JPH01184979A - レーザーユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、たとえばデジタル信号により画像を形成する
デジタル複写機、レーザービームプリンタ、ＣＤプレイ
ヤ等に適用されるレーザーユニットに関する。

（従来の技術） 従来、この種のレーザーユニットとしては、たとえば第
８図に示すようなものがある。すなわち、レーザーユニ
ット１００は、組付部材ｌｏｔを介して半導体レーザー
チップ１０２とコリメータレンズ１０３とを所定のギャ
ップＧ′でもって一体に組付けることによって構成され
ている０組付部材１０１は、レーザーチップ１０２を保
持するチップ基台１０４を備えたケーシングであるキャ
ン１０５と、キャン１０５をレーザー基板１０６との間
で保持する第１ホルダ１０７と、コリメータレンズ１０
３を保持するコリメータ鏡筒１０Ｂと、第１ホルダ１０
７に固定されてコリメータ鏡筒１０８を保持する第２ホ
ルダ１０９とから構成されている。そして、これらの各
構成部材は金属製としてレーザー駆動時の発熱を効率よ
〈放熱するようになっていた。

上記コリメータ鏡筒１０８は光軸方向に移動可源となっ
ていて、組付時のレーザーチップ１０２とコリメータレ
ンズ１０３間のギャップＧ′の調整は、コリメータ鏡筒
１０８を光軸方向に移動させることによりなされ、調整
完了後に接着剤等によって第２ホルダ１０９に対して固
定していた。このギャップＧ′調整時のコリメータ鏡筒
１０８の把持方法としては、コリメータ鏡筒１０８を磁
性体の鉄製とし、治具を用いて磁気吸着する方法が採ら
れている。

（発明が解決しようとする課Ｗ１） しかしながら、上記従来例にあっては、組付部材１０１
がすべて金属製で熱伝導率が高いために、気温低下等の
環境温度の急激な変化が生じた場合、コリメータ鏡筒１
０８の温度も急激に変化し、コリメータ鏡筒ｌＯ８に保
持されるコリメータレンズ１０３に結露が生じるおそれ
がある。コリメータレンズ１０３に結露が生じるとレー
ザービームが散乱し、例えばプリンタ等に適用した装置
にあっては、画質が劣化してしまうという闇題点を有し
ていた。

このようなコリメータレンズ１０３の結露を防止するた
めには、コリメータ鏡筒１０８、第２ホルダー１０９お
よび第１ホルダー１０７を、たとえば樹脂等の断熱部材
で形成することが考えられる。

しかし、すべての構成部材を断熱部材とすると、結露防
止効果は高まるものの、レーザー発光時の放熱がなされ
なくなり、レーザー特性が大きく変化してしまう、また
、コリメータ鏡筒１０８を樹脂等の断熱部材とすると、
ギャップ調整時のコリメータ鏡筒１０８の把持手段とし
て磁石を使用できなくなってしまう、その他の把持方法
としては、たとえば機械的にチャッキングする方法、エ
アで吸引する方法、あるいはギャップを過大に組付けて
おいて、所定寸法になるまでコリメータ鏡筒１０８を押
し込んで調整する方法等が考えられる。

しかしながらコリメータ鏡筒１０８を機械的にチャッキ
ングする方法は把持力によってコリメータ鏡筒１０８に
歪が生じ、光軸がずれるおそれがあ名、またコリメータ
鏡筒１０８をエアで吸引する方法は、エアミストやオイ
ルミストがコリメータレンズに付着しやすいという問題
がある。さらにコリメータ鏡筒１０８を押し込むだけの
調整では高精度の調整をできないという問題がある。

そこで１本発明は上記従来技術の問題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、ユニットの
良好な放熱性を維持しつつ、環境温度に急激な変化が生
じた場合でも、コリメータレンズ表面の結露を防止し得
、さらにレーザー発光素子とコリメータレンズ間のギャ
ップの調整を容易にできるレーザーユニットを提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明にあっては、半導体
レーザーチップとコリメータレンズとを所定のギャップ
を設けて一体に組付けた組立体であって、上記コリメー
タレンズを保持するコリメータ鏡筒を備え、該コリメー
タ鏡筒を光軸方向に移動させることによりギャップを調
整可能としたレーザーユニットにおいて、前記コリメー
タ鏡筒を磁性材が添加された断熱部材にて構成すると共
に、前記レーザーチップ近傍を放熱部材にて構成したこ
とを特徴とする。

（作　　　用） 上記構成を有する本発明にあっては、環境温度に急激な
変化が生じた場合でも、温度変化が断熱部材のコリメー
タ鏡筒により遮断されてコリメータレンズに伝わりにく
く、コリメータレンズの急激な温度変化が防止される。

また、前記保持組立体のレーザーチップを保持する部分
近傍は、放熱部材にて構成されているので、レーザービ
ーム放射時の熱は該放熱部材により外部へ放出される。

また、コリメータ鏡筒は磁性材を含んでいるので、ギャ
ップ調整時にはコリメータ鏡筒を磁気吸着することによ
り把持できる。

（実　施　例） 以下に、本発明を図示の実施例に基づいて説明する０本
発明の一実施例に係るレーザーユニットを示す第１図乃
至第５図において、ｌはレーザーユニット全体を示して
いる。このレーザーユニットｌは組付部材２によって半
導体レーザーチップ３とコリメータレンズ４とが所定の
ギャップＧを設けて一体に組付けられている。

組付部材２は、概略レーザーチップ３を備えたレーザー
素子５をレーザー基板６との間で保持する第１ホルダ７
と、コリメータレンズ４を保持するコリメータ鏡筒８と
、第１ホルダ７とコリメータ鏡筒８とを連結する第２ホ
ルダ９とから構成されている。

上記レーザーチップ３は銅等の熱伝導率の高い金属製の
基台ｌＯ先端に保持され、断面ハツト形状のケーシング
であるキャン１１内に収納されたレーザー素子５として
ユニット化されている。

キャン１１の先端面にはレーザービーム出射用の開口部
１１ａが設けられており、この開口部１１ａはカバーガ
ラスｌｌｂによって覆われている。一方キャン１１の基
端部には半径方向外方に向って環状のフランジ部ｌｉｅ
が張り出している。

一方、第１ホルダ７はその中央にレーザー素子５のキャ
ン１１を挿通する孔７ａが穿設された亜鉛ダイキャスト
製の板状部材で、レーザー素子５を光軸に対して直角に
保持してレーザーチップ３から出射されるレーザービー
ムの出射角度を光軸方向に位置決めするようになってい
る。すなわち第１ホルダ７の孔７ａのレーザー基板６側
の開口部にレーザー素子５のキャン１１のフランジ部１
１ｃが嵌合する基準段部１２が設けられ、この段部１・
２にフランジ部ｌｉｅを突き当ててレーザー素子５の取
付角度を位置決めしている。そしてレーザー素子５とレ
ーザー基板６との間にフランジ部１１ｃを段部１２に圧
接するためのスプリングワッシャ１３が介装されている
。

また、第２ホルダ９は筒状部材で、第１ホルダ７と同様
の亜鉛ダイキャスト製で、上記コリメータ鏡筒８が内周
側に嵌合される円筒状の鏡筒保持部９１と、上記第１ホ
ルダ７に固定するための固定フランジ部９２とから構成
されている。この第２ホルダ９を光軸に対して直交方向
に移動させることにより、レーザーチップ３から出射さ
れるビームの発光中心軸とコリメータレンズ４の光軸の
軸ずれを調整するようになっている。

この第１ホルダ７と第２ホルダ９およびレーザー基板６
の組付けは、第５図に示すようにビス１４．１５を用い
てなされている。まず第１ホルダ７に設けた第１ねじ孔
１４ａにレーザー基板６側からビス１４をねじ込むこと
によりレーザー基板６と第１ホルダ７とを締結する。一
方、第２ホルダ９に設けたねじ孔１５ａに、第１ホルダ
７の第１ねじ孔１４ａとは別個に設けた挿通孔１５ｂを
介してレーザー基板６側からビス１５をねじ込むことに
より、第２ホルダ９を第１ホルダ７に対して締付固定す
るようになっている。ここで軸ずれの調整は第１ホルダ
７に設けた挿通孔１５ｂとビス１５との隙間分によって
調整可ｆＥとしている。さらにこのレーザーユニットｌ
の組付はビス１７を用いてレーザー基板６側から取付部
材１８に締付固定される。

一方、コリメータ鏡筒８は断熱部材としての樹脂素材に
磁性充填剤Ｆを充填した樹脂材料により成形されている
。

このコリメータ鏡筒８は上記第２ホルダ９の鏡筒保持部
９１に軸方向に摺動可撤に嵌合され、鏡筒保持部９１の
先端部近傍に穿設された接着用穴８１を介して流し込ま
れる接着剤により、第２ホルダ９に対して接着固定され
る。コリメータ鏡筒８の長さは鏡筒保持部９１の長さよ
りも若干長く、レーザー素子５と対面する側の端部内周
は厚肉のレンス固定Ｆｍ　８２になっていて、このレン
ズ固定部８２にコリメータレンズ４が嵌着固定されてい
る、而してコリメータレンズ４とレーザー素子５のレー
ザーチップ３とのギャップＧは、コリメータ鏡筒８を軸
方向に動かすことにより調整され、調整した後にコリメ
ータ鏡筒８を第１ホルダ７に接着固定するものである。

コリメータ鏡筒８の樹脂素材としては、非品性のポリエ
ーテルサルホン（芳香族サルホン系樹脂）（以下ＰＥＳ
と略記する）や、結晶性のポリフェニレンサルファイド
（以下ＰＰＳと略記する）、その他熱伝導率の低い各種
の樹脂材料が用いられる。このうち、ＰＥＳ等の非品性
樹脂の場合には、温度上昇に対する物性の劣化が少ない
ために、急激な温度変化や、苛酷な使用条件にも耐える
ことができる利点がある。

因みに、このＰＥＳは熱伝導率がλ＝１．５Ｘ１０−　
Ｉ　Ｋｃａｌ／ｍｈ”０程度であり、従来の装置ノコリ
メータ鏡筒に用いられていた鉄（熱伝導率λ＝５０　Ｋ
ｃａｌ／ｍｈ”０程度）に比べ熱伝導率がかなり低く、
環境温度に急激な変化が生じた場合でも、その変化がコ
リメータレンズ５に伝わりにくい。

一方、磁性充填剤Ｆとしてはフェライト粉末等が用いら
れ、コリメータ鏡筒８に磁性を持たせている。

コリメータ鏡筒８の材料としては、樹脂の他に熱伝導率
の低いセラミックスを用いるようにしてもよく、その場
合にセラミックスにフェライト粉末を充填したような構
成とすればよい。

上記構成のレーザーユニットにあっては、コリメータ鏡
筒８を樹脂あるいはセラミックス等の断熱部材としたの
で、環境温度が急激に低下してもコリメータレンズ４の
温度変化が抑えられ、コリメータレンズ４表面の結露を
防止することができる。しかもレーザーチップ３を保持
するチップ基台ｌＯおよび第１．第２ホルダ７．９が熱
伝導率のよい金属製となっているので、レーザー駆動時
に発生する熱が効率よく放熱され、発熱によるレーザー
の特性変化等を可及的に抑え゛ることができる。

また、本実施例では第１．第２ホルダ７．９を亜鉛グイ
キャスト酸としたが、アルミニウム酸としてもよくその
他の材料を用いてもよい、もっとも本実施例のように亜
鉛グイキャスト酸とすると加工精度に優れ、後加工の必
要もなく、加工コストを大幅に下げることができる。

一方、第２図には、レーザーチップ）１の組立、時にお
けるレーザーチップ３とコリメータレンズ４間のギャッ
プＧの調整作業状態を示している。

すなわち第１ホルダ７とスプリングワッシャー１３とに
よってレーザービームＬの出射角度を規定し、第２ホル
ダ９によってレーザーチップ３とコリメータレンズ４と
の光軸合せを完了した状態で、調整台Ａに取付ける。調
整台Ａにはレーザーユニット１を取付けるレーザ取付部
ＡＩとレーザーユニー／　）　ｌとある距離だけ離して
対向配置されるカメラ取付部Ａ２が設けられており、レ
ーザーチップ）ｌおよびＣＣＤカメラＣが同一直線上に
配置されている。そしてＣＣＤカメラＣに受像されたレ
ーザービームＬのビーム形状を、ＣＯＤカメラＣに接続
されるモニターテレビＴに映し出してギャップＧの微調
整を行なうようになっている。

コリメータ鏡筒８を把持する把持手段としては、先端に
電磁石Ｓが設けられたレバーＨが用いられる。而してレ
バー先端の電磁石Ｓをオンしてコリメータ鏡筒８を磁気
吸着し、レバーＨを押し引きしながらコリメータ鏡筒８
を光軸方向に移動させ、ギャップＧを調整する。調整の
確認は、レーザービームＬをＣＣＤカメラＣでモニター
することによって行ない、ベストビーム位置を探し出す
、レーザービームＬが所定のスポット径となると、第２
ホルダ９に設けた接着穴８１から瞬間接着剤を流し込み
、コリメータ鏡筒８を第２ホルダ９に対して固定し、完
全に固定された時点で電磁石ＳをオフしてレバーＨを外
す、こうしてレーザーユニットｌの組立調整が完了し、
レーザーユニットｌを調整台Ａから取り外す。

もちろん通常使用環境と調整を行うふん囲気環境とが大
きく異なる場合にはより高精度調整を行うために、前記
調整時に本来のベストピント位置から計算上決定される
微少量だけ調整位置をずらして温度変化によるピントズ
レをより小さくする事もできる。

ところでコリメータ鏡筒８の断熱部材としては、上記し
たように樹脂だけでなくセラミックス等を用いてもよい
が、温度変化による組付部材２各部の熱膨張差に起因す
るギャップＧの変化を抑えるという点では、線膨張係数
の大きい樹脂製とすることが望ましい。熱膨張について
説明すると、コリメータレンズ４とレーザーチップ３と
のギャップＧは温度変化により上記した組付部材２の各
構成部、本実施例では、チップ基台ＩＯ１第１ホルダ７
、第２ホルダ９およびコリメータ鏡筒８の熱膨張差によ
って変化する。すなわち、第１、第２ホルダ７．９はギ
ャップＧを拡げる方向に８膨張し、チップ基台１０とコ
リメータ鏡筒８はギャップＧを狭める方向に熱膨張し、
この熱膨張差がギャップＧの変化分として現われる。

第３図には、各構成部分の熱膨張状態を模式的に示して
いる。ギャップＧの変化に影響するのは第１ホルダ７の
基準段部１２が基準面となり、この基準段部１２から第
２ホルダ９の取付面までの寸法文ｌ　と、第２ホルダ９
の取付面から接着穴８１までの寸法文２と、コリメータ
鏡筒８の接着穴８１からレーザー側端面までの長さ見３
と、チップ基台１０の上記基準面からレーザーチップ３
までの長さ文４である。そして所定の温度変化に対応す
る各部の、Ｓ膨張量をΔｆｌｌ＋Δ文２　。

Δ又３　、Δ旦４とすると、ギャップＧの変化量ΔＸは
、Δｘ＝（Δｌ＋　＋Δ文？）−（Δ文３＋Δ文４）と
表わされることになる０本実施例の場合には、ギャップ
Ｇを狭める方向に熱膨張するコリメータ鏡筒８とチップ
基台ｌＯの寸法（文３＋文４）が、ギャップＧを拡げる
方向に熱膨張する第１．第２ホルダ７．９の寸法（文ｌ
＋す２）より小さいので、ギャップＧは温度上昇によっ
て拡がり勝手となる。したがってコリメータ鏡筒８を線
膨張係数の大きい樹脂部とすることがギャップＧの変化
分を吸収する効率が最も高い。

さらに、樹脂材料に充填剤を充填すると、その樹脂材料
の線膨張係数が変化し、その線膨張係数は充填剤の含有
率によって変化する。したがって上記したフェライト粉
末等の磁性充填剤Ｆの量を適宜選択することによりコリ
メータ鏡筒８の熱膨張量を任意の値に設定できる。した
がって、上記したギャップＧの変化量ΔＸをコリメータ
レンズ４の焦点深度内に収まるようにコリメータ鏡筒８
の熱膨張量Δ１３　を選択することが可能であり、この
ようにすれば、ギヤツブＧ精度を確保するためのペルチ
ェ素子やヒータ等の温調素子が不要となる。

ここで、第１．第２ホルダ７．９を亜鉛グイキャスト酸
、チップ基台１０を銅製、コリメータ鏡筒８をＰＥＳと
フェライト粉末の複合材料とした場合の実験データを示
す。

亜鉛型の第１．第２ホルダ７．９の線膨張係数をαｌ　
、α２、コリメータ鏡筒８の線膨張係数をα３、チップ
基台１０の線膨張係数をα４とすると、ギャップＧの変
化量ΔＸは ΔＸ＝　（（ａｔ　１１＋ａｚ　１ｚ）−（α３　ｆＬ
ｓ＋α４交４））ａｔ で示される。そして各部の寸法等を、 １（＝１．７ｍｍ　　、　　ｌ　２　＝９．３ｍｍ　　
、　　！；Ｌ３　＝８．８ｍｍ　　　。

交４　　＝　２．５５１１１１　、αｉ　、α２　　＝
　２．７４Ｘ　ｌ　Ｏ−５（１／’０）　　、α３　＝
３．８　Ｘ　１０−５　（１／’Ｏ）　　。

αａ　＝　１．６５Ｘ　１０−５（１／　”Ｃ）　　、
Δｔ＝４０’とすると、 Δｘ＝　（２，７４Ｘ（１，７＋９．３）−（３，８Ｘ
８．８　＋１．６５Ｘ　２．５５）　　）　　Ｘ　１Ｇ
−５Ｘ　４０＝　０．００００３７　　（ａｍ）＝　０
．０３７　　（ＩＬｍ）となる。

通常ギャップ変化量（ΔＸ）に対する許容値は２（ｐｍ
）程度であり、所定のビーム形状を得られる。

第６図および第７図は、本発明のレーザーチップ）ｌを
適用した画像形成装置の一例を示すものであり、図にお
いて２０は第１光学系、２１は第２光学系であるレーザ
ースキャナユニット、２２は感光体ドラムである。

第１光学系２０は原稿台２３上に載置された原稿を照明
するランプ２４と、ミラー２５　、２６　。

２７と、レンズ２８と、ミラー２９　、３０　。

３１とを有しており、原稿からの反射光をミラー２５，
２６．２７を介し、レンズ２８を通過させ、さらにミラ
ー２９，３０．３１を介して感光体ドラム２２上に導く
。

第２光学系２１は第７図に示すようにレーザーユニット
ｌと、シリンドリカルレンズ３２ａと、モータ３２と、
モータ３２に直結され矢印Ｇ方向に回転するポリゴンミ
ラー３３と、トーリックレンズ（ｆＯレンズ）３４を有
しており、レーザーチップ）１から出射されたレーザー
ビームをポリゴンミラー３３で走査して、ｆθレンズ３
４を介して感光体ドラム２２上に導く。

上記構成において第２光学系であるレーザースキャナユ
ニット２１の働きと構成について説明すると、先ず第１
にはコンピュータやワードプロセッサー等の出力に接続
することによってユニット２１を潜像形成手段として機
能させ、第１光学系２０によって形成される画像との合
成画像を形成する用い方がある。また、第２には画像の
先端部の余白形成や、転写紙と次の転写紙の間に対応す
る感光体ドラム２２上の領域の不要な電荷の消去を行な
う用い方がある。さらに、第３にはデジタイザー等の座
標入力手段と組合せて第１光学系２０によって形成され
る原稿画像の不要部分を消去するマスキング機能やトリ
ミング機部を果すために用いる場合がある。さらにまた
、第４には第１光学系２０の光路の一部を遮断してその
部分に日付やページ等の原稿画像に記されていない情報
を付加するアドオン機能を用いる場合もある。

レーザースキャナユニット２１は第５図に示すように支
持板３５の下面に図示しない固定ビスにより吊り下げ固
定されている。また、本実施例においてはレーザービー
ムを感光体ドラム２２上に導くミラー３９も支持板３５
の下面に吊り下げ固定されている。従って、レーザース
キャナユニッ）２１の位置調整に際しては感光体ドラム
２２の母線方向対して上記第１光学系ｌの光路Ｂを平行
に設定すると共に、レーザースキャナユニット２１の主
走査方向を母線方向に平行に設定するようにミラー３９
の位置を調整して行なわれる。

本発明のレーザーユニット１を、このような画像形成装
置に適用した場合には、使用環境温度が急激に低下して
も、コリメータ鏡筒８の断熱効果によってコリメータレ
ンズ４の結露が防止され、冬場の朝一番の使用や、温度
変化の激しい地域での使用にあたっても常に良好な画像
を得ることができる。またレーザ−チップ４駆動時に発
生する熱は、熱伝導率の高いチップ基台１０、第１ホル
ダ７、第２ホルダ９を介して放熱されて、レーザーの特
性変化を可及的に小さくすることができ、良好な画質を
維持できる。

尚、本発明のレーザーユニットは、このようなレーザー
複写機等の画像形成装置に限定されるものではなく、そ
の他ＣＤプレイヤ等の各種装置に適用することができる
。

（発明の効果） 本発明は、以上の構成および作用から成るもので、レー
ザーチップの近傍を放熱部材にて構成すると共に、コリ
メータ鏡筒を断熱部材にて構成したことにより、レーザ
ーユニットの良好な放熱性を維持しつつ、環境温度に急
激な変化が生じた場合でも、コリメータレンズ表面の結
露を防止してビームを正確に照射できる。この結果、デ
ジタル複写機等に適用した場合に常時質の高い画像を形
成することができるという効果を奏する。。

また、コリメータ鏡筒には磁性材が含まれているので、
レーザー発光素子とコリメータレンズ間のギャップを調
整する際に、コリメータ鏡筒を磁石でもって保持してギ
ャップの調整を行なうことができるので、コリメータレ
ンズの機械的な歪やエアミ畏ト等の付着等の不具合はな
く、ギャップの調整を迅速かつ高精度に行なうことがで
きるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレーザーユニットの縦
断面図、第２図は第１図のレーザーユニットのギャップ
調整用の調整装置の一例を示す配置構成図、第３図は第
１図の装置の各構成部の熱膨張の状態を示した模式的構
成図、第４図は第１図の装置の側面図、第５図は第１図
の装置の概略分解斜視図、第６図は第１図のレーザーユ
ニットが適用された画像形成装置の概略構成図、第７図
は第６図の装置のレーザースキャナユニットの平面図、
第８図は従来のレーザーユニットの縦断面図である。 符号の説明 ｌ・・・レーザーユニット　２・・・組付部材３・・・
レーザーチップ　　４・・・コリメータレンズ５・・・
レーザー素子　　　７・・・第１ホルダ８・・・コリメ
ータ鏡筒　　９・・・第２ホルダ１０・・・チップ基台
　　　１２・・・基準段部Ｇ・・・ギャップ　　　　　
Ｆ・・・磁性充填剤特許出願人　キャノン株式会社、。 代理人　弁理士　　世　　良　　和　　信：、：、”　
−，１・□１、Ｉ・、１ノ。 代理人　弁理士　　奥　　１）　規　　之、７１７、′
、、′１．゛９’−ｊ’、ど ４ａ 第３図 第４図 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザーチップとコリメータレンズとを所
   定のギャップを設けて一体に組付けた組立体であって、
   上記コリメータレンズを保持するコリメータ鏡筒を備え
   、該コリメータ鏡筒を光軸方向に移動させることにより
   ギャップを調整可能としたレーザーユニットにおいて、 前記コリメータ鏡筒を磁性材が添加された断熱部材にて
   構成すると共に、前記レーザーチップ近傍を放熱部材に
   て構成したことを特徴とするレーザーユニット。
2. （２）前記断熱部材が樹脂であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のレーザーユニット。
3. （３）前記断熱部材がセラミックであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のレーザーユニット。
4. （４）前記磁性材が磁性粉末であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第３項のいづれかの項に記載の
   レーザーユニット。