JP4507346B2

JP4507346B2 - 光書込みヘッドおよびその組立方法

Info

Publication number: JP4507346B2
Application number: JP2000104786A
Authority: JP
Inventors: 政英脇坂; 幸久楠田; 治信吉田; 靖尚黒田; 誠治大野; 尊久有馬
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP2001287394A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高解像度電子写真プリンタ等に装備される発光素子アレイを使用した光書込みヘッドの構造及び光軸位置調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光プリンタ等に使用される光書込みヘッドは、発光ダイオードなどの発光素子アレイを搭載している。光書込みヘッドを備える光プリンタの原理図を図５に示す。円筒形の感光ドラム２の表面がアモルファスＳｉや有機材料などの光伝導性をもつ材料（感光体）で被覆されている。この感光ドラムは印刷速度に対応して回転している。初めに、回転しているドラムの感光体表面を、帯電器４で一様に帯電させる。
【０００３】
次いで、光書込みヘッド６により、印字するドットイメージの光を感光体上に照射し、光が照射された部分の帯電を中和し、潜像を形成する。続いて、現像器８で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上に付着させる。そして、転写器１０でカセット１２から送られてきた用紙１４上に、トナーを転写する。用紙上のトナーは定着器１６によって熱等を加えて定着され、用紙はスタッカ１８に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ２０で帯電が全面にわたって中和され、清掃器２２で残ったトナーが除去される。
【０００４】
上述の光書込みヘッドとしては、複数の発光素子アレイチップを基板上に１列または千鳥状に印刷幅の仕様にしたがって配列し、これに対向して屈折率分布型ロッドレンズを１列または２列積層したロッドレンズアレイ（例えば、日本板硝子製、商品名：セルフォックレンズアレイ）を配置した構造のものが用いられている。２列積層したロッドレンズアレイ１１の斜視図を図６に示す。複数の屈折率分布型ロッドレンズ２４を側板２６の間に挟み、樹脂２８により固定してある。
【０００５】
近年は、印刷速度の向上及び解像度の向上要求により、光学系の調芯に対する要求精度が格段に上がり、従来の機構部品の精度保持による幾何学的な配置では、性能を満たさなくなっている。
【０００６】
高解像度の画像を得るためには、例えば、光軸中心位置と発光素子の発光点の位置ズレ量、発光点からロッドレンズアレイ端面までの距離、感光面からロッドレンズアレイ端面までの距離をそれぞれ規定値の±３０μｍ以下の範囲内に設定する必要がある。
【０００７】
しかしながら、（１）ロッドレンズのレンズ長は±０．４ｍｍ程度の製造バラツキがあり、（２）ロッドレンズアレイは像面方向及び物体面方向に反りが発生している場合があり、（３）ロッドレンズアレイの側板である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）には±０．４ｍｍ程度の板厚バラツキがあることより、機構部品に光学部品を沿わして位置決めを行っても、位置決め精度が光学精度の要求範囲を超過してしまい、光学性能が満たされなくなってしまう。
【０００８】
そこでロッドレンズアレイの位置を発光素子アレイに対して３次元調芯する必要が出てきた。すなわち、（１）発光点と感光体表面の間の距離をロッドレンズアレイの共役長に一致させ、（２）この距離の中央位置にロッドレンズアレイのレンズ長の中央位置に固定する必要があり、（３）ロッドレンズアレイの光軸中心と発光点及び感光体面の位置ズレをロッドレンズアレイ長手方向にわたり調整する必要がある。
【０００９】
このため、ヘッド筐体とロッドレンズアレイの間には予め空隙を開けておき、ロッドレンズアレイを３次元調芯した上で、この空隙部分にシリコン系等の接着剤を充填させてロッドレンズアレイをヘッド筐体に固定している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロッドレンズアレイの長手方向全長での光軸調整を行うためには、高度な位置精度をもつアクチュエーターを用いて、調整を行う必要があり、また、多大な調整時間を要する。
また、機構部品はこれらの光軸調芯を実施するための空隙を設けるなど複雑な形状にする必要があり、光書込みヘッドの製造コストを低減出来ない主因となっている。
【００１１】
さらに、従来の光書込みヘッドは、ヘッド筐体がエンジニアリングプラスチック等の成型体である場合が多く、光軸調整されたロッドレンズアレイをヘッド筐体に固定する場合は、シリコーン系の接着剤が用いられるのが一般的である。このため、接着剤充填硬化後の熱収縮（８％前後の容積収縮が発生する）やヘッド筐体自体の経時収縮等の材料歪みにより、経年に亘る光軸位置精度の保証が困難である問題を抱えている。
【００１２】
本発明はこれらの問題点を解決するために行われたものであり、高精度な装置による調芯作業を不要とし、かつ複雑な機構部品を不要として、低コストで製造でき、経年変化も少ない光書込みヘッドを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するため、屈折率分布型ロッドレンズアレイに対向して、発光素子アレイを搭載した発光素子アレイチップを複数、基板上に直線状または千鳥状に配列した光書込みヘッドにおいて、ロッドレンズアレイと基板を支持する基板支持体と駆動回路基板とを、支持体に固定保持する。
【００１４】
支持体及び基板支持体はともに金属材料で構成されていることが望ましく、またロッドレンズアレイの側板の少なくとも支持体へ接着する側がガラス板であることも望ましい。
【００１５】
さらに支持体のロッドレンズアレイ当接面の一部に、該ロッドレンズアレイ長手方向に沿って支持体裏面から貫通する複数の接着剤注入孔を設ける。あるいは断面がＶ字状の接着剤充填用スリットを少なくとも１本配し、該スリット内に支持体裏面から貫通する複数の接着剤注入孔を設ける。
【００１６】
また、支持体の所定の位置に少なくとも２本の位置決めピンを前記基板もしくは基板支持体に接するように設けるか、あるいは前記支持体を貫通する偏芯ピンを前記基板支持体に接するように設ける。
この偏芯ピンを回転することにより前記発光素子アレイの発光部とロッドレンズアレイの光入射端面間の距離を調整することができる。また、前記基板支持体上の所定の位置に接着した基板に、位置基準を前記基板支持体の基準面として発光素子アレイチップをダイボンディングする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光書込みヘッドの構造を示す断面図、図２はその前面から見た概略斜視図、図３は裏面から見た一部の概略斜視図である。これらの図に基づき光軸精度を保持した、光書込みヘッドの構成例について説明する。
【００１８】
発光素子アレイチップ３２は基板３０上に実装されている。発光素子アレイは駆動回路基板３４からの電気信号によって発光し、その光はロッドレンズアレイ１１により、感光ドラム２上に結像する。基板３０は基板支持体３６に接着されている。図１に示すように、ロッドレンズアレイ１１と基板支持体３６と駆動回路基板３４は支持体４０の基準面Ａに接着されている。
【００１９】
まず、光軸中心の位置決め方法について以下に説明する。
支持体１０の基準面Ａは精密加工平面である。この基準面Ａにロッドレンズアレイ１１の側板２６を当接させてロッドレンズアレイの厚さ方向の位置決めをする。しかし通常のロッドレンズアレイ１１の側板２６には上述のようにＦＲＰが採用されており、その板厚精度は±０．４ｍｍ程度である。したがってこれが側板外表面からレンズ中心までの距離バラツキを発生させる起因要素となっている。これに加え、ＦＲＰ内のガラス繊維の配向がＦＲＰ表面に凹凸を形成しており、ロッドレンズアレイ製造時において、ロッドレンズをＦＲＰ板上に配列する際、配列乱れを発生してしまう問題もある。
【００２０】
これらの問題を解決するために板厚精度が優れ、かつ低コストなガラス板を側板２６に用いることとした。これによりロッドレンズの光軸中心４２と側板外表面の距離精度は±１５μｍ以内にまで高めることができ、ロッドレンズの配列乱れも解消することができる。ガラス板は所定の寸法に切断した通常のソーダライムガラスを使用することができるため、安価である。
【００２１】
しかし、ロッドレンズアレイ１１を支持体４０に接着する場合は、接着剤の厚み精度が保証できない問題がある。この問題点に対しては以下の方法によって、接着剤厚み精度に左右されず接着固定する方法を考案した。
すなわち、図３に示すように、支持体４０のロッドレンズアレイ１１の側板２６と接する面の一部に、ロッドレンズアレイ１１長手方向に沿って少なくとも１本の断面がＶ字状のスリット４４を設ける。さらにこのスリット４４内に支持体裏面に貫通する複数の接着剤注入孔４６を適当な間隔で設ける。
【００２２】
ロッドレンズアレイ自体に反りが発生している場合は、予め治具により、ロッドレンズアレイのタテ方向及びヨコ方向の反りを矯正した状態で支持体４０とロッドレンズアレイ１１の位置決めを行い、ロッドレンズアレイ１１を支持体４０へ適当な荷重によって押さえ込んだ状態とする。次に支持体４０のロッドレンズアレイ１１の側板２６と接する面に接着剤充填孔４６から、例えば低粘度の瞬間接着剤を注入し、スリット４４から毛細管現象によりロッドレンズアレイ全長にわたる接着面に接着剤を浸透させることができる。
【００２３】
あるいは低粘度エポキシ系の接着剤を接着剤充填孔４６に注入し、複数個の接着剤充填孔位置の点状の接着剤のみでロッドレンズ１１を接着しても良い。この場合は、上記のスリットは不要で、支持体４０のロッドレンズアレイ１１の側板２６と接する面内に、ロッドレンズアレイ１１長手方向に沿って支持体裏面に貫通する複数の接着剤注入孔４６が適当な間隔で設けられていればよい。
これらの方法によれば、接着剤はロッドレンズアレイ１１と支持体４０が接する面の間に浸入することがないので、接着剤の厚みによる精度バラツキの発生を防ぐことができる。
【００２４】
支持体４０は、表面の精密加工性、温度、衝撃の影響、材料残留応力に起因する材料の経時変化等を勘案すると、金属材料から選定することが望ましい。この点でもロッドレンズアレイ１１の側板２６を熱膨張係数がＦＲＰよりも金属に近いガラス材料とすることは、温度変化によるロッドレンズアレイ１１と支持体４０の剥離を防止するために効果がある。
【００２５】
つぎに発光素子アレイチップ３２の位置決め方法について説明する。チップ３２を基板３０へダイボンディングする際の基準は、基板３０上の印刷された一定の形状のパターンを画像認識して行うのが通例である。この場合、この基板３０を光書込みヘッドに実装する際は、基準面を基板の端部面から取らざる得ない。
【００２６】
しかし、基板端部面と配列した発光点列間の距離精度及び平行度については製造工程上保証されないため、機構配置において、チップ位置をロッドレンズアレイ１１の光軸中心４２に合わせ込むことは不可能となる。
【００２７】
この問題を解決するために、基板３０はチップを実装する前に基板支持体３６に接着または他の方法により固定した状態とする。次いでチップ３２を基板支持体３６の精密平面加工された基準面Ｂを基準として基板３０上にダイボンディングする。この後、支持体４０の基準面Ａと基板支持体３６の基準面Ｂと突き当てて固定することにより、支持体４０の基準面Ａと発光点間の距離Ｙの精度はボンディング機械の精度要因のみ依存することとなり基準面Ａと発光点間の距離Ｙは±１０μｍが保証される。基板支持体の固定は、基板支持体３６に貫通孔３８を設け、支持体４０の該当する位置にネジ穴４８を切り、ボルト５０によって締め付けることによって行う。なお、この貫通孔３８の直径はボルト５０の径に比べて大きくし、後述の位置調整ができるようにする。以上により、機構部品の組み付け精度だけによりロッドレンズアレイ１１と発光素子アレイ３２の光軸ズレ量は±２５μｍ以内とすることができる。
【００２８】
次に光軸作動距離ＬＯ方向の位置決め方法について説明する。まずロッドレンズアレイ１１のタテ反り及びヨコ反りに関しては、上述の通り、ロッドレンズアレイ１１を支持体４０に接着固定する際に治具により矯正すること、また、ロッドレンズアレイ１１の側板２６にガラス材料を用いたことにより解消された。しかし作動距離ＴＣ及びレンズ長Ｚは製造バラツキをもっており、ＬＯは±０．１５ｍｍのバラツキを持ち、作動距離ＴＣは±０．３ｍｍのバラツキを持つため、ロッドレンズアレイ１１と発光点間の距離は、その都度ロッドレンズアレイ１１の作動距離に設定する必要がある。
【００２９】
まず、それぞれのレンズ作動距離は予め定められているので、ロッドレンズアレイ１１と発光素子の距離を設定するための調整手段が必要となる。この調整手段として、支持体４０を貫通する偏芯ピン５８を長手方向に沿って２本取り付ける（図２参照）。偏芯ピン５８は偏芯ピン筐体５９に対して偏芯して回転する。偏芯ピン筐体５９を支持体４０の所定の位置に固定し、偏芯ピン５８の先端は基板支持体３６に接するように位置決めする。それぞれ規定の作動距離となるように、２本の偏芯ピン５８を回転させ基板支持体３６の位置をずらすことによって位置調整する。これらの調整時には、ボルト５０を緩め、基板支持体が支持体４０上を滑って移動できるようにし、位置決定後締め付けて固定する。
【００３０】
また、光軸作動距離ＬＯ方向の位置決め方法については、図４に示す方法をとってもよい。支持体４０全体をヘッド筐体６０の定位置に保持する。一方、支持体４０のロッドレンズアレイ１１と基板支持体３６の間の位置に長手方向に沿って２ケ所、貫通孔５２を設け、予め規定値の位置にセットされた２本の位置決めピン５６を貫通孔５２を通して支持体４０の表面上に露出させる。貫通孔５２の直径は位置決めピン５６の直径より大きくし、位置決めピンが貫通孔の内面に接しないようにする。この位置決めピンを基準とし基板支持体３６を位置決めピンに接するように固定することより、各々の作動距離バラツキに対応でき、適切なＬＯ距離を得ることができる。
【００３１】
さらに駆動回路基板３４も支持体４０上に固定する。これによりチップを実装した基板３０と駆動回路の間の配線を短くでき、ノイズの影響を減らし、光書込みヘッドを小型化できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の光書込みヘッドは、支持体表面を基準面としてロッドレンズアレイの光軸中心と発光素子の発光点位置を高い精度で容易に位置決めでき、また
ロッドレンズアレイの光軸作動距離の調整も容易に行うことができる。またこれらの位置精度は経時的にも安定に維持できる。したがって低コストで高精細画像の書込みが可能な光書込みヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光書込みヘッドの断面図である。
【図２】本発明の実施例の光書込みヘッドの前面斜視図である。
【図３】本発明の実施例の光書込みヘッドの一部の裏面斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例の光書込みヘッドの断面図である。
【図５】光書込みヘッドを備えた光プリンタの原理を示す図である。
【図６】屈折率分布型ロッドレンズアレイの構造を示す図である。
【符号の説明】
２感光ドラム
６光書込みヘッド
１１ロッドレンズアレイ
２６側板
３２発光素子アレイチップ
３４駆動回路基板
３６基板支持体
４０支持体
４２光軸
４４スリット
５０ボルト
５６位置決めピン
５８偏芯ピン
６０ヘッド筐体

Claims

屈折率分布型ロッドレンズアレイに対向して、発光素子アレイを搭載した発光素子アレイチップを複数、基板上に直線状または千鳥状に配列した光書込みヘッドにおいて、
前記ロッドレンズアレイと前記基板を支持する基板支持体と駆動回路基板とを保持する支持体を有し、
前記ロッドレンズアレイは、前記支持体の1平面である支持体の基準面上に保持されるとともに、
前記基板支持体は、前記支持体の基準面に接する該基板支持体の１平面を基準面として、前記発光素子アレイチップの前記発光素子アレイが配列されるとともに、該支持体の基準面上に摺動可能に保持される
ことを特徴とする光書込みヘッド。
前記支持体及び前記基板支持体がともに金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光書込みヘッド。
前記ロッドレンズアレイの側板の少なくとも支持体へ接着する側がガラス板であることを特徴とする請求項１または２に記載の光書込みヘッド。
前記支持体のロッドレンズアレイ当接面に、該ロッドレンズアレイ長手方向に沿って支持体裏面から貫通する複数の接着剤注入孔を設けたことを特徴とする請求項１ないし３に記載の光書込みヘッド。
前記支持体のロッドレンズアレイ当接面の一部に、該ロッドレンズアレイ長手方向に沿って断面がＶ字状の接着剤充填用スリットを少なくとも１本配し、該スリット内に支持体裏面から貫通する複数の接着剤注入孔を設けたことを特徴とする請求項１ないし３に記載の光書込みヘッド。
前記支持体を貫通して、前記光書込みヘッドの筐体と前記基板支持体との位置を決める、少なくとも２本の位置決めピンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の光書込みヘッド。
前記支持体を貫通して回転可能な少なくとも２本の偏芯ピンを前記基板支持体に接するように設けたことを特徴とする請求項１に記載の光書込みヘッド。
前記少なくとも２本の偏芯ピンをそれぞれ回転させることにより、該偏芯ピンに接する基板支持体を移動させ、前記発光素子アレイの発光部とロッドレンズアレイの光入射端面間の距離を調整することを特徴とする請求項７に記載の光書込みヘッドの組立方法。
前記基板支持体上の所定の位置に接着した基板に、該基板支持体の前記支持体と接する１平面を基準面として発光素子アレイチップをダイボンディングすることを特徴とする請求項１に記載の光書込みヘッドの組立方法。