JP2004103485A - 巻芯及び巻回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻回体端面の潰れを防止する巻芯を提供し、また、電極先端に、折れ、シワ、差し入れ位置のバラツキ、及び抜けを生じさせない巻回装置を提供し、もって、潰れ、折れ等のない高品質な電極素子を得る。
【解決手段】軸線３３に沿って形成したスリット３５を挟んで二分割され一端が駆動軸に連結されて回転するとともに、他端側からスリット３５に、軸線３３と同軸の支持ピン３７が抜脱自在に進入して回転自在に支持され、回転駆動されることによって、軸線方向略中央部の外周に帯状電極を長手方向一端側から巻回して巻回体を形成する巻芯３１であって、他端と巻回体との間の距離の中間点より巻回体側へ、支持ピン３７を他端からスリット３５に挿入するようにした。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め巻回したセパレータに帯状の電極を差し入れて巻回体を製作する巻芯及び巻回装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池等に比べ、高い放電電圧と高エネルギー密度を達成できる非水電解質型のリチウム二次電池の開発が盛んとなっている。このリチウム二次電池は、負極としてリチウムやリチウム合金若しくは炭素材料のようなリチウムイオンをドープ及び脱ドープ可能な物質を使用し、正極としてリチウムコバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を使用する。その電極構造は電極面積を増大させて重負荷放電を可能にするために渦巻型電極構造体となっており、電極活物質をより多く充填し高容量化を推進するためにセパレータとして微多孔性高分子フィルムが使用されている。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】
特開平０５−２２５９９８号公報
【特許文献２】
特開平１１−６７２６２号公報
【特許文献３】
特開２０００−１７３６４６号公報
【０００４】
このような渦巻型電極構造体を製造するには、巻芯を備えた巻回装置を使用していた。図６に示すように、巻芯１は、軸線３に沿って形成したスリット５を挟んで二分割され、一端が図示しない駆動軸に連結されて回転するとともに、他端側からスリット５に、軸線３と同軸の支持ピン７が抜脱自在に進入して回転自在に支持される。図７に示すように、巻芯１の断面形状は、芯径ｄが４ｍｍ程度、高さｈが８ｍｍ程度、スリット５の間隔が０．９ｍｍ程度のものとなる。また、巻芯１は、抜板９に形成された貫通穴１１から軸線に沿う方向で進退自在となっている。尚、支持ピン７が進入する進入穴１０の深さＦは、１５ｍｍ程度で形成されていた。
【０００５】
図８（ａ）に示すように、巻芯１に電極１３を巻く際には、巻芯１が貫通穴１１から進出し、支持ピン７が巻芯１の中に入り、更に巻芯１が巻芯受け１５の中に入る。電極１３は、例えば幅Ｗが１８ｍｍ程度となり、抜板９と対向する端面が電極基準面１７となる。この電極基準面１７は、電極幅Ｗが変更となっても不変となっている。巻芯１は、回転駆動されることによって、軸線方向略中央部の外周に帯状電極１３を長手方向一端側から巻回して図８（ｂ）に示す巻回体１９を形成していく。
【０００６】
巻回終了後、巻回体１９を抜くときは、巻芯１が貫通穴１１へと後退することにより、支持ピン７から外れ、先端の０．９ｍｍの間隙（スリット５）が狭くなり、巻回体１９の内周と巻芯１の外周との間に隙間ができる。これにより、巻回体１９の電極基準面１７が抜板９の側面９ａに当り、巻回体１９が巻芯１から抜けて、電極素子の製作が完了する。
【０００７】
一方、巻回装置では、上記電極１３を巻芯１に巻回する前に、予め巻芯１に図示しないセパレータを巻回し、次いで、このセパレータを絶縁材として陽極電極、負極電極を差し入れて一体に巻回した巻回体１９を製作する。巻回装置は、この際に帯状電極の先端を上下面から挟んでセパレータへ差し入れるためのチャックを備えている。電極１３は帯状に形成され、原反リールに巻回され、先端がこのチャックに挟持されて繰り出されることにより、巻芯１へと供給される。
【０００８】
図９に示すように、このチャック２１は、電極１３の下面側に当接し電極１３と略同一幅の矩形板状で形成され幅方向の両側に電極側へ突出するブロック２３、２３を備えた下側チャック２５と、この下側チャック２５より幅狭に形成され電極１３の上面側に当接して下側チャック２５とで電極１３を挟持する上側チャック２７とからなっていた。チャック２１は、挟持の際、両側のブロック２３、２３によって電極１３の両縁部を上方へ湾曲させることで、チャック２１から突出させた電極先端部に腰を持たせて保持するようになっている。尚、図中、２９は、電極１３を図示しない端子に接続するために、電極１３の先端に形成されたタブを示す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した巻芯は、芯径ｄが４ｍｍ程度、高さｈが８ｍｍ程度の低強度のものであるため、電極の巻取り時に、図１０に示すように巻回される部分が電極の巻き付け力によってスリット５を狭める方向に変形するとともに、端部が開く方向に変形し、その結果、支持ピンが抜かれた状態においても巻回体１９の内周と巻芯１の外周との間に隙間ができない不具合があった。そして、この隙間が形成されなければ、巻回体１９を巻芯１から抜く際に、巻回体１９の電極基準面１７が抜板９の側面９ａに強く押し当てられ、素子端面が潰れてしまい、素子に不良品の発生する虞があった。
また、巻回装置においては、チャック２１を、電極１３の下面側に当接する下側チャック２５と、この下側チャック２５より幅狭に形成され電極１３の上面側に当接する上側チャック２７とで構成していたため、元々電極１３が両縁部を上方へ湾曲させる方向にカールしていた場合には、図１１に示すように、中央部を上側チャック２７で押さえた電極１３の幅方向両縁部が上方へカールしたりする等、電極先端部の形状が一定形状に定まらない不具合があった。このように電極先端部の形状にバラツキが生じると、セパレータに電極先端を差し入れる際に、電極先端がタブ２９の重さや自重により折れ曲がって差し入れられる問題が生じた。また、折れ曲がらないまでも、変形状態で差し入れられたり、或いは差し入れ位置にバラツキが生じれば、電極にシワの発生する問題が生じた。更に、電極先端から大きい範囲で折れ曲がれば、差し入れ後に電極を挟持するために上下方向から接近するニップローラによっての挟持も不能となり、電極がセパレータから抜ける問題も生じた。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第一の目的は、巻回体端面の潰れを防止する巻芯を提供し、また、その第二の目的は、電極先端に、折れ、シワ、差し入れ位置のバラツキ、及び抜けを生じさせない巻回装置を提供し、もって、潰れ、折れ等のない高品質な電極素子を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の巻芯は、軸線に沿って形成したスリットを挟んで二分割され一端が駆動軸に連結されて回転するとともに、他端側から前記スリットに、前記軸線と同軸の支持ピンが抜脱自在に進入して回転自在に支持され、回転駆動されることによって、軸線方向略中央部の外周に帯状電極を長手方向一端側から巻回して巻回体を形成する巻芯であって、前記他端と前記巻回体との間の距離の中間点より前記巻回体側へ、前記支持ピンを前記他端から前記スリットに挿入することを特徴とする。
【００１１】
この巻芯では、巻芯の他端と巻回体との間の距離の中間点より巻回体側へ、支持ピンが他端からスリットに挿入され、従来、スリットであった、巻芯の電極巻回部分近傍まで支持ピンが挿入される。これにより巻芯の半径方向内側への変形に対する強度が増して、電極を巻回した際に生じる、スリットを狭める方向の巻芯の反りが抑止される。つまり、支持ピンが、巻芯の反りを抑止する芯材的な役割を果たすようになる。したがって、電極が巻回された後においても、スリットが確保され、支持ピンを巻芯から抜脱すれば、このスリットが狭められることにより、巻回体内周と巻芯外周との間に確実に隙間が確保される。この結果、巻芯から巻回体を抜き取る際に、巻回体が抜板に強く押し当てられることがなくなり、巻回体端面の潰れが防止される。
【００１２】
請求項２記載の巻回装置は、軸線に沿って形成したスリットを挟んで二分割され駆動軸に連結されて回転する巻芯と、該巻芯の前記スリットに挿入されて該巻芯の外周に巻回されるセパレータに、帯状電極の先端側を上下面から挟んで差し入れるチャックとを備えた巻回装置であって、前記チャックが、前記電極の下面側に当接し該電極と略同一幅の矩形板状で形成され幅方向の両側に前記電極側へ突出するブロックを備えた下側チャックと、該下側チャックより幅狭に形成され前記電極の上面側に当接して前記下側チャックとで前記電極を挟持する上側チャックとからなり、且つ該上側チャックの先端部に、前記下側チャックの幅方向に延在し、前記ブロックとで前記電極の幅方向両縁部を挟持する湾曲押さえプレートを固設したことを特徴とする。
【００１３】
この巻回装置では、上側チャックの先端部に、下側チャックのブロックとで電極の幅方向両縁部を挟持する湾曲押さえプレートが固設され、従来、カールの程度によりバラツキのあった電極先端の幅方向両縁部が水平に矯正され、箔状の電極先端が常に一定形状に保持されるようになる。これにより、一定形状の電極先端が的確にセパレータの所定位置に差し入れられるようになり、電極先端の自重による折れ、変形状態での差し入れによるシワの発生、差し入れ位置のバラツキ、及びニップローラ前での折れ曲がりによる電極抜け等が確実に防止されることとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る巻芯及び巻回装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る巻芯の支持ピン非挿入状態の側面図、図２は図１の支持ピン挿入状態の側面図、図３は本発明に係る巻芯の巻回体製作完了状態の側面図である。尚、図６〜図１１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
【００１５】
図１に示すように、巻芯３１は、軸線３３に沿って形成したスリット３５を挟んで二分割され、一端が図示しない駆動軸に連結されて回転するとともに、他端側からスリット３５に、軸線３３と同軸の支持ピン３７が抜脱自在に進入して回転自在に支持される。巻芯３１の断面形状は、従来と同様、図７に示したように芯径ｄが４ｍｍ程度、高さｈが８ｍｍ程度、スリット３５の間隔が０．９ｍｍ程度のものとなっている。また、巻芯３１は、抜板９に形成された貫通穴１１から軸線に沿う方向で進退自在となっている。
【００１６】
巻芯３１に電極１３を巻く際には、図２に示すように、巻芯３１が貫通穴１１から進出し、支持ピン３７が巻芯３１の中に入り、更に巻芯３１が巻芯受け１５の中に入る。電極１３は、例えば幅Ｗが１８ｍｍ程度となり、抜板９と対向する端面が電極基準面１７となる。この電極基準面１７は、電極幅Ｗが変更となっても不変となっている。巻芯３１は、回転駆動されることによって、軸線方向略中央部の外周に帯状電極１３を長手方向一端側から巻回して図３に示す巻回体１９を形成していく。尚、図３中、３６、３８はタブを示す。
【００１７】
支持ピン３７の外径は、スリット３５より大きい。したがって、巻芯３１には、支持ピン３７が進入可能となった進入穴３９が、他端面から同軸に形成されている。支持ピン３７は、この進入穴３９に進入することとなる。進入穴３９の内径は、支持ピン３７の外径と略同一となっている。巻芯３１は、支持ピン３７が進入穴３９に進入することで、スリット３５の間隔を狭める方向の変形が阻止される。
【００１８】
図３に示すように、進入穴３９は、巻芯３１の他端と巻回体１９との間の距離Ｌの中間点Ｍより、巻回体１９側へ延在して形成される。つまり、支持ピン３７は、中間点Ｍより巻回体１９側へ挿入されるようになっている。これにより、従来では、支持ピンが単に、巻芯３１の他端を支持するための働きしか有していなかったのに対し、本実施の形態による構成では、支持ピン３７は、巻芯３１の他端を支持する働きに加え、巻芯３１の巻回体巻き付け部におけるスリット３５の間隔を狭める方向の変形（図１０に示した変形）を阻止する補強部材としての働きをも有するようになっている。
【００１９】
より具体的には、巻芯３１が上記の断面形状の場合、進入穴３９の深さＰを巻芯３１の他端から３９ｍｍとすることで、図２に示すように、電極１３の巻取り位置から支持ピン３７の先端までの距離Ｋが略４ｍｍとなることが好ましい。このように、支持ピン３７の先端挿入位置を、巻取り位置から若干外れた位置とすることで、スリット３５の潰れによる変形を抑止しつつ、支持ピン３７の抜けも容易にすることができる。
【００２０】
この巻芯３１では、巻回体１９の巻回終了後、巻回体１９を抜くときは、従来と同様に、巻芯３１が貫通穴１１へと後退することにより、支持ピン３７から巻芯３１が外れ、先端の０．９ｍｍの間隙（スリット３５）が狭くなり、巻回体１９の内周と巻芯３１の外周との間に隙間ができる。これにより、巻回体１９の電極基準面１７が抜板９の側面９ａに当り、巻回体１９が巻芯３１から抜けて、電極素子の製作が完了する。
【００２１】
尚、巻回体１９と側面９ａとは、図２に示す一定距離Ｔに設定されている。この一定距離Ｔは、支持ピン３７から巻芯３１が抜けるまで、巻回体１９が側面９ａに当らない距離となっている。これにより、巻芯３１が縮径可能となった後に、巻回体１９が側面９ａに当るようになっている。
【００２２】
この巻芯３１によれば、巻芯３１の他端と巻回体１９との間の距離Ｌの中間点Ｍより巻回体側へ、支持ピン３７が他端からスリット３５に挿入され、従来、スリットのままであった、巻芯３１の電極巻回部分近傍まで支持ピン３７が挿入される。これにより巻芯３１の半径方向内側への変形に対する強度が増して、電極１３を巻回した際に生じる、スリット３５を狭める方向の巻芯３１の反りが抑止される。つまり、支持ピン３７が、巻芯３１の反りを抑止する芯材的な役割を果たすようになる。したがって、電極１３が巻回された後においても、スリット３５が確保され、支持ピン３７を巻芯から抜脱すれば、このスリット３５が狭められることにより、巻回体内周と巻芯外周との間に確実に隙間が確保される。この結果、巻芯３１から巻回体１９を抜き取る際に、巻回体１９が抜板９に強く押し当てられることがなくなり、巻回体端面の潰れが防止できることになる。
【００２３】
次に、上記の巻芯を備えた本発明に係る巻回装置について説明する。
図４は本発明に係る巻回装置の電極先端を挟持したチャックの要部拡大斜視図、図５は図４のＣ矢視図である。
【００２４】
巻回装置は、上記電極１３を巻芯３１に巻回する前に、予め巻芯３１に図示しないセパレータを巻回し、次いで、このセパレータを絶縁材として陽極電極、負極電極を差し入れて一体に巻回した巻回体１９を製作する。巻回装置は、この際帯状電極の先端側を上下面から挟んでセパレータへ差し入れるための、チャックを備えている。電極１３は帯状に形成され、原反リールに巻回され、先端がこのチャックに挟持されて繰り出されることにより、巻芯３１へと供給される。
【００２５】
図４に示すように、チャック４１は、下側チャック４３と、上側チャック４５とを有している。下側チャック４３は、電極１３の下面側に当接し、電極１３と略同一幅の矩形板状で形成される。また、下側チャック４３は、幅方向の両側に電極１３側へ突出するブロック４７、４７を備えている。上側チャック４５は、下側チャック４３より幅狭に形成され、電極１３の上面側に当接して、下側チャック４３とで電極１３を挟持するようになっている。
【００２６】
そして、上側チャック４５の先端には、湾曲押さえプレート４９を固設している。湾曲押さえプレート４９は、下側チャック４３の幅方向に延在し、上記のブロック４７、４７とで電極１３の幅方向両縁部を挟持するようになっている。したがって、従来では上側チャックのみにより電極１３を上方向から押さえていたため、元々のくせによっては図１１に示すように上方へカールし放題であった電極１３が、湾曲押さえプレート４９によって上方から押さえつけられることにより、図５に示すように幅方向両縁部が水平方向に矯正される。つまり、ブロック４７、４７によって湾曲されて、腰がつけられるとともに、必要以上のカールが抑止されて、一定形状が保たれることになる。
【００２７】
電極１３は、このチャック４１によって上下方向から挟持されることで、先端部分が、チャック４１から若干量突出した状態で挟持される。この突出先端部分が、図示しない巻回中のセパレータに差し入れられるようになっている。
【００２８】
この巻回装置によれば、上側チャック４５の先端部に、下側チャック４３のブロック４７、４７とで電極１３の幅方向両縁部を挟持する湾曲押さえプレート４９が固設され、従来、カールの程度によりバラツキのあった電極先端の幅方向両縁部が水平に矯正され、箔状の電極先端が常に一定形状に保持されるようになる。これにより、一定形状の電極先端が的確にセパレータの所定位置に差し入れられるようになり、電極先端の自重による折れ、変形状態での差し入れによるシワの発生、差し入れ位置のバラツキ、及びニップローラ前での折れ曲がりによる電極抜けが確実に防止されるようになる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る巻芯によれば、スリットを挟んで二分割され、軸線方向略中央部の外周に帯状電極を長手方向一端側から巻回して巻回体を形成する巻芯において、この他端と巻回体との距離の中間点より巻回体側へ、支持ピンを他端からスリットに挿入するので、従来、スリットであった、巻芯の電極巻回部分近傍まで支持ピンが挿入され、これにより巻芯の半径方向内側への変形に対する強度が増して、電極を巻回した際に生じる、スリットを狭める方向の巻芯の反りが抑止される。したがって、電極が巻回された後においても、スリットが確保され、支持ピンを巻芯から抜脱すれば、このスリットが狭められることにより、巻回体内周と巻芯外周との間に確実に隙間が確保できる。この結果、巻芯から巻回体を抜き取る際に、巻回体が抜板に強く押し当てられることがなくなり、巻回体端面の潰れを防止して、高品質な素子を得ることができる。
【００３０】
本発明に係る巻回装置によれば、巻芯の外周に巻回されるセパレータに、帯状電極の先端側を上下面から挟んで差し入れるチャックを備えた巻回装置において、このチャックを、電極の下面側に当接し幅方向両側にブロックを備えた下側チャックと、電極の上面側に当接して下側チャックとで電極を挟持する上側チャックとで構成し、上側チャックの先端部に、下側チャックのブロックとで電極の幅方向両縁部を挟持する湾曲押さえプレートを固設したので、従来、カールの程度によりバラツキのあった電極先端の幅方向両縁部が水平に矯正され、箔状の電極先端を常に一定形状に保持することができる。この結果、電極先端の自重による折れ、変形状態での差し入れによるシワの発生、差し入れ位置のバラツキ、及びニップローラ前での折れ曲がりによる電極抜けを確実に防止することができ、高品質な素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る巻芯の支持ピン非挿入状態の側面図である。
【図２】図１の支持ピン挿入状態の側面図である。
【図３】本発明に係る巻芯の巻回体製作完了状態の側面図である。
【図４】本発明に係る巻回装置の電極先端を挟持したチャックの要部拡大斜視図である。
【図５】図４のＣ矢視図である。
【図６】従来の巻芯における支持ピン非挿入状態の側面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ矢視図である。
【図８】従来の巻芯の支持ピン挿入状態を（ａ）、巻回体製作完了状態を（ｂ）に表した動作説明図である。
【図９】従来の巻回装置の電極先端を挟持したチャックの要部拡大斜視図である。
【図１０】図８（ｂ）に示した電極巻回部における巻芯の変形状態を表した側面図である。
【図１１】図９のＢ矢視図である。
【符号の説明】
１３…電極、１９…巻回体、３１…巻芯、３３…軸線、３５…スリット、３７…支持ピン、４１…チャック、４３…下側チャック、４５…上側チャック、４７…ブロック、４９…湾曲押さえプレート、Ｍ…中間点

Claims (2)

1. 軸線に沿って形成したスリットを挟んで二分割され一端が駆動軸に連結されて回転するとともに、他端側から前記スリットに、前記軸線と同軸の支持ピンが抜脱自在に進入して回転自在に支持され、回転駆動されることによって、軸線方向略中央部の外周に帯状電極を長手方向一端側から巻回して巻回体を形成する巻芯であって、
   前記他端と前記巻回体との間の距離の中間点より前記巻回体側へ、前記支持ピンを前記他端から前記スリットに挿入することを特徴とする巻芯。
2. 軸線に沿って形成したスリットを挟んで二分割され駆動軸に連結されて回転する巻芯と、該巻芯の前記スリットに挿入されて該巻芯の外周に巻回されるセパレータに、帯状電極の先端側を上下面から挟んで差し入れるチャックとを備えた巻回装置であって、
   前記チャックが、前記電極の下面側に当接し該電極と略同一幅の矩形板状で形成され幅方向の両側に前記電極側へ突出するブロックを備えた下側チャックと、該下側チャックより幅狭に形成され前記電極の上面側に当接して前記下側チャックとで前記電極を挟持する上側チャックとからなり、
   且つ該上側チャックの先端部に、前記下側チャックの幅方向に延在し、前記ブロックとで前記電極の幅方向両縁部を挟持する湾曲押さえプレートを固設したことを特徴とする巻回装置。

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