JP4176949B2 - 巻取り装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電池用電極等の帯状をなす被巻取り材を、巻取り芯の外周に巻き取り、渦巻状の電極巻回体を製作する場合に使用される巻取り装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電極巻回体の小型化、高容量化に伴い薄膜フィルムである被巻取り材を空気が入らないように高速、高精度で均一に巻き取ることが要求され、従来のこの種の巻取り装置としては、例えば図6(a),(b)及び図7に示す構成のものが知られている。即ち、図6(a),(b)に示す巻取り装置では、巻取り芯40a,40bがそれぞれ丸棒状又は断面が略楕円状に形成され、この巻取り芯40a,40bが回転されながら、被巻取り材41が巻き取られるようになっている。
【0003】
そこで、巻取り状態を空気が入らないように安定させ、高速、高精度に巻取りが行われるように巻取り芯40a,40bの外周には押当て手段としてのローラ42が接触回転可能な状態でスプリング43等の力により圧接され、被巻取り材41が巻取り芯40a,40bの外周に押当てられるようになっている。又、他の用途の電池形状として電極巻回体を扁平状に形成する場合があるが、この場合丸棒状等とは違って図7に示すように巻取り芯40cは平板状に形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の巻取り装置においては、扁平状の巻取り芯40cの形状にした場合、図8(a),(b)に示すように、巻取り芯40cとローラ42との接点での法線と、スプリング43が配設されている軸44の中心線との成す角度(圧力角)θが45°より大きくなる場合がある。この状態では、巻取り芯40cからローラ42に作用する力Fの分力としてのローラ42を後退させようとする力F1(=Fcosθ)よりも同じく分力としてのローラ42を曲げようとする力F2(=Fsinθ)の方が大きくなり(F2>F1)、ローラ42が巻取り芯40cの回転に追従し難くなり、押圧力が不均一となって被巻取り材41内部に空気が入ったり傷が付く要因となって製品の不良となることがある。
【0005】
又、図8(c),(d)に示すように扁平状の巻取り芯40cの先端部から平坦部にローラ42が移行する場合にスプリング43が縮小状態から拡張状態に急に変わり、ローラ42の急な飛び出し現象が発生して巻取り芯40cの回転に追従し難くなり、この場合も押圧力が不均一で被巻取り材41の内部に空気が入ったりして、巻取り芯40cの外周面に沿って正確かつ均一に巻き取ることができなくなり製品の不良となる問題があった。
【0006】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、特に巻取り芯の断面が扁平状の場合、被巻取り材を巻取り芯の外周に沿って押圧力が均一で高精度かつ確実に巻き取ることができる巻取り装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、巻取り芯を回転させて、その巻取り芯の外周に被巻取り材を巻き取るとともに、被巻取り材を巻取り芯の外周に対して押し当てるための押当て手段を設けた巻取り装置において、前記押当て手段として、接触回転可能なローラを設け、前記ローラによる被巻取り材に対する押圧力を平準化する平準化手段を設け、前記平準化手段は、前記ローラを支持する揺動軸を前記巻取り芯の回転に同期して揺動する揺動駆動手段と、前記ローラを前記巻取り芯側に付勢する付勢手段とを備え、前記揺動軸は所定位置に揺動可能に配設された揺動軸支持部材に軸方向に摺動可能に支持され、前記揺動駆動手段は、前記揺動軸支持部材に対して前記ローラと反対側に配設されるとともに、前記巻取り芯と同期回転される揺動駆動軸と、該揺動駆動軸の回転を前記揺動軸の揺動運動に変換する変換手段とを備えていることを要旨とする。
【0008】
この発明によれば、巻取り芯が回転されて被巻取り材が巻取り芯の外周に巻き取られる際に、平準化手段により平準化された(略均一にされた)押圧力でローラが被巻取り材に押し当てられ、結果として被巻取り材が巻取り芯の外周に略一定の圧力で押し当てられる。従って、不均一な押圧力により巻取りの精度が低下されることが防止され、平準化された押圧力によって被巻取り材が巻取り芯に均一かつ高精度に巻き取られる。また、揺動駆動手段によって揺動軸が巻取り芯の回転に同期して揺動されることにより付勢手段の押圧力が略均一に保たれ、ローラが被巻取り材に押し当てられる押圧力が平準化される。従って、簡単な構成で押圧力が平準化される。さらに、揺動駆動軸が巻取り芯と同期回転され、その回転が変換手段により揺動軸の揺動運動に変換されて揺動軸が揺動される。揺動軸は、該揺動軸の揺動運動によって揺動される揺動軸支持部材に対して軸方向に摺動しながら支持される。従って、他の駆動手段より簡単な構成で作動される。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記変換手段は、前記揺動駆動軸に設けられた揺動駆動ピンと、該揺動駆動ピンと前記揺動軸とを連結する連結部材とで構成され、前記揺動駆動軸が前記巻取り芯の2倍の回転速度で回転可能であることを要旨とする。この発明によれば、揺動駆動軸の回転が揺動駆動ピンと連結部材を介して揺動軸の揺動運動に変換されるとともに、巻取り芯が半回転される間に揺動駆動軸は一回転され、ローラの揺動が一往復行われる。従って、変換手段の構成が簡単になるとともに、巻取り芯は半回転ごとに同様の運動が繰り返されるため、揺動駆動軸の回転速度が巻取り芯の2倍にされることにより構成が一層簡単になる。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記揺動駆動軸には、前記揺動軸の揺動範囲を調整する調整手段が設けられていることを要旨とする。
【0011】
この発明によれば、調整手段が操作されると揺動軸の揺動範囲が調整される。従って、前記押圧力が微調整される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した巻取り装置の一実施形態を図1〜図5に従って説明する。
【0016】
図1に示すように巻取り装置1の上側からは薄膜フィルムである被巻取り材2が供給され、平板状の巻取り芯3に巻き取られる配置となっている。
図3に示すように、巻取り装置1のフレーム4には一対の支軸5が回転可能に対向配置され、該支軸5の先端には保持溝5aが形成されている。両保持溝5a間には巻取り芯3が着脱可能に装着され、支軸5の回転により、図1の時計方向に回転されるようになっている。
【0017】
フレーム4には図示しない台部を介して支持部材7が配設されている。図1及び図3に示すように、支持部材7には一対の略台形状の支持板7aが形成されている。両支持板7a間には、軸8を介して揺動軸支持部材9が揺動可能に支持されている。揺動軸支持部材9は筒状に形成されており、揺動軸10が摺動可能に貫通されている。揺動軸10の一端には支持枠11が形成されている。支持枠11には、軸12を介してローラ13が回動可能に配設されている。ローラ13は巻取り芯3の回転中心軸Oと平行に延びるように配設されている。なお、軸8は支軸5と同じ高さになるように配設されている。
【0018】
揺動軸10には、揺動軸支持部材9より他端側にストッパ15が取り付けられ、ピン14により固定されている。揺動軸10には、ストッパ15より他端側に、所定長さに渡ってねじ部16が形成されている。ねじ部16には係止部としての2個のナット17が固定されている。ナット17は弛みを防止するいわゆるダブルナット構造を構成している。揺動軸10の他端部は連結部材18の一端に形成された貫通孔内に貫通され、他端部の先端には係合板10aがピン10bにより固定されている。連結部材18は揺動軸10に対して直交する方向に延びるように取り付けられている。揺動軸10にはナット17と連結部材18との間に付勢手段としてのスプリング19が圧設されている。
【0019】
フレーム4には揺動駆動軸としての揺動駆動円盤20が回転可能に配設されている。揺動駆動円盤20の回転中心軸Pは巻取り芯3の回転中心軸Oと平行な方向に延びるように配設されている。揺動駆動円盤20には偏芯した位置に揺動駆動ピン及び調整手段としての駆動駒21が設けられ、連結部材18と揺動駆動円盤20とは駆動駒21を介して連結されている。
【0020】
次に、揺動駆動円盤20の構成を図2に従って詳しく説明する。
図2(a),(b)に示すように、揺動駆動円盤20の連結部材18と対向する側には円柱状の凹部20aが形成されている。凹部20aの底面中央部には貫通孔20bが形成されている。凹部20aと貫通孔20bにより、揺動駆動円盤20は連結部材18と対向する側とその反対側とが貫通されている。凹部20aと貫通孔20bには、それぞれと適合する形状に形成された駆動駒21の円盤部21aと突部21bが回動可能に嵌着されている。円盤部21aには、連結部材18側に台座21cが偏芯した位置に形成されている。台座21cの中央部にはピン部21dが突設されている。ピン部21dは連結部材18に形成された孔18aに回動可能に貫通されている。
【0021】
図2(b)に示すように、突部21bの中央部にはねじ部21eが突設されている。ねじ部21eは揺動駆動円盤20の連結部材18と対向する側と反対側に突出している。ねじ部21eには2個のナット24が固定され、いわゆるダブルナット構造を構成している。ねじ部21eの先端部には把持部21fが形成されている。把持部21fはレンチ等で把持できるように面取りされている。
【0022】
図2(a)に示すように、揺動駆動円盤20の側面部には、貫通孔20bと対応する位置にねじ孔20cが形成されている。ねじ孔20cにはセットねじ25が螺合されている。セットねじ25は、その先端が突部21bの側面を当接点Rにて押圧するように締め付け固定されている。セットねじ25の突出部にはナット26が螺合され、セットねじ25の弛みを防止するようになっている。ナット24,26の締め付け及びセットねじ25による押圧により駆動駒21は位置決め固定されている。
【0023】
次に、巻取り装置1の作用を説明する。
先ず、図1において、揺動駆動円盤20を実線で示す状態から180°回転させると連結部材18と係合板10aが係合し、ローラ13及び揺動軸10が巻取り芯から離れる位置(図1中、鎖線の位置)に移動される。そして、図示しない供給装置によって両保持溝5a間に空の巻取り芯3が取り付けられる。次に、被巻取り材2の始端部が巻取り芯3の外周に導かれ、接着テープ等により固定される。そして、揺動駆動円盤20を再度180°回転させローラ13及び揺動軸10が移動されて、図1に実線で示すように、ローラ13が巻取り芯3に当接して押圧する位置に配置され、被巻取り材2が巻取り芯3の外周に押し当てられる。
【0024】
初期状態として、図1に示すように巻取り芯3は平板状の側面部が上下方向に延びるように配置されている。そして揺動駆動円盤20は、駆動駒21のピン部21dが揺動駆動円盤20の回転中心軸Pに対して巻取り芯3側(図1の状態)に位置し、揺動駆動円盤20の回転中心軸Pと駆動駒21のピン部21dの中心軸Qが同じ高さになるように配置されている。
【0025】
この状態で、図4(a)に示すように、図示しないモータにより支軸5が回転されると、巻取り芯3が図1の時計方向に回転される。この巻取り芯3の回転に同期して、揺動駆動円盤20が図示しないモータにより反時計方向に回転される。揺動駆動円盤20は巻取り芯3の2倍の回転速度で回転される。そして、ローラ13が揺動軸10とともに巻取り芯3の回転角度に応じて揺動され、ローラ13により被巻取り材2が巻取り芯3に押圧された状態で、被巻取り材2が巻取り芯3の外周に巻き取られる。
【0026】
次に、揺動軸10の揺動及び摺動の状態を詳しく説明する。
図1の状態から揺動駆動円盤20が90°反時計方向に回転されると、図4(a)に示すように、駆動駒21を介して連結部材18が後退移動される。この際に、連結部材18は下方にも移動されるため、この連結部材18を介して、揺動軸10は軸8を中心に時計方向に揺動される。従って、ローラ13が軸8より上方に移動される。そして、巻取り芯3が同時に45°時計方向に回転し、ローラ13は巻取り芯3に押圧された状態で巻取り芯3の右側に移動される。
【0027】
図4(a)に示す状態では、図1の状態から巻取り芯3が時計方向に45°回転され、揺動駆動円盤20は反時計方向に90°回転されている。この状態では、揺動駆動円盤20の回転中心軸Pに対して偏芯した位置に設けられた駆動駒21は最も下方に配置されている。この時、ローラ13は最も上方に揺動配置される。
【0028】
巻取り芯3とローラ13の接点での法線と、揺動軸10の中心線との成す角度(圧力角)θは、ローラ13が図8(a)の場合より上方に位置し、揺動軸10が軸8を中心に図1の場合より時計方向に回転している分だけ図8(a)に示す圧力角θより小さく、θ<45°となるため、F1>F2が保たれている。
【0029】
図4(b)に示す状態では、図1の状態から巻取り芯3が60°回転され、揺動駆動円盤20は120°回転されている。圧力角θは図4(a)の状態より小さい。図4(a),(b)に示すように、この実施形態では常にθ<45°であるため、F1>F2が常に成立する。
【0030】
図5(a)に示す状態では、図1の状態から巻取り芯3が90°回転され、揺動駆動円盤20は180°回転されている。ピン部21dは回転中心軸Pに対して最も右方に配置されている。揺動軸10は図1の場合と同様に、軸8と巻取り芯3の回転中心軸Oとを通る直線の方向に延びるように配置されている。軸12は巻取り芯3の回転中心軸Oと同じ高さに配置されている。スプリング19はわずか縮小されているものの、ピン部21dと連結部材18とが図1の場合より右方に移動されている分、図8(c)の場合よりもスプリング19による付勢力が弱くなる。さらに巻取り芯3と揺動駆動円盤20の回転が進むと、揺動軸10が揺動及び摺動されてローラ13が巻取り芯3に押圧された状態で左下方に移動される。このため、スプリング19の付勢力によるローラ13の急な飛び出しが防止される。
【0031】
図5(b)に示す状態では、図1の状態から巻取り芯3が135°回転され、揺動駆動円盤20は270°回転されている。この状態では、ピン部21dと連結部材18は最も上方に配置され、ローラ13は最も下方に配置されている。図8(d)の場合よりもローラ13が揺動されて巻取り芯3の右下方に配置されている分、前記と同様に圧力角θは小さくなる。
【0032】
図1,図4(a),(b)及び図5(a),(b)に示すように、巻取り芯3の長さ(L)から巻取り芯3の厚さ(T)を引いた残りの長さの1/2(=l1)とピン部21dの移動量(=l2)を略同じくしたことにより、揺動軸10が揺動及び摺動されてナット17と連結部材18の間の距離が略均一に保たれるため、スプリング19の付勢力も平準化される。
【0033】
次に、回転中心軸Pと中心軸Qの間の距離の変更についての作用を説明する。図2(a),(b)に示す状態から、先ず、ナット24,26とセットねじ25が弛められる。そして把持部21fが例えばレンチ等により把持されて回転されることにより駆動駒21全体が所定量回転される。すると、台座21cとピン部21dが円盤部21aの回転に伴って移動され、揺動駆動円盤20の回転中心軸Pから駆動駒21のピン部21dの中心軸Qまでの距離が変化する。即ち、揺動駆動円盤20の回転中心軸Pに対して駆動駒21のピン部21dの中心軸Qが回転する際の半径寸法が変更されて、ローラ13が揺動する範囲とスプリング19による付勢力が調整される。この調整後は、ナット24,26とセットねじ25が締め付けられて駆動駒21が揺動駆動円盤20に位置決め固定される。
【0034】
なお、図1に示すナット17の固定位置がねじ部16に沿って変更されると、スプリング19の初期状態での付勢力が調整され、被巻取り材2に対するローラ13の押圧力を別に調整可能である。又、揺動軸10が巻取り芯3側へ過剰に突出しないように、ストッパ15が揺動軸支持部材9に当接して揺動軸10の移動が規制される。
【0035】
以上詳述したように、この実施形態によれば、以下のような効果を有する。
(1)揺動軸10が揺動及び摺動されてナット17と連結部材18の間隔が略均一に保たれることにより、ローラ13を被巻取り材2側に付勢するスプリング19の縮小状態が略均一に保たれて平準化された押圧力で被巻取り材2が巻取り芯3に押当てられる。従って、スプリング19が縮小状態から拡張状態に変化する際のローラ13の急な飛び出し現象を防止できるとともに、被巻取り材2を均一かつ高精度に巻取ることができる。
【0036】
(2)スプリング19の付勢力によって押圧力を得ているため、スプリング19の縮小量を略均一に保つという比較的簡単な構成で平準化された押圧力を得ることができる。
【0037】
(3)揺動駆動円盤20を回転させることにより揺動軸10とともにローラ13を揺動させてスプリング19の縮小量を略均一に保っているため、省スペースで平準化された押圧力を得ることができる。
【0038】
(4)揺動軸10が、圧力角θが常にθ<45°となるように揺動されるためF1>F2となり、ローラ13を曲げようとする力F2が低減されるため、ローラ13が巻取り芯3の回転に追従し易くなる。
【0039】
(5)巻取り芯3は半回転ごとに同様の運動を繰り返すため、揺動駆動円盤20を巻取り芯3の2倍の回転速度で回転させることにより構成を一層簡単にできる。
【0040】
(6)駆動駒21を回転させて揺動駆動円盤20の回転中心軸Pと駆動駒21のピン部21dの中心軸Qの間の距離を変更させ、揺動軸10の揺動範囲を調整することにより、押圧力の微調整ができる。
【0041】
(7)ナット17の固定位置を変更することにより、スプリング19の初期状態での付勢力を変更して、ローラ13による被巻取り材2への押圧力を調整できる。
【0042】
なお、実施形態は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変更してもよい。
・揺動軸10を揺動させる構成を上記実施形態に限らず、例えば、揺動軸支持部材9を駆動装置に連結されたリンク機構等に連結し、その駆動装置を回転運動させてリンク機構等を介して揺動軸支持部材9を揺動させ、揺動軸10を揺動させてもよい。
【0043】
・支軸5を回転させるモータと揺動駆動円盤20を回転させるモータとを別々に配設せず、1個のモータで支軸5と揺動駆動円盤20とを回転させてもよい。
・スプリング19を、例えば揺動軸支持部材9と支持枠11の間で揺動軸10に配設してもよい。
【0044】
・付勢手段をスプリングに限らず、流体やゴム等の他の弾性部材としてもよい。
・平準化手段に揺動駆動手段を備えることに限らず、リニアアクチュエータでローラを直線移動させる構成とし、巻取り芯3の回転に同期してローラの押圧力が一定になるようにリニアアクチュエータを制御する構成としてもよい。
【0045】
・断面が円形状の凹部20aを形成し、駆動駒21に凹部20aと適合する円盤部21aを形成して嵌着させ、駆動駒21を回転させて揺動駆動円盤20の回転中心軸Pと駆動駒21のピン部21dの中心軸Qの間の距離を変更することに限らず、揺動駆動円盤に長孔を形成し、駆動駒を長孔に摺動可能に嵌合させて所望の位置にボルトで固定し、駆動駒の固定位置を変更して揺動駆動円盤の回転中心軸Pと駆動駒のピン部の中心軸Qの間の距離を変更する構成としてもよい。
【0046】
・揺動軸10を揺動軸支持部材9等に対して摺動可能に支持する構成の代わりに、揺動軸を摺動させずに巻取り芯3の回転に同期して揺動させ、揺動運動によりスプリング等の付勢手段の変位量を略均一に保つように揺動軸等の部材を所定寸法に形成してもよい。
【0047】
・揺動駆動軸の形状を、揺動駆動円盤20のように円盤状に限らず、例えば四角形等の多角形状にしてもよい。
・電池用電極等の巻取り装置に限らず、他の用途に実施してもよい。
【0048】
上記各実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
(1) 請求項1に記載の発明において、前記平準化手段には前記ローラを前記巻取り芯の回転に同期して直線移動させるリニアアクチュエータが備えられている。
【0049】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1〜請求項3に記載の発明によれば、特に巻取り芯の断面が扁平状の場合、被巻取り材を巻取り芯の外周に沿って押圧力が均一で高精度かつ確実に巻き取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】巻取り装置を示す正面図。
【図2】(a)は図3のA−Aから見た調整手段を示す要部拡大正面図、(b)は(a)のB−B線断面図。
【図3】巻取り装置の部分平面図。
【図4】(a)は巻取り芯の回転角が45°の状態を示す正面図、(b)は同じく60°の状態を示す正面図。
【図5】(a)同じく90°の状態を示す正面図、(b)は同じく135°の状態を示す正面図。
【図6】(a)は従来の巻取り装置を示す部分正面図、(b)は他の巻取り芯を示す部分正面図。
【図7】従来の巻取り装置の初期状態を示す正面図。
【図8】(a)は巻取り芯の回転角が45°の状態を示す正面図、(b)は同じく60°の状態を示す正面図、(c)は同じく90°の状態を示す正面図、(d)は同じく135°の状態を示す正面図。
【符号の説明】
1…巻取り装置、2…被巻取り材、3…巻取り芯、9…揺動軸支持部材、10…揺動軸、13…ローラ、18…連結部材、19…付勢手段としてのスプリング、20…揺動駆動軸としての揺動駆動円盤、21…揺動駆動ピン及び調整手段としての駆動駒。
Claims (3)
- 巻取り芯を回転させて、その巻取り芯の外周に被巻取り材を巻き取るとともに、被巻取り材を巻取り芯の外周に対して押し当てるための押当て手段を設けた巻取り装置において、
前記押当て手段として、接触回転可能なローラを設け、前記ローラによる被巻取り材に対する押圧力を平準化する平準化手段を設け、
前記平準化手段は、前記ローラを支持する揺動軸を前記巻取り芯の回転に同期して揺動する揺動駆動手段と、前記ローラを前記巻取り芯側に付勢する付勢手段とを備え、
前記揺動軸は所定位置に揺動可能に配設された揺動軸支持部材に軸方向に摺動可能に支持され、前記揺動駆動手段は、前記揺動軸支持部材に対して前記ローラと反対側に配設されるとともに、前記巻取り芯と同期回転される揺動駆動軸と、該揺動駆動軸の回転を前記揺動軸の揺動運動に変換する変換手段とを備えていることを特徴とする巻取り装置。 - 前記変換手段は、前記揺動駆動軸に設けられた揺動駆動ピンと、該揺動駆動ピンと前記揺動軸とを連結する連結部材とで構成され、前記揺動駆動軸が前記巻取り芯の2倍の回転速度で回転可能な請求項1に記載の巻取り装置。
- 前記揺動駆動軸には、前記揺動軸の揺動範囲を調整する調整手段が設けられている請求項1又は請求項2に記載の巻取り装置。
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