JP6354631B2

JP6354631B2 - 目付量測定方法

Info

Publication number: JP6354631B2
Application number: JP2015058609A
Authority: JP
Inventors: 真徳三浦; 孝徳宮地
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: JP2016176865A

Description

本発明は、二次電池の電極材料の物性値検知方法に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１１−９５２１０号公報がある。この公報に記載された物性値検知システムには、複数の周波数の超音波ビームを放射可能な超音波放射部と、超音波放射部と対向した位置に配置され、超音波ビームを受波して電気信号に変更する超音波受波部と、超音波放射部と超音波受波部とを保持するコの字型のアームと、超音波放射部と超音波受波部を制御すると共に、超音波受波部が生成した電気信号を処理する制御部と、を備えている。

この物性値検査システムでは、あらかじめ物性値が既知の試料を用いて、試料を透過させた周波数ごとの超音波ビームの強度と物性値の関係を示す検量線のデータを、様々な物性値の試料について得ておく。測定を行う際には、超音波放射部から周波数を変えて超音波ビームを放射し、測定対象物に透過させ、測定対象物を透過後の各周波数の超音波ビームを超音波受波部で受波し、受波した超音波ビームの強度から物性値を特定する。ここで物性値とは、対象物の目付量である。

特開２０１１−９５２１０号公報

二次電池の電極材料の目付量は、電池容量に大きく影響を与えるため、高精度に計測する必要がある。しかしながら、前述した従来の物性値検査システムでは、グローブボックス内において二次電池を加工する際の気圧変化については考慮されておらず、目付量の測定の際に、グローブボックス内での気圧変化によって測定誤差を生じる場合があった。
本発明は、グローブボックス内での気圧変化による測定誤差を補正することにより物性値を高精度で検知し、電極材料の目付量を高精度で測定するものである。

本発明にかかる物性値検知方法は、超音波ビームを測定対象物に透過させた後に受波し、受波した透過波の強度から前記測定対象物の物性値を検知する物性値検知方法であって、前記超音波ビームを前記基準対象物に放射し、前記基準対象物に反射した反射波の強度Ｒ１と、前記基準対象物を透過した透過波の強度Ｕ１を取得し、前記超音波ビームを測定対象物に放射し、前記測定対象物に反射した反射波の強度Ｒ２と、前記測定対象物を透過した透過波の強度Ｕ２を取得し、前記強度Ｒ１と前記強度Ｒ２の相違に基づいて、前記基準対象物を測定したときと前記測定対象物を測定したときの気圧変化値を算出し、前記気圧変化値に基づいて前記強度Ｕ２を補正した強度Ｕ２’を算出し、前記強度Ｕ１と、前記補正した強度Ｕ２’と、に基づいて前記測定対象物の物性値を特定する。
これにより、基準対象物の測定時と、測定対象物の測定時の測定誤差を補正することができる。

これにより、測定対象部への電極材料の目付量を高精度で測定することができる。

測定装置の構成を示す図である。第１のプローブが受波した反射波の強度に基づいて生成された電気信号波形を示す図である。第２のプローブが受波した透過波の強度に基づいて生成された電気信号波形を示す図である。入射された超音波ビームがワークを透過する透過量と気圧との関係を示す図である。基準ワークの測定のフローチャートである。測定ワークの測定のフローチャートである。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、測定装置には、対象物２がセットされる。また、測定装置１は、超音波ビームを対象物２に対して発射すると共に、対象物２により反射した超音波ビームを受波する第１のプローブ１１と、第１のプローブ１１から発射して対象物２を透過した超音波ビームを受波する第２のプローブ１２と、第１のプローブ１１に組み込まれた超音波発振器を駆動させると共に、第１のプローブ１１及び第２のプローブ１２での超音波ビームの受波に基づいて生成された電気信号を処理するパルサレシーバー（超音波送受信器）１３と、電気信号を増幅するプリアンプ（増幅器）１４と、第１のプローブ１１及び第２のプローブ１２により受波された超音波ビームの強度から対象物２解析を行う解析部１５と、を備える。

対象物２は、第１のプローブ１１と第２のプローブ１２の間に配置される電極箔である。対象物２は、基準測定を行うための基準ワーク（基準対象物）２ａと、測定対象である測定ワーク（測定対象物）２ａが、電極箔の上下面が略同一平面上であるように並べて配置されている。なお、基準ワーク２ａは、塗布されている電池材料の重量が既知である。

第１のプローブ１１は、超音波ビームを発射する発射部１１ａと、超音波ビームを受波する受波部１１ｂと、を備える。発射部１１ａは、内部に設けられた超音波発振器をパルサレシーバー１１から入力された制御信号に基づいて動作させ、対象物２に向かって超音波ビームを発射させる。受波部１１ｂは、対象物２に反射した超音波ビームを受波する。ここで第１のプローブ１１は、図２に示すように、受波部１１ｂで受波した超音波ビームの強度に応じた電圧値の電気信号波形を生成し、プリアンプ１４に出力する。なお、受波部１１ｂで受波される超音波ビームについて、対象物２が基準ワーク２ａである場合の反射波の強度をＲ１、対象物２が測定ワーク２ｂである場合の反射波の強度をＲ２とする。

第２のプローブ１２は、超音波ビームを受波する受波部１２ａを備える。具体的には、受波部１２ａは、第１のプローブ１１の発射部１１ａから発射されて、対象物２を透過した超音波ビームを受波する。第２のプローブ１２は、図３に示すように、受波部１２ａで受波した超音波ビームの強度に応じた電圧値の電気信号波形を生成し、プリアンプ１４に出力する。また後述するように、受波部１２ａで受波される超音波ビームについて、対象物２が基準ワーク２ａである場合の透過波の強度をＵ１、対象物２が測定ワーク２ｂである場合の透過波の強度をＵ２とする。なお、第１のプローブ１１と第２のプローブ１２は、それぞれコの字型のクランプの先端に連結されており、発射部１１ａ及び受波部１１ｂと、受波部１２ａと、が対向した状態である。また、図１に示すように、第１のプローブ１１と第２のプローブ１２は、対向した状態のまま移動可能である。これにより、第１のプローブ１１と第２のプローブ１２の間に基準ワーク２ａが配置された状態と、測定ワーク２ｂが配置された状態と、を変更できる。

パルサレシーバー１３は、プリアンプ１４と、解析部１５と、に接続されている。パルサレシーバー１３は、第１のプローブ１１に設けられている超音波発振器を動作させる制御信号を、プリアンプ１４を介して第１のプローブ１１に出力する。また例えば、パルサレシーバー１３は、プリアンプ１４から受信した電気信号波形をＡ／Ｄ変換して、解析部１５に出力する。

プリアンプ１４は、第１のプローブ１１及び第２のプローブ１２が超音波を受波することにより生成した電気信号波形を受信して振幅を増幅し、パルサレシーバー１３に出力する。

解析部１５には、例えば、演算部や制御部を有するコンピュータが設けられており、プリアンプ１４で増幅された電気信号波形について解析を行う。具体的には、図４に示すように、所定の重量の電池材料が塗布された対象物に超音波ビームを入射させた場合に、対象物を透過する超音波ビームの量は変化する。したがって、解析部１５は、第１のプローブ１１の受波部１１ｂにより受波された基準ワーク２ａからの反射波の強度Ｒ１と、測定ワーク２ｂからの反射波の強度Ｒ２とを用いて、基準ワーク２ａと測定ワーク２ｂとを測定する際に変化した気圧変化を求める。その後、解析部１５は、気圧変化分に基づいて、測定ワーク２ｂを透過した超音波ビームの透過波の強度Ｕ２を補正し、強度Ｕ２’を算出する。さらに解析部１５は、補正後の超音波ビームの強度Ｕ２’から、測定ワーク２ｂの電池材料の塗布重量を解析する。

次に、図５及び図６を参照して、測定装置１の動作を説明する。

最初に、図５に示すように、重量が既知である基準ワーク２ａについて、超音波ビームを入射させたときの透過波と反射波の測定を行う。

まず、第１のプローブ１１と第２のプローブ１２を移動させ、基準ワーク２ａが第１のプローブ１１と第２のプローブ１２の間に配置される状態する。

第１のプローブ１１は、パルサレシーバー１３で生成された制御信号に基づいて、超音波ビーム生成して発射部１１ａから発射する（Ｓ１１）。発射部１１ａから発射された超音波ビームは、基準ワーク２ａに入射する。ここで、基準ワーク２ａに入射された超音波ビームは、基準ワーク２ａを透過する透過波と、基準ワーク２ａの表面で反射する反射波とに分波される。

第１のプローブ１１の受波部１１ｂは、基準ワーク２ａの表面で反射した超音波ビーム（反射波）を受波する（Ｓ１２）。このとき、受波部１１ｂで受波した超音波ビームの強度を強度Ｒ１とする。第１のプローブ１１は、受波部１１ｂで取得された超音波ビームの強度Ｒ１に応じた電気信号波形を生成し、プリアンプ１４を介してパルサレシーバー１３に送信する。ここで電気信号波形とは、図２に示すように、電圧変調する正弦波であり、受波部１１ｂで取得された超音波ビームの強度に応じて電圧値が決定される。その後、パルサレシーバー１３は、反射波の強度Ｒ１の情報を解析部１５に伝達する。

第２のプローブ１２の受波部１２ａは、基準ワーク２ａを透過した超音波ビーム（透過波）を受波する（Ｓ１３）。このとき、受波部１２ａで受波した超音波ビームの強度は強度Ｕ１とする。ここで、第２のプローブ１２は、受波部１２ａで取得された超音波ビームの強度Ｕ１に応じた電気信号波形を生成し、プリアンプ１４を介してパルサレシーバー１３に送信する。ここで電気信号波形とは、図３に示すように、電圧変調する正弦波であり、受波部１２ａで取得された超音波ビームの強度に応じて電圧値が決定される。その後、パルサレシーバー１３は、透過波の強度Ｕ１の情報を解析部１５に伝達する。

次に、図６に示すように、測定ワーク２ｂの測定を開始する。

まず、第１のプローブ１１と第２のプローブ１２を移動させ、測定ワーク２ｂが第１のプローブ１１と第２のプローブ１２の間に配置される状態する。

第１のプローブ１１は、パルサレシーバー１４から入力された制御信号に基づき、発射部１１ａから超音波ビームを発射する（Ｓ２１）。発射部１１ａから発射された超音波ビームは、測定ワーク２ｂに入射する。測定ワーク２ｂに入射した超音波ビームは、測定ワーク２ｂを透過する透過波と、測定ワーク２ｂの表面で反射する反射波とに分波される。

第１のプローブ１１の受波部１１ｂは、測定ワーク２ｂの表面で反射した超音波ビーム（反射波）を受波する（Ｓ２２）。このとき、受波部１１ｂで受波した超音波ビームの強度を強度Ｒ２とする。ここで第１のプローブ１１は、図２に示すように、受波部１１ｂで取得された超音波ビームの強度Ｒ２に応じた電圧値の電気信号波形を生成し、プリアンプ１４を介してパルサレシーバー１３に送信する。その後、パルサレシーバー１３から解析部１５に強度Ｒ２の情報を伝達する。

解析部１５は、Ｓ１２で取得された反射波の強度Ｒ１と、Ｓ２２で取得された反射波の強度Ｒ２により、気圧変化分を算出する（Ｓ２３）。図２に示すように、解析部１５は、強度Ｒ１を示す箇所の電気信号波形の電圧値の積算値Ａと、強度Ｒ２を示す箇所の電気信号波形の電圧値の積算値Ｂとを用い、これらの比率を気圧変化分Ｃとして算出する。すなわち、

を算出する。

第２のプローブ１２の受波部１２ａは、測定ワーク２ｂを透過した超音波ビーム（透過波）を受波する（Ｓ２４）。このとき、受波部１２ａで受波した超音波ビームの強度をＵ２とする。ここで第２のプローブ１２は、図３に示すように、受波部１２ａで取得された超音波ビームの強度Ｕ２に応じた電圧値の電気信号波形を生成し、プリアンプ１４を介してパルサレシーバー１３に送信する。その後、パルサレシーバー１３から解析部１５に強度Ｕ２の情報を伝達する。

解析部１５は、Ｓ２３で算出した気圧変化分Ｃを用いて、透過波の強度Ｕ２を気圧変化に基づいて補正した強度Ｕ２’を算出する（Ｓ２５）。ここで、図３に示すように、透過波の強度Ｕ２を示す箇所の電気信号波形の電圧値の積算値Ｄを用いることにより、解析部１５は、

を算出する。

次に、解析部１５は、Ｓ１３で算出した基準ワーク２ａを透過した透過波の強度Ｕ１と、Ｓ２３で算出した測定ワーク２ｂを透過した透過波を補正した強度Ｕ２’に基づいて、測定ワーク２ｂの重量を算出する（Ｓ２６）。ここで、同一の気圧下において、ワークへの電池材料の塗布量が変化により、ワークを透過する超音波ビームの透過量の変化量は既知である。したがって解析部１５は、強度Ｕ１と、補正した強度Ｕ２’とを比較することにより、気圧の変化による影響を補正して、測定ワーク２ｂの重量を算出し、測定ワーク２ｂへの電池材料の塗布量を算出する。

これにより、測定装置１は、基準ワーク２ａと測定ワーク２ｂにそれぞれ入射させた超音波ビームの反射波の強度を利用して、基準ワーク２ａを測定するときと、測定ワーク２ｂの測定するときの測定環境内の圧力変化によって生じる測定誤差を補正して、測定ワーク２ｂの物性値を算出することができる。すなわち測定装置１は、測定環境内の圧力変化によって生じる測定誤差を加味して、測定ワーク２ｂに塗布された電池材料の目付量を算出することができる。したがって、測定ワーク２ｂに塗布された電池材料の目付量を、より高精度に算出することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、パルサレシーバー１３が、プリアンプ１４から受信した電気信号波形をＡ／Ｄ変換して解析部１５に送出するものとして記載したが、電気信号波形のＡ／Ｄ変換は解析部１５で行ってもよい。また、解析部１５に設けられたコンピュータは、パルサレシーバー１３が受けた電気信号の解析に用いるだけでなく、パルサレシーバー１３の動作を制御するために用いてもよい。

１測定装置
２対象物
２ａ基準ワーク
２ｂ測定ワーク
１１第１のプローブ
１１ａ発射部
１１ｂ受波部
１２第２のプローブ
１２ａ受波部
１３パルサレシーバー
１４プリアンプ
１５解析部

Claims

超音波ビームを測定対象物に透過させた後に受波し、受波した透過波の強度から、前記測定対象物に塗布された電極材料の目付量を測定する目付量測定方法であって、
前記超音波ビームを基準対象物に放射し、前記基準対象物に反射した反射波の強度Ｒ１と、前記基準対象物を透過した透過波の強度Ｕ１を取得し、
前記超音波ビームを前記測定対象物に放射し、前記測定対象物に反射した反射波の強度Ｒ２と、前記測定対象物を透過した透過波の強度Ｕ２を取得し、
前記強度Ｒ１と前記強度Ｒ２の相違に基づいて、前記基準対象物を測定したときと前記測定対象物を測定したときの気圧変化値を算出し、前記気圧変化値に基づいて前記強度Ｕ２を補正した強度Ｕ２'を算出し、
前記強度Ｕ１と、前記補正した強度Ｕ２'と、に基づいて前記測定対象物に塗布された電極材料の目付量を特定する
目付量測定方法。