JP2014201399A - 巻取装置および巻取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被巻取材としてのシート状体に対して、シート状体にダメージや品質低下を招く負荷をかけることなく、安定した巻取りが可能な巻取装置および巻取方法を提供する。【解決手段】芯部材を、その中心を回転軸芯として回転させつつ、シート状体の搬送方向に沿ったＸ軸上の移動、シート状体の搬送方向と直交する方向に沿ったＺ軸上の移動、および芯部材の回転速度の調整を行う。シート状体供給源から一定速度で供給されるシート状体を、芯部材側の巻取り点がシート状体の搬送方向の延長線上に位置した状態で、前記巻取り点でのシート状体の速度をシート状体供給速度に合わせる。【選択図】図１

Description

本発明は、巻取装置および巻取方法に関するものである。

例えば、二次電池や電気二重層コンデンサ等の製造工程においては、断面非円形形状（例えば、楕円乃至長円形状）の巻芯（芯部材）に被巻取材（シート状体）を巻取る巻取装置を用いる。なお、被巻取材（シート状体）としては、例えば、帯状の正極と負極をセパレータを介して積層されるものである。

巻芯に、楕円乃至長円形状のものを用いると、円形の場合と相違して、巻芯の径が部位によって相違することになる。このため、一定の速度で、巻芯を回転させると、斑が生じることになり、セパレータや電極にたるみ等が生じたり、巻きずれが生じたりするおそれがあった。

そこで、従来には、巻芯による被巻取材の巻取速度を一定となるように、巻芯の回転角度に応じて、回転伝達機構の回転運動の速度を変化させるものがあった（特許文献１）。

すなわち、前記特許文献１に記載の巻取装置は、図９に示すように、断面非円形形状の巻芯１と、巻芯１を回転駆動するモータ２と、モータ２の駆動力を巻芯１に伝達する回転伝達機構３とを備える。

そして、回転伝達機構３は、２つの互いにかみ合った非円形ギヤを備え、この非円形ギヤによって伝達される回転運動の速度を巻芯の回転角度に応じて変化させながら、巻芯１に被巻取材４を巻き取っていくものである。

この場合、図１０に示すように、被巻取材４は、ガイドローラ５を介して巻芯１に供給されるものであり、巻芯１の回転中心Ｏは、ガイドローラ５から所定量だけ離れた一定位置に配置される。そして、巻芯１が図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、定位置の回転中心Ｏに順次回転して、被巻取材４が巻芯１に巻き取られていく。この際、巻芯１の回転中心Ｏと、ガイドローラ５からの繰り出し点（Ａ部位）とを結ぶ直線に直交するＺ軸方向に沿って矢印Ｚ１、Ｚ２方向に移動する。

この特許文献１では、モータ２からの等速回転運動を、非円形ギヤを有する回転伝達機構によって巻取速度が一定になるように変換するものである。これによって、巻取り精度を向上させることができると共に、急峻な角速度変化にも応答遅れなどがなく対応することができるというものである。

ところで、図１１に示すように、巻芯１を被巻取材４の供給方向に沿ったＸ軸上の矢印Ｘ１，Ｘ２方向の往復動を可能とするものも提案できる。すなわち、楕円乃至長円形状等の断面非円形形状の巻芯１を、その回転中心Ｏを定位置として、回転させると、図１０（ａ）（ｂ）からわかるように、巻芯１の巻取り点Ｃの位置がＸ軸方向に変位する。

このため、この変位に対応するように、巻芯１をＸ軸方向に変位させることによって、
被巻取材４の供給速度を変位させることのない搬送を可能とできる。この図１１では、巻芯１の近傍に、被巻取材４の走行をガイドするガイド部材６が設けられている。ガイド部材６としては、水平状に配設される本体部６ａと、この本体部６ａの巻芯側の端部から下方に傾斜される傾斜部６ｂとを備える。

巻芯１を回転中心Ｏを中心として回転させることによって、巻芯１の巻取り点Ｃの位置が、Ｘ軸と直交するＺ軸方向に変位する。このため、前記ガイド部材６には、傾斜部６ｂを設け、図１１（ｂ）に示すように、この巻芯１の巻取り点ＣのＺ軸方向の変位に追従させている。

特開２０１２−５１７２５号公報

しかしながら、図１０に示すものであっても、図１１に示すものであっても、前記したように、巻芯１の巻取り点ＣがＺ軸方向に変位するものである。このように、巻芯１の巻取り点ＣがＺ軸方向に変位すれば、図１０に示すものでは、Ａ部位を介して屈曲する被巻取材４の屈曲角度が順次変位することになる。また、図１１に示すものでは、Ｂ部位を介して屈曲する被巻取材４の屈曲角度が順次変位することになる。

このため、Ａ部位やＢ部位での被巻取材４の屈曲によって、この被巻取材４がダメージを受ける場合がある。また、屈曲角度が変位することによって、被巻取材４の振動し、この振動によって、巻取品としての品質が悪化するおそれがある。

図１１等において、Ｂ部位と巻芯１との間の寸法を大きくして、屈曲角度の変位量を小さくすることも考えられる。しかしながら、このようにＢ部位と巻芯１との間の寸法を大きくすれば、被巻取材４に対するテンション不足が発生し易くなる。このため、このテンション不足を補おうとすることによって、逆に被巻取材４により負荷を掛けることになる。

本発明は、上記課題に鑑みて、被巻取材としてのシート状体に対して、シート状体にダメージや品質低下を招く負荷をかけることなく、安定した巻取りが可能な巻取装置および巻取方法を提供する。

本発明の巻取装置は、シート状体を、断面形状が矩形乃至楕円形状の芯部材に巻き取る巻取装置であって、前記芯部材に対して一定速度でシート状体を供給するシート状体供給手段と、前記芯部材をその中心を回転軸芯として回転させる回転駆動手段と、前記芯部材をシート状体の搬送方向に沿ったＸ軸上を往復動させる第１往復動手段と、前記第１往復動手段による芯部材のＸ軸上の往復動量を制御するＸ軸方向制御手段と、前記芯部材をシート状体の搬送方向と直交する方向に沿ったＺ軸上を往復動させる第２往復動手段と、前記芯部材側の巻取り点をシート状体の搬送方向の延長線上に位置するように、前記第２往復動手段による芯部材のＺ軸上の往復動量を制御するＺ軸方向制御手段と、前記Ｘ軸上及びＺ軸上の巻取り点の位置に基づいて、回転駆動手段の芯部材の回転速度を制御して、前記巻取り点のシート状体の速度を前記シート状体供給手段のシート状体供給速度に合わせる回転速度制御手段とを備えたものである。

本発明の巻取装置によれば、Ｚ軸方向制御手段によって、芯部材側の巻取り点をシート状体の搬送方向の延長線上に位置することができ、シート状体が屈曲することがなくなる。また、回転速度制御手段によって、巻取り点のシート状体の速度を前記シート状体供給手段のシート状体供給速度に合わせることができる。これによって、シート状体の屈曲、およびシート状体供給速度と巻取り点の速度との差によるシート状体への負荷を無くすことができる。また、シート状体の屈曲のためのＸ軸方向のスペースを確保する必要がない。

前記回転速度制御手段による回転速度変化は、回転角度が０°及び１８０°の近傍でそれぞれ緩やかに減速する両停留曲線を利用することができる。これによって、芯部材の回転角度０°や１８０°付近（近傍）を減速させることができ、安定した速度変位が可能となる。回転駆動手段、第１往復動手段、及び第２往復動手段にサーボモータを用いることができる。両停留曲線には、変形正弦曲線（ＭＳ）を用いることができる。

本発明の巻取方法は、シート状体を、断面形状が矩形乃至楕円形状の芯部材に巻き取る巻取方法であって、前記芯部材を、その中心を回転軸芯として回転させつつ、シート状体の搬送方向に沿ったＸ軸上の移動、シート状体の搬送方向と直交する方向に沿ったＺ軸上の移動、および芯部材の回転速度の調整を行って、シート状体供給源から一定速度で供給されるシート状体を、芯部材側の巻取り点がシート状体の搬送方向の延長線上に位置した状態で、前記巻取り点でのシート状体巻取速度をシート状体供給速度に合わせるものである。

本発明の巻取方法は、芯部材側の巻取り点をシート状体の搬送方向の延長線上に位置することができ、シート状体が屈曲することがなくなる。また、巻取り点のシート状体の速度をシート状体供給速度に合わせることができる。これによって、シート状体の屈曲、およびシート状体供給速度と巻取り点の速度との差によるシート状体への負荷を無くすことができる。

本発明では、シート状体の屈曲、およびシート状体供給速度と巻取り点の速度との差によるシート状体への負荷を無くすことができ、安定した巻取りが可能となり、シート状体にダメージや品質低下を招くのを防止できる。

シート状体の屈曲のためのＸ軸方向のスペースを確保する必要がないので、巻取装置全体としてコンパクト化を図ることができる。

回転駆動手段、第１往復動手段、及び第２往復動手段にサーボモータを用いたことによって、制御が安定するとともに、装置機構が単純なものとできる。

本発明の実施形態を示す巻取装置のブロック図である。 前記図１の巻取装置の要部を示し、（ａ）はシート状体搬送方向上に芯部材が配置された状態を示す簡略図であり、（ｂ）はシート状体搬送方向に対して芯部材が傾斜した状態を示す簡略図である。 前記芯部材のＺ軸方向の変位量を示す簡略図である。 前記芯部材のＸ軸方向の移動速度とＺ軸方向の移動速度を示すグラフ図である。 前記芯部材のＸ軸方向の加速度とＺ軸方向の加速度を示すグラフ図である。 前記芯部材のθ軸廻りの回転速度を変更した後の芯部材のＸ軸方向の移動速度とＺ軸方向の移動速度を示すグラフ図である。 前記芯部材のθ軸廻りの回転速度を変更した後の芯部材のＸ軸方向の加速度とＺ軸方向の加速度を示すグラフ図である。 芯部材のθ軸廻りの回転速度の制御に用いる変形正弦曲線を示すグラフ図である。 従来の巻取装置の簡略斜視図である。 前記図９に示す巻取装置を用いた巻取工程を示す簡略図である。 従来の他の巻取工程を示す簡略図である

以下本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。

図１は巻取装置の要部簡略図を示し、この巻取装置は、図２に示すシート状体１１を、断面形状が矩形乃至楕円形状の芯部材１２に巻き取るものである。そして、この巻取装置は、芯部材１２に対して一定速度でシート状体１１を供給するシート状体供給手段１５と、芯部材１２をその中心を回転軸芯として回転させる回転駆動手段１６と、芯部材１２をシート状体の搬送方向に沿ったＸ軸上を往復動させる第１往復動手段１７と、第１往復動手段１７による芯部材のＸ軸上の往復動量を制御するＸ軸方向制御手段１９と、芯部材１２をシート状体１１の搬送方向と直交する方向に沿ったＺ軸上を往復動させる第２往復動手段１８と、第２往復動手段１８による芯部材１２のＺ軸上の往復動量を制御するＺ軸方向制御手段２０と、回転駆動手段１６の芯部材１２の回転速度を制御する回転速度制御手段２１とを備える。

シート状体１１としては、例えば、帯状の正極と負極をセパレータを介して積層されるものである。シート状体供給手段１５は、シート状体供給源（図示省略）と、このシート状体供給源のシート状体１１を送出するためのモータ（サーボモータ）（図示省略）と、シート状体供給源から送出されたシート状体１１をガイドするガイド部材１３（図２参照）とを備える。

回転駆動手段１６は、図示省略のサーボモータと、このサーボモータの回転駆動力を芯部材１２の軸部１２a（図２参照）に伝達するギア機構等の駆動力伝達機構とを備える。また、回転駆動手段１６と芯部材１２とが保持枠体にて支持され、この保持枠体が前記第１往復動手段１７によって、図２に示すように、Ｘ軸上を矢印Ｘ１，Ｘ２方向にそって往復動する。これによって、芯部材１２がＸ軸上を矢印Ｘ１，Ｘ２方向にそって往復動することになる。また、保持枠体に支持されて芯部材１２は、第２往復動手段１８によって、Ｚ軸上を矢印Ｚ１，Ｚ２方向にそって往復動する。

第１往復動手段１７および第２往復動手段１８は、例えば、ボールねじ機構やリニアガイド機構等を備え、その駆動源としてサーボモータが使用される。

ところで、この装置の動作は、図１に示すように、コントローラ２５にて制御される。このコントローラ２５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピューターにて構成できる。また、コントローラ２５には、記憶手段としての記憶装置が接続される。記憶手段としての記憶装置は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブ、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）ドライブ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等からなる。なお、ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラムやデータが格納されている。

そして、このコントローラ２５は、第１往復動手段１７を制御する前記Ｘ軸方向制御手段１９と、第２往復動手段１３を制御する前記Ｚ軸方向制御手段２０と、回転駆動手段１６を制御する回転速度制御手段２１と、これらの制御手段１９，２０，２１を制御する主制御手段２２とを備える。

ところで、芯部材１２をその軸部１２ａを中心の所定回転速度で回転させれば、図２に示す巻取り点Ｃ（図２参照）における、Ｘ軸移動速度とＺ軸移動速度とは、図４に示すように回転角度によって変化する。また、巻取り点Ｃ（図２参照）における、Ｘ軸加速度とＺ軸加速度とは図５に示すように回転角度によって変化する。なお、図４に示す速度と、図５に示す加速度とは、シート供給速度αを一定の３２５ｍｍ／ｓとするとともに、芯部材１２の長辺（長径）を１４５ｍｍとした場合である。

そこで、本発明では、θ軸廻りの回転速度を変化させて、巻取り点ＣでのＸ軸方向の速度とＺ軸方向の速度補正することによって、シート状体供給手段１５から送出されるシード状体１１の搬送速度αと、巻取り点Ｃでの巻取り速度を一致させることになる。

次に、前記のように構成された巻取装置を用いた巻取方法を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、シート状体供給手段１５から送出されるシード状体１１の搬送方向（走行方向）の延長線Ｌ（図３参照）上に、芯部材側の巻取り点Ｃが配設されるように、芯部材１２のＸ軸方向及びＺ軸方向の位置を調整する。

この状態で、芯部材１２を矢印Ｅ１方向に回転させながら、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にそって移動させる。この際、巻取り点Ｃを、シード状体１１の搬送方向（走行方向）の延長線Ｌ上に常時位置させる。すなわち、図３に示すように、１２Ａで示すように、芯部材１２が延長線Ｌ上に位置している状態から１２Ｂ〜１２Ｇまでは、その軸部１２ａの軸心ＯがＯＡからＯＧの位置となるようにＺ１方向に所定量Ｈだけ移動しつつその軸心Ｏを中心に矢印Ｅ１方向に回転する。そして、この１２Ｇの位置からは、その軸部１２ａの軸心ＯがＯＧからＯＡの位置となるようにＺ２方向に所定量Ｈだけ移動しつつその軸心Ｏを中心に矢印Ｅ１方向に回転する。

また、この回転中においては、巻取り点Ｃでの巻取り速度がシード状体１１の搬送速度αにするように、Ｘ軸上及びＺ軸上の巻取り点Ｃの位置に基づいて、芯部材１２の回転速度を制御することになる。回転速度の変化させる場合、本発明では、図８に示すような変形正弦曲線を用いた。

芯部材１２のθ軸廻りの回転速度を変更した後の芯部材１２のＸ軸方向の移動速度とＺ軸方向の移動速度を、図６に示し、芯部材１２のθ軸廻りの回転速度を変更した後の芯部材１２のＸ軸方向の加速度とＺ軸方向の加速度を、図７に示す。すなわち、図４と図５とからわかるように、θ軸廻りの回転角度が０°や１８０°では、速度変化や加速度変化が大きく条件がきびしくなるので、０°や１８０°の近傍において、緩やかに変化する図８に示すような両停留曲線である変形正弦曲線（ＭＳ）を、この芯部材１２の回転速度の調整に用いた。

このように、変形正弦曲線（ＭＳ）を用いて芯部材１２の回転速度の変化させた場合、軸方向の移動速度とＺ軸方向の移動速度および芯部材１２のＸ軸方向の加速度とＺ軸方向の加速度は、制御しやすい波形となり、シード状体１１の搬送速度αと、巻取り点Ｃでの巻取り速度を一致させることができる。

本発明の巻取装置では、Ｚ軸方向制御手段２０によって、芯部材１２側の巻取り点Ｃをシート状体１１の搬送方向の延長線Ｌ上に位置することができ、シート状体１１が屈曲することがなくなる。また、回転速度制御手段２１によって、巻取り点のシート状体１１の速度をシート状体供給手段１５のシート状体供給速度に合わせることができる。これによって、シート状体１１の屈曲、およびシート状体供給速度と巻取り点の速度との差によるシート状体１１への負荷を無くすことができる。従って、安定した巻取りが可能となり、シート状体１１にダメージや品質低下を招くのを防止できる。

また、シート状体１１の屈曲のためのＸ軸方向のスペースを確保する必要がない。このため、巻取装置全体としてコンパクト化を図ることができる。さらに、回転駆動手段１６、第１往復動手段１７、及び第２往復動手段１８にサーボモータを用いたことによって、制御が安定するとともに、装置機構が単純なものとできる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、図２では、芯部材１２を図２（ａ）に示す状態から反時計周りの矢印Ｅ１方向に回転させるとともに、搬送方向の延長線Ｌよりも矢印Ｚ１方向に上昇させるものあったが、芯部材１２を矢印Ｅ１方向と逆の時計周りの矢印Ｅ２方向に回転させるとともに、搬送方向の延長線Ｌよりも矢印Ｚ２方向に下降させるものあってもよい。また、芯部材１２として、その断面形状として、矩形形状であっても、楕円形状であってもよい。楕円形状には、楕円、長円、さらには、凸レンズ形状の瞳形状を含むものとする。

前記実施形態では、回転速度制御手段２１による回転速度変化に、前記実施形態では、変形正弦曲線（ＭＳ）を用いたが、これに限るものではなく、変形台形曲線（ＭＴ）や変形等速度曲線（ＭＣＶ）等の他の両停留曲線を用いても良い。要は、０°や１８０°の近傍において、緩やかに変化する（減速）ものであればよい。また、シート状体として、帯状の正極と負極をセパレータを介して積層されるものに限るものではない。

１１ シート状体
１２ 芯部材
１５ シート状体供給手段
１６ 回転駆動手段
１７ 第１往復動手段
１８ 第２往復動手段
１９ Ｘ軸方向制御手段
２０ Ｚ軸方向制御手段
２１ 回転速度制御手段

Claims (5)

1. シート状体を、断面形状が矩形乃至楕円形状の芯部材に巻き取る巻取装置であって、
   前記芯部材に対して一定速度でシート状体を供給するシート状体供給手段と、
   前記芯部材をその中心を回転軸芯として回転させる回転駆動手段と、
   前記芯部材をシート状体の搬送方向に沿ったＸ軸上を往復動させる第１往復動手段と、
   前記第１往復動手段による芯部材のＸ軸上の往復動量を制御するＸ軸方向制御手段と、
   前記芯部材をシート状体の搬送方向と直交する方向に沿ったＺ軸上を往復動させる第２往復動手段と、
   前記芯部材側の巻取り点をシート状体の搬送方向の延長線上に位置するように、前記第２往復動手段による芯部材のＺ軸上の往復動量を制御するＺ軸方向制御手段と、
   Ｘ軸上及びＺ軸上の巻取り点の位置に基づいて、前記回転駆動手段の芯部材の回転速度を制御して、前記巻取り点のシート状体巻取速度を前記シート状体供給手段のシート状体供給速度に合わせる回転速度制御手段とを備えたことを特徴とする巻取装置。
2. 前記回転速度制御手段による回転速度変化は、回転角度が０°及び１８０°の近傍でそれぞれ緩やかに減速する両停留曲線を利用することを特徴とする請求項１に記載の巻取装置。
3. 前記回転速度制御手段による回転速度変化は変形正弦曲線を利用することを特徴とする請求項２に記載の巻取装置。
4. 回転駆動手段と、第１往復動手段、及び第２往復動手段にサーボモータを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の巻取装置。
5. シート状体を、断面形状が矩形乃至楕円形状の芯部材に巻き取る巻取方法であって、
   前記芯部材を、その中心を回転軸芯として回転させつつ、シート状体の搬送方向に沿ったＸ軸上の移動、シート状体の搬送方向と直交する方向に沿ったＺ軸上の移動、および芯部材の回転速度の調整を行って、シート状体供給源から一定速度で供給されるシート状体を、芯部材側の巻取り点がシート状体の搬送方向の延長線上に位置した状態で、前記巻取り点でのシート状体の速度をシート状体供給速度に合わせることを特徴とする巻取方法。

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