JP2005040998A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザの一部が故障して全体の半分の数の半導体レーザで露光する場合に、半導体レーザの温度上昇が大きくなるのを抑制する。
【解決手段】画像記録を行うためのレーザ光を出射する複数の半導体レーザを、放熱用のフィンを有するヒートシンクの上面にその長手方向に沿って配置し、ヒートシンクにはそのフィンの間を強制的に空気を流すためのファンを設置して、複数の半導体レーザのうちの一部が故障した場合に、全体の半導体レーザの半分の数の半導体レーザで露光を行うように構成され、前記露光を行う全体の半分の数の半導体レーザを、その発熱が分散され、かつ、互いに熱の干渉が小さくなるように配置することにより前記課題を解決する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像記録装置に係り、特に、複数のレーザ光を用いてマルチビーム露光するための光源である半導体レーザを好適に冷却する冷却システムを備えた画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータにより、デジタル画像を作成し、直接印刷版に画像記録を行うＣＴＰ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ Ｐｌａｔｅ）が行われるようになってきている。このようなＣＴＰ等において用いられる画像記録装置として、回転するドラムの表面に感光材料を保持しながら、デジタル画像信号に応じてレーザ光露光を行い、画像を記録する画像記録装置が用いられている。
【０００３】
また、記録時間を短くするために、複数のレーザ光を用いて、一度に複数の露光点を露光するマルチビーム露光方法も知られている。
半導体レーザ（ＬＤ）等の半導体発光光源は、露光記録中に発熱するので、温度が上昇し、発光量が小さくなってしまう。そのため、より大きな駆動電流が必要になるが、その結果発熱量はさらに大きくなるので、そのままでは素子の温度がやがて定格を超えてしまい、寿命が著しく短くなってしまう。特にマルチビーム露光の場合、複数の半導体発光光源が近接して配置されるため、互いの発熱が干渉してより温度が上昇する。そこで、冷却することにより、半導体発光光源の温度を下げることが必要となる。
【０００４】
従来、このような冷却装置としては、ペルチェ素子等を用いて温度調節するものが知られていた。しかし、ペルチェ素子による温度制御方式の場合、素子そのものが高価であるばかりでなく、制御基板や大容量の電源が必要となり、冷却システム全体のコストが高くなってしまう。
【０００５】
これに対し、安価な冷却システムとして、ファンによりヒートシンクに風を送り、強制的に空冷する方式が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
図５及び図６に、ファンによりヒートシンクに送風して強制的に冷却する装置の一般的な構成を示す。図５は、平面図、図６は図５を左方向から見た側面図である。
図５に示すように半導体レーザ光源は、ヒートシンク９０上に、その長手方向に９６個（９６チャンネル）の半導体レーザ９２が、第１チャンネルＣＨ１から第４８チャンネルＣＨ４８までと、第４９チャンネルＣＨ４９から第９６チャンネルＣＨ９６までが、それぞれ１列にチャンネル順に並んでいる。また、各列の半導体レーザ９２を駆動するためのドライバ基板９４が各列に沿って配置されている。
【０００６】
ヒートシンク９０の長手方向の一方の端部Ａには、吸気ファン９６が設けられ、もう一方の端部Ｂには、排気ファン９８が設けられている。
吸気ファン９６によってヒートシンク９０内に取り入れられた外気は、各図５及び図６に矢印で示したようにヒートシンク９０内を流れ、排気ファン９８によって外へ排出される。ヒートシンク９０内を流れる外気によりヒートシンク９０が冷却され、これにより半導体レーザ９２が冷却される。
【０００７】
【非特許文献１】
住友軽金属工業株式会社伸銅所加工品開発部「カシメ式ヒートシンク技術資料」住友軽金属工業株式会社伸銅所、１９９６年８月８日
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の半導体発光光源の冷却システムにおいて、複数の半導体レーザ（素子）のうち１個が故障した場合、サービスマンが画像記録装置の設置先で故障した半導体レーザを交換するまでの間、暫定的に全体の１／２の半導体レーザを使用して露光することが行われている。例えば、図５あるいは図６に示した半導体発光光源において第４９チャンネルＣＨ４９の半導体レーザが故障した場合には、第１チャンネルＣＨ１から第４８チャンネルＣＨ４８までの列の半導体レーザ９２を用いて露光が行われる。
【０００９】
しかし、この場合には、通常の半分の数の半導体レーザで露光しているため、図７に、通常の露光の場合を破線のグラフＧで、また通常の半分の数で露光する場合を実線のグラフＨで示すように、通常の半分の数で露光したときの記録時間Ｔ２ は、通常の記録時間Ｔ１ の２倍の時間がかかってしまう。このように記録時間が長くなるため、通常の半分の数で露光したときの温度上昇Ｕ２ は、通常の露光における温度上昇Ｕ１ よりも大きくなってしまう。このように、上述したような強制空冷方式の冷却システムでは、通常よりも温度上昇が大きくなるという問題がある。
従って、この通常よりも大きな温度上昇を抑えるためには、その分だけ冷却能力の高い冷却システムが必要となる。具体的には、例えばヒートシンクを大きくしたり、ファンの風量を大きくしたりする必要があった。
【００１０】
しかし、ヒートシンクを大きくすることは、周囲の制約によっては実現が不可能な場合もあり、また、ファンの風量を大きくすることは、騒音が大きくなる等の問題がある。
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザの一部が故障して通常の半分の数の半導体レーザで露光する場合に、簡単な構成で安価に、半導体レーザの温度上昇が大きくなるのを抑制することのできる冷却システムを備えた画像記録装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、画像記録を行うためのレーザ光を出射する複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザがその上面に長手方向に沿って配置され、放熱用のフィンを有するヒートシンクと、前記ヒートシンクのフィンの間を強制的に空気を流すためのファンを含む半導体レーザの冷却システムを有する画像記録装置であって、前記複数の半導体レーザのうちの一部が故障した場合に、全体の半導体レーザの半分の数の半導体レーザで露光を行うように構成され、前記露光を行う全体の半分の数の半導体レーザが、その発熱が分散され、かつ、互いに熱の干渉が小さくなるように配置されたことを特徴とする画像記録装置を提供する。
【００１２】
また、前記全体の半分の数の半導体レーザが、前記全体の半導体レーザの配置において１つ置きに配置されたことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像記録装置について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る画像記録装置の一実施形態の概略構成を示す概略斜視図である。
図１に示す画像記録装置１は、光ビームを射出するレーザ光源部１０と、記録材料Ａを主走査する主走査部１２と、レーザ光源部１０から射出される光ビームを主走査部１２の記録材料Ａ上に結像する露光ヘッド（結像光学系）１４とを有して構成される。
【００１５】
レーザ光源部１０は、所定数のマルチビームをそれぞれ射出するレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体レーザを含む、所定数のファイバー結合半導体レーザ（以下、単に半導体レーザとする。）と、これらを載置するドライバ基板、及び半導体レーザを所定温度に保持するためのヒートシンク等を含んでいる。
ヒートシンクは、半導体レーザに発生する熱を吸収して放熱するものであり、冷却用の外気取り込むための吸気ファン及び排気ファンが取り付けられている。
【００１６】
本実施形態は、詳しくは後述するが、ヒートシンク上に設置される半導体レーザの配置を工夫して、一部の半導体レーザが故障して、例えば全体の半分の数の半導体レーザだけで露光するような場合にも、半導体レーザの温度が上昇しないように、簡単な構成で温度上昇を抑制するようにしたものである。
【００１７】
また、半導体レーザから射出された光ビームは、光ファイバー１６により露光ヘッド１４に誘導される。本実施形態におけるレーザ光源部１０は、ファイバー結合方式であるが、本発明はこれに限定されず、マルチビームを射出することができる光ビーム射出光源であればどのようなものでもよい。また、半導体レーザ（レーザダイオード）も、特に制限的ではなく、シングルモードＬＤ、マルチモードＬＤでも、ブロードエリアＬＤでもよく、公知のＬＤを用いることができる。また、半導体レーザ自体にコリメータレンズやアパーチャを有するものであってもよい。
【００１８】
また、光ファイバー１６も特に制限的ではなく、十分に光を誘導できるものであればよく、さらに、できるだけ細かい方が好ましい。
また、このようにレーザ光源部１０と、露光ヘッド１４とを分けて光ファイバー１６で引き回して接続するようにしたため、レーザ光源部１０の設置場所がある程度自由となるため、レーザ光源部１０は、露光装置１の下側に配置することができる。下側に配置することで、冷却（空冷）し易くなるとともに、半導体レーザの交換も容易になる。
【００１９】
主走査部１２は、いわゆるアウタードラム方式の露光を行うためのもので、その外周面に例えばＰＳ版等の記録材料Ａを装着して、図に矢印Ｍで示す主走査方向に回転するドラム１８と、このドラム１８を回転駆動する駆動源（図示せず）と、露光ヘッド１４を図に矢印Ｓで示す主走査方向と略直交する副走査方向に相対的に移動させる副走査機構（図示せず）を備えている。
【００２０】
また、露光ヘッド１４は、レーザ光源部１０から射出された光ビーム（マルチビーム）を最終的に所定のスポットサイズで記録材料Ａ上に結像する縮小光学系であり、光ファイバー１６の各ファイバーの出射端面を副走査方向ら所定間隔を空けて配置したファイバーアレイと、ファイバーアレイすべての光ビームに作用してコリメート光とするコリメータレンズ等を有している。
【００２１】
図２に、本実施形態の画像記録装置１をより詳しく示す。図２は、図１に示した画像記録装置１を構成する各部を側面から見た状態を示したものである。
図２に示すように、レーザ光源部１０は、光ビームを射出する半導体レーザ２０を有し、その下に半導体レーザ２０を冷却するためのヒートシンク２２が設けられている。また、ヒートシンク２２には、吸気ファン２６によって取り入れられた冷たい外気により半導体レーザ２０の底面のヒートシンク２２が効率良く冷却されるように、送風用のダクト２４が設けられている。
【００２２】
また、各半導体レーザ２０から射出された光ビームは、光ファイバー１６を通して誘導され、途中コネクタ２８により束ねられ、露光ヘッド１４に導かれる。
光ファイバー１６は、露光ヘッド１４が副走査に伴い移動可能なように、途中にファイバー曲がり１６ａを有し、その出射端面を副走査方向に所定間隔を空けて支持板（図示せず）に配置したファイバーアレイ３０に接続されている。
【００２３】
また、露光ヘッド１４は、ドラム１８の外周面に装着された記録材料Ａ上に画像を結像するために、ファイバーアレイ３０から射出された光ビームをコリメート光とするコリメータレンズ３２、開口３４及び結像レンズ３６を有している。
露光ヘッド１４は、これらの部材が移動支持台３８上に固定され、図示しない副走査機構により、ドラム１８の軸線方向と略平行な副走査方向に移動するようになっている。
【００２４】
図３に、本実施形態のレーザ光源部１０の平面図を示し、図４に、図３のレーザ光源部１０を図の左側から見た側面図を示す。
図３に示すように、複数の半導体レーザ２０がヒートシンク２２上にそれぞれその長手方向に沿って１列に並んで配置されている。図３に示すものでは、通常チャンネルＣＨ１からチャンネルＣＨ９６までの９６個の半導体レーザ２０を使用して画像を記録するようになっている。
【００２５】
各半導体レーザ２０は、４８個ずつがそれぞれ１列に並べられ、２列となっている。このとき、各チャンネルは連続して並んでいるのではなく、１個おきに配置されて並んでいる。
具体的には、例えば図３の左側の列では、上からチャンネルＣＨ１から始まって、１つおきにチャンネルＣＨ２、チャンネルＣＨ３・・・と並び、各それらの間にそれぞれチャンネルＣＨ４９、チャンネルＣＨ５０・・・と、これらも１つおきに配置されている。
【００２６】
このようにして、左側の列は、チャンネルＣＨ１〜チャンネルＣＨ２４及びチャンネルＣＨ４９〜チャンネルＣＨ７２が、それぞれ交互に配置されて番号の連続したチャンネルがそれぞれ１つおきに並んで配置されている。
また、同様に図３の右側の列は、チャンネルＣＨ２５〜チャンネルＣＨ４８及びチャンネルＣＨ７３〜チャンネルＣＨ９６が交互に配置されて番号の連続したチャンネルがそれぞれ１つおきに並んで配置されている。
【００２７】
また、ヒートシンク２２のそれぞれの端部Ｃ、Ｄには外気をヒートシンク２２内に取り入れるための吸気ファン２６が設けられており、ヒートシンク２２の両側から外気が入るようになっている。
また、各半導体レーザ２０の列に対しドライバ基板４０が設置されている。さらに、各半導体レーザ２０で発生した光ビームは、光ファイバー１６によって、露光ヘッド１４に導かれる。
【００２８】
また図４に示すように、ヒートシンク２２の中央下部には、排気ファン４２が設置されている。
ヒートシンク２２の両側に設置された吸気ファン２６によってヒートシンク２２内に取り入れられ、ヒートシンク２２を冷却した外気は、ヒートシンク２２中央から外部に排気されるようになっている。これにより、従来のように、一方の端から吸気して他方の端から排気するようにした場合に生じる両端での温度差を解消することができる。
【００２９】
また、本実施形態の画像記録装置１においては、複数の半導体レーザ２０のうちのいずれかが故障した場合には、故障した半導体レーザを修理するまでの間暫定的に、それを含まない、全体の１／２の数の半導体レーザ２０で画像を露光するような機構となっている。
すなわち、通常はチャンネルＣＨ１からチャンネルＣＨ９６の９６個全部の半導体レーザ２０を使って画像を露光、記録する。そして、例えばチャンネルＣＨ４９の半導体レーザ２０が故障したとすると、本実施形態の画像記録装置１は、チャンネルＣＨ１からチャンネルＣＨ４８の半導体レーザ２０を使って画像を露光、記録する。
【００３０】
この場合、通常の半分の４８個の半導体レーザ２０で露光を行うこととなるため、露光時間は通常の２倍となる。
しかし、露光時間は２倍となるが、本画像記録装置１の半導体レーザ冷却システムにとってみれば、発熱量が１／２になるため、温度上昇を抑えることができる。
また、図３に示すように、いま使用するチャンネルＣＨ１〜チャンネルＣＨ４８の各半導体レーザ２０は１つおきに配置されており、熱源である半導体レーザ２０が互いに離れているため、発熱が分散され、干渉が小さく、これによっても温度上昇が抑えられる。
【００３１】
このように、本実施形態においては、半導体レーザが故障した場合に通常の１／２の数で露光するための半導体レーザが、連続して並んでおらず、例えば１個おきに配置され、発熱を分散させ、さらに、熱源同士を互いに離して干渉を抑えるようにすることで、半導体レーザの温度上昇を抑えるようにしている。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態の半導体レーザの配置は、図５に示す従来例とは、チャンネルの並びが異なっている。すなわち、図３では、ドライバ基板と半導体レーザとの配線は従来例と同じであるが、半導体レーザの制御を半導体レーザの並びに合わせて切り換えるようにしている。このとき、ドライバ基板と半導体レーザとの配線を半導体レーザのチャンネルに合わせて並べ替えるようにしてもよいのはもちろんである。
一方このとき、ファイバーアレイについても、半導体レーザの並びに合わせて接続を並べ替えるようにしている。
【００３３】
また、図３に示す例では、ヒートシンク２２上に配置される半導体レーザ２０は、それぞれ１列に配置されているが、配置は１列に限定されるものではなく、例えば、ヒートシンク２２上にそれぞれ２列の千鳥状に配置するようにしてもよい。このようにすると、列方向（ヒートシンク２２の長手方向）に送られる冷風を有効に利用することができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ペルチェ素子を使用する従来の場合に比較して、冷却システムの構造が簡単で、安価とすることができる。また、半導体レーザが故障して通常の１／２の数の半導体レーザで露光する場合であっても、冷却システムにとって発熱量が１／２となり、かつ半導体レーザを離して配置したため互いの発熱が干渉しにくいため、温度上昇を抑えることができる。その結果、ヒートシンクを小型化でき、さらにファンの風量を抑えることで騒音を低減させることができ、例えば騒音対策に要するコストを低減することも可能となる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、半導体レーザはヒートシンク上に２列に配置され、故障時にはその１／２を用いて露光するようにしていたが、半導体レーザをヒートシンク上に３列に配置して、故障時にはその２／３あるいは１／３を使用して露光するようにしてもよい。
さらに、一般に半導体レーザをｎ列に配置して、故障時にはそのうちの１／ｎ等を使用するようにしてもよい。
【００３６】
以上、本発明の画像記録装置について、詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明によれば、ペルチェ素子を使用する場合に比較して、冷却システムの構造を簡単に、安価にすることができ、半導体レーザが故障して通常の１／２の数の半導体レーザで露光する場合でも、冷却システムにとって発熱量が１／２となり、また互いの発熱が干渉しにくいため、半導体レーザの温度上昇を抑えることができる。
これにより、ヒートシンクを小型化することができ、ファンの風量を抑えることで騒音が低減され、これらに要する費用を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像記録装置の一実施形態の概略構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す画像記録装置を構成する各部を側面から見た状態を示した説明図である。
【図３】本実施形態のレーザ光源部の平面図である。
【図４】図３のレーザ光源部を左側から見た側面図である。
【図５】従来の、ファンによりヒートシンクに送風して強制的に冷却する装置の一般的な構成を示す平面図である。
【図６】図５の冷却装置を左方向から見た側面図である。
【図７】従来の問題点を示す、記録時間と半導体レーザの温度上昇の関係を示す線図である。
【符号の説明】
Ａ 記録材料
１０ レーザ光源部
１２ 主走査部
１４ 露光ヘッド
１６ 光ファイバー
１８ ドラム
２０ 半導体レーザ
２２ ヒートシンク
２４ ダクト
２６ 吸気ファン
２８ コネクタ
３０ ファイバーアレイ
３２ コリメータレンズ
３４ 開口
３６ 結像レンズ
３８ 移動支持台
４０ ドライバ基板
４２ 排気ファン

Claims (2)

1. 画像記録を行うためのレーザ光を出射する複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザがその上面に長手方向に沿って配置され、放熱用のフィンを有するヒートシンクと、前記ヒートシンクのフィンの間を強制的に空気を流すためのファンを含む半導体レーザの冷却システムを有する画像記録装置であって、
   前記複数の半導体レーザのうちの一部が故障した場合に、全体の半導体レーザの半分の数の半導体レーザで露光を行うように構成され、前記露光を行う全体の半分の数の半導体レーザが、その発熱が分散され、かつ、互いに熱の干渉が小さくなるように配置されたことを特徴とする画像記録装置。
2. 前記全体の半分の数の半導体レーザが、前記全体の半導体レーザの配置において１つ置きに配置された請求項１に記載の画像記録装置。

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