JP6879116B2

JP6879116B2 - 電極用切断装置

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Publication number: JP6879116B2
Application number: JP2017156438A
Authority: JP
Inventors: 真也浅井; 寛恭西原; 村田　卓也; 卓也村田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-08-14
Also published as: JP2019036458A

Description

本発明は、電極を製造するための電極用切断装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがある。例えばリチウムイオン二次電池では、金属箔の表面に活物質層を有するとともに、金属箔の一辺に沿って活物質層の存在しない未塗工部を有する電極（正極及び負極）が間にセパレータを介在させた状態で層状に重なる電極組立体を有している。電極組立体には、個片状の電極を多数積層して形成される積層型が知られており、このような電極組立体を備えた積層型の蓄電装置も知られている。

積層型の蓄電装置に用いる電極の製造方法の一例は、例えば、特許文献１に開示されるように、活物質、導電助剤、バインダ、及び溶媒を混練した活物質合剤を長尺金属箔の長手方向に連続塗工して長尺帯状の塗工部を形成する塗工工程を有する。この塗工工程では、長尺金属箔の一方の長縁部には活物質合剤を塗布せず、長尺金属箔を露出させたままの露出部を形成する。

また、電極の製造方法は、上記塗工工程に付随し、塗工部を加熱して溶媒を蒸発させるとともにバインダを硬化させる乾燥工程を有する。さらに、電極の製造方法は、ロールプレスにより塗工部における活物質の密度を高める加圧工程と、電極材料を切断して、電極材料から電極を切り出す切断工程を有する。切断工程では、塗工部が切断されて電極における金属箔及び活物質層が形成されるとともに、露出部が切断されて電極における未塗工部が形成される。

ところで、特許文献１のように、連続塗工によって形成された塗工部をロールプレスすると、塗工部には大きな荷重が加わり、これにより、特に長手方向に延びが発生する。一方、厚みの違いにより、露出部には、ほとんどロールプレスによる荷重が作用せず、延びることもない。このように、ロールプレス後、塗工部と露出部の延びの差により、露出部に皺が生じてしまう。得られる電極においては未塗工部に皺が形成されてしまい好ましくない。

そこで、露出部に皺が生じることを抑制するため、活物質合剤を長尺金属箔の長手方向に間欠塗工することが提案されている。例えば、特許文献２に開示されるように、間欠塗工は、長尺金属箔の長手方向に間隔を空けて塗工部を形成し、長手方向に隣り合う塗工部間に露出部が形成される。そして、間欠塗工によって形成された電極材料においては、ロールプレスの際、塗工部間の露出部にも荷重が加わるが、露出部には塗工部が無く、長尺金属箔の長手方向及び短手方向への延びの差が小さいため、塗工部間の露出部に皺が生じることを抑制できる。

特開２００２−７５３３４号公報特許第６０３０３１１号公報

しかし、間欠塗工においては、長尺金属箔の搬送速度のばらつきや、塗工装置からの活物質合剤の塗工タイミングのずれを原因として、塗工部の位置が、予め決められた位置から長尺金属箔の長手方向にずれることがある。また、電極材料の切断を行う装置としては、生産性向上のために連続的に電極材料を切断できるロータリーダイカッタが採用されている。しかし、ロータリーダイカッタにおいては、搬送される電極材料に対し刃型が等間隔おきに移動してくるため、塗工部の位置が予め決められた位置からずれていると、得られる電極において活物質層や未塗工部の寸法がずれてしまい、不良品が製造されてしまう。

本発明の目的は、電極の未塗工部に皺が発生することを抑制し、規格外の電極が製造されることを抑制できる電極用切断装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための電極用切断装置は、長尺金属箔と、間欠塗工によって前記長尺金属箔の長手方向に間隔を空けて形成された活物質合剤の塗工部と、前記長手方向に隣り合う前記塗工部の間に位置し、前記長尺金属箔の露出した露出部と、を備える電極材料を搬送しながら切断して、前記長尺金属箔から形成される金属箔と、前記塗工部から形成される活物質層と、前記露出部から形成される未塗工部と、を有する電極を製造する電極用切断装置であって、搬送される前記電極材料を厚み方向から挟持する第１ニップローラ、及び前記電極材料の搬送方向における前記第１ニップローラの下流側に配置された第２ニップローラを有し、前記第１ニップローラ及び前記第２ニップローラを回転駆動し、前記電極材料を搬送するニップ部と、前記搬送方向における前記第１ニップローラと前記第２ニップローラの間に配置されたロータリーダイカッタであり、前記電極材料を支持し、かつ前記露出部を嵩上げする嵩上げ部材を備えるアンビルローラ、及び前記電極材料を前記電極の形状に切断する刃型を備えるダイローラを有し、前記ダイローラ及び前記アンビルローラは、前記電極材料を挟持しない隙間領域を、周方向の一部に備えるロータリーダイカッタと、前記搬送方向に沿う前記露出部の寸法を検出する検出部と、前記検出部によって前記露出部の寸法が規格外であると検出された場合、前記隙間領域に前記電極材料があるときに、前記ロータリーダイカッタの回転と、前記電極材料の搬送との相対速度を変更する制御部と、を備えることを要旨とする。

これによれば、間欠塗工によって塗工部が形成された電極材料において、塗工部をロールプレスした際、塗工部間に位置する露出部にも荷重が加わり、荷重に起因して長尺金属箔の長手方向に延びが生じ、塗工部が存在する場合のような延びの差が生じず、露出部には皺が発生しにくい。このため、電極材料を切断して電極を製造した際、露出部から形成される未塗工部に皺が入ることを抑制できる。間欠塗工においては、塗工部の位置が長尺金属箔の長手方向にずれることがあり、露出部の寸法が規格から外れることがある。

電極用切断装置によれば、検出部によって、塗工部の位置がずれ、露出部の寸法が規格外であることが検出された場合、制御部は、隙間領域に電極材料があるときに、ロータリーダイカッタの回転と電極材料の搬送との相対速度を変更して、電極材料の切断位置が所望する位置になるようにする。隙間領域に電極材料があるときは、ダイローラとアンビルローラによる電極材料の挟持が無いため、相対速度の変更を電極材料に影響を及ぼすこと無く行うことができる。したがって、塗工部の位置がずれた電極材料をロータリーダイカッタで切断する際、切断位置を微調整して規格外の電極が製造されることを抑制できる。

また、電極用切断装置について、前記ダイローラの周面はクッション材によって構成され、前記クッション材は、前記アンビルローラの周面との間で圧縮されて弾性変形し、前記刃型を突出させる。

これによれば、ロータリーダイカッタにおいて、刃型が電極材料に接近していくに従いクッション材は徐々に圧縮される。そして、電極材料が切断された後、アンビルローラに向けて働くクッション材の弾性力により、電極材料から個片の電極が切り離されやすくなる。

また、電極用切断装置について、前記アンビルローラ及び前記ダイローラは可変速で回転し、前記制御部は、一定速で搬送される前記電極材料の搬送速度に対し、前記ダイローラ及び前記アンビルローラの回転速度を調節して前記相対速度を変更してもよい。

これによれば、ダイローラとアンビルローラの駆動を制御するだけでよく、相対速度の変更が行いやすい。
また、電極用切断装置について、前記第１ニップローラ及び前記第２ニップローラは可変速で回転し、前記制御部は、一定速で回転する前記アンビルローラ及び前記ダイローラの回転速度に対し、前記第１ニップローラ及び前記第２ニップローラの回転速度を調節し、前記電極材料の搬送速度を調節して前記相対速度を変更してもよい。

これによれば、第１ニップローラ及び第２ニップローラは電極材料を直接挟持するため、電極材料の搬送速度の調節が行いやすい。
また、電極用切断装置について、前記電極材料の送り出し速度を調節するダンサーローラを前記搬送方向における前記第１ニップローラの上流側に備えていてもよい。

これによれば、ニップ部によって電極材料の搬送速度を減速する場合は、ダンサーローラを移動させることで電極材料に生じる弛みを吸収できる。一方、ニップ部によって電極材料の搬送速度を増速する場合、ダンサーローラを移動させることで、電極材の増速に対応することができる。

本発明によれば、電極の未塗工部に皺が発生することを抑制し、規格外の電極が製造されることを抑制できる。

電極を示す斜視図。第１の実施形態の電極用切断装置を模式的に示す図。電極用切断装置の電気的接続を示す図。ロータリーダイカッタを示す斜視図。ロータリーダイカッタを示す側面図。電極用切断装置を示す平面図。電極材料を示す平面図。（ａ）は露出部を切断する状態を示す側面図、（ｂ）は離間領域でのロータリーダイカッタを示す側面図。第２の実施形態の電極用切断装置を模式的に示す図。電極の切断の仕方の別例を示す平面図。電極の切断の仕方の別例を示す平面図。

（第１の実施形態）
以下、電極用切断装置を具体化した第１の実施形態を図１〜図８にしたがって説明する。

まず、電極を備える蓄電装置としての二次電池について説明する。図示しないが、二次電池は外観が角型をなす角型電池である。二次電池は、リチウムイオン二次電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、複数の正極の電極と、複数の負極の電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に積層されて構成されている。

図１に示すように、正極及び負極の電極１０は、それぞれ矩形状である。電極１０は、矩形状の金属箔（正極はアルミニウム箔、負極は銅箔）１１の両面に活物質層１２を備える。電極１０は、金属箔１１の一つの長縁部１１ｂに沿って未塗工部１１ａを備える。未塗工部１１ａは、活物質層１２が存在せず、金属箔１１が露出した部分である。未塗工部１１ａは、金属箔１１における長縁部１１ｂの一部から突出した形状のタブ１３を含む。

次に、電極１０の製造方法について説明する。
電極の製造方法は、帯状の長尺金属箔の表面に、活物質、導電助剤、バインダ、及び溶媒を混練した活物質合剤を間欠塗工して塗工部を形成し、電極材料を形成する塗工工程、及び塗工工程に付随し、塗工部を加熱して、活物質合剤に含まれる溶媒を蒸発させるとともにバインダを硬化させる乾燥工程を含む。塗工工程では、長尺金属箔の両面に塗工部が間隔を空けて形成される。さらに、電極の製造方法は、ロールプレスにより塗工部を圧縮し、活物質密度を高める加圧工程と、電極材料を個片の電極の形状に切断する切断工程と、を含む。そして、切断工程で電極材料から電極が切り出される。

次に、電極材料１７について詳細に説明する。
図２の拡大図、又は図４に示すように、電極材料１７は、長尺金属箔１８と、長尺金属箔１８の両面に存在する複数の塗工部１９を備える。長尺金属箔１８は、電極１０の金属箔１１となる部位である。また、塗工部１９は、電極１０の活物質層１２となる部位である。塗工部１９は、長尺金属箔１８の長手方向に間隔を空けて形成されている。

電極材料１７において、塗工部１９の面に沿い、かつ電極材料１７の長手方向に直交する方向を短手方向とする。短手方向に沿う塗工部１９の寸法は、電極１０における長縁部１１ｂの寸法の２倍以上である。また、電極材料１７の長手方向に沿う塗工部１９の寸法は、電極１０における活物質層１２の短手方向への長さより若干長い。本実施形態では、一つの塗工部１９からは、電極材料１７の長手方向に１枚、電極材料１７の短手方向に２枚の電極１０の活物質層１２を切り出すことができる。

電極材料１７は、長手方向に沿う両方の長縁部に沿って第１露出部１８ａを備える。また、電極材料１７は、長手方向に隣り合う塗工部１９同士の間に第２露出部１８ｂを備える。第１露出部１８ａ及び第２露出部１８ｂは、長尺金属箔１８において各塗工部１９によって覆われていない部位であり、長尺金属箔１８が露出した部分である。そして、第１露出部１８ａは、電極１０には使用されず、端材となる部位であり、第２露出部１８ｂは、未塗工部１１ａ及びタブ１３となる部位である。

長尺金属箔１８に対し活物質合剤を塗工するタイミングは予め決定されている。このため、電極材料１７の長手方向への第２露出部１８ｂの寸法Ｎは、予め設定された規格内に形成される。しかし、長尺金属箔１８の搬送速度のばらつきや、塗工装置からの活物質合剤の塗工タイミングのずれを原因として第２露出部１８ｂの寸法Ｎが規格外となる場合がある。

第２露出部１８ｂの寸法Ｎが規格より長くなった場合は、塗工直後の塗工部１９は、一つ前に形成された塗工部１９からの離間距離が長くなる。このような電極材料１７を後述のロータリーダイカッタ４０によって切断する場合、ロータリーダイカッタ４０においては、搬送される電極材料１７に対し刃型が等間隔おきに移動してくる。このため、塗工直後の塗工部１９から形成される電極１０においては、タブ１３の突出方向に沿った未塗工部１１ａの寸法が規格より短くなり、活物質層１２の寸法が規格より長くなって不良品となる。

一方、第２露出部１８ｂの寸法Ｎが規格より短くなった場合は、塗工直後の塗工部１９は、一つ前に形成された塗工部１９からの離間距離が短くなる。よって、塗工直後の塗工部１９をロータリーダイカッタ４０によって切断して形成される電極１０においては、タブ１３の突出方向に沿った未塗工部１１ａの寸法が規格より長くなり、活物質層１２の寸法が規格より短くなって不良品となる。上記不良品の発生を抑制するため、電極用切断装置２０によって後述の制御が行われる。

また、上記構成の電極材料１７において、ロールプレスによって行われる加圧工程では、プレスロールは電極材料１７の短手方向全体に亘って線接触する。ところで、塗工部１９と、第１露出部１８ａ及び第２露出部１８ｂとの厚みには差がある。リチウムイオン二次電池用の電極にて一例を挙げると、例えば、露出部（金属箔）の厚みが１０〜２０μｍ、塗工部の厚みが１００μｍ程度など、厚みが数倍〜十倍程度異なる。電極の種類により、この厚みの差は異なるが、一般に塗工部の方が露出部より倍以上厚い。

そして、ロールプレスにより加わる荷重により、塗工部１９では密度が高まるとともに、延びが生じる。この延びは、電極材料１７の長手方向に大きく生じることが知られている。第１露出部１８ａは、長尺金属箔１８の短手方向において、塗工部１９に隣接するため、その厚みの差により、第１露出部１８ａには荷重が加わらない。従って、第１露出部１８ａには、荷重に起因する延びも生じない。

一方で、第２露出部１８ｂには荷重が加わる。この荷重に起因する第２露出部１８ｂの延びは、塗工部１９同様に、長尺金属箔１８の長手方向に大きく、短手方向における塗工部１９との延びの差は小さい。このため、長尺金属箔１８の短手方向における塗工部１９との延びの差、すなわち、塗工部１９の有無による延びの差により、第１露出部１８ａには皺が生じ、大きくなりやすいが、第２露出部１８ｂにおいては、皺の発生が抑制される。

よって、皺の発生が抑制された第２露出部１８ｂから未塗工部１１ａ及びタブ１３が形成されるため、未塗工部１１ａ及びタブ１３には皺が形成されにくい。上記乾燥工程を含む塗工工程及び加圧工程を経た電極材料１７は、巻取リールに巻き取られ、巻取リールから巻き出された電極材料１７に対し、切断工程が行われ、電極１０が切り出される。

次に、切断工程を行う電極用切断装置２０について説明する。電極用切断装置２０は、巻取リールに巻き取られた電極材料１７を巻き出し、巻き出された電極材料１７を切断して電極１０を切り出す装置である。

図２に示すように、電極用切断装置２０は、電極材料１７を送り出す送出装置２２を備える。送出装置２２には、電極材料１７を巻き取った巻取リール２３が回転可能に支持される。なお、巻取リール２３には、電極材料１７がテンションを加えてロール状に巻き取られ、巻回状態にある。送出装置２２は、電極材料１７を巻取リール２３から一定速度で送り出し、送り出された電極材料１７は一定の搬送速度で搬送方向Ｄ１に搬送される。

巻取リール２３から送り出された電極材料１７は、第１のガイドローラ２６ａによって、下に向けて搬送されるように向きが変更される。電極用切断装置２０は、第１のガイドローラ２６ａより下方に配置されたダンサーローラ３０を備える。ダンサーローラ３０に向けてガイドされた電極材料１７は、ダンサーローラ３０に巻き掛けられ、上に向けて搬送されるように向きが変更され、さらに、第２のガイドローラ２６ｂによって、斜め上方向に搬送されるように向きが変更される。ダンサーローラ３０は、上下動し、後述する電極材料１７の搬送速度の変更に対し、バッファとして作用する。

ダンサーローラ３０を下方より上方に移動させることで、ダンサーローラ３０より下流側において、一時的に、巻取リール２３の送り出し速度以上で電極材料１７を送り出すことができる。また、ダンサーローラ３０を上方より下方に移動させることで、ダンサーローラ３０より下流側において、電極材料１７を送り出す速度を一時的に遅くすることができる。第１のガイドローラ２６ａからダンサーローラ３０を介して第２のガイドローラ２６ｂに至るまでを、電極材料１７の速度調節領域Ｃとする。

電極用切断装置２０は、搬送方向Ｄ１における第２のガイドローラ２６ｂより下流側に一対の第１ニップローラ２８を備える。第２のガイドローラ２６ｂによって向きの変更された電極材料１７は、第１ニップローラ２８によって挟持された状態で搬送される。図３に示すように、第１ニップローラ２８は、第１ニップ用モータＭ１によって駆動され、可変速で回転する。第１ニップ用モータＭ１の回転速度を速くすることで、第１ニップローラ２８による電極材料１７の搬送速度が速くなり、単位時間当たりの電極材料１７の送り量が多くなる。一方、第１ニップ用モータＭ１の回転速度を遅くすることで、第１ニップローラ２８による電極材料１７の搬送速度が遅くなり、単位時間当たりの電極材料１７の送り量が少なくなる。

図２に示すように、電極用切断装置２０は、搬送方向Ｄ１における第１ニップローラ２８より下流側に、切断工程を行うロータリーダイカッタ４０を備える。また、電極用切断装置２０は、搬送方向Ｄ１における第１ニップローラ２８とロータリーダイカッタ４０の間にテンションローラ２９を備える。テンションローラ２９は、ロータリーダイカッタ４０を通過する前の電極材料１７に張力を与える。

図４に示すように、ロータリーダイカッタ４０は、ダイローラ４１と、アンビルローラ５１とを備える。ダイローラ４１の軸心、及び、アンビルローラ５１の軸心は、電極材料１７の短手方向に沿って延び、かつ互いに平行である。ダイローラ４１及びアンビルローラ５１は、外周が等速で回転できるようにダイカッタ用モータ４８（図３参照）と変速機等を介して連結されている。本実施形態では、ダイローラ４１とアンビルローラ５１とは、各々一定速で回転する。

ダイローラ４１は、円柱状のローラ本体４２と、ローラ本体４２の径方向外側に突出する形状の刃型４３と、ローラ本体４２の周面に装着されたクッション材４６と、を備える。刃型４３は、ローラ本体４２の周方向に等間隔おきに２つ配置されている。ローラ本体４２が回転することで刃型４３が移動する。刃型４３は、電極１０の外形線に合わせた閉環状である。刃型４３は、ローラ本体４２の軸心の延びる方向に２つの電極１０を切断できる形状である。

図６に示すように、刃型４３は、電極１０の外形線のうち、未塗工部１１ａ（タブ１３を含む）の外形線に沿う形状の未塗工部用刃部４４を備える。未塗工部用刃部４４は、電極材料１７の短手方向に直線状に延びる長辺用刃部４４ａと、長辺用刃部４４ａの両端から延びる短辺用刃部４４ｂと、長辺用刃部４４ａから突出した一対のタブ用刃部４４ｃとを有する。

また、刃型４３は、電極１０の外形線のうち、活物質層１２の外形線に沿う形状の活物質用刃部４５を備える。活物質用刃部４５は、未塗工部用刃部４４の長辺用刃部４４ａと平行な長辺用刃部４５ａと、長辺用刃部４５ａの両端から延びる短辺用刃部４５ｂとを有する。未塗工部用刃部４４の短辺用刃部４４ｂと、活物質用刃部４５の短辺用刃部４５ｂは一繋がりである。

図４又は図５に示すように、クッション材４６は、例えば、スポンジ製である。クッション材４６は、ローラ本体４２の周面のうち、刃型４３を除く全ての面を覆う状態に装着されている。刃型４３の刃先は、クッション材４６が圧縮されていない状態では、クッション材４６の内側に埋没している。また、クッション材４６は、ダイローラ４１とアンビルローラ５１の間で圧縮されて弾性変形し、クッション材４６の外周面から刃型４３を突出させる。

ダイローラ４１は、ローラ本体４２の周方向の一部に隙間領域４２ａを備える。隙間領域４２ａは、ダイローラ４１を軸心の延びる方向に見たとき、刃型４３の存在しないローラ本体４２の周面によって形成されている。また、クッション材４６も、隙間領域４２ａには配置されていない。隙間領域４２ａは、ダイローラ４１の周方向に２箇所存在し、２つの隙間領域４２ａは、ダイローラ４１の径方向に対向した位置にある。すなわち、隙間領域４２ａは、ダイローラ４１の周方向に対向したクッション材４６同士の間にあり、クッション材４６によって区画されている。

刃型４３がアンビルローラ５１に最も接近した場所に近付くに従い、クッション材４６は徐々に圧縮されて弾性変形していき、刃型４３がアンビルローラ５１に最も接近した場所でクッション材４６は最も圧縮される。このとき、刃型４３はクッション材４６の表面から最も突出する状態である。

アンビルローラ５１は、円柱状のローラ本体５２と、ローラ本体５２の周面に一体化された複数の嵩上げ部材５３と、を備える。嵩上げ部材５３は、ローラ本体５２の周方向へ等間隔おきに複数配置されている。嵩上げ部材５３は、電極材料１７において、塗工部１９に対し、厚みの異なる第２露出部１８ｂの高さ位置をダイローラ４１側に近付けるものである。嵩上げ部材５３は、硬質ゴム製であり、ローラ本体５２の軸心の延びる方向全体に亘って設けられている。各嵩上げ部材５３の周面は、ローラ本体５２の径方向に沿って該ローラ本体５２の周面よりも突出した位置にある。ローラ本体５２の周方向への嵩上げ部材５３の寸法は、ダイローラ４１の周方向への未塗工部用刃部４４の寸法Ｍと同じである。また、嵩上げ部材５３の厚みは、塗工部１９の厚みとほぼ同じである。

図８（ａ）に示すように、刃型４３の未塗工部用刃部４４がアンビルローラ５１に最も接近した場所では、第２露出部１８ｂは嵩上げ部材５３によって嵩上げされ、未塗工部用刃部４４は第２露出部１８ｂを切断し、嵩上げ部材５３に届く。すると、未塗工部用刃部４４によって第２露出部１８ｂが切断される。このとき、嵩上げ部材５３は厚み方向に圧縮されるように若干弾性変形する。

また、未塗工部用刃部４４がアンビルローラ５１に最も接近した場所では、未塗工部用刃部４４と嵩上げ部材５３が対向した状態が継続される。その後、未塗工部用刃部４４がアンビルローラ５１に最も接近した場所から離れると、図８（ｂ）に示すように、未塗工部用刃部４４と嵩上げ部材５３が対向した状態が解除される。

アンビルローラ５１は、ローラ本体５２の周方向の一部に隙間領域５２ａを備える。隙間領域５２ａは、アンビルローラ５１を軸心の延びる方向に見たとき、嵩上げ部材５３の存在しないローラ本体５２の周面によって形成されている。隙間領域５２ａは、アンビルローラ５１の周方向に対向した嵩上げ部材５３同士の間にあり、嵩上げ部材５３によって区画されている。アンビルローラ５１の周方向に沿った隙間領域５２ａの寸法は、嵩上げ部材５３に未塗工部用刃部４４が支持されるように設定されている。

また、塗工部１９に対し、活物質用刃部４５が押し付けられると、活物質用刃部４５は電極材料１７の厚み方向中央の長尺金属箔１８を切断し、下側の塗工部１９の厚みの半ばまで切断する。下側の塗工部１９は、ある程度、活物質用刃部４５が食い込むと、その部位を起点として割れ、その結果、活物質用刃部４５により塗工部１９が切断される。なお、塗工部１９は、嵩上げ部材５３によって嵩上げされない。そして、電極材料１７が搬送方向Ｄ１に搬送されながらダイローラ４１が回転することにより、刃型４３によって電極材料１７が搬送方向Ｄ１に沿って徐々に切断されていき、電極材料１７から個片の電極１０が切り出される。

ロータリーダイカッタ４０において、電極材料１７の第２露出部１８ｂが未塗工部用刃部４４によって切断された後、ダイローラ４１の隙間領域４２ａと、アンビルローラ５１の隙間領域５２ａとが対向する離間領域Ｒが発生する。図８（ｂ）に示すように、離間領域Ｒでは、電極材料１７を挟んでダイローラ４１の隙間領域４２ａとアンビルローラ５１の隙間領域５２ａが対向するため、刃型４３と、ローラ本体５２の周面又は嵩上げ部材５３とが対向せず、電極材料１７はダイローラ４１とアンビルローラ５１に挟持されない。そして、離間領域Ｒが発生した期間を離間期間とする。なお、図６に示すように、離間領域Ｒは、第２露出部１８ｂのうち、電極材料１７の長手方向におけるタブ１３の突出端と塗工部１９の長縁との間の領域に対応する。

図２に示すように、電極用切断装置２０は、搬送方向Ｄ１におけるロータリーダイカッタ４０より下流側に案内板６０を備える。案内板６０は、電極材料１７から切断された電極１０を搬送方向Ｄ１へ案内する一方で、電極１０として切り出される部分とは異なる部分である端材５４を、搬送方向Ｄ１とは異なる搬送方向Ｄ２へ案内する。

端材５４は、電極材料１７のうち、短手方向における電極１０よりも外側に位置した部分と、それらを短手方向に繋ぐ部分から形成され、梯子状である。電極用切断装置２０は、搬送方向Ｄ１におけるロータリーダイカッタ４０より下流側にエアノズル６２を備える。エアノズル６２は、電極１０と端材５４を分離するために電極１０の下方からエアを噴射する。

電極用切断装置２０は、搬送方向Ｄ１におけるロータリーダイカッタ４０より下流側に円柱状のガイドローラ６４と、一対の第２ニップローラ６５と、を備える。ガイドローラ６４の軸心は、電極材料１７の短手方向に沿って延びる。ガイドローラ６４は、軸心まわりで回転できるように図示しない駆動装置に支持されている。ガイドローラ６４によって向きの変更された端材５４は、第２ニップローラ６５によって挟持された状態で搬送される。

図３に示すように、第２ニップローラ６５は、第２ニップ用モータＭ２によって駆動され、可変速で回転する。第２ニップ用モータＭ２の回転速度を速くすることで、第２ニップローラ６５による電極材料１７の搬送速度が速くなり、単位時間当たりの電極材料１７の送り量が多くなる。一方、第２ニップ用モータＭ２の回転速度を遅くすることで、第２ニップローラ６５による電極材料１７の搬送速度が遅くなり、単位時間当たりの電極材料１７の送り量が少なくなる。

第１ニップローラ２８の第１ニップ用モータＭ１と、第２ニップローラ６５の第２ニップ用モータＭ２とは同期して駆動され、第１ニップローラ２８と第２ニップローラ６５は同じ速度で回転する。このため、第１ニップ用モータＭ１及び第２ニップ用モータＭ２を同期して制御することで、第１ニップローラ２８と第２ニップローラ６５によって電極材料１７の送り量を調節できる。その結果として、第１ニップローラ２８及び第２ニップローラ６５により電極材料１７の搬送速度を調節でき、第１ニップローラ２８と第２ニップローラ６５は、電極用切断装置２０におけるニップ部６６を構成している。

そして、図２に示すように、ガイドローラ６４は、電極１０が分離された端材５４を搬送方向Ｄ２へ案内する。また、ガイドローラ６４は、搬送方向Ｄ２へ案内された端材５４に張力を働かせている。第２ニップローラ６５は、搬送方向Ｄ２へ案内された端材５４を挟持しながら引っ張る。

電極用切断装置２０は、第２露出部１８ｂの寸法Ｎを検出する検出部７０を備える。検出部７０は、カラーセンサである。検出部７０は、搬送方向Ｄ１における巻取リール２３より下流側で、かつ第１のガイドローラ２６ａより上流側に配置されている。また、検出部７０は、巻取リール２３から送り出された電極材料１７の上方に配置されている。検出部７０は、塗工部１９を検出することで第２露出部１８ｂの寸法Ｎを検出する。

図３に示すように、電極用切断装置２０は、制御部７１を備える。制御部７１には検出部７０が信号接続されている。また、制御部７１には、上述の第１ニップ用モータＭ１、第２ニップ用モータＭ２、ダイカッタ用モータ４８、及びダンサーローラ３０が信号接続されている。

検出部７０は検出した寸法Ｎの信号を制御部７１に出力する。制御部７１は、入力された寸法Ｎが、規格内にあるか否かを判定する。制御部７１は、寸法Ｎが規格外であると判定した場合は、第１ニップ用モータＭ１及び第２ニップ用モータＭ２の駆動を制御する。

次に、電極用切断装置２０の作用を制御部７１による制御とともに説明する。
図２に示すように、送出装置２２により、巻取リール２３から電極材料１７が送り出され、電極材料１７は一定の搬送速度（一定速）で搬送方向Ｄ１に搬送される。検出部７０は、塗工部１９の位置を検出し、第２露出部１８ｂの寸法Ｎを検出する。制御部７１は、寸法Ｎが規格外であると判定した場合、以下の制御を行う。

図７の２点鎖線に示すように、寸法Ｎが規格より短い場合、その規格外の第２露出部１８ｂより一つ前の塗工部１９がロータリーダイカッタ４０によって切断された直後、ロータリーダイカッタ４０が離間領域Ｒに入った時点で、制御部７１は、ロータリーダイカッタ４０の前後において、電極材料１７の搬送速度を減速（調節）する制御を行う。具体的には、第１ニップ用モータＭ１及び第２ニップ用モータＭ２により、第１ニップローラ２８と第２ニップローラ６５による電極材料１７の搬送速度を遅くし、一方で、速度差により、巻取リール２３との間で発生する弛みを、ダンサーローラ３０を下方に移動させることで吸収する。

すると、図８（ｂ）に示すように、離間期間中は、電極材料１７は、ダイローラ４１の刃型４３と、アンビルローラ５１の周面又は嵩上げ部材５３と、によって挟持されていないため、ダイローラ４１及びアンビルローラ５１が空転し、電極材料１７の搬送速度に対し、電極材料１７が回転方向に早送りされる。すなわち、ロータリーダイカッタ４０の回転と、電極材料１７の搬送との相対速度が変更される。その結果、第２露出部１８ｂの寸法Ｎが規格より短くても、第２露出部１８ｂ及び塗工部１９は所定の位置で切断され、規格通りのサイズの電極１０が電極材料１７から切り出される。

一方、図７の実線に示すように、寸法Ｎが規格より長い場合、その規格外の第２露出部１８ｂより一つ前の塗工部１９がロータリーダイカッタ４０によって切断された直後、ロータリーダイカッタ４０が離間領域Ｒに入った時点で、制御部７１は、ロータリーダイカッタ４０の前後において、電極材料１７の搬送速度を増速（調節）する制御を行う。具体的には、第１ニップ用モータＭ１及び第２ニップ用モータＭ２により、第１ニップローラ２８と第２ニップローラ６５による電極材料１７の搬送速度を速くすると同時に、ダンサーローラ３０を上方に移動させ、搬送速度の増速に対応させる。

離間期間中は、電極材料１７は、ダイローラ４１の刃型４３と、アンビルローラ５１の周面又は嵩上げ部材５３と、に挟持されていないため、ダイローラ４１及びアンビルローラ５１が空転し、ダイローラ４１及びアンビルローラ５１の回転速度に対し、電極材料１７が早送りされる。すなわち、ロータリーダイカッタ４０の回転と、電極材料１７の搬送との相対速度が変更される。その結果、第２露出部１８ｂ及び塗工部１９は所定の位置で切断され、規格通りのサイズの電極１０が電極材料１７から切り出される。

その後、図２に示すように、切り出された電極１０にはエアノズル６２からエアが吹き付けられ、端材５４から分離されやすくなった状態で、電極１０は、案内板６０によって端材５４から切り離されるとともに搬送方向Ｄ１へ案内される。また、ガイドローラ６４は、電極１０が分離された端材５４を搬送方向Ｄ２へ案内し、搬送方向Ｄ２へ案内された端材５４は第２ニップローラ６５によって引っ張られるとともに、回収される。

上記第１の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１−１）電極材料１７は、長尺金属箔１８に塗工部１９を間欠塗工して形成され、電極材料１７の第２露出部１８ｂから電極１０の未塗工部１１ａ及びタブ１３が切り出される。第２露出部１８ｂには、プレスロールの荷重に起因して長尺金属箔１８の長手方向に延びが生じ、塗工部１９が存在する場合のような延びの差が生じず、皺が生じ難い箇所である。このため、得られる電極１０において、未塗工部１１ａ及びタブ１３に皺が形成されることを抑制できる。

間欠塗工によって塗工部１９を形成した電極材料１７においては、塗工部１９の塗工位置がずれ、第２露出部１８ｂの寸法Ｎが規格から外れる場合がある。この場合、電極用切断装置２０では、電極材料１７が離間領域Ｒ（隙間領域４２ａ，５２ａ）に到達した時点で、第１ニップローラ２８及び第２ニップローラ６５による電極材料１７の搬送速度を制御し、刃型４３を電極材料１７の所望する位置に配置されるように微調整できる。よって、塗工部１９の位置のずれが生じても、電極材料１７から所望するサイズの電極１０を切り出すことができる。そして、ダイローラ４１とアンビルローラ５１の両方の隙間領域４２ａ，５２ａに電極材料１７が位置する離間期間中は、ダイローラ４１とアンビルローラ５１による電極材料１７の挟持が無いため、電極材料１７の搬送と、ロータリーダイカッタ４０の回転との相対速度の変更を電極材料１７に影響を及ぼすこと無く行うことができる。したがって、塗工部１９の位置が長手方向にずれた電極材料１７をロータリーダイカッタ４０で切断しても、切断位置を微調整して規格外の電極１０が製造されることを抑制できる。

（１−２）ダイローラ４１のクッション材４６は、刃型４３が電極材料１７に接近していくに従い徐々に圧縮される。そして、電極材料１７が切断された後、アンビルローラ５１に向けて働くクッション材４６の弾性力により、電極材料１７から個片の電極１０が切り離されやすくなる。

（１−３）第２露出部１８ｂの寸法Ｎが規格外の場合、制御部７１は、第１ニップローラ２８及び第２ニップローラ６５による電極材料１７の搬送速度を制御して、電極材料１７の搬送と、ロータリーダイカッタ４０の回転との相対速度を変更する。第１及び第２ニップローラ２８，６５は電極材料１７を直接挟持するため、電極材料１７の搬送が調節しやすく、相対速度の変更が行いやすい。

（第２の実施形態）
次に、電極用切断装置を具体化した第２の実施形態を図９にしたがって説明する。なお、第２の実施形態の説明について、第１の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図９に示すように、第２の実施形態の電極用切断装置２０は、第１のガイドローラ２６ａ、第２のガイドローラ２６ｂ、及びダンサーローラ３０を備えず、速度調節領域Ｃを備えない。第２の実施形態では、ダイローラ４１と、アンビルローラ５１とは、可変速での回転が可能である。電極材料１７の切断中は、ダイローラ４１とアンビルローラ５１は一定速で回転しているが、離間期間においては、前述の一定速に対し、増速又は減速された速度で回転し、一定速で搬送される電極材料１７の搬送速度に対する相対速度を変更する。

さて、寸法Ｎが規格より短い場合、規格外の第２露出部１８ｂより一つ前の塗工部１９がロータリーダイカッタ４０によって切断された直後、ロータリーダイカッタ４０が離間領域Ｒに入った時点で、制御部７１は、ダイカッタ用モータ４８を制御して、ダイローラ４１と、アンビルローラ５１との回転を増速する制御を行う。

離間期間中、電極材料１７は、ダイローラ４１の刃型４３と、アンビルローラ５１の周面又は嵩上げ部材５３と、に挟持されていないため、電極材料１７はダイローラ４１及びアンビルローラ５１に引っ張られることなく、一定速で搬送される。その結果、第２露出部１８ｂ及び塗工部１９の位置は、刃型４３に対する所定の位置に微調整され、規格通りのサイズの電極１０が電極材料１７から切り出される。

一方、寸法Ｎが規格より長い場合、規格外の第２露出部１８ｂより一つ前の塗工部１９がロータリーダイカッタ４０によって切断された直後、ロータリーダイカッタ４０が離間領域Ｒに入った時点で、制御部７１は、ダイカッタ用モータ４８を制御して、ダイローラ４１と、アンビルローラ５１との回転を減速する制御を行う。離間期間中、電極材料１７は、ダイローラ４１の刃型４３と、アンビルローラ５１の周面又は嵩上げ部材５３と、に挟持されていないため、電極材料１７はダイローラ４１及びアンビルローラ５１の間で詰まることなく、一定速で搬送される。その結果、第２露出部１８ｂ及び塗工部１９の位置は、刃型４３に対する所定の位置に微調整され、規格通りのサイズの電極１０が電極材料１７から切り出される。

上記第２の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（２−１）第２露出部１８ｂの寸法Ｎが規格外の場合、制御部７１は、ダイローラ４１と、アンビルローラ５１の回転を増速又は減速する制御を行う。ダイローラ４１と、アンビルローラ５１は同期しており、駆動が制御しやすい。したがって、塗工部１９の位置のずれが生じても、ダイローラ４１とアンビルローラ５１の駆動を制御するだけで簡単に対応できる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図１０に示すように、電極材料１７の長手方向への塗工部１９の寸法を２倍とする。そして、電極材料１７の長手方向に２つの活物質層１２が形成され、かつ電極材料１７の長手方向に塗工部１９を挟む第２露出部１８ｂそれぞれに未塗工部１１ａ及びタブ１３が形成されるように電極材料１７を切断してもよい。

○ 図１１に示すように、電極１０は、未塗工部１１ａからタブ１３が突出しない形状であってもよい。この場合、第２露出部１８ｂの寸法Ｎの規格値は、実施形態よりも短くなる。また、刃型４３において、未塗工部用刃部４４のタブ用刃部４４ｃは削除されるとともに、アンビルローラ５１における嵩上げ部材５３の寸法Ｍも第２露出部１８ｂの寸法Ｎに合わせて短くする。

○ 検出部７０は、第２露出部１８ｂの寸法Ｎを検出できれば、カラーセンサ以外のセンサでよい。
○ 案内板６０及びエアノズル６２の少なくとも一方は無くてもよい。

○ ダイローラ４１におけるクッション材４６は無くてもよい。
○ 第１の実施形態において、電極用切断装置２０において、ダンサーローラ３０は無くてもよい。

○ クッション材４６は、ローラ本体４２の周面のうち、刃型４３以外の全てを覆っていなくてもよく、例えば、刃型４３に沿う場所だけを覆っていてもよい。
○ 電極用切断装置２０において、電極材料１７の送り出しは、巻取リール２３からの巻き出しでなくてもよい。

○ 電極材料１７は、長尺金属箔１８の片面に塗工部１９を有していてもよく、この場合、電極１０は、金属箔１１の片面に活物質層１２を有する。
○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に用いる電極の製造時に実施形態の電極用切断装置２０を採用してもよい。

１０…電極、１１…金属箔、１２…活物質層、１１ａ…未塗工部、１３…未塗工部を構成するタブ、１７…電極材料、１８…長尺金属箔、１８ｂ…露出部としての第２露出部、１９…塗工部、２０…電極用切断装置、２８…第１ニップローラ、３０…ダンサーローラ、４０…ロータリーダイカッタ、４１…ダイローラ、４２ａ…隙間領域、４３…刃型、４６…クッション材、５１…アンビルローラ、５２ａ…隙間領域、５３…嵩上げ部材、６５…第２ニップローラ、６６…ニップ部、７０…検出部、７１…制御部。

Claims

長尺金属箔と、間欠塗工によって前記長尺金属箔の長手方向に間隔を空けて形成された活物質合剤の塗工部と、前記長手方向に隣り合う前記塗工部の間に位置し、前記長尺金属箔の露出した露出部と、を備える電極材料を搬送しながら切断して、前記長尺金属箔から形成される金属箔と、前記塗工部から形成される活物質層と、前記露出部から形成される未塗工部と、を有する電極を製造する電極用切断装置であって、
搬送される前記電極材料を厚み方向から挟持する第１ニップローラ、及び前記電極材料の搬送方向における前記第１ニップローラの下流側に配置された第２ニップローラを有し、前記第１ニップローラ及び前記第２ニップローラを回転駆動し、前記電極材料を搬送するニップ部と、
前記搬送方向における前記第１ニップローラと前記第２ニップローラの間に配置されたロータリーダイカッタであり、前記電極材料を支持し、かつ前記露出部を嵩上げする嵩上げ部材を備えるアンビルローラ、及び前記電極材料を前記電極の形状に切断する刃型を備えるダイローラを有し、前記ダイローラ及び前記アンビルローラは、前記電極材料を挟持しない隙間領域を、周方向の一部に備えるロータリーダイカッタと、
前記搬送方向に沿う前記露出部の寸法を検出する検出部と、
前記検出部によって前記露出部の寸法が規格外であると検出された場合、前記隙間領域に前記電極材料があるときに、前記ロータリーダイカッタの回転と、前記電極材料の搬送との相対速度を変更する制御部と、を備えることを特徴とする電極用切断装置。
前記ダイローラの周面はクッション材によって構成され、前記クッション材は、前記アンビルローラの周面との間で圧縮されて弾性変形し、前記刃型を突出させる請求項１に記載の電極用切断装置。
前記アンビルローラ及び前記ダイローラは可変速で回転し、前記制御部は、一定速で搬送される前記電極材料の搬送速度に対し、前記ダイローラ及び前記アンビルローラの回転速度を調節して前記相対速度を変更する請求項１又は請求項２に記載の電極用切断装置。
前記第１ニップローラ及び前記第２ニップローラは可変速で回転し、前記制御部は、一定速で回転する前記アンビルローラ及び前記ダイローラの回転速度に対し、前記第１ニップローラ及び前記第２ニップローラの回転速度を調節し、前記電極材料の搬送速度を調節して前記相対速度を変更する請求項１又は請求項２に記載の電極用切断装置。
前記電極材料の送り出し速度を調節するダンサーローラを前記搬送方向における前記第１ニップローラの上流側に備える請求項４に記載の電極用切断装置。