JP3234599U - ダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モーターが従動ディスクに対して軸方向に自由に運動でき、かつ往復動力源により直接にモーター及びニードルアセンブリの軸方向の同期往復運動を駆動することで、ニードルアセンブリ自体の運動の安定性及び回転精度を向上させるダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置を提供する。
【解決手段】巻回装置は、ニードルアセンブリ４、第１従動ディスク及び第２従動ディスク３等の部分からなり、ニードルアセンブリはモーター５により駆動され回転運動し、かつモーターに対して軸方向に変位しない。第２従動ディスクにはニードルアセンブリを通過させるための通過孔が設けられ、かつ、往復動力源６の作用により、モーター及びニードルアセンブリが巻回装置本体１に対し軸方向の同期往復運動をする。
【選択図】図２

Description

本考案は、リチウム電池自動巻回設備の技術分野に関し、特に、ダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置に関する。

リチウム電池の製造過程では、ニードルの回転運動により材料シートを巻回してセルを形成する。巻回の効率を向上させるべく、ダブルニードル又はトリプルニードル巻回構造方式が現れている。例えば、トリプルニードル巻回装置では、３対のニードルが設けられ、正極、負極シートとセパレータフィルムがロボットアームによりニードルに送られ、第１ステーションでは巻回を行い、第２ステーションでは端止めテープを貼り、第３ステーションでは自動的にニードルを抜いて脱着する。３本のニードルはそれぞれ３つのステーションを循環し、それぞれが巻回を行い、端止めテープを貼り、ニードルを抜いて脱着し、周期的な作業により機能を実現する。

登録公告番号ＣＮ２０８０１４８３７Ｕの中国実用新案では、引離し機能を有するダイレクトドライブ巻回装置が開示され（図１参照）、ニードル、駆動軸及び当該駆動軸に動力を提供するダイレクトドライブモーターが含まれる。ダイレクトドライブモーターは従動ディスクに固定接続され、かつセンター穴構造を有し、かつ上記駆動軸が当該センター穴に挿設される。駆動軸はスプラインシャフトと構成され、これに対応して、上記スプラインシャフトと嵌合し、かつダイレクトドライブモーターにより駆動される嵌合軸スリーブが設けられる。ダイレクトドライブモーターに対するニードルの軸方向運動域を持たせ、セルの引離しを容易にするため、上記スプラインシャフト上のキーと、嵌合軸スリーブ上に設けられるキー溝との配設はクリアランス配設方式と設定され、これにより、両者の相対的な摺動を容易にする。そのため、実際の作業過程では、キーがキー溝に対して摺動する際に「力溜め」現象の発生が不可避であり、これにより芯抜きの正確さが影響を受ける。また、キーとキー溝との間の配設クリアランスはダイレクトドライブモーターの伝動精度及び安定性に影響を及ぼす。したがって、技術者による上記問題の解決が希求される。

本考案が解決しようとする課題は、構造設計が簡単であり、全体的な体積が小さく、伝動精度及び安定性の高い、ダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本考案はダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置に関し、
自らの回転運動により電池材料シートを巻回してセルを形成するニードルアセンブリと、
巻回装置本体と、
巻回装置本体の両端部に設置され、上記巻回装置本体に対し回転運動し、かつ運動が同期される第１従動ディスク及び第２従動ディスクと
を含み、
ニードルアセンブリは、モーターにより駆動され回転運動し、かつモーターに対し軸方向に変位せず、
第２従動ディスクにニードルアセンブリを通過させるための通過孔が設けられ、かつ、往復動力源の作用により、上記モーター及びニードルアセンブリが巻回装置本体に対し軸方向の同期往復運動をし、これによりセルの脱着を完了する。

また、ニードルアセンブリは、ニードル、当該ニードルを固定するニードル受け、及び上記ニードル受けに回転力を提供する動力伝達シャフトを含む。動力伝達シャフトはモーターの回転子により駆動される。

また、上記ニードルアセンブリはロックスリーブをさらに含む。動力伝達シャフトには、肩部と、後尾に位置して当該ロックスリーブに適合するためのねじ山とが設けられる。動力伝達シャフトと回転子がロックされ同期回転するまで、ロックスリーブは肩部に対して相対運動する。

また、上記ニードルアセンブリは、動力伝達シャフトに外嵌されかつ離間して設置される第１ベアリングセット及び第２ベアリングセットと、上記第１ベアリングセット及び第２ベアリングセットを支持する第１ブラケット及び第２ブラケットをさらに含む。第１ブラケット及び第２ブラケットはそれぞれモーター本体の両端部に固定される。

また、ニードル受けには、周方向スペーサーピンを挿入するための貫通孔が設けられる。ニードル受けには、ロックボルトに押さえつけるための首部が設けられ、これらに対応して、動力伝達シャフトに周方向スペーサーピンに適合するためのＵ字型開口部、及びロックボルトに適合するねじ穴が設けられる。

また、首部の底面がテーパー状であり、かつニードルの巻回動作部からニードル受けに向かって断面面積が先太りする。

また、上記ダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置はモーターに固定されるクランプ部を含み、これに対応して、往復動力源が、クランプ部に適合し軸方向に沿って往復運動するクランプ装置を含む。

また、クランプ装置は、クランプ固定部、クランプ可動部、及び当該クランプ可動部の回転を駆動するシリンダーをさらに含み、これにより、モーター及びニードルアセンブリの全体的な軸方向運動を発動する。

また、巻回装置はガイドコラムをさらに含む。ガイドコラムの両端部がそれぞれ第１従動ディスク及び第２従動ディスクに固定される。モーター本体の両側にはガイドコラムに適合するガイドスリーブが設けられる。

従来の設計方式と比べて、上記実施形態を採用して設置することで、ニードルアセンブリとモーターが直接に接続され、ニードルをモーターに対して軸方向の往復運動をさせるためのキー、キー溝クリアランス配設方式が排除され、また、モーターが従動ディスクに対して軸方向に自由に運動でき、かつ往復動力源により直接にモーター及びニードルアセンブリの軸方向の同期往復運動を駆動する。これにより、巻回装置の構造設計方式が大きく簡略化され、製造コストが削減される。また、ニードルアセンブリ自体の運動の安定性及び回転精度が向上され、さらに巻回品質及び芯抜きの精度が向上される。

本考案の実施形態又は従来技術における実施形態をより明確にするため、以下、実施形態又は従来技術の説明に使用する必要のある図面につき簡単に説明する。当然であるが、以下の説明における図面は、本考案のいくつかの実施形態に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を払うことなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
従来技術におけるダイレクトドライブ巻回装置の構造概略図である。 本考案におけるダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置の構造概略図である。 本考案のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置における巻回装置本体と第１従動ディスク及び第２従動ディスクの組立概略図である。 本考案のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置におけるニードルアセンブリ及びモーターの組立概略図である。 本考案のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置におけるニードルアセンブリの組立概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおけるニードル受けの構造概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおける動力伝達シャフトの構造概略図である。 本考案のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置における動力伝達シャフト及びモーターの組立概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおけるモーターの軸方向運動のガイドの概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおける往復動力源の構造概略図である。 本考案のニードルアセンブリにおいて、往復動力源がモーター及びニードルアセンブリの全体的な運動を駆動する概略図である。

本考案の説明において、用語「左」、「右」などが示す向き又は位置関係は、図面に示される向き又は位置関係に基づき、単に本考案の説明を容易にし、説明を簡略化するためであり、言及された装置又は部品が特定の向きを有したり、特定の向きで構成又は操作したりしなければならないことを明示的又は黙示的に規定するものではないことを理解されたい。したがって、本考案を限定するものとして解釈することはできない。

以下、図面を参照して本考案詳細に説明する。図２には本考案におけるダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置の構造概略図が示され、巻回装置本体１、第１従動ディスク２、第２従動ディスク３、ニードルアセンブリ４、モーター５、往復動力源６などからなる。巻回装置本体１は、左底板、右底板、及び両者の間に設置され、支持作用を有する支持柱を含む（図３参照）。第１従動ディスク２及び第２従動ディスク３は同期回転し、かつベアリングを介して自由に回転可能に上記左底板、右底板に装着することができる。モーター５の駆動により、ニードルアセンブリ１は自らの回転運動により、電池材料シートを巻回してセルを形成する。第２従動ディスク３には、ニードルアセンブリ４を通過させるための通過孔３１が設けられ、かつ、往復動力源６の作用により、上記モーター５及びニードルアセンブリ４が巻回装置本体１に対し軸方向の同期往復運動をし、これによりセルの脱着を完了する。このように、実際の巻回工程では、ニードルアセンブリ４は終始第１従動ディスク２を越えることなく（すなわち、第１従動ディスク２に通過孔を設ける必要はなく）、巻回装置の構造設計方式が大きく簡略化され、製造コストが削減される。また、従来の設計方式と比べて、上記実施形態を採用して設置することで、ニードルアセンブリ１とモーター５が直接に接続され、ニードルをモーター５に対して軸方向の往復運動をさせるためのキー、キー溝クリアランス配設方式が排除され、また、モーター５が第２従動ディスク３に対して軸方向に自由に運動でき、かつ往復動力源６により直接にモーター５及びニードルアセンブリ４の全体を軸方向の同期往復運動を駆動し、ニードルアセンブリ４自体の運動の安定性及び回転精度が向上され、さらに巻回品質及び芯抜きの精度が向上される。

上記往復動力源６は、モーターにより駆動されるスクリュー駆動機構であることが好ましく、もちろんリニアモーターや空気圧シリンダーを用いてもよい。

上記モーターは、モーター本体５１、モーター回転子５２、及びモーター固定子５３などからなるダイレクトドライブモーターであることが好ましい。もちろん、サーボモーターなどの他種のモーターを選択することもできる。

上記ダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置のさらなる最適化として、ニードルアセンブリ４はニードル４１、ニードル受け４２、及び動力伝達シャフト４３などからなる（図４参照）。動力伝達シャフト４３はモーター回転子５２により駆動され、さらにニードル受け４２の回転運動を駆動する。動力伝達シャフト４３とニードル受け４２は以下の方式を参照して装着することができる：動力伝達シャフト４３に、周方向スペーサーピンに適合するためのＵ字型開口部４３３を設け、これに対応して、ニードル受け４２に貫通孔４２１を設け、スペーサーピンを挿入することにより動力伝達シャフト４３及びニードル受け４２の周方向位置止めを実現する；上記Ｕ字型開口部４３３から一定距離を置いて、動力伝達シャフト４３上にねじ穴を設け、これに対応して、ニードル受け４２に首部４２２を設け、上記ねじ穴にボルトを締め、かつ当該ボルトの端部を首部４２２に押さえつけることで、ニードル受け４２の動力伝達シャフト４３に対する軸方向の位置止めを実現する（図４、図５参照）。

とりわけ、実際の装着過程では、プロセス精度の要求に応じて、スペーサーピンとＵ字型開口部４３３との間の片側クリアランスを選択し、周方向可動量が許容値を超えないようにする必要がある。首部４２２の底面がテーパー状であり、かつニードル４１の巻回動作部からニードル受け４２に向かってその断面面積が先太りする。これにより、首部４２２がボルトに対して自動ロック機能を持ち、これによりニードル受け４２の動力伝達シャフト４３に対する確かな軸方向位置決めを確保する。実際の実施結果によると、上記首部４２の底面傾斜度が１：１０以上である。

さらに、動力伝達シャフト４３とモーター回転子５２との運動同期性を実現するため、以下の方式に従い配置することができる：図６、７に示されるように、動力伝達シャフト４３には、モーター回転子５２の左端面に押し付けるための肩部４３１が設けられる；動力伝達シャフト４３の尾部にはねじ山４３２が設けられ、ロックスリープ７は当該ねじ山４３２に嵌設され、ロックスリーブ７を締めることにより動力伝達シャフト４３の確かな固定を実現する（図８参照）。さらにまた、動力伝達シャフト４３の回転のバランスを向上させ、芯ずれ現状を防止するため、動力伝達シャフト４３の左端部及び右端部いずれの位置にもベアリングセットが設けられており、区別の便宜上、それぞれ第１ベアリングセット８と第２ベアリングセット９と称する。第１ベアリングセット８は、モーター本体５１左側に設置される第１ブラケット１０により支持され、第２ベアリングセット９は、モーター本体５１右側に設置される第２ブラケット１１により支持される。

さらに、芯抜き操作を容易にするために、モーター５には、モーター５及びニードルアセンブリ４の全体的な軸方向運動をもたらすクランプ部１２が固定され、これに対応して、往復動力源６には上記クランプ部１２に適合するクランプ装置６１が設けられる。クランプ装置６１は固定部６１１、クランプ可動部６１２を含み、クランプ可動部６１２はシリンダー６１３により駆動される（図１０、１１参照）。

最後に、第１従動ディスク２と第２従動ディスク３との回転同期性を実現し、かつニードルアセンブリ４及びモーター５に安定で確かな軸方向運動性を持たせるため、以下の方式を実施することができる：第１従動ディスク２と第２従動ディスク３との間にガイドコラム１３を固定して設置し、これに対応して、モーター本体５１の両側に上記ガイドコラム１３に適合するガイドスリーブ１４を設ける（図９参照）。さらにまた、ガイドコラム１３及びガイドスリーブ１４同士の摩耗量を減らし、両者の使用寿命を延ばすため、ガイドスリーブ１４の側壁に、複数のグラファイトストリップを周方向に均等に取り付けることができ（未図示）、またグラファイトストリップを側壁からわずかに突出させ、０．２ｍｍ以内とすることが望ましい。また、上記ガイドスリーブ１４は実情に応じてリニアベアリングに置き換えることもできる。

開示された実施形態の上記説明により、当業者が本考案を実施又は使用することが可能になる。これらの実施形態に対する様々な変更は当業者には明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本考案の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態で実現することができる。したがって、本考案は、本明細書に示される実施形態に限定されず、本明細書に開示される原理及び新規の特徴と合致する最も広い範囲に符合すべきである。

１ 巻回装置本体
２ 第１従動ディスク
３ 第２従動ディスク
３１ 通過孔
４ ニードルアセンブリ
４１ ニードル
４２ ニードル受け
４２１ 貫通孔
４２２ 首部
４３ 動力伝達シャフト
４３１ 肩部
４３２ ねじ山
４３３ Ｕ字型開口部
４３４ ねじ穴
５ モーター
５１ モーター本体
５２ モーター回転子
５３ モーター固定子
６ 往復動力源
６１ クランプ装置
６１１ クランプ固定部
６１２ クランプ可動部
６１３ シリンダー
７ ロックスリーブ
８ 第１ベアリングセット
９ 第２ベアリングセット
１０ 第１ブラケット
１１ 第２ブラケット
１２ クランプ部
１３ ガイドコラム
１４ ガイドスリーブ

Claims (9)

1. ダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置であって、
   自らの回転運動により電池材料シートを巻回してセルを形成するニードルアセンブリと、
   巻回装置本体と、
   前記巻回装置本体の両端部に設置され、前記巻回装置本体に対し回転運動し、かつ運動が同期される第１従動ディスク及び第２従動ディスクと
   を含み、
   前記ニードルアセンブリは、モーターにより駆動され回転運動し、かつ前記モーターに対し軸方向に変位せず、
   前記第２従動ディスクに前記ニードルアセンブリを通過させるための通過孔が設けられ、かつ、往復動力源の作用により、前記モーター及び前記ニードルアセンブリが前記巻回装置本体に対し軸方向の同期往復運動をし、これにより前記セルの脱着を完了する
   ことを特徴とする、ダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
2. 前記ニードルアセンブリは、ニードル、前記ニードルを固定するニードル受け、及び前記ニードル受けに回転力を提供する動力伝達シャフトを含み、前記動力伝達シャフトが前記モーターの回転子により駆動される
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
3. ロックスリーブをさらに含み、
   前記動力伝達シャフトに、肩部と、後尾に位置して前記ロックスリーブに適合するためのねじ山とが設けられ、
   前記動力伝達シャフトと前記回転子がロックされ同期回転するまで、前記ロックスリーブが前記肩部に対して相対運動する
   ことを特徴とする請求項２に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
4. 前記動力伝達シャフトに外嵌され、かつ離間して設置される第１ベアリングセット及び第２ベアリングセットと、前記第１ベアリングセット及び前記第２ベアリングセットを支持する第１ブラケット及び第２ブラケットをさらに含み、
   前記第１ブラケット及び第２ブラケットがそれぞれ前記モーター本体の両端部に固定される
   ことを特徴とする請求項３に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
5. 前記ニードル受けに、周方向スペーサーピンを挿入するための貫通孔が設けられ、
   前記ニードル受けに、ロックボルトに押さえつけるための首部が設けられ、
   これらに対応して、前記動力伝達シャフトに前記周方向スペーサーピンに適合するためのＵ字型開口部、及び前記ロックボルトに適合するねじ穴が設けられる
   ことを特徴とする請求項２に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
6. 前記首部の底面がテーパー状であり、かつ前記ニードルの巻回動作部から前記ニードル受けに向かって断面面積が先太りする
   ことを特徴とする請求項５に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
7. 前記モーターに固定されるクランプ部をさらに含み、
   これに対応して、前記往復動力源が、前記クランプ部に適合し軸方向に沿って往復運動するクランプ装置を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
8. 前記クランプ装置は、クランプ固定部、クランプ可動部、及び前記クランプ可動部の回転を駆動するシリンダーを含み、これにより、前記モーター及びニードルアセンブリの全体的な軸方向運動を発動する
   ことを特徴とする請求項７に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。
9. 前記巻回装置はガイドコラムをさらに含み、前記ガイドコラムの両端部がそれぞれ前記第１従動ディスク及び前記第２従動ディスクに固定され、
   前記モーター本体の両側に前記ガイドコラムに適合するガイドスリーブが設けられる
   ことを特徴とする請求項８に記載のダイレクトドライブニードルアセンブリを有する巻回装置。

Images