JP2011201732A - カーボンナノチューブの剥離方法および剥離用吸引具 - Google Patents

Abstract

【課題】基板から確実にカーボンナノチューブを剥離でき、且つ基板上で生成されたカーボンナノチューブの形状および密度を維持することができるカーボンナノチューブの剥離方法を提供する。
【解決手段】表面にカーボンナノチューブＣが生成された基板Ｋを連続的に導き当該カーボンナノチューブＣの先端表面部に接着フィルム１１を配置して接着層を形成した後、この連続的に導かれる接着層を回転ローラ式の吸引具２にて吸引することによりカーボンナノチューブＣを基板Ｋから剥離させる方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブの剥離方法および剥離用吸引具に関するものである。

カーボンナノチューブは、熱伝導性が非常に高く、放熱器と冷却対象物の接着用に用いられる。このようなカーボンナノチューブの用途により、従来の熱伝導性接着剤やシリコングリースを用いた場合に比べ、放熱器の高性能化を図ることができる。

カーボンナノチューブを利用できる状態で得るには、カーボンナノチューブを基板上に生成させた後に、基板から剥離して回収する必要がある。カーボンナノチューブを剥離する具体的な方法としては、剥離用治具で基板からカーボンナノチューブを掻き落す、または酸などの薬剤でカーボンナノチューブを化学的に剥離させることが一般的である。しかし、前者では物理的な力によりカーボンナノチューブを損傷させるおそれがあり、後者ではカーボンナノチューブに不純物が残留するおそれがあった。

このような問題を解決するものとして、カーボンナノチューブの剥離にガス圧を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−９１４８２号公報

ところで、上記のガス圧を用いる方法では、基板から完全にカーボンナノチューブを剥離することはできないので、一部のカーボンナノチューブが基板上に残ることになる。また、基板上に生成させたカーボンナノチューブは、基板により形成されているので、基板から剥離されると型崩れが生じ、基板上でのカーボンナノチューブのブラシ形状、密度等をそのまま維持できなかった。

そこで、本発明は、基板から確実にカーボンナノチューブを剥離でき、且つ基板上で生成されたカーボンナノチューブのブラシ形状および密度を維持することができるカーボンナノチューブの剥離方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るカーボンナノチューブの剥離方法は、表面にカーボンナノチューブが生成された基板を連続的に導き当該カーボンナノチューブの先端表面部に接着剤を配置して接着層を形成した後、この連続的に導かれる接着層を回転ローラ式の吸引具にて吸引することによりカーボンナノチューブを基板から剥離させる方法である。

また、請求項２に係るカーボンナノチューブの剥離方法は、基板の表面に生成されたカーボンナノチューブの先端表面部に接着剤を配置して接着層を形成した後、この接着層を吸引具にて吸引することにより、カーボンナノチューブを基板から剥離させる方法である。

さらに、請求項３に係るカーボンナノチューブの剥離方法は、請求項１または２に記載のカーボンナノチューブの剥離方法において、接着層を吸引する際に、基板の裏面を吸引して保持する方法である。

また、請求項４に係るカーボンナノチューブの剥離用吸引具は、請求項１乃至３のいずれかに記載のカーボンナノチューブの剥離方法に用いられる吸引具であって、
基板と平行な軸心回りで回転自在に設けられた紡錘形状の押さえローラにより構成し、
上記押さえローラに、その表面に開口する吸引用穴部を複数形成するとともに、当該押さえローラの内部に、上記各吸引用穴部に連通し且つ真空ポンプに接続し得る連通用空間部を形成したものである。

上記カーボンナノチューブの剥離方法および剥離用吸引具によると、基板の表面に生成されたカーボンナノチューブの先端表面部に接着層を形成した上で、この接着層を吸引するので、基板から確実にカーボンナノチューブを剥離でき、且つ基板上で生成されたカーボンナノチューブのブラシ形状および密度を維持することができる。

本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブの剥離装置の概略構成を示す側面図である。 同剥離装置における剥離部分を説明する要部切欠側面図である。 同剥離装置における吸引具の正面図である。 同剥離装置における吸引具の断面図である。 同剥離装置における遮蔽ロールの斜視図である。 図４に示すＡ−Ａ断面図である。 図４に示すＢ−Ｂ断面図である。 図７に示すＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブの剥離装置の概略構成を示す斜視図である。 同剥離装置における吸引具の側面図である。 剥離装置におけるカーボンナノチューブに接着層を形成するまでの動作を説明する側面図である。 同剥離装置におけるカーボンナノチューブを吸引具で吸引するまでの動作を説明する側面図である。 同剥離装置におけるカーボンナノチューブを吸引具で吸引して基板から剥離する動作を説明する側面図である。 同剥離装置におけるカーボンナノチューブを吸引具から回収する動作を説明する側面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブの剥離装置について、具体的に示した実施例に基づき説明する。
本実施例１においては、ステンレス製の箔材（２０〜３００μｍ程度の厚さ）で、所定幅で長いもの、つまり帯状のものを基板とし、この基板の表面（上面）において等密度でブラシ形状に生成されたカーボンナノチューブを連続的に剥離する装置について説明する。

この剥離装置には、図１に示すように複数のローラが具備されており、具体的には、上記基板Ｋが巻き付けられた巻出しロール６と、この巻出しロール６と同一水平面上で且つ平行に配置されて当該巻出しロール６から引き出された後にカーボンナノチューブＣが剥離された基板Ｋを巻き取る巻取りロール７と、基板Ｋの上方に配置されて当該基板Ｋから剥離したカーボンナノチューブＣを巻き取る製品回収ロール８とが設けられている。なお、図示しないが、巻出しロール６および巻取りロール７には、それぞれ駆動装置が設けられており、両ロール６，７の回転により基板Ｋが移送される。以下、巻出しロール６と巻取りロール７の間において、巻出しロール６側を後側、巻取りロール７側を前側とし、この前後方向と水平面上で直交する方向を左右方向として説明する。

上記剥離装置１は、上記巻出しロール６と巻取りロール７の間における基板Ｋの上面に設けられるとともに当該基板Ｋに生成されたカーボンナノチューブＣの先端表面部に接着フィルム（接着剤の一例である）１１を連続的に配置していく接着フィルム配置具３と、この接着フィルム配置具３の前側における基板Ｋの上下面に設けられるとともにカーボンナノチューブＣ上に配置した接着フィルム１１を連続的に加熱して溶かし込むことでカーボンナノチューブＣの先端表面から所定厚さで接着層を形成させるホットロールプレス４と、このホットロールプレス４の前側における基板Ｋの上面に押し付けるように配置されてカーボンナノチューブＣを吸引して基板Ｋから剥離する回転ローラ式の吸引具２と、この吸引具２に押し付けられた基板Ｋの水平度を維持するために当該吸引具２の下方で且つ基板Ｋの下面に配置されて当該基板Ｋを下面側から支持する剥離用台座５とから構成される。

上記接着フィルム配置具３は、接着フィルム１１を排出する溝が下端部に形成された本体部１２を有し、この当該本体部１２の内部には、図示しないが、接着フィルム１１を巻き付けて収納するロールと、駆動して接着フィルム１１を上記溝から排出するために上記ロールを駆動するモータとが具備されている。また、上記ホットロールプレス４は、基板Ｋの上方および下方にそれぞれ配置されて基板Ｋを加熱する加熱ローラ１４を有する。

上記吸引具２には、図２〜図４および図６〜図８に示すように、表面に開口する吸引用穴部２３が複数形成されるとともに当該各吸引用穴部２３に連通する連通用空間部２５が内部に形成された押さえローラ２１が具備され、また連通用空間部２５には、後述する右側の固定軸３１を介して真空ポンプ３３が接続されている。この真空ポンプ３３により、連通用空間部２５を負圧にして吸引用穴部２３からカーボンナノチューブＣの接着層を吸引し得る。

上記押さえローラ２１は、内部に上記連通用空間部２５が形成された円筒形状の円筒芯部２４と、この円筒芯部２４の外周に設けられて上記吸引用穴部２３が複数形成された紡錘形状の吸引部２２とから構成される。また、この円筒芯部２４は、図４に示すように、当該連通用空間部２５と上記吸引用穴部２３を連通させる穴部２７が複数形成された円筒面部２６と、この円筒面部２６の左右両端面に取り付けられた円形の蓋部２８と、これら両蓋部２８のそれぞれ中心位置に形成されたボス部２９と、これらボス部２９にブッシュ部３０を介して挿入されて上記円筒芯部２４を回転自在に支持する固定軸３１とから構成される。一方、上記吸引部２２は弾性材料で構成され、例えばシリコンゴムが用いられている。このため、吸引部２２の基板Ｋに押し付けられる部分では、紡錘形状が当該押付力により変形して基板Ｋに沿った平面形状となる。また、この押さえローラ２１は、図示しないが、両固定軸３１を固定するブラケットにより支持される。なお、右側の固定軸３１の中心を軸方向に貫通させており、上記真空ポンプ３３は、この固定軸３１の右端面の上記貫通穴に配管３２を介して接続されている。

一方、上記連通用空間部２５には、上記円筒芯部２４の内周面に沿って且つ当該円筒芯部２４の所定の穴部２７を塞ぐように遮蔽ロール４１が配置されている。すなわち、図２に示すように右方向からの側面視において、円筒芯部２４の上端を０°として時計回りを正とした場合、円筒芯部２４の−１８０°〜０°〜＋１２０°にかけての３００°の範囲で上記穴部２７を常に遮蔽するように遮蔽ロール４１が配置されている。具体的には、遮蔽ロール４１は、図４〜図８に示すように、円筒芯部２４の内周面に面するように設けられるとともに外径が当該円筒芯部２４の内径よりも小さい円筒形状であって右方向からの側面視において＋１２０°〜＋１８０°の範囲［右下側（４時の方向）から下側（６時の方向）にかけての６０°の範囲］で開口が形成された開口円筒部４２と、この開口円筒部４２の左右端面に取り付けられるとともに当該開口円筒部４２の開口に合わせた扇形の切欠きを有する側板部４３とから構成される。なお、上記開口円筒部４２の左右方向の幅は、上記連通用空間部２５の左右方向の幅より小さいため、上記両側板部４３は上記蓋部２８に接していない。しかし、上記開口円筒部４２の右方向からの側面視における＋１８０°および＋１２０°のそれぞれの位置では、円筒芯部２４の円筒面部２６に摺動する長手シール材４４が左右方向に取り付けられるとともに、上記両側板部４３における扇形の切欠きの縁では、上記蓋部２８に摺動する側板シール材４５が取り付けられている。つまり、図５に示すように、遮蔽ロール４１は、中心軸が左右方向と平行になるように配置された円筒体から、右方向からの側面視において扇形（６０°の範囲）にくり抜いた形状であり、このくり抜きにより形成された開口の縁に、円筒芯部２４に摺動するシール材４４，４５が取り付けられている。したがって、これらシール材４４，４５および遮蔽ロール４１により気密が確保される。また、遮蔽ロール４１は、側板部４３により固定軸３１の外周部に取り付けられていることから、円筒芯部２４や吸引部２２が回転しても、遮蔽ロール４１は回転することなく常に一定の位置にある。

以上より、上記真空ポンプ３３で上記連通用空間部２５を負圧にしても、遮蔽ロール４１の内部および右方向からの側面視における＋１２０°〜＋１８０°の範囲でのみ負圧にすることができる。言い換えれば、上記範囲でのみ、吸引具２による吸引が行われる。これにより、上記吸引具２では、＋１２０°〜＋１８０°の範囲でカーボンナノチューブＣを吸引し、＋１２０°の位置で当該カーボンナノチューブＣを引き離すことができる。

さらに、図１および図２に示すように、左右方向の幅が押さえローラ２１と略同一で長辺となる長方形状の剥離案内板４９が、上記押さえローラ２１の＋１２０°の位置で下端（長辺）側が接するように配置されている。この剥離案内板４９の配置角度は、押さえローラ２１の＋１２０°の位置での接線と略同一であるため、この剥離案内板４９で確実にカーボンナノチューブＣを吸引具２から引き離すことができる。

ところで、上記吸引具２による押付力を受ける剥離用台座５は、この押付力で変形しないように十分な厚みを有するものである。また、薄い基板Ｋ（上述の通り箔材である）が上記吸引具２で上方に吸引されることによる変形を防止するため、上記剥離用台座５は、その内部を負圧にすることで基板Ｋを下方に吸引し、当該基板Ｋを保持し得るような構造である。具体的に説明すると、剥離用台座５には、上面の吸引具２による押付力を直接受ける範囲で吸引保持用穴部５１が複数形成されており、内部に当該吸引保持用穴部５１と連通する連通用空間部５２が形成されている。また、この剥離用台座５には、上記連通用空間部５２に配管５３を介して真空ポンプ５４が接続されている。

上記構成において、基板Ｋに生成されたカーボンナノチューブＣの剥離方法について説明する。
巻出しロール６から引き出された基板Ｋは、巻取りロール７で巻き取られて、両ロール６，７に設けられた駆動装置により、一定の速度で移送される。また、両ロール６，７間では、張力および剥離用台座５により、基板Ｋは移送されながら水平に保持されている。この両ロール６，７間の基板Ｋに着目し、カーボンナノチューブＣの剥離について後側（上流側）から順に説明する。

カーボンナノチューブＣの先端表面部には、図１に示すように、接着フィルム配置具３により、基板Ｋの移送速度に合わせて接着フィルム１１が連続的に配置される。そして、接着フィルム配置具３の前側のホットロールプレス４でカーボンナノチューブＣ上の接着フィルム１１が連続的に加熱により溶かし込まれ、カーボンナノチューブＣの先端表面から所定厚さで接着層が形成される。

次に、接着層が形成されたカーボンナノチューブＣは、剥離用台座５上において、上から押さえローラ２１で押し付けられる。このとき、吸引部２２は押付力により変形し、基板Ｋに沿った平面形状となる。また、右方向からの側面視において、円筒芯部２４の上端を０°として時計回りを正とした場合、円筒芯部２４の＋１８０°〜＋１２０°の範囲で吸引用穴部２３からカーボンナノチューブＣが上方に吸引される。一方、基板Ｋは剥離用台座５で下方に吸引保持されるので、基板ＫからカーボンナノチューブＣが基板Ｋから剥離される。ここで、円筒芯部２４の＋１２０°の位置では、遮蔽ロール４１で妨げられて吸引部２２による吸引が行われず、カーボンナノチューブＣを押さえローラ２１から引き離すことができる。また、この位置では、吸引部２２は基板Ｋに接しておらず、紡錘形状に戻るので、カーボンナノチューブＣを吸引部２２の左右側から引き離しやすくなる。さらに、この位置における接線上に配置された剥離案内板４９により、確実にカーボンナノチューブＣを押さえローラ２１から引き離すことができる。

そして、押さえローラ２１から引き離されたカーボンナノチューブＣは、製品回収ロール８により巻き取られて回収される。
このように、剥離用台座５で基板Ｋを下方に吸引保持しながら吸引具２でカーボンナノチューブＣを上方に吸引するので、基板Ｋが薄い場合であっても、カーボンナノチューブＣを剥離することができる。また、吸引したカーボンナノチューブＣを吸引具２から引き離す位置においては、吸引具２の形状が紡錘形状に戻るとともに、遮蔽ロール４１により吸引が妨げられるので、カーボンナノチューブＣを基板Ｋから確実に剥離することができる。さらに、剥離前のカーボンナノチューブＣの先端表面部に接着層を形成させているので、基板Ｋ上でのカーボンナノチューブＣのブラシ形状および密度を維持して、カーボンナノチューブＣを剥離することができる。

上記実施例１においては、遮蔽ロール４１が押さえロールの連通用空間部２５に配置されたものとして説明したが、遮蔽ロール４１を配置しない構成であってもよい。この場合でも、剥離案内板４９により、吸引具２の＋１２０°でカーボンナノチューブＣを引き離すことができる。

次に、本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブの剥離装置を図９および図１３に基づき説明する。
上記実施例１に係るカーボンナノチューブの剥離装置においては、連続的に基板からカーボンナノチューブを剥離するのに対し、本実施例２に係る剥離装置にあっては、一枚の基板ごとにカーボンナノチューブを剥離するものである。なお、本実施例２に係るカーボンナノチューブも、実施例１と同様に、基板の表面において等密度でブラシ形状に生成されたものである。

以下、実施例２に係るカーボンナノチューブの剥離装置について説明するが、実施例１と異なる箇所に着目して説明するとともに、実施例１と同一の構成部材については、同一番号を付してその説明を省略する。

この剥離装置でカーボンナノチューブの剥離を行う基板には、図１１に示すように、予め基板Ｋの表面に生成されたカーボンナノチューブＣの先端表面部に接着剤（液状またはフィルム状）６３を配置した後（図１１（ａ）参照）基板Ｋを加熱する。なお、本実施例２では一枚の基板ＫごとにカーボンナノチューブＣを剥離するので、基板Ｋの加熱には、実施例１で示したホットロールプレス４を用いずに、一枚の基板Ｋごとに加熱するホットプレス６４を用いてもよい（図１１（ｂ）参照）。これにより、実施例１と同様の接着層をカーボンナノチューブＣに形成させておく（図１１（ｃ）参照）。上記剥離装置６１は、このように接着層が形成されたカーボンナノチューブＣを基板Ｋから剥離するものである。

すなわち、上記剥離装置６１は、基板Ｋが配置されるとともに当該基板Ｋを下方に吸引保持する剥離用台座５と、この剥離用台座５に配置された基板Ｋを上方から押し付けて基板Ｋ上のカーボンナノチューブＣを吸引して剥離する吸引具６２と、この吸引具６２を昇降させる昇降装置とから構成される。

剥離用台座５は、実施例１と同じ構成であるから説明を省略し、実施例１と異なる構成である吸引具６２について説明する。
この吸引具６２は、表面（下面）に開口する吸引用穴部７６が複数形成されるとともに当該各吸引用穴部７６に連通する連通用空間部７３が内部に形成された押さえ体７１が具備され、この連通用空間部７３に真空ポンプ７８が接続されている。この真空ポンプ７８により、連通用穴部７３を負圧にして吸引用穴部７６からカーボンナノチューブＣの接着層を吸引し得る。

上記押さえ体７１は、実施例１での押さえローラ２１とは異なり、図９および図１０に示すように、略直方体であって、下面は下向きに凸の緩やかな円筒面である。また、この押さえ体７１は、内部に上記連通用空間部７３を有するとともに当該連通用空間部７３と上記吸引用穴部７６を連通させる穴部７４が下面に複数形成された直方体形状の押圧部７２と、この押圧部７２の下面に取り付けられるとともに上記吸引用穴部７６が上記穴部７４と連通するように複数形成されて下面が円筒面形状の吸引部７５とから構成される。また、上記吸引部７５は弾性材料で構成され、例えばシリコンゴムが用いられる。このため、吸引部７５の基板Ｋに押し付けられる部分では、円筒面形状が当該押付力により変形して基板Ｋに沿った平面形状となる。一方、押圧部７２の上面に配管７７を介して真空ポンプ７８が接続されており、この配管７７には、上記連通用空間部７３を大気に開放し得る開放弁７９が設けられている。なお、本実施例２に係る吸引具６２は、実施例１で示した遮蔽ロール４１が配置されていないので、吸引部７５の下面に形成された全ての吸引用穴部７６から吸引が行われる。

上記昇降装置は、図示しないが、上記押さえ体７１の上面にロッド部の下端が接続されて垂直に配置された電動シリンダーと、この電動シリンダーを制御する操作部とから構成される。

上記構成において、基板Ｋに生成されたカーボンナノチューブＣの剥離方法を図１２〜図１４に基づき説明する。
図９に示すように、基板Ｋに生成されたカーボンナノチューブＣには、上述の通り、予め先端表面部に接着層を形成させておく。

まず、図１２（ａ）に示すように基板Ｋを剥離用台座５に載置し、操作部により電動シリンダーを伸展させて、図１２（ｂ）に示すように押さえ体７１を下降させる。そして、さらに電動シリンダーを伸展させることにより、基板Ｋに押さえ体７１を押し付けて、図１３（ａ）に示すように押さえ体７１の円筒面形状の下面を平面形状まで変形させる。

次に、剥離用台座５に具備された真空ポンプ５４により基板Ｋを下方に吸引保持し、その後、吸引具６２に具備された真空ポンプ７８によりカーボンナノチューブＣを上方に吸引する。これにより、カーボンナノチューブＣは押さえ体７１の下面に吸引される。

そして、操作部により電動シリンダーを収縮させて押さえ体７１を上昇させると、押さえ体７１に吸引されたカーボンナノチューブＣも上昇するが、基板Ｋは剥離用台座５により吸引保持されたままなので、図１３（ｂ）に示すようにカーボンナノチューブＣは基板Ｋから剥離される。次に、剥離用台座５に具備された真空ポンプ５４の作動を停止し、剥離用台座５から基板Ｋを取り去るとともに、カーボンナノチューブＣ回収用のトレイＴを剥離用台座５に載置して、押さえ体７１をトレイＴの近くまで下降させる。その後、吸引具６２に接続された真空ポンプ７８の作動を停止し、開放弁７９を開放して当該連通用空間部７３内の圧力を大気圧または正圧にすることにより、図１４に示すようにカーボンナノチューブＣを押さえ体７１から落下させて、トレイＴで受けて回収する。

このように、本実施例２に係るカーボンナノチューブＣの剥離装置６１は、実施例１と同様の効果を有し、さらに、一枚の基板ＫごとにカーボンナノチューブＣを確実に剥離することができる。

Ｃ カーボンナノチューブ
Ｋ 基板
Ｔ トレイ
１ 剥離装置
２ 吸引具
４ ホットロールプレス
５ 剥離用台座
８ 製品回収ロール
２１ 押さえローラ
２２ 吸引部
２３ 吸引用穴部
２４ 円筒芯部
２５ 連通用穴部
２６ 円筒面部
２７ 穴部
２８ 蓋部
３０ ブッシュ部
３１ 固定軸
４１ 遮蔽ロール
４２ 開口円筒部
４３ 側板部
４４ 長手シール材
４５ 側板シール材
４９ 剥離案内板
５１ 吸引保持用穴部
５２ 連通用空間部
６１ 剥離装置
６２ 吸引具
６３ 接着剤
６４ ホットプレス
７１ 押さえ体
７２ 押圧部
７３ 連通用空間部
７４ 穴部
７５ 吸引部
７６ 吸引用穴部

Claims (4)

1. 表面にカーボンナノチューブが生成された基板を連続的に導き当該カーボンナノチューブの先端表面部に接着剤を配置して接着層を形成した後、この連続的に導かれる接着層を回転ローラ式の吸引具にて吸引することによりカーボンナノチューブを基板から剥離させることを特徴とするカーボンナノチューブの剥離方法。
2. 基板の表面に生成されたカーボンナノチューブの先端表面部に接着剤を配置して接着層を形成した後、この接着層を吸引具にて吸引することにより、カーボンナノチューブを基板から剥離させることを特徴とするカーボンナノチューブの剥離方法。
3. 接着層を吸引する際に、基板の裏面を吸引して保持することを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブの剥離方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のカーボンナノチューブの剥離方法に用いられる吸引具であって、
   基板と平行な軸心回りで回転自在に設けられた紡錘形状の押さえローラにより構成し、
   上記押さえローラに、その表面に開口する吸引用穴部を複数形成するとともに、当該押さえローラの内部に、上記各吸引用穴部に連通し且つ真空ポンプに接続し得る連通用空間部を形成したことを特徴とするカーボンナノチューブの剥離用吸引具。
   

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