JP5920080B2 - 薄膜塗工シート製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、破壊検査用の検査片の切り出し機能を備えた薄膜塗工シート製造装置に関するものである。

従来、電池に用いられる電極（材料シート）の表面に、薄膜を塗布（目付）することが行われている。この目付量の破壊検査として、電極の一部を打ち抜いて検査を行う方法が用いられている。製造中の電極は、ロール体から繰り出され、薄膜の塗布後に、乾燥させて、巻き取られる。特許文献１は、かかる乾燥工程の後に、電極の一部を、垂直にパンチして打ち抜き、検査片を取得する薄膜塗工シート製造装置を開示している。

特開２００９−１８４０９０号公報

しかしながら、従来の薄膜塗工シート製造装置においては、薄膜塗工シートを正確に垂直に打ち抜く際には、薄膜塗工シートの移動を、一旦、停止させる必要がある。そうでなければ、薄膜塗工シートが打ち抜きの際に損傷してしまうからである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、薄膜塗工シートの移動を停止することなく、検査片を打ち抜くことが可能な薄膜塗工シート製造装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る薄膜塗工シート製造装置は、電極である薄膜塗工シートから検査片を取得する打ち抜き装置と、前記検査片の取得後に前記薄膜塗工シートを巻き取る巻き取り装置と、前記打ち抜き装置及び前記巻き取り装置を制御する制御装置と、を備えた薄膜塗工シート製造装置において、前記打ち抜き装置は、前記検査片を打ち抜くための刃素子と、前記刃素子が設けられたローラと、前記刃素子と前記薄膜塗工シートとが対向した際の前記刃素子と前記薄膜塗工シートとの間の相対距離を縮小することで、前記検査片を打ち抜いて取得する刃素子適用手段と、を備え、前記制御装置は、前記検査片の取得時においては、前記巻き取り装置による前記薄膜塗工シートの巻き取り時の移動に同期して、前記ローラを回転させつつ、前記刃素子適用手段により前記相対距離を縮小するよう、前記巻き取り装置、前記ローラ、及び、前記刃素子適用手段を制御し、前記刃素子適用手段は、前記ローラの回転軸を、前記薄膜塗工シートに近づける回転軸駆動機構を備え、前記刃素子は、切断時において前記薄膜塗工シートに当たる刃を備え、前記ローラの回転軸に垂直な断面内における、前記刃素子の前記ローラの周方向の一端部分である、前記刃素子の前記刃の部分は、この断面内における長手方向が前記ローラの径方向に沿って延びており、前記ローラの回転軸と、前記薄膜塗工シートとが近づき、前記刃素子の前記一端部分が、前記薄膜塗工シートに当接した時点で、前記刃素子の一端部分の長手方向と、前記薄膜塗工シートの表面の成す角度が、８０°〜１００°となることを特徴とする。なお、相対距離が縮小するとは、刃素子と薄膜塗工シートとの相対距離が短くなる場合に限らず、刃素子が薄膜塗工シートの下方に位置するように、刃素子と薄膜塗工シートとの相対距離が負となる場合を含む。

本発明の薄膜塗工シート製造装置によれば、検査片の取得時においては、薄膜塗工シートの移動に同期して、ローラを回転させつつ、刃素子を薄膜塗工シートに相対的に近づけている。これにより、薄膜塗工シートの移動速度と、回転するローラに設けられた刃素子の先端の周速度との間の相対速度を原則的にはゼロとすることができる。したがって、巻き取り装置による巻き取りを停止することなく、薄膜塗工シートを移動させながら、刃素子を薄膜塗工シートに押し当てて検査片を打ち抜き、これを取得することが可能となる。

また、上記のように、前記刃素子適用手段は、前記ローラの回転軸を、前記薄膜塗工シートに近づける回転軸駆動機構を備えることを特徴とする。ローラの回転軸を、薄膜塗工シートに近づけると、ローラに設けられた刃素子も薄膜塗工シートに近づくことができ、刃素子を薄膜塗工シートに押し当てて検査片を打ち抜き、これを取得することが可能となる。

また、前記刃素子は、前記ローラに固定されていることとしてもよい。刃素子の先端位置は、ローラ回転時の回転半径を与えている。したがって、刃素子を固定して、ローラを移動させれば、刃素子の径方向移動時の回転半径の変化を抑制し、検査片を高い制御性で打ち抜くことができる。また、前記薄膜塗工シートが移動する方向をＸ方向、前記薄膜塗工シートの幅方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向の双方に垂直な方向をＺ方向、とした場合、ＸＺ平面内において、前記刃素子の刃の先端部は、円弧を描いていることを特徴とする。

また、前記刃素子適用手段は、前記刃素子を前記ローラ内に収容する第１状態と、前記刃素子を前記ローラの外周面の外側に露出させる第２状態と、を切り替える刃素子駆動装置を備えることを特徴とする。刃素子単独の質量は、刃素子を有するローラの質量よりも小さいため、慣性が小さく、刃素子をローラに対して移動させた方が、ローラ自体を移動させる場合よりも、刃素子を高速かつ少ないエネルギー消費で移動させ、検査片を打ち抜くことができる。なお、刃素子駆動装置は、上述のローラを移動させる回転軸駆動機構がある場合においても、無い場合においても、適用することができる。

また、刃素子駆動装置を備える場合において、前記刃素子は、前記ローラの外周面から内部に向けて延びた凹部内に配置され、前記凹部の内面に沿ってスライドする基部と、前記基部の前記ローラの外周面側の先端部に設けられた刃と、を備え、前記刃素子駆動装置は、前記基部をスライドさせる電気的アクチュエータと、前記電気的アクチュエータに駆動電力を供給する駆動回路とを備えることを特徴とする。

駆動回路から、電気的アクチュエータに駆動電力を供給すると、刃素子の基部が凹部内をスライドし、刃が径方向に移動し、刃がローラ内部に収容され、又は、外部に露出することができる。電気的アクチュエータは、電磁コイルなどを用いることができるが、圧電素子などのアクチュエータを用いることも原理的には可能である。

また、前記刃素子は、前記ローラの外周面から内部に向けて延びた凹部内に配置され、前記凹部の内面に沿ってスライドする基部と、前記基部の前記ローラの外周面側の先端部に設けられた刃と、を備え、前記刃素子駆動装置は、前記基部をスライドさせる油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに油を供給する油圧供給装置とを備えることを特徴とする。

油圧供給装置から、油圧アクチュエータに油を供給すると、刃素子の基部が凹部内をスライドし、刃が径方向に移動し、刃がローラ内部に収容され、又は、外部に露出することができる。

また、本発明の薄膜塗工シート製造装置は、打ち抜き装置によって打ち抜きが行われた検査片の前記薄膜塗工シートからの分離を促進する検査片分離促進装置を更に備えることができる。薄膜塗工シートは、薄く重量が軽いため、刃素子が薄膜塗工シートを切断しているにも拘らず、検査片の周辺部位がこれに隣接する薄膜塗工シートに引っかかり、検査片を収容できない場合がある。そこで、本装置では、検査片分離促進装置を備えることとし、検査片が薄膜塗工シートから分離しやすくなるようにした。

また、本発明の薄膜塗工シート製造装置は、前記打ち抜き装置の前段に配置され、塗工後の前記薄膜塗工シートを乾燥させる乾燥装置を更に備えることを特徴とする。塗工後に乾燥させることで、薄膜を材料シートに十分に固定させることができる。

本発明の薄膜塗工シート製造装置によれば、薄膜塗工シートの移動を停止することなく、検査片を打ち抜くことが可能なため、高いスループットで、薄膜塗工シートを製造することができる。

薄膜塗工シート製造装置の全体構成を示す図である。 打ち抜き装置の構成を説明するための斜視図である。 打ち抜き装置の動作を説明するための図である。 打ち抜き装置の構成を更に詳しく説明するための図である。 刃素子及びローラの断面図である。 刃素子及びローラの平面図である。 変形例に係る刃素子及びローラの平面図である。 刃素子及びローラの断面図である。 電気的アクチュエータの制御構成について示す図である。 刃素子及びローラの断面図である。 油圧アクチュエータの制御構成について示す図である。 ローラ内部の油圧経路について説明するための図である。

以下、実施の形態に係る薄膜塗工シート製造装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、薄膜塗工シート製造装置の全体構成を示す図である。

本例における薄膜塗工シートＳＴは、リチウムイオン二次電池などに用いられる電極である。この電極は、基材となる銅又はアルミニウムなどからなる薄い材料シートＳＴ’上に、活物質層や保護膜となる塗工材からなる薄膜を塗布して形成する。薄膜材料としては、活物質層を構成するグラファイト、カーボン、リチウムコバルト酸化物、二酸化ケイ素、又は、ケイ素、或いはこれら材料のうち２種以上を含む混合物と樹脂材料との混合材料、保護膜を構成するポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂材料などが挙げられるが、材料自体は用途により様々であり、特に限定されるものではない。材料シートＳＴ’上に塗工材を塗布した後には、塗工材は乾燥され、その後、巻き取り装置６によって、ロール状に巻き取られる。

この薄膜塗工シート製造装置は、材料シートＳＴ’をロール状に巻いた初期ロール体１０を配置する巻き出し装置１を備えている。材料シートＳＴ’は、巻き取り装置６が薄膜塗工シートＳＴを巻き取る動作によって引っ張られ、塗工装置２へと移動し、続いて、乾燥装置３、打ち抜き装置４を経て、最後に巻き取り装置６によって巻き取られる。初期の材料シートＳＴ’は、ロール状に巻かれているので、巻き出し装置１は、初期ロール体１０の中心を回転可能に支持する回転軸を備えており、巻き取り装置６による巻き取りに応じて、材料シートＳＴ’を塗工装置２に向けて繰り出す。

塗工装置２は、上述の活物質層や保護層の原材料となる塗工材を、材料シートＳＴ’上に塗布するディスペンサである。活物質層や保護膜を塗布する塗工装置２としては、グラビア塗工装置やダイコーティング技術を用いた印刷装置が良く知られているが、塗工装置としては、他にも数多くのものが知られている。薄膜塗工シート製造装置は、検査片Ｓを打ち抜くための打ち抜き装置４を備えている。打ち抜き装置４の前段には、塗工後の薄膜塗工シートを乾燥させる乾燥装置３を更に備えている。塗工装置２による塗工後に、乾燥装置３によって、塗工材を乾燥させることで、塗工材からなる薄膜を材料シートＳＴ’に十分に定着させ、固定させることができる。薄膜が塗工された材料シートＳＴ’は、薄膜塗工シートＳＴとして、打ち抜き装置４へと移動する。

乾燥装置３としては、種々の種類がある。乾燥装置３は、加熱装置でもあり、必要に応じて、送風機を内蔵するものである。乾燥装置３としては、電熱コイルを用いた電気炉、グラファイトなどの抵抗体に通電することで発熱する抵抗加熱装置、光を用いたランプ加熱装置、又は、油の燃焼や太陽熱、太陽光を用いた加熱装置が挙げられる。本例では、安定した温度制御が容易な電気炉を採用することとする。

打ち抜き装置４は、薄膜塗工シートＳＴから検査片Ｓを取得する。薄膜塗工シートＳＴは、検査片Ｓの取得後に巻き取り装置６によって、巻き取られ、最終ロール体２０を構成する。巻き取り装置６は、最終ロール体２０の中心を回転可能に支持する回転軸と、回転軸を回転させるためのモータ（図示せず）を備えている。

また、薄膜塗工シート製造装置は、打ち抜き装置４によって打ち抜きが行われた検査片の薄膜塗工シートＳＴからの分離を促進する検査片分離促進装置５を更に備えている。薄膜塗工シートＳＴは、薄く重量が軽いため、打ち抜き装置４における刃素子が薄膜塗工シートを切断しているにも拘らず、検査片Ｓの周辺部位がこれに隣接する薄膜塗工シートＳＴに引っかかり、検査片Ｓを容器７内に収容できない場合がある。そこで、本装置では、検査片分離促進装置５を備えることとし、検査片Ｓが薄膜塗工シートＳＴから分離しやすくなるようにした。検査片分離促進装置５としては、検査片Ｓに向けて風を送る送風機などを採用することができる。

制御装置８は、巻き出し装置１、塗工装置２、乾燥装置３、打ち抜き装置４、検査片分離促進装置５、及び巻き取り装置６を制御することができる。すなわち、制御装置８は、巻き取り装置６における巻き取り用のモータの回転速度を制御し、巻き出し装置１の回転軸を回転させるモータの回転速度を制御することで、巻出し装置１から繰り出される材料シートのテンションを制御することができる。また、制御装置８は、塗工装置２における塗工動作、乾燥装置３における乾燥処理、打ち抜き装置４による打ち抜き動作、及び、検査片分離促進装置５による分離促進動作を制御することができる。

打ち抜き装置４によって打ち抜かれた検査片Ｓは、容器７内に収容される。検査片Ｓは、例えば厚み検査装置（例：エリプソメータ）などによって検査が行われ、必要に応じて、検査結果が検査片Ｓの薄膜塗工シートにおける取得位置と共に、制御装置８に記憶される。容器７内に検査装置を配置して、自動的に検査結果を取得することもできるし、操作者が手作業で検査結果を制御装置８に入力することもできる。この検査結果は、最終ロール体２０の品質を示すものとなる。厚みを測定する簡便な検査装置としては、重量計を用いることも可能である。計測した重量或いは厚みが規定範囲内であれば良品と判定し、規定範囲外であれば不良品と判定することができる。一般的な薄膜の厚みは、数μｍ〜数十μｍであるが、これは薄膜の種類によって変動する。

複数の位置において取得した検査片Ｓの品質（厚み）が、全て、規定範囲内であれば、最終ロール体２０の品質は、出荷に適合するものとなる。例えば、１０００ｍのロールに塗工処理を行う場合において、２０ｍ毎に検査片Ｓの取得を行い、その検査結果が全て規定範囲内であれば、良品であると判定することができる。また、塗工工程を実行しながら逐次検査を行う場合、検査結果が規定範囲外となった場合に装置の稼働を停止し、原因を究明することも可能である。また、検査片Ｓの取得位置情報を記憶しているので、最終ロール体２０の形成後に、薄膜塗工シートを使用する際、検査結果が規定範囲外の結果を示す領域の薄膜塗工シートを不良品として除外することも可能である。

以下、打ち抜き装置４の構成を更に詳しく説明する。

図２は、打ち抜き装置４の構成を説明するための斜視図である。なお、以下では、ＸＹＺ直交座標系を設定する。打ち抜き装置４の近傍において、薄膜塗工シートＳＴが移動する方向をＸ方向、薄膜塗工シートＳＴの幅方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向の双方に垂直な方向をＺ方向とする。

打ち抜き装置４は、上部のローラ４Ｕ及び下部のローラ４Ｌを備えている。上部のローラ４Ｕ及び下部のローラ４Ｌの回転軸は、共にＹ軸に平行である。乾燥装置３は、薄膜塗工シートＳＴを囲む筐体３Ａを備えており、筐体３Ａの排出口３Ｂから、乾燥した薄膜塗工シートＳＴが、Ｘ方向に沿って、打ち抜き装置４に移動してくる。上部のローラ４Ｕと下部のローラ４Ｌとは対向しており、これらのローラ４Ｕ，４Ｌは、薄膜塗工シートＳＴを厚み方向（Ｚ方向）に挟むことができる。

打ち抜き装置４において、刃素子による打ち抜きにより、薄膜塗工シートＳＴから検査片Ｓが切り出された後、図１に示した検査片分離促進装置５から、Ｚ軸方向に力Ｆが与えられ、検査片Ｓが薄膜塗工シートＳＴから分離し、分離した後には薄膜塗工シートＳＴには孔Ｈが形成され、検査片Ｓは、図１に示した容器７内に落下して収容される。ここでの検査片分離促進装置５は、Ｚ軸方向の負方向（下方向）に向けて風を送る送風機であるが、これはエジェクタピンのように、Ｚ軸負方向に移動して検査片Ｓを押圧して薄膜塗工シートＳＴから分離させる押圧部材であってもよい。

なお、ローラ４Ｕ，４Ｌの周囲には必要に応じて、保護板が設けられ、ユーザがローラ４Ｕ，４Ｌに近づかないようにすることができる。保護板は、内部を観察できるように透明板から構成することもできる。

図３は、打ち抜き装置の動作を説明するため、打ち抜き装置４を側方から見た図である。

打ち抜き装置４は、検査片Ｓを打ち抜くための刃素子４Ｔと、刃素子４Ｔが設けられたローラ４Ｕと、刃素子４Ｔと薄膜塗工シートＳＴとが対向した際の刃素子４Ｔと薄膜塗工シートＳＴとの間の相対距離を縮小することで、検査片Ｓを打ち抜いて取得する刃素子適用装置（刃素子適用手段：図３及び図４では回転軸４Ｕ１の上下動作を行う機構）とを備えている。

距離を示すＺ軸は、薄膜塗工シートＳＴからローラ４Ｕに向かう方向が正方向である。ローラ４Ｕの回転によって、刃素子４Ｔが最下点に移動した場合、刃素子４Ｔと薄膜塗工シートＳＴとが対向し、これらの間の距離の最小値が与えられる。刃素子４Ｔと薄膜塗工シートとの距離を小さくするように、ローラ４Ｕ及び／又は後述の手法（図８〜図１２）で刃素子４Ｔを下方（−Ｚ方向）に移動させると、刃素子４Ｔは薄膜塗工シートＳＴに到達し、更に、薄膜塗工シートＳＴを超えて、下部のローラ４Ｌの表面層に到達する。すなわち、刃素子４Ｔの絶対位置が下方に移動することで、刃素子４Ｔと薄膜塗工シートＳＴとが対向した際の刃素子４Ｔと薄膜塗工シートＳＴとの間の相対距離が縮小して、薄膜塗工シートＳＴの一部領域が切断される。薄膜塗工シートＳＴのＺ軸上の位置を原点とすれば、刃素子４Ｔの先端は、Ｚ軸上の負の位置に至る。原点から当該負の位置に至る距離の絶対値は、薄膜塗工シートＳＴの厚みよりも大きい。

上部のローラ４Ｕは、図３の回転矢印にて示すように、薄膜塗工シートＳＴがＸ方向に移動するのと同じ周速度で、左回転を行う。下部のローラ４Ｌは、薄膜塗工シートＳＴを下から支持する機能を有するが、薄膜塗工シートＳＴがＸ方向に移動するのと同じ周速度で、右回転を行う。下部のローラ４Ｌの表面層は、ゴムやウレタンなどの弾性層からできており、刃素子４Ｔが薄膜塗工シートＳＴを押圧した際に、表面層が凹んで変形する構成となっている。下部のローラ４Ｌは、原理的には単なる薄膜塗工シートＳＴの支持板であってもよい。

上部のローラ４Ｕは、Ｙ軸方向に延びた回転軸４Ｕ１を有している。回転軸をＹ軸回りに回転させると、ローラ４Ｕが回転し、ローラ４Ｕの外周面に設けられた刃素子４Ｔが回転する。回転軸４Ｕ１は、垂直方向に延びた支持部材４Ｕ３の下端部によって回転可能に支持されており、支持部材４Ｕ３の上端部は往復移動バー４Ｕ４に固定されている。往復移動バー４Ｕ４が上下方向（Ｚ軸方向）に往復運動をした場合、これに固定された支持部材４Ｕ３が上下方向に移動し、したがって、回転軸４Ｕ１及びローラ４Ｕが上下方向に移動する。

ローラ４Ｕの上下の移動のタイミングに関しては、刃素子４Ｔの一端部分（Ｘ軸正方向の先端に位置する刃の部分）が薄膜塗工シートＳＴに当接した時点で、一端部分のＸＺ断面の長手方向（ローラ径方向）と、薄膜塗工シートＳＴの表面の成す角度（αとする）が、９０°となるようにローラ４Ｕを下方に移動させて刃素子４Ｔを下方に移動させる。以後、ローラ４Ｕを下方に移動させて、刃素子４Ｔを更に下方に移動させ、刃素子４Ｔの他端部分（Ｘ軸負方向の先端に位置する刃の部分）が薄膜塗工シートＳＴに当接した時点で、他端部分のＸＺ断面の長手方向（ローラ径方向）と、薄膜塗工シートＳＴの表面とが成す角度αが９０°となるようにする。なお、αは８０°〜１００°とすることもできる。

図４は、打ち抜き装置の構成を更に詳しく説明するための図である。

ローラ４Ｕの回転軸は、これに機械的に結合したローラ回転用モータ４Ｍによって、Ｙ軸回りに回転させられる。ローラ４Ｕの回転軸の両端部は、図３に示した支持部材４Ｕ３によって往復移動バー４Ｕ４の両端部に機械的に接続されている。往復移動バー４Ｕ４の上方には回転駆動シャフト４Ｂが配置されており、回転駆動シャフト４ＢはＹ軸に沿って延びている。回転駆動シャフト４Ｂの外周には偏心カムＣ１，Ｃ２が固定されており、回転駆動シャフト４ＢがＹ軸回りに回転すると、偏心カムＣ１，Ｃ２の最下点、すなわち、偏心カムＣ１，Ｃ２と往復移動バー４Ｕ４との接触点が上下方向に往復運動する。回転駆動シャフト４Ｂは、往復運動用モータ４Ｆに機械的に結合しており、モータ４Ｆを回転させることで、回転駆動シャフト４Ｂを回転させることができる。

回転駆動シャフト４Ｂと下部のローラ４Ｌとは、これらの両端に設けられた支持基体ＳＢに、固定されている。なお、図４では、内部構造の明確化のため、片方の支持基体ＳＢのみを示しているが、この装置は、ＸＺ平面に対して左右対称の構造を有しており、装置の両側面に支持基体ＳＢが存在している。支持基体ＳＢには、Ｚ方向に沿って延びたスライド孔ＳＬが設けられており、スライド孔ＳＬ内に往復移動バー４Ｕ４の両端部が位置し、往復移動バー４Ｕ４の両端部は、偏心カムＣ１，Ｃ２の回転に伴って、スライド孔ＳＬ内をスライドして移動する。往復移動バー４Ｕ４の両端部は、支持基体ＳＢに、バネＳＰ１及びＳＰ２によって固定されており、偏心カムＣ１，Ｃ２の最下点に常に接触するように上方に向けて付勢されている。

制御装置８は、検査片Ｓの取得時においては、巻き取り装置６による薄膜塗工シートＳＴの巻き取り時の移動に同期して、ローラ４Ｕをローラ回転用モータ４Ｍによって回転させつつ、同時に、往復運動用モータ４Ｆを回転させて、偏心カムＣ１，Ｃ２を駆動し、これにリンクしたローラ４Ｕの回転軸位置を下方に移動させる。これにより、刃素子４Ｔ（図３参照）と、薄膜塗工シートＳＴとの間の相対距離が縮小し、打ち抜きが行われる。なお、薄膜塗工シートＳＴの巻き取り速度は、巻き取り装置６の巻き取り用のモータを制御することで調整する。このように、制御装置８は、刃素子適用装置（４Ｕ３，４Ｕ４，４Ｂ，Ｃ１，Ｃ２，ＳＰ１，Ｓｐ２，４Ｆ，ＳＬ）により、上記相対距離を縮小するよう、巻き取り装置６、ローラ４Ｕ、及び、刃素子適用装置を制御している。

この薄膜塗工シート製造装置によれば、検査片Ｓの取得時においては、薄膜塗工シートＳＴの移動に同期して、ローラ４Ｕを回転させつつ、刃素子４Ｔを薄膜塗工シートＳＴに相対的に近づけている、或いは、遠ざけている。これにより、薄膜塗工シートＳＴのＸ軸方向の移動速度と、回転するローラ４Ｕに設けられた刃素子４Ｔの先端の周速度（ローラ最下点における接線方向（Ｘ軸方向）速度）との間の相対速度を原則的にはゼロとすることができる。したがって、巻き取り装置６による巻き取りを停止することなく、薄膜塗工シートＳＴを移動させながら、刃素子４Ｔを薄膜塗工シートＳＴに押し当てて検査片Ｓを打ち抜き、これを取得することが可能となる。

また、図４に示した刃素子適用装置は、ローラ４Ｕの回転軸４Ｕ１を、薄膜塗工シートＳＴに近づける回転軸駆動機構（４Ｕ３，４Ｕ４，４Ｂ，Ｃ１，Ｃ２，ＳＰ１，Ｓｐ２，４Ｆ，ＳＬ）を備えている。ローラ４Ｕの回転軸４Ｕ１を、薄膜塗工シートＳＴに近づけると、ローラ４Ｕに設けられた刃素子４Ｔも薄膜塗工シートＳＴに近づくことができ、刃素子４Ｔを薄膜塗工シートＳＴに押し当てて検査片Ｓを打ち抜き、これを取得することが可能となる。

図５は、刃素子及びローラの断面図である。

図３〜図５に示す例では、刃素子４Ｔは、ローラ４Ｕの外周に固定されている。刃素子４Ｔの先端位置は、ローラ４Ｕ回転時の回転半径を与えている。したがって、刃素子４Ｔを固定して、ローラ４Ｕを移動させれば、刃素子４Ｔの径方向移動時の回転半径の変化を抑制し、検査片Ｓを高い制御性で打ち抜くことができる。

刃素子４Ｔは、ローラ４Ｕの外周面から内部に向けて延びた凹部４ＵＨ内に配置され、凹部４ＵＨの内面に固定された基部４Ｔ２と、基部４Ｔ２のローラ４Ｕの外周面側の先端部に溶接等によって固定して設けられた刃４Ｔ１とを備えている。ＸＺ断面内において、刃４Ｔ１の側壁は、径方向に沿って延びており、ローラ４Ｕの回転中心Ｏに向かう方向に延びている。したがって、ローラ４Ｕの外周面における接線に対して、刃素子４Ｔ１は垂直に延びている。これにより、切断時において、薄膜塗工シートＳＴには、ほぼ垂直に刃４Ｔ１が当たることとなり、良好な打ち抜きが実現できる。

また、ＸＺ断面内において、刃４Ｔ１の先端部（薄膜塗工シートＳＴと当接する部分）は、回転中心Ｏを中心とする円弧（中心から離れるように膨らんだ円弧）を描いており、滑らかに切断を行うことができる。当該円弧の曲率半径は、刃素子４Ｔ１の先端部を含むローラ４Ｕの曲率半径よりも小さくすることができる。

図６は、刃素子及びローラの平面図である。

刃素子４Ｔをローラ４Ｕの径方向から見ると、刃素子４Ｔの刃４Ｔ１の形状は円形或いは楕円形である。これにより、切断面における応力分布が面内において概ね均等となる円形又は楕円形の検査片Ｓを取得することができるが、刃素子の形状としては多角形を採用することも可能である。

図７は、変形例に係る刃素子及びローラの平面図である。

上記では、Ｙ軸上の１か所に刃素子４Ｔを設けることとしたが、これは２か所以上の位置において複数の刃素子４Ｔを設けることとしてもよい。これにより、幅方向の特性分布を検査したり、これらの平均値を評価することができる。

図８は、刃素子が移動する場合の刃素子及びローラの断面図である。他の構造は、上記のものと同一である。この構造の場合、ローラ４Ｕを上下に移動させる必要はないが、上下に移動させてもよい。上下移動させない場合の構造は、ローラ４Ｕを支持基体ＳＢに固定した構造であってもよいし、或いは、上下移動を行う機能（往復運動用モータ４Ｆ）を停止させた構造であってもよい。なお、同図では回転軸の記載は省略してある。

この構造の場合、上述の刃素子適用装置は、刃素子４Ｔをローラ４Ｕ内に収容する「第１状態」と、刃素子４Ｔをローラ４Ｕの外周面の外側に露出させる「第２状態」とを切り替える刃素子駆動装置（スライド用の凹部４ＵＨ、アクチュエータＭＧ、バネＳＰ４、駆動回路９（図９参照））を備えている。刃素子４Ｔの単独の質量は、刃素子４Ｔを有するローラ４Ｕの質量よりも小さいため、慣性が小さく、刃素子４Ｔをローラ４Ｕに対して移動させた方が、ローラ４Ｕ自体を移動させる場合よりも、刃素子４Ｔを高速かつ少ないエネルギー消費で移動させ、検査片Ｓを打ち抜くことができる。なお、刃素子駆動装置は、上述のローラ４Ｕを移動させる回転軸駆動機構がある場合においても、無い場合においても、適用することができる。

ローラ４Ｕの中心Ｏに向けて延びる凹部４ＵＨの深さは、刃素子４Ｔの基部４Ｔ２の径方向長よりも深く、基部４Ｔ２の原点側の端部と、凹部４ＵＨの底面との間には、隙間が画成されている。この隙間内に、圧縮バネＳＰ４が配置されており、その両端がそれぞれ基部４Ｔ２の原点側の端部と、凹部４ＵＨの底面に固定されている。電磁コイルからなる電気的アクチュエータＭＧに、駆動電力Ｄ１を供給すると、刃素子４Ｔの基部Ｔ２（Ｆｅ又はＮｉなどの磁性体を含む）が、引き寄せられ、刃Ｔ１が引っ込む「第１状態」となる。また、電磁コイルからなる電気的アクチュエータＭＧに、駆動電力Ｄ１を供給しない場合、刃素子４Ｔの基部Ｔ２が自然状態の圧縮バネＳＰ４に押され、刃Ｔ１が突出する「第２状態」となる。このように、電気的アクチュエータＭＧへの通電の有無によって、ローラ４Ｕの径方向に刃を移動させることができる。

刃素子４Ｔの上下移動のタイミングに関しては、ローラ４Ｕを上下移動をさせる場合のタイミングと同じであり、刃素子４Ｔの一端部分（Ｘ軸正方向の先端に位置する刃の部分）が薄膜塗工シートＳＴに当接した時点で、一端部分のＸＺ断面の長手方向（ローラ径方向）と、薄膜塗工シートＳＴの表面の成す角度（αとする）が、９０°となるように刃素子４Ｔを下方に移動させる。以後、刃素子４Ｔを更に下方に移動させ、刃素子４Ｔの他端部分（Ｘ軸負方向の先端に位置する刃の部分）が薄膜塗工シートＳＴに当接した時点で、他端部分のＸＺ断面の長手方向（ローラ径方向）と、薄膜塗工シートＳＴの表面とが成す角度αが９０°となるようにする。なお、αは８０°〜１００°とすることもできる。

図９は、電気的アクチュエータの制御構成について示す図である。

電磁コイルからなる電気的アクチュエータＭＧは、ローラ４Ｕ内部に固定されており、ローラ回転軸４Ｕ１と共に回転する。したがって、電気的アクチュエータＭＧへの電力供給には、ブラシモータの構造を採用する。すなわち、回転軸４Ｕ１には、その周方向を取り囲む一対の電極Ｅ１，Ｅ２が固定されており、電極Ｅ１，Ｅ２には、ブラシＢ１，Ｂ２が摺動可能に接触している。駆動回路９からは、ブラシＢ１，Ｂ２に互いに相対的に正（＋）及び負（−）の電位を与える。これにより、ブラシＢ１，Ｂ２及び電極Ｅ１，Ｅ２を介して、電磁コイルからなる電気的アクチュエータＭＧに駆動電力Ｄ１を供給することができる。

なお、駆動電力Ｄ１を供給するかどうかは、制御装置８から駆動回路９に入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号ＳＭＧによって、決定される。信号ＳＭＧがＯＮを指令する場合には、駆動回路９内又は電磁コイルの近傍に設けられた特定のスイッチをＯＮとし、駆動電力Ｄ１を供給する。信号ＳＭＧがＯＦＦを指令する場合には、駆動回路９内又は電磁コイルの近傍に設けられた特定のスイッチをＯＦＦとし、駆動電力Ｄ１を遮断する。

以上のように、打ち抜き装置４が刃素子駆動装置を備える場合において、刃素子４Ｔは、ローラ４Ｕの外周面から内部に向けて延びた凹部４ＵＨ内に配置され、凹部４ＵＨの内面に沿ってスライドする基部４Ｔ２と、基部４Ｔ２の先端部に設けられた刃４Ｔ１とを備え、刃素子駆動装置は、基部４Ｔ２をスライドさせる電気的アクチュエータＭＧと、電気的アクチュエータＭＧに駆動電力Ｄ１を供給する駆動回路９とを備えている。

駆動回路９から、電気的アクチュエータＭＧに駆動電力Ｄ１を供給し、又は、供給を停止すると、刃素子４Ｔの基部４Ｔ２が凹部４ＵＨ内をスライドし、刃４Ｔ１がローラ４Ｕの径方向に移動し、刃４Ｔ１がローラ４Ｕの内部に収容され、又は、ローラ４Ｕの外部に露出することができる。電気的アクチュエータＭＧは、電磁コイルなどを用いることができるが、圧電素子などのアクチュエータを用いることも原理的には可能である。また、圧縮バネＳＰの代わりに引っ張りバネを用い、刃素子基部４Ｔ２及び電気的アクチュエータＭＧの双方に電磁コイルを設け、電力供給によってこれらに斥力が働く構成とすることも可能である。この場合には、電力供給時のスライドの向きが上記とは逆となる。

図１０は、油圧を用いた場合の刃素子及びローラの断面図である。

また、刃素子４Ｔは、ローラ４Ｕの外周面から内部に向けて延びた凹部４ＵＨ内に配置され、凹部４ＵＨの内面に沿ってスライドする基部４Ｔ２と、基部４Ｔ２の先端部に設けられた刃４Ｔ１とを備えている。刃素子駆動装置は、基部４Ｔ２をスライドさせる油圧アクチュエータＡＣを備えている。他の構造は、上記のものと同一である。なお、同図では回転軸の記載は省略してある。

油圧供給装置１１から、油圧アクチュエータＡＣに正又は負の油圧（油）Ｄ２を与えると、刃素子４Ｔの基部４Ｔ２が凹部４ＵＨ内をスライドし、刃４Ｔ１がローラ４Ｕの径方向に移動して、刃４Ｔ１がローラ４Ｕの内部に収容され（第１状態）、又は、外部に露出する（第２状態）ことができる。

この構造の場合、上述の刃素子適用装置は、刃素子４Ｔをローラ４Ｕ内に収容する「第１状態」と、刃素子４Ｔをローラ４Ｕの外周面の外側に露出させる「第２状態」とを切り替える刃素子駆動装置（スライド用の凹部４ＵＨ、アクチュエータＡＣ、油圧供給装置１１（図１１参照））を備えている。刃素子４Ｔの単独の質量は、刃素子４Ｔを有するローラ４Ｕの質量よりも小さいため、慣性が小さく、刃素子４Ｔをローラ４Ｕに対して移動させた方が、ローラ４Ｕ自体を移動させる場合よりも、刃素子４Ｔを高速かつ少ないエネルギー消費で移動させ、検査片Ｓを打ち抜くことができる。なお、刃素子駆動装置は、上述のローラ４Ｕを移動させる回転軸駆動機構がある場合においても、無い場合においても、適用することができる。

なお、刃素子４Ｔの上下移動のタイミングに関しては、電気的アクチュエータを用いて刃素子を上下移動させる場合のタイミングと同じである。

図１１は、油圧アクチュエータの制御構成について示す図であり、図１２は、ローラ内部の油圧経路について説明するための図である。

油圧アクチュエータＡＣは、ローラ４Ｕ内部に固定されており、ローラ回転軸４Ｕ１と共に回転する。したがって、油圧アクチュエータＡＣへの油（油圧）の供給には、中空回転軸４Ｕ１（図１２参照）を採用する。すなわち、回転軸４Ｕ１は中空であって、回転軸４Ｕ１の一端部（図１１において右端）は封止され、他端部（図１１において左端）には回転軸４Ｕ１の回転によっても油が漏れないシール材４ＵＳが設けられている。そして、刃素子駆動装置は、油圧アクチュエータＡＣに、シール材ＵＳ及び回転軸４Ｕ１を介して、油圧（油）Ｄ２を供給する油圧供給装置１１を備えている。

中空の回転軸４Ｕ１内に供給された油圧（油）Ｄ２は、ローラ４Ｕに形成された油通路を介して、油圧アクチュエータＡＣに圧力を与えることができる。油圧アクチュエータＡＣに油圧（油）Ｄ２を供給するかどうかは、制御装置８から油圧供給装置１１に入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号ＳＭＧによって、決定される。信号ＳＭＧがＯＮを指令する場合には、油圧供給装置１１内又は油圧アクチュエータＡＣの近傍に設けられた特定の油通過用の電磁弁をＯＮとし、油Ｄ２を供給する。信号ＳＭＧがＯＦＦを指令する場合には、油圧供給装置１１内又は油圧アクチュエータＡＣの近傍に設けられた特定の油通過用の電磁弁をＯＦＦとし、油Ｄ２の供給を遮断する。

以上、説明したように、上述の薄膜塗工シート製造装置は、薄膜塗工シートＳＴから検査片Ｓを取得する打ち抜き装置４と、検査片Ｓの取得後に薄膜塗工シートＳＴを巻き取る巻き取り装置６と、打ち抜き装置４及び巻き取り装置６を制御する制御装置８とを備えた薄膜塗工シート製造装置において、打ち抜き装置４は、検査片Ｓを打ち抜くための刃素子４Ｔと、刃素子４Ｔが設けられたローラ４Ｕと、刃素子４Ｔと薄膜塗工シートＳＴとが対向した際の刃素子４Ｔと薄膜塗工シートとの間の相対距離を縮小することで、検査片Ｓを打ち抜いて取得する刃素子適用手段（図４：４Ｕ３，４Ｕ４，４Ｂ，Ｃ１，Ｃ２，ＳＰ１，ＳＰ２，４Ｆ，ＳＬ、図５：ＳＰ４、ＭＧ、９、Ｅ１、Ｅ２、Ｂ１、Ｂ２、図１０：ＡＣ、１１）と、を備え、制御装置８は、検査片Ｓの取得時においては、巻き取り装置６による薄膜塗工シートＳＴの巻き取り時の移動に同期して、ローラ４Ｕを回転させつつ、刃素子適用手段により相対距離を縮小するよう、巻き取り装置６、ローラ４Ｕ、及び、刃素子適用手段を制御している。

上述の薄膜塗工シート製造装置によれば、検査片Ｓの取得時においては、薄膜塗工シートの移動に同期して、ローラ４Ｕを回転させつつ、刃素子４Ｔを薄膜塗工シートＳＴに相対的に近づけている。これにより、薄膜塗工シートの移動速度と、回転するローラ４Ｕに設けられた刃素子４Ｔの先端の周速度との間の相対速度を原則的にはゼロとすることができる。したがって、巻き取り装置６による巻き取りを停止することなく、薄膜塗工シートＳＴを移動させながら、刃素子４Ｔを薄膜塗工シートＳＴに押し当てて検査片Ｓを打ち抜き、これを取得することが可能となる。

以上、説明したように、上述の薄膜塗工シート製造装置によれば、薄膜塗工シートの移動を停止することなく、検査片を打ち抜くことが可能なため、高いスループットで、薄膜塗工シートを製造することができる。

なお、上述のように、刃素子４Ｔが回転しつつ、薄膜塗工シートＳＴに対して相対的に接近／退避可能であれば、ローラ４Ｕの形状は、円筒状の全外周面が薄膜塗工シートＳＴに対して接触可能な形状でなくてもよく、例えば、半円筒状の形状であってもよく、また、ローラ４Ｕの幅方向長が、薄膜塗工シートＳＴの全幅を覆う長さである必要はなく、薄膜塗工シートＳＴよりも狭い幅であってもよい。

４…打ち抜き装置、Ｓ…検査片、４Ｔ…刃素子、４Ｕ…ローラ、ＳＴ…薄膜塗工シート、８…制御装置。

Claims (8)

1. 電極である薄膜塗工シートから検査片を取得する打ち抜き装置と、
   前記検査片の取得後に前記薄膜塗工シートを巻き取る巻き取り装置と、
   前記打ち抜き装置及び前記巻き取り装置を制御する制御装置と、
   を備えた薄膜塗工シート製造装置において、
   前記打ち抜き装置は、
   前記検査片を打ち抜くための刃素子と、
   前記刃素子が設けられたローラと、
   前記刃素子と前記薄膜塗工シートとが対向した際の前記刃素子と前記薄膜塗工シートとの間の相対距離を縮小することで、前記検査片を打ち抜いて取得する刃素子適用手段と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記検査片の取得時においては、前記巻き取り装置による前記薄膜塗工シートの巻き取り時の移動に同期して、前記ローラを回転させつつ、前記刃素子適用手段により前記相対距離を縮小するよう、前記巻き取り装置、前記ローラ、及び、前記刃素子適用手段を制御し、
   前記刃素子適用手段は、
   前記ローラの回転軸を、前記薄膜塗工シートに近づける回転軸駆動機構を備え、
   前記刃素子は、切断時において前記薄膜塗工シートに当たる刃を備え、
   前記ローラの回転軸に垂直な断面内における、前記刃素子の前記ローラの周方向の一端部分である、前記刃素子の前記刃の部分は、この断面内における長手方向が前記ローラの径方向に沿って延びており、
   前記ローラの回転軸と、前記薄膜塗工シートとが近づき、前記刃素子の前記一端部分が、前記薄膜塗工シートに当接した時点で、前記刃素子の一端部分の長手方向と、前記薄膜塗工シートの表面の成す角度が、８０°〜１００°となる、
   ことを特徴とする薄膜塗工シート製造装置。
2. 前記刃素子は、前記ローラに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜塗工シート製造装置。
3. 前記薄膜塗工シートが移動する方向をＸ方向、
   前記薄膜塗工シートの幅方向をＹ方向、
   Ｘ方向及びＹ方向の双方に垂直な方向をＺ方向、
   とした場合、
   ＸＺ平面内において、前記刃素子の前記刃の先端部は、円弧を描いている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜塗工シート製造装置。
4. 前記刃素子適用手段は、
   前記刃素子を前記ローラ内に収容する第１状態と、
   前記刃素子を前記ローラの外周面の外側に露出させる第２状態と、
   を切り替える刃素子駆動装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜塗工シート製造装置。
5. 前記刃素子は、
   前記ローラの外周面から内部に向けて延びた凹部内に配置され、前記凹部の内面に沿ってスライドする基部と、
   前記基部の前記ローラの外周面側の先端部に設けられた前記刃と、
   を備え、
   前記刃素子駆動装置は、
   前記基部をスライドさせる電気的アクチュエータと、
   前記電気的アクチュエータに駆動電力を供給する駆動回路と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の薄膜塗工シート製造装置。
6. 前記刃素子は、
   前記ローラの外周面から内部に向けて延びた凹部内に配置され、前記凹部の内面に沿ってスライドする基部と、
   前記基部の前記ローラの外周面側の先端部に設けられた前記刃と、
   を備え、
   前記刃素子駆動装置は、
   前記基部をスライドさせる油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータに油を供給する油圧供給装置と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の薄膜塗工シート製造装置。
7. 前記打ち抜き装置によって打ち抜きが行われた前記検査片の前記薄膜塗工シートからの分離を促進する検査片分離促進装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の薄膜塗工シート製造装置。
8. 前記打ち抜き装置の前段に配置され、塗工後の前記薄膜塗工シートを乾燥させる乾燥装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の薄膜塗工シート製造装置。

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