JP4811066B2 - 回路形成用荷電性粉末およびその製造方法ならびに回路パターンを有するガラス基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真法によって被印刷物上に回路パターンを形成するにあたって用いられる回路形成用荷電性粉末およびその製造方法に関し、さらに電子写真法によって形成された回路パターンを有するガラス基板の製造方法に関する。

被印刷物上に導電性の回路パターンを形成する方法として電子写真法がある。電子写真法に用いられる回路パターン形成用の荷電性粒子には以下の特性が要求される。

（１）導電性を有する必要がある一方、十分に帯電するためには、少なくとも外周が絶縁物で構成されている必要がある。

（２）回路パターンのはがれを防止するため、被印刷物に対して十分な固着強度を有していなければならない。

かかる要求を満たそうとするものとして、特許文献１に記載された回路形成用荷電性粉末がある。この回路形成用荷電性粉末は、導電性金属粉末の表面に金属酸化物粒子を固着させ、その外周に樹脂を被覆したことを特徴とする。

この発明は、導電性金属粉末の表面に金属酸化物粒子を固着させることにより、被印刷物であるセラミック基板と回路パターンとの接合強度を向上させている。また、外周を樹脂で被覆することにより帯電性を確保している。

さらに別の先行技術として特許文献２には、導電性金属粉末とガラス粉末とを荷電制御剤を熱溶融性樹脂中に分散した構造を有する回路印刷用荷電性粒子が記載されている。この発明によれば、ガラス粉末を含むことにより、ガラス粉末が絶縁基板中のガラス成分と反応して回路パターンと絶縁基板の界面での密着性が向上する。また、熱溶融性樹脂によって帯電性を確保している。
特開２００１−２８４７６７号公報 特開平６−６９６１８号公報

特許文献１および２に記載された発明は、被印刷物としてセラミック基板やガラス成分を含む絶縁基板を用いているが、近年、電子写真法によってガラス基板上に回路を形成することが試みられている。

特許文献１，２に記載された回路形成用荷電性粒子を用いてガラス基板上に回路パターンを形成する場合、回路パターンとガラス基板との間に十分な接着強度を得られない。これは、特許文献１，２は例えば１０００℃（特許文献1の［００２０］段落参照）や９００℃（特許文献２の［００１６］段落参照）といった高温での熱処理に耐えうるセラミック基板や絶縁基板を被印刷物としているため、荷電性粒子の印刷後に高温で熱処理することによって被印刷物との接着強度を高めることができるのに対して、ガラス基板はこのような高温での熱処理に耐えられないためである。

また、特許文献２に記載された発明では、熱溶融性樹脂中に導電性金属粉末を分散させた構造であるため、荷電性粒子の表面に導電性金属粉末が露出することがある。荷電性粒子の表面に一部でも導体が存在する場合には帯電性が大きく低下するため、特許文献２に記載された発明では、十分な帯電性が得られないことがあった。

本発明はこのような問題点を解決しようとするものであり、高温での熱処理に耐えられないガラス基板上に回路パターンを形成するのに好適な回路形成用荷電性粒子およびその製造方法を提供することを目的とする。また、電子写真法を用いた回路パターンを有するガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するため本願第１の発明に係る回路形成用荷電性粒子は、導電性金属粒子と、該導電性金属粒子の表面に固着されたガラス粒子と、該ガラス粒子よりも外周に形成された樹脂被覆層と、を有し、前記ガラス粒子はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする。

ここでガラス粒子のガラス転移点が３５０℃以上とされている理由は、ガラス転移点がこれより低いとガラス転移点と樹脂の分解温度が近接しすぎて、印刷後の加熱時に溶融したガラスの内部に樹脂が閉じこめられて樹脂がガス化し印刷パターンに亀裂や剥がれが生じるおそれがあるからである。

また、ガラス粒子のガラス転移点が６４０℃未満とされている理由は、ガラス転移点がこれより高いと一般的にソーダガラスからなるガラス基板の軟化点に接近してしまうためである。印刷後の加熱工程では、ガラス基板の変形を防ぐためにガラス基板の軟化点以上に加熱することはできないので、ガラス粒子のガラス転移点がガラス基板の軟化点より十分低くされていないと、印刷後の加熱時にガラス粉末が十分に溶融せずに密着強度の不足や導電性金属粒子の焼結拡散不良が発生するからである。

本願第２の発明に係る回路形成用荷電性粒子は、導電性金属粒子と、該導電性金属粒子の表面に形成された膜状のガラス層と、該ガラス層よりも外周に形成された樹脂被覆層と、を有し、前記ガラス層はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする。

ガラス層を構成するガラスのガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満とされている理由は、本願第１発明においてガラス粒子のガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満とされている理由と同様である。

また本願第３の発明に係る回路形成用荷電性粒子の製造方法は、導電性金属粒子とガラス粒子とを機械被覆装置に投入して該導電性金属粒子の表面に該ガラス粒子を固着させるガラス粒子固着工程と、前記ガラスが固着した導電性金属粒子と樹脂とを機械被覆装置に投入して前記ガラス粒子よりも外周に樹脂被覆層を形成する樹脂被覆工程と、を含み、前記ガラス粒子はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする。

本願第４の発明に係る回路形成用荷電性粒子の製造方法は、導電性金属粒子とガラス粒子とを機械被覆装置に投入して該導電性金属粒子の表面にガラスを固着させるガラス粒子固着工程と、前記ガラスが固着した導電性粒子を加熱して前記ガラス粒子を溶融させることにより前記導電性金属粒子の表面に膜状のガラス層を形成するガラス層形成工程と、前記ガラス層が形成された導電性金属粒子と樹脂とを機械被覆装置に投入して前記ガラス層よりも外周に樹脂被覆層を形成する樹脂被覆工程と、を含み、前記ガラス粒子はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする。

さらに本願第５の発明に係る回路パターンを有するガラス基板の製造方法は、第１または第２の発明に係る回路形成用荷電性粒子を電子写真法によってガラス基板上に印刷する工程と、前記ガラス基板および前記回路形成用荷電性粒子を加熱することにより前記樹脂被覆層を熱分解させるとともに前記ガラス粒子または前記ガラス層を溶融させ、前記ガラス基板上に回路パターンを形成する熱処理工程と、を有し、前記熱処理工程における最高温度は前記ガラス粒子または前記ガラス層のガラス転移点よりも高くかつ前記ガラス基板の軟化点よりも低いことを特徴とする。

なお、ガラス軟化点はガラスの粘度が４．５×１０⁷Ｐ（＝４．５×１０⁶Ｐａ・ｓ）となる温度である。

第１の発明によれば、導電性金属粒子の表面にガラス転移点が３５０℃〜６４０℃であるガラスからなるガラス粒子が固着されているため、ガラス基板に印刷後、低温の熱処理でもガラス粒子がガラス基板と反応して回路パターンとガラス基板との接着性を向上させることができる。また、ガラス粒子が導電性金属粒子の表面に固着しているため、例えばガラス粒子が樹脂被覆層中に分散されている場合と比較して、少ないガラスの量でも十分な接着強度を得ることができる。

さらに、ガラス粒子よりも外周に樹脂被覆層を形成しているため、表面に導電性金属粒子が露出する可能性が低く、十分な帯電性を確保することができる。

第２の発明によれば、導電性金属粒子の表面にガラス転移点が３５０℃〜６４０℃であるガラスから膜状のガラス層が固着されているため、ガラス基板に印刷後、低温の熱処理でもガラス層がガラス基板と反応して回路パターンとガラス基板との接着性を向上させることができる。また、ガラス層が導電性金属粒子の表面に固着しているため、例えばガラス粒子が樹脂被覆層中に分散されている場合と比較して、少ないガラスの量でも十分な接着強度を得ることができる。

さらに、印刷時にはガラス層が絶縁層としても機能するため、第１の発明よりもより確実に帯電性を確保することができる。

第３の発明によれば、第１の発明に係る回路形成用荷電性粒子を容易に製造することができる。より具体的には、ガラス粒子固着工程と樹脂被覆工程とをともに機械被覆装置を用いて行うので、工程が簡略化される。また設備投資を抑制することができる。

第４の発明によれば、第２の発明に係る回路形成用荷電性粒子を容易に製造することができる。より具体的には、ガラス粒子固着工程と樹脂被覆工程とをともに機械被覆装置を用いて行うので、工程が簡略化させる。また設備投資を抑制することができる。さらにまた、ガラス粒子が３５０℃〜６４０℃のガラス転移点を有するガラスからなるので、ガラスを流動化させることが容易であり、ガラス層形成工程において容易に膜状のガラス層を形成することができる。

第５の発明によれば、本願第１または第２の発明に係る回路形成用荷電性粒子を用いているので、ガラス基板の軟化点よりも低い熱処理によってガラス基板と回路パターンとの接着強度を高めることができる。

以下において添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る回路形成用荷電性粒子の製造工程を模式的に示す断面図である。

まず、平均粒径２０μｍの銀粉末と平均粒径１μｍのビスマス系ガラス粉末（ガラス転移点Ｔｇが４８０℃）を重量比で９５：５の割合で混合し、かさ体積で３００ｃｃを計量して機械被覆装置（ホソカワミクロン社製、ノビルタＮＯＢ−１３０）に投入した。この機械被覆装置を毎分３０００回転の回転速度で２０分間運転して、図１（ａ）に示すように銀粉末１１の表面にガラス粉末１２を固着させた。

次に、銀粉末１１およびガラス粉末１２の合計量に対して重量比で１／１０の固形状のアクリル樹脂（１次粒子径１μｍ、ガラス転移点Ｔｇが６０℃）を前記機械被覆装置に追加投入し、毎分３０００回転の回転速度で２０分間運転した。これにより、回転時の摩擦熱でアクリル樹脂が軟化して銀粉末１１の表面に付着し、図１（ｂ）に示すように、ガラス粉末１２よりも外周に樹脂被覆層１４が形成された。

さらに荷電性粒子の流動性を高めるための外添剤として平均粒径７ｎｍのシリカ微粒子を、ガラス粉末および樹脂で被覆された銀粉末１００重量部に対して０．５重量部投入して図１（ｃ）に示すように樹脂被覆層１４にシリカ微粒子１５が付着した回路形成用荷電性粒子１０を作成した。

この回路形成用荷電性粒子１０の帯電量分布をホソカワミクロン社製イースパートアナライザーで測定したところ、ゼロまたは正の帯電粒子の割合は０．５％であり、高い帯電性を確保できていることがわかった。

この回路形成用荷電性粒子１０と負帯電用のフェライト系キャリア（平均粒径５０μｍ）を重量比で１：５の割合で混合振とうして、電子写真用の現像剤を得た。

コロナ帯電器によって感光体の表面を帯電させ、さらに感光体にレーザを照射して所望の潜像パターンを形成し、前記現像剤を該潜像パターンに静電力によって吸着させ、現像された回路形成用荷電性粒子を被印刷物であるソーダガラスからなるガラス基板に転写した。このガラス基板は、軟化点が６５０℃以上７００℃未満であることを事前に実験的に確認してある。

次いでガラス基板を６５０℃で３０分間熱処理し、樹脂被覆層を熱分解させるとともにガラス粒子を溶融させて、ガラス基板上に回路パターンを形成した。

ガラス基板上に形成された回路パターンのうち、幅３００μｍ、長さ１００ｍｍの測定用ラインの抵抗値を４端子法で測定したところ、抵抗値は３．０μΩｃｍであった。また、試料の測定用ラインに隣接する１ｍｍ×１ｍｍの領域を光学顕微鏡で観察したときに該領域内に存在する回路形成用荷電性粒子の数を「カブリ量」と定義してカブリを評価したところ、カブリ量は３粒であった。帯電性の良好な回路形成用荷電性粒子を用いたため、カブリ量を抑制することができた。

使用する銀粉末とガラス粉末の粒径を変化させた以外は実施例１と同じ方法で回路形成用荷電性粒子を作製し、帯電量分布の測定、カブリ量の観察および抵抗値の測定を行った（試料Ａ〜Ｅ）。銀粉末とガラス粉末の粒径比（ガラス粉末の平均粒径／銀粉末の平均粒径）および測定結果を表１に示す。

表１に示された結果から、銀粉末の平均粒径は１５μｍ以上であることが好ましいとともに、ガラス粉末の平均粒径は３．８μｍ以下が好ましいことがわかった。

被覆用の樹脂としてアクリル樹脂の替わりにガラス転移点Ｔｇが５６℃のポリエステル樹脂またはＴｇが６０℃のスチレンアクリル樹脂を使用した以外は実施例１と同じ方法で回路形成用荷電性粒子を作製し、帯電量分布の測定、カブリ量の観察および抵抗値の測定を行った（試料Ｆ，Ｇ）。測定結果を表２に示す。

表２に示されるように、実施例１と同様の良好な特性を示す回路形成用荷電性粒子を得ることができた。

図２は本発明の第４の実施例に係る回路形成用荷電性粒子の製造工程を模式的に示す断面図である。

まず、平均粒径２０μｍの銀粉末と平均粒径１μｍのビスマス系ガラス粉末（Ｔｇが４８０℃）を重量比で９５：５の割合で混合し、かさ体積で３００ｃｃを計量して機械被覆装置（ホソカワミクロン社製、ＮＯＢ−１３０ノビルタ）に投入する。この機械被覆装置を毎分３０００回転の回転速度で２０分間運転して、図２（ａ）に示すように銀粉末１１の表面にガラス粉末１２を固着させる。

次に、表面にガラス粉末１２が固着した銀粉末を熱処理装置（日本ニューマチック社製、メテオレインボーＭＲ−３）によって５００℃で熱処理することによってガラス粉末１２を溶融させて層状とし、図２（ｂ）に示すように銀粉末１１の表面にガラス層１３を形成する。

ガラス層１３を形成した銀粉末１１を再び機械被覆装置に投入し、銀粉末１１およびガラス粉末１２の合計量に対して重量比で１／１０の固形状のアクリル樹脂（１次粒子径１μｍ、ガラス転移点Ｔｇが６０℃）を前記機械被覆装置に投入し、毎分３０００回転の回転速度で２０分間運転する。これにより、回転時の摩擦熱でアクリル樹脂が軟化してガラス層１３の表面に付着し、図２（ｃ）に示すように、ガラス層１３の外周に樹脂被覆層１４が形成される。これにより、本発明に係る回路形成用荷電性粒子１０が作製される。

本実施例によれば、ガラス粒子１２を溶融させてガラス層１３を形成しているので、樹脂を被覆する際にガラスが導電性金属粉末（銀粉末）１１の表面から脱落することを防止でき、また、導電性金属粉末１１の表面がほぼ隙間なくガラスで覆われることとなるのでガラス基板との接着強度が向上する。さらに、導電性金属粉末１１の表面をほぼ隙間なく覆うガラス層１３が絶縁層として機能し、帯電性が向上する。

本発明の第１の実施例に係る回路形成用荷電性粒子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の第４の実施例に係る回路形成用荷電性粒子の製造工程を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０ 回路形成用荷電性粒子
１１ 銀粉末（導電性金属粒子）
１２ ガラス粉末
１３ ガラス層
１４ 樹脂被覆層

Claims (5)

1. 導電性金属粒子と、該導電性金属粒子の表面に固着されたガラス粒子と、該ガラス粒子よりも外周に形成された樹脂被覆層と、を有し、
   前記ガラス粒子はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする回路形成用荷電性粒子。
2. 導電性金属粒子と、該導電性金属粒子の表面に形成された膜状のガラス層と、該ガラス層よりも外周に形成された樹脂被覆層と、を有し、
   前記ガラス層はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする回路形成用荷電性粒子。
3. 導電性金属粒子とガラス粒子とを機械被覆装置に投入して該導電性金属粒子の表面に該ガラス粒子を固着させるガラス粒子固着工程と、
   前記ガラスが固着した導電性金属粒子と樹脂とを機械被覆装置に投入して前記ガラス粒子よりも外周に樹脂被覆層を形成する樹脂被覆工程と、を含み、
   前記ガラス粒子はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする回路形成用荷電性粒子の製造方法。
4. 導電性金属粒子とガラス粒子とを機械被覆装置に投入して該導電性金属粒子の表面に該ガラス粒子を固着させるガラス粒子固着工程と、
   前記ガラスが固着した導電性粒子を加熱して前記ガラス粒子を溶融させることにより前記導電性金属粒子の表面に膜状のガラス層を形成するガラス層形成工程と、
   前記ガラス層が形成された導電性金属粒子と樹脂とを機械被覆装置に投入して前記ガラス層よりも外周に樹脂被覆層を形成する樹脂被覆工程と、を含み、
   前記ガラス粒子はガラス転移点が３５０℃以上６４０℃未満であるガラスからなることを特徴とする回路形成用荷電性粒子の製造方法。
5. 請求項１または請求項２に記載の回路形成用荷電性粒子を電子写真法によってガラス基板上に印刷する工程と、
   前記ガラス基板および前記回路形成用荷電性粒子を加熱することにより前記樹脂被覆層を熱分解させるとともに前記ガラス粒子または前記ガラス層を溶融させ、前記ガラス基板上に回路パターンを形成する熱処理工程と、を有し、
   前記熱処理工程における最高温度は前記ガラス粒子または前記ガラス層のガラス転移点よりも高くかつ前記ガラス基板の軟化点よりも低いことを特徴とする回路パターンを有するガラス基板の製造方法。