(57)【要約】【課題】複数あるレーザー光束の平行度が揃わないことによる集光性の悪化を防止し、安定した加熱を実現する非接触加熱装置及びそれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】光軸調整台（光軸調整治具）４１の垂直面である基準面４１ａと、ベース部材４２の基準面４２ａを向い合せて、光軸調整台４１に基本光源ブロック４０を取り付け、光軸調整を行う。基準面４１ａ，４２ａは所定の平面度で形成されている。レーザー光の照射先には、レーザー光の強度分布であるビームプロファイルを測定するためのビームプロファイラー５０を設置し、この測定結果に従って光軸調整を行う。この基本光源ブロック４０を、非接触加熱装置１４の同様の平行度を有する基準面に取り付けると、光軸調整台４１で調整した光軸が再現するようになり、細かな調整作業が不要で、質のよい平行光を得ることができるようになる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源からの光を未定着トナー画像に照射することで、未定着トナー画像を加熱溶融して定着させる非接触加熱装置において、
１つのレーザー素子と、それに対応するコリメートレンズと、両者を固定する固定部材を有する基本光源ブロックを備え、
前記基本光源ブロックには、所定平面度の基準面が形成されており、
前記レーザー素子と前記コリメートレンズは前記基準面から所定位置に設置され、かつ前記基本光源ブロックの基準面を非接触加熱装置に設置された基本光源ブロック取付け部材の所定平面度の基準面に取り付けることを特徴とする非接触加熱装置。
【請求項２】
前記基本光源ブロックの基準面と、前記基本光源ブロックの取付け部材の基準面と、前記基本光源ブロックの光軸調整用治具の基準面の平面度は同じオーダーであり、該平面度が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の非接触加熱装置。
【請求項３】
前記基本光源ブロック取付け部材は、少なくとも２つ以上の前記基本光源ブロックがマトリクス状に取り付けられるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触加熱装置。
【請求項４】
前記レーザー素子は、良熱伝導性の絶縁部材からなる保持部材で保持されており、前記保持部材はレーザー位置調整部材を介して前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触加熱装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の非接触加熱装置を用いた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、レーザー等の非接触加熱を用いてトナーを加熱し定着するための非接触加熱装置およびそれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンターなどの電子写真方式の画像形成装置には、記録用紙上に形成されたトナー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。この定着装置には、加熱された定着ローラと加圧ローラの間にトナー像を形成した記録用紙を挟み込んで定着する接触加熱方式と、レーザーなどの光をトナーに照射して加熱する非接触加熱方式がある。
【０００３】
非接触加熱方式は、定着ローラ全体を加熱しなければならない接触加熱方式に比べて、トナーを直接加熱できて、エネルギー効率がよいという利点がある。一方で、複数の光源を用いてトナーに集光させるので、光の平行度を上げて光強度分布を均一にし、いかに集光性を上げるかが課題でもある。
【０００４】
特許文献１には、複数のレーザー光源の光を同一のトナー像面上に集光させ、かつ各レーザーからの集光位置を微妙にずらすことで照射時間と光量を制御するレーザー定着装置が提案されている。
【０００５】
特許文献２には、第一の光源と第二の光源副走査方向の設置ピッチを調整し小型化を図る光走査装置が提案されている。
【０００６】
特許文献３には、レーザー光源をマトリクス状に配置した光源ユニットが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−５５５１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−７２１８４号公報
【特許文献３】特開平１１−１７７１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の装置の目的は、文字やトナーの少ない画像、トナーの多いカラー画像に対して最適な照射スポット形状を選択することにあって、複数ビームを精度良く集光させるための具体的な機構やその課題については記載されていない。特に、ポリゴンミラーを使用した走査光学系ではＦθレンズの焦点距離が長くなるため、レーザー素子とコリメートレンズの位置がミクロンオーダーで変わっても長い焦点距離の分、焦点位置が大きくずれてしまうという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の装置には、第１の光源と第２の光源副走査方向の設置ピッチを調整することが提案されているだけで、複数あるレーザー光束の平行度調整という課題についての記載はない。
【００１０】
また、特許文献３に記載の装置には、複数あるレーザー光束の光軸をいかに揃えて管理するかについては、記載されていない。
【００１１】
以上のように上記特許文献の装置は、複数ビームの平行度をいかにして揃え、集光部の光強度分布を均一にするかという課題を解決することはできない。
【００１２】
本発明は、以上の課題に鑑み、複数あるレーザー光束の平行度が揃わないことによる集光性の悪化を防止し、安定した加熱を実現する非接触加熱装置及びそれを用いた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】
【００１３】
本発明は、レーザー光源からの光を未定着トナー画像に照射することで、未定着トナー画像を加熱溶融して定着させる非接触加熱装置において、
１つのレーザー素子と、それに対応するコリメートレンズと、両者を固定する固定部材を有する基本光源ブロックを備え、
前記基本光源ブロックには、所定平面度の基準面が形成されており、
前記レーザー素子と前記コリメートレンズは前記基準面から所定位置に設置され、かつ前記基本光源ブロックの基準面を非接触加熱装置に設置された基本光源ブロック取付け部材の所定平面度の基準面に取り付けることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の非接触加熱装置において、前記基本光源ブロックの基準面と、前記基本光源ブロックの取付け部材の基準面と、前記基本光源ブロックの光軸調整用治具の基準面の平面度は同じオーダーであり、該平面度が２μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の非接触加熱装置において、前記基本光源ブロック取付け部材は、少なくとも２つ以上の前記基本光源ブロックがマトリクス状に取り付けられるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の非接触加熱装置において、前記レーザー素子は、良熱伝導性の絶縁部材からなる保持部材で保持されており、前記保持部材はレーザー位置調整部材を介して前記固定部材に固定されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記非接触加熱装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明によれば、レーザー素子とコリメートレンズは基準面から所定位置に設置され、かつ基本光源ブロックの基準面を非接触加熱装置に設置された基本光源ブロック取付部材の所定平面度の基準面に取り付ける構成にすることで、基本光源ブロックの光軸を、本体とは別の光軸調整治具にて調製できるようになり、かつ光軸調整済みの該基本光源ブロックを加熱装置本体に取り付けても光軸は再現できるようになるので、細かな調整作業が不要で、質のよい平行光を得ることができるようになる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記基本光源ブロックの基準面と、前記基本光源ブロックの取付け部材の基準面と、前記基本光源ブロックの光軸調整用治具の基準面の平面度は同じオーダーであり、該平面度が２μｍ以下にすることで、光軸調整済みの基本光源ブロックを本体に取り付けた事典で、該光軸調整ジグで調整した出光角、平行光束サイズが再現できるので、本体光学系の調整作業を大幅に削減できる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記基本光源ブロック取付け部材は、少なくとも２つ以上の前記基本光源ブロックがマトリクス状に取り付けられるように構成することで、複数光源を使用する光学系においても、質がよく向きの揃ったマトリクス状の平行光を簡単に得ることができるようになるので、より高出力で集光効率の高い非接触加熱装置を提供できるようになる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記レーザー素子は、良熱伝導性の絶縁部材からなる保持部材で保持されており、前記保持部材はレーザー位置調整部材を介して前記固定部材に固定されるように構成することで、基本光源ブロックと、該基本光源ブロックの取付部材とを熱容量の大きな放熱板として利用できるので、効率的にレーザーの冷却を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の非接触加熱装置を用いた画像形成装置の概略構造を説明した図である。
【図２】非接触加熱装置の概略構成を説明した図である。
【図３】レーザービーム光の広がりを説明した図である。
【図４】基本光源ブロックの構造と光軸調整のための構成を説明した図である。
【図５】基本光源ブロックの光軸調整手順を説明した図である。
【図６】基本光源ブロックを複数取り付ける構造を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る走査型多重露光方式のレーザーによる非接触加熱装置について以下に説明する。
【００２４】
最初に本発明の非接触加熱定着装置を用いた画像形成装置の基本構成について、図１を用いて説明する。
【００２５】
本画像形成装置１０は、カラー画像形成装置であるため各色のトナー画像を形成するための現像ユニット１１、現像ユニット１１で顕像化された単色の未定着トナー画像を中間転写ベルト２７上に重ね合わせるための１次転写ユニット１２、更に中間転写ベルト２７上に形成された４色の未定着トナー画像を紙に転写するための２次転写ユニット１３、２次転写ユニット１３で紙上に転写された未定着トナー画像を加熱して紙にトナーを溶融固定するための非接触定着ユニット（非接触加熱装置）１４、紙を２次転写ユニット１３に送付するための給紙装置１５と用紙トレイ１６から構成される。
【００２６】
次に現像ユニット１１の詳細構成について説明する。
現像ユニット１１は、トナー画像を形成するための感光体２１と、感光体２１を所定の電位に帯電させるための帯電器２２と、該所定電位に帯電された感光体２１上に画像情報に基づいて静電潜像を形成する露光装置２３と、感光体２１上に形成された該静電潜像を顕像化するためにトナーを帯電させ感光体２１に付着させるための現像槽２４、更に、感光体２１に形成された未定着トナー画像が転写された後に残ったトナーを感光体２１上から除去するためのクリーングユニット２５、クリーニング後、感光体２１上の電位を０Ｖにするための除電ユニット２６から構成される。
現像ユニット１１は、シアン・マゼンタ・イエロー・ブラックの色のそれぞれに対して、上記と同様の構成を有して配置され、各色のトナー画像を形成する。
【００２７】
次に、上記個々の現像ユニット１１と本画像形成装置１０における画像形成プロセスについて、同図１を用いて説明する。
まず、画像形成装置１０は、外部装置から画像データを取得する。また、画像形成装置１０の図示しない駆動ユニットが、感光体２１を図に示した矢印の方向に所定の速度（ここでは２２０ｍｍ／ｓ）で回転させるとともに、帯電器２２が感光体２１の表面を所定の電位に帯電させる
【００２８】
本実施例では、該帯電器２２に、厚さ０．１のステンレス板に複数の楔状を形成した楔状電極を、感光体２１の表面より７ｍｍ離した位置に設置し、該楔状電極と感光体２１の間には、感光体２１の表面の電位を制御するためのグリッドを設けたスコロトロン帯電器を使用する。該楔状電極には、図示しない高圧電源から−３〜−８ＫＶの高圧が印加されており、これによって楔状電極先端に不平等電界を生じさせて生じた気中放電の電子なだれでもって感光体２１の表面を帯電させることができる。感光体２１の表面電位は、楔状電極と感光体２１の間に設置されたグリッド（図示せず）に印加する電源の電圧を変更することで所定電位になるように調整される（スコロトロン帯電器）。本実施例では、−６２０Ｖに均一帯電されている。
【００２９】
次に、所定電位に帯電した感光体２１表面に、印刷画像に応じた静電潜像を形成する露光装置２３において、印刷する画像パターンに応じてレーザー光を感光体２１の回転軸方向に、図示しない走査装置によって画像に応じて照射され、静電潜像が形成される。
【００３０】
更に、感光体２１上に形成された静電潜像は、キャリアと呼ばれる磁性粉体とトナーが混合された現像剤が磁気ブラシによって回転搬送される現像槽２４において、摺接されることで静電潜像上にトナーが付着しトナー画像が形成される。
【００３１】
以上のようにして感光体２１上に形成されたトナー画像は、次に中間転写ベルト２７と接する１次転写ユニット１２において、図示されない高圧電源から供給される印加電界によって中間転写ベルト２７上に転写される。このような転写動作が各色の現像ユニット１１に対して順次行われることで、中間転写ベルト２７上に４色のトナー画像を形成が形成される。
【００３２】
次に、用紙トレイ１６から転写用紙が２次転写ユニット１３に搬送され、中間転写ベルト２７上のトナー画像が、図示されない高圧電源から電圧が供給されて転写され、用紙上にトナー画像が転写形成される。
【００３３】
トナー画像が転写された用紙は、非接触定着ユニット（非接触加熱装置）１４に送られ、そこで赤外線を照射されることでトナー部が加熱溶融して紙に溶融定着され安定した画像を得ることができる。
【００３４】
次に、本発明である非接触加熱装置１４の基本構成について、図１及び図２を用いて説明する。
非接触加熱装置１４は、レーザユニット１４と、紙搬送ユニット３５からなる。
本非接触加熱装置１４の光源（発光部３１）は、波長８８０ｎｍの光出力２０Ｗの赤外線レーザー素子を複数ならべて総出力３００Ｗにしたものを使用する。該レーザー素子は、図示しない個々あるいは一連で駆動されるレーザー駆動回路に接続されている。レーザー素子（発光部）３１を出た赤外線光はそのままでは所定角度で拡散してしまうため、平行光にするための合成ガラス製のコリメートレンズ３２を通過、集光部の光強度分布が矩形になるようにするためのホモジナイザー（図示せず）を通過したのち、ポリゴンミラー３３に入光、Ｆθレンズ（集光レンズ）３４を通過して用紙通過位置に設定された焦点位置ａに集光されるように構成されている。
【００３５】
用紙を焦点位置ａに搬送するための紙搬送ユニット３５は、加圧ローラ３６とテンションローラ３７に懸架された紙搬送ベルト３８から構成される。焦点位置ａでトナーが加熱された用紙は、位置決めローラ２８と加圧ローラ３６の間に挟まれて搬送され、トナー表面を平滑にする。位置決めローラ２８は、レーザーで非接触加熱されたトナーの表面を平滑にするために、少なくとも心材の表面に弾性層と表面コート層を有する構造となっている。本実施例ではΦ１８のステンレス製芯金上に、厚さ０．２ｍｍのシリコンゴムを皮膜した後、厚さ３０μｍのＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）チューブを皮膜したものを使用した。
【００３６】
コリメートレンズ３２および集光レンズ３４には、合成ガラスだけでなく石英ガラスやシリコン樹脂などを使用してもよい。反射によるロスを防止するために表面コート処理をしてもよい。
【００３７】
光源に半導体レーザーを使用する場合の非接触加熱装置について詳しく説明する。
【００３８】
半導体レーザーの発光部３１は発光点からのビーム広がり角が大きいため（図３参照）、コリメートレンズを発光点の近傍に設置することでビームを一旦平行光にした後、集光レンズで集光する構造を使用するのが一般的である。
【００３９】
この構造では、レーザー素子の発光点をコリメートレンズの焦点位置に精度よく配置しなければ均一な平行光を得ることができないので、レーザー素子の発光点とコリメートレンズの位置を精度良く管理する必要がある。一方、一般的な半導体レーザーの発光部３１の形状は長方形をしており、高さ方向で１μｍ程度、巾方向で数μｍから数百μｍとアスペクト比（縦横比）が非常に大きな構成になっており、かつビームの広がり角（高さ方向の広がり角αと幅方向の広がり角β）、発光位置も高さ方向と巾方向で大きく異なるという特徴をもつ。特に、高さ方向の広がり角αが±２５度以上と大きいため、コリメートレンズに損失なくすべての光を入光させるため（光軸調整）には、コリメートレンズと発光点の距離をできるだけ近づける必要がある。更に発光部３１の位置がレンズの焦点位置から少しでもずれると平行光を形成できなくなるので、コリメートレンズとレーザー発光位置をミクロンオーダーで位置管理する必要があるという課題がある。これは、高出力化するために複数レーザーを用いる場合により顕著で、この場合はレーザーの個数だけ光軸調整を行わなければならない上、各レーザー光の光束を全て平行にそろえなければならず非常に手間のかかる作業となる。
【００４０】
そこで、図４に示すように、レーザー素子３１とコリメートレンズ３２を１ブロック構成とする。この基本光源ブロック４０は、レーザー素子（発光部）３１、コリメートレンズ３２、レーザー素子３１とコリメートレンズ３２を取り付けるベース部材４２、レーザー保持部材４５，レーザー保持部材４５をベース部材４２に固定する固定ネジ４６、レーザー素子３１の位置を調整して取付け角度の調整をするレーザー位置調整部材４７、コリメートレンズ３２をベース部材４２に取り付けるコリメートレンズ保持部材４８、コリメートレンズ保持部材４８の外周とをベース部材４２の内周に設けられたネジ部４９、とから構成される。
【００４１】
光軸調整台（光軸調整治具）４１の垂直面である基準面４１ａと、ベース部材４２の基準面４２ａを向い合せて、光軸調整台４１に基本光源ブロック４０を取り付け、光軸調整を行う。基準面４１ａ，４２ａは所定の平面度で形成されている。レーザー光の照射先には、レーザー光の強度分布であるビームプロファイルを測定するためのビームプロファイラー５０を設置し、この測定結果に従って光軸調整を行う。
【００４２】
図５に従って光軸調整の手順について説明する。
図５（ａ）に示すように、光軸調整台（光軸調整治具）４１の基準面４１ａには、基準面４１ａに垂直に位置決めｓが突出して設けられている。ベース部材４２には、位置決めピン４３に対向する位置に穴４４が設けられている。光軸調整台４１の基準面４１ａとベース部材４２の基準面４２ａを向かい合わせて当接させるように、位置決めピン４３を穴４４に嵌挿させて、光軸調整台４１とベース部材４２を係合させる。
図５（ｂ）に示すように、レーザー素子３１とレーザー保持部材４５を固定ネジ４６にて、ベース部材４２に取り付ける。図４に示すように、レーザー素子３１とレーザー保持部材４５の間には、光軸調整用のレーザー位置調整部材４７が装着されている。一方、レーザー素子３１を取り付けた反対側からは、ベース部材４２に、コリメートレンズ３２が装着されたコリメートレンズ保持部材４８をネジ部４９により螺入する。
図５（ｃ）に示すように、こうして組み立てられた基本光源ブロック４０のレーザー素子３１を発光させながら、自由に向きを変えられるレーザー位置調整部材４７を使って、光軸調整台４１に取付けた基本光源ブロックのレーザー素子３１の取り付け角度を調整する。所定角度で出光することを確認後、レーザー素子３１を固定ネジ４６で固定する。そして、コリメートレンズ３２からの光のサイズをビームプロファイラー５０により、レーザースポットサイズを測定して、該ビームサイズが所定サイズになるようにコリメートレンズの位置を調整する（レンズホルダにはネジが切ってあって、レンズホルダを回転させることで焦点方向に移動させることができる構造になっている）。
【００４３】
このように基準面に対して出光角の揃った同じビームサイズのコリメート光を出光する基本光源ブロック４０を大量に製造することができるようになる。
光軸調整台４１の基準面に対して調整した該基本光源ブロック４０を、非接触加熱装置１４の同様の平行度を有する基準面に取り付けると、光軸調整台４１で調整した光軸が再現するようになり、細かな調整作業が不要で、質のよい平行光を得ることができるようになる。
【００４４】
次に、図６に示すように、基本光源ブロック４０をマトリクス状に複数配置する構成について説明する。
非接触加熱装置１４の複数の基本光源ブロック４０を、基本光源ブロック取付け部材６０にマトリックス状に取り付ける。この基本光源ブロック取付け部材６０の基準面６０ａを、基本光源ブロック４０の基準面４２ａと光軸調整台４１の基準面４１ａの平面度と同じとする。基本光源ブロック取付け部材６０の基準面６０ａとベース部材４２の基準面４２ａを向かい合わせるように、基本光源ブロック取付け部材６０の位置決めピン６１を、基本光源ブロック４０のベース部材４２に設けられた穴４４に嵌挿させて、基本光源ブロック４０と基本光源ブロック取付け部材６０を係合させる。更に、基本光源ブロック４０と基本光源ブロック取付け部材をネジ締めにより固定する。
【００４５】
基本光源ブロック４０の基準面４２ａ、光軸調整台４１の基準面４１ａ、基本光源ブロック取付け部材６０の基準面６０ａの平面度を２μｍ以下にすることで、本体に基本光源ブロック４０を取り付けた際に、光軸調整台４１で調整した出光角、平行光束サイズが再現できるようになり、本体光学系の調整作業を大幅に削減できるようになる（紙上での焦点位置変化が４０ミクロン程度に抑えられる）。
【００４６】
また、基本光源ブロック取付け部材６０の基準面６０ａに、所定の精度で基本光源ブロック４０をマトリクス状に配置できるように構成することで、複数光の光軸を簡単に揃えることができ、複数ビームを集光する光学系においても、質がよく向きの揃ったマトリクス状の平行光を簡単に得ることができるようになり、より高出力で効率よく、安定した加熱ができるようになる。
【００４７】
更に、レーザー素子３１を良熱伝導性でかつ絶縁性のレーザー保持部材４５で保持し、レーザー保持部材４５をレーザー位置調整部材４７を介して該コリメートレンズ保持部材４８にネジ締結し、コリメートレンズ保持部材４８を本体側の基本光源ブロック取付け部材６０にネジ締結する構成にすることで、基本光源ブロック４０と、基本光源ブロック取付け部材６０とを熱容量の大きな放熱板として利用できるので、効率的にレーザーの冷却を行うことができるようになる。
【００４８】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  画像形成装置
１１  現像ユニット
１２  １次転写ユニット
１３  ２次転写ユニット
１４  非接触加熱装置
１５  給紙装置
１６  用紙トレイ
２１  感光体
２２  帯電器
２３  露光装置
２４  現像槽
２５  クリーングユニット
２６  除電ユニット
２７  中間転写ベルト
２８  位置決めローラ
３１  レーザー素子（発光部）
３２  コリメートレンズ
３３  ポリゴンミラー
３４  Ｆθレンズ（集光レンズ）
３５  紙搬送ユニット
３６  加圧ローラ
３７  テンションローラ
３８  紙搬送ベルト
４０  基本光源ブロック
４１  光軸調整台
４１ａ  基準面
４２  ベース部材
４２ａ  基準面
４３  位置決めピン
４４  穴
４５  レーザー保持部材
４６  固定ネジ
４７  レーザー位置調整部材
４８  コリメートレンズ保持部材
４９  ネジ部
５０  ビームプロファイラー
６０  基本光源ブロック取付け部材
６０ａ  基準面
６１  位置決めピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013186393.tif 000005
【図４】
2013186393.tif 000006
【図５】
2013186393.tif 000007
【図６】
2013186393.tif 000008