(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材を表面に載せて搬送する搬送材を有する搬送部と、レーザー照射部と、少なくとも１つの集光レンズとを備え、前記レーザー照射部から照射され前記集光レンズを通過したレーザー光により、前記搬送部にて前記レーザー光の光軸方向とは垂直方向に搬送される前記記録材上の未定着トナー像を融解して当該記録材に定着させるレーザー定着装置において、
前記集光レンズのうち、前記レーザー光が最後に通過する最終集光レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記最終集光レンズの焦点位置からトナーの定着性が所定値を維持できる位置までの光軸方向での距離をａ（ｍｍ）、とすると、
前記搬送材の表面は、前記最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）がｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設けられており、
前記ａは、以下の式にて表され、
ａ＝０．０３５４×ｆ−０．１
前記搬送材の表面は、前記最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）がＬ＝ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設けられていることを特徴とするレーザー定着装置。
【請求項２】
前記搬送材は、無端ベルトから成り、
前記搬送部は、前記無端ベルトの表面での前記レーザー光の照射位置の裏面位置に、当該無端ベルトにテンションを付与する当接部材を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー定着装置。
【請求項３】
前記無端ベルトは、表面が導電性を有し、
前記搬送部は、前記無端ベルトにバイアスを印加するバイアス印加部を備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーザー定着装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載のレーザー定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
記録材を表面に載せて搬送する搬送材を有する搬送部と、レーザー照射部と、少なくとも１つの集光レンズとを備え、前記レーザー照射部から照射され前記集光レンズを通過したレーザー光により、前記搬送部にて前記レーザー光の光軸方向とは垂直方向に搬送される前記記録材上の未定着トナー像を融解して当該記録材に定着させるレーザー定着装置での、前記搬送材の搬送位置を設定する搬送位置設定方法であって、
前記レーザー照射部からレーザー光の出力は一定にし、前記搬送材の表面を、前記集光レンズのうち前記レーザー光が最後に通過する最終集光レンズの焦点位置から光軸方向にずらす場合のずれ量を変更して、前記記録材上の未定着トナー像をレーザー定着させる第１ステップと、
前記第１ステップにて前記ずれ量を変更して前記記録材上に定着された各トナー像に対して、摩擦試験により定着性の評価を行う第２ステップと、
前記第２ステップにて定着性の評価を行った結果より、トナーの定着性が所定値を維持できるずれ量を決定する第３ステップと、
焦点距離が異なる複数の集光レンズを前記最終集光レンズとして、順次、前記第１ステップから第３ステップの各処理を繰り返す第４ステップと、
前記第４ステップにより求めた複数の前記集光レンズの焦点距離に対するトナーの定着性が所定値を維持できるずれ量から、トナーの定着性が所定値を維持できるずれ量を前記最終集光レンズの焦点距離の関数として求める第５ステップと、を含むことを特徴とする搬送位置設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材上に形成された未定着画像をレーザー光により定着させる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置に、関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置（例えばプリンタ）には、記録材（記録紙）上に形成されたトナー像を熱溶融することによって記録材に定着させる定着装置が備えられている。この定着装置にて行う定着方式の一例として、トナー像に光を照射して、非接触でそのトナー像を記録材に定着させる方式が知られている。この定着方式では、非接触で加熱されるため、従来の接触加熱方式であるローラ定着方式に比べ、ウォームアップが不必要であるといった特徴を有する。
【０００３】
このように光により非接触で定着する定着方式を採用する定着装置として、特許文献１にあるようなレーザーのパワーを利用してトナー像を定着させるレーザー定着装置が提案されている。特許文献１には、第１及び第２のレーザー光走査照射手段を有し、第１のレーザー光走査照射手段により潜像画像を形成する光学ユニットと、第２レーザー光走査照射手段によって光エネルギーを熱源として記録材に現像したトナー像を定着する手段と、を設けることが開示されている。第２のレーザー光走査照射手段から照射されたレーザー光は、球面あるいは非球面で構成されたコリメータレンズを用いて平行光にされ、f―θレンズで定着用反射ミラーを経由して所定の記録材が通過する位置に焦点が絞られる。この焦点位置にて定着が行われる。よって、焦点距離に合わせ込んで、記録材を搬送する過程での定着実行位置を決定する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９４２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の定着装置では、レーザー光の焦点距離位置に記録材が通過するように構成されているが、記録材の種類によって厚みが異なっている場合や、搬送時の記録材の浮き等が生じた場合等、搬送時の記録材の位置条件が異なれば、焦点位置に記録材を通過させることが困難である。そのため、定着不良が生じる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みなされ、その目的は、レーザー定着装置において、記録材の種類によって厚みが異なる場合や、搬送時に記録材が搬送材から浮くいわゆる浮きが発生する場合等、記録材が焦点位置から外れた場合でも、定着性を確保することが可能な、レーザー定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザー定着装置は、上記課題を解決するために、記録材を表面に載せて搬送する搬送材を有する搬送部と、レーザー照射部と、少なくとも１つの集光レンズとを備え、前記レーザー照射部から照射され前記集光レンズを通過したレーザー光により、前記搬送部にて前記レーザー光の光軸方向とは垂直方向に搬送される前記記録材上の未定着トナー像を融解して当該記録材に定着させるレーザー定着装置において、前記集光レンズのうち、前記レーザー光が最後に通過する最終集光レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記最終集光レンズの焦点位置からトナーの定着性が設定された許容範囲の位置までの光軸方向での距離をａ（ｍｍ）、とすると、前記搬送材の表面は、前記最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）がｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設けられていることを特徴としている。
【０００８】
レーザーを用いた定着方式では、搬送されてくる未定着トナーが受ける単位面積あたりエネルギー（Ｊ／ｍｍ２）は、光照射エリア（スポット径）内で与えられる単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｍｍ２）と時間（ｓ）との積で決まる。そのため、同じエネルギー（単位面積当たりの光出力×光照射時間）を与えて定着させる場合、レンズを集光させて、単位面積当たりの光出力（ワット密度）を大きくし、短い光照射時間（高ワット密度×短時間照射）にした方が、記録材や、雰囲気中への熱放出を極力抑え、トナーのみ効率よく加熱することができる。したがって、最もワット密度が高い位置は、最終集光レンズの焦点距離ｆの位置（焦点位置）であるので、この焦点位置が最も効率よく定着できると考えられる。しかし、焦点位置からずれていてもトナーにエネルギーは与えられるので、定着することが可能である。
【０００９】
本発明の上記構成では、前記最終集光レンズの焦点位置からトナーの定着性が設定された許容範囲の位置までの光軸方向での距離をａ（ｍｍ）としている。そのため、ｆ−ａ≦Ｌ≦ｆ＋ａを満たすＬの位置では、許容範囲の定着性（定着強度）が得られる。よって、許容範囲を、焦点位置とほぼ同じ定着性が得られる範囲、焦点位置での定着性に比べて数％しか違わない範囲、に設定することで、ｆ−ａ≦Ｌ≦ｆ＋ａを満たすＬの位置では、焦点位置とほぼ同じ定着性が得られる。
【００１０】
そして、上記構成では、搬送材の表面は、ｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌの位置を通過するように設けられている。よって、搬送される記録材の種類によって厚みが異なっていても、また、搬送時に記録材が搬送材の表面から浮く、いわゆる浮きが生じても、搬送材の表面がｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａの位置を通過するので、搬送材の表面に載せられた記録材及びその上のトナー像は、搬送材の表面よりも最終集光レンズにやや近づくものの、定着性が許容範囲の位置（焦点位置、あるいは、焦点位置とほぼ同じ定着性を有する位置）を通過することになる。よって、記録材の種類によって厚みが異なる場合や、搬送時に浮きが生じた場合等記録材が焦点位置から外れた場合でも、記録材上の未定着トナー像を効率よく確実に定着できる。
【００１１】
なお、画像形成装置で使用できる記録材の厚さは、ａよりもかなり小さいため、搬送材の表面がｆに近い位置を通過するように設定されても、搬送材上の記録材は、ｆ−ａの位置よりは最終集光レンズに近づくことはまず無いので、常に許容範囲の定着性が得られる。
【００１２】
また、レーザー定着装置の製造時、搬送材の表面が、ｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設ければよく、従来のように、正確に焦点距離に合わせ込む必要は無い。
【００１３】
ここで、前記ａが、ａ＝０．０３５４×ｆ−０．１を満たしているのが好ましい。ａがこの式を満たしていると、上記最終集光レンズの焦点位置から光軸方向でａまでの範囲における定着性は、焦点位置での定着性とほぼ変わらないものとなる。よって、確実に定着させることができる。
【００１４】
また、本発明に係るレーザー定着装置では、前記搬送材の表面は、前記最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）がＬ＝ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設けられていてもよい。
【００１５】
上記構成のように、搬送材の表面が、最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）がＬ＝ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設定されていると、搬送材の設置位置にもっとも広い定着性のマージンを持たせることができる。つまり、記録材の厚さが相当大きくても、また、浮きが大きく生じても、搬送材の表面の記録材及びその上のトナー像は、搬送材の表面よりも最終集光レンズに近づくものの、焦点位置あるいは、所定の許容範囲内の定着性を有する位置、を通過する。よって、記録材上の未定着トナー像を効率よく確実に定着させることができる。
【００１６】
また、本発明に係るレーザー定着装置では、上記構成に加え、前記搬送材は、無端ベルトから成り、前記無端ベルトの表面での前記レーザー光の照射位置の裏面位置に、当該無端ベルトにテンションを付与する当接部材を有していてもよい。
【００１７】
無端ベルト表面のレーザー光照射位置は、無端ベルトの駆動による振動にて所定位置から光軸方向に離れる場合がある。そこで、上記構成によると、無端ベルトの裏面から前記当接部材により無端ベルトにテンションを付与するので、無端ベルト表面のレーザー光照射位置を正確な位置に維持することができる。よって、正確な位置に維持された無端ベルト表面にて搬送される記録材は、常に一定のレーザー光照射位置を通過するため、未定着トナー像は常に効率よく確実に定着される。
【００１８】
また、本発明に係るレーザー定着装置では、上記構成に加え、前記無端ベルトは、表面が半導電性を有し、前記無端ベルトにバイアスを印加するバイアス印加部を備えてもよい。
【００１９】
上記構成によると、導電性を有する無端ベルトにバイアスを印加することで、記録材は、この無端ベルトに対して静電吸着される。よって、無端ベルトの表面と記録材裏面が密着し、記録材の浮きを防止することができる。そのため、より確実に未定着トナー像を定着させることができる。
【００２０】
本発明の画像形成装置は、上記課題を解決するために、本発明のいずれかのレーザー定着装置を備えたことを特徴としている。
【００２１】
上記構成により、記録材の種類によって厚みが異なっている場合や、搬送時に浮きが生じた場合でも、記録材上の未定着トナー像を効率よく確実に定着でき、高品質の画像を形成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のレーザー定着装置では、以上のように、前記集光レンズのうち、前記レーザー光が最後に通過する最終集光レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記最終集光レンズの焦点位置からトナーの定着性が設定された許容範囲の位置までの光軸方向での距離をａ（ｍｍ）、とすると、前記搬送部材の表面は、前記最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）がｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設けられている。
【００２３】
本発明の上記構成では、前記最終集光レンズの焦点位置からトナーの定着性が設定された許容範囲の位置までの光軸方向での距離をａ（ｍｍ）としている。そのため、ｆ−ａ≦Ｌ≦ｆ＋ａを満たすＬの位置では、許容範囲の定着性（定着強度）が得られる。よって、許容範囲を、焦点位置とほぼ同じ定着性が得られる範囲、焦点位置での定着性に比べて数％しか違わない範囲、に設定することで、ｆ−ａ≦Ｌ≦ｆ＋ａを満たすＬの位置では、焦点位置とほぼ同じ定着性が得られる。
【００２４】
そして、上記構成では、搬送材の表面は、ｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす最終集光レンズの中心から光軸方向の距離Ｌの位置を通過するように設けられている。よって、搬送される記録材の種類によって厚みが異なっていても、また、搬送時に記録材が搬送材の表面から浮く、いわゆる浮きが生じても、搬送材の表面がｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａの位置を通過するので、搬送材の表面に載せられた記録材及びその上のトナー像は、搬送材の表面よりも最終集光レンズにやや近づくものの、定着性が許容範囲の位置（焦点位置、あるいは、焦点位置とほぼ同じ定着性を有する位置）を通過することになる。よって、記録材の種類によって厚みが異なる場合や、搬送時に浮きが生じた場合等記録材が焦点位置から外れた場合でも、記録材上の未定着トナー像を効率よく確実に定着できる。
【００２５】
なお、画像形成装置で使用できる記録材の厚さは、ａよりもかなり小さいため、搬送材の表面がｆに近い位置を通過するように設定されても、搬送材上の記録材は、ｆ−ａの位置よりは最終集光レンズに近づくことはまず無いので、常に許容範囲の定着性が得られる。
【００２６】
また、レーザー定着装置の製造時、搬送材の表面が、ｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設ければよく、従来のように、正確に焦点距離に合わせ込む必要は無い。
【００２７】
ここで、前記ａが、ａ＝０．０３５４×ｆ−０．１を満たしているのが好ましい。ａがこの式を満たしていると、上記最終集光レンズの焦点位置から光軸方向でａまでの範囲における定着性は、焦点位置での定着性とほぼ変わらないものとなる。よって、確実に定着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態の定着装置の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の画像形成装置の概略構成図である。
【図３】焦点位置４８ｍｍにおける定着性と焦点位置からのずれ量との関係を示した図である。
【図４】焦点位置７２ｍｍにおける定着性と焦点位置からのずれ量との関係を示した図である。
【図５】焦点位置２４ｍｍにおける定着性と焦点位置からのずれ量との関係を示した図である。
【図６】焦点距離と定着性が一定値を維持できる焦点位置からのずれ量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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。
【００３０】
（画像形成装置）
本発明の一実施形態の画像形成装置について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態の画像形成装置１の内部構造を示す概略図である。画像形成装置１は、乾式電子写真方式のカラー画像形成装置であり、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、所定の記録紙（記録材）Ｐに対して多色又は単色の画像を形成する。
【００３１】
図２に示すように、画像形成装置１は、可視像形成ユニット５０、供給トレイ２０、記録紙搬送手段３０、定着装置（レーザー定着装置）４０、を備えている。ここでは、可視像形成ユニット５０にて現像した像（トナー像）は、記録紙Ｐに直接転写するものとするが、中間転写ベルト等の中間転写媒体に転写するようになっていてもよい。
【００３２】
可視像形成ユニット５０には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色に対応して、４つの可視像形成ユニット５０Ｙ・５０Ｍ・５０Ｃ・５０Ｂが並設されている。つまり、可視像形成ユニット５０は４つの可視像形成ユニット５０Ｙ・５０Ｍ・５０Ｃ・５０Ｂからなり、可視像形成ユニット５０Ｙはイエロー（Ｙ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｍはマゼンダ（Ｍ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｃはシアン（Ｃ）のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット５０Ｂはブラック（Ｂ）のトナーを用いて画像形成を行う。具体的な配置としては、供給トレイ２０から定着装置４０へ記録紙Ｐを搬送する搬送路に沿って、４組の可視像形成ユニット５０Ｙ・５０Ｍ・５０Ｃ・５０Ｂが配設された、所謂タンデム式である。
【００３３】
可視像形成ユニット５０Ｙ・５０Ｍ・５０Ｃ・５０Ｂは、それぞれ実質的に同一の構成を有する。すなわち、それぞれに、感光体５１、帯電器５２、レーザー光照射手段５３、現像器５４、転写ローラ５５、クリーナユニット５６が設けられており、搬送される記録紙Ｐに各色トナーを多重転写する。
【００３４】
感光体５１は、その表面に形成される画像を担持するものである。帯電器５２は、感光体５１表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。
【００３５】
レーザー光照射手段５３は、画像形成装置１に入力された画像データに応じて、帯電器５２によって帯電された感光体５１表面を露光して、感光体５１表面に静電潜像を形成する。現像器５４は、感光体５１表面に形成された静電潜像を、各色のトナーによって顕像化する。転写ローラ５５は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されており、後述する記録紙搬送手段３０により搬送された記録紙Ｐに、形成されたトナー像を転写させる。
【００３６】
クリーナユニット５６は、現像器５４での現像処理、及び、感光体５１に形成された画像の転写後に、感光体５１表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。
【００３７】
以上のような記録紙Ｐに対するトナー像の転写が、各可視像形成ユニットにおいて順次行われ、つまり、転写が４色について４回繰り返され、記録紙Ｐに各色のトナー像が多重転写される。
【００３８】
記録紙搬送手段３０は、駆動ローラ３１、アイドリングローラ３２、搬送ベルト３３を備え、記録紙Ｐに可視像形成ユニット５０にてトナー像が形成されるように、記録紙Ｐを搬送するものである。駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２は、無端状の搬送ベルト３３を架張しており、駆動ローラ３１が所定の周速度に制御されて回転することで、無端状の搬送ベルト３３を回転させている。また、搬送ベルト３３は、外側表面に静電気を発生させており、記録紙Ｐを静電吸着させながら搬送する。
【００３９】
記録紙搬送手段３０によって搬送されて各可視像形成ユニットを通過し、未定着トナー像を転写された記録紙Ｐは、駆動ローラ３１の曲率により搬送ベルト３３から剥離され、定着装置４０に搬送される。
【００４０】
定着装置４０は、レーザー光により記録紙Ｐに適度な熱を与えて、記録紙Ｐ上に転写されたトナーを溶解させて記録紙Ｐに定着させ、記録紙を排紙トレイ（図示せず）に排出する。
【００４１】
なお、画像形成装置１に備えられる上記各部材の動作は、主制御部（制御用集積回路基板またはコンピュータ、図示せず）によって制御される。
【００４２】
（定着装置）
次に定着装置４０について、図１を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態の定着装置４０を紙搬送方向から見たときの図である。
【００４３】
定着装置４０は、レーザー光源（レーザー照射部）１０５及び記録紙Ｐを搬送する記録紙搬送装置（搬送部）１０７とを備えている。また、レーザー光源１０５から照射されたレーザー光を集光する、コリメートレンズ１１１、集光レンズ（最終集光レンズ）１１２を備えている。
【００４４】
記録紙Ｐは、記録紙搬送装置１０７にて、レーザー光源１０５から照射されたレーザー光の光軸方向とは垂直方向に搬送される。そして、レーザー光源１０５から照射され、コリメートレンズ１１１、集光レンズ１１２を通過したレーザー光により、記録紙Ｐ上の未定着トナー像は融解されて記録紙Ｐに定着される。
【００４５】
レーザー光源１０５は、本実施形態では、半導体レーザーであるが、他のレーザーであっても構わない。半導体レーザーは、炭酸ガスレーザー等の他のレーザーに比べ、安価で、小型である。また、半導体素子の配合や、材料の組成で４００ｎｍ〜１０００ｎｍの領域で任意の波長のレーザーを発生させることができる。後述の実施例における半導体レーザーの波長は８０８ｎｍを使用する。
【００４６】
また、本実施形態では、レーザー光源１０５は、複数の半導体レーザー素子を長手方向（走査方向）に一列状に配列した半導体レーザーアレイである。なお、後述の実施例では、１個が最大出力１．５Ｗのレーザー素子を２０個配列し、各レーザー素子の配列ピッチｐは０．５ｍｍであるものを用いる。これは単なる例示であり、これ以外の配列であってもよい。また、レーザー光源１０５は、図示しない制御回路と接続されており、最大出力以下の範囲において任意の光出力に制御することが可能である。
【００４７】
レーザー光源１０５から照射されたレーザー光は、コリメートレンズ１１１により、紙搬送方向の光のみが平行光にされ、集光レンズ１１２により紙搬送方向の光のみを焦点位置Ｂで焦点が合うように、集光される。ここで記録紙搬送方向とは垂直方向の光については特別に集光させていない。図１では、破線にてレーザー光源１０５から発光されるレーザー光の光軸、一点破線にて光路を示す。焦点位置Ｂと集光レンズ１１２の中心との光軸方向の距離を焦点距離ｆとする。
【００４８】
記録紙搬送装置１０７は、２本のテンションローラ１０１及び１０２と、耐熱性の無端の記録紙搬送ベルト（搬送材）１０３とを備え、記録紙搬送ベルト１０３表面にて記録紙Ｐを搬送する。
【００４９】
２本のテンションローラ１０１及び１０２は、図示しない軸芯が図示しないベアリングと接続されている。テンションローラ１０１は、図示しないギアを介して図示しない駆動部と接続されており、回転駆動する。テンションローラ１０２は、テンションローラ１０１の回転に従動回転する。
【００５０】
記録紙搬送ベルト１０３は、無端ベルトから成り、その表面に記録紙Ｐを載せて搬送する。記録紙搬送ベルト１０３は、ポリカーボネート、フッ化ビニリデン、ポリアミドイミド、ポリイミド（ＰＩ）等の樹脂に、カーボン等の導電性部材を分散させた素材から構成される。
【００５１】
また、記録紙搬送装置１０７は、記録紙搬送ベルト１０３の内面に接続されたバイアス印加手段（バイアス印加部）１１０を備えている。記録紙搬送ベルト１０３は、バイアス印加手段１１０によって電圧を印加されることで、記録紙搬送ベルト１０３の表面（外周面）に、記録紙Ｐを静電吸着する構成となっている。記録紙Ｐを記録紙搬送ベルト１０３に静電吸着させることによって、記録紙搬送ベルト１０３と記録紙Ｐが密着し、記録紙Ｐが搬送時に記録紙搬送ベルト１０３から浮く、いわゆる浮き、を極力防ぐことができる。
【００５２】
また、記録紙搬送装置１０７は、記録紙搬送ベルト１０３にテンションを付与するテンションローラ１１３（当接部材）を備えている。テンションローラ１１３は、記録紙搬送ベルト１０３の表面でのレーザー光の照射位置の裏面位置で、記録紙搬送ベルト１０３に当接している。ここでは、テンションローラ１１３の中心軸がレーザー光の照射位置の光軸と垂直に交わる位置に、配置されている。これにより、レーザー光の照射領域において、記録紙搬送ベルト１０３表面が搬送時の振動によるふらつきを、テンションローラ１１３により防止することができる。よって、記録紙搬送ベルト１０３の表面が正確な位置に維持することができる。
【００５３】
本実施形態では、記録紙搬送ベルト１０３の表面は、図１に示すように、光軸と垂直な面で交わり、焦点位置Ｂから光軸方向にａ（ｍｍ）離れた位置Ｃにベルト表面がくるように設置されている。
【００５４】
しかし、本実施形態では、ベルト表面位置は、焦点位置からＣまでの範囲（焦点位置を含まない）で設置する。この範囲の詳細については、後述する実施例の実験結果で述べる。ここで、焦点位置Ｂから光軸方向に離れた位置Ｃ及びＣ’の位置までの距離(焦点位置からのずれ量)ａについて説明する。
【００５５】
まず、焦点位置からの距離（ずれ量）ａが、一般的な光学系の焦点深度とは異なることを説明する。一般的な光学系の焦点深度とは、レンズの焦点位置から前後に像をずらした時に、ピントがぼけず、鮮明な画像が得られる範囲のことを言う。しかし、この焦点深度は、集光レンズのＮＡ（開口数）と波長で決まり、次式で示される。
【００５６】
焦点深度＝波長／（２×ＮＡ２）
例えば、レーザー波長が８０８ｎｍ、集光レンズのＮＡ＝０．０８であると、焦点深度は６３μｍである。しかし、レーザー光を照射することで未定着トナー像を定着させる場合、トナーが受けるエネルギーは、トナーが光照射エリア（スポット径）で受ける光量×照射時間で決まり、以下の実施例での実験においては、焦点位置Ｂからの距離（ずれ量）ａが、焦点深度よりも大きな量であっても、定着性は維持できている（後述説明）。したがって、本発明では、定着性を確保できる焦点位置からの距離ａは一般的な焦点深度と異なる。
【００５７】
（実施例）
以下の実施例では、レーザー光の出力は一定で、紙搬送位置を光軸方向に変化させて、レーザー定着させた時の、定着性の違いを測定した結果について説明する。以下の実施例では、上記実施の形態にて図２を用いて説明した構成の定着装置を用いた。
【００５８】
まず、記録紙Ｐ上に、付着量０．４ｍｇ／ｃｍ２（単位面積当たりに、未定着トナーが付着している重量）の黒べた画像を印字した未定着トナー像を、記録紙搬送ベルト１０３にてプロセス速度２２０ｍｍ/ｓの速度で搬送し、レーザー光源１０５から照射され集光レンズ１１２を通過したレーザー光により定着させ定着画像サンプルを形成した。この定着画像サンプルを、砂消しゴムを用いた摩擦試験（こすり試験）によって定着性の評価を行った。なお、本実施例で用いた記録紙Ｐの厚さは０．１ｍｍであった。なお、厚紙では約０．２５ｍｍとなる。また本実施例でのトナー層の厚みは、０．０１５ｍｍであった。なお、カラー印刷の場合、トナーを層は、最大でも３層重ねで０．０４ｍｍ程度である。
【００５９】
次に、本実施例でのこすり試験の評価方法について説明する。この評価方法は、定着画像サンプルの表面を一定荷重（１ｋｇｆ）がかけられた砂消しゴムにて３往復こすることにより、こする前後の定着画像サンプルの濃度比（残存率）を算出する、方法である。
【００６０】
以下にこすり試験によって得られた結果を説明する。
【００６１】
図３−５は、横軸を、焦点位置からの距離（ずれ量）ａ、縦軸を、その時に得られたこすり試験による残存率（定着性、定着強度）とした、ずれ量と定着性との関係を示すグラフである。ここで、ずれ量ａの値は、光軸方向に、集光レンズから離れる方向をプラス、近づく方向にずらした時をマイナスとしている。
【００６２】
図３は、焦点距離ｆが４８ｍｍで最も光が集光する集光レンズ１１２を用いて、焦点位置におけるレーザー光の出力が１２．５Ｗで一定の出力条件の下、記録紙搬送ベルト１０３の表面位置を光軸方向にずらした場合の、ずれ量と定着性の関係を示している。図３に示すように、焦点位置からのずれ量ａが、プラスマイナス１．５ｍｍまでの範囲では、定着性がほぼ一定であることから、この範囲内において、紙搬送装置の表面が通過するように設定することで、最も定着性のよい条件で定着することが可能である。この範囲、つまり、焦点位置とほぼ同じ定着性が得られる範囲、焦点位置での定着性に比べて数％しか違わない範囲を、許容範囲と呼ぶことにする。
【００６３】
上記の結果から、次のことが考えられる。
【００６４】
ここで、レーザーを用いた定着方式では、搬送されてくる未定着トナーが受ける単位面積あたりエネルギー（Ｊ／ｍｍ２）は、光照射エリア（スポット径）内で与えられる単位面積当たりの光出力（Ｗ／ｍｍ２）と時間（ｓ）との積で決まる。そのため、同じエネルギー（単位面積当たりの光出力×光照射時間）を与えて定着させる場合、レンズを集光させて、単位面積当たりの光出力（ワット密度）を大きくし、短い光照射時間（高ワット密度×短時間照射）にした方が、記録材や、雰囲気中への熱放出を極力抑え、トナーのみ効率よく加熱することができる。したがって、最もワット密度が高い位置としては、集光レンズ１１２からの焦点距離ｆ（焦点距離Ｂ）の位置、ここでは、４８ｍｍ位置（ａ＝０）であり、ここで最もスポット幅（紙搬送方向の光照射幅）が絞られるので、この位置が最も効率よく定着できると考えられる。しかし、焦点位置からずれていても上述したように、トナーには、単位面積当たりの光出力と光照射時間の積のエネルギーが与えられるので、定着することが可能である。
【００６５】
したがって焦点位置からのずれ量ａが、上記許容範囲内（焦点位置からプラスマイナス１．５ｍｍ）においては、定着強度（定着性）が、焦点位置とほぼ同等に得られることができる。
【００６６】
次に、集光レンズを変更し、焦点距離ｆが７２ｍｍの位置で最も光が集光する集光レンズ１１２を用いて、焦点距離ｆが４８ｍｍの上記実験と同様の実験条件で、焦点位置からのずれ量ａと定着性の関係を測定した。その結果を図４に示す。
【００６７】
図４では、焦点位置からのずれ量ａが、プラスマイナス２．５ｍｍまでの範囲では、定着性がほぼ一定であることがわかる。このことから、この許容範囲（焦点位置からプラスマイナス２．５ｍｍまでの範囲）において、記録紙搬送ベルト１０３の表面が通過するように設定することで、定着性が焦点位置とほぼ同等にて定着することが可能である。
【００６８】
同様に、集光レンズ１１２を変更し焦点距離ｆを２４ｍｍに変更した。この場合の結果を図５に示す。図５に示すように、図５では、焦点位置からのずれ量ａが、プラスマイナス０．８ｍｍまでの範囲では、定着性がほぼ一定であることがわかる。よって、この許容範囲（焦点位置からプラスマイナス０．８ｍｍまでの範囲）において、記録紙搬送ベルト１０３の表面が通過するように設定することで、定着性が焦点位置とほぼ同等にて定着することが可能である。
【００６９】
上記各実験では、上記許容範囲を、焦点位置とほぼ同じ定着性が得られる範囲、焦点位置での定着性に比べて数％しか違わない範囲、に設定している。よって、集光レンズ１１２の焦点位置から上記許容範囲の位置までの光軸方向での距離をａ（ｍｍ）とすると、ｆ−ａ≦Ｌ≦ｆ＋ａを満たすＬの位置では、焦点位置とほぼ同じ定着性が得られる。
【００７０】
そして、記録紙搬送ベルト１０３の表面は、ｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす集光レンズ１１２の中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）の位置を通過するように設けると、搬送される記録紙の種類によって厚みが異なっていても、また、搬送時に浮きが生じても、焦点位置とほぼ同じ定着性が確保できる。それを以下に説明する。
【００７１】
記録紙搬送ベルト１０３の表面がｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａの位置を通過すると、記録紙搬送ベルト１０３の表面に載せられた記録紙Ｐ及びその上のトナー像は、記録紙搬送ベルト１０３の表面よりも集光レンズ１１２にやや近づくものの、定着性が許容範囲の位置（焦点位置、あるいは、焦点位置とほぼ同じ定着性を有する位置）を通過することになる。よって、記録紙Ｐの種類によって厚みが異なる場合や、搬送時に浮きが生じた場合等、記録紙Ｐが焦点位置から外れた場合でも、記録紙Ｐ上の未定着トナー像を効率よく確実に定着できる。
【００７２】
なお、画像形成装置で使用できる記録紙Ｐの厚さは、ａよりもかなり小さいため、記録紙搬送ベルト１０３の表面がｆに近い位置を通過するように設定されても、記録紙搬送ベルト１０３上の記録紙Ｐは、ｆ−ａの位置よりは集光レンズ１１２に近づくことはまず無いので、常に許容範囲の定着性が得られる。
【００７３】
以上から、記録紙搬送ベルト１０３の表面は、集光レンズ１１２の中心から光軸方向の距離Ｌ（ｍｍ）がｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設けられていることが好ましいことがわかる。
【００７４】
さらに、上記実験結果から、焦点距離ｆを変更させた時に、定着性が焦点位置とほぼ同等に維持できる（図３〜５、では、定着強度が８０％以上を確保している）焦点位置からの距離（ずれ量）ａと、その時の焦点距離ｆとの関係をプロットしたものを図６に示す。
【００７５】
図６に示すように、レーザー光源１０５から発光した光が、集光レンズ１１２により光が最も集光される位置（焦点位置）Ｂとした時の、集光レンズ１１２の中心とＢとの間の距離（焦点距離）をｆ（ｍｍ）、焦点位置Ｂから光軸方向に離れた位置Ｃまでの距離をａ（ｍｍ）、とする。このとき、定着性が焦点位置とほぼ同等に維持できる距離ａは、焦点距離ｆとの関係においてａ＝０．０３５４×ｆ−０．１で表される条件を満たしていることがわかる。
【００７６】
よって、ａがａ＝０．０３５４×ｆ−０．１で表される条件を満たしていると、集光レンズ１１２の焦点位置から光軸方向でａまでの範囲における定着性は、焦点位置での定着性とほぼ変わらないものとなる。よって、確実に定着させることができる。
【００７７】
また、定着装置４０の製造時、記録紙搬送ベルト１０３の表面が、ｆ＜Ｌ≦ｆ＋ａを満たす位置を通過するように設ければよく、従来のように、正確に焦点距離に合わせ込む必要は無い。
【００７８】
ところで、上記許容範囲内で定着性は、焦点位置とほぼ同等の定着性が得られることがわかった。ここで、搬送される記録紙の厚み、搬送時の浮きが生じた場合、紙の表面、厳密には、紙上に存在するトナー面は、無端ベルト表面より集光レンズ１１２に近い方向に存在する。なお、図２に示したように、レーザー照射位置に、テンションローラ１１３を設置することで遠ざかる方向の変動は抑えることができる。
【００７９】
したがって、搬送される記録紙Ｐの種類による厚みや、また、浮き等による、レーザー光の照射位置の変動を考えた場合、記録紙搬送ベルト１０３の表面は、集光レンズ１１２からの距離Ｌとしたとき、Ｌ＝ｆ＋ａの位置を通過するよう設定することで、もっとも広い定着性のマージンを持たせることができる。つまり、記録紙の厚さが相当大きくても、また、浮きが大きく生じても、記録紙搬送ベルト１０３の表面の記録紙及びその上のトナー像は、記録紙搬送ベルト１０３の表面よりも集光レンズ１１２に近づくものの、焦点位置あるいは、上記許容範囲内の位置、を通過する。よって、記録紙上の未定着トナー像を効率よく確実に定着させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ（Multi Function Printer）等の電子写真方式の画像形成装置に備えられるレーザー定着装置、また、その画像形成装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１    画像形成装置
４０    定着装置（レーザー定着装置）
５０，５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｂ  可視像形成ユニット
５１    感光体
５２    帯電器
５４    現像器
５５    転写ローラ
５６    クリーナユニット
１０１    テンションローラ
１０２    テンションローラ
１０３    記録紙搬送ベルト（搬送材、無端ベルト）
１０５    レーザー光源（レーザー照射部）
１０７    記録紙搬送装置（搬送部）
１１０    バイアス印加手段（バイアス印加部）
１１１    コリメートレンズ
１１２    集光レンズ（最終集光レンズ）
１１３    テンションローラ（当接部材）
Ｐ    記録紙（記録材）
Ｔ    トナー
【図１】
0005410362.tif 000002
【図２】
0005410362.tif 000003
【図３】
0005410362.tif 000004
【図４】
0005410362.tif 000005
【図５】
0005410362.tif 000006
【図６】
0005410362.tif 000007