JP5666805B2 - 電池極板積層装置 - Google Patents

Description

本発明は電池の極板積層装置に関する。

電池には様々な形態のものがある。日常なじみの深い円筒形の電池は、セパレータで隔てられた正極板と負極板をコイル状に巻いて円筒形の缶に封入している。円筒形の電池は円筒面同士の間に隙間が生じ、この隙間がスペース効率を悪くするので、正極板／セパレータ／負極板／セパレータの組み合わせを何層も重ねて外観形状が板状を呈するようにした電池も開発されている。このような積層電池の例を特許文献１に見ることができる。

間にセパレータを介在させつつ正極板と負極板を積層する電池極板積層装置の例を特許文献２、３に見ることができる。

特許文献２に記載された装置では、帯状のセパレータの片面に正極板、他面に負極板をあてがい、この状態で正極板・セパレータ・負極板の三者を回転チャック機構でクランプする。クランプしたものを回転チャック機構が半回転させると、正極板と負極板の位置が逆転し、且つ正極板と負極板の外側にセパレータが重なった状態になる。ここへ正極板と負極板をあてがってクランプし、再び半回転させる。これを繰り返し、セパレータを間に置いて正極板と負極板が交互に並ぶ積層体を形成する。

特許文献３に記載された装置では、移動するベルトコンベアに対しセパレータ、陽極板とセパレータ、陰極板とセパレータを順次供給して積層体を形成する。

特開平１１−２９７２８０号公報 特開２００５−１９０７７７号公報 特開２００１−９３５３３号公報

積層電池においては、正極板・負極板・セパレータの三者が正確に位置決めされていることが性能の鍵を握る。この点に関し特許文献２記載の装置は、半回転ずつ回転を繰り返しつつ正極板と負極板を重ねて行く方式であり、位置決め精度を保つのは難しい。特許文献３記載の装置も、ベルトコンベアに接触している部材は真空吸着により確実に位置決めがなされるが、その上に重ねられる部材に対しては真空吸引力が及ばないので、ベルトコンベアが移動する間に位置ずれが生じる可能性がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、正極板・負極板・セパレータの三者が精度良く重ねられた積層体が得られる極板積層装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、間にセパレータを介在させつつ正極板と負極板を積層する電池極板積層装置であって、垂直軸線まわりに回転可能に支持され、同一円周上に９０°間隔で４個の吸着ヘッドを配置した移載体を含み、当該移載体に降下動作とそれに続く上昇動作を行わせた後、当該移載体に９０°の正回転を行わせ、当該移載体に次の降下動作とそれに続く上昇動作を行わせた後、当該移載体に９０°の逆回転を行わせるという動作を繰り返すとともに、前記吸着ヘッドに所定タイミングで吸引力を与えるピックアンドプレース装置と、前記４個の吸着ヘッドの中で、対向位置にある２個の吸着ヘッドが降下する吸着位置に配置された正極板供給装置及び負極板供給装置と、前記２個の吸着ヘッドから９０°離れた角度位置にある２個の吸着ヘッドが降下する載置位置に配置された２個のトレイと、前記正極板供給装置に搬入される正極板または前記負極板供給装置に搬入される負極板の一方を両面からセパレータで挟むセパレータ組み合わせ装置を備え、前記ピックアンドプレース装置は、対向位置にある２個の前記吸着ヘッドによる正極板と負極板１枚ずつの吸着及び吸着した正極板と負極板の前記トレイへの載置動作を、前記移載体を交互に前記９０°の正回転及び逆回転させつつ所定回数繰り返すことにより、正極板、負極板、及びセパレータの積層体をトレイ上に形成するものであり、前記トレイは前記積層体を保持する位置決め装置を備えることを特徴としている。

この構成によると、静止位置にあるトレイに正極板と負極板を、一方はセパレータで挟まれている状態で、積み上げて行くので、精度良く重なった積層体を得ることができる。また、４個の吸着ヘッドを９０°間隔で配置した移載体に９０°の正回転または逆回転を与えてピックアンドプレースを行うものであるから、２個のトレイの一方に正極板を置き、他方に負極板を置き、次の動作では前記一方に負極板を置き、他方に正極板を置く動作を繰り返して、一時に２個の積層体を形成でき、作業効率が良い。

また本発明は、上記構成の電池極板積層装置において、前記トレイは、搬送装置により前記載置位置に搬入、及びそこから搬出されるものであることを特徴としている。

この構成によると、順次トレイを入れ替えて行くことにより、積層体を能率良く生産できる。

本発明によると、正極板・負極板・セパレータの三者が高い位置決め精度で重ねられた積層体を、能率良く生産することができる。

本発明に係る電池電極積層装置の概略構成を示す正面図である。 図１の電池電極積層装置の概略構成を示す上面図である。 図２の状態に対応する搬入コンベアの平面図である。 移載体の構造と動きの説明図である。 トレイ上における極板積層動作の説明図である。 図２と同様の上面図で、本発明の第２実施形態を示すものである。 図２と同様の上面図で、本発明の第３実施形態を示すものである。

以下、本発明の第１実施形態を図１から図５までの図に基づき説明する。電池電極積層装置１は床上に据え置きされるシャーシ２を備え、このシャーシ２の正面側に、以下説明する様々な構成要素が配置される。

シャーシ２の中央やや右寄りの位置から、ピックアンドプレース装置１０が手前に突き出す。ピックアンドプレース装置１０は上面に移載体１１を備えている。移載体１１は、４本のアーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが９０°間隔で放射状に配置された構成であり、垂直軸１２の上端に水平に固定されている。垂直軸１２は移載体１１に対し、垂直軸線まわりの回転と、降下及び上昇の動作を与える。垂直軸１２が移載体１１に与える回転は９０°の正回転または９０°の逆回転である。本明細書では、上から見て時計回りの回転を正回転、反時計回りの回転を逆回転と定義する。移載体１１の降下動作と上昇動作は、正回転から逆回転へ、あるいはその逆への切り替え時に与えられる。

移載体１１のアーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄには、それぞれの先端部から垂下する吸着ヘッド１３が１個ずつ設けられている。計４個の吸着ヘッド１３は同一円周上に９０°間隔で並んでいる。吸着ヘッド１３には図示しない真空源より真空吸引力が与えられる。

ピックアンドプレース装置１０の上面には、正極板供給装置１４及び負極板供給装置１５と、２個のトレイ１６が配置される。正極板供給装置１４と負極板供給装置１５は、４個の吸着ヘッド１３の中で、対向位置にある２個の吸着ヘッド１３が降下する吸着位置に配置される。トレイ１６は、前記２個の吸着ヘッド１３から９０°離れた角度位置にある２個の吸着ヘッド１３が降下する載置位置に配置されている。本実施形態では、シャーシ２の長手方向に平行する形で２箇所の吸着位置が設定され、それと直交する形で２箇所の載置位置が設定されている。

シャーシ２の左寄りの位置に正極板リール２０が回転自在に支持されており、ここからテープ状の正極板２１が引き出される。正極板２１は、ダンサローラ部２２、オートスプライス部２３、及びカッタ部２４を経て、所定長さに切断された状態で正極板供給装置１４に送り込まれる。

シャーシ２の右寄りの位置に負極板リール３０が回転自在に支持されており、ここからテープ状の負極板３１が引き出される。負極板３１は、ダンサローラ部３２、オートスプライス部３３、及びカッタ部３４を経て、所定長さに切断された状態で負極板供給装置１５に送り込まれる。

正極板２１と負極板３１を積層する際、両者間にセパレータを介在させる必要がある。本発明では、正極板２１と負極板３１のどちらか一方を両面からセパレータで挟むことにより、積層状態にしたとき、正極板２１と負極板３１の間にセパレータが介在することとなるようにする。

本実施形態では、正極板２１に対し、それを両面からセパレータで挟むセパレータ組み合わせ装置４０が設けられている。セパレータ組み合わせ装置４０は、正極板２１の上面に重ねられるセパレータ４１Ｕを供給するセパレータリール４２Ｕと、正極板２１の下面に重ねられるセパレータ４１Ｄを供給するセパレータリール４２Ｄを有する。セパレータリール４２Ｕから引き出されたセパレータ４１Ｕはダンサローラ部４３Ｕ及びオートスプライス部４４Ｕを経てカッタ部２４の出口部に導かれる。セパレータリール４２Ｄから引き出されたセパレータ４１Ｄはダンサローラ部４３Ｄ及びオートスプライス部４４Ｄを経てカッタ部２４の出口部に導かれる。

所定長さに切断されてカッタ部２４から出てきた正極板２１はセパレータ４１Ｕ、４１Ｄで上下から挟まれた状態でシールヒータ部４５へ向かう。シールヒータ部４５では、正極板２１を挟んだセパレータ４１Ｕ、４１Ｄが、縁同士を超音波や熱により溶着された上でカットされる。このようにしてセパレータ４１Ｕ、４１Ｄで包まれた状態となった正極板２１が正極板供給装置１４に送り込まれる。

続いて電池極板積層装置１の動作を、主に図５を参照しつつ説明する。図５では、アーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄがそれぞれ備える吸着ヘッド１３を「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ｄ」の符号で象徴させ、便宜的に「吸着ヘッドＡ」「吸着ヘッドＢ」「吸着ヘッドＣ」「吸着ヘッドＤ」と呼ぶものとする。

電池極板積層装置１の図示しない制御装置は、図５（ａ）において、吸着ヘッドＡに真空吸引力を作用させ、正極板供給装置１４から正極板２１を１枚吸着させる。吸着ヘッドＢからは真空吸引力を遮断し、図の上方に位置するトレイ１６に、前段階で吸着していた負極板３１を載置させる。吸着ヘッドＣには真空吸引力を作用させ、負極板供給装置１５から負極板３１を１枚吸着させる。吸着ヘッドＤからは真空吸引力を遮断し、図の下方に位置するトレイ１６に、前段階で吸着していた正極板２１を載置させる。

各吸着ヘッドが吸着動作または載置動作を完了した後、制御装置は移載体１１を上昇させ、次いで９０°正回転させる。すると移載体１１は図５（ｂ）の角度位置に移動する。この位置で制御装置は移載体１１を降下させる。この後制御装置は、吸着ヘッドＡから真空吸引力を遮断し、吸着していた正極板２１を図の上方に位置するトレイ１６に載置させる。吸着ヘッドＢには真空吸引力を作用させ、負極板供給装置１５から負極板３１を１枚吸着させる。吸着ヘッドＣからは真空吸引力を遮断し、吸着していた負極板３１を図の下方に位置するトレイ１６に載置させる。吸着ヘッドＤには真空吸引力を作用させ、正極板供給装置１４から正極板２１を１枚吸着させる。

各吸着ヘッドが吸着動作または載置動作を完了した後、制御装置は移載体１１を上昇させ、次いで９０°逆回転させる。すると移載体１１は図５（ｃ）の角度位置に移動する。これは図５（ａ）と同じ状態であり、図５（ａ）の動作が繰り返される。

このように、２個のトレイ１６に対し、吸着ヘッドＡとＤで正極板２１の供給が行われ、吸着ヘッドＢとＣで負極板３１の供給が行われる。

トレイ１６に正極板２１と負極板３１が交互に供給されるにつれ、トレイ１６の上には、図４に示すように、正極板２１、負極板３１、及びその間に位置するセパレータ４１Ｕ、４１Ｄの積層体Ｐが形成されて行く。所定枚数の積層が完了したら移載体１１による供給動作を停止し、載置位置からトレイ１６を引き出して次行程に運ぶ。積層体Ｐは、電極の取り付け、容器への格納、電解液注入などの工程を経て、電池として完成する。積層体Ｐを載置したトレイ１６を送り出した後に、空のトレイ１６が送り込まれ、積層作業が再開される。

静止したトレイ１６に、セパレータ４１Ｕ、４１Ｄで挟まれた正極板２１と、負極板３１を積み上げて行くので、精度良く重なった積層体Ｐを得ることができる。しかしながら、正極板２１と負極板３１が積み上がるときの振動や、トレイ１６を移動させるときの振動は、往々にして正極板２１と負極板３１の間に位置ずれを生じさせる。このような位置ずれが生じないよう、トレイ１６には、積層体Ｐの前後左右に、図４ではブロック矢印で象徴させてある位置決め装置を設けるのが良い。位置決め装置は、壁や柱により構成することができるが、トレイ１６から積層体Ｐを取り出す際の便宜を考慮して、開閉自在なチャック様のものとしても良い。特にトレイ１６の移動時に位置ずれが生じないよう、積層体Ｐを上から押さえ込む要素が備えられているとなお良い。

積層体Ｐの位置決め装置をトレイ１６に設けるばかりでなく、載置位置にあるトレイ１６の位置決め装置をピックアンドプレース装置１０に設けることも、重要である。

図６に本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、トレイ１６を載置位置に送り込み、そこから送り出す搬送装置５０が設けられていることを特徴としている。搬送装置５０は、図の上方に位置する載置位置と、図の下方に位置する載置位置のそれぞれに対して設けられる。１個の搬送装置５０は、電池極板積層装置１の外から空のトレイ１６を搬入して載置位置に置く搬入コンベア部５１ａに、積層体Ｐの形成が完了したトレイ１６を載置位置から搬出する搬出コンベア部５１ｂを連続させたものである。図の構成では搬送装置５０はＵ字形に構成されており、折り返し地点を少し過ぎたところから搬出コンベア部５１ｂが始まっている。しかしながら搬送装置５０の形態はこれに限定されるものではない。例えば、電池極板積層装置１の一方の側から他方の側へ、搬入コンベア部５１ａと搬出コンベア部５１ｂが直線的に連続する形にすることも可能である。

図７に本発明の第３実施形態を示す。第３実施形態は第２実施形態の変形である。すなわち、搬入コンベア部５１ａと搬出コンベア部５１ｂの間に、搬入コンベア部５１ａから載置位置に向かって空のトレイ１６を送り込み、積層体Ｐの形成が完了したトレイ１６を載置位置から引き出して搬出コンベア部５１ｂに送り出す転送コンベア部５１ｃが形成されている。なおここでも、電池極板積層装置１の一方の側から他方の側へ、搬入コンベア部５１ａと搬出コンベア部５１ｂが直線的に連続する形にすることができる。

以上本発明の実施形態を説明したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、電池の電極積層装置に利用可能である。

１ 電池電極積層装置
２ シャーシ
１０ ピックアンドプレース装置
１１ 移載体
１２ 垂直軸
１３ 吸着ヘッド
１４ 正極板供給装置
１５ 負極板供給装置
１６ トレイ
２１ 正極板
３１ 負極板
４０ セパレータ組み合わせ装置
４１Ｕ、４１Ｄ セパレータ
５０ 搬送装置
Ｐ 積層体

Claims (2)

1. 間にセパレータを介在させつつ正極板と負極板を積層する電池極板積層装置であって、
   垂直軸線まわりに回転可能に支持され、同一円周上に９０°間隔で４個の吸着ヘッドを配置した移載体を含み、当該移載体に降下動作とそれに続く上昇動作を行わせた後、当該移載体に９０°の正回転を行わせ、当該移載体に次の降下動作とそれに続く上昇動作を行わせた後、当該移載体に９０°の逆回転を行わせるという動作を繰り返すとともに、前記吸着ヘッドに所定タイミングで吸引力を与えるピックアンドプレース装置と、
   前記４個の吸着ヘッドの中で、対向位置にある２個の吸着ヘッドが降下する吸着位置に配置された正極板供給装置及び負極板供給装置と、
   前記２個の吸着ヘッドから９０°離れた角度位置にある２個の吸着ヘッドが降下する載置位置に配置された２個のトレイと、
   前記正極板供給装置に搬入される正極板または前記負極板供給装置に搬入される負極板の一方を両面からセパレータで挟むセパレータ組み合わせ装置を備え、
   前記ピックアンドプレース装置は、対向位置にある２個の前記吸着ヘッドによる正極板と負極板１枚ずつの吸着及び吸着した正極板と負極板の前記トレイへの載置動作を、前記移載体を交互に前記９０°の正回転及び逆回転させつつ所定回数繰り返すことにより、正極板、負極板、及びセパレータの積層体をトレイ上に形成するものであり、
   前記トレイは前記積層体を保持する位置決め装置を備えることを特徴とする電池極板積層装置。
2. 前記トレイは、搬送装置により前記載置位置に搬入、及びそこから搬出されるものであることを特徴とする請求項１に記載の電池極板積層装置。

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