JP7635017B2 - 複合電極の製造方法および複合電極の製造装置 - Google Patents

複合電極の製造方法および複合電極の製造装置 Download PDF

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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。
特表２０１０－５００７１７号公報 特開２０１３－８０８２８号公報 特開２０１３－２５１３４７号公報
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基材の一方の長辺側の側面に向かって噴出するとともに基材の長手方向に沿ってずらした位置で基材の他方の長辺側の側面に向かって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を備える電界紡糸ユニットと、を具備する。塗布機は、上記搬送経路を搬送される上記基材にプライマー溶液を塗布する。電界紡糸ユニットが備える噴出口は、上記搬送経路の上記塗布機によりプライマー溶液が塗布される位置よりも下流において上記搬送経路を搬送される上記基材に、原料液を噴出する。噴出口のうち上記基材の一方の長辺側の側面と対向する１以上と、噴出口のうち基材の他方の長辺側の側面と対向する他の１以上とが、基材の長手方向に沿ってずらして配置されている。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。
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。 実施形態に係る複合電極の製造装置が含む塗布機の一例を示す概略断面図。 実施形態に係る複合電極の製造装置が含む塗布機の他の例を示す概略断面図。 実施形態に係る複合電極の製造装置が含む電界紡糸機の一例を概略的に示す部分透過図。 実施形態に係る複合電極の製造装置が含む電界紡糸機の他の例を概略的に示す斜視図。 実施形態に係る複合電極の製造方法が含み得る乾燥の一例を示す概略断面図。 実施形態に係る複合電極の製造方法が含み得る圧延の一例を示す概略断面図。 従来の、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説明するための斜視図。 従来の、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説明するための斜視図。 実施形態に係る複合電極を用いる電解コンデンサ本体の構成部材の一例を概略的に示す平面図。 図１０に示すＡ部を拡大した図。 実施形態に係る複合電極を含む電解コンデンサ本体の一例を概略的に示す部分展開斜視図。 実施形態に係る複合電極を含む電解コンデンサの一例を概略的に示す斜視図。 従来型の電解コンデンサ本体の構成部材の一例を概略的に示す平面図。 従来型の電解コンデンサ本体の一例を概略的に示す部分展開斜視図。
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。
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。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 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。
［２］ 前記基材の前記帯形状の短辺幅は２ｍｍ以上６ｍｍ以下である、［１］記載の製造方法。
［３］ 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、［１］または［２］に記載の製造方法。
［４］ 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、［１］乃至［３］の何れか１つに記載の製造方法。
［５］ 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、［１］乃至［３］の何れか１つに記載の製造方法。
［６］ 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、［１］乃至［５］の何れか１つに記載の製造方法。
［７］ 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、［１］乃至［６］の何れか１つに記載の製造方法。
［８］ 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。
［９］ 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、［８］に記載の製造装置。
［１０］ 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、［９］に記載の製造装置。
［１１］ 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、［８］乃至［１０］の何れか１つに記載の製造装置。
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)

  1. 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、前記基材の一方の長辺側の側面に向かって噴出するとともに前記基材の長手方向に沿ってずらした位置で前記基材の他方の長辺側の側面に向かって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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 帯形状の基材を搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、
    前記搬送経路を搬送される前記基材にプライマー溶液を塗布する塗布機と、
    前記搬送経路の前記塗布機によりプライマー溶液が塗布される位置よりも下流において前記搬送経路を搬送される前記基材に原料液を噴出する噴出口を備え、前記噴出口のうち前記基材の一方の長辺側の側面と対向する１以上と前記噴出口のうち前記基材の他方の長辺側の側面と対向する他の１以上とが前記基材の長手方向に沿ってずらして配置され、前記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。
  9. 前記搬送経路における前記電界紡糸ユニットの位置よりも下流の位置に設けられ、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。
  10. 前記搬送経路における前記乾燥炉の位置よりも下流の位置に設けられ、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。
  11. 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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