JP6350077B2 - シート材の切断装置 - Google Patents

Description

本発明はシート材の切断装置であって、特に、積層型電池を構成する部品である正極板、負極板、セパレータなどを形成するためのシート材の切断装置に関する。

充電と放電を繰り返して使用することが可能な二次電池の一つに、集電箔（アルミニウム箔または銅箔など）に、正極活物質を塗工することにより形成された正極板と、集電箔に、負極活物質を塗工することにより形成された負極板とを、両者の接触による短絡を防ぐためのセパレータを介して積層することにより形成された積層体と、電解液とを、アルミニウム缶やアルミラミネートフィルムなどからなる外装部材に収容した構造を有する積層型電池がある。

そして、このような積層型電池の１つに、正極板および負極板の一方を、一端側が開口した袋状のセパレータに収容した極板包装体を有する積層型電池がある。

そして、上述のような積層型電池を製造する場合、帯状のセパレータや、それに極板を重ねた積層体などを切断する工程を経て、積層型電池やその前駆体が形成される場合がある。
そのような帯状の材料（シート材）を切断するための切断装置として、例えば、図３に示すようなシート材の切断装置１０１が提案されている（特許文献１）。
図３に示すように、特許文献１のシート材の切断装置１０１では、複数のロール１５１、１５２から帯状のセパレータシート材１０５、正極シート材１０６をガイド部材１５３、１５４上にそれぞれ繰り出した後、切断刃１１１、１１２により切断することで、矩形状のセパレータ１０５ａおよび正極板１０６ａが得られるようにしている。

また、特許文献２には、上述のような正極板および負極板の一方を、一端側が開口した袋状のセパレータに収容した極板包装体を製造するために用いられるシート材の切断装置として、例えば、図４に示すようなシート材の切断装置２０１が記載されている。

図４に示すシート材の切断装置２０１では、帯状のセパレータシート材２０５、矩形状の正極板２０６およびもう一つの帯状のセパレータシート材２０７を搬送ベルト１３１の上で順に積み重ね、圧着部２０９にて圧着することにより多連状態の極板包装体２０８が形成されるようにしている。そして、多連状態の極板包装体２０８を受け台２３１上に搬送した後、切断刃２１１により切断することで、個片化した極板包装体２０８ａを形成するようにしている。

特開２００１−９３５３３号公報 特開２００７−２４２５０６号公報

しかしながら、切断刃を受け止めるための受け台またはガイド部材は、切断を繰り返すごとに、切断刃と当接する領域において摩耗の度合いが大きくなる。受け台またはガイド部材の摩耗の度合いが大きい状態で切断すると、シート材を完全に切れなかったり、切り屑が出たりするなどの切断不良が発生しやすい。また、この切断不良を避けるため、受け台を交換しようとすると、そのたびにシート材の切断装置の稼動を停止する必要があり、生産効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、シート材の切断不良を低減することが可能で、かつ、生産効率の低下を防ぐことが可能な、シート材の切断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願発明のシート材の切断装置は、
シート材を切断するための切断刃と、
前記シート材を介して前記切断刃と対向し、前記シート材の切断時に前記切断刃を受け止める受け台と、
前記シート材を前記受け台上に搬送するシート材搬送機構と、
前記シート材が切断されるように、前記切断刃を前記受け台に向けて移動させる切断刃移動手段であって、前記切断刃が前記受け台に押圧する際の力の大きさを制御するための切断刃制御手段を備えた切断刃移動手段と、
前記切断刃が前記受け台に当接して移動が停止した時点における前記切断刃の位置を検出する位置検出手段と、
前記受け台を前記切断刃の刃幅方向にずらして、前記受け台の位置を変更する受け台移動手段と、
を備え、
前記位置検出手段により検出した前記切断刃の位置が、良好な切断が可能な範囲として予め定めた範囲から外れたときに、それまでとは異なる領域で前記切断刃を受けることができるように、前記受け台移動手段を作動させて前記受け台を前記刃幅方向に移動させ、
前記受け台移動手段を作動させた後、前記シート材を切断したときの、前記位置検出手段により検出される前記切断刃の位置が所定の位置に達するまで、前記切断刃が前記受け台に押圧する際の力の大きさが大きくなるように前記切断刃移動手段を作動させること
を特徴としている。

また、本願発明の別の態様におけるシート材の切断装置は、
シート材を切断するための切断刃と、
前記シート材を介して前記切断刃と対向し、前記シート材の切断時に前記切断刃を受け止める受け台と、
前記シート材を前記受け台上に搬送するシート材搬送機構と、
前記シート材が切断されるように、前記切断刃を前記受け台に向けて移動させる切断刃移動手段であって、前記切断刃が前記受け台に押圧する際の力の大きさを制御するための切断刃制御手段を備えた切断刃移動手段と、
前記切断刃が前記受け台に当接して移動が停止した時点における前記切断刃の位置を検出する位置検出手段と、
前記受け台を前記切断刃の刃幅方向にずらして、前記受け台の位置を変更する受け台移動手段と、
を備え、
前記位置検出手段により検出した前記切断刃の位置が、良好な切断が可能な範囲として予め定めた範囲から外れたときに、それまでとは異なる領域で前記切断刃を受けることができるように、前記受け台移動手段を作動させて前記受け台を前記刃幅方向に移動させ、
前記受け台移動手段を作動させた後、前記シート材が無い状態で前記切断刃を前記切断刃移動手段により移動させて前記受け台に当接させる空打ちを行い、前記位置検出手段により検出される前記切断刃の位置が所定の位置に達するまで前記空打ちを行うこと
を特徴としている。

また、前記受け台は、樹脂材料からなる角柱状の部材で、外周面を構成する複数の平面のそれぞれを、前記切断刃を受ける面として機能させることができるように構成されており、前記受け台移動手段による前記受け台の移動が繰り返されることにより、前記受け台の前記複数の平面の１つについて使用可能な領域がなくなった時点で、前記受け台を軸方向回りに回転させ、それまで前記切断刃を受けていた平面とは異なる平面で前記切断刃を受けることができるように構成されていることが好ましい。

上記構成を備えることにより、受け台の外周面を構成する平面の数に応じて受け台を回転させて使用することができるので、１つの受け台を用いて実施できる切断回数を増やすことができる。

また、前記切断刃の刃幅方向の両脇に、切断時の前記シート材のめくれあがりを抑制するためのストリッパを備えていることが好ましい。

一対のストリッパにより切断後のシート材を押さえ付け、シート材がめくれあがらないようにすることができるので、シート材搬送機構によって受け台に搬送される次のシート材を確実にハンドリングすることが可能になり、生産効率を向上させることができる。

また、前記切断刃は磁性を有する金属材料を用いて形成されており、前記切断刃の刃幅方向の両脇には、磁性を有する金属材料の破片を回収するための破片回収マグネットを備えていることが好ましい。

切断刃が磁性を有する金属材料を用いて形成されている場合には、切断刃の刃幅方向の両脇に破片回収マグネットを備えることにより、磁性を有する金属材料の破片を回収し、シート材に、製品の特性に悪影響を与える可能性のある破片が付着することを抑制することができる。

本願発明のシート材の切断装置は、位置検出手段により検出した切断刃の位置が、良好な切断が可能な範囲として予め定めた範囲から外れたときに、それまでとは異なる領域で切断刃を受けることができるように、受け台を刃幅方向に移動させるようにしている。そのため、適正な状態の受け台で切断刃を受けながら、良好で安定した、高品質な切断を継続して行うことが可能になる。また、切断装置自体で摩耗の度合いを判断して受け台の位置を変更するようにしているので、シート材の切断装置の稼動を停止する回数が減り、生産効率を向上させることができる。
また、受け台移動手段を作動させた後は、受け台の異なる領域で切断刃を受けることになるので、位置検出手段により検出される切断刃の位置が所定の位置に達するまで、すなわち、切断刃と、切断刃を受ける受け台の新しい領域とがなじむまでは、切断刃が押圧する際の力の大きさが定常状態における場合よりも大きくなるように切断刃移動手段を作動させることにより、従来の切断装置においては必要とされている、切断刃と受け台の平行度を出すための空運転を不要にして、生産効率を向上させることができる。

また、本願発明の別の態様におけるシート材の切断装置によれば、受け台移動手段を作動させた後は、受け台の異なる領域で切断刃を受けることになるので、位置検出手段により検出される切断刃の位置が所定の位置に達するまでは、シート材が無い状態で切断刃を切断刃移動手段により移動させて受け台に当接させる空打ちを行うこともできる。その場合、位置検出手段により検出される切断刃の位置が所定の位置に達すれば、切断刃と、切断刃を受ける受け台の新しい領域とがなじんだと判断して、空打ちを終了し、シート材の切断を開始することにより、空打ちの回数を少なくして、生産効率を向上させることができる。

本発明の実施形態にかかるシート材の切断装置を示す図である。 図１に示したシート材の切断装置における、受け台移動手段の動作を説明するための図である。 従来技術（特許文献１）にかかるシート材の切断装置を示す図である。 従来技術（特許文献２）にかかるシート材の切断装置を示す図である。

図１を参照しつつ、本発明の実施形態にかかるシート材の切断装置１について説明する。被切断材であるシート材５としては、例えば、切断後に積層型電池を構成する部品であるセパレータ、正極板、負極板などとなるそれぞれのシート材が挙げられる。切断前のシート材５は帯状である。シート材５は、一層でもよいし、重ねられた複数層の状態であってもよい。

シート材の切断装置１は、シート材５を切断するための切断刃１１と、切断刃１１を受け止める受け台３１と、シート材５を受け台３１上に搬送するシート材搬送機構５０と、切断刃１１を受け台３１に向けて移動する切断刃移動手段２１と、切断刃１１の位置を検出する位置検出手段２５と、受け台３１を切断刃１１の刃幅方向にずらして移動する受け台移動手段４１とを備えている。この実施形態では、切断刃１１の刃幅方向をＸ方向、切断刃１１の刃長方向をＹ方向、切断刃１１の移動方向をＺ方向（上下方向）として説明する。

切断刃１１は、シート材５を切断するための工具であり、シート材５の主面の上方に配置されている。切断刃１１の構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料などが挙げられるが、価格を考慮した場合、例えばステンレス鋼や炭素鋼などの磁性を有する金属材料であることが好ましい。

切断刃１１の刃幅方向の両脇には、切断後のシート材５のめくれあがりを抑制するための一対のストリッパ１５が備えられている。ストリッパ１５は直動ベアリング１６に挿入されてＺ方向に摺動できるように構成されている。
また、ストリッパ１５は、ばね１７によりシート材５側に付勢され、先端が切断刃１１の刃先よりも下方に突出するように構成されているので、切断後に切断刃１１が上昇してシート材５から離れた後も、シート材５を押さえ付けることが可能で、切断後のシート材５のめくれあがりを抑制することができる。

また、切断刃１１の刃幅方向の両脇には、磁性を有する金属材料の破片を回収するための破片回収マグネット１９が備えられている。金属材料の破片としては、シート材５にもともと付着していた金属材料の粉や、切断時に発生する切断刃１１の破片などがある。破片回収マグネット１９は、切断刃１１と接しないように所定の隙間をあけて、それぞれのストリッパ１５に配設されている。

受け台３１は、シート材５の切断時に切断刃１１を受け止めるための部材であり、シート５を介して切断刃１１と対向するように配置されている。切断刃１１は、シート材５を貫通した後、受け台３１の平面３１ａに当接するが、その際、切断刃１１の刃先が少し受け台３１に食い込んだ状態となり、切断刃１１の受け台３１に向かう方向への移動が停止される。

受け台３１は、例えば、樹脂材料からなる正四角柱状の部材である。受け台固定部材３２には、受け台３１が嵌り込む凹部３２ａが形成されており、受け台３１は凹部３２ａに取り付けられている。受け台３１を軸心回りに９０°回転させて取り付けることにより、受け台３１の外周面を構成する複数の平面３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが切断刃１１を受ける面として機能させることができる。

シート材搬送機構５０は、シート材５を受け台３１上に搬送するための機構である。図１に示すとおり、ロール状に巻かれたシート材５がサクションローラ５２の回転により繰り出され、搬送台５３上に供給される。一方、吸着ヘッド５５によりシート材５の端部を保持した上で、吸着ヘッド５５をＸ方向へ移動させることにより、受け台３１上にシート材５を搬送する。その際、吸着ヘッド５５を、サクションローラ５２の送り速度と同期する速度で移動させる。

切断刃移動手段２１は、切断刃１１を受け台３１に向けて移動させるための機構であって、切断刃１１が受け台３１に当接して受け台３１を押圧する際の力の大きさを制御する切断刃制御手段を有している。切断刃移動手段２１しては、具体的にはサーボモータが用いられる。サーボモータを用いることにより、切断刃１１の速度および押圧力を高精度に制御することができる。

位置検出手段２５は、切断刃１１の位置を検出するためのものである。この実施形態では、切断刃１１が受け台３１に当接して移動が停止した時点における、切断刃１１の位置を検出するために用いられる。位置検出器２５としては、例えば、サーボモータに備え付けられているエンコーダなどが挙げられる。位置検出手段２５により検出された切断刃１１の位置情報は、図１には示していない制御装置に送信される。制御装置では、送信された切断刃１１の位置情報に基づき、受け台３１に当接した切断刃１１の位置（Ｚ方向）を認識する。

受け台移動手段４１は、受け台３１を切断刃１１の刃幅方向（Ｘ方向）に移動させるための手段である。切断刃１１の切断回数が多くなると、受け台３１が摩耗して切断不良が発生しやすくなることから、摩耗の度合いが大きくなって切断不要が発生する前に受け台３１をＸ方向に移動させ、摩耗したこれまでの領域とは異なる領域で切断刃１１を受けるようにしている。受け台移動手段４１としては、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが挙げられる。

なお、受け台３１を移動させても切断刃１１が当接する高さ（Ｚ方向）がそれほど変わらないように、受け台３１は受け台固定部材３２を介してスライドベアリング４２に取り付けられ、高い精度を保ちながら移動できるように構成されている。

図２は、受け台移動手段４１の動作を説明するための図である。図２（ａ）に示すように、切断刃１１が受け台３１に当接することで、受け台３１に食い込みＣが形成される。食い込みＣは、切断刃１１が受け台３１に当接するごとに深く形成され、位置検出手段２５によって毎回その深さが検出される。この実施形態では、切断条件として、良好な切断が可能な範囲（Ｚ方向の下限値）が予め定められており、位置検出手段２５から検出された切断刃１１の位置が、予め定めた範囲から外れたか否かが制御装置により判断される。そして、切断刃１１の位置が、良好な切断が可能な範囲から外れたときに、受け台３１を移動させる。

受け台３１を移動させるにあたっては、まず、図２（ｂ）に示すように、切断刃１１を上昇させ、シート材５を排出することにより、受け台３１を移動できる状態とする。次に、図２（ｃ）に示すように、受け台３１を刃幅方向（Ｘ方向）へずらして受け台３１の位置を変更する。これらの動作により、受け台３１上のこれまでと異なる領域で切断刃１１を受けることができるようになり、シート材５の切断を継続して実行することができる。

この実施形態では、上述のように、位置検出手段２５により検出した切断刃１１の位置が、良好な切断が可能な範囲として予め定めた範囲から外れたときに、それまでとは異なる領域で切断刃１１を受けることができるように、受け台３１を刃幅方向に移動させて、常に、摩耗しすぎていない、シート材５の切断に適した領域で切断刃１１を受けることができるようにしている。そのため、切断不良や、切りくずの増大などの不具合の発生を防止することができる。また、切断装置自体で摩耗の度合いを判断して受け台３１の位置を変更するようにしているので、シート材の切断装置の稼動を停止する回数が減り、生産効率を向上させることができる。

また、受け台３１は、樹脂材料からなる角柱状の部材であり、外周面を構成する複数の平面３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄがそれぞれ切断刃１１を受ける面として機能させることができるように構成されている。したがって、受け台移動手段４１による受け台３１の移動が繰り返されることにより、受け台３１の複数の面のうちの１つの平面（例えば、平面３１ａ）について使用可能な領域がなくなった時点で、受け台３１を軸方向回りに回転させ、それまで切断刃１１を受けていた平面と異なる平面（例えば、平面３１ｂ）で切断刃１１を受けるようにすることが可能になり、１つの受け台３１を使用することで実施できる切断回数を増やすことができる。

また、切断刃１１に当接する受け台３１の領域を変更した直後は、切断刃１１と受け台３１の平行度が出ていない場合などがあり、良好な切断をおこなうことができない場合も考えられる。これに対し、この実施形態の切断装置では、受け台移動手段４１を作動させて受け台を移動させ、受け台３１の異なる領域でシート材５の切断を開始する際に、位置検出手段２５により検出される切断刃１１の位置が所定の位置（良好な切断が可能な範囲内の位置）に達するまで、すなわち、切断刃１１と切断刃１１を受ける受け台３１の新しい領域とがなじむまでは、切断刃１１の押圧する際の力の大きさが定常状態における場合よりも大きくなるように切断刃移動手段２１を作動させている。これにより、従来の切断装置においては必要とされている、切断刃と受け台の平行度を出すための空運転を不要にして、生産効率を向上させることができる。

また、受け台移動手段４１を作動させて受け台を移動させ、受け台３１の異なる領域でシート材５の切断を開始する前に、位置検出手段２５により検出される切断刃１１の位置が所定の位置（良好な切断が可能な範囲内の位置）に達するまでは、シート材５が無い状態で切断刃１１を切断刃移動手段２１により移動させて受け台３１に当接させる空打ちを行うこともできる。その場合、位置検出手段２５により検出される切断刃１１の位置が所定の位置に達すれば、切断刃１１と、切断刃１１を受ける受け台３１の新しい領域とがなじんだと判断して、空打ちを終了し、シート材５の切断を開始することにより、空打ちの回数を少なくして、生産効率を向上させることができる。

また、切断刃１１の刃幅方向の両脇には、一対のストリッパ１５が備えられており、切断後のシート材５のめくれあがりを抑制できるので、シート材搬送機構５０によって、受け台３１に搬送される次のシート材５を確実にハンドリングすることが可能になり、生産効率を向上させることができる。

また、切断刃１１が磁性を有する金属材料を用いて形成されている場合には、切断刃１１の刃幅方向の両脇に、破片回収マグネット１９を備えることにより、磁性を有する金属材料の破片を回収し、シート材５に、製品の特性に悪影響を与える可能性のある破片が付着することを抑制することができる。

なお、本発明は、単なる一層のシート材を切断するためだけでなく、特許文献２（特開２００７−２４２５０６号公報）に示すような、多連状態の極板包装体のセパレータシート材部分を切断する場合にも適用することが可能である。

本発明はさらにその他の点においても上記の各実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ シート材の切断装置
５ シート材
１１ 切断刃
１５ ストリッパ
１６ 直動ベアリング
１７ ばね
１９ 破片回収マグネット
２１ 切断刃移動手段
２５ 位置検出手段
３１ 受け台
３２ 受け台固定部材
４１ 受け台移動手段
４２ スライドベアリング
５０ シート材搬送機構
５２ サクションローラ
５３ 搬送台
５５ 吸着ヘッド

Claims (5)

1. シート材を切断するための切断刃と、
   前記シート材を介して前記切断刃と対向し、前記シート材の切断時に前記切断刃を受け止める受け台と、
   前記シート材を前記受け台上に搬送するシート材搬送機構と、
   前記シート材が切断されるように、前記切断刃を前記受け台に向けて移動させる切断刃移動手段であって、前記切断刃が前記受け台に押圧する際の力の大きさを制御するための切断刃制御手段を備えた切断刃移動手段と、
   前記切断刃が前記受け台に当接して移動が停止した時点における前記切断刃の位置を検出する位置検出手段と、
   前記受け台を前記切断刃の刃幅方向にずらして、前記受け台の位置を変更する受け台移動手段と、
   を備え、
   前記位置検出手段により検出した前記切断刃の位置が、良好な切断が可能な範囲として予め定めた範囲から外れたときに、それまでとは異なる領域で前記切断刃を受けることができるように、前記受け台移動手段を作動させて前記受け台を前記刃幅方向に移動させ、
   前記受け台移動手段を作動させた後、前記シート材を切断したときの、前記位置検出手段により検出される前記切断刃の位置が所定の位置に達するまで、前記切断刃が前記受け台に押圧する際の力の大きさが大きくなるように前記切断刃移動手段を作動させること
   を特徴とするシート材の切断装置。
2. シート材を切断するための切断刃と、
   前記シート材を介して前記切断刃と対向し、前記シート材の切断時に前記切断刃を受け止める受け台と、
   前記シート材を前記受け台上に搬送するシート材搬送機構と、
   前記シート材が切断されるように、前記切断刃を前記受け台に向けて移動させる切断刃移動手段であって、前記切断刃が前記受け台に押圧する際の力の大きさを制御するための切断刃制御手段を備えた切断刃移動手段と、
   前記切断刃が前記受け台に当接して移動が停止した時点における前記切断刃の位置を検出する位置検出手段と、
   前記受け台を前記切断刃の刃幅方向にずらして、前記受け台の位置を変更する受け台移動手段と、
   を備え、
   前記位置検出手段により検出した前記切断刃の位置が、良好な切断が可能な範囲として予め定めた範囲から外れたときに、それまでとは異なる領域で前記切断刃を受けることができるように、前記受け台移動手段を作動させて前記受け台を前記刃幅方向に移動させ、
   前記受け台移動手段を作動させた後、前記シート材が無い状態で前記切断刃を前記切断刃移動手段により移動させて前記受け台に当接させる空打ちを行い、前記位置検出手段により検出される前記切断刃の位置が所定の位置に達するまで前記空打ちを行うこと
   を特徴とするシート材の切断装置。
3. 前記受け台は、樹脂材料からなる角柱状の部材で、外周面を構成する複数の平面のそれぞれを、前記切断刃を受ける面として機能させることができるように構成されており、
   前記受け台移動手段による前記受け台の移動が繰り返されることにより、前記受け台の前記複数の平面の１つについて使用可能な領域がなくなった時点で、前記受け台を軸方向回りに回転させ、それまで前記切断刃を受けていた平面とは異なる平面で前記切断刃を受けることができるように構成されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載のシート材の切断装置。
4. 前記切断刃の刃幅方向の両脇に、切断時の前記シート材のめくれあがりを抑制するためのストリッパを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシート材の切断装置。
5. 前記切断刃は磁性を有する金属材料を用いて形成されており、
   前記切断刃の刃幅方向の両脇には、磁性を有する金属材料の破片を回収するための破片回収マグネットを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシート材の切断装置。

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