JP2024038860A - 通気性シートを有する固定治具 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧対象物を適切に固定することができる固定治具を提供する。【解決手段】一態様の固定治具は、第１フレームと該第１フレームに架け渡された第１可撓性シートとを含む第１治具と、第１治具に対面して配置され、第２フレームと該第２フレームに架け渡された第２可撓性シートとを含む第２治具と、第１治具と第２治具との間に配置された通気性を有する通気性シートと、を備える。第１治具及び第２治具は、その間に加圧対象物を配置する収容空間を形成し、第１治具及び第２治具の少なくとも一方には、収容空間内の空気を排気する排気孔が形成され、通気性シートは、第１治具及び第２治具が対面する方向から見たときに収容空間を囲むように配置され、且つ、収容空間と排気孔との間の領域の全域に亘って設けられている。【選択図】図１

Description

本開示は、固定治具に関する。

電子デバイスの製造工程において、一対のロールの間に加圧対象物を通して当該加圧対象物をプレスするロールプレス技術が利用されている。加圧対象物が積層体や粉体である場合には、そのまま加圧対象物を一対のロールの間に通すと、積層体に位置ずれが生じたり、粉体が飛び散ったりして加圧対象物に十分に圧力を付与することが難しい。そこで、固定治具を用いて加圧対象物を固定してからロールプレスが行われることがある。

この種の固定治具として、例えば下記特許文献１及び２に記載された固定治具が知られている。特許文献１及び２に記載の固定治具は、半導体チップ用又は電池用の積層体等の加圧対象物を固定保持するものであり、第１減圧部材と、当該第１減圧部材に対向する第２減圧部材と、第１減圧部材と第２減圧部材との間に形成される収容空間を封止するシール部材と、収容空間から空気を排気する排気路とを有している。第１減圧部材及び第２減圧部材は、枠状部材と該枠状部材に張り渡された可撓性を有する樹脂シートとを含んでいる。この固定治具では、第１減圧部材及び第２減圧部材の枠状部材に形成された排気路から排気して収容空間を減圧し、第１減圧部材及び第２減圧部材の樹脂シートで加圧対象物を挟み込むことで収容空間に配置された加圧対象物を固定する。そして、この固定治具を一対のロールの間に通すことで、収容空間に固定された加圧対象物を加圧する。

特許５１８２４５１号公報 特許６２６９４９６号公報

上記固定治具では、排気路が第１減圧部材及び第２減圧部材の枠状部材に形成されているので、第１減圧部材及び第２減圧部材の間の空気は、収容空間の外縁部から排気される。ここで、外縁部から排気されると、収容空間の空気が抜け切る前に外縁部において第１減圧部材及び第２減圧部材の樹脂シート同士が密着し、収容空間に空気が残留することがある。この場合、収容空間の減圧が不十分となり、加圧対象物を適切に固定できなくなる。

そこで、本開示は、加圧対象物を適切に固定することができる固定治具を提供することを目的とする。

一態様では、リチウムイオン二次電池用の電極活物質層を製造するために活物質材料を含む加圧対象物を固定する固定治具が提供される。この固定治具は、第１フレームと該第１フレームに架け渡された第１可撓性シートとを含む第１治具と、第１治具に対面して配置され、第２フレームと該第２フレームに架け渡された第２可撓性シートとを含む第２治具と、第１治具と第２治具との間に配置された通気性を有する通気性シートと、を備える。第１治具及び第２治具は、その間に加圧対象物を配置する収容空間を形成し、第１治具及び第２治具の少なくとも一方には、通気性シートを介して収容空間内の空気を排気する排気孔が形成され、通気性シートは、第１治具及び第２治具が対面する方向から見たときに収容空間内の加圧対象物を囲むように配置され、且つ、収容空間と排気孔との間の領域の全域に亘って設けられている。

本態様の固定治具では、通気性シートが、第１治具及び第２治具が対面する方向から見たときに収容空間内の加圧対象物を囲むように配置され、且つ、収容空間と排気孔との間の領域の全域に亘って設けられているので、収容空間と排気孔との間の領域において第１可撓性シート及び第２可撓性シートが密着することが防止される。したがって、収容空間と排気孔との間で空気の流路を確保でき、収容空間を確実に減圧することができる。その結果、収容空間に配置された加圧対象物を適切に固定することができる。

一実施形態では、通気性シートは、織布、不織布、メッシュ、フェルト、樹脂製の発泡体、又は、ゴム製の発泡体によって構成されていてもよい。通気性シートが、これらの剛性が低い材料によって構成されることで、固定治具に加圧対象物を固定した状態でロールプレス装置等の加圧装置を用いて加圧対象物をプレスするときに、通気性シートの厚みが加圧対象物よりも薄くなる、又は、加圧対象物と同じ厚みになることで加圧対象物に適切な圧力を付加することができる。

一実施形態では、通気性シートの厚みは、プレス中の加圧対象物の厚み以下であってもよい。通気性シートの厚みをプレス中の加圧対象物の厚み以下にすることにより、加圧対象物を固定治具に固定した状態で加圧装置を用いて加圧対象物をプレスするときに、通気性シートと加圧装置との干渉を防止することができる。なお、通気性シートは、矩形枠状を呈し、第１可撓性シート及び第２可撓性シートの少なくとも一方の外縁部に接合されていてもよい。

一実施形態では、第１可撓性シートに接合された第１剛性シートと、第２可撓性シートに接合された第２剛性シートと、を更に備え、第１剛性シート及び第２剛性シートは、第１可撓性シートと第２可撓性シートとの間に配置され、収容空間を介して互いに対面していてもよい。加圧対象物に粉状の活物質材料が含まれる場合には、第１可撓性シート及び第２可撓性シートを介して加圧対象物に圧力が付加されたときに活物質材料が第１可撓性シート及び第２可撓性シートに突き刺さることがある。活物質材料が第１可撓性シート及び第２可撓性シートに突き刺さると、電極活物質層の表面に凹凸が形成されたり、電極活物質層に崩れが発生したりして、電極活物質層の厚みに不均一性が発生することがある。電極活物質層の厚みに不均一性が発生すると、不良品の発生や電池性能の低下に繋がる。これに対し、この実施形態では、加圧対象物が第１剛性シート及び第２剛性シートの間に配置されるので、第１可撓性シート及び第２可撓性シートが加圧対象物に直接接触することが防止される。したがって、例えば加圧対象物に粉状の活物質材料が含まれる場合であっても、第１可撓性シート及び第２可撓性シートに活物質材料が突き刺さることが抑制され、不良品の発生や電池性能の低下を抑制することができる。

一実施形態では、第１可撓性シート及び第２可撓性シートは、樹脂シートであり、第１剛性シート及び第２剛性シートは、金属シートであってもよい。第１剛性シート及び第２剛性シートを金属シートとすることにより、第１可撓性シート及び第２可撓性シートに活物質材料が突き刺さることをより確実に防止することができる。また、第１可撓性シート及び第２可撓性シートを樹脂シートとすることにより、固定治具を介して加圧対象物を加圧するときに、ロール等の加圧装置に損傷が生じることを抑制することができる。

一実施形態では、通気性シートは、第１治具及び第２治具が対面する方向から見たときに、第１剛性シート及び第２剛性シートの少なくとも一方を囲むように配置されていてもよい。通気性シートが第１剛性シート及び第２剛性シートの少なくとも一方を囲むように配置されることにより、収容空間の空気を確実に排気することができる。

一実施形態の固定治具は、第１予備減圧部材及び第２予備減圧部材を更に備え、第１予備減圧部材は、第１予備減圧部材と第１可撓性シートとの間に第１予備減圧室を形成し、第２予備減圧部材は、第２予備減圧部材と第２可撓性シートとの間に第２予備減圧室を形成してもよい。収容空間を減圧すると、第１剛性シート及び第１可撓性シートは、第２剛性シート及び第２可撓性シートに対して加圧対象物を挟んだ状態で密着することになる。このとき、排気孔と加圧対象物との間の領域（外縁部）が密閉した状態となるため、収容空間の減圧が阻害される。その場合、加圧対象物の固定が不十分となり、加工後の加圧対象物にクラックの発生や、活物質材料の噴き出し、ボイド等の欠陥が生じる恐れがある。この実施形態では、第１予備減圧部材と第１可撓性シートとの間に第１予備減圧室が形成され、第２予備減圧部材と第２可撓性シートとの間に第２予備減圧室が形成される。これら第１予備減圧室及び第２予備減圧室を減圧してから収容空間を減圧することにより、第１可撓性シート及び第２可撓性シートが収容空間側に撓むことを抑制しつつ、収容空間を排気することができる。したがって、加圧対象物に欠陥が生じることを抑制することができる。

本開示によれば、加圧対象物を適切に固定することができる。

一実施形態に係る固定治具の概略的な断面図である。 上治具の下面図である。 下治具の上面図である。 下治具の排気孔の周辺を拡大して示す断面斜視図である。 上治具の上面図である。 固定治具の概略的な斜視図である。 固定治具を用いて加圧対象物を加圧する方法を示す図である。 固定治具を用いて加圧対象物を加圧する方法を示す図である。 固定治具を用いて加圧対象物を加圧する方法を示す図である。 固定治具を用いて加圧対象物を加圧する方法を示す図である。

以下では、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、図面に基づいて説明するにあたり、同一の要素又は同一の機能を有する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図面は、理解の容易化のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率及び角度等は図面に記載のものに限定されない。本明細書において、「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

図１は、一実施形態に係る固定治具を概略的に示す断面図である。図１に示す固定治具１は、ロールプレス装置等の加圧装置により加圧される加圧対象物１００を固定する。加圧対象物１００は、例えばリチウムイオン二次電池用の電極活物質層を製造するための活物質材料を含む。電極活物質層とは、例えば正極層又は負極層といったリチウムイオン二次電池を構成する樹脂製の部品（電極）である。加圧対象物１００は、電極活物質層の機能に応じた化合物からなる粉状の活性物材料を含む。加圧装置を用いて加圧対象物１００をプレスし高密度化することで、リチウムイオン二次電池用の電極活物質層が製造される。

図１に示すように、固定治具１は、上治具（第１治具）１０、下治具（第２治具）２０、及び通気性シート３６を備えている。上治具１０及び下治具２０は、互いに対面して配置され、その間に加圧対象物１００を固定保持する。以下の説明では、上治具１０と下治具２０とが対面する方向をＺ方向といい、Ｚ方向に垂直であり互いに直交する二方向をＸ方向及びＹ方向という。例えば、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

図２は、上治具１０の下面図である。図１及び図２に示すように、上治具１０は、第１フレーム１１と当該第１フレーム１１に架け渡された第１可撓性シート１２とを含む。第１フレーム１１は、例えばアルミニウム等の金属によって構成され、矩形枠状を呈している。一実施形態では、第１可撓性シート１２は、可撓性を有する略矩形状の樹脂シートである。例えば、第１可撓性シート１２は、ポリイミドフィルムによって構成される。第１可撓性シート１２は、上治具１０と下治具２０を重ねた際、下治具２０に設置された略矩形枠状のシール部材２４と接触して、上治具１０と下治具２０との間の空間を気密に封止する。

下治具２０は、上治具１０に対面するように配置される。図１に示すように、上治具１０と下治具２０との間には、空間Ｓが形成される。空間Ｓは、中央部Ｓ１及び外縁部Ｓ２を含む。中央部Ｓ１は、上治具１０と下治具２０との間の空間Ｓの一部であり、加圧対象物１００を収容する収容空間を構成する。すなわち、上治具１０及び下治具２０は、その間に加圧対象物１００の収容空間を形成する。外縁部Ｓ２は、Ｚ方向から見たときに当該中央部Ｓ１を囲むように存在し、中央部Ｓ１の空気を排気するための流路として機能する。

図３は、下治具２０の上面図である。図１及び図３に示すように、下治具２０は、第２フレーム２１と当該第２フレーム２１に架け渡された第２可撓性シート２２とを含む。第２フレーム２１は、例えばステンレス等の金属によって構成され、矩形枠状を呈している。一実施形態では、第２可撓性シート２２は、可撓性を有する略矩形状の樹脂シートである。例えば、第２可撓性シート２２は、ポリイミドフィルムによって構成される。

第２フレーム２１の上面には、矩形枠状の押さえ部材２３が設けられている。押さえ部材２３は、例えばシリコンゴム等の耐熱性を有する弾性体によって構成される。例えば、押さえ部材２３は、第２フレーム２１と押さえ部材２３との間に第２可撓性シート２２の外縁部を挟み込んだ状態で第２フレーム２１にボルト等により固定される。なお、第２可撓性シート２２は、第２フレーム２１に接着されていてもよい。

第２フレーム２１の上面には、押さえ部材２３の外縁に沿って延在する矩形枠状のシール部材２４が設けられている。シール部材２４は、例えばシリコンゴム等の耐熱性を有する弾性体によって構成される。例えば、シール部材２４は、Ｌ型パッキンであり、第２フレーム２１に形成された溝に両面テープ及びシリコンシーラントを用いて接着されていてもよい。シール部材２４は、上治具１０の第１可撓性シート１２と共に上治具１０と下治具２０との間の空間Ｓを気密に封止する。

第２フレーム２１には、１以上の排気孔２５が形成されている。図３に示すように、第２フレーム２１には複数の排気孔２５が形成されていてもよい。図４は、排気孔２５の周辺を拡大して示す断面斜視図である。図４に示すように、排気孔２５は、第２フレーム２１を厚さ方向に貫通する貫通孔である。一実施形態では、排気孔２５は、Ｚ方向から見て押さえ部材２３に重なる位置に形成されている。押さえ部材２３には、排気孔２５に近接した位置において当該押さえ部材２３の一部を切り欠く切り欠き部２８が形成されていてもよい。切り欠き部２８は、第２フレーム２１に形成された排気孔２５と空間Ｓとを連通する流路を提供する。

下治具２０には、ダクト部２６が取り付けられている。ダクト部２６は、排気孔２５の端部に対面する入口２６ａと複数の出口２６ｂとを有している。入口２６ａと複数の出口２６ｂとの間には、空間Ｓからの排気を入口２６ａから複数の出口２６ｂに導く排気路２７が形成されている。すなわち、排気路２７は、排気孔２５を介して空間Ｓに連通する。一実施形態では、入口２６ａ及び複数の出口２６ｂには、空間Ｓに外気が逆流することを防止する逆止弁が設けられていてもよい。これらの逆止弁には、入口２６ａ又は出口２６ｂを閉じる方向に当該逆止弁を付勢するバネが接続されていてもよい。複数の出口２６ｂには、真空ポンプ等の排気装置が接続されている。排気装置が稼動すると、空間Ｓの空気が、排気孔２５及び排気路２７を通って固定治具１の外部に排気される。その結果、空間Ｓが減圧される。

通気性シート３６は、上治具１０の第１可撓性シート１２と下治具２０の第２可撓性シート２２との間に配置される。通気性シート３６は、通気性を有するシート材である。通気性シート３６は多孔質構造を有していてもよい。例えば、通気性シート３６は、織布、不織布、メッシュ、フェルト、樹脂製の発泡体、又は、ゴム製の発泡体等の非金属材料によって構成される。樹脂製の発泡体は、スポンジ等の多孔質体を含む。なお、通気性シート３６は、スリット又はエンボスが形成された金属体であってもよい。

通気性シート３６は、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２の少なくとも一方の外縁部に接合されている。図１に示す実施形態では、通気性シート３６は、略矩形枠状を有しており、下治具２０の第２可撓性シート２２の上面の外縁部に接合されている。通気性シート３６は、両面テープによって第２可撓性シート２２の下面に貼り付けられていてもよい。

通気性シート３６は、Ｚ方向から見たときに、中央部Ｓ１を囲むように配置される。より詳細には、通気性シート３６の外縁は、第２フレーム２１の内縁に接触又は近接しており、通気性シート３６の内縁は、後述する第２剛性シート３２の外縁に接触又は近接している。したがって、上治具１０が下治具２０上に載置され、上治具１０と下治具２０との間に空間Ｓが形成されたときに、通気性シート３６は、Ｚ方向から見て、中央部Ｓ１と第２フレーム２１に形成された排気孔２５との間の領域に全域に亘って設けられる。すなわち、通気性シート３６は、外縁部Ｓ２に設けられる。

なお、中央部Ｓ１と排気孔２５との間の領域に全域に亘って設けられるとは、中央部Ｓ１と排気孔２５との間の領域の略全域に亘って設けられることを含み、Ｚ方向から見たときに、通気性シート３６が中央部Ｓ１と排気孔２５との間の領域に６０％以上、７０％以上、８０％以上又は９０％以上重なることを意味する。言い換えると、通気性シート３６は、Ｚ方向から見たときに、外縁部Ｓ２の略全域に重なるように設けられている。すなわち、Ｚ方向から見たときに、通気性シート３６は、外縁部Ｓ２に６０％以上、７０％以上、８０％以上又は９０％以上の面積で重なっている。

通気性シート３６の厚みは、加圧対象物１００の厚みより薄くてもよい。なお、通気性シート３６の厚みとは、排気装置が作動して空間Ｓが減圧されたときの通気性シート３６の厚みを意味する。通気性シート３６の厚みは、加圧対象物１００をプレスして製造された電極活物質層１０１の厚み以下であってもよい（図１０（ｂ）参照）。なお、スプリングバック現象によってプレス後の電極活物質層１０１の厚みがプレス中の電極活物質層１０１の厚みよりも大きくなる場合には、通気性シート３６の厚みは、プレス中の電極活物質層１０１の厚み以下であってもよい。

上記のように、通気性シート３６は空間Ｓの中央部Ｓ１を囲むように配置されるので、空間Ｓを減圧するときに、通気性シート３６は、中央部Ｓ１と下治具２０に形成された排気孔２５との間に介在する。このとき、通気性シート３６は、通気性を有しているので、排気装置によって空間Ｓの空気が排気されるときに中央部Ｓ１から排気孔２５へ向かう空気を通過させ、空間Ｓの排気を阻害しない。

一実施形態では、固定治具１は、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２を更に備えてもよい。第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、上治具１０の第１可撓性シート１２と下治具２０の第２可撓性シート２２との間に配置される。第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２よりも高い剛性を有している。例えば、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、略矩形状の金属シートである。一実施形態では、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、ステンレスによって構成されていてもよい。

一実施形態では、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、５０μｍ以上４００μｍ以下の厚みを有する。第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２の厚みを５０μｍとすることにより、十分な剛性を確保することができる。また、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２の厚みを４００μｍ以下とすることにより、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２が弾性変形しやすくなり、上治具１０と下治具２０との間で加圧対象物１００を確実に固定することができる。

第１剛性シート３１の面積は、第１可撓性シート１２の面積よりも小さくてもよい。同様に、第２剛性シート３２の面積は、第２可撓性シート２２の面積よりも小さくてもよい。例えば、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２の面積は、加圧対象物１００が圧延された電極活物質層１０１の面積よりも僅かに大きい。なお、第１可撓性シート１２、第２可撓性シート２２、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２の面積とは、第１可撓性シート１２、第２可撓性シート２２、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２の主面の面積を表している。

図２に示すように、第１剛性シート３１は、上治具１０の第１可撓性シート１２の下面の中央部に接合されている。また、図３に示すように、第２剛性シート３２は、下治具２０の第２可撓性シート２２の上面の中央部に接合されている。したがって、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、中央部Ｓ１を介して互いに対面する。Ｚ方向から見たときに、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、通気性シート３６によって囲まれるように配置される。第１剛性シート３１と第２剛性シート３２との間に形成された中央部Ｓ１には、加圧対象物１００が配置される。なお、中央部Ｓ１には、複数の加圧対象物１００が配置されてもよい。

なお、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２は、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２に両面テープ３３を用いて貼付されていてもよい。図２及び図３に示す実施形態では、両面テープ３３は、第１剛性シート３１と第１可撓性シート１２との間、及び、第２剛性シート３２と第２可撓性シート２２との間に配置されている。すなわち、図２及び図３に示すように、両面テープ３３は、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２の外縁部に沿って延在すると共に、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２のＸ方向の中心線に沿って延在する。一実施形態では、加圧対象物１００がＸ方向に２つ並んで配置されてもよい。この場合には、両面テープ３３は、Ｚ方向から見て加圧対象物１００に重ならない位置に８の字状に配置される。

一実施形態では、図１に示すように、固定治具１は、上予備減圧部材（第１予備減圧部材）４１及び下予備減圧部材（第２予備減圧部材）４２を更に備えてもよい。上予備減圧部材４１及び下予備減圧部材４２は、例えば硬質プラスチック又は金属といった高い剛性を有する材料によって構成されている。上予備減圧部材４１は、上治具１０に対向するように上治具１０の上方に配置されている。すなわち、上予備減圧部材４１は、第１可撓性シート１２を介して第１剛性シート３１に対向している。下予備減圧部材４２は、下治具２０に対向するように下治具２０の下方に配置されている。すなわち、下予備減圧部材４２は、第２可撓性シート２２を介して第２剛性シート３２に対向している。

上治具１０の第１可撓性シート１２と上予備減圧部材４１との間には、第１予備減圧室４３が形成される。上予備減圧部材４１は、上治具１０に着脱可能に構成されている。上予備減圧部材４１には第１可撓性シート１２の対向位置に略矩形枠状のシール部材４６が配置されており、第１フレーム１１と上予備減圧部材４１とが当接したときに、第１可撓性シート１２とシール部材４６が接触して、第１予備減圧室４３が気密に封止される。

上予備減圧部材４１には、第１予備減圧室４３に連通する１以上の貫通孔４１ａが形成されている。図１に示す実施形態では、上予備減圧部材４１に複数の貫通孔４１ａが形成されている。これら複数の貫通孔４１ａは、真空ポンプ等の排気装置に接続されている。排気装置が稼動すると、第１予備減圧室４３の空気が貫通孔４１ａを通って固定治具１の外部に排気される。その結果、第１予備減圧室４３が減圧される。

下治具２０の第２可撓性シート２２と下予備減圧部材４２との間には、第２予備減圧室４４が形成される。下予備減圧部材４２は、下治具２０に着脱可能に構成されている。下予備減圧部材４２には第２可撓性シート２２の対向位置に略矩形枠状のシール部材４７が配置されており、下治具２０と下予備減圧部材４２とが当接したときに、第２可撓性シート２２とシール部材４７が接触することで、第２予備減圧室４４が気密に封止される。下予備減圧部材４２には、第２予備減圧室４４に連通する１以上の貫通孔４２ａが形成されている。図１に示す実施形態では、下予備減圧部材４２に複数の貫通孔４２ａが形成されている。これら複数の貫通孔４２ａは、真空ポンプ等の排気装置に接続されている。排気装置が稼動すると、第２予備減圧室４４の空気が貫通孔４２ａを通って固定治具１の外部に排気される。その結果、第２予備減圧室４４が減圧される。

一実施形態では、第１予備減圧室４３には、スペーサ４５が設けられている。図１に示すように、固定治具１は、複数のスペーサ４５を備えていてもよい。複数のスペーサ４５は、Ｚ方向から見て、第１剛性シート３１に重ならない位置に配置されている。すなわち、複数のスペーサ４５は、第１可撓性シート１２の外縁部の上に配置される。この実施形態では、第１可撓性シート１２と上予備減圧部材４１との間に複数のスペーサ４５が介在している。

図５は、上治具１０の上面図である。上予備減圧部材４１に配置された複数のスペーサ４５は、第１剛性シート３１の対角線の延長線上に配置されていてもよい。図５に示す実施形態では、固定治具１は、互いに離間する直方体形状の４つのスペーサ４５を備えている。これら４つのスペーサ４５のうち２つのスペーサ４５は、第１剛性シート３１の２本の対角線のうち一方の対角線の延長線上に配置され、他の２つのスペーサ４５は、第１剛性シート３１の２本の対角線のうち他方の対角線の延長線上に配置されている。

より具体的には、４つのスペーサ４５は、Ｘ方向及びＹ方向から見て、第１剛性シート３１に重ならない位置に配置されている。複数のスペーサ４５を第１剛性シート３１の対角線の延長線上に配置することにより、第１予備減圧室４３を減圧したときに、第１剛性シート３１が上予備減圧部材４１に向けて過剰に撓むことが抑制される。その結果、第１剛性シート３１が塑性変形しにくくなると共に、空間Ｓに安定した流路を形成することが可能になる。

なお、図１に示す例では、第１予備減圧室４３のみに複数のスペーサ４５が設けられているが、第２予備減圧室４４にもスペーサ４５が設けられていてもよい。例えば、複数のスペーサ４５は、第２可撓性シート２２と下予備減圧部材４２との間に介在しており、上面から見て、第２剛性シート３２の対角線の延長線上に配置されていてもよい。

一実施形態では、固定治具１は、加圧対象物１００を支持する搬送治具５０を更に備えていてもよい。図６は、搬送治具５０を含む固定治具１の概略的な斜視図である。なお、図６では、説明の便宜上、第１剛性シート３１、第２剛性シート３２及び通気性シート３６を省略して図示している。

図６に示すように、搬送治具５０は、第３フレーム５１と当該第３フレーム５１に架け渡された支持シート５２とを含む。第３フレーム５１は、例えば矩形枠状を呈している。支持シート５２は、可撓性を有する略矩形状の樹脂シートである。支持シート５２の上面には、加圧対象物１００が支持される。

支持シート５２の長さは、第３フレーム５１のＸ方向の長さに略一致しており、支持シート５２の幅は、第３フレーム５１のＹ方向の幅よりも短くてもよい。図６に示す実施形態では、支持シート５２のＸ方向の両端部は第３フレーム５１に接続され、支持シート５２のＹ方向の両端部は第３フレーム５１に非接続である。この支持シート５２に電極活物質が塗布されることで支持シート５２上に加圧対象物１００が形成される。搬送治具５０は、加圧対象物１００が支持シート５２に載置された状態で上治具１０と下治具２０との間に配置される。その結果、第１剛性シート３１と第２剛性シート３２との間に形成された空間Ｓの中央部Ｓ１に加圧対象物１００が配置される。

次に、図７～図１０を参照して、固定治具１を用いて加圧対象物１００を加圧する方法について説明する。

この方法では、まず図７（ａ）に示すように、上治具１０の上に上予備減圧部材４１が配置され、上治具１０と上予備減圧部材４１との間に第１予備減圧室４３が形成される。また、下治具２０の下に下予備減圧部材４２が配置され、下治具２０と下予備減圧部材４２との間に第２予備減圧室４４が形成される。

次に、第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４の予備減圧が行われる。すなわち、上予備減圧部材４１の貫通孔４１ａ及び下予備減圧部材４２の貫通孔４２ａに接続された排気装置が作動され、第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４の空気が固定治具１の外部に排気される。これにより、第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４が減圧される。このとき、上治具１０と下治具２０との間の空間Ｓの圧力は大気圧に設定される。

図７（ｂ）に示すように、第１予備減圧室４３が減圧されると、空間Ｓと第１予備減圧室４３との圧力差によって、上治具１０の第１可撓性シート１２が上予備減圧部材４１側に引き込まれ、上予備減圧部材４１に向けて撓む。ここで、第１予備減圧室４３には、スペーサ４５が設けられているので、当該スペーサ４５の形状に沿って第１可撓性シート１２が撓む。

同様に、第２予備減圧室４４が減圧されると、空間Ｓと第２予備減圧室４４との圧力差によって、下治具２０の第２可撓性シート２２が下予備減圧部材４２側に引き込まれ、下予備減圧部材４２に向けて撓む。第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２に撓みが生じることにより、空間Ｓの容積が増加する。

次に、搬送治具５０の支持シート５２上に加圧対象物１００が形成される。そして、図８（ａ）に示すように、搬送治具５０が、下治具２０上に載置される。このとき、下治具２０のシール部材２４は、支持シート５２に控えめに接触する。

次に、図８（ｂ）に示すように、上治具１０を下治具２０上に載置する。このとき、上治具１０の第１可撓性シート１２は下治具２０のシール部材２４に密着する。その結果、上治具１０及び下治具２０との間の空間Ｓが封止される。空間Ｓの中央部Ｓ１には、搬送治具５０上に支持された加圧対象物１００が配置される。

次に、下治具２０の排気孔２５に接続された排気装置が作動され、空間Ｓの空気が排気孔２５から排気される。このとき、空間Ｓの空気は、外縁部Ｓ２から排気される。ここで、第１可撓性シート１２と第２可撓性シート２２との間に通気性シート３６が配置されていない場合、中央部Ｓ１の空気が抜け切る前に外縁部Ｓ２が減圧され、外縁部Ｓ２において第１可撓性シート１２と第２可撓性シート２２とが密着することがある。外縁部Ｓ２において第１可撓性シート１２と第２可撓性シート２２とが密着すると、中央部Ｓ１から排気孔２５に向かう空気の流れが妨げられ、中央部Ｓ１に空気が残留する。この場合、中央部Ｓ１の減圧が不十分となり、加圧対象物１００を適切に固定できなくなる。これにより、加圧対象物を加圧したときに中央部Ｓ１に残留した空気が流動し、加圧対象物に著しい外観不良が発生することがある。

これに対し、固定治具１では、外縁部Ｓ２の略全域に亘って通気性シート３６が設けられているので、外縁部Ｓ２において第１可撓性シート１２と第２可撓性シート２２との密着が防止される。したがって、中央部Ｓ１と排気孔２５とが連通した状態で中央部Ｓ１の空気が通気性シート３６を通過して固定治具１の外部に排気される。

また、空間Ｓの排気の初期では、第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４の圧力は空間Ｓの圧力よりも低いので、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２は上予備減圧部材４１及び下予備減圧部材４２に向けて撓んだ状態で維持される。また、空間Ｓには閉じようとする力が働くもののスペーサ４５が中間支持となり、圧力による縮みを考慮したスペーサ４５の厚み分だけ空間Ｓは維持される。なお、スペーサ４５を介し上予備減圧部材４１と下予備減圧部材４２は密接しているが、スペーサ４５が配置されていない箇所において、空間Ｓから排気孔２５への空気の流路が確保されているので空間Ｓの減圧は維持される。したがって、空間Ｓの減圧が不十分な状態で第１可撓性シート１２が加圧対象物１００に密着して、加圧対象物１００に圧力が付与されることが防止される。したがって、加圧対象物１００にボイド等の欠陥が生じることが抑制される。

そして、空間Ｓの減圧が継続され、空間Ｓの圧力が所定の圧力まで減圧されると、第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４の圧力が徐々に大気圧に戻される。第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４の圧力が大気圧に戻る過程において、空間Ｓの圧力が第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４内の圧力を下回ったとき、図９（ａ）に示すように、圧力差に応じた弱い力で第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２が加圧対象物１００を包み込むように変形し、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２を介して加圧対象物１００に密着する。最終的に、第１予備減圧室４３及び第２予備減圧室４４の圧力は大気圧に戻される。その結果、加圧対象物１００が第１剛性シート３１と第２剛性シート３２との間で圧縮され、固定される。

次に、図９（ｂ）に示すように、上予備減圧部材４１及び下予備減圧部材４２が上治具１０及び下治具２０から取り外される。次に、固定治具１が加圧装置に搬送され、上治具１０及び下治具２０を介して加圧対象物１００が加圧処理される。例えば、図１０（ａ）に示すように、固定治具１は、加圧対象物１００を中央部Ｓ１に収容した状態でロールプレス装置の一対のロールＲの間を通り、一対のロールＲから加圧力を受ける。一対のロールＲによって加圧されることにより、中央部Ｓ１内で加圧対象物１００はプレスされ、密度が高められる。その結果、リチウムイオン二次電池用の電極活物質層１０１が形成される（図１０（ｂ）参照）。このとき、通気性シート３６の厚みがプレス中の加圧対象物１００の厚みよりも薄いので、固定治具１に加圧対象物１００を固定した状態で加圧対象物１００をロールプレス装置等の加圧装置を用いて加圧するときに、通気性シート３６が一対のロールＲに干渉することが避けられる。したがって、加圧対象物１００に適切に圧力を付与することができる。

一対のロールＲの間で加圧対象物１００を加圧するときに、固定治具１の内部で加圧対象物１００が固定されているので、加圧対象物１００の内部に気泡が混入するなどして、加圧対象物１００に欠陥が生じることが抑制される。また、加圧対象物１００が固定されていることにより、加圧時に加圧対象物１００の活物質材料が崩れることが抑制され、加圧対象物１００に適切に圧力が付与される。

また、加圧対象物１００に粉状の活物質材料が含まれる場合には、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２を介して加圧対象物１００に圧力が付与されたときに活物質材料が第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２に突き刺さることがある。活物質材料が第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２に突き刺さると、電極活物質層１０１の表面に凹凸が形成されたり、電極活物質層１０１に崩れが発生したりして、電極活物質層１０１の厚みに不均一性が発生することがある。このように、電極活物質層１０１の厚みに不均一性が発生すると、不良品の発生や電池性能の低下に繋がる。これに対し、固定治具１では、加圧対象物１００が第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２に挟持されているので、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２が加圧対象物１００に直接接触しない。したがって、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２に活物質材料が突き刺さりにくくなる。一方、第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２の外面が第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２に覆われているので、ロールプレス装置の一対のロールＲが剛性の高い第１剛性シート３１及び第２剛性シート３２に接触しない。したがって、一対のロールＲに損傷が生じにくくなる。

加圧対象物１００を加圧して電極活物質層１０１が形成されると、図１０（ｂ）に示すように、電極活物質層１０１から上治具１０及び下治具２０が取り外される。このとき、加圧対象物１００に含まれる活物質材料が、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２に突き刺さることが抑制されているので、上治具１０及び下治具２０を電極活物質層１０１から容易に取り外すことができる。上記のように製造された電極活物質層１０１を積層することで、複数のセル構造を有するリチウムイオン二次電池が組み立てられる。

以上説明したように、上記実施形態に係る固定治具１は、中央部Ｓ１を囲むように配置された通気性を有する通気性シート３６を備えている。第１可撓性シート１２と第２可撓性シート２２との間で通気性シート３６が介在することによって、外縁部Ｓ２において第１可撓性シート１２と第２可撓性シート２２とが密着することが防止される。そして、第１可撓性シート１２と第２可撓性シート２２とが密着していない状態で中央部Ｓ１の空気が通気性シート３６を介して排気されるので、中央部Ｓ１を確実に減圧することができる。その結果、収容空間に配置された加圧対象物１００を適切に固定することができる。

以上、種々の実施形態に係る固定治具について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。

例えば、上記実施形態では、固定治具１の下治具２０に排気孔２５が形成される例について説明したが、上治具１０の第１フレーム１１に排気孔が形成され、当該排気孔を通じて空間Ｓの空気が排気されてもよい。なお、排気孔は、上治具１０の第１フレーム１１及び下治具２０の第２フレーム２１の双方に形成されていてもよい。

例えば、上述の実施形態では、通気性シート３６は、下治具２０の第２可撓性シート２２の外縁部に接合されているが、通気性シート３６は、上治具１０の第１可撓性シート１２の外縁部に接合されていてもよい。また、固定治具１は、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２の双方に接合する２つの通気性シート３６を備えていてもよい。これらの実施形態でも、中央部Ｓ１を確実に減圧することができ、加圧対象物１００を適切に固定することができる。なお、固定治具１が第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２の双方に接合する２つの通気性シート３６を備える場合には、当該２つの通気性シート３６の厚みの合計が、プレス中の加圧対象物１００の厚み以下である必要がある。

また、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２の材料は、可撓性を有していればポリイミドフィルムに限定されるものではない。例えば、第１可撓性シート１２及び第２可撓性シート２２の構成材料としては、ゴムを母材とし繊維を含む繊維強化ゴムシートやテフロン（登録商標）を用いてもよい。

また、上記実施形態では、一対のロールＲを含むロールプレス装置によって加圧対象物１００を加圧する例について説明したが、加圧対象物１００を加圧する加圧装置は、ロールプレス装置に限定されない。例えば、加圧対象物１００は、一軸のプレス装置によって加圧されてもよい。

また、上記実施形態では、電極活物質を含有する加圧対象物１００を圧延して、リチウムイオン二次電池の電極活物質層を製造する例について説明したが、固定治具１によって固定される加圧対象物１００は、必ずしもリチウムイオン二次電池用の電極活物質に限定されるものではない。なお、上述した種々の実施形態は、矛盾のない範囲で組み合わせることが可能である。

以下に列挙する条項を参照して、本発明を説明する。なお、本発明は、具体的な列挙がなくても、以下の条項を任意の組み合わせで含んでいてもよい。

１． リチウムイオン二次電池用の電極活物質層を製造するために活物質材料を含む加圧対象物を固定する固定治具であって、
第１フレームと該第１フレームに架け渡された第１可撓性シートとを含む第１治具と、
前記第１治具に対面して配置され、第２フレームと該第２フレームに架け渡された第２可撓性シートとを含む第２治具と、
前記第１治具と前記第２治具との間に配置された通気性を有する通気性シートと、
を備え、
前記第１治具及び前記第２治具は、その間に前記加圧対象物を配置する収容空間を形成し、
前記第１治具及び前記第２治具の少なくとも一方には、前記収容空間内の空気を排気する排気孔が形成され、
前記通気性シートは、前記第１治具及び前記第２治具が対面する方向から見たときに、前記収容空間を囲むように配置され、且つ、前記収容空間と前記排気孔との間の領域の全域に亘って設けられている、固定治具。

２． 前記通気性シートは、織布、不織布、メッシュ、フェルト、樹脂製の発泡体、又は、ゴム製の発泡体によって構成されている、条項１に記載の固定治具。

３． 前記通気性シートの厚みは、プレス中の前記加圧対象物の厚み以下である、条項１又は２に記載の固定治具。

４． 前記通気性シートは、矩形枠状を呈し、前記第１可撓性シート及び前記第２可撓性シートの少なくとも一方の外縁部に接合されている、条項１～３の何れか一項に記載の固定治具。

５． 前記第１可撓性シートに接合された第１剛性シートと、前記第２可撓性シートに接合された第２剛性シートと、を更に備え、
前記第１剛性シート及び前記第２剛性シートは、前記第１可撓性シートと前記第２可撓性シートとの間に配置され、前記収容空間を介して互いに対面する、条項１～４の何れか一項に記載の固定治具。

６． 前記第１可撓性シート及び前記第２可撓性シートは、樹脂シートであり、
前記第１剛性シート及び前記第２剛性シートは、金属シートである、条項５に記載の固定治具。

７． 前記通気性シートは、前記第１治具及び前記第２治具が対面する方向から見たときに、前記第１剛性シート及び前記第２剛性シートの少なくとも一方を囲むように配置されている、条項５又は６に記載の固定治具。

８． 第１予備減圧部材及び第２予備減圧部材を更に備え、
前記第１予備減圧部材は、前記第１予備減圧部材と前記第１可撓性シートとの間に第１予備減圧室を形成し、
前記第２予備減圧部材は、前記第２予備減圧部材と前記第２可撓性シートとの間に第２予備減圧室を形成する、条項１～７の何れか一項に記載の固定治具。

１…固定治具、１０…上治具（第１治具）、１１…第１フレーム、１２…第１可撓性シート、２０…下治具（第２治具）、２１…第２フレーム、２２…第２可撓性シート、２５…排気孔、３１…第１剛性シート、３２…第２剛性シート、３６…通気性シート、４１…上予備減圧部材（第１予備減圧部材）、４２…下予備減圧部材（第２予備減圧部材）、４３…第１予備減圧室、４４…第２予備減圧室、１００…加圧対象物、１０１…電極活物質層、Ｓ１…中央部（収容空間）、Ｓ２…外縁部。

Claims (8)

1. リチウムイオン二次電池用の電極活物質層を製造するために活物質材料を含む加圧対象物を固定する固定治具であって、
   第１フレームと該第１フレームに架け渡された第１可撓性シートとを含む第１治具と、
   前記第１治具に対面して配置され、第２フレームと該第２フレームに架け渡された第２可撓性シートとを含む第２治具と、
   前記第１治具と前記第２治具との間に配置された通気性を有する通気性シートと、
   を備え、
   前記第１治具及び前記第２治具は、その間に前記加圧対象物を配置する収容空間を形成し、
   前記第１治具及び前記第２治具の少なくとも一方には、前記収容空間内の空気を排気する排気孔が形成され、
   前記通気性シートは、前記第１治具及び前記第２治具が対面する方向から見たときに、前記収容空間を囲むように配置され、且つ、前記収容空間と前記排気孔との間の領域の全域に亘って設けられている、固定治具。
2. 前記通気性シートは、織布、不織布、メッシュ、フェルト、樹脂製の発泡体、又は、ゴム製の発泡体によって構成されている、請求項１に記載の固定治具。
3. 前記通気性シートの厚みは、プレス中の前記加圧対象物の厚み以下である、請求項１又は２に記載の固定治具。
4. 前記通気性シートは、矩形枠状を呈し、前記第１可撓性シート及び前記第２可撓性シートの少なくとも一方の外縁部に接合されている、請求項１又は２に記載の固定治具。
5. 前記第１可撓性シートに接合された第１剛性シートと、前記第２可撓性シートに接合された第２剛性シートと、を更に備え、
   前記第１剛性シート及び前記第２剛性シートは、前記第１可撓性シートと前記第２可撓性シートとの間に配置され、前記収容空間を介して互いに対面する、請求項１又は２に記載の固定治具。
6. 前記第１可撓性シート及び前記第２可撓性シートは、樹脂シートであり、
   前記第１剛性シート及び前記第２剛性シートは、金属シートである、請求項５に記載の固定治具。
7. 前記通気性シートは、前記第１治具及び前記第２治具が対面する方向から見たときに、前記第１剛性シート及び前記第２剛性シートの少なくとも一方を囲むように配置されている、請求項５に記載の固定治具。
8. 第１予備減圧部材及び第２予備減圧部材を更に備え、
   前記第１予備減圧部材は、前記第１予備減圧部材と前記第１可撓性シートとの間に第１予備減圧室を形成し、
   前記第２予備減圧部材は、前記第２予備減圧部材と前記第２可撓性シートとの間に第２予備減圧室を形成する、請求項１又は２に記載の固定治具。
   
   

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