(57)【要約】【課題】複数の光源素子が高密度に配置され、排熱性が確保され、周囲への風や熱の影響が抑えられ、送風装置を設置しても大型化、複雑化を招くことのない光源装置を提供する。【解決手段】底板１０、４枚の側板１１，１２，１５，１６により函体をつくり、その上部に吸気ファンＦ２と排気ファンＦ１を設置し、その間を仕切り板１７で仕切りＵ字状の通風路を構成した。側板１１，１２の外面に半導体レーザダイオードＤ１，Ｄ２を支持させた。底板１０を断熱材とした。外側にはレーザダイオードＤ１，Ｄ２を被う断熱カバー材Ｓ１，Ｓ２を設け、内側には、ペルチェ素子Ｋ、ヒートシンクＨを設けた。【効果】吸排気が装置上部で行われ、周囲への風と熱の影響が少ない。Ｕ字状の通風路上に少なくとも１つ送風装置を設置すれば、内部空間の風の循環が確保される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置面に固定される底板と、
前記底板に立設され当該底板上の空間を包囲する側板と、
前記側板に支持された複数の光源素子と、
前記空間の上部に設けられた吸気部及び排気部と、
前記吸気部と排気部との間を仕切り、下端が前記底板に間を空けて臨む仕切り板とを備える光源装置。
【請求項２】
前記光源素子が前記仕切り板を挟んで相対する位置に設置されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記排気部として排気ファンが設けられ、前記排気ファンの排気方向が前記底板及び前記仕切り板から遠退く方向となるように、前記排気ファンの送風軸方向が前記底板及び前記仕切り板に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記吸気部として吸気ファンが設けられ、前記吸気ファンの吸気方向が前記底板及び前記仕切り板に近づく方向となるように、前記吸気ファンの送風軸方向が前記底板及び前記仕切り板に対して傾斜し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に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光源素子が半導体レーザダイオードであり、光ファイバーに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の光源装置。
【請求項６】
前記空間側となる前記側板の内側面にヒートシンクが設置され、その反対面に前記光源素子が設置されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の光源装置。
【請求項７】
前記ヒートシンクと前記側板との間にペルチェ素子が設置されてなることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記底板が断熱材からなることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光源素子が前記側板の外側面に設置され、前記光源素子を覆い前記光源素子及び前記外側面に密着する断熱材が設けられてなることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源素子と排熱用の通風路を有した光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体レーザや発光ダイオード等の光源素子が多くの光学分野で利用されている。なかでもマルチチャンネル露光装置のように光源素子を多数要する場合がある。多数の光源素子を装備する場合、装置小型化等のため高密度に配置することが好ましいが、高密度ゆえに温度上昇が著しくなる。光源素子は温度変化により光量が不安定となるし、また、著しい温度上昇は素子寿命を短期化させる。そのため排熱性の高い構造を採用したり、一定の温度に温度調整する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、高密度に配置された多数の素子を良好に温度制御することを目的とした光源装置が記載されている。
特許文献１記載の光源装置は、吸気口と排気口とをヒートシンク（同文献中符号１８）の相対する側面に形成し、これらの吸気口及び排気口に直角に連続する他の２面に、多数の半導体レーザ（同文献中符号１１）が支持された支持板（同文献中符号１７）を１対配置した構造を有する。すなわち、吸気口が設けられた面と排気口が設けられた面と一対の支持板とにより四角柱の４側面が形成された外形を有し、この４側面に垂直な底面を露光装置に固定している。吸気口から排気口までを結ぶ通風路は直線状に抜けるように形成されている。
【特許文献１】特開２００２−３４４１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光ファイバーその他の光学部品やレーザ光に風が当たると光が揺らぐなどの悪影響を及ぼすことがある。
一方、特許文献１に記載の光源装置によると、光源素子を支持する支持板の高さ範囲と同じ高さ範囲に吸気口と排気口が形成されている。そのため、吸気口の付近や排気口の付近は勿論、光源素子の周囲において風が発生しやすくなる。
したがって、光源装置の周囲に風の影響が出やすい光学系を構成することが困難となる。
また、光源装置の周囲に熱の影響が出やすい部品を配置することが困難となる。
【０００５】
また、多数の光源素子を配置するために支持板が高さ方向に長くなるに従って、吸気口と排気口も高さ方向に長く形成され、多数の送風ファンを要し、大型化、複雑化を招くこととなる。
【０００６】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、複数の光源素子が高密度に配置され、排熱性が確保され、周囲への風やこの風による熱の影響が抑えられ、送風装置を設置しても大型化、複雑化を招くことのない光源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、設置面に固定される底板と、
前記底板に立設され当該底板上の空間を包囲する側板と、
前記側板に支持された複数の光源素子と、
前記空間の上部に設けられた吸気部及び排気部と、
前記吸気部と排気部との間を仕切り、下端が前記底板に間を空けて臨む仕切り板とを備える光源装置である。
【０００８】
したがって請求項１記載の発明によれば、底板が設置面に固定され、底板から立設された側板に複数の光源素子が支持されるので、複数の光源素子を立体的に設置することが可能となり、平面的に設置する場合に比較して多数の光源素子を小さい設置スペースに高密度に設置できる。光源素子は、周方向の異なる位置に設けることが好ましい。また、高さ方向に複数並べて設けることが好ましい。
また、請求項１記載の発明によれば、外気は吸気部から装置内に入り、仕切り板に沿って下降し、底板にぶつかりつつ仕切り板の下端周りに１８０°旋回しながら仕切り板の下端と底板との間を通って仕切り板の反対側に至り、仕切り板に沿って上昇し、排気部から排気される。このとき、仕切り板は、吸気を底板まで案内して迂回させて排気部まで案内する役割を有する。したがって、吸気が排気部に直に導かれて空間内全体を循環しないという事態が防がれる。このように底板と底板上の空間を包囲する側板と仕切り板とによりＵ字状の通風路が形成されており、この通風路により排熱性が確保される。したがって、熱的制約を軽減して光源素子を高密度に配置することができる。
また、吸気部及び排気部は、側板により包囲された底板上の空間、すなわち、通風空間の上部に設けられるので、周囲に対する風や熱の影響を抑えることができ、周囲に設置される光学部品その他の部品の設置の自由度が向上する。また、吸気部又は排気部として送風ファンを設置する場合にも、送風ファンが通風空間から周囲へはみ出すことがなく設置面に対して面積的にコンパクトに構成できる。
また、吸気部及び排気部は通風空間の上部に設けられるので、底板や側板の周囲のスペースを取らずに吸気部、排気部にダクトを接続することができる。
また、多数の光源素子を配置するために側板が高さ方向に長くなっても、Ｕ字状の通風路上に少なくとも１つの送風装置を配置することによって、通風機構を装備することができ、大型化、複雑化を招かない。
なお、本発明において「上」「下」の文言は底板を下として表現している。底板を垂直な設置面に固定するなど本光源装置の設置方向は自由である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記光源素子が前記仕切り板を挟んで相対する位置に設置されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置である。
【００１０】
したがって請求項２記載の発明によれば、光源素子が仕切り板を挟んで相対する位置に設置される。すなわち、周方向の同一位置に設置された一の又は一群の光源素子に対し、仕切り板を挟んで反対側に他の一又は一群の光源素子が設置される。これにより、複数の光源素子が分散配置され、熱の集中を緩和できる。また、仕切り板と側板との接合部を回避して光源素子を側板に容易に固定することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記排気部として排気ファンが設けられ、前記排気ファンの排気方向が前記底板及び前記仕切り板から遠退く方向となるように、前記排気ファンの送風軸方向が前記底板及び前記仕切り板に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置である。
【００１２】
したがって請求項３記載の発明によれば、排気部から排出された暖気が吸気部から遠退く方向へ排出され、排気部から排出された暖気の吸気部への再吸入を抑えたり、吸気部及び排気部にダクトを接続する場合に、ダクトを接続しやすかったり、ダクトを所望の角度で接続することができるという利点がある。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記吸気部として吸気ファンが設けられ、前記吸気ファンの吸気方向が前記底板及び前記仕切り板に近づく方向となるように、前記吸気ファンの送風軸方向が前記底板及び前記仕切り板に対して傾斜し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に記載の光源装置である。
【００１４】
したがって請求項４記載の発明によれば、排気部から排出された暖気の吸気部への再吸入を抑えたり、吸気部及び排気部にダクトを接続する場合に、傾斜角を選択することによってダクトを接続しやすかったり、ダクトを所望の角度で接続することができるという利点がある。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記光源素子が半導体レーザダイオードであり、光ファイバーに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の光源装置である。
【００１６】
したがって請求項５記載の発明によれば、各光源素子から出射する光を光ファイバーにより導光し、光ファイバーの出射端を所望の位置に所望の態様で配列させることにより、所望の位置に出射アレイを構成することができる。その一方で、光源素子である半導体レーザダイオードを熱設計的に好ましい位置に配置することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、前記空間側となる前記側板の内側面にヒートシンクが設置され、その反対面に前記光源素子が設置されてなることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の光源装置である。
【００１８】
したがって請求項６記載の発明によれば、ヒートシンクが光源素子から熱を吸収、蓄熱し通風空間に放散するので排熱性が向上する。
【００１９】
請求項７記載の発明は、前記ヒートシンクと前記側板との間にペルチェ素子が設置されてなることを特徴とする請求項６に記載の光源装置である。
【００２０】
したがって請求項７記載の発明によれば、ペルチェ素子により積極的に温度を制御することができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、前記底板が断熱材からなることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の光源装置である。
【００２２】
したがって請求項８記載の発明によれば、設置面に固定される底板が断熱材であるので、設置面側との熱収支をほとんど無くすことができ、設置面側の熱的状況を考慮することなく、本光源装置単体を対象に熱的設計を行っても温度調整の精度を十分に高いものとすることができる。また、本光源装置から設置面伝いに本光源装置周囲の他部品に熱を与えることがない。
【００２３】
請求項９記載の発明は、前記光源素子が前記側板の外側面に設置され、前記光源素子を覆い前記光源素子及び前記外側面に密着する断熱材が設けられてなることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の光源装置である。
【００２４】
したがって請求項９記載の発明によれば、光源素子及び外側面に材が密着するので、光源素子周りの結露を防ぐことができ、光源素子の水分による故障を防ぐことができる。特にペルチェ素子等により強制冷却する場合に有効である。また、断熱材を使用するので、環境との熱収支をほとんど無くすことができ、環境変化を考慮することなく、本光源装置単体を対象に熱的設計を行っても温度調整の精度を十分に高いものとすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、複数の光源素子が高密度に配置でき、排熱性が確保でき、周囲に光学部品を配置する際の風の影響を抑えることができ、送風装置を設置しても大型化、複雑化を招くことがないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２７】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき、図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施形態の光源装置が搭載された画像記録装置の斜視図である。図２は、図１における光源装置の矢視Ａ図(a)、矢視Ｂ図(b)、矢視Ｃ図(c)、矢視Ｄ図(d)である。図３は、図２におけるＥ−Ｅ断面図である。図４は、図２におけるＦ−Ｆ断面図である。
【００２８】
図１に示すように本実施形態の光源装置１は、下部が直方体で上部が山型（切妻屋根型）の外形を有する函を構成している。
光源装置１は、搬送ベース２上に設置されている。搬送ベース２は、ネジシャフト４、ガイドシャフト３等の機構を利用した移動装置により副走査方向に往復動する。
搬送ベース２上には光源装置１から延び出た光ファイバーＰ１，Ｐ２の出射端が束ねられて所定の配列による光ファイバーアレイ５が構成されている。
光ファイバーアレイ５から出射した光は、同じく搬送ベース２上に設置された結像光学系６を介して露光光７として出射し、主走査のために回転するドラム８の周面に保持された被露光材９に照射される。被露光材９としては、感光材料や感熱材料が適用される。感熱材料を用いる場合は、感光材料の場合に比較してパワーの強い光を露光して、その熱で画像を形成することとなる。したがって、感熱材料を露光する場合は、光源装置１の発熱量が大きくなるため、本発明を適用する意義が高い。また、図１に示すように光源装置１の吸排気方向を露光光７に対して垂直に配置した場合、光源装置１の吸排気方向はドラム８に向かわないため、光源装置１から感熱材料である被露光材９方向に排気により排熱したり、光源装置１が感熱材料である被露光材９からの熱を吸気により吸熱することが抑えられ、相互の熱的影響を低減することができる。
また図示しないが、搬送ベース２上には、結像光学系６のレンズの移動を制御する制御回路基板、光源装置１に備えられた半導体レーザＤ１，Ｄ２の制御回路基板が搭載される。
【００２９】
次に、光源装置１の詳細につき説明する。
図２〜図３に示すように、光源装置１は、１枚の底板１０、光源素子が支持される２枚の側板１１，１２、他の２枚の側板１５，１６、２枚の上部枠板１３，１４により函を構成している。
底板１０は断熱材により構成される。底板１０は搬送ベース２の上面にネジ止め等により固定される。側板１１，１２、側板１５、１６及び上部枠板１３，１４はアルミ板、銅板、鋼板等の金属板により構成される。特に側板１１，１２には熱伝導性の良い材料を用いる。
底板１０を搬送ベース２にネジで固定する場合は、函内にて底板１０にボルトを貫通させるか、底板１０を函外にフランジ状に大きくしておき、このフランジ部にボルトを貫通させる態様をとる。底板１０による断熱作用を損なわせないために固定用ネジを側板１１，１２、側板１５、１６等の金属部に接触させないようにする。
【００３０】
底板１０は長方形である。側板１１，１２は、底板１０の一組の対辺にそれぞれ立設されている。側板１５，１６は、底板１０の他の一組の対辺にそれぞれ立設されている。側板１１，１２の側辺と側板１５、１６の側辺とは結合している。側板同士の結合部分は折り曲げ部や溶接等の接合部等で構成される。
側板１１，１２は長方形である。側板１５、１６は、下部が長方形、上部が山型の五角形である。
以上のように側板１１，１２及び側板１５、１６の計４枚の側板により底板１０上の空間が包囲されている。
【００３１】
上部枠板１３，１４は外形が長方形で、開口部を有している。上部枠板１３の３辺は、それぞれ側板１１、１５、１６の各上辺に結合しており、上部枠板１３の残る１辺は、上部枠板１４の１辺に結合し頂部１８を構成している。上部枠板１４の残る３辺は、それぞれ側板１２、１５、１６の各上辺に結合している。
上部枠板１３の開口部には、排気ファンＦ１が嵌め付けられており、排気ファンＦ１が排気部を構成する。上部枠板１３の開口部は、吸気口Ｆ０を構成する。
【００３２】
図３、図４に示すように、函内には仕切り板１７が設置されている。仕切り板１７は長方形である。仕切り板１７の上辺は頂部１８に結合し、仕切り板１７は吸気口Ｆ０と排気ファンＦ１との間を仕切っている。頂部１８は、上部枠板１３，１４及び仕切り板１７の３部材の結合部となっている。仕切り板１７の両側辺はそれぞれ側板１５、１６の中央に結合している。
仕切り板１７の下辺、すなわち、仕切り板１７の下端は、底板１０から離間されており、図４における仕切り板１７の右側（吸気側）空間と左側（排気側）空間とが仕切り板１７の下端と底板１０との間の空間により連通している。
以上のように底板１０、側板１１，１２、１５、１６、上部枠板１３，１４によりＵ字状の通風路が構成されている。排気ファンＦ１の稼働時においては、破線矢印Ｇにより示すように空気は流れる。
なお、上部枠板１４を設けず、吸気側空間の上方を全体的に開放しておいても良い。吸気口を特定の範囲に絞り込みたい場合は、上部枠板１４を設けることが有効となる。また、側板１１、１５、１６及び仕切り板１７の各上端により囲まれてできる開口に排気ファンＦ１を直接嵌め付けることができる場合は、上部枠板１３は不要である。その開口に排気ファンＦ１を直接嵌め付けられない場合には上部枠板１３を介して取り付けることが有効である。
【００３３】
図２、図４に示すように、側板１１の外側面１１ｂには、光源素子としての複数の半導体レーザダイオードＤ１，Ｄ１，・・・が支持されている。側板１２の外側面１２ｂには、光源素子としての複数の半導体レーザダイオードＤ２，Ｄ２，・・・が支持されている。このように光源素子を周方向の異なる位置に設けることにより高密度に配置できる。また、相対する位置に配置することによって分散配置され熱の集中を緩和できる。
側板１１に光源素子を複数列設けても良い。側板１２に光源素子を複数列設けても良い。側板１５、１６にも光源素子を設置しても良い。
【００３４】
側板１１、１２の各内側面１１ａ，１２ａは塗装等により黒くしておく。輻射熱発散性を高めるためである。側板１１、１２の各外側面１１ｂ，１２ｂは、金属板素材をそのまま露出した無垢の状態にしておく。吸熱性を高くしておくためである。
図２(c)に示すように半導体レーザダイオードＤ１には、光ファイバーＰ１が接続されている。図２(d)に示すように半導体レーザダイオードＤ２には、光ファイバーＰ２が接続されている。
【００３５】
本実施形態の光源装置１の函体は上部が山型となっている。これに代え、上部を平らにした直方体の函体を採用しても良い。しかし、山型にすることにより次のような利点がある。
図４に示すように、排気ファンＦ１の送風軸方向が底板１０及び仕切り板１７に対して傾斜しており、排気ファンＦ１の排気方向が底板１０及び仕切り板１７から遠退く方向となっている。また、頂部１８を介して排気ファンＦ１と逆傾斜に吸気口Ｆ０が設けられている。かかる構造により、排気は吸気口Ｆ０から遠退く方向へ排出されるため、排気ファンＦ１から排出された暖気の吸気口Ｆ０への再吸入が抑えられる。
吸気口Ｆ０及び排気ファンＦ１にダクトを接続する場合に、両ダクトが干渉しにくく、接続しやすくなる場合がある。
また、山型の傾斜を選択することにより、ダクトの接続角度を選択できる。
【００３６】
本実施形態によれば、半導体レーザダイオードＤ１，Ｄ２の稼働により熱が発生しても、その熱は、金属製の側板１１，１２を介してＵ字型の通風空間に放出される。排気ファンＦ１が稼働することにより、通風空間が十分に換気され、半導体レーザダイオードＤ１，Ｄ２を発熱源とする熱を排気ファンＦ１から暖気とともに排出できる。また、断熱材からなる底板１０により設置面側すなわち、搬送ベース２からの受熱が防がれる。
その結果、多数の高密度に配置された半導体レーザダイオードＤ１，Ｄ２の温度上昇を防ぎ、一定の温度範囲に保って安定した制御を継続することができる。
光源装置１の周囲の搬送ベース２上に設置される光学部品その他の部品に吸気、排気により生じる風を当てることがなく、周囲に対する風や熱の影響が少なくなる。その結果、搬送ベース２に搭載する部品の配置の自由度が増す。
【００３７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき図５を参照して説明する。
本実施形態の光源装置２０は、上記第１実施形態の光源装置１の構成をすべて有し、かつ、吸気ファンＦ２、ペルチェ素子Ｋ、ヒートシンクＨ、断熱カバー材Ｓ１，Ｓ２を付加したものである。また、ペルチェ素子の制御装置（図示せず）が搬送ベース２上に構成される。
第１実施形態における吸気口Ｆ０に吸気ファンＦ２が嵌め入れられ、吸気ファンＦ２が吸気部を構成している
側板１１，１２の各内側面１１ａ，１２ａには、ペルチェ素子Ｋを介してヒートシンクＨが固定される。側板１１，１２の外側面１１ｂ，１２ｂには断熱カバー材Ｓ１，Ｓ２が付けられる。
断熱カバー材Ｓ１，Ｓ２は、図５に示すように、側板１１，１２の外側面に固定された半導体レーザダイオードＤ１,Ｄ２を被う凹形状に予め加工されており、半導体レーザダイオードＤ１,Ｄ２を被っている。また、断熱カバー材Ｓ１，Ｓ２は半導体レーザダイオードＤ１,Ｄ２及びその周囲の外側面１１ｂ，１２ｂに密着している。断熱カバー材Ｓ１，Ｓ２としては、加工しやすく半導体レーザダイオードＤ１,Ｄ２を傷つけない例えばスポンジ状のものが好ましい。
【００３８】
本実施形態によれば、ペルチェ素子Ｋにより半導体レーザダイオードＤ１,Ｄ２の熱を側板１１，１２を介して吸熱し、その吸熱をヒートシンクＨ及び吸気ファンＦ２、排気ファンＦ１による空冷により本光源装置２０の上部へ排出することができる。
高温多湿の環境下において、ペルチェ素子Ｋにより強制冷却しても、断熱カバー材Ｓ１，Ｓ２の作用により半導体レーザダイオードＤ１,Ｄ２及びその周囲の外側面１１ｂ，１２ｂ結露を生じさせることがなく、半導体レーザダイオードＤ１,Ｄ２を水に触れさせることが防がれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明第１実施形態の光源装置が搭載された画像記録装置の斜視図である。
【図２】図１における光源装置の矢視Ａ図(a)、矢視Ｂ図(b)、矢視Ｃ図(c)、矢視Ｄ図(d)である。
【図３】図２におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図４】図２におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図５】図２におけるＦ−Ｆ断面図に対応し、第２実施形態を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１    光源装置（第１実施形態）
２    搬送ベース
３    ガイドシャフト
３    ネジシャフト
５    光ファイバーアレイ
６    結像光学系
７    露光光
８    ドラム
９    被露光材
１０  底板
１１，１２  側板
１３，１４  上部枠板
１５，１６  側板
１７  仕切り板
１８  頂部
２０  光源装置（第２実施形態）
Ｄ１，Ｄ２  半導体レーザダイオード
Ｆ０  吸気口
Ｆ１  排気ファン
Ｆ２  吸気ファン
Ｈ    ヒートシンク
Ｋ    ペルチェ素子
Ｐ１，Ｐ２  光ファイバー
Ｓ１，Ｓ２    断熱カバー材
【図１】
2006064752.tif 000003
【図２】
2006064752.tif 000004
【図３】
2006064752.tif 000005
【図４】
2006064752.tif 000006
【図５】
2006064752.tif 000007