(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉状のトナーを用いる画像形成装置は、トナーの付着により形成されたトナー像を像保持体から記録媒体上に転写し、その後にトナー像を記録媒体上に定着するものが広く用いられている。そして、トナー像を定着する方式として接触方式と非接触方式とが知られている。
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。
【０００３】
一方、非接触方式の定着装置は、記録媒体に接触しないことから、上記のような接触方式の装置と比較すると、記録媒体の汎用性に優れているとともに高速化が実現できる。このような非接触方式の定着装置としては、記録媒体の搬送経路に対向して配置されたフラッシュランプを間欠点灯し、搬送された記録媒体上のトナー像を加熱して定着するものがある。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５７９０３号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
本願発明は、トナーが付着した記録媒体にレーザ光を照射したときに反射した散乱光を、レーザ光の照射位置に本構成を用いない場合に比べて少ないエネルギー損失で再び集光することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、  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を提供する。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレーザ定着装置において、  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ものとする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のレーザ定着装置において、  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ものとする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、  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を提供する。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のレーザ定着装置において、  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ものとする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、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において、  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ものとする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、  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を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明のレーザ定着装置では、本構成を有しない装置と比較して、トナーが付着した記録媒体にレーザ光を照射したときに反射した散乱光を、レーザ光の照射位置に少ないエネルギー損失で再び集光することができる。また、本構成を有しない装置と比較して、記録媒体で反射して散乱した散乱光の光透過性体に対する入射角が小さくなり、空気と光透過性体との界面で反射して散逸するエネルギーを低減することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明のレーザ定着装置では、本構成を有しない装置と比較して、記録媒体で反射して散乱した散乱光が光透過性体にほぼ直角に入射して、空気と光透過性体との界面で反射して散逸するエネルギーを低減することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明のレーザ定着装置では、本構成を有しない装置と比較して、レーザ光が記録媒体に照射されて反射した散乱光を効率よくレーザ光の照射位置又は照射位置付近に再照射することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明のレーザ定着装置では、本構成を有しない装置と比較して、光透過性体とこの光透過性体に密着した集光体を容易に製造することができる。
【００１７】
請求項５に係る発明のレーザ定着装置では、本構成を有しない装置と比較して、記録媒体で反射して散乱した散乱光が光透過性体にほぼ直角に入射して、空気と光透過性体との界面で反射して散逸するエネルギーを低減することができる。
【００１８】
請求項６に係る発明のレーザ定着装置では、本構成を有しない装置と比較して、記録媒体の背面側に透過した散乱光をレーザ光の照射位置付近に、少ないエネルギー損失で再び集光することができる。
【００１９】
請求項７に係る画像形成装置では、本構成を有しない装置と比較して、トナーが付着した記録媒体にレーザ光を照射したときに反射した散乱光を、レーザ光の照射位置に少ないエネルギー損失で再び集光して、トナー像を効率よく定着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す画像形成装置で用いることができるレーザ定着装置を参考として示す概略斜視図である。
【図３】図２に示すレーザ定着装置の概略断面図である。
【図４】トナー像が転写された連続用紙にレーザ光を照射した状態を示す概略図である。
【図５】本願に係る発明の第１の実施形態であるレーザ定着装置の概略断面図である。
【図６】散乱光の入射角と反射率との関係を示す図である。
【図７】図３及び図５に示すレーザ定着装置における散乱光の光透過性体への入射角を示す概略図である。
【図８】図３及び図５に示すレーザ定着装置におけるレーザ光の照射エネルギーの再利用効率を示す図である。
【図９】本願に係る発明の第２の実施形態であるレーザ定着装置を示す概略断面図である。
【図１０】本願に係る発明の第３の実施形態であるレーザ定着装置を示す概略断面図である。
【図１１】本願に係る発明の第４の実施形態であるレーザ定着装置を示す概略断面図である。
【図１２】冷却装置が設けられたレーザ定着装置を示す概略断面図である。
【図１３】従来のフラッシュランプ定着装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。
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。
【００２２】
上記用紙搬送部１０には、連続用紙Ｐを巻きまわして搬送する複数の巻きまわしローラ１１が備えられており、連続用紙Ｐに張力を付与しながら画像形成部２０に搬送するようになっている。
【００２３】
上記画像形成部２０には、上流側から順にブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）のトナー（画像形成材料）を転移させて可視的な像であるトナー像を形成する４つの画像形成ユニット２１Ｋ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙが連続用紙の搬送方向に沿ってほぼ同じ間隔で備えられている。
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。
【００２４】
画像形成部２０の下流に設けられた上記定着部３０には、画像形成部２０で連続用紙上に転写された未定着トナー像を定着するレーザ定着装置３１と、トナー像が転写された連続用紙Ｐが巻き回わされ、該連続用紙をレーザ定着装置３１に誘導する搬送ロール３８と、トナー像が定着された連続用紙Ｐを装置外に排出する排出ロール３９とが設けられている。
【００２５】
この画像形成装置で、画像形成動作が開始されると、感光体ドラム２２が、帯電装置２３によってほぼ一様な負極性に帯電される。露光装置２４は画像データに基づき、帯電された感光体ドラム２２の周面に像光を照射し、感光体ドラム２２の表面には露光部と非露光部との電位差による潜像が形成される。現像装置２７では、現像ロールの周面上に現像剤の薄層が形成され、該現像ロールの回転により薄層化された現像剤が感光体ドラム２２の周面と対向する現像位置に搬送される。現像位置では、感光体ドラム２２と現像ロールとの間に電界が形成されており、この電界内で現像ロール上のトナーが感光体ドラム上の潜像に転移してトナー像が形成される。このようにして形成されたトナー像は、感光体ドラム２２の回転により、転写ロール２５が圧接される転写圧接部２５ａへと搬送される。
【００２６】
一方、用紙搬送部１０から搬送される連続用紙Ｐが、転写圧接部２５ａへ送り込まれる。転写圧接部２５ａには転写バイアス電圧によって電界が形成されており、この電界内でトナー像は連続用紙Ｐに転写される。連続用紙Ｐは各画像形成ユニット２１の転写圧接部２５ａへ順次搬送され、各色のトナー像が重ねて転写される。
【００２７】
トナー像が転写された連続用紙Ｐは、トナー像を保持した状態で搬送ロール３８に巻きまわされながらレーザ定着装置３１へと送られる。レーザ定着装置３１では、レーザ光３３が連続用紙Ｐに照射され、トナーを加熱して定着する。トナー像が定着された連続用紙Ｐは排紙ロール３９によって装置外に排出される。
【００２８】
次に、上記画像形成装置で用いられるレーザ定着装置３１について説明する。
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。
【００２９】
上記レーザ光発生装置３２は、連続用紙Ｐの幅方向（搬送方向と交差する方向）に複数が配列されている。そして、これらレーザ光発生装置３２から射出されるレーザ光３３は、連続用紙Ｐの移動方向に予め設定された範囲で該連続用紙Ｐに対して照射されるものとなっている。また、移動する連続用紙Ｐの幅方向には、画像が転写される領域の全幅にわたって照射エネルギーがほぼ一様となるように複数のレーザ光発生装置３２が配置されている。そして、このレーザ光３３の照射領域を通過するトナーが加熱され連続用紙Ｐ上に定着されるように、照射エネルギーが調整される。
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。
【００３０】
上記集光体３５は、反射面３５ｂが凹状の円筒曲面となった金属ミラーであり、上記反射面３５ｂが連続用紙Ｐと対向するように配置されている。そして、円筒曲面の中心軸が連続用紙Ｐの搬送方向とほぼ直角となるように支持されている。上記円筒曲面となった反射面３５ｂの周方向における中央部には、軸方向の開口であるスリット３５ａ（入射口の一例）が設けられており、連続用紙Ｐに対して射出されるレーザ光３３が、このスリット３５ａを通り、板ガラス３７ａを透過して連続用紙Ｐに照射されるものとなっている。なお光源が集光体の外部（反射面と逆側）にあり、光源が反射面に対して影を作るおそれがないため、好適である。
【００３１】
上記集光体３５の反射面３５ｂは、レーザ光３３が連続用紙Ｐを最初に照射する位置、つまり一次照射位置３３ａを覆うようになっており、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ものとなっている。そして、上記集光体の円筒曲面の中心軸位置は、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、集光体３５は、連続用紙上で反射した散乱光３３ｂの多くを一次照射位置３３ａ又はこの付近に集光するように繰り返し反射させることができるものとなっている。
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。
【００３２】
上記背面側集光体３６も反射面３６ｂが凹状の円筒曲面となった金属ミラーであり、搬送される連続用紙Ｐの背面側で、円筒曲面の中心軸が連続用紙Ｐの搬送方向とほぼ直角となるように配置されている。そして、一次照射位置３３ａで連続用紙Ｐを透過した散乱光３３ｃを連続用紙Ｐの背面側に反射させるものとなっている。
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。
【００３３】
上記板ガラス３７ａ，３７ｂは、集光体３５及び背面側集光体３６のそれぞれの反射面３５ｂ、３６ｂを覆うように設けられている。この板ガラス３７ａ，３７ｂは、図３に示すように、平板状に形成されて集光体３５又は背面側集光体３６の周方向における両端部３５ｃ，３６ｃで支持されている。したがって、レーザ光３３は、板ガラス３７ａを透過して連続用紙Ｐに照射され、一次照射位置３３ａで反射した散乱光３３ｂはこの板ガラス３７ａを透過して反射面３５ｂに到達し、一次照射位置３３ａに集光されるものとなっている。
【００３４】
上記板ガラス３７ａ，３７ｂが集光体３５及び背面側集光体３６を覆うように設けられることにより、集光体の反射面の汚れが防止される。レーザ光３３の照射熱によりトナーが加熱されると、トナーに含まれる樹脂等の成分が連続用紙Ｐと集光体３５との間の空間、又は連続用紙Ｐと背面側集光体３６との空間に浮遊するが、集光体３５又は背面側集光体３６の反射面３５ｂ，３６ｂは板ガラス３７ａ，３７ｂで覆われ、汚れの付着が防止される。集光体の反射面は清掃を行いにくく、特に集光体が金属ミラーであるときにはトナー等の成分が付着すると清掃によって除去することが困難となる。これに対し、上記のように板ガラスで被覆されていることにより清掃が簡単となり、板ガラスに付着した汚れは容易に除去することが可能となるものである。
【００３５】
次に、トナー像が転写された連続用紙Ｐに対するレーザ光３３の作用を説明する。
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。
【００３６】
上記レーザ光発生装置３２から照射されるレーザ光３３は、図４（ａ）に示すように、高濃度部ではほとんどがトナー粒子Ｔに照射され、反射する散乱光は少なくなっている。この状態でトナー粒子Ｔがレーザ光３３の照射エネルギーを吸収し、定着に適切な温度まで加熱されるように、レーザ光発生装置３２の照射エネルギーの出力が調整されている。
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。
【００３７】
一方、上記のような低濃度部における照射エネルギーの損失を考慮してレーザ光の出力を大きく設定すると、高濃度部でトナー粒子が必要以上に加熱され、高濃度部に画像欠陥が生じたり、トナー樹脂の飛散を増加させてしまったりするおそれがある。
【００３８】
このような事情に鑑みて、本例のレーザ定着装置では、照射されるレーザ光３３の照射エネルギーが高濃度部を適切に定着する出力に調整され、搬送される連続用紙Ｐの表面側及び背面側に集光体３５及び背面側集光体３６を配置している。これにより、高濃度部では適切に定着が行われ、また低濃度部では、レーザ光３３が一次照射位置３３ａで連続用紙Ｐに照射されて反射した散乱光３３ｂ又は連続用紙Ｐの背面側に透過して散乱した光３３ｃをレーザ光３３の一次照射位置３３ａ又は一次照射位置付近に集光させて、結果的に低濃度部のトナー粒子又は孤立トナーに対して照射エネルギーを増大させている。
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。
【００３９】
一般に、トナーの付着によって形成される画像は高濃度部と低濃度部とが混在しているが、このレーザ定着装置３１ではレーザ光が照射される範囲は連続用紙Ｐの移動方向に１ｍｍ程度と小さくなっている。そして、レーザ光が照射された範囲が高濃度であるときには反射光が少なく再照射されるエネルギーも小さくなる。また、レーザ光が照射される範囲が低濃度部であるときには、連続用紙Ｐ上で反射される散乱光及び連続用紙Ｐを透過した散乱光が増加し、一次照射位置に再照射されるエネルギーが増大する。したがって、高濃度部と低濃度部とのいずれにおいても良好な定着が可能となる。
【００４０】
本例のレーザ定着装置において、レーザ光のビーム幅は約１ｍｍとしたが、このビーム幅は変更することが可能である。
【００４１】
次に、上記レーザ定着装置における集光体３５と、従来のフラッシュランプを用いた定着装置のミラーとの違いについて説明する。
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。
【００４２】
これに対し、本例のレーザ定着装置３１は、レーザ光３３を限定された一次照射位置３３ａに照射し、記録媒体上で反射される光を、一次照射位置に集光して照射するものである。特に一次照射位置の画像濃度が低濃度であれば、記録媒体上で反射される光の量は多くなる。したがって、集光体３５又は背面側集光体３６は、フラッシュランプを用いた定着装置におけるミラーと設置する目的が異なるものであり、その機能も全く異なる。
【００４３】
次に、本願発明の第１の実施形態であるレーザ定着装置を図５に基づいて説明する。
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。
【００４４】
上記円筒曲面ガラス４６は、周方向に厚さがほぼ均一となっており、集光体４５の反射面４５ｂの曲面に沿って近接して配置され、集光体４５と中心軸がほぼ一致するものとなっている。そして、レーザ光４３は、集光体４５のスリット４５ａから入射し、円筒曲面ガラス４６を透過して連続用紙Ｐに照射されるようになっている。したがって、レーザ光は連続用紙上の一次照射位置４３ａに照射され、反射した散乱光は円筒曲面ガラス４６に対してほぼ垂直に入射する。
【００４５】
円筒曲面ガラス４６に散乱光４３ｂが入射して透過するとき、空気とガラスとの界面及びガラスと空気との界面で入射光の一部が反射する。しかし、上記のように円筒曲面ガラス４６に対して散乱光４３ｂがほぼ直角に入射することにより、上記界面における反射率を低減することができ、界面で反射して散逸する照射エネルギーを低減することができる。
【００４６】
上記のように散逸するエネルギーが低減される理由について、次に説明する。
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。
【００４７】
図６は、ガラスと空気との界面における光の入射角と反射率との関係を示す図である。
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。
【００４８】
このようにレーザ光３３の照射により一次照射位置３３ａで散乱する光の散乱角α1が大きい部分は、板ガラス３７で反射して散逸されるエネルギーが増大している。これに対し、図７（ｂ）に示すように集光体４５の反射面を覆う光透過性体として円筒曲面ガラス４６が用いられると、集光体４５の反射面に向かう散乱光のほぼ全量が円筒曲面ガラス４６にほぼ直角に入射する。これにより円筒曲面ガラス４６における反射率が低減され、集光体４５で反射して一次照射位置に再照射されるエネルギーが増大する。また、円筒曲面ガラス４６で反射した光も一次照射位置に再照射され、散逸するエネルギーが低減される。
【００４９】
次に、平板状の板ガラス３７又は円筒曲面ガラス４６で反射面を覆った場合における、レーザ光の照射エネルギーの利用効率について説明する。
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。
【００５０】
図８に示されるように、画像濃度（エリアカバレッジ）が１００％である高濃度部では、無コート板ガラス、ＡＲコート板ガラス及び円筒曲面ガラスのいずれについても、トナー粒子に対する照射エネルギーはほとんど変わらず、集光体によって一次照射位置に集光されることによる照射エネルギーの増加はほとんど生じない。
【００５１】
一方、画像濃度が１０％である低濃度部では、一次照射位置でトナー粒子にレーザ光が照射されるとともに、連続用紙に照射されて反射した光が集光体で反射してトナー粒子に照射される。したがって、トナー粒子に照射されるエネルギーは増大し、無コート板ガラスでは約２００％、ＡＲコート板ガラスでは約２２５％、円筒曲面ガラスでは約２８０％となる。つまり、円筒曲面ガラス４６を用いた場合は、一次照射位置で反射して散乱する光の利用効率が高く、低濃度部のトナーに照射されるエネルギーが増大している。
【００５２】
次に本願発明の第２の実施形態であるレーザ定着装置を図９に基づいて説明する。
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。
【００５３】
上記曲面状ガラス５６は、集光体５５側に凸状の曲面を有し、周方向にほぼ均一な厚さのガラスで形成されている。そして、集光体５５の周方向の両端５５ｂで曲面状ガラス５６の周方向の両端５６ａが支持されることにより、反射面５５ａを覆うようになっている。また、レーザ光発生装置５２から出射されたレーザ光５３は、集光体５５の開口であるスリット５５ｃから入射し、曲面状ガラス５６を透過して連続用紙Ｐに照射できるようになっている。
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。
【００５４】
次に本願発明の第３の実施形態であるレーザ定着装置を図１０に基づいて説明する。
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。
【００５５】
上記ガラス部材６６は、連続用紙Ｐと対向する面が凹状となった円筒曲面を有する等厚の部材であり、この円筒曲面の中心軸の位置が、連続用紙Ｐ上のレーザ光６３が照射される一次照射位置６３ａとなるように支持されている。
【００５６】
上記集光体６５は、上記ガラス部材６６の外周面つまり連続用紙Ｐと対向する面と反対側の面に密着するように形成された金属の薄膜であり、レーザ光発生装置６２から照射されるレーザ光６３の光路に相当する領域６５ａを除いて形成されている。したがって、レーザ光６３は集光体６２が設けられていないレーザ光入射領域６５ａでガラス部材６６を透過して連続用紙Ｐを照射するようになっている。
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。
【００５７】
このように集光体６５が設けられたレーザ定着装置６１では、一次照射位置６３ａにレーザ光６３が照射され、反射する散乱光６３ｂはガラス部材６６を透過して外周面に密着するように形成された集光体６５で反射する。したがって、円筒状に形成されたガラス部材６６の外周面で反射され、散乱光６３ｂがガラス部材６６と空気との界面を通過する回数が低減される。また、散乱光６３ｂのガラス部材６６及び反射面に対する入射角をほぼ０°とすることが可能となり、散乱光６３ｂの照射エネルギーの損失を低減することができる。さらに、集光体６５をガラス部材６６と一体として形成することができ、製造が容易となる。
【００５８】
次に本願発明の第４の実施形態であるレーザ定着装置を図１１に基づいて説明する。
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。
【００５９】
上記レーザ光発生装置７２は、図２、図３、図５、図９及び図１０に示すレーザ定着装置と同様に、連続用紙Ｐの幅方向に複数を配列したものであり、搬送される連続用紙Ｐに対して画像が形成される領域の全幅にレーザ光を照射することができるものである。そして、このレーザ定着装置７１では、これらのレーザ光発生装置７２が連続用紙Ｐの面に対して斜め方向からレーザ光７３を照射するものとなっている。つまり、連続用紙が移動する方向の後方へ傾斜した位置にレーザ光発生装置７２が支持されており、この位置から集光体７５に設けられたスリット７５ａを通して連続用紙にレーザ光を照射するものである。
【００６０】
上記集光体７５及び円筒曲面ガラス７６は、図５に示す装置と同様に、それぞれの円筒曲面の中心軸がレーザ光の一次照射位置７３ａ又は一次照射位置付近となるように配置されている。そして、集光体７５に設けられたスリット７５ａは、レーザ光発生装置７２から射出されるレーザ光の光路に対応して集光体７５の周方向の中心位置より後方に位置するものとなっている。
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。
【００６１】
一般に、レーザ光７３が照射されたときに一次照射位置７３ａで反射して散乱する光７３ｂは、図１１に示すように、正反射方向つまり反射角Ｂが入射角Ａと等しくなる方向への光７３ｃが最も多くなることが知られている。この実施の形態では、連続用紙Ｐに対して傾斜した方向からレーザ光７３が照射され、反射光が多くなる正反射方向には集光体７５にレーザ光７３を導入するためのスリット７５ａが存在しない。このため、正反射方向に開口を有する集光体を備えた装置と比較して、集光体７５の外側に散逸する散乱光が少なくなり、照射エネルギーの損失を抑制することができる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、円筒曲面ガラス７６を集光体７５の曲面に沿って近接して配置したが、図１０に示す装置のように、円筒曲面ガラス７６の外周面に金属の薄膜を形成して集光体としてもよいし、図９に示す装置のように反射面を覆う光透過性体として円筒曲面ではない曲面を有する曲面状ガラスを用いてもよい。
【００６３】
以上に説明したレーザ定着装置のうち図３に示すものにおいては、背面側集光体３６及びこの反射面を覆う光透過性体３７ｂを配置したが、他のレーザ定着装置においても背面側集光体及びこの反射面を保護する光透過性体である円筒曲面ガラス又は曲面状ガラス等を配置することができる。これにより、連続用紙を透過したレーザ光の照射エネルギーを連続用紙の裏面に集光させることができ、照射エネルギーの利用効率が増大する。
【００６４】
また、上記レーザ定着装置では、いずれも画像が形成される記録媒体として連続用紙を用いているが、一般的な規格に基づいた大きさにカットされた記録用紙を一枚ずつ搬送して用いるものであってもよい。カットされた記録媒体の搬送手段は、搬送ベルトを用いることができ、搬送ベルトによる搬送中の記録媒体にレーザ光が照射されるものとすることができる。
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。
【００６５】
一方、上記の各レーザ定着装置において、集光体又は背面側集光体が散乱光を吸収して加熱される場合には、これを抑制するために集光体又は背面側集光体（図示せず）に冷却装置を設けることができる。
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。
【符号の説明】
【００６６】
１：画像形成装置、
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
【図１】
0005407656.tif 000002
【図２】
0005407656.tif 000003
【図３】
0005407656.tif 000004
【図４】
0005407656.tif 000005
【図５】
0005407656.tif 000006
【図６】
0005407656.tif 000007
【図７】
0005407656.tif 000008
【図８】
0005407656.tif 000009
【図９】
0005407656.tif 000010
【図１０】
0005407656.tif 000011
【図１１】
0005407656.tif 000012
【図１２】
0005407656.tif 000013
【図１３】
0005407656.tif 000014