JP5707555B2 - 金属箔の穿孔装置及び金属箔の穿孔方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅箔、アルミニウム箔及びステンレス箔などの金属箔の穿孔装置、金属箔の穿孔方法、非水系二次電池並びに防音構造材に関するものである。

リチウムイオン電池などの非水系二次電池の負極板や正極板の集電体には、一般的には１０μｍ〜１００μｍ程度の厚みの銅箔（または、銅合金箔。以下、単に銅箔と呼ぶ。）やアルミニウム箔（または、アルミニウム合金箔。以下、単にアルミニウム箔と呼ぶ。）及びステンレス箔などの薄板状をした金属箔が使用されている。

従来より、銅箔の表面には負極活物質が塗着されて負極板が作製され、アルミニウム箔の表面には正極活物質が塗着されて正極板が作製され、それぞれがセパレータを介して積層されたりまたは巻回されたりして、パッケージ内に収納された後に非水系電解液が注液されてリチウムイオン電池などの非水系二次電池が製造されている。

そして、これらの金属箔に、直径が数１０μｍ〜数ｍｍ程度の多数の微小孔を穿孔することによって、負極活物質や正極活物質と金属箔との密着性が向上して剥離や脱落が起こりにくくなり、その結果、高率放電特性に優れるともに、長寿命なリチウムイオン電池などの非水系二次電池を提供することができる。

これらの銅箔やアルミニウム箔に、エッチングによって化学的に多数の微小孔を穿孔する技術が特許文献１に開示されている。この技術を用いると、直径が０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度の径の多数の略円形状をした微小孔を有する金属箔を提供することができる。

また、多数の打抜き孔を有する円環状をした金型の上面に、銅箔やアルミニウム箔などの金属箔を載置した状態とし、それらの両面を一対の弾性体で挟み込む。そして、弾性体の部分を外側から一対の平ロールで加圧し、金属箔を金型の上面に押しつけることによって、機械的に微小孔を穿孔する技術が特許文献２に開示されている。この技術を用いると、直径が３ｍｍ程度の多数の孔を有する金属箔を提供することができる。

加えて、平ロールに弾性体のベルトを載せ、その上方に銅箔やアルミニウム箔などの金属箔を載せた状態とし、金属箔の上方から多数の凸部を有するエンボスロールを用いて加圧して、この凸部によって機械的に微小孔を穿孔する技術が特許文献３に開示されている。この技術を用いると、直径が数１０μｍ〜５００μｍ程度の多数の微小孔を有する金属箔を提供することができる。

なお、多数の凸部を有するエンボスロールと、凹部が設けられているロールの間でアルミニウム合金箔を挟み込んだ状態で加圧することによって、機械的に直径が２００μｍ（０．２ｍｍ）程度の多数の微小孔を有する薄板を提供する技術も特許文献４に開示されている。そして、直径が２００μｍ程度の多数の孔を穿孔した金属箔を用いると、エンジン音などの騒音のエネルギーを有効に熱に変換することができるので、騒音遮蔽用の防音用材料や吸音用材料（以下、単に防音構造材と呼ぶ。）として利用をすることができる。

特開平１１−６７２１７号公報 特開２００１−９７９３号公報 特開２００２−２１６７７５号公報 特開２００６−１１６６７１号公報

しかしながら、上述したエッチングによって化学的に金属箔に多数の微小孔を穿孔する特許文献１に記載の技術は、製造コストがかかるという問題点やエッチング作業に必要な廃液の処理が煩わしいという環境保護上の問題点がある。

特許文献２に記載の技術は、大掛かりな円環状をした金型が必要になるので設備コストがかかるという問題点がある。加えて、穿孔された抜き屑の完全な回収が難しいことや、数１００μｍ程度の径を有する微小孔を穿孔するのは金型強度の面からも技術的に困難であるものと予想される。

特許文献３に記載の技術を用いると、直径が数１０μｍ〜５００μｍ程度の多数の微小孔を有する金属箔を提供することができる。しかしながら、穿孔により発生する抜き屑の完全な回収が難しいという問題点がある。すなわち、抜き屑の一部が穿孔後の金属箔に付着したりすると、その抜き屑の部分がセパレータを突き破り、リチウムイオン電池などの非水系二次電池のショートの原因になるという問題点がある。

特許文献４に記載の技術は、単に圧着によって孔を開けるという技術であって、穿孔時のバリが孔の部分にそのまま残存しているものである。したがって、特許文献３に記載の技術と同様に、そのバリの部分がセパレータを突き破り、リチウムイオン電池などの非水系二次電池のショートの原因になるという問題点がある。

本発明は、コンパクトで安価な製造設備を利用することができるとともに、穿孔時のバリがほとんど認められず、穿孔後の抜き屑を容易に回収することができる金属箔の穿孔装置、金属箔の穿孔方法を提供することを目的としている。なお、穿孔時に発生する抜き屑を完全に回収することによって、非水系二次電池のショートの原因を防止するとともに、回収した金属の有効な再利用をすることができる。

本発明は、上記した問題点の解決を目的としている。
請求項１に記載した発明は、
金属箔とペーパーとを積層した積層物を、穿孔用ロールと複数の加圧ロールとの間に挟み込み、加圧し、穿孔して前記金属箔に多数の微小孔を形成する金属箔の穿孔装置であって、
前記穿孔用ロールの表面には、角錐台の形状をした多数の凸部を有しており、
該凸部の上面は、多角形状をしており、
前記複数の加圧ロールは、前記穿孔用ロールの周囲を取り囲むように存在しており、
前記加圧ロールの少なくとも１個は、一対の補助ロールによって形成される谷間の部分に設置されており、
前記一対の補助ロールは、
複数個の回転可能なベアリングで構成され、互い違いに一対の回転軸に係止されており、
前記ペーパーは、前記加圧ロールと前記金属箔に当接されており、
前記金属箔は、
前記ペーパーと前記穿孔用ロールの前記凸部に当接し、
該凸部の上面と、前記ペーパーを介する前記複数の加圧ロールからの加圧力を受け、穿孔されて、多数の微小孔が形成されることを特徴としている。

請求項１に記載の発明を用いると、コンパクトで安価な製造設備を利用することができるとともに、穿孔時のバリがほとんど認められない穿孔後金属箔を得ることができる。また、ペーパーによって、穿孔時に発生する抜き屑をその表面に密着させた状態で完全に回収することができるので、資源保護の面や作業環境の面からも好ましいものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載した発明において、
前記穿孔用ロールの表面の前記凸部は、四角錐台の形状をしており、
前記凸部の上面は、菱形であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明を用いると、穿孔用ロールの凸部を単純な形状をした四角錐台にすることができるので、左右からの切削加工も容易にできる。さらに、四角錐台の上面を菱形に形成すると、微小孔の穿孔が容易であり、バリの少ない穿孔後金属箔を製造できる。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記複数の加圧ロールは、いずれも前記穿孔用ロールよりも直径が小さいものであることを特徴としている。

請求項３に記載の発明を用いると、加圧ロールの曲率半径を小さくすることができ、その結果、加圧時の線圧を高くすることができる。したがって、小型・コンパクトで安価な製造設備を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載した発明において、
前記回転軸は、その両端が縦枠体に固定されており、
その内側が少なくとも１個の固定プレートを介して横枠体に固定されている
ことを特徴としている。

請求項４に記載の発明を用いることによって、回転軸を固定プレートを介して横枠体にも固定できるので撓みにくくでき、幅が３００ｍｍを超えるような幅広の金属箔３１に対しても十分な状態で穿孔することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載した発明において、
前記ペーパーは、紙を基材とするシート状をしたものであり、
少なくとも一方の面には表面処理がされており、
該表面処理がされている面が、前記金属箔に対向するように当接されて積層されており、
前記微小孔の形成によって生じた抜き屑は、
前記表面処理がされている面に密着され、そのまま保持される
ことを特徴としている。

このような表面処理がされているペーパーを用いると、穿孔によって生じた抜き屑が表面処理されている面に密着され、そのまま保持された状態で巻取ることができるので、ほぼ完全に抜き屑を回収できる。加えて、抜き屑が粉塵として舞い上がらないので作業環境を汚すようなこともない。さらに加えて、紙を基材とするペーパーを用いることによって、安価であり、リサイクル品を用いることもできるので環境にもやさしいという特徴がある。

請求項６に記載の発明は、
金属箔とペーパーとを積層した積層物を、穿孔用ロールと複数の加圧ロールとの間に挟み込み、加圧し、穿孔して前記金属箔に多数の微小孔を形成する金属箔の穿孔方法であって、
前記穿孔用ロールの表面には、角錐台の形状をした多数の凸部を有しており、
該凸部の上面は、多角形状をしており、
前記複数の加圧ロールは、前記穿孔用ロールの周囲を取り囲むように存在しており、
前記加圧ロールの少なくとも１個は、一対の補助ロールによって形成される谷間の部分に設置されており、
前記一対の補助ロールは、
複数個の回転可能なベアリングで構成され、互い違いに一対の回転軸に係止されており、
前記ペーパーは、前記加圧ロールと前記金属箔に当接されており、
前記金属箔は、
前記ペーパーと前記穿孔用ロールの前記凸部に当接し、
該凸部の上面と、前記ペーパーを介する前記複数の加圧ロールからの加圧力を受け、穿孔されて、多数の微小孔が形成されることを特徴としている。

請求項６に記載の発明を用いると、安価な製造方法を提供することができるとともに、穿孔時のバリがほとんど認められない穿孔後金属箔を得ることができる。また、ペーパーによって、穿孔時に発生する抜き屑を完全に回収することができるので資源保護の面や作業環境の面からも好ましいものである。

本発明を用いると、コンパクトで安価な製造設備を利用することができるとともに、穿孔時のバリがほとんど認められず、穿孔後の抜き屑を容易に回収することが可能な金属箔の穿孔装置、金属箔の穿孔方法を提供することができる。また、穿孔時に発生する抜き屑を完全に回収することができるので、資源保護の面や作業環境の面からも好ましいものである。

また、本発明を用いて製造した０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の径を有する多数の微小孔を有する金属箔を用いることによって、長寿命であり、放電容量が高く、ショートが起こりにくいリチウムイオン電池などの非水系二次電池や、エンジン音などの騒音を遮蔽するための騒音遮蔽用の防音構造材を提供することができる。

金属箔の穿孔装置の概略図である。 穿孔用ロールの製造工程及び凸部の説明図である。

ａ）穿孔用ロールの製造工程の概略図である。

ｂ）上面が菱形形状をした凸部２５の斜視図である。

ｃ）菱形形状をした凸部２５の上面２５ａの図である。

ｄ）正方形状をした凸部２５の上面２５ａの図である。

ｅ）正方形状をした他の凸部２５の上面２５ａの図である。
加圧ロール５ｃ、ｄ及び補助ロール７ｄ，ｅ，ｆの概略構造図である。 穿孔用ロールの表面の凸部の上面のパターン図である。 本発明を用いて穿孔した銅箔の拡大図である。 実施例２の金属箔の穿孔装置の要部概略図である。 抜き屑を除去する製造工程の概略図である。 固定プレートを追加した補助ロール７ｄ，ｅ，ｆの概略図である。 実施例１の運転状態である。 実施例３の金属箔の穿孔装置の要部概略図である。

以下において、図１〜図９を用いて、本発明に係わる金属箔の穿孔装置１及び金属箔の穿孔方法について詳細に説明する。
１．金属箔の穿孔装置の概略構造
図１は、本発明に係わる金属箔の穿孔装置１の概略図である。この金属箔の穿孔装置１は、銅箔、アルミニウム箔及びステンレス箔などの数μｍ（例えば、８μｍ）〜１００μｍ程度の厚みを有する金属箔３１を穿孔して、多数の微小孔を有する穿孔後金属箔３３を製造するための装置の概略図である。

この金属箔の穿孔装置１は、シリンダの表面部分に多数の角錐台形状（側面が台形状をしており上面が多角形状のもの。例えば、上面が略菱形状や略正方形状のもの。）をした凸部２５（図２（ｂ））と、谷状をした溝部２３とが形成されている穿孔用ロール３と、穿孔用ロール３の周囲を取り囲むように存在しており、穿孔用ロール３よりも小径の複数の円柱状をした加圧ロール５ａ〜５ｆ、９ａ，ｂを用いて金属箔３１を加圧し、穿孔して、多数の微小孔を有する穿孔金属箔３５を得る装置である（図１、図２）。

この金属箔の穿孔装置１は、穿孔用ロール３のみが図示されていない駆動力、例えば、モータによって回転駆動されるものであり、その他の４個の小径の加圧ロール５ａ〜ｄや、２個の中径の加圧ロール９ａ，ｂ、及び６個の補助ロール７ａ〜ｆなどは、加圧時の従動によってそれぞれ回転するものである。したがって、穿孔用ロール３のみが駆動力を必要とされ、その他の加圧ロール等は従動する構造の装置なので回転制御も容易であり、その結果、金属箔の穿孔装置１の設備コストを低減することができる。

金属箔ロール１３に巻回されている銅箔、アルミニウム箔及びステンレス箔などの長尺の金属箔３１は、ローラ２１ｂ及び補助ロール７ａを介して穿孔用ロール３の表面部分に当接するように導かれる（図１）。

一方、ペーパーロール１７に巻回されている長尺のペーパー３５は、ローラ２１ａ及び補助ロール７ａを介して、加圧ロール５ａの表面部分に当接するように導かれる。このペーパー３５は、例えば、紙を基材とするシート状をした長尺のものであり、少なくとも金属箔３１と当接する一方の面には表面処理、例えばポチエチレン樹脂の薄膜で覆われている。そして、後述する実施例１では、滑りやすくするために、さらにその表面にシリコーン処理がされているものを用いた。

このペーパー３５としては、ペーパー状（薄板状、シート状）をした樹脂製品を用いることも可能である。なお、本願ではシート状（薄板状）をしている金属箔３１との明確な区別ができるように、ペーパー３５という用語を用いることにした。

このような表面処理がされているペーパー３５を用いると、加工時にセルロース繊維が飛び散りにくくできるとともに、穿孔によって生じた抜き屑３９が表面処理されている面に密着され、そのまま保持された状態で巻取ることができるので、ほぼ完全に金属片（抜き屑３９。）を回収できる。加えて、抜き屑３９が粉塵として舞い上がらないので作業環境を汚すようなこともない。さらに加えて、紙を基材とするペーパー３５を用いることによって、安価であり、リサイクル品を用いることもできるので環境にもやさしいという特徴がある。

図１に示すように、本発明に係わる穿孔装置１は、中央部分に大径、例えば約８５ｍｍの穿孔用ロール３が存在しており、その周囲を取り囲むように４個の小径の加圧ロール５ａ〜ｄと、２個の中径の加圧ロール９ａ，ｂが存在するようにした。なお、２個の小径の加圧ロール５ａ、ｂと１個の中径の加圧ロール９ａとで構成されている上段部分と、２個の小径の加圧ロール５ｃ、ｄと１個の中径の加圧ロール９ｂとで構成されている下段部分とは上下対称な一対構造となっている。

これら複数の加圧ロールのうちで、２個の中径の加圧ロール９ａ，ｂはシリンダであり、それに加圧力を与える補助ロール１０ａ，ｂは、例えば、直径が約４０ｍｍの円筒状をしたベアリングである。この部分は、通常の手段で加圧するロール構造であるので詳細な説明は省略することとする。

一方、本発明の特徴部分である棒状をした、例えば直径が１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の４個の小径の加圧ロール５ａ〜ｄ及び補助ロール７ａ〜７ｆの設置状態等の詳細は後述する。このように、複数個の加圧ロールを用いるとともに、穿孔用ロール３の直径に比べていずれも小径の加圧ロール（例えば、曲率半径が半分以下の加圧ロール。）を用いて、線圧の高い状態で多数回の加圧及び解放を繰り返すことができる。したがって、バリが少なく、抜きむらのない状態で穿孔して多数の微小孔を有する穿孔後金属箔３３を製造することができる。

ここで、穿孔用ロール３に当接する部分には金属箔３１が、穿孔用ロール３の周囲を取り囲む加圧ロール５ａ等に当接する部分にはペーパー３５が配置されている。そして、金属箔３１と、ペーパー３５の表面処理がされている面が対向するように積層された積層物は、最初に穿孔用ロール３と加圧ロール５ａとの間に挟み込まれて加圧される（図１）。

その後、金属箔３１は、ペーパー３５と積層され、密着した状態のままで穿孔用ロール３よりも径の小さな複数個の加圧ロールによって、ペーパー３５を介して穿孔用ロール３の表面部分に加圧されたり、加圧を解かれたりを繰り返えされながら穿孔用ロール３の周囲をほぼ一周する。

すなわち、図２において詳述するように、穿孔用ロール３の表面の凸部２５の上面２５ａ部分と接触した金属箔３１の裏側部分（非接触部分）は、表面処理のされているペーパー３５によって密着され、位置ずれが起こらずにそのまま保持された状態で、他の加圧ロールによって複数回の加圧を受けながら、穿孔用ロール３の周囲を取り囲むようにほぼ一周することになる。したがって、本発明を用いると、金属箔３１をほぼ完全に穿孔することができ、バリの少ない微小孔を有する良質な穿孔後金属箔３３を得ることができる。

積層された状態のペーパー３５と金属箔３１とは、最初に上段部分の複数個の加圧ローラによって加圧されたり、加圧を解かれたりが繰り返えされる。ここで、小径の加圧ロール５ａは、後述するように一対の補助ロール７ａと補助ロール７ｂによって穿孔用ロール３の方向に加圧される。したがって、加圧ロール５ａは、ペーパー３５、金属箔３１の順で穿孔用ロール３の表面に対して加圧力を与えることになる。同様に、加圧ロール５ｂは、一対の補助ロール７ｂと補助ロール７ｃによって穿孔用ロール３の表面に対して加圧力を与えることができる。

次に、金属箔３１は、曲率半径の大きい中径の加圧ロール９ａによってペーパー３５を介して、穿孔用ロール３の表面方向に加圧される。すなわち、ペーパー３５と金属箔３１の積層体は、加圧ロール５ａ、ｂ又は加圧ロール９ａと穿孔用ロール３の凸部２５の上面２５ａによって加圧され、加圧ロール５ａ、ｂ又は加圧ロール９ａの部分を通過後は加圧が解放されることになる。

これらの曲率半径の異なる複数個の加圧ロールによる加圧及び解放が繰り返えされることによって、後述する穿孔用ロール３の凸部２５の上面２５ａには、いろいろな方向からの加圧力を受けることになる。そして、金属箔３１は、ペーパー３５と穿孔用ロール３に当接しており、穿孔用ロール３からの加圧力と、ペーパー３５を介する複数の加圧ロール５ａ，ｂ、９ａからの加圧力を受けて凸部２５によって穿孔されて多数の微小孔３２が形成される。

すなわち、穿孔用ロール３の凸部２５の上面２５ａによって加圧された金属箔３１の部分は、次第に切り離されて（穿孔されて）抜き屑３９となり、この抜き屑３９の部分のみがペーパー３５の表面処理がされている部分に密着されてそのままの状態で保持されることになる。

上述したように、小径の２個の加圧ロール５ａ、ｂと、中径の１個の加圧ロール９ａによって、いろいろな方向からの加圧及び解放が繰り返えされるので、これら上段部分のみでも金属箔３１はかなりの部分がきれいに穿孔されて微小孔が形成される。

しかしながら、上述した上段部分の複数の加圧ローラによって加圧されたり、加圧を解かれたりされるのみでは不十分な場合も認められた。そこで、より完全に穿孔する手段として図１に示すように、上段部分と同一構造の下段部分を設けるようにした。なお、下段部分は上述した上段部分と同一構造のものなので詳細な説明は省略する。また、穿孔用ロール３は、その周囲を取り囲むように複数個の加圧ロールが存在しており、軸心方向に一様の加圧力が対称にかかる構造になっているので変形しにくくすることができる。

下段部分の最後の加圧ロール９ｂを通過した穿孔後金属箔３３は、圧延ロール１１によって穿孔部分の表面のバリが平滑になるように圧延され、その後に穿孔金属箔ロール１５に巻回される（図１）。一方、金属箔３１と対向するペーパー３５の表面処理部分には、穿孔用ロール３の凸部２５で形成された抜き屑３９が密着されており、そのまま保持された状態で抜き屑付ペーパーロール１９に巻回される（図１）。

なお、図１の説明の都合上、ペーパー３５と金属箔３１との積層体は、最初に加圧ロール５ａで加圧され、最後に加圧ロール９ｂで加圧されるようにした。一方、最初に加圧ロール９ｂで加圧され、次に加圧ロール５ａで加圧され、最後に加圧ロール５ｄで加圧されるというように、加圧ロールの順番を変更してもほぼ同様の効果が得られた。

本発明を用いると、穿孔用ロール３の周囲を複数個の加圧ロール５ａ等が取り囲む構造なので、小型・コンパクトで安価な製造設備にできるとともに、穿孔時のバリがほとんど認められない穿孔後金属箔３３を得ることができる。また、ペーパー３５の使用によって、穿孔時に発生する抜き屑３９をほぼ完全に回収することができるので資源保護の面や、粉塵の発生もないので作業環境の面からも好ましいものである。
２．穿孔用ロール３
図２は、本発明に係わる金属箔の穿孔装置１の特徴部分である穿孔用ロール３の製造工程及び凸部２５についての詳細な説明図である。この穿孔用ロール３は、例えば、あらかじめ表面が研磨されている材質がＳＫＤ１１の焼入鋼（硬度５８〜６３ＨＲＣ）のシリンダ（円柱）を回転させながら、１個ないし複数個の切削刃２７（例えば、特殊加工用の砥石など。）によって切削加工をすることによって溝部２３と凸部２５とを同時に形成して製造されたものである。なお、図２（ａ）では説明を容易にするために、溝部２３の数が実物に比べて大幅に省かれたものが描かれている。

図２（ａ）に示されるように、１個ないし複数個の切削刃２７によって、左側及び右側の両側から螺旋状に切削加工をすることによって、その表面に多数の溝部２３と凸部２５とを同時に形成することができる。なお、左右両側から螺旋状に切削加工をされた溝部２３の形成によって、シリンダの表面部分に多数の四角錐台の形状をした微小な凸部２５が形成される（図２（ｂ）、図３）。切削加工後の穿孔用ロール３は、硬度強化や摩擦係数の低下（金属箔３１の溶着の防止）等の目的からダイアモンドライクカーボンのコーティング（ＤＬＣコーティング、３５００〜５０００ＨＭＶ）をしている。

この微小な凸部２５は、上面２５ａが切削加工を受けていない部分であり、その形状は多角形状（円柱形をしたシリンダの表面に形成されているので、厳密には曲面ではあるが、微小な部分なので平面と仮定しても問題はないので多角形状と呼ぶことにする。）、例えば、四角形や菱形（菱形には正方形も含まれる。）であり、側面２５ｂは略台形形状をしたものである。なお、図２（ｂ）では、凸部２５の一例として、上面２５ａが菱形の四角錐台を記載した。ここで、凸部２５として四角錐台の形状にすると、単純な形状とすることができ、左右からの切削加工も容易にできる。

一方、溝部２３は、略Ｖ字状または略Ｕ字状の谷状をしたものである。なお、溝部２３が略Ｖ字状をしているか、または略Ｕ字状をしているかについては、使用されている切削刃２７の形状に依存されることは言うまでもない。

ここで、四角錐台の上面２７ａが二等辺三角形（正三角形、図２（ｃ））や直角二等辺三角形（図２（ｄ））の底面どうしが接触するような菱形（菱形には正方形も含む。（図２（ｅ））を形成すると（図２（ｂ）、図３の上段拡大図）、微小孔の穿孔が容易であり、バリの少ない穿孔後金属箔３３を製造できる。

すなわち、菱形をした上面２７ａと、４つの側面２７ｂの端部で形成されるエッジ部２５ｃを有する凸部２５によって、銅箔、アルミニウム箔及びステンレス箔などの数μｍミクロン（例えば、８μｍ）〜１００μｍ程度の厚みを有する金属箔３１が穿孔されて微小孔が形成される。

さらに、図２（ｃ）に示されるように、四角錐台の上面２７ａが正三角形の底面どうしが共通するような菱形を形成すると、金属箔３１の進行方向（搬送方向）に対して最初に６０度の鋭角で切込みを入れ、最後に６０度の角度で切り離されるので微小孔のバリをさらに少なくできることや、金属箔３１のうちで孔のない部分（金属箔３１が連なっている部分）の間隔が同一寸法となり、引張強度も増加させることができるので、巻き取り時に切れにくくでき、より好ましいことが明らかになった（図４）。

上述した構造の穿孔用ロール３は、例えば外径が約８５ｍｍとコンパクトであり、線状をした溝部２３を形成する手法を用いており、切削刃２７による切削加工も容易なので安価に製造をすることができる。
３．小径の加圧ロール５ａ〜ｄ
図３は、下段部分の小径の加圧ロール５ｃ，ｄの部分を説明するための解体された状態での概略構造図であり、補助ロール７ｄ〜７ｆの軸心となる回転軸の部分は省略されている。なお、上述したように、上段部分の加圧ロール５ａ，ｂについても同一の構造をしているので詳細な説明は省略する。

小径の加圧ロール５ｃ，ｄは、それぞれ同一形状をしたものであり、例えば直径が１０ｍｍ程度の棒状のもの（細長の円柱状のもの。）である。この加圧ロール５ｃ，ｄは、一対の補助ロール７ｄ，ｅ，ｆによって形成される谷間８の部分に回転可能な状態で設置されている（図３）。

補助ロール７ｄ，ｅ，ｆは、回転軸などで一般的に使用されている直径が約８０ｍｍ、高さが５ｍｍ〜２０ｍｍの複数個の腕輪状をした扁平円筒形状のベアリング（以下において、単にベアリングと呼ぶ場合がある。）を用いた。そして、補助ロール７ｄ，ｅ，ｆのそれぞれが回転軸５４ｄ〜ｆに挿入されている（図９）。なお、上述したように、これらの加圧ロール５ｃ，ｄは、従動によって回転するものである。

図３において、補助ロール７ｄ，ｅ，ｆは、３連構造をしており、加圧ロール５ｃ，ｄを穿孔用ロール３の方向に加圧力を与えるものである。補助ロール７ｄ，ｅ，ｆのそれぞれが、円筒状をした複数個のベアリング、例えば、直径が約８０ｍｍ、厚みが約１８ｍｍのベアリング６個を互い違いに組み合わせて（図３）、それぞれが図示されていない３本の回転軸に設置されている。

例えば、補助ロール７ｆは、回転可能な構造をした計６個のベアリングで構成されており（７ｆ１〜７ｆ６、図３）、それぞれが図示されていない回転軸を共通にするように係止されている。そして、補助ロール７ｆ１と補助ロール７ｆ２とは間隔が開けられており、補助ロール７ｆ１と補助ロール７ｆ２との間に補助ロール７ｅ１が、補助ロール７ｆ２と補助ロール７ｆ３との間に補助ロール７ｅ２がそれぞれ入り込むように、互い違いに一対の回転軸に設置されている（図３、図８）。

同様に、補助ロール７ｄ１と補助ロール７ｄ２との間に補助ロール７ｅ１が、補助ロール７ｄ２と補助ロール７ｄ３との間に補助ロール７ｅ２が入り込むように、互い違いに一対の回転軸に設置されている（図３）。すなわち、一対の補助ロールは、複数個の回転可能なベアリングで構成され、互い違いに一対の回転軸に係止されているようにした。

そして、図１及び図３に示されるように、一対の補助ロール７ｄと補助ロール７ｅで形成される谷間８の部分には加圧ロール５ｃを、一対の補助ロール７ｅと補助ロール７ｆで形成される谷間８の部分には加圧ロール５ｄをそれぞれ設置するようにした（図３）。

すなわち、一対の補助ロールは、複数個のベアリングで構成されており、それぞれのベアリングは、回転可能な状態で、互い違いに一対の回転軸に係止されることによって、谷間８の部分を形成することができる（図３、図８）。この谷間８の部分に小径の加圧ロール５ａ〜ｄを設置するようにした（図１、図３）。

上述した設置構造を用いることによって、小径の加圧ロールａ〜ｄは穿孔用ロール３に当接することができる距離にあるものの、互い違いに設置されているいずれの補助ロール７ａ〜ｆも、穿孔用ロール３には接触しない距離に設置することができる。そして、直径が１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の棒状（円柱状）をした曲率半径の小さい加圧ロールａ〜ｄを用いることができるので、線圧の高い状態でペーパー３５を介して金属箔３１を穿孔用ロール３表面の凸部２５に強く押し当てて加圧をすることができる。したがって、装置全体の小型・コンパクト化が可能になり、その結果、金属箔の穿孔装置１を低コスト化することができる。

なお、図３に示されているような補助ロール７ａ〜ｆの構造では、幅が３００ｍｍを超えるような幅広の金属箔３１を穿孔する場合には、十分に穿孔できないような場合も認められた。この原因は、加圧時に複数個のベアリングで構成される補助ロール７ａ〜ｆの回転軸が撓み、その結果、小径の加圧ロールａ〜ｄが変形して、均一な加圧力が得られないためであることが明らかになった。

そこで、補助ロール７ａ〜ｆの回転軸５４の撓みを抑えることを目的として、１個又は複数個の固定プレート５１を設けるようにした（図８、図９）。すなわち、補助ロール７ａ〜ｆは、回転可能な状態で回転軸５４ａ〜ｆに係止されている。そして、この回転軸５４ａ〜ｆの両端は、左右一対の縦枠体５２に固定されており、回転軸５４ａ〜ｆの内側は、１個又は複数個の固定プレート５１を介して上下一対の横枠体５３に固定されるようにした（図８）。この構造を用いることによって、幅が３００ｍｍを超えるような幅広の金属箔３１に対しても十分に穿孔することができる。

ここで、複数個の直径が約８０ｍｍ、厚みが約１８ｍｍの回転可能なベアリングを補助ロール７として用いて、幅が３００ｍｍ程度の金属箔３１を穿孔する場合には、３個又は４個の連続した補助ロール７に対して、１個程度の間隔（割合）で回転軸５４ａ〜ｆを固定するための固定プレート５１を設ければ十分であることが明らかになった（図８、図９）。

なお、固定プレート５１の数やその間隔（割合）は、補助ロール７ａ〜ｆを構成するベアリングの厚みや直径、金属箔３１の幅や厚み等によって適宜、設計変更することが好ましいことは言うまでもない。

上述した図１、図２、図８及び図９等に示されている本発明に係わる金属箔の穿孔装置１を用いて、金属箔３１として厚みが１０μｍ、幅が２００ｍｍの圧延銅箔とペーパー３５とを積層した積層物を、穿孔用ロール３と複数の加圧ロール５ａ〜５ｄ、９ａ，ｂとの間に挟み込み、加圧し、穿孔して多数の微小孔を形成するための実験をした。

これらの複数の加圧ロール５ａ〜５ｄ、９ａ，ｂは、穿孔用ロール３の周囲を取り囲むように存在している（図１）。これらの複数の加圧ロール５ａ〜５ｄ、９ａ，ｂは、いずれも穿孔用ロール３よりも直径（曲率半径）が小さいものである。

ペーパー３５は、加圧ロール５ａ〜５ｄ、９ａ，ｂと金属箔３１に当接されており、金属箔３１は、ペーパー３５と穿孔用ロール３に当接している（図１）。

ペーパー３５としては、少なくとも一方の面が表面処理、例えば、ポチエチレン製の薄膜で覆われており、その表面にシリコーン処理がされている厚みが約１５０μｍのシートを用いた（例えば、リンテック社製、品番：ＫＰ−１１０）。

そして、ペーパー３５の表面処理がされている面が、金属箔３１に対向するように積層した積層物を、最初に穿孔用ロール３と加圧ロール５ａとの間に挟み込み、図示されていないモータを用いて穿孔用ロール３を回転させて、その周囲を取り囲むように存在している複数個の加圧ロール５ｂ〜５ｄ、９ａ，ｂのそれぞれで加圧し、穿孔して金属箔３１に微小孔を形成した（図１）。

本実施例１では、直径が８５ｍｍで長さが３００ｍｍのダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のコーティングをしたシリンダの表面には、角錐台の形状をした多数の凸部２５を有するようにした（図２）。そして、凸部２５の上面２５ａは、菱形にした（図２（ｃ））。

この凸部２５は、切削刃２７を用いて、深さが約１５０μｍの溝部２３を彫り込むことによって形成した（図２）。ここで、溝部２３の深さとしては、金属箔３１の厚みの約３倍〜約２５倍、好ましくは金属箔３１の厚みの約５倍〜約２０倍、さらに好ましくは金属箔３１の厚みの約１０倍〜約１７倍程度にすると穿孔用ロール３の製造が容易であり、バリが少なく良好な微小孔を有する穿孔後金属箔３３を得ることができることが分かった。

例えば、約１０μｍの圧延銅箔を穿孔するには、溝部２３の深さを１００μｍ〜１７０μｍにすると、低価格で穿孔用ロール３を製造することができ、バリの少ない微小孔を有する穿孔後金属箔３３を得ることができる。

小径の加圧ロール５ａ〜ｄは、直径が約１０ｍｍの細長い円柱形状をしたものである。補助ロール７ａ〜ｆは、３連構造をした上下一対のものであり、その直径が約８０ｍｍ、厚みが約１８ｍｍの回転可能な腕輪状をした複数個のベアリングで構成されている。そして、これらの補助ロール７ａ〜ｆは、それぞれが回転可能な状態で、互い違いに回転軸５４ａ〜ｆに嵌合されて係止されている（図８）。

回転軸５４ａ〜ｆの両端は、左右一対の縦枠体５２に固定されており、回転軸５４ａ〜ｆの内側は、複数個の固定プレート５１を介して上下一対の横枠体５３に固定されている（図８、図９）。

そして、小径の加圧ロール５ａ〜５ｄは、複数個の直径が約８０ｍｍで厚みが約１８ｍｍの腕輪状をしたベアリングで構成される一対の補助ロール７ａ〜７ｆで形成される谷間８の部分に設置されているようにした（図１、図３、図８）。

一方、２個の中径の加圧ロール９ａ，ｂには、直径が約４０ｍｍのシリンダを用い、直径が４０ｍｍの補助ロール１０ａ，ｂで加圧した。

ここで、円柱状をした複数の加圧ロール５ａ〜ｄ、９ａ，ｂのいずれもが、穿孔用ロール３の直径の半分以下の直径にするようにした。なお、直径（曲率半径）の小さい加圧ロールを用いることによって、加圧時の線圧を高くできるとともに、コンパクトで安価な製造設備を提供することができる。

本実施例１で用いた穿孔用ロール３の表面に形成されている凸部２５の上面２５ａのパターン図を図４に示す。上面２５ａのピッチは、ａが約０．２７ｍｍ、ｂが約０．１５ｍｍの菱形をしており（図２（ｃ））、長手方向のｃが約０．２６ｍｍ、幅方向のｄが約０．１５ｍｍのものである。

この金属箔の穿孔装置１を用いて、銅箔の搬送速度として約７ｍ／分で穿孔した結果を図５及び図９に示す。約２００μｍ程度の微小孔３２が穿孔された後に、圧延ロール１１によって圧延されているので開孔部の周囲はやや丸みを帯びており、孔径に多少のバラツキも生じてはいる（図５）。しかしながら、穿孔時のバリがほとんど認められない良質な穿孔後金属箔３３を得ることができた。

また、本発明を用いると、図５の結果から微小孔３２の開孔率を約３０％と高くすることができる。ここで開孔率とは、一例として図４における菱形形状をした一点鎖線で示される領域が、そのまま穿孔された場合を仮定すると以下の（１）式で算出されるものをいう。

開孔率＝（（ｃ×ｄ）／（２ａ×２ｂ））×１００％ （１）式
なお、開孔率の高い金属箔を用いることによって、微小孔３２の部分にも正極活物質や負極活物質を充填することができる。したがって、活物質の充填量を増加させることができ、その結果、リチウムイオン電池の容量を増加させることができる。

一方、ペーパー３５の表面処理がされている面には、穿孔時に形成された抜き屑３９が密着されて保持されており、そのまま抜き屑付ペーパーロール１９として巻き取られて回収することができる（図１）。したがって、抜き屑３９が粉塵となって、作業環境を汚すこともない。加えて、リチウムイオン電池などのショートの原因になる穿孔時に発生する抜き屑３９を完全に回収することができる。

本発明者らは、長手方向のピッチａの値が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とし、開口率が１０〜３５％程度になるように微小孔径（ｃ、ｄの値）を変動させた場合でも問題なく穿孔できることを確認した。なお、金属箔３１として銅箔に替えてアルミニウム箔やステンレス箔を用いた場合にも同様の良質な穿孔後金属箔３３を得ることができた。

本発明に係わる金属箔の穿孔装置１は、いずれも穿孔ロール３に対して、小径の加圧ロール５ａ〜５ｄ、９ａ，ｂを用いるものなので、小型・コンパクトで安価な製造設備を利用することができるとともに、穿孔時のバリがほとんど認められない微小孔を有する良質な穿孔後金属箔３３を得ることができる。また、穿孔時に発生する抜き屑３９を完全に回収することができるので、作業環境を汚すこともなく、資源保護の面からも好ましいものである。

本発明に係わる金属箔の穿孔装置１の変形例として、図６に示されるような構造の金属箔の穿孔装置１を使用することもできる。実施例１と同様に、図示されていない金属箔３１とペーパー３５とを積層した積層物を、穿孔用ロール３と複数の加圧ロール５ａ〜５ｃ、９ａ，ｂとの間に挟み込み、加圧し、穿孔して多数の微小孔を形成するものである。

穿孔用ロール３の表面には、角錐台の形状をした多数の凸部２５を有しており（図２）、凸部２５の上面２５ａは多角形状をしている。これらの複数の加圧ロール５ａ〜５ｃ、９ａ，ｂは、穿孔用ロール３の周囲を取り囲むように存在している。

上述したような図１に示される金属箔の穿孔装置１との相違点は、下段部分は上述した図１の構造と同一であるものの、上段部分の小径の加圧ロール５ａを１個とし、その結果、補助ロール７ａ，ｂは、複数個のベアリングが互い違いに一対の回転軸に係止されている２連構造となっている点である。

図６の装置を用いた場合には、図１の装置を用いた場合に比べて、銅箔の搬送速度を遅くする必要があるものの、穿孔時のバリがほとんど認められない良質な穿孔後金属箔３３を得ることができる。加えて、金属箔の穿孔装置１が簡略化できるので、よりコンパクトであり、低コストで製造をすることができる。

なお、本発明に係わる金属箔の穿孔装置１によって製造した穿孔後金属箔３３を、自動車のエンジン音などの騒音を遮蔽するための騒音遮蔽用の防音構造材として使用するような場合には、リチウムイオン電池などに使用されるような場合に比べて、穿孔時のバリや抜き屑３９の付着はそれほど問題にはならない。したがって、表面処理がされていないペーパー３５を用いることができることや、銅箔などの金属箔の搬送速度を速くしたりすることができる。

本発明に係わる金属箔の穿孔装置１の変形例として、図１０に示されるような構造の装置を使用することもできる。実施例１と同様に、図示されていない金属箔３１とペーパー３５とを積層した積層物を、穿孔用ロール３と複数の加圧ロール５ａ〜５ｄ、９ａ，ｂとの間に挟み込み、加圧し、穿孔して多数の微小孔を形成する金属箔の穿孔装置１である。

穿孔用ロール３の表面には、角錐台の形状をした多数の凸部２５を有しており（図２）、凸部２５の上面２５ａは多角形状をしている。これらの複数の加圧ロール５ａ〜５ｄ、９ａ，ｂは、穿孔用ロール３の周囲を取り囲むように存在している。

上述した実施例１（図１）の金属箔の穿孔装置１との主な相違点は、加圧ロール５ａ，５ｂの直径を約１５ｍｍとやや大径にしたこと、加圧ロール５ｃ，５ｄの直径を２倍程度の約２０ｍｍにしたこと、直径が約１５ｍｍの加圧ロール９ａを一対の補助ロール７ｇ，７ｈの谷間部分に設置したこと、補助ロール１０ｂを省略して加圧ロール９ｂのみとしたことなどである。

図１０の装置を用いた場合には、図１の装置を用いた場合に比べて、加圧ロール５ａ〜５ｄを太くしているので、加圧時に変形しにくくすることができるので、より厚い金属箔３１の穿孔が可能になる。

穿孔後金属箔３３から、さらに抜き屑３９を完全に除去する後工程の概略図を図７に示す。金属箔３１の搬送速度を高速化したりする場合や、微小孔３２の径をさらに小さくしたりするような場合には、一部の抜き屑３９が穿孔後金属箔３３に残存しているような場合も認められた。そこで、図１に示されるローラ２１ｃと穿孔金属箔ロール１５との間に新たな製造設備を加えるようにした（図７）。

すなわち、図１に示されるローラ２１ｃを通過した穿孔後金属箔３３は、アップダウン・スイングローラによってテンションが一定範囲内に調整され、真空ポンプ４５で吸引される真空チェンバ４３と、一対の粘着ローラ４７ａとを通過させることによって、抜き屑３９を完全に除去するようにした。

そして、圧延ロール１１によって穿孔部分の表面のバリが平滑になるように圧延され、圧延時に生じた抜き屑３９を、２段目の一対の粘着ローラ４７ｂによってさらに除去した後に穿孔金属箔ロール１５として巻回するようにした。

したがって、リチウムイオン電池などのショートの原因になる穿孔時に発生する抜き屑３９を完全に除去することができる。なお、金属箔３１として銅箔に替えてアルミニウム箔やステンレス箔を用いた場合にも同様の製造設備で行うことができる。

本発明に係わる金属箔の穿孔装置や金属箔の穿孔方法によって製造された穿孔後金属箔は、リチウムイオン電池などの非水系二次電池用の正極板や負極板などの集電体や、自動車のエンジン音などの騒音遮蔽用の防音構造材などに利用をすることができる。

１ 金属箔の穿孔装置
３ 穿孔用ロール
５ａ，ｂ，ｃ，ｄ 加圧ロール
７ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ 補助ロール
８ 谷間
９ａ，ｂ 加圧ロール
１０ａ，ｂ 補助ロール
１１ 圧延ロール
１３ 金属箔ロール
１５ 穿孔金属箔ロール
１７ ペーパーロール
１９ 穿孔屑付ペーパーロール
２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ ローラ
２３ 溝部
２５ 凸部
２５ａ 上面（菱形）
２５ｂ 側面（略台形）
２５ｃ エッジ部
２７ 切削刃
３１ 金属箔
３２ 微小孔
３３ 穿孔後金属箔
３５ ペーパー
３７ 抜き屑付ペーパー
３９ 抜き屑
４１ アップダウン・スイングローラ
４３ 真空チェンバ
４５ 真空ポンプ
４７ａ，ｂ 粘着ローラ
４９ａ，ｂ 粘着ベルト
５１ 固定プレート
５２ 縦枠体
５３ 横枠体
５４ａ〜ｆ 回転軸
ａ 長手方向のピッチ
ｂ 幅方向のピッチ
ｃ 長手方向の微小孔径
ｄ 幅方向の微小孔径

Claims (6)

1. 金属箔とペーパーとを積層した積層物を、穿孔用ロールと複数の加圧ロールとの間に挟み込み、加圧し、穿孔して前記金属箔に多数の微小孔を形成する金属箔の穿孔装置であって、
   前記穿孔用ロールの表面には、角錐台の形状をした多数の凸部を有しており、
   該凸部の上面は、多角形状をしており、
   前記複数の加圧ロールは、前記穿孔用ロールの周囲を取り囲むように存在しており、
   前記加圧ロールの少なくとも１個は、一対の補助ロールによって形成される谷間の部分に設置されており、
   前記一対の補助ロールは、
   複数個の回転可能なベアリングで構成され、互い違いに一対の回転軸に係止されており、
   前記ペーパーは、前記加圧ロールと前記金属箔に当接されており、
   前記金属箔は、
   前記ペーパーと前記穿孔用ロールの前記凸部に当接し、
   該凸部の上面と、前記ペーパーを介する前記複数の加圧ロールからの加圧力を受け、穿孔されて、多数の微小孔が形成されることを特徴とする金属箔の穿孔装置。
2. 前記穿孔用ロールの表面の前記凸部は、四角錐台の形状をしており、
   前記凸部の上面は、菱形である
   ことを特徴とする請求項１に記載の金属箔の穿孔装置。
3. 前記複数の加圧ロールは、いずれも前記穿孔用ロールよりも直径が小さいものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属箔の穿孔装置。
4. 前記回転軸は、その両端が縦枠体に固定されており、
   その内側が少なくとも１個の固定プレートを介して横枠体に固定されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の金属箔の穿孔装置。
5. 前記ペーパーは、紙を基材とするシート状をしたものであり、
   少なくとも一方の面には表面処理がされており、
   該表面処理がされている面が、前記金属箔に対向するように当接されて積層されており、
   前記微小孔の形成によって生じた抜き屑は、
   前記表面処理がされている面に密着され、そのまま保持される
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の金属箔の穿孔装置。
6. 金属箔とペーパーとを積層した積層物を、穿孔用ロールと複数の加圧ロールとの間に挟み込み、加圧し、穿孔して前記金属箔に多数の微小孔を形成する金属箔の穿孔方法であって、
   前記穿孔用ロールの表面には、角錐台の形状をした多数の凸部を有しており、
   該凸部の上面は、多角形状をしており、
   前記複数の加圧ロールは、前記穿孔用ロールの周囲を取り囲むように存在しており、
   前記加圧ロールの少なくとも１個は、一対の補助ロールによって形成される谷間の部分に設置されており、
   前記一対の補助ロールは、
   複数個の回転可能なベアリングで構成され、互い違いに一対の回転軸に係止されており、
   前記ペーパーは、前記加圧ロールと前記金属箔に当接されており、
   前記金属箔は、
   前記ペーパーと前記穿孔用ロールの前記凸部に当接し、
   該凸部の上面と、前記ペーパーを介する前記複数の加圧ロールからの加圧力を受け、穿孔されて、多数の微小孔が形成されることを特徴とする金属箔の穿孔方法。