JP2006065040A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部品その他の部品への風や熱の影響を抑え、光源素子の交換を容易にする。
【解決手段】３段構造とし、上段シャーシｓ３上にレーザダイオードｆ２，ｆ４を設置し、その下の２段目を通風空間として排熱し、光ファイバーｅ２，ｅ４を風の当たらない側板ｉ３，ｉ４の外側を通して一段目の結像光学系ｎへ導いた。２段目を通風空間には、ペルチェ素子ｋ、ヒートシンクｈ１、ｈ２、排気ファンｃ１，ｃ２を設置した。レーザダイオードｆ２，ｆ４には断熱カバー材ｇを被せ、結露や環境温度から保護した。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の光源素子と排熱用の通風路を有した露光装置に関する。

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。

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露光装置が記載されている。
特許文献１記載の露光装置は、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。
特開２００２−３４４１８１号公報

ところで、工業用の高出力レーザにおいては、半導体レーザダイオードの交換寿命は比較的短く、交換頻度が高くなっており、交換の容易性を軽視できない。
特許文献１に記載の露光装置によると、半導体レーザダイオードが側面に設置されているので、周囲に他の部品が設置されてしまうと、支持板を移動することなく、半導体レーザダイオード単体を交換することが難しい。支持板又は支持板を含んだモジュールを移動する場合には、迅速な交換作業とはならず、１素子のための交換作業としては不効率である。交換しやすくするために半導体レーザダイオード周囲に空間を残すと、部品の実装密度が下がり、コンパクトな装置とならない。

また、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。
特許文献１に記載の露光装置によると、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り、部品の配置に不都合が生じる場合がある。

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、複数の光源素子が配置され、排熱性が確保され、光学部品その他の部品への風やこの風による熱の影響が抑えられ、光源素子の交換が容易にされた露光装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、ベースと、
前記ベース上の空間を上下に仕切って上下の通風を遮断する中段部材と、
前記中段部材上の空間を上下に仕切って上下の通風を遮断する金属製の上段部材と、
前記上段部材と前記中段部材との間の側面に前記上段部材から前記中段部材まで構成されて内外の通風を遮断する側壁と、
前記上段部材と前記中段部材との間の他の側面に設けられ、前記上段部材と前記中段部材との間の空間へ吸気する吸気部と、
前記上段部材と前記中段部材との間の他の側面に設けられ、前記上段部材と前記中段部材との間の空間から排気する排気部と、
前記上段部材の上面に固定された複数の光源素子と、
前記上段部材の下面に固定されたヒートシンクと、
入射端が前記光源素子に接続され、前記上段部材上から前記側壁の外側を通されて前記中段部材下に引き回され、前記中段部材下の空間に出射端が配置された光ファイーバーとを備え、
前記吸気部から吸気し前記排気部から排気して前記上段部材と前記中段部材との間の空間を通風するとともに、前記光源素子からの光を露光光として前記中段部材より下の位置から出射する露光装置である。

したがって請求項１記載の発明によれば、金属製の上段部材の上面に複数の光源素子が固定される。これらの光源素子が発する熱は金属製の上段部材の下面に固定されたヒートシンクに吸熱される。吸気部から吸気し排気部から排気して上段部材と中段部材との間の空間が通風され、この空間に設置されているヒートシンクが空冷されてヒートシンクの熱が外部へ排出される。
吸気部及び排気部が上段部材と中段部材との間の側面に設けられているので、上段部材と中段部材との間において側方から吸気してヒートシンクに風を送り、ヒートシンクを通過した空気を上段部材と中段部材との間において側方へ排気することができる。その一方、光ファイバーは、上下の通風を遮断する上段部材の上面に固定された光源素子に接続され、内外の通風を遮断する側壁の外側を通り、上下の通風を遮断する中段部材下に出射端が配置されるから、上段部材と中段部材との間の通風により生じる風が光ファイバーに当たることは防がれる。
また、中段部材下に光ファイバーの出射端が配置され、露光光を中段部材より下の位置から出射するので、光ファイバーの出射端から、露光光出射までの光学系を中段部材下に設置することができる。その光学系や、その他の中段部材下に設置される部品に上部空間で生じる風が当たることは上下の通風を遮断する中段部材により防止される。
光源素子を上段部材の上面に配置し、上段部材と中段部材との間を通風空間として熱交換用部品を配置し、その他の光学部品や電気部品を中段部材下に配置することにより部品の実装密度が下がらずコンパクトな装置とすることができるとともに、それらの熱交換用部品、光学部品や電気部品が光源素子の交換の邪魔とならず、光源素子を迅速、容易に交換できる。
しかるに、複数の光源素子を上段部材の上面に配置することができ、上段部材と中段部材との間の通風空間により排熱性が確保でき、上段部材上及び中段部材下に設置される部品や光ファイバーへの風やこの風による熱の影響を抑えることができ、光源素子の交換を容易に行うことができる。
なお、本発明を規定する「上」「下」の文言は、ベースを基準に表現したものにすぎず、水平配置、垂直配置、傾斜配置などベースの配置方向は任意である。

請求項２記載の発明は、前記ヒートシンクと前記上段部材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１に記載の露光装置である。

したがって請求項２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。

請求項３記載の発明は、前記光源素子を覆い前記光源素子及び前記上段部材の上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又は請求項２に記載の露光装置である。

したがって請求項３記載の発明によれば、光源素子及び上段部材の上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、本露光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。

請求項４記載の発明は、前記中段部材が金属製であり、
前記中段部材下に設置され、発熱部が前記中段部材に接続された電気基板と、
前記中段部材の上面に固定されたヒートシンクとを備えることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の露光装置である。

したがって請求項４記載の発明によれば、電気基板に実装された例えば、光源素子を駆動する電力変換用のトランジスタなどの発熱の大きい電子部品の放熱板を、金属製の中段部材に熱伝導可能に接続して熱を中段部材、さらにヒートシンクに導き、上段部材と中段部材との間の通風空間により排熱することができる。また、電気基板は中段部材下に設置されるから、上段部材上に設置された光源素子の交換の妨げとならない。

以上説明したように本発明によれば、複数の光源素子を上段部材の上面に配置することができ、上段部材と中段部材との間の通風空間により排熱性が確保でき、上段部材上及び中段部材下に設置される部品や光ファイバーへの風やこの風による熱の影響を抑えることができ、光源素子の交換を容易に行うことができるという効果がある。

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。

図１は本実施形態の露光装置を搭載した画像記録装置の斜視図である。図２は、図１における露光装置の矢視Ａ図(a)、矢視Ｂ図(b)、矢視Ｃ図(c)、矢視Ｄ図(d)、矢視Ｅ図である。図３は、図１における蓋を外した状態の露光装置の矢視Ａ図(a)、矢視Ｂ図(b)、矢視Ｃ図(c)、矢視Ｄ図(d)、矢視Ｅ図である。図４は、図２におけるＦ−Ｆ断面図である。図５は、図２におけるＧ−Ｇ断面図である。なお、図３中にも対応するＦ−Ｆ線、Ｇ−Ｇ線を示した。

図１に示すように本実施形態の露光装置１は、ベース２上に設置された直方体の外形を有するケース８に蓋９が被された構造を有する。
露光装置１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。
露光装置１は露光光７を出射し、主走査のために回転するドラム５の周面に保持された被露光材６に照射する。

次に、露光装置１の詳細につき説明する。
図２〜図５に示すように、ケース８は、４枚の側板ｉ１〜ｉ４からなる囲いと、上端に固定された上段シャーシｓ３と、中段に固定された中段シャーシｓ２とから構成されている。ケース８がベース２に設置されることで３段構造が構成されている。ベース２上には下段シャーシｓ１が設置されている。
蓋９、側板ｉ１〜ｉ４、上段シャーシｓ３、中段シャーシｓ２及び下段シャーシｓ１は、アルミ板、銅板、鋼板等の金属板により形成される。中段シャーシｓ２は、風が通るような穴は設けられず、ベース２上の空間を上下に仕切って自己の上下の通風を遮断する。上段シャーシｓ３は、風が通るような穴は設けられず、中段シャーシｓ２上の空間を上下に仕切って自己の上下の通風を遮断する。

側板ｉ１の中段シャーシｓ２と上段シャーシｓ３との間の範囲に排気口が設けられ、そこに排気ファンｃ１，ｃ２が嵌め付けられて排気部が側面に構成されている。排気ファンｃ１，ｃ２が２段目の通風の動力となっている。

側板ｉ１の反対側に位置する側板ｉ２は、中段シャーシｓ２と下段シャーシｓ１との間の側面を被っており、中段シャーシｓ２と上段シャーシｓ３との間の側面を被っておらず開放している。この開放された開口ｄが排気ファンｃ１，ｃ２の反対側に設けられた吸気口となっている。この開口ｄが吸気部である。なお、開口ｄに吸気ファンを設置しても良い。

上記側板ｉ１，ｉ２に対して直角に配置され、互いに相対する側壁を構成する側板ｉ３、側板ｉ４は、中段シャーシｓ２と上段シャーシｓ３との間の側面を被っている。側板ｉ３，ｉ４の上段シャーシｓ３と中段シャーシｓ２との間の部分は、風が通るような穴は設けられず、内外の通風を遮断する。
上段シャーシｓ３、中段シャーシｓ２及び側板ｉ３，ｉ４は、２段目の開口ｄから排気ファンｃ１，ｃ２までの通風空間を囲み、直線的に風が抜けるように開口ｄから排気ファンｃ１，ｃ２までの通風を案内する。
また、側板ｉ３，ｉ４は、中段シャーシｓ２と下段シャーシｓ１との間の側面を被っている。但し、側板ｉ３にはケーブル通し孔ａ１，ａ２が空けられおり、側板ｉ４にはケーブル通し孔ａ３，ａ４及び窓ｂが設けられている。ケーブル通し孔ａ１〜ａ４は、側板ｉ３，ｉ４を構成する金属板に貫通孔が空けられ、その切り口にケーブルと貫通孔との間を塞ぐスポンジ、ゴム等の部材が付設されたものである。

図３に示すように、上段シャーシｓ３の上面には複数の半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４が固定されている。図３(e)に示すように本実施形態では、１６個の半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４を設置した。
側板ｉ３付近に設置された半分に当たる８個の半導体レーザダイオードｆ１，ｆ２に接続された光ファイバーｅ１，ｅ２は、上段シャーシｓ３上から側板ｉ３が構成する側壁の外側を通され、ケーブル通し孔ａ１，ａ２に挿入されて中段シャーシｓ２下の１段目に導かれている。
側板ｉ４付近に設置された残りの８個の半導体レーザダイオードｆ３，ｆ４に接続された光ファイバーｅ３，ｅ４は、上段シャーシｓ３上から側板ｉ４が構成する側壁の外側を通され、ケーブル通し孔ａ３，ａ４に挿入されて中段シャーシｓ２下の１段目に導かれている。
半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の交換のため、光ファイバーコネクタ（図示せず）が半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４と光ファイバーｅ１〜ｅ４との間又は光ファイバーｅ１〜ｅ４の途中に設けられる。

図４及び図５に示すように、上段シャーシｓ３の下面には、ペルチェ素子ｋを介在させてヒートシンクｈ１が固定されている。
中段シャーシｓ２の上面には、ヒートシンクｈ２が直に固定されている。
以上のようにして、ペルチェ素子ｋ、ヒートシンクｈ１及びヒートシンクｈ２は２段目の通風空間に設置されている。

図４に示すように１段目においては、ケーブル通し孔ａ１〜ａ４を通して内部に導かれた光ファイバーｅ１〜ｅ４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ｍが構成され、下段シャーシｓ１に固定されている。また、下段シャーシｓ１には結像光学系ｎが設置されている。
半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４からのレーザ光は、光ファイバーｅ１〜ｅ４を通って、光ファイバーアレイｍから所定の配列で結像光学系ｎに入射し、結像光学系ｎで所定の倍率に変換されて露光光７として窓ｂから外部に出射する。
また、排気ファンｃ１、ｃ２が稼働し、上段シャーシｓ３と中段シャーシｓ２との間の空間を通風する。

図４に示すように、蓋９の内側には断熱カバー材ｇが嵌められている。断熱カバー材ｇは、図４に示すように、上段シャーシｓ３の上面に固定された半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４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ｆ１〜ｆ４を被っている。また、断熱カバー材ｇは半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４及びその周囲の上段シャーシｓ３の上面に密着している。断熱カバー材ｇとしては、加工しやすく半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４を傷つけない例えばスポンジ状のものが好ましい。

図５に示すように１段目においては、電気基板ｐ，ｑが設置されている。電気基板ｐに実装された電力変換用のトランジスタｐ１の放熱板ｐ２を中段シャーシｓ２に直接、又は図示するように電気基板ｐ上の金属パターンｐ３や接続金具ｐ４を介して接続する。
電気基板ｐ，ｑには、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の制御回路、ペルチェ素子の制御回路、排気ファンの電源装置、結像光学系ｎのレンズの移動を制御する制御回路等が実装されている。電気配線は、ケーブル通し孔ａ１〜ａ４や部材の隙間、追加して設けたケーブル通し孔を利用して配線される。
熱対策が必要な発熱部を有する電気基板ｐを中段シャーシｓ２にのみ固定しても良いし、図示するように下段シャーシｓ１に固定しても良い。熱対策の必要のない発熱性の低い電気基板ｑは下段シャーシｓ１にのみ固定する。

なお、電気基板ｐ，ｑを支持する下段シャーシｓ１と、光ファイバーアレイｍ及び結像光学系ｎを支持する下段シャーシｓ１とは一体の一部品でも良いし、分離した別部品でも良い。
下段シャーシｓ１をベース２に固定しても良いし、下段シャーシｓ１をケース８の下端に固定してもよい。また、下段シャーシｓ１を排して、本実施形態において下段シャーシｓ１に固定している部品をベース２に直接固定しても良い。

本実施形態によれば、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の稼働により熱が発生しても、その熱は、金属製の上段シャーシｓ３を介して、また、ペルチェ素子ｋとヒートシンクｈ１を介して２段目、すなわち、中段シャーシｓ２と上段シャーシｓ３との間の通風空間に放出される。排気ファンｃ１，ｃ２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ｆ１〜ｆ４を発熱源とする熱を排気ファンｃ１，ｃ２から暖気とともに排出できる。
また、電気基板ｐで熱が発生しても、その熱は、金属製の中段シャーシｓ２を介して、また、ヒートシンクｈ２を介して２段目、すなわち、中段シャーシｓ２と上段シャーシｓ３との間の通風空間に放出される。排気ファンｃ１，ｃ２が稼働することにより、通風空間が十分に換気され、電気基板ｐを発熱源とする熱を排気ファンｃ１，ｃ２から暖気とともに排出できる。
２段目の空間、すなわち、通風空間で発生する風及び吸排気により生じる風が、１段目に設置された光ファイバーアレイｍ及び結像光学系ｎ等の光学系、その他の１段目に設置された部品に当たることは中段シャーシｓ２と側板ｉ１〜ｉ４による囲いによって防止され、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４からの光を結像光学系ｎまで導光する光ファイバーｅ１〜ｅ４に当たることは上段シャーシｓ３、側板ｉ３，ｉ４及び中段シャーシｓ２により防止される。
半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４を３段目に、熱交換用部品を２段目に、その他の光学部品や電気部品を１段目に設置することにより部品の実装密度が下がらずコンパクトな装置とすることができるとともに、それらの１段目、２段目の部品が３段目に設置されている半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の交換の邪魔とならず、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４を迅速、容易に交換できる。
しかるに、複数の半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４を上段シャーシｓ３の上面に配置することができ、２段目の通風空間により排熱性が確保でき、光ファイバーｅ１〜ｅ４や１段目、３段目に設けられた光学部品その他の部品への風やこの風による熱の影響を抑えることができ、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の交換を容易に行うことができる。

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ｆ１〜ｆ４の熱を上段シャーシｓ３を介して吸熱し、その吸熱をヒートシンクｈ１及び排気ファンｃ１，ｃ２による空冷により外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ｇの作用により半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４及びその周囲の上段シャーシｓ３上面に結露を生じさせることがなく、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４を水に触れさせることが防がれる。
また、断熱カバー材ｇにより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、本露光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。

上記実施形態に拘わらず、４段以上の構造をとる場合には、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の交換を容易にするため、上段シャーシｓ３を最上段のシャーシとすることが好ましい。半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の交換容易性を損なわない場合は、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４より上に部品を搭載する段を設けても良い。上段シャーシｓ３を最上段のシャーシとする場合、半導体レーザダイオードｆ１〜ｆ４の排熱のための通風空間は上段シャーシｓ３より下に熱伝導良好に配置する必要があるから、上から２段目に配置することが好ましい。上記本実施形態の通風空間（本実施形態における２段目）を部分的又は全体的に２段以上の構造としたり、通風空間の下の部品搭載スペース（本実施形態における１段目）を部分的又は全体的に２段以上の構造とすることは任意である。

本発明一実施形態の露光装置を搭載した画像記録装置の斜視図である。 図１における露光装置の矢視Ａ図(a)、矢視Ｂ図(b)、矢視Ｃ図(c)、矢視Ｄ図(d)、矢視Ｅ図（e）である。 図１における蓋を外した状態の露光装置の矢視Ａ図(a)、矢視Ｂ図(b)、矢視Ｃ図(c)、矢視Ｄ図(d)、矢視Ｅ図（e）である。 図２におけるＦ−Ｆ断面図である。 図２におけるＧ−Ｇ断面図である。

符号の説明

１ 露光装置
２ ベース
３ ガイドシャフト
４ ネジシャフト
５ ドラム
６ 被露光材
７ 露光光
８ ケース
９ 蓋
ａ１〜ａ４ ケーブル通し孔
ｂ 窓
ｃ１，ｃ２ 排気ファン
ｄ 開口
ｅ１〜ｅ４ 光ファイバー
ｆ１〜ｆ４ 半導体レーザダイオード
ｇ 断熱カバー材
ｈ１ ヒートシンク
ｈ２ ヒートシンク
ｉ１〜ｉ４ 側板
ｋ ペルチェ素子
ｍ 光ファイバーアレイ
ｎ 結像光学系
ｐ，ｑ 電気基板
ｐ１ トランジスタ
ｐ２ 放熱板
ｐ３ 金属パターン
ｐ４ 接続金具
ｓ１ 下段シャーシ
ｓ２ 中段シャーシ
ｓ３ 上段シャーシ

Claims (4)

1. ベースと、
   前記ベース上の空間を上下に仕切って上下の通風を遮断する中段部材と、
   前記中段部材上の空間を上下に仕切って上下の通風を遮断する金属製の上段部材と、
   前記上段部材と前記中段部材との間の側面に前記上段部材から前記中段部材まで構成されて内外の通風を遮断する側壁と、
   前記上段部材と前記中段部材との間の他の側面に設けられ、前記上段部材と前記中段部材との間の空間へ吸気する吸気部と、
   前記上段部材と前記中段部材との間の他の側面に設けられ、前記上段部材と前記中段部材との間の空間から排気する排気部と、
   前記上段部材の上面に固定された複数の光源素子と、
   前記上段部材の下面に固定されたヒートシンクと、
   入射端が前記光源素子に接続され、前記上段部材上から前記側壁の外側を通されて前記中段部材下に引き回され、前記中段部材下の空間に出射端が配置された光ファイーバーとを備え、
   前記吸気部から吸気し前記排気部から排気して前記上段部材と前記中段部材との間の空間を通風するとともに、前記光源素子からの光を露光光として前記中段部材より下の位置から出射する露光装置。
2. 前記ヒートシンクと前記上段部材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１に記載の露光装置。
3. 前記光源素子を覆い前記光源素子及び前記上段部材の上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又は請求項２に記載の露光装置。
4. 前記中段部材が金属製であり、
   前記中段部材下に設置され、発熱部が前記中段部材に接続された電気基板と、
   前記中段部材の上面に固定されたヒートシンクとを備えることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の露光装置。

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