JP6488834B2 - ワーク積層装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク積層装置に関する。

従来、正極と負極とをセパレータを介して積層した電極組立体をケース内に収容して構成される蓄電装置が知られている。電極組立体の製造装置としては、正極・負極・セパレータ等のワークをコンベアで搬送して供給し、吸着手段によってピックアップしたワークを積層位置に搬送して積層する方式のものがある。

例えば特許文献１に記載の薄膜状ワークの積層装置では、吸着パッドで吸着支持したセパレータに重なり合うように第１のワークを吸着支持して積層位置に積層する工程と、吸着パッドで吸着支持したセパレータに重なり合うように第２のワークを吸着支持して積層位置に積層する工程とを繰り返し実行するようになっている。

特開２０１０−１１４６号公報

上述したような従来のワーク積層装置では、供給部から吸着支持部へのワークの受け渡しの際、及び吸着支持部から積層位置へのワークの受け渡しの際に吸着支持部の移動・停止が生じる。このため、ワークの連続的な受け渡しを行うことが困難であり、ワークの積層に要する時間の短縮化が課題となっている。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、ワークを迅速に積層できるワーク積層装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、一実施形態に係るワーク積層装置は、ワークを搬送して供給する供給搬送部と、供給搬送部から所定の積層位置でワークを受け取り、ワークの積層体を供給搬送部によるワークの搬送速度と等速で搬送する積層体搬送部と、を備え、積層体搬送部による積層位置の搬送経路は、供給搬送部の搬送経路よりも低位置となっており、供給搬送部から積層体搬送部へのワークの受渡位置には、ワークを案内して供給搬送部の搬送経路から積層体搬送部の搬送経路に落下させるガイド部が配置されている。

このワーク積層装置では、供給搬送部によるワークの搬送速度と、積層体搬送部による積層位置の搬送速度とが等速となっている。そして、ワークの受渡位置において、ガイド部がワークを案内して供給搬送部の搬送経路から積層体搬送部の搬送経路に落下させるようになっている。したがって、このワーク積層装置では、ワークの搬送を停止させずにワークの受け渡しを行うことが可能となるため、受け渡しの際にワークの移動・停止を伴う場合に比べてワークの積層に要する時間を短縮できる。

また、供給搬送部の搬送経路の先端部分が積層体搬送部の搬送経路と上下に重なり、供給搬送部自体がガイド部となっていてもよい。この場合、簡単な構成でワークの迅速な受け渡しが可能となる。

このワーク積層装置によれば、ワークを迅速かつ精度良く積層できる。

第１実施形態に係るワーク積層装置の構成を示す概略図である。 図１に示したワーク積層装置におけるワークの受け渡しの様子を示す概略図であり、（ａ）は供給搬送部から中継搬送部への受け渡しの様子を示し、（ｂ）は中継搬送部から積層体搬送部への受け渡しの様子を示す。 第２実施形態に係るワーク積層装置の構成を示す概略図である。 第３実施形態に係るワーク積層装置の構成を示す概略図である。 変形例に係るワーク積層装置におけるワークの受け渡しの様子を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら、ワーク積層装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係るワーク積層装置の構成を示す概略図である。同図に示すワーク積層装置１は、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置の製造システムに組み込まれる装置である。ワーク積層装置１は、蓄電装置に用いられる電極組立体の製造工程の一部を実施するものであり、電極を所定の順序で積層して積層体を形成する装置として構成されている。

ワーク積層装置１で扱われるワークＷは、蓄電装置の正極２及び負極３である。正極２は、例えばアルミニウム箔からなる矩形の金属箔の両面に正極活物質層が形成されてなる。正極活物質層は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。正極２の一縁部には、正極端子との接続に用いられるタブ２ａが形成されている。

図示しないが、正極２は、タブ２ａを除いた部分が袋状のセパレータ内に収容された状態となっている。セパレータの形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータは、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。

一方、負極３は、例えば銅箔からなる金属箔の両面に負極活物質層が形成されてなる。負極活物質層は、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。

バインダは、例えばポリアミドイミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂であってもよく、主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂であってもよい。なお、本実施形態における正極活物質層及び負極活物質層は、塗工により形成される。前述の活物質の粒子及びバインダの粒子を溶媒中で混練し、電極合剤を形成する。この電極合剤を、例えばダイヘッドを備えた塗工装置により金属箔上に塗工し、その後、乾燥及び加圧を経て、活物質層が形成される。溶剤は、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤であってもよく、水であってもよい。負極３の一縁部には、負極端子の位置に対応してタブ３ａが形成されている。タブ２ａ及びタブ３ａは、正極２と負極３とを重ねた場合に互いに重ならない位置に形成されている。

ワーク積層装置１は、図１に示すように、ワークＷを搬送して供給する供給搬送部１１と、供給搬送部１１から供給されるワークＷを積層体搬送部１３に向けてガイドするガイド部１２と、ガイド部１２から所定の積層位置Ｓでワークを受け取り、ワークＷの積層体１５を搬送する積層体搬送部１３とを備えている。

供給搬送部１１は、例えばベルトコンベアである。本実施形態では、供給搬送部１１として、セパレータ内に収容された正極２（以下、単に「正極２」と記す）を供給する第１の供給搬送部１１Ａと、負極３を供給する第２の供給搬送部１１Ｂとが設けられている。第１の供給搬送部１１Ａと第２の供給搬送部１１Ｂとは、それぞれ直線状の搬送経路１６を有している。第１の供給搬送部１１Ａの搬送経路１６は、図１における左側から右側に延びている。第２の供給搬送部１１Ｂの搬送経路１６は、第１の供給搬送部１１Ａの搬送経路１６の先端よりも右側の位置で、図１における下側から上側に延びている。第１の供給搬送部１１Ａからは、例えば１秒当たり５枚の供給速度で正極２が供給される。第２の供給搬送部１１Ｂからは、積層体搬送部１３に正極２と負極３とが交互に供給されるように、例えば１秒当たり５枚の供給速度で負極３が供給される。

ガイド部１２は、本実施形態では、供給搬送部１１と積層体搬送部１３との間に介在する中継搬送部１４と、ワークＷを案内するガイド板１９とによって構成されている。中継搬送部１４は、例えばベルトコンベアである。中継搬送部１４の搬送経路１７は、供給搬送部１１の搬送経路１６よりも低位置に配置されている。この搬送経路１７は、円形の周回軌道となっており、供給搬送部１１によるワークＷの搬送速度と等速で反時計回りにコンベアが周回する。

搬送経路１７の一側（図１における下側）には、第１の供給搬送部１１Ａの搬送経路１６の先端部分が隣接しており、第１の供給搬送部１１Ａから中継搬送部１４への正極２の受渡位置Ｐ１が設定されている。また、搬送経路１７の他側（図１における右側）には、第１の供給搬送部１１Ａの搬送経路１６の先端部分が隣接しており、第２の供給搬送部１１Ｂから中継搬送部１４への負極３の受渡位置Ｐ１が設定されている。また、搬送経路１７の別の他側（図１における左側）には、積層体搬送部１３の搬送経路１８の一辺（図１における右辺）が隣接しており、中継搬送部１４から積層体搬送部１３へのワークＷの受渡位置Ｐ２が設定されている。

上述したように、第１の供給搬送部１１Ａから１秒当たり５枚の供給速度で正極２が供給され、第２の供給搬送部１１Ｂから１秒当たり５枚の供給速度で負極３が供給される場合、受渡位置Ｐ２では、例えば１秒当たり１０枚の供給速度で、正極２及び負極３が交互に積層体搬送部１３の積層位置Ｓに載置される。

ガイド板１９は、例えば樹脂などによって形成された板状部材であり、緩やかな湾曲形状をなしている。一方のガイド板１９は、第１の供給搬送部１１Ａから中継搬送部１４への正極２の受渡位置Ｐ１、及び第２の供給搬送部１１Ｂから中継搬送部１４への負極３の受渡位置Ｐ１に対応してそれぞれ配置されている。また、他方のガイド板１９は、中継搬送部１４から積層体搬送部１３へのワークＷの受渡位置Ｐ２に対応して配置されている。

積層体搬送部１３は、例えばベルトコンベアである。積層体搬送部１３の搬送経路１８は、中継搬送部１４の搬送経路１７よりも更に低位置に配置されている。この搬送経路１８は、角部がＲ状をなす略長方形の周回軌道となっており、時計回りにワークＷ（積層体１５）の積層位置Ｓが周回する。積層体搬送部１３による積層位置Ｓの搬送速度は、供給搬送部１１Ａ，１１ＢによるワークＷの搬送速度、及び中継搬送部１４によるワークＷの搬送速度とそれぞれ等速となっている。

積層位置Ｓは、搬送経路１８上に等間隔で複数設定されている。本実施形態では、積層位置Ｓの数は奇数となっている。なお、積層位置Ｓには、ワークＷの面内方向の位置決めをする位置決め部が設けられていてもよい。このような位置決め部は、コンベア上に配置した枠体であってもよく、コンベアの表面に形成した凹部或いは溝などであってもよい。

このようなワーク積層装置１では、供給搬送部１１によってワークＷが受渡位置Ｐ１に搬送されると、ガイド板１９に案内されることによって、ワークＷが供給搬送部１１の搬送経路１６から中継搬送部１４の搬送経路１７に向かって押し出される。受渡位置Ｐ１では、供給搬送部１１の搬送経路１６と中継搬送部１４の搬送経路１７とが隣接し、かつ中継搬送部１４の搬送経路１７が供給搬送部１１の搬送経路１６よりも低位置に配置されている。このため、図２（ａ）に示すように、ガイド板１９で案内されたワークＷは、供給搬送部１１の搬送経路１６から押し出されて落下し、中継搬送部１４の搬送経路１６上に受け渡される。

中継搬送部１４の搬送経路１６上に受け渡されたワークＷは、搬送経路１６に沿って搬送され、受渡位置Ｐ２に搬送される。受渡位置Ｐ２では、ガイド板１９に案内されることによって、ワークＷが中継搬送部１４の搬送経路１７から積層体搬送部１３の搬送経路１８に向かって押し出される。受渡位置Ｐ２では、中継搬送部１４の搬送経路１７と積層体搬送部１３の搬送経路１８とが隣接し、かつ積層体搬送部１３の搬送経路１８が中継搬送部１４の搬送経路１７よりも低位置に配置されている。このため、図２（ｂ）に示すように、ガイド板１９で案内されたワークＷは、中継搬送部１４の搬送経路１７から押し出されて落下し、積層体搬送部１３の搬送経路１８上に受け渡される。以下、上述の工程が繰り返されることにより、複数の積層位置ＳにワークＷが順次積層され、ワークＷの積層体１５が形成される。ワークＷが所定枚数となった積層体１５は、積層体搬送部１３上によって次の工程(装置)に送られ、移行の工程において一体に固定されると共に、同極のタブ同士が接続されることで電極組立体となる。

以上説明したように、ワーク積層装置１では、供給搬送部１１によるワークＷの搬送速度と、積層体搬送部１３による積層位置Ｓの搬送速度とが等速となっている。このワーク積層装置１では、受渡位置Ｐ１において、ガイド部１２を構成するガイド板１９及び中継搬送部１４がワークＷを案内し、ワークＷを供給搬送部１１の搬送経路１６から中継搬送部１４の搬送経路１７に落下させて受け渡しを行う。また、受渡位置Ｐ２において、ガイド部１２を構成するガイド板１９及び中継搬送部１４がワークＷを案内し、ワークＷを中継搬送部１４の搬送経路１７から積層体搬送部１３の搬送経路１８に落下させて受け渡しを行う。したがって、ワーク積層装置１では、ワークＷの搬送を停止させずにワークＷの連続的な受け渡しを行うことが可能となるため、受け渡しの際にワークＷの移動・停止を伴う場合に比べてワークＷの積層に要する時間を短縮できる。

また、ワーク積層装置１では、供給搬送部１１によるワークＷの搬送速度、中継搬送部１４によるワークＷの搬送速度、及び積層体搬送部１３による積層位置Ｓの搬送速度が互いに等速となっている。これにより、受渡位置Ｐ１では、供給搬送部１１によって搬送されるワークＷと中継搬送部１４のコンベアとの相対速度がゼロとなり、受渡位置Ｐ２では、中継搬送部１４によって搬送されるワークＷと積層体搬送部１３の積層位置Ｓとの相対速度がゼロとなる。したがって、供給搬送部１１の搬送経路１６から中継搬送部１４の搬送経路１７にワークＷを落下させたとき、及び中継搬送部１４の搬送経路１７から積層体搬送部１３の搬送経路１８にワークＷを落下させたときの位置ずれが抑制され、位置精度が向上する。また、供給搬送部１１の搬送経路１６から中継搬送部１４の搬送経路１７にワークＷを落下させたときのワークＷへのダメージ、及び中継搬送部１４の搬送経路１７から積層体搬送部１３の搬送経路１８にワークＷを落下させたときのワークＷへのダメージをいずれも好適に抑制できる。
［第２実施形態］

図３は、第２実施形態に係るワーク積層装置の構成を示す概略図である。同図に示すように、第２実施形態に係るワーク積層装置２１は、供給搬送部１１、ガイド部１２、及び積層体搬送部１３のレイアウトが第１実施形態と相違している。より具体的には、ワーク積層装置２１では、単一の供給搬送部１１からワークＷである正極２及び負極３が交互に供給されるようになっている。また、ワーク積層装置２１では、中継搬送部１４が設けられておらず、ガイド部１２は、ガイド板１９のみによって構成されている。さらに、積層体搬送部１３の搬送経路１８は、角部がＲ状をなす略長方形の周回軌道となっており、ワークＷの供給のタイミングと同期して反時計回りに積層位置Ｓが周回する。

供給搬送部１１における搬送経路１６の先端部分と、積層体搬送部１３の搬送経路１８の一方の長辺（図３における下辺）とは、所定の長さにわたって隣接している。この隣接区間Ｒ１では、供給搬送部１１によって搬送されるワークＷと、積層体搬送部１３によって搬送される積層位置Ｓとが相対速度ゼロで並走する。供給搬送部１１から積層体搬送部１３へのワークＷの受渡位置Ｐ１は、隣接区間Ｒ１の先端付近に設定され、この受渡位置Ｐ１において、ガイド板１９によって案内されたワークＷが供給搬送部１１の搬送経路１６から押し出されて落下し、積層体搬送部１３の搬送経路１８上に受け渡される。

このようなワーク積層装置２１においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。すなわち、ワークＷの搬送を停止させずにワークＷの受け渡しを行うことが可能となるため、受け渡しの際にワークＷの移動・停止を伴う場合に比べてワークＷの積層に要する時間を短縮できる。また、中継搬送部１４を設けず、ガイド板１９のみによってガイド部１２を構成しているので、装置の簡単化が図られる。さらに、供給搬送部１１の搬送経路１６と積層体搬送部１３の搬送経路１８とが所定の長さにわたって隣接しているので、供給搬送部１１から積層体搬送部１３へのワークＷの受け渡しをより確実に実施できる。
［第３実施形態］

図４は、第３実施形態に係るワーク積層装置の構成を示す概略図である。同図に示すように、第３実施形態に係るワーク積層装置３１は、供給搬送部１１のレイアウトが第２実施形態と更に相違している。より具体的には、ワーク積層装置３１では、供給搬送部１１の搬送経路１６の先端部分が積層体搬送部１３の搬送経路１８の一方の長辺（図４における下辺）と上下に重なるように配置されている。また、ガイド板１９は配置されておらず、供給搬送部１１自体がガイド部１２となっている。

供給搬送部１１の搬送経路１６の先端部分と、積層体搬送部１３の搬送経路１８とが上下で重なる重複区間Ｒ２では、供給搬送部１１によって搬送されるワークＷと、積層体搬送部１３によって搬送される積層位置Ｓとが相対速度ゼロで並走する。供給搬送部１１から積層体搬送部１３へのワークＷの受渡位置Ｐ１は、重複区間Ｒ２の先方となり、この受渡位置Ｐ１において、コンベアによって案内されたワークＷが供給搬送部１１の搬送経路１６から押し出されて落下し、積層体搬送部１３の搬送経路１８上に受け渡される。

このようなワーク積層装置３１においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。すなわち、ワークＷの搬送を停止させずにワークＷの受け渡しを連続的に行うことが可能となるため、受け渡しの際にワークＷの移動・停止を伴う場合に比べてワークＷの積層に要する時間を短縮できる。また、中継搬送部１４やガイド板１９を設けず、供給搬送部１１自体をガイド部１２としているので、装置の一層の簡単化が図られる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、ワークＷとして正極２及び負極３を例示したが、本発明はシート体のワークであれば他のものであっても適用できる。また、ワークＷの供給速度や供給順序、搬送経路の形状などは、適宜設定変更が可能である。さらに、積層体搬送部１３において、受渡位置を除く位置に積層体１５を積層方向に押圧する押圧部を更に配置してもよい。この場合、積層体搬送部１３で搬送される積層体１５での積層ずれの発生を好適に抑制できる。さらに、上記実施形態では、緩やかな湾曲形状をなすガイド板１９をガイド部１２に適用しているが、搬送経路上のワークＷを隣接する搬送経路に押し出すプッシャーをガイド部１２に適用してもよい。

また、例えば図５に示すように、受渡位置Ｐ１において、供給搬送部１１の搬送経路１６から積層体搬送部１３の搬送経路１８に向けてワークＷを滑走させる滑走板２０を配置してもよい。この場合、滑走板２０によってワークＷを滑らかに落下させることが可能となり、ワークＷの受け渡しの際のワークＷへのダメージを一層確実に抑制できる。図１に示したワーク積層装置１に滑走板２０を適用する場合には、受渡位置Ｐ１，Ｐ２のそれぞれに滑走板２０を配置することが好ましい。

なお、上記各実施形態において、「等速」とは、搬送速度の速度差が無視できる程度に小さいことを意味している。一例として、この速度差は、速度差に起因する積層位置Ｓでの位置ずれが積層体１５の組立時の必要精度以下に収まる速度差であることが望ましい。

また、上記実施形態では、正極２を収納した袋状のセパレータを例示し、正極２と共にセパレータを供給搬送部１１より供給する構成としたが、特にこれに限定されるものではない。例えば正極２と負極３とがそれぞれ袋状のセパレータに収納されていてもよく、また、負極３のみが袋状のセパレータに収納されていてもよい。セパレータは、袋状のものに限られず、シート状のものであってもよく、正極２や負極３とは別に供給してもよい。シート状のセパレータを第１実施形態に適用する場合、例えばセパレータ用の供給搬送部を別に設けてもよい。

１，２１，３１…ワーク積層装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ…供給搬送部、１２…ガイド部、１３…積層体搬送部、１５…積層体、１６…供給搬送部の搬送経路、１８…積層体搬送部の搬送経路、Ｐ１，Ｐ２…受渡位置、Ｓ…積層位置、Ｗ…ワーク。

Claims (2)

1. ワークを搬送して供給する供給搬送部と、
   前記供給搬送部から所定の積層位置でワークを受け取り、前記ワークの積層体を前記供給搬送部による前記ワークの搬送速度と等速で搬送する積層体搬送部と、を備え、
   前記積層体搬送部による前記積層位置の搬送経路は、前記供給搬送部の搬送経路よりも低位置となっており、
   前記供給搬送部から前記積層体搬送部への前記ワークの受渡位置には、前記ワークを案内して前記供給搬送部の前記搬送経路から前記積層体搬送部の前記搬送経路に落下させるガイド部が配置されており、
   前記積層体搬送部の前記搬送経路は、周回軌道となっており、
   前記積層位置は、前記積層体搬送部の前記搬送経路上に等間隔で複数設定されているワーク積層装置。
2. 前記供給搬送部の前記搬送経路の先端部分が前記積層体搬送部の搬送経路と上下に重なり、前記供給搬送部自体が前記ガイド部となっている請求項１記載のワーク積層装置。

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