JP6077522B2 - 積層システム - Google Patents

Description

本発明は、正極シート、負極シートおよびセパレータを積層するシステムに関するものである。

日本国特許公開２０１０−２０１５９３号公報には、後の工程とのタイミングを合わせても回転テーブル周辺に設けた作業ステーションにおける作業効率を低下させないワーク搬送方法を提供することが記載されている。この文献のワーク搬送装置は、その周囲に配置されている複数の作業ステーションにワークを送る回転テーブルと、前記回転テーブルに前記ワークを投入する投入手段と、前記回転テーブルから前記ワークを払い出す払い出し手段と、前記回転テーブル上でその周方向に並んでいるワーク載置予定位置に対して、間欠的に前記ワークを投入するように前記投入手段を制御するとともに、前記投入した前記ワークの順に払い出すように前記払い出し手段を制御する制御手段とを有する。

リチウム電池などに用いられる電極体は、セパレータを挟んで複数の正極シート（正極板）および負極シート（負極板）を積層することにより製造される。このため、簡易な構成で、精度よく、高速にセパレータ、正極シートおよび負極シートを積層できる装置が求められている。

本発明の一態様は、複数の積層領域を備え、複数の積層領域を複数の作業ポジションにそれぞれ断続的に回転移動させる第１の回転テーブルと、複数の作業ポジション内の第１の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域と重複するように旋回する第１の旋回ユニットと、複数の作業ポジション内の第２の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域と重複するように、第１の旋回ユニットと並行して旋回する第２の旋回ユニットとを有する積層装置である。第１の旋回ユニットは、第１の積層位置と第１のピックアップ位置との間を旋回する第１のアームと、第１のアームと連動し第１の積層位置と第２のピックアップ位置との間を旋回する第２のアームとを含み、第１の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域の積層体に、第１のピックアップ位置からピックアップした正極シートおよび第２のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを重ねる。第２の旋回ユニットは、第２の積層位置と第３のピックアップ位置との間を旋回する第３のアームと、第３のアームと連動し第２の積層位置と第４のピックアップ位置との間を旋回する第４のアームとを含み、第２の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域の積層体に、第３のピックアップ位置からピックアップした負極シートおよび第４のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを重ねる。

この積層装置は、複数の積層領域を、複数の作業ポジションのそれぞれに断続的に（止まりながら、ステップ的に）回転移動させる第１の回転テーブルに対して、第１の旋回ユニットおよび第２の旋回ユニットが、それぞれのアームを、所定の位置（場所）に到来した積層領域に重複するように並行して旋回させながらアクセスし、所定の位置で、正極または負極の電極シートと、セパレータとを積層する。したがって、この積層装置においては、円運動を行う第１の回転テーブルに円運動（旋回運動）を行う第１および第２の旋回ユニットが一部重複するように配置され、それぞれのシートは角度を９０度変えられながら搬送される。このため、長方形であることが多いそれぞれのシートをピックアップする位置、すなわち、正極シートをピックアップする第１のピックアップ位置、セパレータをピックアップする第２のピックアップ位置および第４のピックアップ位置、および負極シートをピックアップする第３のピックアップ位置を第１の回転テーブルの周囲の近い位置に分散して配置できる。このため、それぞれのピックアップ位置から積層位置に効率よく移動し、積層できる。したがって、コンパクトで生産効率のよい積層装置を提供できる。

積層装置の第１の回転テーブルは９０度間隔で配置された４つの積層領域を備え、第１の積層位置および第２の積層位置は回転対称の位置であることが望ましい。第１〜第４のピックアップ位置を第１の回転テーブルの周囲にスペース効率よく配置でき、簡易な構成で、効率よく正極シート、セパレータおよび負極シートを積層する装置を提供できる。

第１のアームおよび第２のアームは直交し、第１の旋回ユニットは９０度旋回し、正極シートおよびセパレータを９０度回転させながら第１の積層位置で重ねる。第３のアームおよび第４のアームは直交し、第２の旋回ユニットは９０度旋回し、負極シートおよびセパレータを９０度回転させながら第２の積層位置で重ねる。このため、第１のピックアップ位置および第２のピックアップ位置と、第３のピックアップ位置および第４のピックアップ位置とは、第１の回転テーブルを挟んで平行して向かい合って配置される。このような配置は、それぞれのピックアップ位置へ正極シート、負極シートおよびセパレータを供給するラインを平行して（並列に）コンパクトにアレンジするのに適している。

この積層装置は、複数の作業ポジション内の第１の積層位置および第２の積層位置を除いた搬出位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域と重複するように回転し、搬出位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域の積層体をピックアップする第２の回転テーブルをさらに有することが望ましい。円運動を行う第１の回転テーブルに円運動（旋回運動）を行う第１および第２の旋回ユニットに加えて、円運動を行う搬出用の第２の回転テーブルをさらに一部重複するように配置できる。また、積層体の向きを変えながら搬出できるので、コンパクトで搬出効率もよい積層装置を提供できる。

この積層装置は、第１のピックアップ位置へ正極シートを供給する第１のラインと、第３のピックアップ位置へ負極シートを供給する第２のラインとを備えていてもよい。第１および第２の旋回ユニットにより、直線的に電極シートを搬送するラインと円運動を行う回転テーブルとをコンパクトに効率よく接続できる。

本発明の他の態様の１つは、積層装置によりセパレータを挟んで複数の正極シートおよび負極シートを積層することを有する電極体および電池の製造方法である。積層装置は、複数の積層領域を備え、複数の積層領域を複数の作業ポジションにそれぞれ断続的に回転移動させる第１の回転テーブルと、複数の作業ポジション内の第１の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域と重複するように旋回する第１の旋回ユニットであって、第１の積層位置と第１のピックアップ位置との間を旋回する第１のアームおよび第１のアームと連動し第１の積層位置と第２のピックアップ位置との間を旋回する第２のアームを含む第１の旋回ユニットと、複数の作業ポジション内の第２の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域と重複するように旋回する第２の旋回ユニットであって、第２の積層位置と第３のピックアップ位置との間を旋回する第３のアームおよび第３のアームと連動し第２の積層位置と第４のピックアップ位置との間を旋回する第４のアームを含む第２の旋回ユニットとを有する。

この製造方法の積層することは以下の工程を含む。
１．第１の旋回ユニットが第１の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域の積層体に、第１のピックアップ位置からピックアップした正極シートおよび第２のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを第１の積層位置で重ねること。
２．第１の積層位置で重ねることと並行して、第２の旋回ユニットが第２の積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域の積層体に、第３のピックアップ位置からピックアップした負極シートおよび第４のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを第２の積層位置で重ねること。

第１の積層位置で正極シートに加えてセパレータを積層し、第２の積層位置で負極シートに加えてセパレータを積層することにより、積層位置を分散させて積層効率を向上するとともに、第１および第２の積層位置で、それぞれセパレータを含めて積層することによりコンパクトな積層装置を用いて効率よく電極体を製造できる。

積層装置の概略配置を示す図である。 積層装置の構成を示す図である。 積層装置を用いてセルを製造する過程を示すフローチャートである。

発明の実施の形態

図１に正極シート、負極シートおよびセパレータを積層して電極体（セル）を製造する積層装置を示している。この積層装置１は、４つのセル積層治具部（積層領域）１５を９０度ピッチで回転移動する回転テーブル（第１の回転テーブル）１１を備えたセル積層インデックスユニット（第１の回転テーブル）１０と、セル積層インデックスユニット１０と一部が重複するように旋回するＬ字型アーム１１５を備えた第１の旋回ユニット１１０と、セル積層インデックスユニット１０と一部が重複するように旋回するＬ字型アーム１２５を備えた第２の旋回ユニット１２０と、セル積層インデックスユニット１０と一部が重複するように回転し、セルインデックスユニット１０からセル５０を搬出する回転テーブル（第２の回転テーブル）２１を備えた積層セル取出しインデックスユニット（搬出ユニット）２０とを含む。

セル積層インデックスユニット（以降では積層ユニット）１０は回転テーブル１１を９０度ピッチで反時計方向９に断続的に（止まりながら、ステップ的に）旋回する駆動ユニット１８を含む。回転テーブル１１は、４つのセル積層治具部１５を含み、駆動ユニット１８により、４つのセル積層治具部１５を４回対称の４つの作業可能な位置（作業ポジション）Ｗ１〜Ｗ４にそれぞれ順番に、反時計方向９に、回転移動する。この積層装置１では、４つの作業可能な位置Ｗ１〜Ｗ４で同期して、あるいは同時に作業を行うことができる。積層装置１においては、これら４つの作業可能な位置Ｗ１〜Ｗ４の内、位置Ｗ１がセル積層治具部１５に正極シート５１およびセパレータ５５を積層する第１の積層位置Ｗ１であり、位置Ｗ１と２回対称な位置（回転対称の位置、１８０度の位置）Ｗ３がセル積層治具部１５に負極シート５２およびセパレータ５５を積層する第２の積層位置Ｗ３である。４つの作業可能な位置Ｗ１〜Ｗ４の内、第１の積層位置Ｗ１および第２の積層位置Ｗ３の間の位置Ｗ４は、セパレータ５５を挟んで正極シート５１および負極シート５２が積層されたセル５０を搬出（アンロード）する位置Ｗ４である。４つの作業可能な位置Ｗ１〜Ｗ４の内、第１の積層位置Ｗ１、第２の積層位置Ｗ３、搬出する位置Ｗ４を除いた位置Ｗ２では、作業は行われない。

第１の旋回ユニット１１０は、時計方向および反時計方向に９０度旋回（正転および逆転）する第１のＬ字型アーム１１５と、第１のＬ字型アーム１１５を駆動する駆動ユニット１１９とを含む。第１のＬ字型アーム１１５は、第１のアーム１１１および第２のアーム１１２を備えており、これらのアーム１１１および１１２がＬ字型（直交するよう）に組み合わされ、全体として半円を描くように９０度旋回する。これらのアーム１１１および１１２の先端には吸着ユニット３０が取り付けられており、第１のＬ字型アーム１１５は、先端の吸着ユニット３０が第１の積層位置Ｗ１に到来した第１の回転テーブル１１のセル積層治具部（積層領域）１５と重複するように旋回する。さらに、第１のアーム１１１は、先端の吸着ユニット３０を、第１の積層位置Ｗ１と第１のピックアップ位置Ｐ１との間で旋回させる。第２のアーム１１２は、先端の吸着ユニット３０を、第１のアーム１１１と連動し、第１の積層位置Ｗ１と第２のピックアップ位置Ｐ２との間で旋回させる。

第１のピックアップ位置Ｐ１は、第１の積層位置Ｗ１から第１のアーム１１１が時計方向８に９０度旋回した位置である。第２のピックアップ位置Ｐ２は、第１の積層位置Ｗ１から第２のアーム１１２が反時計方向９に９０度旋回した位置である。第１のアーム１１１は、第１のピックアップ位置Ｐ１で正極シート５１をピックアップし、第１の積層位置Ｗ１に到来した回転テーブル１１のセル積層治具部１５の中のセル５０に正極シート５１を重ねる。第２のアーム１１２は、第２のピックアップ位置Ｐ２でセパレータ５５をピックアップし、第１の積層位置Ｗ１に到来した回転テーブル１１のセル積層治具部１５のセル５０にセパレータ５５を重ねる。正極シート５１およびセパレータ５５の重ねる順番は逆であってもよい。

第２の旋回ユニット１２０は、時計方向および反時計方向に９０度旋回（正転および逆転）する第２のＬ字型アーム１２５と、第２のＬ字型アーム１２５を駆動する駆動ユニット１２９とを含む。第２のＬ字型アーム１２５は、第３のアーム１２１および第４のアーム１２２を備えており、これらのアーム１２１および１２２がＬ字型（直交するよう）に組み合わされ、全体として半円を描くように９０度旋回する。これらのアーム１２１および１２２の先端には吸着ユニット３０が取り付けられており、第２のＬ字型アーム１２５は、先端の吸着ユニット３０が第２の積層位置Ｗ２に到来した第１の回転テーブル１１のセル積層治具部（積層領域）１５と重複するように旋回する。第３のアーム１２１は、先端の吸着ユニット３０を、第２の積層位置Ｗ３と第３のピックアップ位置Ｐ３との間で旋回させる。第４のアーム１２２は、第３のアーム１２１と連動し、先端の吸着ユニット３０を、第２の積層位置Ｗ３と第４のピックアップ位置Ｐ４との間で旋回させる。

第３のピックアップ位置Ｐ３は、第２の積層位置Ｗ３から第３のアーム１２１が反時計方向９に９０度旋回した位置である。第４のピックアップ位置Ｐ４は、第２の積層位置Ｗ３から第４のアーム１２２が時計方向８に９０度旋回した位置である。第３のアーム１２１は、第３のピックアップ位置Ｐ３で負極シート５２をピックアップし、第２の積層位置Ｗ３に到来した回転テーブル１１のセル積層治具部１５のセル５０に負極シート５２を重ねる。第４のアーム１２２は、第４のピックアップ位置Ｐ４でセパレータ５５をピックアップし、第２の積層位置Ｗ２に到来したセル積層治具部１５のセル５０にセパレータ５５を重ねる。負極シート５２およびセパレータ５５の重ねる順番は逆であってもよい。

搬出ユニット２０は、時計方向８に回転する搬出用テーブル（第２の回転テーブル）２１と、駆動装置２９とを含む。搬出用テーブル２１は９０度ピッチで、４回対称の位置に配置された４つのセル搬送部２５を含む。それぞれのセル搬送部２５は、セル５０を下側から支える搬送サポート２６を含み、第２の回転テーブル２１は、セル搬送部２５が搬出位置Ｗ４に到来した第１の回転テーブル１１のセル積層治具部（積層領域）１５と重複するように回転する。搬出位置Ｗ４では、アンローダがセル５０を上下でクランプしてセル積層部１５からセル搬送部２５に受け渡す。

積層装置１は、さらに、搬送ユニット２０の第２の回転テーブル２１の搬送位置Ｗ４に対して２回対称の位置（１８０度の位置）Ｖ３に配置されたテープ貼り付けユニット１３０と、テープで固定されたセル５０を図１の下側方向（Ｘ方向）に搬送する搬送コンベアー１４０とを含む。

積層装置１は、さらに、第１のピックアップ位置Ｐ１へ正極シート５１を供給する第１の供給ライン１５０と、第２のピックアップ位置Ｐ２へセパレータ５５を供給する第３の供給ライン１７０と、第３のピックアップ位置Ｐ３へ負極シート５２を供給する第２の供給ライン１６０と、第４のピックアップ位置Ｐ４へセパレータ５５を供給する第４の供給ライン１８０とを含む。これらの供給ライン１５０、１６０、１７０および１８０は、Ｘ方向に直交するＹ方向に延びている。このため、積層装置１は、全体として、第１の回転テーブル１１を含む積層ユニット１０を中心として、Ｙ方向から正極シート５１、負極シート５２およびセパレータ５５が供給され、それらが積層されたセル５０がＸ方向に払い出される配置となっている。

この積層装置１においては、第１の旋回ユニット１１０は９０度旋回し、正極シート５１およびセパレータ５５を９０度回転させながら第１の積層位置Ｗ１で重ねる。また、第１の旋回ユニット１１０と第１の回転テーブル１１を挟んで対称な位置に配置された第２の旋回ユニット１２０は９０度旋回し、負極シート５２およびセパレータ５５を９０度回転させながら第２の積層位置Ｗ３で重ねる。したがって、第１のピックアップ位置Ｐ１および第２のピックアップ位置Ｐ２と、第３のピックアップ位置Ｐ３および第４のピックアップ位置Ｐ４とは、第１の回転テーブル１１を挟んで平行して向かい合って配置される。このため、第１のピックアップ位置Ｐ１へ正極シート５１を供給する第１の供給ライン１５０と、第２のピックアップ位置Ｐ２へセパレータ５５を供給する第３の供給ライン１７０とは並列してＹ方向に配置できる。一方、第３のピックアップ位置Ｐ３へ負極シート５２を供給する第２の供給ライン１６０と、第４のピックアップ位置Ｐ４へセパレータ５５を供給する第４の供給ライン１８０とは並列してＹ方向に配置できる。さらに、第１の供給ライン１５０と、第２の供給ライン１６０とを回転テーブル１１を挟んで対称に配置でき、第３の供給ライン１６０と、第４の供給ライン１７０とを回転テーブル１１を挟んで対称に配置できる。

すなわち、積層装置１においては、Ｙ方向から供給ライン１５０、１６０、１７０および１８０Ｙ方向により供給される正極シート（正極板）５１と、負極シート（負極板）５２とセパレータ５５とが、半円を描くように旋回する第１および第２の旋回ユニット１１０および１２０により、積層ユニット１０において第１の回転テーブル１１により回転移動する複数のセル積層部１５で積層されて積層体（セル）５０となり、搬出ユニット２０の第２の回転テーブル２１を介してＸ方向に搬送コンベアー１４０により搬出される。したがって、全体が簡易な構成で、コンパクトに纏められ、スペース効率が高く、さらに、作業効率が高く、タクトタイムの短い積層装置１を提供できる。

なお、搬出ユニット２０の第２の回転テーブル２１の回転する領域と、第１および第２の旋回ユニット１１０および１２０の旋回する領域とも一部重複しているが、搬出位置Ｗ４は、アンローダがセル５０を上下でクランプしてセル積層治具部（セル積層部）１５からセル搬送部２５に上下に移動させることにより、第２の回転テーブル２１と、第１および第２の旋回ユニット１１０および１２０の旋回する領域とは高さ方向で干渉を防止している。

図２に、積層装置１を拡大して示している。この積層装置１では、正極シート５１および負極シート５２は、それぞれ事前にシート状に切断されて、ストッカ１５１および１６１に収納されている。正極シート５１および負極シート５２は、ロールの状態で供給され、積層装置１の側でカットしてシート状にしてもよい。セパレータ５５は、ロールの状態で供給され、ロール状のセパレータ１７１をそれぞれの供給ライン１７０および１８０のカッター１７６によりカットしている。

正極シート５１の一例は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エンチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合した正極活性材を、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。正極シート５１はリチウム電池用のものでなくてもよい。

負極シート５２の一例は、負極活性材を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。負極活性材は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合したものである。

セパレータ５５は、上述した正極シート（正極板、正極層）５１と負極シート（負極板、負極層）５２との短絡を防止するもので、電解液を保持する機能を備えてもよい。セパレータ５５は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。セパレータ５５は、ポリオレフィンなどの単層膜のみに限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。

正極シート５１を正極ストッカ１５１から第１のピックアップ位置Ｐ１に供給する第１の供給ライン１５０の構成と、負極シート５２を負極ストッカ１６１から第３のピックアップ位置Ｐ３に供給する第２の供給ライン１６０の構成とは、配置が対称であることを除き共通する。ここでは、第１の供給ライン１５０を代表して説明する。第１の供給ライン１５０は、２つの正極ストッカ１５１を切り替えて使用できるストッカ切替ユニット１５２と、ストッカ１５１から第１のピックアップ位置Ｐ１まで正極シート５１を搬送するフィーダユニット１５３とを有する。フィーダユニット１５３は、正極シート５１を吸引して隣の位置へ搬送する複数の吸着ヘッド１５４と、正極シート５１の姿勢を補正する補正ユニット１５５とを含む。

フィーダユニット１５３においては、右端の吸着ヘッド１５４は、ストッカ１５１から正極シート５１をピックアップして補正ユニット１５５の検査位置１５５ａへ搬送する。検査位置１５５ａでは、カメラなどを用いてピックアップされた正極シート５１のＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の位置を確認する。２番目の吸着ヘッド１５４は、検査位置１５５ａの正極シート５１をピックアップして姿勢補正位置１５５ｂへ搬送する。姿勢補正位置１５５ｂでは、ＸＹθテーブルが検査位置１５５ａで認識された姿勢に基づいて正極シート５１のＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の位置を補正する。３番目の吸着ヘッド１５４は、姿勢補正位置１５５ｂの正極シート５１をピックアップして再検査位置１５５ｃへ搬送する。再検査位置１５５ｃでは、正極シート５１の姿勢およびシートの状態が確認され、何らかの不具合があれば、正極シート５１はラインから外され、次の正極シート５１を待つ。左端の吸着ヘッド１５４は、再検査位置１５５ｃの正極シート５１をピックアップして第１のピックアップ位置Ｐ１へ搬送する。

フィーダユニット１５３の複数の吸着ヘッド１５４は、同期して動いてもよく、非同期で、次の位置へ正極シート５１が移動できる状態になったときに、次の位置へ正極シート５１を移動させてもよい。複数の吸着ヘッド１５４を非同期で動かし、次の位置へフィードする時間（移動のタクトタイム）を、第１の旋回ユニット１１０の積層に要する時間（積層のタクトタイム）より短く設定することにより、フィードの途中の不具合、たとえば、シートの検査不良があった場合でも、積層作業に対する影響を抑制できる。

セパレータ５５を正極側の第２のピックアップ位置Ｐ２に供給する第３の供給ライン１７０の構成と、セパレータ５５を負極側の第４のピックアップ位置Ｐ４に供給する第４の供給ライン１８０の構成とは、配置が対称であることを除き共通する。ここでは、第３の供給ライン１７０を代表して説明する。第３の供給ライン１７０は、帯状のセパレータ５５が巻かれたロール１７１と、ロール１７１から適当なテンションを加えてセパレータ５５を引き出す複数のローラー１７２と、引き出された帯状のセパレータ５５を所定のサイズにカットするカッター１７６と、カッター１７６からシート状のセパレータ５５を第２のピックアップ位置Ｐ２に搬送するフィーダユニット１７５とを含む。フィーダユニット１７５は、吸着ヘッド１７４を含み、カッター１７６でカットされたシート状のセパレータ５５を第２のピックアップ位置Ｐ２に順次搬送する。

カッター１７６は、たとえば、直方体状のドラムを含むものである。直方体状のドラムのそれぞれの周面は、セパレータ５５を吸着（吸引）する機能を備えており、ドラムを回転することによりロール１７１からセパレータ５５を引き出す。その後、周面のコーナーでセパレータ５５をカットすることにより所定のサイズのシート状のセパレータ５５を供給できる。このようなカッターは、たとえば、日本国特開２００５−５０５８３号公報に記載されている。

正極シート５１およびセパレータ５５をそれぞれピックアップして第１の積層位置Ｗ１のセル積層部１５に供給する第１の旋回ユニット１１０は、Ｌ字型のインデックス（回転テーブル）であり、第１のアーム１１１と第２のアーム１１２とが直交するように構成されたＬ字型のアーム１１５を含む。それぞれのアーム１１１および１１２の先端には吸着ヘッド（吸引ヘッド）３０が設けられており、正極シート５１およびセパレータ５５を吸引して搬送できる。第１のアーム１１１は、先端のヘッド３０が第１のピックアップ位置Ｐ１と第１の積層位置Ｗ１との間を繰り返して移動（旋回、回転）するように動く。第２のアーム１１２は第１のアーム１１１と連動して、その先端のヘッド３０が第１の積層位置Ｗ１と第２のピックアップ位置Ｐ２との間を繰り返して移動（旋回、回転）するように動く。

したがって、Ｌ字型アーム１１５が時計方向に９０度動き（正転）、反時計方向に９０度動く（逆転）と、第１の積層位置Ｗ１に到来したセル積層部１５に、正極シート５１とセパレータ５５とを供給できる。このため、第１の積層位置Ｗ１のセル積層部１５のセル５０に正極シート５１とセパレータ５５とを積層できる。なお、正転および逆転は反対の方向であってもよく、正極シート５１とセパレータ５５とを第１の積層位置Ｗ１に供給する順番は逆であってもよい。

負極シート５２およびセパレータ５５をそれぞれピックアップして第２の積層位置Ｗ３のセル積層部１５に供給する第２の旋回ユニット１２０は、第１の旋回ユニット１１０と左右対称の配置である。第２の旋回ユニット１２０もＬ字型のインデックス（回転テーブル）であり、第３のアーム１２１と第４のアーム１２２とが直交するように構成されたＬ字型のアーム１２５を含む。それぞれのアーム１２１および１２２の先端には吸着ヘッド（吸引ヘッド）３０が設けられており、負極シート５２およびセパレータ５５を吸引して搬送できる。第３のアーム１２１は、先端のヘッド３０が第３のピックアップ位置Ｐ３と第２の積層位置Ｗ３との間を繰り返して回動し、第４のアーム１２２は第３のアーム１２１と連動して、その先端のヘッド３０が第２の積層位置Ｗ３と第４のピックアップ位置Ｐ４との間を繰り返して回動するように動く。

したがって、Ｌ字型アーム１２５が正転および逆転すると、第２の積層位置Ｗ３に到来したセル積層部１５に、負極シート５２とセパレータ５５とを供給できる。このため、第２の積層位置Ｗ３のセル積層部１５のセル５０に負極シート５２とセパレータ５５とを積層できる。なお、正転および逆転は反対の方向であってもよく、負極シート５２とセパレータ５５とを第２の積層位置Ｗ３に供給する順番は逆であってもよい。

積層ユニット１０は、四方向にセル積層部（セル積層治具部）１５が搭載された回転テーブル１１を含み、回転テーブル１１を反時計方向９に９０度ピッチで断続的に回転することにより、セル積層部１５を４回対称な作業ポジションＷ１〜Ｗ４に順番に移動させる。セル積層部１５は、セパレータ５５を挟んで正極シート５１および負極シート５２を次々と積層させる領域（積層領域）を形成する積層台１６と、積層されたシートを一時的に保持するクランプ（ストッパ）１７とを含む。

クランプ１７は、シートの４隅または４隅に近いところを上方から押さえつけられるように配置されている。クランプ１７は、第１および第２の旋回ユニット１１０および１２０で正極シート５１、負極シート５２およびセパレータ５５が積層台１６の上に重ねられるとき、すなわち、吸着ヘッド３０が下降するときは開き、吸着ヘッド３０が上昇するときは閉じて（押さえて）、重ねられたシート５１、５２および５５を吸着ヘッド３０から分離させるとともに、セル積層部１５が移動している間のシート５１、５２および５５の状態を安定化させる。

搬出ユニット２０は、所定の層（回数）だけセパレータ５５を挟んで正極シート５１および負極シート５２が積層されたセル５０を、第４の位置Ｗ４からピックアップし、後処理のユニット１３０に搬送する。搬送ユニット２０は、四方向にセル搬送部２５が搭載された回転テーブル２１を含み、回転テーブル２１を時計方向８に９０度ピッチで断続的に回転することにより、セル搬送部２５を４回対称な位置Ｖ１〜Ｖ４に順番に移動させる。セル積層部１０の回転テーブル１１と重なり合う位置Ｖ１は、第４の位置Ｗ４からセル５０をピックアップする位置であり、この位置には、上下に離れた第４の位置Ｗ４から位置Ｖ１へセル５０を上下に挟んで移動させるアンローダ７０が配置されている。

位置Ｗ４から、セル５０が上下をアンローダ７０により挟まれて上昇させられると、位置Ｖ１でセル搬送部２５の爪（搬出サポート）２６が閉じてセル５０を下側からサポートし、積層ユニット１０から搬送ユニット２０にセル５０が移送される。セル搬送部２５は、位置Ｖ１から位置Ｖ２を経て、位置Ｖ１と反対側（２回対称、１８０度対称）の位置Ｖ３までセル５０を搬送する。位置Ｖ３では、テープ取り付けユニット１３０が、セル搬送部２５のセル５０の上下をクランプして取出し、セル５０の周囲にテープを巻いて固定する。

固定されたセル５０は、テープ取り付けユニット１３０からＸ方向に延びたセル搬送コンベアー１４０により搬送され、積層装置１から取出される状態になる。

図３に、積層装置１の動きを、１つのセル積層部１５に着目して示している。この例は、両側面がセパレータ５５および負極５２で構成されるセル５０をリチウム電池など電極体として製造する例を示している。積層装置１は、メモリおよびＣＰＵを備えた制御ユニット（不図示）によりプログラム制御される。

セル５０の製造がスタートすると、ステップ８１において、セル積層部１５は積層ユニット１０の回転テーブル１１により第１の作業ポジション（第１の積層位置）Ｗ１に移動する。第１の積層位置Ｗ１において、初期処理として、セル積層部１５には、第１の旋回ユニット１１０によりセパレータ５５だけが供給される。次のタイミング（移動周期）で、セル積層部１５は第２の作業ポジションＷ２に移動するが、この積層装置１０においては第２の作業ポジションＷ２では作業は行われない（ステップ８２）。次の移動周期で、セル積層部１５は第３の作業ポジション（第２の積層位置）Ｗ３に移動し、第２の旋回ユニット１２０により負極シート５２およびセパレータ５５が供給され、セル５０に負極シート５２およびセパレータ５５が積層される（ステップ８３）。

セル積層部１５は、次の移動周期で第４の作業ポジション（搬出位置）Ｗ４に移動し、ステップ８４において所定の数（枚数、組み合わせ）だけセパレータ５５を挟んで負極シート５２および正極シート５１が積層されたか否かが判断される。さらに積層が必要な場合は、ステップ８５において、第４の作業ポジションＷ４では作業がされず、次の移動周期で、セル積層部１５は第１の作業ポジション（第１の積層位置）Ｗ１へ移動する（ステップ８６）。第１の積層位置Ｗ１では、第１の旋回ユニット１１０により、セル積層部１５に正極シート５１およびセパレータ５５が供給され、セル積層部１５の中のセル５０に正極シート５１およびセパレータ５５が順番に積層される。

上記の工程を繰り返し、ステップ８４において、所定の数だけ正極シート５１、負極シート５２およびセパレータ５５が積層されたセル５０が製造されたと判断されると、ステップ８７において、第４の作業ポジションＷ４から搬出ユニット２０によりセル５０が搬出される。

以上の工程により、積層装置１では、移動周期ｔ１の間隔で、４つのセル５０がパイプライン式に製造され、定期的に、移動周期ｔ１の間隔でセル５０が次々と製造される。移動周期ｔ１は、第１の積層位置Ｗ１および第２の積層位置Ｗ２において、第１の旋回ユニット１１０および第２の旋回ユニット１２０が、それぞれ、正極シート５１または負極シート５２と、セパレータ５５とを供給する時間（積層のタクトタイム）がクリティカルパスになる。第１の旋回ユニット１１０および第２の旋回ユニット１２０は、Ｌ字型アーム１１５および１２５を用い、シートのピックアップと供給（積層）とを同時に平行して行えるようになっている。このため、それぞれのＬ字型アーム１１５および１２５を１周期動かす時間、すなわち、正転および逆転する時間で、正極シート５１および負極シート５２と、セパレータ５５とを供給できる。したがって、正極シート５１とセパレータ５５と第１の積層位置Ｗ１で積層し、負極シート５２とセパレータ５５とを第２の積層位置Ｗ３で積層しているが、回転テーブル１１の移動周期ｔ１は、Ｌ字型アーム１１５および１２５の動作周期と同期がとれる時間でよく、回転テーブル１１を高速で回転でき、セル５０の製造間隔を短縮できる。

さらに、この積層装置１においては、回転テーブル１１の４つのポジションＷ１〜Ｗ４の内の第１の積層位置Ｗ１で正極シート５１とセパレータ５５とを積層し、並行して、第２の積層位置Ｗ３で負極シート５２とセパレータ５５とを積層している。このため、残りのポジションＷ４を搬出用に専用できる。したがって、積層装置１の構成を簡素化でき、積層装置１の配置の自由度が増す。たとえば、この積層装置１においては、回転テーブル１１は最小で３ポジションに停止すれば良いので、３つのポジションを１２０度ピッチで配置することも可能である。しかしながら、第１および第２の旋回ユニット１１０および１２０が直線的に配置されないので、積層装置１のスペース効率はむしろ低くなる可能性がある。また、第２のポジションＷ２は、作業はされないが、パイプラインを長くして、周期ｔ１で製造されるセル５０の数を確保するバッファとなるので、メリットがある。

回転テーブル１１の停止位置を５ポジション以上に増やし、パイプラインを長くして周期ｔ１で製造されるセル５０の数をさらに増やすことも可能である。この場合、実質的な製造効率を向上するためには、回転テーブルを大きくするとともに、第１及び第２の旋回ユニット１１０および１２０の数を増やすことが望ましく、積層装置が大型になる。

また、この積層装置１は、複数のセル積層部（積層領域）１５を複数の作業ポジションＷ１〜Ｗ４にそれぞれ断続的に回転移動させる第１の回転テーブル１１に対して、第１の旋回ユニット１１０および第２の旋回ユニット１２０が、それぞれのＬ字型アーム１１５および１２５をそれぞれの作業ポジションＷ１およびＷ３の積層領域１５に重複するように旋回させながらアクセスし、それぞれの作業ポジションＷ１およびＷ３において、正極シート５１または負極シート５２と、セパレータ５５とを積層する。このため、この積層装置１においては、円運動を行う第１の回転テーブル１１に、円運動（旋回運動）を行う第１および第２の旋回ユニット１１０および１２０が一部重複するように配置され、それぞれの長方形の正極シート５１、負極シート５２およびセパレータ５５は９０度向きを変えながら搬送される。

したがって、正極シート５１をピックアップする第１のピックアップ位置Ｐ１、セパレータ５５をピックアップする第２のピックアップ位置Ｐ３および第４のピックアップ位置Ｐ４、および負極シート５２をピックアップする第３のピックアップ位置Ｐ３を、第１の回転テーブル１１の周囲の比較的近い位置に分散して配置できる。このため、正極シート５１、負極シート５２およびセパレータ５５を、それぞれのピックアップ位置Ｐ１〜Ｐ４から、回転テーブル１１の上の積層領域１５に効率よく移動し、積層できる。したがって、コンパクトで生産効率のよい積層装置１を提供できる。

さらに、積層装置１は、搬出位置Ｗ４に到来した第１の回転テーブル１１の積層領域１５と重複するように回転し、搬出位置Ｗ４に到来した積層領域１５のセル（積層体）５０をピックアップする第２の回転テーブル２１を含む搬出ユニット２０を有する。円運動を行う第１の回転テーブル１１に円運動を行う搬出用の第２の回転テーブル２１を一部重複するように配置することにより、搬出ユニット２０を含めて、積層装置１を全体的にコンパクトに纏めることができる。また、第１および第２の回転テーブル１１および２１を歯車の輪列を構成するように回転方向を設定し、セル５０の向きを変えながら搬出できるので、回転テーブル同士の機器の干渉を避けることも容易であり、搬出効率もよい積層装置を提供できる。

また、積層装置１は、積層作業の中心となる第１の回転テーブル１１の回りに、旋回する搬入用の第１の旋回ユニット１１０および１２０と、回転する搬出用の第２の回転テーブル２１を配置している。このような配置により、直線的な配置となる搬入・搬出ライン、すなわち、正極シートを供給する第１の供給ライン１５０、負極シートを供給する第２の供給ライン１６０、セパレータを供給する第３および第４の供給ライン１７０および１８０、さらに、積層されたセル５０を搬出する搬送コンベアー１４０と、第１の回転テーブル１１とを、コンパクトなスペースで接続している。

さらに、この積層装置１では、直線的な複数の供給ライン１５０〜１８０を積層ユニット１０の回転テーブル１１を中心として１８０度対称なＩ字型に配置し、搬送コンベアー１４０をそれらと直交する方向に配置し、全体として、Ｉ字型に近いＴ字型のスペースで収まるデザインとしている。したがって、スペース効率がよく、比較的狭いスペースにも積層装置１を配置できる。また、複数の積層装置１を並行して配置することにより、セル５０の製造効率をさらに高めることが可能である。

なお、上記では、積層装置１によりリチウムイオン電池用の電極体（セル）５０を製造する例を説明しているが、リチウムイオン電池に限らず、積層型の電極体を含む電池の製造に積層装置１は好適である。

Claims (6)

1. 複数の積層領域を備え、前記複数の積層領域を、複数の作業ポジションのそれぞれに、断続的に回転移動させる第１の回転テーブルと、
   前記複数の作業ポジションの内の第１の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域と重複するように旋回する第１の旋回ユニットと、
   前記複数の作業ポジションの内の第２の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域と重複するように、前記第１の旋回ユニットと並行して旋回する第２の旋回ユニットとを有し、
   前記第１の旋回ユニットは、前記第１の積層位置と第１のピックアップ位置との間を旋回する第１のアームと、前記第１のアームと連動し前記第１の積層位置と第２のピックアップ位置との間を旋回する第２のアームとを含み、前記第１の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域の積層体に、前記第１のピックアップ位置からピックアップした正極シートおよび前記第２のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを重ね、
   前記第２の旋回ユニットは、前記第２の積層位置と第３のピックアップ位置との間を旋回する第３のアームと、前記第３のアームと連動し前記第２の積層位置と第４のピックアップ位置との間を旋回する第４のアームとを含み、前記第２の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域の前記積層体に、前記第３のピックアップ位置からピックアップした負極シートおよび前記第４のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを重ねる、積層装置。
2. 請求項１において、
   前記第１の回転テーブルは９０度間隔で配置された４つの積層領域を備え、前記第１の積層位置および前記第２の積層位置は回転対称の位置である、積層装置。
3. 請求項２において、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームは直交し、前記第１の旋回ユニットは９０度旋回し、正極シートおよびセパレータを９０度回転させながら前記第１の積層位置で重ね、
   前記第３のアームおよび前記第４のアームは直交し、前記第２の旋回ユニットは９０度旋回し、負極シートおよびセパレータを９０度回転させながら前記第２の積層位置で重ね、
   前記第１のピックアップ位置および前記第２のピックアップ位置と、前記第３のピックアップ位置および前記第４のピックアップ位置とが、前記第１の回転テーブルを挟んで平行して向かい合って配置されている積層装置。
4. 請求項１において、
   前記複数の作業ポジションの内の前記第１の積層位置および前記第２の積層位置を除いた搬出位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域と重複するように回転し、前記搬出位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域の前記積層体をピックアップする第２の回転テーブルをさらに有する、積層装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第１のピックアップ位置へ正極シートを供給する第１のラインと、
   前記第３のピックアップ位置へ負極シートを供給する第２のラインとを、さらに有する、積層装置。
6. 積層装置によりセパレータを挟んで複数の正極シートおよび負極シートを積層することを有する電極体の製造方法であって、
   前記積層装置は、複数の積層領域を備え、前記複数の積層領域を複数の作業ポジションにそれぞれ断続的に回転移動させる第１の回転テーブルと、
   前記複数の作業ポジションの内の第１の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域と重複するように旋回する第１の旋回ユニットと、
   前記複数の作業ポジションの内の第２の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域と重複するように旋回する第２の旋回ユニットとを有し、
   前記第１の旋回ユニットは、前記第１の積層位置と第１のピックアップ位置との間を旋回する第１のアームと、
   前記第１のアームと連動し前記第１の積層位置と第２のピックアップ位置との間を旋回する第２のアームとを含み、
   前記第２の旋回ユニットは、前記第２の積層位置と第３のピックアップ位置との間を旋回する第３のアームと、
   前記第３のアームと連動し前記第２の積層位置と第４のピックアップ位置との間を旋回する第４のアームとを含み、
   前記積層することは、
   前記第１の旋回ユニットが前記第１の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域の積層体に、前記第１のピックアップ位置からピックアップした正極シートおよび前記第２のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを前記第１の積層位置で重ねることと、
   前記第１の積層位置で重ねることと並行して、前記第２の旋回ユニットが前記第２の積層位置に到来した前記第１の回転テーブルの積層領域の前記積層体に、前記第３のピックアップ位置からピックアップした負極シートおよび前記第４のピックアップ位置からピックアップしたセパレータを前記第２の積層位置で重ねることとを含む、製造方法。

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