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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】
(24)【登録日】2022-12-13
(45)【発行日】2022-12-21
(54)【発明の名称】積層装置
(51)【国際特許分類】
H01M 10/04 20060101AFI20221214BHJP
H01M 10/0585 20100101ALN20221214BHJP
【ＦＩ】
H01M10/04 Z
H01M10/0585
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020107312
(22)【出願日】2020-06-22
(65)【公開番号】P2022002198
(43)【公開日】2022-01-06
【審査請求日】2021-07-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000005821
【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100123102
【弁理士】
【氏名又は名称】宗田 悟志
(72)【発明者】
【氏名】阿部 竜太
(72)【発明者】
【氏名】前川 幸弘
(72)【発明者】
【氏名】細谷 直人
(72)【発明者】
【氏名】工原 孝博
【審査官】前田 寛之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０１３７４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１０６３７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１７０７３７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ１０／００－１０／３９
Ｈ０１Ｍ ４／００－ ４／６２
Ｈ０１Ｇ１１／００－１３／０６
Ｂ６５Ｈ２９／００－３１／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セパレータと電極板とが積層された単位積層体を積層ステージ上に排出して複数の単位積層体を積層する積層装置であって、前記単位積層体を保持する複数の積層ヘッドと、
前記複数の積層ヘッドが配列されるとともに各積層ヘッドを支持軸を介して揺動可能に保持し、回転して各積層ヘッドを前記積層ステージと対向する積層位置に進行させるドラム部と、
各積層ヘッドに接触し、前記ドラム部の回転による各積層ヘッドの移動にともなって、前記支持軸周りに各積層ヘッドを揺動させ、前記積層位置において、前記ドラム部の回転による前記積層ヘッドの移動を相殺して前記積層ヘッドを停止させるカム部と、
各積層ヘッドを前記ドラム部の半径方向に付勢する付勢部材と、を備える、
積層装置。
【請求項2】
前記カム部は、前記ドラム部の回転に対して追従せず、前記ドラム部の円周方向に延びるカム溝を有し、各積層ヘッドは、前記カム溝に係合する突起部を有し、前記ドラム部の回転により前記突起部が前記カム溝に沿って移動することで前記支持軸周りに揺動し、
前記付勢部材は、前記突起部を前記カム溝の側面に押し付ける、
請求項１に記載の積層装置。
【請求項3】
各積層ヘッドに設けられる第１吸引部と、前記ドラム部における、各積層ヘッドが前記積層位置にある状態で当該積層ヘッドの前記第１吸引部と重なる位置に設けられる第２吸引部と、を備え、
前記積層位置にある積層ヘッドの前記第１吸引部と、当該第１吸引部に対応する前記第２吸引部とが互いに引きつけ合う、
請求項１または２に記載の積層装置。
【請求項4】
各積層ヘッドに設けられる第１反発部と、前記ドラム部における、各積層ヘッドが前記積層位置にある状態で当該積層ヘッドの前記第１反発部とずれた位置に設けられる第２反発部と、を備え、
前記積層位置にある積層ヘッドの前記第１反発部と、当該第１反発部に対応する前記第２反発部とが互いに反発し合う、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の積層装置。
【請求項5】
各積層ヘッドに設けられる第３吸引部と、前記積層ステージに設けられる第４吸引部と、を備え、
前記積層位置にある積層ヘッドの前記第３吸引部と、前記第４吸引部とが互いに引きつけ合う、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積層装置。
【請求項6】
前記第３吸引部は、磁石、電磁石または強磁性体であり、前記第４吸引部は、電磁石であり、
前記第４吸引部は、各積層ヘッドが前記積層位置から離間する際に磁力を低下させる、
請求項５に記載の積層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、積層装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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、複数の正極板および複数の負極板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。このような電池では、高容量化、高エネルギー密度化といった電池性能向上の観点から、電極板のずれを極力減らすことが望まれる。これに対し、例えば特許文献１には、各電極板に設けた積層ずれ防止用の貫通孔に位置決めボスを挿通することで、各電極板を位置合わせすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１０－２３２１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電極板に貫通孔を設けた場合、貫通孔が設けられる部分には電極活物質が存在しないため、少なからず電池容量が減少してしまう。また、位置決めボスと電極板との干渉によって電極板の損傷や活物質の剥離等が発生し、電池性能の低下を引き起こし得る。
【0005】
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、電池性能の向上を図る技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示のある態様は、セパレータと電極板とが積層された単位積層体を積層ステージ上に排出して複数の単位積層体を積層する積層装置である。この装置は、単位積層体を保持する複数の積層ヘッドと、複数の積層ヘッドが配列されるとともに各積層ヘッドを支持軸を介して揺動可能に保持し、回転して各積層ヘッドを積層ステージと対向する積層位置に進行させるドラム部と、各積層ヘッドに接触し、ドラム部の回転による各積層ヘッドの移動にともなって、支持軸周りに各積層ヘッドを揺動させるカム部と、各積層ヘッドをドラム部の半径方向に付勢する付勢部材と、を備える。
【0007】
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。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、電池性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】積層電極体製造装置の模式図である。
【図2】実施の形態に係る積層装置を模式的に示す正面図である。
【図3】積層ヘッドの位置および姿勢の遷移を模式的に示す図である。
【図4】付勢部材を用いた保持面の振動抑制機構を模式的に示す図である。
【図5】第１吸引部および第２吸引部を用いた保持面の振動抑制機構を模式的に示す図である。
【図6】第１反発部および第２反発部を用いた保持面の振動抑制機構を模式的に示す図である。
【図7】第３吸引部および第４吸引部を用いた保持面の振動抑制機構を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
図１は、積層電極体製造装置１の模式図である。積層電極体製造装置１は、一例として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。なお、積層電極体製造装置１の構造は、連続ドラム式に限定されない。
【0012】
積層電極体製造装置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。
【0013】
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、複数の第１極板に個片化して搬送するドラムである。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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。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。
【0017】
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。生成される複数の第１極板の位置は、カメラ等で監視される。
【0018】
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または減速する。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。
【0019】
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。
【0020】
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、複数の第２極板に個片化して搬送するドラムである。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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。保持ヘッドの独立駆動により、切断刃による第２極連続体Ｐの切断位置の調整や、個片化された第２極板の位置調整等が可能となる。
【0024】
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。生成される複数の第２極板の位置は、カメラ等で監視される。
【0025】
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または減速する。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。
【0026】
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。
【0027】
接着ドラム１０は、複数の単位積層体が連続する連続積層体２６を形成するドラムである。各単位積層体は、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。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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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、これらが互いに接着される。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。
【0031】
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。
【0032】
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ドラムである。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。
【0033】
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。保持ヘッドの独立駆動により、切断刃による連続積層体２６の切断位置の調整や、個片化された単位積層体の位置調整等が可能となる。
【0034】
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。生成される複数の単位積層体の位置は、カメラ等で監視される。
【0035】
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ドラムである。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して、積層ステージ３０と対向する積層位置に順次進行する。積層位置に到達した積層ヘッドは、保持している単位積層体を積層ステージ３０に排出する。
【0036】
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の各積層ヘッド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。
【0037】
積層ドラム１４は、本実施の形態に係る積層装置１００で構成される。図２は、実施の形態に係る積層装置１００を模式的に示す正面図である。なお、図２では、後述する付勢部材１２０、第１吸引部１２２、第２吸引部１２４、第１反発部１２６、第２反発部１２８、第３吸引部１３０および第４吸引部１３２の図示を省略している。
【0038】
積層装置１００は、セパレータと電極板とが積層された単位積層体Ｗを積層ステージ３０上に排出して、複数の単位積層体Ｗを積層する装置である。積層装置１００は、複数の積層ヘッド１０２と、ドラム部１０４と、を備える。各積層ヘッド１０２は、単位積層体Ｗを保持する保持面１０６を有する。例えば、保持面１０６は、空気などの雰囲気ガスを吸引する吸引機構を有し、単位積層体Ｗを吸着保持することができる。
【0039】
ドラム部１０４は円盤状であり、複数の積層ヘッド１０２が円周上に略等間隔に配列される。図２に示すドラム部１０４には１０個の積層ヘッド１０２が配列されているが、積層ヘッド１０２の配列数は限定されない。ドラム部１０４に配列された状態で、各積層ヘッド１０２の保持面１０６は、ドラム部１０４の半径方向の外側を向く。ドラム部１０４は、中心軸にモータ等の駆動機構（図示せず）が連結され、中心軸周りに回転することができる。各積層ヘッド１０２は、ドラム部１０４の回転にともなって移動し、積層ステージ３０と対向する積層位置Ａに順次進行する。
【0040】
積層位置Ａに到達した積層ヘッド１０２から積層ステージ３０に単位積層体Ｗを排出する際、単位積層体Ｗを高い位置精度で積層ステージ３０に排出するためには、各積層ヘッド１０２を積層位置Ａで停止させることが望ましい。これを実現する方法としては、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａに到達する度に、ドラム部１０４の回転を止めることが考えられる。しかしながら、ドラム部１０４の回転を繰り返し停止させると、積層装置のスループットが低下し、電池生産のリードタイムが延びてしまう。
【0041】
これに対し、本実施の形態の積層装置１００は、積層位置Ａにおける積層ヘッド１０２の瞬間的な停止をカム機構によって実現している。すなわち、ドラム部１０４は、各積層ヘッド１０２を支持軸１０８を介して揺動可能に保持する。また、積層装置１００は、カム部１１０を備える。カム部１１０は、各積層ヘッド１０２に接触し、ドラム部１０４の回転による各積層ヘッド１０２の移動にともなって、支持軸１０８周りに各積層ヘッド１０２を揺動させる。つまり、カム部１１０は原動節であり、各積層ヘッド１０２は従動節である。
【0042】
カム部１１０は、ドラム部１０４の回転に対して追従しない。つまり、カム部１１０の姿勢は固定されており、ドラム部１０４が回転してもカム部１１０は回転しない（不動である）。したがって、ドラム部１０４は、カム部１１０に対して相対的に変位する。また、カム部１１０は、ドラム部１０４の円周方向に延びるカム溝１１２を有する。したがって、カム部１１０は、正面カムである。なお、カム部１１０の構造は、これに限定されない。カム溝１１２は、ドラム部１０４と同心で且つドラム部１０４よりも半径の小さい円を基調とした形状を有する。ただし、カム溝１１２は、積層ヘッド１０２が積層位置Ａに近づいていく際に通過する進入領域Ｂにおいて、基調円よりも円の中心から離れる方向に湾曲している。また、カム溝１１２は、積層ヘッド１０２が積層位置Ａから離間していく際に通過する退出領域Ｃにおいて、基調円よりも円の中心に近づく方向に湾曲している。カム溝１１２は、互いに対向する内側面１１２ａおよび外側面１１２ｂを有する。内側面１１２ａは、外側面１１２ｂよりもドラム部１０４の半径方向内側に位置し、外側面１１２ｂは、内側面１１２ａよりもドラム部１０４の半径方向外側に位置する。
【0043】
各積層ヘッド１０２は、ドラム部１０４の半径方向に長いアーム部１１４を有する。アーム部１１４におけるドラム部１０４の半径方向外側に位置する端部には、保持面１０６が設けられる。また、半径方向内側に位置する端部には、突起部１１６が設けられる。突起部１１６は、カム溝１１２に係合する。突起部１１６は、カム溝１１２に係合した状態で、内側面１１２ａおよび外側面１１２ｂに摺動可能に挟まれる。アーム部１１４における保持面１０６と突起部１１６との間には、支持軸１０８が設けられる。
【0044】
ドラム部１０４は、支持軸１０８と重なる位置に長穴１１８を有する。支持軸１０８は、長穴１１８に挿通されることで、ドラム部１０４に揺動可能に保持される。各長穴１１８は、ドラム部１０４の半径方向に長い。これにより、各積層ヘッド１０２が揺動した際に、支持軸１０８がドラム部１０４の半径方向に変位することが許容される。
【0045】
カム溝１１２の形状と、ドラム部１０４による積層ヘッド１０２の保持構造（長穴１１８の形状を含む）との組み合わせによって、一定の角速度でのドラム部１０４の回転を維持しつつ、積層位置Ａにおいて各積層ヘッド１０２を停止させることが可能となる。これにより、単位積層体Ｗを高い位置精度で積層して高品質な積層電極体を生産できるとともに、電池生産のリードタイムの延長も抑制することができる。また、積層ヘッド１０２の増設やドラム部１０４の回転速度の増加等にも対応しやすくなる。
【0046】
図３は、積層ヘッド１０２の位置および姿勢の遷移を模式的に示す図である。図３では、後述する付勢部材１２０、第１吸引部１２２、第２吸引部１２４、第１反発部１２６、第２反発部１２８、第３吸引部１３０および第４吸引部１３２の図示を省略している。また、図３では、カム部１１０が設けられなかった場合に積層ヘッド１０２がとる姿勢（以下では適宜、基準姿勢という）を破線で部分的に図示している。
【0047】
図３に示すように、各積層ヘッド１０２は、ドラム部１０４の回転により突起部１１６がカム溝１１２に沿って移動することで、支持軸１０８周りに揺動する。すなわち、進入領域Ｂおよび退出領域Ｃにおいて、カム溝１１２の軌跡がドラム部１０４の半径方向にずれているため、突起部１１６の移動が支持軸１０８の移動に対して遅くなったり早くなったりする。したがって、ドラム部１０４の円周方向において、突起部１１６および支持軸１０８の位置がずれる。ドラム部１０４の円周方向で突起部１１６および支持軸１０８の位置がずれると、積層ヘッド１０２は支持軸１０８を支点として揺動する。
【0048】
以下では、ドラム部１０４の円周方向における各部の位置を円周方向位置という。突起部１１６および支持軸１０８の円周方向位置が揃った状態は、ドラム部１０４の中心および突起部１１６を通る直線と、ドラム部１０４の中心および支持軸１０８を通る直線とが重なった状態である。一方、突起部１１６および支持軸１０８の円周方向位置がずれた状態は、当該２つの直線が互いにずれた状態である。積層ヘッド１０２が基準姿勢をとるとき、突起部１１６および支持軸１０８の円周方向位置が揃う。
【0049】
カム溝１１２の進入領域Ｂに進入した突起部１１６は、進入領域Ｂの凸部の頂点１１２ｃに到達するまで（図３において矢印Ｉで示す移動）、支持軸１０８の移動に対して徐々に遅れていく。つまり、突起部１１６の円周方向位置は、支持軸１０８の円周方向位置から積層ヘッド１０２の進行方向とは逆方向にずれる。このため、保持面１０６は、積層ヘッド１０２の進行方向に変位する。
【0050】
その後、突起部１１６の円周方向位置は、凸部の頂点１１２ｃから積層位置Ａに移動する間に（図３において矢印ＩＩで示す移動）、支持軸１０８の円周方向位置に徐々に近づいていく。そして、積層位置Ａにおいて、突起部１１６および支持軸１０８の円周方向位置が揃う。したがって、積層ヘッド１０２は基準姿勢となる。突起部１１６の円周方向位置が支持軸１０８の円周方向位置に近づいていく過程で、保持面１０６は積層ヘッド１０２の進行方向とは逆方向に変位する。この逆方向の変位により、ドラム部１０４の回転による保持面１０６の移動量の一部を相殺して、保持面１０６を減速させることができる。
【0051】
カム機構により積層ヘッド１０２が積層位置Ａに停止した際、保持面１０６はイナーシャによって振動し得る。上述のようにドラム部１０４の停止によって積層ヘッド１０２を停止させる場合にも、同様に保持面１０６は振動し得る。保持面１０６が振動すると、単位積層体Ｗの位置ずれが生じ、積層電極体の品質が低下してしまう。また、保持面１０６の振動が収まるまで積層ヘッド１０２を積層位置Ａで停止させると、積層電極体の生産性が低下してしまう。これに対し、積層位置Ａに到達する際の保持面１０６の移動速度を低下させることで、積層ヘッド１０２が停止した際の保持面１０６の振動を低減することができる。これにより、積層電極体の品質および生産性の両立を図ることができる。
【0052】
積層位置Ａから退出領域Ｃに進入した突起部１１６は、退出領域Ｃの凹部の底点１１２ｄに到達するまで（図３において矢印ＩＩＩで示す移動）、支持軸１０８の移動に対して徐々に先行していく。つまり、突起部１１６の円周方向位置は、支持軸１０８の円周方向位置から積層ヘッド１０２の進行方向にずれる。このため、保持面１０６は、積層ヘッド１０２の進行方向とは逆方向に変位する。
【0053】
その後、突起部１１６が凹部の底点１１２ｄを通過すると（図３において矢印ＩＶで示す移動）、突起部１１６の円周方向位置は、支持軸１０８の円周方向位置に徐々に近づいていく。そして、退出領域Ｃの終端において、突起部１１６および支持軸１０８の円周方向位置が揃う。突起部１１６の円周方向位置が支持軸１０８の円周方向位置に近づいていく過程で、保持面１０６は積層ヘッド１０２の進行方向に変位する。この順方向の変位により、保持面１０６を加速させることができる。なお、カム溝１１２の軌跡は、図３に示したものに限定されない。
【0054】
図４は、付勢部材１２０を用いた保持面１０６の振動抑制機構を模式的に示す図である。カム機構によって積層ヘッド１０２を揺動させる場合、支持軸１０８、突起部１１６、長穴１１８およびカム溝１１２を含む各部材の寸法公差等が積み重なって、保持面１０６が振動しやすくなる。これに対し、積層装置１００は、各積層ヘッド１０２をドラム部１０４の半径方向に付勢する付勢部材１２０を備える。付勢部材１２０としては、例えば公知の弾性部材を用いることができる。弾性部材としては、コイルスプリング等のばねが例示される。
【0055】
付勢部材１２０によって積層ヘッド１０２がドラム部１０４の半径方向に付勢されることで、各部の寸法公差等に起因する保持面１０６のがたつきを抑制することができる。よって、保持面１０６の振動を抑制することができる。また、本実施の形態では、付勢部材１２０によって、突起部１１６がカム溝１１２の側面に押し付けられる。これにより、突起部１１６ひいては積層ヘッド１０２全体の姿勢を安定化させることができる。よって、保持面１０６の振動をより抑制することができる。
【0056】
付勢部材１２０の一端側は、積層ヘッド１０２の任意の位置に連結される。付勢部材１２０の他端側は、ドラム部１０４の任意の位置に連結される。本実施の形態では、一例として付勢部材１２０の一端がアーム部１１４に連結され、付勢部材１２０の他端がドラム部１０４の円盤表面に連結されている。また、本実施の形態の付勢部材１２０は、積層ヘッド１０２との連結位置が、ドラム部１０４との連結位置よりもドラム部１０４の半径方向内側に位置する。このため、積層ヘッド１０２は、ドラム部１０４に対して半径方向外側に向けて付勢される。したがって、付勢部材１２０は、突起部１１６を外側面１１２ｂに押し付ける。
【0057】
なお、付勢部材１２０の積層ヘッド１０２との連結位置をドラム部１０４との連結位置よりも半径方向外側に配置して、突起部１１６を内側面１１２ａに押し付けてもよい。また、付勢部材１２０の他端はカム部１１０に連結されてもよいし、ドラム部１０４およびカム部１１０の両方に連結されてもよい。
【0058】
図５は、第１吸引部１２２および第２吸引部１２４を用いた保持面１０６の振動抑制機構を模式的に示す図である。上述のように、積層位置Ａに接近する保持面１０６を減速させることで、積層ヘッド１０２が停止した際の保持面１０６の振動を抑制することが可能である。一方で、積層装置１００のスループットをさらに向上させるために、ドラム部１０４の回転速度をより上げたいという要求がある。ドラム部１０４の回転速度を上げると、積層位置Ａで停止した際に積層ヘッド１０２にはより大きな力がかかる。このため、保持面１０６はより振動しやすくなる。
【0059】
これに対し、本実施の形態の積層装置１００は、互いに引きつけ合う第１吸引部１２２および第２吸引部１２４を備える。第１吸引部１２２は、各積層ヘッド１０２に設けられる。第１吸引部１２２は、一例としてアーム部１１４に固定される。第２吸引部１２４は、ドラム部１０４における、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａにある状態で当該積層ヘッド１０２に設けられる第１吸引部１２２と重なる（対向する）位置に設けられる。ドラム部１０４には複数の第２吸引部１２４が設けられ、各第２吸引部１２４は各積層ヘッド１０２に対応する位置に固定される。したがって、各積層ヘッド１０２が基準姿勢をとるとき、各第１吸引部１２２と各第２吸引部１２４とが互いに重なる。前記「重なる位置」とは、ドラム部１０４の中心軸方向（円盤の法線方向）から見て重なる位置である。
【0060】
例えば、第１吸引部１２２および第２吸引部１２４は、磁石（永久磁石）または電磁石である。また、第１吸引部１２２および第２吸引部１２４は、互いに異なる磁極を有する。積層位置Ａにおいて重なり合った第１吸引部１２２および第２吸引部１２４は、磁気吸引力によって互いに引き寄せ合う。これにより、積層ヘッド１０２が停止した際の積層ヘッド１０２の姿勢を安定化させることができる。よって、保持面１０６の振動をより抑制することができる。
【0061】
なお、第２吸引部１２４が磁石または電磁石であれば、第１吸引部１２２は強磁性体であってもよい。この場合、積層ヘッド１０２自体が第１吸引部１２２として機能し得る。同様に、第１吸引部１２２が磁石または電磁石であれば、第２吸引部１２４は強磁性体であってもよい。この場合、ドラム部１０４自体が第２吸引部１２４として機能し得る。
【0062】
積層ヘッド１０２は、カム機構によって第１吸引部１２２および第２吸引部１２４の吸引力に抗して揺動することが可能である。したがって、第１吸引部１２２および第２吸引部１２４の間に吸引力が発生しても、積層ヘッド１０２はカム機構によって定められる任意の姿勢をとることができる。なお、第１吸引部１２２が電磁石で構成される場合、積層位置Ａにある積層ヘッド１０２の第１吸引部１２２のみに磁力を発生させてもよい。第２吸引部１２４が電磁石で構成される場合も同様に、積層位置Ａにある第２吸引部１２４のみに磁力を発生させてもよい。これにより、各積層ヘッド１０２をよりスムーズに移動させることができる。
【0063】
図６は、第１反発部１２６および第２反発部１２８を用いた保持面１０６の振動抑制機構を模式的に示す図である。保持面１０６の振動抑制機構としては、第１吸引部１２２および第２吸引部１２４の吸着を利用するものに代えて、あるいは加えて、第１反発部１２６および第２反発部１２８の反発を利用するものを採用することができる。
【0064】
すなわち、本実施の形態の積層装置１００は、互いに反発し合う第１反発部１２６および第２反発部１２８を備える。第１反発部１２６は、各積層ヘッド１０２に設けられる。第１反発部１２６は、一例としてアーム部１１４に固定される。第２反発部１２８は、ドラム部１０４における、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａにある状態で当該積層ヘッド１０２に設けられる第１反発部１２６とずれた位置に設けられる。ドラム部１０４には複数の第２反発部１２８が設けられ、各第２反発部１２８は各積層ヘッド１０２に対応する位置に固定される。前記「ずれた位置」とは、ドラム部１０４の中心軸方向から見て重ならない位置である。好ましくは、第１反発部１２６および第２反発部１２８は、互いの円周方向位置がずれる。また、互いに対応する第１反発部１２６および第２反発部１２８は、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａにある状態で、互いの間に斥力が生じる距離に位置が定められる。
【0065】
例えば、第１反発部１２６および第２反発部１２８は、磁石または電磁石である。また、第１反発部１２６および第２反発部１２８は、互いに同じ磁極を有する。積層位置Ａにある積層ヘッド１０２に設けられた第１反発部１２６と、この第１反発部１２６に対応する第２反発部１２８とは、磁気反発力によって互いに反発し合う。一方、積層ヘッド１０２の可動範囲は、カム機構によって制限されている。したがって、第１反発部１２６および第２反発部１２８が互いに反発し合うことで、積層ヘッド１０２は可動範囲の限界位置に押し付けられる。これにより、積層ヘッド１０２が停止した際の積層ヘッド１０２の姿勢を安定化させることができる。よって、保持面１０６の振動をより抑制することができる。
【0066】
なお、第２吸引部１２４が磁石または電磁石であれば、第１吸引部１２２は反磁性体であってもよい。同様に、第１吸引部１２２が磁石または電磁石であれば、第２吸引部１２４は反磁性体であってもよい。
【0067】
積層ヘッド１０２は、カム機構によって第１反発部１２６および第２反発部１２８の反発力に抗して揺動することが可能である。したがって、第１反発部１２６および第２反発部１２８の間に反発力が発生しても、積層ヘッド１０２はカム機構によって定められる任意の姿勢をとることができる。なお、第１反発部１２６が電磁石で構成される場合、積層位置Ａにある積層ヘッド１０２の第１反発部１２６のみに磁力を発生させてもよい。第２反発部１２８が電磁石で構成される場合も同様に、対応する第１反発部１２６が積層位置Ａにある第２反発部１２８のみに磁力を発生させてもよい。これにより、各積層ヘッド１０２をよりスムーズに移動させることができる。
【0068】
図７は、第３吸引部１３０および第４吸引部１３２を用いた保持面１０６の振動抑制機構を模式的に示す図である。保持面１０６の振動抑制機構としては、第１吸引部１２２および第２吸引部１２４の吸着を利用するものや、第１反発部１２６および第２反発部１２８の反発を利用するものに代えて、あるいは加えて、第３吸引部１３０および第４吸引部１３２の吸引を利用するものを採用することができる。
【0069】
すなわち、本実施の形態の積層装置１００は、互いに引きつけ合う第３吸引部１３０および第４吸引部１３２を備える。第３吸引部１３０は、各積層ヘッド１０２に設けられる。第４吸引部１３２は、積層ステージ３０に設けられる。好ましくは、第４吸引部１３２は、積層ステージ３０における、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａにある状態で当該積層ヘッド１０２に設けられる第３吸引部１３０と重なる（対向する）位置に設けられる。前記「重なる位置」とは、積層装置１００と積層ステージ３０とが並ぶ方向から見て重なる位置である。
【0070】
例えば、第３吸引部１３０および第４吸引部１３２は、磁石または電磁石である。また、第３吸引部１３０および第４吸引部１３２は、互いに異なる磁極を有する。積層位置Ａにある積層ヘッド１０２に設けられる第３吸引部１３０と第４吸引部１３２とは、磁気吸引力によって互いに引きつけ合う。これにより、積層ヘッド１０２が停止した際の積層ヘッド１０２の姿勢を安定化させることができる。よって、保持面１０６の振動をより抑制することができる。なお、第４吸引部１３２が磁石または電磁石であれば、第３吸引部１３０は強磁性体であってもよく、第３吸引部１３０が磁石または電磁石であれば、第４吸引部１３２は強磁性体であってもよい。
【0071】
積層ヘッド１０２は、カム機構によって第３吸引部１３０および第４吸引部１３２の吸引力に抗して揺動することが可能である。したがって、第３吸引部１３０および第４吸引部１３２の間に吸引力が発生しても、積層ヘッド１０２はカム機構によって定められる任意の姿勢をとることができる。一方で、より好ましい構成として、第３吸引部１３０は磁石、電磁石または強磁性体であり、第４吸引部１３２は電磁石である。そして、第４吸引部１３２は、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａから離間する際に磁力を低下させる。これにより、各積層ヘッド１０２をよりスムーズに積層位置Ａから離間させることができる。また、消磁と励磁とを切り替える対象は１つの第４吸引部１３２のみであるため、簡単な制御構造で各積層ヘッド１０２のスムーズな移動を実現することができる。
【0072】
第４吸引部１３２の磁力の調整、つまり第４吸引部１３２への通電と非通電との切り替えは、制御部１３４によって実行することができる。図７では、制御部１３４を機能ブロックとして描いている。この機能ブロックは、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。これらの機能ブロックがハードウェア、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、当業者には理解されるところである。制御部１３４は、予め設定された動作プログラムに基づいて、第４吸引部１３２への通電を制御することができる。なお、上述した第１吸引部１２２、第２吸引部１２４、第１反発部１２６あるいは第２反発部１２８が電磁石で構成される場合も、制御部１３４によって通電と非通電とを切り替えることができる。
【0073】
以上説明したように、本実施の形態に係る積層装置１００は、単位積層体Ｗを保持する複数の積層ヘッド１０２と、複数の積層ヘッド１０２が配列されるとともに各積層ヘッド１０２を支持軸１０８を介して揺動可能に保持し、回転して各積層ヘッド１０２を積層ステージ３０と対向する積層位置Ａに進行させるドラム部１０４と、各積層ヘッド１０２に接触し、ドラム部１０４の回転による各積層ヘッド１０２の移動にともなって、支持軸１０８周りに各積層ヘッド１０２を揺動させるカム部１１０と、各積層ヘッド１０２をドラム部１０４の半径方向に付勢する付勢部材１２０と、を備える。
【0074】
これにより、積層ヘッド１０２を積層位置Ａで停止させた際に生じる保持面１０６の振動を抑制することができる。この結果、単位積層体Ｗの位置ずれを抑制できるため、積層電極体の品質を向上させることができる。また、積層ずれ防止用の貫通孔を電極板に設ける場合と比較して、電池容量の減少を抑制できる。また、電極板の損傷や活物質の剥離等に起因する電池性能の低下も回避することができる。よって、電池性能の向上を図ることができる。また、ドラム部１０４の回転を停止させることなく単位積層体Ｗを高い位置精度で積層ステージ３０に排出できるため、電池の品質向上とともにリードタイムの向上を図ることができる。
【0075】
また、本実施の形態のカム部１１０は、ドラム部１０４の回転に対して追従せず、ドラム部１０４の円周方向に延びるカム溝１１２を有する。各積層ヘッド１０２は、カム溝１１２に係合する突起部１１６を有し、ドラム部１０４の回転により突起部１１６がカム溝１１２に沿って移動することで支持軸１０８周りに揺動する。付勢部材１２０は、突起部１１６をカム溝１１２の一方の側面に押し付ける。これにより、保持面１０６の振動をより抑制することができる。
【0076】
また、本実施の形態の積層装置１００は、各積層ヘッド１０２に設けられる第１吸引部１２２と、ドラム部１０４における、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａにある状態で当該積層ヘッド１０２の第１吸引部１２２と重なる位置に設けられる第２吸引部１２４と、を備え、積層位置Ａにある積層ヘッド１０２の第１吸引部１２２と、これに対応する第２吸引部１２４とが互いに引きつけ合う。これにより、保持面１０６の振動をより抑制することができる。
【0077】
また、本実施の形態の積層装置１００は、各積層ヘッド１０２に設けられる第１反発部１２６と、ドラム部１０４における、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａにある状態で当該積層ヘッド１０２の第１反発部１２６とずれた位置に設けられる第２反発部１２８と、を備え、積層位置Ａにある積層ヘッド１０２の第１反発部１２６と、これに対応する第２反発部１２８とが互いに反発し合う。これにより、保持面１０６の振動をより抑制することができる。
【0078】
また、本実施の形態の積層装置１００は、各積層ヘッド１０２に設けられる第３吸引部１３０と、積層ステージ３０に設けられる第４吸引部１３２と、を備え、積層位置Ａにある積層ヘッド１０２の第３吸引部１３０と、第４吸引部１３２とが互いに引きつけ合う。これにより、保持面１０６の振動をより抑制することができる。また、好ましくは、第３吸引部１３０は、磁石、電磁石または強磁性体であり、第４吸引部１３２は、電磁石である。そして、第４吸引部１３２は、各積層ヘッド１０２が積層位置Ａから離間する際に磁力を低下させる。これにより、積層ヘッド１０２をよりスムーズに積層位置Ａから離間させることができる。
【0079】
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。
【符号の説明】
【0080】
３０ 積層ステージ、 １００ 積層装置、 １０２ 積層ヘッド、 １０４ ドラム部、 １０８ 支持軸、 １１０ カム部、 １１２ カム溝、 １１６ 突起部、 １２０ 付勢部材、 １２２ 第１吸引部、 １２４ 第２吸引部、 １２６ 第１反発部、 １２８ 第２反発部、 １３０ 第３吸引部、 １３２ 第４吸引部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】