JP2011187801A - 画像形成用回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体とトナーが付着させられる記録紙との間に配置されたトナーが通過する穴を複数有する回路基板によって直接記録方式で画像を形成することのできる画像形成用回路基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】複数の開口部が列状に設けられた絶縁性基材と、該絶縁性基材に前記各開口部に対応して設けられた個別背面電極と、前記絶縁性基材の他面に制御電極と共通バイアス印加用の共通電極が設けられた、画像形成用回路基板の製造方法において、前記絶縁性基材に個別背面電極、制御電極、及び共通バイアス印加用の共通電極を形成する工程と、複数の開口部を形成する工程と、前記個別背面電極、制御電極、及び共通電極が設けられた画像形成用回路基板の開口部周辺を熱強圧する工程を含むことを特徴とする画像形成用回路基板の製造方法などによって提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成用回路基板およびその製造方法に関し、より詳しくは、トナー担持体とトナーが付着させられる記録紙との間に配置されたトナーが通過する穴を複数有する回路基板によって直接記録方式で画像を形成することのできる画像形成用回路基板およびその製造方法に関する。

複写機などの画像形成装置として、トナージェット、ダイレクトトーニング、トナープロジェクション等と呼ばれる方式でトナー（記録材）によって紙などの記録媒体上に画像を直接記録する方法が知られている。

上記の画像を直接記録する画像形成装置としては、トナー担持体から飛翔させたトナーを開閉制御されるトナー通過穴を介して記録媒体手段に付着させて画像を形成する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この装置は、トナーを担持するトナー担持体と、トナーが付着させられる記録媒体手段と、トナー担持体と記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴を有するトナー制御手段とを備えている。このトナー制御手段は、トナー担持体側の絶縁基板表面にトナー通過穴を囲む形でリング状の制御電極を設け、この制御電極から絶縁領域を介し複数のトナー通過穴に共通のバイアス電圧を印加する共通電極が空いたスペースを覆うようにベタ状に設けられている。また、記録媒体手段側には、トナー通過穴を囲む形で制御電極よりも径が大きいリング状の個別背面電極が設けられた画像形成用回路基板と、記録媒体手段にトナー画像を形成する前に、記録媒体手段に対してトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段を備える構成となっている。

上記画像形成用回路基板には、トナー通過穴が開けられた厚さが３０μｍ〜１００μｍのポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムに、銅などの導電性の良い金属を蒸着法やスパッタ法、及び無電解法と電気めっき方式の組合せで形成した導電性フィルムが使用されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２の実施例に記載されたような導電性フィルムを用いれば、表面に形成された銅などの導電層をエッチング方式によって除去することで配線を形成できる。またこの基板を用いるためには、トナーが通過する穴を形成する必要があるが、この穴の形成においても、一般的に知られているプレス加工やレーザー加工などの方法、並びにポリイミドなどの樹脂を化学的に溶解することができる。これらの加工によって配線形成された基板は、特許文献１の実施例においても、その効果が確認されている。

ところが、穴を形成する時、レーザー加工時の熱やプレス加工時の圧力によって基板が部分的に伸縮を起こし、基板表面が平坦にならずに、歪みが生じる。またポリイミドエッチングなどの樹脂フィルムを化学的に溶解して穴をあける方法では、レーザー加工やプレス加工よりも熱や圧力の影響が少なく、歪みが少なくなるが、形成した基板を組み立てる場合に、基板上に形成された配線デザインによっては、導電層の金属が残っている部分と導電層のない樹脂部分に形成されるため、組み立て時において、歪みができ易いなど、フィルム状の基板を用いる場合に問題が生じる。
このようにして生じた歪みは、画像形成用回路基板を構成した場合、基板の歪みによって、トナー担持体と画像形成用回路基板との距離を一定にすることができず、画像特性に影響を及ぼすこととなり、これが直接記録方式で画像を形成する装置で問題となっている。

画像形成用回路基板に形成されたトナー通過穴をトナーが効率よく通過して、記録媒体手段にトナーを定着するには、トナー通過穴の長さが短いほど望ましい。そのため、画像形成用回路基板の厚みは薄くなる傾向にある。一方、近年は画像を高精細化する要求が高まり、基板に形成されるトナー通過穴とその周りに形成される制御電極や個別背面電極の形成密度は高密度化する傾向にある。これが、回路形成時の応力により基板に歪みが生ずるという問題に一層の拍車をかけるという状況になっている。
また、記録媒体手段に精度良く元の画像を記録するには、トナー担持体とトナー通過穴の距離が均一であることが重要とされており、画像形成用基板の歪みによってトナー担持体とトナー通過穴の距離が不均一になると、穴を通過するトナー量のバラツキが大きくなり、記録される画像に歪みや、濃度ムラが生ずるという問題も発生していた。

このような状況下、基板の厚みが薄くなり、形成されるトナー通過穴とその周りに形成される共通電極の形成密度が高密度化しても、回路形成時の応力により基板に歪みが生ずることがなく、トナー担持体とトナー通過穴の距離が均一であり、トナーの通過穴を通過するトナー量のバラツキが小さくなり、記録される画像に歪みや、濃度ムラが生じないような画像形成用回路基板が必要とされている。

特開２００９−３９９７７号公報 特開２００９−１４７０８１号公報（［００５４］）

本発明の目的は、このような状況に鑑み、直接記録方式による画像形成装置に用いられる画像形成用回路基板において、トナー担持体と複数の穴を有する回路基板を一定の間隔に保持することが可能な歪みの無い画像形成用回路基板とその製造方法を提案することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ね、トナー担持体とトナーが付着させられる記録紙との間に配置された画像形成用回路基板を製造するに当たり、配線を形成しトナーが通過する穴を形成した後、穴の周辺部を熱と圧力をかけて処理することにより、配線や穴の加工時並びに基板の取扱い時に生じた歪みが平坦に矯正され、これによりトナー担持体と画像形成用回路基板の距離を一定に保持できるようになることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、複数の開口部が列状に設けられた絶縁性基材と、該絶縁性基材の片面に前記各開口部に対応して設けられた制御電極と前記制御電極と絶縁領域を介して複数の開口部に共通のバイアス電圧印加用の共通電極が設けられ、もう一方の面に前記各開口部を囲む形で個別背面電極が設けられた画像形成用回路基板の製造方法において、前記絶縁性基材に制御電極、共通電極及び個別背面電極を形成する工程と、複数の開口部を形成する工程と、前記画像形成用回路基板の開口部周辺を加熱しながら強圧する工程（熱強圧工程）を含むことを特徴とする画像形成用回路基板の製造方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記絶縁性基材が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、又はポリエチレンサルホン（ＰＥＳ）から選ばれるいずれかの耐熱性樹脂材料であり、かつ厚さが２０〜１００μｍであることを特徴とする画像形成用回路基板の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、前記熱強圧工程において、画像形成用回路基板の開口部周辺に金型を当接させ、１５０℃〜３００℃で３０〜１８０秒間加熱しながら加圧することを特徴とする画像形成用回路基板の製造方法が提供される。
また、本発明の第４の発明によれば、第３の発明において、前記熱強圧工程では、画像形成用回路基板の制御電極および共通電極側に凸状の金型を、その裏面側に凹状の金型を用いることを特徴とする画像形成用回路基板の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第５の発明によれば、第１〜４のいずれかの製造方法の発明に係り、得られる画像形成用回路基板の平坦度が、０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする画像形成用回路基板が提供される。

本発明では、トナー担持体とトナーが付着させられる記録紙との間に配置された複数のトナーが通過する穴を有する回路基板によって直接記録方式で画像を形成する画像形成装置で使用されるフィルム状の回路基板の製造方法において、配線形成及びトナーの通過穴を形成した後で、穴の周辺に熱と圧力をかける処理をするので、穴の加工時並びに取扱い時に生じた歪みが矯正され画像形成用回路基板が平坦化される。これによりトナー担持体と画像形成用回路基板との距離を一定に保持でき、鮮明な画像を形成することができるようになる。
また、本発明によれば、画像形成用回路基板の厚みが薄くなり、トナー通過穴とその周りに形成される各電極の形成密度が高密度化しても、回路形成時の応力によって基板に歪みが生ずることがなくなる。そして、トナー担持体とトナー通過穴の距離が均一になり、穴を通過するトナー量のバラツキが小さくなって、記録される画像に歪みや、濃度ムラが生じない画像形成装置が提供できる。

（ａ）は画像形成用回路基板の個別背面電極形成面、（ｂ）は画像形成用回路基板の制御電極及び共通電極形成面を示す概略図である。 図１の画像形成用回路基板において、トナーの通過穴の周辺をＡ−Ａ’の位置で拡大した断面図である。 本発明により、画像形成用回路基板のトナーが通過する穴を金型により熱強圧して、歪みを矯正する工程を示した説明図である。 画像形成用回路基板の歪みを矯正する工程において、トナーの通過穴と金型の一部を拡大した説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。
本発明は、複数の開口部が列状に設けられた絶縁性基材と、該絶縁性基材の片面に前記各開口部に対応して設けられた制御電極と前記制御電極と絶縁領域を介して複数の開口部に共通のバイアス電圧印加用の共通電極設けられ、もう一方の面に前記各開口部を囲む形で個別背面電極が設けられた、画像形成用回路基板の製造方法において、前記絶縁性基材に制御電極、共通電極及び個別背面電極を形成する工程と、複数の開口部を形成する工程と、前記画像形成用回路基板の前記複数の開口部周辺を熱強圧する工程を含むことを特徴とする。

１．画像形成用回路基板
本発明において、画像形成用回路基板とは、図１に示すように、絶縁性基材２の片面に制御電極４と該制御電極と絶縁領域を介して複数の開口部３に共通のバイアス電圧印加用の共通電極５が形成され、前記絶縁性基材２のもう一方の面に前記各開口部３を囲む形で個別背面電極６が形成されている回路基板１である。

絶縁性基材２は、耐熱性樹脂材料のフィルムであり、電子部品の材料として使用されている一般的なフィルムを用いることができる。絶縁性基材の材質は、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンサルホン（ＰＥＳ）から選ばれるいずれかの耐熱性樹脂材料が挙げられる。
なかでも、柔らかく、耐熱性、耐久性の良いポリイミド樹脂が好ましく、例えば、鐘淵化学工業社製の商品名：アピカル、東レ・デュポン社製の商品名：カプトン、宇部興産社製の商品名：ユーピレックスなどが挙げられる。ポリアミドフィルムであれば、ＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）フィルムである帝人アドバンストフィルム（株）製の製品名：アラミカ１２０Ｒなどが挙げられる。また、ＰＥＴフィルムであれば、テレフタル酸をエチレングリコールと直接エステル化反応させて得られるビス（２−ヒドロキシ−エチル）テレフタレートなどを用いることができる。

絶縁性基材２の厚さは、材料の種類にもよるが、２０〜１００μｍの絶縁性基材を用いることができ、２０〜８０μｍであることが好ましい。厚さが２０μｍ未満であると薄すぎて取扱いが困難になり、また、厚さが８０μｍを超えるものは、経済的ではない。高精細な画像を得るためには、基材の厚みは薄いほうが望ましい。絶縁性基材２の大きさは、画像形成装置の大きさなどにより異なるので一概に規定できないが、例えば縦横がそれぞれ、５０〜１００ｍｍ、２３０〜３２０ｍｍとされる。

絶縁性基材２の一方の面には、２列に互い違いに配置された開口部３の周囲に制御電極４が形成され、横方向に配線が伸びている。また、制御電極４の周囲に絶縁領域を介して共通バイアス電圧印加用の共通電極５が形成されている。絶縁性基材２の他方の面（裏面）には、開口部３の周囲にリング状に個別背面電極６が形成されている。
開口部３の大きさは、通常、φ３０〜１５０μｍとされ、制御電極４は開口部３を取り囲む形でリング状に幅１０〜１００μｍの電極で、隣り合う制御電極４との間隔は、通常、制御電極４の直径の２〜４倍とされる。制御電極４から横方向に伸びる配線幅は、通常、１０〜１００μｍとされる。制御電極４とバイアス電極５は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の薄い金属層である。
個別背面電極６は、制御電極４よりも幅が太いリング状の電極であり、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ等の薄い金属層である。

２．画像形成用回路基板の製造方法
本発明の画像形成用回路基板の製造方法の一例について説明する。
（１）まず、絶縁性基材の両面に金属層が形成された２層金属基板を用意する。２層金属基板としては、例えば住友金属鉱山（株）社製のＳ’ｐｅｒＦｌｅｘが好適である。

基板両面の金属層は、導電性を有するものであればよく、絶縁性フィルムとの密着性、配線形成時の簡便性等より、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属やこれらの合金とすることが好ましい。金属層の形成は、スパッタ法、蒸着法、メッキ法、金属箔を張り合わせる方法等の公知の方法を用いることができる。金属層の厚さは、特に制限されるわけではないが、１〜２０μｍとすることが好ましい。１μｍより薄くなると、めっき層の欠陥などで耐屈折性が低下し、また、２０μｍより厚くなると屈折したときの表面近傍の引っ張り応力が大きくなるため破断しやすくなり、耐屈折性が低下することがある。

（２）次に、上記２層金属基板の金属層上にレジスト層を形成する。形成するレジスト層は、液状レジスト、またはフィルム状レジストのいずれを用いても良い。またネガ型、ポジ型いずれのレジストも用いることができる。
（３）次に、電極形成用のパターンが印刷されたマスクを用い、レジスト層に露光処理を行い、その後、レジスト層を現像した後に該レジスト層から露出した金属層をエッチングし、電極パターンを形成した後にレジスト層を除去する。

（４）次に、円形に形成された制御電極の内側の絶縁性基材に、それぞれ所定のサイズの開口部を形成する。開口部の形成方法は、パンチング法、レーザー法、絶縁性基材をエッチング可能な溶剤によりエッチングする方法等を適宜用いることができる。こうして、絶縁性基材２の一方の面に、２列に互い違いに配置された開口部３の周囲に制御電極４が形成され、横方向に配線が伸びており、また、制御電極４の周囲に絶縁領域を介して共通バイアス印加用の共通電極５が形成され、絶縁性基材２の他方の面（裏面）には、開口部３の周囲にリング状に個別背面電極６が形成された図１の画像形成用回路基板となる。

上記の工程では、表裏に金属層が形成された両面金属基材を用いた場合について説明したが、絶縁性基材に開口部を形成し、その後、開口部が形成された絶縁性基材上にめっき法等により制御電極、共通電極および個別背面電極を形成しても良い。

ところで、上記の絶縁性基材に配線加工並びに穴あけ加工を行うと、金属層と絶縁性基材に応力が加わるので、特に開口部周辺に歪みが生じる。それは、図１のＡ−Ａ’面での断面を示した図２から明らかなように、電極材料の金属層部分が両面でアンバランスなためである。
（５）この歪みを矯正するため、本発明では図３に示すように、金型によって開口部周辺を加熱して圧力をかける熱強圧を行う。すなわち、画像形成用回路基板１の下面を凸状の金型７ａに載せ、上方から凹状の金型７ｂを被せ（図３左図）、金型７ａ、７ｂで画像形成用回路基板１を挟み込むようにする（図３右図）。金型としては、図４に示すように、画像形成用回路基板の個別背面電極６側に凹状、かつ制御電極４および共通電極５が形成されている側に凸状である一対の金型を用いるのが好ましい。

この熱強圧工程では、開口部周辺が熱強圧されるように、一対の金型の接触面を十分に広くとることが望ましい。個別背面電極が形成されている樹脂の部分全体が凹状金型に接触することが好適である。図３の金型の位置を逆にして、画像形成用回路基板１の下面に凹状の金型７ｂ、基板１の上方から凸状の金型７ａを被せると、金型７ｂが樹脂に接する面積が大幅に減少するので、十分な効果が期待できない。また図４のように、基板１の上方に金型を配置しないと、基板を挟めないので、十分な効果が期待できない。

熱強圧の温度と時間は、主として基板材料の種類によって決められるが、基板を１３０℃〜３００℃で３０〜６００秒間加熱しながら加圧するとよい。より好ましいのは、１８０℃〜２５０℃で６０〜１２０秒間加熱しながら加圧することである。このとき、金型は、一方を加熱してもよいし、両方を加熱しても良い。

これにより、歪みが低減した画像形成用回路基板を得ることができる。得られる画像形成用回路基板の平坦度は、０．０５ｍｍ以下であることが望ましい。平坦度が、０．０５ｍｍよりも大きいと、基板の歪みによって、トナー担持体と回路基板との距離を一定にすることができず、画像特性に影響を及ぼすおそれがある。

以下、実施例および従来例、比較例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、これら実施例に限定されるものではない。

（従来例）
厚さ３８μｍのポリイミドに厚さ８μｍの銅層が表裏両面に形成された両面基板（住友金属鉱山（株）製Ｓ’ｐｅｒＦｌｅｘ）を用意した。この銅層表面にドライフィルムレジスト（旭化成株式会社製 商品名 ＡＱ−１１５８）を貼り、配線形状を有するマスクを用いて露光し、現像し、露出した銅層をエッチングし、開口径２００μｍφで３００ｄｐｉ用の画像形成回路として２３１２個の個別背面電極を形成した。他面には制御電極および前記制御電極から８０μｍの間隔をあけて共通バイアス印加用の共通電極を形成した。
次いで、銅層表面に残存するドライフィルムレジストを剥離し、その後エキシマレーザーを用いて、トナーを通過させるための開口部を形成し画像形成用回路基板を作成した。
このとき開口部が形成されている基板の平坦度を測定したところ、０．１ｍｍを超える歪みが生じていた。

（実施例１）
上記の従来例で得られた画像形成用回路基板に対して、開口部の歪みを低減させるために図３に示すように金型７ａ，７ｂの接触面の半径Ｒが３００ｍｍの金型を用いて、両側から基板を挟み、２００℃、２分間保持し熱圧着した。金型としては、開口部周辺が熱圧着されるように、一対の金型の接触面が十分に広い形状となるように設計した。
これにより、開口部の歪みが解消して、基板の平坦度は０．０２ｍｍ以下になった。

（実施例２）
熱圧着の条件を１８０℃、３分間保持に代えた以外は上記の実施例１と同様にして、画像形成用回路基板の歪み処理を行った。これにより、開口部の歪みが解消して、基板の平坦度は０．０２ｍｍ以下になった。

（実施例３）
厚さ２５μｍのポリイミドに厚さ４μｍの銅層が表裏両面に形成された両面基板（住友金属鉱山（株）製Ｓ’ｐｅｒＦｌｅｘ）を用いて、この銅層表面にドライフィルムレジスト（旭化成株式会社製 商品名 ＡＱ−１１５８）を貼り、配線形状を有するマスクを用いて露光し、現像し、露出した銅層をエッチングし、開口径２００μｍφで３００ｄｐｉ用の画像形成回路として２３１２個の個別背面電極を形成した。他面には制御電極および前記制御電極から８０μｍの間隔をあけて共通バイアス印加用の共通電極を形成した。
次いで、銅層表面に残存するドライフィルムレジストを剥離し、その後エキシマレーザーを用いて、トナーを通過させるための開口部を形成し画像形成用回路基板を作成した。
開口部の歪みを低減させるために、図３に示すように金型７ａ、７ｂの接触面の半径Ｒが３００ｍｍの金型を用いて、両側から基板を挟み、２００℃、１分間保持し熱圧着した。金型として、開口部周辺が熱強圧されるように、一対の金型の接触面が十分に広い形状となるように設計したものを用いた。
これにより、開口部の歪みが解消して、基板の平坦度は０．０２ｍｍ以下になった。

（比較例１）
実施例３と同じ両面基板を用いて画像形成用回路基板を作製した。開口部の歪みを低減させるために、実施例３とは異なり、図４に示すように半径Ｒが３００ｍｍの金型７ａのみを基板の下方に位置させて２００℃、１分間保持した。金型で基板開口部を挟まなかったため、開口部周辺が強圧されないことにより、歪みが十分には解消されず、基板の平坦度は０．０７ｍｍになった。

「評価」
上記結果より明らかなごとく、従来例では、配線加工並びに穴あけ加工により、金属層と絶縁性基材に応力が加わるので、開口部周辺に大きな歪みが生じている。このような画像形成用回路基板は、トナー担持体とトナー通過穴の距離が不均一になり、トナーの通過穴を通過するトナー量のバラツキが大きくなるので、記録される画像に歪みや、濃度ムラが生じないような画像形成装置に適用できない。比較例１は、基板下方に金型を接触させて熱をかけたが、上方に金型を置かなかったため、基板が加圧されず、開口部周辺の大きな歪みを十分に低減することができていない。

これに対して、実施例１〜３は、開口部周辺を金型で熱強圧したために、歪みが大幅に低減している。したがって、本発明の方法によれば、トナー担持体とトナー通過穴の距離が均一になり、トナーの通過穴を通過するトナー量のバラツキが小さくて、記録される画像に歪みや、濃度ムラが生じないような画像形成装置を提供することができる。

１・・・画像形成用回路基板
２・・・絶縁性基材
３・・・開口部
４・・・制御用電極
５・・・共通電極
６・・・個別背面電極
７ａ・・金型（凸状）
７ｂ・・金型（凹状）

Claims (5)

1. 複数の開口部が列状に設けられた絶縁性基材と、該絶縁性基材に前記各開口部に対応して設けられた個別背面電極と、前記絶縁性基材の他面に制御電極と共通バイアス印加用の共通電極が設けられた、画像形成用回路基板の製造方法において、
   前記絶縁性基材に個別背面電極、制御電極、及び共通バイアス印加用の共通電極を形成する工程と、複数の開口部を形成する工程と、前記個別背面電極、制御電極、及び共通電極が設けられた画像形成用回路基板の開口部周辺を熱強圧する工程を含むことを特徴とする画像形成用回路基板の製造方法。
2. 前記絶縁性基材が、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、又はポリエチレンサルホン（ＰＥＳ）から選ばれるいずれかの耐熱性樹脂材料であり、かつ厚さが２０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成用回路基板の製造方法。
3. 前記熱圧着工程において、画像形成用回路基板の開口部周辺に金型を当接させ、１３０℃〜３００℃で３０〜６００秒間加熱しながら加圧することを特徴とする請求項１に記載の画像形成用回路基板の製造方法。
4. 前記熱圧着工程において、画像形成用回路基板の制御電極及び共通電極が形成されている側に凸状の金型を、個別背面電極が形成されている側に凹状の金型を用いることを特徴とする請求項３に記載の画像形成用回路基板の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法により得られ、画像形成用回路基板の平坦度が、０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする画像形成用回路基板。

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