JP6189837B2 - 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などを積層するシステムに関するものである。

日本国特開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、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のそれぞれに順番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に含まれる各積層位置で、各積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域に各対象物をそれぞれ積層する複数の搬送装置とを有する積層システムである。複数の搬送装置の各々は、各々の積層位置で積層する各々の対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと各々の積層位置との間を旋回し、第１のプリパレーションユニットから各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第１のアームと、第１のアームと連動して各々の積層位置と第２のプリパレーションユニットとの間を旋回し、第２のプリパレーションユニットに準備された、第１のプリパレーションユニットと同じ各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第２のアームとを含む。

すなわち、この積層システムは、複数の積層領域を備えた第１の回転テーブルを、その複数の積層領域が、複数の作業ポジションに順番に到達するように、同期して断続的に回転移動させる。搬送装置は、各積層位置で、各積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域に各対象物をそれぞれ積層する。したがって、ある搬送装置は、第１の積層位置で積層する第１の対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと第１の積層位置との間を旋回し、第１のプリパレーションユニットから第１の対象物をピックアップして第１の積層位置で積層する第１のアームと、第１のアームと連動して第１の積層位置と第２のプリパレーションユニットとの間を旋回し、第２のプリパレーションユニットに準備された第１の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第２のアームとを含む。

この積層システムにおいては、それぞれの搬送ユニットが、各積層領域で積層する特定の対象物、たとえば、電極体を組み立てる場合は、電極シート（負極シート、正極シート）、セパレータのいずれかを第１および第２のプリパレーションユニットから交互にピックアップして積層領域に搬送できる。したがって、第１および第２のプリパレーションユニットにおいて、対象物を準備する時間（タクトタイム）を、積層領域に実際に対象物を積層する時間から隠したり（盗んだり）できる。すなわち、タクトタイムに対し、対象物を準備に要する処理時間として２倍の時間を確保できる。逆に言うと、対象物を準備するために要する処理時間の半分で、積層領域に対象物を積層できる。このため、積層する速度を上げて積層に要する時間を短縮できる。たとえば、第１のプリパレーションユニットおよび第２のプリパレーションユニットにおいて、積層する対象物をカットしたり、姿勢を整えて準備する（アライメント調整する）ために要する時間を確保できる。このため、精度および品質の高い製品（積層体）を短時間で製造できる。

積層システムの一例は、製品として電極組立体を製造する装置である。この積層システムの複数の駆動装置（旋回ユニット）は、正極および負極のいずれかの電極シートを積層する第１タイプの搬送装置と、セパレータを積層する第２タイプの搬送装置とを含む。第１タイプの搬送装置は、第１のアームと連動して、電極シートの供給部と第１のプリパレーションユニットとの間を旋回する第３のアームと、第３のアームと連動して、第２のプリパレーションユニットと供給部との間を旋回する第４のアームとを含む。第１のプリパレーションユニットおよび第２のプリパレーションユニットのそれぞれは電極シートのアライメント部を含むことが望ましい。第１および第２のプリパレーションユニットにおいて、積層に要するタクトタイムを犠牲にすることなく各電極シートのアライメント調整を行うことができる。

セパレータを積層する第２タイプの搬送装置が対象物、すなわち、セパレータをピックアップする第１のプリパレーションユニットおよび第２のプリパレーションユニットには、セパレータを所定のサイズにカットするカット部を設置でき、シート状のセパレータをロールからカットして準備する時間を確保できる。

第１の回転テーブルは、４つの積層位置および１つの搬出位置を含むことができる。４つの積層位置に、順番はこの通りでなくてもよいが、正極シート、セパレータ、負極シート、セパレータを対象物として順番に積層できる。すなわち、第１の回転テーブルに沿って、順番に、正極シートを積層するための第１タイプの搬送装置、セパレータを積層するための第２タイプの搬送装置、負極シートを積層するための第１タイプの搬送装置およびセパレータを積層するための第２タイプの搬送装置を配置し、４つの積層位置に到来した積層領域に正極シート、セパレータ、負極シート、セパレータを順番に積層できる。所定の枚数の正極シート、セパレータおよび負極シートが積層された製品（積層体、電極組立体）を搬出位置から搬出できる。

本発明の他の態様の１つは、積層システムによりセパレータを挟んで複数の電極シートを積層することを有する方法である。この方法は電極体の製造方法であってもよく、電極体を含む電池の製造方法であってもよい。積層システムは、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のそれぞれに順番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に含まれる各積層位置で、各積層位置に到来した第１の回転テーブルの積層領域に各対象物をそれぞれ積層する複数の搬送装置とを有する。複数の搬送装置の各々は、各々の積層位置で積層する各々の対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと各々の積層位置との間を旋回し、第１のプリパレーションユニットから各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第１のアームと、第１のアームと連動して各々の積層位置と第２のプリパレーションユニットとの間を旋回し、第２のプリパレーションユニットに準備された、第１のプリパレーションユニットと同じ各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第２のアームとを含む。さらに、複数の搬送装置は、正極および負極のいずれかの電極シートを積層する第１タイプの搬送装置と、セパレータを積層する第２タイプの搬送装置とを含む。

上記の積層することは以下の工程を含む。
１．第１の回転テーブルを、第１タイプの搬送装置および第２タイプの搬送装置が交互に配置された４つの積層位置および１つの搬出位置を含む、５つの作業ポジションに順番に移動するように回転させること。
２．交互に配置された第１タイプの搬送装置および第２タイプの搬送装置のそれぞれが、第１のプリパレーションユニットおよび第２のプリパレーションユニットの中のサイクル毎に異なるプリパレーションユニットからピックアップした電極シートおよびセパレータを各々の積層位置に到来した積層領域に同時に重ねること。

本発明には、第１の対象物を第１の作業ポジションに搬送する搬送装置が含まれる。この搬送装置は、第１の対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと第１の作業ポジションとの間を旋回する第１のアームと、第１のアームと連動して第１の作業ポジションと第２のプリパレーションユニットとの間を旋回する第２のアームと、第１のアームと連動して、第１の対象物の供給部と第１のプリパレーションユニットとの間を旋回する第３のアームと、第３のアームと連動して、第２のプリパレーションユニットと供給部との間を旋回する第４のアームと、第１のアーム、第２のアーム、第３のアームおよび第４のアームを第１の方向および第２の方向に交互に駆動する駆動ユニットと、第１の方向に回転するときに第１のアームにより第１のプリパレーションユニットから第１の作業ポジションへ第１の対象物を搬送するとともに第３のアームにより供給部から第１のプリパレーションユニットに第１の対象物を搬送し、第２のプリパレーションユニットにおいて第１の対象物のアライメントを行う機能と、第２の方向に回転するときに第２のアームにより第２のプリパレーションユニットから第１の作業ポジションへ第１の対象物を搬送するとともに第４のアームにより供給部から第２のプリパレーションユニットに第１の対象物を搬送し、第１のプリパレーションユニットにおいて第１の対象物のアライメントを行う機能とを有する。
第１および第２のプリパレーションユニットにおけるアライメントに要するサイクルを供給部から作業ポジションへ対象物を搬送するサイクルに隠し、アライメントされた対象物をサイクル単位で供給部に供給できる。

本発明のさらに異なる他の態様は、搬送装置の制御方法である。この制御方法は以下の工程を含む。
・第１のアーム、第２のアーム、第３のアームおよび第４のアームを第１の方向に動かすことにより、第１のアームにより第１のプリパレーションユニットから第１の作業ポジションへ対象物を搬送するとともに第３のアームにより供給部から第１のプリパレーションユニットに対象物を搬送し、それとともに第２のプリパレーションユニットにおいて対象物のアライメントを行うこと。
・第１のアーム、第２のアーム、第３のアームおよび第４のアームを第２の方向に動かすことにより、第２のアームにより第２のプリパレーションユニットから第１の作業ポジションへ対象物を搬送するとともに第４のアームにより供給部から第２のプリパレーションユニットに対象物を搬送し、それとともに第１のプリパレーションユニットにおいて対象物のアライメントを行うこと。

積層装置の概略配置を示す図である。 積層装置の回転テーブル周りの構成を拡大して示す図である。 第１の搬送装置の動作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（積層システム）を示している。この積層装置１は、５つのセル積層治具部（セル積層部、積層領域）１５を７２度ピッチで５つの作業ポジションＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４およびＰ５に順番に、本例では反時計方向に回転移動させる回転テーブル（第１の回転テーブル）１１を含む回転ステージ１０と、回転テーブル１１と一部が重複するように配置された５つの搬送装置（搬送ユニット、旋回ユニット）２０、３０、４０、５０および６０とを含む。

図２に、回転テーブル１１の周りの構成を拡大して示している。搬送装置６０は、回転テーブル１１の上で積層されたセル１００を搬出位置である作業ポジションＰ５から搬送テーブル８０へ搬出するユニット（搬出ユニット）である。搬送テーブル８０は、１８０度ピッチで回転し、搬送アーム８１を介してセル１００をフィニッシングユニット９０に搬送する。フィニッシングユニット９０においては、正極シート、負極シートおよびセパレータが積層されたセル１００の外周をセパレータで巻いたり、テープ貼りして固定することにより、セル１００を搬送ラインや搬送用のボックスで外部の電池組み立て用の機器などに運べる状態にする。

積層装置１は、さらに、回転ステージ１０、搬送装置２０〜６０、搬送テーブル８０、フィニッシングユニット９０などが搭載されたシャーシ３と、回転ステージ１０、搬送ユニット２０〜６０、搬送テーブル８０、フィニッシングユニット９０などを制御する制御ユニット２００とを含む。制御ユニット２００は、メモリおよびＣＰＵなどのコンピュータとしてのハードウェア資源を備え、メモリなどの記録媒体に記録されたプログラム（プログラム製品）をロードすることにより所定の機能を実現する。

回転ステージ１０は、回転テーブル１１を反時計方向に７２度ピッチで駆動するアクチュエータ１２を含む。回転テーブル１１に搭載された５つのセル積層部１５は、それぞれ、セパレータ１１５を挟んで正極シート１１１および負極シート１１２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、不図示）とを含む。

第１の搬送装置２０は、回転テーブル１１のセル積層部１５のうち、作業ポジションＰ１に到来したセル積層部１５に保持されたセル１００に、正極シート１１１を積層するユニットである。正極シート１１１の一例は、金属酸化物などの正極活物質とカーボンブラックなどの導電材とを含む正極活性材を、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などのリチウム複合酸化物を挙げることができる。正極シート１１１はリチウム電池用のものでなくてもよい。

第１の搬送装置２０は、９０度ピッチで十字に組み合わされた４本のアーム、すなわち、第１のアーム２１と、第２のアーム２２と、第３のアーム２３と、第４のアーム２４と、これらのアーム２１〜２４を同期して時計方向及び反時計方向に９０度旋回（正転および逆転（反転））させる駆動ユニット２５とを含む。これらのアーム２１〜２４の先端には吸着ユニット（吸引ユニット）２９が設けられており、正極シート１１１を吸着して搬送できる。

これらのアーム２１〜２４の内、第１のアーム２１および第２のアーム２２は正転および反転すると、交互に吸着ユニット２９が設けられた先端が、正極シート１１１を積層する位置（積層位置）である第１の作業ポジションＰ１に到来したセル積層部（積層領域）１５と重複するように旋回する。第１の作業ポジションＰ１から９０度旋回した位置に第１のプリパレーションユニット１２１と、第２のプリパレーションユニット１２２とが配置されており、第１および第２のアーム２１および２２は、交互に、第１のプリパレーションユニット１２１と第１の作業ポジションＰ１および第２のプリパレーションユニット１２２と第１の作業ポジションＰ１との間を往復する。第１および第２のアーム２１および２２は、それぞれのプリパレーションユニット１２１および１２２から正極シート１１１を第１の作業ポジションＰ１に搬送し、第１の作業ポジションＰ１に到来したセル積層部１５に積み重ねる。

第１の作業ポジションＰ１と１８０度反対の位置に、正極シート１１１の供給テーブル（供給ユニット）１５１が配置されている。第１の搬送装置２０の第３のアーム２３および第４のアーム２４は、第１のプリパレーションユニット１２１および第２のプリパレーションユニット１２２との間を交互に往復（旋回）する。したがって、第３のアーム２３および第４のアーム２４は、供給テーブル１５１から第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２に交互に正極シート１１１を搬送する。

積層システム１は、供給テーブル１５１に正極シート１１１を配送する正極配送システム１５０を含む。正極配送システム１５０は、ロール状の正極シート１５９から所定のサイズの正極シート１１１を切り出す切断ユニット１５３と、ロール状の正極シート１５９を切断ユニット１５３へ供給する極板フィーダ１５７とを含む。切断ユニット１５３の一例は、連続した正極シート１５９を搬送するダブルグリップフィーダーと、連続した正極シート１５９を所定のサイズの正極シート１１１にカットするスイングシャーカッターとを備えたユニットである。切断ユニット１５３により所定のサイズにカットされた正極シート１１１が供給テーブル１５１に払い出される。なお、正極配送システム１５０は、予め所定のサイズに切断された正極シート１１１を搬送用のカートリッジから供給テーブル１５１に払い出すシステムであってもよい。

第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２は、それぞれ、第３のアーム２３および第４のアーム２４により搬送された正極シート１１１の向き（角度）、および位置を詳細に制御するアライメントユニットである。第１および第２のアーム２１および２２は、第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２により位置および向きが整えられた正極シート１１１をピックアップし、セル積層部１５に搬送することにより、セル積層部１５の所定の位置に、所定の向き（角度）で正極シート１１１を積層する。

第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２は、正極シート１１１の姿勢を制御するために、それぞれ、プリパレーションユニットに搬送された正極シート１１１のＸＹＺ方向および回転角度θを把握するカメラモジュール（不図示）と、正極シート１１１をＸＹＺ方向およびθ方向に動かして姿勢を調整する（アライメントする）ＸＹＺθテーブル１２９とを含む。それぞれのプリパレーションユニット１２１および１２２は、正極シート１１１の１方向または２方向のエッジをガイドしてアライメントするタイプであってもよい。エアーを下から噴き出して正極シート１１１を斜面に沿って浮上させて、斜面の先に設けられた物理的なガイドにシート１１１のエッジを当てることによりシート１１１の位置および向きを制御してもよい。

いずれの場合も第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２において、正極シート１１１の姿勢を制御する（アライメントする）ために所定の時間を消費する。たとえば、第１のプリパレーションユニット１２１においては、第３のアーム２３により搬送された正極シート１１１を受け取り、次のサイクル（第１の搬送装置２０を９０度正転または反転する周期）で、第１のアーム２１が正極シート１１１をピックアップするという作業が繰り返される。したがって、第１のプリパレーションユニット１２１において、第３のアーム２３により搬送された正極シート１１１を受け取り（１サイクル）、第１のアーム２１が正極シート１１１をピックアップする（次のサイクル）間に、受け取った正極シート１１１をアライメントすることにより、第１のアーム２１はアライメント後の正極シート１１１をピックアップできる。

この搬送装置２０では、第１のプリパレーションユニット１２１において、正極シート１１１を第３のアーム２３から第１のアーム２１に受け渡すことにより、正極シート１１１を第１のプリパレーションユニット１２１においてアライメントする時間を確保できる。しかしながら、供給テーブル１５１に正極シート１１１が払い出されてから正極シート１１１が第１の作業ポジションＰ１に到達するまで、第３のアーム２３および第１のアーム２１で搬送するために２サイクルを要する。

第１の搬送装置２０においては、異なるタイミングで第４のアーム２４が第２のプリパレーションユニット１２２に正極シート１１１を搬送し、第２のアーム２２が第２のプリパレーションユニット１２２から第１の作業ポジションＰ１にアライメントされた正極シート１１１を搬送する。したがって、正極シート１１１を積層するセル積層部１５が通過する第１の作業ポジションＰ１においては、アライメントされた正極シート１１１が１サイクル単位で供給され、セル積層部１５に積層できる。すなわち、第１の搬送装置２０においては、第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２において正極シート１１１をアライメントするサイクルを隠す（盗む）ことができる。このため、セル積層部１５には正極シート１１１をサイクル単位で、サイクルの遅延なく供給できる。したがって、セル積層部１５におけるタクトタイムに影響を与えず、アライメントされた正極シート１１１を供給でき、精度の高いセル１００を短期間に製造できる。

この積層装置１においては、回転テーブル１１を、第１の搬送装置２０が９０度正転および反転する周期（サイクル）に同期させて第５の作業ポジションＰ５から第１の作業ポジションＰ１に回転移動する。したがって、各セル積層部１５に、アライメントされた正極シート１１１を重ねることができる。

第２の搬送装置３０は、回転テーブル１１のセル積層部１５のうち、作業ポジションＰ２に到来したセル積層部１５に保持されたセル１００にセパレータ１１５を積層するユニットである。セパレータ１１５は、上述した正極シート（正極板、正極層）１１１と負極シート（負極板、負極層）１１２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１１５の一例は、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、単層膜であっても多層膜であってもよい。また、セパレータ１１５は非樹脂製の構造体であってもよい。

第２の搬送装置３０は、９０度ピッチでＬ字に組み合わされた２本のアーム、すなわち、第１のアーム３１と、第２のアーム３２と、これらのアーム３１および３２を同期して時計方向及び反時計方向に９０度旋回（正転および逆転（反転））させる駆動ユニット３５とを含む。これらのアーム３１および３２の先端には吸着ユニット（吸引ユニット）２９が設けられており、セパレータ１１５を吸着して搬送できる。

第１のアーム３１および第２のアーム３２は正転および反転すると、交互に吸着ユニット２９が設けられた先端が、セパレータ１１５を積層する位置（積層位置）である第２の作業ポジションＰ２に到来したセル積層部（積層領域）１５と重複するように旋回する。また、第２の作業ポジションＰ２から９０度旋回した位置に、第２の搬送装置３０の第１のプリパレーションユニット１３１と第２のプリパレーションユニット１３２とが配置されている。第１および第２のアーム３１および３２は、交互に、第１のプリパレーションユニット１３１と第２の作業ポジションＰ２および第２のプリパレーションユニット１３２と第２の作業ポジションＰ２との間を往復する。第１および第２のアーム３１および３２は、それぞれのプリパレーションユニット１３１および１３２からセパレータ１１５を第２の作業ポジションＰ２に搬送し、第２の作業ポジションＰ２に到来したセル積層部１５に積み重ねる。

第２の搬送装置３０のプリパレーションユニット１３１および１３２は、それぞれセパレータ１１５の供給テーブル（セパレータ供給テーブル）である。この積層システム１は、第２の搬送装置３０のセパレータ供給テーブル１３１および１３２にそれぞれセパレータ１１５を供給する２系統のセパレータ配送システム１６０を有する。それぞれのセパレータ配送システム１６０は、ロール状のセパレータ１６９から所定のサイズのセパレータ１１５を切り出す切断ユニット１６３と、ロール状のセパレータ１６９を切断ユニット１６３へ供給するフィーダ１６７とを含む。切断ユニット１６３の一例は、直方体のドラム状のカッターを含むものであり、ロール状のセパレータ１６９をドラムの各面で吸着しながら所定のサイズにカットしてシート状のセパレータ１１５をセパレータ供給テーブル１３１および１３２にそれぞれ供給できる。なお、セパレータ配送システム１６０は、予め所定のサイズに切断されたセパレータ１１５を搬送用のカートリッジから供給テーブル１３１および１３２にそれぞれ払い出すシステムであってもよい。

第２の搬送装置３０においては、アーム３１および３２が正転および反転するときに、そのタイミング（１サイクル）でセパレータ１１５を第２の作業ポジションＰ２に到来したセル積層部１５に供給する。アーム３１および３２は、各供給テーブル１３１および１３２から２サイクル単位でセパレータ１１５をピックアップする。このため、各セパレータ配送システム１６０は、供給テーブル１３１および１３２にセパレータ１１５を払い出すのに２サイクルを使用できる。したがって、切断ユニット１６３においては、ロール状のセパレータ１６９を所定のサイズとなるように引き出して、カットするために２サイクルを使用できる。ロール状のセパレータ１６９は薄く、ハンドリングがそれほど容易な材料ではないので、切断ユニット１６３において２サイクルを消費することにより、精度の高いサイズにカットされたセパレータ１１５を、確実に各供給テーブル１３１および１３２に供給できる。

第３の搬送装置４０は、回転テーブル１１のセル積層部１５のうち、作業ポジションＰ３に到来したセル積層部１５に保持されたセル１００に負極シート１１２を積層するユニットである。負極シート１１２の一例は、非晶質炭素などの負極活性材を、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。

第３の搬送装置４０は、９０度ピッチで十字に組み合わされた４本のアーム、すなわち、第１のアーム４１と、第２のアーム４２と、第３のアーム４３と、第４のアーム４４と、これらのアーム４１〜４４を同期して時計方向及び反時計方向に９０度旋回（正転および逆転（反転））させる駆動ユニット４５とを含む。これらのアーム４１〜４４の先端には吸着ユニット（吸引ユニット）２９が設けられており、負極シート１１２を吸着して搬送できる。

第３の搬送装置４０の具体的な構成は、第１の搬送装置２０の構成と共通する。すなわち、アーム４１〜４４の内、第１のアーム４１および第２のアーム４２は正転および反転すると、交互に吸着ユニット２９が設けられた先端が、負極シート１１２を積層する位置（積層位置）である第３の作業ポジションＰ３に到来したセル積層部（積層領域）１５と重複するように旋回する。また、第３の作業ポジションＰ３から９０度旋回した位置に第１のプリパレーションユニット１４１と、第２のプリパレーションユニット１４２とが配置されており、第１および第２のアーム４１および４２は、交互に、第１のプリパレーションユニット１４１と第３の作業ポジションＰ３および第２のプリパレーションユニット１４２と第３の作業ポジションＰ３との間を往復する。したがって、第１および第２のアーム４１および４２は、それぞれのプリパレーションユニット１４１および１４２から負極シート１１２を第３の作業ポジションＰ３に搬送し、第３の作業ポジションＰ３に到来したセル積層部１５に積み重ねる。

第３の作業ポジションＰ３と１８０度反対の位置に、負極シート１１２の供給テーブル（供給ユニット）１７１が配置されており、第３の搬送装置４０の第３のアーム４３および第４のアーム４４は、第１のプリパレーションユニット１４１および第２のプリパレーションユニット１４２との間を交互に往復（旋回）する。したがって、第３のアーム４３および第４のアーム４４は、供給テーブル１７１から第１および第２のプリパレーションユニット１４１および１４２に交互に負極シート１１２を搬送する。

この積層装置１は、供給テーブル１７１に負極シート１１２を配送する負極配送システム１７０を含む。負極配送システム１７０の具体的な構成は正極配送システム１５０と共通であり、ロール状の負極シート１７９から所定のサイズの負極シート１１２を切り出す切断ユニット１７３と、ロール状の負極シート１７９を切断ユニット１７３へ供給する極板フィーダ１７７とを含む。切断ユニット１７３は、正極シート用の切断ユニット１５３と同様に構成できる。なお、負極配送システム１７０は、予め所定のサイズに切断された負極シート１１２を搬送用のカートリッジから供給テーブル１７１に払い出すシステムであってもよい。

負極シート１１２の第１および第２のプリパレーションユニット１４１および１４２は、第３の搬送装置４０の第３のアーム４３および第４のアーム４４により搬送された負極シート１１２の向き（角度）、および位置を詳細に制御するアライメントユニットである。第１および第２のアーム４１および４２は、第１および第２のプリパレーションユニット１４１および１４２により位置および向きが整えられた負極シート１１２をピックアップし、セル積層部１５に搬送することにより、セル積層部１５の所定の位置に、所定の向き（角度）で負極シート１１２を積層できる。

負極シート１１２の第１および第２のプリパレーションユニット１４１および１４２の構成は、正極シート１１１の第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２の構成と共通する。すなわち、第１および第２のプリパレーションユニット１４１および１４２は、負極シート１１２の姿勢を制御するために、それぞれ、プリパレーションユニットに搬送された負極シート１１２のＸＹＺ方向および回転角度θを把握するカメラモジュール（不図示）と、負極シート１１２をＸＹＺ方向およびθ方向に動かして姿勢を調整する（アライメントする）ＸＹＺθテーブル１４９とを含む。プリパレーションユニット１４１および１４２は、負極シート１１２の１方向または２方向のエッジをガイドしてアライメントするタイプであってもよい。

第３の搬送装置４０においても、第３のアーム４３が第１のプリパレーションユニット１４１に負極シート１１２を搬送し、次のタイミング（次のサイクル）で第４のアーム４４が第２のプリパレーションユニット１４２に負極シート１１２を搬送する。第１のアーム４１が第１のプリパレーションユニット１４１から負極シート１１２を第３の作業ポイントＰ３のセル積層部１５に搬送し、次のサイクルで第２のアーム４２が第２のプリパレーションユニット１４２から負極シート１１２をセル積層部１５に搬送する。したがって、第３の作業ポジションＰ３に到来したセル積層部１５には、アライメントされた負極シート１１２が１サイクル単位で供給され、セル積層部１５に積層できる。第３の搬送装置４０においては、第１の搬送装置２０と同様に、第１および第２のプリパレーションユニット１４１および１４２において負極シート１１２をアライメントするサイクルを隠すことができる。このため、セル積層部１５には負極シート１１２をサイクル単位で、サイクルの遅延なく供給することができる。

したがって、セル積層部１５におけるタクトタイムに影響を与えず、アライメントされた負極シート１１２を供給でき、第３の搬送装置４０が９０度正転および反転する周期（サイクル）に同期し、回転テーブル１１を作業ポジションＰ３に回転移動することにより、到来した各セル積層部１５にアライメントされた負極シート１１２を重ねることができる。このため、精度の高いセル１００を短期間に製造できる。さらに、正極シート１１１は搬送装置２０により作業ポジションＰ１で積層され、負極シート１１２は正極シート１１１とは異なる搬送装置４０により、異なる作業ポジションＰ３で積層される。したがって、正極シート１１１を構成する材料と負極シート１１２を構成する材料とが相互に付着して短絡の要因になるような事態を未然に防止できる。

第４の搬送装置５０は、回転テーブル１１のセル積層部１５のうち、作業ポジションＰ４に到来したセル積層部１５に保持されたセル１００にセパレータ１１５を積層するユニットである。第４の搬送装置５０の構成は第２の搬送装置３０の構成と共通であり、９０度ピッチでＬ字に組み合わされた２本のアーム、すなわち、第１のアーム５１と、第２のアーム５２と、これらのアーム５１および５２を同期して時計方向及び反時計方向に９０度旋回（正転および逆転（反転））させる駆動ユニット５５とを含む。これらのアーム５１および５２の先端には吸着ユニット（吸引ユニット）２９が設けられており、セパレータ１１５を吸着して搬送できる。

第４の搬送装置５０の第１のアーム５１および第２のアーム５２は正転および反転すると、交互に吸着ユニット２９が設けられた先端が、セパレータ１１５を積層する位置（積層位置）である第４の作業ポジションＰ４に到来したセル積層部（積層領域）１５と重複するように旋回する。したがって、第４の搬送装置５０は、２系統のセパレータ配送システム１６０により、９０度旋回した位置にある第１のプリパレーションユニット１３１と第２のプリパレーションユニット１３２に供給されたセパレータ１１５を、第４の作業ポジションＰ４に到来したセル積層部１５に１サイクル単位で搬送し、積み重ねることができる。

制御ユニット２００は、回転テーブル１１と、搬送装置２０、３０、４０および５０と、搬出ユニット６０とを含めて制御する。制御ユニット２００は、回転テーブル１１を制御する機能２１０と、第１の搬送装置２０の系統を制御する機能２２０と、第２の搬送装置３０の系統を制御する機能２３０と、第３の搬送装置４０の系統を制御する機能２４０と、第４の搬送装置５０の系統を制御する機能２５０と、搬出ユニット６０の系統を制御する機能２６０とを含む。回転テーブル１１を制御する機能２１０は、アクチュエータ１２により回転テーブル１１をサイクル単位で７２度ピッチで駆動し、５つのセル積層部１５がそれぞれの作業ポジションＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４およびＰ５に順番に到達するように制御する機能を含む。

第１の搬送装置２０の系統を制御する機能（機能ユニット）２２０は、図面上の時計方向（正転、第１の方向）に回転するときに第１のアーム２１により第１のプリパレーションユニット１２１から第１の作業ポジションＰ１へ対象物である正極シート１１１を搬送するとともに第３のアーム２３により供給部（供給テーブル）１５１から第１のプリパレーションユニット１２１に正極シート１１１を搬送する機能（第１の機能）２２１を含む。第１の機能２２１は、このアーム２１〜２４が正転する間に、第２のプリパレーションユニット１２２において、正極シート１１１をアライメントする処理（前処理）を行う機能を含む。

機能ユニット２２０は、さらに、図面上の反時計方向（逆転、第２の方向）に回転するときに第２のアーム２２により第２のプリパレーションユニット１２２から第１の作業ポジションＰ１へ正極シート１１１を搬送するとともに第４のアーム２４により供給部１５１から第２のプリパレーションユニット１２２に正極シート（対象物）１１１を搬送し、第１のプリパレーションユニット１２１において正極シート１１１のアライメント（前処理）を行う第２の機能２２２を有する。第１の機能２１０および第２の機能２２０により、第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２における前処理（アライメント）に要するサイクルを、供給テーブル１５１から作業ポジションＰ１へ正極シート１１１を搬送するサイクルに隠し、前処理された対象物をサイクル単位でセル積層部に供給できる。

第１の搬送装置２０の系統を制御する機能２２０は、さらに、駆動ユニット２５によりアーム２１〜２４を同期させてサイクル単位で正転および反転させ、その動きに同期して供給テーブル１５１へ正極シート１１１を配送システム１５０により配送する制御を行う第３の機能２２３を含む。

第２の搬送装置３０の系統を制御する機能（機能ユニット）２３０は、時計方向（正転、第１の方向）に回転するときに第１のアーム３１により第１のセパレータ供給テーブル１３１から第２の作業ポジションＰ２へセパレータ１１５を搬送する機能２３１と、反時計方向（反転、第２の方向）に回転するときに第２のアーム３２により第２のセパレータ供給テーブル１３２から第２の作業ポジションＰ２へセパレータ１１５を搬送する機能２３２と、駆動ユニット３５によりアーム３１および３２を同期させてサイクル単位で正転および反転させ、その動きに同期して供給テーブル１３１および１３２へセパレータ１１５をそれぞれの配送システム１６０により配送する制御を行う機能２３３とを含む。

第３の搬送装置４０の系統を制御する機能（機能ユニット）２４０は、第１の搬送装置２０の系統を制御する機能２２０と同様に、正転するときに第１のアーム４１により第１のプリパレーションユニット１４１から第３の作業ポジションＰ３へ負極シート１１２を搬送するとともに第３のアーム４３により供給部１７１から第１のプリパレーションユニット１４１に負極シート１１２を搬送し、その間に、第２のプリパレーションユニット１４２において、負極シート１１２をアライメントする処理（前処理）を行う第１の機能２４１と、反転するときに第２のアーム４２により第２のプリパレーションユニット１４２から第３の作業ポジションＰ３へ負極シート１１２を搬送するとともに第４のアーム４４により供給部１７１から第２のプリパレーションユニット１４２に負極シート１１２を搬送し、さらに、第１のプリパレーションユニット１４１において負極シート１１２のアライメント（前処理）を行う第２の機能２４２を有する。機能２４０は、さらに、駆動ユニット４５によりアーム４１〜４４を同期させてサイクル単位で正転および反転させ、その動きに同期して供給テーブル１７１へ負極シート１１２を配送システム１７０により配送する制御を行う第３の機能２４３を含む。

第４の搬送装置５０の系統を制御する機能（機能ユニット）２５０は、第２の搬送装置３０を制御する機能２３０と同様に、正転するときに第１のアーム５１により第１のセパレータ供給テーブル１３１から第４の作業ポジションＰ４へセパレータ１１５を搬送する機能２５１と、反時計方向に回転するときに第２のアーム５２により第２のセパレータ供給テーブル１３２から第４の作業ポジションＰ４へセパレータ１１５を搬送する機能２５２と、駆動ユニット５５によりアーム５１および５２を同期させてサイクル単位で正転および反転させ、その動きに同期して供給テーブル１３１および１３２へセパレータ１１５をそれぞれの配送システム１６０により配送する制御を行う機能２５３とを含む。

搬出ユニット６０の系統を制御する機能２６０は、回転テーブル１１が所定の回数だけ反時計方向に回転し、搬送装置２０〜５０により、所定のレイヤー数だけ正極シート１１１、セパレータ１１５、負極シート１１２およびセパレータ１１５がセル積層部１５に積層されると、搬出ユニット６０を駆動して回転テーブル１１の第５の作業ポジションＰ５から積層されたセル１００を取り出して搬送テーブル８０に搬出する機能と含む。したがって、搬出ユニット６０は、必ずしもサイクル単位で駆動されない。

図２に、積層システム１の各搬送装置２０、３０、４０および５０における対象物の搬送状況を一点鎖線Ｃ１および二点鎖線Ｃ２により示している。各搬送装置において、一点鎖線Ｃ１および二点鎖線Ｃ２は入れ替わってもよい。

積層システム１を用いて電極体（電極組立体）を積層(製造)する方法は、回転テーブル１１を回転させてそれぞれのセル積層部１５を第１の作業ポジションＰ１から第５の作業ポジションＰ５に順番に移動する工程Ｃ０と、それと同期して、交互に配置された第１タイプの搬送装置２０および４０、および第２タイプの搬送装置３０および４０が、第１のプリパレーションユニットおよび第２のプリパレーションユニットの中のサイクル毎に異なるプリパレーションユニットからピックアップした電極１１１、１１２およびセパレータ１１５を各々の積層位置Ｐ１〜Ｐ４に到来した積層領域１５に同時に重ねる工程Ｃ１およびＣ２とを有する。

図３に、第１の搬送装置２０の制御方法（動き）を示している。ステップ３０１においては、アーム２１〜２４を正転（９０度）させ、第１のプリパレーションユニット１２１から正極シート１１１をピックアップして第１の作業ポジションＰ１に到来したセル積層部１５に搬送して積層し、それとともに供給テーブル１５１から正極シート１１１をピックアップして第１のプリパレーションユニット１２１に搬送する。さらに、第２のプリパレーションユニット１２２において、搬送済みの正極シート１１１をアライメントする。

ステップ３０２においては、アーム２１〜２４を反転（９０度）させ、第２のプリパレーションユニット１２２から正極シート１１１をピックアップして第１の作業ポジションＰ１に到来したセル積層部１５に搬送して積層し、それとともに供給テーブル１５１から正極シート１１１をピックアップして第２のプリパレーションユニット１２２に搬送する。さらに、第１のプリパレーションユニット１２１において、搬送済みの正極シート１１１をアライメントする。

第１の搬送装置２０は、セル１００を積層する過程においては上記のステップ３０１および３０２をサイクル単位（９０度旋回する単位）で繰り返す。この制御方法により、第１および第２のプリパレーションユニット１２１および１２２において正極シート１１１をアライメントする処理時間は隠され、実質的に供給テーブル１５１から第１の作業ポジションＰ１にサイクル単位、すなわち、正転する都度、および反転する都度、正極シート１１１を搬送できる。したがって、アライメントされた正極シート１１１をセル積層部１５に重ねることができ、精度の高いセル１００を高速で製造できる。第２の搬送装置３０、第３の搬送装置４０および第４の搬送装置５０においても同様である。

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）１００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 (7)

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順番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に含まれる各積層位置で、各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に各対象物をそれぞれ積層する複数の搬送装置とを有し、
   前記複数の搬送装置の各々は、各々の積層位置で積層する各々の対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと各々の積層位置との間を旋回し、前記第１のプリパレーションユニットから各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第１のアームと、
   前記第１のアームと連動して各々の積層位置と第２のプリパレーションユニットとの間を旋回し、前記第２のプリパレーションユニットに準備された前記第１のプリパレーションユニットと同じ各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第２のアームとを含む、積層システム。
2. 請求項１において、前記複数の搬送装置は、正極および負極のいずれかの電極シートを各々の対象物として積層する第１タイプの搬送装置を含み、
   前記第１タイプの搬送装置は、さらに、
   前記第１のアームと連動して、前記電極シートの供給部と前記第１のプリパレーションユニットとの間を旋回する第３のアームと、前記第３のアームと連動して、前記第２のプリパレーションユニットと前記供給部との間を旋回する第４のアームとを含み、
   前記第１のプリパレーションユニットおよび前記第２のプリパレーションユニットのそれぞれは前記電極シートのアライメント部を含む、積層システム。
3. 請求項１または２において、前記複数の搬送装置は、セパレータを各々の対象物として積層する第２タイプの搬送装置を含み、
   前記第１のプリパレーションユニットおよび前記第２のプリパレーションユニットのそれぞれはセパレータのカット部を含む、積層システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記第１の回転テーブルは、４つの前記積層位置および１つの搬出位置を含む、５つの作業ポジションに移動する、積層システム。
5. 第１の対象物を第１の作業ポジションに搬送する搬送装置であって、
   前記第１の対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと前記第１の作業ポジションとの間を旋回する第１のアームと、
   前記第１のアームと連動して前記第１の作業ポジションと第２のプリパレーションユニットとの間を旋回する第２のアームと、
   前記第１のアームと連動して、前記第１の対象物の供給部と前記第１のプリパレーションユニットとの間を旋回する第３のアームと、
   前記第３のアームと連動して、前記第２のプリパレーションユニットと前記供給部との間を旋回する第４のアームと、
   前記第１のアーム、前記第２のアーム、前記第３のアームおよび前記第４のアームを第１の方向および第２の方向に交互に駆動する駆動ユニットと、
   前記第１の方向に回転するときに前記第１のアームにより前記第１のプリパレーションユニットから前記第１の作業ポジションへ前記第１の対象物を搬送するとともに前記第３のアームにより前記供給部から前記第１のプリパレーションユニットに前記第１の対象物を搬送し、前記第２のプリパレーションユニットにおいて前記第１の対象物のアライメントを行う機能と、
   前記第２の方向に回転するときに前記第２のアームにより前記第２のプリパレーションユニットから前記第１の作業ポジションへ前記第１の対象物を搬送するとともに前記第４のアームにより前記供給部から前記第２のプリパレーションユニットに前記第１の対象物を搬送し、前記第１のプリパレーションユニットにおいて前記第１の対象物のアライメントを行う機能とを有する搬送装置。
6. 積層システムによりセパレータを挟んで複数の電極シートを積層することを有する方法であって、
   前記積層システムは、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のそれぞれに順番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に含まれる各積層位置で、各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に各対象物をそれぞれ積層する複数の搬送装置とを有し、
   前記複数の搬送装置の各々は、各々の積層位置で積層する各々の対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと各々の積層位置との間を旋回し、前記第１のプリパレーションユニットから各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第１のアームと、
   前記第１のアームと連動して各々の積層位置と第２のプリパレーションユニットとの間を旋回し、前記第２のプリパレーションユニットに準備された前記第１のプリパレーションユニットと同じ各々の対象物をピックアップして各々の積層位置で積層する第２のアームとを含み、さらに、
   前記複数の搬送装置は、正極および負極のいずれかの電極シートを積層する第１タイプの搬送装置と、セパレータを積層する第２タイプの搬送装置とを含み、
   前記積層することは、
   前記第１の回転テーブルを、前記第１タイプの搬送装置および前記第２タイプの搬送装置が交互に配置された４つの前記積層位置および１つの搬出位置を含む５つの作業ポジションに順番に移動するように回転させることと、
   交互に配置された前記第１タイプの搬送装置および前記第２タイプの搬送装置のそれぞれが、前記第１のプリパレーションユニットおよび前記第２のプリパレーションユニットの中のサイクル毎に異なるプリパレーションユニットからピックアップした電極シートおよびセパレータを各々の積層位置に到来した積層領域に同時に重ねることとを含む、方法。
7. 搬送装置の制御方法であって、
   前記搬送装置は、対象物を準備する第１のプリパレーションユニットと第１の作業ポジションとの間を旋回する第１のアームと、前記第１のアームと連動して前記第１の作業ポジションと第２のプリパレーションユニットとの間を旋回する第２のアームと、前記第１のアームと連動して、対象物の供給部と前記第１のプリパレーションユニットとの間を旋回する第３のアームと、前記第３のアームと連動して、前記第２のプリパレーションユニットと前記供給部との間を旋回する第４のアームとを含み、
   当該制御方法は、
   前記第１のアーム、前記第２のアーム、前記第３のアームおよび前記第４のアームを第１の方向に動かすことにより前記第１のアームにより前記第１のプリパレーションユニットから前記第１の作業ポジションへ対象物を搬送するとともに前記第３のアームにより前記供給部から前記第１のプリパレーションユニットに対象物を搬送し、それとともに前記第２のプリパレーションユニットにおいて前記対象物のアライメントを行うことと、
   前記第１のアーム、前記第２のアーム、前記第３のアームおよび前記第４のアームを第２の方向に動かすことにより前記第２のアームにより前記第２のプリパレーションユニットから前記第１の作業ポジションへ対象物を搬送するとともに前記第４のアームにより前記供給部から前記第２のプリパレーションユニットに対象物を搬送し、それとともに前記第１のプリパレーションユニットにおいて前記対象物のアライメントを行うこととを含む、制御方法。

Images