JP2017024242A - 積層構造体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な機構で実行でき,巻きずれ等の積層不良を生じさせることのない,積層構造体の製造方法,およびその方法での製造に適した積層構造体を提供すること。
【解決手段】芯層31と,その一面側の第1表層32と,他面側の第2表層33とを有する積層構造体30を,射出口24が形成されている金型1を用いて製造する。ここで用いる金型1は,第1表層32の原材料を搬送する第1表層材パス19と,第2表層33の原材料を搬送する第2表層材パス20と,芯層31の原材料を搬送する芯層材パス15とを有し,芯層材パス15と第1表層材パス19と第2表層材パス20とが射出口24にて合流しており,その合流箇所より下流側では,射出された原材料の積層構造体30に接しない形状のものである。そして,各パスにそれぞれの層の原材料である粘性流体を流入させることで,積層構造体30を射出させる。
【選択図】図5

Description

本発明は,複数の層状の部分が積層されてなる積層構造体の製造方法に関する。さらに詳細には,比較的簡単な機構で積層構造体を製造できるとともに,製造される積層構造体の各層の厚みの安定性に優れた,積層構造体の製造方法に関するものである。
従来から,種々の分野に積層構造体が使用されている。例えば電池の分野では,発電要素として電極積層体が使用される。電池の電極積層体は通常,正極層,負極層,セパレータ層の3種類の層を,正極層と負極層とが直に接しないように積層したものである。一般的には電極積層体は,正極板と負極板とセパレータフィルムとを巻き重ねることによって製造されている。その巻き重ねのために従来使用されている装置の例として,特許文献1に記載されている電極群成形装置がある。同文献の装置では,正極,負極,セパレータの各シート要素を,バックテンションを付与しながら捲回するようになっている。これは,捲回した電極群に巻きずれを生じさせないためとされている。
特開2000−182657号公報 特開2014−203561号公報
しかしながら前記した従来の技術には,以下のような問題点があった。電極群成形装置の構成が複雑なのである。同文献によれば電極群成形装置には,各シート要素を把持するチャックを備えている。チャックとしては,正極用,負極用,セパレータ用のそれぞれのものが必要であり,特にセパレータ用は2組必要である。さらに,各チャックには,ガイドレールが設けられている。各ガイドレールは,捲回箇所を中心とする放射方向に向けられている。各チャックは,ガイドレール上を摺動可能なようになっている。これにより,各シート要素の後端をチャックで把持しつつ,各チャックがガイドレール上を摺動することで,捲回時に各シート要素にバックテンションが掛かるようにしている。このように複雑な機構が必要なのである。
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,簡易な機構で実行でき,巻きずれ等の積層不良を生じさせることのない,積層構造体の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様における積層構造体の製造方法は,芯層と,芯層の一面側に積層された第1表層と,芯層の他面側に積層された第2表層とを有する積層構造体を,射出口が形成されている金型を用いて,射出口からの原材料の射出により製造する方法であって,金型として,第1表層の原材料を射出口へ向けて搬送する第1表層材搬送路と,第2表層の原材料を射出口へ向けて搬送する第2表層材搬送路と,芯層の原材料を射出口へ向けて搬送する,第1表層材搬送路と第2表層材搬送路との間に設けられた芯層材搬送路とを有し,芯層材搬送路と第1表層材搬送路と第2表層材搬送路とが射出口にて合流し,その合流箇所より原材料の流れの下流側では,射出された原材料の積層構造体に接しない形状であるものを用い,第1表層材搬送路と第2表層材搬送路と芯層材搬送路とにそれぞれの層の原材料である粘性流体を流入させることで,射出口から,3種の原材料が層状に積層された積層構造体を射出させることによる方法である。
上記態様における積層構造体の製造方法では,粘性流体である第1表層の原材料を金型の第1表層材搬送路へ供給する。同様にいずれも粘性流体である第2表層の原材料を第2表層材搬送路へ,芯層の原材料を芯層材搬送路へ,それぞれ供給する。すると,3つの原材料が金型内のそれぞれの搬送路を射出口へ向かって流れて,射出口のところで合流する。そのため,3つの層が積層された積層構造体が射出口から射出されることとなる。射出された原材料の積層構造体は,射出口より下流側では金型に接触せずに進行していく。このため,積層構造体は,原材料の供給圧力差や射出後における金型との摩擦等にかかわらず,各層の厚さが安定している。
上記態様における積層構造体の製造方法ではさらに,金型として,芯層材搬送路と第1表層材搬送路との合流箇所での交差角と,芯層材搬送路と第2表層材搬送路との合流箇所での交差角とがいずれも45°以下であるものを用いることが望ましい。合流箇所での交差角が小さいことにより,合流箇所での各原材料の流れに乱れが生じにくいからである。
上記態様における積層構造体の製造方法ではあるいは,芯層材搬送路への芯層の原材料の供給圧力に対する,第1表層材搬送路への第1表層の原材料の供給圧力の差を,金型の合流箇所の上流側における,芯層材搬送路と第1表層材搬送路との間の箇所の変形耐圧以下とし,かつ,芯層材搬送路への芯層の原材料の供給圧力に対する,第2表層材搬送路への第2表層の原材料の供給圧力の差を,金型の合流箇所の上流側における,芯層材搬送路と第2表層材搬送路との間の箇所の変形耐圧以下として,射出を行うこともまた好ましい。このようにすると,射出時に金型の一部が搬送路間の圧力差に負けて変形してしまうことがない。このため,より狙いに忠実な厚さでの積層構造体の射出を行うことができる。
上記態様における積層構造体の製造方法ではまた,金型として,射出口が,合流箇所より原材料の流れの下流側では,下流側に行くほど間隔が広がる傾斜面とされているものを用いることも好ましい。このような金型を用いることで,射出口から射出された積層構造体が金型に接触しないことを,より確実に担保できる。
本発明の別の一態様に係る製造方法は,芯層と,芯層の一面側に積層された第1表層と,芯層の他面側に積層された第2表層とを有する積層構造体であって,第1表層は,芯層および第2表層に向かって突出する複数の櫛歯部を有し,第2表層は,芯層および第1表層に向かって突出する複数の櫛歯部を有し,第1表層と第2表層とは,それらの櫛歯部同士が互いに差し込み合うように配置されており,芯層は,第1表層と第2表層との間に配置され,第1表層と第2表層とが直に接しないようにジグザグ状の形状とされている積層構造体を製造することに適している。このような積層構造体を例えば電池の電極積層体に適用すれば,電極間対向面積が広く,かつ,各層の厚さや櫛歯部の突出量の安定性に優れているので,電池としての性能も優れている。
本構成によれば,簡易な機構で実行でき,巻きずれ等の積層不良を生じさせることのない,積層構造体の製造方法が提供されている。
実施の形態に係る金型の断面図である。 図1の金型の一部を拡大して示す断面図である。 金型の開口部でのパスの合流の状況を説明する模式図である。 図1の金型により積層構造体を製造する状況を示す断面図である。 図4の一部を拡大して示す断面図である。 製造された電極積層体(積層構造体)の斜視図である。 変形例に係る電極積層体の斜視図である。
以下,本発明を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,金型を用いた射出成形により,正極層とセパレータ層と負極層とを積層してなる,リチウムイオン二次電池その他の電池の電極積層体を製造する方法およびその実施装置として,本発明を具体化したものである。
まず,本形態で使用する金型を説明する。図1に,本形態に係る金型1の要部の断面図を示す。図1に示す本形態の金型1は,外型11と内型12とにより構成されている。外型11は,金型1の外形をなすとともに,空洞部14と開口部13とが形成されているものである。空洞部14は,内部に内型12を収納するための空間であり,開口部13により外部空間と繋がっている。内型12は,外型11の空洞部14の中に収納されるものであり,図1で左端が尖った形状とされている。さらに内型12の内部には,空洞状の芯材溜まり16および芯材パス15が形成されているものである。芯材溜まり16と芯材パス15とは繋がっており,全体として内型12を図1中で左右方向に貫いている。また,芯材溜まり16の方が芯材パス15より広い。
図1のように外型11に内型12を挿入した状態では,内型12の図1中の上下に,空洞部14の空間がさらに存在している。この空間部分を,第1表層材溜まり17,第2表層材溜まり18,という。第1表層材溜まり17と開口部13との間には,第1表層材溜まり17より狭い第1表層材パス19が形成されており,第1表層材溜まり17は第1表層材パス19を介して開口部13に繋がっている。同様に第2表層材溜まり18と開口部13との間にも,第2表層材溜まり18より狭い第2表層材パス20が形成されており,第2表層材溜まり18と開口部13とが繋がっている。図1の状態では,第1表層材パス19,芯材パス15,第2表層材パス20の3つのパスが,開口部13のところで合流する形となっている。なお図1では,外型11,内型12ともにあたかも上下2つに分かれているかのように描かれているが,実際にはいずれも上下合わせた全体で一体のものである。
図1に示した金型1の開口部13付近を拡大して図2に示す。図2に示されるように,外型11の外面21のうち開口部13の箇所には,V字状のV字溝22が形成されている。V字溝22の箇所では,外型11の外面21の一部が図2の上側下側ともに傾斜面とされており,外側に向かうほど,つまり図2中で左に向かうほど間隔が広くなっている。そしてV字溝22の底部24にて,前述のように,第1表層材パス19,芯材パス15,第2表層材パス20の3つのパスが合流している。このため外型11に内型12を組み合わせた状態では,内型12の先端部23が開口部13に臨んでいる。開口部13の底部24より外側はそのままV字溝22の傾斜面になっている。
ここで,開口部13の位置での3つのパスの合流についての模式図を図3に示す。図3中の「15」,「19」,「20」の各線分は,図2中における芯材パス15,第1表層材パス19,第2表層材パス20の各パスの中心線を表している。図3に示されるように,中心線19,15,20は,「24」の位置で交差している。図2中における「24」は,開口部13の底部24を意味している。そして,中心線15に対する中心線19,20の交差角θ1,θ2はいずれも,45°以下である。また,必須ではないが,一般的にはθ1=θ2となるようにされる。
上記の金型1を用いて電極積層体を製造する場合には,正極層,セパレータ層,負極層の3つの層の原材料の粉末を分散媒に分散させたペーストを用意して,これらのペーストを芯材溜まり16,第1表層材溜まり17,第2表層材溜まり18に押し込むことになる。すなわち図4に示すように正極用ペーストPを第1表層材溜まり17に,負極用ペーストNを第2表層材溜まり18に,セパレータ用ペーストSを芯材溜まり16に,それぞれ押し込むのである。これにより,3つの層が積層された電極積層体30が,開口部13から図4中左向きに射出されることになる。
使用する正極用ペーストPおよび負極用ペーストNとしては,例えば,特許文献2の[0026]〜[0031]に記載されているものを用いることができる。ただしこの種の公知の配合のうち,バインダー成分については,本形態では記載より減らしてもよい。あるいはなくてもよい。一方,導電剤成分については,本形態では記載より増やしてもよい。セパレータ用ペーストSとしては,シリカその他のセラミックス粉末であって,分散媒にコロイド状に分散されたものを適宜粘度調整して用いればよい。セラミックス粉末に替えて樹脂の粉末を分散したペーストであってもよい。
図4の一部を図2と同様に拡大して図5に示す。図5に示されるように電極積層体30は,正極層32とセパレータ層31と負極層33とを積層してなるものである。むろん,正極層32は正極用ペーストPに由来し,負極層33は負極用ペーストNに由来し,セパレータ層31はセパレータ用ペーストSに由来する。
なお,開口部13から射出されたそのままの状態での電極積層体30は,正極層32,セパレータ層31,負極層33ともに,分散媒が残ったままの湿潤状態にある。適宜の乾燥過程を経ることで,分散媒が除去され,乾燥した電極積層体30となる。乾燥した電極積層体30においては,分散媒がなくなった分,各層とも,原材料の粉末間の隙間に起因する多孔質層となっている。電解液がこの隙間に浸入することで,電極積層体30は電池の発電要素としての機能を奏することができる。この乾燥後の電極積層体30を,適宜の電解液とともにケースに封入して,正極層32および負極層33をそれぞれの対外端子と接続した状態とすることで,電池が得られる。
ここで図5をよく見ると,開口部13の底部24のところで,第1表層材パス19と芯材パス15と第2表層材パス20とが合流している。このこと自体は図3で説明したとおりである。そしてこのことにより,正極用ペーストPとセパレータ用ペーストSと負極用ペーストNとが底部24のところで出会っている。そして,3つのペーストが出会ってすぐに,電極積層体30の表面が外型11から離隔している。開口部13のV字溝22の傾斜面のためである。すなわち,3層が合流した後の電極積層体30は,外型11の表面に沿うことなく図5中で左向きに進行するのである。
このようにして図6に示すような,正極層32とセパレータ層31と負極層33との3層を有する電極積層体30が得られる。よって本形態の金型1は,電極積層体30の全幅Wの全体にわたって,図1,図2に示した構造を有している。全幅Wより外側においては,図1(図2でも同様)中の外型11および内型12がそれぞれ上下で繋がって一体をなしている。なお,本形態で製造される電極積層体30は,背景技術欄で述べた捲回法によるものと異なり,巻きずれの問題とは当然ながら無縁である。
ここで,各ペーストの吐出圧力と,金型1の変形耐圧との関係について説明する。変形耐圧が問題になるのは,金型1のうち内型12の方である。図2や図5から分かるように,内型12の先端部23は鋭角に尖った形状をなしており,また,異なるペーストのパスに挟まれる配置となっているからである。このため,第1表層材パス19と芯材パス15との間の圧力差や第2表層材パス20と芯材パス15との間の圧力差があまり大きいと,内型12の先端部23に変形が生じてしまうことがある。このため,各パスの実質的な広さが設定どおりでない状態となり,各層の厚さが狙い通りでない電極積層体30が得られてしまうことになる。
このため本形態では,各ペーストの供給圧力の差を所定値以下として電極積層体30の製造を行うことが望ましい。具体的には,セパレータ用ペーストSの供給圧力に対して,正極用ペーストPおよび負極用ペーストNの供給圧力のいずれもが,所定の範囲内となるようにする。これにより,第1表層材パス19もしくは第2表層材パス20と芯材パス15との間の圧力差を,所定の上限圧力差以下とすることができる。許容される上限圧力差は,内型12の材質と,その先端部23の角度による。内型12が変形耐圧の高い材質のものであれば上限圧力差は高いし,変形耐圧の低い材質のものであれば上限圧力差は低い。また,先端部23の形状が先鋭であるほど,上限圧力差は低い。内型12の材質が通常使用される金型鋼であり,各パスの交差角(図3のθ1,θ2)が40〜45°程度であった場合,上限圧力差は,例えば1MPa程度である。なお,各ペーストの供給圧力自体は,1〜4[MPa]程度の範囲内が好ましい。
このことにより,本形態は次のような特徴を有している。第1に,形成される電極積層体30における各層(正極層32,セパレータ層31,負極層33)の厚みが安定していることである。第2に,製造時の製造条件により,前記の厚みの安定性を損なうことなく,各層の相互間の厚さの比を調整できることである。第3に,層間への異物の介在がきわめて少ないことである。第4に,層間の密着性が十分なことである。
第1の特徴について説明する。ここでいう各層の厚みの安定性とは,各層の厚みに,個体間のばらつきも1個体内でのふらつきもほとんどない,ということである。このような安定性が得られる理由は2つある。1つ目の理由は,芯材パス15,第1表層材パス19,第2表層材パス20の合流点での交差角にある。図3で説明したようにこれら3つのパスは,開口部13の底部24で1つに合流している。そしてその合流箇所での,正極用ペーストPおよび負極用ペーストNの流れの方向が変化する角度は,交差角θ1,θ2によるので45°以下である。セパレータ用ペーストSの流れの方向は変化しない。このように,合流点での各ペーストの流れの方向の変化が小さいので,合流に伴い各ペーストの流れに乱れが生じることがない。このため,形成される各層の厚みが変動する要因にならないのである。
もう1つの理由は,合流後の電極積層体30が直ちに外型11の表面から離隔することである。もし,電極積層体30が合流後もしばらくの間外型11の表面に接触しつつ移動するようになっていたとすると,その間の電極積層体30は,外型11の表面による摩擦抵抗を受けることとなる。この摩擦抵抗は正極層32および負極層33に掛かり,セパレータ層31には掛からないので,層間界面の波打ちの原因となることがある。また,層ごとにペーストの吐出圧に差があると,層間で吐出圧が互いに影響してしまうことがある。
本形態ではこのようなことがなく,合流後の電極積層体30は直ちに外型11の表面から離隔する。したがって,開口部13の底部24から外部に射出された電極積層体30においては,事実上,圧力開放状態にある。よって,金型1の各パスへの各ペーストの供給圧力にある程度の差があっても,層間界面に波打ちが生じたり,層の厚みが狙いから外れたりする要因がない。これらのことで,各層の厚みが安定している電極積層体30が得られるのである。このため本形態では基本的に,金型1における第1表層材パス19,芯材パス15,第2表層材パス20のクリアランスの調整により,各層の厚みを設定することができる。
続いて第2の特徴について説明する。本形態では,各層のペーストの押し出し速度を調整することで,金型1の構成をそのままとしつつ,各層の厚みの比を調整することができる。例えば,各層のペーストの押し出し速度が皆同じであれば,各層の厚みの比は基本的に,前述の各パスのクリアランスの比がそのまま反映されたものとなる。ここで,正極用ペーストPおよび負極用ペーストNの押し出し速度をそのままとして,セパレータ用ペーストSのみ,押し出し速度を半分にしたとする。すると,正極層32および負極層33の厚さはほぼそのままで,セパレータ層31の厚さのみほぼ半分にした電極積層体30が得られる。セパレータ用ペーストSの時間当たり吐出量は半減するが,両端の正極用ペーストPおよび負極用ペーストNの押し出し速度に引きずられて引き延ばされたセパレータ層31となるからである。むろん,このような製造を行っている状況でも,前述の理由により各層の厚みは安定している。
第3の特徴は,背景技術欄で述べた捲回方式で電極群を形成する場合と比較してのことである。捲回方式では巻き重ねるシート間に空気中の異物が挟み込まれる可能性が皆無ではないが,本形態の方式ではそのようなことはあり得ないからである。第4の特徴は,金型1からの射出時にすでに3層が積層されていることによる。射出後に各層を重ねて密着させる方式であると,特にペーストの粘度が高い場合に十分な密着性が得られにくいが,本形態ではそのような問題はない。よって,ペースト間の混濁が問題とならない程度に高粘度なペーストを用いつつ,なおかつ層間の密着性も高い電極積層体30が得られる。
本形態では,3層を積層させる例について記載した。しかし本発明は,3層に限らず,さらに多数の層を積層させる場合にも適用可能である。また,積層面の厚み方向ばかりでなく,側面方向に積層箇所を追加したような形態も可能である。
本形態の手法により製造される電極積層体の変形例として,図7に示すものを挙げる。図7の電極積層体40は,正極層42および負極層43をいずれも,断面上で見て櫛歯状の形状となるようにしたものである。正極層42および負極層43は,互いにその複数の櫛歯部46,47が差し込み合うように配置されている。正極層42と負極層43との間のセパレータ層41は,ジグザグ状の形状となっている。このセパレータ層41の存在により,正極層42と負極層43とが直に接触しないようになっている点は前述の電極積層体30の場合と同様である。金型の構造を工夫することで,このような電極積層体40を得ることができる。むろん,電極積層体40における長手方向Lのどの位置でも,図7中の正面に表示されている同じ断面形状である。図7の電極積層体40はさらに,集電端子44,45を有している。ただし集電端子44,45は,正極層42,負極層43,セパレータ層41の射出成形とは別に,その後に取り付けられたものである。
図7に示した電極積層体40では,正極層42と負極層43との対向面積が大きい。正極層42および負極層43の櫛歯形状のためである。このことは,電極積層体40を用いて作製した電池の電池容量が大きいことを意味する。また,その電池の内部抵抗が小さいことを意味する。このため,電極積層体40を用いることにより,特性の優れた電池が得られる。また,図6の電極積層体30でも同様であるが,長手方向Lにおける任意の箇所で切断して,1つの電池用の電極積層体とすることができる。また,櫛歯部46,47の厚さや突出量,セパレータ層41の厚さの安定性が高いことも電極積層体30の場合と同様である。
以上詳細に説明したように本実施の形態によれば,金型1を用いた射出成形により,電極積層体(積層構造体)を製造することとしている。そのための金型1として,第1表層材パス19,芯材パス15,第2表層材パス20の3つのパスが,開口部13の底部24のところで合流する構成のものを用いている。これにより,正極用ペーストPとセパレータ用ペーストSと負極用ペーストNとが底部24のところで出会って3層の積層体をなすと,直ちに外型11から離隔して進行するようになっている。これにより,各層の厚みが安定している電極積層体30,40が得られる積層構造体の製造方法が実現されている。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,開口部13における底部24より外側の部分の形状として,V字溝状の傾斜面22を挙げたが,これに限らない。溝状の傾斜面の代わりに切り欠き状の形状により「下流側に行くほど間隔が広がる」を達成したものであってもよい。
また,前記形態では,芯層がセパレータ層31,41であり,第1表層が正極層32,42であり,第2表層が負極層33,43である電極積層体30,40を対象としたが,対象は電池の電極積層体には限られない。少なくとも3つの層の積層構造である他のものを対象とすることができる。例えば,第1表層および第2表層が導体層であり芯層がそれらの間の絶縁層であるキャパシタ積層体を対象とすることができる。また,キャパシタ積層体以外の種々の電子部品にも適用できる。また,原材料として使用するペーストは,製造する積層構造体の用途に応じて,粉末を分散媒に分散したペーストに限らず,合成樹脂等であってもよい。
1 金型
11 外型
12 内型
15 芯材パス
19 第1表層材パス
20 第2表層材パス
22 V字溝
24 底部(射出口)
30 電極積層体(積層構造体)
31 セパレータ層
32 正極層
33 負極層
40 電極積層体(積層構造体)
41 セパレータ層
42 正極層
43 負極層
46 櫛歯部
47 櫛歯部

Claims (4)

  1. 芯層と,前記芯層の一面側に積層された第1表層と,前記芯層の他面側に積層された第2表層とを有する積層構造体を,射出口が形成されている金型を用いて,前記射出口からの原材料の射出により製造する積層構造体の製造方法において,
    前記金型として,
    前記第1表層の原材料を前記射出口へ向けて搬送する第1表層材搬送路と,
    前記第2表層の原材料を前記射出口へ向けて搬送する第2表層材搬送路と,
    前記芯層の原材料を前記射出口へ向けて搬送する,前記第1表層材搬送路と前記第2表層材搬送路との間に設けられた芯層材搬送路とを有し,
    前記芯層材搬送路と前記第1表層材搬送路と前記第2表層材搬送路とが前記射出口にて合流し,
    その合流箇所より原材料の流れの下流側では,射出された原材料の積層構造体に接しない形状であるものを用い,
    前記第1表層材搬送路と前記第2表層材搬送路と前記芯層材搬送路とにそれぞれの層の原材料である粘性流体を流入させることで,前記射出口から,3種の原材料が層状に積層された積層構造体を射出させることを特徴とする積層構造体の製造方法。
  2. 請求項1に記載の積層構造体の製造方法において,前記金型として,
    前記芯層材搬送路と前記第1表層材搬送路との前記合流箇所での交差角と,
    前記芯層材搬送路と前記第2表層材搬送路との前記合流箇所での交差角とがいずれも45°以下であるものを用いることを特徴とする積層構造体の製造方法。
  3. 請求項1または請求項2に記載の積層構造体の製造方法において,
    前記芯層材搬送路への前記芯層の原材料の供給圧力に対する,前記第1表層材搬送路への前記第1表層の原材料の供給圧力の差を,前記金型の前記合流箇所の上流側における,前記芯層材搬送路と前記第1表層材搬送路との間の箇所の変形耐圧以下とし,かつ,
    前記芯層材搬送路への前記芯層の原材料の供給圧力に対する,前記第2表層材搬送路への前記第2表層の原材料の供給圧力の差を,前記金型の前記合流箇所の上流側における,前記芯層材搬送路と前記第2表層材搬送路との間の箇所の変形耐圧以下として,
    射出を行うことを特徴とする積層構造体の製造方法。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか1つに記載の積層構造体の製造方法において,
    前記金型として,前記射出口が,合流箇所より原材料の流れの下流側では,下流側に行くほど間隔が広がる傾斜面とされているものを用いることを特徴とする積層構造体の製造方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11909083B2 (en) * 2018-12-28 2024-02-20 Xerox Corporation Apparatus and method for forming a multilayer extrusion comprising component layers of an electrochemical cell

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01103421A (ja) * 1987-10-19 1989-04-20 Tomy Kikai Kogyo Kk 多層フィルム成形用の多層ダイ
JPH10151659A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Teijin Ltd マルチマニホールドダイ及び多層フィルムの製造方法
JP2000348712A (ja) * 1999-06-07 2000-12-15 Japan Energy Corp 非水系二次電池用電極の製造装置及びその製造方法
JP2003103547A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Konica Corp 積層セルロースエステルフィルムの製造方法および製造装置
JP2013202811A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Fujifilm Corp 流延方法、フィルム製造方法、流延ダイ、流延装置、フィルム製造設備

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4911628A (en) * 1988-10-05 1990-03-27 American Maplan Corporation Triwall siding apparatus
US5516472A (en) * 1993-11-12 1996-05-14 Strandex Corporation Extruded synthetic wood composition and method for making same
JP3584109B2 (ja) 1996-01-23 2004-11-04 タキロン株式会社 積層樹脂シート押出成形法とその金型
JPH09213347A (ja) 1996-02-02 1997-08-15 Sony Corp アルカリ電池及びその製造方法
KR100280017B1 (ko) 1998-09-16 2001-04-02 장용균 공압출필름의제조장치
JP2000182657A (ja) 1998-12-16 2000-06-30 Toshiba Battery Co Ltd 渦巻き型電池の電極群成形装置
JP4809996B2 (ja) 2001-05-08 2011-11-09 Necエナジーデバイス株式会社 電池
KR101546997B1 (ko) * 2008-09-29 2015-08-24 스트랜덱스 코포레이션 압출된 합성 목재 제조용 다이 및 이와 관련된 방법
JP6064752B2 (ja) 2013-04-02 2017-01-25 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池の電極板の製造方法,非水電解質二次電池の電極体の製造方法,および非水電解質二次電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01103421A (ja) * 1987-10-19 1989-04-20 Tomy Kikai Kogyo Kk 多層フィルム成形用の多層ダイ
JPH10151659A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Teijin Ltd マルチマニホールドダイ及び多層フィルムの製造方法
JP2000348712A (ja) * 1999-06-07 2000-12-15 Japan Energy Corp 非水系二次電池用電極の製造装置及びその製造方法
JP2003103547A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Konica Corp 積層セルロースエステルフィルムの製造方法および製造装置
JP2013202811A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Fujifilm Corp 流延方法、フィルム製造方法、流延ダイ、流延装置、フィルム製造設備

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