WO2022224726A1 - 導電体の製造方法 - Google Patents
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- the nozzle 12 has conduits 121 and 122 .
- the conduit 121 extends horizontally in the drawing, and the nozzle 12 is connected to the ejection hole 13 at the tip.
- Pipeline 121 has a constricted portion 1211 .
- a conduit 122 is connected to the constricted portion 1211 from below in the figure.
- a pressure source 15 is connected to the conduit 121 .
- a conduit 122 is inserted into the paint 80 of the spray tank 11 .
- the paint 80 is applied to the same area of the object 91 multiple times in the application process. That is, the spray 1 is used to spray the paint 80 onto the surface of the object 91 so that the paint 81 adheres. For example, when the paint 81 has been applied to the desired area of the object 91 to be applied, the paint 81 is again applied to the same area by the spray 1 .
- This multiple times of attachment may be two times, or may be three times or more.
- the coating material 80 is applied to the object 91 by immersion treatment using the adhesion tank 2 in the coating material applying process.
- the configuration for performing the second distributed processing is not limited at all.
- the paint 80 is subjected to the second dispersion treatment in the adhesion tank 2 in a sealed state. Therefore, in the second dispersion process, it is possible to prevent the binder, the solution, and the like from scattering or evaporating and unintentionally spreading into the surrounding atmosphere. Further, when the temperature of the liquid 40 rises due to ultrasonic vibration, the liquid 40 can be appropriately circulated, etc., so that the paint 80 can be prevented from being heated unduly. Instead of using the vibrating container 41 , the vibrating source 42 may directly apply ultrasonic vibration to the adhesion tank 2 .
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Abstract
本発明の導電体の製造方法は、カーボンナノチューブ由来の導電性粒子を含む塗料を生成する工程と、伸縮性を有する対象物に前記塗料を前記対象物に付着させる工程と、前記塗料を変質させることにより、前記対象物に支持された導電体を形成する工程と、を備える。このような構成により、伸縮性を有する対象物に適切に付着しつつ導電性を発揮する導電体を製造することができる。
Description
本発明は、導電体の製造方法に関する。
導電体としては、金属からなるものが最も一般的であり広く用いられている。また、導電体の構成材料として、金属の他にカーボン等が用いられている。特許文献１には、カーボンナノチューブまたはグラフェンを導電体とした薄膜を有する薄膜ヒータが開示されている。この薄膜ヒータは、電子写真方式の画像形成装置において、トナー像を熱定着させる熱源として用いられている。
上述の薄膜ヒータは、その形状や大きさがほとんど不変の状態で用いられる。このため、形状や大きさの変化が必要である場合には、適用することが不可能であった。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、伸縮性を有する対象物に適切に付着しつつ導電性を発揮する導電体の製造方法を提供することをその課題とする。
本発明によって提供される導電体の製造方法は、カーボンナノチューブ由来の導電性粒子を含む塗料を生成する工程と、伸縮性を有する対象物に前記塗料を前記対象物に付着させる工程と、前記塗料を変質させることにより、前記対象物に支持された導電体を形成する工程と、を備える。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記塗料を付着させる工程においては、前記塗料を加圧によって小孔を通過させた後に前記対象物に付着させる。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記塗料を付着させる工程においては、前記対象物の同一領域に対して複数回に重ねて前記塗料を付着させる。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記塗料を生成する工程は、前記導電性粒子および溶剤からなる導電性粒子溶液を生成する導電性粒子溶液生成処理を含み、前記導電性粒子溶液生成処理は、前記導電性粒子溶液中において前記導電性粒子を分散させる第１分散処理を兼ねる。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記塗料を付着させる工程は、前記塗料を前記対象物に付着させる処理と、前記塗料において前記導電性粒子を分散させる第２分散処理と、を含む。
本発明の好ましい実施の形態においては、前記塗料を生成する工程は、バインダを含むバインダ液を生成するバインダ液生成処理と、前記導電性粒子溶液と前記バインダ液とを混合することにより前記塗料を生成する混合処理と、を含む。
本発明によれば、伸縮性を有する対象物に適切に付着しつつ導電性を発揮する導電体の製造方法を提供することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る導電体の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の導電体の製造方法は、塗料生成工程、付着工程および塗料変質工程を備える。
塗料生成工程は、本製造方法によって製造する導電体の原料となる塗料を生成する工程である。本実施形態においては、塗料生成工程は、導電性粒子溶液生成処理、バインダ溶液生成処理および混合処理を含む。
導電性粒子溶液生成処理は、導電性粒子と溶剤とから導電性粒子溶液を生成する処理である。導電性粒子としては、カーボンナノチューブ（シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ等）が選択される。カーボンナノチューブのサイズは、何ら限定されず、たとえば後述の付着工程等を実現可能なサイズであればよい。溶剤としては、たとえばシクロヘキサン、トルエン、酢酸エチル、水等が選択される。導電性粒子溶液の導電性粒子の濃度は、たとえば１０ｗｔ％以下であり、好ましくは、１．０ｗｔ％以下である。
また、本実施形態の導電性粒子溶液生成処理は、第１分散処理を兼ねる。第１分散処理は、上述の導電性粒子溶液において、カーボンナノチューブからなる導電性粒子を溶剤中にて分散する処理である。この分散処理は、たとえば、高圧式ホモジナイザ、超音波ホモジナイザ、超音波バス等の超音波を用いた手法、あるいは撹拌機を用いた手法等が挙げられる。なお、導電性粒子溶液生成処理においては、後述のバインダ液生成処理で用いられるバインダを低濃度に希釈したものを添加してもよい。
バインダ液生成処理は、バインダを含むバインダ液を生成する処理である。バインダとしては、たとえばシリコーン、アクリル、あるいは柔軟性を有する導電性ポリマ等が用いられる。また、バインダ液には、溶剤をさらに加えてもよい。溶剤としては、たとえばシクロヘキサン、トルエン、酢酸エチル、水等が用いられる。
混合処理は、上述の導電性粒子溶液とバインダ溶液とを混合する処理である。この混合処理の後に、上述の第１分散処理と同様の分散処理を行ってもよい。
以上の処理を経ることにより、塗料が生成される。
塗料付着工程は、対象物に塗料を付着させる工程である。図２は、本実施形態の塗料付着工程を示している。本実施形態では、上述の塗料生成工程で生成した塗料８０を用い、この塗料８０を対象物９１に付着させる。本実施形態においては、塗料付着工程は、第２分散処理および付着処理を含む。
対象物９１は、塗料８１が付着させられることにより、導電体が形成される対象である。対象物９１は、伸縮性を有する。伸縮性を有する物体としては、不織布等の布地、スポンジ、ゴム、木、樹脂等が挙げられる。不織布等の布地、スポンジ等は、軟質材からなる多孔質体からなり、伸縮性を有する。
スプレー１は、再分散しながら塗料８０を対象物９１に吹き付けるための装置である。スプレー１の具体的構成は何ら限定されず、本実施形態においては、スプレータンク１１、ノズル１２、加圧ノズル１４および加圧源１５を有する。
スプレータンク１１は、塗料８０を溜めておくためのタンクである。ノズル１２は、スプレータンク１１に溜められた塗料８０を対象物９１に向けて噴射するための経路である。ノズル１２は、噴出孔１３を有する。噴出孔１３は、ノズル１２の先端付近に設けられた小孔であり、たとえば、ノズル１２の他の部分の内径よりも狭い部分である。噴出孔１３の内径は、たとえば２．５ｍｍ以下であり、好ましくは１．２ｍｍ以下である。図示された例においては、噴出孔１３は、先端に向かうほど内径が小となるテーパ形状である。
加圧ノズル１４は、スプレータンク１１の内圧を高め、塗料８０を送り出すための加圧がなされる部位である。加圧源１５は、加圧ノズル１４に繋げられており、スプレータンク１１に加圧するポンプ等の加圧源である。
スプレータンク１１に塗料８０が溜められた状態で、加圧源１５から加圧ノズル１４を介して加圧すると、塗料８０がノズル１２を通じて噴射される。ノズル１２内を送られてきた塗料８０が噴出孔１３を通過する際に、塗料８０に急激な圧力変化や強いせん断力が負荷され、塗料８０中の導電性粒子が局所的に分散される。これが、本実施形態における第２分散処理である。
ノズル１２から噴射された塗料８０が、対象物９１に到達すると、対象物９１の表面に塗料８１として付着する。これが、本実施形態の付着処理である。この付着処理においては、対象物９１がたとえば布地やスポンジ等である場合、対象物９１の内部に塗料８１の一部が浸透する場合がある。
次に、塗料変質工程を行う。塗料変質工程は、対象物９１に付着した塗料８１を変質させることにより、図３に示す導電体８２を形成する工程である。塗料８１を変質させる処理の具体的構成は何ら限定されず、乾燥、加熱、特定波長の光の照射等、従来公知の種々の手法を採用可能である。本実施形態においては、たとえば、自然乾燥の手法によって塗料８１を変質させて導電体８２を形成する。
次に、本実施形態の導電体の製造方法の作用について説明する。
本実施形態によれば、図３に示すように、伸縮性を有する対象物９１上に導電体８２を形成することが可能である。導電体８２は、図１を参照して説明した塗料生成工程、塗料付着工程および塗料変質工程を経て形成されている。このような工程を経ることにより、導電体８２は、対象物９１に追従して伸縮可能であるとともに、明瞭な導電性を発揮する。
塗料生成工程において導電性粒子溶液生成処理が第１分散処理を兼ねることにより、塗料８０中において、カーボンナノチューブからなる導電性粒子が適度に分散した状態となる。塗料８０中においては、時間の経過とともに導電性粒子８２１の凝集が進む。この凝集によって導電性粒子８２１のクラスタ８２２が過大に大きく成長すると、導電体８２の柔軟性や導電性が阻害されるおそれがある。しかしながら、塗料付着工程において、図２に示すスプレー１を用いる。このため、塗料８０は、ノズル１２の噴出孔１３を通過することによって、第２分散処理が施される。第２分散処理が施されると、塗料８０において導電性粒子８２１の凝集が生じていても、導電性粒子８２１を再び分散することができる。そして、第２分散処理の直後に、塗料８０は、対象物９１に速やかに付着される。これにより、図３に示すように、導電体８２は、複数の導電性粒子８２１が適度に分布しつつ、各々が複数の導電性粒子８２１によって構成された複数のクラスタ８２２を有する構造が実現される。噴出孔１３がテーパ形状であることは、噴出孔１３を通過することによる第２分散処理において分散をより促進することに寄与する。クラスタ８２２を構成する複数の導電性粒子８２１は、対象物９１が伸縮しても互いに結合した状態を維持しやすい。これは、導電性の維持に好ましい。一方、この構造においては、クラスタ８２２同士の間に空気等の雰囲気が入り込んだ空隙が各所に設けられる。これらの空隙が存在することにより、導電体８２は、複数のクラスタ８２２が互いに接しつつ、互いの位置関係や姿勢が柔軟に変化しやすく、より柔軟性に富んだ性質となる。したがって、伸縮性を有する対象物９１により忠実に追従して導電体８２を伸縮させることができる。
塗料生成工程において、塗料８０における導電性粒子８２１の濃度やバインダの組成等を適宜設定することにより、導電体８２の抵抗値を種々に調整することが可能である。たとえば、導電体８２の抵抗値を一般的な抵抗体材料であるＦｅ／Ｃｒ／Ａｌ合金（カンタル：登録商標）やＮｉ／Ｃｒ合金（ニクロム）等の抵抗値に近い値に設定することにより、導電体８２を電熱ヒータとして用いることが可能である。導電体８２は、対象物９１の伸縮に追従するため、柔軟で伸縮性に富んだ電熱ヒータを形成することができる。一方、導電体８２の抵抗値を、一般的な良導体の抵抗値に近い値に設定することにより、導電体８２を柔軟で伸縮性に富んだ配線材料等として用いることができる。
図４～図１１は、本発明の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
図４は、本発明の第１実施形態の第１変形例を示している。本変形例においては、塗料付着工程が、上述した例と異なっている。
本変形例のスプレー１においては、ノズル１２が、管路１２１，１２２を有する。管路１２１は、図中で水平に延びており、先端にノズル１２が噴出孔１３に繋がっている。管路１２１は、くびれ部１２１１を有する。くびれ部１２１１には、管路１２２が図中下方から繋がっている。管路１２１には、加圧源１５が接続されている。管路１２２は、スプレータンク１１の塗料８０に挿入されている。
本変形例では、加圧源１５からの加圧により、管路１２１に空気等の流体（気体）が吹き込まれると、くびれ部１２１１での流速増加に伴う負圧発生により、管路１２２を通じて塗料８０がくびれ部１２１１に導入される。この塗料８０が管路１２１から噴出孔１３を通じて、噴出される。このように、スプレー１は、いわゆる霧吹きの原理を用いた構成であってもよい。
図５は、本発明の第１実施形態の第２変形例を示している。本変形例においては、塗料付着工程が、上述した例と異なっている。
本変形例の塗料付着工程は、付着処理において対象物９１の同一領域に対して複数回に重ねて塗料８０を付着させる。すなわち、スプレー１を用いて対象物９１の表面に塗料８０を吹き付けて塗料８１を付着させる。たとえば、対象物９１の所望の付着予定領域について塗料８１の付着が完了すると、同一領域に対して、スプレー１によって再び塗料８１を付着させる。この複数回の付着（吹付け）は、２回であってもよいし、３回以上であってもよい。
また、１回目の付着（吹付け）によって付着した塗料８１が、２回目の付着（吹付け）を行うまでの間に乾燥等の塗料変質工程を経ることにより、導電体８２に変質していてもよい。
本変形例によっても、伸縮性を有する対象物に適切に付着しつつ導電性を発揮する導電体８２を形成することができる。また、対象物９１の同一領域に複数回に重ねて塗料８０を付着させることにより、形成された導電体８２の厚さをより厚くしつつ、付着処理中に塗料８１が意図せずに垂れてしまったり、導電体８２の内部に柔軟性または導電性が十分でない箇所が生じてしまうことを抑制することができる。
図６は、本発明の第１実施形態の第３変形例を示している。本変形例においては、塗料付着工程が、上述した例と異なっている。
本変形例においては、付着処理をロールコータ方式によって行う。たとえば、隙間を隔てて互いに対向配置されたロール１６１，１６２を用意する。ロール１６１，１６２の間に塗料８０を供給しつつ、ロール１６１，１６２を図中矢印の方向に回転させる。ロール１６１の表面に付着した塗料８０は、ロール１６１の下方に配置された対象物９１に順次転写される。これを連続的に行うことにより、対象物９１に塗料８１を付着させることができる。なお、ロールコータ方式に限定されず、たとえばスピンコータ方式等を適宜採用してもよい。
なお、ロール１６１，１６２の間に塗料８０を供給する具体的構成は、何ら限定されない。図示された例においては、たとえば塗料供給機３によって供給される。塗料供給機３は、塗料タンク３１、ノズル３２および加圧源３３を有する。塗料タンク３１には、塗料８０が貯留されている。塗料タンク３１の貯留量は、付着タンク２に適量の塗料８０を供給するために十分な量が確保されている。加圧源３３は、塗料タンク３１に加圧することにより、塗料８０をノズル３２へと送り出す。ノズル３２からは、送り出されてきた塗料８０が、上述のノズル１２からの噴出と同様の状態で、ロール１６１，１６２の間へと注がれる。ノズル３２は、スプレーとして機能するものが好ましいが、これに限定されない。
図７は、本発明の第１実施形態の第４変形例を示している。本変形例においては、塗料付着工程が、上述した例と異なっている。
本変形例においては、付着処理をスクリーン印刷方式によって行う。たとえば、対象物９１上にスクリーン１７１を配置する。スクリーン１７１は、布またはメッシュ等であり微細な多数の細孔を有する。このスクリーン１７１上に塗料８０を配置する。そして、スキージ１７２をスクリーン１７１に押し付けながら、図中右方に移動させる。これにより、スクリーン１７１上の塗料８０がスクリーン１７１を通して対象物９１に所定厚さで付着される。
なお、本変形例においても、スクリーン１７１上に塗料８０を供給する具体的構成は、何ら限定されない。
図８～図１０は、本発明の第２実施形態に係る導電体の製造方法を示している。本実施形態においては、塗料付着工程において、付着タンク２を用いた浸漬処理により、塗料８０を対象物９１に付着させる。
図８に示す付着タンク２に溜められた塗料８０は、上述した塗料生成工程を経て得られたものであり、たとえば上述の塗料供給機３によって供給される。ノズル３２からは、送り出されてきた塗料８０が、上述のノズル１２からの噴出と同様の状態で、付着タンク２へと注がれる。次いで、付着タンク２の塗料８０に対象物９１を浸漬させる。これにより、対象物９１の表面に塗料８０が付着する。また、対象物９１の内部のうち表面側の部分に、塗料８０が浸透する場合がある。図示された例においては、対象物９１は、たとえばスポンジである。
次いで、図９に示すように、対象物９１を付着タンク２の塗料８０から引き上げる。これにより、対象物９１に所定量の塗料８１が付着した状態となる。この後は、乾燥等の塗料変質工程を経ることにより、図１０に示すように、対象物９１の表面に形成された導電体８２が得られる。なお、対象物９１がスポンジ等の多孔質の物体である場合、塗料８０中において対象物９１を伸縮させると、対象物９１の内部に塗料８１が浸透しうる。この場合、対象物９１を付着タンク２から引き上げた後に、対象物９１を絞る等の動作により、内部に浸透した塗料８１のうち余分な塗料８１を除去してもよい。このような手法によれば、図１１に示すように、多孔質の物体である対象物９１の内部の細孔９１１を覆うような導電体８２が得られる。
本実施形態によっても、伸縮性を有する対象物に適切に付着しつつ導電性を発揮する導電体８２を形成することができる。また、本実施形態から理解されるように、導電性粒子の分散を適切に行いつつ塗料８０を生成すれば、塗料付着工程における付着処理の具体的手法は、何ら限定されない。また、ノズル３２を有する塗料供給機３によって塗料８０を付着タンク２に供給することにより、第２分散処理を行うことが可能である。したがって、付着タンク２における導電性粒子８２１の凝集を抑制することができる。
図１２は、本発明の第２実施形態の変形例を示している。本変形例においては、塗料付着工程における第２分散処理の態様が、上述した例と異なっている。
本例においては、加振装置４を用いる。加振装置４は、加振容器４１および加振源４２を有する。加振容器４１は、塗料８０が充填された付着タンク２を収容する。本例においては、付着タンク２は、全体が密閉されていることが好ましい。加振容器４１には、たとえば水等の液体４０が充填されている。付着タンク２は、加振容器４１内において、液体４０にその全体が浸されている。加振源４２は、加振容器４１に超音波振動を付与するためのものである。加振源４２は、たとえば、加振容器４１の底部に取り付けられている。
加振容器４１に付着タンク２が収容された状態で、加振源４２から超音波振動を付与すると、この超音波振動が液体４０を介して付着タンク２に伝達される。これにより、付着タンク２内の塗料８０に対して超音波振動による分散処理（第２分散処理）が施される。第２分散処理が完了した後は、たとえば加振容器４１から付着タンク２を取り出し、付着タンク２内の塗料８０に対象物９１を浸漬させ、図８に示す付着処理および図９、図１０に示す処理を順次行えばよい。なお、付着タンク２を加振容器４１に収容した状態で加振源４２から超音波振動を付与し、対象物９１への塗料８０の付着を行ってもよい。
本変形例によっても、伸縮性を有する対象物に適切に付着しつつ導電性を発揮する導電体８２を形成することができる。また、第２分散処理を行う構成は、何ら限定されない。本例によれば、塗料８０は、付着タンク２内において密閉された状態で第２分散処理が施される。このため、第２分散処理において、バインダや溶液等が飛散や蒸発をして、意図せず周囲の雰囲気に広がってしまうことを防止することができる。また、超音波振動によって液体４０の温度が上昇する場合には、液体４０を適宜循環させること等により、塗料８０が不当の昇温されてしまうことを回避することができる。なお、加振容器４１を用いることに代えて、加振源４２によって付着タンク２に超音波振動を直接付与してもよい。
図１３は、本発明の第３実施形態に係る導電体の製造方法を示している。本実施形態においては、塗料生成工程において、上述した実施形態におけるバインダ生成処理および混合処理を有さない。すなわち、本実施形態における塗料８０は、上述のバインダを含まない。このような実施形態であっても、塗料８０を変質させることにより、導電体８２を形成することができる。さらに、導電体８２を形成したのちに、バインダを吹き付けることにより、追加の層を形成してもよい。あるいは、導電体８２に浸透させてもよい。なお、バインダ液は、導電性、絶縁性のいずれでもよく、適度な伸縮性を有するものが好ましい。
本発明に係る導電体の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る導電体の製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
Claims (6)
- カーボンナノチューブ由来の導電性粒子を含む塗料を生成する工程と、
伸縮性を有する対象物に前記塗料を前記対象物に付着させる工程と、
前記塗料を変質させることにより、前記対象物に支持された導電体を形成する工程と、を備える、導電体の製造方法。 - 前記塗料を付着させる工程においては、前記塗料を加圧によって小孔を通過させた後に前記対象物に付着させる、請求項１に記載の導電体の製造方法。
- 前記塗料を付着させる工程においては、前記対象物の同一領域に対して複数回に重ねて前記塗料を付着させる、請求項１または２に記載の導電体の製造方法。
- 前記塗料を生成する工程は、
前記導電性粒子および溶剤からなる導電性粒子溶液を生成する導電性粒子溶液生成処理を含み、
前記導電性粒子溶液生成処理は、前記導電性粒子溶液中において前記導電性粒子を分散させる第１分散処理を兼ねる、請求項１ないし３のいずれかに記載の導電体の製造方法。 - 前記塗料を付着させる工程は、前記塗料を前記対象物に付着させる処理と、前記塗料において前記導電性粒子を分散させる第２分散処理と、を含む、請求項４に記載の導電体の製造方法。
- 前記塗料を生成する工程は、
バインダを含むバインダ液を生成するバインダ液生成処理と、
前記導電性粒子溶液と前記バインダ液とを混合することにより前記塗料を生成する混合処理と、を含む、請求項４または５に記載の導電体の製造方法。
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