21700および26650対応自動円筒形セル巻回機 | TOB-3270Y-26

TOB-3270Y-26 自動円筒形バッテリーセル巻回機（21700および26650生産用）

製品概要と適用に適した用途

円筒形セル巻回機は、カソード電極、アノード電極、セパレーターの連続ストリップを取り込み、制御された張力の下で正確なジェリーロール（すべての円筒形リチウムイオン電池の中核部）に巻き上げます。TOB-3270Y-26は21700および26650セル規格専用に設計された全自動巻回機で、30 mmから68 mmまでの電極幅に対応し、外径φ18–φ21 mmの完成セルを製造します。本機は、電極供給、張力制御、除塵、エッジ位置補正、巻回、終端テープ貼付、タブ打ち抜き、自動切断、短絡検出、良品と不良品の選別まで、完全な巻回工程を単一の連続した作業者監視サイクルで実行します。

本機の中核となる巻回機構は、複数ステーションを備えたサーボ駆動回転テーブルを使用しており、各ステーションには巻回針セットが搭載されています。デュアルハーフ針・片側引き抜き設計により、密に巻かれた層を乱すことなく完成したジェリーロールから針を取り外すことができ、高速巻回と低い不良率を実現する重要な要素の一つとなっています。セル規格切替時に必要な針交換は5分未満で完了し、生産環境での停止時間を最小限に抑えます。

適しています：

• 電気自動車、エネルギー貯蔵システム、電動工具、eモビリティ向けの21700または26650円筒形セルを製造するリチウムイオン電池メーカー。
• 半自動巻回から、欠陥選別を統合した完全自動・追跡可能な巻回ステーションへ拡張するパイロットライン。
• 長時間の機械的再調整なしで迅速な規格変更（外径、幅）を必要とする受託製造業者。
• 手動または半自動巻回による不安定なジェリーロール位置合わせ、セパレーターのしわ、高い短絡不良率に現在課題を抱えるあらゆる生産ライン。

特定の電極幅とジェリーロール直径における1分あたりの最大処理量を知りたいですか？セル設計パラメータを当社の自動化エンジニアに送信いただければ、サイクルタイムの見積もりとワークステーション配置の推奨をご提供します。

円筒形セル製造における本機の位置付け

TOB-3270Y-26はセル組立工程で稼働し、電極塗工、カレンダー加工、スリット加工の後、電解液注入およびかしめ工程の前に配置されます。一般的な円筒形セル生産ラインの工程フローは以下の通りです：

● 電極準備 – カソードおよびアノードシートは塗工、乾燥、カレンダー加工、必要な幅へのスリット加工が行われます。タブはストリップ上の所定位置に溶接されます。

●巻回（TOB-3270Y-26の役割） – スリット加工された電極ストリップとセパレーターが巻回機に供給されます。本機はそれらを正確なジェリーロールに巻き上げ、終端テープを貼付し、必要に応じてタブ位置の打刻を行い、インライン短絡試験を実施します。

●挿入およびタブ溶接 – ジェリーロールは円筒缶に挿入されます。カソードタブはキャップまたは缶に溶接され、アノードタブは缶底部または電流遮断装置に溶接されます。

●電解液注入および封止 – 缶は真空または不活性雰囲気環境で電解液が注入され、キャップはかしめまたはレーザー溶接されます。

●化成およびエージング– 封止されたセルは、SEIを形成し容量を安定化するために初期充放電サイクルを実施します。

巻回工程は、高速機械動作とミクロンレベルの位置合わせ要求を組み合わせるため、特に高い要求が伴います。カソードとアノードがセパレーターに対して完全に中心配置されていない位置ずれしたジェリーロールは、内部短絡、容量低下、または容量劣化の加速につながる可能性があります。TOB-3270Y-26のセパレーターおよび電極エッジに対する±0.3 mmの位置合わせ精度は、このリスクに直接対応します。

材料フローとハンドリング：

● – カソードおよびアノード電極ロール（内径φ76.2 mm、外径最大φ400 mm）は、アクティブアンワインディングスピンドルに装填されます。各スピンドルには比例バルブを使用した張力制御システムが搭載されており、張力を区間ごとに調整できます（例：初期巻回時は低張力、最終層では高張力）。

● – セパレーターロール（内径φ76.2 mm、外径最大φ300 mm、厚さ0.015–0.030 mm）は、統合されたエッジ位置補正機能を備えた別のアンワインディングステーションから供給されます。

● – 巻回後、終端テープ（内径φ76.2 mm、外径最大φ150 mm、幅20–60 mm）は、折れやしわを防止するローリングペースト機構によって貼付されます。

● – マニピュレーターアームが完成したジェリーロールを取り出し、ベルトコンベア上に配置します。コンベアは良品セルを回収テーブルへ搬送し、短絡セルを不良品ボックスへ振り分けます。

自動巻回機の動作原理

●巻回機構および回転テーブル

本機の中心部は、複数ステーション間で割り出し動作を行うサーボ駆動回転テーブルです。各ステーションには巻回針セット（電極とセパレーターを巻き付けるマンドレル）が保持されています。テーブルはサーボモーターと機械式分割器（カムインデクサー）を組み合わせて駆動され、均一なジェリーロール寸法に必要な高い位置決め精度と再現性を提供します。

巻回針自体はデュアルハーフニードル設計です。2本の半円筒形の針を組み合わせて、完全な円筒形マンドレルを形成します。巻回が完了すると、片側から一方のハーフニードルを引き抜くことで、内側の層を引っ張ったり乱したりすることなく、ジェリーロールを取り外せます。この片側引き抜き方式は、両側から同時に両方の半分を引き抜く必要があった従来設計よりも高速で、損傷も少なくなります。

●巻き戻し、張力制御、偏差補正

3つの材料供給（正極電極、負極電極、セパレーター）はそれぞれ独立したアクティブ巻き戻しモーター、張力センサー、比例バルブ制御式張力アクチュエーターを備えています。本機は分割式張力プロファイルをプログラムできます。例えば、小径の針の周囲で初期曲率に対応するため最初の数回転では低張力にし、その後徐々に張力を高めて、密着したボイドのないジェリーロールを形成します。

統合エッジ位置補正システムは、材料端部検出センサーを使用して各ストリップを±0.3 mm以内の中央位置に維持します。供給ロール上のわずかな位置ずれにより電極端部がずれ始めた場合、補正機構がリアルタイムでガイドローラーの横方向位置を調整します。この「統合補正」制御方式は、誤差信号を時間経過とともに蓄積することで、単純な比例補正よりも高速かつ高精度な応答を可能にします。これは、本機が対応可能な高い線速度において重要です。

●粉塵除去、終端テープ、スタンピング

各電極の巻き戻し経路の終端で、材料が巻回ゾーンに入る直前に、粉塵除去装置（通常は真空補助ブラシまたは静電気除去装置）が電極表面から浮遊粒子を除去します。この工程は、内部短絡を引き起こす可能性のある粒子汚染を防ぐために重要です。

設定された巻回数（セル設計に基づく）に達すると、終端テープが自動的に貼り付けられます。テープ貼付機構はローリングペースト動作を使用し、回転するローラーがジェリーロール外周面にテープを押し付けることで、滑らかでしわのない仕上げを実現します。その後、スタンピング機構がタブ位置をマーキングするか、必要に応じてセルにコードを付与し、自動カッターが電極およびセパレーターストリップを切断します。

●短絡検出と選別

完成したジェリーロールは短絡試験ステーションへ搬送されます。ここではプローブが正極および負極端子に接触し、試験電圧を印加します。統合検出回路が絶縁抵抗（または漏れ電流）を測定し、しきい値と比較します。試験に不合格となったセル（通常は金属粒子や電極端部の位置ずれによる内部短絡を示すもの）は、自動的に別の容器へ排出されます。良品セルは回収テーブルへ搬送されます。試験ステーション上部に保護カバーを追加することで、作業者の安全性が向上し、外部電気ノイズによる測定への干渉も防止します。

●ヒューマンマシンインターフェースと制御

本機はスライド式HMIパネルによって制御され、操作およびメンテナンス時に便利な位置へ移動できます。インターフェースには巻回パラメータ（張力、速度、巻回数、位置合わせ状態）、生産統計、故障診断情報が表示されます。異なるセル形式用のレシピを保存・呼び出すことができ、段取り替え時間を短縮します。電気キャビネットは巻回機の右側に配置されており、ブランキングエリアや後工程への作業者のアクセスを妨げない位置になっています。

TOB-3270Y-26の主なエンジニアリング上の利点

●高速高精度を実現するスプリッター付きサーボ駆動回転テーブル

サーボモーターと機械式カムスプリッターの組み合わせにより、各巻回ステーションは正確な再現性で位置決めされます。これにより、サーボ駆動のみのインデックス方式で発生する可能性がある累積位置誤差を排除しながら、柔軟な速度調整も可能になります。その結果、ジェリーロールの均一性を損なうことなく高スループットを維持できる巻回プラットフォームが実現します。

●デュアルハーフニードル片側引き抜き — 高速サイクル、低損傷

片側引き抜き方式では、ジェリーロールをもう一方のハーフニードルで支持しながら一方のハーフニードルを取り外し、その後、最小限の摩擦でスライドさせて取り出します。この設計により、初期容量低下の一般的な原因である最内層の剥離リスクを低減します。さらに、形式変更時の針交換（例：直径18 mmから21 mmへの変更）は5分未満で完了し、複数形式を生産する環境での停止時間を大幅に削減します。

●比例バルブによる分割式張力制御

巻回張力は「一度設定すれば放置できる」パラメータではありません。TOB-3270Y-26では、張力を複数区間に分けて設定できます。初期巻回では低張力、主要層では徐々に高張力へ移行し、最外周の巻回では最終張力を適用します。これは熟練した手作業オペレーターが適用する張力プロファイルを模倣したものでありながら、デジタル精度と100％の再現性を実現します。比例バルブはPLCから指令された張力変化に迅速に応答し、巻き戻しスプール上のロール径が変化しても設定張力を狭い範囲内で維持します。

●統合エッジ位置補正 — ±0.3 mmの位置合わせ精度

セパレーターと2枚の電極は互いに±0.3 mm以内で位置合わせされます。これは円筒形セルにおける業界基準です。統合制御アルゴリズムと材料端部検出により、単純なPIDコントローラーよりも高速な補正が可能です。これは、スリット加工工程によってわずかな波打ちやキャンバーが発生する可能性のある電極ストリップを処理する際に特に有効です。

●インライン短絡検出と自動選別

すべてのジェリーロールは、本機から出る前に内部短絡検査を受けます。合格したセルは回収テーブルへ搬送され、不合格セルは自動的に排出されます。この100％検査により、巻回品質への即時フィードバックが得られ、欠陥セルが電解液注入工程へ進むことを防ぎます。電解液注入後の短絡は、化成工程中の火災につながる可能性があります。試験ステーションの保護カバーは、サーボドライブが発生する電磁干渉から測定を保護します。

●スライド式HMIを備えたコンパクトで完全保護構造の設計

本機の設置面積（L2400 × W1500 × H2100 mm）は、完全自動巻回機としては比較的コンパクトです。これは巻き戻しスピンドルと回転テーブルの垂直配置によって実現されています。すべての可動部品は保護カバーで覆われ、HMIパネルはレール上をスライドして人間工学的にアクセスできます。電気キャビネットは右側に配置され、ブランキングエリアから離れているため、作業者や後工程設備の妨げになりません。

●迅速な形式変更 — 針交換は5分

製品範囲は外径φ18〜φ21 mm、幅30〜65 mmに対応します。この範囲内で製品を切り替える場合、クリップセット（ジェリーロール幅を決定するガイド）の交換と、HMIに保存されたレシピによる針径調整のみが必要です。針クランプシステムの機械設計により、針交換は5分未満で完了できることが工場受入試験で確認されています。

本機に必要な材料仕様

以下の表では、TOB-3270Y-26が加工するよう設計された材料の寸法および公差を指定します。特に記載がない限り、すべての値はミリメートル単位です。

追加材料要件：

• 単一の電極シート上のタブ数は2個を超えてはならない。
• タブには貫通溶接プロセスを採用することが推奨され、露出長さは25 mm未満とする。
• 正極先入れおよび負極先入れは、パラメータを変更することで自由に設定できる。
• 電極コーティングは均一でなければならない。長さと位置は適切に制御する必要がある。圧延後の波形は1 mm未満、蛇行曲がりは1000 mmあたり0.3 mm未満とする（巻回精度に影響を与えないため）。
• 電極は連続的に切断する必要がある。幅誤差は±0.05 mm未満とする。材料には明らかなタワー状巻き（±1 mmを超えないこと）が発生してはならない。巻回張力は均一でなければならない。
• タブは平坦であるべきで、可能な限り曲げを避ける。
• 電極の厚さは溶接後に影響を受けてはならない。
• 終端テープは均一に巻かれ、明らかなタワー形状、折れ、反り、その他の欠陥があってはならない。
• 電極ロールには、テーピング不良、タブ欠落、輝点、その他の欠陥がある箇所にカラーコード識別を付け、不良品を手動で検出・除去できるようにする。

巻回精度仕様

TOB-3270Y-26は、上記仕様を満たす材料を使用し、通常の動作条件下で以下の位置合わせ精度を保証する：

装置の特長

• 以下の特長はTOB‑3270Y‑26の設計に組み込まれており、速度、精度、および操作の容易さに寄与しています:
• サーボモーターとスプリッタ原理によりロータリーテーブルが駆動され、ステーションのインデックスが正確で、生産速度が高いです。
• 巻き針は先進のデュアルハーフニードル・片側引き抜き方式を採用しており、巻き速度が向上しています。
• 針の交換が非常に便利です：針を交換してから通常の生産を5分以内で再開できます。
• すべての巻き取り部品は、クリアランス調整されたスライドレール構造にアップグレードされています。
• 装置は外径φ18–φ21 mm、幅30–65 mmの製品を生産可能で、クリップの交換とHMIによるパラメータ調整のみで切替が可能です。
• ヒューマンマシンインターフェースはスライドレールに搭載されており、補給、操作、メンテナンスが容易です。
• カソード、アノード、セパレーターは自動で巻き戻され、偏差補正が行われます。張力は比例弁で制御され、段階的に調整可能です。
• 短絡検出は、セルを一度にテスト・放電できる統合試験機構で行われます。接触良好、誤判定率低、保護カバー付きです。
• 偏差補正には一体型補正と材料端検出を使用。設計は合理的で判断は正確、補正速度も速いです。
• 電極巻き戻し経路の末端、カットステーションの前に集塵装置を設置しています。
• 終端テープはローリングペースト方式で貼付され、折れにくいです。
• マニピュレーターアームがブランキングを処理し、ベルト伝動によりジェリーロールコアへの損傷を防ぎます。
• 電気ボックスはワインダーの右側に配置されており、ブランキングエリアや下流工程に影響を与えません。
• 装置は操作しやすく、メンテナンスも簡単で、保護カバーが全体に装備されています。

完全な技術仕様

一般的な巻回不良とトラブルシューティング

エンジニアリングFAQ — 自動円筒型セル巻回

Q1：21700規格から26650規格へ切り替えるのにどのくらい時間がかかりますか？

TOB-3270Y-26は、外径φ18 mm～φ21 mm、幅30 mm～65 mmのセルを製造できます。この範囲内では、クリップセットの交換、巻回針の調整または交換、新しいレシピの読み込みを含む完全な段取り替えは、通常30分未満で完了します。針自体は5分未満で交換できます。張力プロファイル、巻数、位置合わせオフセットなどのパラメータはHMIのレシピメモリに保存され、即座に呼び出せます。

Q2：1分あたりのセル生産数の予想値はどのくらいですか？

生産速度は、ジェリーロール設計の巻数と巻回速度によって異なります。約20ターン（カソード／アノード／セパレーターの合計）のジェリーロールを持つ一般的な21700セルの場合、針での巻回速度100～150 rpmで、毎分6～10セルの生産が可能です。詳細なサイクルタイム分析については、特定のセル設計をTOBにお問い合わせください。

Q3：この装置は、タブがすでに溶接された電極ストリップに対応できますか、それとも別途タブ溶接ステーションが必要ですか？

本機は、スリット工程であらかじめタブが溶接された電極ストリップを受け入れるよう設計されています。電極シート1枚あたり最大2個のタブに対応でき、露出タブ長は25 mm未満である必要があります。本機はタブ溶接を行いません。タブ溶接は、本機で巻回するためにロール状に巻く前の電極ストリップ上で実施される上流工程です。

Q4：内蔵補正システムは標準的なエッジガイドシステムとどのように異なりますか？

標準的なエッジガイドシステムは比例補正を使用します。つまり、ガイドローラーは検出されたエッジ誤差に比例した量だけ移動します。積分補正では、時間経過による誤差を補正信号に加算するため、純粋な比例システムでは許容される継続的なオフセットを除去できます。これは、電極ロールが最大径からコア径まで巻き出される際に発生する緩やかなドリフトの補正に特に有効です。その結果、ロール全体でより高精度かつ安定した位置合わせが実現します。

Q5：この装置はセラミックコーティングセパレーターに対応していますか？

はい。本機は指定された厚み範囲（0.015～0.030 mm）のセパレーターに対応できます。セラミックコーティングセパレーターは、未コーティング品よりわずかに厚く硬い傾向があるため、巻回中の平坦性を維持するにはセパレーター張力を少し高める必要がある場合があります。張力はHMIのセグメント化張力設定で調整できます。除塵装置および偏差補正システムもコーティングセパレーターに対して有効です。ただし、コーティングが十分に密着しており、巻回ゾーンを汚染する可能性のある粒子を放出しないことを確認してください。

円筒形セルの巻回工程を自動化し、手動アライメントや短絡欠陥を解消する準備はできていますか？TOB-3270Y-26の見積もりをご依頼いただくか、目標とするセル直径、幅、生産能力を当社の自動化エンジニアにお知らせください。詳細な技術提案書とライン統合調査をご提供します。

tob.amy@tobmachine.com | +86 181 2071 5609

以下も必要になる場合があります

• 自動正極電極製造機 — 高精度にスリット加工された正極電極ストリップを製造する、コーティング、カレンダー加工、スリッティングを完全統合したライン。TOB-3270Y-26での高速自動巻回に対応します。

• 円筒形セル用レーザー切断・巻回機 — レーザースリッティングと自動巻回を組み合わせた装置で、電極タブの切断と巻回を単一の連続工程で行い、事前スリット済み電極ロールの必要性をなくし、タブの位置合わせ精度を向上させます。

• 50320円筒形タブレスセル用半自動巻回機— 大型フォーマットの50320タブレスセル専用に設計された、柔軟でオペレーター支援型の巻回機。次世代円筒形パックのパイロット規模試験や少量生産に最適です。