CN106995161B - 膜卷绕体以及膜卷绕体的制造方法 - Google Patents

膜卷绕体以及膜卷绕体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供具备不增大成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体以及膜卷绕体的制造方法，所述膜卷绕体具备圆筒形状的芯部和卷绕于所述芯部的外周面的膜，其中，在将芯部的外径与内径之差设为D，将外周部的厚度设为T1，将内周部的厚度设为T2时，满足D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95，其中，D、T1及T2的单位是mm。

Description

膜卷绕体以及膜卷绕体的制造方法
技术领域
本发明涉及膜卷绕体以及膜卷绕体的制造方法。
背景技术
锂离子二次电池具备正极、负极以及将正极与负极分离的多孔质的分隔件。在锂离子二次电池的制造工序中，使用将分隔件卷绕于圆筒形状的芯部而成的构件即分隔件卷绕体。为了使芯部不因分隔件的卷紧的应力而变形，要求芯部具有一定的刚度。
作为卷绕电池用的分隔件等膜的芯部，已知具备在外周面卷绕膜的环状的外周部、用于在内周面嵌入卷绕用的辊的环状的内周部、以及在外周部与内周部之间延伸且从内周面支承外周部的多个肋的双层管构造的芯部。
在专利文献1中，作为这样的构造的芯部，记载了膜卷绕用卷轴。专利文献1的膜卷绕用卷轴具备厚度为6.15mm的外圈(外周部)、厚度为5.05mm的内圈(内周部)、以及厚度为5mm的辐条板(肋)，而且在外圈的内周面侧具备朝向轴心突出设置的加强部。由此，能够提高膜卷绕用卷轴的刚度，抑制由膜的卷紧的应力引起的膜卷绕用卷轴的变形。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国公开实用新型公报“公告实用新型第3172995号公报(2012年1月19日发行)”
然而，专利文献1的膜卷绕用卷轴为了提高膜卷绕用卷轴的刚度而需要加强部，与以往的芯部相比制造成本增大，卷绕体的制造成本也增大。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题点而做出的，其目的在于提供具备不增大成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体以及膜卷绕体的制造方法。
为了解决上述问题，本发明的一实施方式的膜卷绕体具备圆筒形状的芯部和卷绕于所述芯部的外周面的膜，所述膜卷绕体的特征在于，所述芯部具备：环状的外周部，其规定所述芯部的外径；环状的内周部，其设置于所述外周部的内侧，且规定所述芯部的内径；以及多个肋，其在所述外周部与所述内周部之间沿着径向延伸并连结所述外周部与所述内周部，在将所述芯部的外径与内径之差设为D，将所述外周部的厚度设为T1，将所述内周部的厚度设为T2时，满足：D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95，其中，D、T1及T2的单位是mm。
根据上述结构，能够将外周部的厚度与内周部的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。由此，能够提供具备不增大芯部的重量以及成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体。
为了解决上述问题，本发明的一实施方式的膜卷绕体的制造方法是具备圆筒形状的芯部和卷绕于所述芯部的外周面的膜的膜卷绕体的制造方法，其特征在于，包括向所述芯部的外周面卷绕所述膜的工序，所述芯部具备：环状的外周部，其规定所述芯部的外径；环状的内周部，其设置于所述外周部的内侧，规定所述芯部的内径；以及多个肋，其在所述外周部与所述内周部之间沿着径向延伸并连结所述外周部与所述内周部，在将所述芯部的外径与内径之差设为D，将所述外周部的厚度设为T1，将所述内周部的厚度设为T2时，所述芯部满足：D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95，其中，D、T1及T2的单位是mm。
根据上述的制造方法，能够将外周部的厚度与内周部的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。由此，能够制造具备不增大芯部的重量以及成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体。
发明效果
根据本发明的一实施方式，能够提供具备不增大成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体以及膜卷绕体的制造方法。
附图说明
图1是表示锂离子二次电池1的截面结构的示意图。
图2是表示图1所示的锂离子二次电池1的各状态的情形的示意图。
图3是表示另一结构的锂离子二次电池1的各状态的情形的示意图。
图4是表示对分隔件进行分切的分切装置6的结构的示意图，(a)表示整体结构，(b)表示对坯料进行分切的前后的结构。
图5是表示实施方式1的耐热分隔件卷绕体的结构的示意图，(a)表示芯部，(b)表示在芯部卷绕有耐热分隔件的状态的耐热分隔件卷绕体。
图6是用于说明芯部的刚度的求解方法的图，(a)表示施加载荷之前的状态，(b)表示施加载荷后的状态。
图7是用于说明芯部的各部分的尺寸的芯部的示意图。
图8是表示肋数量为8根的芯部中的外周部与内周部的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图9是表示肋数量为8根的芯部中的芯部的外径与内径之差和刚度成为最大时的最佳壁厚比之间的关系的图表。
图10是表示肋数量为8根的芯部中的内周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图11是表示肋数量为8根的芯部中的外周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图12是表示肋数量为10根的芯部中的外周部与内周部的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图13是表示肋数量为12根的芯部中的外周部与内周部的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图14是表示芯部的外径与内径之差和刚度成为最大时的最佳壁厚比之间的关系的图表。
图15是表示肋数量为10根的芯部中的内周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图16是表示肋数量为12根的芯部中的内周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图17是表示肋数量为10根的芯部中的外周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
图18是表示肋数量为12根的芯部中的外周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。
附图标记说明
10 耐热分隔件卷绕体
12a 耐热分隔件
81 外周部
82 内周部
83 肋
具体实施方式
以下，基于图1～图10详细说明本发明的实施方式。以下，作为本发明的一实施方式的膜卷绕体，说明卷绕有锂离子二次电池等电池用的耐热分隔件的耐热分隔件卷绕体。
〔实施方式1〕
<锂离子二次电池>
以锂离子二次电池为代表的非水电解液二次电池的能量密度高，因而当前作为用于个人计算机、便携电话、携带信息终端等设备、机动车、航空器等移动体的电池而被广泛使用，另外作为有助于电力的稳定供给的固定放置用电池而被广泛使用。
图1是表示锂离子二次电池1的截面结构的示意图。
如图1所示，锂离子二次电池1具备阴极11、分隔件12以及阳极13。在锂离子二次电池1的外部，在阴极11与阳极13之间连接有外部设备2。并且，在锂离子二次电池1充电时，电子向方向A移动，在放电时电子向方向B移动。
<分隔件>
分隔件12以在锂离子二次电池1的正极即阴极11与负极即阳极13之间被该阴极11和阳极13夹持的方式配置。分隔件12将阴极11与阳极13之间分离，且使它们之间的锂离子的移动成为可能。分隔件12例如使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃等来作为其材料。
图2是表示图1所示的锂离子二次电池1的各状态的情形的示意图。图2的(a)表示通常的情形，(b)表示锂离子二次电池1升温了时的情形，(c)表示锂离子二次电池1急剧升温了时的情形。
如图2的(a)所示，在分隔件12设置有多个孔P。通常，锂离子二次电池1的锂离子3能够经由孔P往来。
在此，例如在锂离子二次电池1的过充电或者外部设备的短路所引起的大电流等的影响下，锂离子二次电池1有时会升温。在该情况下，如图2的(b)所示，分隔件12熔解或柔软化，孔P闭塞。并且，分隔件12收缩。由此，锂离子3的往来停止，因此上述的升温也停止。
但是，在锂离子二次电池1急剧升温的情况下，分隔件12急剧收缩。在该情况下，如图2的(c)所示，分隔件12有时会被破坏。并且，锂离子3从被破坏后的分隔件12漏出，因此锂离子3的往来不停止。因而升温继续。
<耐热分隔件>
图3是表示另一结构的锂离子二次电池1的各状态的情形的示意图。图3的(a)表示通常的情形，(b)表示锂离子二次电池1急剧升温了时的情形。
如图3的(a)所示，锂离子二次电池1还具备耐热层4则较佳。该耐热层4能够设置于分隔件12。图3的(a)表示在分隔件12设置有作为功能层的耐热层4的结构。以下，将在分隔件12设置有耐热层4的膜设为耐热分隔件12a(功能性膜)。
在图3的(a)所示的结构中，耐热层4层叠于分隔件12的阴极11侧的单面。需要说明的是，耐热层4也可以层叠于分隔件12的阳极13侧的单面，也可以层叠于分隔件12的双面。并且，在耐热层4上也设置有与孔P同样的孔。通常，锂离子3经由孔P和耐热层4的孔而进行往来。耐热层4例如包括全芳香族聚酰胺(芳香族聚酰胺树脂)作为其材料。
如图3的(b)所示，即使锂离子二次电池1急剧升温而导致分隔件12熔解或柔软化，耐热层4也辅助分隔件12，因此分隔件12的形状得到维持。因而，停留于分隔件12熔解或柔软化进而孔P闭塞的状态。由此，锂离子3的往来停止，因此上述的过放电或过充电也停止。这样，分隔件12的破坏得到抑制。
<耐热分隔件制造工序>
例如，具有芳香族聚酰胺树脂的耐热层的耐热分隔件的制造工序依次包括如下各工序：即多孔质膜的卷出-检查工序、涂覆材料(功能材料)的涂覆工序、清洗工序、干燥工序、涂覆件检查工序以及卷绕工序。
另外，具有作为主要成分而含有无机填料的耐热层的耐热分隔件的制造工序依次包括如下各工序：即多孔质膜的卷出-检查工序、涂覆材料(功能材料)的涂覆工序、干燥工序、涂覆件检查工序以及卷绕工序。
在上述卷绕工序中，根据需要将经过检查后的耐热分隔件分切为产品宽度等窄宽度之后，使用圆筒形状的芯部来进行卷绕。
图4是表示对分隔件进行分切的分切装置6的结构的示意图，(a)表示整体的结构，(b)表示对坯料进行分切的前后的结构。
如图4的(a)所示，分切装置6具备被支承为能够旋转的圆柱形状的卷出辊61、辊62～69以及多个卷绕辊70U、70L。在分切装置6还设置有后述的切断装置7。
(分切前)
在分切装置6中，卷绕有坯料的圆筒形状的芯部c嵌合于卷出辊61。如图4的(b)所示，坯料从芯部c沿着路径U或L卷出。卷出后的坯料经由辊63～67被向辊68输送。在被输送的工序中，坯料被分切为多个分隔件。
(分切后)
如图4的(b)所示，多个分切分隔件的一部分分别向嵌合于卷绕辊70U的圆筒形状的各芯部u(卷绕架)卷绕。另外，多个分切分隔件的另一部分分别向嵌合于卷绕辊70L的圆筒形状的各芯部1(卷绕架)卷绕。需要说明的是，将包括芯部和呈卷状卷绕于芯部的外周面的耐热分隔件而成的构件称作“耐热分隔件卷绕体(膜卷绕体)”。
<耐热分隔件卷绕体>
图5是表示本发明的一实施方式的耐热分隔件卷绕体的结构的示意图，(a)表示芯部，(b)表示在芯部卷绕有耐热分隔件的状态的耐热分隔件卷绕体。
如图5的(a)所示，芯部8大致具有圆筒形状。芯部8具备：环状的外周部81，其构成供耐热分隔件12a卷绕的外周面；环状的内周部82，其设置于外周部81的内侧，且用于在内周面嵌合卷绕辊；以及多个肋83，其在外周部81与内周部82之间沿着径向延伸并连结两者。外周部81规定芯部8的外径，内周部82规定芯部8的内径。芯部8可以使用内径为3英寸并且外径为6英寸以上且12英寸以下的芯部。不过，芯部8的内径也可以是3英寸以上。在例如外径为8英寸以上的情况下，芯部8的内径也可以是3～6英寸。
在通常的芯部中，如图5的(a)所示，沿着芯部8的周向地绕轴心呈辐射状以等间隔设置有8根肋83，但作为本发明的一实施方式的耐热分隔件卷绕体10所使用的芯部8，也可以使用肋83为7根以下的芯部8、肋83为9根以上的芯部8。
芯部8的材料包括ABS树脂。不过，本发明的一实施方式的芯部8的材料不限定于此。作为芯部8的材料，除了ABS树脂以外，也可以包含聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂以及氯乙烯树脂等树脂。
需要说明的是，在通过树脂成型来制造芯部8的情况下，为了容易从模具拔模，有时使外周面以及内周面的厚度沿着宽度方向具有梯度。对于这样的芯部8，将宽度方向上的外径的平均值作为芯部8的外径，将宽度方向上的内径的平均值作为芯部8的内径。
<芯部的刚度>
如图5的(b)所示，在芯部8卷绕有耐热分隔件12a而成的耐热分隔件卷绕体10中，芯部8被施加由耐热分隔件12a的卷紧引起的应力。为了抑制芯部8因耐热分隔件12a的卷紧所引起的应力而变形，要求芯部8具有一定程度以上的刚度。
为了提高芯部8的刚度，考虑增厚外周部81、内周部82以及肋83的厚度(壁厚)，但在该情况下，芯部8整体的重量增大，其结果是制造成本增大。
于是，在设计芯部8时，优选以不增大芯部8整体的重量地增大刚度的方式使芯部8的各部分的尺寸最佳化。作为用于使芯部8的尺寸最佳化的方法，例如考虑通过模拟求出在重量固定的条件下使芯部8的尺寸变化时的芯部8的刚度，求出刚度成为最大时的芯部8的尺寸。
<芯部以及耐热分隔件卷绕体的制造方法>
以下，说明用于对芯部的刚度进行模拟的计算条件。需要说明的是，以下说明的计算条件是一例，也可以通过其他计算条件下的模拟来求出芯部的刚度，也可以不使用模拟而通过实验求出芯部的刚度。
图6是用于说明芯部的刚度的求解方法的图，(a)示出了施加载荷之前的状态，(b)示出了施加载荷后的状态。需要说明的是，为了便于说明，在图6的(b)中图示出了芯部的外周但省略芯部的各部分的图示。
如图6的(a)所示，由对置的两张平板20、21夹持芯部8，经由平板20、21向芯部8施加载荷F。此时，以将平板20与芯部8的接触点和平板21与芯部8的接触点连结的直线经过与隔着该直线相邻的两根肋83相距等距离的点的方式，由平板20、21夹持芯部8。另外，沿着芯部8的外周方向的平板20、21与芯部8的接触部的长度为5mm。
如图6的(b)所示，将施加载荷F之前的状态的芯部8的外周的半径设为R1(mm)，将因施加载荷F(N/芯部宽度1mm)而变形后的芯部8a的外周的半径设为R1’(mm)。在该情况下，芯部的半径方向上的应变ε由下式表示：
ε＝(R1-R1’)/R1。
另外，芯部8的刚度Ec由下式表示：
Ec＝F/ε。
图7是用于说明芯部的各部分的尺寸的芯部的示意图。
在本实施方式的芯部8的设计中，通过模拟求出使芯部8的内周的半径R4为37.5mm(芯部8的内径约为3英寸)、并使芯部8的外周的半径R1、外周部81的壁厚以及内周部82的壁厚变化时的肋数量为8根的芯部8的刚度。
<壁厚与刚度的关系>
图8是表示外周部与内周部的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。图8的图表的横轴是外周部81的壁厚T1(mm)与内周部82的壁厚T2(mm)之比(T1/T2)，纵轴是芯部8的刚度。
图8的图表是对外径为6英寸(外周的半径R1为76mm)的芯部8的刚度、外径为8英寸(外周的半径R1为101.6mm)的芯部8的刚度、外径为10英寸(外周的半径R1为127mm)的芯部8的刚度、外径为12英寸(外周的半径R1为152.4mm)的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。
需要说明的是，在6英寸的芯部8中，外径(152mm)与内径(75mm)之差为77mm，在8英寸的芯部8中，外径(203.2mm)与内径之差为128.2mm，在10英寸的芯部8中，外径(254mm)与内径之差为179mm，在12英寸的芯部8中，外径(304.8mm)与内径之差为229.8mm。
另外，曲线C11是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的6英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C12是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的8英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C13是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的10英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C14是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的12英寸的芯部8的刚度的近似曲线。
而且，各曲线C11～C14上的X标记是各曲线中的极大点，是表示在重量固定的条件下使芯部8的刚度为最大的最佳壁厚比与此时的刚度的点。
图9是表示芯部的外径与内径之差和刚度成为最大时的最佳壁厚比之间的关系的图表。图9的横轴是芯部的外径与内径的差，纵轴是芯部8的外周部81与内周部82的壁厚比(T1/T2)。
图9的图表中的X标记是对在6～12英寸的各个芯部8中刚度成为最大时的最佳壁厚比(T1’/T2’)进行构图而得到的标记。
如图9的图表所示，刚度成为最大时的最佳壁厚比(T1’/T2’)和芯部的外径与内径之差D成比例，其近似直线L1由下式表示：
(T1’/T2’)＝0.0017D+0.78 式(1)。
为了在重量固定的条件下提高芯部8的刚度，优选基于上述式(1)而根据外径与内径的差D来决定外周部81与内周部82的壁厚比(T1/T2)。
需要说明的是，芯部8的壁厚比(T1/T2)也可以设为以最佳壁厚比(T1’/T2’)为中心在正负的方向上具有规定的幅度的范围内的值，例如若将最佳壁厚比(T1’/T2’)设为A，则也可以将壁厚比(T1/T2)设为A±0.15的范围内的值。
图9的图表中的直线L2是由使近似直线L1上的各点加上0.15而得到的点构成的直线，直线L3是由使近似直线L1上的各点减去0.15而得到的点构成的直线。优选以壁厚比(T1/T2)的值成为直线L2与直线L3之间的范围内的值的方式决定芯部8的尺寸。
即，若将外径与内径之差设为D(mm)，则优选以满足以下的不等式的方式设计外径与内径之差D和外周部81与内周部82的壁厚比(T1/T2)。
D×0.0017+0.63＜T1/T2＜D×0.0017+0.93
由此，能够不增大芯部8的重量地提高芯部8的刚度。
需要说明的是，在上述的说明中，将优选的壁厚比(T1/T2)的值的范围设为最佳壁厚比A±0.15，但用于提高芯部8的刚度的壁厚比(T1/T2)的值的范围不限定于此。
壁厚比(T1/T2)所取的值的范围也可以是最佳壁厚比A±0.1，还可以是最佳壁厚比A±0.05。而且，壁厚比(T1/T2)所取的值的范围也可以不是以最佳壁厚比A为中心的具有一定的幅度的范围，而是最佳壁厚比A的值的85％以上且115％以下的范围。
〔实施方式2〕
关于本发明的另一实施方式，基于图10进行如下说明。需要说明的是，为了便于说明，对具有与所述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记并省略其说明。
图10是表示内周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。图10的图表的横轴是内周部82的壁厚T2(mm)与肋83的壁厚T3(mm)之比(T2/T3)，纵轴是芯部8的刚度。
图10的图表是对外径为6英寸(外周的半径R1为76mm)的芯部8的刚度、外径为8英寸(外周的半径R1为101.6mm)的芯部8的刚度、外径为10英寸(外周的半径R1为127mm)的芯部8的刚度、以及外径为12英寸(外周的半径R1为152.4mm)的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。
曲线C21是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的6英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C22是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的8英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C23是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的10英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C24是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的12英寸的芯部8的刚度的近似曲线。
如图10所示，对于曲线C21～C24中的任一曲线，刚度的极大点处的内周部82与肋83的壁厚比(T2/T3)均为0.5以上且2.3以下(0.5≤T2/T3≤2.3)。即，为了在重量固定的条件下提高芯部8的刚度，优选将内周部82与肋83的壁厚比(T2/T3)设为0.5以上且2.3以下。
更具体而言，在芯部8的外径为6英寸的情况下(外径与内径之差为77mm的情况下)，优选将壁厚比(T2/T3)设为0.5以上且1.1以下。另外，在芯部8的外径为8～12英寸的情况下(外径与内径的差为128.2mm以上且229.8mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T2/T3)设为0.8以上且2.3以下。
由此，能够不增大芯部8的重量地提高芯部8的刚度。
〔实施方式3〕
关于本发明的又一实施方式，基于图11进行如下的说明。需要说明的是，为了便于说明，对具有与所述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记而省略其说明。
图11是表示外周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。图11的图表的横轴是外周部81的壁厚T1(mm)与肋83的壁厚T3(mm)之比(T1/T3)，纵轴是芯部8的刚度。
图11的图表是对外径为6英寸(外周的半径R1为76mm)的芯部8的刚度、外径为8英寸(外周的半径R1为101.6mm)的芯部8的刚度、外径为10英寸(外周的半径R1为127mm)的芯部8的刚度以及外径为12英寸(外周的半径R1为152.4mm)的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。
曲线C31是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的6英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C32是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的8英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C33是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的10英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C34是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的12英寸的芯部8的刚度的近似曲线。
如图11所示，对于曲线C31～C34中的任一曲线，刚度的极大点处的外周部81与肋83的壁厚比(T1/T3)均为0.5以上且5以下(0.5≤T1/T3≤5)。即，为了在重量固定的条件下使芯部8的刚度提高，优选将外周部81与肋83的壁厚比(T1/T3)设为0.5以上且5以下。
更具体而言，在芯部8的外径比10英寸小的情况下(外径与内径之差小于179mm的情况下)，例如在芯部8的外径为6～8英寸的情况下(外径与内径之差为77mm以上且128.2mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T1/T3)设为0.5以上且1.4以下。另外，在芯部8的外径为10～12英寸的情况下(外径与内径之差为179mm以上且229.8mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T1/T3)设为1.8以上且5以下。
由此，能够不增大芯部8的重量地提高芯部8的刚度。
〔实施方式4〕
关于本发明的又一实施方式，基于图12～图14进行如下的说明。需要说明的是，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同功能的构件标注相同的附图标记而省略其说明。
在本实施方式中，说明变更了芯部的肋数量的情况下的芯部的外径与内径之差和最佳壁厚比之间的关系。
图12是表示肋数量为10根的芯部中的外周部与内周部的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表，图13是表示肋数量为12根的芯部中的外周部与内周部的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。图12以及图13的图表的横轴是外周部81的壁厚T1(mm)与内周部82的壁厚T2(mm)之比(T1/T2)，纵轴是芯部8的刚度。
图12的图表是对在沿着周向等间隔地设置有10根肋83的芯部8中、外径为6英寸的芯部8的刚度、外径为8英寸的芯部8的刚度、外径为10英寸的芯部8的刚度、外径为12英寸的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。另外，图13的图表是对在沿着周向等间隔地设置有12根肋83的芯部8中、外径为6英寸的芯部8的刚度、外径为8英寸的芯部8的刚度、外径为10英寸的芯部8的刚度、外径为12英寸的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。
另外，曲线C111以及C211是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的6英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C112以及C212是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的8英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C113以及C213是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的10英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C114以及C214是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T2)变化时的12英寸的芯部8的刚度的近似曲线。
而且，各曲线C111～C114以及C211～C214上的X标记是各曲线中的极大点，是表示在重量固定的条件下使芯部8的刚度为最大的最佳壁厚比与此时的刚度的点。
图14是表示芯部的外径与内径之差和刚度成为最大时的最佳壁厚比之间的关系的图表。图14的横轴表示芯部的外径与内径之差，纵轴是芯部8的外周部81与内周部82的壁厚比(T1/T2)。
图表中的X标记是对在肋数量为8根的6～12英寸的各个芯部8中刚度成为最大时的最佳壁厚比(T1’/T2’)进行构图而得到的标记，与在上述实施方式1中说明的图9所示的图表中的X标记相当。另外，图表中的口标记是对在肋数量为10根的6～12英寸的各个芯部8中刚度成为最大时的最佳壁厚比(T1’/T2’)进行构图而得到的标记。而且，图表中的Δ标记是对在肋数量为12根的6～12英寸的各个芯部8中刚度成为最大时的最佳壁厚比(T1’/T2’)进行构图而得到的标记。
如图14的图表所示，在肋数量为10根、12根中的任一方的情况下，均与肋数量为8根的情况同样，刚度成为最大时的最佳壁厚比(T1’/T2’)和芯部的外径与内径之差D成比例。由此可知，在肋数量为8根左右(例如肋数量为6～12根)的芯部8中，刚度成为最大时的最佳壁厚比(T1’/T2’)和芯部的外径与内径之差D成比例。
因此，设外径与内径之差为D(mm)时，优选以满足以下的不等式的方式设计外径与内径之差D、以及外周部81与内周部82的壁厚比(T1/T2)。
D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95
图14的图表中的直线L4是由使图9所示的近似直线L1上的各点加上0.17而得到的点构成的直线，直线L5是由使近似直线L1上的各点减去0.28而得到的点构成的直线。优选以壁厚比(T1/T2)的值成为直线L4与直线L5之间的范围内的值的方式决定芯部8的尺寸。
由此，能够不增大芯部8的重量地提高芯部8的刚度。
〔实施方式5〕
在本发明的又一实施方式中，基于图15以及图16进行如下的说明。需要说明的是，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同的功能的构件标注相同的附图标记而省略其说明。
在本实施方式中，说明使芯部的肋数量变更了的情况下的内周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系。
图15是表示肋数量为10根的芯部中的内周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表，图16是表示肋数量为12根的芯部中的内周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。图15以及图16的图表的横轴是内周部82的壁厚T2(mm)与肋83的壁厚T3(mm)之比(T2/T3)，纵轴是芯部8的刚度。
图15的图表是对在沿着周向等间隔地设置有10根肋83的芯部8中、外径为6英寸的芯部8的刚度、外径为8英寸的芯部8的刚度、外径为10英寸的芯部8的刚度、外径为12英寸的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。另外，图16的图表是对在沿着周向等间隔地设置有12根肋83的芯部8中、外径为6英寸的芯部8的刚度、外径为8英寸的芯部8的刚度、外径为10英寸的芯部8的刚度、外径为12英寸的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。
而且，曲线C121以及C221是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的6英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C122以及C222是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的8英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C123以及C223是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的10英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C124以及C224是在重量固定的条件下使壁厚比(T2/T3)变化时的12英寸的芯部8的刚度的近似曲线。
如图15所示，对于肋数量为10根的芯部8的曲线C121～C124中的任一曲线，刚度的极大点处的内周部82与肋83的壁厚比(T2/T3)均为0.5以上(0.5≤T2/T3)。即，在重量固定的条件下为了提高芯部8的刚度而优选将内周部82与肋83的壁厚比(T2/T3)设为0.5以上。更具体而言，在芯部8的外径为6英寸的情况下(外径与内径之差为77mm的情况下)，优选将壁厚比(T2/T3)设为0.5以上且1.1以下。另外，在芯部8的外径为8～12英寸的情况下(外径与内径之差为128.2mm以上且229.8mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T2/T3)设为0.8以上。
另外，如图16所示，对于肋数量为12根的芯部8的曲线C221～C224中的任一曲线，刚度的极大点处的内周部82与肋83的壁厚比(T2/T3)均为0.5以上(0.5≤T2/T3)。即，在重量固定的条件下为了提高芯部8的刚度而优选将内周部82与肋83的壁厚比(T2/T3)设为0.5以上。更具体而言，在芯部8的外径为6英寸的情况下(外径与内径之差为77mm的情况下)，优选将壁厚比(T2/T3)设为0.5以上且1.1以下。另外，在芯部8的外径为8～12英寸的情况下(在外径与内径之差为128.2mm以上且229.8mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T2/T3)设为0.8以上。
由此，能够不增大芯部8的重量地提高芯部8的刚度。
〔实施方式6〕
关于本发明的又一实施方式，基于图17以及图18进行如下说明。需要说明的是，为了便于说明，对具有与上述实施方式中说明的构件相同功能的构件标注相同附图标记而省略其说明。
在本实施方式中，说明使芯部的肋数量变更的情况下的外周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系。
图17是表示肋数量为10根的芯部中的外周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表，图18是表示肋数量为12根的芯部中的外周部与肋的壁厚比和芯部的刚度之间的关系的图表。图17以及图18的图表的横轴是外周部81的壁厚T1(mm)与肋83的壁厚T3(mm)之比(T1/T3)，纵轴是芯部8的刚度。
图17的图表是对在沿着周向等间隔地设置有10根肋83的芯部8中、外径为6英寸的芯部8的刚度、外径为8英寸的芯部8的刚度、外径为10英寸的芯部8的刚度、外径为12英寸的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。另外，图18的图表是对在沿着周向等间隔地设置有12根肋83的芯部8中、外径为6英寸的芯部8的刚度、外径为8英寸的芯部8的刚度、外径为10英寸的芯部8的刚度、外径为12英寸的芯部8的刚度进行构图而得到的图表。
而且，曲线C131以及C231是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的6英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C132以及C232是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的8英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C133以及C233是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的10英寸的芯部8的刚度的近似曲线，曲线C134以及C234是在重量固定的条件下使壁厚比(T1/T3)变化时的12英寸的芯部8的刚度的近似曲线。
如图17所示，对于肋数量为10根的芯部8的曲线C131～C134中的任一曲线，刚度的极大点处的外周部81与肋83的壁厚比(T1/T3)均为0.5以上且5以下(0.5≤T1/T3≤5)。即，在重量固定的条件下为了提高芯部8的刚度而优选将外周部81与肋83的壁厚比(T1/T3)设为0.5以上且5以下。更具体而言，在芯部8的外径比10英寸小的情况下(外径与内径之差小于179mm的情况下)，例如芯部8的外径为6～8英寸的情况下(外径与内径之差为77mm以上且128.2mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T1/T3)设为0.5以上且1.4以下。另外，在芯部8的外径为10～12英寸的情况下(外径与内径之差为179mm以上且229.8mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T1/T3)设为1.8以上且5以下。
另外，如图18所示，对于肋数量为12根的芯部8的曲线C231～C234中的任一曲线，刚度的极大点处的外周部81与肋83的壁厚比(T1/T3)均为0.5以上且5以下(0.5≤T1/T3≤5)。即，在重量固定的条件下为了提高芯部8的刚度而优选将外周部81与肋83的壁厚比(T1/T3)设为0.5以上且5以下。更具体而言，在芯部8的外径比10英寸小的情况下(外径与内径之差小于179mm的情况下)，例如在芯部8的外径为6～8英寸的情况下(外径与内径之差为77mm以上且128.2mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T1/T3)设为0.5以上且1.4以下。另外，在芯部8的外径为10～12英寸的情况下(外径与内径之差为179mm以上且229.8mm以下的情况下)，优选将壁厚比(T1/T3)设为1.8以上且5以下。
由此，能够不增大芯部8的重量地提高芯部8的刚度。
〔总结〕
本发明的一实施方式的膜卷绕体是具备圆筒形状的芯部和卷绕于所述芯部的外周面的膜的膜卷绕体，所述膜卷绕体的特征在于，所述芯部具备：环状的外周部，其规定所述芯部的外径；环状的内周部，其设置于所述外周部的内侧，且规定所述芯部的内径；以及多个肋，其在所述外周部与所述内周部之间沿着径向延伸并连结所述外周部与所述内周部，在将所述芯部的外径与内径之差设为D(mm)，将所述外周部的厚度设为T1(mm)，将所述内周部的厚度设为T2(mm)时，满足D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95。
根据上述结构，能够将外周部的厚度与内周部的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。由此，能够提供具备不增大芯部的重量以及成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体。
另外，优选的是，所述芯部具备沿着所述芯部的周向等间隔地设置的所述肋，在将所述肋的厚度设为T3(mm)时，满足0.5≤T2/T3≤2.3。
根据上述的结构，能够将内周部的厚度与肋的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。由此，能够提供具备不增大芯部的重量以及成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体。
另外，优选的是，所述芯部的外径与内径之差即D(mm)为128.2mm以上且229.8mm以下，优选满足0.8≤T2/T3≤2.3。
根据上述的结构，在外径与内径之差为128.2mm以上且229.8mm以下的芯部中，能够将内周部的厚度与肋的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。
另外，优选的是，所述芯部具备沿着所述芯部的周向等间隔地设置的所述肋，在将所述肋的厚度设为T3(mm)时，满足0.5≤T1/T3≤5。
根据上述的结构，能够将外周部的厚度与肋的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。由此，能够提供具备不增大芯部的重量以及成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体。
另外，优选的是，所述芯部的外径与内径的差即D(mm)为77mm以上且小于179mm，且满足0.5≤T1/T3≤1.4。
根据上述的结构，在外径与内径之差为77mm以上且128.2mm以下的芯部中，能够将外周部与肋的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。
另外，优选的是，所述芯部的外径与内径之差即D(mm)为179mm以上且229.8mm以下，且满足1.8≤T1/T3≤5。
根据上述的结构，在外径与内径之差为179mm以上且229.8mm以下的芯部中，能够将外周部的厚度与肋的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。
另外，优选的是，所述芯部的内径是3英寸，所述芯部的外径是6英寸以上且12英寸以下。
为了解决上述问题，本发明的一实施方式的膜卷绕体的制造方法是具备圆筒形状的芯部和卷绕于所述芯部的外周面的膜的膜卷绕体的制造方法，其特征在于，包括向所述芯部的外周面卷绕所述膜的工序，所述芯部具备：环状的外周部，其规定所述芯部的外径；环状的内周部，其设置于所述外周部的内侧，且规定所述芯部的内径；以及多个肋，其在所述外周部与所述内周部之间沿着径向延伸并连结所述外周部和所述内周部，在将所述芯部的外径与内径之差设为D(mm)，将所述外周部的厚度设为T1(mm)，将所述内周部的厚度设为T2(mm)时，所述芯部满足D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95。
根据上述的制造方法，能够将外周部与内周部的厚度之比设为用于提高芯部的刚度的优选的值。由此，能够制造具备不增大芯部的重量以及成本地提高刚度的芯部的膜卷绕体。
〔附注事项〕
本发明不限定于上述的各实施方式，能够在本发明的主旨的范围内进行各种变更，将不同的实施方式各自所公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包含于本发明的技术范围内。

Claims (7)

1.一种膜卷绕体，其具备圆筒形状的芯部和卷绕于所述芯部的外周面的膜，
所述膜卷绕体的特征在于，
所述芯部具备：
环状的外周部，其利用外周面来规定所述芯部的外径；
环状的内周部，其设置于所述外周部的内侧，且利用内周面来规定所述芯部的内径；以及
多个肋，其在所述外周部与所述内周部之间沿着径向延伸并连结所述外周部与所述内周部，
在将所述芯部的外径与内径之差设为D，将所述外周部的厚度设为T1，将所述内周部的厚度设为T2时，满足：
D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95，
其中，D、T1及T2的单位是mm。
2.根据权利要求1所述的膜卷绕体，其特征在于，
所述芯部具备沿着所述芯部的周向等间隔地设置的所述肋，
在将所述肋的厚度设为T3时，满足：
0.5≤T2/T3≤2.3，
其中，T3的单位是mm。
3.根据权利要求2所述的膜卷绕体，其特征在于，
所述芯部的外径与内径之差即D为128.2mm以上且229.8mm以下，
且满足0.8≤T2/T3≤2.3。
4.根据权利要求1或2所述的膜卷绕体，其特征在于，
所述芯部具备沿着所述芯部的周向等间隔地设置的所述肋，
在将所述肋的厚度设为T3时，满足：
0.5≤T1/T3≤5，
其中，T3的单位是mm。
5.根据权利要求4所述的膜卷绕体，其特征在于，
所述芯部的外径与内径之差即D为77mm以上且小于179mm，
且满足0.5≤T1/T3≤1.4。
6.根据权利要求4所述的膜卷绕体，其特征在于，
所述芯部的外径与内径之差即D为179mm以上且229.8mm以下，
且满足1.8≤T1/T3≤5。
7.一种膜卷绕体的制造方法，所述膜卷绕体具备圆筒形状的芯部和卷绕于所述芯部的外周面的膜，
所述膜卷绕体的制造方法的特征在于，
包括向所述芯部的外周面卷绕所述膜的工序，
所述芯部具备：
环状的外周部，其利用外周面来规定所述芯部的外径；
环状的内周部，其设置于所述外周部的内侧，且利用内周面来规定所述芯部的内径；以及
多个肋，其在所述外周部与所述内周部之间沿着径向延伸并连结所述外周部与所述内周部，
在将所述芯部的外径与内径之差设为D，将所述外周部的厚度设为T1，将所述内周部的厚度设为T2时，所述芯部满足：
D×0.0017+0.50＜T1/T2＜D×0.0017+0.95，
其中，D、T1及T2的单位是mm。
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