WO2017126139A1 - 二次電池の中芯製造に係る砥石ガイド、製造ライン、及び製造方法 - Google Patents

Abstract

二次電池用のパイプ型中芯の両端部にバリや傷が発生することを抑制する。　本発明の砥石ガイド（２０）は、二次電池用のパイプ型中芯を製造するに当たりパイプを切断する切断砥石（１０）を案内するためのもので、材料パイプを束ねたパイプ束を一又は複数並べた状態で保持するパイプ束支持具（２２，２３，２４）と、切断砥石（１０）を案内する案内部材（２２，２３）とを備え、案内部材（２２，２３）は、切断砥石（１０）の側面に当接する一対の案内面（３０）を有し、案内面（３０）が焼結ダイヤモンド、又は超硬合金で形成されている。パイプ束支持具（２２，２３，２４）は、複数のパイプ束を内側に並列して固定する保持枠（２７）を有し、案内面（３０）は、保持枠（２７）を囲繞するように切断砥石（１０）の反対側に開いたコ字状に配設されていることが好ましい。

Description

二次電池の中芯製造に係る砥石ガイド、製造ライン、及び製造方法

　この発明は、リチウムイオン二次電池の中芯に関し、特に、側面にスリットを有さないパイプ型の中芯を製造する際に用いる装置や方法に関する。

　従来、リチウムイオン二次電池の巻回電極体の中央孔には、巻回電極体が充放電の繰り返しにより中央孔側へ変形することを防止するために、また、電池底部で発生したガスを排気孔のある上部側へ流送するための排気通路とするために、中空円筒状の中芯が挿通されている。
　かかる中芯は、電池に加わる衝撃や振動により位置ずれして上記の機能を損なったり巻回電極体の絶縁セパレーターを破損したりする虞があるため、これらを防止する各種の提案がなされている。

　例えば、特許文献１では、矩形の板材を丸めて形成したＣ字型の中芯において、周面のスリットの両端縁に形成されるバリを、共に筒径の内側に向くように加工する技術が提案されている。

　また、特許文献２では、断面がＣ字型のセンターピン（中芯）の一端側を先細りに形成する一方で他端側を末広がりのフランジ状に形成し、このフランジ状部分を巻回電極体の中空孔の下端側開口部に係止してセンターピンの位置ずれを抑制する技術が提案されている。

　特許文献３では、センターピンが移動して端部が絶縁板に当接した場合に、ガスの出入口である端部開口が塞がらないよう、端部開口の周縁に欠部を設ける技術が提案されている。

　また、特許文献４では、両端のテーパー部の形成開始部近傍に、溝部もしくは他の部
分の厚みよりも薄い薄肉部を形成することで、ガス発生時に当該テーパー部が開いてガスが流れやすくなるようにしたセンターピンが提案されている。

　ところが、特許文献１乃至特許文献４のように断面がＣ字型の中芯では、電池が大きな外部圧力を受けて変形してしまうと、スリットのエッジが突出してセパレーターを破損してしまうという虞があった。
　そこで、本発明者は、変形時に問題となるスリットを省略すべく、パイプ部材を切断して中芯を形成する方法に取り組んだものである。

特開２００５－３１７４４１号公報 特開２０１３－１３７９４１号公報 特開２０１３－１９１４１４号公報 特開２０１１－２２８０６７号公報

　しかし、パイプ材を切断して中芯を製造する場合、切断砥石を案内する砥石ガイドが切断砥石により徐々に削られて切断砥石を案内する機能が損なわれるため、パイプの切断面が斜めになって尖ったり、バリが発生したりするという課題がある。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、二次電池のパイプ型中芯の切断面が斜めになったり、バリが発生したりすることの抑制を目的とする。

　上記課題を解決するためになされた発明は、多数本の材料パイプを樹脂製チューブで束ねた材料パイプ束から二次電池中芯用のワークパイプを切断する切断砥石を案内する砥石ガイドであって、前記材料パイプ束を一又は複数並べた状態で保持するパイプ束支持具と、前記切断砥石を案内する案内部材とを備え、前記案内部材は、前記切断砥石の側面に当接する一対の案内面を有し、前記案内面が焼結ダイヤモンド、又は超硬合金で形成されていることを特徴とする。
　ここで、「ワークパイプ」とは、材料パイプから所定の長さに切断したパイプを言うものとする。

　このように、砥石ガイドの案内面を焼結ダイヤモンド、又は超硬合金で形成することで案内面が切断砥石により削られることを抑制できるため、切断砥石のぶれを抑制することができる。

　本発明の砥石ガイドは、前記パイプ束支持具が、複数の前記パイプ束を内側に並列して固定する保持枠を有し、前記案内面は、前記保持枠を囲繞するように切断砥石の反対側に開いたコ字状に配設されていることが好ましい。こうすることで、パイプ束の切断中に、切断砥石の周縁が砥石ガイドの案内面から外れることを抑制できる。

　本発明の砥石ガイドは、コ字状に配設された前記案内面が、パイプ束の並列方向の一側をなすＬ字部と、前記並列方向の他側をなす他側端辺部とからなり、前記Ｌ字部と前記他側端辺部とは、前記一対の案内面が対向する方向に互いに独立して摺動可能に構成されていることが好ましい。
　コ字状に配した案内面は、全体が一様に摩耗するものではなく、特にコ字の中辺と両端辺の摩耗の仕方が異なる。このように、案内面のＬ字部と他側端辺部とを互いに独立して一対の案内部材が対向する方向に摺動可能とすることで、例えば、Ｌ字部より他側端辺部の方が摩耗が激しい場合であっても、Ｌ字部と他側端辺部を別々に摺動させることで当該両部とも切断砥石に当接させることができる。

　本発明に係る砥石ガイドを備えた二次電池中芯の製造ラインは、ワークパイプの端部に先細りのテーパー部を形成すべく面打ち加工を行う面打ち金型を備え、前記面打ち金型の加工面が焼結ダイヤモンド、又は超硬合金で形成されていることを特徴とする。このように面打ち金型の加工面を焼結ダイヤモンド、又は超硬合金で形成することで、加工面の摩耗により中芯のテーパー部に生じるバリや傷を抑制することができる。

　本発明は、本発明に係る砥石ガイドにより前記切断砥石を案内しながら前記パイプ束を切断する二次電池中芯の製造方法と、本発明に係る二次電池中芯の製造ラインを用いて二次電池中芯を製造する二次電池中芯の製造方法を含む。

　以上説明したように、二次電池の中芯製造に係る本発明の砥石ガイド、製造ライン、及び製造方法によれば、二次電池中芯の端部が斜めに切断されることや端部やテーパー部にバリや傷が発生することを抑制できる。

本発明の一の実施形態に係る切断装置の要部斜視図である。 図１に示した切断装置の保持枠周辺を表す側面図である。 図１に示した砥石ガイドの分解斜視図である。 図１の一対のＬ字ガイドのうち手前側のＬ字ガイドの（ａ）側面図、（ｂ）底面図、（ｃ）正面図、（ｄ）（ｃ）の案内片周辺を示す拡大図である。 図１の一対のクランプ兼用ガイドのうち奥側のクランプ兼用ガイドの（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。 図１に示したバイスの（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）背面図である。 本発明の一の実施形態に係る面打ち金型の斜視図である。 図７に示した面打ち金型の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）（ｂ）におけるＩ‐Ｉ線断面図である。 図７の面打ち金型を用いた面打ち装置である。 図９の面打ちプレス機の（ａ）待機位置、（ｂ）面打ち位置を示す模式的断面図である。 パイプ型の二次電池中芯の斜視図である。

　次に、適宜図面を参照しながら本発明の実施形態について詳述する。ただし、本発明は以下の実施形態に限られるものではない。
　図１は、本発明の一の実施形態に係るリチウムイオン二次電池の中芯Ｃの製造ライン１の切断装置１００、図９は、製造ライン１の面打ち装置２００を示している（製造ライン１の全体図は図示せず）。製造ライン１は、図１１に示すような、パイプ状の中芯Ｃを製造するために用いられる。
　尚、図１、図３、図９において、符号１００（１）と２００（１）は、切断装置１００及び面打ち装置２００が共に製造ライン１に含まれることを示す。

　切断装置１００は、図２に示すように、原料パイプＰから所定長さのワークパイプ（不図示）Ａを切断するために用いられ、ワークパイプＡは、複数本の原料パイプＰをチューブ状の樹脂製チューブＴにより断面形状が正六角形となるよう束ねたパイプ束Ｂを切断して形成される。切断装置１００は、図１に示すように、切断砥石１０と、砥石ガイド２０とを主に備える他、パイプ束Ｂを保持するバイス２３と、支持台２４とを備えている。砥石ガイド２０は、図３に示すように、下方（特許請求の範囲の「切断砥石の反対側」に相当）に開いたコ字をなすよう配設される案内面３０を備えている。

　切断砥石１０としては、金属切断用の砥石であれば特に限定されず、公知の切断砥石を適宜に用いることができる。

　砥石ガイド２０は、図１に示すように、切断装置１００の後側（特許請求の範囲のパイプ並列方向の一側、図１では右側）に配設されるＬ字ガイド２１と、切断装置１００の手前側（特許請求の範囲のパイプ並列方向の他側、図１では左側）に配設されるクランプ兼用ガイド（案内部材とパイプ束支持具の両方を兼ねる）２２とを備えている。Ｌ字ガイド２１、及びクランプ兼用ガイド２２は、切断砥石１０を挟んで対向するように、かつ面対称となるように、共に一対が設けられている。

　Ｌ字ガイド２１は、超鋼合金から形成され、図４に示すように、矩形板状の水平部２１ａと、水平部２１ａの一側の端縁から垂下する鉛直部２１ｂと、切断砥石１０に対向するＬ字状の側面２１ｃに設けられる３つの角棒状の案内片３１，３１，３１とを備えている。案内片３１は、図４（ｄ）に示すように、超鋼合金の基部３１ａと基部３１ａの表面に焼結された焼結ダイヤモンド層３１ｂとからなり、Ｌ字状の側面２１ｃに設けられた角溝に嵌入されてロー付されている。焼結ダイヤモンド層３１ｂの表面が切断砥石１０を案内する案内面３０ｃとなり、Ｌ字に並んだ３つの案内面３０ｃ，３０ｃ，３０ｃが、特許請求の範囲のＬ字部３０ａに相当する。

　クランプ兼用ガイド２２は、ＳＫＤ１１等の合金工具鋼により、図５に示すような角棒状に形成され、一端側（図５の右側）に水平方向にかつ切断砥石１０に垂直な方向に延びる正六角柱の３面をなす凹部からなるパイプ束挟持部２２ａが設けられ、切断砥石１０と対向する側の側面（図５（ａ）の下側の面、図５（ｂ）の紙面手前側の面）には、鉛直方向に延びる角棒状の案内片３２が設けられている。案内片３２は、超鋼合金の基部３２ａと焼結ダイヤモンド層３２ｂとからなり、焼結ダイヤモンド層３２ｂの表面に案内面３０ｂを備えている。クランプ兼用ガイド２２は、図３に示すように、長円形のボルト孔２２ｂを介してクランプ台２５に六角孔ボルト４で固定される。クランプ兼用ガイド２２は、六角孔ボルト４に沿って長円形のボルト孔２２ｂを摺動させることで、幅方向（図１の奥行き方向）に摺動可能に構成されている。尚、案内面３０ｂが、特許請求の範囲の他側端辺部に相当する。

　バイス２３は、クランプ兼用ガイド２２と同じ合金工具鋼により形成され、図６に示すように、略直方体のブロック状をなし、幅方向（図６（ａ）の上下方向）の中央に切断砥石１０をかわすためのスリット２３ｂが設けられている。バイス２３の上部（図６（ｂ）の上部）には、図６（ａ）に示すように、スリット２３ｂを挟んで一対の水平板部２３ｃが設けられ、水平板部２３ｃの下方に切断砥石１０に垂直な方向に延びる凹部からなるパイプ束挟持部２３ａが設けられている。パイプ束挟持部２３ａの内面は、扁平な八角柱の６面をなしており、図２に示すようにパイプ束Ｂを２束収容するよう構成されている。
　バイス２３の後部（図６（ｂ）の右側部）には、Ｌ字ガイド２１の鉛直部２１ｂを収容する段部２３ｄと、押さえ板２６を収容する段部２３ｅが設けられている。
　一対のＬ字ガイド２１，２１は、図１に示すように、鉛直部２１ｂが押さえ板２６によりボルト５を介して段部２３ｄに押圧されることによりバイス２３に固定され、ボルト５を緩めることで互いに接離する方向に摺動可能に構成されている。

　支持台２４は、クランプ兼用ガイド２２同様合金工具鋼により形成され、図３に示すように、角ブロック状をなし、上面にパイプ束Ｂを支持するパイプ束支持部２４ａとクランプ兼用ガイド２２をスライドさせる摺動受面２４ｂと、切断砥石１０に散水するパイプ（不図示）を通す溝２４ｃとを備えている。

　図２に示すように、クランプ兼用ガイド２２のパイプ束挟持部２２ａと、バイス２３のパイプ束挟持部２３ａと、支持台２４のパイプ束支持部２４ａで、パイプ束Ｂを保持するパイプ保持枠２７が形成される。クランプ兼用ガイド２２は、切断装置１００の前後方向（図１、図２の左右方向）に摺動し、バイス２３と協働して、パイプ束Ｂを挟持する。クランプ兼用ガイド２２は、特許請求の範囲の案内部材とパイプ束支持具を兼ねている。

　次に、図９に示した、本実施形態に係る面打ち装置２００について説明する。
面打ち装置２００は、ワークパイプの両端を自動で面打ちしてテーパー部Ｃ２を形成するよう構成され、ワークパイプの搬送方向上流側（図９の左側）から順に、自動供給ホッパー２０１と、パーツフィーダー２０２と、ワークパイプ送り出し装置２０３と、複数の搬送台２０４，２０４，…と、画像検査装置２０５と、不合格品排出装置２０６と、面打ちプレス機２０７と、シュート兼スルーケージ２０８と製品ストッカー２０９とを備えている。

　面打ちプレス機２０７は、図１０に示すように、ワークパイプの搬送路を挟んで対向する一対の面打ちラム２０７ａ，２０７ａと、一対の押えラム２０７ｂ，２０７ｂと、面打ちラム２０７ａに設けられる一対の面打ち金型６，６を備えている。一対の面打ち金型６，６は、面打ちラム２０７ａと押えラム２０７ｂが互いに傾斜面を作用させるカム機構の働きにより、互いに接離するよう構成されている。

　面打ち金型６は、図７、図８に示すように、超鋼合金製の円筒の外面をフライスして弓形のフランジ部を設けた基部６１と、基部６１の貫通孔６１ａに嵌入される円筒状の焼結ダイヤモンド層６２とを備えている。焼結ダイヤモンド層６２の内面からなる加工面６２ａは、図８（ｃ）に示すように、ワークパイプＡを挿入する入り口側から奥側にかけて縮径するようテーパーが設けられている。本実施形態の製造ライン１では、６対の面打ち金型を備えている。

　上述の構成を有する製造ライン１を用いて二次電池の中芯Ｃを製造する際には、まず、
図２に示すように、多数本の原料パイプＰを樹脂製チューブＴにより断面が略正六角形となるよう束ねてパイプ束Ｂを形成する。
　次に、切断装置１００のパイプ保持枠２７にパイプ束Ｂを３束ずつ先端側から挿入し、切断砥石１０により樹脂製チューブＴごと所定長さに切断する。パイプ束Ｂの切断長さは、不図示の送り装置と制御装置により決定される。
　続けて、樹脂製チューブＴを装着したまま金バフを用いてワークパイプＡの両端開口Ｃ１の内バリを除去し、高圧水洗浄を行ったあと、樹脂製チューブを除去してワークパイプＡの束を解く。しかる後、ワークパイプＡの遠心脱水を行って、振動バレルで両端開口Ｃ１の外バリを除去する。

　こうして形成されたワークパイプＡは、自動供給ホッパー２０１に貯め置かれ、両端の面打作業の開始に合わせて、図９に２点鎖線で示したように上昇、前進する昇降式スライダ２０１ａにより、適宜パーツフィーダー２０２に供給される。パーツフィーダー２０２に供給されたワークパイプＡは、水平姿勢に並列されてスライダ状のワークパイプ送り出し装置２０３を下り、搬送方向に走行する搬送台２０４上に載置される。ワークパイプＡは、搬送台のパイプ収容溝を頼りに、６本ずつ水平にかつ搬送方向に垂直に適宜の間隔を置いて載置される。搬送台２０４に載置されたワークパイプＡは、不図示の補正装置により位置補正されながら下流側の画像検査装置２０５に搬送されて全長と傷の検査がなされる。ワークパイプＡの全長検査の傾向は、不図示の制御装置を通じて切断装置１００へフィードバックされる。

　ワークパイプＡの不合格品は下流側に隣接する不合格品排出装置２０６で除去されスライダ２０６ａを滑って不合格品ストッカー２０６ｂに収容される。検査に合格したワークパイプＡが面打ちプレス機２０７に搬送され位置補正を受けると、図１０（ｂ）に示すように押えラム２０７ｂ，２０７ｂが下降して一対の面打ちラム２０７ａ，２０７ａが互いに近づく方向へ摺動し、ワークパイプＡは、一対の面打ち金型６，６の加工面６２ａ，６２ａにより両端を押圧されて面打ち加工が施される。面打ち加工を終えたワークパイプＡ（中芯Ｃ）は、シュート兼スルーケージ２０８を滑り落ちて、製品ストッカー２０９に収容される。ワークパイプＡは、シュート兼スルーケージ２０８を通過することにより外径と反りの検査が行われる。

　本実施形態の製造ライン１では、砥石ガイド２０の案内面３０が焼結ダイヤモンドからなるため、案内面３０の摩耗により切断砥石１０がぶれることを抑制できる。

　また、案内面３０が下方に開いたコ字状をなし、パイプ保持枠２７を囲繞するように設けられていることから、パイプ束Ｂを切断している間、常に切断砥石１０がパイプ束Ｂを切断している場所から近い位置で切断砥石１０を案内することができるため、切断している場所における切断砥石１０のぶれをより効果的に抑制できる。さらに、Ｌ字部３０ａは、３つの案内面３０ｃ，３０ｃ，３０ｃにより形成されるため、案内面３０ｃの摩耗の激しい案内片３１のみを交換できる。

　また、対向する一対の案内面３０の位置調節は、切断砥石１０の代わりに取り付けた板状の治具に案内面を当接させることにより行うが、本実施形態では、奥側のＬ字部３０ａと手前側の他側端辺部（案内面）３０ｂとが互いに独立して摺動可能であるため、両部３０ａ，３０ｂが異なる厚みだけ摩耗している場合であっても、両部ともに治具に当接させて、それぞれ正確に切断を行える位置にスライドさせることができ、両部３０ａ，３０ｂが一体になったものに比べて、より効果的に切断砥石１０のぶれを抑制できる。また、他側端辺部（案内面）３０ｂを備える案内片３２のみを交換することができる。

　さらに、本発明の製造ライン１では、面打ち金型６の加工面６２ａが焼結ダイヤモンドからなるため加工面６２ａの摩耗が生じ難く、中芯Ｃのテーパー部Ｃ２に生じるバリや傷を抑制できる。

　本発明は、上記の実施形態に限らず、砥石ガイドの案内面、及び面打ち金型の加工面は焼結ダイヤモンドに限らず、超硬合金により形成されていてもよい。超硬合金としては、特に限定されず、公知のものを適宜に用いることができる。案内面は、Ｌ字部と他側端辺部が一体的に摺動するよう構成されていてもよいし、案内面がコ字状でなくともよい。保持枠は、パイプ束を２つ以下でも４つ以上でも保持するようにできる。パイプ束は、断面が六角柱に限らず、円形等他の形状に束ねたものでもよい。製造ライン１は、切断装置１００と面打ちプレス機２０７以外の装置を備えなくともよい。

１　製造ライン
１０　切断砥石
２０　砥石ガイド
２１　Ｌ字ガイド（案内部材）
２２　クランプ（パイプ束支持具）兼ガイド（案内部材）
２３　バイス（パイプ束支持具）
２４　支持台
２７　保持枠
３０　案内面
３０ａ　Ｌ字部
３０ｂ　他側端辺部
６　面打ち金型
６２ａ　加工面
Ｂ　材料パイプ束
Ｃ　二次電池中芯
Ｃ１　テーパー部
Ｐ　材料パイプ
Ｔ　樹脂製チューブ

Claims (6)

1. 　多数本の材料パイプを樹脂製チューブで束ねた材料パイプ束から二次電池中芯用のワークパイプを切断する切断砥石を案内する砥石ガイドであって、
   　前記材料パイプ束を一又は複数並べた状態で保持するパイプ束支持具と、
   　前記切断砥石を案内する案内部材と
   を備え、
   　前記案内部材は、前記切断砥石の側面に当接する一対の案内面を有し、
   　前記案内面が焼結ダイヤモンド、又は超硬合金で形成されていることを特徴とする砥石ガイド。
2. 　前記パイプ束支持具は、複数の前記パイプ束を内側に並列して固定する保持枠を有し、
   　前記案内面は、前記保持枠を囲繞するように切断砥石の反対側に開いたコ字状に配設されている請求項１に記載の砥石ガイド。
3. 　コ字状に配設された前記案内面は、パイプ束の並列方向の一側をなすＬ字部と、前記並列方向の他側をなす他側端辺部とからなり、前記Ｌ字部と前記他側端辺部とは、前記一対の案内面が対向する方向に互いに独立して摺動可能に構成されている請求項２に記載の砥石ガイド。
4. 　請求項１、又は請求項２に記載の砥石ガイドを備えた二次電池中芯の製造ラインであって、
   　ワークパイプの端部に先細りのテーパー部を形成すべく面打ち加工を行う面打ち金型を備え、
   　前記面打ち金型の加工面が焼結ダイヤモンド、又は超硬合金で形成されていることを特徴とする二次電池中芯の製造ライン。
5. 　請求項１から請求項３に記載の砥石ガイドにより前記切断砥石を案内しながら前記パイプ束を切断する二次電池中芯の製造方法。
6. 　請求項４に記載の製造ラインを用いて二次電池中芯を製造する二次電池中芯の製造方法。

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