JP2014165055A - 積層型電池製造方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高効率生産を実現できるつづら折り式の積層電池の製造方法及びその装置を提供する。
【解決手段】
帯状のセパレータ６をつづら折り機構を介してテーブル５上でつづら折りし、つづら折りによりセパレータ６が折り返されるたびに、折り返されたセパレータ上に正極板３及び負極板４を交互に供給して、セパレータ６を介在させた状態で正極板と負極板を交互に積層する。この積層工程では、正極板移載ヘッド１と負極板移載ヘッド２とがテーブル５上を水平方向に交互に往復移動するように設定し、且つこれらのヘッドの水平往復移動の方向を、セパレータ６のつづら折りの折り返し方向と一致させて、これらのヘッドの交互の水平往復移動による力を、テーブル５上に案内されるセパレータ６に与えることによりセパレータ６をテーブル５上に引き込みながらつづら折りを行い、これらのヘッドは、セパレータ６をつづら折りしながら、正極板３及び負極板４を交互に供給する。
【選択図】図１（ｆ）

Description

本発明は、積層型電池の製造方法及びその装置に係り、例えばリチウムイオン電池等に適用して好適な製造方法及び製造装置に関する。
セパレータを介して正極板と負極板とを交互に重ねた積層型電池は、電池充電時の冷却特性が高く、セパレータへのダメージが少ない利点がある。このうち、セパレータをつづら折りにしてその折り面間に電極板（正極板、負極板）を交互に位置させたつづら折り式の積層型電池は、セパレータを連続して使用するため、しわ、めくれが生じにくく、また、セパレータの種類に関係なく生産が可能である。従来のつづら折り式の積層型電池としては、例えば、特開２００４−２２４４９号公報等に開示されたものがある。
特開２００４−２２４４９号公報
従来のつづら折り式の積層型電池は、セパレータのつづら折り機と、正極板供給ユニットと、負極板供給ユニットとを別箇に用意して、セパレータのつづら折りが行われる作業位置の両サイドに正極板供給ユニットと負極板供給ユニットとを配置している。正極板供給ユニットと負極板供給ユニットとは、セパレータのつづら折り方向に対して直交する方向につづら折り作業位置を挟んで配置されている。
したがって、正極板供給ユニットや負極板供給ユニットからそれぞれの電極板（正極板、負極板）を、セパレータつづら折り作業位置に交互に供給する場合には、電極板が供給されるたびにセパレータのつづら折り動作が中断されるために、連続的な積層作業が困難となり、これが生産効率を低下させる要因となっていた。また、セパレータ／電極板の積層部が移動することで、積層精度が上げられないといった課題もあった。
電池組み立て装置は、（イ）異物混入防止、（ロ）性能確保のための精度向上、（ハ）高効率生産を満足させることが望まれる。
本発明は、以上の観点からなされたものであり、その主たる目的は、高効率生産を実現できるつづら折り式の積層電池の製造方法及びその装置を提供することにある。
（１）本発明は、基本的には、帯状のセパレータをつづら折り機構を介してテーブル上でつづら折りし、つづら折りによりセパレータが折り返されるたびに、折り返されたセパレータ上に正極板及び負極板を正極板供給機構及び負極板供給機構を介して交互に供給して、セパレータを介在させた状態で正極板と負極板をテーブル上で交互に積層する工程を含む積層型電池製造方法において、
前記積層工程では、前記正極板供給機構の一部となる正極板移載ヘッドと前記負極板供給機構の一部となる負極板移載ヘッドとがそれぞれの移動機構を介して少なくとも前記テーブル上を水平方向に交互に往復移動するように設定し、且つ前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの前記テーブル上での水平往復移動の方向を、前記セパレータのつづら折りの折り返し方向と一致させて、これらの移載ヘッドの交互の水平往復移動による力を、前記テーブル上に案内される前記セパレータに、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドを介して与えることにより前記セパレータを前記テーブル上に引き込みながらつづら折りを行い、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドは、前記セパレータをつづら折りしながら、前記テーブル上で前記正極板及び前記負極板を交互に供給することを特徴とする。
さらに、上記発明を基礎として、次のような構成を付加してもよい。
（２）前記テーブルは、複数備えられ、且つ回転可能な横軸回転体にその周方向に沿って所定角度で等間隔配置され、
前記横軸回転体は、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの水平往復移動の進路の直下にあって、その周面上部の接線方向が前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの水平往復移動方向と平行になるように設けられ、
前記等間隔配置される各テーブルが、前記横軸回転体の所定角度ごとの回転により、順次、電池製造の前記積層工程の位置となるステーションに、次いで積層工程後に行われるポスト積層工程の位置となるステーションに移動し、前記横軸回転体の１回転で再び前記積層工程のステーションに戻るように設定され、
前記積層工程及びポスト積層工程を、前記横軸回転体の回転の合間の停止中に並行に行う。
（３）前記テーブルを、前記積層工程が行われた後に前記横軸回転体の所定角度の回転により、その後のポスト積層工程のステーションに移動させ、この移動時に前記積層工程で作られた電極及びセパレータの積層体をクランプ機構により前記テーブル上に保持しながら、この積層体及びその後に続くセパレータのテールを前記横軸回転体の周面に真空吸着し、
この横軸回転体の周面にあるセパレータのテールを、前記ポスト積層工程のステーションと前記積層工程のステーションとの間にある位置でカッターにより切断し、
前記ポスト積層工程のステーションでは、前記積層体を回転チャック機構によって前記テーブルから離して回転させ、この回転により、前記セパレータ切断により前記積層体側に残ったセパレータのテールを前記積層体の外周に巻き付け、
このポスト積層工程時に、別のテーブルが前記積層工程のステーションにあって新たな積層体工程を同時に行うようにした。
（４）前記積層工程では、つづら折りされた前記セパレータ上に重ねる電極板が、正極板である場合には、正極板専用の押さえ部材により前記正極板を前記セパレータのつづら折りの谷折り側となる位置で押さえ、負極板である場合には、負極板専用の押さえ部材により前記負極板を前記セパレータのつづら折りの谷折り側となる位置で押さえ、これらの押さえ部材が前記セパレータのつづら折りの際の谷折りガイドとなり、かつこれらの正極板用の押さえ部材と負極板用の押さえ部材が正極板と負極板の積層位置で交互に出し入れされる。
（１）の構成要件を備えた発明によれば、セパレータつづら折りと電極板供給（正極板及び負極板との交互供給）を同時に実行でき、しかもセパレータつづら折りの連続動作を実現できるので、生産効率を高めることができる。しかも電極板供給機構とセパレータつづら折り機構とが一つの共通の機構で実現できるので、装置点数を削減することができる。
（２）の構成要件を備えた発明によれば、積層型電池のセパレータ・電極板積層工程とその後のポスト積層工程を一つの回転体で実行できるので、設備の簡略化を図り、しかも、積層完了品を短時間で入れ替え可能となる。
（３）の構成要件を備えた発明によれば、積層体をセパレータ部材のテールにより外周巻する場合に、セパレータテールを、回転体の周面で巻き取りに必要な適度な真空吸着力で保持するので、セパレータの皺やめくれをなくすことができる。
（４）の構成要件を備えた発明によれば、セパレータつづら折り工程において、つづら折りに使用する電極板押さえ部材は、常に同極の電極板を押さえることで、異極の金属粉などが電極に混入することを防止し、ひいては電極ショートなどを防止でき、さらなる品質向上を図ることができる。
本発明の一実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 上記実施例に係る積層型電池製造方法のセパレータ／電極板積層工程を示す説明図。 本発明の一実施例に係る積層型電池製造装置の構成図。 （ａ），（ｂ）は、つづら折りクランプ８及び９と電極板チャック（正極板チャック１０と負極板２０）との位置関係及び電極板チャックの形状を上方からみた図。
以下、本発明の実施の形態を、図面に示した実施例を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜図１（ｌ）は、本発明の積層型電池製造方法の一例を示す工程図である。
なお、この図１（ａ）〜図１（ｌ）によって行われる積層型電池製造方法は、基本的には、絶縁性樹脂シートよりなる帯状のセパレータ６をつづら折り機構を介してテーブル５上でつづら折りし、つづら折りによりセパレータ６が折り返されるたびに、折り返されたセパレータ６上に正極板３及び負極板４を正極板供給機構及び負極板供給機構を介して交互に供給して、セパレータ６を介在させた状態で正極板３と負極板４をテーブル上で交互に積層し、この一連のプロセスを経てセパレータ・電極板の積層体を形成する積層工程に関する。特に、つづら折り機構が、正極板供給機構の一部をなす正極板移載ヘッド１と、負極板供給機構の一部をなす負極板移載ヘッド２によって構成される点が新規な特徴をなす。
積層工程では、セパレータ６は、後述するセパレータ供給部３６（図２参照）からガイドロール３４（図２参照）や張力付与機構３５（図２参照）を介してテーブル５の上面に供給される。セパレータ・電極板積層作業に際しては、作業者がテーブル５上方から帯状のセパレータ６を引き出し、その引き出されたセパレータ６の一部を、テーブル５上面にて、セパレータのつづら折りに用いるつづら折り押さえ部材（以下、つづら折りクランプと称する）８により押さえる（図１（ａ））。この押さえ位置は、テーブル５上のセパレータのつづら折り方向における一端近くである。
つづら折りクランプ（第１のつづら折りクランプ）８は、最初に、上記したようにセパレータ６をテーブル５上で押さえるために使用されるが、それ以後はセパレータ６のつづら折りの一方の谷折り（折り返し）を確保するために使用される（図１（ｈ）、図１（ｉ）参照）。また、つづら折りクランプ８は、直接的には専ら負極板４上に位置してつづら折りの谷折りを確保する。
ちなみに、もう一方のつづら折りクランプ（第２のつづら折りクランプ）９は、セパレータ６のつづら折りの他方の谷折り（折り返し）を確保するために使用される（図１（ｅ）参照）。また、つづら折りクランプ９は、直接的には専ら正極板３上に位置してつづら折りの谷折りを確保する。
電極板移載用の電極板チャックのうち、正極板チャック１０は、正極板移載ヘッド１に設けられ、負極板チャック２０は、負極板移載ヘッド２に設けられる。
図３（ａ），（ｂ）は、つづら折りクランプ８及び９と電極板チャック（正極板チャック１０と負極板２０）との位置関係及び電極板チャックの形状を上方からみた図である。つづら折りクランプ８及び９は、それぞれが一対のクランプよりなり、各対のクランプが直線駆動機構を介して、セパレータのつづら折り方向に直交する方向において、セパレータ・電極板積層作業位置に対して出たりは入ったりするように構成される。また、一方のつづら折りクランプ８（９）が積層作業位置にあるときには、他方のつづら折りクランプ９（８）は積層作業位置外にあるように設定されている。これらのクランプの動作及び電極板移載ヘッド（正極板移載ヘッド１、負極板移載ヘッド２）の支障とならないように、電極チャック１０及び２０には、それぞれクランプを受け入れる切欠き１０１、１０２、および２０１、２０２が設けられている。
テーブル５上のテーブル直近の最終段ガイドロール７は、隣接し合う一対のガイドロールであり、その対のガイドロール７間を通してセパレータ６がテーブル５の上面に導かれる。正極板移載ヘッド１と負極板移載ヘッド２は、それぞれの移動機構４３、４４（図２参照）を介して少なくともテーブル５上を水平方向に交互に直線往復移動するように設定されている。また、正極板移載ヘッド１及び負極板移載ヘッド２のテーブル５上での水平往復移動の方向は、セパレータ６のつづら折りの折り返し方向と一致させてある。
図１（ａ）〜図１（ｉ）に示すように、これらの移載ヘッド１、２の交互の水平往復移動による力を、テーブル５上に案内されるセパレータ６に与えることにより、セパレータ６は、ガイドローラ７を支点として左右に振られながらテーブル５上に引き込まれことでつづら折り（ジグザグ折り）がテーブル５上で行われる。なお、セパレータ６のつづら折り動作と正極板３及び負極板４との積層のための動作については追って詳述する。
正極板移載ヘッド１及び負極板移載ヘッド２は、既述したように、それぞれの電極板（正極板３、負極板４）を保持する電極板チャック１０、２０を有する。そして、これらの電極板移載ヘッド１、２は、セパレータのつづら折り方向において、テーブル５上で交互に直線的な水平往復動作を行い、その力を利用することによりセパレータ６をつづら折りし、テーブル５上でそれぞれの往動作点にくると、テーブル５上でセパレータつづら折り部に正対するよう設定されている。この往動作点となる正対位置で、正極板移載ヘッド１（負極板移載ヘッド２）が図１（ｃ）や図１（ｆ）に示すように下降し、電極板チャック１０（２０）が解除され、つづら折りされるセパレータ６上に正極板３及び負極板４が交互に供給される。電極板移載ヘッド１、２が有する電極板チャック１０、２０は、種々の態様のものが考えられる。好ましい一例としては、例えば真空吸着を利用した真空チャックがあげられる。また、電極板移載ヘッド１、２の移動方向先端には、セパレータ６のつづら折りに使用される円筒体１１及び２１が設けられている。これらの円筒体１１及び２１は、それぞれが上下一対配置され、また各円筒体１１、１２の長手方向とセパレータ６の幅方向を一致させている。
ここで、セパレータ６のつづら折りの動作と電極板３、４の積層動作を詳述する。
図１（ａ）に示すように、積層作業の初期状態では、正極板移載ヘッド１及び負極板移載ヘッド２は、テーブル５の傍らに設定されているそれぞれの待機位置、すなわち正極板待機ステージ４０及び負極板待機ステージ４１の直上の位置にある。
この正極板移載ヘッド待機位置と負極板移載ヘッド待機位置は、テーブル５を挟んでつづら折り方向において対向配置されており、対応の正極板待機ステージ４０及び負極板待機ステージ４１も同様に固定の状態で対向配置されている。
積層作業に際して、セパレータ６をテーブル５上に引き込みセットする。このセットは、既述したように、積層作業に際して、作業者がテーブル５上方から帯状のセパレータ６を引き出す。セパレータ６はテーブル５の一端よりはみ出るまで引き出され、その引き出されたセパレータ６の一部を、テーブル５上面にて、つづら折りクランプ８により押さえる（図１（ａ））。つづら折りクランプ８は、上下方向の移動機構を有しており、クランプ８の待機状態のときはつづら折り・電極板積層作業位置から外れた位置で且つ図１の一点鎖線で示す上方位置にあり、押さえ部材として機能するときには、積層作業位置に入って図１の実線で示す位置まで下方向に移動する。
セパレータ６を図１（ａ）に示す初期位置にセットした後、先ず、電極板移載ヘッドの一方（本例では、正極板移載ヘッド１）を、水平方向１軸駆動機構４３ａ（図２参照）を介してテーブル５上で往動作（前進動作）させる（図１（ｂ））。電極板移載ヘッドの駆動機構４３（水平方向１軸駆動機構４３ａ、上下方向１軸駆動機構４３ｂ）については、図２を用いて後述する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、正極板移載ヘッド１は、セパレータ６のつづら折り方向に合わせてテーブル５上を、駆動機構４３ａを介して水平往動作（前進動作）する。正極板移載ヘッド１（以下「ヘッド１」と略することもある）の移動により、セパレータ６の一部がヘッド１によりテーブル５上に引き込まれながら一方向（図１（ｂ）では図面に向かって右から左方向）に振られる。ヘッド１の往動作点で、つづら折りクランプ８が後退し、ヘッド１が上下方向駆動機構４３ｂを介して下降する。このヘッド１の下降動作により、セパレータ６のうちテーブル５上に引き込まれた部分は、電極板チャック１０に保持される正極板３を介して、テーブル５に押し付けられる（図１（ｃ））。この状態で、電極板チャック１０の真空吸着が解除され、電極板チャック１０に保持されていた正極板３が電極板チャック１０から離脱してセパレータ６のつづら折り上面に移載される。
電極板チャック１０は、正極板移載ヘッド１の下面側に設けられ、ヘッド１の往動作方向において、ヘッド１の進行方向の前部に配置されている。ヘッド１の後部には、もう一つの電極板チャック１０´が設けられている。電極板チャック１０´は、積層対象となる次の正極板（補充用）３を正極板待機ステージ４０に移載する。すなわち、電極板チャック１０´は、図１（ｂ）、図１（ｃ）の往動作点位置にあるときに、正極板待機ステージ４０の上方に位置し、ヘッド１が図１（ｃ）の下降位置にあるときに、次の正極板３の吸着保持を解除し、この正極板３を電極板チャック１０´から離脱させて正極板待機ステージ４０に移載する。正極板待機ステージ４０は、移載された正極板３の位置を正しい位置にセットする位置矯正機構を有する。ちなみに、後述する負極板待機ステージ４１も負極板４のための同様の位置矯正機構を有する。ヘッド１は、後退位置（復動作位置）にあるときに、電極板チャック１０´が正極板補給受け渡しステージ４０１（図２参照）の直上にあり、次の正極板３をステージ４０１で受け渡されるように設定されている。
テーブル５は、正極板３及びセパレータ６が積層された分だけ、テーブル昇降機構３１（図２参照）を介して下降動作する。テーブル昇降機構３１の詳細については、後述する。
次いで、図１（ｄ）に示すように、ヘッド１が上昇移動し、この状態で、つづら折りクランプ（第２のつづら折りクランプ）９が上記したつづら折りクランプ８同様の動作によりセパレータ・電極板積層作業位置に入る。この状態で、セパレータ６のつづら折り上面に積載された正極板３の一部を、テーブル５上面にて、つづら折りクランプ９により押さえる。つづら折りクランプ９は、つづら折りクランプ８同様に上下方向の移動機構及びつづら折り方向と直交する水平方向に進退動作する移動機構を有しており、つづら折りクランプ９の待機状態では、セパレータ・電極板積層作業位置から外れた位置にあり、押さえ部材として機能するときには、積層作業位置に入って下方向に移動する。
その後、正極板移載ヘッド１は、テーブル５上を水平復動作（後退動作）し、その移動に同期して負極板移載ヘッド２（以下、ヘッド２と称することもある）が水平１軸駆動機構４４ａ（図２参照）を介してテーブル５上を水平往動作（前進動作）する。この負極板移載ヘッド２の水平往動作に際して、つづら折りクランプ９が正極板専用の押さえ部材となって、セパレータ６のつづら折り上面の正極板３をセパレータ６のつづら折りの谷折り側となる位置で押さえる。このようなセパレータ押さえ動作と負極板移載ヘッド２の水平往動作の協働により、セパレータ６の一部がヘッド２によりテーブル５上に引き込まれながら一方向（図１（ｅ）に示すように図面に向かって左から右方向）に振られる。
ヘッド２の往動作点で、つづら折りクランプ９が後退し、ヘッド２が上下方向駆動機構４４ｂ（図２参照）を介して下降する。このヘッド２の下降動作により、セパレータ６のうちテーブル５上に引き込まれた部分は、電極板チャック２０に保持される負極板４を介して、正極板３に押し付けられる（図１（ｆ））。この状態で、電極板チャック２０の真空吸着が解除され、電極板チャック２０に保持されていた負極板４が電極板チャック２０から離脱してセパレータ６のつづら折り上面に移載される。ヘッド２の下降動作に同期してヘッド１も下降動作し、正極板待機ステージ４０上にある次の正極板３を電極板チャック１０により吸着保持する。
ヘッド２において、電極板チャック２０は、負極板移載ヘッド２の下面側において、ヘッド２の往動作方向において、ヘッド２の進行方向の前部に設けてられている。ヘッド２の後部には、もう一つの電極板チャック２０´が設けられている。電極板チャック２０´は、積層対象となる次の負極板（補充用）４を負極板待機ステージ４１に移載する。すなわち、電極板チャック２０´は、図１（ｅ）、図１（ｆ）の往動作点位置にあるときに、負極板待機ステージ４１の上方に位置し、ヘッド２が図１（ｆ）の下降位置にあるときに、次の負極板４の吸着保持を解除し、この負極板４を電極板チャック２０´から離脱させて負極板待機ステージ４１に移載する。ヘッド２は、後退位置（復動作位置）にあるときに、電極板チャック２０´が正極板補給受け渡しステージ４０２（図２参照）の直上にあり、次の負極板４をステージ４０２で受け渡されるように設定されている。
テーブル５は、負極板４及びセパレータ６が積層された分だけ、テーブル昇降機構３１（図２参照）を介して下降動作する。
次いで、図１（ｇ）に示すように、ヘッド２が上昇移動し、この状態で、つづら折りクランプ（第１のつづら折りクランプ）８が上記したつづら折りクランプ９同様の動作によりセパレータ・電極板積層作業位置に入る。この状態で、セパレータ６のつづら折り上面に積載された負極板４の一部を、テーブル５上面にて、つづら折りクランプ８により押さえる。つづら折りクランプ８は、押さえ部材として機能するときには、セパレータ・電極板積層作業位置に入って下方向に移動する。ヘッド２の上昇に同期してヘッド１も正極板３を吸着しながら上昇し、待機状態にある。
その後、図１（ｈ）に示すように、負極板移載ヘッド２は、テーブル５上を水平復動作（後退動作）し、その移動に同期して正極板移載ヘッド１が水平１軸駆動機構４３ａ（図２参照）を介してテーブル５上を水平往動作（前進動作）する。この正極板移載ヘッド１の水平往動作に際して、つづら折りクランプ８が負極板専用の押さえ部材となって、セパレータ６のつづら折り上面の負極板４をセパレータ６のつづら折りの谷折り側となる位置で押さえる。このようなセパレータ押さえ動作と正極板移載ヘッド１の水平往動作の協働により、セパレータ６の一部がヘッド１によりテーブル５上に引き込まれながら一方向（図１（ｈ）に示すように図面に向かって右から左方向）に振られる。
このとき、負極板移載ヘッド２は、水平復動作により待機位置である負極板待機ステージ４１の上方に戻り、下降動作して、電極板チャック２０を介して待機位置にある負極板４を吸着保持する。以後、図１（ｂ）〜図１（ｈ）の動作が繰り返されることで正極板／セパレータ／負極板の積層体Ａが形成されていく（図１（ｉ））。
所定枚数の電極板（正極板、負極板）がつづら折りセパレータを介して積層されると、図１（ｉ）に示すように、最後のつづら折りを行うヘッド（実施例では、正極板移載ヘッド１）が正極板を保持しないでつづら折り方向に水平移動して正極板／セパレータ／負極板の所定の積層体Ａを形成する。積層体Aが形成されると、そのテーブル５は、図１（ｊ）に示すように、ポスト積層工程の位置にテーブル移動機構（図２の横軸回転体５０）を介して移動する。また、正極板／セパレータ／負極板の積層作業位置（積層作業ステーション）には、別のテーブル５がテーブル移動機構を介してセットされる。
図１（ｋ）に示すように、積層工程後のテーブル５がポスト積層工程位置まで移動する過程で、積層体（半電池製品）Ａの後にセパレータ６のテール６´が後に続く。また、積層体Ａの移動過程では、積層体Ａが移動クランプ６０で支持される。セパレータテール６´は、ポスト積層工程のステーションと積層工程のステーションとの間にある位置でカッター１３により切断される。切断されたセパレータテール６´を有する積層体Ａを、図１（ｌ）に示すように、テーブル５に設けた積層体リフト機構５１を介して幾分持ち上げ、この状態で回転チャック機構４２を介して把持して積層体Ａをテーブル５から離して、積層体Ａを、モータにより回転する回転チャック機構４２を介してテール６´が積層体外周に巻きつく方向に回転させる。この回転により積層体Ａの外周に、セパレータテール６´が巻き付いて、積層体Ａの周囲が完全にセパレータ材料により覆われる。最後にセパレータテール６´の一端が、接着テープ供給機構から送られてきた接着テープ６１により積層体Ａに留められる。このポスト積層工程時に、別のテーブル５が前記積層工程のステーションにあって上記同様の積層工程がパラレルに行われる。
図２は、上記した積層型電池製造方法に用いる装置の一実施例を示すものである。なお、図１（ａ）〜図１（ｌ）と同一或いは共通する要素は、それらの図面に用いた符号と同一の符号により示している。
図２において、テーブル５は複数用意され、これらのテーブル５が、サーボモータ（図示省略）により間歇回転可能な横軸回転体３０の外周に沿って、所定角度で等間隔配置されている。本実施例では、テーブル５は、１２０度間隔で３つ配置されているがこれに限定されず任意の数でよい。横軸回転体３０は、正極板移載ヘッド１及び負極板移載ヘッド２の水平往復移動の進路の直下に、横軸回転体外周上部の接線方向が正極板移載ヘッド１及び負極板移載ヘッド２の水平往復移動方向と平行になるようにして設けられる。
等間隔配置される各テーブル５が、横軸回転体３０の所定角度（本実施例では、１２０度）ごとの間歇回転により電池製造の前記積層工程（図１（ａ）〜図１（ｉ））の作業位置となるステーションＳ１から、積層工程後に行われるポスト積層工程の作業位置となるステーションＳ２、Ｓ３に順次移動し、横軸回転体３０の１回転で再び前記積層工程のステーションＳ１に戻るように設定されている。
ポスト積層工程のステーションＳ２と積層工程のステーションＳ１との間には、カッター１３が配置されている。このカッター１３により、図１（ｋ）で説明したように、積層工程後の積層体Ａの後に続くセパレータテール６´をステーションＳ２とステーションＳ１との間で切断する。
ステーションＳ２には、回転チャック４２が設けられている。テーブル５は、ステーションＳ２の位置で積層体Ａをリフト機構５１で適宜位置まで持ち上げるよう構成される。回転チャック４２は、チャック自体をモータで回転させる機構と、チャックをステーションＳ２にあるテーブル５に対して近づいたり離れたりことができる機構を有するアクチュエータ５５を有する。回転チャック４２は、積層体Ａがテーブル５で持ち上げられるので、積層体Ａを容易に把持できる。積層体Ａを把持した回転チャック４２は、アクチュエータ５５によりテーブル５から離れて、回転し、再びテーブル５に戻される。
切断されたセパレータテール６´を有する積層体Ａは、テーブル５から離れた後に回転チャック４２を介して回転し、この回転により積層体Ａの外周にセパレータテール６´を巻き付ける。ステーションＳ２には、テープ貼付ユニット３７が配置されている。テープ貼付ユニット３７は、接着テープ供給部（例えば接着テープ供給リール）３８から供給される接着テープ６１を短冊状にカットして、このカットされた接着テープ片６１を積層体Ａのセパレータテール６´一端の位置に与えて、巻き付け完了後のセパレータテール６´が積層体Ａに留められる。
ステーションＳ２のポスト積層工程が完了した積層体Ａは、アクチュエータ５５及び回転チャック４２を介してテーブル５に戻され、その後、横軸回転体３０の間歇回転によりステーションＳ３に送られる。ステーションＳ３にもステーションＳ２同様のチャック機構付きアクチュエータ５６が配置され、この位置で積層体Ａが取り出される。
横軸回転体３０では、上記したステーションＳ１，Ｓ２，Ｓ３の所定の工程が並行して行われる。
ここで、正極板移載ヘッド１と負極板移載ヘッド２は、ステーションＳ１で、テーブル５を挟んでセパレータ６のつづら折りの折り返し方向に一致して水平方向に対向配置されている。
正極板移載ヘッド１は、その水平移動方向の両端に既述した電極板チャック１０と１０´とを有する。負極板移載ヘッド２は、同様にして、その水平移動方向の両端に電極板チャック２０と電極板２０´とを有する。正極板移載ヘッド１が図２の実線で示すような後退位置にある場合には、電極板チャック１０は、正極板待機ステージ４０の直上に位置し、電極板チャック１０´は、正極板補充受け渡し４０１の直上にあるように設定されている。同様にして、負極板移載ヘッド２が図２の一点鎖線で示すような後退位置にある場合には、電極板チャック２０は、負極板待機ステージ４１の直上に位置し、電極板チャック２０´が負極板補充受け渡しステージ４０２の直上にあるように設定されている。また、正極板移載ヘッド１が前進位置にある場合には、電極板チャック１０は、ステーションＳ１におけるテーブル５の直上に位置し、電極板チャック１０´は、正極板待機ステージ４０の直上に位置するように設定されている。同様にして、負極板移載ヘッド２が図２の実線で示す前進位置にある場合には、電極板チャック２０は、ステーションＳ１におけるテーブル５の直上に位置し、電極板チャック２０´は、負極板待機ステージ４１の直上に位置するように設定されている。
正極板供給ユニット４０３は、帯状の正極板シートを巻いた正極板ロールと（図示省略）正極板ロールから繰り出される正極板シートを裁断する裁断機と（図示省略）、裁断機で正極板サイズに順次裁断した正極板３を引き出す引出機４０５と、引出機４０５から正極板３を受け取り補充受け渡しステージ４０１に渡す回転機構付き真空吸着ユニット４０４を備える。真空吸着ユニット４０４は、複数の吸着部を備え、これらの吸着部が所定回転角度（例えば９０度）で間歇的に回転して、真空吸着解除により正極板補充受け渡しステージ４０１に渡す。
正極板補充受け渡しステージ４０１は、正極板移載ヘッド１が後退位置にあるときの電極板チャック１０´の直下の位置と真空吸着ユニと４０４との間を移動機構を介して往復移動し、ヘッド１が後退位置にあるときに電極板チャック１０´の直下に位置して正極板３を電極板チャック１０´に受け渡すように設定してある。この受け渡しは、ヘッド１の上下動作と真空吸着動作により行われる。
負極板供給ユニット４０６も正極板供給ユニット４０３同様に構成される。すなわち帯状の正極板シートを巻いた負極板ロールと（図示省略）、負極板ロールから繰り出される負極板シートを裁断する裁断機と（図示省略）、裁断機で負極板サイズに順次裁断した負極板３を引き出す引出機４０８と、引出機４０８から負極板４を受け取り補充受け渡しステージ４０２に渡す回転機構付き真空吸着ユニット４０６を備える。
負極板補充受け渡しステージ４０２は、負極板移載ヘッド２が後退位置にあるときの電極板チャック２０´の直下の位置と真空吸着ユニと４０４との間を移動機構を介して往復移動し、ヘッド２が後退位置にあるときに電極板チャック２０´の直下に位置して負極板４を電極板チャック２０´に受け渡すように設定してある。この受け渡しは、ヘッド１の上下動作と真空吸着動作により行われる。
図２のステーションＳ１で実行されるセパレータつづら折り及びセパレート・電極積層動作は、図１（ａ）〜（ｌ）を参照して詳述したので、説明を省略する。
電極板移載ヘッド１及び２の駆動機構は、１軸の水平方向直進アクチュエータと１軸の上下方向直進アクチュエータの組合せにより構成され、例えばボールスクリューロッドや流体シリンダなどを利用したものがある。
テーブル５の昇降機構３１は、水平軸回転体３０と独立して回転可能な回転カム板３１ａとカム板３１の回転を直進運動に変換するロッド３１ｂなどで構成される。その他、ボールスクリューロッドや流体シリンダなどを利用してもよい。
これらの電極板移載ヘッド１、２の動作、横軸回転体３０の回転動作、電極板供給ユニット４０３の動作、電極供給ユニット４０３、４０４の動作、テーブル昇降機構３１の動作は、所定のシーケンスに沿って制御ユニットにより実行される。
本実施例によれば、既述した発明の効果に加えて、次のような利点を有する。
（i）セパレータは連続で処理するため、セパレータの切断回数を１スタックあたり１回にできるため、異物混入を最少にできる。
（ii）電極は積層部で装置内のクランプ機能で常に抑えた状態で積層するため、セパレータや電極の位置ずれが発生しにくい。
（iii）電極板クランプ（押さえ部材）がセパレータ折り込みの際の谷折りガイドとなるため、正確なセパレータ折り返しが可能となる。
（iv）セパレータの材質、特性（耐熱タイプ）による制約を受けず積層が可能になる。
（v）セパレータと電極の移載方向が同一のため、移載動作時間の無駄が最少となり、速度、加速度を押えることができ、セパレータへのダメージを無くすことができる。
（vi）前記（v）の効果により、ダメージが発生しない効果を生かせば、より高速で積層が可能となり、生産性向上に貢献することができる。
１…正極板移載ヘッド、２…負極板移載ヘッド、３…正極板、４…負極板、５…テーブル、６…セパレータ、６´…セパレータテール、８，９…つづら折りクランプ、１０，２０…電極板チャック、１３…カッター、３０…横軸回転体。

Claims (8)

  1. 帯状のセパレータをつづら折り機構を介してテーブル上でつづら折りし、つづら折りによりセパレータが折り返されるたびに、折り返されたセパレータ上に正極板及び負極板を正極板供給機構及び負極板供給機構を介して交互に供給して、セパレータを介在させた状態で正極板と負極板をテーブル上で交互に積層する工程を含む積層型電池製造方法において、
    前記積層工程では、前記正極板供給機構の一部となる正極板移載ヘッドと前記負極板供給機構の一部となる負極板移載ヘッドとがそれぞれの移動機構を介して少なくとも前記テーブル上を水平方向に交互に往復移動するように設定し、且つ前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの前記テーブル上での水平往復移動の方向を、前記セパレータのつづら折りの折り返し方向と一致させて、これらの移載ヘッドの交互の水平往復移動による力を、前記テーブル上に案内される前記セパレータに、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドを介して与えることにより前記セパレータを前記テーブル上に引き込みながらつづら折りを行い、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドは、前記セパレータをつづら折りしながら、前記テーブル上で前記正極板及び前記負極板を交互に供給することを特徴とする積層型電池製造方法。
  2. 請求項１において、
    前記テーブルは、複数備えられ、且つ回転可能な横軸回転体にその周方向に沿って所定角度で等間隔配置され、
    前記横軸回転体は、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの水平往復移動の進路の直下にあって、その周面上部の接線方向が前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの水平往復移動方向と平行になるように設けられ、
    前記等間隔配置される各テーブルが、前記横軸回転体の所定角度ごとの回転により、順次、電池製造の前記積層工程の位置となるステーションに、次いで積層工程後に行われるポスト積層工程の位置となるステーションに移動し、前記横軸回転体の１回転で再び前記積層工程のステーションに戻るように設定され、
    前記積層工程及びポスト積層工程を、前記横軸回転体の回転の合間の停止中に並行に行うことを特徴とする積層型電池製造方法。
  3. 請求項２において、前記テーブルを、前記積層工程が行われた後に前記横軸回転体の所定角度の回転により、その後のポスト積層工程のステーションに移動させ、この移動時に前記積層工程で作られた電極及びセパレータの積層体をクランプ機構により前記テーブル上に保持しながら、この積層体及びその後に続くセパレータのテールを前記横軸回転体の周面に真空吸着し、
    この横軸回転体の周面にあるセパレータのテールを、前記ポスト積層工程のステーションと前記積層工程のステーションとの間にある位置でカッターにより切断し、
    前記ポスト積層工程のステーションでは、前記積層体を回転チャック機構によって前記テーブルから離して回転させ、この回転により、前記セパレータ切断により前記積層体側に残ったセパレータのテールを前記積層体の外周に巻き付け、
    このポスト積層工程時に、別のテーブルが前記積層工程のステーションにあって新たな積層体工程を同時に行うようにしたことを特徴とする積層型電池製造方法。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
    前記積層工程では、つづら折りされた前記セパレータ上に重ねる電極板が、正極板である場合には、正極板専用の押さえ部材により前記正極板を前記セパレータのつづら折りの谷折り側となる位置で押さえ、負極板である場合には、負極板専用の押さえ部材により前記負極板を前記セパレータのつづら折りの谷折り側となる位置で押さえ、これらの押さえ部材が前記セパレータのつづら折りの際の谷折りガイドとなり、かつこれらの正極板用の押さえ部材と負極板用の押さえ部材が正極板と負極板の積層位置で交互に出し入れされることを特徴とする積層型電池製造方法。
  5. 帯状のセパレータをテーブル上でつづら折りするつづら折り機構と、つづら折りによりセパレータが折り返されるたびに、折り返されたセパレータ上に正極板及び負極板を交互に供給する正極板供給機構及び負極板供給機構とを有して、前記つづら折りのセパレータを介在させた状態で正極板と負極板を前記テーブル上で交互に積層する積層型電池製造装置において、
    前記正極板供給機構の一部をなし、正極板供給部に用意された正極板を前記セパレータのつづら折り位置に移載して折り返されたセパレータ上に供給する正極板移載ヘッドと、
    前記負極板供給機構の一部をなし、負極板供給部に用意された負極板を前記セパレータのつづら折り位置に移載して折り返されたセパレータ上に供給するための負極板移載ヘッドと、
    前記正極板移載ヘッドを、少なくとも前記テーブル上で前記セパレータのつづら折りの折り返し方向に水平往復移動させる正極板移載ヘッド用移動機構と、
    前記負極板移載ヘッドを、少なくとも前記テーブル上で前記セパレータのつづら折りの折り返し方向に水平往復移動させる負極板移載ヘッド用移動機構と、を備え、
    前記正極板移載ヘッドと前記負極板移載ヘッドは、前記テーブルを挟んで前記つづら折りの折り返し方向に一致して水平方向に対向配置され、それぞれの前記移動機構を制御することで前記水平往復移動を交互に行うように設定され、
    これらの移載ヘッドの交互の水平往復移動による力を、前記テーブル上に案内される前記セパレータに、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドを介して与えることにより、前記セパレータを前記テーブル上に引き込みながらつづら折りを行う前記つづら折り機構を構成し、
    前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドは、前記セパレータをつづら折りしながら、前記テーブル上で前記正極板及び前記負極板を交互に供給するように設定されていることを特徴とする積層型電池製造装置。
  6. 請求項５において、
    前記テーブルは、複数備えられ、且つ間歇回転可能な横軸回転体にその周方向に沿って所定角度で等間隔配置され、
    前記横軸回転体は、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの水平往復移動の進路の直下にあって、その周面上部の接線方向が前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの水平往復移動方向と平行になるように設けられ、
    前記等間隔配置される各テーブルが、前記横軸回転体の所定角度ごとの回転により、順次、前記正極板移載ヘッド及び前記負極板移載ヘッドの水平往復移動の進路の直下の位置に来るように設定され、この位置で前記セパレータと前記正極板と前記負極板との積層が行われた後に、そのテーブルが次いで行われるポスト積層の作業位置に移動し、前記横軸回転体の１回転で再び前記積層が行われる位置に戻るように設定されていることを特徴とする積層型電池製造装置。
  7. 請求項６において、前記テーブルを、前記横軸回転体の間歇回転により、前記セパレータと前記正極板と前記負極板との積層体をその積層作業位置から、その後のポスト積層の作業位置に移動させる時に、前記積層体を保持するクランプ機構、及び、この積層体とその後に続くセパレータのテールを前記横軸回転体の周面に真空吸着する真空吸着機構と、
    この横軸回転体の周面にあるセパレータのテールを、前記ポスト積層の作業位置と前記積層作業位置との間で切断するカッターと、
    前記ポスト積層作業位置で、前記積層体を前記テーブルから離して回転させ、この回転により、前記セパレータ切断により積層体側に残ったセパレータのテールを前記積層体の外周に巻き付ける回転チャック機構と、を備え
    このポスト積層作業が行われている時に、別のテーブルが前記積層作業位置にあって新たな積層体作業を行うように構成したことを特徴とする積層型電池製造装置。
  8. 請求項５ないし７のいずれか１項において、
    つづら折りされた前記セパレータ上に重ねる電極板が、正極板である場合には、正極板専用の押さえ部材により前記正極板を前記セパレータのつづら折りの谷折り側となる位置で押さえ、負極板である場合には、負極板専用の押さえ部材により前記負極板を前記セパレータのつづら折りの谷折り側となる位置で押さえ、これらの押さえ部材が前記セパレータのつづら折りの際の谷折りガイドとなり、かつこれらの正極板用の押さえ部材と負極板用の押さえ部材を正極板と負極板の積層位置で交互に出し入れする押さえ部材動作機構を有することを特徴とする積層型電池製造装置。
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