面でも同様に一部が反射する。板ガラス37を透過して集光体35に至り、反射して一次照射位置33aに戻る反射光も再び板ガラス37を透過し、このとき同様に一部が反射する。このように板ガラス37で反射した光は、図7(a)に符号a,bで示すように散逸し、連続用紙上のトナーを加熱するのにほとんど寄与しない。特に一次照射位置33aで発生する散乱光の散乱角α1 が大きいものは板ガラス37に対する入射角β1も大きくなる。また、透過した光が集光体35で反射して再び板ガラス37に入射されるときにも入射角γは大きくなる。板ガラス37への入射角が大きくなるとガラスと空気との界面における反射率が増大し、散逸する光のエネルギーが増大する。
ガラスと空気との界面における反射率は、入射角が0度のとき、つまり界面に対して光が直角に入射されるときには反射率が約4%となる。そして、入射角が30度より大きくなると徐々に反射率が増加し、入射角が60度を超えると急激に増加する。ガラスの表面に反射防止膜(ARコート)等を施すことによって入射角が小さい領域での反射率を低減する効果はあるが、入射角が大きくなったときに反射率が急激に増大する点については反射防止膜が施されていない場合と同じである。
図8は、集光体の反射面を平板状の板ガラス37又は円筒曲面ガラス46で覆った場合について、一次照射位置にレーザ光を照射したときのレーザ光の再利用効率をシミュレーションにより演算した結果を示す図である。
この演算は、平板状の板ガラスとして無コート板ガラス及びARコート板ガラスを用いた場合と、無コートの円筒曲面ガラスを用いた場合とについて、画像濃度を変化させて行っている。なお、ARコート板ガラスは、MgF2を板ガラス両面に147nmの厚さで被覆したもので、レーザ光の波長は810nmである。
このレーザ定着装置51は、図3に示すレーザ定着装置と同様に、移動する連続用紙Pにレーザ光53を照射するレーザ光発生装置52と、レーザ光53が連続用紙Pで反射することによって生じた散乱光53bを再び連続用紙Pに照射するための集光体55と、集光体55の反射面55aを覆う光透過性体である曲面状ガラス56と、で主要部が構成されている。
なお、上記レーザ光発生装置52及び集光体55は、図2及び図3に示すものと同様であるので、説明は省略する。
このように、曲面状ガラス56は、集光体55側に凸状の曲面を有しているので、連続用紙Pの一次照射位置53aで散乱した光53bは、散乱角α2が大きくなる範囲でも曲面状ガラス56に対する入射角β2は小さくなり、散乱光の反射率も小さくなる。
したがって、レーザ光53の照射エネルギーの損失を平板状の板ガラス37を配置する場合よりも低減することが可能となる。
このレーザ定着装置61は、図3に示すレーザ定着装置と同様に、移動する連続用紙Pにレーザ光63を照射するレーザ光発生装置62を備えており、レーザ光63が連続用紙Pで反射することによって生じた散乱光63bを再び連続用紙Pに照射するための集光体65と、この集光体65を覆うガラス部材66とが一体に形成されている。
なお、上記レーザ光発生装置62は、図2及び図3に示すレーザ定着装置と同じものが用いられている。
上記金属の薄膜からなる集光体65は、例えばアルミニウム等の金属を蒸着して形成することができるが、他の公知の方法によって形成することもできる。
このレーザ定着装置71は、レーザ光73を射出するレーザ光発生装置72と、このレーザ光発生装置72から射出されたレーザ光73が連続用紙Pの一次照射位置73aに照射されて反射した散乱光73bを再び連続用紙Pに集光する集光体75と、この集光体75の反射面を覆う光透過性体である円筒曲面ガラス76と、で主要部が構成されている。
本実施の形態では、上記レーザ光発生装置72が連続用紙Pに対してほぼ垂直となる位置から連続用紙の移動方向の後方に約30°傾斜した位置に支持されている。
このように、搬送ベルトを備える場合は、記録媒体の背面側に背面側集光体は用いず、レーザ光の照射側に設けた集光体により、記録媒体で反射した光のみを一次照射位置に集光するものであってもよい。
上記冷却装置は、例えば図12に示すように集光体85の背面に設けられたヒートシンク87を採用することができる。また、集光体の背面に空気流を吹き付ける冷却ファン(図示せず)を設けるものであってもよい。また、これらの双方を設けることもできる。
上記ヒートシンク87は、集光体85の外側面に密着して設けられるものであり、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属からなる薄い羽根状体とすることができる。これらの羽根状体は、集光体85の軸線方向及び幅方向に一定の間隔で複数が配列されている。このようなヒートシンク87によって放熱が促進される。
冷却装置は、上記ヒートシンク、冷却ファン以外の装置等を用いるものであってもよい。
10:用紙搬送部、 11:巻きまわしローラ、 20:画像形成部、 21:画像形成ユニット、 22:感光体ドラム、 23:帯電装置、 24:露光装置、 25:転写ロール、 26:クリーニング装置、 27:現像装置、 28:トナー補給容器、 30:定着部、 31:レーザ定着装置、 32:レーザ光発生装置、 33:レーザ光、 33a:レーザ光の一次照射位置、 33b:一次照射位置で反射して散乱する光、 33c:連続用紙を透過した光、 35:集光体、 35a:集光体のスリット、 35b:集光体の反射面、 36:背面側集光体、 36b:背面側集光体の反射面、 37:板ガラス、 38:搬送ロール、 39:排出ロール、 41:レーザ定着装置、 42:レーザ光発生装置、 43:レーザ光、 43a:一次照射位置、 43b:一次照射位置で反射して散乱する光、 45:集光体、 46:円筒曲面ガラス、 51:レーザ定着装置、 52:レーザ光発生装置、 53:レーザ光、 53a:一次照射位置、 53b:一次照射位置で反射して散乱する光、 55:集光体、 56:曲面状ガラス、 61:レーザ定着装置、 62:レーザ光発生装置、 63:レーザ光、 63a:一次照射位置、 63b:一次照射位置で反射して散乱する光、 65:集光体、 65a:集光体のレーザ光入射領域、 66:ガラス部材、 71:レーザ定着装置、 72:レーザ光発生装置、 73:レーザ光、 73a:一次照射位置、 73b:一次照射位置で反射して散乱する光、 73c:正反射方向に反射した光、 75:集光体、 75a:集光体のスリット、 76:円筒曲面ガラス、
85:集光体、 86:光透過性体、 87:冷却装置のヒートシンク、
100:フラッシュランプ定着装置、 101:フラッシュランプ、 102:ミラー
Claims (7)
- 記録媒体に照射されるレーザ光を発生するレーザ光発生装置と、
前記レーザ光の照射位置で反射した光を、前記照射位置又はこの照射位置付近に再照射されるように反射して集光する集光体と、
前記レーザ光の照射位置に対して前記集光体を覆うように設けられた光透過性体と、
を備え、
前記集光体は、凹状の円筒曲面を有し、該円筒曲面の中心軸位置が前記レーザ光の照射位置又は照射位置付近となるように配置されており、
前記光透過性体は、前記集光体側に凸状の曲面を有するものであって、前記レーザ光の照射位置と前記集光体との間にあって前記集光体と間隔をあけて配置されていることを特徴とするレーザ定着装置。 - 前記光透過性体は、前記集光体の中心軸とほぼ一致する中心軸を有する円筒曲面状の板材であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ定着装置。
- 前記レーザ光は、前記集光体に設けられた開口を通過し、前記光透過性体を透過して前記記録媒体へ照射されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ定着装置。
- 記録媒体に照射されるレーザ光を発生するレーザ光発生装置と、
前記レーザ光の照射位置で反射した光を、前記照射位置又はこの照射位置付近に再照射されるように反射して集光する集光体と、
前記レーザ光の照射位置に対して前記集光体を覆うように設けられた光透過性体と、
を備え、
前記光透過性体は、前記レーザ光が該光透過性体を透過して前記記録媒体に照射されるように設けられ、
前記集光体は、前記光透過性体の外面に密接し、前記光透過性体の前記レーザ光が透過する部分を除いて形成されていることを特徴とするレーザ定着装置。 - 前記光透過性体は、円筒曲面状の板材であり、該円筒曲面の中心軸位置が前記レーザ光の照射位置又は照射位置付近となるように配置されていることを特徴とする請求項4に記載のレーザ定着装置。
- 前記レーザ光発生装置から照射され、前記記録媒体を透過した光を、前記照射位置の背面又はこの照射位置付近の背面に照射されるように反射して集光する背面側集光体が配置され、
該背面側集光体は、凹状の円筒曲面を有し、該円筒曲面の中心軸位置が前記レーザ光の照射位置又は照射位置付近となっており、
前記背面側集光体の反射面が光透過性体に覆われていることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかに記載のレーザ定着装置。 - 帯電電位の差による静電潜像が形成される像保持体と、
前記像保持体上に形成された静電潜像に画像形成材料を転移して可視的な像を形成する現像装置と、
前記像を、直接に記録媒体上へ転写又は転写体上に一次転写した後に記録媒体上へ二次転写する転写装置と、
該記録媒体に転写されたトナー像を加熱及び溶融して定着させる、請求項1から請求項6までのいずれかに記載のレーザ定着装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
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