KR20150016235A

KR20150016235A - 제어 시스템 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20150016235A
Application number: KR1020147031661A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 미야모토; 다카시 사사키; 아츠시 와타나베; 가즈시게 나카시마; 요헤이 니시마츠; 겐지 기타지마
Original assignee: 요코가와 덴키 가부시키가이샤; 토레 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-02-11
Also published as: WO2014174908A1; JP5830180B2; CN104335393B; JPWO2014174908A1; CN104335393A; US10026951B2; KR101739175B1; US20160111708A1

Abstract

전극 활물질 등의 도공물을 기재에 대해 도공할 때, 기재 폭 방향에 있어서의 도공물의 표면 형상을 최적화한다. 도공물을 토출하는 노즐과 도공물이 도공되는 기재의 갭을 조정하는 갭 조정부와, 노즐에 도공물을 압송하는 펌프의 회전수를 조정하는 회전수 조정부와, 도공물의 기재 폭 방향의 표면 형상에 있어서의 입상 영역의 형상을 모의한 단부 모델, 및 표면 형상에 있어서의 입상 영역에 끼워진 중앙 영역의 형상을 모의한 중앙부 모델에 기초하여, 도공물의 표면 형상을 계산에 의해 구하는 모델 계산부와, 모델 계산부에 의해 계산된 도공물의 표면 형상과 미리 설정된 설정 형상을 비교하는 비교부와, 비교부의 비교 결과에 기초하여 갭 조정부 및 회전수 조정부 중 적어도 어느 일방의 제어량을 구하는 제어 연산부를 구비한다.

Description

제어 시스템 및 제어 방법{CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD}

본 발명은 전극 활물질 등의 도공물을 기재에 대해 도공하기 위한 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

본원은 2013년 4월 26일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2013-094668호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

띠상 등의 기재에 대해 이 기재를 보내면서 페이스트상의 도포물을 연속적으로 도공할 때, 기재에 대해 부착되는 도포물의 단위 면적당의 중량 (즉 도공량) 을 고정밀도로 조정할 수 있을 필요가 있는 경우가 있다. 예를 들어, 전지용 시트 전극 제조 장치에 있어서, 기재인 집전체 시트에 도공되는 전극 활물질의 단위 면적당의 중량은, 2 차 전지의 성능을 좌우하기 때문에, 고정밀도로 조정할 수 있는 것이 요구된다. 또한, 기재의 표리 양면에 도공되는 전극 활물질의 도공 단부 위치를 일치시키는 것이 2 차 전지의 품질상 중요하다. 이 때문에, 도공 단부 위치를 고정밀도로 조정하는 것이 요구된다. 생산성의 관점에서 보면, 도공 개시부터 가능한 한 단시간에 도공 단부 위치를 설정값에 맞추는 것이 요구된다.

예를 들어, 특허문헌 1 ∼ 3 에는, 기재를 지지하는 백업 롤과, 이 백업 롤에 대향 배치됨과 함께 전극 활물질을 토출하는 다이코터를 구비하는 도공 장치에 있어서, 다이코터에 전극 활물질을 압송하는 펌프의 회전수나 다이코터와 기재의 갭을 조정함으로써 전극 활물질의 토출량을 조정하고, 이로써 전극 활물질의 단위 면적당의 중량 (즉 도공량) 을 조정하여 설정값에 맞추는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 1 ∼ 3 에는, 도공 중량에 대하여 조정하는 것은 기재되어 있지만, 예를 들어 기재 폭 방향에 있어서의 전극 활물질의 단부의 입상의 형상이나, 이들 단부에 끼워진 중앙부의 형상을 조정하는 것에 대해서는 기재되어 있지 않다. 요컨대, 지금까지는 전극 활물질 등의 도공물의 기재 폭 방향에 있어서의 표면 형상에 주목하여, 이 표면 형상을 조정하여 최적화하는 기술에 대해서는 제안되어 있지 않다.

2 차 전지의 가일층의 성능 향상을 실현하기 위해서는, 지금까지 이상으로 고정밀도로 전극 활물질의 도공량과 단부 위치를 포함하는 도공 상태를 조정할 필요가 있다고 생각된다. 이 때문에, 향후 상기 서술한 표면 형상을 포함하여 도포물의 도공 상태의 조정을 가능하게 할 필요가 있다.

일본 특허공보 평7-85788호 일본 특허 제3680985호 일본 특허 제4989909호

본 발명의 제 1 양태는, 전극 활물질 등의 도공물을 기재에 대해 도공할 때, 기재 폭 방향에 있어서의 도공물의 표면 형상을 최적화한다.

본 발명의 일 양태는, 이하의 구성을 채용해도 된다.

제 1 발명은, 제어 시스템으로서, 도공물을 토출하는 노즐과 상기 도공물이 도공되는 기재의 갭을 조정하는 갭 조정부와, 상기 노즐에 상기 도공물을 압송하는 펌프의 회전수를 조정하는 회전수 조정부와, 상기 도공물의 상기 기재 폭 방향의 표면 형상에 있어서의 입상 영역의 형상을 모의한 단부 모델, 및 상기 표면 형상에 있어서의 상기 입상 영역에 끼워진 중앙 영역의 형상을 모의한 중앙부 모델에 기초하여 상기 도공물의 상기 표면 형상을 계산에 의해 구하는 모델 계산부와, 상기 모델 계산부에 의해 계산된 상기 도공물의 상기 표면 형상과 미리 설정된 설정 형상을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 갭 조정부 및 상기 회전수 조정부의 제어량을 구하는 제어 연산부를 구비하는 구성을 채용해도 된다.

이와 같은 구성을 채용하는 본 발명의 일 양태에 의하면, 도공물의 기재 폭 방향의 표면 형상이 단부 모델과 중앙부 모델에 의해 표현되어 있고, 이들 단부 모델과 중앙부 모델을 이용하여 계산을 실시함으로써 표면 형상이 계산에 의해 구해진다. 이 계산에 의해 구해진 표면 형상은 실제로 도공된 도공물의 표면 형상을 나타내기 때문에, 계산에 의해 구해진 표면 형상을 설정 형상과 비교함으로써, 실제로 도공된 도공물의 표면 형상과 설정값의 차분 (즉 비교 결과) 을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에서는 이 차분에 기초하여 기재와 도공물을 토출하는 노즐의 갭 및 노즐에 도공물을 압송하는 펌프의 회전수가 조정된다.

제 2 발명은, 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 모델 계산부가, 상기 단부 모델에 기초하여 상기 도공물의 단부 위치를 구하고, 상기 비교부가, 상기 모델 계산부에 의해 계산된 상기 단부 위치와 상기 설정 형상의 단부 위치를 비교하는 구성을 채용해도 된다.

제 3 발명은, 상기 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 갭 조정부가, 상기 기재 폭 방향의 일방측과 타방측에 있어서 개별적으로 상기 갭을 조정할 수 있고, 상기 모델 계산부가, 상기 단부 모델 및 상기 중앙부 모델에 기초하여 상기 단부 위치, 상기 중앙 영역의 기울기 및 상기 중앙 영역의 평균 도공량을, 상기 표면 형상을 나타내는 값으로서 구하는 구성을 채용해도 된다.

제 4 발명은, 상기 제 3 발명에 있어서, 상기 중앙부 모델이 1 차 함수에 의해 표현되어 있는 구성을 채용해도 된다.

제 5 발명은, 상기 제 2 발명에 있어서, 상기 모델 계산부가, 실측에 의해 얻어진 상기 도공물의 단부 위치에 기초하여 상기 계산에 의해 구해진 상기 도공물의 단부 위치를 보정하는 구성을 채용해도 된다.

제 6 발명은, 상기 제 5 발명에 있어서, 상기 모델 계산부가, 상기 도공물의 단부 위치를 선형 보정하는 구성을 채용해도 된다.

제 7 발명은, 상기 제 1 ∼ 제 6 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 노즐에 대해 상기 기재 폭 방향으로 복수 배열되어 형성됨과 함께 각각이 상기 노즐로부터의 상기 도공물의 토출량을 조정하는 존 액추에이터를 제어하는 존 액추에이터 조정부를 추가로 구비하고, 상기 제어 연산부가, 상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 갭 조정부, 상기 회전수 조정부 및 존 액추에이터 조정부의 제어량을 구하는 구성을 채용해도 된다.

제 8 발명은, 상기 제 1 ∼ 제 7 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 제어 연산부가, 제어 편차의 제곱합에 관한 최급강하법에 의해 상기 제어량을 구하는 구성을 채용해도 된다.

제 9 발명은, 상기 제 1 ∼ 제 8 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 단부 모델이, 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수에 의해 표현되어 있는 구성을 채용해도 된다.

제 10 발명은, 상기 제 9 발명에 있어서, 상기 모델 계산부가, 상기 단부 모델에 의해 구한 상기 입상 영역의 형상과 실측에 의한 상기 입상 영역의 형상의 제곱 편차에 관한 최급강하법을 이용하여 상기 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수가 포함하는 파라미터를 구하고, 상기 파라미터를 사용한 상기 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수에 기초하여 상기 입상 영역의 형상을 구하는 구성을 채용해도 된다.

제 11 발명은, 상기 제 9 또는 제 10 발명에 있어서, 상기 모델 계산부가, 상기 곰페르츠 곡선의 변곡점을 상기 단부 위치로서 구하고, 상기 비교부가, 상기 모델 계산부에 의해 계산된 상기 단부 위치와 상기 설정 형상의 단부 위치를 비교하는 구성을 채용해도 된다.

제 12 발명은, 상기 제 2 발명에 있어서, 실제의 상기 도공물의 단부 위치를 측정하는 단부 위치 측정부를 구비하고, 상기 단부 위치 측정부의 측정 결과를 상기 모델 계산부에 의해 구해지는 상기 도공물의 단부 위치와 치환하는 구성을 채용해도 된다.

제 13 발명은, 제어 방법으로서, 도공물을 토출하는 노즐과 상기 도공물이 도공되는 기재의 갭을 조정하는 것과, 상기 노즐에 상기 도공물을 압송하는 펌프의 회전수를 조정하는 것과, 상기 도공물의 상기 기재 폭 방향의 표면 형상에 있어서의 입상 영역의 형상을 모의한 단부 모델, 및 상기 표면 형상에 있어서의 상기 입상 영역에 끼워진 중앙 영역의 형상을 모의한 중앙부 모델에 기초하여 상기 도공물의 상기 표면 형상을 계산에 의해 구하는 것과, 계산된 상기 도공물의 상기 표면 형상과 미리 설정된 설정 형상을 비교하는 것과, 비교 결과에 기초하여 상기 갭 및 회전수를 제어하는 것을 포함하는 구성을 채용해도 된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 단부 모델과 중앙부 모델을 이용하여 계산을 실시함으로써 표면 형상이 계산에 의해 구해지고, 계산에 의해 구해진 표면 형상을 설정 형상과 비교함으로써, 설정 형상과의 차분 (즉 비교 결과) 을 취득하고, 이 차분에 기초하여 기재와 도공물이 토출하는 노즐과의 갭 및 노즐에 도공물을 압송하는 펌프의 회전수가 조정된다. 이 때문에, 전극 활물질 등의 도공물을 기재에 대해 도공할 때, 기재 폭 방향에 있어서의 도공물의 표면 형상을 최적화하하는 것이 가능해진다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 제어 시스템을 채용하는 전지용 시트 전극 제조 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2a 는 전지용 시트 전극 제조 장치가 구비하는 다이코터를 포함하는 개략 구성을 확대한 모식도이며, 1 조 도공의 상태를 나타낸다.
도 2b 는 전지용 시트 전극 제조 장치가 구비하는 다이코터를 포함하는 개략 구성을 확대한 모식도이며, 2 조 도공의 상태를 나타낸다.
도 3 은 전극 활물질이 두께계로 측정된 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4a 는 좌갭만을 독립적으로 조작했을 때의 응답 모델을 나타낸다.
도 4b 는 우갭만을 독립적으로 조작했을 때의 응답 모델을 나타낸다.
도 4c 는 도 4a 및 도 4b 에 나타낸 응답 모델을 중첩한 응답 모델을 나타낸다.
도 5a 는 집전체에 전극 활물질을 3 조 도공하고, 좌갭과 우갭을 동시에 조작했을 때의 가장 좌단에 위치하는 입상 영역에 있어서의 실제의 도공 프로파일 형상과 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 5b 는 도 5a 와 동일한 조건에 있어서의 가장 우단에 위치하는 입상 영역 에 있어서의 실제의 도공 프로파일 형상과 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 6a 는 우갭만을 넓혔을 때의 표면 형상의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 6b 는 우갭만을 좁혔을 때의 표면 형상의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 7 은 계산에 의해 얻어진 변곡점 위치와 실시의 폭 측정에 의해 얻어진 결과의 관계를 나타내는 관계도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 제어 시스템의 기능 블록도이다.
도 9 는 패턴 Ⅰ 일 때의 제어 플로우이다.
도 10 은 패턴 Ⅱ 일 때의 제어 플로우이다.
도 11 은 패턴 Ⅱ 의 변형예일 때의 제어 플로우이다.
도 12a 는 좌갭을 독립적으로 조작한 경우의 제 1 실시형태의 제어 시스템의 계산 결과와 실측에 있어서의 응답을 나타내는 그래프이다.
도 12b 는 우갭을 독립적으로 조작한 경우의 제 1 실시형태의 제어 시스템의 계산 결과와 실측에 있어서의 응답을 나타내는 그래프이다.
도 12c 는 좌갭과 우갭을 각각 조작한 경우와 동시에 조작한 경우의 실험 결과에 대하여 나타내는 그래프이다.
도 13 은 단부 모델의 파라미터에 대해 적당한 초기값을 부여하고, 그 후, 최급강하법에 의해 500 회 계산시킨 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관련된 제어 시스템 및 제어 방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 이하의 도면에 있어서, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경하고 있다.

도 1 은, 본 제 1 실시형태의 제어 시스템 및 제어 방법을 채용하는 전지용 시트 전극 제조 장치 (1) 의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 전지용 시트 전극 제조 장치 (1) 는, 원료 탱크 (2), 공급 펌프 (3) (펌프) 와, 다이코터 (4) 와, 백업 롤 (5) 과, 건조로 (6) 와, 권취기 (7) 와, 측정부 (8) 와, 제어부 (9) 를 구비하고 있다. 참조 부호 G 는, 다이코터 (4) 에 형성된 전극 활물질 (X) 을 토출하는 노즐과, 백업 롤 (5) 에 의해 지지되는 집전체 (Y) (기재) 사이의 갭을 나타낸다. 참조 부호 Z 는, 집전체 (Y) 의 반송 방향 (흐름 방향) 을 나타낸다.

원료 탱크 (2) 는, 전극 활물질 (X) 을 저장하는 용기이다. 공급 펌프 (3) 는, 원료 탱크 (2) 와 접속되어 있고, 원료 탱크 (2) 에 저장된 전극 활물질 (X) 을 다이코터 (4) 를 향하여 압송한다. 이 공급 펌프 (3) 는 제어부 (9) 에 의해 회전수가 조정 가능하도록 되어 있어, 회전수에 따른 양의 전극 활물질 (X) 을 압송한다. 전극 활물질 (X) 에는 활물질 이외에 바인더 등도 포함된다.

도 2a 는, 다이코터 (4) 를 포함하는 개략 구성을 확대한 모식도이다. 도 2a 에 나타내는 바와 같이, 대좌 (4a) 와, 다이 (4b) 와, 존 액추에이터 (4c) 와, 좌측 구동부 (4d) 와, 우측 구동부 (4e) 를 구비하고 있다. 대좌 (4a) 는 다이 (4b) 를 지지하고 있다. 다이 (4b) 는 백업 롤 (5) 에 대향 배치되어 있고, 백업 롤 (5) 에 의해 지지되는 집전체 (Y) (기재) 의 폭 방향으로 연장되는 슬릿 (4b1) 을 갖고 있다. 이 다이 (4b) 는 슬릿 (4b1) 을 통하여 공급 펌프 (3) 로부터 압송되는 전극 활물질 (X) 을 집전체 (Y) 를 향하여 토출한다. 제 1 실시형태에 있어서, 전극 활물질 (X) 이 토출되는 슬릿 (4b1) 을 갖는 다이 (4b) 는, 도공물을 토출하는 노즐로서 기능한다. 이와 같은 다이코터 (4) 에서는, 통상적인 상태라면, 도 2a 에 나타내는 바와 같이, 흐름 방향에 단일의 도공부를 갖는 1 조 도공이지만, 슬릿 (4b1) 의 적당한 위치에 심 (스페이서) 을 매립함으로써, 도 2b 에 나타내는 바와 같은 2 조 이상의 도공부를 갖는 복수조 도공도 실시할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 관련된 제어 시스템 및 제어 방법은, 상기 1 조 도공 및 상기 복수조 도공 중 어느 것에도 적용 가능하다.

존 액추에이터 (4c) 는, 도 2a 에 나타내는 바와 같이, 다이 (4b) 의 슬릿 (4b1) 을 따라 복수 배열되어 있다. 존 액추에이터 (4c) 는, 간극없이 인접하여 배치되어 있고, 제어부 (9) 의 제어하, 각각이 배치되는 영역 (존) 에 있어서의 슬릿 (4b1) 으로부터의 전극 활물질 (X) 의 토출량을 조정한다.

좌측 구동부 (4d) 는, 다이 (4b) 를 지지하는 대좌 (4a) 를 백업 롤 (5) 에 지지되는 집전체 (Y) 의 표면의 법선 방향으로 이동시키는 것으로, 도 2a 에 나타내는 바와 같이, 다이코터 (4) 측에서 백업 롤 (5) 을 보았을 때, 다이코터 (4) 의 좌단부 근방에 배치되어 있다. 이 좌측 구동부 (4d) 는, 예를 들어, 제어부 (9) 에 의해 회전이 제어되는 모터와, 모터의 동력을 대좌 (4a) 에 전달하는 랙 앤드 피니언 등에 의해 구성된다. 우측 구동부 (4e) 는, 좌측 구동부 (4d) 와 동일한 구성을 갖고 있으며, 도 2a 에 나타내는 바와 같이, 다이코터 (4) 의 우단부 근방에 배치되어 있다.

이들 좌측 구동부 (4d) 및 우측 구동부 (4e) 는, 제어부 (9) 의 제어에 의해, 대좌 (4a) 를 집전체 (Y) 에 대해 가까워지게 하거나 혹은 멀어지게 함으로써, 대좌 (4a) 에 지지된 다이 (4b) 를 집전체 (Y) 에 대해 가까워지게 하거나 혹은 멀어지게 한다. 이들 좌측 구동부 (4d) 및 우측 구동부 (4e) 는, 제어부 (9) 에 의해 개별적으로 구동 가능하도록 되어 있고, 좌측 구동부 (4d) 가 도 2a 에 나타내는 좌갭 (G1) 을 조정하고, 우측 구동부 (4e) 가 도 2a 에 나타내는 우갭 (G2) 을 조정한다.

백업 롤 (5) 은, 도시하지 않은 송출기와 권취기 (7) 사이에서 보내지는 띠상의 집전체 (Y) 를, 도중의 위치에서 지지하는 것으로, 축을 수평 상태로 하여 다이코터 (4) 의 다이 (4b) 에 대향 배치되어 있다. 건조로 (6) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 백업 롤 (5) 의 후단측에 설치되어 있고, 집전체 (Y) 에 도공된 전극 활물질 (X) 을 건조시킴으로써, 전극 활물질 (X) 에 함유되는 수분을 증발시켜, 전극 활물질 (X) 을 집전체 (Y) 에 대해 고착시킨다. 권취기 (7) 는, 건조로 (6) 에서 건조된 집전체 (Y) 를 권취하여 회수한다.

측정부 (8) 는, 두께계 (8a) 와, 단부 위치 측정 장치 (8b) (단부 위치 측정부) 에 의해 구성되어 있다. 두께계 (8a) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 백업 롤 (5) 과 건조로 (6) 사이에 배치되어 있고, 집전체 (Y) 에 도공된 전극 활물질 (X) 의 단위 면적당의 중량을 측정한다. 이 두께계 (8a) 로는, 예를 들어, 항상 집전체 (Y) 의 폭 방향으로 왕복 이동하면서, 전극 활물질 (X) 의 폭 방향에 있어서의 중량 분포를 측정하는 X 선식 두께계나 β 선식 두께계를 사용할 수 있다. 전극 활물질 (X) 의 단위 면적당의 중량은, 전극 활물질 (X) 의 도공량에 상당한다. 따라서, 두께계 (8a) 는, 집전체 (Y) 의 폭 방향에 있어서의 도공량 분포를 측정하고 있다고도 할 수 있다. 단부 위치 측정 장치 (8b) 는, 건조로 (6) 와 권취기 (7) 사이에 배치되어 있고, 집전체 (Y) 에 도공된 전극 활물질 (X) 의 단부 위치를 측정한다. 이 단부 위치 측정 장치 (8b) 는, 예를 들어, 기재 (Y) 상의 전극 활물질 (X) 을 촬상하여, 이 촬상 결과를 화상 처리함으로써 전극 활물질 (X) 의 단부 위치를 구한다. 이들 두께계 (8a) 및 단부 위치 측정 장치 (8b) 는, 제어부 (9) 와 접속되어 있고, 측정 결과를 제어부 (9) 에 입력한다. 단부 위치 측정 장치 (8b) 에 관해서는, 보조적인 것으로, 설치하지 않는 구성을 채용할 수도 있다.

제어부 (9) 는, 공급 펌프 (3), 다이코터 (4) 의 좌측 구동부 (4d) 및 우측 구동부 (4e) 와 접속되어 있다. 제어부 (9) 는, 다이코터 (4) 의 각 존 액추에이터 (4c) 에 접속되어 있다. 이 제어부 (9) 의 상세에 대해서는 나중에 설명하지만, 측정부 (8) 의 측정 결과에 기초하여 집전체 (Y) 에 도공되는 전극 활물질 (X) 의 표면 형상이 미리 설정된 설정값을 만족하도록, 공급 펌프 (3) 의 회전수, 및 다이 (4b) 와 집전체 (Y) 의 갭을 조정한다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 은, 측정부 (8) 와 제어부 (9) 에 의해 형성되어 있고, 전지용 시트 전극 제조 장치 (1) 의 내부에 장착되어 전극 활물질 (X) 의 집전체 (Y) 에 대한 도공 상태를 제어한다.

이와 같이 구성된 전지용 시트 전극 제조 장치 (1) 에 있어서는, 공급 펌프 (3) 에 의해 원료 탱크 (1) 에 저장된 전극 활물질 (X) 이 다이코터 (4) 에 공급되고, 이 전극 활물질 (X) 이, 각 존 액추에이터 (4c) 에 의해 토출량이 조정되면서 다이 (4b) 에 형성된 슬릿 (4b1) 으로부터 집전체 (Y) 의 표면을 향하여 토출된다. 집전체 (Y) 는, 도시하지 않는 송출기와 권취기 (7) 사이에서 반송되고, 다이 (4b) 의 슬릿 (4b1) 과 대향하는 지점에 있어서, 전극 활물질 (X) 이 도공된다. 전극 활물질 (X) 이 도공된 집전체 (Y) 는, 건조로 (6) 에서 건조된 후, 전지용 시트 전극으로서 권취기 (7) 에 의해 권취되어 회수된다.

계속해서, 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 대하여 도 3 ∼ 도 13 을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 도공 프로파일 형상이란, 전극 활물질 (X) 의 표면 형상으로서, 실제로 계측에 의해 얻어지는 것을 의미하고, 계산 프로파일 형상이란, 전극 활물질 (X) 의 표면 형상으로서, 모델 (중앙부 모델 및 단부 모델) 을 사용한 계산에 의해 구해지는 것을 의미한다.

도 3 은, 실제로 집전체 (Y) 에 대해 전극 활물질 (X) 을 도포하고, 두께계 (8a) 로 측정된 결과를 나타내는 그래프이며, 가로축이 집전체 (Y) 의 폭 방향에 있어서의 측정점을 나타내고, 세로축이 중량 (즉 도공량) 을 나타내고 있다. 두께계 (8a) 로 측정된 결과는, 각 측정점에서의 도공량이기 때문에, 도 3 에 나타내는 그래프는, 전극 활물질 (X) 의 집전체 (Y) 의 폭 방향에 있어서의 표면 형상을 나타내고 있다고도 할 수 있다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 의 특징은, 전극 활물질 (X) 의 표면 형상을 모델화하는 것에 있다. 이 모델화를 실시할 때, 표면 형상을, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 중량 분포가 평탄하다고 볼 수있는 중앙 영역 (R1) 과, 중량이 급격하게 증가하는 입상 영역 (R2) 과, 중앙 영역 (R1) 과 입상 영역 (R2) 과 연결하는 중간 영역 (R3) 으로 분리하여 생각한다. 중간 영역 (R3) 에 대해서는, 중앙 영역 (R1) 의 단부 위치와 입상 영역 (R2) 의 단부 위치를 선형 보간하는 함수에 의해 모델화하는 것으로 하고, 반드시 필요한 영역은 아니다. 이와 같이, 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 전극 활물질 (X) 의 표면 형상을, 양 단부의 입상 영역 (R2) 과, 이들 입상 영역 (R2) 에 끼워진 중앙 영역 (R1) 으로 나누어 생각한다.

도 2 에 나타내는 좌갭 (G1) 만을 독립적으로 조작했을 때의 중앙 영역 (R1) 의 응답을 y_l(i), 도 2 에 나타내는 우갭 (G2) 만을 독립적으로 조작했을 때의 중앙 영역 (R1) 의 응답을 y_r(i), 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 동시에 조작했을 때의 중앙 영역 (R1) 의 응답을 y_c(i) 로 하고, i ＝ 1, 2, …, N 을 총수 N 의 데이터 샘플점으로 하면, y_l(i), y_r(i), 및 y_c(i) 는, 하기 식 (1) ∼ (3) 으로 모델화할 수 있다.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

식 (1) ∼ (3) 에 있어서, dG_r 이 우갭 조작 변경량 [㎛], dG_l 이 좌갭 조작 변경량 [㎛], K_r 이 우갭 조작 변경에 대한 중앙 영역 (R1) 의 응답의 프로세스 게인 [(㎎/㎠)/㎛], K_l 이 좌갭 조작 변경에 대한 중앙 영역 (R1) 의 응답의 프로세스 게인 [(㎎/㎠)/㎛], N 이 중앙 영역 응답폭 [pt], α 가 응답비를 나타내고 있다.

식 (1) ∼ (3) 으로 나타내는 바와 같이, 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 동시에 조작했을 때의 응답은, 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 독립적으로 조작했을 때의 응답의 중첩으로 표현할 수 있어, 선형성이 성립된다. 요컨대, 도 4a 에 나타내는 좌갭 (G1) 만을 독립적으로 조작했을 때의 응답 모델과, 도 4b 에 나타내는 우갭 (G2) 만을 독립적으로 조작했을 때의 응답 모델을 중첩하면, 도 4c 에 나타내는 바와 같은 선형성을 나타내는 모델이 얻어지고, 도 4c 에 나타내는 응답 모델이 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 동시에 조작했을 때의 응답 모델이 된다.

다음으로, 실험에 의해, 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 동시에 조작한 경우에 있어서의 갭 조작 변경량과 중앙 영역 (R1) 의 도공 중량 평균값 사이에는 비례 관계가 성립하는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 도공 중량 평균값의 변화 비율은, 갭 조작 변경량의 단위 변화 비율에 실제 갭 조작 변경량을 곱한 값이 된다.

실험에 의해, 펌프 회전수 조작 변경량과 중앙 영역 (R1) 의 도공 중량 평균값 사이에는 비례 관계가 성립되는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 도공 중량 평균값의 변화 비율은, 펌프 회전수 조작 변경량의 단위 변화 비율에 실제의 펌프 회전수 조작 변경량을 곱한 값이 된다.

따라서, 중앙 영역 (R1) 의 도공 중량 평균값의 변화를 dA 로 하면, dA 는 하기 식 (4) 로 모델화할 수 있다.

[수학식 4]

식 (4) 에 있어서, dG 가 갭 동시 조작 변경량 [㎛] 을 나타내고, dP 가 펌프 회전수 조작 변경량 [％] 을 나타내고, K_g 가 갭 동시 조작 변경량에 대한 중앙 영역 (R1) 의 도공 중량 평균값 변화의 프로세스 게인 [％/㎛], K_p 가 펌프 회전수 조작 변경량에 대한 중앙 영역 (R1) 의 도공 중량 평균값 변화의 프로세스 게인 [％/％] 을 나타내고 있다.

식 (1) ∼ (3) 과 식 (4) 의 관계에 대하여 K_g 를 식 (1) ∼ (3) 으로부터 구한다.

Kr ＝ K_l ＝ K, dG_r ＝ dG_l ＝ dG 로 하면, 하기 식 (5) 및 하기 식 (6) 이 얻어진다.

[수학식 5]

[수학식 6]

다음으로, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 독립적으로 혹은 동시에 조작하거나, 공급 펌프 (3) 를 조작하거나 했을 때의 입상 영역 (R2) 의 응답을 y_b(k) 로 하고, k ＝ -n, -n ＋ 1, …, -1, 0, 1, …, n-1, n 을 총수 2n ＋ 1 의 데이터 샘플점으로 하면, y_b(k) 는 하기 식 (7) 의 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수로 모델화할 수 있다.

[수학식 7]

a ＞ 0, 0 ＜ b ＜ 1, c ≠ 0 은, 도공 프로파일 형상을 특징짓는 파라미터이며, a 가 도공 프로파일 형상에 있어서의 상한을 결정하고, b 가 도공 프로파일 형상에 있어서의 가로축에 대한 위치를 결정하고, c 가 도공 프로파일 형상의 경사를 결정한다. 이들 a, b, c 를 조정함으로써, 식 (7) 이 그리는 곡선을 변화시킬 수 있다. 이 때문에, a, b, c 를 적절히 조정함으로써, 식 (7) 이 그리는 곡선을 실제의 전극 활물질 (X) 의 입상 영역 (R2) 의 형상에 가깝게 할 수 있다.

집전체 (Y) 에 전극 활물질 (X) 을 3 조 도공하고, 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 동시에 조작했을 때의 가장 좌단에 위치하는 입상 영역 (R2) 에 있어서의 실제의 도공 프로파일 형상과 식 (7) 에 의한 계산 결과를 도 5a 에 나타내고, 동일한 조건에 있어서의 가장 우단에 위치하는 입상 영역 (R2) 에 있어서의 실제의 도공 프로파일 형상과 식 (7) 에 의한 계산 결과를 도 5b 에 나타낸다. 도 5a 의 경우에는 c ＞ 0 이고, 도 5b 의 경우에는 c ＜ 0 이다. 도 5a 및 5b 에 나타내는 바와 같이, 실제의 도공 프로파일 형상과 곰페르츠 곡선을 사용한 모델이 나타내는 결과는 거의 일치하는 것을 알 수 있다.

곰페르츠 곡선에 있어서는, 곡선 중에 1 개의 변곡점이 존재한다. 이 변곡점의 위치의 변화에 대하여 초기 상태부터 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 독립적으로 혹은 동시에 조작함으로써 조사하였다. 이 결과, 좌갭 (G1) 을 독립적으로 조작했을 때의 변곡점의 위치의 변화와, 우갭 (G2) 을 독립적으로 조작했을 때의 변곡점의 위치의 변화를 거듭한 결과가, 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 동시에 조작했을 때의 변곡점의 위치의 변화와 거의 일치하는 것을 알 수 있었다.

이들 결과로부터, 예를 들어 우갭 (G2) 만을 넓혔을 때의 도공 프로파일 형상은, 도 6a 에 나타내는 바와 같이, 양측의 입상 영역 (R2) 이 가까워지고, 중앙 영역 (R1) 이, 우측이 높아지고 좌측이 낮아지도록 경사진다. 우갭 (G2) 만을 좁혔을 때의 도공 프로파일 형상은, 도 6b 에 나타내는 바와 같이, 양측의 입상 영역 (R2) 이 멀어지고, 중앙 영역 (R1) 이 좌측이 높아지고 우측이 낮아지도록 경사진다. 좌갭 (G1) 만을 조작했을 때에는, 중앙 영역 (R1) 의 기울기 방향이 반대가 될 뿐으로 도공 프로파일 형상은 동일하게 변화한다.

곰페르츠 곡선의 변곡점을 전극 활물질 (X) 의 단부 위치 (도공 단부 위치) 로 한다. 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 조작했을 때의 우단의 도공 단부 위치의 변화를 dW_r, 좌단의 도공 단부 위치의 변화를 dW_l 로 한다. 이 때, dW_r 과 dW_l 은, 하기 식 (8) 및 하기 식 (9) 로 나타낸다.

[수학식 8]

[수학식 9]

식 (8) 및 식 (9) 에 있어서, dG_r 이 우갭 조작 변경량 [㎛], dG_l 이 좌갭 조작 변경량 [㎛], KW_rr 이 우갭 조작 변경에 대한 우단 도공 단부 위치 변화의 프로세스 게인 [㎜/㎛], KW_rl 이 좌갭 조작 변경에 대한 우단 도공 단부 위치 변화의 프로세스 게인 [㎜/㎛], KW_lr 이 우갭 조작 변경에 대한 좌단 도공 단부 위치 변화의 프로세스 게인 [㎜/㎛], KW_ll 이 좌갭 조작 변경에 대한 좌단 도공 단부 위치 변화의 프로세스 게인 [㎜/㎛] 을 나타낸다.

식 (8) 및 식 (9) 는, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 동시에 조작했을 때의 좌우의 도공 단부 위치의 변화는, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 각각 독립적으로 조작했을 때의 좌우 각각의 도공 단부 위치의 변화의 중첩으로 표현할 수 있어, 선형성이 성립되는 것을 나타내고 있다.

다음으로, 실험에 의해, 펌프 회전수와 도공 단부 위치의 변화량 사이에는 비례 관계가 성립되는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 좌단 도공 단부 위치의 변화량은, 펌프 회전수의 단위 변화량당의 좌단 도공 단부 위치의 변화량에 실제의 펌프 회전수 조작 변경량을 곱한 값이 된다. 우단 도공 단부 위치의 변화량은, 펌프 회전수의 단위 변화량당의 우단 도공 단부 위치의 변화량에 실제의 펌프 회전수 조작 변경량을 곱한 값이 된다.

따라서, 펌프 회전수를 조작했을 때의 우단의 도공 단부 위치의 변화를 dW_r, 좌단의 도공 단부 위치의 변화를 dW_l 로 하면, dW_r 은 하기 식 (10) 으로 모델화할 수 있고, dW_l 은 하기 식 (11) 로 모델화할 수 있다.

[수학식 10]

[수학식 11]

식 (10) 및 식 (11) 에 있어서, dP 가 펌프 회전수 조작 변경량 [％], KW_rP 가 펌프 회전수 조작 변경에 대한 우단 도공 단부 위치 변화의 프로세스 게인 [㎜/％], KW_lP 가 펌프 회전수 조작 변경에 대한 좌단 도공 단부 위치 변화의 프로세스 게인 [㎜/％] 을 나타낸다.

상기 서술한 설명을 정리하면, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 의 동시 조작과, 중앙 영역 (R1) 의 도공 중량 평균값 및 도공폭의 관계는 표 1 에 나타낸다. 요컨대, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 동시에 넓히면 (＋), 도공 중량 평균값은 증가하고, 도공폭은 감소한다. 한편, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 동시에 좁히면 (－), 도공 중량 평균값은 감소하고, 도공폭은 증가한다. 도공폭이란, 좌우의 도공 단부 위치끼리 사이의 거리를 의미한다.

	중량	도공폭
조작량 ＋	＋	－
조작량 －	－	＋

펌프 회전수와, 중앙 영역 (R1) 의 도공 중량 평균값 및 도공폭의 관계는 표 2 에 나타낸다. 요컨대, 펌프 회전수를 증대시키면 (＋), 도공 중량 평균값과 도공폭의 양방이 증가하고, 펌프 회전수를 감소시키면 (－), 도공 중량 평균값과 도공폭의 양방이 감소한다.

	중량	도공폭
조작량 ＋	＋	＋
조작량 －	－	－

곰페르츠 곡선의 변곡점의 위치는, 전극 활물질 (X) 의 엄밀한 단부 위치와는 일반적으로는 상이하다. 그래서, 미리 전극 활물질 (X) 의 엄밀한 단부 위치를 단부 위치 측정 장치 (8b) 에 의해 측정하고, 변곡점의 위치와 실제의 단부 위치의 차분을 구하여 이 차분을 사용함으로써 단부 위치를 보정해도 된다.

예를 들어, 식 (7) 을 이용하여 계산한 변곡점 위치의 결과와 실제로 측정한 도공 단부 위치의 관계가 도 7 에 나타내는 바와 같이 분포되었을 때, 선형 보간 등에 의해 선형 그래프를 유도하여, 이 선형 그래프를 나타내는 1 차 함수 (하기 식 (12)) 를 미리 구해 둔다. 이 1 차 함수를 이용하여 식 (7) 에서 구한 값을 보정함으로써, 계산에 의해 보다 실제와 가까운 값이 얻어진다.

[수학식 12]

(도공 단부 위치 측정 결과) ＝ A × (변곡점 계산 결과) ＋ B [㎜] … (12)

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 은, 상기 서술한 바와 같은 생각하, 전극 활물질 (X) 의 표면 형상을, 중앙 영역 (R1) 과 입상 영역 (R2) 으로 분리하고, 중앙 영역 (R1) 을 직선상의 1 차 함수에 의해 나타내는 중앙부 모델로 모의하고, 입상 영역 (R2) 을 곰페르츠 곡선을 그리는 함수에 의해 나타내는 단부 모델로 모의하고 있다. 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 은, 이들 중앙부 모델 및 단부 모델을 이용하여 계산 프로파일 형상을 구하여 설정값 (설정 형상) 과 비교함과 함께, 그 비교 결과에 기초하여 실제의 도공 프로파일 형상이 설정값이 되도록 좌갭 (G1), 우갭 (G2) 및 펌프 회전수를 조정한다.

도 8 은, 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 의 블록도이다. 상기 서술한 바와 같이, 단부 위치 측정 장치 (8b) 에 대해서는, 보정값을 취득하기 위한 등의 보조적인 사용에 사용되기 때문에 도 8 에 있어서는 도시하지 않았다. 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 의 제어부 (9) 는, 메모리나 CPU 를 갖는 컴퓨터에 의해 형성되어 있고, 전극 활물질 (X) 의 도공 상태를 제어하기 위한 제어 프로그램 등을 기억하고 있다. 이 제어 프로그램의 일부로서, 중앙부 모델 및 단부 모델이 제어부 (9) 에 기억되어 있다. 제어부 (9) 는, 중앙부 모델로서 상기 서술한 식 (1) ∼ (6) 을 기억하고 있고, 단부 모델로서 상기 서술한 식 (7) ∼ (10) 을 기억하고 있다. 이와 같은 제어부 (9) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 모델 계산부 (9a) (모델 계산부), 비교부 (9b) (비교부), 제어 연산부 (9c) (제어 연산부), 갭 출력부 (9d) (갭 조정부), 공급 펌프 출력부 (9e) (회전수 조정부) 및 존 액추에이터 출력부 (9f) (존 액추에이터 조정부) 로서 기능한다.

두께계 (8a) 로 측정된 전극 활물질 (X) 의 도공 프로파일 형상이 입력되면, 제어부 (9) 는, 먼저 모델 계산부 (9a) 에서, 단부 모델 및 중앙부 모델에 기초하여 전극 활물질 (X) 의 계산 프로파일 형상을 구한다. 여기서는, 중앙 영역 (R1) 의 기울기와 평균값, 우측 및 좌측의 입상 영역 (R2) 의 단부 위치 (곰페르츠 곡선의 변곡점 위치), 존 액추에이터 (4c) 에 대응한 존마다의 도공 프로파일 형상이, 계산 프로파일 형상을 나타내는 값으로서 구해진다. 제어부 (9) 에, 식 (12) 에 나타내는 바와 같은 보정을 위한 연산식이 기억되어 있는 경우에는, 모델 계산부 (9a) 에서 입상 영역 (R2) 의 단부 위치를 보정한다.

계속해서, 제어부 (9) 는, 비교부 (9b) 에서, 모델 계산부 (9a) 에서 계산에 의해 얻어진 계산 프로파일 형상을 나타내는 값과 미리 설정된 설정값을 비교하여 그 차분을 구한다. 또한 제어부 (9) 는, 제어 연산부 (9c) 에서, 비교부 (9b) 에서의 비교 결과인 차분에 기초하여 좌갭 (G1), 우갭 (G2) 및 펌프 회전수의 조작량 (제어량) 을 연산한다. 각 조작량은, 갭 출력부 (9d), 공급 펌프 출력부 (9e) 및 존 액추에이터 출력부 (9f) 에서 전기 신호로 변환된다. 갭 출력부 (9d) 는, 전기 신호로 변환된 조작량을 다이코터 (4) 의 좌측 구동부 (4d) 및 우측 구동부 (4e) 에 입력하고, 좌측 구동부 (4d) 및 우측 구동부 (4e) 를 구동시킴으로써, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 을 조정한다. 공급 펌프 출력부 (9e) 는, 전기 신호로 변환된 조작량을 공급 펌프 (3) 에 입력하고, 공급 펌프 (3) 의 회전수를 조정한다. 존 액추에이터 출력부 (9f) 는, 전기 신호로 변환된 조작량을 각 존 액추에이터 (4c) 에 입력하고, 각 존 액추에이터 (4c) 를 통한 전극 활물질 (X) 의 토출량을 조정한다.

제어 시스템 (10) 은, 이와 같은 동작 (제어 방법) 을 반복하여 실시함으로써, 중앙 영역 (R1) 의 기울기와 평균값, 우측 및 좌측의 입상 영역 (R2) 의 단부 위치 (곰페르츠 곡선의 변곡점 위치), 존 액추에이터 (4c) 에 대응한 존마다의 도공 프로파일 형상이 설정값과 일치하도록, 공급 펌프 (3) 와, 각 존 액추에이터 (4c) 와, 좌측 구동부 (4d) 및 우측 구동부 (4e) 를 피드백 제어한다.

상기 서술한 바와 같은 구성의 전지용 시트 전극 제조 장치 (1) 에 있어서, 제어 시스템 (10) 에 의한 구체적인 제어 방식으로서, 표 3 에 나타내는 바와 같은 3 개의 패턴이 있다.

패턴	측정	제어 대상	조작단
Ⅰ	두께계	도공량 평균값 도공폭	갭 (동시) 펌프 회전수
Ⅱ	〃	계산 프로파일 형상의 중앙 영역의 기울기, 절편 도공 단부 위치	갭 (독립) 펌프 회전수
Ⅲ	〃	계산 프로파일 형상의 중앙 영역의 기울기, 절편 도공 단부 위치 도공 프로파일 형상	갭 (독립) 펌프 회전수 존 액추에이터

(패턴 Ⅰ)

도 9 에 패턴 Ⅰ 의 제어 플로우를 나타낸다. 제어부 (9) 는, 먼저 두께계 (8a) 로부터 도공 프로파일 형상 (도공량 분포) 을 취득하고 (스텝 S11), 계속해서, 단부 모델이 포함하는 파라미터 (식 (7) 에 포함되는 파라미터 a, b, c) 를 추정한다 (스텝 S12).

입상 영역 (R2) 에 있어서의 도공 프로파일 형상 (도공량 분포) 을 p(k) 로 하고, 단부 모델 y_b(k) (곰페르츠 곡선) 의 편차 e(k) 및 제곱 편차 함수 J 를 하기 식 (13) 및 하기 식 (14) 와 같이 정의한다. 여기서, k ＝ -n, -n ＋ 1, …, -1, 0, 1, …, n-1, n 은 총수 2 n ＋ 1 의 데이터 샘플점을 나타낸다.

[수학식 13]

[수학식 14]

이 J 를 최소화 (즉 도공 프로파일 형상 (도공량 분포) 과 단부 모델의 편차를 최소화) 하도록, y_b(k) 에 포함되는 a, b, c 를 최급강하법을 이용하여 추정한다. 파라미터를 벡터 표현하여, 하기 식 (15) 로 한다.

[수학식 15]

이 경우, J 의 구배 벡터가 하기 식 (16) 와 같이 구해진다.

[수학식 16]

식 (16) 을 사용하면, 최급강하법에 의해 J 를 최소화하는 식 (15) 의 갱신칙이 하기 식 (17) 및 하기 식 (18) 와 같이 구해진다. χ_s 는 s 회째의 반복 계산에 의해 얻어진 파라미터의 추정값을 나타낸다.

[수학식 17]

[수학식 18]

γ_a, γ_b, γ_c는, 단계 폭으로, 1 회의 반복으로 어느 정도 파라미터를 갱신할지를 결정하는 작은 양의 정수 (定數) 이다. 최급강하법을 사용함에 있어서의 튜닝 파라미터가 된다.

계속해서, 제어부 (9) 는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 변곡점을 산출한다 (스텝 S13). 단부 모델 y_b(k) 로부터 변곡점을 산출하기 위해서는, y_b(k) 를 k 에 대해 2 계 미분함으로써 하기 식 (19) 를 얻는다.

[수학식 19]

식 (19) 의 우변이 0 이 되는 k 가 변곡점의 x 좌표가 된다. 지수 함수의 특성으로부터, b^exp(-c·k) ＞ 0, exp(-c·k)＞ 0 이 되기 때문에, 하기 식 (20) 을 만족하는 k 가 변곡점의 x 좌표가 된다.

[수학식 20]

식 (20) 으로부터 최종적으로 변곡점 (k_v, y_{b_v}) 을 하기 식 (21) 과 같이 산출할 수 있다.

[수학식 21]

계속해서, 제어부 (9) 는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 도공 단부 위치를 구하여 피드백하고 (스텝 S14), 정상 게인 행렬의 관계에 기초하는 제어를 실시한다 (스텝 S15).

패턴 Ⅰ 에 있어서, 조작량은, 갭 동시 조작량 dG 와 펌프 회전수 조작량 dP 가 되고, 제어량은 도공 중량 평균값의 변화 dA 와 도공폭의 변화 dW 가 된다. 도공폭은, 좌우의 도공 단부 위치의 거리이며, dW ＝ dW_l － dW_r 로 계산된다. 이들 조작량과 제어량 사이에는, 하기 식 (22) 의 관계가 있다. l_1,1 ∼ l_2,2 는 각 조작량으로부터 제어량에 대한 정상 게인 (프로세스 게인) 을 나타낸다. 이 l_1,1 ∼ l_2,2 로 구성되는 식 (22) 의 행렬을 정상 게인 행렬이라고 부른다.

[수학식 22]

상기 서술한 식 (4), 식 (8), 식 (9), 식 (10) 및 식 (11) 에 있어서 좌우 갭 동시 조작의 경우에는 dG_r ＝ dG_l ＝ dG 인 것과 dW ＝ dW_l - dW_r 인 것을 고려하면, 정상 게인 행렬은 하기 식 (23) 과 같이 나타낸다.

[수학식 23]

제어 알고리즘을 결정하는 지표가 되는 조건수는, 정상 게인 행렬의 최대 특이값과 최소 특이값의 비로 정의된다. 조건수가 50 을 초과하는 경우, 최소 제곱칙과 같이 역행열을 사용하는 제어칙은 적합하지 않다고 여겨진다. 이와 같은 경우에는, 제어 편차의 제곱합에 관한 최급강하법을 적용한 제어 알고리즘이 유효해진다.

갭 G 와 펌프 회전수 P, 중량 A 와 도공폭 W 를 각각 벡터 표현하여, 하기 식 (24) 로 한다.

[수학식 24]

이 때, 식 (22) 를 적분하여 하기 식 (25) 를 얻는다.

[수학식 25]

L₁ 은 식 (22) 의 정상 게인 행렬을, 식 (26) 은 중량과 도공폭의 초기값을 각각 나타낸다.

[수학식 26]

중량과 도공폭의 설정값을 식 (27) 로 하고, C_PV 와의 편차 C_DV 를 하기 식 (28) 과 같이 정의한다.

[수학식 27]

[수학식 28]

평가 함수 J_c 를 제곱 편차 함수로 할 때, J_c 는 식 (25) 의 관계를 이용하여 하기 식 (29) 와 같이 계산할 수 있다.

[수학식 29]

따라서, J_c 의 구배 벡터는 하기 식 (30) 과 같이 구해진다.

[수학식 30]

따라서, 최급강하법에 의해 J_c 를 최소화하는 z 의 갱신칙은, 식 (30) 을 이용하여 하기 식 (31) 및 하기 식 (32) 와 같이 나타낸다.

[수학식 31]

[수학식 32]

ε_G, ε_P 는 단계폭을 나타낸다. 최종적으로 구해진 식 (31) 및 식 (32) 가 최급강하법을 적용한 제어칙이 된다.

(패턴 Ⅱ)

도 10 에 패턴 Ⅱ 의 제어 플로우를 나타낸다. 제어부 (9) 는, 먼저 두께계 (8a) 로부터 도공 프로파일 (중량 분포) 을 취득하고 (스텝 S21), 계속해서, 중앙부 모델의 기울기, 절편을 최소 제곱법에 의해 추정한다 (스텝 S22). 계속해서, 패턴 Ⅰ 과 마찬가지로, 제어부 (9) 는, 단부 모델이 포함하는 파라미터를 추정하여 (스텝 S23), 변곡점을 산출하고 (스텝 S24), 도공 단부 위치를 구하여 피드백 (스텝 S25) 한다.

계속해서, 제어부 (9) 는, 정상 게인 행렬의 관계에 기초하는 제어를 실시한다 (스텝 S26). 패턴 Ⅱ 에 있어서, 조작량은 좌우 갭 조작량 (dG_r, dG_l) 과 펌프 회전수 조작량 (dP) 이며, 제어량이 중앙 영역 (R1) 의 기울기 (dS), 중앙 영역 (R1) 의 절편 (dB), m 조 도공의 각 도공부의 좌우 도공 단부 위치인 하기 식 (33) 이 된다.

[수학식 33]

상기 서술한 식 (1) ∼ (3) 으로부터 하기 식 (34) 를 얻는다.

[수학식 34]

식 (34) 와, 식 (4) 및 식 (8) ∼ (11) 의 관계로부터 정상 게인 행렬은 하기 식 (35) 와 같이 구해진다.

[수학식 35]

조건수가 커지기 때문에, 제어 알고리즘으로서는 최급강하법의 적용이 유효하다.

단부 위치 측정 장치 (8b) 를 사용한 경우에는, 도 11 의 제어 플로우에 나타내는 바와 같이, 스텝 S21 에서 도공 단부 위치도 취득함으로써, 스텝 S23 ∼ 스텝 S25 를 생략할 수도 있다.

(패턴 Ⅲ)

존 액추에이터 (4c) 의 제어도 실시함으로써 존마다 전극 활물질 (X) 의 토출량을 조절함으로써 전극 활물질 (X) 의 표면 형상의 보다 미세한 조정을 실시하는 경우에는, 패턴 Ⅱ 에 대해, 존 액추에이터 조작량 Δz₁ ∼ Δz_v (v 는 존수) 가 새로운 조작량으로서, 존마다의 도공 프로파일 형상의 변화 ΔZP₁ ∼ ΔZP_v 가 새로운 제어량으로서 더해진다. 따라서, 정상 게인 행렬은 하기 식 (36) 이 된다.

[수학식 36]

식 (36) 에 있어서, l_1,4 ∼ l_2m＋2,v＋3 은, 존 액추에이터 (4c) 의 조작에 대한 중앙 영역 (R1) 의 응답과 도공 단부 위치 변화를 해석하여 얻는다. l_2m＋3,1 ∼ l_2m＋2＋v,3은, 좌갭 (G1) 및 우갭 (G2) 의 독립 조작, 또는 펌프 회전수 조작에 대한 존마다의 도공 프로파일 형상의 변화를 해석하여 얻는다. 또한, l_2m＋3,4 ∼ l_{2m＋2＋v,v＋3} 은, 존 액추에이터 조작에 대한 존마다의 도공 프로파일 형상의 변화를 해석하여 얻는다.

패턴 Ⅲ 에 있어서도, 조건수가 커지기 때문에, 제어 알고리즘으로서는 최급강하법의 적용이 유효하다.

계속해서, 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서 얻어진 계산 프로파일 형상과, 실제로 측정한 도공 프로파일 형상을 비교한 결과에 대하여, 도 12a 및 도 12b 에 나타낸다. 도 12a 가 좌갭 (G1) 을 독립적으로 조작한 경우의 응답을 나타내고, 도 12b 가 우갭 (G2) 을 독립적으로 조작한 경우의 응답을 나타내고 있다. 도 12a 및 12b 에 나타내는 바와 같이, 계산에 의해 얻어진 계산 프로파일 형상과 실측에 의해 얻어진 도공 프로파일 형상은 거의 일치하는 것이 확인되었다.

도 12c 에 나타내는 바와 같이, 좌갭 (G1) 과 우갭 (G2) 을 각각 조작한 경우 (우 ＋ 좌) 와 동시에 조작한 경우 (동시 조작) 에 대하여 실험을 실시한 결과, 도공 프로파일 형상은 거의 일치하는 결과가 얻어졌다.

도 13 에 나타내는 바와 같이, 식 (7) 의 파라미터 a, b, c 에 대해 적당한 초기값을 부여하고, 그 후, 최급강하법에 의해 500 회 계산시킨 결과는, 실제로 측정한 입상 영역 (R2) 의 도공 프로파일 형상과 거의 일치하는 것이 되었다.

이상과 같은 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) (제어 방법) 에 의하면, 단부 모델과 중앙부 모델을 이용하여 계산을 실시함으로써 계산 프로파일 형상이 구해지고, 계산에 의해 구해진 계산 프로파일 형상을 설정 형상 (설정값) 과 비교함으로써, 설정값과의 차분 (즉 비교 결과) 을 취득하고, 이 차분에 기초하여 다이코터 (4) 와 집전체 (Y) 의 갭 및 공급 펌프 (3) 의 회전수가 조정된다. 이 때문에, 전극 활물질 (X) 을 집전체 (Y) 에 대해 도공할 때, 집전체 (Y) 의 폭 방향에 있어서의 전극 활물질 (X) 의 표면 형상을 최적화하는 (설정 형상에 맞추는) 것이 가능해진다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 제어부 (9) 는, 모델 계산부 (9a) 에서, 단부 모델에 기초하여 전극 활물질 (X) 의 단부 위치를 구하고, 비교부 (9b) 에서, 모델 계산부 (9a) 에 의해 계산된 단부 위치와 설정 형상의 단부 위치를 비교한다. 이 때문에, 전극 활물질 (X) 의 단부 위치에 대하여, 확실하게 최적화를 도모할 수 있어, 전극 활물질 (X) 의 도공 단부 위치를 최적 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 이와 같은 경우에는, 단부 위치 측정 장치 (8b) 를 이용하지 않아도, 전극 활물질 (X) 의 도공 단부 위치를 최적 제어하는 것이 가능해진다. 단, 단부 위치 측정 장치 (8b) 를 사용한 경우에는, 더욱 정밀도가 양호한 제어의 실현을 기대할 수 있다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 집전체 (Y) 의 폭 방향의 좌측과 우측에 있어서 개별적으로 갭을 조정할 수 있는 구성을 채용하고 있다. 이와 같은 구성을 채용하는 제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 의하면, 상기 서술한 바와 같이, 단부 위치에 더하여, 중앙 영역 (R1) 의 경사를 조정하는 것이 가능해지고, 도공 중량 평균값 (평균 도공량) 을 조정하는 것도 가능해진다. 따라서, 모델 계산부 (9a) 에서, 이들 단부 위치, 중앙 영역 (R1) 의 경사, 및 도공 중량 평균값을, 계산 프로파일 형상을 나타내는 값으로서 구함으로써, 이들 값을 최적화하는 것이 가능해진다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 중앙부 모델은, 1 차 함수에 의해 표현되어 있다. 이 때문에, 중앙부 모델의 계산을 용이하게 단시간에 실시할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, 실측에 의해 얻어진 전극 활물질 (X) 의 단부 위치에 기초하여, 계산에 의해 구해진 단부 위치를 보정하는 경우에는, 계산 결과로서, 실제로 도공된 전극 활물질 (X) 의 단부 위치에 의해 가까운 값을 얻을 수 있게 된다. 이 보정은 선형 보정이기 때문에, 용이한 계산에 의해, 실제로 도공된 전극 활물질 (X) 의 단부 위치를 얻는 것이 가능해진다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 복수 배열되는 존 액추에이터 (4c) 를 제어함으로써, 집전체 (Y) 의 폭 방향에 있어서 전극 활물질 (X) 의 토출량을 조정 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 상기 서술한 패턴 Ⅲ 의 제어를 실시함으로써, 중앙 영역 (R1) 의 형상을 보다 미세하게 조정하는 것이 가능해진다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 폭 방향으로 제어 편차의 제곱합에 관한 최급강하법에 의해 제어량을 구한다. 이 때문에, 조건수가 큰 경우에도 제어량을 적절히 도출하는 것이 가능해진다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 단부 모델이 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수에 의해 표현되어 있다. 이 때문에, 계산에 의해 얻어진 입상 영역 (R2) 의 형상과, 실제의 입상 영역 (R2) 의 형상을 거의 일치시킬 수 있어, 전극 활물질 (X) 의 표면 형상을 보다 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 단부 모델에 의해 구한 입상 영역 (R2) 의 형상과 실측에 의한 입상 영역 (R2) 의 형상의 제곱 편차에 관한 최급강하법을 이용하여, 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수가 포함하는 파라미터 a, b, c 를 구하고, 이들 파라미터 a, b, c 를 이용한 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수에 기초하여 입상 영역 (R2) 의 형상을 구하고 있다. 이 때문에, 예를 들어, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 계산에 의해 구하는 입상 영역 (R2) 의 형상을, 보다 실측에 가까운 입상 영역 (R2) 의 형상으로 할 수 있어, 전극 활물질 (X) 의 표면 형상을 보다 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.

제 1 실시형태의 제어 시스템 (10) 에 있어서는, 곰페르츠 곡선의 변곡점을 단부 위치로서 구하고 있다. 곰페르츠 곡선에 있어서는, 변곡점이 반드시 1 개만 존재하기 때문에, 용이하고 또한 확실하게 단부 위치를 결정하는 것이 가능해진다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 일 양태의 바람직한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 제 1 실시형태에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 상기 서술한 제 1 실시형태에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 취지에서 일탈하지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 기초하여 여러 가지 변경 가능하다.

예를 들어, 제 1 실시형태에 있어서는, 본 발명의 일 양태의 제어 시스템 및 제어 방법을, 집전체 (Y) 에 대해 전극 활물질 (X) 을 도공할 때의 제어에 적용하는 예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 기재에 대해 페이스트상의 도공물을 도공할 때의 제어 전반에 적용할 수 있다. 예를 들어, 기재에 대해 페이스트상의 수지를 도공함으로써 필름을 제조할 때의 제어에 적용하는 것도 가능하다.

제 1 실시형태에 있어서는, 단부 모델이 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수로 표현되어 있는 구성을 채용하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 단부 모델이, 곰페르츠 곡선이 아닌 변곡점을 갖는 곡선을 나타내는 함수로 표현된 구성을 채용하는 것도 가능하다. 변곡점을 갖지 않는 굴곡된 선을 나타내는 함수로 표현된 구성을 채용하는 것도 가능하다.

제 1 실시형태에 있어서, 단부 위치 측정 장치 (8b) 의 측정 결과를 모델 계산부 (9a) 에 의해 구해지는 전극 활물질 (X) 의 단부 위치와 치환하는 것도 가능하다. 예를 들어, 단부 위치 측정 장치 (8b) 의 측정 정밀도가 모델 계측부 (9a) 의 계산 결과의 정밀도보다 높은 경우에는, 본 구성을 채용함으로써, 보다 정확하게 전극 활물질 (X) 의 단부 위치를 얻는 것이 가능해진다.

제 1 실시형태에 있어서는, 제어 시스템 (10) 이 두께계 (8a) 를 구비하는 구성에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 제어 시스템 (10) 의 외부에서 취득된 도공 프로파일 형상으로부터, 중앙부 모델과 단부 모델을 이용하여 계산 프로파일 형상을 구하도록 해도 된다. 이 경우에는, 두께계 (8a) 를 구비하지 않는 구성을 채용할 수 있다.

제 1 실시형태에 있어서는, 모델 계산부 (9a) 에 의해 구해진 계산 프로파일 형상에 기초하여 다이 (4b) 와 집전체 (Y) 의 갭과, 공급 펌프 (3) 의 회전수의 양방을 제어하는 구성에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 모델 계산부 (9a) 에 의해 구해진 계산 프로파일 형상에 기초하여 다이 (4b) 와 집전체 (Y) 의 갭과, 공급 펌프 (3) 의 회전수의 일방을 제어하는 구성을 채용할 수도 있다. 상기 서술한 바와 같이, 다이 (4b) 와 집전체 (Y) 의 갭과, 공급 펌프 (3) 의 회전수의 일방만을 조정했을 때라도, 도공 프로파일 형상을 조정할 수 있다.

1 : 전지용 시트 전극 제조 장치
2 : 원료 탱크
3 : 공급 펌프 (펌프)
4 : 다이코터
4a : 대좌
4b : 다이 (노즐)
4b1 : 슬릿
4c : 존 액추에이터
4d : 좌측 구동부
4e : 우측 구동부
5 : 백업 롤
6 : 건조로
7 : 권취기
8 : 측정부
8a : 두께계
8b : 단부 위치 측정 장치 (단부 위치 측정부)
9 : 제어부
9a : 모델 계산부 (모델 계산부)
9b : 비교부 (비교부)
9c : 제어 연산부 (제어 연산부)
9d : 갭 출력부 (갭 조정부)
9e : 공급 펌프 출력부 (회전수 조정부)
9f : 존 액추에이터 출력부 (존 액추에이터 조정부)
10 : 제어 시스템
G1 : 좌갭
G2 : 우갭
R1 : 중앙 영역
R2 : 입상 영역
R3 : 중간 영역
X : 전극 활물질 (도공물)
Y : 집전체 (기재)

Claims

도공물을 토출하는 노즐과 상기 도공물이 도공되는 기재와의 갭을 조정하는 갭 조정부와,
상기 노즐에 상기 도공물을 압송하는 펌프의 회전수를 조정하는 회전수 조정부와,
상기 도공물의 상기 기재 폭 방향의 표면 형상에 있어서의 입상 영역의 형상을 모의한 단부 모델, 및 상기 표면 형상에 있어서의 상기 입상 영역에 끼워진 중앙 영역의 형상을 모의한 중앙부 모델에 기초하여 상기 도공물의 상기 표면 형상을 계산에 의해 구하는 모델 계산부와,
상기 모델 계산부에 의해 계산된 상기 도공물의 상기 표면 형상과 미리 설정된 설정 형상을 비교하는 비교부와,
상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 갭 조정부 및 상기 회전수 조정부 중 적어도 어느 일방의 제어량을 구하는 제어 연산부를 구비하는, 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 모델 계산부는, 상기 단부 모델에 기초하여 상기 도공물의 단부 위치를 구하고,
상기 비교부는, 상기 모델 계산부에 의해 계산된 상기 단부 위치와 상기 설정 형상의 단부 위치를 비교하는, 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 갭 조정부는, 상기 기재 폭 방향의 일방측과 타방측에 있어서 개별적으로 상기 갭을 조정할 수 있고,
상기 모델 계산부는, 상기 단부 모델 및 상기 중앙부 모델에 기초하여 상기 단부 위치, 상기 중앙 영역의 기울기 및 상기 중앙 영역의 평균 도공량을, 상기 표면 형상을 나타내는 값으로서 구하는, 제어 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 중앙부 모델은 1 차 함수에 의해 표현되어 있는, 제어 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 모델 계산부는, 실측에 의해 얻어진 상기 도공물의 단부 위치에 기초하여 상기 계산에 의해 구해진 상기 도공물의 단부 위치를 보정하는, 제어 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 모델 계산부는, 상기 도공물의 단부 위치를 선형 보정하는, 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 노즐에 대해 상기 기재 폭 방향으로 복수 배열되어 형성됨과 함께 각각이 상기 노즐로부터의 상기 도공물의 토출량을 조정하는 존 액추에이터를 제어하는 존 액추에이터 조정부를 추가로 구비하고,
상기 제어 연산부는, 상기 비교부의 비교 결과에 기초하여 상기 갭 조정부, 상기 회전수 조정부 및 존 액추에이터 조정부의 제어량을 구하는, 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 연산부는, 제어 편차의 제곱합에 관한 최급강하법에 의해 상기 제어량을 구하는, 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 단부 모델은, 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수에 의해 표현되어 있는, 제어 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 모델 계산부는, 상기 단부 모델에 의해 구한 상기 입상 영역의 형상과 실측에 의한 상기 입상 영역의 형상과의 제곱 편차에 관한 최급강하법을 이용하여 상기 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수가 포함하는 파라미터를 구하고, 상기 파라미터를 사용한 상기 곰페르츠 곡선을 나타내는 함수에 기초하여 상기 입상 영역의 형상을 구하는, 제어 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 모델 계산부는, 상기 곰페르츠 곡선의 변곡점을 상기 단부 위치로서 구하고,
상기 비교부는, 상기 모델 계산부에 의해 계산된 상기 단부 위치와 상기 설정 형상의 단부 위치를 비교하는, 제어 시스템.
제 2 항에 있어서,
실제의 상기 도공물의 단부 위치를 측정하는 단부 위치 측정부를 구비하고,
상기 단부 위치 측정부의 측정 결과를 상기 모델 계산부에 의해 구해지는 상기 도공물의 단부 위치와 치환하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
도공물을 토출하는 노즐과 상기 도공물이 도공되는 기재와의 갭을 조정하는 것과,
상기 노즐에 상기 도공물을 압송하는 펌프의 회전수를 조정하는 것과,
상기 도공물의 상기 기재 폭 방향의 표면 형상에 있어서의 입상 영역의 형상을 모의한 단부 모델, 및 상기 표면 형상에 있어서의 상기 입상 영역에 끼워진 중앙 영역의 형상을 모의한 중앙부 모델에 기초하여 상기 도공물의 상기 표면 형상을 계산에 의해 구하는 것과,
계산된 상기 도공물의 상기 표면 형상과 미리 설정된 설정 형상을 비교하는 것과,
비교 결과에 기초하여 상기 갭 및 회전수 중 적어도 어느 일방을 제어하는 것을 포함하는, 제어 방법.