JP2024007731A - 測定方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2024007731000001
【課題】周辺温度の変化による測定誤差を抑制できる測定方法を提供する。
【解決手段】
測定対象物２０と基準対象物２１とを準備する工程と、第１測定ユニット３１および第２測定ユニット３２によって測定対象物２０および基準対象物６０を測定する工程とを備え、第１測定ユニット３１は、第１方向に対向し、測定対象物２０までの距離を測定する第１変位計３１１および第２変位計３１２を有し、第２測定ユニット３２は、第１方向に対向し、基準対象物６０までの距離を測定する第３変位計３２１および第４変位計３２２を有し、枠状の支持部材３５として、第１変位計３１１および第３変位計３２１を支持する第１フレーム部３５１と、第２変位計３１２および第４変位計３２２を支持する第２フレーム部３５２と、第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の両端部同士を接続する第３フレーム部３５３および第４フレーム部３５４とを含むものを用いる。
【選択図】図２

Description

本開示は、変位計を用いた測定方法に関する。
従来の変位計を用いた測定方法として、特開２０１９－２７２１号公報（特許文献１）には、２つのヘッドユニットを互いに対向して配置して、当該２つのヘッドユニットの間に位置する測定対象物の厚さを測定する方法が開示されている。
特開２０１９－２７２１号公報
しかしながら、特許文献１においては、２つのヘッドユニットを支持する支持具の具体的な構造については十分に考慮されていない。このため、周辺温度が変化した場合には、支持具の形状の如何によっては、支持具が熱変形し、測定誤差が生じることが懸念される。
本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、変位計を用いた被測定対象物の測定方法であって、周辺温度の変化による測定誤差を抑制できる測定方法を提供することにある。
本開示に基づく測定方法は、互いに相対する第１被測定面および第２被測定面を有する測定対象物と、互いに相対する第１基準面および第２基準面を有する基準対象物と、を準備する工程と、枠状の支持部材によって支持された第１測定ユニットおよび第２測定ユニットによって、上記測定対象物および上記基準対象物を測定する工程と、を備える。上記第１測定ユニットは、第１方向に対向するように配置された第１変位計および第２変位計を有する。上記第２測定ユニットは、上記第１方向に対向するように配置された第３変位計および第４変位計を有する。上記第１測定ユニットおよび上記第２測定ユニットは、上記第１方向に直交する第２方向に並んだ状態で上記枠状の支持部材に支持されている。
上記測定対象物と上記基準対象物とを準備する工程において、上記第１変位計に上記第１被測定面が対向し、上記第２変位計に上記第２被測定面が対向するように上記測定対象物を配置し、かつ、上記第３変位計に上記第１基準面が対向し、上記第４変位計に上記第２基準面が対向するように上記基準対象物を配置する。上記測定対象物および上記基準対象物を測定する工程において、上記第１被測定面および上記第２被測定面までの距離をそれぞれ上記第１変位計および上記第２変位計によって測定し、かつ、上記第１基準面および上記第２基準面までの距離をそれぞれ上記第３変位計および上記第４変位計によって測定する。
上記枠状の支持部材として、上記第１方向の一方側で、上記第１変位計および上記第３変位計を支持する第１フレーム部と、上記第１方向の他方側で、上記第２変位計および上記第４変位計を支持する第２フレーム部と、上記第２方向の一方側において上記第１フレーム部および上記第２フレーム部の端部同士を接続する第３フレーム部と、上記第２方向の他方側において上記第１フレーム部および上記第２フレーム部の端部同士を接続する第４フレーム部とを含むものを用いる。
上記測定方法を用いる場合には、第１測定ユニットおよび第２測定ユニットを支持する支持部材として、第２方向における第１フレーム部および第２フレーム部の両端同士が、第３フレーム部および第４フレーム部によって接続されたものを用いる。これにより、周辺温度の変化によって支持部材が熱変形する場合であっても、支持部材の変形量を小さくすることができる。この結果、第１変位計および第２変位計の位置の変動、ならびに第２変位計および第４変位計の位置の変動を抑制し、測定誤差を抑制することができる。
本開示によれば、変位計を用いた被測定対象物の測定方法であって、周辺温度の変化による測定誤差を抑制できる測定方法を提供することができる。
実施の形態に係る電極シートを製造する製造システムの概略を示す概略図である。 実施の形態に係る厚さ測定部の概略図である。 実施の形態に係る第２測定ユニットにおける測定値と時間との関係を示す図である。 実施の形態に係る第１測定ユニットにおける測定値と時間との関係、および補正後の測定値と時間との関係を示す図である。 比較例に係る厚さ測定部の概略図である。 実施の形態に係る厚さ測定部による測定手順を示すフロー図である。
以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。また、以下に示す実施の形態では、二次電池に用いられる電極シートを製造する工程において、活性物層が形成された電極シートの厚さを測定する厚さ測定部に本発明を適用した場合を例示して説明するが、測定する対象物は電極シートに限定されない。
図１は、実施の形態に係る電極シートを製造する製造システムの概略を示す概略図である。図１を参照して、電極シートを製造する製造システム１００について説明する。
図１を示すように、製造システム１００は、プレス機１０、複数の搬送ローラ２～６、厚さ測定部３０、および制御部４０を備える。製造システム１００では、複数の搬送ローラ２～６等によって搬送される電極シート２０をプレス機１０でプレスし、後述するように活物質層２２，２３（図２参照）を金属箔２１（図２参照）に固定する。続いて、活物質層２２，２３が固定された電極シート２０を厚さ測定部３０に搬送し、電極シート２０の厚さを測定する。
プレス機１０は、第１ローラ１１および第２ローラ１２、および圧力調整機構１５を含む。第１ローラ１１および第２ローラ１２は、互いに対向するように配置されている。第１ローラ１１および第２ローラ１２は、活物質層２２，２３が塗工された塗工部を挟み込むことにより、当該塗工部をプレスする。
圧力調整機構１５は、第１ローラ１１と第２ローラ１２とが対向する方向において第１ローラ１１の位置を調整することで、第１ローラ１１および第２ローラ１２が塗工部をプレスする圧力を調整する。なお、第１ローラ１１および第２ローラ１２の圧力は、不図示の圧力検知部によって検知することができる。
厚さ測定部３０は、電極シート２０の搬送方向において、プレス機１０の下流側に配置されている。厚さ測定部３０は、上記搬送方向において、搬送ローラ４と搬送ローラ５の間に配置されている。厚さ測定部３０は、不図示の張力制御装置によって張力が調整された状態の電極シート２０の厚さを測定する。
厚さ測定部３０によって測定された結果は、制御部４０に入力される。制御部４０は、入力された測定結果に基づいて、圧力調整機構１５の動作を制御する。
図２は、実施の形態に係る厚さ測定部の概略図である。図２を参照して、厚さ測定部３０の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、厚さ測定部３０は、第１測定ユニット３１、第２測定ユニット３２および枠状の支持部材３５を備える。
第１測定ユニット３１は、第１方向（図２中ＤＲ１方向）に間隔をあけて配置された第１変位計３１１および第２変位計３１２を有する。第２測定ユニット３２は、第１方向に間隔をあけて配置された第３変位計３２１および第４変位計３２２を有する。なお、第１方向は、たとえば鉛直方向であってもよい。
第１測定ユニット３１および第２測定ユニット３２は、第１方向に直交する第２方向（図２中ＤＲ２方向）に並んだ状態で支持部材３５によって支持されている。
第１変位計３１１、第２変位計３１２、第３変位計３２１、および第４変位計３２２は、たとえば、共焦点変位計等の光学変位計である。共焦点変位計は、光源の像が結像する結像面からの反射光に受光する光を絞り込むという共焦点原理と、光源の像に光軸方向の色ずれが生じるという軸上色収差の現象とを利用して計測対象物の変位を計測する光学式の計測装置である。
共焦点変位計は、光源からの光を点光源として出射するピンホールと、ピンホールを介して出射された検出光に軸上色収差を発生させ、検出光を測定対象物に向かって収束させる光学部材と、測定対象物からの反射光を分光し、受光信号を生成する分光器とにより構成される。検出光には、複数の波長を有する光、例えば、白色光が用いられる。ピンホールは、光学部材を介して測定対象物に照射された検出光のうち、測定対象物上で合焦しつつ反射された波長の検出光を通過させる。
結像面の位置は、軸上色収差により波長ごとに異なるため、ピンホールを通過した検出光の波長を特定することにより、測定対象物の変位が求められる。変位は、予め定められた所定の位置から測定対象物までの光軸方向の距離であり、変位を求めることにより、測定対象物の厚さ等を測定することができる。
第１測定ユニット３１は、測定対象物として電極シート２０の厚さを測定する。電極シート２０は、金属箔２１と活物質層２２，２３とを含む。活物質層２２は、金属箔２１のおもて面２１ａに形成されており、活物質層２３は、金属箔２１の裏面２１ｂに形成されている。
電極シート２０は、互いに相対する第１被測定面２０ａおよび第２被測定面２０ｂを有する。第１被測定面２０ａおよび第２被測定面２０ｂは、測定位置において、第１方向に対向する。また、測定位置において、第１被測定面２０ａは、第１変位計３１１に対向し、第２被測定面２０ｂは、第２変位計３１２に対向する。電極シート２０の厚さを測定する際には、第１変位計３１１は、第１被測定面２０ａまでの距離を測定し、第２変位計３１２は、第２被測定面２０ｂまでの距離を測定する。
第１被測定面２０ａは、金属箔２１が位置する側とは反対側に位置する活物質層２２の主面によって構成される。第２被測定面２０ｂは、金属箔２１が位置する側とは反対側に位置する活物質層２３の主面によって構成される。
金属箔２１は、帯状形状を有する。金属箔２１は、アルミ箔、あるいは銅箔等である。活物質層２２，２３は、負極活物質層でもよいし、正極活物質層でもよい。
負極活物質層は、負極活物質粒子と、バインダとを含む。負極活物質粒子は、たとえば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素等の炭素系負極活物質でもよいし、珪素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）等を含有する合金系負極活物質でもよい。バインダは、たとえば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）等であってもよい。
正極活物質層は、正極活性物質粒子およびバインダ樹脂を含有する。正極活物質粒子は、典型的にはリチウム（Ｌｉ）含有金属酸化物の粒子である。
活物質層２２，２３は、たとえば、電極シート２０の中央部に幅広に設けられており、これにより、幅方向の両端側に位置する金属箔２１のおもて面２１ａおよび裏面２１ｂは、活物質層２２，２３から露出している。
第２測定ユニット３２は、基準対象物６０の厚さを測定する。基準対象物６０は、予め厚さが測定されたものであり、たとえば、ＰＥＴ箔等の箔状部材である。
基準対象物６０は、互いに相対する第１基準面６０ａおよび第２基準面６０ｂを有する。第１基準面６０ａおよび第２基準面６０ｂは、測定位置において、上記第１方向に対向する。また、測定位置において、第１基準面６０ａは、第３変位計３２１に対向し、第２基準面６０ｂは、第４変位計３２２に対向する。基準対象物６０の厚さを測定する際には、第３変位計３２１は、第１基準面６０ａまでの距離を測定し、第４変位計３２２は、第２基準面６０ｂまでの距離を測定する。
支持部材３５は、第１測定ユニット３１および第２測定ユニット３２を支持する。支持部材３５は、電極シート２０の搬送経路の一部を囲むように設けられている。すなわち、支持部材３５には開口部３５ａが設けられており、搬送経路は、当該開口部３５ａを通過するように設けられている。当該開口部３５ａには、基準対象物６０も配置される。
支持部材３５は、第１フレーム部３５１、第２フレーム部３５２、第３フレーム部３５３、第４フレーム部３５４を含む。第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２は、第１方向に離間して配置されている。第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２は、第２方向に延在するように設けられている。
第１フレーム部３５１は、第１方向の一方側で、第１変位計３１１および第３変位計３２１を支持する。第１方向を高さ方向とした場合に、第１変位計３１１および第３変位計３２１は、同じ高さ位置で支持されている。
第２フレーム部３５２は、第１方向の他方側で、第２変位計３１２および第４変位計３２２を支持する。第１方向を高さ方向とした場合に、第２変位計３１２および第４変位計３２２は、同じ高さ位置で支持されている。
第３フレーム部３５３は、第２方向の一方側において、第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の端部同士を接続する。第４フレーム部３５４は、第２方向の他方側において、第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の端部同士を接続する。
図３は、実施の形態に係る第２測定ユニットにおける測定値と時間との関係を示す図である。
時間が経過すると、第３変位計３２１および第４変位計３２２が発熱したり、環境温度が変化したりすることにより、第３変位計３２１および第４変位計３２２の周辺温度が変化する。これにより、第２測定ユニット３２によって、予め厚さが判明している基準対象物６０を測定する場合であっても、図３に示すように、測定値が変化する。第２測定ユニット３２においては、初期に測定された測定値をゼロ点とすることで、時間の経過に伴う数値変化量を補正量として検出することができる。
図４は、実施の形態に係る第１測定ユニットにおける測定値と時間との関係、および補正後の測定値と時間との関係を示す図である。
第１測定ユニット３１によって電極シート２０を測定する場合においても、時間が経過すると、第１変位計３１１および第２変位計３１２が発熱したり、環境温度が変化することにより、第３変位計３２１および第４変位計３２２の周辺温度が変化する。このため、図４に示すように、時間の経過に伴って測定値が大きく変動することがある。このような場合において、第１測定ユニット３１による測定結果（測定値）を上記補正量に基づいて補正することで、補正後の測定値に示されるように、安定して精度良く測定することができる。なお、第１測定ユニット３１による測定と第２測定ユニット３２による測定は同時に行われる。
図５は、比較例に係る厚さ測定部の概略図である。図５を参照して、比較例に係る厚さ測定部３０Ｘについて説明する。
図５に示すように、比較例に係る厚さ測定部３０Ｘは、実施の形態に係る厚さ測定部３０と比較して、第２測定ユニット３２が設けられていない点、および支持部材３５Ｘの形状が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
支持部材３５Ｘは、第１測定ユニット３１を支持する。支持部材３５Ｘは、開口端が第２方向の一方側を向く略Ｕ字形状を有する。支持部材３５Ｘは、第１フレーム部３５１、第２フレーム部３５２、および第３フレーム部３５３を含む。
第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２は、第１方向に離間して配置されている。第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２は、第２方向に延在するように設けられている。第３フレーム部３５３は、第２方向の一方側において、第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の端部同士を接続する。
第２方向の他方側に位置する第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の端部は、第２方向における電極シート２０の中央部と第１方向に重なる位置に位置する。第２方向の他方側に位置する第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の端部に第１変位計３１１および第２変位計３１２が支持されている。
この場合には、第１変位計３１１および第２変位計３１２が発熱したり、環境温度が変化したりすることにより、第３変位計３２１および第４変位計３２２の周辺温度が変化する。これにより、支持部材３５Ｘが熱変形する。この際、第２方向の他方側に位置する支持部材３５Ｘの端部は、第２方向の他方側に向けて開放されているので、支持部材３５Ｘの熱変形量が大きくなる。これにより、第１変位計３１１および第２変位計３１２の位置が、変動して測定誤差が生じる。
これに対して、本実施の形態においては、第２方向における第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の両端同士は、第３フレーム部３５３および第４フレーム部３５４によって接続されている。これにより、支持部材３５が熱変形する場合であっても、支持部材３５の変形量を小さくすることができる。この結果、第１変位計３１１および第２変位計３１２の位置の変動、ならびに第３変位計３２１および第４変位計３２２の位置の変動を抑制し、周辺温度の変化による測定誤差を抑制することができる。
図６は、実施の形態に係る厚さ測定部による測定手順を示すフロー図である。図６を参照して、実施の形態に係る厚さ測定部３０による測定手順について説明する。
図６に示すように、厚さ測定部３０によって測定対象物を測定する際して、まず工程（Ｓ１０）において、測定対象物としての電極シート２０と、基準対象物６０を準備する。具体的には、工程（Ｓ１０）においては、互いに相対する第１被測定面２０ａおよび第２被測定面２０ｂを有する電極シート２０と、互いに相対する第１基準面６０ａおよび第２基準面６０ｂを有する基準対象物６０と、を準備する。
この際、第１変位計３１１に第１被測定面２０ａが対向し、第２変位計３１２に第２被測定面２０ｂが対向するように電極シート２０を配置する。より特定的には、第１変位計３１１と第２変位計３１２との間に電極シート２０を搬送する。
また、第３変位計３２１に第１基準面６０ａが対向し、第４変位計３２２に第２基準面６０ｂが対向するように基準対象物６０を配置する。
続いて、工程（Ｓ２０）において、枠状の支持部材によって支持された第１測定ユニット３１および第２測定ユニット３２によって電極シート２０および基準対象物６０を測定する。
第１測定ユニット３１としては、第１方向に第１変位計３１１と第２変位計３１２が対向配置されるものを用い、第２測定ユニット３２としては、第１方向に第３変位計３２１と第４変位計３２２が対向配置されるものを用いる。また、支持部材３５として、上述のように、第１変位計３１１および第３変位計３２１を支持する第１フレーム部３５１、第２変位計３１２および第４変位計３２２を支持する第２フレーム部３５２、第２方向における第１フレーム部３５１および第２フレーム部３５２の両端同士を接続する第３フレーム部３５３および第４フレーム部３５４を有する枠状の部材を用いる。
工程（Ｓ２０）は、工程（Ｓ２１）と、工程（Ｓ２２）とを含む。工程（Ｓ２１）においては、第１被測定面２０ａおよび第２被測定面２０ｂまでの距離をそれぞれ第１変位計３１１および第２変位計３１２によって測定し、かつ、第１基準面６０ａおよび第２基準面６０ｂまでの距離をそれぞれ第３変位計３２１および第４変位計３２２によって測定する。
工程（Ｓ２２）においては、第２測定ユニット３２によって得られた測定結果に基づき、第１測定ユニット３１によって得られた測定結果を補正する。具体的には、第２測定ユニット３２によって検知された測定値がゼロ点から変位した変位量を算出し、当該変化量に基づいて、第１測定ユニット３１によって得られた測定結果を補正する。
以上のように、上記実施の形態に係る測定方法においては、第１測定ユニット３１および第２測定ユニット３２を支持する支持部材として、枠状の支持部材３５を用いることにより、周辺温度が変化した場合に、支持部材３５の熱変形を抑制し、測定誤差を抑制することができる。また、第２測定ユニット３２の測定結果に基づいて、第１測定ユニット３１の測定結果を補正することにより、さらに精度よく電極シート２０の厚さを測定することができる。
なお、電極シート２０を製造する場合には、金属箔２１の両端に設けられた活物質層２２，２３をプレスする工程を実施する。続いて、上記測定方法を用いて、活物質層２２，２３がプレスされた電極シート２０の厚さを測定する工程を実施する。さらに、上記測定方法によって算出された電極シート２０の厚さを制御部４０にフィードバックする工程を実施する。その後、フィードバックされた値に基づいて、制御部４０が電極シート２０（より特定的には活物質層２２，２３）をプレスする圧力を調整する工程を実施する。
以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
２，４，５，６ 搬送ローラ、１０ プレス機、１１ 第１ローラ、１２ 第２ローラ、１５ 圧力調整機構、２０ 電極シート、２０ａ 第１被測定面、２０ｂ 第２被測定面、２１ 金属箔、２１ａ おもて面、２１ｂ 裏面、２２，２３ 活物質層、３０，３０Ｘ 厚さ測定部、３１ 第１測定ユニット、３２ 第２測定ユニット、３５，３５Ｘ 支持部材、３５ａ 開口部、４０ 制御部、６０ 基準対象物、６０ａ 第１基準面、６０ｂ 第２基準面、１００ 製造システム、３１１ 第１変位計、３１２ 第２変位計、３２１ 第３変位計、３２２ 第４変位計、３５１ 第１フレーム部、３５２ 第２フレーム部、３５３ 第３フレーム部、３５４ 第４フレーム部。

Claims (1)

  1. 互いに相対する第１被測定面および第２被測定面を有する測定対象物と、互いに相対する第１基準面および第２基準面を有する基準対象物と、を準備する工程と、
    枠状の支持部材によって支持された第１測定ユニットおよび第２測定ユニットによって、前記測定対象物および前記基準対象物を測定する工程と、を備え、
    前記第１測定ユニットは、第１方向に対向するように配置された第１変位計および第２変位計を有し、
    前記第２測定ユニットは、前記第１方向に対向するように配置された第３変位計および第４変位計を有し、
    前記第１測定ユニットおよび前記第２測定ユニットは、前記第１方向に直交する第２方向に並んだ状態で前記枠状の支持部材に支持されており、
    前記測定対象物と前記基準対象物とを準備する工程において、前記第１変位計に前記第１被測定面が対向し、前記第２変位計に前記第２被測定面が対向するように前記測定対象物を配置し、かつ、前記第３変位計に前記第１基準面が対向し、前記第４変位計に前記第２基準面が対向するように前記基準対象物を配置し、
    前記測定対象物および前記基準対象物を測定する工程は、前記第１被測定面および前記第２被測定面までの距離をそれぞれ前記第１変位計および前記第２変位計によって測定し、かつ、前記第１基準面および前記第２基準面までの距離をそれぞれ前記第３変位計および前記第４変位計によって測定する工程を含み、
    前記枠状の支持部材として、前記第１方向の一方側で、前記第１変位計および前記第３変位計を支持する第１フレーム部と、前記第１方向の他方側で、前記第２変位計および前記第４変位計を支持する第２フレーム部と、前記第２方向の一方側において前記第１フレーム部および前記第２フレーム部の端部同士を接続する第３フレーム部と、前記第２方向の他方側において前記第１フレーム部および前記第２フレーム部の端部同士を接続する第４フレーム部とを含むものを用いる、測定方法。
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