JP2018152239A - 電極材料の搬送装置 - Google Patents

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一輝 山内
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Abstract

【課題】未塗工部の間隔が変わったとしても、未塗工部に合わせて接触部を接触させること。【解決手段】電極材料の搬送装置は、2つの回転体43,44、回転体43,44を回転させる回転軸45、及び、回転軸45を回転駆動させる駆動ユニット46を備える。回転体43,44は、未塗工部25,27に接触する接触部52を備える。駆動ユニット46は、回転軸45を回転駆動させるモータ61と、モータ61を制御する制御部62と、カメラ63とを備える。カメラ63は、撮像データを制御部62に出力する。制御部62は、未塗工部25,27と各回転体43,44の接触部52とが接触するようにモータ61を駆動させる。接触部52により未塗工部25,27が挟まれる接触状態において、同一の回転軌跡上に存在する接触部52のうち未塗工部25,27に接触する接触部52は1つである。【選択図】図4

Description

本発明は、電極材料の搬送装置に関する。
リチウムイオン二次電池などの蓄電装置は、正負の電極を備える。電極の製造は、長尺の帯状金属箔の両面に活物質合剤の塗工部を有する電極材料を形成し、その電極材料を電極の形状に合わせて切断することで行われる。なお、活物質合剤は、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合したペーストである。
活物質合剤は、例えば、帯状金属箔の長手方向に間隔を空けて塗布される。電極材料は、帯状金属箔の長手方向に並ぶ塗工部同士の間に、帯状金属箔が露出した未塗工部を備えることになる。
この種の電極材料を搬送する搬送装置としては、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の搬送装置は、電極材料を挟むように配置された一対のベルトと、ベルトに装着された複数の接触部とを備える。隣り合う接触部同士の間隔は、未塗工部同士の間隔と一致している。ベルトが回転すると、各ベルトに装着された接触部は未塗工部を挟み込む。そして、ベルトが回転することで、接触部に挟まれた電極材料は搬送されることになる。
特開平11−138084号公報
ところで、特許文献1に記載の搬送装置では、未塗工部の間隔に合わせて接触部同士の間隔が決められている。このため、未塗工部の間隔を変更した場合には、未塗工部の間隔に合わせて接触部をベルトに装着し直す必要がある。
本発明の目的は、未塗工部の間隔が変わったとしても、未塗工部に合わせて接触部を接触させることができる電極材料の搬送装置を提供することにある。
上記課題を解決する電極材料の搬送装置は、帯状金属箔の両面に、前記帯状金属箔の長手方向に間隔を空けて設けられた活物質合剤の塗工部を備えた電極材料を搬送する電極材料の搬送装置であって、前記帯状金属箔の両面のうちの一方の面である第1面に向かい合うように配置され、回転に伴い前記帯状金属箔に接する接触部を有する回転体と、前記帯状金属箔の両面のうち前記第1面とは反対の面である第2面に向かい合うように配置され、前記接触部と前記帯状金属箔を挟み込む受圧部と、前記回転体を回転させる駆動部と、前記帯状金属箔の両面において前記塗工部同士の間の部分である未塗工部を検出する検出部と、前記検出部によって検出された検出結果から、前記接触部と前記未塗工部とが接触するように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記接触部と前記受圧部により前記未塗工部が挟まれる接触状態において、前記回転体の同一の回転軌跡上に設けられた前記接触部のうち前記未塗工部に接触する前記接触部は1つである。
これによれば、検出部の検出結果から回転体が回転されることで、接触部は未塗工部に接触し、受圧部と回転体の接触部によって未塗工部が挟まれる。回転体の回転力が未塗工部を介して電極材料に伝わることで、電極材料は搬送される。
仮に、接触状態において、同一の回転軌跡上に設けられた複数の接触部が同時に複数の未塗工部に接触する場合、1つの接触部が未塗工部から離間しても、他の接触部は未塗工部に接している。結果として、制御部は、1つの接触部が未塗工部から離間したとしても、他の接触部との兼ね合いから、回転体の停止などを行うことができない。
これに対して、接触状態において、同一の回転軌跡上に設けられた接触部のうち未塗工部に接触する接触部を1つとする場合、接触部が未塗工部から離間し、非接触となった場合、未塗工部と接触する接触部はなくなる。このため、制御部は、未塗工部に接触部が接触していないときには、回転体の回転を停止させたり、回転体の回転速度を任意に変更することができる。制御部、未塗工部の間隔に合わせて回転体の回転を停止したり、回転速度を変更することで、未塗工部に合わせて接触部を接触させることができる。
上記電極材料の搬送装置について、前記回転体は、カム形状であってもよい。
これによれば、回転体の外周面は円弧状となり、接触部は緩やかに未塗工部に接することになる。したがって、未塗工部の破断を抑制することができる。
上記電極材料の搬送装置について、カム形状の板材を同一の回転軸に沿って複数連ならせて構成されていてもよい。
これによれば、回転体を一体品(1つの部材)とする場合に比べて、製造コストの低減が図られる。
本発明によれば、未塗工部の間隔が変わったとしても、未塗工部に合わせて接触部を接触させることができる。
実施形態の電極材料製造装置を示す概略構成図。 実施形態の乾燥装置を示す断面図。 実施形態の回転体を示す斜視図。 実施形態の搬送機構を示す側面図。 各回転体の位置関係を示す図。 電極材料を搬送している時の回転体を示す図。 回転体の変形例を示す図。
以下、電極材料の搬送装置の一実施形態について説明する。
電極材料は、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置に用いられる正負の電極を製造するために用いられる。電極材料は、長尺の帯状金属箔に活物質合剤を塗布したものである。電極材料を電極の形状に合わせて切断することで電極を得ることができる。
図1に示すように、電極材料製造装置10は、長尺状の帯状金属箔21を供給する供給装置12と、長尺状の電極材料28を巻き取る巻取装置14と、を備える。供給装置12は、供給リール13を備える。供給リール13には帯状金属箔21が巻装されている。供給リール13は回転することで帯状金属箔21を送り出す。巻取装置14は、巻取リール15を備える。巻取リール15は回転することで電極材料28を巻き取る。巻取リール15及び供給リール13の回転により帯状金属箔21は供給リール13から巻取リール15に向けて搬送される。帯状金属箔21の短手方向の寸法(幅)は、例えば、100〜200mmであり、帯状金属箔21の長手方向の寸法(長さ)は、例えば、5000mm以上であり、帯状金属箔21の厚みは、例えば5〜30μmである。帯状金属箔21は、互いに平行な第1面22と、第2面23とを備える。
電極材料製造装置10は、帯状金属箔21の搬送方向において供給装置12の下流に、ローラ16と、第1塗工装置17とを備える。第1塗工装置17と、ローラ16とは、帯状金属箔21を挟んで位置している。第1塗工装置17は、帯状金属箔21の第1面22に活物質合剤を塗布することで、第1面22に塗工部24を形成する。第1塗工装置17は、例えば、目付量7mg/cm^2となるように活物質合剤を帯状金属箔21の第1面22に塗布する。第1塗工装置17は、活物質合剤の塗布と、塗布停止を交互に行う(所謂、間欠塗工を行う)。これにより、塗工部24同士の間には、帯状金属箔21の第1面22が露出した未塗工部25が設けられることになる。なお、活物質合剤は、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合したものである。
ローラ16は、帯状金属箔21に張力を作用させるテンションローラとして機能している。また、ローラ16は、帯状金属箔21と第1塗工装置17との間隔を維持するダイローラとしても機能している。
電極材料製造装置10は、帯状金属箔21の搬送方向において第1塗工装置17よりも下流に、第2塗工装置18を備える。第2塗工装置18は、例えば、目付量7mg/cm^2となるように活物質合剤を帯状金属箔21の第2面23に塗布する。第2塗工装置18は、帯状金属箔21の第2面23に活物質合剤を塗布することで、第2面23に塗工部26を形成する。第2塗工装置18は、活物質合剤の塗布と、塗布停止を交互に行う(所謂、間欠塗工を行う)。これにより、塗工部26同士の間には帯状金属箔21の第2面23が露出した未塗工部27が設けられることになる。塗工部26は、塗工部24と重なり合うように設けられる。したがって、帯状金属箔21の長手方向において、塗工部24,26同士の位置、及び、未塗工部25,27同士の位置は同一になる。
第1塗工装置17及び第2塗工装置18によって帯状金属箔21の両面に塗工部24,26を備える電極材料28が製造される。
電極材料製造装置10は、帯状金属箔21の搬送方向において第2塗工装置18よりも下流に、乾燥装置30を備える。乾燥装置30は、塗工部24,26を乾燥させる。
電極材料製造装置10は、帯状金属箔21の搬送方向において乾燥装置30よりも下流に、一対のテンションローラ19を備える。テンションローラ19同士は、電極材料28を挟んで位置しており、電極材料28に張力を作用させている。
ローラ16と、テンションローラ19とは、水平方向に並んで配置されている。したがって、ローラ16とテンションローラ19の間では、電極材料28が水平方向に搬送されることになる。なお、ここでいう「水平方向」は、厳密な意味での水平方向(鉛直方向に直交する方向)だけでなく、水平方向に対して若干傾いている方向も含む。帯状金属箔21の搬送方向において、ローラ16とテンションローラ19との間に位置する乾燥装置30は、水平方向に搬送される電極材料28の塗工部24,26を乾燥させる。ローラ16、及び、テンションローラ19から作用する張力により、ローラ16とテンションローラ19との間に位置する電極材料28の部位には張力が作用している。したがって、電極材料28は、張力が加わっている状態で乾燥装置30内を通過することになる。なお、以下の説明において、ローラ16とテンションローラ19間において電極材料28が搬送される方向を搬送方向Xとする。
図2に示すように、乾燥装置30は、内部が乾燥室31となる箱状の収容部32を備える。収容部32は、入口33及び出口34を備える。電極材料28は、入口33から出口34に向けて乾燥室31内を通過する。乾燥装置30は、上下の両側に送風部35を備え、送風部35からの送風によって塗工部24,26を乾燥させる。
乾燥室31内では、帯状金属箔21の両面の塗工部24,26を乾燥させるために、上下の両側から送風が行われる。この際、電極材料28が自重によって撓んだり、送風によって上下動すると、塗工部24,26に乾燥ムラが生じたり、帯状金属箔21の破断を招くおそれがある。このため、電極材料製造装置10は、乾燥室31に電極材料の搬送装置40(以下、搬送装置と称する)を備え、この搬送装置40によって電極材料28の保持、及び、搬送を行っている。
また、乾燥装置30で乾燥される前の塗工部24,26は、溶媒を含んでいるため、乾燥前の電極材料28の搬送は、未塗工部25,27を保持することで行われる。
図2及び図3に示すように、本実施形態の搬送装置40は、3つの搬送機構41を備える。3つの搬送機構41は、搬送方向Xに並んで設けられている。3つの搬送機構41は、同一の構成を備える。搬送機構41は、それぞれ、2つの回転体43,44、回転体43,44を回転させる回転軸45、及び、回転軸45を回転駆動させる駆動ユニット46を備える。以下、搬送機構41について説明する。
図3及び図4に示すように、2つの回転体43,44は同一形状である。回転体43,44は、回転軸45から外周面(回転体43,44の回転方向に延びる面)までの距離が不均一であるカム形状である。即ち、回転体43,44の外周面は、回転軸45の回転により電極材料28までの距離が変化する。
回転体43,44は、カム形状の板材51を回転軸45に沿って複数連ならせて構成されている。各板材51の正面視での形状は同一である。各板材51同士は、回転軸45の回転方向に位置ずれが生じないように並べられている。これにより、複数の板材51を重ねた回転体43,44において、外周面は面一となっている。なお、ここでいう面一とは、板材51の寸法公差程度の段差を許容するものである。
2つの回転体43,44は、帯状金属箔21の通過する箇所を挟んで配置されている。回転体43,44は、回転軸45と帯状金属箔21の短手方向とが一致する態様で配置されている。各回転体43,44は、回転軸45の軸線方向から見て、帯状金属箔21を中心として、線対称となるように配置されている。以下、第1面22に向かい合うように配置される回転体43を第1回転体43、第2面23に向かい合うように配置される回転体44を第2回転体44として説明する。
各回転体43,44は、回転軸45を中心として回転することで、回転体43,44の一部が未塗工部25,27に接触する接触状態と、回転体43,44が未塗工部25,27に接触しない非接触状態とが切り替わる。即ち、回転体43,44は、未塗工部25,27に接触する回転部位と、未塗工部25,27に接触しない回転部位とを備えているといえる。接触状態において、回転体43,44の外周面のうち、未塗工部25,27に接する箇所を接触部52とする。本実施形態の接触部52は、回転体43,44の外周面のうち、最も回転軸45から離れた部分、及び、この部分から回転体43,44の回転方向と反回転方向の両側に若干離れた箇所までの範囲となる。本実施形態では、回転体43,44の接触部52は1箇所であり、回転体43,44において同一の回転軌跡上に存在する接触部52は1つであるといえる。
駆動ユニット46は、回転軸45を回転駆動させる駆動部としてのモータ61と、モータ61を制御する制御部62と、検出部としてのカメラ(撮像装置)63とを備える。カメラ63としては、例えば、CCDイメージセンサなどが用いられる。カメラ63は、搬送方向Xにおける回転体43,44よりも上流に配置されている。本実施形態のカメラ63は、撮像範囲内に帯状金属箔21の第1面22が含まれるように配置されている。カメラ63は、撮像データを制御部62に出力する。制御部62は、撮像データに基づいて、塗工部24,26と未塗工部25,27の位置を認識する。そして、制御部62は、未塗工部25,27と各回転体43,44の接触部52とが接触する一方で、塗工部24,26と回転体43,44が接触しないようにモータ61を駆動させる。例えば、制御部62は、未塗工部25,27の間隔(塗工部24,26の長さ)と、電極材料28の搬送速度とに基づいて、回転体43,44の接触部52が未塗工部25,27に接触するようにモータ61を制御する。
各回転体43,44の回転軸45は、同一速度で回転する。したがって、2つの回転体43,44は、帯状金属箔21を中心とする線対称を維持した状態で回転することになる。そして、未塗工部25,27が両回転体43,44の接触部52に挟まれることで、回転体43,44の回転力が帯状金属箔21に伝わり、電極材料28は搬送されることになる。本実施形態では、同一の回転軌跡上に存在する接触部52が1つなので、接触部52が未塗工部25,27に接触する接触状態において、同一の回転軌跡上に存在する接触部52のうち、未塗工部25,27に接触する接触部52も1つとなる。即ち、同一の回転軌跡上に存在する接触部52のうち、未塗工部25,27に同時に接触する接触部52は1つである。本実施形態では、第2回転体44の接触部52は、第1回転体43の接触部52とともに未塗工部25,27を挟み込む受圧部としても機能している。
図5に示すように、隣り合う搬送機構41同士は、回転体43,44の回転中心の上下方向の位置が異なるように配置されている。3つの搬送機構41のうち両端の搬送機構41を第1搬送機構41Aとし、第1搬送機構41Aに隣り合う搬送機構41を第2搬送機構41Bとする。第2搬送機構41Bにおける第1回転体43の回転中心は、第1搬送機構41Aにおける第1回転体43の回転中心に比べて第1面22までの距離が短い。第2搬送機構41Bにおける第2回転体44の回転中心は、第1搬送機構41Aにおける第2回転体44の回転中心に比べて第2面23までの距離が長い。なお、各搬送機構41で、第1回転体43の回転中心と、第2回転体44の回転中心との離間距離は同一である。
次に、本実施形態の搬送装置40の作用について説明する。
前述したように、制御部62は、カメラ63の検出結果に基づいて、未塗工部25,27と接触部52とが接触するようにモータ61の制御を行っている。
仮に、各回転体43,44の回転軌跡上に複数の接触部52が備えられ、回転軌跡上に存在する複数の接触部52が同時に複数の未塗工部25,27に接触する場合、接触部52同士の間隔と未塗工部25,27とを一致させている必要がある。また、同時に複数の未塗工部25,27に接触部52が接触している場合、いずれかの接触部52は常に未塗工部25,27に接触している状態であり、電極材料28の搬送中に任意のタイミングで回転体43,44を停止させたり、回転速度を変更することができない。
これに対し、本実施形態の搬送装置40のように、同一の回転軌跡上に存在する接触部52のうち、同時に未塗工部25,27に接触する接触部52が1つの場合には、接触部52が未塗工部25,27から離れると、未塗工部25,27に接触している箇所がないため、任意のタイミングで回転体43,44を停止させることができる。また、接触部52が未塗工部25,27に接触していなければ、回転体43,44の回転速度を変更することができる。このため、未塗工部25,27同士の間隔(塗工部24,26の長さ)が変わった場合には、それに合わせて回転体43,44の停止時間や、回転速度を変更すればよい。即ち、回転体43,44毎で、未塗工部25,27に同時に接触する接触部52が1つであれば、他の接触部52による電極材料28への影響を考慮する必要がなく、1つの接触部52が未塗工部25,27に接触するかどうかに合わせてモータ61を制御することができる。
また、図6に示すように、隣り合う搬送機構41同士は、回転体43,44の回転中心の上下方向の位置が異なるようにしている。これにより、各搬送機構41の回転体43,44が未塗工部25,27に接触すると、接触部52を基点として、帯状金属箔21は若干屈曲することになる。これにより、電極材料28には張力が加わることになり、帯状金属箔21に皺や、撓みが生じることを抑制している。
したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)各回転体43,44の接触部52で未塗工部25,27が挟まれる接触状態において、同一の回転軌跡上に存在する接触部52のうち未塗工部25,27に接触する接触部52は1つである。このため、未塗工部25,27の間隔に合わせて、回転体43,44の停止や、回転速度の変更を行うことができる。したがって、異なる大きさの電極を得るために未塗工部25,27の間隔が変わったとしても、制御部62により、自動で接触部52を未塗工部25,27に接触させることができる。
(2)回転体43,44はカム形状であり、外周面は円弧状である。回転体43,44の回転により接触部52が未塗工部25,27に接触する際には、外周面が緩やかに接触することになる。したがって、回転体が外周面に角を備えており、この角が未塗工部25,27に接触する場合のように、未塗工部25,27への荷重の集中が少なく、未塗工部25,27の破断を抑制することができる。
(3)回転体43,44は、板材51を連ならせることで構成されている。回転体43,44を一体品とする場合に比べ、製造コストの低減が図られる。
(4)電極材料28が上下動すると、この動きが第1塗工装置17や、第2塗工装置18まで伝わり、目付精度に影響を及ぼす場合がある。搬送装置40によって電極材料28が上下動することを抑制することで、目付精度が悪化することを抑制することができる。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○回転体43,44は、複数の板材51を連ねたものでなくてもよく、一体品であってもよい。
○回転体43,44は、複数の接触部52を備えていてもよい。例えば、図4の第2回転体44に二点鎖線で示すように、実施形態の板材51を、回転軸45を中心として交互に180度ずつずらして配置する。これにより、接触部52を2つにすることができる。また、実施形態の板材51を120度ずつずらして重ねることで、接触部52を3つにすることができ、90度ずつずらして重ねることで、接触部52を4つにすることができる。なお、回転体43,44の接触部52は、両回転体43,44で同一にする。
この場合であっても、同一の回転軌跡上に存在する接触部52、即ち、同一の回転体43,44に設けられる接触部52のうち、同時に未塗工部25,27に接触する接触部52は1つである。
○回転体は、カム形状に限られない。例えば、図7に示すように、帯状金属箔21を挟んで配置される両回転体70は、円柱状の本体71の外周面に、外周面から突出する接触部72を複数設けた形状であってもよい。接触部72は、本体71の径方向に突出しており、その先端面は円弧状である。接触部72は4つ設けられている。各回転体70の回転軌跡上には、4つの接触部72があるといえる。各回転体70が回転すると、各回転体70の4つの接触部72のうちのいずれかが、未塗工部25,27に同時に接触する。即ち、接触状態において、未塗工部25,27に接触する接触部72は、各回転体70で1つずつである。
○未塗工部25,27を検出する検出部として、光センサを用いてもよい。塗工部24,26と未塗工部25,27では、光を受けたときの反射態様が異なる。この反射態様の変化から未塗工部25,27の検出を行ってもよい。
○第2回転体44は、未塗工部25,27と向かい合う方向に上下動する受圧部に置き換えてもよい。なお、受圧部の上下動は、制御部62によって制御されるアクチュエータによって行われる。この場合、受圧部は、回転しなくてもよい。接触部52が未塗工部25,27に接触するときには、受圧部は上昇し、未塗工部25,27の第2面23に接触する。これにより、接触部52と受圧部により未塗工部25,27が挟まれる。接触部52が未塗工部25,27に接触しないときには、受圧部は下降し、受圧部は未塗工部25,27から離れる。
○各搬送機構41は、回転体43,44の回転中心の上下方向の位置が同一であってもよい。
○搬送機構41の数は、単数や2つであってもよいし、4つ以上としてもよい。4つ以上とする場合、第1搬送機構41Aと第2搬送機構41Bとが交互に並ぶようにしてもよいし、第1搬送機構41Aと第2搬送機構41Bとが点在するようにしてもよい。
○カメラ63、及び、制御部62は、搬送機構41毎に個別に設けられていなくてもよく、各搬送装置40で共通化してもよい。
○カメラ63は、撮像範囲に第2面23を含むものであってもよい。また、搬送装置40は、第1面22を撮像するカメラと、第2面23を撮像するカメラの両方を備えていてもよい。
○搬送装置40は、帯状金属箔21の搬送方向において、第2塗工装置18と、乾燥装置30との間に備えられていてもよい。
○電極材料製造装置10は、超音波によって電極材料28を浮揚させる浮揚装置を乾燥装置30内に備えていてもよい。この場合、搬送装置40及び浮揚装置の両方によって電極材料28が保持されることになる。
21…帯状金属箔、22…第1面、23…第2面、24,26…塗工部、25,27…未塗工部、28…電極材料、40…電極材料の搬送装置、43,44,70…回転体、51…板材、52,72…接触部、61…モータ(駆動部)、62…制御部、63…カメラ(検出部)。

Claims (3)

  1. 帯状金属箔の両面に、前記帯状金属箔の長手方向に間隔を空けて設けられた活物質合剤の塗工部を備えた電極材料を搬送する電極材料の搬送装置であって、
    前記帯状金属箔の両面のうちの一方の面である第1面に向かい合うように配置され、回転に伴い前記帯状金属箔に接する接触部を有する回転体と、
    前記帯状金属箔の両面のうち前記第1面とは反対の面である第2面に向かい合うように配置され、前記接触部と前記帯状金属箔を挟み込む受圧部と、
    前記回転体を回転させる駆動部と、
    前記帯状金属箔の両面において前記塗工部同士の間の部分である未塗工部を検出する検出部と、
    前記検出部によって検出された検出結果から、前記接触部と前記未塗工部とが接触するように前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    前記接触部と前記受圧部により前記未塗工部が挟まれる接触状態において、前記回転体の同一の回転軌跡上に設けられた前記接触部のうち前記未塗工部に接触する前記接触部は1つである電極材料の搬送装置。
  2. 前記回転体は、カム形状である請求項1に記載の電極材料の搬送装置。
  3. 前記回転体は、カム形状の板材を同一の回転軸に沿って複数連ならせて構成されている請求項2に記載の電極材料の搬送装置。
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