JP2004031421A - キャパシタセルの製造方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高品質の電気二重層キャパシタセルを効率良く製造する方法及びその装置の提供する。
【解決手段】密閉された空間でキャパシタセルを製造するキャパシタセル製造装置において、キャパシタセルを組み立てる組み立てライン１０ａが設けられる第一グローブボックス１０と、キャパシタ積層体４を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックス２０と、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックス３０と、第一グローブボックス１０と第二グローブボックス２０を結ぶパストンネル６０と、第二グローブボックス２０と第三グローブボックス３０を結ぶパストンネル６０と、各パストンネル６０内に設けられる搬送コンベア１８と、各パストンネル６０を開閉するパストンネル扉６２とを備えるものとした。
【選択図】 図２
【解決手段】密閉された空間でキャパシタセルを製造するキャパシタセル製造装置において、キャパシタセルを組み立てる組み立てライン１０ａが設けられる第一グローブボックス１０と、キャパシタ積層体４を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックス２０と、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックス３０と、第一グローブボックス１０と第二グローブボックス２０を結ぶパストンネル６０と、第二グローブボックス２０と第三グローブボックス３０を結ぶパストンネル６０と、各パストンネル６０内に設けられる搬送コンベア１８と、各パストンネル６０を開閉するパストンネル扉６２とを備えるものとした。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気二重層キャパシタセルの製造方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い、電気二重層キャパシタセルの適用技術が注目される。
【０００３】
電気二重層キャパシタセルは、同数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層して構成される。これらキャパシタ積層体は電解液に浸され、容器に収容して密封される（特許第３００５９９２号，特開平７−９４３７４号、参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような電気二重層キャパシタセルの従来技術を踏まえつつ、高品質の電気二重層キャパシタセルを効率良く製造する方法及びその装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、キャパシタセルの製造方法において、キャパシタセルを組み立てる組み立てラインが設けられる第一グローブボックスと、キャパシタ積層体を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックスと、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックスと、第一グローブボックスと第二グローブボックスを結ぶパストンネルと、第二グローブボックスと第三グローブボックスを結ぶパストンネルと、各パストンネル内に設けられる搬送コンベアと、各パストンネルを開閉するパストンネル扉とを用い、密閉された空間でキャパシタセルを製造するものとした。
【０００６】
第２の発明は、密閉された空間でキャパシタセルを製造するキャパシタセルの製造装置に適用する。
【０００７】
そして、キャパシタセルを組み立てる組み立てラインが設けられる第一グローブボックスと、キャパシタ積層体を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックスと、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックスと、第一グローブボックスと第二グローブボックスを結ぶパストンネルと、第二グローブボックスと第三グローブボックスを結ぶパストンネルと、各パストンネル内に設けられる搬送コンベアと、各パストンネルを開閉するパストンネル扉とを備えるものとした。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、第一グローブボックス内に組み立てラインより第二グローブボックス側に組み立てられたキャパシタセルの検査を行う検査領域を設けるものとした。
【０００９】
第４の発明は、第２または第３の発明において、第二グローブボックスに複数の電解精製槽を設け、この電解精製槽内でキャパシタ積層体に電解液を含浸させる工程とキャパシタ積層体の残存水分や官能基を電解精製する工程が行われる構成とした。
【００１０】
第５の発明は、第２から第４のいずれか一つの発明において、第三グローブボックス内に、キャパシタケースを密封するトップシール装置を設け、このトップシール装置の後方に密封処理前のキャパシタセルを貯めるストックエリアを設け、トップシール装置の前方に密封処理後のキャパシタセルを貯めるストックエリアが設けるものとした。
【００１１】
【発明の作用および効果】
第１、第２の発明において、各グローブボックスとパストンネルによって密閉された空間がそれぞれ独立して画成され、パストンネル内の搬送コンベアによってキャパシタセルが各製造工程の順に搬送されるため、キャパシタセルを外気にさらすことなく効率良く製造することが可能となり、品質の安定化と製品のコストダウンがはかれる。
【００１２】
第３の発明において、組み立てラインの前方に検査領域が設けられることにより、キャパシタセルを検査する工程及び第二グローブボックスへ搬送する工程が効率良く行われる。
【００１３】
第４の発明において、複数の電解精製槽にてキャパシタ積層体に電解液を含浸させる工程と、キャパシタ積層体の電解精製をする工程が効率良く行われる。
【００１４】
第５の発明において、トップシール装置の後方及び前方にキャパシタセルを貯めるストックエリアが設けられることにより、トップシール装置の密封処理する工程及び完成したキャパシタセルを搬出する工程が効率良く行われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１において、電気二重層キャパシタセル１の一例を説明する。５はキャパシタ積層体４を電解液と共に収容するキャパシタケース、２はキャパシタケース５の外部に引き出される１対の端子板（キャパシタセル電極）であり、各端子板２は短尺状のアルミ材によって形成される。
【００１７】
キャパシタ積層体４は、同数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータ（紙製等の多孔質膜）を介在させて交互に積層して構成される。正極体および負極体は、集電極とその両面の分極性電極（活性炭電極）とから同一構成の電極シート６に組成される。これらの集電極は、矩形状の金属箔（たとえば、アルミニウム箔）からなり、その矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード部３が一体に成形される。各リード部３の同極どうしは束ねられ、この結束部に極性の対応する端子板２が溶接される。
【００１８】
キャパシタケース５は、金属層を含む積層構造の柔軟な材質の樹脂フィルム（たとえば、アルミラミネートフィルム）から同一形状に成形される底側部分と蓋側部分のラミネートパックからなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う平面矩形の凹部５ａによってキャパシタ積層体４の収容部が形成される。底側部分の内側にキャパシタ積層体４は納められ、その上から蓋側部分が被せられる。キャパシタケース５の周縁部５ｂにおいて、１対の端子板２（その一部）が引き出される一辺を除く三辺が熱溶着（熱シール）される。キャパシタケース５は、１対の端子板２が突き出る一辺が開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸および電解精製が終わると、余分な電解液が抜き取られた後、この開口可能な一辺が熱溶着され真空状態に密封される。
【００１９】
電気二重層キャパシタセル１の製造過程においては、図２〜図１４に示すキャパシタセル製造装置８の外部で処理される工程と、キャパシタセル製造装置８の内部で処理される工程とに分けられる。キャパシタセル製造装置８の外部においては、電極シート６（正極体および負極体）を形成する工程、所定面積のセパレータを形成する工程、１対の端子板２を形成する工程、キャパシタケース５の底側部分および蓋側部分となるラミネートパックを形成する工程、等が行われる。そして、これ以降の前記した電気二重層キャパシタセル１の製造工程が全てキャパシタセル製造装置８の内部で行われる。
【００２０】
図２に示すように、キャパシタセル製造装置８は、外部と独立して区切られた第一グローブボックス１０、第二グローブボックス２０、第三グローブボックス３０を備える。各グローブボックス１０〜３０は、空気を吸い出す真空ポンプと、アルゴン等の不活性ガスを給排する回路と、充填されたガスを脱水塔９に循環させて除湿する回路等を備え、それぞれ不活性ガスが充満し乾燥した雰囲気（露点温度は−６０℃程度）がつくられる。なお、これについては本出願人により特願２００１−３２３０８６号として既に出願されている。
【００２１】
各グローブボックス１０〜３０は密閉された筒状をしており、それぞれの左右側壁部には複数のグローブ付き挿入口７、ガラス窓１９が設けられ、内部の雰囲気が破壊されないようになっている。このグローブ付き挿入口７に図示しないグローブ（手袋）が装着されている。作業者はガラス窓１９から各グローブボックス１０〜３０内を見てこのグローブに手を入れて作業を行うことができる。
【００２２】
第一グローブボックス１０は前後壁部には真空乾燥炉４０１〜４０４が２基づつ接続されれる。電気二重層キャパシタセル１の構成材料は、第一グローブボックス１０の内部へ運び入れるのに先立ち、各真空乾燥炉４０１〜４０４に入れられ、ヒータによって加熱されながら乾燥されることにより、水分等の除去が十分に行われる。
【００２３】
図４、図５の（ａ），（ｂ）に示すように、第一グローブボックス１０の前方右側に設けられる＃１真空乾燥炉４０１は、第一グローブボックス１０に連絡口４１を介して連絡するパスボックス４２と、この連絡口４１を開閉する内側扉４３と、パスボックス４２に開口した出入口４４と、出入口４４を開閉する外側扉４５とを備え、これらによって密閉された空間が画成される。パスボックス４２内には３段の棚５２が設けられ、外側扉４５を開いて出入口４４からパスボックス４２内に入れられた材料が各棚５２に置かれ、所定温度で乾燥が行われた後、内側扉４３を開いて連絡口４１から第一グローブボックス１０内に入れられる。
【００２４】
連絡口４１を開閉する内側扉４３はハンドル５８を回してクランプ５９を引き寄せることによってシール５４が内側扉４３に押し付けられ、連絡口４１の密封が行われる。内側扉４３はその開時にガイドレール５６上を転動する滑車５７を介して待避位置へとスライドするようになっている。これにより、内側扉４３を開閉する機構のコンパクト化がはかれ、第一グローブボックス１０の限られた空間を有効に利用できる。
【００２５】
パスボックス４２には真空ポンプに連通する管４６と、アルゴン等の不活性ガスを供給する管４７と、不活性ガスを吸い出す管４８と、脱水塔９に連通する管４９とがそれぞれ接続される。真空乾燥炉４０１は、真空ポンプによって空気を吸い出し真空にした後、不活性ガスを充填する。グローブボックス内に入ったガスは、脱水塔９に循環させて除湿し、乾燥した雰囲気がつくられる。
【００２６】
パスボックス４２内には真空乾燥炉４０１を加熱する４枚の電熱式パネル型ヒータ５０が上下面と両側面の４面にそれぞれ設けられる。ヒータ５０は温度調節器５１を介してその通電が制御され、真空乾燥炉４０１の温度が所定値に保たれる。これにより、電気二重層キャパシタセル１の構成材料が、各真空乾燥炉４０１〜４０４に入れられ、ヒータ５０によって材料に応じた適正な温度で加熱されることにより、水分等の除去が短時間のうちに行われ、量産化に対応できる。
【００２７】
第一グローブボックス１０の前方左右側に設けられる＃１，＃２真空乾燥炉４０１，４０２には、分極性電極（活性炭電極）が投入され、一定温度（１５０〜２５０℃程度）で１時間程度の加熱が行われた後、１時間程度の放熱が行われる。
【００２８】
また、＃１，＃２真空乾燥炉４０１，４０４には、別の工程でセパレータ（紙製等の多孔質膜）が投入され、一定温度（８０〜１６０℃程度）で１時間程度の加熱が行われた後、１時間程度の放熱が行われる。
【００２９】
第一グローブボックス１０の後方左右側に設けられる＃３，＃４真空乾燥炉４０３，４０４には、ラミネートパックが投入され、常温で１時間程度の真空引きが行われる。
【００３０】
また、＃３，＃４真空乾燥炉４０では、集電極（ポリプロピレンフィルム付きアルミ材）が投入され、一定温度（８０〜１６０℃程度）で１時間程度の加熱が行われた後、１時間程度の放熱が行われる。
【００３１】
パスボックス４２に冷却水通路５３が設けられ、この冷却水通路５３を循環する冷却水によって各扉４３，４５のシール５４，５５が過熱されることを防止するようになっている。
【００３２】
第一グローブボックス１０の内部には、キャパシタセル１を組み立てる組み立てライン１０ａが設けられ、この組み立てライン１０ａの前方（第二グローブボックス２０側）にキャパシタセル１の検査を行う検査領域１０ｂが設けられる。
【００３３】
第一グローブボックス１０の組み立てライン１０ａにおいて、正極体および負極体とこれらの間に介在するセパレータとから矩形のキャパシタ積層体４を組み立てる工程、キャパシタ積層体４の同極どうしのリード部３（その結束部）に極性の対応する端子板２を溶接する工程、キャパシタ積層体４をキャパシタケース５に収容する工程（キャパシタケース５をキャパシタ積層体４の収容状態に組み立てる工程）が順に行われる。
【００３４】
図６の（ａ），（ｂ）に示すように、第一グローブボックス１０の組み立てライン１０ａには、電極シート６を形成する装置１１、電極シート６を積層する積層ロボット１２、搬送装置１３、電極シート６を束ねる帯止め装置１４、搬送装置１５、端子板２を溶接するスポット溶接機１６、キャパシタケース５を組み立てる三方向シール装置等が配設される。
【００３５】
図３に示すように、第一グローブボックス１０の検査領域１０ｂには、検査用コンベア１７と搬送コンベア１８等が設けられ、短絡検査器等を介して不良品を探し、検査に合格した製品のみが搬送コンベア１８に載せられる。
【００３６】
組み立てライン１０ａの前方に検査領域１０ｂが設けられることにより、キャパシタセル１の検査及び第二グローブボックス２０への搬送が効率良く行われる。
【００３７】
第二グローブボックス２０において、キャパシタ積層体４を収容するキャパシタケース５の開口可能な一辺から電解液を注入する工程、キャパシタ積層体４に電解液を含浸させる工程、キャパシタ積層体４の残存水分や官能基を電解精製（電気分解）する工程が行われる。
【００３８】
第二グローブボックス２０には８個の電解精製槽２１が設けられ、各電解精製槽２１に隣接してスライド式作業台２３が設けられる。図１１に示すように、電解精製槽２１はその開口部を開閉する蓋２２を備え、その内部にキャパシタ積層体４を収める密封空間が画成される。電解精製槽２１には空気を吸い出す真空ポンプと、外部に設けられたタンクから電解液を供給する配管と、余剰電解液を回収する配管等が接続される。
【００３９】
電解精製槽２１の内部においては、キャパシタケース５の内部への電解液の注入からキャパシタ積層体４の電解精製までの各工程が順次に行われる。電解液の含浸においては、密閉した電解精製槽２１の内部を真空状態に吸引する処理と、同じく電解精製槽２１の内部を乾燥した常圧の不活性ガスを充填する（大気圧に戻す）処理と、が交互に繰り返される。これにより、キャパシタ積層体４の分極性電極およびセパレータの隅々に電解液が十分に行き渡るようになり、電解液の含浸が短時間程度に効率よく処理される。
【００４０】
電解精製は、分極性電極（活性炭電極）等に含まれる残存水分や官能基を電気分解してＣＯ２ガスに変えて除去する処理であり、電解液の含浸に続いて密閉した電解精製槽２１の内部において、１対の端子板２の間に一定の電流を流して設定電圧まで充電し、その後に放電させる、充放電のサイクルが何回か繰り返される。その際のＣＯ２ガスは、真空引きにより、密閉した電解精製槽２１の内部から第二グローブボックス２０の外部へ吸引される。
【００４１】
このように複数の電解精製槽２１の密閉された空間でキャパシタ積層体４に電解液を含浸させる工程、キャパシタ積層体４の残存水分や官能基を電解精製する工程が効率良く行われる。
【００４２】
第三グローブボックス３０において、キャパシタケース５の開閉可能な一辺を密封する工程が行われ、キャパシタセル１が完成する。
【００４３】
図１２、図１３に示すように、第三グローブボックス３０の内部には、キャパシタケース５を密封するトップシール装置３１が設けられ、このトップシール装置３１の後方に密封処理前のキャパシタセル１を貯めるストックエリア３０ａが設けられ、トップシール装置３１の前方に密封処理後のキャパシタセル１を貯めるストックエリア３０ｂが設けられる。
【００４４】
第三グローブボックス３０の前壁にはパスボックス３２が設けられ、完成したキャパシタセル１はこのパスボックス４２から搬出される。
【００４５】
トップシール装置３１の後方及び前方にキャパシタセル１を貯めるストックエリア３０ａとストックエリア３０ｂが設けられることにより、トップシール装置３１の密封処理及び完成したキャパシタセル１を搬出することが効率良く行われる。
【００４６】
第一グローブボックス１０と第二グローブボックス２０はパストンネル６０によって結ばれ、第二グローブボックス２０と第三グローブボックス３０はパストンネル６０によって結ばれ、各パストンネル６０内に一連の搬送コンベア１８が設けられる。この搬送コンベア１８は第一グローブボックス１０の検査領域１０ｂからパストンネル６０、第二グローブボックス２０、パストンネル６０、第三グローブボックス３０のストックエリア３０ａに渡って延び、これに載せられた物を自動的に搬送する。
【００４７】
第一〜第三グローブボックス１０〜３０は、パストンネル６０に対するパストンネル開口部６１と、このパストンネル開口部６１を開閉するパストンネル扉６２とをそれぞれ備える。第一〜第三グローブボックス１０〜３０は、パストンネル扉６２がパストンネル６０を閉塞することにより、互いに独立して密閉された空間に画成され、内部の雰囲気が破壊されないようになっている。
【００４８】
図７に示すように、パストンネル扉６２をパストンネル開口部６１を閉塞可能な開閉作動位置とパストンネル開口部６１を開放する待避位置の間で移動可能に支持するパストンネル扉支持機構と、搬送コンベア１８の一部を可動部１８ａとして移動可能に支持する搬送コンベア支持機構と、パストンネル扉６２と搬送コンベア可動部１８ａを互いに連動させる機構とを備える。これにより、パストンネル扉６２がパストンネル開口部６１に面する開閉作動位置に移動するのに伴って、搬送コンベア可動部１８ａがパストンネル開口部６１から離れる待避位置に移動する一方、パストンネル扉６２がパストンネル開口部６１から離れる待避位置に移動するのに伴って、搬送コンベア可動部１８ａがパストンネル開口部６１に近づいて搬送コンベア１８と連なる搬送作動位置に移動する構成とする。
【００４９】
これにより第一〜第三グローブボックス１０〜３０間に搬送コンベア１８を設けることと、第一〜第三グローブボックス１０〜３０をパストンネル扉６２によって密封することを両立し、第一〜第三グローブボックス１０〜３０の雰囲気を破壊することなく搬送コンベア１８によってキャパシタセル１を組み立てライン１０ａとストックエリア３０ａの間で搬送することが可能となり、キャパシタセル１を効率良く生産することができる。
【００５０】
図８、図９の（ａ），（ｂ）に示すように、パストンネル扉支持機構として、パストンネル開口部６１の上方に配置されるガイドレール６３と、このガイドレール６３上を転動しパストンネル扉６２を吊り下げる一対の滑車６４とを備える。ガイドレール６３はパストンネル６０と直交する左右方向に延び、パストンネル扉６２を図９の（ｂ）に実線で示す作動位置と、２点鎖線で示す待避位置の間で平行移動可能に支持する。
【００５１】
パストンネル扉６２はパストンネル開口部６１に面する開閉作動位置に移動した状態で、ハンドル６５を回してパストンネル６０のフランジ部６８に係合したクランプ６６を引き寄せることによってシール６７に押し付けられ、パストンネル開口部６１を密封するようになっている。これにより、パストンネル扉６２を開閉する機構のコンパクト化がはかれ、第一グローブボックス１０の限られた空間を有効に利用できる。
【００５２】
第一グローブボックス１０の後方右側に設けられる＃３真空乾燥炉４０３はパストンネル６０と同一高さで並んで設けられ、その連絡口４１が待避位置にあるパストンネル扉６２によって閉塞される構成とする。こうしてパストンネル扉６２が＃３真空乾燥炉４０３の内側扉を兼ねることにより、第一グローブボックス１０内に設けられる扉の枚数を削減して、限られた空間を有効に利用できる。
【００５３】
図１０は第二グローブボックス２０の断面を示しているが、搬送コンベア１８は第二グローブボックス２０の中央部に配置され、第二グローブボックス２０の下方にローラコンベア２４が設けられ、搬送コンベア１８及びローラコンベア２４を挟むようにして一対の吊りコンベア２５が設けられる。
【００５４】
第二グローブボックス２０の天井部には２本のガイドレール２６が前後方向に延びるように設けられ、各ガイドレール２６上を転動する滑車２７を介して各吊りコンベア２５が吊り下げられる。
【００５５】
各吊りコンベア２５は電解精製槽２１の直上方を移動することにより、各電解精製槽２１との間で搬送されるキャパシタセル１を効率良く搬送することができる。
【００５６】
図１４に示すように、第三グローブボックス３０の中央部には吊りコンベア３５が設けられる。第三グローブボックス３０の天井部には１本のガイドレール３６が前後方向に延びるように設けられ、ガイドレール３６上を転動する滑車３７を介して吊りコンベア３５が吊り下げられる。
【００５７】
吊りコンベア３５はトップシール装置３１の直上方を移動することにより、トップシール装置３１との間で搬送されるキャパシタセル１を効率良く搬送することができる。
【００５８】
以上のように、キャパシタ製造装置８は、第一グローブボックス１０、パストンネル６０、第二グローブボックス２０、パストンネル６０、第三グローブボックス３０によって密閉された空間がそれぞれ独立して画成され、パストンネル６０内に設けられる搬送コンベア１８によってキャパシタセル１が各製造工程の順に搬送されるため、キャパシタセル１を外気にさらすことなく効率良く製造することが可能となり、品質の安定化と製品のコストダウンがはかれる。
【００５９】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すキャパシタセルの分解斜視図。
【図２】同じく（ａ）はキャパシタセル製造装置の全体平面図、（ｂ）は全体側面図。
【図３】同じく第一グローブボックスの平面図。
【図４】同じく第一グローブボックスの背面図。
【図５】同じく（ａ）は真空乾燥炉の背面図、（ｂ）は側面図。
【図６】同じく（ａ）は組み立てラインの平面図、（ｂ）は側面図。
【図７】同じくパストンネル等の平面図。
【図８】同じくパストンネル等の側面図。
【図９】同じく（ａ）はパストンネル扉の断面図、（ｂ）は背面図。
【図１０】同じく第二グローブボックスの断面図。
【図１１】同じく（ａ）は電解精製槽の平面図、（ｂ）は側面図。
【図１２】同じく第三グローブボックスの平面図。
【図１３】同じく第三グローブボックスの側面図。
【図１４】同じく第三グローブボックスの断面図。
【符号の説明】
１ キャパシタセル
８ キャパシタセル製造装置
１０ 第一グローブボックス
１０ａ 組み立てライン
１０ｂ 検査領域
１８ 搬送コンベア
２０ 第二グローブボックス
２１ 電解精製槽
２５ 吊りコンベア
３０ 第三グローブボックス
３０ａ，３０ｂ ストックエリア
３１ トップシール装置
３５ 吊りコンベア
４０１〜４０４ 真空乾燥炉
４２ パスボックス
５０ ヒータ
６０ パストンネル
６１ パストンネル開口部
６２ パストンネル扉
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気二重層キャパシタセルの製造方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い、電気二重層キャパシタセルの適用技術が注目される。
【０００３】
電気二重層キャパシタセルは、同数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータを介在させて交互に積層して構成される。これらキャパシタ積層体は電解液に浸され、容器に収容して密封される（特許第３００５９９２号，特開平７−９４３７４号、参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような電気二重層キャパシタセルの従来技術を踏まえつつ、高品質の電気二重層キャパシタセルを効率良く製造する方法及びその装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、キャパシタセルの製造方法において、キャパシタセルを組み立てる組み立てラインが設けられる第一グローブボックスと、キャパシタ積層体を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックスと、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックスと、第一グローブボックスと第二グローブボックスを結ぶパストンネルと、第二グローブボックスと第三グローブボックスを結ぶパストンネルと、各パストンネル内に設けられる搬送コンベアと、各パストンネルを開閉するパストンネル扉とを用い、密閉された空間でキャパシタセルを製造するものとした。
【０００６】
第２の発明は、密閉された空間でキャパシタセルを製造するキャパシタセルの製造装置に適用する。
【０００７】
そして、キャパシタセルを組み立てる組み立てラインが設けられる第一グローブボックスと、キャパシタ積層体を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックスと、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックスと、第一グローブボックスと第二グローブボックスを結ぶパストンネルと、第二グローブボックスと第三グローブボックスを結ぶパストンネルと、各パストンネル内に設けられる搬送コンベアと、各パストンネルを開閉するパストンネル扉とを備えるものとした。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、第一グローブボックス内に組み立てラインより第二グローブボックス側に組み立てられたキャパシタセルの検査を行う検査領域を設けるものとした。
【０００９】
第４の発明は、第２または第３の発明において、第二グローブボックスに複数の電解精製槽を設け、この電解精製槽内でキャパシタ積層体に電解液を含浸させる工程とキャパシタ積層体の残存水分や官能基を電解精製する工程が行われる構成とした。
【００１０】
第５の発明は、第２から第４のいずれか一つの発明において、第三グローブボックス内に、キャパシタケースを密封するトップシール装置を設け、このトップシール装置の後方に密封処理前のキャパシタセルを貯めるストックエリアを設け、トップシール装置の前方に密封処理後のキャパシタセルを貯めるストックエリアが設けるものとした。
【００１１】
【発明の作用および効果】
第１、第２の発明において、各グローブボックスとパストンネルによって密閉された空間がそれぞれ独立して画成され、パストンネル内の搬送コンベアによってキャパシタセルが各製造工程の順に搬送されるため、キャパシタセルを外気にさらすことなく効率良く製造することが可能となり、品質の安定化と製品のコストダウンがはかれる。
【００１２】
第３の発明において、組み立てラインの前方に検査領域が設けられることにより、キャパシタセルを検査する工程及び第二グローブボックスへ搬送する工程が効率良く行われる。
【００１３】
第４の発明において、複数の電解精製槽にてキャパシタ積層体に電解液を含浸させる工程と、キャパシタ積層体の電解精製をする工程が効率良く行われる。
【００１４】
第５の発明において、トップシール装置の後方及び前方にキャパシタセルを貯めるストックエリアが設けられることにより、トップシール装置の密封処理する工程及び完成したキャパシタセルを搬出する工程が効率良く行われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１において、電気二重層キャパシタセル１の一例を説明する。５はキャパシタ積層体４を電解液と共に収容するキャパシタケース、２はキャパシタケース５の外部に引き出される１対の端子板（キャパシタセル電極）であり、各端子板２は短尺状のアルミ材によって形成される。
【００１７】
キャパシタ積層体４は、同数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータ（紙製等の多孔質膜）を介在させて交互に積層して構成される。正極体および負極体は、集電極とその両面の分極性電極（活性炭電極）とから同一構成の電極シート６に組成される。これらの集電極は、矩形状の金属箔（たとえば、アルミニウム箔）からなり、その矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード部３が一体に成形される。各リード部３の同極どうしは束ねられ、この結束部に極性の対応する端子板２が溶接される。
【００１８】
キャパシタケース５は、金属層を含む積層構造の柔軟な材質の樹脂フィルム（たとえば、アルミラミネートフィルム）から同一形状に成形される底側部分と蓋側部分のラミネートパックからなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う平面矩形の凹部５ａによってキャパシタ積層体４の収容部が形成される。底側部分の内側にキャパシタ積層体４は納められ、その上から蓋側部分が被せられる。キャパシタケース５の周縁部５ｂにおいて、１対の端子板２（その一部）が引き出される一辺を除く三辺が熱溶着（熱シール）される。キャパシタケース５は、１対の端子板２が突き出る一辺が開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸および電解精製が終わると、余分な電解液が抜き取られた後、この開口可能な一辺が熱溶着され真空状態に密封される。
【００１９】
電気二重層キャパシタセル１の製造過程においては、図２〜図１４に示すキャパシタセル製造装置８の外部で処理される工程と、キャパシタセル製造装置８の内部で処理される工程とに分けられる。キャパシタセル製造装置８の外部においては、電極シート６（正極体および負極体）を形成する工程、所定面積のセパレータを形成する工程、１対の端子板２を形成する工程、キャパシタケース５の底側部分および蓋側部分となるラミネートパックを形成する工程、等が行われる。そして、これ以降の前記した電気二重層キャパシタセル１の製造工程が全てキャパシタセル製造装置８の内部で行われる。
【００２０】
図２に示すように、キャパシタセル製造装置８は、外部と独立して区切られた第一グローブボックス１０、第二グローブボックス２０、第三グローブボックス３０を備える。各グローブボックス１０〜３０は、空気を吸い出す真空ポンプと、アルゴン等の不活性ガスを給排する回路と、充填されたガスを脱水塔９に循環させて除湿する回路等を備え、それぞれ不活性ガスが充満し乾燥した雰囲気（露点温度は−６０℃程度）がつくられる。なお、これについては本出願人により特願２００１−３２３０８６号として既に出願されている。
【００２１】
各グローブボックス１０〜３０は密閉された筒状をしており、それぞれの左右側壁部には複数のグローブ付き挿入口７、ガラス窓１９が設けられ、内部の雰囲気が破壊されないようになっている。このグローブ付き挿入口７に図示しないグローブ（手袋）が装着されている。作業者はガラス窓１９から各グローブボックス１０〜３０内を見てこのグローブに手を入れて作業を行うことができる。
【００２２】
第一グローブボックス１０は前後壁部には真空乾燥炉４０１〜４０４が２基づつ接続されれる。電気二重層キャパシタセル１の構成材料は、第一グローブボックス１０の内部へ運び入れるのに先立ち、各真空乾燥炉４０１〜４０４に入れられ、ヒータによって加熱されながら乾燥されることにより、水分等の除去が十分に行われる。
【００２３】
図４、図５の（ａ），（ｂ）に示すように、第一グローブボックス１０の前方右側に設けられる＃１真空乾燥炉４０１は、第一グローブボックス１０に連絡口４１を介して連絡するパスボックス４２と、この連絡口４１を開閉する内側扉４３と、パスボックス４２に開口した出入口４４と、出入口４４を開閉する外側扉４５とを備え、これらによって密閉された空間が画成される。パスボックス４２内には３段の棚５２が設けられ、外側扉４５を開いて出入口４４からパスボックス４２内に入れられた材料が各棚５２に置かれ、所定温度で乾燥が行われた後、内側扉４３を開いて連絡口４１から第一グローブボックス１０内に入れられる。
【００２４】
連絡口４１を開閉する内側扉４３はハンドル５８を回してクランプ５９を引き寄せることによってシール５４が内側扉４３に押し付けられ、連絡口４１の密封が行われる。内側扉４３はその開時にガイドレール５６上を転動する滑車５７を介して待避位置へとスライドするようになっている。これにより、内側扉４３を開閉する機構のコンパクト化がはかれ、第一グローブボックス１０の限られた空間を有効に利用できる。
【００２５】
パスボックス４２には真空ポンプに連通する管４６と、アルゴン等の不活性ガスを供給する管４７と、不活性ガスを吸い出す管４８と、脱水塔９に連通する管４９とがそれぞれ接続される。真空乾燥炉４０１は、真空ポンプによって空気を吸い出し真空にした後、不活性ガスを充填する。グローブボックス内に入ったガスは、脱水塔９に循環させて除湿し、乾燥した雰囲気がつくられる。
【００２６】
パスボックス４２内には真空乾燥炉４０１を加熱する４枚の電熱式パネル型ヒータ５０が上下面と両側面の４面にそれぞれ設けられる。ヒータ５０は温度調節器５１を介してその通電が制御され、真空乾燥炉４０１の温度が所定値に保たれる。これにより、電気二重層キャパシタセル１の構成材料が、各真空乾燥炉４０１〜４０４に入れられ、ヒータ５０によって材料に応じた適正な温度で加熱されることにより、水分等の除去が短時間のうちに行われ、量産化に対応できる。
【００２７】
第一グローブボックス１０の前方左右側に設けられる＃１，＃２真空乾燥炉４０１，４０２には、分極性電極（活性炭電極）が投入され、一定温度（１５０〜２５０℃程度）で１時間程度の加熱が行われた後、１時間程度の放熱が行われる。
【００２８】
また、＃１，＃２真空乾燥炉４０１，４０４には、別の工程でセパレータ（紙製等の多孔質膜）が投入され、一定温度（８０〜１６０℃程度）で１時間程度の加熱が行われた後、１時間程度の放熱が行われる。
【００２９】
第一グローブボックス１０の後方左右側に設けられる＃３，＃４真空乾燥炉４０３，４０４には、ラミネートパックが投入され、常温で１時間程度の真空引きが行われる。
【００３０】
また、＃３，＃４真空乾燥炉４０では、集電極（ポリプロピレンフィルム付きアルミ材）が投入され、一定温度（８０〜１６０℃程度）で１時間程度の加熱が行われた後、１時間程度の放熱が行われる。
【００３１】
パスボックス４２に冷却水通路５３が設けられ、この冷却水通路５３を循環する冷却水によって各扉４３，４５のシール５４，５５が過熱されることを防止するようになっている。
【００３２】
第一グローブボックス１０の内部には、キャパシタセル１を組み立てる組み立てライン１０ａが設けられ、この組み立てライン１０ａの前方（第二グローブボックス２０側）にキャパシタセル１の検査を行う検査領域１０ｂが設けられる。
【００３３】
第一グローブボックス１０の組み立てライン１０ａにおいて、正極体および負極体とこれらの間に介在するセパレータとから矩形のキャパシタ積層体４を組み立てる工程、キャパシタ積層体４の同極どうしのリード部３（その結束部）に極性の対応する端子板２を溶接する工程、キャパシタ積層体４をキャパシタケース５に収容する工程（キャパシタケース５をキャパシタ積層体４の収容状態に組み立てる工程）が順に行われる。
【００３４】
図６の（ａ），（ｂ）に示すように、第一グローブボックス１０の組み立てライン１０ａには、電極シート６を形成する装置１１、電極シート６を積層する積層ロボット１２、搬送装置１３、電極シート６を束ねる帯止め装置１４、搬送装置１５、端子板２を溶接するスポット溶接機１６、キャパシタケース５を組み立てる三方向シール装置等が配設される。
【００３５】
図３に示すように、第一グローブボックス１０の検査領域１０ｂには、検査用コンベア１７と搬送コンベア１８等が設けられ、短絡検査器等を介して不良品を探し、検査に合格した製品のみが搬送コンベア１８に載せられる。
【００３６】
組み立てライン１０ａの前方に検査領域１０ｂが設けられることにより、キャパシタセル１の検査及び第二グローブボックス２０への搬送が効率良く行われる。
【００３７】
第二グローブボックス２０において、キャパシタ積層体４を収容するキャパシタケース５の開口可能な一辺から電解液を注入する工程、キャパシタ積層体４に電解液を含浸させる工程、キャパシタ積層体４の残存水分や官能基を電解精製（電気分解）する工程が行われる。
【００３８】
第二グローブボックス２０には８個の電解精製槽２１が設けられ、各電解精製槽２１に隣接してスライド式作業台２３が設けられる。図１１に示すように、電解精製槽２１はその開口部を開閉する蓋２２を備え、その内部にキャパシタ積層体４を収める密封空間が画成される。電解精製槽２１には空気を吸い出す真空ポンプと、外部に設けられたタンクから電解液を供給する配管と、余剰電解液を回収する配管等が接続される。
【００３９】
電解精製槽２１の内部においては、キャパシタケース５の内部への電解液の注入からキャパシタ積層体４の電解精製までの各工程が順次に行われる。電解液の含浸においては、密閉した電解精製槽２１の内部を真空状態に吸引する処理と、同じく電解精製槽２１の内部を乾燥した常圧の不活性ガスを充填する（大気圧に戻す）処理と、が交互に繰り返される。これにより、キャパシタ積層体４の分極性電極およびセパレータの隅々に電解液が十分に行き渡るようになり、電解液の含浸が短時間程度に効率よく処理される。
【００４０】
電解精製は、分極性電極（活性炭電極）等に含まれる残存水分や官能基を電気分解してＣＯ２ガスに変えて除去する処理であり、電解液の含浸に続いて密閉した電解精製槽２１の内部において、１対の端子板２の間に一定の電流を流して設定電圧まで充電し、その後に放電させる、充放電のサイクルが何回か繰り返される。その際のＣＯ２ガスは、真空引きにより、密閉した電解精製槽２１の内部から第二グローブボックス２０の外部へ吸引される。
【００４１】
このように複数の電解精製槽２１の密閉された空間でキャパシタ積層体４に電解液を含浸させる工程、キャパシタ積層体４の残存水分や官能基を電解精製する工程が効率良く行われる。
【００４２】
第三グローブボックス３０において、キャパシタケース５の開閉可能な一辺を密封する工程が行われ、キャパシタセル１が完成する。
【００４３】
図１２、図１３に示すように、第三グローブボックス３０の内部には、キャパシタケース５を密封するトップシール装置３１が設けられ、このトップシール装置３１の後方に密封処理前のキャパシタセル１を貯めるストックエリア３０ａが設けられ、トップシール装置３１の前方に密封処理後のキャパシタセル１を貯めるストックエリア３０ｂが設けられる。
【００４４】
第三グローブボックス３０の前壁にはパスボックス３２が設けられ、完成したキャパシタセル１はこのパスボックス４２から搬出される。
【００４５】
トップシール装置３１の後方及び前方にキャパシタセル１を貯めるストックエリア３０ａとストックエリア３０ｂが設けられることにより、トップシール装置３１の密封処理及び完成したキャパシタセル１を搬出することが効率良く行われる。
【００４６】
第一グローブボックス１０と第二グローブボックス２０はパストンネル６０によって結ばれ、第二グローブボックス２０と第三グローブボックス３０はパストンネル６０によって結ばれ、各パストンネル６０内に一連の搬送コンベア１８が設けられる。この搬送コンベア１８は第一グローブボックス１０の検査領域１０ｂからパストンネル６０、第二グローブボックス２０、パストンネル６０、第三グローブボックス３０のストックエリア３０ａに渡って延び、これに載せられた物を自動的に搬送する。
【００４７】
第一〜第三グローブボックス１０〜３０は、パストンネル６０に対するパストンネル開口部６１と、このパストンネル開口部６１を開閉するパストンネル扉６２とをそれぞれ備える。第一〜第三グローブボックス１０〜３０は、パストンネル扉６２がパストンネル６０を閉塞することにより、互いに独立して密閉された空間に画成され、内部の雰囲気が破壊されないようになっている。
【００４８】
図７に示すように、パストンネル扉６２をパストンネル開口部６１を閉塞可能な開閉作動位置とパストンネル開口部６１を開放する待避位置の間で移動可能に支持するパストンネル扉支持機構と、搬送コンベア１８の一部を可動部１８ａとして移動可能に支持する搬送コンベア支持機構と、パストンネル扉６２と搬送コンベア可動部１８ａを互いに連動させる機構とを備える。これにより、パストンネル扉６２がパストンネル開口部６１に面する開閉作動位置に移動するのに伴って、搬送コンベア可動部１８ａがパストンネル開口部６１から離れる待避位置に移動する一方、パストンネル扉６２がパストンネル開口部６１から離れる待避位置に移動するのに伴って、搬送コンベア可動部１８ａがパストンネル開口部６１に近づいて搬送コンベア１８と連なる搬送作動位置に移動する構成とする。
【００４９】
これにより第一〜第三グローブボックス１０〜３０間に搬送コンベア１８を設けることと、第一〜第三グローブボックス１０〜３０をパストンネル扉６２によって密封することを両立し、第一〜第三グローブボックス１０〜３０の雰囲気を破壊することなく搬送コンベア１８によってキャパシタセル１を組み立てライン１０ａとストックエリア３０ａの間で搬送することが可能となり、キャパシタセル１を効率良く生産することができる。
【００５０】
図８、図９の（ａ），（ｂ）に示すように、パストンネル扉支持機構として、パストンネル開口部６１の上方に配置されるガイドレール６３と、このガイドレール６３上を転動しパストンネル扉６２を吊り下げる一対の滑車６４とを備える。ガイドレール６３はパストンネル６０と直交する左右方向に延び、パストンネル扉６２を図９の（ｂ）に実線で示す作動位置と、２点鎖線で示す待避位置の間で平行移動可能に支持する。
【００５１】
パストンネル扉６２はパストンネル開口部６１に面する開閉作動位置に移動した状態で、ハンドル６５を回してパストンネル６０のフランジ部６８に係合したクランプ６６を引き寄せることによってシール６７に押し付けられ、パストンネル開口部６１を密封するようになっている。これにより、パストンネル扉６２を開閉する機構のコンパクト化がはかれ、第一グローブボックス１０の限られた空間を有効に利用できる。
【００５２】
第一グローブボックス１０の後方右側に設けられる＃３真空乾燥炉４０３はパストンネル６０と同一高さで並んで設けられ、その連絡口４１が待避位置にあるパストンネル扉６２によって閉塞される構成とする。こうしてパストンネル扉６２が＃３真空乾燥炉４０３の内側扉を兼ねることにより、第一グローブボックス１０内に設けられる扉の枚数を削減して、限られた空間を有効に利用できる。
【００５３】
図１０は第二グローブボックス２０の断面を示しているが、搬送コンベア１８は第二グローブボックス２０の中央部に配置され、第二グローブボックス２０の下方にローラコンベア２４が設けられ、搬送コンベア１８及びローラコンベア２４を挟むようにして一対の吊りコンベア２５が設けられる。
【００５４】
第二グローブボックス２０の天井部には２本のガイドレール２６が前後方向に延びるように設けられ、各ガイドレール２６上を転動する滑車２７を介して各吊りコンベア２５が吊り下げられる。
【００５５】
各吊りコンベア２５は電解精製槽２１の直上方を移動することにより、各電解精製槽２１との間で搬送されるキャパシタセル１を効率良く搬送することができる。
【００５６】
図１４に示すように、第三グローブボックス３０の中央部には吊りコンベア３５が設けられる。第三グローブボックス３０の天井部には１本のガイドレール３６が前後方向に延びるように設けられ、ガイドレール３６上を転動する滑車３７を介して吊りコンベア３５が吊り下げられる。
【００５７】
吊りコンベア３５はトップシール装置３１の直上方を移動することにより、トップシール装置３１との間で搬送されるキャパシタセル１を効率良く搬送することができる。
【００５８】
以上のように、キャパシタ製造装置８は、第一グローブボックス１０、パストンネル６０、第二グローブボックス２０、パストンネル６０、第三グローブボックス３０によって密閉された空間がそれぞれ独立して画成され、パストンネル６０内に設けられる搬送コンベア１８によってキャパシタセル１が各製造工程の順に搬送されるため、キャパシタセル１を外気にさらすことなく効率良く製造することが可能となり、品質の安定化と製品のコストダウンがはかれる。
【００５９】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すキャパシタセルの分解斜視図。
【図２】同じく（ａ）はキャパシタセル製造装置の全体平面図、（ｂ）は全体側面図。
【図３】同じく第一グローブボックスの平面図。
【図４】同じく第一グローブボックスの背面図。
【図５】同じく（ａ）は真空乾燥炉の背面図、（ｂ）は側面図。
【図６】同じく（ａ）は組み立てラインの平面図、（ｂ）は側面図。
【図７】同じくパストンネル等の平面図。
【図８】同じくパストンネル等の側面図。
【図９】同じく（ａ）はパストンネル扉の断面図、（ｂ）は背面図。
【図１０】同じく第二グローブボックスの断面図。
【図１１】同じく（ａ）は電解精製槽の平面図、（ｂ）は側面図。
【図１２】同じく第三グローブボックスの平面図。
【図１３】同じく第三グローブボックスの側面図。
【図１４】同じく第三グローブボックスの断面図。
【符号の説明】
１ キャパシタセル
８ キャパシタセル製造装置
１０ 第一グローブボックス
１０ａ 組み立てライン
１０ｂ 検査領域
１８ 搬送コンベア
２０ 第二グローブボックス
２１ 電解精製槽
２５ 吊りコンベア
３０ 第三グローブボックス
３０ａ，３０ｂ ストックエリア
３１ トップシール装置
３５ 吊りコンベア
４０１〜４０４ 真空乾燥炉
４２ パスボックス
５０ ヒータ
６０ パストンネル
６１ パストンネル開口部
６２ パストンネル扉
Claims (5)
- キャパシタセルを組み立てる組み立てラインが設けられる第一グローブボックスと、キャパシタ積層体を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックスと、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックスと、第一グローブボックスと第二グローブボックスを結ぶパストンネルと、第二グローブボックスと第三グローブボックスを結ぶパストンネルと、各パストンネル内に設けられる搬送コンベアと、各パストンネルを開閉するパストンネル扉とを用い、密閉された空間でキャパシタセルを製造することを特徴とするキャパシタセルの製造方法。
- 密閉された空間でキャパシタセルを製造するキャパシタセルの製造装置において、
キャパシタセルを組み立てる組み立てラインが設けられる第一グローブボックスと、キャパシタ積層体を収容するキャパシタケースに電解液を注入する工程が行われる第二グローブボックスと、キャパシタケースを密封する工程が行われる第三グローブボックスと、第一グローブボックスと第二グローブボックスを結ぶパストンネルと、第二グローブボックスと第三グローブボックスを結ぶパストンネルと、各パストンネル内に設けられる搬送コンベアと、各パストンネルを開閉するパストンネル扉とを備えたことを特徴とするキャパシタセルの製造装置。 - 前記第一グローブボックス内に前記組み立てラインより前記第二グローブボックス側に組み立てられた前記キャパシタセルの検査を行う検査領域を設けたことを特徴とする請求項２に記載のキャパシタセルの製造装置。
- 前記第二グローブボックスに複数の電解精製槽を設け、この電解精製槽内で前記キャパシタ積層体に電解液を含浸させる工程とキャパシタ積層体の残存水分や官能基を電解精製する工程が行われる構成としたことを特徴とする請求項２または３に記載のキャパシタセルの製造装置。
- 前記第三グローブボックス内に、前記キャパシタケースを密封するトップシール装置を設け、このトップシール装置の後方に密封処理前の前記キャパシタセルを貯めるストックエリアを設け、トップシール装置の前方に密封処理後のキャパシタセルを貯めるストックエリアが設けたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載のキャパシタセルの製造装置。
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