JPH0690884B2

JPH0690884B2 - ポリマーマトリックス中で生成された導電路を有する電気絶縁性ポリマーマトリックスを含む電気的素子

Info

Publication number: JPH0690884B2
Application number: JP1105709A
Authority: JP
Inventors: ジェイエプスタインアーサー; アールエーウィングジョン; エイスウィフトジョセフ
Original assignee: ゼロックスコーポレーション
Priority date: 1988-05-02
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: DE68916318D1; US4841099A; EP0340997A3; DE68916318T2; EP0340997B1; JPH0244611A; EP0340997A2

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、一般に電気的素子、電気的素子の製造方法及
びかかる電気的素子を用いる機械に関する。特に、本発
明は、電気的及び機械的の両方の構造機能性を有する多
機能性電気的素子に関しかつ特にかかる素子のオフィス
コピヤー、デュープリケーター及びプリンターのような
自動複写機に於ける使用に関する。さらに特別には、本
発明の素子は、電気絶縁性繊維状充填剤のポリマーマト
リックス中での熱転化によって少なくとも１つの連続導
電路が生成される、導電性繊維状充填剤へ熱転化可能な
電気絶縁性繊維状充填剤で充填された電気絶縁性ポリマ
ーマトリックスを含む。

今日通常用いられる電子写真複写装置に於ては、光導電
型絶縁性部材を典型的には均一な電位に帯電させかつそ
の後で複写されるべき原画の光像に露出させる。露光に
よって露光領域すなわち背景領域の光導電型絶縁性表面
が放電され、原画内に含まれている像に対応する静電潜
像が部材上に生ずる。別法では、光ビームを変調させ、
帯電した光導電型表面の部分を選択的に放電させて表面
上に所望の情報を記録することができる。典型的には、
かかる方式はレーザービームを使用する。次に、光導電
型絶縁性表面上の静電潜像を技術上トナーと呼ばれる現
像剤粉末で現像することによって可視にされる。ほとん
どの現像方式は帯電キャリヤ粒子とキャリヤ粒子に摩擦
電気的に付着する帯電トナー粒子との両方を含む現像剤
を用いる。現像中、トナー粒子はキャリヤ粒子から光導
電型絶縁性領域の像領域の帯電パターンによって引き付
けられて光導電性領域上に粉末像を形成する。このトナ
ー像を次にコピー紙のような支持表面へ転写し、加熱又
は圧力の印加によって表面へ永久に定着させることがで
きる。

かかる製品の商業的な適用に於ては、粉末及び（又は）
論理信号を機械内の種々の部位へ分配しなければならな
い。伝統的に、このことは自動機械中の種々の機能性素
子へ粉末及び論理信号を分配するために各機械内で通常
の線及び配線ハーネスを用いる形を取って来た。この通
常の方法はコンビニエンス製品の提供には非常に有効で
あるが、製造原価への要求及び自動化装置への要望が増
すにつれて、異なる方法が提供されねばならない。例え
ば、個の線及び配線ハーネスは本質的に非常に可撓性で
あるので、ロボット工学を用いるような自動化装置には
向いていない。その上、かかるハーネスは、すべての所
要な接続をさせるために何回も取扱ったり移動させたり
しなければならないことがあり得る。これは高度に労働
集約的な作業であり、しばしば成分素子の周りのチャネ
ルを通して幾つかのハーネスのルーティングを手で行わ
ねばならず、最終接続も手で行われるので、装置内の潜
在的な人的エラーが生ずる。人的エラーの可能性は、自
動化装置、特にロボット装置の使用によって減少され
る。しかし、線及びケーブルは可撓性であるために位置
が変化するという事実のため、線ハーネスの取扱いがで
きないかあるいは非能率的である。ハーネス構成及び設
置に伴う労務費が比較的に高いことに加えて、電気配線
ハーネス並びにそれらのコネクターがそれぞれの所期機
能を果たす点に於ける完全な信頼性からは程遠い。さら
に、かつかかる製品の能力の多様化に伴って、個々の機
械に於て複数の配線ーネスが所要となり、大きなスペー
スを必要とし、そのために機械の全体的な大きさが増加
する可能性がある。従って、これらの困難を克服する。
通常の配線及び配線ハーネスにとって替わるものの提供
が要望されている。

E.I.デュプポン・カンパニー（E.I.Dupont Company）発
売ののカプトン（Kapton）のようなポリイミドのような
電気絶縁性ポリマーをレーザーからの放射線に暴露して
ポリマーを熱分解させることによる電気絶縁性ポリマー
中に於ける導電路の生成は既に提案されている（米国特
許第4,286,250号）。これらの導電路は導電路の提供は
可能であるが、非常に繊細でかつ一寸した取扱いで損傷
を受けやすい。これは、ポリマーの機械的構造を破壊す
るレーザー熱分解に伴うガス放出から生ずる導電路への
付着が最小にすぎない導電性領域の粒子性が原因であ
る。

スー（Suh）らの米国特許第4,159,414号は、金属化合
物、好ましくは金属酸化物を含むポリマー組成物を高強
度レーザービームへ暴露して金属化合物をその元素状態
へ還元し、それによって導電路を与えることによる３次
元基体上の導電路の生成に関する。

サクチェッチ（Succhetti）の米国特許第4,286,250号
は、絶縁体基体を例えば所定部分へレーザービームを差
し向けることによって加熱して炭化導電性抵抗体部分を
与えるレーザーで生成された抵抗体素子に関する。

発明の要約本発明は、電気絶縁性繊維状充填剤のポリマーマトリッ
クス中での熱転化によって生成された少なくとも１つの
連続導電路を含む、導電性繊維状充填剤へ熱転化可能な
電気絶縁性充填剤で充填された電気絶縁性ポリマーマト
リックスを含む電気的素子に関する。

発明の詳細な説明本発明によれば、電子写真複写装置の構成中の通常の線
及び配線ハーネスに関連する困難を除去又は顕著に減少
することができかつかなりの程度の自動化装置を可能に
する。電子写真複写装置に於ける通常の線及び配線ハー
ネスの使用の代替物が提供される。本発明によれば、導
電性繊維へ熱転化可能な電気絶縁繊維で充填されたポリ
マーマトリックス中に導電路が生成される。導電路は、
充填されたポリマーマトリックスを選択的に加熱してポ
リマーマトリックス中で導電路を生成させることによっ
て得られる。

次に、第１図と第２図を比較して説明すると、本発明の
意義は直ちに明らかになるであろう。これらの図のおの
おのには、機械駆動モジュール12及びプラテン駆動モジ
ュール14と共に構造フレーム10のみが電子写真複写装置
の部分として示されている。機械素子及びその作動様式
のこれ以上の説明はファントゥッゾ（Fantuzzo）らの米
国特許第4,563,078号を参照されたい。第１図には、フ
ァスナー18でハーネス形状に保持された複数の個々の線
16を含む通常の配線ハーネスが示されており、ここでは
電力及び（又は）論理信号を例えばフレーム10上の制御
パネルから主機械駆動12へ分配するものとして示されて
いる。勿論、完成した装置では、最終製品の組立て中、
手で適所に置かれかつ適当な電気的素子に接続されねば
ならない複数のかかる配線ハーネスが所要となることは
当然である。反対し、第２図は、機械支持フレーム10中
に導電路すなわちトレース20を直接生成させることがで
きる本発明の適用を示す。これらの導電路は個々の支持
フレーム20の製造の最終工程として全機械の組立て前に
生成させることができ、それによって通常の配線ハーネ
スの手による位置決め及び接続の必要が無い。

電気絶縁性ポリマーマトリックスは、電気絶縁性である
任意の適当なホストポリマーから製造することができ
る。ポリマーは、成形方法又は例えば注型、押出し、プ
ルトルージョン（pultrusion）及びトランスファー成形
のような他の成形方法に適した広範囲の市販物質から選
ぶことができる。疎水性で低水分吸収を示すプリマー
は、高い相対湿度に於てより安定な体積抵抗率を示すの
で好ましい。当然、無毒性でありかつ無毒性の熱分解生
成物を有するポリマーが好ましい。ポリマーは、例えば
広範囲の熱可塑性及び熱硬化性ポリマー並びにこれらポ
リマーの構造フォームから選ぶことができる。典型的な
ポリマーには、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ
アミド、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、ビニルエステルなどが含まれる。さらに、例えばシ
リコーン、ウレタン、ハイパロン（Hypalon）EPDM及び
これらのフォームのような適当なエラストマーを使用す
ることができる。構造部材として用いる場合には、当
然、通常のエンジニアリング構造ポリマーを用いること
が好ましい。かかる熱可塑性ポリマーの典型はABS樹
脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマ
ーであり、この樹脂は３つのモノマー全部から製造され
るブレンド又はコポリマーの混合物又はポリブタジエン
にグラフトされたスチレン及びアクリロニトリルのよう
なグラフトポリマーであることができる。さらに、ポリ
スルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイ
ミド、ポリ（アミド−イミド）及びフルオロプラスチッ
クのような他の高温エンジニアリングプラスチックを用
いることができる。さらに、ノリル（Noryl）のような
ポリフェニレンオキシドを含む低価格成形材料を用いる
ことができる。

電気絶縁性ポリマーは、ポリマーマトリックス内で導電
性繊維状炭素へ熱転化可能な任意の適当なポリマー繊維
状物質で充填されることができる。かかる繊維状充填剤
の典型はセルロース（レーヨン）及び熱転化性炭素質繊
維である石油ピッチベース炭素質繊維である。特に好ま
しい炭素質繊維又は充填剤は熱転化によって導電性繊維
を与える熱安定化ポリアクリロニトリル繊維である。こ
れらの繊維は、ポリアクリロニトリル繊維を、酸素の存
在下でかつ通常張力下に於て24時間までの長時間300℃
程度の温度へ加熱し、ポリアクリロニトリルをその電気
絶縁性を保持しながら白色から黒色繊維へ変化させるこ
とによって熱的に安定化される。プレオックス（preo
x）繊維としても知られているこれらの熱的に安定化さ
れた繊維は、次に不活性雰囲気中で2000℃の程度の温度
へ熱処理することによって導電性にすることができる。

本明細書中で用いられるとき、電気絶縁性という用語は
約10¹⁴Ω・cmより大きい抵抗率を有する物質を定義する
ためのものであり、導電性という用語は約10⁹Ω・cm未
満の抵抗率を有する物質を定義するためのものである。
ポリマーマトリックスの繊維による充填度は繊維の熱転
化時に、転化繊維が電気的に接触してポリマーマトリッ
クス内に導電路を提供するような充填度である。典型的
には、全充填ポリマーマトリックスの約５〜70重量％の
量の繊維をポリマーマトリックス内に含むことができ
る。しかし、好ましくはポリマーマトリックスの約10〜
30重量％が繊維で構成される。繊維の原価がポリマーの
原価より実質的に高いので、この範囲が、一般に、導電
路を提供することに加えて原価と充填剤機能との間の良
好なバランスを提供する。より高い繊維充填度では、よ
り大きい強化及び強さが複合材中に得られる。さらに、
繊維充填度が低い方がポリマー中への繊維の分散の困難
さが少ない。所望ならば、繊維はその上に被覆されたポ
リビニルアルコール、ポリ塩化ビニル又はエポキシモノ
マーのような接着促進剤を有し、熱せられたとき流動状
態のポリマーが繊維に容易に接着できるようにすること
ができる。さらに、ポリマーマトリックスにガラス繊維
又はハロゲン化炭化水素のような難燃剤などの他の添加
剤を加えてそれぞれ付加的な強化及び難燃性を与えるこ
とができる。典型的には、繊維は長さが直径よりずっと
大きく、長さは約１〜約12mmでありかつ直径は約５×10
^-3〜約５×10^-2mmである。繊維は、熱分解時に熱分解さ
れたポリマーマトリックスから熱分解されないポリマー
マトリックスまでの領域を橋かけして最終生成物に耐久
性を与えるように十分な長さであることが重要である。
従って、繊維は、ポリマーマトリックス全体にわたって
繊維の均一な分散をもたらす配合操作中繊維性を保持す
ることが重要である。繊維は、熱転化後導電路を与える
ことに加えて、ホストポリマーへ構造を付加してポリマ
ーを強化及び剛化する作用もある。ある種の用途では、
例えば繊維を表面へ優先的に移動させる配合及び２ショ
ット成形のような成形技術が好ましいことがあり得る。

充填されたポリマーマトリックスは、通常の成形又は押
出技術によって電気的素子に成形されることができる。
特に好ましい方法は、ドリリングやルーティング（rout
ing）のような後機械加工を必要とせずに極めて短時間
で３次元部品を製造することができる射出成形である。
もし電気的素子を構造フレーム部材又はカバーのような
支持部材として用いようとするならば、使用するポリマ
ーは上に挙げた構造ポリマーの１種でなければならな
い。部品の製造後、所望の導電路に相当するポリマーマ
トリックスの部分を、電気絶縁性繊維状充填剤を導電性
繊維状充填剤へ転化させて導電路を与えるのに十分な温
度へ加熱する。所要加熱は、所望の領域中で電気絶縁性
繊維状充填剤を導電性充填剤へ転化させるためにポリマ
ーマトリックス中に十分な熱励起を生じさせる適宜の方
法で行うことができる。電子ビームのような他の方法を
使用することができるが、ポリマーマトリックスの一部
分へ差し向けられたレーザーを用い、ポリマーを溶融さ
せかつ電気絶縁性繊維を導電性繊維へ熱転化させて導電
路を形成させることによって該部分を熱分解することが
好ましい。レーザーは迅速有効な道具であり、所定パタ
ーンでポリマーマトリックスの狭いレーザービーム暴露
を与えて転化性繊維が選択的に放射線を吸収しかつ優先
的に熱転化してホストポリマーより導電性になるように
する連続波又はパルス状の両方のレーザーを用いること
ができる。これは、放射線をより容易に吸収することが
できる黒色の熱的に安定化されたポリアクリロニトリル
繊維の場合に特に有効である。任意の適当なレーザーを
用いることができ、繊維状充填剤を導電性にするのに十
分な温度へ繊維状充填剤の温度を上げるために十分な時
間、十分な電力でレーザーがポリマーマトリックスを衝
撃することだけが所要である。これに関しては、アルゴ
ン及び二酸化炭素の両方のレーザーが有効である。

熱分解中、ポリマーマトリックスは局所的に加熱され、
熱溶融及び分解し、ある種の揮発性分解生成物は隣接領
域と接触して冷却しかつ次に該領域上に凝縮する可能性
がある。狭い領域内である種の溶融塑性流動があり、暴
露領域中に狭い溝又はトラフを観察することができる。
熱分解中、繊維は導電性繊維に転化され、溝又はトラフ
中ではトラフ中の繊維の熱転化導電性部分を有しかつ熱
分解されなかったポリマーマトリックス中では残留絶縁
性部分を有することが観察される。前述したように、繊
維充填密度は、連続導電性繊維路を生ずるために繊維間
の複数の接触点を保証するよう十分な密度である。暴露
すなわち熱転化は、酸素が炭素を二酸化炭素ガスへ転化
させることによって高導電性を得ることを妨害するの
で、好ましくは無酸素雰囲気中で行われる。ポリマー／
繊維組成物はレーザーエネルギーを吸収する能力がなけ
ればならずかつ吸収の結果はポリマーを溶融又は気化さ
せかつ繊維を熱転化させるために必要な温度上昇でなけ
ればならない。言い換えると、繊維充填ポリマーマトリ
ックスはレーザの書込み又は記号波長に於て光を吸収し
かつ必要な温度上昇をもたらさねばならない。

例えば、熱安定化されたチョップドプレオックスポリア
クリロニトリル繊維30重量％を有するABS樹脂でできて
いる試験プラークは、20ワットで用いられかつ200〜300
パルス／秒で無焦点でパルス化された、ピーク電力200
ワットの工業用CO₂レーザーに暴露され、同時に約3.556
cm（1.4in）／秒で走査するとき、約20Ω・cmのD.C.体
積抵抗率を有する導電路を形成する可視溝をプラーク中
に生成した。この程度の導電性は、例えばセンサーのよ
うな高い直列インピーダンスが許容され得る場合、例え
ば、あるいは導電路を次に電気メッキするためのパター
ンの形成のようなある種の目的には十分である。回路と
して用いられているときには、できるだけ低くかつ約10
^-2Ω・cm未満の抵抗率を有する導電路を提供することが
好ましい。

導電路は、各導電路のために単一のレーザービームを差
し向けることによって個々に生成させることができる。
単一部品中に複数の導電路を生成させたい場合には、プ
ログラミング可能な床又はロボットをレーザーと一致し
てカップリングさせることができる。ロボットの運動は
精密に調整されており、所定の走査速度で部品をレーザ
ー下へ運ぶ。１つの導電路の生成が完了したとき、レー
ザーを遮断し、部品を割出して整合させかつレーザーを
再付勢しかつ床が移動してもう一度部品をレーザー下へ
運ぶことができる。しかし、この方法は比較的能率が悪
くかつ時間がかかる欠点あり、従って部品中に複数の導
電路を形成させたい場合には、所定の導電路パターンを
有するマスクで部品をマスキングし、その後でレーザー
にランダムにかつ（又は）連続的に暴露させ、それによ
ってマスク中のパターンを通る基体の部分のみを熱分解
することができる。典型的には、かかるマスクは用いら
れるレーザーのエネルギーを反射することが知られてい
る物質でできている。例えば、銅マスクを用いて銅に影
響を与えずに二酸化炭素レーザーのエネルギーを反射す
ることができた。この方法は、プログラミング可能な床
によってではなく、マスクによって導電路のパターンサ
イズ、形及び数が制御される利点がある。従って、より
高いライン密度、より良好なライン分解能並びに改良さ
れたパターン再現性が得られる。さらに、ワイドレーザ
ービームを用いてレーザー下を部品を１回通すことによ
って多数の導電路を熱分解するようにプロセス効率を上
げることができる。

上記の方法は、電流又は電圧を支持するように十分に導
電性である導電路の生成に有効であるが、特別な部品又
は特別な部品の特別な部分上に金属導電性が所要である
場合があり得る。従って、導電路へ金属導電性を与える
ために、通常の無電解又は電気メッキ方法及び材料を用
いることができる。使用できる典型的な金属には、銅、
ニッケル、金、銀、錫、鉛及び白金が含まれる。金属メ
ッキは部品間の機械的相互接続の信頼性を保証するとい
う利点もある。メッキ工程に於て、導電性繊維はメッキ
の部位であるだけでなく、メッキの基体への接着をも促
進する。この方法では、生成した溝も機械的結合を助け
る。

本発明によれば、導電路又は導電路のパターンを生成さ
せたい部品に対してレーザービームを移動させる。この
ことは、レーザービーム又は加工部品を静止状態に保持
しながら他方の静止物に対して移動させることにより、
あるいはレーザーと加工部品との両方を制御されプログ
ラミングされた方法で同時に移動させることによって容
易に達成される。部品に対するレーザービームの相対的
運動を制御することによって、導電路及び導電路パター
ンを３次元物体又は形成ならびに２次元表面に容易に生
成させることができる。

回路を示す複数の導電路を部品中に生成させる方法を略
示する第３図に注目されたい。モーターボックス44中の
モーターシャフト（図には示してない）の中心軸43の周
りに回転自在に取付けられた台42に部品40を固定する。
さらに、台はモーターボックス44内の別のモーター（図
には示してない）によるウォームギヤー46の運動によっ
てXY平面内で移動可能である。レーザー走査キャリッジ
48は３つのレーザー50、52、54を有し、１つはウォーム
ギヤー56及びモーター58によって垂直方向にかつウォー
ムギヤー60及びモーター62によって水平方向に移動可能
なキャリッジと共に各方向へ差し向けられる。台42及び
走査キャリッジ48の運動はプログラミング可能な制御装
置64によって制御されて部品40中に所定の導電路パター
ンを生成させる。所望ならば、所定のパターンを有する
マスク66を部品の少なくとも一部分の上に置き、部品が
連続的にレーザーに暴露されるようにすることができ
る。所望ならば、全装置を不活性雰囲気又は真空室内に
置くことができる。別法では、あるいはさらに、マーキ
ングされる部品に隣接して排気ハウスを置き、熱分解に
よって生成される有害物を除去することができる。

第３図は導電路を生成させるために用いることができる
１つの方法及び装置を示しただけであり、他の装置及び
方法を用いることができることはわかるであろう。例え
ば、レーザーを静止させ、ビームが部品を１方向、２方
向又は３方向に走査するようにプログラミングされた回
転又は平行移動ミラーと共に使用することができる。

従って、複数の電気的素子を有する電子写真複写装置の
ような機械の製作に於ては、上で説明した方法を用いて
フレーム、カバー、支持部材などのような個々の部品に
現場で必要な回路を与えて、最終製品の組立時に個々の
部品をそれぞれの適正位置に置くことができかつ個々の
線及び配線ハーネスの使用を無くさないとしても質的に
最少にすることができるようにすることができる。個々
の部品上の導電路間の電気的接続はプリント回路板工業
で用いられている通常の方法で行うことができる。特
に、有効な方法には、個々の部品の主機械内での最終的
位置決めの結果として接触して置かれ、それによって回
路を完成する個々の部品中の適当な回路の部分としての
導電性ランド又はパッドの生成の使用が含まれる。

次に、第4A、4B図並びに第5A及び5B図を説明する。第4A
図に於て、熱転化性繊維で充填されており、かつその中
に生成された導電路28を有する絶縁性構造ポリマーマト
リックス27でサブシャーシのような構造素子26を作るこ
とができる。別法では、第4B図に示すように、ポリマー
マトリックスは支持部材38上の付着性コーティング36と
して存在することができる。第5A図の拡大図はレーザー
ビームへの暴露に応じて局部的にポリマーの溶融及び幾
らかの分解によってポリマーマトリックス内に生成され
た溝30を示す。生成されるトラフ又は溝は幅0.1〜5.0m
m、深さ約0.2〜2.0mmの程度であることができる。トラ
フ内には、レーザービームへの暴露によって熱転化され
た導電性繊維32が含まれている。既述したように、好ま
しくはこの暴露すなわち転化は無酸素雰囲気下で行われ
る。トラフ内の個々の繊維の部分32は熱転化されている
が、ポリマーマトリックス中へ伸びている個々の繊維の
部分34は熱転化されておらずかつポリマーマトリックス
内の適所に繊維を係留する働きをすることは注目される
べきである。

別法では、第5B図に示すように、溝30上に通常の方法で
密着した金属層36をメッキして金属導電性を得るように
することができる。

実施例１−７出力電力1.8ワットで200μｍスポットに集束されるビー
ムを有する二酸化炭素レーザーを用いて、直径約10μｍ
で約6mmの長さに切断された熱安定化プレオックスポリ
アクリロニトリル繊維が全重量の20重量％である、ポリ
フェニレンオキシド、ゼネラルエレクトリックノリル
（General Electric Noryl）樹脂でできている１組の5.
08cm×5.08cm（２″×２″）射出成形試験プラーク中に
導電路を生成させた。連続波レーザービームを通すため
の透明な窓を有する真空室内のプログラミング可能な試
料台上に試験プラークを置き、真空室内の試料上を6Tor
rの圧力でアルゴンを連続的に流しながらら下記の導電
路を生成させた。

走査の数は同一導電路でより良い均一性を得ようとする
反復走査の数である。すべべての導電路の抵抗率は約0.
8Ω・cmであると測定された。

実施例８実施例４のプラークを市販の金電気メッキ液〔オロテン
プス（Orotemps）−24、米国ロードアイランド州プロビ
デンスのテクニック社（Technic Inc.）から発売の中性
金メッキ液〕中に入れ、１〜5mA/cmに限定した2.4ボル
ト電流を８〜12分間通じた後、プラークを浴から取り出
し、脱イオン水で洗浄し、乾燥した。肉眼観察によって
導電路領域に金が電気メッキされたことを確認した。DC
抵抗を通常のマルチメーターで測定した所、ほぼ０であ
った。

実施例９実施例１〜７のプラークをそれで製造した組成物10重量
部を90重量部のトルエンと混合し、ロールミルで48時間
混練してポリマーを溶解した。得られた分散液を未充填
ノリル（Noryl）成形構造フォームの試験プラークの表
面へ厚さ約0.0254mm（１ミル）に刷毛塗りした。この被
覆プラークを乾燥した後、実施例１〜７の方法でレーザ
ービームへ暴露して導電路を生成させた。導電路は基体
中に入り込み、得られた導電路は元々は被覆層にあって
最終的には基体中にある繊維によって形成されていた。

実施例10 出力電力３ワットで200μｍスポットに集束されるビー
ムを有する二酸化炭素レーザーを用いて、全重量の20重
量％の、直径約10μｍで約6mmの長さに切断された熱安
定化プレオックスポリアクリロニトリル繊維で充填され
たゼネラルエレクトリックウルテム（General Electric
Ultem）樹脂、ポリエーテルイミド、製の2.54cm×2.54
cm（２″×２″）射出成形試験プラーク内に導電路を生
成させた。このプラークをを真空室内のプログラミング
可能な試料台上に置き、試料上を8Torrの圧力でアルゴ
ンを連続的に流しながら1mm/秒の走査速度でレーザーを
１回走査してプラーク内に導電路を生成させた。約2.1
×10^-3Ω・cmの抵抗率を有する幅約0.2cm、深さ約0.4cm
の導電路が得られた。

実施例11 実施例10の方法を繰返した。但し、全重量の20重量％の
同じ熱安定化プレオックスポリアクリロニトリル繊維で
充填されたゼネラルエレクトリックノリル（General El
ectric Noryl）樹脂、ポリフェニレンオキシド、でプラ
ークを作りかつ走査速度は2mm/秒であった。同じ幾何構
造を有し、約7.4×10^-3Ω・cmの抵抗率を有する導電路
が得られた。

従って、本発明は通常の配線及び線ハーネス構造の経済
的な代替物を提供する。本発明は、同一部品内に電気的
又は機械的機能を集積することができ、かつ同時に個々
の部品の自動製造及びかかる部品の機械構造中に於ける
自動組立を容易にするという利点がある。機械的又は構
造部材中への機械及び成分回路の集積によって、製造及
び組立て労務費の実質的な節約が達成され、かつ個々の
線、ピン、コネクターなどが省ける点で投資費用の節約
も達成される。例えば、70の線及びコネクターの典型的
な通常の配線ハーネスは僅か１個の部品に減少させるこ
とができる。さらに、この部品は自動製造することがで
きるので、人間が関与する結果としての製造及び組立て
の誤りの減少が達成される。さらに、本発明の技術は自
動量産能力があるので、実質的な費用の節約が末端消費
者へも及ぼされる。

本明細書中で引用した特許及び他の参考文献は特別にか
つ全体的に参照文として本明細書に含まれるものとす
る。

本発明を特別な実施態様に関して説明したが、多くの代
替物、変更及び変化がなされ得ることは当業者には明ら
かであろう。例えば、本発明は表面層中に生成される導
電路について一般的に示されたが、表面層を次に被覆す
ることが可能であり、あるいは導電路がその中に生成さ
れる層を２つの他の層の間にサンドイッチし、書込み波
長の光を透過する該２層のうちの１つを通してレーザー
に暴露することができることがわかるであろう。さら
に、本発明を電子写真複写機及びプリンター機械に特に
関して説明したが、本発明が電気的素子を有する大きな
機械配列に適用できることは明らかであろう。従って、
かかるすべての代替物や変更は本発明の特許請求の範囲
の精神及び範囲内に入り得るので、本発明に含まれるべ
きものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、通常の線ハーネスの一例を備えた静電写真複
写装置のフレームの一部の部分切欠図であり、第２図は、通常の線ハーネスの少なくとも一部を、本発
明の、その場で形成された導電路によって置換した静電
写真複写装置のフレームの一部の部分切欠図であり、第３図は、構造部材で導電路を形成するためのシステム
を例示するものであり、第4A及び4B図は、形成された１つの導電路を有する三次
元構造部材の断面図であり、第5A及び5B図は第４図の導電路の拡大図である。

フロントページの続き (72)発明者ジョセフエイスウィフトアメリカ合衆国ニューヨーク州 14519 オンタリオリンカーンロード 5629 (56)参考文献米国特許4286250（ＵＳ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性繊維状充填剤の５〜70重量％で
充填された電気絶縁性マトリックスポリマーを含む電気
的素子であって、該電気絶縁性繊維状充填剤は加熱され
ると、該マトリックスポリマーより優先的に熱転化して
該マトリックスポリマーより導電性の大きい導電性繊維
状充填剤に熱転化可能なものであり、該電気的素子は、
該電気絶縁性繊維状充填剤のマトリックス中での熱転化
によって生成された少なくとも１つの連続導電路を含
み、該連続導電路は、該マトリックスの所望の部位を加
熱してマトリックスポリマーを溶融し、且つ該電気絶縁
性繊維状充填剤を、該マトリックスポリマーより優先的
に導電性繊維状充填剤に熱転化することにより形成され
たものであり、該電気絶縁性繊維状充填剤は長さ１〜12
mm、直径５×10^-3〜５×10^-2mmであり、該熱転化導電性
繊維状充填剤が該導電路において電気的に接触して導電
性を与えていることを特徴とする電気的素子。
【請求項２】該マトリックスが、支持基材上の接着表面
層として存在している特許請求の範囲（１）記載の電気
的素子。
【請求項３】該電気絶縁性繊維状充填剤が熱転化性炭素
質繊維であり、該導電路が該マトリックス中で熱転化さ
れた炭素質炭化繊維を有する特許請求の範囲（１）記載
の電気的素子。
【請求項４】該熱転化性炭素質繊維が熱的に安定化した
ポリアクリロニトリル繊維であり、該マトリックス中で
熱転化した導電路が熱的に安定化したポリアクリロニト
リル繊維を有する特許請求の範囲（３）記載の電気的素
子。
【請求項５】該マトリックスが10〜30重量％の電気絶縁
性繊維状充填剤を含む特許請求の範囲（１）記載の電気
的素子。
【請求項６】該マトリックスが10¹⁴Ω・cm以上の抵抗率
を有し、該導電路が10⁹Ω・cm以下の抵抗率を有する特
許請求の範囲（１）記載の電気的素子。
【請求項７】少なくとも１つの該導電路が、該マトリッ
クスポリマーの一部をレーザーで熱分解して該ポリマー
を溶融し、該電気絶縁性繊維状充填剤が導電性繊維状充
填剤に熱転化して形成される狭い溝を有する特許請求の
範囲（１）記載の電気的素子。
【請求項８】該狭い溝がその上に導電性の金属をめっき
した接着性連続被膜を有する特許請求の範囲（７）記載
の電気的素子。
【請求項９】少なくとも１つの導電路が複数の導電路を
有する特許請求の範囲（７）記載の電気的素子。
【請求項１０】該電気的素子が三次元の形状で、少なく
とも１つの導電路が３次元の形状である特許請求の範囲
（９）記載の電気的素子。
【請求項１１】少なくとも１つの溝が深さ0.2〜2.0mm
で、幅0.1〜5.0mmである特許請求の範囲（７）記載の電
気的素子。
【請求項１２】隣接する該熱転化導電性繊維状充填剤が
前記の溝中で該マトリックスに固く守られ、該熱転化導
電性繊維状充填剤が前記の溝中で導電路を提供するよう
に電気的に接触している特許請求の範囲（７）記載の電
気的素子。
【請求項１３】長さ１〜12mm、直径５×10^-3〜５×10_×
^-2mmであり、加熱されると、マトリックスポリマーより
優先的に熱転化して該マトリックスポリマーより導電性
の大きい導電性繊維状充填剤に熱転化可能な電気絶縁性
繊維状充填剤の５〜70重量％で充填された電気絶縁性構
造ポリマーマトリックスを調製し、該ポリマーマトリッ
クスの所望の導電路に相応する部分を加熱してマトリッ
クスポリマーを溶融し、且つ該電気絶縁性繊維状充填剤
を、該マトリックスポリマーより優先的に導電性繊維状
充填剤に熱転化し、それにより該熱転化導電性繊維状充
填剤が該導電路において電気的に接触して導電性を与え
ている少なくとも１つの該導電路を提供することを含
む、少なくとも１つの導電路をポリマーマトリックス中
に形成する方法。
【請求項１４】該マトリックスが支持基材上に接着表面
層として存在している特許請求の範囲（13）記載の方
法。
【請求項１５】該電気絶縁性繊維状充填剤が熱転化性炭
素質繊維で、該導電路が該マトリックス中で熱転化され
た炭素質繊維を有する特許請求の範囲（13）記載の方
法。
【請求項１６】該熱転化性炭素質繊維が熱的に安定化し
たポリアクリロニトリル繊維で、該導電路が該マトリッ
クス中で熱転化され熱的に安定化したポリアクリロニト
リル繊維を有する特許請求の範囲（15）記載の方法。
【請求項１７】該マトリックスが10〜30重量％の電気絶
性繊維状充填剤含む特許請求の範囲（13）記載の方法。
【請求項１８】該マトリックスが10¹⁴Ω×・cm以上の抵
抗率を有し、該導電路が10⁹Ω・cm以下の抵抗率を有す
る特許請求の範囲（13）記載の方法。
【請求項１９】該加熱が該マトリックスの一部にレーザ
ービームを向け、該マトリックスポリマーの一部を熱分
解して該ポリマーを溶融し、該電気絶縁性繊維状充填剤
を導電性繊維状充填剤に炭化することを特徴とする特許
請求の範囲（13）記載の方法。
【請求項２０】該マトリックスの該レーザー熱分解によ
り、該マトリックスで固く守られた熱転化した導電性繊
維を充填した該マトリックス中に狭い溝を生じ、該熱転
化した導電性繊維がこの溝中に導電路を提供するように
電気的に接触している、特許請求の範囲（19）記載の方
法。
【請求項２１】該狭い溝に導電性金属の接着性連続被膜
を施す工程を含む特許請求の範囲（20）記載の方法。
【請求項２２】該レーザービームが、所定のパターン中
の該マトリックスに向けられている特許請求の範囲（1
9）記載の方法。
【請求項２３】該レーザービームが所定のパターンを有
するマスクを通って該マトリックスに向けられている特
許請求の範囲（22）記載の方法。
【請求項２４】該所定のパターンが複数の路を有する特
許請求の範囲（23）記載の方法。
【請求項２５】該マトリックスが３次元部材であり、該
支持部材と互いに関連している該レーザービームを移動
させて、３次元の少なくとも１つの導電路を形成する工
程を含む特許請求の範囲（19）記載の方法。
【請求項２６】該狭い溝が、深さ0.2〜2.0mmで幅0.1〜
5.0mmである特許請求の範囲（20）記載の方法。
【請求項２７】適切に機能するために電流を供給するこ
とを各々要求される多数の電気的素子を含む機械であっ
て、電気絶縁性繊維状充填剤の５〜70重量％で充填され
た電気絶縁性構造マトリックスポリマーを有する少なく
とも１つの支持部材を含み、該電気絶縁性繊維状充填剤
は加熱されると、該マトリックスポリマーより優先的に
熱転化して該マトリックスポリマーより導電性の大きい
導電性繊維状充填剤に熱転化可能なものであり、該電気
的素子は、該絶縁性マトリックスポリマーが、該電気絶
縁性繊維状充填剤のマトリックス中の熱転化によって生
成された少なくとも１つの連続導電路を含み、該連続導
電路は、該マトリックスの所望の部位を加熱してマトリ
ックスポリマーを溶融し、且つ該電気絶縁性繊維状充填
剤を、該マトリックスポリマーより優先的に導電性繊維
状充填剤に熱転化することにより形成されたものであ
り、該電気絶縁性繊維状充填剤は長さ１〜12mm、直径５
×10^-3〜５×10^-2mmであり、該熱転化導電性繊維状充填
剤が該導電路において電気的に接触して導電性を与えて
いる、該電気的素子の間に少なくとも１つの連続導電路
を含む該機械。
【請求項２８】該マトリックスが支持基材上の接着表面
層として存在する特許請求の範囲（27）記載の機械。
【請求項２９】該支持部材が該マトリックスポリマーで
製造されている特許請求の範囲（27）記載の機械。
【請求項３０】該支持部材が構造機械部材である特許請
求の範囲（27）記載の機械。
【請求項３１】該電気絶縁性繊維状充填剤が熱転化炭素
質繊維で、該導電路が該マトリックス中で熱転化した炭
素質繊維を有する特許請求の範囲（27）記載の機械。
【請求項３２】該熱転化炭素質繊維が熱的に安定化した
ポリアクリロニトリル繊維であり、該導電路が該マトリ
ックス中で熱転化され熱的に安定化したポリアクリロニ
トリル繊維を有する特許請求の範囲（31）記載の機械。
【請求項３３】少なくとも１つの導電路が、該マトリッ
クスポリマーの一部をレーザーで熱分解して該ポリマー
を溶融し、該電気絶縁性繊維状充填剤が導電性繊維充填
剤に熱転化して形成される狭い溝を有する特許請求の範
囲（27）記載の機械。
【請求項３４】該狭い溝が、その上に導電性金属をめっ
きした接着性連続被膜を有する特許請求の範囲（33）記
載の機械。
【請求項３５】少なくとも１つの導電路が多数の導電路
を有する特許請求の範囲（33）記載の機械。
【請求項３６】該支持部材が３次元の形状であり、少な
くとも１つの導電路が３次元の形状である特許請求の範
囲（35）記載の機械。
【請求項３７】少なくとも１つの前記の溝が、深さ0.2
〜2.0mmで幅0.1〜5.0mmである特許請求の範囲（35）記
載の機械。
【請求項３８】隣接する該熱転化導電性繊維状充填剤
が、前記の溝中で該マトリックスに固く守られており、
該熱転化導電性繊維状充填剤が前記の溝中で導電路を提
供するように電気的に接触している特許請求の範囲（3
3）記載の機械。