特許 6554535 シート製造装置および製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6554535

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】シート製造装置および製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/168 20170101AFI20190722BHJP

【ＦＩ】

   C01B32/168

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-506017(P2017-506017)

(86)(22)【出願日】2015年11月12日

(86)【国際出願番号】JP2015081833

(87)【国際公開番号】WO2016147475

(87)【国際公開日】20160922

【審査請求日】2018年9月3日

(31)【優先権主張番号】特願2015-53370(P2015-53370)

(32)【優先日】2015年3月17日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000102980

【氏名又は名称】リンテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸山 孝之

【審査官】 森坂 英昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０４０１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５２０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８３５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４２９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２３４３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３２／００ − ３２／９９１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンナノチューブがシートに転写されたカーボンナノチューブシートを製造するシート製造装置であって、
前記シートを繰り出す繰出手段と、
前記シートに所定長さのカーボンナノチューブを転写する転写手段とを備え、
前記転写手段は、カーボンナノチューブを成長させた成長体から前記シートの繰出方向に交差する方向に前記カーボンナノチューブを引き出す引出手段と、当該引き出されたカーボンナノチューブを切断する切断手段とを備えることを特徴とするシート製造装置。

【請求項2】

前記シートの一方の面に他のシートが仮着された原反から前記他のシートを剥離する剥離手段と、
当該剥離された他のシートを迂回させる迂回手段と、
前記シートに転写されたカーボンナノチューブに他のシートを積層する積層手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のシート製造装置。

【請求項3】

前記シートは、当該シートの繰出方向に沿って配列されたカーボンナノチューブが積層されたものであって、
前記転写手段は、引き出されたカーボンナノチューブを前記シートに転写することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシート製造装置。

【請求項4】

カーボンナノチューブがシートに転写されたカーボンナノチューブシートを製造するシート製造方法であって、
前記シートを繰り出す工程と、
前記カーボンナノチューブを成長させた成長体から前記シートの繰出方向に交差する方向に前記カーボンナノチューブを引き出して切断することで前記カーボンナノチューブを前記シートに転写する工程とを備えることを特徴とするシート製造方法。

【請求項5】

前記シートは、当該シートの繰出方向に沿って配列されたカーボンナノチューブが積層されたものであって、
前記転写する工程は、引き出されたカーボンナノチューブを前記シートに転写することを特徴とする請求項４に記載のシート製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シート製造装置および製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、アレイ（成長体）から引き出されたカーボンナノチューブが基膜（シート）に転写されたカーボンナノチューブ構造体（カーボンナノチューブシート）を製造する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２８５３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の装置では、所定方向に繰り出されたシートの繰出方向に沿ってカーボンナノチューブを引き出して当該シートに転写するため、シート全体にカーボンナノチューブを転写したカーボンナノチューブシートを製造する場合、成長体は、幅の長さがシートの幅以上のものが必要となり、シートの幅の長さが変更になるとそれに合わせて成長体も変更しなくてはならないという不都合がある。

【0005】

本発明の目的は、シートの幅が変更となった場合でも成長体を変更することなく、シート全体にカーボンナノチューブを転写したカーボンナノチューブシートを製造することができるシート製造装置および製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記目的を達成するために、本発明のシート製造装置は、カーボンナノチューブがシートに転写されたカーボンナノチューブシートを製造するシート製造装置であって、前記シートを繰り出す繰出手段と、前記シートに所定長さのカーボンナノチューブを転写する転写手段とを備え、前記転写手段は、カーボンナノチューブを成長させた成長体から前記シートの繰出方向に交差する方向に前記カーボンナノチューブを引き出す引出手段と、当該引き出されたカーボンナノチューブを切断する切断手段とを備える、という構成を採用している。

【0007】

この際、本発明のシート製造装置では、前記シートの一方の面に他のシートが仮着された原反から前記他のシートを剥離する剥離手段と、当該剥離された他のシートを迂回させる迂回手段と、前記シートに転写されたカーボンナノチューブに他のシートを積層する積層手段とを備える、ことが好ましい。
また、本発明のシート製造装置では、前記シートは、当該シートの繰出方向に沿って配列されたカーボンナノチューブが積層されたものであって、前記転写手段は、引き出されたカーボンナノチューブを前記シートに転写する、ことが好ましい。

【0008】

一方、本発明のシート製造方法は、カーボンナノチューブがシートに転写されたカーボンナノチューブシートを製造するシート製造方法であって、前記シートを繰り出す工程と、前記カーボンナノチューブを成長させた成長体から前記シートの繰出方向に交差する方向に前記カーボンナノチューブを引き出して切断することで前記カーボンナノチューブを前記シートに転写する工程とを備える、という構成を採用している。
また、本発明のシート製造方法では、前記シートは、当該シートの繰出方向に沿って配列されたカーボンナノチューブが積層されたものであって、前記転写する工程は、引き出されたカーボンナノチューブを前記シートに転写する、ことが好ましい。

【0009】

以上のような本発明によれば、成長体からシートの繰出方向に交差する方向にカーボンナノチューブを引き出して、所定長さのカーボンナノチューブをシートに転写するため、シートの幅が変更となった場合でも成長体を変更することなく、シート全体にカーボンナノチューブを転写したカーボンナノチューブシートを製造することができる。

【0010】

この際、シートに転写されたカーボンナノチューブに他のシートを積層すれば、カーボンナノチューブを保護することができる。
また、シートに他のシートが仮着された原反から他のシートを剥離し、当該他のシートを迂回させ、シートに転写されたカーボンナノチューブに迂回させた他のシートを積層すれば、原反を支持する支持手段の個数を１つに抑えることができ、シート製造装置の小型化や原反交換の作業性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るシート製造装置の側面図。

【図2A】図１のＡＡ−ＡＡ断面ＢＢ矢視図であってシート製造装置の動作説明図。

【図2B】シート製造装置の図２Ａに続く動作説明図。

【図2C】シート製造装置の図２Ｂに続く動作説明図。

【図2D】シート製造装置の図２Ｃに続く動作説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれが直交する関係にあり、Ｘ軸およびＹ軸は、所定平面内の軸とし、Ｚ軸は、前記所定平面に直交する軸とする。さらに、本実施形態では、Ｙ軸と平行な図１中手前側から観た場合を基準とし、方向を示した場合、「上」がＺ軸の矢印方向で「下」がその逆方向、「左」がＸ軸の矢印方向で「右」がその逆方向、「前」が図１中手前方向であるＹ軸の矢印方向で「後」がその逆方向とする。

【0013】

図１において、シート製造装置１０は、カーボンナノチューブＣＴがシートとしての接着シートＡＳに転写されたカーボンナノチューブシートＣＳを製造するシート製造装置であって、接着シートＡＳの一方の面である接着面に他のシートとしての剥離シートＲＬが仮着された原反ＲＳを繰り出す繰出手段２０と、原反ＲＳから剥離シートＲＬを剥離する剥離手段としての剥離ローラ３０と、当該剥離された剥離シートＲＬを迂回させる迂回手段としての一対の迂回ローラ４０と、迂回ローラ４０で剥離シートＲＬから剥離された接着シートＡＳに所定長さのカーボンナノチューブＣＴを転写する転写手段５０と、接着シートＡＳに転写されたカーボンナノチューブＣＴに剥離シートＲＬを積層する積層手段６０と、カーボンナノチューブシートＣＳを回収する回収手段７０とを備えている。

【0014】

繰出手段２０は、駆動機器としての回動モータ２１Ａによって駆動し、原反ＲＳを支持する支持ローラ２１を備えている。

【0015】

転写手段５０は、図２にも示すように、カーボンナノチューブＣＴを成長させた成長体としてのフォレスト（アレイとも称される）ＣＢを保持する保持手段５１と、保持手段５１で保持されたフォレストＣＢから接着シートＡＳの繰出方向に交差する方向としての前後方向にカーボンナノチューブＣＴを引き出す引出手段５２と、剥離ローラ３０で剥離された接着シートＡＳの一方の面（接着面）と同一面上に位置し、引出手段５２で引き出されたカーボンナノチューブＣＴを支持する支持面５３Ａを有する支持部材５３と、引き出されたカーボンナノチューブＣＴを切断する切断手段とを備えている。なお、フォレストＣＢは、カーボンナノチューブＣＴを基板ＳＢの一方の面上に成長させたものであり、当該基板ＳＢに支持された一体物ＷＫとして形成されている。

【0016】

保持手段５１は、減圧ポンプや真空エジェクタ等の図示しない減圧手段によって一体物ＷＫを基板ＳＢの他方の面側から吸着保持する保持面５４Ａを有するテーブル５４を備えている。

【0017】

引出手段５２は、カーボンナノチューブＣＴを引き出す引出部材５５と、当該引出部材５５を移動させる移動手段５６とを備えている。引出部材５５は、カーボンナノチューブＣＴの引出方向に垂直な方向（前後方向）に延設され、断面形状が円形状に形成されている。移動手段５６は、前後方向に延設された駆動機器としてのリニアモータ５７と、リニアモータ５７のスライダ５７Ａに支持された駆動機器としての直動モータ５８とを備え、直動モータ５８の出力軸５８Ａに支持された引出部材５５を上下方向に移動可能に構成されている。
切断手段は、本実施形態の場合、引出部材５５の下部によって構成されている。

【0018】

積層手段６０は、剥離シートＲＬを接着シートＡＳに転写されたカーボンナノチューブＣＴに押圧する押圧ローラ６１と、接着シートＡＳの他方の面側に設けられた受けローラ６２とを備えている。

【0019】

回収手段７０は、駆動機器としての回動モータ７１Ａによって駆動し、カーボンナノチューブシートＣＳを回収する回収ローラ７１を備えている。

【0020】

以上のシート製造装置１０において、カーボンナノチューブシートＣＳを製造する手順を説明する。
先ず、作業者が原反ＲＳを図１に示すようにセットした後、作業者または多関節ロボットやベルトコンベア等の図示しない搬送手段が、一体物ＷＫを保持面５４Ａの所定位置に載置する。次いで、保持手段５１が図示しない減圧手段を駆動し、保持面５４Ａで一体物ＷＫを吸着保持する。その後、作業者がカーボンナノチューブＣＴをフォレストＣＢから引っ張り出し、図２Ａ中実線で示すように、当該カーボンナノチューブＣＴの先端部を支持部材５３上にセットする。このとき、引っ張り出されたカーボンナノチューブＣＴは、粘性を有するためその粘性により支持部材５３に支持される。また、カーボンナノチューブＣＴ同士がファンデルワールス力で結びついているため、引っ張り出したカーボンナノチューブＣＴは、引き出し方向に沿って配列した帯状のカーボンナノチューブＣＴとなる。

【0021】

そして、作業者が図示しない操作パネルやパーソナルコンピュータ等の入力手段を介して自動運転開始の信号を入力すると、繰出手段２０および回収手段７０が回動モータ２１Ａ、７１Ａを駆動し、原反ＲＳを繰り出す。そして、接着シートＡＳが所定位置に到達したことを光学センサや撮像手段等の図示しない検知手段が検知すると、繰出手段２０および回収手段７０が回動モータ２１Ａ、７１Ａの駆動を停止する。その後、引出手段５２が直動モータ５８を駆動し、引出部材５５を上昇させて、接着シートＡＳおよび支持部材５３よりも上方に移動させた後、リニアモータ５７を駆動し、図２Ａ中上方の二点鎖線で示すように、引出部材５５を前方に移動させてフォレストＣＢからカーボンナノチューブＣＴを引き出す。次いで、引出手段５２が直動モータ５８を駆動し、同図中下方の二点鎖線で示すように、引出部材５５を下降させて、カーボンナノチューブＣＴを接着シートＡＳに転写する。

【0022】

そして、引出手段５２が直動モータ５８を駆動し、図２Ｂ中実線で示すように、引出部材５５を下降させてカーボンナノチューブＣＴから引出部材５５を引き離す。その後、引出手段５２がリニアモータ５７および直動モータ５８を駆動し、図２Ｃ中上方の二点鎖線で示すように、引出部材５５を接着シートＡＳと支持部材５３との間かつ上方に移動させる。その後、引出手段５２が直動モータ５８を駆動し、同図中下方の二点鎖線で示すように、引出部材５５を下降させ、接着シートＡＳに転写されたカーボンナノチューブＣＴを切断する。これにより、カーボンナノチューブＣＴに後端部と新たな先端部が形成されるとともに、図２Ｄに示すように、接着シートＡＳにカーボンナノチューブＣＴが転写された状態のカーボンナノチューブシートＣＳが製造され、新たな先端部が支持部材５３に支持される。

【0023】

その後、引出手段５２がリニアモータ５７および直動モータ５８を駆動し、図２Ｄ中二点鎖線で示すように、引出部材５５を初期位置に移動させた後、図示しない不要チューブ切断手段が接着シートＡＳの前端および後端からはみ出た不要チューブＵＣを切断する。そして、繰出手段２０および回収手段７０が回動モータ２１Ａ、７１Ａを駆動し、転写したカーボンナノチューブＣＴの右方に隣接する位置に、次に引き出すカーボンナノチューブＣＴが転写可能となるように原反ＲＳを繰り出した後、回動モータ２１Ａ、７１Ａの駆動を停止する。このとき、繰り出された原反ＲＳから剥離シートＲＬが剥離ローラ３０によって剥離され、当該剥離された剥離シートＲＬは、迂回ローラ４０によって転写手段５０を迂回する。また、迂回した剥離シートＲＬは、積層手段６０によってカーボンナノチューブＣＴに積層され、カーボンナノチューブシートＣＳとして回収手段７０に回収される。以降上記同様の動作を繰り返すことで、接着シートＡＳの左右方向に連続してカーボンナノチューブＣＴが転写されたカーボンナノチューブシートＣＳが製造される。

【0024】

以上のような実施形態によれば、フォレストＣＢから接着シートＡＳの繰出方向に交差する前後方向にカーボンナノチューブＣＴを引き出して、所定長さのカーボンナノチューブＣＴを接着シートＡＳに転写するため、接着シートＡＳの幅が変更となった場合でもフォレストＣＢを変更することなく、接着シートＡＳ全体にカーボンナノチューブＣＴを転写したカーボンナノチューブシートＣＳを製造することができる。

【0025】

以上のように、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、前記記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。また、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれる。

【0026】

シート製造装置１０は、シートの一方の面または他方の面にカーボンナノチューブＣＴが２層以上積層されたカーボンナノチューブシートＣＳを製造してもよいし、シートの一方の面および他方の面にカーボンナノチューブＣＴがそれぞれ単層または２層以上積層されたカーボンナノチューブシートＣＳを製造してもよい。この場合、シートは、当該シートの繰出方向に沿って配列されたカーボンナノチューブが積層されたものであってもよく、転写手段５０は、引き出されたカーボンナノチューブＣＴをシートに転写してもよい。
シート製造装置１０は、カーボンナノチューブＣＴを転写する毎に接着シートＡＳを繰り出すものに限らず、例えば、転写手段５０を接着シートＡＳの繰り出し方向に移動可能に設け、接着シートＡＳにカーボンナノチューブＣＴを所定回数転写した後に繰出手段２０で接着シートＡＳを繰り出すものであってもよい。

【0027】

繰出手段２０は、シートとしての接着シートＡＳまたは剥離シートＲＬのみを繰り出し、カーボンナノチューブＣＴが転写された接着シートＡＳまたは剥離シートＲＬのみからなるカーボンナノチューブシートＣＳを製造してもよく、この場合、迂回手段および積層手段６０はあってもよいし、なくてもよい。
繰出手段２０は、シートとしての接着シートＡＳまたは剥離シートＲＬのみを繰り出すとともに、カーボンナノチューブＣＴが転写された接着シートＡＳまたは剥離シートＲＬに対し、他のシートとしての剥離シートＲＬまたは接着シートＡＳを供給手段で供給し、当該供給された剥離シートＲＬまたは接着シートＡＳを積層手段６０で積層することで、接着シートＡＳ、カーボンナノチューブＣＴおよび剥離シートＲＬからなるカーボンナノチューブシートＣＳを製造してもよい。
繰出手段２０は、接着剤層および剥離層を有さないシートとしての基材のみを繰り出してもよい。
繰出手段２０は、転写したカーボンナノチューブＣＴの支持ローラ２１側の端縁を検出する検出手段を備えてしてもよく。当該端縁を検出することで原反ＲＳの繰り出し量を制御してもよい。

【0028】

剥離手段は、板状のブレード材でもよい。

【0029】

迂回ローラ４０は、１個でもよいし３個以上であってもよい。
迂回手段は、剥離シートＲＬを転写手段５０の下方、前方または後方に迂回させてもよいし、原反ＲＳから剥離シートＲＬが剥離された接着シートＡＳを迂回させてもよい。

【0030】

転写手段５０は、シートの繰り出し方向に並んで複数設けてもよく、繰り出されたシートの前方または後方もしくは両方に設けてもよい。
転写手段５０は、メカチャックやチャックシリンダ等のチャック手段、クーロン力、粘着剤、粘着シート、磁力等で一体物ＷＫやカーボンナノチューブＣＴを保持または支持する構成を採用してもよい。
保持手段５１は、保持面５４ＡでフォレストＣＢそのものを直接保持してもよい。
引出手段５２は、接着シートＡＳの繰出方向に交差する方向としての右斜め前方または後方あるいは左斜め前方または後方にカーボンナノチューブＣＴを引き出してもよい。
引出手段５２は、引出部材５５を切断手段として兼用させなくてもよく、この場合、カッター刃、レーザカッター、熱カッター、エアカッター、圧縮水カッター等の切断手段を採用し、引出部材５５とは別体に独立して設けてもよいし、当該別体の切断手段を不要チューブ切断手段として兼用してもよい。
引出手段５２は、ブレード材、ゴム、樹脂、スポンジ等による支持部材や引出部材を採用してもよし、採用する部材の断面形状は、楕円形、三角形や四角形等の多角形その他の形状を有してもよい。

【0031】

積層手段６０は、押圧ローラ６１の押圧力を調整する押圧力調整手段を備えていてもよく、押圧力調整手段は、原反ＲＳの厚み方向における押圧ローラ６１および受けローラ６２の位置を調整する駆動機器としての直動モータと、押圧力を検出する圧力センサやロードセル等の圧力検出手段で構成してもよい。
押圧ローラ６１および受けローラ６２は駆動機器としての回動モータで駆動するものであってもよいし、エンコーダを設け回転量を制御してもよい。

【0032】

また、本発明における接着シートＡＳの材質、種別、形状等は、特に限定されることはない。例えば、接着シートＡＳは、円形、楕円形、三角形や四角形等の多角形、その他の形状であってもよいし、感圧接着性、感熱接着性等の接着形態のものであってもよく、感熱接着性の接着シートＡＳが採用された場合は、接着シートＡＳを加熱する適宜なコイルヒータやヒートパイプの加熱側等の加熱手段を設けるといった適宜な方法で接着されればよい。また、このような接着シートＡＳは、例えば、接着剤層だけの単層のもの、基材と接着剤層との間に中間層を有するもの、基材の上面にカバー層を有する等３層以上のもの、更には、基材を接着剤層から剥離することのできる所謂両面接着シートのようなものであってもよく、両面接着シートは、単層又は複層の中間層を有するものや、中間層のない単層又は複層のものであってよい。

【0033】

本発明における手段および工程は、それら手段および工程について説明した動作、機能または工程を果たすことができる限りなんら限定されることはなく、まして、前記実施形態で示した単なる一実施形態の構成物や工程に全く限定されることはない。例えば、繰出手段は、シートを繰り出し可能なものであれば、出願当初の技術常識に照らし合わせ、その技術範囲内のものであればなんら限定されることはない（他の手段および工程についての説明は省略する）。
また、前記実施形態における駆動機器は、回動モータ、直動モータ、リニアモータ、単軸ロボット、多関節ロボット等の電動機器、エアシリンダ、油圧シリンダ、ロッドレスシリンダおよびロータリシリンダ等のアクチュエータ等を採用することができる上、それらを直接的又は間接的に組み合せたものを採用することもできる（実施形態で例示したものと重複するものもある）。

【符号の説明】

【0034】

１０…シート製造装置
２０…繰出手段
３０…剥離ローラ（剥離手段）
４０…迂回ローラ（迂回手段）
５０…転写手段
５２…引出手段
５５…引出部材（切断手段）
６０…積層手段
ＡＳ…接着シート（シート）
ＣＢ…フォレスト（成長体）
ＣＳ…カーボンナノチューブシート
ＣＴ…カーボンナノチューブ
ＲＬ…剥離シート（他のシート）
ＲＳ…原反

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】