特許第5829038号(P5829038)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5829038
(24)【登録日】2015年10月30日
(45)【発行日】2015年12月9日
(54)【発明の名称】箔状ワーク位置決め装置およびその方法
(51)【国際特許分類】
   B65G 17/46 20060101AFI20151119BHJP
   B65G 49/06 20060101ALI20151119BHJP
【FI】
   B65G17/46 B
   B65G49/06 A
【請求項の数】6
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2011-85729(P2011-85729)
(22)【出願日】2011年4月7日
(65)【公開番号】特開2012-218871(P2012-218871A)
(43)【公開日】2012年11月12日
【審査請求日】2014年2月25日
(73)【特許権者】
【識別番号】000141886
【氏名又は名称】株式会社京都製作所
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】油原 浩
(72)【発明者】
【氏名】山下 学
【審査官】 八板 直人
(56)【参考文献】
【文献】 特開昭61−293669(JP,A)
【文献】 特開2006−88235(JP,A)
【文献】 特開2004−1924(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B65G 17/46
B65G 49/06
B65H 5/02;5/06;5/22;29/12−29/24; 29/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
箔状のワークの位置を他の工程で求められる位置まで搬送して位置決めする搬送位置決め手段と、
前記搬送位置決め手段により位置決めされた前記ワークを吸着して、前記他の工程の作業中その位置を保持している吸着コンベアと、を有し、
前記搬送位置決め手段は、前記ワークを前記吸着コンベア上を空中搬送するものであり、
前記吸着コンベアは、前記搬送位置決め手段による搬送および位置決め中は搬送動作および吸着動作を停止していて、位置決め後に吸着動作を行うものであることを特徴とする箔状ワーク位置決め装置。
【請求項2】
前記吸着コンベアは、前記他の工程の作業中に前記ワークを吸着して保持している間、移動動作しないことを特徴とする請求項1記載の箔状ワーク位置決め装置。
【請求項3】
前記他の工程は、前記ワークの切断であり、
前記吸着コンベアは、当該切断が終了するまで吸着動作を継続し、前記切断後搬送動作を開始することを特徴とする請求項1または2に記載の箔状ワーク位置決め装置。
【請求項4】
吸着コンベア上を空中搬送して、箔状のワークの位置を他の工程で求められる位置に搬送して位置決めする段階と、
前記位置決めされた前記ワークを前記吸着コンベアにより吸着して、前記他の工程の作業中その位置を保持する段階と、を有し、
前記位置決めする段階において前記吸着コンベアは搬送動作および吸着動作を停止していることを特徴とする箔状ワーク位置決め方法。
【請求項5】
前記保持する段階において、前記吸着コンベアは前記他の工程の作業中に前記ワークを吸着して保持している間、移動動作させないことを特徴とする請求項記載の箔状ワーク位置決め方法。
【請求項6】
前記他の工程は、前記ワークの切断であり、前記吸着コンベアには当該切断が終了するまで前記保持する段階による吸着動作を継続させ、前記切断後、前記吸着コンベアによる搬送動作を開始させることを特徴とする請求項4または5に記載の箔状ワーク位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は箔状ワーク位置決め装置およびその方法に関し、詳しくは箔状のワークを搬送して位置決めを行う箔状ワーク位置決め装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電池に用いられている正極または負極(これらを総称して電極という)は、非常に薄い金属箔の両面に活物質を塗布した構造である。このようなごく薄い電極を搬送する際にはコンベアがよく利用されている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平11−339841号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、コンベアでの搬送は、搬送されてきた電極の位置が定まらず、搬送後の工程で電極位置がずれてそのままでは利用できないという問題があった。
【0005】
そこで本発明の目的は、薄い箔状のワークを位置ずれなく他の工程で利用できるようにした箔状ワーク位置決め装置およびその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための本発明の箔状ワーク位置決め装置は、搬送位置決め手段と吸着コンベアを有する。そして箔状のワークの位置を他の工程で求められる位置に搬送位置決め手段によって搬送して位置決めする。この搬送位置決め手段は、ワークを吸着コンベア上を空中搬送する。搬送位置決め手段により位置決めされたワークは吸着コンベアが吸着して他の工程の作業中その位置を保持する。この吸着コンベアは、搬送位置決め手段による搬送および位置決め中は搬送動作および吸着動作を停止していて、位置決め後に吸着動作を行うものである。
【0007】
また、上記目的を達成するための本発明の箔状ワーク位置決め方法は、吸着コンベア上を空中搬送して、箔状のワークの位置を他の工程で求められる位置に搬送して位置決めする。この位置決めする段階において吸着コンベアは搬送動作および吸着動作を停止している。その後、位置決めされたワークを吸着コンベアにより吸着して他の工程の作業中その位置を保持する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、搬送して持ってきた箔状のワークを位置決めし、これを吸着コンベアによって吸着して他の工程が作業中はその位置を保持することとした。これにより他の工程では、薄い箔状のワークを作業中に位置ずれすることなく作業することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】電極製造装置の構成を説明するための概略平面図である。
図2】電極製造装置の構成を説明するための概略側面図である。
図3】ハンドの細部を説明する正面図である。
図4】帯状電極材を湾曲させた形状を説明するための斜視図である。
図5】帯状電極材を湾曲させた他の形状を説明するための斜視図である。
図6】帯状電極材を湾曲させた際の曲りを与える方向の違いを説明するための斜視図である。
図7】前端金型を説明するための図であり、図7(a)は前端金型のみを搬出方向から見た正面図、(b)は(a)図中bで示す線に沿う断面図である。
図8】前端金型の動作を説明するための説明図である。
図9】電極の形状を説明するための図面であり、(a)は、切り出し前の帯状電極材を示す概略平面図であり、(b)は切り出された電極の形状を示す概略平面図である。
図10】ハンドが後退した位置を示す平面図である。
図11】ハンドが後退した位置を示す側面図である。
図12】吸着パッドを用いた例を示す斜視図である。
図13】積層工程を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面における各部材の大きさや比率は説明の都合上誇張されており、実際の大きさや比率とは異なる。
【0011】
図1は電極製造装置の構成を説明するための概略平面図であり、図2は電極製造装置の構成を説明するための概略側面図である。
【0012】
まず、電極製造装置の概略を説明する。
【0013】
電極製造装置1は、ハンド2、前端切断用金型(前端金型3という)、後端切断用金型(後端金型4という)、第1吸着コンベア5、第2吸着コンベア6を有する。
【0014】
ハンド2は搬送位置決め手段である。ハンド2は箔状ワークである帯状電極材100を前端金型3内まで空中搬送して、前端金型3内の所定の位置に帯状電極材100が来るように位置決めする。前端金型3は切断手段であり帯状電極材100の前端を切断する。この前端金型38による切断が他の工程ということになる。また、搬送時の所定の位置とは、前端金型3が帯状電極材100を切断するための位置であり、他の工程で求められる位置ということになる。後端金型4は後端切断手段であり、帯状電極材100の後端を切断する。第1吸着コンベア5は前端金型3の搬送方向手前に設置されている。そしてこの第1吸着コンベア5はハンド2の動作軌跡外に配置されている。この第1吸着コンベア5の搬送面が切断時には支持面となって帯状電極材100の切断時に帯状電極材100を吸着して、切断終了まではその位置を保持する。また、第1吸着コンベア5は後端切断後、切断された電極を前端金型3よりも前方に搬出するためにも用いられる。第2吸着コンベア6は後端切断後、第1吸着コンベア5から送り出された電極をさらに先へ搬出する。なお、図1中の一点鎖線は切断形状を示す。また、後端とは切り出された電極の後端となる部分をいう。
【0015】
続いて電極製造装置1の各部を詳しく説明する。
【0016】
図3はハンド2の細部を説明する正面図であり、ハンド2および第1吸着コンベア5を前端金型3から後端金型4方向に見た図である。ただし、ハンド2および第1吸着コンベア5以外の部材については図示省略した。
【0017】
ハンド2は、箔状で帯状の電極材(以下帯状電極材100という)を切断位置まで搬入するときに、ハンド2を構成する各部と、第1吸着コンベア5とが干渉することのない位置で帯状電極材100を保持して空中搬送する(詳細後述)。また、ハンド2は前端金型3まで帯状電極材100を搬送してきたときに、ハンド2を構成する各部が前端金型3に到達しない(すなわち金型と干渉しない)位置で帯状電極材100と当接して把持している。
【0018】
そして、このハンド2は、帯状電極材100を前端金型3および後端金型4によって切断するための所定の位置に、搬入と同時に位置決めする。
【0019】
このハンド2は、主アーム21および22と、主アーム21および22に接続されている把持部23乃至26と、主アーム21および22ごと全体を上下動させると共に把持部23乃至26による把持動作を行う把持機構部20とを有する。把持部23乃至26は、帯状電極材100の搬送方向と平行になるように主アーム21および22に取り付けられている。そして把持部23乃至26の取り付け位置は、第1吸着コンベア5の側方外側である。これにより、把持部23乃至26は第1吸着コンベア5と干渉することなく搬送動作を行うことができる。なお、第1吸着コンベア5の側方とは、第1吸着コンベア5の搬送方向(ベルト移動方向)に直交する方向である。
【0020】
主アーム21は、把持機構部20ごと全体が搬送方向に対して前進後退する。このとき、把持部23乃至26は第1吸着コンベア5の側方外側を通過する。したがってハンド2による搬入動作に伴う前進(および後退)の移動軌跡、すなわち水平移動の動作軌跡内に第1吸着コンベア5が入ることはない。つまり、ハンド2の各部の動作軌跡外に第1吸着コンベア5が配置されているのである。このためハンド2はごくわずかな上昇動作で帯状電極材100を第1吸着コンベア5から浮かして移動搬送することができる。
【0021】
ここで、仮に第1吸着コンベアの直上をハンド各部が通過するように配置される場合を考える。このような仮の構成では、ハンドが帯状電極材を把持して金型まで搬入しようとすると、そのままハンドを水平移動させたのでは第1吸着コンベアに当たってしまう(干渉してしまう)。このためハンドにより帯状電極材を把持するときには第1吸着コンベアより後方で把持し、その後ハンドを第1吸着コンベアの上を通過させるために、第1吸着コンベアの上に行くまで、ハンドを大きく上昇させなければならない。また、当然元の把持位置に戻るときにはハンドを大きく下降しなければならない。したがって、この仮の構成ではハンドの上下動の距離が長くなり、それだけ多くの動作時間がかかることになる。この点、本実施形態の構成ではハンド2の上下動はごくわずかであり(または上下させなくてもよい)、その上下動にかかる時間を大幅に短縮することができるのである。
【0022】
把持機構部20は、主アーム21および22ごと全体を上下動させると共に、把持部23乃至26により帯状電極材100を把持したり、離したりするための機構である。この把持機構部20は、通常のハンド動作を行うためのものであればよい。
【0023】
把持部23および25が主アーム21に、把持部24および26が主アーム22に、それぞれ取り付けられている。そして把持部23は24に対向し、把持部25は26に対向するように設けられている。これにより把持部23と24が帯状電極材100の一方側端をはさんで把持する(保持する)。同様に、把持部25と26が帯状電極材100の他方側端をはさんで把持する(保持する)。この把持位置は、搬送方向に対して後方側であり、帯状電極材100を切断位置までもってきたときに前端金型3と干渉しない位置としている。把持位置は、側端を把持して帯状電極材100を湾曲させることのできる位置であればよい。
【0024】
把持部23乃至26の帯状電極材100との当接面は、図3に示したように、帯状電極材100を把持したときに、帯状電極材100を搬送方向と交差する方向に湾曲させるために斜めにカットされている。帯状電極材100を湾曲させることで帯状電極材100に対して搬送方向の剛性を高めて、把持していない前端部分が垂れたりしなくなる。
【0025】
図4は、帯状電極材を湾曲させた形状を説明するための斜視図である。図において矢印Aで示す方向が搬送方向である(図5〜7、12において同じ)。
【0026】
図4に示したように、ハンド2の把持部23乃至26が帯状電極材100をはさんだときに、帯状電極材中央部が下がった状態(下に凸)となるように湾曲させる。
【0027】
このように、帯状電極材中央部が下がった状態にすることで、帯状電極材100は、搬送方向の剛性が高くなり、把持されていない前端部分が垂れ下がることがなくなる。またこれにより帯状電極材の前端(搬送方向先端)だけでなく、把持部が当接していない中間部分なども垂れ下がることはない。
【0028】
このような中央部が下がった状態は、帯状電極材100の両側部を把持して持ち上げるだけで、湾曲形状を作り出すことができる。この場合、ハンド2により帯状電極材100の両側部を把持した時に、帯状電極材100の中央部が、その下にある第1吸着コンベア5の搬送面に当たらないように、ハンド2をわずかに上昇させる。ハンド2の上昇量は、帯状電極材100の中央部が第1吸着コンベア5に当たらない程度であって、かつ、できるだけ第1吸着コンベア5に近い位置とすることが好ましい。ハンド2の上昇量が多いと、その分ハンド2の上下動作にかかる時間が長くなってタクトタイムが長くなってしまうので、できるだけ上昇量は少ない方がよいためである。また、帯状電極材100の前端を前端金型3の上型と下型の間に挿入する必要から、ハンド2の上昇量が多いと前端金型3の上型と下型の開きを大きく取らなければならなくなる。このため金型の動作量が多くなりタクトタイムが長くなって好ましくない。たとえば、中央部が下がった状態にする場合は、後述する湾曲量(下がっている中央部から搬送方向に対して直交する両端までの高さ(図3におけるh1))と、下がっている中央部と搬送面(支持面)5aとの隙間(図3におけるh2)がほぼ同程度とすれば、ハンド2の動作量も少なくてすむ。具体的には、たとえば帯状電極材100の湾曲量(図3におけるh1)を、0.5〜2mm程度にした場合、ハンド2の上昇量(図3におけるh2)もこれに見合う0.5〜2mm程度にすることで、ハンド2の上下の動作量がごくわずかですみ、かつ帯状電極材100が第1吸着コンベア5の搬送面5aに擦れることもない。
【0029】
もちろんこの例によらず、下がっている中央部と搬送面5aとの隙間h2は帯状電極材100が第1吸着コンベア5の搬送面5aに擦れない高さとすればよい。
【0030】
帯状電極材100の湾曲量は、前端が垂れない程度の剛性となればよいので、わずかに湾曲させるだけでよい。具体的には帯状電極材100の大きさや厚さにもよるが、下がっている中央部から搬送方向に対して直交する両端までの高さ(図3におけるh1)が0.5〜2mm程度とするだけで十分な剛性が出る。もちろんこの例に限定されず、湾曲量(両端に対する中央部の下がり量)は特に限定されず、帯状電極材100の大きさや厚さに応じて、大きさや厚さが大きく厚い場合は湾曲量も大きくとり、厚さが薄い場合は湾曲量を少なくするなど、後端側を把持したときに前端が垂れ下がらないように剛性が出る量とすればよい。
【0031】
図5は、帯状電極材を湾曲させた他の形状を説明するための斜視図である。
【0032】
図5に示したように、ハンド2の把持部23乃至26が帯状電極材100をはさんだときに、帯状電極材中央部が上がった状態となるように湾曲させてもよい。この場合、把持部23の帯状電極材100との当接面の傾きを図3に示したものと逆にすればよい。このように帯状電極材100の中央部を上がった状態にすれば、搬入のための移動の際に、ハンド2の上下位置を変更せずに搬送することができる。このとき把持部23乃至26が帯状電極材100を把持する位置は、第1吸着コンベア5の搬送面と同一平面上であってもよい。つまり、両側端部近傍を把持して中央部を上に凸となるように湾曲させるため、この上に凸の湾曲だけで、帯状電極材100は湾曲しつつ全体が第1吸着コンベア5よりも浮いた状態となる。このため帯状電極材100は第1吸着コンベア5と接触することがなくなり、ハンド2の上昇移動が不要となるのである。
【0033】
この場合も湾曲量(両端に対する中央部の上がり量)は特に限定されず、帯状電極材100の大きさや厚さに応じて、後端側を把持したときに前端が垂れ下がらないように剛性が出る量とすればよい。
【0034】
ここで、帯状電極材100を湾曲させる際に曲りを加える方向について説明する。図4および図5では、湾曲させて端部より凸になる方向が下(図4)か上(図5)の違いを示したが、いずれも曲りを加える方向は搬送方向に対して直交する方向としている。これは、ハンド2の把持部23によって帯状電極材100の側部を把持することから、このような形状になるものである。
【0035】
前端を垂れ下がらないようにするためには、搬送方向の剛性を高められればよい。このため、曲りを与える方向は、搬送方向に交差する方向であれば、どの方向でもよいのである。
【0036】
図6は、帯状電極材100を湾曲させた際の曲りを与える方向の違いを説明するための斜視図である。
【0037】
図6(a)は、先端部付近とを後端部を把持して持ち上げることで、帯状電極材100を湾曲させたものである。図6(a)中の二点鎖線は、おおよそ曲りの入る方向を示してる。このように把持する場合、先端部付近側を把持している把持部23(図示では見えていないが、把持部23の対向位置にある24も)は、前端金型3に干渉しない位置をつかむようにする。
【0038】
図6(b)は、ハンド2の把持部23〜26によって後端部を八の字にはさみ、後端を前端よりも強く湾曲させることで、搬送方向の剛性を高めるようにしたものである。
【0039】
そのほかさまざまな形状とすることが可能である。なお、図6では、下に凸となる場合のみ示したが、上に凸となるようにしてもよい。
【0040】
次に前端金型3は、後端金型4と共に帯状電極材100から電極の形状を切り出すための金型である。
【0041】
図7は前端金型3を説明するための図であり、図7(a)は前端金型3のみを搬出方向から見た正面図であり、図7(b)は、(a)図中bで示す線に沿う断面図である。
【0042】
この前端金型3は、金型支持台301、金型枠302、下型ベース303、上型ベース304、下型305、上型306、枠用シリンダ307、上型用シリンダ308、枠用ガイド309、上型用ガイド310を有する。
【0043】
金型支持台301は枠用シリンダ307が取り付けられている。金型支持台301の上部には枠用ガイド309が設けられている。枠用シリンダ307と枠用ガイド309により金型枠302を支えている。金型枠302は全体が枠用シリンダ307により枠用ガイド309に沿って上下動する。枠用シリンダ307が昇降手段となる。枠用ガイド309は4本設けられている。
【0044】
金型枠302の内側下部には下型ベース303が固定されていて、この下型ベース303に下型305が固定されている。一方金型枠302の内側上部には上型ベース304が固定されていて、この上型ベース304に上型306が固定されている。金型枠302の内側には金型枠302の下部から上部に至り固定されている上型用ガイド310が設けられている。上型ベース304は、この上型用ガイド310に対して上下動自在となっていて、上型用シリンダ308により上型用ガイド310に沿って上下動する。このような金型枠302内の構造によって上型306と下型305がかみ合う規定の位置が保持されている。上型用ガイド310は4本設けられている。
【0045】
そして、上型ベース304が金型枠302内において下降することで、上型ベース304に固定されている上型306が下型305とかみ合って帯状電極材100を切断する。
【0046】
図8は前端金型の動作を説明するための説明図であり、図7(b)と同様の断面を示している。
【0047】
前端金型3は、切断物を挿入するための開口状態おいて、下型305が第1吸着コンベア5の搬送面(支持面)よりも下に位置させている(図2参照)。前端金型3の開口状態を示したものが図8(a)である。この開口状態において帯状電極材100が切断位置(下型305と上型306がかみ合う位置)まで挿入される。
【0048】
続いて、図8(b)に示すように、下型305が帯状電極材100と当接する位置(支持面の位置)まで金型枠302ごと上昇させる。金型枠302の上昇動作は枠用シリンダ307により行われる。
【0049】
続いて、図8(c)に示すように、上型306を上型用シリンダ308によって下降させて帯状電極材100を切断する。
【0050】
続いて、図8(d)に示すように、上型306を上型用シリンダ308によって上昇させて元の位置に戻す。
【0051】
続いて、図8(e)に示すように、金型枠302を下降させて元の位置となるようにする。
【0052】
このように前端金型3は、開口状態において下型305が第1吸着コンベア5の搬送面(支持面)よりも下に位置させたことで、帯状電極材100の前端が垂れ下がるようなことがあっても、第1吸着コンベア5と下型305との間に巻き込まれるようなことがなくなる。また、帯状電極材100の前端が切断位置まで着たら、下型305を上げることで垂れ下がった前端を持ち上げることができ、正規の位置で前端を切断することができる。これは、後述するように、ハンド2が第1吸着コンベア5上に帯状電極材100を置いて開放した時点で、帯状電極材100の搬送方向の剛性が失われるため、前端が垂れ下がるおそれがある。このとき、下型が上昇して垂れ下がった部分を上に持ち上げるのである。
【0053】
また、このように下型を下に配置することで、帯状電極材100が搬送されて来るときに、帯状電極材100が下型305と擦れることを防止することにもなる。また、これにより前端を切断位置に挿入しやすくしている。さらに下型305を搬送面より下に配置したことで、図8(e)に示したように、切断後は元の位置に戻るので、切断後の電極を搬出する際に電極面を擦らずにすむ。
【0054】
さらに、下型305が第1吸着コンベア5の搬送面より下にあることで、切断後の電極を第1吸着コンベア5から第2吸着コンベア6へ移動させるときにも、電極の活物質面を下型によって擦らないようにできる。
【0055】
下型305を上昇させる際には、金型枠302ごと上昇させるようにしている。このようにすることで、金型枠構造によって下型305と上型306とが規定の噛み合わせ位置となるように保持された状態のまま、下型305を上昇させることができるのである。
【0056】
なお、上記説明では、下型305が上昇した後、上型306が下降して切断することとしたが、上型306の下降開始のタイミングは、特に限定されない。たとえば、下型305が搬送面(支持面)まで上昇するストローク(下型のストローク)と、上型306が搬送面(支持面)で支持されている帯状電極材100に到達するまでのストローク(上型の搬送面までのストローク)によって適宜変更するとよい。具体的にはたとえば、下型のストロークが上型の搬送面までのストロークより長ければ、上型306を後から下降開始させて下型305が搬送面(支持面)に到達する時点で上型306も搬送面(支持面)までくるようにする。逆に下型のストロークが上型の搬送面までのストロークより短ければ、上型306を先に下降開始させて、下型305が搬送面(支持面)に到達する時点で上型306も搬送面(支持面)までくるようにする。このように上型306と下型305の動作タイミングを調整することで、いっそう切断にかかるタクトタイムを短くすることができる。そのほかの上型306と下型305のストロークだけでなく動作速度の違いなどを考慮して上型306と下型305の動作タイミングを合わせるとよい。
【0057】
なお、前端金型3によって電極の形状に切断されたときのスクラップ部分は、第1吸着コンベア5にも、第2吸着コンベア6にも当接していないため、そのまま下方に落下することになる。このため、図示しないが前端金型3の金型支持台301の搬送方向前方下に、落下したスクラップを排出するためのスロープなどを設けておくとよい。
【0058】
後端金型4は、上述した前端金型3と同じ構造でよい。ただし、金型の切断形状が異なる。その動作は、まずハンド2の把持部23乃至26が後退して、後端金型4の下型41と上型42の間から退避した後、後端金型4の金型枠ごと下型41を上昇させて、帯状電極材100に当接させる。その後、上型42を下降させて後端を切断する。なお、後端金型4を前端金型3と同様の構成としたのは、ハンド2の把持部23乃至26が後端金型4の下型41と上型42の間を通過するためのクリアランスを確保するためである。これは既に説明したように、帯状電極材100を搬送する際に第1吸着コンベア5の搬送面のすぐ上を搬送することでハンド2の上昇下降動作を少しでも早くしている。このため下型41が第1吸着コンベア5の搬送面と同一面にあると把持部23乃至26が後端金型4の下型41と上型42の間を通過できないため、把持部23乃至26通過中は下型41が下がっているようにしたのである。
【0059】
なお、ハンド2の把持部23乃至26が下型41よりも十分に上を通過させるほど、上昇させるのであれば、後端金型4の下型42は搬送面と同一面でよい。これは帯状電極材100を搬送する際には、ハンド2によって搬送面から上げて空中搬送しているので、このようにしても帯状電極材100が下型42に擦れることはないためである。
【0060】
第1吸着コンベア5は、前端金型3と後端金型4との間に配置されている(図1および2参照)。第1吸着コンベア5は、ハンド2によって帯状電極材100が搬入される時点では、吸着動作も搬送動作(ベルトの移動)も停止してある。そして、ハンド2によって帯状電極材100が搬入され、切断位置に帯状電極材100が到達した時点で(ほとんど同時かわずかに遅れて)、吸着動作を開始する。この時点では搬送動作はしない。つまりコンベアのベルトは動かさない。これによりハンド2によって搬入、位置決めされた帯状電極材100は、第1吸着コンベア5の吸着力により保持されて動かなくなる。その後は、前端および後端が切断される。この切断が終了するまで吸着動作を継続する。切断後、第1吸着コンベア5は吸着動作したまま搬送動作を開始して、第2吸着コンベア6の動作とあいまって切断後の電極を搬出する。
【0061】
また、第1吸着コンベア5の搬送面は帯状電極材100の切断時にこれを支持する支持面となる。このため搬送面は平面となっている。第1吸着コンベア5の搬送面を平面とすることで、吸着支持された帯状電極材100が平らになり、きれいに切断することができる。
【0062】
第2吸着コンベア6は、前端金型3からさらに搬送方向の先に配置されている(図1および2参照)。第2吸着コンベア6の搬送面は、第1吸着コンベア5の搬送面よりも下に位置するように配置されている。切り出された電極が第1吸着コンベア5によって押し出される時点では、既に電極の搬送方向に対する剛性が失われている。このため第1吸着コンベア5によって押し出されるときに、電極の前端が垂れるおそれがある。第2吸着コンベア6の搬送面を第1吸着コンベア5の搬送面よりも下に位置することで、電極の前端が垂れ下がっても、確実に第2吸着コンベア6の搬送面に載せることができる。
【0063】
また下型305との関係では、下型305を、電極が第1吸着コンベア5から第2吸着コンベア6へ渡されるときの移動軌跡よりも下に配置する。好ましくは第2吸着コンベア6が下型305と同一水平面か少し上に配置する。
【0064】
第1吸着コンベア5は第2吸着コンベア6より少し上にあり、第1吸着コンベア5と第2吸着コンベア6の間に下型305が存在する。電極が搬出される際には第1吸着コンベア5から第2吸着コンベア6へ、わずかではあるが下方に押し出されることになる。このとき、電極が第2吸着コンベア6へ移動する軌跡よりも下型305が上にあると搬出される電極が下型305に当たってしまうおそれがある。このため第1吸着コンベア5から第2吸着コンベア6へ電極が搬出されるときの移動軌跡内に下型305が入らない位置とするのである。
【0065】
なお、第2吸着コンベア6の吸着動作および搬送動作(ベルトの移動)は常に行われるようにしておいてもよいし、前端が切断された時点で、吸着動作および搬送動作を開始するようにしてもよい。
【0066】
ここで、電極製造装置によって切り出される電極の形状について説明する。図9は、電極の形状を説明するための図面であり、(a)は、切り出し前の帯状電極材を示す概略平面図であり、(b)は切り出された電極の形状を示す概略平面図である。
【0067】
図9(a)に示すように、帯状電極材100は、金属箔を基材150とし、その両面に活物質151が間欠的に塗布されている。塗布されている活物質151は、正極の場合は正極活物質であり、負極の場合は負極活物質である。これら活物質151は周知のものであるので説明は省略する。
【0068】
帯状電極材100の前端側100aの活物質151が塗布されていない金属が露出した領域152が、図9(b)に示すように、規定の形状に切断されてそのまま電池の電極タブ153として用いられる。一方、後端100bは直線的に切断される。これにより電極101の形状となる。
【0069】
基材150となる金属箔は、たとえば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが用いられている。また、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが用いられることもある。さらに金属箔に代えて、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅などの金属単体の箔が多く用いられている。用いられる金属材などは正極とするか負極とするかによって異なる。そして、この基材150の厚さは、たとえば1〜100μm程度である。このような基材150は電池として形成された後は、集電体となる。
【0070】
一方、切り出した電極は、電気自動車用の二次電池として用いられる場合には、電極として用紙サイズで示せばB5〜A4程度の大きさである。このため、帯状電極材100の大きさは、幅方向はB5〜A4サイズ程度となるが、長さは数十〜数百メートルに及び、ロール状に巻かれている。
【0071】
切り出した電極の形状は、本実施形態では、図9(b)に示すように、切断部がそのまま電極タブとして使用できるようにするため、前端100aの切り出し形状が電極タブ153の形状となるようにしている。一方、後端100bは直線に切り出している。このような切り出し後の電極の形状は使用する電池に合わせて切り出されるものであり、図示したような形状に限定されるものではない。
【0072】
なお、電極としては、両面に同じ極を形成したものに限らず、一方の面に正極、他方の面に負極を形成した双極型電極(バイポーラ電極)を製造することもできる。
【0073】
このように切り出された電極は、たとえば積層型二次電池に使用される。積層型二次電池は、周知のとおり、正極、セパレータ、負極が順に積層された形態のものである。
【0074】
そして、帯状電極材100およびそこから切り出された電極101は、非常に薄いものである。その一方で、電気自動車用などの高密度高エネルギーが要求される二次電池では面積が大きい。このため水平に搬送しようとすると、帯状電極材単独ではその形状の維持が難しくなっていて、搬送機材(例えばコンベア)などから外れて支持を失った部分が垂れ下がるようなことが起きやすくなっているのである。
【0075】
次に、電極製造装置の全体の動作を説明する。
【0076】
まず、ハンド2によって把持された帯状電極材100の前端が前端金型3の切断位置まで搬送されて位置決めされる。このとき、既に説明したように、ハンド2の各部は、第1吸着コンベア5の側方を通っているので、ハンド2の上下動にかかる時間はほとんどない。また、帯状電極材100は搬送方向に剛性を高めた状態で空中搬送される。したがって、帯状電極材100が他の部材に当たって擦れたりすることなく、前端を切断位置まで搬送することができる。この状態が既出の図1および図2の状態である。
【0077】
帯状電極材100の前端が前端金型3の切断位置に到達した直後(ほとんど同時かわずかに遅れて)、第1吸着コンベア5の吸着動作が開始される(このとき第1吸着コンベア5は搬送動作しない)。これにより前端切断のための位置決めが完了し、その位置で帯状電極材100が保持される。この吸着動作開始と共にハンド2は開放されて後退動作に移る。さらに、これらの動作とほぼ同時に(帯状電極材100の前端が前端金型3の切断位置に到達した時点であれば吸着動作開始前でもよい)、下型305を帯状電極材100の前端に当接させるために金型枠302ごと上昇させる。このとき、ハンド2の把持部23は前端金型3の手前までしか来ていないので、ハンド2の把持部23乃至26が前端金型3と干渉することはない。したがって、金型枠302の上昇動作は、帯状電極材100の前端が前端金型3の切断位置に到達した時点で開始することができる。このためハンド2の後退動作前から金型動作を行うことができるようになり、その分タクトタイムを早くすることができる。
【0078】
その後、既に説明したように、前端金型3により前端が所定の形状となるように切断される。前端の切断動作中にハンド2は後退して、帯状電極材100を把持する前の位置に戻る。また、切断動作が終了した前端金型3も元の位置に戻る。
【0079】
図10はハンドが後退した位置を示す平面図であり、図11は同じく側面図である。
【0080】
ハンド2の後退後、後端金型4によって帯状電極材100の後端が切断される。後端金型4による切断が終了した時点で、第1吸着コンベア5が搬送動作を開始して、規定の形状になった電極を第2吸着コンベア6方向に押し出す。第2吸着コンベア6はこれを受け取って、さらに後の工程へ流すことになる。したがって、切断後の電極も他の部材に擦れるようなことはない。
【0081】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【0082】
ハンド2により帯状電極材100を搬送して前端金型3まで搬入し、位置決めする。そして位置決めされた時点で第1吸着コンベア5の搬送動作を行わずに吸着動作のみを行って、その位置を切断終了まで保持することとした。これにより帯状電極材100は、所定の切断位置において吸着されて保持されることになり、確実に規定の形状に切断することができる。
【0083】
また、第1吸着コンベア5は、前端金型3および後端金型4による切断動作が終了するまで搬送動作は停止した状態で吸着動作を継続している。このため、前端金型3および後端金型4による切断動作が終了するまで帯状電極材100の位置が動くことはない。特に薄い箔状ワークの場合、規定に位置に置いただけでは、金型動作に伴う振動などによって動いてしまうおそれがあるが、吸着してその位置を保持しているため、このような振動による位置ずれなども防止できるのである。
【0084】
また、第1吸着コンベア5は、ハンド2によって帯状電極材100が搬入、位置決めされた直後に吸着動作を開始するので、ハンド2が開放されるとほとんど同時に帯状電極材100を保持することになる。このためハンド2の開放動作により位置ずれが生じることはない。
【0085】
また、第2吸着コンベア6の搬送面を第1吸着コンベア5の搬送面より下に位置するようにした。これにより切断後の電極を搬出する際に、電極を第1吸着コンベア5から第2吸着コンベア6へ確実に渡すことができる。
【0086】
また、ハンド2の把持部23乃至26の位置を第1吸着コンベア5の側方外側に配置した。すなわち、ハンド2の動作軌跡外に第1吸着コンベア5が存在するのである。これにより、ハンド2各部と第1吸着コンベア5を干渉させることなく、第1吸着コンベア5の搬送面に対して、帯状電極材100をわずかに浮かして空中搬送することができる。
【0087】
また、後端金型4を有することとしたので、前端と後端で異なる形状に電極材を切断することができる。
【0088】
以上により製造された電池用の電極は、特にモータ駆動用電源として車両に搭載する二次電池に使用される正極または負極として好適なものとなる。ここで車両とはたとえば車輪をモータによって駆動する自動車、および他の車両(たとえば電車)が挙げられる。上記の自動車としては、たとえば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車などがある。特に、これら車両に用いられるモータ駆動用の二次電池は、高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められていることから、電極自体の面積も大きくなってきている。たとえば、既に説明したようにB5ないしA4サイズ程度の大きさとなっている。このため、面積に対して厚さが非常に薄いため、名刺判サイズかそれより小さな携帯電話やパソコンなどの電池用電極と比較して取り扱いが難しくなってきている。このため、本実施形態は既に説明したように大型の電池用電極の製造の特に適したものとなっている。
【0089】
以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【0090】
たとえば、搬送位置決め手段としては吸着パッドを用いてもよい。図12は吸着パッドを用いた例を示す斜視図である。
【0091】
図示するように、吸着パッド200を用いる場合、吸着パッド200によって、帯状電極材100の上面を吸着することになる。したがって、第1吸着コンベア5と吸着パッド200とが干渉することはない。
【0092】
また、吸着パッド200を用いる場合、その吸着面を、搬送方向に交差する方向の曲率を持たせた形状としておく。これにより、帯状電極材100を湾曲させて、搬送方向の剛性を高めて空中搬送することができる。
【0093】
したがって吸着パッド200を用いた場合も、既に説明した実施形態同様に、吸着パッド200の動作軌跡外に第1吸着コンベア5が存在することになる。このため吸着パッド200の上下動にかかる時間はほとんどなくタクトタイムを向上できる。また、帯状電極材100を他の部材で擦ることなく搬送することができる。また、搬送方向の後端部を吸着するようにすれば、前端金型3と干渉することがないので、帯状電極材100の前端が前端金型3に到達して位置決めされると同時に、吸着パッド200を退避させる前から、前端金型3の動作を開始することができる。
【0094】
また、本実施形態では、前端金型3までハンド2(または吸着パッド200)により搬送して位置決めすることとしたが、これに代えて、第1吸着コンベア5によって帯状電極材100を金型位置まである程度搬送し、その後ハンド2(または吸着パッド200)により位置決めだけ行うようにしてもよい。このようにすることでハンド2(または吸着パッド200)は、前端金型3と後端金型4の両方に干渉しない間の領域内でのみ動作して位置決めさせることができる。つまり、ハンドの場合は後端金型4の開放されている間を通すことなく、前端金型3と後端金型4の両方に干渉しない間の領域で帯状電極材100を把持し位置決めすればよい。吸着パッド200の場合は前端金型3と後端金型4の両方に干渉しない間で、上から帯状電極材100を吸着して位置決めすればよい。
【0095】
そのほか、本実施形態では、帯状の電極材を金型まで搬送する例を示したが、本発明は、金型以外の他の工程への搬送と位置決めにも利用できる。
【0096】
たとえば、電極(正極、負極)やセパレータなどの薄い箔状のワークを他の工程に搬送し、その後、他の工程のために位置決めして保持することに利用できる。たとえば他の工程としては、積層型電池を製造する際の積層工程がある。
【0097】
図13は積層工程を説明するための概略図である。
【0098】
積層型電池の積層工程は、正極、セパレータ、負極を交互に順に積層してゆく。このため、積層工程では、正極、セパレータ、負極をそれぞれ別々にパレット60周辺へ搬送するための吸着コンベア50を有する。なお、図では一つしか示していないが、実工程では正極、セパレータ、負極分の吸着コンベア50がある。
【0099】
積層時には、正極、セパレータ、負極(図示ワーク110)が、それぞれ一枚一枚パレット周辺位置まで搬送されて、ロボット53の吸着パッド531(またはハンド)により取り上げてパレット60上に移動して載置する。
【0100】
このときパレット周辺位置までの搬送に吸着コンベア50を使用する。吸着コンベア50は周辺位置に正極、セパレータ、負極が着いたなら(図示した状態)、搬送動作を停止すると共に、吸着動作を解消する。そして吸着コンベア50の上で位置決め用ロボット52(搬送位置決め手段)の吸着パッド521(またはハンド)がワーク110をいったん持ち上げて位置決めを行う。そして正しい位置になったなら、吸着パッド521(またはハンド)は開放し、その直後吸着コンベア50は吸着動作を再開する。このとき搬送動作はしない。その後、パレット周辺位置からパレット60上に、ワーク110を載置する際には吸着動作を解消してロボット53がワーク110を取り上げられるようにする。
【0101】
このようにすることで、パレット周辺位置からパレット上に載置する際には、既に、正極、セパレータ、負極は吸着コンベア50上で位置決めされている。このため位置決め動作せずにパレット60上または既に積層されている他の電極やセパレータ上に移動載置するだけで正極、セパレータ、負極を正しい位置に積層することができる。したがって他の正極や負極、セパレータを載置動作中に、載置をされるのを待っている時間で正極や負極、セパレータの位置決めを行うことができる。このため積層工程のタクトタイムを短縮することができる。
【0102】
したがって、本発明を適当するワークは帯状電極材または切断後の電極に限定されず、電池要素の一つであるセパレータの搬送位置決めにも適している。セパレータの厚さも、電極同様1〜100μm程度であり非常に薄いものである。
【0103】
また、他の工程としては、上記セパレータの切断も含まれる。また、電極やセパレータなどの細かな整形加工工程などであってもよい。もちろんそのほかの加工工程などであってもよい。
【0104】
また、第2吸着コンベア6に代えて、または、第2吸着コンベア6から、さらに先の工程へ切断後の電極を搬送する際に本実施形態のハンド(または吸着パッド)を使用することもできる。これにより、さらに先の工程へ、電極の先端や中間部などが垂れ下がったりせずに、確実に搬送することが可能となる。
【0105】
また、電極の前端と後端とが異なる形状としているが、これは同じ形状であってもよい。そして同じ形状に切断する場合は、前端金型3のみで、後端金型4はなくてもよい。前端金型3のみで電極形状に切断する場合は、前端金型3の切断位置よりさらに電極一つ分搬出方向に突出するまで帯状電極材100を搬入してから切断することになる。つまり電極形状の後端側を前端金型3の位置に配置した金型により切断するのである。このような場合も既に説明した実施形態同様に、帯状電極材100の切断時における位置ずれを防止することができる。
【0106】
なお、このようにする場合も、前端金型3の位置に配置した金型と干渉しない後ろの方を、搬送方向に剛性を持たせるようにしてハンド2(または吸着パッド200)により把持する。これにより帯状電極材100が他の部材と擦ることなく切断位置に搬入でき、なおかつ切断位置に来た時点から金型の動作を開始することができる。
【0107】
前端金型3は、金型枠に下型305と上型306とを設けることで、金型としての動作は上型306だけが動くようにしているが、切断時における上型と下型の噛み合わせ確実に規定の位置で噛み合わせることができれば、これらは独立に設けてもよい。すなわち、帯状電極材100の前端が切断位置に来たときに下型305のみ独立で上昇させ、その後切断のために上型306を下降させるようにしてもよい。これは、後端金型4も同様である。
【0108】
また、切断手段および後端切断手段は、金型に限らず、たとえばレーザでもよい。レーザ切断とする場合は、前端金型3の下型に相当する位置に当て部材を配置して、当て部材が上下するようにし、上からレーザ光を照射して切断する。この当て部材を用いることで、帯状電極材100の前端部が万が一垂れても、それを上に押し上げて規定の位置に位置決めさせることができる。そしてその状態でレーザ切断するので、切断時の寸法誤差の発生を防止することができる。
【0109】
前端金型3は、金型枠に下型305と上型306とを設けることで、金型としての動作は上型306だけが動くようにしているが、切断時における上型と下型の噛み合わせ確実に規定の位置で噛み合わせることができれば、これらは独立に設けてもよい。すなわち、帯状電極材100の前端が切断位置に来たときに下型305のみ独立で上昇させ、その後切断のために上型306を下降させるようにしてもよい。これは、後端金型4も同様である。
【0110】
また、ハンド2は、前進後退動作は搬送方向にのみ動くこととしているが、これに代えて、後退動作においては、帯状電極材100を離した後、いったん側方に退避してから、元の位置に戻るようにするなど、その動作方向などは適宜設定可能である。
【0111】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者においてさまざまな変形が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0112】
1 電極製造装置、
2 ハンド、
3 前端金型、
4 後端金型、
5 第1吸着コンベア、
5a 搬送面(支持面)、
6 第2吸着コンベア、
20 把持機構部、
21、22 主アーム、
23〜26 把持部、
50 吸着コンベア
52 ロボット
100 帯状電極材、
101 電極、
150 基材、
151 活物質、
152 領域、
160 電極タブ、
301 金型支持台、
302 金型枠、
303 下型ベース、
304 上型ベース、
305 下型、
306 上型、
307 枠用シリンダ、
308 上型用シリンダ、
309 枠用ガイド、
310 上型用ガイド。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13