JP6361609B2

JP6361609B2 - 熱転写用シートの製造方法

Info

Publication number: JP6361609B2
Application number: JP2015169584A
Authority: JP
Inventors: 両角　英一郎; 英一郎両角; 孝俊浅岡
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: JP2017042750A

Description

本発明は、ベースフィルムの一方の面に複数の層が形成された熱転写用シートを製造する方法に関する。

固体高分子型燃料電池を構成するセパレータを、金属板材を成形して製造する技術が周知である（例えば特許文献１参照）。ステンレス鋼などの金属板材からなるセパレータの基材の表面には酸化被膜（不動態被膜）が存在している。こうした酸化被膜は金属板材の母材に比べて接触抵抗が大きいことから、基材の表面と電極との接触部分で多量のジュール熱が発生し、大きな熱損失が発生して燃料電池の発電効率を低下させる一因となる。

これに対して、特許文献１に記載の技術では、金属材料からなる基材の表面に対して、樹脂材料からなる結合材と、基材の被膜よりも硬度が高く、且つ導電性を有する充填材とを含む第１塗料が塗工される（第１工程）。続いて、基材に塗工された第１塗料の上に、樹脂材料からなる結合材とグラファイト粒子とを含む第２塗料が塗工される（第２工程）。最後に、第１塗料の結合材及び前記第２塗料の結合材を硬化させるとともに充填材が基材の酸化被膜を貫通して母材の表面に接触するように、第１塗料及び第２塗料が塗工された基材が加圧される（第３工程）。こうして製造されたセパレータにおいては、基材の表面に酸化被膜が存在していても、基材の母材、充填材、及びグラファイト粒子によって、接触抵抗の大きい酸化被膜を経由しない導電経路が形成されるため、セパレータと電極との接触抵抗を低減することができる。

また、特許文献２には、転写用シートを用いてセパレータの基材の表面に金を転写する技術が開示されている。この転写用シートはポリエステル製のベースフィルムを有しており、その一方の面に金が真空蒸着されている。

特開２０１５―２２８８５号公報特開２００２−２３７３１１号公報

ところで、特許文献１に記載の技術の場合、基材に対して第１塗料及び第２塗料を各別に塗工しなければならず、製造工程が煩雑になる。
一方、特許文献２に記載の技術のように、熱転写用シートを用いて基材の表面に２つの層を一度に転写（熱転写）することが考えられる。この場合、熱転写用シート６０の製造に際しては、図３（ａ）に示すように、ベースフィルム７０の一方の面に第１塗料８０Ａを塗工して第１層８０を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、第１層８０上に第２塗料９０Ａを塗工して第２層９０を形成する。しかしながらこの場合、同図に矢印にて示すように、塗工された第２塗料９０Ａの充填材９１や結合材９２が、第１層８０のグラファイト粒子８１同士の間や結合材８２同士の間、あるいはグラファイト粒子８１と結合材８２との間に形成された空隙（図示略）に吸収されやすい。そのため、図３（ｃ）に示すように、第２塗料９０Ａが上記空隙に吸収された部分ほど第１層８０及び第２層９０全体の厚さが薄くなり、同厚さを均一にすることが難しい。これに対して、第２塗料９０Ａの塗工量を増やすことにより厚さを均一にすることが考えられる。しかしこの場合、第２塗料９０Ａの使用量が増大してコストが増大する。またこの場合、第１層８０及び第２層９０全体の厚さが大きくなることによってセパレータの板厚が増大する。

本発明の目的は、塗料の使用量の増大を抑制しつつ、層の厚さが位置によってばらつくことを抑制することのできる熱転写用シートの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための熱転写用シートの製造方法は、ベースフィルムの一方の面に複数の層が形成された熱転写用シートを製造する方法であって、前記ベースフィルムの一方の面に炭素系材料からなる粒子を含む第１塗料を塗工して第１層を形成する第１塗工工程と、前記第１層が形成された前記ベースフィルムを圧延する圧延工程と、圧延された前記第１層上に導電性粒子と樹脂材料からなる結合材とを含む第２塗料を塗工して第２層を形成する第２塗工工程と、を備える。

同方法によれば、ベースフィルムの一方の面に第１塗料を塗工して第１層を形成した後、第１層が形成されたベースフィルムを圧延することにより、第１層における炭素系材料からなる粒子の密度が高められるとともに、第１層における空隙の割合が低減される。このため、圧延された第１層上に第２塗料が塗工される際に、第２塗料を構成する導電性粒子や結合材などが第１層の空隙に吸収されることが抑制される。

本発明によれば、第２塗料の使用量の増大を抑制しつつ、第２層の厚さが位置によってばらつくことを抑制することができる。

熱転写用シートの製造方法の一実施形態について、（ａ）は、第１塗工工程を示す断面図、（ｂ）は、圧延工程を示す側面図、（ｃ）は、圧延後のベースフィルム及び第１層を示す断面図。（ａ）は、同実施形態の第２塗工工程を示す断面図、（ｂ）は、熱転写用シートの拡大断面図。従来の熱転写用シートの製造方法について、（ａ）は、ベースフィルムの一方の面に第１塗料を塗工する様子を示す断面図、（ｂ）は、第１層上に第２塗料を塗工する様子を示す断面図、（ｃ）は、熱転写用シートの拡大断面図。

以下、図１〜図２を参照して、一実施形態について説明する。
図２（ｂ）に示すように、熱転写用シート１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のベースフィルム２０を有しており、この一方の面には第１層３０が形成されている。また、第１層３０上には第２層４０が形成されている。ベースフィルム２０の厚さは例えば５μｍ〜２５０μｍが好ましい。

第１層３０は、グラファイト粒子３１と第１結合材３２とを含んでいる。本実施形態の第１結合材３２はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂である。第１層３０の厚さは例えば１μｍ〜３０μｍが好ましい。

第２層４０は、導電性粒子４１と第２結合材４２とを含んでいる。本実施形態の導電性粒子４１は窒化チタン（ＴｉＮ）であり、第２結合材４２はエポキシ樹脂である。第２層４０の厚さは例えば１μｍ〜３０μｍが好ましい。

次に、熱転写用シート１０の製造方法について説明する。
図１（ａ）に示すように、まずは、ベースフィルム２０を搬送装置（図示略）により搬送するとともに、搬送されるベースフィルム２０の一方の面に対して、塗工機（図示略）の塗工ヘッド５１から第１塗料３０Ａを供給して第１塗料３０Ａを塗工することにより、同一方の面に第１層３０を形成する（第１塗工工程）。この第１塗料３０Ａには、上述したグラファイト粒子３１及び第１結合材３２の他に溶剤が含まれている。なお、この溶剤は例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）である。

続いて、図１（ｂ）に示すように、第１層３０が形成されたベースフィルム２０を、一対の圧延ローラ５２の間を通過させて圧延する（圧延工程）。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１層３０の厚さが例えば３０μｍから２０μｍまで圧縮される。ここで、第１層３０の厚さを２０％〜６６％まで圧縮することが、第１層３０における空隙を低減して後述する第２塗料４０Ａの吸収を抑制する上では好ましい。

続いて、図２（ａ）に示すように、圧延された第１層３０を有するベースフィルム２０を搬送装置（図示略）により搬送するとともに、この第１層３０上に対して塗工ヘッド５３から第２塗料４０Ａを供給して第２塗料４０Ａを塗工することにより、第１層３０上に第２層４０を形成する（第２塗工工程）。この第２塗料４０Ａには、上述した導電性粒子４１及び第２結合材４２の他に溶剤が含まれている。なお、この溶剤は例えば、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）である。これにより、図２（ｂ）に示すように、熱転写用シート１０が形成される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
ベースフィルム２０の一方の面に第１塗料３０Ａを塗工して第１層３０を形成した後、第１層３０が形成されたベースフィルム２０を圧延することにより、第１層３０におけるグラファイト粒子３１の密度が高められるとともに、第１層３０における空隙の割合が低減される。このため、圧延された第１層３０上に第２塗料４０Ａが塗工される際に、第２塗料４０Ａを構成する導電性粒子４１や第２結合材４２などが第１層３０の空隙に吸収されることが抑制される。

以上説明した本実施形態に係る熱転写用シートの製造方法によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）第１層３０が形成されたベースフィルム２０を圧延し、その圧延された第１層３０上に導電性粒子４１と第２結合材４２とを含む第２塗料４０Ａを塗工して第２層４０を形成するようにした。このため、圧延された第１層３０上に第２塗料４０Ａが塗工される際に、第２塗料４０Ａを構成する導電性粒子４１や第２結合材４２などが第１層３０の空隙に吸収されることを抑制することができ、第２塗料４０Ａの使用量の増大を抑制しつつ、第２層４０の厚さが位置によってばらつくことを抑制することができる。

また、燃料電池用セパレータの基材の表面に対して、熱転写用シート１０を用いて第２層４０及び第１層３０を熱転写すれば、これら第２層４０及び第１層３０の厚さのばらつきを抑制することができることから、セパレータと電極と接触抵抗を効果的に低減することができる。

また、第２塗料４０Ａの使用量が低減されることにより、第１層３０及び第２層４０全体の厚さを小さくすることができ、セパレータの板厚を薄くすることができる。
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。

・上記実施形態では、ベースフィルム２０の一方の面が上方を向くようにしてベースフィルム２０が搬送されるものとしたが、ベースフィルム２０の搬送方向はこれに限られるものではなく、ローラなどを用いて任意の方向に変更することができる。

・ポリエチレン製などの他の材料によって形成されたベースフィルム２０を用いることもできる。
・導電性粒子４１は窒化チタンに限定されず、カーボンブラックや炭化チタン、硼化チタンなど他の導電性セラミックスに変更することもできる。この場合、第２層４０は、導電性粒子４１としてカーボンブラック、窒化チタン、炭化チタン、及び硼化チタンの少なくとも２つを含むものであってもよい。

・例えば第１結合材３２及び第２結合材４２の双方をポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂にすることもできる。また、第１結合材３２及び第２結合材４２の双方をエポキシ樹脂にすることもできる。また、第１結合材３２及び第２結合材４２は上記以外の他の樹脂材料からなるものであってもよい。

・第１塗料３０Ａから第１結合材３２を省略することもできる。

１０…熱転写用シート、２０…ベースフィルム、３０…第１層、３０Ａ…第１塗料、３１…グラファイト、３２…第１結合材、４０…第２層、４０Ａ…第２塗料、４１…導電性粒子、４２…第２結合材、５１，５３…塗工ヘッド、５２…圧延ローラ。

Claims

ベースフィルムの一方の面に複数の層が形成された熱転写用シートを製造する方法であって、
前記ベースフィルムの一方の面に炭素系材料からなる粒子を含む第１塗料を塗工して第１層を形成する第１塗工工程と、
前記第１層が形成された前記ベースフィルムを圧延する圧延工程と、
圧延された前記第１層上に導電性粒子と樹脂材料からなる結合材とを含む第２塗料を塗工して第２層を形成する第２塗工工程と、を備える、
熱転写用シートの製造方法。
前記第１塗料には結合材が含まれている、
請求項１に記載の熱転写用シートの製造方法。