JP6433755B2 - 溶着装置及び溶着方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ又は電池を形成するための巻回製品の製造において、巻芯又は巻回体に樹脂フィルムを巻き留める溶着装置及び溶着方法に関する。

従来から、帯状の先巻きフィルム（樹脂フィルム）、２枚の素子フィルム、及び外装フィルム（樹脂フィルム）を巻芯に巻き取って巻回製品を製造した後、巻回製品の中心軸方向両端に金属を溶射してメタリコン部を形成し、メタリコン部にリード線を溶接して、コンデンサを製造することが行われている。

図１０において、符号１２０は、先巻き工程Ｓ１で先巻きフィルムを、本巻き工程Ｓ２で２枚の素子フィルムを、後巻き工程Ｓ３で外装フィルムを巻回して巻回製品１０９を製造する巻回装置である。

先巻き工程Ｓ１の図１０正面視奥においては、原反２０１から送られた先巻きフィルム２１１を巻芯１０８に巻回し、先巻き工程Ｓ１の図１０正面視手前においては、原反２０２から送られた先巻きフィルム２１２を巻芯１０８に巻回する。本巻き工程Ｓ２の図１０正面視奥においては、原反１１６及び１１８から送られた素子フィルム１０４及び１０６を先巻きフィルム２１１の外周に巻回し、本巻き工程Ｓ２の図１０正面視手前においては、原反１１２及び１１４から送られた素子フィルム１００及び１０２を先巻きフィルム２１２の外周に巻回する。後巻き工程Ｓ３の図１０正面視奥においては、原反２０３から送られた外装フィルム２１３を、後巻き工程Ｓ３の図１０正面視手前においては、原反２０４から送られた外装フィルム２１４を、Ｓ２で巻かれた素子フィルムに各々巻回する。

なお、外装フィルム２１３及び２１４には、透明なポリプロピレン等が用いられている。また、後巻き工程Ｓ３では、製品の排出も行う。

工程Ｓ３図１０正面視奥における外装フィルム２１３の巻回体１２６への装着は、まず、巻回体１２６を回転させて外装フィルム２１３を巻回体１２６の外周に巻いた後にカッター１２８によって切り取る。図示しないシリンダを作動させて、図１１（ｂ）に示すように、外装フィルム２１３を巻いた巻回体１２６に向かって溶着具１３２を有する溶着装置１３０を移動させる。溶着具１３２を外装フィルム２１３に接触させ、外装フィルム２１３を巻いた巻回体１２６を回転させながら、溶着具１３２を外装フィルム２１３の外周に押し付けて、外装フィルム２１３を巻回体１２６の外周に溶着している。工程Ｓ３図１０正面視手前における外装フィルム２１４の巻回体１２７への装着も同様である。

なお、溶着装置１３０は、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶着具１３２と、溶着具１３２を保持する溶着具保持部材１３４と、ヒータ１３６と、ヒータ１３６を保持するヒータ保持部材１３８と、を備えている。溶着具１３２は、外装フィルム２１３又は２１４に接触する複数の凸条部１３３を有している。ヒータ１３６の熱は、ヒータ保持部材１３８及び溶着具保持部材１３４を介して、溶着具１３２へ伝達される。

この溶着装置１３０によると、溶着具１３２が樹脂フィルムに接触するため、溶着具１３２と樹脂フィルムとの摩擦力により、樹脂フィルムに張力が生じ、樹脂フィルムが歪んで皺が生じたり、破損することがあった。

なお、コンデンサの製造に係る巻回装置に関して、種々発明され、本願出願人によって出願されている（特許文献１〜７参照。）。

特開２００９−０４３５４０号公報 特開２００９−０９３９０１号公報 特開２００９−２５６０２２号公報 特開２００９−２７２２４５号公報 特開２０１１−１６１５５７号公報 特開２０１１−１８４１３２号公報 国際公開第２００９／０１９７８１号

本発明の目的は、外装フィルムの外周に皺が生じたり、破損することなく、巻回体の外周に外装フィルムを溶着できる溶着装置及び溶着方法を提供することである。

本発明の溶着装置は、少なくとも帯状の素子フィルムを巻回した巻回体の外周に樹脂フィルムを巻き留める溶着装置であって、回転中心軸を有し、該回転中心軸に対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラと、前記溶着ローラを前記回転中心軸のまわりに回転可能に支持する支持部材と、前記溶着ローラに熱を伝達するヒータと、を備えたことを特徴とする。
素子フィルムには、樹脂フィルムの一面又は両面に金属を付着したフィルム、及び金属のみから成るフィルムを含む。
本発明の溶着装置は、巻芯に巻き付けた樹脂フィルムを巻き留める溶着装置であって、回転中心軸を有し、該回転中心軸に対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラと、前記溶着ローラを前記回転中心軸のまわりに回転可能に支持する支持部材と、前記溶着ローラに熱を伝達するヒータと、を備えたことを特徴とする。
本発明の溶着装置は、前記溶着装置において、前記溶着ローラが、該溶着ローラの外周円方向に延び、前記樹脂フィルムに接触させられる複数の凸条部又は凸部を有することを特徴とする。
本発明の溶着装置は、前記溶着装置において、前記ヒータを前記溶着ローラに隣接させて保持するヒータ保持部材を備えたことを特徴とする。
本発明の溶着装置は、前記溶着装置において、複数個の前記ヒータが前記溶着ローラの外周円に沿って配列されたことを特徴とする。
本発明の溶着装置は、前記溶着装置において、前記溶着ローラが中空部を有し、該中空部内に前記ヒータが備えられたことを特徴とする。
本発明の溶着方法は、少なくとも帯状の素子フィルムを巻回した巻回体の外周に樹脂フィルムを巻き留める溶着方法であって、前記樹脂フィルムを、前記巻回体の外周に巻くステップと、回転中心軸を有し、該回転中心軸に対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラに、ヒータの熱を伝達するステップと、前記溶着ローラを、前記巻回体の外周に巻いた樹脂フィルムに接触させるステップと、前記樹脂フィルムを巻いた巻回体を回転させるステップと、を含み、前記樹脂フィルムを巻いた巻回体に前記溶着ローラが接触させられた状態で、該樹脂フィルムを巻いた巻回体が回転させられることによって、該溶着ローラが回転することを特徴とする。
本発明の溶着方法は、巻芯に巻き付けた樹脂フィルムを巻き留める溶着方法であって、前記樹脂フィルムを、前記巻芯の外周に巻くステップと、回転中心軸を有し、該回転中心軸に対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラに、ヒータの熱を伝達するステップと、前記溶着ローラを、前記巻回体の外周に巻いた樹脂フィルムに接触させるステップと、前記樹脂フィルムを巻いた巻芯を回転させるステップと、を含み、前記巻芯に巻いた樹脂フィルムに前記溶着ローラが接触させられた状態で、該巻芯が回転させられることによって、該溶着ローラが回転することを特徴とする。

本発明の溶着装置及び溶着方法によれば、巻回体又は巻芯に巻かれた樹脂フィルムに溶着ローラが接触させられた状態で、巻回体又は巻芯に巻かれた樹脂フィルムが回転させられ、これに伴って溶着ローラが回転する。巻回体又は巻芯に巻かれた樹脂フィルムの回転に伴って溶着ローラが回転するため、巻回体又は巻芯に巻かれた樹脂フィルムに張力は生じない。このため、巻回体又は巻芯に巻かれた樹脂フィルムが歪むことはなく、外装フィルムに皺が生じたり、破損したりすることはない。

本発明に係る溶着装置を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は側面断面図である。 図１の溶着装置を構成するブッシュを示す拡大図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は側面断面図である。 図１の溶着装置の使用状態を示す正面図である。 本発明に係る溶着装置の他の実施形態を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は側面断面図である。 本発明に係る溶着装置の更に他の実施形態を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は側面断面図である。 本発明に係る溶着装置の更に他の実施形態を示す側面断面図である。 本発明に係る溶着装置の更に他の実施形態を示す側面断面図である。 本発明に係る溶着装置の更に他の実施形態を示す図であり、同図（ａ）は正面図であり、同図（ｂ）は側面断面図である。 図１の溶着装置を使用した巻回装置を示す正面図である。 従来の巻回装置を示す正面図である。 従来の溶着装置を示す図であり、同図（ａ）は側面図であり、同図（ｂ）は使用状態を示す正面図である。

本発明に係る溶着装置の実施形態について図面に基づいて説明する。図１及び図３において、符号１０は、本発明に係る溶着装置である。

本発明に係る溶着装置１０は、帯状の２枚の素子フィルムを巻回した巻回体の外周に外装フィルム（樹脂フィルム）を巻き留め、又は、帯状の２枚の素子フィルムを巻回する前に、巻芯に巻き付けた先巻きフィルム（樹脂フィルム）を巻き留める溶着装置である。素子フィルムは、樹脂フィルムの一面に金属を蒸着（付着）したフィルムである。

溶着装置１０は、図１に示すように、回転中心軸Ｃを有し、回転中心軸Ｃに対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラ１２と、溶着ローラ１２を回転中心軸Ｃのまわりに回転可能に支持する支持部材１４及び１６と、溶着ローラ１２に熱を伝達する３本のヒータ１８と、ヒータ１８を溶着ローラ１２に隣接させて保持するヒータ保持部材２０と、を備えて構成されている。

溶着ローラ１２は外周に円周方向に延びる凸条部２２を回転中心軸Ｃ方向に複数本有するローラ部２４と、ブッシュ２６を介して支持部材１４及び１６に支持される軸部２８及び２９とから構成されている。溶着ローラ１２は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス又は銅等の合金から成り、熱伝導率の高い金属であることが好ましい。凸条部２２の断面形状は、半円形、台形、三角形等、特に限定されない。

ブッシュ２６は、図２に示すように、表面層３０と、裏面層３２とから構成されている。表面層３０は、金属から構成され、支持部材１４又は１６の中空部３４又は３６の内面に固定されている。裏面層３２は、例えば、固体潤滑剤を均一微細に分散させた銅系焼結合金から構成され、溶着ローラ１２の軸部２８及び２９を摺動回転可能に支持する。なお、耐熱性及びコストを考慮してブッシュ２６を採用したが、耐熱性を有するベアリングを採用してもよい。

ヒータ１８は、金属加熱用のヒータであり、例えば、ニッケル合金製のリード線を絶縁しながら円柱形状のステンレス製のシースで覆うことにより構成されている。ヒータ１８は、ヒータ１８から熱伝達される溶着ローラ１２が、樹脂製のフィルムを溶着できる程度の熱を発生できる。ヒータ１８による発熱量及び発熱温度は調節できることが望ましい。例えば、樹脂製のフィルムがポリプロピレン製である場合、熱変形温度が８５℃〜１１０℃であり、融点が１６５℃であるポリプロピレンを溶着できるようにヒータ１８の発熱量及び発熱温度が調節される。

ヒータ保持部材２０は、溶着ローラ１２の周囲に隣接して配置した３箇所の中空部３８内にヒータ１８を各々１本固定することにより、３本のヒータ１８を溶着ローラ１２に隣接させて保持するように構成されている。ヒータ１８の熱が溶着ローラ１２へ伝達されやすいように、ヒータ保持部材２０と溶着ローラ１２との距離は、短い程好ましい。ヒータ保持部材２０は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス又は銅の合金等から成り、熱伝導率の高い金属であることが好ましい。

このような構成の溶着装置１０を図９に示す巻回装置１２０に取り付けた状態における作動について、以下に説明する。なお、溶着装置１０は、ヒータ保持部材２０が固定治具４０を介してシリンダに固定されることにより、巻回装置１２０に取り付けられる。

先巻き工程Ｓ１の図９正面視奥において、原反２０１から送られた先巻きフィルム２１１が巻芯１０８に巻回され、先巻き工程Ｓ１の図９正面視手前において、原反２０２から送られた先巻きフィルム２１２が巻芯１０８に巻回される。

次に、先巻き工程Ｓ１の図９正面視奥において、図示しないシリンダが作動し、図３（ａ）に示すように、溶着装置１０が巻芯１０８に巻かれた先巻きフィルム２１１に向かって移動し、溶着ローラ１２の凸条部２２が、先巻きフィルム２１１に接触させられる。先巻き工程Ｓ１の図９正面視手前においても同様に、溶着ローラ１２の凸条部２２が、先巻きフィルム２１２に接触させられる。

なお、ヒータ１８の発熱により溶着ローラ１２は加熱されている。ヒータ１８から溶着ローラ１２への熱伝達は、ヒータ１８、ヒータ保持部材２０の溶着ローラ１２側部分１３、溶着ローラ１２とヒータ１８との隙間１９に存在する空気、及び溶着ローラ１２の順に行われる。溶着ローラ１２の周囲において３本のヒータ１８が溶着ローラ１２に隣接することにより、溶着ローラ１２は、先巻きフィルム２１１又は２１２を溶着できる程度に加熱される。例えば、ヒータ１８の温度が３００℃である場合、溶着ローラ１２の温度はポリプロピレン製である先巻きフィルム２１１又は２１２を溶着できる２００℃以上である。

次に、先巻き工程Ｓ１の図９正面視奥において、巻芯１０８に巻かれた先巻きフィルム２１１に凸条部２２が接触させられた状態で、巻芯１０８が回転させられ、これに伴って溶着ローラ１２が回転する。巻芯１０８に巻かれた先巻きフィルム２１１は、接触する溶着ローラ１２の凸条部２２によって巻き留めされる。なお、先巻きフィルム２１１を巻いた巻芯１０８を回転させておいて、溶着装置１０を移動させ凸条部２２を先巻きフィルム２１１に接触させてもよい。また、先巻きフィルム２１１を巻いた巻芯１０８の回転数は、３又は４回転等、特に限定されない。先巻き工程Ｓ１の図９正面視手前においても、同様に、巻芯１０８に巻かれた先巻きフィルム２１２は、接触する溶着ローラ１２の凸条部２２によって巻き留めされる。巻芯１０８に巻かれた先巻きフィルム２１１及び２１２は、カッターにより切断される。

次に、本巻き工程Ｓ２の図９正面視奥において、原反１１６及び１１８から送られた素子フィルム１０４及び１０６が先巻きフィルム２１１の外周に巻回され、本巻き工程Ｓ２の図９正面視手前においては、原反１１２及び１１４から送られた素子フィルム１００及び１０２が先巻きフィルム２１２の外周に巻回される。次に、後巻き工程Ｓ３の図９正面視奥において、原反２０３から送られた外装フィルム２１３が、後巻き工程Ｓ３の図９正面視手前において、原反２０４から送られた外装フィルム２１４が、Ｓ２で巻かれた素子フィルムに各々巻回された後、カッター１２８によって切り取られる。

次に、後巻き工程Ｓ３の図９正面視奥において、図示しないシリンダが作動し、溶着装置１０が外装フィルム２１３を巻いた巻回体１２６に向かって移動し、図３（ｂ）に示すように、溶着ローラ１２の凸条部２２が、外装フィルム２１３に接触させられる。後巻き工程Ｓ３の図９正面視手前においても同様に、溶着ローラ１２の凸条部２２が、外装フィルム２１４に接触させられる。

なお、ヒータ１８の発熱により溶着ローラ１２は加熱されている。溶着ローラ１２の周囲において３本のヒータ１８が溶着ローラ１２に隣接することにより、溶着ローラ１２は、ポリプロピレン製である外装フィルム２１３又は２１４を溶着できる程度に加熱される。

次に、後巻き工程Ｓ３の図９正面視奥において、外装フィルム２１３を巻いた巻回体１２６に凸条部２２が接触させられた状態で、外装フィルム２１３を巻いた巻回体１２６が回転させられ、これに伴って溶着ローラ１２が回転する。巻回体１２６に巻かれた外装フィルム２１３は、接触する溶着ローラ１２の凸条部２２によって巻回体１２６の外周に溶着されていく。なお、外装フィルム２１３を巻いた巻回体１２６を回転させておいて、溶着装置１０を移動させ凸条部２２を外装フィルム２１３に接触させてもよい。また、外装フィルム２１３を巻いた巻回体１２６の回転数は、３又は４回転等、特に限定されない。後巻き工程Ｓ３の図９正面視手前においても、同様に、外装フィルム２１４が巻回体１２７の外周に溶着される。

なお、外装フィルム２１３又は２１４の溶着が終了した巻回製品１０９は、図９に示す工程Ｓ３において取り出される。

溶着装置１０によれば、先巻き工程Ｓ１においては先巻きフィルム２１１又は２１２を巻いた巻芯１０８の回転に伴って溶着ローラ１２が回転し、後巻き工程Ｓ３においては外装フィルム２１３又は２１４を巻いた巻回体１２６又は１２７の回転に伴って溶着ローラ１２が回転するため、先巻きフィルム２１１又は２１２、及び外装フィルム２１３又は２１４の中の凸条部２２に接触する部分に張力は生じない。また、先巻きフィルム２１１又は２１２、及び外装フィルム２１３又は２１４の中の凸条部２２に接触しない部分には、当然に張力が生じることはない。このため、先巻きフィルム２１１又は２１２、及び外装フィルム２１３又は２１４が歪むことはなく、先巻きフィルム２１１又は２１２、及び外装フィルム２１３又は２１４に皺が生じたり、破損したりすることはない。

以上、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明したが、本発明は上述したものには限定されない。例えば、図４に示すように、溶着装置１０は、溶着ローラ１２と、支持部材１４及び１６と、２本のヒータ１８と、ヒータ保持部材２０と、を備えて構成されてもよい。

溶着ローラ１２は、回転中心軸Ｃ方向に延びる中空部４１を有している。中空部４１の内壁には、ブッシュ２６が固定されている。

また、支持部材１４及び１６は、回転中心軸Ｃ方向に延び、中空部４１内に配置された固定軸４２が固定されている。固定軸４２に対して、溶着ローラ１２及び溶着ローラ１２の裏面に固定されたブッシュ２６は、回転可能である。すなわち、支持部材１４及び１６は溶着ローラ１２を回転可能に支持する。

２本のヒータ１８は、金属加熱用のヒータであり、図１に示すヒータ１８と同様の材質及び構造である。

ヒータ保持部材２０は、溶着ローラ１２の周囲に隣接して配置した２個の中空部３８内に３本のヒータ１８を各々固定することにより、２本のヒータ１８を溶着ローラ１２に隣接させて保持するように構成されている。

また、図５に示すように、溶着ローラ１２と、支持部材１４及び１６と、１本のヒータ１８と、を備えた溶着装置１０であって、溶着ローラ１２が中空部４４を有し、中空部４４内にヒータ１８が備えられた溶着装置１０であってもよい。

溶着ローラ１２は、回転中心軸Ｃ方向に延びる中空部４４を有している。中空部４４の内壁には、ブッシュ２６が固定されている。

また、支持部材１４及び１６は、回転中心軸Ｃ方向に延び、中空部４４内に配置された１本のヒータ１８が固定されている。

ヒータ１８に対して、溶着ローラ１２及び溶着ローラ１２の裏面に固定されたブッシュ２６は回転可能である。このためヒータ１８は、ブッシュ２６の内壁が摺動することによっても摩耗しない外周面を有する。すなわち支持部材１４及び１６は溶着ローラ１２を回転可能に支持する。この場合、１本のヒータ１８のみによって溶着ローラ１２に熱を伝達できるため、電気コストを低減できる。

また、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、図１、図４及び図５に示す溶着装置１０を、図９に示す巻回装置１２０において、図９の正面視における手前及び奥に、一対配列して使用してもよい。一対の溶着装置１０は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、線対称である。この場合、巻芯１０８が図９の正面視における手前及び奥に一対配列され、一対の巻回製品１０９が手前及び奥において同時に製造される。また、巻回装置１２０に、原反１１２等が、図９の正面視における手前及び奥に、２個ずつ設けられる。

また、図７（ａ）に示すように、円柱形状のローラ部２４を有し、凸条部２２を有しない溶着ローラ１２と、支持部材１４及び１６と、ヒータ１８と、ヒータ保持部材２０と、を備えて構成された溶着装置１０であってもよい。この場合、円柱形状のローラ部２４により、巻回体に巻いた外装フィルムの全体を溶着することができる。

また、図７（ｂ）に示すように、両端の２箇所に凸条部２２を有する溶着ローラ１２と、支持部材１４及び１６と、ヒータ１８と、ヒータ保持部材２０と、を備えて構成された溶着装置１０であってもよい。この場合、巻回体に巻いた外装フィルムにおける、巻回体の回転中心軸方向両端部のみが溶着される。

また、図８に示すように、溶着ローラ１２と、支持部材１４及び１６と、溶着ローラ１２の外周円に沿って配列された４本のヒータ１８と、ヒータ保持部材２０と、を備えて構成された溶着装置１０であってもよい。この場合、４本のヒータ１８が溶着ローラ１２を囲んでいるため、溶着ローラ１２を早急に加熱することができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、本発明は図示したものには限定されない。例えば、ヒータ１８の熱を溶着ローラ１２へ効率良く伝達するために、溶着ローラ１２の表面が黒色であるように構成してもよい。また、巻回体の外周に外装フィルムを巻くのと同時に、本願発明の溶着装置により、外装フィルムを巻回体の外周に溶着してもよい。また、ヒータは、溶着ローラの周りに配置したコイルに通電させることにより、溶着ローラに接触しないで、溶着ローラを高周波誘導加熱するものであってもよい。

また、本発明に係る溶着装置を、樹脂フィルムの両面に金属を付着した金属、又は金属のみから成る金属の間に、セパレータを挟んで巻回する巻回装置に使用してもよい。この場合、一のセパレータ、一の素子フィルム、他のセパレータ、及び他の素子フィルムを重ね合わせながら巻回する。

本発明の溶着装置は、外装フィルムを巻回体の外周に溶着する時又は先巻きフィルムを巻芯の外周に溶着する時に、外装フィルム又は先巻きフィルムに皺が生じたり、破損したりすることはない。このため、外装フィルム又は先巻きフィルムを巻き留めするために広く利用できる。

１０：溶着装置、１２：溶着ローラ、１４：支持部材、１８：ヒータ、２０：ヒータ保持部材、２２：凸部、２４：ローラ部：２６：ブッシュ、３８：中空部、４０：固定治具、４４：中空部

Claims (4)

1. 少なくとも帯状の素子フィルムを巻回した巻回体の外周に樹脂フィルムを巻き留める溶着装置であって、
   回転中心軸を有し、該回転中心軸に対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラと、
   前記溶着ローラを前記回転中心軸のまわりに回転可能に支持する支持部材と、
   前記溶着ローラに熱を伝達するヒータと、
   を備え、
   前記溶着ローラが、該溶着ローラの外周円方向に延び、前記樹脂フィルムに接触させられる複数の凸条部又は凸部を有する溶着装置。
2. 少なくとも帯状の素子フィルムを巻回した巻回体の外周に樹脂フィルムを巻き留める溶着装置であって、
   回転中心軸を有し、該回転中心軸に対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラと、
   前記溶着ローラを前記回転中心軸のまわりに回転可能に支持する支持部材と、
   前記溶着ローラに熱を伝達するヒータと、
   を備え、
   前記ヒータを前記溶着ローラに隣接させて保持するヒータ保持部材を備えた溶着装置。
3. 少なくとも帯状の素子フィルムを巻回した巻回体の外周に樹脂フィルムを巻き留める溶着装置であって、
   回転中心軸を有し、該回転中心軸に対する直角方向の断面が円形状である溶着ローラと、
   前記溶着ローラを前記回転中心軸のまわりに回転可能に支持する支持部材と、
   前記溶着ローラに熱を伝達するヒータと、
   を備え、
   複数個の前記ヒータが前記溶着ローラの外周円に沿って配列された溶着装置。
4. 前記溶着ローラが中空部を有し、該中空部内に前記ヒータが備えられた請求項１に記載する溶着装置。

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