(57)【要約】【課題】良好な定着性と高い定着効率とを得る。【解決手段】発光部２a,２bからの光に基づいて記録媒体６上に集光光Ｚ2a,Ｚ2bの第１,第２光照射領域を形成する。集光光Ｚ2aのパワー密度は集光光Ｚ2bよりも大きく、集光光Ｚ2bによる上記第２光照射領域は上記第１光照射領域より主走査方向に大きく、上記第１,第２光照射領域は主走査方向に互いに密着している。こうして、未定着トナーが、先ず上記第１光照射領域を通過する際には、パワー密度が大きい集光光Ｚ2aで短時間照射されて、拡散によるエネルギ損失を略無くして効率的に溶融される。次に上記第２光照射領域を通過する際には、集光光Ｚ2aより小さいパワー密度の集光光Ｚ2b光で照射されて、溶融状態にあるトナーの温度が融点以上で且つ上昇しない状態に保持され、溶融状態のトナーが記録媒体６内に充分浸透する時間が確保される。その結果、良好な定着性と高い定着効率とが得られる。【選択図】図２
2011133749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に形成された未定着トナーを定着させるための光を、上記記録媒体に向かって出射する発光部と、
上記発光部から出射された光を上記記録媒体に照射する照射光学系と、
上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方を他方に対して相対的に移動させる相対移動部と
を備え、
上記照射光学系は、パワー密度が異なる少なくとも２つの光束によって上記記録媒体上に光照射領域を形成する
ことを特長とする光定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光定着装置において、
上記照射光学系が形成する上記光照射領域は、パワー密度が大きい光束による第１光照射領域と、上記第１光照射領域よりもパワー密度が小さい光束による第２光照射領域とを含み、
上記第２光照射領域における上記相対移動部による移動方向への長さは、上記第１光照射領域における上記移動方向への長さよりも大きい
ことを特徴とする光定着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光定着装置において、
上記第１光照射領域と上記第２光照射領域とは、上記相対移動部による移動方向へ互いに密着して配置されており、
上記相対移動部によって、上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方が他方に対して相対的に移動された場合に、上記記録媒体上の上記未定着トナーは、上記第１光照射領域を通過した後に上記第２光照射領域を通過するようになっている
ことを特徴とする光定着装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光定着装置において、
上記第１光照射領域と上記第２光照射領域とは、完全に重なり合っており、
上記相対移動部によって、上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方が他方に対して相対的に移動された場合に、上記記録媒体上の上記未定着トナーは、上記第１光照射領域を通過した後に上記第２光照射領域を通過可能になっており、
上記未定着トナーが上記第１光照射領域を通過した後に通過する上記第２光照射領域の領域における上記移動方向への長さは、上記第１光照射領域における上記移動方向への長さよりも大きい
ことを特徴とする光定着装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一つに記載の光定着装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、記録媒体上に記録された未定着トナー像を照射光によって定着させる定着装置、および、それを搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機あるいはプリンタ等の画像形成装置において、トナー像を記録媒体上に転写する方法として、加熱された定着ローラと加圧ローラとによってトナーを溶融・加圧して記録媒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】
上記熱加圧方式の場合、上記定着ローラの温度が上記トナーを溶融するのに十分な温度に上昇するまでに時間がかかる。また、装置待機時においても、定着開始時におけるローラ温度の立ち上がり時間を短縮するために、上記定着ローラを一定の温度に保持しておく必要があり、電力消費が大きくなるという欠点がある。
【０００４】
そこで、このような欠点を解消するため、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ってトナーを溶融して記録媒体上に定着させる光定着方式が提案されている。
【０００５】
このような光定着方式の場合、上記トナーに対する熱エネルギの供給源を瞬時にオン・オフ可能なレーザ等を光源としているため、上記熱加圧方式に比して定着装置の立ち上がり時間を短縮できると共に、待機時の電力消費を非常に小さくできる。そのために、消費電力の低減が期待できる。
【０００６】
しかしながら、上記熱加圧方式の場合には、上記定着ローラによる加圧が上記トナーの上記記録媒体としての用紙への浸透を促進するため、用紙への定着性は良好であるのに対して、上記光定着方式の場合には、加圧による用紙へのトナーの浸透補助が得られないため、良好な定着性を得ることができない。そこで、上記光定着方式において良好な定着性を得るためには、上記トナーが用紙に浸透するまで溶融状態を維持できるように、光照射時間を確保する必要がある。
【０００７】
このように、光照射時間を確保する定着装置として、特開２００７‐５７９０３号公報に開示された定着装置(特許文献１)がある。上記特許文献１に開示された定着装置においては、レーザ素子を光源とし、このレーザ素子からのレーザ光を楕円形のスポットとし、レーザ光の照射領域が記録紙半搬送方向に広がるように配置することによって、未定着トナーへのレーザ光の照射時間を確保している。こうして、トナーの溶融状態を長時間維持して、記録紙への定着性を向上させている。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された上記従来の定着装置においては、以下のような問題がある。
【０００９】
すなわち、トナー温度上昇中における記録紙あるいは大気中等への熱拡散量は、時間と共に増加する。そのため、レーザスポットを楕円形とし、光照射パワーを一定に保持したまま照射時間を長くした場合には、熱拡散によってトナー溶融に寄与しない熱エネルギ損失が増加し、その結果、トナーが溶融温度に達しないという問題が発生する。
【００１０】
したがって、上記レーザスポットを楕円形として照射領域を広げた状態でトナーの温度を溶融温度に到達させるためには、上記熱エネルギ損失を補うように光照射パワーを上げる必要がある。その結果、トナーを記録紙に定着させるために必要な消費電力が増加して定着効率が低下してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７‐５７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の課題は、良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる光定着装置、および、それを搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明の光定着装置は、
記録媒体上に形成された未定着トナーを定着させるための光を、上記記録媒体に向かって出射する発光部と、
上記発光部から出射された光を上記記録媒体に照射する照射光学系と、
上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方を他方に対して相対的に移動させる相対移動部と
を備え、
上記照射光学系は、パワー密度が異なる少なくとも２つの光束によって上記記録媒体上に光照射領域を形成する
ことを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、記録媒体上に形成された未定着トナーを発光部からの光による熱によって溶融させる溶融期間と、上記未定着トナーを溶融状態に保持して上記記録媒体に浸透させる浸透期間とに、夫々の期間毎に最適なパワー密度の光で上記未定着トナーを照射することが可能になる。したがって、トナーの定着に必要な消費電力を削減し、且つ良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる。
【００１５】
また、１実施の形態の光定着装置では、
上記照射光学系が形成する上記光照射領域は、パワー密度が大きい光束による第１光照射領域と、上記第１光照射領域よりもパワー密度が小さい光束による第２光照射領域とを含み、
上記第２光照射領域における上記相対移動部による移動方向への長さは、上記第１光照射領域における上記移動方向への長さよりも大きくなっている。
【００１６】
この実施の形態によれば、記録媒体上に形成された未定着トナーを発光部からの光による熱によって溶融させる溶融期間には、パワー密度が大きく、且つ上記移動方向への長さが上記第２光照射領域よりも小さい上記第１光照射領域を形成する光によって、拡散によるエネルギ損失を少なくして未定着トナーを効率的に溶融させることが可能になる。
【００１７】
さらに、上記未定着トナーを溶融状態に保持して上記記録媒体に浸透させる浸透期間には、上記第１光照射領域よりもパワー密度が小さく、且つ上記移動方向への長さが上記第１光照射領域よりも大きい上記第２光照射領域を形成する光の照射によって、溶融状態にあるトナーの温度を少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持すると共に、溶融状態を保持したトナーが上記記録媒体内に充分浸透する時間を確保することが可能になる。
【００１８】
こうして、トナーの定着に必要な消費電力を削減し、且つ良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる。
【００１９】
また、１実施の形態の光定着装置では、
上記第１光照射領域と上記第２光照射領域とは、上記相対移動部による移動方向へ互いに密着して配置されており、
上記相対移動部によって、上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方が他方に対して相対的に移動された場合に、上記記録媒体上の上記未定着トナーは、上記第１光照射領域を通過した後に上記第２光照射領域を通過するようになっている。
【００２０】
この実施の形態によれば、上記相対移動部によって、上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方を他方に対して相対的に移動させることによって、先ず、パワー密度が大きく、且つ上記移動方向への長さが上記第２光照射領域よりも小さい上記第１光照射領域を形成する光によって、拡散によるエネルギ損失を少なくして未定着トナーを効率的に溶融させ、引き続いて、上記第１光照射領域よりもパワー密度が小さく、且つ上記移動方向への長さが上記第１光照射領域よりも大きい上記第２光照射領域を形成する光の照射によって、溶融状態にあるトナーの温度を、少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持すると共に、溶融状態を保持したトナーを上記記録媒体内に充分浸透させることが可能になる。
【００２１】
こうして、上記第１光照射領域を形成する光による未定着トナーの効率的な溶融と、上記第２光照射領域を形成する光の照射によるトナーの温度の融点以上の保持およびトナーが上記記録媒体内に充分浸透可能な時間の確保とを、連続して行うことによって、周囲への熱拡散を抑制することができる。したがって、さらなる消費電力の削減を図り、良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる。
【００２２】
また、１実施の形態の光定着装置では、
上記第１光照射領域と上記第２光照射領域とは、完全に重なり合っており、
上記相対移動部によって、上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方が他方に対して相対的に移動された場合に、上記記録媒体上の上記未定着トナーは、上記第１光照射領域を通過した後に上記第２光照射領域を通過可能になっており、
上記未定着トナーが上記第１光照射領域を通過した後に通過する上記第２光照射領域の領域における上記移動方向への長さは、上記第１光照射領域における上記移動方向への長
さよりも大きくなっている。
【００２３】
この実施の形態によれば、上記相対移動部によって、上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方を他方に対して相対的に移動させることによって、先ず、パワー密度が大きく、且つ上記移動方向への長さが上記第２光照射領域よりも小さい上記第１光照射領域を形成する光によって、拡散によるエネルギ損失を少なくして未定着トナーを効率的に溶融させ、引き続いて、上記第１光照射領域よりもパワー密度が小さく、且つ上記移動方向への長さが上記第１光照射領域よりも大きい上記第２光照射領域を形成する光の照射によって、溶融状態にあるトナーの温度を、少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持すると共に、溶融状態を保持したトナーを上記記録媒体内に充分浸透させることが可能になる。
【００２４】
こうして、上記第１光照射領域を形成する光による未定着トナーの効率的な溶融と、上記第２光照射領域を形成する光の照射によるトナーの温度の融点以上の保持およびトナーが上記記録媒体内に充分浸透可能な時間の確保とを、連続して行うことによって、周囲への熱拡散を抑制することができる。したがって、さらなる消費電力の削減を図り、良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる。
【００２５】
さらに、上記第２光照射領域に、上記相対移動部によって上記照射光学系と上記記録媒体との何れか一方が他方に対して相対的に移動される際に、上記記録媒体上の上記未定着トナーが、上記第１光照射領域を通過する前に通過する領域を設けることが可能になる。その場合には、上記第１光照射領域を形成する光によって上記未定着トナーを溶融させる前に、上記第１光照射領域よりもパワー密度が小さい上記第２光照射領域を形成する光によって、未定着トナー粒子温度を上昇させて点接触の状態を面接触にし、対流や放射によって周囲の空気に逃げる熱エネルギを小さくすることができる。したがって、後に上記第１光照射領域を形成する光によって未定着トナーを溶融する際の熱エネルギの消費を抑制することができる。
【００２６】
また、この発明の電子機器は、上記この発明の光定着装置を搭載したことを特徴としている。
【００２７】
上記構成によれば、トナーの定着に必要な消費電力を削減し、且つ良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる光定着装置を搭載している。したがって、当該電子機器に対して、必要な消費電力を削減し、且つ良好な定着性と高い定着効率とを呈するトナーの定着機能を持たせることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上より明らかなように、この発明の光定着装置は、発光部から出射された光を未定着トナーが形成された記録媒体に照射する照射光学系を、パワー密度が異なる少なくとも２つの光束によって上記記録媒体上に光照射領域を形成するようにしたので、上記未定着トナーを上記発光部からの光による熱によって溶融させる溶融期間と、上記未定着トナーを溶融状態に保持して上記記録媒体に浸透させる浸透期間とに、夫々の期間毎に最適なパワー密度の光で上記未定着トナーを照射することが可能になる。
【００２９】
すなわち、上記溶融期間には、パワー密度の大きい光を短時間だけ上記未定着トナーに照射させて上記未定着トナーを溶融させ、その後、上記溶融期間には、パワー密度の小さい光を照射させて、上記未定着トナーの溶融状態を保持し、上記記録媒体に浸透する時間を確保することが可能になる。したがって、トナーの定着に必要な消費電力を削減すると共に、良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる。
【００３０】
また、この発明の電子機器は、トナーの定着に必要な消費電力を削減し、且つ良好な定着性と高い定着効率とを得ることができる上記この発明の光定着装置を搭載したので、当該電子機器に対して、必要な消費電力を削減し、且つ良好な定着性と高い定着効率とを呈するトナーの定着機能を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の光定着装置における基本構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す模式図の具体的な構成を示す図である。
【図３】図２における集光光による光照射領域を示す図である。
【図４】図２における集光光のパワー密度およびトナー温度を示す図である。
【図５】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。
【図６】図２とは異なる具体的な構成を示す図である。
【図７】図６における集光光による光照射領域を示す図である。
【図８】図６における集光光のパワー密度およびトナー温度を示す図である。
【図９】図２および図６とは異なる具体的な構成を示す図である。
【図１０】図９における集光光による光照射領域を示す図である。
【図１１】図９における集光光のパワー密度およびトナー温度を示す図である。
【図１２】図２,図６および図９とは異なる具体的な構成を示す図である。
【図１３】図１２における集光光による光照射領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、この発明は、以下の各実施の形態および図面に限定されるものではない。
【００３３】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の光定着装置における基本構成を示す模式図である。先ず、図１に従って、本実施の形態における光定着装置１の基本構成について説明する。
【００３４】
（定着装置構成）
本定着装置１においては、例えばＬＤ(Laser Diode：レーザーダイオード)またはＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)等の光半導体を光源とする発光部２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。上記光半導体は、小型で発光効率が高く、長寿命であるという特長に加えて、オン/オフや出力の高/低を高速で切り替える高周波駆動が可能であるという特長を有している。
【００３５】
上記発光部２から出射される拡散光Ｚ1の波長は、後述する未定着トナー像４によく吸収されて熱エネルギに変換され易い波長が好ましい。また、未定着トナー像４が可視光を吸収するのは、トナーが定着された定着物が印刷物として長期間使用される観点からすれば、変質等が生じ易くなり好ましくない。
【００３６】
以上のことから、上記拡散光Ｚ1の波長は８００nm〜１０００nmが好ましく、さらには８５０nm前後の近赤外光が良い。なかでも、波長が８５０nm前後の近赤外光は、代表的な光半導体である半導体レーザによって効率的に得ることが可能であり、半導体レーザ自体の価格も安く、性能も安定している。
【００３７】
ここで、未定着トナー像４を形成するトナー粒子５の材料としては、発光部２から出射される上記波長帯域の光を吸収する特性を有する材料を用いる必要がある。
【００３８】
上記発光部２から出射された拡散光Ｚ1は、上記照射光学系を構成するレンズ等の集光部３によって集光光Ｚ2として紙等の記録媒体６上に集光される。記録媒体６の上には、描画装置(図示せず)等によって、定着工程の前工程において、予め未定着トナー像４が形成されている。そして、未定着トナー像４を形成するトナー粒子５が、集光光Ｚ2を吸収して昇温した後に溶融し、記録媒体６に浸透して固定され、記録媒体６から剥がれ難くなる。
【００３９】
上記記録媒体６は、相対移動部７の上に配置されている。この相対移動部７と集光部３とは、集光部３が固定されて相対移動部７が移動するか、相対移動部７が固定されて集光部３が移動するか、あるいは、集光部３と相対移動部７との両方が異なる速度で移動するかによって互いに相対移動し、遂次定着が進むことになる。ここで、本実施の形態においては、図１に示すように、相対移動部７によって記録媒体６を搬送する方式を採用している。尚、上述したように、記録媒体６の相対的な搬送方法は、記録媒体６の全域が集光光Ｚ2によって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。例えば、発光部２と集光部３とにより構成された光学系を、記録媒体６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、上記照射光学系を構成する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、記録媒体６上で集光光Ｚ2を走査させるような移動手段でもよい。
【００４０】
本実施の形態においては、上記相対移動部７によって、先ず、記録媒体６を集光光Ｚ2のスポットに対して図１に示すＸ方向に相対移動させて主走査を行い、次に、記録媒体６を集光光Ｚ2のスポットに対してＹ方向に相対移動させて副走査を行い、以下、記録媒体６のＸ方向への相対移動とＹ方向への相対移動とを繰り返し行うことによって、記録媒体６の全域を集光光Ｚ2のスポットで照射して、記録媒体６上の各位置に存在するトナー粒子５を定着固定する。
【００４１】
上記未定着トナー像４を形成するトナー粒子５は、例えば数μm〜十数μm程度の微小な粒子であり、記録媒体６上に単層あるいは複数層を成すように堆積されている。未定着トナー像４の表層にあるトナー粒子５は、発光部２によって照射された光を吸収する。そして、吸収された光は熱エネルギに変換され、トナー粒子５の温度が上昇する。
【００４２】
さらに、上記未定着トナー像４の内部層、すなわち表層よりも記録媒体６側に存在するトナー粒子５は、高温になった表層のトナー粒子５からの熱伝達によって温度上昇する。最終的にはトナー粒子５全体の温度が融点に達し、溶融状態のトナーが記録媒体６に浸透することによって記録媒体６上に定着固定される。
【００４３】
（照射光学系と定着方法）
本実施の形態においては、図２に示すように、発光部２は２つの発光部２a,２bで構成され、集光部３も２つの集光部３a,３bで構成されている。発光部２bおよび集光部３bの光軸は、記録媒体６の表面に対して略垂直に配置されており、発光部２aおよび集光部３aの光軸は、記録媒体６の表面に対して所定の角度で傾斜して配置されている。そして、上記発光部２a,２b夫々の光源からの拡散光Ｚ1a,Ｚ1bが、集光部３a,３bで集光されて集光光Ｚ2a,Ｚ2bとなって記録媒体６を夫々照射する。ここで、記録媒体６上における集光光Ｚ2a,Ｚ2bによる光照射領域は図３に示すようになっている。すなわち、集光光Ｚ2aのパワー密度は集光光Ｚ2bのパワー密度よりも大きく、集光光Ｚ2aによる光照射領域ａの主走査方向(Ｘ方向)への長さは集光光Ｚ2bによる光照射領域ｂよりも小さく、光照射領域ａと光照射領域ｂとは主走査方向(Ｘ方向)に互いに密着して配置されている。
【００４４】
上記記録媒体６を集光部３a,３bに対してＸ方向に相対的に移動させる際には、図３に示すように、未定着のトナーは光照射領域ａおよび光照射領域ｂの順で通過し、両照射領域ａ,ｂを通過した後、未定着トナー像４は記録媒体６に定着固定される。その際に、記録媒体６上のトナー粒子５は、上記光照射領域ａを通過する場合に融点に達して溶融し、光照射領域ｂを通過する場合に記録媒体６に浸透して定着固定される。
【００４５】
（光照射領域ａの作用）
先ず、上記光照射領域ａがトナーに与える作用について説明する。図４は、集光光のパワー密度およびトナー温度を示す。ただし、図４(a)は本実施の形態における集光光Ｚ2a,Ｚ2bのパワー密度を示し、図４(b)はトナー粒子５の温度を示す。また、図４(c)は集光光が１つである従来の光定着装置における集光光のパワー密度を示し、図４(d)はトナー粒子の温度を示す。横軸は時間である。尚、上述したように、光照射領域ａのＸ方向への長さは光照射領域ｂより小さいが、集光光Ｚ2aのパワー密度は集光光Ｚ2bよりも大きい。
【００４６】
ここで、一般的な熱伝導モデルからトナーの熱伝達について考えてみる。
【００４７】
図５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り、直方体における一端部Ａを集光光Ｚ2によって加熱する場合を示している。
【００４８】
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温度は定常的であると考える。集光光Ｚ2による加熱によって、直方体の一端面Ａが温度Ｔ１に上昇し、他端面Ｂの温度が温度Ｔ１よりも低いＴ２である場合、一端面Ａから他端面Ｂへの熱の移動量Ｑは下記式(１)で与えられる。
Ｑ＝ｋ・Ｓ・ｔ・(Ｔ１−Ｔ２)/Ｌ                  …（１）
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。式(１)より、光照射時間が長くなると、熱移動が促進されることが分かる。
【００４９】
さらに、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とがある。トナーのような粒子状の物体の場合には、粒子同士が点接触している。これは、図５における直方体の断面積が途中で小さくなったのと同じであり、熱伝導効率が落ち、対流や放射によって周囲の空気や基板で熱エネルギが消費される。このような拡散による熱エネルギの損失は光照射時間が長い程顕著になる。
【００５０】
そこで、本実施の形態においては、光照射領域ａでは、図４(a)に示すように、パワー密度が大きい集光光Ｚ2aで未定着トナー像４のトナー粒子５を短時間だけ光照射するようにしている。そのため、拡散によるエネルギ損失を略無くすことができ、図４(b)に示すように、トナー粒子５を効率的に溶融させることができる。
【００５１】
これに対して、集光光が１つである従来の光定着装置における定着固定方法の場合は、図４(c)に示すように、未定着トナー像の表層に、パワー密度が一定の集光光のスポットが形成される。そうすると、上記未定着トナー像の表層が光を吸収して熱エネルギに変換し、図４(d)に示すように、トナー表層の温度上昇、未定着トナー像の溶融、記録媒体への浸透の順で、上記記録媒体への定着固定が進んでいく。そのため、光照射時間を長くする必要がある。
【００５２】
（光照射領域ｂの作用）
次に、上記光照射領域ｂがトナーに与える作用について説明する。
【００５３】
上記未定着トナー像４が光照射領域ｂに移行する場合には、トナーは溶融状態にあり、トナーは融点以上の温度になっている。
【００５４】
本実施の形態においては、図４(a)に示すように、トナーの溶融後に、集光光Ｚ2aよりも小さいパワー密度Ｐ2bの集光光Ｚ2bでトナーを照射することによって、図４(b)に示すように、溶融状態にあるトナーの温度を少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持することができる。さらに、光照射領域ｂのＸ方向への長さが長いため、溶融状態を保持したトナーが記録媒体６内に充分浸透するまでの時間を確保することが可能になる。
【００５５】
これに対して、上記従来の光定着装置における定着固定方法においては、図４(c)に示すように、一定のパワー密度Ｐ2を呈する集光光のスポットで長時間トナーを照射するため、図４(d)に示すように、トナーが溶融した後もトナー温度が上昇し続ける。そのために、トナーが吸収するエネルギは過剰になる。
【００５６】
以上のごとく、本実施の形態によれば、上記従来の定着装置に比較して定着固定に必要なエネルギを削減することが可能になり、且つ、上記従来の光定着方方法の場合と同等の定着性を得ることができるのである。
【００５７】
上述したように、本実施の形態においては、発光部２aから出射される拡散光Ｚ1aを集光部３aによって集光して、記録媒体６上に集光光Ｚ2aのスポットで成る光照射領域ａを形成すると共に、発光部２bから出射される拡散光Ｚ1bを集光部３bによって集光して、記録媒体６上に集光光Ｚ2bのスポットで成る光照射領域ｂを形成する。そして、その際に、集光光Ｚ2aのパワー密度は集光光Ｚ2bのパワー密度よりも大きく設定し、集光光Ｚ2bによる光照射領域ｂは集光光Ｚ2aによる光照射領域ａよりも主走査方向に大きく設定し、光照射領域ａ,ｂは主走査方向に互いに密着して配置している。
【００５８】
したがって、上記記録媒体６を発光部２a,２bに対して相対的に主走査方向(Ｘ方向)に移動させる際に、未定着のトナーは光照射領域ａおよび光照射領域ｂの順で通過する。そして、光照射領域ａを通過する場合には、パワー密度が大きい集光光Ｚ2aで未定着トナー像４のトナー粒子５を短時間光照射することによって、拡散によるエネルギ損失を略無くしてトナー粒子５を効率的に溶融させることができる。さらに、光照射領域ｂを通過する場合には、トナー粒子５の溶融後に、集光光Ｚ2aよりも小さいパワー密度Ｐ2bの集光光Ｚ2b光でトナーを照射することによって、溶融状態にあるトナーの温度を少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持すると共に、溶融状態を保持したトナーが記録媒体６内に充分浸透するまでの時間を確保することができる。
【００５９】
以上のごとく、本実施の形態によれば、未定着トナーを定着固定する場合に、トナーの溶融期間と溶融トナーの記録媒体６への浸透期間との各期間毎に、集光光のパワー密度と光照射時間とを最適に設定することができ、良好な定着性と高い定着効率とを実現することができるのである。
【００６０】
・第２実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態における光照射領域ａおよび光照射領域ｂの構成が異なるものに関し、その他の基本構成は上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００６１】
（照射光学系と定着方法）
本実施の形態においては、図６に示すように、発光部２は２つの発光部２a,２bで構成され、集光部３も２つの集光部３a,３bで構成されている。発光部２bおよび集光部３bの光軸は、記録媒体６の表面に対して略垂直に配置されており、発光部２aおよび集光部３aの光軸は、記録媒体６の表面に対して所定の角度で傾斜して配置されている。そして、上記発光部２a,２b夫々の光源からの拡散光Ｚ1a,Ｚ1bが、集光部３a,３bで集光されて集光光Ｚ2a,Ｚ2bとなって記録媒体６を夫々照射する。
【００６２】
ここで、上記記録媒体６上における集光光Ｚ2a,Ｚ2bによる光照射領域は図７に示すようになっている。すなわち、集光光Ｚ2aのパワー密度は集光光Ｚ2bのパワー密度よりも大きく、集光光Ｚ2aによる光照射領域ａのＸ方向への長さは集光光Ｚ2bによる光照射領域ｂよりも小さく、光照射領域ａと光照射領域ｂとは互いに完全に重なるように配置されている。その際に、光照射領域ａと光照射領域ｂとは、光照射領域ｂにおける光照射領域ａよりも主走査の開始点側に位置する光照射領域ｂ1が、光照射領域ｂにおける光照射領域ａよりも主走査の終了点側に位置する光照射領域ｂ2よりも小さくなるように重ねられている。
【００６３】
本実施の形態においては、上記記録媒体６上の未定着トナーは、図７に示す光照射領域ｂ1を通過する際に光吸収によって温度上昇し、光照射領域ａを通過する際に融点に達して溶融し、光照射領域ｂ2を通過する際に記録媒体６に浸透して定着固定される。
【００６４】
（光照射領域ｂ1の作用）
先ず、上記光照射領域ｂ1がトナーに与える作用について説明する。図８は、集光光のパワー密度およびトナー温度を示す。但し、図８(a)は本実施の形態における集光光Ｚ2a,Ｚ2bのパワー密度を示し、図８(b)はトナー温度を示す。また、図８(c)は集光光が１つである従来の光定着装置における集光光のパワー密度を示し、図８(d)はトナー温度を示している。横軸は時間である。
【００６５】
上記未定着トナー像４のトナー粒子５が光照射領域ｂ1を通過する際に、常温のため固体状態にあるトナー粒子５がパワー密度Ｐ2bの光を吸収することにより、図８(b)に示すようにトナー温度が上昇する。これによって、トナー粒子５の状態が変化し、点接触していたトナー粒子５が面接触した状態になる。したがって、対流や放射によって周囲の空気に逃げる熱エネルギを小さくすることができ、後にパワー密度Ｐ2aの集光光Ｚ2aが照射された場合の熱エネルギの消費を抑制できる。
【００６６】
（光照射領域ａの作用）
次に、上記光照射領域ａがトナーに与える作用について説明する。未定着トナーが光照射領域ａに移行する際には、トナー粒子５は溶融してはいないが、トナー粒子５同士は面接触した状態になっている。
【００６７】
上記光照射領域ａでは、図８(a)に示すように、集光光Ｚ2bよりもパワー密度が大きい集光光Ｚ2aでトナー粒子５を短時間だけ光照射するようにしている。そのため、拡散によるエネルギ損失を略無くすことができ、図８(b)に示すように、トナー粒子５を効率的に溶融させることができる。さらに、トナー粒子５同士が面接触しているため、対流や放射による周囲へのエネルギ損失は抑制されるため、より効率的にトナーを溶融させることができる。
【００６８】
（光照射領域ｂ2の作用）
次に、上記光照射領域ｂ2がトナーに与える作用について説明する。未定着トナーが光照射領域ｂ2に移行する際には、トナーは融点以上の温度になっており、溶融状態になっている。
【００６９】
本実施の形態においては、図８(a)に示すように、トナー溶融後に、集光光Ｚ2aよりも小さいパワー密度Ｐ2bの集光光Ｚ2bでトナーを照射することにより、図８(b)に示すように、溶融状態にあるトナーの温度を少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持することができる。また、光照射領域ｂ2のＸ方向への長さが長いため、溶融状態を保持したトナーが記録媒体６内に充分浸透するまでの時間を確保することが可能になる。
【００７０】
これに対して、上記従来の光定着装置における定着固定方法においては、図８(c)に示すように、一定のパワー密度Ｐ2の集光光のスポットで長時間トナーを照射するため、図８(d)に示すように、トナーが溶融した後もトナー温度が上昇し続ける。そのため、トナーが吸収するエネルギは過剰になる。
【００７１】
以上のごとく、本実施の形態によれば、上記従来の定着装置に比較して定着固定に必要なエネルギを削減することが可能になり、且つ、上記従来の光定着方方法の場合と同等の定着性を得ることができるのである。
【００７２】
上述したように、本実施の形態においては、上記記録媒体６上における集光光Ｚ2aによる光照射領域ａと集光光Ｚ2bによる光照射領域ｂとを互いに重なるように配置して、光照射領域ｂにおける光照射領域ａよりも主走査の開始点側に光照射領域ｂ1を設けている。したがって、未定着のトナー粒子５が光照射領域ｂ1を通過する際に、トナー粒子５はパワー密度Ｐ2bの光を吸収することによってトナー温度が上昇し、点接触していたトナー粒子５が面接触した状態になる。したがって、対流や放射によって周囲の空気に逃げる熱エネルギを小さくすることができ、後にパワー密度Ｐ2aの集光光Ｚ2aが照射された場合の熱エネルギの消費を抑制できる。
【００７３】
さらに、上記光照射領域ａでは、上記第１実施の形態における光照射領域ａの場合と同様に、パワー密度が大きい集光光Ｚ2aでトナー粒子５を短時間光照射することによって、拡散によるエネルギ損失を略無くし、トナー粒子５を効率的に溶融させることができる。
【００７４】
さらに、上記光照射領域ｂ2では、上記第１実施の形態における光照射領域ｂの場合と同様に、溶融状態にあるトナーの温度を少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持すると共に、溶融状態を保持したトナーが記録媒体６内に充分浸透するまでの時間を確保することができる。
【００７５】
以上のごとく、本実施の形態によれば、未定着トナーを定着固定する場合に、トナーの溶融期間と溶融トナーの記録媒体６への浸透期間との各期間毎に、集光光のパワー密度と光照射時間を最適に設定することができ、良好な定着性および定着効率を実現することができるのである。
【００７６】
・第３実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態における光照射領域ａおよび光照射領域ｂの構成が異なるものに関し、その他の基本構成は上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００７７】
（照射光学系と定着方法）
本実施の形態は、上記第２実施の形態における光照射領域ｂ1および光照射領域ｂ2の光源が同じ発光部２bであるのに対して、独立した２つの発光部からの拡散光に基づくものである。
【００７８】
すなわち、本実施の形態においては、図９に示すように、発光部２は３つの発光部２a,２b,２cで構成され、集光部３も３つの集光部３a,３b,３cで構成されている。そして、発光部２a,２b,２c夫々の光源からの拡散光Ｚ1a,Ｚ1b,Ｚ1cが、集光部３a,３b,３cで集光されて集光光Ｚ2a,Ｚ2b,Ｚ2cとなって記録媒体６を夫々照射する。ここで、発光部２aおよび集光部３aの光軸は、記録媒体６の表面に対して略垂直に配置されている。また、発光部２bおよび集光部３bの光軸は、発光部２aおよび集光部３aの光軸に対して主走査の開始点側に所定の角度で傾斜して配置されている。さらに、発光部２cおよび集光部３cの光軸は、発光部２aおよび集光部３aの光軸に対して主走査の終了点側に所定の角度で傾斜して配置されている。
【００７９】
また、上記記録媒体６上における集光光Ｚ2a,Ｚ2b,Ｚ2cによる光照射領域は、図１０に示すようになっている。すなわち、上記集光光Ｚ2aのパワー密度は集光光Ｚ2b,Ｚ2cのパワー密度よりも大きく、集光光Ｚ2aによる光照射領域ａは集光光Ｚ2b,Ｚ2cによる光照射領域ｂ,ｃよりもＸ方向(主走査方向)に小さくなっている。そして、光照射領域ｂは、光照射領域ａよりも主走査の開始点側に位置する一方、光照射領域ｃは、光照射領域ａよりも主走査の終了点側に位置している。ここで、光照射領域ａ,ｂ,ｃは、Ｘ方向(主走査方向)に互いに密着して配列されている。尚、集光光Ｚ2bと集光光Ｚ2cとのパワー密度は等しくてもよいし、異なっていても構わない。但し、光照射領域ｂは、光照射領域ｃよりもＸ方向(主走査方向)に小さくなるように設定されている。
【００８０】
本実施の形態においては、上記記録媒体６上の未定着トナーは、図１０に示す光照射領域ｂを通過する際に光吸収によって温度上昇し、光照射領域ａを通過する際に融点に達して溶融し、光照射領域ｃを通過する際に記録媒体６に浸透して定着固定される。
【００８１】
（光照射領域ｂの作用）
先ず、上記光照射領域ｂがトナーに与える作用について説明する。図１１は、集光光のパワー密度およびトナー温度を示す。但し、図１１(a)は、本実施の形態における集光光Ｚ2a,Ｚ2b,Ｚ2cのパワー密度を示し、図１１(b)はトナー温度を示す。また、図１１(c)は集光光が１つである従来の光定着装置における集光光のパワー密度を示し、図１１(d)はトナー温度を示している。横軸は時間である。
【００８２】
上記未定着トナー像４のトナー粒子５が光照射領域ｂを通過する際に、常温のため固体状態にあるトナー粒子５がパワー密度Ｐ2bの光を吸収することにより、図１１(b)に示すようにトナー温度が上昇する。これによって、トナー粒子５の状態が変化し、点接触していたトナー粒子５が面接触した状態になる。したがって、対流や放射によって周囲の空気に逃げる熱エネルギを小さくすることができ、後にパワー密度Ｐ2aの集光光Ｚ2aが照射された場合の熱エネルギの消費を抑制できる。
【００８３】
（光照射領域ａの作用）
次に、上記光照射領域ａがトナーに与える作用について説明する。未定着トナーが光照射領域ａに移行する際には、トナー粒子５は溶融していないが、トナー粒子５同士は面接触した状態になっている。
【００８４】
上記光照射領域ａでは、図１１(a)に示すように、集光光Ｚ2bよりもパワー密度が大きい集光光Ｚ2aでトナー粒子５を短時間だけ光照射するようにしている。そのため、拡散によるエネルギ損失を略無くすことができ、図１１(b)に示すように、トナー粒子５を効率的に溶融させることができる。さらに、トナー粒子５同士が面接触しているため、対流や放射による周囲へのエネルギ損失は抑制されるため、より効率的にトナーを溶融させることができる。
【００８５】
（光照射領域ｃの作用）
次に、上記光照射領域ｃがトナーに与える作用について説明する。未定着トナーが光照射領域ｃに移行する際には、トナーは融点以上の温度になっており、溶融状態になっている。
【００８６】
本実施の形態においては、図１１(a)に示すように、トナー溶融後に、集光光Ｚ2aよりも小さく且つ集光光Ｚ2bよりもやや大きいパワー密度Ｐ2cの集光光Ｚ2cでトナーを照射することにより、図１１(b)に示すように、溶融状態にあるトナーの温度を少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持することができる。また、光照射領域ｃのＸ方向への長さが長いため、溶融状態を保持したトナーが記録媒体６内に充分浸透するまでの時間を確保することが可能になる。
【００８７】
これに対して、上記従来の光定着装置における定着固定方法においては、図１１(c)に示すように、一定のパワー密度Ｐ2の集光光のスポットで長時間トナーを照射するため、図１１(d)に示すように、トナーが溶融した後もトナー温度が上昇し続ける。そのため、トナーが吸収するエネルギは過剰になる。
【００８８】
以上のごとく、本実施の形態によれば、未定着トナーを定着固定する場合に、トナーの溶融期間と溶融トナーの記録媒体６への浸透期間との各期間毎に、集光光のパワー密度と光照射時間を最適に設定することができ、良好な定着性および定着効率を実現することができる。したがって、上記従来の定着装置に比較して定着固定に必要なエネルギを削減することが可能になり、且つ、上記従来の光定着方方法の場合と同等の定着性を得ることができるのである。
【００８９】
・第４実施の形態
本実施の形態は、上記第２実施の形態における光照射領域ａおよび光照射領域ｂの構成を得るに際して上記第２実施の形態とは異なる照射光学系を用いるものに関し、その他の基本構成は上記第１実施の形態の場合と同様である。
【００９０】
本実施の形態においては、図１２に示すように、１つの発光部２と１つの集光部３とで光学系を構成している。そして、パワー密度の異なる複数の光照射領域を記録媒体６上に形成するために、集光部３として二焦点レンズ８を用いている。
【００９１】
上記二焦点レンズ８は、異なる二つの焦点距離を有するレンズであり、発光部２から出射される拡散光Ｚ1を二焦点レンズ８に入射させると、二焦点レンズ８からは二つの集光光Ｚ2a,Ｚ2bが出射され、紙等の記録媒体６上に光照射領域を形成する。その場合、記録媒体６上における集光光Ｚ2a,Ｚ2bによる光照射領域は図１３に示すようになっている。すなわち、集光光Ｚ2aのパワー密度は集光光Ｚ2bのパワー密度よりも大きく、集光光Ｚ2aによる光照射領域ａは、集光光Ｚ2bによる光照射領域ｂよりもＸ方向(主走査方向)に小さく、光照射領域ｂの中に配置されている。尚、光照射領域ｂは、Ｘ方向(主走査方向)に長軸を有する楕円形を成している。
【００９２】
上記記録媒体６を上記発光部２に対してＸ方向に相対的に移動させる際には、図１３に示すように、未定着のトナーは光照射領域ｂ,光照射領域ａおよび光照射領域ｂの順で通過し、全照射領域ｂ,ａ,ｂを通過した後、未定着トナー像４は記録媒体６に定着固定される。その際に、記録媒体６上のトナー粒子５は、上記第２実施の形態の場合と同様に、進行方向手前側の光照射領域ｂを通過する際に光吸収によって温度上昇し、光照射領域ａを通過する際に融点に達して溶融し、進行方向後側の光照射領域ｂを通過する際に記録媒体６に浸透して定着固定される。
【００９３】
以上のごとく、本実施の形態によれば、上記第２,第３実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００９４】
尚、本実施の形態においては、パワー密度の異なる複数の光照射領域を形成するため、集光部３を二焦点レンズ８で構成している。しかしながら、この発明は二焦点レンズ８に限定されるものではなく、複数の焦点距離を有すると共に、パワー密度の異なる複数の光束によって光照射領域を形成可能な光学装置であれば差し支えない。
【００９５】
あるいは、上記集光部３を含む照射光学系の構成の一部として、回折素子やビームスプリッタ等を用い、発光部２から出射された光を複数に分割し、各分割された光から、パワー密度の異なる光照射領域を複数形成することによって、二焦点レンズ８と同様の効果を奏することもできる。
【００９６】
・第５実施の形態
本実施の形態は、上記第１実施の形態における光照射領域ａおよび光照射領域ｂを、図２におけるＹ方向(副走査方向)に互いに密着させて繰り返し複数配列するように、上記発光部および集光部を構成したものに関する。尚、以下においては、図２を用いて説明を行う。
【００９７】
すなわち、本実施の形態においては、上記第１実施の形態における発光部２a,２bと集光部３a,３bとでなる光学系を、Ｙ方向に繰り返して複数配列している。そして、相対移動部７によって、記録媒体６を上記光学系に対して図２におけるＸ方向に主走査することによって、記録媒体６の全体に総ての上記光学系からの光を照射するようにしている。
【００９８】
上記構成によれば、上記記録媒体６を上記光学系に対して主走査方向に一回走査することによって、記録媒体６の全面に光を照射して記録媒体６上の各位置に存在する未定着トナーを定着固定させることが可能にまる。したがって、上記第１実施の形態のごとく単一の光源を有する発光部を使用した場合に比較して、相対移動における移動軸の数および走査回数を減らすことができるため、制御がより容易になる。
【００９９】
尚、上述した本実施の形態の説明においては、上記第１実施の形態における発光部２a,２bと集光部３a,３bとでなる光学系をＹ方向に繰り返して複数配列した場合を例に説明している。しかしながら、この発明は上記第１実施の形態における光学系に限定されるものではなく、上記第２実施の形態における発光部２a,２bと集光部３a,３bとでなる光学系、上記第３実施の形態における発光部２a,２b,２cと集光部３a,３b,３cとでなる光学系、上記第４実施の形態における発光部２と二焦点レンズ８とでなる光学系をＹ方向に繰り返して複数配列しても差し支えない。
【０１００】
ところで、上記各実施の形態における光定着装置は、上述したように、未定着トナーを記録媒体６に定着固定する場合に、トナーの溶融期間には、パワー密度が大きい第１の集光光で未定着トナー像４のトナー粒子５を短時間だけ照射することにより、拡散によるエネルギ損失を略無くし、トナー粒子５を効率的に溶融させる。一方、溶融トナーの記録媒体６への浸透期間には、上記第１の集光光よりも小さいパワー密度の第２の集光光で上記第１の集光光よりも長時間だけトナーを照射することにより、溶融状態にあるトナーの温度を少なくとも融点以上で且つ上昇しない状態に保持すると共に、溶融状態のトナーが記録媒体６内に充分浸透するまでの時間を確保するようにしている。こうして、トナーの溶融期間および溶融トナーの浸透期間毎に、集光光のパワー密度と光照射時間とを最適に設定して、良好な定着性と高い定着効率とを実現することができる。
【０１０１】
したがって、上記各実施の形態における光定着装置を搭載して、複写機,プリンタ,ファクシミリ等の電子機器を構成した場合には、当該電子機器に、記録媒体に対する良好な定着性と高い定着効率とを呈するトナーの定着機能を持たせることができ、定着固定に必要なエネルギの削減を図ることができるのである。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の光定着装置は、定着固定に必要なエネルギの削減として有用であり、複写機,プリンタ,ファクシミリ等の電子機器や、露光装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１…光定着装置、
２,２a,２b,２c…発光部、
３,３a,３b,３c…集光部、
４…未定着トナー像、
５…トナー粒子、
６…記録媒体、
７…相対移動部、
８…二焦点レンズ、
Ｚ1,Ｚ1a,Ｚ1b…拡散光、
Ｚ2,Ｚ2a,Ｚ2b…集光光、
ａ,ｂ,ｂ1,ｂ2,ｃ…光照射領域。
【図１】
2011133749.tif 000003
【図２】
2011133749.tif 000004
【図３】
2011133749.tif 000005
【図４】
2011133749.tif 000006
【図５】
2011133749.tif 000007
【図６】
2011133749.tif 000008
【図７】
2011133749.tif 000009
【図８】
2011133749.tif 000010
【図９】
2011133749.tif 000011
【図１０】
2011133749.tif 000012
【図１１】
2011133749.tif 000013
【図１２】
2011133749.tif 000014
【図１３】
2011133749.tif 000015