JP2014237900A - 導電性繊維の製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性繊維の製造方法は、導電性物質を含む所定の導電体溶液に浸漬することにより絶縁性の基材繊維に導電性皮膜を成膜して導電性繊維を形成する導電性皮膜成膜ステップと、導電性繊維を長手方向に搬送しながら、導電性繊維に接触させた少なくとも一組の電極により導電性繊維の電気抵抗値を測定する抵抗値測定ステップと抵抗値測定ステップで測定した導電性繊維の電気抵抗値に基づき導電性皮膜の膜厚を制御する皮膜膜厚制御ステップとを備える。導電体溶液は導電性物質として、導電性高分子を含む溶液である。
【選択図】図3
Description
図1(a)、(b)に示す導電性繊維10は、基材繊維11に、導電体12が被覆されてなるものである。図1(a)は、導電性繊維10の長手方向の断面図であり、図1(b)は、その長手方向に直交する方向の断面図である。導電体12は、導電性高分子(導電性ポリマー)を含むものであってよく、導電性高分子だけからなるものであっても良いし、他の添加剤を含むものであっても良い。また、導電体12は銅や銀などの金属であっても良い。上記導電性高分子は、導電性高分子としてPEDOT−PSS{ポリ(3、4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホン酸)}を含んでいて良い。
レタン、炭素繊維などが挙げられる。前記植物性の繊維としては、例えば綿、麻、ジュートなどが挙げられる。前記動物性の繊維としては、例えば絹、羊毛、コラーゲン、動物組織を構成する弾性繊維などが挙げられる。
また、本実施形態で用いる導電性高分子の分子量は特に制限されず、例えば数千〜数十万の範囲のものが使用できる。
<製造装置>
図3に示す導電性繊維の製造装置(以下、製造装置と略称することがある)10は、基材繊維11が捲回された糸巻き20と、導電性皮膜成膜部30として、導電性高分子としてPEDOT−PSS{ポリ(3、4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホン酸)}を含む導電体の溶液31が内部に収容され、糸状、紐状、布状又はリボン状の繊維束からなる絶縁性の基材繊維11を導電体の溶液31に浸漬させることで、基材繊維11に導電体を含浸及び/又は付着させるための浸漬容器32と、導電体の溶液31を撹拌して均質に保つための撹拌装置33と、後述する制御部40によって導電体12が含浸及び/又は付着した基材繊維11との離間/接触及び接触圧が制御される可動スキージ機構34と、抵抗値測定部50として、抵抗測定装置51と、導電体の溶液4が含浸及び/又は付着した基材繊維11を走行させながら電気的に接触し、相互に離間して配置される電極52、53と、上記抵抗値測定部50で取得された導電性繊維10の抵抗値をもとに上記可動スキージ機構34を駆動する制御部40と、上記基材繊維11を上記導電体の溶液31から引き上げるための巻き取り部60とを備えている。
本構成例では、基材繊維11が捲回された糸巻き20を浸漬容器32外に設置したが、これに限るものではなく、糸巻き20は、導電体の溶液31に浸漬されるように浸漬容器32内に収容されていてもよい。糸巻き20を浸漬容器32外に設置すると、後述する巻き取り部60による基材繊維11の捲回速度の制御により、基材繊維11に含浸される導電体の溶液31の量を調整可能になるという効果が得られる。糸巻き20を、導電体の溶液31に浸漬されるように浸漬容器32内に収容すると、予め基材繊維11が導電体の溶液31に十分時間浸漬されるようになるため、基材繊維11に含浸及び/又は付着する導電体の溶液31の量を安定化できるという効果が得られる。特に、図2に示すように、基材繊維11が複数の繊維が撚り合わされたり編まれたりしてなる撚り紐、織布、不織布等の高次構造体である場合には、繊維と繊維との間に含浸及び/又は付着する導電体の溶液4の量が安定化できる。
基材繊維11に含浸及び/又は付着した導電体の溶液31の量は、後述する制御部40によって制御される可動スキージ機構34と、導電体の溶液31が含浸及び/又は付着した基材繊維11との離間/接触及び接触圧によって変化させることができる。すなわち、可動スキージ機構34と、導電体の溶液31が含浸及び/又は付着した基材繊維11とが接触すると、その接触圧に応じて導電体の溶液31が基材繊維11から可動スキージ機構34に移しとられ、基材繊維11に含浸及び/又は付着した導電体の溶液31の量が減ることとなる。基材繊維11に含浸及び/又は付着した導電体の溶液31の量が変わると、導電性繊維10において基材繊維11を被覆する導電体12の厚さが変化する。すなわち、上述したような可動スキージ機構34により、導電性皮膜の膜厚を可変とすることができ、導電性繊維10の導電率又は電気抵抗を変えることができる。
導電体の溶液31から引き上げられる基材繊維11に含浸及び/又は付着する導電体12の量は、導電体の溶液31に含有される導電体12の濃度、導電体の溶液31の粘度、及び基材繊維11が導電体の溶液31に浸漬される時間によって変化し、導電体の溶液31の粘度は導電体の溶液31の液温によって変化する。
また、上記浸漬容器32に収容された導電体の溶液31から基材繊維11を引き上げる走行速度を、制御部40によって変化させることで、基材繊維11が導電体の溶液31に浸漬される時間を変化させ、基材繊維11に含浸及び/又は付着した導電体の溶液31の量を変化させても良い。図6の構成例は、巻き取り部は回転速度を調整可能なモータ61を備え、制御部40の制御信号により、導電性繊維の巻き取り装置のモータ61の回転速度を変化させ、導電体繊維の巻き取り速度を変化するように構成されている。
図2に示すように、製造装置10には、巻き取り部60によって引き上げられる導電性繊維10を走行させながら抵抗測定を行うための抵抗値測定部50が設けられている。抵抗値測定部50には公知の2端子法や4端子法による抵抗測定装置を何ら制限なく用いることができる。
制御部40は、上記抵抗値測定部50の測定結果に基づいて、導電性皮膜の膜厚を制御する。可動スキージを用いて膜厚を制御する構成においては可動スキージを駆動し、バルブ35と薬液槽36と薬液37とを用いて、導電体溶液の量、濃度、粘度を変更することにより膜厚を制御する構成においてはバルブ35の流量制御を行い、導電体の溶液31の液温を変化させて膜厚を制御する構成においては温度制御装置38を制御し、基材繊維11の巻き取る速度を変更する構成においては巻き取り部60に備えられた回転速度を調整可能なモータ61の回転速度を変更する。
<製造装置>
以下では、導電体12が、銅や銀などの金属である場合について、導電体12が導電性高分子(導電性ポリマー)を含むものである場合に用いた図4を参照しながら、説明する。
浸漬容器32は、上述したような、導電体の溶液31(めっき液)が内部に収容される容器であり、従来公知のものを用いることができる。この糸巻き20に捲回された糸状、紐状、布状又はリボン状の繊維束からなる絶縁性の基材繊維11が導電体の溶液31(めっき液)に浸漬されることで、公知の無電解又は電気めっき法により、基材繊維11に導電体12の皮膜が成膜される。本実施形態において使用可能な無電解又は電気めっきとしては、無電解銅めっき、無電解ニッケルめっき、無電解銀めっき、電気銅めっき、電気ニッケルめっき、電気銀めっき、電気金めっき、電気Snめっきが好適な例として挙げられるが、特に限定されない。
基材繊維11表面に成膜される導電体12の皮膜の厚さは、導電体の溶液31に含有される導電体12の濃度、導電体の溶液31のpH、導電体の溶液31の温度、及び基材繊維11が上記導電体の溶液31に浸漬される時間によって変化する。
また、図6に示したように、上記浸漬容器32に収容された導電体の溶液31から基材繊維11を引き上げる走行速度を、後述する制御部40によって変化させることで、基材繊維11が導電体の溶液31に浸漬される時間を変化させ、基材繊維11表面に成膜される導電体12の皮膜の厚さを変化させても良い。
抵抗値測定部の構成については、前述した導電体高分子を用いた場合と同じであるため説明を省略する。
制御部40は、上記抵抗値測定部50の測定結果に基づいて、導電性皮膜の膜厚を制御する。バルブ35と薬液槽36と薬液37とを用いて、導電体溶液の量、濃度、粘度を変更することにより膜厚を制御する構成においてはバルブ35の流量制御を行い、導電体の溶液31の液温を変化させて膜厚を制御する構成においては温度制御装置38を制御し、基材繊維11の巻き取る速度を変更する構成においては巻き取り部60に備えられた回転速度を調整可能なモータ61の回転速度を変更する。
以下に、上述の製造装置を用いて導電性繊維10を製造する方法について、図10を参照しながら、その手順を説明する。本実施形態で説明する導電性繊維10の製造方法は、以下に示す3つのステップからなり、これら(1)乃至(3)のステップを、雰囲気湿度を調湿しながら行うものである。
(2)抵抗値測定ステップ(S2):導電体繊維を搬送させながら、導電性繊維に接触させた電極により電気抵抗値の測定行うステップ。
(3)皮膜膜厚制御ステップ(S3、S4):上記抵抗値測定ステップで測定された導電性繊維10の抵抗値と、所望の抵抗値との比較を行い、所望の抵抗値が得られているか判定し、所望の抵抗値が得られていない場合には、導電性皮膜の成膜の条件(導電性溶液の量、温度等)を変更し、上記導電性皮膜成膜ステップにおける導電体皮膜の膜厚を変化させるステップ。
また、基材繊維11の巻き取る速度を変更する構成の場合、この皮膜膜厚制御ステップでは巻き取り部60に備えられた回転速度を調整可能なモータ61の回転速度を変更することにより導電体皮膜の膜厚を変化させる。
導電性皮膜成膜ステップ(S1)では、上述したように、基材繊維11を、導電体の溶液31に浸漬することにより、基材繊維11に導電体12からなる皮膜を成膜させる。
次に、抵抗値測定ステップ(S2)においては、導電性繊維10に電極を接触させ、2端子法又は4端子法により製造された導電性繊維10の電気抵抗を測定する。具体的には、2端子法を用いる場合、例えば導電性の金属材料あるいはカーボン材料からなる電極対と市販の電気抵抗測定機とを配線で接続し、電極対間の導電性繊維10の抵抗値を連続的に取得していく。
次に、皮膜膜厚制御ステップ(S3、S4)においては、上述した抵抗値測定ステップで得られた導電性繊維10の抵抗値を所望の抵抗値と比較し、所望の抵抗値が得られているか判定し、所望の抵抗値が得られていない場合には、導電性皮膜の成膜の条件(導電性溶液の量、温度等)を変更し、上記導電性皮膜成膜ステップにおける導電性皮膜の膜厚を制御する。
Claims (8)
- 導電性物質を含む所定の導電体溶液に浸漬することにより絶縁性の基材繊維に導電性皮膜を成膜して導電性繊維を形成する導電性皮膜成膜ステップと、
前記導電性繊維を長手方向に搬送しながら、前記導電性繊維に接触させた少なくとも一組の電極により前記導電性繊維の電気抵抗値を測定する抵抗値測定ステップと
前記抵抗値測定ステップで測定した導電性繊維の電気抵抗値に基づき前記導電性皮膜の膜厚を制御する皮膜膜厚制御ステップと
を備えた導電性繊維の製造方法。 - 前記皮膜膜厚制御ステップでは、
前記抵抗値測定ステップで測定した前記導電性繊維の電気抵抗値が予め定めた電気抵抗値の範囲よりも大きい場合は、前記導電性皮膜の膜厚を厚くし、
前記抵抗値測定ステップで測定した前記導電性繊維の電気抵抗値が予め定めた電気抵抗値の範囲よりも小さい場合は、前記導電性皮膜の膜厚を薄くすること
を特徴とする請求項1記載の導電性繊維の製造方法。 - 導電性物質を含む所定の導電体溶液が収容された浸漬容器と、
前記浸漬容器に絶縁性の基材繊維を浸漬し、前記基材繊維に導電性皮膜を成膜して導電性繊維を形成する導電性皮膜成膜手段と、
前記導電性繊維を長手方向に搬送しながら、前記導電性繊維に接触させた少なくとも一組の電極により前記導電性繊維の電気抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、
前記抵抗値測定手段で測定した導電性繊維の電気抵抗値に基づき前記導電性皮膜の膜厚を制御する皮膜膜厚制御手段と、
前記導電性繊維を前記浸漬容器から引き上げ、搬送された前記導電性繊維を巻き取る導電性繊維巻き取り手段と
を備えた導電性繊維の製造装置。 - 前記導電性繊維巻き取り手段は、前記皮膜膜厚制御手段からの制御信号に従って、前記導電性繊維の巻き取り速度を変更すること
を特徴とする請求項3記載の導電性繊維の製造装置。 - 前記導電体溶液は導電性物質として導電体高分子を含む溶液であり、
前記導電性皮膜成膜手段は、前記皮膜膜厚制御手段からの制御信号に従って、前記導電体溶液の量、温度、濃度、粘度の少なくともいずれか1つを変更すること
を特徴とする請求項3記載の導電性繊維の製造装置。 - 前記導電体溶液は導電性物質として金属を含む無電解または電気めっき液であり、
前記導電性皮膜成膜手段は、前記皮膜膜厚制御手段からの制御信号に従って、前記導電体溶液の量、温度、濃度、pH値の少なくともいずれか1つを変更すること
を特徴とする請求項3記載の導電性繊維の製造装置。 - 前記導電体溶液は導電性物質として導電体高分子を含む溶液であり、
前記導電性皮膜成膜手段は、前記導電性繊維に接触または離間が可能な可動スキージを有し、
前記皮膜膜厚制御手段からの制御信号に従って、前記可動スキージと前記導電性繊維との距離、接触圧力の少なくともいずれかを変更すること
を特徴とする請求項3記載の導電性繊維の製造装置。 - 前記抵抗値測定手段は前記導電性繊維の長手方向で互いに離間した位置に配置された二組の前記電極を有し、前記二組の電極を用いて前記導電性繊維の電気抵抗値を測定すること
を特徴とする請求項3乃至7のいずれか一つに記載の導電性繊維の製造装置。
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