JP7093499B2 - 巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、巻取装置に関する。

特開２０１１－２４６２１２号公報には、帯状の電極シートがロール状に巻回されてなる原反を、巻取る巻取装置に関する発明が開示されている。ここで、提案される巻取装置は、第１検出手段と、補正手段と、第２検出手段と、基準値補正手段とを備えている。
第１検出手段は、シートの幅方向の位置を検出する。補正手段は、第１検出手段の検出結果と、所定の基準値とを基に、シートの幅方向の位置ずれを補正する。第２検出手段は、第１検出手段および補正手段よりも下流側において、シートの幅方向の位置を検出する。基準値補正手段では、第２検出手段の検出結果を基に、巻前補正基準値が補正される。

特開２０１１－２４６２１２号公報

ところで、帯状の電極シートは、長さ方向において幅方向に湾曲している場合がある。さらに巻取軸に巻取られる電極シートは、巻取軸の軸方向の片側が太くなる場合がある。さらに、シートの幅方向の位置が巻取軸に対して、捲回途中で急激にずれる事象が生じうる。シートの幅方向の位置が巻取軸に対して急激にずれ始めるタイミングやずれ量は、電極体が巻取られる毎に差がある。さらに、電極シートのエッジ位置を制御するのみでは、巻回された電極体において電極シートのずれを上手く解消できない場合がある。

ここで提案される巻取装置は、第１軸と、搬送経路と、巻軸と、エッジポジションコントローラと、第１エッジセンサと、第２エッジセンサと、制御装置とを備えている。
第１軸は、帯状の金属箔に活物質粒子を含む層が形成された電極シートが捲回されたリールが装着された軸である。搬送経路は、リールから送り出された電極シートが搬送される経路である。巻軸は、搬送経路に搬送された電極シートを巻き取る軸である。エッジポジションコントローラは、搬送経路に設けられた電極シートの位置を調整する機構である。第１エッジセンサは、搬送経路に沿ってエッジポジションコントローラよりも下流側に設けられたセンサである。第２エッジセンサは、搬送経路に沿って第１エッジセンサよりも下流側に設けられたセンサである。

制御装置は、第１処理部と、第２処理部と、第３処理部とを備えている。
第１処理部は、巻軸を回転させて搬送経路に搬送された電極シートを巻き取るように構成されている。第２処理部は、電極シートが巻軸に巻き取られている間において、第１エッジセンサによって検知された電極シートの第１エッジ位置と、第２エッジセンサによって検知された電極シートの第２エッジ位置とに基づいて電極シートの斜行量を得るように構成されている。第３処理部は、電極シートが巻軸に巻き取られている間において、電極シートの斜行量が解消するようにエッジポジションコントローラを制御するように構成されている。
かかる巻取装置によれば、第２エッジ位置の変位が小さく抑えられる。

図１は、巻取装置１００の模式図である。 図２は、この実施形態における電極シートＳ１の模式図である。 図３は、電極シートＳ１を模式的に示す模式図である。 図４は、制御装置１０７の制御フローの一部を示すフローチャートである。 図５は、電極シートの位置とエッジ基準位置ｅｘの推移を示すグラフである。 図６は、電極シートの位置とエッジ基準位置ｅｘの推移を示すグラフである。

以下、ここで提案される巻取装置の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。

図１は、巻取装置１００の模式図である。
巻取装置１００は、図１に示されているように、第１軸１０１と、搬送経路１０２と、巻軸１０３と、エッジポジションコントローラ１０４と、第１エッジセンサ１０５と、第２エッジセンサ１０６と、制御装置１０７とを備えている。

第１軸１０１は、帯状の金属箔に活物質粒子を含む層が形成された電極シートＳ１が捲回されたリール１０１ａが装着された軸である。

図２は、この実施形態における電極シートＳ１の模式図である。
電極シートＳ１は、帯状の金属箔Ｓ１ａに活物質粒子を含む活物質層Ｓ１ｂが形成されている。帯状の金属箔Ｓ１ａには、幅方向の片側の縁に沿って活物質層Ｓ１ｂが形成されない未形成部Ｓ１ｃが設定されている。活物質層Ｓ１ｂは、活物質粒子を含む活物質層Ｓ１ｂはバインダーを含み、帯状の金属箔Ｓ１ａに塗工されている。活物質層Ｓ１ｂは、未形成部Ｓ１ｃを除いて、帯状の金属箔Ｓ１ａの両面に形成されている。活物質層Ｓ１ｂは、帯状の金属箔Ｓ１ａに塗工される工程においてプレスされる。この際、帯状の金属箔Ｓ１ａは、活物質層Ｓ１ｂが形成された部位が圧延される。このため、幅方向において、活物質層Ｓ１ｂが形成された側が未形成部Ｓ１ｃよりも伸びる。その結果、電極シートＳ１は、図２に示されているように、長さ方向において幅方向に湾曲している。

搬送経路１０２は、リール１０１ａから送り出された電極シートＳ１が搬送される経路である。巻軸１０３は、搬送経路１０２に搬送された電極シートＳ１を巻き取るための軸である。搬送経路１０２には、複数のローラー１０２ａが設けられている。ローラー１０２ａによって、リール１０１ａから巻軸１０３に至る電極シートＳ１が通る経路が形成されている。また、巻軸１０３には、電極シートＳ１だけでなく、他の電極シートＳ２やセパレータＳ３，Ｓ４が予め定められた順番に重ね合わされつつ巻取られる。

エッジポジションコントローラ１０４は、搬送経路１０２に設けられている。エッジポジションコントローラ１０４は、巻軸１０３に巻取られる電極シートＳ１の幅方向の位置を調整する装置である。搬送経路１０２には、複数のエッジポジションコントローラ１０４が設けられうる。搬送経路１０２に複数のエッジポジションコントローラが設けられている場合には、エッジポジションコントローラ１０４は、巻軸１０３に最も近いエッジポジションコントローラである。搬送経路１０２には、エッジポジションコントローラ１０４と巻軸１０３の間に、第１エッジセンサ１０５と第２エッジセンサ１０６が設けられている。

第１エッジセンサ１０５は、搬送経路１０２に沿ってエッジポジションコントローラ１０４よりも下流側に設けられたセンサである。つまり、第１エッジセンサ１０５は、エッジポジションコントローラ１０４から送り出された直後の電極シートＳ１の幅方向の位置を検知するためのセンサである。さらに換言すると、エッジポジションコントローラ１０４によってエッジ位置がコントロールされた電極シートＳ１の幅方向の位置が、第１エッジセンサ１０５によって検知される。第１エッジセンサ１０５によって検知された電極シートＳ１の幅方向の位置は、「第１エッジ位置ｅ１」と称される。

第１エッジセンサ１０５は、エッジポジションコントローラ１０４の下流においてエッジポジションコントローラ１０４の近傍位置に設けられているとよい。例えば、巻軸１０３に巻き取られる際の電極シートＳ１の搬送速度は、巻初めから徐々に速くなって予め定められた搬送速度に達し、巻終わりにおいて徐々に減速される。この際、予め定められた搬送速度において、エッジポジションコントローラ１０４を通過した電極シートＳ１が予め定められた制御周期に進む距離よりも近い位置に、第１エッジセンサ１０５が設けられているとよい。ここで、予め定められた制御周期は、例えば、第１エッジ位置ｅ１に基づいてエッジポジションコントローラ１０４を制御するための制御周期Ｔｂである。制御周期Ｔｂは、例えば、１０ｍ秒～３０ｍ秒（例えば、２０ｍ秒）で規定されるとよい。なお、制御周期は、ここで例示される時間に限定されない。

第２エッジセンサ１０６は、搬送経路１０２に沿って第１エッジセンサ１０５よりも下流側に設けられたセンサである。第２エッジセンサ１０６は、第１エッジセンサ１０５よりも下流側において、予め定められた距離を離して配置されているとよい。第１エッジセンサ１０５から第２エッジセンサ１０６までの距離は、例えば、予め定められた制御周期Ｔｂに電極シートＳ１が進む距離よりも長く設定されているとよい。ここで、第１エッジセンサ１０５は、例えば、エッジポジションコントローラ１０４の下流においてエッジポジションコントローラ１０４から２０ｍｍ～５０ｍｍの位置に配置されているとよい。第２エッジセンサ１０６は、エッジポジションコントローラ１０４の下流においてエッジポジションコントローラ１０４から３００ｍｍ～５００ｍｍの位置に配置されているとよい。このように、第１エッジセンサ１０５は、第２エッジセンサ１０６から十分に近い位置に配置されているとよい。

第２エッジセンサ１０６は、電極シートの斜行量Ｓｘを検知するためのセンサとして機能しうる。また、第２エッジセンサ１０６は、搬送経路１０２において第１エッジセンサ１０５よりも巻軸１０３に近い位置に配置されている。このため、第２エッジセンサ１０６は、巻軸１０３に巻取られる電極シートＳ１の幅方向の位置を、第１エッジセンサ１０５よりも精度良く検知しうる。第２エッジセンサ１０６によって検知された電極シートＳ１の幅方向位置は、「第２エッジ位置ｅ２」と称される。

制御装置１０７は、図１に示されているように、第１処理部１０７ａ１と、第２処理部１０７ａ２と、第３処理部１０７ａ３とを備えている。ここで、制御装置１０７は、搬送装置１００の種々の処理を行う装置である。

制御装置１０７は、例えば、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって具現化されうる。具体的には、制御装置１０７の各機能は、制御装置１０７を構成する各コンピュータの演算装置（プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）とも称される）や記憶装置（メモリーやハードディスクなど）と、ソフトウエアとの協働によって処理される。例えば、制御装置１０７の各構成および処理は、コンピュータによって具現化されるデータを予め定められた形式で記憶するデータベース、データ構造、予め定められたプログラムに従って所定の演算処理を行う処理モジュールなどとして、または、それらの一部として具現化されうる。

第１処理部１０７ａ１は、巻軸１０３を回転させて搬送経路１０２に搬送された電極シートＳ１を巻き取る処理が実行されるように構成されている。この処理では、リール１０１ａから搬送経路１０２に送り出された電極シートＳ１が巻軸１０３に巻取られる。

図３は、電極シートＳ１を模式的に示す模式図である。
第２処理部１０７ａ２は、図３に示されているように、第１エッジ位置ｅ１と第２エッジ位置ｅ２とに基づいて電極シートの斜行量Ｓｘを得るように構成されている。図３では、エッジポジションコントローラ１０４から巻軸１０３に送られる電極シートＳ１が幅方向にずれる様子が図示されている。図３において、「ｅ０」は、電極シートＳ１の幅方向の基準位置を模式的に示している。

図３に示されているように、第２処理部１０７ａ２の処理では、電極シートの斜行量Ｓｘは、第１エッジ位置ｅ１と第２エッジ位置ｅ２との差分（Ｓｘ＝ｅ２－ｅ１）によって算出されうる。ここで、第１エッジ位置ｅ１は、エッジポジションコントローラ１０４によってエッジポジションがコントロールされた電極シートＳ１の幅方向の位置である。第２エッジ位置ｅ２は、第２エッジセンサ１０６が設けられた位置での電極シートＳ１の幅方向の位置である。電極シートの斜行量Ｓｘは、第１エッジセンサ１０５が設けられた位置と第２エッジセンサ１０６が設けられた位置とにおける、搬送されている電極シートＳ１が幅方向にずれている量である。

第３処理部１０７ａ３は、電極シートの斜行量Ｓｘが解消するようにエッジポジションコントローラ１０４を制御するように構成されている。第３処理部１０７ａ３では、例えば、エッジポジションコントローラ１０４を制御するエッジ基準位置ｅｘが、測定された電極シートの斜行量Ｓｘ分ずらされるとよい。

ここで、制御装置１０７には、エッジポジションコントローラ１０４によって電極シートを制御するための基準位置は、エッジ基準位置ｅｘとして記憶される。また、制御装置１０７には、予め定められた初期のエッジ基準位置ｅｘ（０）が、エッジ基準位置ｅｘとして記憶されているとよい。また、便宜上、更新前のエッジ基準位置ｅｘをｅｘ（ｊ）とする。更新後のエッジ基準位置ｅｘをｅｘ（ｊ＋１）とする。

図４は、制御装置１０７の制御フローの一部を示すフローチャートである。
制御装置１０７では、図４に示されているように、予め定められた制御周期Ｔｂ毎にエッジ基準位置ｅｘが取得される。さらに、第１エッジ位置ｅ１が取得されてフィードバックされる（Ｓ２２）。さらに、第１エッジ位置ｅ１に基づいて電極シートのエッジ位置がエッジ基準位置ｅｘに近づくようにエッジポジションコントローラ１０４が制御される（Ｓ２３）。
第２処理部１０７ａ２の処理（Ｓ１２）は、電極シートＳ１が巻軸１０３に巻き取られている間において、予め定められた制御周期Ｔａ毎に電極シートの斜行量Ｓｘが得られるように構成されているとよい。第３処理部１０７ａ３の処理（Ｓ１３）は、電極シートＳ１が巻軸１０３に巻き取られている間において、予め定められた制御周期Ｔａ毎に得られる電極シートの斜行量Ｓｘに基づいて、エッジ基準位置が更新されるように設定されているとよい。

この実施形態では、第３処理部１０７ａ３では、電極シートの斜行量Ｓｘを解消する方向に、更新される前のエッジ基準位置ｅｘ（ｊ）がずらされる。更新された後のエッジ基準位置ｅｘ（ｊ＋１）は、例えば、ｅｘ（ｊ＋１）＝ｅｘ（ｊ）－Ｓｘとして算出される。つまり、斜行量Ｓｘ分、エッジポジションコントローラ１０４で制御されるエッジ基準位置ｅｘが、電極シートが幅方向にずれている側よりも反対側にずらされる。

かかる第３処理部１０７ａ３の処理によって、エッジポジションコントローラ１０４を制御する際のエッジ基準位置ｅｘは、初期のエッジ基準位置ｅｘ（０）から、予め定められた制御周期Ｔａ毎に、第２処理部１０７ａ２で得られた斜行量Ｓｘ分ずつ更新されていく。つまり、制御周期Ｔａ毎にエッジポジションコントローラ１０４を制御するための、エッジ基準位置ｅｘが更新される。そして、更新されたエッジ基準位置ｅｘに基づいてエッジポジションコントローラ１０４が制御されることによって、エッジポジションコントローラ１０４を通過した直後の電極シートＳ１の幅方向の位置が更新されたエッジ基準位置ｅｘに近づけられる。

図５と図６は、電極シートの位置とエッジ基準位置ｅｘの推移を示すグラフである。縦軸は、電極シートの位置を示しており、横軸は時間を示している。
図５は、エッジポジションコントローラ１０４のエッジ基準位置ｅｘ（０）で固定されている場合が示されている。図６は、上述した第２処理部１０７ａ２と第３処理部１０７ａ３とが実行された場合が示されている。図５と図６では、図２に示されているように、帯状の金属箔Ｓ１ａの幅方向の片側の縁に沿って未形成部Ｓ１ｃが設定され、未形成部Ｓ１ｃを除いて金属箔Ｓ１ａの両面に活物質層Ｓ１ｂが塗工された電極シートＳ１が、それぞれ用いられている。

エッジポジションコントローラ１０４のエッジ基準位置ｅｘ（０）で固定されている場合は、図５に示されているように、捲回が進むと、あるタイミングで電極シートの斜行量Ｓｘが大きくなる。そして、第２エッジ位置ｅ２が大きく目標位置（ここでは、ｅｘ（０））から大きくずれていく。図５に示す例では、目標位置に対して設定される許容範囲ｅ（＋）～ｅ（－）を超えて、第２エッジ位置ｅ２がずれている。

図５の場合、電極シートＳ１がずれる方向やずれる量を予測して、捲回開始前に、エッジポジションコントローラ１０４のエッジ基準位置ｅｘ（０）を予めずらしておいてもよい。例えば、図５の例では、ｅｘ（０）を予めｅ（＋）側にずらして設定しておくことで、第２エッジセンサ１０６で検知される第２エッジ位置ｅ２がｅ（＋）側にずれる。このため、第２エッジ位置ｅ２の変位が許容範囲ｅ（＋）～ｅ（－）が収まるかも知れない。しかしながら、電極シートの斜行量Ｓｘが予測よりも大きい場合や捲回途中から急激に電極シートＳ１がずれるような場合には、第２エッジ位置ｅ２の変位が許容範囲ｅ（＋）～ｅ（－）に収まらない場合が生じうる。

これに対して、上述した第２処理部１０７ａ２と第３処理部１０７ａ３が実行されている場合は、図６に示されているように、予め定められた制御周期Ｔａ毎に電極シートの斜行量Ｓｘ（ｅ２－ｅ１）が検知される。そして、電極シートの斜行量Ｓｘに基づいてエッジ基準位置ｅｘが更新される。このため、電極シートＳ１が巻軸１０３に巻き取られている間において、電極シートの斜行量Ｓｘとは反対側にずれるようにエッジ基準位置ｅｘが更新される。そして、図６に示されているように、電極シートの斜行量Ｓｘが小さく抑えられ、第２エッジ位置ｅ２の変位が小さくなる。このため、電極シートＳ１がずれる方向やずれる量を予測する必要は無い。捲回開始前に、エッジポジションコントローラ１０４のエッジ基準位置ｅｘ（０）を予めずらす必要も無い。捲回途中から急激に電極シートＳ１がずれるような場合でも、第２エッジ位置ｅ２の変位が許容範囲ｅ（＋）～ｅ（－）に収められうる。

ここで提案される制御装置１０７の制御周期は、Ｔａ＞Ｔｂであるとよい。つまり、第２処理部１０７ａ２の処理Ｓ１２と第３処理部１０７ａ３の処理Ｓ１３が実行される予め定められた制御周期Ｔａは、エッジポジションコントローラ１０４を制御するための予め定められた制御周期Ｔｂよりも長く設定されているとよい。換言すると、電極シートの斜行量Ｓｘを得てエッジ基準位置ｅｘを更新するための予め定められた制御周期Ｔａは、エッジ基準位置ｅｘを得る処理Ｓ２１と、第１エッジ位置ｅ１を得る処理Ｓ２２と、エッジポジションコントローラ１０４を制御する処理Ｓ２３の制御周期Ｔｂよりも長いとよい。

ＴａがＴｂよりも長いと、エッジ基準位置ｅｘが更新されてそれに基づいたエッジポジションコントローラ１０４の制御がある程度進んだ段階で、エッジ基準位置ｅｘが更新されるようになる。これによって、エッジポジションコントローラ１０４の制御が安定しやすくなる。この場合、Ｔａは、例えば、Ｔｂの２倍～４倍程度（例えば、３倍）に設定するとよい。なお、ＴａをＴｂに対してどの程度長くするかは、電極シートの斜行量Ｓｘが小さく抑えられ、かつ、第２エッジ位置ｅ２の変位が小さくなること、および、エッジポジションコントローラ１０４の制御が安定することが両立するように定めるとよい。

また、第２処理部１０７ａ２では、電極シートの斜行量Ｓｘが得られるが、電極シートの斜行量Ｓｘを得る処理は、エッジポジションコントローラ１０４を制御するための制御周期Ｔｂ毎に得てもよい。この場合、第３処理部１０７ａ３では、予め定められた制御周期Ｔａの間に得られた電極シートの斜行量Ｓｘの平均値を得て、当該電極シートの斜行量Ｓｘの平均値に基づいて、電極シートの斜行量Ｓｘが解消される方向にエッジ基準位置ｅｘを更新してもよい。

以上、ここで提案される巻取装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた巻取装置の実施形態などは、本発明を限定しない。

１００ 巻取装置
１０１ 第１軸
１０１ａ リール
１０２ 搬送経路
１０２ａ ローラー
１０３ 巻軸
１０４ エッジポジションコントローラ
１０５ 第１エッジセンサ
１０６ 第２エッジセンサ
１０７ 制御装置
１０７ａ１ 第１処理部
１０７ａ２ 第２処理部
１０７ａ３ 第３処理部
ｅ０ 電極シートＳ１の幅方向の基準位置
ｅ１ 第１エッジ位置
ｅ２ 第２エッジ位置
ｅｘ エッジ基準位置
Ｓ１ 電極シート
Ｓ１ａ 金属箔
Ｓ１ｂ 活物質層
Ｓ１ｃ 未形成部
Ｓ２ 他の電極シート
Ｓ３，Ｓ４ セパレータ
Ｓｘ 斜行量
Ｔａ エッジ基準位置を更新するための制御周期
Ｔｂ エッジポジションコントローラ１０４を制御するための制御周期

Claims (1)

1. 帯状の金属箔に活物質粒子を含む層が形成された電極シートが捲回されたリールが装着された第１軸と、
   前記リールから送り出された前記電極シートが搬送される搬送経路と、
   前記搬送経路に搬送された前記電極シートを巻き取る巻軸と、
   前記第１軸と前記巻軸との間の前記搬送経路に設けられた少なくとも１つのエッジポジションコントローラと、
   前記搬送経路に沿って最も巻軸に近いエッジポジションコントローラよりも下流側に設けられた第１エッジセンサと、
   前記搬送経路に沿って前記第１エッジセンサよりも下流側に設けられた第２エッジセンサと、
   制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記巻軸を回転させて前記搬送経路に搬送された前記電極シートを巻き取る第１処理部と、
   前記電極シートが前記巻軸に巻き取られている間において、前記第１エッジセンサによって検知された前記電極シートの第１エッジ位置と、前記第２エッジセンサによって検知された前記電極シートの第２エッジ位置とに基づいて前記電極シートの斜行量を得る第２処理部と、
   前記電極シートが前記巻軸に巻き取られている間において、前記電極シートの前記斜行量が解消するように前記最も巻軸に近いエッジポジションコントローラを制御する第３処理部と
   を備え、
   前記第２処理部の処理と前記第３処理部の処理が実行される制御周期Ｔａ毎に、電極シートの斜行量が検知され、当該斜行量とは反対側にずれるようにエッジ基準位置が更新され、
   前記第２処理部の処理と前記第３処理部の処理が実行される制御周期Ｔａは、前記最も巻軸に近いエッジポジションコントローラを制御するための制御周期Ｔｂよりも長い、
   巻取装置。

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