JP7757822B2 - Yarn twisting device and yarn twisting method - Google Patents
Yarn twisting device and yarn twisting methodInfo
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Description
本明細書は、撚糸装置及び撚糸方法を開示する。 This specification discloses a yarn twisting device and a yarn twisting method.
従来、撚糸装置としては、例えば、複数の炭素繊維を送出方向に送出しこの送出方向を軸方向とする撚糸方向に回転して撚糸された炭素繊維束の上に粘性流体を形成する塗布部と、炭素繊維束に塗布された粘性流体を乾燥する乾燥部と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1など参照)。この撚糸装置では、炭素繊維を撚り合わせてその直径を制御することができる。 Conventionally, a twisting device has been proposed that includes, for example, an applicator that delivers multiple carbon fibers in a delivery direction and rotates in a twisting direction with the delivery direction as its axial direction to form a viscous fluid on the twisted carbon fiber bundle, and a dryer that dries the viscous fluid applied to the carbon fiber bundle (see, for example, Patent Document 1). This twisting device can twist the carbon fibers together to control their diameter.
ところで、特許文献1の撚糸装置では、炭素繊維を撚糸方向に回転することで繊維を撚り合わせ、その後、粘性流体としての結着材をその表面に形成し、乾燥させることで炭素繊維束を固定化し、直径を管理しつつ長尺の炭素繊維束をボビンに巻き取っている。このとき、例えば、送り出す炭素繊維が扁平状である場合など、偏平状の繊維束をそのまま撚糸し、結着材で固定化することで、見かけ上、円形状の束に近づけることはできるが、例えば、偏平状の炭素繊維束の撚糸では、長幅の端の繊維と中心付近の繊維とで、端ほど撚られる際の動きが大きく、形状ばらつきが発生することがあり、繊維単体にほつれ、破断が発生することがあった。このように、炭素繊維束の形状安定性をより高めることが求められていた。 In the twisting device disclosed in Patent Document 1, the carbon fibers are twisted together by rotating them in the twisting direction, and then a binder is formed on the surface as a viscous fluid. The carbon fiber bundle is then fixed by drying, and the long carbon fiber bundle is wound onto a bobbin while controlling the diameter. In this case, for example, when the carbon fibers being fed are flat, the flat fiber bundle can be twisted as is and fixed with a binder, resulting in an appearance that approaches a circular bundle. However, when twisting flat carbon fiber bundles, for example, the fibers at the ends of the length and those near the center move more significantly during twisting, which can result in shape variations and lead to fraying and breakage of individual fibers. Thus, there is a need for greater shape stability in carbon fiber bundles.
本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、炭素繊維束の形状をより安定的にすることができる新規な撚糸装置及び撚糸方法を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of these issues, and its primary objective is to provide a new twisting device and twisting method that can more consistently produce carbon fiber bundles.
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、撚糸したあとの炭素繊維束に溶媒を塗布すると、炭素繊維同士の移動が円滑になり、炭素繊維束の形状をより安定的にすることができることを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。 After extensive research to achieve the above-mentioned objectives, the inventors discovered that applying a solvent to the carbon fiber bundles after twisting facilitates smooth movement of the carbon fibers and makes the shape of the carbon fiber bundles more stable, leading to the completion of the invention disclosed in this specification.
即ち、本明細書で開示する撚糸装置は、
長尺物としての複数の炭素繊維を送り出す送出方向を軸方向とする撚糸方向に該炭素繊維を撚糸する撚糸部と、
撚糸した炭素繊維束に対して所定の溶媒を塗布する溶媒塗布部と、
前記溶媒を塗布後の前記炭素繊維束に対し粘性流体を形成する形成部と、
前記炭素繊維束に形成された粘性流体を乾燥する乾燥部と、
を備えたものである。
That is, the yarn twisting device disclosed in this specification is
a twisting unit that twists the carbon fibers in a twisting direction whose axial direction is the feed direction of the plurality of carbon fibers as the long object;
a solvent application unit that applies a predetermined solvent to the twisted carbon fiber bundle;
a forming unit that forms a viscous fluid on the carbon fiber bundle after the solvent is applied;
a drying section that dries the viscous fluid formed on the carbon fiber bundle;
It is equipped with the following.
本明細書で開示する撚糸方法は、
長尺物としての複数の炭素繊維を送り出す送出方向を軸方向とする撚糸方向に該炭素繊維を撚糸する撚糸工程と、
撚糸した炭素繊維束に対して所定の溶媒を塗布する溶媒塗布工程と、
前記溶媒を塗布後の前記炭素繊維束に対し粘性流体を形成する形成工程と、
前記炭素繊維束に形成された粘性流体を乾燥する乾燥工程と、
を含むものである。
The twisting method disclosed in this specification comprises:
a twisting step of twisting the carbon fibers in a twisting direction whose axial direction is the feed direction of the plurality of carbon fibers as a long object;
a solvent application step of applying a predetermined solvent to the twisted carbon fiber bundle;
a forming step of forming a viscous fluid on the carbon fiber bundle after the solvent is applied;
a drying step of drying the viscous fluid formed on the carbon fiber bundle;
It includes:
本開示は、炭素繊維束の形状をより安定的にすることができる新規な撚糸装置及び撚糸方法を提供することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、以下のように推察される。例えば、扁平した状態などで撚糸対象の炭素繊維が供給されると、長幅の端の繊維と中心付近の繊維とで、端ほど撚られる際の動きが大きく、形状ばらつきが発生しやすく、撚糸した炭素繊維束は、変形した状態になることがある。このとき、繊維束を撚糸ながら、溶媒を塗布すると、繊維束が緩み、表面張力で単繊維同志が引き合い、変形して固まっているような状態から円形に近い繊維束とすることができるのである。 The present disclosure provides a novel twisting device and twisting method that can make the shape of carbon fiber bundles more stable. The reason for this effect is presumed to be as follows: For example, if the carbon fibers to be twisted are supplied in a flattened state, the fibers at the ends of the length tend to move more when twisted than the fibers near the center, which can easily cause shape variations and result in a deformed carbon fiber bundle. In this case, if a solvent is applied to the fiber bundle while it is being twisted, the fiber bundle will loosen and the individual fibers will attract each other due to surface tension, allowing the deformed and solidified state to be transformed into a fiber bundle that is close to circular.
本実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図1は、撚糸装置10の一例を示す斜視図である。図2は、撚糸装置10の側面図(図2A)及び正面図(図2B)である。図3は、二次電池構造体14の一例を示す説明図である。図4は、供給部20及び撚糸部30の一例を示す説明図であり、図4Aが正面図、図4Bが撚糸部30の斜視図、図4Cが第1支持ローラ31の説明図である。図5は、溶媒塗布部50の一例を示す説明図である。図6は、形成部60の一例を示す説明図である。図7は、乾燥部70の一例を示す説明図である。図8は、巻取り部80の一例を示す説明図であり、図8Aが巻取り部80の斜視図、図8Bが巻取りローラ81及びホイール87の斜視図、図8Cが巻取り部80の説明図、図8Dが軸支固定部83の説明図、図8Eがホイール87を取り外す説明図である。 This embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a yarn twisting device 10. FIG. 2 is a side view (FIG. 2A) and a front view (FIG. 2B) of the yarn twisting device 10. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a secondary battery structure 14. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a supply unit 20 and a yarn twisting unit 30, where FIG. 4A is a front view, FIG. 4B is a perspective view of the yarn twisting unit 30, and FIG. 4C is an explanatory diagram of the first support roller 31. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a solvent application unit 50. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a forming unit 60. FIG. 7 is an explanatory diagram of an example of a drying unit 70. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a winding unit 80, where FIG. 8A is a perspective view of the winding unit 80, FIG. 8B is a perspective view of the winding roller 81 and wheel 87, FIG. 8C is an explanatory diagram of the winding unit 80, FIG. 8D is an explanatory diagram of the shaft support fixing unit 83, and FIG. 8E is an explanatory diagram of removing the wheel 87.
撚糸装置10は、図1、2に示すように、シート状に平たく配列され捲回された、長尺材Lを送出方向Aに引き出し、撚糸方向Rに撚糸して断面円形の長尺材Lを作製する装置である。撚糸装置10は、制御部19と、供給部20と、撚糸部30と、支持送部40と、溶媒塗布部50と、形成部60と、乾燥部70と、巻取り部80とを備えている。この長尺材Lは、例えば、図3に示すように、二次電池の負極活物質として用いることができる炭素繊維などが挙げられる。ここで、撚糸装置10の上下、左右、前後方向は、図1,2に示したものを一例とし、送出方向Aは下方向、撚糸方向Rは上下方向を軸とした回転方向として説明する。なお、撚糸方向Rは、左回りでもよいし右回りでもよい。 As shown in Figures 1 and 2, the twisting device 10 is an apparatus that pulls out a long material L, which has been arranged flat and wound into a sheet, in a feed direction A and twists it in a twisting direction R to produce a long material L with a circular cross section. The twisting device 10 includes a control unit 19, a supply unit 20, a twisting unit 30, a support and feeding unit 40, a solvent application unit 50, a forming unit 60, a drying unit 70, and a winding unit 80. Examples of the long material L include carbon fiber, which can be used as a negative electrode active material in secondary batteries, as shown in Figure 3. Here, the up-down, left-right, and front-to-back directions of the twisting device 10 are shown in Figures 1 and 2 as examples, and the feed direction A is described as a downward direction, and the twisting direction R is described as a rotational direction around the up-down direction. The twisting direction R may be either counterclockwise or clockwise.
ここで、撚糸装置10により製造された長尺材Lを利用した製造物について説明する。撚糸装置10の製造物である長尺材Lは、図3に示すように、炭素繊維束であり二次電池15の負極16に用いられる。二次電池15は、柱状の負極16の表面に絶縁性及びイオン伝導性を有する分離膜17が形成され、更に分離膜17の表面に正極18が形成された構造を有する。また、二次電池構造体14は、複数の二次電池15を結束した構造を有している。更に、長尺材Lは、撚糸された状態で結着材により固定化されたものとしてもよい。この二次電池構造体14では、柱状の長尺材Lを負極16として用いるため、外周側からイオンの吸蔵放出を行うことができ、平板状の積層電極に比して応答速度やエネルギー密度に優れ、出力特性を向上することができる。炭素繊維は、例えば、長さは任意であり、その直径dは、例えば、5μm以上100μm以下の範囲であるものとしてもよい。炭素繊維の直径dが5μm以上ではより高い強度を確保することができ、100μm以下では柔軟性をより確保することができる。この炭素繊維の直径dは、20μm以下の範囲がより好ましい。長尺材Lとしての炭素繊維束は、その直径D(μm)が30μm以上1000μm以下の範囲であるものとしてもよい。直径Dが30μm以上では、活物質量を確保することができ、1000μm以下では電極中のイオン拡散抵抗の増加をより抑制でき、好ましい。この直径Dは、50μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましい。また、直径Dは、600μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましい。直径dや直径Dは、二次電池15に求められる特性に応じて、経験的に適宜選択すればよい。 Here, we will explain a product using the long material L produced by the twisting device 10. As shown in Figure 3, the long material L produced by the twisting device 10 is a bundle of carbon fibers and is used as the negative electrode 16 of a secondary battery 15. The secondary battery 15 has a structure in which an insulating and ion-conductive separator 17 is formed on the surface of a cylindrical negative electrode 16, and a positive electrode 18 is further formed on the surface of the separator 17. The secondary battery structure 14 has a structure in which multiple secondary batteries 15 are bundled together. Furthermore, the long material L may be twisted and fixed with a binder. In this secondary battery structure 14, the cylindrical long material L is used as the negative electrode 16, allowing ion absorption and desorption from the outer periphery. This allows for superior response speed and energy density compared to flat laminated electrodes, resulting in improved output characteristics. The carbon fiber may have any length, and its diameter d may be, for example, in the range of 5 μm to 100 μm. A carbon fiber diameter d of 5 μm or greater ensures higher strength, while a diameter d of 100 μm or less ensures better flexibility. The diameter d of the carbon fiber is preferably 20 μm or less. The carbon fiber bundles serving as the long material L may have a diameter D (μm) of 30 μm or greater and 1000 μm or less. A diameter D of 30 μm or greater ensures the amount of active material, while a diameter D of 1000 μm or less is preferable because it further suppresses the increase in ion diffusion resistance in the electrode. The diameter D is preferably 50 μm or greater, more preferably 100 μm or greater. The diameter D is preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less. The diameters d and D may be empirically selected appropriately depending on the characteristics required of the secondary battery 15.
分離膜17は、例えば、キャリア(例えばリチウムイオン)のイオン伝導性を有するものであり、固体電解質としてもよいし、ゲル電解質としてもよい。分離膜17は、イオン伝導性と絶縁性とを有するポリマーが好適であり、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)や、PVdFとヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、及びPMMAとアクリルポリマーとの共重合体などが挙げられる。長尺材Lを固定化する結着材は、例えば、上記のPVdFや、PVdF-HFP共重合体、PMMA、PMMA-アクリルポリマー共重合体のほか、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン-プロピレン-ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。正極18は、例えば、一般的な二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池など)に用いられる物質とすればよく、正極活物質と導電材と結着材とを含む正極合材としてもよい。導電材は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラックなどの炭素質材料や、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。結着材は、活物質粒子や導電材粒子を繋ぎ止めて所定の形状を保つ役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)などを用いることができる。正極活物質としては、例えば、アルカリ金属と遷移金属とを含む化合物、例えば、アルカリ金属と遷移金属元素とを含む酸化物や、アルカリ金属と遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。この二次電池15は、例えば、その太さが0.2mm以上0.5mm以下の範囲としてもよい。また、二次電池15は、断面形状が多角形としてもよいし、円、楕円としてもよい。多角形としては、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などが挙げられるが、六角形が好ましい。 The separation membrane 17 has ionic conductivity for the carrier (e.g., lithium ions) and may be a solid electrolyte or a gel electrolyte. Suitable materials for the separation membrane 17 include polymers with ionic conductivity and insulating properties, such as polyvinylidene fluoride (PVdF), copolymers of PVdF and hexafluoropropylene (HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), and copolymers of PMMA and acrylic polymers. Examples of binders for immobilizing the elongated material L include the aforementioned PVdF, PVdF-HFP copolymer, PMMA, and PMMA-acrylic polymer copolymer, as well as fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, ethylene-propylene-diene mer (EPDM), sulfonated EPDM, and natural butyl rubber (NBR), either alone or in combination. The positive electrode 18 may be made of, for example, a material used in a typical secondary battery (e.g., a lithium-ion secondary battery), or may be a positive electrode composite containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder. The conductive material may be, for example, a carbonaceous material such as acetylene black, carbon black, or ketjen black, or a mixture of one or more metals (e.g., copper, nickel, aluminum, silver, or gold). The binder serves to bind the active material particles and conductive material particles together to maintain a predetermined shape, and may be, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVdF). Examples of the positive electrode active material include compounds containing alkali metals and transition metals, such as oxides containing alkali metals and transition metal elements, and phosphate compounds containing alkali metals and transition metal elements. The secondary battery 15 may have a thickness of, for example, 0.2 mm or more and 0.5 mm or less. The cross-sectional shape of the secondary battery 15 may be polygonal, circular, or elliptical. Examples of polygonal shapes include triangles, rectangles, pentagons, hexagons, and octagons, with hexagons being preferred.
制御部19(図1参照)は、図示しないCPUを中心とするコントローラとして構成されており、装置全体を制御する。この制御部19は、供給部20、形成部60、乾燥部70、巻取り部80などと電気的に接続されており、これらのユニットから信号を取得し、これらのユニットへ制御信号を出力する。この制御部19は、各種処理プログラムや各ユニットの設定値などを記憶したフラッシュメモリーと、一時的にデータを記憶するRAMと、を備えている。 The control unit 19 (see Figure 1) is configured as a controller centered around a CPU (not shown) and controls the entire device. This control unit 19 is electrically connected to the supply unit 20, forming unit 60, drying unit 70, winding unit 80, etc., and receives signals from these units and outputs control signals to these units. This control unit 19 is equipped with a flash memory that stores various processing programs and setting values for each unit, and a RAM that temporarily stores data.
供給部20は、長尺材Lを送出方向Aに送出し送出方向Aを軸方向とする撚糸方向Rに回転可能に構成されている。供給部20は、図4に示すように、中央領域に空間を有する直方体骨格である第1筐体11の上部に配設されている。この供給部20は、供給ローラ21と、ローラ支持部22と、回転駆動部23と、支持部材24とを備えている。供給ローラ21には、長尺材Lがシート状に配列されて捲回されている。この供給ローラ21には、所定の回転制動が付与されており、巻取り部80による長尺材Lの巻取りに追従して回転するようになっている。ローラ支持部22は、供給ローラ21を水平方向を回転軸として回転可能に軸支すると共に、それ自体が垂直方向を回転軸として回転可能に第1筐体11の天板13に回転可能に軸支されている。このローラ支持部22は、天板13の中央に回転可能に吊り下げられている。また、ローラ支持部22は、供給ローラ21を取り外し可能に支持しており、長尺材Lが消費されると使用済みの供給ローラ21が取り外され、新たな供給ローラ21が取り付けられる。回転駆動部23は、ローラ支持部22に接続されローラ支持部22を回転駆動するモータである。回転駆動部23は、長尺材Lの撚糸度に合わせた電力が制御部19から供給され、回転駆動される。この回転駆動部23の駆動力によって、供給ローラ21、ローラ支持部22、支持部材24及び撚糸部30が一体となって撚糸方向Rに回転する。撚糸方向Rへの回転速度は、例えば、0rpm~300rpmなどの範囲にすることができる。また、長尺材Lの単位長さを10cmとしたときの、単位長さあたりの巻き回数を撚糸度と規定した場合、この撚糸度は、10回/10cm以上20回/10cm以下の範囲とすることが好ましい。撚糸度は、送出速度と巻取り速度との関係で調節することができることから、用いる長尺材Lの特性に応じて最適となる回転速度、送出速度及び巻取り速度を設定すればよい。支持部材24は、ローラ支持部22の側面に配設されたステーに固定されたU字状の部材であり、その下端中央に撚糸部30が配設されている。支持部材24は、供給ローラ21の横幅及び長尺材Lの柔軟性などに合わせて供給ローラ21と撚糸部30との間の距離を変更可能になるよう上記ステーに配設されている。 The supply unit 20 is configured to feed the long material L in a feed direction A and rotate in a twisting direction R, with the feed direction A serving as the axial direction. As shown in FIG. 4, the supply unit 20 is disposed on top of the first housing 11, which has a rectangular parallelepiped frame with a central space. The supply unit 20 includes a supply roller 21, a roller support unit 22, a rotation drive unit 23, and a support member 24. The long material L is wound around the supply roller 21 in a sheet-like arrangement. A predetermined rotational brake is applied to the supply roller 21, so that the supply roller 21 rotates in response to the winding of the long material L by the winding unit 80. The roller support unit 22 rotatably supports the supply roller 21 around a horizontal axis of rotation and is itself rotatably supported on the top plate 13 of the first housing 11 around a vertical axis of rotation. The roller support unit 22 is rotatably suspended from the center of the top plate 13. The roller support 22 removably supports the supply roller 21, and when the long material L is consumed, the used supply roller 21 is removed and a new supply roller 21 is installed. The rotation drive unit 23 is a motor connected to the roller support unit 22 and drives the roller support unit 22 to rotate. The rotation drive unit 23 receives power from the control unit 19 according to the twist degree of the long material L, and is driven to rotate. The driving force of the rotation drive unit 23 causes the supply roller 21, roller support unit 22, support member 24, and twisting unit 30 to rotate together in the twisting direction R. The rotation speed in the twisting direction R can be set to, for example, a range of 0 rpm to 300 rpm. Furthermore, if the twist degree is defined as the number of turns per unit length when the unit length of the long material L is 10 cm, then the twist degree is preferably set to a range of 10 turns/10 cm to 20 turns/10 cm. The degree of twisting can be adjusted by adjusting the relationship between the delivery speed and the winding speed, so the optimal rotation speed, delivery speed, and winding speed can be set depending on the characteristics of the long material L being used. The support member 24 is a U-shaped member fixed to a stay attached to the side of the roller support portion 22, with the twisting portion 30 located at the center of its lower end. The support member 24 is attached to the stay so that the distance between the supply roller 21 and the twisting portion 30 can be changed to suit the width of the supply roller 21 and the flexibility of the long material L, etc.
撚糸部30は、撚糸方向Rに回転すると共に送出方向Aに連続的に長尺材Lを送出するよう、この長尺材Lを支持するものである。この撚糸部30は、供給部20に配設された支持部材24に固定されており、供給部20と一体で撚糸方向Rに回転する。この撚糸部30は、支持ローラ31と、スライド部36,37とを有する。支持ローラ31は、送出方向Aに回転すると共に、撚糸方向R方向に回転しないように長尺材Lを挟持するものである。支持ローラ31は、凸ローラ32と凹ローラ33との1対のローラからなる。凸ローラ32は、図4Bに示すように、回転軸34の中央に固定されており、回転軸34はスライド部36の先端に回転可能に軸支されている。凹ローラ33は、回転軸35の中央に固定されており、回転軸35はスライド部37の先端に回転可能に軸支されている。凸ローラ32は外周面の中央が凸状に形成されたローラであり、凹ローラ33は外周面の中央が凹状に形成されたローラである。凸ローラ32の凸部に1つのゴムリングがはめ込まれ、凹ローラ33の凹部に2つのゴムリングがはめ込まれており、このゴムリングの間を連続的に長尺材Lが通過する。スライド部36,37は、支持ローラ31の凸ローラ32及び凹ローラ33を回転可能に軸支し、長尺材Lを挟持する挟持位置と長尺材Lの挟持を開放する開放位置との間でこれを移動させる。スライド部36,37は、図示しない固定具によって支持部材24に固定されており、凸ローラ32及び凹ローラ33の軸間距離を調整して長尺材Lのグリップ力を調整可能になっている。なお、スライド部36,37は、図示しないバネなどの弾性体によって凸ローラ32及び凹ローラ33が近接する方向に付勢され、固定具を解除すると、凸ローラ32及び凹ローラ33が離間可能になるよう構成してもよい。あるいは、スライド部36,37は、モータなどの駆動力により凸ローラ32及び凹ローラ33を近接離間するものとしてもよい。 The twisting unit 30 supports the long material L so that it rotates in the twisting direction R and continuously delivers the long material L in the delivery direction A. The twisting unit 30 is fixed to a support member 24 arranged in the supply unit 20 and rotates integrally with the supply unit 20 in the twisting direction R. The twisting unit 30 has a support roller 31 and slide units 36 and 37. The support roller 31 rotates in the delivery direction A and clamps the long material L to prevent it from rotating in the twisting direction R. The support roller 31 consists of a pair of rollers: a convex roller 32 and a concave roller 33. As shown in Figure 4B, the convex roller 32 is fixed to the center of the rotation shaft 34, which is rotatably supported at the tip of the slide unit 36. The concave roller 33 is fixed to the center of the rotation shaft 35, which is rotatably supported at the tip of the slide unit 37. The convex roller 32 is a roller whose outer circumferential surface is formed in a convex shape at the center, and the concave roller 33 is a roller whose outer circumferential surface is formed in a concave shape at the center. One rubber ring is fitted into the convex portion of the convex roller 32, and two rubber rings are fitted into the concave portion of the concave roller 33, with the long material L passing continuously between these rubber rings. The slide portions 36, 37 rotatably support the convex roller 32 and the concave roller 33 of the support roller 31 and move them between a clamping position where they clamp the long material L and an open position where they release the clamping of the long material L. The slide portions 36, 37 are fixed to the support member 24 by fixtures (not shown), and the gripping force of the long material L can be adjusted by adjusting the center distance between the convex roller 32 and the concave roller 33. The slides 36, 37 may be configured so that the convex roller 32 and the concave roller 33 are biased toward each other by an elastic body such as a spring (not shown), and the convex roller 32 and the concave roller 33 can be separated when the fixing device is released. Alternatively, the slides 36, 37 may be configured to move the convex roller 32 and the concave roller 33 toward and away from each other by the driving force of a motor or the like.
支持送部40は、図1、2に示すように、撚糸部30の下流側である、乾燥部70と巻取り部80との間に配設され、撚糸方向Rに長尺材Lを回転させずに送出方向Aに連続的に長尺材Lを送出するよう長尺材Lを支持するものである。支持送部40は、第1筐体11とは別体の第2筐体12に固定されている。この支持送部40は、図2Bに示すように、送出方向Aに回転し長尺材Lを挟持する支持ローラ41と、支持ローラ41を回転可能に軸支し挟持位置と開放位置との間で移動させるスライド部42とを有する。なお、ここでは、支持ローラ41及びスライド部42は、移動しない第2筐体12に固定されている以外は、支持ローラ31及びスライド部36,37と同様の構成を有するものとしてその具体的な説明を省略する。 As shown in Figures 1 and 2, the support and feed unit 40 is disposed downstream of the twisting unit 30, between the drying unit 70 and the winding unit 80, and supports the long material L so that it is continuously fed in the feed direction A without rotating the long material L in the twisting direction R. The support and feed unit 40 is fixed to the second housing 12, which is separate from the first housing 11. As shown in Figure 2B, the support and feed unit 40 has a support roller 41 that rotates in the feed direction A and clamps the long material L, and a slide unit 42 that rotatably supports the support roller 41 and moves it between a clamping position and an open position. Note that the support roller 41 and slide unit 42 have the same configuration as the support roller 31 and slide units 36 and 37, except that they are fixed to the stationary second housing 12, and detailed description thereof will be omitted.
溶媒塗布部50は、撚糸部30で撚糸した炭素繊維束に対して所定の溶媒を塗布するユニットである。この溶媒塗布部50には、塗布した溶媒を除去する除去部55が配設されている。溶媒塗布部50は、図5に示すように、撚糸部30と支持送部40との間であり、特に撚糸部30と形成部60との間に配設されている。溶媒塗布部50は、形成部60に対して所定の溶媒除去距離Xだけ離れた位置に配設されている。なお、溶媒除去距離Xは、例えば、塗布した溶媒が長尺材Lから十分に除去されるだけの距離になるよう、経験的に定められているものとしてもよい。 The solvent application unit 50 is a unit that applies a predetermined solvent to the carbon fiber bundles twisted in the twisting unit 30. This solvent application unit 50 is provided with a removal unit 55 that removes the applied solvent. As shown in FIG. 5, the solvent application unit 50 is disposed between the twisting unit 30 and the support feed unit 40, particularly between the twisting unit 30 and the forming unit 60. The solvent application unit 50 is disposed at a predetermined solvent removal distance X from the forming unit 60. Note that the solvent removal distance X may be empirically determined, for example, to be a distance sufficient to allow the applied solvent to be sufficiently removed from the long material L.
溶媒塗布部50において、溶媒の供給速度は、長尺材Lの供給速度に応じて適宜定めればよい。この溶媒の供給速度は、例えば、長尺材Lの単位長さに対して、0.020mL/m以上0.1mL/m以下の範囲としてもよいし、0.025mL/m以上や0.03mL/m以上、0.04mL/m以上としてもよい。また、0.05mL/m以下としてもよい。塗布量が少ないと炭素繊維束の形状安定性を高める効果が少なく、塗布量が多いと溶媒の除去が不十分になることから、効果と除去性を考慮して、溶媒の供給量を定めればよい。 In the solvent application section 50, the solvent supply rate may be appropriately determined according to the supply rate of the long material L. This solvent supply rate may be, for example, in the range of 0.020 mL/m or more and 0.1 mL/m or less per unit length of the long material L, or may be 0.025 mL/m or more, 0.03 mL/m or more, or 0.04 mL/m or more. It may also be 0.05 mL/m or less. If the application amount is small, the effect of improving the shape stability of the carbon fiber bundle is small, and if the application amount is large, the solvent is not sufficiently removed. Therefore, the solvent supply amount should be determined taking into account the effect and removability.
また、溶媒塗布部50は、溶媒として水など、長尺材Lの製造物に対して害のないものが好ましく、濡れ性、表面張力などの性質に応じて適宜選択することができる。溶媒塗布部50は、溶媒として揮発性の高い溶媒を用いることが好ましい。次工程で炭素繊維束の表面に粘性流体を形成する際に、溶媒ができる限り存在しない方が好ましいためである。この溶媒は、例えば、沸点が室温以上で且つより低いことが好ましく、90℃以下であることが好ましく、80℃以下であるものとしてもよい。溶媒の揮発性がより高いと、除去が容易であり好ましい。この溶媒は、例えば、炭素繊維束との親和性がより高いものを用いることが好ましく、例えば、水でもよいし有機溶媒でもよいが、有機溶媒であることが好ましい。水系溶媒を用いると、除去エネルギーは大きいが、後処理の簡略化ができる。一方、有機溶媒を用いると、除去後に回収などの処理を要することがあるが、除去エネルギーを低減し、除去時間を短縮することができる。この溶媒は、極性溶媒としてもよいし、非極性溶媒としてもよい。また、この溶媒は、プロトン性溶媒としてもよいし、非プロトン性溶媒としてもよい。非極性溶媒としては、ヘキサンや、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサンなどの炭化水素系溶媒、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒、ジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としては、アセトンを含むケトン系溶媒のほか、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトニトリルなどが挙げられる。プロトン性極性溶媒としては、エタノールを含むアルコール系溶媒や、ギ酸及び酢酸を含むカルボン酸系溶媒、ニトロメタンなどが挙げられる。このうち、溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒及びケトン系溶媒のうち少なくとも1以上であることが好ましい。アルコール系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール及びブタノールなどが挙げられ、このうちエタノールが取り扱いが容易であり好ましい。また、ケトン系溶媒としては、例えば、アセトン、ジエチルケトンなどが挙げられ、このうちアセトンが好ましい。 The solvent application unit 50 preferably uses a solvent such as water that is not harmful to the product of the long material L, and can be selected appropriately depending on properties such as wettability and surface tension. The solvent application unit 50 preferably uses a highly volatile solvent. This is because it is preferable to minimize the presence of solvent when forming a viscous fluid on the surface of the carbon fiber bundle in the subsequent process. For example, the boiling point of this solvent is preferably higher than room temperature but lower, preferably 90°C or lower, and may be 80°C or lower. Higher volatility of the solvent facilitates removal, making it preferable. For example, the solvent preferably has a high affinity with the carbon fiber bundle. For example, either water or an organic solvent may be used, with organic solvents being preferred. Using an aqueous solvent requires high removal energy but simplifies post-processing. On the other hand, using an organic solvent may require post-removal processing such as recovery, but reduces removal energy and shortens removal time. The solvent may be a polar or nonpolar solvent. Furthermore, the solvent may be a protic or aprotic solvent. Nonpolar solvents include hydrocarbon solvents such as hexane, benzene, toluene, and cyclohexane, halogenated solvents such as chloroform, and ether solvents such as diethyl ether. Aprotic polar solvents include ketone solvents such as acetone, as well as dichloromethane, tetrahydrofuran, ethyl acetate, and acetonitrile. Protic polar solvents include alcohol solvents such as ethanol, carboxylic acid solvents such as formic acid and acetic acid, and nitromethane. Among these, the solvent is preferably at least one of an alcohol solvent and a ketone solvent. Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, propanol, and butanol, with ethanol being easy to handle and preferred. Examples of ketone solvents include acetone and diethyl ketone, with acetone being preferred.
この溶媒塗布部50は、塗布部51と、除去部55とを有する。塗布部51は、長尺材Lとしての炭素繊維束を通過させる通過口52aを有する本体部52と、通過口52aを通過する炭素繊維束に溶媒を供給する吐出部53と、を有する。本体部52は、吐出部53を固定し、長尺材Lを通過させるブロック体である。通過口52aは、長尺材Lを通過させる孔であり、本体部52の中央、下面側に形成されている。吐出部53は、外部から供給された溶媒を長尺材Lへ塗布するものである。吐出部53は、例えば、溶媒を一時的にためるシリンジ部と、シリンジ部の先端に接続されシリンジよりも外径が小さく先端に吐出口54が形成された針状の吐出管とを有するものとしてもよい。また、吐出部53は、シリンジ内を押圧し強制的に溶媒を吐出させるピストンを有してもよい。この吐出部53には、図示しないチューブが接続されており、チューブを介して供給された溶媒を吐出口54から炭素繊維束の外周面へ供給する。この吐出部53は、本体部52の外周の4箇所に配設されており、4方向から溶媒を炭素繊維束へ供給する。なお、長尺材Lに溶媒を十分供給できれば、吐出部53は、4箇所以下でもよいし、3~1箇所のいずれかでもよい。 The solvent application unit 50 includes an application unit 51 and a removal unit 55. The application unit 51 includes a main body 52 having a passage 52a through which carbon fiber bundles serving as the long material L pass, and a discharge unit 53 that supplies solvent to the carbon fiber bundles passing through the passage 52a. The main body 52 is a block body that secures the discharge unit 53 and allows the long material L to pass through. The passage 52a is a hole through which the long material L passes, and is formed on the underside of the center of the main body 52. The discharge unit 53 applies solvent supplied from an external source to the long material L. The discharge unit 53 may include, for example, a syringe unit that temporarily stores the solvent and a needle-shaped discharge tube connected to the tip of the syringe unit, with an outer diameter smaller than the syringe and a discharge port 54 at its tip. The discharge unit 53 may also include a piston that presses against the syringe to forcibly discharge the solvent. A tube (not shown) is connected to this discharge unit 53, and the solvent supplied via the tube is fed from the discharge port 54 to the outer surface of the carbon fiber bundle. These discharge units 53 are arranged in four locations on the outer periphery of the main body 52, and supply the solvent to the carbon fiber bundle from four directions. Note that as long as a sufficient amount of solvent can be supplied to the long material L, the number of discharge units 53 may be four or less, or may be any number from three to one.
除去部55は、溶媒を塗布された炭素繊維束からこの溶媒を除去するものである。この除去部55は、加熱気体を流通することによって、長尺材L上の溶媒を除去するものとしてもよい。除去部55は、乾燥空間56と、供給管57と、排出管58と、温度センサ59とを備える。除去部55は、溶媒による長尺材Lの形状安定化の効果が十分得られたあとの位置に配設されているものとしてもよい。ここでは、除去部55は、塗布部51に隣接して設けられ、長尺材Lが移動する塗布部51のすぐ下流側に配設されている。加熱気体としては、例えば、加熱エアなどが挙げられる。除去部55に供給される加熱気体は、図示しない加熱ヒータにより加熱されるものとしてもよい。乾燥空間56は、塗布部51のすぐ下流に設けられた、長尺材Lの乾燥用の空間である。乾燥空間56には、供給管57と排出管58とが接続されている。供給管57は、加熱気体を供給する管である。排出管58は、長尺材Lを加熱した後の加熱気体を排出する管である。なお、除去部55は、排出管58の先で揮発した溶媒をトラップする捕集部を備えてもよい。温度センサ59は、乾燥空間56内部の温度を測定するものであり、例えば、熱電対などが挙げられる。制御部19は、温度センサ59で測定した温度に基づいて、加熱気体の温度調節や供給量調節を行う。 The removal unit 55 removes the solvent from the carbon fiber bundle to which the solvent has been applied. This removal unit 55 may also remove the solvent from the long material L by circulating heated gas. The removal unit 55 includes a drying space 56, a supply pipe 57, an exhaust pipe 58, and a temperature sensor 59. The removal unit 55 may be located at a position after the solvent has sufficiently stabilized the shape of the long material L. Here, the removal unit 55 is located adjacent to the application unit 51, immediately downstream of the application unit 51 where the long material L moves. Examples of heated gas include heated air. The heated gas supplied to the removal unit 55 may be heated by a heater (not shown). The drying space 56 is located immediately downstream of the application unit 51 and is used to dry the long material L. A supply pipe 57 and an exhaust pipe 58 are connected to the drying space 56. The supply pipe 57 is a pipe that supplies heated gas. The discharge pipe 58 is a pipe that discharges the heated gas after heating the long material L. The removal unit 55 may also be equipped with a collection unit that traps the volatilized solvent at the end of the discharge pipe 58. The temperature sensor 59 measures the temperature inside the drying space 56 and may be, for example, a thermocouple. The control unit 19 adjusts the temperature and supply amount of the heated gas based on the temperature measured by the temperature sensor 59.
形成部60は、撚糸部30の下流側に配設され撚糸された長尺材Lに粘性流体を形成するものである。粘性流体としては、例えば、炭素繊維を結着する結着材や、蓄電デバイスのキャリアイオンのイオン伝導性及び絶縁性を有する分離膜となる樹脂などが挙げられる。この結着材や樹脂は、例えば、水系溶媒や有機溶媒に溶解したものとしてもよい。有機溶媒としては、例えば、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどを用いることができる。撚糸装置10は、この形成部60や乾燥部70を複数有し、複数種の粘性流体を長尺材Lに形成するものとしてもよい。例えば、第1塗布部が結着材となる樹脂を長尺材Lの内部に浸透させ第1乾燥部がこれを乾燥し、第2塗布部が分離膜となる樹脂を長尺材Lの外表面に形成し第2乾燥部がこれを乾燥したあと、第3塗布部が電極活物質を含む電極合材の粘性流体をこの分離膜の表面に形成し、第3乾燥部がこれを乾燥し、電極合材層を更に形成するものとしてもよい。ここでは、説明の便宜のため、撚糸装置10は、結着材を形成する形成部60及び乾燥部70を備えたものとして説明する。 The forming unit 60 is disposed downstream of the twisting unit 30 and forms a viscous fluid on the twisted elongated material L. Examples of viscous fluids include binders that bind carbon fibers together and resins that form separation membranes that are ionic conductive and insulating for carrier ions in energy storage devices. These binders and resins may be dissolved in, for example, aqueous solvents or organic solvents. Examples of organic solvents that can be used include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N,N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran. The twisting device 10 may have multiple forming units 60 and drying units 70 to form multiple types of viscous fluids on the elongated material L. For example, the first applicator penetrates the resin that will serve as the binder into the interior of the elongated material L, and the first dryer dries it. The second applicator forms the resin that will serve as the separation membrane on the outer surface of the elongated material L, and the second dryer dries it. After that, the third applicator forms a viscous fluid of an electrode mixture containing an electrode active material on the surface of this separation membrane, and the third dryer dries it to further form an electrode mixture layer. For ease of explanation, the twisting device 10 will be described as including a binder forming unit 60 and a drying unit 70.
形成部60は、図6に示すように、インナー部材61と、アウター部材65と、供給管69とを備える。形成部60は、インナーノズル62の外面と、アウターノズル66の内面とにより構成されるキャビティ67から粘性流体を、インナーノズル62の中心孔を通過する長尺材Lに塗布する。粘性流体は、アウターノズル66の先端とインナーノズル62の先端とにより形成される円周状のスリットから長尺材Lへ吐出される。インナー部材61は、中心孔が形成され、塗布方向に突出したインナーノズル62を有している。インナー部材61は、板状の本体の下面側に外面を有する円錐状のインナーノズル62が形成されている。インナーノズル62は、その内部に長尺材Lが通過する円錐形状の供給空間63が形成され、その先端に中心孔が形成されている。アウター部材65は、中心孔が形成され、塗布方向に突出しインナーノズル62を同心状に収容するアウターノズル66を有している。アウター部材65は、円柱状の本体の内部に、インナーノズル62が挿入される円錐状の空間が形成されている。アウター部材65の下面側に、下方へ突出したアウターノズル66が形成され、その中央に中心孔が形成されている。アウター部材65は、インナー部材61の中心孔とアウター部材65の中心孔とが同心となるように位置決め部で位置決めしてインナー部材61を固定する。形成部60は、インナー部材61とアウター部材65との距離を変更することによって、長尺材Lへの粘性流体の吐出量を調整することができる。アウター部材65は、その側面にキャビティ67へ連通する供給管69が接続されている。供給管69は、図示しないタンクから、ポンプを介して粘性流体が供給される。 As shown in FIG. 6 , the forming unit 60 comprises an inner member 61, an outer member 65, and a supply pipe 69. The forming unit 60 applies a viscous fluid from a cavity 67 formed by the outer surface of the inner nozzle 62 and the inner surface of the outer nozzle 66 to the elongated material L passing through the central hole of the inner nozzle 62. The viscous fluid is ejected onto the elongated material L through a circumferential slit formed by the tip of the outer nozzle 66 and the tip of the inner nozzle 62. The inner member 61 has a central hole formed therein and an inner nozzle 62 protruding in the application direction. The inner member 61 has a conical inner nozzle 62 formed on the underside of its plate-like body. The inner nozzle 62 has a conical supply space 63 formed therein through which the elongated material L passes, and a central hole formed at its tip. The outer member 65 has an outer nozzle 66 formed therein and protruding in the application direction, concentrically housing the inner nozzle 62. The outer member 65 has a cylindrical body with a conical space formed inside, into which the inner nozzle 62 is inserted. A downwardly protruding outer nozzle 66 is formed on the underside of the outer member 65, with a central hole formed in its center. The outer member 65 is positioned using a positioning unit to secure the inner member 61 so that the central holes of the inner member 61 and the outer member 65 are concentric. The forming unit 60 can adjust the amount of viscous fluid dispensed onto the elongated material L by changing the distance between the inner member 61 and the outer member 65. A supply pipe 69 communicating with the cavity 67 is connected to the side of the outer member 65. Viscous fluid is supplied to the supply pipe 69 via a pump from a tank (not shown).
乾燥部70は、長尺材Lに形成された粘性流体を乾燥するものである。この乾燥部70は、図7に示すように、エアヒータ71,73と、温度測定部72,74と、エア冷却部75と、カバー部材76とを備えている。この乾燥部70では、エアヒータと温度測定部との組み合わせを2組有している。エアヒータ71は、長尺材Lの送出方向Aに向かって傾斜して配設され加熱ガスとしての加熱エアを長尺材Lへ吐出するものである。なお、エアヒータ71,73の加熱ガスの吐出方向は、送出方向Aに対して垂直よりも鋭角であることが好ましい。乾燥部70では、1対のエアヒータ71が左右あるいは前後方向に配設されており、この1対のエアヒータ71から加熱エアが供給され、長尺材L上の粘性流体を固化するか、粘性流体に含まれる溶媒を気化させ除去する。加熱エアの流量や加熱温度などは、乾燥される長尺材L及び粘性流体の種別や量などに依存するため、これらに合わせて適宜好適な値を経験的に設定すればよい。温度測定部72は、長尺材Lの温度を測定するものであり、例えば、熱電対としてもよい。温度測定部72は、エアヒータ71が加熱エアを供給するすぐ下流側であって、送出方向Aに移動する長尺材Lの近傍を測定する位置に配設されている。この温度測定部72は、長尺材Lの近傍の温度を測定することにより、長尺材Lの温度を間接的に取得する。なお、温度測定部72は、長尺材Lに直接接触するか、又は非接触式のサーモセンサなどにより、その温度を直接測定するものとしてもよい。エアヒータ73は、エアヒータ71と同様の構成を有し、エアヒータ71の下流側に配設されている。エアヒータ73は、エアヒータ71よりも高い温度の加熱エアを長尺材Lへ供給するものとしてもよい。こうすれば、長尺材Lを加熱しやすく好ましい。温度測定部74は、温度測定部72と同様の構成を有し、温度測定部72の下流側に配設されている。エアヒータ73及び温度測定部74は、エアヒータ71及び温度測定部72と同様の構成であるものとしてその説明を省略する。制御部19は、温度測定部72,74の測定値を取得し、実測値が設定値に合うように、エアヒータ71,73の加熱エアの温度や流量などを制御する。エア冷却部75は、冷却用のエアを加熱後の長尺材Lへ供給するものであり、冷却ノズルを有している。カバー部材76は、長尺材Lが通過する通過空間を有する構造体である。カバー部材76には、上流側からエアヒータ71、温度測定部72、エアヒータ73及び温度測定部74が固定されており、これらが通過空間内に加熱エアを供給し、その温度を測定する。 The drying section 70 dries the viscous fluid formed on the long material L. As shown in Figure 7, the drying section 70 includes air heaters 71 and 73, temperature measurement units 72 and 74, an air cooling unit 75, and a cover member 76. The drying section 70 has two combinations of air heaters and temperature measurement units. The air heater 71 is arranged at an angle toward the discharge direction A of the long material L and discharges heated air as a heating gas onto the long material L. It is preferable that the direction in which the heated gas is discharged from the air heaters 71 and 73 is at an acute angle rather than perpendicular to the discharge direction A. The drying section 70 includes a pair of air heaters 71 arranged left and right or front and rear. Heated air is supplied from the pair of air heaters 71 to solidify the viscous fluid on the long material L or to vaporize and remove the solvent contained in the viscous fluid. The flow rate and heating temperature of the heated air depend on the type and amount of the elongated material L and the viscous fluid to be dried, and therefore, appropriate values can be empirically set to suit these factors. The temperature measurement unit 72 measures the temperature of the elongated material L and may be, for example, a thermocouple. The temperature measurement unit 72 is located immediately downstream of the air heater 71 supplying heated air, at a position that measures the vicinity of the elongated material L moving in the discharge direction A. The temperature measurement unit 72 indirectly obtains the temperature of the elongated material L by measuring the temperature in the vicinity of the elongated material L. The temperature measurement unit 72 may directly contact the elongated material L or may directly measure the temperature using a non-contact thermosensor. The air heater 73 has a configuration similar to that of the air heater 71 and is located downstream of the air heater 71. The air heater 73 may supply heated air to the elongated material L at a higher temperature than the air heater 71. This is preferable because it makes it easier to heat the elongated material L. The temperature measurement unit 74 has a similar configuration to the temperature measurement unit 72 and is disposed downstream of the temperature measurement unit 72. The air heater 73 and the temperature measurement unit 74 have the same configuration as the air heater 71 and the temperature measurement unit 72, and therefore their description is omitted. The control unit 19 acquires the measured values of the temperature measurement units 72 and 74 and controls the temperature and flow rate of the heated air from the air heaters 71 and 73 so that the actual measured values match the set values. The air cooling unit 75 supplies cooling air to the heated long material L and has a cooling nozzle. The cover member 76 is a structure having a passage space through which the long material L passes. From the upstream side, the air heater 71, the temperature measurement unit 72, the air heater 73, and the temperature measurement unit 74 are fixed to the cover member 76, and these supply heated air into the passage space and measure its temperature.
巻取り部80は、乾燥部70で加熱冷却された長尺材Lを巻き取るものである。巻取り部80は、図8に示すように、巻取りローラ81と、軸支固定部83と、支持板84と、固定部材85と、揺動部86と、ホイール87と、巻取り駆動部88と、揺動駆動部89とを備えている。巻取りローラ81は、作製された長尺材Lを巻き取るローラであり、巻き取り軸82を中心軸として回転するよう構成されている。この巻取りローラ81では、巻き取り軸82が軸支固定部83に軸支されている。この巻取りローラ81は、長尺材L自体も含め、長尺材Lに形成された分離膜や電極合材層に不具合が生じないよう、比較的大きな直径を有しているものとしてもよい。なお、図1、2、8には、分離膜、電極合材層が形成されたあとの長尺材Lを巻き取る巻取りローラ81を一例として示した。例えば、長尺材Lを結着材で固定化したものであれば、供給ローラ21と同様に比較的小さい直径の巻取りローラ81としてもよい。また、巻取りローラ81は、装置全体での長尺材Lの処理にかかる時間などに合わせた回転速度で、巻取り駆動部88により回転駆動される。長尺材Lの巻取り速度は、例えば、20m/分以下としてもよい。軸支固定部83は、巻取りローラ81を取り外し可能に軸支する部材である。この軸支固定部83は、巻取りローラ81から外部に突出した巻き取り軸82を軸支する部材であり、支持板84と固定部材85とを有する。支持板84は、巻取りローラ81の両側に配設される板状の部材である。支持板84には、巻き取り軸82が収容される切り欠きが形成されており、固定部材85を固定することにより、巻き取り軸82が取り外し不可の状態で支持板84に軸支される。作業者は、支持板84に固定された固定部材85を取り外すことによって、巻取りローラ81を巻取り部80から取り外すことができる(図8E参照)。支持板84には、回転可能な複数のローラフォロアが配設されており、このローラフォロアが巻き取り軸82に接触してこれを軸支する。固定部材85にもローラフォロアが配設されている。巻取り駆動部88は、巻取りローラ81を回転駆動するモータであり、ギアを介して巻き取り軸82と接続される。揺動部86は、巻取りローラ81の回転軸に沿った方向に巻取りローラ81を揺動させるものである。この揺動部86は、巻取りローラ81、軸支固定部83、ホイール87及び巻取り駆動部88の全体を揺動する(図8C参照)。長尺材Lは、この揺動部86により、巻取りローラ81の外周面に沿って均一で平らな状態となるよう巻取りローラ81に巻き取られる。揺動部86は、揺動駆動部89によって、巻取りローラ81の回転軸に沿った方向に揺動される。ホイール87は、供給ローラ21と同様のテンションを巻取りローラ81にかけるためのギアであり、巻取りローラ81の側方に固定される。なお、巻取りローラ81とホイール87とは、取り外し可能であってもよいし、一体であってもよい。 The winding unit 80 winds up the long material L heated and cooled in the drying unit 70. As shown in FIG. 8, the winding unit 80 includes a winding roller 81, a shaft support fixing unit 83, a support plate 84, a fixing member 85, a swinging unit 86, a wheel 87, a winding drive unit 88, and a swinging drive unit 89. The winding roller 81 winds up the manufactured long material L and is configured to rotate around a winding shaft 82. In this winding roller 81, the winding shaft 82 is supported by the shaft support fixing unit 83. This winding roller 81 may have a relatively large diameter to prevent defects in the separation membrane and electrode composite layer formed on the long material L, including the long material L itself. Note that FIGS. 1, 2, and 8 show an example of a winding roller 81 that winds up the long material L after the separation membrane and electrode composite layer have been formed. For example, if the long material L is fixed with a binder, the take-up roller 81 may have a relatively small diameter, similar to the supply roller 21. The take-up roller 81 is driven to rotate by a take-up drive unit 88 at a rotational speed that corresponds to the time required for the entire device to process the long material L. The take-up speed of the long material L may be, for example, 20 m/min or less. The axial support fixing unit 83 is a member that axially supports the take-up roller 81 in a removably manner. This axial support fixing unit 83 is a member that axially supports the take-up shaft 82 that protrudes from the take-up roller 81, and includes a support plate 84 and a fixing member 85. The support plate 84 is a plate-shaped member disposed on both sides of the take-up roller 81. The support plate 84 has a notch formed therein to accommodate the take-up shaft 82. By fixing the fixing member 85, the take-up shaft 82 is axially supported on the support plate 84 in a non-removable manner. An operator can remove the winding roller 81 from the winding unit 80 by removing the fixed member 85 fixed to the support plate 84 (see FIG. 8E). A plurality of rotatable roller followers are arranged on the support plate 84, and these roller followers contact and support the winding shaft 82. Roller followers are also arranged on the fixed member 85. The winding drive unit 88 is a motor that rotates the winding roller 81 and is connected to the winding shaft 82 via a gear. The swing unit 86 swings the winding roller 81 in a direction along the rotational axis of the winding roller 81. The swing unit 86 swings the winding roller 81, the axial support fixed unit 83, the wheel 87, and the winding drive unit 88 as a whole (see FIG. 8C). The swing unit 86 allows the long material L to be wound onto the winding roller 81 in a uniform, flat state along the outer circumferential surface of the winding roller 81. The swinging unit 86 is swung in a direction along the rotation axis of the winding roller 81 by a swinging drive unit 89. The wheel 87 is a gear that applies tension to the winding roller 81 similar to that of the supply roller 21, and is fixed to the side of the winding roller 81. The winding roller 81 and wheel 87 may be detachable or may be integrated.
支持送部40、溶媒塗布部50、形成部60、乾燥部70及び巻取り部80は、第1筐体11の内側の空間内に配設され、中央領域に空間を有する直方体骨格である第2筐体12の内部に配設されている。長尺材Lを結束するためには、形成部60において長尺材Lの周囲に同心状に均一に粘性流体を塗布、乾燥させることが有用である。一方、長尺材Lを撚糸するための撚糸方向Rへの回転の振動が形成部60に伝わらないようにすることが好ましい。このため、撚糸装置10では、供給部20及び撚糸部30が第1筐体11に配設され、支持送部40、溶媒塗布部50、形成部60、乾燥部70及び巻取り部80は第1筐体11とは別の第2筐体12に配設されている(図1参照)。 The support and feeding unit 40, solvent application unit 50, forming unit 60, drying unit 70, and winding unit 80 are arranged within the space inside the first housing 11 and inside the second housing 12, which has a rectangular parallelepiped skeleton with a central space. To bind the long material L, it is useful to apply a viscous fluid uniformly and concentrically around the long material L in the forming unit 60 and dry it. On the other hand, it is preferable to prevent rotational vibrations in the twisting direction R for twisting the long material L from being transmitted to the forming unit 60. For this reason, in the twisting device 10, the supply unit 20 and twisting unit 30 are arranged in the first housing 11, and the support and feeding unit 40, solvent application unit 50, forming unit 60, drying unit 70, and winding unit 80 are arranged in the second housing 12, separate from the first housing 11 (see Figure 1).
次に、このように構成された撚糸装置10の動作について説明する。まず、供給部20に長尺材Lとしての炭素繊維が巻き取られている供給ローラ21をセットし、長尺材Lを引き出し、その先端を巻取りローラ81に固定する。次に、巻取り駆動部88により巻取りローラ81を回転駆動し、長尺材Lを送出方向Aへ移動させると共に、回転駆動部23により供給部20及び撚糸部30を撚糸方向R方向に回転駆動し、撚糸部30と溶媒塗布部50との間で長尺材Lを撚糸する。撚糸された長尺材Lは、撚糸部30及び支持送部40によって撚糸された状態で支持され、溶媒塗布部50、形成部60及び乾燥部70を連続的に通過する。このとき、溶媒塗布部50で長尺材Lに溶媒が塗布され、形状的に不安定な長尺材L1の状態から形状的に安定した長尺材L2の状態へ形状が安定化する(図5参照)。また、形成部60で長尺材Lを結着する結着材の粘性流体が長尺材L上に形成され、乾燥部70で乾燥、冷却される。結着材は樹脂であり、炭素繊維は柔軟性を有するため、巻取りローラ81での巻き取りによって、破損などは生じない。また、長尺材Lとしての撚糸後の炭素繊維束は、結着材によって固定される。撚糸後の炭素繊維束は、巻取りローラ81ごと供給部20へ装着され、その表面上に形成部60によって粘性流体である分離膜材が塗布され、巻取り部80で巻き取られる。形状安定した状態で固定化された長尺材Lを供給部20に装着したあとは、溶媒塗布部50での溶媒塗布は不要であり、省略される。そして、この分離膜17が形成された炭素繊維束は、巻取りローラ81ごと供給部20へ装着され、その表面上に形成部60によって粘性流体である電極合材が塗布され、巻取り部80で巻き取られる。その後、得られた長尺材Lは、巻取りローラ81から引き出され、正極18が分離膜17上に形成された状態で二次電池15の長さに切断される。切断された二次電池15は、所定本数がまとめられて、二次電池構造体14にプレス成形される。 Next, the operation of the twisting device 10 configured as described above will be described. First, the supply roller 21, on which carbon fiber as the long material L is wound, is set in the supply unit 20. The long material L is then pulled out and its leading end is secured to the take-up roller 81. Next, the take-up roller 81 is rotated by the take-up drive unit 88 to move the long material L in the delivery direction A, and the rotation drive unit 23 rotates the supply unit 20 and the twisting unit 30 in the twisting direction R to twist the long material L between the twisting unit 30 and the solvent application unit 50. The twisted long material L is supported in its twisted state by the twisting unit 30 and the support and feed unit 40 and passes successively through the solvent application unit 50, the forming unit 60, and the drying unit 70. At this time, solvent is applied to the long material L in the solvent application unit 50, stabilizing the shape of the long material L1 from an unstable state to a stable state of the long material L2 (see Figure 5). In addition, a viscous fluid binder that binds the long material L is formed on the long material L in the forming section 60, and the material is dried and cooled in the drying section 70. Because the binder is a resin and the carbon fiber is flexible, it is not damaged when wound on the winding roller 81. The twisted carbon fiber bundles as the long material L are fixed by the binder. The twisted carbon fiber bundles are loaded together with the winding roller 81 into the supply section 20, and a separation membrane material, which is a viscous fluid, is applied to their surfaces by the forming section 60, and then wound up by the winding section 80. After the shape-stable, fixed long material L is loaded into the supply section 20, solvent application in the solvent application section 50 is unnecessary and is omitted. The carbon fiber bundles with the separation membrane 17 formed thereon are loaded together with the winding roller 81 into the supply section 20, and a viscous fluid electrode mixture is applied to their surfaces by the forming section 60, and then wound up by the winding section 80. The resulting long material L is then pulled out from the winding roller 81 and cut to the length of the secondary battery 15 with the positive electrode 18 formed on the separator 17. A predetermined number of the cut secondary batteries 15 are grouped together and press-molded into a secondary battery structure 14.
(撚糸方法)
撚糸方法は、長尺物としての複数の炭素繊維を撚糸して、形状安定性をより高めた炭素繊維束を製造する方法である。この撚糸方法には、上述した撚糸装置10が実行する処理を含むものとしてもよい。この撚糸方法には、撚糸工程と、溶媒塗布工程と、形成工程と、乾燥工程とを含むものとしてもよい。また、この撚糸方法には、乾燥工程ののちに長尺材Lを巻き取る巻取り工程を含むものとしてもよい。この撚糸方法は、撚糸装置10で説明した処理条件や部材などを適宜用いるものとし、その具体的な説明を省略する。撚糸工程では、長尺物Lとしての複数の炭素繊維を送り出す送出方向を軸方向とする撚糸方向に該炭素繊維を撚糸する処理を行う。撚糸工程では、供給部20や撚糸部30で説明した処理条件などを適宜用いることができる。溶媒塗布工程では、撚糸した炭素繊維束に対して所定の溶媒を塗布する処理を行う。溶媒塗布工程では、溶媒塗布部50で説明した処理条件や溶媒種などを適宜用いることができる。形成工程では、溶媒を塗布後の炭素繊維束に対し粘性流体を形成する処理を行う。形成工程では、形成部60で説明した処理条件や粘性流体の種別などを適宜用いることができる。乾燥工程では、炭素繊維束に形成された粘性流体を乾燥する処理を行う。乾燥工程では、乾燥部70で説明した処理条件などを適宜用いることができる。この撚糸方法では、溶媒塗布工程を実行することによって、長尺材Lとしての炭素繊維束の形状をより安定的にすることができる。
(Twisting method)
The twisting method is a method for producing a carbon fiber bundle with improved shape stability by twisting a plurality of carbon fibers as a long object. This twisting method may include the processes performed by the twisting device 10 described above. This twisting method may include a twisting step, a solvent application step, a forming step, and a drying step. This twisting method may also include a winding step in which the long material L is wound up after the drying step. This twisting method may appropriately use the processing conditions and members described for the twisting device 10, and detailed descriptions thereof will be omitted. In the twisting step, a process is performed to twist the carbon fibers in a twisting direction whose axial direction is the feed direction of the plurality of carbon fibers as the long object L. In the twisting step, the processing conditions described for the supply unit 20 and the twisting unit 30 may be appropriately used. In the solvent application step, a predetermined solvent is applied to the twisted carbon fiber bundle. In the solvent application step, the processing conditions and solvent type described for the solvent application unit 50 may be appropriately used. In the forming process, a process of forming a viscous fluid on the carbon fiber bundles after the solvent has been applied is carried out. In the forming process, the process conditions and type of viscous fluid described in the forming unit 60 can be used as appropriate. In the drying process, a process of drying the viscous fluid formed on the carbon fiber bundles is carried out. In the drying process, the process conditions described in the drying unit 70 can be used as appropriate. In this twisting method, by carrying out the solvent application process, the shape of the carbon fiber bundles as the long material L can be made more stable.
ここで、本実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の撚糸部30が本開示の撚糸部に相当し、溶媒塗布部50が溶媒塗布部に相当し、形成部60が形成部に相当し、乾燥部70が乾燥部に相当する。また、溶媒塗布部50の本体部52が本体部に相当し、通過口52aが通過口に相当し、吐出部53が吐出部に相当し、除去部55が除去部に相当する。なお、本実施形態では、撚糸装置10の動作を説明することにより本開示の撚糸方法の一例も明らかにしている。 Here, the correspondence between the components of this embodiment and the components of the present disclosure will be clarified. The twisting unit 30 of this embodiment corresponds to the twisting unit of the present disclosure, the solvent application unit 50 corresponds to the solvent application unit, the forming unit 60 corresponds to the forming unit, and the drying unit 70 corresponds to the drying unit. Furthermore, the main body unit 52 of the solvent application unit 50 corresponds to the main body unit, the passage opening 52a corresponds to the passage opening, the discharge unit 53 corresponds to the discharge unit, and the removal unit 55 corresponds to the removal unit. Note that this embodiment also clarifies an example of the twisting method of the present disclosure by explaining the operation of the twisting device 10.
以上説明した撚糸装置10及び撚糸方法では、炭素繊維束の形状をより安定的にすることができる新規な撚糸装置及び撚糸方法を提供することができる。このような効果が得られる理由は、例えば、以下のように推察される。例えば、扁平した状態などで撚糸対象の炭素繊維が供給されると、長幅の端の繊維と中心付近の繊維とで、端ほど撚られる際の動きが大きく、形状ばらつきが発生しやすく、撚糸した炭素繊維束は、変形した状態になることがある(図5の長尺材L1参照)。このとき、繊維束を撚糸しながら、溶媒を塗布すると、炭素繊維束が緩み、表面張力で単繊維同士が引き合い、上記変形した状態から円形に近い炭素繊維束とすることができる(図5の長尺材L2参照)。このように、炭素繊維撚糸装置10では、長尺材Lに溶媒を塗布、除去することによって、炭素繊維束の形状をより安定的にすることができる。 The twisting device 10 and twisting method described above can provide a novel twisting device and twisting method that can more stabilize the shape of carbon fiber bundles. The reason for this effect is presumed to be as follows: For example, if the carbon fibers to be twisted are supplied in a flattened state, the fibers at the ends of the length tend to move more when twisted than the fibers near the center, which can easily cause shape variations and result in a deformed carbon fiber bundle (see long material L1 in Figure 5). In this case, if a solvent is applied to the fiber bundle while twisting, the carbon fiber bundle loosens and the individual fibers attract each other due to surface tension, resulting in a carbon fiber bundle that is closer to a circle than the deformed state (see long material L2 in Figure 5). In this way, the carbon fiber twisting device 10 can more stabilize the shape of the carbon fiber bundle by applying and removing solvent from the long material L.
なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is in no way limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.
例えば、上述した実施形態では、溶媒塗布部50は、除去部55を有するものとしたが、特にこれに限定されず、除去部55を省略してもよい。このとき、溶媒塗布部50は、形成部60に対して、溶媒が除去されるような溶媒除去距離Xを設けて配設するものとしてもよい。また、溶媒塗布部50は、揮発性のより高い溶媒を用いるものとしてもよいし、長尺材Lに残留しても長尺材Lへの粘性流体の形成に影響の少ない溶媒を用いるものとしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the solvent application unit 50 includes a removal unit 55, but this is not limited to this, and the removal unit 55 may be omitted. In this case, the solvent application unit 50 may be disposed at a solvent removal distance X from the formation unit 60 so that the solvent can be removed. Furthermore, the solvent application unit 50 may use a solvent with higher volatility, or a solvent that, even if it remains on the elongated material L, has little effect on the formation of a viscous fluid on the elongated material L.
以下には、上述した撚糸装置10及び溶媒塗布部50を具体的に作製した例を実施例として説明する。ここでは、図1~8に示した撚糸装置10を作製し、扁平状の長尺材Lを供給し、溶媒の塗布の有無により、それを撚糸したあとの形状がどのようになるかについて検討した。 The following describes an example in which the above-mentioned twisting device 10 and solvent application unit 50 were specifically fabricated. Here, the twisting device 10 shown in Figures 1 to 8 was fabricated, a flat elongated material L was supplied, and the shape of the material after twisting was examined depending on whether or not a solvent was applied.
(円形化効果確認試験)
長尺材としての偏平状繊維束を原料として供給し、撚糸して断面円形の長尺材とし、それを連続的に巻き取ることによっての炭素繊維の柱状部材を作製する際に、溶媒塗布の有無の効果を検証した。撚糸装置は、図1~8に示した供給部、撚糸部、溶媒塗布部、形成部、乾燥部及び巻取り部を有する構成とした。溶媒塗布部と形成部との間の溶媒除去距離Xは、12.5cmとした。原料としての炭素繊維束は、炭素繊維の直径dが7μm、本数が400本、幅1mm、厚さ0.03mmの扁平状に巻き取られている長さ400mのものを用いた。長尺材の送り速度は、2m/minとした。溶媒塗布は、吐出部としての孔径0.5mmのノズルに、0.025mL/m~0.05mL/mの範囲で溶媒を注入し、巻取りにより下方へ送られる炭素繊維束に溶媒を含浸させるよう行った。また、溶媒の除去は、除去部により、150℃~170℃の加熱エアを25L/分で供給して行った。評価試験では、撚糸無し、撚糸ありの2水準に対して、溶媒無し、エタノール塗布、アセトン塗布、の3種を行った。
(Circularization effect confirmation test)
The effect of solvent application on the production of carbon fiber columnar components was examined. Flat fiber bundles were supplied as raw materials, twisted into long materials with circular cross sections, and continuously wound up to produce carbon fiber columnar components. The twisting device had a supply section, twisting section, solvent application section, forming section, drying section, and winding section, as shown in Figures 1 to 8. The solvent removal distance X between the solvent application section and the forming section was 12.5 cm. The carbon fiber bundles used as raw materials were 400 m long, wound up in a flat shape with a carbon fiber diameter d of 7 μm, 400 fibers, a width of 1 mm, and a thickness of 0.03 mm. The feed rate of the long material was 2 m/min. Solvent application was performed by injecting solvent into a nozzle with a hole diameter of 0.5 mm as the discharge section at a rate of 0.025 mL/m to 0.05 mL/m, so that the solvent was impregnated into the carbon fiber bundles being wound downward. The solvent was removed by supplying heated air at 150°C to 170°C at 25 L/min through the removal section. The evaluation test was carried out in three ways: without solvent, with ethanol applied, and with acetone applied, for two levels: with and without twisted yarn.
図9は、扁平状炭素繊維束を撚糸した際の円形化効果確認試験の説明図であり、図9Aが溶媒塗布条件の表、図9B,Cが処理構成の説明図、図9Dが撚糸後の炭素繊維束の巻取りの説明図である。図9Dに示すように、炭素繊維束を巻き取る際に、炭素繊維束の形状が変形しないように、八角の巻取ボビン上にスチロールケースを置いて巻取り、炭素繊維束をできるだけ浮かせた状態で巻き取る構造とした。撚糸して巻き取った炭素繊維束を引き出し、任意の100箇所の外径をデジタルマイクロスコープで測定した。炭素繊維束の外径は、例えば、断面が楕円形である場合は、その長径とした。 Figure 9 is an explanatory diagram of a test to confirm the circularization effect when flattened carbon fiber bundles are twisted. Figure 9A is a table of solvent application conditions, Figures 9B and 9C are explanatory diagrams of the processing configuration, and Figure 9D is an explanatory diagram of winding the carbon fiber bundle after twisting. As shown in Figure 9D, when winding the carbon fiber bundle, a polystyrene case was placed on an octagonal winding bobbin to prevent deformation of the carbon fiber bundle, and the carbon fiber bundle was wound in a floating state as much as possible. The twisted and wound carbon fiber bundle was pulled out, and the outer diameter was measured at 100 random locations using a digital microscope. For example, if the cross section of the carbon fiber bundle is elliptical, the outer diameter was taken as its major axis.
図10は、溶媒塗布の有無と炭素繊維束径との関係の検討結果である。図10に示すように、撚糸無しの場合、供給した炭素繊維の断面形状が扁平であることから、溶媒の塗布無しでは、その直径は400~850μmの範囲にあり、繊維束径のばらつきが大きかった。一方、撚糸無しにおいて溶媒を塗布、除去したものでは、エタノールではその直径が160~350μmの範囲にあり、アセトンではその直径が150~300μmの範囲にあり、繊維束径のばらつきが少なく、炭素繊維が緩み各々が真円に近い状態へ移動するものと推察された。同様に、撚糸ありにおいても、溶媒の塗布無しではその直径が160~320μmの範囲にあり、ばらつきが大きい一方、エタノールではその直径が150~220μmの範囲にあり、アセトンではその直径が150~260μmの範囲にあり、溶媒の塗布、除去を行ったものでは、更に繊維束径のばらつきが少なくなった。溶媒の種別では、エタノール、アセトン共に形状安定化の効果が高く、特にエタノールが好ましいものと推察された。 Figure 10 shows the results of an investigation into the relationship between the presence or absence of solvent application and the diameter of the carbon fiber bundle. As shown in Figure 10, when no twisting was performed, the cross-sectional shape of the supplied carbon fiber was flat, and without solvent application, the diameter ranged from 400 to 850 μm, resulting in large variations in fiber bundle diameter. On the other hand, when no twisting was performed and the solvent was applied and removed, the diameter ranged from 160 to 350 μm with ethanol and from 150 to 300 μm with acetone, resulting in small variations in fiber bundle diameter. It is presumed that the carbon fibers loosen and move toward a nearly perfect circle. Similarly, when twisting was performed, the diameter ranged from 160 to 320 μm without solvent application, resulting in large variations. However, the diameter ranged from 150 to 220 μm with ethanol and from 150 to 260 μm with acetone. The application and removal of the solvent further reduced the variations in fiber bundle diameter. In terms of solvent type, both ethanol and acetone have a high shape stabilization effect, with ethanol being particularly preferable.
次に、炭素繊維束を撚糸後に形成部において結着材をその表面へ形成し、繊維束を固定した場合の円形化効果について検討した。炭素繊維束の撚糸は、図9に示した条件と同じとした。結着材として、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体の溶液を用い、撚糸後の炭素繊維束の表面に0.02mL/分~0.15mL/分で塗布し、乾燥部により170℃で乾燥を行った。得られた固定化後の炭素繊維束を、図9Dと同じように巻取り、任意の100箇所でその直径を測定した。図11は、扁平状炭素繊維束を撚糸したのち結着材で固定化する試験の説明図である。図12は、溶媒塗布の有無と固定化した炭素繊維束径との関係の検討結果である。図12に示すように、溶媒塗布無しで撚糸したあと、結着材で結着した長尺材の直径は、150~280μmの範囲にあり、ばらつきが大きかった。一方、撚糸後にエタノールを塗布、除去した炭素繊維束では、その直径は150~190μmの範囲にあり、ばらつきが小さかった。同様に、撚糸後にアセトンを塗布、除去した炭素繊維束では、その直径は150~200μmの範囲にあり、ばらつきが小さかった。このように、炭素繊維束を撚糸したあと、粘性流体を形成するまでの間に溶媒を塗布、除去すると、より円形に近い炭素繊維束とすることができ、蓄電デバイスの柱状電極とする際に、良好に安定した形状とすることができることが明らかとなった。 Next, we investigated the circularization effect of twisting carbon fiber bundles and then applying a binder to their surfaces in the forming section to fix the fiber bundles. The carbon fiber bundles were twisted under the same conditions as shown in Figure 9. A solution of a copolymer of polyvinylidene fluoride (PVdF) and hexafluoropropylene (HFP) was used as the binder, and it was applied to the surface of the twisted carbon fiber bundles at a rate of 0.02 mL/min to 0.15 mL/min. The bundles were then dried at 170°C in the drying section. The resulting fixed carbon fiber bundles were wound in the same manner as in Figure 9D, and their diameters were measured at 100 random locations. Figure 11 is an explanatory diagram of a test in which flat carbon fiber bundles were twisted and then fixed with a binder. Figure 12 shows the results of an investigation into the relationship between the diameter of the fixed carbon fiber bundles and the presence or absence of solvent application. As shown in Figure 12, the diameters of the long fibers bound with a binder after twisting without applying a solvent ranged from 150 to 280 μm, with large variations. On the other hand, the diameters of the carbon fiber bundles to which ethanol was applied and removed after twisting were in the range of 150 to 190 μm, with small variations. Similarly, the diameters of the carbon fiber bundles to which acetone was applied and removed after twisting were in the range of 150 to 200 μm, with small variations. Thus, it was revealed that applying and removing a solvent after twisting the carbon fiber bundles and before forming the viscous fluid can result in carbon fiber bundles that are closer to circular, and can be formed into a stable shape when used to form columnar electrodes for electricity storage devices.
本開示は、長尺材を撚糸し固定化する技術分野に利用可能である。 This disclosure can be used in the technical field of twisting and fixing long materials.
10 撚糸装置、11 第1筐体、12 第2筐体、13 天板、14 二次電池構造体、15 二次電池、16 負極、17 分離膜、18 正極、19 制御部、20 供給部、21 供給ローラ、22 ローラ支持部、23 回転駆動部、24 支持部材、30 撚糸部、31 支持ローラ、32 凸ローラ、33 凹ローラ、34 回転軸、35 回転軸、36 スライド部、37 スライド部、40 支持送部、41 支持ローラ、42 スライド部、50 溶媒塗布部、51 塗布部、52 本体部、52a 通過口、53 吐出部、54 吐出口、55 除去部、56 乾燥空間、57 供給管、58 排出管、59 温度センサ、60 形成部、61 インナー部材、62 インナーノズル、63 供給空間、65 アウター部材、66 アウターノズル、67 キャビティ、69 供給管、70 乾燥部、71 エアヒータ、72 温度測定部、73 エアヒータ、74 温度測定部、75 エア冷却部、76 カバー部材、80 巻取り部、81 巻取りローラ、82 巻き取り軸、83 軸支固定部、84 支持板、85 固定部材、86 揺動部、87 ホイール、88 巻取り駆動部、89 揺動駆動部、A 送出方向、L,L1,L2 長尺材、R 撚糸方向、d 直径、D 直径、X 溶媒除去距離。 10 Twisting device, 11 First housing, 12 Second housing, 13 Top plate, 14 Secondary battery structure, 15 Secondary battery, 16 Negative electrode, 17 Separation membrane, 18 Positive electrode, 19 Control unit, 20 Supply unit, 21 Supply roller, 22 Roller support unit, 23 Rotation drive unit, 24 Support member, 30 Twisting unit, 31 Support roller, 32 Convex roller, 33 Concave roller, 34 Rotation shaft, 35 Rotation shaft, 36 Slide unit, 37 Slide unit, 40 Support and feed unit, 41 Support roller, 42 Slide unit, 50 Solvent application unit, 51 Application unit, 52 Main body, 52a Passage port, 53 Discharge unit, 54 Discharge port, 55 Removal unit, 56 Drying space, 57 Supply pipe, 58 Discharge pipe, 59 Temperature sensor, 60 Forming unit, 61 Inner member, 62 Inner nozzle, 63: supply space, 65: outer member, 66: outer nozzle, 67: cavity, 69: supply pipe, 70: drying section, 71: air heater, 72: temperature measurement section, 73: air heater, 74: temperature measurement section, 75: air cooling section, 76: cover member, 80: winding section, 81: winding roller, 82: winding shaft, 83: shaft support fixing section, 84: support plate, 85: fixing member, 86: swinging section, 87: wheel, 88: winding drive section, 89: swinging drive section, A: delivery direction, L, L1, L2: long material, R: twisting direction, d: diameter, D: diameter, X: solvent removal distance.
Claims (7)
撚糸した炭素繊維束に対して、結着材及び樹脂を含まない、極性溶媒又は非極性溶媒の有機溶媒あるいは水系溶媒である所定の溶媒を塗布する溶媒塗布部と、
前記溶媒を塗布後の前記炭素繊維束に対し、炭素繊維を結着する結着材や蓄電デバイスのキャリアイオンのイオン伝導性及び絶縁性を有する分離膜となる樹脂を含む粘性流体を形成する形成部と、
前記炭素繊維束に形成された粘性流体を乾燥する乾燥部と、
を備えた撚糸装置。 a twisting unit that twists the carbon fibers in a twisting direction whose axial direction is the feed direction of the plurality of carbon fibers as the long object;
a solvent application unit that applies a predetermined solvent, which is a polar or non-polar organic solvent or an aqueous solvent that does not contain a binder or a resin, to the twisted carbon fiber bundle;
a forming unit that forms a viscous fluid containing a binder that binds the carbon fibers and a resin that serves as a separation membrane having ion conductivity and insulation properties for carrier ions of an electricity storage device on the carbon fiber bundle after the solvent has been applied;
a drying section that dries the viscous fluid formed on the carbon fiber bundle;
A yarn twisting device comprising:
撚糸した炭素繊維束に対して、結着材及び樹脂を含まない、極性溶媒又は非極性溶媒の有機溶媒あるいは水系溶媒である所定の溶媒を塗布する溶媒塗布工程と、
前記溶媒を塗布後の前記炭素繊維束に対し、炭素繊維を結着する結着材や蓄電デバイスのキャリアイオンのイオン伝導性及び絶縁性を有する分離膜となる樹脂を含む粘性流体を形成する形成工程と、
前記炭素繊維束に形成された粘性流体を乾燥する乾燥工程と、
を含む撚糸方法。 a twisting step of twisting the carbon fibers in a twisting direction whose axial direction is the feed direction of the plurality of carbon fibers as a long object;
a solvent application step of applying a predetermined solvent , which is a polar or non-polar organic solvent or an aqueous solvent, containing no binder or resin, to the twisted carbon fiber bundle;
a forming step of forming a viscous fluid containing a binder that binds the carbon fibers and a resin that serves as a separation membrane having ionic conductivity and insulating properties for carrier ions of an electricity storage device on the carbon fiber bundle after the solvent has been applied;
a drying step of drying the viscous fluid formed on the carbon fiber bundle;
A yarn twisting method comprising:
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