JPH03500997A - 発光ダイオードプリントヘッド - 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】 発光ダイオードプリントヘッド １、技術分野 本発明は、当間隔に配置され、受光体若しくは他の情報を受ける媒体を露光させ るため個別に駆動することができる一列の発光ダイオード（Ｌ　Ｅ　Ｄ）を使用 した形式のプリントヘッドに係り、特に発光ダイオードアレーチップ及びそのよ うなプリントヘッドに組み込まれる他の電気素子を支持する手段に関する。

２、従来技術 本発明が直接関連する形式のプリントヘッドは当間隔に配置された一列の発光ダ イオード（ＬＥＤ）を有しており、同ダイオードは個別に駆動することができ、 受光体若しくは他の情報を受ける媒体を露光して像パターンを再生する。標準Ｄ ＴＮＡ４用紙の大きさに用いられるこの形式の従来のＬＥＤアレーは約Ｈ６＋ａ ｍの長さがある。個々の発光源はとても小さく狭い間隔、例えばｌｅａ当たりに １６０個配置されており、このため現在の技術では単体で十分な長さを持ったア レーを提供するのは不可能である。従ってアレーは各々の長さが通常１０ｔ＋＋ ＋以下の多くの個々のＬＥＤアレーチップからなり、各々の端が接続されて取り 付けられ完全なアレーを形成している。

ＬＥＤ地域を個別に駆動制御するため、各ＬＥＤチップは対応する制御チップの 一つの一方の端と接続され、次いで各制御チップの他方の端が、プリントヘッド と同プリントヘッドが使用される装置の他の電気部品とを接続するサーキットボ ード手段に接続されている。

この種の最も周知のプリントヘッドにおいては、ＬＥＤアレーチップと、駆動チ ップと、サーキットボード手段とは全て断面が略長方形の支持バーの広い方の平 坦面に支持されており、またその反対側の平坦面にはフィン付きのヒートシンク メタル等が取り付けられ、バーから熱を発散させる。バーそれ自身は例えばステ ンレス等の金属から形成され、ＬＥＤアレーチップを支持する金属（通常ガリウ ム・ひ素合金）の膨張係数と略同−の膨張係数を有している。発せられた光りが セルフォックレンズと称される大変焦点距離の短いレンズによって精密に焦点合 わせすることができるように、ＬＥＤチップの発光部分は精密に同一平面上に位 置していなければならないので、ＬＥＤアレーチップを支持する支持バーの表面 は全体が共通して平坦でなければならないし、またプリントヘッドの作動中にチ ップからバーに発せられる熱にもかかわらずその平坦性を維持しなければならな い。

広い方の平坦面にチップが取り付けられた支持バーの通常の使用に際しては、発 光部分の必要な平坦性を達成し及び維持するのに２つの問題がある。第１は、所 望の熱膨張係数を有するステンレス若しくは他の金属合金からなるバーを所望の 公差を得るように加工するのが困難な点である。第２は、チップ、特にＬＥＤア レーチップがその平坦な支持面の中央部分に沿つてバーに対してかなりの熱を放 出するので、この結果バーに熱勾配が生じて、その長手方向及び長手方向に直交 する方向に曲がり易くなる点である。従って支持表面は単に一方向に曲がるので はなくて、膨れ上がるように変形し、その予想な困鮭で、また従来の冷却手段に よってはその変形を防ぐことができない。

１９７２年ｌＯ月２４日発行の米国特許第３．７０１．１２３には、支持バーの 狭い端面に沿って個々のＬＥＤチップが一列に取り付けられた集積回路モジュー ルが開示されており、ここでその広い平坦面には制御チップ及びその制御チップ をＬＥＤチップに接続するワイヤリング手段が設けられている。複数のこのよう なバーが、その広い平坦面が向かい合うように固定され、２次元視覚ディスプレ イとなっている。しかしながら、開示された構成においては、支持バーから熱を 発散するための手段が設けられておらず、装置が単に視覚ディスプレイとしての み使用されるように意図されているので、ＬＥＤ部分が厳密に同一平面上に位置 しなければならないということは要求されない。

米国特許第４．５０６，２７２には、円筒形バーに沿って小さなヒータ要素が一 列に位置するサーマルプリントヘッドが開示されており、同パーは次いで制御チ ップを支持する基質部材と、ヒータ要素を駆動する電気的要素との間にサンドイ ッチ状に挟まれた支持バーの凹状の狭い端面によって支持されている。サーマル プリントヘッドから熱を発散させる手段は全く開示されていないし、印刷される 用紙がヒータ要素に接し、少々の変形及び不正確さを許容するので、この種の装 置は本来、極端に高い精度でヒータ要素を同一平面上に維持させる必要はない。

茜１！υ１１ 本発明によれば、ＬＥＤアレープリントヘッドは断面が略長方形の長尺の支持バ ーを有しており、その長くて比較的狭い端面には端と端が接続されたＬＥＤアレ ーチップが一列に取り付けられている。支持バーはヒートシンク即ち熱発散部材 の間にサンドイッチ状に挟まれており、同部材はバーの広い面に対向し、かつプ リントヘッドが組み込まれた装置の回路にＬＥＤアレーチップを接続する回路ボ ード手段を支持している。ＬＥＤアレーチ７プを支持するバーの狭い端面のみを 高い精度で加工すればよく、またチップを支持する面の幅が狭いので、その表面 の熱変形という問題が低減される。

本発明及びその新規な特徴を実現する種々の手段が、その実施例の記載及び添付 した図面によって明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に係るＬＥＤアレープリントヘッドの一部切り欠き斜視図、 第２図は第１図に示すプリントヘッドの部分正面図、第３図は第１図及び第２図 に示すプリントヘッドの端面図、 第４図は第２図の４−４線視断面図、 第５図は記載のプリントヘッドに使用されるＬＥＤアレーチップの一つを示す部 分平面図、 第６図は第１図の部分を拡大し、プリントヘッドの電気要素の付加数詳細を示し た部分斜視図、第７図は第３図に対応する本発明の他の実施例を示す端面図であ る。

医】膨ｌ 第１図に示されているように、本発明本発明の実施例に係るＬＥＤプリントヘッ ド１０は断面が略長方形の長尺の支持バー１２を有しており、同バーは比較的狭 い長尺のＴｑ端面１４．１６及び比較的広い長尺の両端面１８．２０を有してい る。面１４のみが高い精度で平坦に加工され、端面２２．２４を含めて他の面は 通常の公差で平坦に加工されている。

後に詳述されるように、各々が轟間隔の発光領域で中央列を形成する複数のＬＥ Ｄアレーチップ２６は、バー１２の狭い端面１４の中央領域に沿って端と端が接 着されており、この場合各ＬＥＤアレーチップは、バーのその端面に同様に接着 された対応する２つの制御チップ２８の間に位置している。

熱発散部材３０，３２はバー１２の広い端面１８．２０の各々に取り付けられて おり、この結果バーはこれら部材の対向する表面３４．３６０間にサンドイッチ 状に挟まれている。部材３０．３２はアルミニウム等の高い伝熱係数を有する金 属から形成され、また冷却フィン３８が設けられており、それら部材の表面積を 増加させている。シリコングリース若しくは他の伝熱金属はバー１２の対向面及 び部材３０．３２の閾に設けられ、これら表面の間の熱の伝達を良好にしている 。部材３０．３２は、第２＠及び第４図に示されるように、中央ねじ４０及び端 ねじ４２によって適宜の位置に保持されている。

ナツト４６と熱発散部材の近接面４８との間のスプリングワッシャ４４がバー１ ２に対して近接面を保持している。中央ねじ４０はバー１２及び部材３０．３２ の対応する孔内にフィツトする。端ねじも同様にバー１２内の対応する孔にフィ ツトする一方、第２図の破線４８で示されるように、これらのねじを収容する部 材３０．３２の孔はプリントヘッドの長さ方向に沿って長くされており、この結 果、バーの端部分の対向する表面と、熱発散部材との間で若干の摺動が生じ、熱 膨張の相異を許容する。

部材３０．３２の各々の支持面５０，３２は、支持バー１２の面１４に対して実 質的に同一面をなし、各々回路ボード５４．５６を支持している。回路ボードは 比較的弾性的なセメント若しくはクリップ若しくは部材３０．３２をバー１２に 保持するために用いられるものと同様なねじ手段によって適宜の位置に保持され 、これによって回路ボード材と熱発散部材との間の熱膨張の違いによって生じる それらの間の摺動が若干許容される。比較的大きな熱を発生し、勝つ本来的に壊 れやすいＬＥＤアレーと異なり、制御チップと回路ボードは比較的熱の発生が少 なく、また比較的強固であり、これによってそれらが取り付けられる表面の膨張 係数と、それらの膨張係数とを厳密に一致させる必要がなくなる。

部材３０．３２と、支持バー１２の対向面若しくは回路ボード３０．３２との間 の相対運動を減らしたい場合、特に比較的長いプリントヘッドの場合には、幾つ かの熱発散部材が支持バーの各面に沿って、違いに端と端とを近接させて使用さ れる。このような各部分は前述した３つのねじ要素若しくはこれと同等な手段に よって支持バーに取り付けられている。

第３図はＬＥＤアレーチッグ２６の一つを拡大して示した部分図であり、チップ の中央に沿って位置決めされると共に、接続バー６２によって対応する接続パッ ド６０に接続された個々の発光領域５Ｂを示している。第６図に示されるように 各ＬＥＤアレーチップ２６及びその対応する制御チップはアセンブリモジュール ６４を有しており、同モジュール内で、伝導ワイヤ６８が設けられたプラスチッ ク材６６のウェブを使用したテープ自動接続（ＴＡＢ）処理によってチップ同士 が互いに以前のように接続されている。内部モジュール領域７０は近接配置され た多くのワイヤを有しており、同ワイヤはアレーチップ２６を対応する制御チッ プ２８に接続している。

外部モジュール領域７２は数は少ないが広い間隔を於いて配置されたワイヤを有 しており、同ワイヤは各々の制御チップを各々の回路ボード５４．５６の対応す る伝導ストリップ７４に接続している。回路ボードは接着パッド７６を有してお り、これによってプリントヘッドが電源及びプリントヘッド外部の制御部に接続 されて６する。

各アセンブリモジュールは接着剤によってチップの下面上で支持バーに取り付け られており、外部のポジュール部分の接続ワイヤは、プラスチックウェブ材内の 開ロア８内で、回路ボード５４．５６の伝導ストリップに接着されている。回路 ボードは対応する部材３０．３２に既に取り付けられている。このモジュラ−構 造体の詳細は、各々１９８８年８月５日及び１９８８年８月１０日に出願された 本出願人による米国特許出願第２２８．６４１及び第２３８．６４５に開示され ている。しかしながらチップを支持バーに取り付け、チップを互いに電気的に接 続し及び回路ボードに電気的に接続するのに他の手段を使用できることは勿論で ある。例えば、支持バーに直接接着されるよりは、各ＬＥＤアレーチップは支持 プレート若しくはパレットに接着され、同パレットは次いで支持バーに接着され ている。同様に、ＴＡＢ記述を使用したモジュール構造体を使用するのではなく て、チップと回路ボードは従来のワイヤ接着手段によって接続されている。

発光領域からの光りで光導電体若しくは他の感光体表面上に像を形成するため、 いわゆるセルフォックレンズバー８０が、ＬＥＤアレーチップに近接配置されｔ ；その端部の近傍で、スロット８８を通して延びるねじ８５によって支持バー１ ２の両端面２２．２４に取り付けられた調整可能な支持アーム８２．８４によっ て支持されている。レンズバー８０と支持バー１２の間の熱膨張率の違いを許容 するため、レンズパーの一方の端がねじ９０によって支持されている一方、レン ズパーの他方の端はアーム８８の孔内に摺動自在にがん入されたビン９２によっ て支持されている。

バー１２のチップ支持表面１４に最も近い熱発散部材のフィン３８は同表面から 離れたフィンよりも広くなっており、この結果熱はバーのより熱い部分で速やか に発散され、これによって表面１４と１６の間のバーの熱勾配を減少させる。こ れらの表面はもし完全に取り喚かれたならば、ＬＥＤアレーチップの発光領域に よって形成される線に沿ってバーが曲がるのを防ぐことができる。

描かれた冷却フィンは単に図面の便宜のためのものであり、他の種々の形式及び 形態のフィン若しくは他の熱発散手段を使用してバーの熱勾配を減少させること も可能である。更に支持バーそれ自身にスロットが形成され、またフィン状に形 成されて村り、また冷却液通路がバー内若しくは冷却部材若しくは双方に設けら れている。同様に、種々の手段がバーの下面に補足熱を加えるために使用され、 熱勾配を最小限にする。例えば、サーミスタが使用され、支持バーに沿った多く の点で表面１４．１６の対応する領域の温度が計測されてバーの下面１６に接着 されｔ；補足発熱抵抗が制御される。若しくは、張力ゲージがバーに接着され、 変形を計測してそのような補助的な発熱手段を制御して曲げ変形を消去する。

第７図は前述した実施例と同様な本発明の他の実施例を示している。この実施例 が前述の実施例と相異する点はＬＥＤアレーチップ９４が対応する狭い方の支持 バー９６によって支持されており、制御チップ９８と回路ボード１００の双方が 、熱発散部材１０２によって支持されている。

プリントヘッドは、それが支持バー表面１４と保合可能な支持手段によって設置 されている装置内で感光表面に対して位置決めされているのが望ましく、この結 果表面１４と１６との間の方向へのバーの熱膨張は感光表面に対して発光領域の 位置に影響を与えない。

産業上の利用分野及び効果 本発明はコピー及び印刷装置内に使用される形式のＬＥＤプリントヘッドに用い て好適であり、プリントへ・ンドのコストを低減し、同時にその性能を向上させ る。

ＦＩＧ、　７ １ｍ＋、ｖｎ＋ｌｏｅｍｌ　Ａ＊ａｌｉ、、＋ｉｅｎ　Ｎ。　ＰＣＴ／υＳ　８ ９１０３６３５匡＠調交報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．端対端に位置決めされた一列のＬＥＤアレーチップを有し、当間隔に位置決 めされた一列の発光領域を提供するＬＥＤアレープリントヘッドにおいて、比較 的広くて長い一対の平坦面の間に比較的狭くて長い一対の平坦面を有する略長方 形の長尺支持パーと、前記支持バーの比較的狭い平坦面平里面の一方の中央領域 に沿って端対端の関係で前記一列のＬＥＤアレーチップを取り付ける取り付け手 段と、 前記比較的広い平坦面の双方と熱伝導関係にあり、それらの表面から熱を発散さ せる熱発散手段と、を有することを特徴とするＬＥＤアレープリントヘッド。
2. ２．前記熱発散手段は前記バーの前記広い平坦面の各々と熱伝導関係に向かい合 う平坦な熱伝導表面を有する２つの熱発散部材を有し、同部材はは前記バーの熱 伝導係数よりも大きな熱伝導係数を有する金属によって形成され、また前記バー を越えて前記部材の部分の表面積を広げる冷却手段を有することを特徴とする請 求の範囲第１項記載のＬＥＤアレープリントヘッド。
3. ３．前記冷却手段は複数のフィンを有することを特徴とする請求の範囲第２項記 載のＬＥＤアレープリントヘッド。
4. ４．前記バーの対向する表面を互いに熱伝導関係に維持する一方、それら表面の 部分間の相対的な摺動を許容して前記熱発散部材と前記バーとの間の熱膨張率の 違いを収容する手段を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のＬＥＤア レープリントヘッド。
5. ５．前記熱発散手段は、前記バーの前記狭い平坦面の両端で略同一平面上に平坦 な支持表面を形成し、前記発光アレーチップ以外の前記プリントヘッドの電気素 子を支持することを特徴とする請求の範囲第１項記載のＬＥＤアレープリントヘ ッド。
6. ６．前記ＬＥＤアレーチップの各々の両端で前記バーの前記狭い平坦面上で支持 された制御チップと前記ＬＥＤアレーチップの各々を対応する２つの制御チップ に電気的に接続する手段とを有することを特徴とする請求の範囲第５項記載のＬ ＥＤアレープリントヘッド。
7. ７．前記平坦な支持面の各々に支持されると共に、隣合う前記制御チップを電気 的に接続する回路ボード手段を有することを特徴とする請求の範囲第６項記載の ＬＥＤアレープリントヘッド。
8. ８．前記バーの両端に調整可能に接続された支持手段の前記一列のＬＥＤアレー チップの近傍の両端によって支持されたセルフォックレンズ要素を有することを 特徴とする請求の範囲第１項記載のＬＥＤアレープリントヘッド。
9. ９．前記支持バーの前記狭い平坦面の前記一方は、前記バーの他の平坦面よりも 高い精度でより平坦であることを特徴とする請求の食んだ医１乞う記数のＬＥＤ アレープリントヘッド。