KR101504860B1 - 세퍼레이터 용착 장치 및 세퍼레이터의 용착 방법 - Google Patents

세퍼레이터 용착 장치 및 세퍼레이터의 용착 방법 Download PDF

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KR101504860B1
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히로시 유하라
다카히로 야나기
마나부 야마시타
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

세퍼레이터 용착 장치를 적용하여 이루어지는 포장 전극(20)의 제조 장치(100)는, 한 쌍의 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 접합 칩(302, 303)과, 한 쌍의 세퍼레이터를 누르는 누름부(304)를 구비하는 접합 헤드(301)를 갖고 있다. 접합 헤드(301)를 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근시키고, 누름부(304)에 의해 세퍼레이터를 누른한 후에 접합 칩(301)에 의해 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합한다. 한편, 접합 헤드(301)를 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 이격시키고, 접합 칩을 한 쌍의 세퍼레이터로부터 이격시킨 후에 누름부(304)에 의한 세퍼레이터의 누름을 해제한다.

Description

세퍼레이터 용착 장치 및 세퍼레이터의 용착 방법{SEPARATOR WELDING DEVICE AND SEPARATOR WELDING METHOD}
본 발명은 세퍼레이터 용착 장치 및 세퍼레이터의 용착 방법에 관한 것이다.
한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 전극을 포장하여 이루어지는 포장 전극이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 포장 시, 세퍼레이터간에 정극을 배치하여, 세퍼레이터를 누름 부재로 누르고나서 세퍼레이터의 외주를 용착 부재로 열 용착하고 있다.
일본 특허 공개 제2007-329111호 공보
특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 세퍼레이터의 누름과, 열 용착이 각각 다른 공정에 의해 실행되므로, 사이클 타임이 커져버린다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 한 쌍의 세퍼레이터를 용착하기 위하여 필요로 하는 사이클 타임을 단축하여 세퍼레이터 용착 작업의 효율화를 도모하고, 또한, 전지 전체의 제조의 효율화에 기여할 수 있는 세퍼레이터 용착 장치 및 세퍼레이터의 용착 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일형태에 관한 세퍼레이터 용착 장치는 한 쌍의 세퍼레이터를 용착하는 용착 장치이다. 이 용착 장치의 접합부는 상기 한 쌍의 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근 및 이격 가능한 접합 헤드를 갖고, 상기 접합 헤드에는 상기 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합 칩과 상기 세퍼레이터를 누르는 누름부가 설치되어 있다. 상기 누름부는, 상기 접합 칩의 선단을 넘는 전진 위치와 상기 전진 위치로부터 퇴피하는 후퇴 위치의 사이에서 진퇴 가능하게 상기 접합 헤드에 설치되어 있다. 상기 접합 헤드와 상기 누름부의 사이에는, 상기 누름부를 상기 전진 위치를 향하여 이동시키는 가압력을 상기 누름부에 가압하는 가압 부재를 설치하고 있다. 그리고, 상기 접합 헤드가 상기 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근 함으로써, 상기 누름부가 상기 세퍼레이터에 접촉하여 상기 전진 위치로부터 상기 후퇴 위치까지 후퇴하고, 상기 접합 칩의 상기 선단이 상기 세퍼레이터에 접촉하여 접합한다. 한편, 상기 접합 칩의 상기 선단이 상기 세퍼레이터에 접촉한 상태로부터 상기 접합 헤드가 상기 세퍼레이터로 대하여 상대적으로 이격함으로써, 상기 누름부가 상기 세퍼레이터를 누른 채의 상태에서 상기 접합 칩의 상기 선단이 상기 세퍼레이터로부터 이격된다. 상기 누름부는, 상기 가압 부재의 가압력에 의해 상기 후퇴 위치로부터 상기 전진 위치까지 전진하여 상기 세퍼레이터로부터 이격된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일형태에 관한 세퍼레이터의 용착 방법은, 한 쌍의 세퍼레이터를 용착하는 용착 방법이다. 이 용착 방법에 있어서는, 상기 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합 칩과, 상기 한 쌍의 세퍼레이터를 누르는 누름부를 구비하는 접합 헤드를 상기 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근시키고, 상기 누름부에 의해 상기 세퍼레이터를 누른 후에 상기 접합 칩에 의해 상기 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합하고 있다. 한편, 상기 접합 헤드를 상기 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 이격시키고, 상기 접합 칩을 상기 한 쌍의 세퍼레이터로부터 이격시킨 후에 상기 누름부에 의한 상기 세퍼레이터의 누름을 해제하고 있다.
도 1의 (A)는 포장 전극의 일례를 도시하는 평면도, 도 1의 (B)는 전극 및 한 쌍의 세퍼레이터를 반송하면서 반송 방향의 전단부측으로부터 순차 겹치는 모습을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2의 (A), 도 2의 (B)는 도 1에 2점 쇄선에 의해 둘러싸인 부위(2)를 확대하여 도시하는 평면도이며, 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합하는 「전단부」의 위치의 설명에 사용하는 설명도이다.
도 3은 세퍼레이터 용착 장치를 적용하여 이루어지는 포장 전극의 제조 장치의 주요부를 도시하는 구성도이다.
도 4는 포장 전극의 제조 장치의 제어계를 도시하는 블록도이다.
도 5의 (A)는 제1 접합부를 도시하는 평면도, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)의 5B-5B선에 따르는 단면도, 도 5의 (C)는 도 5의 (A)의 5C-5C선에 따르는 단면도이며, 세퍼레이터의 측방 테두리끼리에 있어서의 전단부를 접합하는 1회째의 접합 동작 시의 상태를 도시하는 도면이다.
도 6의 (A)는 제2 접합부를 도시하는 평면도, 도 6의 (B)는 도 6의 (A)의 6B-6B선에 따르는 단면도이다.
도 7은 제1 접합부에 의해 세퍼레이터의 측방 테두리끼리를 접합하는 2회째 이후의 접합 동작 시의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 8은 제1 접합부에 있어서의 누름부의 형상을 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 9의 (A)는 접합 헤드가 워크에 대하여 접근하기 전의 상태를 도시하는 단면도, 도 9의 (B)는 접합 헤드가 워크에 대하여 접근하여 누름부가 워크에 접촉한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 10의 (A)는 누름부가 워크에 접촉하여 전진 위치로부터 후퇴 위치까지 후퇴하고, 접합 칩의 선단이 워크에 접촉한 상태를 도시하는 단면도, 도 10의 (B)는 도 10의 (A)의 상태로부터 접합 헤드가 워크에 대하여 이격함으로써, 누름부가 워크를 누른 채의 상태에서, 접합 칩의 선단이 워크로부터 이격된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 11의 (A) 내지 도 11의 (H)는 제1 접합부에 있어서의 누름부의 왕복 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12의 (A) 내지 도 12의 (G)는 제1 접합부에 있어서의 1회째의 접합 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 원기둥 회전체에 의해 반송되는 워크의 반송 속도와, 복수회에 걸쳐서 왕복하는 제1 접합부의 속도의 변화를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 설명에서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다. 도면의 치수 비율은, 설명의 사정상 과장되어 있으며, 실제의 비율과는 상이하다.
또한, 도 1의 (A), 도 1의 (B) 및 도 3에 표시되는 화살표 arr은, 포장 전극(20)을 제조할 때, 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하는 반송 방향을 나타내고 있다. 도 1의 (A), 도 1의 (B) 및 도 3에 있어서 도면 중 우측이 반송 방향의 하류측이며, 각 부재에 있어서의 「전방」이라고 하고, 도면 중 좌측이 반송 방향의 상류측이며, 각 부재에 있어서의 「후방」이라고 한다. 또한, 반송 방향과 직교하는 방향에 위치하는 세퍼레이터의 테두리를 「측방 테두리」라고 하고, 반송 방향에 위치하는 세퍼레이터의 테두리를 「전방 테두리」 「후방 테두리」라고 한다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 사이에 전극(40)이 끼워진 적층체이며, 세퍼레이터(30)끼리의 접합이 종료되기 전의 적층체를 「워크(W)」라고도 한다.
도 1의 (A), 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 포장 전극(20)은 정극 또는 부극의 전극(40)을 한 쌍의 세퍼레이터(30)에 의해 주머니 형상으로 포장하고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 정극을 포장 전극(20)으로 하고 있다. 전극(40)은 금속박의 양면에 활물질을 도포한 본체부(41)와, 금속박의 일부로부터 형성되어 다른 부재와 전기적으로 접속하는 탭(42)을 구비하고 있다. 세퍼레이터(30)는 수지 재료로 이루어지는 박막이며, 전극(40)의 본체부(41)보다도 약간 큰 크기를 갖고 있다. 전극(40)의 본체부(41)만을 한 쌍의 세퍼레이터(30)에 의해 끼워넣고, 전극(40)의 탭(42)을 외부에 면하게 하고 있다. 겹쳐진 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하고 있다. 또한, 겹쳐진 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 전방 테두리(32) 또는 후방 테두리(33) 중 적어도 한쪽의 테두리끼리를 접합하고 있다. 도 1의 (A)에 도시하는 예에서는, 겹쳐진 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 접합하고 있다. 측방 테두리(31)에서의 접합점(50)은 예를 들어 5점, 후방 테두리(33)에서의 접합점(50)은 예를 들어 4점이다.
도 2의 (A), 도 2의 (B)를 참조하여, 본 명세서에 있어서, 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 「전단부(51)」의 위치에 대해서 설명한다. 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 「전단부(51)」는, 겹쳐진 세퍼레이터(30)의 소위 개구 발생을 억제할 수 있는 관점에서 자유롭게 설정할 수 있다. 예를 들어, 전극(40)의 본체부(41)에 정렬되는 위치(도 2의 (A))나, 문자 그대로의 세퍼레이터(30)의 코너부(도 2의 (B)) 외에, 활물질의 도포 라인에 정렬되는 위치이어도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터 용착 장치를 적용하여 이루어지는 포장 전극(20)의 제조 장치(100)는, 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하면서 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 순차 겹치는 반송부(200)와, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 제1 접합부(300)와, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 전방 테두리(32) 또한 후방 테두리(33) 중 적어도 한쪽의 테두리끼리를 접합하는 제2 접합부(400)를 갖고 있다. 그리고, 반송부(200)에 의해 반송되면서 순차 겹쳐지는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 제1 접합부(300)에 의해 순차 접합하고, 반송부(200)에 의한 반송을 정지한 상태에서 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 전방 테두리(32) 또한 후방 테두리(33) 중 적어도 한쪽의 테두리끼리를 제2 접합부(400)에 의해 접합하고 있다. 도시한 예에서는, 제2 접합부(400)는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 접합하고 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
반송부(200)는, 한 쌍의 세퍼레이터(30) 각각을 보유 지지하는 한 쌍의 원기둥 회전체인 적층 드럼(210, 220)과, 한 쌍의 적층 드럼(210, 220)의 상류측에 배치된 전극 반입부(230)와, 한 쌍의 적층 드럼(210, 220)의 하류측에 배치된 복수개의 하류측 반송부(241, 242)를 포함하고 있다. 한 쌍의 적층 드럼(210, 220)의 사이에 워크(W)를 끼움 지지하는 닙부(215)를 형성하고 있다. 닙부(215)의 간극 치수는 워크(W)의 두께에 따라 적절히 조정된다. 전극 반입부(230)는, 소정 형상으로 형성된 전극(40)을 닙부(215)에 접선 방향을 따라서 송출한다. 하류측 반송부(241, 242)는, 겹쳐진 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하기 위하여 복수 설치되어 있다. 도시한 예에서는 2개의 하류측 반송부(241, 242)를 설치하여, 하류측 반송부(241, 242)끼리의 사이에 제2 접합부(400)를 배치하고 있다.
전극 반입부(230)는, 예를 들어 전극(40)을 흡착하여 반송 가능한 흡착 장치(231)와, 흡착 장치(231)에 의해 반송되어 온 전극(40)을 지지하는 지지 롤러(232)와, 전극(40)을 닙부(215)에 접선 방향을 따라서 송출하는 한 쌍의 반입 롤러(233)를 갖고 있다. 흡착 장치(231)는, 수직으로 하강하여 전극(40)을 흡착하고, 전극(40)의 대략 수평 상태를 유지한 채 상승한 후, 반송 방향의 하류측으로 이동한다. 반입 롤러(233) 각각은, 흡착 장치(231)에 의해 반송된 전극(40)에 대하여 접근 및 이격 가능하게 설치되고, 전극(40)을 끼워 넣어서 회전함으로써 전극(40)을 닙부(215)에 접선 방향을 따라서 송출한다. 또한, 흡착 장치(231)에 의해 흡착되는 전극(40)의 위치가, 반송 방향으로 어긋나 있거나, 반송 방향에 대하여 비스듬히 어긋나 있거나 하는 경우가 있다. 전극 반입부(230)에서는, 흡착 장치(231)에 의해 전극(40)을 흡착하기 전에, 이제부터 흡착 반송하려고 하는 전극(40)의 위치 어긋남을 센서 카메라에 의해 미리 검출하고 있다. 흡착 장치(231)는, 전극(40)을 흡착한 후, 전극(40)의 자세를 적정한 자세로 수정하면서 이동한다. 이에 의해, 전극(40)을, 적정한 자세의 상태에서 닙부(215)에 반송한다.
한 쌍의 적층 드럼(210, 220)은 상하 방향으로 쌍을 이루어 배치되고, 각각이 원기둥 형상을 갖고 있다. 한 쌍의 적층 드럼(210, 220)은, 반송 방향에 직교하면서 소정의 간극을 두고 회전축이 서로 평행하게 대향하는 형태로 배치되어 있다. 적층 드럼(210, 220)의 둘레면 각각이 세퍼레이터(30)를 보유 지지하는 보유 지지면(211, 221)으로 되어 있다. 적층 드럼(210, 220)은, 소정 형상으로 형성된 세퍼레이터(30)를 둘레면 상에 유지하면서 반송한다. 적층 드럼(210, 220)의 보유 지지면(211, 221)에서의 회전축 방향의 폭은 세퍼레이터(30)의 폭보다도 좁다. 반송부(200)는, 한 쌍의 세퍼레이터(30) 각각을, 측방 테두리(31)의 각각이 보유 지지면(211, 221)을 넘어서 밀려 나온 상태로 반송한다.
적층 드럼(210, 220)의 보유 지지면(211, 221)에 세퍼레이터(30)를 보유 지지하는 수단에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 흡인 흡착 또는 정전 흡착 등을 적용할 수 있다. 예를 들어, 흡인 흡착식에 있어서는, 보유 지지면(211, 221)은 복수의 공기 흡인 구멍을 갖고 있다. 이들 공기 흡인 구멍으로부터 공기를 흡인함으로써 세퍼레이터(30)를 보유 지지면(211, 221)에 보유 지지한다.
한 쌍의 적층 드럼(210, 220)은, 닙부(215)에 있어서 반송 방향의 전방을 향하여 동일 방향으로 회전한다. 즉, 상측의 적층 드럼(210)은 도 3에 있어서 반시계 방향으로 회전함으로써, 보유 지지면(211)에 부착된 세퍼레이터(30)를 닙부(215)를 향하여 반송한다. 하측의 적층 드럼(220)은 시계 방향으로 회전함으로써, 보유 지지면(221)에 부착된 세퍼레이터(30)를 닙부(215)를 향하여 반송한다. 한 쌍의 적층 드럼(210, 220)은, 회전축에 접속된 적층 드럼용 구동 모터(501)에 의해 동기하여 회전 구동된다. 제어부(500)가 적층 드럼용 구동 모터(501)의 회전 제어를 행한다.
전극 반입부(230)가, 적층 드럼(210, 220)의 회전과 동기하여 전극(40)을 대략 수평 상태로 반송하여 닙부(215)에 접선 방향을 따라서 송출한다. 한편, 한 쌍의 적층 드럼(210, 220)이, 보유 지지면(211, 221)에 부착한 세퍼레이터(30)를 회전에 따라서 닙부(215)에 송출한다. 이에 의해, 반송부(200)는 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하면서 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 순차 겹쳐서 적층할 수 있다.
세퍼레이터(30)는 도시하지 않은 세퍼레이터 롤로부터 순차 풀려 나오는 연속된 세퍼레이터 부재(34)로부터 잘라내서 형성하고 있다. 한 쌍의 적층 드럼(210, 220) 각각에는 세퍼레이터 부재(34)를 적층 드럼(210, 220)과의 사이에서 끼움 지지하는 타이밍 롤러(212, 222)가 배치되어 있다. 제어부(500)가, 타이밍 롤러(212, 222)의 작동을 제어하고, 세퍼레이터 부재(34)를 적층 드럼(210, 220)에 송출하는 타이밍의 제어를 행한다. 상측의 적층 드럼(210)의 상방에 상측의 세퍼레이터 커터(213)를 설치하고, 하측의 적층 드럼(220)의 하방에 하측의 세퍼레이터 커터(223)를 설치하고 있다. 타이밍 롤러(212, 222)가 세퍼레이터 부재(34)를 적층 드럼(210, 220)에 송출하면, 세퍼레이터 부재(34)가 적층 드럼(210, 220)의 보유 지지면(211, 221)에 부착되어 반송된다. 세퍼레이터 부재(34)가 소정 위치까지 반송된 타이밍에서 세퍼레이터 커터(213, 223)를 작동시킴으로써 세퍼레이터 부재(34)로부터 소정 형상의 세퍼레이터(30)가 잘라내어진다.
2개의 하류측 반송부(241, 242)는, 예를 들어 적층 드럼(210, 220)의 닙부(215)로부터 송출되는 워크(W)를 적재하여 반송하는 제1 컨베이어(241)와, 제1 컨베이어(241)의 하류측에 배치되어 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리의 접합이 종료된 워크(W)를 적재하여 반송하는 제2 컨베이어(242)로 구성된다. 제1 컨베이어(241)와 제2 컨베이어(242)의 사이에 제2 접합부(400)가 배치되어 있다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 제2 접합부(400)에 의해 접합한 후에 있어서는, 제2 컨베이어(242)는, 제조된 포장 전극(20)을 다음 공정의 처리를 행하는 스테이지를 향하여 반송한다. 제1과 제2의 컨베이어(241, 242)는, 예를 들어 흡착 컨베이어로 구성할 수 있다. 제1과 제2의 컨베이어(241, 242)의 폭은 세퍼레이터(30)의 폭보다도 좁은 치수를 갖고, 후술하는 제1 접합부(300)의 왕복 동작과 간섭하지 않도록 하고 있다(도 6의 (A)를 참조). 제1과 제2의 컨베이어(241, 242)는, 롤러에 접속된 컨베이어용 구동 모터(502, 503)에 의해 워크(W)의 반송에 동기하여 회전 구동된다. 제어부(500)가 컨베이어용 구동 모터(502, 503)의 회전 제어를 행한다. 또한, 복수의 하류측 반송부(241, 242)로서 컨베이어를 사용하고 있지만, 흡착 핸드 등 다른 반송 장치를 사용해도 된다.
제1 접합부(300)는, 겹쳐진 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하는 반송로, 즉 워크(W)의 반송로를 사이에 두고 대향하여 상하에 한 쌍 설치되어 있다(도 5의 (B), 도 5의 (C)를 참조). 제2 접합부(400)도 워크(W)의 반송로를 사이에 두고 대향하여 상하에 한 쌍 설치되어 있다(도 6의 (B)를 참조). 쌍을 이루는 세퍼레이터(30)의 양면 각각으로부터 접합하게 되므로, 편면만으로부터 접합하는 경우에 비하여 균일한 접합 상태를 만들어 낼 수 있다. 또한, 세퍼레이터(30)의 재질, 특히 열적인 성질이 상이한 세퍼레이터(30)를 적용할 경우에 접합 조건의 최적화를 위한 조정이 용이해진다.
제1과 제2의 접합부(300, 400)에 있어서, 겹쳐진 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 테두리끼리를 접합하는 수단에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 열 용착, 압착, 접착 또는 용접 중 어느 하나의 수단을 적용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 접합은 열 용착에 의해 행하고 있다. 수지제의 세퍼레이터(30)끼리를 간단하게 접합할 수 있기 때문이다.
도 5 및 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 접합부(300)는 워크(W)에 대하여 상대적으로 접근 및 이격 가능한 접합 헤드(301)를 갖고 있다. 접합 헤드(301)에는, 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 접합 칩(302, 303)과, 워크(W)를 누르는 누름부(304)가 설치되어 있다. 누름부(304)는, 접합 칩(302, 303)의 선단을 넘는 전진 위치(도 9의 (A))와, 전진 위치로부터 후퇴하는 후퇴 위치(도 10의 (A))의 사이에서 진퇴 가능하게 접합 헤드(301)에 설치되어 있다. 접합 헤드(301)와 누름부(304)의 사이에는, 누름부(304)를 전진 위치를 향하여 이동시키는 가압력을 누름부(304)에 가압하는 가압 부재로서의 클램프 스프링(305)을 설치하고 있다.
이러한 구성의 제1 접합부(300)는, 접합 헤드(301)가 워크(W)에 대하여 상대적으로 접근함으로써, 누름부(304)가 워크(W)에 접촉하여 전진 위치로부터 후퇴 위치까지 후퇴하고, 접합 칩(302, 303)의 선단이 워크(W)에 접촉하여 접합한다(도 9의 (A)(B), 도 10의 (A)를 참조).
한편, 접합 칩(302, 303)의 선단이 워크(W)에 접촉한 상태로부터 접합 헤드(301)가 워크(W)에 대하여 상대적으로 이격함으로써, 누름부(304)가 워크(W)를 누른 채의 상태에서 접합 칩(302, 303)의 선단이 워크(W)로부터 이격된다(도 10의 (A), 도 10의 (B)). 누름부(304)는, 클램프 스프링(305)의 가압력에 의해 후퇴 위치로부터 전진 위치까지 전진하여 워크(W)로부터 이격된다.
제1 접합부(300)는, 워크(W)의 반송 방향의 후방측의 후방 위치(도 11의 (A)에 부호 P1에 의해 나타나는 위치)와, 워크(W)의 반송 방향의 전방측의 전방 위치(도 11의 (C)에 부호 P2에 의해 나타나는 위치)의 사이를 왕복하도록 이동한다. 또한, 제1 접합부(300)는, 누름부(304)에 의해 워크(W)를 파지하는 파지 위치(도 12의 (B)에 부호 P3에 의해 나타나는 위치)와, 누름부(304)에 의한 워크(W)의 파지를 해제하는 해제 위치(도 12의 (A)에 부호 P4에 의해 나타나는 위치)의 사이를 상하 방향으로 이동한다.
제1 접합부(300)는, 볼 나사나 모터 등을 구비하는 왕복 구동 기구(504)에 의해, 후방 위치(P1)와 전방 위치(P2)의 사이를 왕복하도록 구동된다. 또한, 제1 접합부(300)는, 볼 나사나 모터 등을 구비하는 제1 상하 구동 기구(505)에 의해 파지 위치와 해제 위치의 사이를 상하 방향으로 구동된다. 제어부(500)가, 왕복 구동 기구(504) 및 제1 상하 구동 기구(505)의 작동 제어를 각각 행한다. 또한, 접합 칩(302, 303)은, 제1 전력 공급 장치(507)(도 4를 참조)로부터 전력이 공급되어 발열한다. 제어부(500)가, 제1 전력 공급 장치의 제어를 행하고, 접합 칩(302, 303)에의 통전량이나 통전 시간 등을 조정하여 접합 칩(302, 303)의 온도를 조정한다.
제1 접합부(300)는, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 제1 접합 칩(302)과, 제1 접합 칩(302)보다도 반송 방향의 하류측에 위치하여 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 적어도 하나(도시한 예에서는 1개)의 제2 접합 칩(303)을 구비하고 있다. 이들 2개의 접합 칩(302, 303)에 있어서 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합한다. 접합된 후의 세퍼레이터(30)는, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 측방 테두리(31)에 따라서 복수(도시한 예에서는 5점)의 접합점(50)을 형성하고 있다.
1회째의 접합에 대해서는, 반송부(200)에 의해 반송되면서 순차 겹쳐지는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리에 있어서의 전단부(51)를, 하류측의 제2 접합 칩(303)까지 반송되어 오기 전에, 상류측의 제1 접합 칩(302)에 의해 접합하고 있다(도 5의 (C)를 참조). 하류측의 제2 접합 칩(303)은 공타(空打) 동작을 하고 있다. 1회째의 접합에 있어서 전단부(51)의 접합이 끝난 후의 2회째 및 3회째의 접합에 대해서는, 반송부(200)에 의해 반송되는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를, 제1 접합 칩(302) 및 제2 접합 칩(303)의 양쪽에 의해 접합하고 있다(도 7을 참조). 합계 3회의 접합 동작을 반복하여 5점의 접합점(50)을 형성하고 있다.
누름부(304)는 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 끼우면서 접합부와 함께 이동하는 클램프 부재로서 기능한다. 클램프 부재로서 기능하는 누름부(304)에 의해 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 끼워서 접합부를 이동시킴으로써, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송할 수 있다.
누름부(304)는 세퍼레이터(30)의 반송 방향의 상류측을 향하여 넓어지는 테이퍼 부분(310)을 갖고 있는 것이 바람직하다(도 8을 참조). 반송되어 오는 전극(40)이나 세퍼레이터(30)의 선단이 누름부(304)에 충돌하여 반송 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 누름부(304)의 테이퍼 부분(310)에 있어서의 곡률 반경(r1)은 적층 드럼(210, 220)의 둘레면에 있어서의 곡률 반경(R1)보다도 작고, 테이퍼 부분(310)의 곡률을 적층 드럼(210, 220)의 둘레면에 있어서의 곡률보다도 크게 하고 있다.
또한, 도 8 중 부호 O는 한 쌍의 적층 드럼(210, 220)의 중심을 연결하는 직선을 나타내고 있다. 이 선 상에 닙부(215)를 설정하는 것이 바람직하다.
누름부(304)는 방열부(320)를 갖고 있는 것이 바람직하다. 접합에 따라 누름부(304)에 축적되는 열에 의해, 전극(40)에 있어서의 활물질 등이 악영향을 받는 것을 방지하기 위해서이다.
방열부(320)는, 예를 들어 누름부(304)의 형성 재료로서 양호 열전도율 재료를 사용함으로써 구성하거나, 도시한 바와 같이 누름부(304)에 접속한 방열 핀(321)에 의해 구성하거나 할 수 있다. 누름부(304)를 양호 열전도율 재료, 예를 들어 알루미늄 등의 재료로 형성하는 것만으로 누름부(304)의 방열의 효율을 간단하게 높일 수 있다. 방열부(320)로서 방열 핀(321)을 사용함으로써, 누름부(304)의 방열의 효율을 한층 높일 수 있다.
누름부(304)에 있어서, 방열부(320)의 주위에 열 배출용의 공간(322)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 제1 접합부(300)가 이동함으로써 공기의 흐름을 발생시켜, 방열부(320)로부터 방열한 열의 확산을 도모함으로써, 누름부(304)의 방열의 효율을 높일 수 있기 때문이다.
누름부(304)는 제1과 제2의 접합 칩(302, 303) 각각을 둘러싸도록 배치된 벽 부재(324)이며, 접합 칩(302, 303)을 외측에 면하게 하는 개방구(323)를 구비하는 벽 부재(324)로 형성하는 것이 바람직하다(도 5의 (A)를 참조). 벽 부재(324)를 역ㄷ자형으로 배치함으로써, 세퍼레이터(30)를 단단히 누른다고 하는 누름부(304) 본래의 기능을 유지한 채, 열을 배출하기 쉽게 하여 누름부(304)의 방열성을 확보할 수 있기 때문이다.
도 6을 참조하여, 제2 접합부(400)는 제1 접합부(300)와 마찬가지로, 접합 헤드(401)와 접합 칩(402)과 누름부(404)와 가압 부재로서의 클램프 스프링(405)을 갖고 있다. 제2 접합부(400)도, 접합 헤드(401)가 워크(W)에 대하여 상대적으로 접근함으로써, 누름부(404)가 워크(W)에 접촉하여 전진 위치로부터 후퇴 위치까지 후퇴하고, 접합 칩(402)의 선단이 워크(W)에 접촉한다. 한편, 접합 칩(402)의 선단이 워크(W)에 접촉된 상태로부터 접합 헤드(401)가 워크(W)에 대하여 상대적으로 이격함으로써, 누름부(404)가 워크(W)를 누른 채의 상태에서 접합 칩(402)의 선단이 워크(W)로부터 이격되고, 누름부(404)가 가압 부재(405)의 가압력에 의해 후퇴 위치로부터 전진 위치까지 전진하여 워크(W)로부터 이격된다.
제2 접합부(400)는, 워크(W)의 반송 방향으로는 왕복하지 않고, 누름부(404)에 의해 워크(W)를 파지하는 파지 위치와, 누름부(304)에 의한 워크(W)의 파지를 해제하는 해제 위치의 사이를 상하 이동할뿐이다.
제2 접합부(400)는, 볼 나사나 모터 등을 구비하는 제2 상하 구동 기구(506)에 의해 파지 위치와 해제 위치의 사이를 상하 구동된다. 제어부(500)가 제2 상하 구동 기구(506)의 작동 제어를 각각 행한다. 또한, 접합 칩(402)은 제2 전력 공급 장치(508)(도 4를 참조)로부터 전력이 공급되어 발열한다. 제어부(500)가 제2 전력 공급 장치의 제어를 행하고, 접합 칩(402)으로의 통전량이나 통전 시간 등을 조정하여 접합 칩(402)의 온도를 조정한다.
제2 접합부(400)는 복수(도시한 예에서는 4개)의 접합 칩(402)을 구비하고 있다. 이들 4개의 접합 칩(402)에 있어서 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리는 접합된다. 접합된 후의 세퍼레이터(30)는, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 후방 테두리(33)를 따라서 복수(도시한 예에서는 4점)의 접합점(50)을 형성하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 포장 전극(20)의 제조 장치(100)는 각 부의 제어를 담당하는 제어부(500)를 갖고 있다. 제어부(500)는 CPU(510), 제어 프로그램 등을 기억한 메모리, 조작 패널 등을 주체로 구성되어 있다. CPU(510)에는 세퍼레이터(30)나 전극(40)의 반송 위치나 자세 등을 검출하는 각종 센서로부터의 신호가 입력된다. CPU(510)로부터는 반송부(200)에 있어서의 적층 드럼용 구동 모터(501), 타이밍 롤러(212, 222) 및 컨베이어용 구동 모터(502, 503)에 이들의 작동을 제어하는 신호가 출력된다. CPU로부터는 제1 접합부(300)에 있어서의 왕복 구동 기구(504), 제1 상하 구동 기구(505) 및 제1 전력 공급 장치(507)에 이들의 작동을 제어하는 신호가 출력된다. 또한, CPU로부터는 제2 접합부(400)에 있어서의 제2 상하 구동 기구(506) 및 제2 전력 공급 장치(508)에 이들의 작동을 제어하는 신호가 출력된다.
도 11 및 도 12를 참조하면서 포장 전극(20)의 제조 장치(100)의 작용을 설명한다.
도 11의 (A) 내지 (H)에는 제1 접합부(300)에 있어서의 누름부(304)의 왕복 동작이 모식적으로 도시되어 있다. 도 12의 (A) 내지 (G)에는 제1 접합부(300)에 있어서의 1회째의 접합 동작이 모식적으로 도시되어 있다.
제1 접합부(300)는, 후방 위치(P1)와 전방 위치(P2)의 사이를 왕복하고(도 11의 (A)(C)), 파지 위치(P3)와 해제 위치(P4)의 사이를 상하 이동한다(도 12의 (A)(B)). 도 11에 있어서 실선 화살표는 제1 접합부(300)의 전진 동작을 나타내고, 파선 화살표는 제1 접합부(300)의 후퇴 동작을 나타내고 있다. 제1 접합부(300)는 반송부(200)에 의한 세퍼레이터(30)의 이동에 동기하여 전진한다. 이해를 용이하게 하기 위하여, 도 11의 (B) 내지 (H)에서는 제1 접합부(300)가 세퍼레이터(30)를 파지하여 반송하도록 도시되어 있다. 한편, 도 12에 있어서는, 제1 접합부(300)가 세퍼레이터(30)의 반송에 동기하여 전진하고 있는 상태를 도시하고 있다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 반송부(200)에 의해 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하면서 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 순차 겹친다. 이 때, 반송부(200)에 있어서의 전극 반입부(230)에 의해, 적층 드럼(210, 220)의 회전에 동기하여 전극(40)을 대략 수평 상태에서 전방으로 반송하고, 적층 드럼(210, 220)의 닙부(215)에 접선 방향을 따라서 송출한다. 또한, 반송부(200)에 있어서의 적층 드럼(210, 220)에 의해, 소정 형상으로 잘라내어진 세퍼레이터(30)를 적층 드럼(210, 220)의 보유 지지면(211, 221)에 부착하고, 회전에 따라서 닙부(215)를 향하여 반송한다.
상하의 제1 접합부(300)는 통상 시에서는 상하 방향으로 개방되어 있고, 해제 위치(P4)에 위치한다(도 12의 (A)). 제1 접합부(300)는, 세퍼레이터(30)가 반송되어 오면 폐쇄되고, 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)의 선단 부분을 파지한다(도 11의 (A), 도 11의 (B)). 제1 접합부(300)는, 세퍼레이터(30)가 상류측의 제1 접합 칩(302)을 통과하고, 하류측의 제2 접합 칩(303)에 도달하기 전에 파지 위치(P3)에 도달하고, 누름부(304)에 의해 세퍼레이터(30)를 파지한다(도 12의 (A), 도 12의 (B)).
제1 접합부(300)는, 세퍼레이터(30)를 파지한 채, 적층 드럼(210, 220)의 회전과 동기하면서 전방 위치(P2)까지 전방으로 이동한다(도 11의 (C)). 제1 접합부(300)가 후방 위치(P1)로부터 전방 위치(P2)까지 이동하면서 상류측의 제1 접합 칩(302)에 의해 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합한다(도 12의 (C), 도 12의 (D)). 하류측의 제2 접합 칩(303)은 공타 동작을 한다(도 12의 (C), 도 12의 (D)).
1회째의 접합이 끝나면, 상하의 제1 접합부(300)는 개방되어 해제 위치(P4)로 복귀되고, 세퍼레이터(30)의 파지를 해제한다(도 12의 (E), 도 12의 (F)). 제1 접합부(300)는 후방 위치(P1)까지 후방으로 이동한다(도 11의 (D), 도 12의 (G)).
제1 접합부(300)는 다시 폐쇄되어 파지 위치(P3)에 도달하여 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)를 파지하고, 적층 드럼(210, 220)의 회전과 동기하면서 전방 위치(P2)까지 전방으로 이동한다(도 11의 (E)). 제1 접합부(300)가 후방 위치(P1)로부터 전방 위치(P2)까지 이동하면서 제1 접합 칩(302) 및 제2 접합 칩(303)의 양쪽에 의해 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합한다.
2회째의 접합이 끝나면, 상하의 제1 접합부(300)는 개방되어 해제 위치(P4)로 복귀되고, 세퍼레이터(30)의 파지를 해제한다. 제1 접합부(300)는 후방 위치(P1)까지 후방으로 이동한다(도 11의 (F)).
제1 접합부(300)는 다시 폐쇄되어 파지 위치(P3)에 도달하여 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)를 파지하고, 적층 드럼(210, 220)의 회전과 동기하면서 전방 위치(P2)까지 전방으로 이동한다(도 11의 (G)). 제1 접합부(300)가 후방 위치(P1)로부터 전방 위치(P2)까지 이동하면서 제1 접합 칩(302) 및 제2 접합 칩(303)의 양쪽에 의해 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합한다.
3회째의 접합이 끝나면, 상하의 제1 접합부(300)는 개방되어 해제 위치(P4)로 복귀되고, 세퍼레이터(30)의 파지를 해제한다. 제1 접합부(300)는 후방 위치(P1)까지 후방으로 이동한다(도 11의 (H)). 이와 같이 제1 접합부(300)는 합계 3회의 접합 동작을 반복하고, 5점의 접합점(50)을 형성한다. 제1 접합부(300)가 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)를 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 복수회에 걸쳐서 접합함으로써, 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)를 광범위하게 접합할 수 있다.
적층 드럼(210, 220)의 닙부(215)로부터 송출된 워크(W)는, 제1 컨베이어(241) 상에 적재되어 반송된다. 제1 접합부(300)에 의한 접합 동작이 종료되었을 때에는, 워크(W)의 전방은 제2 컨베이어(242)에 적재되어 있다. 제2 컨베이어(242)에 의해 워크(W)를 반송하고, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)가 제2 접합부(400)의 접합 칩(402)의 위치에 도달하면, 제2 컨베이어(242)에 의한 워크(W)의 반송을 일단 정지한다.
한 쌍의 세퍼레이터(30)의 반송을 정지한 상태에서, 제2 접합부(400)는 폐쇄되어 파지 위치에 도달하여 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)을 파지한다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 반송을 정지한 채, 4개의 접합 칩(402)에 의해 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 접합한다. 제2 접합부(400)는 한번만 접합 동작을 행하고, 도시한 예에서는 4점의 접합점(50)을 동시에 형성한다.
후방 테두리(33)의 접합이 끝나면, 상하의 제2 접합부(400)는 개방되어 해제 위치로 복귀되고, 세퍼레이터(30)의 파지를 해제한다. 이에 의해, 워크(W)에 대한 세퍼레이터(30)끼리의 접합이 종료되고, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리 및 후단부 테두리끼리를 접합한 포장 전극(20)이 제조된다. 제2 컨베이어(242)는 다시 구동되고, 제조된 포장 전극(20)을 다음 공정의 처리를 행하는 스테이지를 향하여 반송한다.
그 후, 도시하지 않은 후속 공정에 있어서, 정극의 포장 전극(20)과, 그것과 대향하는 전극의 부극의 전극(40), 정극의 포장 전극(20)을 교대로 적층함으로써 전지 셀을 제조한다.
도 13에는, 적층 드럼(210, 220)에 의해 반송되는 워크(W)의 반송 속도와, 복수회에 걸쳐서 왕복하는 제1 접합부(300)의 속도의 변화가 모식적으로 도시되어 있다. 도 13에 있어서, 속도는, 반송 방향의 전방을 향하여 이동할 때를 플러스로 하고 있다.
닙부(215)를 통과하는 워크(W)는 적층 드럼(210, 220)의 회전에 의해 속도V1으로 반송되고 있다. 한편, 제1 접합부(300)는 왕복 구동 기구(504)에 의해 후방 위치(P1)와 전방 위치(P2)의 사이를 왕복한다. 도면 중의 시간 t1은, 제1 접합부(300)가 워크(W)의 반송과의 타이밍을 취하기 위하여 후방 위치(P1)에 대기하고 있는 시간을 나타내고, 시간 t2는, 제1 접합부(300)가 왕동(往動)을 시작하여 가속하고 있는 시간을 나타내고 있다. 또한, 시간 t3은, 워크(W)의 반송 속도와의 상대 속도차가 0에 근접하도록 제1 접합부(300)를 이동시키고 있는 시간을 나타내고, 시간t4는, 제1 접합부(300)가 복동(復動)하기 위하여 감속하고 있는 시간을 나타내고 있다.
제1 접합부(300)는, 워크(W)와 함께 이동하고 있는 도중에 있어서, 겹쳐진 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하고 있다. 또한, 제1 접합부(300)는, 이동하면서의 접합을 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 복수회(본 실시 형태에서는 3회) 반복하여 행하고 있다. 워크(W)와 제1 접합부(300)가 거의 동일한 속도로 이동하고 있지 않으면, 워크(W)에 주름이 발생하거나, 접합 불량이 발생하거나 해버린다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 제1 접합부(300)를, 워크(W)의 반송 속도와의 상대 속도차가 0에 근접하도록 이동시키면서 행하는 접합을 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 복수회 반복하여 행하고 있다. 세퍼레이터(30)를 반송하면서, 순차, 전단부(51)측으로부터 복수회 용착하므로, 세퍼레이터(30)의 개구 발생을 방지하면서 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 워크(W)에 주름을 발생시키지 않고 양호한 접합을 행할 수 있다.
또한, 제1 접합부(300)의 이동 속도가 일정해졌을 때에 접합을 행하는 것이 바람직하다. 세퍼레이터(30) 및 제1 접합부(300)의 가속도를 정렬시키는 것 자체가 곤란하며, 세퍼레이터(30) 및 제1 접합부(300)를 함께 가속시키면서 접합을 행하는 경우에 비하여 접합의 타이밍의 조정 등이 용이해지기 때문이다.
또한, 반송되면서 순차 겹쳐지는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 제1 접합부(300)에 의해 순차 접합하고 있다. 이에 의해, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 소위 개구 발생을 방지할 수 있다. 또한, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 전극(40)에 겹쳐 갈 때에 세퍼레이터(30)의 젖혀짐이나 주름이 발생하지 않고, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 접합 작업이 용이해진다.
또한, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 클램프 부재로서의 누름부(304)에 의해 끼우면서 제1 접합부(300)와 함께 이동하는 것이 바람직하다. 누름부(304)에 의해 세퍼레이터(30)의 위치를 고정하면서 접합할 수 있으므로, 고정밀도로 접합할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 반송부(200), 제1 접합부(300) 및 제2 접합부(400)가 상술한 구성을 갖고, 또한 제어부(500)가 반송부(200), 제1 접합부(300) 및 제2 접합부(400)의 작동을 제어함으로써, 다음에 설명하는 바와 같은 다양한 조작을 실현하고 있다.
즉, 한 쌍의 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 접합 칩(302, 303)과, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 사이에 전극(40)이 끼워진 워크(W)를 누르는 누름부(304)를 구비하는 접합 헤드(301)를 워크(W)에 대하여 상대적으로 접근시킨다. 누름부(304)로 의해 워크(W)를 누른 후에 접합 칩(302, 303)에 의해 한 쌍의 세퍼레이터(30)끼리를 접합한다. 그리고, 접합 헤드(301)를 워크(W)에 대하여 상대적으로 이격시키고, 접합 칩(302, 303)을 한 쌍의 세퍼레이터(30)로부터 이격시킨 후에 누름부(304)에 의한 워크(W)의 클램프를 해제하고 있다.
이에 의하면, 하나의 공정 내에서, 접합 헤드(301)를 워크(W)에 대하여 상대적으로 접근시킨다는 원 액션에 의해, 누름부(304)에 의한 워크(W)의 누름과, 접합 칩(302, 303)에 의한 접합을 행할 수 있으므로, 사이클 타임을 저감시킬 수 있다. 이와 같이, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 사이에 전극(40)을 포장하기 위하여 필요로 하는 사이클 타임을 단축하여 포장 전극(20)의 제조의 효율화를 도모하고, 게다가, 전지 전체의 제조의 효율화에 기여하는 것이 가능해진다. 또한, 누름부(304)가 워크(W)를 누른 후 접합 칩(302, 303)에 의한 접합을 행하고 있으므로, 고정밀도로 접합을 행할 수 있다. 또한, 접합 후는 접합 칩(302, 303)이 워크(W)로부터 분리될 때까지 누름부(304)가 워크(W)를 누르고 있다. 이로 인해, 접합 칩(302, 303)의 선단이 접합점(50)으로부터 분리될 때, 접합한 세퍼레이터(30)끼리를 분리할 우려가 없다. 또한, 제1 접합부(300)에 대하여 설명했지만, 제2 접합부(400)에 대해서도 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 발휘한다. 포장 전극(20)의 제조 장치(100)에 적용하여 이루어지는 세퍼레이터 용착 장치에 대해서 보면, 하나의 공정 내에서, 접합 헤드(301)를 세퍼레이터(30)에 대하여 상대적으로 접근시킨다는 원 액션에 의해, 누름부(304)에 의한 세퍼레이터(30)의 누름과, 접합 칩(302, 303)에 의한 접합을 행할 수 있으므로, 사이클 타임을 저감시킬 수 있다. 이와 같이, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 용착하기 위해서 필요로 하는 사이클 타임을 단축하여 세퍼레이터 용착 작업의 효율화를 도모하고, 게다가, 전지 전체의 제조의 효율화에 기여하는 것이 가능해진다. 또한, 누름부(304)가 세퍼레이터(30)를 누르고나서 접합 칩(302, 303)에 의한 접합을 행하고 있으므로, 고정밀도로 접합을 행할 수 있다. 또한, 접합 후는 접합 칩(302, 303)이 세퍼레이터(30)로부터 분리될 때까지 누름부(304)가 세퍼레이터(30)를 누르고 있다. 이로 인해, 접합 칩(302, 303)의 선단이 접합점(50)으로부터 분리될 때에 접합한 세퍼레이터(30)끼리를 박리할 우려가 없다.
누름부(304)는 세퍼레이터(30)의 반송 방향의 상류측을 향하여 퍼지는 테이퍼 부분(310)을 갖고 있다. 이에 의해, 반송되어 오는 전극(40)이나 세퍼레이터(30)의 선단이 누름부(304)에 충돌하여 반송 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한 쌍의 제1 접합부(300)가, 겹쳐진 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하는 반송로, 즉 워크(W)의 반송로를 사이에 두고 대향하여 설치되고, 한 쌍의 제2 접합부(400)가 워크(W)의 반송로를 사이에 두고 대향하여 설치되어 있다. 이에 의하면, 쌍을 이루는 세퍼레이터(30)의 양면 각각으로부터 접합하게 되므로, 편면만으로부터 접합하는 경우에 비하여 균일한 접합 상태를 만들어 낼 수 있다. 또한, 세퍼레이터(30)의 재질, 특히, 열적인 성질이 상이한 세퍼레이터(30)를 적용하는 경우에 접합 조건의 최적화를 위한 조정이 용이해진다.
접합에는 열 용착을 적용하고 있다. 이에 의해, 수지제의 세퍼레이터(30)끼리를 간단하게 접합할 수 있다.
누름부(304)는 방열부(320)를 갖고 있다. 이에 의해, 접합에 따라 누름부(304)에 축적되는 열에 의해, 전극(40)에 있어서의 활물질 등이 악영향을 받는 것을 방지할 수 있다.
방열부(320)는, 예를 들어 누름부(304)의 형성 재료로서 양호 열전도율 재료를 사용함으로써 구성하거나, 도시한 바와 같이 누름부(304)에 접속한 방열 핀(321)에 의해 구성하거나 할 수 있다. 누름부(304)를 양호 열전도율 재료로 형성하는 것만으로 누름부(304)의 방열의 효율을 간단하게 높일 수 있다. 또한, 방열부(320)로서 방열 핀(321)을 사용함으로써, 누름부(304)의 방열의 효율을 한층 높일 수 있다.
방열부(320)의 주위에 열 릴리프용의 공간(322)이 형성되어 있다. 이에 의해, 제1 접합부(300)가 이동함으로써 공기의 흐름을 발생시키고, 방열부(320)로부터 방열된 열의 확산을 도모함으로써, 누름부(304)의 방열의 효율을 높일 수 있다.
누름부(304)는 제1과 제2의 접합 칩(302, 303) 각각을 둘러싸도록 배치된 벽부재(324)이며, 접합 칩(302, 303)을 외측에 향하게 하는 개방구(323)를 구비하는 벽 부재(324)로 형성되어 있다. 벽 부재(324)를 역ㄷ자형으로 배치함으로써, 세퍼레이터(30)을 단단히 누른다는 누름부(304) 본래의 기능을 유지한 채, 열을 놓치기 쉽게 하여 누름부(304)의 방열성을 확보할 수 있다.
상술한 것 외에도, 본 실시 형태는 이하와 같은 특징을 갖고 있다.
즉, 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)을 반송하면서 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 순차 겹치면서, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 순차 접합하여 전극(40)을 포장하고, 계속해서, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 반송을 정지한 상태에서, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 접합하고 있다.
이에 의하면, 반송되면서 순차 겹치는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 제1 접합부(300)에 의해 순차 접합하는 점에서, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 소위 개구 발생을 방지할 수 있다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 전극(40)에 겹쳐 갈 때에 세퍼레이터(30)의 젖혀짐이나 주름이 발생하지 않고, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 접합 작업이 용이해진다. 또한, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 제2 접합부(400)에 의해 접합하는 점에서, 평면에서 볼 때 서로 대향하는 2변뿐만 아니라, 다른 변에 있어서도 세퍼레이터(30)끼리를 접합한 상태가 된다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 전극(40)에 겹친 후에 있어서도 세퍼레이터(30)의 젖혀짐이나 주름이 발생하지 않아, 젖혀짐이나 주름을 수정하는 번잡한 작업이 발생하지 않는다. 이와 같이, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 전극(40)에 겹쳐 갈 때나, 그 후에 있어서도 세퍼레이터(30)의 젖혀짐이나 주름이 발생하는 것을 방지하여 포장 전극(20)의 제조의 효율화를 도모하고, 게다가, 전지 전체의 제조의 효율화에 기여하는 것이 가능해진다.
그런데, 다양한 가공 공정, 조립 공정, 또는 검사 공정 등의 다수의 공정을 거쳐서 제품을 양산할 경우, 반송 택트가 정해지고, 각 공정에서의 처리 시간을 동일하게 한 뒤에, 각각의 공정에서 처리한 워크를 다음 공정으로 이동시키고 있다. 정해진 반송 택트의 제한 내에서 복수의 처리를 행함으로써 공정의 수를 저감시키고, 제조의 효율화를 도모하는 것도 양산화 기술에 있어서는 중요한 과제가 되어 있다.
한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리의 접합을 다른 공정에 행하는 것도 가능하지만, 이 경우에는 공정의 수가 증가하여 토탈 제조 시간이 길어져버릴 우려가 있어 제조의 효율화의 요청에 따를 수 없다. 또한, 포장 전극(20)은 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 사이에 전극(40)을 끼운 형태를 갖고, 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 동기하여 반송해야만 되어, 타이밍을 취하기 위하여 반송 및 반송 정지가 반복되고 있다. 이러한 타이밍을 취하기 위한 반송 정지 시간을 이용함으로써, 정해진 반송 택트의 제한 내에서 반송부(200)에 의한 반송을 정지한 상태에서 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 접합할 수 있다. 따라서, 전극(40)을 한 쌍의 세퍼레이터(30) 내에 포장하는 속도를 줄이지 않고, 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31) 외에, 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)도 접합하는 것이 가능해진다.
하류측 반송부(241, 242)끼리의 사이(제1 컨베이어(241)와 제2 컨베이어(242)의 사이)에 제2 접합부(400)를 배치하고, 겹쳐진 후의 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하는 경로의 도중에 있어서, 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)끼리를 접합하고 있다. 이에 의하면, 전극(40)을 한 쌍의 세퍼레이터(30) 내에 포장하는 속도를 줄이지 않고, 적층 드럼(210, 220)에 겹쳐져 있었던 부분인 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)를 접합할 수 있다.
한 쌍의 세퍼레이터(30) 각각을, 측방 테두리(31) 각각이 보유 지지면(211, 221)을 넘어서 밀려 나온 상태로 반송하고 있다. 이에 의하면, 한 쌍의 세퍼레이터(30)가 적층 드럼(210, 220)의 보유 지지면(211, 221)으로부터 분리되는 부위, 즉 닙부(215)의 측방 부위에, 제1 접합부(300)를 적층 드럼(210, 220)에 간섭하지 않고 배치할 수 있다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)가 중첩되어 보유 지지면(211, 221)으로부터 분리된 직후에, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 순차 접합하는 접합 작업을 행할 수 있다. 이에 의해, 한 쌍의 세퍼레이터(30)가 겹쳐진 반송 방향의 전단부(51)는 적층 드럼(210, 220)으로부터 분리되면 바로 접합된다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 전단부(51)가 접합될 때에는, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 후단부측은 적층 드럼(210, 220)에 의해 끼움 지지된 채 반송되어 있다. 이로 인해, 한 쌍의 세퍼레이터(30)에 주름이 발생하거나, 적층 어긋남이 발생하거나 하는 것을 억제하여 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 접합할 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(30)의 소위 개구 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
한 쌍의 세퍼레이터(30) 각각을 한 쌍의 원기둥 회전체, 즉 적층 드럼(210, 220) 각각의 표면 상에 보유 지지하여 전극(40)을 향하여 반송하고 있다. 이에 의하면, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 원호면 상에 유지하여 반송하므로, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하면서 측방 테두리(31)끼리를 순차 중첩하는 것을 간단하게 할 수 있다.
한 쌍의 제1 접합부(300)가, 겹쳐진 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하는 반송로를 사이에 두고 대향하여 설치되어 있다. 또한, 한 쌍의 제2 접합부(400)도, 겹쳐진 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하는 반송을 사이에 두고 대향하여 설치되어 있다. 이에 의하면, 쌍을 이루는 세퍼레이터(30)의 양면 각각으로부터 접합하게 되므로, 편면만으로부터 접합되는 경우에 비하여 균일한 접합 상태를 만들어 낼 수 있다. 또한, 세퍼레이터(30)의 재질, 특히, 열적인 성질이 상이한 세퍼레이터(30)를 적용할 경우, 접합 조건의 최적화를 위한 조정이 용이해진다.
또한, 전극(40) 및 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 반송하면서 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 순차 겹치면서, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리에 있어서의 전단부(51)를, 2개의 접합 칩(302, 303) 중 반송 방향의 하류측의 제2 접합 칩(303)까지 반송되어 오기 전에, 상류측의 제1 접합 칩(302)에 의해 접합하고 있다.
이에 의하면, 반송되면서 순차 겹쳐지는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리에 있어서의 전단부(51)를 제1 접합부(300)에 있어서의 상류측의 제1 접합 칩(302)에 의해 접합하는 점에서, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 소위 개구 발생을 방지할 수 있다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 전극(40)에 겹쳐 갈 때에 세퍼레이터(30)의 젖혀짐이나 주름이 발생하지 않고, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 접합 작업이 용이해진다. 이와 같이, 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 전극(40)에 겹쳐 갈 때에 세퍼레이터(30)의 젖혀짐이나 주름이 발생하는 것을 방지하여 포장 전극(20)의 제조의 효율화를 도모하고, 게다가, 전지 전체의 제조의 효율화에 기여하는 것이 가능해진다.
전단부(51)의 접합이 끝난 후에는, 반송되는 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 복수의 접합 칩(302, 303)에 의해 접합하고 있다. 이에 의하면, 복수의 접합 칩(302, 303)에 의해 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 점에서 접합 시간을 단축할 수 있어 제조의 고속화를 도모할 수 있다.
전단부(51)의 접합 시에, 상류측의 제1 접합 칩(302)만을 작동시켜서 접합하도록 해도 된다. 이에 의하면, 전단부(51)의 접합 시에, 하류측의 제2 접합 칩(303)을 작동시키지 않아도 되어 하류측의 제2 접합 칩(303)의 공타를 피할 수 있다.
또한, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 측방 테두리(31)끼리를 접합하는 접합부를, 워크(W)의 반송 속도와의 상대 속도차가 0에 접근하도록 이동시키면서 행하는 접합을 반송 방향의 전단부(51)측으로부터 복수회 반복하여 행하고 있다.
이에 의하면, 세퍼레이터(30)를 반송하면서, 순차, 전단부(51)측으로부터 복수회 용착하므로, 세퍼레이터(30)의 개구 발생을 방지하면서 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(30)에 주름을 발생시키지 않고 양호한 접합을 행할 수 있다.
제1 접합부(300)의 이동 속도가 일정해졌을 때에 접합을 행하고 있다. 세퍼레이터(30) 및 제1 접합부(300)의 가속도를 정렬시키는 것 자체가 곤란하다. 이로 인해, 세퍼레이터(30) 및 제1 접합부(300)를 함께 가속시키면서 접합을 행하는 경우에 비하여, 접합의 타이밍의 조정 등이 용이해지고, 그 결과, 고정밀도로 접합할 수 있다.
(변형예)
제2 접합부(400)에 의해 세퍼레이터(30)의 후방 테두리(33)를 접합하는 형태를 나타냈지만, 전방 테두리(32), 또는 전후방 양쪽의 테두리(32, 33)를 제2 접합부(400)에 의해 접합해도 된다.
한 쌍의 적층 드럼(210, 220)을 상하에 배치했지만, 그 밖의 방향에 배치해도 된다. 전극(40)은 적층 드럼(210, 220)의 사이의 접선 방향(한 쌍의 적층 드럼(210, 220)의 중심을 연결하는 직선에 직교하는 방향)을 따라 반송된다. 예를 들어, 적층 드럼(210, 220)을 좌우에 배치한 경우에는 상방 또는 하방으로부터 수직 방향으로 전극(40)을 반송하면 된다.
세퍼레이터 커터(213, 223)에 의해 1매의 연속된 세퍼레이터 부재(34)를 적층 드럼(210, 220)의 둘레면에 부착한 상태에서 소정 형상으로 잘라내는 것으로 했지만, 미리 소정 형상으로 잘라내어진 세퍼레이터(30)를 적층 드럼(210, 220)에 부착하여 반송해도 된다.
누름부(304)를 접합 헤드(301)에 설치한 형태에 대하여 설명했지만, 이 경우에 한정되지는 않으며, 누름부(304)가 접합 헤드(301)와 일체가 되어 있지 않아도 된다.
또한, 본 발명의 세퍼레이터 용착 장치를, 포장 전극(20)의 제조 장치(100)에 적용한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이 경우에 한정되지 않고, 한 쌍의 세퍼레이터를 용착하는 기술로서 다양한 장치에 적용하거나 내장하거나 할 수 있다.
이상, 실시예에 따라 본 발명의 내용을 설명했지만, 본 발명은 이들의 기재에 한정되지 않으며, 다양한 변형 및 개량이 가능한 것은 당업자에게는 자명하다.
일본특허출원 제2011-085748호(출원일: 2011년 4월7일) 및 일본특허출원 제2012-67823호(출원일: 2012년 3월 23일)의 전체 내용은 여기에 원용된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 하나의 공정 내에서, 접합 헤드를 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근 이동시킨다는 원 액션에 의해, 누름부에 의한 세퍼레이터의 누름과, 접합 칩에 의한 접합을 행할 수 있으므로, 사이클 타임을 저감시킬 수 있다. 이와 같이, 한 쌍의 세퍼레이터를 용착하기 위하여 필요로 하는 사이클 타임을 단축하여 세퍼레이터 용착 작업의 효율화를 도모하고, 게다가, 전지 전체의 제조의 효율화에 기여하는 것이 가능해진다. 또한, 누름부가 세퍼레이터를 누른 후에 접합 칩에 의한 접합을 행하고 있으므로, 고정밀도로 접합을 행할 수 있다. 또한, 접합 후는 접합 칩이 세퍼레이터로부터 분리될 때까지 누름부가 세퍼레이터를 누르고 있다. 이로 인해, 접합 칩의 선단이 접합점으로부터 분리될 때에 접합한 세퍼레이터끼리를 박리할 우려가 없다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 관한 세퍼레이터 용착 장치 및 세퍼레이터의 용착 방법은 산업상 이용 가능하다.
20 : 포장 전극
30 : 세퍼레이터
31 : 측방 테두리
32 : 전방 테두리
33 : 후방 테두리
34 : 전방 테두리
40 : 전극
50 : 접합점
51 : 전단부
100 : 세퍼레이터 용착 장치를 적용하여 이루어지는 제조 장치
200 : 반송부
210, 220 : 적층 드럼, 원기둥 회전체
211, 221 : 보유 지지면
215 : 닙부
230 : 전극 반입부
241, 242 : 하류측 반송부
300 : 제1 접합부, 접합부
301 : 접합 헤드
302 : 제1 접합 칩, 상류측의 접합 칩
303 : 제2 접합 칩, 하류측의 접합 칩
304 : 누름부
305 : 클램프 스프링, 가압 부재
310: 테이퍼 부분
320 : 방열부
321 : 방열 핀
322 : 열 릴리프용의 공간
323 : 개방구
324 : 벽 부재
400 : 제2 접합부, 접합부
500 : 제어부
W : 워크

Claims (9)

  1. 한 쌍의 세퍼레이터를 용착하는 용착 장치이며,
    상기 한 쌍의 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근 및 이격 가능한 접합 헤드와,
    상기 접합 헤드에 설치되어 상기 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합 칩과,
    상기 접합 칩의 선단을 넘는 전진 위치와 상기 전진 위치로부터 퇴피하는 후퇴 위치 사이에서 진퇴 가능한, 상기 세퍼레이터를 누르는 누름부와,
    상기 접합 헤드와 상기 누름부의 사이에 설치되고, 상기 누름부를 상기 전진 위치를 향하여 이동시키는 가압력을 상기 누름부에 가압하는 가압 부재를 갖는 접합부를 포함하고,
    상기 접합 헤드가 상기 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근함으로써, 상기 누름부가 상기 세퍼레이터에 접촉하여 상기 전진 위치로부터 상기 후퇴 위치까지 후퇴하고, 상기 접합 칩의 상기 선단이 상기 세퍼레이터에 접촉하여 접합하는 동시에,
    상기 접합 칩의 상기 선단이 상기 세퍼레이터에 접촉한 상태로부터 상기 접합 헤드가 상기 세퍼레이터로 대하여 상대적으로 이격함으로써, 상기 누름부가 상기 세퍼레이터를 누른 채의 상태에서, 상기 접합 칩의 상기 선단이 상기 세퍼레이터로부터 이격되고, 상기 누름부가 상기 가압 부재의 가압력에 의해 상기 후퇴 위치로부터 상기 전진 위치까지 전진하여 상기 세퍼레이터로부터 이격되는, 세퍼레이터 용착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 누름부는, 상기 세퍼레이터의 반송 방향의 상류측을 향하여 넓어지는 테이퍼 부분을 갖는, 세퍼레이터 용착 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 한 쌍의 상기 접합부가, 상기 한 쌍의 세퍼레이터를 반송하는 반송로를 사이에 두고 대향하여 설치되어 있는, 세퍼레이터 용착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접합하는 것은 열 용착하는 것인, 세퍼레이터 용착 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 누름부는 방열부를 갖고 있는, 세퍼레이터 용착 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 방열부는, 양호 열전도율 재료로 형성되거나 또는 방열 핀으로 구성되어 있는, 세퍼레이터 용착 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 방열부의 주위에 열 배출용의 공간이 형성되어 있는, 세퍼레이터 용착 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 누름부는 상기 접합 칩을 둘러싸도록 배치된 벽 부재이며, 상기 접합 칩을 외측에 면하게 하는 개방구를 구비하는 상기 벽 부재로 형성되어 있는, 세퍼레이터 용착 장치.
  9. 한 쌍의 세퍼레이터를 용착하는 용착 방법이며,
    상기 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합 칩과, 상기 한 쌍의 세퍼레이터를 누르는 누름부를 구비하는 접합 헤드를 상기 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 접근시키고, 상기 누름부에 의해 상기 세퍼레이터를 누른 후에 상기 접합 칩에 의해 상기 한 쌍의 세퍼레이터끼리를 접합하고,
    상기 접합 헤드를 상기 세퍼레이터에 대하여 상대적으로 이격시키고, 상기 접합 칩을 상기 한 쌍의 세퍼레이터로부터 이격시킨 후에 상기 누름부에 의한 상기 세퍼레이터의 누름을 해제하는, 세퍼레이터의 용착 방법.
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