(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、この発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、第１の配置面とこの第１の配置面より低位置の第２の配置面を立ち上がり面によって連結し前記第1の配置面の裏側に前記第1の配置面に沿った溝部を有する基板とを備え、前記駆動素子を前記第１の配置面に、前記配線基板を前記第２の配置面に配置した記録ユニットであって、前記基板は、前記第１，第２の配置面における厚さが同じになるように一定の厚さの金属板をプレス加工あるいは折曲加工して形成され、前記溝部は前記発光素子、前記駆動素子の配列方向に形成されていることを特徴とする記録ユニット。
【請求項２】
発光素子と、この発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、第１の配置面とこの第１の配置面より低位置の第２の配置面を立ち上がり面によって連結した前記第1の配置面の裏側に前記第1の配置面に沿った溝部を有する基板とを備え、前記駆動素子を前記第１の配置面に、前記配線基板を前記第２の配置面に配置した記録ユニットと、前記記録ユニットから発生する熱を放熱する放熱機構を備えたプリントヘッドにおいて、前記基板は金属板をプレス加工あるいは折曲加工して形成され、前記溝部は前記発光素子、前記駆動素子の配列方向に形成され、前記放熱機構を構成する放熱ブロックの上面には、前記基板の溝部に係合する凸状部を形成していることを特徴とするプリントヘッド。
【請求項３】
発光素子と、この発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、これらを配置するための第１の配置面とこの第１の配置面より低位置の第２の配置面を上面に形成した基板とを備え、前記駆動素子を前記第１の配置面に、前記配線基板を前記第２の配置面に配置した記録ユニットと、前記記録ユニットを支持する放熱ブロックとを備えるプリントヘッドにおいて、前記基板は、第１の配置面の両側に第２の配置面が位置し前記第１の配置面の裏側に前記発光素子、前記駆動素子の配列方向に形成された前記第1の配置面に沿って溝が位置するように１枚の金属板をプレスあるいは折曲加工して形成されるとともに前記放熱ブロックの上面に配置され、前記放熱ブロックの上面には、前記第１の配置面の裏側の前記溝に合致する凸状部を一体的に形成していることを特徴とするプリントヘッド。
【請求項４】
前記凸状部の上面は、前記発光素子の真下に位置することを特徴とする請求項２あるいは３記載のプリントヘッド。
【請求項５】
前記駆動素子に第１ワイヤボンディングを行い前記配線基板に第２のワイヤボンディングを行うワイヤボンド配線を備え、これらの間のワイヤボンディング位置は前記配線基板側が若干低い位置に設定されたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真の技術を用いるオフセット印刷、デジタルコピア、プリンタ、プロッタ、ＰＰＣＦＡＸ等に用いられる光学式のプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
感光ドラムに潜像を形成して印刷を行う電子写真方式の印刷に利用される光学式プリントヘッドの内、ＬＥＤ方式のプリントヘッドは、走査方向に沿って線状に配列した複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いて潜像を形成する構造であり、光源の数が多くなる反面、光学系を簡素化することができるので、印刷精度が要求される場合や、印刷幅が比較的長い場合に有用となる。
【０００３】
上記のようにＬＥＤを用いて光源部を構成する場合、ＬＥＤに供給する電気エネルギーが全て光に変換されるわけではなく、その大部分が熱に変換されるので、光源部の温度が急激に上昇しやすい。光源部の温度が上昇すると、ＬＥＤの光変換効率が低下するとともに、ＬＥＤの寿命も短くなりやすい。このような場合は、放熱性を高めるために、例えば特許文献１等に示されるように、ガラスエポキシ製基板に比べて熱伝導性が良いとされるセラミック製基板（熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ前後）を用いることがある。
【０００４】
しかしながら、セラミック製基板であっても、毎分１００枚以上の印刷速度が要求される高速印字タイプのものへの適用は熱伝導率の点で不適である。また、セラミック製基板は、その長尺化（一般に４５０ｍｍ以上）が困難である。このような点を考慮して小型のセラミック基板を用いたブロックを複数配列してプリントヘッドを構成することも可能であるが、ブロックの接続部分においてドット間隔が変化したり、余分な接続作業が必要になるなど、実用性に欠ける。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−７８０１０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、高速印字に適したプリントヘッドを提供することを課題の１つとする。また、熱伝導率の点で優れた金属製の基板を用いて放熱性を高め高速印刷に適したプリントヘッドを提供することを課題の１つとする。また、プリンタの長尺化に対応した構造を提供することを課題の１つとする。また、組立て作業性を高めることを課題の１つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の記録ユニットは、発光素子と、この発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、第１の配置面とこの第１の配置面より低位置の第２の配置面を立ち上がり面によって連結し前記第1の配置面の裏側に前記第1の配置面に沿った溝部を有する基板とを備え、前記駆動素子を前記第１の配置面に、前記配線基板を前記第２の配置面に配置した記録ユニットであって、前記基板は、前記第１，第２の配置面における厚さが同じになるように一定の厚さの金属板をプレス加工あるいは折曲加工して形成され、前記溝部は前記発光素子、前記駆動素子の配列方向に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のプリントヘッドは、発光素子と、この発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、第１の配置面とこの第１の配置面より低位置の第２の配置面を立ち上がり面によって連結した前記第1の配置面の裏側に前記第1の配置面に沿った溝部を有する基板とを備え、前記駆動素子を前記第１の配置面に、前記配線基板を前記第２の配置面に配置した記録ユニットと、前記記録ユニットから発生する熱を放熱する放熱機構を備えたプリントヘッドにおいて、前記基板は金属板をプレス加工あるいは折曲加工して形成され、前記溝部は前記発光素子、前記駆動素子の配列方向に形成され、前記放熱機構を構成する放熱ブロックの上面には、前記基板の溝部に係合する凸状部を形成していることを特徴とする。
【０００９】
本発明のプリントヘッドは、発光素子と、この発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、これらを配置するための第１の配置面とこの第１の配置面より低位置の第２の配置面を上面に形成した基板とを備え、前記駆動素子を前記第１の配置面に、前記配線基板を前記第２の配置面に配置した記録ユニットと、前記記録ユニットを支持する放熱ブロックとを備えるプリントヘッドにおいて、前記基板は、第１の配置面の両側に第２の配置面が位置し前記第１の配置面の裏側に前記発光素子、前記駆動素子の配列方向に形成された前記第1の配置面に沿って溝が位置するように１枚の金属板をプレスあるいは折曲加工して形成されるとともに前記放熱ブロックの上面に配置され、前記放熱ブロックの上面には、前記第１の配置面の裏側の前記溝に合致する凸状部を一体的に形成していることを特徴とする。
【００１０】
前記凸状部の上面は、前記発光素子の真下に位置することができる。また、前記駆動素子に第１ワイヤボンディングを行い前記配線基板に第２のワイヤボンディングを行うワイヤボンド配線を備え、これらの間のワイヤボンディング位置は前記配線基板側が若干低い位置に設定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例に係わるＬＥＤ方式のプリントヘッド１の概略的な構造を示す要部斜視図である。このプリントヘッド１は、記録ユニット２と、記録ユニット２から発生する熱の放熱を行う放熱機構３と、記録ユニット２から出力される光を感光ドラム等の記録対象（図示せず）に導くための光学機構４を備えている。
【００１２】
記録ユニット２は、図２，図３に示すように、セラミック等に比べて熱伝導率が良い基板２１の上に、発光素子２２、この発光素子２２を駆動する駆動素子２３、駆動素子２３に対する配線を備えた配線基板２４を配置している。基板２１は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製で、その材質は、例えば、銅、銅を主成分とする銅合金、鉄、鉄ニッケル合金等の中から選択して用いられるが、銅に、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、錫（Ｓｎ）、燐（Ｐ），コバルト（Ｃｏ），亜鉛（Ｚｎ）などから選択された１以上の元素を若干（数％以内）混合した銅合金を用いるのが、熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上に設定することが可能で、また、耐食性、耐応力緩和特性、耐応力腐食割れ性等において優れ、加工し易く安価である点で好ましい。
【００１３】
基板２１は、前述のような金属材質から成る厚さ３ｍｍ前後の長尺な金属板を、プレス加工、あるいは折曲加工することによって、図３に幅方向（Ｙ軸方向）の断面を拡大して示すように、第１の配置面２１ａとこの配置面２１ａより低位置にある第２の配置面２１ｂを立ち上がり面２１ｃによって連結したブリッジ形状を備えて形成している。第１の配置面２１ａの裏側には、第１の配置面２１ａと第２の配置面２１ｂの段差寸法ｔと同等の深さの溝部２１ｄが形成されている。この溝部２１ｄは、第１，第２の配置面２１ａ，２１ｂと同様に、基板２１の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って形成している。基板２１は、上記のようなブリッジ形状を備えているので、その長さが１ｍ前後の長尺構造としても、長さ方向に対するねじれや歪みの発生を有効に防止することができる。また、立ち上がり面２１ｃの存在によって基板２１の面積を増加させ、放熱効果や、冷却効果も高めることができる。
【００１４】
発光素子２２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を化合物半導体の表面に選択的拡散法を用いて複数個形成したモノリシックタイプのＬＥＤアレイの構造としている。そして発光素子２２に集積化した複数のＬＥＤは、発光素子２２の表面にその長手方向に沿って直線的に配列される。発光素子２２とこれよりも厚肉の駆動素子２３は、ライン状の光源を形成するため、その長手方向を記録ユニット２の長手方向（Ｘ軸方向）に一致させて基板２１の上面の第１の配置面２１ａに複数個整列して配置され、熱伝導性が良い接着剤、例えば銀ペースト等の導電性接着剤によって固定される。
【００１５】
配線基板２４は、駆動素子２３に対する電源や各種の信号を供給するための配線を備えた多層配線基板、例えば２〜４層構造の配線基板によって構成している。この配線基板２４は、上記のように多層構造としているので、その厚さｔ３が１ｍｍ程度と、発光素子２２の厚さ（ｔ１：０．３ｍｍ程度）並びに駆動素子２３の厚さ（ｔ２：０．５ｍｍ程度）よりも若干厚くなっている。長尺化に対応して、配線基板２４をプリントヘッド１の長さ方向に分割して配置することもできるが、長尺化、多層化、高密度配線が容易で、ワイヤボンディングの作業性も良好な基板、例えばガラスエポキシ製の基板によって配線基板を構成することにより、長さが１ｍ程度までの長尺プリントヘッドの全長に沿って１本の連続した構成で配線基板２４を配置することができる。
【００１６】
発光素子２２と駆動素子２３の間、並びに駆動素子２３と配線基板２４の間は、例えば金線等で構成されるワイヤボンド線２５を用いてワイヤボンディング配線される。ワイヤボンディングは、ボ−ルボンディング法によって行われ、ボンディングの衝撃が少ない第１ボンディングが駆動素子２３に対して行われ、ボンディングの衝撃が第１ボンディングよりも大きい第２ボンディングが発光素子２２，配線基板２４に対して行われる。
【００１７】
ワイヤボンディングの際、第１，第２のボンディングを行う位置の高さ関係において、第２ボンディングを行う位置の高さが第１ボンディングを行う位置の高さよりも高い位置にあると、第２ボンディング部分の接続信頼性が低下しやすいので、通常の場合、第２ボンディング位置は第１ボンディング位置と同じ高さか、若干低位置になるように設定される。
【００１８】
ここで、発光素子２２と駆動素子２３の間のボンディングに関しては、第１ボンディングが行われる駆動素子２３の厚さが、第２ボンディングが行われる発光素子２２の厚さよりも厚く、これらを同一の配置面２１ａに配置しているので、第２ボンディング部分の接続においてその信頼性を損なうことがない。
【００１９】
また、駆動素子２３と配線基板２４の間のボンディングに関しては、第２ボンディングが行われる配線基板２４の厚さが、第１ボンディングが行われる駆動素子２３の厚さよりも厚いので、これらを同一の配置面に配置すると、第２ボンディング位置が高くなるが、駆動素子２３の上面が配線基板２４の上面と同等位置か上方位置になるように、第１，第２の配置面２１ａ，２１ｂの間に段差ｔを形成しているので、第２ボンディング部分の接続信頼性を損なうことがない。
【００２０】
放熱機構３は、熱伝導性が良く内部に冷却媒体を通過させる通路３２を備えた長尺の放熱ブロック３１と、冷却媒体循環機構（図示せず）を組み合わせて構成しているが、冷却媒体循環機構を設けない場合は、放熱ブロック３１に複数の放熱フィンを一体的に形成した簡易放熱機構としてもよい。放熱ブロック３１の上面３３には、前記基板２１の裏面に形成した溝部２１ｄに係合する凸状部３４を形成している。この凸状部３４は、基板２１との密着性を高めるために、前記溝部２４ｄの深さ寸法よりも若干大きな高さ寸法に設定している。この凸状部３４は、突出高さが１ｍｍ前後で、配線基板２４の厚さと同程度の寸法であり、放熱ブロック３１の長手方向（Ｘ軸方向）の全長にわたって形成され、その上面が発光素子２２の真下に位置するように形成している。
【００２１】
放熱ブロック３１の上面３３は前記記録ユニット２の支持面となり、この上面３３に前記記録ユニット２が位置決めして配置され、基板２１，配線基板２４が複数のネジ３５を用いて放熱ブロック３１の上面３３に固定される。この時、基板２１の下面が放熱ブロック３１の凸状部３４に優先的に当るので、この凸状部３４の存在によって、基板２１と放熱板３１の密着性が格段に高められる。そして、凸状部３４の頂上部が発光素子２２の真下に位置し、しかも、発光素子２２の配列方向に一致して凸状部３４を形成しているので、発光素子２２から発生する熱を、その配列方向の全長にわたって基板２１、凸状部３４を介して放熱ブロック３１に確実に伝導することができる。その結果、発光素子２２から発生する熱の放熱を一層効果的に行うことができる。
【００２２】
光学機構４は、基板２１の長さと同程度の長さ寸法のレンズアレイ４１を一対の保持板４２によって挟持して構成され、放熱ブロック３１にネジ４３によって固定される。
【００２３】
図４は、本発明の第２の実施例を示す。ここで、図３に示す第１の実施例と同一構成要素については同一符号を示してその説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。第１の実施例では、金属板をプレス加工あるいは折り曲げ加工して基板２１を構成し、第１，第２の配置面２１ａ，２１ｂの形成位置における基板２１の厚みをほぼ同じとしたが、本実施例では、基板２６の底面を平坦面とし、第１，第２の配置面２６ａ，２６ｂの形成位置における基板２６の厚みを異ならせている。ここで、基板２６は、厚肉の金属基板を削って第２の配置面２６ｂを形成し、第１，第２の配置面２６ａ，２６ｂに段差を形成してもよいが、金属の押し出し成形によって、第１，第２の配置面２６ａ，２６ｂに段差を形成し、製造工程の簡素化を図ることが望ましい。
【００２４】
また、上記実施例は、発光素子２２の両側に駆動素子２３を配置する例を示したが、本発明は図５に示すように、発光素子２２の片側に駆動素子２３を配置する場合にも適用することができる。
【００２５】
また、上記実施例は、放熱ブロック３１とは別体の基板２１もしくは基板２６を用いて記録ユニット２を構成する例を示したが、本発明は図６に示すように、記録ユニット２の基板と放熱機構３の放熱ブロックを一体化して放熱ブロック兼用の基板２７を用意し、この基板２７の上面に、上述の基板２１もしくは基板２６と同様にして第１の配置面２７ａ、第２の配置面２７ｂを形成して記録ユニット２を構成することもできる。このようにすれば、上記の実施例に比べて組立て作業性に劣るものの、放熱ブロック兼用の基板２７を金属の押し出し成形を利用して容易に形成することができるとともに、発光素子２２や駆動素子２３の熱を確実に伝えて効果的な放熱を行うことができる。
【００２６】
また、本発明は、全てのＬＥＤを常時点灯し、所望のＬＥＤのみを選択的に消灯して潜像を形成する正転現像方式（バックライティング方式）の電子写真式プリンタに用いるＬＥＤ方式のプリントヘッドのように、消費電力が極めて大きく（Ａ０サイズ用、４００ＤＰＩのＬＥＤプリントヘッドの場合、消費電力が数１００Ｗになる）なり、放熱性が重要視されるプリントヘッドに好適である。
【００２７】
上記のように、外部機器から与えられる電源や信号を駆動素子２３に与えるための配線を備えた配線基板２４を多層基板とすることによって、配線基板２４の幅を狭くして、プリントヘッドの幅を狭く設定することができる。配線基板２４を多層基板とすることによって、配線基板２４の厚みが駆動素子２３よりも厚くなることがあり、両者を同一面に配置し、駆動素子２３に第１ワイヤボンディングを行い配線基板２４に第２のワイヤボンディングを行うワイヤボンド配線を行う場合に、支障を来すことが生じるが、配線基板２４を配置する第２の配置面２１ｂ（２６ｂ，２７ｂ）を、駆動素子２３を配置する第１の配置面２１ａ（２６ａ，２７ａ）よりも低位置に形成しているので、駆動素子２３と配線基板２４の間のワイヤボンディング位置を同等の高さ位置、あるいは配線基板２４側を若干低い位置に設定することができ、ワイヤボンディングをより確実に行うことができる。
【００２８】
本発明のプリントヘッドは、発光素子と、この発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子よりも厚肉でこの駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、これらを配置するための第１の配置面とこの第１の配置面より低位置の第２の配置面を上面に形成した基板と、前記駆動素子と前記配線基板の間を接続するワイヤボンド線とを備え、前記駆動素子を第１の配置面に、前記配線基板を第２の配置面に配置したことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明のプリントヘッドは、発光素子と、この発光素子よりも厚肉でこの発光素子を駆動するための駆動素子と、この駆動素子よりも厚肉でこの駆動素子に対する配線を備えた配線基板と、前記発光素子と前記駆動素子を配置するため第１の配置面、前記配線基板を配置するための第２の配置面を上面に形成した基板と、前記発光素子と前記駆動素子の間、並びに前記駆動素子と前記配線基板の間を接続するワイヤボンド線とを備え、前記基板は、前記駆動素子の上面が前記配線基板の上面と同等位置か上方位置になるように、前記第１，第２の配置面の間に段差を形成したことを特徴とする。
【００３０】
上記のプリントヘッドにおいて、前記基板は、プリントヘッドの長さとほぼ同じ長さを有する金属製で、前記第１，第２の配置面における厚さが同じになるように金属板を加工して形成することができる。
【００３１】
上記のプリントヘッドにおいて、前記基板は、第１の配置面の両側に第２の配置面が位置するようにプリントヘッドの長さとほぼ同じ長さを有する１枚の金属板をプレスあるいは折曲加工して形成されるとともに放熱部材の上面に配置され、前記放熱部材の上面には、前記第１の配置面の裏側に位置する溝に合致する凸状部を一体的に形成することができる。
【００３２】
上記のプリントヘッドにおいて、前記基板は、プリントヘッドの長さとほぼ同じ長さを有する金属製で、前記第１，第２の配置面における厚さが異なるように押し出し成形して形成することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、駆動素子を第１の配置面に、配線基板を第１の配置面より低位置の第２の配置面に配置したので、駆動素子よりも配線基板の厚さが厚くなった場合においても、駆動素子と配線基板間のワイヤボンド配線の確実性を高めることができる。特に、配線密度を高めることが容易ではない基板の上に高密度配線が可能な配線基板を配置する場合に有用な構造を提供することができた。また、基板として、金属製の基板を用いることにより、発光素子や駆動素子の熱を効率よく放熱して印刷精度の良いＬＥＤプリントヘッドを提供することができる。
【００３４】
また、基板として、金属板をプレス加工あるいは折り曲げ加工によって形成したものを用いることにより、ねじれや変形に強い基板として、その取扱を容易にすることができる。また、基板として、金属の押し出し成形を利用して形成したものを用いれば、基板の形成を容易に行うことができ、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部斜視図である。
【図２】本発明の一実施例の要部（記録ユニット）の斜視図である。
【図３】本発明の一実施例の要部（記録ユニット）の拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部（記録ユニット）の拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部（記録ユニット）の拡大断面図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部（記録ユニット）の斜視図である。
【符号の説明】
１            ＬＥＤプリントヘッド
２            記録ユニット
２１        基板
２１ａ    第１の配置面
２１ｂ    第２の配置面
２２        発光素子
２３        駆動素子
２４        配線基板
３          放熱機構
３１      放熱ブロック
４          光学機構
【図１】
0003574125.tif 000002
【図２】
0003574125.tif 000003
【図３】
0003574125.tif 000004
【図４】
0003574125.tif 000005
【図５】
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【図６】
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