(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送される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、
前記レーザ光が前記記録媒体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するように反射して集光する集光体と、を有し、
該集光体は、複数の部分に分割され、分割された部分間が前記記録媒体と前記集光体との間の通気を該記録媒体の搬送方向に行う通気部となっていることを特徴とするレーザ定着装置。
【請求項２】
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照射位置付近の背面に照射するように反射して集光する背面側集光体を備え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入射口から入射され、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】
前記集光体又は前記背面側集光体は、凹状の円筒曲面を有し、
前記円筒曲面の中心軸の位置が、前記レーザ光が前記記録媒体を照射する位置又は照射位置付近となるように支持されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のレーザ定着装置。
【請求項５】
前記集光体は、前記円筒曲面の周方向に配列された複数の部分に分割され、分割された集光体は円筒曲面となった反射面の半径が異なるものを含む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】
前記レーザ光の照射位置に対して前記集光体の反射面を覆う透明体が、前記集光体の複数に分割された部分間に架け渡すように配置さ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】
前記集光体及び／又は前記背面側集光体の反射面が再帰性反射体又は白色散乱体であることを特徴とする請求項１，請求項２又は請求項３に記載のレーザ定着装置。
【請求項８】
前記レーザ光は、前記記録媒体に対して、前記集光体の周方向に傾斜した位置から照射されることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のレーザ定着装置。
【請求項９】
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、直接に記録媒体へ転写又は転写体上に一次転写した後に記録媒体へ二次転写する転写装置と、
該記録媒体に転写された像の画像形成材料を加熱して定着させる、請求項１から請求項８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、トナーにより形成されたトナー像を感光体ドラム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。
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】
【０００３】
【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】
【０００４】
本願発明は、記録媒体やトナーで吸収されずに反射したレーザ光を定着のために用いることが可能なレーザ定着装置及び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】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、  搬送される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、  前記レーザ光が前記記録媒体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するように反射して集光する集光体と、を有し、  該集光体は、複数の部分に分割され、分割された部分間が前記記録媒体と前記集光体との間の通気を該記録媒体の搬送方向に行う通気部となっているレーザ定着装置を提供する。
【０００６】
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照射位置付近の背面に照射するように反射して集光する背面側集光体を備えるものとする。
【０００７】
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入射口から入射され、前記記録媒体へ照射されるものとする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載のレーザ定着装置において、  前記集光体又は前記背面側集光体は、凹状の円筒曲面を有し、  前記円筒曲面の中心軸の位置が、前記レーザ光が前記記録媒体を照射する位置又は照射位置付近となるように支持されているものとする。
【０００９】
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、  前記集光体は、前記円筒曲面の周方向に配列された複数の部分に分割され、分割された集光体は円筒曲面となった反射面の半径が異なるものを含むものとする。
【００１０】
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、  前記レーザ光の照射位置に対して前記集光体の反射面を覆う透明体が、前記集光体の複数に分割された部分間に架け渡すように配置されているものとする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項１，請求項２又は請求項３に記載のレーザ定着装置において、  前記集光体及び／又は前記背面側集光体の反射面が再帰性反射体又は白色散乱体であるものとする。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７までのいずれかに記載のレーザ定着装置において、  前記レーザ光は、前記記録媒体に対して、前記集光体の周方向に傾斜した位置から照射されるものとする。
【００１３】
請求項９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、直接に記録媒体へ転写又は転写体上に一次転写した後に記録媒体へ二次転写する転写装置と、  該記録媒体に転写された像の画像形成材料を加熱して定着させる、請求項１から請求項８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】
【００１４】
請求項１に係る発明のレーザ定着装置では、記録媒体やトナーで吸収されずに反射したレーザ光を定着のために用いることができる。そして、集光体と記録媒体との間の空気の流路を確保して、集光体の反射面の汚染を抑制することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明のレーザ定着装置では、記録媒体やトナーで吸収されずに透過したレーザ光を定着のために用いることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明のレーザ定着装置では、光源が反射光の再利用を妨げるおそれがなくなる。
【００１７】
請求項４に係る発明のレーザ定着装置では、集光体又は背面側集光体により反射された光を、レーザ光を最初に照射した位置に集光して再照射することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明のレーザ定着装置では、集光体と記録媒体との間の空気の流路を確保して、集光体の反射面の汚染を抑制することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明のレーザ定着装置では、反射面の汚染を防止することができる。
【００２０】
請求項７に係るレーザ定着装置では、再帰性反射体又は散乱体を用いて、記録媒体やトナーで吸収されずに反射したレーザ光を定着のために用いることができる。
【００２１】
請求項８に係る発明のレーザ定着装置では、記録媒体に垂直にレーザ光を照射する場合と比較して、記録媒体で反射した光を効率よく定着のために利用することができる。
【００２２】
請求項９に係る画像形成装置では、記録媒体やトナーで吸収されずに反射したレーザ光を定着のために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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例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】本願発明に係るレーザ定着装置の第１の実施形態を示す概略断面図である。
【図６】図５に示すレーザ定着装置のバリエーションを示す概略断面図である。
【図７】集光体を有するレーザ定着装置の他の参考例を示す概略断面図である。
【図８】本願発明に係るレーザ定着装置の第２の実施形態を示す概略断面図である。
【図９】集光体を有するレーザ定着装置の他の参考例を示す概略断面図である。
【図１０】集光体を有するレーザ定着装置の他の参考例を示す概略断面図である。
【図１１】集光体及び背面側集光体によるレーザ光の照射エネルギーの利用効率を示した図である。
【図１２】ベタ黒、ベタ１次色、ベタ２次色の吸収率の波長依存度を示す図である。
【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】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、当該現像装置が収容するトナーと対応する色のトナーを現像装置２７に補給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補充することができるようになっている。
【００２７】
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。
【００２８】
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トナーが感光体ドラム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。
【００２９】
一方、用紙搬送部１０から搬送される連続用紙Ｐは、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、集光体を有するレーザ定着装置であって、図１に示す画像形成装置で用いることができるレーザ光定着装置の一例を参考として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を覆う透明体であるガラス板３７ａ，３７ｂ（図２では図示せず）と、で主要部が構成されている。
【００３２】
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、このレーザ定着装置では、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。
【００３３】
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。
【００３４】
上記集光体３５の反射面３５ｂは、連続用紙Ｐの移動方向には、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、レーザ光３３が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。
【００３５】
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及びこの付近に集光するものとなっている。
【００３６】
上記ガラス板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。このガラス板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、ガラス板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はこのガラス板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。そして、レーザ光３３の照射熱によりトナーが加熱され、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との空間に浮遊しても、集光体３５又は背面側集光体３６の反射面３５ｂ，３６ｂに付着するのを防止するものとなっている。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
このような事情に鑑みて、こ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、照射されたレーザ光３３の多くは連続用紙Ｐに照射され、反射光３３ｂ又は透過光３３ｃとなって散乱する。集光体３５及び背面側集光体３６は、これらの反射光３３ｂや透過光３３ｃを一次照射位置３３ａ又は一次照射位置付近に集光させ、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。
【００４１】
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、トナーに再照射されるエネルギー及び連続用紙Ｐの背面側からレーザ光の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、高度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。
【００４２】
以上に説明したレーザ定着装置では、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。
また、連続用紙の背面側に設けた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、連続用紙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。
【００４３】
上記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。
上記集光体３５及び背面側集光体３６として金属ミラーを用いたが、ガラスの裏面にアルミ等の金属を塗布又は貼り付けたガラスミラーや金属を蒸着した金属膜ミラー等を使用することもできる。
また、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、ヒートシンク、チラーや空冷装置等を備えることもできる。
【００４４】
集光体及び背面側集光体に取り付けた上記ガラス板は、任意の構成であって、反射面の汚れが問題にならない場合や集光体にガラスミラーを用いる場合等においては省略することができる。
また、使用するガラス板３７ａ，３７ｂの形状は、このレーザ定着装置で採用した形状に限られず、集光体３５や背面側集光体３６の反射面３５ｂ，３６ｂを飛散物質等から防護できる形状のものであればよい。
さらに、ガラス板の使用に代えて又はガラス板の使用とともに空気流発生装置を備えて、空気流を集光体３５と連続用紙Ｐの間に形成してもよい。また、この空気流を集光体の加熱を抑制するための空冷装置として用いることもできる。
【００４５】
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、集光体であるミラー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。
【００４６】
これに対し、図３に示すレーザ定着装置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。
【００４７】
次に本願発明の第１の実施形態であって、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、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、上記連続用紙Ｐを透過して散乱した光４３ｃ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４６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４２及び背面側集光体４６は、図３に示すレーザ定着装置と同様であるので、説明は省略する。
【００４８】
上記集光体４５はレーザ光発生装置４２と搬送される連続用紙Ｐとの間に配置されるとともに、４つに分割されており、分割された集光体４５ａ、４５ｂの隙間からレーザ光４３が入射されるようになっている。
また、分割されたそれぞれの集光体４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄは、図５に示すように、反射面の半径が異なるものを含んでおり、この円筒曲面の連続用紙Ｐと対向する凹状となった面が反射面となっている。なお集光体４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄは、完全に分割されている必要はなく、記録媒体幅方向における端部で連続していても良いことは言うまでもない。
【００４９】
これらの集光体４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄは、円筒曲面のそれぞれの中心軸が、レーザ光４３が連続用紙Ｐを直接に照射する一次照射位置４３ａ又は一次照射位置付近とほぼ一致するように配置されている。これにより、連続用紙Ｐの一次照射位置４３ａで反射して散乱した光４３ｂの多くが、それぞれの反射面により反射され、レーザ光４３の一次照射位置付近に集光される。
また、集光体４５が分割され、連続用紙Ｐと集光体４５の間の通気を十分に確保するための通気部（図５の集光体４５ａと４５ｃの間、４５ｂと４５ｄの間が該当）が形成されている。空気が滞留することが防止される。これにより、浮遊物や飛散物が発生した場合でも、それらが空気流により除去され得る。
【００５０】
図６は、反射面を覆う透明体であるガラス板４７が配置された状態を示す図である。この図が示すように、分割された集光体４５の反射面をガラス板４７で覆うことにより、反射面の汚染が防止される。また、ガラス板４７は汚れが付着した場合に簡単に拭き取ることができる。したがって、レーザ光４３の照射エネルギーの損失を低減することができる。
【００５１】
本実施の形態では、集光体４５を４つに分割したが、レーザ光４３を入射できるとともに、一次照射位置付近で通気路を確保できるものであれば、分割する数を変更してもよい。
また、本実施の形態では、空気流発生装置を備えることなく、連続用紙Ｐの搬送に伴って生じる空気流を利用するものとしたが、空気流を発生させる送風装置や吸引装置を装備し、飛散物質の除去効率を更に増強することもできる。
【００５２】
次に集光体を有するレーザ定着装置の他の参考例を図７に基づいて説明する。
このレーザ定着装置５１は、図７に示すように、レーザ光５３を射出するレーザ光発生装置５２と、このレーザ光発生装置５２から射出されたレーザ光５３が連続用紙Ｐの一次照射位置５３ａに照射されて反射した散乱光５３ｂを再び連続用紙Ｐに集光する集光体５５と、で主要部が構成されている。
【００５３】
上記レーザ光発生装置５２は、図２及び図３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ようになっている。そして、これらのレーザ光発生装置５２は連続用紙Ｐに対して、該連続用紙が移動する方向の後方へ傾斜した位置に支持されている。したがって、連続用紙の面に対して斜め方向からレーザ光を照射するものとなっている。
【００５４】
上記集光体５５は、連続用紙Ｐと対向する反射面が凹状の円筒曲面となった金属ミラーであり、円筒曲面の中心軸がレーザ光の一次照射位置５３ａ付近となるように配置されている。そして、移動する連続用紙Ｐの幅方向の全域を覆い、斜め方向からレーザ光５３を照射するレーザ光発生装置５２の位置に対応して、レーザ光５３を通過させるスリット５５ｄが設けられている。
このレーザ定着装置では、上記レーザ光発生装置５２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。すなわち、レーザ光５３は連続用紙Ｐに対して垂直な面から後方へ３０°傾斜した方向から照射されるものとなっており、集光体５５のスリット５５ｄもこれに対応した位置となっている。
【００５５】
一般に、レーザ光５３の一次照射位置５３ａで反射して散乱する光５３ｂは、図７に示すように、正反射方向つまり反射角が入射角と等しくなる方向への光５３ｃが最も多くなることが知られている。このレーザ定着装置では、連続用紙Ｐに対して傾斜した方向からレーザ光５３が照射され、反射光５３ｃが多くなる正反射方向には集光体５５にレーザ光を導入するためのスリット５５ｄ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５５の外側に散逸する散乱光が少なくなり、レーザ光５３の損失を抑制することができる。
【００５６】
また、上記のようにレーザ光５３の照射角度を変更した場合においても集光体５５を分割することもできる。
図８は、本発明の第２の実施形態であるレーザ光照射装置を示す概略断面図である。
分割された集光体５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、図８に示すように、レーザ光５３が連続用紙Ｐに対して傾斜した位置から照射できるように、分割位置が設定される。また、分割されたそれぞれの集光体５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、反射面の内径が異なるものを用いることができ、これらの円筒曲面の中心軸が一致するように配置される。つまり、中心軸と垂直な断面で反射面が形成する円弧がそれぞれ同心円の一部となっている。そして、これらの反射面の中心軸の位置がレーザ光５３の一次照射位置５３ａ又は一次照射位置付近となっている。したがって、一次照射位置５３ａで反射して散乱した光５３ｂは分割されたそれぞれの集光体５５ａ，５５ｂ，５５ｃで反射され、一次照射位置付近に再度照射される。
このように集光体５５を分割することにより、連続用紙Ｐと集光体５５との間に空気の流路を形成することができ、空気の滞留を防止することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、レーザ光５３の照射角度を連続用紙Ｐに対して垂直となる位置から集光体５５の周方向に約３０度としたが、傾斜角度は適宜に設定することができる。
また、背面側集光体５６を備えることができるとともに、集光体５５及び背面側集光体５６の反射面を保護するガラス（図示しない）を備えることもできる。
なお、レーザ光発生装置５２が周方向のみならず中心軸方向に傾いていても実施することができる。
【００５８】
次に集光体を有するレーザ定着装置の他の参考例を図９に基づいて説明する。
このレーザ定着装置６１は、図９に示すように、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と、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とを備えており、集光体は入射した光をほぼ同じ方向に反射させる再帰性反射体となっている。
【００５９】
上記再帰性反射体６５は、連続用紙上にレーザ光が照射される一次照射位置６３ａを幅方向の全域にわたって覆う凹状に形成され、連続用紙Ｐと間隙をおいて対向するように支持されている。また、連続用紙Ｐの幅方向にレーザ光６３を入射するスリット６５ａが設けられ、その後方にレーザ光発生装置６２が支持されている。このとき、再帰性反射体６５は、連続用紙上にレーザ光が照射される一次照射位置６３ａのみを覆うようにすることが好ましい。
【００６０】
上記再帰性反射体６５の反射面は、再帰性反射材であるガラスビーズを貼り付けたシート状部材６５ｂが貼付されている。一次照射位置６３ａで反射した散乱光６３ｂは上記ガラスビーズへ入射するときに屈折し、ガラスビーズ内で反射して入射光とほぼ同じ方向に反射光を射出する。これにより、レーザ光６３の照射によって一次照射位置６３ａで生じた散乱光は、一次照射位置６３ａに再び集光されるものとなっている。
なお、上記レーザ光発生装置６２は、図３に示すレーザ定着装置と同様であるので説明を省略する。
【００６１】
このレーザ定着装置では、再帰性反射体６５が凹状の曲面を有するものとなっているが、平面、曲面又はこれらの組み合わせとしてもよく、ミラーを用いる場合に比較して形状の制限は著しく緩和される。ただし、一次照射位置６３ａを覆うようにして、散乱光の散逸を低減することができる形状が望ましい。
また、再帰性反射材としてガラスビーズを用いたが、他の公知の再帰性反射体、例えば小さな四角錐状の凹状反射面を多数配列した反射体等を用いることもできる。
一方、背面側集光体として再帰性反射体を用いることができるし、再帰性反射体に反射面の汚染防止のガラス板や空気流発生装置を備えることもできる。
【００６２】
次に集光体を有するレーザ定着装置の他の参考例を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７１は、図１０に示すように、移動する連続用紙Ｐにレーザ光７３を照射するレーザ光発生装置７２と、レーザ光７３が連続用紙Ｐで反射することによって生じた散乱光を再び連続用紙Ｐに照射するための集光体７５とを備えており、集光体は凹状となった反射面が入射した光を不規則な方向に反射させる白色散乱体となっている。
【００６３】
上記集光体７５は、凹状となった反射面が搬送される連続用紙Ｐのトナーが転写された面と対向するように設けられており、反射面に白色散乱材が塗布されたものである。そして、白色散乱体層７５ｂが設けられた凹状面が連続用紙Ｐの画像面を覆う搬送方向の長さは、レーザ光７３の連続用紙Ｐの搬送方向におけるビーム幅７３ａとほぼ同じ、又はビーム幅よりも僅かに大きなものに設定されている。また、連続用紙Ｐの幅方向に対してはレーザ光７３が照射されるほぼ全域を覆うものとなっている。また、レーザ光発生装置７２から照射されるレーザ光の経路と対応して集光体にはスリット７５ａが設けられており、このスリット７５ａを通ってレーザ光７３が連続用紙Ｐを幅方向に照射するようになっている。このスリット７５ａには、図１０に示すようにレンズ７５ｃを設けて搬送方向におけるレーザ光７３の照射範囲を調整してもよい。
なお、上記レーザ光発生装置７２は、図３に示すレーザ定着装置と同じ構成を備えるものであり、説明を省略する。
【００６４】
このようなレーザ定着装置７１では、連続用紙Ｐに照射されたレーザ光７３は、一次照射位置で反射して散乱し、集光体の白色散乱体層７５ｂに到達する。白色散乱体層７５ｂは散乱光を任意の方向に散乱させるが、白色散乱体で囲まれた範囲内で反射を繰り返し、連続用紙Ｐの白色散乱体層７５ｂと対向する領域に照射される。
したがって、レーザ光７３が照射されるビーム幅７３ａ範囲が低濃度部であると、レーザ光７３が照射されたときに連続用紙上で反射する光が多くなり、連続用紙上の白色散乱体層７５ｂで覆われた狭い範囲つまりレーザ光の照射範囲又はこれよりわずかに広い範囲内で反射して連続用紙上の低濃度部に照射される。一方、レーザ光７３が照射されるビーム幅７３ａの範囲が高濃度部であると、レーザ光が照射されたときに連続用紙上で反射する光が少なく、白色散乱体層７５ｂで反射して連続用紙上の高濃度部に照射されるエネルギーが少なくなる。したがって、低濃度部では、トナーは十分に加熱されて良好に定着されるとともに、高濃度部では過加熱による定着不良を低減することができる。このような形態も、本発明の「集光」に含むものとする。
【００６５】
次に、集光体及び背面集光体を備えたレーザ定着装置におけるレーザ光の照射エネルギー関するシミュレーションの結果について説明する。
なお、本発明はこの例に限定されない。
図３に示すように、円筒曲面の中心軸位置がレーザ光の一次的照射位置付近となるように形成された集光体及び背面側集光体を備えたレーザ定着装置を使用し、赤外光である約８００ｎｍの波長を有したレーザ光を５つのサンプル画像に照射し、それぞれのサンプル画像に照射されるエネルギーをシミュレーションにより演算した。
５つのサンプルは以下の通りである。
(1)ベタ黒（エリアカバレッジ１００％の黒トナー）、
(2)ベタ２次色（エリアカバレッジ１００％のシアン、マゼンタ、又はイエローのトナーのうちのいずれか２色のトナー）、
(3)ベタ１次色（エリアカバレッジ１００％のシアン又はマゼンタのいずれか１色のトナー）、
(4)ハイライト（低濃度部）、
(5)孤立トナー（粒子単位で孤立したトナー）、
なお、トナーにはそれぞれ赤外線吸収剤が添加されており、図１１に示すように、８００ｎｍのレーザ光を照射した場合、吸収率が(1)黒ベタ：約９５％、(2)ベタ２次色：約９０％、(3)ベタ１次色：約７８〜８０％となるように設計されている。そして、(4)ハイライト（低濃度部）としては、吸収率が約１０％のものを、(5)孤立トナーとしては、吸収率が約２％のものを使用した。
ここで、ハイライト（低濃度部）の吸収率及び孤立トナーを有する画像の吸収率とは、（エリアカバレッジ×トナーのレーザ光の照射エネルギーの吸収率）を示すものである。エリアカバレッジは、画像面のトナーが覆う面積の比率である。
したがって、上記サンプルにレーザ光が一次照射されたときに吸収される照射エネルギーが上記値となるものである。
【００６６】
このシミュレーションの結果は、図１２に示すとおりであり、集光体及び背面側集光体を備えたレーザ定着装置における各サンプルに照射されるエネルギーは以下の通りとなる。
なお、この結果は、レーザ発生装置から直接に照射されるエネルギー、つまり一次照射エネルギーを１００％とした値であり、一次照射エネルギーの吸収率を横軸に示すものである。
(1)ベタ黒：約１０１％、
(2)ベタ２色の：約１０５％、
(3)ベタ１次色：約１２０％、
(4)ハイライト（低濃度部）：約１９５％、
(5)孤立トナー：約２２０％、
【００６７】
この結果は、ベタ黒にレーザ光が照射されたときには、レーザ光の一次照射でトナー粒子に照射されるエネルギーと反射した光が再度トナー粒子に照射されることによる照射エネルギーとの和が一次照射エネルギーの１０１％となることを示している。したがって、集光体及び背面側集光体を設けることによる照射エネルギーの増加はわずかとなっている。
これに対し、孤立トナーが付着したサンプルでは、レーザ光の一次照射でトナー粒子に照射されるエネルギーと反射した光が再度トナー粒子に照射されることによる照射エネルギーとの和が一次照射エネルギーの２２０％となることを示している。
【００６８】
このような結果から、低濃度部であるハイライト（低濃度部）及び孤立トナーにおいては、本願発明に係るレーザ定着装置で用いられる集光体及び背面集光体を備えることにより、高濃度部と比較してほぼ２倍の照射エネルギーがトナー粒子に付与されることが分かる。
これにより、レーザ光の一次照射位置で反射する光または連続用紙Ｐを透過する光が多く、照射エネルギーによって加熱されにくい低濃度部（ハイライト）のトナーや孤立トナーにも、良好な定着に必要な照射エネルギーを付与できることが分かる。
一方、高濃度部では、一次照射位置で反射する光または記録媒体を透過する光が少なく、ほぼ１０１％の照射エネルギーが付与されるだけであり、過剰な加熱は生じないことが分かる。
【符号の説明】
【００６９】
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：ガラス板、    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、    ４３ｃ：連続用紙を透過したレーザ光、    ４５：集光体、    ４６：背面側集光体、    ４７：ガラス板、    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、      ５３ｃ：正反射方向に反射した光、    ５５：集光体、    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：再帰性反射体、      ６５ａ：再帰性反射体のスリット、    ６５ｂ：ガラスビーズを含むシート状部材、７１：レーザ定着装置、    ７２：レーザ光発生装置、    ７３：レーザ光、    ７３ａ：レーザ光７３が照射されるビーム幅、    ７５：集光体、    ７５ａ：集光体のスリット、    ７５ｂ：白色散乱体層、    ７５ｃ：レンズ、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】
0005407655.tif 000002
【図２】
0005407655.tif 000003
【図３】
0005407655.tif 000004
【図４】
0005407655.tif 000005
【図５】
0005407655.tif 000006
【図６】
0005407655.tif 000007
【図７】
0005407655.tif 000008
【図８】
0005407655.tif 000009
【図９】
0005407655.tif 000010
【図１０】
0005407655.tif 000011
【図１１】
0005407655.tif 000012
【図１２】
0005407655.tif 000013
【図１３】
0005407655.tif 000014