(57)【要約】【課題】  マシンサイクルタイムを低減できるとともに、バリ及びシワの発生を抑制できる、蓄電装置の電極用金属箔を含む帯状体を切断するための切断装置を提供すること。【解決手段】  蓄電装置用の帯状体４０を切断する切断装置であって、ローラーカッター１０と、該ローラーカッター１０に対向して配置された受け具２０と、を備え、ローラーカッター１０は、回転軸周りに回転可能なドラム状のローラー本体１２、及び、該ローラー本体１２の外周面上に螺旋状に形成された切断刃１４を有し、ローラー本体１２は、切断刃１４の根本部分が盛り上がったカム形状を有し、ローラーカッター１０と受け具２０とで帯状体４０を切断する、切断装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置の電極用金属箔を含む帯状体を切断する切断装置であって、
ローラーカッターと、該ローラーカッターに対向して配置された受け具と、を備え、
前記ローラーカッターは、回転軸周りに回転可能なドラム状のローラー本体、及び、該ローラー本体の外周面上に螺旋状に形成された切断刃を有し、
前記ローラー本体は、前記切断刃の根本部分が盛り上がったカム形状を有し、
前記ローラーカッターと前記受け具とで前記帯状体を切断する、切断装置。
【請求項２】
前記ローラーカッターは、前記回転軸が前記帯状体の搬送方向に対して斜めになるように配置されている、請求項１記載の切断装置。
【請求項３】
前記切断刃は、その刃先が前記帯状体に接した時点での前記帯状体の表面と、前記切断刃の進行方向側の面との成す角度が、前記帯状体の搬送方向の逆側において４５°以上９０°未満となるように形成されている、請求項１又は２記載の切断装置。
【請求項４】
前記受け具は、前記切断刃と噛合する受け刃を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の電極用金属箔を含む帯状体を切断するための切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる電極は、通常、長尺の金属箔に電極活物質のペーストを塗布して乾燥し、圧延等の処理を行って金属箔と活物質層とが積層された長尺の帯状体を作製した後、それを切断装置によって所望の寸法に切断することで製造される。
【０００３】
上記帯状体を切断する切断装置としては、例えば、帯状体を一定の方向に間欠的に搬送し、金型等により裁断する切断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、帯状体を搬送しながらローラーカッターにより順次切断する切断装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９７７５４号公報
【特許文献２】特開平１０−０３２００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたような切断装置は、帯状体を間欠的に走行させて裁断するものであり、走行させながら連続的に切断することができないため、マシンサイクルタイムが長くなる。一方、特許文献２に記載されたような切断装置は、帯状体の連続的な切断が可能であるものの、搬送しながら帯状体の幅方向を一度に切断するものであり、また、切断時に帯状体に十分なテンションを掛けられないため、切断面にバリが生じたり、帯状体がよれてシワが生じたりといった問題が起こりやすい。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、マシンサイクルタイムを低減できるとともに、バリ及びシワの発生を抑制できる、蓄電装置の電極用金属箔を含む帯状体を切断するための切断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、蓄電装置の電極用金属箔を含む帯状体を切断する切断装置であって、ローラーカッターと、該ローラーカッターに対向して配置された受け具と、を備え、上記ローラーカッターは、回転軸周りに回転可能なドラム状のローラー本体、及び、該ローラー本体の外周面上に螺旋状に形成された切断刃を有し、上記ローラー本体は、上記切断刃の根本部分が盛り上がったカム形状を有し、上記ローラーカッターと上記受け具とで上記帯状体を切断する、切断装置を提供する。
【０００８】
上記切断装置では、帯状体を幅方向に一度に切断するのではなく、螺旋状に形成された切断刃の一端側が帯状体に接触して切断が始まり、ローラーカッターの回転に合わせて切断が進み、切断刃の他端側において切断が完了することとなる。このように、上記切断装置では、帯状体をその幅方向の一端から他端まで徐々に切断するため、切断面へのバリの発生を十分に抑制しつつ、帯状体を搬送しながら連続的に切断を行うことができ、マシンサイクルタイムを低減することができる。また、上記切断装置では、ローラーカッターがカム形状を有しているため、帯状体はカムにならって上下に移動し、適度なテンションが掛かった状態で切断される。そのため、帯状体がよれてシワが生じたることを抑制することができる。さらに、カム形状のローラーカッターは、切断時にのみ帯状体に接触することとなるため、特に帯状体が活物質層を有している場合、接触による活物質層への異物混入を抑制することができる。また、非切断時にはローラーカッターは帯状体に接触せず、帯状体の搬送が容易となる。
【０００９】
上記切断装置において、上記ローラーカッターは、上記回転軸が上記帯状体の搬送方向に対して斜めになるように配置されていてもよい。上記切断装置では、帯状体を搬送しながら螺旋状に形成された切断刃によって徐々に切断するため、帯状体の搬送方向に対してローラーカッターの回転軸が垂直であると、切断面は搬送方向に対して斜めになり、長方形又は正方形のシート（切断物）を切り出すことができない。これに対し、ローラーカッターを、その回転軸が帯状体の搬送方向に対して斜めになるように配置することにより、切断面が搬送方向に対して垂直になるように調整でき、長方形又は正方形のシートを切り出すことが可能となる。
【００１０】
上記切断装置において、上記切断刃は、その刃先が上記帯状体に接した時点での上記帯状体の表面と、上記切断刃の進行方向側の面との成す角度が、上記帯状体の搬送方向の逆側において４５°以上９０°未満となるように形成されていてもよい。上記条件を満たすように切断刃を設けることにより、搬送されている帯状体の流れに逆らわずに切断刃を当てることができるため、帯状体の切断面でのバリの発生をより十分に抑制することができる。また、切断刃に応力が生じにくくなり、切断刃の寿命を長くすることができる。
【００１１】
上記切断装置において、上記受け具は、上記切断刃と噛合する受け刃を有していてもよい。これにより、帯状体をよりスムーズに切断することができ、帯状体の切断面でのバリの発生をより十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、マシンサイクルタイムを低減できるとともに、バリ及びシワの発生を抑制できる、蓄電装置用の帯状体の切断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の切断装置における切断ユニットの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の切断装置における切断ユニットの他の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】切断ユニットにより帯状体を切断する際の一連の動きを説明する説明図である。
【図４】本発明の切断装置の一実施形態を示す側面図である。
【図５】ローラーカッターと帯状体との配置関係の一例を示す上面図である。
【図６】ローラーカッターの切断刃の刃先が帯状体に接した状態を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の切断装置における切断ユニットの一実施形態を示す斜視図である。図１に示すように、切断ユニット１００は、ローラーカッター１０と、該ローラーカッター１０に対向して固定配置された板状の受け具２０とで構成されている。ローラーカッター１０は、回転軸Ａ周りに回転可能なドラム状のローラー本体１２と、該ローラー本体１２の外周面上に螺旋状に形成された切断刃１４とを有している。また、ローラー本体１２は、切断刃１４の根本部分が盛り上がったカム形状を有している。ローラーカッター１０は、その回転駆動を行う駆動装置（図示せず）に接続されている。一方、受け具２０は、板状の支持部材２２と、該支持部材２２の表面に溝状に形成された、切断刃１４と噛合する受け刃２４とを有している。
【００１６】
帯状体４０は、図１中の矢印Ｂの方向に搬送され、ローラーカッター１０と受け具２０との間で、切断刃１４と受け刃２４との噛み合わせにより切断される。このとき、帯状体４０は、ローラーカッター１０の回転に合わせて徐々に切断される。すなわち、螺旋状に形成された切断刃１４の一端側（図１中の右奥側）が帯状体４０に接触して切断が始まり、ローラーカッター１０の回転とともに切断が進み、切断刃１４の他端側（図１中の左手前側）において切断が完了する。なお、ローラーカッター１０及び受け具２０の幅（回転軸Ａ方向の長さ）は、通常、帯状体４０の幅よりも大きくなるように設計される。
【００１７】
図２は、本発明の切断装置における切断ユニットの他の一実施形態を示す斜視図である。図２に示した切断ユニット２００は、図１に示したものと同様のローラーカッター１０と、該ローラーカッター１０に対向して配置されたドラム状の受け具３０とで構成されている。受け具３０は、ドラム状の支持部材３２と、該支持部材３２の表面に溝状に形成された、切断刃１４と噛合する受け刃３４とを有している。この受け刃３４は、支持部材３２の外周面上に螺旋状に形成されている。受け具３０は、その回転駆動を行う駆動装置（図示せず）に接続されており、ローラーカッター１０の回転と同期して回転する。そして、切断ユニット２００においても、切断ユニット１００の場合と同様に、ローラーカッター１０と受け具３０との間で、切断刃１４と受け刃３４との噛み合わせにより帯状体４０が切断される。
【００１８】
ローラー本体１２及び支持部材２２，３２の材質としては特に制限されないが、金属及び硬質ゴム等が挙げられる。また、切断刃１４及び受け刃２４，３４の材質としては特に制限されないが、金属等が挙げられる。
【００１９】
ローラー本体１２のカム形状は特に制限されず、ローラー本体１２の表面における切断刃１４の根元部分の回転軸Ａからの距離が、他の部分の回転軸Ａからの距離よりも長くなるように突出していればよい。切断刃１４の根本部分の突出が大きいほど、切断時に帯状体４０に対してより大きなテンションを掛けることができる。帯状体４０に適度なテンションを掛けて、シワが発生することを十分に抑制する観点から、切断刃１４の根本部分の回転軸Ａからの距離は、他の突出してない部分の回転軸Ａからの距離の１．２倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましく、２．０倍以上であることが特に好ましい。一方、帯状体４０に過剰なテンションが掛かることを抑制する観点から、切断刃１４の根本部分の回転軸Ａからの距離は、他の突出してない部分の回転軸Ａからの距離の４．０倍以下であることが好ましく、３．０倍以下であることがより好ましい。
【００２０】
切断刃１４の螺旋のピッチは特に制限されないが、ローラー本体１２の外周面を切断刃１４が一周以上していると、切断刃１４が常に帯状体４０に接触した状態となるため好ましくない。切断刃１４が帯状体４０に接しない状態で、所望の長さの帯状体４０を搬送できるようにする観点から、ローラー本体１２の周方向において切断刃１４の一端から他端までが形成されている領域は、ローラー本体１２の２／３周以下であることが好ましく、半周以下であることがより好ましい。一方、帯状体４０のスムーズな切断を行う観点から、ローラー本体１２の周方向において切断刃１４の一端から他端までが形成されている領域は、ローラー本体１２の１／５周以上であることが好ましく、１／４周以上であることがより好ましい。
【００２１】
帯状体４０は、例えば、集電体となる長尺の金属箔と、該金属箔の片面又は両方に形成された電極活物質を含む活物質層とが積層された構造を有する。活物質層は、例えば、金属箔の表面に電極活物質を含むペースト又はゲルを塗工した後、乾燥及び圧延等の処理を施すことで形成される。活物質層は、金属箔の全面に形成されていてもよく、間欠塗工等の方法により所定の間隔を空けて形成されていてもよい。
【００２２】
帯状体４０は、蓄電装置の電極として使用するものである。蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタが挙げられる。帯状体４０を構成する金属箔及び電極活物質としては、作製する蓄電装置に対応する材料が用いられる。
【００２３】
例えば、蓄電装置がリチウムイオン二次電池の場合、金属箔としては、銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔等が挙げられる。負極活物質としては、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。正極活物質としては、複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。また、活物質層は、上記電極活物質のほかに、バインダを含んでいてもよい。バインダとしては、ＰＴＦＥディスパージョン、カルボキシメチルセルロース、スチレンンブタジエンゴム及びＰＶＤＦ、並びに、これらの２種以上を混合したもの等が挙げられる。
【００２４】
金属箔の厚みは、通常、５〜３０μｍであり、好ましくは１０〜２０μｍである。活物質層の厚みは片面が、通常、３０〜１００μｍであり、好ましくは５０〜８０μｍである。
【００２５】
切断ユニット１００，２００においては、帯状体４０の金属箔と活物質層とが積層された部分を切断してもよいし、活物質層が所定の間隔を空けて形成されている場合には、活物質層が形成されていない金属箔のみの部分を切断してもよい。
【００２６】
なお、帯状体４０は、金属箔のみからなるものであってもよい。この場合、切断後に活物質層が形成される。
【００２７】
図３（ａ）〜（ｅ）は、切断ユニット１００により帯状体を切断する際の一連の動きを説明する説明図（端面図）である。図３（ａ）に示すように、ローラーカッター１０の切断刃１４が上方（帯状体４０とは逆方向）を向いている場合、ローラーカッター１０は帯状体４０と非接触の状態となっている。ローラーカッター１０が回転して切断刃１４が帯状体４０の方に向かうと、図３（ｂ）に示すようにローラーカッター１０は帯状体４０と接触し、帯状体４０を押し下げる。次いで、図３（ｃ）に示すように、ローラーカッター１０の切断刃１４と受け具２０の受け刃２４とが噛み合わされ、帯状体４０が切断される。このとき、ローラー本体１２がカム形状を有していることにより、図３（ｂ）の状態から図３（ｃ）の状態にかけて、帯状体４０は下方に押し下げられてテンションが掛かる。そのため、切断時に帯状体４０がよれてシワが生じることが抑制される。図３（ｄ）に示すように切断が完了すると、切り離されたシート（切断物）４２はそのままローラーカッター１０の回転によって押し出され、目的物として回収される。なお、上記切断中でも、帯状体４０は停止することなく矢印Ｂの方向に搬送され、図３（ｅ）に示すように、次の切断が再び行われる。このようにして、帯状体４０の切断が連続的に行われる。
【００２８】
本発明の切断装置において、切断ユニット１００，２００以外の構成は特に限定されない。図４は、本発明の切断装置の一実施形態を示す側面図である。図４に示した切断装置５００は、長尺の帯状体４０を巻き取ったリール５０と、帯状体４０を搬送するガイドローラー５２，５４，５６，５８，６０と、切断ユニット１００と、切断されたシート４２を搬送する傾斜台７０と、切断されたシート４２を回収する回収トレイ７２と、を備えている。また、図示していないが、切断装置５００は、リール５０、ガイドローラー５２，５４，５６，５８，６０、及び、ローラーカッター１０のそれぞれの回転駆動を行う駆動装置を備えている。ガイドローラー５２，５４，５６，５８，６０は、少なくとも鋼製のローラの表面にクロムメッキで耐摩耗性を持たせたもので形成されていることが好ましいが、外表面が硬質ゴム等の弾性体で覆われたようなものでもよい。
【００２９】
切断装置５００では、リール５０から巻き出された帯状体４０がガイドローラー５２，５４，５６，５８，６０によって切断ユニット１００に搬送される。切断ユニット１００において、上述したように帯状体４０の切断が行われ、切断されたシート４２は自重によって傾斜台７０を滑り落ち、回収トレイ７２に回収される。このようにして、所望の寸法に切断されたシート４２を得ることができる。このシート４２は、蓄電装置の電極として用いられる。
【００３０】
上述した切断ユニット１００，２００では、帯状体４０を搬送しながら螺旋状に形成された切断刃１４によって徐々に切断するため、帯状体４０の搬送方向Ｂに対してローラーカッター１０の回転軸Ａが垂直であると、切断面は搬送方向Ｂに対して斜めになり、切断後のシート４２の平面形状は、直角を有しない（長方形及び正方形以外の）平行四辺形となる。切断後のシート４２の平面形状は、ローラーカッター１０の回転速度、切断刃１４の螺旋のピッチ、及び、帯状体４０の搬送速度に依存し、それぞれ回転速度を速く、螺旋のピッチを長く、搬送速度を遅くすることで、平面形状は長方形又は正方形に近づく。これらの条件は、適宜調整することができる。
【００３１】
また、ローラーカッター１０を、その回転軸Ａが帯状体４０の搬送方向Ｂに対して斜めになるように配置することにより、切断面が搬送方向Ｂに対して垂直になるように調整することができ、長方形又は正方形のシート４２を切り出すことが可能となる。図５は、ローラーカッター１０と帯状体４０との配置関係の一例を示す上面図である。図５に示すように、ローラーカッター１０の回転軸Ａが帯状体４０の搬送方向Ｂに対して斜めになるように、ローラーカッター１０を配置することができる。このとき、図５に示すように、ローラーカッター１０は、切断刃１４において帯状体４０の切断を開始する一端側が帯状体４０の搬送方向の上流側となり、切断刃１４において帯状体４０の切断を完了する他端側が帯状体４０の搬送方向の下流側となるように配置する。また、受け具２０，３０も、ローラーカッター１０に合わせて帯状体４０の搬送方向Ｂに対して斜めに配置される。ローラーカッター１０の回転軸Ａと帯状体４０の搬送方向Ｂとの成す角度（鋭角）θ１は、切断後のシート４２が長方形又は正方形等の所望の形状となるように適宜調整され、その範囲は特に限定されないが、切断をスムーズに行う観点から、通常は４５°以上９０°未満であり、好ましくは６０°以上９０°未満である。長方形又は正方形の平面形状を有するシート４２を切り出すには、帯状体４０の切り始めから切り終わりまでの間に帯状体４０が矢印Ｂの方向へ移動する移動距離が、（帯状体４０の幅Ｗ× ｔａｎθ１）の値、すなわち図中のＸの値と一致するように調節すればよい。この条件を満たすように、ローラーカッター１０の回転速度、切断刃１４の螺旋のピッチ、帯状体４０の搬送速度、及び、角度θ１が調整される。
【００３２】
ローラーカッター１０の回転速度と、帯状体４０の搬送速度とは、帯状体４０の切断時においては一致させることが好ましい。両者の速度は、非切断時においては異なっていてもよい。例えば、帯状体４０の搬送速度は常に一定とし、ローラーカッター１０の回転速度のみを切断時と非切断時とで変えてもよい。
【００３３】
ローラーカッター１０において、切断刃１４は、図１及び図２等に示すように切断刃１４が設けられたローラー本体１２表面の接線方向に延びていてもよいし、上記法線方向から傾いていてもよい。図６は、ローラーカッター１０の切断刃１４の刃先が帯状体４０に接した状態を示す端面図である。図６に示したローラーカッター１０において、切断刃１４は上記法線方向から傾いた状態となっている。切断刃１４は、帯状体４０の表面と、切断刃１４の進行方向側の面Ｆとの成す角度θ２が、帯状体４０の搬送方向Ｂの逆側において４５°以上９０°未満となるように形成されていることが好ましい。また、この角度は、６０°以上９０°未満であることがより好ましい。上記条件を満たすように切断刃１４を設けることにより、搬送されている帯状体４０の流れに逆らわずに切断刃１４を当てることができるため、帯状体４０の切断面でのバリの発生をより十分に抑制することができるとともに、切断刃１４に過剰な応力が掛かりにくいため、切断刃１４の寿命を長くすることができる。
【００３４】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００３５】
例えば、上記実施形態では、受け具２０，３０が受け刃２４，３４を備える場合について説明したが、受け刃２４，３４は必須ではない。例えば図１において、受け具２０は、溝のない支持部材２２のみで構成された板状の部材であってもよいし、図２において、受け具３０は、溝のない支持部材３２のみで構成されたドラム状の部材であってもよい。また、受け具３０が、支持部材３２のみで構成された部材である場合、当該部材は回転させずに固定していてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０…ローラーカッター、１２…ローラー本体、１４…切断刃、２０，３０…受け具、２２，３２…支持部材、２４，３４…受け刃、４０…帯状体、１００，２００…切断ユニット、５００…切断装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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