JP4482965B2

JP4482965B2 - Winding device and winding method

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Publication number: JP4482965B2
Application number: JP23025599A
Authority: JP
Inventors: 旭笹木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: JP2001057242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板状の巻芯により帯状材料または線条材料の巻き取りを行う巻取装置および巻取方法に関し、特にバッテリーの構成部材である帯状の正極部材、負極部材およびセパレータを巻き取る巻取装置および巻取方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、リチウム電池に代表されるポリマーバッテリーには、巻回方式により素子形成がなされたもの、すなわち帯状に形成された正極部材、負極部材およびセパレータを巻芯に巻き付けたものがある。そのため、このようなバッテリー素子を有するポリマーバッテリーの生産工程では、通常、正極部材、負極部材およびセパレータを巻芯に巻き付ける、電極材料の巻取装置が用いられる。
【０００３】
従来の巻取装置は、図７に示すように、巻芯３１の略中央近傍を回転中心にしてその巻芯３１を所定方向に回転させることで、正極部材および負極部材並びにそれぞれの間に介在するセパレータといった電極材料３２を、これらが四重に積層された状態で巻芯３１の外周に沿って巻き取るように構成されている。また、このときに電極材料３２を巻芯３１に圧着させて巻き取るべく、従来の巻取装置には、巻芯３１の回転中心の垂線上の位置にて移動自在に配設されたタッチローラ３３が、電極材料３２を巻芯３１の外周面に押し付けるように設けられたものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の巻取装置は、常に巻芯３１の略中央近傍を回転中心にして電極材料３２の巻き取りを行っている。したがって、巻き取り形状（バッテリー形状）が丸形かそれに近い場合には、巻芯３１の形状も丸型かそれに近い形状となるので、良好に電極材料３２の巻き取りを行える。
しかしながら、例えば角形バッテリーを形成する場合など、巻き取り形状の幅に対してその厚さが薄くなると、巻芯３１の形状も薄板状にしなければならないので、その巻芯３１の回転によって電極材料３２の巻き取り位置が上下に大きく振れてしまい、巻き取られる電極材料３２のバタツキも大きくなってしまう。
【０００５】
そのため、従来の巻取装置では、薄板状の巻芯３１を回転させて電極材料３２の巻き取りを行おうとすると、その巻芯３１の回転に伴うバタツキによって電極材料３２の巻ずれが発生してしまうおそれがある。
また、巻芯３１の幅と厚さとの比率が大きくなるほど、電極材料３２のバタツキも大きくなるため、巻き取りの高速化の妨げとなってしまう。
【０００６】
さらには、タッチローラ３３を配することで電極材料３２を巻芯３１に圧着させて巻き取る場合にも、巻芯３１の回転に伴ってタッチローラ３３の位置が上下に大きく変動してしまうため、巻芯３１への圧着力を均等に保つことが容易でない。すなわち、圧着力を均等に保持しようとすると、タッチローラ３３の押圧力をその位置変動に応じて可変させる機構および制御が必要となり、またその制御量も巻芯の形状（特に幅方向の寸法）が変わる毎に変更しなければならないため、結果として安定した電極材料３２の巻き取りを実現することが困難になってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、巻芯が薄板状に形成されている場合であっても、その巻芯に巻き付ける帯状材料または線条材料に巻ずれが発生することなく、しかもその巻芯による巻き取りを安定して、かつ、迅速に行うことを可能にする巻取装置および巻取方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために案出された巻取装置で、薄板状の巻芯を具備し、当該巻芯を回転させて帯状の正極部材および負極部材並びにこれらの間に介在するセパレータの巻き取りを行うものであって、前記巻芯の薄板両端部のそれぞれを回転中心にして当該巻芯を回転させる巻芯回転手段と、前記正極部材および前記負極部材並びに前記セパレータの支持手段と、前記巻芯の回転中心を前記薄板両端部のうちのいずれか一方に移動させる中心移動手段と、前記巻芯回転手段がいずれか一方の薄板端部を回転中心にして前記巻芯を半回転させる度に、前記中心移動手段に当該巻芯の回転中心を他方の薄板端部へ移動させる回転制御手段と、前記正極部材および前記負極部材並びに前記セパレータの巻き取り位置にて、前記正極部材および前記負極部材並びに前記セパレータを前記巻芯の側に押圧するタッチローラとを備えている。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された巻取方法で、薄板状の巻芯を回転させて帯状の正極部材および負極部材並びにこれらの間に介在するセパレータの巻き取りを行う方法であって、前記正極部材および前記負極部材並びに前記セパレータを支持し、前記巻芯の一方の薄板端部を回転中心にして当該巻芯を半回転させるステップと、前記巻芯の回転中心を他方の薄板端部に移動させるステップと、前記他方の薄板端部を回転中心にして前記巻芯を半回転させるステップと、前記巻芯の回転中心を再び前記一方の薄板端部に移動させるステップとを順に繰り返して行うことで、前記巻芯による前記正極部材および前記負極部材並びに前記セパレータの巻き取りを行うとともに、前記正極部材および前記負極部材並びに前記セパレータの巻き取り位置にて、タッチローラが前記正極部材および前記負極部材並びに前記セパレータを前記巻芯の側に押圧するようになっている。
【００１０】
上記構成の巻取装置および上記手順の巻取方法によれば、一方の薄板端部を回転中心にして巻芯が半回転すると、回転中心を他方の薄板端部側に移動させる。そして、他方の薄板端部を回転中心にして巻芯が半回転すると、再び回転中心を一方の薄板端部側に戻す。このようにして、いずれか一方の薄板端部を回転中心にした巻芯の回転と、巻芯が半回転する毎の回転中心の移動とを繰り返す。したがって、回転中心となった薄板端部側にて正極部材および負極部材並びにセパレータの巻き取りを行うようにすれば、巻芯が薄板状に形成されていても、正極部材および負極部材並びにセパレータの巻き取り位置が大きく振れてしまうことがない。しかも、正極部材および負極部材並びにセパレータの巻き取り位置では、タッチローラがその正極部材および負極部材並びにセパレータを巻芯に向けて押圧するので、正極部材および負極部材並びにセパレータが巻芯に圧着された状態で、その巻芯に巻き取られることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る巻取装置および巻取方法について説明する。なお、ここでは、ポリマーバッテリーの構成部材である帯状の正極部材、負極部材およびセパレータといった電極材料の巻き取りを行う巻取装置および巻取方法を例に挙げて説明する。
【００１２】
〔第１の実施の形態〕
先ず、本発明を、ポリマーバッテリーの製造工程中の電極巻き取り工程にて用いられるマニュアル装置（以下「マニュアルワインダー」と称す）に適用した場合について説明する。
図１は本発明を電極材料の巻き取りに適用した場合の概要を示す説明図であり、図２および図３は本発明に係るマニュアルワインダーの一例を示す説明図である。
【００１３】
本実施の形態におけるマニュアルワインダーは、図２に示すように、短冊状にカットされた正極部材１ａおよび負極部材１ｂ並びにこれらの間に介在する二枚のセパレータ１ｃ，１ｄからなる合計四枚の電極材料１を、これらが四重に積層された状態で、薄板状に形成された巻芯２に巻き付ける動作を行うものである。また、このマニュアルワインダーでは、電極材料１の巻き取り位置にてその電極材料１を巻芯２に向けて押圧するタッチローラ３を備えており、このタッチローラ３が電極材料１を巻芯２に圧着させるようになっている。なお、巻芯２には、電極材料１の巻き取りを考慮して、その両端部に面取り加工またはＲ加工が施されているものとする。
【００１４】
ここで、このようなマニュアルワインダーの構成について、さらに詳しく説明する。
図３に示すように、マニュアルワインダー１０は、電極材料支持部１１と、タッチローラユニット１２と、巻芯支持回転部１３と、から構成されている。
【００１５】
電極材料支持部１１は、巻芯２に巻き付けるべき合計四枚の電極材料１を、これらにテンションを与えた状態で支持するものである。電極材料１へのテンションは、各電極材料１をクランプしているクランパー１１ａの後ろに所定重量の重り１１ｂを吊るす機構によって与えるようになっている。
【００１６】
タッチローラユニット１２は、タッチローラ３の支持および押圧を行うものである。そのために、タッチローラユニット１２は、先端にタッチローラ３が配されたアーム１２ａと、そのアーム１２ａを揺動自在に支持するアームベース１２ｂと、タッチローラ３の押圧方向（例えば下方側）に向けてアーム１２ａを付勢するスプリング等の弾性部材１２ｃと、を備えている。
【００１７】
巻芯支持回転部１３は、巻芯２の支持および回転を行うものである。そのために、巻芯支持回転部１３は、エアスライダー１３ａと、ベアリングハウジング１３ｂと、ハンドル１３ｃと、を備えている。
【００１８】
エアスライダー１３ａは、巻芯２を支持するとともに、エアの供給によって支持している巻芯２をその幅方向に往復移動させるものである。この往復移動のストロークは、巻芯２の幅方向寸法と同一になるように設定されているものとする。すなわち、エアスライダー１３ａは、本発明の中心移動手段として機能するものである。
【００１９】
ベアリングハウジング１３ｂは、エアスライダー１３ａを回転自在に支持するものである。ただし、その回転中心は、エアスライダー１３ａに支持されている巻芯２の薄板端部の位置と一致するようになっている。
【００２０】
また、ベアリングハウジング１３ｂは、詳細を後述するように、エアスライダー１３ａの回転に同期してそのエアスライダー１３ａへのエアの供給状態を切り替えるようにもなっている。このようなエア供給の切り替え制御は、例えば外部（エア供給源）からのエアを、エアスライダー１３ａの回転軸となるシャフト（ただし不図示）を通じてエアスライダー１３ａに与えることによって行うことが考えられる。このとき、ベアリングハウジング１３ｂの本体とシャフトとの間を回転用のエアパッキンで密封しておけば、エア漏れが発生することもない。すなわち、ベアリングハウジング１３ｂは、本発明の回転制御手段として機能するものである。
【００２１】
ハンドル１３ｃは、エアスライダー１３ａの回転軸となるシャフトに連結しているもので、マニュアルワインダー１０のオペレータが手動によりそのシャフトを回転させるためのものである。すなわち、ハンドル１３ｃは、本発明の巻芯回転手段として機能するものである。
【００２２】
続いて、以上のように構成されたマニュアルワインダー１０での動作例、すなわち本実施の形態における電極材料１の巻取方法について説明する。
【００２３】
このマニュアルワインダー１０を用いて電極材料１の巻き取りを行う際には、先ずはじめに、短冊状にカットされた正極部材１ａ、負極部材１ｂおよびセパレータ１ｃ，１ｄからなる合計四枚の電極材料１を、オペレータが手動により電極材料支持部１１にセットする。そして、電極材料１のセットが完了すると、オペレータが手動によりハンドル１３ｃを回転させる。
【００２４】
ハンドル１３ｃが回転すると、巻芯支持回転部１３では、その回転に合わせてエアスライダー１３ａも回転する。ただし、このとき、エアスライダー１３ａへ供給されるエアは、ベアリングハウジング１３ｂでの制御により、回転に同期して切り替えられる。これにより、エアスライダー１３ａは、支持している巻芯２を一方の側に移動させ、その巻芯２がストロークエンドまできたら略１８０°回転し、その回転後に再び巻芯２を一方の側に移動させる、といった動作を繰り返す。
【００２５】
詳しくは、巻芯支持回転部１３では、エアスライダー１３ａの動作によって、巻芯２を図１に示すように回転させる。例えば、ハンドル１３ｃが巻芯２側から見て時計回り方向に回転されると、巻芯２の回転中心が一方の薄板端部の位置と一致するようにその巻芯２を水平方向に移動させた後に（ステップ１０１→ステップ１０２、以下ステップを単にＳと略す）、その薄板端部を回転中心にしてその巻芯２を略１８０°時計回り方向に半回転させる（Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０４→Ｓ１０５→Ｓ１０１）。一方の薄板端部を回転中心にして巻芯２が半回転すると、次に、巻芯２の回転中心が他方の薄板端部の位置と一致するようにその巻芯２を水平方向に移動させた後に（Ｓ１０１→Ｓ１０２）、その薄板端部を回転中心にしてその巻芯２を略１８０°時計回り方向に半回転させる（Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０４→Ｓ１０５→Ｓ１０１）。そして、他方の薄板端部を回転中心にして巻芯２が半回転すると、再び回転中心を一方の薄板端部側に戻す（Ｓ１０１→Ｓ１０２）。
【００２６】
つまり、巻芯支持回転部１３は、いずれか一方の薄板端部を回転中心にした巻芯２の回転と、その巻芯２が半回転する毎の回転中心の移動とを繰り返す。これにより、巻芯２は、その回転中心となった薄板端部側を巻き取り位置として、電極材料支持部１１にセットされた合計四枚の電極材料１を、それぞれ同時に巻き取ることとなる。
【００２７】
また、このときに、電極材料１の巻き取り位置では、タッチローラ３が合計四枚の電極材料１を巻芯２側に向けて押圧している。これにより、電極材料１は、巻芯２に圧着された状態で、その巻芯２に巻き取られることになる。
【００２８】
このようにして、マニュアルワインダー１０は、巻芯２により電極材料１を巻き取って、巻回方式によるポリマーバッテリーの素子形成行う。
【００２９】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明を、マニュアルワインダーを発展させた半自動タイプの装置（以下「半自動ワインダー」と称す）に適用した場合について説明する。ただし、ここでは、上述した第１の実施の形態との相違点についてのみ説明する。
図４は本発明に係る半自動ワインダーの一例を示す説明図であり、図５および図６はその半自動ワインダーの要部を示す説明図である。なお、図中において、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を与えている。
【００３０】
図４に示すように、半自動ワインダー２０は、電極材料支持部２１と、タッチローラユニット２２と、巻芯支持回転部２３と、操作ボックス部２４と、図示しない動作制御部と、から構成されている。
【００３１】
電極材料支持部２１は、電極材料１をリール供給する点で第１の実施の形態における電極材料支持部１１とは異なる。すなわち、電極材料支持部２１では、リール２１ａ，２１ｂから繰り出される正極部材１ａおよび負極部材１ｂに対して、捨て巻きリール２１ｃ，２１ｄによる剥離紙の回収および位置決めセット治具２１ｅ，２１ｆによる短冊化を経た後に、これを巻芯２での巻き取りに供するようになっている。また、正極部材１ａおよび負極部材１ｂの間に介在する二枚のセパレータ１ｃ，１ｄについても、リール２１ｇ，２１ｈからの供給を行うようになっている。
【００３２】
タッチローラユニット２２は、図５に示すように、タッチローラ３の押圧方向へアーム１２ａを付勢するためにエアシリンダ２２ａを用いている点で第１の実施の形態におけるタッチローラユニット１２とは異なる。
【００３３】
巻芯支持回転部２３は、第１の実施の形態の場合のようなハンドル１３ｃではなく、図６に示すように、サーボモータまたはステッピングモータ等のモータ２３ａを用いている点で、第１の実施の形態における巻芯支持回転部１３とは異なる。すなわち、半自動ワインダー２０では、モータ２３ａが本発明の巻芯回転手段として機能するようになっている。なお、エアスライダー１３ａへのエア供給の制御は、ベアリングハウジング１３ｂがシャフトを通じてエア供給することで行うのではなく、例えば電磁弁を用いてエアの供給状態を切り替えることで行うようにしてもよい。
【００３４】
また図４において、操作ボックス部２４は、各種スイッチや表示パネル等を有してなるもので、半自動ワインダー２０のオペレータが操作するためのものである。
動作制御部は、プログラマブルコントローラ（シーケンス制御装置）やマイクロコンピュータ等からなるもので、操作ボックス部２４での操作および予め設定されたプログラムに従って、上述した電極材料支持部２１、タッチローラユニット２２および巻芯支持回転部２３に対する動作指示を与えるものである。
【００３５】
このように構成された半自動ワインダー２０においても、第１の実施の形態の場合と略同様にして、巻芯２による電極材料１の巻き取りを行う。すなわち、この半自動ワインダー２０では、合計四枚の電極材料１が電極材料支持部２１にセットされた状態で、操作ボックス部２４からの動作開始指示があると、巻芯支持回転部２３がエアスライダー１３ａおよびモータ２３ａを動作させて、図１に示すようにいずれか一方の薄板端部を回転中心にした巻芯２の回転と、その巻芯２が半回転する毎の回転中心の移動とを繰り返す。これにより、巻芯２は、その回転中心となった薄板端部側を巻き取り位置として、電極材料支持部２１にセットされた合計四枚の電極材料１を、それぞれ同時に巻き取ることとなる。
【００３６】
また、このときに、電極材料１の巻き取り位置では、タッチローラ３がエアシリンダ２２ａの駆動により電極材料１を巻芯２側に向けて押圧している。これにより、電極材料１は、巻芯２に圧着された状態で、その巻芯２に巻き取られることになる。
【００３７】
このようにして、半自動ワインダー２０は、巻芯２により電極材料１を巻き取って、巻回方式によるポリマーバッテリーの素子形成行う。
【００３８】
以上のように、第１の実施の形態で説明したマニュアルワインダー１０および第２の実施の形態で説明した半自動ワインダー２０は、それぞれが、いずれか一方の薄板端部を回転中心にした巻芯２の回転と、その巻芯２が半回転する毎の回転中心の移動とを繰り返すようになっている。すなわち、一方の薄板端部を回転中心にして巻芯２が半回転すると、回転中心を他方の薄板端部側に移動させ、その後他方の薄板端部を回転中心にして巻芯２が半回転すると、再び回転中心を一方の薄板端部側に戻す。
【００３９】
したがって、マニュアルワインダー１０および半自動ワインダー２０では、巻芯２が薄板状に形成されていても、回転中心となった薄板端部側で電極材料１の巻き取りを行うことで、その電極材料１の巻き取り位置が上下に大きく振れてしまうのを抑えることができる。そのため、薄板状の巻芯２を回転させて電極材料１の巻き取りを行う場合であっても、巻き取られる電極材料１にバタツキが発生することなく、巻ずれの少ない安定した巻き取りを実現することが可能になる。
【００４０】
これは、特に巻芯２の幅と厚さとの比率が大きくなるほど有効である。つまり、巻芯２の幅と厚さとの比率が大きくなっても、電極材料１のバタツキが大きくなってしまうことがない。しかも、巻き取り時のバタツキが発生しないため、巻き取りスピードを上げて、その巻き取りを高速化させることも可能となる。
【００４１】
さらには、巻き取り時のバタツキが発生しないことから、電極材料１をタッチローラ３で押圧して巻芯２に圧着させる場合であっても、巻芯２の回転に伴ってタッチローラ３の位置が上下に大きく変動してしまうことがなく、電極材料１を均等な押圧力で巻芯２に圧着させることができるので、結果として安定した電極材料１の巻き取りを実現することができる。しかも、そのために、タッチローラ３の位置変動に応じて押圧力を可変させる機構および制御を必要とすることがない。すなわち、比較的簡単な機構であっても、タッチローラ３の押圧力を均一化させることができる。また、例えば巻芯２の幅方向の寸法が変わるといった形状変更に対しても、これに容易に対応できるようになる。
【００４２】
なお、タッチローラ３の押圧を行う機構は、第１の実施の形態におけるマニュアルワインダー１０の如くスプリング等の弾性部材１２ｃによるものであっても、あるいは第２の実施の形態における半自動ワインダー２０の如くエアシリンダ２２ａによるものであってもよい。スプリング等の弾性部材１２ｃによる場合には、非常に簡単な機構でタッチローラ３に押圧力を与えることができる。また、エアシリンダ２２ａによる場合には、スプリング等による場合に比べてタッチローラ３の上下動に伴う押圧力の変動を抑えることができるので、より一層の押圧力均一化を実現できるとともに、自動化への対応も容易となる。
【００４３】
また、上述した第１および第２の実施の形態では、巻芯２の回転中心の移動、すなわち巻芯２の幅方向への往復移動を、エアスライダー１３ａにより行っていたが、巻芯２の回転とその往復移動とが同期すれば、他の機構を用いて行うようにしてもよい。他の機構としては、例えばモータ等による回転駆動を利用して巻芯２の回転と往復移動とを行うカム機構（間欠回転動作機構）が考えられる。
【００４４】
また、上述した第１および第２の実施の形態では、正極部材１ａ、負極部材１ｂおよびセパレータ１ｃ，１ｄといった、ポリマーバッテリーの構成部材である電極材料１の巻き取りを行う場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、第１および第２の実施の形態で説明したように、複数枚の電極材料１を同時に巻き取る場合に適用して非常に好適なものとなるが、例えばテープ等の帯状材料やワイヤー等の線条材料の巻き取りについても適用可能である。特に、比較的粘着性のある箔等を巻き取る場合に適用すると、複数枚の電極材料１を同時に巻き取る場合と同様に好適なものとなる。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の巻取装置および巻取方法によれば、一方の薄板端部を回転中心にして巻芯が半回転すると、回転中心を他方の薄板端部側に移動させ、その後他方の薄板端部を回転中心にして巻芯が半回転すると、再び回転中心を一方の薄板端部側に戻すようになっているので、巻芯が薄板状に形成されていても、回転中心となった薄板端部側で正極部材および負極部材並びにセパレータの巻き取りを行うことで、その正極部材および負極部材並びにセパレータの巻き取り位置が上下に大きく振れてしまうのを抑えることができる。そのため、巻き取られる正極部材および負極部材並びにセパレータにバタツキが発生することなく、巻ずれの少ない安定した巻き取りを実現することができる。また、巻き取り時のバタツキが発生しないことから、巻き取りスピードを上げて、その巻き取りを高速化させることも可能となる。さらには、例えば正極部材および負極部材並びにセパレータをタッチローラで押圧して巻芯に圧着させる場合であっても、複雑な機構および制御を必要とすることなく、その帯状材料または線条材料を均等な押圧力で巻芯に圧着させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る巻取方法を電極材料の巻き取りに適用した場合の概要を示す説明図である。
【図２】本発明に係る巻取装置の実施の形態の一例における機能の概要を示す説明図である。
【図３】本発明に係る巻取装置の実施の形態の一例における外観構成を示す説明図である。
【図４】本発明に係る巻取装置の実施の形態の他の例の外観構成を示す説明図である。
【図５】図４の巻取装置の要部の外観構成を示す説明図（その１）である。
【図６】図４の巻取装置の要部の外観構成を示す説明図（その２）である。
【図７】従来の電極材料の巻取方法の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１…電極材料、２…巻芯、１０…マニュアルワインダー、１３，２３…巻芯支持回転部、１３ａ…エアスライダー、１３ｂ…ベアリングハウジング、１３ｃ…ハンドル、２０…半自動ワインダー、２３ａ…モータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a winding device and a winding method for winding a strip-shaped material or a line material by a thin plate-shaped core, and in particular, a winding for winding a strip-shaped positive electrode member, a negative electrode member and a separator which are constituent members of a battery. The present invention relates to a winding device and a winding method .
[0002]
[Prior art]
For example, a polymer battery represented by a lithium battery includes a battery in which an element is formed by a winding method, that is, a battery in which a positive electrode member, a negative electrode member, and a separator formed in a belt shape are wound around a core. For this reason, in the production process of a polymer battery having such a battery element, an electrode material winding device is generally used in which a positive electrode member, a negative electrode member, and a separator are wound around a winding core.
[0003]
As shown in FIG. 7, the conventional winding device rotates the winding core 31 in a predetermined direction about the vicinity of the center of the winding core 31, thereby interposing between the positive electrode member and the negative electrode member. An electrode material 32 such as a separator is wound around the outer periphery of the core 31 in a state where these are stacked in quadruple. At this time, in order to press and wind the electrode material 32 onto the core 31, the conventional winding device includes a touch roller that is movably disposed at a position on the vertical line of the rotation center of the core 31. In some cases, 33 is provided so as to press the electrode material 32 against the outer peripheral surface of the core 31.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-described conventional winding device always winds the electrode material 32 around the approximate center of the winding core 31 as a rotation center. Therefore, when the winding shape (battery shape) is round or close to it, the shape of the winding core 31 is also round or close to it, so that the electrode material 32 can be wound up well.
However, for example, in the case of forming a square battery, if the thickness of the winding shape is reduced with respect to the width of the winding shape, the shape of the winding core 31 must also be a thin plate. As a result, the winding position of the electrode material 32 is greatly swung up and down, and the fluttering of the electrode material 32 is also increased.
[0005]
For this reason, in the conventional winding device, when the thin plate-shaped core 31 is rotated to wind the electrode material 32, the electrode material 32 is unwound due to fluttering caused by the rotation of the core 31. There is a risk that.
Further, as the ratio between the width and the thickness of the winding core 31 increases, the fluttering of the electrode material 32 increases, which hinders the speeding up of winding.
[0006]
Furthermore, even when the electrode material 32 is crimped and wound around the core 31 by disposing the touch roller 33, the position of the touch roller 33 greatly fluctuates up and down with the rotation of the core 31. It is not easy to keep the crimping force on the core 31 even. In other words, in order to keep the crimping force evenly, a mechanism and control for changing the pressing force of the touch roller 33 according to the position variation are required, and the control amount is also the shape of the core (particularly the dimension in the width direction). Therefore, it is difficult to realize stable winding of the electrode material 32 as a result.
[0007]
Therefore, even when the core is formed in a thin plate shape, the present invention does not cause winding deviation in the band-like material or the wire material wound around the core, and the winding with the core is possible. It is an object of the present invention to provide a winding device and a winding method that can be stably and rapidly performed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a winding device devised to achieve the above object, and includes a thin plate-shaped core, which is interposed between the belt-shaped positive electrode member and the negative electrode member by rotating the core. Winding of the separator, the core rotating means for rotating the core around both ends of the thin plate of the core, the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator support means If the center movement means for moving the center of rotation of the winding core on either one of the thin end portions, the winding core and the core rotating means rotating around one of the thin end either the half every time of rotating, and a rotation control means for moving the center of rotation of the winding core to the other sheet edge to the center movement unit at the winding position of the cathode member and the anode member and the separator, the positive electrode member Preliminary said negative electrode member and the separator and a touch roller for pressing the side of the winding core.
[0009]
Further, the present invention is a winding method devised to achieve the above object, in which a thin plate-like core is rotated to wind a belt- like positive electrode member and a negative electrode member and a separator interposed therebetween. A step of supporting the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator, and rotating the core halfway around one thin plate end of the core; and a center of rotation of the core To the other thin plate end, to rotate the winding core halfway around the other thin plate end, and to move the rotation center of the winding core to the one thin plate end again. and a step that is repeated in sequence, performs said positive electrode member and the winding of the negative electrode member and the separator according to the winding core, the cathode member and the anode member and said separator At winding position of the over data, which is touch roller of the positive electrode member and the negative electrode member and the separator to press the side of the winding core.
[0010]
According to the winding device having the above-described configuration and the winding method according to the above procedure, when the winding core makes a half rotation around one thin plate end, the rotation center is moved to the other thin plate end. Then, when the winding core makes a half rotation with the other thin plate end as the rotation center, the rotation center is again returned to the one thin plate end. In this way, the rotation of the core with the rotation end of one of the thin plate ends as the center of rotation and the movement of the center of rotation every time the core is half-rotated are repeated. Therefore, if the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator are wound on the thin plate end side that is the center of rotation, even if the core is formed in a thin plate shape, the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator The winding position does not shake greatly. Moreover, at the winding position of the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator, the touch roller presses the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator toward the core, so that the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator are pressed against the core. In the state, it is wound around the core.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a description will be given of the winding device and the winding method according to the present invention based on the drawings. Here, a winding device and a winding method for winding an electrode material such as a strip-like positive electrode member, a negative electrode member, and a separator that are constituent members of the polymer battery will be described as an example.
[0012]
[First Embodiment]
First, the case where the present invention is applied to a manual device (hereinafter referred to as “manual winder”) used in an electrode winding process in the manufacturing process of a polymer battery will be described.
FIG. 1 is an explanatory view showing an outline when the present invention is applied to winding of an electrode material, and FIGS. 2 and 3 are explanatory views showing an example of a manual winder according to the present invention.
[0013]
As shown in FIG. 2, the manual winder in the present embodiment has a total of four electrodes including a positive electrode member 1a and a negative electrode member 1b which are cut into strips, and two separators 1c and 1d interposed therebetween. An operation of winding the material 1 around the core 2 formed in a thin plate shape in a state where these are laminated in a quadruple manner is performed. Further, the manual winder includes a touch roller 3 that presses the electrode material 1 toward the core 2 at the winding position of the electrode material 1, and the touch roller 3 applies the electrode material 1 to the core 2. It is designed to be crimped. The winding core 2 is assumed to be chamfered or rounded at both ends in consideration of winding of the electrode material 1.
[0014]
Here, the configuration of such a manual winder will be described in more detail.
As shown in FIG. 3, the manual winder 10 includes an electrode material support portion 11, a touch roller unit 12, and a core support rotation portion 13.
[0015]
The electrode material support portion 11 supports a total of four electrode materials 1 to be wound around the core 2 in a state where tension is applied thereto. The tension to the electrode material 1 is applied by a mechanism that suspends a weight 11b having a predetermined weight behind a clamper 11a that clamps each electrode material 1.
[0016]
The touch roller unit 12 supports and presses the touch roller 3. For this purpose, the touch roller unit 12 has an arm 12a with the touch roller 3 disposed at the tip, an arm base 12b that supports the arm 12a in a swingable manner, and a pressing direction of the touch roller 3 (for example, downward). And an elastic member 12c such as a spring for urging the arm 12a.
[0017]
The winding core support rotating unit 13 supports and rotates the winding core 2. For this purpose, the core support rotating part 13 includes an air slider 13a, a bearing housing 13b, and a handle 13c.
[0018]
The air slider 13a supports the core 2 and reciprocates the core 2 supported by supplying air in the width direction. It is assumed that the stroke of this reciprocating movement is set to be the same as the dimension in the width direction of the core 2. That is, the air slider 13a functions as the center moving means of the present invention.
[0019]
The bearing housing 13b rotatably supports the air slider 13a. However, the rotation center coincides with the position of the thin plate end portion of the core 2 supported by the air slider 13a.
[0020]
Further, the bearing housing 13b is configured to switch the air supply state to the air slider 13a in synchronization with the rotation of the air slider 13a, as will be described in detail later. Such air supply switching control may be performed, for example, by supplying air from the outside (air supply source) to the air slider 13a through a shaft (not shown) serving as a rotation shaft of the air slider 13a. At this time, if the space between the main body of the bearing housing 13b and the shaft is sealed with an air packing for rotation, air leakage does not occur. That is, the bearing housing 13b functions as the rotation control means of the present invention.
[0021]
The handle 13c is connected to a shaft serving as a rotation axis of the air slider 13a, and is used by an operator of the manual winder 10 to manually rotate the shaft. That is, the handle 13c functions as the core rotation means of the present invention.
[0022]
Subsequently, an operation example in the manual winder 10 configured as described above, that is, a winding method of the electrode material 1 in the present embodiment will be described.
[0023]
When winding up the electrode material 1 using this manual winder 10, first, a total of four electrode materials 1 consisting of a positive electrode member 1a, a negative electrode member 1b and separators 1c, 1d cut into strips are prepared. The operator manually sets the electrode material support 11. When the setting of the electrode material 1 is completed, the operator manually rotates the handle 13c.
[0024]
When the handle 13c rotates, in the core support rotating unit 13, the air slider 13a also rotates in accordance with the rotation. However, at this time, the air supplied to the air slider 13a is switched in synchronization with the rotation under the control of the bearing housing 13b. As a result, the air slider 13a moves the supporting core 2 to one side, and when the core 2 reaches the stroke end, the air slider 13a rotates approximately 180 °, and after the rotation, the core 2 is moved to one side again. Repeat the action of moving.
[0025]
In detail, in the core support rotation part 13, the core 2 is rotated as shown in FIG. 1 by operation | movement of the air slider 13a. For example, when the handle 13c is rotated in the clockwise direction when viewed from the core 2, the core 2 is moved in the horizontal direction so that the center of rotation of the core 2 coincides with the position of one thin plate end. After that (step 101 → step 102, the following step is simply abbreviated as “S”), the core 2 is rotated about 180 ° clockwise around the end of the thin plate (S102 → S103 → S104 → S105). → S101). When the core 2 is rotated halfway around one thin plate end, then the core 2 is moved horizontally so that the center of rotation of the core 2 coincides with the position of the other thin plate end. After that (S101 → S102), the winding core 2 is rotated by about 180 ° clockwise around the end of the thin plate (S102 → S103 → S104 → S105 → S101). Then, when the core 2 is rotated halfway around the other thin plate end as the rotation center, the rotation center is returned again to the one thin plate end (S101 → S102).
[0026]
That is, the core support rotating unit 13 repeats the rotation of the core 2 around the rotation end of one of the thin plate ends and the movement of the center of rotation every time the core 2 is half-rotated. As a result, the winding core 2 simultaneously winds up a total of four electrode materials 1 set on the electrode material support portion 11 with the thin plate end side that is the center of rotation as the winding position.
[0027]
At this time, at the winding position of the electrode material 1, the touch roller 3 presses a total of four electrode materials 1 toward the core 2 side. Thereby, the electrode material 1 is wound around the core 2 in a state where the electrode material 1 is pressure-bonded to the core 2.
[0028]
In this way, the manual winder 10 winds up the electrode material 1 with the winding core 2 and forms a polymer battery element by a winding method.
[0029]
[Second Embodiment]
Next, the case where the present invention is applied to a semi-automatic type apparatus (hereinafter referred to as “semi-automatic winder”) in which a manual winder is developed will be described. However, here, only differences from the first embodiment described above will be described.
FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a semi-automatic winder according to the present invention, and FIGS. 5 and 6 are explanatory views showing a main part of the semi-automatic winder. In the figure, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment.
[0030]
As shown in FIG. 4, the semi-automatic winder 20 includes an electrode material support unit 21, a touch roller unit 22, a core support rotation unit 23, an operation box unit 24, and an operation control unit (not shown). Yes.
[0031]
The electrode material support 21 is different from the electrode material support 11 in the first embodiment in that the electrode material 1 is supplied on a reel. In other words, in the electrode material support portion 21, the stripping reels 21c and 21d collect the release paper and the positioning set jigs 21e and 21f shorten the strips of the positive electrode member 1a and the negative electrode member 1b that are fed from the reels 21a and 21b. After a lapse of time, this is used for winding with the core 2. The two separators 1c and 1d interposed between the positive electrode member 1a and the negative electrode member 1b are also supplied from the reels 21g and 21h.
[0032]
As shown in FIG. 5, the touch roller unit 22 is different from the touch roller unit 12 in the first embodiment in that an air cylinder 22 a is used to bias the arm 12 a in the pressing direction of the touch roller 3. Different.
[0033]
As shown in FIG. 6, the core support rotating portion 23 is not the handle 13 c as in the first embodiment, but uses a motor 23 a such as a servo motor or a stepping motor as shown in FIG. It is different from the core support rotating part 13 in the embodiment. That is, in the semi-automatic winder 20, the motor 23a functions as the core rotating means of the present invention. Note that the control of air supply to the air slider 13a is not performed by the bearing housing 13b supplying air through the shaft, but may be performed by switching the air supply state using, for example, an electromagnetic valve.
[0034]
In FIG. 4, the operation box unit 24 includes various switches, a display panel, and the like, and is operated by an operator of the semi-automatic winder 20.
The operation control unit is composed of a programmable controller (sequence control device), a microcomputer, and the like. According to the operation in the operation box unit 24 and a preset program, the electrode material support unit 21, the touch roller unit 22, and the winding unit described above. An operation instruction for the core support rotating unit 23 is given.
[0035]
Also in the semi-automatic winder 20 configured as described above, the electrode material 1 is wound by the winding core 2 in substantially the same manner as in the first embodiment. That is, in this semi-automatic winder 20, when an operation start instruction is issued from the operation box unit 24 in a state where a total of four electrode materials 1 are set on the electrode material support unit 21, the core support rotating unit 23 is moved to the air slider. 13a and the motor 23a are operated to rotate the core 2 around the rotation end of one of the thin plates as shown in FIG. 1 and to move the center of rotation every time the core 2 is half-rotated. repeat. As a result, the winding core 2 simultaneously winds up a total of four electrode materials 1 set on the electrode material support portion 21 with the end of the thin plate that is the center of rotation as the winding position.
[0036]
At this time, at the winding position of the electrode material 1, the touch roller 3 presses the electrode material 1 toward the core 2 by driving the air cylinder 22a. Thereby, the electrode material 1 is wound around the core 2 in a state where the electrode material 1 is pressure-bonded to the core 2.
[0037]
In this way, the semi-automatic winder 20 winds up the electrode material 1 with the winding core 2 and forms a polymer battery element by a winding method.
[0038]
As described above, the manual winder 10 described in the first embodiment and the semi-automatic winder 20 described in the second embodiment each have a winding core 2 with one of the thin plate ends as a rotation center. And the movement of the center of rotation every time the core 2 is rotated halfway. That is, when the core 2 is rotated halfway around one thin plate end, the center of rotation is moved to the other thin plate end, and then the core 2 is rotated halfway around the other thin plate end. Then, the rotation center is returned again to one thin plate end side.
[0039]
Therefore, in the manual winder 10 and the semi-automatic winder 20, even if the winding core 2 is formed in a thin plate shape, the electrode material 1 is wound by winding the electrode material 1 on the thin plate end side that is the center of rotation. It is possible to prevent the winding position from greatly swinging up and down. Therefore, even when the electrode material 1 is taken up by rotating the thin plate-like core 2, the winding of the electrode material 1 without winding is realized, and stable winding with little winding deviation is realized. It becomes possible to do.
[0040]
This is particularly effective as the ratio between the width and thickness of the core 2 increases. That is, even if the ratio between the width and the thickness of the core 2 is increased, the flutter of the electrode material 1 does not increase. In addition, since no fluttering occurs during winding, it is possible to increase the winding speed and speed up the winding.
[0041]
Furthermore, since no flapping occurs at the time of winding, even when the electrode material 1 is pressed by the touch roller 3 to be pressure-bonded to the core 2, the position of the touch roller 3 as the core 2 rotates. Therefore, the electrode material 1 can be pressure-bonded to the core 2 with a uniform pressing force, and as a result, stable winding of the electrode material 1 can be realized. In addition, for this purpose, there is no need for a mechanism and control for varying the pressing force in accordance with the position fluctuation of the touch roller 3. That is, even with a relatively simple mechanism, the pressing force of the touch roller 3 can be made uniform. In addition, for example, it is possible to easily cope with a shape change in which the dimension of the winding core 2 in the width direction changes.
[0042]
The mechanism for pressing the touch roller 3 may be an elastic member 12c such as a spring as in the manual winder 10 in the first embodiment, or the semi-automatic winder 20 in the second embodiment. The air cylinder 22a may be used. When the elastic member 12c such as a spring is used, a pressing force can be applied to the touch roller 3 with a very simple mechanism. Further, in the case of using the air cylinder 22a, it is possible to suppress fluctuations in the pressing force caused by the vertical movement of the touch roller 3 compared to the case of using a spring or the like. It becomes easy to deal with.
[0043]
In the first and second embodiments described above, the movement of the center of rotation of the core 2, that is, the reciprocation of the core 2 in the width direction, is performed by the air slider 13a. If the rotation and the reciprocating movement are synchronized, another mechanism may be used. As another mechanism, for example, a cam mechanism (intermittent rotation operation mechanism) that performs rotation and reciprocation of the core 2 by using rotational driving by a motor or the like can be considered.
[0044]
Further, in the first and second embodiments described above, a case where the electrode material 1 that is a constituent member of the polymer battery, such as the positive electrode member 1a, the negative electrode member 1b, and the separators 1c and 1d, is taken up as an example. Although described, the present invention is not limited to this. That is, as described in the first and second embodiments, the present invention is very suitable when applied to a case where a plurality of electrode materials 1 are simultaneously wound. The present invention can also be applied to winding of a line material such as a material or a wire. In particular, when it is applied to winding a relatively adhesive foil or the like, it is suitable as in the case of winding a plurality of electrode materials 1 simultaneously.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the winding device and the winding method of the present invention, not one of the thin ends the winding core in the center of rotation is half turn, moves the center of rotation to the other of the thin end portions Then, when the core is half-rotated with the other thin plate end as the rotation center, the rotation center is again returned to the one thin plate end, so even if the winding core is formed in a thin plate shape, By winding the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator on the thin plate end side that is the center of rotation, it is possible to prevent the winding position of the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator from greatly swinging up and down. . Therefore, stable winding with little winding deviation can be realized without causing a flutter in the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator that are wound. Further, since no fluttering occurs during winding, it is possible to increase the winding speed and increase the winding speed. Furthermore, even when, for example, the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator are pressed with a touch roller to be crimped to the core, the strip material or the line material is evenly distributed without requiring a complicated mechanism and control. It becomes possible to make it press-bond to the core with a small pressing force.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an outline when a winding method according to the present invention is applied to winding of an electrode material.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of functions in an example of an embodiment of a winding device according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an external configuration in an example of an embodiment of a winding device according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an external configuration of another example of the embodiment of the winding device according to the present invention.
5 is an explanatory view (No. 1) showing an external configuration of a main part of the winding device of FIG. 4;
6 is an explanatory diagram (No. 2) showing an external configuration of a main part of the winding device of FIG. 4;
FIG. 7 is an explanatory view showing an outline of a conventional method of winding an electrode material.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode material, 2 ... Core, 10 ... Manual winder, 13, 23 ... Core support rotation part, 13a ... Air slider, 13b ... Bearing housing, 13c ... Handle, 20 ... Semi-automatic winder, 23a ... Motor

Claims

A winding device comprising a thin plate-like core, and winding the belt-like positive electrode member and negative electrode member and a separator interposed therebetween by rotating the core,
A core rotating means for rotating the core around each of both ends of the thin plate of the core;
A support means for the positive electrode member, the negative electrode member and the separator;
Center moving means for moving the rotation center of the winding core to either one of both ends of the thin plate;
Rotation control that causes the center moving means to move the center of rotation of the core to the other thin plate end each time the core rotating means rotates the core halfway around one of the thin plate ends. Means,
And a touch roller that presses the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator toward the winding core at a winding position of the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator.

The center moving means comprises an air slider that reciprocates the core supported by the supply of air,
The air slider moves the winding core supported to one side and moves the winding core to one side again after the winding core rotates approximately 180 °. The winding device as described.

A winding method for winding a strip-shaped positive electrode member and a negative electrode member and a separator interposed therebetween by rotating a thin plate-shaped winding core,
Supporting the positive electrode member and the negative electrode member and the separator;
Half-rotating the core around one end of the thin plate of the core as a rotation center;
Moving the rotation center of the core to the other thin plate end; and
Half-rotating the core around the other thin plate end as a rotation center;
The step of moving the rotation center of the winding core to the one thin plate end again in order is performed to wind up the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator by the winding core, and
A winding method in which a touch roller presses the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator toward the winding core at a winding position of the positive electrode member, the negative electrode member, and the separator.

The reciprocating movement of the core is performed by supplying air to an air slider. The air slider moves the supporting core to one side, and after the core has rotated approximately 180 °, The winding method according to claim 3, wherein the winding core is moved to one side.