(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の下面に配列された複数個の発光素子アレイチップと前記透明基板の上面に配列された複数個のレンズとを１対１に対応させて配設した光プリンタヘッドの製造方法であって、前記複数個のレンズを下記工程Ａ〜Ｃにより形成することを特徴とする光プリンタヘッドの製造方法。
工程Ａ：ガラスから成る透明基板の上面に、金属ペーストを印刷・塗布し焼き付けることによって複数個の発光素子アレイチップ上に対応する複数個の孔部を有した金属から成る枠体を配置する工程
工程Ｂ：前記枠体の各孔部にガラスペーストもしくは液状になした透明樹脂の前駆体をそれ自身の表面張力によって表面が略球面状となるように入り込ませる工程
工程Ｃ：前記孔部に充填したガラスペーストもしくは前記前駆体を硬化させることにより前記複数個の孔部内に個々に配設された複数個のレンズを前記透明基板と一体的に形成する工程
【請求項２】
前記複数個の発光素子アレイチップを対応する前記レンズの光軸が中央に位置するように前記透明基板の下面に搭載することを特徴とする請求項１に記載の光プリンタヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記レンズを前記透明基板と同質の透明材料で形成することを特徴とする請求項１に記載の光プリンタヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真式プリンタ等の光源として使用される光プリンタヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真式プリンタ等の光源としてＬＥＤプリンタヘッド等の光プリンタヘッドが使用されている。
【０００３】
かかる光プリンタヘッドは、例えば、ベースプレート上に支持された複数個の発光素子アレイチップと、レンズプレート上に支持された複数個のレンズとを、前記アレイチップと前記レンズとが１対１に対応するようにして配設した構造を有しており、発光素子アレイチップの各発光素子を外部からの印画データに対応させて個々に選択的に発光・駆動させるとともに該発光した光を前記レンズを介して外部の感光体に照射・結像させ、感光体に所定の潜像を形成することによって光プリンタヘッドとして機能するものである。尚、前記レンズプレートには所定の光透過孔が形成されており、該透過孔を介して発光素子アレイチップからの光が対応するレンズ内に導入されるようになっている。
【０００４】
尚、前記レンズはガラスや透明樹脂から成り、例えばポリメチルメタクリレートやポリカーボネート等の透明樹脂から成る場合、従来周知の射出成形等によって個々に製作され、このようにして得られたレンズを所定個数、レンズプレートの所定位置に個々に位置決め・固定することによりレンズプレート上で支持される。
【０００５】
このとき、レンズと発光素子アレイチップの位置関係にズレが生じると感光体に結像される潜像ににじみや白スジ、黒スジ等が発生してしまうことから、正確な潜像を得るにはレンズの位置決めを極めて高精度（±５μｍ以内）に行なっておく必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光プリンタヘッドにおいては、複数個のレンズをレンズプレート上に個々に位置決め・固定するようにしており、しかも各レンズの位置決めには極めて高い位置精度が要求されていることから、レンズの位置合わせに長時間を要し、その結果、光プリンタヘッドの生産性が大幅に低下する欠点を有している。
【０００７】
また従来の光プリンタヘッドにおいては、複数個の発光素子アレイチップと複数個のレンズとがそれぞれ別個のプレートで支持されていることから、当初のレンズ位置が正確であったとしても、その後の使用に伴う、感光体や用紙供給機構，現像器，熱定着器等の他のデバイスからの振動やレンズプレート−ベースプレート間の線膨張係数の相違等に起因してレンズが発光素子アレイチップに対して位置ズレを起こすことがあり、その場合、感光体に結像される潜像ににじみや白スジ、黒スジ等が発生する欠点が誘発される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、本発明の光プリンタヘッドの製造方法は、透明基板の下面に配列された複数個の発光素子アレイチップと前記透明基板の上面に配列された複数個のレンズとを１対１に対応させて配設した光プリンタヘッドの製造方法であって、前記複数個のレンズを下記工程Ａ〜Ｃにより形成することを特徴とするものである。
【０００９】
工程Ａ：ガラスから成る透明基板の上面に、金属ペーストを印刷・塗布し焼き付けることによって複数個の発光素子アレイチップ上に対応する複数個の孔部を有した金属から成る枠体を配置する工程
工程Ｂ：前記枠体の各孔部にガラスペーストもしくは液状になした透明樹脂の前駆体をそれ自身の表面張力によって表面が略球面状となるように入り込ませる工程
工程Ｃ：前記孔部に充填したガラスペーストもしくは前記前駆体を硬化させることにより前記複数個の孔部内に個々に配設された複数個のレンズを前記透明基板と一体的に形成する工程
また本発明の光プリンタヘッドの製造方法は、上記構成において、前記複数個の発光素子アレイチップを対応する前記レンズの光軸が中央に位置するように前記透明基板の下面に搭載することを特徴とするものである。
【００１０】
更に本発明の光プリンタヘッドの製造方法は、上記構成において、前記レンズを前記透明基板と同質の透明材料で形成することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の製法によって製作した光プリンタヘッドの断面図、図２は図１の光プリンタヘッドに使用される透明基板の上面図であり、1 は透明基板、2 は発光素子アレイチップ、3 は枠体、3aは孔部、4 はレンズである。
【００１２】
前記透明基板1 は、例えばホウケイ酸ガラスや石英，サファイア，結晶化ガラス等の透明な絶縁材料から成り、その下面には直線状に配列・搭載される複数個の発光素子アレイチップ2 及び該アレイチップ2 に外部電源からの電力を供給するための給電回路パターン（図示せず）が、また上面には前記発光素子アレイチップ2 と１対１に対応する複数個のレンズ4 及び枠体3 がそれぞれ取着される。
【００１３】
前記透明基板1 はその上面及び下面で、発光素子アレイチップ2 や枠体3 ，レンズ4 等を支持するための支持母材として機能するものであり、例えばホウケイ酸ガラスから成る場合、従来周知のフローティング法等によって所定厚みの板体を形成し、これを所定形状に切断・加工することにより製作される。
【００１４】
尚、ここで前記基板1 を透明材料により形成するのは、その下面に取着・搭載される発光素子アレイチップ2 からの光をレンズ4 が配置される基板1 の上面側に透過させるためである。
【００１５】
また前記透明基板1 の下面に配列・搭載されている複数個の発光素子アレイチップ2 は、各々の上面に直線状に配列された多数の発光素子を有しており、これら発光素子に外部からの印画データに基づいて外部電源からの電力が印加されると前記発光素子を個々に選択的に発光させるようになっている。これら発光素子の発した光は後述するレンズ4 を介して感光体P の表面に照射され、感光体P に所定の潜像を形成する。
【００１６】
このような発光素子としては例えばＧａＡｓＰ系、ＧａＰ系の発光ダイオードが使用され、例えば、ＧａＡｓＰ系の発光ダイオードの場合には、まずＧａＡｓの基板を炉中にて高温に加熱するとともにＡｓＨ3 （アルシン）とＰＨ3 （ホスヒン）とＧａ（ガリウム）を適量に含むガスを接触させて基板表面にｎ型半導体のＧａＡｓＰ（ガリウム−砒素−リン）の単結晶を成長させ、次にＧａＡｓＰ単結晶表面にＳｉ3 Ｎ4 （窒化シリコン）の窓付膜を被着させるとともに該窓部にＺｎ（亜鉛）のガスをさらし、ｎ型半導体のＧａＡｓＰ単結晶の一部にＺｎを拡散させてｐ型半導体を形成し、ｐｎ接合をもたすことによって形成される。
【００１７】
例えば、Ａ４サイズ、３００ｄｐｉの光プリンタヘッドを構成する場合、６４個の発光ダイオードを１単位とした４０個の５０８ｄｐｉの発光ダイオードアレイチップを透明基板1 の下面に、その発光面が透明基板1 と対面するようにして、且つ個々のチップ間に所定の間隔をあけて直線状に配列・搭載させる。尚、前記発光ダイオードアレイチップの透明基板1 上への搭載は例えば従来周知のフェースダウンボンディング等によって行なわれる。
【００１８】
また一方、前記透明基板1 上面の枠体3 は直線状に配列した複数個の孔部3aを有しており、これら各々の孔部3a内にはレンズ4 が個々に配設される。
【００１９】
前記枠体3 はＡｇ（銀）やＡｕ（金），Ｃｕ（銅），Ｎｉ（ニッケル）等の金属から成り、該枠体3 の孔部3aは、各々の発光素子アレイ2 上で略円形をなすように形成され、その内周面でレンズ4 の外周部を支持するようになっている。
【００２０】
また前記レンズ4 は例えば透明基板1 と同質の透明材料、例えばホウケイ酸ガラス等から成り、先に述べた発光素子アレイ2 と１対１に対応するように、より具体的には、各レンズ4 の光軸が対応する発光素子アレイ2 の中央に位置するように配された上、透明基板1 の上面に焼き付けられている。
【００２１】
前記レンズ4 は発光素子アレイ2 の発光素子の光を所定の倍率で拡大し、これを外部の感光体P にライン状に照射させる作用、即ち、全ての発光素子アレイ2 からの光を感光体P の表面に一列状に照射・結像させる作用を為す。
【００２２】
例えば、５０８ｄｐｉの発光素子アレイ2 を４０個用いてＡ４サイズの光プリンタヘッドを構成する場合、倍率１．６９２倍のレンズ4 を発光素子アレイ2 の発光面より８．８ｍｍだけ上方に配置させる。尚、この場合、隣接する発光素子アレイ2 間の距離は５．４１４ｍｍに設定される。
【００２３】
またこの場合、前記レンズ4 は透明基板1 と同質の透明材料で形成されているため、レンズ4 の線膨張係数が透明基板1 の線膨張係数と実質的に等しくなっており、従って、光プリンタヘッドを電子写真式プリンタの光源として使用した際、レンズ4 と透明基板1 の両者に熱が印加されてもレンズ4 と透明基板1 とは略同一の量だけ熱膨張し、両者間に位置ズレや大きな熱応力が発生することはない。よって、発光素子アレイ2 からの光は対応するレンズ4 を介して正確、且つ鮮明に感光体P に照射・結像されることとなる。
【００２４】
かくして上述した光プリンタヘッドは、透明基板1 の下面に搭載した発光素子アレイ2 の各発光素子に外部からの印画データに基づいて所定の電力を印加し、発光素子を個々に選択的に発光させるとともに該発光した光をレンズ4 を介して外部の感光体P に照射・結像させ、感光体P に所定の潜像を形成することによって光プリンタヘッドとして機能する。
【００２５】
次に上述した光プリンタヘッドに使用されるレンズ4 の形成方法について図３（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００２６】
〔工程Ａ〕
まず、図３（ａ）に示す如く下面に所定の給電回路パターン（図示せず）が被着されている透明基板1 を準備し、該基板1 の上面に図３（ｂ）に示す如く複数個の孔部3aを有した枠体3 を被着・配置させる。
【００２７】
前記枠体3 は、Ａｇ（銀）やＡｕ（金），Ｃｕ（銅），Ｎｉ（ニッケル）等の金属粉末を含有した所定の金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって所定パターンに印刷・塗布し、これを４００℃〜６００℃の温度で焼き付けることによって１μｍ〜１０μｍの厚みに被着・形成される。尚、前記孔部3aの大きさは発光素子アレイ2 の長さに応じて設定されるべきものであり、例えば発光素子アレイ2 の長さが４ｍｍの場合、例えば径２ｍｍ〜４ｍｍの略円形をなすように形成される。
【００２８】
〔工程Ｂ〕
次に、図３（ｃ）に示す如く前記枠体3 の各孔部3aにガラスペースト4'を一定量ずつ充填する。
【００２９】
前記ガラスペースト4'は、例えばホウケイ酸ガラスの粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合してなり、かかるガラスペースト4'をディスペンサD 等を用いて孔部3a内に入り込ませることで充填される。このとき、各孔部3a内に充填されたガラスペースト4'はその広がりが孔部3aの内周によって等しく規制され、またガラスペースト4'の表面はそれ自身の表面張力によって曲面状、より具体的には曲率半径２ｍｍ〜１０ｍｍの略球面状をなす。
【００３０】
〔工程Ｃ〕
そして最後に、図３（ｄ）に示す如く各々の孔部3aに充填したガラスペースト4'を硬化させて複数個のレンズ4 を形成する。
【００３１】
前記ガラスペースト4'の硬化は熱の印加によって行なわれる。例えば枠体3 の軟化温度が６００℃である場合、それよりも低い温度（５００℃〜５５０℃の温度）でガラスペースト4'を焼き付け、これによって複数個のレンズ4 を透明基板1 の上面に強固に、且つ一体的に被着・形成させる。
【００３２】
また上述した透明基板1 の下面には、その後、複数個の発光素子アレイチップ2 が従来周知のフェースダウンボンディング等によって搭載され、これによって製品としての光プリンタヘッドが完成する。
【００３３】
以上のような製法によって複数個のレンズ4 を形成する場合、枠体3 の孔部３ａ内に充填されるガラスペースト4'はその広がりが各孔部3aの内周によって略等しく規制され、各孔部3a内に充填されるガラスペースト4'の径及び表面形状が略等しいものとなる。そのため、これらのガラスペースト4'を硬化させてなる複数個のレンズ4 の形状、大きさも全て略等しくなり、しかも、各レンズ4 は枠体3 の孔部内周によって正確に位置設定されることから、レンズ4 の位置決めも極めて高精度になる。即ち、本発明の製法によれば、レンズ4 の形成とほぼ同時にレンズ4 の位置合わせを行なうことができ、これによって光プリンタヘッドの生産性を大幅に向上させることが可能となる。
【００３４】
また本形態の製法によれば、複数個のレンズ4 と複数個の発光素子アレイチップ2 とが単一の基板1 によって支持されているため、その使用時に、感光体や用紙供給機構，現像器，熱定着器等の他のデバイスからの振動が印加されても、レンズ4 −発光素子アレイチップ2 間に位置ズレが発生することはなく、感光体P ににじみや白スジ、黒スジ等の少ない良好な潜像を形成することができる。
【００３５】
更に本形態の製法によれば、レンズ4 を透明基板1 と同質の透明材料で形成しておくことにより、両者の線膨張係数を実質的に等しくなし、これによって線膨張係数の相違に起因するレンズ4 −発光素子アレイチップ2 間の位置ズレも有効に防止することができる。この場合、感光体P には、にじみや白スジ、黒スジ等の殆どない極めて良好な潜像が形成されるようになる。
【００３６】
尚、本発明は上述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あれば種々の変更、改良等が可能である。
【００３７】
例えば上述の形態では透明基板1 やレンズ4 をホウケイ酸ガラス等の無機質材料で形成するようにしたが、これに代えて透明基板1 やレンズ4 をアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明な樹脂材料で形成しても構わない。この場合、レンズ4 の形成にはガラスペースト4'に代えて液状になした透明樹脂の前駆体が使用され、該前駆体は例えば１５０℃〜２５０℃の温度で熱硬化（重合）されるか、もしくは所定波長の紫外線を照射させることによって光硬化される。またこの場合、線膨張係数を一致させるという観点から、透明基板1 及びレンズ4 の一方を透明樹脂で形成する場合は他方も透明樹脂で形成するのが好ましい。
【００３８】
また上述の形態では複数個の発光素子アレイチップ2 と複数個のレンズ4 を一枚の透明基板1 で支持するようにしたが、これに代えて複数個の発光素子アレイチップ2 と複数個のレンズ4 を別個の透明基板で支持するようにしても良い。図４及び図５はそのような変形例を示すものである。
【００３９】
例えば図４の形態では複数個のレンズ4 を第１の透明基板1aで、複数個の発光素子アレイチップ2 を第２の透明基板1bで支持させ、更に第２の透明基板1bの上面に、光をより効率良く取り出すために複数個のマイクロレンズ5 を取着させている。かかる光プリンタヘッドを製作する場合、マイクロレンズ5 も上述したレンズ4 と同様の製法によって形成する。
【００４０】
また図５の形態では、２つの透明基板1c,1d を用いて複数個のレンズ4 と発光素子アレイチップ2 を別々の基板で支持する点については図４の形態と同じであるが、この形態では第１の透明基板1cの上面及び下面にレンズ4a,4b を対向させて取着させている。この場合、レンズ4bで発光素子の発する光を良好に取り込んだ上、これらをレンズ4aで良好に集光させることができるので、よりシャープな光（ビーム）が得られる利点もある。
【００４１】
更に上述の形態では枠体3 を透明基板1 上に配置させるのに金属ペーストの印刷及び焼き付けを採用したが、この場合、枠体の材質としては、レンズの形成に使用されるガラスペーストもしくは液状になした透明樹脂の前駆体の濡れ性が悪いものを用いるのが好ましい。
【００４２】
また更に上述の形態では枠体3 の孔部3aを円形になしたが、この形状に限定されるものではなく、例えば孔部3aを楕円形や略正方形状になしても構わない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、複数個のレンズを形成する場合、枠体の孔部内に充填されるガラスペースト等はその広がりが各孔部の内周によって略等しく規制され、各孔部内に充填されるガラスペースト等の径及び表面形状が略等しいものとなる。そのため、これらのガラスペースト等を硬化させてなる複数個のレンズの形状、大きさも全て略等しくなり、しかも、各レンズは金属ペーストを印刷・塗布し焼き付けることによって形成された、複数個の発光素子アレイチップ上に対応する複数個の孔部を有した金属から成る枠体の孔部内周によって正確に位置設定されることから、レンズの位置決めも極めて高精度になる。即ち、レンズの形成とほぼ同時にレンズの位置合わせを行なうことができ、これによって光プリンタヘッドの生産性を大幅に向上させることが可能となる。
【００４４】
また本発明によれば、複数個の発光素子アレイチップと複数個のレンズとを共通の透明基板で支持するようになすことで、光プリンタヘッドの使用時に他のデバイスからの振動等が印加されても、レンズ−発光素子アレイチップ間に位置ズレが発生することはなく、感光体ににじみや白スジ、黒スジ等の少ない良好な潜像を形成することができる。
【００４５】
更に本発明によれば、レンズを透明基板と同質の透明材料で形成しておくことにより、両者の線膨張係数を実質的に等しくなし、これによって線膨張係数の相違に起因するレンズ−発光素子アレイチップ間の位置ズレも有効に防止することができる。これにより、感光体には、にじみや白スジ、黒スジ等の殆どない極めて良好な潜像が形成されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製法によって製作した光プリンタヘッドの断面図である。
【図２】図１の光プリンタヘッドに使用される透明基板の上面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図４】本発明の変形例によって製作した光プリンタヘッドの断面図である。
【図５】本発明の変形例によって製作した光プリンタヘッドの断面図である。
【符号の説明】
1 ・・・透明基板、2 ・・・発光素子アレイチップ、3 ・・・枠体、3a・・・孔部、4 ・・・レンズ、4'・・・ガラスペースト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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