(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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