(57)【要約】ウェブによって支持される積層構造物またはシート材料の回転可能なカットおよび／または積層を行うための装置および方法が提供される。本発明の回転加工装置および方法は、陰極積層構造物を含むウェブおよび陽極積層構造物を含むウェブを、剥離ライナによって支持される一連の積層電気化学セル構造物に加工する。本発明の回転加工工程の利用は、他の利点もあるが、下流または次のカットを行わなくても最終的なサイズの製品を作成できる利点がある。
2004515040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の薄膜電気化学ユニットセルを製造する方法であって、
第１の速度で移動する陰極積層構造物を含むウェブ（陰極ウェブ）を一連の陰極シートにカットする工程と、
前記陰極シートのそれぞれを前記第１の速度以上の第２の速度で移動する工程と、
前記第２の速度で移動する前記陰極シートのそれぞれを前記第２の速度で移動する陽極積層構造物を含むウェブ（陽極ウェブ）に積層させて、隣接する陰極シート間に空間を有する積層ユニットセルを製造する工程と、
前記積層された陽極ウェブを隣接する陰極シート間の空間内でカットして、一連のユニットセルシートを製造する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記陰極ウェブをカットする工程は、前記陰極ウェブの一部をカットする工程と、余分な陰極ウェブを除去する工程と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記隣接する陰極シート間の空間は、前記除去される余分な陰極ウェブのサイズおよび／または形状の関数である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記陰極ウェブをカットする工程は、前記陰極ウェブを回転可能にカットする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、前記第２の速度で前記陰極シートのそれぞれを回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、前記第２の速度で前記陽極ウェブを回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、前記第２の速度で前記陰極シートのそれぞれを回転可能に移動させると同時に、前記第２の速度で前記陽極ウェブを回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記陽極ウェブは剥離ライナを含み、前記積層された陽極ウェブをカットする工程は、前記陽極積層構造物を少なくとも前記剥離ライナまでカットする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記陽極ウェブは剥離ライナを含み、前記積層された陽極ウェブをカットする工程は、前記陽極積層構造物および前記剥離ライナの一部を貫通するようにカットする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記陰極シートのそれぞれは、長さ（Ｌ）によって規定され、前記陰極ウェブをカットする工程は、回転ダイを用いて前記陰極ウェブをカットする工程を含み、各陰極シートの長さ（Ｌ）は、前記回転ダイの第２の速度（Ｗ２）に対する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）の関数である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記陰極シートのそれぞれは、長さ（Ｌ）によって規定され、前記陰極ウェブをカットする工程は、円周上のブレードの間隔（Ｄ）によって離隔される少なくとも１つの回転ダイブレードを用いて前記陰極をカットする工程を含み、各陰極シートの長さ（Ｌ）は、前記円周上のダイブレードの間隔（Ｄ）に相関する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）および前記回転ダイの第２の速度（Ｗ２）の関数である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
各陰極シートの長さ（Ｌ）は、式Ｌ＝Ｄ（Ｗ１／Ｗ２）によって特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
隣接する陰極シート間の前記空間（Ｓ）は、陽極ウェブの移動の第２の速度（Ｗ２）に対する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）の関数である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記陰極ウェブをカットする工程は、円周上のブレードの間隔（Ｄ）によって離隔された少なくとも１つの回転ダイブレードを用いて前記陰極ウェブをカットする工程を含み、さらに、隣接する陰極シート間の前記空間（Ｓ）が前記円周上のダイブレードの間隔（Ｄ）に相関する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）および前記回転ダイの第２の速度（Ｗ２）の関数である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
隣接する陰極シート間の前記空間（Ｓ）は、式Ｓ＝Ｄ（（Ｗ１／Ｗ２）−１）によって特徴付けられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記陰極シートのそれぞれは、約６．４ｍｍ（０．２５インチ）〜約６１０ｍｍ（２４インチ）の長さ（Ｌ）に規定された、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
隣接する陰極シート間の前記空間（Ｓ）は、約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）〜約１０．２ｍｍ（０．４インチ）の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の速度に対する前記第２の速度の比は、約１．００５〜約１．０５の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の速度は約１．５３ｍ（５フィート）／分〜約１５３ｍ（５００フィート）／分の範囲にあり、前記第２の速度は約１．５３ｍ（５．０２５フィート）／分〜約１６０ｍ（５２５フィート）／分の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、各陰極シートの一部が、前記陽極ウェブの前記陽極積層構造物の少なくとも１つの縁を越えて延在して、それらの間に積層オフセットを形成するように、前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
積層オフセットは、約１．０ｍｍ（０．０４インチ）〜約７．９ｍｍ（０．３１インチ）の範囲にある、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、前記陰極シートまたは前記陽極ウェブの一方または両方を加熱する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記積層された陽極ウェブをカットする工程は、隣接する陰極シート間の前記空間を検出する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記積層された陽極ウェブをカットする工程は、隣接する陰極シート間の前記空間を光学的に検出する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
一連の薄膜電気化学ユニットセルを製造する方法であって、
第１の速度で陰極積層構造物を含むウェブ（陰極ウェブ）を移動させる工程と、
一連の陰極シートを製造するために、前記陰極ウェブを第２の速度で回転可能にカットする工程と、
前記第２の速度で移動する前記陰極シートのそれぞれを第３の速度で移動する陽極積層構造物を含むウェブ（陽極ウェブ）に回転可能に積層して、隣接する陰極シート間の空間を有する積層ユニットセルを製造する工程と、
隣接する陰極シート間の前記空間内で前記積層された陽極ウェブをカットして、一連のユニットセルシートを製造する工程と、
を含む方法。
【請求項２６】
前記第１の速度、前記第２の速度および前記第３の速度は、実質的に等しい、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の速度および前記第３の速度は実質的に等しく、前記第２の速度および前記第３の速度は前記第１の速度より速い、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の速度および前記第２の速度は実質的に等しく、前記第３の速度は前記第１の速度および前記第２の速度より速い、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の速度、前記第２の速度および前記第３の速度は等しくなく、前記第３の速度は前記第２の速度より速く、前記第３の速度および前記第２の速度は前記第１の速度より速い、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の速度および前記第２の速度は実質的に等しく、前記陰極ウェブをカットする工程は、隣接する陰極シート間に空間を形成するために、前記陰極ウェブの一部をカットする工程と、前記余分な陰極ウェブを除去する工程と、を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記隣接する陰極シート間の空間は、前記除去される余分な陰極ウェブのサイズおよび／または形状の関数である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第３の速度は前記第１の速度および前記第２の速度より速く、前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、隣接する陰極シート間に前記空間を形成するために、前記第３の速度で前記陽極ウェブを移動させる工程をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
前記第３の速度は前記第１の速度および前記第２の速度より速く、前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、隣接する陰極シート間に前記空間を形成するために、前記第２の速度で前記陰極シートのそれぞれを回転可能に移動させると同時に、前記第３の速度で前記陽極ウェブを回転可能に移動させる工程をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程は、それらの間に積層オフセットを形成するために、各陰極シートの一部が前記陽極ウェブの前記陽極積層構造物の少なくとも１つの縁を越えて延在するように、前記陰極シートのそれぞれを前記陽極ウェブに積層する工程をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
一連の薄膜電気化学ユニットセルを製造する方法であって、
パターン形成された回転ダイを用いて、第１の速度で陰極積層構造物を含むウェブを一連の陰極積層構造物にカットする工程と、
前記陰極積層構造物のそれぞれを前記第１の速度以上の第２の速度で移動する陽極積層構造物を含むウェブに積層させて、隣接する陰極積層構造物間の空間を有する積層ユニットセルを製造する工程と、
パターン形成された回転ダイによるカットから生じる無駄な陰極ウェブ材料を、除去する工程と、
隣接する陰極シート間の前記空間内で前記積層された陽極ウェブをカットして、一連のユニットセルシートを製造する工程と、
を含む方法。
【請求項３６】
隣接する陰極積層構造物間の前記空間は、前記パターン形成された回転ダイのサイズおよび／または形状の関数である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記パターン形成された回転ダイは、矩形の形状を有する、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は一般に、積層装置および積層方法に関し、さらに詳細には、回転加工積層装置および回転加工積層方法に関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
シート材料から構成される製品を製造するための様々な積層装置および積層工程が開発されている。従来の積層装置は、材料のシートを小さなセグメントにカットするカッティング機構を用いていることが多い。したがって、個別のセグメントは、個別の積層工程の一部として手動または機械によって配列され、積層される。積層構造物は、適切な力生成機構によって、積層する力を受ける。
【０００３】
種々の従来の積層およびスタッキングアプローチが現在入手可能であるにもかかわらず、そのようなアプローチの多くは、比較的高いレベルの生産性、自動化、柔軟性を必要とする用途にはあまり適していない。たとえば、多くの従来の積層工程は、様々なタイプの材料、シートサイズ、シート形状に対応することができない。そのような入手可能な積層技術の多くは十分な適応性があるわけではなく、たとえば、薄膜電気化学積層構造物の構成に一般に必要とされるように、異なる材料の複数のウェブを自律的かつ連続的に積層することに適合しているわけでもない。
【０００４】
様々なタイプ、色、形状、サイズの膜材料およびシート材料を積層するための改良した装置および方法が必要である。特に、固体の薄膜電池の構成に用いるために、電気化学セル材料の層を積層して、電気化学ユニットセルを製造するための改良した装置および方法が必要とされている。本発明は、これらの必要性および他の必要性を満たす。
【０００５】
〔発明の概要〕
本発明は一般に、ウェブ（ｗｅｂ）によって支持される積層構造物またはシート材料を回転可能にカットおよび／または積層するための装置および方法に関する。本発明はまた、ウェブによって支持された積層構造物またはシート材料を回転可能にカットし、隣接するカットされた積層構造物／シート間に間隔を設けるように、カットされた積層構造物／シートを他のウェブ材料に積層するための装置および方法にも関する。本発明の別の構造的特徴および工程の特徴は、隣接するカットされた積層構造物／シート間の間隔の中で、他のウェブ材料を貫通してカットされるが、他のウェブのライナを完全に貫通してカットすることはないという特徴をさらに提供する。
【０００６】
電気化学セル構成に関して、本発明の回転加工装置および方法は、陰極積層構造物を含むウェブおよび陽極積層構造物を含むウェブを、剥離ライナによって支持された一連の積層電気化学セル構造物に加工する。本発明の回転加工工程の利用は、他の利点もあるが、下流または次のカットを行わなくても最終的なサイズの製品を製造するという利点がある。
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、一連の薄膜電気化学ユニットセルを製造するための装置および方法が提供される。第１の速度で移動する陰極積層構造物を含むウェブ（陰極ウェブ）が一連の陰極シートにカットされる。陰極シートのそれぞれを、第１の速度以上の第２の速度で移動する。第２の速度で移動する陰極シートのそれぞれは、第２の速度で移動する陽極積層構造物を含むウェブ（陽極ウェブ）と積層されて、隣接する陰極シート間に空間を有する積層ユニットセルが製造される。積層された陽極ウェブは、隣接する陰極シート間の空間の間でカットされて、一連のユニットセルシートが製造される。
【０００８】
具体的な一実施形態において、陰極ウェブをカットする工程は、陰極ウェブの一部をカットする工程と、余分な陰極ウェブを除去する工程と、を含む。この実施形態において、隣接する陰極シート間の空間は、除去される余分な陰極ウェブのサイズおよび／または形状の関数となっている。
【０００９】
別の実施形態によれば、陰極ウェブをカットする工程は、陰極ウェブを回転可能にカットする工程を含み、陰極シートのそれぞれを陽極ウェブに積層する工程は、第２の速度で陰極シートのそれぞれを回転可能に移動させる工程を含む。陰極シートのそれぞれを陽極ウェブに積層する工程は、第２の速度で陽極ウェブを回転可能に移動させる工程をさらに含んでもよい。陽極ウェブは剥離ライナを含むことができ、積層された陽極ウェブをカットする工程は、陽極積層構造物を少なくとも剥離ライナまでカットする工程または剥離ライナの一部を貫通するようにカットする工程を含んでもよい。
【００１０】
陰極シートのそれぞれは、長さ（Ｌ）で規定されうる。陰極ウェブをカットする工程は、回転ダイを用いて実現されうる。この場合には、各陰極シートの長さ（Ｌ）は、回転ダイ（ｄｉｅ）の第２の速度（Ｗ２）に対する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）の関数となっている。
【００１１】
陰極ウェブは、円周上のブレードの間隔（Ｄ）で離隔した少なくとも１つの回転ダイブレードを用いてカットされうる。この場合、各陰極シートの長さ（Ｌ）は、円周上のダイブレードの間隔（Ｄ）に相関する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）および回転ダイの第２の速度（Ｗ２）の関数となっている。たとえば、各陰極シートの長さ（Ｌ）は、式Ｌ＝Ｄ（Ｗ１／Ｗ２）によって特徴付けられる。
【００１２】
一実施形態によれば、隣接する陰極シート間の空間（Ｓ）は、陽極ウェブの移動の第２の速度（Ｗ２）に対する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）の関数となっている。陰極ウェブをカットする工程は、隣接する陰極シート間の空間（Ｓ）が円周上のダイブレードの間隔（Ｄ）に相関する陰極ウェブの移動の第１の速度（Ｗ１）および回転ダイの第２の速度（Ｗ２）の関数であるように、円周上のブレードの間隔（Ｄ）で離隔された少なくとも１つの回転ダイブレードを用いて陰極ウェブを切断する工程を含みうる。たとえば、隣接する陰極シート間の空間（Ｓ）は、式Ｓ＝Ｄ（（Ｗ１／Ｗ２）−１）によって特徴付けられる。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態によれば、陰極シートは、約６．４ｍｍ（０．２５インチ）〜約６１０ｍｍ（２４インチ）の長さ（Ｌ）に規定されうる。隣接する陰極シート間の空間（Ｓ）は、約０．４ｍｍ（０．０１５インチ）〜約１０．４ｍｍ（０．４インチ）の範囲にあってもよい。第１の速度に対する第２の速度の比は、約１．００５〜約１．０５の範囲にあってもよい。第１の速度は約１．５３ｍ（５フィート）／分〜約１５３ｍ（５００フィート）／分の範囲にあってもよく、第２の速度は約１．５３ｍ（５．０２５フィート）／分〜約１６０ｍ（５２５フィート）／分の範囲にあってもよい。
【００１４】
陰極シートを陽極ウェブに積層する工程は、各陰極シートの一部が、陽極ウェブの陽極積層構造物の少なくとも１つの縁を越えて延在して、それらの間に積層オフセットを形成するように、陰極シートのそれぞれを陽極ウェブに積層する工程をさらに含んでもよい。積層オフセットは、たとえば、約１．０ｍｍ（０．０４インチ）〜約７．９ｍｍ（０．３１インチ）の範囲にあってもよい。
【００１５】
陰極シートを陽極ウェブに積層する工程はまた、陰極シートまたは陽極ウェブの一方または両方を加熱する工程を含んでもよい。積層された陽極ウェブをカットする工程は、光学的技術または機械的技術などによって、隣接する陰極シート間の空間を検出する工程をさらに含むことができる。
【００１６】
本発明の別の実施形態によれば、一連の薄膜電気化学ユニットセルを製造する装置および方法は、第１の速度で陰極積層構造物を含むウェブ（陰極ウェブ）を移動する工程を提供する。一連の陰極シートを製造するために、陰極ウェブは、第２の速度で回転可能にカットされる。第２の速度で移動する陰極シートのそれぞれは、第３の速度で移動する陽極積層構造物を含むウェブ（陽極ウェブ）を回転して積層され、隣接する陰極シート間に空間を有する積層ユニットセルが製造される。
【００１７】
ある構成では、第１の速度、第２の速度および第３の速度は、実質的に等しい。別の構成では、第２の速度および第３の速度は実質的に等しく、第２の速度および第３の速度は第１の速度より速い。さらに別の構成では、第１の速度および第２の速度は実質的に等しく、第３の速度は第１の速度および第２の速度より速い。さらなる構成では、第１の速度、第２の速度および第３の速度は等しくなく、第３の速度は第２の速度より速く、第３の速度および第２の速度は第１の速度より速い。
【００１８】
別の構成によれば、第１の速度および第２の速度は実質的に等しく、陰極ウェブを切断する工程は、隣接する陰極シート間に空間を形成するように、陰極ウェブの一部をカットする工程と、余分な陰極ウェブを除去する工程と、を含む。この場合には、隣接する陰極シート間の空間は、余分な陰極ウェブのサイズおよび／または形状の関数となっている。
【００１９】
別のアプローチでは、第３の速度は第１の速度および第２の速度より速く、陰極シートのそれぞれを陽極ウェブに積層する工程は、隣接する陰極シート間に空間を形成するように、第３の速度で陽極ウェブを移動させる工程をさらに含む。さらなるアプローチによれば、第３の速度は第１の速度および第２の速度より速く、陰極シートのそれぞれを陽極ウェブに積層する工程は、隣接する陰極シート間に空間を形成するように、第２の速度で陰極シートのそれぞれを回転可能に移動させると同時に、第３の速度で陽極ウェブを回転可能に移動させる工程をさらに含む。陰極シートのそれぞれを陽極ウェブに積層する工程はまた、それらの間に積層オフセットを形成するために、各陰極シートの一部が陽極ウェブの陽極積層構造物の少なくとも１つの縁を越えて延在するように、陰極シートのそれぞれを陽極ウェブに積層する工程を含むことができる。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態によれば、一連の薄膜電気化学ユニットセルを製造する装置および方法は、パターン状に形成された回転ダイを用いて、第１の速度で陰極積層構造物を含むウェブを一連の陰極積層構造物にカットする工程を含む。陰極積層構造物のそれぞれは、第１の速度以上の第２の速度で移動する陽極積層構造物を含むウェブを積層して、隣接する陰極積層構造物間と空間を有する積層ユニットセルを製造する。パターン状に形成された回転ダイによるカットから生じた無駄な陰極ウェブ材料は、廃棄または回収される。
【００２１】
この実施形態によれば、隣接する陰極積層構造物間の空間は、パターン状に形成された回転ダイのサイズおよび／または形状の関数となってる。パターン状に形成された回転ダイは、たとえば、矩形の形状であってもよい。
【００２２】
別の実施形態によれば、本発明の回転加工装置の出力は、本発明のスタッキング装置の入力に連結することができる。本発明による結合回転加工／スタッキング装置および方法は、実質的に任意の形状の様々な材料の類似の層または異なる層を積層させたスタックを製造することを提供する。
【００２３】
本発明の上記の概要は、本発明の各実施形態またはすべての実施を示そうとするものではない。利点および功績は、本発明のさらなる完全な理解と、添付図面に関連した以下の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、明白となり、理解されるであろう。
【００２４】
本発明は様々な変形および代替形態に変更可能であるが、本願明細書は図面の例によって示され、詳細に説明される。しかしながら、説明された特定の実施形態に本発明を限定することを意図しているわけではないことを理解すべきである。反対に、特許請求の範囲によって記載されているように、本発明の範囲を逸脱することなく、すべての修正物、等化物、代替物を包含することを意図している。
【００２５】
〔様々な実施態様の詳細な説明〕
例示的実施形態の以下の詳細において、本願明細書の一部をなし、本発明を実現することができる様々な実施形態である例として示された添付図面を参照されたい。本発明の範囲を逸脱することなく、実施形態を利用することができ、構造的な変更を加えることができることを理解すべきである。
【００２６】
本発明の回転加工積層装置およびスタッキング装置は、好都合なことに、実質的に任意の形状の様々な材料の類似の層または異なる層の積層スタックを製造することを提供する。単独の製品ウェブまたは複数の製品ウェブ（たとえば５つの異なる製品ウェブ）から製品の積層スタックを製造するために、本発明の原理を適用することができる。本発明によって製造される製品の積層スタックとしては、たとえば、単色または多色のシートまたはフィルムのパッド、包帯のパック、薄膜セルなどを挙げることができる。
【００２７】
一つの具体的な用途は、電気化学電池セルの製造に関し、陰極、セパレータ、陽極の材料からなる複数の互い違いの層がスタックまたはユニットセルとしてカットし積層される。本発明の範囲内で製造可能な薄膜電気化学ユニットセルは、最小において以下のシート、すなわち集電体、陰極、セパレータ、陽極（一般にこの順である）を含むスタック部分の部分組立品として規定することができる。たとえば、スタッキング装置の上流に２つ以上の回転加工ステーションを設けることによって、陰極層および陽極層を独立に分離することができ、このことはユニットセルの陽極構造物と陰極構造物との間で短絡を生じないようにする場合に重要である。
【００２８】
セパレータの相対的な配置および工具細工やタイミングの選択に応じて、陰極、陽極、セパレータの個別の領域を独立に決定することができる。このことは、一様な電流分布を維持する際に重要であり、電気化学セルの寿命にとって重要なことである。たとえば、カットされた陰極よりセパレータのサイズを大きくすることによって、縁部バーによって生じる巨視的な短絡が回避される。有利なことに、これは、そうでなければある種のセル設計における電極間に必要とされる可能性がある二次絶縁体を排除するために設けられる場合もある。
【００２９】
これらの原理は、燃料電池構造に適用することもできる。さらに、これらの原理は、新たなパッケージ化された医療品を製造するために用いられることができ、パッケージングの１層のみが製品の層ごとに用いられ、最終製品が加工され、積み重ねられ、パッケージ化された形態で顧客に配送される。スタックに設けられた最初の層および最後の層は、たとえば、外部包装である。
【００３０】
ここで図面を参照すると、図１には、電気化学セル層のスタックを製造するために、陰極材料および陽極材料のウェブを用いて一連の電気化学セルシートを製造する装置１０が示されている。装置１０は、２つの加工装置２０，１２０が示されており、本願明細書ではそれぞれ回転加工装置２０およびスタッキング装置１２０と呼ぶ。一実施形態において、装置１０は、剥離可能なライナによって支えられた相対的に可撓性の材料から電気化学セル材料層の平坦で相対的に不撓性の多層スタック（柔軟性の小さい層を含んでも含まなくてもよい）までを製造する連続動作の組立工程のために設けられる。本発明の利点は、０層以上の低柔軟性材料を含む多層組立品を積み重ねることができることである。これに関して、本発明のスタッキング工程は、製品における層の伸び特性に対応している。この伸び特性は、製品ごとに動的に変化する可能性がある。
【００３１】
回転加工装置２０およびスタッキング装置１２０は、多数の独特かつ有用な特徴を個別に備えているため、これらの装置および関連する加工方法を個別に用いることができ、図１に示されているように総合的な二構成の部材装置の一部として組み込む必要はないことを十分に理解されたい。以下に説明するように、回転加工装置２０は、様々な態様で実現されてもよい、一般に剥離ライナによって支持された一連の積層ユニットセル構造物を製造するために、個々に用いられてもよい。スタッキング装置１２０は、様々な態様で実現されてもよく、連続運動スタッキング作業を用いて電気化学セル層のスタックを製造するために、個々に用いられてもよい。例示のスタッキング装置および方法は、代理人整理番号８１０．５０９ＵＳ０１（５５５３０ＵＳＡ６Ａ）によって識別される同一出願人による同時係属出願である米国特許出願第０９／７１８，５４９号の「積層品およびパッケージングのためのスタッキング装置および方法（Ｓｔａｃｋｉｎｇ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｌａｍｉｎａｔｅｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｎｄ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ）」に開示されている。当該出願は、本願明細書に参照によって全体を援用するものとする。
【００３２】
回転加工装置２０は、一般的に言えば、陰極ウェブ２３および陽極ウェブ１２３を剥離ライナによって支持された一連の積層電気化学セル構造物に加工する。スタッキング装置１２０は、剥離ライナから多数の循環、ループまたは往復プラットホーム（本願明細書ではパック、パレットまたはキャリッジとして置き替えて呼ぶこともできる）に搬送される電気化学セル構造物の連続スタッキングに提供する。本発明の回転加工工程の利用によって実現される１つの利点は、下流または次のカットを必要とすることなく、最終的なサイズの製品を製造することに関連する。
【００３３】
一実施形態において、積層電気化学セル構造物は、一般に１層以上の固体電解質層を含む陽極積層構造物と、陰極積層構造物と、を含む。本願明細書では、このような構造物は、ユニットセルと呼ばれ、上記に述べた構成を有する。
【００３４】
陰極積層構造物は、陰極、集電体、陰極を含む部分組立品として規定されてもよい。陰極積層構造物部分組立品の別の構成は、セパレータ、陰極、集電体、陰極からなる。さらに別の陰極積層構造物部分組立品構成は、セパレータ、陰極、集電体、陰極、セパレータからなる。
【００３５】
陽極積層構造物は、個別の陽極シートとして規定されてもよい。陽極積層構造物はまた、セパレータおよび陽極からなる部分組立品として規定されてもよい。陽極積層構造物部分組立品の別の構成は、セパレータ、陽極、セパレータからなる。
【００３６】
一例として、陰極ウェブ２３は、合成陰極材料（陰極／集電体／陰極構造物）によって両側をコーティングされたアルミニウム箔集電体を含むように製造されてもよい。陽極ウェブ１２３は、たとえば、剥離ライナ、固体電解質膜、リチウム箔、固体電解質膜の第２層（セパレータ／陽極／セパレータ構造物）を含む４層構造物として製造されてもよい。具体的な一実施形態において、固体重合体電解質膜が、陽極ウェブ１２３に用いられる。
【００３７】
別の実施形態によれば、陰極ウェブ２３は、合成陰極材料の両側に固体重合体電解質膜のようなセパレータを備えてもよい。さらに別の実施形態において、セパレータは、陰極ウェブ２３および陽極ウェブ１２３のそれぞれに含まれていてもよい。また、他の多層陰極、陽極、固体電解質ウェブ構造物も考えられる。
【００３８】
一実装例によれば、ウェブ２３，１２３は、０〜１０ｍ／分の範囲の速度で移動させてもよい。製品ウェブの幅は、約２０３ｍｍ（８インチ）であってもよい。ユニットセルシートは、約４３２ｍｍ（１７インチ）までの長さであってもよい。製品ウェブ供給ロールはそれぞれ、約４５７ｍｍ（１８インチ）までの直径を有することができる。
【００３９】
ここで図２を参照すると、本発明の一実施形態による回転加工装置２０がさらに詳細に示されている。図２に示された回転加工装置２０は、陰極供給ロール２２に初めに巻き付けられた陰極材料のウェブ２３を含む。巻き付けられるとき、陰極ウェブは、陰極供給ロール２２の巻き戻し時、ライナ巻取りロール２４に巻き取られる剥離ライナ２１を含んでもよい。剥離ライナ２１のない陰極ウェブ２３は、第１のカッティングステーション２８に供給される。陰極ウェブ２３は一般に、陰極ウェブ２３に所望の状態の張力を印加し、ウェブ案内機構を含むことができるテンションロール装置２６を通過する。
【００４０】
図２に示された実施形態において、第１のカッティングステーション２８は、回転ダイステーションを表す。第１のカッティングステーション２８は、この場合にはニップロール３２およびゴム被覆の駆動ロール３３を含む被駆動テンションロール装置３１を備えている。あるいは、真空テンションロール装置を用いてもよい。テンションロール装置３１の速度および／または加速度などの運動は、当業界で公知のサーボ制御システム（図示せず）によって一般に調整される。テンションロール装置３１は、回転ダイ３４およびアンビル（ａｎｖｉｌ）３５を含むカッティングロール装置３０に陰極ウェブ２３を供給する。カッティングロール装置３０は、陰極ウェブ２３を個別の陰極シートにカットする。回転ダイ３４およびアンビル３５の速度および／または加速度などの運動は、当業界で公知のサーボ制御システム（図示せず）によって一般に調整される。
【００４１】
また、図２にも示されているように、陽極材料１２３のウェブは、積層装置２９に供給される。陽極ウェブ１２３はまた、第１のカッティングステーション２８に入る前または第１のカッティングステーション２８内部の赤外線加熱器３８（点線で赤外線加熱器３８を示す）によって加熱されてもよい。陽極ウェブ１２３は、前述したように、一般に剥離ライナを含み、陽極（たとえばリチウム箔）の対向する側に設けられたセパレータ層と呼ぶこともある２層の固体電解質層を含んでもよい。陽極ウェブ１２３は一般に、テンションロール装置３９によって所望の程度の張力を印加し、一般に導かれる。
【００４２】
陰極シートは、積層装置２９の内部のアンビル３５によって陽極ウェブ１２３の付近まで回転される。陰極シートは、積層ロール３６とアンビルロール３５との間に形成されるニップ（ｎｉｐ）で、陽極ウェブ１２３に積層されて、ユニットセル材料となる積層ウェブ５０を製造する。積層ロール３６は一般にゴム材料で被覆され、アンビル３５は一般に金属材料から製造される。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、陽極ウェブ１２３は、陰極ウェブ２３の速度より速い速度で積層装置２９を進められる。各陰極シートが陽極ウェブ１２３に積層されるときに、陽極ウェブ１２３と陰極ウェブ２３との相対速度差は、陰極シートの間に空間を形成する。ユニットセル材料の積層ウェブ５０は、第１のカッティングステーション２８から第２のカッティングステーション４０に供給され、第２のカッティングステーション４０では陽極ウェブ材料がカットされるが、剥離ライナはカットされない。
【００４４】
第２のカッティングステーション４０では、被駆動ニップロール４２およびゴム被覆駆動ロール４３が、アンビル４５および回転ダイ４４を備えるカッティングロール装置４１に積層ウェブ５０を供給する。回転ダイ４４は、アンビル４５と協働し、隣接する陰極シートの間に形成された空間の間で、積層ウェブ５０の陽極材料をカットするが、剥離ライナをカットすることはない。駆動ロール４２を加熱してもよい。積層ウェブ５０のカッティングがこれらの空間内でのみ確実に行われるようにするために、隣接する陰極シートの間の空間を検出するために光センサ３７が用いられる。第２のカッティングステーション４０内部の適切な切断位置における隣接する陰極シート間の空間または空隙の位置合わせは、光学または他の方法による空隙の検知または検出によってではなく、適切なタイミング、ギア調整および／またはベルト調整の利用によって実施されてもよいことを留意すべきである。
【００４５】
したがって、剥離可能なライナに支持された一連の積層ユニットセルシートは、第２のカッティングステーション４０の出口において造られる。積層ユニットセルシートは、スタッキング装置による後処理のために巻取りロールに巻き付けられてもよく、またはたとえば図１に示したような連続回転加工／スタッキング作業の一部としてスタッキング装置に直接供給されてもよい。
【００４６】
本発明の回転加工装置を実装することによって実現可能な利点は、陽極ウェブ材料および陰極ウェブ材料の個別シートから電気化学発生器を組立てることができ、陽極シートおよび陰極シートが互いに独立してカットされ、これにより好都合なことにカッティング処理中に起こり得る短絡を生じる可能性を回避していることにある。隣接する陰極シート間に形成される空間によって、陽極ウェブ１２３のカッティングと独立して、陰極ウェブ２３を陰極シートにカットすることができる。さらに具体的には、速度の早い陽極ウェブ１２３に積層される前に、陰極ウェブ２３は、第１のカッティングステーション２８で陰極シートにカットされている。積層装置２９において既に形成されている空間により、第２のカッティングステーション４０で陽極ウェブ材料のみをカットすることができる。
【００４７】
別の利点は、上述したように、陰極シートおよび陽極シートを独立にカットし、さらに陽極シートに対してオフセットをもって陰極シートを重ねることができ、それによってシート間の積層オフセットを形成することである。このようにして構築されたユニットセルシートは、たとえば、陰極コーティングの４つの縁のすべてを越えて延在するセパレータ／陽極／セパレータ積層構造物を含んでもよい。集電体は、セパレータ／陽極／セパレータ積層構造物の１つの縁を越えて延在し、陰極コーティングを支持する。この実施形態によれば、両方のウェブは多層積層であるが、すべての層が同一の幅である必要はないことを留意すべきである。このユニットセルシート構造物は、次のスタッキングおよび関連するカッティング作業およびセル組立または最終加工作業中の短絡を回避し、生産性を向上することをはじめとする複数の利点を提供する。
【００４８】
他のユニットセルシート構成は、個々の陰極ウェブ２３および陽極ウェブ１２３の中に含まれる様々な材料層の慎重なサイジングによって実現可能である。このことを踏まえ、積層装置２９に供給される陽極ウェブ１２３は、セパレータ層の縁がリチウム箔の縁まで延在する第１の縁と、リチウム箔がセパレータ層の縁を越えて延在する第２の縁と、を有するライナ／セパレータ／リチウム箔／セパレータ構造物として構築されてもよい。したがって、陰極層および集電体層が陽極層より長さが短くなるように、ユニットセルシート構造物を生成してもよい。
【００４９】
図３Ａおよび図３Ｂは、図１および図２に示された第１のカッティングステーション２８の様々な態様をさらに詳細に示している。一実施形態によれば、陰極ウェブ２３は、テンションロール装置３１によって速度Ｗ１でカッティングロール装置３０に入れられる。カッティングロール装置３０は、回転ダイ３４およびアンビル３５を備えるものとして示されており、陰極ウェブ２３の速度Ｗ１より速い速度Ｗ２で運動するように制御される。
【００５０】
回転ダイ３４に設けられたダイブレード４７は、アンビル３５と協働して、陰極ウェブ２３をカットし、個別の陰極シート５２（図３Ｂにさらに詳細に示される）を製造する。回転ダイ３４は、単独のダイブレード４７、図３Ａに示されるような２つのダイブレード４７または３つ以上のダイブレード４７を含んでもよいことを理解すべきである。さらに、ダイブレード４７は、１つのブレードであってもよく、またはさらに複雑なブレード構成であってもよい。たとえば、矩形のダイブレード構成またはパターンが、回転ダイ３４に設けられてもよい。所与のシステムの実装に応じて、陰極ウェブ２３のカッティングまたは打抜き加工のための他の方法および装置を用いることもでき、たとえば、剪断装置、レーザまたはウォータジェットの利用を含んでもよいことを十分に理解すべきである。
【００５１】
一実施形態において、アンビル３５は、シート化するダイブレードの間隔に適合する孔間隔を持ったパターンを有する真空アンビルロールである。個別の陰極シート５２は、陰極ウェブ２３の速度Ｗ１における移動から速度Ｗ２の移動へ移行し、積層装置２９に供給される。
【００５２】
積層装置２９の積層ロール３６およびアンビル３５、陽極ウェブ１２３は、速度Ｗ２で移動することが示されている。個別の陰極シート５２もまた速度Ｗ２で移動し、ゴム被覆の積層ロール３６とアンビル３５との間に形成されるニップにおいて陽極ウェブ１２３に積層される。速度Ｗ１，Ｗ２の差（速度Ｗ２は速度Ｗ１より速い）により、積層工程中、隣接する陰極シートの間に空間５３を形成する。この後、陽極ウェブ１２３の剥離ライナによって支持される積層ウェブ５０は、第２のカッティングステーション４０に供給される。
【００５３】
多くの用途において、遅く移動する陰極ウェブ２３に対する速く移動する陽極ウェブ１２３の適切な速度差（すなわち、Ｗ２／Ｗ１）は、約１．００５〜約１．０５の間で変化してもよい。たとえば、Ｗ２／Ｗ１＞１である限り、陰極ウェブ２３の速度Ｗ１は約１．５２ｍ／分（５フィート／分（ｆｐｍ））〜約１５２ｍｐｍ（５００ｆｐｍ）の範囲であり、陽極ウェブ１２３の速度Ｗ２は約１．５３ｍｐｍ（５．０２５ｆｐｍ）〜約１６０ｍｐｍ（５２５ｆｐｍ）の間で変化してもよい。
【００５４】
一実施形態において、陰極ウェブ２３の幅は約１９ｍｍ（０．７５インチ）〜約６１０ｍｍ（２４インチ）の間で変化する。陽極ウェブ１２３の幅も約１９ｍｍ（０．７５インチ）〜約６１０ｍｍ（２４インチ）の間で変化してもよい。各陰極シート５２の長さは、約６．４ｍｍ（０．２５インチ）〜約６１０ｍｍ（２４インチ）の間で変化してもよい。隣接する陰極シート間に形成される空間５３は、約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）〜約１０．２ｍｍ（０．４インチ）の範囲であってもよい。積層工程中に、積層オフセットが陰極ウェブ２３と陽極ウェブ１２３との間に形成される実施形態において、そのような積層オフセットは約１．０ｍｍ（０．０４インチ）〜約７．９ｍｍ（０．３１インチ）の間で変化してもよい。
【００５５】
説明のためであり、限定するためではないが、回転加工工程パラメータの具体的な設定が提供される。この説明に役立つ実例において、陰極ウェブ２３は１．２７ｍｐｍ（５０ｆｐｍ）の速度Ｗ１で移動されると仮定する。陽極ウェブ１２３の速度Ｗ２が１．２９ｍｐｍ（５１ｆｐｍ）であることによって、Ｗ１に対するＷ２の速度比は約１．０２となる。各カット陰極シートの長さは、９９．６ｍｍ（３．９２インチ）である。隣接する陰極シート５２間の空間５３は、２ｍｍ（０．０８インチ）である。次の深さカットの間の空間は、ウェブ５４の陽極のみの部分をつき抜け、陽極キャリア５１はつき抜けないようにカットし、１０２ｍｍ（４．０インチ）である。陽極ウェブおよび陰極ウェブの幅は、それぞれ１４３ｍｍ（５．６３インチ）である。この説明のための実例によれば、積層オフセットは６．１ｍｍ（０．２４インチ）である。
【００５６】
図３Ｃ〜図３Ｆは、図３Ａおよび図３Ｂに関して上述した構成に加えて実装することができる複数の回転加工装置構成を示している。図３Ｃ〜図３Ｆは、回転加工装置の３つの部分において異なる処理速度関係を有する４つの有用な構成を示している。具体的には、供給部分３２’、カッティング部分３４’、積層部分３６’に関連する速度は、速度ＷＸとして示され、Ｘは１、２または３に相当する。一般的に、必ずしもではないが、速度Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の間の関係はＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３で特徴付けることもできる。
【００５７】
たとえば、図３Ｃでは、この回転加工装置構成による供給部分３２’、カッティング部分３４’、積層部分３６’に関連する速度は、それぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ２である。この場合には、本質的に図３Ａおよび図３Ｂに関して前述した構成の通りであり、Ｗ１はＷ２より小さい。
【００５８】
図３Ｄは、別の回転加工装置構成を示しており、供給部分３２’、カッティング部分３４’、積層部分３６’に関連する速度は、すべて実質的に等しく、この説明のための実例では速度Ｗ１である。図３Ｄは、速度Ｗ１でライナを巻き取るための巻取りロール２７をさらに備えている。この構成は、矩形形状のダイブレードをはじめとする回転ダイのようなパターン形成された回転ダイの利用に十分に適している。この構成によれば、矩形のダイブレードは、ウェブ構造物（たとえば、陰極積層構造物）に矩形形状のカッティングにカットし、除去すると、隣接するウェブ構造物間に間隙を形成する。過剰または無駄なウェブマトリクス材料は、巻取りロール２７の利用によって速度Ｗ１で移動するライナに再び巻き取られてもよい。
【００５９】
速度Ｗ１でカッティング部分３４’を経て、陽極積層構造物のウェブのような別のウェブ１２３に通過するウェブ構造物シートの積層はまた、速度Ｗ１で積層部分３６’において生じてもよい。図３Ｄに示された回転加工装置構成は、隣接する陰極積層構造物間の所望の間隙の形成を好都合なことに生じると同時に、供給部分３２’、カッティング部分３４’、積層部分３６’のそれぞれにおいて実質的に一様な処理速度をもたらす。
【００６０】
図３Ｅは、別の回転加工装置構成を示しており、供給部分３２’およびカッティング部分３４’に関連する速度は実質的に等しく、積層部分の速度はＷ２として示されている。この構成では、カッティングステーション３４’と積層ステーション３６’との間に位置するコンベヤ２５が示されている。コンベヤ２５の速度は、積層ステーション３６’の速度、すなわちＷ２と実質的に同一である。
【００６１】
図３Ｆは、さらに別の回転加工装置構成であり、供給部分３２’、カッティング部分３４’、積層部分３６’に関連する速度が異なっている。この具体的な実例において、供給部分３２’、カッティング部分３４’、積層部分３６’に関連する速度は、それぞれ速度Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３として示されている。カッティングステーション３４’と積層ステーション３６’との間に位置するコンベヤ２５は、積層ステーション３６’の速度、すなわちＷ３と実質的に同一である。
【００６２】
図３Ａ〜図３Ｆに示される回転加工装置構成のそれぞれは、隣接するウェブ構造物またはシートの間に所望の間隙を提供することが分かる。隣接するウェブ構造物／シート間の間隙のサイズまたは間隔は、処理速度（たとえば、速度Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）および／またはダイブレードのサイズ、構成、間隔の慎重な選択によって様々であってもよい。以下に示される説明から明白であるように、隣接するウェブ構造物／シート間に形成される間隙は、第２のカッティングステーションにおける積層品（たとえば積層ユニットセル）の処理を容易にする。
【００６３】
第２のウェブ１２３への積層のために、カッティングステーション３４’におけるウェブからカットされた各ウェブ構造物を第２のウェブ１２３に搬送するために、別の「ピックアンドプレイス」型積層装置を用いることもできることを当業者は十分に理解されたい。この代替アプローチによれば、積層部分３６’は、ピックアンドプレイス積層装置として再構成されるか、またはピックアンドプレイス積層装置によって置換されることになる。
【００６４】
図４は、図１および図２に示された第２のカッティングステーション４０をさらに詳細に示している。図４に示されているように、積層ウェブ５０は、剥離ライナ５１を有する陽極ウェブ１２３に積層される一連の離隔された陰極シート５２として示されている。積層ウェブ５０は、速度Ｗ２で第２のカッティングステーションへ進む。カッティングロール装置４１のアンビル４５および回転ダイ４４は、一般にＷ２と同一である速度Ｗ３で移動されるが、常に空間５３に当たるようにするために、速度は可変である。たとえば、速度Ｗ３は、約１５．２ｍｐｍ（５０ｆｐｍ）〜約１６．８ｍｐｍ（５５ｆｐｍ）の間で変化してもよい。各ダイブレード４８が隣接する個別の陰極シート５２間の空間５３の中でのみ積層ウェブ５０と係合しカットして回転されるように、回転ダイ４４の直径、ダイブレード４８間の間隔、速度Ｗ２、Ｗ３が適切に選択される。図４の領域「Ａ」内部のカッティングロール装置４１を示す詳細図が、図５に提供されている。
【００６５】
図５は、アンビル４５と回転ダイ４４との間に明示されたローリングカッティング境界面内部の積層ウェブ５０の一部を示している。回転ダイ４４のダイブレード４８は、隣接する個別の陰極シート５２間に形成された空間５３の内部の陽極ウェブ材料５４をカットするように示されている。ダイブレード４８は、陽極材料層５４を完全に貫通するが、剥離ライナ５１の一部しか貫通しないようにカットすることが示されている。正確に制御された深さのカットによって、剥離ライナ５１をごくわずかまたは実質的に全く貫通しなくてもよいことを留意されたい。
【００６６】
前述したように、図４に示された第２のカッティングステーション４０は、その出口で剥離可能なライナに支持された一連の積層ユニットセルシートを製造する。積層ユニットセルシートは、スタッキング装置による後処理のために、巻取りロールに巻き付けられてもよく、または連続回転加工／スタッキング作業の一部としてスタッキング装置に直接供給されてもよい。
【００６７】
前述したように、陽極ウェブ１２３および陰極ウェブ２３の構成は、材料、材料の層の数、位置合わせ、サイズ、そのような材料層の形状に関して様々であってもよい。一例として、陰極ウェブ２３の構成は、両側に陰極コーティングを有するアルミニウム箔を含んでもよい。この実例における陽極ウェブ１２３は、ポリエチレン／ＳＰＥ／リチウム箔／ＳＰＥ構成を有してもよい。尚、ＳＰＥは、固体重合体電解質を指す。
【００６８】
別の例として、陰極ウェブ２３は、陰極／炭素被覆アルミニウム箔／陰極構成を含んでもよい。この例における陽極ウェブ１２３は、ポリエチレン／ＳＰＥ／リチウム箔／ＳＰＥ構成を備えていてもよい。
【００６９】
本発明の回転加工装置および方法は、多種多様なシート材料を積層するために用いられてもよく、薄膜電気化学セルのみの利用に限定されるわけではないことを十分に理解されたい。さらに、回転積層工程は、第１のカッティングステーション２８によって処理されるウェブ材料シートの間に空間を形成する必要はないが、そのような空間の形成はある種の用途（たとえば、薄膜電気化学セルの製造）には有利である。
【００７０】
本発明のスタッキング装置および方法は、ローリング積層境界の利用などの種々のタイプ、サイズ、形状の積層品の連続スタッキングを提供する。一般的に言えば、一連の平坦なパック、パレットまたはキャリッジが、パックの上面にシート形態の製品の正確な積層スタックを構築するために、ニップを経由して連続的に回送される。製品のシートは、剥離可能なウェブライナからパックに連続逐次方式または交互方式で搬送され、所望の高さの製品シートのスタックを製造する。スタッキング装置およびスタッキング工程の複数の実施形態が、以下に示されており、「ＤＬ」（直接積層）装置または「ＶＬ」（真空積層）装置および工程のいずれかとして一般に分類される。
【００７１】
ＤＬ方法論によれば、製品シートは、剥離可能なウェブライナから直接積層装置のパックに搬送される。ＶＬ方法論によれば、製品シートは、最初に剥離ライナから真空ロールへ搬送され、次に間接積層装置におけるパックに積層される。製品シートの両面は粘着性であってもよいことを留意すべきである。同様に、たとえば、フックアンドループ、静電気、磁気または機械による把持機構の利用などスタッキングの他の非粘着性の態様を用いてもよい。材料層を組立てるための本発明のローリング積層工程、即ち本願明細書に記載されたＤＬアプローチおよびＶＬアプローチである二つの実施形態は、好都合なことに、積層構造物内の空気を排除する。
【００７２】
積層工程に供せられる製品は、剥離ライナ上のテープの形態であってもよい。製品を貫通してライナまでの制御された深さのカットは、製品を個別の製品シートに分離する。一つのアプローチにおいて、隣接する製品シート間に形成される空間がないと仮定する。雑草（ｗｅｅｄ）が除去された伝統的なラベル付けに比べて、これは無駄を削減する。スタッキング工程は、隣接する製品シート間の空間がなく、製品シート長さにごくわずかな変動が累積する場合にも対応できるように設計されてもよい。別のアプローチでは、上述したように、隣接する多層製品シートの層の少なくとも一部の層の間に空間が形成されてもよい。
【００７３】
ここで図６を参照すると、本発明の一実施形態による、連続方式で製品シートのスタックを製造するためのＶＬスタッキング装置１２０が示されている。この実施形態によれば、ＶＬスタッキング装置１２０に供給される製品ウェブ１３５は、上述したような上流の回転加工装置２０によって製造されてもよい。あるいは、製品ウェブ１３５は、個別の供給ロールによって提供されてもよい。製品ウェブ１３５は、上記で既に説明した第２のカッティングステーション４０によって製造されるような製品ウェブ１３５の剥離ライナに剥離可能に固着されている製品またはパッケージング（たとえば電気化学ユニットセル）の個別のシートを含むと仮定される。
【００７４】
図６に示されたＶＬスタッキング工程によれば、積層ニップ１４７が、真空ロール１３０と一連の移動パック１４２のそれぞれとの間に形成される。製品またはパッケージングの個別のシートは、粘着材料の面を含むことが好ましく、真空ロール１３０によって粘着性の面を出してニップ１４７に運び込まれる。
【００７５】
製品シートは、運転タイミングを容易にするように真空ロール１３０上で離隔されている。製品シートが、真空ロール１３０とストリッパロール１３４との間の境界に設けられた小さな半径の剥離点で製品ウェブ１３５の剥離可能ライナから取り除かれるため、製品シートは真空ロール１３０上に受け取られる。ストリッパロール１３４において、製品シートは、剥離可能なライナから剥離され、空間を置かれて、真空ロール１３０上に転送される。剥離ライナは、巻取りロール１２４に供給される。
【００７６】
真空ロール１３０の６時の位置で、製品シートは、真空ロール１３０からパック１４２（図６では矩形として一般的に示されている）上の大きくなっていくスタックに転送される。図６には、真空テンションロール１３０への巻き戻しとして示されているウェブ経路（ウェブ経路１）を示してある。このウェブ経路は、回転加工装置２０からスタッキング装置１２０を分離させるために用いられてもよい。たとえば、回転加工装置２０の出力で製造される積層ウェブは、一日巻き取られ翌日、スタッキング装置１２０によって巻き戻されて処理されることもできる。
【００７７】
一実施形態によれば、パック１４２は、タイミングベルトまたはチェーン伝導コンベヤ２０２によって連続ループ方式でニップ１４７の方に搬送される。この具体的な実施形態において、図８Ａおよび図８Ｂにさらに示されるように、離隔されたパック１４２は、所望の方向にコンベヤ２０２の上部を進み、コンベヤ２０２の一方の側面の弓状経路に沿い、コンベヤ２０２の下の部分に沿い、コンベヤ２０２の他の側面の弓状経路に沿って、コンベヤ２０２の上部へ戻る。パック１４２は、コンベヤ２０２上の連続経路に沿って移動してもよく、または別のアプローチによれば、往復コンベヤの利用によって連続経路に沿って移動してもよい。
【００７８】
連続方式で製品シートのスタックを作成するために、２台以上のＶＬ積層スタッキング装置１２０を用いてもよいことを理解すべきである。たとえば、２台のＶＬ積層スタッキング装置１２０の場合には、各装置１２０は、同一または異なるサイズ／形状の同一または異なる材料層をパック１４２に積層することができる。
【００７９】
別の実施形態において、図７Ａおよび図７Ｂにおいて最もよく分かるように、パック１４２は、連続ループ方式で往復コンベヤ１４６ａによって、図６に示されるニップ１４７の方に移送される。この実施形態では、１対の往復リニアモータ１５０ａ、１５０ｂがパック１４２の平面の下で作動する。第１のモータ１５０ａはパック１４２をニップ１４７の方へ進めているのに対し、第２のモータ１５０ｂはその行列を停止している。
【００８０】
先頭のモータ１５０ａは、先頭のパック１４２がニップ１４７に入る前に、先頭のパック１４２の速度および位置を調整する。先頭のパック１４２がニップ１４７に入ると、先頭のモータ１５０ａがパックを放し、その行列の後部にある第２のパック１４２を接合するために、迅速に、空で元に戻る。第２のパック１４２を接合するために、先頭のモータ１５０ａは、移動中のパック１４２（すなわち行列の第１のパックから１つのパック長さ後方にあるパック１４２）と速度および位置を適合させ、パック１４２の下部から突出しているグリッパホールドを把持するグリッパ１５６を作動する。
【００８１】
ニップ１４７を出たパック１４２は、コンベヤループに押出され、その行列の端へ戻るようにする。このパック１４２は、往復コンベヤ１４６ａの下部面側に載る。直線ベアリングガイド１５４を含むことを示しているように、最後のコンベヤからレールまたはベアリング部分への移行部において、直線ベアリングガイド１５４と係合するために、位置の許容差を必要とする。一旦、直線ベアリングガイド１５４に載ると、パック１４２は自己調整する。
【００８２】
タンデム型リニアモータ１５０ａ、１５０ｂおよびグリッパ１５６は、往復運動するように移動し、パック１４２は連続移動するように移動する。モータの加速度約４０ｍ／ｓ２で約３００積層／分という速度が実現可能である。このレベルの生産性は、市販の構成部材を用いて実現可能である。この推定値は、約３０ｍ／分の公称ラインスピードを提供する長さ約１００ｍｍのパック１４２に基づいている。
【００８３】
図６にさらに示しているように、必要に応じて、光センサ１３８，１３３が、パック１４２および真空ロール１３０上の製品シートを検知する。リニアモータ１５０ａ、１５０ｂは、一般に位置のフィードパックのために、直線エンコーダを用いる。
【００８４】
よリ広範囲な工程に関して、満たされたパック１４２が仕上げステーションまで回送されるのに対し、空のパック１４２はスタッキングループに挿入される。たとえば、電池または燃料電池のようなあるタイプの製品を適切に製造するためには、相対的に強いニップ圧力を必要とする場合がある。医療品およびパッケージング用途の場合には、そのような強い力を必要としなくても済む。図７Ａおよび図７Ｂに示されている実装例は、ニップ１４７の下に、合計の力が２６６９Ｎ（６００ポンド）以上かってもよい十分な機械的支持材を設けるように設計されている。
【００８５】
図７Ａおよび図７Ｂに示されているように、パック１４２は、連続移動において右から左へ移動する。ニップ１４７の下において、パック１４２は、ラウンドウェイベアリングおよびレール上、または機械加工された軌道を走るカムフォロア上に支持される。これらのオプションはいずれも、パック１４２をコンベヤ１４６ａと直線ベアリングガイド１５４との間で搬送することができる。このようなベアリングまたはカムフォロアは、リニアモータベアリングに関係なく、実装されることができるため、積層負荷を加える必要に応じて、サイズを決定してもよい。ベアリングまたはカムフォロアは、パック１４２と共に移動してもよく、またはパック１４２の「アクティブ」軌道を形成するように固定して配置されてもよい。
【００８６】
レール／ガイド部分の前のコンベヤ１４６ａまたは積層テーブル１４５は、公称ラインスピードで前方方向にパック１４２の列全体を駆動する。ニップ１４７の垂直制御は、真空ロール部分によって提供されてもよい。パック１４２上の製品またはパッケージの増加する高さに対応するため、垂直制御が必要とされる。パック１４２の上部または真空ロール１３０自体のいずれかは、準拠した材料で被覆されていてもよい。
【００８７】
リニアモータ１５０ａ、１５０ｂを用いる設計において、直線ベアリングガイド１５４は、コイルおよびグリッパ１５６の両方を支持する独立したベアリングを支持する。直線ベアリングガイド１５４が積層力を支えるほどに十分に強い場合には、カムフォロアおよび加工軌道を取り除いてもよい。この場合には、グリッパ１５６は、ニップ１４７によってパック１４２を全て搬送し、ニップは軌道をある程度長くする。
【００８８】
別の実施形態においては真空ロール１３０を用いない。パック１４２は剥離ステーションの下を直接通過するか、または製品シートの前縁がスタックの前縁に連結された他のシート供給機構を通過する。このアプローチは、ラベル貼り機を用いる場合と似たり寄ったりである。次に、積層を完成するために、パックはニップを通過してもよい。
【００８９】
図８はＤＬ装置１９０の実施形態を示しており、製品シートが剥離可能なウェブライナから直接積層装置のパック１４２まで搬送される。図８に示される直接積層装置１９０は、多数のパックまたはキャリッジ１４２が循環方式で移動するコンベヤ２０２を備えている。
【００９０】
この具体的な実施形態において、離隔されたパック１４２は、所望の方向にコンベヤ２０２の上部を進み、コンベヤ２０２の一方側面の弓状経路に沿い、コンベヤ２０２の下部分に沿い、コンベヤ２０２の他方の側面の弓状経路に沿って、コンベヤ２０２の上部へ戻る。パック１４２は、ＶＬアプローチに関して前述したような方式で、コンベヤ２０２上の連続経路に沿って進んでもよい。あるいは、ＤＬ工程は前述したタイプの往復コンベヤを用いても良いことも十分に理解されたい。
【００９１】
図８に示されているように、パック１４２が積層ロール２１２の付近を移動するとき、積層ロール２１２とパック１４２のそれぞれとの間にニップ２１４が形成される。この実施形態において、製品ウェブ２１３は、供給ロール２１０から巻き戻され、パック１４２を積層ロール２１２の近くに移動するとき、積層ロール２１２と各パック１４２との間に形成されるニップ２１４の方へ向わされる。積層ロール２１２とパック１４２との間に生じる相対的に強い積層力を提供するために、１つ以上の支持ローラ２０１を、コンベヤ２０２上に配置してもよい。
【００９２】
ニップ２１４を形成するように、各パック１４２が積層ロール２１２の近くを通過するとき、電気化学ユニットセルシートのような製品シート２１６がウェブからパック１４２に乗り換えられる。このパック１４２は積層ロール２１２の付近からコンベヤに沿って進み、次のパック１４２が、ニップ２１４を形成するために、積層ロール２１２の付近に進む。製品シート２１６は、ウェブからパック１４２に乗り換えられる。積層ロール２１２の下で循環するパック１４２のそれぞれに、製品シートのスタックを構築するために、この工程が何度も繰り返される。パック１４２における製品またはパッケージの増加する高さに対応するために、ニップ２１４の垂直制御が行われる。
【００９３】
コンベヤ２０２に固定されるか、または他の方法によりコンベヤ２０２上を移動するパック１４２は、１つの製品シート／スタックの長さより長いことが望ましいが、不可欠ではない。一実施形態において、パック１４２の長さは約１０２ｍｍ（４インチ）（たとえば１０４ｍｍ（４．０９インチ））であり、パック１４２の幅は約１５２ｍｍ（６インチ）（たとえば、１５０ｍｍ（５．９１インチ））である。個別のパック１４２間の間隔は、１つの製品シート／スタックの長さにほぼ等しい。
【００９４】
一実装例によれば、０〜１０ｍ／分の範囲の速度で製品ウェブ２１３を移動することができる。製品ウェブの幅は、約２０３ｍｍ（８インチ）である。製品シートは、約４３２ｍｍ（１７インチ）までの長さの電気化学ユニットセルシートであってもよい。
【００９５】
図８に示される実施形態において、積層ステーションが１つのみ用いられる。したがって、ウェブに剥離可能に固着された互い違いの製品シートのみが、パック１４２に搬送され、ウェブに固着された１つおきの製品シートを残す。１００％利用するために、このような未処理の製品シートは、ＤＬ装置１９０を通る１回目のパスで、ライナと共に巻き取られ、残りの製品シートを個別のパック１４２に乗り換えるために２回目のパスを行う。
【００９６】
パック１４２に積層された第１の製品シート層の上部と製品シートの非粘着面との接着力は、ウェブの剥離ライナから製品シートをきれいに引き離すほど十分に大きくなければならない。パック１４２の上部に対する第１の層の下部の接着力は、工程のバランスによって、スタックを固着するほど十分に大きいが、要求に応じて容易に剥離する。たとえば、電気化学セル構成の場合には、この第１の層は、粘着性の電解質／リチウム箔／粘着性の電解質構造物であってもよく、パック１４２の上部は、不活性の剥離可能な誘電材料の薄層を含んでもよい。この場合には、次の各層は一般に、陰極／集電体／陰極／電解質／リチウム箔／電解質構造物を有する。
【００９７】
一実施形態において、ウェブの剥離ライナに対する製品シートの接着力は一般に、約２ｇ／２５．４ｍｍ（インチ）〜約１００ｇ／２５．４ｍｍ（インチ）の範囲である。製品シート対製品シートの接着力は一般に、約３００ｇ／２５．４ｍｍ（インチ）〜約１２００ｇ／２５．４ｍｍ（インチ）の範囲である。
【００９８】
ＤＬ積層工程における第１の層と次の層との間の差異が、すべてのパック１４２がニップ２１４を通して第１の準備パスを行った後に、ロールの交換または接合を必要とすることが起こり得ることである。製品スタックが完成した後、パック１４２が取外される。手動または自動取外し工程の利用のいずれかによって、これが行なわれてもよい。たとえば、パック１４２からの製品スタックの分離は、既に述べたような不活性の剥離可能な誘電材料の薄層などのようなパック表面と隣接する製品スタック層との間に剥離可能な接着剤を利用することによって実現されうる。別の実例として、パックから製品スタックの取外しを容易にするために、スタッキング工程中、パック表面に製品スタックを固着するために用いうる真空機構を製品スタックに逆圧を形成するように、作用してもよい。
【００９９】
一実施形態によれば、積層ロール２１２は、ゴム被覆される。パック１４２は、本質的に平坦で硬い。ゴム被覆された積層ロール２１２がニップ２１４において変形するため、製品スタックは実質的に平坦であり、相対的に応力を受けないことが一般的に有利である。パック１４２の上に設けられたコーティングは、短絡セルからパック１４２に熱伝導を可能にするほど十分に薄くなっており、このことは、そのような短絡が生じた場合に、潜在的に安全という利点を有す。同様に、この実施形態において、剥離ライナが剥離点で曲げられないため、ライナは再利用することが潜在的に可能であり、コスト節約につながる。さらに、製品シートは常に、ウェブライナまたはパック１４２のいずれか、あるいはその両方と確実に接触しているため、アライメントまたは位置合わせからずれる可能性は低い。さらに、この実施形態によれば、真空ローラは必要ではなく、さらにコスト節約に潜在的につながる。
【０１００】
パックセンサおよび製品センサが、パック１４２上で製品シートの位置合わせを維持し、スタックの増加する高さに対応するようにＤＬロール２１２の位置を調整するために用いられることが好ましい。これらのセンサは、チェーン駆動およびウェブに固着された製品シートに関するパック１４２の速度および位置の微調整を容易にする。チェーン駆動式コンベヤ２０２の代わりに、タイミングベルトまたは別のサーボシステムを用いてもよく、高度な工程ではパック１４２をコンベヤ２０２に必ずしも固定する必要はない。
【０１０１】
図９は、本発明の別の実施形態による２つの積層ステーション２０２，２０４（たとえば、１つの製品ウェブステーション、２つの積層ステーション）を含むＤＬ装置２００を示している。図９は、左から右へ移動するＤＬ工程を示している。２つの積層ステーション２０２、２０４が設けられており、キャリアウェブ２１３から一組の循環パック１４２に乗り換えれた互い違いの製品シート２１６を個別に積層する。さらに具体的に言えば、第１の積層ステーション２０２が１つおきの製品シートをその個別のパック１４２に乗り換え、第２の積層ステーション２０４が残りの製品シートをその個別のパック１４２に乗り換る。図９に示される実施形態において、積層ステーション２０２、２０４のそれぞれは、チェーン駆動式コンベヤ１４６ｂ、１４６ｃを備えている。
【０１０２】
製品シート２１６のキャリアウェブ２１３は、供給ロール２１０から巻き戻される。前述したような回転加工装置および方法を用いて、カットされた製品シート２１６のキャリアウェブ２１３を製造してもよい。キャリアウェブ２１３は、第１の積層ステーション２０２において、第１の積層ロール２１２とパック１４２のそれぞれとの間に連続的に形成されるニップ２１４に供給される。第１の積層ステーション２０２のコンベヤ１４６ｂ上を移動しているパック１４２の間に形成された間隔のため、ＤＬ工程中にキャリアウェブ２１３が供給ロール２１０から巻き戻され、巻取りロール２２２に巻き取られるときに、互い違いの製品シート２１６が、キャリアウェブ２１３からパック１４２へ乗り換えられる。
【０１０３】
第２の積層ステーション２０４における第２のニップ２１５が、第２の積層ロール２２０とコンベヤ１４６ｃの周囲を循環するパック１４２のそれぞれとの間に形成される。第１の積層ステーション２０２を通過した後、キャリアウェブ２１３に残っている製品シート２１６は、キャリアウェブ２１３から第２の積層ステーション２０４のパック１４２に乗り換えられる。したがって、連続ＤＬ工程中、製品シートのスタックが２つの積層ステーションのそれぞれにおけるパック上に構成される。キャリアウェブ２１３に剥離可能に固着された製品シート２１６は、隣接する製品シート２１６間に形成される間隔の有無に関係なく、キャリアウェブ２１３上に配置していてもよいことを留意されたい。
【０１０４】
３つ以上の積層ステーションを用いてもよいことと、さらなる積層ステーション追加を容易に促進するために、ウェブ速度、製品シートのサイズ、パックの間隔のような工程パラメータを適切に調整することができることと、を十分に理解されたい。パックセンサおよび製品センサは、パック１４２上の製品シートの位置合わせを保持するために用いられることが好ましい。これらのセンサは、コンベヤ１４６ｂ、１４６ｃ（たとえばチェーン駆動）の速度および位置の微調整を独立かつ容易にする。あるいは、チェーン駆動式コンベヤ１４６ｂ、１４６ｃの代わりに、タイミングベルトまたは別のサーボシステムを用いてもよい。
【０１０５】
図１０は、本発明の別の実施形態によるＤＬ装置２０１を示している。この実施形態は、２つの積層ステーション単独コンベヤＤＬ装置の実装例を示している。図示されているように、ＤＬ装置２０１は、コンベヤ２２１を含む１つの積層ステーション２０３を備えている。製品シート２１６のウェブ２１３は、供給ロール２１０から巻き戻され、第１の積層ロール２１２と一組の循環パック１４２との間を通過する。互い違いの製品シート２１６は、第１のニップ２１４においてウェブ２１３から移動中のパック１４２に乗り換えられる。残りの製品シート２１６は、第２の積層ロール２２０とパック１４２のそれぞれとの間に形成される第２のニップ２１５において、移動中のパック１４２に乗り換えられる。その後、剥離ライナが巻取りロール２２２に巻き取られる。
【０１０６】
図１０に示される装置２０１を用いる１つのＤＬ実装例によれば、キャリアウェブ２１３は、剥離ライナであり、その上に１つのスタックで陰極／集電体／陰極構造物およびセパレータ／陽極／セパレータ構造物の互い違いのシートを組み込み予めカットされた電気化学ユニットセルシート２１６が剥離可能に支持されている。あるいは、キャリアウェブ２１３は、１つのスタックにセパレータ／陽極／セパレータ構造物および陰極／集電体／陰極構造物の互い違いのシートを組み込み予めカットされた電気化学ユニットセルシート２１６を支持することもできる。
【０１０７】
一実装例によれば、０〜１０ｍ／分の範囲の速度で製品ウェブ２１３を移動することができる。製品ウェブの幅は、約２０３ｍｍ（８インチ）であってもよい。ユニットセルシートは、約４３２ｍｍ（１７インチ）までの長さであってもよい。
【０１０８】
図１０はまた、前述した図８および図９に示されたような他の実施形態で用いることができる複数の追加構成部材を示している。ＤＬ装置２０１は、ウェブがテンションロール２１９を通過するとき、ウェブアライメントに対して支援するためのウェブガイド２２３を備えることができる。製品シート２１６を所望の温度に加熱するために、赤外線ヒータ２３２を用いてもよい。キャリアウェブ２１３における製品シート２１６の配置およびパック１４２および／またはチェーン駆動／コンベヤ２２１の速度および位置を検出するために、光センサのようなアライメントセンサ２３４を用いてもよい。ＤＬ工程中のコンベヤ速度の調整を容易にするために、コンベヤ２２１は、１つ以上のサーボ制御駆動ロールを備えてもよい。他の実施形態においてみられるように、パック１４２における製品またはパッケージの増加する高さに対応するために、積層ロール２１４、２１５の垂直制御が行われる。あるいは、パックの高さを調整することによって、セルの高さに対応させることができる。
【０１０９】
図１１は、本発明の原理によるＤＬ装置３００のさらに別の実施形態を示している。この実施形態によれば、複数の製品ウェブ３０６、３２６は、一組の連続的に移動する循環パック１４２においてシート製品またはパッケージングのスタックを構築するために、複数の積層ニップ２１４、２１５をそれぞれ通過させる。図示されているように、製品ウェブ３０６は、製品ウェブ３２６に除去可能なように固着された製品シートとは異なる製品シートを備えており、２つの製品ウェブ３０６、３２６は同一のタイプの製品シートを支持することができることを理解されたい。さらに示されるように、各製品ウェブ３０６、３２６は、唯一の関連する積層ニップ２１４、２１５を有し、１つおきの製品シートは、各ニップ２１４、２１５における個別のパックに乗り換えられる。１回通過中に、所与のウェブのすべての製品シートが個別のパックに乗り換えられるように、各製品ウェブ３０６、３２６のために、２つの積層ニップを設けることができることを理解すべきである。１回通過中に、所与のウェブのすべての製品シートが個別のパックに乗り換えられるように、各製品ウェブ３０６、３２６のために、３つ以上の積層ニップを設けることができることをさらに理解すべきである。
【０１１０】
この実施形態によるＤＬ方法を実行する場合に実現可能な１つの利点は、製品シートが最初にパック１４２に乗り換えられたかどうかに関係なく、ウェブ３０６、３２６に支持された各製品シートの積層を互い違いにすることができることに関する。一例として、製品ウェブ３０６は、セパレータ／リチウム箔／セパレータ構造物を含む電気化学陽極製品シートを剥離可能に支持することができる。製品ウェブ３２６は、陰極／集電体／陰極／集電体／陰極構造物を含む電気化学陰極製品シートを剥離可能に支持することができる。たとえば、互い違いの陽極製品シート／陰極製品シートのスタックを構成するために、陽極製品シートをパック１４２に最初に積層し、次に陰極製品シートを積層することができる。
【０１１１】
一実装例によれば、０〜１０ｍ／分の範囲の速度で製品ウェブ３０６を移動することができる。製品ウェブの幅は、約２０３ｍｍ（８インチ）であってもよい。ユニットセルシートは、約４３２ｍｍ（１７インチ）までの長さであってもよい。製品ウェブ供給ロール３０２、３２２はそれぞれ、約４５７ｍｍ（１８インチ）までの直径を有することができる。
【０１１２】
ここで図１２Ａおよび図１２Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態によるスタッキング／積層装置５００が示されている。この実施形態によれば、高精度で材料の積層スタックを製造するために、スタッキング／積層装置５００を用いることができる。スタッキング／積層装置５００によって処理される材料は、異なる寸法および柔軟性を有する材料層を含むことができる。
【０１１３】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示される実施形態によれば、積層ロールからパックへの製品シートの乗り換え中に、パックは移動中である必要はない。パックは、コンベヤに取付けてもよく、取付けなくてもよいが、この実施形態では、積層またはスタック構築工程中、コンベヤは移動中である必要はない。ローラは、パックを横切って通過し、各通過時にローラの面上の点が同一の位置でパックと接合するように、同時に位置Ａと位置Ｂとの間を回転される。ロールは、ロールの面の一定の位置に分割された製品シートを保持することができる。このことは、真空、静電気または接着剤によって実現されてもよい。
【０１１４】
スタッキング／積層装置５００は、パックの面から積層ロールの面までの距離を制御するために、調整可能な機構を有する。スタックの高さが増加すると、距離が増加する。ロールは、分割された製品シートまたはライナシートによって支持された分割された製品シートをパックに供給することができる。２層の異なる積層品または積層品混合物を正確なアライメントで１つのスタックに積層するように装置５００が設計されている。各積層品のパレットは、積層の前に取得される積層品のために、機械のいずれかの端部に取付けることも可能である。
【０１１５】
一実施形態によるスタッキング／積層装置５００は、材料を位置決めして保持するために、真空ロール５０２を用いる。材料の位置決めは、真空ロール５０２上の基準マークを用いることによって実現される。材料のパッチがその正確な配置のためのロールの基準マークを用いて、真空ロール５０２上に配置された後、真空ロール５０２はハンドル５０４によって回転することにより進められる。真空ロール５０２が回転すると、位置合わせのために、機構５０６上を前進する。
【０１１６】
この相互作用のために、真空ロール５０２によって搬送される材料のパッチは常に、積層が生じる位置である積層パック５０８上の同一の位置に示される。パッチ材料は積層パック５０８または材料の次の層に真空ロール５０２の保持力より大きい力で接着されるため、材料のパッチは真空ロール５０２から剥離して積層パック５０８に乗り換えられる。次に、真空ロール５０２上の別の設定の基準マークに基づいて、材料の第２の層が真空ロール５０２上に配置され、逆方向で材料の増加するスタックに積層される。そのような基準マークは、所与の工程の適用可能な積層要件に左右される。スタックが増加すると、クリアランスのために積層スタックの高さを下げ、一定の積層圧力を維持するように、ねじジャッキ５１０がハンドル５１３によって作動される。
【０１１７】
さらなる説明のために、スタッキング／積層装置５００は、ステーション積層開口部５０３および調整可能なテーブル５０５を有するステーション５０１を備えている。調整可能なテーブル５０５は、上面５０７を有し、垂直方向（たとえば高さ）、横方向、軸方向の軸（たとえば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に関して調整可能であってもよく、さらに、方向揺れ角に関して調整可能であってもよい。調整可能なテーブル５０５は、ステーション５０１内部に位置し、ステーション５０１と一体であってもよく、ステーション５０１のステーション積層開口部５０３の下に配置されてもよい。装置は、調整可能なテーブル上面５０７に取付けられるパック５０８をさらに含む。パック５０８は、調整可能なテーブル上面機構部分の機能として移動可能である。回転可能な積層面５０２が、位置Ａと位置Ｂとの間の移動のために設けられ、回転可能な積層面５０２に対してパック５０８を位置合わせするための装置５０６を備えている。
【０１１８】
この実施形態によれば、第１の製品送出装置は、陰極積層構造物のような第１の製品シートを回転可能な積層面５０２に供給する。第２の製品送出装置は、陽極積層構造物のような第２の製品シートを回転可能な積層面５０２に供給する。パック５０８上に第１の製品シートおよび第２の製品シートを互いに違いにするスタックを製造するために、ステーション５０１の対向する端部から反復交互方式で個別の第１のシートおよび第２のシートをパック５０８に搬送するように、第１の製品送出装置および第２の製品送出装置は、回転可能な積層面５０２と協働する。
【０１１９】
真空、接着剤、静電気またはこれらのアプローチの組合せを利用することによって、シートを回転可能な積層面５０２に保持することができる。１つのアプローチによれば、回転可能な積層面５０２に対するパック５０８の位置合わせは、ラックアンドピニオン装置５０６の利用によって実現される。たとえば、ガイドローラを有するローラベアリング装置、ピックアンドプレイス装置または他の歯車／ベルト組立品などの他の位置合わせ機構または調整機構を用いても良いことを理解すべきである。
【０１２０】
回転可能な積層面５０２および調整可能なテーブル上面５０７の移動は、手動で達成されてもよい。あるいは、回転可能な積層面５０２および調整可能なテーブル上面５０７の移動は、１つ以上の制御可能な電動機の利用などの完全または部分的な自動方式で達成されてもよい。
【０１２１】
一実施形態において、パック５０８のすべてまたは一部は、断熱電気絶縁材料から製造される。パック５０８は、たとえば、ｘ位置表示器、ｙ位置表示器、ｚ位置表示器などの位置表示器および方向揺れ角計を備えていてもよい。製品送出装置は、単層シートまたは多層シートの１つ以上のウェブを含むことができ、シートは剥離ライナを含むことができる。製品送出装置は、回転可能な積層面５０２へのシートの手動供給を行う１台以上の手動シート供給装置を備えていてもよい。
【０１２２】
本発明の原理による回転加工および／またはスタッキング装置および方法によって、異なるタイプ、サイズ、形状の多種多様な材料を処理することができることを理解すべきである。本発明の原理は、たとえば、積層燃料電池の構成に適用されてもよい。
【０１２３】
一実施形態によれば、陽子交換膜燃料電池、センサ、電界槽、クロロアルカリ分離膜などをはじめとする電気化学素子は、膜電極組立品（ＭＥＡ）から構成されることができる。このようなＭＥＡは、イオン伝導膜と接触する白金（Ｐｔ）などの触媒電極材料を含んでいる少なくとも１つの電極部分を組み込んでいる。イオン伝導膜（ＩＣＭ）は、固体電解質のような電気化学セルに用いられることが多い。
【０１２４】
たとえば、一般的な燃料電池において、ＩＣＭは、陰極および陽極と接触しており、陽極において形成されるイオンを陰極に搬送することによって、電極を接続している外部回路に電流を流すことができる。燃料電池、センサ、電界槽または電気化学反応炉のような電気化学セルの中心となる構成部材は、３層膜電極組立品またはＭＥＡである。ＭＥＡは、最も一般的に言えば、イオン伝導電解質、好ましくは固体重合体電解質を挟む２つの触媒作用が及ぼされる電極を含む。同様に、この３層ＭＥＡが電極裏面層（ＥＢＬ）と呼ばれる２つの多孔性導電素子の間に挟まれ、５層ＭＥＡを形成する。
【０１２５】
たとえば、互いとの位置合わせにおいて陰極および陽極をＩＣＭに接合し、次の工程において、３層ＭＥＡを個別の陰極側ＥＢＬおよび陽極側ＥＢＬに接合して５層ＭＥＡを形成するために、本発明の装置および方法を用いることができる。あるいは、５層ＭＥＡの予備形成された部分組立品を合わせて、完全なＭＥＡを形成することができる。たとえば、電極層が接合されているＥＢＬを含む部分組立品は、第２の電極、別のベアリング、ＩＣＭが接合されるＥＢＬを含む部分組立品に接合されることができる。
【０１２６】
本発明の原理によれば、他のタイプの積層スタックを製造することもできる。図１３〜図１８は、本発明の回転加工および／またはＶＬ／ＤＬスタッキングアプローチを用いて製造することができる複数の異なるタイプの積層スタックを示している。
【０１２７】
図１３は、材料の多色シートの積層スタックを示している。色付きまたは印刷されたシートの多層を共に積層し、所望の形状にカットして、積み重ねることができる。たとえば、それぞれが異なる色であり、背面の一部に接着剤を含む製品の５つの異なるウェブを共に積層し、所望の形状にカットすることができる。このスタックを複数の積層が積み重ねられるまで循環するパック上に置き、この時点で各パックが循環ループから取り出され、空のパックと置き換えられる。
【０１２８】
図１４は、背面の一部に接着剤を有する紙または膜の単色シートの複数の層を示しており、共に積層され、第１のカッティングステーション（たとえば回転ダイステーション）で所望の形状にカットされる。カットされたスタックは、パック上に配置される。第２のウェブラインにおいて、背面の一部に接着剤を有する第２の色の複数の層が共に積層され、第２のカッティングステーションにおいて所望の形状にカットされる。このカットされたスタックは、第１のカッティングステーションでカットされたスタックと共に、パック上に配置される。
【０１２９】
たとえば、合わせて５つの個別のウェブラインに対して、この工程が続けられてもよい。スタックが製造される順序に応じて、パックは、ウェブラインからウェブラインへ移動する。一旦、詰め込みが完了すると、各パックは、スタッキング装置から移動され、空のパックによって置き換えられる。完成したパックは、送出部分へ送られる。
【０１３０】
図１５は、図１４に示されたものと類似の製品スタックまたはパッドを示している。図１５に示された製品スタックは楕円形であるのに対し、図１４に示された製品スタックは正方形または矩形である。図１４および図１５に示された製品スタックの形状は必要または所望に応じて、様々であってもよいことを理解すべきである。
【０１３１】
図１６は、図１４および図１５に示されたものと類似の別の製品スタックまたはパッドを示しているが、様々な層の形状が変化している。シート（たとえば紙または膜）の色は変化しても変化しなくてもよいことを理解すべきである。図１７は、各シートが異なる形状を有し、一度に１つのシートのみがパックに加えられる点を除き、図１４および図１５に示されたものと類似の製品スタックを示している。また、６つ以上の異なるカッティングステーションを必要とする様々な形状であってもよい。
【０１３２】
図１８は、本発明の原理によって積層される包帯のパックを示している。下部ウェブは、無菌パッケージの下部シートとして作用し、製品用のライナとしても作用する。パターン化された接着剤が、ライナのない面のパッケージウェブにコーティングされる。包帯は、この工程から上流に向けられ、各包帯がカットされて、ライナ／パッケージングウェブに置かれる。このパッケージングウェブはカットされて後方に循環されるパック上に配置される。パッケージングウェブの別の包帯がカットされて、スタックの上部に置かれる。これがたとえば、１０〜５０回反復されてもよい。
【０１３３】
一旦、包帯のすべてがパック上に置かれると、上部パッケージングウェブがスタックの上部に加えられて、スタックの上部の包帯の上膜として作用する。製品の使用のために、上部ウェブが除去されることによって、包帯が露出する。一旦、包帯が取出されると、今度は前の包帯用の下部パッケージングウェブ／製品ライナが次の製品用の上部パッケージングウェブとなる。
【０１３４】
本発明の様々な実施形態に関する前述の説明は、例示のために提示された。開示された正確な態様に関して、本発明を包括的であるかあるいは限定するためのものではない。上記の開示を踏まえて、様々な修正および変形が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されるのではなく、本願の特許請求の範囲によって限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施形態による回転加工およびスタッキング装置を示す図である。
【図２】
本発明の実施形態による回転加工装置を示す図１の部分組立品を示す図である。
【図３Ａ】
本発明の実施形態による回転加工装置の第１の回転カッティング／積層境界の詳細図である図２の部分組立品を示す図である。
【図３Ｂ】
図３Ａに示される第１の回転カッティング／積層境界におけるアンビルを移動するカット陰極シートを示す図である。
【図３Ｃ】
それぞれが、同一または異なる処理速度で作動することができる供給部分、カッティング部分、積層部分を含む回転加工装置の４つの実施形態を示す図である。
【図３Ｄ】
それぞれが、同一または異なる処理速度で作動することができる供給部分、カッティング部分、積層部分を含む回転加工装置の４つの実施形態を示す図である。
【図３Ｅ】
それぞれが、同一または異なる処理速度で作動することができる供給部分、カッティング部分、積層部分を含む回転加工装置の４つの実施形態を示す図である。
【図３Ｆ】
それぞれが、同一または異なる処理速度で作動することができる供給部分、カッティング部分、積層部分を含む回転加工装置の４つの実施形態を示す図である。
【図４】
本発明の実施形態による回転加工装置の第２の回転カッティング境界面の詳細図である図２の部分組立図である。
【図５】
図４に示される第２の回転カッティング境界面の詳細図である。
【図６】
本発明の実施形態によるスタッキング装置を示す図１の部分組立図である。
【図７Ａ】
本発明の実施形態によるスタッキング装置の一部を示す図である。
【図７Ｂ】
本発明の実施形態によるスタッキング装置の一部を示す図である。
【図８】
本発明の別の実施形態によるスタッキング装置を示す図である。
【図９】
本発明の実施形態によるマルチプルステーション型単一製品ウェブスタッキング装置を示す図である。
【図１０】
本発明の実施形態による単一ステーション型単一製品ウェブスタッキング装置を示す図である。
【図１１】
本発明の実施形態によるマルチプルステーション型多製品ウェブスタッキング装置を示す図である。
【図１２Ａ】
本発明の別の実施形態による回転加工／積層装置を示す図である。
【図１２Ｂ】
本発明の別の実施形態による回転加工／積層装置を示す図である。
【図１３】
本発明の原理による回転加工および／またはスタッキング装置によって製造される材料の多色シートの積層スタックを示す図である。
【図１４】
本発明の原理による回転加工および／またはスタッキング装置を用いて、共に積層され、所望の形状にカットされ接着剤を有する後面部を有する紙または膜の単色シートの多層を示す図である。
【図１５】
図１４に示されるものとは異なる形状を有するが図１４に示されているものと類似の紙または膜の単色シートの多層を示す図である。
【図１６】
本発明の原理による回転加工および／またはスタッキング装置を用いて製造される様々な形状およびサイズの様々なシートまたは膜の層を含む製品スタックまたはパッドを示す図である。
【図１７】
本発明の原理による回転加工および／またはスタッキング装置を用いて製造される異なる形状を各シートが有する様々なシートまたは膜の層を含む製品スタックを示す図である。
【図１８】
本発明の原理による回転加工および／またはスタッキング装置を用いて製造される包帯のパックを示す図である。
【図１】
2004515040.tif 000003
【図２】
2004515040.tif 000004
【図３Ｃ】
2004515040.tif 000005
【図３Ｄ】
2004515040.tif 000006
【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図６】
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【図７Ｂ】
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【図９】
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【図１２Ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004515040.tif 000079
2004515040.tif 000080
2004515040.tif 000081