(57)【要約】【課題】光を用いてトナーを紙等の記録体へ定着させる定着方法において、光がトナー表面で吸収されることで発生した熱エネルギの拡散量は時間経過とともに増加する。加熱時間が長いほど、記録体や大気中などへの熱拡散により、トナー溶融に寄与しない熱エネルギ損失が増加し、定着効率が低下する。【解決手段】光半導体を光源とする発光手段１４からの出射光が、記録体１６上に形成された未定着トナー像２０に対して、集光手段１８により集光される。前記集光手段１８により集光された集光光は、前記記録体１６に対し相対移動手段２２により相対移動し、遂次前記未定着トナー像２０を定着する。  前記発光手段１４は、制御手段１２によりパルス発光制御される。前記パルス発光制御により、記録体１６に形成された未定着トナー像２０の光照射による加熱時間を短縮し、熱損失を低減する。定着固定の効率向上による消費電力の削減が可能となる。【選択図】図1
2010211076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録体上に形成された未定着トナー像を、定着させる定着装置であって、
光半導体を光源とする発光手段と、
前記発光手段からの出射光を、前記未定着トナー像に対し集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された集光光を、前記記録体に対し相対移動する相対移動手段と、
前記発光手段のパルス発光制御を行う制御手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
パルス発光出力の波高値をＥＰ、
前記出力ＥＰにおいて、前記未定着トナー像を定着可能な理論上の最小パルス巾をＤｍ、
前記発光手段が出力ＥＰを得るための立ち上り時間をｔｒ、としたとき、
前記ｔｒは０．３５・Ｄｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
未定着のトナー粒子１個あたりに与えられるエネルギＩが、次式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
ρ・ｃ・（Ｔｍ−Ｔａ）・Ｖ＜Ｉ＜ρ・ｃ・（Ｔｓ−Ｔａ）・Ｖ      ・・・（１）
（但し、ρはトナーの密度、ｃはトナーの比熱、Ｔｍはトナーの溶融温度、Ｔｓはトナーの昇華温度、Ｔａは環境温度、Ｖはトナーの体積である。）
【請求項４】
請求項１から３に記載の定着装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項５】
光半導体を光源とする発光工程と、
前記発光工程により発生した出射光を、未定着トナー像に対し集光する集光工程と、
前記集光工程により集光された集光光を、前記未定着トナー像が記録された記録体に対し相対移動する移動工程とで、構成される未定着トナー像の定着方法であって、
前記発光工程はパルス発光制御を行うことを特徴とする定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置および定着方法に係り、特に、記録体上に記録された未定着トナー像に、光を照射することで定着させる定着装置および定着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の画像形成装置において、トナー像を記録体上に転写する方法としては、加熱された定着ローラと加圧ローラによりトナーを溶融、加圧し、記録体上に定着させる、熱加圧方式が一般的に知られている。
【０００３】
熱加圧方式の場合、定着ローラがトナーを溶融するのに十分な温度に上げるまでに時間がかかる。また、装置待機時においても立ち上がり時間の短縮のため、ローラを一定の温度に保持しておく必要があるため、待機時における電力消費が大きいという問題がある。
このような問題を解決するため、トナーに対して光を照射し、光の吸収により発生した熱によりトナーを記録媒体上に定着させる光定着方式が提案されている。
【０００４】
光定着方式の場合、トナーへの熱エネルギ供給源が、瞬時にＯＮ、ＯＦＦ可能なレーザ等の光源であるため、熱加圧方式に比べ装置の立ち上がり時間が短縮でき、待機時に電力消費が非常に小さいため消費電力の低減が期待できる。
【０００５】
特許文献１には、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）を光源とする定着装置において、レーザ光を楕円型のスポットとし、前記楕円の長軸方向を記録紙半搬送方向に広がるように配置することで、未定着トナーへのレーザ光の照射時間の確保を行い、定着効率を高める方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、レーザ光がトナー表面で吸収されることで発生した熱エネルギは、時間経過とともに拡散していく。加熱時間が長いほど、記録体である紙もしくは大気中などへの放熱を生じ、トナー溶融に寄与しない熱エネルギが増加して定着効率が低下してしまうという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５７９０３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、光半導体を光源とする定着装置や定着方法において、放熱に伴うエネルギ利用効率の低下を防止し、高い定着効率を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、
ＬＤ等、光半導体を光源とする発光手段と、
前記発光手段より発光された出射光を、前記未定着トナー像に対し集光するレンズ等の集光手段と、
【００１０】
前記集光手段により集光された集光光を、未定着トナー像が記録された記録体に対し、前記記録体が移動するか若しくは前記発光手段が移動する等により、相対的に移動する移動手段と、
前記発光手段を間歇的に発光させるパルス発光制御を行う制御手段を有することを特徴とする。
【００１１】
発光手段を間歇的にパルス発光制御することで、空気や記録体等へ熱拡散を生ずるより速くトナーが瞬時に昇温し、エネルギの有効利用が可能となり、高い定着効率が得られる。
【００１２】
ここで。光半導体とは、ＬＤ等光を発する半導体素子を意味し、ＬＤが好適であるが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を適用することも可能である。また、記録体とは、紙が好適であるが、樹脂等でも良い。
【００１３】
また、本発明の一実施形態の定着装置は、
パルス発光出力の波高値をＥＰ、
前記出力ＥＰにおいて、前記未定着トナー像を定着可能な理論上の最小パルス巾をＤｍ、
前記発光手段が出力ＥＰを得るための立ち上り時間をｔｒ、としたとき、
前記ｔｒは０．３５・Ｄｍ以下とする。
未定着トナー像を定着可能な理論上の最小パルス巾等、短いパルス巾で定着するとき、発光手段の立ち上がり時間によって、実効的な光出力は低下する。
【００１４】
即ち、前記未定着トナー像を溶融させて定着するためのエネルギが不足することになる。  前記発光手段の波高値ＥＰに対して１０−９０％で規定される立ち上がり時間ｔｒが、前記最小パルス巾Ｄｍに対して０．３５を乗じた時間以下とする、逆に、前記立ち上がり時間ｔｒを考慮したパルス巾とすることで、未定着トナー像を溶融させて定着するのに必要なエネルギを確保することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の一実施形態の定着装置は、
未定着のトナー粒子１個あたりに与えられるエネルギＩに関して、次式（１）を満たすことを特徴とする。
ρ・ｃ・（Ｔｍ−Ｔａ）・Ｖ＜Ｉ＜ρ・ｃ・（Ｔｓ−Ｔａ）・Ｖ      ・・・（１）
但し、ρはトナーの密度、ｃはトナーの比熱、Ｔｍはトナーの溶融温度、Ｔｓはトナーの昇華温度、Ｔａは環境温度、Ｖはトナーの体積である。
式（１）の条件を満たすことで、未定着のトナー粒子は溶融するが、装置や定着画像に悪影響を与えるトナーの昇華を防止することが出来る。
【００１６】
また、本発明の一実施形態の定着装置を、複写機、レーザプリンタを始めとする電子機器に搭載するとこで、当該電子機器の電力を投入してからの立ち上がり時間を短くすることができる。また、当該電子機器の消費電力を低減することができる。
【００１７】
また、本発明の一実施形態の定着方法は、
ＬＤ等光半導体を光源とする発光工程と、
前記発光工程により発生した出射光を、未定着トナー像に対しレンズ等で集光する集光工程と、
前記集光工程により集光された集光光を、紙等の記録体に対して相対移動する移動工程とで構成される未定着トナー像の定着方法であり、
前記発光工程はパルス発光制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
発光手段を間歇的にパルス発光制御することで、記録体等へ熱拡散を生ずるより速く、トナーが瞬時に昇温し、エネルギの有効利用が可能となり、高い定着効率が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、光半導体を発光手段とした定着装置や定着方法において、前記発光手段をパルス発光制御することで、一定出力制御の駆動に対して、熱の拡散を防止し、低消費電力化ができる。また、光半導体を高速駆動して、昇降温を精細に制御し、効率的に未定着トナー像の溶融を可能とし、前記低消費電力化に加えて、高速の定着ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る定着装置の説明図である。
【図２】発光手段１４を連続発光させた場合の波形と、パルス発光させた場合の波形についての説明図である。
【図３】発光手段１４をパルス発光させた場合、トナー等粒子の溶融において効果的であることを説明するための図である。
【図４】発光手段１４をパルス発光させた場合、未定着トナー像の定着に効果的であることを説明する実験結果である。
【図５】発光手段１４の立ち上がり時間、立ち下がり時間の定着への影響を説明するための図である。
【図６】集光光Ｚ２の相対移動方向の集光スポット径≦トナー粒子径のとき、定着物一個当りに照射されるエネルギ量について説明した図である。
【図７】集光スポットにおける強度分布について説明した図である。
【図８】集光光Ｚ２の相対移動方向の集光スポット径≧トナー粒子径のとき、定着物一個当りに照射されるエネルギ量について説明した図である
【図９】本発明の定着装置を複写機に用いた場合の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の定着装置をプリンタに用いた場合の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の実施形態の説明では、本発明を実施するために種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の実施形態および図面に限定されるものではない。
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る定着装置１０について、図１に基づいて説明する。
【００２３】
本実施形態における定着装置１０は、例えばＬＤ等光半導体を光源とする発光手段１４が、未定着トナー像を溶融するための光源として使用される。光半導体は、小型で発光効率が高く、長寿命という特長に加えて、ＯＮ／ＯＦＦやＨｉｇｈ／Ｌｏｗを高速で切り替える高周波駆動が可能という特長を有する。
【００２４】
前記発行手段１４から発せられる拡散光Ｚ１の波長は、後述する未定着トナー像２０によく吸収され熱エネルギに変換され易い波長が好ましく、具体的には７５０〜１０００ｎｍが好ましく、更には８５０ｎｍ前後の近赤外光が好適である。
【００２５】
前記８５０ｎｍ前後の近赤外光は、代表的な光半導体であるＬＤにより効率的な発光が可能で、ＬＤ自体の価格も安く、性能も安定している。
ここで、トナー粒子２４を構成する材料としても、発光手段１４により出射される、前記光の波長帯域において吸収特性を持つ材料とする必要がある。
前記発光手段１４より出射した拡散光Ｚ１は、レンズ等の集光手段１８により、集光光Ｚ２として紙等の記録体１６上に集光される。
前記記録体１６の上には、図示されない描画手段等により、本発明に関係する定着工程の前の工程で予め未定着トナー像２０が形成されている。
前記未定着トナー像２０は、前記集光光Ｚ２を吸収して、昇温後溶融し、前記記録体１６に固定され、記録体から剥がれ難くなる。
【００２６】
前記記録体１６は、相対移動手段２２の上に配置される。前記相対移動手段２２と前記集光手段１８は、集光手段１８は固定で、相対移動手段２２自体が移動するか、相対移動手段２２は固定で、集光手段１８が移動するか、若しくは、その両方が異なる速度で移動することで、相対移動し、遂次定着が進むことになる。
【００２７】
ここで、本第１実施形態では相対移動手段２２として、記録体１６を搬送する方式を図１に図示しているが、記録体１６の全域を集光光Ｚ２により照射できるような相対移動手段であれば、これに限らない。
【００２８】
例えば、発光手段１４と集光手段１８により構成された光学系を、記録体１６に対してＸＹ方向に移動させるような移動手段でもよく、または、ガルバノミラーやポリゴンミラー等の空間光変調素子を用い、記録体１６上で集光光Ｚ２を走査させるような移動手段でもよい。
【００２９】
未定着トナー像２０を形成するトナー粒子２４は、例えば数〜十数μｍ程度の微小な粒子であり、記録体１６上に単層もしくは複数の層を成すように堆積されている。
【００３０】
未定着トナー像２０の表層にあるトナー粒子２４は、前記発光手段１４により照射された光を吸収する。吸収された光は、熱エネルギに変換され、前記トナー粒子２４の温度が上昇する。  
未定着トナー像２０の内部層、すなわち表層よりも記録体１６側に存在するトナー粒子２４については、高温になった表層からの熱伝達により温度上昇する。
最終的にはトナー粒子２４の温度が融点に達することで、トナー粒子２４が溶融し、記録体１６上に、定着固定される。
【００３１】
また、前記相対移動手段２２は、記録体１６と、集光光Ｚ２のスポットとを、図１に示すＸ方向に主走査し、Ｙ方向に副走査し、更にはまたＸ方向に主走査、と繰り返し相対移動する。記録体１６と、集光光Ｚ２のスポットとを、繰り返し相対移動することで、記録体１６の全域を、記録体１６上の各位置に存在するトナー粒子２４を定着固定する。
【００３２】
定着装置１０には、発光手段１４のパルス発光制御を行うための制御手段１２が設けられている。
図２（ａ）、（ｂ）に、発光手段１４を一定の照射エネルギで連続発光させた場合の波形と、発光手段１４をパルス発光させ、瞬間的に照射エネルギを増大させた場合の波形をそれぞれ示す。
【００３３】
Ｅ１は発光手段１４を連続発光させた際の放射束、Ｅ２は発光手段１４をパルス発光制御した際の放射束の波高値で、単位は例えば（Ｗ）、fはパルス発光の周波数で単位は例えば（Ｈｚ）、Ｄはデューティ率で単位は例えば（％）である。
【００３４】
また、図２（ａ）（ｂ）のそれぞれの単位時間当りの総照射エネルギ量は等しいものとする。すなわち、図２（ｂ）における発光パルス１周期当りの照射エネルギをＩｂ、単位は例えば（Ｊ）とするとＩｂ＝Ｅ２・Ｄ／ｆと、図２（ａ）の１／ｆ即ち１周期当りの照射エネルギをＩａ、単位は例えば（Ｊ）とすると、Ｉａ＝Ｅ１／ｆとは、Ｉａ＝Ｉｂの関係にある。
【００３５】
通常、光を用いた未定着トナー像２０の定着固定は、図２（ａ）のように、一定の放射束で連続発光させた発光手段１４からの拡散光を、集光手段１８により未定着トナー像２０の表層に集光する。その後は、未定着トナー像２０の表層の光吸収、熱エネルギへの変換による表層の温度上昇、未定着トナー像２０の溶融という順で、記録体１６への定着工程が進んでいく。
【００３６】
しかしながら、本発明者は、発光手段１４である光源に光半導体、中でも高速駆動可能なＬＤをパルス発光制御させることが、未定着トナー像２０の定着固定に極めて効果的であることを見出し、さらに実験で実証した。
【００３７】
以下、図３を用いて、パルス発光が未定着トナー像２０の定着固定に効果があることを説明する。図３（ａ）は一般的な熱伝導による熱伝達を説明するための図である。直方体の紙面左側の端面Ａを、例えば本実施形態のように集光光Ｚ２で加熱するケースを考える。
【００３８】
本来は、非定常的に温度は変化するが、説明を容易にするため定常的に考える。前記加熱により直方体の端面Ａが温度Ｔ１に上昇し、他端面Ｂの温度が前記Ｔ１より低いＴ２である場合、端面Ａから端面Ｂへの熱の移動量Ｑは下記式（２）で与えられる。
Ｑ＝ｋ・Ｓ・ｔ・（Ｔ１−Ｔ２）／Ｌ                        ・・・（２）
ここで、ｋは熱伝導率、Ｓは直方体の断面積、Ｌは直方体の長さ、ｔは熱移動に要する時間である。
【００３９】
式（２）より、温度Ｔ１から温度Ｔ２へと温度差を設けるのも、時間ｔを長くするのも等価となる。瞬間的に高温にして温度差を設ければ、温度差が原因で熱移動が促進される。また、一方温度差をつけなくても時間を長くすれば熱移動が促進される。
【００４０】
これは即ち、図２（ａ）のように発光手段１４を一定の放射束で連続発光させた場合でも、図２（ｂ）のように発光手段１４をパルス発光させ瞬間的に放射束を増大させた場合でも、定着固定に作用する効果に変わりはないことを示す。
【００４１】
しかしながら、熱伝達には熱伝導に加えて、熱伝導より効率は落ちるが対流と放射がある。本発明者は、トナーのように粒子状の物体の場合は、図３（ｂ）に示すように、熱伝達現象において熱伝導の占める割合が減少し、対流や放射の割合が増加すると考え、パルス発光制御することで定着効率の改善を図った。
【００４２】
図３（ｂ）において、Ａ端の粒子を加熱した場合、粒子同士は図３（ｂ）の直方体のように均一な面積Ｓで繋がっている訳ではなく、粒子間が点接触した状態となっている。これは、前記直方体の断面積が途中で小さくなったのと同じで、熱伝導効率が落ち、対流や放射により周囲の空気や基板に、熱であるエネルギが消費される可能性が高くなることを示す。
【００４３】
よって、トナー粒子２４等の粒子を加熱する場合は、対流や放射で熱が空気等に逃げる前に、相対移動手段２２により記録体１６を相対移動させながら、パルス発光制御でトナー粒子２４等の粒子を加熱するのが効果的となる。
また、一旦加熱により、トナー粒子２４を加熱して溶融が始まれば、溶融で前記トナー粒子２４は液相となる。
【００４４】
液相となったトナー粒子２４は、特に下層の他のトナー粒子に接触面積が増加した状態で効果的に熱伝達をする。また、他の固相状態のトナーと、溶融した液相状態のトナーとの、相の混合による固相状態のトナーの融点の低下も期待できる。
【００４５】
逆に、瞬時にトナー粒子２４を加熱してしまうことから、トナー粒子２４の融点をはるかに超え、昇華状態となり、定着装置１０や記録体１６に形成される画像に悪影響を与える可能性も考えられる。このデメリットに対しても、本発明の発光手段１４が、高速駆動可能な光半導体であるため障害とはならない。即ち、光半導体はその立ち上がり時間をｔｒとした場合、立ち下がり時間もほぼｔｒと同等となり、高速で立ち下がり、トナー粒子２４の昇華が生ずる前に加熱を停止することができる。
よって本発明の、発光手段１４のパルス発光制御により、未定着トナー像２０の加熱と加熱停止が極めて高精度に制御できることとなる。
【００４６】
次に、実際本発明のパルス発光制御による未定着トナー像２０の定着実験を行った結果を図４のグラフで説明する。
図４は、発光手段１４である波長７８０ｎｍのＬＤを用いて、φ約１０μmの黒色トナーの定着実験を行った結果である。
【００４７】
一定出力であるＣＷ駆動を行った場合は、定着固定に１．３（Ｊ／ｃｍ２）のエネルギが必要であった。一方、パルス発光制御を使用した場合、定着固定に必要なエネルギは、パルスのデューティ比が５５％のとき０．６（Ｊ／ｃｍ２）、パルスのデューティ比が１５％のとき０．４（Ｊ／ｃｍ２）となった。実験においても、本発明のパルス発光制御が未定着トナー像２０の定着固定に有効であることが確認できた。
【００４８】
よって、未定着トナー像２０を溶融、定着固定させる際には、図２（ａ）のように、低出力で長時間、未定着トナー像２０の表層に光を照射するよりも、図２（ｂ）のように、発光手段１４をパルス発光制御させること方が効果的である。瞬間的に光の放射束を増大させ、照射時間を短縮したほうが、単位時間当たりの照射エネルギが同様でも、拡散による熱損失を低減することが可能となる。その結果、未定着トナー像２０を記録体１６に定着固定するのに必要な照射エネルギを削減することができる。
【００４９】
ここで、パルス発光出力の放射束の波高値をＥＰ、前記放射束の出力ＥＰにおいて、前記未定着トナー像を定着可能な理論上の最小パルス巾をＤｍ、前記発光手段１４が前記放射束の出力ＥＰを得るための立ち上り時間をｔｒ、としたとき、前記ｔｒは０．３５・Ｄｍ以下とすることが望ましい。
【００５０】
これは、パルス発光制御する光は、図５（ａ）に示すような矩形状の理想的な状態に対して、図５（ｂ）に示すように実際は遅延と呼ばれる立ち上がりや立ち下がりの遅れを生じ、短いパルス巾ほど実効的な光出力は低下する。
【００５１】
前述したように、立ち下がり時間は、立ち上がり時間ｔｒとほぼ一致するため、前記パルス巾Ｄｍに対して、０．７・Ｄｍで実効的な光出力は半分となり、０．３５・Ｄｍで実効的な光出力は理想的な矩形パルスとほぼ同一となる。
【００５２】
一回の発光時におけるパルス幅が、立ち上がり時間ｔｒに対して短い場合、パルス発光時における発光手段１４の放射束が最大値まで上がる前に発光休止状態となる等、定着に必要な放射束が不足する状態となる。結果として所望の定着エネルギを未定着トナー像２０に印加することができなくなり、定着不良が発生してしまう。
よって、発光手段１４の立ち上がり時間ｔｒと前記パルス巾Ｄｍの関係に関して、立ち上がり時間ｔｒは０．３５・Ｄｍ以下としておくのが望ましい。
ここで、立ち上がり時間ｔｒは、発光手段１４の出力が、最大値の１０パーセントから９０パーセントになるまでに要する時間とする。
【００５３】
以上、本発明の定着装置を、複写機、レーザプリンタ、ＦＡＸを始めとする電子機器に搭載するとこで、当該電子機器の電力を投入してからの立ち上がり時間を短くすることができる。また、当該電子機器の消費電力を低減することができる。
【００５４】
また、光定着装置だけでなく、光定着方法として、産業分野へ適用することも可能で、印刷産業のみならず、半導体産業やプリンタブルエレクトロニクス等広く産業上で有効に利用できる。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、未定着のトナー粒子２４一個あたりに与えられるエネルギＩに対して、本発明のパルス発光制御が効果的に作用するケースを考える。
【００５６】
下記式（１）の条件を満たすことで、未定着トナー像は溶融するが、装置や定着画像に悪影響を与えるトナーの昇華を防止することが出来る。
ρ・ｃ・（Ｔｍ−Ｔａ）・Ｖ＜Ｉ＜ρ・ｃ・（Ｔｓ−Ｔａ）・Ｖ      ・・・（１）
但し、ρはトナーの密度、ｃはトナーの比熱、Ｔｍはトナーの溶融温度、Ｔｓはトナーの昇華温度、Ｔａは環境温度、Ｖはトナーの体積である。
【００５７】
ρ・ｃ・Ｖはトナー粒子２４一個の熱容量を表し、式（１）の左辺はトナー粒子２４一個を室温から溶融温度以上に加熱した場合を示し、式（１）の右辺は、トナー粒子２４一個を室温から昇華温度以上には加熱しないことを示す。
【００５８】
本第２実施形態では、定着物であるトナー粒子２４の径をφｔとし、集光光Ｚ２の相対移動方向の集光スポット径をφｘとすると、φｘ≦φｔの関係を有している場合に関して、ケース毎に説明する。
【００５９】
ここで、集光スポット中における光強度分布はガウス分布となっており、集光スポット径の定義としては、光強度が、集光スポットの中心光強度の１／ｅ２倍以上となる領域までとする。
【００６０】
図６（ａ）〜（ｅ）に、発光手段１４をパルス発光制御した場合における、トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）および吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）をそれぞれ示す。
【００６１】
ここで、ｖ（ｍ／ｓ）は記録体１６と集光手段１８による集光光との相対移動速度である。図６より、パルス発光の周波数ｆ、デューティＤ、相対移動速度ｖによりトナー粒子２４一個当りに照射されるエネルギ量が異なることが分かる。
【００６２】
１．Ｄ・ｖ／ｆ≧φｔのとき
図６（ａ）のように、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）がトナー粒子２４の径φｔ以上の場合を考える。
未定着トナー像２０には集光光が照射される部分と照射されない部分が発生し、一部の未定着トナー像２０に照射エネルギが集中する形となる。
【００６３】
照射されない部分の溶融、定着固定については、照射された部分からの熱伝達によるエネルギにより行われる。トナー粒子２４一個を集光光が通過する時間はφｔ／ｖ（ｓ）であるため、トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）はＩ１＝Ｅ２・φｔ／ｖとなり、吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１＝ｋ・Ｅ２・φｔ／ｖとなる。
ここで、ｋ＝吸収エネルギ／照射エネルギであり、発光手段１４の波長に対する、未定着トナー像２０を構成する材料の吸収率により決定される。
【００６４】
未定着トナー像２０に対して過剰に照射エネルギを供給し、未定着トナー像２０が昇華温度以上に達した場合、未定着トナー像２０の飛散やガスの発生などを生じ、定着装置１０の故障等の問題を生じる。よって、未定着トナー像２０を加熱する際には、照射エネルギ量Ｉを昇華温度以下で加熱できるよう設定する必要がある。
【００６５】
未定着トナー像２０の密度をρ（ｋｇ／ｍ３）、比熱をｃ（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、一個当りの堆積をＶ（ｍ３）、昇華温度をＴｓ（Ｋ）、室温をＴａ（Ｋ）とした場合、未定着トナー像２０が昇華温度に達するエネルギＩ３（Ｊ）はＩ３＝ρ・ｃ・（Ｔｓ−Ｔａ）・Ｖとなる。
【００６６】
よって、Ｉ３＞Ｉ２となるよう放射束の波高値Ｅ２（Ｗ）と相対移動速度ｖ（ｍ／ｓ）を設定することで、未定着トナー像２０の飛散やガスの発生を防止することが可能となる。
【００６７】
２．Ｄ・ｖ／ｆ＜φｔかつｖ／ｆ＞φｔのとき
図６（ｂ）のように、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）がトナー粒子２４の径φｔよりも小さく、パルス発光１周期分の移動距離ｖ／ｆ（ｍ）がトナー粒子２４の径φｔよりも大きい場合を考える。トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）は、パルス発光１回分のエネルギ量、すなわちＩ１＝Ｅ２・Ｄ／ｆとなり、吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１＝ｋ・Ｅ２・Ｄ／ｆとなる。
【００６８】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束の波高値Ｅ２、デューティＤ、パルス発光の周波数ｆを設定すればよい。
【００６９】
３．ｖ／ｆ＝φｔ／ｎ（ｎは整数）のとき
図６（ｃ）のように、パルス発光１周期分の移動距離ｖ／ｆ（ｍ）と、トナー粒子２４の径φｔを整数ｎで割った値φｔ／ｎが等しくなる場合を考える。
【００７０】
トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）は、パルス発光ｎ回分のエネルギ量、すなわちＩ１＝ｎ・Ｅ２・Ｄ／ｆとなり、吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１＝ｋ・ｎ・Ｅ２・Ｄ／ｆとなる。
【００７１】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束の波高値Ｅ２、デューティＤ、パルス発光の周波数ｆを設定すればよい。
【００７２】
４．φｔ／（ｎ＋１）＜ｖ／ｆ＜φｔ／ｎかつ（φｔ−ｎ・ｖ／ｆ）＞Ｄ・ｖ／ｆ（ｎは整数）のとき
図６（ｄ）のように、パルス発光１周期分の移動距離ｖ／ｆ（ｍ）、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）、トナー粒子２４の径φｔが、φｔ／（ｎ＋１）＜ｖ／ｆ＜φｔ／ｎかつ（φｔ−ｎ・ｖ／ｆ）＞Ｄ・ｖ／ｆを満たす場合を考える。
【００７３】
トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）は、Ｉ１＝（ｎ＋１）・Ｅ２・Ｄ／ｆとなり、吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１＝ｋ・（ｎ＋１）・Ｅ２・Ｄ／ｆとなる。
【００７４】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束の波高値Ｅ２、デューティＤ、パルス発光の周波数ｆを設定すればよい。
【００７５】
５．φｔ／（ｎ＋１）＜ｖ／ｆ＜φｔ／ｎかつ（φｔ−ｎ・ｖ／ｆ）＜Ｄ・ｖ／ｆ（ｎは整数）のとき
図６（ｅ）のように、パルス発光１周期分の移動距離ｖ／ｆ（ｍ）、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）、トナー粒子２４の径φｔが、φｔ／（ｎ＋１）＜ｖ／ｆ＜φｔ／ｎかつ（φｔ−ｎ・ｖ／ｆ）＜Ｄ・ｖ／ｆを満たす場合を考える。
【００７６】
トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）は、Ｉ１＝（ｎ＋ｆ・φｔ／（Ｄ・ｖ）−ｎ／Ｄ）・Ｅ２・Ｄ／ｆとなり、吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１＝ｋ・（ｎ＋ｆ・φｔ／（Ｄ・ｖ）−ｎ／Ｄ）・Ｅ２・Ｄ／ｆとなる。
【００７７】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束の波高値Ｅ２、デューティＤ、パルス発光の周波数ｆを設定すればよい。
【００７８】
（第３実施形態）
本第３実施形態では、定着物であるトナー粒子２４の径をφｔとし、集光光Ｚ２の相対移動方向の集光スポット径をφｘとすると、φｘ＞φｔの関係を有している場合に関して、ケース毎に説明する。
【００７９】
定着物であるトナー粒子２４の径をφｔとし、φｘ＞φｔの関係を有している場合、Ｙ方向、すなわち相対移動方向に対して垂直な方向において最も放射束の強度が最大となるのは、図７に示すように、集光スポット２６における強度分布がガウス分布となっていることから、集光スポットの中心付近である。
【００８０】
よって、図７の集光スポット２６のＹ方向中心付近に位置する未定着トナー像２０への照射領域２８が照射されるエネルギ量が最大となる。Ｙ方向における集光スポットの中心付近に位置する未定着トナー像２０に照射される、１回のパルス発光時における放射束密度をＥ３（Ｗ／ｍ２）とした場合、図７斜線部の総放射束Ｅ（Ｗ）は下記式（３）で表される。
2010211076.tif 000003
【００８１】
トナー粒子２４一個当りに印加される照射エネルギＩ１は、パルス発光の周波数ｆ、デューティＤ、相対移動速度ｖにより異なる。図８（ａ）〜（ｄ）に、発光手段１４をパルス発光制御した場合における、トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）および吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）をそれぞれ示す。
【００８２】
１．Ｄ・ｖ／ｆ≧φｘのとき
図８（ａ）のように、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）が集光スポットの径φｘ以上の場合を考える。
【００８３】
トナー粒子２４一個当りには、トナー粒子２４が集光スポットを通過する時間φｘ／ｖ（ｓ）だけ、Ｉ（Ｊ）のエネルギが照射されることになる。よって、トナー粒子２４一個当りに対する照射エネルギ量Ｉ１（Ｊ）は下記式（４）となり、
2010211076.tif 000004
吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１となる。
【００８４】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束密度Ｅ３、相対移動速度ｖを設定すればよい。
【００８５】
２．Ｄ・ｖ／ｆ＜φｘかつｖ／ｆ≧φｘのとき
図８（ｂ）のように、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）が集光スポットの径φｘより小さく、かつパルス発光１周期分の移動距離ｖ／ｆ（ｍ）が集光スポットの径φｘ以上の場合を考える。
【００８６】
パルス発光中に未定着トナー像２０が集光スポット内を移動する距離はＤ・ｖ／ｆ（ｍ）であり、照射時間はＤ／ｆ（ｓ）となる。よって、トナー粒子２４一個当りに照射されるエネルギ量Ｉ１（Ｊ）はＩ・（照射時間）・（パルス発光中に集光スポット内を移動する距離）／（ビーム径）より、下記式（５）で表され、
2010211076.tif 000005
吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１となる。
【００８７】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束密度Ｅ３、相対移動速度ｖ、デューティＤ、パルス発光の周波数ｆを設定すればよい。
【００８８】
３．ｎ・ｖ／ｆ≪φｘ＜（ｎ＋１）・ｖ／ｆかつ（φｘ−ｎ・ｖ／ｆ）≧Ｄ・ｖ／ｆ（ｎは整数）のとき
図８（ｃ）のように、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）、かつパルス発光１周期分の移動距離ｖ／ｆ（ｍ）がｎ・ｖ／ｆ≪φｘ＜（ｎ＋１）・ｖ／ｆかつ（φｘ−ｎ・ｖ／ｆ）≧Ｄ・ｖ／ｆを満たす場合を考える。
【００８９】
パルス発光中に未定着トナー像２０が集光スポット内を移動する距離はＤ・ｖ・（ｎ＋１）／ｆ（ｍ）であり、照射時間はＤ・（ｎ＋１）／ｆ（ｓ）となる。トナー粒子２４一個当りに照射されるエネルギ量Ｉ１（Ｊ）はＩ・（照射時間）・（パルス発光中に集光スポット内を移動する距離）／（ビーム径）より、下記式（６）で表され、
2010211076.tif 000006
吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１となる。
【００９０】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、  Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束密度Ｅ３、相対移動速度ｖ、デューティＤ、パルス発光の周波数ｆを設定すればよい。
【００９１】
４．ｎ・ｖ／ｆ≪φｘ＜（ｎ＋１）・ｖ／ｆかつ（φｘ−ｎ・ｖ／ｆ）＜Ｄ・ｖ／ｆ（ｎは整数）のとき
図８（ｄ）のように、一回のパルス発光時間Ｄ／ｆ（ｓ）当りの相対移動距離Ｄ・ｖ／ｆ（ｍ）、かつパルス発光１周期分の移動距離ｖ／ｆ（ｍ）がｎ・ｖ／ｆ≪φｘ＜（ｎ＋１）・ｖ／ｆかつ（φｘ−ｎ・ｖ／ｆ）＜Ｄ・ｖ／ｆを満たす場合を考える。
【００９２】
パルス発光中に未定着トナー像２０が集光スポット内を移動する距離はφｘ−ｎ・ｖ・（１−Ｄ）／ｆ（ｍ）であり、照射時間はφｘ／ｖ−ｎ・（１−Ｄ）／ｆ（ｓ）となる。トナー粒子２４一個当りに照射されるエネルギ量Ｉ１（Ｊ）はＩ・（照射時間）・（パルス発光中に集光スポット内を移動する距離）／（ビーム径）より、下記式（７）で表され、
2010211076.tif 000007
2010211076.tif 000008
吸収エネルギ量Ｉ２（Ｊ）はＩ２＝ｋ・Ｉ１となる。
【００９３】
ここで、未定着トナー像２０が昇華温度以下になるよう加熱するための条件としては、Ｉ３＞Ｉ２となり、以上の条件を満たすよう、放射束密度Ｅ３、相対移動速度ｖ、デューティＤ、パルス発光の周波数ｆを設定すればよい。
【００９４】
（第４実施形態）
図９（ａ）に、第４実施形態として、電子機器である複写機５０に本発明の定着装置１０ を組み込んだものを内部正面から見た構成説明図を示す。この複写機５０には、感光体３１の下方に転写器３２が設けられ、これらの下流側に本発明の定着装置１０ が配されている。定着装置１０ の下方には相対移動手段２２である搬送装置が設けられている。相対移動手段２２である搬送装置は、互いに所定間隔をおいて配された２つの搬送ローラ３６・３６と、これらの搬送ローラ３６・３６どうしの間に掛け渡された、誘電体（絶縁体）フィルムからなる搬送ベルト３７とを備えてなる。
【００９５】
転写器３２により感光体３１上の未定着トナー像２０を記録体１６へ転写する際に、記録体１６は少し帯電する。したがって、相対移動手段２２の搬送ベルト３７が誘電体（絶縁体）フィルムからなっていると、記録体１６は誘電体フィルムの誘電分極により生じた電荷に引かれ密着する。これにより、記録体１６の浮き、たわみ、うねり等を平滑化することができる。ここで、搬送ベルト３７を全長にわたって上面を凹凸状にしておけば、搬送ベルト３７と記録体１６との接触面積が減少するので、熱の搬送路への逃げが少なくなり、なおよい。
なお記録体１６は一般に紙であるが、他に樹脂等未定着トナー像を転写後溶融して使用できるものであれば良い。
【００９６】
次に図９（ｂ）に、複写機５０に定着装置１０を適用した場合のブロック図を示す。この定着装置１０ は、搬送ベルト３７または記録体１６の温度を検出する温度検出手段４５と、発光手段１４の発振、停止、発光強度を制御する制御手段１２と、記録体１６を搬送する相対移動手段２２である搬送装置とを備えている。
【００９７】
この定着装置１０ にあっては、温度検出手段４５が、搬送ベルト３７または記録体１６の温度を検出し、制御手段１２へフィードバックする。制御手段１２はそのフィードバック値をもとに、発光手段１４の発光強度と相対移動手段２２である搬送装置の搬送速度とを制御する。さらに、搬送ベルト３７または記録体１６の温度を計測し、第１実施形態の式（１）に基づき、制御手段１２により、発光手段１４の発光強度を強める等のフィードバック制御を行う。搬送ベルト３７または記録体１６付近の計測温度が、式（１）の環境温度Ｔａに相当する。
【００９８】
発光手段１４は、精細なフィードバック制御を行うため、瞬時に発光強度等を調整できるＬＥＤやＬＤ等の光半導体が好ましく、特にメガヘルツオーダの高速駆動が可能なＬＤが良い。
【００９９】
本第４実施形態により、消費電力を抑えるため、あるいは寒冷地での使用の際に定着性不良を起こさないようにするため等の目的で、複写機５０の搬送ベルト３７または記録体１６の付近にサーミスター等の温度検出手段４５を取り付ける。そして、温度検出手段４５による温度信号を基にして、制御手段１２が、発光手段１４の発光強度を強めたり、相対移動手段２２である搬送装置の搬送速度を遅くしたりする。
【０１００】
（第５実施形態）
図１０（ａ）に、定着装置１０ を組み込んだプリンタ６０の内部を正面から見た構成説明図を示す。このプリンタ６０には、感光体３１の下方に転写器３２が設けられ、これらの下流側に本発明の定着装置１０ が配されている。
【０１０１】
定着装置１０ の下方には相対移動手段２２である搬送装置が設けられている。この相対移動手段２２である搬送装置は、互いに所定間隔をおいて配された２つの搬送ローラ３６・３６と、これらの搬送ローラ３６・３６どうしの間に掛け渡された合成ゴムからなる搬送ベルト３７と、搬送ローラ３６・３６どうしの間で定着装置１０の直下に配された空気吸引装置４１とを備えてなる。
【０１０２】
搬送ベルト３７は、全面に図示されない空気吸引用の微細な孔が設けられている。空気吸引装置４１は、空気吸引用開口部を上面に有するダクトと、このダクトの内部に配された空気吸引用ファン４３と、ファン４３を駆動するモータとを備えている。
【０１０３】
このプリンタ６０は、搬送ローラ３６・３６および搬送ベルト３７により記録体１６か搬送されているときに、空気吸引装置４１のファンを作動させて、搬送ベルト３７の孔からダクトの開口部を通して、ダクト内へ空気を吸引する。これにより、記録体１６の浮き、たわみ、うねり等を平滑化することができる。ここで、搬送ベルト３７は、全長にわたって上面が凹凸状であるので、搬送ベルト３７と記録体１６との接触面積が減少するので、熱の搬送路への逃げが少なくなる。
【０１０４】
図１０（ｂ）に、プリンタ６０のブロック図を示す。このプリンタ６０に組み込んだ定着装置１０ は、記録体１６の表面におけるトナーの色を検出する色検出手段４８と、発光手段１４の発振、停止、発光強度を制御する制御手段１２と、記録体１６の搬送を行う相対移動手段２２である用紙搬送装置と、トナーを補給するトナーカートリッジとを備えている。なお、図１０（ｂ）において５１は、定着装置１０ が組み込まれた各種プリンタなどにおける操作キーを表す。
【０１０５】
制御手段１２は、さらに、トナーの色の光の吸収率に応じて、発光手段１４の発光強度を強めるなどの制御を行う。カラートナーの使用時は、カラートナーの色ごとにレーザービームの吸収率が異なる。その吸収率を、色検出手段４８や、選択しているトナーカートリッジ５２（低価格機種は手動によりトナーカートリッジを入れ替える）の色情報や操作キー５１（高価格機種では操作キーでトナーカートリッジを交換できる）からの色情報を基にして、判断する。制御手段１２が、吸収率の低いトナーの場合は、発光手段１４の発光光強度を強めるか、相対移動手段２２である用紙搬送装置の搬送速度を遅くする。
【０１０６】
発光手段１４は、精細なフィードバック制御を行うため、瞬時に発光強度等を調整できるＬＥＤやＬＤ等の光半導体が好ましく、特にメガヘルツオーダの高速駆動が可能なＬＤが良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明によれば、トナーを記録紙に定着させる光定着装置に適用可能であり、また光定着装置を複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子機器に適用することが有効である。
また、光定着装置だけでなく、光定着方法として広く産業上で有効に利用できる。
以上の装置に適用することにより、従来の光定着装置や光定着方法と比較して、消費電力を低減することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  定着装置
１２  制御手段
１４  発光手段
１６  記録体
１８  集光手段
２０  未定着トナー像
２２  相対移動手段
２４  トナー粒子
２６  集光スポット
２８  集光スポット２６のＹ方向中心付近に位置する未定着トナー像２０への照射領域 
【図１】
2010211076.tif 000009
【図２】
2010211076.tif 000010
【図３】
2010211076.tif 000011
【図４】
2010211076.tif 000012
【図５】
2010211076.tif 000013
【図６】
2010211076.tif 000014
【図７】
2010211076.tif 000015
【図８】
2010211076.tif 000016
【図９】
2010211076.tif 000017
【図１０】
2010211076.tif 000018