JP3691838B2 - 展延メッシュシートの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の集電体に使用される展延メッシュシートに関し、特に小型、薄型電池の集電体して利用できるように薄い金属シートに微小なラス目構造を形成した展延メッシュシートの製造装置に関するものである。

シートに千鳥状にスリットを形成してスリットのラインと直交する方向にシートを引っ張ることによりスリットを展伸させ、シートをメッシュ構造に形成する展延メッシュシートの製造方法として、ロータリー方式によるものと、レシプロ方式によるものとが知られている。

前記ロータリー方式は、複数枚の円板状のカッターにより、図１０（ａ）に示すように、シートＡの延長方向に多数のスリットａを断続的に且つ並列に形成する。スリットａは並列形成された隣り合う形成位置がシートの延長方向にずれる千鳥状に形成することにより、スリットａが延長方向に断続して形成される間に結節部ｂが形成され、更に、図１０（ｂ）に示すように、スリットａが幅方向に隣り合って形成されている位置を交互に逆向きに突出するように塑性変形させた膨出部ｃが形成される。このようにスリットａ、結節部ｂ、膨出部ｃが形成されたシートＡを、図１１に示すように幅方向が拡大するように引張させると、開口したスリット間の線状部ｄが結節部ｂで接続されたメッシュ構造の展延メッシュシートが形成される。このような展延メッシュシートの製造方法及びその製造装置は、特許第２５６８２８５号として開示されている。

上記展延メッシュシートを製造する製造装置は、図１２に示すように、周縁部に膨出部ｃを形成する凸部２を所定ピッチで設けた複数の円板状カッター１を同心に且つ円板状カッター１の厚さ寸法と略同一の間隔で重ね合わせて構成された一対のロール１０、１０を、それぞれの軸心が互いに平行で両ロール１０、１０の軸心方向の位置を円板状カッター１の厚さ寸法にずらせて対向配置し、一方のロール１０の円板状カッター１と他方のロール１０の円板状カッター１との間でシートＡの送給方向にスリットａを形成するための刃部を各円板状カッター１の両側縁部に設け、この刃部にスリットａの形成を断続化して結節部ｂを設けるための逃がし部３が円板状カッター１の円周方向に所定ピッチで形成されている。

この両ロール１０、１０間にシートＡを送給し、両ロール１０、１０を軸心回りに回転駆動することにより、図１０に示したように、シートＡに結節部ｂで接続されたスリットａが形成されると共に、スリットａ部分が隣り合う間で互いに逆向きに突出する膨出部ｃが形成される。

このロータリー方式の加工方法では、円板状カッター１は円板の強度を得るにはその厚さを薄くすることに限界があるため、薄く微細なカッターを形成するのに限界があり、微細なメッシュ構造に展延メッシュシートを加工することができない。従って、微細なメッシュ構造の展延メッシュシートを得るには前記レシプロ方式が用いられる。

レシプロ方式による展延メッシュシートは、図１３（ａ）に示すように、上下一対の板状のカッター４１、４２により、図１３（ｂ）に示すように、長尺シート４３の幅方向に断続的な線条が一列に並ぶスリットｊを一列毎に加工し、このスリットの加工位置がスリット形成方向にずれる千鳥状となるように形成する。

スリットｊの形成時にカッター４１、４２にスリット形成刃として設けられた凸部によりスリットｊに沿って膨出部ｋが形成される。このスリットｊ及び膨出部ｋが千鳥状に形成された長尺シート４３を、図示するように長尺方向に引っ張ることにより、スリットｊ及び膨出部ｋが展伸されてメッシュシートに形成される。

近来の小型薄型化、軽量化が要求される携帯機器等に使用される電池では、小型、軽量にして、より高性能であることが要求され、そのために電池の活物質を担持する集電体は、メッシュ構造が微細で薄肉化されたものが必要となる。このような集電体を形成するための展延メッシュシートは、上記ロータリー方式では、スリット間隔を小にして微細なラス目を形成するのに限界があって製造できないため、上記レシプロ方式により製造されることになる。しかしながら、上記したような従来のレシプロ方式によるメッシュシートの製造は、前述したごとくスリットを一列毎に加工するので、加工速度が遅く生産性に欠けコスト高となる問題点があった。また、薄肉の展延メッシュシートに活物質を塗着して圧延する工程での強度を確保し、更には集電体にリードを接続するリード接続部を形成するために展延メッシュシートの延長方向にメッシュ加工されていない無地部が形成されていることが望ましいが、図１３に示したような従来のレシプロ方式では展伸方法の関係からシートの全面にメッシュ形成せざるを得ず、レシプロ方式により無地部を形成した展延メッシュシートを製作し難い課題があった。

本発明の目的とするところは、レシプロ方式によっても薄肉のシートに微細なラス目構造を効率よく加工することができ、更に、無地部を設けて製造することができる展延メッシュシートの製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る展延メッシュシートの製造装置は、複数の凸部が所定ピッチで形成され、この凸部間の左右面が交互に切り欠かれて逃がし部が形成され、かつ前記逃がし部の両側の刃部が逃がし部側に向けて切除され、前記左右面がシャーリングカッターのカッター面となるように板状カッターが形成されてなり、この板状カッターをその厚さ寸法と略同一の間隔で複数枚重ね合わせて上型と下型とを構成し、この両型を前記厚さ寸法で重ね合わせ方向にずらせて対向配置し、上型と下型とを対向方向に進退駆動して、両型の対向間の前記板状カッターの長手方向に送給された長尺シートの長尺方向に断続するスリットを長尺シートの幅方向に複数条のスリットを千鳥状に形成するスリット形成手段と、前記長尺シートをスリット形成手段の板状カッターの長手方向に搬送する搬送手段と、スリット形成された長尺シートの幅寸法が拡大する方向に引張し、前記スリットを展伸してメッシュシートに加工する展伸手段と、前記メッシュシートを表裏両面から圧延して平坦化する圧延手段とを具備してなることを特徴とする。

この構成によれば、複数の板状カッターを重ね合わせた上型と下型との間で長尺シートにスリット形成するレシプロ方式のスリット形成手段が構成される。本構成では、レシプロ方式でありながら所定面積に一括してスリット形成できるので従来の一列づつスリット加工するレシプロ方式の加工速度が遅い課題を解決することができる。また、板状のカッターによりスリット形成するので、精度が確保しやすく金型コストを削減することができる。また、板状カッターはその厚さを薄く形成することができるので微細なメッシュ構造の加工が可能となり、小型、薄型で高性能な電池を製造する上で要求される微細なメッシュ構造で薄い集電体をこの展延メッシュシートから得ることができる。また、逃がし部の両側の刃部を逃がし部側に向けて切除して板状カッターを形成しているので、展伸されたときスリット間の結節部の幅が拡大され、角部が鈍角に形成されるので、メッシュ構造の強度を向上させることができる。

上記構成において、板状カッターの厚さ寸法が、上型及び下型の重ね合わせの両側に徐々に厚くなるように形成することにより、メッシュ構造の格子目を構成する線条部の幅をシートの幅方向に徐々に大きく形成することができるので、展伸時に引っ張り力が多く加わるシートの両側部分の強度を向上させることができる。

また、長尺シートの幅方向の所定部位に対応する位置に板状カッターが配設されないようにして上型及び下型を形成することにより、長尺シートの長尺方向にスリットが形成されない無地部を形成することにより、メッシュシートの長尺方向に帯状に無地部が形成された展延メッシュシートとなる。この無地部が設けられていることによりメッシュシートの搬送時や圧延時に加わる引っ張りに対する強度が向上するばかりでなく、電池製造時に無地部を利用して電極引き出しリードの接続部を設けることにより、開口部のない無地部にリードが溶接されるので、リードの接続性を向上させることができる。

以上の説明の通り本発明によれば、複数の板状カッターを用いたレシプロ方式により複数列のスリット形成を同時に行うので、レシプロ方式による展延メッシュシートの加工速度を向上させることができる。また、板状カッターにより微細にスリット形成することが可能となるため、微細なラス目構造の展延メッシュシートを製造することができ、小型で高性能な電池を製作する上で必要な微細ラス目を備えた集電体を製作することが可能となる。また、金属シートの幅方向の中央部分と両側部分とにスリット形成しない部位を設けてスリット形成することができるので、これを展伸することにより無地部を備えた展延メッシュシートが形成され、無地部により引っ張り強度が向上するため、展延メッシュシートの製造工程やこれを利用した電池電極の製造工程における搬送や圧延時に不良が発生することが抑えられる。更に、無地部は電池の集電体を製作するときにリード等の溶接部位として利用することができ、開口部がないことから溶接性に優れ、強電流の取り出しも可能となり、本展延メッシュシートを用いて高性能な電池を製造することができる。また、逃がし部の両側の刃部を逃がし部側に向けて切除して板状カッターを形成しているので、展伸されたときスリット間の結節部の幅が拡大され、角部が鈍角に形成されるので、メッシュ構造の強度を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本実施形態に係る展延メッシュシートの製造方法を示すもので、非水電解質電池の電極を構成する集電体として使用することを目的として、薄い長尺金属シート、例えば銅シート、アルミニウムシートに微細メッシュ構造を形成すると共に、その中央部分及び両側部分にはメッシュ構造を形成しない無地部を設けた展延メッシュシートを製造する。

図１において、コイル材としてロール状に巻回された長尺の金属シートＢは端から巻き出されてスリット形成部１１に送給される。スリット形成部１１は、後述する板状カッターを重ね合わせて構成された上型と下型とを対向配置して、対向方向に進退駆動させることにより、上型と下型との間に送給された金属シートＢの所定範囲に、図２に示すように、膨出部ｇを設けてスリットｅを形成する。

スリット形成部１１に配設された上型と下型とは、金属シートＢの幅方向の中央部分と両側部分に対応する位置には前記板状カッターが配置されず、従って、金属シートＢの幅方向の中央部分と両側部分とにはスリットｅは形成されない。

このスリットｅが形成された金属シートＢは、図示しない搬送手段により展伸部１２に搬送され、展伸部１２において、金属シートＢの幅方向を拡張させるように引張されることにより、幅方向に膨出部ｇが伸び、スリットｅが開くので、スリットｅはスリット間が千鳥状に結節部ｆで連結されていることから、菱形の開口部が格子状に展伸されたメッシュシートＣが形成される。このメッシュシートＣに対して、屈曲部形成部１３においてメッシュシートＣの開口部が形成されていない中央無地部Ｎｃ及び両側無地部Ｎｓに、図６に示すように、メッシュシートＣの幅方向に溝状の凹部１９または凸部が形成される。更に、この凹部１９が形成されたメッシュシートＣは、圧延部１４において加圧ローラ１８、１８により圧延されて展延メッシュシートＤとなり、ロール状に巻き取られる。前記のように無地部Ｎｃ、Ｎｓに凹部１９を形成することにより、圧延部１４においてメッシュシートＣが圧延されたときのメッシュ部分と無地部分との伸びを合わせることができるため、圧延による展延メッシュシートＤの変形を防止することができる。

上記したような工程により製造される展延メッシュシートＤのメッシュ形成部Ｍの構成について説明する。

図３は、メッシュ形成部Ｍに配設される上型２１と下型２２とを部分的に示すもので、シャーリングカッターを構成する複数の板状カッター１５を所定間隔を設けて重ね合わせて構成されている。板状カッター１５は、その両面がシャーリングカッターの刃部２４として形成され、半円状に凸部２３が所定ピッチで形成されている。更に、前記凸部２３が突出する間の直線部位には前記刃部２４を斜め方向に切り欠いた逃がし部２５が板状カッター１５の一方面と他方面とに交互に配置されるように形成されている。このように形成された板状カッター１５は、板材の厚さ寸法と略同一の間隔寸法を設けて重ね合わされて上型２１及び下型２２が形成される。この上型２１と下型２２とは、板状カッター１５の重ね合わせ方向に板状カッター１５の厚さ寸法だけ重ね合わせ方向にずれた位置に上下に対向させて配設される。この上型２１、下型２２をその対向方向に進退駆動することによって、上型２１の板状カッター１５と下型２２の板状カッター１５とが互いに噛み合って、対向間に送給された金属シートＢに図２に示すように、前記凸部２３により膨出部ｇが設けられたスリットｅが形成される。

図４（ａ）は、前記上型２１と下型２２とが噛み合った状態を平面的に示し、この状態に対応して、この位置に送給された金属シートＢにスリット形成された状態を図４（ｂ）に示している。図示するように、上下の刃部２４、２４が合致する位置でスリットｅが形成され、上下の逃がし部２５、２５が合致する位置では刃部２４が切り欠かれているのでスリットｅは形成されない。また、刃部２４が平面方向に対面するスリット間には刃部２４によって切断された部分を凸部２３により金属シートＢの表裏に交互に突出させた膨出部ｇが形成される。また、上下の逃がし部２５、２５の合致した位置にはスリットｅが形成されないので、スリットｅは断続的に且つ千鳥状に形成され、逃がし部２５の合致位置、即ち断続するスリットｅ間に結節部ｆが形成されることになる。

上記のようにスリット形成部１１は、板状カッター１５を重ね合わせた上型２１と下型２２とを対向間で進退駆動させ、複数列のスリットｅを同時形成するので、レシプロ方式でありながら所定面積にスリット形成を一括して行うことができる。板状カッター１５は、図１２に示したような円板状カッター１０の円周上に形成されるスリット形成用の刃部等を数分の一の数で平面上に配列して形成されるので、１つのカッターのサイズは小さくなるので、カッターとしての厚さは薄く形成することが可能となり、ロータリー方式では不可能な微細なスリット加工を行うことができる。このような板状カッター１５では最小厚さは１００μｍを加工限界として微細なスリット形成が可能となり、小型で高性能な電池の製造に不可欠な微細ラス目構造の集電体を製作することができる。

スリット形成部１１において上記のようにスリットｅ、膨出部ｇ、結節部ｆが形成された金属シートＢを、展伸部１２において金属シートＢの幅方向が拡大するように引張すると、図５（ａ）（ｂ）に示すように、スリットｅが開口し、スリット間に形成されている膨出部ｇが展伸され、スリットｅは菱形の開口部となり、各開口部は結節部ｆで連結されたラス目のメッシュシートＣが形成される。

スリット形成部位を展伸する展伸量は、幅方向の拡大距離により変化するので、図５（ｂ）に示すように、スリットｅが開口して形成された菱形開口部を囲む対角線の長い対角ＬＷと短い対角ＳＷとの比率が略２：１となる程度に展伸する。

このメッシュシートＣは屈曲部形成部１３に搬送されて中央無地部Ｎｃ及び両側無地部Ｎｓに凹部１９が形成される。屈曲部形成部１３は、ローラ表面の中央無地部Ｎｃ及び両側無地部Ｎｓに当接する位置にローラの幅方向に凸部が形成された雄型ローラと凹部が形成された雌型ローラとを対向配置し、ローラ間の前記凸部と凹部との位置が対向間で一致するように配設する。この雄型ローラと雌型ローラとの間にメッシュシートＣを送り込み、ローラ間で加圧することにより、中央無地部Ｎｃと両側無地部Ｎｓとに、図６に示すように幅方向に凹部１９が形成される。この凹部１９が形成されたメッシュシートＣは、圧延部１４に搬送される。尚、凹部１９は表面側に凸となるように凸部として形成してもよい。

圧延部１４は、その表面が平坦な一対の加圧ローラ１８、１８により、ローラ間でメッシュシートＣを加圧してメッシュ形成部Ｍの凹凸や無地部Ｎｃ、Ｎｓの凹部１９を平坦にして全面が均一厚さになるように圧延する。このときメッシュ形成部Ｍの伸びは無地部Ｎｃ、Ｎｓの伸びより大きくなるが、無地部Ｎｃ、Ｎｓに凹部１９が形成されていることにより、伸びの程度が一致して圧延部１４から排出される展延メッシュシートＤの変形やメッシュの破断や変形を防止することができる。従って、前記屈曲部形成部１３において形成される凹部１９の形状寸法や形成数は、メッシュ形成部Ｍの圧延時の伸びに無地部Ｎｃ、Ｎｓが一致するように設定され、これに基づいて前記雄型ローラ及び雌型ローラが形成される。

上記のように形成される展延メッシュシートは、中央部分及び両側部分に無地部Ｎｃ、Ｎｓが形成されているので、各加工工程に搬送される際の引っ張りに耐える強度が得られ、無地部が形成されていない場合より格段に大きな引っ張り強度を備えているため、小型薄型の電池に必要な薄い集電体を作成するための薄い展延メッシュシートＤを製造することができる。この無地部Ｎｃ、Ｎｓが設けられた展延メッシュシートＤから前記集電体を切り出すとき、無地部Ｎｃ、Ｎｓの存在を有効に利用して、高性能な電池を製造することができる。即ち、図７に示すように、展延メッシュシートＤの中央無地部Ｎｃに集電体３５のリード接続部３５ａが位置するように切り出すことにより、この集電体３５に活物質を塗着させて作成した正極または負極をセパレータを介して積層し、前記リード接続部３５ａ間を接続し、電極を引き出すリードに接続するとき、メッシュ構造による開口部のないリード接続部３５ａで溶接により接合されるので、溶接性に優れ、大きな電流の取り出しが可能な電池を構成することができる。

また、図８に示すように、板状カッター１５の逃がし部２５を刃部２４から切り欠いて形成するとき、図示するように逃がし部２５に接する刃部２４の角を逃がし部２５の方向にカットした角切り部３６を形成して逃がし部２５を形成することにより、ラス目の強度を向上させることができる。この角切り部３６を設けることにより、刃部２４により形成されるスリットｅが逃がし部２５で中断される幅が広がり、スリットｅの形成長さが短くなるため、展伸によりスリットｅが開いたときの両端が鋭角でなく、図９に示すように、アールを帯びた鈍角に形成されるので、スリットｅにより形成される菱形の開口部をつなぐ結節部ｆの幅が広がると共に、鈍角で連結されるので、引っ張りに対する強度が増強される。

以上説明した展延メッシュシートＤに形成されるラス目は、基本的には一定のサイズに形成されるが、幅方向にラス目を徐々に小さくする、あるいは場所毎にラス目のサイズを変えることもできる。例えば、上型２１及び下型２２を構成する板状カッター１５の板材の幅を、金属シートＢの幅方向に厚くなるように形成することにより、格子目の線状部ｈの幅が幅方向に徐々に大きくなり、展伸時に大きな力が加わる両側方向の強度を向上させることができる。また、板状カッター１５の厚さの変化に対応させて凸部２３、刃部２４、逃がし部２５の寸法を変えることにより、メッシュの長目方向と短目方向との距離比率を同一にして、ラス目のサイズが変化するように形成することもできる。

本発明の実施形態に係る展延メッシュシートの製造方法を示す斜視図。 スリット形成部によりスリット形成された状態の金属シートの部分斜視図。 板状カッターの構成を示す斜視図。 スリット形成の状態を示す（ａ）は上型と下型との噛み合い状態、（ｂ）は形成されたスリットの形成を示す平面図。 展伸により（ａ）のスリット状態から（ｂ）のメッシュ構造に加工する展伸の説明図。 凹部形成を示す（ａ）は平面図と（ｂ）は側面図。 無地部を利用して集電体を切り出す方法を説明する平面図。 板状カッターの変形例を示す斜視図。 同上カッターにより形成されるメッシュ構造を示す平面図。 スリット形成を説明する（ａ）は平面図と（ｂ）は同図のＧ−Ｇ線矢視断面図。 スリット形成と展伸との状態を説明する平面図。 ロータリー方式によるスリット形成構造を示す側面図。 レシプロ方式による（ａ）はスリット形成構造、（ｂ）は展伸の状態を示す斜視図。

符号の説明

１１ スリット形成部
１２ 展伸部
１３ 屈曲部形成部
１４ 圧延部
１５ 板状カッター
１９ 凹部（屈曲部）
２１ 上型
２２ 下型
２３ 凸部
２４ 刃部
２５ 逃がし部
３６ 角切り部
ｅ スリット
ｆ 結節部
ｇ 膨出部
ｈ 線状部
Ｂ 金属シート
Ｃ メッシュシート
Ｄ 展延メッシュシート
Ｎｃ、Ｎｓ 無地部
Ｍ メッシュ形成部

Claims (3)

1. 複数の凸部が所定ピッチで形成され、この凸部間の左右面が交互に切り欠かれて逃がし部が形成され、かつ前記逃がし部の両側の刃部が逃がし部側に向けて切除され、前記左右面がシャーリングカッターのカッター面となるように板状カッターが形成されてなり、この板状カッターをその厚さ寸法と略同一の間隔で複数枚重ね合わせて上型と下型とを構成し、この両型を前記厚さ寸法で重ね合わせ方向にずらせて対向配置し、上型と下型とを対向方向に進退駆動して、両型の対向間の前記板状カッターの長手方向に送給された長尺シートの長尺方向に断続するスリットを長尺シートの幅方向に複数条のスリットを千鳥状に形成するスリット形成手段と、
   前記長尺シートをスリット形成手段の板状カッターの長手方向に搬送する搬送手段と、
   スリット形成された長尺シートの幅寸法が拡大する方向に引張し、前記スリットを展伸してメッシュシートに加工する展伸手段と、
   前記メッシュシートを表裏両面から圧延して平坦化する圧延手段とを具備してなることを特徴とする展延メッシュシートの製造装置。
2. 板状カッターの厚さ寸法が、上型及び下型の重ね合わせの両側方向に徐々に厚くなるように形成されてなる請求項１記載の展延メッシュシートの製造装置。
3. 長尺シートの幅方向の所定部位に対応する位置に板状カッターが配設されないようにして上型及び下型を形成することにより、長尺シートの長尺方向にスリットが形成されない無地部を形成する請求項１又は２に記載の展延メッシュシートの製造装置。

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