JP2014162572A - 巻回装置、スリッター装置、および電気化学素子製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの巻回中、巻回体の外径寸法が増大してもワークに適正なテンションをかけながらワークを巻回することのできる巻回装置、スリッター装置、および電気化学素子製造装置を提供すること。
【解決手段】巻回装置１では、巻回部材２１でのワークＷの巻回が進行すると、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法が増大し、テンションが増大しようとするが、ユニット位置調整機構９は、巻回体Ｒの外径寸法を監視し、その監視結果に基づいて巻回部材２１とローラ３１の軸間距離を調整する。ユニット位置調整機構９は、巻回ユニット２を第１方向Ｘ１に付勢する付勢機構５と、巻回ユニット２を第１方向Ｘ１で支持する受け部材６と、巻回体Ｒの外径寸法の増大に伴って巻回ユニット２から受け部材６が受ける圧力の変化を監視するセンサ７と、センサ７での圧力検出値が一定となるように受け部材６を第１方向Ｘ１に変位させるアクチュエータ８１とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、長尺のワークを巻き取る巻回装置、該巻回装置を備えたスリッター装置、および当該巻回装置を備えた電気化学素子製造装置に関するものである。

長尺のワークを扱う装置としては、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、リチウムイオン電池に用いられる巻回型の電気化学素子を製造する電気化学素子製造装置がある。また、長尺のワークを扱う装置としては、広幅のシートを所定幅に切断するスリッター装置もある（特許文献１参照）。かかる装置のいずれにおいても、巻き芯やローラ等の巻回部材を回転させて長尺のワークを巻き取る巻回装置が搭載されている。

特開２００８−２７９５３７号公報

巻回装置では、ワークが細幅である場合や、ワークを大径の巻回体として巻き取る際、ワークにテンションをかけた状態で巻回しないと、ワークを適正に巻回できない。しかしながら、ワークを巻回していくと、巻回体の外径寸法が増大していくため、ワークに一定のテンションをかけるのが困難となる。その結果、テンションが大きすぎてワークが切断するという事態や、テンションが小さすぎて巻回体が弛むという事態が発生するという問題点がある。

上記問題点に鑑みて、本発明の課題は、ワークの巻回中、巻回体の外径寸法が増大してもワークに適正なテンションをかけながらワークを巻回することのできる巻回装置、該巻回装置を備えたスリッター装置、および当該巻回装置を備えた電気化学素子製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る巻回装置は、第１軸線周りに回転して長尺のワークを巻き取る巻回部材を備えた巻回ユニットと、前記巻回部材で巻回中の前記ワークの巻回体の外周面に当接した状態で前記第１軸線と平行な第２軸線周りに回転可能なローラを備えたローラユニットと、前記巻回ユニットおよび前記ローラユニットのうち、一方のユニットを前記巻回部材と前記ローラとの軸間距離が広がる第１方向、および前記軸間距離が狭まる第２方向に変位可能に支持する支持機構と、前記巻回体の外径寸法の増大量を直接あるいは間接的に監視し、当該増大量の監視結果に基づいて前記一方のユニットの前記第１方向における位置を調整するユニット位置調整機構と、を有していることを特徴とする。

本発明においては、巻回部材が長尺のワークを巻回する際、ローラがワークの巻回体の外周面に当接している。このため、ワークは、テンションが加わった状態で巻回される。ここで、ワークの巻回が進行すると、ワークの巻回体の外径寸法が増大し、テンションが増大しようとするが、ユニット位置調整機構は、巻回体の外径寸法を監視し、その監視結果に基づいて、巻回部材とローラの軸間距離を調整する。このため、ワークの巻回体の外径寸法が増大しても、ワークに適正なテンションを加えることができるので、ワークを適正に巻回することができる。

本発明において、前記ユニット位置調整機構は、前記一方のユニットを前記第１方向および前記第２方向のうち、一方の方向に付勢する付勢機構と、前記一方のユニットを前記一方の方向側で支持する受け部材と、前記巻回体の外径寸法の増大に伴って前記一方のユニットから前記受け部材が受ける圧力の変化を監視するセンサと、前記センサでの圧力検出値が一定となるように前記受け部材を前記一方の方向に変位させるアクチュエータと、を有していることが好ましい。かかる構成によれば、ワークの巻回体の外径寸法を受け部材が受ける圧力として容易に監視することができるとともに、受け部材の位置によって、巻回部材とローラの軸間距離を調整することができる。このため、比較的簡素な構成で、ワークの巻回体の外径寸法が増大してもワークに適正なテンションを加えることができるので、ワークを適正に巻回することができる。さらに、巻回体の外周面とローラとの接触圧を直接、センサで監視するので、巻回体の外周面とローラとの接触圧を確実に制御することができる。

本発明において、前記センサは、前記一方のユニットと前記受け部材との間に挟まれたロードセルであることが好ましい。かかる構成によれば、比較的簡素な構成で、ワークの巻回体の外径寸法を受け部材が受ける圧力として容易に監視することができる。

本発明において、前記付勢機構は、前記一方のユニットを前記第１方向に付勢し、前記受け部材は、前記一方のユニットを前記第１方向側で支持している構成を採用することができる。

本発明において、前記一方のユニットは、前記巻回ユニットである構成を採用することができる。

本発明において、前記一方のユニットは、前記ローラユニットであってもよい。かかる構成によれば、巻回ユニットおよびローラユニットのうち、構成が比較的簡素な方のユニットを変位させればよいので、巻回装置の構成を簡素化することができる。

本発明に係る巻回装置は、例えば、スリッター装置に用いることができ、この場合、スリッター装置は、前記ワークより幅広のシート状部材を幅方向の所定位置で切断して前記ワークとする切断ユニットを有する。

本発明に係る巻回装置は、電気化学素子製造装置に用いることもでき、この場合、前記巻回ユニットは、シート状電極を含む２以上の前記ワークを重ねて巻回する。

本発明においては、ワークの巻回が進行すると、ワークの巻回体の外径寸法が増大し、テンションが増大しようとするが、ユニット位置調整機構は、巻回体の外径寸法を監視し、その監視結果に基づいて巻回ユニットとローラユニットの軸間距離を調整する。このため、ワークの巻回体の外径寸法が増大しても、ワークに適正なテンションを加えることができるので、ワークを適正に巻回することができる。

本発明の実施の形態１に係る巻回装置の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る巻回装置において、ワークの巻回体の外径寸法が増大するに伴って、巻回ユニットを変位させる様子を示す説明図である。 本発明を適用した巻回装置を搭載した各種装置を模式的に示す説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、互いに直交する３方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向とし、Ｘ軸方向のうち、巻回部材２１とローラ３１との軸間距離が広がる第１方向をＸ１と、軸間距離が狭まる第２方向をＸ２として説明する。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る巻回装置の斜視図である。図１に示す巻回装置１は、第１軸線Ｌ１周りに回転して長尺のワークＷを巻き取る巻回部材２１を備えた巻回ユニット２と、巻回部材２１で巻回中のワークＷの巻回体Ｒの外周面に当接した状態で第１軸線Ｌ１と平行な第２軸線Ｌ２周りに回転可能なローラ３１を備えたローラユニット３とを有している。本形態において、第１軸線Ｌ１および第２軸線Ｌ２はいずれも、Ｘ軸方向で離間した位置で水平方向（Ｚ軸方向）に延在している。かかる巻回装置１において、ワークＷは、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧によるテンションが加えられた状態で巻回される。

本形態において、巻回ユニット２は、巻き芯やローラ等の巻回部材２１と、巻回部材２１を所定の速度で第１軸線Ｌ１周りに回転させる回転駆動装置２２と、回転駆動装置２２から巻回部材２１に向けて延在する回転軸２４を回転可能に支持するフレーム２３とを有しており、巻回部材２１および回転駆動装置２２はフレーム２３に支持されている。

ワークＷは、アルミニウム電解コンデンサ用の電極箔、電気二重層コンデンサ用の電極箔、リチウムイオン電池用の電極箔等の薄いシート状の部材であり、巻回装置１は、後述するスリッター装置や、アルミニウム電解コンデンサ用の素子、電気二重層コンデンサ用の素子、リチウムイオン電池用の素子等の電気化学素子の製造装置に搭載される。

（ユニット位置調整機構の構成）
本形態の巻回装置１は、巻回ユニット２およびローラユニット３のうち、一方のユニットを巻回部材２１とローラ３１との軸間距離が広がる第１方向Ｘ１、および軸間距離が狭まる第２方向Ｘ２に変位可能に支持する支持機構４を有している。本形態において、支持機構４は、巻回ユニット２およびローラユニット３のうち、巻回ユニット２を巻回部材２１とローラ３１との軸間距離が広がる第１方向Ｘ１、および軸間距離が狭まる第２方向Ｘ２に変位可能に支持している。これに対して、ローラユニット３の位置は固定である。巻回装置１では、水平方向（Ｘ軸方向）に延在する２本のガイド軸４１、４２が上下方向（Ｙ方向）に設けられており、かかるガイド軸４１、４２は各々、スライダを介して巻回ユニット２のフレーム２３をＸ軸方向に移動可能に支持している。

また、本形態の巻回装置１には、ワークＷの巻回に伴う巻回体Ｒの外径寸法の増大量を監視し、かかる増大量の監視結果に基づいて、巻回ユニット２の第１方向Ｘ１における位置を調整するユニット位置調整機構９が設けられている。本形態において、ユニット位置調整機構９は、巻回ユニット２を第１方向Ｘ１に付勢する付勢機構５と、巻回ユニット２をＸ方向で支持する受け部材６と、巻回体Ｒの外径寸法の増大に伴って巻回ユニット２から受け部材６が受ける圧力の変化を監視するセンサ７と、センサ７での圧力検出値が一定となるように受け部材６を第１方向Ｘ１に変位させるアクチュエータ８１とを有している。本形態では、付勢機構５として、装置本体と巻回ユニット２との間に配置された圧縮コイルバネが用いられている。

かかるユニット位置調整機構９においては、受け部材６に対して、Ｘ方向で離間する一対の固定ベース８８、８９と、固定ベース８８、８９によって両端が支持されたガイド軸８７とが設けられ、受け部材６は、スライダ８６を介してガイド軸８７に支持されている。また、アクチュエータ８１から送りねじ８２が延在しており、かかる送りねじ８２に対して、受け部材６側に設けられたナット部材が係合している。このため、アクチュエータ８１によって送りねじ８２が回転すると、受け部材６は、ガイド軸８７に沿ってＸ軸方向に駆動される。

ここで、センサ７は、巻回ユニット２と受け部材６との間に挟まれたロードセルであり、ロードセルは、荷重を電気的に変換して出力するセンサである。かかるセンサ７は、受け部材６のＸ軸方向の位置が固定されているときに、巻回ユニット２が第１方向Ｘ１に変位すると、それに伴う荷重の増大を検出する。より具体的には、巻回ユニット２は、受け部材６に向けて付勢機構５によって付勢されており、センサ７は、付勢機構５によって第１方向Ｘ１に向けて付勢された巻回ユニット２からの荷重を検出している。この状態から、巻回体Ｒの外径寸法が増大すると、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧が上昇し、巻回ユニット２が第１方向Ｘ１に変位する。その結果、センサ７が受ける荷重が、巻回ユニット２の変位に相当する分、増大する。従って、センサ７は、巻回ユニット２を介して、巻回体Ｒの外径寸法の増大を間接的に検出することができる。

（動作）
図２は、本発明の実施の形態１に係る巻回装置１において、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法が増大するに伴って、巻回ユニット２を変位させる様子を示す説明図である。

本形態の巻回装置１においては、図２（ａ）に示すように、巻回部材２１がワークＷを巻回し始めた初期では巻回体Ｒの外径寸法が小である。この状態で、巻回部材２１がワークＷを巻回し続けると、図２（ｂ）に示すように、巻回体Ｒの外径寸法がやや大となる。その結果、矢印Ｐ１で示すように、巻回ユニット２が第１方向Ｘ１に変位し、その分、付勢機構５が受ける荷重（センサ７が受ける荷重）が増大する。かかる検出結果は、制御部にフィードバックされる。そして、制御部からの指令に基づいてアクチュエータ８１が作動し、センサ７によって検出された荷重が、巻回体Ｒの外径寸法が増大する前の値になるように、受け部材６が第１方向Ｘ１に変位する。その結果、巻回ユニット２が第１方向Ｘ１に変位するので、センサ７によって検出された荷重が、巻回体Ｒの外径寸法が増大する前の値に戻る。すなわち、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧が元のレベルに戻る。それ故、ワークＷに加わるテンションが元のレベルに戻る。

さらに、巻回部材２１がワークＷを巻回し続けると、図２（ｃ）に示すように、巻回体Ｒの外径寸法が大となる。その結果、矢印Ｐ１で示すように、巻回ユニット２が第１方向Ｘ１に変位し、その分、付勢機構５が受ける荷重（センサ７が受ける荷重）が増大する。かかる検出結果は、制御部にフィードバックされる。そして、制御部からの指令に基づいてアクチュエータ８１が作動し、センサ７によって検出された荷重が、巻回体Ｒの外径寸法が増大する前の値になるように、受け部材６が第１方向Ｘ１に変位する。その結果、巻回ユニット２が第１方向Ｘ１に変位するので、センサ７によって検出された荷重が、巻回体Ｒの外径寸法が増大する前の値に戻る。すなわち、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧が元のレベルに戻る。それ故、ワークＷに加わるテンションが元のレベルに戻る。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態においては、巻回部材２１が長尺のワークＷを巻回する際、ローラ３１がワークＷの巻回体Ｒの外周面に当接している。このため、ワークＷは、テンションが加わった状態で巻回される。ここで、ワークＷの巻回が進行すると、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法が増大し、テンションが増大しようとするが、ユニット位置調整機構９は、巻回体Ｒの外径寸法を間接的に監視し、その監視結果に基づいて巻回部材２１とローラ３１の軸間距離を調整する。このため、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法が増大しても、ワークＷに適正なテンションを加えることができるので、ワークＷを適正に巻回することができる。

また、本形態において、ユニット位置調整機構９は、巻回ユニット２を第１方向Ｘ１に付勢する付勢機構５と、巻回ユニット２を第１方向Ｘ１で支持する受け部材６と、巻回体Ｒの外径寸法の増大に伴って巻回ユニット２から受け部材６が受ける圧力の変化を監視するセンサ７と、センサ７での圧力検出値が一定となるように受け部材６を第１方向Ｘ１に変位させるアクチュエータ８１とを有している。このため、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法（巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧）を受け部材６が受ける圧力として容易に監視することができる。また、受け部材６の位置によって、巻回部材２１とローラ３１の軸間距離を調整することができる。このため、比較的簡素な構成で、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法が増大してもワークＷに適正なテンションを加えることができるので、ワークＷを適正に巻回することができる。さらに、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧を直接、センサ７で監視するので、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧を確実に制御することができる。

また、本形態において、センサ７は、巻回ユニット２と受け部材６との間に挟まれたロードセルであるため、比較的簡素な構成で、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法を受け部材６が受ける圧力として容易に監視することができる。

［実施の形態２］
上記実施の形態１では、巻回ユニット２をＸ軸方向に変位可能にし、センサ７が巻回ユニット２から受け部材６が受ける荷重を監視する構成であったが、ローラユニット３をＸ軸方向に変位可能にし、センサ７がローラユニット３から受け部材６が受ける荷重を監視するように構成してもよい。かかる構成は、図１に示す構成において、巻回ユニット２とローラユニット３の位置を入れ換えて、ローラユニット３と受け部材６との間にロードセルからなるセンサ７を配置した構成とすればよい。かかる形態の場合、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法が増大したとき、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧が増大して、ローラユニット３が第１方向Ｘ１に変位するので、その分、受け部材６およびローラユニット３を第１方向Ｘ１に変位させる。その結果、センサ７によって検出された荷重が、巻回体Ｒの外径寸法が増大する前の値に戻る。すなわち、巻回体Ｒの外周面とローラ３１との接触圧が元のレベルに戻る。それ故、ワークＷに加わるテンションが元のレベルに戻ることになる。かかる形態によれば、巻回ユニット２およびローラユニット３のうち、構成が比較的簡素な方のユニット（ローラユニット３）を変位させればよいので、巻回装置の構成を簡素化することができる。

［実施の形態３］
上記実施の形態１では、付勢機構５が巻回部材２１とローラ３１との軸間距離が広がる方向に巻回ユニット２を付勢したが、付勢機構５が巻回部材２１とローラ３１との軸間距離が狭まる方向（第２方向Ｘ２）に巻回ユニット２を付勢してもよい。この場合、受け部材６およびセンサ７は、巻回ユニット２に対して第２方向Ｘ２の側に配置される。また、センサ７では、ワークＷの巻回体Ｒの外径寸法が増大したとき、巻回ユニット２から受ける荷重が減少するので、アクチュエータ８１は、センサ７が巻回ユニット２から受ける荷重が増大する方向、すなわち、第２方向Ｘ２に受け部材６および巻回ユニット２を変位させることになる。かかる構成は、実施の形態２に適用してもよい。

［巻回装置１の利用例］
図３は、本発明を適用した巻回装置１を搭載した各種装置を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々、スリッター装置および電気化学素子製造装置の説明図である。

図３（ａ）に示すスリッター装置１００は、ワークＷより幅広のシート状部材Ｗ０を幅方向の所定位置で切断して細幅のワークＷとする装置であり、ワークＷを切断する切断ユニット１１０を有している。ここで、切断ユニット１１０は、シート状部材Ｗ０を切断する回転刃を備えたユニットや、シート状部材Ｗ０をレーザ光により切断するレーザユニットからなる。かかるスリッター装置１００では、例えば、ロール１１１から繰り出された幅広のシート状部材Ｗ０をローラ１１３、１１２の間において切断ユニット１１０により切断してワークＷを得た後、ワークＷをローラ１１４を経由して巻回装置１に供給する。一方、シート状部材Ｗ０のうち、ワークＷが切り出された残りの部分Ｗ１は、ローラ１１２を経由してロール１１５として回収される。

ここで、ワークＷがシート状部材Ｗ０から複数、得られる場合、巻回装置１を複数、設けることになる。なお、ワークＷは、巻回部材２１にコイル状に巻回される形態、および螺旋状に巻回される形態のいずれであってもよい。

このようなスリッター装置１００では、巻回装置１においてワークＷを巻回体Ｒが大径となるまで巻回されるが、巻回装置１は、ワークＷに適切なテンションをかけながら巻回するので、巻回体Ｒが大径になっても、適正に巻回することができる。

なお、スリッター装置１００で得られるワークＷは、例えば、アルミニウム電解コンデンサ用の電極箔、電気二重層コンデンサ用の電極箔、リチウムイオン電池用の電極箔である。また、スリッター装置１００で得られるワークＷは、アルミニウム電解コンデンサ用の素子、電気二重層コンデンサ用の素子、リチウムイオン電池用の素子で用いられるセパレータや、テープ等であってもよい。

図３（ｂ）に示す電気化学素子製造装置２００は、複数枚のワークＷを巻回装置１で１つの巻回体とするものであり、かかる巻回体は、アルミニウム電解コンデンサ用の素子、電気二重層コンデンサ用の素子、リチウムイオン電池用の素子等の電気化学素子である。かかる電気化学素子製造装置２００では、例えば、ロール２１１から繰り出した第１電極箔、ロール２１２から繰り出したセパレータ、ロール２１３から繰り出した第２電極箔、ロール２１４から繰り出したセパレータをワークＷとして、ローラ２１０を介して重ねた状態で巻回装置１に送り、電気化学素子を得ることになる。

このような電気化学素子製造装置２００では、巻回装置１においてワークＷを巻回体Ｒが大径となるまで巻回する場合でも、巻回装置１がワークＷに適切なテンションをかけながら巻回するので、巻回体Ｒが大径になっても、適正に巻回することができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、ワークＷとして、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ、リチウムイオン電池等に用いられる部材を中心に説明したが、印刷等、他の分野で使用される巻回装置１に本発明を適用してもよい。

上記実施の形態では、巻回体Ｒの外径寸法の増大量を間接的に監視するセンサ７として、巻回ユニット２と受け部材６との間に配置されたロードセル（実施の形態１）、およびローラユニット３と受け部材６との間に配置されたロードセル（実施の形態２）を例示したが、他の位置に配置されたロードセルや、レーザ変位計等をセンサ７として用いてもよい。

また、レーザ等を利用して、巻回体Ｒの外径寸法の増大量を直接に監視するセンサを用いてもよい。

１ 巻回装置
２ 巻回ユニット
３ ローラユニット
４ 支持機構
５ 付勢機構
６ 受け部材
７ センサ
９ ユニット位置調整機構
２１ 巻回部材
３１ ローラ
８１ アクチュエータ
１００ スリッター装置
２００ 電気化学素子製造装置
Ｌ１ 第１軸線
Ｌ２ 第２軸線
Ｒ 巻回体
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 第１軸線周りに回転して長尺のワークを巻き取る巻回部材を備えた巻回ユニットと、
   前記巻回部材で巻回中の前記ワークの巻回体の外周面に当接した状態で前記第１軸線と平行な第２軸線周りに回転可能なローラを備えたローラユニットと、
   前記巻回ユニットおよび前記ローラユニットのうち、一方のユニットを前記巻回部材と前記ローラとの軸間距離が広がる第１方向、および前記軸間距離が狭まる第２方向に変位可能に支持する支持機構と、
   前記巻回体の外径寸法の増大量を直接あるいは間接的に監視し、当該増大量の監視結果に基づいて前記一方のユニットの前記第１方向における位置を調整するユニット位置調整機構と、
   を有していることを特徴とする巻回装置。
2. 前記ユニット位置調整機構は、
   前記一方のユニットを前記第１方向および前記第２方向のうち、一方の方向に付勢する付勢機構と、
   前記一方のユニットを前記一方の方向側で支持する受け部材と、
   前記巻回体の外径寸法の増大に伴って前記一方のユニットから前記受け部材が受ける圧力の変化を監視するセンサと、
   前記センサでの圧力検出値が一定となるように前記受け部材を前記一方の方向に変位させるアクチュエータと、
   を有していることを特徴とする請求項１に記載の巻回装置。
3. 前記センサは、前記一方のユニットと前記受け部材との間に挟まれたロードセルであることを特徴とする請求項２に記載の巻回装置。
4. 前記付勢機構は、前記一方のユニットを前記第１方向に付勢し、
   前記受け部材は、前記一方のユニットを前記第１方向側で支持していることを特徴とする請求項２または３に記載の巻回装置。
5. 前記一方のユニットは、前記巻回ユニットであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の巻回装置。
6. 前記一方のユニットは、前記ローラユニットであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の巻回装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の巻回装置を備えたスリッター装置であって、
   前記ワークより幅広のシート状部材を幅方向の所定位置で切断して前記ワークとする切断ユニットを備えていることを特徴とするスリッター装置。
8. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の巻回装置を備えた電気化学素子製造装置であって、
   前記巻回ユニットは、シート状電極を含む２以上の前記ワークを重ねて巻回することを特徴とする電気化学素子製造装置。

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