JP5341567B2 - 検査装置 - Google Patents
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Description
本発明は、検査装置に関し、特に、超音波センサを用いてリチウムイオン二次電池電極の電極合剤の厚みを検査する検査装置に関する。
リチウムイオン二次電池電極（以下、単に「電池電極」という。）は、アルミニウム箔や銅箔等の集電体の表面に、活物質（正極活物質又は負極活物質）とバインダーとを溶媒で混練したペースト状の電極合剤を塗布した後、ロール圧縮等の所定の処理を経て形成される。この時、電極合剤が均一の厚みで塗布されていないと、充放電時に電池電極の厚い部分に電流が集中しやすくなり、微短絡が起こりやすくなる等の問題がある。そのため、電池電極の電極合剤が均一の厚みで塗布されているか否かを検査する必要がある。
このような検査に際して、超音波センサによって、電極合剤が塗布された電池電極に対する信号強度を連続的に計測して、電極合剤の厚みの均一性を評価する検査装置が用いられている。
超音波センサは、対象物の有無や対象物までの距離の検出等に用いられるセンサであり、特許文献１のような装置等にも用いられ公知となっている。上記検査装置の超音波センサは、いわゆる透過型の超音波センサであり、電池電極を介して互いに対向する位置に配置された超音波の発信用及び受信用の一対のセンサによって、電極合剤が塗布された電池電極に対する信号強度、つまり電池電極に発信され、該電池電極を透過した超音波信号の強度の測定が行われる。
超音波センサは、対象物の有無や対象物までの距離の検出等に用いられるセンサであり、特許文献１のような装置等にも用いられ公知となっている。上記検査装置の超音波センサは、いわゆる透過型の超音波センサであり、電池電極を介して互いに対向する位置に配置された超音波の発信用及び受信用の一対のセンサによって、電極合剤が塗布された電池電極に対する信号強度、つまり電池電極に発信され、該電池電極を透過した超音波信号の強度の測定が行われる。
また、上記検査装置は、電池電極の検査前に所定の基準材を超音波センサによって計測し、この計測値を基に超音波センサを校正する構成をとっている。
しかし、検査前にのみ超音波センサが校正され、その後は検査開始から検査終了まで超音波センサの校正が行われないため、長尺物、例えば、数千メートルもの電池電極を検査する場合、検査の経過に伴う大気の流れや温度の変化等の外乱要因によって超音波センサの精度にバラツキが生じる等の問題があった。
しかし、検査前にのみ超音波センサが校正され、その後は検査開始から検査終了まで超音波センサの校正が行われないため、長尺物、例えば、数千メートルもの電池電極を検査する場合、検査の経過に伴う大気の流れや温度の変化等の外乱要因によって超音波センサの精度にバラツキが生じる等の問題があった。
本発明は、常に一定の精度でリチウムイオン二次電池電極を検査可能な検査装置を提供することを課題とする。
請求項１に記載の検査装置は、搬送されるリチウムイオン二次電池電極に電極合剤が均一の厚みで塗布されているかを検査する検査装置であって、前記リチウムイオン二次電池電極に対する信号強度を連続的に計測する第一の超音波センサと、該第一の超音波センサの校正に使用される基準材と、該基準材に対する信号強度を連続的に計測する第二の超音波センサと、を備え、前記第一の超音波センサによる前記リチウムイオン二次電池電極の検査の初期校正として、空気層に対する前記第一の超音波センサと前記第二の超音波センサとの信号強度の差、及び前記基準材に対する前記第一の超音波センサと前記第二の超音波センサとの信号強度の差に基づいて前記第一の超音波センサを校正し、前記第一の超音波センサによって前記リチウムイオン二次電池電極に対する信号強度を計測すると同時に、前記第二の超音波センサによって前記基準材に対する信号強度を計測し、前記初期校正における前記基準材に対する前記第二の超音波センサの信号強度との差に基づいて前記第一の超音波センサを校正するものである。
本発明によれば、リチウムイオン二次電池電極の検査前の超音波センサと同様の状態を担保することができ、超音波センサが常に一定の精度でリチウムイオン二次電池電極に対する信号強度を計測することが可能となる。したがって、リチウムイオン二次電池電極の集電体に塗布された電極合剤の厚みの均一性の評価を正確なものとすることができる。
以下では、本発明の一実施形態に係る検査装置１について説明する。
検査装置１は、電極１０の集電体１１に電極合剤１２が均一の厚みで塗布されているか否かを検査するものである。
電極１０は、アルミニウム箔や銅箔等の長尺状の金属箔である集電体１１の表面に、活物質（正極活物質又は負極活物質）とバインダーとを溶媒で混練したペースト状の電極合剤１２を塗布したものである。電極１０は、例えば、リチウムイオン二次電池等の電池電極として用いられる。
電極１０は、アルミニウム箔や銅箔等の長尺状の金属箔である集電体１１の表面に、活物質（正極活物質又は負極活物質）とバインダーとを溶媒で混練したペースト状の電極合剤１２を塗布したものである。電極１０は、例えば、リチウムイオン二次電池等の電池電極として用いられる。
図１に示すように、検査装置１は、基準材２、固定センサ３、可動センサ４、及び制御手段５を備える。
基準材２は、面精度及び密度が把握されているアルミニウム箔や銅箔等の金属箔であり、所定の位置に固設される。
固定センサ３は、固定発信探触子３Ｓ及び固定受信探触子３Ｒからなる一対の透過型超音波センサである。
固定発信探触子３Ｓ及び固定受信探触子３Ｒは、基準材２を介して対向するように固設され、固定発信探触子３Ｓが基準材２に向けて超音波を発信し、基準材２を透過した超音波（透過波）を固定受信探触子３Ｒが受信することで基準材２に対する信号強度（基準材２に向けて発信され、基準材２を透過した超音波信号の強度）を計測する。
固定発信探触子３Ｓ及び固定受信探触子３Ｒは、基準材２を介して対向するように固設され、固定発信探触子３Ｓが基準材２に向けて超音波を発信し、基準材２を透過した超音波（透過波）を固定受信探触子３Ｒが受信することで基準材２に対する信号強度（基準材２に向けて発信され、基準材２を透過した超音波信号の強度）を計測する。
可動センサ４は、固定センサ３と同様に、可動発信探触子４Ｓ及び可動受信探触子４Ｒからなる一対の透過型超音波センサである。
可動発信探触子４Ｓ及び可動受信探触子４Ｒは、図示しないローラ等の搬送手段によって搬送される電極１０を介して対向するように配設され、可動発信探触子４Ｓが電極１０に向けて超音波を発信し、電極１０を透過した超音波（透過波）を可動受信探触子４Ｒが受信することで電極１０に対する信号強度（電極１０に向けて発信され、電極１０を透過した超音波信号の強度）を計測する。可動発信探触子４Ｓ及び可動受信探触子４Ｒは、電極１０が搬送される方向と直交し、電極１０が延在する方向（電極１０の幅方向）に向けて一体的に移動可能に構成され、かつ、電極１０の幅方向に対して所定範囲内を往復移動可能に構成されている。
固定センサ３は、例えば電極１０の幅方向における側方、かつ電極１０の搬送方向において可動センサ４と同じ位置に配置されている。
なお、固定センサ３及び可動センサ４における超音波の周波数は、空気中を伝搬可能な値であって、対象物の材質等によって最適な値（例えば、１００ＫＨｚ以下）として設定される。
可動発信探触子４Ｓ及び可動受信探触子４Ｒは、図示しないローラ等の搬送手段によって搬送される電極１０を介して対向するように配設され、可動発信探触子４Ｓが電極１０に向けて超音波を発信し、電極１０を透過した超音波（透過波）を可動受信探触子４Ｒが受信することで電極１０に対する信号強度（電極１０に向けて発信され、電極１０を透過した超音波信号の強度）を計測する。可動発信探触子４Ｓ及び可動受信探触子４Ｒは、電極１０が搬送される方向と直交し、電極１０が延在する方向（電極１０の幅方向）に向けて一体的に移動可能に構成され、かつ、電極１０の幅方向に対して所定範囲内を往復移動可能に構成されている。
固定センサ３は、例えば電極１０の幅方向における側方、かつ電極１０の搬送方向において可動センサ４と同じ位置に配置されている。
なお、固定センサ３及び可動センサ４における超音波の周波数は、空気中を伝搬可能な値であって、対象物の材質等によって最適な値（例えば、１００ＫＨｚ以下）として設定される。
制御手段５は、固定センサ３及び可動センサ４と電気的に接続され、固定センサ３及び可動センサ４によって計測された信号強度を取得し、予め記憶された評価用の閾値等に基づいて、電極１０の集電体１１に塗布された電極合剤１２の厚みの均一性を評価するものである。
詳細には、長手方向に向けて搬送される電極１０に対する信号強度を、電極１０の幅方向（電極１０の搬送方向と直交する方向）に、固定センサ３に対して近接離間移動する可動センサ４によって連続的に計測し、その計測結果を制御手段５に予め記憶された評価用の閾値等と比較することで、その良否を判定する。
詳細には、長手方向に向けて搬送される電極１０に対する信号強度を、電極１０の幅方向（電極１０の搬送方向と直交する方向）に、固定センサ３に対して近接離間移動する可動センサ４によって連続的に計測し、その計測結果を制御手段５に予め記憶された評価用の閾値等と比較することで、その良否を判定する。
制御手段５は、また、可動センサ４によって電極１０に対する信号強度を計測する時、つまりライン稼動中、及びライン稼動前に可動センサ４の校正を行う。
まず、ライン稼動前における制御手段５による可動センサ４の初期校正について説明する。
図２（ａ）に示すように、固定センサ３及び可動センサ４によって、空気層に対する（超音波センサによる計測対象物が無い状態、すなわち固定発信探触子３Ｓと固定受信探触子３Ｒとの間、及び可動発信探触子４Ｓと可動受信探触子４Ｒとの間に計測対象物が無い状態での）信号強度を計測し、固定センサ３によって計測された信号強度をＡ１Ｋ、可動センサ４によって計測された信号強度をＡ１Ｍとする。なお、説明の便宜上、以下の説明では、Ａ１Ｋ＞Ａ１Ｍとするが、これらの値の関係を限定するものではない。
そして、Ａ１ＫとＡ１Ｍとの差を、固定センサ３と可動センサ４との初期機差Ａ１Ｄとする（Ａ１Ｄ＝｜Ａ１Ｋ−Ａ１Ｍ｜）。
そして、Ａ１ＫとＡ１Ｍとの差を、固定センサ３と可動センサ４との初期機差Ａ１Ｄとする（Ａ１Ｄ＝｜Ａ１Ｋ−Ａ１Ｍ｜）。
続いて、図２（ｂ）に示すように、固定センサ３及び可動センサ４によって基準材２に対する信号強度を計測し、固定センサ３によって計測された信号強度をＢ１Ｋ、可動センサ４によって計測された信号強度をＢ１Ｍとする。
そして、Ｂ１ＫとＢ１Ｍとの差を、固定センサ３と可動センサ４との初期機差Ｂ１Ｄとする（Ｂ１Ｄ＝｜Ｂ１Ｋ−Ｂ１Ｍ｜）。
そして、Ｂ１ＫとＢ１Ｍとの差を、固定センサ３と可動センサ４との初期機差Ｂ１Ｄとする（Ｂ１Ｄ＝｜Ｂ１Ｋ−Ｂ１Ｍ｜）。
図３に示すように、初期機差Ａ１Ｄと初期機差Ｂ１Ｄとを比較して、初期機差Ｂ１Ｄが初期機差Ａ１Ｄよりも大きい場合等、初期機差Ａ１Ｄと初期機差Ｂ１Ｄとが等しくない場合には、制御手段５によって初期機差Ａ１Ｄと初期機差Ｂ１Ｄとが等しくなるようにＢ１Ｍが補正されることで、可動センサ４の初期校正が行われる。
初期機差Ａ１Ｄと初期機差Ｂ１Ｄとが等しい場合には、前述のような初期校正は行われない。
このように、固定センサ３と可動センサ４との機差を把握し、ライン稼動前に可動センサ４を初期校正することによって、可動センサ４の精度を担保する。
初期機差Ａ１Ｄと初期機差Ｂ１Ｄとが等しい場合には、前述のような初期校正は行われない。
このように、固定センサ３と可動センサ４との機差を把握し、ライン稼動前に可動センサ４を初期校正することによって、可動センサ４の精度を担保する。
次に、ライン稼動中における制御手段５による可動センサ４の校正について説明する。
図４に示すように、可動センサ４によって電極１０に対する信号強度を計測すると同時に、固定センサ３によって基準材２に対する信号強度も計測する。この時、可動センサ４によって計測された信号強度をＢ２Ｍ、固定センサ３によって計測された信号強度をＢ２Ｋとする。
続いて、図５に示すように、ライン稼動前に固定センサ３によって計測された基準材２に対する信号強度であるＢ１Ｋと、ライン稼動中に固定センサ３によって計測された基準材２に対する信号強度であるＢ２Ｋとを比較して、Ｂ２ＫがＢ１Ｋよりも大きい場合等、Ｂ１ＫとＢ２Ｋとが等しくない場合には、Ｂ１ＫとＢ２Ｋとの差、つまりライン稼動前とライン稼動中の固定センサ３の基準材２に対する信号強度のズレが制御手段５によって算出される。この算出された値をＤとする。
このようなズレは、大気の流れや温度の変化等の外乱要因によって発生すると考えられるので、このズレを基にして制御手段５によって可動センサ４の校正が行われる。
具体的には、Ｂ２ＫはＢ１ＫよりＤの分だけ大きい（換言すれば、ライン稼動前よりも固定センサ３によって計測された基準材２に対する信号強度がＤの分だけ大きくなっている）ので、ライン稼動中に可動センサ４によって計測された電極１０に対する信号強度であるＢ２ＭからＤを減ずる補正がされることで、可動センサ４の校正が行われる。なお、Ｂ２ＫがＢ１Ｋよりも小さい場合も同様にして可動センサ４の校正が行われる。
Ｂ１ＫとＢ２Ｋとが等しい場合には、前述のような校正は行われない。
具体的には、Ｂ２ＫはＢ１ＫよりＤの分だけ大きい（換言すれば、ライン稼動前よりも固定センサ３によって計測された基準材２に対する信号強度がＤの分だけ大きくなっている）ので、ライン稼動中に可動センサ４によって計測された電極１０に対する信号強度であるＢ２ＭからＤを減ずる補正がされることで、可動センサ４の校正が行われる。なお、Ｂ２ＫがＢ１Ｋよりも小さい場合も同様にして可動センサ４の校正が行われる。
Ｂ１ＫとＢ２Ｋとが等しい場合には、前述のような校正は行われない。
上記のように、ライン稼動前には、固定センサ３と可動センサ４との機差を把握して可動センサ４を校正し、ライン稼動中には、大気の流れや温度の変化等の外乱要因を考慮して計測ごとに可動センサ４を校正することで、ライン稼動前の可動センサ４と同様の状態を担保することができ、可動センサ４が常に一定の精度で電極１０に対する信号強度を計測することが可能となる。したがって、検査装置１による電極１０の集電体１１に塗布された電極合剤１２の厚みの均一性の評価を正確なものとすることができる。
また、大気の流れや温度を常にモニタリングして、その計測値等を基に可動センサ４を校正するよりも、電極合剤１２の厚みの均一性の評価の正確性、及び検査装置１の構成の容易性等の点で有益である。
また、大気の流れや温度を常にモニタリングして、その計測値等を基に可動センサ４を校正するよりも、電極合剤１２の厚みの均一性の評価の正確性、及び検査装置１の構成の容易性等の点で有益である。
１ 検査装置
２ 基準材
３ 固定センサ
４ 可動センサ
５ 制御手段
１０ 電極
１１ 集電体
１２ 電極合剤
２ 基準材
３ 固定センサ
４ 可動センサ
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１１ 集電体
１２ 電極合剤
Claims (1)
- 搬送されるリチウムイオン二次電池電極に電極合剤が均一の厚みで塗布されているか否かを検査する検査装置であって、
前記リチウムイオン二次電池電極に対する信号強度を連続的に計測する第一の超音波センサと、
該第一の超音波センサの校正に使用される基準材と、
該基準材に対する信号強度を連続的に計測する第二の超音波センサと、を備え、
前記第一の超音波センサによる前記リチウムイオン二次電池電極の検査の初期校正として、空気層に対する前記第一の超音波センサと前記第二の超音波センサとの信号強度の差、及び前記基準材に対する前記第一の超音波センサと前記第二の超音波センサとの信号強度の差に基づいて前記第一の超音波センサを校正し、
前記第一の超音波センサによって前記リチウムイオン二次電池電極に対する信号強度を計測すると同時に、前記第二の超音波センサによって前記基準材に対する信号強度を計測し、前記初期校正における前記基準材に対する前記第二の超音波センサの信号強度との差に基づいて前記第一の超音波センサを校正する検査装置。
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