(57)【要約】【課題】安価なプラスチックフィルム上に焼結方法により金属や金属化合物膜を設け、該塗幕を焼結させることにより機能膜化して機能性シートを得る、機能性シートの製造方法を提供する【解決手段】可撓性支持体上に金属又は金属化合物を少なくとも含有する塗膜を設け、該塗幕を焼結させることにより機能膜化して機能性シートを得る、機能性シートの製造方法において、前記塗膜の面内方向に通電することによって焼結させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の可撓性支持体上に金属又は金属化合物を少なくとも含有する塗膜を設け、該塗膜を焼結させることにより機能膜化して機能性シートを得る、機能性シートの製造方法において、前記塗膜の面内方向に通電し、塗膜を焼結させることを特徴とする機能性シートの製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性シートの製造方法に係り、特に、絶縁性の可撓性支持体上に塗布された塗膜の焼結方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラスチックフィルム上に金属または金属化合物の膜を設ける技術が要求されてきつつある。例えば、プラスチックフィルム上の電子回路パターンやプラズマテレビの透明電磁遮蔽フィルム、太陽電池の透明電極の分野などで前記の技術を利用する用途が増えてきている。プラスチックフィルム上に電子回路パターンを設ける場合にはフォトレジスト法が用いられているのが一般的である。プラズマテレビの透明電磁波遮蔽フィルムや太陽電池の透明電極は透明フイルム上にスパッタ法によりITO層が設けられている。ところがこれらの方法ではコストが高かったり、生産効率が悪かったりする問題点がある。
【０００３】
また、金属薄膜を得る方法として焼結法がある。例えば特許文献１では金属粉末を圧延し、得られたシートに厚み方向および面内方向に通電を行うことにより金属粉末を焼結させてシート状の焼結体を得る方法が開発されている。また、特許文献２では支持体として金属板芯材を用い、厚み方向に通電し、水素吸蔵合金粉末を焼結させることが提案されている。前記、特許文献１や特許文献２の焼結方法では、耐熱性の低い絶縁性支持体の使用は考慮しておらず、使用できる支持体の使用範囲が耐熱性の高い導電性材料に限られていた。
【０００４】
一方、金属や金属化合物のナノサイズ粒子が次々に開発され、ペーストとして製造されている。微粒子化にともない、これら被焼結粒子体積あたりの表面積が大きくなるため、粒子が不安定な状態で存在し、ミクロンサイズ粒子と比べ、より低温での焼結が可能となる。たとえば、ミクロンサイズの銀微粒子は焼結温度が約５５０℃であるのに対して、ナノサイズとなると、約１５０℃で焼結が可能になる。この焼結温度の低下を利用した焼結方法としては、例えば特許文献３があるが、耐熱温度３００℃のポリイミドの支持体上に銀ペースト塗膜を設け、オーブン加熱するものである。この方法により耐熱性の高いプラスチック材料（絶縁性）を支持体として使用することが可能になったが、オーブン加熱法なので、材料全体に熱が加わるため、汎用な耐熱性の低いプラスチック材料を支持体とするまでには至っていない。一般的に安価なプラスチックフィルムは耐熱温度がせいぜい８０℃〜１２０℃程度であり、これらの焼結方法では支持体として使用することが困難であった。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０６８００３号公報
【特許文献２】特開２０００-２６８８１６号公報
【特許文献３】特開２００４−２４７５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように従来の焼結方式においては、コストは低いものの支持体に加わる熱の影響が大きいために安価なPETフィルムのようなプラスチックフィルムを支持体として用い、その上に金属や金属化合物の膜を得ることが困難であった。そこで本発明は一般的に安価なプラスチックフィルム上に焼結方法により金属や金属化合物膜を設けた機能性シートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
絶縁性の可撓性支持体上に金属又は金属化合物を少なくとも含有する塗膜を設け、該塗幕を焼結させることにより機能膜化して機能性シートを得る機能性シートの製造方法において、前記塗膜の面内方向に通電することによって焼結させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の通電焼結法は、塗膜中の粉体粒子間隙に大電流を投入する手法であって、ジュール熱を発生させるほか、電気抵抗の高い粉体間においては火花放電現象により瞬時に発生する放電プラズマ(瞬間的に数千〜1万℃の高温度場が粒子間に生じる)により焼結する手法である。粒子間隙にエネルギーが消費されることにより余分なエネルギーを使わずに短時間で焼結が可能となる。この手法を支持体上の塗膜に対して行うと、粒子間に放電現象が起き、粒子表面に存在する分散剤や異物を除去できるので、金属や金属化合物間の融着を効率よく促進できる生産性の高い焼結方法である。また、金属酸化物から金属への還元、有機金属化合物から金属への分解も同様な理由により促進される。
【０００９】
本発明は金属又は金属化合物を含む塗膜を設けた機能性シートの製造方法であって、前記金属または金属化合物としては金、銀、銅、ニッケル、チタン、インジウムなどの金属粒子やこれらの酸化物微粒子や有機金属化合物が用いられる。前記、金属酸化物としては、例えば、酸化金および酸化銀かなる群から選ばれる少なくとも１種を使用できる。なかでも、酸化銀は、自己還元性を有しているので好ましい。微粒子の粒子径としては１nm〜100nmが好ましい。より好ましくは1nm〜50nm、最も好ましくは１nm〜10nmである。
【００１０】
前記、有機金属化合物としては比較的分子量が小さく分解温度の低い有機金属化合物が好ましく、例えば、脂肪酸銀、酢酸銀およびクエン酸銀からなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００１１】
前記、絶縁性の可撓性支持体としてはポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ナイロンなどのようなプラスチックシート、セルロース類、紙などが用いられてもよいし、これらの支持体上に導電性層や接着層、補強層などの別の機能層があらかじめ設けられていても良い。
【００１２】
前記、金属または金属化合物を含む塗膜は、塗膜を構成する材料を塗料化し、グラビアコータやスクリーン印刷などの塗工機を用いて絶縁性可撓性支持体上にコーティングすることによって得られる。塗料の製造方法としては材料粉末を分散剤やバインダ等と混合してボールミルのような装置を用いて分散塗料を作成する方法、粉末合成時に粉末を分散剤で安定化させ、有機溶剤に分散する方法、有機金属化合物を有機溶剤などにディスパーによって溶解させる方法などがある。安定してコーティングするためには分散および溶解状態が良好に保たれているのが好ましい。導電性の塗料としては、例えば市販の金ペースト、銀ペースト、銅ペーストなどが利用できる。
【００１３】
通電焼結の装置の形態としては図１〜図５に示したような生産性の高いroll to roll方式が好ましく、使用する通電ロールは導電性材料で構成される。中でも通電ロールに黒鉛を用いると塗膜が黒鉛ロールに付着しにくく好ましい。機能性シートを挟む通電ロールの対面にはバックアップロールを設けることが好ましい。また、通電加熱時に発熱が大きい場合にはバックアップロールに冷却水を流し冷却ロールとしてもよい。これにより支持体の熱変形を抑えることができる。支持体の厚みが薄い場合にはバックアップロールの材質は絶縁性であることが好ましい。
【００１４】
通電条件としては使用する金属および金属化合物の種類、粒径、塗膜厚みにより最適電流値が大きく異なるので使用する材料に応じて実験を行い、最適値を求めることが好ましい。通電はパルスで行うことが好ましいが、これに限らず、直流でも交流でも構わない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本発明によればプラスチックフィルム（絶縁性）上の金属又は金属化合物を含む塗膜に通電ロールを介して面内方向に通電回路を形成することにより、選択的に塗膜のみに熱的エネルギーだけでなく電気的エネルギーも加えることにより、支持体への影響を最小限に抑え、短時間で効率良く焼成可能であり、roll to roll方式の生産性の高い大面積連続焼結ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を一実施形態を示す図１を用いて具体的に説明する。１は機能性シート、２は送り出し装置、３ａ、３ｂは塗膜面に当接する通電ロール、４は通電ロール３ａ、３ｂと接続されている通電用電源、５は支持体の塗膜面と反対側の面に当接するバックアップロール（冷却ロール）、６はバックアップロール５と接続されている冷却水循環装置、７はフィルム巻き取る装置である。
【００１７】
次に動作について説明する。焼結前の機能性シート１は送り出し装置２より繰り出され、ガイドロール８を経て、通電ロール３ａ、３ｂとバックアップロール５により圧接され、その後別のガイドロール８を経て、巻き取り装置７により巻き取られる。通電用電源４より通電ロール３aと通電ロール３bとの間に電圧をかけて塗膜に電流を流すことにより面内電流経路が形成される。このとき、通電と同時に塗膜面を加圧することによりさらに焼結が進行する。一方、通電加熱時、支持体自身が熱ダメージを受けないように支持体面に当接するバックアップロール５に冷却水循環装置６を用いて、必要に応じて冷却水を流してもよい。このように塗膜側では通電加熱、支持体側では冷却が行われた後、巻き取り装置７に巻き取られる。
【００１８】
以下、実施例により、本発明をより具体的に説明する。
（実施例）
図１に示した装置を用いて焼結をおこなった。通電ロール３はロール径１００mm、ロール幅３００ｍｍのものを用い、バックアップロール５はロール径２００mm、ロール幅３００ｍｍのものを用いた。通電ロール３aと通電ロール３ｂの中心間距離は１５０ｍｍに設定されている。支持体としてはPETフィルム（東レ（株）社製  商品名ルミラー  100U34  厚み１００μｍ）を使用し、銀ナノペースト（日本ペイント製）をグラビアコーターにより乾燥後塗膜厚みが３μｍとなるように塗布し、実験用シートを作成した。通電ロール３a、通電ロール３bとバックアップロール５間のロール圧力９８ｋＮ／ｍ下で、幅当りの電流値５Ａ／ｍｍで１ｍｓ負荷、２ｍｓ休止のパルス通電を行い、送り速度３０ｍ/sで焼結させて導電性シートを得た。PETフィルムにダメージをあたえないよう、冷却ロールには冷却水（１０℃）流量１０L/minの水を流した。
【００１９】
（比較例１）オーブン焼結法１
実験用シートをオーブンにいれ、１５０℃３０分（ペーストメーカ推奨条件）の条件にて焼結させて導電性シートを得た。
【００２０】
（比較例２）オーブン焼結法２
焼結条件を８０℃６０分に変更した以外は比較例１と同様にして導電性シートを得た。
【００２１】
＜焼結の評価＞
焼結の評価は塗膜の表面電気抵抗により評価した。表面電気抵抗測定には四探子法（装置：三菱油化社製 ロレスタ・AP）を用いた。評価結果を（表１）に示した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
本発明の通電焼結法によりオーブンを用いた従来焼結方法と同様な低抵抗塗膜を得ることができ、十分な焼結が行われていることが確認できた。一方、従来オーブン焼結法では熱によるフィルムの明らかな変形（寸法変化や波打ち）があったが、本発明の通電焼結法では、このようなフイルム変形が全く見られなかった。また、比較例２のPETフィルム耐熱温度付近のオーブン焼結法においてはフィルム変形は見られなかったものの、電気抵抗はほとんど下がっておらず、焼結が進んでいないことが分る。
【００２４】
なお、本発明は上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で変更を加え得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態の概要図である。
【図２】図１の通電ロールおよびバックアップロールの主要部分の斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態の概要図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態の概要図である。
【図５】図４の通電ロール３の斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    機能性シート
２    送り出し装置
３a    通電ロール（黒鉛）
３b    通電ロール（黒鉛）
４    通電用電源
５    バックアップロール（冷却ロール）
６    冷却水循環装置
７    巻き取り装置
８    ガイドロール
９    絶縁ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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