JP2004327154A - 二次電池捲回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極シートの張力を調節するダンサーロールの応答性を向上させる。
【解決手段】遊星歯車機構１９のサンギヤ２１を回転駆動する第１のモータ２２を備える。また、リングギヤ２３には外歯が設けられており、当該外歯と噛合うギヤ２４と、ギヤ２４を駆動するための第２のモータ２５とを備える。サンギヤ２１の回転速度と、リングギヤ２３の回転速度とを制御することにより、ボールネジ軸１７を駆動するキャリヤ２０の回転方向および回転速度を決定する。具体的には、制御手段２６によって第１のモータ２２と第２のモータ２５とを原則的に常時回転させ、キャリヤ２０の回転を停止させた状態を中立状態とする。かかる中立状態から、第１のモータ２２若しくは第２のモータ２５の回転速度を増減させることで、キャリヤ２０の回転方向および回転速度を制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の捲き芯に電極シートおよびセパレータを捲き付け電極素子を製造する、二次電池捲回装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池の電極素子は、正電極シートと負電極シートの間に電解紙等のセパレータを挟み込んだ状態で、これらを多層に捲き付けた構造を有している。図３には、従来の二次電池捲回装置の構成を概略的に示している。電極素子のコアとなる捲き芯１は扁平捲き芯であり、モータ等の回転駆動手段によって、矢印Ａで示すように、一定速度で回転駆動される。捲き芯１と共に電極素子を構成する正電極シート２、負電極シート３およびセパレータ４、５は、夫々の供給リール６、７、８、９から引き出され、各々ガイドロール１０、１１、１２、１３を介して捲き芯１に至る引き出し経路を経由し、捲き芯１上で重なり合うように捲回される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２３６９９５号公報（〔００１６〕、図１）
【０００４】
ところで、図３に示すように捲き芯１に扁平捲き芯を用いる場合には、回転駆動される捲き芯１の回転角の変化と共に、各供給リール６、７、８、９から引き出される正電極シート２、負電極紙シート３およびセパレータ４、５の引き出し速度（ライン速度）は周期的に変動する。その結果として正電極シート２、負電極紙シート３およびセパレータ４、５の夫々に張力変動を生じることとなる。この張力変動は、捲き芯１の回転速度を低速度に抑えた場合には、正電極シート２、負電極紙シート３、セパレータ４、５により吸収することが可能であるが、捲き芯１の回転速度を高速化した場合には吸収することが困難となり、正電極シート２、負電極紙シート３、セパレータ４、５の破断を引き起こすこととなる。
そこで、引き出し経路中に符号１４、１５を付して例示するダンサーロールを設け、張力変動に起因する正電極シート２、負電極紙シート３の破断を防いでいる。ダンサーロール１４、１５は、その位置を矢印Ｂ、Ｃで示すように変位させることによって、正電極シート２、負電極紙シート３の引き出し経路の道程を伸縮させ、これらの張力を一定に保つものである。
【０００５】
図４には、ダンサーロール１４の矢印Ｂ方向の変位を起こさせるための変位手段を示している。この変位手段は、モータ１６に回転駆動されるボールネジ軸１７を、矢印Ｄで示すように正逆回転させることによって、ダンサーロール１４、１５の支持ベース１８に、矢印Ｂで示す往復直線運動を発生させるものである。また、モータ１６の回転方向および回転速度は、予め予測された張力変動に基づき、能動的に制御されるものである。なお、ダンサーロール１５の変位手段についてもこれと全く同じ構造を有している。
また、図３には、正電極シート２および負電極シート３の引き出し経路にのみダンサーロール１４、１５を図示しているが、実際には、セパレータ４、５の案内経路にも同様の構成を有するダンサーロールおよびその変位手段を備えており、セパレータ４、５についても、同様にその張力が一定に保たれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、以上の構成を有する二次電池捲回装置において、正電極シート２、負電極紙シート３およびセパレータ４、５の張力変動を確実に吸収するためには、ダンサーロール１４、１５を変位させる変位手段に、高い応答性が要求される。しかしながら、捲き芯１の回転速度の高速化を進めることにより、正電極シート２、負電極紙シート３およびセパレータ４、５の張力変動がより短い周期で生じるようになると、モータ１６の応答性がダンサーロール１４、１５の追従性を阻害するようになり、張力変動を吸収しきれなくなる。従来は、以上のようなモータ１６の応答性の限界から、二次電池捲回装置における捲き芯１の回転速度の高速化が、制限されることとなっていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二次電池捲回装置において、電極シートおよびセパレータの張力を調節するダンサーロールの応答性を、ダンサーロールの変位手段の動力源であるモータの応答性に依存することなく向上させることにある。そして、電極素子の製造工程において、捲き芯の回転速度の高速化を図ることにより、二次電池の生産効率を高めることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る二次電池捲回装置は、供給リールからガイドロールを介して捲き芯へと至る電極シートおよびセパレータの引き出し経路中に、その位置を変位させることによって前記電極シートおよび前記セパレータの張力を調節するダンサーロールを備えた二次電池捲回装置であって、前記ダンサーロールの変位手段を構成するボールネジ軸を、キャリヤによって回転駆動する遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構のサンギヤを回転駆動する第１のモータと、当該遊星歯車機構のリングギヤを回転駆動する第２のモータと、前記電極シートまたは前記セパレータの予測された張力変動に応じ、前記第１のモータと前記第２のモータとの回転速度を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、前記遊星歯車機構のサンギヤの回転速度と、リングギヤの回転速度とを制御することにより、前記キャリヤの回転方向および回転速度を決定することが可能となる。すなわち、前記遊星歯車機構の構造上、前記サンギヤを停止させて、前記リングギヤを回転させると、前記キャリヤは前記リングギヤと同一方向に回転する。また、前記リングギヤを停止させて、前記サンギヤを回転させると、前記キャリヤは前記サンギヤと同一方向に回転する。
したがって、サンギヤとリングギヤとの回転方向を互いに逆方向として上記制御を行うことにより、前記キャリヤの回転方向を正逆両方向に制御することができる。また、サンギヤとリングギヤとの相対的な回転速度差をより大きくすることにより、前記キャリヤの回転速度を増加させることができる。さらに、前記リングギヤと前記サンギヤとを同時に逆方向に回転させると、前記リングギヤと前記サンギヤとの回転速度がある一定の比率となるとき、前記キャリヤの回転を停止させることができる。
【０００９】
そこで、前記制御手段によって、前記第１のモータと前記第２のモータとを原則的に常時回転させることにより、前記キャリヤの回転を停止させた状態を中立状態とする。また、当該中立状態から前記第１のモータまたは前記第２のモータの回転速度を増減させることによって、前記キャリヤの回転方向および回転速度を自在に制御することができる。
このように、前記第１のモータおよび前記第２のモータを原則的に常時回転させることで、これらモータの応答性が前記キャリヤの回転方向および回転速度に関する応答性に与える影響を、最小限に抑えることが可能となる。よって、前記キャリヤによって回転駆動される前記ボールネジ軸を構成要素とする前記ダンサーロールの変位手段の応答性が、前記第１のモータおよび前記第２のモータの応答性に左右されることを防ぎ、前記ダンサーロールの追従性を高めることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る二次電池捲回装置は、請求項１記載の二次電池捲回装置において、前記制御手段は、前記第１のモータと前記第２のモータとを何れも一方向にのみ回転制御するものとしたものである。
本発明によれば、前記制御手段によって、前記第１のモータと前記第２のモータとを何れも一方向にのみ回転制御することで、これらモータの回転方向を逆転させる際に特に顕著となる、モータの追従性の影響を回避することができる。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る二次電池捲回装置は、請求項１または２記載の二次電池捲回装置において、前記リングギヤに外歯を設け、当該外歯と噛合うギヤを前記第２のモータで駆動するものである。
本発明によれば、前記リングギヤの外歯を前記第２のモータによって駆動されるギヤにより回転駆動し、前記キャリヤの回転方向および回転速度の制御を行うことが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本発明の実施の形態に係る二次電池捲回装置の全体的構成については、図３に示す従来の二次電池捲回装置と同一であることから、詳しい説明を省略する。
【００１３】
図１には、本発明の実施の形態に係る二次電池捲回装置の、正電極シート２の引き出し経路中に設けられたダンサーロール１４と、その変位手段とを概略的に示している。なお、他の引き出し経路中に設けられたダンサーロールの変位手段についても、これと同様の構造を有するので、詳しい説明は省略する。ダンサーロール１４の変位手段を構成するボールネジ軸１７は、遊星歯車機構１９のキャリヤ２０に固定されており、キャリヤ２０を回転させることによってボールネジ軸１７を回転駆動することができる。また、遊星歯車機構１９のサンギヤ２１は、第１のモータ２２によって回転駆動される。さらに、遊星歯車機構１９のリングギヤ２３には外歯が設けられており、当該外歯と噛合うギヤ２４と、ギヤ２４を駆動するための第２のモータ２５とを備えている。
【００１４】
加えて、正電極シート２の予測された張力変動（かかる張力変動は、予め実験によってその傾向を把握することとしても良く、また、電極素子の製造工程中にセンサによって実際の張力を計測し、当該計測値から張力変動を予測しても良い。）に応じ、第１のモータ２２と第２のモータ２５との回転速度を制御する制御手段２６とを備える。なお、図１中、符号２７で示す部分は、プラネタリギヤである。また、リングギヤ２３は、回転自在となるように適切な方法によって支持されている。
【００１５】
図２は、図１に示すダンサーロールの変位手段を、ボールネジ軸１７の軸方向から見たときの、各ギヤの状態を示している。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、遊星歯車機構１９のサンギヤ２１の回転速度と、リングギヤ２３の回転速度とを各々制御することにより、キャリヤ２０の回転方向および回転速度を決定する原理を模式的に示したものである。
【００１６】
まず、ボールネジ軸１７の回転を停止させる場合には、サンギヤ２１とリングギヤ２３との回転速度の制御は、次の通りに行われる。この場合は、図２（ｂ）に示すように、第２のモータ２５（図１）によりギヤ２４を時計回り（矢印Ｅ）に回転させ、リングギヤ２３を反時計回り（矢印Ｆ）に回転駆動する。これと同時に、第１のモータ２１（図１）によりサンギヤ２１を時計回り（矢印Ｊ）に回転駆動する。すなわち、リングギヤ２３とサンギヤ２１とを互いに逆方向に回転させる。すると、リングギヤ２３とサンギヤ２１との回転速度がある一定の比率となったとき、プラネタリギヤ２７は反時計回り（矢印Ｇ）の回転を維持しつつ、サンギヤ２１およびリングギヤ１３に対する公転を停止する。よって、プラネタリギヤ２７を軸支するキャリヤ２０は回転を停止させ、キャリヤ２０に回転駆動されるボールネジ軸１７も、回転を停止することとなる。
【００１７】
一方、ボールネジ軸１７を、図２において反時計回りに回転させる場合には、サンギヤ２１とリングギヤ２３との回転速度の制御は、次の通りに行われる。この場合は、図２（ａ）に示すように、第１のモータ２２（図１）によるサンギヤ２１の駆動を行わず、サンギヤ２１の回転を停止させる。また、第２のモータ２５（図１）によりギヤ２４を時計回り（矢印Ｅ）に回転させ、リングギヤ２３を反時計回り（矢印Ｆ）に回転駆動する。この状態で、プラネタリギヤ２７は反時計回り（矢印Ｇ）に回転しながらサンギヤ２１に対し反時計回り（矢印Ｈ）に公転する。よって、プラネタリギヤ２７を軸支するキャリヤ２０は反時計回り（矢印Ｈ）に回転し、キャリヤ２０に回転駆動されるボールネジ軸１７も、反時計回りに回転することとなる。
【００１８】
他方、ボールネジ軸１７を、図２において時計回りに回転させる場合には、サンギヤ２１とリングギヤ２３との回転速度の制御は、次の通りに行われる。この場合は、図２（ｃ）に示すように、第１のモータ２１（図１）によりサンギヤ２１を時計回り（矢印Ｊ）に回転させる。一方、第２のモータ２５（図１）によるリングギヤ２３の駆動を行わず、リングギヤ２３の回転を停止させる。この状態で、プラネタリギヤ２７は反時計回り（矢印Ｇ）に回転しながらサンギヤ２１に対し時計回り（矢印Ｋ）に公転する。よって、プラネタリギヤ２７を軸支するキャリヤ２０は時計回り（矢印Ｋ）に回転し、キャリヤ２０に回転駆動されるボールネジ軸１７も、反時計回りに回転することとなる。
【００１９】
なお、実際の電極素子の製造工程における、第１のモータ２２と第２のモータ２５の制御手順としては、制御手段２６によって第１のモータ２２と第２のモータ２５とを原則的に常時回転させ、キャリヤ２０の回転を停止させた図２（ｂ）の状態を、中立状態とする。また、ボールネジ軸１７を回転させる必要がある場合に、図２（ｂ）に示す中立状態から第１のモータ２２または第２のモータ２５の回転速度を増減させることにより、キャリヤ２０の回転方向および回転速度を変化させる。そして、図２（ａ）または図２（ｃ）に示すように、サンギヤ２１またはリングギヤ２３を完全に停止させたときに、サンギヤ２１とリングギヤ２３との相対的な回転速度差が最も大きくなることとし、このとき、キャリヤ２０の回転速度すなわちボールネジ軸１７の回転速度が最大となるように制御する。
すなわち、第１のモータ２２、第２のモータ２５の何れも、原則的に常時一定方向にのみ回転し、必要に応じて停止状態となることはあるが、その回転方向を逆転させることはない。
【００２０】
上記構成をなす本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。
本発明の実施の形態に係る二次電池捲回装置では、ダンサーロール１４、１５の変位手段を構成するボールネジ軸１７と動力源であるモータとの間に遊星歯車機構１９を介在させると共に、遊星歯車機構１９のサンギヤ２１を回転駆動する第１のモータ２２と、リングギヤ２３を回転駆動する第２のモータ２５とを設けている。そして、サンギヤ２１の回転速度と、リングギヤ２３の回転速度とを制御することにより、キャリヤ２０の回転方向および回転速度を決定することが可能となる。
【００２１】
具体的には、遊星歯車機構１９の構造上、サンギヤ２１を停止させてリングギヤ２３を回転させると、キャリヤ２０はリングギヤ２３と同一方向に回転する。また、リングギヤ２３を停止させてサンギヤ２１を回転させると、キャリヤ２０はサンギヤ２１と同一方向に回転する。したがって、サンギヤ２１とリングギヤ３２との回転方向を互いに逆方向として上記制御を行うことにより、キャリヤ２０の回転方向を正逆両方向（矢印Ｋ、矢印Ｈ）に制御することができる。また、サンギヤ２１とリングギヤ２３との相対的な回転速度差をより大きくすることにより、キャリヤ２０の回転速度を増加させることができる。さらに、リングギヤ２３とサンギヤ２１とを互いに逆方向に回転させると、リングギヤ２３とサンギヤ２１との回転速度がある一定の比率となるとき、キャリヤ２０の回転を停止させることができる。
そこで、本発明の実施の形態では、制御手段２６によって第１のモータ２２と第２のモータ２５とを原則的に常時回転させることにより、キャリヤ２０の回転を停止させた状態を中立状態とする。また、当該中立状態から第１のモータ２２若しくは第２のモータ２５の回転速度を増減させることによって、キャリヤ２０の回転方向および回転速度を自在に制御することができる。
【００２２】
このように、第１のモータ２２および第２のモータ２５を原則的に常時回転させることで、これらモータの応答性がキャリヤ２０の回転方向および回転速度に関する応答性に与える影響を、最小限に抑えることが可能となる。よって、キャリヤ２０によって回転駆動されるボールネジ軸１７を構成要素とする、図１に示すダンサーロール１４の変位手段の応答性が、第１のモータ２２および第２のモータ２５の応答性に左右されることを防ぎ、ダンサーロール１４の追従性を高めることが可能となる。
したがって、電極素子の製造工程において、捲き芯１の回転速度の高速化を図ることが可能となり、二次電池の生産効率の向上を図ることができる。
【００２３】
また、本発明の実施の形態では、制御手段２６は、第１のモータ２２と第２のモータ２５とを何れも一方向にのみ回転制御するものとしたことで、これらモータの回転方向を逆転させる際に特に顕著となる、モータの追従性の影響を回避することができる。よって、これらモータの応答性がキャリヤ２０の回転方向および回転速度に関する応答性に与える影響を、最小限に抑えることが可能となる。
【００２４】
なお、本発明の実施の形態では、リングギヤ２３に外歯を設け、当該外歯を第２のモータ２５によって駆動されるギヤ２４により回転駆動することによって、リングギヤ２３をサンギヤ２１と独立して駆動させることを可能としているが、リングギヤ２３の駆動機構はこれに限定されるものではなく、二次電池捲回装置全体の構成に応じ、最適の駆動手段を用いることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、二次電池捲回装置において、電極シートおよびセパレータの張力を調節するダンサーロールの応答性を、ダンサーロールの変位手段の動力源であるモータの応答性に依存することなく向上させることが可能となる。そして、電極素子の製造工程において、捲き芯の回転速度の高速化を図ることにより、二次電池の生産効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る二次電池捲回装置の、ダンサーロールとその変位手段とを示す概略図である。
【図２】図１に示すダンサーロールの変位手段を、ボールネジ軸の軸方向から見たときの、各ギヤの状態を示すものである。また、（ａ）〜（ｃ）には、遊星歯車機構のサンギヤの回転速度と、リングギヤの回転速度とを各々制御することにより、キャリヤの回転方向および回転速度を決定する原理を模式的に示している。
【図３】従来の二次電池捲回装置の構成を示す概略図である。
【図４】図３に示す二次電池捲回装置のダンサーロールに、変位を起こさせるための変位手段を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 捲き芯
２ 正電極シート
３ 負電極シート
４、５ セパレータ
６、７、８、９ 供給リール
１０、１１、１２、１３ ガイドロール
１４、１５ ダンサーロール
１７ ボールネジ軸
１８ 支持ベース
１９ 遊星歯車機構
２０ キャリヤ
２１ サンギヤ
２２ 第１のモータ
２３ リングギヤ
２４ 外歯と噛合うギヤ
２５ 第２のモータ
２６ 制御手段

Claims (3)

1. 供給リールからガイドロールを介して捲き芯へと至る電極シートおよびセパレータの引き出し経路中に、その位置を変位させることによって前記電極シートおよび前記セパレータの張力を調節するダンサーロールを備えた二次電池捲回装置であって、前記ダンサーロールの変位手段を構成するボールネジ軸を、キャリヤによって回転駆動する遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構のサンギヤを回転駆動する第１のモータと、当該遊星歯車機構のリングギヤを回転駆動する第２のモータと、前記電極シートまたは前記セパレータの予測された張力変動に応じ、前記第１のモータと前記第２のモータとの回転速度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする二次電池捲回装置。
2. 前記制御手段は、前記第１のモータと前記第２のモータとを何れも一方向にのみ回転制御するものであることを特徴とする請求項１記載の二次電池捲回装置。
3. 前記リングギヤに外歯を設け、当該外歯と噛合うギヤを前記第２のモータで駆動してなることを特徴とする請求項１または２記載の二次電池捲回装置。

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