JP6020147B2 - 切断装置及び切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、切断対象物を上刃と下刃とで挟んで切断する技術に関する。

特許文献１には、活物質層が表面に形成された金属箔からなる集電体を、上刃と下刃とで挟んで所望の寸法に切断する技術が開示されている。

特開平１１−１４４７１３号公報

集電体を上刃と下刃との間に挟んで切断する場合、切断時に集電体に剪断抵抗が作用して集電体が動き、切断位置がずれてしまう。このため、一般的には、押さえ板によって切断対象物を下刃に押し付け、集電体が動かないようにしたうえで集電体を切断することが行われている。

しかしながら、押さえ板に加えられる力によって押さえ板が微少変形すると、押さえ板と集電体とが密着せず、両者の間に隙間が生じる。そして、隙間が生じた部位では、切断時の剪断抵抗によって集電体中の金属箔の一部が引っ張られてずれ、又は、変形し、この状態で金属箔が切断されるとバリが発生する。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、押さえ部材によって切断対象物を下刃に押し付けた状態で切断対象物を上刃と下刃とで挟んで切断する切断装置において切断面の不良を低減することを目的とする。

本発明のある態様によれば、第１の刃と第２の刃との間に切断対象物を配置し、押さえ部材によって前記切断対象物を前記第２の刃に押し付けた状態で前記切断対象物を前記第１の刃と前記第２の刃とで挟んで切断する切断装置が提供される。

切断装置は、前記切断対象物が切断される間、前記押さえ部材を前記切断対象物に向けて押す第１の負荷機構を備える。さらに、切断装置は、前記切断対象物が切断される間、前記第１の負荷機構が前記押さえ部材を押す位置を挟んで両側、かつ、等距離にある位置を、それぞれ前記切断対象物に向けて前記第１の負荷機構が前記押さえ部材を押す力よりも小さい力で押す一対の第２の負荷機構を備える。

上記態様によれば、第１の負荷機構及び一対の第２の負荷機構から押さえ部材に作用する力が押さえ部材の長手方向に沿って傾斜配分されるので、押さえ部材で切断対象物を下刃に押し付けた時の押さえ部材の微少変形が抑えられる。

これにより、押さえ部材で切断対象物を下刃に押し付けた時に、押さえ部材と切断対象物とが隙間無く密着し、切断時の剪断抵抗によって切断対象物にずれ及び変形が生じにくくなり、切断面の不良を低減することができる。

本実施形態に係る切断装置の全体斜視図である。 本実施形態に係る切断装置の正面図である。 図２の要部拡大図である。 集電体の模式図である。 切断装置の動作を説明するための図である。 切断装置の動作を説明するための図である。 切断装置の動作を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

リチウムイオンバッテリの製造工程では、正極、負極及びセパレータを複数積層した電極積層体を作成し、この電極積層体の集電体の端部を揃えるためにトリムすることが行われる。

図１〜図３に示す本発明の実施形態に係る切断装置１は、上記トリム工程で用いられる切断装置である。切断対象物である集電体２は、図４に示すように、活物質層２１が表面に形成されたアルミ箔、銅箔等の金属箔２２を複数積層して形成される。

まず、図１〜図３を参照しながら、切断装置１の構成について説明する。図１はその全体斜視図、図２はその正面図、図３は図２の要部拡大図である。

切断装置１は、上プレート３と、下プレート４と、下プレート４の四隅に配置されたガイドシリンダ５とを備える。上プレート３には図示しないプレス等のアクチュエータ（図示せず）が接続されており、アクチュエータを動作させると上プレート３がガイドシリンダ５に沿って上下動する。

上プレート３には、鋼、超硬合金等で形成された上刃６が取付部材を介して固定されている。

下プレート４には、鋼、超硬合金等で形成された下刃７が、下プレート４から突出した状態で取付部材を介して固定されている。集電体２を切断する際には、図２に示すように、下刃７の上に集電体２が載置される。

また、上プレート３には、ダンパ付きのセンタースプリング８、及び、一対のダンパ付きサイドスプリング９を介して押さえ板１０が取り付けられている。押さえ板１０は、上プレート３と共に上下動し、センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９が縮むことによって、上プレート３に対して相対変位することができる。

押さえ板１０は、上刃６及び下刃７の刃幅方向に延びる長尺状の部材である。押さえ板１０は、下面中央に、上刃６及び下刃７の刃幅方向に延びる押さえ板１０よりも短い押さえ部１１を有している。押さえ部１１は、断面がＬ字であり、集電体２の切断面に隣接する部位に向けて垂下する部位を有する。これにより、集電体２の切断が開始される前の初期状態では、押さえ部１１の下端は上刃６の刃先６ｅよりも下方に位置している（図５Ａ参照）。

図２、図３に示すように、センタースプリング８は、集電体２の上方であって、押さえ板１０の長手方向中央位置に接続されている。また、一対のサイドスプリング９は、センタースプリング８が接続される位置を挟んで両側、かつ、等距離（略等距離含む）の位置、本実施形態では押さえ板１０の両端に接続されている。

サイドスプリング９のばね定数はセンタースプリング８のばね定数よりも小さく、好ましくは１／２以下、本実施形態では略１／２である。押さえ板１０が集電体２に接触した状態から上プレート３がさらに下降すると、センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９が上プレート３と押さえ板１０との間で圧縮され、それらのばね反力の合力が押さえ板１０に作用する。センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９は同じ量だけ圧縮されるので、一対のサイドスプリング９のそれぞれのばね反力Ｆ２はセンタースプリング８のばね反力Ｆ１よりも小さくなり、１／２以下、本実施形態では略１／２となる。

したがって、センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９から押さえ板１０に作用する力は、押さえ板１０の長手方向中央位置で最大となり、長手方向中央位置から離れるにつれて小さくなる。すなわち、センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９から押さえ板１０に作用する力は、押さえ板１０の長手方向に傾斜配分される。

続いて、上記切断装置１の動作について説明する。

図５Ａは、上プレート３が上死点位置にある状態を示している。この状態では、押さえ板１０の押さえ部１１の下端が上刃６の刃先６ｅよりもΔｈだけ下方に位置する。また、下刃６の上には切断対象物である集電体２が載置されている。

図示しないアクチュエータによって上プレート３が下降すると、上プレート３とともに押さえ板１０及び上刃６が下降し、図５Ｂに示すように、押さえ板１０の押さえ部１１が最初に集電体２に接触する。

押さえ板１０の押さえ部１１が集電体２に接触した状態で上プレート３がさらに下降すると、上プレート３と押さえ板１０との間でセンタースプリング８及び一対のサイドスプリング９が圧縮され、それらのばね反力が押さえ板１０に作用する。

上記の通り、センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９から押さえ板１０に作用する力は、押さえ板１０の長手方向に傾斜配分されるので、押さえ板１０を集電体２に押し付けた時の押さえ板１０の微少変形は抑えられ、押さえ板１０の押さえ部１１は集電体２と隙間無く密着する。また、集電体２の切断面に隣接する部位（下刃６の刃先７ｅの上方に位置する部位）が押さえ板１０によって下刃７に押し付けられる。

図５Ｂの状態から上プレート３が下降すると、上刃６が集電体２に接触し、さらに上プレート３が下降すると、上刃６と下刃７とが噛み合って、図５Ｃに示すように、集電体２が切断される。

集電体２の切断が終了したら、図示しないアクチュエータによって上プレート３が上昇し、図５Ａに示す上死点位置まで戻ったところで停止する。切断装置１の各部位が初期位置に戻り、集電体２のトリム工程の１サイクルが完了する。

続いて、本実施形態の作用効果について説明する。

上記実施形態では、集電体２の切断開始から切断終了までの間、押さえ板１０によって集電体２が下刃７に押し付けられるが、センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９から押さえ板１０に作用する力が押さえ板１０の長手方向に沿って傾斜配分されているので、押さえ板１０の微少変形が抑えられる。

これにより、押さえ板１０の押さえ部１１を集電体２に密着させることができ、切断時の剪断抵抗によって集電体２を構成する金属箔２２の一部が引っ張られてずれたり変形したりするのを抑え、バリの発生を抑えることができる。

センタースプリング８及び一対のサイドスプリング９から押さえ板１０に作用する力を押さえ板１０の長手方向に沿って傾斜配分させるには、一対のサイドスプリング９のそれぞれが押さえ板１０を押す力をセンタースプリング８が押さえ板１０を押す力よりも小さくすればよい。特に、前者を後者の１／２以下、好ましくは略１／２とすれば、押さえ板１０の微少変形がさらに抑えられて押さえ部１１と集電体の密着度が上がり、集電体２を構成する金属箔２２のずれ及び変形を抑えて、バリの発生をさらに抑えることができる。

また、押さえ板１０の押さえ部１１が上刃６の刃先６ｅよりも下方に垂下しているので（図５Ａ）、上刃６の刃先６ｅよりも先に、すなわち、集電体２の切断開始前に押さえ板１０を集電体２に押しつけることができる。これにより、押さえ板１０によって集電体２が下刃７に押し付けられない状態で、集電体２の切断が行われるのを防止することができる。

また、押さえ板１０が下方に垂下する押さえ部１１を有することで、押さえ板１０の上下方向の高さがその分高くなり、押さえ板１０の長手方向の曲げ剛性が向上する。これにより、押さえ板１０の微少変形がさらに抑えられ、バリの発生がさらに抑えられる。

また、押さえ板１０が集電体２を押す部位を、集電体２の切断面に隣接する部位としたことにより、仮に、集電体２の金属箔２２のずれ又変形が生じたとしてもその程度を抑えることができ、これによってもバリの発生がさらに抑えられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、押さえ板１０が集電体２を下刃７に押し付ける力をスプリングによって作用させる構成であるが、スプリングではなく、その他の弾性部材、アクチュエータ等によって作用させる構成であってもよい。

また、切断装置１が切断する切断対象物は、集電体２に限定されず、集電体２以外の部材であってもよい。

１ 切断装置
２ 集電体（切断対象物）
６ 上刃（第１の刃）
７ 下刃（第２の刃）
８ センタースプリング（第１の負荷装置）
９ サイドスプリング（第２の負荷装置）
１０ 押さえ板（押さえ部材）

Claims (10)

1. 第１の刃と第２の刃との間に切断対象物を配置し、押さえ部材によって前記切断対象物を前記第２の刃に押し付けた状態で前記切断対象物を前記第１の刃と前記第２の刃とで挟んで切断する切断装置であって、
   前記切断対象物が切断される間、前記押さえ部材を前記切断対象物に向けて押す第１の負荷機構と、
   前記切断対象物が切断される間、前記第１の負荷機構が前記押さえ部材を押す位置を挟んで両側、かつ、等距離にある位置を、それぞれ前記切断対象物に向けて前記第１の負荷機構が前記押さえ部材を押す力よりも小さい力で押す一対の第２の負荷機構と、
   を備えたことを特徴とする切断装置。
2. 請求項１に記載の切断装置であって、
   前記一対の第２の負荷機構のそれぞれが前記押さえ部材を押す力は、前記第１の負荷機構が前記押さえ部材を押す力の１／２以下である、
   ことを特徴とする切断装置。
3. 請求項１又は２に記載の切断装置であって、
   前記押さえ部材は、前記第１の刃の刃先よりも前記第２の刃の近くまで延びる押し付け部を有し、該押押し付け部を前記切断対象物に押し付ける、
   ことを特徴とする切断装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の切断装置であって、
   前記押さえ部材は、前記切断対象物の切断面に隣接する部位に押し付けられる、
   ことを特徴とする切断装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の切断装置であって、
   前記切断対象物は、金属箔を複数積層して形成される集電体である、
   ことを特徴とする切断装置。
6. 第１の刃と第２の刃との間に切断対象物を配置し、押さえ部材によって前記切断対象物を前記第２の刃に押し付けた状態で前記切断対象物を前記第１の刃と前記第２の刃とで挟んで切断する切断方法であって、
   前記押さえ部材を第１の大きさの力で前記切断対象物に向けて押すとともに、前記第１の大きさの力で前記押さえ部材を押す位置を挟んで両側、かつ、等距離にある位置を、それぞれ前記第１の力よりも小さい第２の力で前記切断対象物に向けて押し、この状態で前記切断対象物を前記第１の刃と前記第２の刃とで挟んで切断する、
   ことを特徴とする切断方法。
7. 請求項６に記載の切断方法であって、
   前記第２の力は、前記第１の力の１／２以下である、
   ことを特徴とする切断方法。
8. 請求項６又は７に記載の切断方法であって、
   前記押さえ部材は、前記第１の刃の刃先よりも前記第２の刃の近くまで延びる押し付け部を有し、該押押し付け部を前記切断対象物に押し付ける、
   ことを特徴とする切断方法。
9. 請求項６から８のいずれか一つに記載の切断方法であって、
   前記押さえ部材を、前記切断対象物の切断面に隣接する部位に押し付ける、
   ことを特徴とする切断方法。
10. 請求項６から９のいずれか一つに記載の切断方法であって、
    前記切断対象物は、金属箔を複数積層して形成される集電体である、
    ことを特徴とする切断方法。

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