(57)【要約】熱可塑性樹脂で形成される第１部材である光学素子１０と、無機物で形成される第２部材である基板２０とを備え、光学素子１０と基板２０との間に分子接着剤層３０を有し、光学素子１０は、超音波で局所的に溶融されることにより分子接着剤層３０を介して基板２０に化学的に接合されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂で形成される第１部材と、無機物で形成される第２部材とを備え、
前記第１部材と前記第２部材との間に分子接着剤層を有し、
前記第１部材は、超音波で局所的に溶融されることにより前記分子接着剤層を介して前記第２部材に化学的に接合されている、接合体。
【請求項２】
前記分子接着剤層は、シランカップリング剤で形成される、請求項１に記載の接合体。
【請求項３】
前記第１部材は、少なくとも接合前に、前記第２部材側に突起部を有する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の接合体。
【請求項４】
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方は、前記第１部材及び前記第２部材の互いに対向する面に分子を活性化させる表面処理が施されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の接合体。
【請求項５】
前記第１及び第２部材は、光透過性を有する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の接合体。
【請求項６】
前記第１部材は光学素子であり、前記第２部材はガラス基板である、請求項１から５までのいずれか一項に記載の接合体。
【請求項７】
熱可塑性樹脂で形成される第３部材を備え、
前記第１部材と前記第３部材との間に分子接着剤層を有し、
前記第３部材は、超音波で局所的に溶融されることにより前記分子接着剤層を介して前記第１部材に化学的に接合されている、請求項１から６までのいずれか一項に記載の接合体。
【請求項８】
前記第３部材は、少なくとも前記第１部材との接合前に、前記第１部材側に突起部を有する、請求項７に記載の接合体。
【請求項９】
１つの前記第２部材に複数の前記第１部材が接合されている、請求項１から８までのいずれか一項に記載の接合体。
【請求項１０】
前記第１部材と前記第２部材とは平坦面で当接した状態で接合されている、請求項１から９までのいずれか一項に記載の接合体。
【請求項１１】
前記第１部材と前記第２部材との間に密閉空間が形成され、液体が密閉空間内に封入されている、請求項１から９までのいずれか一項に記載の接合体。
【請求項１２】
無機物で形成される第２部材において、熱可塑性樹脂で形成される第１部材に対向する面に分子接着剤層を設け、
前記第１部材を超音波で局所的に溶融して前記分子接着剤層を介して前記第２部材に化学的に接合させる、接合体の製造方法。
【請求項１３】
前記分子接着剤層を、シランカップリング剤で形成する、請求項１２に記載の接合体の製造方法。
【請求項１４】
前記第１部材は、接合前において前記第１部材を前記第２部材に積み重ねた際に前記第２部材に最初に接触する突起部を有する、請求項１２及び１３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１５】
前記第１部材及び前記第２部材の互いに対向する面の少なくとも一方に分子を活性化させる表面処理を施す、請求項１２から１４までのいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１６】
前記第１部材と前記第２部材との間に液体を挟んで接合させる、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂と無機物とで構成される接合体及び当該接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物と他の部材とを接合する方法として、熱可塑性樹脂同士を超音波で溶着させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、有機物と他の部材とを接合する別の方法として、シランカップリング剤含有の樹脂や、シランカップリング剤含有のプライマーを使用し、有機基材と無機基材とを接合する方法がある（例えば、特許文献２、３参照）。また、有機物と他の部材とを接合するさらに別の方法として、レーザー光を用いた異材接合方法によって、狙った位置のみを接合するという方法がある（例えば、特許文献４参照）。【０００３】
しかしながら、特許文献１の接合方法は対象の樹脂において互いに超音波が強く作用する部分を溶融し合うことで一体的に結合する方法であり、融点の異なる樹脂材料で形成される部材間や、樹脂とは異なる部材間との接合には不向きである。【０００４】
また、特許文献２、３の接合方法では、基材以外の組成物が接合界面に存在するため、基材の耐環境性以外に接合材（具体的には、樹脂やプライマー）の耐環境性も考慮しなければならない。例えば吸湿性の面でいえば、接合材の吸湿性が無機基材よりも高ければ膨潤し、接合部が剥がれるおそれがある。また、接合部の吸湿性が低ければ有機基材の膨潤負荷に耐えきれず、接合材が破壊されるおそれがある。また、量産において接合が良好な状態を再現させるために、シランカップリング剤と接合材とを混ぜ合わせる際の各含有量を管理しなければなない。さらに、特許文献２、３のように面で圧着するような方法は、シートやフィルムの接合には向いているが、熱を一様に伝えることができないため、形状のある部品を部分的に接合することが困難である。【０００５】
また、特許文献４の接合方法では、レーザー光を吸収する材料と、レーザー光を透過する材料との接合に限定され、例えば透明な部材同士や、黒色の部材同士の接合が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００２／０８４４０７号
【特許文献２】特開２０１３−９８３７７号公報
【特許文献３】国際公開第１９９８／１５４０１号
【特許文献４】特開２０１１−２３５５７０号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、熱可塑性樹脂及び無機物という互いに異なる部材が部分的に接合され、かつ接合状態が良好な接合体を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、この種の接合体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る接合体は、熱可塑性樹脂で形成される第１部材と、無機物で形成される第２部材とを備え、第１部材と第２部材との間に分子接着剤層を有し、第１部材は、超音波で局所的に溶融されることにより分子接着剤層を介して第２部材に化学的に接合されている。ここで、分子接着剤層とは、第１及び第２部材のいずれとも共有結合する接着剤単体で構成されるものであり、他の接着部材を含まない。
【００１０】
上記接合体によれば、分子接着剤層を用いた化学結合（具体的には、共有結合）によって熱可塑性樹脂及び無機物という互いに異なる部材を接合することができる。分子接着剤は、例えばシランカップリング剤のみのように、他の接合部材を混合しないため、安定した結合力を得ることができる。また、分子接着剤層は、共有結合をするため、共有結合しない接着剤層と比較して硬化時に収縮等が発生せず、第１及び第２部材間の位置ずれを防ぐことができる。また、分子接着剤層を介した接合は、共有結合しない接着剤層のように硬化反応が完了するまで固定する必要がなく、接合温度や冷却方法等の条件を適宜設定することで比較的短時間で行うことができる。また、超音波を用いて第１及び第２部材を接合するため、局所的に接合させることができる。接合時に溶融する熱可塑性樹脂は微少量であるため、この溶融した樹脂の収縮量は、全体が液体状の接着剤が硬化する場合の収縮量よりもはるかに小さく、硬化収縮や溶融時の熱影響が非常に小さい。そのため、第１及び第２部材間の位置ずれに影響しにくい。
【００１１】
本発明に係る接合体の製造方法は、無機物で形成される第２部材において、熱可塑性樹脂で形成される第１部材に対向する面に分子接着剤層を設け、第１部材を超音波で局所的に溶融して分子接着剤層を介して第２部材に化学的に接合させる。
【００１２】
上記接合体の製造方法によれば、分子接着剤層を用いた化学結合（共有結合）によって熱可塑性樹脂及び無機物という互いに異なる部材を安定して接合することができる。また、分子接着剤層は、硬化時に収縮等が発生せず、第１及び第２部材間の位置ずれを防ぐことができる。また、分子接着剤層を介した接合は、比較的短時間で行うことができる。また、超音波を用いて第１及び第２部材を接合するため、局所的に接合させることができる。接合時に溶融する熱可塑性樹脂は微少量であるため、硬化収縮や溶融時の熱影響が非常に小さく、第１及び第２部材間の位置ずれに影響しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａは、第１実施形態の接合体を含む光源ユニットの断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す接合体の平面図である。
【図２】図２Ａは、図１の接合体の部分拡大断面図であり、図２Ｂは、第１部材、分子接着剤層、及び第２部材間の結合関係を説明する図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｃは、接合体の製造方法を説明する図である。
【図４】超音波による接合について説明する図である。
【図５】図５Ａは、第２実施形態の接合体を含む光源ユニットの斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す接合体のＡＡ矢視断面図であり、図５Ｃは、図５Ａの光源ユニットの変形例を説明する図である。
【図６】図５Ａ等に示す光源ユニットを内蔵する作像ユニットを説明する図である。
【図７】第３実施形態の接合体を含む光源ユニットの断面図である。
【図８】第４実施形態の接合体の部分拡大断面図であり、図８Ａは、接合前の第１部材を説明する図であり、図８Ｂは、接合後の接合体を説明する図である。
【図９】図９Ａは、第５実施形態の接合体を含む光源ユニットの断面図であり、図９Ｂは、図９Ａのうち接合前の第１部材を説明する図である。
【図１０】第６実施形態の接合体を含む光源ユニットの断面図である。
【図１１】接合体を含む光源ユニットの変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る接合体等について説明する。図１Ａ及び１Ｂに示すように、接合体１００は、第１部材である光学素子１０と第２部材である基板２０とを有する。光学素子１０と基板２０とは、ＸＹ面に垂直なＺ軸方向に積み重ねられて接合されている。接合体１００は、例えば基板２０に発光素子２２を設けることにより、光源ユニット２００として利用することができる。
【００１５】
光学素子（第１部材）１０は、利用しようとする波長範囲の光を透過し得る光透過性を有する部材であり、例えば可視光領域の波長の光を透過する場合は透明の部材である。光学素子１０は、有機物である熱可塑性樹脂で形成されている。熱可塑性樹脂としては、超音波の振動エネルギーで溶融するものであり、例えばＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＣ（ポリカーボネト）等が用いられる。光学素子１０は、光軸ＯＡ方向から見て略円形の輪郭を有する。光学素子１０は、レンズ要素１０ａと、レンズ要素１０ａを周囲から支持する支持部１０ｂとを有する。レンズ要素１０ａは、例えば両凸の非球面レンズであり、第１光学面１１ａと第２光学面１１ｂとを有する。支持部１０ｂは、平板状の平板部分１２ａと、平板部分１２ａの外周から光軸ＯＡに平行に延びる環状の枠部分１２ｂとを有する。枠部分１２ｂの基板２０側の端面１２ｃには、突起部１２ｄが形成されている。突起部１２ｄは、光学素子１０と基板２０とを接合したい部分に形成されている。図示の例では、突起部１２ｄは、２重の円環状となっている。なお、突起部１２ｄの配置は、円環状に限らず、例えば光軸ＯＡに垂直な方向の線状でもよいし、光軸ＯＡを中心とした放射状でもよいし、点状でもよい。また、接合前の突起部１２ｄの断面形状は、図３Ａに示すような台形に限らず、例えば三角形、半球形、半楕円形等でもよい。突起部１２ｄと基板２０とは分子接着剤層３０を介して化学的に接合されている。図２Ａに拡大して示すように、突起部１２ｄの先端は、超音波によって溶融しており、この溶融した部分である溶融痕１２ｈが、光学素子１０と基板２０とを局所的に接合した部分となっている。光学素子１０は、例えば集光レンズとして用いられる。
【００１６】
基板（第２部材）２０は、透明で光透過性を有する板状部材であり、無機物であるガラスで形成されたガラス基板である。基板２０の第１面２０ａには、光学素子１０が接合されている。また、既に説明したように、図示の例では、基板２０の第２面２０ｂには、発光素子２２が設けられている。発光素子２２の中心は、光学素子１０の光軸ＯＡ上に配置される。発光素子２２としては、例えば有機ＥＬやＬＥＤ素子等が用いられる。
【００１７】
基板２０には、光学素子１０を接合する前に予め、光学素子１０に対向する面である第１面２０ａに分子を活性化させる表面処理が施されている。表面処理は、第１面２０ａに対して一部又は全体に施される。表面処理として、例えばコロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、及び紫外線（ＵＶ）処理等が行われる。これにより、光学素子１０及び基板２０間の結合力をより強くすることができる。なお、光学素子１０の枠部分１２ｂの端面１２ｃ（特に突起部１２ｄの先端）にも分子を活性化させる表面処理が施されていてもよい。基板２０及び光学素子１０の両方に上記表面処理を施すことにより、より結合力を強くすることができる。なお、基板２０及び光学素子１０に上記表面処理を施さなくてもよく、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等で表面を拭き取り清掃するだけでもよい。
【００１８】
光学素子１０と基板２０との間、具体的には基板２０の第１面２０ａには、分子接着剤層３０が設けられている。分子接着剤層３０は、光学素子１０の枠部分１２ｂに対応する位置に設けられてもよいし、基板２０の第１面２０ａの全面に設けられてもよい。ここで、分子接着剤層３０とは、光学素子１０及び基板２０のいずれとも共有結合をする接着剤単体で構成されるものであり、他の接着部材を含まない。図１Ａ等では、説明の都合上、分子接着剤層３０に厚みがあるように図示しているが、実際には、分子接着剤層３０は分子サイズであり、接着剤の硬化収縮を考慮する必要がない。図２Ｂに示すように、基板２０と分子接着剤層３０とは、分子接着剤の加水分解性基が加水分解反応及び縮合反応を経て共有結合Ｇ１で結合し、光学素子１０と分子接着剤層３０とは、分子接着剤の有機官能基が所定の反応を経て共有結合Ｇ２で結合している。接合体１００は、光学素子１０及び基板２０のいずれとも共有結合（化学結合）しているため、耐環境性がよい。分子接着剤層３０を形成する分子接着剤としては、例えばシラノール含有接着剤等、具体的にはシランカップリング剤等が用いられる。
【００１９】
既に説明したように、接合体１００において、光学素子１０は、超音波で局所的に溶融することにより分子接着剤層３０を介して突起部１２ｄの箇所で基板２０に接合されている。つまり、光学素子１０及び基板２０は、接合されるべき部分のみ接合されている。超音波によって光学素子１０と基板２０との接合界面に熱が発生し、樹脂を溶融させることで、分子接着剤層３０が化学反応し、光学素子１０及び基板２０に対して化学的に結合する。
【００２０】
以下、接合体の製造方法について説明する。まず、第１部材である光学素子１０を成形する。成形方法として、射出成形、モールド成形等が用いられる。図３Ａに示すように、光学素子１０の枠部分１２ｂの端面１２ｃには、突起部１２ｄが形成されている。
【００２１】
次に、第２部材である基板２０を準備する。基板２０の第１面２０ａに分子を活性化させる表面処理を施す。具体的には、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、及び紫外線（ＵＶ）処理等を行う。その後、第１面２０ａに分子接着剤を塗布し、分子接着剤層３０を形成する。具体的には、シランカップリング剤を水や有機溶剤等に溶かし、ディッピング、スプレー、スピンコート等の方法で基板２０の第１面２０ａの全面あるいは突起部１２ｄと対向する領域を含む所定の部分に塗布し、乾燥させる。接合体１００を光源ユニット２００の用途で用いる場合には、基板２０の第２面２０ｂに発光素子２２を取り付ける（図４参照）。この場合、上記処理を行う前に発光素子２２を基板２０に取り付けておくことが好ましい。分子を活性化させる表面処理は、上述のように分子接着剤層３０の形成前に第１面２０ａに対して行ってもよいし、形成後に行ってもよい。分子接着剤層３０の形成後に表面処理を行う場合、分子接着剤層３０の表面に表面処理を行うことができ、或いは突起部１２ｄの先端面等に表面処理を行うこともできる。
【００２２】
次に、図３Ｂ等に示すように、光学素子１０と基板２０とを超音波によって接合させる。接合には、超音波溶着機を用いる（図４参照）。基板２０は、超音波溶着機の支持台５１上に固定されている。光学素子１０は、基板２０の第１面２０ａ上に位置決めした状態で側面から固定してもよい。その後、図４に示すように超音波溶着機の工具ホーン５２を光学素子１０の端面１０ｓに対して光軸ＯＡ方向から押さえ付ける。光軸ＯＡ方向から押さえる力は、超音波振動が光学素子１０に十分伝達する程度（例えば、１Ｎ〜１００Ｎ）となっている。また、超音波の周波数は、例えば１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、接合時間は、例えば０．１秒〜５秒である。図３Ｂに示すように、光学素子１０を基板２０に積み重ねた状態で、光学素子１０の突起部１２ｄは、最初に基板２０に接触している。図３Ｂ及び図４に示すように、超音波溶着機の超音波発振器５３を動作させることにより、光学素子１０と基板２０との接合界面（具体的には、突起部１２ｄの先端及びその周辺）に熱が発生し、図３Ｃに示すように、光学素子１０の突起部１２ｄの先端の樹脂が溶融する。この際、光学素子１０の熱可塑性樹脂、基板２０のガラス、及び分子接着剤層３０であるシランカップリング剤が化学反応し、これらが化学的に結合する。樹脂の溶融は、基板２０と接触する部分で発生するため、突起部１２ｄの部分だけ局所的に接合されることになる。光学素子１０と基板２０との接触部分は、局所的であるため、突起部１２ｄにおいて溶融する樹脂は微少量であり、硬化収縮や溶融時の熱影響が非常に小さくなる。超音波振動を終了し冷却させることで、光学素子１０と基板２０とが接合した接合体１００又は光源ユニット２００が完成する。なお、表面処理、分子接着剤層３０の形成、及び超音波による接合の一連の工程を同一の雰囲気下（例えば、不活性の雰囲気下）で行ってもよいし、表面処理の効果を失わなければ、同一の雰囲気下で行わなくてもよい。
【００２３】
上記説明した接合体によれば、分子接着剤層３０を用いた化学結合（具体的には、共有結合）によって熱可塑性樹脂及び無機物という互いに異なる部材（第１部材である光学素子１０、及び第２部材である基板２０）を接合することができる。分子接着剤層３０は、例えばシランカップリング剤のみのように、他の接合部材を混合しないため、安定した結合力を得ることができる。また、分子接着剤層３０は、共有結合をするため、共有結合しない接着剤層と比較して硬化時に収縮等が発生せず、光学素子１０と基板２０との間の位置ずれを防ぐことができる。また、分子接着剤層３０を介した接合は、共有結合しない接着剤層のように硬化反応が完了するまで固定する必要がなく、接合温度や冷却方法等の条件を適宜設定することで比較的短時間で行うことができる。また、超音波を用いて光学素子１０と基板２０とを接合するため、目標箇所を局所的に（又は選択的に）接合させることができる。接合時に溶融する熱可塑性樹脂は微少量であるため、この溶融した樹脂の収縮量は、全体が液体状の接着剤が硬化する場合の収縮量よりもはるかに小さく、硬化収縮や溶融時の熱影響が非常に小さい。そのため、光学素子１０と基板２０との間の位置ずれに影響しにくい。
【００２４】
また、第１部材である光学素子１０は、少なくとも接合前に、第２部材である基板２０側に突起部１２ｄを有する。この場合、突起部１２ｄは、接合したい部分に形成され、接合前に突起部１２ｄが基板２０に当接しており、超音波によって突起部１２ｄを溶融させることによって接合したい部分だけを接合している。また、例えば複数の突起部１２ｄ間に空気層を挟むように接合すれば、光学素子１０及び基板２０の熱膨張差の影響を低減することができる。
【００２５】
また、第１部材である光学素子１０と第２部材である基板２０とが透明で光透過性を有する部材であっても、超音波を用いて樹脂を溶融しているため、接合状態が良好となる。つまり、光学素子１０及び基板２０の色に関係なく接合でき、両者は透明な部材に限らず、例えば黒色の部材を用いてもよい。
【００２６】
また、樹脂を溶融させ分子接着剤層３０を介して行う接合は、光透過性を有し、歪みを嫌い、耐環境性を有する部材、特に位置ずれに関して重要度が高いものの接合に適合しており、樹脂製の第１部材である光学素子１０とガラス製の第２部材である基板２０とを組み合わせた接合体１００でも良好な接合状態を達成できる。
【００２７】
〔実施例１〕
以下、本実施形態の実施例１について説明する。本実施例１において、試料として熱可塑性樹脂を用いて第１部材を射出成形によって成形した。簡単のために、第１部材は、光学素子ではなく、四角柱状の部材とした。突起部の寸法は、高さを１ｍｍ、幅を１ｍｍ、長さを５ｍｍとした。突起部は、断面が三角形のものが２列に並んで形成されており、２つの突起部の先端間の間隔は、３ｍｍとした。熱可塑性樹脂には、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）（ＺＥＯＮＥＸ  Ｅ４８Ｒ（ＺＥＯＮＥＸ社製））、ポリカーボネート（ＰＣ）（ＰＣ１６００（タキロン社製））、及びアクリル（ＰＭＭＡ）（デラグラスＫ（旭化成テクノプラス製））を用いた。第２部材として、ガラス板を用いた。第２部材の第１部材との接合界面である第１面には、分子を活性化させる表面処理を施したものと施していないものとを準備した。分子を活性化させる表面処理では、ＵＶオゾン洗浄又はプラズマ洗浄を行った。ＵＶオゾン洗浄は、ＵＶ波長（１８５〜２５３ｎｍ）で、照射距離を１０ｍｍ、洗浄時間を５分という条件で行った。プラズマ洗浄は、圧力を１０Ｐａ、出力を１５０Ｗ、洗浄時間を１０秒という条件で行った。なお、分子を活性化させる表面処理を施さない第２部材では、第１面をＩＰＡで拭き取り清掃した。上記処理後、第２部材の第１面に分子接着剤を塗布し、分子接着剤層を形成した。分子接着剤には、シラノール含有接着剤（シランカップリング剤ＳＺ−６３００（東レ・ダウコーニング社製）又はシランカップリング剤Ｚ−６０１１（東レ・ダウコーニング社製））を用いた。その後、第１部材と第２部材とを超音波によって接合させ、接合体を作製した。接合には、超音波溶着機（ＳＯＮＯＰＥＴΣ６００Ｓ（精電舎製））を用いた。接合は、超音波の周波数を３０ｋＨｚ、工具ホーン５２の荷重を１００Ｎ、接合時間を０．３秒という条件で行った。
【００２８】
表１に第１部材と第２部材との接合状態を示す。表１中、分子接着剤について、シランカップリング剤ＳＺ−６３００を「Ａ」、シランカップリング剤Ｚ−６０１１を「Ｂ」と表記した。接合体の接合状態の評価は、第１及び第２部材の剥離又は破断時の接合力で判断した。接合力は、第２部材を固定し、第１部材を治具を用いてチャックして垂直に引き上げ、プルゲージを用いて測定した。測定結果は、０Ｎ≦Ｆ＜２Ｎを不良（符号「×」）、２Ｎ≦Ｆ＜２５Ｎを可（符号「△」）、２５Ｎ≦Ｆ＜５０Ｎを良（符号「○」）、５０Ｎ≦Ｆを優（符号「◎」）として評価した。ただし、Ｆは接合力である。
〔表１〕
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表１に示すように、超音波によって分子接着剤層を介して第１及び第２部材を接合することで、接合体は２Ｎ≦Ｆの接合力を有することがわかる。また、分子を活性化させる表面処理を施すことで、第１及び第２部材の接合体の接合力がより強くなることがわかる。なお、比較のため、アクリル系光硬化性接着剤を用いて、第１部材と第２部材とを接着したところ、表面処理の有無に関わらず、接合体の強度は不良「×」となった。
【００２９】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る接合体について説明する。なお、第２実施形態に係る接合体は、第１実施形態の接合体を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。
【００３０】
図５Ａ及び５Ｂに示すように、本実施形態では、１つの第２部材である基板２０に複数の第１部材である光学素子１０が分子接着剤層３０を介して局所的に接合されている。また、基板２０と光学素子１０との間には、遮光体４０が設けられている。接合体１００を含む光源ユニット２００は、例えばプリントヘッド等に用いられる。
【００３１】
１つの光学素子１０は、光軸ＯＡ方向から見て四角形の輪郭を有する。光学素子１０は、複数のレンズ要素１０ａと、複数のレンズ要素１０ａを周囲から支持する支持部１０ｂとを有する。レンズ要素１０ａは、アレイ状に設けられている。支持部１０ｂは、平板状の平板部分１２ａの対向する２つの辺から平板部分１２ａに垂直な方向に延びる枠部分１２ｂを有する。枠部分１２ｂの端面１２ｃには、突起部１２ｄが形成されている。
【００３２】
基板２０の第２面２０ｂには、複数の発光素子２２が光学素子１０のレンズ要素１０ａに対応する位置にアレイ状に設けられている。
【００３３】
遮光体４０は、平板状の部材であり、発光素子２２からの不要光を遮光する。遮光体４０としては、例えば黒色等の光吸収性の粒子を含むガラス製又は樹脂製の基板、黒色に塗装された金属製の基板等を用いる。遮光体４０には、光学素子１０のレンズ要素１０ａに対応する位置に開口４０ａが形成されている。遮光体４０は、基板２０側に接合されている。遮光体４０は、分子接着剤以外の接着剤で接着されてもよいが、材料の組み合わせによって、光学素子１０と基板２０との接合と同様に、超音波を利用して接合させてもよい。例えば、遮光体４０の材料が、基板２０の材料である無機物とは異なる樹脂であれば、分子接着剤層１３０を介して接合することができる。
【００３４】
接合体１００の製造において、基板２０の第１面２０ａ上に複数の光学素子１０を全て並べた状態で、超音波で一度に接合させてもよいし、１個又は数個単位で光学素子１０を並べて複数回に分けて超音波で接合させてもよい。
【００３５】
以上説明した接合体１００では、超音波による接合は比較的短時間で行うことができるため、複数の光学素子（第１部材）１０を一度に、又は複数回に分けて接合させても比較的短時間で接合でき、生産性が良い。
【００３６】
図６に示すように、接合体１００を含む光源ユニット２００は、例えば画像形成装置である電子写真式プリンターに内蔵される作像ユニット８０に設けられる。作像ユニット８０は、現像用のトナーを用紙に転写するためのものである。作像ユニット８０には、感光体８１と、帯電ローラー８２と、プリントヘッド８３と、現像装置８４と、転写装置８５と、クリーニング装置８６と、除電装置８７とが設けられている。光源ユニット２００は、これらのうちプリントヘッド８３に設けられる。作像ユニット８０において、感光体８１に対し上記他の部材８２〜８７が作用することで、用紙ＰＰに対し画像が形成される。
【００３７】
なお、上記実施形態において、図５Ｃに示すように、遮光体４０は、基板２０側に接合する場合に限らず、光学素子１０側に接合してもよい。この場合、遮光体４０の材料が、樹脂、ガラス、及び金属のいずれであっても、分子接着剤層２３０を介して接合することができる。
【００３８】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る接合体について説明する。なお、第３実施形態に係る接合体は、第１実施形態の接合体を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。
【００３９】
図７に示すように、本実施形態において、接合体１００は、第１部材である光学素子１０及び第２部材である基板２０の他に、第３部材である光学素子５０を有する。光学素子５０は、光学素子１０上に重ねて接合されている。つまり、基板２０を接合した光学素子１０に、さらに光学素子５０を接合した状態となっている。光学素子５０は、光学素子１０と同様に、透明で光透過性を有する部材であり、有機物である熱可塑性樹脂で形成されている。図示の例では、光学素子５０の形状は、光学素子１０の形状と同様であるが、適宜変更することができる。光学素子５０は、レンズ要素５０ａと、レンズ要素５０ａを周囲から支持する支持部５０ｂとを有する。レンズ要素５０ａは、例えば両凸の非球面レンズであり、第３光学面５１ａと第４光学面５１ｂとを有する。支持部５０ｂは、平板状の平板部分５２ａと、平板部分５２ａから光軸ＯＡに平行に延びる円環状の枠部分５２ｂとを有する。枠部分５２ｂの光学素子１０側の端面５２ｃには、突起部５２ｄが形成されている。つまり、光学素子（第３部材）５０は、光学素子（第１部材）１０側に突起部５２ｄを有するものとなっている。超音波溶着では、超音波で局所的に溶融させることにより樹脂同士の溶着も可能であるが、ここでは超音波で局所的に溶融させることにより光学素子５０の突起部５２ｄと光学素子１０の支持部１０ｂとは分子接着剤層６０を介して局所的に化学的に接合されている。これにより、基板２０上に、２つの光学素子１０，５０を積み重ねた接合体１００を得ることができる。
【００４０】
なお、本実施形態においても、第２実施形態のように、１つの基板２０に複数の光学素子１０，５０を並べてもよい。
【００４１】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る接合体について説明する。なお、第４実施形態に係る接合体は、第１実施形態の接合体を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。
【００４２】
図８Ａ及び８Ｂに示すように、本実施形態において、枠部分１２ｂの基板２０側の端面１２ｃには、突起部１２ｄの他に、脚部１２ｅが形成されている。突起部１２ｄは、脚部１２ｅに挟まれた状態で設けられており、図８Ａに示すように、突起部１２ｄの高さＨ１は、接合前において脚部１２ｅの高さＨ２より高くなっている。一方、図８Ｂに示すように、突起部１２ｄは、溶融した状態において脚部１２ｅと略同じ高さとなっている。接合時に、超音波で突起部１２ｄを溶融させ、脚部１２ｅが基板２０に当接した時点で超音波をかけるのを終了すれば、光学素子１０が脚部１２ｅでより安定して支持されることとなる。なお、脚部１２ｅの位置は、光学素子１０の形状によって適宜変更することができ、例えば複数のレンズ要素１０ａを有する光学素子１０の場合、レンズ要素１０ａ間にも脚部１２ｅを設けてもよい。
【００４３】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る接合体について説明する。なお、第５実施形態に係る接合体は、第１実施形態の接合体を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。
【００４４】
図９Ａに示すように、本実施形態において、第１部材である光学素子１０と第２部材である基板２０とは当接した状態で接合されている。
【００４５】
光学素子１０において、レンズ要素１０ａは、基板２０側に、第１実施形態における第２光学面１１ｂに代えて、導光部１１ｇを有する。導光部１１ｇは、柱状であり、下端部に平坦面１１ｃを有している。導光部１１ｇは、円柱状でも角柱状でもよく、テーパーを有していても有していなくてもよい。図９Ｂに示すように、導光部１１ｇの平坦面１１ｃには、突起部１１ｐが設けられている。また、導光部１１ｇの側面には、外光の侵入を防ぐための遮光部１１ｒが形成されている。遮光部１１ｒは、例えば黒色の遮光フィルムを貼り付けたり、黒色の遮光膜を成膜したり、シボ加工を施すことで形成する。導光部１１ｇは、個々のレンズ要素１０ａに対応しており、接合体１００を含む光源ユニット２００において発光素子２２が発光すると、その光は基板２０、導光部１１ｇ、及びレンズ要素１０ａを通過して第１光学面１１ａから射出され、結像する。
【００４６】
第１部材である光学素子１０と第２部材である基板２０との接合において、超音波で突起部１１ｐを完全に溶融させることで、光学素子１０と基板２０とを平坦面１１ｃで当接した状態で接合できる。光学素子１０と基板２０との接合部分の樹脂は超音波で溶融されているため、光学素子１０及び基板２０の界面は一体的になり、反射ロスによって光路の邪魔にならない。本実施形態及び上述した各実施形態から明らかなように、突起部は少なくとも接合前に形成されていればよく、接合後に完全に溶融されてもよいし、一部のみが溶融し他の部分が接合後も残るようにしてもよい。
【００４７】
なお、本実施形態においても、第２実施形態のように、１つの基板２０に複数の光学素子１０を並べてもよい。
【００４８】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係る接合体について説明する。なお、第６実施形態に係る接合体は、第１及び第５実施形態の接合体を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１及び第５実施形態と同様である。
【００４９】
図１０に示すように、本実施形態において、接合体１００は、第１部材である光学素子１０と第２部材である基板２０との間に形成された密閉空間内に液体ＬＱが封入されている。液体ＬＱとしては、例えば液体樹脂（紫外線硬化や熱硬化の開始剤が無い材料）、油等が用いられる。
【００５０】
光学素子１０において、レンズ要素１０ａは、基板２０側に、第１実施形態における第２光学面１１ｂに代えて、導光部１１ｇを有する。導光部１１ｇは、柱状であり、下端部に液体ＬＱを満たすための凹部１１ｋを有している。導光部１１ｇの外周部１１ｍには、突起部１１ｐが設けられている。また、導光部１１ｇの側面には、外光の侵入を防ぐための遮光部１１ｒが形成されている。液体ＬＱは、接合前に凹部１１ｋに充填され、光学素子１０と基板２０との間に液体ＬＱを挟んだ状態でこれらが接合されている。
【００５１】
基板２０は板状であり、光学素子１０と基板２０との接合面が大きいと基板２０に反り等が発生する場合がある。そのため、接合面を外周に限り、その内側に例えば光学素子１０と同等の屈折率となる液体ＬＱを封入することにより、反射ロスによって光路の妨げとなることを防ぐことができる。
【００５２】
なお、本実施形態においても、第２実施形態のように、１つの基板２０に複数の光学素子１０を並べてもよい。
【００５３】
以上、実施形態に係る接合体等について説明したが、本発明に係る接合体等は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、光学素子１０，５０の形状及び大きさは、用途や機能に応じて適宜変更することができる。例えば、図１１に示すように、図１に示す光学素子１０において、レンズ要素１０ａを図９Ａ等に示すような導光部１１ｇを有するものとしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態において、第１部材及び第２部材は、それぞれ光学素子１０及び基板２０に限らず、用途に応じて適宜変更することができる。
【００５５】
また、上記実施形態において、光学素子１０に突起部１２ｄ，１１ｐを設けず、例えば基板２０にワイヤーボンディング等を用いて微小な配線を形成し、超音波の振動核としてもよい。
【００５６】
また、第２実施形態において、１つの基板２０に複数の光学素子１０を配置する例を挙げたが、光学素子１０は、アレイ状の光学素子に限らず、第１実施形態のような１つのレンズ要素１０ａを有する光学素子１０を複数並べてもよいし、第３実施形態のような光学素子１０，５０を積み重ねたものを複数並べてもよい。また、第２実施形態の接合体１００を切断して、接合体を個片化してもよい。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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