JP2001015147A - 捲回型電極の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 緻密に巻装され、所要の高容量化が達成され
た捲回型電極（電極要素）を歩留まりよく得ることがで
きる製造装置の提供。 【解決手段】 シート状正極、シート状セパレータ１お
よびシート状負極を回転駆動する巻芯体3aに捲装する捲
装機構３を備えたインデックスダイアル２と、前記捲装
機構にシート状正極、シート状セパレータ１およびシー
ト状負極をそれぞれ供給する供給機構５とを有する捲回
型電極の製造装置であって、前記シート状セパレータ１
の供給機構５は、インデックスダイアル２の回転に同期
してパルス信号を発生させるロータリーエンコーダ６、
前記パルス信号に基づいてサーボモータ７の駆動を制御
するサーボモータドライバ８、前記サーボモータ７で回
転駆動してシート状セパレータ１を摺動供給するフィー
ドローラ９、および前記フィードローラ９で摺動供給さ
れるシート状セパレータ１を検出して制御信号をサーボ
モータドライバ８に出力する検出センサ11を具備してい
ることを特徴とする捲回型電極の製造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦巻き状に捲装さ
れた捲回型電極の構成に適する製造装置に係り、さらに
詳しくは捲装するシート状セパレータの供給・制御を改
善した製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機や携帯型ノートバソコ
ンなど、電子機器類のコードレス化、高性能化、小形軽
量化の推進に伴って、これら電子機器類の電源となる二
次電池の高容量化が要求されている。すなわち、電源と
なる二次電池は、従来使用されていた鉛蓄電池やニッケ
ルカドミウム電池の代りに、ニッケル水素二次電池の実
用化が進められている。

【０００３】ところで、この種の二次電池は、一般的
に、シート状正極（正極シート）、シート状セパレータ
（絶縁用シート）、シート状負極（負極シート）および
シート状セパレータの積層体を捲装して成る捲回型電極
（電極要素）を、円筒形の外装容器内に液密に封装した
構成を採っている。そして、この円筒形電池の捲回型電
極は、通常、インデックスダイアルに一定の間隔で配置
された捲装機構で行われる。

【０００４】すなわち、インデックスダイアルに配置さ
れている半円筒形状部を有する一対の巻芯棒（巻芯体）
の対向する平坦面間にセパレータを挟持させ、一方に延
ばしたセパレータに負極シートを、他方に延ばしたセパ
レータに正極シートを、それぞれ沿わせた形で供給する
一方、巻芯体を回転・駆動することによって巻き込んで
いる。ここで、層間絶縁を成すセパレータ、負極シー
ト、層間絶縁を成すセパレータおよび正極シートを巻芯
体に対して渦巻状に積層・巻装する過程で、加圧ローラ
によって形成される渦巻の外周面を一定の圧力で加圧
し、緻密に巻装された捲回型電極が製造される。

【０００５】そして、捲装工程が終了した時点で、イン
デックスダイアルが回転移動して、次工程（たとえば捲
装体の外周面加圧・整形、巻芯体からの離脱など）側に
移行する一方、一定の間隔をおいて、次に配置されてい
る捲装機構において、所要の捲装が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、円筒型電
池、たとえばニッケル水素二次電池の小形・高容量化に
伴って、正極シートおよび負極シートにおける活物質の
担持・充填量を大きく（厚さが厚く）なる傾向にある。
逆に、セパレータを薄くする一方、より緻密な渦巻状の
積層・捲装が要求されている。そして、前記緻密な捲装
に伴って捲回型電極においては、正極シートと負極シー
トとの間に絶縁不良、ないしは短絡が発生したりする傾
向が認められる。

【０００７】上記電極シート間の絶縁不良の発生を回避
する対策として、たとえば正極シートおよび負極シート
との巻き始め領域に対応する領域のセパレートを２層構
造化する手段が採られている。すなわち、捲回型電極
（捲回型電極要素）の曲率半径が小さい時点では、正極
シートや負極シートの厚さが段差を形成し、この積層・
巻装開始の時点では、捲装体の直径が小さいので、前記
段差が大きく影響し、外側に沿った薄いセパレータに局
部的な力が加わる。したがって、その部分でセパレータ
の損傷が起り易く、いわゆる層間絶縁体としの機能が損
傷されて両電極シート間の短絡が発生する恐れがある。

【０００８】この解決策として、段差の低減や耐損傷性
の向上を図るために、図４に要部構成を断面的に示すよ
うに、セパレータ１の積層・巻装開始に対応する領域1a
を２層構造化することが試みられている。ここで、セパ
レータ１は、たとえば幅50mm程度の主セパレータ1a、こ
の主セパレータ1aの一主面に一定の間隔（たとえば 150
mm程度）置きに、副セパレータ1bを一定長さ（たとえば
10mm程度）で２層構造化1cしたものである。

【０００９】ところで、上記部分的に２層化1cしたセパ
レータを使用する場合、捲装工程において、破断など起
こし易い箇所に、２層化領域1cが位置決めされる必要が
ある。そのために、捲装機構に供給する過程で、シート
状セパレータをフープ形状で供給し、巻芯体の回転・駆
動に合せて、一定量（一定の長さ）を供給する方式が採
られている。

【００１０】しかし、前記シート状セパレータの供給方
式の場合、２層化領域1cが所定の位置に供給・設定する
ことが難しく、捲装操作が連続的に行われるときには、
２層化領域の位置決めの誤差（ズレ）が累積されるの
で、絶縁耐力向上の目的を果たせないことになる。この
シート状セパレータの送り誤差を補正するため、シート
状セパレータの供給に、ハーモニックドライブなどを使
用することも試みられている。しかし、機械的な構造系
が複雑化するだけでなく、位置補正量が前回の停止位置
を基準に行われるので、反って位置決め誤差が大きくな
ることがある。

【００１１】また、シート状セパレータの供給に、サー
ボモータを動力源とするフィードローラを使用し、捲装
動作に対応する信号パルスに基づくパルスコントローラ
によって、シート状セパレータのフィード量制御する方
式も提案されている。しかし、この方式の場合は、巻芯
体の捲装に同期してのタセパレータ供給ができず、結果
的に、位置決めの精度低下、製造装置のトラブル源に繋
がる恐れがある。

【００１２】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、緻密に巻装され、所要の高容量化が達成された捲
回型電極（電極要素）を歩留まりよく得ることができる
製造装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シー
ト状正極、シート状セパレータおよびシート状負極を回
転駆動する巻芯体に捲装する捲装機構を備えたインデッ
クスダイアルと、前記捲装機構にシート状正極、シート
状セパレータおよびシート状負極をそれぞれ供給する供
給機構とを有する捲回型電極の製造装置であって、前記
シート状セパレータの供給機構は、インデックスダイア
ルの回転に同期してパルス信号を発生させるロータリー
エンコーダ、前記パルス信号に基づいてサーボモータの
駆動を制御するサーボモータドライバ、前記サーボモー
タで回転駆動してシート状セパレータを摺動供給するフ
ィードローラ、および前記フィードローラで摺動供給さ
れるシート状セパレータを検出して制御信号をサーボモ
ータドライバに出力する検出センサを具備していること
を特徴とする捲回型電極の製造装置である。

【００１４】請求項２の発明は、シート状正極、シート
状セパレータおよびシート状負極を回転駆動する巻芯体
に捲装する捲装機構を備えたインデックスダイアルと、
前記捲装機構にシート状正極、シート状セパレータおよ
びシート状負極をそれぞれ供給する供給機構とを有する
捲回型電極の製造装置であって、前記シート状セパレー
タの供給機構は、インデックスダイアルの回転に同期し
てパルス信号を発生させるロータリーエンコーダ、前記
パルス信号に基づいてサーボモータの駆動を制御するサ
ーボモータドライバ、前記サーボモータで回転駆動して
シート状セパレータを摺動供給するフィードローラ、前
記フィードローラで摺動供給されるシート状セパレータ
を一定の長さに制御するパルスカウンタ、および前記摺
動供給されるシート状セパレータを検出して制御信号を
サーボモータドライバに出力する検出センサを具備して
いることを特徴とする捲回型電極の製造装置である。

【００１５】すなわち、請求項１および請求項２の発明
は、捲装機構のインデックスダイアルの回転・出力軸に
ロータリーエンコーダを取着し、ロータリーエンコーダ
が発生する信号パルスによって、サーボモータを駆動さ
せる。そして、このサーボモータの駆動によるフィード
ローラの回転で、巻芯体のインデックスに同期させてシ
ート状セパレータの供給を行うことを骨子とする。ま
た、上記信号パルスをカウントもしくはシート状セパレ
ータの２層化領域を検出することにより、シート状セパ
レータを一定長さで供給できる。

【００１６】請求項１および請求項２の発明では、巻芯
体の回転・出力に対応する信号パルスでサーボモータが
駆動し、このサーボモータの駆動でフィードローラが回
転する。つまり、シート状セパレータは、巻芯体のイン
デックスに同期し、かつ検出された一定の位置を基準に
し、捲装機構に供給されるため、位置合せも高精度に行
われ、良好な歩留まり・生産性で、捲装型電極を提供で
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１、図２ (a)，(b) およ
び図３を参照して実施例を説明する。

【００１８】図１は捲装型電極の製造装置の概略構成を
示すブロック図である。図１において、２はシート状正
極、シート状セパレータおよびシート状負極を回転駆動
する巻芯体3aに捲装する捲装機構３を備えたインデック
スダイアル（メインインデックスダイアル）であり、捲
装機構３を複数個備えている。ここで、捲装機構３は、
図２(a) に斜視的に、また、図２(b) に上面をそれぞれ
拡大して示すごとく、前記巻芯体3aを回転駆動する駆動
源（図示省略）、捲装型電極の保持ブロック3b（分割型
で、かつ対を成している）などが巻芯体3aに対して対向
配置された構成と成っている。そして、前記保持ブロッ
ク3bは、走行するシート状セパレータなどを吸着的に保
持しガイドする面を有するとともに、前記シート状セパ
レータなどの走行をガイドするガイドローラ3cが装着さ
れている。なお、保持ブロック3b対の分割片は、相互が
離接ないし摺動が可能な構成を採っている。

【００１９】一方、インデックスダイアル２は、インデ
ックス４によって、間欠的に回転移動して所要のインデ
ックス動作（捲装操作など）が順次行われる。つまり、
インデックスダイアル２は、インデックス４によって、
1〜数秒タクトで回転移動し、各ブロックの停止位置に
おいて、電極捲回に要する作業が順次行われる。

【００２０】５は前記捲装機構３に供給されるシート状
正極およびシート状負極の間に巻き込まれるシート状セ
パレータ１を供給する供給機構である。すなわち、供給
機構５は、インデックスダイアル２の回転に同期してパ
ルス信号を発生させるロータリーエンコーダ６、前記パ
ルス信号に基づいてサーボモータ７の駆動を制御するサ
ーボモータドライバ８、前記サーボモータ７で回転駆動
してシート状セパレータ１を摺動供給するフィードロー
ラ９、前記フィードローラ９で摺動供給されるシート状
セパレータ１を一定の長さに制御するパルスカウンタ1
0、および前記摺動供給されるシート状セパレータ１を
検出して制御信号をサーボモータドライバ８に出力する
検出センサ11を具備した構成を採っている。

【００２１】ここで、ロータリーエンコーダ６は、イン
デックス３の出力軸（インデックイダイアル２）と機械
的に接続されており、減速器などを介して必要な精度、
たとえば2000パルス／インデックス程度の信号パルスを
発生する。そして、発生した信号パルスは、サーボドラ
イバ８およびパルスカウンタ10にそれぞれ入力される。
また、シート状セパレータ１を摺動供給するフィード
ローラ９は、その外周がシート状セパレータ１の２層化
領域1aのピッチ間隔よりも若干長めに設定されており、
サーボドライバ８によって制御されるサーボモータ７に
よって回転駆動する。そして、一定の間隔で２層化領域
1aを配置・設定したシート状セパレータ１は、巻き出し
ローラ12から巻き出され、ガイドローラ13でガイドされ
ながら、フィードローラ９の回転によって、捲装機構３
側に摺動供給される。

【００２２】さらに、検出センサ11は、たとえば透過型
の光電センサであり、捲装機構３の巻芯体3aないし保持
ブロック3bの位置に対し、２層化領域1cの位置を所定間
隔に選択・設定できる箇所に配置されている。つまり、
捲装機構３側に摺動供給されるシート状セパレータ１に
ついて、２層化領域1cが次の捲装操作で、所定の位置に
位置付けされるように検出センサ11を配置してある。そ
して、この検出センサ11によって２層化領域1cを検出
し、制御信号をサーボモータドライバ８に出力して、サ
ーボモータ７による摺動供給を制御する構成を採ってい
る。

【００２３】なお、捲装機構３側に摺動供給されたシー
ト状セパレータ１は、カッター14による切断後に捲装作
業が行われ、インデックス動作終了後、インデックスダ
イアル２の周辺に配置された裏送り棒15によって、イン
デックスダイアル２の回転移動方向に対して下流の保持
ブロック3b側から巻き込まれる。ここで、保持ブロック
3bは、その外周面に配置したバッキューム機構によっ
て、シート状セパレータ１を吸着固定できるように成っ
ている。

【００２４】次に、上記構成の製造装置の動作について
説明する。

【００２５】インデックスダイアル２が、いわゆるイン
デックス動作に入ると、下流側の保持ブロツク3bに吸着
固定されたシート状セパレータ１は、保持ブロック3b対
に引っ張られ移動を開始する。これと同時に、ロータリ
エンコーダ６は、インデックスダイアル２の回転・移動
速度、すなわち捲装機構３の移動速度とほぼ同期した速
度で、巻き出しローラ12からシート状セパレータ１が供
給される。

【００２６】図３は、このときの動作を説明するための
曲線図であり、保持ブロック3bは、フィードローラ９に
よる供給速度より若干速い速度で移動するため、保持ブ
ロック3bの外周ではシート状セパレータ１がスリップし
ながら移動する。したがって、保持ブロック3bとフィー
ドローラ９との間にあるシート状セパレータ１は、常
に、適度のテンションがかけられるので、安定した供給
が可能になる。

【００２７】さらに、供給・送りの最終段階に至ると、
検出センサ11によってシート状セパレータ１の２層化領
域1cが検出され、この検出とほとんど同時にサーボドラ
イバ８に、供給禁止の信号パルスが入力し、瞬時にフィ
ードローラ９の回転・摺動供給が停止して、シート状セ
パレータ１の２層化領域1cが位置決めされることにな
る。ここで、シート状セパレータ１の供給が停止した後
もインデックスダイアル２のインデックス動作は続くた
め、保持ブロック3bの外周で、シート状セパレータ１
は、さらにスリップして強いテンションがかけられ、検
出センサの位置から、保持ブロック3bに吸着固定された
２層化領域1cの位置までの間の弛みなどによる寸法・長
さの誤差が低減される。

【００２８】なお、この実施例の場合は、シート状セパ
レータ１の供給停止のタイミングを、パルスカウンタ10
からも指示されるので、シート状セパレータ１の位置決
めが、より精度の高い状態で行われるので、安定的に、
所要の捲回型電極を製造できる。 本発明は、上記実施
例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範
囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば、シ
ート状の各電極、シート状セパレータ走行・送り出し機
構ないし速度（量）、捲装機構の配置などなどは、捲装
するセパレータなどの厚さや幅に対応して適宜設定でき
る。

【００２９】

【発明の効果】請求項１および請求項２の発明によれ
ば、機械的に簡略な構造でありながら、捲装速度の変化
（高速・減速）、インチング運転のような動作にも対応
できるだけでなく、安定的に、シート状セパレータの供
給・捲装を行えるので、高品質の捲回型電極を容易に得
ることができる。つまり、シート状正極およびシート状
負極の間にシート状セパレータを介挿して捲装すると
き、シート状セパレータを所要の位置に、精度よくの位
置決めされるため、所要の絶縁性など確実に確保された
信頼性の高い、高品質の捲回型電極、強いては、円筒型
電池を歩留まりよく提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る製造装置の概略構成を示すブロッ
ク図。

【図２】実施例に係る製造装置の巻装機構の概略構成を
示す拡大図で、(a) は斜視図、(b) は上面図。

【図３】実施例に係る捲回型電極の製造装置におけるイ
ンデックスでのフィードローラと保持ブロックでのセパ
レータ供給速度を模式的に示す曲線図。

【図４】２層領域を有するシート状セパレータの要部構
造を示す平面図。

【符号の説明】

１……シート状セパレータ 1a……主セパレータ 1b……副セパレータ 1c……２層化領域 ２……インデックスダイアル ３……捲装機構 3a……巻芯体 3b……保持ブロック 3c，13……ガイドローラ ４……インデックス ５……シート状セパレータ供給機構 ６……ロータリーエンコーダ ７……サーボモータ ８……サーボモータドライバ ９……フィードローラ 10……パルスカウンタ 11……検出センサ 12……巻き出しローラ 14……カッター 15……裏送り棒

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月１９日（１９９９．７．１
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状正極、シート状セパレータおよ
   びシート状負極を回転駆動する巻芯体に捲装する捲装機
   構を備えたインデックスダイアルと、 前記捲装機構にシート状正極、シート状セパレータおよ
   びシート状負極をそれぞれ供給する供給機構とを有する
   捲回型電極の製造装置であって、 前記シート状セパレータの供給機構は、インデックスダ
   イアルの回転に同期してパルス信号を発生させるロータ
   リーエンコーダ、前記パルス信号に基づいてサーボモー
   タの駆動を制御するサーボモータドライバ、前記サーボ
   モータで回転駆動してシート状セパレータを摺動供給す
   るフィードローラ、および前記フィードローラで摺動供
   給されるシート状セパレータを検出して制御信号をサー
   ボモータドライバに出力する検出センサを具備している
   ことを特徴とする捲回型電極の製造装置。
2. 【請求項２】 シート状正極、シート状セパレータおよ
   びシート状負極を捲装する回転駆動する巻芯体に捲装機
   構を備えたインデックスダイアルと、 前記捲装機構にシート状正極、シート状セパレータおよ
   びシート状負極をそれぞれ供給する供給機構とを有する
   捲回型電極の製造装置であって、 前記シート状セパレータの供給機構は、インデックスダ
   イアルの回転に同期してパルス信号を発生させるロータ
   リーエンコーダ、前記パルス信号に基づいてサーボモー
   タの駆動を制御するサーボモータドライバ、前記サーボ
   モータで回転駆動してシート状セパレータを摺動供給す
   るフィードローラ、前記フィードローラで摺動供給され
   るシート状セパレータを一定の長さに制御するパルスカ
   ウンタ、および前記摺動供給されるシート状セパレータ
   を検出して制御信号をサーボモータドライバに出力する
   検出センサを具備していることを特徴とする捲回型電極
   の製造装置。