JP2013235652A - 巻回物製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで巻取作業を効率的に行うことができる巻回物製造装置を提供する。
【解決手段】回転中心点１２ａを中心として回転可能となり、回転中心点１２ａから半径方向に離反して巻取シート１が巻回される巻芯１４、１４’を備えた２つの回転アーム１２、１２’と、回転アーム１２，１２’の回転軌道上に設けられた複数のステーションＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０を備える。複数のステーションは、巻芯１４、１４’を回転させて巻取シート１を巻芯１４、１４’に巻取る巻取機構と、巻取シートの切断機構とを備えた巻取ステーションＳ１０と、巻芯１４，１４’に巻取られた巻回物８の切断端を巻回物８の外周に接着する端止めステーションＳ２０と、巻回物８を排出する排出ステーションＳ３０と、を含む。２つの回転アーム１２、１２’は、互いに独立的に回転可能であり、複数のステーションの異なるステーションにそれぞれ位置づけ可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池等の巻取シートが巻取られた巻回物を製造する巻回物製造装置に関する。

リチウム電池等の二次電池の製造のために、正極活物質が塗布された正極シートと、負極活物質が塗布された負極シートと、絶縁材からなるセパレータシートと、を重ね合せて巻取った巻回物を製造する巻回物製造装置が従来知られている。

このような巻回物製造装置では、一般的に、回転可能に設けられたターレットを有し、ターレットに複数の巻芯を所定間隔毎に配置し、この巻芯に対応して、ターレットの回転軌道上に複数のポジションまたはステーションを備えている。

例えば、特許文献１に記載されたものでは、図３に示すように、ターレットＴは、１８０度毎に回転可能となっており、これに対応して２つのポジションＰ１、Ｐ２が備えられ、一方のポジションが着脱ポジションＰ１で、他方のポジションが巻取ポジションＰ２となっている。着脱ポジションＰ１は、巻芯に対して巻芯コアの取付及び巻回物である電池素子の取外しを行うポジションとなっており、巻取ポジションＰ２は、巻芯コアに対して巻取シートを巻取るポジションとなっている。また、巻取ポジションＰ２では、巻芯コアを回転させて巻取シートの巻取りがほぼ完了すると、巻取シートが切断され、巻取シートが完全に巻取られると、外周側の巻取シートに関しテープ止めが施されるようになっている。

しかしながら、このように１つのポジションで、巻取りと、テープ止めといった複数の作業を行わせる場合には、１つのポジションでの作業時間が長くなり、作業性が悪いという問題がある。また、巻取ポジションの周囲において、それぞれの作業を行うための複数の機構が集中するために、それらの機構の配置が困難になるという問題もある。

これに対して、図４に示すように、ターレットＴの周囲に２つよりも多いポジションまたはステーションを設けて、作業を分散化させることも行われている。図４の例の場合には、ターレットＴの回転軌道に沿って９０度の間隔で、Ｓ１が巻取ステーション、Ｓ２が端止めステーション、Ｓ３が検査ステーション、Ｓ４が排出ステーション、となっており、ターレットＴには、それぞれのステーションＳ１〜Ｓ４で作業を行うべく、４つの巻芯Ｃが９０度の等角度間隔に配置されている。

図４の例では、作業を分散して行うことができて、効率的である一方で、巻芯が多く必要になるという問題がある。巻芯Ｃは、巻取る際には、巻取シート等の巻回物を保持する一方で、取り外す際には、巻回物を解放するように縮径可能な複雑な構成となっているため、高価であり、低コスト化が要望されている。

特開２０１１−２３３２７９号公報

本発明はかかる課題に鑑みなれたもので、低コストで巻取作業を効率的に行うことができる巻回物製造装置を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の発明は、巻取シートが巻取られた巻回物を製造する巻回物製造装置において、
回転中心点を中心として回転可能となり、回転中心点から半径方向に離反して巻取シートが巻回される巻芯を備えた少なくとも２つの回転体と、
前記回転体の回転軌道上に設けられた複数のステーションとを備え、
前記複数のステーションは、少なくとも、
前記巻芯を回転させて巻取シートを巻芯に巻取る巻取機構と、巻取シートの切断機構とを備えた巻取ステーションと、
前記巻芯に巻取られた巻回物の切断端を巻回物の外周に接着する端止めステーションと、
巻回物を排出する排出ステーションと、
を含み、
前記２つの回転体は、互いに独立的に回転可能であり、前記複数のステーションの異なるステーションにそれぞれ位置づけ可能となっていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のステーションが非等間隔に配置されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記巻取ステーションと端止めステーションとの間は、前記端止めステーションと前記排出ステーションとの間よりも小さくなるように配置されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明において、一方の回転体が巻取ステーションに位置づけられている間に、他方の回転体が端止めステーションから排出ステーションへと回転することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発明において、一方の回転体が巻取ステーションから端止めステーションへと回転するのと同期して、他方の回転体が排出ステーションから巻取ステーションへと回転することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発明において、前記排出ステーションでの巻芯の回転体に対する角度は固定されて前記巻取ステーションへと移動されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、巻取シートが巻取られた巻回物を製造する巻回物製造装置において、
回転中心点を中心として回転可能となり、回転中心点から半径方向に離反して巻取シートが巻回される巻芯を備えた複数の回転体と、
前記回転体の回転軌道上に設けられて、巻芯に巻取シートを巻取り、巻回物を製作するための各作業を行う複数のステーションとを備え、
前記複数のステーションの数が、前記複数の回転体の数よりも多く、
前記複数の回転体は、互いに独立的に回転可能であり、前記複数のステーションの異なるステーションにそれぞれ位置づけ可能となっていることを特徴とする。

本発明によれば、２つの回転体が独立的に回転可能となっているために、回転体の数をステーションの数よりも減少させることができ、結果として巻芯の数を減少させることができて、コストを低減させることができる。ステーションの数は、過剰に低減させる必要がないために、作業を分散化して効率化することができると共に、それぞれのステーションに配置するべき機構を全体として分散して配置することができ、作業空間を効率的に確保することができる。

また、２つの回転体が独立に回転可能となっているために、複数のステーションの位置を自由に設定することができる。よって、作業上、近接した方がよいステーション同士の間隔を他のステーション同士の間隔よりも小さく設定することも可能である。

本発明による巻回物製造装置の概略説明正面図である。 本発明による巻回物製造装置の作用を表す図である。 本発明による巻回物製造装置の作用を表す図である。 本発明による巻回物製造装置の作用を表す図である。 本発明による巻回物製造装置の作用を表す図である。 本発明による巻回物製造装置の作用を表す図である。 本発明による巻回物製造装置の作用を表す図である。 従来の巻回物製造装置の概略説明図である。 従来の別の巻回物製造装置の概略説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。この実施形態では、二次電池のための電池素子としての巻回物を製造する例となっている。

図１に示すように、本発明による巻回物製造装置１０は、２つの回転体としての回転アーム１２，１２’を備える。２つの回転アーム１２、１２’は、それぞれの一端が共通の軸支点（回転中心点）１２ａにおいて、回転自在に軸支されている。回転アーム１２、１２’の軸支点１２ａとは反対の端部には、巻芯１４、１４’が設けられる。回転アーム１２、１２’は、常に一体に回転するのではなく、図示しない回転駆動源からの動力によって互いに独立的に回転可能となっている。

巻芯１４、１４’は、この例では、断面非円形形状となっており、角型電池に適したものとなっているが、これに限るものではなく、断面円形形状として、筒型電池に適したものとすることも可能である。巻芯１４、１４’は、その中央にスリット１４ａが形成されており、その外形が縮小可能となっている。また、巻芯１４、１４’は回転アーム１２、１２’の面に対して出没可能に構成される。

２つの回転アーム１２、１２’の回転軌道上には、少なくとも３つのステーションＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０が備えられる。

第１ステーションＳ１０は、巻取シート１の巻取りを行う巻取ステーションとなっている。巻取シート１としては、負極シート２と、絶縁材からなる負極セパレータシート３と、正極シート４と、絶縁材からなる正極セパレータシート５とが重ね合わされたものとすることができる。これらの各シートは、図示しない供給リールから繰り出されて、各搬送路を通り、巻取ステーションＳ１０へと供給され、巻取ステーションＳ１０において、重ね合わされつつ、巻取ステーションＳ１０に位置づけられた巻芯１４、１４’に巻取られる。

より詳細には、巻始め端と巻終わり端には、負極シート２と正極シート４とは存在せず、負極セパレータシート３と正極セパレータシート５のみが巻取られるようになっており、短絡が防止されている。また、巻始め端は、巻芯１４、１４’のスリット１４ａを挿通しており、これによって巻初め端が巻芯１４、１４’に拘束された状態で、巻芯１４、１４’の外周囲に巻回されるようになっている。

図２Ａ等に示したように、第１ステーションＳ１０には、第１ステーションＳ１０に位置づけられた巻芯１４、１４’を回転するべく、巻芯１４、１４’に接断機構を介して接続されるモータといった回転駆動源を含む巻取機構である回転駆動機構１０２が設けられる。また、第１ステーションＳ１０には、第１ステーションＳ１０に位置づけられた巻芯１４、１４’よりも下流側の巻取シート１を切断するカッター１０６及び巻取シート１を押えるニップローラ１０８を有する切断機構１０４、第１ステーションＳ１０に位置づけられた巻芯１４、１４’よりも上流側の巻取シート１を挟持する挟持機構１１０等が設けられる。

次に、第２ステーションＳ２０は、巻取シート１の巻終わり端に粘着テープを粘着して、粘着テープで巻回物８の外周を止める端止めステーションとなっている。第２ステーションＳ２０は、第１ステーションＳ１０に近接した位置に配置される。

図２Ａ等に示したように、第２ステーションＳ２０には、粘着リール２０３から供給された粘着テープ６が供給されており、粘着テープ６を切断する粘着テープカッター２０６を有し巻取シート１の巻終わり端に粘着テープ６を粘着するための粘着機構２０４と、第２ステーションＳ２０に位置づけられた巻芯１４、１４’の外周面に圧接するように付勢された圧接ローラ２０８と、圧接ローラ２０８を巻芯１４、１４’方向に付勢すると共に巻芯１４、１４’から退避させる付勢退避機構２１０と、が設けられる。

また、第２ステーションＳ２０には、第２ステーションＳ２０に位置づけられた巻芯１４、１４’ を回転するべく、巻芯１４、１４’に接断機構を介して接続されるモータといった回転駆動源を含む回転駆動機構２０２が設けられる。

次に、第３ステーションＳ３０は、巻取シート１が巻取られた巻回物８を排出する排出ステーションとなっている。第３ステーションＳ３０は、第１ステーションＳ１０及び第２ステーションＳ２０から適度に離れた位置にあり、そして、巻回物８を排出するのに適した姿勢をとることができる位置に配置される。

第３ステーションＳ３０には、第３ステーションＳ３０に位置づけられた巻芯１４、１４’を縮小すると共に引き込ませて巻回物８を解放する解放機構３０２と、解放された巻回物８を受け止めて、搬出コンベア４０へと移送する排出機構３０４と、が設けられる。

図１に示すように、一方の回転アーム１２が第１ステーションＳ１０に位置づけられているときに、他方の回転アーム１２’は、第２ステーションＳ２０または第３ステーションＳ３０のいずれかに位置づけられている。

以上のように構成される巻回物製造装置１０において、その作用を主として回転アーム１２に基づいて説明する。図２Ａは、一方の回転アーム１２が第１ステーションＳ１０に位置づけられて、他方の回転アーム１２’が、第２ステーションＳ２０に位置づけられている状態を表している。

そして、第１ステーションＳ１０に位置づけられた回転アーム１２の巻芯１４のスリット１４ａには、巻取シート１の巻始め端１ａが挿通されている。

この状態から回転駆動源１０２によって巻芯１４が所定回数、回転駆動されることで、図２Ｂに示すように、巻取シート１の所定長さが巻芯１４に巻取られる。この間に、他方の回転アーム１２’は、第２ステーションＳ２０から第３ステーションＳ３０へと回転している。

図２Ｃに示すように、所定長さ巻取り後、回転アーム１２は第２ステーションＳ２０まで回転され、同時に、回転アーム１２’は、第３ステーションＳ３０から第１ステーションＳ１０へと回転される。そして、カッター１０６、ニップローラ１０８及び挟持機構１１０がそれぞれ巻取シート１に接近して、ニップローラ１０８及び挟持機構１１０によって巻取シート１の前後が押さえられた状態で、カッター１０６が巻取シート１の切断を行う。同時に、第１ステーションＳ１０において回転アーム１２’の巻芯１４’が突出して、そのスリット１４ａに巻取シート１の巻始め端１ａを挿通させる。

第２ステーションＳ２０に位置づけられた回転アーム１２の巻芯１４には、付勢退避機構２１０によって圧接ローラ２０８が圧接されているために、カッター１０６による切断時における巻取シート１の巻解きを防止している。その状態から回転駆動機構２０２によって巻芯１４が回転されることで、切断端である巻終わり端１ｂまでの残りの巻終わり部分を巻芯１４が巻取ると共に、図２Ｄに示すように、巻終わり端１ｂが、粘着機構２０４へと誘導されて、そこで、待機していた粘着テープ６の一部に接着される。その状態で、さらに巻芯１４を回転させることで、図２Ｅに示すように、巻終わり端１ｂが巻回物８の外周面に接近して、圧接ローラ２０８によって押さえられて、粘着テープ６の残りの部分が巻回物８の外周面に確実に接着されて、端止めが行われる。

このとき、第１ステーションＳ１０と第２ステーションＳ２０とは近接して配置されており、巻芯１４から切断端である巻終わり端１ｂまでの距離が短くできるために、巻取シート１が切断されて、巻終わり部分が張力から解放された状態での巻芯１４の巻取りの際の巻乱れを防ぐことができる。

こうして端止めが終了すると、図２Ｆに示すように、回転アーム１２は、第３ステーションＳ３０へと回転され、第３ステーションＳ３０の解放機構３０２において、巻芯１４が縮小されて且つ引き込まれて巻回物８が巻芯１４から解放された状態で、排出機構３０４に受け止められて、排出機構３０４から排出コンベア４０（図１）へと送られる。

尚、必要に応じて第２ステーションＳ２０において、巻芯１４が回転する際に、検査を行うとよい。検査は、第２ステーションＳ２０の近傍に配置された検査カメラ等によって行うことができる。

回転アーム１２が第２ステーションＳ２０及び第３ステーションＳ３０において作業を行っている間に、第１ステーションＳ１０に位置付けられた回転アーム１２’の巻芯１１４’に対して、巻取シート１の巻取り作業が行われる。

所定長さ巻取り後、回転アーム１２’は第２ステーションＳ２０まで回転され、同時に、回転アーム１２は、第３ステーションＳ３０から第１ステーションＳ１０へと回転され、順次、この作業を繰り返す。

このように本発明においては、回転アーム１２、１２’が独立的に回転することができるようになっているために、精密部品である巻芯１４、１４’の数を、ステーションの数よりも減少させることができて、コストを低減させることができる。ステーションの数は、過剰に低減させる必要がないために、作業を分散化して効率化することができると共に、それぞれのステーションに配置するべき機構を全体として分散して配置することができ、作業空間を確保することができる。

また、複数のステーションＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０を等角度間隔に設定する必要はなく、それらの位置を自由に設定することができる。そのため、前述のように、第１ステーションＳ１０と第２ステーションＳ２０をそれらのステーションに配置するべき機構を考慮しつつ可能な限り近接して配置することができ、これによって、巻取シート１の巻乱れを防ぐことができる。また、第３ステーションＳ３０における巻芯１４、１４’即ち巻回物８の角度は、排出に適した位置に配置すればよく、また、第１ステーションＳ１０における巻芯１４、１４’の角度は、巻取シート１をスリット１４ａに挿通させるのに適した角度になるような位置に配置すればよい。このことにより、第３ステーションＳ３０から第１ステーションＳ１０まで移動する際に、巻芯１４、１４’の回転アーム１２、１２'に対する角度を固定とすることができ、巻芯１４、１４’の角度の調整を不要にすることができる。これによって、排出ステーションＳ３０において、巻芯１４、１４’の角度を調整するためのモータ等の回転駆動源または回転駆動機構を不要にすることができる。

１ 巻取シート
１ｂ 巻終わり端（切断端）
８ 巻回物
１０ 巻回物製造装置
１２、１２’ 回転アーム（回転体）
１２ａ 回転中心点
１４、１４’ 巻芯
１０２ 回転駆動機構（巻取機構）
１０４ 切断機構
Ｓ１０ 巻取ステーション
Ｓ２０ 端止めステーション
Ｓ３０ 排出ステーション

Claims (7)

1. 巻取シートが巻取られた巻回物を製造する巻回物製造装置において、
   回転中心点を中心として回転可能となり、回転中心点から半径方向に離反して巻取シートが巻回される巻芯を備えた少なくとも２つの回転体と、
   前記回転体の回転軌道上に設けられた複数のステーションとを備え、
   前記複数のステーションは、少なくとも、
   前記巻芯を回転させて巻取シートを巻芯に巻取る巻取機構と、巻取シートの切断機構とを備えた巻取ステーションと、
   前記巻芯に巻取られた巻回物の切断端を巻回物の外周に接着する端止めステーションと、
   巻回物を排出する排出ステーションと、
   を含み、
   前記２つの回転体は、互いに独立的に回転可能であり、前記複数のステーションの異なるステーションにそれぞれ位置づけ可能となっていることを特徴とする巻回物製造装置。
2. 前記複数のステーションが非等間隔に配置されることを特徴とする請求項１記載の巻回物製造装置。
3. 前記巻取ステーションと端止めステーションとの間は、前記端止めステーションと前記排出ステーションとの間よりも小さくなるように配置されることを特徴とする請求項２記載の巻回物製造装置。
4. 一方の回転体が巻取ステーションに位置づけられている間に、他方の回転体が端止めステーションから排出ステーションへと回転することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の巻回物製造装置。
5. 一方の回転体が巻取ステーションから端止めステーションへと回転するのと同期して、他方の回転体が排出ステーションから巻取ステーションへと回転することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の巻回物製造装置。
6. 前記排出ステーションでの巻芯の回転体に対する角度は固定されて前記巻取ステーションへと移動されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の巻回物製造装置。
7. 巻取シートが巻取られた巻回物を製造する巻回物製造装置において、
   回転中心点を中心として回転可能となり、回転中心点から半径方向に離反して巻取シートが巻回される巻芯を備えた複数の回転体と、
   前記回転体の回転軌道上に設けられて、巻芯に巻取シートを巻取り、巻回物を製作するための各作業を行う複数のステーションとを備え、
   前記複数のステーションの数が、前記複数の回転体の数よりも多く、
   前記複数の回転体は、互いに独立的に回転可能であり、前記複数のステーションの異なるステーションにそれぞれ位置づけ可能となっていることを特徴とする巻回物製造装置。

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