(57)【要約】【課題】  高出力ＬＤの寿命が長くなり、露光装置の維持管理に関する費用や手間が軽減される露光ヘッドおよびそれを用いた露光装置を提供する。【解決手段】  １個または２個以上の発光素子と、温調機構と、熱伝導性部材とを備え、前記発光素子と前記温調機構とが、前記熱伝導性部材に熱伝導可能に固定された露光ヘッドであって、少なくとも前記発光素子が、断熱材で覆われていることを特徴とする露光ヘッド。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個または２個以上の発光素子と、温調機構と、熱伝導性部材とを備え、前記発光素子と前記温調機構とが、前記熱伝導性部材に熱伝導可能に固定された露光ヘッドであって、少なくとも前記発光素子が、断熱材で覆われていることを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記熱伝導性部材が、前記発光素子が固定された第一の熱伝導性部材と、前記温調機構が固定された第二の熱伝導性部材と、前記第一の熱伝導性部材と前記第二の熱伝導性部材とを熱伝導可能に接続する第三の熱伝導性部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記第三の熱伝導性部材が、ヒートパイプであることを特徴とする請求項２に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記温調機構と前記熱伝導性部材との熱交換が、冷媒の交換によりなされることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項５】
前記発光素子は、前記断熱材により、略密閉されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項６】
前記発光素子は、前記断熱材と密着していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項７】
前記熱伝導性部材のうち、前記温調機構が固定された部分を除く部分の一部または全部が、断熱材で覆われていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項８】
前記温調機構が、冷却機構であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項９】
前記発光素子を覆う部分の断熱材が、着脱自在であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項１０】
前記発光素子を覆う部分の断熱材が、開閉機構を備えて開閉自在であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項１１】
前記発光素子は、レーザダイオードまたは光ファイバー付きレーザダイオードであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項１２】
前記発光素子は光ファイバー付きレーザダイオードであり、前記発光素子を覆う断熱材には、前記レーザダイオードから延びる溝を備えており、前記光ファイバーが前記溝に収納されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれに記載の露光ヘッド。
【請求項１３】
前記断熱材が圧縮変形可能であり、かつ前記溝の幅が前記光ファイバーの直径以下であって、前記溝で前記光ファイバーが固定されることを特徴とする請求項１２に記載の露光ヘッド。
【請求項１４】
前記発光素子が、光軸方向に並列で、かつ一列に配置されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項１５】
前記発光素子が、千鳥形状に配置されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項１６】
前記熱伝導性部材が平板形状であり、前記発光素子と前記温調機構とが、前記熱伝導性部材の両面に相対して配置されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の露光ヘッド。
【請求項１７】
１個または２個以上の発光素子を用いて記録材料を露光する露光ヘッドであって、前記発光素子が、前記露光ヘッドの環境温度より低い温度で定常的に動作することを特徴とする露光ヘッド。
【請求項１８】
請求項１から１７に記載のいずれかの露光ヘッドを搭載して、記録材料を露光する露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＴＰ(Computer To Plate)等の露光装置におけるレーザダイオード（ＬＤ）等を露光光源とした露光ヘッドに関し、具体的には、冷却機構を備えた高出力ＬＤを光源とした露光ヘッドおよび、それらを用いた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルタイプのＣＴＰなどの露光装置では、光出力が１Ｗ程度のＬＤを例えば１６個や３２個等のごとき複数個組み込み、それぞれのＬＤからの射出光を光ファイバーで伝送して露光する露光ヘッドが用いられている。ここで使用されるＬＤは、使用時に１個あたり１Ｗ程度の発熱を生じるため温度があがりやすい。ところが、ＬＤの温度が上がりすぎるとＬＤの寿命が短くなったり、ＬＤが電流一定制御の場合に光量が不安定になったりする。そのため、露光装置にＬＤの温調機構を組み込み、露光装置を設置する場所の環境条件が、例えば、温度２５℃±２℃、湿度２０％〜８０％の範囲内とする等のように設定されているのが通常である。この場合、使用状態における露光部の温度は、装置設置環境温度より５℃ていど上昇していることが多い。
【０００３】
このような使用条件で用いる露光ヘッドとして、例えば、中央部にヒートシンクと空冷ファンとを設け、その両サイドに、ペルチェ素子を介してファイバー付きＬＤを１６個ずつ合計３２個配置したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、ＬＤ一個が故障するまでの平均時間であるＭＴＴＦ（Mean Time To Failures）が、例えば６０００時間であるとすると、このような３２個のＬＤを同時に使用する露光ヘッドにおいて、いずれか１個のＬＤが故障するまでの平均時間は６０００時間／３２個＝約１８７時間となる。これは、露光装置を１日平均８時間稼働させ、ＬＤの点灯時間がその２０％とすると約１１７日となる。つまり、およそ４ヶ月に一回いずれかのＬＤが故障し、そのたびに露光装置が停止してＬＤの交換が必要になる計算となる。しかも、交換される高出力ＬＤは高価であり、このような露光装置の維持管理には多額の費用と手間を要するのが実情である。
【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】
【０００５】
高出力ＬＤの寿命が長くなり、露光装置の維持管理に関する費用や手間が軽減される露光ヘッドおよびそれを用いた露光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】
【０００６】
発明の第一は、１個または２個以上の発光素子と、温調機構と、熱伝導性部材とを備え、前記発光素子と前記温調機構とが、前記熱伝導性部材に熱伝導可能に固定された露光ヘッドであって、少なくとも前記発光素子が、断熱材で覆われていることを特徴とする露光ヘッドである。
【０００７】
ここで、前記熱伝導性部材が、前記発光素子が固定された第一の熱伝導性部材と、前記温調機構が固定された第二の熱伝導性部材と、前記第一の熱伝導性部材と前記第二の熱伝導性部材とを熱伝導可能に接続する第三の熱伝導性部材とからなることは好ましい。また、前記第三の熱伝導性部材が、ヒートパイプであることは好ましい。また、前記温調機構と前記熱伝導性部材との熱交換が、冷媒の交換によりなされることは好ましい。また、前記発光素子は、前記断熱材により、略密閉されていることは好ましい。また、前記発光素子は、前記断熱材と密着していることは好ましい。また、前記熱伝導性部材のうち、前記温調機構が固定された部分を除く部分の一部または全部が、断熱材で覆われていることは好ましい。また、前記温調機構が、冷却機構であることは好ましい。また、前記発光素子を覆う部分の断熱材が、着脱自在であることは好ましい。また、前記発光素子を覆う部分の断熱材が、開閉機構を備えて開閉自在であることは好ましい。また、前記発光素子は、レーザダイオードまたは光ファイバー付きレーザダイオードであることは好ましい。また、前記発光素子は光ファイバー付きレーザダイオードであり、前記発光素子を覆う断熱材には、前記レーザダイオードから延びる溝を備えており、前記光ファイバーが前記溝に収納されていることは好ましい。また、前記断熱材が圧縮変形可能であり、かつ前記溝の幅が前記光ファイバーの直径以下であって、前記溝で前記光ファイバーが固定されることは好ましい。また、前記発光素子が、光軸方向に並列で、かつ一列に配置されていることは好ましい。また、前記発光素子が、千鳥形状に配置されていることは好ましい。また、前記熱伝導性部材が平板形状であり、前記発光素子と前記温調機構とが、前記熱伝導性部材の両面に相対して配置されていることは好ましい。
【０００８】
発明の第二は、１個または２個以上の発光素子を用いて記録材料を露光する露光ヘッドであって、前記発光素子が、前記露光ヘッドの環境温度より低い温度で定常的に動作することを特徴とする露光ヘッドである。
【０００９】
発明の第三は、発明の第一に記載の露光ヘッドを搭載して、記録材料を露光する露光装置である。
【発明の効果】
【００１０】
高出力ＬＤの寿命が長くなり、露光装置の維持管理に関する費用や手間が軽減される
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態例について説明する。以下の例では、ＣＴＰで用いられる露光ヘッドであって、発光素子として複数個の高出力ＬＤを用い、各ＬＤに光ファイバーが光伝送可能に接続されているものを用いて説明する。高出力ＬＤを用いる同様な露光装置であってもよいことは言うまでもない。図１は、露光ヘッド１の概略構成を示した側面図である。この露光ヘッド１は、熱伝導性部材１０と、６個の高出力ＬＤ４０と、二つの温調機構２０、２１と、断熱材５１等とからなる。
【００１２】
熱伝導性部材１０は、アルミニウム製で一枚の平板形状である。熱伝導性部材１０は、ＬＤ４０と温調機構２０、２１とが固定される基材であると共に、ＬＤ４０が保持する熱エネルギーを、温調機構に速やかに伝達する機能を有する。従って、熱伝導性部材１０の材質は、機械的に剛性を有して熱伝導率が金属程度に高い材質であればよく、特に制限されない。例えば、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属はもちろん、炭素材料を用いた複合材料や一部の熱伝導性の高いセラミック材料等であってもよい。
【００１３】
熱伝導性部材１０の片面上には、発光素子として６個の高出力ＬＤ４０が、熱伝導性部材１０へ熱伝導可能に固定されている。これらＬＤ４０は、図１中の光射出方向に対して並列で、かつ光射出方向に直角方向に一列になるように配置されている。露光ヘッド４０の各々には、図示されない光ファイバーが光伝送可能にコネクタを介して接続されている。なお、光射出方向は、図１に向かって手前側から奥側へ向かう方向である。
【００１４】
ここで、ＬＤ４０が熱伝導性部材１０に熱伝導可能に接続されているとは、ＬＤ４０が保持する熱エネルギーが、速やかに熱伝導性部材１０に移動可能であることを意味する。つまり、ＬＤ４０を固定する部分の熱抵抗が小さいことを意味する。具体的にはＬＤ４０の金属ケースが、直接熱伝導性部材１０に固定されているか、他の金属板等を介して熱伝導性部材１０に固定されていればよい。
【００１５】
温調機構２０、２１は、熱伝導性部材１０に熱伝導可能に固定された二つのペルチェ素子３０、３１と、ペルチェ素子３０、３１にそれぞれ熱伝導可能に固定されたヒートシンクと空冷ファンとからなる。これら温調機構は、熱伝導性部材１０のＬＤ４０が固定された面と同じ面に固定されている。これら温調機構は、熱伝導性部材１０が保持する熱エネルギーを吸収して、空冷ファンから環境中に放出する冷却機能を有する。この温調機能により、ＬＤ４０の温度を環境温度より積極的に下げる。つまり、通常の使用方法とは逆に、環境温度より低い温度にＬＤ４０を維持し、この温度で定常的にＬＤ４０を動作せしめる。これにより、ＬＤ４０の寿命を通常より長くする、つまりＭＴＴＦを大きくすることが可能となる。なお、ここで、熱伝導可能に固定されたとは、ＬＤ４０について行った説明と同様の意味である。
【００１６】
温調機構としては、上記のように電子冷却素子を熱伝導性部材に直接接するようにしてもよいし、冷媒を熱伝導性部材１０との間に循環して冷却するようにしてもよい。例えば、冷媒として水を用いた水冷式の温調機構を用いてもよい。いずれにせよ、周辺環境より積極的に冷却できる温調機構であればよい。なお、温調機構が冷却を行えばよいだけだから、制御回路が簡単になるメリットがある。
【００１７】
露光ヘッド１は、温調機構２０、２１が固定された部分を除き、ＬＤ４０を含む全体が断熱材５１〜５９で覆われている。これは、ＬＤ４０を冷却する際に、ＬＤ４０や熱伝導性部材１０が周辺環境に接したままでは、周辺環境から吸熱してしまい、冷却効率が低下するためである。用いることができる断熱材は、公知の断熱材から選択すればよい。例えば、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリエチレン系などのプラスチック製発泡体を用いることができる。これらは、形状に対する加工性がよく、ＬＤの交換時に取り扱いやすく、また、周辺環境中の水分が、比較的に断熱材中に浸透しにくいためである。特に好ましいのはポリスチレン系の発泡体である。
【００１８】
断熱材のうち、ＬＤ４０を覆う部分は蓋状となっている。この蓋状の覆いは、硬質プラスチックを用いて成型された外箱７０に、断熱材５１、５２、５５等が内張りされた構造となっている。さらに、この蓋状の覆いは、図２に示したように、弾性材からなるヒンジ７１を中心として、図２のＲ方向に開閉できるようになっている。これは、冷却により寿命が長くなったとしても、いずれＬＤ４０を交換する必要が生じるから、交換作業の際の作業性を維持するためである。従って、蓋状の覆いは、開閉自在ではなく、取り外しが可能な脱着自在としてもよい。
【００１９】
ここで、外箱７０に硬質プラスチックを使用しているのは、周辺環境の空気中の水分が断熱材を浸透してＬＤ４０に達し、ＬＤ４０の表面で結露するのを極力防止するためである。従って、硬質プラスチックに代えて、水分の透過性が低いポリ塩化ビニリデン製のラテックスをコーティングしたり、同様のフィルムやアルミニウム箔などを断熱材の外側に接着剤などで貼り付けたりしてもよい。他の部分の断熱材についても同様である。
【００２０】
また、これら内張された断熱材は、ＬＤ４０にできるだけ密着するように型決めされている。これは、ＬＤ４０の周辺に空間があると、その空間に含まれる水分が冷却に伴い、ＬＤ４０に結露するためである。従って、断熱材の加工が複雑になりすぎない範囲で、周辺空間はできるだけ小さくし、断熱材がＬＤ４０に密着するようにするのがよい。
【００２１】
また、ＬＤ４０を覆う場合に、蓋状の覆いにより内部のＬＤ４０が周辺環境からできるだけ密閉されているのが好ましい。これは、ＬＤ４０の冷却に伴って冷却された周辺空気が、露光ヘッド外の周辺環境の空気と交換される空気流れが生じると、冷却効率が落ちると共に、ＬＤ４０に結露が生じやすくなるためである。ただし、各種素子の形状などが区々なため、実際上は完全な密閉は難しい。しかし、完全な密閉でなくとも、できるだけ密閉するのがよい。略密閉とは、そのような意味をいう。
【００２２】
図３は、ＬＤ４０が蓋状の覆いで覆われた場合の、ＬＤ４０周辺の位置関係を上からみた場合の概念図である。６個のＬＤ４０は並列で一列に配置されており、各ＬＤ４０には光ファイバー４１が互いに平行に接続されている。外箱７０は、ＬＤ４０の全部と光ファイバーのＬＤ４０に近い一定長さ部分を覆っている。また、外箱７０に内張りされた断熱材には、ＬＤ４０を収納できる直方体形状の凹部と、光ファイバーを収納できる光ファイバーの本数分だけの溝とが設けられている。これを図４に示す。
【００２３】
図４は、蓋状の覆いが熱伝導性部材１０と接する側から、蓋状の覆いを見た場合の斜視図である。蓋状の覆いには、ＬＤ４０をまとめて収納する略直方体形状の凹部７４と、６本の光ファイバー４１を収納する６本の溝７３と、これら凹部７４と溝７３を構成する断熱材の部分５２、５５、７２等からなる。この溝７３は、光ファイバー４１を収納すると共に、光ファイバー４１を固定できるようになっているのがよい。そのためには、溝の幅が光ファイバー４１の直径と同じ程度か、やや小さい程度にして、光ファイバー４１の収納の際に、溝を構成する断熱材７２が若干圧縮変形することで光ファイバー４１を固定するのがよい。このようにすると、使用中の振動などにより光ファイバー４１が変形し、光出力が変動する事態をあらかじめ防止することができる。そのためには、断熱材はある程度の剛性と、ある程度圧縮変形性とを有していることが望ましい。
【００２４】
蓋状の覆いは、図４のごとき構成に限定されるものではなく、例えば、光ファイバー４１を挟む断熱材部分７２を他の部分から分離して熱伝導性部材１０に接着し、その上から光ファイバーを収納できるように溝７３を設けてもよい。この場合、７２以外の部分が蓋状の覆いとなって着脱自在もしくは開閉自在となる。このようにすると、光ファイバー４１が確実に溝７３に収納されるため、ＬＤ４０の交換時の取り扱い性がよくなる。
【００２５】
このような露光ヘッドとすることで、高出力ＬＤを環境温度より低い温度で定常的に駆動せしめることが可能となる。その際、ＬＤに結露が生じにくいから電気的なトラブルも生じない。また、ＬＤの交換も容易に行える。そのため、ＬＤの寿命が大幅に延長され、安定運転できる時間が長くなる。その結果、ＬＤの交換費用が低減し、メンテナンス費用も大幅に減少する。
【００２６】
図５は、露光ヘッドの他の実施形態例を示した図である。図５（ａ）は、ＬＤ４０のみが断熱材で覆われ、熱伝導性部材１０のその他の部分は、周辺環境と直接接するようになっている例である。この例は、最低限ＬＤ４０を断熱材で覆うことで、ある程度は課題を達成できることを示している。このようにすると、熱伝導性部材１０の断熱材に覆われていない部分から吸熱が生じ、冷却効率が低下する。同時に、覆われていない部分には結露が生じる。しかし、熱伝導性部材は周辺の空気に比較すれば熱伝導性が高いので、一応の冷却が可能である。このような態様は、熱伝導性部材の形状が複雑で、全体を断熱材で覆うのが実際上困難な場合にとりうる。なお、結露が生じる部分には、あらかじめ樹脂コーティングするなどの防水処理を施しておくのが望ましい。
【００２７】
図５（ｂ）は、熱伝導性部材１０の片面全体にＬＤ４０が配置され、もう片面に温調機構２２、２３が配置された例である。断熱材８１〜８８は、温調機構２２、２３が固定された部分を除く露光ヘッド３の全体を覆っている。このような形態は、必要な空間の大きさが小さくなるから、省スペース型の露光ヘッドや、使用するＬＤ数が多い露光ヘッドでとりうる。
【００２８】
図５（ｃ）は、ＬＤ４０が固定された熱伝導性部材１１と、温調機構２４が固定された熱伝導性部材１２とが、距離的に離れている場合の実施形態例である。この場合、熱伝導性部材１１と１２とは、ヒートパイプ１５で熱伝導可能に接続されている。また、断熱材は、ＬＤ４０の周辺だけを覆っている。このような形態は、ＬＤと温調機構とを遠く離すことで、ＬＤ周辺での熱の循環を防止して放熱効率を高めると共に、ＬＤ周辺のスペースを確保できるメリットがある。
【００２９】
次に、ＬＤ４０の配置について説明する。図６は、ＬＤ４０の各種の並べ方を説明した図である。図６（ａ）は、３２個の光ファイバー付きＬＤ４０を、図３と同様に並列で一列に並べた場合を示した上面図である。このような形態が断熱材で覆うには一番簡単である。しかし、他の形態をとることもできる。図６（ｂ）は、ＬＤ４０を互いに並列で二列になるように千鳥形式で配置した例である。この場合、一列より断熱材の形状は複雑となるものの、露光ヘッドが小さくできるメリットがある。図６（ｃ）は、並列で四列となるように配置した例である。この場合、より多くの発光素子を小さいスペースに入れることが可能となるが、断熱材の形状はより複雑となる。断熱の点からは、好ましいのは一列配置である。
【００３０】
次に、このような露光ヘッドを用いた露光装置について説明する。露光装置は、円筒形状で軸回りに回転可能で、露光により画像を記録する記録材料を外周面上に担持するドラムと、そのドラムを回転させて主走査する回転機構を備える。また、上記のいずれかの露光ヘッドと、当該露光ヘッドから射出された光ビームを記録材料上に結像するレンズと、レンズと露光ヘッドを光軸方向に移動してピント調整する機構とからなる露光機構を備える。ここで、露光ヘッドは、使用中は常に冷却され、周辺温度より低い温度で定常的に動作する。さらに、この露光機構をドラム回転軸に平行方向に移動して、記録材料を副走査する副走査機構を備える。これらにより記録材料を二次元に走査しながら、ＬＤを用いて光露光して記録材料上に画像形成する。そのほか、記録材料を供給してドラムに担持させるフィード機構、記録材料をドラムから取り出す排出機構等を備えている。なお、露光装置の各部分は、これも図示しない制御部のコントロール下で動作する。
【００３１】
このように、上記で説明した露光ヘッドを露光装置に用いることで、定常的に周辺環境よりＬＤの温度を下げて使用することができ、高出力ＬＤの寿命が飛躍的に長くなる。結露が生じるおそれも小さい。露光装置のメンテナンスに必要な手間と費用が大幅に低減でき、露光装置の稼働率が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】露光ヘッドの例を示した側面の模式図である。
【図２】露光ヘッドのＬＤ部分の蓋状断熱材を開いた状態を示した概念図である。
【図３】ＬＤ周辺部分の位置関係を示した概念図である。
【図４】蓋状断熱材の概略構造を示した斜視図である。
【図５】露光ヘッドの他の例を示した模式図である。
【図６】ＬＤの並べ方の例を示した概念図である。
【符号の説明】
【００３３】
１〜４            露光ヘッド
１０〜１２        熱伝導性部材
１５            ヒートパイプ
２０〜２４        温調機構
３０〜３４        ペルチェ素子
４０            露光ヘッド
４１            光ファイバー
５１〜５９        断熱材
７０            外箱
７１            ヒンジ
７２            断熱材
７３            溝
７４            凹部
８１〜８８        断熱材
【図１】
2005250011.tif 000003
【図２】
2005250011.tif 000004
【図３】
2005250011.tif 000005
【図４】
2005250011.tif 000006
【図５】
2005250011.tif 000007
【図６】
2005250011.tif 000008