JP6297073B2 - タブ形成方法とその装置 - Google Patents
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Description
小型の場合は幅広で長尺の原反をスリッタで所定幅に切り分けて正または負電極帯とし、この正又は負電極帯に短冊形のタブを接続し、幅の狭い正及び負の電極帯とセパレータとを巻き取り機に供給し、所定長さに巻き取ったところで切断し、リチウムイオン二次電池用の電極組立体としていた。
また、積層式の場合、トムソン刃で正又は負の電極部分を幅広の原反から矩形に打ち抜き、これに短冊形のタブを接続して正及び負の電極シートとし、タブを接続したこの正及び負の電極シートをセパレータの間に交互に積層してリチウム二次電池用の積層体としていた。
そして、この捲回式や積層式の電極組立体が容器となる外装缶に収容され、電解液が注液された後、キャップがつけられ封口され、最後に初充電されて電池としての機能が付与される。上記リチウムキャパシタ、電気二重層コンデンサも同様の構造を持つ(特許文献1)。
長尺の金属箔4にその長手方向に沿って活物質が塗着された電極部分1bと、前記電極部分1bと金属箔4の側端縁4aとの間に形成された非電極部分1aとを有する原反1を一方向に移動させる原反移動装置20と、
レーザービームLを、移動している非電極部分1aに対して照射し、電極部分1bに連結したタブ5を切り抜くレーザー出射装置30と、
レーザービームLでタブ5が切り取られた非電極部分1aの断材2に張力T2を掛けつつ原反1の移動に同期して引き取る断材引取機構19と、
レーザービームLの溶断線Sの近傍に配置され、非電極部分1aの移動と共に回転又は摺接しつつ非電極部分1aに接触して非電極部分1aを押し下げ又は押し上げ或いは傾けて非電極部分1aの搬送方向を電極部分1bの搬送方向に対して違え、レーザービームLの照射点Pに面圧Zを付与するローラ又は滑り板で構成される面圧付与部Mとで構成されたことを特徴とする。
面圧付与部Mは、非電極部分1aを上下から挟持してこれを押し下げる又は押し上げる一対のローラ12a・12bであり、一方のローラ12bは、非電極部分1aを幅方向の全長に亘って接触する長寸ローラであって、レーザービームLの幅方向の往復移動幅をカバーする長さの胴体部分12b1が凸円弧の回転体(太鼓型又はボーリン部のピンの胴体部分に似た形状)で形成され、前記胴体部分12b1に隣接する非電極部分1aの側辺部分1cを挟持する挟持部分12b2が円柱状で短寸に形成されており、
他方のローラ12aは前記挟持部分12b2に合わせた円柱状で短寸に形成されていることを特徴とする。なお、図2〜4,6の実施例では第2上ローラ12aが短寸ローラ、第2下ローラ12bが長寸ローラであるが、図示していないが上下を逆にしてもよい。
面圧付与部Mは、非電極部分1aを上下から挟持する一対のローラ12a・12bであり、一方のローラ12bは、非電極部分1aを幅方向の全長に亘って接触する長寸ローラであって、レーザービームLの幅方向の往復移動幅をカバーする長さの胴体部分12b1の中央にその全周に亘ってリング状膨出部分12b3が形成され、前記胴体部分12b1に隣接する、非電極部分1aの側辺部分1cを挟持する挟持部分12b2が円柱状で短寸に形成されており、
他方のローラ12aは前記挟持部分12b2に合わせた円柱状で短寸に形成されていることを特徴とする。この場合も図示していないが、第2上ローラ12aが短寸ローラ、第2下ローラ12bが長寸ローラであるが上下を逆にしてもよい。
面圧付与部Mは非電極部分1aを幅方向の全長に亘って支持する長寸ローラであり、該面圧付与ローラMの一端Yが非電極部分1aの被接触面を越えて面圧Zを付与するように傾斜して配設されていることを特徴とする。
面圧付与部Mは、非電極部分1aの全幅を支持する長寸ローラと、該長寸ローラとで非電極部分1aの側辺部分1cを挟持する短寸ローラの組で構成され、前記一対の面圧付与ローラMが長寸ローラ側に移動(押し下げ又は押し上げ)して挟持された側辺部分1cに面圧Zが付与されていることを特徴とする。
面圧付与部Mは、非電極部分1aの全幅を上下から挟持しつつ回転する一対の長寸の第2上・下ローラ12a・12bと、その上流側に配置され、非電極部分1aに回転しつつ押圧接触して面圧Zを付与するように配置される第3ローラ15とで構成されていることを特徴とする。
面圧付与部Mは、非電極部分1aの全幅を上下から挟持する一対の長寸の第2上・下ローラ12a・12bで構成され、該第2上・下ローラ12a・12bに振動を付与する振動発生装置12cが付設されていることを特徴とする。
面圧付与部Mは、非電極部分1aの全幅を支持する長寸の第2下ローラ12bと、第2下ローラ12bとで非電極部分1aの側辺部分1cを挟持する短寸の第2上ローラ12aの組で構成されており、
前記第2上・下ローラ12a・12bはハウジングH6に回転自在に枢着され、
前記ハウジングH6にはレーザービームLの溶断に合わせて、ハウジングH6を上下移動及び傾動させて非電極部分1aに面圧Zを付与するハウジング姿勢可変機構Gを更に備えていることを特徴とする。
面圧付与部Mは照射点Pの下流側において、非電極部分1aの全幅を支持し、照射点に於いて、電極部分から非電極部分をセパレートするローラ又は滑り板であることを特徴とする。
長尺の金属箔4に長手方向に沿って活物質が塗着された電極部分1bと、前記電極部分1bと金属箔4の側端縁4aの間に形成された非電極部分1aとを有し、一方向に搬送されている原反1の前記非電極部分1aにレーザービームLにてタブ5を形成するタブ形成方法であって、
移動方向に張力T2が加えられた状態で移動している非電極部分1aのタブ形成位置の近傍に面圧付与ローラ又は滑り板で構成された面圧付与部Mを回転又は摺接させて非電極部分1aを押し下げ又は押し上げ或いは傾けて非電極部分の搬送方向を電極部分の搬送方向に対して違え、レーザービームの照射点に面圧を付与し、前記タブ形成位置にレーザービームLを照射してその溶断線Sにより非電極部分1aを切り抜いてタブ5を形成することを特徴とする。
前記面圧Zは、溶断線Sに外力を与えて溶融部位を押し広げる作用を有するため、該溶融部位の再融着を阻害しつつ連続的に当該部位をセパレート、即ち、切断して行くことが出来る。面圧付与をローラ又は滑り板で構成した面圧付与部Mで行えば、走行状態でタブ形成が出来る。そしてこのように物理的外力(面圧Z)で溶融部位(溶断線S)の再融着を阻害しつつ連続的に当該部位をセパレートして行くので、レーザービームLを大幅に絞ることが出来、溶融金属量を最小限に留めることが出来る。換言すれば、溶融部位における微量の溶融金属の全てがセパレートされると共にセパレートされた溶融端でそのまま凝固して切断端を構成することになり、従来のように球状の粉となることはなくて作業環境の向上ばかりか金属粉塵の原反1への付着が解消され、組み立てた二次電池やリチウムキャパシタ、電気二重層コンデンサなどの電子部品の不測の故障の一原因を排除することができた。
そして切断では例えばビーム直径が10μmと言うようにレーザービームLを極限まで細くすることが出来るので、前述のように溶融金属はごく微少に限定され且つより短時間で強固するため、切断端におけるバリの発生も皆無にすることが出来た。
なお、中型の電池に使用する場合は、幅広の原反1を中央から長手方向に沿って二分割することになる。この場合は、非電極部分1aは電極部分1bの片側に設けられることになる。
この代表例ではレーザービームLを原反1の移動方向に対して交差する方向(本実施例ではレーザービームLによる溶断線Sが電極部分1bの側縁から垂直に設けられねばならない関係から、原反1(即ち、非電極部分1a)の移動速度に同期して非電極部分1aと同方向に移動しつつ電極部分1bの側縁側と非電極部分1aの側端縁4a近傍との間を往復し、且つ前記移動分を原反1(非電極部分1a)の移動方向に対して逆方向に前記移動距離だけ戻る(図5)。
第1実施例Aは(図2〜11)、第2実施例Bは(図12〜15)、第3実施例Cは(図16〜19)、第4実施例Dは(図20)、第5実施例E(図21〜22)、第6実施例F(図23〜30)第7実施例を図31〜33に示す。
本実施例では、第1上ローラ11aは非電極部分1aの上側、第1下ローラ11bは下側に配置され、第2上ローラ12aは非電極部分1aの上側、第2下ローラ12bは下側に配置されており、これら4本のローラの回転軸は非電極部分1aに平行で且つその移動方向に対して直角に配置されている。
第1上ローラ11aは、第1下ローラ11bから離れて更に上流側に配置され、第1下ローラ11bはレーザービームLの移動開始点P1の上流側でその近傍に配置され、第1上・下ローラ11a・11bは非電極部分1aに接しながら回転している。第1上・下ローラ11a・11bの形状は円柱状で非電極部分1aの全幅をカバーする長寸ローラである。
これに対して第2下ローラ12bは、第2上ローラ12aに対向する部分(この部分を挟持部分12b2とする)と、レーザービームLの溶断線Sをカバーする胴体部分12b1とで構成され、非電極部分1aの全幅を下から支えている。第2下ローラ12bの挟持部分12b2は、第2上ローラ12aに合わせて短寸の円柱状である。この挟持部分12b2に続く胴体部分12b1は凸円弧の回転体(太鼓状)である。第2下ローラ12bの形状を例えて言えば、ボーリングのピンに似た形状である。この胴体部分12b1の非電極部分1aに対する接触面は非電極部分1aの被接触面を押し上げて下から上に面圧Zを与えるように配置されている。
第2上ローラ12aは上記のように短寸で第2下ローラ12bの胴体部分12b1に対応する部分が存在しないので、前述のように該胴体部分12b1が接触する非電極部分1a全体に面圧Zが下から上に向かって加わって若干持ち上げられることになる。これにより面圧付与部Mは第2上・下ローラ12a・12bで構成されることになる。
これら4本のローラの内、上ローラ11a・12aはハウジングH1に片持ちで、下ローラ11b・12bは両持ちでハウジングH1に回転自在に枢着されている。
なお、図示していないが、第1上・下補助ローラ13a・13bの長さを逆にし、第1上補助ローラ13aを長く、第1下補助ローラ12bを短くしてもよいし、更にはこれらの傾斜配置を逆に非電極部分1aの側端縁4aを低くするようにしてもよい。いずれの場合でも第2上・下ローラ12a・12bから出た非電極部分1aに捻じれを付与し、第2上・下ローラ12a・12bの面圧付与効果を助長できればよい。
を予め電極部分1bの縁に沿って切り離し、断材側ダンサーローラ18を介してその先端を断材引取機構19の断材巻取軸19bに装着する。この状態で原反移動装置20と断材引取機構19とを作動させると共にレーザー出射装置30を作動させてレーザービームLを非電極部分1aに照射する。
移動終点である方向転換点P2に至るとレーザービームLは非電極部分1aの移動量に等しい距離だけ非電極部分1aの移動を勘案しつつ非電極部分1aの移動と反対方向の戻り終点である方向転換点P3に戻る。(この移動ラインNを(2)で示す。)。戻り方向は非電極部分1aの側端縁4aと平行である。そして、移動開始点P1と戻り終点P3とを結ぶ線は、側端縁4aに対して直角である。
戻り終点である方向転換点P3に至るとレーザービームLは、原反1の電極部分1b方向で原反1の移動速度に合わせて移動方向に同期して斜めに移動し移動終点である方向転換点P4に達する(この移動ラインを(3)で示す。)。そして前述同様、点P3と点P4とを結ぶ線は、側端縁4aに対して直角である。
点P4に至るとレーザービームLは非電極部分1aの移動を勘案しつつ前記同様非電極部分1aの移動量に等しい距離だけ非電極部分1aの移動と反対方向の戻り終点である点P5に戻る。(この移動ラインを(4)で示す。)。戻り方向は非電極部分1aの側端縁4aと平行である。これにより図1の拡大図に示すような長方形或いは正方形のタブ5が非電極部分1aに切り抜かれる。なお、レーザー出射装置30がガルバノミラータイプなのでレーザービームLの出射方向を自由に制御でき、これによってタブ5は長方形或いは正方形に限られず、電極部分1bの側縁に判円形或いはその他の形状に自由に切り抜くことが出来る。
このような動作を繰り返して非電極部分1aに所定間隔でタブ5が形成され、残りの部分が断材2となる。
なお、図ではタブ5が切り取られた非電極部分1aが原反巻取軸19bに巻き取られるようになっているが、これに限られず、下にボックス(図示せず)を用意して原反巻取軸19bの代わりに設けた引取ローラ(図示せず)でタブ5が切り取られた非電極部分1aを同期して引き取り、ボックスに落とし込むようにしてもよい。
それ故、レーザービームLを例えば直径が10μm程度に細く絞ったとしても再融着が阻止される(図2の拡大図面)。そしてこの場合、溶融部分はごく小さいスポットでその部分の溶融金属量は微量に留まる。その結果、前述の段差Jが生じたとき、前述のように瞬間的に溶融金属はその切断端面においてバリを発生することなくそれぞれ再凝固して切断状態が維持される。換言すれば、本発明ではバリ発生をなくすためにレーザービームLを極めて細く絞ることが出来る。この点は後述する方向の異なる溶断線Sに付いても言える。
図の実施例は第2上ローラ12aが短寸円柱状のローラ、第2下ローラ12bが長寸で胴体部分12b1が太鼓状となっているが、これを逆にしてもよい。即ち、図示していないが、第2上ローラ12aを長尺にし、第2下ローラ12bを短寸にし、第2上ローラ12aの胴体部分を凸円弧の回転体(太鼓状)とするようにしてもよい。この場合には面圧Zは非電極部分1aの上から掛かることになる。
更には、第1上・下ローラ11a・11bと第2上・下ローラ12a・12bの形状を逆転させ、第1上・下ローラ11a・11bのいずれか一方を短寸に形成し、他方の胴体部分を太鼓状に形成し、第2上・下ローラ12a・12bを水平に配置した長寸ローラとしてもよい。
また、図9に示すように、第1上ローラ11aを短寸円柱状ロールとし、第1下ローラ11bと第2上ローラ12aをボーリングのピンに似た形状のロールとし、第2下ローラ12bをこれに対応できるようにその胴体部分12b1を凹円弧の回転体形状のローラとしてもよい。そしてこの第2下ローラ12bの挟持部分12b2は短い円柱状である。上記形状の組み合わせは上記の場合に限られず、非電極部分1aにいずれかのローラの胴体部分にて面圧Zが与えられるようなものは全て含まれる。この時、耳部1cの挟持は面圧Zの有効な発現に効果がある。
そして、図12、13の実施例では、第1上・下ローラ11a・11bが水平に配置されており、これに対して上下一対の第2上・下ローラ12a・12bが上記のように傾けて設置されて、耳部1cが第2上ローラ12aにより下に押し下げられ、且つ第2下ローラ12bの先端Yで非電極部分1aが下から押し上げられて面圧Zが付与される。換言すればこれによって第1下ローラ11bと第2上・下ローラ12a・12bとの間で非電極部分1aが捩じられる。この状態で前述のようにレーザービームLで溶融線Sを形成すると、面圧Zと捩じりにより前述同様に溶断線Sの切断端面1a1、1a2に段差Jが発生し再溶着を阻害する。これにより上記同様のタブ5の形成が可能となる。
合には図15のような傾斜角度調整機構51を用いる。傾斜角度調整機構51は、ハウジングH4に取り付けられた傾動軸12jに傾動用サーボモータ12mが取り付けられており、傾動用サーボモータ12mを作動させることで傾斜角度を調整することができる。
図17は耳部1cに沿って溶断している場合で、第2上ローラ12aが耳部1cを押し下げ、これによって切り抜かれたタブ5の先端がタブ5自体の弾発力により水平に戻ろうとして耳部1cの溶断端面との間で段差Jを生じる。以後、第1実施例Aと同様にして非電極部分1aを切り抜いて行く。以後第1実施例Aと同様にしてタブ5を切り抜いて行く。
昇降機構41は、第2上・下ロール12a・12bが取り付けられたハウジングH32と、このハウジングH32に装着された昇降用サーボモータ12p及びこの昇降用サーボモータ12pに取り付けられ、ハウジングH32を昇降させる昇降軸12nとで構成されている。第1・2上・下ロール11a・11bは別途図示しない固定ハウジングに枢着されている。
時に振動を非電極部分1aに付与し、溶断線Sに振動を与えることにより非電極部分1aに面圧Zを付与し、上記の原理で非電極部分1aを切り抜くことになる。
第2上・下ローラ12a・12bは第1実施例Aと同様、円柱状で水平に取り付けられ、上側の第2上ローラ12aが短く、第2下ローラ12bが長いローラである。そしてこれらは第1上・下ローラ11a・11bとは切り離してハウジングH6に枢着されている。
このハウジングH6の底部両端には車輪17が回転可能に取り付けられている。そして、ハウジングH6の下方に配置されたカム16上を転動するように載置されている。カム16にはカム16を水平移動させるソレノイド12qとカム16を水平移動させる図示しないガイドが装備されている。ローラ傾動機構12kは、ハウジングH6、車輪17、傾動軸12j、カム16及びソレノイド12qと図示しないガイドで構成される。
なお、ローラ傾動機構12kの主機能はカム16とソレノイド12qであるが、これらに代えて減速機とギア列を介したサーボモータを用い、ハウジングH6を傾動させるようにしてもよい。
この間、傾斜して持ち上げられた第2下ローラ12bの先端により溶断されて切り離された非電極部分1aが持ち上げられ、前述同様の段部Jを形成し、溶融と同時に溶断が完了する。このような動作を繰り返してタブ5が電極部分1bに合わせて一体的に切り出される。
滑り板Mは、図の実施例では非電極部分1aを押し上げる場合を示しているが、逆に押し下げるようにしても良いし、傾斜させても良い。
Claims (10)
- 長尺の金属箔にその長手方向に沿って活物質が塗着された電極部分と、前記電極部分と金属箔の側端縁との間に形成された非電極部分とを有する原反を一方向に移動させる原反移動装置と、
レーザービームを、移動している非電極部分に対して照射し、電極部分に連結したタブを切り抜くレーザー出射装置と、
レーザービームでタブが切り取られた非電極部分の断材に張力を掛けつつ原反の移動に同期して引き取る断材引取機構と、
レーザービームの溶断線の近傍に配置され、非電極部分の移動と共に回転又は摺接しつつ非電極部分に接触して非電極部分を押し下げ又は押し上げ或いは傾けて非電極部分の搬送方向を電極部分の搬送方向に対して違え、レーザービームの照射点に面圧を付与するローラ又は滑り板で構成される面圧付与部とで構成されたことを特徴とするタブ形成装置。 - 面圧付与部は、非電極部分を上下から挟持してこれを押し下げる又は押し上げる一対のローラであり、一方のローラは、非電極部分を幅方向の全長に亘って接触する長寸ローラであって、レーザービームの幅方向の往復移動幅をカバーする長さの胴体部分が凸円弧の回転体で形成され、前記胴体部分に隣接する非電極部分の側辺部分を挟持する挟持部分が円柱状で短寸に形成されており、
他方のローラは前記挟持部分に合わせた円柱状で短寸に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。 - 面圧付与部は、非電極部分を上下から挟持する一対のローラであり、一方のローラは、非電極部分を幅方向の全長に亘って接触する長寸ローラであって、レーザービームの幅方向の往復移動幅をカバーする長さの胴体部分の中央にその全周に亘ってリング状膨出部分が形成され、前記胴体部分に隣接する、非電極部分の側辺部分を挟持する挟持部分が円柱状で短寸に形成されており、
他方のローラは前記挟持部分に合わせた円柱状で短寸に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。 - 面圧付与部は非電極部分を幅方向の全長に亘って支持する長寸ローラであり、該面圧付与ローラの一端が非電極部分の被接触面を越えて面圧を付与するように傾斜して配設されていることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。
- 面圧付与部は、非電極部分の全幅を支持する長寸ローラと、該長寸ローラとで非電極部分の側辺部分を挟持する短寸ローラの組で構成され、前記一対の面圧付与ローラが長寸ローラ側に移動して挟持された側辺部分に面圧が付与されていることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。
- 面圧付与部は、非電極部分の全幅を上下から挟持しつつ回転する一対の長寸の第2上・下ローラと、その上流側に配置され、非電極部分に回転しつつ押圧接触して面圧を付与するように配置される第3ローラとで構成されていることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。
- 面圧付与部は、非電極部分の全幅を上下から挟持する一対の長寸の第2上・下ローラで構成され、該第2上・下ローラに振動を付与する振動発生装置が付設されていることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。
- 面圧付与部は、非電極部分の全幅を支持する長寸の第2下ローラと、第2下ローラとで非電極部分の側辺部分を挟持する短寸の第2上ローラの組で構成されており、 前記第2上・下ローラはハウジングに回転自在に枢着され、
前記ハウジングにはレーザービームの溶断に合わせて、ハウジング6を上下移動及び傾動させて非電極部分に面圧Zを付与するハウジング姿勢可変機構を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。 - 面圧付与部は照射点の下流側において、非電極部分の全幅を支持し、照射点に於いて、電極部分から非電極部分をセパレートするローラ又は滑り板であることを特徴とする請求項1に記載のタブ形成装置。
- 長尺の金属箔に長手方向に沿って活物質が塗着された電極部分と、前記電極部分と金属箔の側端縁の間に形成された非電極部分とを有し、一方向に搬送されている原反の前記非電極部分にレーザービームにてタブを形成するタブ形成方法であって、
移動方向に張力が加えられた状態で移動している非電極部分のタブ形成位置の近傍に面圧付与ローラ又は滑り板で構成された面圧付与部を回転又は摺接させて非電極部分を押し下げ又は押し上げ或いは傾けて非電極部分の搬送方向を電極部分の搬送方向に対して違え、レーザービームの照射点に面圧を付与し、前記タブ形成位置にレーザービームを照射してその溶断線により非電極部分を切り抜いてタブを形成することを特徴とするタブの形成方法。
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