JP2010111478A - ガイドローラ - Google Patents

Abstract

【課題】シート状の搬送物が巻き掛けられるガイドローラであって、適切な吸引力を生じさせる構造の提案
【解決手段】このガイドローラ１０は、シート状の搬送物２が巻き掛けられる外筒１３は、周方向の複数の位置に貫通穴４１を有し、外筒１３の内側に配設された内筒１２は、周方向の一領域Ａに貫通穴４２を有している。さらに、内筒１２の中空部分１２ａの空気を吸引する空気吸引機構１４を備えている。この場合、ガイドローラ１０は、内筒１２の貫通穴４２が形成された周方向の一領域Ａを、外筒１３にシート状の搬送物２が巻き掛けられる領域に向けて配設するとよい。これによって、かかるシート状の搬送物２に対して、適切な吸着力を作用させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、シート状の搬送物が巻き掛けられるガイドローラに関する。

ガイドローラは、例えば、シート状の搬送物を巻き取る際などにおいて、かかる搬送物が巻き掛けられ、当該搬送物に所要のテンションを付与したり、所定の搬送経路に沿って当該搬送物を案内したりする。
かかるガイドローラとしては、例えば、特開２００３−３１２９０９号公報（特許文献１）に記載されているように、表面に形成された吸引孔から空気を吸引しつつ、シート状の搬送物を引寄せるガイドローラがある。同公報に開示されたガイドローラは、ローラ内部の空気を外部に排出してローラ内部を負圧にする自己排気手段を備えている。自己排気手段は、排気用フィンで構成されている。同公報では、排気用フィンは、ローラ側方端部に設けられており、ローラの回転方向に対して所定の角度をなし、且つローラの軸からローラの外周方向に向かって放射状に設けられている。なお、吸引構造を備えたローラの構造としては、特開２００４−１８５８７０号に記載された技術もある。
特開２００３−３１２９０９号公報 特開２００４−１８５８７０号公報

例えば、リチウムイオン二次電池(lithium-ion secondary battery)などの二次電池（蓄電池）では、帯状の金属箔や帯状のセパレータを重ねて捲回した捲回電極体が用いられる。ガイドローラは、かかる帯状の金属箔や帯状のセパレータを重ねて捲回する捲回装置に用いられる。
本発明者は、かかる捲回装置について、巻取速度を上げて生産効率を向上させることを考えている。これによって捲回時間を大幅に短縮することができる。この場合、巻き始めてから巻取速度を急激に早くし、さらに巻き終わる前にも巻取速度を急激に遅くするなど、今までに比べて格段に急激な加減速が伴う。急激な減速が生じると、搬送物に作用しているテンションが急激に緩むことがある。また、搬送物の速度が速くなったり、シート状の搬送物に作用しているテンションが緩んだりすると、搬送物とガイドローラの表面との間に空気が巻き込まれ易くなる。搬送物とガイドローラの表面との間に空気が巻き込まれると、搬送物とガイドローラとの摩擦力が低下し、搬送物がすべるなどの事象が生じ易くなる。このように巻取速度を上げると、搬送物がガイドローラに対して滑り易い状況が生じ易くなるが、これを適切に防止したい。

特許文献１に記載の構造は、ガイドローラの周方向に満遍なく吸引穴が形成されており、吸引力が分散する可能性がある。そこで、本発明は、かかるガイドローラについて、より確実な吸引力が得られる新規な構造を提案する。

本発明に係るガイドローラは、固定的に設けられた内筒と、内筒の外側に装着され、軸受を介して前記内筒に対して回転自在に装着された外筒とを備えている。外筒は周方向の複数の位置に内外に貫通した第１貫通穴を有し、内筒は周方向の一領域に内外に貫通した第２貫通穴を有している。さらに、内筒の中空部分には、空気を吸引する空気吸引機構を備えている。
このガイドローラによれば、外筒に形成された第１貫通穴のうち、内筒の第２貫通穴が形成された周方向の一領域に対向する位置にある第１貫通穴に、より大きな吸引力が作用する。このため、このガイドローラは、内筒の第２貫通穴が形成された周方向の一領域を、外筒にシート状の搬送物が巻き掛けられる領域に向けて配設することによって、かかるシート状の搬送物に対してより適切に吸着力を作用させることができる。

また、このガイドローラは、内筒の内側に中空の軸からなる芯材を有していてもよい。この場合、芯材は、芯材と内筒とを連通する連通穴が形成されており、当該連通穴には、弁が設けられているとよい。この弁は、内筒の中空部よりも芯材の中空部の気圧が低いときに開かれ、内筒の中空部よりも芯材の中空部の気圧が高いときに閉じられる構造であるとよい。さらに、空気吸引機構は芯材内に設けられているとよい。
この場合、ガイドローラは、空気吸引機構の作用によって、内筒の中空部の空気が連通穴を通じて芯材に吸引される。この際、連通穴に設けられた弁の作用によって、内筒に確実に負圧を形成することができ、外筒の貫通穴に適切な吸引力を生じさせることができる。

この場合、空気吸引機構は、芯材の内部に装着されたピストンを有しており、芯材には、芯材の中空部を外部に連通する排気穴を有し、当該排気穴には弁が設けられているとよい。かかる弁は、芯材の中空部の気圧が外部よりも低くなると閉じられ、芯材の中空部の気圧が外部よりも高くなると開かれる構造であるとよい。この場合、ピストンの往復動および、上記連通穴と排気穴に設けられた弁の作用によって、排気穴を通じて適切に芯材の空気を排出することができ、芯材内に負圧を形成することができる。

また、ピストンを往復動させる機構としては、外筒の回転運動をピストンの往復動に変換するカム機構を備えていてもよい。この場合、外筒の回転運動を利用して、吸引力を生じさせることができる。カム機構は、外筒に設けられたカム面と、芯材を貫通したカム部材で構成できる。かかる構成では、カム面は、周方向の一部で内径が小さくなっているとよい。またカム部材は、カム面に当たりつつ芯材の径方向に往復動するとよい。そして、ピストンは、かかるカム部材と係合する係合部を有し、カム部材の往復動に応じて、芯材の軸方向に往復動するように構成するとよい。また、カム部材を芯材の外径方向に押し上げるばね部材を備えていてもよい。かかるばね部材によって、カム部材をカム面に確実に押し当てることができる。

さらに、この場合、カム部材を、適宜に、外筒のカム面から離間させるスイッチング機構を備えていてもよい。また、ピストンを往復動させる機構としては、カム機構に代えて芯材の軸方向に往復動させるアクチュエータを備えていてもよい。また、外筒は、芯材に装着した軸受を介して回転自在に支持されていてもよい。

また、本発明に係る捲回電極体の製造装置は、帯状電極と帯状セパレータが重ねられて捲回された捲回電極体の製造装置であって、帯状電極または帯状セパレータを搬送する複数のガイドローラのうち少なくとも１つのガイドローラが、請求項１から９までの何れか一項に記載のガイドローラであるとよい。

以下、本発明の一実施形態に係るガイドローラを図面に基づいて説明する。なお、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付している。

図１は、ガイドローラ１０の軸方向断面を示す図である。このガイドローラ１０は、図１に示すように、芯材１１、内筒１２と、外筒１３と、空気吸引機構１４とを備えている。

芯材１１は、中空の軸部材であり、ガイドローラ１０の中心軸として配され、ガイドローラ１０を支持する支持部材（図示省略）によって支持される。内筒１２は、かかる芯材１１の外側に装着されている。この実施形態では、芯材１１の外周面には、リング状のスペーサ２１、２２が装着されている。かかるスペーサ２１、２２は、内筒１２の長さに応じた距離で離されている。また、スペーサ２１、２２の外径は、内筒１２が嵌り得る程度の大きさである。

内筒１２は、円筒形状の部材であり、スペーサ２１、２２に両端部が嵌められて芯材１１に固定されている。また、芯材１１の外周には、さらに軸受３１、３２が装着されている。かかる軸受３１、３２は、芯材１１の軸方向においてスペーサ２１、２２を間に挟むように離されている。軸受３１、３２の外径は、外筒１３の内径に応じて形成されている。

外筒１３は、内筒１２の外径よりも内径が大きい円筒形状の部材である。外筒１３は、内筒１２の外側に装着され、芯材１１に装着された軸受３１、３２に回転自在に装着されている。なお、外筒１３は、内筒１２に軸受３１、３２を装着して取り付けることも可能であるが、この実施形態では、軸受３１、３２を芯材１１に装着して外筒１３を取り付けているので、径方向によりコンパクトに構成することができる。また、かかる構成によって、内筒１２の外周面と外筒１３の内周面をより近くに配置することができる。

この実施形態では、芯材１１、内筒１２は、固定的に配設されており、外筒１３は、軸受３１、３２を介して回転自在に装着されている。芯材１１、内筒１２、外筒１３は、それぞれ、例えば、耐食性に優れたステンレスで構成することができる。なお、この実施形態では、外筒１３には、耐食性を有し、ステンレスよりも軽量のアルミ合金製の筒体が用いられている。この場合、外筒１３をステンレスよりも軽量のアルミ合金製とすることによって、外筒１３に作用する慣性力が低く抑えられている。なお、芯材１１、内筒１２、外筒１３に用いられる材料は、上記に限定されず、種々適切な材料を用いるとよい。

図２は、ガイドローラ１０の径方向断面を示す図である。図２に示すように、外筒１３は周方向の複数の位置に（この実施形態では、周方向に満遍なく）内外に貫通した貫通穴４１（第１貫通穴４１）を有している。これに対して、内筒１２は周方向の一領域Ａに、内外に貫通した貫通穴４２（第２貫通穴４２）を有している。この実施形態では、図２に示すように、シート状の搬送物２が外筒１３に巻き掛けられる。外筒１３は、シート状の搬送物２が走行するのに応じて回転する。内筒１２は、外筒１３にシート状の搬送物２が巻き掛けられる周方向の一領域Ａに、第２貫通穴４２が形成されている。

この実施形態では、上述したように、内筒１２の内側に、中空の軸からなる芯材１１を有しており、芯材１１は、芯材１１と内筒１２とを連通する連通穴５１を有している。当該連通穴５１には、弁５２が設けられている。この弁５２は、内筒１２の中空部１２ａよりも芯材１１の中空部１１ａの気圧が低いときに開き、内筒１２の中空部１２ａよりも芯材１１の中空部１１ａの気圧が高いときに閉じる。

また、この実施形態では、芯材１１は、図１に示すように、連通穴５１を挟んで、軸方向の片側に空気吸引機構１４を備え、反対側に芯材１１の中空部１１ａを外部に連通する排気穴５６を有している。この実施形態では、排気穴５６は、芯材１１の内部に設けられた仕切り５７に形成されている。当該排気穴５６には、弁５８が設けられている。この弁５８は、芯材１１の中空部１１ａの気圧が負圧になると閉じ、芯材１１の中空部１１ａの気圧が正圧になると開く。上述した弁５２、弁５８は、例えば、リードバルブで構成することができる。

次に、空気吸引機構１４を説明する。空気吸引機構１４は、内筒１２の中空部分の空気を吸引する機構である。この実施形態では、空気吸引機構１４は、ピストン６１と、カム機構６２とを備えている。ピストン６１は、芯材１１の内部で摺動可能に配設された、円柱状の部材である。カム機構６２は、外筒１３の回転運動をピストン６１の往復動に変換する機構である。この実施形態では、カム機構６２は、外筒１３に設けられた第１カム部材７１と、芯材１１に設けられた第２カム部材７２とを備えている。

第１カム部材７１は、外筒１３の内側に装着されたリング状の部材である。この第１カム部材７１の内側面には、図３に示すように、周方向の一部で内径が小さくなった小径部７３ａを有するカム面７３が形成されている。第２カム部材７２は、芯材１１を内外に貫通する軸部材で構成されている。この実施形態では、芯材１１には、第２カム部材７２を挿通させる挿通穴７４が形成されている。かかる挿通穴７４は、外筒１３に設けられる第１カム部材７１のカム面７３に対応して形成されている。第２カム部材７２は、当該挿通穴７４に挿通する軸部７６を有している。当該軸部７６の芯材１１の外側に延びた側の端部には、第１カム部材７１のカム面７３に当接する当接部７８が設けられている。この実施形態では、当接部７８は、軸部７６から外径方向に広がったフランジ形状を有している。第２カム部材７２の芯材１１の内側に延びた部位８２は、図１に示すように、ピストン６１に係合する。

ピストン６１は、図１に示すように、当該第２カム部材７２の芯材１１の内側に延びた部位８２に係合する係合部８０を備えている。この実施形態では、係合部８０は、ピストン６１の先端部８４に設けられている。また、第２カム部材７２の芯材１１の内側に延びた部位８２には、当該ピストン６１に係合するカム面８２が設けられている。この実施形態では、かかるカム面８２は、ピストン６１に近い側よりもピストン６１から遠い側が深く芯材１１の内部に入るように、傾斜した傾斜面で形成されている。当該カム面８２には、ピストン６１の先端部８４が係合する。この実施形態では、かかるピストン６１の先端部８４は、第２カム部材７２のカム面８２に対応してピストン６１の軸方向に対して傾いた傾斜面を有している。

また、この実施形態では、第２カム部材７２を外径方向に押し上げるばね部材９２（第１ばね部材）を備えている。かかるばね部材９２は、コイル状のばね材であり、芯材１１の外側において、第２カム部材７２の軸部７６に装着されている。この実施形態では、ばね部材９２は、芯材１１の外周面と、第２カム部材７２の当接部７８との間に弾性的に圧縮された状態で装着されている。そして、ばね部材９２の弾性反力によって、第２カム部材７２の当接部７８が外筒のカム面に押し当たるように、第２カム部材７２は芯材１１の外径方向に向けて押し上げられている。

さらに、この実施形態では、第２カム部材７２の芯材１１の内側に延びた部位８２に向けて、ピストン６１を付勢するばね部材９４（第２ばね部材）を備えている。このばね部材９４は、芯材１１の内部でピストン６１の後ろ側に設けられたばね座９８と、ピストン６１の後端部９６との間に、弾性的に圧縮された状態で装着されている。この実施形態では、かかるばね部材９４の弾性反力によって、第２カム部材７２に向けてピストン６１が付勢され、ピストン６１の先端部８４が第２カム部材７２のカム面８２に押し当てられている。

外筒１３が回転すると、芯材１１に設けられた第２カム部材７２が、外筒１３に設けられた第１カム部材７１のカム面７３に当接しつつ、芯材１１の径方向に往復動する。すなわち、図１および図３に示すように、外筒１３に設けられた第１カム部材７１のカム面７３の小径部７３ａが第２カム部材７２の当接部７８を通過するときに、第２カム部材７２は、芯材１１に向けて押し下げられる。この際、ピストン６１は、芯材１１の内部において第２カム部材７２に係合し、上記第２カム部材７２が押し下げられるのに応じて後退する。また、図４および図５に示すように、第１カム部材７１のカム面７３の小径部７３ａが第２カム部材７２の当接部７８からずれると、第２カム部材７２は、第１ばね部材９２の弾性反力によって押し上げられる。この際、ピストン６１は、芯材１１の内部において第２カム部材７２が上がっていくにつれて、第２ばね部材９４の弾性反力によって前進する。
このように、外筒１３の回転に伴って、図１および図３〜図５に示すように、上記第２カム部材７２は芯材１１の径方向に往復動する。さらにピストン６１は、第２カム部材７２の往復動に応じて前進と後退を繰り返し、芯材１１の軸方向に沿って往復動する。かかるピストン６１の動きに応じて、ピストン６１の先端部８４と仕切り５７の間の空間Ｂは広くなったり狭くなったりする。

図１および図３に示すように、ピストン６１が後退し、上記空間Ｂが広くなると、当該空間Ｂ（芯材１１の中空部１１ａ）の気圧が下がる。このとき芯材１１の排気穴５６に設けられた弁５８が閉じられ、芯材１１の連通穴５１に設けられた弁５２が開かれる。弁５２が開かれると連通穴５１を通じて、内筒１２の空気が芯材１１に吸い込まれる。また、図４および図５に示すように、ピストン６１が前進し、上記空間Ｂが狭くなると、当該空間Ｂの気圧が上がる。このとき、芯材１１の連通穴５１に設けられた弁５２が閉じられ、芯材１１の排気穴５６に設けられた弁５８が開かれる。このため、排気穴５６を通じて、芯材１１内の空気が排気される。このように、外筒１３の回転に伴い、ピストン６１の往復動が繰り返され、連通穴５１を通じて内筒１２の空気が芯材１１に吸引される動作と、排気穴５６を通じて芯材１１の空気が排気される動作とが繰り返される。そして、次第に内筒１２の中空部１２ａに負圧が形成される。内筒１２には、貫通穴４２が形成されており、当該貫通穴４２および外筒１３の貫通穴４１を通じて空気が吸引される。

上述したように、このガイドローラ１０によれば、シート状の搬送物２が巻き掛けられる外筒１３は、周方向の複数の位置に貫通穴４１を有し、外筒１３の内側に配設された内筒１２は、周方向の一領域Ａに貫通穴４２を有している。さらに、内筒１２の中空部分１２ａの空気を吸引する空気吸引機構１４を備えている。この場合、ガイドローラ１０は、図２に示すように、内筒１２の貫通穴４２が形成された周方向の一領域Ａを、外筒１３にシート状の搬送物２が巻き掛けられる領域に向けて配設するとよい。これによって、かかるシート状の搬送物２に対して、適切な吸着力を作用させることができる。

この場合、当該周方向の一領域Ａにおいて、内筒１２の外周面と、外筒１３の内周面との隙間は、適切な吸引力が得られるように適切な隙間ｓ１を設定するとよい。この実施形態では、内筒１２の外周面と、外筒１３の内周面との隙間ｓ１は、約０．５ｍｍにしている。なお、かかる隙間ｓ１は、内筒１２の外周面と、外筒１３の内周面とが擦れない程度で、かつ、外筒１３の貫通穴４１に適切な吸引力が得られればよく、概ね０．５ｍｍよりも狭いとよい。上述したように、この実施形態では、外筒１３が、芯材１１に装着された軸受３１、３２に装着されているので、内筒１２に対して適切な内径の外筒１３を選択することにより、内筒１２の外周面と外筒１３の内周面との隙間ｓ１を微細に調整することが容易である。

また、この実施形態では、内筒１２は、中空の軸からなる芯材１１の外側に装着されている。芯材１１は、芯材１１の中空部１１ａと内筒１２の中空部１２ａとを連通する連通穴５１を有している。また、空気吸引機構１４は芯材１１内に設けられている。さらに、この実施形態では、連通穴５１には、弁５２が設けられている。弁５２は、内筒１２の中空部１２ａよりも芯材１１の中空部１１ａの気圧が低いときに開かれ、内筒１２の中空部１２ａよりも芯材１１の中空部１１ａの気圧が高いときに閉じられる。このガイドローラ１０は、空気吸引機構１４の作用によって、内筒１２の中空部１２ａの空気が連通穴５１を通じて芯材１１に吸引される。この際、芯材１１の中空部１１ａの気圧が内筒１２の中空部１２ａよりも高くなると、弁５２が適切に閉じられるので、芯材１１から内筒１２に空気が逆流するのを防止できる。そして、芯材１１の中空部１１ａの気圧が内筒１２の中空部１２ａよりも低くなる場合に弁５２が開かれ、内筒１２の中空部１１ａの空気が吸引される。これにより、内筒１２に確実に負圧を形成することができる。そして、外筒１３の貫通穴４１に適切な吸引力を生じさせることができる。

また、この実施形態では、空気吸引機構１４は、芯材１１の内部に装着されたピストン６１を有している。そして、芯材１１には、芯材１１の中空部１１ａを外部に連通する排気穴５６を有している。この排気穴５６には、弁５８が設けられている。弁５８は、芯材１１の中空部１１ａの気圧が外部（排気穴５６の外側）よりも低くなると閉じられ、芯材１１の中空部１１ａの気圧が外部（排気穴５６の外側）よりも高くなると開かれる。この空気吸引機構１４は、ピストン６１の往復動および、上記弁５２および弁５８の作用によって、排気穴５６を通じて適切に芯材１１の空気を排出することができ、芯材１１内に負圧を形成することができる。

さらに、この実施形態では、ピストン６１を往復動させる機構として、外筒１３の回転運動をピストン６１の往復動に変換するカム機構６２を備えている。この場合、かかるカム機構６２によって、外筒１３の回転に応じて、ピストン６１を往復動させることができる。また、この場合、外筒１３の回転速度が遅いと、ピストン６１の往復動は遅くなり、外筒１３の回転速度が速くなると、ピストン６１の往復動が速くなる。これにより、外筒１３の回転速度が速い場合には、内筒１２の負圧の程度が高くなり、外筒１３の貫通穴４１の吸引力が高くなる。このため外筒１３の回転速度が速くなると、外筒１３とシート状の搬送物２との間に空気が巻き込まれ易くなり、シート状の搬送物２が滑り易くなる。

このように、このガイドローラ１０は、外筒１３の回転速度が速くなるのに応じて、外筒１３の貫通穴４１の吸引力が増し、外筒１３に対して、シート状の搬送物２が密着し易くなる。このため、外筒１３の回転速度が速くなってもシート状の搬送物２が滑るのを防止できる。このように、このガイドローラ１０は、外筒１３の回転速度に応じて、外筒１３の吸引力が変化し、外筒１３に適切な吸引力を作用させることができる。また、このガイドローラ１０は、外筒１３の回転運動が、ピストン６１の往復動等に消費される。このため、例えば、外筒１３を減速させる際には、ピストン６１の往復動等によって外筒１３の慣性力が吸収され、外筒１３を適切に減速させることができる。

また、この実施形態では、カム機構６２は、外筒１３に設けられたカム面７３（第１カム部材７１）と、芯材１１を貫通し、芯材１１の径方向に往復動可能に設けられた第２カム部材７２とで構成されている。カム面７３は、周方向の一部で内径が小さくなった小径部７３ａを有しており、第２カム部材７２は、カム面７３に当たりつつ芯材１１の径方向に往復動する。また、ピストン６１は、第２カム部材７２と係合し、当該カム部材７２の往復動に応じて、芯材１１の軸方向に往復動する。空気吸引機構１４は、かかる形態によって実現できる。なお、外筒１３の回転運動をピストン６１の往復動に変換するカム機構６２の具体的な構成は、上記の実施形態に限定されない。

以上の通り、このガイドローラ１０によれば、シート状の搬送物２が巻き掛けられる外筒１３の回転に応じて、外筒１３の貫通穴４１に適切な吸引力が作用する。ガイドローラ１０は、上述した実施形態に限定されない。

例えば、かかるガイドローラ１０は、図６および図７に示すように、上述した第２カム部材７２を、適宜に、外筒１３のカム面７３（小径部７３ａ）から離間させる、スイッチング機構１１０を備えていてもよい。また、かかるスイッチング機構１１０は、例えば、図６および図７に示すように、芯材１１の中空部１１ａに電磁石１１２の磁極部１１４を設け、当該磁極部１１４に対向するように第２カム部材７２に着座部１１６を設けるとよい。
この場合、電磁石１１２に通電していないときは、図６に示すように、第２カム部材７２は外筒１３のカム面７３（小径部７３ａ）に当たっており、外筒１３の回転に応じてカム機構６２が動作する。そして、電磁石１１２に通電することによって、図７に示すように、磁極部１１４に第２カム部材７２の着座部１１６を引き付けることができ、適宜に、第２カム部材７２を押し下げ、外筒１３のカム面７３から離間させることができる。ガイドローラ１０に、かかるスイッチング機構１１０を設けることによって、適宜に、カム機構６２の動作を止めることができる。
また、このスイッチング機構１１０によれば、第２カム部材７２を、適宜に、外筒１３のカム面７３から離間させることができる。外筒１３の回転の際、第２カム部材７２が外筒１３のカム面７３から離れると、外筒１３が第２カム部材７２から受ける抵抗が無くなる。このため、例えば、シート状の搬送物２の走行速度を上げる際に、スイッチング機構１１０によって、第２カム部材７２を外筒１３のカム面７３から離しておくことによって、加速の際の抵抗を小さくできる。

また、空気吸引機構１４について、上述した実施形態では、外筒１３の回転運動をピストン６１の往復動に変換するカム機構６２を備えた構成を例示した。なお、カム機構は、上記に限定されない。また、ピストン６１を往復動させる機構は、上記に限定されない。ピストン６１を往復動させる機構としては、上記のカム機構６２に代えて、例えば、図８に示すガイドローラ１０Ｂのように、ピストン６１を芯材１１の軸方向に往復動させるアクチュエータ１３０を備えていてもよい。かかるアクチュエータ１３０としては、例えば、電磁気の作用で動作するソレノイドを採用するとよい。この場合、外筒１３の動きと関係なく、ピストン６１を動作させることができ、適切なタイミングで、外筒１３の貫通穴４１に吸引力を生じさせることができる。

このガイドローラ１０は、例えば、図９に示すように、二次電池の捲回電極体２００の製造装置３００のガイドローラ３５０〜３５３に用いられる。捲回電極体２００は、例えば、図１０に示すように、帯状電極２１１、２１３と帯状セパレータ２１２、２１４を重ねて捲回されている。帯状電極２１１、２１３と帯状セパレータ２１２、２１４は、特に、重ねられて捲回される直前において、それぞれの位置（例えば、エッジポジションや、センターポジション）を厳重に管理する必要がある。かかる管理を高度に精度良く行うためには、ガイドローラ３５０〜３５３と、そのシート状の搬送物としての帯状電極２１１、２１３と帯状セパレータ２１２、２１４がずれないことが望ましい。このため、上記ガイドローラ１０は、捲回電極体の製造装置３００に用いるのに適している。以下、上述したガイドローラ１０を適用した捲回電極体の製造装置３００を説明する。

かかる捲回電極体の製造装置３００は、例えば、図９に示すように、巻取軸３０１、３０２と、供給リール３１１〜３１４と、ダンサローラ３２１〜３２４と、エッジ検出部３３１〜３３４と、補正部３４１〜３４４とを備えている。また、この捲回電極体の製造装置３００は制御部４００を備えている。制御部４００は、ＣＰＵなどからなる演算部と、不揮発性メモリーなどからなる記憶部とを備えており、予め設定されたプログラムに沿って種々の電子的な演算処理を行ない、捲回電極体の製造装置３００を制御する。

供給リール３１１〜３１４は、それぞれ帯状電極２１１、２１３と帯状セパレータ２１２、２１４が巻き取られたリールである。なお、以下の説明において、帯状電極２１１、２１３と帯状セパレータ２１２、２１４は、適宜、「帯状材」と称する。この実施形態では、帯状材２１１〜２１４は、所定の順番で重ねられつつ、巻取軸３０１、３０２に巻き取られる。巻取軸３０１、３０２は、帯状材２１１〜２１４を巻き取る軸であり、この実施形態では、ターレット３０３に２つの巻取軸３０１、３０２が設けられている。巻取軸３０１、３０２は、一回の巻取り工程毎に位置が入れ替えられて順番に帯状材２１１〜２１４を巻き取る。図示例では、図中Ｘ１の位置で、帯状材２１１〜２１４を巻取り、図中Ｘ２の位置で、巻き取られた捲回電極体が巻取軸から取り外される。

帯状材２１１〜２１４は、供給リール３１１〜３１４から巻取軸３０１、３０２に至る走行経路上に、それぞれダンサローラ３２１〜３２４、補正部３４１〜３４４、エッジ検出部３３１〜３３４を通過する。

ダンサローラ３２１〜３２４は、巻取軸３０１、３０２に巻き取られる帯状材２１１〜２１４に作用する張力を調整する装置であり、「テンションローラ」とも言われる。エッジ検出部３３１〜３３４は、巻取軸３０１、３０２に巻き取られる帯状材２１１〜２１４の縁部の位置をそれぞれ検知する装置である。補正部３４１〜３４４は巻取軸３０１、３０２に巻き取られる帯状材２１１〜２１４の幅方向の位置を補正する機構である。供給リール３１１〜３１４から引き出された帯状材２１１〜２１４は、それぞれ所定の走行経路を辿るように、複数のガイドローラ３５０によって案内されている。また、ダンサローラ３２１〜３２４や補正部３４１〜３４４（図１１参照）にも、帯状材２１１〜２１４を案内するガイドローラ３５１〜３５３が用いられている。

補正部３４１〜３４４は、例えば、図１１に示すように、平行に配設された２本のアーム３６１、３６２の上部と下部にそれぞれガイドローラ３５２、３５３が配設されている。帯状材２１１〜２１４は、上下のガイドローラ３５２、３５３に巻き掛けられている。また、この実施形態では、補正部３４１〜３４４を通過した後に、帯状材２１１〜２１４は、エッジ検出部３３１〜３３４に通されている。エッジ検出部３３１〜３３４では、帯状材２１１〜２１４のエッジ位置（片側の縁の位置）を検出している。かかるエッジ検出部３３１〜３３４には、例えば、公知の光学センサーを用いることができる。

補正部３４１〜３４４は、上部のガイドローラ３５２に交差する任意軸を基準に、揺り動かすことができる。図１２に示すように、帯状材２１１〜２１４は、走行時に、位置が幅方向にずれることがある。このような場合、帯状材２１１〜２１４の幅方向のずれを、エッジ検出部３３１〜３３４で検出することができる。そして、図１３に示すように、帯状材２１１〜２１４の幅方向のずれに応じて、補正部３４１〜３４４を揺り動かして帯状材２１１〜２１４を規定の位置に戻すことができる。

制御部４００は、上記、巻取軸３０１、３０２や供給リール３１１〜３１４の回転速度、ダンサローラ３２１〜３２４や補正部３４１〜３４４の動作を制御している。帯状材２１１〜２１４は、適切な張力を作用させることによって、搬送ローラと帯状材２１１〜２１４との間に適当な摩擦力を作用させ、帯状材２１１〜２１４が軌道上で幅方向にずれるのを抑制できる。また、制御部４００は、エッジ検出部３３１〜３３４の検知信号に基づいて補正部３４１〜３４４を制御している。帯状材２１１〜２１４は、当該補正部３４１〜３４４によって幅方向の位置を補正されつつ巻取軸３０１、３０２に巻き取られている。このように、捲回電極体の製造装置３００は、上述したダンサローラ３２１〜３２４や補正部３４１〜３４４などによって、帯状材２１１〜２１４の巻ずれを小さく抑制して巻取軸３０１、３０２に帯状材２１１〜２１４を巻き取っている。なお、ダンサローラ３２１〜３２４や補正部３４１〜３４４の具体的な制御方法や、ダンサローラ３２１〜３２４や、エッジ検出部３３１〜３３４や、補正部３４１〜３４４などの具体的な機械構成は、適宜種々の構成を採用することができる。

この捲回電極体の製造装置３００は、帯状材２１１〜２１４を重ねて巻取軸３０１、３０２に所定の長さを巻き取る。かかる捲回電極体の製造装置３００において、本発明者は、巻取速度を上げて、全体として帯状材２１１〜２１４を巻き取る工程に要する時間を短縮することを考えている。この場合、例えば、図１４に示すように、巻き始め（Ａ１）から急激に巻取速度を加速し（Ａ２）、高速で巻き取る時間（Ａ３）を出来る限り多く確保する。そして、その後、急激に巻取速度を減速させて巻き終える（Ａ４）。この場合、加速工程（Ａ２）、減速工程（Ａ４）において急激な加減速が生じる。かかる急激な加減速が生じると、帯状電極や帯状セパレータに作用する張力Ｔは、急激に大きく変動する。かかる急激な加減速が生じる状況において、帯状材２１１〜２１４の幅方向のずれを防止するには、帯状材２１１〜２１４がガイドローラ３５０〜３５３からずれるのを防止したい。特に、補正部３４１〜３４４や、巻取軸３０１、３０２の直前に配置されたガイドローラにおいて、帯状材２１１〜２１４がずれるのを防止したい。

本発明の一実施形態に係るガイドローラ１０（図１参照）は、上述したようにシート状の搬送物たる帯状材２１１〜２１４がずれるのを防止できるので、図９に示すように、捲回電極体の製造装置３００のガイドローラ３５０〜３５３に適している。特に、巻取軸３０１、３０２に巻き取られる際の帯状材２１１〜２１４の位置を決める補正部３４１〜３４４のガイドローラ３５２、３５３（図１１参照）や、巻取軸３０１、３０２の直前に配置されるガイドローラに好適である。

また、捲回電極体の製造装置３００のガイドローラ３５０〜３５３には、図６および図７に示すように、スイッチング機構１１０を有するガイドローラ１０Ａを用いるとよい。すなわち、捲回電極体の製造装置３００は、図１４に示すように、巻き始め（Ａ１）から急激に巻取速度を加速し（Ａ２）、高速で巻き取る時間（Ａ３）を出来る限り多く確保する。そして、その後、急激に巻取速度を減速させて巻き終える（Ａ４）。この際、巻き始めから巻取速度の加速度が増加する間は、帯状材２１１〜２１４に作用する張力は緩み難い。しかし、巻取速度の加速度が低下するとき、例えば、（Ａ２）の終わりから（Ａ３）、また、（Ａ３）から（Ａ４）に移行するときなどでは、帯状材２１１〜２１４に作用する張力が緩み易い。

この場合、ガイドローラ３５０〜３５３にスイッチング機構１１０を有するガイドローラ１０Ａ（図６、図７参照）を用いると、例えば、巻き始めから巻取速度の加速度が増加する間は、スイッチング機構１１０を操作して第２カム部材７２を外筒１３から離すことができる。第２カム部材７２を外筒１３から離すと、外筒１３の抵抗を小さくすることができ、巻取速度を加速する際のガイドローラ３５０〜３５３の抵抗を低く抑えることができる。また、帯状材２１１〜２１４に作用する張力が緩み易いときには、スイッチング機構１１０を操作して第２カム部材７２を外筒１３に押し当てるとよい。第２カム部材７２を外筒１３に押し当てると、外筒１３の回転に対する抵抗が増える、これによって、帯状材２１１〜２１４の走行が減速されるのに追従して、外筒１３を適切に減速させることができる。

また、かかる捲回電極体の製造装置３００によって巻回される電池の捲回電極体は、塵などが混入されるのを防止したい。このため、クリーンルームで製造される。上述した実施形態に係るガイドローラ１０は、図１に示すように、内部にピストン−シリンダ機構を備えており、排気穴５６から空気が排気される。かかるガイドローラ１０を捲回電極体の製造装置３００に適用する場合、別途配管（図示省略）を設け、ガイドローラ１０から排気される空気を、帯状材２１１〜２１４が走行する環境から分離して回収するとよい。ガイドローラ１０から排気される空気を、帯状材２１１〜２１４が走行する環境から分離して回収することにより、当該空気によって帯状材２１１〜２１４が走行する環境に塵が巻き上がるのを防止できる。

かかる捲回電極体の製造装置３００は、例えば、リチウムイオン二次電池(lithium-ion secondary battery)やニッケル水素二次電池(nickel-hydride secondary battery)などの種々の蓄電池に用いられる捲回電極体の製造工程で用いられる。以下、捲回電極体について、リチウムイオン二次電池の一例を説明する。

リチウムイオン二次電池１０００は、例えば、図１５に示すように、矩形の金属製の電池ケース２５０に構成されており、電池ケース２５０には、捲回電極体２００が収容されている。この実施形態では、捲回電極体２００は、図１０および図１６に示すように、帯状電極としての正極シート２１１と、負極シート２１３を備えている。また、帯状セパレータとしての第１セパレータ２１２と、第２セパレータ２１４を備えている。そして、正極シート２１１と、第１セパレータ２１２と、負極シート２１３と、第２セパレータ２１４の順で重ねられて巻き取られている。なお、正極シート２１１は正の電極シートであり、負極シート２１３は負の電極シートである。

正極シート２１１は、この実施形態では、アルミニウム箔からなる集電体シート２１１ｃ（正極集電体）の両面に正極活物質を含む電極材料２１１ｄが塗工されている。当該電極材料２１１ｄに含まれる正極活物質としては、例えば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）などが挙げられる。
負極シート２１３は、この実施形態では、銅箔からなる集電体シート２１３ｃ（負極集電体）の両面に負極活物質を含む電極材料２１３ｄが塗工されている。当該電極材料２１３ｄに含まれる負極活物質としては、例えば、グラファイト（Graphite）やアモルファスカーボン（Amorphous Carbon）などの炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等などが挙げられる。
セパレータ２１２、２１４は、イオン性物質が透過可能な膜であり、この実施形態では、ポリプロピレン製の微多孔膜が用いられている。

この実施形態では、電極材料２１１ｄ、２１３ｄは集電体シート２１１ｃ、２１３ｃの幅方向片側に偏って塗工されており、集電体シート２１１ｃ、２１３ｃの幅方向反対側の縁部には塗工されていない。正負の電極シート２１１、２１３のうち、集電体シート２１１ｃ、２１３ｃに電極材料２１１ｄ、２１３ｄが塗工された部位を塗工部２１１ａ、２１３ａといい、集電体シート２１１ｃ、２１３ｃに電極材料２１１ｄ、２１３ｄが塗工されていない部位を未塗工部２１１ｂ、２１３ｂという。

図１０は、正極シート２１１と、第１セパレータ２１２と、負極シート２１３と、第２セパレータ２１４とが順に重ねられた状態を示す幅方向の断面図である。正極シート２１１の塗工部２１１ａと負極シート２１３の塗工部２１３ａは、それぞれセパレータ２１２、２１４を挟んで対向している。図９および図１０に示すように、捲回電極体２００の捲回方向に直交する方向（巻き軸方向）の両側において、正極シート２１１と負極シート２１３の未塗工部２１１ｂ、２１３ｂが、セパレータ２１２、２１４からそれぞれはみ出ている。当該正極シート２１１と負極シート２１３の未塗工部２１１ｂ、２１３ｂは、捲回電極体２００の正極と負極の集電体２１１ｂ１、２１３ｂ１をそれぞれ形成している。

かかるリチウムイオン二次電池では、放充電時に、正極シート２１１の塗工部２１１ａと負極シート２１３の塗工部２１３ａの間で、帯状セパレータ２１２、２１４を通してリチウムイオンが行き来する。この際、リチウムイオンの析出するのを防止するため、正極シート２１１の塗工部２１１ａは、負極シート２１３の塗工部２１３ａからはみ出ないようにしたい。正極シート２１１の塗工部２１１ａは、負極シート２１３の塗工部２１３ａからはみ出ないように構成することによって、放充電時に、リチウムイオンの析出するのを防止することができる。
この実施形態では、図１０および図１６に示すように、正極シート２１１の塗工部２１１ａの幅（電極幅ａ）を、負極シート２１３の塗工部２１３ａの幅（電極幅ｂ）よりも狭くし、正極シート２１１の塗工部２１１ａが、負極シート２１３の塗工部２１３ａからはみ出ないようにしている。また、正極シート２１１の塗工部２１１ａと負極シート２１３の塗工部２１３ａが、それぞれセパレータ２１２、２１４からはみ出ないようにして内部短絡を防止している。

しかしながら製造上の誤差があったり、正極シート２１１と負極シート２１３、および、セパレータ２１２、２１４が重ねられる際に幅方向にずれが生じたりする。このため、誤差やずれを許容するべく、負極シート２１３の塗工部２１３ａの幅ｂと正極シート２１１の塗工部２１１ａの幅ａとの差分（ｂ−ａ）、第１セパレータ２１２と第２セパレータ２１４の幅ｃ１、ｃ２と負極シート２１３の塗工部２１３ａの幅ｂとの差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）に所要の距離を設定している。

上述した捲回電極体の製造装置３００は、帯状材２１１〜２１４の走行経路で複数のガイドローラ３５０〜３５３が用いられている。この場合、これら複数のガイドローラ３５０〜３５３のうち、ガイドローラと帯状材２１１〜２１４のずれを特に防止したい部位に、本発明に係るガイドローラを用いるとよい。これにより、ガイドローラと帯状材２１１〜２１４との幅方向のずれを防止できるので、当該捲回電極体２００の製造時の巻ずれも小さくすることができる。これにより、上述した差分（ｂ−ａ）、差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）の低減を図ることができる。これによって、材料コストを低く抑えることができ、捲回電極体の低コスト化を図ることができる。

かかる捲回電極体２００は、図１５に示すように、扁平な形状に折り曲げられて電池ケース２５０に収容される。電池ケース２５０には、正極端子２５１と負極端子２５３が設けられている。正極端子２５１は捲回電極体２００の正極集電体２１１ｂ１（図１０参照）に電気的に接続されている。負極端子２５３は捲回電極体２００の負極集電体２１３ｂ１（図１０参照）に電気的に接続されている。かかる電池ケース２５０には電解液が注入される。電解液は、適当な電解質塩（例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩）を適当量含むジエチルカーボネート、エチレンカーボネート等の混合溶媒のような非水電解液で構成できる。かかるリチウムイオン二次電池１０００は、複数個が組み合わされて組電池１０００Ａを構成し、例えば、図１７に示すように、車両１の電源として搭載される。本発明は、正極シート２１１と、負極シート２１３と、セパレータ２１２、２１４の巻きずれを高度に防止でき、かかる車両１の電源として搭載される電池について、電池性能の安定性や、長寿命化に寄与することができる。

以上、本発明の一実施形態に係るガイドローラについて種々説明したが、本発明に係るガイドローラは、上述した実施形態に限定されない。

空気吸引機構は、図１に示すように、芯材１１にピストン−シリンダ機構を構成する形態を例示したが、かかる形態に限定されない。より単純には、外部に設けられる吸引ポンプによって、芯材内の空気を吸引してもよい。また、内筒の内側に、中空の軸からなる芯材を有する形態を例示したが、内筒と芯材とは、一体的な筒体で構成することもできる。

また、本発明に係るガイドローラが用いられる捲回電極体の製造装置について、その一実施形態を説明したが、本発明に係るガイドローラが用いられる捲回電極体の製造装置は、上述した実施形態に限定されない。また、本発明に係るガイドローラは、捲回電極体の製造装置に限定されず、種々シート状の搬送物を搬送する装置に用いることができる。かかるガイドローラによって案内されるシート状の搬送物としては、電極材料に限らない。本発明に係るガイドローラは、案内するシート状の搬送物のずれを防止できるので、例えば、種々の薄膜を搬送する装置などにも用いることができる。

本発明の一実施形態に係るガイドローラを示す縦断側面図。 本発明の一実施形態に係るガイドローラを示す縦断面図。 本発明の一実施形態に係るガイドローラのカム機構を示す図。 本発明の一実施形態に係るガイドローラを示す縦断側面図。 本発明の一実施形態に係るガイドローラのカム機構を示す図。 本発明の一実施形態に係るガイドローラのスイッチング機構を示す図。 本発明の一実施形態に係るガイドローラのスイッチング機構を示す図。 本発明の一実施形態に係るガイドローラの他の実施形態に係る縦断面図。 捲回電極体の製造装置の構成例を示す図。 捲回電極体の一例を示す図。 捲回電極体の製造装置の補正部の構成例を示す図。 捲回電極体の製造装置の補正部の構成例を示す図。 捲回電極体の製造装置の補正部の構成例を示す図。 捲回電極体の製造装置の巻取速度の変化の一例を示す図。 電池の構造を示す図。 捲回電極体の断面構造を示す図。 車両を示す図。

符号の説明

１ 車両
２ シート状の搬送物
１０、１０Ａ、１０Ｂ ガイドローラ
１１ 芯材
１１ａ 芯材の中空部
１２ 内筒
１２ａ 内筒の中空部
１３ 外筒
１４ 空気吸引機構
２１、２２ スペーサ
３１、３２ 軸受
４１ 貫通孔（第１貫通穴）
４２ 貫通孔（第２貫通穴）
５１ 連通穴
５２ 弁
５６ 排気穴
５７ 仕切り
５８ 弁
６１ ピストン
６２ カム機構
７１ 第１カム部材
７２ 第２カム部材
７３ カム面
７３ａ 小径部
７４ 挿通穴
７６ 軸部
７８ 当接部
８０ 係合部
８２ カム面（第２カム部材の芯材の内側に延びた部位）
８４ 先端部
９２ ばね部材（第１ばね部材）
９４ ばね部材（第２ばね部材）
９６ 後端部
９８ ばね座
１１０ スイッチング機構
１１２ 電磁石
１１４ 磁極部
１１６ 着座部
１３０ アクチュエータ
２００ 捲回電極体
３００ 捲回電極体の製造装置
３５０〜３５３ ガイドローラ
４００ 制御部
１０００ リチウムイオン二次電池
１０００Ａ 組電池
Ａ 周方向の一領域

Claims (10)

1. シート状の搬送物が巻き掛けられるガイドローラであって、
   固定的に設けられた内筒と、
   前記内筒の外側に装着され、軸受を介して前記内筒に対して回転自在に装着された外筒と、
   を備え、
   前記外筒は、周方向の複数の位置に、内外に貫通した第１貫通穴を有し、
   前記内筒は、周方向の一領域に、内外に貫通した第２貫通穴を有し、
   前記内筒の中空部分の空気を吸引する空気吸引機構を備えた、ガイドローラ。
2. 前記内筒の内側に、中空の軸からなる芯材を有し、
   前記芯材は、前記芯材と前記内筒とを連通する連通穴が形成されており、
   前記連通穴には、前記内筒の中空部よりも前記芯材の中空部の気圧が低いときに開かれ、前記内筒の中空部よりも前記芯材の中空部の気圧が高いときに閉じられる弁が設けられており、
   前記空気吸引機構は、前記芯材内に設けられている、請求項１に記載のガイドローラ。
3. 前記空気吸引機構は、前記芯材の内部に装着されたピストンを有し、
   前記芯材には、前記芯材の中空部を外部に連通する排気穴を有し、
   当該排気穴には、前記芯材の中空部の気圧が外部よりも低くなると閉じられ、前記芯材の中空部の気圧が外部よりも高くなると開かれる弁が設けられている、請求項２に記載のガイドローラ。
4. 前記外筒の回転運動を前記ピストンの往復動に変換するカム機構を備えた、請求項３に記載のガイドローラ。
5. 前記カム機構は、
   前記外筒の内周面に設けられ、周方向の一部で内径が小さくなったカム面と、
   前記芯材を貫通し、前記カム面に当たりつつ前記芯材の径方向に往復動するカム部材と、
   を備え、
   前記ピストンは、前記カム部材と係合する係合部を有し、前記カム部材の往復動に応じて、前記芯材の軸方向に往復動する、請求項４に記載のガイドローラ。
6. 前記カム部材を前記芯材の外径方向に押し上げるばね部材を備えた、請求項５に記載のガイドローラ。
7. 前記カム部材を、適宜に、前記外筒のカム面から離間させるスイッチング機構を備えた、請求項５又は６に記載のガイドローラ。
8. 前記ピストンを前記芯材の軸方向に往復動させるアクチュエータを備えた、請求項３に記載のガイドローラ。
9. 前記外筒は、芯材に装着した軸受を介して回転自在に支持されている、請求項２から８までの何れか一項に記載のガイドローラ。
10. 帯状電極と帯状セパレータが重ねられて捲回された捲回電極体の製造装置であって、
    前記帯状電極または帯状セパレータを搬送する複数のガイドローラのうち少なくとも１つのガイドローラが、請求項１から９までの何れか一項に記載のガイドローラである、捲回電極体の製造装置。

Images