JP5471536B2 - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。

特許文献１記載のレーザ定着装置は、シート上に担持された未定着のトナーによって形成された像（以下、トナー像と呼ぶ）にレーザ光を照射することによりトナー像をシート上に定着させるもので、レーザの照射量を走査位置に対応付けられるランクデータで制御することが開示されている。このランクデータとは画像濃度をあらわしており、画像濃度(＝トナー量)に応じて必要な強度でレーザ光を照射することにより、最適レベルの定着をすることを目的としている。

また、特許文献２記載の定着装置は、シート上に担持された未定着トナー像にレーザ光を照射することによりトナー像をシート上に定着させるもので、レーザ光をそれぞれ発生させる複数のレーザ光源を有するレーザ光発生手段と、前記複数のレーザ光源から発生されたレーザ光により、シートを主走査方向及び副走査方向に走査してトナー像をシートに溶融固着させる走査手段とを備え、前記複数のレーザ光源は、レーザ光を副走査方向に沿って並べた状態で１つのラインを主走査すると共に、副走査方向下流側のレーザ光がトナーに付与する熱量よりも、副走査方向上流側のレーザ光がトナーに付与する熱量が多くなるように設定されている。

特開昭５７−２０６９号公報 特開２００８−８９８２８号公報（発明を実施するための最良の形態、図２、図５）

本発明が解決しようとする課題は、画像情報に応じて画素ごとに照射する光エネルギをコントロールせずに、また複数種類の異なる照射エネルギの光源を用いずとも、記録媒体に形成されるトナー像の画像濃度の高い部分又は画像濃度の低い部分の双方を定着させる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

請求項１に係る発明は、記録媒体の表面に、レーザ光源から発生される複数のレーザ光が、それぞれ相対的に一方向に照射位置が移動するように照射されるレーザ光照射部を備え、前記複数のレーザ光を前記記録媒体に形成されたトナー像に照射して該記録媒体上に前記トナー像を定着させる際に、前記複数のレーザ光は、以下の条件、
（Ａ）前記複数のレーザ光は、それぞれの光出力及び照射領域の前記一方向における幅が同じであること、
（Ｂ）前記複数のレーザ光は、前記トナー像に対し独立して照射されること、
（Ｃ）前記トナー像が複数のトナー層を有する場合に、前記記録媒体の表面との界面部分のトナーの温度が、前記複数のレーザ光の照射にて最初の照射を除く少なくとも最終の照射ではトナーの定着温度に達すること、
を満たす定着装置である。
請求項２に係る発明は、前記複数のレーザ光のそれぞれが、一列に並べられた複数のレーザ光発生素子から照射された光の集合であり、前記記録媒体に対して前記複数のレーザ光発生素子が並ぶ方向と交差する方向に相対的に照射位置が移動するように照射されることを特徴とする請求項１記載の定着装置である。
請求項３に係る発明は、前記複数のレーザ光のそれぞれが、前記照射位置が移動する方向に予め定めた量だけ絞り込む光束調整部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置である。
請求項４に係る発明は、記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を前記記録媒体上に定着させる請求項１から３のいずれかに記載の定着装置とを備えた画像形成装置である。

請求項１に係る発明によれば、画像情報に応じて画素ごとに照射する光エネルギをコントロールせずに、また複数種類の異なる照射エネルギの光源を用いずとも、記録媒体に形成されるトナー画像の画像濃度の高い部分又は画像濃度の低い部分の双方を定着させることができる。
請求項２に係る発明によれば、直線状に伸びるレーザ光を照射することができる。
請求項３に係る発明によれば、本構成を有しない場合と比べ、照射位置が移動する方向に対し、単位領域あたりの照射エネルギを高めることができる。
請求項４に係る発明によれば、画像情報に応じて画素ごとに照射する光エネルギをコントロールせずに、また複数種類の異なる照射エネルギの光源を用いずとも、記録媒体に形成されるトナー画像の画像濃度の高い部分又は画像濃度の低い部分の双方を定着させることが可能な定着装置を含む画像形成装置を構成することができる。

本発明による定着装置の実施の形態の概要を示す説明図であり、（ａ）は記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図であり、（ｂ）は記録媒体の搬送方向に沿った方向から見た正面図である。 本実施形態による定着装置により記録媒体の幅方向に一直線状に伸びて形成された２本のレーザ照射領域を示す平面図である。 前記定着装置のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の記録媒体の搬送方向に交差する幅方向の光強度を示すグラフである。 本実施形態による定着装置が適用された画像形成装置の第１の実施形態を示す全体構成の説明図である。 第１の実施形態による定着装置を示す斜視図である。 前記定着装置におけるレーザ光照射部を示す拡大断面図である。 第１及び第２のレーザ光照射部から画像濃度の高いトナー像にレーザ光を照射したときのトナーの温度変化と照射時間との関係を示すグラフである。 本実施形態又は比較形態において、第１及び第２のレーザ光照射部から照射されるレーザ光の光出力（光強度）と照射時間との関係を示すグラフである。 第１及び第２のレーザ光照射部から画像濃度の低いトナー像にレーザ光を照射したときのトナーの温度変化と照射時間との関係を示すグラフである。 第２の実施形態による画像形成装置を示す全体構成の説明図である。 実施例と比較例により得られた記録媒体に対する画像（トナー像）の定着性を評価した結果を示す表である。

本発明は、以下に示す実施の形態や実施例に具現化されるものであるが、必ずしもこれらの態様に限定されるものではなく、適宜設計変更可能であることは勿論である。
〔実施の形態の概要〕
図１は本発明による定着装置の実施の形態の概要を示す説明図であり、（ａ）は記録媒体の搬送方向に交差する方向から見た側面図であり、（ｂ）は記録媒体の搬送方向に沿った方向から見た正面図である。
この実施形態による定着装置１は、矢印Ｃで示す方向に搬送される記録媒体（例えば記録紙）２の表面から距離ｄだけ離れて配置され、レーザ光源３ａ，３ｂから発生されるレーザ光４ａ，４ｂを前記記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に、前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込んで照射し、前記記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に間隔ｆで配置された複数のレーザ光照射部５ａ，５ｂを備え、前記複数のレーザ光照射部５ａ，５ｂからのレーザ光４ａ，４ｂを前記記録媒体２に形成されたトナー像７，８に照射して該記録媒体２上にトナー像を定着させる際に、前記複数のレーザ光照射部５ａ，５ｂは、以下の条件、
（Ａ）前記複数のレーザ光４ａ，４ｂは、それぞれの光出力及び照射領域の前記一方向における幅が同じであること、
（Ｂ）前記複数のレーザ光４ａ，４ｂは、前記トナー像７，８に対し独立して照射されること、
（Ｃ）前記トナー像７，８が複数のトナー層を有する場合に、前記記録媒体２の表面との界面部分のトナーの温度が、前記複数のレーザ光４ａ，４ｂの照射にて最初の照射を除く少なくとも最終の照射ではトナーの定着温度に達すること、
を満たすものである。
なお、上記（Ｂ）における「独立して照射されること」とは、レーザ光４ａの照射の後にレーザ光４ｂが連続的に照射されるのではなく、レーザ光４ａとレーザ光４ｂとの間に非照射時間を有するように間欠的に照射されることを意味する。

このような実施形態において、第１のレーザ光照射部５ａは、一のレーザ光源３ａから発生されるレーザ光４ａを記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に、前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込んで照射するもので、前記記録媒体２の表面から距離ｄだけ離れて配置されている。
また、第２のレーザ光照射部５ｂは、他のレーザ光源３ｂから発生されるレーザ光４ｂを記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に、前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込んで照射するもので、前記記録媒体２の表面から距離ｄだけ離れて配置されると共に、前記第１のレーザ光照射部５ａとの間に記録媒体２の搬送方向Ｃにて間隔ｆで配置されている。すなわち、第２のレーザ光照射部５ｂは、第１のレーザ光照射部５ａよりも記録媒体２の搬送方向Ｃの後方側に間隔ｆで位置している。

そして、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂからのレーザ光４ａ，４ｂを記録媒体２に形成されたトナー像７，８に照射して該記録媒体２上にトナー像を定着させるようになっている。このとき、本実施形態において、複数のレーザ光照射部５ａ，５ｂは、以下の三つの条件を満たす。

条件１は、第１のレーザ光照射部５ａから照射されるレーザ光４ａの光出力をＷ1、その照射領域の前記一方向における幅（以下、照射領域の幅という）をＡ1とし、第２のレーザ光照射部５ｂから照射されるレーザ光４ｂの光出力をＷ2、その照射領域の幅をＡ2とすると、それぞれのレーザ光４ａ，４ｂの光出力Ｗ1とＷ2、及び照射領域の幅Ａ1とＡ2は、同じである（Ｗ1＝Ｗ2，Ａ1＝Ａ2）。ここで、それぞれのレーザ光４ａ，４ｂの光出力及び照射領域の幅が同じとは、例えば第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂの製造において、設計上はレーザ光４ａ，４ｂの光出力及び照射領域の幅は同一とされているが、その製造過程において生じた光出力及び照射領域の幅の誤差があっても、その誤差は「同じ」の範囲に含まれることを意味している。

条件２は、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂからのレーザ光４ａ，４ｂが前記搬送される記録媒体２に形成されたトナー像７，８に対し予め定めた時間間隔（例えば５ms）で複数回照射されることである。そのため、図示省略の搬送機構により、前記記録媒体２を搬送方向Ｃに予め定めた搬送速度Ｖ（例えば500mm/s）で搬送するようになっている。このとき、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂからのレーザ光４ａ，４ｂは、その光出力や照射領域の幅が同じであるため、記録媒体２の単位面積あたりに照射する照射強度及び照射時間（すなわち記録媒体上のトナー像がレーザ光により照射される時間）が等しくなる。

条件３は、前記記録媒体２に形成されたトナー像７，８において該記録媒体２の表面との界面部分のトナーの加熱温度が、前記レーザ光４ｂの照射にてトナーの定着温度に達することである。

ここで、図１（ａ）において、トナー像７は画像濃度が高い領域に転写された未定着のトナー像（以下「画像濃度の高いトナー像」という）を示し、トナー像８は画像濃度が低い領域に転写された未定着のトナー像（以下「画像濃度の低いトナー像」という）を示している。そして、前記第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂから、上述の３条件が揃ったレーザ光４ａ，４ｂを前記記録媒体２に形成された画像濃度の高いトナー像７、画像濃度の低いトナー像８に照射して該記録媒体２上にトナー像を定着させるようになっている。これにより、記録媒体２に形成される画像において画像濃度の高い部分又は画像濃度の低い部分にかかわらず該記録媒体２上に未定着トナー像が定着される。
なお、画像濃度の高いトナー像とは、ベタ画像に代表される多数のトナーが凝集して存在している状態を意味し、画像濃度の低いトナー像とは文字部分やハーフトーンに代表されるトナー粒子が１個又は数個程度集まって存在している状態を意味している。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）などによって発生する孤立したトナー粒子が付着している状態も、画像濃度が低いトナー像に含む。

また、図１（ｂ）において、第１のレーザ光照射部５ａのレーザ光源３ａは、記録媒体２の搬送方向Ｃ（図１（ａ）参照）に交差する幅ｒ方向（例えば記録紙の紙幅方向）に沿って間隔ｐで一列に並べられた複数のレーザ光発生素子９，９，…を備えたものである。この場合、各レーザ光発生素子９から照射されるレーザ光４ａの記録媒体２への照射領域は、幅ｒ方向において隣接する素子間で互いに重なり合うようになっている。なお、図１（ｂ）では図示していないが、第２のレーザ光照射部５ｂのレーザ光源３ｂも、上記と同じに構成されている。これにより、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅ｒ方向に沿ってそれぞれ一直線状に伸びるレーザ光が照射される。その結果、図２に示すように、記録媒体２の幅ｒ方向に一直線状に伸びる２本のレーザ照射領域６ａ，６ｂが形成される。

このとき、図３に示すように、前記レーザ光照射部５ａ，５ｂから照射されるレーザ光４ａ，４ｂの光強度は、前記記録媒体２の幅方向（ｒ）において予め定めた略均一な強度となるように調整されている。
なお、図１において、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂのレーザ光放出部に細長い直線状に伸びる切欠き部を有するスリットを配置し、このスリットを介して一直線状に伸びるレーザ光を照射するようにしてもよい。

次に、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂの他の実施形態について説明する。
図１（ａ）において、第１のレーザ光照射部５ａは、レーザ光４ａを発生するレーザ光源３ａと、該レーザ光源３ａからのレーザ光４ａを記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込む光束調整部材（例えばコリメートレンズ）１０ａとを備えた形態が好ましい。なお、第２のレーザ光照射部５ｂも、第１のレーザ光照射部５ａと同じに、レーザ光源３ｂと光束調整部材（例えばコリメートレンズ）１０ｂとを備えた形態とされている。
この形態によれば、レーザ光源３ａ，３ｂからのレーザ光４ａ，４ｂを光束調整部材１０ａ，１０ｂを介して、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅ｒ方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込んで複数本照射する。この場合も、図２に示すように、記録媒体２の幅ｒ方向に一直線状に伸びる２本のレーザ照射領域６ａ，６ｂが形成される。

また、第１のレーザ光照射部５ａは、１枚の基板端部に複数のレーザ光発生素子９を予め定めた間隔で一列に並べたレーザ光源３ａと、該レーザ光源３ａからのレーザ光４ａの放出端部に組み合わされ、前記レーザ光源３ａからのレーザ光４ａを記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅ｒ方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込む光束調整部材（例えばコリメートレンズ）１０ａとを備えた形態としてもよい。なお、第２のレーザ光照射部５ｂも、第１のレーザ光照射部５ａと同じに、１枚の基板端部に複数のレーザ光発生素子９を予め定めた間隔で一列に並べたレーザ光源３ｂと、該レーザ光源３ｂからのレーザ光４ｂの放出端部に組み合わされた光束調整部材（例えばコリメートレンズ）１０ｂとを備えた形態とされている。
この形態によれば、１枚の基板端部に複数のレーザ光発生素子９を一列に並べたレーザ光源３ａ，３ｂからのレーザ光４ａ，４ｂを、該レーザ光４ａ，４ｂの放出端部に組み合わされた光束調整部材１０ａ，１０ｂを介して、記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅ｒ方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込んで一直線状に伸びるレーザ光４ａ，４ｂを複数本照射する。この場合も、図２に示すように、記録媒体２の幅ｒ方向に一直線状に伸びる２本のレーザ照射領域６ａ，６ｂが形成される。

また、本実施形態による定着装置が適用される画像形成装置は、記録媒体２にトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を前記記録媒体２上に定着させる前記各実施形態の定着装置１とを備えたものである。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図４は本実施形態による定着装置が適用された画像形成装置の第１の実施形態を示す全体構成の説明図である。この画像形成装置２０は、記録媒体にトナー像を形成し、この形成されたトナー像を該記録媒体に転写させ、この転写されたトナー像を前記記録媒体上に定着させるもので、画像形成部２１と、転写装置２２と、定着装置１とを備えて成る。

前記画像形成部２１は、記録紙などの記録媒体２に例えば電子写真方式によりトナー像を形成するもので、複数色の色成分トナー像を形成するために例えば４色分の画像形成部を備えている。具体的には、黒色画像形成部２１Ｋ、シアン画像形成部２１Ｃ、マゼンタ画像形成部２１Ｍ、イエロー画像形成部２１Ｙとで構成されている。各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙは、使用されるトナーの色を除き同じ構成を有している。なお、各色成分のトナーの定着に用いるレーザ光に関する吸収率は、実質的に同じであることが望ましい。この場合は、定着装置１において、複数のレーザ光照射部から照射するレーザ光の照射強度及び照射時間を同じとしてトナー像を定着させるのが容易となる。

前記４色分の画像形成部について、代表的に黒色画像形成部２１Ｋを例に説明を行う。この黒色画像形成部２１Ｋは、表面に図示しない感光層を有して矢印Ａ方向に回転可能な円筒状の感光体２３を具備している。この感光体２３の周囲には、帯電装置２４と、露光装置２５と、現像装置２６とが配設されている。このうち帯電装置２４は、感光体２３の感光層を予め定めた電位に帯電する。露光装置２５は、図示しないレーザ光源を備えており、前記帯電装置２４よって予め定めた電位に帯電された感光体２３の感光層に選択的にレーザ光を照射することで静電潜像を形成する。現像装置２６は、対応する色成分（ここでは黒色）のトナーを現像剤として収容しており、このトナーによって感光体２３の感光層上の静電潜像を可視像化する。

転写装置２２は、各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙで形成されたトナー像を記録媒体２に転写させるもので、前記感光体２３の表面に圧力を加えた状態で回転可能に接触して配置された円筒状又は円柱状の転写部材を備えており、この転写部材と感光体２３との間に転写バイアスを印加することで、感光体２３上のトナー像を記録媒体２上に転写させるようになっている。

さらに、前記感光体２３の周囲には、感光体清掃器２７が配設されている。この感光体清掃器２７は、前記転写装置２２で記録媒体２にトナー像を転写した後に感光体２３上に付着している残留トナーを取り除くものである。

なお、図４において、制御部２８は、前記各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ及び転写装置２２並びに後述の定着装置１を制御するものである。また、画像処理部２９は、記録媒体２に画像を形成するための処理を実行するものである。

ここで、図４の実施形態においては、記録媒体２として芯材に巻き取られた連続記録紙又は予め定めた大きさに折り畳まれた連続記録紙を用いている。すなわち、記録媒体２は、画像形成装置２０の機外に設置された用紙供給装置３０に装填されており、同じく機外に設置された用紙巻取り装置３１によって巻き取られるようにされている。そして、用紙供給装置３０から供給された連続記録紙は、前述の各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙへと搬送され黒、シアン、マゼンタ、イエローの順にトナー像が転写される。その後、定着装置１へと搬送され、レーザ光の照射により前記トナー像が定着されて、機外の用紙巻取り装置３１に巻き取られる。

前記連続記録紙は、その連続記録紙が通過する経路に設けられた複数の位置調整ロール３２，３３，３４，３５により用紙搬送中の位置がずれないようにその位置が調整される。この連続記録紙の位置調整は、記録媒体２に画像が転写される前に実施される工程である。また、最終段の張力付与ロール３６は、連続記録紙の搬送時の張力が予め定めた強さとなるように図示しない付勢部材によって矢印Ｂ方向に移動可能に支持されている。この張力付与ロール３６により、連続記録紙は破れることなく巻き取り時の位置が調整される。

ここで、図４に示す転写装置２２で転写されたトナー像を前記記録媒体２上に定着させる定着装置１の具体的な構成について、図５及び図６を参照して説明する。
図５において、第１の実施形態による定着装置１は、複数個、例えば３個のレーザ光照射部５ａ，５ｂ，５ｃを備えている。各レーザ光照射部５ａ，５ｂ，５ｃは、内部から発生されるレーザ光４ａ，４ｂ，４ｃを記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅ｒ方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に、前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込んで照射するもので、１枚の基板１１端部に複数のレーザ光発生素子（例えば半導体レーザ素子）９を間隔ｐ（図１（ｂ）参照）で一列に並べたレーザ光源３と、図６に示すように該レーザ光源３のレーザ光発生素子９からのレーザ光４の放出端部に組み合わされた光束調整部材１０とを備えて成る。なお、この光束調整部材１０は、前記レーザ光発生素子９からのレーザ光４を記録媒体２の搬送方向Ｃに交差する幅ｒ方向に沿って予め定めた量だけ拡散させると共に前記搬送方向Ｃにて前後に予め定めた量だけ絞り込むもので、例えば基板１１の幅方向に円筒状に伸びるコリメートレンズから成る。

そして、前記レーザ光照射部５ａ，５ｂ，５ｃは、矢印Ｃ方向に搬送される記録媒体２の表面から距離ｄ（図１（ａ）参照）だけ離れて配置されると共に、前記記録媒体２の搬送方向Ｃにて前後に間隔ｆ（図１（ａ）参照）で配置されている。この結果、図５に示すように、記録媒体２の幅ｒ方向に一直線状に伸びる３本のレーザ照射領域６ａ，６ｂ，６ｃが形成される。ｐ、ｄ、ｆの各数値は適宜設定する。

なお、前記記録媒体２は、図示省略の２個の搬送ロールと該２個の搬送ロール間に掛け回された搬送ベルトとから成る搬送機構により、前記搬送ベルトに載せられて矢印Ｃ方向に搬送されるようになっている。
また、図５においては、３枚の基板１１を予め定めた間隔で積層し３個のレーザ光照射部５ａ，５ｂ，５ｃを備えたものを図示したが、本発明はこれに限られず、レーザ光照射部は２個であってもよいし、４個以上であってもよい。

次に、このように構成された定着装置１の動作について説明する。ここでは、説明を簡明にするために、図５に示す定着装置１が２個のレーザ光照射部５ａ，５ｂを備えた実施形態について説明する。

図５において、図示外の転写装置２２から定着装置１へ送られてきた記録媒体２は、搬送機構により矢印Ｃ方向へ搬送され、該記録媒体２に転写された画像濃度の高いトナー像７や画像濃度の低いトナー像８（図１及び図２参照）に対して、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂからレーザ光４ａ，４ｂが照射される。ここで、第１のレーザ光照射部５ａから照射されるレーザ光４ａの光出力はＷ1とされ、その照射領域の幅はＡ1とされる。また、第２のレーザ光照射部５ｂから照射されるレーザ光４ｂの光出力はＷ2とされ、その照射領域の幅はＡ2とされる。このとき、Ｗ1＝Ｗ2，Ａ1＝Ａ2の条件を満たしてレーザ光４ａ，４ｂが照射される（条件１）。そして、図５に示すように、記録媒体２の表面には、その幅ｒ方向に一直線状に伸びる２本のレーザ照射領域６ａ，６ｂが形成される。

また、前記記録媒体２は、図示省略の搬送機構により予め定めた搬送速度Ｖ（例えば500mm/s）で搬送されるので、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂから２本のレーザ光４ａ，４ｂが照射されている状態では、該記録媒体２に形成されたトナー像７，８に対してはレーザ光が予め定めた時間間隔（例えば５ms）で２回照射される（条件２）。すなわち、図２において、記録媒体２の表面に形成される２本のレーザ照射領域６ａ，６ｂに対して、画像濃度の高いトナー像７や画像濃度の低いトナー像８が予め定めた時間間隔で進入し、通過して行く。このとき、レーザ光照射部５ａ，５ｂからのレーザ光４ａ，４ｂは、上述の通りＷ1＝Ｗ2，Ａ1＝Ａ2の条件を満たしているため、記録媒体２の単位面積あたりに対する照射強度と照射時間も同じ条件で照射される。

そして、上述のようなレーザ光４ａ，４ｂの照射によって、前記記録媒体２に形成されたトナー像７，８において該記録媒体２の表面との界面部分のトナーの加熱温度が、複数回のレーザ光４ａ，４ｂの照射にて１回目を除く少なくとも最終回（例えば光源が２つの場合は２回目）の照射ではトナーの定着温度に達するようにされる（条件３）。これにより、画像濃度の高いトナー像７も画像濃度の低いトナー像８も記録媒体２上に定着される。

ここで、前記第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂから画像濃度の高いトナー像７や画像濃度の低いトナー像８にレーザ光４ａ，４ｂを照射したときのトナーの温度変化と照射時間との関係を図示すると、図７及び図９に示すグラフのようになる。
図７は、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂから画像濃度の高いトナー像７にレーザ光４ａ，４ｂを照射したときのトナーの温度変化と照射時間との関係を示すグラフである。このときのトナー像７は、シアン、マゼンタ、イエローの順にトナー像を複数層重ねて転写したブラック画像である。このブラック画像に対して、第１のレーザ光照射部５ａにより１回目のレーザ光４ａを予め定めた光出力（Ｗ1）にて１msの照射時間（ｔ1）で照射し、その後２msだけレーザ光の照射がなく、さらにその後第２のレーザ光照射部５ｂにより２回目のレーザ光４ｂを１回目のレーザ光４ａと同じ光出力（Ｗ2）にて同じく１msの照射時間（ｔ2）で照射したものである。

図７において、記録媒体２に形成されたトナー像７の表層部分のトナー温度を実線の変化曲線１２で表し、前記記録媒体２の表面との界面部分のトナー温度を破線の変化曲線１３で表し、トナーの定着温度を一点鎖線１４で表している。ここでは、トナーの定着温度は115℃としている。図７に示されるように、第１のレーザ光照射部５ａによる１回目のレーザ光４ａの照射では、トナー像７の表層部分のトナー温度はトナーの定着温度を超える（実線の変化曲線１２）が、記録媒体２との界面部分のトナー温度はその定着温度を超えない（破線の変化曲線１３）。

その後、２msだけレーザ光の照射がない間に、トナー像７の表層部分のトナー温度も、記録媒体２との界面部分のトナー温度も共に、トナーの定着温度よりも冷えてしまう（実線の変化曲線１２、破線の変化曲線１３）。したがって、この１回目のレーザ光４ａの照射では、トナー像７は全体としては定着しない。

さらにその後、第２のレーザ光照射部５ｂによる２回目のレーザ光４ｂの照射により、前記１回目のレーザ光４ａの照射後に冷えた状態から加熱されて、トナー像７の表層部分のトナー温度は再びトナーの定着温度を超え（実線の変化曲線１２）、記録媒体２との界面部分のトナー温度もその定着温度を超える（破線の変化曲線１３）。すなわち、この２回目のレーザ光４ｂの照射により、トナー像７は表層部分から記録媒体２との界面部分までの全体がトナーの定着温度に達する。したがって、前記１回目のレーザ光４ａ及び２回目のレーザ光４ｂの照射を経て、２回目（最終回）のレーザ光４ｂの照射により、トナー像７は全体として定着することになる。

図８は、前記第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂから照射されるレーザ光について、記録媒体２上のトナー像がレーザ光により照射される光出力（光強度）と記録媒体２上のトナー像がレーザ光により照射される照射時間との関係を示すグラフである。図８（ａ）は、本実施形態において、図７に示すように、１回目のレーザ光４ａの照射（照射時間ｔ1）と、２回目のレーザ光４ｂの照射（照射時間ｔ2）とを予め定めた時間間隔（例えば２ms）をあけて照射した場合を示すグラフである。この場合は前述のように、１回目のレーザ光４ａ及び２回目のレーザ光４ｂの照射を経て、トナー像７は全体として定着される。

図８（ｂ）は、比較形態１において、同じ光出力（光強度）の１回目のレーザ光４ａの照射と、２回目のレーザ光４ｂの照射とを時間間隔をあけずに連続して照射した場合（光源を１つにし照射時間を倍にした場合に同じ）を示すグラフである。この場合は、トナー像７の表層部分の温度と記録媒体２との界面部分に大きな温度の差が生じ、内層部分に空洞ができて画像欠陥が発生するおそれがある。このような現象は、図８（ｃ）のように、光の強度を上げて短時間の照射で定着させようとすると、発生頻度が高くなる。
また、図８（ｄ）は、比較形態２において、１回目のレーザ光４ａの照射強度を0.5倍、照射時間を２倍として１回だけ照射した場合を示すグラフである。この場合は、トナー像７の定着は良好だが、トナー像８の記録媒体２との界面部分の温度は定着温度まで上がらず、十分に定着しきれない可能性がある。
さらに、図８（ｅ）は、比較形態３において、１回目のレーザ光４ａの照射と２回目のレーザ光４ｂの照射とを予め定めた時間間隔をあけて、１回目のレーザ光４ａよりも２回目のレーザ光４ｂの照射強度を大きくして照射した場合を示すグラフである。この場合は、１回目のレーザ光４ａの照射と２回目のレーザ光４ｂの照射とで照射強度を変化させるための手段を必要とし、構成が複雑になる。また、２回目の大きい光出力（光強度）のレーザ光４ｂの照射により、トナー像７の表層部分の温度と記録媒体２との界面部分の温度との差が生じて、定着が良好に行われないことがある。

次に、図９は、第１及び第２のレーザ光照射部５ａ，５ｂから画像濃度の低いトナー像８にレーザ光４ａ，４ｂを照射したときのトナーの温度変化と照射時間との関係を示すグラフである。このときのトナー像８は、トナー粒子が１個又は２，３個程度の未定着のトナー像である。このトナー像８に対して、第１のレーザ光照射部５ａにより１回目のレーザ光４ａを予め定めた光出力（Ｗ1）にて１msの照射時間（ｔ1）で照射し、その後２msだけレーザ光の照射がなく、さらにその後第２のレーザ光照射部５ｂにより２回目のレーザ光４ｂを１回目のレーザ光４ａと同じ光出力（Ｗ2）にて同じく１msの照射時間（ｔ2）で照射したものである。

図９において、記録媒体２に形成されたトナー像８の表層部分のトナー温度を実線の変化曲線１５で表し、前記記録媒体２の表面との界面部分のトナー温度を破線の変化曲線１６で表し、トナーの定着温度を一点鎖線１４で表している。ここでは、トナーの定着温度は115℃としている。図９に示されるように、第１のレーザ光照射部５ａによる１回目のレーザ光４ａの照射により、トナー像８の表層部分のトナー温度はトナーの定着温度を超え（実線の変化曲線１５）、記録媒体２との界面部分のトナー温度もその定着温度を超える（破線の変化曲線１６）。この場合、この１回目のレーザ光４ａの照射により、トナー像８は定着する。

その後、２msだけレーザ光の照射がない間に、トナー像８の表層部分のトナー温度も、記録媒体２との界面部分のトナー温度も共に、１回目のレーザ光４ａの照射以前の状態まで下がる（実線の変化曲線１５、破線の変化曲線１６）。これは、トナー粒子が１個又は２，３個程度の画像濃度の低いトナー像では、個々のトナー粒子の空気との接触面積が大きいため放熱量が増大するからである。

さらにその後、第２のレーザ光照射部５ｂによる２回目のレーザ光４ｂの照射により、前記１回目のレーザ光４ａの照射と同じに、トナー像８の表層部分のトナー温度はトナーの定着温度を超え（実線の変化曲線１５）、記録媒体２との界面部分のトナー温度もその定着温度を超える（破線の変化曲線１６）。したがって、この２回目のレーザ光４ｂの照射によっても、トナー像８は定着する。

なお、以上の動作説明においては、図５に示す定着装置１が２個のレーザ光照射部５ａ，５ｂを備えた実施形態について述べたが、３個以上のレーザ光照射部を備えた場合においても、上述と同じに動作する。例えば、図５において３個のレーザ光照射部５ａ，５ｂ，５ｃを備えた場合は、画像濃度の高いトナー像７について、図７に示すトナーの温度変化と照射時間との関係を示すグラフにおいて、１回目を除く少なくとも最終回（３回目）のレーザ光の照射では、トナー像７の表層部分のトナー温度はトナーの定着温度を超え、記録媒体２との界面部分のトナー温度もその定着温度を超える。
このとき、レーザ光の光出力及び照射時間の大きさによっては、例えば２回目のレーザ光の照射により、トナー像７は表層部分から記録媒体２との界面部分までの全体がトナーの定着温度に達し、トナー像７が全体として定着する場合も含まれる。すなわち、１回目を除く少なくとも最終回（３回目）のレーザ光の照射により、トナー像７は表層部分から記録媒体２との界面部分までの全体がトナーの定着温度に達し、トナー像７が全体として定着することになる。

この場合、画像濃度の低いトナー像８については、図９に示すトナーの温度変化と照射時間との関係を示すグラフにおいて、１回目から３回目のいずれかのレーザ光の照射により、トナー像８の表層部分のトナー温度はトナーの定着温度を超え、記録媒体２との界面部分のトナー温度もその定着温度を超える。
このとき、レーザ光の光出力及び照射時間の大きさによっては、例えば２回目又は３回目のレーザ光の照射により、トナー像８は表層部分から記録媒体２との界面部分までの全体がトナーの定着温度に達し、トナー像８が全体として定着する場合も含まれる。すなわち、少なくとも最終回（３回目）のレーザ光の照射により、トナー像８は表層部分から記録媒体２との界面部分までの全体がトナーの定着温度に達し、トナー像８が全体として定着することになる。

〔第２の実施形態〕
図１０は第２の実施形態による画像形成装置を示す全体構成の説明図である。図４に示す画像形成装置２０は、記録媒体２として芯材に巻き取られた連続記録紙又は予め定めた大きさに折り畳まれた連続記録紙を用いるものであるが、本発明はこれに限られず、Ａ４判又はＢ４判等の予め定めた大きさに切断された枚葉記録紙を用いるものであってもよい。この実施形態による画像形成装置４０は、図１０に示すように、例えば４色分の画像形成部（黒色画像形成部２１Ｋ、シアン画像形成部２１Ｃ、マゼンタ画像形成部２１Ｍ、イエロー画像形成部２１Ｙ）と、各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙで形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト４１上に順次転写する１次転写装置４２と、前記中間転写ベルト４１に転写された重ね画像を記録媒体２に一括転写させる２次転写装置４３と、この２次転写装置４３で転写された画像を記録媒体２に定着させる定着装置１とを備えて成る。

なお、図１０において、符号４４は枚葉記録紙から成る複数の記録媒体２を収容する記録紙収容部を示し、符号４５は記録紙収容部４４から記録媒体２を取り出して搬送する搬送ロールを示し、符号４６は２次転写装置４３で転写後の記録媒体２を定着装置１側へ搬送する搬送ベルトを示し、符号４７は定着装置１で定着された後の記録媒体２を外部へ排出する排出ロールを示している。また、符号２８は前記各色の画像形成部２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ、１次転写装置４２及び２次転写装置４３、定着装置１を制御する制御部を示し、符号２９は記録媒体２に画像を形成するための処理を実行する画像処理部を示している。

以下、定着装置を試作し、記録媒体上にトナー像を定着させる定着実験を行った実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明する。
〔実施例１〕
まず、画像形成装置としては富士ゼロックス製DocuColor 1256GA（電子写真装置）を使用した。この画像形成装置に、画像形成材料として下記のレーザ定着用トナーを用い、未定着のトナー像を転写した記録媒体を作製した。
このレーザ定着用トナーには、イエロー、マゼンタ、シアンの各色成分のトナーに、レーザ光を吸収するようにそのレーザ光の波長付近の光を吸収する赤外線吸収剤を0.5％添加した画像形成材料を用いた。例えば、ペリミジン系スクアリリウム色素を含有する画像形成材料である。この赤外線吸収剤は、400nm以上750nm未満の可視光波長領域における吸光度が低く、かつ、750nm以上1000nm未満の近赤外光波長領域における吸光度が高いものである。本実施例では、下記構造式（Ｉ）で表されるペリミジン系スクアリリウム色素を赤外線吸収剤として用いた。この材料は、特願2008-055291に記載の方法で得ることができる。

そして、定着装置１のレーザ光照射装置としては、コヒーレント製9001-60-808（波長808nm、光出力60Ｗ）の半導体レーザアレイを備えたもの２基（図１に示す符号５ａ，５ｂに対応する）を用いた。記録媒体２の搬送速度は500mm/sとした。
この状態で、記録媒体２を搬送する移動ステージの上方に、図２に示すレーザ照射領域６ａ，６ｂが、記録媒体２の搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅が0.5mm、搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム長が10mm、両レーザ照射領域間の間隔が２mmとなるようにしてレーザ光照射部５ａ，５ｂを配置し、未定着のトナー像７，８を転写した記録媒体２を前記移動ステージに装填した。そして、各レーザ光照射部５ａ，５ｂの光出力を30Ｗに調整し、レーザ光を照射しながら移動ステージを搬送速度500mm/sで移動させて、記録媒体２上の未定着のトナー像７，８にレーザ光を照射し、定着を行った。

〔実施例２〕
実施例２では、画像形成装置及びレーザ定着用トナーは、実施例１と同じものを用い、定着装置１は以下のものを用いた。
この定着装置１のレーザ光照射装置としては、コヒーレント製9001-60-808（波長808nm、光出力60Ｗ）の半導体レーザアレイを２枚（図５に示す符号５ａ，５ｂに対応する）積層したスタック状のレーザ光照射部を用いた。記録媒体２の搬送速度は500mm/sとした。
この状態で、記録媒体２を搬送する移動ステージの上方に、図２に示すレーザ照射領域６ａ，６ｂが、記録媒体２の搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅が0.5mm、搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム長が10mm、両レーザ照射領域間の間隔が１mmとなるようにしてレーザ光照射部５ａ，５ｂを配置し、未定着のトナー像７，８を転写した記録媒体２を前記移動ステージに装填した。そして、各レーザ光照射部５ａ，５ｂの光出力を30Ｗに調整し、レーザ光を照射しながら移動ステージを搬送速度500mm/sで移動させて、記録媒体２上の未定着のトナー像７，８にレーザ光を照射し、定着を行った。

〔比較例１〕
比較例１では、画像形成装置及びレーザ定着用トナーは、実施例１と同じものを用い、定着装置は以下のものを用いた。
この定着装置としては、実施例１における定着装置１のうち半導体レーザアレイを備えたレーザ光照射部を１基（図１に示す符号５ａに相当）備え、記録媒体２を搬送する移動ステージの上方に、図２に示すレーザ照射領域６ａが、記録媒体２の搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅が１mm、搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム長が10mmとなるようにしてレーザ光照射部を配置し、未定着のトナー像７，８を転写した記録媒体２を前記移動ステージに装填した。そして、レーザ光照射部の光出力を60Ｗに調整し、レーザ光を照射しながら移動ステージを搬送速度500mm/sで移動させて、記録媒体２上の未定着のトナー像７，８にレーザ光を照射し、定着を行った。

〔比較例２〕
比較例２では、画像形成装置及びレーザ定着用トナーは、実施例１と同じものを用い、定着装置は以下のものを用いた。
この定着装置としては、実施例１における定着装置１のうち半導体レーザアレイを備えたレーザ光照射部を１基（図１に示す符号５ａに相当）備え、記録媒体２を搬送する移動ステージの上方に、図２に示すレーザ照射領域６ａが、記録媒体２の搬送方向Ｃに沿う方向のビーム幅が５mm、搬送方向Ｃに交差する幅方向のビーム長が10mmとなるようにしてレーザ光照射部を配置し、未定着のトナー像７，８を転写した記録媒体２を前記移動ステージに装填した。そして、レーザ光照射部の光出力を60Ｗに調整し、レーザ光を照射しながら移動ステージを搬送速度500mm/sで移動させて、記録媒体２上の未定着のトナー像７，８にレーザ光を照射し、定着を行った。

〔実施例と比較例の評価〕
以上の実施例１，２と比較例１，２により得られた記録媒体２に対する画像（トナー像）の定着性を評価した結果を図１１の表に示す。なお、図１１の表に示す画像領域（画像濃度の高い部分）の定着性及び非画像領域（画像濃度の低い部分）の定着性の評価方法及び評価基準は以下の通りである。
まず、記録媒体２の画像領域については、画像領域の或る個所で画像を内側にして記録紙を二つ折りに折り曲げた後に元に戻し、綿布で擦って折曲げ部の画像（トナー像）が剥がれるか否か、および画質欠陥があるか否かを目視により観察し、以下の基準で評価した。
Ａ：折曲げ部において、画像（トナー像）の剥がれ無く、画質欠陥もない。
Ｂ：折曲げ部において、折曲げ線に沿って画像（トナー像）の剥がれが見られる。
Ｃ：折曲げ部において、折曲げ線の周辺にも画像（トナー像）の剥がれ有る、あるいは顕著な画質欠陥がある。
次に、記録媒体２の非画像領域（画像濃度の低い部分）については、画像濃度１０％の画像面を予め定めた荷重をかけた綿布で擦り、その擦り前後の画像濃度の変化の比較を目視により観察し、以下の基準で評価した。
Ａ：擦り前後の画像濃度の変化無し。
Ｂ：擦り前後において画像濃度の変化が見られる。
Ｃ：擦り前に対して擦り後の画像濃度が明らかに低下している。

〔評価結果〕
以上のような評価方法及び評価基準による定着性評価の結果は、図１１の表に示すようになった。
実施例１は、画像領域及び非画像領域ともトナー像の剥がれが無く良好な定着性であった。
実施例２は、画像領域及び非画像領域ともトナー像の剥がれが無く良好な定着性であった。
比較例１は、画像領域及び非画像領域ともトナー像の剥がれは無いが、画像領域においては内層部分に空洞ができて画質欠陥が発生しており、画像領域の定着性は不良であった。
比較例２は、画像領域においてはトナー像の剥がれが無いが、非画像領域においては剥がれが顕著に発生しており、非画像領域の定着性は不良であった。

１…定着装置、２…記録媒体、３ａ，３ｂ…レーザ光源、４ａ，４ｂ…レーザ光、５ａ，５ｂ…レーザ光照射部、９…レーザ光発生素子、１０ａ，１０ｂ…光束調整部材、１１…基板、２０…画像形成装置、２１Ｋ…黒色画像形成部、２１Ｃ…シアン画像形成部、２１Ｍ…マゼンタ画像形成部、２１Ｙ…イエロー画像形成部、２２…転写装置、３０…用紙供給装置、３１…用紙巻取り装置、４０…画像形成装置、４４…記録紙収容部

Claims (4)

1. 記録媒体の表面に、レーザ光源から発生される複数のレーザ光が、それぞれ相対的に一方向に照射位置が移動するように照射されるレーザ光照射部を備え、
   前記複数のレーザ光を前記記録媒体に形成されたトナー像に照射して該記録媒体上に前記トナー像を定着させる際に、
   前記複数のレーザ光は、以下の条件、
   （Ａ）前記複数のレーザ光は、それぞれの光出力及び照射領域の前記一方向における幅が同じであること、
   （Ｂ）前記複数のレーザ光は、前記トナー像に対し独立して照射されること、
   （Ｃ）前記トナー像が複数のトナー層を有する場合に、前記記録媒体の表面との界面部分のトナーの温度が、前記複数のレーザ光の照射にて最初の照射を除く少なくとも最終の照射ではトナーの定着温度に達すること、
   を満たすことを特徴とする定着装置。
2. 前記複数のレーザ光のそれぞれは、一列に並べられた複数のレーザ光発生素子から照射された光の集合であり、前記記録媒体に対して前記複数のレーザ光発生素子が並ぶ方向と交差する方向に相対的に照射位置が移動するように照射されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記複数のレーザ光のそれぞれは、前記照射位置が移動する方向に予め定めた量だけ絞り込む光束調整部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 記録媒体にトナー像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部で形成されたトナー像を前記記録媒体上に定着させる請求項１から３のいずれかに記載の定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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