JP2002270213A

JP2002270213A - 扁平型電子部品用帯状素子の巻取方法及び巻取装置

Info

Publication number: JP2002270213A
Application number: JP2001071603A
Authority: JP
Inventors: Kunitaka Shingu; 邦隆新宮
Original assignee: SHIMANE JIDOKI KK
Current assignee: SHIMANE JIDOKI KK
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】扁平型電子部品の帯状素子を扁平状の巻芯を
使用して均一に巻き取る巻取方法及び巻取装置を提供す
る。【解決手段】帯状素子２ａ、２ｂを送る送り装置５を
サーボモータにより駆動し、帯状素子を巻き取る巻芯４
の回転角度を角度検出器で検出し、巻芯４の角度位置の
変位による巻取速度の変位に、送り装置５のサーボモー
タの回転速度を追従させることにより、送り装置５の送
り速度を、巻芯４による帯状素子２ａ、２ｂの巻取速度
の変位に追従させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、扁平型キャパシタ
ーや扁平型電池等の扁平型電子部品を構成する電極シー
ト、セパレータ等の帯状素子を扁平状の巻芯に巻き取る
ための巻取方法及び巻取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、扁平型電子部品をした電池や
コンデンサーでは、これらの電極シートやセパレータ等
の帯状素子を巻き取る方法として、円筒状をした巻出ロ
ールに巻かれた帯状素子を、ダンサーローラ等の介在下
で一定のテンションを与えつつ、扁平状をした巻芯を回
転駆動してこれに巻き取り、所要量巻き取った後にカッ
トし、巻芯を抜き取る方法が知られている。

【０００３】また、巻芯に巻き取った帯状素子を押さえ
付ける手段として、コイルバネ等により弾性的に支持さ
れた押さえローラを帯状素子に押さえ付ける技術が知ら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によれば、扁平状の巻芯に帯状素子を巻き取る際
の巻取速度の変位が円筒軸に巻き取る場合に比べてかな
り大きく、この巻取速度の変位により不均一な巻き取り
が生じる、巻き取り速度をあまり上げることができない
等の問題があった。

【０００５】また、上記従来の押さえ技術では、巻芯の
回転によってバウンドする等して不均一な巻き取りが生
じるという問題があった。

【０００６】そこで、本発明は、扁平型電子部品の帯状
素子を扁平状の巻芯を使用して均一に巻き取ることがで
きる巻取方法及び巻取装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、扁
平状の巻芯を回転させて該巻芯に帯状素子を巻き取る方
法であって、前記巻芯による前記帯状素子の巻取速度の
変位に、前記帯状素子の送り速度を追従させることを特
徴とする扁平型電子部品用帯状素子の巻取方法によって
達成される。

【０００８】前記帯状素子の送り速度は、前記巻芯の回
転角度から計算した速度に対応して変化させることが好
ましい。

【０００９】前記帯状素子の送り出し側端に弾性部材を
介在させることにより、該帯状素子に引っ張り張力を付
与するとともに、前記弾性部材により前記巻取速度と前
記送り速度との誤差を吸収させることが好ましい。

【００１０】また、本発明の上記目的は、扁平状の巻芯
を回転させて該巻芯に帯状素子を巻き取る装置であっ
て、前記巻芯を回転駆動させる巻取モータと、前記巻芯
に前記帯状素子を送る送り装置とを有し、前記送り装置
の送り速度を前記巻芯による前記帯状素子の巻取速度の
変位に追従させたことを特徴とする扁平型電子部品用帯
状素子の巻取装置により達成される。

【００１１】前記送り装置がサーボモータにより駆動さ
れ、前記巻芯の回転角度を検出するための角度検出器を
備え、前記巻芯の角度位置の変位による巻取速度の変位
に前記送り装置のサーボモータの回転速度を追従させる
ことが好ましい。

【００１２】前記送り装置がリニアガイドであり、該リ
ニアガイドが該リニアガイドに沿って送り駆動されるテ
ンションチャックを有し、該テンションチャックは、前
記帯状素子の一端を保持するチャック部と、巻取速度と
送り速度との誤差を吸収するとともに該帯状部材に一定
範囲内の張力を付与するための弾性部材とを備えること
が好ましい。

【００１３】さらに、本発明の上記目的は、扁平状の巻
芯を回転させて該巻芯に帯状素子を巻き取る装置であっ
て、前記巻芯の回転軸と同期回転するカムと、前記巻芯
に巻き取られる帯状素子を押さえるための押さえローラ
とを有し、前記カムは、前記巻芯の回転時において、前
記押さえローラが前記巻芯の巻取面に沿って移動するよ
うに前記押さえローラを案内するように形成されている
ことを特徴とする扁平型電子部品用帯状素子の巻取装置
によって達成される。

【００１４】前記カムは前記回転軸の周囲を囲む周溝を
備える平面溝カムであって、該周溝に押さえローラの軸
が摺動自在に支持されていることが好ましい。

【００１５】前記押さえローラは、前記巻芯の回転中心
を挟んで対向配置されていることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態につ
いて以下に図面を参照して説明する。図１は、本発明に
係る扁平型電子部品用帯状素子の巻取装置の第１実施形
態を示す構成概念図である。図１に示す例は、リチウム
二次電池の巻取装置１であり、正極電極材料を構成する
帯状素子２ａと、負極電極材料を構成する帯状素子２ｂ
と、帯状素子２ａと帯状素子２ｂとの間に挟まれるセパ
レータを構成する帯状素子３とを同時に巻き取る装置で
ある。

【００１７】巻芯４は、扁平状（板状）をしており、巻
取モータ４ａに接続されている。送り装置５は、例え
ば、公知の巻き出しローラ５ａやリニアガイド５ｂを使
用することができる。。帯状素子２ａ、２ｂは、一端が
巻芯４に接続され、他端が送り装置５に接続されいる。
一方、セパレータを構成している帯状素子３は、一端が
送り装置５’を構成している巻き出しローラ５ａに巻回
されており、途中に巻芯４を介して、他端が送り装置５
を構成するリニアガイド５ｂに接続されている。これ
は、リチウム二次電池の場合は、電極材料が短冊状であ
り、セパレータが長尺の巻回状であるという事情によ
る。

【００１８】送り装置５、５’の送り速度は、巻芯４に
よって帯状素子２ａ，２ｂを巻き取る時の巻取速度の変
位に追従させる。

【００１９】巻芯４が、巻取半径ｒで角速度ωで定速回
転しているとき、巻芯４の回転角度をθとすると、巻取
速度のＸ方向（巻取方向）成分Ｖｘは、一般に、次式で
表される。

【００２０】

【数１】

【００２１】従って、巻芯４の巻取速度は、数式（１）
に従って変位する。即ち、巻芯４の巻取速度は、巻芯４
の巻取縁部の接線速度正弦成分の絶対値に対応する速度
に従って変位する。なお、巻取半径ｒは、巻取に伴って
増加するため補正することが好ましい。

【００２２】従って、送り装置５、５’の送り速度は、
上式（１）によって生じる変位に追従させるように制御
する。そのような制御は、サーボ制御により行うことが
でき、例えば、図示の例では、巻取モータ４ａ及び送り
装置５の駆動源として、サーボモータを使用し、巻取モ
ータ４ａの回転角度を角度検出器（図示せず）により検
出し、検出した信号をコントローラ（図示せず）で演算
処理し、所定の回転速度で送り装置５のサーボモータを
駆動するよう制御することができる。巻取モータ４ａの
角度検出器としては、例えば、ポテンショメータ、エン
コーダ、レゾルバ等の公知の角度検出器を使用すること
ができる。

【００２３】送り装置５を構成しているリニアガイド５
ｂは、該ガイドに沿って駆動するテンションチャック６
を備えることができ、テンションチャック６は、帯状素
子２ａ、２ｂの一端の保持するチャック部６ａと、該チ
ャック部６ａを弾性的に支持する弾性部材６ｂとを備え
ることができる。

【００２４】弾性部材６ｂは、図示のように、チャック
部６ａを送り方向両側から支持するコイルバネとするこ
とができ、巻取速度と送り速度との制御偏差を吸収する
他、帯状素子２ａ、２ｂに所要の引っ張り張力を付与す
る働きもある。巻取速度と送り速度との制御偏差として
は、外乱による偏差の他、数式（１）で示した巻取半径
ｒの増加による偏差がある。

【００２５】送り装置５を構成しているリニアガイド５
ｂは、ボール螺子駆動式、タイミングベルト駆動式等の
種々の構造のものを採用し得るが、例えば、タイミング
ベルト駆動式の場合は、タイミングベルトが巻回されて
いるプーリの半径をＲとすれば、リニアガイド５ｂのサ
ーボモータの回転角速度ω_Lは、

【００２６】

【数２】

【００２７】で回転するようコントローラからの命令で
制御される。この場合、プーリ半径Ｒは一定である。

【００２８】送り装置５を駆動するサーボモータには、
タコジェネレータ等の速度検出器を設け、検出した速度
（制御量）をフィードバックして式（２）の目標値との
間に生じる制御偏差を無くすように制御することができ
る。

【００２９】或いは、テンションチャック６の移動速度
を検出し、送り装置５のサーボモータにコントローラか
ら送られた速度信号との差を演算し、これを増幅して送
り装置５のサーボモータにフィードバックし、該モータ
の回転速度を補正することもできる。

【００３０】帯状素子３の他方の送り装置５’は、巻き
出しローラ５ａ、ダンサー張力付与手段５１、ダンサー
ローラ５２、ポテンショメータ５３、及びカッター５４
を備え、ダンサーローラ５２が図示の仮想線で示す如く
シリンダー５１の駆動で揺動し、セパレータを構成する
帯状素子３に張力を付与し、ダンサーローラ５２を支持
するダンサーレバー５５の揺動角度をポテンショメータ
５３によって検出し、所要の張力となるよう揺動角度を
調整する構成は従来と同様であるが、巻き出しローラ５
ａの駆動をサーボモータによって制御する際の制御方法
が上記したリニアガイド５ｂの場合と同様の制御を行う
点が従来と異なる。

【００３１】図示の巻き出しローラ５ａは、セパレータ
を構成する帯状素子３を大量に巻回してあり、所定長さ
を巻き出し後にカッター５４によって切断する構成を採
用しているから、巻き出し半径の減少を無視できないか
ら、例えば、巻き出しローラ５ａの回転数ｎをカウント
し、減少分を補正することが必要である。巻き出しロー
ラ５ａの半径初期値をＲ₀、セパレータを構成する帯状
素子３の厚みをＳ_tとすれば、ｎ回転後の半径Ｒｎは、

【００３２】

【数３】

【００３３】であるから、巻き出しローラ５ａの角速度
をω_sとし、（３）式を（２）式に代入すれば、

【００３４】

【数４】

【００３５】となり、巻き出しローラ５ａの回転角速度
は、式（４）により制御される。

【００３６】上記のような構成及び制御がなされる本発
明第１実施形態によれば、巻芯が扁平状であるが故に生
じる巻取速度の変動に送り速度を追従させることで、均
一な巻き取りが可能となり、従来の巻き取り速度よりも
速い巻き取り速度で巻き取っても巻き取りの均一性を維
持できる。

【００３７】また、テンションチャックに設けた弾性部
材が、制御偏差を吸収するとともに、帯状素子に所要の
張力を与えることができる。

【００３８】次に本発明に係る巻取装置の第２実施形態
について以下に図２及び図３を参照して説明する。図２
は、本発明第２実施形態の要部を概念的に示す斜視図、
図３は、本発明第２実施形態の作動状態を説明するため
の説明図である。

【００３９】図２に示すように、巻芯４の回転軸４ｂに
カム１０が直結されており、カム１０には回転軸４ｂの
周囲を囲むようにして周溝１０ａが形成され、巻芯４に
巻き取られる帯状部材を押さえつけるための押さえロー
ラ１１の軸１１ａが周溝１０ａに摺動自在に嵌まってい
る。

【００４０】押さえローラ１１は、その軸１１ａをスリ
ット部１２に通す等することによって直線方向にのみ移
動可能とされている。また、押さえローラ１１は、樹脂
で形成された筒状部１１ｂで被覆されている。押さえロ
ーラ１１は、巻芯４の回転中心を挟んで直線上に対向配
置することとが好ましい。

【００４１】周溝１０ａは、図３に示すように、巻芯４
の回転時において、押さえローラ１１が巻芯４の巻取面
に沿って移動するように押さえローラ１１を案内するよ
うに、略楕円形又は略長円形に形成されている。

【００４２】上記構成を有する本発明第２実施形態の巻
取装置によれば、押さえローラ１１が巻芯４の巻取面に
沿った移動経路を強制的に案内されることになるため、
従来のように巻芯の回転によって押さえローラ１１がバ
ウンドすることがなく、高速巻取が可能となる。

【００４３】なお、上記第２実施形態においてカムは、
平面溝カムのみにつて説明したが、平面リブカム、円筒
溝カム、円筒リブカムによって形成することも可能であ
る。但し、リブカムにより構成する場合は、２条のリブ
を形成することが好ましい。

【００４４】上記のような押さえローラ１１を用いた装
置では、巻取速度が上記した式（１）のコサインカーブ
からややずれることがあり、この場合の制御に関する実
施形態について以下に図４〜８を参照して説明する。

【００４５】図４の（a）〜(c)は、帯状素子２ａ（２ｂ
又は３）を押さえローラ１１によって押さえながら巻芯
４に巻き取る場合の状態を時系列で示す説明図である。
図中１５は、ガイドローラを示す。押さえローラ１１と
ガイドローラ１５との関係により、巻取速度（送り速
度）は図５に示すようなカーブとなる。図５において、
横軸は巻芯４の回転角度、縦軸は巻取速度（＝送り速
度）である。

【００４６】図５に示された速度変位に送り装置５の送
り速度を追従させる方法として、例えば、巻芯４の回転
角度に対する送り装置５の送り量を実際にサンプリング
し、そのサンプリングされたカーブデータをトレースす
ることができる。サンプリング方法の例を以下に説明す
る。

【００４７】図６に示すように、実際に帯状素子２ａを
セットし、送り装置５のサーボモータをフリーにして、
巻芯４のサーボモータ（巻取モータ４ａ）を、巻芯４の
回転角度を、（１８０°／４０）単位に等分割して４．
５°づつ巻き取り、４．５°づつの送り量を、送り装置
５のサーボモータに設けた角度検出器からの検出値から
計算し、これを記録する。この操作を何度か繰り返し、
巻芯４が４．５°回転する毎に巻き取られる帯状素子２
ａの巻き取り量（＝送り量）の平均値をとる。

【００４８】こうして得られた４．５°回転単位の平均
送り量を、最長送り量を１００としてパーセンテージに
換算し、これを縦軸にプロットし、横軸に対応する角度
位置をプロットすると、図７に示すグラフが得られる。
図７に示されたグラフは、上記式（１）で示したコサイ
ンカーブから少しずれていることが分かる。

【００４９】４．５°づつの角度位置をｉ（ｉ＝１，
２，３，・・・）、角度位置ｉに対応する送り量（＝巻
取量）の前記パーセンテージをＫｉとすると、角度位置
ｉでの送り速度Ｖｉは、次式（５）で表される。

【００５０】

【数５】

【００５１】ここで、Ｖｂは、基準速度であり、以下の
ようにして求められる。

【００５２】巻芯が４．５°描いてするときの時間ｔａ
は、

【００５３】

【数６】

【００５４】であるから、巻芯が４．５°回転した時の
移動量Ｌａは、

【００５５】

【数７】

【００５６】であり、巻芯が１８０°回転した後の移動
量は、２ｒであるから、

【００５７】

【数８】

【００５８】よって、Ｖｂは、次式で表される。

【００５９】

【数９】

【００６０】式（５）に、巻太りによる補正項α１、α
２を挿入すると、

【００６１】

【数１０】

【００６２】となる。ここで、α１は、巻取に従って巻
芯幅が広くなることに伴って速度を増加させるための補
正項であり、α２は、巻取に従って巻芯が厚くなること
に伴いって比率Ｋｉのカーブが緩やかになることに基づ
く補正項である。

【００６３】α２は、例えば、次式（７）によって表せ
る。

【００６４】

【数１１】

【００６５】ここで、Ｃは補正値（％）であり、巻芯が
一回転するのに比例して増加する値である。Ｃ＝０％の
場合とＣ＝５０％の場合の比率Ｋｉのグラフを図８に示
す。図８において、比率Ｋｉのカーブは、補正値が大き
い方が緩やかになっていることが分かる。

【００６６】従って、送り装置５のサーボモータは、上
式（６）によって制御されることになる。具体的には、
巻芯４のサーボモータ（４ａ）を位置指令パルス信号に
よって駆動し、サーボモータ（４ａ）の位置検出器によ
り検出されたパルスをカウンタでカウントし、このカウ
ンタ数に応じて、上式（６）に従ってモータコントロー
ラにより送り装置５のサーボモータを駆動する。

【００６７】送りモータ５のサーボモータに設けられた
位置検出器からのパルスをカウンタでカウントしてお
き、巻取終了後は、所定角度位置に戻す。

【００６８】このように実際の巻取量（＝送り量）をト
レースすることにより、誤差の少ない巻取が可能にな
る。

【００６９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る扁平型電子部品用帯状素子の巻取方法及び巻取装
置によれば、扁平型電子部品の帯状素子を扁平状の巻芯
を使用して均一に巻き取ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る巻取装置の第１実施形態であって
扁平型リチウム二次電池の巻取装置を示す概念図であ
る。

【図２】本発明に係る扁平型電池用帯状素子の巻取装置
の第２実施形態の要部を示す斜視図である。

【図３】本発明第２実施形態の作動状態を説明するため
の説明図である。

【図４】第２実施形態において帯状素子を巻き取る状態
を説明するための説明図である。

【図５】第２実施形態において、送り速度の変化を示す
グラフである。

【図６】本発明装置の一部を示す概念図である。

【図７】第２実施形態の送り速度を実測値から計算した
グラフである。

【図８】本発明に係る制御方法を説明するためのグラフ
である。

【符号の説明】

１巻取装置２ａ、２ｂ帯状素子（電極）３帯状素子（セパレータ）４巻芯５送り装置５ｂリニアガイド６テンションチャック６ａチャック部６ｂ弾性部材１０カム１０ａ周溝１１押さえローラ１５ガイドローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】扁平状の巻芯を回転させて該巻芯に帯状
素子を巻き取る方法であって、前記巻芯による前記帯状
素子の巻取速度の変位に、前記帯状素子の送り速度を追
従させることを特徴とする扁平型電子部品用帯状素子の
巻取方法。
【請求項２】前記帯状素子の送り速度を、前記巻芯の
回転角度から計算した速度に対応して変化させることを
特徴とする請求項１記載の巻取方法。
【請求項３】前記帯状素子の送り出し側端に弾性部材
を介在させることにより、該帯状素子に引っ張り張力を
付与するとともに、前記弾性部材により前記巻取速度と
前記送り速度との誤差を吸収させることを特徴とする請
求項１記載の扁平型電子部品用帯状素子の巻取方法。
【請求項４】扁平状の巻芯を回転させて該巻芯に帯状
素子を巻き取る装置であって、前記巻芯を回転駆動させ
る巻取モータと、前記巻芯に前記帯状素子を送る送り装
置とを有し、前記送り装置の送り速度を前記巻芯による
前記帯状素子の巻取速度の変位に追従させることを特徴
とする扁平型電子部品用帯状素子の巻取装置。
【請求項５】前記送り装置がサーボモータにより駆動
され、前記巻芯の回転角度を検出するための角度検出器
を備え、前記巻芯の角度位置の変位による巻取速度の変
位に前記送り装置のサーボモータの回転速度を追従させ
ることを特徴とする請求項４記載の巻取装置。
【請求項６】前記送り装置がリニアガイドであり、該
リニアガイドが該リニアガイドに沿って送り駆動される
テンションチャックを有し、該テンションチャックは、
前記帯状素子の一端を保持するチャック部と、巻取速度
と送り速度との誤差を吸収するとともに該帯状部材に一
定範囲内の張力を付与するための弾性部材とを備えるこ
とを特徴とする請求項４又は５に記載の巻取装置。
【請求項７】扁平状の巻芯を回転させて該巻芯に帯状
素子を巻き取る装置であって、前記巻芯の回転軸と同期回転するカムと、前記巻芯に巻
かれる帯状素子を押さえるための押さえローラとを有
し、前記カムは、前記巻芯の回転時において、前記押さ
えローラが前記巻芯の巻取面に沿って移動するように前
記押さえローラを案内するように形成されていることを
特徴とする扁平型電子部品用帯状素子の巻取装置。
【請求項８】前記カムは前記回転軸の周囲を囲む周溝
を備える平面溝カムであって、該周溝に押さえローラの
軸が摺動自在に支持されていることを特徴とする請求項
７記載の巻取装置。
【請求項９】前記押さえローラは、前記巻芯の回転中
心を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項
７記載の巻取装置。