JP2019038643A - シート材製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原反１の送り出しとシート材２の搬送のタイミングや速度のずれによる原反１の先端とシート材２の後端との衝突を防止する。【解決手段】切り離し後にシート材２を原反１の送り出し方向に沿って搬送する搬送部１３は、吸着パッド３１を有する。吸着パッド３１は、シート材２とともに原反１の先端部を吸着し、原反１の送り出し時に原反１の先端部を支持する。吸着パッド３１の原反用吸着面４３はテーパ状の凹部となっており、シート材用吸着面４１との間で段差４４を有する。原反用吸着面４３に吸着された原反１の先端１ａの厚さ方向の位置とシート材用吸着面４１に吸着されたシート材２の後端２ａの厚さ方向の位置とが異なるため、送り出しと搬送との速度差等があっても両者が衝突することがない。【選択図】図６

Description

この発明は、帯状の原反を間欠的に送り出し、その先端部分を所定長さで切り離すことによりシート材を１枚ずつ形成するシート材製造装置に関する。

帯状の原反を送り出し、その先端部分を所定長さで切り離すことでシート材を１枚ずつ形成するシート材製造装置において、切り離したシート材を、原反の間欠的な送り出しと同期した形で、原反の送り出し方向と同じ方向に搬送する場合がある。特許文献１は、類似した構成のシート材製造装置を開示している。

このような場合に、シート材製造の効率を最大限に高めるためには、原反の送り出しと切断後のシート材の搬送とを、同じタイミングでかつ互いに等しい速度で行うことが望ましい。つまり、１枚のシート材の切断後に、切り離されたシート材の搬送が完了するのを待たずに、次のシート材の切り離しのために原反の送り出しを開始することが効率向上の上で有利であり、従って、無駄な待ち時間を無くすためには、切り離されたシート材の後端と原反の先端とがあたかも連続しているかのような形で同時に移動していくことが望ましい。

特開２０１３−１６５０２４号公報

しかしながら、原反の送り出しと切り離されたシート材の搬送とを同時にかつ互いに等しい速度で行うように構成した場合、何らかの要因によって原反の送り出しのタイミングや速度がシート材の搬送のタイミングや速度よりも僅かに早い側にずれてしまったときに、送り出された原反の先端がシート材後端に衝突し、搬送中のシート材を押し出すように作用する、という問題がある。このような現象が生じると、シート材が変形したり、搬送中の位置ズレにより後工程での位置精度が低下したりする懸念がある。

この発明は、帯状の原反の先端部分を所定長さで切り離してシート材を形成する切断手段と、切り離されたシート材を原反の送り出し方向に沿って搬送する搬送手段と、この搬送手段によるシート材の搬送と同時に原反を次のシート材の切り離しのために上記所定長さ分送り出す送出手段と、を備えたシート材製造装置であって、
上記送出手段による原反の送り出し時に原反の先端の厚さ方向の位置をシート材後端の厚さ方向の位置と異なる位置に規制する位置規制手段、を備えている。

このように厚さ方向で原反の先端の位置とシート材後端の位置とを互いに異なる位置とすることで、仮に、送出手段による原反の送り出しのタイミングや速度が搬送手段による搬送のタイミングや速度よりも早い側にずれた場合でも、原反の先端が搬送中のシート材の後端に衝突してシート材を押し出すことがない。

この発明によれば、送り出された原反の先端と搬送中のシート材の後端とが、僅かなタイミングのずれや速度の差異によって衝突することがなくなり、シート材の変形や後工程での位置精度の低下といった不具合を回避できる。

この発明に係るシート材製造装置の全体を模式的に示した構成説明図。 このシート材製造装置の動作を説明するための工程説明図。 切断成形部および搬送部の正面図。 切断成形部および搬送部の上面図。 吸着パッドの断面図。 吸着パッドにおける吸着動作を示した説明図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係るシート材製造装置の一実施例を示す構成説明図である。この実施例は、特許文献１に開示されているような偏平なフィルム外装電池における外装体となるラミネートフィルムのシート材をワークとしている。フィルム外装電池は、例えばリチウムイオン二次電池として、複数のシート状の正極および負極をセパレータを介して積層してなる発電要素（電極積層体とも呼ばれる）が、可撓性を有するラミネートフィルムからなる外装体の中に電解液とともに収容された構成を有する。外装体となるラミネートフィルムは、例えば、アルミニウム箔の内側にポリプロピレンからなる熱融着層をラミネートするとともに、外側にポリアミド樹脂層およびポリエチレンテレフタレート樹脂層を保護層としてラミネートしてなる四層構造を有し、全体で、例えば、０．１５〜０．３ｍｍ程度の厚さを有している。そして、２枚のラミネートフィルム（シート材）の間に電極積層体を配置した上で、周囲の四辺を重ね合わせ、互いに熱融着することで袋状の外装体が構成される。図１のシート材製造装置は、互いに熱融着される２枚のラミネートフィルムの中の一方を形成するものであり、この実施例では、シート状に切り離すと同時に、電極積層体の厚みを吸収するための比較的浅い凹部を形成するカップ成形を行っている。

シート材製造装置は、帯状のラミネートフィルムをロール状に巻回してなる原反１を間欠的に送り出す送出部１１と、送り出された原反１の先端部分を所定長さで切り離してシート材２とするとともにカップ成形を同時に行う切断成形部１２と、切り離されたシート材２を原反１の送り出し方向に沿って、隣接する受け台１４の上まで搬送する搬送部１３と、を備えて構成されている。なお、図示例では、原反１の送り出しおよびシート材２の搬送は、基本的に水平面に沿って行われる。従って、この例では、装置の垂直方向がシート材２ないし原反１の厚さ方向に相当する。

送出部１１は、原反１を把持および解放するチャック機構２１と、このチャック機構２１を原反１の送り出し方向に沿って往復直線運動させるサーボ機構２２と、から構成されている。サーボ機構２２は、例えば、サーボモータとボールネジ機構とを組み合わせて、チャック機構２１を支持するテーブルを直線運動させる構成となっているが、必ずしもこれに限定されるものではない。サーボ機構２２は、１枚のシート材２に必要な所定長さ分原反１を送り出すように、その移動ストロークが設定されている。チャック機構２１は、図１からも明らかなように、原反１の先端から送り出し方向の後方に離れた位置（少なくとも所定長さよりも長く離れた位置）を把持する構成となっている。

切断成形部１２は、所定高さ位置に固定された下型２５と、この下型２５の上方に位置し、かつ適宜なシリンダ機構を介して所定ストロークで上下往復動作するように構成された上型２６と、を備えている。図３に詳細を示すように、上型２６は、下降に伴って原反１を切断する切断刃２７と、カップ成形のための成形上型２８と、を含んでいる。切断刃２７は、上型２６の送出部１１寄りに位置している。下型２５は、成形上型２８と組み合わされるカップ成形のための成形下型２９を有し、かつこの成形下型２９の送出部１１寄りの端縁に沿って、切断刃２７が進入するスリット状の凹部３０が設けられている。

搬送部１３は、図３，図４に詳細を示すように、切り離しおよびカップ成形がなされたシート材２を吸着保持する矩形の板状をなす吸着パッド３１と、この吸着パッド３１をブラケット３２ａを介して支持するとともに、比較的に小さな所定量だけ上下に移動させる上下シリンダ機構３２と、この上下シリンダ機構３２を支持するテーブル３３を原反１の送り出し方向に沿って往復直線運動させるサーボ機構３４と、を備えて構成されている。サーボ機構３４は、送出部１１のサーボ機構２２と同様に、サーボモータとボールネジ機構とを組み合わせて、テーブル３３を水平なガイドレール３５に沿って直線運動させる構成となっている。上下シリンダ機構３２は、ワークとなるシート材２を搬送時に下型２５から僅かに浮上させるとともに、受け台１４の上に置くように、上昇下降動作を行う。なお、受け台１４の上に搬送されたシート材２は、さらに、別の搬送機構を介して、受け台１４から原反１の送り出し方向と直交する方向へ搬送される。

吸着パッド３１は、図５に詳細を示すように、ワークとなるシート材２の外形寸法にほぼ対応した大きさのシート材吸着領域３１Ａと、このシート材吸着領域３１Ａから原反１の送り出し方向とは反対側へ延長された原反吸着領域３１Ｂと、を備えている。シート材吸着領域３１Ａは、カップ成形後も一平面を保っているシート材２の周縁部に対応して、周縁の四辺に枠状に連続したシート材用吸着面４１を備えている。このシート材用吸着面４１は、一つの平面に沿って形成されている。そして、四辺の各辺の両端部および中間部にそれぞれ吸着カップ４２が設けられている。つまり、図４に示すように、シート材吸着領域３１Ａの周縁に沿って計８個の吸着カップ４２がシート材用吸着面４１に配置されている。この吸着カップ４２は、容易に変形するゴム製ないし合成樹脂製のカップがバキューム配管の先端に設けられた構成であり、図５に示すように、吸着パッド３１のシート材用吸着面４１に設けられた円形の孔４５内に、カップ先端（開口端）が吸着面４１から僅かに突出するようにして配置されている。従って、負圧導入によりワークとなるシート材２が吸着した状態では、吸着カップ４２は容易に押し潰され、シート材２がシート材用吸着面４１に密接した状態で吸着・保持される。

原反吸着領域３１Ｂは、シート材２が切り離された後の原反１の先端部を吸着・保持するための領域であり、図４に示すような平面視においては、シート材吸着領域３１Ａの後縁に沿って一定幅の帯状に構成されている。この原反吸着領域３１Ｂは、原反１の先端部に対応した原反用吸着面４３を備えている。そして、この細長い帯状をなす原反用吸着面４３の両端および中間部にそれぞれ上述した構成の吸着カップ４２が設けられている。この原反用吸着面４３における吸着カップ４２も、やはり、原反用吸着面４３に設けられた円形の孔４５内に配置されている。

ここで、図５に示すように、原反用吸着面４３は、シート材用吸着面４１との境界に段差４４が生じるように、テーパ状の傾斜面となっている。換言すれば、原反吸着領域３１Ｂは、テーパ状の凹部を備えており、この凹部の傾斜した底面が原反用吸着面４３となっている。傾斜面をなす原反用吸着面４３は、原反用吸着面４３の送出部１１寄りの端縁４３ａから一定の勾配で上方へ向かっている。例えば、シート材用吸着面４１が水平面であると仮定すると、原反用吸着面４３の送出部１１寄りの端縁４３ａは、シート材用吸着面４１の水平面と同じ高さ位置にあり、原反用吸着面４３は、シート材用吸着面４１の水平面よりも上方へ後退した形に設けられている。原反用吸着面４３とシート材用吸着面４１とは不連続であり、両者の境界には、垂直面（換言すればシート材用吸着面４１と直交する面）からなる段差４４が存在する。この段差４４の垂直方向の寸法は、少なくとも原反１の厚さよりも大きく、つまり、原反１の先端を厚さ方向に関して十分に収容できるだけの寸法に設定されている。例えば、１ｍｍ程度の段差４４を有する。また、傾斜した原反用吸着面４３の勾配は、後述するように原反１の先端部を吸着したときに端縁４３ａ付近で原反１に折り目が付いたり変形を生じたりしないように、比較的緩やかなものとなっている。例えば、原反用吸着面４３は２０ｍｍ程度の幅（原反１の送り出し方向の寸法）を有し、従って、勾配は１／２０程度である。

なお、各吸着カップ４２の先端開口は、シート材用吸着面４１に設けられた吸着カップ４２も原反用吸着面４３に設けられた吸着カップ４２も等しい高さ位置にある。つまり、計１１個の吸着カップ４２の先端開口は、一平面上に整列している。

図２は、上記実施例のシート材製造装置において繰り返されるシート材製造工程の工程説明図である。図の工程Ａは、切断成形部１２において切断・カップ成形が完了したシート材２を、搬送部１３の吸着パッド３１が下型２５上で吸着・保持した状態を示している。このとき、吸着パッド３１においては、シート材吸着領域３１Ａおよび原反吸着領域３１Ｂの双方における全ての吸着カップ４２に負圧が導入されており、切り離されたシート材２がシート材吸着領域３１Ａに吸着されるとともに、原反１の先端部が原反吸着領域３１Ｂに吸着される。なお、搬送されるシート材２や原反１の先端部の引き摺りを回避するために、これらのワークは所定量浮上した高さ位置でもって吸着パッド３１に保持される。この吸着パッド３１による原反１の先端部の保持と同時に、送出部１１では、チャック機構２１が原反１を解放した状態でもって矢印ａで示すように送り出し方向の上流側（換言すれば送り出しの始点位置）へと戻る。

この状態から、工程Ｂとして示すように、搬送部１３の吸着パッド３１が矢印ｂ２で示すように原反１の送り出し方向に移動し、受け台１４へ向かってシート材２を搬送する。この搬送部１３による搬送開始のタイミングと同時に、送出部１１による送り出しが開始される。つまり、原反１を把持したチャック機構２１が矢印ｂ１で示すように原反１の送り出し方向に移動し、原反１を１枚のシート材２の長さに相当する所定長さ分送り出す。このとき、原反１の先端部は、吸着パッド３１の原反吸着領域３１Ｂに吸着・保持されており、吸着パッド３１によるシート材２の搬送に伴って原反１の先端部が一緒に移動する。一実施例においては、送出部１１のサーボ機構２２と搬送部１３のサーボ機構３４は、それぞれ個々のコントローラによって制御されているが、双方の移動開始のタイミングが互いに一致しかつ矢印ｂ１，ｂ２で示すそれぞれの移動速度が互いに等しいものとなるように、各々のコントローラが予め設定されている。従って、原反１とシート材２とは、あたかも連続した一体のものであるかのように同時に移動することとなる。このように原反１の送り出し時に原反１の先端部を吸着パッド３１で支持して引き出すことにより、送り出される原反１がいわゆる片持ち状態とならず、かつ下型２５表面等から浮上した形で送り出されるので、原反１を傷付けることなく安定した送り出しが可能である。なお、チャック機構２１による原反１の把持力は吸着パッド３１による原反１の先端部の保持力に比較して遙かに大きいので、原反１の送り出し量は、送出部１１のサーボ機構２２のストロークによって一義的に定まる。

送出部１１により原反１が所定長さ送り出されたら、送出部１１のサーボ機構２２によるチャック機構２１の移動が終了する。そして、吸着パッド３１の原反吸着領域３１Ｂにおける吸着カップ４２への負圧供給が停止され、吸着パッド３１から原反１の先端部が解放される。工程Ｃとして図示するように、吸着パッド３１は、原反１の解放後も矢印ｂ３で示すようにさらに原反１の送り出し方向に沿って移動し、最終的に、シート材２を受け台１４の上に搬送する。

工程Ｄは、次のシート材２の切り離しおよび成形の工程である。すなわち、切断成形部１２における上型２６が下型２５へ向かって下降し、前述した切断刃２７によって原反１の先端部分を所定長さで切り離すと同時に、成形上型２８および成形下型２９によってカップ成形を行う。この工程Ｄの後は、再び工程Ａが繰り返されることとなる。

このようなシート材製造装置の動作において、何らかの要因によって、工程Ｂにおける送出部１１のサーボ機構２２による送り出し開始のタイミングや送り出し速度（矢印ｂ１）と、搬送部１３のサーボ機構３４による搬送開始のタイミングや搬送速度（矢印ｂ２）とが、僅かにずれてしまうことがある。ここで、仮に、吸着パッド３１にそれぞれ吸着されている原反１の先端とシート材２の後端とが同一高さ位置に整列していると、原反１の送り出しのタイミングや速度が搬送のタイミングや速度に対し早い側にずれた場合に、チャック機構２１によって送り出される原反１の先端がシート材２の後端に衝突し、シート材２を押してしまう。実施例のワークであるラミネートフィルムは、外力によって塑性変形しやすく、上記の衝突によってシート材２が変形する懸念がある。また、シート材２が押し出されると、後工程における位置精度が低下することもある。

このような技術課題に対し、上記実施例では、吸着パッド３１の原反吸着領域３１Ｂにおける原反用吸着面４３がテーパ状の凹部となっているので、原反１の先端の厚さ方向の位置がシート材２の後端の厚さ方向の位置と異なる位置に規制され、両者の衝突が回避される。

図６は、このような実施例の作用を模式的に示したもので、図（Ａ）は、原反１の先端とシート材２とに重なる所定位置に吸着パッド３１が位置しているものの未だ負圧が作用していない状態を示している。この状態から負圧が作用すると、図（Ｂ）のように、シート材２は、シート材吸着領域３１Ａにおけるシート材用吸着面４１に密接する。前述したように、吸着カップ４２は、押し潰された状態となる。一方、原反吸着領域３１Ｂに対向する原反１の先端部は、同様に負圧の作用を受けて、傾斜面である原反用吸着面４３に密接する。従って、原反１の先端１ａは、凹部つまり段差４４の中に収容された形となり、シート材２の後端２ａに対して厚さ方向にずれて位置することとなる。そのため、仮に送出部１１の送り出しのタイミングや速度が搬送部１３の搬送のタイミングや速度に対し早い側にずれていたとしても、原反１の先端１ａは段差４４に当接するに過ぎず、シート材２を押し出すことがない。これにより、シート材２の変形や受け台１４に置かれるシート材２の位置精度の低下、などが回避される。

なお、上記のように送出部１１の送り出しのタイミングや速度が早い側にずれていた場合、先端１ａが段差４４によって拘束された原反１は弓状に僅かに撓み、これによって両者のずれが吸収される。この原反１の撓みは、原反１の送り出しおよびシート材２の搬送の完了前、遅くとも図２の工程Ｃのように吸着パッド３１が原反１の先端１ａから原反１の送り出し方向に離れるまでの間に解放される。すなわち、仮にタイミングや速度のずれがあっても、送出部１１のサーボ機構２２の移動量と搬送部１３のサーボ機構３４の移動量が規定値に保たれている限りは、最終的に原反１の送り出しが完了した時点では撓みはなくなっており、シート材２の切断長さに誤差を与えることはない。換言すれば、速度差等による原反１の撓みは、サーボ機構２２，３４のストロークの途中で過渡的に生じるに過ぎない。

上記実施例は、吸着パッド３１の吸着面４１，４３の形状変更によって位置規制手段を実現しているので、位置規制のための新たな機構の付加が不要であり、構成が簡素である点で有利である。また、負圧による吸着によってシート材２の後端の厚さ方向の位置と原反１の先端の厚さ方向の位置とがそれぞれ確実に位置決めされる。従って、シート材２の切断に伴い端縁が僅かに変形しているような場合でも、両者の衝突ないし部分的な干渉が確実に回避される、という利点がある。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、フィルム外装電池の外装体となるラミネートフィルムをワークとするシート材製造装置について説明したが、他のシート材料であっても同様に適用できることは勿論である。上記実施例のカップ成形のような成形を伴わずに単純にシート材の切断のみを行うシート材製造装置であってもよい。

また上記実施例では、原反１の先端をシート材２の後端に対し相対的に上方に案内して両者の位置を異ならせているが、例えばシート材２を相対的に上方の位置に吸着させるようにして原反１の先端がシート材２の後端の下方に案内されるように構成することも可能である。

また、上記実施例では、搬送手段となる吸着パッド３１が搬送と同時に原反１の先端を引き出すことを利用して、吸着パッド３１の吸着面４１，４３の厚さ方向の位置を異ならせることで位置規制手段を実現しているが、原反１の先端を吸着パッド３１の先端に保持させずに別の手段で支持し、その高さ位置をシート材２の後端の位置と異なるように設定してもよい。

１…原反
２…シート材
１１…送出部
１２…切断成形部
１３…搬送部
２２…サーボ機構
３１…吸着パッド
３１Ａ…シート材吸着領域
３１Ｂ…原反吸着領域
３４…サーボ機構
４１…シート材用吸着面
４２…吸着カップ
４３…原反用吸着面
４４…段差

Claims (6)

1. 帯状の原反の先端部分を所定長さで切り離してシート材を形成する切断手段と、切り離されたシート材を原反の送り出し方向に沿って搬送する搬送手段と、この搬送手段によるシート材の搬送と同時に原反を次のシート材の切り離しのために上記所定長さ分送り出す送出手段と、を備えたシート材製造装置であって、
   上記送出手段による原反の送り出し時に原反の先端の厚さ方向の位置をシート材後端の厚さ方向の位置と異なる位置に規制する位置規制手段、を備えたことを特徴とするシート材製造装置。
2. 上記搬送手段は、シート材を吸着して保持する吸着パッドを備えており、
   この吸着パッドは、シート材が吸着されるシート材吸着領域の後方に、上記原反の先端部を吸着する原反吸着領域を有し、
   上記位置規制手段は、上記原反吸着領域における原反先端の保持位置と上記シート材吸着領域におけるシート材後端の保持位置とを上記厚さ方向で異なる位置に設定することにより構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のシート材製造装置。
3. 上記吸着パッドの上記原反吸着領域における吸着面と上記シート材吸着領域における吸着面とが、両者の境界において上記厚さ方向で異なる位置に形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のシート材製造装置。
4. 上記原反吸着領域が、上記境界において原反の先端を受ける段差が生じるように凹部を備えている、ことを特徴とする請求項３に記載のシート材製造装置。
5. 上記凹部は、上記原反吸着領域における吸着面が傾斜面となるようにテーパ状に形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載のシート材製造装置。
6. 上記吸着パッドは、上記シート材吸着領域および上記原反吸着領域のそれぞれに、シート材および原反の先端部を各々の吸着面に引き付ける吸着カップを備えている、ことを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のシート材製造装置。

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