JP2001223142A

JP2001223142A - 固体活性炭電極の製造方法

Info

Publication number: JP2001223142A
Application number: JP2000034567A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Makino; 直幸牧野; Shinobu Takagi; 忍高木; Tadashi Hattori; 服部　　正; Takeo Hisada; 建男久田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【目的】極めて薄い固体活性炭電極を安定して製造し
得る固体活性炭電極の製造方法を提供する。【解決手段】露光工程６２において、帯電工程６０で
帯電させた感光ドラム７３の表面に光７６を投影させて
活性炭電極１０の静電潜像を形成し、現像工程６４にお
いて、その感光ドラム７３の表面の静電潜像上に、粉体
原料製造工程４８で製造した活性炭粉末３２と活性炭粉
末３２を相互に結合させる熱硬化性樹脂３４を含んだ電
極用粉体原料３０を付着させることにより、静電潜像を
可視像とし、転写工程６６において、その可視像を形成
する電極用粉体原料３０を薄紙８４に転写する。続い
て、炭化工程７０において、その電極用粉体原料３０が
転写された薄紙８４を加熱処理することにより、電極用
粉体原料３０に含まれている熱硬化性樹脂３６を炭化さ
せると、その熱硬化性樹脂３４に由来するガラス状炭素
によって活性炭粉末３２が結合され極めて薄い活性炭電
極１０が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体活性炭電極の
製造方法に関し、特に、薄膜状の固体活性炭電極の製造
に適した製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】活性炭粉末を高い比表面積を保ったまま
所定形状に固形化させた固体活性炭が知られている。例
えば特公平７−９１４４９号公報等に記載されている大
容量電気二重層コンデンサの電極を構成する固形状の活
性炭電極（以下、固体活性炭電極という）等がそれであ
る。この固体活性炭電極は活性炭とカーボンの複合体で
あって、活性炭粉末がその比表面積を大きく減じられる
ことなく、熱硬化性樹脂等に由来するカーボンによって
相互に結合させられて構成されている。

【０００３】上記の電気二重層コンデンサは、一対の電
極を構成する導電体と電解質溶液との界面にそれぞれ符
号の異なる一対の電荷層（すなわち電気二重層）が生じ
ることを利用したものであり、急速充電が可能であると
共に充放電に伴う寿命劣化が生じ得ないという特徴を有
している。そのため、例えば、電池または商用交流電源
を直流に変換した電源と並列に電気二重層コンデンサを
接続し、電源の瞬断時に電気二重層コンデンサに蓄積さ
れた電荷により種々の部品のバックアップをするという
形で使用されている。近年、このような電気二重層コン
デンサを大容量且つ大電流放電可能とすることによっ
て、例えば電気自動車の回生エネルギー蓄積用デバイス
や、自動車のセルモータ駆動、太陽電池電圧のレベリン
グ等に利用することが考えられているが、前記の固体活
性炭電極はこのような用途の電気二重層コンデンサを構
成する重要な電極材料である。なぜならば、固体活性炭
電極は大きな比表面積を有すると共に特に加圧すること
なく活性炭粉末相互の電気的接触が確保されていること
から、電気二重層コンデンサの寸法を比較的小さく保っ
たまま静電容量および放電電流値を高め得るためであ
る。

【０００４】因みに、電気二重層コンデンサの静電容量
は電気二重層に蓄えられる電荷量により決定されるた
め、電極の表面積が大きいほど大きな静電容量が得られ
る。それ故、高い導電性と高い比表面積とを有する活性
炭が電極材料として好適に用いられるが、粉末或いは繊
維状の活性炭がそのまま金属ケース等に収納された従来
の電気二重層コンデンサにおいては、粉末或いは繊維相
互の電気的接触を得るために加圧が必要であった。した
がって、このような構造で大きな静電容量を得るために
は、活性炭量を多くして表面積を大きくすると共にその
活性炭の電気的接触を一層確実にするために加圧力を高
くすることが必要となることから金属ケースが極めて大
きくなる。このため、実用的な大きさの電気二重層コン
デンサとしてはせいぜい数Ｆ程度の静電容量しか得られ
ず、前記のような大容量且つ大電流用途への適用は困難
であった。これに対して、固体活性炭電極によれば、電
気的接触を確保するための加圧が不要であることから、
電気二重層コンデンサの寸法拡大を好適に抑制できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な固体活性炭電極は、例えば、活性炭粉末に熱硬化性樹
脂を混合して所望の形状に成形した後、真空或いは炉内
ガスを窒素ガスに置換した雰囲気等の非酸化性雰囲気
下、所定温度で成形体を熱処理してその熱硬化性樹脂を
炭化（カーボン化）させることによって製造される。こ
のとき、電気二重層コンデンサは、２枚の電極がセパレ
ータを介して積層されて１セルが構成されると共に、必
要に応じて複数セルが積層されて構成されることから、
電極形状すなわち成形体形状は積層が容易な薄板状等と
されている。従来、このような薄板状の成形体を得るた
めの成形方法として、例えば本願出願人等が先に出願し
て公開された特開平９−３６００４号公報に記載されて
いるような粉末プレス法や、押出成形法が用いられてい
た。

【０００６】上記の粉末プレス法では、乾式処理である
ことから工程が簡略で量産が容易である反面、薄板を成
形するための浅い成形型内に原料を均一に充填すること
が困難であるため、一様な密度および厚さを有する固体
活性炭電極を得難いという問題がある。この場合、焼成
後に研磨加工することで厚さを一様にできるが、工程が
煩雑となって製造コストも増大し、しかも、密度が不均
一であることに起因して強度や電気二重層コンデンサの
静電容量等の特性も低下し得る。一方、押出成形法によ
れば、成形機内で略均一に練られた原料が口金から押し
出されることにより薄板が成形されることから、一様な
密度と口金の形状精度に応じた一様な厚さとを備えた成
形体を得ることができる。しかも、押出成形された薄板
は、その表面を口金で擦られつつ成形されていることか
ら、粉末プレス法による場合に比較して平滑な表面が得
られるという利点もある。電気二重層コンデンサでは、
１セル乃至複数セルを構成するためにセパレータを介し
て積層された２乃至複数枚の電極が更に集電体で挟まれ
ることから、電極表面の平滑性が低いと電極と集電体と
の接触不良が生じ、高い静電容量を得るために可及的に
小さいことが望まれる内部抵抗が大きくなるのである。

【０００７】電気二重層コンデンサにおいて一層小型化
し且つ高容量を得る目的で実効的内部抵抗を可及的に小
さくするためには、上記のように表面の平滑性を高める
と共に、固体活性炭電極を可及的に薄くして充放電時に
おける電極内部へのイオンの移動度を可及的に高める必
要がある。なぜならば、前記のように固体活性炭電極は
活性炭粉末がその比表面積を大きく減じられることなく
結合させられていることから多孔質に構成されている
が、例え多孔質とはいってもイオンが通過する内部経路
が長くなるほど移動度が低下するためである。しかしな
がら、前記のような粉末プレス成形或いは押出成形によ
って固体活性炭電極を安定して製造できる成形厚みの下
限値は例えば 1(mm)程度である。

【０００８】また、本出願人等が先に出願して公開され
た特開平１１−１７１５２３号公報に記載されているド
クターブレード法を用いれば、例えば厚さ0.1mm 程度の
薄い固体活性炭電極を安定して製造することができる。
しかしながら、さらに薄い固体活性炭電極は、上記ドク
ターブレード法によっても安定して製造できない。その
ため、さらに薄い固体活性炭電極を安定して製造できる
方法が望まれていた。

【０００９】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的とするところは、極めて薄い
固体活性炭電極を安定して製造し得る固体活性炭電極の
製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するために種々検討を重ねた結果、固体活性炭電
極の製造方法に電子写真技術を応用し、電子写真プロセ
スに用いられるトナーに代えて、活性炭およびその活性
炭を相互に結合させるための熱硬化性樹脂を含む微粉体
を用いると、極めて薄い固体活性炭電極が安定して製造
できることを見いだした。本発明はかかる知見に基づい
て為されたものである。

【００１１】すなわち、上記目的を達成するための本発
明の要旨とするところは、静電気を利用して比較的薄い
固体活性炭電極を製造する固体活性炭電極の製造方法で
あって、(a) 帯電体の表面を帯電させる帯電工程と、
(b) その帯電工程により帯電させられた帯電体の表面上
に、活性炭粉末と該活性炭粉末を相互に結合させるため
の熱硬化性樹脂とを含む電極用粉体原料を静電的に付着
させる静電付着工程と、(c) その静電付着工程において
前記帯電体表面に付着させられた電極用粉体原料を基体
に転写する転写工程と、(d) その転写工程により電極用
粉体原料が転写された基体を加熱処理することにより該
電極用粉体原料に含まれる熱硬化性樹脂を炭化させて前
記活性炭粉末を結合させる炭化工程とを、含むことにあ
る。

【００１２】

【発明の効果】このようにすれば、静電付着工程におい
て、帯電工程で帯電させられた帯電体表面上に、粉体原
料製造工程で製造された活性炭粉末と活性炭粉末を相互
に結合させるための熱硬化性樹脂とを含んだ電極用粉体
原料が静電吸着により付着させられ、転写工程におい
て、その帯電体表面上に付着させられた電極用粉体原料
が基体に転写される。続いて、炭化工程において、その
電極用粉体原料が転写された基体が加熱処理されること
により、電極用粉体原料に含まれている熱硬化性樹脂が
炭化させられるとともに前記活性炭粉末が相互に結合さ
せられて極めて薄い固体活性炭電極が得られる。

【００１３】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記基体は天然
繊維或いは合成繊維などの有機繊維材料から成る紙のよ
うな有機材料製薄板である。このようにすれば、炭化工
程において、基体自体も炭化させられるので、基体を剥
離することなくそのまま固体活性炭電極として使用する
ことができる。

【００１４】また、好適には、前記帯電工程、前記静電
付着工程、および前記転写工程が所定回数繰り返され
て、前記基体上に転写された前記電極用粉体原料の厚み
が所定の厚みとされた後に、前記炭化工程が実行され
る。このようにすれば、固体活性炭電極の厚さを容易に
調整することができる。

【００１５】また、好適には、前記活性炭粉末、熱硬化
性樹脂、およびバインダ樹脂を有する混合原料を加熱し
つつ混練する加熱・混練工程と、その加熱・混練工程で
混練した混合原料を冷却する冷却工程と、その冷却工程
で冷却した原料を微粉に粉砕する粉砕工程とを含む粉体
原料製造工程により前記電極用粉体原料が製造される。
このようにすれば、粉体原料製造工程により、バインダ
樹脂中に活性炭粉末および熱硬化性樹脂が均一に分散さ
れた電極用粉体原料が製造され、炭化工程では、その電
極用粉体原料中のバインダ樹脂は脱脂或いは分解させら
れ、活性炭粉末は熱硬化性樹脂の炭化物により相互に結
合させられる。したがって、一様（均一）な組織の薄い
活性炭電極が得られる。

【００１６】また、好適には、前記炭化工程により熱硬
化性樹脂が炭化させられることにより活性炭が結合され
た炭化体を、酸素を含む雰囲気中で加熱処理する酸化熱
処理工程をさらに含むものである。このようにすれば、
炭化工程で炭化させられた炭化体が、酸化熱処理工程に
より酸素を含む雰囲気中で加熱処理されることにより、
炭化させられた熱硬化性樹脂やそれにより結合させられ
た活性炭粉末が活性化させられて、固体活性炭電極の静
電容量が高められる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例におい
て、各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。

【００１８】図１は、本発明の一実施例の固体活性炭電
極の製造方法によって製造された活性炭電極１０を用い
た電気二重層コンデンサ１２の断面構造を模式的に示す
図である。このコンデンサ１２は、全体が箱型を成し
て、平板状の一対の活性炭電極１０，１０、それら一対
の活性炭電極１０，１０に挟まれたセパレータ１４、活
性炭電極１０，１０の外側に順に設けられた一対の集電
体１６，１６、一対の端子板１８，１８、一対の固定板
２０，２０と、活性炭電極１０，１０の側面側に備えら
れて集電体１６，１６を支持するガスケット２２、およ
びガスケット２２の両面に備えられて固定板２０，２０
を支持する一対の支持体２４，２４を備えたものであ
り、集電体１６，１６およびガスケット２２により囲ま
れた内部には、電解液として例えば 30(wt％) の硫酸水
溶液が注入されている。なお、図においては一対の活性
炭電極１０、１０がセパレータ１４を介して設けられて
いるが、更に多数の活性炭電極１０がセパレータ１４を
介して積層されてもよい。

【００１９】上記一対の活性炭電極１０，１０は、例え
ば厚みが0.03(mm)程度とされたものであり、基体として
用いられた薄紙８４が炭化させられることにより形成さ
れた多孔質炭素層の一方或いは両方の表面に、熱硬化性
樹脂が炭化させられたガラス状炭素により活性炭粒子が
結合させられた多孔質の活性炭−炭素複合体層が形成さ
れた構造をしている。また、上記セパレータ１４は、例
えば厚みが0.1 〜0.2(mm) 程度で活性炭電極１０よりも
面積がやや大きくされたガラス繊維から成るものであ
り、活性炭電極１０，１０相互の接触による電気的短絡
を防止すると共に、前記電解液が自由に流通可能となる
ように多孔質に形成されている。

【００２０】また、前記集電体１６，１６は、例えばカ
ーボンを含む導電性ゴムから成る例えば厚み0.1 〜0.2
(mm) 程度の導電性シートであり、周縁部において前記
ガスケット２２および支持体２４，２４に挟まれること
によって、セル間の隔壁となっている。すなわち、バイ
ポーラ電極構造となっている。

【００２１】また、集電体１６，１６の外側に備えられ
た端子板１８，１８は、例えば厚みが 0.2(mm)程度で活
性炭電極１０，１０と同様な面積のアルミニウム製平板
であり、この端子板１８，１８に設けられた図示しない
一対の端子に電圧を印加することにより、集電体１６，
１６を介して活性炭電極１０，１０に電力が供給される
ようになっている。また、固定板２０、ガスケット２
２、支持体２４，２４は、何れも射出成形可能な樹脂か
ら成るものである。

【００２２】上記の電気二重層コンデンサ１２は、以下
のように組み立てられる。すなわち、先ず、各上記の構
成部材を順に積層し、その際、ガスケット２２および支
持体２４，２４の間に、耐硫酸性の接着剤を塗り込んで
固着する。次いで、端子板１８，１８を両面から集電体
１６，１６に圧着した後、固定板２０，２０を例えば４
か所においてボルトおよびナット２６によって両面から
固定する。最後に、例えばガスケット２２に設けられて
いる図示しない注入孔から前記電解液を所定量注入して
封止することにより、電気二重層コンデンサ１２が得ら
れる。

【００２３】以上のように構成された電気二重層コンデ
ンサ１２は、図２に模式的に示すように、電圧が印加さ
れると多数の活性炭粒子２８の表面に電解質溶液中のプ
ラス或いはマイナスのイオン（すなわち、 H⁺或いはSO
₄ ^2-）がそれぞれ吸着され、電気二重層が形成されるこ
とによって充電が行われる。このとき、活性炭電極１０
は、後述の熱硬化性樹脂３４等に由来する図示しないガ
ラス状炭素によって、活性炭粒子２８が相互に結合され
て構成されていることから、上記のイオンはガラス状炭
素および活性炭粒子２８によって形成された隙間（流
路）を通って移動することとなる。

【００２４】上記の活性炭電極１０は、例えば、図３に
工程図を示す粉体原料製造工程４８、および図４に工程
図を示す活性炭電極製造工程に従って製造される。先
ず、図３の粉体原料製造工程４８により図５に示す電極
用粉体原料３０が製造される。

【００２５】図３の混合工程５０においては、活性炭粉
末３２、熱硬化性樹脂３４、バインダ樹脂３６、帯電制
御剤３８をそれぞれ秤量して、混合比が４〜４０(wt%)
、４〜４０(wt%) 、７０〜４０(wt%) 、および１０(wt
%) 程度とし、且つ活性炭粉末３２と熱硬化性樹脂３４
との混合比率が８：２〜２：８となるように混合原料を
調合する。なお、活性炭粉末３２は、粒径が0.1 〜 30
(μm)程度、好適には 1(μm)程度で、BET 法によって測
定した比表面積が700 〜2000(m²/g)程度、好適には1700
(m²/g)程度のものを、熱硬化性樹脂３４としては、たと
えば粒径が0.1 〜50(μm)程度の非水溶性のフェノール
樹脂粉末が用いられる。また、バインダ樹脂３６には、
電子写真方式の複写機用のトナーに含まれるものと同様
に、ガラス転移点が60℃前後で室温でもろい性質を持つ
熱可塑性樹脂が用いられ、たとえば、スチレンとアクリ
レートの共重合体や、低分子量（分子量10,000以下）の
ポリエステル等が用いられる。また、帯電制御剤３８に
は、４級アンモニウム塩、ピリジニウム塩、ニグロシン
染料等が用いられる。なお、上記熱硬化性樹脂３４およ
び帯電制御剤３８の粒径は、活性炭粉末３２の細孔（開
気孔）中に入り込んでそれを閉塞しないように、その細
孔径よりも十分に大きい値に定められている。

【００２６】次いで、加熱・混練工程５２においては、
混練機などを用いて、前記混合原料を加熱しつつ混練し
て材料を均一に分散させる。この際、加熱温度は、前記
熱可塑性樹脂が半溶融状態となり、前記熱硬化性樹脂が
硬化しない温度、たとえば８０℃前後とされる。

【００２７】続く冷却工程５４においては、加熱・混練
工程５２において混練した混合原料を室温或いは水温ま
で冷却する。続く粉砕工程５６では、上記冷却工程５４
で冷却した原料を粗粉砕（数mm角）した後、さらに、ジ
ェットミルのようなジェット気流中の粒子間衝突による
粉砕などの機械的粉砕方法で10μm 程度の微粉にする。
これにより、電極用粉体原料３０が得られるが、さら
に、続く表面改質工程５８において、表面改質剤４０と
してコロイダルシリカ、酸化チタン、アルミナなどの微
粉末（一次粒径が10〜30nm程度）が、ドライブレンド法
により上記電極用粉体原料３０に添加される。上記のよ
うにして得られた電極用粉体原料３０は、図５の断面概
念図に示すように、バインダ樹脂３６中に、活性炭粉末
３２、熱硬化性樹脂３４、および帯電制御剤３８が略均
一に分散されている。

【００２８】次いで、図４に示す活性炭電極製造工程に
従って活性炭電極１０が製造される。なお、図６および
図７に、図４の活性炭電極製造工程の各工程の概念図を
示す。また、図４に示す活性炭電極製造工程は、トナー
に代えて電極用粉体原料３０が用いられること、およ
び、炭化工程７０、酸化熱処理工程７２が設けられてい
ること以外は、電子写真プロセスと同様の工程であり、
電子写真プロセスにおいて用いられるものと同様の装置
が用いられる。

【００２９】帯電工程６０は、帯電体として機能し且つ
たとえば水平な軸心まわりに連続回転させられる円形ロ
ーラー状の感光ドラム７３の表面（外周面）を、イオン
或いは電子を付着させることにより静電気によって一定
電位に均一に帯電させる工程である。そこでは、たとえ
ば、帯電器７４の開口面を感光ドラム７３に対向して配
置した状態で、その帯電器７４に5 〜10kV程度の高電圧
が印加され、これによって発生した正または負イオン
（図６においては負イオン）が感光ドラム７３の表面に
移動させられてその感光ドラム７３の表面が帯電させら
れる。

【００３０】続く露光工程６２すなわち潜像形成工程
は、光導電現象を利用して感光ドラム７３の表面に電荷
による活性炭電極１０の潜像を形成する工程である。潜
像を形成させるためには、上記感光ドラム７３は光が当
たらないときには絶縁体としての性質を持ち、光が当た
ると導電性になり帯電電荷を逃がす性質が必要とされる
ことから、感光ドラム７３の表層は、たとえば、アルミ
ニウムなどの導電性基体上に基体からの電荷の注入を阻
止するブロッキング層、光キャリヤを輸送するキャリヤ
輸送層、光照射により光キャリヤを発生するキャリヤ発
生層、キャリヤ発生層を保護する表面保護層が順次設け
られている。上記のように構成された感光ドラム７３の
表面に、図示しない複写光学系装置により活性炭電極１
０の画像部以外の部分に光７６が照射されると、光７６
の照射された部分すなわち活性炭電極１０の画像部以外
の部分のキャリヤ発生層に電子・正孔対が発生し、その
電子・正孔対と感光ドラム７３の表面に帯電させられた
電荷とが結合して表面の電荷を放出する。これにより、
活性炭電極１０の静電潜像が形成される。

【００３１】次の現像工程６４は、感光ドラム７３の表
面に形成された静電潜像に電極用粉体原料３０を静電的
に付着させて可視像とする工程であり、静電付着工程に
相当する。たとえば、マグネットローラー７７上に回転
可能な非磁性スリーブ７８を設けた現像ローラー７９に
より、現像剤８０を搬送し上記静電潜像を現像する。上
記現像剤８０は、直径100 μm 程度の鉄粉であるキャリ
ヤ８２と電極用粉体原料３０とを一定割合で混合したも
のであり、キャリヤ８２との摩擦帯電により電極用粉体
原料３０は帯電し、静電気力によりキャリヤ８２表面に
付着している。現像剤８０は現像ローラー７９上に磁気
力により付着させられてチェーン状の磁気ブラシを形成
している。この磁気ブラシが感光ドラム７３の表面に軽
く接触させられると、電極用粉体原料３０がキャリヤ８
２から感光ドラム７３の表面の上記静電潜像上に移動し
て可視像が形成されるのである。なお、キャリヤ８２は
図示しない回収装置に回収される。

【００３２】続く転写工程６６は、感光ドラム７３の表
面に形成された可視像すなわち感光ドラム７３の表面に
付着させられた電極用粉体原料３０を基体の表面に移動
し付着させる工程である。そこでは、たとえば厚さ20μ
m 程度の薄紙８４を基体として用い、上記可視像上にそ
の薄紙８４を重ね、薄紙８４の裏側に設けたコロナ帯電
器８６で電極用粉体原料３０の電荷とは逆の電荷を与え
ることにより、或いは所定の押圧を加えることにより、
上記可視像を形成する電極用粉体原料３０が薄紙８４上
に転写される。

【００３３】続く定着工程６８は、静電転写により薄紙
８４に弱い力で付着している電極用粉体原料３０を薄紙
８４に固着させる工程である。そこでは、たとえば、加
熱ローラー８８および加圧ローラー８９により上記電極
用粉体原料３０が加熱および加圧される。電極用粉体原
料３０が加熱および加圧されると、その成分中に含まれ
るバインダ樹脂３６が溶融させられて薄紙８４の繊維に
浸透或いは接着するので電極用粉体原料３０は一様な厚
さで薄紙８４に定着させられる。なお、感光ドラム７３
上に残存する電極用粉体原料３０はクリーナ９０に除去
され、さらに、前記静電潜像は除電器９２により消去さ
れる。

【００３４】続く炭化工程７０は、薄紙８４上に電極用
粉体原料３０が固着させられた部分を、所定の寸法に予
め打抜き或いは切断した後、その打抜き或いは切断によ
り得られた成形体９４を、例えばＮ₂ ガス等により不活
性雰囲気とされたボックス炉９６内で、700 ℃以上（た
とえば900 ℃）の温度で２時間程度の熱処理（焼成）を
実施する。この炭化工程７０では、薄紙８４が炭化させ
られて多孔質炭素層が形成されるとともに、その薄紙８
４上の電極用粉体原料３０に含まれるバインダ樹脂３６
が脱脂され或いは分解させられて十分に消散させられる
と同時に、熱硬化性樹脂３４が炭化させられ、それに由
来するガラス状炭素で活性炭粉末３２が相互に結合さ
れ、略一様な組織を備えた多孔質の活性炭−炭素複合体
層が形成される。すなわち、多孔質炭素層の上に活性炭
−炭素複合体層が形成された炭化成形体である活性炭電
極１０が得られる。このようにして得られた活性炭電極
１０をそのまま用いることもできるが、本実施例におい
ては、さらに酸化熱処理工程７２が実行される。

【００３５】その酸化熱処理工程７２では、上記炭化工
程７０で得られた活性炭電極１０の静電容量を高めるた
めに、その活性炭電極１０が、大気中、或いは積極的に
酸素を加えた窒素雰囲気中などの酸素を含む雰囲気中で
200 〜 700℃の温度範囲、たとえば、400 ℃で加熱処理
することにより、その活性炭電極１０が活性化すなわち
賦活される。このようにして、厚みが0.03〜0.05mmの活
性炭電極１０が製造できる。なお、上記加熱温度が200
℃を下回ると静電容量を高める効果を十分に得られ難く
なり、700 ℃を越えると酸化が進み過ぎて脆くなり、或
いは焼失する。

【００３６】図８は、上記のようにして製造した活性炭
電極１０の性能と、前記薄紙８４のみを活性炭電極１０
と同様に処理して多孔質炭素とした多孔質炭素電極の性
能とを、それぞれの電極を用いて電気二重層コンデンサ
を構成した場合の静電容量(F/g) を測定することにより
比較した結果を示す図である。なお、静電容量は、例え
ば0.9(V)で30分定電圧充電後、 0.45(V)になるまで定電
流放電（例えば0.1(A)程度）した場合の静電容量をＣ＝
（ｉ・△ｔ）／△Ｖ〔但し、静電容量をＣ(F)、放電電
流をｉ(A) 、電圧降下に要した時間を△ｔ(sec) 、電圧
降下を△Ｖ(V)とする〕によって求めて、単位重量当た
りの値に換算したものである。図８に示すように、薄紙
８４由来の多孔質炭素電極を用いた場合の静電容量は約
24(F/g)であるのに対して、活性炭電極１０を用いた場
合の静電容量は約50(F/g) と著しく性能が向上してい
る。

【００３７】上述のように、本実施例によれば、現像工
程６４において、帯電工程６０で帯電させられた感光ド
ラム７３の表面上に、粉体原料製造工程４８で製造され
た活性炭粉末３２と活性炭粉末３２を相互に結合させる
熱硬化性樹脂３４を含んだ電極用粉体原料３０が付着さ
せられ、転写工程６６において、その感光ドラム７３の
表面上に付着させられた電極用粉体原料３０が薄紙８４
に転写される。続いて、炭化工程７０において、その電
極用粉体原料３０が転写された薄紙８４が加熱処理され
ることにより、電極用粉体原料３０に含まれている熱硬
化性樹脂３４が炭化させられて極めて薄い活性炭電極１
０が得られる。

【００３８】また、本実施例によれば、炭化工程７０に
おいて、薄紙８４も炭化させられるので、炭化工程７０
の前或いは後において薄紙８４を剥離することなくその
まま活性炭電極１０として使用することもできる。

【００３９】また、本実施例によれば、活性炭粉末３
２、熱硬化性樹脂３４、およびバインダ樹脂３６を含む
混合原料を加熱しつつ混練する加熱・混練工程５２と、
その加熱・混練工程５２で混練した混合原料を冷却する
冷却工程５４と、その冷却工程５４で冷却した原料を微
粉に粉砕する粉砕工程５６とを含む粉体原料製造工程４
８により電極用粉体原料３０が製造されるので、粉体原
料製造工程４８により、バインダ樹脂３６中に活性炭粉
末３２および熱硬化性樹脂３４が均一に分散された電極
用粉体原料４０が製造され、炭化工程７０では、その電
極用粉体原料３０中のバインダ樹脂３６は脱脂或いは分
解させられ、活性炭粉末３２は熱硬化性樹脂３４の炭化
物により相互に結合させられる。したがって、一様（均
一）な組織の薄い活性炭電極１０が得られる。

【００４０】また、本実施例によれば、酸化熱処理工程
７２において、炭化工程７０で炭化させられた活性炭電
極１０が酸素を含む雰囲気中で加熱処理されることによ
り、炭化させられた熱硬化性樹脂３４やそれにより結合
させられた活性炭粉末３２が活性化させられて、活性炭
電極１０の静電容量が高められる。

【００４１】また、本実施例によれば、連続回転する円
形ローラー状の感光ドラム７３が帯電体として用いら
れ、その感光ドラム７３の外周面の一部が、帯電工程６
０、露光工程６２、現像工程６４、転写工程６６、定着
工程６８に順次用いられるので、高い加工能率が得られ
て製造コストが低減されるとともに、厚みや密度、静電
容量などにおいて均一な品質が得られる。さらに、トン
ネル式の連続焼成路が用いられると、上記定着工程６８
に続いて炭化工程７０が連続的に行われるので一層能率
が高められる。

【００４２】図９は、前述の図４の工程のうちの酸化熱
処理工程７２を経ないで作成し且つ基体である薄紙８４
から剥離して得られた３種類の試料であってバインダ樹
脂３６と電極用原料（ここでは活性炭粉末３２および熱
硬化性樹脂３４を意味する））との間の混合率が７：２
であって活性炭粉末３２と熱硬化性樹脂３４との間の混
合比率が８：２、５：５、および２：８とされた試料
１、試料２、および試料３と、薄紙（白紙）８４のみを
それら試料と同様に処理して多孔質炭素とした多孔質炭
素電極である試料４との性能を、それぞれの電極を用い
て電気二重層コンデンサを構成した場合の静電容量(F/
g) を測定することにより比較した結果を示す図であ
る。上記試料１では、活性炭粉末３２の割合が高いため
に高い静電容量が得られるが、これより高い割合となる
と熱硬化性樹脂３４の炭化による結合が不十分となるた
めに相互の固着力が低下し、活性炭粉末３２が脱落す
る。上記試料３では、活性炭粉末３２が熱硬化性樹脂３
４の炭化によって強固に結合されるのでその脱落が解消
されるが、これより低い割合となると活性炭粉末３２の
不足によって実用上に必要な静電容量（１０Ｆ／ｇ以
上）が得られない。結局、活性炭粉末３２と熱硬化性樹
脂３４との間の混合比率は８：２乃至２：８が望まし
い。

【００４３】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明は上記実施例とは別の態様において
も実施できる。

【００４４】たとえば、前述の実施例では、露光工程６
２において、帯電工程６０で帯電させられた感光ドラム
７３の表面に光７６が照射されて、活性炭電極１０の静
電潜像が形成され、続く現像工程６４では、その静電潜
像に電極用粉体原料３０が静電付着させられていたが、
露光工程６２は設けられず、感光ドラム７３の全面に電
極用粉体原料３０が静電付着させられてもよい。感光ド
ラム７３の全面に電極用粉体原料３０が付着させられる
場合、続く転写工程６６では、薄紙８４には連続的に電
極用粉体原料３０が転写されることとなるので、定着工
程６８の後、または炭化工程７０の後、または酸化熱処
理工程７２の後に、電極用粉体原料３０或いは炭化成形
体を切断或いは打抜き等により活性炭電極１０の形状に
成形する成形工程が設けられる。

【００４５】また、前述の実施例では、電極用粉体原料
３０を基体として機能する薄紙８４に固着させた状態の
成形体９４を不活性雰囲気下で炭化させていたが、薄紙
８４を剥離し、薄板状の電極用粉体原料３０のみを炭化
させてもよい。或いは、上記成形体９４を酸素を含む雰
囲気下で熱処理することにより、薄紙８４を焼失させて
もよい。なお、基体を炭化工程７０前に剥離する場合に
は、基体は有機繊維材料でなくてもよく、また、薄くな
くてもよい。

【００４６】また、前述の実施例では、転写工程６６に
続いて、薄紙８４に電極用粉体原料３０を固着させるた
めに、定着工程６８が実行されて電極用粉体原料３０に
含まれるバインダ樹脂３０が加熱溶融させられていた
が、転写工程６６において適度に加熱および押圧される
ことによっても電極用粉体原料３０が薄紙８４の表面に
固定され得るので、定着工程６８は必ずしも実行されな
くてもよい。

【００４７】また、前述の実施例では、帯電工程６０、
露光工程６２、現像工程６４、転写工程６６、定着工程
６８は、１回のみ実施されていたが、その帯電工程６０
〜定着工程６８が所定回数繰り返されて、薄紙８４上に
転写された活性炭電極１０の可視像を形成する電極用粉
体原料３０の厚みが所定の厚みとされた後に、炭化工程
７０が実行されてもよい。このようにすれば、固体活性
炭電極１０の厚さを容易に調整することができる。因み
に、前記帯電工程６０〜定着工程６８を繰り返し実行し
たところ、１回繰り返す毎に薄紙８４上の電極用粉体原
料３０の厚みは約0.05mm増加した。

【００４８】また、前述の実施例の定着工程６８では、
加熱ローラー８８および加圧ローラー８９を用いて、加
熱および加圧により電極用粉体原料３０を薄紙８４に定
着させていたが、赤外線ランプ或いはキセノンランプ等
の加熱ランプを用いて、加熱のみにより電極用粉体原料
３０を薄紙８４に定着させてもよい。

【００４９】また、前述の実施例において、円形ローラ
ー状の感光ドラム７３が帯電体として用いらられていた
が、板状の帯電体であってもよい。この場合には、たと
えば板状の帯電体の一面に一様に静電吸着された電極用
粉体原料３０がシート紙等の基体上に押圧されることに
よりに転写される。また、帯電体は、静電気が帯電させ
られることが可能な絶縁体であれば、種々の材料が用い
られ得る。

【００５０】また、前述の実施例の薄紙８４は、通常、
静電複写機に用いられる上質紙が用いられてもよいが、
天然繊維、合成繊維、炭素繊維が絡み合って構成された
紙、不織布であってもよい。特に柔軟性および強度の高
い三叉や楮（こうぞ）から得られた天然繊維からなる和
紙或いは不織布が前記基体として用いられる場合は、固
体活性炭電極１０が一層柔軟性のあるものとなるので、
シート状金属から成る集電体、セパレータ、基体を含む
固体活性炭電極１０が積層状態で巻き取られることによ
り巻型の電気二重層コンデンサが構成され得る。

【００５１】また、前述の固体活性炭電極の製造法を適
用すれば、以下のようにして回路等を製造することもで
きる。すなわち、静電付着工程において、帯電体の表面
上に所定のパターンに原料を付着させ、転写工程におい
て、絶縁性の基体上にその所定のパターンを形成する原
料を転写させ、加熱処理工程において、上記原料を炭化
させると、その原料部分のみが導電性を有するので、回
路等を製造することができる。

【００５２】以上に説明したものはあくまでも本発明の
一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲に
おいて種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造方法により製造された
活性炭電極が適用された電気二重層コンデンサの断面構
造を示す図である。

【図２】図１の電気二重層コンデンサの作動を説明する
ための模式図である。

【図３】図１の活性炭電極のための電極用粉体原料を製
造する粉体原料製造工程を示す工程図である。

【図４】図１の活性炭電極の製造工程を示す工程図であ
る。

【図５】図３の粉体原料製造工程によって製造される電
極用粉体原料の断面概念図である。

【図６】図４の活性炭電極製造工程を各工程を示す概念
図であって、帯電工程から定着工程までを示す図であ
る。

【図７】図４の活性炭電極製造工程を各工程を示す概念
図であって、炭化工程および酸化熱処理工程を示す図で
ある。

【図８】本実施例の製造方法によって製造した活性炭電
極の静電容量を、薄紙のみから製造した多孔質炭素電極
とを比較して示す図である。

【図９】酸化熱処理工程を経ないで製造し且つ活性炭素
粉末と熱硬化性樹脂との割合を変化させた試料１、２、
３の静電容量を、薄紙のみから製造した多孔質炭素電極
である試料４と比較して示す図である。

【符号の説明】

１０：（固体）活性炭電極３０：電極用粉体原料３２：活性炭粉末３４：熱硬化性樹脂３６：バインダ樹脂４８：粉体原料製造工程６０：帯電工程６２：露光工程６４：現像工程（静電付着工程）６６：転写工程７０：炭化工程７３：感光ドラム（感光体）７６：光８４：薄紙（基体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電気を利用して比較的薄い固体活性炭
電極を製造する固体活性炭電極の製造方法であって、帯電体の表面を帯電させる帯電工程と、該帯電工程により帯電させられた帯電体の表面上に、活
性炭粉末と該活性炭粉末を相互に結合させるための熱硬
化性樹脂とを含む電極用粉体原料を静電的に付着させる
静電付着工程と、該静電付着工程において前記帯電体表面に付着させられ
た電極用粉体原料を基体に転写する転写工程と、該転写工程により電極用粉体原料が転写された基体を加
熱処理することにより該電極用粉体原料に含まれる熱硬
化性樹脂を炭化させて前記活性炭粉末を結合させる炭化
工程とを、含むことを特徴とする固体活性炭電極の製造
方法。