JP2017183438A - 電極の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱抵抗、電気抵抗などの増加を抑えるとともに、製造コストを低減し得る電極の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】金属部材７と、金属部材７の表面に設けられるとともに、金属材料又はセラミック材料で被覆された炭素系繊維から成る被覆繊維群５と、を備える電極を製造するための方法である。金属部材７を走行させながら、金属部材７上に被覆繊維群５を供給し、加熱により軟化させた金属部材７の表面に被覆繊維群５を押圧して埋め込む。【選択図】図４

Description

本発明は、金属部材と、前記金属部材の表面に設けられるとともに、金属材料又はセラミック材料で被覆された炭素系繊維から成る被覆繊維群と、を備える電極の製造方法及び製造装置に関する。

一次電池、二次電池、キャパシタなどの電極として、導電性が優れているカーボンナノチューブを用いたものがある。従来、このような炭素系材料であるカーボンナノチューブを用いた電極を製造する方法としては、基板の表面に熱ＣＶＤ法（熱化学気相成長法）により多数のカーボンナノチューブを垂直方向で生成しておき、そしてこれらのカーボンナノチューブ群を、例えば集電体となる金属板の表面に、導電性接着剤を介して転写することにより製造されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１２７７３７号公報

しかし、上記従来の製造方法によると、接着剤を介してカーボンナノチューブを金属板
に接合しているため、カーボンナノチューブを金属板に直接転写させるものに比べて、強
度や耐熱性の点で劣るという問題がある。また、接着剤を用いるため、熱抵抗および電気
抵抗が増加するとともに製造コストが増加するという問題があった。

そこで、本発明は、熱抵抗、電気抵抗などの増加を抑えるとともに、製造コストを低減
し得る電極の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の電極の製造方法は、金属部材と、前記金属部材の表面に設けられるとともに、金属材料又はセラミック材料で被覆された炭素系繊維から成る被覆繊維群と、を備える電極を製造するための方法であって、前記金属部材を走行させながら、前記金属部材上に前記被覆繊維群を供給し、加熱により軟化させた前記金属部材の表面に前記被覆繊維群を押圧して埋め込むことを特徴とする。

上記電極の製造方法によれば、被覆繊維群を金属部材の表面に押圧して埋め込むことにより電極を製造するようにしたため、例えば接着剤を用いて転写させるものに比べて、熱抵抗および電気抵抗の面で有利であるとともに製造コストも低減できる。また、金属部材へ被覆繊維群を埋め込む際に、金属部材を走行させながら被覆繊維群を供給して、被覆繊維群を金属部材の表面に埋め込むこととしたため、連続的に低コストで電極を製造することができるだけでなく、バッチ処理では製造不可能な長尺の電極を形成することが可能となる。

なお、埋め込む工程において、炭素系繊維から成る繊維群をそのまま金属部材とともに加熱すると、繊維群が大気中の酸素あるいは金属部材と反応して消失するおそれある。しかし、本発明の製造方法によれば、繊維群は被覆層により保護されるため、加熱による消失を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る電極の製造方法を説明する模式図である。 同製造方法を説明する模式図である。 同製造方法を説明する模式図である。 同製造方法を説明する模式図である。 同製造方法の別の態様を説明する模式図である。 同製造方法のさらに別の態様を説明する模式図である。 本発明の実施の形態２に係る電極の製造方法を説明する模式図である。 同製造方法の別の態様を説明する模式図である。 本発明の実施の形態３に係る電極の製造方法を説明する模式図である。 同製造方法の別の態様を説明する模式図である。 同製造方法のさらに別の態様を説明する模式図である。 本発明の実施の形態４に係る電極の製造方法を説明する模式図である。 同製造方法のメカニズムを説明する拡大模式図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る電極の製造方法を、図１〜６を参照しながら説明する。本実施の形態では、炭素系材料から成る繊維、すなわち炭素系繊維として、垂直配向のカーボンナノチューブを用いた場合について説明する。

（繊維群の形成）
まず、例えばステンレス製の箔１ａと、箔１ａの表面に形成されたシリコン膜１ｂとで構成されるシート状基板１を準備する。そして、この基板１の表面（シリコン膜１ｂ）にカーボンナノチューブを成長させるための触媒粒子を担持させておき、そしてこの触媒粒子を担持した表面に、熱ＣＶＤ法（熱化学気相成長法）を用いて、図１に示すように、当該表面に所定高さのカーボンナノチューブ２を略垂直方向で多数成長させて繊維群３を形成する。基板１の厚さは、少なくともロール状にすることが可能な程度に薄く、例えば０．１μｍ〜１００μｍ程度である。

この繊維群３は、基板１の表面に担持された触媒粒子を核として、カーボンナノチューブ２が基板１に対して垂直方向に生成されることにより形成されたものである。カーボンナノチューブ２の生成は、所定の真空下で且つ所定温度の真空容器内にアセチレンガスなどのカーボンナノチューブ生成用ガスが供給されることによって行われる。熱ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブの生成については、公知の技術であるため、詳しい説明は省略する。なお、繊維群３については、熱ＣＶＤ法以外に、例えばアーク放電法、レーザ蒸発法などにより形成することができる。

また、このカーボンナノチューブ２は、電極用材料として用いられるため、導電性能向上の観点から、垂直に配向されたものが用いられるとともに、高密度でもって形成されている。例えば、このカーボンナノチューブ２の形状については、太さが５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とされるとともに長さが１μｍ〜１０００μｍの範囲とされ、また密度としては、１０^９本／ｃｍ^２以上とされるのが好ましい。

（繊維群の被覆）
次に、図２に示すように、カーボンナノチューブ２の外面の略全体を被覆層４で被覆して、被覆繊維群５を形成する。この被覆層４の厚さは、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とされ、例えば１０ｎｍとされる。この被覆層４の形成方法（所謂、コーティング法である）としては、例えば、真空熱蒸着による方法、スパッタリング法、ゾルゲル法などが用いられる。

この被覆層４は金属材料又はセラミック材料であって、例えば、シリコン、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、マンガン、タンタル、亜鉛、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、錫、鉛、銅、パラジウム、イリジウム、白金および金のうちいずれかの元素、若しくはこれらのうち２種以上の元素から成る化合物、若しくはこれらの複合酸化物、またはこれらの複合炭化物が用いられる。

被覆層４の形成に金属材料を用いると、その金属材料の一部がカーボンナノチューブ２と反応して、炭化金属にて構成されたセラミック層が、カーボンナノチューブ２の表面に形成される。そして、セラミック層の外面に、金属材料の層が形成される。被覆層４は、後述の高温の転写工程の際のカーボンナノチューブ２の酸化等を防止するために使用されるものであって、ある程度の耐熱性が要求される。そのため、金属層よりも融点が高いセラミック材料の層を残して、その外側に形成される金属材料の層を溶け落とすようにしても良い。

（基板のセット）
次に、図３に示すように、被覆繊維群５が形成された基板１をロール状にして電極の製造装置６ａにセットする。この製造装置６ａは、第１供給リール６１と、第１押圧ロール６２と、第１巻取リール６３と、第２供給リール６４と、第２押圧ロール６５と、第２巻取リール６６と、ヒータ６７と、を備える。

まず、製造装置６ａの各構成について説明する。第２供給リール６４は、ロール状に巻かれた金属箔７を繰り出すことによって、金属箔７を走行させる走行装置である。第１供給リール６１は、ロール状に巻かれた基板１を繰り出して、走行する金属箔７上に被覆繊維群５を供給する供給装置である。

ヒータ６７は、被覆繊維群５が供給された金属箔７が走行する経路に加熱領域Ｈを形成する加熱装置である。具体的には、ヒータ６７は、例えば、赤外ランプであって、第１供給リール６１と第１巻取リール６３との間、及び第２供給リール６４と第２巻取リール６６との間にそれぞれ設けられている。加熱領域Ｈの温度は、金属の液相が存在することなく金属箔７の材料に被覆繊維群５を転写するために必要な変形能を金属箔７が発現する温度である。この温度は、一般的には金属原子の拡散を伴う回復、再結晶現象により加工硬化がほぼ消失する温度の目安とされるＴｍ／２（Ｔｍ：絶対温度で表した融点）から融点または固相線温度までの間である。具体的にはこれらの範囲内で他の諸条件を考慮して決定される。

第１押圧ロール６２、及び第２押圧ロール６５は、加熱領域Ｈ内で、被覆繊維群５を金属箔７の表面に押圧して埋め込む押圧装置である。具体的には、第１押圧ロール６２は、第１供給リール６１と第１巻取リール６３との間で、かつ、加熱領域Ｈの内部に設けられている。また、第２押圧ロール６５は、第２供給リール６４と第２巻取リール６６との間で、かつ加熱領域Ｈの内部に設けられている。第１及び第２押圧ロール６２、６５は、紙面上下方向に移動することによって、基板１及び金属箔７に対して押圧することが可能となる。

第１巻取リール６３は、基板１が走行する経路において、加熱領域Ｈよりも下流側で基板１を巻き取る装置である。第２巻取リール６６は、金属箔７が走行する経路において、加熱領域Ｈよりも下流側で金属箔７を巻き取る装置である。これらの巻取リール６３、６６は、いずれも、供給リール６１、６３から繰り出された基板１、金属箔７を再びロール状にして回収するために用いられる。

次に、この製造装置６ａの具体的な使用方法を説明する。まず、基板１をロール状にして第１供給リール６１及び第１巻取リール６３にセットすることで、所定の張力で維持する。第１供給リール６１及び第１巻取リール６３が回転することによって、基板１を図３の紙面右方向に走行させることができる。

また、電極の材料となる金属箔７についても、ロール状にして第２供給リール６４及び第２巻取リール６６にセットすることで所定の張力で維持する。この金属箔７の厚さは、少なくともロール状にすることが可能な程度に薄く、例えば、０．１μｍ〜１００μｍである。ここで、基板１の表面に形成された被覆繊維群５が、金属箔７と向かい合うようにしておく。第２供給リール６４及び第２巻取リール６６が回転することによって、金属箔７を図３の紙面右方向に走行させることができる。金属箔７の材料については、集電体の機能を有するものであればよく、例えば銅、アルミニウム、チタン、鉄、マグネシウムなどが用いられる。

（被覆繊維群の転写）
図４は、ヒータ６７が加熱領域Ｈを形成しながら、基板１及び金属箔７を互いに同じ速さで紙面右方向に走行させつつ、加熱領域Ｈの内部で押圧ロール６２、６５が基板１及び金属箔７に対して押圧する様子を示す模式図である。加熱領域Ｈの内部で押圧が行われることによって、被覆繊維群５が金属箔７の表面に連続的に埋め込まれる。

押圧力については、金属箔７を加熱して軟化させた状態で、被覆繊維群５を金属箔７に埋め込むことができるような圧力であり、概略、１Ｎ／ｍｍ^２〜５０Ｎ／ｍｍ^２の範囲である。この押圧力は、金属箔の材質や温度によって変化するが、好ましい範囲としては、２０Ｎ／ｍｍ^２〜３０Ｎ／ｍｍ^２の範囲である。さらに、金属箔７を走行させる速度としては、毎分０．１〜１ｍ程度が、被覆繊維群５が金属箔７に埋め込まれるのに十分な速度である。

上記作用を詳しく説明すると、加熱して軟化した金属箔７に被覆繊維群５を押圧すると、両者の界面で金属箔７表面が変形し、わずかに被覆繊維群５の先端が金属箔７の内部に埋め込まれた状態となる。これにより、金属箔７と被覆繊維群５との接触面積が増大する。すなわち、アンカー効果による結合力とファンデルワールス力による結合力とにより、両者が強固に結合することになる。その後、必要に応じて、図５に示すようにカッター６８を備える製造装置６ｂを用いて、このカッター６８で被覆繊維群５の根元を基板１から切り離すようにすればよい。これにより、金属箔７の表面に被覆繊維群５を備える電極を製造することができる。

ここで、加熱領域Ｈの温度によるが、基板１については金属箔７よりも融点が高いため、加熱領域Ｈの内部では軟化しにくく、基板１に被覆繊維群５は埋め込まれにくい。そのため、基板１と被覆繊維群５との接触面積は、金属箔７と被覆繊維群５との接触面積と比較して小さくなる。したがって、金属箔７と被覆繊維群５との結合力が、基板１と被覆繊維群５との結合力を上回って、被覆繊維群５は、基板１から金属箔７へと転写される、すなわち、移し変えられる。この場合はカッター６８が無くとも、被覆繊維群５を基板１から金属箔７へ転写することが可能である。勿論、カッター６８が用いられてもよい。

一方で、加熱領域Ｈの温度が高く、基板１を軟化させる温度以上である場合は、被覆繊維群５が基板１に埋め込まれて、被覆繊維群５と基板１とが強固に結合してしまう場合がある。この場合は、図５に示すように、カッター６８を備える製造装置６ｂを用いて、このカッター６８で被覆繊維群５の根元を基板１から切り離すようにすればよい。また、転写する際に被覆繊維群５が破断してしまうような場合においても、カッター６８で切り離すようにすればよい。

本実施の形態に係る電極の製造方法によれば、被覆繊維群５を金属箔７の表面に押圧して転写することにより電極を製造するようにしたので、例えば接着剤を用いて転写させるものに比べて、熱抵抗および電気抵抗の面で有利であるとともに製造コストも低減できる。また、基板１から金属箔７へ被覆繊維群５を転写する際に、被覆繊維群５を走行させながら被覆繊維群５を供給して転写を行うこととしたため、連続的に低コストで電極を製造することができるだけでなく、バッチ処理では製造不可能な長尺の電極を形成することが可能となる。

なお、転写工程において、カーボンナノチューブ２から成る繊維群をそのまま金属箔７とともに加熱すると、繊維群が大気中の酸素あるいは金属箔７と反応して消失するおそれがある。しかし、この製造方法によれば、繊維群は被覆層４により保護されるので、加熱による消失を防止することができる。

ところで、加熱領域Ｈを形成する加熱装置として、ヒータ６７を用いる態様を述べたが、これに限られず、他の加熱装置を用いてもよい。図６に示す電極の製造装置６ｃは、加熱装置としてヒータ６７（図３、４及び５参照）を備える代わりに、第２押圧ロール６５にパルス電流を加える電源６７ｃを備える。

具体的には、第１押圧ロール６２をアースした状態で、第２押圧ロール６５にパルス通電を行う。これにより、電源６７ｃから供給される電流が、第２押圧ロール６５、金属箔７、被覆繊維群５、基板１、第１押圧ロール６２の順番に通過していき、この通電による抵抗発熱によって金属箔７を加熱することができる。

ただし、シリコン膜１ｂが形成される箔１ａ（図１、２参照）は、導電材料である必要がある。シリコン膜１ｂは、導電性を向上させるため、例えばＮ型又はＰ型などの不純物をドープすることが好ましい。また、第１押圧ロール６２、及び第２押圧ロール６５は、金属等の導電材料であるか、若しくは、表面にグラファイト層等の導電層が形成される。

この場合、加熱領域Ｈｃは、図４及び５に示す加熱領域Ｈよりも小さくなる。そのため、加熱領域Ｈｃを集中的に短時間で形成することができ、加熱効率が良いという利点がある。なお、電源６７ｃは、パルス通電を加えるものに限定されず、連続通電を行うものであってもよい。

ところで、本実施の形態に係る基板１は、図１及び２に示すように、箔１ａとシリコン膜１ｂとで構成される態様であるが、本発明はこの態様に限られない。箔１ａにシリコン膜１ｂが形成されず、箔１ａに直接カーボンナノチューブ２が生成されるようにしてもよい。ただし、この場合、箔１ａは、カーボンナノチューブ２を生成するときに、熱によって触媒粒子と反応しない材料である必要がある。触媒粒子と反応しない材料としては、例えばシリコンが挙げられるが、シリコンは箔形状にすることが困難である。そのため、箔１ａとシリコン膜１ｂとで構成された基板１を採用することが好ましい。後述する実施の形態２においても、同じことが言える。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る電極の製造方法について、図７及び８を参照しながら説明する。以下、実施の形態１に係る電極の製造方法と共通する点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。

実施の形態１に係る電極の製造方法では、基板１を製造装置６ａにセットするよりも以前に、図２に示すように、予めカーボンナノチューブ２を被覆層４で被覆して、基板１に被覆繊維群５を形成する態様を述べた。これに対して、実施の形態２に係る電極の製造方法では、図７に示すように、カーボンナノチューブ２が被覆されていない状態で、基板１を製造装置６ｄにセットし、基板１を走行させながらカーボンナノチューブ２を被覆して被覆繊維群５を形成することとしている。

実施の形態２に係る電極の製造装置６ｄは、実施の形態１に係る製造装置６ａ（図３、４及び５参照）に加えて、被覆装置６９をさらに備える。被覆装置６９は、基板１を走行させながら、カーボンナノチューブ２を被覆層４で被覆して被覆繊維群５を形成するために使用される。被覆装置６９は、金属箔７が走行する経路において、加熱領域Ｈよりも上流側に配置されている。また、被覆装置６９は、第１供給リール６１と第１巻取リール６３との間でに配置される。

被覆装置６９は、真空熱蒸着法による被覆方法を採用する場合は、真空チャンバ６９１と、真空チャンバ６９１の内部を真空状態にする真空ポンプ６９２と、例えば基板１のシリコン膜１ｂ（図１及び２参照）等の蒸着源（被覆材料）を蒸着させるために必要な加熱部６９３とを含む。ここで、真空チャンバ６９１における基板１の出入口には、基板１を走行させながら真空チャンバ６９１内の真空を維持する手段、例えばＡＴＶ６９４が設けられている。

本実施の形態に係る電極の製造方法によれば、被覆層４によるカーボンナノチューブ２の被覆と、被覆繊維群５の金属箔７への転写（埋め込み）とをまとめて行うこととしている。そのため、カーボンナノチューブ２の被覆と、被覆繊維群５の転写とを分けて行う実施の形態１に係る電極の製造方法と比較して、より生産性を向上させることができる。

ここで、十分な厚みの被覆層４（例えば１０ｎｍ）を形成するために、真空チャンバ６９１の寸法を適宜設計する必要がある。また、図８に示すように、迂回ロール６９５を設けて、カーボンナノチューブ２に十分な厚みの被覆層４を形成するまで、基板１を真空チャンバ６９１の内部で所要の距離を迂回させるようにしても良い。なお、図８に示す電極の製造装置６ｆは、迂回ロール６９５を３個備えているが、３個に限られず、迂回させる経路に応じて迂回ロール６９５の数を調整すればよい。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る電極の製造方法について、図９〜１１を参照しながら説明する。以下、実施の形態１に係る電極の製造方法と共通する点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。

実施の形態１に係る電極の製造方法では、図１に示すように、基板１にカーボンナノチューブ２を生成して、これを被覆して被覆繊維群５を形成し、この被覆繊維群５を基板１から金属箔７へ転写する態様を述べた。これに対して、実施の形態３に係る電極の製造方法では、図９に示すように、基板から独立した（切り離された）被覆繊維群５を使用する。

また、実施の形態３に係る電極の製造装置６ｇは、第１供給リールを備えず、基板がセットされない。代わりに、金属箔７上に、基板から独立した被覆繊維群５を供給する供給路６１ｇを備える。すなわち、金属箔７上に被覆繊維群５を供給する供給装置として、供給路６１ｇが使用されている。供給路６１ｇは傾斜しており、その底部は、走行している金属箔の経路の近傍に位置する。そのため、被覆繊維群５がこの供給路６１ｇ上を滑って、走行している金属箔７上に被覆繊維群５を供給することが可能となる。また、製造装置６ｇは、基板を巻き取る第２巻取リールを備えない点で他の実施の形態に係る製造装置と異なる。

基板から独立した被覆繊維群５は、例えば、図１及び２に示すように、基板１やシリコン基板上にカーボンナノチューブ２を生成して、被覆層４で被覆して被覆繊維群５を形成した後に、予め被覆繊維群５の根元をカッター等で切り離すことによって得られる。この独立した被覆繊維群５を、加熱領域Ｈよりも上流側における金属箔７の表面に供給する。

被覆繊維群５を金属箔７上に供給した時点では、被覆繊維群５が金属箔７上に載っている状態に過ぎないため、容易に外れてしまうこととなる。そこで、図９に示すように、金属箔７を加熱して軟化させた状態で、金属箔７上に供給された被覆繊維群５を、金属箔７の表面に第１及び第２押圧ロール６２、６５で押圧する。これにより、被覆繊維群５が金属箔７の表面に埋め込まれ、被覆繊維群５と金属箔７とを強固に結合することができる。

なお、第１及び第２押圧ロール６２、６５で押圧すると、被覆繊維群５が第２押圧ロール６５からの回転力を受けて、金属箔７上をスライドして第２押圧ロール６５の上流側に堆積し、金属箔７の表面に埋め込まれないおそれがある。これを考慮して、図１０に示す製造装置６ｈは、押圧ロール６２、６５の代わりに第１押圧ラム６２ｈ及び第２押圧ラム６５ｈを備えている。

この第１及び第２押圧ラム６２ｈ、６５ｈは、押圧ロールと異なり、平坦な領域を有する。この平坦な領域が被覆繊維群５を金属箔７に押圧する。また、金属箔７の走行動作は、間欠的に行われる。その走行動作が停止している状態で、第２押圧ラム６５ｈを金属箔７に向かって降下させることによって、金属箔７の表面に被覆繊維群５を押圧する。押圧が完了した後は、第２押圧ラム６５ｈを上方に移動させて押圧を解除し、金属箔７の走行動作を行い、停止させた後に再び第２押圧ラム６５ｈを降下させる。この動作を繰り返すことによって、次々に被覆繊維群５を金属箔７の表面に埋め込んでゆく。

図１０に示す第１及び第２押圧ラム６２ｈ、６５ｈでは、平坦な領域で被覆繊維群５を金属箔７に押圧するため、被覆繊維群５が押圧ロールからの回転力を受けて、金属箔７上でスライドして第２押圧ロール６５の上流側に堆積することを防止できるため、適切に被覆繊維群５を金属箔７の表面に埋め込むことが可能となる。なお、他の実施の形態においても、押圧装置として押圧ロール６２、６５を使用する態様を述べたが、これに限られず、図１０に示す押圧ラム６２ｈ、６５ｈのような押圧装置を使用してもよい。

ところで、実施の形態３では、カーボンナノチューブ２が基板１の表面に垂直に成長された垂直配向性のものである場合について説明したが、これに限られない。例えば、図１１に示すように、カーボンナノチューブを粉末状にした被覆繊維群５ｉを用いてもよい。この場合でも、被覆繊維群５ｉの一部は、金属箔７の表面に略垂直方向で接触する状態となっており、金属箔７の表面に喰い込むようにされている。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る電極の製造方法について、図１２を参照しながら説明する。以下、実施の形態１に係る電極の製造方法と共通する点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。

実施の形態１に係る電極の製造方法では、図３及び４に示すように、基板１を第１供給リール６１及び第１巻取リール６３にセットして維持する態様を述べた。これに対して、実施の形態４に係る電極の製造方法では、基板１の代わりに、第１金属箔７１を第１供給リール６１及び第１巻取リール６３にセットして維持する。第１金属箔７１上には、被覆繊維群５が設けられている。第１金属箔７１上に被覆繊維群５を設ける具体的な方法としては、予めシリコン膜１ｂ（図１及び２参照）上に形成した被覆繊維群５の根元を基板１からカッター等で切り離し、その被覆繊維群５を第１金属箔７１上に供給する方法等が考えられる。ここで、第２供給リール６４及び第２巻取リール６６にセットされる金属箔を第２金属箔７２とする。すなわち、実施の形態４に係る電極の製造方法では、第１及び第２金属箔７１、７２の２つの金属箔がセットされている。なお、実施の形態４に係る製造装置の構成は、実施の形態１に係る製造装置６ａと同じである。

実施の形態１では、基板１の融点は金属箔７と比較して高いため、加熱領域Ｈにおいて押圧されても被覆繊維群５が埋め込まれない旨を説明した。これに対して、実施の形態４では、基板１の代わりに第１金属箔７１がセットされているため、被覆繊維群５は、加熱領域Ｈで押圧されることによって、第１金属箔７１及び第２金属箔７２の両方に埋め込まれることとなる。この状態で、第１金属箔７１と第２金属箔７２とが離間するときにカッター６８で被覆繊維群５を分断することによって、被覆繊維群５は、第１金属箔７１の表面に設けられるものと、第２金属箔７２の表面に設けられるものとに二分される。

なお、被覆繊維群５を二分する際には、カッター６８が用られなくともよい。例えば、被覆繊維群５の膜厚を意図的に厚い箇所と薄い箇所とに分布させれば、第１金属箔７１と第１金属箔７２とを離間させるだけで被覆繊維群５を二分することも可能である。図１３は、被覆繊維群５が二分される様子の一例を示す拡大図である。垂直配向のカーボンナノチューブ２を被覆群４で被覆するときに、高さ方向における中央部分の膜厚を薄くすれば、被覆繊維群５は、その中央部分で二分されやすくなる。そのため、第１金属箔７１及び第２金属箔７２と被覆繊維群５との結合力が強く、被覆繊維群５を二分するのに必要な力を上回る場合、被覆繊維群５は、第１金属箔７１の表面に設けられるものと、第２金属箔７２の表面に設けられるものとに二分されることとなる。

高さ方向における中央部分の膜厚を薄くする方法としては、例えば、図２に示すように被覆層４を形成するために真空蒸着を行う場合において、カーボンナノチューブ２の根本や先端の近くにのみ蒸着源を設置する方法などが考えられる。例えば、蒸着源の材料がシリコンである場合、カーボンナノチューブ２の根元に設けられるシリコン膜１ｂが蒸着源となる。さらに、カーボンナノチューブ２の先端にもシリコンを設置する必要がある。カーボンナノチューブ２の根本や先端に蒸着源があると、蒸着源の近傍部分の膜厚が必然的に厚くなり、中央部分の膜厚は薄くなるからである。

実施の形態４に係る電極の製造方法によれば、金属箔の表面に被覆繊維群５が設けられた電極を２つ同時に形成することができる。そのため、実施の形態１に係る電極の製造方法と比較して、より生産性を向上させることが可能となる。

なお、実施の形態１〜４においては、炭素系繊維として、カーボンナノチューブを用いる場合について説明したが、高比表面積または高導電性を有する材料であればよく、具体的には、カーボンファイバーを用いてもよい。

また、金属箔７を走行させる走行装置として、第２供給リール６４及び第２巻取リール６６を使用した場合を述べたが、これに限られない。また、０．１μｍ〜１００μｍ程度の金属箔７を用いる態様を述べたが、これに限られず、他の形状の金属部材を用いてもよい。例えば、走行装置として、第２供給リール６４及び第２巻取リール６６の代わりにコンベヤを採用し、そのコンベヤによって、厚さが１００μｍ以上の金属板を走行させる態様としてもよい。

また、被覆繊維群５の金属箔７への転写（埋め込み）は、大気中、不活性ガス中、真空中のいずれでも可能であるが、金属を加熱して軟化させる際に表面が酸化されやすい金属を用いる場合は、不活性ガス中もしくは真空中で行うのが望ましい。

１ 基板
２ カーボンナノチューブ
３ 繊維群
４ 被覆層
５ 被覆繊維群
６ａ〜６ｈ 製造装置
６１ 第１供給リール
６２ 第１押圧ロール
６３ 第１巻取リール
６４ 第２供給リール
６５ 第２押圧ロール
６６ 第２巻取リール
６７ ヒータ
Ｈ 加熱領域

Claims (8)

1. 金属部材と、
   前記金属部材の表面に設けられるとともに、金属材料又はセラミック材料で被覆された炭素系繊維から成る被覆繊維群と、を備える電極を製造するための方法であって、
   前記金属部材を走行させながら、前記金属部材上に前記被覆繊維群を供給し、加熱により軟化させた前記金属部材の表面に前記被覆繊維群を押圧して埋め込む
   ことを特徴とする電極の製造方法。
2. 表面に被覆繊維群が生成されるとともにロール状に巻かれたシート状の基板を繰り出すことによって、前記金属部材上に前記被覆繊維群を供給し、
   前記金属部材は、ロール状に巻かれた状態から繰り出されることによって走行するとともに、表面に前記被覆繊維群が埋め込まれた後に巻き取られる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極の製造方法。
3. 表面に繊維群が生成されるとともにロール状に巻かれたシート状の基板を繰り出した後に、前記繊維群を被覆して前記被覆繊維群を形成し、
   引き続き前記基板を繰り出すことによって、前記金属部材上に前記被覆繊維群を供給し、
   前記金属部材は、ロール状に巻かれた状態から繰り出されることによって走行するとともに、表面に前記被覆繊維群が埋め込まれた後に巻き取られる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極の製造方法。
4. 前記金属部材を、通電によって加熱する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電極の製造方法。
5. 金属部材と、
   前記金属部材の表面に設けられるとともに、金属材料又はセラミック材料で被覆された炭素系繊維から成る被覆繊維群と、を備える電極を製造するための装置であって、
   前記金属部材を走行させる走行装置と、
   前記走行装置によって走行している前記金属部材上に、前記被覆繊維群を供給する供給装置と、
   前記被覆繊維群が供給された前記金属部材が走行する経路に加熱領域を形成する加熱装置と、
   前記加熱領域内で、前記被覆繊維群を金属部材の表面に押圧して埋め込む押圧装置と、を備える
   ことを特徴とする電極の製造装置。
6. 前記供給装置は、表面に被覆繊維群が生成されるとともにロール状に巻かれたシート状の基板を繰り出す第１供給リールであり、
   前記走行装置は、ロール状に巻かれた状態の前記金属部材を繰り出す第２供給リールであり、
   前記金属部材が走行する経路において、前記加熱領域よりも下流側で前記金属部材を巻き取る巻取リールをさらに備える
   ことを特徴とする請求項５に記載の電極の製造装置。
7. 前記供給装置は、表面に繊維群が生成されるとともにロール状に巻かれたシート状の基板を繰り出す第１供給リールであり、
   前記走行装置は、ロール状に巻かれた状態の前記金属部材を繰り出す第２供給リールであり、
   前記金属部材が走行する経路において、前記加熱領域よりも下流側で前記金属部材を巻き取る巻取リールと、
   前記金属部材が走行する経路において、前記加熱領域よりも上流側で前記繊維群を被覆して前記被覆繊維群を形成する被覆装置と、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項５に記載の電極の製造装置。
8. 前記加熱装置は、前記押圧装置に通電を行うことによって前記加熱領域を形成する
   ことを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の電極の製造装置。
   

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