JP2014078448A - エッジ検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属箔において活物質が塗布された塗工部のエッジを迅速に検出することができるエッジ検出方法を提供する。
【解決手段】金属箔40aの両面に塗工部40bが金属箔40aの長手方向に間隔を隔てて塗布されている。そして、金属箔40aにおいて塗工部40bが塗布された塗工面側に接触子55が接触している。そして、長手方向において接触子55に対して金属箔40aを相対移動させつつ接触子55の金属箔40aの厚み方向の変位量を圧電素子58によって電圧値に変換し、変換した電圧値を測定する。そして、測定される電圧値が所定の閾値に達したことを判定することにより、塗工部40bのエッジ40dが接触子55に対して接触したことを検出する。
【選択図】図5
【解決手段】金属箔40aの両面に塗工部40bが金属箔40aの長手方向に間隔を隔てて塗布されている。そして、金属箔40aにおいて塗工部40bが塗布された塗工面側に接触子55が接触している。そして、長手方向において接触子55に対して金属箔40aを相対移動させつつ接触子55の金属箔40aの厚み方向の変位量を圧電素子58によって電圧値に変換し、変換した電圧値を測定する。そして、測定される電圧値が所定の閾値に達したことを判定することにより、塗工部40bのエッジ40dが接触子55に対して接触したことを検出する。
【選択図】図5
Description
本発明は、金属箔において活物質が塗布された塗工部のエッジを検出するエッジ検出方法に関する。
従来から、車両などに搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池がよく知られている。このような二次電池では、金属箔に活物質を塗布したものが電極として用いられている。そして、金属箔に塗布された活物質の量を多くすることにより、二次電池の出力(放電電流に放電電圧を乗じた値)を高めることが可能となっている。
このような電極の製造方法として、特許文献1には、帯状の金属箔の幅方向の片側を除いてほぼ全体に活物質を塗工した後に、活物質が塗工された金属箔をカッターによって金属箔の長手方向に切断することで電極を得る方法が記載されている。また、特許文献1に記載の方法では、金属箔において活物質が塗工された塗工部と活物質が塗工されていない未塗工部との境界、即ち、塗工部のエッジをセンサによって検出し、このセンサから出力される検出結果に基づいてカッターによる金属箔の幅方向での切断位置を制御している。そのため、塗工部の幅と未塗工部との幅が金属箔の長手方向に一様に形成された電極を得ることが可能となっている。
ところで、上記の電極の製造方法では、塗工部のエッジを検出するセンサとして、光変換素子群が金属箔の幅方向に一列に並んだ光学式のラインセンサが用いられている。そして、金属箔における特定の領域の画像をラインセンサによって撮影した後に、撮影した画像に対して画像処理を行うことにより塗工部のエッジを検出している。そのため、処理負荷が比較的重い画像処理に多くの時間を要するため、塗工部のエッジを検出するまでに要する所要時間が長くなる。その結果、電極の製造効率が低下してしまうという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属箔において活物質が塗布された塗工部のエッジを迅速に検出することができるエッジ検出方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、少なくとも一方の面の長手方向に間隔を隔てて活物質が塗布された塗工部と、前記塗工部を有する面である塗工面とを有する金属箔における前記塗工部のエッジを検出するエッジ検出方法であって、前記塗工面側に接触子を接触させた状態で、長手方向において前記接触子に対して前記金属箔を相対移動させつつ前記接触子の前記金属箔の厚み方向の変位量を測定する測定工程と、前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が所定の閾値に達したことを判定することにより前記塗工部のエッジを検出する判定工程とを備えたことを要旨とする。
これによれば、塗工部が接触子に対して金属箔の長手方向において相対移動すると、塗工部のエッジが接触子に接触する。すると、接触子が塗工部に乗り上げることにより接触子が金属箔の厚み方向に変位する。そのため、接触子の変位量が所定の閾値に達したことを判定した時点で、接触子に接触した塗工部のエッジを検出することができる。この場合、接触子の変位量の測定は、塗工部のエッジを画像処理によって検出する場合よりも制御部における処理負荷が軽い。そのため、金属箔における塗工部のエッジを迅速に検出することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のエッジ検出方法において、前記判定工程では、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触しない状態から、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触する状態に変化することに伴って前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が変化した場合に、その変化後の前記接触子の変位量に基づいて前記塗工部の厚みが予め設定した厚みであるか否かを更に判定することを要旨とする。
これによれば、活物質が金属箔に対して予め設定した厚みで均一に塗布されていない場合には、接触子が塗工部のエッジに接触して金属箔の厚み方向に変位したときの接触子の変位量が所望の値から外れた値となる。そのため、これによれば、接触子の変位量が変化した場合に、その変化後の変位量が所望の値から外れているか否かに基づき、塗工部が金属箔に対して良好に塗布されているか否かを塗工部のエッジの検出に併せて判定できる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のエッジ検出方法において、前記判定工程における前記塗工部のエッジの検出結果に基づき、前記塗工部を有するシート状の電極を打ち抜く相対移動方向の位置の調整を可能とさせることを要旨とする。
これによれば、塗工部のエッジの検出結果に基づき、シート状の電極を打ち抜く相対移動方向の位置に金属箔が正確に配置される。そのため、塗工部を有するシート状の電極を金属箔から均一に打ち抜くことができる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のエッジ検出方法において、前記接触子は、前記金属箔における前記電極が打ち抜かれる部位とは異なる部位に接触することを要旨とする。
塗工部に対する接触子の接触面積を小さく設定した場合には、接触子が塗工部に対して局所的に接触するため、接触子が塗工部のエッジに接触した後に塗工部に対して速やかに乗り上げる。その結果、接触子の変位量に基づいて、塗工部のエッジが高精度に検出される。しかしながら、この場合には、接触子から塗工部に対して局所的に荷重が作用するため、塗工部が損傷する虞があった。この点、これによれば、接触子が金属箔における電極が打ち抜かれる部位とは異なる部位に接触する。そのため、もし仮に、接触子が塗工部を損傷させたとしても、塗工部における接触子による損傷部位が電極に残存しない。したがって、電極に形成される塗工部を損傷させることなく、塗工部のエッジを高精度に検出することができる。
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載のエッジ検出方法において、前記接触子は、前記金属箔における前記電極が打ち抜かれる部位に接触することを要旨とする。
これによれば、金属箔に形成された塗工部のうち、電極として打ち抜かれる部位に形成された塗工部のエッジが検出される。したがって、この塗工部のエッジの検出結果に基づき、電極を打ち抜く相対移動方向の位置に金属箔を配置することにより、所望の大きさの塗工部を有する電極を金属箔から正確に打ち抜くことができる。
これによれば、金属箔に形成された塗工部のうち、電極として打ち抜かれる部位に形成された塗工部のエッジが検出される。したがって、この塗工部のエッジの検出結果に基づき、電極を打ち抜く相対移動方向の位置に金属箔を配置することにより、所望の大きさの塗工部を有する電極を金属箔から正確に打ち抜くことができる。
請求項6に記載の発明は、請求項3〜請求項5のうち何れか一項に記載のエッジ検出方法において、前記判定工程では、前記金属箔が正極電極の金属箔である場合、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触しない状態から、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触する状態に変化することに伴って前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が変化するときの変化の前後における変位量の値の平均値よりも前記所定の閾値が低く設定され、前記金属箔が負極電極の金属箔である場合、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触しない状態から、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触する状態に変化することに伴って前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が変化するときの変化の前後における変位量の値の平均値よりも前記所定の閾値が高く設定されることを要旨とする。
これによれば、金属箔が負極電極の金属箔である場合には、金属箔が正極電極の金属箔である場合と比較して、塗工部のエッジが接触子に接触することにより接触子の変位量が変化した場合に、その変位量が所定の閾値に達するタイミングが相対的に遅くなる。その結果、塗工部のエッジが検出された時点から金属箔が予め設定された搬送量だけ搬送されることにより金属箔が所定の打ち抜き位置に配置されると、塗工部のエッジが金属箔の搬送方向の下流側にずれた位置に配置される。そして、金属箔において打ち抜かれる領域に占める塗工部の比率が大きくなる。そのため、金属箔からシート状の電極として正極電極及び負極電極を打ち抜いた場合に、負極電極に形成される塗工部の方が正極電極に形成される塗工部よりも大きく構成される。したがって、この発明で得られた正極電極及び負極電極を積層して電極組立体を構成するとともに、この電極組立体を用いてリチウムイオン二次電池を構成した場合に、正極電極でのリチウムの析出を抑制することができる。
請求項7に記載の発明は、請求項1〜請求項6のうち何れか一項に記載のエッジ検出方法において、前記接触子は、前記金属箔に接触する先端部が先細り形状となっていることを要旨とする。
これによれば、接触子は塗工部に対して局所的に接触する。そのため、接触子は塗工部のエッジに接触した後に、塗工部に対して速やかに乗り上げる。そのため、接触子の変位量に基づいて、塗工部のエッジを高精度に検出することができる。また、接触子は、塗工部に接触する先端部と比較して、先端部以外の他の部位が太くなっている。そのため、接触子が塗工部に接触する際の接触子の剛性を十分に確保することができる。
請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項7のうち何れか一項に記載のエッジ検出方法において、前記測定工程では、前記接触子の変位量が圧電素子によって電圧値に変換され、前記判定工程では、前記圧電素子によって変換される電圧値が前記所定の閾値に達したことを判定することにより前記塗工部のエッジを検出することを要旨とする。
これによれば、接触子の変位量が圧電素子によって電圧値に変換されて高精度に測定される。そのため、圧電素子の変換結果に基づいて、接触子に接触した塗工部のエッジを正確に検出することができる。
本発明によれば、金属箔において活物質が塗布された塗工部のエッジを迅速に検出することができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図8にしたがって説明する。
図1に示すように、二次電池10には、アルミニウム製のケース11に電極組立体12が収容されている。ケース11は、矩形箱状をなすケース本体13と、ケース本体13の開口部を閉塞する矩形平板状をなす蓋部材14とからなる。電極組立体12には、当該電極組立体12から電気を取り出すための正極端子15と負極端子16が電気的に接続されている。正極端子15及び負極端子16は、蓋部材14からケース11の外部に向けて突出している。なお、本実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池である。
図1に示すように、二次電池10には、アルミニウム製のケース11に電極組立体12が収容されている。ケース11は、矩形箱状をなすケース本体13と、ケース本体13の開口部を閉塞する矩形平板状をなす蓋部材14とからなる。電極組立体12には、当該電極組立体12から電気を取り出すための正極端子15と負極端子16が電気的に接続されている。正極端子15及び負極端子16は、蓋部材14からケース11の外部に向けて突出している。なお、本実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池である。
図2に示すように、電極組立体12は、金属箔20aの両面に活物質が塗布された活物質層20bを有する矩形シート状の正極電極20と、金属箔21aの両面に活物質が塗布された活物質層21bを有する矩形シート状の負極電極21との間に矩形シート状のセパレータ22が介在する状態で積層されている。
正極電極20は、活物質層20bが形成された部分が矩形状に形成されると共に、活物質が塗布されていない未塗工部20cが金属箔20aの一方の長辺部20dに沿って形成されている。また、正極電極20は、未塗工部20cの一部であるタブ20eが金属箔20aの長辺部20dから突出している。負極電極21も同様に、活物質層21bが形成された部分が矩形状に形成されると共に、活物質が塗布されていない未塗工部21cが金属箔21aの一方の長辺部21dに沿って形成されている。また、負極電極21は、未塗工部21cの一部であるタブ21eが金属箔21aの長辺部21dから突出している。なお、正極電極20における活物質層20bの短辺方向の寸法L1は、負極電極21における活物質層21bの短辺方向の寸法L2よりも短い。
そして、正極電極20はタブ20eが重なるようにして一定方向に積層されると共に、負極電極21はタブ21eが重なるようにして一定方向に積層されている。この場合、正極電極20及び負極電極21は、正極電極20のタブ20eと負極電極21のタブ21eとが重ならない状態で積層されている。
次に、各電極20,21を成形するための電極基材40の構成について説明する。
図3に示すように、電極基材40は、帯状をなす金属箔40aの両面に活物質が塗布された塗工部40bが金属箔40aの長手方向Xに間隔A1をおいて複数の部分に独立して形成され、両面が塗工面となっている。金属箔40aの長手方向Xにおいて隣り合う塗工部40bの間には、金属箔40aにおいて活物質が塗布されていない未塗工部40cが形成されている。すなわち、金属箔40aの両面には、金属箔40aの長手方向Xにおいて塗工部40bが間欠的に形成されている。そして、金属箔40aの各部分に形成された塗工部40bは、互いに同一の大きさを有している。具体的には、金属箔40aの各部分に形成された塗工部40bは、金属箔40aの長手方向Xに互いに同一の寸法L3を有すると共に、金属箔40aにおける長手方向Xと直交する幅方向Yの全域に亘ってそれぞれ延在している。
図3に示すように、電極基材40は、帯状をなす金属箔40aの両面に活物質が塗布された塗工部40bが金属箔40aの長手方向Xに間隔A1をおいて複数の部分に独立して形成され、両面が塗工面となっている。金属箔40aの長手方向Xにおいて隣り合う塗工部40bの間には、金属箔40aにおいて活物質が塗布されていない未塗工部40cが形成されている。すなわち、金属箔40aの両面には、金属箔40aの長手方向Xにおいて塗工部40bが間欠的に形成されている。そして、金属箔40aの各部分に形成された塗工部40bは、互いに同一の大きさを有している。具体的には、金属箔40aの各部分に形成された塗工部40bは、金属箔40aの長手方向Xに互いに同一の寸法L3を有すると共に、金属箔40aにおける長手方向Xと直交する幅方向Yの全域に亘ってそれぞれ延在している。
この場合、塗工部40bと未塗工部40cを金属箔40aの長手方向Xにおいて区画する境界部分が塗工部40bのエッジ40dとなる。塗工部40bのエッジ40dは、金属箔40aにおける長手方向Xと直交する幅方向Yに沿うように延びている。そして、電極基材40は、塗工部40bのエッジ40dを含む部位が打ち抜き部位として打ち抜かれることにより、シート状の電極20,21が成形される。
次に、電極基材40からシート状の電極20,21を成形するために用いられる成形装置50の構成について説明する。
図4に示すように、成形装置50は、金属箔40aを金属箔40aの長手方向Xに沿って搬送する供給ローラ51及び巻取ローラ52を備えている。供給ローラ51には、金属箔40aの長手方向Xの一端側が巻き掛けられている。また、巻取ローラ52には、金属箔40aの長手方向Xの他端側が巻き掛けられている。また、成形装置50は、金属箔40aの搬送経路上における供給ローラ51と巻取ローラ52との間に、各電極20,21の形状に対応して構成された金型53を備えている。また、成形装置50は、金属箔40aの搬送経路上における供給ローラ51と金型53との間に、塗工部40bのエッジ40dを検出するエッジ検出センサ54を備えている。
図4に示すように、成形装置50は、金属箔40aを金属箔40aの長手方向Xに沿って搬送する供給ローラ51及び巻取ローラ52を備えている。供給ローラ51には、金属箔40aの長手方向Xの一端側が巻き掛けられている。また、巻取ローラ52には、金属箔40aの長手方向Xの他端側が巻き掛けられている。また、成形装置50は、金属箔40aの搬送経路上における供給ローラ51と巻取ローラ52との間に、各電極20,21の形状に対応して構成された金型53を備えている。また、成形装置50は、金属箔40aの搬送経路上における供給ローラ51と金型53との間に、塗工部40bのエッジ40dを検出するエッジ検出センサ54を備えている。
図3及び図4に示すように、エッジ検出センサ54は、金属箔40aにおける長手方向Xと交差する幅方向Yの一方側(図3では左側)に配置された接触子55を備えている。接触子55は、金属箔40aに接触する先端側に向けて先細りの形状をなしており、その先端面55aは略球面状に滑らかに湾曲している。また、接触子55は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンや6,6−ナイロン等の金属箔40aに対する摩擦抵抗の少ない材質によって構成されている。そして、接触子55は、金属箔40aの幅方向Yにおいて金型53によって打ち抜かれる打ち抜き部位とは異なる部位に接触している。
また、接触子55の基端側は支持部材56によって支持されており、接触子55と支持部材56との間には、平板状をなす圧電素子58と、この圧電素子58を上下両側から挟む一対の電極59,60とが介設されている。そして、圧電素子58は、一対の電極59,60のうち、下側の電極59を介して接触子55における基端側の端面55bに接触している。また、一対の電極59,60には、両電極59,60の間に生じる電圧の値を測定する電圧センサ61が電気的に接続されている。
次に、各電極20,21の製造工程を説明する。なお、正極電極20の製造工程と負極電極21の製造工程は基本的には同じであるため、正極電極20の製造工程について主に説明する。また、本実施形態では、金属箔40aの表面に塗工部40bを定着させるプレス工程の終了後に、金属箔40aからシート状の電極20,21を成形するために行われる打ち抜き工程が従来と異なり、その他の工程は基本的に同じであるため説明を省略する。
図3に示すように、本実施形態の電極基材40の両面には、金属箔40aの長手方向Xにおいて間欠的に塗工部40bが形成されている。そして、金属箔40aの長手方向Xにおいて隣り合う塗工部40bの間に位置する未塗工部40cを含むように金属箔40aが金型53によって打ち抜かれることにより、未塗工部20cを有するシート状の正極電極20が形成される。この場合、塗工部40bのエッジ40dが金型53に対して位置合わせがなされていないと、金属箔40aから形成される正極電極20に占める未塗工部20cの大きさが所望の大きさからずれてしまう。
そこで、本実施形態では、エッジ検出センサ54によって金属箔40aにおける塗工部40bのエッジ40dが検出されると、巻取ローラ52は、その時点から予め設定された回転量だけ回転した後に回転を停止する。この場合、塗工部40bのエッジ40dは、金型53によって打ち抜かれる部位の仮想線57のうち金属箔40aを金属箔40aの塗工面の長手方向の一方向である搬送方向Tの上流端に位置する下辺部57aと接触子55との間の距離A2と、その下辺部57aから正極電極20における活物質層20bの短辺方向の寸法L1に相当する距離の合計長さだけ搬送されて位置が調整される。その結果、塗工部40bのエッジ40dが金型53に対して位置合わせがなされる。
ここで、エッジ検出センサ54が金属箔40aにおける塗工部40bのエッジ40dを検出する際の工程について詳細に説明する。
まず、図5(a)に示すように、エッジ検出センサ54の接触子55が金属箔40aの片側の塗工面に接触した状態で、金属箔40aが搬送方向Tに搬送される。つまり、金属箔40aが接触子55に対して相対移動される。そして、図5(b)に示すように、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bに接触すると、接触子55は、塗工部40bの厚み分だけ押し上げられて金属箔40aの厚み方向となる上方に変位する。すると、エッジ検出センサ54の圧電素子58には、接触子55の変位に伴って接触子55から上方に荷重が作用する。その結果、圧電素子58には上下に分極が生じることにより、圧電素子58の上下両側に配置された電極59,60の間には圧電素子58によって電圧が誘起される。そして、測定工程として、両電極59,60の間に誘起された電圧値が電圧センサ61によって測定される。
まず、図5(a)に示すように、エッジ検出センサ54の接触子55が金属箔40aの片側の塗工面に接触した状態で、金属箔40aが搬送方向Tに搬送される。つまり、金属箔40aが接触子55に対して相対移動される。そして、図5(b)に示すように、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bに接触すると、接触子55は、塗工部40bの厚み分だけ押し上げられて金属箔40aの厚み方向となる上方に変位する。すると、エッジ検出センサ54の圧電素子58には、接触子55の変位に伴って接触子55から上方に荷重が作用する。その結果、圧電素子58には上下に分極が生じることにより、圧電素子58の上下両側に配置された電極59,60の間には圧電素子58によって電圧が誘起される。そして、測定工程として、両電極59,60の間に誘起された電圧値が電圧センサ61によって測定される。
この場合、図6(a)に示すように、接触子55が塗工部40bに接触しているときの電圧値Vb1は、接触子55が金属箔40aに接触しているときの電圧値Va1よりも大きくなる。そして、電圧の測定値は、接触子55が塗工部40bに接触する位置に金属箔40aの搬送量が達した時点で、電圧値Va1から電圧値Vb1に向けて上昇する。
そこで、本実施形態では、電圧値Va1よりも大きく電圧値Vb1よりも小さい値が、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bに接触したときに想定される所定の閾値X1として設定されている。そして、判定工程として、エッジ検出センサ54の電圧センサ61によって測定される電圧の測定値が閾値X1に達したことを判定した時点で、塗工部40bのエッジ40dが接触子55に対して接触したことが検出される。この場合、閾値X1は、電圧値Va1と電圧値Vb1の平均値Vm1よりも小さい値として設定されている。
その一方で、エッジ検出センサ54が負極電極21の金属箔40aにおける塗工部40bのエッジ40dを検出する際には、負極電極21の金属箔40aに塗布される塗工部40bの厚みが正極電極20の金属箔40aに塗布される塗工部40bの厚みと異なるため、エッジ検出センサ54の検出結果が正極電極20の場合と異なる。ただし、金属箔40aにおいて塗工部40bが形成された部位が他の部位よりも厚みが大きい点では正極電極20の場合と共通する。
そのため、図7(a)に示すように、接触子55が塗工部40bに接触しているときの電圧値Vb2は、接触子55が金属箔40aに接触しているときの電圧値Va2よりも大きくなる。そして、電圧の測定値は、接触子55が塗工部40bに接触する位置に金属箔40aの搬送量が達した時点で、電圧値Va2から電圧値Vb2に向けて上昇する。
なお、本実施形態では、電圧値Va2よりも大きく電圧値Vb2よりも小さい値が、エッジ検出センサ54の接触子55に塗工部40bが接触したときに想定される所定の閾値X2として設定されている。そして、エッジ検出センサ54の電圧センサ61によって測定される電圧の測定値が閾値X2に達したことを判定した時点で、塗工部40bのエッジ40dが接触子55に対して接触したことが検出される。この場合、閾値X2は、電圧値Va2と電圧値Vb2の平均値Vm2よりも大きい値として設定されている。
そのため、負極電極21の金属箔40aにおける電圧の測定値が閾値X2に達するタイミングは、正極電極20の金属箔40aにおける電圧の測定値が閾値X1に達するタイミングよりも比較的遅めに設定されている。その結果、負極電極21の金属箔40aにおける塗工部40bのエッジ40dがエッジ検出センサ54によって検出された時点から、金属箔40aが金型53による打ち抜き位置に向けて所定量だけ搬送されると、塗工部40bのエッジ40dが金属箔40aの搬送方向Tの下流側寄りの位置に配置されるように、金属箔40aから負極電極21を打ち抜く位置が調整される。
したがって、図7(b)に示すように、金属箔40aから金型53によって打ち抜かれる負極電極21における未塗工部21cの短手方向の寸法Bは、図6(b)に示すように、金属箔40aから金型53によって打ち抜かれる正極電極20における未塗工部20cの短手方向の寸法Aよりも短くなる。その結果、負極電極21に占める活物質層21bの面積は、正極電極20に占める活物質層20bの面積よりも比較的大きくなる。すなわち、負極電極21の活物質層21bの面積は、相対する正極電極20の活物質層20bの面積に比べて大きく構成されるため、正極電極20でのリチウムの析出が抑制される。
この場合、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bに接触した際に、塗工部40bの厚みが予め設定した厚みから外れていると、接触子55が塗工部40bによって押し上げられて変位する変位量が所望の値から大きく外れる。そのため、エッジ検出センサ54の電圧センサ61による電圧の測定値は、接触子55が塗工部40bに接触した時点で所望の電圧値から大きく外れた値に上昇する。
具体的には、塗工部40bの厚みが予め設定した厚みよりも薄い場合には、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bによって押し上げられて変位する変位量が小さくなる。その結果、図8において一点鎖線で示すように、接触子55が塗工部40bに接触しているときの電圧値VbLは、金属箔40aに対して塗工部40bが良好に塗布されている場合の電圧値X3よりも小さくなる。
その一方で、塗工部40bの厚みが予め設定した厚みよりも厚い場合には、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bによって押し上げられて変位する変位量が大きくなる。その結果、図8において二点鎖線で示すように、接触子55が塗工部40bに接触しているときの電圧値VbHは、金属箔40aに対して塗工部40bが良好に塗布されている場合の電圧値X3よりも大きくなる。
そのため、本実施形態では、接触子55が塗工部40bに接触することに伴って、エッジ検出センサ54の電圧センサ61による電圧の測定値が上昇した場合に、上昇した後の測定値が所望の電圧値X3に対する誤差の範囲内にあるか否か、即ち、所望の電圧値X3±δの範囲内にあるか否かが判定される。そして、エッジ検出センサ54の電圧センサ61の測定値が、所望の電圧値X3に対する誤差の範囲内にある場合には、金属箔40aに対して塗工部40bが良好に塗布されている旨が判別される。一方で、エッジ検出センサ54の電圧センサ61の測定値が、所望の電圧値X3に対して誤差の範囲内にない場合には、金属箔40aに対して塗工部40bが良好に塗布されていない旨が判別される。そして、金属箔40aに対して塗工部40bが良好に塗布されていない場合には、金属箔40aにおいてその塗工部40bが形成された部位は金型53によって打ち抜かれることなく巻取ローラ52によって巻き取られる。
したがって、上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)塗工部40bのエッジ40dが接触子55に接触すると、接触子55が塗工部40bに乗り上げることにより接触子55が金属箔40aの厚み方向に変位する。すると、接触子55から圧電素子58に荷重が作用することにより、エッジ検出センサ54の電圧センサ61によって測定される電圧の測定値が上昇する。そして、エッジ検出センサ54の電圧センサ61の測定値が、接触子55が塗工部40bによって押し上げられたときに想定される所定の閾値X1,X2に達した時点で、接触子55が塗工部40bのエッジ40dに接触したことが検出される。この場合、エッジ検出センサ54の電圧センサ61による電圧値の測定は、塗工部40bのエッジ40dを画像処理によって検出する場合よりも制御部における処理負荷が軽い。そのため、塗工部40bのエッジ40dを迅速に検出することができる。
(1)塗工部40bのエッジ40dが接触子55に接触すると、接触子55が塗工部40bに乗り上げることにより接触子55が金属箔40aの厚み方向に変位する。すると、接触子55から圧電素子58に荷重が作用することにより、エッジ検出センサ54の電圧センサ61によって測定される電圧の測定値が上昇する。そして、エッジ検出センサ54の電圧センサ61の測定値が、接触子55が塗工部40bによって押し上げられたときに想定される所定の閾値X1,X2に達した時点で、接触子55が塗工部40bのエッジ40dに接触したことが検出される。この場合、エッジ検出センサ54の電圧センサ61による電圧値の測定は、塗工部40bのエッジ40dを画像処理によって検出する場合よりも制御部における処理負荷が軽い。そのため、塗工部40bのエッジ40dを迅速に検出することができる。
(2)接触子55が塗工部40bのエッジ40dに接触すると、エッジ検出センサ54の電圧センサ61によって測定される電圧の測定値が変化する。そして、その変化後の電圧の測定値と、金属箔40aに対して塗工部40bが良好に塗布されている場合の電圧値X3とを比較することにより、金属箔40aにおける塗工部40bの良否が判定される。したがって、塗工部40bが金属箔40aに対して良好に塗布されているか否かを塗工部40bのエッジ40dの検出に併せて判定できる。
(3)塗工部40bのエッジ40dの検出結果に基づき、シート状の電極20,21を打ち抜く位置に金属箔40aが正確に配置される。そのため、塗工部として活物質層20b,21bを有するシート状の電極20,21を金属箔40aから均一に打ち抜くことができる。
(4)接触子55が塗工部40bに対して局所的に接触するため、接触子55の変位量に基づいて、塗工部40bのエッジ40dを高精度に検出できる。また、もし仮に、接触子55が塗工部40bを損傷させたとしても、塗工部40bにおける接触子55による損傷部位が電極20,21に残存しない。したがって、電極20,21に形成される塗工部40bを損傷させることなく、塗工部40bのエッジ40dを高精度に検出することができる。
(5)金属箔40aが負極電極21の金属箔40aである場合には、金属箔40aが正極電極20の金属箔40aである場合と比較して、塗工部40bのエッジ40dが接触子55に接触することにより、接触子55の変位に伴って圧電素子58によって変換される電圧値が変化した場合に、その電圧値が所定の閾値X1,X2に達するタイミングが相対的に遅くなる。その結果、塗工部40bのエッジ40dが検出された時点から金属箔40aが予め設定された搬送量だけ搬送されることにより金属箔40aが所定の打ち抜き位置に配置されると、塗工部40bのエッジ40dが金属箔40aの搬送方向Tの下流側にずれた位置に配置される。そのため、金属箔40aからシート状の電極として正極電極20及び負極電極21を打ち抜いた場合に、負極電極21に塗工部として形成される活物質層21bの方が正極電極20に塗工部として形成される活物質層20bよりも大きく構成される。したがって、正極電極20でのリチウムの析出を抑制することができる。
(6)接触子55は、金属箔40aに接触する先端側に向けて先細りの形状となっており、金属箔40aに対する接触子55の接触面積が小さい。そのため、接触子55は、塗工部40bに対して局所的に接触するため、接触子55が塗工部40bのエッジ40dに接触した後に塗工部40bに対して速やかに乗り上げる。その結果、接触子55の変位量に基づいて、塗工部40bのエッジ40dを高精度に検出することができる。また、接触子55は、塗工部40bに接触する先端部と比較して、先端部以外の他の部位が太くなっているため、接触子55が塗工部40bに接触する際の接触子55の剛性を十分に確保することができる。
(7)接触子55の変位量が圧電素子58によって電圧値に変換されて高精度に測定される。そのため、圧電素子58の変換結果に基づいて、接触子55に接触した塗工部40bのエッジ40dを正確に検出することができる。
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、エッジ検出センサ54の測定方式は、接触子55の変位量を電圧値に変換し、変換した電圧値を測定する電圧検知型に限定されず、例えば、接触子55の変位量を機械的に伝達し、伝達した変位量を測定するダイヤルゲージを採用してもよい。
○ 実施形態において、エッジ検出センサ54の測定方式は、接触子55の変位量を電圧値に変換し、変換した電圧値を測定する電圧検知型に限定されず、例えば、接触子55の変位量を機械的に伝達し、伝達した変位量を測定するダイヤルゲージを採用してもよい。
○ 実施形態において、接触子55の形状として、先端が尖った錐体形状を採用してもよい。また、接触子55は、必ずしも、金属箔40aに接触する先端部が先細り形状である必要はなく、例えば、一定の太さを有する柱体状に構成してもよい。
○ 金属箔40aが正極電極20の金属箔40aである場合、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bが接触したときに想定される所定の閾値X1を、電圧値Va1と電圧値Vb1の平均値Vm1と同じ値として設定してもよいし、電圧値Va1と電圧値Vb1の平均値Vm1よりも大きい値として設定してもよい。同様に、金属箔40aが負極電極21の金属箔40aである場合、エッジ検出センサ54の接触子55が塗工部40bに接触したときに想定される所定の閾値X2を、電圧値Va2と電圧値Vb2の平均値Vm2と同じ値として設定してもよいし、電圧値Va2と電圧値Vb2の平均値Vm2よりも小さい値として設定してもよい。すなわち、金属箔40aからシート状の電極として正極電極20及び負極電極21を打ち抜いた場合に、負極電極21に形成される活物質層21bの方が正極電極20に形成される活物質層20bよりも大きく構成されるのであれば、所定の閾値X1として電圧値Va1と電圧値Vb1との間の任意の値を設定してもよいし、所定の閾値X2として電圧値Va2と電圧値Vb2との間の任意の値を設定してもよい。
○ 実施形態において、図9に示すように、エッジ検出センサ54は、接触子55が金属箔40aの幅方向Yにおいて金型53によって打ち抜かれる部位に接触する構成としてもよい。
この構成では、金属箔40aに形成された塗工部40bのうち、電極20,21として打ち抜かれる部位に形成された塗工部40bのエッジ40dがエッジ検出センサ54によって検出される。したがって、この塗工部40bのエッジ40dの検出結果に基づき、電極20,21を打ち抜く位置に金属箔40aを配置することにより、所望の大きさの活物質層20b,21bを塗工部として有する電極20,21を金属箔40aから正確に打ち抜くことができる。
○ 実施形態において、エッジ検出センサ54によって塗工部40bのエッジ40dを検出する用途は、金属箔40aからの電極20,21の打ち抜き精度を向上させることに限定されない。例えば、各電極20,21の製造工程のうち、帯状の金属箔40aの表面に活物質を塗布した後の、金属箔40aの裏面に活物質を塗布する塗布工程において、金属箔40aの表面に塗布した活物質の塗工部40bのエッジ40dをエッジ検出センサ54によって検出してもよい。この場合、エッジ検出センサ54によって検出される塗工部40bのエッジ40dの位置に基づいて、塗布工程における金属箔40aの搬送量をフィードバック制御することにより、金属箔40aに間欠的に塗布される活物質の表面の塗工部40bと裏面の塗工部40bの位置合わせのための塗工精度を向上させることができる。
○ 実施形態において、エッジ検出センサ54の検出結果に基づいて、金属箔40aにおける塗工部40bの良否を判定することなく、塗工部40bのエッジ40dを検出してもよい。
○ 実施形態において、塗工部40bは金属箔40aの両面ではなく片面に形成されてもよい。この場合、金属箔40aから打ち抜かれて形成される正極電極20の活物質層20b及び負極電極21の活物質層21bが、セパレータ22を介在させて対向するように積層されることにより電極組立体12が構成される。
○ 実施形態において、接触子55が塗工部40bに接触した状態から塗工部40bに接触しない状態となる過程のエッジ検出センサ54の検出結果に基づき、塗工部40bのエッジ40dが接触子55に接触したことを検出する構成としてもよい。
この構成では、接触子55が塗工部40bに接触した状態から塗工部40bに接触しない状態となる過程では、接触子55から圧電素子58に作用する荷重が減少し、エッジ検出センサ54の電圧センサ61によって測定される電圧の測定値が下降する。そのため、エッジ検出センサ54の電圧センサ61の測定値が所定の閾値に達したことを判定することにより、接触子55が塗工部40bのエッジ40dに接触したことを検出できる。
○ 実施形態において、金属箔40aの形状は帯状に限定されず、金属箔40aをシート状に構成してもよい。
○ 実施形態において、二次電池10はリチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。
○ 実施形態において、二次電池10はリチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。
20…電極としての正極電極、21…電極としての負極電極、40a…金属箔、40b…塗工部、40d…エッジ、55…接触子、58…圧電素子、Vm1,Vm2…平均値、X1,X2…閾値。
Claims (8)
- 少なくとも一方の面の長手方向に間隔を隔てて活物質が塗布された塗工部と、前記塗工部を有する面である塗工面とを有する金属箔における前記塗工部のエッジを検出するエッジ検出方法であって、
前記塗工面側に接触子を接触させた状態で、長手方向において前記接触子に対して前記金属箔を相対移動させつつ前記接触子の前記金属箔の厚み方向の変位量を測定する測定工程と、
前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が所定の閾値に達したことを判定することにより前記塗工部のエッジを検出する判定工程と
を備えたことを特徴とするエッジ検出方法。 - 前記判定工程では、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触しない状態から、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触する状態に変化することに伴って前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が変化した場合に、その変化後の前記接触子の変位量に基づいて前記塗工部の厚みが予め設定した厚みであるか否かを更に判定する請求項1に記載のエッジ検出方法。
- 前記判定工程における前記塗工部のエッジの検出結果に基づき、前記塗工部を有するシート状の電極を打ち抜く相対移動方向の位置の調整を可能とさせる請求項1又は請求項2に記載のエッジ検出方法。
- 前記接触子は、前記金属箔における前記電極が打ち抜かれる部位とは異なる部位に接触する請求項3に記載のエッジ検出方法。
- 前記接触子は、前記金属箔における前記電極が打ち抜かれる部位に接触する請求項3に記載のエッジ検出方法。
- 前記判定工程では、
前記金属箔が正極電極の金属箔である場合、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触しない状態から、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触する状態に変化することに伴って前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が変化するときの変化の前後における変位量の値の平均値よりも前記所定の閾値が低く設定され、
前記金属箔が負極電極の金属箔である場合、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触しない状態から、前記塗工部のエッジが前記接触子に接触する状態に変化することに伴って前記測定工程において測定される前記接触子の変位量が変化するときの変化の前後における変位量の値の平均値よりも前記所定の閾値が高く設定される請求項3〜請求項5のうち何れか一項に記載のエッジ検出方法。 - 前記接触子は、前記金属箔に接触する先端部が先細り形状となっている請求項1〜請求項6のうち何れか一項に記載のエッジ検出方法。
- 前記測定工程では、前記接触子の変位量が圧電素子によって電圧値に変換され、
前記判定工程では、前記圧電素子によって変換される電圧値が前記所定の閾値に達したことを判定することにより前記塗工部のエッジを検出する請求項1〜請求項7のうち何れか一項に記載のエッジ検出方法。
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CN108630952A (zh) * | 2017-03-21 | 2018-10-09 | 本田技研工业株式会社 | 电极制造方法和装置 |
JP2019036458A (ja) * | 2017-08-14 | 2019-03-07 | 株式会社豊田自動織機 | 電極用切断装置 |
WO2020221483A1 (de) * | 2019-04-29 | 2020-11-05 | Volkswagen Ag | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von elektroden für eine lithium-ionen-batterie |
CN108053404B (zh) * | 2018-01-12 | 2024-01-09 | 武汉科技大学 | 一种锂电池涂布边界高效定位方法 |
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- 2012-10-11 JP JP2012226316A patent/JP2014078448A/ja active Pending
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