JP3940085B2 - 巻取り装置における加圧ローラの移動機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば偏平状の巻芯や角形状の巻芯等の非円筒形の巻芯に対応できる巻取り装置における加圧ローラの移動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、偏平状の巻芯を備えた二点支持巻取り装置として、次のものが提案されている。この巻取り装置は、図４に示すように一対の支持部１１ａを持つ偏平状の巻芯１１を所定位置において図示しないサーボモータにより所定の旋回速度で旋回させるようになっている。又、前記巻芯１１の上方には左右一対のニップローラ１３が所定位置において電極シート１２を挟着して前記巻芯１１に供給するようになっている。前記電極シート１２は正負の電極シート１２ａ，１２ｂ及びセパレータ１２ｃ，１２ｄをニップローラ１３によって積層して形成される。
【０００３】
前記巻芯１１に対する電極シート１２の巻取り動作を開始する際には、電極シート１２の先端部を前記巻芯１１の右側面に沿うように垂らした状態で加圧ローラ１４によって前記電極シート１２の外表面を巻芯１１の右側面に押圧する。この状態で巻芯１１を図４において時計回り方向に旋回すると、巻芯１１の表面に電極シート１２の先端部が巻き付けられ、巻芯１１に電極シート１２が連結され、加圧ローラ１４を離しても電極シート１２の巻取りが可能となる。
【０００４】
前記加圧ローラ１４は前記巻芯１１の旋回運動と同期して図示しないレバー・リンク機構によってＸ軸方向に往復移動されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の巻取り装置においては、図４に実線で示す垂直状態の巻芯１１の巻取り開始位置からの旋回角θが図５に示すように７５°近辺になると、半円弧状の支持部１１ａの始端Ｐ１に加圧ローラ１４が接触される。又、旋回角θが１０５°になると、支持部１１ａの終端Ｐ２に加圧ローラ１４が接触される。このため、旋回角θがほぼ７５°〜１０５°の約３０°の狭い範囲で支持部１１ａの半円弧状部を乗り越えなければならず、前記巻芯１１に対する加圧ローラ１４の接触点のＸ軸前方又は後方への移動速度（加速度）が非常に速くなって、加圧ローラ１４の適正な位置制御動作が難しくなるという問題があった。このため、巻芯１１の旋回角θが７５°付近及び１１５°付近においては巻芯１１に対する加圧ローラ１４の押圧力が適正に作用し難くなり、電極シート１２の挟着状態が緩んで電極シート１２の巻き付け不良の要因となっていた。前記押圧力を確保するため、加圧ローラ１４のレバー・リンク機構の設定を予め強めにした場合には、加圧ローラ１４によって巻芯１１が強く押圧されるので、巻芯１１が変形或いは破壊される恐れがあった。
【０００６】
さらに、上記従来の巻取り装置は、巻芯に対する加圧ローラの接触点の移動速度（加速度）が非常に速くなるので、巻芯１１の旋回速度を高めると、電極シート１２の巻き付け不良が発生し易くなり、巻き付け速度を低速度で行わなければならないという問題もあった。
【０００７】
又、巻芯１１の外形形状が変更されると、それに伴って加圧ローラ１４を作動するレバー・リンク機構を別のものと取り換えなければならないという問題もあった。複数種類のレバー・リンク機構を製作するには、費用がかかるばかりでなく、それらのレバー・リンク機構の保管管理をも行わなければならないので、非常に煩わしいという問題があった。
【０００８】
本発明の主たる目的は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、巻芯に対し加圧ローラによりシートを適正な押圧力で加圧することができ、巻芯に対するシートの巻き付け動作を適正に行うことができるとともに、巻芯の破損を防止することができる巻取り装置における加圧ローラの移動機構を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、上記目的に加えて、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラの移動機構（ハードウェア）を変更することなく巻芯へのシートの加圧ローラによる加圧を適正に行うことができる巻取り装置における加圧ローラの移動機構を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、二つの支持部を有する扁平状に形成された巻芯を巻取り速度が一定となるように旋回させて巻芯の外表面にシートを巻取り、その巻取り動作の際に加圧ローラによりシートを巻芯側に押圧するようにした加圧ローラを備えた巻取り装置において、
前記加圧ローラが巻芯を押圧する方向、つまりＸ軸方向に往復動されるＸ軸移動機構と、前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に往復動されるＹ軸移動機構とにより前記加圧ローラを二軸方向に移動可能に構成し、前記Ｙ軸移動機構は、予め制御装置の記録媒体に記録されたＹ軸方向の移動量をそれぞれ演算するための演算式に基づいて演算された演算値によりそれぞれ数値制御されるように構成され、前記Ｙ軸移動機構及び前記Ｘ軸移動機構により前記巻芯の旋回角θが０°〜３０°の間に巻芯と加圧ローラの接触点を巻芯の中心Ｏ１と対応する原点位置から前記支持部の半円孤状の外周面の始端に移動し、前記巻芯が旋回角θで３０°〜１５０°旋回する間に前記支持部の半円孤状の外周面の始端から終端まで移動し、その後、前記巻芯が旋回角θで１５０°〜１８０°旋回する間に前記支持部の終端から原点位置まで移動するように構成したことを要旨とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記Ｘ軸移動機構は、前記加圧ローラを付勢手段により巻芯に向かってＸ軸前方向に弾性的に押圧し、巻芯の旋回運動により加圧ローラを前記付勢手段の付勢力に抗してＸ軸後方向に押し戻されるようにした弾性支持機構であることを要旨とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記Ｘ軸移動機構は、予め制御装置の記録媒体に記録されたＸ軸方向の移動量を演算するための演算式に基づいて演算された演算値により数値制御されるように構成されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３において、前記Ｘ軸移動機構によって移動されるＸ軸移動体の先端部に、前記加圧ローラが、巻芯を押圧する方向に一定の付勢力を有する付勢手段を介して取付けられていることを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、形状の異なる複数の巻芯に対応して、前記加圧ローラのＸ軸方向の移動量又はＹ軸方向の移動量をそれぞれ求める各種条件及び演算式が前記記録媒体に格納されていて、巻芯の変更に応じてそれらの演算式を選択するようになっていることを要旨とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を例えばハイブリッド車両等に用いられる電池の電極シートの巻取り装置に具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１９】
図２は巻取り装置の巻取り機構及び加圧ローラの移動機構を示す概略正面図である。巻取り機構は従来の技術で述べた構成とほぼ同様に構成されている。すなわち、一対の支持部１１ａをもつ偏平状の巻芯１１を所定位置において巻軸モータＭ１１により所定の旋回速度で旋回させるようになっている。又、前記巻芯１１の上方には左右一対のニップローラ１３が所定位置において電極シート１２を挟着して前記巻芯１１に供給するようになっている。前記電極シート１２は正負の電極シート１２ａ，１２ｂ及びセパレータ１２ｃ，１２ｄをニップローラ１３によって積層して形成される。そして、この電極シート１２が巻芯１１に巻き取られるようになっている。
【００２０】
次に、加圧ローラ１４の移動機構について説明すると、前記巻芯１１の右側方に位置するように巻取り装置のフレーム（図示略）の前面にＹ軸（上下）方向に取り付けられた基板１５の左側面にはＹ軸（上下）方向にＹ軸ガイドレール１６が配設されている。このＹ軸ガイドレール１６にはＹ軸サドル１７がＹ軸方向の往復動可能に装着され、例えばリニアモータ或いはサーボモータ等でなるＹ軸モータＭ１７によってＹ軸方向に往復動されるようになっている。前記Ｙ軸サドル１７の左側面にはＸ軸案内部材１９が取り付けられ、このＸ軸案内部材１９にはＸ軸（前後）方向に往復動可能にＸ軸移動体２０が装着されている。このＸ軸移動体２０は例えばリニアモータ或いはサーボモータ等でなるＸ軸モータＭ１９によってＸ軸方向に往復動されるようになっている。
【００２１】
この実施形態では前記基板１５、Ｙ軸ガイドレール１６、Ｙ軸サドル１７及びＹ軸モータＭ１７等により加圧ローラ１４のＹ軸移動機構を構成している。又、Ｘ軸案内部材１９、Ｘ軸移動体２０及びＸ軸モータＭ１９等により加圧ローラ１４のＸ軸移動機構を構成している。
【００２２】
前記Ｘ軸移動体２０の先端部にはホルダー２２が取り付けられ、このホルダー２２にはロッド２３が摺動自在に支持され、この先端の軸２４を介して加圧ローラ１４が回転可能に支持されている。前記ホルダー２２内には前記ロッド２３を、巻芯１１を押圧する方向の前方に一定の付勢力で付勢するための付勢手段としてのコイル状のバネ２５が収容されている。
【００２３】
次に、図３に基づいて前記巻取り用の例えばサーボモータでなる巻軸モータＭ１１、Ｙ軸モータＭ１７及びＸ軸モータＭ１９等の動作を制御するための制御装置３１の構成を説明する。
【００２４】
この制御装置３１は例えば後述する各種条件及び演算式（１）、（２）等のデータに基づいて加圧ローラ１４の移動量の制御等の各種の演算処理を行うための中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２を備えている。又、制御装置３１は移動量の制御等の各種の処理プログラムを記録した読み出し専用の記録媒体としてのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）３３及び各種のデータを記録し、かつ読み出し又は書き込み可能な記録媒体としてのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３４を備えている。
【００２５】
前記制御装置３１には、前記ＣＰＵ３２に接続され予め設定された巻芯１１の旋回速度指令を巻軸モータＭ１１に出力するための巻軸モータ制御部３５が設けられている。この巻軸モータ制御部３５によって前記巻軸モータＭ１１の巻取り速度が一定となるように予め設定した速度で旋回されるようになっている。
【００２６】
又、前記制御装置３１には、前記ＣＰＵ３２に接続され前記巻芯１１の巻取り動作に同期して前記Ｘ軸モータＭ１９を制御して前記加圧ローラ１４のＸ軸方向の位置を数値制御する回転速度指令を出力するためのＸ軸モータ制御部３６が設けられている。
【００２７】
さらに、前記制御装置３１には、前記ＣＰＵ３２に接続され前記巻芯１１の巻取り動作に同期して前記Ｙ軸モータＭ１７を制御して加圧ローラ１４のＹ軸方向の位置を数値制御するための回転速度指令を出力するためのＹ軸モータ制御部３７が設けられている。
【００２８】
前記制御装置３１には巻芯の形状や寸法等各種条件の入力や演算式の作成を行うための各種のキーを備えた操作パネル３８が接続されている。又、制御装置３１には各種の条件や演算式を表示可能な表示装置３９が接続されている。
【００２９】
次に、巻芯１１の旋回動作に追従して、前記加圧ローラ１４を適正に位置制御するために制御装置３１の記録媒体に格納される各種条件及び演算式について説明する。
【００３０】
この実施形態では図１の実線で示す垂直状態の巻芯１１を巻取り開始位置とする。この巻取り開始位置から巻芯１１は図１において時計回り方向に旋回される。この巻芯１１の巻取り開始位置からの旋回角をθとする。又、巻芯１１の右側面に電極シート１２の先端部が垂れ下がるように配置されていて、この電極シート１２は前記巻芯１１の旋回中心Ｏ１と対応する位置において加圧ローラ１４によって巻芯１１に押圧されている。
【００３１】
巻芯１１の旋回中心Ｏ１から支持部１１ａ（始端Ｐ１，終端Ｐ２）までの距離をＲとし、巻芯１１の支持部１１ａの半径寸法ｒ１、加圧ローラ１４の半径寸法ｒ、電極シートの厚さ寸法ｔｓとする。
【００３２】
前記巻芯１１の旋回中心Ｏ１を通るＸ軸方向の基準線Ｌ１から加圧ローラ１４の回転中心Ｏ２までのＹ軸方向の移動量Ｙ（θ）を求める演算式は、以下のように設定される。
【００３３】
旋回角θが０°≦θ＜３０°のとき
Ｙ（θ）＝（Ｒｃｏｓ３０°）×（θ／３０°）・・・（１）
旋回角θが３０°≦θ≦１５０°のとき
Ｙ（θ）＝Ｒｃｏｓθ・・・（２）
旋回角θが１５０°＜θ＜１８０°のとき
Ｙ（θ）＝（Ｒｃｏｓ１５０°）×〔（１８０°−θ）／３０°〕・・・（３）
これらの演算式（１），（２），（３）及び前記各種の寸法条件を制御装置３１の記録媒体に予め記録し、上記の演算式（１），（２），（３）により求められた移動量Ｙ（θ）に基づいて、前記Ｙ軸モータＭ１７を数値制御するようにしている。
【００３４】
一方、前記巻芯１１の旋回中心Ｏ１を通るＹ軸方向の基準線Ｌ２から加圧ローラ１４の回転中心Ｏ２までのＸ軸方向の移動量Ｘ（θ）を求める演算式は、以下のように設定される。
【００３５】
旋回角θが０°≦θ＜３０°のとき
Ｘ（θ）＝（Ｒｓｉｎ３０°）×（θ／３０°）＋（ｒ１＋ｒ）・・・（４）
旋回角θが３０°≦θ≦１５０°のとき
Ｘ（θ）＝（Ｒｓｉｎθ）＋（ｒ１＋ｒ）・・・（５）
旋回角θが１５０°＜θ＜１８０°のとき
この演算式（４），（５），（６）及び前記各種の寸法条件を制御装置３１の記録媒体に予め記録し、上記の演算式（３），（５），（６）により求められた移動量Ｘ（θ）に基づいて前記Ｘ軸モータＭ１９を数値制御するようにしている。
【００３６】
そして、Ｘ軸モータ制御部３６及びＹ軸モータ制御部３７により移動量Ｘ（θ）、Ｙ（θ）の演算式によって演算された演算値に基づいてＸ軸モータＭ１９及びＹ軸モータＭ１７が数値制御され、加圧ローラ１４による巻芯１１上の電極シート１２の押圧動作が適正に行われる。
【００３７】
次に、前記のように構成された巻取り装置の動作を説明する。
図１において前記巻芯１１が巻取り開始位置から旋回を開始すると、巻芯１１の外周面に電極シート１２が巻き取られて、シート巻取体が形成される。この巻取り動作の開始に先立って、電極シート１２の先端部の端縁が図示しないテープ接着装置により接着されて巻芯１１の表面に仮止めされる。その後に、Ｘ軸モータＭ１９が作動されて、加圧ローラ１４が図１に示す開始位置（実線の巻芯１１に接する位置）に移動される。
【００３８】
この電極シート１２の巻取り開始位置から巻芯１１が図１において、時計回り方向に１８０°だけ旋回される間に、加圧ローラ１４はＸ軸方向に一往復動されるとともに、Ｙ軸方向にも一往復動される。この加圧ローラ１４のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置制御により巻芯１１に対する加圧ローラ１４の押圧動作が適正に行われる。
【００３９】
前記巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け動作が開始されて巻芯１１が数回旋回されると、巻芯１１に対する電極シート１２の巻付け状態、つまり巻芯１１と電極シート１２の連結が確実になるとともに、巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け状態が加圧ローラ１４の加圧動作により安定化される。このため加圧ローラ１４が退避位置に移動される。
【００４０】
前記巻芯１１に対する電極シート１２の所定量の巻取り動作が終了すると、前記電極シート１２は図示しない切断機構によって切断され、その切断端部が前記加圧ローラ１４によって巻芯１１側に所定の圧力で押圧され、切断端部がシート巻取体の外表面に巻き付けられる。
【００４１】
電極シート１２の切断端部の加圧ローラ１４による巻き付け動作の際には、シート巻取体の厚み寸法を考慮して、加圧ローラ１４の原点位置への移動が行われる。なお、電極シート１２の切断端部の巻き付け処理動作においても、電極シート１２の先端部の巻き付け動作と同様に加圧ローラ１４のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置制御が行われる。この場合には、電極シート１２の厚さ寸法ｔｓと巻き付け数との演算から加圧ローラ１４のＸ軸方向或いはＹ軸方向の位置補正を加えた位置制御を行う。
【００４２】
なお、この後には図示しないテープ貼り付け装置によりテープが電極シート１２の切断端部に接着され、一回のシート巻取体の巻取り作業が終了する。
上記実施形態の巻取り装置によれば、以下のような特徴を得ることができる。
【００４３】
（１）上記実施形態では、前記制御装置３１に前述した各種の条件及び演算式（１）〜（６）等の必要なデータを予め格納しておき、それらによる演算値に基づいて加圧ローラ１４の位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に数値制御により移動するようにした。このため、巻芯１１の旋回角θが０°〜３０°の間に巻芯１１と加圧ローラ１４の接触点を支持部１１ａの始端Ｐ１に移動し、前記巻芯１１が旋回角θで３０°〜１５０°旋回する間に支持部１１ａの半円孤状の外周面の始端Ｐ１から終端Ｐ２まで移動する。その後、前記巻芯１１が旋回角θで１５０°〜１８０°旋回する間に支持部１１ａの終端Ｐ２から原点位置まで移動する。従って、巻芯１１の支持部１１ａに対する加圧ローラ１４の接触点の移動速度（加速度）が従来の加圧ローラにおける移動速度と比較して緩やかとなり、電極シート１２を巻芯１１の表面に適正に押圧することができ、巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け動作を円滑かつ確実に行うことができる。
【００４４】
さらに、詳述すると、従来では旋回角θが３０°で支持部１１ａを乗り越えなければならなかったのに対し、前記実施形態では１２０°で乗り越えればよいので、加圧ローラ１４の巻芯１１に対する接触点の移動速度が約四分の一の速度となる。
【００４５】
（２）上記実施形態では、巻芯１１の支持部１１ａの外周面に対する加圧ローラ１４の接触点の移動速度が緩やかとなるため、それだけ巻芯１１の旋回速度を高めて巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け開始動作を迅速に行うことができる。又、電極シート１２の全行程に亘って加圧ローラ１４を用いる場合にも巻芯１１の旋回速度を減速する必要がなく、電極シート１２の巻取り状態を安定化することができる。
【００４６】
（３）上記実施形態では、前記操作パネル３８を用いて加圧ローラ１４のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量の演算式（１）〜（６）を巻芯１１の形状或いは寸法などの各種の条件に応じて変更可能にした。このため、巻芯１１の形状寸法が変更されても、Ｘ軸移動機構及びＹ軸移動機構を変更することなく加圧ローラ１４の位置制御動作を適正に行うことができ、段取り換えをなくして作業能率を向上することができる。
【００４７】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４８】
○ 実施形態においては電極シートの巻取り装置に具体化したが、これを各種のシートの巻取り装置として具体化することもできる。
○ 前記実施形態においては、前記巻芯１１の巻取り開始位置を図１に示すように設定したが、この巻取り開始位置は任意に設定することが可能である。この場合には各種の条件変更に基づいて、前述した演算式（１）〜（６）を変更する必要がある。
【００４９】
○ 制御装置３１の記録媒体に対し、形状の異なる巻芯１１のそれぞれに対する各種条件及び演算式を格納しておき、巻芯１１の変更に応じて上記各種の演算式を選択的に用いるようにしてもよい。
【００５０】
○ 前記Ｘ軸案内部材１９及びＸ軸モータＭ１９を省略するとともに、加圧ローラ１４をＸ軸方向前方に向かって例えばエアシリンダ等の弾性支持機構により弾性的に支持し、この加圧ローラ１４を巻芯１１の表面に押圧するようにしてもよい。この場合には巻芯１１の旋回運動によって、加圧ローラ１４が付勢力に対抗してＸ軸方向に押動される。
【００５１】
○ 加圧ローラ１４のＹ軸移動機構を図示しないがレバー・リンク機構或いはカム機構によって構成し、前記本実施形態或いは上述した別例の構成にしてもよい。
【００５２】
この別例では巻芯の外形形状が変更された場合に段取り替えが、必要になるが、巻芯に対し加圧ローラによりシートを適正な押圧力で加圧することができ、巻芯に対するシートの巻き付け動作を適正に行うことができるとともに、巻芯の破損を防止することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、巻芯に対し加圧ローラによりシートを適正な押圧力で加圧することができ、巻芯に対するシートの巻き付け動作を適正に行うことができるとともに、巻芯の破損を防止することができる。
【００５４】
又、請求項１に記載の発明は、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラのＹ軸移動機構を変更することなく巻芯へのシートの加圧を適正に行うことができる。
【００５６】
請求項２に記載の発明は、上記の効果に加えて、Ｘ軸移動機構の構成を簡素化して製造及び組み付け作業を容易に行いコストの低減を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の効果に加えて、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラのＸ軸移動機構を変更することなく巻芯へのシートの加圧を適正に行うことができる。
【００５７】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明の効果に加えて、加圧ローラは巻芯に対しシートを適正な押圧力で加圧することができ、シートの巻付状態によっても柔軟に動作して安定した巻付け動作を行うことができる。
【００５９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラのＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構を変更することなく巻芯へのシートの加圧を適正に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の巻取り装置における電極シートの加圧ローラの押圧動作を説明するための図。
【図２】 加圧ローラの移動機構を示す正面図。
【図３】 制御装置を示すブロック回路図。
【図４】 従来の巻芯に対する加圧ローラの加圧状態を示す正面図。
【図５】 従来の巻芯に対する加圧ローラの加圧状態を示す正面図。
【符号の説明】
Ｘ（θ），Ｙ（θ）…移動量、Ｏ１…旋回中心、Ｏ２…回転中心、１１…巻芯、１１ａ…支持部、１４…加圧ローラ、２０…Ｘ軸移動体、２５…付勢手段としてのバネ、３１…制御装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば偏平状の巻芯や角形状の巻芯等の非円筒形の巻芯に対応できる巻取り装置における加圧ローラの移動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、偏平状の巻芯を備えた二点支持巻取り装置として、次のものが提案されている。この巻取り装置は、図４に示すように一対の支持部１１ａを持つ偏平状の巻芯１１を所定位置において図示しないサーボモータにより所定の旋回速度で旋回させるようになっている。又、前記巻芯１１の上方には左右一対のニップローラ１３が所定位置において電極シート１２を挟着して前記巻芯１１に供給するようになっている。前記電極シート１２は正負の電極シート１２ａ，１２ｂ及びセパレータ１２ｃ，１２ｄをニップローラ１３によって積層して形成される。
【０００３】
前記巻芯１１に対する電極シート１２の巻取り動作を開始する際には、電極シート１２の先端部を前記巻芯１１の右側面に沿うように垂らした状態で加圧ローラ１４によって前記電極シート１２の外表面を巻芯１１の右側面に押圧する。この状態で巻芯１１を図４において時計回り方向に旋回すると、巻芯１１の表面に電極シート１２の先端部が巻き付けられ、巻芯１１に電極シート１２が連結され、加圧ローラ１４を離しても電極シート１２の巻取りが可能となる。
【０００４】
前記加圧ローラ１４は前記巻芯１１の旋回運動と同期して図示しないレバー・リンク機構によってＸ軸方向に往復移動されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の巻取り装置においては、図４に実線で示す垂直状態の巻芯１１の巻取り開始位置からの旋回角θが図５に示すように７５°近辺になると、半円弧状の支持部１１ａの始端Ｐ１に加圧ローラ１４が接触される。又、旋回角θが１０５°になると、支持部１１ａの終端Ｐ２に加圧ローラ１４が接触される。このため、旋回角θがほぼ７５°〜１０５°の約３０°の狭い範囲で支持部１１ａの半円弧状部を乗り越えなければならず、前記巻芯１１に対する加圧ローラ１４の接触点のＸ軸前方又は後方への移動速度（加速度）が非常に速くなって、加圧ローラ１４の適正な位置制御動作が難しくなるという問題があった。このため、巻芯１１の旋回角θが７５°付近及び１１５°付近においては巻芯１１に対する加圧ローラ１４の押圧力が適正に作用し難くなり、電極シート１２の挟着状態が緩んで電極シート１２の巻き付け不良の要因となっていた。前記押圧力を確保するため、加圧ローラ１４のレバー・リンク機構の設定を予め強めにした場合には、加圧ローラ１４によって巻芯１１が強く押圧されるので、巻芯１１が変形或いは破壊される恐れがあった。
【０００６】
さらに、上記従来の巻取り装置は、巻芯に対する加圧ローラの接触点の移動速度（加速度）が非常に速くなるので、巻芯１１の旋回速度を高めると、電極シート１２の巻き付け不良が発生し易くなり、巻き付け速度を低速度で行わなければならないという問題もあった。
【０００７】
又、巻芯１１の外形形状が変更されると、それに伴って加圧ローラ１４を作動するレバー・リンク機構を別のものと取り換えなければならないという問題もあった。複数種類のレバー・リンク機構を製作するには、費用がかかるばかりでなく、それらのレバー・リンク機構の保管管理をも行わなければならないので、非常に煩わしいという問題があった。
【０００８】
本発明の主たる目的は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、巻芯に対し加圧ローラによりシートを適正な押圧力で加圧することができ、巻芯に対するシートの巻き付け動作を適正に行うことができるとともに、巻芯の破損を防止することができる巻取り装置における加圧ローラの移動機構を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、上記目的に加えて、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラの移動機構（ハードウェア）を変更することなく巻芯へのシートの加圧ローラによる加圧を適正に行うことができる巻取り装置における加圧ローラの移動機構を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、二つの支持部を有する扁平状に形成された巻芯を巻取り速度が一定となるように旋回させて巻芯の外表面にシートを巻取り、その巻取り動作の際に加圧ローラによりシートを巻芯側に押圧するようにした加圧ローラを備えた巻取り装置において、
前記加圧ローラが巻芯を押圧する方向、つまりＸ軸方向に往復動されるＸ軸移動機構と、前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に往復動されるＹ軸移動機構とにより前記加圧ローラを二軸方向に移動可能に構成し、前記Ｙ軸移動機構は、予め制御装置の記録媒体に記録されたＹ軸方向の移動量をそれぞれ演算するための演算式に基づいて演算された演算値によりそれぞれ数値制御されるように構成され、前記Ｙ軸移動機構及び前記Ｘ軸移動機構により前記巻芯の旋回角θが０°〜３０°の間に巻芯と加圧ローラの接触点を巻芯の中心Ｏ１と対応する原点位置から前記支持部の半円孤状の外周面の始端に移動し、前記巻芯が旋回角θで３０°〜１５０°旋回する間に前記支持部の半円孤状の外周面の始端から終端まで移動し、その後、前記巻芯が旋回角θで１５０°〜１８０°旋回する間に前記支持部の終端から原点位置まで移動するように構成したことを要旨とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記Ｘ軸移動機構は、前記加圧ローラを付勢手段により巻芯に向かってＸ軸前方向に弾性的に押圧し、巻芯の旋回運動により加圧ローラを前記付勢手段の付勢力に抗してＸ軸後方向に押し戻されるようにした弾性支持機構であることを要旨とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記Ｘ軸移動機構は、予め制御装置の記録媒体に記録されたＸ軸方向の移動量を演算するための演算式に基づいて演算された演算値により数値制御されるように構成されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３において、前記Ｘ軸移動機構によって移動されるＸ軸移動体の先端部に、前記加圧ローラが、巻芯を押圧する方向に一定の付勢力を有する付勢手段を介して取付けられていることを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、形状の異なる複数の巻芯に対応して、前記加圧ローラのＸ軸方向の移動量又はＹ軸方向の移動量をそれぞれ求める各種条件及び演算式が前記記録媒体に格納されていて、巻芯の変更に応じてそれらの演算式を選択するようになっていることを要旨とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を例えばハイブリッド車両等に用いられる電池の電極シートの巻取り装置に具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１９】
図２は巻取り装置の巻取り機構及び加圧ローラの移動機構を示す概略正面図である。巻取り機構は従来の技術で述べた構成とほぼ同様に構成されている。すなわち、一対の支持部１１ａをもつ偏平状の巻芯１１を所定位置において巻軸モータＭ１１により所定の旋回速度で旋回させるようになっている。又、前記巻芯１１の上方には左右一対のニップローラ１３が所定位置において電極シート１２を挟着して前記巻芯１１に供給するようになっている。前記電極シート１２は正負の電極シート１２ａ，１２ｂ及びセパレータ１２ｃ，１２ｄをニップローラ１３によって積層して形成される。そして、この電極シート１２が巻芯１１に巻き取られるようになっている。
【００２０】
次に、加圧ローラ１４の移動機構について説明すると、前記巻芯１１の右側方に位置するように巻取り装置のフレーム（図示略）の前面にＹ軸（上下）方向に取り付けられた基板１５の左側面にはＹ軸（上下）方向にＹ軸ガイドレール１６が配設されている。このＹ軸ガイドレール１６にはＹ軸サドル１７がＹ軸方向の往復動可能に装着され、例えばリニアモータ或いはサーボモータ等でなるＹ軸モータＭ１７によってＹ軸方向に往復動されるようになっている。前記Ｙ軸サドル１７の左側面にはＸ軸案内部材１９が取り付けられ、このＸ軸案内部材１９にはＸ軸（前後）方向に往復動可能にＸ軸移動体２０が装着されている。このＸ軸移動体２０は例えばリニアモータ或いはサーボモータ等でなるＸ軸モータＭ１９によってＸ軸方向に往復動されるようになっている。
【００２１】
この実施形態では前記基板１５、Ｙ軸ガイドレール１６、Ｙ軸サドル１７及びＹ軸モータＭ１７等により加圧ローラ１４のＹ軸移動機構を構成している。又、Ｘ軸案内部材１９、Ｘ軸移動体２０及びＸ軸モータＭ１９等により加圧ローラ１４のＸ軸移動機構を構成している。
【００２２】
前記Ｘ軸移動体２０の先端部にはホルダー２２が取り付けられ、このホルダー２２にはロッド２３が摺動自在に支持され、この先端の軸２４を介して加圧ローラ１４が回転可能に支持されている。前記ホルダー２２内には前記ロッド２３を、巻芯１１を押圧する方向の前方に一定の付勢力で付勢するための付勢手段としてのコイル状のバネ２５が収容されている。
【００２３】
次に、図３に基づいて前記巻取り用の例えばサーボモータでなる巻軸モータＭ１１、Ｙ軸モータＭ１７及びＸ軸モータＭ１９等の動作を制御するための制御装置３１の構成を説明する。
【００２４】
この制御装置３１は例えば後述する各種条件及び演算式（１）、（２）等のデータに基づいて加圧ローラ１４の移動量の制御等の各種の演算処理を行うための中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２を備えている。又、制御装置３１は移動量の制御等の各種の処理プログラムを記録した読み出し専用の記録媒体としてのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）３３及び各種のデータを記録し、かつ読み出し又は書き込み可能な記録媒体としてのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３４を備えている。
【００２５】
前記制御装置３１には、前記ＣＰＵ３２に接続され予め設定された巻芯１１の旋回速度指令を巻軸モータＭ１１に出力するための巻軸モータ制御部３５が設けられている。この巻軸モータ制御部３５によって前記巻軸モータＭ１１の巻取り速度が一定となるように予め設定した速度で旋回されるようになっている。
【００２６】
又、前記制御装置３１には、前記ＣＰＵ３２に接続され前記巻芯１１の巻取り動作に同期して前記Ｘ軸モータＭ１９を制御して前記加圧ローラ１４のＸ軸方向の位置を数値制御する回転速度指令を出力するためのＸ軸モータ制御部３６が設けられている。
【００２７】
さらに、前記制御装置３１には、前記ＣＰＵ３２に接続され前記巻芯１１の巻取り動作に同期して前記Ｙ軸モータＭ１７を制御して加圧ローラ１４のＹ軸方向の位置を数値制御するための回転速度指令を出力するためのＹ軸モータ制御部３７が設けられている。
【００２８】
前記制御装置３１には巻芯の形状や寸法等各種条件の入力や演算式の作成を行うための各種のキーを備えた操作パネル３８が接続されている。又、制御装置３１には各種の条件や演算式を表示可能な表示装置３９が接続されている。
【００２９】
次に、巻芯１１の旋回動作に追従して、前記加圧ローラ１４を適正に位置制御するために制御装置３１の記録媒体に格納される各種条件及び演算式について説明する。
【００３０】
この実施形態では図１の実線で示す垂直状態の巻芯１１を巻取り開始位置とする。この巻取り開始位置から巻芯１１は図１において時計回り方向に旋回される。この巻芯１１の巻取り開始位置からの旋回角をθとする。又、巻芯１１の右側面に電極シート１２の先端部が垂れ下がるように配置されていて、この電極シート１２は前記巻芯１１の旋回中心Ｏ１と対応する位置において加圧ローラ１４によって巻芯１１に押圧されている。
【００３１】
巻芯１１の旋回中心Ｏ１から支持部１１ａ（始端Ｐ１，終端Ｐ２）までの距離をＲとし、巻芯１１の支持部１１ａの半径寸法ｒ１、加圧ローラ１４の半径寸法ｒ、電極シートの厚さ寸法ｔｓとする。
【００３２】
前記巻芯１１の旋回中心Ｏ１を通るＸ軸方向の基準線Ｌ１から加圧ローラ１４の回転中心Ｏ２までのＹ軸方向の移動量Ｙ（θ）を求める演算式は、以下のように設定される。
【００３３】
旋回角θが０°≦θ＜３０°のとき
Ｙ（θ）＝（Ｒｃｏｓ３０°）×（θ／３０°）・・・（１）
旋回角θが３０°≦θ≦１５０°のとき
Ｙ（θ）＝Ｒｃｏｓθ・・・（２）
旋回角θが１５０°＜θ＜１８０°のとき
Ｙ（θ）＝（Ｒｃｏｓ１５０°）×〔（１８０°−θ）／３０°〕・・・（３）
これらの演算式（１），（２），（３）及び前記各種の寸法条件を制御装置３１の記録媒体に予め記録し、上記の演算式（１），（２），（３）により求められた移動量Ｙ（θ）に基づいて、前記Ｙ軸モータＭ１７を数値制御するようにしている。
【００３４】
一方、前記巻芯１１の旋回中心Ｏ１を通るＹ軸方向の基準線Ｌ２から加圧ローラ１４の回転中心Ｏ２までのＸ軸方向の移動量Ｘ（θ）を求める演算式は、以下のように設定される。
【００３５】
旋回角θが０°≦θ＜３０°のとき
Ｘ（θ）＝（Ｒｓｉｎ３０°）×（θ／３０°）＋（ｒ１＋ｒ）・・・（４）
旋回角θが３０°≦θ≦１５０°のとき
Ｘ（θ）＝（Ｒｓｉｎθ）＋（ｒ１＋ｒ）・・・（５）
旋回角θが１５０°＜θ＜１８０°のとき
【００３６】
そして、Ｘ軸モータ制御部３６及びＹ軸モータ制御部３７により移動量Ｘ（θ）、Ｙ（θ）の演算式によって演算された演算値に基づいてＸ軸モータＭ１９及びＹ軸モータＭ１７が数値制御され、加圧ローラ１４による巻芯１１上の電極シート１２の押圧動作が適正に行われる。
【００３７】
次に、前記のように構成された巻取り装置の動作を説明する。
図１において前記巻芯１１が巻取り開始位置から旋回を開始すると、巻芯１１の外周面に電極シート１２が巻き取られて、シート巻取体が形成される。この巻取り動作の開始に先立って、電極シート１２の先端部の端縁が図示しないテープ接着装置により接着されて巻芯１１の表面に仮止めされる。その後に、Ｘ軸モータＭ１９が作動されて、加圧ローラ１４が図１に示す開始位置（実線の巻芯１１に接する位置）に移動される。
【００３８】
この電極シート１２の巻取り開始位置から巻芯１１が図１において、時計回り方向に１８０°だけ旋回される間に、加圧ローラ１４はＸ軸方向に一往復動されるとともに、Ｙ軸方向にも一往復動される。この加圧ローラ１４のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置制御により巻芯１１に対する加圧ローラ１４の押圧動作が適正に行われる。
【００３９】
前記巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け動作が開始されて巻芯１１が数回旋回されると、巻芯１１に対する電極シート１２の巻付け状態、つまり巻芯１１と電極シート１２の連結が確実になるとともに、巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け状態が加圧ローラ１４の加圧動作により安定化される。このため加圧ローラ１４が退避位置に移動される。
【００４０】
前記巻芯１１に対する電極シート１２の所定量の巻取り動作が終了すると、前記電極シート１２は図示しない切断機構によって切断され、その切断端部が前記加圧ローラ１４によって巻芯１１側に所定の圧力で押圧され、切断端部がシート巻取体の外表面に巻き付けられる。
【００４１】
電極シート１２の切断端部の加圧ローラ１４による巻き付け動作の際には、シート巻取体の厚み寸法を考慮して、加圧ローラ１４の原点位置への移動が行われる。なお、電極シート１２の切断端部の巻き付け処理動作においても、電極シート１２の先端部の巻き付け動作と同様に加圧ローラ１４のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置制御が行われる。この場合には、電極シート１２の厚さ寸法ｔｓと巻き付け数との演算から加圧ローラ１４のＸ軸方向或いはＹ軸方向の位置補正を加えた位置制御を行う。
【００４２】
なお、この後には図示しないテープ貼り付け装置によりテープが電極シート１２の切断端部に接着され、一回のシート巻取体の巻取り作業が終了する。
上記実施形態の巻取り装置によれば、以下のような特徴を得ることができる。
【００４３】
（１）上記実施形態では、前記制御装置３１に前述した各種の条件及び演算式（１）〜（６）等の必要なデータを予め格納しておき、それらによる演算値に基づいて加圧ローラ１４の位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に数値制御により移動するようにした。このため、巻芯１１の旋回角θが０°〜３０°の間に巻芯１１と加圧ローラ１４の接触点を支持部１１ａの始端Ｐ１に移動し、前記巻芯１１が旋回角θで３０°〜１５０°旋回する間に支持部１１ａの半円孤状の外周面の始端Ｐ１から終端Ｐ２まで移動する。その後、前記巻芯１１が旋回角θで１５０°〜１８０°旋回する間に支持部１１ａの終端Ｐ２から原点位置まで移動する。従って、巻芯１１の支持部１１ａに対する加圧ローラ１４の接触点の移動速度（加速度）が従来の加圧ローラにおける移動速度と比較して緩やかとなり、電極シート１２を巻芯１１の表面に適正に押圧することができ、巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け動作を円滑かつ確実に行うことができる。
【００４４】
さらに、詳述すると、従来では旋回角θが３０°で支持部１１ａを乗り越えなければならなかったのに対し、前記実施形態では１２０°で乗り越えればよいので、加圧ローラ１４の巻芯１１に対する接触点の移動速度が約四分の一の速度となる。
【００４５】
（２）上記実施形態では、巻芯１１の支持部１１ａの外周面に対する加圧ローラ１４の接触点の移動速度が緩やかとなるため、それだけ巻芯１１の旋回速度を高めて巻芯１１に対する電極シート１２の巻き付け開始動作を迅速に行うことができる。又、電極シート１２の全行程に亘って加圧ローラ１４を用いる場合にも巻芯１１の旋回速度を減速する必要がなく、電極シート１２の巻取り状態を安定化することができる。
【００４６】
（３）上記実施形態では、前記操作パネル３８を用いて加圧ローラ１４のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量の演算式（１）〜（６）を巻芯１１の形状或いは寸法などの各種の条件に応じて変更可能にした。このため、巻芯１１の形状寸法が変更されても、Ｘ軸移動機構及びＹ軸移動機構を変更することなく加圧ローラ１４の位置制御動作を適正に行うことができ、段取り換えをなくして作業能率を向上することができる。
【００４７】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４８】
○ 実施形態においては電極シートの巻取り装置に具体化したが、これを各種のシートの巻取り装置として具体化することもできる。
○ 前記実施形態においては、前記巻芯１１の巻取り開始位置を図１に示すように設定したが、この巻取り開始位置は任意に設定することが可能である。この場合には各種の条件変更に基づいて、前述した演算式（１）〜（６）を変更する必要がある。
【００４９】
○ 制御装置３１の記録媒体に対し、形状の異なる巻芯１１のそれぞれに対する各種条件及び演算式を格納しておき、巻芯１１の変更に応じて上記各種の演算式を選択的に用いるようにしてもよい。
【００５０】
○ 前記Ｘ軸案内部材１９及びＸ軸モータＭ１９を省略するとともに、加圧ローラ１４をＸ軸方向前方に向かって例えばエアシリンダ等の弾性支持機構により弾性的に支持し、この加圧ローラ１４を巻芯１１の表面に押圧するようにしてもよい。この場合には巻芯１１の旋回運動によって、加圧ローラ１４が付勢力に対抗してＸ軸方向に押動される。
【００５１】
○ 加圧ローラ１４のＹ軸移動機構を図示しないがレバー・リンク機構或いはカム機構によって構成し、前記本実施形態或いは上述した別例の構成にしてもよい。
【００５２】
この別例では巻芯の外形形状が変更された場合に段取り替えが、必要になるが、巻芯に対し加圧ローラによりシートを適正な押圧力で加圧することができ、巻芯に対するシートの巻き付け動作を適正に行うことができるとともに、巻芯の破損を防止することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、巻芯に対し加圧ローラによりシートを適正な押圧力で加圧することができ、巻芯に対するシートの巻き付け動作を適正に行うことができるとともに、巻芯の破損を防止することができる。
【００５４】
又、請求項１に記載の発明は、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラのＹ軸移動機構を変更することなく巻芯へのシートの加圧を適正に行うことができる。
【００５６】
請求項２に記載の発明は、上記の効果に加えて、Ｘ軸移動機構の構成を簡素化して製造及び組み付け作業を容易に行いコストの低減を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の効果に加えて、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラのＸ軸移動機構を変更することなく巻芯へのシートの加圧を適正に行うことができる。
【００５７】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明の効果に加えて、加圧ローラは巻芯に対しシートを適正な押圧力で加圧することができ、シートの巻付状態によっても柔軟に動作して安定した巻付け動作を行うことができる。
【００５９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、巻芯の外形形状が変更されても加圧ローラのＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構を変更することなく巻芯へのシートの加圧を適正に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の巻取り装置における電極シートの加圧ローラの押圧動作を説明するための図。
【図２】 加圧ローラの移動機構を示す正面図。
【図３】 制御装置を示すブロック回路図。
【図４】 従来の巻芯に対する加圧ローラの加圧状態を示す正面図。
【図５】 従来の巻芯に対する加圧ローラの加圧状態を示す正面図。
【符号の説明】
Ｘ（θ），Ｙ（θ）…移動量、Ｏ１…旋回中心、Ｏ２…回転中心、１１…巻芯、１１ａ…支持部、１４…加圧ローラ、２０…Ｘ軸移動体、２５…付勢手段としてのバネ、３１…制御装置。
Claims (5)
- 二つの支持部を有する扁平状に形成された巻芯を巻取り速度が一定となるように旋回させて巻芯の外表面にシートを巻取り、その巻取り動作の際に加圧ローラによりシートを巻芯側に押圧するようにした加圧ローラを備えた巻取り装置において、
前記加圧ローラが巻芯を押圧する方向、つまりＸ軸方向に往復動されるＸ軸移動機構と、前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に往復動されるＹ軸移動機構とにより前記加圧ローラを二軸方向に移動可能に構成し、前記Ｙ軸移動機構は、予め制御装置の記録媒体に記録されたＹ軸方向の移動量をそれぞれ演算するための演算式に基づいて演算された演算値によりそれぞれ数値制御されるように構成され、前記Ｙ軸移動機構及び前記Ｘ軸移動機構により前記巻芯の旋回角θが０°〜３０°の間に巻芯と加圧ローラの接触点を巻芯の中心Ｏ１と対応する原点位置から前記支持部の半円孤状の外周面の始端に移動し、前記巻芯が旋回角θで３０°〜１５０°旋回する間に前記支持部の半円孤状の外周面の始端から終端まで移動し、その後、前記巻芯が旋回角θで１５０°〜１８０°旋回する間に前記支持部の終端から原点位置まで移動するように構成したことを特徴とする巻取り装置における加圧ローラの移動機構。 - 請求項１において、前記Ｘ軸移動機構は、前記加圧ローラを付勢手段により巻芯に向かってＸ軸前方向に弾性的に押圧し、巻芯の旋回運動により加圧ローラを前記付勢手段の付勢力に抗してＸ軸後方向に押し戻されるようにした弾性支持機構である巻取り装置における加圧ローラの移動機構。
- 請求項１において、前記Ｘ軸移動機構は、予め制御装置の記録媒体に記録されたＸ軸方向の移動量を演算するための演算式に基づいて演算された演算値により数値制御されるように構成されている巻取り装置における加圧ローラの移動機構。
- 請求項２又は３において、前記Ｘ軸移動機構によって移動されるＸ軸移動体の先端部に、前記加圧ローラが、巻芯を押圧する方向に一定の付勢力を有する付勢手段を介して取付けられている巻取り装置における加圧ローラの移動機構。
- 請求項１〜４のいずれか一項において、形状の異なる複数の巻芯に対応して、前記加圧ローラのＸ軸方向の移動量又はＹ軸方向の移動量をそれぞれ求める各種条件及び演算式が前記記録媒体に格納されていて、巻芯の変更に応じてそれらの演算式を選択するようになっている巻取り装置における加圧ローラの移動機構。
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