(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープロールに連結するテープ供給軸と、前記テープロールから繰り出されるテープをコイルの形に巻き取る巻軸とを備え、所定の長さのテープを巻き終えた時点でコイルの巻き取りを停止し、テープを切断した後、コイルを巻軸から取り外し、テープの先端を再び巻軸に連結し、次サイクルのコイル巻き取りを開始するテープ巻き取り装置において、
１サイクル分の巻き取りで実際に巻き取ったテープの長さと前記テープ供給軸の回転量より前記テープロールの直径を推定し、次サイクルにおけるテープ供給軸の回転量を決定する制御装置を備えることを特徴とするテープ巻き取り装置。
【請求項２】
テープ供給軸に連結されたテープロールから繰り出されるテープを巻軸によりコイルの形に巻き取り、所定の長さのテープを巻き終えた時点でコイルの巻き取りを停止し、テープを切断した後、コイルを巻軸から取り外し、テープの先端を再び巻軸に連結し、次サイクルのコイル巻き取りを開始するテープ巻き取り方法において、
１サイクル分の巻き取りで実際に巻き取ったテープの長さと前記テープ供給軸の回転量より前記テープロールの直径を推定し、次サイクルにおけるテープ供給軸の回転量を決定することを特徴とするテープ巻き取り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンデンサや二次電池等の製造にあたり、テープをコイルの形に巻き取るのに用いられるテープ巻き取り装置に関する。ここでテープとは、材質の如何を問わず、材料を薄く帯状に形成したものを言い、例えばコンデンサにおける金属箔や電解紙、二次電池における極板やセパレータ等がこれにあたる。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサや二次電池等、テープ状の材料をコイル状に巻いて構成するものにあっては、テープに生じる張力が一定になるようにコイルの巻き取り速度を制御することが、良品率を維持または改善する上できわめて重要なファクターとなる。なぜならば、巻き取り中に張力が変動するとコイルの巻き固さが不均一になり、あるいはテープが不均一に伸び、電気的特性が変化することが多いからである。延性に乏しいテープであれば、急に張力が増大した場合など、断裂といった事態にまで発展しかねない。
【０００３】
そこで、テープの張力を一定に保ちつつ巻き取るよう、これまでにも様々な工夫がなされてきた。多く行われるのはダンサーローラを使用し、これが一定の位置に来るようテープの巻き取り速度を制御することであるが、現実にはダンサーローラ以降に多数の案内ローラをもってテープ走行路が形成されており、このテープ走行路の走行抵抗がダンサーローラへの張力変動の伝達を遅延させていた。すなわちダンサーローラはテープの張力変動に敏感に反応せず、巻き取り制御を正確あるいは精密に行うには不十分であった。
【０００４】
上記問題を解決する手法の一つが、特開平７−２５７７９７号公報に開示されている。すなわち、テープの走行経路に巻き取り速度検出器を設けるとともに、巻き取り部近傍に巻き取り張力測定器を設け、巻き取り部近傍の張力測定値の変動と巻き取り速度の測定値に対応して、巻き出し速度制御回路にて巻き出し速度を任意に変化させることにより張力測定値を変化させ、コイルでの巻き取り張力を目標値にコントロールすることができるようにしたものである。
【０００５】
しかしながらこの手法も問題を完全に解決するものではない。というのは、巻き取り張力測定器をいかに巻き取り部に近接させて設けても、そこで測定する張力は所詮、コイルの中で発生してしまった張力に他ならないからである。すなわち、張力変動発生後、張力を速やかに元に戻すことはできるが、当初の張力変動によってコイル内に生じた巻き堅さの不均一、テープの伸び等を回復させることはできない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来技術のかかえる問題点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、必要なだけのテープをテープロールから繰り出し、慣性の大きいテープロールを無闇に引っ張って張力変動を発生させることがないテープ巻き取り装置、またテープ巻き取り方法を提供することにある。
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明ではテープ巻き取り装置に次の構成を供えさせることとした。すなわち、テープロールに連結するテープ供給軸と、前記テープロールから繰り出されるテープをコイルの形に巻き取る巻軸とを備え、所定の長さのテープを巻き終えた時点でコイルの巻き取りを停止し、テープを切断した後、コイルを巻軸から取り外し、テープの先端を再び巻軸に連結し、次サイクルのコイル巻き取りを開始するテープ巻き取り装置において、１サイクル分の巻き取りで実際に巻き取ったテープの長さと前記テープ供給軸の回転量より前記テープロールの直径を計算し、次サイクルにおけるテープ供給軸の回転量を決定する制御装置を備えることとした。
【０００８】
上記構成によれば、テープロールのコイルの現在径を推定し、その結果に基づき次サイクルにおけるテープ供給軸回転量を決定するから、必要なだけのテープがスムーズに繰り出され、慣性の大きいテープロールを無闇に引っ張って張力変動を発生させることがない。
【０００９】
さらに本発明によれば、テープ供給軸に連結されたテープロールから繰り出されるテープを巻軸によりコイルの形に巻き取り、所定の長さのテープを巻き終えた時点でコイルの巻き取りを停止し、テープを切断した後、コイルを巻軸から取り外し、テープの先端を再び巻軸に連結し、次サイクルのコイル巻き取りを開始するテープ巻き取り方法において、
１サイクル分の巻き取りで実際に巻き取ったテープの長さと前記テープ供給軸の回転量より前記テープロールの直径を推定し、次サイクルにおけるテープ供給軸の回転量を決定することとしたから、必要なだけのテープがスムーズに繰り出され、慣性の大きいテープロールを無闇に引っ張って張力変動を発生させることがない。
【００１４】
以下、図に基づき本発明の実施の形態を説明する。図１のテープ巻き取り装置１において、１１はテープ、１２はテープ１１を巻いたテープロールである。テープロール１２にはテープ供給軸１３が連結し、このテープ供給軸１３をモータ１４で回転させることにより、テープロール１２からテープ１１が繰り出される。繰り出されたテープ１１は、多数のローラ（図にはその一部のみ示す）により形成される走行経路を経由して巻軸１５へと導かれる。
【００１５】
巻軸１５は繰り出されたテープ１１をコイル１６の形に巻き取る。１７は巻軸１５を回転させるモータである。１８はコイル１６の上流に設けられたカッター装置で、所定の太さのコイル１６を形成した後、テープ１１を切断するためのものである。
【００１６】
テープ１１の走行経路中のローラ１９にテープ１の巻き取り長さ計測装置２０を連結する。巻き取り長さ計測装置２０は、例えばエンコーダにより構成される。ローラ１９はスリップすることなくテープ１１の走行に追随して回転し、巻き取り長さ計測装置２０はテープ１１の巻き取り長さを正確に計測する。
【００１７】
２１はテープ１１の走行経路中に設けられたダンサーローラであって、揺動するダンサーバー２２の先端に回転自在に取り付けられている。ダンサーローラ２１にテープ１１を巻き掛けたダンサーバー２２には、テープ１１の張力が変わる度に、これをいずれかの方向に揺動させようとする力が作用する。ダンサーバー２２には、ダンサーバー２２の角度に応じた信号を発生するポテンショメータ２３と、ダンサーバー２２の回転トルクを変化させるアクチュエータ２４が連結されている。アクチュエータ２４は電空レギュレータにより構成される。
【００１８】
２５は制御装置である。制御装置２５は巻き取り長さ計測装置２０とポテンショメータ２３から信号を受け取り、モータ１４および１７、カッター装置１８、およびアクチュエータ２４に対し制御信号を発する。制御装置２５は演算機能をも備えている。
【００１９】
続いてテープ巻き取り装置１の動作を説明する。巻軸１５にテープ１１の先端を連結し、モータ１７により巻軸１５を回転させると、テープ１１がコイル１６の形に巻かれて行く。この時のテープ１１の送り速度は、図２のように、ゼロから立ち上がって最高速度に達し、そこから速度を減じてゼロに戻るという、台形パターンを描かせるものとする。図中の斜線部の面積が、時刻ｔ１における巻き取られたテープ１１の長さとなる。
【００２０】
図２の台形パターンにおけるテープ送りの加速度と最高速度は、引張強度、延性、弾性といったテープ１１の属性、またコイル１６に求められる巻き固さ等の要因を勘案し、実験等により適切な値が設定される。後は、コイル巻きの各サイクルにおいて、設定値が正しく守られなければならない。
【００２１】
ところで、コイル１６は巻き取りが進むに従って直径が大きくなる。テープ送り速度を設定値通りにしようと思えば、巻軸１５の回転速度を、コイル１６の現在径に基づき補正しなければならない。テープ１１の送り速度をＶ０(mm/sec)、コイル１６の直径をＤｘ(mm)とすると、コイル１６の回転速度Ｖ１（rpm)は次式により求められる。
【００２２】
【数１】
0004439103.tif 000002
【００２３】
図２の台形パターンを生じさせるコイル１６の回転速度（＝巻軸１５の回転速度）Ｖ１(rpm)は、図３のようになる。
【００２４】
コイル１６の直径Ｄｘは、巻き取られたテープ１１の長さから推定される。図４のように、コイル１６の巻き始めの直径をＤ０、巻き終わりの直径をＤｎとする。テープ１１の総送り長さはＬｎとする。テープ１１の厚さをｄとすれば、巻き取られたテープ１１の長さがＬｘである時のコイル１６の直径Ｄｘは、次のようにして求められる。
【００２５】
【数２】
0004439103.tif 000003
【数３】
0004439103.tif 000004
【００２６】
巻き取り完了時、すなわちＬｘ＝Ｌｎのとき、Ｄｘ＝Ｄｎとなるので、（２）式からｄについて解くと次式のようになる。
【００２７】
【数４】
0004439103.tif 000005
【００２８】
（４）式を（３）式に代入してｄを消去すると、次式となる。
【００２９】
【数５】
0004439103.tif 000006
この式に基づき、テープ１１の巻き取り長さからコイル１６の直径の推定を行う。
【００３０】
（１）式と（５）式より、巻き取られたテープ１１の長さに対するコイル１６の回転速度を計算する。図３は時間Ｔに対するコイル回転速度Ｖ１の関係をグラフ化したものであったが、時間Ｔを巻き取られたテープの長さＬに置き換えると、図５のグラフとなる。
【００３１】
コイル１６の巻き取りにあたっては、巻き取り長さ計測装置２０より、巻き取られたテープ１１の長さＬを求め、図５のグラフ（（１）式と（５）式の計算結果）より、Ｌに対するコイル１６の回転速度Ｖ１を計算する。計算は制御装置２５が行う。その計算結果に現実のコイル１６の回転速度が一致するよう、モータ１７の回転速度を制御装置２５により制御する。この作業を所定の分配周期毎に繰り返す。分配周期は、ミリセカンド単位の短い時間とする。
【００３２】
所定の長さのテープ１１を巻き終えた時点でモータ１７は停止し、巻軸１５とコイル１６の回転が止まる。後、カッター装置１８でテープ１１を切断し、コイル１６を巻軸１５から取り外す。そしてテープ１１の先端を再び巻軸１５に連結し、次サイクルのコイル巻き取りを開始する。
【００３３】
巻き取り途中にテープ１１が切れた場合、巻き取り長さ計測装置２０はそれ以後信号を発生しなくなる。すなわち、巻き取られたテープの長さＬが、いつまでたっても巻き取り完了時の長さＬｎに達しないので、モータ１７は永久に回転を続けることになる。これを防ぐため、モータ１７の連続回転に上限を設け、所定回数回転した時点でモータ１７の回転が停止するようにする。
【００３４】
モータ１７の回転速度を計算通り正確に制御するためには、テープ供給軸１３のモータ１４も協調動作させ、巻き取り速度に見合った速度でテープ１１を繰り出さねばならない。協調がうまく行かないとテープ１１の切断やたるみを招く。１サイクル分の巻き取りで消費されるテープ１１の長さとテープ送り速度Ｖ０は既知なので、モータ１４にはフィードフォワードをかけ、コイル１６の巻き取り開始と同時にテープロール１２からテープ１１を繰り出す。
【００３５】
巻き取り時のテープ１１の送り速度Ｖ０は図２のパターンに従うものであり、既知である。そこで、現在のテープロール１２の直径からモータ１４の回転速度パターンを決定する。テープロール１２の直径はコイル１６の直径に比べて十分に大く、コイル巻き取りの１サイクル中のテープロール１２の直径変動は無視できる。
【００３６】
モータ１７と１４の協調によりテープ１１の送り制御は正確性を増すが、テープ１１の張力のコントロールを正確に行うため、ダンサーバー２２を利用する。すなわち、テープ１１の送り長さに正比例してダンサーバー２２の角度が変化するものとし、ダンサーバー２２の傾きθbarをポテンショメータ２３で検知する。図６に示すようにテープロール１２の半径をＲ１、ダンサーバー２２の半径をＲ２とすると、テープロール１２の回転角θreelは次式により求めることができる。
【００３７】
【数６】
0004439103.tif 000007
【００３８】
ダンサーバー２２の傾きθbarが所定の値を維持するよう、テープ供給軸１３の回転速度を補正する。
【００３９】
アクチュエータ２４は電空レギュレータにより構成され、入力電圧に比例した空気圧力を出力する。入力電圧を変化させれば空気圧が変わり、ロッドの突出量の変化として現れるので、ロッドをダンサーバー２２に連結しておけば、ダンサーバー２２の回転トルクを変えることができる。アクチュエータ２４にポテンショメータ２３の出力変動をフィードバックすることにより、テープ１１の張力変動を打ち消す方向にダンサーバー２２を移動させて、テープ１１の張力を一層安定したものとすることができる。
【００４０】
また、テープ１１が加速されるとき、すなわちプラスの加速度が作用するときにはテープ１１の張力は増大傾向を示し、逆に減速されるとき、すなわちマイナスの加速度が作用するときにはテープ１１の張力は減少傾向を示す。そこで、アクチュエータ２４をコイル巻き取り中に制御し、テープ１１の張力が加速時には減少し、減速時には増大するよう、ダンサーバー２２の回転トルクを変化させ、加減速時の張力変化を補償する。これにより、加減速時にもテープ張力を安定させることができる。
【００４１】
テープロール１２については、実際に巻き取ったテープ１１の長さとテープ供給軸１３の回転量よりテープロール１２の直径を計算し、次サイクルにおけるテープ供給軸１３の回転量を決定することができる。テープロール１２の直径は次式で求める。式中Ｌは、巻き取り長さ計測装置２０の計測したテープ１１の巻き取り長さである（図７参照）。
【００４２】
【数７】
0004439103.tif 000008
【００４３】
以上、１種類のテープでコイルを巻くものとして説明を進めたが、複数種類のテープを重ねてコイルを形成するものにも本発明は適用可能である。その場合のダンサーローラは、テープ毎に個別に設けても良く、テープの積層体に対し設けても良く、これらを併用しても構わない。個別のテープにあっても、その中から１種または複数種のテープを選択し、選択したものにだけダンサーローラを配置するといった構成が可能である。
【００４４】
その他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のテープ巻き取り装置によれば、テープロールに連結するテープ供給軸の回転量を、１サイクル分の巻き取りで消費されるテープの長さに基づき、テープロールの現在径を推定した上で決定するようにしたから、必要なだけのテープがスムーズに繰り出され、慣性の大きいテープロールを無闇に引っ張って張力変動を発生させることがない。
【００４６】
また本発明のテープ巻き取り方法においては、１サイクル分の巻き取りで実際に巻き取ったテープの長さと前記テープ供給軸の回転量より前記テープロールの直径を推定し、次サイクルにおけるテープ供給軸の回転量を決定する手法を採用したから、必要なだけのテープがスムーズに繰り出され、慣性の大きいテープロールを無闇に引っ張って張力変動を発生させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明テープ巻き取り装置の一実施形態を示す概略構成図
【図２】  テープ送り速度と時間との関係を示すグラフ
【図３】  コイル回転速度と時間との関係を示すグラフ
【図４】  コイル直径の変遷を示す説明図
【図５】  コイル回転速度と巻き取られたテープの長さとの関係を示すグラフ
【図６】  ダンサーバーの機能を説明する概略構成図
【図７】  テープ巻き取り長さとテープロールの回転角との関係を示す説明図
【符号の説明】
１    テープ巻き取り装置
１１  テープ
１２  テープロール
１３  テープ供給軸
１４  モータ
１５  巻軸
１６  コイル
１７  モータ
１８  カッター装置
１９  ローラ
２０  巻き取り長さ計測装置
２１  ダンサーローラ
２２  ダンサーバー
２３  ポテンショメータ
２４  アクチュエータ
２５  制御装置
【図１】
0004439103.tif 000009
【図２】
0004439103.tif 000010
【図３】
0004439103.tif 000011
【図４】
0004439103.tif 000012
【図５】
0004439103.tif 000013
【図６】
0004439103.tif 000014
【図７】
0004439103.tif 000015