JP5691824B2 - 不織布プレス方法及び不織布プレス装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばリチウムイオン電池のセパレータ等に用いられる極薄の不織布を加工するようにした不織布プレス方法及び不織布プレス装置に関するものである。

一般に、この種の電池セパレータ等に用いられる極薄の不織布は、メルトブロー等によりシート状に成形された不織布の原材を、一対のローラ間に通して加熱プレスすることにより形成されている。この場合、電池セパレータに用いられる不織布には、イオンが適切に通過できるように、均一な厚みで極薄になっていること、表面が平滑になっていること、及び多孔性を有していることが要求される。

薄い不織布の加工に関して、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるような方法が提案されている。すなわち、特許文献１に記載の加工方法では、加熱プレスを施すための一対のローラとして、硬質ローラと軟質ローラとが用いられている。また、特許文献２に記載の加工方法では、一対のローラとして、金属ローラと樹脂ローラとが用いられている。

特表２０１０−５０４４４４号公報 特開２００５−１９０２６号公報

ところが、これらの従来方法においては、次のような問題があった。
すなわち、不織布は繊維のランダムな集合体であるため、繊維の粗密や、表面凹凸による厚さの不均一が全体に存在する。

ここで、前記軟質ローラまたは樹脂ローラの硬度を高く設定すると、不織布の厚みの均一性や表面の平滑性を確保することはできる。しかし、不織布の加熱プレス前の原材において、例えば繊維の量が多い箇所では、繊維同士が加熱プレスにより溶融接合してフィルム化し、多孔質性が損なわれる。

これに対して、軟質ローラまたは樹脂ローラの硬度を低く設定すると、フィルム化を防止することはできるが、不織布の圧延不足が生じて薄さを確保できなかったり、厚みの均一性や表面の平滑性を確保することができなかったりする。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、厚みが均一であるとともに表面が平滑であり、しかも多孔性を有する極薄の不織布を形成することができる不織布プレス方法及び不織布プレス装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、不織布プレス方法の発明においては、不織布を送りながら、金属、エンジニアリングプラスチック、及びセラミックのいずれかにより構成される第１ローラと、複数の高分子樹脂材が積層されるとともに隣り合う下層の高分子樹脂材よりも硬質の高分子樹脂材よりなる表面層を有する第２ローラとの間で、その不織布に加熱プレスを施し、前記第２ローラの表面層が前記第１ローラの表面より軟質となるように構成されていることを特徴とする。

また、不織布プレス装置の発明においては、表面が硬質の第１ローラと、表面が軟質の高分子材よりなる第２ローラとの間に不織布を通して、それらの第１，第２ローラにより前記不織布に対して加熱プレスを施すようにした不織布プレス装置において、前記第１ローラは、金属、エンジニアリングプラスチック、及びセラミックのいずれかにより構成され、前記第２ローラは、複数の高分子樹脂材を積層して構成され、前記第２ローラの表面に位置する表面層は、該表面層に隣り合う下層よりも硬質の高分子樹脂材よりなり、前記第２ローラの表面層を前記第１ローラの表面より軟質に構成したことを特徴としている。

従って、この発明の不織布プレス装置においては、不織布の原材が第１のローラと第２のローラとの間に通して加熱プレスされることにより、極薄の不織布が形成される。この場合、第２ローラの表面に下層よりも硬質の高分子樹脂材よりなる表面層が設けられているため、その硬質の表面層と硬質の第１ローラとにより、極薄の不織布が厚みを均一にするとともに表面を平滑にした状態で形成される。また、第２ローラの表面層よりも下層の部分が軟質の高分子樹脂材により構成されているため、不織布の原材が無理に圧延されることを防止できる。従って、不織布にフィルム化が生じるおそれを抑制することができ、多孔性を有する極薄の不織布を得ることができる。

前記の構成において、前記第２ローラの芯部の外周に前記表面層より軟質の弾性材よりなる内層を設けるとよい。

前記の構成において、前記第２ローラを、金属製の芯部と、その芯部の外周に形成された前記内層及び表面層とにより構成するとよい。
前記の構成において、前記内層及び表面層を同材質の高分子樹脂材により構成するとよい。

前記の構成において、前記第１ローラを鉄系金属により構成するとよい。

以上のように、この発明によれば、厚みが均一であるとともに表面が平滑であり、しかも多孔性を有する極薄の不織布を形成することができるという効果を発揮する。

一実施形態の不織布プレス装置を示す概略構成図。 図１の不織布プレス装置の一部を拡大して示す要部断面図。

以下に、この発明を具体化した不織布プレス装置及び不織布プレス方法の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、この実施形態の不織布プレス装置においては、中央の加熱プレス機構１１を挟んで、それぞれ供給ローラ，巻き取りローラよりなる不織布繰出部１２及び不織布巻取部１３が配置されている。

前記加熱プレス機構１１には、第１ローラ１４及び第２ローラ１５が設けられている。不織布繰出部１２には、メルトブロー等によりシート状に成形された不織布Ｗの原材Ｗ１が巻装されている。この不織布Ｗは、ポリエチレン・テレフタレートやポリプロピレン等の合成樹脂材によって構成されている。そして、加熱プレス機構１１の両ローラ１４，１５が加熱状態で回転されながら、不織布繰出部１２から繰り出される不織布Ｗの原材Ｗ１が両ローラ１４，１５間に通されることにより、不織布Ｗに送りが付与されるとともに、その原材Ｗ１に対して加熱プレスが施されて、極薄の加工材Ｗ２が形成される。また、形成された極薄の加工材Ｗ２は不織布巻取部１３に巻き取られる。

図２に示すように、前記第１ローラ１４はステンレススチール等の鉄系金属により構成され、その表面が平滑仕上げされ、例えば摂氏６０度〜１１０度の温度となるように加熱される。

第２ローラ１５はステンレススチール等の鉄系金属製の芯部１５ａと、その芯部１５ａの外周に形成された高分子材よりなる内層１５ｂ及び表面層１５ｃとにより構成されている。表面層１５ｃの表面は平滑仕上げされている。この構成により、第２ローラ１５の表面が第１ローラ１４の表面よりも軟質となるように構成されている。第２ローラ１５の内層１５ｂ及び表面層１５ｃは、同材質のゴム材により構成され、それらは分子量が異なる。内層１５ｂ及び表面層１５ｃは焼き付けにより芯部１５ａに固定されている。このゴム材としては、例えば、フッ素ゴム，シリコンゴム，ブチルゴム，ニトリルゴム等が用いられる。そして、表面層１５ｃは、その下層の内層１５ｂよりも硬質に形成されている。従って、内層１５ｂが表面層１５ｃよりも軟質の弾性材により形成されている。

第１ローラ１４及び第２ローラ１５はその外径が同寸法に形成されている。これらの寸法において、前記第２ローラ１５における内層１５ｂの樹脂材料の硬度がＡ５０〜８０度の範囲内で、内層１５ｂの厚さが２〜８ｍｍの範囲内となるように設定するのが望ましい。なお、この実施形態においてゴム硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定されたタイプＡの硬度を示す。表面層１５ｃの樹脂材料の硬度がＡ８０〜１００度の範囲内で、表面層１５ｃの厚さが１〜５ｍｍの範囲内となるように設定するのが望ましい。従って、第２ローラ１５の表面層１５ｃは第１ローラ１４の表面より軟質である。なお、両ローラ１４，１５間で不織布Ｗの原材Ｗ１を加熱プレスする際に、第１ローラ１４には下方へ向かって1１〜２トン程度の押し下げ力が作用する。また、不織布Ｗの走行域の近傍には、不織布Ｗの静電気を除去するための除電器（図示しない）が設けられている。

次に、前記のように構成された実施形態の作用を説明する。
この実施形態においては、不織布繰出部１２から繰り出される不織布Ｗの原材Ｗ１が送られて、加熱プレス機構１１の第１ローラ１４と第２ローラ１５との間に通されることにより、その原材Ｗ１に加熱プレスが施されて、極薄の加工材Ｗ２が形成される。この場合、第１ローラ１４が金属によって形成されるとともに、第２ローラ１５の表面には、その下層の内層１５ｂよりも硬質の合成樹脂材よりなる表面層１５ｃが設けられている。このため、第１ローラ１４及び第２ローラ１５の硬質の表面層１５ｃによって、極薄の加工材Ｗ２が厚みを均一にするとともに表面を平滑にした状態で形成される。

また、第２ローラ１５の表面層１５ｃよりも下層の部分には、軟質の合成樹脂材によりなる内層１５ｂが設けられている。このため、不織布Ｗの原材Ｗ１に繊維密度の疎密や表面凹凸が存在する箇所の加熱プレスに際しては、高密度部分や凸部分が無理に圧延されることなく、軟質の内層１５ｂによって無理な圧延を招く圧力が吸収される。従って、繊維同士の溶融接合によりフィルム化が生じるおそれはなく、多孔性を有した極薄の加工材Ｗ２が形成される。

ちなみに、前記第２ローラ１５として、内層１５ｂの樹脂材料硬度をＡ７０度、その厚さを５ｍｍ、表面層１５ｃの樹脂材料硬度をＡ９５度、その厚さを３ｍｍに設定したものを使用し、両ローラ１４，１５の表面温度を８０℃、加圧力を１トンに設定して、平均厚さが８０μｍの不織布Ｗの原材Ｗ１を加熱プレスし、加工形成された加工材Ｗ２の厚さを測定したところ、次のような結果が得られた。

この厚さの測定には、ＪＩＳ-Ｋ６７８３に則った厚さ計を使用して、加工材Ｗ２の幅方向の３箇所及び移送方向の３箇所の合計９箇所で測定を行った。その測定の結果、加工材Ｗ２の厚さが３５±３μｍ（バラツキ９％）となって、厚みがほとんど均一であるとともに表面が平滑であって、しかもフィルム化が見られない極薄の加工材Ｗ２を得ることができた。

これに対して、従来方法と比較するため、第２ローラとして硬度Ａ７５の単層構造の樹脂ローラを使用して、前記の場合と同一の条件で不織布Ｗの原材Ｗ１を加熱プレスし、加工形成された加工材Ｗ２の厚さを測定した。その測定の結果、加工材Ｗ２の厚さが４０±１０μｍ（バラツキ２５％）となって、厚みの均一性や表面の平滑性を得ることができなかった。ただし、フィルム化は見られなかった。

さらに、従来方法と比較するため、第２ローラとして硬度Ａ９５の単層構造の樹脂ローラを使用して、前記の場合と同一の条件で不織布Ｗの原材Ｗ１を加熱プレスし、加工形成された加工材Ｗ２の厚さを測定した。その測定の結果、加工材Ｗ２の厚さが３５±３μｍ（バラツキ９％）となって、厚みの均一性や表面の平滑性を得ることができたが、フィルム化した箇所が見られた。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） 実施形態においては、表面が硬質の第１ローラ１４と、表面が軟質の高分子材よりなる第２ローラ１５との間に不織布Ｗを通して、それらの第１，第２ローラ１４，１５により不織布Ｗに対して加熱プレスが施されるようになっている。そして、第２ローラ１５の表面には、その下層よりも硬質の高分子材よりなる表面層１５ｃが設けられている。

このため、両ローラ１４，１５間における不織布Ｗの加熱プレス時には、第１ローラ１４または第２ローラ１５上の硬質の表面層１５ｃにより、極薄の加工材Ｗ２を均一な厚みで表面が平滑となるように形成することができる。また、第２ローラ１５の内層１５ｂが表面層１５ｃより軟質に構成されているため、不織布Ｗの原材Ｗ１が無理に圧延されることはない。よって、不織布Ｗ全体としてフィルム化が生じるおそれを抑制することができ、多孔性を有した均一な厚さの極薄の加工材Ｗ２を形成することができる。従って、このような不織布Ｗは電池セパレータとして好適である。これに対し、両ローラが金属製の場合は、表面が平滑で、厚さが一定の不織布Ｗが得られるが、フィルム化を避けることができない。また、両ローラが軟質の内層と硬質の表面層とを備えている場合は、フィルム化は生じにくいが、厚さが不均一である。

（２） 実施形態においては、前記第２ローラ１５が、金属製の芯部１５ａと、その芯部１５ａの外周に形成された内層１５ｂと、その内層１５ｂの外側の表面層１５ｃとにより構成されている。そして、内層１５ｂが表面層１５ｃより軟質の弾性材により構成されている。このため、第２ローラ１５の表面層１５ｃの硬質度及び内層１５ｂの軟質度を、それらの層１５ｂ，１５ｃの材料硬度及び層１５ｂ，１５ｃの厚さの調整により適正に設定することができる。

（３） 実施形態においては、前記内層１５ｂ及び表面層１５ｃが同材質の高分子材により構成されている。このため、芯部１５ａの外周に内層１５ｂ及び表面層１５ｃを形成する際に、その内層１５ｂと表面層１５ｃとの密着性を高めることができる。

（４） 実施形態においては、前記第１ローラ１４が鉄系金属により構成されている。このため、第１ローラ１４の表面に十分な硬質度を確保することができるとともに、不織布Ｗの加熱プレス時に不織布Ｗの表面に傷が付くおそれを抑制することができる。

（変更例）
なお、本発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 第２ローラ１５の内層１５ｂ及び表面層１５ｃを、前記実施形態とは異なった高分子材，例えばアクリルゴムにより構成すること。

・ 第２ローラ１５の芯部１５ａ省略し、内層１５ｂと表面層１５ｃとの二層構造にすること。この場合、内層１５ｂが芯部１５ａの部分の厚みを有することになる。
・ 内層１５ｂ及び表面層１５ｃの高分子材ゴムにカーボンを混入させて、静電気逃すように構成すること。

・ 第１，第２ローラ１４，１５の外径を異ならせること。
・ 第１ローラ１４を金属以外の材質で構成すること。例えば、エンジニアリングプラスチックやセラミックで構成すること。

１１…加熱プレス機構、１４…第１ローラ、１５…第２ローラ、１５ａ…芯部、１５ｂ…内層、１５ｃ…表面層、Ｗ…不織布、Ｗ１…不織布の原材、Ｗ２…形成された極薄の加工材。

Claims (6)

1. 不織布を送りながら、金属、エンジニアリングプラスチック、及びセラミックのいずれかにより構成される第１ローラと、複数の高分子樹脂材が積層されるとともに隣り合う下層の高分子樹脂材よりも硬質の高分子樹脂材よりなる表面層を有する第２ローラとの間で、その不織布に加熱プレスを施し、
   前記第２ローラの表面層が前記第１ローラの表面より軟質となるように構成されていることを特徴とする不織布プレス方法。
2. 表面が硬質の第１ローラと、表面が軟質の高分子材よりなる第２ローラとの間に不織布を通して、それらの第１，第２ローラにより前記不織布に対して加熱プレスを施すようにした不織布プレス装置において、
   前記第１ローラは、金属、エンジニアリングプラスチック、及びセラミックのいずれかにより構成され、
   前記第２ローラは、複数の高分子樹脂材を積層して構成され、
   前記第２ローラの表面に位置する表面層は、該表面層に隣り合う下層よりも硬質の高分子樹脂材よりなり、
   前記第２ローラの表面層を前記第１ローラの表面より軟質に構成したことを特徴とする不織布プレス装置。
3. 前記第２ローラの芯部の外周に前記表面層より軟質の弾性材よりなる内層を設けたことを特徴とする請求項２に記載の不織布プレス装置。
4. 前記第２ローラを、金属製の芯部と、その芯部の外周に形成された前記内層及び表面層とにより構成したことを特徴とする請求項３に記載の不織布プレス装置。
5. 前記内層及び表面層を同材質の高分子樹脂材により構成したことを特徴とする請求項３または４に記載の不織布プレス装置。
6. 前記第１ローラを鉄系金属により構成したことを特徴とする請求項２〜５のうちのいずれか一項に記載の不織布プレス装置。

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