JP2010201723A - プリントヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板におけるソルダーレジストを必要な箇所のみに設けるという簡単な構成により、結像点のばらつきを小さくし、かつ、安価なプリントヘッドを提供する。
【解決手段】発光素子アレイとレンズアレイが対向するようにハウジングにプリント基板の表面を当接させ、レンズアレイ、ハウジングおよびプリント基板で囲まれる空間が密閉されるように、プリント基板がハウジングに固定されたＬＥＤプリントヘッドにおいて、プリント基板は、表面にソルダーレジストを形成せず、裏面のパッドを除く部分にソルダーレジストを形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザープリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に用いられるプリントヘッドに関するものである。

図１０に示すように、従来より、画像形成装置の感光体等の静電潜像担持体２２５に画像の静電潜像を形成するために、ＬＥＤアレイチップ２０４とレンズアレイ２０３を主な構成要素とするプリントヘッド２０１が用いられている。

このプリントヘッド２０１は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）備えたＬＥＤアレイチップ２０４を実装（固定）したプリント基板２１１と、このプリント基板２１１を固定したハウジング２０２と、ＬＥＤアレイチップ２０４と対向してハウジング２０２に固定したレンズアレイ２０３とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

そして、プリント基板２１１は、複数のＬＥＤアレイチップ２０４を直線状または千鳥状に実装する必要があることから長尺にならざるを得ず、かかる長尺なプリント基板２１１を安価に製造するためには、プリント基板２１１の材質として樹脂（例えば、ガラスエポキシ等）が採用されるのが一般的である。

また、プリント基板２１１の表面には一般にＬＥＤアレイチップ２０４を駆動するためのドライバＩＣチップ等の表面実装部品が半田付けされるため、プリント基板２１１の表面にはソルダーレジスト２３３が形成されるのが一般的である。

ここで、ソルダーレジストとは、プリント基板の表面を覆い、半田による被覆や部品実装の際、配線パターンの表面に不必要な半田が付着してしまう事を防ぐ保護コーティング材である。さらに、永久保護マスクとして、プリント基板の配線パターンを湿度やほこり等から保護すると同時に、電気的トラブルから配線パターンを守る絶縁体機能があり、耐薬品性、耐熱性に優れ、半田付けをする際の高熱や金めっきにも耐えられる保護皮膜である。

ソルダーレジストの形成方法は一般的に活性エネルギー線をマスクパターンを介して照射することによりパターンを形成するフォトリソグラフィー法が用いられている。マスクパターンを使用することにより、半田の不必要な部分を選択することができる。

特開平０５−１３８９３４号公報

しかし、プリント基板２１１の表面に形成されたソルダーレジスト２３３の表面は複数の凹凸が形成されているので、前記した特許文献１のようにハウジング２０２にプリント基板２１１の表面を当接すると、プリント基板２１１が傾いて固定され、結像点がばらつくという問題があった。より具体的には、図１０に示すように、右側のソルダーレジスト２３３の膜厚が左側のソルダーレジストの膜厚よりも厚い場合は、設計値よりも角度θだけ結像点の位置がずれる。ここで、結像点とは、ＬＥＤアレイチップの複数のＬＥＤ（発光点）から出射した光がレンズアレイを通って収束した点（焦点）をいう。

プリントヘッド２０１は、感光体２２５の表面に精度良く静電潜像を形成ために、結像点のバラツキをできるだけ少なくする必要があるため、前記した問題点は、画質の劣化に直接影響する。

本発明は、前記した問題を解決するためになされたものであって、プリント基板におけるソルダーレジストを必要な箇所のみに設けるという簡単な構成により、結像点のばらつきを小さくし、かつ、安価なプリントヘッドを提供することを目的とする。

（第１発明）
第１発明にかかるプリントヘッドは、少なくとも表面にベタパターンが形成され、裏面に複数のパッドが形成されたプリント基板と、このプリント基板のベタパターンに直線状または千鳥状に接着固定された複数の発光素子アレイと、この発光素子アレイが出射した光を集光するレンズアレイと、このレンズアレイが固定されたハウジングと、プリント基板のパッドに表面実装された電子部品とを備え、発光素子アレイとレンズアレイが対向するようにハウジングにプリント基板の表面を当接させ、レンズアレイ、ハウジングおよびプリント基板で囲まれる空間が密閉されるように、プリント基板がハウジングに固定されたプリントヘッドに関するものである。

そして、プリント基板の表面には、ソルダーレジストが形成されておらず、プリント基板の裏面には、パッドを除く部分にソルダーレジストが形成されたものである。ここで、当接とは、突き当たった状態に接触させることをいう。

本第１発明に係るプリントヘッドは、プリント基板の表面にソルダーレジストが形成されていないので、平面度が高精度であるプリント基板の表面に直接ハウジングが当接する。つまり、プリント基板の母材であるガラスエポキシ基材とハウジングの間に、表面精度の悪いソルダーレジストが存在しないので、ハウジングに対してプリント基板を高精度に固定することができる。

さらに、プリント基板の製造において、プリント基板の表面にソルダーレジストを形成する工程を省略できるので、プリント基板の材料および製造コストを安価にでき、ひいてはＬＥＤプリントヘッドのコストを安価にできる。

尚、プリント基板の表面にはソルダーレジストが無いので、プリント基板の表面の腐食が懸念されるが、プリント基板の表面のハウジングとの当接箇所は外気に触れることがないので言うまでもなく腐食の問題はない。また、プリント基板の表面のハウジングとの当接箇所以外の部分は、ハウジングおよびレンズアレイで囲まれて密閉されているので、埃が原因で腐食することは無く、また、本発明にかかるＬＥＤプリントヘッドを画像形成装置で使用した場合であってもオゾンにより腐食することがない。

また、ＬＥＤアレイチップはプリント基板の表面に形成したベタパターンに接着剤により固定され、かつ、プリント基板の表面には半田を用いて実装（固定）する電子部品が無いので、プリント基板の製造においても表面にソルダーレジストが無いことにより問題が生じることがない。

そして、プリント基板の裏面には、ソルダーレジストが形成されているので、ＬＥＤアレイチップのドライバチップ等の電子部品をクリーム半田を用いて表面実装しても従来技術と同様、腐食等の問題が生じることがない。
すなわち、本発明においては、半田を用いて固定する部品等を全てプリント基板の裏面に設け、半田を用いることなく固定する部品等を全てプリント基板の表面に設けたものである。

（第２発明）
第２発明にかかるプリントヘッドは、第１発明において、プリント基板の表面とハウジングが当接した部分（エリア）およびベタパターンのエリアを除いた部分（エリア）の一部にソルダーレジストが形成されたものである。

具体的には、プリント基板の表面におけるベタパターンおよびパッドと、プリント基板の表面とハウジングが接触する部分以外のプリント基板の表面のエリアに、ソルダーレジストを形成したものである。

かかる構成により、プリント基板の表面の一部にソルダーレジストを形成することになるので、第１発明と比較してプリント基板の製造コストがアップするが、第１発明よりもプリント基板の耐腐食性が向上するという効果がある。

（第３発明）
第３発明にかかる画像形成装置は、感光体と、この感光体に対向して配設された請求項１または請求項２に記載のプリントヘッドとを備えたものである。

第１発明または第２発明に係るプリントヘッドは、プリント基板の表面に固定されたＬＥＤアレイチップの発光点と、ハウジングに固定されたレンズアレイの位置関係が設計値に近い高い精度が出ている。このため、かかるプリントヘッドを用いた本第３発明の画像形成装置は、高画質のプリントが可能である。

本発明により、結像点のばらつきが非常に小さく、安価なＬＥＤプリントヘッドを提供できる。また、本発明は、高画質の画像形成装置を提供できる。

ＬＥＤプリントヘッドの平面図である。 ＬＥＤプリントヘッドの斜視図である。 ＬＥＤプリントヘッドの断面図である。 プリント基板の平面図である。 プリント基板の表面の斜視図である。 プリント基板の裏面の平面図である。 画像形成装置の全体構成を示した図である。 プリントヘッドの取付け状態を示した図である。 プリント基板の表面の斜視図である（実施例２）。 従来のプリントヘッドを示した図である。

以下に実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
尚、実施例で用いられる図面において配線パターンが太く図示されているが、説明を分かりやすくするためであり、実際の配線パターンの幅寸法は数百〜数十ミクロンである。

本発明に係る一実施例を、図１乃至図６を用いて説明する。尚、図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。また、図８は、ＬＥＤプリントヘッド１と感光体ドラム２５との位置関係を分かりやすくするために拡大した図７の部分拡大図である。

（画像形成装置）
図７に示すように、本発明に係る画像形成装置は、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタ１３１であり、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成プロセス部１１０、画像形成プロセス部１１０を制御する制御部１３０、パーソナルコンピュータ１０２や画像読取装置１０３から受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理部１４０を備えている。

画像形成プロセス部１１０は、一定の間隔をおいて並列配置される４つの画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋを備えている。

そして、これらの画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋのそれぞれは、静電潜像を形成してトナー像を担持する像担持体としての感光体ドラム２５と、この感光体ドラム２５の表面を所定電位で一様に帯電する帯電装置１１３と、帯電装置１１３によって表面が帯電された感光体ドラム２５を露光する露光装置としてのＬＥＤプリントヘッド１と、ＬＥＤプリントヘッド１によって得られた静電潜像を現像する現像装置１１５と、転写後の感光体ドラム２５表面を清掃するクリーナー（ブレード）１１６とを備えている。

さらに、現像装置１１５の下流側近傍には、感光体ドラム２５に対向して、感光体ドラム２５上に形成されたテスト用パッチ（濃度見本）のトナー像濃度を検出する濃度検出回路１１７が備えられている。この濃度検出回路１１７は制御部１３０に接続され、トナー像濃度検出値を出力する。

ここで、各画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋは、現像装置１１５に収納されたトナーを除いて、略同様に構成されている。そして、画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋは、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。

また、画像形成プロセス部１１０は、各画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋの感光体ドラム２５にて形成された各色のトナー像が多重転写される中間転写ベルト１２１と、各画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋの各色のトナー像を中間転写ベルト１２１に順次転写（一次転写）させる一次転写帯電装置としての一次転写ロール１２２と、中間転写ベルト１２１上に転写された重畳トナー像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写帯電装置としての二次転写ロール１２３と、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置１２５とを備えている。

画像形成プロセス部１１０は、制御部１３０から供給された同期信号等の制御信号に基づいて画像形成動作を行う。その際に、パーソナルコンピュータ１０２や画像読取装置１０３から入力された画像データは、画像処理部１４０によって画像処理が施され、インタフェースを介して各画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋに供給される。

そして、例えばイエローの画像形成ユニット１１１Ｙでは、帯電装置１１３により所定電位で一様に帯電された感光体ドラム２５の表面が、画像処理部１４０から得られた画像データに基づいて発光する本発明に係るＬＥＤプリントヘッド１により露光されて、感光体ドラム２５上に静電潜像が形成される。

この静電潜像は、現像装置１１５により現像され、感光体ドラム２５上にはイエローのトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋのそれぞれの感光体ドラム２５においても、マゼンタ、シアン、黒の各色トナー像が形成される。

各画像形成ユニット１１１Ｙ、１１１Ｍ、１１１Ｃ、１１１Ｋのそれぞれの感光体ドラム２５に形成された各色トナー像は、図７の矢印Ａ方向に回動する中間転写ベルト１２１上に、一次転写ロール１２２により順次静電吸引され、中間転写ベルト１２１上に重畳されたトナー像が形成される。

この重畳トナー像は、中間転写ベルト１２１の回動に伴って二次転写ロール１２３が配設された領域（二次転写部）に搬送される。そして、重畳トナー像が二次転写部に搬送されると、トナー像が二次転写部に搬送されるタイミングに合わせて用紙Ｐが二次転写部に供給される。

そして、二次転写部にて二次転写ロール１２３により形成される転写電界により、重畳トナー像は搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写される。その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、中間転写ベルト１２１から剥離され、搬送ベルト１２４により定着装置１２５まで搬送される。

定着装置１２５に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置１２５によって熱および圧力による定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、デジタルカラープリンタ１３１の排出部に設けられた図示しない排紙載置部に搬送される。

（ＬＥＤプリントヘッド）
ＬＥＤプリントヘッド１は、図１、図２および図３に示すように、複数のロッドレンズ６を整列配置したレンズアレイ３を接着剤等で固定した樹脂製のハウジング２と、このレンズアレイ３の一方のレンズ面とＬＥＤアレイチップ４が対向するように、ハウジング２に固定したプリント基板５とを有する。ハウジング２は、アルミニウム、ＳＵＳ等のブロックまたは板金で形成しても良い。

プリントヘッド５には、図５に示すように、例えば５８個の発光素子アレイ４が、感光体ドラム２５の軸方向と平行になるように精度良く接着剤により固定されている。尚、発光素子アレイ４は、発光素子アレイ４の端部境界において、各発光素子アレイ４が連結部で連続的に配列されるように、交互に千鳥状に配置されている。

プリント基板５は、ハウジング２の下面に形成した切り欠きの水平方向の面にプリント基板５の上面１０を突き当てた後、切り欠きの鉛直方向の面とプリント基板５の側面との隙間３０に接着剤３１を流し込んで固定される。

かかる構成のＬＥＤプリントヘッド１は、図３に示すように、プリント基板５の表面１０に接着剤により固定されたＬＥＤアレイチップ４の発光点（ＬＥＤ）を発光させた場合に、発光点から結像点までの距離が共役長ＴＣになるように設定されている。

この共役長ＴＣは、ＬＥＤ発光面からレンズアレイ３の下面（一方のレンズ面）までの距離Ｌと、レンズアレイ４の上面（他方のレンズ面）から結像点までの距離Ｌと、レンズアレイ４の高さＴとの和であり、ＴＣ＝Ｔ＋２Ｌという関係が成り立つ。尚、結像点とは、発光点より出射した光がレンズアレイ３により収束（集光）する焦点位置のことである。

（プリント基板）
本発明に係るＬＥＤプリントヘッドで用いるプリント基板を図３乃至図６に示す。図５は、図４における二点鎖線で囲った一端部分Ｗを拡大した斜視図である。また、図６は、当該部分Ｗの裏面の平面図である。

尚、以下の説明は、図４における一端部分Ｗについてのみの説明である。当該一端部分Ｗ以外の部分の説明は、当該一端部分Ｗから他端に至るまでＬＥＤアレイチップ４が直線状または千鳥状に連続して固定される略同一構成の繰り返しであるため省略する。

図５に示すように、プリント基板５は、表面１０において所定の幅の銅からなるベタパターン８が長手方向（Ｙ方向）に沿って形成されている。そして、ベタパターン８の表面に、複数のＬＥＤアレイチップ４が接着剤により固定されている。

そして、ＬＥＤアレイチップ４の表面には図示しない発光点（ＬＥＤ）が直線状に形成されており、複数のパッド１３も形成されている。この複数のパッド１３と、プリント基板５の表面に形成された複数のパッド１４は、ワイヤーボンディングによりワイヤー１２で接続されている。尚、図５においては、パッド１３および１４は、説明を簡単にするため１つのみ図示した。

プリント基板５の裏面１１には、図６に示すように、複数のパッド３４と、パッド３４に対して電気的に接続された図示しない銅からなる複数の配線パターンが形成されている。

そして、プリント基板５の裏面１１は、パッド３４を除く部分にソルダーレジスト３３が形成されており、半田を用いてパッド３４に電子部品１９、７を実装してもプリント基板５が腐食しないようになっている。尚、電子部品１９としてはＬＥＤアレイチップ４のドライバＩＣ（集積回路）、電子部品７としてはチップ形のバイパスコンデンサ等が該当する。

一方、プリント基板５の表面１０にはソルダーレジストが形成されていない。このため、プリント基板５の表面を直接ハウジング２に当接することができるので、ハウジング２に固定されたレンズアレイ３に対してプリント基板５に固定されたＬＥＤアレイチップ４を高精度に位置決めできる。

そして、プリント基板５の表面１０には、半田を用いて固定する部品が無いため、表面１０にソルダーレジストが無くても、プリント基板５の表面のベタパターン８や配線パターンに不要な半田が付着することが無い。さらに、プリント基板５の表面１０に面した空間３２はハウジング２およびレンズアレイ３に囲まれて密閉されているので、表面１０にソルダーレジストが無くても、表面１０が腐食することがない。

本発明に係るＬＥＤプリントヘッドの他の実施例を以下に示す。
尚、説明を簡単にするため、実施例１と同一の部分は、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施例２の実施例１との主な相違点は、プリント基板５の表面の一部にソルダーレジスト３３を形成した点である。すなわち、図９に示すように、プリント基板５の表面１０におけるベタパターン８およびパッド１４と、プリント基板５の表面１０とハウジング２が接触する部分４０以外のプリント基板５の表面１０のエリアに、ソルダーレジスト３３を形成したものである。

かかる構成により、プリント基板５の表面１０の一部にソルダーレジスト３３を形成することになるので、実施例１のＬＥＤプリントヘッド１と比較してプリント基板５の製造コストがアップするが、実施例１のＬＥＤプリントヘッド１よりもプリント基板５の表面１０の耐腐食性が向上するという効果がある。
尚、図９においては、説明を簡単にするため、ワイヤーボンディング用のパッド１４を１つのみ示したが、パッド１４が複数あることは言うまでもない。

前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び図面の記載から当事者が認識する事ができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

図４および図５においてはＬＥＤアレイチップ４が千鳥状に固定されたものを示したが、ＬＥＤアレイチップ４は、直線状に固定されていても良い。また、ベタパターン８の幅（Ｘ方向）は、ＬＥＤアレイチップが直線状または千鳥状に固定することができる幅であれば良い。

本発明は、複写機、プリンタ等で用いられるＬＥＤプリントヘッド等に適用される。

１ ＬＥＤプリントヘッド
２ ハウジング
３ レンズアレイ
４ ＬＥＤアレイチップ
５ プリント基板
６ ロッドレンズ
８ ベタパターン
１０ 表面
１１ 裏面
３３ ソルダーレジスト

Claims (3)

1. 少なくとも表面に直線状のベタパターンが形成され、裏面に複数のパッドが形成されたプリント基板と、
   該プリント基板の前記ベタパターンに直線状または千鳥状に接着固定された複数の発光素子アレイと、
   該発光素子アレイが出射した光を集光するレンズアレイと、
   該レンズアレイが固定されたハウジングと、
   前記プリント基板の前記パッドに半田付けされた電子部品とを備え、
   前記発光素子アレイと前記レンズアレイが対向するように前記ハウジングに前記プリント基板の前記表面を当接させ、
   前記レンズアレイ、前記ハウジングおよび前記プリント基板で囲まれる空間が密閉されるように、前記プリント基板が前記ハウジングに固定されたプリントヘッドであって、
   前記プリント基板の前記表面には、ソルダーレジストが形成されておらず、
   前記プリント基板の前記裏面には、前記パッドを除く部分にソルダーレジストが形成されたことを特徴とするプリントヘッド
2. 前記プリント基板の表面は、前記ハウジングと当接した部分と前記ベタパターンを除いた部分の一部にソルダーレジストが形成された請求項１に記載のプリントヘッド
3. 感光体と、
   該感光体に対向して配設された請求項１または請求項２に記載のプリントヘッドとを備えた画像形成装置

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