JP2006021344A

JP2006021344A - 光定着器

Info

Publication number: JP2006021344A
Application number: JP2004199369A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamakawa; 賢治山河
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】発光素子の配置密度が高く、かつ、安価に、定着ムラの無い発光素子アレイを提供する。
【解決手段】スペーサ３１ａ〜３１ｃは、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃに当接する面（傾斜面）の傾斜角が、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の最側端に近づくほど大きくなっている。このスペーサ３１ａ〜３１ｃを、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の側端エリアに配置される各ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃと、基板１５との間に挟み込みながら、基板１５にＬＥＤ１６ａ〜１６ｃを実装することで、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃの配置角度がＹ用ＬＥＤアレイ１４の内側に徐々に傾けられ、感熱記録紙２の両端部に照射される光量が増加する。これにより、感熱記録紙２の記録エリア２ａの全面に均一な定着光が照射され、定着ムラを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光定着性を有する記録紙に対して定着光を照射して光定着を施す光定着器に関するものである。

感熱発色層が層設された感熱記録紙をサーマルヘッドにより加熱して画像を熱記録する感熱プリンタが知られている。この感熱プリンタには、熱記録済みの感熱記録紙に対して定着光を照射することにより光定着を施す光定着器が設けられている。

光定着器の定着光源として、基板上に複数の発光素子を配列した発光素子アレイを備えたものが提案されている。光定着は、発光素子アレイと感熱記録紙とを副走査方向に相対移動させながら、感熱記録紙の記録エリアの全面に対して定着光を照射することにより行われる。そのため、発光素子アレイの長手方向の長さは、感熱記録紙の全幅に渡って前記発光素子アレイの発光面が対面するように、感熱記録紙の幅（主走査方向の長さ）に応じて決められる。

この発光素子アレイの長さが長すぎると、プリンタ本体の幅が大きくなってしまうため、その長さはできるだけ短い方が良い。しかし、発光素子アレイの長さを短くすると、発光素子アレイの両端部から発せられる定着光の一部が感熱記録紙の記録面外へ放射されてしまうため、感熱記録紙の主走査方向の受光量の分布が両端部において落ち込んでしまい、定着ムラが発生してしまう。

そこで、発光素子アレイのうち、両端部に配置される発光素子について、その配置密度（単位面積あたりの発光素子の数）を中央部よりも高くすることにより、感熱記録紙の両端部における受光量の落ち込みを防止する技術が、本出願人により提案されている（特願２００３−３３０５９０号明細書）。

また、発光素子を実装する基板としてフレキシブル基板を使用し（例えば、下記特許文献１参照）、このフレキシブル基板を屈曲させることで、感熱記録紙の両端部における光量の落ち込みを防止することも考えられる。

特開２００４−１４２２１４号公報

しかしながら、発光素子アレイは、高い発光強度を得るために限界値まで配置密度が高められるのが好ましく、そうなると、発光素子アレイの中央部において配置密度がすでに限界値に達している場合には、両端部においてそれ以上高くすることは当然できない。また、フレキシブル基板を使用する方法は、部品コストがかさむため製造コストが増加するという問題がある。

本発明は、発光素子の配置密度が高く、かつ、安価に、定着ムラの無い光定着器を提供することを目的とする。

本発明の光定着器は、基板上に複数個の発光素子が配列され、記録紙の幅に応じた長さを持つ発光素子アレイを備え、記録済みの記録紙に対して定着光を照射して光定着を施すものであって、発光素子アレイのうち、記録紙の両側端部と対面する側端エリアに配置される発光素子について、その配置角度を、発光素子アレイの内側に傾けたことを特徴とする。

側端エリアの各発光素子の配置角度は、発光素子アレイの最側端に近づくほど、傾斜角が大きくなるようにしても良い。

各発光素子と前記基板との間にスペーサを挟み込んで前記各発光素子を傾けたり、各発光素子の１対の端子を、それぞれ径の異なる半田ボールを介して基板と接続することにより各発光素子を傾けても良い。

本発明によれば、発光素子アレイのうち側端エリアの発光素子について、その配置角度を、発光素子アレイの内側に傾けたから、記録紙の両端部における受光量の落ち込みを防止して定着ムラを無くすことができる。このような光定着器は、発光素子の配置密度を限界値まで高めることが可能であり、かつ、フレキシブル基板等の高価な部材を使用しないで安価に提供できる。

図１は、本発明のカラー感熱プリンタの構成を示す概略図である。このカラー感熱プリンタ１では、記録媒体として長尺の感熱記録紙２が用いられている。感熱記録紙２は、ロール状に巻かれた記録紙ロール３の形態でカラー感熱プリンタ１にセットされる。

記録紙ロール３の外周面には、給紙ローラ４が当接されており、図示しない搬送モータにより駆動される。給紙ローラ４が図中反時計方向に回転すると、記録紙ロール３は図中時計方向に回転され、感熱記録紙２が記録紙ロール３から送り出される。逆に、給紙ローラ４が図中時計方向に回転されると、記録紙ロール３は図中反時計方向に回転され、感熱記録紙２は記録紙ロール３に巻き戻される。

記録紙ロール３の近傍には、感熱記録紙２を挟み込んで搬送する搬送ローラ対５が配置されている。この搬送ローラ対５は、図示しない搬送モータに回転駆動されるキャプスタンローラ６と、このキャプスタンローラ６に圧接するピンチローラ７とからなり、感熱記録紙２を図中右方の給紙方向と、図中左方の巻戻し方向とに往復搬送する。

感熱記録紙２は、周知のように支持体上にシアン感熱発色層，マゼンタ感熱発色層，イエロー感熱発色層が順次層設されている。最上層となるイエロー感熱発色層は熱感度が最も高く、小さな熱エネルギーでイエローに発色する。最下層となるシアン感熱発色層は熱感度が最も低く、大きな熱エネルギーでシアンに発色する。イエロー感熱発色層は、４２０ｎｍの近紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。マゼンタ感熱発色層は、イエロー感熱発色層とシアン感熱発色層との中間程度の熱エネルギーでマゼンタに発色し、３６５ｎｍの紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。

搬送ローラ対５の給紙方向の下流側には、サーマルヘッド８とプラテンローラ９とが感熱記録紙２の搬送経路を挟み込むように配置されている。サーマルヘッド８は、感熱記録紙２の搬送経路の上方に配置されており、多数の発熱素子を主走査方向に沿ってライン状に配列した発熱素子アレイ１０を備えている。サーマルヘッド８は、この発熱素子アレイ１０を感熱記録紙２の記録面（表面）に圧接させた状態で、各感熱発色層を順次加熱することにより、各色の画像を面順次に熱記録する。

プラテンローラ９は、発熱素子アレイ１０に対面する位置で、搬送経路の下方に配置されている。また、プラテンローラ９は、カムやソレノイド等のシフト機構によって上下方向で移動自在とされており、図示しないバネによって、サーマルヘッド８に圧接する方向に付勢されている。プラテンローラ９は、巻戻し時及び排紙時にはシフト機構によって下降され、サーマルヘッド８との間に隙間を形成する。

サーマルヘッド８は、感熱記録紙２が搬送ローラ対５によって給紙方向に搬送される際に、プラテンローラ９との間で感熱記録紙２を挟み込み、発熱素子アレイ１０を所定の温度に発熱させて、感熱記録紙２の各感熱発色層を発色させる。プラテンローラ９は、感熱記録紙２の搬送に応じて従動回転する。

サーマルヘッド８の給紙方向の下流側には、光定着器１３が配置されている。光定着器１３は、発光ピークの波長が約４２０ｎｍの近紫外線であるイエロー定着光を放射してイエロー感熱発色層を定着させるためのイエロー用発光素子アレイ（Ｙ用ＬＥＤアレイ）１４と、発光ピークの波長が約３６５ｎｍの紫外線を放射してマゼンタ感熱発色層を定着させるためのマゼンタ用発光素子アレイ（Ｍ用ＬＥＤアレイ）１７とを備えている。１色の画像の熱記録が行われた感熱記録紙２は、給紙方向に搬送されて光定着器１３に送られる。光定着器１３は、その発光面の下を通過する感熱記録紙２に対して、熱記録した色に応じた定着光を照射して光定着を施す。Ｙ用ＬＥＤアレイ１４とＭ用ＬＥＤアレイ１７とは同様の構成であるので、以下、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４について説明を行い、Ｍ用ＬＥＤアレイ１７については説明を省略する。

図２に示すように、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４は、基板１５上に、発光ピークが４２０ｎｍの近紫外線を放射するイエロー用の発光ダイオード（ＬＥＤ）１６をマトリックス状に配列したものであり、その長手方向と主走査方向とが一致する向きで配置されている。ＬＥＤ１６には、結線のためのリード部を有する、いわゆる砲弾型のものが使用される。Ｙ用ＬＥＤアレイ１４は、その発光面が感熱記録紙２の記録面と対面しており、この記録面に対して、各ＬＥＤ１６から略等しい発光強度の近紫外線を定着光として照射する。

光定着器の小型化のため、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の主走査方向の長さは、感熱記録紙２の幅に対応している。本発明では、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４のうち、感熱記録紙２の側端部と対面する側端エリアに配置されるＬＥＤ１６について、その配置角度を、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の内側に傾ける。これにより、感熱記録紙２の主走査方向の受光量の分布を均一にし、定着ムラを防止する。

図３（ｂ）に示すように、第１実施形態では、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の側端エリアに配置されるＬＥＤ１６ａ〜１６ｃと、基板１５との間に、スペーサ３１ａ〜３１ｃを挟み込むことにより、これらＬＥＤ１６ａ〜１６ｃの配置角度をＹ用ＬＥＤアレイ１４の内側に傾ける。スペーサ３１ａ〜３１ｃは、例えば、プラスチック等の絶縁材料から形成されており、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃに当接する面（傾斜面）の傾斜角が、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の最側端に近づくほど大きくなる。即ち、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の最側端から、ＬＥＤ１６を符号１６ａ，１６ｂ，１６ｃ・・の順に配置するとき、各ＬＥＤ１６ａ，１６ｂ，１６ｃに対応するスペーサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの傾斜角θ１，θ２，θ３は、θ１＞θ２＞θ３という関係が成り立つ。

側端エリアに配置されるＬＥＤ１６ａ〜１６ｃの実装方法を説明する。基板１５は、感熱記録紙２の記録面と反対側の面に配線パターン（図示せず）を有する。図３（ｃ）に示すように、この基板１５には、各ＬＥＤ１６のリード３２を挿通するリード用挿通孔３４が形成されており、また、スペーサ３１ａ〜３１ｃにも、そのリード３２を挿通する孔３３が形成されている。ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃの実装に際して、基板１５の所定位置に、対応するスペーサ３１ａ〜３１ｃを予め配置しておく。リード３２の先端部を、スペーサ３１ａ〜３１ｃの孔３３に通して基板１５のリード用挿通孔３４へ、リード３２の取り付け面がスペーサ３１ａ〜３１ｃの傾斜面に当接するまで挿入する。このとき、基板１５の裏面側にリード３２の先端部が突出する。この後、基板１５に、その裏面側から突出したリード３２を半田付けして、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃをスペーサ３１ａ〜３１ｃとともに基板１５に固定する。

このように、側端エリアのＬＥＤ１６ａ〜１６ｃと基板１５との間に、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の最側端に近づくほど傾斜角の大きい傾斜面を有するスペーサ３１ａ〜３１ｃを挟み込みながら、基板１５にＬＥＤ１６ａ〜１６ｃを実装することで、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃの配置角度がＹ用ＬＥＤアレイ１４の内側に徐々に傾けられ、感熱記録紙２の両端部に照射される光量が増加し、図３（ａ）に示すように、感熱記録紙２の主走査方向の受光量分布は、光量の均一なエリアが従来よりも広がる。これにより、感熱記録紙２の記録エリア２ａの全面に均一な定着光が照射され、定着ムラを防止できる。

光定着器１３の給紙方向の下流側には、感熱記録紙２を所定位置でカットするカッター２３と、熱記録済みの感熱記録紙２が排出される排出口２４とが配置されている。

次に、上記実施形態の作用について説明する。カラー感熱プリンタ１においてプリント開始操作がなされると、給紙ローラ４が回転して、感熱記録紙２が搬送路上に給紙される。感熱記録紙２の先端がサーマルヘッド８の発熱素子アレイ１０に到達すると、サーマルヘッド８によってイエロー画像が熱記録される。イエロー画像の熱記録が終了すると、感熱記録紙２の熱記録済み部分は、光定着器１３に向けて順次搬送され、イエロー画像の光定着が施される。

このイエロー画像の光定着では、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４の側端エリアのＬＥＤ１６ａ〜１６ｃは、その配置角度がＹ用ＬＥＤアレイ１４の内側に徐々に傾けられているから、感熱記録紙２の両端部への光量が増加し、その記録エリア２ａの全面に定着光が略均一に照射される。イエロー画像の光定着後、感熱記録紙２が記録開始位置まで巻き戻されて、マゼンタ画像の熱記録がなされ、感熱記録紙２の熱記録済み部分は、光定着器１３に向けて順次搬送され、マゼンタ画像の光定着が施される。

このマゼンタ画像の光定着においても、Ｙ用ＬＥＤアレイ１４と同様に、Ｍ用ＬＥＤアレイ１７の側端エリアのＬＥＤ１９は、その配置角度がＭ用ＬＥＤアレイ１７の内側に徐々に傾けられているから、感熱記録紙２の両端部への光量が増加し、その記録エリア２ａの全面に定着光が略均一に照射される。マゼンタ感熱発色層の光定着の後、再び感熱記録紙２が巻き戻されて、シアン画像が熱記録がなされ、記録済み部分がカッター２３で切断されて、排出口２４から排紙される。

上記第１実施形態では、ＬＥＤアレイ１４を、ＬＥＤ１６を副走査方向に４列設けた例で説明したが、１列だけ設けても良い。また、ＬＥＤ１６は、砲弾型のものに限定されず、リード部を持たないチップ型のものであっても良い。

上記第１実施形態では、スペーサ３１ａ〜３１ｃにリード３２を挿通する孔３３を設けたが、スペーサの形態はこれに限定されず、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃに当接する面を基板１５に対して傾けていればどんな形態であっても良い。

上記第１実施形態では、スペーサ３１ａ〜３１ｃを用いてＬＥＤ１６ａ〜１６ｃの配置角度を傾けたが、スペーサを用いずに、ＬＥＤを傾けた状態で半田付けすることにより、その配置角度を傾けても良い。

上記第１実施形態では、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃと基板１５との間に傾斜面を有するスペーサを挟み込んで、ＬＥＤ１６ａ〜１６ｃの配置角度を傾けたが、第２実施形態では、スペーサの代わりに、径の異なる半田付き金属ボール（半田ボール）を用いてＬＥＤの配置角度を傾けるとともに、ＬＥＤと基板とを電気的に接続する。

図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤアレイ４０は、基板４１上に、複数のチップ型ＬＥＤ４２を主走査方向に沿って配列したものである。ＬＥＤ４２には、一面に正負それぞれの端子４３ａ，４３ｂが設けられており、基板４１には、この端子４３ａ，４３ｂと接続する一対の接続パッド４４ａ，４４ｂが設けられている。端子４３ａ，４３ｂと接続パッド４４ａ，４４ｂとは半田付けによって接続されるが、半田だけではクラックが入り易くもろいため、本第２実施形態では、それらを確実に接合するのに、半田付きの金属ボール４５を用いている。図４（ａ）に示すように、半田付き金属ボール４５は、融点の高い金属（金（Ａｕ）等）から形成された球体４６と、この球体４６の周りを包むように成形された半田部（錫や鉛等の合金）４７とからなる。

図４（ｂ）において、第２実施形態では、ＬＥＤアレイ４０の側端エリアに配置される各ＬＥＤ４２ａ〜４２ｃにおいて、ＬＥＤアレイ４０の側端側に設置される端子４３ａに対して、通常よりも径の大きい半田付き金属ボール４５ａ〜４５ｃを、対応する接続パッド４４ａとの接合に用いる。半田付き金属ボール４５ａ〜４５ｃは、球体４６の径のサイズはＬＥＤアレイ４０の最側端に近づくほど大きくなり、半田部４７の厚みは変わらないものとする。即ち、ＬＥＤアレイ４０の最側端から、ＬＥＤ４２を符号４２ａ，４２ｂ，４２ｃ・・の順に配置するとき、各ＬＥＤ４２ａ，４２ｂ，４２ｃに対応する半田付き金属ボール４５ａ，４５ｂ，４５ｃの径のサイズＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３という関係が成り立つ。

側端エリアに配置されるＬＥＤ４２ａ〜４２ｃの実装方法を説明する。まず、半田付き金属ボール４５を、対応するＬＥＤ４２の端子４３ａ，４３ｂに位置決めし、この位置決めした位置からずれない程度に固定する。このとき、ＬＥＤ４２ａ〜４２ｃの各端子４３ａには、他の端子に対する半田付き金属ボールよりも径の大きい半田付き金属ボール４５ａ〜４５ｃが固定される。そして、ＬＥＤ４２と一体化された半田付き金属ボール４５を、対応する接続パッド４４ａ，４４ｂに位置決めし、全てのＬＥＤ４２を基板４１上に搭載する。この後、ＬＥＤ４２を搭載した基板４１をリフロー炉に入れて加熱すると、半田付き金属ボール４５の表面の半田部４７だけが融解し、ＬＥＤ４２側の端子４３ａ，４３ｂと、基板４１側の接続パッド４４ａ，４４ｂとが接合される。こうして、各ＬＥＤ４２を半田付きボール４５を介して基板４１に固定する。

このように、側端エリアのＬＥＤ４２ａ〜４２ｃを、ＬＥＤアレイ４０の最側端に近づくほど径の大きい半田付き金属ボール４５ａ〜４５ｃを介して基板４１に実装することで、ＬＥＤ４２ａ〜４２ｃの配置角度をＬＥＤアレイ４０の内側に徐々に傾ける。これにより、感熱記録紙２の記録エリア２ａの全面に均一な定着光が照射されるため、定着ムラを防止できる。

上記第２実施形態では、半田付き金属ボール４５ａ〜４５ｃにおいて、融点の高い金属からなる球体４６の径を通常よりも大きくすることで、ＬＥＤ４２ａ〜４２ｃの配置角度を傾けたが、その球体を用いずに半田の量を変化させてその配置角度を傾けても良い。この場合、半田の生成に特殊な形態のマスク板が用いられる。マスク板は、例えば、正負の各端子４３ａ，４３ｂに対応する一対の注入口が、同一径で、主走査方向に沿って設けられており、マスク板の高さは、その最側端に近づくほど大きくなっている。このようなマスク板の注入口にペースト状の半田クリームを流し込んで所定の処理を施すと、ＬＥＤアレイ４０の最側端に近づくほど、高さ（基板４１と直交する方向の長さ）の大きい半田が生成される。

上記実施形態では、スペーサを基板との間に挟み込んだり、径の異なる半田ボールを介して基板と接合することで、ＬＥＤの配置角度をＬＥＤアレイの内側に傾けて、感熱記録紙の両端部における光量の落ち込みを防止したが、ＬＥＤの配置角度を傾けずに、単に側端エリアのＬＥＤの配置高さを変化させることで、光量の落ち込みを防止しても良い。

上記実施形態では、側端エリアの各ＬＥＤの配置角度は、ＬＥＤアレイの最側端に近づくほど、傾斜角が大きくなるようにしたが、側端エリアのＬＥＤを複数のグループに分け、これらグループ毎に傾斜角を変化させても良い。また、側端エリアのＬＥＤにおいて、傾斜角を個々やグループ単位で段階的に変化させずに、単一の傾斜角を持たせても良い。

上記実施形態では、発光素子としてＬＥＤを使用したが、発光素子はＬＥＤに限らず、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）、面発光する半導体レーザー素子等、他の発光素子を使用しても良い。

上記実施形態では、感熱記録紙の光定着を例に説明したが、感熱記録紙に限らず、紫外線硬化する全ての材料の光定着について本発明を適用しても良い。

本発明のカラー感熱プリンタの構成を示す概略図である。光定着器の構成を示す説明図である。傾斜面を有するスペーサを用いてＬＥＤの配置角度を傾ける例の説明図である。径の異なる半田付き金属ボールを用いてＬＥＤの配置角度を傾ける例の説明図である。

符号の説明

１カラー感熱プリンタ
２感熱記録紙
１３光定着器
１４イエロー用発光素子アレイ
１５基板
１６発光素子
３１スペーサ
４５半田付き金属ボール

Claims

基板上に複数個の発光素子が配列され、記録紙の幅に応じた長さを持つ発光素子アレイを備え、記録済みの記録紙に対して定着光を照射して光定着を施す光定着器において、
前記発光素子アレイのうち、前記記録紙の両側端部と対面する側端エリアに配置される発光素子について、その配置角度を、前記発光素子アレイの内側に傾けたことを特徴とする光定着器。
前記側端エリアの各発光素子の配置角度は、前記発光素子アレイの最側端に近づくほど、傾斜角が大きくなることを特徴とする請求項１記載の光定着器。
前記各発光素子と前記基板との間にスペーサを挟み込んで前記各発光素子を傾けたことを特徴とする請求項１又は２記載の光定着器。
前記各発光素子の１対の端子を、それぞれ径の異なる半田ボールを介して基板と接続することにより前記各発光素子を傾けたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光定着器。