JP7301265B2 - 円筒体の搬送用保持具 - Google Patents

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Description

本開示は、円筒体の搬送用保持具に関する。
円筒形電池は、有底円筒状の外装缶を有しており、外装缶に電極体と非水電解質が収容されている。円筒形電池の製造工程において、正極と負極をセパレータを介して巻回して電極体が作製され、電極体は外装缶に挿入される。電極体が外装缶に挿入された製造過程にある電池は、円筒状の搬送用保持具に挿入され、直立姿勢を維持したままコンベアで溶接工程や注液工程などの後工程に連続的に搬送される(特許文献1~3)。
例えば、円筒形の非水電解質二次電池は正極及び負極に金属製のリードが接合されている。電極体の軸方向の一方の端面から正極リードが導出し、電極体の他方の端面から負極リードが導出している。負極リードが電極体の端面に沿って折り曲げられ、負極リードが外装缶の底面に対向するように電極体が外装缶に挿入される。一方、正極リードは外装缶の開口部から導出している。
円筒形電池では、正極リードが正極の巻き始め側の端部または中間部に接合される。いずれの場合でも、正極リードは電極体の端面の中心以外から導出する。そのため、組立装置に対する正極リードの位置を固定するために製造過程の電池の位置決めが必要になる。
特許文献1には、搬送用保持具の外周面の一部に段差を設け、その段差を搬送経路に設けたキャリアスロープに係合させて搬送用保持具の位置決めを行うことが記載されている。その場合、搬送用保持具を基準として組立装置に対する電池の位置決めが可能となる。
特許文献2には、外壁筒体の内周面に対して空隙を介して配置された弾性内壁部と弾性内壁部から内方に膨出成形された電池保持部とが形成された搬送用保持具が記載されている。電池保持部の内周面が円筒形電池を保持する電池保持面となっている。これにより、電池が搬送用保持具に安定に保持される。
特許文献3には、重心を下部に位置させるために合成樹脂から形成された筒体部の底面近傍に合成樹脂より比重の大きい鉄リングが埋め込まれた搬送用保持具が記載されている。これにより、コンベアで搬送中の搬送用保持具の転倒が防止される。
特開平8-7855号公報 特開平10-80891号公報 特開平8-185844号公報
特許文献2に記載された搬送用保持具は、外装缶が挿入された際に弾性内壁部及び電池保持部の伸縮による弾性変形を利用して外装缶を安定に保持することができる。しかし、外壁筒体の内周面との間に空隙が介在して配置された弾性内壁部の両端は外壁筒体に固定されているため、弾性内壁部及び電池保持部の外径方向への変位量を確保することが困難である。外装缶の外径には一定のバラツキが存在するため、電池を大量生産する過程で外径の大きな外装缶が搬送用保持具に挿入される際に、電池保持部が外装缶に削られるなどして損傷を受ける場合がある。このように、弾性内壁部及び電池保持部の弾性的伸縮を利用する搬送用保持具には外装缶の挿入、脱離に伴う損傷が蓄積して、電池保持部による外装缶の保持力が低下するという課題がある。
本開示の一態様に係る円筒体の搬送用保持具は、円筒体を収容する中空部を有する筒部と、筒部の内壁面に基端部が連結され、先端部が自由端として形成された突起部と、を備え、突起部は弾性及び可撓性を有し、突起部が中空部の外径側に撓んだ状態で突起部の先端部の側面が円筒体の収容想定位置の外周面に当接することができるように、突起部が外周面の内径側に配置されている。
本開示の一態様に係る搬送用保持具によれば、円筒体の一例である円筒形電池の有底円筒状の外装缶が挿入されるときに弾性及び可撓性を有する突起部が中空部の外径方向に撓み変形してその側面が外装缶に当接する。その際、突起部の弾性力に基づく復元力により突起部の側面が外装缶に付勢されて外装缶が保持される。このように、弾性を有する突起部の撓みを利用するため、突起部の外径方向の変位量を確保することができる。したがって、挿入される外装缶の外径のバラツキを十分に吸収することができるため、外装缶の挿入、脱離に伴う搬送用保持具の損傷が防止される。その結果、搬送用保持具による外装缶の保持力が長期間に亘って維持される。
本開示の一実施形態である搬送用保持具の斜視図である。 図1の搬送用保持具によって外装缶が保持されて搬送される構成例を示す図である。 図1に示した搬送用保持具を軸方向から見た平面図である。 図3中のA-A線断面図である。 図3中のB-B線断面図である。 図4中のC-C線断面図である。 本実施形態の搬送用保持具と、従来例(特許文献2)の搬送用保持具とについて、円筒形電池の挿入圧検査を行った結果を示すグラフである。 搬送用保持具の変形例を示す図である。 搬送用保持具の別の変形例を示すである。
以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
図1は、本開示の一実施形態である搬送用保持具10の斜視図である。図2は、図1の搬送用保持具10によって外装缶2が保持されて搬送される構成例を示す図である。図1及び図2に示すように、円筒体の搬送用保持具10は、円筒状をなす筒部12を備える。筒部12は、内径側に中空部14を有する。中空部14は、略円柱形状の空間であり、図2に示すように、円筒体の一例である円筒形電池の有底円筒状の外装缶2の下端部側が収容されて保持される。
筒部12は、例えば、後述するリング部材及びRFIDタグを除いて、弾性を有する樹脂材料により形成されている。樹脂材料には、例えば、ポリプロピレン(PP)、バイトン、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などを用いることができる。これらの樹脂材料は、成型が容易であり、且つ、二次電池に用いられる電解液(有機溶剤)に対する耐性を有することから好適である。
筒部12の外周面には、一対の溝部16a,16bが形成されている。一対の溝部16a,16bは、筒部12の直径方向の両側において、円柱状をなす筒部12の外周面の接線方向に沿ってそれぞれ形成されている。各溝部16a,16bの底面(奥側壁面)は、互いに平行に形成されている(図3参照)。本実施形態では、溝部16aは筒部12の下端から高さh1の位置に形成され、溝部16bは筒部12の下端から高さh2(ここでh2>h1)の位置に形成されている。溝部16a,16bのうち一方のみを形成してもよいが、溝部16a,16bをそれぞれ異なる高さの位置に形成することにより組立装置に合わせて正極タブ4の位置を変えることが可能になる。ただし、これに限定されるものではなく、溝部16a,16bの底面は、互いに直角に形成されてもよい。
図2に示すように、搬送用保持具10は、外装缶2の下端側部分を中空部14に収容した状態でベルトコンベア5によって搬送される。このとき、ガイド板6aが溝部16aに嵌り込んだ状態となっており、ガイド板6bが搬送用保持具10の溝部16aとは反対側の側面に対向するように配置されている。これにより、搬送用保持具10は回転が規制された状態でベルトコンベア5によって搬送されることになる。その結果、外装缶2に収容された電極体3の上端面から突出する正極タブ4の周方向位置が正確に決められるため、図示しない封口板に正極タブ4を溶接する自動溶接工程などを確実に行うことができる。なお、ベルトコンベア5に沿って複数の組立装置が配置されているため、組立装置の中には図2に示す正極タブ4の位置を搬送用保持具10の周方向に沿って反転させたほうが好ましい場合がある。その場合、ガイド板6aの高さの位置を調整してガイド板6aが溝部16aではなく溝部16bに嵌まり込むようにすればよい。
図2に示すように、ベルトコンベア5の下側にはリーダライタ装置7が配置されている。リーダライタ装置7は、搬送用保持具10に内蔵されたRFIDタグから個体識別情報を読み取る機能と、RFIDタグに情報を書き込む機能とを有する。
リーダライタ装置7からベルトコンベア5を介して電磁波が送信され、この電磁波を受信した搬送用保持具10のRFIDタグは予め記憶されている個体識別情報を発信する。この発信をリーダライタ装置7が受信することで、リーダライタ装置7の位置をどの搬送用保持具10が通過したかを特定することができる。このようにして読み取られた搬送用保持具10の個体識別情報は、後述するように搬送用保持具10によって搬送されながら製造される円筒形電池の個体識別情報と関連づけて図示しない記憶部に記憶され、追跡調査等に用いることができる。RFIDタグの詳細については後述する。
なお、上記においてはリーダライタ装置7はベルトコンベア5を介して電磁波の送受信を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。ベルトコンベアを2本の細幅のベルトで構成し、各ベルトを互いに隙間を空けた状態で配置し、この隙間にリーダライタ装置7を設置してもよい。これにより電磁波の送受信をより確実に行うことが可能になる。
図3は、図1に示した搬送用保持具10を軸方向から見た平面図である。図4は、図3中のA-A線断面図である。図3及び図4において、円筒状をなす筒部12の中心軸Oが示されている。
図3及び図4に示すように、搬送用保持具10において筒部12の内壁面には、突起部20a,20bが形成されている。突起部20a,20bは、筒部12の周方向において内壁面13の複数の位置に形成されている。各突起部20a,20bは、基端部21と先端部22とを有する。各突起部20a,20bにおいて、基端部21が筒部12の内壁面13に連結され、先端部22が自由端部として形成されている。
突起部20a,20bは、例えば、樹脂材料を成型することによって筒部12と一体に形成される。突起部20a,20bは、筒部12の軸方向に沿って板状に形成されている。各突起部20a,20bは、基端部21と先端部22との間に折り曲げ部を有している。基端部21は筒部12の内壁面13から径方向内側に突出しており、先端部22は折り曲げ部を介して略周方向に沿った向きに折れ曲がっている。
筒部12の周方向で隣り合う位置に形成された突起部20aと突起部20bとは、互いに反対方向に折り曲げられた折り曲げ部を有する。これにより、突起部20aと突起部20bとは各先端部が互いに近接した位置にあって組を構成している。本実施形態では、突起部20a,20bの組が5組形成されている例が示される。
なお、突起部20a,20bの組数は、保持する円筒体の直径や円筒形電池の重量等に応じて適宜に設定され得る。また、突起部は組を構成していなくてもよく、また、必ずしも複数でなくてもよい。
各突起部20a,20bは弾性及び可撓性を有している。各突起部20a,20bの先端部22と筒部12の内壁面との間には、隙間24が形成されている。各突起部20a,20bの先端部22の内径側の側面は、外装缶2の収容想定位置26の外周面の内径側に配置されている。ここで外装缶2の収容想定位置26は中空部14の同心円上に位置している。これにより、中空部14に外装缶2が挿入されたとき、突起部20a,20bの先端部22は外径側に撓むことができ、突起部20a,20bが有する弾性によって外装缶2の外周面を付勢することで外装缶2を保持することができる。また、搬送用保持具10から外装缶2が抜き取られると、突起部20a,20bは元の位置に弾性復元することができる。
突起部20a,20bの軸方向両端の内径側角部には、傾斜面27が形成されている。傾斜面27は、径方向内側にいくにしたがって軸方向位置が内側となるように傾斜している。この傾斜面27は、外装缶2を筒部12の中空部14に挿入するときに、外装缶2の底部周縁部に当接して筒部12の中心軸O側へガイドするガイド面として機能する。なお、傾斜面27は、突起部20a,20bの軸方向の一方端部(例えば、搬送用保持具10の使用状態での上端部)だけに形成されてもよい。
突起部20a,20bの組の間には、複数(本実施形態では4つ)の補助突起28が配置されている。補助突起28は、筒部12の内壁面13から径方向内側に突出して形成されている。補助突起28は、軸方向に沿って延在して形成された板状をなしている。補助突起28の内径側端部は、外装缶2の収容想定位置26の外周面に近接して対向している。補助突起28の軸方向両端にも、突起部20a,20bと同様に傾斜面が形成されている。このような補助突起28が形成されていることで、中空部14に外装缶2が挿入されるときに外装缶2を筒部12の中心軸O側へ寄せるように緩く位置決めする機能を果たすことができる。なお、補助突起は、本開示の搬送用保持具における必須の構成ではなく、複数組の突起部20a,20bによる位置決め機能で十分な場合には省略されてもよい。
上記の構成からなる搬送用保持具10では、円筒形電池の有底円筒状の外装缶2が挿入されるときに弾性及び可撓性を有する突起部20a,20bが中空部14の外径方向に撓み変形してその内径側の側面が外装缶2に当接する。その際、突起部20a,20bの弾性力に基づく復元力により突起部20a,20bの側面が外装缶2に付勢されて外装缶が保持される。このように、弾性を有する突起部20a,20bの撓みを利用するため、突起部20a,20bの外径方向の変位量を確保することができる。したがって、挿入される外装缶2の外径のバラツキを十分に吸収することができるため、外装缶2の挿入、脱離に伴う搬送用保持具10の損傷が防止される。その結果、搬送用保持具10による外装缶2の保持力が長期間に亘って維持される。
また、本実施形態の搬送用保持具10では、筒部12の周方向で隣り合う位置に形成された突起部20aと突起部20bが互いに反対方向に折り曲げられた折り曲げ部を有している。このため、筒部12に外装缶2が挿入されて突起部20a,20bによって保持されるとき、突起部20aの先端部22による外装缶2の外周面に対する付勢方向と、突起部20bの先端部22による外装缶2の外周面に対する付勢方向とが、互いに鋭角をなして交差する関係になる。その結果、筒部12内で外装缶2が回転するのを効果的に抑制できるとともに、外装缶2の中心軸が筒部12の中心軸Oに一致するように位置決めされ易くなり調芯度が向上する。
次に、図5及び図6を参照して、搬送用保持具10のRFIDタグ30及びリング部材32について説明する。図5は、図3中のB-B線断面図である。図6は、図4中のC-C線断面図である。
図5及び図6に示すように、搬送用保持具10は、RFIDタグ30とリング部材32とを更に備える。RFIDタグ30及びリング部材32は、筒部12に埋設されている。
RFIDタグ30は、筒部12において周方向の1箇所に埋設されている。筒部12には軸方向の端面から有底のタグ装着孔34が穿設されている。タグ装着孔34を形成するための肉厚を確保するため、筒部12の内壁面13においてタグ装着孔34に対応する位置には、肉盛り部35が内径側に膨出して形成されている。
RFIDタグ30は、タグ装着孔34の底部に配置されている。タグ装着孔34にRFIDタグ30が挿入された後、タグ装着孔34はホットメルト樹脂によって形成される栓36が詰められる。これにより、RFIDタグ30が搬送用保持具10から脱落しないようにタグ装着孔34内に固定される。
本実施形態の搬送用保持具10では、2つのリング部材32が筒部12の上端部近傍の内部と下端部近傍の内部とにそれぞれ埋設されている。リング部材32は、図6に示すように、平面視でC字状をなしており、筒部12の外周面近傍の内側で周方向に延在して配置されている。図5に示すように、リング部材32の外周面と軸方向端面はモールド樹脂部38によって覆われている。モールド樹脂部38は、筒部12の全周に亘って形成されている。なお、リング部材32は、必ずしもC字状をなす場合に限定されず、例えば周方向において複数に分割されて構成されてもよい。
図6に示すように、リング部材32は2つの端面32a,32bを有しており、この2つの端面32a,32bの間の位置にRFIDタグ30が位置するように配置されている。RFIDタグ30には搬送用保持具10の番号などの個体識別情報を読み書き可能なメモリが内蔵されている。RFIDタグ30は、外部に設置されたリーダライタ装置7(図2参照)によって非接触方式で読み書き可能である。リーダライタ装置7は、例えば、読み取り対象の搬送用保持具10の下方からRFIDタグ30を読み取りできるように配置することができる。ただし、これに限定されるものではなく、リーダライタ装置は、搬送用保持具10の上方に配置されてRFIDタグ30から情報を読み取るようにしてもよい。
搬送用保持具10にRFIDタグ30を設けることにより、製造工程における高度な品質管理が可能になる。さらに、搬送用保持具10の個体識別情報と、搬送用保持具10を用いて製造される円筒形電池に印字されるロット番号とを関連付けて記録しておくことにより、出荷後の電池についても製造工程における履歴を追跡することが可能になる。
特許文献3には、鉄リングとともに番号記憶装置を内蔵する搬送用保持具が記載されている。しかし、RFIDシステムにおいて、外部のリーダライタ装置から電磁波を利用して非接触でRFIDタグの読み取りを行う場合、読み取り対象の搬送用保持具に隣接する搬送用保持具のRFIDタグを誤読するとの課題が存在する。また、鉄リングが搬送用保持具に埋め込まれている場合、鉄リングによる渦電流による影響のため、リーダライタ装置によるRFIDタグの読み書きが阻害される場合がある。特許文献3ではそのような課題について何ら検討されていない。
本実施形態では、図6に示すように、搬送用保持具10の内部においてRFIDタグ30とC字形状のリング部材32が同一円上に配置されている。RFIDタグ30は、例えば、ガラス管の内部に封入されており、RFIDタグ30に内蔵されたアンテナがリング部材32の内接円と外接円に囲まれる範囲内に配置されていることが好ましい。
リング部材32には強磁性体を用いることが好ましく、例えば、鉄を含む強磁性体を用いることができる。また、リング部材32は強磁性体に限定されず、金属などの導電性材料を用いてもよい。リング部材32により電磁波が遮蔽されるため、リーダライタ装置7によるRFIDタグ30の読み書き可能な方向が制限されるためRFIDタグ30の誤読が防止される。
C字形状のリング部材32の周方向の端面32a,32bの間隔dが狭すぎると、リーダライタ装置によるRFIDタグ30の読み取り精度が低下する可能性がある。リング部材32の端面32a,32bの間隔dは5mm以上が好ましく、8mm以上がより好ましい。また、搬送用保持具10の軸方向に平行なRFIDタグ30の中心軸とC字状のリング部材32の端面32a,32bの外周側縁部とを結ぶ直線間の角度θが100°以上の範囲でRFIDタグ30と搬送用保持具10の外周面との間にリング部材32が介在していないことが好ましい。これにより、リーダライタ装置によるRFIDタグ30の読み取り精度をさらに高めることができる。RFIDタグ30及びリング部材32を公知の搬送用保持具に適用した場合にも同様の効果が発揮される。
本実施形態の搬送用保持具10は、例えば、ポリプロピレン等の樹脂材料の成形加工により作製することができる。樹脂材料の成形加工により作製された複数のパーツを結合成形により一体化して搬送用保持具10を作製することもできる。その場合、一体化した成形物を樹脂材料で全面をモールドすることで、各パーツ間の境目を覆うことが好ましい。搬送用保持具10の作製方法として、樹脂材料の成形加工に代えて切削加工を用いることもできる。
図7は、本実施形態の搬送用保持具10と、従来例(特許文献2)の搬送用保持具とについて、円筒形電池の挿入圧検査を行った結果を示すグラフである。図7中のグラフでは、横軸が搬送用保持具への挿入実験回数を示し、縦軸が挿入圧(N)を示している。また、図7において使用限界が太線により示されている。ここで、使用限界は、製造過程において搬送用保持具からの外装缶の不用意な抜けや、搬送用保持具内での円筒形電池の回転が生じないようにするための挿入圧の下限値とすることができる。
図7に示すように、従来例の搬送用保持具では実験開始当初は十分な挿入圧を発揮したが、そこから挿入圧が急激に低下し、電池挿入回数が25000回辺りで使用限界を下回る結果となった。これに対し、本実施形態の搬送用保持具10では、実験開始当初の挿入圧は、従来例の搬送用保持具よりも低いが、使用限界よりも十分に高い値を得ることができることが判明した。また、本実施形態の搬送用保持具10では、実験回数が10万回を超えても挿入圧にほとんど変化がなく、従来例の搬送用保持具10に比べて耐久性が格段に向上することが確認できた。
なお、本開示に係る円筒体の搬送用保持具は、上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能である。
上記においては筒部12の内壁面において周方向で隣り合う2つの突起部20a,20bが反対方向に折れ曲がった形状に形成される例について説明したが、これに限定されない。例えば、図8に示すように、搬送用保持具10Aでは、例えば3つの突起部20cが筒部12Aの内壁面13から突出して形成されており、これらの突起部20cの内径側の側面が円筒形電池の外装缶2の外周面に付勢されることによって外装缶2が保持されてもよい。この場合、各突起部20cは、軸方向に沿って延在した板状に形成され、折り曲げ部を有しておらず基端部から先端部にかけて直線状に延びて形成されている。また、各突起部20cは、筒部12Aの内壁面13上において周方向に均等な配置で設けられるのが好ましい。
また、上記においては複数の突起部20a,20bによって外装缶2を保持する構成について説明したが、これに限定されない。例えば、図9に示すように、筒部12Bの内壁面13に形成された1つの突起部20dによって外装缶2が保持される構成としてもよい。この場合、突起部20dは、内壁面に連結された基端部21と、基端部21から折り曲げ部を介して折れ曲がった先端部22とを有し、先端部22の内径側の側面が外装缶2の外周面を付勢している。また、この場合、筒部12Bの内壁面13は、円筒状ではなく、突起部20dが形成されている領域では円弧状をなしているが、それ以外の領域では2つの直線状部分を含む略V字状をなして形成されており、突起部20dによって付勢された外装缶2の外周面が内壁面13における2つの直線状部分に圧接されている。これにより、図9に示す変形例では、1つの突起部20dによって外装缶2が搬送用保持具10Bによって安定して保持される。
2 外装缶(円筒体)、3 電極体、4 正極タブ、5 ベルトコンベア、6a,6bガイド板、7 リーダライタ装置、10,10A,10B 搬送用保持具、12,12A,12B 筒部、12a 内筒部材、12b 外筒部材、13 内壁面、14 中空部、16a,16b 溝部、35 肉盛り部、20a,20b,20c,20d 突起部、21 基端部、22 先端部、24 隙間、26 収容想定位置、27 傾斜面、28 補助突起、30 RFIDタグ、32 リング部材、32a,32b リング部材の端面、34 タグ装着孔、36 栓、38 モールド樹脂部、O 中心軸、d 間隔、θ 角度。

Claims (6)

  1. 円筒体を収容する中空部を有する筒部と、
    前記筒部の内壁面に基端部が連結され、先端部が自由端として形成された突起部と、を備え、
    前記突起部は弾性及び可撓性を有し、前記突起部が前記中空部の外径側に撓んだ状態で前記突起部の先端部の側面が前記円筒体の収容想定位置の外周面に当接することができるように、前記突起部が前記外周面の内径側に配置され、
    前記突起部が折り曲げ部を有する、
    搬送用保持具。
  2. 前記突起部は前記筒部の軸方向に沿って板状に形成されている、請求項1に記載の搬送用保持具。
  3. 前記中空部は略円柱形状であり、前記円筒体の収容想定位置が前記中空部の同心円上に位置する、請求項1または2に記載の搬送用保持具。
  4. 前記突起部は前記筒部の周方向において前記内壁面の複数の位置に形成されている、請求項1からのいずれか一項に記載の搬送用保持具。
  5. 前記筒部の周方向で隣り合う位置に形成された前記突起部が互いに反対方向に折り曲げられた折り曲げ部を有する、請求項に記載の搬送用保持具。
  6. 前記突起部は弾性を有する樹脂材料から形成されている、請求項1からのいずれか一項に記載の搬送用保持具。
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