(57)【要約】【課題】合成樹脂製シートを切断する加熱式切断刃の温度を均一化する。【解決手段】  切断刃１は、細長い形状をなす本体部２０と、本体部２０と一体に形成された２つの刃部２１，２２と、を備える。本体部２０は、底面３８に凹部４０を有し、この凹部４０を挟むようにして刃部２１，２２が本体部２０の底面３８から突出して形成されている。本体部２０の内部には、切断刃１を加熱するヒータ６２と、温度を計測する熱電対６４と、が設けられている。刃部２１，２２は、本体部２０を介してヒータ６２の熱を受け所定の温度に加熱される。本体部２０及び刃部２１，２２に、放熱を抑制するセラミック断熱層７０が設けられている。本体部２０は、設備取付面３６を除く全ての面がセラミック断熱層７０によって覆われており、刃部２１，２２は、刃先５６を除く領域にセラミック断熱層７０が連続して設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断装置の可動部に取り付けられる設備取付面を有し、かつ細長い形状をなす金属製の本体部と、
この本体部の内部もしくは隣接した位置に設けられるヒータと、
上記本体部の上記の設備取付面とは反対側となる面に、該本体部の長手方向に沿って形成され、上記本体部を介して上記ヒータの熱を受ける刃部と、
上記本体部の側面及び端面に設けられた耐熱性断熱層と、
を備えてなる、加熱式切断刃。
【請求項２】
上記設備取付面が断熱部材を介して上記切断装置の可動部に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の加熱式切断刃。
【請求項３】
上記刃部の刃先を除く領域に上記耐熱性断熱層が連続して設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱式切断刃。
【請求項４】
上記耐熱性断熱層がセラミック材料の塗膜からなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加熱式切断刃。
【請求項５】
上記断熱部材はセラミック製断熱プレートである、ことを特徴とする請求項２に記載の加熱式切断刃。
【請求項６】
電池の合成樹脂製セパレータの切断に用いられる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加熱式切断刃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成樹脂製シート等を切断する加熱式切断刃に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等のフィルム外装電池として、シート状の正極及び負極をセパレータとともに複数積層してなる発電要素を、ラミネートフィルムからなる外装体内に電解液とともに収容したものが知られている。セパレータは、ポリエチレン等の合成樹脂製シートからなり、帯状に連続したシート状部材から所定の形状に切断される。特許文献１には、セパレータを切断する方法として、ヒータにより加熱される切断刃を用いた切断方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２９０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような加熱式切断刃によって切断されるセパレータ等の切断品質は、切断刃の温度によって大きく左右されるが、加熱した切断刃の温度は、外気による冷却作用を受けるため不均一になり易く、温度管理が難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明における加熱式切断刃は、ヒータにより加熱される本体部と、本体部を介してヒータの熱を受ける刃部と、を備え、本体部の側面及び端面に耐熱性断熱層が設けられている。
【０００６】
このような構成では、ヒータの熱が本体部を介して刃部に伝わり、この熱により合成樹脂材製シート等の被加工物が切断される。本体部の側面及び端面に設けられた耐熱性断熱層により、本体部からの放熱が抑制される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、本体部からの放熱が効果的に抑制されるため、刃部の各部の温度が均一となり、切断刃の温度管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る加熱式切断刃を備えた切断装置の概略図。
【図２】セパレータの切断状態を示す切断装置の概略図。
【図３】セパレータの切断状態を示す加熱式切断刃の斜視図。
【図４】加熱式切断刃の斜視図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った加熱式切断刃の断面図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った刃部の断面図。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った加熱式切断刃の横断面図。
【図８】切断刃の刃先温度の測定箇所を示す図。
【図９】切断刃の平均刃先温度の時間的な変化を示すグラフであり、（ａ）は比較例、（ｂ）は本実施例を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の一実施例を詳細に説明する。
【００１０】
図１，２は、加熱式切断刃１を備えた切断装置２を概略的に示している。なお、図１は切断動作前の状態を示し、図２は切断時の状態を示している。切断刃１は、合成樹脂製のシートを切断するために用いられる。本実施例では、合成樹脂製のシートは、リチウムイオン二次電池等のフィルム外装電池に用いられるセパレータ４である。セパレータ４は、帯状に連続したシート状部材６から切断され、シート状の正極及び負極とともに複数積層されて発電要素を構成する。この発電要素を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体内に収容することによりフィルム外装電池が形成される。
【００１１】
切断装置２は、シート状部材６を支持しかつ搬送するためのドラム１０と、ドラム１０に対向して配置されたフレーム１２と、このフレーム１２内に配置された可動部であるプランジャ１４と、プランジャ１４の先端面１４ａに断熱プレート１６を介して取り付けられた切断刃１と、を備える。
【００１２】
切断刃１は、本体部２０と、この本体部２０と一体に形成された２つの刃部２１，２２と、を備える。ドラム１０は、円柱形をなしており、その外周面がシート状部材６を支持する支持面１０ａとなっている。ドラム１０は、図示しない駆動装置によって回転駆動され、シート状部材６を支持面１０ａ上に保持しながら搬送する。支持面１０ａには、切断時に刃部２１，２２をそれぞれ受ける２つの溝部１０ｂが形成されている。各々の溝部１０ｂは、刃部２１，２２に対応する所定の幅及び深さを有している。プランジャ１４及びフレーム１２は、図示せぬシリンダ機構によって個々に上下方向に昇降する。フレーム１２は、支持面１０ａの接線方向に延びるガイド部２４を有する。ガイド部２４は、刃部２１，２２が通過する２つのスリット２４ａを有する。
【００１３】
図３は、本実施例の切断刃１によりシート状部材６から切断されたセパレータ４を示している。シート状部材６は、例えばポリエチレンやポリエステル等の熱可塑性樹脂から形成され、例えば、２５μｍ程度の厚さを有する。このシート状部材６は、ロール状に巻かれている。ロールから引き出されたシート状部材６は、第１の切断線２６ａ及び第２の切断線２６ｂに沿って、セパレータ４と、廃材２８と、に切断される。セパレータ４は、第１の切断線２６ａに沿って切断された一方の辺４ａが直線状をなしており、第２の切断線２６ｂに沿って切断された他方の辺４ｂの中間部分にタブ４ｃを有している。第１の切断線２６ａは切断刃１の第１の刃部２１によって形成され、第２の切断線２６ｂは第２の刃部２２によって形成される。
【００１４】
図１，２に示すように、シート状部材６はロールから引き出されて、ドラム１０の支持面１０ａ上に配置される。プランジャ１４及びフレーム１２は図示せぬシリンダ機構によって駆動されてドラム１０に向けてそれぞれ下降し、これに伴って切断刃１及びガイド部２４が図２に示す切断位置までそれぞれ下降する。このとき、ガイド部２４はドラム１０との間にシート状部材６を保持し、刃部２１，２２はスリット２４ａを通してシート状部材６に接触する。所定の温度に加熱された刃部２１，２２は、刃先５６がドラム１０の溝部１０ｂにそれぞれ入り込むまで押し込まれる。従って、熱により軟化したシート状部材６が、セパレータ４と、廃材２８と、に切断される。その後、ドラム１０の回転に伴ってセパレータ４が搬送される。
【００１５】
次に、図４〜７を参照して、加熱式切断刃１の詳細を説明する。
【００１６】
前述したように、切断刃１は、本体部２０と、この本体部２０と一体に形成された第１の刃部２１及び第２の刃部２２と、を備える。本体部２０は、刃部２１，２２と同一もしくは異種の金属から形成され、細長い棒状の形状をなしている。この本体部２０は、一対の端面３２と、一対の端面３２の間において長手方向に連続した一対の側面３４ａ，３４ｂと、上面つまり設備取付面３６と、底面３８と、を備える。本体部２０の長手方向の寸法は、セパレータ４の幅よりも大きく設定されている。さらに、底面３８は、側面３４ａ，３４ｂの中間に形成された凹部４０を有する。この凹部４０は、一対の端面３２の間に亘って長手方向に連続している。図５に示すように、凹部４０は、互いに対向する一対の内側面４２及び天井面４４を有しており、天井面４４は設備取付面３６及び底面３８と平行をなしている。
【００１７】
図４に示すように、凹部４０を挟むようにして第１の刃部２１及び第２の刃部２２が底面３８から突出して形成されている。各々の刃部２１，２２は、本体部２０の一対の端面３２の間に亘って長手方向に連続している。図５に示すように、第１の刃部２１は、本体部２０の一方の側面３４ａ側に設けられ、第２の刃部２２は、他方の側面３４ｂ側に設けられている。各々の刃部２１，２２は、端面５０、内側面５２及び外側面５４を有する。端面５０は本体部２０の端面３２と連続し、内側面５２は凹部４０の内側面４２と連続している。外側面５４は本体部２０の側面３４ａ，３４ｂよりも凹部４０の内側面４２寄りに位置している。各々の刃部２１，２２は、断面三角形をなし、鋭利な刃先５６を有している。
【００１８】
図６に示すように、第１の刃部２１と第２の刃部２２とは基本的に互いに平行をなすように配置されている。第１の刃部２１は直線状に延びており、第２の刃部２２は中央部分にタブ４ｃを形成するためのタブ形成部５８を有している。つまり、第２の刃部２２は、３つの直線状部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなり、これらが屈曲部２２ｄ，２２ｅを介して連続している。タブ形成部５８となる中央の直線状部分２２ｂは、第１の刃部２１に近接して位置している。
【００１９】
図５に示すように、本体部２０の内部には、切断刃１を加熱する一対のヒータ６２が設けられている。本実施例では、各々のヒータ６２は棒状のカートリッジヒータからなる。一対のヒータ６２は、設備取付面３６と底面３８との間の略中間に配置されている。また、図７に示すように、一対のヒータ６２は、互いに平行をなすように本体部２０の長手方向に沿って配置されている。さらに、ヒータ６２の上方において、本体部２０の温度を計測する熱電対６４が本体部２０内に設けられている。ヒータ６２及び熱電対６４は温調器６６に電気的に接続されている。温調器６６は、熱電対６４からの検出温度に基づいてヒータ６２への通電をフィードバック制御する。また、ヒータ６２の下方でかつ刃部２１，２２の直上には図示せぬヒートパイプをそれぞれ収容する一対の挿通孔６８が設けられている（図５）。
【００２０】
平坦に機械加工された設備取付面３６には、図１に示したように、本体部２０からの放熱を抑制する前述した断熱プレート１６が配置される。この断熱プレート１６は、セラミックから形成されており、設備取付面３６の外形状に対応した矩形の板状をなしている。断熱プレート１６の厚さは、例えば、約１０ｍｍである。この断熱プレート１６を介して、設備取付面３６が切断装置２の可動部であるプランジャ１４に取り付けられる。
【００２１】
図４〜６に示すように、本体部２０及び刃部２１，２２には、放熱を抑制するセラミック断熱層７０が設けられている。セラミック断熱層７０は、セラミック材料を含む塗膜からなる。セラミック断熱層７０は、本体部２０の両側面３４ａ，３４ｂ、両端面３２、底面３８、凹部４０の内側面４２及び天井面４４に設けられている。つまり、設備取付面３６を除く本体部２０の全ての面がセラミック断熱層７０によって覆われている。さらに、刃部２１，２２の刃先５６を除く領域にセラミック断熱層７０が連続して設けられている。具体的には、刃先５６を除く刃部２１，２２の両端面５０、内側面５２及び外側面５４にセラミック断熱層７０が設けられている。刃部２１，２２におけるセラミック断熱層７０を設けていない領域は、セパレータ４に対する刃先５６の入り込み量との関係で定まり、例えば、刃部２１，２２の先端から約３ｍｍの領域である。
【００２２】
セラミック断熱層７０は、例えば、０．３ｍｍ程度の厚さを有している。本体部２０及び第１の刃部２１に設けたセラミック断熱層７０の厚さは各部で均一である。一方、第２の刃部２２では、外気による冷却作用を受け易い中央の直線状部分２２ｂ及び屈曲部２２ｄ，２２ｅにおいてセラミック断熱層７０を相対的に僅かに厚くしている。
【００２３】
次に、上記のようにセラミック断熱層７０を設けた実施例の第１の刃部２１及び第２の刃部２２の刃先温度の測定結果について説明する。図８は実験で用いた刃部２１，２２の刃先温度の測定箇所を示している。図９は、刃部２１，２２の平均刃先温度の時間的な変化を示しており、（ａ）はセラミック断熱層７０を具備しない比較例を示し、（ｂ）はセラミック断熱層７０を設けた実施例を示している。ここで、平均刃先温度とは、刃部２１，２２の全測定箇所（ＣＨ１〜ＣＨ１０）の平均温度を示している。
【００２４】
図８に示すように、刃部２１，２２の刃先温度を長手方向の各５箇所（ＣＨ１〜ＣＨ５及びＣＨ６〜ＣＨ１０）においてそれぞれ測定した。ＣＨ１，６は刃部２１，２２の一方の端面５０寄りの位置であり、ＣＨ５，１０は他方の端面５０寄りの位置であり、ＣＨ３，８は刃部２１，２２の中間部である。また、ＣＨ７，９は、第２の刃部２２の屈曲部２２ｄ，２２ｅであり、ＣＨ２，４は、第１の刃部２１の屈曲部２２ｄ，２２ｅに対応した位置である。
【００２５】
図９に示すように、比較例では、温調器６６による通電制御により、平均刃先温度は約２〜３分間隔で設定温度に対して５°Ｃ程度上昇及び下降を繰り返しており、時間的な温度のばらつきが生じている。これに対し、本実施例では、平均刃先温度は設定温度付近でほぼ一定に保たれている。このように、本実施例では、セラミック断熱層７０による放熱抑制によって、刃先温度がより安定的に設定温度に維持される。
【００２６】
さらに、本実施例では、セラミック断熱層７０による放熱抑制により、比較例と比べて、加熱開始後、設定温度までの上昇時間が相対的に速くなることが確認された。
【００２７】
また、比較例では、第１の刃部２１及び第２の刃部２２の双方とも、各測定箇所において±５°Ｃ以上の温度のばらつきが見られた。特に、第１の刃部２１の刃先温度は、端面５０付近（ＣＨ１及びＣＨ５）において低く、第２の刃部２２の刃先温度は、いずれの測定箇所（ＣＨ６〜ＣＨ１０）においても設定温度より１０°Ｃ程度低かった。これに対し、本実施例では、第１の刃部２１及び第２の刃部２２の刃先温度は、各測定箇所における温度のばらつきが減少し、全ての測定箇所において設定温度付近の温度を示す結果となった。
【００２８】
以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。
【００２９】
本実施例では、切断刃１は２つの刃部２１，２２を有しているが、本発明は、単一の刃部を有する切断刃にも適用することができる。
【００３０】
また、本実施例では、ヒータ６２は、本体部２０の内部に設けられているが、これに限定されず、本体部２０に隣接した位置、例えば、設備取付面３６上に設けてもよい。
【００３１】
さらに、セラミック断熱層７０をセラミック製のプレートから構成し、本体部２０及び刃部２１，２２の各面に取り付けてもよい。
【００３２】
また、一般に、本体部２０の端面３２や刃部２１，２２の端面５０は、外気による冷却作用を受け易い。従って、これらの部位におけるセラミック断熱層７０を、他の部位に比較して相対的に厚くするようにしてもよい。
【００３３】
なお、本発明においては、本体部２０の側面３４ａ，３４ｂ及び端面３２がセラミック断熱層７０によって「完全に」覆われていることは必須ではなく、例えば、セラミック材料の塗布の際に必要な治具によるセラミック断熱層７０の部分的な欠損や、他の要因による一部の欠損は、本発明の趣旨を逸脱するものではない。
【符号の説明】
【００３４】
１  加熱式切断刃
２０  本体部
２１，２２  刃部
６２  ヒータ
７０  セラミック断熱層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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