(57)【要約】製品スタッキング装置（１２０）および製品スタッキング方法は、１つ以上のステーションを用い、それぞれは、離隔されたパックがその上の移動のために連結された静止スタッキングプラットホームまたはコンベヤを備える。製品送り装置（２０）は、分割された製品シートが剥離可能であるように添着される１つ以上の可動ウェブを駆動する。製品送り装置は、個別のパックに製品シートのスタックを製造するために、反復方式でウェブからパックに製品シートを搬送するためのステーションのそれぞれに関連する１つ以上の回転可能な積層インタフェースを備えている。分割された製品シートのそれぞれは、電気化学セルのすべてまたは一部を画定することができ、パッドのすべてまたは一部は、膜またはシート材料の層を備えており、層のそれぞれの一部は接合特徴部を備え、またはパックのすべてのまたは一部が包帯の層を含む。積層ロールからパックへの製品シートの搬送中、パックは動いている必要はない。パックはコンベヤに取付けられていても取付けられていなくてもよいが、積層またはスタック構築工程中、コンベヤは動いている必要はない。この場合には、ローラはパックを横断すると同時に、ローラの面上の点が各経路の同一位置でパックと連係するように回転される。
2004514621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離間配置された複数のパックが移動式に連結されるコンベヤを各々に備える１つ以上のステーションと、
分割された複数の製品シートが剥離可能に添着される１つ以上の可動ウェブを駆動する製品送り装置であって、個々のパックに製品シートのスタックを製造するために、反復方式で前記ウェブから前記パックに製品シートを搬送するための前記ステーションの各々に関連した１つ以上の回転可能な積層インタフェースを有する製品送り装置と、
を具備する製品スタッキング装置。
【請求項２】
前記可動ウェブのそれぞれが、前記分割された製品シートが剥離可能に添着される剥離ライナを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記製品送り装置が、各ウェブに関連する供給装置および巻取り装置を備え、前記製品シートが、１つ以上の前記回転可能な積層インタフェースと個々の前記パックとの間に形成されるニップによって移動する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記製品送り装置が、各回転可能な積層インタフェースと、前記パックに構築される前記製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサと、に連結される位置調整機構を備え、前記位置調整機構は、前記製品シートのスタックの高さの変化を検知する前記センサに応じて、各回転可能な積層インタフェースの位置を調整する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記パックが、連続ループ移動式に、１台以上のコンベヤに連結される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パックが、往復移動式に、１台以上のコンベヤに連結される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
パックの移動のパラメータを検知するセンサを備える制御システムであって、コンベヤの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持する制御システムをさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ウェブの移動のパラメータを検知するセンサを備える制御システムであって、コンベヤの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持する制御システムをさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記分割された製品シートのそれぞれが、ソリッドステート薄膜電池および燃料電池に用いられるセルを含む電気化学セルのすべてまたは一部を画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記分割された製品シートのそれぞれは、膜またはシート材料の層を含むパッドのすべてまたは一部を画定し、前記層のそれぞれの一部が接着剤を備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記分割された製品シートのそれぞれは、包帯の層を含むパックのすべてまたは一部を画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記パックから製品シートの前記スタックを分離するための降ろしステーションをさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記製品送り装置の回転可能な積層インタフェースが、真空ロールを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
離間配置された複数の第１のパックが移動式に連結される第１のコンベヤを備える第１のステーションと、
離間配置された複数の第２のパックが移動式に連結される第２のコンベヤを備える第２のステーションと、
分割された製品シートが剥離可能に添着される可動ウェブを駆動する製品送り装置であって、前記第１のパックおよび前記第２のパックのそれぞれに製品シートのスタックを製造するために、反復方式で前記第１のステーションおよび前記第２のステーションの前記第１のパックおよび前記第２のパックのそれぞれに互い違いの製品シートを搬送する製品送り装置と、
を具備する製品スタッキング装置。
【請求項１５】
前記可動ウェブが、前記分割された製品シートが剥離可能に添着される剥離ライナを有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記製品送り装置は、供給装置、巻取り装置、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラを備え、前記互い違いの製品シートは、前記ウェブの供給装置および巻取り装置の移動に応じて、前記第１のアプリケーションローラおよび前記第２のアプリケーションローラと前記第１のパックおよび前記第２のパックとの間にそれぞれ形成されるニップを通って移動する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記製品送り装置は、前記第１のアプリケーションローラおよび前記第２のアプリケーションローラに連結される位置調整機構と、前記製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサとを備え、前記位置調整機構は、前記製品シートのスタックの高さの変化を検知する前記センサに応じて、前記第１のアプリケーションローラおよび前記第２のアプリケーションローラの位置を調整する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のパックおよび前記第２のパックが、連続ループ移動式に、前記第１のコンベヤおよび前記第２のコンベヤのそれぞれに連結される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のパックおよび前記第２のパックが、往復移動式に、前記第１のコンベヤおよび前記第２のコンベヤのそれぞれに連結される、請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
第１のパックおよび第２のパックの移動のパラメータをそれぞれ検知するセンサを備える制御システムであって、第１のコンベヤおよび第２のコンベヤの移動および／またはウェブの移動を調整して、前記第１のパックおよび前記第２のパックのそれぞれにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持する制御システムをさらに具備する、請求項１４に記載の装置。
【請求項２１】
ウェブの移動のパラメータを検知するセンサを備える制御システムであって、１台以上の第１のコンベヤおよび第２のコンベヤの移動および／またはウェブの移動を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持する制御システムをさらに具備する、請求項１４に記載の装置。
【請求項２２】
前記分割された製品シートのそれぞれが、電気化学セルまたは燃料電池のすべてまたは一部を画定する、請求項１４に記載の装置。
【請求項２３】
前記分割された製品シートのそれぞれは、膜またはシート材料の層を含むパッドのすべてまたは一部を画定し、前記層のそれぞれの一部は接着剤を備えている、請求項１４に記載の装置。
【請求項２４】
前記分割された製品シートのそれぞれは、包帯の層を含むパックのすべてまたは一部を画定する、請求項１４に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１のパックおよび第２のパックから製品シートの前記スタックを分離するための降ろしステーションをさらに具備する、請求項１４に記載の装置。
【請求項２６】
離間配置された複数のパックが移動式に連結されるコンベヤを備えるステーションと、
分割された第１の製品シートが剥離可能に添着される可動式の第１のウェブを駆動する第１の製品送り装置であって、第１の製品シートを前記パックのそれぞれに搬送する第１の製品送り装置と、
分割された第２の製品シートが剥離可能に添着される可動式の第２のウェブを駆動する第２の製品送り装置であって、第２の製品シートを前記パックのそれぞれに搬送する第２の製品送り装置と、
を具備し、前記第１の製品送り装置および前記第２の製品送り装置は、前記パックのそれぞれに互い違いの第１の製品シートおよび第２の製品シートのスタックを製造するために、反復方式で個別の第１のシートおよび第２のシートを前記パックのそれぞれに搬送する製品スタッキング装置。
【請求項２７】
前記可動式の第１のウェブおよび前記可動式の第２のウェブのそれぞれは、第１および第２の分割された製品シートのそれぞれが剥離可能に添着される剥離ライナを有する、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の製品送り装置および前記第２の製品送り装置のそれぞれは、供給装置、巻取り装置、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラを備え、前記第１の製品シートおよび前記第２の製品シートは、前記第１のウェブおよび前記第２のウェブの供給装置および巻取り装置の移動に応じて、前記第１のアプリケーションローラおよび前記第２のアプリケーションローラと前記パックとの間にそれぞれ形成されるニップを通って移動する、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１の製品送り装置および前記第２の製品送り装置のそれぞれは、
第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラのそれぞれに連結される位置調整機構と、
前記製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサと、を備え、前記位置調整機構は、前記製品シートのスタックの高さの変化を検知する前記センサに応じて、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラのそれぞれの位置を調整する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記パックが、連続ループ移動式または往復移動式に、前記コンベヤに連結される、請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
パックの移動のパラメータを検知するセンサを備える制御システムであって、コンベヤの移動を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持する制御システムをさらに具備する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３２】
第１の製品送り装置および第２の製品送り装置の移動を独立に調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持する制御システムをさらに具備する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３３】
前記分割された製品シートのそれぞれが、電気化学セルのすべてまたは一部を画定する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３４】
前記分割された製品シートのそれぞれは、膜またはシート材料の層を含むパッドのすべてまたは一部を画定し、前記層のそれぞれの一部は接着剤を備えている、請求項２６に記載の装置。
【請求項３５】
前記分割された製品シートのそれぞれは、包帯の層を含むパックのすべてまたは一部を画定する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３６】
前記パックから製品シートの前記スタックを分離するための降ろしステーションをさらに具備する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３７】
前記第１の製品送り装置および前記第２の製品送り装置のそれぞれが、前記パックのそれぞれに、第１のシートおよび第２のシートのそれぞれを搬送するための真空ロールを備える、請求項２６に記載の装置。
【請求項３８】
複数のパック上に材料のシートをスタッキングする方法であって、
離間配置された複数のパックを循環経路上で移動させることと、
分割された製品シートが剥離可能に添着される剥離ライナを各々に有する１つ以上のウェブを、連続方式で前記複数のパックの近傍に移動させることと、
前記１つ以上の移動ウェブと前記複数のパックとの間にニップを形成することと、
前記パックのそれぞれに製品シートのスタックを製造するために、反復方式で前記ニップにおいて１つ以上の前記ウェブから前記パックに製品シートを回転可能に搬送することと、
を含む方法。
【請求項３９】
前記パックにおける前記製品シートのスタックの高さを検知することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記パックにおける前記製品シートのスタックの高さの関数として前記ニップの位置を調整することをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記パックを移動させることは、前記循環経路に沿って連続ループ移動式に前記パックを移動させることを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記パックを移動させることは、前記循環経路に沿って連続往復移動式に前記パックを移動させることを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
ウェブの移動のパラメータを検知することと、パックの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持することとをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
パックの移動のパラメータを検知することと、パックの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持することとをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記分割された製品シートのそれぞれが、電気化学セルのすべてまたは一部を画定する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記分割された製品シートのそれぞれは、膜またはシート材料の層を含むパッドのすべてまたは一部を画定し、前記層のそれぞれの一部が接着剤を備えている、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
前記分割された製品シートのそれぞれは、包帯の層を含むパックのすべてまたは一部を画定する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４８】
前記パックから製品シートの前記スタックを分離することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
複数のパック上に材料のシートをスタッキングする方法であって、
離間配置された複数のパックを循環経路上で移動させることと、
分割された製品シートが剥離可能に添着される剥離ライナを有するウェブを移動させることと、
真空積層ロールを用いて、前記剥離ライナから前記真空積層ロールと前記パックとの間に画定されるニップに、前記分割された製品シートを搬送することと、
個々のパック上に製品シートのスタックを製造するために、反復方式でニップにおいて前記真空積層ロールから前記パックに製品シートを搬送することと、
を含む方法。
【請求項５０】
前記パックにおける前記製品シートのスタックの高さを検知することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記パックにおける前記製品シートのスタックの高さの関数として前記ニップの位置を調整することをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記パックを移動させることは、前記循環経路に沿って連続ループ移動式に前記パックを移動させることを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
前記パックを移動させることは、前記循環経路に沿って連続往復移動式に前記パックを移動させることを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５４】
ウェブの移動のパラメータを検知することと、パックの移動、真空積層ロールの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持することとをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
パックの移動のパラメータを検知することと、パックの移動、真空積層ロールの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持することとをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
真空積層ロールの移動のパラメータを検知することと、パックの移動、真空積層ロールの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、前記パックにおける前記製品シートの所望の位置合わせを維持することとをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５７】
前記分割された製品シートのそれぞれが、電気化学セルのすべてまたは一部を画定する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５８】
前記分割された製品シートのそれぞれは、膜またはシート材料の層を含むパッドのすべてまたは一部を画定し、前記層のそれぞれの一部が接着剤を備えている、請求項４９に記載の方法。
【請求項５９】
前記分割された製品シートのそれぞれは、包帯の層を含むパックのすべてまたは一部を画定する、請求項４９に記載の方法。
【請求項６０】
前記パックから製品シートの前記スタックを分離することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項６１】
調整可能なテーブルを有するステーションと、
前記調整可能なテーブルに連結されるパックと、
回転可能な積層面と、
前記パックと前記積層面との間の相対位置を調整する位置調整装置と、
各製品送り装置が１つ以上の製品積層構造物を前記積層面に送出し、前記積層面が前記パックにおいて互い違いの製品積層構造物を製造するために、反復交互方式で前記パックに前記製品積層構造物を回転可能に搬送する１つ以上の製品送り装置と、
を具備する製品スタッキング装置。
【請求項６２】
前記回転可能な積層面が真空システムを備え、前記真空システムが、前記製品積層構造物を前記回転可能な積層面に剥離可能に保持するために真空を形成する、請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記回転可能な積層面が接着剤を備え、前記接着剤が前記積層構造物を前記回転可能な積層面に剥離可能に保持する、請求項６１に記載の装置。
【請求項６４】
前記回転可能な積層面が、静電界によって前記積層構造物を前記回転可能な積層面に保持する、請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
前記回転可能な積層面および前記調整可能なテーブルが、手動調整可能である、請求項６１に記載の装置。
【請求項６６】
前記回転可能な積層面および前記調整可能なテーブルが、完全または部分的に自動調整可能である、請求項６１に記載の装置。
【請求項６７】
前記位置調整装置が、ラックアンドピニオン装置を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項６８】
前記パックのすべてまたは一部が、断熱電気絶縁材料を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項６９】
前記パックが、多軸位置表示器を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項７０】
前記パックが、偏揺れ表示器を備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項７１】
前記１つ以上の製品送り装置は、単層構造物または多層構造物からなるウェブをそれぞれに備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項７２】
前記積層構造物が、剥離ライナを備える、請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
前記１つ以上の製品送り装置は、手動シート供給装置をそれぞれに備える、請求項６１に記載の装置。
【請求項７４】
前記１つ以上の製品送り装置は、部分的または完全に自動のシート供給装置をそれぞれに備える、請求項６１に記載の装置。
【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、スタッキング積層装置およびスタッキング積層方法に関する。
【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切断する切断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、積層力を受ける。
【０００３】
現在入手可能な種々の従来の積層およびスタッキングアプローチにもかかわらず、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発的かつ連続的に積層するための適合性があるわけでもない。
【０００４】
様々なタイプ、色、形状、サイズの膜およびシート材料を積層およびスタッキングするための改良された装置および方法が必要である。電気化学セル材料の層を積層するため、およびソリッドステートの薄膜セルの構成に用いるための電気化学セル材料のスタックを製造するための改良された装置および方法が特に必要である。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、製品スタッキング装置および製品スタッキング方法に関する。製品スタッキング装置の実施形態によれば、１つ以上のステーションが設けられ、それぞれがその上の移動のために離隔されたパックが連結されるコンベヤを備えている。製品送り装置は、分割された製品シートが剥離可能であるように添着された１つ以上の可動ウェブを駆動する。製品送り装置は、個別のパックに製品シートのスタックを製造するために、反復方式でウェブからパックに製品シートを搬送するためのステーションのそれぞれに関連した１つ以上の回転可能な積層インタフェースを備えている。
【０００６】
可動ウェブはそれぞれ、分割された製品シートが剥離可能であるように添着される剥離ライナを組み込むことができる。製品送り装置は、ウェブのそれぞれに関連する供給装置および巻取り装置を備えることができる。製品シートは、１つ以上の回転可能な積層インタフェースと個別のパックとの間にそれぞれ製造されるニップを通って移動する。
【０００７】
製品送り装置は、１つ以上の回転可能な積層インタフェースと、パックに構築される製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサと、に連結される位置調整機構を備えることができる。位置調整機構は、製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサに応じて、回転可能な積層インタフェースの位置を調整する。
【０００８】
パックは、連続ループ移動用の１台以上のコンベヤに連結されることができる。あるいは、パックは、往復移動用の１台以上のコンベヤに連結されることができる。制御システムは、パックの移動のパラメータを検知するセンサを備えることができる。制御システムは、コンベヤの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、検知されたパック移動パラメータに応じて、パック上に製品シートの所望の位置合わせを維持する。制御システムは、さらに、ウェブ移動のパラメータを検知するセンサを備えることができる。この場合には、制御システムは、コンベヤの移動および／またはウェブの移動の一方または両方を調整して、検知されたウェブ移動パラメータに応じて、パック上に製品シートの所望の位置合わせを維持する。
【０００９】
分割された製品シートのそれぞれは、たとえばソリッドステート薄膜電池および燃料電池に用いられるセルを含む電気化学セルのすべてまたは一部を画定することができる。別の実施形態において、分割された製品シートのそれぞれは、膜またはシート材料の層を含むパッドのすべてまたは一部を画定することができ、層のそれぞれの一部は接着剤を備えている。さらなる実施形態において、分割された製品シートのそれぞれは、包帯の層を含むパックのすべてのまたは一部を画定する。
【００１０】
製品スタッキング装置の別の実施形態によれば、第１のステーションは、その上の移動のために離隔された第１のパックが連結される第１のコンベヤを備えている。第２のステーションは、その上の移動のために離隔された第２のパックが連結される第２のコンベヤを備えている。製品送り装置は、分割された製品シートが剥離可能であるように添着される可動ウェブを駆動する。製品送り装置は、個別の第１のパックおよび第２のパック上に製品シートのスタックを製造するために、反復方式で第１のステーションおよび第２のステーションの個別の第１のパックおよび第２のパックに互い違いの製品シートを搬送する。
【００１１】
この実施形態による製品送り装置は、供給装置、巻取り装置、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラを備えている。互い違いの製品シートは、ウェブの供給装置および巻取り装置の移動に応じて、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラと第１のパックおよび第２のパックとの間にそれぞれ製造されるニップを通って移動する。製品送り装置は、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラに連結される位置調整機構と、製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサと、を備えることができる。位置調整機構は、製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサに応じて、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラの位置を調整する。
【００１２】
制御システムは、それぞれ、第１のパック移動および第２のパック移動のパラメータを検知するセンサを備えることができる。制御システムは、第１のコンベヤおよび第２のコンベヤの移動および／またはウェブの移動を調整して、個別の第１のパックおよび第２のパックに製品シートの所望の位置合わせを維持する。
【００１３】
製品スタッキング装置のさらに別の実施形態によれば、ステーションは、離隔されたパックがその上の移動のために連結されるコンベヤを備えている。第１の製品送り装置は、分割された第１の製品シートが剥離可能であるように添着される可動式第１のウェブを駆動する。第１の製品送り装置は、第１の製品シートをパックのそれぞれに搬送する。この実施形態によれば、製品スタッキング装置は、分割された第２の製品シートが剥離可能であるように添着される可動式第２のウェブを駆動する第２の製品送り装置を備えている。第２の製品送り装置は、第２の製品シートをパックのそれぞれに搬送する。パックのそれぞれに互い違いの第１の製品シートおよび第２の製品シートのスタックを製造するために、反復方式で第１の製品送り装置および第２の製品送り装置は、個別の第１のシートおよび第２のシートをパックのそれぞれに搬送する。
【００１４】
第１の製品送り装置および第２の製品送り装置のそれぞれは、供給装置、巻取り装置、アプリケーションローラを備えている。第１の製品シートおよび第２の製品シートは、第１のウェブおよび第２のウェブの供給装置および巻取り装置の移動に応じて、個別のアプリケーションローラとパックとの間にそれぞれ製造されるニップを通って移動する。
【００１５】
第１の製品送り装置および第２の製品送り装置のそれぞれは、個別の第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラに連結された位置調整機構と、製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサと、を備えることができる。位置調整機構は、製品シートのスタックの高さの変化を検知するセンサに応じて、第１のアプリケーションローラおよび第２のアプリケーションローラの位置を調整する。第１のローラ位置調整および第２のローラ位置調整はまた、パックに対する圧力検知および圧力制御によって実現されることができる。
【００１６】
パックおよび／またはウェブの移動のパラメータを検知するセンサを備える制御システムは、コンベヤおよび／またはウェブの移動を調整して、パックにおける製品シートの所望の位置合わせを維持する。制御システムは、第１の製品送り装置および第２の製品送り装置の移動を独立に調整して、パックにおける製品シートの所望の位置合わせを維持することができる。
【００１７】
さらなる実施形態によれば、多数のパックにおける材料のシートをスタッキングする方法は、循環経路において離隔されたパックを移動させることを含む。この方法は、１つ以上のウェブを移動させることをさらに含み、各ウェブは、分割された製品シートが剥離可能であるように添着される剥離ライナを備えている。１つ以上のウェブは、連続的にパックの付近に移動される。この方法はまた、１つ以上の移動ウェブとパックとの間にニップを製造し、個別のパックに製品シートのスタックを製造するために、反復方式でニップで１つ以上のウェブからパックに製品シートを回転可能であるように搬送することを含む。
【００１８】
別の実施形態によれば、材料のシートをスタッキングする方法は、循環経路において多数の離隔されたパックを移動させ、分割された製品シートが剥離可能であるように添着される剥離ライナを有するウェブを移動させることを含む。この方法は、真空積層ロールを用いて、剥離ライナから真空積層ロールとパックとの間に画定されるニップに分割された製品シートを搬送することをさらに含む。個別のパックにおいて製品シートのスタックを製造するために、製品シートは、ニップにおいて真空積層ロールからパックへ反復方式で搬送される。
【００１９】
スタッキング方法は、パックにおける製品シートのスタックの高さを検知することと、パックにおける製品シートのスタックの高さの関数としてニップの位置を調整することをさらに含むことができる。パックの移動は、循環経路に沿った連続ループ移動または往復移動のためにパックを移動させることを含むことができる。ウェブ移動および／またはパック移動のパラメータを検知することができ、パック移動および／またはウェブ移動の一方または両方を調整して、パックにおける製品シートの所望の位置合わせを維持することができる。
【００２０】
別の実施形態によれば、積層ロールからパックへの製品シートの搬送中、パックは、動いている必要はない。パックはコンベヤに取付けられていても取付けられていなくてもよいが、この実施形態では、積層またはスタック構築工程中、コンベヤは動いている必要はない。ローラはパックを横断されると同時に、ローラの面上の点が各経路の同一位置でパックと連係するように回転される。ロールは、真空、静電気または接着剤によって、ロールの面の一定の位置で分割された製品シートを保持することができる。
【００２１】
この実施形態によれば、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、調整可能な機構が設けられる。スタック高さが増大すると、距離が増大する。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は、正確なアライメントによって１つのスタックに積層されることができる。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、利用されることができる。
【００２２】
さらに別の実施形態によれば、製品スタッキング装置は、調整可能なテーブルを備えているステーションを備えている。パックは、調整可能なテーブルの上面に連結される。回転可能な積層面が設けられ、位置調整装置がパックと積層面との間の相対位置を調整する。１台以上の製品送り装置が、１つ以上の製品積層構造物を積層面に送出する。積層面は、パックにおいて互い違いの製品積層構造物のスタックを製造するために、反復かつ交互方式でパックに製品積層構造物を回転可能であるように搬送する。
【００２３】
さらなる実施形態によれば、第１の製品送り装置は、第１の製品積層構造物を積層面に供給する。第２の製品送り装置は、第２の製品積層構造物を積層面に供給する。積層面は、パックにおいて互い違いの第１の製品積層構造物および第２の製品積層構造物のスタックを製造するために、反復かつ交互方式でパックに個別の第１の製品積層構造物および第２の製品積層構造物を搬送する。
【００２４】
回転可能な積層面は、製品積層構造物を回転可能な積層面に剥離可能であるように保持するために、真空システム、接着剤または静電気を備えることができる。回転可能な積層面および調整可能なテーブル上面は、手動で調整可能であってもよい。あるいは、回転可能な積層面および調整可能なテーブル上面は、完全または部分的に自動調整可能であってもよい。一実施形態において、位置調整装置は、ラックアンドピニオン装置を備えている。
【００２５】
パックのすべてまたは一部は、断熱電気絶縁材料を含むことができる。パックは、ｘ軸位置表示器、ｙ軸位置表示器、ｚ軸位置表示器のような多軸位置表示器を備えることができる。パックは、方向揺れ角計をさらに備えることができる。
【００２６】
第１の製品および第２の製品は、単層または多層構造物のウェブをそれぞれ備えている。層構造物は、剥離ライナを含むことができる。第１の製品送り装置および第２の製品送り装置は、手動シート供給装置、あるいは部分自動シート供給装置または完全自動シート供給装置をそれぞれ含むことができる。
【００２７】
別の実施形態によれば、本発明のスタッキング装置への入力は、本発明による回転変換装置の出力に連結されることができる。本発明による結合回転変換／スタッキング装置および方法論は、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の積層スタックの製造に提供される。
【００２８】
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。利点および技能は、本発明のさらに完全な理解と共に、添付図面に関して包含され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。
【００２９】
本発明は様々な修正および代替形態に従って、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、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、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。
【００３０】
様々な実施形態の詳細な説明
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を例として示される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。
【００３１】
本発明の回転変換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に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。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。
【００３２】
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に切断して積層される。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、最小の以下のシート、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部分組立品として画定されることができる。たとえば、スタッキング装置の上流の２つ以上の回転変換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。
【００３３】
セパレータの相対的な配置および工具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、切断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、エッジ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。
【００３４】
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。スタックには位置さ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。
【００３５】
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変換装置２０およびスタッキング装置１２０と呼ぶ。装置１０は、一実施形態において、剥離可能ならいなによって支持される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（延性の小さい層を含んでも含まなくてもよい）を製造する連続移動組立工程のために設けられる。本発明の利点は、０層以上の低延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。
【００３６】
回転変換装置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論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部材装置の一部として組み込む必要はない。以下に説明するように、回転変換装置２０は、様々な態様で実現されることができ、一般に剥離ライナによって支持される一連の積層ユニットセル構造物を製造するために、個々に用いられることができる。例示の回転変換装置および方法は、代理人整理番号８１０．５２１ＵＳ０１（５５７９９ＵＳＡ８Ａ）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０９／７１８，５８４号の「積層品およびパッケージングのための回転加工装置および方法（Ｒｏｔａｒｙ　Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｌａｍｉｎａｔｅｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｎｄ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ）」に開示されている。当該特許は、本願明細書に参照によって完全に包含されるものとする。スタッキング装置１２０は、様々な態様で実現されることができ、連続移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、個々に用いられることができる。
【００３７】
回転変換装置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る一連の積層電気化学セル構造物に変換する。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交替可能であるように呼ばれる）に搬送される電気化学セル構造物の連続スタッキングを提供する。本発明の回転変換工程の利用によって実現される１つの利点は、下流または次の切断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である。
【００３８】
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。
【００３９】
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画定されることができる。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、陰極を含む。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、セパレータを含む。
【００４０】
陽極積層構造物は、個別の陽極シートとして画定されることができる。陽極積層構造物はまた、セパレータおよび陽極を含む部分組立品として画定されることもできる。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、セパレータを含む。
【００４１】
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ることができる。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ることができる。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。
【００４２】
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ることができる。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。
【００４３】
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ることができる。製品ウェブの幅は、約８インチであってもよい。ユニットセルシートは、約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１８インチまでの直径を有することができる。
【００４４】
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変換装置２０がさらに詳細に示されている。図２に示された回転変換装置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の巻き戻し中、ライナ巻取りロール２４に巻き取られる剥離ライナ２１を含むことができる。陰極ウェブ２３の剥離ライナ２１のない側は、第１の切断ステーション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。
【００４５】
図２に示された実施形態において、第１の切断ステーション２８は、回転ダイステーションを表す。第１の切断ステーション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を含む被駆動引張ロール装置３１を備える。あるいは、真空引張ロール装置を用いてもよい。引張ロール装置３１の速度および／または加速度などの移動は、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。引張ロール装置３１は、回転ダイ３４およびアンビル３５を含む切断ロール装置３０に陰極ウェブ２３を供給する。切断ロール装置３０は、陰極ウェブ２３を個別の陰極シートに切断する。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移動は、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。
【００４６】
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の切断ステーション２８に入る前または第１の切断ステーション２８内部の赤外線加熱器３８（仮想線で赤外線加熱器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、一般に誘導される。
【００４７】
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との間に製造されるニップで、陽極ウェブ１２３に積層されて、ユニットセル材料の積層ウェブ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。
【００４８】
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を進む。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の切断ステーション２８から第２の切断ステーション４０に供給され、第２の切断ステーション４０では陽極ウェブ材料が切断されるが、剥離ライナは切断されない。
【００４９】
第２の切断ステーション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を備える切断ロール装置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中で、積層ウェブ５０の陽極材料を切断するが、剥離ライナを切断することはない。駆動ロール４２を加熱してもよい。積層ウェブ５０の切断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の切断ステーション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、歯車装置および／またはベルトの利用によって決定されてもよいことを留意すべきである。
【００５０】
したがって、剥離可能なライナに支持される一連の積層ユニットセルシートは、第２の切断ステーション４０の出口で製造される。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変換／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。
【００５１】
本発明の回転変換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関係なく切断され、好都合なことに切断処理中に潜在的な短絡を生じることを回避することに関する。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の切断に関係なく、陰極ウェブ２３を陰極シートに切断することができる。さらに具体的には、超過速度の陽極ウェブ１２３に積層される前に、陰極ウェブ２３は、第１の切断ステーション２８で陰極シートに切断される。積層装置２９において既に形成された空間により、第２の切断ステーション４０で陽極ウェブ材料のみを切断することができる。
【００５２】
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切断し、さらに陽極シートに対してクロスウェブオフセットで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むことができる。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切断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、生産性を強化することをはじめとする複数の利点を提供する。
【００５３】
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ることができる。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製造することができる。
【００５４】
図３Ａおよび図３Ｂは、図１および図２に示された第１の切断ステーション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、引張ロール装置３１によって速度Ｗ１で切断ロール装置３０に入れられる。切断ロール装置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で移動するように制御される。
【００５５】
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を切断し、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の切断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。
【００５６】
一実施形態において、アンビル３５は、シーティングダイブレードの間隔に適合する孔間隔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へ移行し、積層装置２９に供給される。
【００５７】
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との間に製造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の切断ステーション４０に供給される。
【００５８】
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５フィート／分（ｆｐｍ）〜約５００ｆｐｍの範囲であり、陽極ウェブ１２３の速度Ｗ２は約５．０２５ｆｐｍ〜約５２５ｆｐｍの間で変化してもよい。
【００５９】
一実施形態において、陰極ウェブ２３の幅は約０．７５インチ〜約２４インチの間で変化する。陽極ウェブ１２３の幅も約０．７５インチ〜約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０．２５インチ〜約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０．０１５インチ〜約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０．０４インチ〜約０．３１インチの間で変化してもよい。
【００６０】
説明のためであり、限定するためではないが、回転変換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。各切断陰極シートノ長さは、３．９２インチである。隣接する陰極シート５２間の空間５３は、０．０８インチである。次の深さの間の空間は、ウェブ５４の陽極のみの部分を通り、陽極キャリア５１は通らないように切断し、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０．２４インチである。
【００６１】
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されることができる複数の回転変換装置構成を示している。図３Ｃ〜図３Ｆは、回転変換装置の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’、切断部分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、必要ではないが、速度Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の間の関係はＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３で特徴付けることができる。
【００６２】
たとえば、図３Ｃでは、この回転変換装置構成による供給部分３２’、切断部分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であり、Ｗ１はＷ２より小さい。
【００６３】
図３Ｄは、別の回転変換装置構成を示しており、供給部分３２’、切断部分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）に矩形形状の切断部を切断し、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。
【００６４】
速度Ｗ１で切断部分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に示された回転変換装置構成は、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’、切断部分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。
【００６５】
図３Ｅは、別の回転変換装置構成を示しており、供給部分３２’および切断部分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、切断ステーション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。
【００６６】
図３Ｆは、さらに別の回転変換装置構成であり、供給部分３２’、切断部分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’、切断部分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。切断ステーション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。
【００６７】
図３Ａ〜図３Ｆに示される回転変換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の切断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。
【００６８】
第２のウェブ１２３への積層のために、切断ステーション３４’におけるウェブから切断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。
【００６９】
図４は、図１および図２に示された第２の切断ステーション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の切断ステーションへ進む。切断ロール装置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５０ｆｐｍ〜約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と係合して切断するように回転されるように、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」内部の切断ロール装置４１を示す詳細図が、図５に提供されている。
【００７０】
図５は、アンビル４５と回転ダイ４４との間で画定されるローリング切断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間に形成される空間５３の内部の陽極ウェブ材料５４を切断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切断することが示されている。正確に制御された深さの切断によって、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。
【００７１】
前述したように、図４に示された第２の切断ステーション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、または連続回転変換／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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
本発明の回転変換装置および方法論は、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の切断ステーション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。
【００７５】
本発明のスタッキング装置および方法論は、ローリング積層インタフェース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、パックの上面のシート形態における製品の正確な積層スタックを構築するために、ニップによっ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。
【００７６】
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、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。
【００７７】
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。製品を通ってライナまでの制御された深さの切断は、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に形成される空間がないと仮定される。雑草が除去される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対応す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。
【００７８】
ここで図６を参照すると、本発明の一実施形態によれば、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変換装置２０によって製造されることができる。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の切断ステーション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であるように添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。
【００７９】
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製造される。製品またはパッケージングの個別のシートは、粘着材料の側面を含むことが好ましく、真空ロール１３０によって外側の粘着性の側面にニップ１４７を運ばせる。
【００８０】
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上で離隔される。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る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搬送され、離隔されて、真空ロール１３０上に搬送される。剥離ライナは、巻取りロール１２４に供給される。
【００８１】
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）上の増大するスタックに搬送される。図６は、真空引張ロール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）を示している。このウェブ経路は、回転変換装置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、回転変換装置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。
【００８２】
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の方に推進される。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、弓状経路に沿い、コンベヤ２０２の一方の側面に沿い、コンベヤ２０２の下部分に沿った所望の方向にコンベヤ２０２の上部を進み、弓状経路に沿い、コンベヤ２０２の他方の側面に沿い、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進んでもよく、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進んでもよい。
【００８３】
連続方式で製品シートのスタックを製造するために、２台以上のＶＬ積層スタッキング装置１２０を用いることができる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。
【００８４】
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の方に推進する。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は列を遮断している。
【００８５】
最初のモータ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、最初のモータ１５０ａが開放し、列の後部にある第２のパック１４２を係合するために、迅速に空の帰路につく。第２のパック１４２を係合するために、最初のモータ１５０ａは、移動中のパック１４２（すなわち列の第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。
【００８６】
ニップ１４７を出るパック１４２は、コンベヤループの周囲へ押出され、列の端部へ戻るようにする。このパック１４２は、往復コンベヤ１４６ａの下部平面に載る。直線ベアリングガイド１５４を含むように示されている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。
【００８７】
タンデム型リニアモータ１５０ａ、１５０ｂおよびグリッパ１５６は、往復するように移動し、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１分当たり約３００積層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、１分当たり約３０ｍ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。
【００８８】
図６にさらに示されているように、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。
【００８９】
よリ広範囲な工程に関して、充填されたパック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、相対的に高いニップの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、そのような高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６００ポンド以上であ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。
【００９０】
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の下では、パック１４２がラウンドウェイベアリングおよびレール上、または加工軌道を走っているカム従動子上で支持される。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従動子は、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従動子は、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」トラックを形成するために静止するように配置されてもよい。
【００９１】
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の列全体を推進する。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ることができる。パック１４２における製品またはパッケージの増大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。
【００９２】
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が積層力を維持するほど十分に強い場合には、カム従動子および加工軌道を排除してもよい。この場合には、グリッパ１５６は、軌道よりある程度長いニップ１４７によって完全にパック１４２を保持すると推測される。
【００９３】
別の実施形態において、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るか、または製品シートの前縁がスタックの後縁に連結されるシート供給機構を通る。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、パックはニップによって推進されることができる。
【００９４】
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、周囲を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。
【００９５】
この具体的な実施形態において、離隔されたパック１４２は、弓状経路に沿い、コンベヤ２０２の一方の側面に沿い、コンベヤ２０２の下部分に沿った所望の方向にコンベヤ２０２の上部を進み、弓状経路に沿い、コンベヤ２０２の他方の側面に沿い、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。
【００９６】
図８に示されているように、パック１４２が積層ロール２１２の付近に移動するとき、積層ロール２１２とパック１４２のそれぞれとの間にニップ２１４が製造される。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が積層ロール２１２の付近に移動するとき、積層ロール２１２と各パック１４２との間に製造されるニップ２１４の方へ指向される。積層ロール２１２とパック１４２との間に生じる相対的に高い積層力を提供するために、１つ以上の支持ローラ２０１が、コンベヤ２０２上に位置してもよい。
【００９７】
ニップ２１４を製造するために、各パック１４２が積層ロール２１２の付近を通過するとき、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に搬送される。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を製造するために、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に搬送される。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大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。
【００９８】
コンベヤ２０２に固定されるか、または他の方法でコンベヤ２０２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４インチ（たとえば４．０９インチ）であり、パック１４２の幅は約６インチ（たとえば、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。
【００９９】
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８インチである。製品シートは、約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。
【０１００】
図８に示される実施形態において、１つのみの積層ステーションが用いられる。したがって、ウェブに剥離可能であるように添着される互い違いの製品シートのみが、パック１４２に搬送され、ウェブに添着される１つおきの製品シートを残す。１００％利用するために、このような未使用の製品シートは、ＤＬ装置１９０を通る１回目の通過中に、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に搬送するために２回目の通過中に使い果たされる。
【０１０１】
パック１４２に積層される第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高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、スタックを添着するほど十分に高いが、要求に応じて容易に離れなければならない。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。
【０１０２】
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／インチ〜約１００ｇ／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／インチ〜約１２００ｇ／インチの範囲である。
【０１０３】
ＤＬ積層工程における第１の層と次の層との間の差異は、すべてのパック１４２がニップ２１４を通る第１の下塗りを行った後で、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。手動または自動荷下ろし工程の利用のいずれかによって、これが促進されてもよい。たとえば、パック１４２からの製品スタックの分離は、パック面と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ることができる。別の実例として、パックから製品スタックの荷下ろしを容易にするために、製品スタックに逆圧を形成するため、スタッキング工程中、パックに製品スタックを添着するために用いることができる真空機構を作動してもよい。
【０１０４】
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ままである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に熱伝導をすることができる十分に薄くすることができ、このことは、そのような短絡が生じた場合に、潜在的な安全という利点を示す。同様に、この実施形態において、剥離ライナが剥離点の周囲で曲がらないため、ライナは潜在的に再利用することが可能であるため、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明確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、さらに潜在的にコスト節約につながる。
【０１０５】
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、スタックの増大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、チェーン伝導およびウェブに添着される製品シートに対するパック１４２の速度および位置の微調整を容易にする。チェーン伝導式コンベヤ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。
【０１０６】
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、単独製品ウェブステーション、デュアル積層ステーション）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から一連の循環パック１４２まで搬送される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に搬送し、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に搬送する。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、チェーン伝導式コンベヤ１４６ｂ、１４６ｃを備えている。
【０１０７】
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変換装置および方法を用いて、切断される製品シート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製造されるニップ２１４に供給される。ＤＬ工程中、第１の積層ステーション２０２のコンベヤ１４６ｂ上で移動中のパック１４２の間に形成される間隔のために巻取りロール２２２に巻き取られるときに、互い違いの製品シート２１６は、キャリアウェブ２１３からパック１４２へ搬送される。
【０１０８】
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製造される。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に搬送される。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に剥離可能であるように添着される製品シート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上に位置していてもよいことを留意されたい。
【０１０９】
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を促進するために、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維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（たとえばチェーン伝導）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、チェーン伝導式コンベヤ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。
【０１１０】
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、デュアル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と一連の循環パック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に搬送される。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製造される第２のニップ２１５において、移動中のパック１４２に搬送される。その後、剥離ライナが巻取りロール２２２に巻き取られる。
【０１１１】
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、その上で１つのスタックに陰極／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んだ予め切断された電気化学ユニットセルシート２１６が剥離可能であるように支持される。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んだ予め切断された電気化学ユニットセルシート２１６を支持することができる。
【０１１２】
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８インチであってもよい。ユニットセルシートは、約１７インチまでの長さであってもよい。
【０１１３】
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関して紙面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の位置およびパック１４２および／またはチェーン伝導／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伝導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大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。
【０１１４】
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、一連の連続的に移動する循環パック１４２における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に除去可能であるように添着される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搬送される。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搬送されるように、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搬送されるように、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。
【０１１５】
この実施形態によるＤＬ方法論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に搬送されるかどうかに関係なく、ウェブ３０６、３２６に支持される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であるよう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であるよう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。
【０１１６】
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８インチであってもよい。ユニットセルシートは、約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１８インチまでの直径を有することができる。
【０１１７】
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、異なる寸法および延性を有する材料層を含むことができる。
【０１１８】
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搬送中に、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連動するように、同時に位置Ａと位置Ｂとの間で回転される。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。
【０１１９】
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大すると、距離が増大する。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る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。
【０１２０】
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によって回転させることによって進められる。真空ロール５０２が回転すると、位置合わせのために、機構５０６において前進する。
【０１２１】
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に搬送される。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、逆方向に材料の増大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。スタックが増大すると、クリアランスのために積層スタックの高さを下げ、不変の積層圧力を維持するために、ねじジャッキ５１０がハンドル５１３によって作動される。
【０１２２】
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の移動の関数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。
【０１２３】
この実施形態によれば、第１の製品送り装置は、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の製品送り装置は、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の製品送り装置および第２の製品送り装置は、回転可能な積層面５０２と協働する。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。製品送り装置は、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。製品送り装置は、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。
【０１２７】
本発明の原理による回転変換および／またはスタッキング装置および方法論によって、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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。今度は、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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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ができる。図１３〜図１８は、本発明の回転変換および／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。
【０１３２】
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、所望の形状に切断して、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、所望の形状に切断することができる。各パックが循環ループから移動され、空のパックによって置換される点において、複数の積層が積み重ねられるまで循環して、このスタックをパック上に配置することができる。
【０１３３】
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の切断ステーション（たとえば回転ダイステーション）で所望の形状に切断される。切断されたスタックは、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の切断ステーションにおいて所望の形状に切断される。この切断されたスタックは、第１の切断ステーションで切断されたスタックと共に、パック上に配置される。
【０１３４】
たとえば、合わせて５つの個別のウェブラインに関して、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、パッドが完成すると、各パックは、スタッキング装置から送られ、空のパックによって置換される。完成したパックは、排出部分へ送られる。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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する。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塗布される点を除き、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つ以上の異なる切断ステーションを必要とする様々な形状であってもよい。
【０１３７】
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。パターン形成された接着剤が、ライナのない側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、各包帯が切断されて、ライナ／パッケージングウェブに配置される。このパッケージングウェブは切断されてパック上に配置され、後方に循環される。パッケージングウェブの別の包帯が切断されて、スタックの上部に配置される。これがたとえば、１０〜５０回反復されてもよい。
【０１３８】
一旦、包帯のすべてがパック上に配置されると、上部パッケージングウェブがスタックの上部に塗布されて、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。
【０１３９】
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。上記の教示を踏まえて、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、本願に添付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変換およびスタッキング装置を示している。
【図２】
本発明の実施形態による回転変換装置を示す図１の部分組立品である。
【図３Ａ】
本発明の実施形態による回転変換装置の第１の回転切断／積層インタフェースの詳細図である図２の部分組立品である。
【図３Ｂ】
図３Ａに示される第１の回転切断／積層インタフェースにおけるアンビルを移動する切断陰極シートを示している。
【図３Ｃ】
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、切断部分、積層部分を含む回転変換装置の１つの実施形態を示している。
【図３Ｄ】
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、切断部分、積層部分を含む回転変換装置の１つの実施形態を示している。
【図３Ｅ】
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、切断部分、積層部分を含む回転変換装置の１つの実施形態を示している。
【図３Ｆ】
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、切断部分、積層部分を含む回転変換装置の１つの実施形態を示している。
【図４】
本発明の実施形態による回転変換装置の第２の回転切断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の回転切断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している。
【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している。
【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している。
【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している。
【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している。
【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している。
【図１２Ａ】
本発明の別の実施形態による回転変換／積層装置を示している。
【図１２Ｂ】
本発明の別の実施形態による回転変換／積層装置を示している。
【図１３】
本発明の原理による回転変換および／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している。
【図１４】
本発明の原理による回転変換および／またはスタッキング装置を用いて、共に積層され、所望の形状に切断される接着剤を有する後面の一部を有する紙または膜の単色シートの多層を示している。
【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かみまたは膜の単色シートの多層を示している。
【図１６】
本発明の原理による回転変換および／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している。
【図１７】
本発明の原理による回転変換および／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している。
【図１８】
本発明の原理による回転変換および／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している。
【図１】
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【図２】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【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】
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