JP2012087016A - カーボンナノチューブ電極転写方法および転写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＣＮＴ電極転写装置および転写方法に関し、転写体の生産性を向上可能なＣＮＴ電極転写方法および転写装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷却ローラ３０ａ，３０ｂの間を移動した後、ＣＮＴ基板３６が従動ローラ１６の設置位置まで移動すると、基板３６ｂは、従動ローラ１６に吸着されるので、ＣＮＴ基板３６は、樹脂フィルム１８側に転写されたＣＮＴ膜３６ａと、基板３６ｂとに分離する。分離後のＣＮＴ膜３６ａは、樹脂フィルム１８と共に巻き取りロール２２方向に移動する。一方、基板３６ｂは、スライダー機構３２を経由して基板回収装置４０に移動する。従って、ＣＮＴ膜３６ａを樹脂フィルム１８側に転写した後に、基板３６ｂソフトかつ連続的に剥離できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」ともいう。）電極転写方法および転写装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、ＣＮＴが表面に形成された基板と、導電性シートとの重ね合わせ体を搬送するためのテーブルと、このテーブル上の重ね合わせ体を挟みながら加熱する加熱ゾーンと、この加熱ゾーンの下流に隣接し、加熱状態の重ね合わせ体を冷やす冷却ゾーンと、を備えたＣＮＴ電極転写装置が開示されている。この装置によれば、加熱ゾーンによって上記基板と導電性シートとを熱圧着でき、その後、冷却ゾーンによってこれらを冷却できる。従って、ＣＮＴを導電性シートに連続的に密着させることができる。

特開２００６−１９３３５９号公報

ところで、上記基板は、ＣＮＴを成長させるために用いたものである。そのため、ＣＮＴを導電性シートに密着させた後、不要となった基板は、転写体から剥離しなければならない。しかしながら、この基板の剥離に関し、上記特許文献１には、基板から導電性シートが剥がされるとだけある。そのため、ＣＮＴを導電性シートに連続的に密着できたとしても、転写体から基板が連続的に剥離できない可能性がある。また、基板の剥離が良好に行われなければ、不良品を選別するための手間が生じる。従って、転写体の生産性が低下する可能性があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、転写体の生産性を向上可能なＣＮＴ電極転写方法および転写装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、カーボンナノチューブ電極転写方法であって、
磁性体基板上に形成させたカーボンナノチューブ電極を樹脂フィルムに転写した後に、前記磁性体基板を吸着しながら回転する磁石製のローラを用いて前記カーボンナノチューブ電極と前記磁性体基板とを剥離することを特徴とする。

また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、カーボンナノチューブ電極転写装置であって、
カーボンナノチューブ電極が表面に形成された磁性体基板を搬送可能な無端ベルトと、
前記無端ベルト上、基板搬送方向と平行な方向に樹脂フィルムを供給する樹脂フィルム供給手段と、
前記樹脂フィルム供給手段よりも基板搬送方向下流側に設けられ、前記カーボンナノチューブ電極を前記樹脂フィルムに転写する転写手段と、
前記転写手段よりも基板搬送方向下流側に設けられ、前記カーボンナノチューブ電極が転写された前記樹脂フィルムを回収する樹脂フィルム回収手段と、
前記無端ベルトの基板搬送方向下流側の端部に設けられ、前記転写手段と前記樹脂フィルム回収手段との間を搬送される前記磁性体基板を吸着しながら回転することで前記カーボンナノチューブ電極と前記磁性体基板とを剥離可能な磁石製のローラと、
を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
磁石製のローラよりも基板搬送方向下流側に、前記磁性体基板を回収する磁性体基板回収手段を設けたことを特徴とする。

第１の発明によれば、磁性体基板上のＣＮＴ電極を樹脂フィルムに転写した後、磁性体基板を磁石製のローラを用いて剥離できる。磁石製のローラは、磁性体基板を吸着しながら回転するので、単に基板を引き剥がす場合に比べてソフトに剥離できる。また、磁石製のローラを用いれば、磁性体基板を連続的に剥離できる。従って、ＣＮＴ電極の転写後、磁性体基板をソフトかつ連続的に剥離できるので、転写体の生産性を向上できる。

第２の発明によれば、無端ベルト上を搬送する磁性体基板付きＣＮＴ電極を樹脂フィルムに転写し、転写後の樹脂フィルムを回収する前に、無端ベルトの基板搬送方向下流側の端部に設けられた磁石製のローラを用いて磁性体基板を剥離できる。磁石製のローラは、磁性体基板を吸着しながら回転するので、単に基板を引き剥がす場合に比べてソフトに剥離できる。また、磁石製のローラを用いれば、磁性体基板を連続的に剥離できる。従って、ＣＮＴ電極の転写後、磁性体基板をソフトかつ連続的に剥離できるので、転写体の生産性を向上できる。

支持ローラの表面に吸着させた磁性体基板は、支持ローラの回転により重力によって落下する。第３の発明によれば、磁石製の支持ローラよりも基板搬送方向下流側に磁性体基板回収手段を設けることができる。従って、磁性体基板回収手段により、落下した磁性体基板を連続的に回収できる。

本実施形態のＣＮＴ電極転写装置１０の断面構成図である。 従動ローラ１６の拡大模式図である。 ＣＮＴ基板３６の拡大模式図である。 図１のＡ部分を拡大した図である。

以下、図１〜４を参照しながら、本発明の実施の形態のＣＮＴ電極転写装置および転写方法について説明する。先ず、図１を参照しながら、本実施形態のＣＮＴ電極転写装置の構成を説明する。図１は、本実施形態のＣＮＴ電極転写装置１０の断面構成図である。なお、図１のＣＮＴ電極転写装置１０は、固体高分子形燃料電池の膜電極接合体を製造する際に好適に用いられるものである。

ＣＮＴ電極転写装置１０は、搬送ベルト１２を備えている。搬送ベルト１２は、駆動ローラ１４、従動ローラ１６の間に架け渡され、図示しない駆動機構により駆動ローラ１４を回転させることにより、図面矢印方向に無端移動する。搬送ベルト１２の上方には、樹脂フィルム１８を巻いた樹脂フィルムロール２０、転写済みの樹脂フィルム１８を巻き取るための巻き取りロール２２がそれぞれ設けられている。また、樹脂フィルムロール２０、巻き取りロール２２の間には、固定ローラ２４，２６が設けられている。固定ローラ２４，２６は、搬送ベルト１２の搬送面から等しい距離にそれぞれ設けられている。

固定ローラ２４，２６の間の樹脂フィルム１８の上方には、樹脂フィルム１８の移動方向上流から順に、加熱ローラ２８ａ、冷却ローラ３０ａがそれぞれ設けられている。また、搬送ベルト１２の下方には、加熱ローラ２８ａ、冷却ローラ３０ａのそれぞれに対向するように、加熱ローラ２８ｂ、冷却ローラ３０ｂが設けられている。加熱ローラ２８ａ，２８ｂは、図示しない加熱機構に接続されており、樹脂フィルム１８を構成する高分子電解質のガラス転移温度よりも高い温度まで昇温可能となっている。同様に、冷却ローラ３０ａ，３０ｂは、図示しない冷却機構に接続されており、転写直後の樹脂フィルム１８を同ガラス転移温度よりも低い温度まで冷却可能となっている。

また、駆動ローラ１４の上方には、スライダー機構３２を有するＣＮＴ基板フィーダ３４が設けられている。ＣＮＴ基板フィーダ３４には、ＣＮＴ膜が表面に形成された枚葉のＣＮＴ基板３６が収納されている。一方、従動ローラ１６の下方には、スライダー機構３８を有する基板回収装置４０が設けられている。

樹脂フィルム１８は、樹脂フィルムロール２０から連続的に供給され、巻き取りロール２２に巻き取られる。この間に、ＣＮＴ基板フィーダ３４からＣＮＴ基板３６を供給すると、ＣＮＴ基板３６は、スライダー機構３２を経由して搬送ベルト１２上に移動し、加熱ローラ２８ａ，２８ｂの間を移動する間（例えば、１０分間）に、樹脂フィルム１８との間で加圧加熱（例えば、１４０℃、１０ＭＰａ）され、その直後、冷却ローラ３０ａ，３０ｂの間を移動する間に加圧冷却（例えば、４０℃、１０ＭＰａ）される。このように、加圧加熱した後、荷重を抜かずに直ぐに加圧冷却すれば、転写性を向上できる。

冷却ローラ３０ａ，３０ｂの間を移動した後、ＣＮＴ基板３６が従動ローラ１６の設置位置まで移動すると、ＣＮＴ基板３６は、樹脂フィルム１８側に転写されたＣＮＴ膜３６ａと、基板３６ｂとに分離する。分離後のＣＮＴ膜３６ａは、樹脂フィルム１８と共に巻き取りロール２２方向に移動する。一方、基板３６ｂは、スライダー機構３２を経由して基板回収装置４０に移動する。

図２は、従動ローラ１６の拡大模式図である。図２に示すように、従動ローラ１６は、ローラ本体（φ１００ｍｍ、幅１５０ｍｍ）の外周に、所定間隔を隔てて複数のネオジム磁石（長さ２０ｍｍ×幅１０ｍｍ×高さ１０ｍｍ、吸着力７．１ｋｇｆ／ｃｍ^２）が配置された構成となっている。また、ネオジム磁石は、ローラ本体の回転軸方向に沿っても同様に配置されている。このような磁石配置の構成とすることで、従動ローラは磁気ローラとして機能する。

図３は、ＣＮＴ基板３６の拡大模式図である。図３に示すように、ＣＮＴ基板３６は、フェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０、厚さ５０μｍ×幅１２０ｍｍ×長さ３５０ｍｍ）からなる基板３６ｂの表面に、ＣＮＴ膜３６ａ（厚さ６０μｍ）が形成された構成となっている。ＣＮＴ膜３６ａは、基板３６ｂの表面に対して垂直に配向された無数のＣＮＴを備え、そのＣＮＴの表面に、白金触媒と高分子電解質とが設けられた構造となっている。なお、このような構造のＣＮＴ膜を基板上に形成させる方法は公知であるため、本明細書においてはその説明を省略する。

図４は、図１のＡ部分を拡大した図である。図４を参照して、ＣＮＴ基板３６がＣＮＴ膜３６ａと基板３６ｂとに分離する際の様子を詳細に説明する。冷却ローラ３０ａ，３０ｂの間を通過した後、従動ローラ１６上に差し掛かると、基板３６ｂは、従動ローラ１６の吸着力によって従動ローラ１６に固定される。そして、従動ローラ１６が回転すると、基板３６ｂは、従動ローラ１６に固定されたまま移動する。つまり、従動ローラ１６の外周に吸着した状態で図面左下方向へ移動する。一方、ＣＮＴ膜３６ａは、加圧加熱、加圧冷却を経て樹脂フィルム１８側に密着しているので、樹脂フィルム１８と共に、固定ローラ２６方向に移動する。

ここで、ＣＮＴ基板３６のうち、基板３６ｂのみを従動ローラ１６に固定して移動させるためには、ＣＮＴ膜３６ａと基板３６ｂとの間の密着力及びネオジム磁石の吸着力の間に、次式（１）が関係するような組み合わせとすればよい。
吸着力＞密着力 ・・・（１）
上記式（１）における吸着力は、オートグラフを利用し、基板３６ｂに従動ローラ１６を吸着させ、基板３６ｂに対して垂直に従動ローラ１６を引っ張り、基板３６ｂから離れた瞬間の引張力を測定することにより得たものである。また、同式における密着力は、ＣＮＴ膜３６ａを基板３６ｂから引き剥がすのに必要な力を実際に測定することにより得たものである。なお、基板３６ｂのみを従動ローラ１６に固定して移動させるためには、密着力の他に、基板３６ｂの弾性力を考慮する必要もある。しかし、ローラ本体の径がφ１００ｍｍの場合、この弾性力は０．０１６３ｋｇｆ／ｃｍ^２で十分に小さいため考慮していない。

図４の状態から従動ローラ１６が更に回転すると、基板３６ｂは重力によって落下する。スライダー機構３２は、基板３６ｂの落下地点付近に設けられている。そのため、落下した基板３６ｂは、スライダー機構３２上を移動し、基板回収装置４０に自動的に回収される。

以上、本実施の形態によれば、従動ローラ１６の回転に併せて基板３６ｂを剥離できるので、基板３６ｂを単に引き剥がす場合に比べてソフトに剥離できる。従って、基板剥離時にＣＮＴ膜３６ａの構造が崩れるといった不具合を防止できる。また、本実施の形態によれば、ＣＮＴ膜３６ａを樹脂フィルム１８側に転写した後に、基板３６ｂを連続的に剥離できる。これらのことから、生産性を向上させることができる。また、本実施の形態によれば、基板３６ｂの落下地点付近にスライダー機構３２を設けたので、重力によって落下した基板３６ｂを連続的に回収できる。従って、基板３６ｂを効率的に再利用できることに繋がる。

なお、本実施の形態においては、樹脂フィルムロール２０、固定ローラ２４が上記第２の発明における「樹脂フィルム供給手段」に、加熱ローラ２８ａ，２８ｂ、冷却ローラ３０ａ，３０ｂが上記第２の発明における「転写手段」に、巻き取りロール２２、固定ローラ２６が上記第２の発明における「樹脂フィルム回収手段」に、従動ローラ１６が上記第２の発明における「磁気手段」に、それぞれ相当する。

また、本実施の形態においては、スライダー機構３８、基板回収装置４０が上記第３の発明における「磁性体基板回収手段」に相当する。

なお、本実施の形態においては、従動ローラ１６にネオジム磁石を用いて基板３６ｂを吸着させたが、従動ローラ１６、基板３６ｂは、それぞれ他のサイズのものを用いてもよいし、他の磁石（磁石材料、磁石配列）や、他の磁性体基板を用いてもよい。即ち、上記式（１）を満たすように従動ローラ１６、基板３６ｂを組み合わせれば、基板３６ｂをソフトかつ連続的に剥離できるので、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

１２ 搬送ベルト
１４ 駆動ローラ
１６ 従動ローラ
１８ 樹脂フィルム
２０ 樹脂フィルムロール
２２ 巻き取りロール
２４，２６ 固定ローラ
２８ａ，２８ｂ 加熱ローラ
３０ａ，３０ｂ 冷却ローラ
３２，３８ スライダー機構
３４ ＣＮＴ基板フィーダ
３６ ＣＮＴ基板
３６ａ ＣＮＴ膜
３６ｂ 基板
４０ 基板回収装置

Claims (3)

1. 磁性体基板上に形成させたカーボンナノチューブ電極を樹脂フィルムに転写した後に、前記磁性体基板を吸着しながら回転する磁石製のローラを用いて前記カーボンナノチューブ電極と前記磁性体基板とを剥離することを特徴とするカーボンナノチューブ電極転写方法。
2. カーボンナノチューブ電極が表面に形成された磁性体基板を搬送可能な無端ベルトと、
   前記無端ベルト上、基板搬送方向と平行な方向に樹脂フィルムを供給する樹脂フィルム供給手段と、
   前記樹脂フィルム供給手段よりも基板搬送方向下流側に設けられ、前記カーボンナノチューブ電極を前記樹脂フィルムに転写する転写手段と、
   前記転写手段よりも基板搬送方向下流側に設けられ、前記カーボンナノチューブ電極が転写された前記樹脂フィルムを回収する樹脂フィルム回収手段と、
   前記無端ベルトの基板搬送方向下流側の端部に設けられ、前記転写手段と前記樹脂フィルム回収手段との間を搬送される前記磁性体基板を吸着しながら回転することで前記カーボンナノチューブ電極と前記磁性体基板とを剥離可能な磁石製のローラと、
   を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ電極転写装置。
3. 前記磁石製のローラよりも基板搬送方向下流側に、前記磁性体基板を回収する磁性体基板回収手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のカーボンナノチューブ電極転写装置。

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