JP5778938B2 - Separator manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、セパレーター製造装置に関する。 The present invention relates to a separator manufacturing apparatus.
ナノ繊維層を有するセパレーターは、一般的な繊維層を有するセパレーターと比較して繊維が細く空隙が微細かつ均一であるため、絶縁性及びデンドライト耐性が高い。このため、高い絶縁性及び高いデンドライト耐性を維持したままセパレーターの厚さを薄くしてイオン伝導性を高くすることが可能となる。また、ナノ繊維層を有するセパレーターは、一般的な繊維層を有するセパレーターと比較して空隙率が大きいため、高い電解液保持性を有し、このことからもイオン伝導性を高くすることが可能となる。このため、ナノ繊維層を有するセパレーターは、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有するセパレーターとなる。このようなセパレーターは、電池(一次電池及び二次電池を含む。)やコンデンサー(キャパシターともいう。)等に好適に用いることができる。 A separator having a nanofiber layer has high insulation and dendrite resistance because the fibers are thin and the voids are fine and uniform compared to a separator having a general fiber layer. For this reason, it is possible to increase the ion conductivity by reducing the thickness of the separator while maintaining high insulation and high dendrite resistance. In addition, the separator having a nanofiber layer has a higher porosity compared to a separator having a general fiber layer, and thus has a high electrolyte solution retention property, which also makes it possible to increase ion conductivity. It becomes. For this reason, the separator which has a nanofiber layer turns into a separator which has high insulation, high dendrite tolerance, and high ionic conductivity. Such a separator can be suitably used for a battery (including a primary battery and a secondary battery), a capacitor (also referred to as a capacitor), and the like.
従来、長尺シートを搬送する搬送機構を備える搬送装置と、上向きノズルを用いて下方から長尺シートの一方面にナノ繊維を堆積させてナノ繊維層を形成する電界紡糸装置とを備えるナノ繊維製造装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このようなナノ繊維製造装置をセパレーター製造装置として用いて、ナノ繊維層を有するセパレーターを製造することが考えられる。 Conventionally, a nanofiber provided with a transport device having a transport mechanism for transporting a long sheet, and an electrospinning device that forms a nanofiber layer by depositing nanofibers on one side of the long sheet from below using an upward nozzle. A manufacturing apparatus is known (for example, refer to Patent Document 1). It is conceivable to manufacture a separator having a nanofiber layer using such a nanofiber manufacturing apparatus as a separator manufacturing apparatus.
図10は、従来のナノ繊維製造装置900を説明するために示す図である。図10(a)はナノ繊維製造装置900の正面図であり、図10(b)は上向きノズル920周辺の斜視図である。従来のナノ繊維製造装置900は、図10(a)及び図10(b)に示すように、ポリマー溶液(ポリマー材料等を溶媒に溶解させたもの)を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズル920を有するノズルユニット910と、ノズルユニット910よりも上方に配置されたコレクター950と、複数の上向きノズル920とコレクター950との間に高電圧を印加する電源装置960とを備える。
FIG. 10 is a view for explaining a conventional
従来のナノ繊維製造装置900によれば、複数の上向きノズル920の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するため、下向きノズルを用いたセパレーター製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象(下向きノズルから紡糸されなかったポリマー溶液の塊がそのまま長尺シート又は基材層に付着する現象)を発生させることなく、ナノ繊維層を有するセパレーターを製造することが可能となる。
According to the conventional
なお、本発明における「セパレーター」は、非導電性のセパレーターのことをいう。また、本発明において、「ナノ繊維」とは、ポリマー材料からなり、平均径が数nm〜数千nmの繊維のことをいう。 The “separator” in the present invention refers to a non-conductive separator. In the present invention, the “nanofiber” refers to a fiber made of a polymer material and having an average diameter of several nm to several thousand nm.
ところで、電池やコンデンサーの業界においては、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーター(例えば、高い機械的強度を有する基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーター)が求められる場合がある。このようなセパレーターは、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有するのに加えて、高い機械的強度を有するようになる。 By the way, in the battery and capacitor industry, a separator having a structure in which nanofiber layers are formed on both surfaces of a base material layer (for example, a structure in which nanofiber layers are formed on both surfaces of a base material layer having high mechanical strength). May be required. Such a separator has high mechanical strength in addition to high insulation, high dendrite resistance and high ionic conductivity.
しかしながら、従来のナノ繊維製造装置は、ノズルとして上向きノズルを用いているため、ナノ繊維層を形成可能な方向が限られており、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを製造するためには、1台のナノ繊維製造装置900により基材層となる長尺シートの一方面にナノ繊維層を形成した後に、もう1台のナノ繊維製造装置900に長尺シートを設置し直してから当該長尺シートの他方面にナノ繊維層を形成する必要がある。このため、従来のナノ繊維製造装置において、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを高い生産性で大量生産することができないという問題がある。
However, since the conventional nanofiber manufacturing apparatus uses an upward nozzle as a nozzle, the direction in which the nanofiber layer can be formed is limited, and the nanofiber layer is formed on both sides of the base material layer. In order to manufacture a separator, a nanofiber layer is formed on one surface of a long sheet serving as a base layer by one
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターをドロップレット現象を発生させることなく高い生産性で大量生産することが可能なセパレーター製造装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and mass-produces separators having a structure in which nanofiber layers are formed on both sides of a base material layer with high productivity without causing a droplet phenomenon. An object of the present invention is to provide a separator manufacturing apparatus capable of performing the above.
[1]本発明のセパレーター製造装置は、基材層の一方面には第1ナノ繊維層が形成され、他方面には第2ナノ繊維層が形成されたセパレーターを製造するセパレーター製造装置であって、前記基材層となる長尺シートを搬送する搬送機構と、前記長尺シートが搬送されていく途中で前記長尺シートの一方面の向きと他方面の向きとが反対になるように前記長尺シートを反転させる長尺シート反転機構とを備える搬送装置と、前記長尺シート反転機構よりも前段に配置され、上向きノズルを用いて下方から前記一方面に第1ナノ繊維を堆積させて前記第1ナノ繊維層を形成する第1電界紡糸装置と、前記長尺シート反転機構よりも後段に配置され、上向きノズルを用いて下方から前記他方面に第2ナノ繊維を堆積させて前記第2ナノ繊維層を形成する第2電界紡糸装置とを備えることを特徴とする。 [1] The separator manufacturing apparatus of the present invention is a separator manufacturing apparatus that manufactures a separator in which a first nanofiber layer is formed on one surface of a base material layer and a second nanofiber layer is formed on the other surface. The transport mechanism for transporting the long sheet serving as the base material layer, and the direction of the one surface of the long sheet and the direction of the other surface are reversed while the long sheet is being transported. A conveying device having a long sheet reversing mechanism for reversing the long sheet, and a first nanofiber that is disposed in front of the long sheet reversing mechanism and deposits the first nanofibers on the one surface from below using an upward nozzle. A first electrospinning apparatus for forming the first nanofiber layer, and a second nanofiber deposited on the other surface from below by using an upward nozzle, and disposed at a stage subsequent to the long sheet reversing mechanism. The second nanofiber layer Characterized in that it comprises a second electrospinning apparatus for forming.
このため、本発明のセパレーター製造装置によれば、上記した長尺シート反転機構を備えるため、電界紡糸装置(第1電界紡糸装置)により長尺シートの一方面にナノ繊維層を形成した後、別の電界紡糸装置(第2電界紡糸装置)に長尺シートを設置し直すことなく長尺シートの他方面にナノ繊維層を形成することが可能となり、基材層の両面(一方の面及び他方の面)にナノ繊維層が形成されたセパレーターを高い生産性で大量生産することが可能となる。 Therefore, according to the separator manufacturing apparatus of the present invention, since the above-described long sheet reversing mechanism is provided, after the nanofiber layer is formed on one surface of the long sheet by the electrospinning apparatus (first electrospinning apparatus), It becomes possible to form a nanofiber layer on the other side of the long sheet without re-installing the long sheet in another electrospinning apparatus (second electrospinning apparatus). The separator having the nanofiber layer formed on the other surface) can be mass-produced with high productivity.
また、本発明のセパレーター製造装置によれば、上記した長尺シート反転機構を備えるため、第1電界紡糸装置及び第2電界紡糸装置のいずれの場合も、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸することが可能となるため、下向きノズルを用いたセパレーター製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象を発生させることがない。 Moreover, according to the separator manufacturing apparatus of the present invention, since the long sheet reversing mechanism is provided, both the first electrospinning apparatus and the second electrospinning apparatus are the same as in the case of the conventional nanofiber manufacturing apparatus. In addition, since it becomes possible to electrospin nanofibers by discharging a polymer solution from the discharge ports of a plurality of upward nozzles, a droplet phenomenon as seen in a separator manufacturing apparatus using downward nozzles is generated. There is nothing.
従って、本発明のセパレーター製造装置は、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターをドロップレット現象を発生させることなく高い生産性で大量生産することが可能なセパレーター製造装置となる。 Therefore, the separator manufacturing apparatus of the present invention is capable of mass-producing a separator having a structure in which nanofiber layers are formed on both surfaces of a base material layer with high productivity without causing a droplet phenomenon. It becomes.
なお、第1ナノ繊維紡糸装置及び第2ナノ繊維紡糸装置は、同様の構成を有するものでもよいし、異なる構成を有するものでもよい。また、第1ナノ繊維層及び第2ナノ繊維層も、同様の構成(材質、繊維の平均径、厚さ、密度等)を有するものでもよいし、異なる構成を有するものでもよい。製造するセパレーターに応じて適宜選択することができる。 Note that the first nanofiber spinning device and the second nanofiber spinning device may have the same configuration or different configurations. Also, the first nanofiber layer and the second nanofiber layer may have the same configuration (material, average diameter, thickness, density, etc.), or may have different configurations. It can select suitably according to the separator to manufacture.
[2]本発明のセパレーター製造装置においては、前記第2電界紡糸装置は、前記第1電界紡糸装置の上方に配置され、前記長尺シート反転機構は、前記第2電界紡糸装置の高さ位置に合わせて、前記第1電界紡糸装置からの前記長尺シートを反転させることが好ましい。 [2] In the separator manufacturing apparatus of the present invention, the second electrospinning device is disposed above the first electrospinning device, and the long sheet reversing mechanism is positioned at a height position of the second electrospinning device. It is preferable to reverse the long sheet from the first electrospinning apparatus in accordance with the above.
このような構成とすることにより、セパレーター製造装置の設置面積をそれほど大きくすることなく、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。 By setting it as such a structure, it becomes possible to manufacture the separator which has the structure where the nanofiber layer was formed in both surfaces of the base material layer, without enlarging the installation area of a separator manufacturing apparatus so much.
[3]本発明のセパレーター製造装置においては、前記第2電界紡糸装置は、前記第1電界紡糸装置の下方に配置され、前記長尺シート反転機構は、前記第2電界紡糸装置の高さ位置に合わせて、前記第1電界紡糸装置からの前記長尺シートを反転させることが好ましい。 [3] In the separator manufacturing apparatus of the present invention, the second electrospinning device is disposed below the first electrospinning device, and the long sheet reversing mechanism is positioned at a height position of the second electrospinning device. It is preferable to reverse the long sheet from the first electrospinning apparatus in accordance with the above.
このような構成とすることによっても、セパレーター製造装置の設置面積をそれほど大きくすることなく、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。 Even with such a configuration, it is possible to manufacture a separator having a structure in which nanofiber layers are formed on both surfaces of a base material layer without enlarging the installation area of the separator manufacturing apparatus.
[4]本発明のセパレーター製造装置においては、前記第2電界紡糸装置は、前記第1電界紡糸装置と同じ高さ位置に配置され、前記長尺シート反転機構は、高さ位置を変更することなく前記長尺シートを反転させることが好ましい。 [4] In the separator manufacturing apparatus of the present invention, the second electrospinning device is disposed at the same height position as the first electrospinning device, and the long sheet reversing mechanism changes the height position. It is preferable to reverse the long sheet.
このような構成とすることにより、セパレーター製造装置の高さをそれほど高くすることなく、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。 By setting it as such a structure, it becomes possible to manufacture the separator which has a structure in which the nanofiber layer was formed in both surfaces of the base material layer, without making the height of a separator manufacturing apparatus so much.
なお、上記[4]の場合には、長尺シート反転機構として、長尺シートの搬送方向を変更することなく長尺シートをねじるもの(後述する変形例1及び図8参照。)や、長尺シートの搬送方向を90度屈曲するように長尺シートをねじるもの(後述する変形例2及び図9参照。)などを用いることができる。
In the case of the above [4], as the long sheet reversing mechanism, a long sheet is twisted without changing the conveying direction of the long sheet (see
また、「同じ高さ位置」とは、厳密に同じ高さ位置のみを指すものではなく、実質的に同じ高さ位置としてとして扱えることも含む。また、「高さ位置を変更しない」も、厳密に高さ位置を変更しないことのみを指すものではなく、実質的に高さ位置を変更しないとして扱えることも含む。 In addition, “the same height position” does not indicate only the exact same height position, but also includes being handled as substantially the same height position. Further, “not changing the height position” does not only indicate that the height position is not strictly changed, but also includes that the height position can be handled substantially without being changed.
[5]本発明のセパレーター製造装置においては、前記第1電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの通気度を計測する第1通気度計測装置と、前記第2電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層及び前記第2ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの通気度を計測する第2通気度計測装置と、前記第1通気度計測装置により計測された通気度に基づいて「前記長尺シートが前記第1電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第1搬送速度」を制御し、前記第2通気度計測装置により計測された通気度に基づいて「前記長尺シートが前記第2電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第2搬送速度」を制御する搬送速度制御装置とを備えることが好ましい。 [5] In the separator manufacturing apparatus of the present invention, a first air permeability measuring device that is arranged downstream of the first electrospinning device and measures the air permeability of the long sheet on which the first nanofiber layer is formed. And a second air permeability measuring device that is disposed downstream of the second electrospinning device and measures the air permeability of the long sheet on which the first nanofiber layer and the second nanofiber layer are formed, Based on the air permeability measured by the first air permeability measuring device, “the first transport speed that is the transport speed of the long sheet when the long sheet passes through the first electrospinning device” is controlled, Based on the air permeability measured by the second air permeability measuring device, “the second transport speed that is the transport speed of the long sheet when the long sheet passes through the second electrospinning device” is controlled. Conveying speed control device It is preferably provided.
このような構成とすることにより、第1通気度計測装置及び第2通気度計測装置により計測された通気度に基づいて第1搬送速度及び第2搬送速度を制御することが可能となるため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、搬送速度を適切に制御して通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、第1ナノ繊維層及び第2ナノ繊維層がそれぞれ均一な通気度を有するセパレーターを大量生産することが可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to control the first transport speed and the second transport speed based on the air permeability measured by the first air permeability measuring device and the second air permeability measuring device. Even if the spinning conditions fluctuate in the electrospinning process for a long time and the air permeability fluctuates, it is possible to appropriately control the conveying speed to keep the air permeability fluctuation amount within a predetermined range. It becomes possible to mass-produce separators in which the nanofiber layer and the second nanofiber layer each have uniform air permeability.
搬送速度制御装置による第1搬送速度及び第2搬送速度の制御は、例えば、第1搬送速度計測装置及び第2搬送速度計測装置により計測された通気度と、所定の目標通気度とのずれ量に基づいて行うことができる。また、上記の場合には、搬送速度制御装置による第1搬送速度及び第2搬送速度の制御を、ずれ量の時間変化率を考慮して行うこともできる。 The control of the first transport speed and the second transport speed by the transport speed control device is, for example, a deviation amount between the air permeability measured by the first transport speed measuring device and the second transport speed measuring device and a predetermined target air permeability. Can be done based on. In the above case, the control of the first transport speed and the second transport speed by the transport speed control device can be performed in consideration of the time change rate of the deviation amount.
なお、セパレーター製造装置を長時間連続して運転するという観点から、第1搬送速度と第2搬送速度との速度差は可能な限り小さいことが好ましい。 In addition, from the viewpoint of operating the separator manufacturing apparatus continuously for a long time, it is preferable that the speed difference between the first transport speed and the second transport speed is as small as possible.
[6]本発明のセパレーター製造装置においては、前記第1電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの厚さを計測する第1厚さ計測装置と、前記第2電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層及び前記第2ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの厚さを計測する第2厚さ計測装置と、前記第1厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて「前記長尺シートが前記第1電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第1搬送速度」を制御し、前記第2厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて「前記長尺シートが前記第2電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第2搬送速度」を制御する搬送速度制御装置とを備えることが好ましい。 [6] In the separator manufacturing apparatus of the present invention, the first thickness measuring device is arranged at the rear stage of the first electrospinning device and measures the thickness of the long sheet on which the first nanofiber layer is formed. And a second thickness measuring device that is disposed downstream of the second electrospinning device and measures the thickness of the long sheet on which the first nanofiber layer and the second nanofiber layer are formed, and Based on the thickness measured by the first thickness measuring device, "the first conveying speed that is the conveying speed of the long sheet when the long sheet passes through the first electrospinning apparatus" is controlled, Based on the thickness measured by the second thickness measuring device, “the second conveying speed that is the conveying speed of the long sheet when the long sheet passes the second electrospinning device” is controlled. It is preferable to have a transport speed control device. Arbitrariness.
このような構成とすることにより、第1厚さ計測装置及び第2厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて第1搬送速度及び第2搬送速度を制御することが可能となるため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して厚さが変動したとしても、搬送速度を適切に制御して厚さの変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、第1ナノ繊維層及び第2ナノ繊維層がそれぞれ均一な厚さを有するセパレーターを大量生産することが可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to control the first transport speed and the second transport speed based on the thickness measured by the first thickness measuring device and the second thickness measuring device, Even if the spinning conditions fluctuate in the electrospinning process for a long time and the thickness fluctuates, it is possible to appropriately control the conveying speed to keep the variation in thickness within a predetermined range. It becomes possible to mass-produce separators in which the nanofiber layer and the second nanofiber layer each have a uniform thickness.
搬送速度制御装置による第1搬送速度及び第2搬送速度の制御は、例えば、第1搬送速度計測装置及び第2搬送速度計測装置により計測された厚さと、所定の目標厚さとのずれ量に基づいて行うことができる。また、上記の場合には、搬送速度制御装置による第1搬送速度及び第2搬送速度の制御を、ずれ量の時間変化率を考慮して行うこともできる。 The control of the first transport speed and the second transport speed by the transport speed control device is based on, for example, the amount of deviation between the thickness measured by the first transport speed measuring device and the second transport speed measuring device and a predetermined target thickness. Can be done. In the above case, the control of the first transport speed and the second transport speed by the transport speed control device can be performed in consideration of the time change rate of the deviation amount.
[7]本発明のセパレーター製造装置においては、前記第1電界紡糸装置と前記第2電界紡糸装置との間に配置され、前記第1搬送速度と前記第2搬送速度との速度差を吸収する速度差吸収装置をさらに備え、前記搬送装置は、前記第1搬送速度で前記長尺シートを搬送する第1駆動装置と、前記第2搬送速度で前記長尺シートを搬送する第2駆動装置とをさらに備えることが好ましい。 [7] In the separator manufacturing apparatus of the present invention, the separator manufacturing apparatus is disposed between the first electrospinning apparatus and the second electrospinning apparatus, and absorbs a speed difference between the first conveying speed and the second conveying speed. A speed difference absorbing device is further provided, and the transport device transports the long sheet at the first transport speed, and a second drive device transports the long sheet at the second transport speed. It is preferable to further comprise.
このような構成とすることにより、第1搬送速度と第2搬送速度とが異なる場合であっても、長尺シートの切れや弛みを防ぐことが可能となり、その結果、セパレーター製造装置を長時間連続して運転し続けることが可能となる。 By adopting such a configuration, even when the first conveyance speed and the second conveyance speed are different, it becomes possible to prevent the long sheet from being cut or loosened. It becomes possible to continue driving continuously.
[8]本発明のセパレーター製造装置においては、前記速度差吸収装置は、互いの間隔を変更可能な複数の速度差吸収ローラーを備えることが好ましい。 [8] In the separator manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the speed difference absorbing device includes a plurality of speed difference absorbing rollers capable of changing a distance between each other.
このような構成とすることにより、速度差吸収ローラーの間隔を変更することにより、第1搬送速度と第2搬送速度との差を吸収することが可能となる。 By setting it as such a structure, it becomes possible to absorb the difference between a 1st conveyance speed and a 2nd conveyance speed by changing the space | interval of a speed difference absorption roller.
[9]本発明のセパレーター製造装置においては、前記第1電界紡糸装置の紡糸条件と、前記第2電界紡糸装置の紡糸条件とをそれぞれ独立に変更可能な紡糸条件変更装置をさらに備えることが好ましい。 [9] The separator manufacturing apparatus of the present invention preferably further includes a spinning condition changing device capable of independently changing the spinning conditions of the first electrospinning device and the spinning conditions of the second electrospinning device. .
このような構成とすることにより、紡糸条件を独立に変更することによって、第1搬送速度と第2搬送速度との差が大きくならないようにすることが可能となる。その結果、セパレーター製造装置を一層長時間連続して運転し続けることが可能となる。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent the difference between the first conveyance speed and the second conveyance speed from becoming large by independently changing the spinning conditions. As a result, the separator manufacturing apparatus can be continuously operated for a longer time.
「紡糸条件」とは、例えば、電圧、上向きノズルと長尺シートとの距離、ポリマー溶液の組成、紡糸区域の温度及び湿度等を挙げることができる。 Examples of the “spinning conditions” include voltage, distance between the upward nozzle and the long sheet, composition of the polymer solution, temperature and humidity in the spinning area, and the like.
以下、本発明のセパレーター製造装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the separator manufacturing apparatus of this invention is demonstrated based on embodiment shown in a figure.
1.実施形態1に係るセパレーター製造装置1の構成
まず、実施形態1に係るセパレーター製造装置1の構成を説明する。
図1は、実施形態1に係るセパレーター製造装置1の正面図である。なお、図1においては、一部の部材は断面図として示している。これは、後述する図2、図5〜図7においても同様である。
図2は、実施形態1における第1電界紡糸装置20を説明するための図である。図2(a)は第1電界紡糸装置20の正面図であり、図2(b)はノズルブロック110をコレクター150側から見た図である。なお、図2(b)においては、長尺シートWの下に配置されている構成要素(上向きノズル120等)も図示している。また、補助ベルト172については図示を省略している。
図3は、実施形態1における速度差吸収装置40を説明するための図である。図3(a)は第1搬送速度と第2搬送速度とが同じ速さであるときの図であり、図3(b)は第1搬送速度が第2搬送速度より速いときの図であり、図3(c)は第1搬送速度が第2搬送速度より遅いときの図である。
1. Configuration of
FIG. 1 is a front view of a
FIG. 2 is a diagram for explaining the
FIG. 3 is a diagram for explaining the speed
実施形態1に係るセパレーター製造装置1は、図1〜図3に示すように、搬送装置10と、第1電界紡糸装置20と、第1通気度測定装置30と、速度差吸収装置40と、第2電界紡糸装置22と、第2通気度計測装置32と、搬送速度制御装置50(図示せず。)と、紡糸条件変更装置60と(図示せず。)と、主制御装置70(図示せず。)とを備える。セパレーター製造装置1は、基材層の一方面には第1ナノ繊維層NL1が形成され、他方面には第2ナノ繊維層NL2が形成されたセパレーター(後述する図4(d)参照。)を製造するためのセパレーター製造装置である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
実施形態1に係るセパレーター製造装置1においては、第1電界紡糸装置として、1台の電界紡糸装置20を備える。また、第2電界紡糸装置として、1台の電界紡糸装置22を備える。
The
搬送装置10は、図1に示すように、第1電界紡糸装置20から第2電界紡糸装置22へ向けて基材層となる長尺シートWを搬送するように構成されている。搬送装置10は、第1電界紡糸装置20が第1ナノ繊維層NL1を形成するとき(後述する図4(b)参照。)には長尺シートを第1の方向(図1におけるA1の方向)に搬送し、第1電界紡糸装置20の高さ位置から第2電界紡糸装置22の高さ位置まで長尺シートWを第1の方向と略垂直な第2の方向(A2の方向)に搬送し、第2電界紡糸装置22が第2ナノ繊維層NL2を形成するとき(後述する図4(d)参照。)には長尺シートWを第1の方向と反対となる第3の方向(A3の方向)に搬送する。
As shown in FIG. 1, the conveying
搬送装置10は、長尺シートWを繰り出す繰り出しローラー11と、長尺シートWを巻き取る巻き取りローラー12と、長尺シートWの張りを調整するテンションローラー13と、長尺シートWを第1搬送速度で搬送する第1駆動ローラー14と、第1電界紡糸装置20からの長尺シートWの搬送方向を上方に向ける第1反転ローラー16aと、第1反転ローラー16aからの長尺シートWの搬送方向を第2電界紡糸装置22の方に向ける第2反転ローラー16bと、長尺シートWを第2搬送速度で搬送する第2駆動ローラー17と、搬送を補助する補助ローラー18とを備える。
The conveying
このうち、繰り出しローラー11、巻き取りローラー12、テンションローラー13、第1駆動ローラー14、第2駆動ローラー17及び補助ローラー18は、長尺シートWを搬送する搬送機構(符号を図示せず。)を構成する。第1駆動ローラー14は、第1搬送速度で長尺シートWを搬送する第1駆動装置である。また、第2駆動ローラー17は、第2搬送速度で長尺シートWを搬送する第2駆動装置である。
Among these, the feeding
第1反転ローラー16a及び第2反転ローラー16bは、長尺シートWが搬送されていく途中で長尺シートWの一方面の向きと他方面の向きとが反対になるように長尺シートWを反転させる長尺シート反転機構15aを構成する。長尺シート反転機構15aは、第2電界紡糸装置22の高さ位置に合わせて、第1電界紡糸装置20からの長尺シートWを反転させる。
繰り出しローラー11、巻き取りローラー12、第1駆動ローラー14及び第2駆動ローラー17は、図示しない駆動モーターによりそれぞれ回転駆動される構造となっている。なお、上記した以外のローラーも、駆動モーター等により回転駆動される構造としてもよい。
The first reversing
The feeding
なお、第1搬送速度と第2搬送速度とは、理想的には同じ速さであるが、後述するように、測定された通気度に基づいて搬送速度制御装置50により独立に制御されるため、第1搬送速度が第2搬送速度よりも若干速くなることや、第1搬送速度が第2搬送速度よりも若干遅くなることがあり得る。 The first transport speed and the second transport speed are ideally the same speed, but are controlled independently by the transport speed control device 50 based on the measured air permeability as will be described later. The first transport speed may be slightly faster than the second transport speed, or the first transport speed may be slightly slower than the second transport speed.
第1電界紡糸装置20は、図1及び図2に示すように、長尺シート反転機構15aよりも前段に配置され、上向きノズル120(後述)を用いて下方から長尺シートWの一方面に第1ナノ繊維を堆積させて第1ナノ繊維層NL1を形成する。第2電界紡糸装置22は、長尺シート反転機構15aよりも後段に配置され、上向きノズルを用いて下方から長尺シートWの他方面に第2ナノ繊維を堆積させて第2ナノ繊維層NL2を形成する。
第2電界紡糸装置22は、前段に位置する第1電界紡糸装置20の上方に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
以下、第1電界紡糸装置20の構成について詳しく説明する。
第1電界紡糸装置20は、図2に示すように、筐体100と、ノズルユニット110と、ポリマー溶液供給部130(図示せず。)と、コレクター150と、電源装置160と、補助ベルト装置170とを備える。第1電界紡糸装置20は、後述する複数の上向きノズル120の吐出口から第1ポリマー溶液をオーバーフローさせながら吐出して、第1ナノ繊維を電界紡糸する。
Hereinafter, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
筐体100は、導電体からなる。
ノズルユニット110は、複数の上向きノズル120を有する。
本発明のセパレーター製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルユニットを用いることができるが、ノズルユニット110は、上面から見たときに一辺が0.5m〜3mの長方形(正方形を含む)に見える大きさで、ブロック状の形状を有する。
The
The
Nozzle units having various sizes and shapes can be used in the separator manufacturing apparatus of the present invention, but the
上向きノズル120は、図示しないポリマー溶液供給部130から供給される「第1ナノ繊維の原料である第1ポリマー溶液」を吐出口から吐出するノズルである。上向きノズル120は、第1ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する。上向きノズル120を構成する材料としては、導電体を用いることができ、例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム等を用いることができる。
The
上向きノズル120は、例えば、1.5cm〜6.0cmのピッチで配列されている。上向きノズル120の数は、例えば、36個(縦横同数に配列した場合、6個×6個)〜21904個(縦横同数に配列した場合、148個×148個)とすることができる。
The
コレクター150は、ノズルユニット110よりも上方に配置されている。コレクター150は導電体からなり、図2に示すように、絶縁部材152を介して筐体100に取り付けられている。
電源装置160は、上向きノズル120と、コレクター150との間に高電圧を印加する。電源装置160の正極はコレクター150に接続され、電源装置160の負極は筐体100を介してノズルユニット110に接続されている。
The
The
補助ベルト装置170は、長尺シートWの搬送速度に同期して回転する補助ベルト172と、補助ベルト172の回転を助ける5つの補助ベルト用ローラー174とを有する。5つの補助ベルト用ローラー174のうち1つ又は2つ以上の補助ベルト用ローラーが駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター150と長尺シートWとの間に補助ベルト172が配設されているため、長尺シートWは、正の高電圧が印加されているコレクター150に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。
The
第2電界紡糸装置22は、「第2ナノ繊維の原料である第2ポリマー溶液」を扱い、「第2ナノ繊維を電解紡糸する」こと以外は第1電界紡糸装置20と基本的に同様の構成を有するため、第1電界紡糸装置20の構成の説明をもって第2電界紡糸装置22の説明に代える。ただし、これは、第1電界紡糸装置と第2電界紡糸装置とが同様の構成を有する必要があることを示すものではない。本発明の範囲内において、第1電界紡糸装置と第2電界紡糸装置とが異なる構成を有してもよい。
The
第1通気度計測装置30は、図1に示すように、第1電界紡糸装置20の後段に配置され、第1ナノ繊維層NL1が形成された長尺シートWの通気度を計測する。
第2通気度計測装置32は、第2電界紡糸装置22の後段に配置され、第1ナノ繊維層NL1及び第2ナノ繊維層NL2が形成された長尺シートWの通気度を計測する。
第1通気度計測装置30及び第2通気度計測装置32としては、一般的な通気度計測装置を用いることができる。第1通気度計測装置30及び第2通気度計測装置32は、それぞれ、計測結果を搬送速度制御装置50に送信する。
As shown in FIG. 1, the first air
The second air permeability measuring device 32 is arranged at the subsequent stage of the
As the first air
速度差吸収装置40は、第1電界紡糸装置20と第2電界紡糸装置22との間に配置され、第1搬送速度と前記第2搬送速度との速度差を吸収する。速度差吸収装置30は、図3に示すように、互いの間隔を変更可能な複数の速度差吸収ローラー42を備える。
The speed
ここで、図3を用いて速度差吸収装置40の動作を説明する。
まず、第1搬送速度と第2搬送速度とが同じ速さであるときには、図3(a)に示すように、速度差吸収ローラー42の間隔は一定のままである。
一方、第1搬送速度より第2搬送速度が速いときには、図3(b)に示すように、下方に位置する速度差吸収ローラー42上方に動き、第1搬送速度と第2搬送速度との速度差を吸収する。
また、第1搬送速度より第2搬送速度が遅いときには、図3(c)に示すように、下方に位置する速度差吸収ローラー42が下方に動き、第1搬送速度と第2搬送速度との速度差を吸収する。
Here, operation | movement of the speed
First, when the first transport speed and the second transport speed are the same, as shown in FIG. 3A, the distance between the speed
On the other hand, when the second transport speed is higher than the first transport speed, as shown in FIG. 3B, the second transport speed moves above the speed
Further, when the second transport speed is slower than the first transport speed, as shown in FIG. 3C, the speed
搬送速度制御装置50は、第1通気度計測装置30により計測された通気度に基づいて「長尺シートWが第1電界紡糸装置20を通過するときにおける当該長尺シートWの搬送速度である第1搬送速度」を制御し、第2通気度計測装置32により計測された通気度に基づいて「長尺シートWが第2電界紡糸装置22を通過するときにおける当該長尺シートWの搬送速度である第2搬送速度」を制御する。例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度が大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくする。一方、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくする。これを第1搬送速度と第2搬送速度とで独立に行う。
The conveyance speed control device 50 is based on the air permeability measured by the first air
紡糸条件変更装置60は、第1電界紡糸装置20の紡糸条件と、第2電界紡糸装置22の紡糸条件とをそれぞれ独立に変更可能である。紡糸条件変更装置60は、第1通気度計測装置30により計測された「第1ナノ繊維層NL1が形成された長尺シートWの通気度」に基づいて、第1電界紡糸装置20の紡糸条件(電圧、上向きノズルと長尺シートとの距離、ポリマー溶液の組成、紡糸区域の温度及び湿度等)を、第1搬送速度の変動が小さくなるように変更する。また、紡糸条件変更装置60は、第2通気度計測装置32により計測された「第1ナノ繊維層NL1及び第2ナノ繊維層NL2が形成された長尺シートWの通気度」に基づいて、第2電界紡糸装置22の紡糸条件を、第2搬送速度の変動が小さくなるように変更する。
The spinning condition changing device 60 can independently change the spinning conditions of the
主制御装置70は、「搬送装置10、第1電界紡糸装置20、第1通気度計測装置30、速度差吸収装置40、第2電界紡糸装置22、第2通気度測定装置32、搬送速度制御装置50及び紡糸条件変更装置60」を制御する。
The main controller 70 is “conveying
2.実施形態1に係るセパレーター製造装置1を用いたセパレーターの製造方法
以下、実施形態1に係るセパレーター製造装置1を用いてセパレーターを製造する方法について説明する。
2. Method for Producing Separator Using
図4は、実施形態1におけるセパレーターの製造方法を説明するための図である。図4(a)〜図4(d)は各工程図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing a separator in the first embodiment. 4A to 4D are process diagrams.
a)紡糸準備・長尺シートWの搬送
第1ポリマー溶液及び第2ポリマー溶液を準備し、これらを第1電界紡糸装置20及び第2電界紡糸装置22のノズルブロック110へ供給する。続けて、長尺シートWを搬送装置10にセットし、長尺シートW(図4(a)参照。)を繰り出しローラー11から巻き取りローラー12に向けて搬送する。
a) Preparation for Spinning / Conveying Long Sheet W A first polymer solution and a second polymer solution are prepared and supplied to the
b)電界紡糸(1)
次に、第1搬送速度で長尺シートWを搬送しながら、第1電界紡糸装置20によって長尺シートWの一方面に第1ナノ繊維層NL1を形成する(図4(b)参照。)。
第1ナノ繊維層NL1が形成された長尺シートWの通気度は第1通気度計測装置30により計測され、搬送速度制御装置50は、それに基づいて第1搬送速度を制御する。また、紡糸条件変更装置60は、第1搬送速度の変動が小さくなるように第1電界紡糸装置20の紡糸条件を変更する。
b) Electrospinning (1)
Next, the first nanofiber layer NL1 is formed on one surface of the long sheet W by the
The air permeability of the long sheet W on which the first nanofiber layer NL1 is formed is measured by the first air
c)長尺シートWの反転
次に、長尺シート反転機構15a(第1反転ローラー16a及び第2反転ローラー16b)により、他方面が下側になるように長尺シートWの一方面の向きと他方面の向きとを反転させる(図4(c)参照。)。
c) Reversal of the long sheet W Next, the direction of the one surface of the long sheet W so that the other surface is on the lower side by the long
d)電界紡糸(2)
最後に、第1ナノ繊維層NL1を積層した長尺シートWを第2搬送速度で搬送しながら、第2電界紡糸装置22によって長尺シートWの他方面に第2ナノ繊維層NL2を形成する(図4(d)参照。)。
第1ナノ繊維層NL1及び第2ナノ繊維層NL2が形成された長尺シートWの通気度は第2通気度計測装置32により計測され、搬送速度制御装置50は、それに基づいて第2搬送速度を制御する。また、紡糸条件変更装置60は、第2搬送速度の変動が小さくなるように第2電界紡糸装置22の紡糸条件を変更する。
以上の方法により、セパレーターを製造することができる。
d) Electrospinning (2)
Finally, the second nanofiber layer NL2 is formed on the other surface of the long sheet W by the
The air permeability of the long sheet W on which the first nanofiber layer NL1 and the second nanofiber layer NL2 are formed is measured by the second air permeability measuring device 32, and the transport speed control device 50 determines the second transport speed based on the measured air permeability. To control. Further, the spinning condition changing device 60 changes the spinning conditions of the
A separator can be manufactured by the above method.
以下に、実施形態1における紡糸条件を例示的に示す。
Below, the spinning conditions in
第1ナノ繊維及び第2ナノ繊維の原料となるポリマーとしては、例えば、ポリ乳酸(PLA)、ポリプロピレン(PP)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド(PA)、ポリウレタン(PUR)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリ乳酸グリコール酸(PLGA)、シルク、セルロース、キトサンなどを用いることができる。 As a polymer used as a raw material of the first nanofiber and the second nanofiber, for example, polylactic acid (PLA), polypropylene (PP), polyvinyl acetate (PVAc), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), Polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), polyurethane (PUR), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyetherimide (PEI), polycaprolactone (PCL), polylactic glycolic acid (PLGA), Silk, cellulose, chitosan and the like can be used.
第1ポリマー溶液及び第2ポリマー溶液に用いる溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、クロロホルム、アセトン、水、蟻酸、酢酸、シクロヘキサン、THFなどを用いることができる。複数種類の溶媒を混合して用いてもよい。ポリマー溶液には、導電性向上剤などの添加剤を含有させてもよい。 Examples of the solvent used in the first polymer solution and the second polymer solution include dichloromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, methyl ethyl ketone, chloroform, acetone, water, formic acid, acetic acid, cyclohexane, and THF. A plurality of types of solvents may be mixed and used. The polymer solution may contain an additive such as a conductivity improver.
長尺シートWとしては、セパレーターとして用いることが可能な不織布、織物、編物、紙などを用いることができる。長尺シートWの厚さは、例えば3μm〜50μmのものを用いることができる。長尺シートWの長さは、例えば10m〜10kmのものを用いることができる。 As long sheet W, the nonwoven fabric which can be used as a separator, a textile fabric, a knitted fabric, paper etc. can be used. The long sheet W may have a thickness of, for example, 3 μm to 50 μm. The length of the long sheet W can be, for example, 10 m to 10 km.
第1搬送速度及び第2搬送速度は、例えば0.2m/分〜100m/分に設定することができる。コレクター150とノズルブロック110との間に印加する電圧は、10kV〜80kVに設定することができ、50kV付近に設定することが好ましい。
The first transport speed and the second transport speed can be set to, for example, 0.2 m / min to 100 m / min. The voltage applied between the
紡糸区域の温度は、例えば10℃〜40℃に設定することができる。紡糸区域の湿度は、例えば20%〜60%に設定することができる。 The temperature of the spinning zone can be set to 10 ° C. to 40 ° C., for example. The humidity of the spinning area can be set to 20% to 60%, for example.
3.実施形態1に係るセパレーター製造装置1の効果
実施形態1に係るセパレーター製造装置1によれば、上記した長尺シート反転機構15aを備えるため、電界紡糸装置(第1電界紡糸装置20)により長尺シートの一方面にナノ繊維層を形成した後、別の電界紡糸装置(第2電界紡糸装置22)に長尺シートを設置し直すことなく長尺シートの他方面にナノ繊維層を形成することが可能とり、基材層の両面(一方の面及び他方の面)にナノ繊維層が形成されたセパレーターを高い生産性で大量生産することが可能となる。
3. Effect of
また、実施形態1に係るセパレーター製造装置1によれば、上記した長尺シート反転機構15aを備えるため、第1電界紡糸装置20及び第2電界紡糸装置22のいずれの場合も、従来のナノ繊維製造装置900の場合と同様に、複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸することが可能となるため、下向きノズルを用いたセパレーター製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象を発生させることがない。
Moreover, according to the
従って、実施形態1に係るセパレーター製造装置1は、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターをドロップレット現象を発生させることなく高い生産性で大量生産することが可能なセパレーター製造装置となる。
Therefore, the
また、実施形態1に係るセパレーター製造装置1によれば、第2電界紡糸装置22は、第1電界紡糸装置20の上方に配置され、長尺シート反転機構15aは、第2電界紡糸装置22の高さ位置に合わせて、第1電界紡糸装置20からの長尺シートWを反転させるため、セパレーター製造装置の設置面積をそれほど大きくすることなく、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。
Further, according to the
また、実施形態1に係るセパレーター製造装置1によれば、第1通気度計測装置30と、第2通気度計測装置32と、搬送速度制御装置50とを備えるため、第1通気度計測装置及び第2通気度計測装置により計測された通気度に基づいて第1搬送速度及び第2搬送速度を制御することが可能となるため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、搬送速度を適切に制御して通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、第1ナノ繊維層及び第2ナノ繊維層がそれぞれ均一な通気度を有するセパレーターを大量生産することが可能となる。
Moreover, according to the
また、実施形態1に係るセパレーター製造装置1によれば、第1電界紡糸装置20と第2電界紡糸装置22との間に配置され、第1搬送速度と第2搬送速度との速度差を吸収する速度差吸収装置40を備えるため、第1搬送速度と第2搬送速度とが異なる場合であっても、長尺シートの切れや弛みを防ぐことが可能となり、その結果、セパレーター製造装置を長時間連続して運転し続けることが可能となる。
Moreover, according to the
また、実施形態1に係るセパレーター製造装置1によれば、速度差吸収装置40は、間隔を変更可能な速度差吸収ローラー42を備えるため、速度差吸収装置の間隔を変更することにより、第1搬送速度と第2搬送速度との差を吸収することが可能となる。
Moreover, according to the
また、実施形態1に係るセパレーター製造装置1によれば、第1電界紡糸装置20の紡糸条件と、第2電界紡糸装置22の紡糸条件とをそれぞれ独立に変更可能な紡糸条件変更装置60を備えるため、紡糸条件を独立に変更することにより、第1搬送速度と第2搬送速度との差が大きくならないようにすることが可能となる。その結果、セパレーター製造装置を一層長時間連続して運転し続けることが可能となる。
In addition, the
[実施形態2]
図5は、実施形態2に係るセパレーター製造装置2の正面図である。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a front view of the
実施形態2に係るセパレーター製造装置2は、基本的には実施形態1に係るセパレーター製造装置1と同様の構成を有するが、電界紡糸装置の配置位置が実施形態1に係るセパレーター製造装置1の場合とは異なる。また、これに伴って、搬送装置の構成並びに第1通気度計測装置及び第2通気度計測装置の配置も実施形態1に係るセパレーター製造装置1とは異なる。
The
セパレーター製造装置2においては、図5に示すように、第2電界紡糸装置22は、後段に位置する第1電界紡糸装置20の下方に配置されている。また、搬送装置19の長尺シート反転機構15bは、第1反転ローラー16c及び第2反転ローラー16dを備え、第2電界紡糸装置22の高さ位置に合わせて、第1電界紡糸装置20からの長尺シートWを反転させる。
In the
上記のように、実施形態2に係るセパレーター製造装置2は、電界紡糸装置の配置位置が実施形態1に係るセパレーター製造装置1の場合とは異なるが、長尺シートWを反転させる長尺シート反転機構15bを備える搬送装置19と、上向きノズル120を用いて下方から一方面に第1ナノ繊維を堆積させて第1ナノ繊維層NL1を形成する第1電界紡糸装置20と、上向きノズルを用いて下方から他方面に第2ナノ繊維を堆積させて第2ナノ繊維層NL2を形成する第2電界紡糸装置22とを備えるため、実施形態1に係るセパレーター製造装置1の場合と同様に、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターをドロップレット現象を発生させることなく高い生産性で大量生産することが可能なセパレーター製造装置となる。
As described above, the
また、実施形態2に係るセパレーター製造装置2によれば、第2電界紡糸装置22が第1電界紡糸装置20の下方に配置され、長尺シート反転機構15bは、第2電界紡糸装置22の高さ位置に合わせて、第1電界紡糸装置20からの長尺シートWを反転させるため、このような構成とすることによっても、セパレーター製造装置の設置面積をそれほど大きくすることなく、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。
Further, according to the
なお、実施形態2に係るセパレーター製造装置2は、電界紡糸装置の配置位置以外の点においては、実施形態1に係るセパレーター製造装置1と基本的に同様の構成を有するため、実施形態1に係るセパレーター製造装置1が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
The
[実施形態3]
図6は、実施形態3に係るセパレーター製造装置3の正面図である。
[Embodiment 3]
FIG. 6 is a front view of the
実施形態3に係るセパレーター製造装置3は、基本的には実施形態1に係るセパレーター製造装置1と同様の構成を有するが、電界紡糸装置の数が実施形態1に係るセパレーター製造装置1の場合とは異なる。すなわち、実施形態3に係るセパレーター製造装置3は、図6に示すように、2台の第1電界紡糸装置20,21と、2台の第2電界紡糸装置22,23とを備える。なお、第1電界紡糸装置20と第1電界紡糸装置21とは同様の構成を有し、第2電界紡糸装置22と第2電界紡糸装置23とは同様の構成を有する。
The
このように、実施形態3に係るセパレーター製造装置3は、電界紡糸装置の数が実施形態1に係るセパレーター製造装置1の場合とは異なるが、長尺シートWを反転させる長尺シート反転機構15bを備える搬送装置10と、上向きノズル120を用いて下方から一方面に第1ナノ繊維を堆積させて第1ナノ繊維層NL1を形成する第1電界紡糸装置20,21と、上向きノズルを用いて下方から他方面に第2ナノ繊維を堆積させて第2ナノ繊維層NL2を形成する第2電界紡糸装置22,23とを備えるため、実施形態1に係るセパレーター製造装置1の場合と同様に、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターをドロップレット現象を発生させることなく高い生産性で大量生産することが可能なセパレーター製造装置となる。
Thus, the
なお、実施形態3に係るセパレーター製造装置3は、電界紡糸装置の数以外の点においては、実施形態1に係るセパレーター製造装置1と基本的に同様の構成を有するため、実施形態1に係るセパレーター製造装置1が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。
The
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on said embodiment, this invention is not limited to said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit thereof, and for example, the following modifications are possible.
(1)上記各実施形態における各構成要素の数、位置関係、大きさは例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。 (1) The number, positional relationship, and size of each component in each of the above embodiments are examples, and the present invention is not limited to this.
(2)上記各実施形態に係るセパレーター製造装置においては、通気度計測装置(第1通気度計測装置及び第2通気度計測装置)を備えるものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、厚さ計測装置(第1厚さ計測装置及び第2厚さ計測装置)を備えるものであってもよい。この場合、搬送速度制御装置は、第1厚さ計測装置及び第2厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて第1搬送速度及び第2搬送速度を制御する。このような構成とすることにより、第1厚さ計測装置及び第2厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて第1搬送速度及び第2搬送速度を制御することが可能となるため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して厚さが変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御して厚さの変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、第1ナノ繊維層及び第2ナノ繊維層がそれぞれ均一な厚さを有するセパレーターを大量生産することが可能となる。 (2) The separator manufacturing apparatus according to each of the above embodiments includes an air permeability measuring device (a first air permeability measuring device and a second air permeability measuring device), but the present invention is limited to this. is not. For example, a thickness measuring device (a first thickness measuring device and a second thickness measuring device) may be provided. In this case, the transport speed control device controls the first transport speed and the second transport speed based on the thicknesses measured by the first thickness measurement device and the second thickness measurement device. By adopting such a configuration, it becomes possible to control the first transport speed and the second transport speed based on the thickness measured by the first thickness measuring device and the second thickness measuring device, Even if the spinning conditions fluctuate in the electrospinning process for a long time and the thickness fluctuates, it is possible to appropriately control the conveyance speed accordingly to keep the fluctuation amount of the thickness within a predetermined range. In addition, it is possible to mass-produce separators in which the first nanofiber layer and the second nanofiber layer each have a uniform thickness.
(3)上記実施形態3においては、電界紡糸装置20,21及び電界紡糸装置22,23の構成が同様であるセパレーター製造装置3を例にとって本発明のセパレーター製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。電界紡糸装置の構成がそれぞれ異なるセパレーター製造装置に本発明を適用することもできる。
(3) In the third embodiment, the separator manufacturing apparatus of the present invention has been described by taking the
(4)上記実施形態3においては、第1電界紡糸装置の台数と第2電界紡糸装置の台数とが同数(2台)のセパレーター製造装置3を例にとって本発明のセパレーター製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図7は、変形例1に係るセパレーター製造装置4の正面図である。例えば、図7に示すセパレーター製造装置4のように、第1電界紡糸装置の台数と第2電界紡糸装置の台数とが同数でないセパレーター製造装置に本発明を適用することもできる。なお、本発明のセパレーター製造装置は、図7に記載したものに限られず、第1電界紡糸装置を1台又は3台以上備えていてもよいし、第2電界紡糸装置を2台以上備えていてもよい。
(4) In the third embodiment, the separator manufacturing apparatus of the present invention has been described by taking the
(5)上記各実施形態においては、第2電界紡糸装置22の高さ位置に合わせて、第1電界紡糸装置20からの長尺シートWを反転させる長尺シート反転機構を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、高さ位置を変更することなく長尺シートを反転させる長尺シート反転機構を用いてもよい。この場合、第2電界紡糸装置は第1電界紡糸装置と同じ高さ位置に配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、セパレーター製造装置の高さをそれほど高くすることなく、基材層の両面にナノ繊維層が形成された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。
(5) In each of the above embodiments, the long sheet reversing mechanism for reversing the long sheet W from the
図8は、変形例2における長尺シート反転機構15cを説明するための図である。図9は、変形例3における長尺シート反転機構15dを説明するための図である。図8及び図9は、長尺シート反転機構の部分を上面から見た模式図である。
長尺シート反転機構15cは、図8に示すように、3本のねじりローラー16e,16f,16gを備え、長尺シートの搬送方向を変更することなく長尺シートをねじるように反転させるものである。また、長尺シート反転機構15dは、図9に示すように、1本のねじりローラー16hを備え、長尺シートの搬送方向を90度屈曲するように長尺シートをねじるように反転させるものである。以上のような長尺シート反転機構を用いてもよい。
FIG. 8 is a view for explaining the long
As shown in FIG. 8, the long
(6)本発明のセパレーター製造装置においては、ノズルユニットとして、ブロック状の形状を有するノズルブロックを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。ノズルユニットとして、複数の上向きノズルがそれぞれ配設された複数の管からなるノズルユニットを用いてもよい。 (6) In the separator manufacturing apparatus of the present invention, a nozzle block having a block shape is used as the nozzle unit, but the present invention is not limited to this. As the nozzle unit, a nozzle unit composed of a plurality of tubes each having a plurality of upward nozzles may be used.
(7)上記各実施形態においては、電源装置160の正極がコレクター150に接続され、電源装置160の負極がノズルユニット110に接続された電界紡糸装置を用いて本発明のセパレーター製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電源装置の正極がノズルユニットに接続され、電源装置の負極がコレクターに接続された電界紡糸装置を備えるセパレーター製造装置に本発明を適用することもできる。
(7) In each of the above embodiments, the separator manufacturing apparatus of the present invention has been described using an electrospinning apparatus in which the positive electrode of the
(8)上記各実施形態においては、1つの電界紡糸装置に1つのノズルユニットが配設されたセパレーター製造装置1を用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、1つの電界紡糸装置に2つ以上のノズルユニットが配設されたセパレーター製造装置に本発明を適用することもできる。
(8) In each of the above embodiments, the present invention has been described using the
この場合、全てのノズルユニットでノズル配列ピッチを同一にすることもできるし、各ノズルユニットでノズル配列ピッチを異ならせることもできる。また、すべてのノズルユニットでノズルユニットの高さ位置を同一にすることもできるし、各ノズルユニットでノズルユニットの高さ位置を異ならせることもできる。 In this case, the nozzle arrangement pitch can be made the same for all nozzle units, or the nozzle arrangement pitch can be made different for each nozzle unit. Moreover, the height position of a nozzle unit can also be made the same by all the nozzle units, and the height position of a nozzle unit can also be varied by each nozzle unit.
1,2,3,4…セパレーター製造装置、10,19…搬送装置、11…繰り出しローラー、12…巻き取りローラー、13…テンションローラー、14…第1駆動ローラー、15a,15b,15c,15d…長尺シート反転機構、16a,16c…第1反転ローラー、16b,16d…第2反転ローラー、16e,16f,16g,16h…ねじりローラー、17…第2駆動ローラー、18…補助ローラー、20,21…第1電界紡糸装置、22,23…第2電界紡糸装置、30,32…通気度計測装置、40…速度差調整装置、42…速度差吸収ローラー、100…筐体、110…ノズルユニット、120…上向きノズル、150…コレクター、152…絶縁体、160…電源装置、170…補助ベルト装置、172…補助ベルト、174…補助ベルト用ローラー、NL1…第1ナノ繊維層、NL2…第2ナノ繊維層、W…長尺シート 1, 2, 3, 4 ... Separator manufacturing device, 10, 19 ... Conveying device, 11 ... Feeding roller, 12 ... Winding roller, 13 ... Tension roller, 14 ... First drive roller, 15a, 15b, 15c, 15d ... Long sheet reversing mechanism, 16a, 16c ... first reversing roller, 16b, 16d ... second reversing roller, 16e, 16f, 16g, 16h ... twisting roller, 17 ... second driving roller, 18 ... auxiliary roller, 20, 21 ... 1st electrospinning device, 22, 23 ... 2nd electrospinning device, 30, 32 ... Air permeability measuring device, 40 ... Speed difference adjusting device, 42 ... Speed difference absorbing roller, 100 ... Housing, 110 ... Nozzle unit, 120 ... Upward nozzle, 150 ... Collector, 152 ... Insulator, 160 ... Power supply device, 170 ... Auxiliary belt device, 172 ... Auxiliary belt, 1 4 ... auxiliary belt rollers, NL1 ... first nanofiber layer, NL2 ... second nanofiber layer, W ... long sheet
Claims (5)
前記基材層となる長尺シートを搬送する搬送機構と、前記長尺シートが搬送されていく途中で前記長尺シートの一方面の向きと他方面の向きとが反対になるように前記長尺シートを反転させる長尺シート反転機構とを備える搬送装置と、
前記長尺シート反転機構よりも前段に配置され、上向きノズルを用いて下方から前記一方面に第1ナノ繊維を堆積させて前記第1ナノ繊維層を形成する第1電界紡糸装置と、
前記長尺シート反転機構よりも後段に配置され、上向きノズルを用いて下方から前記他方面に第2ナノ繊維を堆積させて前記第2ナノ繊維層を形成する第2電界紡糸装置とを備えたセパレーター製造装置において、
前記第1電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの通気度を計測する第1通気度計測装置と、
前記第2電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層及び前記第2ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの通気度を計測する第2通気度計測装置と、
前記第1通気度計測装置により計測された通気度に基づいて「前記長尺シートが前記第1電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第1搬送速度」を制御し、前記第2通気度計測装置により計測された通気度に基づいて「前記長尺シートが前記第2電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第2搬送速度」を制御する搬送速度制御装置とをさらに備えることを特徴とするセパレーター製造装置。 A separator manufacturing apparatus for manufacturing a separator in which a first nanofiber layer is formed on one surface of a base material layer and a second nanofiber layer is formed on the other surface,
The transport mechanism that transports the long sheet serving as the base material layer, and the long sheet so that the direction of one surface of the long sheet and the direction of the other surface are opposite while the long sheet is being transported. A conveying device comprising a long sheet reversing mechanism for reversing the long sheet;
A first electrospinning apparatus that is arranged in front of the long sheet reversing mechanism and deposits first nanofibers on the one surface from below using an upward nozzle to form the first nanofiber layer;
A second electrospinning device disposed behind the long sheet reversing mechanism and depositing second nanofibers on the other surface from below using an upward nozzle to form the second nanofiber layer. In separator manufacturing equipment,
A first air permeability measuring device that is arranged downstream of the first electrospinning device and measures the air permeability of the long sheet on which the first nanofiber layer is formed;
A second air permeability measuring device that is arranged downstream of the second electrospinning device and measures the air permeability of the long sheet on which the first nanofiber layer and the second nanofiber layer are formed;
Based on the air permeability measured by the first air permeability measuring device, “the first transport speed that is the transport speed of the long sheet when the long sheet passes through the first electrospinning device” is controlled. , Based on the air permeability measured by the second air permeability measuring device, “the second transport speed that is the transport speed of the long sheet when the long sheet passes through the second electrospinning device” is controlled. A separator manufacturing apparatus, further comprising a conveying speed control device.
前記基材層となる長尺シートを搬送する搬送機構と、前記長尺シートが搬送されていく途中で前記長尺シートの一方面の向きと他方面の向きとが反対になるように前記長尺シートを反転させる長尺シート反転機構とを備える搬送装置と、
前記長尺シート反転機構よりも前段に配置され、上向きノズルを用いて下方から前記一方面に第1ナノ繊維を堆積させて前記第1ナノ繊維層を形成する第1電界紡糸装置と、
前記長尺シート反転機構よりも後段に配置され、上向きノズルを用いて下方から前記他方面に第2ナノ繊維を堆積させて前記第2ナノ繊維層を形成する第2電界紡糸装置とを備えたセパレーター製造装置において、
前記第1電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの厚さを計測する第1厚さ計測装置と、
前記第2電界紡糸装置の後段に配置され、前記第1ナノ繊維層及び前記第2ナノ繊維層が形成された前記長尺シートの厚さを計測する第2厚さ計測装置と、
前記第1厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて「前記長尺シートが前記第1電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第1搬送速度」を制御し、前記第2厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて「前記長尺シートが前記第2電界紡糸装置を通過するときにおける当該長尺シートの搬送速度である第2搬送速度」を制御する搬送速度制御装置とをさらに備えることを特徴とするセパレーター製造装置。 A separator manufacturing apparatus for manufacturing a separator in which a first nanofiber layer is formed on one surface of a base material layer and a second nanofiber layer is formed on the other surface,
The transport mechanism that transports the long sheet serving as the base material layer, and the long sheet so that the direction of one surface of the long sheet and the direction of the other surface are opposite while the long sheet is being transported. A conveying device comprising a long sheet reversing mechanism for reversing the long sheet;
A first electrospinning apparatus that is arranged in front of the long sheet reversing mechanism and deposits first nanofibers on the one surface from below using an upward nozzle to form the first nanofiber layer;
A second electrospinning device disposed behind the long sheet reversing mechanism and depositing second nanofibers on the other surface from below using an upward nozzle to form the second nanofiber layer. In separator manufacturing equipment,
A first thickness measuring device that is disposed downstream of the first electrospinning device and measures the thickness of the long sheet on which the first nanofiber layer is formed;
A second thickness measuring device that is disposed downstream of the second electrospinning device and measures the thickness of the long sheet on which the first nanofiber layer and the second nanofiber layer are formed;
Based on the thickness measured by the first thickness measuring device, the control unit controls “the first conveying speed that is the conveying speed of the long sheet when the long sheet passes through the first electrospinning device”. Based on the thickness measured by the second thickness measuring device, the control unit controls the “second conveying speed that is the conveying speed of the long sheet when the long sheet passes through the second electrospinning device”. A separator manufacturing apparatus, further comprising a conveying speed control device.
前記第1電界紡糸装置と前記第2電界紡糸装置との間に配置され、前記第1搬送速度と前記第2搬送速度との速度差を吸収する速度差吸収装置をさらに備え、
前記搬送装置は、前記第1搬送速度で前記長尺シートを搬送する第1駆動装置と、前記第2搬送速度で前記長尺シートを搬送する第2駆動装置とをさらに備えることを特徴とするセパレーター製造装置。 In the separator manufacturing apparatus according to claim 1 or 2 ,
A speed difference absorbing device that is disposed between the first electrospinning device and the second electrospinning device and absorbs a speed difference between the first transport speed and the second transport speed;
The transport device further includes a first drive device that transports the long sheet at the first transport speed, and a second drive device that transports the long sheet at the second transport speed. Separator manufacturing equipment.
前記速度差吸収装置は、互いの間隔を変更可能な複数の速度差吸収ローラーを備えることを特徴とするセパレーター製造装置。 In the separator manufacturing apparatus according to claim 3 ,
The said speed difference absorption apparatus is provided with the several speed difference absorption roller which can change a mutual space | interval, The separator manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第1電界紡糸装置の紡糸条件と、前記第2電界紡糸装置の紡糸条件とをそれぞれ独立に変更可能な紡糸条件変更装置をさらに備えることを特徴とするセパレーター製造装置。 In the separator manufacturing apparatus in any one of Claims 1-4 ,
A separator manufacturing apparatus, further comprising: a spinning condition changing device capable of independently changing a spinning condition of the first electrospinning device and a spinning condition of the second electrospinning device.
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