JP6344122B2 - 位置補正／搬送ステージ装置及び位置補正／搬送ステージの補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、極板、セパレータ等の蓄電用材料で構成されたワークを積層ステージ上に順次積載する位置補正／搬送ステージ装置及び位置補正／搬送ステージの補正方法に関する。

近年自動車用電池、太陽電池、電子機器用電池等に積層型のリチウム電池が用いられる機会が増えている。積層型電池は、正極の極板、セパレータ、負極の極板、セパレータ、・・・の順に交互に積層される。

特許文献１に、従来の位置補正／搬送ステージ装置（極板積載装置）が開示されている。従来の位置補正／搬送ステージ装置は、アライメントステージが平面方向に移動及び／又は回転することにより正極の極板、負極の極板を移動及び／又は回転させて適正な位置に調整する。第１移載アーム及び第２移載アームが、位置を調整された正極の極板、負極の極板を積載ステージへと移動するべく保持する。

第１移載アーム及び第２移載アームは、回転軸を中心として互いに９０度の角度をなし直交するよう構成され、例えば第１移載アームが、正極用アライメントステージから積載ステージへと正極の極板を保持して移動すると同時に、第２移載アームが、積載ステージから負極用アライメントステージへと移動する。これにより、積載ステージに積載する極板を時間のロスを抑制しながら積層することができる。

特開２０１２−１７４３８８号公報

特許文献１では、積層ステージ（積載ステージ）は、ワークを搬送する搬送部と、搬送部の搬送方向の両側に設けられた光透過板を備えている。したがって、光透過板が存在しない搬送部分については、透過照明を用いて電極周囲の溶着によるセパレータの溶融状態を検査することができないという問題点があった。

また、光透過板を設けてある位置では、搬送するためのセパレータを吸引することがないので、電極周囲の溶着を検査できた場合であっても、電極端の誤認、溶着位置の認識に誤差が生じやすく、積層型電池の完成精度を高めることが困難であるという問題点もあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電極箔やセパレータの位置の認識、溶着位置の認識等を高い精度で行うことが可能な位置補正／搬送ステージ装置及び位置補正／搬送ステージの補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る位置補正／搬送ステージ装置は、熱シールされたセパレータで電極箔が包装された個装セパレータを吸引保持しながら、前記個装セパレータの位置の補正及び搬送を行うステージを有する位置補正／搬送ステージ装置であって、前記ステージの下部に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動、かつＸＹ平面内での回転により、前記個装セパレータの位置を補正する駆動装置を有し、前記ステージの上部に、前記個装セパレータの全面を吸着する吸引溝が設けられた透明板と、前記透明板に積層されるとともに複数の吸引孔が設けられた、光を拡散する拡散板として機能する半透明の透過板と、前記透過板の下方から光を照射する照明手段と、光が照射された状態で前記ステージの上側から前記個装セパレータを撮像する撮像手段と、撮像された画像に基づいて、前記個装セパレータの位置ずれ量を算出する制御手段とを備え、前記個装セパレータの位置ずれ量に基づいて、前記駆動装置により前記個装セパレータの位置を補正することを特徴とする。

上記構成では、ステージの上部に、個装セパレータの全面を吸着する吸引溝が設けられた透明板と、透明板に積層されるとともに複数の吸引孔が設けられた、光を拡散する拡散板として機能する半透明の透過板とを備えているので、透過板が拡散板として機能し、照明の明るさの差を低減することができ、電極箔の位置、個装セパレータの位置等を誤認識する可能性を低減することができる。また、電極箔の位置に基づいて個装セパレータの積載位置のずれを補正することも可能となる。

また、本発明に係る位置補正／搬送ステージ装置は、前記透過板に複数のアライメントマークを付与することが好ましい。

上記構成では、透過板に複数のアライメントマークを付与することにより、アライメントマークを基準として電極箔の位置、個装セパレータの位置等を認識することができ、撮像手段及び／又はステージが移動中であっても、電極箔の位置、個装セパレータの位置等を正しく認識し、位置ずれを補正することが可能となる。

また、本発明に係る位置補正／搬送ステージ装置は、前記制御手段は、前記電極箔の位置及び前記熱シールの位置を認識し、電極箔の位置ずれ量、及び電極箔と熱シールとの位置関係を算出することが好ましい。

上記構成では、電極箔の電極の位置及び熱シールの位置を認識し、電極箔の位置ずれ量、及び電極箔と熱シールとの位置関係を算出することにより、熱シールが正しく行われているか否かを検査するとともに、位置ずれを補正することが可能となる。

また、本発明に係る位置補正／搬送ステージ装置は、前記制御手段は、前記熱シールの状態の品質検査をすることが好ましい。

上記構成では、電極箔と熱シールとの異常接近、シ―ルこての先端の欠損、シール温度の異常等に起因するシール形状の異常等、熱シール状態の品質検査を行うことができる。

次に、上記目的を達成するために本発明に係る位置補正／搬送ステージ装置の補正方法は、前記透過板と同一の形状であって、上面には熱シールされたセパレータで電極箔が包装された個装セパレータを固定することが可能な粘着面を有するオフセット量算出用透過板を積層ステージ上に仮固定し、前記個装セパレータを搭載する工程と、前記オフセット量算出用透過板を、第１乃至第４発明のいずれか１つの位置補正／搬送ステージ装置の前記透過板と交換する工程と、撮像手段を用いて、前記オフセット量算出用透過板上に搭載された個装セパレータを撮像し、オフセット量を算出することを特徴とする。

上記構成では、個装セパレータを積層ステージ上に搭載する一定位置と、個装セパレータが本来搭載されるべき搭載目標位置とを一致させるためのオフセット量を算出することができ、両者を一致させることにより、高い精度で積層型電池を製造することが可能となる。

上記構成によれば、ステージの上部に、個装セパレータの全面を吸着する吸引溝が設けられた透明板と、透明板に積層されるとともに複数の吸引孔が設けられた、光を拡散する拡散板として機能する半透明の透過板とを備えているので、透過板が拡散板として機能し、照明の明るさの差を低減することができ、電極箔の位置、個装セパレータの位置等を誤認識する可能性を低減することができる。また、電極箔の位置に基づいて個装セパレータの積載位置のずれを補正することも可能となる。

本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置を含む積層型電池製造装置の構成の一部を示す上面から見た部分模式図である。 本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置を含む積層型電池製造装置の構成の一部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置の主要部の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置の構成を示す部分斜視図である。 本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置の熱シールの位置を確認する方法の例示図である。 本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置の正極用アライメントステージ近傍の構成を示す模式断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置を含む積層型電池製造装置の構成の一部を示す上面から見た部分模式図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置を含む積層型電池製造装置の構成の一部を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置を含む積層型電池製造装置の構成の一部は、ステージ間移送装置１００と、ステージ間移送装置１００の右側に配置された第１の搬送装置２００と、ステージ間移送装置１００の左側に配置された第２の搬送装置３００と、ステージ間移送装置１００の正面側に配置された第３の搬送装置４００とを備えている。すなわち、ステージ間移送装置１００の周囲において、第１の搬送装置２００、第３の搬送装置４００、第２の搬送装置３００の順でそれぞれ９０度の角度で配置されている。

第１の搬送装置２００は、図１に示すように、熱シールされたセパレータＳで電極箔（正極の極板）Ｐが包装された個装セパレータＰ’を連続して１枚ずつ搬送するベルトコンベアであり、正極の極板ＰをセパレータＳとともにステージ間移送装置１００に順次搬送する。

第２の搬送装置３００は、図１に示すように、電極箔（負極の極板）Ｎを連続して１枚ずつ搬送するベルトコンベアであり、負極の極板Ｎをステージ間移送装置１００に順次搬送する。

第３の搬送装置４００は、図１に示すように、セパレータＳで包装された電極箔（正極の極板）Ｐ及び電極箔（負極の極板）Ｎが所定枚数積載されてなる極板積層群Ｇを別工程に搬送するベルトコンベアであり、ステージ間移送装置１００が形成した極板積層群Ｇを順次別工程に搬送する。

ステージ間移送装置１００は、第１の搬送装置２００から搬送されてきたセパレータＳで包装された電極箔（正極の極板）Ｐと、第２の搬送装置３００から搬送されてきた電極箔（負極の極板）Ｎとを交互に順次積載して、電極箔（正極の極板）Ｐ及び電極箔（負極の極板）ＮをセパレータＳを介して積層状態に積載した極板積層群Ｇを形成し、極板積層群Ｇを第３の搬送装置４００に順次送り出す。

なお、本実施の形態では、電極箔（正極の極板）Ｐとして、例えばアルミニウム箔の両面にコバルト酸リチウム等の溶液を塗布したものを用いる。これにより、電極箔（正極の極板）Ｐは、光を遮蔽する性質（遮光性）を有する。また、以下の説明においては、電極箔（正極の極板）ＰをセパレータＳで包装したもの全体を「個装セパレータＰ’」という。

また、電極箔（負極の極板）Ｎとして、例えば銅箔の両面に炭素材料等の溶液を塗布したものを用いる。これにより、電極箔（負極の極板）Ｎも光を遮蔽する性質（遮光性）を有する。

また、セパレータＳとしては、例えばＰＰ（ポリプロピレン樹脂）、ＰＥ（ポリエチレン樹脂）等の絶縁フィルムを用いる。これにより、セパレータＳは光を透過する性質（透光性）を有する。

ステージ間移送装置１００は、図２に示すように、第１の搬送装置２００から搬送された個装セパレータＰ’が載置される正極用の位置補正／搬送ステージ装置１１０と、第２の搬送装置３００から搬送された負極の極板Ｎが載置される負極用の位置補正／搬送ステージ装置１２０と、個装セパレータＰ’及び電極箔（負極の極板）Ｎが積層される積層ステージ１３０と、正極用の位置補正／搬送ステージ装置１１０及び負極用の位置補正／搬送ステージ装置１２０に載置された個装セパレータＰ’及び電極箔（負極の極板）Ｎを交互に順次吸引保持し、積層ステージ１３０に移送して積層ステージ１３０上において順次積層するアーム部１４０とを備える。

アーム部１４０は、図２に示すように、装置中心に垂直に立設された回転軸１４１と、回転軸１４１の周面に設けられた第１のアーム部材１４２及び第２のアーム部材１４３とで構成されている。

回転軸１４１は、図示しない回転軸用駆動モータにより９０度の角度で揺動回転する。回転軸１４１の揺動回転に追随して、第１のアーム部材１４２及び第２のアーム部材１４３を揺動回転させ、個装セパレータＰ’又は電極箔（負極の極板）Ｎを、それぞれ正極用の位置補正／搬送ステージ装置１１０又は負極用の位置補正／搬送ステージ装置１２０から積層ステージ１３０まで移動させる。

正極用の位置補正／搬送ステージ装置１１０には、第１の搬送装置２００から搬送されてきた個装セパレータＰ’が載置される正極用アライメントステージ（ステージ）１１１、正極用アライメントステージ１１１の上方に設けられた正極用カメラ（撮像手段）１１２、正極用アライメントステージ１１１の上方に設けられた正極用上側照明装置（図示せず）、及び正極用アライメントステージ１１１の下方に設けられた正極用下側照明装置（照明手段）１１４を備えている。

図３は、本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置１１０の主要部の構成を示す模式図である。図３に示すように、正極用アライメントステージ１１１は、Ｘ軸方向搬送機（駆動装置）１１５、Ｙ軸方向搬送機（駆動装置）１１６、ＸＹ平面内において回転させるθ方向搬送機（駆動装置）１１７に接続されており、図示しない制御装置からの指示に応じて、正極用アライメントステージ１１１のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置、回転角度θを調整することができる。

図４は、本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置１１０の構成を示す部分斜視図である。図４に示すように、本実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置１１０は、正極用アライメントステージ１１１の上に、吸引経路（吸引溝）１１８ａを有する透明板１１８、半透明の透過板１１９を順次積層している。また、図示はしていない制御装置（制御手段）が、Ｘ軸方向搬送機１１５、Ｙ軸方向搬送機１１６、θ方向搬送機１１７に接続されており、正極用アライメントステージ１１１のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置、回転角度θを調整する補正信号を、それぞれＸ軸方向搬送機１１５、Ｙ軸方向搬送機１１６、θ方向搬送機１１７へ送信する。

具体的には、正極用アライメントステージ１１１は、点光源又は線光源からなる正極用下側照明装置（照明手段）１１４を備えている。正極用下側照明装置１１４により下方から光を照射された状態で、正極用アライメントステージ１１１の上部から個装セパレータＰ’を正極用カメラ（撮像手段）１１２で撮像する。制御装置は、正極用カメラ１１２で撮像された画像に基づいて、個装セパレータＰ’内の電極箔の位置を認識し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の位置ずれ量を算出して、それぞれ補正する補正信号をＸ軸方向搬送機１１５、Ｙ軸方向搬送機１１６、θ方向搬送機１１７へ送信する。

なお、制御装置は、電極箔（正極の極板）Ｐ、電極箔（負極の極板）Ｎの位置及び熱シールの位置を撮像された画像に基づいて認識し、電極箔の位置ずれ量、及び電極箔と熱シールとの位置関係を算出し、位置ずれを補正することが可能となる。また、撮像された画像に基づいて、電極箔と熱シールとの異常接近、シ―ルこての先端の欠損、シール温度の異常等に起因するシール形状の異常等、熱シール状態の品質検査を行うことができる。

図５は、本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置１１０の熱シールの位置を確認する方法の例示図である。図５において、中央部に記載された矩形領域内は、電極箔（正極の極板）Ｐの左下隅を拡大して表示している。例えば電極箔（正極の極板）Ｐの左下隅において、シール孔５０１と電極箔（正極の極板）Ｐとの位置関係を、撮像された画像に基づいて算出することで、熱シールの位置にずれが生じているか否か確認することができ、ずれ量も算出することができる。また、しわ５０２が生じているか否かも判断することができ、積層時に周辺部の厚みが大きくなる現象の発生を未然に把握することができる。

本実施の形態では、光透過板として、吸引経路（吸引溝）１１８ａを有する透明板１１８の上に、半透明の透過板１１９を備えている。図４では、透過板１１９が透明状態で記載されているが、実際には半透明であるので、透明板１１８の吸引経路１１８ａは上方から視認することができない。

透明板１１８は、透光性を有する板状部材であり、例えばガラス板、アクリル板等で構成されている。吸引経路１１８ａが個装セパレータＰ’が載置される領域の全体を覆うように配置されているので、個装セパレータＰ’の全面を吸着することができる。

透過板１１９は、多孔板として形成されており、複数の小さな吸引孔１１９ａを有している。また、透過板１１９は、取り外し可能な構成となっている。

図６は、本発明の実施の形態に係る位置補正／搬送ステージ装置１１０の正極用アライメントステージ１１１近傍の構成を示す模式断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）は従来の構成を、図６（ｃ）は本実施の形態における構成を、それぞれ示している。

図６（ａ）に示すように、従来は、正極用アライメントステージ１１１に正極用下側照明装置１１４の光源１１４ａ、例えばＬＥＤ照明等が一定間隔で配置されており、その上に吸引経路１１８ａを有する透明板１１８が設置されている。透明板１１８には、複数の小さな吸引孔１１８ｂが設けられている。この場合、光源１１４ａの配列に応じて光量のムラが生じる。つまり、図６（ａ）の一番上の光具合を示す模式図からもわかるように、光源１１４ａが存在する部分のみ明るく見えるため、電極、セパレータ等の位置を誤認識する要因となりやすい。

次に図６（ｂ）に示すように、正極用アライメントステージ１１１に正極用下側照明装置１１４の光源１１４ａ、例えばＬＥＤ照明等が一定間隔で配置されており、その上に吸引経路１１９ｂを有する半透明板である透過板１１９を設置することも多い。この場合、図６（ｂ）の一番上の光具合を示す模式図からもわかるように、光源１１４ａの配列による光量のムラは生じないものの、吸引経路１１９ｂが存在する部分としない部分とでは光の透過量が異なるため、正極用カメラ１１２で撮像された画像上で表示される色も相違する。したがって、電極、セパレータ、熱シールの溶着位置等を誤認識する要因となりやすい。

そこで、本実施の形態では、図６（ｃ）に示すように、吸引経路１１８ａを有する透明板１１８の上に、複数の小さな吸引孔１１９ａを備える半透明の透過板（半透明板）１１９を積層した構造となっている。この場合、透明板１１８に吸引経路１１８ａを設けているので、吸引経路１１８ａが存在する部分としない部分とで光透過量に差が生じにくく、電極、セパレータ等の位置を誤認識する可能性が低減する。また、半透明板である透過板１１９が光を拡散する拡散板として機能するので、図６（ｃ）の一番上の光具合を示す模式図からもわかるように、光源１１４ａが存在する部分としない部分とにおける明るさの差が低減され、結果として電極、セパレータ、熱シールの溶着位置等を誤認識する可能性も低くなる。

さらに、吸引経路１１８ａ及び照明範囲の両方が個装セパレータＰ’の全面にわたっていることから、個装セパレータＰ’全体を吸引して固定した状態で、全周を照明で照らしながら正極用カメラ１１２で撮像することができる。したがって、電極位置と溶着位置とを同時に全面認識することができる。

なお、透過板１１９に設けた吸引孔１１９ａは、電極位置と溶着位置とを横断しないよう設けることが好ましい。電極位置と溶着位置とを横断するよう設けた場合、電極のエッジ、溶着位置を誤認識する要因になるとともに、個装セパレータＰ’の吸引効率が低下するからである。

また、透過板１１９に複数のアライメントマーク１５０を付与することが好ましい。撮像された画像中のアライメントマーク１５０を基準にして、電極、電極のエッジ、溶着位置等を認識するので、正極用カメラ１１２及び／又は正極用アライメントステージ１１１が移動中であっても位置を認識することができ、位置ずれを補正することが可能となる。

さらに、個装セパレータＰ’を積層する積層ステージ１３０へ、正極用アライメントステージ１１１から最初の１枚の透過板１１９を移動させ、個装セパレータＰ’を積載するためのオフセット量を算出しておくことが好ましい。例えば、正極用カメラ１１２を用いて正極用アライメントステージ１１１上の個装セパレータＰ’を認識、演算、位置ずれの補正を行うことで、個装セパレータＰ’を積層ステージ１３０上の一定位置に搭載することができる。

しかし、個装セパレータＰ’が本来搭載されるべき位置（以下、搭載目標位置）と必ずしも一致しているとは限らない。積層ステージ１３０、正極用アライメントステージ１１１、積層同期ハンドラ（図示せず）等の構成部品それぞれの加工及び組み立てが、公差の範囲内の誤差を含むことが原因である。

一定位置と搭載目標位置とを一致させるためには、搭載位置をオフセットさせる必要がある。オフセット量を算出するために、被搭載側（本実施の形態では積層ステージ１３０）に搭載した個装セパレータＰ’の位置を、オフラインの検査装置で搭載目標位置との位置ずれ量として測定することは多い。しかし、別個の検査装置が必要になるという問題がある。これに対して、積層ステージ１３０上に透過板（半透明板）１１９と同形状の半透明板を搭載できるようにしておくことで、以下の手順でオフセット量を算出することができる。

まず、積層ステージ１３０上に半透明板を設置する。半透明板上に例えば両面テープを貼り付け、位置ずれを補正した個装セパレータＰ’を搭載する。正極用アライメントステージ１１１から透過板１１９を取り外し、個装セパレータＰ’が搭載された状態の半透明板を積層ステージ１３０から取り外す。個装セパレータＰ’が搭載された半透明板を正極用アライメントステージ１１１に搭載し、半透明板上の個装セパレータＰ’を再度認識して補正量を算出する。算出された補正量は、位置ずれを補正してもなお搭載目標位置からずれている量を示しており、これがオフセット量である。

以上のように本実施の形態によれば、正極用アライメントステージ１１１の上部に、個装セパレータＰ’の全面を吸着する吸引経路１１８ａを設けた透明板１１８と、小さな吸引孔１１９ａを複数有し、取り外し可能な半透明の透過板１１９とを備えているので、透明板１１９が光の拡散板として機能し、照明の明るさの差を低減することができ、電極の位置、個装セパレータＰ’の位置等を誤認識する可能性を低減することができる。また、電極の位置に基づいて個装セパレータＰ’の積載位置のずれを補正することも可能となる。

その他、上述した実施の形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができることは言うまでもない。

１００ ステージ間移送装置
１１０ 正極用の位置補正／搬送ステージ装置
１１１ 正極用アライメントステージ（ステージ）
１１２ 正極用カメラ（撮像手段）
１１４ 正極用下側照明装置（照明手段）
１１４ａ 光源
１１８ 透明板
１１８ａ 吸引経路（吸引溝）
１１９ 透過板
１１９ａ 吸引孔
１３０ 積層ステージ
１４０ アーム部
１５０ アライメントマーク
Ｎ 電極箔（負極の極板）
Ｐ 電極箔（正極の極板）
Ｓ セパレータ
Ｐ’ 個装セパレータ

Claims (5)

1. 熱シールされたセパレータで電極箔が包装された個装セパレータを吸引保持しながら、前記個装セパレータの位置の補正及び搬送を行うステージを有する位置補正／搬送ステージ装置であって、
   前記ステージの下部に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動、かつＸＹ平面内での回転により、前記個装セパレータの位置を補正する駆動装置を有し、
   前記ステージの上部に、前記個装セパレータの全面を吸着する吸引溝が設けられた透明板と、
   前記透明板に積層されるとともに複数の吸引孔が設けられた、光を拡散する拡散板として機能する半透明の透過板と、
   前記透過板の下方から光を照射する照明手段と、
   光が照射された状態で前記ステージの上側から前記個装セパレータを撮像する撮像手段と、
   撮像された画像に基づいて、前記個装セパレータの位置ずれ量を算出する制御手段と
   を備え、
   前記個装セパレータの位置ずれ量に基づいて、前記駆動装置により前記個装セパレータの位置を補正することを特徴とする位置補正／搬送ステージ装置。
2. 前記透過板に複数のアライメントマークを付与することを特徴とする請求項１に記載の位置補正／搬送ステージ装置。
3. 前記制御手段は、前記電極箔の位置及び前記熱シールの位置を認識し、電極箔の位置ずれ量、及び電極箔と熱シールとの位置関係を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置補正／搬送ステージ装置。
4. 前記制御手段は、前記熱シールの状態の品質検査をすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の位置補正／搬送ステージ装置。
5. 前記透過板と同一の形状であって、上面には熱シールされたセパレータで電極箔が包装された個装セパレータを固定することが可能な粘着面を有するオフセット量算出用透過板を積層ステージ上に仮固定し、前記個装セパレータを搭載する工程と、
   前記オフセット量算出用透過板を、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の位置補正／搬送ステージ装置の前記透過板と交換する工程と、
   撮像手段を用いて、前記オフセット量算出用透過板上に搭載された個装セパレータを撮像し、オフセット量を算出することを特徴とする位置補正／搬送ステージ装置の補正方法。