JP2022129905A - 複合電極の製造方法および複合電極の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】歩留り及び材料効率が高い複合電極の製造方法、及びその装置を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、基材と該基材上に設けられた絶縁性繊維膜とを具備する複合電極の製造方法が提供される。当該製造方法は、帯形状の基材にプライマー溶液を塗布することと、帯電させた原料液を、上記基材の側面と交差する主面に平行な方向に噴出して上記基材上に堆積させることにより上記基材の主面上に絶縁性繊維膜を形成することと、を含む。【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態は、複合電極の製造方法、及び複合電極の製造装置に関する。
エレクトロスピニング法(電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある)により、微細なファイバーを収集体又は基材の表面に堆積させ、ファイバーの膜を形成する電界紡糸装置がある。一例の電界紡糸装置には、電界紡糸ヘッドが設けられ、電界紡糸ヘッドは、ヘッド本体と、ヘッド本体の外周面から突出するノズルと、を備える。電界紡糸ヘッドでは、ヘッド本体の内部に原料液を収納可能な収納空洞が形成される。また、ノズルの内部には、収納空洞と連通する流路(ノズル流路)が形成され、ノズルにおいてヘッド本体からの突出端には、流路の噴出口が形成される。ノズル(電界紡糸ヘッド)と収集体又は基材との間に電圧を印加することにより、流路の噴出口から原料液を収集体又は基材の表面に向かって噴出させ、ファイバーを収集体又は基材の表面に堆積させる。
こうして形成されるファイバーの膜の用途として、例えば、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられるセパレータ等の、電気的絶縁性が求められる分離膜が知られている。また、携帯電子機器等の普及から、蓄電装置の小型化が望まれている。エレクトロスピニング法において収集体又は基材の表面に向かって噴出されるファイバーは、一定以上の広い範囲に亘って堆積する。そのため、エレクトロスピニング法で得られる膜を小型の蓄電装置へ適用するにあたって、さらなる加工を要したり材料の無駄が生じたりしていた。そのため、小寸法の膜の形成について、生産効率や材料効率の改善が望まれている。
実施形態は、歩留り及び材料効率が高い複合電極の製造方法、及びその装置を提供することを目的とする。
実施形態によれば、基材と該基材上に設けられた絶縁性繊維膜とを具備する複合電極の製造方法が提供される。当該製造方法は、帯形状の基材にプライマー溶液を塗布することと、帯電させた原料液を、上記基材の側面と交差する主面に平行な方向に噴出して上記基材上に堆積させることにより上記基材の主面上に絶縁性繊維膜を形成することと、を含む。
他の実施形態によれば、複合電極の製造装置が提供される。当該製造装置は、帯形状の基材を搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、上記基材にプライマー溶液を塗布する塗布機と、原料液を噴出する噴出口と連通する流路の流れ方向が上記基材の側面と交差する主面と平行に設けられた電界紡糸ユニットと、を具備する。塗布機は、上記搬送経路の第1位置において上記基材にプライマー溶液を塗布する。電界紡糸ユニットは、上記搬送経路の第1位置よりも下流の、上記搬送経路の第2位置に設けられている。
実施形態に係る製造方法は、帯形状を有する基材と該基材上に設けられた絶縁性繊維膜とを具備する複合電極を製造する方法である。この製造方法は、帯形状の基材にプライマー溶液を塗布することと、基材の主面上に絶縁性繊維膜を形成することと、を含む。絶縁性繊維膜は、帯電させた原料液を、基材の側面と交差する主面に平行な方向に噴出して基材上に堆積させることにより、基材の主面上に形成する。
実施形態に係る製造装置は、上記複合電極の製造装置であって、上記製造方法により複合電極を製造する装置である。製造装置は、搬送機構と、塗布機と、電界紡糸ユニットと、を具備する。上記搬送機構は、帯形状の基材を搬送経路に沿って搬送する。塗布機は、搬送経路の第1位置において、基材にプライマー溶液を塗布する。電界紡糸ユニットは、搬送経路における第1位置よりも下流の第2位置に設けられている。電界紡糸ユニットは、原料液を噴出する噴出口と連通する流路の流れ方向が基材の側面と交差する主面と平行に設けられている。
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態に係る複合電極の製造装置の一例を概略的に示す斜視図である。図示する例の製造装置1は、巻解機20と、塗布機30aと、電界紡糸ユニットとして電界紡糸ノズル412を含む電界紡糸機40aと、乾燥炉50と、プレス機60と、巻取機70と、複数のガイドローラー90とを備えている。この製造装置1では、巻解機20、巻取機70、及び複数のガイドローラー90により基材8を搬送経路100に沿って搬送する搬送機構が構成されている。
巻解機20は、リール21を備えている。リール21には、基材8がロール状に巻かれる。巻解機20では、電動モーター等の駆動部材(図示しない)を駆動することにより、リール21が回転する。回転により、リール21に巻かれた基材8が、巻き解かれる。そして、巻き解かれた基材8は、搬送経路100に繰り出される。
巻取機70は、リール71を備えている。巻取機70では、電動モーター等の駆動部材(図示しない)を駆動することにより、リール71が回転する。これにより、搬送経路100に沿って搬送された基材8が、リール71によってロール状に巻き取られる。
製造装置1では、リール21を回転させると同時にリール71を回転させることにより、巻解機20から巻取機70へ、搬送経路100に沿って基材8が搬送される。なお、巻解機20から巻取機70へ基材8をガイドするガイドローラー90の数および配置は、図示するものに限られない。また、巻解機20から巻取機70までの搬送経路100における折れ曲がり部分や折り返し部分の数および配置は、図示するものに限定されない。
図1では、巻解機20より繰り出された基材8が、搬送経路100上の製造装置1の各部位を連続的に通過して、最終的に巻取機70にて巻き取られるロール-to-ロール方式の装置の一例を示しているが、実施形態は(製造方法および製造装置ともに)このような連続的な方式に限定されない。例えば、下流にて具体的に説明する枚葉方式により基材8上への絶縁性繊維膜の形成が行われ得る。
基材8は、帯形状を有する。基材8の帯形状は、例えば、2mm以上6mm以下の短辺幅を有する。基材8は、導電性の箔であることが好ましい。基材8は、誘電体層として機能する酸化被膜がその表面に化学的に形成された導電性の箔であることがより好ましい。一例では、基材8は、酸化アルミニウム被膜で被覆されているアルミニウム箔である。基材は、例えば、50μm以上200μm以下の厚みを有し得る。
基材8の搬送経路100の巻解機20より下流の搬送経路100の第1位置3aには、塗布機30aが設置されている。塗布機30aは、基材8にプライマー溶液300を塗布する。
図示する例では、第1位置3aにおいて、ディップ方式により基材8にプライマー溶液300が塗布される態様を示している。図2にて、このようなディップコート法による基材8のプライマー処理をより具体的に示す。
図2は、この態様にて第1位置3aにおける基材8へのプライマー溶液300の塗布をより詳細に示す概略断面図である。第1位置3aに設置されている塗布機30aは、容器31を具備する。容器31は、基材8が通過する空間を規定しており、且つ、プライマー溶液300を収容することが可能である。図示する例では、塗布機30aは、一対のメタリングロール32をさらに具備している。第1位置3aにおいて、プライマー溶液300の中を基材8が一旦通過した後にプライマー溶液300から引き上げられるように、ガイドローラー90が配置されている。また、ガイドローラー90は、プライマー溶液300から引き上げられた基材8がメタリングロール32の間を通過するように配置されている。
第1位置3aにおいて、搬送経路100に沿って搬送される途中で基材8がプライマー溶液300中を潜ることでプライマー溶液300が基材8の表面に塗布されて、基材8を被覆するプライマー被膜81が形成される。プライマー被膜81で被覆された基材8は、一対のメタリングロール32の間を通過し、それにより余剰のプライマー溶液300を取り除き、均一なプライマー被膜81が形成される。
プライマー溶液300は、例えば、エチレングリコール及びγ-ブチロラクトンからなる群より選択される1以上を含む。その他、プライマー溶液300としてコンデンサ又はキャパシタに用いられる電解液の溶媒として汎用されている有機溶媒が使用され得る。このような有機溶媒の例として、エチレングリコールモノメチルエーテル、グリセリン、及びN-エチルホルムアミド等を挙げることができる。
塗布機30aの容器31は、プライマー溶液300に対する耐性を有する材料、例えば、合成樹脂材料から形成される。
実施形態に係る製造方法および製造装置では、上述したディップ方式の代わりに、スプレー方式による基材8へのプライマー溶液300の塗布を採用することもできる。図3にて、このようなスプレーコート法による基材8のプライマー処理を示す。
図3は、スプレー方式の態様による、基材8へのプライマー溶液300の塗布を示す概略断面図である。第1位置3bには、基材8の搬送経路100を規定するガイドローラー90に加え、基材8へ向かってプライマー溶液300を噴霧するスプレーノズル33及びプライマー供給源34を備えた噴霧器を具備する塗布機30bが配置される。
スプレーノズル33には、プライマー供給源34からプライマー溶液300が供給される。プライマー供給源34は、プライマー溶液収容タンク341、プライマー供給駆動部342、プライマー供給調整部343及びプライマー供給配管345を備える。プライマー溶液収容タンク341、プライマー供給駆動部342、プライマー供給調整部343及びプライマー供給配管345のそれぞれは、プライマー溶液300に対するに耐性を有する材料から形成される。噴霧器は、プライマー供給駆動部342の駆動およびプライマー供給調整部343の作動を制御する制御部(図示しない)を更に含み得る。
第1位置3bにて、搬送経路100に沿って搬送される基材8の表裏両方の主面に対しスプレーノズル33よりプライマー溶液300が吹き付けられることにより、基材8の主面がプライマー被膜81で被覆される。図示する例では、基材8の一方の主面がプライマー被膜81で被覆された後に他方の主面が被覆されるようにスプレーノズル33が配置されているが、スプレーノズル33の配置は図示する例に限られない。例えば、基材8の両面がプライマー溶液300のミストに同時に曝されるようにスプレーノズル33を配置してもよい。
なお、スプレーノズル33の数は、特に限定されるものではなく、スプレーノズル33は、基材8の片面あたり1つ以上設けられていればよい。或いは、1以上のスプレーノズル33を用いて基材8の片方の主面にプライマー溶液300を吹きかけた後、その1以上のスプレーノズル33が基材8の他方の主面にプライマー溶液300を吹きかけるように、スプレーノズル33と基材8との位置関係を変更する機構を備えることも可能である。また、基材8の主面に加えて側面も加えた全表面上にプライマー溶液300を吹き付ける構成が望ましい。
スプレーノズル33は、プライマー溶液300に対して耐性を有する材料から形成されることが好ましく、例えば、ステンレスから形成される。
噴霧器の形態は、基材8にプライマー溶液300を吹き付ける構成を有すればよく、図示するスプレーノズル33等を備えた形態に限定されない。
基材8にプライマー溶液300を塗布する方法は、上述したディップ方式およびスプレー方式に限定されない。
基材8の搬送経路100において、基材8にプライマー溶液300が塗布される第1位置3a(又は第1位置3b)よりも下流の第2位置4aには、電界紡糸機40aが設けられている。電界紡糸機40aは、噴出口が基材8の側面を向くように設けられた電界紡糸ノズル412を備えている。第2位置4aでは、複合電極の絶縁性繊維膜の原料液が、帯電された状態で電界紡糸ノズル412から基材8の側面へ向かって噴出され、基材8上に堆積する。帯電させた原料液を基材8の側面に対向するように設置した電界紡糸ノズル噴出口から噴出して基材8上に堆積させることによって、基材8の主面上に絶縁性繊維膜が形成される。
図4を参照しながら、電界紡糸法による絶縁性繊維膜の形成を詳細に説明する。図4は、第2位置に設置される電界紡糸機の一例を概略的に示す部分透過図である。なお、図4では、基材8についてはその主面を表示している。
図示する電界紡糸機40bは、電界紡糸ユニットとして電界紡糸ヘッド41及び原料液供給源(供給部)42を備え、電源43及び制御部44を更に備える。
電界紡糸ヘッド41は、ヘッド本体411と、電界紡糸ノズル412と、を備える。電界紡糸ノズル412は、ヘッド本体411の外面に設けられる。ヘッド本体411及び電界紡糸ノズル412のそれぞれは、導電性材料から形成される。
なお、電界紡糸ノズル412の数は、特に限定されるものではなく、電界紡糸ノズル412は、1つ以上設けられていればよい。また、ヘッド本体411及び電界紡糸ノズル412のそれぞれは、後述する原料液に対して耐性を有する材料から形成されることが好ましく、例えば、ステンレスから形成される。
ヘッド本体411の内部には、収納空洞415が形成される。電界紡糸ヘッド41には、電界紡糸ノズル412と同一の数だけ流路(ノズル流路)417が形成され、各々の電界紡糸ノズル412の内部には、流路417の対応する1つが形成される。流路417のそれぞれの一端は、収納空洞415と連通し、収納空洞415からヘッド本体411の外側に向かって延設される。そして、流路417のそれぞれには、収納空洞415とは反対側の端に噴出口418が形成され、流路417のそれぞれは、噴出口418で外部に対して開口する。電界紡糸ノズル412のそれぞれでは、ヘッド本体411から突出した先端に、流路417の対応する1つの噴出口418が形成される。
電界紡糸ノズル412は、例えば、ニードル型のノズルであり得る。図示する例では、電界紡糸ノズル412は、ノズル基部412a及びニードル部412bを備える。電界紡糸ノズル412では、ノズル基部412aがヘッド本体411へ接続され、ヘッド本体411からの突出部分の根元を形成する。また、電界紡糸ノズル412では、ニードル部412bがノズル基部412aから電界紡糸ヘッド41の外周側へさらに突出し、ヘッド本体411からの突出端を形成する。ニードル部412bの先端に噴出口418が形成される。また、ニードル部412bの外径は、ノズル基部412aの外径より小さい。電界紡糸ノズル412の形状は、図示する例に限られない。
原料液供給源42は、原料液収納部421、原料液供給駆動部422、原料液供給調整部423及び原料液供給配管425を備える。原料液収納部421、原料液供給駆動部422、原料液供給調整部423及び原料液供給配管425のそれぞれは、原料液に耐性を有し、ある一例では、原料液収納部421及び原料液供給配管425のそれぞれは、フッ素樹脂等の絶縁材から形成される。
原料液収納部421は、原料液を収納するタンク等である。原料液は、高分子材料を溶媒に溶解したものである。原料液に含まれる高分子、及び、高分子を溶解させる溶媒は、基材8上に形成する絶縁性繊維膜の材料種等に対応させて、適宜に決定される。
高分子材料は、特に限定されるものではなく、形成する絶縁性繊維膜の材質に対応させて適宜に変更可能である。一例では、高分子材料としてポリアミド及びポリアミドイミドからなる群より選択される1以上を用いることができる。その他、高分子材料として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、及びアラミド等を用いることもできる。
原料液に用いられる溶媒は、高分子材料を溶解することができるものであればよい。溶媒は、溶解させる高分子材料に対応させて適宜に変更可能である。溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ベンゼン、トルエン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)及びジメチルアセトアミド(DMAc)等を用いることができる。
原料液供給配管425は、原料液収納部421と電界紡糸ヘッド41のヘッド本体411との間を接続する。原料液供給配管425の内部には、原料液の流路が形成される。原料液供給配管425はヘッド本体411に接続され、収納空洞415は原料液供給配管425の内部と連通する。
原料液供給駆動部422は、駆動等されることにより、原料液収納部421から原料液供給配管425を通して原料液をヘッド本体411の収納空洞415に供給する。ある一例では、原料液供給駆動部422は、ポンプである。また、別のある一例では、原料液供給駆動部422は、原料液収納部421にガスを供給することにより、原料液収納部421から収納空洞415に原料液を圧送する。収納空洞415は、原料液供給配管425を通して供給された原料液を収納可能である。
原料液供給調整部423は、電界紡糸ヘッド41に供給される原料液の流量及び圧力等を調整する。ある一例では、原料液供給調整部423は、原料液の流量及び圧力等を制御可能な制御弁を備える。この場合、原料液供給調整部423は、原料液の粘度及び電界紡糸ノズル412の構造等に基づいて、原料液を適宜の流量及び圧力等に調整する。また、ある一例では、原料液供給調整部423は、原料液収納部421から電界紡糸ヘッド41への原料液の供給及び供給停止を切替え可能である。この場合、原料液供給調整部423は、例えば、切替え弁である。
なお、原料液供給駆動部422及び原料液供給調整部423は、必ずしも設ける必要はない。ある一例では、ヘッド本体411に対して鉛直上側に原料液収納部421が設けられ、重力を利用して原料液収納部421から電界紡糸ヘッド41に原料液を供給する。この場合、ヘッド本体411に対する原料液収納部421の高さの差を調整することにより、原料液の供給及び供給停止の切替え等が可能である。
実施形態において、電界紡糸機40bが絶縁性繊維膜の原料をその噴出口から噴出する電界紡糸ユニットとして備える電界紡糸ヘッド41は、図示する構造のものに限定されない。また、図4に示す電界紡糸機40bが備えるような1以上の電界紡糸ノズル412を備えた電界紡糸ヘッド41以外にも、電界紡糸機は電界紡糸ユニットとして、例えば、図1に示す電界紡糸機40aのように原料液供給源42から原料が直接供給される電界紡糸ノズル、又は、具体的な例の図示はないが電界紡糸ノズルを有さずにノズル以外の箇所に原料液用の流路および噴出口を備えたノズルレスな電界紡糸ヘッドを備え得る。
電源43は、電界紡糸ヘッド41に電圧を印加可能である。電界紡糸ヘッド41に電圧が印加されることにより、ヘッド本体411を介して、所定の極性の電圧が、電界紡糸ノズル412のそれぞれに印加される。複数の電界紡糸ノズル412が設けられている場合は、それら電界紡糸ノズル412間で互いに対して同一の極性の電圧が印加される。電源43によって電界紡糸ヘッド41に前述のように電圧が印加され、原料液供給調整部423によって電界紡糸ヘッド41に原料液が供給されることにより、原料液が電界紡糸ノズル412(電界紡糸ヘッド41)と同一の極性に帯電する。
なお、ある一例では、電界紡糸ノズル412のそれぞれに電気的に接続される端子(図示しない)が設けられ、電源43は、端子を介して電界紡糸ノズル412のそれぞれに電圧を印加してもよい。この場合、ヘッド本体411を導電性材料から形成する必要がなくなる。また、電界紡糸ノズル412のそれぞれに印加される電圧の極性は、プラスであってもよく、マイナスであってもよい。各図の例では、電源43は、直流電源であり、電界紡糸ノズル412のそれぞれにプラスの電圧を印加する。
図4の例では、基材8は、接地される。このため、電界紡糸ノズル412のそれぞれにプラスの電圧が印加された状態において、基材8の対地電圧は、0V又は略0Vになる。別のある一例では、基材8が接地されていない。例えば、図1に示す電界紡糸機40aのように、電源43又は電源43とは別の電源によって、電界紡糸ノズル412のそれぞれとは反対の極性の電圧を第2位置4aに設けられているガイドローラー90に印加する。導電性の材料からなるガイドローラー90に電圧を印加することで、基材8に電圧を間接的に印加できる。
電界紡糸ノズル412は、噴出口418が基材8の長辺側の側面と対向するように配置される。ここで、噴出口418が対向する側面とは、基材8の帯形状の長辺に沿う縁の部分を指す。つまり、ここでいう基材8の側面とは、基材8の主面と交差する面である。言い換えると、基材8の側面は、基材8の厚み方向に沿う面である。即ち、流路417の流れ方向419が基材8の主面と平行になるように、電界紡糸ユニット(電界紡糸ノズル412)が設置されている。噴出口418の口径は、一例では、200μm以上500μm以下である。
原料液供給源42によって電界紡糸ヘッド41に原料液が供給された状態で、電源43によって電界紡糸ヘッド41に電圧を印加することにより、原料液は、電界紡糸ヘッド41と同一の極性に帯電する。又は、電界紡糸ヘッド41に電圧が印加され、電界紡糸ヘッド41に原料液が供給されることにより、原料液は、電界紡糸ヘッド41と同一の極性に帯電する。原料液が電界紡糸ヘッド41と同一の極性に帯電することにより、電界紡糸ヘッド41(電界紡糸ノズル412)の原料液と基材8との間に電位差が生じる。電界紡糸ヘッド41(電界紡糸ノズル412)と基材8との間の電位差によって、原料液が基材8に向かって噴出される。電界紡糸ノズル412のそれぞれの噴出口418から原料液が基材8に向かって噴出されることにより、ファイバー82が基材8の表面に堆積され、堆積されたファイバー82によって絶縁性繊維膜83が形成される。すなわち、エレクトロスピニング法(電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある)によって、絶縁性繊維膜83が形成される。
なお、電界紡糸ヘッド41と基材8との間に印加される電圧、すなわち、電界紡糸ノズル412のそれぞれと基材8との間の電位差は、原料液に含まれる高分子の種類及び電界紡糸ノズル412のそれぞれの基材8に対する距離等に対応させて、適宜の大きさに調整される。ある一例では、電界紡糸ノズル412のそれぞれと基材8との間に、10kV以上100kV以下のいずれかの大きさの直流電圧が印加される。
電界紡糸ノズル412の噴出口418から噴出した原料液は、ファイバー82に変化しながら基材8の主面の面内方向に沿って移動し、基材8の上に堆積する。つまり、原料液を基材の主面に平行な方向に噴出して、基材8上にファイバー82として堆積させる。電界紡糸ノズル412のそれぞれの噴出口418から噴出される原料液がファイバー82として基材8に堆積されるまでに原料液/ファイバー82が辿る軌道は、大まかには、例えば、基材8の主面に対し平行または略平行であり得る。流路417の流れ方向419が基材8の側面と平行になるように設置された電界紡糸ノズル412の噴出口418から原料液を噴出させることで、原料液の噴出方向および原料液/ファイバー82の軌道を、基材8の主面に対し平行または略平行にできる。なお、帯電した原料液と基材8との間の電位差によって原料液の軌道は噴出口418から基材8へ向かう方向に誘導されるため、原料液/ファイバー82に対する重力の影響は気にしなくてよい。
第1位置3aにて基材8の主面上にプライマー溶液300を塗布してプライマー被膜81が形成されたことにより、基材8の主面に沿う方向に原料液を噴出しても、基材8の表裏の両方の主面にファイバー82が絶縁性繊維膜83に適した状態で堆積される。ファイバー82の一部は、基材8の主面の面積を通り越して、噴出口418が対向する基材8の側面とは反対側の側面(基材8を短辺方向に亘った反対側の縁)より外側まではみ出る。基材8の主面がプライマー被膜81で被覆されていることにより、プライマー被膜81がない場合と比較して、ファイバー82のはみ出し幅を少なく抑えることができる。ファイバー82のはみ出しを少なくすることで余剰のファイバー82の除去が不要になり、製造効率が向上する。また、基材8の主面にプライマー被膜81が設けられていることで、主面上に堆積するファイバー82をより多くすることができ、製造における材料効率が向上する。
帯形状を有する基材8の長辺側の縁の面にあたる、電界紡糸ノズル412の噴出口418が対向する基材8の側面にも、ファイバー82が堆積する。一方で、噴出口418が対向する側面とは反対側の長辺側では上述のとおりファイバー82がはみ出るものの、この反対側の側面それ自体には、ファイバー82が堆積しにくい。つまり、噴出口418と対向する側面に対し基材8の反対側の側面は、噴出口418に対する死角に位置する。
基材8の帯形状の両側の長辺に沿う側面にファイバー82を堆積させるために、基材8の短辺方向に沿った両方向から原料液を基材8のそれぞれの長辺の側面に向かって噴出させることが望ましい。つまり、図示する例のように、噴出口418が基材8の一方の長辺側の側面と対向するように1以上の電界紡糸ノズル412を設置するとともに、噴出口418が基材8の他方の長辺側の側面と対向するように他の1以上の電界紡糸ノズル412を設置する配置が望ましい。但し、同一の極性の電圧が印加された電界紡糸ノズル412同士の干渉等の影響を避けるために、それぞれの噴出口418が(基材8を介して)対向しないよう、留意する。例えば、基材8の搬送経路100に沿ってずらした配置で、基材8の一方の長辺側に設ける電界紡糸ノズル412及び他方の長辺側に設ける電界紡糸ノズル412をそれぞれ設置する。
制御部(コントローラ)44は、例えば、コンピュータ等である。制御部44は、CPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field Programmable Gate Array)等を含むプロセッサ又は集積回路(制御回路)、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。制御部44は、集積回路等を1つのみ備えてもよく、集積回路等を複数備えてもよい。制御部44は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。制御部44は、原料液供給駆動部422の駆動、原料液供給調整部423の作動、及び、電源43からの出力等を制御する。
図1に示すように基材8を搬送経路100に沿って搬送しながら、基材8の側面に向かって原料液/ファイバー82を噴出することで、絶縁性繊維膜83の形成を基材8の長手方向に沿って連続的に行うことができる。上述したとおり、製造は連続的でなくてもよい。例えば、長辺方向の所定の長さを有する基材8上に絶縁性繊維膜83を順次形成してもよい。この場合、基材8の長さ全体に亘って絶縁性繊維膜83を形成するために、基材8を移動可能にしてもよいし、或いは、電界紡糸ユニットを基材8の長辺方向に沿って移動させてもよい。また、このような場合は、基材8の一方の長辺に沿う側面と噴出口が対向する電界紡糸ユニットからの原料液の噴出と、他方の長辺に沿う側面と噴出口が対向する電界紡糸ユニットからの原料液の噴出を、交互に行ってもよい。
図1に示す連続的であるロール-to-ロール方式とは異なる態様として、枚葉方式で電界紡糸法により基材8に絶縁性繊維膜83を形成する方法を、図5を参照しながら説明する。
図5は、枚葉方式により絶縁性繊維膜を形成する態様を概略的に示す斜視図である。枚葉方式により絶縁性繊維膜を形成する電界紡糸機40cは、治具46に保持された状態の基材8を搬送するベルト48及び基材8に向かって原料液を噴出する電界紡糸ノズル412を備える。第2位置4cにて、ガイドローラー90によりベルト48の搬送経路が規定されている。ベルト48は、図示しないモーターによる駆動で搬送される。ベルト48上に、台45を備えた治具46が載置され、治具46により基材8が保持される。治具46により保持される基材8の両側の長辺に沿う側面と噴出口が対向するように、電界紡糸ノズル412が配置される。電界紡糸ノズル412には原料液が供給されるが、図面の簡略化のために、原料液の供給源は省略する。電源43が、電界紡糸ノズル412に一方の極性に電圧を印加可能、且つ、ガイドローラー90に反対の極性の電圧を印加可能に設置される。
基材8は、帯形状の長さ方向への所定の長さに裁断されており、例えば、矩形形状を有し得る。矩形形状の寸法は、所望の複合電極の大きさに応じて調整し、例えば、帯形状の長辺方向の長さが16cm以上24cm以下であり得る。基材8のうち治具46が把持する部分は、治具46によりマスクされた状態になるため、この部分にはファイバー82が堆積しない。そのため、基材8のうち治具46が把持する部分は、複合電極の製造にあたって切り落とすことになるので、基材8の長辺方向への寸法は所望の複合電極の電極箔の長辺長さより長めにとることが望ましい。
図示する例では、治具46はヒンジ47を軸に開閉可能な構造を有しており、それにより基材8を保持する機構を有している。治具46の構造は図示する例に限定されず、例えば、基材8を把持するチャックを有するものであり得る。治具46は、基材8がたるまないように、適度なテンションが基材8にかかるように基材8を引っ張った状態で把持できる構造を有することが望ましい。
電源43によって電界紡糸ノズル412に電圧を印加することにより、原料液は帯電する。図5の例では、電源43によって電界紡糸ノズル412のそれぞれとは反対の極性の電圧が、導電性のガイドローラー90に印加される。ベルト48、台45、及び治具46も導電性の材料から形成されており、電界紡糸ノズル412のそれぞれとは反対の極性の電圧が基材8に間接的に印加される。ガイドローラー90は、接地されていても良い。
先に説明したと同様に、帯電した原料液と基材8との電位差によって、電界紡糸ノズル412から原料液が基材8の側面に向かって噴出されることにより、ファイバー82がプライマー溶液で被覆された基材8の表面に堆積し、絶縁性繊維膜が形成される。
ベルト48の搬送に伴って、ベルト48上に載置された、台45を備え基材8を保持する治具46が移動する。つまり、図示する例は、基材8が移動可能な態様に該当する。基材8を移動させる代わりに、基材8の長辺方向に沿って電界紡糸ノズル412を移動させてもよい。
基材8の長手方向に沿って基材8と電界紡糸ノズル412との位置関係をずらすことにより、基材8の長手方向の長さ全体に亘っての絶縁性繊維膜を形成が可能になる。基材8を間に挟んで両側に配置されたそれぞれの電界紡糸ノズル412から同時に原料液を噴出してもよいし、各々の電界紡糸ノズル412から交互に原料液を噴出してもよい。但し、基材8を介してそれぞれの電界紡糸ノズル412の噴出口が対向しないよう留意する。また、材料効率の観点からは、噴出口が基材8の側面と対向していない状態にある電界紡糸ノズル412からの噴出を中断することが好ましい。
或いは、基材8の長さ方向全体に対応するよう複数の電界紡糸ノズル412を配置し、基材8及び電界紡糸ノズル412の何れも移動させずに原料液を噴出して絶縁性繊維膜を形成することもできる。この場合は、例えば、基材8の一方の長辺側に配置した電界紡糸ノズル412からの原料液の噴出と他方の長辺側に配置した電界紡糸ノズル412からの原料液の噴出を交互に行うことで、同一の極性に印加した電界紡糸ノズル412同士の干渉を避けることができる。
第1位置3a(又は第1位置3b)でのプライマー溶液300の塗布も、基材8を治具46で保持した状態で行ってもよい。また、下流の第3位置5での乾燥も、基材8を治具46に保持したままの状態で行ってもよい。基材8は、治具46に保持された状態で、第1位置3aから第2位置4cへ、第2位置4cから第3位置5へといった具合に搬送され得る。
このように、所定の長さに裁断された矩形形状の単位ごとに、基材8にファイバー82を堆積することによる絶縁性繊維膜の形成を、枚葉方式で行うことができる。
以上のとおり基材8にプライマー溶液を塗布し、電界紡糸法により基材8の側面に向かって原料液を噴出して絶縁性繊維膜を基材8の主面上に堆積させることで、複合電極18を製造することができる。図1では、基材8の搬送経路100における第2位置4aより下流の第3位置5及び第4位置6にて、乾燥および圧延が行われる好ましい態様を示している。
乾燥が行われる好ましい態様の製造装置1では、第2位置4aの下流の第3位置5に乾燥炉50が設置されている。乾燥炉50には、絶縁性繊維膜83が形成された基材8が、電界紡糸機40aから搬送される。そして、乾燥炉50は、その内部を通過する基材8の表面を被覆するプライマー被膜81及び基材8の表面に形成された絶縁性繊維膜83を乾燥する。当該乾燥を、図6を参照しながら詳細に説明する。
図6は、プライマー被膜81及び絶縁性繊維膜83が形成された基材8の乾燥を概略的に示す断面図である。第3位置5に含まれる乾燥炉50は、例えば、赤外線ヒータ51を備え得る。赤外線ヒータ51は、赤外線を発生させる。そして、赤外線ヒータ51は、基材8の表面に形成された絶縁性繊維膜83に、発生させた赤外線を放射する。プライマー被膜81を形成するプライマー溶液および絶縁性繊維膜83において有機材料及び溶媒等に含まれる官能基が赤外線ヒータ51から放射された赤外線を吸収することにより、プライマー被膜81及び絶縁性繊維膜83が加熱され、プライマー被膜81を形成するプライマー溶液および絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒が蒸発する。これにより、プライマー被膜81が除去されるとともに絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒量が減少し、基材8及び絶縁性繊維膜83が乾燥される。
ここで、赤外線ヒータ51は、極大放射強度に対応する波長が10μm以下の赤外光をプライマー被膜81及び絶縁性繊維膜83に放射することが好ましい。この場合、赤外線を放射している状態では、赤外線ヒータ51の温度は、17℃(290K)以上となる。ここで、絶縁性繊維膜83において有機材料及び溶媒等に含まれる官能基には、波長が10μm以下の赤外線を吸収し易いものが多い。このため、極大放射強度に対応する波長が10μm以下であるスペクトルで赤外線が放射されることにより、絶縁性繊維膜83において有機材料及び溶媒等に含まれる官能基が放射された赤外線をさらに吸収し易くなり、絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒が加熱によって蒸発し易くなる。これにより、絶縁性繊維膜83の乾燥が、さらに適切に行われる。なお、絶縁性繊維膜83の溶媒に含まれる官能基の中で波長が10μm以下の赤外線を吸収し易いものとしては、メチル基及びカルボニル基等が挙げられる。
また、赤外線ヒータ51から放射される赤外線のスペクトルでは、極大放射強度に対応する波長が、4μm以上7μm以下であることが、さらに好ましい。放射される赤外線のスペクトルにおいて極大放射強度に対応する波長を7μm以下にすることにより、赤外線を放射している状態において、赤外線ヒータ51の温度は、137℃(410K)以上になる。このため、極大放射強度に対応する波長を7μm以下になるスペクトルの赤外線を放射することにより、沸点が100℃以上の有機溶媒等も蒸発し易くなり、プライマー被膜81を形成するプライマー溶液及び絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒がさらに適切に蒸発する。また、放射される赤外線のスペクトルにおいて極大放射強度に対応する波長を4μm以上にすることにより、赤外線を放射している状態において、赤外線ヒータ51の温度は、451℃(724K)以下になる。これにより、赤外線を放射している状態において、基材8及び絶縁性繊維膜83を乾燥させる空間の温度が過度に高くなることが、有効に防止される。
なお、乾燥炉50における基材8及び絶縁性繊維膜83の乾燥は、赤外線ヒータ51から放射される赤外線を用いた乾燥に限るものではない。ある一例では、乾燥炉50において、赤外線ヒータ51から放射される赤外線の代わりに温風を用いて、基材8及び絶縁性繊維膜83を乾燥させてもよい。
乾燥炉50での乾燥によって絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒が減少することにより、製造装置1によって製造された複合電極では、絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒量が低く抑えられる。これにより、製造された複合電極の絶縁性繊維膜83の耐久性が確保されるとともに、複合電極を用いた製品の性能が確保される。
例えば、実施形態に係る製造方法および製造装置によって製造される複合電極を用いたコンデンサでは、セパレータとして機能する絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒量が低く抑えられることにより、絶縁性繊維膜83の耐久性が向上するとともに、コンデンサの耐久性も向上する。また、絶縁性繊維膜83に含まれる溶媒量が低く抑えられることにより、コンデンサの内部抵抗が低く抑えられ、コンデンサの高出力化を実現可能になる。これにより、コンデンサの性能が確保される。
第3位置5の下流の第4位置6には、プレス機60が設置されている。プレス機60は、一対のプレスローラー61を備えている。プレス機60は基材8の表面に形成された絶縁性繊維膜83をプレスする構成であり、プレス機で絶縁性繊維膜83を圧延(プレス)することによって絶縁性繊維膜83が圧縮され、絶縁性繊維膜83の密度及び強度を高めることができる。プレス処理の詳細を、図7を参照しながら説明する。
図7は、製造装置1が備え得るプレス機の一例を示す概略断面図である。基材8の搬送経路100上の第4位置6に設けられるプレス機60は、一対のプレスローラー61を備える。一対のプレスローラー61は、例えば、電動モーター等により駆動される。その表面に絶縁性繊維膜83が形成された基材8が搬送経路100に沿って搬送され、一対のプレスローラー61に挟まれる。この際に、一方のプレスローラー61が基材8の厚み方向の一方側から絶縁性繊維膜83及び基材8をプレスし、他方のプレスローラー61が基材8の厚み方向の他方側から絶縁性繊維膜83及び基材8をプレスする。複合電極のセパレータとして所望の密度や厚みを有する絶縁性繊維膜18cを得るべく、プレス処理により適宜調整を行うことができる。
製造装置1においてプレス機60は、少なくとも、巻取機70に基材8が巻き取られる前に、基材8の表面に形成された絶縁性繊維膜83をプレスすることが望ましい。製造装置1においてプレス機60は、基材8の搬送経路100において乾燥炉50より下流に設置することが好ましい。プレス機60によるプレスを行う前にプライマー溶液300を乾燥により除去することで、プレス機60のプレスローラー61が汚れることを避けることができる。それにより、プレスローラー61の洗浄の頻度を少なくしたり洗浄処理を省略したりすることができる。また、プレスを行う前に乾燥を行うことで、プライマー溶液300や原料液の溶媒をより確実に蒸発させることができる。
上述した実施形態に係る複合電極の製造方法では、電界紡糸法を採用しながらも、幅の狭い基材を用いた場合に基材の主面の面積外へはみ出すファイバーの量を少なくすることができる。図8及び図9を参照しながら、説明する。
図8及び図9は、各々、従来の方法での電界紡糸法による原料液の噴出時のファイバーの広がりを模式的に示す。図8及び図9では、それぞれ基材88及び基材8と、基材88又は基材8と流れ方向419が交差(例えば、直交または略直交)する流路(図示しない)を有するノズル基部412a及びニードル部412bを備えた電界紡糸ノズル412との間に電源43が電圧を印加し、原料液供給源42から電界紡糸ノズル412に原料液が供給および帯電され、帯電した原料液を電界紡糸ノズル412から基材88及び基材8の主面に向かって噴出し、原料液を基材88及び基材8上にファイバー82として堆積する。基材88及び基材8の主面上にファイバー82を均一な分布で堆積させるにあたって、ファイバー82の広がり径83aは、典型的にはφ20mmから40mm程度になる。一方では、図8に示す例のように各辺の寸法が50mm以上の矩形形状の主面を有する基材88であれば、ファイバー82を基材88外へはみ出させずに堆積させることが可能である。他方、図9に示す例のように基材8の主面の短辺幅が小さく、基材8の主面に向かって噴出させたファイバー82の広がり径83aが主面の短辺幅を上回る場合は、基材8の主面の面積外へファイバー82がはみ出すことになる。具体例として、短辺幅が6mm以下の基材8に対し、ファイバー82の広がり径83aがφ20mm以上であると、ファイバー82が基材8の短辺方向へ合計14mm以上はみ出す。そのため、余剰分のファイバー82の除去処理が製造工程に加わるうえ、ファイバー82の原料液の材料効率が低い。
実施形態に係る製造方法および製造装置においては、電界紡糸法により基材8の表面に原料液から形成されるファイバー82を堆積させるにあたって、基材8の表面にプライマー溶液300を塗布するプライマー処理を予め行い、且つ、基材8の主面と交差する方向からではなく、主面と平行または略平行な方向から基材8の側面に向かって原料液を噴出し、ファイバー82を基材8の主面および側面に堆積させる。この方法により、ファイバー82を基材8の表面に効率よく堆積させることができ、且つ、基材8の主面の面積からはみ出すファイバー82の量を少なくできる。実施形態に係る製造方法および製造装置によって得られる複合電極の一例を、図10及び図11に示す。
図10は、上述した、実施形態に係る製造方法および製造装置によって得られる複合電極の一例およびその対極の一例を概略的に示す平面図である。複合電極18は、電極箔18a、電極端子18b、及びファイバー82からなりセパレータとして機能する絶縁性繊維膜18cを含む。複合電極18は、電極(電極箔18a)とセパレータ(絶縁性繊維膜18c)とが一体になっている構成を有する。対極19は、対極箔19a及び対極端子19bを含む。対極19は、複合電極18に対する対極である。複合電極18が陽極とセパレータとが一体の複合陽極で、対極19が陰極であり得る。或いは、複合電極18が陰極とセパレータとが一体の複合陰極で、対極19が陽極であり得る。図示する例は前者の組合せであり、典型的な規格では、陽極端子と陰極端子とを目視で区別できるように、陽極端子(電極端子18b)よりも陰極端子(対極端子19b)の方が短い。
複合電極18は、電解コンデンサ用の複合電極(複合陽極または複合陰極)として好適に用いられる。対極19は、電解コンデンサ用の電極(陰極または陽極)であり得る。
電極箔18a及び対極箔19aは、帯形状を有する。電極箔18a及び対極箔19aは、導電性の箔であることが好ましい。電極箔18a及び対極箔19aは、誘電体層として機能する酸化被膜がその表面に化学的に形成された導電性の箔であることがより好ましい。一例では、それぞれの箔は、酸化アルミニウム被膜で被覆されているアルミニウム箔である。電極箔18aは、図1等を参照しながら説明した基材8であり、その表面に、例えば、第2位置4aでのファイバー82の堆積、第3位置5での乾燥、及び第4位置での圧延により形成された絶縁性繊維膜18cが担持されている。
電極端子18b及び対極端子19bは、例えば、棒形状を有し得る。電極端子18b及び対極端子19bは、電極箔18a及び対極箔19aにそれぞれ電気的に接続されている。各々の端子は、例えば、対象の箔にそれぞれかしめ固定されることで、電気的に接続され得る。各端子の棒形状の長辺の向きは、例えば、対象の箔の帯形状の短辺方向に沿う。また、各端子の棒形状は、例えば、一端が対象の箔の帯形状の一方の長辺と揃う位置にあり、他端が箔の帯形状の他方の長辺からはみ出す。電極端子18bは、部分的に絶縁性繊維膜18cで被覆され得る。
図11は、図10に示した複合電極18の一部を拡大した図(図10のA部の拡大図)である。電極箔18aの短辺幅WFは、2mm以上6mm以下の範囲内にある。複合電極18の短辺方向に絶縁性繊維膜18cが亘る範囲は、電極箔18aの両方の長辺側にて短辺幅WFよりも外側へ、はみ出し幅WSずつはみ出している。電極箔18aの両方の長辺に沿って、はみ出し幅WSは0.2mm以下に留まっている。実施形態に係る製造方法および製造装置によって複合電極18を製造することによって、はみ出し幅WSを0.2mm以下に留めることができる。はみ出し幅WSが大きい方が、絶縁性繊維膜18cによる複合電極18と対極19とを電気的に絶縁するセパレータとしての機能がより確実に発揮されるところ、コンデンサの容積当たりの静電容量を高くする観点からは、両側のはみ出し幅WSを0.2mm以下に留めることが望ましい。はみ出し幅WSは、さらには0.1mm以下であり得、具体的には、例えば、0.06mmであり得る。
電極箔18aの表面に絶縁性繊維膜18c(絶縁性繊維膜83)を形成する前に、電極端子18bを基材8(電極箔18a)に予めかしめ固定することが好ましい。即ち、基材8へのプライマー溶液300の塗布に先駆けて、基材8に電極端子18bをかしめ固定することが望ましい。絶縁性繊維膜18cの形成より前に電極端子18bを基材8にかしめ固定することで、後から電極端子18bを基材8(電極箔18a)と電気的に接続する場合に生じる絶縁性繊維膜18cの部分的な除去を省くことができる。また、後から電極端子18bをかしめ固定する際に絶縁性繊維膜18cが脱落することに起因するセパレータとしての機能の損失を避けることができる。加えて、電極端子18bの表面も部分的に絶縁性繊維膜18cで被覆できるため、電極端子18bを介した短絡を防止できる。なお、電極端子18bのうち絶縁性繊維膜18cによる被覆が望ましくない部分については、例えば、後から余剰な絶縁性繊維膜18cを除去するか、或いは、被覆しない部分にマスキングを施すことで、対応する。
対極19の対極箔19aは、複合電極18の電極箔18aと同程度の寸法を有し得る。
複合電極18及び対極19を用いて、電解コンデンサの主要構成要素たる電解コンデンサ本体を作製できる。電解コンデンサ本体および電解コンデンサの例を図12及び図13にそれぞれ示す。
図12は、複合電極18及び対極19を用いた電解コンデンサ本体を概略的に表す部分展開斜視図である。図13は、この電解コンデンサ本体を用いた電解コンデンサを概略的に表す斜視図である。
図12に示す電解コンデンサ本体16は、上述した複合電極18及び対極19を含んでいる。電解コンデンサ本体16は、電極箔18a及び対極箔19aからそれぞれはみ出す電極端子18b及び対極端子19bの端部が同じ向きに揃うように複合電極18及び対極19を重ね合わせ、電極端子18b及び対極端子19bが捲回端面から延出するように複合電極18と対極19との積層物を捲回することで、作製される。
図13に示す電解コンデンサ10は、電解コンデンサ本体(図示しない)、ケース14、及び封口材15を含んでいる。電解コンデンサ10は、電解コンデンサ本体16をケース14に収納し、電極端子18b及び対極端子19bを外部に露出させるようにケース14の開口を封口材15で閉塞することにより、構成される。また、電解コンデンサ10は、ケース14内に図示しない電解液を更に含み得る。電解液は、例えば、絶縁性繊維膜18cに含浸される。
電解コンデンサ10は、例えば、アルミニウム電解コンデンサであり得る。このような例の電解コンデンサ10の場合、電極箔18aは、酸化アルミニウム被膜で被覆されているアルミニウム箔である
電解コンデンサ10は、実施形態に係る製造方法または製造装置によって製造される複合電極18を、陽極または陰極として備える。そのため、容積あたりの静電容量が大きい。その理由を、以下に説明する。
電解コンデンサ10は、実施形態に係る製造方法または製造装置によって製造される複合電極18を、陽極または陰極として備える。そのため、容積あたりの静電容量が大きい。その理由を、以下に説明する。
図14及び図15に、従来型の電解コンデンサの構成部材を示す。図14は、従来型の電解コンデンサが含む電極およびセパレータの一例を概略的に示す平面図である。図15は、図14に示す電極およびセパレータを用いて得られる電解コンデンサ本体を概略的に示す斜視図である。
陽極11は、帯形状の陽極箔11a及び陽極端子11bを含む。陰極12は、帯形状の陰極箔12a及び陰極端子12bを含む。陰極12は、陽極11に対する対極である。陽極11及び陰極12は各々、絶縁性繊維膜を有さないことを除いて図10に示した複合電極18と同様の構成、又は図10に示した対極19と同様の構成をそれぞれ有し得る。
セパレータ13は、電気的絶縁性を示す部材であり、例えば、絶縁紙である。セパレータ13は、陽極11及び陰極12と同程度の寸法、又は陽極11及び陰極12と比べてやや大きめの寸法の帯形状を有し得る。
陽極11と、一枚のセパレータ13と、陰極12と、もう一枚のセパレータ13とをこの順番で重ね合わせ、得られた積層物を、陽極端子11b及び陰極端子12bが捲回端面から延出するように捲回することで、電解コンデンサ本体17が作製される。
なお、図14及び図15では、各々が陽極11及び陰極12と同程度の長辺長さを有する2枚のセパレータ13を用いた電解コンデンサ本体17の例を図示しているが、その他の様々な形態の電解コンデンサ本体が実用化されている。
実施形態に係る製造方法および製造装置によって得られる電解コンデンサ本体16では、電極から独立した絶縁紙等からなるセパレータ13を使用する従来型の電解コンデンサ本体17とは異なり、別途セパレータ13を電極に重ねる代わりに絶縁性繊維膜18cが電極箔18aに直に形成されている。絶縁性繊維膜18cは、セパレータとしての機能を損なわずに、薄く形成することが可能である。そのため、複合電極18を使用する電解コンデンサ本体16は、従来型の電解コンデンサ本体17と同様の静電容量を維持したまま、電解コンデンサの容積の縮小化を実現できる。或いは、複合電極18を使用する電解コンデンサ本体16は、従来型の電解コンデンサ本体17と同等の容積に留めたまま、電解コンデンサの静電容量の向上を実現できる。このような容積当たりの静電容量の向上には、実施形態に係る製造方法および製造装置で製造される複合電極18において絶縁性繊維膜18cが電極箔18aの主面の面積からはみ出る量が少ないことも、一役を担っている。
加えて、複合電極18を用いて電解コンデンサ本体16を作製するにあたって、電極に加えて独立したセパレータ13を使用する電解コンデンサ本体17を作製する場合と比較して、使用する部材が少ないため、不良品の発生頻度を抑えて、製造の歩留りが向上することが望める。
以上説明した1以上の実施形態によれば、複合電極の製造方法、及び複合電極の製造装置が提供される。これら製造方法および製造装置によって製造される複合電極は、帯形状の基材と、その上に設けられた絶縁性繊維膜とを具備する。製造方法は、上記基材にプライマー溶液を塗布することと、基材の側面と交差する主面に平行な方向に帯電させた原料液を噴出して基材上に堆積させることにより基材の主面上に絶縁性繊維膜を形成することと、を含む。製造装置は、上記基材を搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、上記搬送経路の第1位置において基材にプライマー溶液を塗布する塗布機と、上記搬送経路の第1位置よりも下流の第2位置に、原料液を噴出する噴出口と連通する流路の流れ方向が基材の側面と交差する主面と平行に設けられた電界紡糸ユニットと、を具備する。上記製造方法および製造装置によれば、高い歩留り及び材料効率で、上記複合電極を製造することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…製造装置、3a,3b…第1位置、4a,4c…第2位置、5…第3位置、6…第4位置、8…基材、10…電解コンデンサ、11…陽極、11a…陽極箔、11b…陽極端子、12…陰極、12a…陰極箔、12b…陰極端子、13…セパレータ、14…ケース、15…封口材、16,17…電解コンデンサ本体、18…複合電極、18a…電極箔、18b…電極端子、18c…絶縁性繊維膜、19…対極、19a…対極箔、19b…対極端子、20…巻解機、21…リール、30a,30b…塗布機、31…容器、32…メタリングロール、33…スプレーノズル、34…プライマー供給源、40a,40b,40c…電界紡糸機、41…電界紡糸ヘッド、42…原料液供給源、43…電源、44…制御部、45…台、46…治具、47…ヒンジ、48…ベルト、50…乾燥炉、60…プレス機、61…プレスローラー、70…巻取機、71…リール、81…プライマー被膜、82…ファイバー、83…絶縁性繊維膜、83a…広がり径、88…基材、90…ガイドローラー、100…搬送経路、300…プライマー溶液、341…プライマー溶液収容タンク、342…プライマー供給駆動部、343…プライマー供給調整部、345…プライマー供給配管、411…ヘッド本体、412…電界紡糸ノズル、412a…ノズル基部、412b…ニードル部、415…収納空洞、417…流路、418…噴出口、421…原料液収納部、422…原料液供給駆動部、423…原料液供給調整部、425…原料液供給配管。
Claims (11)
- 帯形状の基材にプライマー溶液を塗布することと、
帯電させた原料液を、前記基材の側面と交差する主面に平行な方向に噴出して前記基材上に堆積させることにより前記基材の前記主面上に絶縁性繊維膜を形成することと、
を含む、前記基材と前記基材上に設けられた前記絶縁性繊維膜とを具備する複合電極の製造方法。 - 前記基材の前記帯形状の短辺幅は2mm以上6mm以下である、請求項1記載の製造方法。
- 前記プライマー溶液は、エチレングリコール及びγ-ブチロラクトンからなる群より選択される1以上を含む、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記基材に前記プライマー溶液を塗布することは、ディップ方式により行う、請求項1乃至3の何れか1項に記載の製造方法。
- 前記基材に前記プライマー溶液を塗布することは、スプレー方式により行う、請求項1乃至3の何れか1項に記載の製造方法。
- 前記基材の前記帯形状は矩形形状を有し、前記帯電させた前記原料液を前記基材の前記主面に平行な方向に噴出して前記基材上に堆積させることにより前記基材の前記主面上に前記絶縁性繊維膜を形成することを、前記矩形形状の単位ごとに枚葉方式で行う、請求項1乃至5の何れか1項に記載の製造方法。
- 前記基材に前記プライマー溶液を塗布することに先駆けて、前記基材に電極端子をかしめ固定することを更に含む、請求項1乃至6の何れか1項に記載の製造方法。
- 帯形状の基材を搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、
前記搬送経路の第1位置において前記基材にプライマー溶液を塗布する塗布機と、
前記搬送経路の第1位置よりも下流の前記搬送経路の第2位置に、原料液を噴出する噴出口と連通する流路の流れ方向が前記基材の側面と交差する主面と平行に設けられた電界紡糸ユニットと、
を具備する、複合電極の製造装置。 - 前記搬送経路の前記第2位置よりも下流の前記搬送経路の第3位置に設けられ、内部を前記基材が通過する乾燥炉をさらに具備する、請求項8に記載の製造装置。
- 前記搬送経路の前記第3位置よりも下流の前記搬送経路の第4位置に設けられ、前記基材上に設けられた絶縁性繊維膜を圧延するプレス機をさらに具備する、請求項9に記載の製造装置。
- 前記塗布機は、前記基材へ向かって前記プライマー溶液を噴霧する噴霧器を具備する、請求項8乃至10の何れか1項に記載の製造装置。
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