(57)【要約】      （修正有）【課題】導電性粒子による解像度の高いパターン形成をする方法及び装置を提供する。【解決手段】導電基材１上に絶縁材料を含んだ材料にてデジタル信号からのパターンを固定化する行程を設け、その導電基材に空間をもって対向電極４を設け、導電性粒子３を該対向電極４に確実に接触させている状態で、導電基材１と対向電極４の間に電界を与え、その電界によって導電性粒子３飛翔させ、該絶縁材料を含んだパターン上のみに、導電性粒子３を付着させる。その後、導電性粒子３を被転写材に転写し、熱等で導電性粒子粉３を結着して導電性粒子パターンを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電基材上に絶縁材料を含んだ材料にてパターンを固定化する行程の後、該導電基材に空間をもって対向電極を設け、導電性粒子を該対向電極に接触させる状態とし、該導電基材には接触しない状態として、該導電基材と該対向電極の間に電界を与え、その電界によって導電性粒子を移動させて該絶縁材料を含んだ材料に付着させることにより導電性粒子パターンを形成する方法及び装置。
【請求項２】
請求項１記載のパターン固定化する行程がインクジェット法であり、インクを自然乾燥あるいは加熱あるいは冷却あるいは紫外線によって固定化することを特徴とする方法及び装置。
【請求項３】
請求項１記載のパターン固定化する行程が電子写真法であり、トナーを導電材料上に転写し、熱よって溶融固着し、その後冷却し固定化することを特徴とする方法及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は解像度の高い導電性粒子パターンを形成する方法及び装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板や自動車ガラスの曇り止めヒーター等に代表されるように金属のパターン形成が求められる製品は数多くある。そしてその製造方法も多種に渡るが、代表的には、印刷方式、エッチング方式、メッキ方式及びダイレクト形成方式に分類できる。
【０００３】
ここで言う印刷方式とは樹脂と金属粉を溶剤で適正粘度に混合したインキで印刷する方式で、主にスクリーン印刷法が使われ、自動車ガラスの曇り止めヒーターのようにパターン化された回路が電気的抵抗体であることが求められるような場合に採用されている。
【０００４】
必要な材料をパターン化する手法としてエッチング方式やメッキ方式にも利用されている。エッチング方式は金属箔上に種々の手法によりレジストパターンを作り、エッチングによって不要な部分の金属を取り除いてパターン化する方式で、プリント基板の様に回路の抵抗が低い必要がある場合に採用される方式である。
【０００５】
メッキ方式はパラジウム等のメッキ開始剤を含んだ材料でパターンを形成し、無電界メッキにより金属パターンを形成する方式で、メッキ前のパターンが樹脂を含む材料で形成できるため、高速形成性、高解像性、低コスト性等、目的別に選択できる手段が豊富であるのが特徴的である。特許文献１及び特許文献２ではメッキ開始の基材となるパラジウムをトナーの表面に含ませ、電子写真法によりパターン化した後にその上にメッキして導電パターンを形成する方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５８−５７７８３号公報
【特許文献２】特開平０７−２５４７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電子写真法によりトナーパターンを作りメッキする方法は、パターン化としての簡便さ、スピードにおいては有効な手法であるが、メッキという従来の行程を経なければならない。
【０００７】
近年インクジェット用の金属インクが開発され、インクジェット方式により直接金属パターンを形成するというダイレクト方式は理想的な方式ではあるが、ナノオーダーの金属をインクにしているため、層を厚くできない。従って、でき上がったパターンには大きな電流を流すことが出来ず、使用できる対象が限定されている。
【０００８】
このことからある程度の粒径を持つ導電性粒子でパターン化する事が望まれる。電子写真法では金属を絶縁性材料で被膜処理する等の対策を行わずにパターン化する事は困難とされてきた。その大きな理由は、金属は導電であることと、磁性の有るものと無いものがあるということ、そして細かい粒子はかなり強い凝集を起こすことである。
【０００９】
現代においてパターン化する手法は、印刷及びプリンターと称される製品の技術がある。印刷技術はインクにするための余分な材料を練り込む必要があり、除外される。その意味ではサーマルプンター技術もドットプリンター技術も除外される。磁気プリンター技術は磁性の無い金属が使用できないし、インクジェット方式は粒子が大きくなるとノズルがつまり使用できない。
【００１０】
残る電子写真法は、静電気でパターンが作られているため、導電性の粒子が接触すれば潜像を壊す可能性が有り、不可能とされてきたが、本発明者等は、現像手法の工夫によって可能であることが分かってきた。しかし、さらに高い解像力を得るためには粉体の凝集をどのようにして解決するかの工夫が必要になってきている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
導電基材上に絶縁材料を含んだ材料にてデジタル信号からのパターンを固定化する行程を設け、その導電基材に空間をもって対向電極を設け、導電性粒子を該対向電極に確実に接触させている状態で、導電基材と対向電極の間に電界を与え、その電界によって導電性粒子飛翔させ、該絶縁材料を含んだパターン上のみに、導電性粒子を付着させる。その後、導電性粒子を被転写材に転写し、熱等で導電性粒子粉を結着して導電性粒子パターンを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
従来技術では、導電性粒子粉を信号の有無に従って高解像力でバックノイズの無いパターンを得るのは非常に難しいとされてきており、現段階まで実現されていない。しかし上述したように本発明によれば、第一行程で、導電基材上に絶縁材料を含んだ材料でパターンを描きこれを固定化する手段としてインクジェット法や電子写真法等既に解像力の高いパターンが得られる事が実証されている技術を使うことが出来、さらに現像において導電性粒子粉の往復運動を繰り返すことによって衝撃による凝集塊を解す役割とパターンへの付着確率を増やし、均一な付着量と、解像力の高い導電性粒子パターンが製作できる。
【００１３】
また、導電性粒子粉は電界によって全体に飛翔を繰り返すだけで良く、電界中で飛翔する導電性粒子は導体間では電荷の授受が行われるために付着出来ないという性質を利用することによって、バックグラウンドノイズの無い品質の高い導電性粒子パターンが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
そこで本発明は以下に述べる手段により上記課題を解決するようにした。すなわち請求項１記載の発明では、導電基材上に絶縁材料を含んだ材料にてパターン固定化する行程の後、該導電基材に空間をもって対向電極を設け、導電性粒子を該対向電極に確実に接触させている状態で、該導電基材と該対向電極の間に電界を与え、その電界によって導電性粒子を該絶縁材料を含んだ材料に付着させる。
【００１５】
請求項２及び請求項３記載の発明は上記請求項１に記載の絶縁材料を含んだ材料にてパターン固定化する手法であり、請求項２はインクジェット法であり、インクを自然乾燥あるいは加熱あるいは冷却あるいは紫外線によって固定化するものである。請求項３は電子写真法であり、トナーを導電材料上に転写し、熱によって溶融固着し、その後冷却し固定化する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第一の行程は、導電基材上に絶縁材料を含んだ材料でパターンを描きこれを固定化することである。この条件を満足するならば、本来どのような手段を用いても良い。例えばシルクスクリーン印刷法で導電基材上にパターンを印刷しても成立する。しかし、行程の簡略化という意味では望ましい手法とはいえず、デジタル信号から直接パターンを得る手法が望ましく、インクジェット法や電子写真法を用いるのがより本発明の効果を得る。
【００１７】
インクジェット用のインクは一般に使用されているものでも良いが、ほとんどの導電基材はインクが染み込みにくく、また、インクをはじき易いので、プラスチックやガラスあるいは金属の様な平滑面を持つ固体に印刷できるタイプのインクが望ましく、インクとしては、例えば、水性インク、溶剤インク、ホットメルトインク及び紫外線硬化インク等がある。
【００１８】
水性インク、溶剤インクの場合は、インクパターン形成後に自然乾燥あるいは熱により水分あるいは溶剤を気化し固定化させます。ホットメルトインクの場合はインクは熱せられた状態で描画され、インクパターン形成後自然冷却により固定化させます。紫外線硬化インクの場合は、インクパターン形成後に紫外線により固定化させます。固定化されたインクは完全に固化している必要はなく、半固化状態で粘着性を持っていてもかまわない。この場合、粘着力も導電性粒子の付着力に寄与する。固定化のスピードからは紫外線硬化インクがより有効である。
【００１９】
電子写真法に於けるトナーは液体であっても粉体であっても樹脂トナーであれば問題は無い。導電基材上に転写する上で工夫が必要となる。近年では圧力とズリ転写の組み合わせ等、種々の転写法が開発されている。
【００２０】
第一の行程で作成されたパターン上に導電性粒子粉を付着させるのが本発明の第二の行程である。工程別に描かれた図１の基本構成図に従って説明する。１は導電基材であり、金属板であっても、平板に吸着した導電シートでも良い。導電基材１は作像器Ａによって絶縁材を含んだパターン２が形成され定着器Ｄによって固定化され第一行程を終了する。第二行程の入口にはクリーナーＣが有り、搬送されて、現像器Ｂ上で停止し現像器の対向電極４と導電基材１の間に加えられた電界によって、対向電極４上にあって導電基材１には接触しないように空間を設けて全面に並べられた導電性粒子粉３が、対向電極４から電荷をもらって導電基材１側に飛翔する。
【００２１】
一例ではあるが、絶縁材を含んだパターン２が形成された導電基材と対向電極の間隙は1〜２ｍｍであり、導電性粒子粉は粒子径が約１０μｍ、４４μｍ、７４μｍ及び１０５μｍの鉄球を使用して、直流電圧７００Ｖ以上の現像バイアスを印加したところ、導電粒子は飛翔を開始し、導電基材１上のパターン２の部分に飛翔した導電性粒子粉３はパターン２に付着し、それ以外に飛翔した導電性粒子粉３は導電基材１に接触して逆極性の電荷をもらって再び対向電極４に戻ってくる。この状態を電界の加えられている間繰り返し、パターン２の全体に均一に導電性粒子粉３が付着し、それ以外は付着しない状態が作られた。パターン２をアクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＴ、セロハン等を使用し導電性粒子粉３の付着を確認したところ、どの場合も付着した。
【００２２】
また、現像バイアスにピークツウピークの電圧が８００ＶのＡＣバイアスを重畳させたところ、導電粒子が飛翔開始する直流電圧は６００Ｖ以上になり、低くてすむことが確認された。また、ＡＣバイアスの周波数を１００Ｈｚ〜１ｋＨｚに変化して導電性粒子の飛翔を確認したところ、周波数が低いほうがピークツウピークの電圧が低くてすむことが確認された。
【００２３】
次の第三行程で目的の被転写材１３に転写し、熱等で導電性粒子粉３を結着して導電性粒子パターンが完成する。一般に導電性粒子パターンは同一のパターンで数十から数千枚作られる場合が多く、転写の終わった導電基材１は第二行程に戻され、そのときクリーナーＣでクリーニングされて再び導電性粒子パターン製作に使用される。
【００２４】
導電性粒子材料３としてこの他に、銅、ニッケル等の金属粉にて確認したところ間隙や供給電圧等はほぼ同条件で目的の金属パターンを得ることが出来た。但し、これらの金属粉は放置すると酸化等の影響を受けやすく、その状態によって供給電圧を上げる方向に調整する必要があった。現像バイアス電圧はこの例に制限されるものではなく、導電性粒子の性質並びに導電基材と対向電極間距離により最適な値に調整される。
【００２５】
また、導電性カーボンや鉄分を樹脂に多量に練り込んだ導電性粉体を使用したところ、金属粉と比較してほぼ同等の供給電圧で金属と同様の解像性と付着が可能であった。導電性カーボンや鉄分を多量に含んだ粉体トナーは全体的に抵抗が低く、導電基材１に接触したときに帯電した電荷が流れて消失するため再び飛翔し、金属粒子と同様な動きをするためと考えられる。
【００２６】
以上から金属はもちろん、樹脂を含む材料であっても、接触によって導電性を示す材料であれば本発明が成立すると判断される。又、粒子径はこの例に制限されるものではなく、粒子が粒子同士あるいは導電基材あるいは対向電極と強く凝集していなければ、どのような粒子径であろうと、本発明が成立する。
【実施例２】
【００２７】
実際の製造装置では連続して製造できることが望まれる。図２は導電基材１上にパターン２を固定化する行程が間欠になるが、一連の作業が一体化した装置である。作像部Ａにて直接あるいは間接的に導電基材１上にパターン２を作り、定着器Ｄにて固定化し、その行程後作像部Ａは離間する。円筒状の導電基材１の周辺には現像器Ｂ、クリーナーＣ及び除電あるいは帯電を行うコロナ放電器１１が配置されており、パターン化の行程中電界は切断されており、クリーナーＣ、転写ローラ１２等の接触する部分は離間している。
【００２８】
導電性粒子粉３は現像器Ｂの対向極４の上に全面に乗っており、導電基材１には接触しないよう導電基材１と対向極４に空間が設けられている。対向電極４と導電基材１の間に加えられた電界によって、導電性粒子粉３は対向電極４から電荷をもらって導電基材１側に飛翔する。導電基材１上のパターン２の部分に飛翔した導電性粒子粉３は付着し、それ以外に飛翔した導電性粒子粉３は導電基材１に接触して電荷を失い、あるいは逆極性の電荷をもらって再び対向電極４に戻ってくる。導電基材１と対向極４は相対的に移動しているため、導電性粒子粉３は電界によって飛翔できる間往復運動を繰り返し、パターン２の全体に均一に導電性粒子粉が付着し、最終的に対向電極４に残った導電性粒子粉３は回収され再び使用される。
【００２９】
パターン２に付着した導電性粒子粉３は転写部分で被転写材１３に転写され、クリーニングブラシ１０にて残留金属粉を取り除き、コロナ放電器１１にて除電した後再び現像される。コロナ放電器１１は帯電器であっても良く、パターン３に均一な帯電を行うことによって現像での安定した導電性粒子粉３の付着が可能である。
【００３０】
転写は転写ローラ１２による圧接と電界を補助することによって行うことも出来るが、あらかじめ粘着材を被転写材１３にコーティングしておき、粘着転写を行う方法が、簡単で確実な手法である。粘着材は導電性粒子粉結着後絶縁皮膜を被覆する際の接着を兼ねることも可能であるし、被覆を施さない場合は最終段階で粘着性を無くす処理を行えばよい。
【００３１】
繰り返し現像を行うための具体的現像器の一例を図３に示す。現像器Ｂ枠全体、バケットベルト７及びホッパー６は電気的に接地され、搬送を兼ねた対向電極４には適正な電圧が印加される。導電性粒子粉３は貯まり部分からバケットベルト７によって汲み上げられ、上部でホッパー６に放り出される。ホッパー６の出口は適度の開放口となっており横方向への導電性粒子粉分布の均一化を行うと共に、搬送を兼ねた対向電極４とホッパー６との電界の補助によって、粉体３はスムースに対向電極４に移動する。
【００３２】
対向電極４上の導電性粒子粉３は現像部まで搬送され、電界によって飛翔する。残った金属粉３は回収ブラシローラ８にて回収される。導電性粒子粉が不足すれば供給ホッパー９より補給される。ホッパー６に対向電極４と同じ電圧を印加しておけば現像前の飛散防止となるが、接地電位にすると導電性粒子粉３が通過する間導電性粒子粉３は往復運動をし、凝集を解す役割をすると共に導電性粒子粉一層の均一な層を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の基本構成の説明図である。
【図２】本発明の発展させた構成の説明図である。（実施例２）
【図３】本発明の現像器の構成の説明図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００３４】
１・・・・・導電基材
２・・・・・絶縁物を含むパターン
３・・・・・導電性粒子粉
４・・・・・対向電極
５・・・・・遮蔽板
６・・・・・ホッパー
７・・・・・バケットベルト
８・・・・・回収ブラシローラ
９・・・・・供給ホッパー
１０・・・・クリーニングブラシ
１１・・・・コロナ放電器
１２・・・・転写ローラ
１３・・・・被転写材
１４・・・・電圧供給電源
Ａ・・・・・作像器
Ｂ・・・・・現像器
Ｃ・・・・・クリーナ
Ｄ・・・・・定着器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009252812.tif 000005