(57)【要約】【課題】シート状物の湾曲量を精度良く測定することが可能なシート状物湾曲測定装置を提供する。【解決手段】シート電極１０の裏面に当接する第１ローラ２０と第２ローラ３０との間に配置され、シート電極１０の表面に当接し、且つ、その一端部４１Ｒと他端部４１Ｌが移動可能に構成された軸回転式の検出用ローラ４０と、検出用ローラ４０の一端部４１Ｒと他端部４１Ｌが移動した距離Ｌｃ、Ｌｄ若しくは検出用ローラ４０の回転軸４１が傾斜した角度θに基づいて、回転軸４１の一端部４１Ｒと他端部４１Ｌの移動量の差分ΔＬを算出する演算装置と、を備える。【選択図】図３
2015034753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をあけて配置され、シート状物の第１シート面に当接する軸回転式の第１ローラ及び第２ローラと、
前記第１ローラと第２ローラとの間に配置され、前記シート状物の前記第１シート面とは反対側の第２シート面に当接し、且つ、その端部が移動可能に構成された軸回転式の検出用ローラと、
前記検出用ローラが前記第２シート面に所定の荷重を付与するための荷重付与手段と、
前記検出用ローラが前記第２シート面に所定の荷重を付与している状態において、前記検出用ローラの両端部が移動した量若しくは前記検出用ローラの回転軸が傾斜した角度を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された移動量又は傾斜角度に基づいて前記検出用ローラの両端部の移動量の差分を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とするシート状物湾曲測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状物の湾曲を測定するシート状物湾曲測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池のシート電極の製造方法として、アルミニウムからなるシートのシート面に所定の活物質を塗布して活物質層を形成し、当該シートをローラ等でプレスすることで、活物質層の密度を高めるものが知られている。
【０００３】
上記製造方法においては、シートを構成する材料であるアルミニウムが柔らかく、変形しやすいために、活物質層が形成されている部分と、活物質層が形成されていない部分とでシートの変形量（主としてローラの送り方向の変形量）が異なり、プレス後のシートに湾曲が生じるという問題がある。シート電極に湾曲が生じると、リチウムイオン二次電池の製造時にシート電極を巻紙状に緩み無く巻くことや、巻紙状に巻いたシート電極の端面を平坦に仕上げることが困難となり、作業性ひいては生産性が低下する。
【０００４】
下記特許文献１には、このようにシート状物に生じた湾曲の量を、予め実験的に得られている知見に基づいて測定する装置が開示されている。すなわち、シート状物に当接する検出用ローラに作用する力と、シート状物の湾曲量との相関を定量化したデータテーブル等が実験結果に基づいて予め作成されている。本測定装置では、作用力の実測値と、当該データテーブル等から湾曲量を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１６２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方法による湾曲量の算出は、作用力の実測値から間接的に湾曲量を算出するため、アルミニウムや活物質など、シート電極に使用する各々の要素に品質のばらつき等が生じた場合などに、算出する湾曲量にも誤差が生じ易いという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シート状物の湾曲量を精度良く測定することが可能なシート状物湾曲測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るシート状物湾曲測定装置は、互いに間隔をあけて配置され、シート状物の第１シート面に当接する軸回転式の第１ローラ及び第２ローラと、前記第１ローラと第２ローラとの間に配置され、前記シート状物の前記第１シート面とは反対側の第２シート面に当接し、且つ、その端部が移動可能に構成された軸回転式の検出用ローラと、前記検出用ローラが前記第２シート面に所定の荷重を付与するための荷重付与手段と、前記検出用ローラが前記第２シート面に所定の荷重を付与している状態において、前記検出用ローラの両端部が移動した量若しくは前記検出用ローラの回転軸が傾斜した角度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された移動量又は傾斜角度に基づいて前記検出用ローラの両端部の移動量の差分を算出する算出手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
第１ローラと第２ローラとの間におけるシート状物に、その幅方向の一端部側に反るような湾曲が生じることで、その間のシート状物の他端部側（長さＬａ）は、一端部側（長さＬｂ）よりも長尺となる（Ｌａ＞Ｌｂ）。このため、シート状物に生じた湾曲の程度を、これらＬａ、Ｌｂの値を用いて表すことができるところ、本発明者らの検討により、この第１ローラと第２ローラとの間におけるシート状物の湾曲量をＬａ−Ｌｂと規定した場合、検出用ローラの両端部の移動量の差分は、この湾曲量とほぼ等しい値となることが分かった。
【００１０】
したがって、本発明に係るシート状物湾曲測定装置によれば、予め行われた実験等で定量化されたデータに依ることなく、検出用ローラの両端部の移動量又は検出用ローラの回転軸の傾斜角度の実測に基づいて、直接的に湾曲量（検出用ローラの両端部の移動量の差分）を算出することができるため、精度良く湾曲量を測定することが可能となる。また、シート状物に生じた湾曲を、測定用サンプルを抽出するために当該シート状物を裁断することなく、当該シート状物が第１ローラと第２ローラとの間に配置された状態で測定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シート状物の湾曲量を精度良く測定することが可能なシート状物湾曲測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置の斜視図である。
【図２】湾曲が生じたシート電極の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置の側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置により湾曲量を測定した試験の試験結果である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置の概要を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置１００の斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置１００は、シート電極１０を搬送する第１ローラ２０と、第２ローラ３０と、検出用ローラ４０と、を備えている。
【００１６】
シート電極１０は、リチウムイオン二次電池の正極の原材料となるものであり、Ａの幅寸法を有するシート状物である。このシート電極１０は、電極基材であるアルミ箔からなるシート１０ａのうち他端部１０Ｌ側の部分に、スロットダイ塗工により活物質を塗布することにより、活物質層１０ｂを形成している。ただし、塗工方法はスロットダイ塗工に限らず、エレクトロスプレーデポジション法（ＥＳＤ法）を用いた塗工など、種々のものを採用し得る。
【００１７】
シート電極１０は、活物質層１０ｂの形成後にプレスされ、活物質層１０ｂの密度を高められている。シート電極１０の一端部１０Ｒ側の部分は、活物質層１０ｂを形成することなく、シート１０ａを露出させた状態としている。リチウムイオン二次電池の正極を構成するシート電極１０の活物質としては、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リチウム複合酸化物が挙げられる。
【００１８】
第１ローラ２０及び第２ローラ３０は、いずれも略円柱形状を呈し、図示せぬモータにより回転駆動される軸回転式のローラである。第１ローラ２０と第２ローラ３０とは、略同一の高さで互いに間隔をあけて配置されており、それぞれの回転中心となる回転軸２１、３１は、互いに平行となるよう略水平に延びている。また、第１ローラ２０及び第２ローラ３０は、シート状物であるシート電極１０の裏面１０Ｙに当接し、シート電極１０を下方から支持している。
【００１９】
検出用ローラ４０は、第１ローラ２０と第２ローラ３０との間であって、且つ、両者から下方にオフセットした位置に配置されている。検出用ローラ４０は、略円柱形状を呈し、図示せぬモータにより回転駆動される軸回転式のローラである。上述した、第１ローラ２０と第２ローラ３０との間隔は、その寸法が検出用ローラ４０の径と略同一となるよう設定されている。
【００２０】
シート電極１０は、第１ローラ２０の上端部１０２と、第２ローラ３０の上端部１０３との間で下方に曲げられている。検出用ローラ４０は、このシート電極１０が曲げられた部分において、シート電極１０の表面１０Ｘに当接している。後述するように、検出用ローラ４０の回転中心となる回転軸４１は、その端部が移動可能に構成されている。
【００２１】
この他、シート電極湾曲測定装置１００は、一端側シリンダー５０Ｒと、他端側シリンダー５０Ｌと、一端側変位センサー５１Ｒと、他端側変位センサー５１Ｌと、を備えている。
【００２２】
一端側シリンダー５０Ｒと他端側シリンダー５０Ｌとは、それぞれ検出用ローラ４０の回転軸４１の一端部４１Ｒと他端部４１Ｌの上方に配置されている。矢印Ｆ１で表すように、一端側シリンダー５０Ｒは一端部４１Ｒを下方に付勢している。矢印Ｆ２で表すように、他端側シリンダー５０Ｌは他端部４１Ｌを下方に付勢している。この他端部４１Ｌ及び一端部４１Ｒの付勢されている部位の幅方向間隔は、シート電極１０の幅Ａの２倍である２Ａに設定されている。
【００２３】
一端部４１Ｒ及び他端部４１Ｌにおいて付勢されることにより、検出用ローラ４０は、シート電極１０の表面１０Ｘに付勢力に応じた荷重を付与している。一端部４１Ｒ及び他端部４１Ｌは、いずれも上下方向に移動可能に構成されており、一端側シリンダー５０Ｒ及び他端側シリンダー５０Ｌも、これらの上下移動に対応して上下方向に移動できるよう構成されている。
【００２４】
一端側変位センサー５１Ｒと他端側変位センサー５１Ｌとは、それぞれ検出用ローラ４０の回転軸４１の一端部４１Ｒと他端部４１Ｌの下方に配置されている。一端側変位センサー５１Ｒと他端側変位センサー５１Ｌとは、いずれもＣＣＤイメージセンサーからなる。一端側変位センサー５１Ｒは、取得した画像情報に基づいて、回転軸４１の一端部４１Ｒからの距離Ｌｃを検出する。一方、他端側変位センサー５１Ｌは、取得した画像情報に基づいて、回転軸４１の他端部４１Ｌからの距離Ｌｄを検出する。
【００２５】
第１ローラ２０の上端部１０２と、第２ローラ３０の上端部１０３との間に配置されたシート電極１０に湾曲が生じていない場合、一端側変位センサー５１Ｒが検出する回転軸４１の一端部４１Ｒからの距離Ｌｃと、他端側変位センサー５１Ｌが検出する回転軸４１の他端部４１Ｌからの距離Ｌｄとは等しい値（Ｌｃ＝Ｌｄ）となるよう設定されている。一端側変位センサー５１Ｒ及び他端側変位センサー５１Ｌによって検出された値（Ｌｃ、Ｌｄ）は、図示しない演算装置における種々の演算に使用される。
【００２６】
以上のように構成されたシート電極湾曲測定装置１００において、第１ローラ２０と、第２ローラ３０と、検出用ローラ４０とが、それぞれ矢印Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の方向に回転すると、矢印Ｃ１で表すように、シート電極１０は第１ローラ２０に向けて略水平方向に搬送される。第１ローラ２０に到達したシート電極１０は、第１ローラ２０の上端部１０２から、第１ローラ２０の上部の曲面に沿って下方に曲げられ、矢印Ｃ２で表すように、下方の検出用ローラ４０に向けて略鉛直方向に搬送される。
【００２７】
検出用ローラ４０に到達したシート電極１０は、検出用ローラ４０の下部の曲面に沿って折り返され、矢印Ｃ３で表すように、上方の第２ローラ３０に向けて略鉛直方向に搬送される。第２ローラ３０に到達したシート電極１０は、第２ローラ３０の上端部１０３まで、第２ローラ３０の上部の曲面に沿って曲げられ、矢印Ｃ４で表すように略水平方向に搬出され、シート電極湾曲測定装置１００を通過していく。
【００２８】
次に、図２乃至図４を参照して、シート電極に生じる湾曲とその湾曲量の測定について説明する。図２は、湾曲が生じたシート電極の模式図である。図３は、本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置の側面図である。図４は、本発明の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置により湾曲量を測定した試験の試験結果である。
【００２９】
図２は、第１ローラ２０の上端部１０２と、第２ローラ３０の上端部１０３との間に配置されたシート電極１０を伸展させた状態を表している。上述したように、活物質層１０ｂの密度を高めるため、シート電極１０はシート電極湾曲測定装置１００に搬送されてくる前の工程においてプレスされている。
【００３０】
アルミ箔からなるシート１０ａは柔らかく、変形が生じ易い。また、活物質層１０ｂを形成した部分と、活物質層１０ｂを形成することなくシート１０ａが露出する部分とでは、プレス時の変形量が異なる。このため、プレスされたシート電極１０は、図２に表すように湾曲する。つまり、シート電極１０のうち、活物質層１０ｂが形成された他端部１０Ｌ側が、活物質層１０ｂが形成されていない一端部１０Ｒ側よりも大きく変形し、一端部１０Ｒ側に反るように変形する。
【００３１】
プレスにより、シート電極１０にこのような湾曲が生じることで、第１ローラ２０の上端部１０２と、第２ローラ３０の上端部１０３との間において、他端部１０Ｌ側の長さＬａが、一端部１０Ｒ側の長さＬｂよりも大きくなる。ここでは、これらの差分であり次式により算出されるＣＶを、シート電極１０の湾曲量と定義する。
［数１］
ＣＶ＝Ｌａ−Ｌｂ                                    ……（１）
【００３２】
このように湾曲したシート電極１０が、第１ローラ２０の上端部１０２と、第２ローラ３０の上端部１０３との間に配置された状態を図３に表す。湾曲により、シート電極１０の一端部１０Ｒの長さＬｂ（図２参照）が他端部１０Ｌの長さＬａ（図３参照）よりも短くなったことで、回転軸４１の一端部４１Ｒ側が他端部４１Ｌ側に比べて大きく持ち上がる。このため、回転軸４１は、シート電極１０に湾曲が生じていない状態から角度θだけ傾斜した姿勢となる。
【００３３】
このとき、回転軸４１の他端部４１Ｌにおいて他端側変位センサー５１Ｌが検出する距離Ｌｄに比べて、回転軸４１の一端部４１Ｒにおいて一端側変位センサー５１Ｒが検出する距離Ｌｃが大きくなる。図示しない演算装置は、一端側変位センサー５１Ｒ及び他端側変位センサー５１Ｌが検出するこれらの距離Ｌｃ、Ｌｄの値から、回転軸４１の一端部４１Ｒと他端部４１Ｌの移動量の差分ΔＬを、次式により算出する。この算出の際に、第１ローラ２０、第２ローラ３０、検出用ローラ４０が回転しているか否かは問わない。
［数２］
ΔＬ＝Ｌｃ−Ｌｄ                                    ……（２）
【００３４】
図４に、湾曲の程度が異なる６種類のシート電極をサンプルとして使用し、実測値に基づいて（１）式で算出される湾曲量ＣＶと、シート電極湾曲測定装置１００を用いて（２）式により算出される移動量の差分ΔＬとの比較結果を表す。移動量の差分ΔＬの算出については、サンプルごとに５回ずつ行い、その平均値を算出している。
【００３５】
図４から明らかなように、移動量の差分ΔＬは、湾曲量ＣＶとほぼ等しい値を示していることがわかる。すなわち、算出されたΔＬをもってシート電極１０の湾曲量ＣＶとみなすことができる。したがって、シート電極湾曲測定装置１００によれば、予め行われた実験等で定量化されたデータに依ることなく、実測した回転軸４１の一端部４１Ｒと他端部４１Ｌの移動量に基づいて直接的に湾曲量ＣＶを算出することができ、精度良く湾曲量ＣＶを測定することが可能となる。
【００３６】
また、回転軸４１の一端部４１Ｒと他端部４１Ｌの移動量の差分ΔＬを、（２）式での算出に代えて、角度θを用いて、次式によって算出してもよい。
［数３］
ΔＬ＝２Ａｓｉｎθ                                  ……（３）
【００３７】
（３）式によって移動量の差分ΔＬを算出した場合にも、その値は湾曲量ＣＶとほぼ等しい値を示すことから、その値をもってシート電極１０の湾曲量ＣＶとみなすことができる。
【００３８】
続いて、図５を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。図５は、本発明の他の実施形態に係るシート電極湾曲測定装置２００の側面図である。
【００３９】
ここでは、シート電極湾曲測定装置２００において、シート電極湾曲測定装置１００と異なる点のみを説明する。本実施形態に係るシート電極湾曲測定装置２００では、検出用ローラ４０の回転軸４１の一端部４１Ｒにアーム５３Ｒが接続され、他端部４１Ｌにアーム５３Ｌが接続されている。アーム５３Ｒ、５３Ｌは、それぞれ回転軸４１の端部側から中央部側に向けて折り曲げられており、中央部に配置される変位センサー５５において連結するよう形成されている。変位センサー５５は、当該連結部分の角度変化を検出するセンサーである。
【００４０】
このように構成されたシート電極湾曲測定装置２００において、湾曲したシート電極１０が、第１ローラ２０の上端部１０２と、第２ローラ３０の上端部１０３との間に配置されると、検出用ローラ４０回転軸４１の一端部４１Ｒ側が、他端部４１Ｌ側に比べて大きく持ち上がる。このため、回転軸４１は、シート電極１０に湾曲が生じていない状態から角度θだけ傾斜した姿勢となる。
【００４１】
この際、アーム５３Ｒ、５３Ｌを介して回転軸４１の一端部４１Ｒ、他端部４１Ｌと連結されている変位センサー５５も、角度θだけ傾斜する。したがって、変位センサー５５が検出したこの角度θの値を用いて、図示しない演算装置が（３）式により移動量の差分ΔＬを算出し、その値をもってシート電極１０の湾曲量ＣＶとみなすことで、精度良く湾曲量ＣＶを測定することが可能となる。
【００４２】
このシート電極湾曲測定装置２００によれば、変位センサー５５が配置される一個所の角度変化の測定により湾曲量ＣＶを測定することが可能となるため、装置全体をコンパクトに構成することが可能となる。
【００４３】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ：シート電極（シート状物）
１０Ｘ：表面（第１シート面）
１０Ｙ：裏面（第２シート面）
２０  ：第１ローラ
３０  ：第２ローラ
４０  ：検出用ローラ
４１  ：回転軸
５０Ｒ：一端側シリンダー（荷重付与手段）
５０Ｌ：他端側シリンダー（荷重付与手段）
５１Ｒ：一端側変位センサー（検出手段）
５１Ｌ：他端側変位センサー（検出手段）
【図１】
2015034753.tif 000003
【図２】
2015034753.tif 000004
【図３】
2015034753.tif 000005
【図４】
2015034753.tif 000006
【図５】
2015034753.tif 000007