JP4351737B2 - 連続セパレータ及びシート状電極の積層装置 - Google Patents

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Description

本発明は、つづら折り状に折り返された連続セパレータの間にシート状電極が介装された積層体を製造する積層装置に関する。
特開平９−２７４９３５号公報 特開２０００−２５１９２３号公報
近年、電気自動車やハイブリッド自動車あるいはＵＰＳ（無停電電源）等に適用可能で、小型化・大容量化が容易な二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池が注目されている。このリチウムイオン二次電池は、一般的には、シート状の正極集電体とその表面に塗布された正極活物質とで構成されたシート状の正電極と、シート状の負極集電体とその表面に塗布された負極活物質とで構成されたシート状の負電極とをセパレータを介して積層することにより形成されたシート状の内部電極対（積層体）と、この内部電極対を密封状態に被覆すると共に内部に電解液を収容する電池ケースと、この電池ケース内の内部電極対の各正電極及び各負電極にそれぞれ接続される正電極端子及び負電極端子とで構成されている。そして、充電時には正極活物質からリチウムイオンが電解液とセパレータを介して移動し負極活物質にインターカレートされ、放電時にはその逆の順序でリチウムイオンが移動することにより二次電池として充放電を行うものである。
上述のようなセパレータとシート状電極とで構成された内部電極対の一例として、内部短絡による電池損傷や周囲への影響を最小限に抑制する等の目的を達成するために、シート状電極間に介在するセパレータを連続的に形成して積層体を構成したものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
ここで、特許文献１には、内部短絡の波及抑制や放熱性能の向上等を図るために、微多孔性フィルムを２枚貼り合わせた袋状のセパレータの内部にシート状電極を収容した電極ユニットを形成し、これらの電極ユニットを順次積層した内部電極対（積層体）を有するリチウムイオン二次電池が開示されている。
また、特許文献２には、デッドスペースを省略して電池容量の増大等を図るために、その下端辺が折り曲げられた長尺の帯状セパレータをつづら折り（ジグザグ状）に折り曲げて、折り曲げられた連続セパレータ間に正負各極性のシート状電極を交互に配置した内部電極対（積層体）を有する角型二次電池が開示されている。
しかしながら、上記特許文献に開示された先行技術においては、いずれも次のような問題点を有していた。
例えば、特許文献１に開示された先行技術においては、微多孔性フィルムを貼り合わせた袋状のセパレータ内にシート状電極を収容するために自動化が困難であり、また、セパレータの切断工程が必要となり、作業性・生産性が著しく劣るといった問題が生じていた。また、例えば無機材料複合セパレータ等を用いる場合には、切断面からの粉落ちが積層体の短絡の要因となったり、当該セパレータの樹脂フィルムでの熱溶着による貼り合わせが困難となるため、適用可能なセパレータの材質が限定されるといった問題が生じていた。
また、特許文献２に開示された先行技術においては、組み立ての過程で、シート状の正負各電極とセパレータとの位置を正確に調整しつつセパレータを折り曲げて積層体を形成していく必要があるため、作業性・生産性が劣るといった問題を生じていた。さらに、セパレータを折り曲げる際に、介装されるシート状電極端部に無理な力が加わり、当該電極の位置ずれや電極端部に機械的なダメージが生じ易く、このような組み立ての際のシート状電極の位置ずれやシート状電極に対する機械的ダメージは、電池容量の低下といった性能の劣化や内部短絡の発生の要因となるといった問題が生じていた。
さらにまた、近年においては、二次電池等の多様な用途の拡大に伴い、シート状電極やセパレータのサイズ、形状、材質等の用途に応じた変更に対して、柔軟な対応が可能な積層装置の開発が望まれていた。
そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みて、連続セパレータを折り曲げる際のシート状電極端部を保護すると共に、当該セパレータの円滑な折り曲げ形成を可能とし、併せて生産性の向上を可能とする連続セパレータ及びシート状電極の積層装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置は、連続するテープ状のセパレータを折り返しつつ、該セパレータ及びシート状電極を順次積層して積層体を形成する連続セパレータ及びシート状電極の積層装置であって、前記テープ状のセパレータの先端部を吸着保持し、その上にシート状電極及びセパレータが順次積層される積層ステージと、前記積層ステージの上方にて、前記テープ状セパレータを、該積層ステージを中心として往復移動させるセパレータ往復移動手段と、積層された前記シート状電極の前記セパレータの移動方向両端部の辺を覆うように前記積層ステージに対して近接、又は離隔可能に構成され、前記セパレータの往復移動に伴う前記シート状電極両端部での折り返しをガイドする折り曲げガイド部材とを備えることを特徴とするものである。
このように構成した場合には、テープ状のセパレータの先端部を吸着保持し、その上にシート状電極及びセパレータが順次積層される積層ステージと、積層ステージの上方にて、テープ状セパレータを、該積層ステージを中心として往復移動させるセパレータ往復移動手段と、積層されたシート状電極のセパレータの移動方向両端部の辺を覆うように、積層ステージに対して近接／離隔可能に構成され、セパレータの往復移動に伴うシート状電極両端部での折り返しをガイドする折り曲げガイド部材とを備えているので、シート状電極を積層する度のセパレータの切断工程を省略して生産性の向上を図ると共に、往復移動するテープ状セパレータを折り返す際のシート状電極との直接的な接触に伴う電極端部へのダメージを防止しつつテープ状セパレータの均質な折り返しを容易に実現することができる。
また、前記セパレータ往復移動手段は、その間に前記テープ状セパレータが挿通されたローラ対を、前記積層ステージを中心として該ステージ面に沿って往復移動させることにより構成されていてもよい。
このように構成した場合には、連続セパレータを切断することなく、各シート状電極端部での順次折り返しを可能とするセパレータ往復移動手段を簡易な構成で容易に実現することができる。
また、複数のシート状正電極が収容可能な正電極収容部と、複数のシート状負電極が収容可能な負電極収容部と、前記正電極収容部内のシート状正電極を１枚ずつ保持して前記積層ステージ上に移動供給する正電極保持移動手段と、前記シート状の負電極を１枚ずつ保持して前記積層ステージ上に移動供給する負電極保持移動手段とをさらに備え、前記セパレータ往復移動手段と、前記正電極保持移動手段及び負電極保持移動手段とは略同一直線上を一体に往復移動するように構成してもよい。
このように構成した場合には、セパレータ保持移動手段と、正電極保持移動手段及び負電極保持移動手段とが略同一直線上を一体となって往復移動するので、例えば、互いに材質が異なるシート状正電極及びシート状負電極を積層する必要がある二次電池の製造への容易な適用が可能となる。さらに、連続セパレータを介したシート状正電極及びシート状負電極の積層ステージ上での交互の順次自動積層が可能となり、各電極の移動供給やセパレータの折り曲げのための自由度を削減して構成のコンパクト化や制御の簡素化を可能とし、大容量化や生産性の向上及びコストダウンに寄与することができる。
さらに、前記セパレータ往復移動手段は、前記正電極保持移動手段と前記負電極保持移動手段との略中央に配置されていると共に、前記積層ステージは、前記正電極収容部と前記負電極収容部との略中央に配置されており、かつ、前記セパレータ往復移動手段と前記各電極保持移動手段との水平方向の離隔距離は、前記積層ステージと前記各電極収容部との水平方向の離隔距離の略半分に設定されていてもよい。
ここで、セパレータ往復移動手段と各電極保持移動手段との水平方向の離隔距離とは、例えば同一極性の電極保持移動手段が水平方向に複数配設されている場合には、水平方向におけるセパレータ往復移動手段（例えば、ローラ対）の中心と複数の上記電極保持移動手段の配設中心との離隔距離をいうものとし、同様に、積層ステージと各電極収容部との水平方向の離隔距離とは、水平方向における積層ステージの配設中心と各シート状電極収容部の配設中心との離隔距離をいうものとする。
このように構成した場合には、ローラ対と各電極保持移動手段との水平方向の離隔距離が、積層ステージと各電極収容部との水平方向の離隔距離の略半分に設定されているので、簡易な制御により、一方の極性のシート状電極を対応する電極収容部から積層ステージへ移動させる移動動作、他方の極性のシート状電極を積層ステージから対応する電極収容部へ移動させる移動動作、連続セパレータを電極端部で折り返す折り曲げ動作の同時実施が可能となり、生産性の大幅な向上を実現することができる。
また、複数のシート状正電極が収容可能な正電極収容部と、複数のシート状負電極が収容可能な負電極収容部と、前記正電極収容部内のシート状正電極を１枚ずつ保持して前記積層ステージ上に移動供給する正電極保持移動手段と、前記シート状の負電極を１枚ずつ保持して前記積層ステージ上に移動供給する負電極保持移動手段とをさらに備え、前記正電極保持移動手段と前記負電極保持移動手段とは、前記セパレータ往復移動手段の軌道と前記積層ステージの略中心にて接するような円軌道上を一体に往復移動するように構成してもよい。
このように構成した場合には、セパレータ往復移動手段と各電極保持移動手段とを独立して駆動制御することにより、連続セパレータを介したシート状正電極及びシート状負電極の積層ステージ上での交互の順次自動積層を可能として、二次電池の製造への容易な適用を可能とすると共に、連続セパレータの所定の位置での折り曲げタイミングと各シート状電極の積層タイミングとの精度良い調整制御が可能となり、積層体の品質向上に寄与することができる。
さらに、前記正電極収容部と前記負電極収容部とは、前記円軌道上に配置されていると共に、前記正電極保持移動手段と前記負電極保持移動手段との開き角度は、前記積層ステージと前記各電極収容部との配設角度と略同等に設定されていてもよい。
ここで、開き角度とは、各電極保持移動手段の所定の円軌道の回転中心に対する角度をいうものとする。また、配設角度とは、積層ステージと各電極収容部との所定の円軌道の回転中心に対する角度をいうものとする。
このように構成した場合には、一方の極性のシート状電極を対応する電極収容部から積層ステージへ移動させる移動動作、他方の極性のシート状電極を積層ステージから対応する電極収容部へ移動させる移動動作、連続セパレータを電極端部で折り返す折り曲げ動作の同時実施が可能となり、生産性のより一層の向上を実現することができる。
さらにまた、前記正電極保持手段と前記負電極保持手段との開き角度は、任意に変更可能なように構成されていてもよい。
このように構成した場合には、各電極収容部のレイアウト変更や、セパレータやシート状電極の材質等に応じた適切な積層タイミングの調整を可能として、用途に応じた配置構成や積層動作の変更に対してより簡易に柔軟に対応することができる。
また、前記折り曲げガイド部材及び／又はいずれかの前記電極吸着手段は、積層ステージ上で積層体を形成する際に、常に、積層ステージとの間で該積層体を挟みこんでいるように構成してもよい。
このように構成した場合には、積層体上にて積層体を形成する際のシート状電極の位置ずれを確実に防止することができる。
さらに、前記折り曲げガイド部材と、前記電極保持手段の先端部とは、その積層ステージ上への投影面が互いに干渉しないように、前記各部材が配置形成されていてもよい。
このように構成した場合には、積層ステージ上に形成される積層体を、折り曲げガイド部材及び／又はいずれかの電極保持積層ステージが互いに干渉することなく、積層ステージとの間で、積層体を常に挟みこむことが可能となり、かつ、セパレータとシート状電極との間に配置された折り曲げガイド部材の引抜をより円滑に行うことができ、これにより、折り曲げガイド部材の接離動作に伴うシート状電極へのダメージや位置ズレをより確実に防止することができる。
以上において、前記テープ状セパレータは、複数のローラに懸架されていると共に、少なくとも一の前記ローラは、重力方向に移動自在に形成されていてもよい。
このように構成した場合には、重力方向に移動自在に形成されたローラにより、連続するテープ状のセパレータに常に一定のテンションを付与して弛みや皺の発生を防止すると共に、シート状電極に対して突発的な力が加わることによる機械的なダメージを未然に防止して、より信頼性や品質の向上に寄与することができる。
また、前記積層ステージは、前記シート状電極の積層枚数に応じて、その高さが調整可能であってもよい。
このように構成した場合には、シート状電極の積層枚数に応じて、セパレータの折り曲げ位置（高さ）を常に一定に維持することができるので、簡易な制御によりセパレータの均質な折り返しを可能として品質の維持向上に寄与することができる。
さらに、前記積層ステージ上に積層された、セパレータ及びシート状電極から構成される積層体の積層方向両端部を把持する把持手段をさらに備え、該把持手段は、前記積層体の周囲に前記セパレータの巻き付けを可能とする回転機構を備えていてもよい。
このように構成した場合には、回転機構を備えた把持手段をさらに備えているので、セパレータ及びシート状電極で構成された積層体の周囲を、人手の介入を排除して、安定してテープ状セパレータで包み込むことができるので、積層体を構成する各シート状電極の位置ずれをより確実に防止して、品質の維持向上に寄与することができる。
また、前記セパレータは、複数の連続するテープ状のセパレータを積層して多重化されていてもよい。
このように構成した場合には、仮に一のセパレータにピンホール等の欠陥が発生しても、積層方向に多重化された他のセパレータでバックアップすることができ、信頼性の向上に一層寄与することができる。
また、本発明においては、例えば、耐熱性は高いが、切断が困難で切断工程で損傷する可能性が高く折り曲げの際の脆性が問題となる無機化合物の複合材料又は全芳香族ポリアミド材料にて形成されたセパレータに対しても好適に適用可能であり、用途に応じたセパレータの選定の自由度を増大させることができる。
さらにまた、本発明においては、前記シート状正電極を、例えばアルミニウム製の金属箔の両面に正極活物質が塗布されたリチウムイオン電池用正電極とし、前記シート状負電極を、例えば銅製の金属箔の両面に負極活物質が塗布されたリチウムイオン電池用負電極とすることにより、連続セパレータを用いた小型で大容量化が容易なリチウムイオン二次電池の内部電極対（積層体）の製造に好適に適用することができる。
本発明によれば、連続セパレータを折り曲げる際のシート状電極端部を保護すると共に、当該セパレータの円滑な折り曲げ形成を可能とし、併せて生産性の向上を可能とする連続セパレータ及びシート状電極の積層装置を簡易な構成で実現することができる。
本発明の第一の実施形態に係る積層装置の全体構成を示す模式図である。 本発明に係る折り曲げガイド部材と電極吸着パッドとの配置関係を示す模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の変形例に係るグリッパの構成を説明するための模式図である。 本発明の別の変形例に係る多重化セパレータが複数のローラに懸架された状態を示す模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。 本発明の第二の実施形態に係る積層装置による積層動作を説明するための模式図である。
符号の説明
１，１Ａ：積層装置、１０：積層ステージ、１０ａ：溝、２０，２１，２２：ガイド部材、２０Ｒ，２０Ｌ，２１Ｒ，２１Ｌ：ガイド辺、３０：正電極収容部、４０：負電極収容部、５０：スライド往復ユニット、５０Ｒ：回転往復ユニット、５０Ｐ，５０Ｐ１，５０Ｐ２：正電極吸着パッド、５０Ｎ，５０Ｎ１，５０Ｎ２：負電極吸着パッド、５１：スライド部材、５３：垂直アーム、５５：右アーム、５７：左アーム、６０Ｔ：テンションローラ、６０Ｕ：上部ローラ、６０Ｄ：下部ローラ対、６１：テープ部、６２，６３：ガイドローラ、６５Ｇ：ガイド溝、７０：積層体、１００：グリッパユニット、１０７：回転軸、１１０：上部グリッパ、１２０：下部グリッパ、５１１：回転支持部材、５１３：屈曲アーム、５１３Ｒ：右側アーム部、５１３Ｌ：左側アーム部、θ：開き角度（配設角度）、Ｃ：円軌道、Ｇ：グリッパ部、Ｐ：シート状正電極、Ｎ：シート状負電極、Ｓ：セパレータ
＜第一の実施形態＞
以下に、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、本発明の一適用例であるリチウムイオン二次電池の製造を例にとって説明する。
まず、本実施の形態に係る積層体の製造装置（以下、積層装置とも称する）の概要について図１を参照して説明する。ここで、図１（ａ）は、本実施の形態に係る積層装置の全体構成を示す模式的正面図であり、図１（ｂ）は、模式的平面図である。なお、明瞭化のため、図１（ａ）では、セパレータが複数のローラに懸架されて積層ステージへ供給されている状態を示すのに対し、図１（ｂ）では、当該セパレータを省略した状態を示すものとする。
本発明に係る積層装置１は、図１に示すように、複数のローラに懸架されたテープ状の連続したセパレータＳと、その上にシート状正電極Ｐ及びシート状負電極Ｎが、連続したテープ状のセパレータＳを介して交互に積層される昇降自在に形成された積層ステージ１０と、所定の高さを維持しつつ積層ステージ１０に対して前進又は後退（近接又は離隔）が可能なように形成され、セパレータＳのジグザグ状の順次折り曲げを所定の位置（高さ）でガイドする折り曲げガイド部材２０と、セパレータＳの供給方向（本例では、図中、右側から左側）に沿って積層ステージ１０の上流側(本例では、図中、右側)に配設され、積層状態の複数のシート状正電極Ｐを収容する正電極収容部３０と、積層ステージ１０の下流側（本例では、図中、左側)に配設され、積層状態の複数のシート状負電極Ｎを収容する負電極収容部４０と、積層ステージ１０の上方に配設され、積層ステージ１０、正電極収容部３０、負電極収容部４０との間を往復移動可能なように構成されたスライド往復ユニット５０と、これらの構成機器の動作を制御する不図示の装置コントローラ等を備えている。
本実施の形態におけるスライド往復ユニット５０は、積層ステージ１０の背面側にて、不図示のモータ等の駆動源により水平方向に往復移動可能に構成したスライド部材５１を備え、このスライド部材５１の略中央部には、垂直方向に延在する垂直アーム５３が取り付けられていると共に、スライド部材５１の両端部には、積層ステージ１０側（図中、背面側から前面側）に略水平に突出形成された右アーム５５及び左アーム５７がそれぞれ取り付けられている。さらに、垂直アーム５３の上端部には、セパレータＳが懸架される上部ローラ６０Ｕが、積層ステージ１０側に略水平に突出するように取り付けられていると共に、垂直アーム５３の下端部には、一対の下部ローラ対６０Ｄが、積層ステージ１０の上表面近傍に略水平に突出するように取り付けられている。かかるローラ対６０Ｄは、本発明に係るセパレータ往復移動手段を構成するものであり、具体的には、積層ステージ１０上の所定の位置に前進する上記折り曲げガイド部材２０と略平行であって、その高さがガイド部材２０の表面近傍に位置するように取り付けられている。また、右アーム５５の先端部には、正電極収容部３０からシート状正電極Ｐを一枚ずつ吸着保持して積層ステージ１０への移動供給を可能とする上下方向に伸縮自在に形成された正電極吸着パッド５０Ｐが懸装されている。同様に、左アーム５７の先端部には、負電極収容部４０からシート状負電極Ｎを一枚ずつ吸着保持して積層ステージ１０への移動供給を可能とする上下方向に伸縮自在に形成された負電極吸着パッド５０Ｎが懸装されている。すなわち、本実施の形態におけるスライド往復ユニット５０は、上部ローラ６０Ｕと、下部ローラ対６０Ｄと、正電極吸着パッド５０Ｐ、負電極吸着パッド５０Ｎとが一体に形成され、積層ステージ１０に対して、単一の駆動源により一体に連続的に往復移動可能なように構成されている。
なお、本実施の形態において、各電極保持移動手段を構成する正電極吸着パッド５０Ｐ、負電極吸着パッド５０Ｎは、不図示のエアー源により駆動される従来公知のエアーシリンダーにより上下方向に伸縮自在に形成されていると共に、さらにその先端（下端）に取り付けられたパッド部は、バネ等の弾性部材を介して上下方向に弾性変形可能に取り付けられている。
また、本実施の形態における上部ローラ６０Ｕと下部ローラ対６０Ｄとの配置に関しては、両者を鉛直線上よりも水平方向にずらして配置することも可能であるが、セパレータＳを折り曲げる際に、当該セパレータＳや折り曲げガイド部材２０に対して折り曲げ方向以外の不要な力が加わることを未然に防止して円滑な折り曲げを可能とすると共に、テープ部６１側の電極吸着パッド５０Ｐの可動領域を十分に確保するという観点から、両者は略鉛直線上に配置することが好ましい。
また、本発明のセパレータ往復移動手段を構成する下部ローラ対６０Ｄの取り付け高さに関しては、同様に、セパレータＳや折り曲げガイド部材２０に不要な力が加わることを未然に防止するという観点から、所定の高さに配置される折り曲げガイド部材２０の上方近傍に位置するようにその配置高さを設定することが好ましい。
本実施の形態に係る積層ステージ１０は、その表面部分に、不図示のエアー源からの吸引によりセパレータＳの先端部の吸着固定を可能とする複数の細孔が形成されていると共に、セパレータＳを折り返す際の折り曲げ位置が常に所定の位置（高さ）となるように、不図示のモータによりシート状電極Ｐ，ＮやセパレータＳの積層状態（積層枚数）に応じて昇降（上下移動）可能なように構成されている。
テープ状の連続セパレータＳは、図１（ａ）に示すように、例えば、ガイド溝６５Ｇを有する支持柱６５の頂部に設けられたテープ部６１から供給され、このテープ部６１の鉛直下方に形成されたガイド溝６５Ｇに沿って重力方向に昇降自在に形成されたテンションローラ６０Ｔと、このテンションローラ６０Ｔの上方であってセパレータ供給方向上流側及び下流側のそれぞれに固定設置された一対のガイドローラ６２，６３と、ガイドローラ６２，６３と略同等の高さに配設された上部ローラ６０Ｕ（スライド往復ユニット５０の垂直アーム５３に取り付け）とに懸架され、さらに上部ローラ６０Ｕの下方に配置された一対の下部ローラ対６０Ｄ（スライド往復ユニット５０の垂直アーム５３に取り付け）のローラ間に挿通されて、その先端部が積層ステージ１０上で吸着固定されるようになっている。
そして、本発明に係るセパレータ往復移動手段を構成する下部ローラ対６０Ｄが設けられたスライド往復ユニット５０を、積層ステージ１０を中心として該ステージ面に沿って往復移動させることにより、その先端が積層ステージ１０上に吸着固定されたセパレータＳが、積層ステージ１０上で順次折り返し可能なように連続的に供給されるようになっている。
また、本発明に係る積層装置１では、図１（ｂ）に最も良く示されるように、正電極収容部３０、正電極吸着パッド５０Ｐ、積層ステージ１０、負電極吸着パッド５０Ｎ、負電極収容部４０が、セパレータＳの供給方向（移動方向）に沿って略一直線上に配置されていると共に、図１（ａ）に示すように、積層ステージ１０と、各電極収容部３０，４０との水平方向の離隔距離は、共に均等な値ｄとなるように配設されている。
一方、図１（ｂ）に示すように、下部ローラ対６０Ｄの中心と各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎの吸着中心との水平方向の離隔距離は、積層ステージ１０と各電極収容部３０，４０との離隔距離ｄの略半分（ｄ／２）となるように設定されている。
本実施の形態に係るスライド往復ユニット５０においては、このようにセパレータ往復移動手段を構成するローラ対６０Ｄと、各シート状電極Ｐ，Ｎを吸着保持して積層ステージ１０への供給を可能とする各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎとを一体に構成しつつ、各構成部材の位置関係を上述した所定の配置とすることにより、詳細な動作を後述するように、一方の極性のシート状電極の積層ステージ１０への供給動作と、他方の極性のシート状電極の電極収容部への移動動作と、所定の位置におけるセパレータＳの折り曲げ動作とを同時に実施可能とし、大幅な生産性の向上を図っている。
本発明に係る積層装置が適用可能なリチウムイオン二次電池用の各シート状電極Ｐ，Ｎは、図１（ｂ）に模式的に示すように、略方形に形成されており、その一辺端部に電極リード部ＰＴ，ＮＴを有している。より具体的には、本実施の形態において、シート状正電極Ｐは、例えばその厚さが５〜３０μｍ程度のアルミニウム製の方形（約５０×５０ｍｍ）の正極集電体ＰＢの両面に不図示の正極活物質を塗布して形成されており、同様に、シート状負電極Ｎは、例えばその厚さが５〜３０μｍ程度の銅製の方形（約５０×５０ｍｍ）の負極集電体ＮＢの両面に不図示の負極活物質を塗布して形成されている。さらに、シート状正電極Ｐに設けられる正電極リードＰＴは、上記正極集電体ＰＢと同じアルミニウム製であり、シート状負電極Ｎに設けられる負電極リードＮＴは上記負極集電体ＮＢと同じ銅製である。なお、正電極リードＰＴ及び負電極リードＮＴには、いずれも上記活物質は塗布されていない。
そして、各シート状電極Ｐ，Ｎは、対応する各電極収容部３０，４０内においては、同極性の各電極リード（例えば、ＰＴ）の位置が揃えられて積層収容されているのに対し、逆極性のシート状電極の各電極リード（例えば、ＮＴ）とは、互いに反対側に位置（本例では、正電極リードＰＴが、シート状電極Ｐの右端部に位置しているのに対し、負電極リードＮＴは、シート状負電極Ｎの左端部に位置）するように、各電極収容部３０，４０内に積層状態で収容されている。
セパレータＳは、多孔質膜、不織布、網など、電子絶縁性でシート状正電極Ｐ及びシート状負電極Ｎとの密着に対して充分な強度を有するものであれば、どのようなものでも使用可能であるが、ポリエチレン、ポリプロピレンの単層多孔質膜及びこれらの多層化した多孔質膜が接着性及び安全性の観点から好ましい。但し、本発明のように連続したセパレータＳにより積層体を形成する場合には、折り曲げの際の脆性が特に問題となる耐熱性の高い不織布等で形成された無機材料複合セパレータ（例えば、無機化合物を複合した微多孔質セパレータ（セパリオン：登録商標）等）や、全芳香族ポリアミド素材（不織布、アラミド、ナイロン：登録商標）で形成されたセパレータ等に、より好適に適用可能である。
一方、セパレータＳをジグザグ状に折り曲げる際のガイドの役割を果たす折り曲げガイド部材２０は、不図示のアクチュエータにより積層ステージ１０に対して前進／後退（近接／離隔）が可能なように構成されていると共に、その形状を図２に示すように、前進した際に積層ステージ１０上のシート状電極Ｐ，Ｎの両端辺（セパレータＳの移動方向に略直交する両端辺）を覆うようなガイド辺２０Ｒ，２０Ｌを有する略コ字状に形成されている。
かかる折り曲げガイド部材２０は、積層の際にシート状電極Ｐ，Ｎを押えつつ、セパレータＳを折り曲げる際のガイド及びシート状電極Ｐ，Ｎ端部の保護ができるような形状・構成であれば差し支えなく、例えばガイド辺２０Ｒ，２０Ｌを棒状部材で形成してもよいし、テープ状セパレータＳの折り曲げ位置を任意に調整できるようガイド辺２０Ｒ，２０Ｌの間隔が調整できるような構成としてもよい。また、シート状電極Ｐ，ＮやセパレータＳと接触した場合でも、円滑な前進／後退が可能となるような材質で形成することが好ましく、さらに、その表面の摩擦抵抗が小さくなるような表面処理を施すことが好ましい。具体的には、例えばステンレス鋼材を用いて、その表面粗さが、０．５μｍ程度となるように電解研磨処理することが好ましい。
また、折り曲げガイド部材２０、各電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）の配置数、位置、大きさについては、積層動作時に両者が干渉しないような配置構成であれば任意に設定することができる。すなわち、積層ステージ１０上にガイド部材２０が前進したときに、昇降する電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）と干渉しないように（折り曲げガイド部材２０と、電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）の先端部との積層ステージ１０上への投影面が互いに干渉しないように）、両者の形状、大きさ、位置、配置数等を設定することができる。本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、ガイド部材２０や電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）が積層ステージ１０上の所定の位置にアプローチした際に、コ字状のガイド部材２０のガイド辺２０Ｒ，２０Ｌがシート状電極Ｐ（Ｎ）のセパレータ移動方向両端部の全辺を覆い、かつ、ガイド辺２０Ｒ，２０Ｌの間に１本の電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）が位置するように互いに配置構成しているが、例えば図２（ｂ）に示すように、ガイド辺２０Ｒ，２０Ｌの間の前後方向（奥行き方向）に２本の電極吸着パッド５０Ｐ１，５０Ｐ２（５０Ｎ１，５０Ｎ２）が位置するように配置構成してもよい。また、図２（ｃ）に示すように、短いガイド辺２１Ｒ，２１Ｌを有するガイド部材２１を形成し、先端部分に電極吸着パッド５０Ｐ１，５０Ｐ２（５０Ｎ１，５０Ｎ２）を配置するように構成してもよい。さらに、より大きなシート状電極Ｐ，Ｎを介装する場合には、例えば図２（ｄ）に示すように、対向する２つのコ字状部材２２，２２によりガイド部材を形成し、その間に電極吸着パッド５０Ｐ１，５０Ｐ２（５０Ｎ１，５０Ｎ２）を配置するように構成してもよい。なお、大型のシート状電極を吸着させるために、より大きな吸着面積が必要となる場合には、例えばその表面に多数の細孔が形成された板状の吸着プレートを用いてもよい。
次に、このように構成した本実施の形態に係る積層装置の動作について、図３〜図９を参照して説明する。
ＳＴ０：まず、初期状態としては、複数のローラに懸架されたセパレータＳの先端部を積層ステージ１０上に手作業にて誘導し、当該先端部を積層ステージ１０の下方からエアーにて吸着して固定する。なおこの際、積層ステージ１０は、セパレータＳの折り返しを可能とする所定の高さよりも下降していると共に、折り曲げガイド部材２０は、積層ステージ１０から後退している。そして、図３に示すように、一方の電極吸着パッド（例えば、負電極吸着パッド５０Ｎ）にシート状負電極Ｎを１枚吸着させた状態で、当該シート状負電極Ｎの積層が可能となる積層ステージ１０上方の所定の位置（図中、水平方向の所定位置であり、以下、積層ポジションともいう）に当該負電極吸着パッド５０Ｎが位置するようにスライド往復ユニット５０をスライドさせる。この際、下部ローラ対６０Ｄと、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎとの間隔は、積層ステージ１０と各電極収容部３０，４０との離隔距離ｄの半分（ｄ／２）に設定されているので、セパレータＳが挿通された下部ローラ対６０Ｄは積層ステージ１０の右側に移動すると共に、他方の電極吸着パッド（例えば、正電極吸着パッド５０Ｐ）は、対応するシート状正電極Ｐの吸着を可能とする正電極収容部３０上方の所定の位置（図中、水平方向の所定位置であり、以下、吸着ポジションともいう）に必然的に移動することとなる。
また、スライド往復ユニット５０の水平移動（本例では、図中、左から右）に伴って、テンションローラ６０Ｔが垂直方向（本例では、図中、上から下）に移動する。このように重力方向に昇降自在に形成されたテンションローラ６０Ｔにより、下部ローラ対６０Ｄが積層ステージ１０上をセパレータＳと共に往復移動した場合でも、常に一定の張力がセパレータＳに付与されることとなり、セパレータＳに弛みや皺が発生することを未然に防止することができる。また、テンションローラ６０Ｔとテープ部６１との中心が、鉛直方向略同一直線上となるように配置されているので、積層に伴ってテープ部６１に巻き回されているセパレータＳの径が減少していった場合でも、セパレータＳに付与される張力を安定して一定に維持することができる。
ＳＴ１：続いて、図４に示すように、シート状負電極Ｎを保持した負電極吸着パッド５０Ｎを積層ステージ１０上に伸長させて、シート状負電極Ｎを介してセパレータＳを積層ステージ１０上に押し付けると共に、吸着ポジションにあった正電極吸着パッド５０Ｐを伸縮させて、正電極収容部３０内のシート状正電極Ｐを１枚吸着保持する。同時に、折り曲げガイド部材２０を、セパレータＳの折り曲げを可能とする積層ステージ１０上方の所定の位置（図中、前後方向の所定位置であり、以下、折り曲げポジションともいう）へ前進させると共に、積層ステージ１０を上昇させ、セパレータＳ及びシート状負電極Ｎを積層ステージ１０と、折り曲げガイド部材２０とで挟み込むと共に、スライド動作の際のガイド部材２０との干渉を回避するために負電極吸着パッド５０Ｎを短縮させる。なお積層ステージ１０を上昇させる際には、負電極吸着パッド５０Ｎは、その先端に弾性支持された吸着パッドが弾性的に縮んで、セパレータＳ及びシート状負電極Ｎを積層ステージ１０との間で挟み込んだ状態で積層ステージ１０の上昇動作に追従するようになっている。
ＳＴ２：次に、図５に示すように、下部ローラ対６０Ｄが積層ステージ１０の反対側（本例では、積層ステージ１０の左側）まで移動するようにスライド往復ユニット５０を水平距離ｄだけスライドさせる。これにより、セパレータＳが折り曲げガイド部材２０により所定の折り曲げポジションにて折り曲げられると共に、負電極吸着パッド５０Ｎが吸着ポジションに移動し、正電極吸着パッド５０Ｐが積層ポジションに移動することとなる。すなわち、正電極吸着パッド５０Ｐの吸着ポジションから積層ポジションへの移動動作、負電極吸着パッド５０Ｎの積層ポジションから吸着ポジションへの移動動作、及びセパレータＳの所定の折り曲げポジションでの一定の張力での折り曲げ動作の同時実施が可能となり、生産性の大幅な向上を実現することができる。
ＳＴ３：次に、図６に示すように、正電極吸着パッド５０Ｐを積層ステージ１０上へ伸長させ、シート状正電極Ｐを折り返されたセパレータＳ上に積層すると共に、折り曲げガイド部材２０を積層ステージ１０から後退させる。同時に、吸着ポジションにあった負電極吸着パッド５０Ｎを伸縮させて、負電極収容部４０内のシート状負電極Ｎを１枚吸着保持する。なお、折り曲げガイド部材２０を後退させる際には、各シート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳは、ガイド部材２０と干渉しないようにガイド辺２０Ｒ，２０Ｌの間に配置された正電極吸着パッド５０Ｐと、積層ステージ１０とで挟み込まれているので、これらのシート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳの位置ずれが生じることはない。
ＳＴ４：続いて、図７に示すように、各シート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳを、正電極吸着パッド５０Ｐと積層ステージ１０とで挟み込んだ状態で正電極吸着パッド５０Ｐ及び積層ステージ１０を若干下降させると共に、折り曲げガイド部材２０を折り曲げポジションまで前進させ、各シート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳと折り曲げガイド部材２０との干渉を確実に回避する。その後、積層ステージ１０を再び上昇させることにより、折り曲げられたセパレータＳを介して積層されたシート状負電極Ｎ及びシート状正電極Ｐを、積層ステージ１０と折り曲げガイド部材２０とで挟み込むと共に、スライド動作の際のガイド部材２０との干渉を回避するために正電極吸着パッド５０Ｐを短縮させる。
ＳＴ５：次に、図８に示すように、下部ローラ対６０Ｄが積層ステージ１０の反対側（本例では、積層ステージ１０の右側）まで移動するようにスライド往復ユニット５０を水平距離ｄだけスライドさせる。これにより、セパレータＳが折り曲げガイド部材２０により所定の折り曲げポジションにて折り曲げられると共に、正電極吸着パッド５０Ｐが吸着ポジションに移動し、負電極吸着パッド５０Ｎが積層ポジションに移動することとなる。
ＳＴ６：以上のステップＳＴ１〜ＳＴ５を繰り返すことにより、図９に示すような、一定の折り曲げポジションでジグザグ状に折り返された連続セパレータＳの間に、所望の枚数（段数）のシート状電極Ｐ，Ｎが介装された積層体７０が積層ステージ１０上に形成される。
ＳＴ７：そして、最終段のシート状電極の積層及びセパレータＳの折り曲げが完了した後、下部ローラ対６０Ｄの近傍にてセパレータＳを切断した後、端末処理を行って積層体７０を完成させる。
その後、この積層体７０を所定の電解液と共に、所望の外装体（例えば、缶状の外装体や、可撓性のあるシート状外装体等）内に封止することにより、リチウムイオン二次電池が完成される。
以上のように、本発明に係る積層装置によれば、従来のセパレータの切断工程を省略して生産性の向上を図ると共に、セパレータ往復移動手段を構成する下部ローラ対６０Ｄ（スライド往復ユニット５０）の移動によりセパレータＳを折り曲げる際には、所定の折り曲げポジションに配置された折り曲げガイド部材２０によりシート状電極Ｐ（Ｎ）の端部（端辺）に無理な力が加わることを防止することができる。併せて、常に積層ステージ１０上のセパレータＳ及びシート状電極Ｐ（Ｎ）は、積層ステージ１０と、折り曲げガイド部材２０及び／又は電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）とで挟み込まれているため、セパレータＳを折り曲げる際のシート状電極Ｐ（Ｎ）の位置ずれを確実に防止することができる。
また、折り曲げガイド部材２０及び電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）の積層ステージ１０上への各投影面が互いに干渉しないように、これらの配置関係が選定されているので、積層体７０を挟み込んだ状態から、折り曲げ部材１０を積層ステージに対して接離移動させる際にも、容易で円滑な移動が可能となり、これにより、積層体を構成するシート状電極の位置ずれの防止のみならず、折り曲げガイド部材２０を移動（近接／離隔）させる際のシート状電極に対するダメージも効果的に抑制することができる。
また、セパレータ往復移動手段を構成する下部ローラ対６０Ｄと、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎとをスライド往復ユニット５０と一体に構成すると共に、積層ステージ１０、各電極収容部３０，４０との位置関係を所定の配置とすることにより、一方の極性のシート状電極の吸着ポジションから積層ポジションへの移動動作、他方の極性のシート状電極の積層ポジションから吸着ポジションへの移動動作、及びセパレータＳの所定の折り曲げポジションでの一定の張力での折り曲げ動作の連続的な同時実施が可能となり、生産性の大幅な向上を実現することができる。
さらに、セパレータ往復移動手段と各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎとを、スライド往復ユニット５０として、単一の駆動源により一体に往復移動させることにより、アクチュエータ数の削減、構成の大幅な簡素化、コンパクト化、コストダウン等に寄与することができる。
さらに、例えば従来の回旋構造の積層体に比し、セパレータＳに対して過大な張力を付与することなく、かつ、介装されるシート状電極の位置ずれを防止しつつ、常に一定の折り曲げポジションで、一定の張力にてセパレータＳを均一に折り曲げることが可能となるので、セパレータＳへのダメージを抑制して適用可能なセパレータ（例えば、耐熱性が高いが折り曲げの際の脆性が問題となる無機材料複合セパレータ等）の選定の自由度が増大し、用途に応じた電池品質の一層の向上に寄与することができる。
次に、本実施の形態の変形例について、図１０を参照してさらに説明する。
一般に、シート状電極Ｐ，Ｎの位置ずれを防止するように連続セパレータＳを折り曲げ形成して構成した積層体７０のセパレータＳの最終段階での端末処理を人手作業にて行う際には、積層体７０に不測のダメージやシート状電極Ｐ，Ｎの位置ずれが発生し易くなる。
そこで、本実施の形態に係る変形例は、ジグザグ状に折り曲げ形成された連続セパレータＳと、シート状電極Ｐ，Ｎとで形成された積層体７０の最終処理のために、積層ステージ１０上に形成された積層体７０を回転可能に把持する把持手段であるグリッパユニットをさらに設けたものである。ここで、図１０（ａ）は、本変形例に係るグリッパユニットの構成を説明するための模式的側面図であり、（ｂ）は、積層ステージ１０上に形成された積層体７０をグリッパにて把持した状態を示す模式的正面図である。
図１０（ａ）に示すように、グリッパユニット１００は、例えば、積層ステージ１０に対して、前進／後退が可能なように形成された略Ｌ字状のスライダ１０１と、このスライダ１０１の垂直部を貫通してベアリング等により回転支持されると共に、スライダ１０１と一体に搭載されたモータ１０３、ギヤ１０５等を介して回転駆動される断面略Ｔ字状の回転軸１０７と、この回転軸１０７の先端に取り付けられ、エアー源により上下方向に開閉自在に形成されたグリッパ部Ｇとを備え、このグリッパ部Ｇは、平板状の上部グリッパ１１０と平板状の下部グリッパ１２０とを有している。なお、上部グリッパ１１０の形状は、積層ステージ１０上にアプローチした際に、電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）との干渉を回避して、下部グリッパ１２０との間で積層体７０を挟み込める形状であればよく、電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）の配置に応じて、例えば、略コ字状の平板形状等を任意に選定することができる。
また、本変形例における積層ステージ１０には、その中央部に平板状の下部グリッパ１２０が挿入可能な凹状の溝１０ａがグリッパ部Ｇの進行方向に沿って形成されていると共に、折り曲げガイド部材２０は、グリッパ部Ｇが積層ステージ１０に向かって前進／後退する際に干渉しないように、所定の退避位置へ移動できるような自由度（例えば、上下方向への移動機構等）がさらに付加されている。
このようなグリッパユニット１００を設けた場合の二次電池の製造手順について以下に説明する。なお、最終段階での端末処理を除き、積層ステージ１０上に所望の枚数のシート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳが積層された積層体７０を形成する手順は、前述した手順（ＳＴ０〜ＳＴ６）と同様であるため省略する。
ＳＴ７’：積層ステージ１０上に所望の枚数の積層体７０を形成した後、シート状電極Ｐ（Ｎ）の位置ずれが生じないように、電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）と積層ステージ１０とで積層体７０を挟み込む。この際、積層ステージ１０は、シート状電極Ｐ，Ｎの積層枚数に応じて、その最上部のセパレータＳが、所定の位置（高さ）となるように下降しており、グリッパユニット１００については、その下部グリッパ１２０が、積層ステージ１０の溝１０ａに対して挿入可能な位置（高さ）となるようにグリッパ部Ｇが開かれている。
ＳＴ８：グリッパユニット１００を前進させて、下部グリッパ１２０を積層ステージ１０の溝１０ａに挿入した後、グリッパ部Ｇを閉じて積層体７０を把持し、セパレータＳを任意の箇所で切断する（図１０（ｂ）参照）。
ＳＴ９：続いて、積層ステージ１０を下降させると共に、電極吸着パッド５０Ｐ（５０Ｎ）を上昇させて、積層体７０を回転させる空間を確保する。そして、グリッパユニット１００の回転軸１０７を回転させることにより、グリッパ部Ｇにて把持された積層体７０を回転させてセパレータＳを積層体７０の周囲に巻き付けて包み込み、これにより、内部に介装されたシート状電極Ｐ，Ｎの最終段階での電極位置ずれの発生を未然に防止して、安定した位置決めを可能とする。その後、セパレータＳの端部に接着等の端末処理を施して内部電極対を構成する積層体７０を完成させる。
このようなグリッパユニット１００を設けることにより、把持手段の追加や折り曲げガイド部材２０に対する自由度の付加により、その構成や制御は複雑化するものの、積層ステージ１０上に形成された積層体７０の最終処理の段階においても手作業の介入を極力排除し、生産性の向上と併せて手作業の介入による品質の低下を未然に防止することができる。
次に、本実施の形態に係る別の変形例について、図１１を参照してさらに説明する。
本変形例は、万が一、セパレータＳにピンホール等の欠陥が発生した場合でも積層体７０の品質を安定して維持するために、テープ状セパレータＳの多重化を図ったものである。ここで、図１１は、簡略化のためにセパレータＳの供給部に関連する部材のみを拡大して示した模式図である。
図１１（ａ）に示すように、本変形例では、複数枚のテープ状セパレータ（例えば、２枚のセパレータＳ１，Ｓ２）を予め重ねた状態（積層した状態）でテープ部６１に巻きつけ、この多重化セパレータＳ１，Ｓ２を複数のローラに懸架して、積層ステージ１０上に供給するようになっている。なお、多重化セパレータＳ１，Ｓ２の積層ステージ１０上への固定は、各セパレータＳ１，Ｓ２の先端部Ｓ１ｔ，Ｓ２ｔを積層ステージ１０上で若干ずらして配置し、それぞれの先端部Ｓ１ｔ，Ｓ２ｔをエアーにて吸着固定してもよいし、予め先端部Ｓ１ｔ，Ｓ２ｔのみを接着等で接続しておいて、当該接続された先端部Ｓ１ｔ，Ｓ２ｔを一括してエアーにて吸着固定（図１１（ｂ）参照）するように構成してもよい。
また、図１１（ｂ）に示すように、セパレータＳ１，Ｓ２ごとにテープ部６１，６１ａを複数設けてもよく、このように構成した場合にはテープ状セパレータＳ１，Ｓ２の積層枚数の変更等の種々の多重化がより一層簡易に実現可能となる。なお、セパレータＳの多重化枚数（積層枚数）については、任意に選定することができる。
このように本発明に係る積層装置によれば、セパレータＳの材質・構成等の変更に対して柔軟に対応することができるので、本変形例のような多重化セパレータＳ１，Ｓ２を容易に実現することができ、積層体７０の品質及び信頼性の向上により一層寄与することができる。
＜第二の実施形態＞
次に、本発明に係る積層装置の第二の実施形態について、図１２を参照して説明する。ここで、図１２（ａ）は、本発明に係る積層装置の全体構成を示す模式的正面図であり、図１２（ｂ）は、模式的平面図である。なお、明瞭化のため、図１２（ａ）では、セパレータが複数のローラに懸架されて積層ステージへ供給されている状態を示すのに対し、図１２（ｂ）では、当該セパレータを省略した状態を示すものとする。
なお、本実施の形態に係る積層装置１Ａは、先の実施の形態における電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎが、セパレータ往復移動手段を構成する下部ローラ対６０Ｄと一体に往復移動するように構成したのに比し、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎの移動軌跡が、下部ローラ対６０Ｄとは独立な円軌道を描くように構成したものであり、先の実施の形態と同様な機能を有する部材には、同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本発明に係る積層装置１Ａは、図１２に示すように、複数のローラに懸架されたテープ状の連続したセパレータＳと、その上にシート状正電極Ｐ及びシート状負電極Ｎが、連続したテープ状のセパレータＳを介して交互に積層される昇降自在に形成された積層ステージ１０と、所定の高さを維持しつつ積層ステージ１０に対して前進又は後退（近接又は離隔）が可能なように形成され、セパレータＳのジグザグ状の順次折り曲げを所定の位置（高さ）でガイドする折り曲げガイド部材２０と、積層ステージ１０の上方に配設され、積層ステージ１０を中心として任意のストロークで往復移動可能に形成されたスライド往復ユニット５０と、積層ステージ１０の前方に配設され任意の角度範囲で回転可能に形成された回転往復ユニット５０Ｒと、回転往復ユニット５０Ｒの所定の円軌道上に配置され、複数のシート状正電極Ｐを積層状態で収容する正電極収容部３０及び複数のシート状負電極Ｎを積層状態で収容する負電極収容部４０と、これらの構成機器の動作を制御する不図示の装置コントローラ等を備えている。
本実施の形態におけるスライド往復ユニット５０は、積層ステージ１０の背面側にて水平方向に往復移動可能に構成したスライド部材５１を備え、このスライド部材５１の略中央部には、垂直方向に延在する垂直アーム５３が取り付けられている。そして、この垂直アーム５３の上端部には、セパレータＳが懸架される上部ローラ６０Ｕが、積層ステージ１０側に略水平に突出するように取り付けられていると共に、垂直アーム５３の下端部には、一対の下部ローラ対６０Ｄが、積層ステージ１０の上表面近傍に略水平に突出するように取り付けられている。
一方、本実施の形態における回転往復ユニット５０Ｒは、積層ステージ１０の前方に立設され回転自在に形成された回転支持部材５１１と、この回転支持部材５１１の頂部に取り付けられ、任意の屈曲角度で形成された略く字状の屈曲アーム５１３と、この屈曲アーム５１３の先端に設けられた電極保持移動手段である正電極吸着パッド５０Ｐ及び負電極吸着パッド５０Ｎとを備えている。具体的には、この屈曲アーム５１３は、図１２（ｂ）に最も良く示されるように、水平方向に延在する右側アーム部５１３Ｒ及び左側アーム部５１３Ｌを有し、右側アーム部５１３Ｒの先端には、正電極収容部３０からシート状正電極Ｐを吸着保持して積層ステージ１０への移動供給を可能とする、上下方向に伸縮自在に形成された正電極吸着パッド５０Ｐが懸装されている。同様に、左側アーム部５１３Ｌの先端には、負電極収容部４０からシート状負電極Ｎを吸着保持して積層ステージ１０への移動供給を可能とする、上下方向に伸縮自在に形成された負電極吸着パッド５０Ｎが懸装されている。そして、この略く字状の屈曲アーム５１３は、右側アーム部５１３Ｒと左側アーム部５１３Ｌとの接合部分（屈曲アーム５１３の屈曲部分）が回転支持部材５１１と一体に回転可能に取り付けられていると共に、右側アーム部５１３Ｒと左側アーム部５１３Ｌとの開き角度（屈曲アーム５１３の先端に取り付けられた各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎ間の回転中心に対する角度）θが任意に調整変更できるように形成されている。すなわち、本実施の形態に係る積層装置１Ａでは、上部ローラ６０Ｕと下部ローラ対６０Ｄに関しては、スライド往復ユニット５０と一体に形成されており、一方、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎに関しては、回転往復ユニット５０Ｒと一体に形成されている。そして、各往復ユニット５０，５０Ｒはそれぞれ独立に移動するように構成されていると共に、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎの開き角度θは、任意に設定可能なように形成されている。
さらに、本実施の形態に係る積層装置１Ａでは、図１２（ｂ）に最も良く示されるように、回転往復ユニット５０Ｒは、回転支持部材５１１を回転させた際に、屈曲アーム５１３の先端に取り付けられた各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎの描く円軌道Ｃ（図１２（ｂ）の点線Ｃ）が積層ステージ１０の略中心を通過するように、回転支持部材５１１や屈曲アーム５１３等の配設位置や長さが設定されている。この円軌道Ｃは、より具体的には、セパレータＳの移動方向に沿った中心線Ｌ（図１２（ｂ）の二点鎖線）と、積層ステージ１０の略中心で接するように設定されており、また、正電極収容部３０及び負電極収容部４０は、同様に、各中心が円軌道Ｃ上に位置するように配置されている。そして、各電極収容部３０，４０と積層ステージ１０との配設角度（円軌道Ｃ上の各電極収容部３０，４０と積層ステージ１０との回転中心に対する角度）は、屈曲アーム５１３の開き角度θと均等な角度θとなるように設定されており、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎは、対応する電極収容部３０，４０と積層ステージ１０との間で、所定の円軌道Ｃ上を所定の角度範囲２θの領域で回転往復移動するようになっている。
このように、セパレータ往復移動手段を構成するローラ対６０Ｄを備えたスライド往復ユニット５０と、電極保持移動手段を構成する各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎを備えた回転往復ユニット５０Ｒとを独立に駆動可能なように構成し、各電極収容部３０，４０との位置関係を所定の配置とすることにより、詳細な動作を後述するように、一方の極性のシート状電極の積層ステージ１０への供給動作と、他方の極性のシート状電極の電極収容部への移動動作と、所定の位置におけるセパレータＳの折り曲げ動作とをほぼ同時に実施可能とし、大幅な生産性の向上を図ると共に、セパレータＳの往復ストロークやシート状電極Ｐ，Ｎの積層タイミングの任意な設定を可能として、シート状電極Ｐ，ＮやセパレータＳの用途に応じたサイズ・形状等の変更に対する柔軟な対応を可能としている。
次に、このように構成した本実施の形態に係る積層装置の動作について、図１３〜図１９を参照して説明する。なお、明瞭化のため、回転往復ユニット５０Ｒの回転支持部材５１１は、各図において省略している。
ＳＴ１０：まず、初期状態としては、先の実施の形態と同様に、複数のローラに懸架されたセパレータＳの先端部を積層ステージ１０上に手作業にて誘導し、当該先端部を積層ステージ１０の下方からエアーにて吸着して固定する。なおこの際、積層ステージ１０は、セパレータＳの折り返しを可能とする所定の高さよりも下降していると共に、折り曲げガイド部材２０は、積層ステージ１０から後退しており、下部ローラ対６０Ｄは、積層ステージ１０の側方（本例では、積層ステージ１０の右側）に移動しているものとする。そして、図１３に示すように、一方の電極吸着パッド（例えば、負電極吸着パッド５０Ｎ）にシート状負電極Ｎを１枚吸着させた状態で、当該シート状負電極Ｎの積層が可能となる積層ステージ１０の略直上の積層ポジションに当該負電極吸着パッド５０Ｎが位置するように回転往復ユニット５０Ｒを所定の方向（本例では、時計回り方向）に回転させる。このとき、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎ間の開き角度は、各電極収容部３０，４０と積層ステージ１０間の配設角度と同等な角度θに設定されているので、他方の電極吸着パッド（例えば、正電極吸着パッド５０Ｐ）は、対応するシート状正電極Ｐの吸着を可能とする正電極収容部３０の略直上の吸着ポジションに必然的に移動することとなる。なお、スライド往復ユニット５０が水平移動（例えば、図中、左から右）する際には、先の実施の形態と同様に、テンションローラ６０Ｔが垂直方向（例えば、図中、上から下）に移動する。
ＳＴ１１：続いて、図１４に示すように、先の実施の形態と同様に、シート状負電極Ｎを保持した負電極吸着パッド５０Ｎを積層ステージ１０上に伸長させて、シート状負電極Ｎを介してセパレータＳを積層ステージ１０上に押し付けると共に、吸着ポジションにあった正電極吸着パッド５０Ｐを伸縮させて、正電極収容部３０内のシート状正電極Ｐを１枚吸着保持する。同時に、折り曲げガイド部材２０を、セパレータＳの折り曲げを可能とする積層ステージ１０上方の折り曲げポジションへ前進させると共に、積層ステージ１０を上昇させ、セパレータＳ及びシート状負電極Ｎを積層ステージ１０と、折り曲げガイド部材２０とで挟み込むと共に、回転動作の際のガイド部材２０との干渉を回避するために負電極吸着パッド５０Ｎを短縮させる。
ＳＴ１２：次に、図１５に示すように、下部ローラ対６０Ｄが積層ステージ１０の反対側（本例では、積層ステージ１０の左側）まで移動するようにスライド往復ユニット５０を任意のストロークでスライドさせ、セパレータＳを折り曲げガイド部材２０により所定の折り曲げポジションにて折り曲げる。同時に、回転往復ユニット５０Ｒを所定の方向（本例では、反時計回り方向）にθだけ回転させて、負電極吸着パッド５０Ｎを吸着ポジションに移動させると共に、正電極吸着パッド５０Ｐを積層ポジションに移動させる。これにより、正電極吸着パッド５０Ｐの吸着ポジションから積層ポジションへの移動動作、負電極吸着パッド５０Ｎの積層ポジションから吸着ポジションへの移動動作、及びセパレータＳの所定の折り曲げポジションでの一定の張力での折り曲げ動作のほぼ同時実施が可能となり、生産性の大幅な向上を実現することができる。また、スライド往復ユニット５０と回転往復ユニット５０Ｒとが、それぞれ独立の軌道上を移動するので、セパレータＳの往復ストロークや各シート状電極Ｐ，Ｎの積層タイミングが任意に設定可能となり、シート状電極Ｐ，ＮやセパレータＳの用途に応じたサイズ、形状、材質等の変更に対して、より適切で柔軟な対応が可能となる。
ＳＴ１３：次に、図１６に示すように、正電極吸着パッド５０Ｐを積層ステージ１０上へ伸長させ、シート状正電極Ｐを折り返されたセパレータＳ上に積層すると共に、折り曲げガイド部材２０を積層ステージ１０から後退させる。同時に、吸着ポジションにあった負電極吸着パッド５０Ｎを伸縮させて、負電極収容部４０内のシート状負電極Ｎを１枚吸着保持する。なお、折り曲げガイド部材２０を後退させる際には、各シート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳは、ガイド部材２０のガイド辺２０Ｒ，２０Ｌの間に配置された正電極吸着パッド５０Ｐと、積層ステージ１０とで挟み込まれているので、これらのシート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳの位置ずれが生じることはない。
ＳＴ１４：続いて、図１７に示すように、折り曲げガイド部材２０との干渉を確実に回避するために、各シート状電極Ｐ，Ｎ及びセパレータＳを、正電極吸着パッド５０Ｐと積層ステージ１０とで挟み込んだ状態で正電極吸着パッド５０Ｐ及び積層ステージ１０を若干下降させると共に、折り曲げガイド部材２０を折り曲げポジションまで前進させる。その後、積層ステージ１０を再び上昇させることにより、折り曲げられたセパレータＳを介して積層されたシート状負電極Ｎ及びシート状正電極Ｐを、積層ステージ１０と折り曲げガイド部材２０とで挟み込むと共に、回転動作の際のガイド部材２０との干渉を回避するために正電極吸着パッド５０Ｐを短縮させる。
ＳＴ１５：次に、図１８に示すように、下部ローラ対６０Ｄが積層ステージ１０の反対側（本例では、積層ステージ１０の右側）まで移動するようにスライド往復ユニット５０を任意のストロークだけスライドさせ、セパレータＳを折り曲げガイド部材２０により所定の折り曲げポジションにて折り曲げる。同時に、回転往復ユニット５０Ｒを所定の方向（本例では、時計回り方向）にθだけ回転させて、正電極吸着パッド５０Ｐを吸着ポジションに移動させると共に、負電極吸着パッド５０Ｎを積層ポジションに移動させる。
ＳＴ１６：以上のステップＳＴ１１〜ＳＴ１５を繰り返すことにより、図１９に示すような、一定の折り曲げポジションでジグザグ状に折り返された連続セパレータＳの間に、所望の枚数（段数）のシート状電極Ｐ，Ｎが介装された、先の実施形態と同様な積層体７０が積層ステージ１０上に形成される。その後、先の実施の形態と同様に、端末処理を行って積層体８０を所定の電解液と共に、所望の外装体（例えば、缶状の外装体や、可撓性のあるシート状外装体等）内に封止することにより、リチウムイオン二次電池が完成される。
このように構成した本実施の形態に係る積層装置１Ａにおいては、セパレータ往復移動手段を構成する下部ローラ対６０Ｄと各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎとをそれぞれ独立して駆動制御することにより、連続セパレータＳの所定の位置での折り曲げタイミングと各シート状電極Ｐ，Ｎの積層タイミングとの精度良い調整制御が可能となり、積層体７０の品質向上に寄与することができる。また、セパレータＳの往復移動のストロークや各シート状電極Ｐ，Ｎの積層タイミングを任意に変更することができるので、シート状電極Ｐ，ＮやセパレータＳの用途に応じた材質・形状・サイズの変更に対してより柔軟な対応が可能となる。
また、図１２（ｂ）に示すように、一方の極性の電極吸着パッド（本例では、負電極吸着パッド５０Ｎ）が回転移動して積層ポジションに位置する際には、他方の極性の正電極吸着パッド５０Ｐは吸着ポジションに位置すると共に、これらとは独立にセパレータ往復移動手段を構成する下部ローラ対６０Ｄが積層ステージ１０上を往復移動可能に構成されているので、先の実施の形態に比し構成や制御は複雑となるものの、先の実施の形態と同様に、一方の極性のシート状電極の吸着ポジションから積層ポジションへの移動動作、他方の極性のシート状電極の積層ポジションから吸着ポジションへの移動動作、及びセパレータＳの所定の折り曲げポジションでの一定の張力での折り曲げ動作の同時実施が可能となり、生産性の大幅な向上を実現することができる。
さらに、各電極吸着パッド５０Ｐ，５０Ｎの開き角度θを任意に変更可能なように屈曲アーム８３を構成することにより、各電極収容部３０，４０の設置位置の変更や、各シート状電極Ｐ，Ｎを積層ステージ１０に積層するタイミングの変更に簡易に対応することができる。
なお、以上の各実施形態においては、リチウムイオン二次電池を製造する場合の製造手順を例にして説明してきたが、本発明に係る積層装置は、このようなリチウムイオン二次電池の製造のみならず、同様な構成を有する積層体の製造にも当然に適用可能である。例えば、各シート状電極をいずれもその表面に活性炭などの炭素材料が塗布されたアルミニウム箔にて構成することにより、電気二重層キャパシタの製造にも容易に適用することができる。また、上述した各実施形態の構成要素は、当然に適宜組み合わせて（例えば、グリッパユニット１００や多重化セパレータと第二の実施形態に係る積層装置１Ａとの組み合わせ）実施してもよい。

Claims (11)

  1. 連続するテープ状のセパレータを折り返しつつ、該セパレータ及びシート状電極を順次積層して積層体を形成する連続セパレータ及びシート状電極の積層装置であって、
    前記テープ状のセパレータの先端部を吸着保持し、その上にシート状電極及びセパレータが順次積層される積層ステージと、
    前記積層ステージの上方にて、前記テープ状セパレータを、該積層ステージを中心として往復移動させるセパレータ往復移動手段と、
    積層された前記シート状電極の前記セパレータの移動方向両端部の辺を覆うように前記積層ステージに対して近接、又は離隔可能に構成され、前記セパレータの往復移動に伴う前記シート状電極両端部での折り返しをガイドする折り曲げガイド部材と、
    前記シート状正電極を保持して前記積層ステージ上に移動供給する正電極保持移動手段と、
    前記シート状負電極を保持して前記積層ステージ上に移動供給する負電極保持移動手段と
    を備え、
    前記セパレータ往復移動手段と、前記正電極保持移動手段及び負電極保持移動手段とは、単一の駆動源により略同一直線上を一体に往復移動するスライド往復ユニットとして構成されていることを特徴とする連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  2. 前記セパレータ往復移動手段は、その間に前記テープ状セパレータが挿通されたローラ対を、前記積層ステージを中心として該ステージ面に沿って往復移動させることにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  3. 複数のシート状正電極が収容可能な正電極収容部と、複数のシート状負電極が収容可能な負電極収容部とをさらに備え、
    前記セパレータ往復移動手段は、前記正電極保持移動手段と前記負電極保持移動手段との略中央に配置されていると共に、前記積層ステージは、前記正電極収容部と前記負電極収容部との略中央に配置されており、かつ、前記セパレータ往復移動手段と前記各電極保持移動手段との水平方向の離隔距離は、前記積層ステージと前記各電極収容部との水平方向の離隔距離の略半分に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  4. 前記折り曲げガイド部材及び／又はいずれかの前記電極保持移動手段は、積層ステージ上で積層体を形成する際に、常に、積層ステージとの間で該積層体を挟みこんでいることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  5. 前記折り曲げガイド部材と、前記電極保持移動手段の先端部とは、その積層ステージ上への投影面が互いに干渉しないように、前記各部材が配置形成されていることを特徴とする請求項４に記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  6. 前記テープ状セパレータは、複数のローラに懸架されていると共に、少なくとも一の前記ローラは、重力方向に移動自在に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  7. 前記積層ステージは、前記シート状電極の積層枚数に応じて、その高さが調整可能であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  8. 前記積層ステージ上に積層された、セパレータ及びシート状電極から構成される積層体の積層方向両端部を把持する把持手段をさらに備え、該把持手段は、前記積層体の周囲に前記セパレータの巻き付けを可能とする回転機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  9. 前記セパレータは、複数の連続するテープ状のセパレータを積層して多重化されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  10. 前記セパレータは、無機化合物の複合材料又は全芳香族ポリアミド材料にて形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
  11. 前記シート状正電極は、金属箔の両面に正極活物質が塗布されたリチウムイオン電池用正電極であり、前記シート状負電極は、金属箔の両面に負極活物質が塗布されたリチウムイオン電池用負電極であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の連続セパレータ及びシート状電極の積層装置。
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