JP2009259719A - 巻回素子のプレス装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の複雑化や巻回素子の破損等といった不具合を招くことなく、巻回素子を均一な形状に偏平化することができる巻回素子のプレス装置を提供する。
【解決手段】巻回素子のプレス装置10は、第1プレス面12を有する不動状態の第1プレス型11と、第2プレス面22を有し、第1プレス型11に対して相対移動可能な第2プレス型21と、電池素子1の中心軸CL及び両プレス面12,22の中央面CMとが重なるようにして、電池素子1の両端部を保持するチャック31,41とを備える。また、チャック31,41は、第2プレス型21の移動方向に沿って移動可能に構成されている。加えて、電池素子1の中心軸Cl及び両プレス面12,22の中央面CMが重なる位置を保つようにして前記チャック31,41を移動させつつ、両プレス型11,21が電池素子1を挟みこむことで、電池素子1が偏平化される。
【選択図】 図3

Description

本発明は、リチウムイオン電池や電解コンデンサ等を構成する巻回素子を偏平状にプレスするための装置に関する。
例えば、リチウムイオン電池等の二次電池として用いられる電池素子は、正極箔及び負極箔と、両電極箔間に介在するセパレータとからなる帯状体が巻回されることで構成されている。
従来、電解コンデンサ等の電池においては、コンパクト化の要請等に対応すべく、円筒状の電池素子を偏平化し、その上で、当該偏平化した電池素子を偏平な電池容器に封入することが行われている。ここで、電池素子を偏平化するための技術としては、一対の板状のプレス型により電池素子を挟み込むことで、電池素子を偏平状にプレスするものが一般的に知られている(例えば、特許文献1等参照)。
特開2003−25095号公報
しかしながら、上記技術を用いて巻回素子をプレスする場合には、巻回素子は何ら保持されていないため、プレス時に巻回素子に位置ずれ等が生じてしまい、ひいては偏平化された巻回素子の形状にばらつきが生じてしまうおそれがある。
そこで、巻回素子の形状を均一なものとすべく、両プレス型の中央部分において、チャックによって巻回素子の端部を挟み込んで保持した上で、両プレス型をともに巻回素子に対して接近移動させることによって巻回素子をプレスすることが考えられる。ところが、両プレス型をともに移動可能な構成とした場合には、装置の複雑化やコストの増大を招いてしまうおそれがある。
また、一方のプレス型を不動状態とした上で、巻回素子をチャックにより保持した状態で前記一方のプレス型に載置し、他方のプレス型を前記一方のプレス型に接近移動させることで巻回素子をプレスすることも考えられる。ところが、この場合には、巻回素子の中心軸はプレスに伴い前記一方のプレス型により接近していくこととなるが、チャックによる挟み込み位置は変化しない。すなわち、プレスに伴い、プレス前には一致していたチャックの挟み込み中心軸と巻回素子の中心軸との間に位置ずれが生じてしまう。その結果、チャックによって巻回素子に不要な力が加えられてしまい、ひいては巻回素子の破損や形状異常といった不具合を招いてしまうおそれがある。
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の複雑化や巻回素子の破損等といった不具合を招くことなく、巻回素子を均一な形状に偏平化することができる巻回素子のプレス装置を提供することにある。
以下、上記目的を解決するのに適した各手段につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。
手段1.平坦状の第1プレス面を有する不動状態の第1プレス型と、
前記第1プレス面に対向する平坦状の第2プレス面を有し、前記第1プレス型に対して接近移動可能な第2プレス型と、
電極箔及び絶縁性のセパレータが巻回されてなる巻回素子の中心軸と、前記両プレス面の中央に位置する中央面とが重なるように、前記巻回素子の端部を保持するチャックとを備え、
前記第2プレス型が前記第1プレス型に接近し、前記両プレス面で前記巻回素子を挟み込むことで前記巻回素子を偏平化する巻回素子のプレス装置であって、
前記チャックは、前記第2プレス型の移動方向に沿って移動可能であるとともに、
前記巻回素子の中心軸と前記両プレス面の前記中央面との重なり状態を保つようにして前記チャックを移動させつつ、前記両プレス型によって前記巻回素子を偏平化することを特徴とする巻回素子のプレス装置。
上記手段1によれば、チャックによって巻回素子の端部を保持した状態で、巻回素子のプレスを行うため、プレス時における巻回素子の位置ずれをより確実に防止することができる。これにより、偏平化された巻回素子について形状のばらつきが生じてしまうことをより確実に防止できる。また、両プレス型のうち、第1プレス型は不動状態で配設され、第2プレス型のみが移動可能に構成されている。従って、巻回素子のプレス時に、両プレス型をともに移動させる構成と比較して、装置の複雑化やコストの増大を効果的に抑制することができる。
さらに、本手段1によれば、前記巻回素子の中心軸と前記両プレス面の前記中央面との重なり状態を保つようにして前記チャックが移動されつつ、前記巻回素子のプレスが行われる。これにより、巻回素子のプレス時において、チャックの挟み込み中心軸と巻回素子の中心軸とを一致させることができる。その結果、チャックによって巻回素子に対して不要な力が加えられてしまうことを防止でき、巻回素子の破損や形状異常といった不具合をより確実に抑制することができる。
手段2.前記第2プレス型が前記第1プレス型に接近する速度の半分の速度で、前記チャックを前記第1プレス型側に移動可能なチャック移動機構を備え、
当該チャック移動機構により、前記巻回素子の中心軸と前記両プレス面の前記中央面との重なり状態を保つようにして前記チャックを移動させることを特徴とする手段1に記載の巻回素子のプレス装置。
上記手段2によれば、チャック移動機構によって、巻回素子のプレス時における、巻回素子の中心軸と両プレス面の中央面との重なり状態を保ちつつ、前記チャックを移動させることができる。これにより、上記手段1の作用効果がより確実に奏されることとなる。
手段3.前記第2プレス型と前記チャックとが同一の駆動源により移動させられることを特徴とする手段1又は2に記載の巻回素子のプレス装置。
上記手段3によれば、同一の駆動源によって、第2プレス型とチャックとを移動させるため、第2プレス型を移動させる駆動源と、チャックを移動させる駆動源とを個別に設ける必要がない。これにより、装置の複雑化やコストの増大等をより一層抑制することができる。
手段4.前記チャックが一対設けられており、前記一対のチャックにより前記巻回素子の両端部を保持した状態で、前記巻回素子を偏平化することを特徴とする手段1乃至3のいずれかに記載の巻回素子のプレス装置。
上記手段4によれば、チャックが一対設けられており、当該一対のチャックにより巻回素子の両端部が保持された状態で巻回素子が偏平化(プレス)される。このため、プレス時における巻回素子の位置ずれをより一層確実に防止することができ、ひいては偏平化された巻回素子の形状にばらつきが生じてしまうことを一層効果的に防止することができる。
手段5.前記両プレス型に凹部を設け、前記両プレス型による前記巻回素子のプレス時には、前記凹部内に前記チャックが収容されるよう構成することで、前記チャックが前記両プレス型に対して非接触状態となるようにしたことを特徴とする手段1乃至4のいずれかに記載の巻回素子のプレス装置。
上記手段5によれば、巻回素子のプレス時に、両プレス型に設けられた前記凹部内にチャックが収容されることによって、チャックが両プレス型に対して非接触状態となる。これにより、巻回素子のプレス時において、前記チャックに両プレス型からプレス圧力が加えられてしまうことを防止できる。その結果、チャックや当該チャックによって保持される巻回素子に破損等の不具合が生じてしまうことを防止することができる。
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態の巻回素子のプレス装置によってプレスされる巻回素子としてのリチウムイオン電池素子の構成について説明する。図1に示すように、リチウムイオン電池素子(以下、「電池素子」と称す)1は、2枚のセパレータ3,4とプレス電極箔5とマイナス電極箔6とによって構成される帯状体2が巻回されることで構成されている。尚、図1においては、説明の便宜上、セパレータ3,4、プレス電極箔5、及び、マイナス電極箔6の相互の間隔をあけて示している。
前記セパレータ3,4は、異なる電極箔5,6同士が互いに接触し、短絡を起こしてしまうのを防止すべく、絶縁体、特に本実施形態では熱可塑性樹脂素材たるポリプロピレン(PP)により構成されている。
また、プラス電極箔5及びマイナス電極箔6は、セパレータ3,4と同様の幅を有している。加えて、プラス電極箔5及びマイナス電極箔6の裏表両面には図示しない活物質が塗布されており、当該活物質を介して、プラス電極箔5及びマイナス電極箔6間におけるイオン交換ができるようになっている。より詳しくは、充電時には、プラス電極箔5側からマイナス電極箔6側へとイオンが移動し、放電時には、マイナス電極箔6側からプラス電極箔5側へとイオンが移動する。また、プラス電極箔5の幅方向一端側からは図示しない複数の正極リードが延出するとともに、マイナス電極箔6の幅方向他端側からは図示しない複数の負極リードが延出している。
リチウムイオン電池を得るに際しては、前記電池素子1が後述するプレス装置11によって偏平化された後、金属製で筒状をなすとともに、偏平状の電池容器(図示せず)内に前記偏平化された電池素子1が配設される。そして、前記正極リード及び負極リードがそれぞれまとめられ、まとめられた正極リードが正極端子部品(図示せず)に接続されるとともに、同じくまとめられた負極リードが負極端子部品(図示せず)に接続される。次いで、両端子部品を前記電池容器の両端開口に設けることで、リチウムイオン電池を得ることができる。
次に、前記電池素子1を偏平化するためのプレス装置10について詳細に説明する。図2に示すように、当該プレス装置10は、不動状態で配設される第1プレス型11と、当該第1プレス型11の上方に配設される第2プレス型21と、前記電池素子1の両端部を保持するための一対のチャック31,41とを備える。
前記第1プレス型11は、前記電池素子1の長手方向に沿った長さと略同一の長さを有するものである。また、第1プレス型11は、その上面部に、前記電池素子1のプレス時において電池素子1と当接する第1プレス面12を備えており、当該第1プレス面12は平坦状に形成されている(尚、第1プレス面12とは、電池素子1のプレス時において電池素子1と当接し得る部分を指すものであり、必ずしも第1プレス型11の上面部全域を指すものではない)。さらに、第1プレス型11の上面部両端には、チャック31,41の一部(特に、後述する下挟み板33B,43B)を収容可能な凹部13,14が設けられている。尚、電池素子1のプレス時には、前記凹部13,14内にチャック31,41(下挟み板33B,43B)が収容されることで、前記第1プレス型11に対して、前記チャック31,41が非接触状態となるようにされている。
また、前記第2プレス型21は、その上方に位置し、不動状態で配設される天板30に対し、油圧シリンダ25及びシリンダロッド26を介して連結されている。より詳しくは、天板30の下面には、油圧シリンダ25が設けられ、当該油圧シリンダ25にはシリンダロッド26が垂下状態で出没可能に設けられている。また、シリンダロッド26の先端に、前記第2プレス型21が連結されている。そして、シリンダロッド26が油圧シリンダ25に対して出没することで、第2プレス型21が、前記第1プレス型11に対して、接離移動可能となっている。
前記第2プレス型21は、前記電池素子1の長手方向に沿った長さと略同一の長さを有し、前記第1プレス面12と対向する平坦状の第2プレス面22を備えている。第2プレス型21の下面部両端には、チャック31,41の一部(特に、後述する上挟み板33A,43A)を収容可能な凹部23,24が設けられており、電池素子1のプレス時には、前記凹部23,24内にチャック31,41(下挟み板33B,43B)が収容されることで、前記第2プレス型21に対して、前記チャック31,41が非接触状態となるようにされている。
また、前記チャック31,41は、前記両プレス型11,21を挟むようにして対称位置に相対向して配置されており、本体部32(42)と、把持部33(43)とを備えている。前記本体部32(42)の上面部からは、棒状の連結部34(44)が鉛直上方に延びており、当該連結部34(44)の先端には水平方向に延びるガイド部35(45)が設けられている。
また、把持部33は、前記本体部32(42)の側面部から両プレス型11,21に向けて水平方向に延びる上挟み板33A(43A)及び下挟み板33B(43B)を備えている。加えて、前記本体部32(42)の内部には、両挟み板33A,33B(43A,43B)を移動させることで、両挟み板33A,33B(43A,43B)間の間隔を変更可能な間隔変更機構(図示せず)が設けられており、当該間隔変更機構により、前記両挟み板33A,33B(43A,43B)間で電池素子1の端部を挟み込み、保持することができるようになっている。尚、電池素子1の中心軸と把持部33(43)の中心軸とを一致させるべく、電池素子1を保持する際において、上挟み板33A(43A)及び下挟み板33B(43B)の移動量がそれぞれ等しくなるように設定されている。
さらに、前記天板30及び前記第2プレス型21には、それぞれ上部ブラケット52(62)及び下部ブラケット53(63)が設けられている。そして、両ブラケット52,53(62,63)間を連結するようにして、チャック移動機構としての一対のリンク機構51(61)が設けられている。当該リンク機構51(61)は、第1リンク部54(64)と、第2リンク部55(65)と、ジョイント部56(66)とを備えている。
前記第1ブラケット52(62)は、前記天板30の下面部から下方へと突出形成されており、水平方向(図の奥行方向)に延びる貫通孔(図示せず)を備えている。また、前記第2ブラケット53(63)は、前記第2プレス型21の上面部の端部から上方へと突出形成されており、水平方向に延びる貫通孔(図示せず)を備えている。
加えて、前記第1リンク部54(64)は、所定長さを有する棒状部材であり、両端部に貫通孔(図示せず)を備えている。また、第1リンク部54(64)の一端部に形成された前記貫通孔、及び、前記上部ブラケット52(62)の前記貫通孔に、円柱状の軸部57(67)が挿通されることで、前記第1リンク部54(64)が前記上部ブラケット52(62)に軸支されている。
さらに、前記第2リンク部55(65)は、前記第1リンク部54(64)と同様の長さを有する棒状部材であり、両端部に貫通孔(図示せず)を備えている。また、当該第2リンク部55(65)の一端部に形成された前記貫通孔、及び、前記下部ブラケット53(63)の前記貫通孔に、円柱状の軸部58(68)が挿通されることで、前記第2リンク部55(65)が前記下部ブラケット53(63)に軸支されている。
加えて、前記ジョイント部56(66)は、貫通孔(図示せず)を有しており、前記両リンク部54,55(64,65)の両他端部に形成された両貫通孔と、前記ジョイント部56(66)に形成された貫通孔とに、円柱状の軸部59(69)が挿通されることで、両リンク部54,55(64,65)同士が相対回転可能に連結されている。
また、前記ジョイント部56(66)は、自身の内部に水平方向(図の左右方向)に延びるスライド溝(図示せず)を有しており、当該スライド溝に対して、前記ガイド部35(45)が遊嵌されている。加えて、前記ジョイント部56(66)の内部には、前記ガイド部35(45)を前記スライド溝に沿って移動させるためのスライド移動手段(図示せず)が設けられている。当該スライド移動手段によって、連結部34(44)を介してガイド部35(45)に連結される前記両チャック31,41を水平方向に沿って移動させることができるようになっている。
尚、第2プレス型21を上下移動させるのに伴い、ジョイント部56,66が互いに接近・離間する方向へと移動することとなるが、前記チャック31,41によって電池素子1を保持している場合、前記スライド移動手段は、両チャック31,41間の水平方向に沿った距離が一定となるようにガイド部35(45)等を動作させる。これにより、電池素子1に対して、チャック31,41から水平方向に沿った不要な力が与えられてしまうことを防止できるようになっている。
次いで、上述したプレス装置10を用いて、円筒状の電池素子1を偏平状にプレスする方法について説明する。
まず、図3に示すように、前記両チャック31,41によって電池素子1の両端部を保持する。より詳しくは、前記両チャック31,41は、前記両プレス面12,22の中央に位置する中央面CMに電池素子1の中心軸CLを重ねる(一致させる)ようにするとともに、両プレス型11,21の両端部と前記電池素子1の両端部との位置を合わせるようにして、電池素子1を保持する。
次いで、図4に示すように、前記第2プレス型21を鉛直下方へと移動させることで、両プレス面12,22で電池素子1を挟み込み、電池素子1を偏平状にプレスする。このとき、前記ジョイント部56,66は、第2プレス型21の移動量(L)の半分の移動量(L/2)だけ下方に移動することとなり、当該ジョイント部56,66に連結されるチャック31,41の中心及び当該チャック31,41に保持される電池素子1の中心軸CLについても、前記第2プレス型21の移動量の半分の移動量(L/2)だけ下方に移動する〔換言すれば、第2プレス型21の下方への移動速度の半分の速度で、電池素子1の中心軸CL(チャック31,41の中心軸)が下方に移動する〕。これにより、前記電池素子1の中心軸CLと、前記両プレス面11,21の中央面CMとが重なった状態で電池素子1をプレスすることができる。
以上詳述したように、本実施形態の巻回素子のプレス装置10によれば、チャック31,41によって電池素子1の端部を保持した状態で、電池素子1のプレスを行うため、プレス時における電池素子1の位置ずれをより確実に防止することができる。これにより、偏平化された電池素子1について形状のばらつきが生じてしまうことをより確実に防止できる。また、両プレス型11,21のうち、第1プレス型11は不動状態で配設され、第2プレス型21のみが移動可能に構成されている。従って、電池素子1のプレス時に、両プレス型11,21をともに移動させる構成と比較して、装置の複雑化やコストの増大を効果的に抑制することができる。
さらに、本実施形態によれば、電池素子1の中心軸CLと両プレス面12,22の中央面CMとの重なり状態を保つようにしてチャック31,41が移動されつつ、電池素子1がプレスされる。これにより、電池素子1のプレス時において、チャック31,41の挟み込み中心軸と巻回素子1の中心軸CLとを一致させることができる。その結果、チャック31,41によって電池素子1に対して不要な力が加えられてしまうことを防止でき、電池素子1の破損や形状異常といった不具合をより確実に抑制することができる。
加えて、第2プレス型21の駆動源である油圧シリンダ25及びシリンダロッド26によって、チャック31,41をも移動させているため、チャック31,41を移動させるための駆動源を別途設ける必要がない。従って、装置の複雑化やコストの増大等をより一層抑制することができる。
また、チャック31,41が一対設けられており、当該一対のチャック31,41により電池素子1の両端部が保持された状態で電池素子1が偏平化(プレス)される。このため、プレス時における電池素子1の位置ずれをより一層確実に防止することができ、ひいては偏平化された電池素子1の形状にばらつきが生じてしまうことを効果的に防止することができる。
併せて、電池素子1のプレス時に、両プレス型11,21に設けられた前記凹部13,14,23,24内にチャック31,41(把持部33,43)が収容されることによって、チャック31,41が両プレス型11,21に対して非接触状態となる。このため、電池素子1のプレス時において、チャック31,41に両プレス型11,21からプレス圧力が加えられてしまうことを防止できる。その結果、チャック31,41や当該チャック31,41によって保持される電池素子1に破損等の不具合が生じてしまうことを防止することができる。
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
(a)上記実施形態では、リンク機構51,61によって、第2プレス型21の移動速度の半分の速度で、チャック31,41が移動するように構成されているが、例えば、図5に示すように、一対の歯車機構(ラックアンドピニオン機構)71,81によって、第2プレス型21の移動速度の半分の速度で、チャック31,41が移動するように構成することとしてもよい。当該歯車機構71,81について詳述すると、歯車機構71(81)は、チャック31(41)から鉛直上方に延びる第1ラック72(82)と、第2プレス型21から鉛直上方に延び、天板30に対して鉛直方向に相対移動可能な第2ラック73(83)と、第1ピニオン74(84)と、第2ピニオン75(85)と、移動量変更用ピニオン76(86)とを備えている。より詳しくは、前記第1ラック72(82)に対応して、第1ピニオン74(84)が噛合され、前記第2ラック73(83)に対応して、第2ピニオン75(85)が噛合されている。また、第2ピニオン75(85)と同軸位置に前記移動量変更用ピニオン76(86)が設けられており、当該移動量変更用ピニオン76(86)と第1ピニオン74(84)とが噛合されている。このような歯車機構71,81によれば、第2プレス型21の下方への移動速度の半分の速度でチャック31,41を下方へと移動させることができ、電池素子1のプレス時において、電池素子1の中心軸CLと両プレス面12,22の中央面CMとの重なり状態を維持することができる。尚、図5において、各ピニオン等の歯は、あくまでも模式的に示されているものである。
(b)上記実施形態では、第2プレス型21及びチャック31,41を、同一の駆動源(油圧シリンダ25及びシリンダロッド26)によって移動することとしているが、第2プレス型21を移動させる駆動源と、電池素子1(チャック31,41)を移動させる駆動源とを個別に設けることとしてもよい。
(c)上記実施形態では、駆動源として油圧シリンダ25及びシリンダロッド26を用いているが、他の駆動源を用いて第2プレス型21を移動させることとしてもよい。
(d)上記実施形態では、セパレータ3,4はPPによって形成されているが、他の絶縁性材料によって形成することとしてもよい。
(e)上記実施形態では、2つのチャック31,41が設けられ、当該両チャック31,41によって電池素子1の両端部を保持するように構成されているが、チャックを1つのみ設け、当該チャックによって電池素子1の一端部を保持するように構成することとしてもよい。
電池素子の構成を示す断面模式図である。 巻回素子のプレス装置を示す正面図である。 チャックにより保持された電池素子等を示す正面図である。 電池素子のプレス時におけるプレス装置を示す正面図である。 他の実施形態における歯車機構等を示す正面図である。
符号の説明
1…巻回素子としての電池素子、3,4…セパレータ、5…プラス電極箔、6…マイナス電極箔、10…巻回素子のプレス装置、11…第1プレス型、12…第1プレス面、13,14,23,24…凹部、21…第2プレス型、22…第2プレス面、31,41…チャック、51,61…チャック移動機構としてのリンク機構、71,81…チャック移動機構としての歯車機構、CM…中央面、CL…電池素子の中心軸。

Claims (5)

  1. 平坦状の第1プレス面を有する不動状態の第1プレス型と、
    前記第1プレス面に対向する平坦状の第2プレス面を有し、前記第1プレス型に対して接近移動可能な第2プレス型と、
    電極箔及び絶縁性のセパレータが巻回されてなる巻回素子の中心軸と、前記両プレス面の中央に位置する中央面とが重なるように、前記巻回素子の端部を保持するチャックとを備え、
    前記第2プレス型が前記第1プレス型に接近し、前記両プレス面で前記巻回素子を挟み込むことで前記巻回素子を偏平化する巻回素子のプレス装置であって、
    前記チャックは、前記第2プレス型の移動方向に沿って移動可能であるとともに、
    前記巻回素子の中心軸と前記両プレス面の前記中央面との重なり状態を保つようにして前記チャックを移動させつつ、前記両プレス型によって前記巻回素子を偏平化することを特徴とする巻回素子のプレス装置。
  2. 前記第2プレス型が前記第1プレス型に接近する速度の半分の速度で、前記チャックを前記第1プレス型側に移動可能なチャック移動機構を備え、
    当該チャック移動機構により、前記巻回素子の中心軸と前記両プレス面の前記中央面との重なり状態を保つようにして前記チャックを移動させることを特徴とする請求項1に記載の巻回素子のプレス装置。
  3. 前記第2プレス型と前記チャックとが同一の駆動源により移動させられることを特徴とする請求項1又は2に記載の巻回素子のプレス装置。
  4. 前記チャックが一対設けられており、前記一対のチャックにより前記巻回素子の両端部を保持した状態で、前記巻回素子を偏平化することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の巻回素子のプレス装置。
  5. 前記両プレス型に凹部を設け、前記両プレス型による前記巻回素子のプレス時には、前記凹部内に前記チャックが収容されるよう構成することで、前記チャックが前記両プレス型に対して非接触状態となるようにしたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の巻回素子のプレス装置。
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