JP6075961B2 - 電池用電極製造装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は電池用電極製造装置およびその方法に関し、詳しくは箔状で帯状の電極材を搬送して所定の大きさに切り出し、電池用電極を製造する電池用電極製造装置およびその方法に関する。

電池に用いられている正極または負極（これらを総称して電極という）は、非常に薄い金属箔の両面に活物質を塗布した構造である。このような電極の製造は、金属箔の両面に活物質が形成された帯状の電極材から、所定の大きさに切り出すことにより行っている。この技術では、帯状電極材の先端を金型まで送り出すために、金型の後方で電極材をチャックして送り出している（特許文献１）。

特開２００７−１２８８４１号公報

しかしながら、上述した従来技術では、金型の後方で帯状電極材をチャックして送り出しているだけである。このため帯状電極材は後ろから押されて金型に挿入されるようになっていて、チャックされていない先端部は金型の下型が支えている。このため次の電極形状を切り出すために、帯状電極材を後ろから押すと、帯状電極材が下型に擦れてしまうという問題があった。

そこで本発明の目的は、箔状で帯状の電極材を他の部材と擦らずに切断位置まで搬送することのできる電池用電極製造装置およびその方法を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の電池用電極製造装置は、箔状で帯状の電極材を電極の形状に切断する切断手段と、電極材を把持して切断手段による切断位置まで電極材を搬送する搬入手段と、切断手段よりも電極材の搬送方向手前に配置されていて、切断手段による電極材の切断時に電極材を支える支持面を備えた支持手段と、を有する。ここで搬入手段は一対の把持手段を備え、支持手段は、この一対の把持手段の間に位置する。そして搬入手段は、電極材が切断手段および支持手段に接触しない位置で電極材を切断位置まで搬入する。切断手段は上下動可能な下型と、下型に噛み合って電極材を切断する上型とを備えた金型であって、金型は、電極材の搬入前は下型が支持手段の電極材を支持する支持面より下に位置していて、電極材の搬入後は下型が支持面まで上昇した後、上型が下降して電極材を切断することを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明の電池用電極製造装置は、箔状で帯状の電極材を電極の形状に切断する切断手段と、電極材を把持して切断手段による切断位置まで電極材を搬送する搬入手段と、切断手段よりも電極材の搬送方向手前に配置されていて、切断手段による電極材の切断時に電極材を支える支持面を備えた支持手段と、を有する。ここで搬入手段は一対の把持手段を備え、支持手段は、この一対の把持手段の間に位置する。そして搬入手段は、電極材が切断手段および支持手段に接触しない位置で電極材を切断位置まで搬入する。搬送方向における支持手段より後方に配置されていて電極材の電極後端となる位置を切断する後端切断手段をさらに有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明の電池用電極製造方法は、前記の電池用電極製造装置を用いた電池用電極製造方法であって、電極材の搬入前は、下型を支持手段の支持面より下に位置させておき、搬入手段により電極材を、切断手段および支持手段に接触しない位置で保持して切断手段まで搬入する段階と、電極材の搬入後に、搬入された電極材を支持手段の支持面により保持し、下型を支持面まで上昇させた後、上型を下降させて電極材を切断する段階とを有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明の電池用電極製造方法は、前記の電池用電極製造装置を用いた電池用電極製造方法であって、搬入手段により電極材を、切断手段および支持手段に接触しない位置で保持して切断手段まで搬入する段階と、搬入された電極材を支持手段の支持面により保持し、切断手段により電極の形状に切断する段階と、を有し、搬入する段階の後、電極材の電極後端となる位置を後端切断手段により切断する段階を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明の電池用電極製造方法は、前記の電池用電極製造装置を用いた電池用電極製造方法であって、搬入手段により電極材を、切断手段および支持手段に接触しない位置で保持して切断手段まで搬入する段階と、搬入された電極材を支持手段の支持面により保持し、切断手段により電極の形状に切断する段階と、搬入する段階の後、電極材の電極後端となる位置を後端切断手段により切断する段階と、を有し、搬入手段が電極材を切断位置まで搬入した時点で第１吸着コンベアの搬送動作は停止した状態で吸着動作させて電極材を吸着して支持する段階と、後端切断手段によって電極後端が切断された後に第１吸着コンベアおよび第２吸着コンベアにより切断されてできた電極を搬送方向における切断手段よりも先へ搬出する段階と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、切断手段の切断位置まで、電極材を空中搬送することとしたので、電極材が他の部材と擦れることがない。さらに、搬入手段の一対の把持手段の間に、支持手段が設けられているため、把持手段と支持手段が干渉することがない。よって、搬入手段をほとんど上下動させることなく、電極材を切断位置まで搬入することができ、搬入工程の工程時間の短縮が可能となる。

電極製造装置の構成を説明するための概略平面図である。 電極製造装置の構成を説明するための概略側面図である。 ハンドの細部を説明する正面図である。 帯状電極材を湾曲させた形状を説明するための斜視図である。 帯状電極材を湾曲させた他の形状を説明するための斜視図である。 前端金型を説明するための図であり、図６（ａ）は前端金型のみを搬出方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）図中ｂで示す線に沿う断面図である。 前端金型の動作を説明するための説明図である。 電極の形状を説明するための図面であり、（ａ）は、切り出し前の帯状電極材を示す概略平面図であり、（ｂ）は切り出された電極の形状を示す概略平面図である。 ハンドが後退した位置を示す平面図である。 ハンドが後退した位置を示す側面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面における各部材の大きさや比率は説明の都合上誇張されており、実際の大きさや比率とは異なる。

図１は電極製造装置の構成を説明するための概略平面図であり、図２は電極製造装置の構成を説明するための概略側面図である。

まず、電極製造装置の概略を説明する。

電極製造装置１は、ハンド２、前端切断用金型（前端金型３という）、後端切断用金型（後端金型４という）、第１吸着コンベア５、第２吸着コンベア６を有する。

ハンド２は搬入手段となるもので、帯状電極材１００を挟む把持手段（後述）を備え、把持手段により帯状電極材１００を挟んで前端金型３内まで空中搬送する。前端金型３は切断手段であり、帯状電極材１００の前端を切断する。後端金型４は後端切断手段であり、帯状電極材１００の後端を切断する。第１吸着コンベア５は支持手段であり、帯状電極材１００を搬送する方向の前端金型３より手前に設置されている。そしてこの第１吸着コンベア５はハンド２の動作軌跡外に配置されている。この第１吸着コンベア５の搬送面が切断時には支持面となって帯状電極材１００の切断時に帯状電極材１００を吸着して保持する。また、第１吸着コンベア５は後端切断後、切断された電極を前端金型３よりも前方に搬出するためにも用いられる。第２吸着コンベア６は後端切断後、第１吸着コンベア５から送り出された電極をさらに先へ搬出する。なお、図１中の一点鎖線は切断形状を示す。また、後端とは切り出された電極の後端となる部分をいう。

続いて電極製造装置１の各部を詳しく説明する。

図３はハンド２の細部を説明する正面図であり、ハンド２および第１吸着コンベア５を前端金型３から後端金型４方向に見た図である。ただし、ハンド２および第１吸着コンベア５以外の部材については図示省略した。

ハンド２は、箔状で帯状の電極材（以下帯状電極材１００という）を切断位置まで搬入するときに、ハンド２を構成する各部と、第１吸着コンベア５とが干渉することのない位置で帯状電極材１００を保持して空中搬送する（詳細後述）。また、ハンド２は前端金型３まで帯状電極材１００を搬送してきたときに、ハンド２を構成する各部が前端金型３に到達しない（すなわち金型と干渉しない）位置で帯状電極材１００と当接して把持している。

このハンド２は、主アーム２１および２２と、主アーム２１および２２に接続されている把持部２３乃至２６と、主アーム２１および２２ごと全体を上下動させると共に把持部２３乃至２６による把持動作を行う把持機構部２０とを有する。

把持部２３および２５が主アーム２１に、把持部２４および２６が主アーム２２に、それぞれ取り付けられている。そして把持部２３は２４に対向し、把持部２５は２６に対向するように設けられている。これにより把持部２３と２４が帯状電極材１００の一方側端をはさんで把持する（保持する）。同様に、把持部２５と２６が帯状電極材１００の他方側端をはさんで把持する（保持する）。この把持位置は、搬送方向に対して後方側であり、帯状電極材１００を切断位置までもってきたときに前端金型３と干渉しない位置としている。把持位置は、側端を把持して帯状電極材１００を湾曲させることのできる位置であればよい（詳細後述）。

そして把持部２３および２４が第１把持手段、把持部２５および２６が第２把持手段となり、これら第１把持手段（把持部２３および２４）と第２把持手段（把持部２５および２６）により一対の把持手段を構成する。

把持部２３乃至２６は、帯状電極材１００の搬送方向と平行になるように主アーム２１および２２に取り付けられている。把持部２３乃至２６の取り付け位置は、支持手段である第１吸着コンベア５が一対の把持手段（すなわち第１把持手段（把持部２３および２４）と第２把持手段（把持部２５および２６））の間に配置される位置となっている。これにより一対の把持手段（第１把持手段（把持部２３および２４）と第２把持手段（把持部２５および２６））は第１吸着コンベア５の両側を、第１吸着コンベア５と干渉することなく通過して搬送動作を行うことができるようになっている。

なお、把持部２３乃至２６の一つひとつは、ロボットハンドにおける指部（フィンガー）と称されることもある。

主アーム２１は、把持機構部２０ごと全体が搬送方向に対して前進後退する。このとき、第１吸着コンベア５が一対の把持手段（第１把持手段（把持部２３および２４）と第２把持手段（把持部２５および２６））の間に位置しているため、把持部２３乃至２６は第１吸着コンベア５の側方外側を通過する。このためハンド２はごくわずかな上昇動作で帯状電極材１００を第１吸着コンベア５から浮かして搬送することができる。

ここで、仮に第１吸着コンベアの直上をハンド各部が通過するように配置される場合を考える。このような仮の構成では、ハンドが帯状電極材を把持して金型まで搬入しようとすると、そのままハンドを水平移動させたのでは第１吸着コンベアに当たってしまう（干渉してしまう）。このためハンドにより帯状電極材を把持するときには第１吸着コンベアより後方で把持し、その後ハンドを第１吸着コンベアの上を通過させるために、第１吸着コンベアの上に行くまでハンドを大きく上昇させなければならない。また、当然元の把持位置に戻るときにはハンドを大きく下降しなければならない。したがって、この仮の構成ではハンドの上下動の距離が長くなり、それだけ多くの動作時間がかかることになる。この点、本実施形態の構成ではハンド２の上下動はごくわずかであり（または上下させなくてもよい）、その上下動にかかる時間を大幅に短縮することができるのである。

把持機構部２０は、主アーム２１および２２ごと全体を上下動させると共に、把持部２３乃至２６により帯状電極材１００を把持（挟持）したり、離したりするための機構である。この把持機構部２０は、通常のハンド動作を行うためのものであればよい。

把持部２３乃至２６の帯状電極材１００との当接面は、図３に示したように、帯状電極材１００を把持したときに、帯状電極材１００を搬送方向と交差する方向に湾曲させるために斜めにカットされている。帯状電極材１００を湾曲させることで帯状電極材１００に対して搬送方向の剛性を高めて、把持していない前端部分が垂れたりしなくなる。

図４は、帯状電極材を湾曲させた形状を説明するための斜視図である。図において矢印Ａで示す方向が搬送方向である（図５において同じ）。

図４に示したように、ハンド２の把持部２３乃至２６が帯状電極材１００をはさんだときに、帯状電極材中央部が下がった状態（下に凸）となるように湾曲させる。

このように、帯状電極材中央部が下がった状態にすることで、帯状電極材１００は、搬送方向の剛性が高くなり、把持されていない前端部分が垂れ下がることがなくなる。

このような中央部が下がった状態は、帯状電極材１００の両側部を把持して持ち上げるだけで、湾曲形状を作り出すことができる。この場合、ハンド２により帯状電極材１００の両側部を把持した時に、帯状電極材１００の中央部が、その下にある第１吸着コンベア５の搬送面に当たらないように、ハンド２をわずかに上昇させる。ハンド２の上昇量は、帯状電極材１００の中央部が第１吸着コンベア５に当たらない程度であって、かつ、できるだけ第１吸着コンベア５に近い位置とすることが好ましい。すなわちハンド２の上昇量の上限は、帯状電極材１００を前端金型３の上型と下型の間に搬入する再に上型に当たらない位置である。しかしハンド２の上昇量が多いと、その分ハンド２の上下動作にかかる時間が長くなってタクトタイムが長くなってしまうので、できるだけ上昇量は少ない方がよい。また、帯状電極材１００の前端を前端金型３の上型と下型の間に挿入する必要から、ハンド２の上昇量が多いと前端金型３の上型と下型の開きを大きく取らなければならなくなる。このため金型の動作量が多くなりタクトタイムが長くなって好ましくない。したがってこのような金型の構成からも、ハンド２の上昇量はできるだけ少ない方が好ましいのである。

これらの点から、ハンド２を構成する把持部２３および２４（第１把持手段）と把持部２５および２６（第２把持手段）の間に、第１吸着コンベア５の搬送面が常に存在する位置となるようにハンド２を上下動させることで、より少ない上昇量とすることができる。

より具体的には、たとえば、帯状電極材１００の中央部が下がった状態にする場合は、後述する湾曲量（下がっている中央部から搬送方向に対して直交する両端までの高さ（図３におけるｈ１））と、下がっている中央部と搬送面（支持面）５ａとの隙間（図３におけるｈ２）がほぼ同程度とすれば、ハンド２の動作量も少なくてすむ。具体的には、たとえば帯状電極材１００の湾曲量（図３におけるｈ１）を、０．５〜２ｍｍ程度にした場合、ハンド２の上昇量（図３におけるｈ２）もこれに見合う０．５〜２ｍｍ程度にすることで、ハンド２の上下の動作量がごくわずかですみ、かつ帯状電極材１００が第１吸着コンベア５の搬送面５ａに擦れることもない。

もちろんこの例によらず、下がっている中央部と搬送面５ａとの隙間ｈ２は帯状電極材１００が第１吸着コンベア５の搬送面５ａに擦れない高さとすればよい。

帯状電極材１００の湾曲量は、前端が垂れない程度の剛性となればよいので、わずかに湾曲させるだけでよい。具体的には帯状電極材１００の大きさや厚さにもよるが、下がっている中央部から搬送方向に対して直交する両端までの高さ（図３におけるｈ１）が０．５〜２ｍｍ程度とするだけで十分な剛性が出る。もちろんこの例に限定されず、湾曲量（両端に対する中央部の下がり量）は特に限定されず、帯状電極材１００の大きさや厚さに応じて、大きさや厚さが大きく厚い場合は湾曲量も大きくとり、厚さが薄い場合は湾曲量を少なくするなど、後端側を把持したときに前端が垂れ下がらないように剛性が出る量とすればよい。

図５は、帯状電極材を湾曲させた他の形状を説明するための斜視図である。

図５に示したように、ハンド２の把持部２３乃至２６が帯状電極材１００をはさんだときに、帯状電極材中央部が上がった状態となるように湾曲させてもよい。この場合、把持部２３乃至２６の帯状電極材１００との当接面の傾きを図３に示したものと逆にすればよい。このように帯状電極材１００の中央部を上がった状態にすれば、搬入の際にハンド２の上下位置を変更せずに搬送することができる。すなわちハンドの上下動が不要になる。このとき把持部２３乃至２６が帯状電極材１００を把持する位置は、第１吸着コンベア５の搬送面と同一平面上であってもよい。つまり、両側端部近傍を把持して中央部を上に凸となるように湾曲させるため、この上に凸の湾曲だけで、帯状電極材１００は湾曲しつつ全体が第１吸着コンベア５よりも浮いた状態となる。このため帯状電極材１００は第１吸着コンベア５と接触することがなくなり、ハンド２の上昇移動が不要となるのである。

このような場合、ハンド２は実質的に上下動させる必要はないため、把持部２３および２４（第１把持手段）と把持部２５および２６（第２把持手段）の間に第１吸着コンベア５の搬送面が常に存在する位置となっている。

また、この場合の湾曲量（両端に対する中央部の上がり量）についても、特に限定されず、前述した下に凸とした場合と同程度でよく、帯状電極材１００の大きさや厚さに応じて、後端側を把持したときに前端が垂れ下がらないように剛性が出る量で、かつ第１吸着コンベア５と接触（干渉）しない量とすればよい。

ここでさらに、帯状電極材１００を湾曲させる際に曲りを加える方向について説明する。図４および図５では、湾曲させて端部より凸になる方向が下（図４）か上（図５）の違いを示したが、いずれも曲りを加える方向は搬送方向に対して直交する方向としている。これは、ハンド２の把持部２３乃至２６によって帯状電極材１００の側部を把持することから、このような形状になるものである。

前端を垂れ下がらないようにするためには、搬送方向の剛性を高められればよい。このため、曲りを与える方向は、搬送方向に交差する方向であれば、どの方向でもよいのである。

次に前端金型３は、後端金型４と共に帯状電極材１００から電極の形状を切り出すための金型である。

図６は前端金型３を説明するための図であり、図６（ａ）は前端金型３のみを搬出方向から見た正面図であり、図６（ｂ）は、（ａ）図中ｂで示す線に沿う断面図である。

この前端金型３は、金型支持台３０１、金型枠３０２、下型ベース３０３、上型ベース３０４、下型３０５、上型３０６、枠用シリンダ３０７、上型用シリンダ３０８、枠用ガイド３０９、上型用ガイド３１０を有する。

金型支持台３０１は枠用シリンダ３０７が取り付けられている。金型支持台３０１の上部には枠用ガイド３０９が設けられている。枠用シリンダ３０７と枠用ガイド３０９により金型枠３０２を支えている。金型枠３０２は全体が枠用シリンダ３０７により枠用ガイド３０９に沿って上下動する。枠用ガイド３０９は４本設けられている。

金型枠３０２の内側下部には下型ベース３０３が固定されていて、この下型ベース３０３に下型３０５が固定されている。一方金型枠３０２の内側上部には上型ベース３０４が固定されていて、この上型ベース３０４に上型３０６が固定されている。金型枠３０２の内側には金型枠３０２の下部から上部に至り固定されている上型用ガイド３１０が設けられている。上型ベース３０４は、この上型用ガイド３１０に対して上下動自在となっていて上型用シリンダ３０８により上型用ガイド３１０に沿って上下動する。このような金型枠３０２内の構造によって上型３０６と下型３０５が噛み合う規定の位置が保持されている。上型用ガイド３１０は４本設けられている。

そして、上型ベース３０４が金型枠３０２内において下降することで、上型ベース３０４に固定されている上型３０６が下型３０５と噛み合って帯状電極材１００を切断する。

図７は前端金型の動作を説明するための説明図であり、図６（ｂ）と同様の断面を示している。

前端金型３は、切断物を挿入するための開口状態おいて、下型３０５が第１吸着コンベア５の搬送面（支持面）よりも下に位置させている（図２参照）。前端金型３の開口状態を示したものが図７（ａ）である。この開口状態において帯状電極材１００が切断位置（下型３０５と上型３０６が噛み合う位置）まで挿入される。

続いて、図７（ｂ）に示すように、下型３０５が帯状電極材１００と当接する位置（支持面の位置）まで金型枠３０２ごと上昇させる。金型枠３０２の上昇動作は枠用シリンダ３０７により行われる。

続いて、図７（ｃ）に示すように、上型３０６を上型用シリンダ３０８によって下降させて帯状電極材１００を切断する。

続いて、図７（ｄ）に示すように、上型３０６を上型用シリンダ３０８によって上昇させて元の位置に戻す。

続いて、図７（ｅ）に示すように、金型枠３０２を下降させて元の位置となるようにする。

このように前端金型３は、開口状態において下型３０５が第１吸着コンベア５の搬送面（支持面）よりも下に位置させたことで、帯状電極材１００が搬送されて来るときに、帯状電極材１００が下型３０５と擦れることを防止している。また、これにより前端を切断位置に挿入しやすくしている。さらに下型３０５を搬送面より下に配置したことで、仮に帯状電極材１００の前端が垂れ下がるようなことがあっても、第１吸着コンベア５と下型３０５との間に巻き込まれるようなことがなくなる。また、帯状電極材１００の前端が切断位置まで着たら、下型３０５を上げることで垂れ下がった前端を持ち上げることができ、正規の位置で前端を切断することができる。また、下型３０５が開口状態において搬送面よりも下にあることで、図７（ｅ）に示したように、切断後もこの位置となるため、切断後の電極を搬出する際に、電極面を擦らずにすむ。

さらに、下型３０５が第１吸着コンベア５の搬送面より下にあることで、切断後の電極を第１吸着コンベア５から第２吸着コンベア６へ移動させるときにも、電極の活物質面を下型によって擦らないようにできる。

下型３０５を上昇させる際には、金型枠３０２ごと上昇させるようにしている。このようにすることで、金型枠構造によって下型３０５と上型３０６とが規定の噛み合わせ位置となるように保持された状態のまま、下型３０５を上昇させることができるのである。

なお、上記説明では、下型３０５が上昇した後、上型３０６が下降して切断することとしたが、上型３０６の下降開始のタイミングは、特に限定されない。たとえば、下型３０５が搬送面（支持面）まで上昇するストローク（下型のストローク）と、上型３０６が搬送面（支持面）で支持されている帯状電極材１００に到達するまでのストローク（上型の搬送面までのストローク）によって適宜変更するとよい。具体的にはたとえば、下型のストロークが上型の搬送面までのストロークより長ければ、上型３０６を後から下降開始させて下型３０５が搬送面（支持面）に到達する時点で上型３０６も搬送面（支持面）までくるようにする。逆に下型のストロークが上型の搬送面までのストロークより短ければ、上型３０６を先に下降開始させて、下型３０５が搬送面（支持面）に到達する時点で上型３０６も搬送面（支持面）までくるようにする。このように上型３０６と下型３０５の動作タイミングを調整することで、いっそう切断にかかるタクトタイムを短くすることができる。そのほかの上型３０６と下型３０５のストロークだけでなく動作速度の違いなどを考慮して上型３０６と下型３０５の動作タイミングを合わせるとよい。

なお、前端金型３によって電極の形状に切断されたときのスクラップ部分は、第１吸着コンベア５にも、第２吸着コンベア６にも当接していないため、そのまま下方に落下することになる。このため、図示しないが前端金型３の金型支持台３０１の搬送方向前方下に、落下したスクラップを排出するためのスロープなどを設けておくとよい。

後端金型４は、上述した前端金型３と同じ構造でよい。ただし、金型の切断形状が異なる。その動作は、まずハンド２の把持部２３乃至２６が後退して、後端金型４の下型４１と上型４２の間から退避した後、後端金型４の金型枠ごと下型４１を上昇させて、帯状電極材１００に当接させる。その後、上型４２を下降させて後端を切断する。なお、後端金型４を前端金型３と同様の構成としたのは、ハンド２の把持部２３乃至２６が後端金型４の下型４１と上型４２の間を通過するためのクリアランスを確保するためである。これは既に説明したように、帯状電極材１００を搬送する際に第１吸着コンベア５の搬送面のすぐ上を搬送することでハンド２の上昇下降動作を少しでも早くしている。このため下型４１が第１吸着コンベア５の搬送面と同一面にあると把持部２３乃至２６が後端金型４の下型４１と上型４２の間を通過できないため、把持部２３乃至２６通過中は下型４１が下がっているようにしたのである。

なお、ハンド２の把持部２３乃至２６が下型４１よりも上を通過させるほどに上昇させるのであれば、後端金型４の下型４２は搬送面と同一面でよい。これは帯状電極材１００を搬送する際には、ハンド２によって搬送面から上げて空中搬送しているので、このようにしても帯状電極材１００が下型４２に擦れることはないためである。

第１吸着コンベア５は、前端金型３と後端金型４との間に配置されている（図１および２参照）。第１吸着コンベア５は、ハンド２によって帯状電極材１００が搬入される時点では、吸着動作も搬送動作（ベルトの移動）も停止させている。そして、ハンド２によって帯状電極材１００が搬入され、切断位置に帯状電極材１００の前端が到達した時点で（ほとんど同時かわずかに遅れて）、吸着動作を開始する。この時点では搬送動作はしない。つまりコンベアのベルトは動かさない。これによりハンド２によって搬入された帯状電極材１００は、第１吸着コンベア５の吸着力により切断位置に位置決めされることになる。その後は、前端および後端が切断された後、搬送動作を開始して、第２吸着コンベア６の動作とあいまって切断後の電極を搬出する。

また、第１吸着コンベア５の搬送面は帯状電極材１００の切断時にこれを支持する支持面となる。このため搬送面は平面となっている。第１吸着コンベア５の搬送面を平面とすることで、吸着支持された帯状電極材１００が平らになり、きれいに切断することができる。

第２吸着コンベア６は、前端金型３からさらに搬送方向の先に配置されている（図１および２参照）。第２吸着コンベア６の搬送面は、第１吸着コンベア５の搬送面よりも下に位置するように配置されている。切り出された電極が第１吸着コンベア５によって押し出される時点では、既に電極の搬送方向に対する剛性が失われている。このため第１吸着コンベア５によって押し出されるときに、電極の前端が垂れるおそれがある。第２吸着コンベア６の搬送面を第１吸着コンベア５の搬送面よりも下に位置することで、電極の前端が垂れ下がっても、確実に第２吸着コンベア６の搬送面に載せることができる。

また下型３０５との関係では、下型３０５を、電極が第１吸着コンベア５から第２吸着コンベア６へ渡されるときの移動軌跡よりも下に配置する。好ましくは第２吸着コンベア６が下型３０５と同一水平面か少し上に配置する。

第１吸着コンベア５は第２吸着コンベア６より少し上にあり、第１吸着コンベア５と第２吸着コンベア６の間に下型３０５が存在する。電極が搬出される際には第１吸着コンベア５から第２吸着コンベア６へ、わずかではあるが下方に押し出されることになる。このとき、電極が第２吸着コンベア６へ移動する軌跡よりも下型３０５が上にあると搬出される電極が下型３０５に当たってしまうおそれがある。このため第１吸着コンベア５から第２吸着コンベア６へ電極が搬出されるときの移動軌跡内に下型３０５が入らない位置とするのである。

なお、第２吸着コンベア６の吸着動作および搬送動作（ベルトの移動）は常に行われるようにしておいてもよいし、前端が切断された時点で、吸着動作および搬送動作を開始するようにしてもよい。

ここで、電極製造装置によって切り出される電極の形状について説明する。図８は、電極の形状を説明するための図面であり、（ａ）は、切り出し前の帯状電極材を示す概略平面図であり、（ｂ）は切り出された電極の形状を示す概略平面図である。

図８（ａ）に示すように、帯状電極材１００は、金属箔を基材１５０とし、その両面に活物質１５１が間欠的に塗布されている。塗布されている活物質１５１は、正極の場合は正極活物質であり、負極の場合は負極活物質である。これら活物質１５１は周知のものであるので説明は省略する。

帯状電極材１００の前端側１００ａの活物質１５１が塗布されていない金属が露出した領域１５２が、図８（ｂ）に示すように、規定の形状に切断されてそのまま電池の電極タブ１５３として用いられる。一方、後端１００ｂは直線的に切断される。これにより電極１０１の形状となる。

基材１５０となる金属箔は、たとえば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが用いられている。また、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが用いられることもある。さらに金属箔に代えて、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅などの金属単体の箔が多く用いられている。用いられる金属材などは正極とするか負極とするかによって異なる。そして、この基材１５０の厚さは、たとえば１〜１００μｍ程度である。このような基材１５０は電池として形成された後は、集電体となる。

一方、切り出した電極は、電気自動車用の二次電池として用いられる場合には、電極として用紙サイズで示せばＢ５〜Ａ４程度の大きさである。このため、帯状電極材１００の大きさは、幅方向はＢ５〜Ａ４サイズ程度となるが、長さは数十〜数百メートルに及び、ロール状に巻かれている。

切り出した電極の形状は、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、切断部がそのまま電極タブとして使用できるようにするため、前端１００ａの切り出し形状が電極タブ１５３の形状となるようにしている。一方、後端１００ｂは直線に切り出している。このような切り出し後の電極の形状は使用する電池に合わせて切り出されるものであり、図示したような形状に限定されるものではない。

なお、電極としては、両面に同じ極を形成したものに限らず、一方の面に正極、他方の面に負極を形成した双極型電極（バイポーラ電極）を製造することもできる。

このように切り出された電極は、たとえば積層型二次電池に使用される。積層型二次電池は、周知のとおり、正極、セパレータ、負極が順に積層された形態のものである。

そして、帯状電極材１００およびそこから切り出された電極１０１は、非常に薄いものである。その一方で、電気自動車用などの高密度高エネルギーが要求される二次電池では面積が大きい。このため水平に搬送しようとすると、帯状電極材単独ではその形状の維持が難しくなっていて、搬送機材（例えばコンベア）などから外れて支持を失った部分が垂れ下がるようなことが起きやすくなっているのである。

次に、電極製造装置の全体の動作を説明する。

まず、ハンド２によって把持された帯状電極材１００の前端が前端金型３の切断位置まで搬送される。このとき、既に説明したように、ハンド２の各部は、第１吸着コンベア５の側方を通っているので、ハンド２の上下動にかかる時間はほとんどない。また、帯状電極材１００は搬送方向に剛性を高めた状態で空中搬送される。したがって、帯状電極材１００が他の部材に当たって擦れたりすることなく、前端を切断位置まで搬送することができる。この状態が既出の図１および図２の状態である。

帯状電極材１００の前端が前端金型３の切断位置に到達した時点で、第１吸着コンベア５の吸着動作が開始される（このとき第１吸着コンベア５は搬送動作しない）。これにより切断のための位置決めが完了する。この吸着動作開始と共にハンド２は開放されて後退動作に移る。さらに、これらの動作とほぼ同時に（帯状電極材１００の前端が前端金型３の切断位置に到達した時点であれば吸着動作開始前でもよい）、下型３０５を帯状電極材１００の前端に当接させるために金型枠３０２ごと上昇させる。このとき、ハンド２の把持部２３乃至２６は前端金型３の手前までしか来ていないので、ハンド２の把持部２３乃至２６が前端金型３と干渉することはない。したがって、金型枠３０２の上昇動作は、帯状電極材１００の前端が前端金型３の切断位置に到達した時点で開始することができる。このためハンド２の後退動作前から金型動作を行うことができるようになり、その分タクトタイムを早くすることができる。

その後、既に説明したように、前端金型３により前端が所定の形状となるように切断される。前端の切断動作中にハンド２は後退して、帯状電極材１００を把持する前の位置に戻る。また、切断動作が終了した前端金型３も元の位置に戻る。

図９はハンドが後退した位置を示す平面図であり、図１０は同じく側面図である。

ハンド２の後退後、後端金型４によって帯状電極材１００の後端が切断される。後端金型４による切断が終了した時点で、第１吸着コンベア５が搬送動作を開始して、規定の形状になった電極を第２吸着コンベア６方向に押し出す。第２吸着コンベア６はこれを受け取って、さらに後の工程へ流すことになる。したがって、切断後の電極も他の部材に擦れるようなことはない。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

電極製造装置１は、ハンド２を構成する一対の把持手段の間に第１吸着コンベア５が位置するように配置した。これにより、ハンド２の各部と第１吸着コンベア５が干渉することなく、ハンド２各部を第１吸着コンベア５の側方外側を通過することができる。このためハンド２はごくわずかな上下動作で（または上下動させずに）帯状電極材１００を、第１吸着コンベア５上を移動搬送することができる。したがって、ハンド２の上下動に伴う工程時間をごくわずかにでき、またはほとんどなくすことができるので、ハンド２と第１吸着コンベア５とが同じ側にあってもタクトタイムを向上することができる。

そして、ハンド２によって前端金型３による切断位置まで帯状電極材１００を空中搬送することで搬入することとした。このため帯状電極材１００が他の部材、特に金型に擦れることがない。したがって、帯状電極材１００が他の部材に擦れて電極に塗工されている活物質が失われ、活物質の厚さが減少することによる電気容量の低下やそれに伴う寿命低下などを未然に防ぐことができる。

また、ハンド２は、帯状電極材１００を前端金型３の切断位置まで搬入したときに（すなわち帯状電極材１００の切断する部分が前端金型３の切断位置まで到達したときに）、ハンド２の各部(特に把持部２３〜２６)と前端金型３とが干渉することのない位置で、帯状電極材１００を把持することとした。このため帯状電極材１００の前端が前端金型３の切断位置に来た時点から即座に前端金型３を動作させることができる。したがって、ハンド２の後退動作を待つことなく金型を動作させられるので、その分タクトタイムを早くすることができる。

また、ハンド２により把持する際には、帯状電極材１００を搬送方向に対して交差する方向に湾曲させて把持することとした。このためハンド２が前端金型３と干渉しないように、帯状電極材１００の後方だけを把持しても、帯状電極材１００の前端が垂れてしまうことがない。また、これにより、ハンド２と前端金型３が干渉することが無いので、ハンド２の後退動作前から金型を動作させることができる。

また、帯状電極材１００は、対向する把持部２３および２４と、把持部２５および２６を備えるハンド２により挟持して把持することとした。このため箔状の帯状電極材１００における搬送方向に直交する端部近傍を容易に把持することができる。

また、前端金型３は、その下型３０５を搬送位置より下に位置させておいて、帯状電極材１００が金型内に挿入された時点で上に上げることとしたので、帯状電極材１００の前端を前端金型３の切断位置に挿入しやすく、また前端金型３によって帯状電極材１００を擦ることがない。さらに下型３０５を下に位置させておいて、帯状電極材挿入後、これを上げることで、万が一、帯状電極材１００の前端が垂れても、垂れた部分を持ち上げて、帯状電極材１００を規定の位置にして切断することができる。

また、ハンド２により帯状電極材１００が搬入された時点で第１吸着コンベア５の搬送動作を行わずに、吸着動作のみを行うようにした。これにより、帯状電極材１００は、所定の切断位置において吸着されて固定されることになり、切断時（金型動作時）に動いてしまうようなことがなくなり、確実に規定の形状に切断することができる。

また、後端金型４を有することとしたので、前端と後端で異なる形状に電極材を切断することができる。

また、第２吸着コンベア６の搬送面を第１吸着コンベア５の搬送面より下に位置するようにした。これにより切断後の電極を搬出する際に、電極を第１吸着コンベア５から第２吸着コンベア６へ確実に渡すことができる。

以上により製造された電池用の電極は、特にモータ駆動用電源として車両に搭載する二次電池に使用される正極または負極として好適なものとなる。ここで車両とはたとえば車輪をモータによって駆動する自動車、および他の車両（たとえば電車）が挙げられる。上記の自動車としては、たとえば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車などがある。特に、これら車両に用いられるモータ駆動用の二次電池は、高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められていることから、電極自体の面積も大きくなってきている。たとえば、既に説明したようにＢ５ないしＡ４サイズ程度の大きさとなっている。このため、面積に対して厚さが非常に薄いため、名刺判サイズかそれより小さな携帯電話やパソコンなどの電池用電極と比較して取り扱いが難しくなってきている。このため、本実施形態は既に説明したように大型の電池用電極の製造の特に適したものとなっている。

以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

上述した本実施形態では、電極の前端と後端とが異なる形状としているが、これは同じ形状であってもよい。そして同じ形状に切断する場合は、前端金型３のみで、後端金型４はなくてもよい。前端金型３のみで電極形状に切断する場合は、前端金型３の切断位置よりさらに電極一つ分搬出方向に突出するまで帯状電極材１００を搬入してから切断することになる。つまり電極形状の後端側を前端金型３の位置に配置した金型により切断するのである。このようにする場合も、既に説明した実施形態同様に、前端金型３の位置に配置した金型と干渉しない後ろの方を、搬送方向に剛性を持たせるようにしてハンド２（または吸着パッド２００）により把持する。これにより帯状電極材１００が他の部材と擦ることなく切断位置に搬入でき、なおかつ切断位置に来た時点から金型の動作を開始することができる。

また、このように、前端金型３のみとした場合、電極は前端金型３よりも前方で切り出されるため、前端金型３の手前に配置された第１吸着コンベアで電極材１００を搬送する必要がなくなる。したがって、この場合、第１吸着コンベアは不要である。しかしこの場合も、その手前に支持手段となる吸着手段を設けておいて、ハンド２（または吸着パッド２００）により搬入されてきた電極材１００を吸着支持するようにすることが好ましい。前端金型３手前で電極材１００を吸着支持することで確実にきれいに切断することができる。吸着手段としては、たとえば、吸着パッドが用いられ、その吸着面が支持面となるように配置する。この場合も吸着パッドの吸着面は平面としておく。そして、ハンド２（または吸着パッド２００）により搬入されてきた電極材１００が切断位置に来た時点で、電極材１００がハンド２（または吸着パッド２００）から離されると同時に吸着動作を開始する。その後の動作は前端金型３の動作を同じである。

また、切断手段および後端切断手段は、金型に限らず、たとえばレーザでもよい。レーザ切断とする場合は、特に前端金型３の位置には、下型に相当する位置に当て部材を配置して、当て部材が上下するようにし、上からレーザ光を照射して切断する。この当て部材を用いることで、帯状電極材１００の前端部が万が一垂れても、それを上に押し上げて規定の位置に位置決めさせることができる。そしてその状態でレーザ切断するので、切断時の寸法誤差の発生を防止することができる。

前端金型３は、金型枠に下型３０５と上型３０６とを設けることで、金型としての動作は上型３０６だけが動くようにしているが、切断時における上型と下型の噛み合わせ確実に規定の位置で噛み合わせることができれば、これらは独立に設けてもよい。すなわち、帯状電極材１００の前端が切断位置に来たときに下型３０５のみ独立で上昇させ、その後切断のために上型３０６を下降させるようにしてもよい。これは、後端金型４も同様である。

また、ハンド２は、前進後退動作は搬送方向にのみ動くこととしているが、これに代えて、後退動作においては、帯状電極材１００を離した後、いったん側方に退避してから、元の位置に戻るようにするなど、その動作方向などは適宜設定可能である。

さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者においてさまざまな変形が可能であることはいうまでもない。

１ 電極製造装置、
２ ハンド、
３ 前端金型、
４ 後端金型、
５ 第１吸着コンベア、
５ａ 搬送面（支持面）、
６ 第２吸着コンベア、
２０ 把持機構部、
２１、２２ 主アーム、
２３〜２６ 把持部（把持部２３および２４が第１把持手段、把持部２５および２６が第２把持手段、第１把持手段と第２把持手段により一対の把持手段となる）、
１００ 帯状電極材、
１０１ 電極、
１５０ 基材、
１５１ 活物質、
１５２ 領域、
１６０ 電極タブ、
３０１ 金型支持台、
３０２ 金型枠、
３０３ 下型ベース、
３０４ 上型ベース、
３０５ 下型、
３０６ 上型、
３０７ 枠用シリンダ、
３０８ 上型用シリンダ、
３０９ 枠用ガイド、
３１０ 上型用ガイド。

Claims (12)

1. 箔状で帯状の電極材を電極の形状に切断する切断手段と、
   前記電極材を把持して前記切断手段による切断位置まで前記電極材を搬送する搬入手段と、
   前記切断手段よりも前記電極材の搬送方向手前に配置されていて、前記切断手段による前記電極材の切断時に前記電極材を支える支持面を備えた支持手段と、を有し、
   前記搬入手段は一対の把持手段を備え、
   前記搬入手段が前記切断位置まで前記電極材を搬送する際、前記支持手段は前記一対の把持手段の間に位置し、
   前記搬入手段は、前記電極材が前記切断手段および前記支持手段に接触しない位置で前記電極材を前記切断位置まで搬入するものであり、
   前記切断手段は上下動可能な下型と、前記下型に噛み合って前記電極材を切断する上型とを備えた金型であって、
   前記金型は、前記電極材の搬入前は前記下型が前記支持手段の前記電極材を支持する支持面より下に位置していて、前記電極材の前記搬入後は前記下型が前記支持面まで上昇した後、前記上型が下降して前記電極材を切断することを特徴とする電池用電極製造装置。
2. 箔状で帯状の電極材を電極の形状に切断する切断手段と、
   前記電極材を把持して前記切断手段による切断位置まで前記電極材を搬送する搬入手段と、
   前記切断手段よりも前記電極材の搬送方向手前に配置されていて、前記切断手段による前記電極材の切断時に前記電極材を支える支持面を備えた支持手段と、を有し、
   前記搬入手段は一対の把持手段を備え、
   前記搬入手段が前記切断位置まで前記電極材を搬送する際、前記支持手段は前記一対の把持手段の間に位置し、
   前記搬入手段は、前記電極材が前記切断手段および前記支持手段に接触しない位置で前記電極材を前記切断位置まで搬入するものであり、
   前記搬送方向における前記支持手段より後方に配置されていて前記電極材の電極後端となる位置を切断する後端切断手段をさらに有することを特徴とする電池用電極製造装置。
3. 前記支持手段は第１吸着コンベアであり、
   前記搬送方向における前記切断手段より先に位置する第２吸着コンベアをさらに有し、前記第２吸着コンベアの搬送面は前記第１吸着コンベアの搬送面よりも下に位置し、前記第１吸着コンベアの搬送面が前記支持面となり、前記第１吸着コンベアは前記搬入手段が前記電極材を前記切断位置まで搬入した時点で搬送動作を停止した状態で吸着動作して前記電極材を吸着して支持し、前記後端切断手段によって電極後端が切断された後は前記第２吸着コンベアと共に切断されてできた電極を前記搬送方向における前記切断手段よりも先へ搬出することを特徴とする請求項２に記載の電池用電極製造装置。
4. 箔状で帯状の電極材を電極の形状に切断する切断手段と、
   前記電極材を把持して前記切断手段による切断位置まで前記電極材を搬送する搬入手段と、
   前記切断手段よりも前記電極材の搬送方向手前に配置されていて、前記切断手段による前記電極材の切断時に前記電極材を支える支持面を備えた支持手段と、を有し、
   前記搬入手段は一対の把持手段を備え、
   前記搬入手段が前記切断位置まで前記電極材を搬送する際、前記支持手段は前記一対の把持手段の間に位置し、
   前記搬入手段は、前記電極材が前記切断手段および前記支持手段に接触しない位置で前記電極材を前記切断位置まで搬入するものであり、
   前記把持手段は、前記電極材を、前記搬送方向と交差する方向に湾曲させて保持するものであり、
   前記切断手段は上下動可能な下型と、前記下型に噛み合って前記電極材を切断する上型とを備えた金型であって、
   前記金型は、前記電極材の搬入前は前記下型が前記支持手段の前記電極材を支持する支持面より下に位置していて、前記電極材の前記搬入後は前記下型が前記支持面まで上昇した後、前記上型が下降して前記電極材を切断することを特徴とする電池用電極製造装置。
5. 前記切断手段は上下動可能な下型と、前記下型に噛み合って前記電極材を切断する上型とを備えた金型であって、
   前記金型は、前記電極材の搬入前は前記下型が前記支持手段の前記電極材を支持する支持面より下に位置していて、前記電極材の前記搬入後は前記下型が前記支持面まで上昇した後、前記上型が下降して前記電極材を切断することを特徴とする請求項２または３に記載の電池用電極製造装置。
6. 箔状で帯状の電極材を電極の形状に切断する切断手段と、
   前記電極材を把持して前記切断手段による切断位置まで前記電極材を搬送する搬入手段と、
   前記切断手段よりも前記電極材の搬送方向手前に配置されていて、前記切断手段による前記電極材の切断時に前記電極材を支える支持面を備えた支持手段と、を有し、
   前記搬入手段は一対の把持手段を備え、
   前記搬入手段が前記切断位置まで前記電極材を搬送する際、前記支持手段は前記一対の把持手段の間に位置し、
   前記搬入手段は、前記電極材が前記切断手段および前記支持手段に接触しない位置で前記電極材を前記切断位置まで搬入するものであり、
   前記把持手段は、前記電極材を、前記搬送方向と交差する方向に湾曲させて保持するものであり、
   前記搬送方向における前記支持手段より後方に配置されていて前記電極材の電極後端となる位置を切断する後端切断手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の電池用電極製造装置。
7. 前記把持手段は、前記搬入手段が前記電極材を前記切断手段の切断位置まで搬入したときに前記切断手段と干渉しない位置で前記電極材を把持することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電池用電極製造装置。
8. 前記把持手段は、前記電極材を挟むハンドであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電池用電極製造装置。
9. 請求項１に記載の電池用電極製造装置を用いた電池用電極製造方法であって、
   前記電極材の搬入前は、前記下型を前記支持手段の前記支持面より下に位置させておき、
   前記搬入手段により前記電極材を、前記切断手段および前記支持手段に接触しない位置で保持して前記切断手段まで搬入する段階と、
   前記電極材の前記搬入後に、搬入された前記電極材を前記支持手段の前記支持面により保持し、前記下型を前記支持面まで上昇させた後、前記上型を下降させて前記電極材を切断する段階とを有することを特徴とする電池用電極製造方法。
10. 請求項２に記載の電池用電極製造装置を用いた電池用電極製造方法であって、
    前記搬入手段により前記電極材を、前記切断手段および前記支持手段に接触しない位置で保持して前記切断手段まで搬入する段階と、
    搬入された前記電極材を前記支持手段の前記支持面により保持し、前記切断手段により電極の形状に切断する段階と、を有し、
    前記搬入する段階の後、前記電極材の電極後端となる位置を前記後端切断手段により切断する段階を有することを特徴とする電池用電極製造方法。
11. 請求項３に記載の電池用電極製造装置を用いた電池用電極製造方法であって、
    前記搬入手段により前記電極材を、前記切断手段および前記支持手段に接触しない位置で保持して前記切断手段まで搬入する段階と、
    搬入された前記電極材を前記支持手段の前記支持面により保持し、前記切断手段により電極の形状に切断する段階と
    前記搬入する段階の後、前記電極材の電極後端となる位置を前記後端切断手段により切断する段階と、を有し、
    前記搬入手段が前記電極材を前記切断位置まで搬入した時点で前記第１吸着コンベアの搬送動作は停止した状態で吸着動作させて前記電極材を吸着して支持する段階と、
    前記後端切断手段によって電極後端が切断された後に前記第１吸着コンベアおよび前記第２吸着コンベアにより切断されてできた電極を前記搬送方向における前記切断手段よりも先へ搬出する段階と、を有することを特徴とする電池用電極製造方法。
12. 前記搬入する段階においては、前記搬入手段が前記電極材を前記切断手段の切断位置まで搬入したときに、前記把持手段と前記切断手段とが干渉しない位置で前記把持手段により前記電極材を把持することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載の電池用電極製造方法。

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