JP6131178B2 - ロール状体の収容容器、基材処理システム、基材処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

ロール状体の収容容器、基材処理システム、基材処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、帯状の基材が軸心に巻き取られたロール状体を収容する収容容器、帯状の基材を処理する基材処理システム、帯状の基材を処理する基材処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。
近年、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能な特性を活かして、リチウムイオンキャパシタ(LIC:Lithium Ion Capacitor)、電気二重層キャパシタ(EDLC:Electric Double Layer Capacitor)及びリチウムイオン電池(LIB:Lithium Ion Battery)などの電気化学素子の需要が急速に拡大している。
リチウムイオン電池は、エネルギー密度が比較的大きいことから、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの分野で利用されている。また、電気二重層キャパシタは急速充放電が可能なので、パーソナルコンピュータ等のメモリーバックアップ小型電源として利用されている。さらに電気二重層キャパシタは電気自動車用の大型電源としての応用が期待されている。また、リチウムイオン電池の利点と電気二重層キャパシタの利点とを組み合わせたリチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度、出力密度ともに高いことから注目を集めている。
このような電気化学素子の電極は、例えば基材としての集電体である金属箔の表面に活物質や溶媒を含む活物質合剤を塗工した後、当該活物質合剤を乾燥し活物質層を形成して製造される。かかる電極の製造には、例えば巻出部(巻出ロール)と巻取部(巻取ロール)との間に塗工部と乾燥部を配置した電極製造装置が用いられる(特許文献1)。
特開2012−146852号公報
ところで、電極を製造するに際して、金属箔の表面の活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成した後、例えば金属箔が外気により再び吸湿して製品化された場合、電気化学素子の使用時に電極に電圧を印可すると、水が電気分解されてガスが発生し電極が膨張するため、不良製品となるおそれがある。また、水分が電解液成分と反応して腐食性ガスを発生させる。そこで、金属箔の活物質合剤を乾燥させた後は、金属箔をドライ環境下(露点温度が所定の温度、例えば−50℃以下の雰囲気環境下)で取り扱う必要がある。この点、特許文献1に記載された電極製造装置では、製造された電極が巻き取られた巻取ロールに対する吸湿対策までは具体的に開示されていない。
このような吸湿対策としては、例えば巻取ロールを包装材で真空パックすることが考えられる。しかしながら、すべての巻取ロールを包装材で包むのは作業が煩雑で、電極を製造するスループットが低下する。
また吸湿対策として、例えば電極製造装置をドライ環境に維持された室内に配置することが考えられる。しかしながら、室内全体をドライ環境に維持するのはコストがかかる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、帯状の基材を適切且つ効率よく処理することを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、帯状の基材が軸心に巻き取られたロール状体を収容する収容容器であって、前記ロール状体を収容する容器本体と、前記容器本体の側面に形成された開口部を開閉可能で、且つ前記容器本体の内部を密閉可能な蓋体と、前記容器本体の内部に設けられ、前記軸心の両端部を支持する軸受部材と、前記容器本体の内部に設けられ、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定する固定機構と、を有し、前記固定機構は、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定可能な固定部と、前記蓋体に連動して動作し、前記固定部を移動させる移動部と、を有し、前記移動部は、前記蓋体が前記開口部を閉じた際には、前記軸心を固定するように前記固定部を移動させ、前記蓋体が前記開口部を開けた際には、前記軸心の固定を開放するように前記固定部を移動させることを特徴としている。
本発明の収容容器を用いた場合、例えば基材に所定の処理を行った後、当該基材が軸心に巻き取られたロール状体を収容容器に搬送して収容することができる。具体的には、収容容器の容器本体の開口部からロール状体を搬入し、軸受部材にロール状体を受け渡した後、軸受部材に支持された軸心を固定機構によって固定すると共に、蓋体によって前記開口部を閉じて容器本体の内部を密閉する。このように内部が密閉された収容容器内にロール状体を収容できるので、基材に所定の処理を行った後も、当該基材が吸湿するのを抑制することができる。また、基材にパーティクル等の汚染物質が付着するのも抑制することができる。したがって、基材を適切に処理して保管することができる。
しかも基材の処理後、ロール状体を収容容器に搬送するだけでよいので、例えばロール状体を包装材に包む等の煩雑な作業が不要となる。また、基材の処理からロール状体の収容容器への収容まで自動で行うことも可能となる。このため、基材処理のスループットを向上させることができる。
さらに、ロール状体が収容された収容容器の内部をドライ環境にすればよく、すなわち、かかる環境制御を局所的にすることができる。このため、基材処理にかかるコストを低廉化することができる。したがって、基材を効率よく処理して保管することができる。
記移動部は弾性体を有し、前記蓋体が前記開口部を閉じた際には、前記弾性体によって前記固定部が付勢されて前記軸心に当接するように移動し、前記蓋体が前記開口部を開けた際には、前記弾性体による前記固定部の付勢が開放され、前記固定部が前記軸心から退避するように移動してもよい。
別な観点による本発明は、帯状の基材が軸心に巻き取られたロール状体を収容する収容容器であって、前記ロール状体を収容する容器本体と、前記容器本体の側面に形成された開口部を開閉可能で、且つ前記容器本体の内部を密閉可能な蓋体と、前記容器本体の内部に設けられ、前記軸心の両端部を支持する軸受部材と、
前記容器本体の内部に設けられ、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定する固定機構と、を有し、前記容器本体の下面には、前記固定機構と当該固定機構の駆動部とを接続する接続部が形成されていることを特徴としている。
前記容器本体には、当該容器本体の内部に所定の気体を供給するための給気口が形成されていてもよい。
別な観点による本発明は、帯状の基材を処理する基材処理システムであって、前記収容容器を載置する載置台と、前記載置台上の前記収容容器の前記蓋体を移動させて前記開口部の開閉を行う開閉機構と、基材に対して所定の処理を行う処理装置と、ドライ環境下において、前記載置台上の前記収容容器と前記処理装置との間で前記ロール状体を搬送する搬送装置と、を有することを特徴としている。なお、本発明におけるドライ環境とは、露点温度が所定の温度、例えば−50℃以下の雰囲気環境をいう。
前記処理装置は、基材を巻き出す巻出部と、前記巻出部の下流側に設けられ、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工部と、前記塗工部の下流側に設けられ、基材の両面に塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥部と、前記乾燥部の下流側に設けられ、前記活物質層が形成された基材を前記軸心に巻き取る巻取部と、を有し、前記巻取部はドライ環境の空間に配置されてもよい。
前記処理装置は、前記乾燥部の下流側に設けられ、前記活物質層が形成された基材を短手方向に所定の幅で切断する切断部を有し、前記巻取部は複数設けられ、前記巻取部は、前記切断部で切断された基材を巻き取ってもよい。
前記処理装置は、複数の前記ロール状体を収容した状態で、当該ロール状体の基材の両面に塗工された活物質合剤を真空雰囲気下で乾燥させる真空乾燥装置であってもよい。
また別な観点による本発明は、帯状の基材を処理する基材処理方法であって、処理装置において基材に所定の処理を行う処理工程と、その後、当該基材が軸心に巻き取られたロール状体を、ドライ環境下で搬送装置によって載置台上に載置された収容容器に搬送して収容する収容工程と、を有し、前記収容工程では、前記収容容器の容器本体の側面に形成された開口部から前記ロール状体を搬入し、その後、前記軸心の両端部を支持する軸受部材に前記ロール状体を受け渡し、その後、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定機構によって固定すると共に、蓋体によって前記開口部を閉じて前記容器本体の内部を密閉し、前記固定機構は、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定可能な固定部と、前記蓋体に連動して動作し、前記固定部を移動させる移動部と、を有し、前記収容工程において、前記蓋体によって前記開口部を閉じた際に、前記移動部によって前記固定部を移動させて前記軸心を固定し、その後、前記蓋体によって前記開口部を開けた際には、前記移動部によって前記固定部を移動させて前記軸心の固定を開放することを特徴としている。
記移動部は弾性体を有し、前記収容工程において、前記蓋体によって前記開口部を閉じた際に、前記弾性体によって前記固定部が付勢されて前記軸心に当接するように移動し、その後、前記蓋体によって前記開口部を開けた際には、前記弾性体による前記固定部の付勢が開放され、前記固定部が前記軸心から退避してもよい。
別な観点による本発明は、帯状の基材を処理する基材処理方法であって、処理装置において基材に所定の処理を行う処理工程と、その後、当該基材が軸心に巻き取られたロール状体を、ドライ環境下で搬送装置によって載置台上に載置された収容容器に搬送して収容する収容工程と、を有し、前記収容工程では、前記収容容器の容器本体の側面に形成された開口部から前記ロール状体を搬入し、その後、前記軸心の両端部を支持する軸受部材に前記ロール状体を受け渡し、その後、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定機構によって固定すると共に、蓋体によって前記開口部を閉じて前記容器本体の内部を密閉し、前記収容工程において、前記固定機構は、前記容器本体の下面側外部に設けられた駆動部により作動して前記軸心を固定することを特徴としている。
前記収容工程において、前記蓋体によって前記容器本体の内部を密閉した後、当該容器本体の内部に所定の気体を供給してもよい。
前記処理工程は、巻出部から基材を巻き出す巻出工程と、その後、塗工部において、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工工程と、その後、乾燥部において、基材の両面に塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥工程と、その後、ドライ環境の空間に配置された巻取部において、前記活物質層が形成された基材を前記軸心に巻き取る巻取工程と、を有していてもよい。
前記乾燥工程後であって前記巻取工程前に、切断部において、前記活物質層が形成された基材を短手方向に所定の幅で切断してもよい。
前記処理工程において、複数の前記ロール状体を収容した状態で、当該ロール状体の基材の両面に塗工された活物質合剤を真空雰囲気下で乾燥させてもよい。
また別な観点による本発明によれば、前記基材処理方法を基材処理システムによって実行させるように、当該基材処理システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。
さらに別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。
本発明によれば、帯状の基材を適切且つ効率よく処理することができる。
本実施の形態にかかる基材処理システムの内部構成の概略を示す側面図である。 本実施の形態にかかる基材処理システムの内部構成の概略を示す平面図である。 基材処理システムで製造される電極の側面図である。 基材処理システムで製造される電極の平面図である。 塗工ヘッドの構成の概略を示す斜視図である。 収容容器の概略を示す斜視図である。 収容容器の概略を示す斜視図である。 収容容器の内部構成の概略を示す斜視図である。 載置台の概略を示す斜視図である。 他の実施の形態にかかる収容容器の内部構成の概略を示す斜視図である。 他の実施の形態において固定機構により軸心を固定する様子を示す説明図である。 他の実施の形態において固定機構により軸心の固定を開放する様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる固定機構の構成の概略を示す側面図である。 他の実施の形態にかかる固定機構の構成の概略を示す側面図である。 他の実施の形態にかかる基材処理システムの内部構成の概略を示す側面図である。 他の実施の形態にかかる基材処理システムの内部構成の概略を示す平面図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる基材処理システム1の内部構成の概略を示す側面図である。図2は、基材処理システム1の内部構成の概略を示す平面図である。本実施の形態の基材処理システム1では、リチウムイオンキャパシタの電極を製造する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
基材処理システム1では、図3及び図4に示すように、帯状の基材としての金属箔Mの両面に活物質層Fが形成された電極Eが製造される。金属箔Mの両面の活物質層Fは、対向して形成される。また、活物質層Fは、例えば金属箔Mの短手方向(X方向)の中央部に形成され、且つ金属箔Mの長手方向(Y方向)に複数形成される。
金属箔Mは、リチウムイオンキャパシタの場合は、例えば多孔質の集電体である。また、電気二重層キャパシタや、リチウムイオン電池などの場合は、例えば孔がない集電体である。電極Eとして正極を製造する際には、例えば金属箔Mとしてアルミニウム箔が用いられる。一方、負極を製造する際には、例えば金属箔Mとして銅箔が用いられる。
また、活物質層Fを形成するため、後述するように金属箔Mの表面にスラリー状の活物質合剤が塗工される。正極を製造する際の正極活物質合剤は、例えば活物質としての活性炭と、結着剤としてのアクリル系バインダと、分散剤としてのカルボキシメチルセルロースと、導電助材としてのアセチレンブラック等の導電性炭素粉末とを混合し、これに溶媒として水を添加、混練して生成される。一方、負極を製造する際の負極極活物質合剤は、例えばリチウムイオンを吸蔵・放出可能な活物質としての非晶質炭素と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと、導電助材としてのアセチレンブラック等の導電性炭素材とを混合し、これに溶媒として水を添加、混練して生成される。
正極と負極とでは、上述したように材料は異なるが、金属箔M及び活物質層Fの幅や厚み等は大差がない(乾燥後で正極が負極の約2倍の厚さである)。このため、基材処理システム1は、リチウムイオンキャパシタの正極も負極も製造することができる。以下、これら正極と負極を電極Eと称して説明する。
なお、本実施の形態では、活物質層Fは金属箔Mの長手方向に複数形成されているが、基材処理システム1において、例えば連続した1つの活物質層Fを備えた電極Eや、連続した複数列の活物質層Fを備えた電極Eを製造してもよい。
基材処理システム1は、図1及び図2に示すように、処理装置2と、搬送装置3と、搬出装置4とを一体に接続した構成を有している。処理装置2は、金属箔Mに対して所定の処理を行い、電極Eを製造する。搬送装置3は、処理装置2から搬出装置4に後述するロール状体としての電極ロール60を搬送する。搬出装置4は、電極ロール60を基材処理システム1の外部に搬出する。
処理装置2は、通常環境室10とドライ環境室11に区分けされている。通常環境室10の内部は、通常の大気雰囲気の通常環境にあり、簡易クリーンルームレベルに制御されていればよい。ドライ環境室11の内部は、ドライ環境、露点温度が所定の温度、例えば−50℃以下の雰囲気環境に制御されている。具体的には、ドライ環境室11の上部に設けられたドライエア供給源12からドライ環境室11内にドライエアが供給されて、ドライ環境に制御されている。さらにこのようにドライエアが供給されることで、ドライ環境室11内におけるパーティクル等の汚染物質も抑制され、清浄な雰囲気に制御される。また、ドライ環境室11の内部は通常環境室10の内部より陽圧に維持されている。このため、通常環境室10とドライ環境室11との間に形成された金属箔Mの通過口13を介して、通常環境室10の大気雰囲気がドライ環境室11内に流入しないようになっている。なお、ドライ環境室11にはドライエアに代えて、不活性ガス、例えば窒素ガスを供給してもよい。
通常環境室10には、ロール状の金属箔Mを巻き出す巻出部20と、金属箔Mの両面に活物質合剤を塗工する塗工部21と、金属箔Mの両面に塗工された活物質合剤を乾燥させて活物質層Fを形成する乾燥部22と、が設けられている。巻出部20、塗工部21、乾燥部22は、金属箔Mの搬送方向に上流側からこの順で配置されている。
ドライ環境室11には、活物質層Fが形成された金属箔Mを短手方向に所定の幅で複数、例えば2つに切断する切断部23と、切断部23で切断された金属箔M(電極E)を巻き取る巻取部24が設けられている。切断部23、巻取部24は、金属箔Mの搬送方向に上流側からこの順で配置されている。また、巻取部24は複数、例えば2つ鉛直方向に並べて配置されている。なお、切断部23で金属箔Mを切断する個数は任意に設定でき、金属箔Mが切断される個数に応じて巻取部24の個数が設定される。
巻出部20と塗工部21間、乾燥部22と通過口13間、通過口13と切断部23間、切断部23と巻取部24間には、それぞれ金属箔Mのガイドロール25が複数設けられている。これら複数のガイドロール25の配置は任意に設定することができる。
また巻出部20と巻取部24との間には、適宜箇所に駆動機構(図示せず)およびテンション調整部(図示せず)が設けられている。これら駆動機構とテンション調整部によって、巻出部20から巻き出された金属箔Mが搬送され、適正な張力を保って巻取部24に巻き取られるようになっている。
巻出部20には、巻出ロール30が配置される。巻出ロール30は、その軸方向が水平方向(X方向)となる向きに配置されている。巻出ロール30の軸心31には未処理の金属箔Mが巻回されており、巻出ロール30は軸心31を中心に回転可能に構成されている。そして、金属箔Mは、その長手方向に引っ張られるのにつられて、巻出ロール30から巻き出されるようになっている。
なお、巻出部20の構成は以上の実施の形態に限定されず、金属箔Mを巻き出す構成であれば種々の構成を取り得る。
塗工部21は、金属箔Mの表面に活物質合剤を塗工する塗工ヘッド40を有している。塗工ヘッド40は、搬送中の金属箔Mの両側に対向して配置されている。
塗工ヘッド40は、図5に示すように水平方向(X方向)に延伸する略直方体形状を有している。塗工ヘッド40は、例えば金属箔Mの短手方向よりも長く形成されている。塗工ヘッド40の金属箔Mに対向する面には、活物質合剤を吐出するスリット状の塗工口41が形成されている。塗工口41は、水平方向(X方向)に延伸して形成されている。また、塗工口41は、金属箔Mの短手方向の中央部に活物質合剤を供給できる位置に形成されている。また塗工ヘッド40には、活物質合剤供給源42に連通する供給管43が接続されている。活物質合剤供給源42の内部には活物質合剤が貯留されており、活物質合剤供給源42から塗工ヘッド40に活物質合剤を供給できるようになっている。
なお、塗工部21の構成は以上の実施の形態に限定されず、金属箔Mの表面に活物質合剤を塗工できる構成であれば種々の構成を取り得る。例えば塗工部21において、インクジェット方式で金属箔Mの表面に活物質合剤を塗工してもよいし、またローラを金属箔Mの表面に当接させて当該金属箔Mに活物質合剤を塗工してもよい。
乾燥部22は、図1及び図2に示すように、金属箔M上の活物質合剤を例えば赤外線による輻射加熱によって乾燥させる加熱機構50を有している。加熱機構50は、搬送中の金属箔Mの両側に対向して配置されている。加熱機構50には、赤外線を照射するロッドヒータ51が、金属箔Mの長手方向(Y方向)に並べて複数配置されている。ロッドヒータ51は、水平方向(X方向)に、金属箔Mの短手方向の長さよりも長く延伸している。すなわち、ロッドヒータ51は、金属箔Mの短手方向全体に赤外線を照射することができる。なお、加熱機構50において、ロッドヒータ51を挟んで金属箔Mと対向する位置には、ロッドヒータ51からの赤外線を金属箔M側に反射させる反射板(図示せず)が設けられていてもよい。
なお、乾燥部22の構成は以上の実施の形態に限定されず、金属箔M上の活物質合剤を乾燥できる構成であれば種々の構成を取り得る。例えば加熱手段は上記のロッドヒータ51に限らず、赤外線を発光する複数のLEDを配置してもよいし、温風乾燥でもよい。
切断部23は、カッター(図示せず)を有し、金属箔Mを短手方向に所定の幅で切断する。
巻取部24には、ロール状体としての電極ロール60が配置される。電極ロール60は、その軸方向が水平方向(X方向)となる向きに配置されている。電極ロール60は、軸心61を中心に回転可能に構成されている。そして、活物質層Fが形成された金属箔M(電極E)は軸心61に巻き取られて、電極ロール60となる。なお軸心61の両端部は、それぞれ金属箔Mの両端部から例えば20mm以上突出している。また軸心61には、例えばアルミニウム等が用いられる。
搬送装置3は、電極ロール60を搬送する搬送機構70を有している。搬送機構70は、電極ロール60の軸心61の両端部を保持するアーム71、71と、例えばモータ(図示せず)を内蔵した駆動部72と、を有している。アーム71は、駆動部72によって作動し、電極ロール60の受け取り、保持、受け渡しが可能になっている。また搬送機構70は、駆動部72によって、鉛直方向(Z方向)と水平方向(X方向及びY方向)に移動可能になっている。
搬送装置3の内部は、ドライ環境、露点温度が所定の温度、例えば−50℃以下の雰囲気環境に制御されている。具体的には、搬送装置3の上部に設けられたドライエア供給源73から搬送装置3内にドライエアが供給されて、ドライ環境に制御されている。さらにこのようにドライエアが供給されることで、搬送装置3内におけるパーティクル等の汚染物質も抑制され、清浄な雰囲気に制御される。なお、搬送装置3にはドライエアに代えて、不活性ガス、例えば窒素ガスを供給してもよい。
搬出装置4には、電極ロール60を収容するための収容容器80を載置する載置台81が複数、例えば2つ設けられている。複数の載置台81は、水平方向(X方向)に並べて配置されている。各載置台81上には、載置板82が設けられている。載置板82は、基材処理システム1の外部に対して収容容器80を搬入出する際に、収容容器80を載置することができる。また各載置台81の搬送装置3側には、収容容器80の後述する蓋体92を移動させて開口部91の開閉を行う開閉機構としてのオープナー83が設けられている。オープナー83は、駆動部(図示せず)によって鉛直方向(Z方向)に移動可能に構成されている。
なお、収容容器80、載置台81、載置板82、オープナー83の個数は本実施の形態に限定されず、任意に設定することができる。また本実施の形態では、複数の載置台81が設けられたが、1つの載置台81に複数の載置板82と複数のオープナー83を設けてもよい。
収容容器80は、図6及び図7に示すように電極ロール60を収容する容器本体90を有している。容器本体90は、略直方体形状を有し、一の側面に電極ロール60を搬入出するための開口部91が形成されている。開口部91には、当該開口部91を開閉可能な蓋体92が設けられている。蓋体92は、上述したオープナー83によって鉛直方向に移動し、開口部91が開閉される。そして蓋体92は、開口部91を閉じた際に容器本体90の内部を密閉可能に構成されている。なお、載置台81上で収容容器80の開口部91が開けられた際にも、当該開口部91はドライ環境に制御された搬送装置3に開放され、容器本体90の内部に外気が流入することはない。
容器本体90の内部であって下面90a上には、図8に示すように電極ロール60の軸心61を支持する軸受部材93が設けられている。軸受部材93は、軸心61の両端部にそれぞれ設けられている。軸受部材93の上部93aは、軸心61の下部を支持するように当該軸心61の形状に沿って下方に窪んでいる。そして下方に窪んだ上部93aによって、軸心61が位置決めされる。
また容器本体90の内部には、軸受部材93に支持された軸心61を固定する固定機構94が設けられている。固定機構94は、軸心61の両端部にそれぞれ設けられている。
固定機構94は、軸心61に当接して固定する固定アーム95と、固定アーム95を鉛直方向に移動させるためのエアシリンダ96とを有している。固定アーム95と軸受部材93との間には、バネ97は設けられている。そして固定アーム95は、エアシリンダ96によって移動して軸心61に当接し、さらにバネ97によって軸心61側に付勢されて、軸心61を固定する。
容器本体90の下面90aには、エアシリンダ96にエアを供給する、接続部としてのエア供給口98が形成されている。エア供給口98は、図9に示すように載置板82に形成された他のエア供給口99に対応して形成されている。またエア供給口98は、他のエア供給口99を介して、図8に示すようにエアシリンダ96の駆動部としてのエア供給源100に連通している。そして、エア供給源100からエア供給口99、98を介してエアシリンダ96にエアが供給されるようになっている。なおエア供給源100は、例えば載置台81の内部に配置されている。
また容器本体90の下面90aには、容器本体90の内部に所定の気体であるドライエアを供給するための給気口101が形成されている。給気口101は、図9に示すように載置板82に形成された他の給気口102に対応して形成されている。また給気口101は、他の給気口101を介して、図8に示すようにドライエア供給源103に連通している。ドライエア供給源103は、例えば載置台81の内部に配置されている。なお、給気口101から供給される気体は、ドライエアに代えて、不活性ガス、例えば窒素ガスを供給してもよい。
さらに容器本体90の下面90aには、容器本体90の内部を排気するための排気口104が形成されている。排気口104は、図9に示すように載置板82に形成された他の排気口105に対応して形成されている。また排気口104は、他の排気口105を介して、図8に示すように真空ポンプ106に連通している。真空ポンプ106は、例えば載置台81の内部に配置されている。
このように容器本体90の下面90aに給気口101と排気口104が形成されていることで、容器本体90の内部をドライ環境に制御することができる。また給気口101と排気口104により、容器本体90におけるパーティクル等の汚染物質も抑制され、清浄な雰囲気に制御される。
以上の基材処理システム1には、図1に示すように制御部110が設けられている。制御部110は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、基材処理システム1における金属箔Mに対する処理、すなわち電極Eを製造するための処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク(HD)、フレキシブルディスク(FD)、コンパクトディスク(CD)、マグネットオプティカルデスク(MO)、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Hに記録されていたものであって、その記憶媒体Hから制御部110にインストールされたものであってもよい。
本実施の形態にかかる基材処理システム1は以上のように構成されている。次に、基材処理システム1における金属箔Mに対する処理、すなわち電極Eを製造するための処理について説明する。
処理装置2の通常環境室10において、金属箔Mは巻出部20の巻出ロール30から巻き出され、塗工部21に搬送される。この金属箔Mは、例えば500mmの幅を有している。塗工部21では、搬送中の金属箔Mの表面に対して、塗工ヘッド40からスラリー状の活物質合剤が塗工される。この際、金属箔Mの両側に配置された塗工ヘッド40、40から活物質合剤を供給することで、金属箔Mの両面に活物質合剤が均一な膜厚で同時に塗工される。また、塗工ヘッド40から供給される活物質合剤は金属箔Mの短手方向の中央部に塗工される。さらに、塗工ヘッド40から活物質合剤を断続的に供給することで、金属箔Mの長手方向に複数の領域に活物質合剤が塗工される。
その後、活物質合剤が塗工された金属箔Mは、乾燥部22に搬送される。乾燥部22では、金属箔Mの両側に配置された加熱機構50からの赤外線による輻射加熱によって、金属箔Mの両面の活物質合剤が乾燥され、当該金属箔Mの両面に所定の膜厚の活物質層Fが形成される。このとき、加熱機構50のロッドヒータ51の温度は100℃〜200℃程度に設定されている。また、給気機構(図示せず)を設けて気流を形成して乾燥を促進してもよい。
その後、活物質層Fが形成された金属箔Mは、通常環境室10から通過口13を通って、ドライ環境室11に搬送される。ドライ環境室11において、金属箔Mは切断部23に搬送される。切断部23では、金属箔Mが短手方向に2つに切断される。2つの金属箔Mの幅は等しく、各金属箔Mの幅は例えば250mmである。
その後、切断された2つの金属箔Mは、それぞれ別の巻取部24に搬送される。巻取部24では、金属箔M(電極E)が軸心61に巻き取られ、電極ロール60が製造される。電極ロール60は例えば200mmの径を有し、当該電極ロール60を収容した収容容器80の重量が例えば20kg程度(人が搬送できる程度)になる。
かかるドライ環境室11の内部は、ドライ且つ清浄な環境に制御されている。そうすると、ドライ環境室11において、切断部23で金属箔Mが切断され、さらに巻取部24で金属箔Mが巻き取られる際には、金属箔Mが吸湿するのを抑制でき、また金属箔Mに汚染物質が付着するのも抑制できる。
その後、搬送装置3の搬送機構70によって、処理装置2のドライ環境室11から搬出装置4の載置台81に載置された収容容器80に電極ロール60が搬送される。この電極ロール60の搬送においても、搬送装置3の内部がドライ且つ清浄な環境に制御されているので、金属箔Mが吸湿するのを抑制でき、また金属箔Mに汚染物質が付着するのを抑制できる。
収容容器80に電極ロール60が搬送される際、容器本体90の開口部91は開けられている。そして、電極ロール60は開口部91から容器本体90に搬入され、搬送機構70から軸受部材93に受け渡される。このとき、開口部91はドライ環境に制御された搬送装置3に開放され、容器本体90の内部に外気が流入することはない。
その後、エア供給源100からエアシリンダ96にエアを供給して当該エアシリンダ96を作動させ、固定機構94の固定アーム95によって軸受部材93に支持された軸心61を固定する。また蓋体92によって、開口部91を閉じて容器本体90の内部を密閉する。
その後、給気口101から容器本体90の内部にドライエアが供給され、当該容器本体90の内部がドライ環境に制御される。このため、容器本体90内に収容された電極ロール60において、金属箔Mが吸湿するのを抑制でき、また金属箔Mに汚染物質が付着するのを抑制できる。
なお、容器本体90内に電極ロール60を収容して保管する期間が長い場合には、排気口104から容器本体90の内部を排気すると共に、給気口101から容器本体90の内部にドライエアを供給して、当該容器本体90の内部をドライ環境に制御する。
その後、基材処理システム1から収容容器80が搬出され、基材処理システム1における一連の処理が終了する。
以上の実施の形態によれば、処理装置2のドライ環境室11の内部、搬送装置3の内部、収容容器80の容器本体90の内部がそれぞれドライ環境に制御されるので、活物質層Fが形成された金属箔M(電極E)が吸湿するのを抑制でき、また金属箔Mに汚染物質が付着するのを抑制できる。したがって、金属箔Mに対する処理を適切に行うことができる。
また、処理装置2における金属箔Mの処理後、電極ロール60を収容容器80に搬送するだけでよいので、例えば電極ロール60を包装材に包む等の煩雑な作業が不要となる。このため、金属箔Mの処理のスループットを向上させることができる。
さらに、処理装置2における金属箔Mの処理から電極ロール60の収容容器80への収容までの一連の処理を一の基材処理システム1で行うことができるので、金属箔Mの処理のスループットをさらに向上させることができる。
また、電極ロール60が収容されて密閉された収容容器80(容器本体90)の内部をドライ環境にすればよく、すなわち、かかる環境制御を局所的にすることができる。このため、金属箔Mの処理にかかるコストを低廉化することができる。したがって、金属箔Mを効率よく処理することができる。
また、収容容器80には容器本体90の内部にドライエアを供給するための給気口101が形成されているので、当該容器本体90の内部を常にドライ環境に制御することができ、収容容器80に電極ロール60を長期間保管することもできる。
また、収容容器80において軸受部材93に支持された軸心61は固定機構94によって固定されるので、電極ロール60を収容した収容容器80を搬送する際にも、電極ロール60が損傷を被ることなく適切に収容されて保管される。しかも、収容容器80内において金属箔M(電極E)には何も接触しないので、当該金属箔Mの損傷も抑制される。
さらに、固定機構94のエアシリンダ96と、当該エアシリンダ96を駆動させるエア供給源100とは、容器本体90の下面90aに形成されたエア供給口98を介して接続されている。このため、収容容器80を載置台81に載置するだけで、エアシリンダ96を作動可能な状態にすることができる。したがって、収容容器80の構成を簡易にすることができる。
しかも、固定機構94の駆動部であるエア供給源100が収容容器80の外部に設けられているので、かかる観点からも収容容器80の構成を簡易にすることができる。
また固定機構94は、蓋体92を移動させて開口部91の開閉を行うオープナー83と連動せず、個別に軸心61を固定することができる。したがって、収容容器80において電極ロール60を収容する際の自由度が向上する。例えばオープナー83の不具合等、開口部91の開閉が手動で行われる場合でも、収容容器80内では電極ロール60を適切に収容できる。
なお、本実施の形態の基材処理システム1において、例えば巻出部20の巻出ロール30における金属箔Mの幅が、巻取部24の電極ロール60における金属箔Mの幅と同じ場合には、切断部23を省略してもよい。
以上の実施の形態の収容容器80において、固定機構94はエアシリンダ96によって固定アーム95を移動させて軸心61を固定するものであったが、固定機構94の構成はこれに限定されず、種々の構成をとり得る。
例えばエアシリンダ96に代えて、電気的に作動する移動機構、例えばソレノイド等のアクチュエータであってもよい。かかる場合、エア供給口98、99に代えて電子端子が用いられ、エア供給源100に代えて電源が用いられる。かかる場合であっても、移動機構によって固定アーム95を移動させることができ、当該固定アーム95によって軸心61を固定することができる。
また固定機構94は、例えば図10に示すように軸心61に当接して固定する固定部としての固定アーム150と、固定アーム150を軸心61に対して進退自在に移動させる移動部151とを有していてもよい。
固定アーム150の一端部は、軸心61の上部に当接するように当該軸心61の形状に沿って上方に窪んでいる。当該他端部には、移動部151が接続されている。また、固定アーム150の他端部には、後述する移動部151のピン156が挿通される長穴150aが形成されている。さらに固定アーム150には、軸152が取り付けられている。軸152は、軸心61の両端部に設けられた一対の固定アーム150、150を接続するように設けられる。そして、移動部151の水平方向の移動に伴って、固定アーム150は軸152を中心に回動する。なお、本発明の固定部は、本実施の形態のようにアーム状に限定されず、軸心61を固定する形状であれば任意の形状を取り得る。
移動部151は、例えばプッシュロッド式の機構であって、棒状のロッド153を有している。ロッド153において蓋体92側の一端部には、当該蓋体92に当接するパッド154が設けられている。また、当該一端部には弾性体としてのバネ155が取り付けられている。ロッド153の他端部には、上述した固定アーム150の長穴150aを挿通するピン156が設けられている。ピン156はロッド153の水平方向の移動に伴って、長穴150aをその長手方向に移動自在になっている。さらに、ロッド153の中央部付近には、ロッド153の水平方向の移動をガイドするブッシュ157が設けられている。そして、移動部151は、蓋体92の開閉に連動して動作する。なお、本発明の移動部は、本実施の形態のようにプッシュロッド式に限定されず、固定アーム150を移動させる方式であれば任意の方式を取り得る。また、本実施の形態において移動部151は、一対の固定アーム150、150の両方に設けられていたが、これら固定アーム150、150は軸152で接続されているため、いずれか一方にのみ設けられていてもよい。
次に、かかる構成を有する固定機構94の作用について説明する。収容容器80に電極ロール60を収容する際には、蓋体92によって開口部91を閉じる。この際、図11に示すように蓋体92のX方向正方向の移動に伴い、移動部151のバネ155によって、ピン156(固定アーム150)が付勢されてX方向正方向側に移動する。そして、固定アーム150は、軸152を中心に回動し軸心61に当接して、当該軸心61を固定する。
一方、収容容器80から電極ロール60を取り出す際には、蓋体92によって開口部91を開ける。この際、図12に示すように蓋体92のX方向負方向の移動に伴い、移動部151のバネ155によって、ピン156(固定アーム150)の付勢が開放されてX方向負方向側に移動する。そして、固定アーム150は、軸152を中心に回動し軸心61から退避するように移動し、当該軸心61の固定を開放する。
本実施の形態においても、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。また、固定機構94は蓋体92に連動して動作するので、蓋体92を閉じて収容容器80に電極ロール60を収容する際には、軸心61を確実に固定することができ、また蓋体92を開けて収容容器80から電極ロール60を取り出す際には、軸心61の固定を容易に開放することができる。しかも、このように固定機構94は蓋体92に連動して動作するので、当該固定機構94の動作に際して外力が不要となり、簡易な構造で軸心61を固定することができる。
また固定機構94は、例えば図13に示すように固定部材200によって軸心61を固定してもよい。固定部材200は、例えば棒形状を有している。そして固定部材200は、軸受部材93に支持された軸心61の上部において、水平方向に移動自在に構成されている。
さらに固定機構94は、例えば図14に示すように固定部材210によって軸心61を固定してもよい。固定部材210は、軸受部材93に支持された軸心61の外周に沿った形状、例えば円弧状の形状を有している。そして固定部材210は、軸心61の外周に沿った方向に移動自在に構成され、すなわち軸心61の軸方向を中心に回動自在に構成されている。
上記固定部材200、210のいずれによっても、軸心61を適切に固定することができる。
以上の実施の形態の基材処理システム1において、処理装置2では他の処理を行ってもよい。
例えば処理装置2において、上記実施の形態で製造された電極ロール60に対して、真空乾燥処理を行ってもよい。すなわち、上記実施の形態では乾燥部22において金属箔M上の活物質合剤を乾燥させているが、かかる活物質合剤の乾燥をより完全に行うために真空乾燥処理を行ってもよい。
かかる場合、図15及び図16に示すように基材処理システム1の処理装置2の内部には、複数のチャンバ220が設けられている。チャンバ220は、鉛直方向(Z方向)と水平方向(X方向)にそれぞれ複数設けられている。各チャンバ220の搬送装置3側の側面には、ゲートバルブ221が設けられている。そしてゲートバルブ221を閉じた状態で、チャンバ220の内部は所定の真空雰囲気に制御可能になっている。また、チャンバ220の内部には加熱機構(図示せず)が設けられている。
なお、その他の搬送装置3と搬出装置4の構成は、それぞれ上記実施の形態の搬送装置3と搬出装置4の構成と同様であるので説明を省略する。但し、本実施の形態の搬出装置4は、基材処理システム1の外部に対する収容容器80の搬出を行うと共に搬入も行う。
そして、上記実施の形態の形態で製造された電極ロール60は、収容容器80に収容された状態で本実施の形態の基材処理システム1に搬入され、載置台81に載置される。
その後、搬送機構70によって、載置台81に載置された収容容器80から電極ロール60が取り出され、処理装置2のチャンバ220内に搬送される。その後、チャンバ220の内部が真空雰囲気に制御され、電極ロール60に対して加熱処理が行われる。そして、金属箔Mの両面の活物質合剤が乾燥される。その後、搬送機構70によって、チャンバ220から収容容器80に電極ロール60が搬送され、当該電極ロール60が収容容器80に収容される。こうして、基材処理システム1における一連の真空乾燥処理が終了する。
本実施の形態においても、上記実施の形態と同様の効果を享受できる。すなわち、搬送装置3の内部、収容容器80の容器本体90の内部がそれぞれドライ環境に制御されるので、活物質層Fが形成された金属箔Mが吸湿するのを抑制でき、また金属箔Mに汚染物質が付着するのを抑制できる。したがって、金属箔Mに対する処理を適切に行うことができる。
また基材処理システム1の処理装置2において、さらに他の処理を行ってもよい。例えばリチウムイオンキャパシタを製造する際には、組み立て工程等の後工程がさらに続く。処理装置2ではこれら後工程を行ってもよい。
さらに以上の実施の形態では、リチウムイオンキャパシタの電極Eを製造する場合について説明したが、電気二重層キャパシタに用いられる電極やリチウムイオン電池に用いられる電極を製造する場合にも、本発明の基材処理システム1を用いることができる。かかる場合、製造される電極の種類に応じて、金属箔Mの材質や活物質合剤の材料等を変更すればよい。
以上の実施の形態の収容容器80は、基材処理システム1で製造された電極ロール60を収容するために用いられたが、種々のロール状体を収容するために用いることができる。例えば収容容器80は、リチウムイオンキャパシタや、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池等に用いられるセパレータを軸心に巻き取り、当該セパレータのロール状体を収容してもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1 基材処理システム
2 処理装置
3 搬送装置
4 搬出装置
10 通常環境室
11 ドライ環境室
20 巻出部
21 塗工部
22 乾燥部
23 切断部
24 切断部
60 電極ロール
61 軸心
80 収容容器
81 載置台
83 オープナー
90 容器本体
91 開口部
92 蓋体
93 軸受部材
94 固定機構
95 固定アーム
96 エアシリンダ
97 バネ
98 エア供給口
100 エア供給源
101 給気口
104 排気口
110 制御部
150 固定アーム
151 移動部
152 軸
153 ロッド
154 パッド
155 バネ
156 ピン
157 ブッシュ
220 チャンバ
E 電極
F 活物質層
M 金属箔

Claims (17)

  1. 帯状の基材が軸心に巻き取られたロール状体を収容する収容容器であって、
    前記ロール状体を収容する容器本体と、
    前記容器本体の側面に形成された開口部を開閉可能で、且つ前記容器本体の内部を密閉可能な蓋体と、
    前記容器本体の内部に設けられ、前記軸心の両端部を支持する軸受部材と、
    前記容器本体の内部に設けられ、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定する固定機構と、を有し、
    前記固定機構は、
    前記軸受部材に支持された前記軸心を固定可能な固定部と、
    前記蓋体に連動して動作し、前記固定部を移動させる移動部と、を有し、
    前記移動部は、前記蓋体が前記開口部を閉じた際には、前記軸心を固定するように前記固定部を移動させ、前記蓋体が前記開口部を開けた際には、前記軸心の固定を開放するように前記固定部を移動させることを特徴とする、ロール状体の収容容器。
  2. 前記移動部は弾性体を有し、
    前記蓋体が前記開口部を閉じた際には、前記弾性体によって前記固定部が付勢されて前記軸心に当接するように移動し、前記蓋体が前記開口部を開けた際には、前記弾性体による前記固定部の付勢が開放され、前記固定部が前記軸心から退避するように移動することを特徴とする、請求項に記載のロール状体の収容容器。
  3. 帯状の基材が軸心に巻き取られたロール状体を収容する収容容器であって、
    前記ロール状体を収容する容器本体と、
    前記容器本体の側面に形成された開口部を開閉可能で、且つ前記容器本体の内部を密閉可能な蓋体と、
    前記容器本体の内部に設けられ、前記軸心の両端部を支持する軸受部材と、
    前記容器本体の内部に設けられ、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定する固定機構と、を有し、
    前記容器本体の下面には、前記固定機構と当該固定機構の駆動部とを接続する接続部が形成されていることを特徴とする、ロール状体の収容容器。
  4. 前記容器本体には、当該容器本体の内部に所定の気体を供給するための給気口が形成されていることを特徴とする、請求項に記載のロール状体の収容容器。
  5. 帯状の基材を処理する基材処理システムであって、
    請求項1〜のいずれか一項に記載の収容容器を載置する載置台と、
    前記載置台上の前記収容容器の前記蓋体を移動させて前記開口部の開閉を行う開閉機構と、
    基材に対して所定の処理を行う処理装置と、
    ドライ環境下において、前記載置台上の前記収容容器と前記処理装置との間で前記ロール状体を搬送する搬送装置と、を有することを特徴とする、基材処理システム。
  6. 前記処理装置は、
    基材を巻き出す巻出部と、
    前記巻出部の下流側に設けられ、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工部と、
    前記塗工部の下流側に設けられ、基材の両面に塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥部と、
    前記乾燥部の下流側に設けられ、前記活物質層が形成された基材を前記軸心に巻き取る巻取部と、を有し、
    前記巻取部はドライ環境の空間に配置されることを特徴とする、請求項に記載の基材処理システム。
  7. 前記処理装置は、前記乾燥部の下流側に設けられ、前記活物質層が形成された基材を短手方向に所定の幅で切断する切断部を有し、
    前記巻取部は複数設けられ、
    前記巻取部は、前記切断部で切断された基材を巻き取ることを特徴とする、請求項に記載の基材処理システム。
  8. 前記処理装置は、複数の前記ロール状体を収容した状態で、当該ロール状体の基材の両面に塗工された活物質合剤を真空雰囲気下で乾燥させる真空乾燥装置であることを特徴とする、請求項に記載の基材処理システム。
  9. 帯状の基材を処理する基材処理方法であって、
    処理装置において基材に所定の処理を行う処理工程と、
    その後、当該基材が軸心に巻き取られたロール状体を、ドライ環境下で搬送装置によって載置台上に載置された収容容器に搬送して収容する収容工程と、を有し、
    前記収容工程では、
    前記収容容器の容器本体の側面に形成された開口部から前記ロール状体を搬入し、
    その後、前記軸心の両端部を支持する軸受部材に前記ロール状体を受け渡し、
    その後、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定機構によって固定すると共に、蓋体によって前記開口部を閉じて前記容器本体の内部を密閉し、
    前記固定機構は、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定可能な固定部と、前記蓋体に連動して動作し、前記固定部を移動させる移動部と、を有し、
    前記収容工程において、前記蓋体によって前記開口部を閉じた際に、前記移動部によって前記固定部を移動させて前記軸心を固定し、
    その後、前記蓋体によって前記開口部を開けた際には、前記移動部によって前記固定部を移動させて前記軸心の固定を開放することを特徴とする、基材処理方法。
  10. 前記移動部は弾性体を有し、
    前記収容工程において、前記蓋体によって前記開口部を閉じた際に、前記弾性体によって前記固定部が付勢されて前記軸心に当接するように移動し、
    その後、前記蓋体によって前記開口部を開けた際には、前記弾性体による前記固定部の付勢が開放され、前記固定部が前記軸心から退避するように移動することを特徴とする、請求項に記載の基材処理方法。
  11. 帯状の基材を処理する基材処理方法であって、
    処理装置において基材に所定の処理を行う処理工程と、
    その後、当該基材が軸心に巻き取られたロール状体を、ドライ環境下で搬送装置によって載置台上に載置された収容容器に搬送して収容する収容工程と、を有し、
    前記収容工程では、
    前記収容容器の容器本体の側面に形成された開口部から前記ロール状体を搬入し、
    その後、前記軸心の両端部を支持する軸受部材に前記ロール状体を受け渡し、
    その後、前記軸受部材に支持された前記軸心を固定機構によって固定すると共に、蓋体によって前記開口部を閉じて前記容器本体の内部を密閉し、
    前記収容工程において、前記固定機構は、前記容器本体の下面側外部に設けられた駆動部により作動して前記軸心を固定することを特徴とする、基材処理方法。
  12. 前記収容工程において、前記蓋体によって前記容器本体の内部を密閉した後、当該容器本体の内部に所定の気体を供給することを特徴とする、請求項11に記載の基材処理方法。
  13. 前記処理工程は、
    巻出部から基材を巻き出す巻出工程と、
    その後、塗工部において、基材の両面に活物質合剤を塗工する塗工工程と、
    その後、乾燥部において、基材の両面に塗工された前記活物質合剤を乾燥させて活物質層を形成する乾燥工程と、
    その後、ドライ環境の空間に配置された巻取部において、前記活物質層が形成された基材を前記軸心に巻き取る巻取工程と、を有することを特徴とする、請求項12のいずれか一項に記載の基材処理方法。
  14. 前記乾燥工程後であって前記巻取工程前に、切断部において、前記活物質層が形成された基材を短手方向に所定の幅で切断することを特徴とする、請求項13に記載の基材処理方法。
  15. 前記処理工程において、複数の前記ロール状体を収容した状態で、当該ロール状体の基材の両面に塗工された活物質合剤を真空雰囲気下で乾燥させることを特徴とする、請求項12のいずれか一項に記載の基材処理方法。
  16. 請求項15のいずれか一項に記載の基材処理方法を基材処理システムによって実行させるように、当該基材処理システムを制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
  17. 請求項16に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
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