JP2007123799A - レーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置 - Google Patents

レーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置 Download PDF

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Abstract

【課題】保持部材上に温度制御される光源ユニットを装着し、光源ユニットと保持部材との間で温度差を生じる場合でも、光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸が少なくとも傾くことがないようにしてレーザービームを出射できるようにした、レーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置を提供する。
【解決手段】ハウジングの内部に固着された半導体レーザーで発光されたレーザー光をレーザービームにして出射するよう構成したレーザー光源ユニット312のハウジングを、温度制御手段356を介して保持部材348に装着し、温度制御手段356でレーザー光源ユニット312のハウジングを所定の温度に保持する温度制御を行う際にレーザー光源ユニット312から出射されるレーザービームの少なくとも光軸の角度がずれることを抑制するよう、レーザー光源ユニット312のハウジングと保持部材348との間に変位回避手段301を構成する。
【選択図】図18

Description

この発明は、レーザービームを所定方向に向けて出射するレーザー光源ユニットを、温度制御手段を介して保持部材上に装着した、レーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置に関する。
一般に、デジタル複写機やレーザープリンタ等の光学装置に設ける光走査装置には、半導体レーザー光源で発光されたレーザー光をコリメートレンズで平行光に変換し、平行光となったレーザービームを主走査対応方向に長い線像として結像させ、この線像の結像位置近傍に偏向反射面を持つ光偏向器で等角速度で偏向させ、偏向されたレーザービームを結像光学系により被走査面上に集光して被走査面の光走査を行うものがある。
このような光学装置には、半導体レーザー光源で発光された光ビームを効率よく集光し、平行光束に整えてから所定方向に出射させるため、半導体レーザー光源の発光面にコリメータレンズを近接させて一体化した構造の光源ユニットを用いるものがある。
従来、光源ユニットを備えた光学装置には、光源ユニット全体の温度を一定に保つことにより、半導体レーザーを安定して発振させ、かつ安定したコリメートビームを得る為に、光源ユニットを、ペルチェ素子(熱交換素子)を介してヒートシンク(放熱器)に取り付け、このヒートシンク自身を光源ユニットの保持部材として構成したものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
このように光源ユニットを、ペルチェ素子を介して保持部材に装着し、ペルチェ素子に通電して光源ユニットの温度制御を行う構成では、ペルチェ素子により、光源ユニットが一定の温度に保持される。
しかし、放熱器としての保持部材は、周囲の環境温度の影響と、ペルチェ素子の熱交換作用の影響で、さまざまな温度に変化する。例えば、光源ユニットの設定温度に対し環境温度が高い場合に、光源ユニットは、ペルチェ素子により冷却され、保持部材は加熱されて、光源ユニットに対して保持部材温度が高くなる。逆に光源ユニット設定温度よりも環境温度が低い場合には、光源ユニットが加熱され、保持部材が冷却されて、保持部材温度が低くなる。
このように、光源ユニットを温度制御する場合には、光源ユニットと保持部材の熱膨張の状態が、環境温度の変化でさまざまに変化して光源ユニットと保持部材との間で温度差を生じることとなる。このように、光源ユニットと保持部材との間で温度差を生じる場合には、光源ユニットが保持部材に対して膨張又は収縮するときに生じる熱歪みの影響で光源ユニットが変形し、さらには保持部材に保持されている光源ユニットの姿勢が変化して、光源ユニットから出射されたレーザービームの光軸が所定の出射方向に対して傾くように変化してビーム位置が変動すると言う問題があった。(ビーム位置の変動により光学系のアラインメントが狂う事で収差やケラレが発生し、ビーム品質が劣化し、感光材料上に形成される画像の画質を劣化させるおそれがある。)
特開平9−73056号公報(図9)
本発明は、上述の問題に鑑み、保持部材上に温度制御される光源ユニットを装着することにより、光源ユニットと保持部材との間で温度差を生じる場合でも、光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸が少なくとも傾くことがないようにしてレーザービームを出射できるようにした、レーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置を新たに提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置は、ハウジングの内部に固着された半導体レーザーで発光されたレーザー光をレーザービームにして出射するよう構成したレーザー光源ユニットと、レーザー光源ユニットのハウジングを、温度制御手段を介して装着する保持部材と、温度制御手段でレーザー光源ユニットのハウジングを所定の温度に保持する温度制御を行う際にレーザー光源ユニットから出射されるレーザービームの少なくとも光軸の角度がずれることを抑制するよう、レーザー光源ユニットのハウジングと保持部材との間に構成された変位回避手段と、を有することを特徴とする。
上述のように構成することにより、保持部材上に温度制御手段で温度制御される光源ユニットを装着することにより、光源ユニットと保持部材との間で温度差を生じる場合でも、変位回避手段の作用により光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸が少なくとも傾くことがないようにしてレーザービームを出射できる。
本発明の請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置は、ハウジングの内部に半導体レーザーとコリメータレンズとを一体的に取り付け、半導体レーザーで発光されたレーザー光をコリメータレンズで平行光に変換されたレーザービームにして出射するよう構成したレーザー光源ユニットと、レーザー光源ユニットのハウジングを、温度制御手段を介して設置する保持部材と、レーザー光源ユニットのハウジングの一点で保持部材に固定するよう締結すると共に、ハウジングの他の点で移動可能に締結する変位回避手段と、レーザー光源ユニットのハウジングと保持部材とが異なる温度となり、ハウジングの他の点の移動可能な締結部分においてハウジングと保持部材との間で相対的な移動を生じたときに、出射されるレーザービームの光軸が、設定されている光路と平行な状態を維持するようにガイドするガイド手段と、を有することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、変位回避手段を、ハウジングと保持部材との間に、ボールベアリングを転動可能に配置した状態で、ハウジングと保持部材とを締結して構成したことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、変位回避手段を、ハウジングと保持部材との間に、ローラベアリングを、ハウジングを保持部材に固定した一点を中心とした放射線方向に沿って転動可能に配置した状態で、ハウジングと保持部材とを締結して構成したことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、変位回避手段を、レーザー光源ユニットのハウジングの一点で保持部材側に固定するよう締結すると共に、ハウジングの他の点で保持部材側に固定するよう締結し、かつハウジングの一点とハウジングの他の点との間の距離を伸縮可能とするよう、ハウジングの一部に開口を設けたことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、変位回避手段を、レーザー光源ユニットのハウジングの一点で保持部材側に固定するよう締結すると共に、ハウジングの他の点で断熱弾性変形部材のねじ孔に締結し、断熱弾性変形部材に穿設した挿通孔にねじ部品を挿通して保持部材のねじ孔に締結し、断熱弾性変形部材におけるねじ孔と挿通孔との間の距離を伸縮可能とする開口を設けて構成したことを特徴とする。
前述のように構成することにより、レーザー光源ユニットを、変位回避手段を介して保持部材に締結するので、温度制御手段の作用により、レーザー光源ユニットのハウジングと保持部材とが異なる温度となって伸縮状態が異なりレーザー光源ユニットのハウジングを保持部材に固定する一点と、このハウジングを保持部材に対して移動可能に締結する他の点との間の距離が、ハウジングと保持部材とで異なる状態となったときに、この距離の相違を変位回避手段で解消して、ハウジングを伸ばしたり縮めたりする応力が働くことを防止する。さらに、ハウジングが熱伸縮を行うときに、ハウジングをガイド手段がガイドして、レーザー光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸が設計上のレーザービーム光路に対して平行に移動することがあっても、傾斜することがないようにする。これによりレーザー光源ユニットから出射されるレーザービームが平行光であるため、この出射された平行光のレーザービームが所定の光路上で平行に移動しても、所定の光路を通り結像したときの位置が変動することがないので、所定の光学的性能を維持することができる。
本発明の請求項7に記載の画像記録装置は、半導体レーザーを光源とする画像記録装置であって、光ビームを出射する半導体レーザーを備えたレーザー光源ユニットと、レーザー光源ユニットを固定するベース部材と、レーザー光源ユニットとベース部材の間に配置される温度制御手段としてのペルチェ素子とを備え、変位回避手段を構成するため、ベース部材はペルチェ素子の変形に応じて弾性変形するように形成されることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の画像記録装置において、複数のスリットは3本のスリットからなり、2本のスリットは矩形形状のペルチェ素子の対向する2辺より幅を広くして平行に設けられ、かつ1本のスリットは平行に設けられた2本のスリットの隙間の各中央部分を連結するように設けられることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項8に記載の画像記録装置において、複数のスリットは、コの字型を連続的に組み合わせた形状で設けられることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項7に記載の画像記録装置において、ペルチェ素子は、レーザー光源ユニット側に吸熱面を向けて配置されることを特徴とする。
前述のように構成することにより、ベース部材上に装着したレーザー光源ユニットをペルチェ素子で温度制御する際にペルチェ素子自身が温度変化により反るように変形しても、ベース部材がペルチェ素子の変形に応じて弾性変形して光源ユニットの位置関係を維持するので、レーザー光源ユニットの位置関係を一定に保ち、レーザー光源ユニットから出射されるレーザービームの光路を安定させ、高画質な画像を形成することができる。
請求項12に記載の発明は、請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、保持部材に、複数の変形補助用スリットを穿設して相互に影響を与えないよう弾性変形可能なように分離された2つの弾性変形梁台部と、受け片部分とを構成し、レーザー光源ユニットのハウジングを、各々断熱部材を介して2つの弾性変形梁台部に締結し、ハウジングと受け片部分との間にペルチェ素子を配置して温度制御手段及び変位回避手段を構成したことを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、ハウジングの両側で、それぞれ断熱弾性変形部材を介して保持部材に締結することにより、レーザー光源ユニットを支持するよう構成し、断熱弾性変形部材を、一方の部分に保持部材を締結すると共に、他方の部分にレーザー光源ユニットのハウジングを締結するよう構成し、断熱弾性変形部材に、一方の締結部分と他方の締結部分との間隔を変更可能に弾性変形させるようスリットを穿設して変位回避手段を構成したことを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、レーザー光源ユニットのハウジングの両側にそれぞれ配置した台座部を、スリットで切り離してハウジングに対して片持梁状に突出するよう構成し、各台座部を、それぞれ断熱弾性変形部材を介して保持部材に締結することにより、2つの台座部がそれぞれ弾性変形して、一方の台座部の締結部分と他方の台座部の締結部分との間隔を変更可能とするよう変位回避手段を構成したことを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置において、レーザー光源ユニットのハウジングと保持部材との間に構成される変位回避手段を、レーザー光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸を含み、保持部材がレーザー光源ユニットを保持する平面である保持面に垂直な平面に対して、対称な形状に構成したことを特徴とする。
前述のように構成することにより、レーザー光源ユニット自体の熱による変形と、保持部材自体の熱による変形とが、それぞれレーザー光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸に対して対称に発生し、打ち消しあって、レーザービームの光軸にずれが発生することを抑制できる。
本発明のレーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置によれば、保持部材上に装着した光源ユニットを温度制御することにより、光源ユニットと保持部材との間で温度差を生じる場合でも、光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸が少なくとも傾くことを防止してレーザービームを出射できるという効果がある。
本発明のレーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置に関する第1実施の形態について、図1乃至図13を参照しながら説明する。
図1は、本発明のレーザー光源ユニットを備えた光学装置の一種である、レーザー光源ユニットを備えた画像記録装置の要部を示す概略構成斜視図であり、図で10は、画像記録装置の本体である。
この画像記録装置10は、所定の色を発色させる波長および光出力を有するレーザービーム(光ビーム)を出射する光源ユニット12と、矢印A方向に回転するポリゴンミラー14と、第1シリンドリカルレンズ16と、fθレンズ18と、第2シリンドリカルレンズ20と、レーザービームの主走査方向に配置される反射ミラー22とを備えて構成される。
これらの構成要素は、光源ユニット12から出射されたレーザービームを感光体ドラム24上の所定の位置に照射する光学系を構成するよう筐体26内部の各所定の位置に配置する。
この画像記録装置10では、光源ユニット12から画像情報を含むレーザービームを出射し、これを調整して一定速度で回転するポリゴンミラー14に入射させ、fθレンズ18を透過させて走査のための調整を行ない、第2シリンドリカルレンズ20を介して反射ミラー22で反射させて感光体ドラム24上に入射させる。
この画像記録装置10では、感光体ドラム24の移動とポリゴンミラー14の回転による偏向とによって、レーザービームにより感光体ドラム24を走査露光して感光体ドラム24上に静電潜像を形成する。この静電潜像をトナーで現像し、このトナー像を記録紙などの転写媒体に転写して画像を形成し記録する。
この画像記録装置10に装着される光源ユニット12は、図3及び図4に示すように、レーザービームを発光する半導体レーザー28と、半導体レーザー28で発光したレーザービームを平行光に変換するコリメータレンズ30とを光軸が一致するように光源ユニット12のハウジング内に配置して一体的に構成する。
このため、この光源ユニット12のハウジングでは、その内部の一端側(図3に向かって左側)に光源である半導体レーザー28を配置し、その他端側(図3に向かって右端側)に半導体レーザー28が発光したレーザービームを平行光に変換するコリメータレンズ30を内部に有する鏡胴32を設ける。
この光源ユニット12では、コリメータレンズ30と半導体レーザー28とを所定の短い間隔で近接配置することで、半導体レーザー28で発光する光を、コリメータレンズ30で効率よく集光するとともに、部材の小型化および部材数の削減を図るように構成する。
この光源ユニット12のハウジングは、変位回避手段である応力回避手段を介して保持部材(定盤)48上に締結して配置する。この保持部材48は、画像記録装置10の筐体26における光源ユニット12のハウジングを配置する一部分として構成しても良い。
図2乃至図5に示すように、光源ユニット12のハウジング本体には、略直方体形状における、鏡胴32が設けられる前面両側の部分を小矩形状に切欠して各々小矩形のベース板状に形成した2つの台座部34、36を設ける。
この光源ユニット12のハウジングには、変位回避手段である応力回避手段を構成するため、一方の台座部34(図2、図4、図5に向かって右側)に、固定用の透孔である挿通孔38を穿孔し、他方の台座部36に、遊挿用の透孔である遊挿孔40を穿孔する。
この固定用の挿通孔38は、ねじ部品46を通して締結した際に位置の変動を生じないよう固定するために、ねじ部品46を挿通する大きさに形成する。
また、遊挿用の遊挿孔40は、光源ユニット12のハウジング本体が熱膨張又は熱伸縮にしたときに締結位置の変動を許容し、かつ固定用の挿通孔38を中心として位置決めするための締結位置の変動を許容する範囲の余裕を持ってねじ部品46を挿通する大きさに形成する。
このように構成した光源ユニット12のハウジングを締結する保持部材(定盤)48には、変位回避手段である応力回避手段を構成するため、保持部材48の所定位置に、固定用の挿通孔38を通すねじ部品46を螺挿するためのねじ孔50と、遊挿用の遊挿孔40を通すねじ部品46を螺挿するためのねじ孔52とを穿設する。
さらに、保持部材48には、ねじ孔52(遊挿孔40を通すねじ部品46を螺挿するためのねじ孔)近くの所定位置に、光源ユニット12のハウジング本体の前端面に当接して位置決めするためのガイド手段としての位置決めピン54を立設する。
この光源ユニット12は、変位回避手段である応力回避手段と共に、温度制御手段を介して、保持部材48上に設置する。この温度制御手段は、ペルチェ素子56と、熱伝導を抑制する断熱部材58とを用いて構成することができる。なお、本実施の形態では、ペルチェ素子56と断熱部材58との両者を同時に用いて温度制御手段を構成するが、ペルチェ素子56だけで温度制御手段を構成しても良い。
この断熱部材58は、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間隔を一定にするスペーサとしての機能を有するように構成する。この断熱部材58は、セラミックなど熱伝導性が低い材料で形成し、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間で熱伝導することを防止する。
固定用の挿通孔38部分に配置する一方の断熱部材58は、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との設定間隔に対応した厚さを持つ矩形部材に形成し、その中央部に、ねじ部品46の挿通孔60を穿孔する。
また、変位回避手段である応力回避手段を構成するため遊挿孔40側に配置する他方の断熱部材58は、断熱用スペーサ62と、スライド板64とを組み合わせたときに、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との設定間隔に対応した厚さ(断熱部材58と同じ厚さ)を持つ矩形状となるように形成し、これらの中央部に、ねじ部品46の挿通孔60、66を連通させて穿孔する。なお、スライド板64は、金属板で構成しても良い。
さらに、応力回避手段を構成するため、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40を設けた台座部36の上には、補助スライド板68を配置する。この補助スライド板68には、その中央部に遊挿孔40と連通するねじ部品46の挿通孔70を連通させて穿孔する。
この遊挿孔40を設けた台座部36側に配置する補助スライド板68上には、金属製又はプラスチック製のワッシャ42を配置する。光源ユニット12のハウジングにおける固定用の挿通孔38を設けた台座部34上には、金属製又はプラスチック製のワッシャ44を配置する。
この光源ユニット12を保持部材48上に取り付ける場合には、まず、光源ユニット12のハウジングにおける固定用の挿通孔38と保持部材48のねじ孔50との側をねじ部品46で締結する。このため、一方のねじ部品46は、ワッシャ44、光源ユニット12のハウジングにおける固定用の挿通孔38、断熱部材58の挿通孔60を通して保持部材48のねじ孔50に螺挿され締結される。
次に、この光源ユニット12に対しては、一方のねじ部品46をねじ孔50に締結した状態で光源ユニット12のハウジングの前端部をガイド手段としての位置決めピン54に当接させるよう回動調整し、ねじ孔50を中心とした回転方向の位置決めを行う。
次に、変位回避手段である応力回避手段を構成するための他方のねじ部品46を締結する場合には、他方のねじ部品46をワッシャ42、補助スライド板68の挿通孔70、台座部36の遊挿用の遊挿孔40、スライド板64の挿通孔66、断熱用スペーサ62の挿通孔60を通して、保持部材48のねじ孔52に螺挿して締結する。
このとき応力回避手段を構成するため、スライド板64と断熱用スペーサ62との間の摺接面に高圧グリース等の潤滑剤を塗布しておくことにより、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間に微少な変位を生じたときに、潤滑剤を介在したスライド板64と断熱用スペーサ62との間で容易に摺動して、光源ユニット12のハウジングを変形させたり傾動させたりする応力が働くことを防止できるようにする。
なお、高圧グリース等の潤滑剤は、スライド板64と光源ユニット12のハウジング底面との間、さらには台座部36の表面と補助スライド板68との間に塗布しても良い。
また、ここで用いる高圧グリース等の潤滑剤としては、例えば、微粒子入りの高圧用グリース商品名:BOSTIK社製、「NEVER−SEEZ」、銅、ニッケル、ステンレス等の金属微粒子を含有する高温、高耐圧グリスを用いることができる。
図2乃至図5に示すように、この画像記録装置10では、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間に、温度制御手段としてのペルチェ素子56を配置する。この画像記録装置10では、一対の柔軟ガスケット72(一対の柔軟ガスケット72の構成は、弾力性を持つ放熱シート若しくは少なくとも一方の柔軟ガスケット72を、シリコングリースを所定厚さの層状に塗布した構成に変えても良い)の間にペルチェ素子56を挟み込んだ状態で、光源ユニット12のハウジングの底面と保持部材48の表面との間に、微少距離移動可能な状態で配置する。
このように、ペルチェ素子56と光源ユニット12のハウジングとの間及びペルチェ素子56と保持部材48との間にそれぞれ柔軟ガスケット72等を配置した場合には、これらの接触面の間を柔軟ガスケット72で密着させることにより断熱作用を持つ空気層が介在することを防止して、伝導伝熱の効率を高めることができる。
このペルチェ素子56は、電流を流すことにより一方の面を低温にし、他方の面を高温にするよう構成した熱交換素子である。ペルチェ素子56は、N型とP型が対になった半導体素子で構成され、このペルチェ素子56に直流電圧を印加すると、電流に比例して放熱量と吸熱量が変化する。
この画像記録装置10では、ペルチェ素子56に流す電流を制御することによって、光源ユニット12のハウジングを所定の温度に保持する温度制御を行う。なお、このとき、光源ユニット12のハウジングは、保持部材48側と断熱部材58によって断熱されているため光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間で熱交換が起こらないようにできるので、効率良く光源ユニット12を一定の温度に保持する温度制御を行うことができる。
なお、この画像記録装置10では、一対の柔軟ガスケット72の間にペルチェ素子56を挟み込み、微少距離摺動可能な状態で配置するので、ペルチェ素子56に電流を流したときにペルチェ素子56自身の温度変化により多少反るように変形しても、この変形を一対の柔軟ガスケット72で吸収できるから、ペルチェ素子56の変形によって光源ユニット12のハウジングを傾かせるような応力が発生することを防止することができる。
このように保持部材48と光源ユニット12のハウジングとの間に温度制御手段を介在させて構成し、例えばペルチェ素子56によって、光源ユニット12を温度30℃に保持するよう加熱する場合には、ペルチェ素子56によって保持部材48が冷却されるため、保持部材48が、画像記録装置10が設置されている雰囲気の気温より低い温度に冷却されることになり、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間に大きな温度差を生じる状態になる。
このように光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間に大きな温度差を生じる状態で応力回避手段を設けず保持部材48に光源ユニット12のハウジングを固着した場合には、光源ユニット12のハウジングが加熱されて熱膨張し保持部材48が冷却されて熱収縮したときに生じる変形の状態をシミュレーションで求めたところ、図12及び図13に模式的に示すような変形を生じることが判明した。
このシミュレーションの結果では、光源ユニット12のハウジングが加熱されて熱膨張し、保持部材48が冷却されて熱収縮されたため、光源ユニット12のハウジング底部が図12に向かって上に凸となるように弾性変形すると共に、光源ユニット12の鏡胴32があるハウジングの前面が保持部材48から浮き上がる量が光源ユニット12の鏡胴32がある前面と反対側のハウジングの背面が保持部材48から浮き上がる量に比べて大きくなって、図13に示すように、光源ユニット12の鏡胴32がある前面が上を向く方向に角度θだけ傾くことが分かった。
このような図12及び図13に示すような状態では、光源ユニット12から出射されるレーザービームの光軸が、本来の光源ユニット12から出射されるレーザービームの設計上の光路に対して角度θだけ傾くこととなって、レーザービームの位置が変動し、光学系のアラインメントが狂う事で収差やケラレが発生し、ビーム品質が劣化し、感光材料上に形成される画像の画質を劣化させるおそれがある。
そこで、本実施の形態の画像記録装置では、保持部材48に対して変位回避手段である応力回避手段を介して光源ユニット12のハウジングを装着することにより、光源ユニット12のハウジングが加熱されて熱膨張し保持部材48が冷却されて熱収縮したときに生じる相対的な変形を逃がして光源ユニット12のハウジングに応力が働くことを回避し、光源ユニット12のハウジングが変形したり、光源ユニット12の取り付け姿勢が傾斜したりすることを防止している。
図2乃至図5に示す変位回避手段である応力回避手段の構成では、光源ユニット12のハウジングにおける台座部34の固定用の挿通孔38部分がねじ部品46によって断熱部材58上に所定高さ位置を保つように固定されている。
このため、この応力回避手段の構成では、熱膨張や熱収縮により、保持部材48のねじ孔50とねじ孔52との間の距離と光源ユニット12のハウジングにおける固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との距離とが異なる距離となったときに、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40の内部でねじ部品46が移動することにより、光源ユニット12のハウジング本体に、固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の応力が働くことを防止する。なお、この遊挿孔40の内部でねじ部品46が移動する動作は、断熱用スペーサ62とスライド板64との間で潤滑用のグリースの作用で滑らかに摺動することにより、滞りなく行われる。
またこの動作を行うとき、光源ユニット12は、そのハウジング前端面にガイド手段としての位置決めピン54が当接して、ねじ孔50とねじ孔52とを結ぶ線に沿って移動するようガイドされるので、光源ユニット12から出射されるレーザービームの光軸が設計上のレーザービーム光路に対して平行に移動することがあっても、傾斜することがない。
ここで、光源ユニット12は、半導体レーザー28で発光されたレーザー光をコリメータレンズ30で平行光のレーザービームにして出射するので、この出射された平行光のレーザービームが所定の光路上で平行に移動しても、感光体ドラム24に至る光路を通り感光体ドラム24上に結像したときの位置が変動することがないので、所定の光学的性能を維持することができる。
よって、応力回避手段を設けることにより、光源ユニット12から出射されるレーザービームが所定光路に対して傾斜しないように、光源ユニット12の姿勢を保つことにより、高画質な画像を形成することができる。
次に、画像記録装置10における、保持部材48と光源ユニット12のハウジングとの間に設ける応力回避手段の他の構成例について説明する。
応力回避手段の図6に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングにおける図に向かって左側に固定用の挿通孔38を設けた台座部34を配置し、保持部材48の図に向かって左側にねじ孔50を配置し、ガイド手段としての位置決めピン54を図に向かって右側のねじ孔52の近くの所定位置に配置し、固定用の挿通孔38とねじ孔50との間に断熱部材58を介在させるように、光源ユニット12のハウジングを保持部材48に固定するねじ部品46による締結部を図5に示すものと左右反対に構成する。
さらに、応力回避手段の図6に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40を設けた台座部36の底面部と保持部材48の上面との間を、断熱用スペーサ62及びスライド板64の構成に代えて、所定間隔に保持すると共に微少距離移動可能に支持するため、ねじ孔52及び遊挿孔40の両側にそれぞれローラベアリングであるコロ部材74を配置する。
このローラベアリングであるコロ部材74は、所定の直径に精密に加工形成された円柱形の部材に形成し、ねじ孔50及び遊挿孔40の中心線に対して放射線方向に転動可能に配置する。すなわち、各コロ部材74は、その回転中心線が、ねじ孔50及び遊挿孔40を中心とした放射線に直交する方向に配置する。
このように構成した応力回避手段の図6に示す構成例では、熱膨張や熱収縮により、保持部材48のねじ孔50とねじ孔52との間の距離と光源ユニット12のハウジングにおける固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との距離とが異なる距離となったときに、光源ユニット12のハウジング底面と保持部材48の上面との間でコロ部材74が光源ユニット12のハウジングにおける膨張又は収縮方向に沿って抵抗無く転動することにより、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40の内部でねじ部品46を移動させて、光源ユニット12本体に、固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の応力が働くことを防止する。
次に、画像記録装置10における、保持部材48と光源ユニット12のハウジングとの間に設ける応力回避手段の図7に示す構成例について説明する。
応力回避手段の図7に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングを保持部材48に固定するねじ部品46による締結部を図5に示すものと左右反対に構成する。さらに、応力回避手段の図7に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40を設けた台座部36の底面部と保持部材48の上面との間を、断熱用スペーサ62及びスライド板64の構成に代えて、所定間隔に保持すると共に微少距離移動可能に支持するため、ねじ孔52及び遊挿孔40の両側にそれぞれボールベアリング76を配置する。このボールベアリング76は、所定の直径に精密に加工形成された球形に形成する。
また、保持部材48のねじ孔52の両側には、それぞれねじ孔50及び遊挿孔40の中心線に対して放射線方向に延びるV字状溝78を穿設し、各V字状溝78内にボールベアリング76を転動可能に配置する。すなわち、各ボールベアリング76は、V字状溝78内を、ねじ孔50及び遊挿孔40を中心とした放射線方向に転動可能に配置する。なお、ボールベアリング76は、所定範囲の平面内で転動するように配置しても良い。
このように構成した応力回避手段の図7に示す構成例では、熱膨張や熱収縮により、保持部材48のねじ孔50とねじ孔52との間の距離と光源ユニット12のハウジングにおける固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との距離とが異なる距離となったときに、光源ユニット12のハウジング底面と保持部材48の上面との間で、光源ユニット12のハウジングの膨張又は収縮方向に沿って抵抗無くボールベアリング76が転動することにより、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40の内部でねじ部品46を移動させて、光源ユニット12本体に、固定用の挿通孔38と遊挿孔40との間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の応力が働くことを防止する。
なお、この応力回避手段の図7に示す構成例では、保持部材48にV字状溝78を設けたが、保持部材48の平面上に直接ボールベアリング76を配置して構成しても良い。
次に、画像記録装置10における、保持部材48と光源ユニット12のハウジングとの間に設ける応力回避手段の図8に示す構成例について説明する。
応力回避手段の図8に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングを保持部材48に固定するねじ部品46による締結部を図5に示すものと左右反対に構成する。さらに、応力回避手段の図8に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40を設けた台座部36の底面部と保持部材48の上面との間を、断熱用スペーサ62及びスライド板64の構成に代えて、所定間隔に保持すると共に微少距離移動可能に支持するため、ねじ孔52部分に台座部材80を配置し、この台座部材80と光源ユニット12のハウジング底面との間に小型ボールベアリング82を配置する。
この台座部材80には、ねじ孔52に連通する貫通孔であるねじ孔84を穿孔し、このねじ孔84及び遊挿孔40の両側にそれぞれ小型ボールベアリング82を配置する。この小型ボールベアリング82は、所定の小さい直径に精密に加工形成された球形に形成する。
一般に、ボールベアリングは、図7に示す比較的大型のボールベアリング76を製造するときよりも、これよりも小型の図8に示す小型ボールベアリング82を製造するときの方が、廉価に製造できる。よって、図8に示す応力回避手段は、比較的廉価に製造できる。
また、台座部材80のねじ孔84の両側には、それぞれねじ孔50及び遊挿孔40の中心線に対して放射線方向に延びるV字状溝86を穿設し、各V字状溝86内に小型ボールベアリング82を転動可能に配置する。すなわち、各小型ボールベアリング82は、V字状溝86内を、ねじ孔50及び遊挿孔40を中心とした放射線方向に転動可能に配置する。
このように構成した応力回避手段の図8に示す構成例では、熱膨張や熱収縮により、保持部材48のねじ孔50とねじ孔52との間の距離と光源ユニット12のハウジングにおける固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との距離とが異なる距離となったときに、光源ユニット12のハウジング底面と台座部材80のV字状溝86との間で、光源ユニット12のハウジングの膨張又は収縮方向に沿って抵抗無く小型ボールベアリング82が転動することにより、光源ユニット12のハウジングにおける遊挿孔40の内部でねじ部品46を移動させて、光源ユニット12本体に、固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の応力が働くことを防止する。
次に、画像記録装置10における、保持部材48と光源ユニット12のハウジングとの間に設ける応力回避手段の図9に示す構成例について説明する。
応力回避手段の図9に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングにおける台座部34と台座部36との両方に固定用の挿通孔38を穿設し、かつ保持部材48のねじ孔50とねじ孔52とに対応して、それぞれ光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間隔を一定にするスペーサとしての機能を有する断熱部材58を配置する。
また、この応力回避手段の図9に示す構成例では、図9に向かって右側に当たる台座部36の部分を、光源ユニット12のハウジング本体に対して片持梁状に突出するよう構成するために、光源ユニット12のハウジングにおける鏡胴32を設けた前面から折曲して連なる一方の側面と、台座部36との間の所定部所を切り離すための開口である溝88を穿設する。なお、この溝88は、光源ユニット12のハウジング側面と台座部36との間に台座部36の固定用の挿通孔38を設けた部分を、2つの固定用の挿通孔38の間隔を変更可能に弾性変形させるように形成した所要形状の開口で構成しても良い。
さらに、この応力回避手段の図9に示す構成例では、保持部材48に立設するガイド手段としての位置決めピン54を、光源ユニット12のハウジングにおける溝88の近くに当接させるよう対応した位置に配置する。
この応力回避手段の図9に示す構成例では、各ねじ部品46を、光源ユニット12のハウジングにおける台座部34、36の各対応する固定用の挿通孔38と、各断熱部材58の挿通孔60とに挿通し、ねじ孔50、ねじ孔52に螺挿することによって、光源ユニット12を保持部材48上に締結する。
このように構成した応力回避手段の図9に示す構成例では、熱膨張や熱収縮により、保持部材48のねじ孔50とねじ孔52との間の距離と光源ユニット12のハウジングにおける台座部34の固定用の挿通孔38と台座部36の固定用の挿通孔38との距離とが異なる距離となったときに、溝88で切り離された一方の台座部36の部分が片持梁となって比較的弱い応力で弾性変形することにより、光源ユニット12のハウジングに、固定用の挿通孔38と遊挿用の遊挿孔40との間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の力を減少させ変形を小さく抑える。
次に、画像記録装置10における、保持部材48と光源ユニット12のハウジングとの間に設ける応力回避手段の図10に示す構成例について説明する。
応力回避手段の図10に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングにおける台座部34と台座部36との両方に固定用の挿通孔38を穿設し、さらに保持部材48の一方のねじ孔50に対応して、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間隔を一定にするスペーサとしての機能を有する断熱部材58を配置し、保持部材48に穿設した他方のねじ孔52に、光源ユニット12のハウジングと保持部材48との間隔を一定にするスペーサとしての機能と光源ユニット12に応力が働くことを回避する機能とを併せ持つ断熱弾性変形部材90を配置する。
この断熱弾性変形部材90は、比較的大型の所定厚さに形成された直方体に形成し、ねじ部品46を締結するねじ孔92と、ねじ部品94を挿通する挿通孔96とを並べて穿設する。
この断熱弾性変形部材90には、ねじ孔92と挿通孔96との間に、一方の端部からねじ孔92と挿通孔96との間を通って他方の端部近くへ延びる開口である細溝98と、他方の端部からねじ孔92と挿通孔96との間を通って一方の端部近くへ延びる開口である細溝100とを穿設する。なお、これらの細溝98と細溝100とは、ねじ孔92と挿通孔96との間隔を変更可能に弾性変形させるように形成した所要形状の開口で構成しても良い。
さらに、この応力回避手段の図10に示す構成例では、保持部材48に立設するガイド手段としての位置決めピン54を、光源ユニット12のハウジングにおける断熱弾性変形部材90を介して締結される台座部36の近くに当接させるよう対応した位置に配置する。
この応力回避手段の図10に示す構成例では、一方のねじ部品46を、ワッシャ44を通し光源ユニット12のハウジングの台座部34の固定用の挿通孔38と、断熱部材58の挿通孔60とに挿通し、ねじ孔50に螺挿して締結する。これと共に応力回避手段の図10に示す構成例では、他方のねじ部品46を、ワッシャ42を通し台座部36の固定用の挿通孔38に挿通し、断熱弾性変形部材90のねじ孔92に螺挿して締結する。さらに、ねじ部品94を、ワッシャ102を通し断熱弾性変形部材90の挿通孔96を挿通し、ねじ孔52に螺挿して締結する。
このように構成した応力回避手段の図10に示す構成例では、熱膨張や熱収縮により、保持部材48のねじ孔50とねじ孔52との間と、光源ユニット12のハウジングにおける台座部34の固定用の挿通孔38と台座部36の固定用の挿通孔38との間とが熱膨張又は熱収縮したときに、断熱弾性変形部材90の細溝98と細溝100との部分がそれぞれ比較的弱い応力で弾性変形することにより、ねじ孔92と挿通孔96との間隔を縮め又は伸ばすことによって、光源ユニット12ハウジングに、台座部34の固定用の挿通孔38と台座部36の固定用の挿通孔38との間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の力を減少させ変形を小さく抑える。
次に、画像記録装置10における、保持部材48と光源ユニット12のハウジングとの間に設ける応力回避手段の図11に示す構成例について説明する。
応力回避手段の図11に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングにおける台座部34と台座部36との両方に遊挿用の遊挿孔を穿設し、さらに前述した図5と同様に、保持部材48のねじ孔50とねじ孔52とにそれぞれ対応して配置する断熱部材58を、断熱用スペーサ62と、スライド板64とを潤滑剤を介在させて組み合わせたもので構成する。さらに、光源ユニット12のハウジングの各遊挿孔を設けた台座部34と台座部36の上には、それぞれ補助スライド板68を配置する。各補助スライド板68の上には、金属製又はプラスチック製のワッシャ42、44を配置する。
この応力回避手段の図11に示す構成例では、前述した図5と同様に、一方のねじ部品46を、ワッシャ42、補助スライド板68の挿通孔70、台座部36の遊挿孔40、スライド板64の挿通孔66、断熱用スペーサ62の挿通孔60を通して、保持部材48のねじ孔52に螺挿して締結する。これと共に、前述した図5と同様に、他方のねじ部品46を、ワッシャ44、補助スライド板68(図11に図示)の挿通孔、台座部34の遊挿孔、スライド板の挿通孔(図11に図示しないが、図5に示すスライド板64と同じ構成)、断熱用スペーサの挿通孔(図11に図示しないが、図5に示す断熱用スペーサ62と同じ構成)を通して、保持部材48のねじ孔50に螺挿して締結する。
また、この応力回避手段の図11に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングの底面部分における鏡胴32の直下位置に、V字状の位置決め溝104を光源ユニット12の前面に向けて末広がりに開放するよう穿設し、この位置決め溝104から鏡胴32から出射するレーザービームの光軸の軸線上に乗る光源ユニット12の後面部分の所定位置に、V字状の位置決め溝106を光源ユニット12の後面に向けて末広がりに開放するよう穿設する。
さらに、この応力回避手段の図11に示す構成例では、保持部材48上におけるレーザービームの光路上に当たる所定位置に、ガイド手段としての円柱状の位置決めピン54の中心軸がのるように位置決めして、位置決めピン54を立設する。
これと共に、保持部材48上におけるレーザービームの光路上に当たる、位置決めピン54から光源ユニット12の光路方向の長さに対応した距離だけ離れた位置に、円柱状の位置決め部材108を配置する。この位置決め部材108は、保持部材48に突設した支持部材112との間に圧縮コイルばね110を張架して、位置決め部材108がレーザービームの光路に沿うようガイドされて位置決めピン54側に移動するよう付勢する。
この応力回避手段の図11に示す構成例では、光源ユニット12のハウジングを保持部材48に組み付けるときに、ガイド手段としての位置決めピン54を位置決め溝104内に挿入し、かつ位置決め部材108を位置決め溝106内に挿入し、圧縮コイルばね110の付勢力で位置決め溝106を光軸方向に移動させるよう付勢することによって、光源ユニット12を、レーザービームの光軸方向と、レーザービームの設定された所定の光路とが一致する状態に位置決めする。なお、光源ユニット12の高さ方向の位置は、断熱用スペーサ62とスライド板64とを組み合わせた断熱部材58によって位置決めする。
このように構成した応力回避手段の図11に示す構成例では、保持部材48と光源ユニット12とがそれぞれ熱膨張や熱収縮した場合でも、光源ユニット12から出射されるレーザービームの光軸と設定されたレーザービームの光路とが一致するように、ガイド手段としての位置決めピン54及び位置決め溝104と、位置決め部材108及び位置決め溝106とによって保持される。
これと共に、保持部材48と光源ユニット12とがそれぞれ異なる温度となって、それぞれが熱膨張や熱収縮した場合には、光源ユニット12のハウジングにおける台座部34の遊挿孔40と台座部36の遊挿孔40のそれぞれの内部で各ねじ部品46が移動することにより、光源ユニット12本体を伸縮させたり傾斜させる応力が保持部材48側から働くことを防止する。なお、この遊挿孔40の内部でねじ部品46が移動する動作は、断熱用スペーサ62とスライド板64との間で潤滑用のグリースの作用で滑らかに摺動することにより、滞りなく行われる。
次に、本発明の第2実施の形態について、図14乃至図17を参照しながら説明する。
図14及び図15に示すように、光源ユニット203は、光ビームを出射する半導体レーザー231と、光ビームを平行光に変換するコリメータレンズ232とを一体化して、半導体レーザー231とコリメータレンズ232の光軸が一致するように構成される。
光源ユニット203の一端側(図15において右端側)には光源である半導体レーザー231が設けられ、他端側(図15において左端側)には、半導体レーザー231から出射される光ビームを平行光に変換するコリメータレンズ232を内部に有する鏡胴233が設けられる。
コリメータレンズ232と半導体レーザー231は所定の間隔で近接配置される。コリメータレンズ232と半導体レーザー231を近接配置することで、半導体レーザー231より発光する光を効率よく集光するとともに、部材の小型化および部材数の削減を図ることができる。
光源ユニット203は、図14に示すように固定用の保持孔238を有し、この保持孔238を介してねじ239によって筐体であるベース部材210に固定される。以下、筐体の一部分であって光源ユニット203が配置される部分をベース部材(保持部材)210という。
光源ユニット203の保持孔238とベース部材210の間にはスペーサ234が設けられ、光源ユニット203とベース部材210との間隔を一定にする。 スペーサ234は、セラミックなど熱伝導性が低い材料で形成され、光源ユニット203で発生する熱がスペーサ234を通じてベース部材210に伝導することを防止する。
また、光源ユニット203の保持孔238とベース部材210の間には、温度制御手段としてのペルチェ素子235が配置される。ペルチェ素子235は、電流を流すことにより一方の面を低温にし、他方の面を高温にすることができる熱交換素子である。
光源ユニット203の半導体レーザー231は、露光中には駆動電流により発熱する。そこで、光源ユニット203で発生する熱をペルチェ素子235により吸収することで、光源ユニット203の温度を一定にする。
ペルチェ素子235が配置される部分には、変位回避手段を構成するH字形状に形成されたスリットが設けられる。すなわち、光源ユニット203を配置するベース部材210には、スリットが3本あり、そのうち2本のスリットは、矩形形状のペルチェ素子235の対向する2辺より幅を広くして平行に設けられ、残りのスリットは、平行に設けられた2本のスリットの各中央部分を連結するように設けられる。さらに、ベース部材210は、他の筐体の一部と比較して肉厚が薄く構成される。
3辺をスリットで囲まれたベース部材210の一部はベース部材210上方からの応力に対して変形しやすい構造となる。
このようなスリットは、ワイヤーカット放電加工を適用することで形成することができる。なお、ワイヤーカット放電加工とは、放電加工法の一つで、放電加工機の電極ワイヤーを使用したものであり、垂直に張られた細いワイヤー電極と金属加工物の間をNC装置によって所要の形状に相対移動させながら放電現象を発生させ、糸鋸盤のように切断加工を行う加工方法である。
図15はペルチェ素子に電流を流す前、つまり熱交換を行う以前の状態を模式的に示す。これに対して、図16はペルチェ素子に電流を流し、熱交換を行う際の状態を模式的に示す。
図16に示すように、ペルチェ素子235は、光源ユニット203で発生した熱を光源ユニット203と反対側の面に放熱する際に歪みを生じる。ペルチェ素子235自身の温度変化により、ペルチェ素子235は反るように変形するが、ペルチェ素子235が配置されるベース部材210にはスリットが設けられ、ベース部材210は肉厚が薄く構成されているため、ペルチェ素子235の変形に応じてベース部材210も弾性変形し、光源ユニット203の位置関係を維持する。
したがって、このような構成を採用すると、光源ユニット203の位置関係を一定に保ち、光源ユニット203から出射される光ビームの光路を安定させ、高画質な画像を形成することができる。
なお、光源ユニット203の位置関係がずれると、光ビームが感光体ドラム12に達するまでの間に、このずれが拡大し、感光体ドラム24上に形成する画像を劣化させるおそれがある。これに対して、光源ユニット203の位置関係にずれがない場合には、感光体ドラム24に至るまでの間の光学部材の位置関係に多少のずれが生じても、所望の光学的性能を維持することができる。このため、光源ユニット203の位置関係を一定に維持することは、光学的性能を確保するために重要である。
光源ユニット203とペルチェ素子235の間、およびペルチェ素子235とベース部材210の間には、放熱シート236,237が配置される。放熱シート236,237は、高熱伝導性材料で形成される。一般に、接触面同士が硬い場合、接触面は微視的には点で接触しており、接触面の間には断熱材料である空気層が存在する。そこで、空気層の隙間を放熱シート236,237で埋めることにより、伝導伝熱の効率を高めることができる。
図17を参照して、ベース部材のスリットの形状の他の例について説明する。
図17は、ベース部材のスリットの形状の他の例を示す。図14に示す実施形態では、ベース部材210のスリットをH字形状に形成したが、本発明のスリットはこれに限定されない。
光源ユニット203が配置されるベース部材には、図17に示すように、コの字型を連続的に組み合わせた形状でスリットが設けられる。すなわち、ベース部材220は、スリットで囲まれた部分が交互に突出した櫛歯状をしており、ベース部材210上方からの応力に対して変形しやすい構造となる。
このような構成を採用すると、ペルチェ素子235の変形に応じてベース部材220が弾性変形し、光源ユニット203の位置関係を維持し、光源ユニット203から出射される光ビームの光路を安定させ、高画質な画像を形成することができる。
また、図14から図16に示す実施形態では、光源ユニット203は、光ビームを発する半導体レーザー231、および光ビームを平行にするコリメータレンズ232を一体化して構成されるが、本発明の光源ユニットは半導体レーザーのみを含み、コリメータレンズと別体で構成してもよい。
本発明では、発熱源となる光源ユニットの熱をペルチェ素子が吸収するため、光源ユニットは半導体レーザーを含んでいればよく、コリメータレンズと一体化して構成していなくても、光源ユニットの温度上昇を抑えるとともに、光源ユニットの位置関係を維持し、高画質な画像を感光材料上に形成することができる。
次に、本発明の第3実施の形態について、図18乃至図24を参照しながら説明する。
図18及び図19に示すように、この光源ユニット312のハウジング本体には、略直方体形状における、鏡胴332が設けられる前面両側の部分を小矩形状に切欠して各々小矩形のベース板状に形成した2つの台座部334、336を設ける。
この光源ユニット312のハウジングには、各台座部334、336に、それぞれねじ部品346を通して締結するための透孔である挿通孔338を穿孔する。
この光源ユニット312のハウジングを締結する保持部材(定盤)348の部分には、光源ユニット312から出射されるレーザービームにおける少なくとも光軸の角度がずれることを抑制する変位回避手段を構成するため、保持部材348上の2箇所の所定位置に、それぞれねじ部品346を螺挿するためのねじ孔350を穿設する。
さらに変位回避手段を構成するため、保持部材348には、2箇所のねじ孔350の間位置に、相互に平行な所定長さの変形補助用スリット301を穿設する。この変形補助用スリット301は、保持部材348の一端部に開放し、2箇所のねじ孔350の位置を通過して保持部材348の他端側へ延びる同じ長さの直線状のスリット(保持部材348を肉厚方向に貫通する薄い切欠溝)に形成する。
これにより保持部材348には、各変形補助用スリット301で区画された同じ断面形状を持つ片持梁状の弾性変形梁台部302における変形補助用スリット301の基端部からそれぞれ同じ距離だけ離れた位置に、ねじ孔350が穿設された構造となる。
このように構成された保持部材348では、2箇所のねじ孔350の間に相互に接近又は離間する方向に同じ大きさの力が作用すると、図20に示すように、各弾性変形梁台部302が同等に弾性変形することになる。
また図19に示すように、光源ユニット312から出射されるレーザービームにおける少なくとも光軸の角度がずれることを抑制する変位回避手段を構成するため、保持部材348は、その一対の変形補助用スリット301に挟まれた矩形片持梁状の受け片部分303の底部(光源ユニット312の底が当たる面の裏側)を所定厚さ切除して薄肉に形成し、保持部材348が平面に置かれた状態で受け片部分303の底部が空中に浮く状態となって受け片部分303に荷重が負荷されたときに受け片部分303の自由端部が下がる弾性変形が可能なように構成する。
この光源ユニット312は、変位回避手段と共に、温度制御手段を介して、保持部材348上に設置する。この温度制御手段は、熱交換素子であるペルチェ素子356と、熱伝導を抑制する断熱部材358とを用いて構成することができる。なお、本第3実施の形態では、ペルチェ素子356と断熱部材358との両者を同時に用いて温度制御手段を構成するが、ペルチェ素子356だけで温度制御手段を構成しても良い。
この断熱部材358は、光源ユニット312のハウジングと保持部材348との間隔を一定にするスペーサとしての機能を持つように構成する。この断熱部材358は、セラミックなど熱伝導性が低い材料で形成し、光源ユニット312のハウジングと保持部材348との間で熱伝導することを防止する。
挿通孔338部分に配置する断熱部材358は、光源ユニット312のハウジングと保持部材348との設定間隔に対応した厚さを持つ矩形部材に形成し、その中央部に、ねじ部品346の挿通孔360を穿孔する。
図18及び図19に示すように、保持部材348の上に断熱部材358を介して光源ユニット312を設置するため、光源ユニット312のハウジングにおける挿通孔338を設けた台座部334上には、金属製又はプラスチック製のワッシャ344を配置する。
この光源ユニット312を保持部材348上に取り付ける場合には、それぞれねじ部品346を、ワッシャ344、光源ユニット312のハウジングにおける挿通孔338、断熱部材358の挿通孔360を通して保持部材348のねじ孔350に螺挿して締結する。
図18、図19、図21及び図22に示すように、この画像記録装置では、光源ユニット312のハウジングと保持部材348との間に、温度制御手段としてのペルチェ素子356を配置する。この画像記録装置では、光源ユニット312のハウジングの底面と保持部材348の表面との間に、ペルチェ素子356を挟み込むように配置する。
さらに、ペルチェ素子356の一方の表面と光源ユニット312のハウジングの底面との間にシリコングリースを所定厚さの層状に塗布して介在させると共に、ペルチェ素子356の他方の表面と保持部材348の表面との間にシリコングリースを所定厚さの層状に塗布して介在させるように構成する。
このように、ペルチェ素子356と光源ユニット312のハウジングとの間及びペルチェ素子356と保持部材348との間にそれぞれシリコングリースを配置した場合には、これらの接触面の間をシリコングリースで密着させることにより断熱作用を持つ空気層が介在することを防止して、伝導伝熱の効率を高めることができる。
さらに、このようにシリコングリースを配置した場合には、ペルチェ素子356がバイメタルの如く変形したとき、シリコングリースの層の部分でペルチェ素子356の変形分を吸収し、光源ユニット312に熱応力が働いてハウジングを変形させたり、光源ユニット312の取り付け状態に熱応力による変位を生じさせたり、ペルチェ素子356の変形によって光源ユニット312のハウジングを傾かせたりすることを抑制できる。
この画像記録装置では、ペルチェ素子356に流す電流を制御することによって、光源ユニット312のハウジングを一定の温度に保持する制御を行う。なお、このとき、光源ユニット312のハウジングは、保持部材348側と断熱部材358によって断熱されているため光源ユニット312のハウジングと保持部材348との間で熱交換が起こらないようにできるので、効率良く光源ユニット312を一定の温度に保持する制御を行うことができる。
この変位回避手段を構成する変形補助用スリット301は、第1に、保持部材348に穿設された2個のねじ孔350の中心を結ぶ直線に略垂直となるように形成する。
このように構成することにより、ペルチェ素子356で温調する際に光源ユニット312と保持部材348との間に温度差を生じて熱変形量が異なる状態となった場合でも、同形状の各弾性変形梁台部302が対称的に等量弾性変形して光源ユニット312が変形し、レーザービームの光軸が所定位置からずれ動くことを抑制できる。
第2に、変位回避手段を構成する一対の変形補助用スリット301は、光源ユニット312の鏡胴32から出射されるレーザービームの光軸を含み、保持部材348が光源ユニット312を保持する平面である保持面に垂直な平面に対して、対称な形状に構成する。これと共に、光源ユニット312と保持部材348とは、それぞれ光源ユニット312の鏡胴32から出射されるレーザービームの光軸を含み、保持部材348が光源ユニット312を保持する平面である保持面に垂直な平面に対して、対称な形状に構成する。
このように構成することにより、光源ユニット312自体の熱による変形と、保持部材348自体の熱による変形とが、それぞれ光源ユニット312から出射されるレーザービームの光軸に対して対称に発生し、打ち消しあって、レーザービームの光軸のずれ(ここでは、光源ユニット312から出射されるレーザービームにおける光軸の角度のずれと、レーザービームにおける光軸が略平行に移動するような位置のずれ)を発生させることを抑制できる。
第3に、変形補助用スリット301は、保持部材348における光源ユニット312を支持固定するための弾性変形梁台部302とペルチェ素子356が当接する部分である受け片部分303とを相互に弾性変形の影響が及ばないように分離し、ペルチェ素子356がバイメタルの如く変形して受け片部分303を弾性変形しても弾性変形梁台部302に受け片部分303から応力が加わらないように構成する。
すなわち、この変位回避手段の構成では、ペルチェ素子356が温調動作のためバイメタルの如く変形しても、変形したペルチェ素子356により弾性変形される受け片部分303が、各弾性変形梁台部302と各変形補助用スリット301によって分離されているので、ペルチェ素子356の変形の影響が、各弾性変形梁台部302による光源ユニット312の固定状態に及ばないようにできる。
よって、この画像記録装置では、光源ユニット312と保持部材348との間に熱応力による変位回避手段を設けることにより、光源ユニット312のハウジングが加熱されて熱膨張し保持部材48が冷却されて熱収縮する状態となり又はその逆の状態となったときに生じる相対的な変形による影響を回避し、光源ユニット312から出射されるレーザービームの光軸がずれることを防止し、このレーザービームが所定の光路上を通って感光体ドラム上に結像したときの位置が変動することがないようにして所定の光学的性能を維持し、高画質な画像を形成することができる。
次に、本発明の第3実施の形態に係わる他の構成例について、図23を参照しながら説明する。この図23に示す構成例は、熱応力による変位回避手段を構成するためのスリットを、光源ユニット312と保持部材348との間に配置する断熱弾性変形部材390に設ける。
熱応力による変位回避手段の図23に示す構成例では、光源ユニット312のハウジングにおける各台座部334に、それぞれ固定用の挿通孔338を穿設し、さらに保持部材348の各ねじ孔350に対応して、光源ユニット312のハウジングと保持部材348との間隔を一定にするスペーサとしての機能を有すると共に光源ユニット312に応力が平均的に働くようにするための断熱弾性変形部材390を配置する。
この断熱弾性変形部材390は、比較的大型の所定厚さに形成された直方体に形成し、ねじ部品346を締結するねじ孔392と、ねじ部品394を挿通する挿通孔396とを並べて穿設する。
この断熱弾性変形部材390には、ねじ孔392と挿通孔396との間に、一方の端部からねじ孔392と挿通孔396との間を通って他方の端部近くへ延びるように開口するスリット398と、他方の端部からねじ孔392と挿通孔396との間を通って一方の端部近くへ延びるように開口するスリット399とを穿設する。なお、これらのスリット398及びスリット399は、ねじ孔392と挿通孔396との間隔を変更可能に弾性変形させるように開口した所要形状のスリットで構成しても良い。
この熱応力による変位回避手段の図23に示す構成例では、各ねじ部品346を、それぞれワッシャ344を通し光源ユニット312のハウジングの台座部334の固定用の挿通孔338に挿通し、断熱弾性変形部材390のねじ孔392に螺挿して締結する。
さらに、ねじ部品394を、ワッシャ395を通し断熱弾性変形部材390の挿通孔396を挿通し、ねじ孔350に螺挿して締結する。
このように構成した熱応力による変位回避手段の図23に示す構成例では、熱膨張や熱収縮により、保持部材348の2個のねじ孔350間の距離と、光源ユニット312のハウジングにおける各台座部34の固定用の挿通孔338の間の距離とが変化したときに、各断熱弾性変形部材390のスリット398とスリット399との部分がそれぞれ比較的弱い同等の応力で同様に平均的な弾性変形をすることにより、ねじ孔392と挿通孔396との間隔を縮め又は伸ばすことによって、光源ユニット312のハウジングにおける2個の台座部334の固定用の挿通孔338間の間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の変位を相殺させ、光源ユニット312の鏡胴332から出射されるレーザービームの光軸がずれることを防止し、このレーザービームが所定の光路上を通って感光体ドラム上に結像したときの位置が変動することがないようにして所定の光学的性能を維持し、高画質な画像を形成することができる。
さらに、このように構成した熱応力による変位回避手段の図23に示す構成例では、光源ユニット312のハウジングにおける2個の台座部334の固定用の挿通孔338間の間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の力を減少させ、光源ユニット312側の変形を小さく抑えることができる。
次に、本発明の第3実施の形態に係わるさらに他の構成例について、図24を参照しながら説明する。この図24に示す構成例は、熱応力による変位回避手段を構成するためのスリットを、光源ユニット312のハウジングに設ける。
熱応力による変位回避手段の図24に示す構成例では、光源ユニット312のハウジングにおける2つの台座部336の両方に固定用の挿通孔338を穿設し、かつ保持部材348のねじ孔350とねじ孔352とに対応して、それぞれ光源ユニット312のハウジングと保持部材348との間隔を一定にするスペーサとしての機能を有する断熱部材358を配置する。
また、この熱応力による変位回避手段の図24に示す構成例では、2つの台座部336の両方の部分を光源ユニット312のハウジング本体に対して片持梁状に突出するよう構成するために、光源ユニット312のハウジングにおける鏡胴332を設けた前面から折曲して連なる各側面と、台座部36との間の所定部所を切り離すための開口であるスリット388を穿設する。なお、このスリット388は、光源ユニット312のハウジング側面と台座部336との間に台座部336の固定用の挿通孔338を設けた部分を、2つの固定用の挿通孔338の間隔を変更可能に弾性変形させるよう形成した所要形状の開口で構成しても良い。
この熱応力による変位回避手段の図24に示す構成例では、各ねじ部品346を、光源ユニット312のハウジングにおける各対応する台座部336の固定用の挿通孔338と、各断熱部材358の挿通孔360とに挿通し、ねじ孔50、ねじ孔52に螺挿することによって、光源ユニット312を保持部材348上に締結する。
このように構成した熱応力による変位回避手段の図24に示す構成例では、熱膨張や熱収縮により、保持部材348の2個のねじ孔50とねじ孔52との間の距離と、光源ユニット312のハウジングにおける各台座部336の固定用の挿通孔338の間の距離とが変化したときに、スリット388で切り離された両方の台座部336の部分が片持梁となって比較的弱い応力で弾性変形することにより、光源ユニット312のハウジングにおける両方の台座部336の片持梁となった部分がそれぞれ比較的弱い同等の応力で同様に平均的な弾性変形をすることにより、光源ユニット312のハウジングにおける2個の台座部336の固定用の挿通孔338間の間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の変位を相殺させ、光源ユニット312の鏡胴332から出射されるレーザービームの光軸がずれることを防止し、このレーザービームが所定の光路上を通って感光体ドラム上に結像したときの位置が変動することがないようにして所定の光学的性能を維持し、高画質な画像を形成することができる。
さらに、このように構成した熱応力による変位回避手段の図24に示す構成例では、光源ユニット312のハウジングにおける2個の台座部336の固定用の挿通孔338間の間隔を伸ばしたり縮めたりする方向の力を両方の台座部336の片持梁となった部分で減少させ、光源ユニット312側の変形を小さく抑えることができる。
なお、本第3実施の形態における以上説明した以外の構成、作用、及び効果は前述した第1実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
本発明は、前述した実施の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で、その他種々の構成を取り得ることは勿論である。
本発明のレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する第1実施の形態に係わる画像記録装置の要部を示す概略斜視図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着した状態を示す正面図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着した状態を示す左側面図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着した状態を示す平面図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着する部分を取り出して示す分解斜視図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する、光源ユニットを保持部材上に装着する他の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する、光源ユニットを保持部材上に装着する他の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する、光源ユニットを保持部材上に装着する他の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する、光源ユニットを保持部材上に装着する他の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する、光源ユニットを保持部材上に装着する他の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第1実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する、光源ユニットを保持部材上に装着する他の構成を示す平面図である。 光源ユニットを保持部材上に固着した場合に、光源ユニットが加熱されて熱膨張し保持部材が冷却されて熱収縮したときに生じる変形の状態をシミュレーションで求め模式的に示す説明図である。 光源ユニットを保持部材上に固着した場合に、光源ユニットが加熱されて熱膨張し保持部材が冷却されて熱収縮したときに生じる変形の状態をシミュレーションで求め側面から見た状態で模式的に示す説明図である。 本発明の第2実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着する部分を取り出して示す分解斜視図である。 本発明の第2実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着する部分の縦断面図である。 本発明の第2実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着する部分で、ペルチェ素子が変形した状態を示す縦断面図である。 本発明の第2実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置に用いるベース部材に形成したスリットの他の例を示す斜視図である。 本発明の第3実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着する部分を取り出して示す分解斜視図である。 本発明の第3実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着した状態を示す正面図である。 本発明の第3実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着し、熱変形を生じた状態を示す平面図である。 本発明の第3実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着し、ペルチェ素子が上に凸となるように変形した状態を示す側面図である。 本発明の第3実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着し、ペルチェ素子が下に凸となるように変形した状態を示す側面図である。 本発明の第3実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着する部分の他の構成例を示す分解斜視図である。 本発明の第3実施の形態に係わるレーザー光源ユニットを備えた光学装置に関する光源ユニットを保持部材上に装着する部分のさらに他の構成例を示す分解斜視図である。
符号の説明
10 画像記録装置
12 光源ユニット
28 半導体レーザー
30 コリメータレンズ
32 鏡胴
34 台座部
36 台座部
38 挿通孔
40 遊挿孔
46 ねじ部品
48 保持部材
56 ペルチェ素子
58 断熱部材
60 挿通孔
62 断熱用スペーサ
64 スライド板
66 挿通孔
68 補助スライド板
74 コロ部材
76 ボールベアリング
98 細溝
100細溝
203光源ユニット
210ベース部材
220ベース部材
231半導体レーザー
233鏡胴
235ペルチェ素子
301 変形補助用スリット
302弾性変形梁台部
303 受け片部分
312光源ユニット
334台座部
336台座部
356ペルチェ素子
388スリット
398スリット

Claims (15)

  1. ハウジングの内部に固着された半導体レーザーで発光されたレーザー光をレーザービームにして出射するよう構成したレーザー光源ユニットと、
    前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングを、温度制御手段を介して装着する保持部材と、
    前記温度制御手段で前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングを所定の温度に保持する温度制御を行う際に前記レーザー光源ユニットから出射されるレーザービームの少なくとも光軸の角度がずれることを抑制するよう、前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングと前記保持部材との間に構成された変位回避手段と、
    を有することを特徴とするレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  2. ハウジングの内部に半導体レーザーとコリメータレンズとを一体的に取り付け、前記半導体レーザーで発光されたレーザー光を前記コリメータレンズで平行光に変換されたレーザービームにして出射するよう構成したレーザー光源ユニットと、
    前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングを、温度制御手段を介して設置する保持部材と、
    前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングの一点で前記保持部材に固定するよう締結すると共に、前記ハウジングの他の点で移動可能に締結する変位回避手段と、
    前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングと前記保持部材とが異なる温度となり、前記ハウジングの他の点の移動可能な締結部分において前記ハウジングと前記保持部材との間で相対的な移動を生じたときに、出射される前記レーザービームの光軸が、設定されている光路と平行な状態を維持するようにガイドするガイド手段と、
    を有することを特徴とするレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  3. 前記変位回避手段を、前記ハウジングと前記保持部材との間に、ボールベアリングを転動可能に配置した状態で、前記ハウジングと前記保持部材とを締結して構成したことを特徴とする請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  4. 前記変位回避手段を、前記ハウジングと前記保持部材との間に、ローラベアリングを、前記ハウジングを前記保持部材に固定した一点を中心とした放射線方向に沿って転動可能に配置した状態で、前記ハウジングと前記保持部材とを締結して構成したことを特徴とする請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  5. 前記変位回避手段を、前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングの一点で前記保持部材側に固定するよう締結すると共に、前記ハウジングの他の点で前記保持部材側に固定するよう締結し、かつ前記ハウジングの一点と前記ハウジングの他の点との間の距離を伸縮可能とするよう、前記ハウジングの一部に開口を設けたことを特徴とする請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  6. 前記変位回避手段を、前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングの一点で前記保持部材側に固定するよう締結すると共に、前記ハウジングの他の点で断熱弾性変形部材のねじ孔に締結し、前記断熱弾性変形部材に穿設した挿通孔にねじ部品を挿通して前記保持部材のねじ孔に締結し、前記断熱弾性変形部材における前記ねじ孔と前記挿通孔との間の距離を伸縮可能とする開口を設けて構成したことを特徴とする請求項2に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  7. 半導体レーザーを光源とする画像記録装置であって、
    光ビームを出射する前記半導体レーザーを備えたレーザー光源ユニットと、
    前記レーザー光源ユニットを固定するベース部材と、
    前記レーザー光源ユニットと前記ベース部材の間に配置される温度制御手段としてのペルチェ素子とを備え、
    変位回避手段を構成するため、前記ベース部材は前記ペルチェ素子の変形に応じて弾性変形するように形成されることを特徴とする画像記録装置。
  8. 前記ペルチェ素子が配置される前記ベース部材は、複数のスリットを有して形成されることを特徴とする請求項7に記載の画像記録装置。
  9. 前記複数のスリットは3本のスリットからなり、2本のスリットは矩形形状のペルチェ素子の対向する2辺より幅を広くして平行に設けられ、かつ1本のスリットは平行に設けられた前記2本のスリットの隙間の各中央部分を連結するように設けられることを特徴とする請求項8に記載の画像記録装置。
  10. 前記複数のスリットは、コの字型を連続的に組み合わせた形状で設けられることを特徴とする請求項8に記載の画像記録装置。
  11. 前記ペルチェ素子は、前記レーザー光源ユニット側に吸熱面を向けて配置されることを特徴とする請求項7に記載の画像記録装置。
  12. 前記保持部材に、複数の変形補助用スリットを穿設して相互に影響を与えないよう弾性変形可能なように分離された2つの弾性変形梁台部と、受け片部分とを構成し、
    前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングを、各々断熱部材を介して2つの前記弾性変形梁台部に締結し、
    前記ハウジングと前記受け片部分との間にペルチェ素子を配置して前記温度制御手段及び前記変位回避手段を構成したことを特徴とする請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  13. 前記ハウジングの両側で、それぞれ断熱弾性変形部材を介して前記保持部材に締結することにより、前記レーザー光源ユニットを支持するよう構成し、
    前記断熱弾性変形部材を、一方の部分に前記保持部材を締結すると共に、他方の部分に前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングを締結するよう構成し、
    前記断熱弾性変形部材に、一方の締結部分と他方の締結部分との間隔を変更可能に弾性変形させるようスリットを穿設して前記変位回避手段を構成したことを特徴とする請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  14. 前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングの両側にそれぞれ配置した台座部を、スリットで切り離して前記ハウジングに対して片持梁状に突出するよう構成し、
    前記各台座部を、それぞれ断熱弾性変形部材を介して前記保持部材に締結することにより、2つの前記台座部がそれぞれ弾性変形して、一方の前記台座部の締結部分と他方の前記台座部の締結部分との間隔を変更可能とするよう前記変位回避手段を構成したことを特徴とする請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
  15. 前記レーザー光源ユニットの前記ハウジングと前記保持部材との間に構成される変位回避手段を、前記レーザー光源ユニットから出射されるレーザービームの光軸を含み、前記保持部材が前記レーザー光源ユニットを保持する平面である保持面に垂直な平面に対して、対称な形状に構成したことを特徴とする請求項1に記載のレーザー光源ユニットを備えた光学装置。
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