(57)【要約】      （修正有）【課題】電極シートの活物質層に存在する金属異物を高い検出感度を以て検出できる異物検査システム及び異物検査方法の提供。【解決手段】走行する電極シート１に対して活物質層の表面に接触するように給電ローラ２ａを設置し、集電箔と接触するように接地ローラ６を配置する。前記給電ローラから前記活物質層にほぼ一様に分布した電流が流入し、前記活物質層を通って集電箔に流れ込む。前記電極シートの金属異物が存在する欠陥部位が前記給電ローラを通過すると、その欠陥部位に高レベルの電流が局所的に流れ、集電箔中には、電流がほぼ放射状に拡がる特異的な電流分布が形成される。この特異的な電流分布の発生に応じて周辺には特異的な形態の磁束分布が発生する。特異的な形態の磁界を前記給電ローラの近傍に配置した磁気センサアレイ４により検出し、検出された磁界の変化に基づいて金属異物を特定する。【選択図】図１
2019075290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電箔上に正極又は負極活物質層が形成されている電極シートについて、走行中の電極シートの活物質層に存在する金属異物を検出する異物検査システムであって、
走行する電極シートの活物質層と接触するように配置され、活物質層に電流を供給する給電ローラと、  
走行する電極シートの集電箔と接触するように配置され、集電箔を基準電位に接続する接地手段と、  
前記給電ローラに接続した電流源と、
前記給電ローラの近傍に配置され、給電ローラの長手方向に沿って配列された複数の磁気センサを有する磁気センサアレイと、
磁気センサアレイから出力される出力信号を用いて金属異物を検出する信号処理装置とを具え、
前記給電ローラから、走行する電極シートの活物質層と給電ローラとの間に形成される接触エリアを介して活物質層に電流が流入し、流入した電流は活物質層を通って集電箔に流れ込み、 
前記磁気センサは、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に形成される磁界を検出し、
前記信号処理装置は、磁気センサにより検出された磁界の変化に基づいて金属異物を特定することを特徴とする異物検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の異物検査システムにおいて、電極シートの金属異物が存在する欠陥部位が前記給電ローラを通過すると、当該欠陥部位に高レベルの電流が局所的に流れ、この高レベル電流に起因して給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に特異的な形態の磁界が形成され、
前記磁気センサは、金属異物に起因して発生する特異的な形態の磁界を検出することを特徴とする異物検査システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の異物検査システムにおいて、前記信号処理装置は、電極シートの金属異物が存在する欠陥部位が給電ローラを通過する際に検出される磁界と電極シートの正常部位が給電ローラを通過する際に検出される磁界との時間的又は空間的な変化に基づいて金属異物を特定することを特徴とする異物検査システム。
【請求項４】
請求項３に記載の異物検査システムにおいて、前記信号処理装置は、電極シートの金属異物が存在する欠陥部位が給電ローラを通過する際に検出される磁界と、当該欠陥部位が給電ローラから離れ隣接する正常な部位が給電ローラと接触した時に検出される磁界との差異を検出することを特徴とする異物検査システム。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、  前記磁気センサアレイは、電極シートの走行方向と直交する方向に見て、給電ローラを基準にして接地手段の配置位置とは反対側に配置したことを特徴とする異物検査システム。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記接地手段は、集電箔と接触回転すると共に基準電位に接続した接地ローラとして構成され、
前記接地ローラは、電極シートの走行方向において、給電ローラよりも上流側に配置されると共に、磁気センサアレイは給電ローラの下流側に配置され、
前記磁気センサは、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に形成される磁界を給電ローラよりも下流側から検出することを特徴とする異物検査システム。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記電流源として直流定電圧源を用いることを特徴とする異物検査システム。
【請求項８】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記電流源として交流電源を用いることを特徴とする異物検査システム。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記給電ローラと対向するように、ローラ表面が電気的絶縁性の絶縁ローラが配置され、電極シートは給電ローラと絶縁ローラとの間に挟まれながら走行することを特徴とする異物検査システム。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記給電ローラとして、電極シートの製造システム内に配置され、走行する電極シートの活物質層の表面を平坦化する平坦化ローラないしプレスローラを用いることを特徴とする異物検査システム。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記信号処理装置は、磁気センサにより検出された磁界の時間的変化を検出する手段及び／又は空間的変化を検出する手段を有することを特徴とする異物検査システム。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記磁気センサは、第１の方向の磁界成分を検出する第１のセンサ、及び、第１の方向とは異なる第２の方向の磁界成分を検出する第２のセンサとを有し、
前記信号処理装置は、前記第１及び第２のセンサからの出力を用いて磁界ベクトルを算出する手段を有し、算出された磁界ベクトルに基づいて異物判定を行うことを特徴とする異物検査システム。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の異物検査システムにおいて、前記磁気センサからの出力信号を磁界検出回路に供給し、磁界検出回路は同期検波方式により磁界検出信号を形成することを特徴とする異物検査システム。
【請求項１４】
集電箔上に正極又は負極活物質層が形成されている電極シートについて、走行中の電極シートの活物質層に存在する金属異物を検出する異物検査システムであって、
走行する電極シートの活物質層と接触するように配置され、活物質層に電流を供給する給電ローラと、
走行する電極シートの集電箔と接触するように配置され、集電箔を基準電位に接続する接地手段と、
前記給電ローラに接続した電流源と、
前記給電ローラの近傍であって、電極シートの走行方向の給電ローラよりも下流側及び上流側にそれぞれ配置され、前記給電ローラの長手方向に沿って配列された複数の磁気センサを有する第１及び第２の磁気センサアレイと、
前記第１の磁気センサアレイから出力される出力信号を用いて金属異物を検出し、第２の磁気センサアレイから出力される出力信号を用いて活物質層の膜厚ムラを検出する信号処理装置とを具え、
前記給電ローラから、走行する電極シートの活物質層と給電ローラとの間に形成される接触エリアを介して活物質層に電流が流入し、流入した電流は活物質層を通って集電箔に流れ込み、
前記第１及び第２の磁気センサは、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に形成される磁界を検出し、
前記信号処理装置は、磁気センサにより検出された磁界の変化に基づいて金属異物を特定することを特徴とする異物検査システム。
【請求項１５】
集電箔上に正極又は負極活物質層が形成されている電極シートを走行させ、走行中の電極シートの活物質層に存在する金属異物を検出する異物検査方法であって、
走行する電極シートに対して、活物質層と接触回転するように給電ローラを配置する工程と、
走行する電極シートの活物質層の表面と給電ローラとの間に形成される接触エリアを介して、給電ローラから活物質層に電流を流入させ、活物質層を経て集電箔に電流を流す工程と、
前記給電ローラの長手方向に沿って配列された複数の磁気センサを有する磁気センサアレイを前記給電ローラの近傍に配置する工程と、
前記磁気センサアレイにより、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に形成される磁界を検出する工程と、
磁気センサにより検出された磁界の変化に基づいて金属異物を特定する工程とを有することを特徴とする異物検査方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の異物検査方法において、前記電極シートの金属異物が存在する欠陥部位が給電ローラを通過すると、当該欠陥部位に高レベルの電流が局所的に流れ、この高レベル電流に起因して給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に特異的な形態の磁界が形成され、
前記磁気センサは、金属異物に起因して発生する特異的な形態の磁界を検出することを特徴とする異物検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池の製造に用いられる電極シートに存在する金属異物を検出する異物検査システム及び異物検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池の製造工程において、活物質層（活物質合剤層）中に金属異物が混入したりイオン化していた金属が析出すると、電池性能を著しく低下させる不具合が発生する。特に、集電箔上に形成された活物質層中に金属異物が存在すると、デンドライトの発生要因となり、マイクロショートを誘発し、電池性能が劣化するだけでなく、重大な事故を引き起こすおそれがある。従って、リチウムイオン電池の製造に際し、金属異物の混入を防止するだけでなく、集電箔上に塗布された活物質層中に存在する金属異物を高精度に検出できる異物検査方法の開発が強く要請されている。
【０００３】
リチウムイオン電池の製造工程では、活物質、導電助剤及びバインダが溶媒と共に混合されてスラリーが形成され、このスラリーを銅箔やアルミニウム箔の集電箔上に塗工する。さらに、乾燥工程及びプレス処理による表面平滑化工程を経て正極又は負極用の電極シートが完成する。そして、正極電極シートと負極電極シートとをセパレータを介して積層し、電解液を含浸させることによりリチウムイオン電池が製造される。
【０００４】
、
リチウムイオン電池の製造工程において、ニッケル、銅、アルミ等の金属異物を検出する方法として、スラリーの流路を挟んで光源とラインセンサを対向配置し、スラリーから出射する透過光又は反射光を検出することにより、スラリー中に混入した金属異物を検出する方法が既知である（例えば、特許文献１参照）。この光学的検出方法では、スラリー中に存在する金属異物を検出できるものの、その後行われる塗工工程等で混入した金属異物が検出されないため、異物検出方法として不十分であった。すなわち、集電箔上に形成された活物質層中に存在する金属異物を検出していないため、電極シートの異物検査方法として満足し得るものではなかった。
【０００５】
燃料電池の電極構造体の製造に用いられる電極シートの厚さ方向の電気抵抗を検査する検査装置が既知である（例えば、特許文献２参照）。この既知の検査装置では、1対のローラ間に検査すべき電極シートを走行させ、一方のローラから電流を供給し、電極シートを通過して他方のローラに流れ込む電流量を検出することにより電極シートの厚さ方向の電気抵抗が求められている。この検査装置では、電極シートの厚さ方向の電気抵抗を検出しているため、リチウムイオン電池の電極シートの活物質層の金属異物の検査に適用した場合、活物質層の厚さ方向の電気抵抗の変化から金属異物を検出することが想定される。
【０００６】
さらに、電極シートの活物質層中に存在する金属異物を磁気的に検出する異物検出方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。この既知の異物検出方法では、磁気抵抗体に高周波電流を流して外部磁場を形成し、この外部磁場を検査すべき電極材料層に向けて接近させる。そして、磁気抵抗体に発生する抵抗値の変化に基づいて金属異物が検出されている。
【特許文献１】特開２０１２−１０９０２９号公報
【特許文献２】特開２０１３−３６７６８号公報
【特許文献３】特開２００５−１８３１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載された検査装置では、検査すべき電極シートを１対のローラ間を走行させ、一方のローラから電極シートを介して他方のローラに流れる電流量から厚さ方向の電気抵抗が測定されている。この電気抵抗測定方法は、ローラの長手方向には検出感度を有しないため、ローラ長手方向の抵抗値分布が検出できなかった。よって、この測定方法を金属異物の検出方法に適用した場合、金属異物が存在する部位の抵抗値が局所的に変化しても、ローラ長手方向にわたる抵抗値の平均値が検出されるだけである。従って、金属異物に起因する局所的な抵抗変化は全体の変動に埋もれてしまい、十分な検出感度が得られず実用化には不向きであった。
【０００８】
特許文献３に記載された異物検出方法では、外部磁場中に金属異物が存在しても、発生する渦電流が小さ過ぎ、磁気センサの感度が不足し、金属異物を高精度に検出できない欠点があった。  
【０００９】
本発明の目的は、電極シートの活物質層の内部に存在する金属異物を高い検出感度を以て検出できる異物検査システム及び異物検査方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による異物検査システムは、集電箔上に正極又は負極活物質層が形成されている電極シートについて、走行中の電極シートの活物質層に存在する金属異物を検出する異物検査システムであって、
走行する電極シートの活物質層と接触するように配置され、活物質層に電流を供給する給電ローラと、  
走行する電極シートの集電箔と接触するように配置され、集電箔を基準電位に接続する接地手段と、  
前記給電ローラに接続した電流源と、
前記給電ローラの近傍に配置され、給電ローラの長手方向に沿って配列された複数の磁気センサを有する磁気センサアレイと、
磁気センサアレイから出力される出力信号を用いて金属異物を検出する信号処理装置とを具え、
前記給電ローラから、走行する電極シートの活物質層と給電ローラとの間に形成される接触エリアを介して活物質層に電流が流入し、流入した電流は活物質層を通って集電箔に流れ込み、 
前記磁気センサは、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に形成される磁界を検出し、
前記信号処理装置は、磁気センサにより検出された磁界の変化に基づいて金属異物を特定することを特徴とする。
【００１１】
活物質層の厚さ方向の導電率は、金属異物の導電率よりも約４桁ほど低い。従って、リチウムイオン電池の製造に用いられる電極シートの特有の構造的特徴は、金属箔の集電箔上に抵抗値が大きい導体である活物質層が形成された導電率の異なる２つの導体層の二重構造にある。一方、厚さが５０μｍ〜１００μｍ程度の活物質層中に数１０μｍ程度の大きさの金属異物が存在すると、その部位の厚さ方向の抵抗値は大幅に減少し、周囲の正常な領域よりも抵抗値の小さい微細な低抵抗エリアが形成される。従って、この低抵抗エリアが検出されれば、活物質層の内部に存在する金属異物を検出することができる。
【００１２】
本発明では、電流源に接続された給電ローラを活物質層と接触回転するように配置し、検査すべき電極シートを給電ローラと接触させながら走行させ、集電箔は接地ローラを介して接地する。この構成において、給電ローラと活物質層の表面とが接触してライン状の接触エリアが形成され、この接触エリアを介して給電ローラから活物質層に一様なレベル（給電ローラの長手方向に沿って均一なレベル）の電流が流入する。流入した電流は活物質層の厚さ方向に進行して集電箔に流れ込む。従って、走行する電極シートは、給電ローラと順次接触し、接触中に電流が供給され、接触エリアから離れると電流供給は終了し、隣接する新しい部分について電流供給が行われる。
【００１３】
電極シートの正常な部分が給電ローラと接触すると、活物質層から集電箔に安定した定常電流が流れる。活物質層の導電率は低いため、正常な部分が給電ローラと接触する際に流れる電流値は微小である。これに対して、活物質層中に金属異物が存在する欠陥部位が給電ローラと接触すると、金属異物の導電率は活物質層の導電率よりも約４桁高いため、定常電流よりも数桁大きな高レベル電流が流れ、特異的な電流分布が形成される。
【００１４】
活物質層を通って集電箔に流れ込む電流により、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に磁界が発生する。この磁界は、金属異物を含まない正常な活物質層が給電ローラを通過する場合活物質層を流れる電流量が微小であるため、非常に弱い磁界又は零レベルの磁界である。一方、活物質層を流れる電流が特異的な電流分布に変化すると、周辺に形成される磁界も電流分布の変化に対応して変化する。例えば、金属異物を含む欠陥部位が給電ローラを通過すると、金属異物が存在する微小な低抵抗エリアに高レベルの電流が集中的に流れ、高レベルの電流、すなわち正常な部分に流れる電流と比較してはるかに大きな電流が流れる。さらに、高レベル電流の発生に伴い、当該高レベル電流が流れる部位の周辺領域には、給電ローラの長手方向と直交する方向の磁界成分を含み周囲に張り出すような特異的な形態の磁界が局所的に発生する。よって、給電ローラの近傍に磁気センサアレイを配置することにより、金属異物に起因して発生する特異的な形態の磁界を検出することができる。従って、磁気センサからの出力信号の変化に基づいて金属異物を検出することができ、例えば正常な部位が給電ローラを通過する際に検出される磁界と金属異物を含む欠陥部位が給電ローラを通過する際に検出される磁界との変化に基づいて金属異物を検出することができる。また、特異的な形態の磁界の発生位置は、各磁気センサの配列情報により特定できるので、金属異物の横方向位置も特定でき、従って、一層高い検出感度をもって金属異物を検出することができる。
【００１５】
本発明による異物検査システムの好適実施例は、磁気センサアレイは、電極シートの走行方向と直交する方向に見て、給電ローラを基準にして接地手段の配置位置とは反対側に配置したことを特徴とする。本発明者による種々のシュミュレーション結果によれば、金属異物に起因して高レベルの電流が発生し、高レベル電流が集電箔中に流れ込むと、放射状に拡がる電流分布が形成されることが確認された。放射状に拡がる電流分布により、接地ローラ方向とは反対の方向や接地ローラ方向と直交する方向の電流が流れ、これらの電流は瞬時的に拡がった後接地ローラ方向に向きを変えて進行する。このような特異的な電流分布が形成されると、給電ローラと電極シートとの接触エリアを基準にして接地ローラとは反対側に張り出した特異的な形態の磁界が形成される。よって、磁気センサアレイを接地手段の配置位置とは反対側に配置することにより、給電ローラよりも下流側に張り出した磁界を積極的に検出でき、金属異物に起因する磁界の変化を一層顕著に検出することができる。
【００１６】
本発明による異物検査システムの別の好適実施例は、接地手段は、集電箔と接触回転すると共に基準電位に接続した接地ローラとして構成され、
前記接地ローラは、電極シートの走行方向において、給電ローラよりも上流側に配置されると共に、磁気センサアレイは給電ローラの下流側に配置され、
前記磁気センサは、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に形成される磁界を給電ローラよりも下流側から検出することを特徴とする。
【００１７】
前述したように、高レベル電流が集電箔に流入すると、集電箔には放射状に拡がる電流分布が形成される。よって、給電ローラの位置を基準として接地ローラを上流側に配置し、磁気センサアレイを下流側に配置することにより、金属異物に起因する磁界の変化を一層高精度に検出することができる。
【００１８】
本発明による異物検査システムの好適実施例は、電流源として定電圧源を用いることを特徴とする。定電圧源を用いることで金属異物の有無にかかわらず正常な領域を流れる電流量が変化しないために、金属異物が給電ローラ下を通過するときの信号を感度良く検出することができる。さらに、正常な部位が給電ローラを通過する場合、活物質の抵抗率が大きいために微小な電流しか流れず、より低消費電力な異物検出システムとすることができる。
【００１９】
本発明による異物検査システムの別の好適実施例は、給電ローラは電極シートの製造装置内に配置され、走行する電極シートに形成された活物質層の表面を平坦化する平坦化ローラないしプレスローラを用いることを特徴とする。給電ローラとして、既存の表面平坦化ローラないしプレスローラを用いれば、稼働中の電極シートの製造装置において、プレスローラに電流源を接続すると共にプレスローラから離れた位置で集電箔を接地し、且つ磁気センサアレイを配置するだけで異物検査システムを実現することができる。従って、既存の設備に僅かな設備投資を行うだけで新規な異物検査装置が実現される。ただし、対となるプレスローラの一方はセラミクスなどの絶縁物質である必要がある。平坦化の工程の下流側はローラにより活物質が平坦化されており、ローラと活物質が安定的に接触するため、給電ローラと活物質層との間の接触抵抗による影響を受けにくく、異物検出精度を上げることができる。
【００２０】
本発明による異物検査システムの別の好適実施例は、磁気センサとして、第１の方向の磁界成分を検出する第１のセンサ、及び、第１の方向とは異なる第２の方向の磁界成分を検出する第２のセンサを有する磁気センサ（例えばMI素子）を用い、
前記信号処理装置は、前記第１の方向の磁界成分と第２の方向の磁界成分から磁界ベクトルを算出する手段を有し、算出された複数の磁気センサの示す磁界ベクトルに基づいて異物位置の判定を行うことを特徴とする。
【００２１】
金属異物から流れる電流に起因して発生する特異的な形態の磁界は、電極シートの走行方向と平行な方向の磁界成分及び直交する方向の磁界成分を含む。よって、互いに異なる２つの方向成分から磁界ベクトルを求めることにより、異物の存在を検出することができる。特に、2つのMI素子が直交配置された磁気センサーは互いに直交する２つの方向の磁界を検出することができるので、このようなMI素子を用いれば、電極シートの走行方向と平行な方向の磁界成分及び直交する方向の磁界成分を検出することができ、２つの磁界成分から磁界ベクトルを求めることができる。複数の磁気センサの磁界ベクトルを比較することにより金属異物が存在する電極シート走行方向と直交する方向の位置を判定することができる。
【００２２】
本発明による異物検査方法は、集電箔上に正極又は負極活物質層が形成されている電極シートを走行させ、走行中の電極シートの活物質層に存在する金属異物を検出する異物検査方法であって、
走行する電極シートの活物質層と接触回転するように給電ローラを配置する工程と、
走行する電極シートの活物質層の表面と給電ローラとの間に形成される接触エリアを介して、給電ローラから活物質層に電流を流入させ、活物質層を経て集電箔に電流を流す工程と、
電極シートの走行方向と直交する方向に沿って配列された複数の磁気センサを有する磁気センサアレイを前記給電ローラの近傍に配置する工程と、
前記磁気センサアレイにより、活物質層を通って集電箔に流れる電流に起因して発生する磁界を検出する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、活物質層の内部に存在する金属異物を磁界の変化として検出するので、給電ローラの近傍に配置した磁気センサアレイを用いて金属異物及びその電極シートの幅方向の位置を特定することができる。この結果、電極シートの幅方向にも検出感度が得られ、一層検出感度の高い異物検査システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による異物検査システムの一例を示す線図である。
【図２】電流が流れる経路を説明するための図である。
【図３】金属異物から集電箔に電流が流れるときの電流密度分布と、それにより発生する磁束密度分布のシミュレーション結果である
【図４】信号処理装置の一例を示す図である。
【図５】同期検波回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本発明による異物検査システムの一例を模式的に示す線図である。検査すべき電極シート１は、搬送ローラのような搬送手段（図示せず）により搬送され、矢印方向（第１の方向）に走行する。検査すべき電極シートとして、リチウムイオン電池の製造に用いられる正極電極シート及び負極電極シートが用いられる。正極電極シートとして、アルミニウム箔のような集電箔上に正極活物質層が形成された電極シートが用いられる。正極活物質層は、例えばコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム等の正極活物質と、必要に応じて添加したカーボンブラックのような導電助剤と、バインダとにより構成される。また、負極電極シートとして、例えば銅箔のような集電箔上に負極活物質層が形成された電極シートが用いられる。負極活物質層は、炭素質材料、金属リチウム、リチウム合金、チタン酸リチウム、チタン複合酸化物、リチウムチタン複合酸化物等の負極活物質と、必要に応じて添加した導電助剤と、バインダとにより構成される。リチウムイオン電池は、正極電極シートと負極電極シートとをセパレータを挟んで積層し、内部に電解液を含浸させることにより製造される。
【００２６】
走行する電極シート１は、給電ローラ２ａと絶縁ローラ２ｂとから成るローラ対２を通過する。活物質層に電流を供給する給電ローラ２ａは電極シートの活物質層の表面と接触するように配置され、絶縁ローラ２ｂは集電箔と接触するように配置する。給電ローラ２ａには、電流源３を接続し、電流源３の他端は接地する。電流源として、定電圧電源、交流電源、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧を発生する電源等の各種電流源を用いることができる。また、給電ローラ２ａは金属製ローラで構成され、電気的絶縁性の軸受により回転自在に支持する。絶縁ローラ２ｂは、集電箔と接触するローラ表面の絶縁性が担保されればよく、ローラ全体が絶縁性である必要はない。例えば、絶縁性ローラ２ｂは、セラミックスローラで構成できる。このように、給電ローラ２ａと対向するローラ２ｂの表面を電気的絶縁性とすることにより、電流を集電箔を通って接地ローラへと確実に流すことができる。尚、絶縁性ローラは、電極シートの表面と給電ローラとの接触を安定にし、給電ローラと活物質層との間の接触抵抗を安定させるために配置する。
【００２７】
本例では、給電ローラ２ａ及び絶縁ローラ２ｂは電極シートの目標となる厚さの間隔を空けて、お互いの位置がずれないように固定されているものとする。これにより電極シートは長手方向、幅方向の全領域にわたって一様な厚さとなり、電気的にも安定な接触を得ることができる。
【００２８】
給電ローラの近傍に磁気センサアレイ４を配置する。この磁気センサアレイは、電極シートの走行方向と直交する方向（給電ローラの長手方向）に配列した複数の磁気センサを有する。これら磁気センサは、活物質層を通って集電箔に流れ込む電流が形成する特異的な形態の磁界を積極的に検出する。この特異的な形態の磁界は、給電ローラと電極シートとの接触エリアの周囲の広い領域にわたって形成されるので、給電ローラと近接するように磁気センサアレイを配置することにより検出することが可能である。磁気センサとして各種磁気センサを用いることができ、例えばホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子を用いることができる。本例では、電極シートの走行方向及びこれと直交する方向の２方向の磁界ベクトルを検出するＭＩ素子を用いる。各磁気センサから出力される出力信号は信号処理装置５に供給され、各種信号処理を経て活物質層に含まれる金属異物が検出される。
【００２９】
電極シートの走行方向に沿って、ローラ対２の上流側に接地ローラ６を配置する。接地ローラ６は、基準電位に接続され、電極シートの集電箔と接触しながら回転する。従って、走行する電極シートの集電箔は接地ローラを介して接地される。接地ローラの配置位置に関して、接地ローラを給電ローラに近い位置に配置した場合、接地ローラと集電箔との接触状態の変化により集電箔を流れる電流の方向性に影響を及ぼすおそれがある。そのため、接地ローラは給電ローラから離れた位置に配置することも可能である。上述した配置構成により、電流源３、給電ローラ２ａ、活物質層１a、集電箔１ｂ、及び接地ローラ６を通る閉回路が構成される。
【００３０】
図２は異物検査における電流の流れを説明する線図であり、電極シートの走行方向と直交する方向に見た図（給電ローラの軸線と直交する面で切って示す図）である。電流源３から流出した電流は給電ローラ２ａに流入する。給電ローラ２ａと活物質層１ａの表面とは接触し、給電ローラの長手方向に延在するライン状ないし短冊状の接触エリア７が形成される。給電ローラに流入した電流は接触エリア７を介して走行する電極シートの活物質層１ａに流入する。ここで、給電ローラと電極シートとの間には一様な接触エリアが形成されるので、活物質層には給電ローラの長手方向にそって一様に分布した（均一なレベルに分布した）電流が流れる。活物質層１ａの反対側には集電箔１ｂが存在し、集電箔は接地される。そのため、活物質層に流入した電流は、活物質層の厚さ方向に進行し、活物質層と集電箔との界面を超えて集電箔１ｂに流入する。集電箔に流れ込んだ電流は、集電箔を流れて接地ローラ６に流れ込む。
【００３１】
活物質層の導電率は給電ローラ及び集電箔の導電率より約４桁低いため、電流路の抵抗値は活物質層の厚さ方向の抵抗値に強く依存する。従って、活物質層に金属異物が存在しない正常な部位が給電ローラを通過する場合、活物質層及び集電箔には低レベルの微弱な電流が流れる。これに対して、活物質層中に数１０μｍ程度のサイズの金属粉ないし金属片が存在すると、当該部位における活物質層の厚さ方向の導電率は、周囲の正常な領域と比較して大幅に高くなる。従って、活物質層の金属異物が存在する部位（以下、「欠陥部位」と称する）が給電ローラを通過すると、当該欠陥部位に高レベル電流が流れ、スポット状の高レベル電流が発生し、特異的な電流分布が形成される。この高レベル電流は、正常な部位が給電ローラを通過する際に流れる電流と比較して、はるかに高いレベルである。さらに、特異的な電流分布が形成されると、電流分布に応じて周辺に形成される磁界も特異的な形態となる。本発明では、特異的な電流分布に起因して周辺領域に発生する特異的な形態の磁界を検出する。
【００３２】
電極シートに電流が流れることにより周辺に磁界が形成される。給電ローラから活物質層を通過する電流のレベルは常に一定であり、一定の磁場を形成する。これに対して、金属異物が含まれる欠陥部位が給電ローラを通過すると、高レベルの電流が活物質層を流れる。しかしながら、活物質層を高レベルの電流が流れても、活物質層の厚さは高々１００μｍであるため、磁界を形成する電流路としての長さが短すぎ、十分な強度の磁界が検出されないおそれがある。
【００３３】
この問題を解決するため、本発明者は、高レベル電流が集電箔中に流入した際に形成される電流分布についてシュミュレーションを行った。その結果として、高電流が活物質層を超えて集電箔に流入すると、その瞬時に放射状に拡がる特異的な電流分布が形成されることが判明した。図３は、金属異物に起因して発生する高レベル電流に相当する電流を活物質層と集電箔との界面を超えて集電箔に流し込んだ際に形成される電流分布及び磁界分布についてのシュミュレーション結果を示す。図３（Ａ）は集電箔中に形成される電流密度分布を平面図として示し、図３（Ｂ）は周辺に形成される磁束密度分布を平面図として示す。尚、図面の右側は、正常な部位が給電ローラを通過した場合に対応し、一様に分布した電流を流し込んだ際に形成される電流密度分布及び磁束密度分布を示す。左側の図は、金属異物が存在する欠陥部位が給電ローラを通過した場合に対応し、高レベル電流が流れ込んだ際に形成される電流密度分布及び磁束密度分布を示す。各図において、電極シート１は左側に向けて走行し、電流は集電箔中を右側に向けて流れるものとする。また、符号４は磁気センサアレイを示し、符号７は電極シートと給電ローラとの接触エリアを示し、符号８は仮想の金属異物を示し、符号９は接地ローラを示す。
【００３４】
図３の右側の図面（正常な部位が給電ローラを通過した場合を想定したシュミュレーション結果）を参照する。活物質層の導電率は金属よりも数桁低いため、流れる電流密度が低く、電流分布についてはほとんど無視できるレベルである。また、集電箔に流入した電流は、そのまま接地ローラ９方向に流れる。このように、正常な部位が給電ローラを通過する場合、一様な電流分布が形成され、特異的な電流分布は発生しない。また、周辺に形成される磁界は、図３（Ｂ）の右側の図に示すように、電極シートの走行方向と直交する方向に一様に分布した磁界が主体的である。このように、正常な部位が給電ローラを通過した場合、特異的な形態の磁界は形成されない。従って、磁気センサは、磁界を検出しないか或いは微弱な定常磁界（直流磁場）を検出するにすぎない。
【００３５】
図３の左側の図面（欠陥部位が給電ローラを通過した場合を想定したシュミュレーション結果）を参照する。金属異物が含まれる欠陥部位が給電ローラを通過すると、周囲の正常な領域に流れる低レベル電流よりもはるかに高い（数桁高い）高レベル電流が集電箔中に流れ込む。この場合、高レベル電流が流れ込んだ位置（符号８で示す）を中心にして放射状に拡がる電流分布が瞬間的に形成される。すなわち、接地ローラ９の方向（接触エリア７を基準にして電極シートの上流方向）に流れる電流だけでなく、接地ローラ方向とは反対の方向（接触エリア７の位置を基準にして、下流側）にも放射状に流れ、放射状に拡がった電流は、その後向きを変えて接地ローラ方向に進行する。このように、高レベル電流が集電箔に流れ込むと、接触エリア７よりも下流側に張り出し種々の方向に向く特異的な電流分布が形成される。
【００３６】
図３（Ｂ）に示すように、特異的な電流分布に対応して、特異的な形態の磁界が形成される。すなわち、給電ローラと電極シートとの接触エリア７を基準にして、上流側には給電ローラの長手方向と平行な磁界が主体的に形成される。一方、接触エリア７よりも下流側には給電ローラの長手方向と直交する方向の磁界及び平行な方向の磁界が混在した特異的な形態の磁界が形成される。また、この特異的な形態の磁界は、接触エリア７よりも下流側の比較的広いエリアにわたって形成され、給電ローラと電極シートとの接触エリア７の周辺領域にわたって形成される。よって、給電ローラの近傍、特に給電ローラの下流側の近傍に磁気センサアレイを配置することにより、金属異物に起因して発生した特異的な形態の磁界を検出することが可能である。
【００３７】
電極シートの走行に伴い、金属異物が存在する欠陥部位が接触エリア７から離れ、隣接する正常な部位が接触エリアに移行すると、接触エリア７の周辺に形成される磁界は、特異的な形態の磁界から定常磁界へ瞬時に変化する。従って、磁気センサにより検出された磁界の時間的な変化に基づいて金属異物を特定することができる。また、特異的な形態の磁界を検出する磁気センサの配置情報を用いて周辺に形成される磁界の空間的な変化を検出することも可能である。例えば、隣接する磁気センサ同士の出力信号を比較することにより、金属異物の給電ローラの長手方向の位置を特定することができる。従って、磁気センサにより検出された磁界の時間的変化及び／又は空間的変化に基づき金属異物の存在及びその位置が特定される。
【００３８】
図４は本発明による信号処理装置の一例を示す線図である。本例では、磁気センサとして、電極シートの走行方向（第１の方向）の磁界及びこれと直交する方向（第２の方向）の磁界をそれぞれ検出する２つのセンサを有するＭＩ素子４ａ〜４ｎを用いる。各ＭＩ素子は、第１の方向の磁界成分を示す出力信号及び第２の方向の磁界成分を示す出力信号を出力する。これら磁界強度信号は、Ａ／Ｄ変換器１０ａ〜１０ｎにそれぞれ入力し、デジタル信号に変換される。尚、ＭＩセンサに含まれる２つのセンサは、方向の異なる２つの磁界成分を形成するものであり、電極シートの走行方向及びこれと直交する方向に限定されない。すなわち、互いに異なる２つの種々の方向の磁界成分を検出するように設定することができる。
【００３９】
デジタル変換された磁界強度信号は、磁界ベクトル算出手段１１に供給され、第１の方向成分の磁界強度信号と第２の方向成分の磁界強度信号から磁界ベクトルを各磁気センサ毎に算出する。算出された磁界ベクトルを示す信号は、ベクトル比較手段１２に供給される。ベクトル比較手段１２は、各磁気センサからの磁界ベクトルの出力値を基準値と比較する。基準値として、例えば隣接する磁気センサの出力値を用いることができ、或いは所定の閾値を用いることも可能である。具体的には、隣接する磁気センサから出力されるベクトルのなす角度を算出する。得られた角度は比較手段１３に供給され、所定の閾値と比較する。例えば、隣接する磁気センサ間の磁界ベクトルのなす角度が閾値を超えた場合、当該２つの磁気センサ間に金属異物が存在するものと判定する。尚、検出された金属異物のアドレスに関して、電極シートの走行方向と直交する方向のアドレスは、磁気センサの配列番号を用いることができる。電極シートの走行方向のアドレスは、検査開始後の経過時間や特定の位置のローラの回転数から特定することができる。金属異物が検出された場合、検出された金属異物を特定する表示情報とアドレス情報とを対とし、異物検出情報として出力する。
【００４０】
本例の信号処理装置は、磁気センサから出力される磁界強度信号の時間変化を利用して金属異物を検出することができる。例えば、MI素子により検出される第１の方向の磁界成分は、正常な部位が給電ローラを通過する際はほぼ零か又はそれに近い値であり、金属異物を含む欠陥部位が給電ローラを通過する際には比較的大きな値である。本例では、MI素子の第１の方向の磁束成分を検出するセンサからの出力信号を比較手段１４に供給する。比較手段１４は、順次入力する磁界強度信号について所定の時間周期でサンプリングし、相前後する２つの磁界強度信号の差分を算出する。得られた差分値を閾値比較手段１５に出力し、差分値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。差分値が閾値を超える場合、金属異物が存在すると判定することができる。金属異物を判定した場合、金属異物表示情報と、磁気センサの配列番号により特定されるアドレス情報及び検査開始後の経過時間情報等による走行方向のアドレス情報とを含む異物検出情報を出力する。
【００４１】
本発明による異物検査システムの実施に際し、既存の電極シートの製造プロセスを利用することができる。電極シートの一連の製造プロセスは以下の通りである。初めに、活物質層を形成するスラリーを作製し、集電箔上にスラリーを塗工する。続いて、乾燥工程を実行し、続いてプレス工程において活物質層の表面の凹凸を平滑化する。この製造プロセスにおいて、平滑化ローラないしプロセスローラを本発明の給電ローラとして用いることができる。乾燥後の電極シートをプレスローラに通すことにより、活物質層の表面の凹凸が消滅し、活物質層表面は平滑な表面に変換される。従って、給電ローラとしてプレスローラを用いれば、給電ローラと活物質層の表面との間の接触抵抗が安定化され、給電ローラから活物質層への電流供給が均一に行われる利点がある。この場合、プレスローラから離れた位置で集電箔と接触するように接地ローラを配置すると共にプレスローラの近傍に磁気センサアレイを配置するだけで、本発明による異物検査システムが実現される。この結果、既存の設備に僅かな変更点を追加するだけで本発明を実施することができる利点が達成される。
【００４２】
本発明による異物検査システムは、金属異物の検出だけでなく、活物質層の膜厚ムラ検出に利用することも可能である。活物質層の表面状態に着目すると、活物質層膜厚変化に応じて、給電ローラと活物質層の表面との接触状態が変化する。例えば、活物質層の膜厚が厚い部位が給電ローラを通過する際、給電ローラと活物質層表面との接触開始点は、膜厚が正常な部位の接触開始点よりも電極シートの上流側に変位する。接触開始点が上流側に変位すると、その部位の接触面積が増大し、当該部位に流れる電流量が増大する。この結果、電極シートの走行方向とこれに直交する方向の磁界成分の両成分を有する磁界が発生し、電極シートの走行方向成分を持つ特異的な形態の磁界が形成される。これに対して、活物質層の膜厚が薄い部位が給電ローラを通過する場合、給電ローラと活物質層表面との接触開始点は下流側に変位する。この場合も、電極シートの走行方向の磁界成分及びこれと直交する方向の磁界成分の両方が合成された磁界が発生し、電極シートの走行方向の成分を持つ特異的な形態の磁界が形成される。よって、磁気センサアレイを用いて特異的な形態の磁界を検出することにより、金属異物の検出と同様に、活物質層の膜厚ムラを検出することが可能である。膜厚ムラに起因する特異的な形態の磁界は、給電ローラよりも電極シートの走行方向の上流側において顕著に出現すると考えられるので、膜厚ムラ検出用の第２の磁気センサアレイを給電ローラの上流側に配置することにより、金属異物の検出と膜厚ムラの検出とを並行して行うことができる。
【００４３】
次に、同期検波を利用した磁界検出方法について説明する。同期検波方式では、地磁気の変化のような低周波数の外部磁界の影響をキャンセルすることができ、外部磁界よる影響が除去された高精度な検出が可能である。本例では、磁気センサからの出力信号を磁界検出回路に供給し、同期検波を利用して磁界検出信号を生成する。尚、図１で用いた部材と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。電流源３から流出した電流はスィチング回路２０に供給する。スィチング回路２０は、例えばデュティ比が５０％の方形波の電流を出力する。方形波電流は、給電ローラ２ａに供給され、交互にオン・オフした電流が給電ローラに供給される。給電ローラと電極シートとの接触エリアの周辺に形成された磁界は磁気センサアレイ４により検出する。磁気センサアレイからの出力信号はセンサ回路２１に供給する。センサ回路は、磁気センサからの出力信号を電圧信号に順次変換し、第１及び第２のスレッシュホールド回路２２及び２３にそれぞれ供給する。
【００４４】
スィチング回路２０並びに第１及び第２のスレッシュホールド回路２２及び２３は、発振器２４から出力される駆動信号により制御する。よって、第１及び第２のスレッシュホールド回路２２及び２３は、センサ回路から出力される磁界検出信号を交互にサンプリングする。第１及び第２のスレッシュホールド回路２２及び２３の出力信号は差動増幅器２５に供給する。差動増幅器は、オン時及びオフ時の磁界検出信号の差分を出力する。得られた磁界検出信号は、信号処理装置５に供給されて磁界の変化が検出される。この構成により、外部磁場による影響が除去された磁界の変化を検出することができる。特に、地磁気は日変化により一日周期で数十nT程度の変化があり、このようなノイズの原因となる磁界の直流成分を除去するため、直流電圧に加えて交流電圧も印加しながら同期検波を行う事で外部からのノイズを低減する事ができる。  
【符号の説明】
【００４５】
１  電極シート
１ａ  活物質層
１ｂ  集電箔
２  ローラ対
２ａ  給電ローラ
２ｂ  絶縁ローラ
３  直流定電圧源
４  磁気センサアレイ
５  信号処理装置
６  接地ローラ
７  給電ローラとの接触エリア
８  金属異物
９  接地ローラとの接触エリア
１０  Ａ／Ｄ変換器
１１  ベクトル算出手段
１２  ベクトル間角度比較手段
１３，１４  比較手段
１５  閾値比較手段
２０  スィチング回路
２１  センサ回路
２２  第１のスレッシュホールド回路
２３  第２のスレッシュホールド回路
２４  発振器
２５  差動増幅器
【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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