JP7474785B2 - 切断装置、および積層電極体の製造装置 - Google Patents

Description

本開示は、切断装置、および積層電極体の製造装置に関する。

車載用等の電池として、積層ラミネートタイプの電池が開発されている。この電池は、複数の正極と複数の負極とがセパレータを挟んで交互に積層された積層電極体と、電解液とが容器に収容された構造を有する。

このような電池に関して特許文献１には、正極を破断線を介して連続形成した連続正極材、負極を破断線を介して連続形成した連続負極材、およびセパレータを破断線を介して連続形成した連続セパレータ材を素材として用いて、正極、負極およびセパレータを積層した積層電極体を製造する装置が開示されている。この製造装置は、各素材を重ね合わせた連続電池材を巻回ドラムに必要数巻きつけて、巻回ドラムの側周面の一部を半径方向に突出させることで連続電池材を破断線ごとに切断する構造を備えていた。

特開２０１１－８６５０８号公報

上述した従来の製造装置では、連続電池材を破断線に沿って破ることで、個々の積層電極体を製造していた。このため、個片化された各電極の切断部にバリが生じるおそれがあった。電極の端部に発生するバリはショートの原因になり、積層電極体ひいては電池の品質低下につながる。

本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、積層電極体の品質向上を図る技術を提供することにある。

本開示のある態様は、切断装置である。この切断装置は、ワークの連続体を回転により搬送するドラム部と、連続体を切断して複数のワークに個片化する切断部と、を備える。ドラム部は、円周方向に配列され各ワークを保持しながら移動する複数の保持ヘッドを有する。切断部は、ドラム部の回転により複数の保持ヘッドとともに移動する、保持ヘッドよりも少ない数のカッターユニットと、カッターユニットを複数の保持ヘッドとは独立に移動させるカッター駆動部と、を有する。カッターユニットは、所定の切断開始位置から連続体と並走しながら連続体を切断し、カッター駆動部は、連続体を切断した後のカッターユニットを切断開始位置に戻す。

本開示の他の態様は、積層電極体の製造装置である。この製造装置は、複数の第１極板の連続体を切断して複数の第１極板に個片化して搬送する第１極切断ドラムと、複数の第２極板の連続体を切断して複数の第２極板に個片化して搬送する第２極切断ドラムと、複数の第１セパレータが連続する第１セパレータ連続体、第１極切断ドラムから供給される複数の第１極板、複数の第２セパレータが連続する第２セパレータ連続体、および第２極切断ドラムから供給される複数の第２極板をこの順に積層して接着し、第１セパレータ、第１極板、第２セパレータおよび第２極板で構成される単位積層体が連続する連続積層体を形成する接着ドラムと、連続積層体の第１セパレータ連続体および第２セパレータ連続体を切断して、複数の単位積層体に個片化するセパレータ切断ドラムと、複数の単位積層体を積層ステージに積層して積層電極体を形成する積層ドラムと、を備える。第１極切断ドラム、第２極切断ドラムおよびセパレータ切断ドラムの少なくとも１つは、上記態様の切断装置で構成される。

以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示によれば、積層電極体の品質向上を図ることができる。

実施の形態に係る積層電極体の製造装置の模式図である。 実施の形態に係る切断装置の一部を模式的に示す断面図である。 実施の形態に係る切断装置を模式的に示す正面図である。 連続体の切断行程のタイミングチャートを示す図である。

以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、本開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも本開示の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る積層電極体の製造装置の模式図である。積層電極体の製造装置１は、複数のドラムを組み合わせた連続ドラム式の製造装置である。電極体やセパレータの切断、加熱、接着、積層等の各工程をドラムで実行することで、高速且つ連続的に積層電極体を製造することができる。積層電極体は、例えばリチウムイオン二次電池に用いられる。

製造装置１は、第１極切断ドラム２と、第１極加熱ドラム４と、第２極切断ドラム６と、第２極加熱ドラム８と、接着ドラム１０と、セパレータ切断ドラム１２と、積層ドラム１４と、を備える。

第１極切断ドラム２は、複数の第１極板の連続体を切断して複数の第１極板に個片化して搬送する。第１極切断ドラム２は、第１半径を有し、中心軸回りに第１角速度で回転する。本実施の形態では、第１極は負極である。第１極切断ドラム２には、複数の第１極板の連続体である、帯状の第１極連続体Ｎが供給される。第１極連続体Ｎは、第１極集電体と、第１極活物質層と、を有する。第１極活物質層は、第１極集電体上に積層される。本実施の形態では、第１極集電体の両面に第１極活物質層が積層されるが、第１極集電体の一方の面のみに第１極活物質層が積層されてもよい。

第１極集電体および第１極活物質層は、いずれも公知の材料で構成することができ、いずれも公知の構造を有する。第１極集電体は、例えば、銅やアルミニウム等からなる箔や多孔体で構成される。第１極活物質層は、例えば第１極活物質、結着材および分散剤等を含む第１極合材スラリーを第１極集電体の表面に塗布し、塗膜を乾燥、圧延することで形成される。第１極集電体の厚さは、例えば３μｍ以上５０μｍ以下である。第１極活物質層の厚さは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下である。

第１極切断ドラム２は、ドラムの円周方向に配置される複数の保持ヘッドと、第１極連続体Ｎを切断して複数の第１極板に個片化する切断刃と、を有する。複数の保持ヘッドは、第１極連続体Ｎを吸着保持する保持面を有する。各保持ヘッドの保持面は、第１極切断ドラム２の外側を向く。第１極切断ドラム２に供給される第１極連続体Ｎは、複数の保持ヘッドの保持面に吸着保持された状態で、第１極切断ドラム２の回転によって搬送される。

複数の保持ヘッドは、それぞれ第１極切断ドラム２の中心軸回りに回転するとともに、他の保持ヘッドに対して互いに独立にドラムの円周方向に移動することができる。各保持ヘッドの相対的な移動は、第１極切断ドラム２を回転させるモータとは別のモータが各保持ヘッドに搭載されることで実現される。例えば、円周方向に隣り合う２つの保持ヘッドを第１保持ヘッドおよび第２保持ヘッドとすると、第１保持ヘッドおよび第２保持ヘッドは、第１極切断ドラム２の回転によってドラムの中心軸の回りに一定の速度で回転する。また、保持ヘッドのモータの駆動によって、ドラムの円周上の所定区間において２つの保持ヘッドの相対速度が変更される。

例えば、あるタイミングでは第１保持ヘッドおよび第２保持ヘッドはともに一定の速度で回転して相対速度は０であるが、別のタイミングでは第１保持ヘッドが後続の第２保持ヘッドから離れる方向に増速して有限の相対速度となる。このような保持ヘッドの独立駆動により、切断刃による第１極連続体Ｎの切断位置の調整や、個片化された第１極板の位置調整等が可能となる。なお、各保持ヘッドが第１極切断ドラム２の中心軸回りに等速で回転する際は、各保持ヘッドのモータの駆動による各保持ヘッドの等速移動が、第１極切断ドラム２の回転による移動に上乗せされてもよい。

第１極切断ドラム２は、供給される第１極連続体Ｎを吸着保持して回転搬送し、図１に模式的に示す切断位置１６において第１極連続体Ｎを切断して第１極板を生成する。第１極連続体Ｎは、隣り合う保持ヘッドの間の位置で切断刃により切断されて、複数の第１極板に個片化される。得られた各第１極板は、各保持ヘッドに吸着保持された状態で搬送される。第１極切断ドラム２は、各種のカメラを備えてもよい。これらのカメラにより、生成される複数の第１極板の位置を監視することができる。なお、一例として、切断前の第１極連続体Ｎの位置は、第１極切断ドラム２よりも上流の搬送ローラにおいて監視される。また、第１極切断ドラム２は、保持ヘッド等の位置を監視する、カメラ以外のセンサを備えてもよい。

第１極加熱ドラム４は、第１極切断ドラム２に近接配置される。第１極加熱ドラム４は、第２半径を有し、中心軸回りに第２角速度で回転する。第１極加熱ドラム４の第２半径は、第１極切断ドラム２の第１半径と同じでも異なってもよい。第１極加熱ドラム４の第２角速度は、第１極切断ドラム２の第１角速度とは異なる。また、第１極加熱ドラム４の第２角速度は、その線速度が後述する接着ドラム１０の線速度と略同一になるように設定される。

一例として、第２半径と第１半径とは同一であり、第２角速度は第１角速度よりも高速に設定される。この場合、第１極加熱ドラム４の線速度＞第１極切断ドラム２の線速度となる。このため、第１極切断ドラム２の保持ヘッドは、第１極加熱ドラム４との近接位置の手前において、第１極加熱ドラム４の線速度と略同一になるまで一時的に増速する。これにより、保持ヘッドは、第１極加熱ドラム４との相対速度が略ゼロになる。保持ヘッドは、相対速度が略ゼロになったタイミングで、吸着保持していた第１極板を第１極加熱ドラム４側に排出する。保持ヘッドは、第１極板を排出した後に増速前の速度に戻される。

第１極加熱ドラム４は、第１極切断ドラム２から排出された第１極板を吸着保持しながら回転し、内蔵するヒータで第１極板を予備加熱する。予備加熱は、後の接着工程においてセパレータと第１極板とを熱接着するために実施される。本実施の形態では、加熱位置１８において第１極板を加熱するが、これに限らず、例えば第１極加熱ドラム４の円周方向の全域で第１極板を加熱してもよい。

第２極切断ドラム６は、複数の第２極板の連続体を切断して複数の第２極板に個片化して搬送する。第２極切断ドラム６は、第３半径を有し、中心軸回りを第３角速度で回転する。本実施の形態では、第２極は正極である。第２極切断ドラム６には、複数の第２極板の連続体である、帯状の第２極連続体Ｐが供給される。第２極連続体Ｐは、第２極集電体と、第２極活物質層と、を有する。第２極活物質層は、第２極集電体上に積層される。本実施の形態では、第２極集電体の両面に第２極活物質層が積層されるが、第２極集電体の一方の面のみに第２極活物質層が積層されてもよい。

第２極集電体および第２極活物質層は、いずれも公知の材料で構成することができ、いずれも公知の構造を有する。第２極集電体は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム等からなる箔や多孔体で構成される。第２極活物質層は、例えば第２極活物質、結着材および分散剤等を含む第２極合材スラリーを第２極集電体の表面に塗布し、塗膜を乾燥、圧延することで形成される。第２極集電体の厚さは、例えば３μｍ以上５０μｍ以下である。第２極活物質層の厚さは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下である。

第２極切断ドラム６は、ドラムの円周方向に配置される複数の保持ヘッドと、第２極連続体Ｐを切断して複数の第２極板に個片化する切断刃と、を有する。複数の保持ヘッドは、第２極連続体Ｐを吸着保持する保持面を有する。各保持ヘッドの保持面は、第２極切断ドラム６の外側を向く。第２極切断ドラム６に供給される第２極連続体Ｐは、複数の保持ヘッドの保持面に吸着保持された状態で、第２極切断ドラム６の回転によって搬送される。

複数の保持ヘッドは、それぞれ第２極切断ドラム６の中心軸回りに回転するとともに、他の保持ヘッドに対して互いに独立にドラムの円周方向に移動することができる。各保持ヘッドの相対的な移動は、第２極切断ドラム６を回転させるモータとは別のモータが各保持ヘッドに搭載されることで実現される。例えば、円周方向に隣り合う第１保持ヘッドおよび第２保持ヘッドは、第２極切断ドラム６の回転によってドラムの中心軸回りに一定の速度で回転する。また、保持ヘッドのモータの駆動によって、ドラムの円周上の所定区間において２つの保持ヘッドの相対速度が変更される。第１保持ヘッドおよび第２保持ヘッドの相対速度の変化や、第２極切断ドラム６の回転と保持ヘッドに設けられるモータの駆動との組み合わせは、第１極切断ドラム２の場合と同様である。

第２極切断ドラム６は、供給される第２極連続体Ｐを吸着保持して回転搬送し、図１に模式的に示す切断位置２０において第２極連続体Ｐを切断して第２極板を生成する。第２極連続体Ｐは、隣り合う保持ヘッドの間の位置で切断刃により切断されて、複数の第２極板に個片化される。得られた各第２極板は、各保持ヘッドに吸着保持された状態で搬送される。第２極切断ドラム６は、各種のカメラを備えてもよい。これらのカメラにより、生成される複数の第２極板の位置を監視することができる。なお、一例として、切断前の第２極連続体Ｐの位置は、第２極切断ドラム６よりも上流の搬送ローラにおいて監視される。また、第２極切断ドラム６は、保持ヘッド等の位置を監視する、カメラ以外のセンサを備えてもよい。

第２極加熱ドラム８は、第２極切断ドラム６に近接配置される。第２極加熱ドラム８は、第４半径を有し、中心軸回りに第４角速度で回転する。第２極加熱ドラム８の第４半径は、第２極切断ドラム６の第３半径と同じでも異なってもよい。第２極加熱ドラム８の第４角速度は、第２極切断ドラム６の第３角速度とは異なる。また、第２極加熱ドラム８の第４角速度は、その線速度が接着ドラム１０の線速度と略同一になるように設定される。

一例として、第４半径と第３半径は同一であり、第４角速度は第３角速度よりも高速に設定される。この場合、第２極加熱ドラム８の線速度＞第２極切断ドラム６の線速度となる。このため、第２極切断ドラム６の保持ヘッドは、第２極加熱ドラム８との近接位置の手前において、第２極加熱ドラム８の線速度と略同一になるまで一時的に増速する。これにより、保持ヘッドは、第２極加熱ドラム８との相対速度が略ゼロになる。保持ヘッドは、相対速度が略ゼロになったタイミングで、吸着保持していた第２極板を第２極加熱ドラム８側に排出する。保持ヘッドは、第２極板を排出した後に増速前の速度に戻される。

第２極加熱ドラム８は、第２極切断ドラム６から排出された第２極板を吸着保持しながら回転し、内蔵するヒータで第２極板を予備加熱する。予備加熱は、後の接着工程においてセパレータと第２極板とを熱接着するために実施される。本実施の形態では、加熱位置２２において第２極板を加熱するが、これに限らず、例えば第２極加熱ドラム８の円周方向の全域で第２極板を加熱してもよい。

接着ドラム１０は、第１セパレータ、第１極板、第２セパレータおよび第２極板で構成される単位積層体が連続する連続積層体を形成する。接着ドラム１０は、第１極加熱ドラム４および第２極加熱ドラム８に近接配置される。接着ドラム１０は、第５半径を有し、中心軸回りに第５角速度で回転する。接着ドラム１０には、複数の第１セパレータが連続する、帯状の第１セパレータ連続体Ｓ１と、複数の第２セパレータが連続する、帯状の第２セパレータ連続体Ｓ２とが供給される。第１セパレータ連続体Ｓ１および第２セパレータ連続体Ｓ２のそれぞれの表面には、熱接着層が設けられる。熱接着層は、室温では接着性を発現しないが、加熱により接着性を発現する性質を有する。例えば熱接着層は、熱可塑性ポリマーを含有する熱可塑性層であり、加熱による熱可塑性ポリマーの塑性変形に基づいて接着性を発現する。

また、接着ドラム１０には、第１極加熱ドラム４を介して第１極切断ドラム２から複数の第１極板が供給され、第２極加熱ドラム８を介して第２極切断ドラム６から複数の第２極板が供給される。第１極板は、第１極加熱ドラム４で予備加熱されながら回転搬送され、第１極加熱ドラム４と接着ドラム１０との近接位置において接着ドラム１０側に排出される。第２極板は、第２極加熱ドラム８で予備加熱されながら回転搬送され、第２極加熱ドラム８と接着ドラム１０との近接位置において接着ドラム１０側に排出される。

接着ドラム１０に対する第１セパレータ連続体Ｓ１、第１極板、第２セパレータ連続体Ｓ２および第２極板の供給位置は、接着ドラム１０の回転方向の上流側から、列挙した順に並ぶ。したがって、まず所定位置において、接着ドラム１０に第１セパレータ連続体Ｓ１が供給される。第１セパレータ連続体Ｓ１は、接着ドラム１０に吸着保持されて、回転搬送される。続いて、第１セパレータ連続体Ｓ１の供給位置よりも下流側において、第１極加熱ドラム４から接着ドラム１０に第１極板が供給され、第１セパレータ連続体Ｓ１の上に載置される。複数の第１極板は、第１セパレータ連続体Ｓ１の搬送方向に所定の間隔をあけて第１セパレータ連続体Ｓ１の上に配列される。

続いて、第１極板の供給位置よりも下流側において、接着ドラム１０に第２セパレータ連続体Ｓ２が供給され、複数の第１極板の上に載置される。続いて、第２セパレータ連続体Ｓ２の供給位置よりも下流側において、第１セパレータ連続体Ｓ１、複数の第１極板および第２セパレータ連続体Ｓ２が熱圧着ローラ２４によって加圧される。これにより、第１セパレータ連続体Ｓ１、各第１極板および第２セパレータ連続体Ｓ２が接着される。続いて、熱圧着ローラ２４による圧着位置よりも下流側において、第２極加熱ドラム８から接着ドラム１０に第２極板が供給され、第２セパレータ連続体Ｓ２の上に載置される。複数の第２極板は、第２セパレータ連続体Ｓ２の搬送方向に所定の間隔をあけて第２セパレータ連続体Ｓ２の上に配列される。また、第２極加熱ドラム８の押圧力によって、複数の第２極板は第２セパレータ連続体Ｓ２に接着される。

以上の工程により、第１セパレータ連続体Ｓ１、複数の第１極板、第２セパレータ連続体Ｓ２および複数の第２極板がこの順に積層され、接着されて、連続積層体２６が形成される。連続積層体２６は、第１セパレータ、第１極板、第２セパレータおよび第２極板で構成される単位積層体が、第１セパレータ連続体Ｓ１および第２セパレータ連続体Ｓ２でつながれて連続する構造を有する。連続積層体２６は、接着ドラム１０からセパレータ切断ドラム１２に搬送される。なお、第２極切断ドラム６側から第２極板が供給されないことで、一定個数毎に、第２極板を含まない３層構造の単位積層体が生成されてもよい。また、供給されない電極板は第１極板であってもよい。

セパレータ切断ドラム１２は、連続積層体２６の第１セパレータ連続体Ｓ１および第２セパレータ連続体Ｓ２を切断して、複数の単位積層体に個片化する。セパレータ切断ドラム１２は、第６半径を有し、中心軸回りを第６角速度で回転する。セパレータ切断ドラム１２は、ドラムの円周方向に配置される複数の保持ヘッドと、連続積層体２６を切断して複数の単位積層体に個片化する切断刃と、を有する。複数の保持ヘッドは、連続積層体２６を吸着保持する保持面を有する。各保持ヘッドの保持面は、セパレータ切断ドラム１２の外側を向く。セパレータ切断ドラム１２に供給される連続積層体２６は、複数の保持ヘッドの保持面に吸着保持された状態で、セパレータ切断ドラム１２の回転によって搬送される。

複数の保持ヘッドは、それぞれセパレータ切断ドラム１２の中心軸回りに回転するとともに、他の保持ヘッドに対して互いに独立にドラムの円周方向に移動可能であってもよい。各保持ヘッドの相対的な移動は、セパレータ切断ドラム１２を回転させるモータとは別のモータが各保持ヘッドに搭載されることで実現される。例えば、円周方向に隣り合う第１保持ヘッドおよび第２保持ヘッドは、セパレータ切断ドラム１２の回転によってドラムの中心軸回りに一定の速度で回転する。また、保持ヘッドのモータの駆動によって、ドラムの円周上の所定区間において２つの保持ヘッドの相対速度が変更される。第１保持ヘッドおよび第２保持ヘッドの相対速度の変化や、セパレータ切断ドラム１２の回転と保持ヘッドに設けられるモータの駆動との組み合わせは、第１極切断ドラム２の場合と同様である。

セパレータ切断ドラム１２は、供給される連続積層体２６を吸着保持して回転搬送し、図１に模式的に示す切断位置２８において連続積層体２６を切断して単位積層体を生成する。連続積層体２６は、隣り合う保持ヘッドの間の位置で切断刃により切断されて、複数の単位積層体に個片化される。このとき、連続積層体２６は、連続積層体２６の搬送方向で隣り合う電極板の間において、第１セパレータ連続体Ｓ１および第２セパレータ連続体Ｓ２が切断される。得られた各単位積層体は、各保持ヘッドに吸着保持された状態で搬送される。保持ヘッドは、吸着保持していた単位積層体を積層ドラム１４側に排出する。セパレータ切断ドラム１２は、各種のカメラを備えてもよい。これらのカメラにより、生成される複数の単位積層体の位置を監視することができる。なお、一例として、切断前の連続積層体２６の位置は、セパレータ切断ドラム１２よりも上流の搬送ローラにおいて監視される。また、セパレータ切断ドラム１２は、保持ヘッドの位置等を監視する、カメラ以外のセンサを備えてもよい。

積層ドラム１４は、複数の単位積層体を積層ステージ３０に積層して積層電極体を形成する。積層ドラム１４は、第７半径を有し、中心軸回りに第７角速度で回転する。積層ドラム１４の線速度は、セパレータ切断ドラム１２の線速度と略同一となるように調整される。積層ドラム１４は、ドラムの円周方向に配置される複数の積層ヘッドを有する。各積層ヘッドは、単位積層体を吸着保持する保持面を有する。各積層ヘッドの保持面は、積層ドラム１４の外側を向く。

複数の積層ヘッドは、それぞれ積層ドラム１４の中心軸回りに回転するとともに、他の積層ヘッドに対して互いに独立にドラムの円周方向に移動することができる。各積層ヘッドの相対的な移動は、例えば、積層ドラム１４に設けられるカムによって実現される。例えば、円周方向に隣り合う第１積層ヘッドおよび第２積層ヘッドは、積層ドラム１４の回転によってドラムの中心軸回りに一定の速度で回転するとともに、ドラムの円周上の所定区間において互いの相対速度が変更される。

例えば、あるタイミングでは第１積層ヘッドおよび第２積層ヘッドはともに一定の速度で回転して相対速度は０であるが、別のタイミングでは第１積層ヘッドが後続の第２積層ヘッドから離れる方向に増速して有限の相対速度となる。このような積層ヘッドの独立駆動により、一定の角速度での積層ドラム１４の回転を維持しつつ、積層ステージ３０と対向する積層位置において各積層ヘッドを停止状態とすることが可能となる。積層ステージ３０と対向する位置で積層ヘッドを停止状態にすることで、この積層ヘッドが吸着保持する単位積層体を高い位置精度で積層ステージ３０の上に排出することができる。

積層ステージ３０は、積層ドラム１４の直下に配置される。積層ステージ３０には、積層ドラム１４から排出される単位積層体が順次積層される。これにより、積層電極体が形成される。積層ステージ３０は、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動可能である。また、積層ステージ３０は、Ｘ―Ｙ平面上における傾き角を調整可能である。これにより、積層ステージ３０に既に積層されている単位積層体に対する、積層ドラム１４から排出される単位積層体のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置、および傾き角が調整される。積層ステージ３０は４隅に爪を備え、積層された複数の単位積層体はこれらの爪で押圧固定される。また、積層された複数の単位積層体は、加圧および／または加熱され、互いに接着される。

第１極切断ドラム２、第２極切断ドラム６およびセパレータ切断ドラム１２の少なくとも１つは、以下に説明する本実施の形態に係る切断装置１００で構成される。以下では、一例として第１極切断ドラム２が切断装置１００で構成される場合を例に挙げて、切断装置１００の構造を説明する。図２は、実施の形態に係る切断装置１００の一部を模式的に示す断面図である。図３は、実施の形態に係る切断装置１００を模式的に示す正面図である。図２は、切断装置１００の断面の半分を図示している。図３は、図２の矢印Ａ方向から観察した切断装置１００を図示している。また、図３では、各部の図示を適宜簡略化あるいは省略している。

第１極切断ドラム２を構成する切断装置１００は、ドラム部１０２と、切断部１０４と、を備える。ドラム部１０２は、ドラム駆動部１０６と、回転軸部１０８と、第１円盤部１１０と、第２円盤部１１２と、複数のヘッド駆動部１１４と、複数の保持ヘッド１１６と、を有する。ドラム駆動部１０６は、公知のモータ等で構成される。回転軸部１０８は、円筒状もしくは円柱状であり、一端がドラム駆動部１０６に連結される。回転軸部１０８は、第１極切断ドラム２の中心軸に相当する。回転軸部１０８は、ドラム駆動部１０６の駆動によって回転する。ドラム駆動部１０６は、回転軸部１０８を第１角速度で回転させる。

第１円盤部１１０および第２円盤部１１２は、それぞれの中心が回転軸部１０８の他端側に連結される。第１円盤部１１０および第２円盤部１１２は、同一形状を有し、互いに平行に広がる。第１円盤部１１０は、第２円盤部１１２よりもドラム駆動部１０６から遠い側に配置される。第１円盤部１１０および第２円盤部１１２は、回転軸部１０８の外周面から突出して回転軸部１０８の軸方向に対して垂直に広がる。第１円盤部１１０の周縁部には、円弧ガイド１１８が敷設される。第２円盤部１１２の周縁部には、円弧ガイド１１９が敷設される。円弧ガイド１１８および円弧ガイド１１９は、互いに平行に延びる。

複数のヘッド駆動部１１４は、第１円盤部１１０の円周方向に配列される。各ヘッド駆動部１１４は、ブラケット１２０と、モータ１２２と、小歯車１２４と、を有する。ブラケット１２０は、断面視で略Ｕ字状であり、円弧ガイド１１８を介して第１円盤部１１０の縁を挟み込む。モータ１２２は、ブラケット１２０に支持される。モータ１２２には、公知のものを用いることができる。小歯車１２４は、モータ１２２の回転軸に連結され、モータ１２２の駆動によって回転する。小歯車１２４は、第１円盤部１１０側に固定される大歯車１２６と噛み合う。本実施の形態の大歯車１２６は、回転軸部１０８の外周面に固定されている。大歯車１２６は、回転軸部１０８の全周にわたって設けられる。モータ１２２が駆動すると、小歯車１２４と噛み合う大歯車１２６に駆動トルクが伝達される。これにより、各ヘッド駆動部１１４は、それぞれ独立に、円弧ガイド１１８に沿って第１円盤部１１０の円周上を移動することができる。

複数の保持ヘッド１１６は、それぞれヘッド駆動部１１４に支持される。したがって、複数の保持ヘッド１１６は、第１円盤部１１０の円周方向に配列される。各保持ヘッド１１６は、第１円盤部１１０の回転によって回転軸部１０８を中心に回転するとともに、ヘッド駆動部１１４によって第１円盤部１１０の回転による移動とは別に移動することができる。

各保持ヘッド１１６は、第１円盤部１１０の突出方向、つまりドラム部１０２の円周の外側を向く保持面１２８を有する。保持面１２８は、回転軸部１０８の中心から第１半径の位置に配置される。保持面１２８には、ワークＷの連続体Ｗａ、および連続体Ｗａから個片化されたワークＷを吸着保持するための吸着穴（図示せず）が設けられる。吸着穴から空気が吸引されることで、その吸引力によって連続体ＷａあるいはワークＷが吸着保持される。ワークＷは、電極板、セパレータ、単位積層体等である。第１極切断ドラム２の場合、連続体Ｗａは第１極連続体Ｎであり、ワークＷは第１極板である。連続体Ｗａは、複数の保持ヘッド１１６の保持面１２８に吸着保持された状態で、第１円盤部１１０の回転によって搬送される。

切断部１０４は、連続体Ｗａを切断して複数のワークＷに個片化する。切断部１０４は、カッターユニット１３０と、カッター駆動部１３２と、を有する。カッターユニット１３０は、ドラム部１０２の回転により複数の保持ヘッド１１６とともに移動し、連続体Ｗａを切断する。カッター駆動部１３２は、カッターユニット１３０を複数の保持ヘッド１１６とは独立に移動させる。切断部１０４は、保持ヘッド１１６よりも少ない数のカッターユニット１３０を有する。本実施の形態の切断装置１００は、一例として１５個の保持ヘッド１１６に対して３個のカッターユニット１３０を有する。隣り合うカッターユニット１３０の間隔は、その間に１つの保持ヘッド１１６あるいは１つのワークＷが収まる寸法に定められる。

カッター駆動部１３２は、各カッターユニット１３０に設けられる。各カッター駆動部１３２は、第２円盤部１１２の円周方向に配列される。各カッター駆動部１３２は、ブラケット１３４と、モータ１３６と、小歯車１３８と、を有する。ブラケット１３４は、断面視で略Ｕ字状であり、円弧ガイド１１９を介して第２円盤部１１２の縁を挟み込む。モータ１３６は、ブラケット１３４に支持される。モータ１３６には、公知のものを用いることができる。小歯車１３８は、モータ１３６の回転軸に連結され、モータ１３６の駆動によって回転する。小歯車１３８は、第２円盤部１１２側に固定される大歯車１４０と噛み合う。本実施の形態の大歯車１４０は、回転軸部１０８の外周面に固定されている。大歯車１４０は、少なくとも後述の切断開始位置Ｔ１から退避終了位置Ｔ３の範囲に設けられる。モータ１３６が駆動すると、小歯車１３８と噛み合う大歯車１４０に駆動トルクが伝達される。これにより、各カッター駆動部１３２は、それぞれ独立に、円弧ガイド１１９に沿って第２円盤部１１２の円周上を移動することができる。

各カッターユニット１３０は、カッター駆動部１３２に支持される。したがって、各カッターユニット１３０は、第２円盤部１１２の円周方向に配列される。各カッターユニット１３０は、第２円盤部１１２の回転によって回転軸部１０８を中心に回転するとともに、カッター駆動部１３２によって第２円盤部１１２の回転による移動とは別に移動することができる。

各カッターユニット１３０は、ホルダー１４２と、モータ１４４と、切断刃１４６と、を有する。ホルダー１４２は、ブラケット１３４に支持される。ホルダー１４２は、連続体Ｗａが延びる方向と略直交する方向、言い換えればドラム部１０２の円周方向と略直交する方向にスライド可能である。ホルダー１４２は、第１円盤部１１０および第２円盤部１１２が並ぶ方向に延びて、第１円盤部１１０側の端部において切断刃１４６を支持する。また、ホルダー１４２における、切断刃１４６を支持する端部とは反対側の領域には、ラックレール１４８が設けられる。ラックレール１４８は、第１円盤部１１０および第２円盤部１１２が並ぶ方向に延びる。

モータ１４４は、ブラケット１３４に支持される。モータ１４４には、公知のものを用いることができる。モータ１４４の回転軸にはピニオン１５０が連結される。ピニオン１５０は、ホルダー１４２のラックレール１４８に噛み合わされる。ラックレール１４８およびピニオン１５０はラックアンドピニオン機構を構成し、モータ１４４の駆動によってピニオン１５０が回転することで、ラックレール１４８に駆動トルクが伝達されて、ホルダー１４２がスライドする。ホルダー１４２のスライドにより、ホルダー１４２に支持される切断刃１４６を連続体Ｗａに対して進出および退避させることができる。図２では、連続体Ｗａに対して退避した位置にある切断刃１４６を実線で図示し、連続体Ｗａに対して進出した位置にある切断刃１４６を破線で図示している。

切断刃１４６は、連続体Ｗａを切断して複数のワークＷに個片化する。本実施の形態の切断刃１４６は、一対の丸刃１５２ａ，１５２ｂで構成される。丸刃１５２ａおよび丸刃１５２ｂは、連続体Ｗａの厚さ方向に配列され、連続体Ｗａに対して進退する際に両刃の間を連続体Ｗａが通るように、保持面１２８に対して位置が定められる。ホルダー１４２がスライドして切断刃１４６が連続体Ｗａに対して進出すると、丸刃１５２ａおよび丸刃１５２ｂの回転によって連続体Ｗａが切断される。切断刃１４６は、隣り合う２つの保持ヘッド１１６の間を通って連続体Ｗａに対して進退する。

ホルダー１４２は、丸刃１５２ａと丸刃１５２ｂとの間に、ホルダー１４２のスライド方向に延びるスリット１５４を有する。切断刃１４６が進出位置に変位する際、切断されたワークＷの端部はスリット１５４に進入する。これにより、ホルダー１４２とワークＷとの干渉が回避される。

ドラム駆動部１０６、ヘッド駆動部１１４、カッター駆動部１３２およびカッターユニット１３０の動作は、制御装置１５６によって制御される。制御装置１５６は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、図２では、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。この機能ブロックがハードウェアおよびソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には当然に理解されるところである。

制御装置１５６は、第１極切断ドラム２を撮像するカメラから画像データを受領し、画像データから導出される各保持ヘッド１１６、およびカッターユニット１３０の位置等に基づいて、各部の動作を制御することができる。なお、制御装置１５６は、カメラ以外のセンサからも情報を取得して各部の動作を制御してもよい。また、制御装置１５６は、予め設定された動作プログラムに基づいて、各部の動作を制御することもできる。

連続体Ｗａの切断行程において、各部の動作は以下のように制御される。図４は、連続体Ｗａの切断行程のタイミングチャートを示す図である。ドラム駆動部１０６は、常時回転するように制御される。これにより、連続体Ｗａは、ドラム部１０２の回転に起因する各保持ヘッド１１６の移動によって搬送され続ける。

カッターユニット１３０は、所定の切断開始位置Ｔ１にあり（0cycle）、切断開始位置Ｔ１から連続体Ｗａと並走しながら連続体Ｗａを切断する（0.5cycle～1.0cycle）。具体的には、カッターユニット１３０は、搬送される連続体Ｗａと並走しながら、切断刃１４６を連続体Ｗａに向かって進出させる。これにより、連続体Ｗａが切断される。連続体Ｗａの切断が終了した時点で、カッターユニット１３０は切断終了位置Ｔ２に到達する。

カッターユニット１３０は、ドラム部１０２の回転によって連続体Ｗａと並走することができる。なお、ドラム部１０２の回転による連続体Ｗａの搬送に加えて、連続体Ｗａは各ヘッド駆動部１１４の駆動によっても搬送されてもよい。この場合、ヘッド駆動部１１４の駆動分に対応するカッターユニット１３０の移動は、カッター駆動部１３２の駆動によって補われる。

連続体Ｗａを切断した後のカッターユニット１３０は、連続体Ｗａと並走しながら、切断刃１４６を連続体Ｗａから退避させる（1.5cycle～2.0cycle）。切断刃１４６の退避が終了した時点で、カッターユニット１３０は退避終了位置Ｔ３に到達する。続いて、カッター駆動部１３２は、連続体Ｗａを切断した後のカッターユニット１３０を切断開始位置Ｔ１に戻す（2.5cycle～3.0cycle）。具体的には、カッター駆動部１３２は、切断刃１４６が退避した状態にあるカッターユニット１３０をドラム部１０２の回転とは逆方向に移動させて、切断開始位置Ｔ１に復帰させる。以降は、上述した0cycle～3.0cycleの動作が繰り返される。したがって、カッターユニット１３０は、ドラム部１０２の全周のうち切断開始位置Ｔ１～退避終了位置Ｔ３の範囲で往復移動する。

上述の説明では、第１極切断ドラム２が切断装置１００で構成される場合を説明しているが、第２極切断ドラム６やセパレータ切断ドラム１２が切断装置１００で構成されてもよい。第２極切断ドラム６が切断装置１００で構成される場合、連続体Ｗａは第２極連続体Ｐであり、ワークＷは第２極板である。セパレータ切断ドラム１２が切断装置１００で構成される場合、連続体Ｗａは連続積層体２６であり、ワークＷは単位積層体である。

以上説明したように、本実施の形態に係る切断装置１００は、ワークＷの連続体Ｗａを回転により搬送するドラム部１０２と、連続体Ｗａを切断して複数のワークＷに個片化する切断部１０４と、を備える。ドラム部１０２は、円周方向に配列され各ワークＷを保持しながら移動する複数の保持ヘッド１１６を有する。切断部１０４は、ドラム部１０２の回転により複数の保持ヘッド１１６とともに移動する、保持ヘッド１１６よりも少ない数のカッターユニット１３０と、カッターユニット１３０を複数の保持ヘッド１１６とは独立に移動させるカッター駆動部１３２と、を有する。カッターユニット１３０は、所定の切断開始位置Ｔ１から連続体Ｗａと並走しながら連続体Ｗａを切断する。カッター駆動部１３２は、連続体Ｗａを切断した後のカッターユニット１３０を切断開始位置Ｔ１に戻す。

本実施の形態に係る切断装置１００では、連続体Ｗａと並走させた状態にあるカッターユニット１３０によって連続体Ｗａを切断している。これにより、カッターユニット１３０と連続体Ｗａとの相対速度が略ゼロの状態で連続体Ｗａを切断することができる。よって、高い位置精度で連続体Ｗａを切断することができる。また、破断線に沿って連続体Ｗａを破ることでワークＷに個片化する場合に比べて、個片化されたワークＷ中の各電極板の切断部にバリが生じることを回避できる。よって、積層電極体の品質向上を図ることができる。また、連続体Ｗａの搬送を停止せずに連続体Ｗａを切断することができるため、スループットの低下も抑制することができる。

また、カッターユニット１３０を連続体Ｗａと並走させながら連続体Ｗａを切断する場合、保持ヘッド１１６毎にカッターユニット１３０を設ける構造も考えられる。しかしながら、この場合はカッターユニット１３０の数が多くなり、ワークＷの品質ばらつきをなくす上で必要となる切断刃１４６の位置決めや状態管理といったセッティングやメンテナンスの工数が増えて、切断装置の製造コストや管理コストが増大してしまう。これに対し、本実施の形態に係る切断装置１００では、保持ヘッド１１６の数に対してカッターユニット１３０の数を減らしているため、これらのコスト上昇を抑制することができる。よって、本実施の形態の切断装置１００によれば、積層電極体の品質向上を図りやすくすることができる。

また、カッターユニット１３０は、連続体Ｗａに対して進退可能な切断刃１４６を有する。切断刃１４６は、搬送される連続体Ｗａと並走しながら連続体Ｗａに向かって進出することで連続体Ｗａを切断し、連続体Ｗａを切断した後に連続体Ｗａと並走しながら連続体Ｗａから退避する。カッター駆動部１３２は、切断刃１４６が退避した状態にあるカッターユニット１３０を切断開始位置Ｔ１に戻す。これにより、切断刃１４６を退避させる際に、連続体ＷａおよびワークＷの搬送を停止することなく、且つ切断刃１４６と連続体ＷａおよびワークＷとの干渉を回避しながら切断刃１４６を退避させることができる。よって、ワークＷの品質向上とスループットの低下抑制を図ることができる。

また、本実施の形態の積層電極体の製造装置１は、複数の第１極板の連続体を切断して複数の第１極板に個片化して搬送する第１極切断ドラム２と、複数の第２極板の連続体を切断して複数の第２極板に個片化して搬送する第２極切断ドラム６と、複数の第１セパレータが連続する第１セパレータ連続体Ｓ１、第１極切断ドラム２から供給される複数の第１極板、複数の第２セパレータが連続する第２セパレータ連続体Ｓ２、および第２極切断ドラム６から供給される複数の第２極板をこの順に積層して接着し、第１セパレータ、第１極板、第２セパレータおよび第２極板で構成される単位積層体が連続する連続積層体２６を形成する接着ドラム１０と、連続積層体２６の第１セパレータ連続体Ｓ１および第２セパレータ連続体Ｓ２を切断して、複数の単位積層体に個片化するセパレータ切断ドラム１２と、複数の単位積層体を積層ステージ３０に積層して積層電極体を形成する積層ドラム１４と、を備える。そして、第１極切断ドラム２、第２極切断ドラム６およびセパレータ切断ドラム１２の少なくとも１つは、本実施の形態に係る切断装置１００で構成される。これにより、積層電極体ひいては電池の品質向上とスループット向上との両立を図ることができる。

以上、本開示の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本開示を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本開示の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された本開示の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本開示の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

本開示は、切断装置、および積層電極体の製造装置に利用することができる。

１ 製造装置、 ２ 第１極切断ドラム、 ６ 第２極切断ドラム、 １０ 接着ドラム、 １２ セパレータ切断ドラム、 １４ 積層ドラム、 ２６ 連続積層体、 ３０ 積層ステージ、 １００ 切断装置、 １０２ ドラム部、 １０４ 切断部、 １１６ 保持ヘッド、 １３０ カッターユニット、 １３２ カッター駆動部、 １４６ 切断刃。

Claims (3)

1. ワークの連続体を回転により搬送するドラム部と、
   前記連続体を切断して複数のワークに個片化する切断部と、を備え、
   前記ドラム部は、円周方向に配列され各ワークを保持しながら移動する複数の保持ヘッドを有し、
   前記切断部は、前記ドラム部の回転により複数の前記保持ヘッドとともに移動する、前記保持ヘッドよりも少ない数のカッターユニットと、前記カッターユニットを複数の前記保持ヘッドとは独立に移動させるカッター駆動部と、を有し、
   前記カッターユニットは、所定の切断開始位置から前記連続体と並走しながら前記連続体を切断し、
   前記カッター駆動部は、前記連続体を切断した後の前記カッターユニットを前記切断開始位置に戻す、
   切断装置。
2. 前記カッターユニットは、前記連続体に対して進退可能な切断刃を有し、
   前記切断刃は、搬送される前記連続体と並走しながら前記連続体に向かって進出することで前記連続体を切断し、前記連続体を切断した後に前記連続体と並走しながら前記連続体から退避し、
   前記カッター駆動部は、前記切断刃が退避した状態にある前記カッターユニットを前記切断開始位置に戻す、
   請求項１に記載の切断装置。
3. 複数の第１極板の連続体を切断して複数の前記第１極板に個片化して搬送する第１極切断ドラムと、
   複数の第２極板の連続体を切断して複数の前記第２極板に個片化して搬送する第２極切断ドラムと、
   複数の第１セパレータが連続する第１セパレータ連続体、前記第１極切断ドラムから供給される複数の前記第１極板、複数の第２セパレータが連続する第２セパレータ連続体、および前記第２極切断ドラムから供給される複数の前記第２極板をこの順に積層して接着し、前記第１セパレータ、前記第１極板、前記第２セパレータおよび前記第２極板で構成される単位積層体が連続する連続積層体を形成する接着ドラムと、
   前記連続積層体の前記第１セパレータ連続体および前記第２セパレータ連続体を切断して、複数の前記単位積層体に個片化するセパレータ切断ドラムと、
   複数の前記単位積層体を積層ステージに積層して積層電極体を形成する積層ドラムと、を備え、
   前記第１極切断ドラム、前記第２極切断ドラムおよび前記セパレータ切断ドラムの少なくとも１つは、請求項１または２に記載の切断装置で構成される、
   積層電極体の製造装置。

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