(57)【要約】【課題】レーザ方式の定着装置において、カラー画像にも適用可能で、画像パターン（画像濃度）による定着性に差がなく、エネルギー効率が高く、冷却手段を設ける必要のない定着装置、定着方法及びそれらを用いる画像形成装置を提供する。【解決手段】用紙Ｐ上の未定着トナー画像を溶融して用紙Ｐ上に定着させる定着手段１５ａと、用紙Ｐを定着手段１５ａに押し当てながら搬送する加圧手段１５ｂとを備え、用紙Ｐを搬送しながら未定着トナー画像を定着させる定着ユニット１５において、定着手段１５ａの構成として、レーザ光を照射するレーザヘッド１５１ａと、用紙Ｐに当接するとともにレーザヘッド１５１ａから照射されるレーザ光を吸収して熱に変換する定着フィルム１５２ａを備え、定着フィルム１５２ａにより未定着トナーを溶融することを特徴とするものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上の未定着トナー画像を溶融して前記記録媒体上に定着させる定着手段と、前記記録媒体を前記定着手段に押し当てながら搬送する加圧手段とを備え、前記記録媒体を搬送しながら未定着トナー画像を定着させる定着装置において、
前記定着手段は、レーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記記録媒体に当接するとともに前記レーザ照射手段から照射されるレーザ光を吸収して熱に変換する定着部材とを備え、前記定着部材により前記未定着トナーを溶融することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着部材は、円筒状に形成され、
前記レーザ照射手段は、前記定着部材の内周側に配置され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】
前記レーザ照射手段は、前記定着部材と接触して配置されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記レーザ照射手段は、レーザ照射手段自体から発生する熱を拡散する熱拡散部材を備え、前記熱拡散部材を介して前記定着部材と接触して配置されることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着手段は、前記定着部材の内周側で前記加圧手段と対向する位置で前記定着部材を支持する光透過性を有するバックアップ部材を備え、
前記定着部材は柔軟性を有する部材で形成され、前記バックアップ部材により前記加圧部材に押圧されることを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着装置は、前記記録媒体上に形成される未定着トナー画像の画像情報に基づいて前記レーザ照射手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着装置は、前記定着部材の温度情報に基づいて前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射を制御するレーザ出力制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着装置は、前記記録媒体上に形成される未定着トナー画像の画像情報に基づいて前記加圧手段による用紙搬送速度を制御する速度制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記定着部材は、光透過性を有する基層と、前記基層の表面に形成される光吸収層とを有する多層構造で構成されることを特徴とする請求項１乃至８のうちの何れか一項に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記光吸収層は、フッ素樹脂を含むことを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１１】
前記未定着トナー画像は、カラートナーにより形成されるトナー画像を含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項１２】
未定着トナー画像が形成された記録媒体を搬送しながら加熱、加圧することにより前記記録媒体上に前記未定着トナー画像を定着させる定着方法において、
レーザ光を前記未定着トナー画像に向けて照射する行程と、
照射されたレーザ光を熱に変換する行程と、
前記レーザ光から変換された熱により未定着トナー画像を溶融する行程と、
前記記録媒体が加熱、加圧される定着位置で、前記記録媒体を所定の定着速度で搬送する行程と、
レーザ光を照射するレーザ光源自体から発生する熱を拡散する行程と、
前記レーザ光源自体から発生する熱を前記定着位置の記録媒体搬送方向上流側で前記記録媒体及び前記未定着トナー画像に伝熱して前記未定着トナー画像を予熱する行程と、を含むことを特徴とする定着方法。
【請求項１３】
前記記録媒体が加熱、加圧される定着部の記録媒体搬送方向下流側に設定されたレーザ照射部に、前記未定着トナー画像が到達するタイミングでレーザ光を照射する行程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の定着方法。
【請求項１４】
表面に静電潜像が形成される像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電装置と、像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体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装置と、像担持体表面のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写されたトナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、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において、
前記定着装置として、請求項１乃至１１のうちの何れか一項に記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
表面に静電潜像が形成される像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電装置と、像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体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装置と、像担持体表面のトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写されたトナー画像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、
前記定着装置により、未定着トナー画像が形成された記録媒体を搬送しながら加熱、加圧することにより前記記録媒体上に前記未定着トナー画像を定着させる定着方法を用いる画像形成装置において、
前記定着方法として、請求項１２または１３に記載の定着方法を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ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、定着方法及びそれらを用いる画像形成装置に係り、特に、レーザ光照射手段により定着する定着装置、定着方法及びそれらを用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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。熱ローラ定着方式の定着装置は、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、未定着トナー画像が形成された記録用紙（以下、単に「用紙」と称する。）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。
【０００３】
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オ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課題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、用紙上に形成された未定着トナー像にレーザビームを照射し、トナー像を溶融することで定着を行うレーザ方式の定着装置が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０１６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のレーザ定着装置は、特許文献１等に開示されているように、波長７８０（ｎｍ）の半導体レーザを用いているため、７８０（ｎｍ）の波長域においてはレーザ光が黒トナーにしか吸収されず、光吸収率の低いカラートナーに対しては溶融定着することができないという問題がある。
【０００７】
また、黒トナーであっても、画像パターンによって定着性が異なり、例えば、ベタ画像に比べてハーフトーン画像では、相対的に用紙に逃げる熱が大きく、定着性が低下するという問題がある。
【０００８】
更に、半導体レーザ素子でのエネルギー変換効率が５０（％）以下と低く、半分以上のエネルギーがレーザ素子での自己発熱となってしまうため、エネルギー効率が低く、且つ半導体レーザ素子を冷却するための冷却手段を設ける必要があるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、レーザ方式の定着装置において、カラー画像にも適用可能で、画像パターン（画像濃度）による定着性に差がなく、エネルギー効率が高く、冷却手段を設ける必要のない定着装置、定着方法及びそれらを用いる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、記録媒体上の未定着トナー画像を溶融して前記記録媒体上に定着させる定着手段と、前記記録媒体を前記定着手段に押し当てながら搬送する加圧手段とを備え、前記記録媒体を搬送しながら未定着トナー画像を定着させる定着装置において、前記定着手段の構成として、レーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記記録媒体に当接するとともに前記レーザ照射手段から照射されるレーザ光を吸収して熱に変換する定着部材とを備え、前記定着部材により前記未定着トナーを溶融することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、前記定着部材を、円筒状に形成し、前記レーザ照射手段を前記定着部材の内周側に配置することが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、前記レーザ照射手段を、前記定着部材と接触して配置することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記レーザ照射手段の構成として、レーザ照射手段自体から発生する熱を拡散する熱拡散部材を備え、前記熱拡散部材を介して前記定着部材と接触して配置することが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、前記定着手段の構成として、前記定着部材の内周側で前記加圧手段と対向する位置で前記定着部材を支持する光透過性を有するバックアップ部材を備え、前記定着部材を柔軟性を有する部材で形成し、前記バックアップ部材により前記加圧部材に押圧されるようにすることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、前記定着装置の構成として、前記記録媒体上に形成される未定着トナー画像の画像情報に基づいて前記レーザ照射手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段を備えることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、前記定着装置の構成として、前記定着部材の温度情報に基づいて前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射を制御するレーザ出力制御手段を備えることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、前記定着装置の構成として、前記記録媒体上に形成される未定着トナー画像の画像情報に基づいて前記加圧手段による用紙搬送速度を制御する第２の制御手段を備えることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、前記定着部材を、光透過性を有する基層と、前記基層の表面に形成される光吸収層とを有する多層構造で構成することが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、前記光吸収層には、フッ素樹脂が含まれることが好ましい。
【００２０】
また、本発明は、前記未定着トナー画像として、カラートナーにより形成されるトナー画像を含むことが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、未定着トナー画像が形成された記録媒体を搬送しながら加熱、加圧することにより前記記録媒体上に前記未定着トナー画像を定着させる定着方法において、レーザ光を前記未定着トナー画像に向けて照射する行程と、照射されたレーザ光を熱に変換する行程と、前記レーザ光から変換された熱により未定着トナー画像を溶融する行程と、前記記録媒体が加熱、加圧される定着位置で、前記記録媒体を所定の定着速度で搬送する行程と、レーザ光を照射するレーザ光源自体から発生する熱を拡散する行程と、前記レーザ光源自体から発生する熱を前記定着位置の記録媒体搬送方向上流側で前記記録媒体及び前記未定着トナー画像に伝熱して前記未定着トナー画像を予熱する行程と、を含むことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明は、さらに、前記記録媒体が加熱、加圧される定着部の記録媒体搬送方向下流側に設定されたレーザ照射部に、前記未定着トナー画像が到達するタイミングでレーザ光を照射する行程を含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電装置と、像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体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装置と、像担持体表面のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写されたトナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、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において、前記定着装置として、請求項１乃至１１のうちの何れか一項に記載の定着装置を用いることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電装置と、像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体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装置と、像担持体表面のトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写されたトナー画像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、前記定着装置により、未定着トナー画像が形成された記録媒体を搬送しながら加熱、加圧することにより前記記録媒体上に前記未定着トナー画像を定着させる定着方法を用いる画像形成装置において、前記定着方法として、請求項１２または１３に記載の定着方法を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、記録媒体上の未定着トナー画像を溶融して前記記録媒体上に定着させる定着手段と、前記記録媒体を前記定着手段に押し当てながら搬送する加圧手段とを備え、前記記録媒体を搬送しながら未定着トナー画像を定着させる定着装置において、前記定着手段の構成として、レーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記記録媒体に当接するとともに前記レーザ照射手段から照射されるレーザ光を吸収して熱に変換する定着部材とを備え、前記定着部材により前記未定着トナーを溶融するようにしたので、トナーの種類（色）や画像パターン（濃度）に依らず、均一な定着性を確保することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、前記定着部材を、円筒状に形成し、前記レーザ照射手段を前記定着部材の内周側に配置することで、前記レーザ照射手段（例えば、レーザ素子）の自己発熱による熱が前記定着部材に伝わり、トナーの定着に寄与するため、前記レーザ照射手段の自己発熱分が損失とはならず、定着システムのエネルギー効率を向上することができる。
【００２７】
また、本発明によれば、前記レーザ照射手段を、前記定着部材と接触して配置することで、前記レーザ照射手段が前記定着部材と接触することにより、非接触の場合に比べて、自己発熱で発生した熱をより効率的に定着部材に伝えることができる。
【００２８】
また、本発明によれば、前記レーザ照射手段の構成として、レーザ照射手段自体から発生する熱を拡散する熱拡散部材を備え、前記熱拡散部材を介して前記定着部材と接触して配置することで、自己発熱により前記レーザ照射手段で発生した熱を、より広い面積で定着部材に伝えることができるため、単純に接触している場合に比べて、より効率的に定着部材に伝えることができる。
【００２９】
また、本発明によれば、前記定着手段の構成として、前記定着部材の内周側で前記加圧手段と対向する位置で前記定着部材を支持する光透過性を有するバックアップ部材を備え、前記定着部材を柔軟性を有する部材で形成し、前記バックアップ部材により前記加圧部材に押圧されるようにすることで、定着部材に剛性がなくても、レーザ光を遮光することなく、前記記録媒体が加熱、加圧される定着部（ニップ部）で定着部材を加圧部材に押圧することができる。
【００３０】
また、本発明によれば、前記定着装置の構成として、前記記録媒体上に形成される未定着トナー画像の画像情報に基づいて前記レーザ照射手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段を備えることで、前記画像情報に基づいて未定着トナー画像が形成された部分のみレーザ光を照射できるため、前記レーザ照射手段の自己発熱を必要最小限に抑制することが可能となり、エネルギー効率が向上する。
【００３１】
また、本発明によれば、前記定着装置の構成として、前記定着部材の温度情報に基づいて前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射を制御するレーザ出力制御手段を備えている。上述のように、本発明の定着装置では、前記レーザ照射手段の自己発熱による熱エネルギーが前記定着部材に伝わり、前記定着部材の温度が上昇することにより、トナーの溶融に寄与することから、その分レーザ出力を抑制することができる。従って、前記定着部材の温度を検知し、その温度情報に応じてレーザ出力を制御することで省エネ化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、前記定着装置の構成として、前記記録媒体上に形成される未定着トナー画像の画像情報に基づいて前記加圧手段による用紙搬送速度を制御する速度制御手段を備えることで、画像情報に対応した最適なレーザ照射を行うことができるため、不要なレーザ素子の発熱を抑制することができる。更に、画像情報からレーザ素子の過剰発熱が予想される場合には、記録媒体搬送速度を制御することにより、レーザ素子の過剰発熱を抑制することができる。これにより、小型で且つ簡単な構造で、エネルギー効率が高く、長寿命化を図った定着装置を実現できる。
【００３３】
また、本発明によれば、前記定着部材を、光透過性を有する基層と、前記基層の表面に形成される光吸収層とを有する多層構造で構成することで、レーザ光は透明の基層を透過し、表面の光吸収層で吸収されて熱に変換されるため、前記定着部材の表面のみが発熱し、エネルギー効率を向上することができる。
【００３４】
また、本発明によれば、前記光吸収層には、フッ素樹脂が含まれることで、前記光吸収層のトナーに対する離型性が向上するため、トナーが定着部材にオフセットすることを防止することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記未定着トナー画像として、カラートナーにより形成されるトナー画像を含んでいる。上述のように、カラートナーは半導体レーザ光の波長７８０（ｎｍ）においては光吸収率が低いものの、本発明の定着装置ではレーザ光を一旦定着部材に吸収させて発熱させた後、トナーの定着を行うため、トナーの種類（色）に依らず、均一な定着性を確保することができる。
【００３６】
また、本発明によれば、未定着トナー画像が形成された記録媒体を搬送しながら加熱、加圧することにより前記記録媒体上に前記未定着トナー画像を定着させる定着方法において、レーザ光を前記未定着トナー画像に向けて照射する行程と、照射されたレーザ光を熱に変換する行程と、前記レーザ光から変換された熱により未定着トナー画像を溶融する行程と、前記記録媒体が加熱、加圧される定着位置で、前記記録媒体を所定の定着速度で搬送する行程と、レーザ光を照射するレーザ光源自体から発生する熱を拡散する行程と、前記レーザ光源自体から発生する熱を前記定着位置の記録媒体搬送方向上流側で前記記録媒体及び前記未定着トナー画像に伝熱して前記未定着トナー画像を予熱する行程と、を含むことで、トナーの種類（色）や画像パターン（濃度）に依らず、均一な定着性を確保することができる。また、エネルギー効率を高くできる。
【００３７】
また、本発明によれば、さらに、前記記録媒体が加熱、加圧される定着部の記録媒体搬送方向下流側に設定されたレーザ照射部に、前記未定着トナー画像が到達するタイミングでレーザ光を照射する行程を含むことで、記録媒体搬送方向上流側で前記記録媒体及び前記未定着トナー画像を予熱することができるので、エネルギー効率が向上する。
【００３８】
また、本発明によれば、表面に静電潜像が形成される像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電装置と、像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体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装置と、像担持体表面のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写されたトナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、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において、前記定着装置として、請求項１乃至１１のうちの何れか一項に記載の定着装置を用いることで、トナーの種類（色）や画像パターン（濃度）に依らず、均一な定着性を確保することができる。また、このように構成することで、エネルギー効率を高くできるので、冷却手段を設ける必要のない画像形成装置を実現できる。
【００３９】
また、本発明によれば、表面に静電潜像が形成される像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電装置と、像担持体表面に静電潜像を形成する露光装置と、像担持体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装置と、像担持体表面のトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写されたトナー画像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、前記定着装置により、未定着トナー画像が形成された記録媒体を搬送しながら加熱、加圧することにより前記記録媒体上に前記未定着トナー画像を定着させる定着方法を用いる画像形成装置において、前記定着方法として、請求項１２または１３に記載の定着方法を用いることで、トナーの種類（色）や画像パターン（濃度）に依らず、均一な定着性を確保することができる。また、このように構成することで、エネルギー効率を高くできるので、冷却手段を設ける必要のない画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る定着ユニット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。
【図２】前記定着ユニットの構成を示す説明図である。
【図３】前記定着ユニット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。
【図４】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。
【図５】は前記定着ユニットにおける定着ニップ部の拡大説明図である。
【図６】前記定着ユニットにおいて画像情報に基づきレーザヘッド及び加圧ローラの動作を制御する制御システムの構成を示すブロック図である。
【図７】前記定着ユニットの定着ニップ部における位置をトナー温度の関係を示すグラフである。
【図８】従来の定着ユニットにおける比較例１の原稿の印字率及びドット印字率の条件と、その条件の際に必要となるレーザビームのエネルギー密度、用紙搬送速度、並びに平均消費電力の関係を示す表である。
【図９】従来の定着ユニットにおける比較例２の原稿の印字率及びドット印字率の条件と、その条件の際に必要となるレーザビームのエネルギー密度、用紙搬送速度、並びに平均消費電力の関係を示す表である。
【図１０】本実施形態の定着ユニットにおける実施例１の原稿の印字率及び定着フィルム温度の条件と、その条件の際に必要となるレーザビームのエネルギー密度、用紙搬送速度、並びに平均消費電力の関係を示す表である。
【図１１】従来の定着ユニットの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の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、本発明の実施形態に係る定着ユニット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。
【００４２】
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（像担持体）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１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定着ユニット（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、定着ユニット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。
【００４３】
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、定着ユニット１５、内部給紙ユニット１６及び手差し給紙ユニット１７とを備えている。
【００４４】
可視像形成ユニット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及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。
【００４５】
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。
【００４６】
他の３組の可視像形成ユニットｐｂ，ｐｃ，ｐｄは、可視像形成ユニット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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
定着ユニット１５は、用紙上の未定着トナー画像にレーザ光によって発生する熱を利用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、用紙を加圧・搬送する加圧手段１５ｂとを備え、レーザ光によって発生する熱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。この定着ユニット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。
【００５１】
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。
【００５２】
また、画像形成装置１００には、内部給紙ユニット１６の用紙及び手差し給紙ユニット１７の用紙を二次転写ユニット１４や定着ユニット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。
【００５３】
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、定着ユニット１５、搬送ローラｒ等が配置されている。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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及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。
【００５７】
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、このトナー像は定着ユニット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。
【００５８】
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。
【００５９】
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定着ユニット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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
トナー画像が転写された用紙は、定着ユニット１５に搬送され、定着ユニット１５においてレーザ照射によって発生した熱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。
【００６６】
次に、本実施形態に係る特徴的な定着ユニット１５の構成について図面を参照して詳細に説明する。
図２は本実施形態に係る定着ユニットの構成を示す説明図、図３は前記定着ユニット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、図５は前記定着ユニットにおける定着ニップ部の拡大説明図、図６は前記定着ユニットにおいて画像情報に基づきレーザヘッド及び加圧ローラの駆動を制御する制御システムの構成を示すブロック図である。
【００６７】
定着ユニット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発生した熱により溶融させて用紙Ｐに定着させるものである。
【００６８】
詳しくは、定着ユニット１５は、図２に示すように、主に、無端状の定着フィルム１５２ａとこの定着フィルム１５２ａを加熱すると同時に懸架するためのレーザヘッド（レーザ照射手段）１５１ａを備える定着手段１５ａと、加圧ローラ１５１ｂとこの加圧ローラ１５１ｂを駆動するための加圧ローラ駆動装置（図示せず、図６のブロック図を参照）を備える加圧手段１５ｂとにより構成されている。
【００６９】
定着手段１５ａには、定着フィルム１５２ａを加圧ローラ１５１ｂに押圧するためのバックアップ部材１５３ａと、定着フィルム１５２ａの温度を検出する温度センサ１５４ａとしてのサーミスタが設けられている。
【００７０】
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。
【００７１】
定着フィルム１５２ａおよび加圧ローラ１５１ｂは、所定の荷重（例えば、本実施形態では２１６（Ｎ））で互いに圧接されて、定着ニップ部（定着フィルム１５２ａと加圧ローラ１５１ｂとが互いに当接する部分）１５ｃを形成している。
【００７２】
なお、本実施形態では、定着ニップ幅（定着ニップ部１５ｃの用紙搬送方向の幅）を７（ｍｍ）としている。この定着ニップ部１５ｃに未定着トナー画像が形成された用紙Ｐを給紙し、定着ニップ部１５ｃを通過させることで、用紙Ｐにトナー画像が定着されるようになっている。
【００７３】
用紙Ｐが定着ニップ部１５ｃを通過する時には、定着フィルム１５２ａは用紙Ｐのトナー画像形成面に当接する一方、加圧ローラ１５１ｂは用紙Ｐにおけるトナー画像形成面とは反対側の面に当接するようになっている。
【００７４】
加圧ローラ１５１ｂは、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなる。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。
【００７５】
弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。また、離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が適している。
【００７６】
なお、本実施形態では、加圧ローラ１５１ｂの直径は３０（ｍｍ）で、芯金に直径２０（ｍｍ）の鉄（ＳＴＫＭ）、弾性層に厚さ５（ｍｍ）のシリコンソリッドゴム、離型層に厚さ３０（μｍ）のＰＦＡチューブを用いている。
【００７７】
加圧ローラ１５１ｂには、加圧ローラ１５１ｂを図中の矢印方向に回転駆動するための加圧ローラ駆動装置（図示省略）が連結されており、画像情報検出手段（図示省略）により検出された画像情報１５６及び温度センサ１５１ａ１０（図４を参照）により検出されたレーザヘッド１５１ａの温度情報に基づいて、図６に示すように、制御装置１５５に備える第２の制御手段（速度制御手段）１５８によって、用紙搬送速度が０〜２２５（ｍｍ／ｓｅｃ）の範囲で可変制御されるよう構成されている。
【００７８】
定着フィルム１５２ａは、レーザヘッド１５１ａから照射されたレーザ光を吸収して熱に変換し、定着ニップ部１５ｃを通過する用紙Ｐ上の未定着トナー画像を加熱・溶融するためのものである。定着フィルム１５２ａは、直径３３（ｍｍ）でレーザヘッド１５１ａの熱拡散部材とバックアップ部材１５３ａによって懸架されている。
【００７９】
定着フィルム１５２ａは、加圧ローラ１５１ｂの回転時には、加圧ローラ１５１ｂに従動して図の矢印方向に回転するようになっている。定着フィルム１５２ａは、図５に示すように、レーザ光を透過する透明（光透過性）の基材１５２ａ１の表面に光吸収層１５２ａ２が形成された２層構成となっている。
なお、本実施形態の定着フィルム１５２ａは、基材に厚さ７０（μｍ）のアリルエステル硬化性樹脂、光吸収層に厚さ１０（μｍ）のＰＴＦＥコートを用いている。
【００８０】
バックアップ部材１５３ａは、定着フィルム１５２ａを加圧ローラ１５１ｂに押圧し定着ニップ部１５ｃを形成するためのものであり、レーザヘッド１５１ａから照射されたレーザ光が定着フィルム１５２ａを照射するのを遮らないように、透明（光透過性）の材料で形成されている。
【００８１】
なお、本実施形態のバックアップ部材１５３ａは厚さ２（ｍｍ）で円弧状のガラスからなり、定着フィルム１５２ａとのスムーズな摺動性を確保するため、定着フィルム１５２ａとの摺動面には透明のフッ素樹脂コート（ＰＦＡコート）を施している。
【００８２】
レーザヘッド１５１ａは、定着ニップ部１５ｃにおいて定着フィルム１５２ａにレーザ光を照射し、定着フィルム１５２ａを発熱させるものである。この定着フィルム１５２ａが加熱されることにより未定着トナー画像が加熱溶融して用紙Ｐに定着される。図５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。
【００８３】
レーザ光が照射される領域（レーザ照射部）１５ｃ１は、図２，図５に示すように、定着フィルム１５２ａの移動方向に対し、定着ニップ部１５ｃの下流側近傍に位置する。本実施形態では、レーザ照射部１５ｃ１は定着ニップ部１５ｃの範囲内で５〜５．３（ｍｍ）の領域に設定している。
【００８４】
レーザヘッド１５１ａは、図２，図３に示すように、複数の半導体レーザ素子１５１ａ１が長手方向（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１５１ａａ、フォトダイオード１５１ａ２、シリコン基板１５１ａ３及び半円弧状の断面形状からなる高熱伝導性熱拡散部材１５１ａ９とを備えている。半導体レーザアレイ１５１ａａは、高熱伝導性熱拡散部材１５１ａ９の内面に取り付けられた構成となっている。
【００８５】
本実施形態では、半導体レーザアレイ１５１ａａは１個が１５０（ｍＷ）のレーザ素子を１，０００個配列したものを用いている。この時、各レーザ素子の配列ピッチｐは０．３（ｍｍ）でレーザスポット径ｄも０．３（ｍｍ）となる。
【００８６】
また、高熱伝導性熱拡散部材１５１ａ９としては、直径が３５（ｍｍ）、肉厚１（ｍｍ）の半円筒形状のアルミニウム合金から作製され、定着フィルム１５２ａと接する面（外側面）には、定着フィルム１５２ａとの間でスムーズな摺動性を確保するため、フッ素樹脂コートが施されている。ここで、定着フィルム１５２ａと高熱伝導性熱拡散部材１５１ａ９との接触幅（加熱ニップ幅）は３０（ｍｍ）である。
【００８７】
フォトダイオード１５１ａ２は、受光素子であるモニター用フォトダイオードである。シリコン基板１５１ａ３は、ワイヤーボンド線１５１ａ４により表面電極１５１ａ５に配線され、セラミック基板１５１ａ６に取付けられている。
【００８８】
更に、特徴的なレーザヘッド１５１ａの詳細構成について説明する。
レーザヘッド１５１ａは、図２〜図４に示すように、入力された信号によりレーザ光出力を可変したり、受光素子であるモニター用のフォトダイオード１５１ａ２からの信号によりレーザ出力を一定に保つための制御回路（図示せず）とフォトダイオード１５１ａ２とがモノシリックに形成されたシリコン基板１５１ａ３に、半導体レーザ素子（チップ）１５１ａ１をマウントし、半導体レーザ素子１５１ａ１とシリコン基板１５１ａ３との間にワイヤーボンド線１５１ａ４等で電気的接続している。
【００８９】
半導体レーザ素子１５１ａ１を具備したシリコン基板１５１ａ３は、セラミック基板１５１ａ６上に複数個取り付けられ、ワイヤーボンディング等によりセラミック基板１５１ａ６の表面電極１５１ａ５とシリコン基板１５１ａ３上の電極との間を電気的接続している。
【００９０】
この複数個のレーザ装置（半導体レーザ素子１５１ａ１を具備したシリコン基板１５１ａ３）が並んだセラミック基板１５１ａ６には、高熱伝導性熱拡散部材１５１ａ９と、複数個の集光光学系としての複数の凸レンズ１５１ａ８とが保持されたレンズホルダ１５１ａ７が設けられている。
以上により、本実施形態に係るレーザヘッド１５１ａが構成されている。
【００９１】
尚、本実施形態のレーザヘッド１５１ａにおける複数の凸レンズ１５１ａ８とレンズホルダ１５１ａ７との構成は、各凸レンズ８を樹脂ホルダ等に組み込んだものよりも、樹脂によるレンズ及びレンズホルダを一体成形したものや、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としたものの方が、価格や工程、組立精度に関して有利である。
【００９２】
また、本実施形態では、レーザヘッド１５１ａの構成として、凸レンズ１５１ａ８を用いているが、凸レンズ１５１ａ８等の集光光学系を無くし、平行光の状態で定着フィルムにレーザを照射することも可能である。
【００９３】
レーザヘッド１５１ａの熱拡散部材と対向する定着フィルム１５２ａの周面には、温度検知手段としての非接触タイプの温度センサ（サーミスタ）１５４ａが配設されている。温度センサ１５４ａは、定着フィルム１５２ａの表面温度を非接触で検出するようになっている。
【００９４】
尚、温度センサ１５４ａは、定着ユニット１５の長手方向（用紙搬送方向に対して直角方向）の略中央の位置に配置されている。そして、温度センサ１５４ａにより検出された定着フィルム１５２ａの温度データに基づいて、図６に示すように、制御装置１５５に備える第１の制御手段（レーザ出力制御手段）１５７によって半導体レーザ素子１５１ａ１に印加する電圧を制御する。
【００９５】
ここで、定着ユニット１５の制御システムの構成について説明する。
定着ユニット１５の制御システムは、図６に示すように、定着手段１５ａを構成するレーザヘッド１５１ａのレーザ出力を制御するレーザ出力制御機能１５５ａと加圧手段１５ｂを構成する加圧ローラ１５１ｂによる用紙搬送速度を制御する用紙搬送速度制御機能１５５ｂとを有する制御装置１５５を備え、図示しない画像情報検出手段からの画像情報１５６や温度センサ１５４ａにより検出された定着フィルムの温度データに基づいて、レーザヘッド１５１ａ及び加圧ローラ１５１ｂの動作を制御するように構成されている。
【００９６】
画像情報１５６としては、（１）未定着トナー画像の画像濃度、（２）トナー画像が形成される原稿の印字率（画像の有無を含む）、等の情報が含まれている。
【００９７】
未定着トナー画像の画像濃度は、画像の空隙率やドット印字率により示すことができる。また、トナー画像が形成される原稿の印字率により、未定着トナー画像が存在しているか否かを判定することができる。
【００９８】
制御装置１５５は、第１の制御手段１５７及び第２の制御手段１５８としての機能を兼ね備えている。
【００９９】
次に、本実施形態の定着ユニット１５による定着動作について、図面を参照して説明する。
図７は本実施形態に係る定着ユニットの定着ニップ部における位置とトナー温度の関係を示すグラフである。尚、図７は定着ニップ部１５ｃでのトナー温度（用紙Ｐと接している最下層の温度）をシミュレーションした結果であり、定着フィルム温度としては２０（℃）、３０（℃）、４０（℃）、５０（℃）の４条件について計算した結果を示している。
【０１００】
本実施形態の定着ユニット１５の定着動作は、以下に示す６つのステップからなる。
【０１０１】
（ステップ１）
レーザヘッド１５１ａの自己発熱による熱が伝達することにより、定着フィルム１５２ａが加熱される。
【０１０２】
（ステップ２）
定着フィルム１５２ａと加圧ローラ１５１ｂとが圧接する定着ニップ部１５ｃに、定着フィルム１５２ａの温度及び原稿印字率によって決定された定着速度（用紙搬送速度）および複写速度で未定着トナー画像を担持した用紙Ｐが搬送される。
【０１０３】
（ステップ３）
定着ニップ部１５ｃの用紙搬送方向上流側（０〜５（ｍｍ））において、定着フィルム１５２ａの熱が未定着トナー画像及び用紙Ｐに伝熱し、図７に示すように、未定着トナー画像が２０〜４６（℃）の範囲で予熱される。
【０１０４】
（ステップ４）
未定着トナー画像がレーザ照射部１５ｃ１に到達するタイミングに合わせて、レーザヘッド１５１ａからレーザ光が照射される。
【０１０５】
（ステップ５）
レーザ光は、透明のバックアップ部材１５３ａ及び定着フィルム１５２ａの透明基材１５２ａ１を透過し、定着フィルム１５２ａの光吸収層１５２ａ２で吸収され熱に変換される。
【０１０６】
（ステップ６）
光吸収層１５２ａ２で発生した熱が未定着トナー画像に伝達され、図７に示すように、未定着トナー画像が１２０（℃）まで加熱される。この定着フィルム１５２ａによる加熱及び定着フィルム１５２ａの圧力によって、未定着トナー画像の用紙Ｐへの定着が行われる。
【０１０７】
次に、本実施形態の定着ユニット１５の制御方法について図面を参照して説明する。
【０１０８】
図８及び図９は比較例１及び比較例２であり、従来の定着ユニットにおける原稿の印字率及びドット印字率の条件と、その条件の際に必要となるレーザビームのエネルギー密度、用紙搬送速度、並びに平均消費電力の関係を示す表、図１０は本実施形態の定着ユニットにおける原稿の印字率及び定着フィルム温度の条件と、その条件の際に必要となるレーザビームのエネルギー密度、用紙搬送速度、並びに平均消費電力の関係を示す表、図１１は従来の定着ユニットの構成を示す説明図である。
【０１０９】
ここで、図８〜図１０に示す表に用いられる用語について説明する。
「原稿印字率」とは、１ページの原稿における平均の印字率（マクロな印字率）であり、具体的には原稿全体の面積に対する印字（画像）部分の面積の割合を示したものである。
【０１１０】
「ドット印字率」とは、各レーザ素子のレーザ照射部におけるミクロな印字率であり、具体的にはレーザスポット径（本実施形態ではφ０．３（ｍｍ）とする）の面積に対する印字（画像）部分の面積の割合を示したものである。例えば、ソリッド画像の場合は１００（％）、ハーフトーン画像の場合、１ｂｙ１画像では５０（％）、１ｂｙ２画像では３３（％）、１ｂｙ３画像では２５（％）となる。
【０１１１】
「必要エネルギー密度」とは、各画像パターンに対し、十分な定着強度を得るために必要なレーザ出力から単位面積当たりのエネルギー密度を算出したものである。例えば、用紙搬送速度がＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、画像領域幅がＬ（ｍｍ）、必要なレーザ出力がＰ（Ｗ）としたとき、必要エネルギー密度Ｅ（Ｊ／ｃｍ２）は、
Ｅ＝１００＊Ｐ／（Ｖ・Ｌ）
となる。
【０１１２】
「レーザ平均出力」とは、１ページの原稿を定着する際に必要となるレーザの平均出力のことである。例えば、用紙搬送速度がＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、画像領域幅がＬ（ｍｍ）、原稿の画像が全てソリッド画像でその原稿印字率がＲｔ（％）、ソリッド画像に対する必要エネルギー密度がＥ（Ｊ／ｃｍ２）とした場合、レーザ平均出力Ｐa（Ｗ）は、
Ｐａ＝Ｒｔ＊Ｅ＊（Ｖ・Ｌ）／１００００
となる。
【０１１３】
また、図８〜図１０における制御条件の違いは、以下に示す表の通りである。表中の、「○」は、その制御方法を使用しているもの、「−」は、その制御方法を使用していないものをそれぞれ表している。
【０１１４】
【表１】
2010224287.tif 000003
【０１１５】
以下に、上記表に示す３つの制御方法について説明する。
（１）「用紙搬送速度制御」とは、原稿の印字率や原稿内の画像の最小濃度、或いはレーザヘッド１５１ａの温度測定データに基づいて、用紙搬送速度を０〜２２５（ｍｍ／ｓｅｃ）の間で可変制御する制御方法のことである。尚、用紙搬送速度が０（ｍｍ／ｓｅｃ）とは画像形成を一旦停止することを意味する。
【０１１６】
（２）「トナー画像選択加熱制御」とは、用紙上のトナー画像が存在する部分にのみ半導体レーザ素子１５１ａ１をＯＮして照射する制御方法のことである。具体的には、各レーザ素子のレーザ照射部において、トナー画像が存在する場合にレーザ出力をＯＮ、トナー画像が存在しない場合にレーザ出力をＯＦＦする。
【０１１７】
（３）「定着フィルム温度による制御」とは、定着フィルム１５２ａに対向して配置された温度センサ１５４ａの温度情報をフィードバックして、レーザ光の照射を可変制御する制御方法のことである。
【０１１８】
次に、本実施形態の定着ユニット１５において、上記制御方法による実験結果について比較する。
【０１１９】
（比較例１）
図８は、上記３つの制御方法を全く使用していない従来のレーザ定着装置での制御方法による比較例１の実験結果である。
【０１２０】
具体的には、比較例１は、図１１に示すように、本実施形態に係る定着フィルム１５２ａを持たず、レーザ光を直接トナー画像に照射する方式の定着ユニット２５を用いたものである。
【０１２１】
定着ユニット２５は、定着フィルム１５２ａを具備していないので、本実施形態の定着ユニット１５のように、定着フィルム１５２ａと加圧ローラ１５１ｂとで用紙Ｐを圧接して搬送することができないことから、加圧ローラ１５１ｂの代わりに用紙Ｐを静電吸着させて搬送するベルト方式の用紙搬送装置２５ｂを用いている。
【０１２２】
用紙搬送装置２５ｂは、搬送ベルト２５ｂ１、駆動ローラ２５ｂ２、従動ローラ２５ｂ３、吸着チャージャー２５ｂ４、分離チャージャー２５ｂ５、除電チャージャー２５ｂ６、分離爪２５ｂ７、駆動モータ（図示省略）を備えている。
【０１２３】
搬送ベルト２５ｂ１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２５ｂ２と従動ローラ２５ｂ３に張架されている。駆動ローラ２５ｂ２は、駆動モーター（図示せず）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２５ｂ１は、駆動ローラ２５ｂ２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２５ｂ１の周囲には、吸着チャージャー２５ｂ４、分離チャージャー２５ｂ５、除電チャージャー２５ｂ６、分離爪２５ｂ７が設けられている。
【０１２４】
このように構成された用紙搬送装置２５ｂにおいて、二次転写ユニット１４（図１を参照）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２５ｂ３上の搬送ベルト２５ｂ１と吸着チャージャー２５ｂ４の間に搬送される。
【０１２５】
従動ローラ２５ｂ３は、導電性材料で構成され接地されている。この従動ローラ２５ｂ３に対向する位置で、吸着チャージャー２５ｂ４によって用紙Ｐに電荷を与えることで、用紙Ｐと搬送ベルト２５ｂ１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２５ｂ１上に静電吸着される。
【０１２６】
用紙Ｐは、駆動ローラ２５ｂ２の駆動によってレーザ光が照射されるレーザ照射部２５ｃ１に搬送される。レーザ照射部２５ｃ１において、用紙Ｐ上の未定着トナー像は、レーザヘッド２５ａによって画像情報に応じてレーザが照射されることにより溶融して用紙Ｐに定着する。
【０１２７】
そして、レーザ照射部２５ｃ１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２５ｂ１に静電吸着された状態で、分離チャージャー２５ｂ５と駆動ローラ２５ｂ２との間に搬送される。
【０１２８】
駆動ローラ２５ｂ２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２５ｂ５によって用紙Ｐ上を除電することで、搬送ベルト２５ｂ１と用紙Ｐとの間の静電吸着力が弱まる。
【０１２９】
その状態で搬送ベルト２５ｂ１は、駆動ローラ２５ｂ２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２５ｂ１から浮きあがり、さらに、分離爪２５ｂ７により完全に搬送ベルト２５ｂ１から分離される。用紙Ｐが剥離された搬送ベルト２５ｂ１は、除電チャージャー２５ｂ６により外面および内面が除電された後、再び用紙Ｐの吸着位置へ駆動される。
【０１３０】
比較例１において使用するカラートナーは、半導体レーザの波長域（７８０（ｎｍ））での吸光度としてモノクロトナーレベルを確保するため、赤外線吸収剤を添加したものを用いている。
【０１３１】
赤外線吸収剤を添加したカラートナーは、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を１重量部から５重量部を内添して得ることができる。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。
【０１３２】
この比較例１の制御方法では、原稿印字率やドット印字率に関係なく、レーザ出力としては常に定格出力の１５０（Ｗ）でＯＮすることから、図８に示すように、レーザの平均出力としては１５０（Ｗ）となる。
【０１３３】
これより、比較例１の制御方法では、用紙搬送速度としては通常速度の２２５（ｍｍ／ｓｅｃ）には対応できず、図８に示すように、一律６２．５（ｍｍ／ｓｅｃ）に減速しないと対応できない（それ以上速い条件では１５０（Ｗ）のレーザ定格出力では定着できない）ことがわかる。従って、比較例１の制御方法では、用紙搬送速度としては通常速度の２２５（ｍｍ／ｓｅｃ）には対応できない。
【０１３４】
また、通常、半導体レーザのエネルギー変換効率は５０（％）程度であることから、半導体レーザの平均出力が１５０（Ｗ）の場合、同じ１５０（Ｗ）がレーザ素子（レーザヘッド）での自己発熱となる。一方、一般的にレーザ素子の耐熱温度は４０（℃）で、雰囲気温度はＨＨ環境（高温、高湿環境）では最大３５（℃）まで上昇することから、レーザ素子の自己発熱による温度上昇としては５（℃）以下に抑える必要がある。
【０１３５】
このため、比較例１では、ヒートシンクなどの簡易な空冷式の冷却手段を用いることができず、水冷式（チラー）やペルチエ素子などの複雑で高価な冷却手段が必要となる。
【０１３６】
更に、上述のようにカラートナーに高価な赤外線吸収剤を添加する必要があるため、トナーが高価となってしまう。
【０１３７】
（比較例２）
図９は、比較例１の定着ユニット２５を用いて、「用紙搬送速度制御」と「トナー画像選択加熱制御」の２つを使用した場合のレーザ定着装置での制御方法による比較例２の実験結果である。
用紙搬送速度制御としては、図９に示すように、原稿印字率に応じて２２５〜１２.５（ｍｍ／ｓｅｃ）の間で７段階で制御を行っている。
【０１３８】
比較例２の制御方法によれば、図９に示すように、用紙搬送速度としては通常速度である２２５（ｍｍ／ｓｅｃ）に対応できる条件が存在することがわかる（グレーの色で示した原稿印字率が０〜５（％）の部分）。
【０１３９】
原稿印字率が５（％）を超える場合は、用紙搬送速度を（最大で１２．５（ｍｍ／ｓｅｃ）まで）減速する必要があるものの、通常のモノクロの文字原稿の場合、平均的な印字率としては５（％）程度であり、このような制御を行っても、実使用においては特に大きくスループット（ジョブ効率）が低下する訳ではない。
【０１４０】
また、レーザ平均出力は２７〜３０（Ｗ）であり、レーザ素子での自己発熱も２７〜３０（Ｗ）、平均２９．６（Ｗ）となることから、比較例１（自己発熱１５０（Ｗ））に比べて、１／５に自己発熱量を抑制することができる。その結果、自然空冷タイプの簡易なヒートシンク（トータル熱抵抗０．１６（℃／Ｗ））を用いても、温度上昇を５（℃）以内（０．１６（℃／Ｗ）×３０（Ｗ）＝４.８（℃））に抑えることができる。
【０１４１】
しなしながら、カラートナーとしては、高価な赤外線吸収剤を添加したものを用いる必要がある。
【０１４２】
（実施例１）
図１０は、本実施形態に係る定着フィルム１５２ａを備えた定着ユニット１５を用いて、「用紙搬送速度制御」と「トナー画像選択加熱制御」、並びに「定着フィルム温度による制御」の３つのを使用した場合の制御方法による実施例１の実験結果である。
定着フィルム温度による制御としては、図１０に示すように、定着フィルム温度に応じて５段階で制御を行っている。
【０１４３】
実施例１によれば、図１０に示すように、比較例２の制御方法に比べて、２２５（ｍｍ／ｓｅｃ）の用紙搬送速度に対応できる領域（グレーの部分）が更に広がっている。
【０１４４】
また、減速しなければならない領域についても、減速率が比較例２より小さくて済み、平均の用紙搬送速度としては１４４．１（ｍｍ／ｓｅｃ）と、比較例１の６２．５（ｍｍ／ｓｅｃ）や比較例２の７０．３（ｍｍ／ｓｅｃ）よりも倍以上速く、比較例１や比較例２に比べてスループットが向上することがわかる。
【０１４５】
また、レーザ素子を冷却するための高価で複雑な冷却手段を別途設ける必要がなくなる。
【０１４６】
更に、カラートナーとしても、比較例１や比較例２とは異なり、高価な赤外線吸収剤を添加していない従来のタイプのものが使用可能となる。
【０１４７】
ここで、実施例１において、比較例１や比較例２に対して、上述したような利点が得られる理由を以下に説明する。
【０１４８】
まず、第一の理由として、実施例１では、レーザ光を一旦定着フィルム１５２ａに吸収させて発熱させた後、定着フィルム１５２ａにより未定着トナーを加熱溶融することによりトナーの定着を行う構成のため、トナーの種類（色）や画像パターン（濃度）に依らず、均一な定着性を確保することができる。その結果、半導体レーザ光吸光度の低いカラートナーにおいても、そのまま使用することが可能となる。
【０１４９】
次に、第二の理由として、実施例１では、半導体レーザ素子１５１ａ１の自己発熱による熱が高熱伝導性熱拡散部材１５１ａ９を介して定着フィルム１５２ａに伝熱し、その熱が更にトナーや用紙Ｐ、バックアップ部材１５３ａ、加圧ローラ１５１ｂに伝達したり、定着フィルム１５２ａ表面から雰囲気中に放熱することから、別途、冷却手段を設ける必要がなく、また、従来（比較例２）のような自然空冷によるヒートシンクに比べて半導体レーザ素子１５１ａ１の冷却性能が向上する。
【０１５０】
その結果、レーザ出力をＵＰしても、半導体レーザ素子１５１ａ１の温度は耐熱温度以下の５０（℃）に抑制されることから、結果としてスループットを向上することができる。
【０１５１】
また、第三の理由として、実施例１では、定着フィルム１５２ａからトナーや用紙Ｐに伝達した熱によりトナーや用紙Ｐが昇温してトナーの定着に寄与するため、その分、同じレーザ出力であればスループットを向上することができる。また、半導体レーザ素子１５１ａ１での自己発熱分が全ては損失とはならないため、定着システム全体のエネルギー効率を向上することができる。
【０１５２】
以上のように、本実施形態によれば、画像形成装置１００を構成する定着ユニット１５において、定着手段１５ａの構成として、レーザ光を照射するレーザヘッド１５１ａと、用紙Ｐに当接するとともにレーザヘッド１５１ａから照射されるレーザ光を吸収して熱に変換する定着フィルム１５２ａを備え、定着フィルム１５２ａにより未定着トナーを溶融するようにした。その結果、レーザ光の吸光度の低いカラートナーにおいても、トナーの種類（色）や画像パターン（濃度）に依らず、均一な定着性を確保することができる。
【０１５３】
また、定着ユニット１５を上述したように構成することで、半導体レーザ素子１５１ａ１の自己発熱による熱が伝達することにより、定着フィルム１５２ａが加熱される。その結果、半導体レーザ素子１５１ａ１での自己発熱分が全ては損失とはならないため、エネルギー効率を高くでき、冷却手段を設ける必要のない定着装置を実現できる。
【０１５４】
更に、本実施形態によれば、レーザヘッド１５１ａの自己発熱による熱エネルギーが定着フィルム１５２ａに伝わって、定着フィルム１５２ａが予熱されて昇温することにより、トナーの溶融に寄与することから、その分レーザ出力を抑制することができる。具体的には、定着フィルム１５２ａの温度を検出する温度センサ１５４ａを設けて、温度センサ１５４ａからの定着フィルム１５２ａの温度情報をフィードバックしてレーザヘッド１５１ａによるレーザ光の照射を制御することで省エネ化を図ることができる。
【０１５５】
尚、上述した実施形態では、本発明に係る定着ユニット１５を図１に示すような画像形成装置１００に適用した例について説明したが、レーザ光の熱を利用して未定着トナー像を溶融して記録媒体に定着させるようにした定着ユニット（定着装置）を用いる画像形成装置であれば、上述したような構成の画像形成装置や複写機に限定されるものではなく、その他の画像形成装置等に展開が可能である。
【０１５６】
以上のように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５７】
１５  定着ユニット（定着装置）
１５ａ  定着手段
１５ｂ  加圧手段
１５ｃ  定着ニップ部
１５ｃ１  レーザ照射部
１００  画像形成装置
１０１  感光体ドラム（像担持体）
１０２  現像ユニット（現像装置）
１０３  帯電ユニット（帯電装置）
１５１ａ  レーザヘッド
１５１ａ１  半導体レーザ素子
１５１ａ２  フォトダイオード
１５１ａ３  シリコン基板
１５１ａ４  ワイヤーボンド線
１５１ａ５  表面電極
１５１ａ６  セラミック基板
１５１ａ７  レンズホルダ
１５１ａ８  凸レンズ
１５１ａ９  高熱伝導性熱拡散部材
１５１ａ１０  温度センサ
１５１ａａ  半導体レーザアレイ
１５１ｂ  加圧ローラ
１５２ａ  定着フィルム
１５２ａ１  透明基材
１５２ａ２  光吸収層
１５３ａ  バックアップ部材
１５４ａ  温度センサ
１５５  制御装置
１５５ａ  レーザ出力制御機能
１５５ｂ  用紙搬送速度制御機能
１５６  画像情報
１５７  第１の制御手段
１５８  第２の制御手段
Ｐ  用紙（記録部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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