JP2004098329A

JP2004098329A - プリントヘッド

Info

Publication number: JP2004098329A
Application number: JP2002259904A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Hasegawa; 長谷川　智章
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】ハウジングの高強度化を図ったプリントヘッドの提供を課題とする。
【解決手段】１枚の板材が折り曲げ加工され、両端部がフレーム３８に支持されるハウジング５０に、列状の発光素子４０と、発光素子４０から発光された光を集光して、ラインビームを感光体に照射する光学部品４４とを設けたプリントヘッド１６において、ハウジング５０を、発光素子４０が取り付けられる保持部５４と、保持部５４からフレーム３８側に延伸され、フレーム３８に支持される取付部５３と、保持部５４からフレーム３８と反対側へ延伸され、光学部品４４が取り付けられる立板部５６とで構成し、ハウジング５０の一次の振動方向が光学部品４４の焦点深度方向と直交するように、背の高さＨを設定する。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のデジタル複写機、プリンター等の画像形成装置に用いられるプリントヘッドに関し、詳しくは複数個の発光素子（発光ダイオード）（以下、ＬＥＤという）チップが列状に配置されてなるＬＥＤアレイを備えたＬＥＤプリントヘッド（以下、ＬＰＨという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＬＥＤを光源に用いたＬＰＨが、電子写真方式のデジタル複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置の印字ヘッドとして用いられている。このＬＰＨは、主にＬＥＤを複数個配列してなるＬＥＤチップを、精度よく列状に並べて配置するチップ用基板と、ＬＥＤの光を集光する光学部品としてのセルフォックレンズアレイ（以下、ＳＬＡという）と、チップ用基板やＳＬＡを保持するハウジングと、感光体に対するＳＬＡの焦点深度位置を調整する調整ピンと、防塵用のカバー等で構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１３５０５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のＬＰＨを用いて高画質な画像形成を達成するためには、ＳＬＡは、その焦点深度の許容量が小さいため、感光体との機械的精度（特に深度位置）を厳密に調整して配置する必要がある。しかしながら、ＬＰＨは、それが設置される画像形成装置の内部あるいは外部からの振動に耐えられるように、その取付部が弾性部材を介してフレームに支持されている。したがって、その弾性部材の耐変動（振動）許容量を越えると、感光体に対して、ＳＬＡの焦点深度方向（以下、単に「深度方向」という場合がある）の距離が変動してしまうおそれがある。このような距離変動が生じると、画像上において、主走査方向に濃度むらが発生し、画質低下を起こす。
【０００５】
そこで、本発明は、振動により、ＳＬＡの焦点深度方向に対する距離が変動するのを抑制するために、ハウジング自体の高強度化を図ったプリントヘッドを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のプリントヘッドは、１枚の板材が折り曲げ加工され、両端部がフレームに支持されるハウジングに、列状の発光素子と、該発光素子から発光された光を集光して、ラインビームを感光体に照射する光学部品と、を設けたプリントヘッドにおいて、前記ハウジングを、前記発光素子が取り付けられる保持部と、該保持部から前記フレーム側に延伸され、該フレームに支持される取付部と、前記保持部から前記フレームと反対側へ延伸され、前記光学部品が取り付けられる立板部と、で構成し、該ハウジングの一次の振動方向が前記光学部品の焦点深度方向と直交するように、背の高さを設定したことを特徴としている。
【０００７】
請求項１の発明では、保持部と立板部とを、１枚の板材を折り曲げ加工して形成することで、長尺サイズのプリントヘッドであっても、光学部品に対する保持部の平面度を出しやすくできる（距離を一定に保てる）。したがって、光学部品に対する発光素子の位置精度を向上させることができる。また、取付部から立板部までの背の高さを所定値以上に特定することで、ハウジングの一次の振動方向が焦点深度方向と直交する方向とすることができる。これにより、光学部品の焦点深度方向に対する耐振動強度を強化することができ、その方向に対する振動（距離変動）を抑制することができるので、その振動によって生じる濃度むら（画質低下）を抑制することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載のプリントヘッドは、請求項１に記載のプリントヘッドにおいて、前記取付部を複数回折り曲げたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明では、保持部を複数回折り曲げることで、その折り曲げ回数に伴って、ハウジング自体の一次固有振動数を増大させることができ、ハウジング自体の強度を高めることができる。つまり、光学部品の焦点深度方向に対する耐振動強度を更に強化することができるので、その方向に対する振動（距離変動）を更に抑制することができ、その振動によって生じる濃度むら（画質低下）を更に抑制することができる。しかも、単に折り曲げるだけなので、長尺なサイズであっても、一般的な安価な材料を使用してハウジングを構成できる利点がある。
【００１０】
また、請求項３に記載のプリントヘッドは、請求項１又は２に記載のプリントヘッドにおいて、前記保持部に、前記発光素子の配線パターンを形成し、該発光素子を直接前記ハウジングに取り付けたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明では、発光素子を取り付ける基板が必要なくなるので、その基板を取付固定するための組立工数が削減できる。しかも、基板の厚さ分、光学部品を保持部側に寄せることができるので、結果としてプリントヘッドの高さを低くできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を基に詳細に説明する。図１には本発明に係るプリントヘッドが適用された画像形成装置の全体構成を示す模式図が示されている。この図１で示すように、画像形成装置１０は、矢印Ａ方向に定速回転する感光体ドラム１２を備えている。この感光体ドラム１２の周囲には、感光体ドラム１２の回転方向に沿って、帯電器１４、ＬＰＨ１６、現像器１８、転写ローラー２０、クリーナー２２、イレーズランプ２４が順に配設されている。
【００１３】
ＬＰＨ１６はＬＰＨ駆動部２６と接続されており、ＬＰＨ駆動部２６によって点灯が制御されて、画像データ２８に基づき、所定解像度の光ビームを照射するようになっている。しかして、感光体ドラム１２は、帯電器１４によって表面が一様に帯電された後、ＬＰＨ１６によってライン状の光ビームが照射されることにより、その感光体ドラム１２上に潜像が形成される。
【００１４】
そして、ＬＰＨ１６によって形成された潜像には、現像器１８によってトナーが供給されて、感光体ドラム１２上にトナー像が形成される。感光体ドラム１２上のトナー像は、転写ローラー２０によって、図示しない用紙トレイから搬送されてきた用紙３４に転写される。そして、転写後に感光体ドラム１２に残留しているトナーはクリーナー２２によって除去され、イレーズランプ２４によって除電された後、再び帯電器１４によって帯電されて、同様の処理を繰り返す。
【００１５】
一方、トナー像が転写された用紙３４は、加圧ローラー３０Ａと加熱ローラー３０Ｂからなる定着器３０に搬送されて定着処理が施される。これにより、トナー像が定着されて、用紙３４上に所望の画像が形成される。そして、画像が形成された用紙３４は装置外へ排出される。
【００１６】
また、感光体ドラム１２の周囲で、かつ現像器１８と転写ローラー２０との間には、感光体ドラム１２に対向して濃度センサー３２が備えられている。濃度センサー３２は、例えばテスト用パッチ（濃度見本）を形成した際に、感光体ドラム１２上のトナー像の濃度を検出するようになっている。この濃度センサー３２の出力は、ＬＰＨ駆動部２６に接続されており、ＬＰＨ駆動部２６では、濃度センサー３２の濃度読取結果に基づいて、ＬＰＨ１６の全体光量を制御するようになっている。
【００１７】
以上のような画像形成装置１０において、次にＬＰＨ１６の構成を詳細に説明する。ＬＰＨ１６は、図２、図３で示すように、複数個のＬＥＤチップをチップ用基板４２に感光体ドラム１２の軸線方向に沿って精度よく列状に配置してなるＬＥＤアレイ４０と、各ＬＥＤチップの光を集光する光学部品としてのＳＬＡ４４と、チップ用基板４２やＳＬＡ４４を保持するハウジング５０と、感光体ドラム１２とＳＬＡ４４の焦点深度位置（距離）を正確に決める（精度よく調整する）調整ピン４６と、防塵用のカバー４８等を備えて構成されている。
【００１８】
ハウジング５０は、例えばアルミニウム等の板金で形成され、図３で示すように、チップ用基板４２を保持する基板保持部５４と、ＳＬＡ４４を保持するレンズ保持部５６が曲げ加工により一体に連設されて構成されている。すなわち、レンズ保持部５６から屈曲部５５を介して基板保持部５４が一体に連設され、基板保持部５４の保持面５４Ａ上に取付固定されたチップ用基板４２と、レンズ保持部５６に保持されたＳＬＡ４４とが互いに対向するように配置されている。そして、チップ用基板４２の各ＬＥＤチップから照射される光ビームが、ＳＬＡ４４によって感光体ドラム１２上に結像するように構成されている。
【００１９】
また、図３で示すように、ハウジング５０のフレーム３８側への取付部５３は、基板保持部５４から、図３における下方へ向かって略直角に折り曲げられた側板５２と、更にその側板５２の下端が略直角に右方へ折り曲げられた支持板５１とで構成されており、その支持板５１が、ＬＰＨ１６（ハウジング５０）と感光体ドラム１２との距離（焦点深度）を調整する調整ピン４６によって、フレーム３８に精度よく、取り付けられるようになっている。なお、図示しないが、フレーム３８と支持板５１との間の複数箇所には弾性部材が介在し、フレーム３８からハウジング５０に伝わる振動を吸収するようになっている。そして、防塵用のカバー４８が、ＳＬＡ４４を保持するレンズ保持部５６と対向する位置に取り付けられている。
【００２０】
また、図４、図５には、それぞれその支持板５１の端部が更に略直角に下方又は上方に向けて折曲成形された別実施例が示されており、図６には、取付部５３が側面視略「Ｚ」字状に折曲成形された別実施例が示されている。すなわち、図３、図６で示した取付部５３は、基板保持部５４から数えて２回折り曲げられて構成され、図４、図５で示した取付部５３は、基板保持部５４から数えて３回折り曲げられて構成されている。このように取付部５３を複数回折り曲げて構成すると、ハウジング５０の強度を高められる。
【００２１】
図８は取付部５３の折り曲げ回数（Ｂｅｎｄ）と、ＬＰＨ１６（ハウジング５０）の強度の代用特性となる（数値が高ければ、強度も高いと判断される）一次固有振動数Ｆとの関係を示したグラフ図である。これによれば、取付部５３の折り曲げ回数（Ｂｅｎｄ）が多ければ多いほど、一次固有振動数Ｆが増大している、つまり、ハウジング５０の強度が高くなっていることが判る。
【００２２】
具体的に言うと、ハウジング５０の長さが長尺サイズ（３９０ｍｍ）のときの一次固有振動数Ｆは、取付部５３を１回も折り曲げない場合（側板５２が連設されていない場合：Ｂｅｎｄ０）には約１４０Ｈｚ、１回折り曲げた場合（側板５２が連設された場合：Ｂｅｎｄ１）には約１９０Ｈｚ、図３で示すように２回折り曲げた場合（側板５２に支持板５１が連設された場合：Ｂｅｎｄ２）には約２４０Ｈｚ、図４又は図５で示すように３回折り曲げた場合（支持板５１の端部が下方又は上方に折り曲げられた場合：Ｂｅｎｄ３）には約２６０Ｈｚと、取付部５３を折り曲げる回数が増えれば増えるほど高次になっている。したがって、ＬＰＨ１６の耐振動強度は折り曲げ回数の増加に伴って向上することが判る。
【００２３】
また、そのとき、ハウジング５０の背の高さによっても耐振動強度に影響が出る。図９はハウジング５０の高さＨと、一次固有振動数Ｆとの関係を示すグラフ図である。この図９で示すように、ハウジング５０は、ある程度の高さに形成されると、一次の振動方向（振動モード）が深度方向から、それと直交する方向である副走査方向に変わる（図１１参照）。そして、その一次固有振動数は、振動の方向が変わる付近で最大になる。
【００２４】
具体的に言うと、ハウジング５０の長さがＡ４サイズ（２９０ｍｍ）のとき、ハウジング５０の一次の振動方向（振動モード）は、高さＨが１６ｍｍ以下の場合には深度方向であるが、高さが１６ｍｍ付近になると主走査方向になり、高さが１７ｍｍ付近においては副走査方向になって、一次固有振動数Ｆが最も高くなる（約２３０Ｈｚ）。そして、ハウジング５０の高さＨをそれ以上高く形成すると、一次固有振動数は低下し出し、２２ｍｍより高いと２２０Ｈｚを下回る。
【００２５】
したがって、ハウジング５０の高さＨは１７ｍｍ〜２２ｍｍ程度にするのが好ましく、この範囲にすれば、一次の振動方向（振動モード）を副走査方向にすることができ、かつ、そのときの一次固有振動数Ｆを高次とできる。ちなみに、図３、図５、図６で示すものは、ハウジング５０の高さＨが１７ｍｍ、ＳＬＡ４４を含んだＬＰＨ１６の高さが１８ｍｍに形成され、図４で示すものは、ハウジング５０の高さＨが２１ｍｍ、ＳＬＡ４４を含んだＬＰＨ１６の高さが２２ｍｍに形成されており、どちらも一次の振動方向（振動モード）が副走査方向になるように、かつ、一次固有振動数Ｆが高次になるように構成されている。
【００２６】
また、ハウジング５０の長さによっても耐振動強度に影響が出る。図１０はハウジング５０の材料をガラス４０％入りのプラスチック（ノリル）とした場合において、取付部５３を１回も折り曲げない場合（側板５２が連設されていない場合：Ｂｅｎｄ０）と、図３で示すように２回折り曲げた形状とした場合（側板５２に支持板５１が連設された形状とした場合：Ｂｅｎｄ２）のハウジング５０の長さＬと、一次固有振動数Ｆとの関係を示すグラフ図である。
【００２７】
この結果、Ｂｅｎｄ０のとき、ＬＰＨ１６の一次固有振動数Ｆは、Ａ４サイズ（２９０ｍｍ）の場合では約１７０Ｈｚ、長尺サイズ（３９０ｍｍ）の場合では約９０Ｈｚであり、どちらも強度的に目標値の２００Ｈｚに達していない。また、このとき、ハウジング５０の高さＨも、側板５２が連設されていないことから、１６ｍｍ以下となるので、図１２で示すように、一次の振動方向（振動モード）は深度方向となっている。
【００２８】
一方、Ｂｅｎｄ２のとき、ＬＰＨ１６の一次固有振動数Ｆは、Ａ４サイズ（２９０ｍｍ）の場合では約２５０Ｈｚ、長尺サイズ（３９０ｍｍ）の場合では約１６０Ｈｚであり、Ａ４サイズならば、強度的に目標値の２００Ｈｚに達している。つまり、Ａ４サイズならば、取付部５３を２回折り曲げれば、ガラス４０％入りのプラスチックでできたハウジング５０でも充分に適用可能となる。なお、このときのハウジング５０の高さＨは、側板５２が連設されていることから、１７ｍｍとなり、図１１で示すように、一次の振動方向（振動モード）は副走査方向となっている。
【００２９】
ちなみに、ハウジング５０の材料を板金として、上記Ｂｅｎｄ２とした場合には、ＬＰＨ１６の一次固有振動数Ｆは、Ａ４サイズ（２９０ｍｍ）の場合で約４００Ｈｚ、長尺サイズ（３９０ｍｍ）の場合で約２４０Ｈｚであり、どちらも強度的に目標値の２００Ｈｚに達している。したがって、板金製であれば、長尺サイズであっても、取付部５３を２回折り曲げるだけで充分に適用が可能となる。
【００３０】
また、グラフには示さないが、ハウジング５０の材料を板金として、取付部５３を、図６で示すように、側面視略「Ｚ」字状に２回折り曲げた場合（Ｂｅｎｄ２−Ｚ）と、図４、図５で示すように、３回折り曲げた場合（Ｂｅｎｄ３）には、ＬＰＨ１６の一次固有振動数Ｆは、長尺サイズ（３９０ｍｍ）の場合で約２６０Ｈｚとなっており、共に上記Ｂｅｎｄ２よりも高次となっている。したがって、Ｂｅｎｄ２よりも、Ｂｅｎｄ２−Ｚ、Ｂｅｎｄ３とした方が強度的には好ましい。また、このときのハウジング５０の高さＨは、Ｂｅｎｄ２−Ｚで１７ｍｍ、Ｂｅｎｄ３で１７ｍｍと２１ｍｍになっているので、一次の振動方向（振動モード）は、図１１で示す副走査方向となっている。
【００３１】
以上の解析結果により、ハウジング５０は、その背の高さＨが１７ｍｍ〜２２ｍｍ程度に形成されれば、一次の振動方向（振動モード）が副走査方向となり、更に、ハウジング５０の材料が板金であれば、取付部５３を少なくとも２回折り曲げれば、その長さＬが長尺サイズ（３９０ｍｍ）であっても、深度方向に対する強度を充分に確保することができる。また、ハウジング５０の材料がガラス４０％入りのプラスチックの場合には、その長さＬがＡ４サイズ（２９０ｍｍ）であれば、取付部５３を２回折り曲げれば、深度方向に対する強度を充分に確保することができる。
【００３２】
つまり、ハウジング５０をこのような構成とすることにより、ＬＰＨ１６の深度方向に対する振動（距離変動）を抑制することができ、それによる濃度むら（画質低下）の発生を抑制することができる。また、長尺サイズのＬＰＨ１６であっても、単に取付部５３を（少なくとも２回）折り曲げるだけで済むので、ハウジング５０には一般的な安価な板金材料を使用することが可能となる。
【００３３】
その他、レンズ保持部５６と基板保持部５４とは屈曲部５５を介して一体に連設されているので、長尺サイズのＬＰＨ１６であっても、チップ用基板４４を保持する基板保持部５４の保持面５４ＡのＳＬＡ４４に対する平面度を確保しやすい（距離を一定に保ちやすい）。したがって、ＬＥＤチップが列状に配置されてなるＬＥＤアレイ４０と感光体ドラム１２との位置精度を向上させることができる。
【００３４】
また、このように平面度が確保されていれば、チップ用基板４２の配線パターンをその基板保持部５４に形成することにより、ＬＥＤアレイ４０を直接ハウジング５０に取付固定することが可能となる。したがって、図７で示すように、ＳＬＡ４４をチップ用基板４２の厚さ分だけ基板保持部５４側に寄せる（近づける）ことができるので、結果的にＬＰＨ１６の高さを、そのチップ用基板４２の厚さ分だけ低く構成することができる。
【００３５】
つまり、図７と同様に取付部５３を３回折り曲げた図４で示すハウジング５０と比較して、チップ用基板４２の厚さが１ｍｍであった場合、そのＬＰＨ１６の高さを１ｍｍ低い２１ｍｍで構成することが可能となる。しかも、このような構成によれば、チップ用基板４２が不要となるので、ＬＰＨ１６の組立工数を削減することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、何れにしても本発明によれば、プリントヘッドにおいて、光学部品の焦点深度方向に対するハウジングの剛性（強度）を高めることができる。したがって、その方向に対する振動（距離変動）を抑制することができ、それによって生じる濃度むら（画質低下）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の全体構成を示す模式図
【図２】ＬＰＨの概略分解斜視図
【図３】ＬＰＨの概略断面図
【図４】別実施例ＬＰＨの概略断面図
【図５】別実施例ＬＰＨの概略断面図
【図６】別実施例ＬＰＨの概略断面図
【図７】別実施例ＬＰＨの概略断面図
【図８】ハウジングの折曲回数と固有振動数の関係を示すグラフ図
【図９】ハウジングの高さと固有振動数の関係を示すグラフ図
【図１０】ハウジングの長さと固有振動数の関係を示すグラフ図
【図１１】ハウジングの副走査方向への振動モードを示す概略斜視図
【図１２】ハウジングの深度方向への振動モードを示す概略斜視図
【符号の説明】
１６　ＬＰＨ（ＬＥＤプリントヘッド）
４０　ＬＥＤアレイ
４２　チップ用基板
４４　ＳＬＡ（セルフォックレンズアレイ）
４６　調整ピン
４８　カバー
５０　ハウジング
５１　支持板
５２　側板
５３　取付部
５４　基板保持部
５５　屈曲部
５６　レンズ保持部（立板部）

Claims

１枚の板材が折り曲げ加工され、両端部がフレームに支持されるハウジングに、列状の発光素子と、該発光素子から発光された光を集光して、ラインビームを感光体に照射する光学部品と、を設けたプリントヘッドにおいて、
前記ハウジングを、前記発光素子が取り付けられる保持部と、該保持部から前記フレーム側に延伸され、該フレームに支持される取付部と、前記保持部から前記フレームと反対側へ延伸され、前記光学部品が取り付けられる立板部と、で構成し、該ハウジングの一次の振動方向が前記光学部品の焦点深度方向と直交するように、背の高さを設定したことを特徴とするプリントヘッド。
前記取付部を複数回折り曲げたことを特徴とする請求項１に記載のプリントヘッド。
前記保持部に、前記発光素子の配線パターンを形成し、該発光素子を直接前記ハウジングに取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプリントヘッド。