特開 2024-56269 電極の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024056269

(43)【公開日】2024-04-23

(54)【発明の名称】電極の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01B 13/00 20060101AFI20240416BHJP

   B05D 7/00 20060101ALI20240416BHJP

   B05D 5/12 20060101ALI20240416BHJP

   C01B 32/174 20170101ALI20240416BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20240416BHJP

   H05B 3/03 20060101ALI20240416BHJP

   H05B 3/14 20060101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

H01B13/00 503Z

B05D7/00 K

B05D5/12 B

C01B32/174

B05D1/26 A

H05B3/03

H05B3/14 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022163033

(22)【出願日】2022-10-11

(71)【出願人】

【識別番号】514285911

【氏名又は名称】千葉 正毅

(71)【出願人】

【識別番号】510244754

【氏名又は名称】和氣 美紀夫

(71)【出願人】

【識別番号】000229117

【氏名又は名称】日本ゼオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(72)【発明者】

【氏名】千葉 正毅

(72)【発明者】

【氏名】和氣 美紀夫

(72)【発明者】

【氏名】竹下 誠

【テーマコード（参考）】

3K092

4D075

4G146

5G323

【Ｆターム（参考）】

3K092PP18

3K092QA06

3K092QB76

3K092QC09

3K092QC10

3K092QC12

3K092VV16

4D075AA01

4D075AA76

4D075AC45

4D075AC84

4D075AC88

4D075BB16X

4D075BB16Y

4D075BB60Z

4D075CA03

4D075CA13

4D075CA22

4D075CA47

4D075CA48

4D075DB35

4D075DB39

4D075DB43

4D075DB50

4D075DB54

4D075DC18

4D075DC19

4D075EB22

4D075EB43

4D075EC01

4D075EC30

4G146AA11

4G146AB06

4G146AB07

4G146AD22

4G146BA04

4G146CB10

4G146CB17

4G146DA07

5G323AA01

(57)【要約】

【課題】 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電極の製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の電極の製造方法は、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電極を形成する工程と、を備え、前記塗料を付着させる工程においては、スクリーンおよびスキージを用い、前記対象物に添わせた前記スクリーンに前記塗料を継続的に供給しつつ、前記スキージを前記スクリーン上において移動させる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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電極を形成する工程と、を備え、
前記塗料を付着させる工程においては、スクリーンおよびスキージを用い、前記対象物に添わせた前記スクリーンに前記塗料を継続的に供給しつつ、前記スキージを前記スクリーン上において移動させる、電極の製造方法。

【請求項2】

前記塗料を生成する工程は、前記導電性粒子を溶剤中にて分散する第１分散処理を含み、
前記塗料を付着させる工程は、前記導電性粒子を前記塗料にて分散する第２分散処理を含む、請求項１に記載の電極の製造方法。

【請求項3】

前記第２分散処理においては、前記塗料を加圧によって噴出させる、請求項２に記載の電極の製造方法。

【請求項4】

前記第１分散処理において、分散剤および界面活性剤を用いない、請求項２または３に記載の電極の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電極を構成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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１０１７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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電極の製造方法を提供することをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によって提供される電極の製造方法は、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電極を形成する工程と、を備え、前記塗料を付着させる工程においては、スクリーンおよびスキージを用い、前記対象物に添わせた前記スクリーンに前記塗料を継続的に供給しつつ、前記スキージを前記スクリーン上において移動させる。

【0007】

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、前記導電性粒子を溶剤中にて分散する第１分散処理を含み、前記塗料を付着させる工程は、前記導電性粒子を前記塗料にて分散する第２分散処理を含む。

【0008】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２分散処理においては、前記塗料を加圧によって噴出させる。

【0009】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１分散処理において、分散剤および界面活性剤を用いない。

【発明の効果】

【0010】

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電極の製造方法を提供することができる。

【0011】

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。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る電極の製造方法を示すフローチャートである。

【図2】本発明の第１実施形態に係る電極の製造方法における付着工程を示す概略断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る電極の製造方法における付着工程を示す概略断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る電極の製造方法によって製造された電極を示す概略断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る電極の製造方法を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第３実施形態に係る電極の製造方法における付着工程を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電極の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の電極の製造方法は、塗料生成工程、付着工程および塗料変質工程を備える。

【0015】

塗料生成工程は、本製造方法によって製造する電極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。

【0016】

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。

【0017】

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。さらに、第１分散処理においては、バインダ以外の分散剤や界面活性剤等を用いないことが好ましい。発明者の試験研究により、第１分散処理において、バインダ以外の分散剤や界面活性剤等を用いると、その後の工程を経て得られた電極の導電性が低下し、抵抗値が上昇してしまうという知見が得られた。第１分散処理においてバインダ以外の分散剤や界面活性剤等を用いないことにより、電極の導電性を向上させ、抵抗値を低減することができる。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

以上の処理を経ることにより、塗料が生成される。

【0021】

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および図３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。

【0022】

対象物９１は、塗料８１が付着させられることにより、電極が形成される対象である。対象物９１は、伸縮性を有する。本実施形態においては、対象物９１は、たとえば、誘電エラストマ層である。誘電エラストマ層の材質は、何ら限定されず、好ましい例として、たとえばシリコーンエラストマやアクリルエラストマ、ウレタン、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、フッ素系ゴム、フロロシリコーン等が挙げられる。

【0023】

本実施形態においては、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を供給する。

【0024】

塗料８０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、スクリーン１７１上に供給される。ノズル３２は、スプレーとして機能するものが好ましい。ノズル３２内を送られてきた塗料８０が加圧によって噴出する際に、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。なお、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。

【0025】

図２に示すように、スクリーン１７１上に塗料８０を供給し、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。この際、スキージ１７２の移動に併せて、付着処理に必要となる塗料８０を順次供給する。図２に示す状態からスキージ１７２を移動させつつ、図３に示すように、塗料８０を継続的に供給する。すなわち、図２において、対象物９１に付着させる塗料８０の全量を供給するのではなく、付着処理を開始するのに必要な量の塗料８０を供給する。スキージ１７２を移動させるに伴い、スクリーン１７１上の塗料８０が消費される。ノズル３２から塗料８０を順次供給することにより、スクリーン１７１上の塗料８０が所定量以下とならないように維持する。

【0026】

スキージ１７２を所定範囲の全域に移動させることにより、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に所定厚さの塗料８１として付着される。

【0027】

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４に示す電極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を変質させて電極８２を形成する。

【0028】

次に、本実施形態の電極の製造方法の作用について説明する。

【0029】

本実施形態によれば、図４に示すように、伸縮性を有する対象物９１上に電極８２を形成することが可能である。電極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、電極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。

【0030】

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、電極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および図３に示すスプレーとして機能するノズル３２を有する塗料供給機３を用いる。このため、塗料８０は、ノズル３２の噴出孔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４に示すように、電極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。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、電極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電極８２を伸縮させることができる。

【0031】

図２および図３に示すように、スキージ１７２を移動させつつ、塗料８０をノズル３２から継続的に供給する。このため、スクリーン１７１上に必要以上の量の塗料８０が滞留してしまうことを回避することが可能である。塗料８０が滞留しすぎると、塗料８０における導電性粒子８２１の分散度合いが低下してしまうことが懸念される。本実施形態においては、スクリーン印刷方式の付着工程を連続的に行うことが可能である程度に、スクリーン１７１上の塗料８０の量を制限することにより、導電性粒子８２１の良好な分散状態をより適切に保つことができる。

【0032】

さらに、本実施形態においては、ノズル３２から加圧によって塗料８０を噴出させている。塗料８０が加圧された状態でノズル３２の細孔等から噴出する際には、塗料８０に強いせん断力等が作用する。これにより、塗料８０における導電性粒子８２１の再分散をより促進させることができる。

【0033】

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、電極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、電極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、電極８２を電熱ヒータとして用いることが可能である。電極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、電極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、電極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。

【0034】

図５および図６は、本発明の他の実施形態を示している。なお、同図において、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。

【0035】

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る電極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、電極８２を形成することができる。さらに、電極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、電極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。

【0036】

＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る電極の製造方法における付着工程を示している。本実施形態においては、塗料供給機３が再分散装置３４を有しており、再分散装置３４を用いて、上述の第２分散処理およびスクリーン１７１上への塗料８０の供給を行う。

【0037】

たとえば、加圧源３３からの加圧により、塗料タンク３１から再分散装置３４に塗料８０が供給される。再分散装置３４は、供給された塗料８０にて導電性粒子８２１を分散する第２分散処理を行う。再分散装置３４としては、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分散装置が挙げられる。再分散装置３４において第２分散処理が施された塗料８０は、再分散装置３４からスクリーン１７１上へと順次供給される。

【0038】

本実施形態によっても、伸縮性を有する対象物９１上に電極８２を形成することが可能である。また、本実施形態から理解されるように、本発明の第２分散処理を行う手段としては、ノズル３２から加圧によって塗料８０を噴出させる構成に限定されず、たとえば再分散装置３４を用いる構成など、種々に設定可能である。

【0039】

本発明に係る電極の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電極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。

【符号の説明】

【0040】

２ ：付着タンク
３ ：塗料供給機
３１ ：塗料タンク
３２ ：ノズル
３３ ：加圧源
３４ ：再分散装置
８０ ：塗料
８１ ：塗料
８２ ：電極
９１ ：対象物
１７１ ：スクリーン
１７２ ：スキージ
８２１ ：導電性粒子
８２２ ：クラスタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】