JP6127998B2 - プレス装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基材シートの面に交差する方向からプレスロールで加圧するプレス装置に関する。
蓄電装置の一種である二次電池としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池は、ケースを備えるとともに、このケース内に、金属箔に活物質層を備える正極の電極及び負極の電極を積層、或いは捲回した電極組立体を備える。各極の電極の製造は、まず、活物質、導電剤、溶媒及びバインダを混合した活物質ペーストを各極の金属箔の表面に塗布する。その後、活物質ペーストを乾燥炉で乾燥させて活物質の層を形成し、金属箔と、活物質の層とを有する電極材料を形成する。そして、得られる活物質の層の密度を高めるために、活物質の層を加圧する。この加圧は、金属箔の面に交差する方向から、例えばプレスロールで活物質の層を加圧して行われる。なお、プレスロールは、円柱状であり外周面に金属製のプレス面を有する。その後、電極材料を電極の外形に沿う形状に切断する。すると、金属箔からタブ等が形成されて電極が製造される。
ところで、活物質の層を加圧する際、活物質の層に含まれる活物質の粒子や異物が剥離し、プレスロールのプレス面に付着してしまうことがある。プレス面に異物が付着していると、プレスロールで活物質の層を加圧する際、異物が活物質の層に押し付けられ、異物を原因としてプレス後の活物質の層の表面に凹みが生じたり、異物が活物質の層に転写されてしまい、塗工された活物質の層の表面に凸部が生じたりしてしまう。
プレスロールへの異物の付着による不具合は、プレスロールを用いる場合の共通の課題として従来より知られており、対策として、プレスロールのプレス面に付着してしまった異物を、転写ロールを用いて除去することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、プレスロールのプレス面に転写ロールのロール面を接触させ、プレス面に付着した異物を転写ロールのロール面に転写させる。そして、転写ロールのロール面に、粘着ロールのロール面を接触させ、転写ロールのロール面に付着した異物を粘着ロールで除去している。なお、粘着ロールのロール面における粘着力は、転写ロールのロール面における粘着力より高い。転写ロール及び粘着ロールの粘着力は、粘着剤に基づき、粘着剤の一例として、例えば、ゴム系やウレタン系の粘着剤を用いる。
特開2003−33923号公報
ところで、電極の製造においては、活物質の層には、活物質、導電剤、バインダが含まれることから、プレスロールのプレス面に付着する異物として、バインダを介して剥離した活物質がプレス面に付着する場合がある。また、活物質の層は高い圧力でプレスされる。このため、硬質の活物質が、強い粘着力を有するバインダを介して、高い圧力が加わった状態でプレスロールのプレス面に付着した場合には、転写ロールの粘着力ではプレスロールのプレス面から異物を除去することが困難である。
本発明は、プレス面に強固に付着した異物を除去することができるプレス装置を提供することにある。
上記問題点を解決するためのプレス装置は、長尺状の基材シートの少なくとも一方の面に形成された層を前記基材シートの面に交差する方向からプレスロールで加圧するプレス装置であって、前記プレスロールのプレス面に付着した異物を除去する除去用ロールを有し、前記除去用ロールは前記プレスロールのプレス面に対向配置され、前記除去用ロールは、該除去用ロールの外周面を覆う弾性体製の表面層と、該表面層に形成され、前記除去用ロールの軸方向に延びるとともに、前記除去用ロールの周方向へ複数並べて配置された溝を有した筋ロール部を備え、複数の筋ロール部が前記除去用ロールの軸方向に並設され、前記除去用ロールの軸方向において、前記溝の傾斜の方向が交互に逆であることを要旨とする。
これによれば、プレス面に付着した異物に対し除去用ロールの溝が最も接近したタイミングで、溝に異物が入り込むとともに、異物は溝に隣接する溝形成面の間に挟み込まれる。また、溝形成面により、異物に対し、プレス面から引き剥がす方向への力を加えることができる。その結果、プレスロールが回転していくのに合わせ、溝形成面によってプレス面から異物を引き剥がすことができる。このため、プレス面に付着した異物が、例えば、強い粘着力を介して、高い圧力が加わった状態でプレス面に食い込んでいても、プレス面に付着した異物を除去用ロールによって除去できる。
また、これによれば、除去用ロールからプレス面に作用する軸方向へのスラスト力を打ち消すことができる。
また、プレス装置について、前記溝は一定幅に形成され、前記溝に隣接して突条が配置されていてもよい。
これによれば、溝に隣接する突条において、溝を挟む側面によって溝形成面が形成される。そして、溝に異物が入り込むと、異物を突条の間に挟み込ませることができる。また、突条により、異物に対し、プレス面から引き剥がす方向への力を加えることができる。
また、プレス装置について、前記溝の長手方向は、前記除去用ロールの軸方向に対し傾斜していてもよい。
これによれば、プレスロールの回転方向に移動していく異物に対し、溝形成面を回転方向に平行ではなく、傾斜した状態で接触させることができ、異物を引き剥がしやすくなる。
本発明によれば、プレス面に強固に付着した異物を除去することができる。
電極の生産設備を模式的に示す図。 プレス装置を示す側面図。 除去用ロールを示す部分断面図。 除去用ロールを示す正面図。 プレス装置を示す正面図。 (a)は異物を引き剥がす状態を示す図、(b)は異物を引き剥がした状態を示す断面図。 (a)はプレス面に異物が付着した状態を示す図、(b)は除去用ロールで異物を引き剥がした状態を示す図、(c)は異物を除去用ロールで搬送した状態を示す図、(d)は粘着ロールで異物を除去した状態を示す図。 除去用ロールの別例を示す図。 補助用除去ローラを備えたプレス装置を示す図。
以下、プレス装置を具体化した一実施形態を図1〜図7にしたがって説明する。
図1に示すように、蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池に用いる電極を製造するための生産設備10は、基材シートとしての金属箔11の両面である塗布面11aに、ペースト状物として活物質ペースト12を塗工して、金属箔11に活物質ペースト12の層12aを形成する設備である。さらに、生産設備10は、活物質ペースト12の層12aを乾燥させて活物質の層12bを形成した後、その活物質の層12bを加圧して活物質層を形成するための設備である。なお、活物質ペースト12には、活物質、導電剤、バインダ、及び溶媒を混練したものが用いられる。また、活物質ペースト12には、活物質がバインダによって凝集した凝集塊や、粒径の大きい粗粒といった異物Gが含まれることがある。
生産設備10は、金属箔11に活物質ペースト12を塗工して、活物質ペースト12の層12aを形成する塗工装置20と、活物質ペースト12の層12aを乾燥させる乾燥装置30と、活物質の層12bを加圧するプレス装置40と、を備える。
生産設備10において、金属箔11は長手方向が供給ロール36aの周方向に延びる状態で供給ロール36aに巻装されている。金属箔11において、長手方向に直交する方向を金属箔11の短手方向とする。なお、供給ロール36aは、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。
また、金属箔11は長手方向が巻取ロール39aの周方向に延びる状態で巻取ロール39aに巻き取られる。巻取ロール39aは、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。巻取ロール39aは、一定の回転速度で回転し、活物質層が形成された金属箔11を巻き取る。よって、供給ロール36aから供給された金属箔11が、巻取ロール39aに巻き取られることにより、金属箔11は、搬送方向Xに沿って搬送される。
塗工装置20は第1スリットダイ20bを備え、この第1スリットダイ20bの吐出口(図示せず)は、金属箔11の下方において、金属箔11の一方の塗布面11aに対向配置されている。また、塗工装置20は第2スリットダイ20aを備え、この第2スリットダイ20aの吐出口(図示せず)は、金属箔11の上方において、金属箔11の他方の塗布面11aに対向配置されている。なお、塗工装置20において、活物質ペースト12の塗工方式は、スリットダイ方式以外でもよい。
そして、第1スリットダイ20bの吐出口からは、供給ロール36aから送り出された金属箔11の一方の塗布面11aに活物質ペースト12が連続的に塗布され、塗布面11aに活物質ペースト12の層12aが形成される。また、第2スリットダイ20aの吐出口からは、供給ロール36aから送り出された金属箔11の他方の塗布面11aに活物質ペースト12が連続的に塗布され、他方の塗布面11aに活物質ペースト12の層12aが形成される。
乾燥装置30は乾燥機30aを備え、乾燥機30aは熱源からの熱により空気を加熱し、熱風を供給することで、乾燥機30aの内部を通過する金属箔11上の活物質ペースト12の層12aの乾燥を行う。これにより、活物質ペースト12に含まれる溶媒が蒸発するとともに、熱によりバインダの硬化が始まり、活物質や導電助剤が相互に固定され、活物質の層12bが形成される。
次に、プレス装置40について説明する。
プレス装置40は、金属箔11の両方の塗布面11a側に配置され、活物質の層12bを、両方の塗布面11aに直交する方向(交差する方向)から加圧する一対のプレスロール41を対向して備える。
図2に示すように、プレスロール41は、金属製及び円柱状の本体部42を有するとともに、本体部42の外周面に一体化された金属製及び円筒状のプレス部43を有する。プレスロール41は、プレス部43の外周面に金属製のプレス面43aを備える。プレスロール41は、図示しない駆動源によって回転し、プレスロール41は、金属箔11の搬送方向Xに沿った回転方向Y1へ回転する。
プレス装置40は、金属箔11の搬送方向Xにおいて、プレスロール41より下流側に配置された除去用ロール44を備える。除去用ロール44は、その軸方向がプレスロール41の軸方向と平行に配置されている。
図3及び図4に示すように、除去用ロール44は、円柱状及び金属製のロール本体45を備える。また、除去用ロール44は、弾性体であるゴム製の筋ロール部46を備え、この筋ロール部46はロール本体45の外周に装着されている。本実施形態では、3つの筋ロール部46が、ロール本体45の軸方向に並設されている。なお、筋ロール部46は、ゴム硬度がデュロメータ硬さ5〜30のものを用いるのが好ましく、デュロメータ硬さ5〜10のものを用いるのが特に好ましい。
筋ロール部46は、表面層としての円筒状の基部47を備えるとともに、基部47の外周面に複数の突条48を備え、各突条48は基部47の周方向全体に亘って配列されている。基部47の外周面からの突条48の突出高さHは、上述の異物Gの粒径よりも短くなるように設定されている。複数の突条48は、基部47の周方向に等間隔おきに配列されており、筋ロール部46は、基部47の周方向に隣り合う突条48同士の間に溝49を有する。言い換えると、基部47には、溝49に隣接して突条48が配置されている。本実施形態では、各突条48において、溝49を画定する突条48の内側面が溝形成面となる。また、除去用ロール44は、その軸方向に延びるとともに周方向へ複数並べて配置された溝49を備える。
基部47の周方向に隣り合う突条48同士の間の幅を、溝49の開口幅Wとすると、溝49の開口幅Wは、異物Gの粒径よりも狭くなるように設定されている。また、突条48はゴム製であることから、溝49の開口幅Wを拡大させる方向に突条48は弾性変形可能である。そして、周方向に隣り合う突条48同士の間に異物Gを挟み込むことが可能である。
本実施形態では、3つの筋ロール部46が、ロール本体45の軸方向に並設されている。そして、除去用ロール44は、突条48及び溝49がプレスロール41のプレス面43aに対向する状態に配置されている。すなわち、除去用ロール44は、該除去用ロール44の外周面を覆う表面層として3つの基部47と、各基部47に形成された突条48及び溝49を備える。突条48及び溝49は、それらの長手方向が、ロール本体45(除去用ロール44)の軸方向に対し若干傾斜している。除去用ロール44の軸方向に対する突条48及び溝49の傾斜角度は3〜30度に設定されるのが好ましく、さらには5〜10度に設定されるのがより好ましい。
ロール本体45の軸方向両側に装着された2つの筋ロール部46は、突条48及び溝49の長手方向が左上がりで延びるように傾斜しており、ロール本体45の軸方向中央に装着された筋ロール部46は、突条48及び溝49の長手方向が右上がりで延びるように傾斜している。よって、除去用ロール44は、軸方向に隣り合う筋ロール部46同士で、突条48及び溝49の傾斜方向が逆になっている。
図2に示すように、除去用ロール44は、プレスロール41に追従して回転し、除去用ロール44の回転方向Y2は、プレスロール41の回転方向Y1と逆方向である。そして、逆方向に回転するプレスロール41と除去用ロール44は、互いに最も接近したタイミングで、そのタイミングでプレス面43aに対向した突条48が、その基部47からの突出方向の先端でプレス面43aに線接触する。また、各突条48は、プレスロール41の軸方向に対し傾斜した状態でプレス面43aに線接触する。
プレス装置40は、金属箔11の搬送方向Xにおいて、除去用ロール44より下流側に配置された粘着ロール50を備える。粘着ロール50は、円柱状及び金属製の本体51を備える。また、粘着ロール50は、円筒状及びゴム製の粘着部52を備え、この粘着部52は本体51の外周に装着されている。粘着部52の表面には、粘着剤製の粘着層が設けられている。この粘着層は、除去用ロール44の溝49に嵌合した異物Gを溝49から除去する。粘着ロール50は、除去用ロール44に追従して回転し、粘着ロール50は、除去用ロール44の回転方向Y2と逆方向の回転方向Y3へ回転する。
次に、プレス装置40の作用を記載する。
さて、塗工装置20によって、金属箔11の両方の塗布面11aに活物質ペースト12が塗布され、金属箔11の両面に活物質ペースト12の層12aが形成される。乾燥装置30によって、活物質ペースト12の層12aが乾燥された後、活物質の層12bが形成される。その後、活物質の層12bがプレス装置40によって加圧される。このとき、活物質の層12bより、一部の活物質が剥離し、プレスロール41に異物Gとして付着することがある。
図5に示すように、一対のプレスロール41によって、活物質の層12bは高い圧力でプレスされる。このため、プレスロール41に付着した硬質の異物Gは、バインダの粘着力によってプレスロール41のプレス面43aに強固に付着しつつ、プレス面43aに食い込む。
図7(a)に示すように、プレスロール41のプレス面43aに付着した異物Gは、プレスロール41の回転に伴い、除去用ロール44に向けて搬送される。そして、除去用ロール44もプレスロール41に追従して回転し、突条48がプレスロール41のプレス面43aに順番に接触していく。
図6(a)、図6(b)及び図7(b)に示すように、除去用ロール44の突条48とプレスロール41とが接触するタイミングで、異物Gが溝49に入り込む。すると、溝49を挟む突条48によって、異物Gがプレス面43aから引き剥がされる。このとき、突条48は、プレスロール41の軸方向に対し傾斜しており、異物Gに対し水平方向に延びる状態で接触するのではなく、傾斜した状態で異物Gに接触する。
図7(c)に示すように、除去用ロール44の溝49に挟み込まれた異物Gは、そのまま除去用ロール44の回転によって粘着ロール50に向けて搬送される。粘着ロール50も回転に伴い、粘着部52が除去用ロール44の突条48に順番に接触していく。
図7(d)に示すように、溝49に挟まれた異物Gと粘着ロール50とが接触するタイミングで、異物Gが粘着部52に付着し、溝49から異物Gが除去される。その結果、除去用ロール44によって、プレスロール41から異物Gが除去されるとともに、粘着ロール50によって、除去用ロール44から異物Gが除去される。よって、活物質の層12bは、異物Gが付着していない平滑なプレス面43aによって加圧される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)プレス装置40は、プレスロール41のプレス面43aに対向配置された除去用ロール44を備える。除去用ロール44は、除去用ロール44の軸方向に延びる複数の突条48及び溝49を備える。そして、プレス面43aに付着した異物Gを溝49に挟み込み、回転方向へ移動する突条48の内側面(溝形成面)によって、異物Gに対し、プレス面43aより引き剥がす方向の力と、プレス面43aに対し傾き方向の力を加えることができ、異物Gをプレス面43aから引き剥がすことができる。よって、異物Gが、バインダの粘着力を介して、高い圧力によってプレス面43aに強固に付着していても、異物Gをプレス面43aから除去することができる。したがって、粘着力だけで異物Gを除去する粘着ロールでは除去できない異物Gであっても除去することができる。
(2)除去用ロール44の突条48は、プレスロール41のプレス面43aに最も接近したタイミングだけでプレス面43aに接触し、突条48はプレス面43aに常時接触していない。このため、プレスロール41のプレス部43には、突条48の接触に伴う熱膨張が発生しにくく、プレス部43の厚みを安定したものとすることができる。よって、プレスロール41により、活物質の層12bを一定の厚みとなるように加圧することができる。
(3)異物Gは、プレスロール41の径方向から加圧されてプレス面43aに食い込んでいる。この異物Gに対し、突条48は、その内側面(溝形成面)により異物Gが加圧された方向とは異なる方向から異物Gを引き剥がす力を加える。このため、異物Gをプレス面43aから効率良く引き剥がすことができる。
(4)突条48及び溝49は、その長手方向が除去用ロール44の軸方向に対し傾斜している。このため、突条48は、回転方向へ移動する異物Gに対し、傾斜した方向への力を加える。このため、回転方向へ移動する異物Gに、回転方向への力を加える場合と比べて、異物Gを引き剥がしやすくなる。
(5)除去用ロール44は、突条48及び溝49の傾斜方向が逆の2種類の筋ロール部46をロール本体45に装着して構成されている。このため、除去用ロール44の軸方向一端から他端に向けて、突条48及び溝49の傾斜方向が交互に逆になっており、除去用ロール44からプレス面43aに作用する軸方向へのスラスト力を打ち消すことができる。
(6)プレス装置40は粘着ロール50を備え、この粘着ロール50は除去用ロール44の溝49に挟み込まれた異物Gを除去する。このため、除去用ロール44から異物Gを除去でき、除去用ロール44に異物Gが付着したままプレスロール41のプレス面43aに接触することを抑制できる。
(7)突条48のデュロメータ硬さを5〜30に設定した。このため、突条48を好適に弾性変形させ、突条48の間に異物Gを挟み込み、かつ挟み込んだ状態を維持しやすくすることができる。このため、除去用ロール44によって、プレス面43aから異物Gが引き剥がしやすくなる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図8に示すように、除去用ロール54を、ロール本体55と、ロール本体55の軸方向両端に装着された2つの筋ロール部56を備える構成としてもよい。この場合、各筋ロール部56の突条58及び溝59は、その長手方向が除去用ロール54の軸方向に沿って延びていても良いし、傾斜していてもよい。
そして、プレス装置40では、プレスロール41の回転方向に沿って除去用ロール54を2つ並設する。このとき、プレスロール41の回転方向上流側に配置された一方の除去用ロール54において、2つの除去用ロール54の間から、ロール本体55の軸方向の中央部が露出している。
プレスロール41の回転方向において、一方の除去用ロール54より下流側に配置された他方の除去用ロール54は、一方の除去用ロール54の露出部に対応して筋ロール部56が回転方向に重なる状態に配置されている。さらに、一方の除去用ロール54ではカバー(対向)できなかったプレス面43aに対応して、他方の除去用ロール54の筋ロール部56が回転方向に重なる状態に配置されている。すなわち、プレス面43aの軸方向全体を、2つの除去用ロール54の4つの筋ロール部46でカバーするようにしてもよい。
○ 実施形態では、除去用ロール44は、プレスロール41に追従して回転するが、除去用ロール44の回転方向Y2の周速は、プレスロール41の回転方向Y1の周速と一致する必要はない。例えば、除去用ロール44を、専用の駆動源により、プレスロール41とは異なる周速で回転させてもよい。この場合、異物Gに対し、さらにプレス面43aの接線方向に、剪断方向の力を加えることができる。また、粘着ロール50も、除去用ロール44に追従して回転するが、粘着ロール50の回転方向Y3の周速は、除去用ロール44の回転方向Y2の周速と一致する必要はない。
○ 除去用ロール44,54において、突条48,58及び溝49,59の長手方向はロール本体45,55の軸方向に沿って延びていてもよい。
○ 除去用ロール44,54において、突条48,58は必須ではない。実施形態の筋ロール部46,56では、弾性体製の表面層に突条48,58と溝49,59が形成されているが、例えば、弾性体製の表面層に切り込み状の溝を形成し、プレスロール41上にて突部をなす異物Gに接触したとき、切り込み(溝)が開口し、異物Gを挟持する構造としてもよい。
○ 実施形態の除去用ロール44は、ロール本体45の外周面全体に1つの筋ロール部46を装着した構成としてもよい。
○ 筋ロール部46,56は、ゴム製でなく、弾性を有する樹脂製であってもよい。
○ 図9に示すように、プレスロール41の回転方向において、除去用ロール44,54よりも下流側に補助用除去ローラ57を配置してもよい。補助用除去ローラ57は、周面に粘着層を有する。そして、除去用ロール44によって引き剥がし損ねた異物Gを補助用除去ローラ57に付着させてプレス面43aから異物Gを除去するようにしてもよい。
この場合、除去用ロール44によって異物Gを引き剥がそうとしたとき、異物Gには引き剥がす力が加わり、プレス面43aから剥がれ易い状態になっている。このため、補助用除去ローラ57の粘着力により異物Gをプレス面43aから除去することができる。
なお、この形態のプレス装置40は、除去用ロール44に対応して実施形態の粘着ロール50を備えていてもよい。
○ 実施形態の除去用ロール44において、ロール本体45の軸方向に並設した複数の筋ロール部46において、突条48及び溝49の傾斜方向を全て同じとしてもよい。
○ 粘着ロール50は無くてもよい。
○ 実施形態では、金属箔11の両方の面(塗布面11a)に活物質ペースト12を塗布したが、金属箔11の片方の面に活物質ペースト12を塗布した場合に、プレス装置40を適用してもよい。
○ 基材シートは、シート状であり、活物質ペースト12が塗布できるものであれば、金属箔11に限定されるものではない。例えば、織物状や網状の基材シートを用いてもよい。
○ プレス装置40は、電極の製造のために、金属箔11に塗工された活物質の層12bを加圧するものに具体化したが、これに限らない。ペースト状物として粘着剤、塗料等を用い、これらが塗工された基材シート上の層を加圧する場合に、プレス装置40を適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記除去用ロールから前記異物を除去する粘着ロールを備えるプレス装置。
(ロ)前記プレスロールの回転方向における前記除去用ロールの下流側に補助用除去ローラを備えるプレス装置。
G…異物、11…基材シートとしての金属箔、12b…活物質の層、40…プレス装置、41…プレスロール、43a…プレス面、44,54…除去用ロール、46,56…筋ロール部、47…表面層としての基部、48,58…突条、49,59…溝。

Claims (3)

  1. 長尺状の基材シートの少なくとも一方の面に形成された層を前記基材シートの面に交差する方向からプレスロールで加圧するプレス装置であって、
    前記プレスロールのプレス面に付着した異物を除去する除去用ロールを有し、
    前記除去用ロールは前記プレスロールのプレス面に対向配置され、
    前記除去用ロールは、該除去用ロールの外周面を覆う弾性体製の表面層と、該表面層に形成され、前記除去用ロールの軸方向に延びるとともに、前記除去用ロールの周方向へ複数並べて配置された溝を有した筋ロール部を備え、複数の筋ロール部が前記除去用ロールの軸方向に並設され、前記除去用ロールの軸方向において、前記溝の傾斜の方向が交互に逆であるプレス装置。
  2. 前記溝は一定幅に形成され、前記溝に隣接して突条が配置されている請求項1に記載のプレス装置。
  3. 前記溝の長手方向は、前記除去用ロールの軸方向に対し傾斜している請求項2に記載のプレス装置。
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