JP6879769B2 - 巻き取り装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、テープ状、ストライプ状、またはシート状の材料を巻き取るための、巻き取り装置および方法に関する。

具体的には、限定するものではないが、本発明は、電気エネルギー蓄積デバイスの製造に適用することができる。

従来技術は、電気エネルギー蓄積デバイスを製造するために用いられる様々な巻き取り装置を備える。これらの装置では、巻芯は概して、非円形の長円形状を有し、そのため、巻き取られる材料の動きは不規則で不均一になり得る。巻芯へ供給されていく材料の動きをより規則的で均一にするためのいくつかの補償システムが提案されている。

欧州特許出願公開第２５９５２３３（Ａ２）号明細書は、巻芯と、進入するテープの垂直の動きを補償するための軸Ｙに沿った補償ユニットと、テープ自体の一様な張力を維持するべく巻き取りに起因するテープ速度の変化を補償するための軸Ｘに沿った補償ユニットとを有する装置を記載している。

韓国特許出願第２０１４００１５９９４（Ａ）号公報は、長円形状を有する回転芯と、巻芯の形状によって生じる張力変化を、テンションロールが固定されたスイング・アームが設けられた補助調節ユニットとともに、交互の直線運動を通じて補償する張力調節システムとを有する巻き取り装置を記載している。

特開平６−１６８７３６号公報は、プレートの回転中心を円軌道に沿って移動させることによって電極手段を製造するための巻き取り装置および方法を記載している。

米国特許出願公開２００６／０１２３６２２（Ａ１）号明細書は、シートを積層する積層ロールを有する、電気エネルギー貯蔵要素を製造するためのデバイスであって、積層された製品が、成形された輪郭を有する心棒を備える巻き取り手段、およびそれに接触する押圧ロールによって巻き付けられる、デバイスを記載している。

特開２００１−２４３９７１号公報は、シート材料の巻き取り速度の変動を回避する巻き取り装置であって、非円形部分を有する巻芯と、回転軸を中心に回転するローラと、ローラ中心の位置を巻芯の回転に応じて移動させるための手段とを備える、巻き取り装置を記載している。

特開２００１−２３３５１１号公報は、巻き取り軸Ｚを中心に回転する巻き取り部材と、巻き取り軸Ｚを移動させるために配置されたロール手段と、巻き取り構成要素の角速度を調整するための機構と、ロール手段の角速度を調整するための機構とが設けられ、巻き取り部材を一様な直線運動に従って移動させ、一様な張力を維持し、巻き取り速度の変動を回避する巻き取り装置を記載している。

特開２００３−１４６５３８号公報は、扁平な巻芯が、可動プレートによって、水平方向および垂直方向に従って巻芯の回転軸と垂直な平面上に支持される方法および巻き取り装置を記載している。

特開２０１２−０５１７２５号公報は、材料を巻き取るための非円形巻芯と、巻芯を回転駆動させるモータと、歯車によって伝達される回転運動の速度が巻芯の角度に応じて変化するように構成された歯車を含む、モータから巻芯へ運動を伝達するための機構とを備える巻き取り装置を記載している。

米国特許第５３１２０６４号明細書は、請求項１の前提部分（preamble）に係る巻き取り装置を開示している。

本発明の目的は、巻き取られる材料の規則的で一様な進行を可能にする巻き取り装置を提供することである。

１つの利点は、たとえ、材料が周囲に巻き取られる回転芯が非円形の形状を有していても、材料を均一な仕方で巻き取る補償システムを有する巻き取り装置を実現することである。

１つの利点は、処理される材料の振動および／または加速を低減することができる巻き取り装置を実装することである。

１つの利点は、巻き取り装置へ供給される材料の一定で一様な張力を確保することである。

１つの利点は、電気エネルギー蓄積デバイスを製造するために適合された巻き取り装置を利用可能にすることである。

１つの利点は、高い性能を有する高品質の電気エネルギーを蓄積するためのデバイスを製造するための方法を提供することである。

１つの利点は、構築されるために単純で経済的であり、形式の変更、特に、巻芯のサイズおよび／または形状の変更に容易に適合可能である巻き取り装置を提供することである。

１つの利点は、材料を、非円形部分を有する巻芯上に高い精度および信頼性をもって巻き付けることである。

１つの利点は、非円形の芯上、および、必要に応じて、円形の芯上への材料の巻き付けを可能にすることである。

このような目的および利点、ならびにその他のいくつかは、添付の関連する請求項の１つ以上に記載の装置および／または方法によって達成される。

一例では、材料を巻き取るための装置は、軸を中心に巻き取り運動を行う非円形の形状に作られた部分を有する芯を備え、軸は、環状軌道を有する補償運動を与えられ、巻き取り運動および補償運動は、一方は巻き取り運動を制御し、他方は補償運動を制御する、２つの異なる電動カムを通じて独立して駆動される。

２つの電動カムは、芯の進入口（entrance）における材料の位置の変化を相殺する（またはいずれにせよ、著しく低減する）ように、ならびに芯の進入口における材料の速度の変化を相殺する（またはいずれにせよ、著しく低減する）ように構成された、一方は巻き取り運動のため、他方は補償運動のための、２つの運動規則によってプログラムされている。

本発明は、限定するわけではないが、一例を示す添付の図面を参照することで、より深く理解され、実施されるであろう。

本発明に係る巻き取り装置の概略斜視図である。 図１の装置の正面図である。 図２の断面ＩＩＩ−ＩＩＩを示す図である。 装置が異なる構成になっている図２の図である。 時間の関数としての、図４の角度θ（シータ）およびβ（ベータ）の角度方向の移動および角速度の図を示す。

１によって、特に、テープ状、ストライプ状、シート状などの形態の材料２を巻き付けるための巻き取り装置が示されている。

巻き取り装置１は、特に、電気エネルギー蓄積デバイスを製造するため、例えば、少なくとも１つの電極（例えば、少なくとも１つの電極膜）、および／または電極のための少なくとも１つのセパレータ要素を含む材料２を巻き付けるために用いられてもよい。

巻き取り装置１は、特に、供給平面（supplying plane）に沿って材料２を供給するための（図示されていない、例えば、従来技術形式の）供給手段を備えてもよい。このような供給手段は、例えば、材料の巻き出しのための少なくとも１つのリールを備えてもよい。

巻き取り装置１は、特に、フレーム３を備えてもよい。

巻き取り装置１は、特に、フレーム３に回転可能に装着され、特に、第１の回転軸を中心に、（以下においてより詳しく説明される）環状補償運動を行うことが可能である支持体４を備えてもよい。支持体４は、特に、第１の回転支持手段５を介在させてフレーム３に回転可能に連結されていてもよい。

巻き取り装置１は、特に、支持体４の回転を駆動するための第１のモータ軸６を備えてもよい。第１のモータ軸６は、特に、例えば、第２の回転支持手段７を介在させてフレーム３によって回転可能に支持されていてもよい。第１のモータ軸６は、特に、例えば、ギヤ手段８を備えてもよく、運動伝達手段を通じて支持体４に接続されていてもよい。第１のモータ軸６は、本実施例のように、前記第１の回転軸と同軸でなくてもよい。

巻き取り装置１は、特に、材料２が上に巻き取られる非円形形状に作られた部分を有する芯９を備えてもよい。芯９の周りに巻き付けられた製品の形状は（芯の形状のために）非円形になるであろう。芯９は、例えば、平坦な形状を有してもよい。芯９は、例えば、長方形状の部分を有してもよい。芯９は、例えば、箔形状を有してもよい。芯９は、例えば、楕円形、卵形、菱形形状などを有してもよい。

芯９は支持体４上に回転可能に装着され、特に、第２の回転軸を中心に環状巻き取り運動を行うことが可能であってもよい。第２の回転軸は、特に、前記第１の回転軸と同軸上になくてもよいであろう。芯９は、第３の回転支持手段１０の介在によって支持体４に回転可能に連結されていてもよい。

巻き取り装置１は、特に、第２の回転軸を中心に芯９の回転を駆動するための第２のモータ軸１１を備えていてもよい。第２のモータ軸１１は、特に、前記第１の回転軸（フレーム３に対する支持体４の回転軸）と同軸上にあってもよい。

第２のモータ軸１１は、本実施例のように、第４の回転支持手段１２を介在させてフレーム３に回転可能に連結された部分を有してもよい。第２のモータ軸１１は、本実施例のように、第５の回転支持手段１３を介在させて支持体４に回転可能に連結された部分を有してもよい。

巻き取り装置１は、特に、第２のモータ軸１１から芯９へ運動を伝達するための機構１４を備えてもよい。機構１４は、本実施例のように、ギヤ手段を備えてもよい。機構１４は、本実施例のように、支持体４上に回転可能に装着され、第３の回転軸を中心に回転することが可能である少なくとも１つの歯車１５を備えてもよい。第３の回転軸は、本実施例のように、前記第１の回転軸と同軸上になくてもよい。第３の回転軸は、本実施例のように、前記第２の回転軸と同軸上になくてもよい。

歯車１５は、この場合のように、（例えば、第１の回転軸と同軸上にある）第２のモータ軸１１に接続された歯車１６に連結されていてもよい。歯車１５は、この場合のように、（例えば、第２の回転軸と同軸上にある）芯９に接続された歯車１７に連結されていてもよい。

支持体４は、特に、機構１４の少なくとも一部を収容する収容容積を提供するように適合されていてもよい。支持体４は、例えば、箱形状を有してもよい。支持体４は、特に、歯車１５、１６および１７を収容してもよい。

フレーム３は、特に、ギヤ手段８の少なくとも一部を収容する収容容積を規定するように適合された、少なくとも１つの部分を有してもよい。フレーム３のこのような部分は、例えば、箱形状を有してもよい。

運動伝達手段（ギヤ手段８）は機構１４と別個になっていてもよい。特に、運動伝達手段によって形成された運動学的連鎖（kinematic chain）は、本実施例のように、機構１４によって形成された運動学的連鎖と共通の部分を有しなくてもよい。

第１のモータ軸６および第２のモータ軸１１は、互いに独立して駆動されてもよい。特に、第１のモータ軸６および第２のモータ軸１１は、第１のモータ、および第１のモータと異なる第２のモータによってそれぞれ回転させられてもよい。第１のモータおよび第２のモータ（図示されていない）は周知のタイプのモータ（例えば、電気モータ）を備えてもよい。

巻き取り装置１は、特に、本実施例のように、第１の運動規則を用いて第１のモータ軸６を制御するためのコンピュータ・プログラム命令を提供されるプログラム可能な電子制御手段（図示されていない）を備えてもよい。制御手段は、本実施例のように、第２の運動規則を用いて第２のモータ軸１１を制御するためのコンピュータ・プログラム命令を提供されてもよい。第２の運動規則は第１の運動規則と異なってもよい。第１の運動規則は、第１のモータ軸６の一定でない回転速度を有してもよい。第２の運動規則は、第２のモータ軸１１の一定でない回転速度を有してもよい。

第１の運動規則および第２の運動規則は、本実施例のように、巻き取りプロセスに関わる可動要素、例えば、芯９の一部分または材料２の一部分の位置および速度を含む、少なくとも２つのパラメータを制約として有して生成されてもよい。

第１のパラメータは、例えば、芯９の先端９ａ、具体的には、巻き取り回転中に、巻き付けられるために（供給平面に沿って）進行する材料２を受け取る先端９ａである、材料進入口の先端９ａにおける材料２の位置を含んでもよい。この制約は、例えば、先端９ａが、巻き取りプロセス中に、材料２の供給平面上、またはこのような平面の近傍に常に配置されたままとどまることを規定してもよい。第２のパラメータは、例えば、先端９ａにおける材料２の速度（または巻き付けられるべき材料２の供給平面に沿った速度）を含んでもよい。この制約は、例えば、先端９ａ（または芯９の先端９ａ上に配置された材料２）の速度が、巻き取りプロセス中に、（方向および／または絶対値において）一定の値、あるいは、いずれにせよ、規定された変動範囲内に含まれる値を常に有することを規定してもよい。

巻き取り装置は、特に、上述の制約の順守をより容易にするべく、芯９の周りに徐々に巻き付けられていく製品（材料）の体積の漸進的増加に追随するために、フレーム３（ひいては、支持体４および巻芯９）に、前記供給平面を横切る少なくとも１つの方向（特に、垂直方向）における回復運動（recovery motion）を行わせる移動手段を備えてもよい。

巻き取り装置１は、特に、電気エネルギー蓄積デバイスの製造のための方法を実施するために用いられてもよい。装置１は、実際に、少なくとも、電極のためのセパレータ手段、および／または少なくとも電極を含む材料を巻き取るために用いられてもよい。

非円形の芯９（平坦）上への材料２の巻き取り中に、巻芯９は、（第２のモータ軸１１を駆動する第２のモータを制御する）電動カムによって制御された回転速度で、（第１のモータ軸６を駆動する第１のモータを制御する）別の電動カムによって制御された速度で（半径Ｒを有する円形の）軌道Ｔを遂行する回転軸を中心に回転する。電動カムは、材料２の進入口位置（芯の先端９ａにおける、芯９の進入口における位置）が一定になり、かつ、材料２の進行速度が一定になるように構成される。

芯９のその回転軸を中心とする回転、および芯９の回転軸の回転が、電動カムを通じた回転制御と組み合わせられた、２つの異なるモータを用いて互いに独立して駆動される、上述のシステムは、材料２の進入位置および速度の定常性を達成することを可能にする。

第１のモータ軸６は、支持体４（および支持体４上に装着された芯９の回転軸）の環状軌道Ｔ（特に、半径Ｒを有する、円形である軌道（図２参照））を有する、角度β（ベータ）の角度方向の移動である、補償運動を発生させ、その一方で、第２のモータ軸１１は、角度θ（シータ）の角度方向の移動、または芯９の、第２の回転軸を中心とする自身を中心とする回転である、巻き取り運動を発生させる。例えば、図４に、角度θ（シータ）および角度β（ベータ）が示されている。

前述のように、（支持体４の回転軸と同軸上にある）第２のモータ軸１１は、歯車１５（アイドル歯車）を通じて巻芯９を制御し、歯車１５は回転支持体４と接続されている。これは、（円軌道Ｔを有する芯９の回転軸の運動である）補償運動と、（芯９のそれ自身の回転軸を中心とする回転である）巻き取り運動とを切り離すことを可能にし、そのため、第１のモータ軸６の駆動は補償運動のみを制御することができ、第２のモータ軸１１の駆動は巻き取り運動のみを制御することができる。第１のモータ軸６は角度β（ベータ）の変化のみを制御することができ、第２のモータ軸１１は角度θ（シータ）の変化のみを制御することができる。

芯９の進入口における材料２の位置および進行速度の変化は、第１および第２のモータ軸６および１１の駆動を制御する電動カムを通じて相殺される。電動カムの運動規則は、材料２の進入口位置および進行速度をプロセスの制約として取り入れ、任意の所与の時間において、課された制約を順守するために巻芯９の角度位置θ（シータ）および回転支持体４の角度位置β（ベータ）を算出することによって、反復的に生成されてもよい。

図５の上部に示されている図は、巻き取りプロセスの一実施例における単一の巻き取り周回（芯９の３６０°の回転）についての回転巻芯９の角度位置（角度θ（シータ））と補償回転支持体４の角度位置（角度β（ベータ））との推移を時間（秒単位）の関数として示す。図５の下部に示されている図は、同じ巻き取り回転（秒単位）についての巻芯９の回転速度（速度θ’（シータ’））および補償回転支持体４の回転速度（速度β’（ベータ’））の推移を示す。巻芯９の回転ごとに（芯９自身を中心とする３６０°の回転）、補償軌道Ｔ上における芯の回転軸の２回の回転が予見されること（支持体４の７２０°の回転）が認められる。

電動カムを通じたモータ軸６および１１の制御は、伝達機構、ならびにモータ軸６および１１と芯９および支持体４の回転軸との間の可能な伝達比の存在を考慮することになる。

前述のように、最初の周回に続く周回の間に、巻き付けられた材料の蓄積による芯９のサイズの漸増を経時的に補償するために、上述の補償機構は、移動システム（例えば、特に、進入する材料２の供給平面と直角をなす方向における、直線並進運動）に接続されていてもよい。供給平面は水平であってもよく、並進運動は垂直であってもよい。

Claims (14)

1. フレーム（３）と、
   前記フレーム（３）に回転可能に装着され、第１の回転軸を中心に回転を行うことが可能な支持体（４）と、
   前記支持体（４）を回転させるための第１のモータ軸（６）と、
   材料（２）を巻き付けるための芯（９）と、
   を備える巻き取り装置（１）において、
   前記芯（９）が前記支持体（４）に回転可能に装着され、前記第１の回転軸と同軸上にない第２の回転軸を中心に回転を行うことが可能であり、かつ前記装置が、前記芯（９）を回転させるための第２のモータ軸（１１）を備え、
   前記第２のモータ軸（１１）が、前記フレーム（３）と回転可能に連結された部分と、前記支持体（４）と回転可能に連結された部分と、を有することを特徴とする、巻き取り装置（１）。
2. 前記第２のモータ軸（１１）が前記第１の回転軸と同軸上にある、請求項１に記載の装置。
3. 供給平面内の材料供給手段（２）と、
   巻き取り中に、前記芯（９）の周りに巻き付けられた材料の蓄積を考慮するために、前記フレーム（３）に、前記供給平面を横切る少なくとも１つの方向の回復運動を与えるための移動手段と、を備える、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記芯（９）が非円形形状である、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記第１のモータ軸（６）および前記第２のモータ軸（１１）が、互いに独立して駆動される、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 互いに異なる第１の運動規則および第２の運動規則をそれぞれ用いて前記第１のモータ軸（６）および前記第２のモータ軸（１１）を制御するためのコンピュータ・プログラム命令を提供されたプログラム可能な電子制御手段を備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１の運動規則が、一定でない回転速度を有し、および／または前記第２の運動規則が、一定でない回転速度を有する、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１の運動規則および前記第２の運動規則が、前記芯（９）の一部分もしくは前記材料（２）の一部分の少なくとも１つの位置と、前記芯（９）の一部分もしくは前記材料（２）の一部分の少なくとも１つの速度とを含む少なくとも２つのパラメータを制約として有して生成される、請求項６または７に記載の装置。
9. 前記第１のモータ軸（６）が前記第１の回転軸と同軸上にない、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
10. 前記第２のモータ軸（１１）から前記芯（９）へ運動を伝達するための少なくとも１つの機構（１４）を備える、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
11. 前記支持体（４）が、前記機構（１４）の少なくとも１つの部分を収容する収容容積を規定するような形状に作られている、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第１のモータ軸（６）から前記支持体（４）へ運動を伝達するための伝達手段（８）を備え、前記伝達手段（８）は前記機構（１４）と別個になっている、請求項１０または１１に記載の装置。
13. 前記機構（１４）が、前記支持体（４）上に回転可能に装着され、前記第１の回転軸と同軸上になく、かつ、前記第２の回転軸と同軸上にない第３の回転軸を中心に回転することが可能である少なくとも１つの歯車（１５）を備える、請求項１０から１２のいずれかに記載の装置。
14. 少なくとも１つの電極および／または少なくとも１つのセパレータを巻き取るために請求項１から１３のいずれかに記載の巻き取り装置（１）を用いて電気エネルギー蓄積デバイスを製造するための方法。

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