JP2005300682A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属粒子を含むトナーを用いて基板上に回路パターンを電子写真方式により形成する画像形成装置において、感光体上の傷の発生を抑え、トナーフィルミングの発生を防ぐ。
【解決手段】 現像器４は金属粒子１０を含有するトナーＴにより感光体１上の静電潜像を現像しトナー像を形成する。転写部７は感光体上のトナー像を基板Ｐ上に転写し、クリーニングブレード５は、感光体上の転写残りのトナーをクリーニングする。クリーニングブレード５が転写残りトナーＴを感光体１からかき取る際、トナーＴに含まれる金属粒子１０が感光体を傷つけないように、感光体１の表面層はトナーに含有されている金属よりも硬い材料で構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式により回路用基板上に回路パターンを形成する画像形成装置に関する。

従来、配線基板や多層配線基板を構成する基板上に回路パターンを形成する方法として、スクリーン印刷方式が広く採用されていた。このスクリーン印刷方式は、銀、白金、銅、パラジウムなどの金属粉と、エチルセルロースなどのバインダーとを混合したものをテルピネオール、テトラリン、ブチルカルビトールなどの溶媒で粘度を調整してペーストを作成し、このペーストを基板上に所定の回路パターンで塗布するものである。

しかし、このスクリーン印刷方式では、各回路パターンに対応した専用マスクを用意する必要があり、特に多品種小量生産になりがちな多層配線基板などの場合、専用マスクの種類が多くなり、専用マスクを作製する時間が長くなるとともに、多層配線基板の製造コストが多大になるという問題がある。また、回路パターンの部分的な変更でも、専用マスクを再作成しなければならず、柔軟な対応が取れないという問題もある。

近年、このようなスクリーン印刷方式の問題点を解消するために、下記特許文献１のように、電子写真方式により基板上に回路パターンを形成する方法が開発されている。この電子写真方式による回路パターン形成方法では、感光体上に所定のパターンの静電潜像を形成し、この静電潜像に、回路形成用荷電性粉末（球形の導電性粉末の表面に電荷制御剤を固着させた後、熱可塑性樹脂を被覆した構造）を静電的に付着させて可視像を形成し、その可視像を基板に転写して回路パターンを形成していた。
特開２００１−２８４７６９号公報

しかしながら、このような電子写真方式では、熱可塑性樹脂層が薄い為、トナー（回路形成用荷電性粉末）の電気抵抗が低く、外添剤付与による帯電量の制御が極めて難しいため、高精度な導電性の回路パターンすなわち配線パターンを形成することが難しかった。

このように、電子写真方式を用いて配線パターンを形成する場合には、トナーの導電性と帯電性付与とはトレードオフの関係にあるため、帯電性を維持しながら所定の導電性を得ることが困難であるという問題があった。特に、配線パターンのような微細なパターンを精度よく形成するためには、帯電性のコントロールが極めて重要となり、良好な配線パターン形成精度と導電性を両立させる回路形成用荷電性粉末の製造は、工業的に極めて困難であった。

そのため、金属粒子を絶縁性の熱硬化性樹脂に分散した後粉砕分級を行ってトナーを作製し、電子写真方式により基板上に配線パターンを形成し、その後トナーを熱硬化させ、含有している金属粒子を核として無電界メッキを施し配線パターンの導電性を確保する方法が開発された。

上記メッキを施す方法では、電子写真での現像時にトナーの表面に現れる金属粒子が少ないため、トナーとして要求される帯電性は持たせやすくなったが、感光体に傷がついてしまい、この傷によって、転写残りトナーのクリーンニグ不良や、傷を核としたトナーのフィルミング（感光体への固着）といった画像不具合を生じてしまった。

本発明は、金属粒子を含むトナーを用いて基板上に回路パターンを電子写真方式により形成する画像形成装置において、感光体上の傷の発生を抑え、トナーフィルミングの発生を防ぐことを目的とする。

上記感光体上の傷やトナーフィルミングの発生は、感光体から基板への転写が行われた後に、感光体表面に残った転写残りトナーをウレタンゴムブレード等を用いてクリーニングする工程において、ブレードのエッジ部と感光体表面の間で圧縮されたトナーの表面に突出した金属粒子によるもであることが見出された。

本発明の画像形成装置は、表面層を具備し、画像データに対応した露光により、前記表面層上に静電潜像が形成される像担持体（感光体）と、金属粒子を含有するトナーにより前記像担持体上の静電潜像を現像することでトナー像を形成する現像器と、前記像担持体上のトナー像を基板上に転写する転写部と、前記像担持体上の転写残りのトナーをクリーニングするクリーニング部とを具備し、前記像担持体の表面層は前記トナーに含有されている金属よりも硬い材料で構成されている。

金属粒子を含むトナーを用いて基板上に回路パターンを電子写真方式により形成する画像形成装置において、感光体上の傷の発生を抑え、トナーフィルミングの発生を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明の１実施形態に係る画像形成装置は、電子回路用の基板上に例えば１層又は多層の配線パターンを形成する。この配線パターンは、基板上に転写及び定着されたトナー像に無電界メッキを施すことにより形成される。本発明に適用されるトナー粒子は、金属粒子を含むバインダーにより構成される。通常の電子写真用トナーとしては一般的には加熱によって融ける熱可塑性樹脂が用いられるが、本発明の回路基板用トナーとしてはトナーの乗った回路上のパターンが、次工程の加熱によっても安定していることが求められるため、熱硬化性樹脂を用いる。

上記バインダーとしては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。基板の素材としてはガラスエポキシ基材、ベークライト基材（フェノール樹脂）が一般的に用いられており、トナーの素材としてもこれらの基材と親和性が高いよう、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいはその混合物を用いるのが好ましい。ただし、1層の導電パターンのみ形成する場合など、熱可塑性の樹脂を用いることも可能である。

トナーは上記バインダーに、１μｍ以下の導電性金属微粉を１５〜７５％分散すなわち混合させることにより基本的に構成される。導電性金属微粉としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ等の遷移金属が用いられる。バインダーに分散させた金属微粉の一部はトナー表面に部分的に露出するため、基板上にトナーの回路パターンを形成し熱硬化させた後無電界メッキを施すことにより、露出した金属微粉を核としてトナーパターン全体を覆う一様な銅の導電層を形成することが可能となる。

従来のようにトナー中の金属粒子ではなく、メッキにより配線パターンの導電性を確保するため、トナー中の導電性金属微粉の量を少なくすることが可能となり、トナーの帯電性を確保して良好でかぶりの無いパターンを現像することができる。金属微粉の含有率としては１５〜７５重量％、好ましくは３０〜６５重量％であり、金属微粉の粒子径は１μｍ以下、好ましくは０．７μｍ以下である。

金属微粉の量が多くなるとトナーの電気抵抗が下がって帯電量が下がり、かぶりが発生し、金属微粉の量が少なくなると後にメッキを行っても配線パターンに十分な導通性を与えることができない。また金属微粉の粒子径が大きくなると、バインダー中の分散が不十分になり、トナー表面への露出、バインダーから遊離した金属微粉粒子の存在が増え、かぶりが発生する。

上記のバインダー、金属微粉の他に、必要に応じてワックス、分散補助剤、着色剤、電荷調整剤などをトナー成分とすることができる。これらの原材料を均一に混合し、加圧ニーダーあるいはバンバリーミキサー、２本ロール、３本ロール、２軸押出し機などの混練機を用いて加熱混練を行うが、この際バインダーが充分に混錬されないうちに硬化しないよう温度、時間に気をつける必要がある。

十分に混練されたトナーは、冷却された後粗砕され、その後ジェット粉砕機等を用いて微粉砕され、気流分級機等を用いて粒子径分布を整える。更に、粉砕分級の後、必要に応じてシリカ、酸化チタンなどの外添剤をトナーの表面に添加することができる。

なお、トナーの粒度分布にはコールター社マルチサイザ−IIを用い、トナー体積抵抗率測定には安藤電気製ＡＧ−４３１１ＬＣＲメーターを用いた。抵抗測定には、トナーサンプルは厚さ約１．５ｍｍのペレットに３０トンの圧力で成型し、３０℃の条件で１ｋＨｚ５Ｖの交流をかけて、抵抗成分の測定を行った。感光体上のトナー高さの測定は、レーザ変位顕微鏡にて行った。トナーの粒子径は、体積５０％粒子径として１２μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。

次に本発明に適用されるトナーの具体的な作製例を示す。

バインダーとしての熱硬化性エポキシ樹脂（５０重量％）と、金属粒子としての粒径０．７μｍの銅粒子（５０重量％）を、ヘンシェルミキサーで５分間均一に混合した後、加圧ニーダーにて９０℃の温度条件で１０分間混練を行い、ゲル化後急冷した後ハンマーミルにて２ｍｍ以下まで粗粉砕を行った。その後、Ｉ式ジェット粉砕機及びＤＳＸ分級機を用いて８μｍのサイズまで微粉砕及び分級すなわち粒径を整えた。得られたトナーとシリカＲ９７４（１重量％）をヘンシェルミキサーにて１０分間混合した後、２００メッシュのふるいを通して最終のトナーを得た。

図１にトナー断面の概略図を示す。

このトナーは少なくとも、分散している銅粒子１０及び樹脂１１を含む。銅粒子１０の一部は樹脂１１の表面から露出している。この露出が、後に銅メッキする上で重要なポイントとなる。したがって、適度に銅粒子がトナー表面に露出していることが必要となる。

本実施形態では、平均粒径６０μｍのシリコン系の樹脂でコーティングされたフェライトキャリア及びこのフェライトキャリアと所定の混合比で上記トナーとを混合した２成分現像剤を作製し、使用した。もちろん、一成分現像方式を用いることも可能である。

図２に示す画像形成装置を使用して、種々のトナーと感光体を用いて実験を行った。

感光体（像担持体）１は、図中矢印Ａ方向に回転し、帯電装置２により均一にマイナス帯電される。露光装置３は画像データに対応するパワーを有するレーザ光ＬＢにより感光体１を露光走査し、感光体表面に回路パターンに対応する電潜像を形成する。画像データは例えばＣＡＤによって作成されたデータである。現像装置４はトナーを収容し、感光体１上の静電潜像をマイナス帯電のトナーによりトナー像として反転現像する。

感光体１上のトナー像は、基板Ｐへの転写位置まで回転し、転写装置７により基板Ｐの裏面（図中下側）に付与されたプラス電荷により基板Ｐに静電転写される。その際、基板Ｐは図示していない搬送手段により感光体１の周速とほぼ等速で搬送されている。その後、基板Ｐは除電装置８により除電され、感光体１からの剥離を補助され、感光体１から剥離される。

感光体１から基板Ｐへ転写されたトナー像のうち、転写残りとして感光体１上に残留したトナーはクリーニングブレード５によってかきとられる。クリーニングブレード５はウレタンゴムからなり、板金６に支持されており、板金６は図示しないバネにより、感光体１に所定の荷重で付勢されている。残留トナーがかきとられた感光体１は、再度帯電装置２により帯電され、継続的に感光体上にトナー像を形成可能な構成となっている。

本実施例では、感光体１から、静電転写により基板Ｐに直接転写した場合を示したが、感光体１から一旦、中間転写体に転写し、更に基板Ｐに転写する場合にも、感光体１上に転写残りトナーが発生することは同様であり、本実施例の変形例として考えられる。また、静電転写方式の他に、粘着転写や圧力転写といった他の公知の転写方式を採用した場合も同様である。

トナーに分散させている銅粒子は粒径０．７μｍのものを使用しているが、その硬度については、同一の組成で厚さ３ｍｍの板状のサンプルを作成し、そのビッカース硬度を測定することで、銅粒子の硬度を表すものとした。

純Ｃｕ（９９．９６％以上）のビッカース硬度（Ｈｖ）は約４０であった。Ｃｕに１％のＣｒと０．１％のＺｒを加えた組成のものは、約１４０であった。同様に、有機感光体やアモルファスシリコン感光体を準備し、その表面層のビッカース硬度を測定した。感光体表面層のビッカース硬度は、感光体の内面に沿った硬い固定部材を感光体内側にあてがって測定することが可能である。

下記表１にトナーに分散させた銅粒子を２種類、感光体を３種類準備して、感光体上に形成させたトナー像をＡ４サイズの厚さ５０μｍのガラスエポキシシートに転写させて寿命試験を実施した結果を示す。１０Ｋ枚通紙後の感光体表面の傷の有無とトナーフィルミングの発生の有無を観測した。

表１の結果より、感光体表面にトナーフィルミングを発生させない条件として、トナーに分散された金属粒子のビッカース硬度と感光体表面層のビッカース硬度との関係が明らかとなった。つまり、トナーに分散された金属粒子のビッカース硬度よりも硬い表面を有する感光体を使用することで、感光体表面の傷の発生を抑え、トナーフィルミングの発生も無くすことができることが判明した。

次に感光体１の表面になぜ傷がつくのか、メカニズムを説明する。

図３に、感光体１とクリーニングブレード５の拡大図を示す。

クリーニングブレード５はウレタンゴムからなっており、図示していない支持板金をバネで付勢して感光体１にカウンター方式で、すなわちクリーニングブレード５を感光体表面の接触部において、クリーニングブレードの支持部から先端部の向きが感光体移動方向と反対向きとなるように、圧接されている。その際、クリーニングブレード５は、弾性により変形する。図３の直線Ｌはクリーニングブレード５のたわみ変形した先端部の漸近線に相当する直線である。直線Ｈはクリーニングブレード５の先端エッジが感光体と接触している位置の感光体の接線である。直線Ｌと直線Ｈのつくる角度θをクリーニング角度と呼んでいる。適正なクリーニングを得る為のクリーニング角θは０〜２０°、より好ましくは、５〜１５°である。クリーニングブレード５先端の稜線が感光体１を押圧する荷重は１〜２．５ｇ/ｍｍ（ブレードの単位長さ当たりの荷重）、より好ましくは、１．２〜２ｇ/ｍｍである。

クリーニングブレード５のクリーニングエッジ近傍には、かきとられたトナーＴが存在し、エッジのごく近傍では圧縮されている。部分的にはクリーニングブレード５のエッジに挟まれているトナーも存在する。これらの圧縮されたトナーやエッジに挟まれたトナーＴが、クリーニングブレード５の圧接力により、感光体１の表面に押し付けられ、トナーの表面の一部に露出している金属粉が感光体１の表面層に傷をつけるのである。その際、表１に示したように、トナーに分散された金属粉のビッカース硬度が感光体１の表面層の硬度（ビッカース硬度）よりも小さいと、感光体１の表面に傷がほとんどつかないという事実が本実施例では重要である。なお、図３はクリーニングブレードをカウンター方向に当接させたものであるが、カウンター方向と逆向きのトレール方向に当接させたものは、トナーがブレードと感光体表面の間に溜まり易く、更に傷がつき易くなることは明白であり、表１の関係は変らない。

以上説明したように本発明によれば、金属粒子を絶縁性の熱硬化性樹脂に分散した後粉砕分級を行ってトナーを作成し、電子写真方式により基板の上に回路パターンを形成し、その後トナーを熱硬化した後含有している金属粒子を核として無電界メッキを施して回路パターンの導電性を確保する方法において、トナーに分散された金属粒子のビッカース硬度よりも硬い表面を有する感光体を使用することで、従来発生していた、感光体傷の発生を抑え、トナーフィルミングの発生も無い、電子写真方式による配線基板作成用装置を提供できる。

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を実施することができる。そのような変形例も本発明に含まれるものである。

トナー断面の概略図を示す。 本発明の一実施形態が適用される画像形成装置の概略構造を示す。 感光体とクリーニングブレードの拡大図である。

符号の説明

１…感光体、２…帯電装置、３…露光装置、４…現像装置、５…クリーニングブレード、６…板金、７…転写装置、８…除電装置、９…トナー受け皿、１０…銅粒子、１１…樹脂。

Claims (6)

1. 表面層を具備し、画像データに対応した露光により、前記表面層上に静電潜像が形成される像担持体と、
   金属粒子を含有するトナーにより前記像担持体上の静電潜像を現像することでトナー像を形成する現像器と、
   前記像担持体上のトナー像を基板上に転写する転写部と、
   前記像担持体上の転写残りのトナーをクリーニングするクリーニング部とを具備し、
   前記像担持体の表面層は前記トナーに含有されている金属よりも硬い材料で構成されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体の表面層は前記トナーに含有される金属のビッカース硬度よりも硬いことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体の表面層はアモルファスシリコンにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記トナー像は回路パターンに対応していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 表面層を具備する像担持体上に、画像データに対応した露光により静電潜像を形成し、
   金属粒子を含有するトナーにより前記像担持体上の静電潜像を現像することでトナー像を形成し、
   前記像担持体上のトナー像を基板上に転写し、
   前記像担持体上の転写残りのトナーをクリーニングするステップを具備し、
   前記像担持体の表面層は前記トナーに含有されている金属よりも硬い材料で構成されていることを特徴とする画像形成方法。
6. 前記像担持体の表面層は前記トナーに含有される金属のビッカース硬度よりも硬いことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。

Images