JP2009224235A - 巻取装置、巻回素子及び巻回素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻芯コアの素材に自由度をもたせることができ、機構の複雑化、コストの増大を招くことなく、巻回精度の向上を図ることのできる巻取装置及び巻回素子の製造方法を提供する。
【解決手段】巻芯コア２の表面の少なくとも一部に対し、ポリプロピレン製の接着テープ５１が貼付けられる。そして、熱溶着手段４３により、接着テープ５１に対しポリプロピレン製のセパレータ３，４が２枚重ねられた状態で、同時に熱溶着される。固着後、セパレータ３，４を切断し、電極箔等の巻取りを行う。セパレータ３，４を２枚同時に固着することができることから、端縁部分をずらして固着する必要がなく、また、間接的に固着されることから巻芯コア２の素材は何ら限定されない。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば二次電池等に内蔵される巻回素子を得るための巻取装置、及び、巻回素子及びその製造方法に関する。

例えば、リチウムイオン電池等の二次電池として用いられる電池素子は、プラス電極箔及びマイナス電極箔と、２枚のセパレータとからなる帯状体が巻回されることで構成されている。

従来、帯状体を巻取るための巻取装置として、回転可能な巻芯（回転軸）に対して前記電極箔やセパレータを巻取り、巻取後において巻回された帯状体（巻回体）を前記回転軸から取り外す方法が知られている。ところが、巻回体の巻き圧力によって、回転軸から巻回体を取り外すことが比較的困難となってしまったり、また、取り外しに際して、セパレータや電極箔の破損等を招いてしまったりするおそれがある。さらに、巻き圧力によって巻回体の中心部分に位置する電極箔やセパレータの端部に位置ずれが生じてしまうおそれがある。このような位置ずれが生じてしまうと、電極箔間の距離が開きすぎてしまい、結果として、巻回体の中心部分が電池としての機能を十分に発揮できなくなってしまうおそれがある。

そこで、このような不具合を解消すべく、回転軸に筒状の巻芯コアを装着し、当該巻芯コアに対して帯状体を巻取り、帯状体の巻取後においては、巻芯コアごと巻回素子を取り外す、つまり、巻芯コアと帯状体とからなる巻回素子を電池素子として用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

ところで、上記のような技術においては、先ずは巻芯コアの表面にセパレータを固着し、その上で、セパレータ及び電極箔を巻き取る必要がある。巻芯コアの表面にセパレータを固着する手法としては、第１に、接着テープを用いてセパレータの端縁部分を固着する方法が考えられる（例えば、特許文献２等参照）。第２に、前記接着テープの代わりに、両面接着テープを予め巻芯コアに貼り付け、そして、剥離紙を剥がしたのち、セパレータの端縁部分を両面接着テープに貼り付けるという方法も考えられる。

さらに、第３の方法として、樹脂材料からなるセパレータの端縁部分を、樹脂材料からなる巻芯コアに熱溶着する方法も考えられる（例えば、特許文献３等参照）。
特開平１０−１４４３３９号公報 特開平８−２８８２８７号公報 特開２００１−１８５２２０号公報

しかしながら、実際には、２枚のセパレータを巻芯コアに固着する必要があるのだが、上記第１の方法、つまり接着テープを用いてセパレータの端縁部分を固着する方法では、２枚のセパレータの端縁を揃えた状態で一遍に固着させることができない。内層側のセパレータがうまく接着されないためである。そのため、第１の方法を採用するにあたり、２枚のセパレータをより確実に固着させるためには、各セパレータの端縁位置を互いにずらした状態で固着させる必要がある。従って、この場合には、２枚のセパレータの端縁を毎回正確にずらした状態で貼り付けたり、長さ調節を行う等複雑な機構が必要となる。また、この場合には、正確な位置合わせに支障を来したりするおそれがあるばかりか、セパレータの蛇行を招いてしまうことも懸念されるため、かかる懸念を払拭するためのより一層複雑な機構が必要となってしまう。

また、第２の方法、つまり、両面接着テープを予め巻芯コアに貼り付け、そこにセパレータの端縁部分を貼り付ける場合においても、上記同様、各セパレータの端縁位置を互いにずらした状態で固着させる必要がある。しかも、第２の方法では、両面接着テープを用いる必要性があることから、コストの増大を招き、また剥離紙を除去する機構も別途必要となる。

一方、第３の方法、つまり、樹脂材料からなるセパレータの端縁部分を、樹脂材料からなる巻芯コアに熱溶着する方法においては、２枚のセパレータの端縁を揃えて固着することはできなくはない。例えば、上記特許文献３に記載された技術では、セパレータの端縁を揃えて互いに熱溶着しておき、当該熱溶着部分を巻芯コアに熱溶着する旨が記載されている。ところが、第３の方法では、巻芯コアとして使用できる素材が、熱溶着し得る樹脂素材に限定されてしまうという欠点がある。すなわち、第３の方法では、巻芯コアとして、アルミニウム等の金属素材などを用いたりすることができない。さらに、特許文献３に記載された技術では、セパレータの端縁を揃えて熱溶着する作業と、当該熱溶着部分を巻芯コアに熱溶着する作業とが必要になり、かかる意味で機構の複雑化を招いてしまう。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、巻芯コアの素材に自由度をもたせることができ、機構の複雑化、コストの増大を招くことなく、巻回精度の向上を図ることのできる巻取装置、巻回素子及びその製造方法を提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各手段につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。

手段１．筒状をなす巻芯コアをその軸線を中心に回転可能とする回転手段と、
前記巻芯コアに対し、２枚の帯状の熱可塑性樹脂製のセパレータを固着させるセパレータ固着手段と、
プラス電極箔及びマイナス電極箔をそれぞれ前記巻芯コアの方に向けて供給する電極箔供給手段とを備え、
前記巻芯コアに対し、前記２枚のセパレータを固着させた状態とした上で、前記回転手段の作動に基づき前記巻芯コアを回転させつつ、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔を、それぞれ前記各セパレータを介して互いに絶縁状態で巻き取るよう構成してなる巻取装置であって、
前記セパレータ固着手段は、
前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の被覆層を設ける被覆層付与手段と、
前記被覆層に対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着手段と
を具備することを特徴とする巻取装置。

上記手段１によれば、セパレータ固着手段により、巻芯コアに対し、２枚の帯状のセパレータが固着される。その上で、回転手段の作動に基づき巻芯コアが回転されつつ、電極箔供給手段によりプラス電極箔及びマイナス電極箔が巻芯コアの方に向けて供給され、それぞれ各セパレータを介して互いに絶縁状態で巻き取られる。そして、最終的には、巻芯コアごと取り外されることで、巻回素子が得られる。

さて、手段１では、被覆層付与手段により、巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の被覆層が設けられる。そして、セパレータ固着手段の熱溶着手段により、前記被覆層に対しセパレータが２枚重ねられた状態で、同時に熱溶着される。従って、セパレータを２枚同時に固着することができることから、従来の第１、第２の方法のようにセパレータの端縁部分をずらして固着する必要がなく、機構の煩雑化を抑制できる。また、両面接着テープを用いなくてもよいことから、コストの増大を抑制することができる。さらに、従来の第３の方法のように直接巻芯コアにセパレータを熱溶着する必要がなく、被覆層を介して熱溶着すればよいため、巻芯コアの素材は何ら限定されない。そのため、例えばアルミニウム等の金属素材等をも用いることができ、巻芯コアの素材に自由度をもたせることができる。

尚、被覆層としては、例えば軟化若しくは溶融した、或いは所定の溶媒にて溶解された熱可塑性樹脂材料を巻芯コアの表面に付着、固化させること設けられた樹脂コーティング層であってもよいし、次述する手段２のように接着テープを用いることとしてもよい。

手段２．筒状をなす巻芯コアをその軸線を中心に回転可能とする回転手段と、
前記巻芯コアに対し、２枚の帯状の熱可塑性樹脂製のセパレータを固着させるセパレータ固着手段と、
プラス電極箔及びマイナス電極箔をそれぞれ前記巻芯コアの方に向けて供給する電極箔供給手段とを備え、
前記巻芯コアに対し、前記２枚のセパレータを固着させた状態とした上で、前記回転手段の作動に基づき前記巻芯コアを回転させつつ、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔を、それぞれ前記各セパレータを介して互いに絶縁状態で巻き取るよう構成してなる巻取装置であって、
前記セパレータ固着手段は、
前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の接着テープを貼付ける接着テープ貼付手段と、
前記接着テープに対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着手段と
を具備することを特徴とする巻取装置。

手段２によれば、基本的には手段１と同様の作用効果が奏される。特に、手段２では、 接着テープ貼付手段によって、巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の接着テープが貼付けられ、その接着テープに対し前記セパレータが２枚重ねられた状態で、同時に熱溶着される。このように、既存の接着テープを用いることで巻芯コアに貼り付ける（被覆層を設ける）ことができ、その際において接着テープ貼付手段というさほど複雑でない機構を配備すればよいことから、設備面での簡素化を図ることができる。

手段３．前記接着テープ貼付手段は、前記巻芯コアの表面に対し、丁度１周分の長さの接着テープを貼付可能であることを特徴とする手段２に記載の巻取装置。

手段３のように、巻芯コアの表面に対し、丁度１周分の長さの接着テープを貼付することで、周方向に接着テープの有無による段差が形成されない。そして、このように段差を懸念することなく巻取りを行えばよいことから、使用するセパレータを最小限に抑えることができる。結果として、コストの増大抑制、巻回素子のコンパクト化を図ることができる。

手段４．前記接着テープ貼付手段は、少なくとも前記巻芯コアの長手方向両端部分に接着テープを貼付可能であることを特徴とする手段２又は３に記載の巻取装置。

手段４のように、接着テープは、少なくとも巻芯コアの長手方向両端部分に貼付けられることとするのが望ましい。これにより、セパレータの安定した固着が図られる。また、長手方向両端部分に部分的に貼付ける構成とした場合には、巻芯コアの表面全域に貼付ける場合と比較して、接着テープの使用量を抑制することができ、コストの増大抑制を図ることができる。

手段５．前記回転手段は、前記巻芯コアに形成された挿通孔に差込可能であり、かつ、回転可能に支持された回転軸を備えており、
当該回転軸は、前記セパレータ及び前記両電極箔を巻回する巻取ポジションと、前記巻芯コアを着脱する着脱ポジションとに対応して複数設けられているとともに、両ポジション間を移動可能に構成されており、
前記セパレータ固着手段は、前記巻取ポジションに対応して設けられているとともに、前記セパレータを切断可能な切断手段を備え、
前記熱溶着手段は、前記着脱ポジションから延びる２枚のセパレータを、所定の張力を付与した状態で熱溶着可能であり、
前記切断手段は、当該熱溶着後、前記セパレータを２枚一度に切断することを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の巻取装置。

手段５によれば、巻取ポジションに位置する回転軸においては、セパレータ及び両電極箔が巻回される。一方、着脱ポジションに位置する回転軸においては、巻芯コアが着脱される。すなわち、巻回が完了した巻回素子が取り外され、新たに巻芯コアが装着される。各回転軸は、両ポジション間を移動し得る。さらに、セパレータ固着手段は、巻取ポジションに対応して設けられている。そして、その熱溶着手段では、前記着脱ポジション（の巻回素子）から延びる２枚のセパレータが、所定の張力が付与された状態で熱溶着される。さらに、当該熱溶着後、切断手段により、セパレータが２枚一度に切断される。

このように、手段５では、着脱ポジションに移動した前回の巻回素子から延びる２枚のセパレータが未だ切断されることなく繋がったままの状態で、巻回ポジションに位置する巻芯コアに対し、被覆層或いは接着テープを介して熱溶着され、その後、セパレータが２枚一度に切断される。そのため、逐一セパレータの先端縁同士を位置合わせすることなく先端が揃った状態で巻芯コアに固着されることとなる。そのため、構成面での飛躍的な簡素化を図ることができる。また、所定の張力が付与された状態で熱溶着されるため、セパレータの蛇行等を懸念する必要もなくなる。

手段６．巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回した巻回素子であって、
前記巻芯コアの表面の少なくとも一部には、熱可塑性樹脂よりなる被覆層が設けられ、
前記被覆層に対し、前記セパレータが２枚重ねられた状態で熱溶着されていることを特徴とする巻回素子。

手段６によれば、基本的には、手段１と同様、セパレータを２枚同時に固着することができることから、従来の第１、第２の方法のようにセパレータの端縁部分をずらして固着する必要がなく、機構の煩雑化を抑制できる。また、両面接着テープを用いなくてもよいことから、コストの増大を抑制することができる。さらに、従来の第３の方法のように直接巻芯コアにセパレータを熱溶着する必要がなく、被覆層を介して熱溶着すればよいため、巻芯コアの素材は何ら限定されない。そのため、例えばアルミニウム等の金属素材等をも用いることができ、巻芯コアの素材に自由度をもたせることができる。

手段７．巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回した巻回素子であって、
前記巻芯コアの表面の少なくとも一部には、熱可塑性樹脂製の接着テープが張付けられており、
前記接着テープに対し、前記セパレータが２枚重ねられた状態で熱溶着されていることを特徴とする巻回素子。

手段７によれば、手段２と同様の作用効果が奏される。すなわち、既存の接着テープを用いることで、設備面での簡素化、コストの増大抑制を図ることができる。

手段８．前記巻芯コアは、熱可塑性樹脂以外の素材よりなることを特徴とする手段６又は７に記載の巻回素子。

手段８のように、巻芯コアが、熱可塑性樹脂以外の素材、例えば、アルミニウム等の金属素材、熱硬化製樹脂等の熱溶着不能な他の樹脂素材等であっても、確実にセパレータを巻芯コアに固着することができ、上述した作用効果をより確実に奏せしめることができる。

手段９．最内周側における２枚のセパレータの先端縁同士が揃っていることを特徴とする手段６乃至８のいずれかに記載の巻回素子。

上述した手段６、７等の構成を採用することで、最内周側における２枚のセパレータの先端縁同士を揃えることが容易に実現することができる。そして、このように先端縁同士を揃っていることで、セパレータの長さ調節が困難となってしまうことが起こりにくい。

手段１０．前記接着テープの溶融温度が前記セパレータの溶融温度とほぼ等しいことを特徴とする手段６乃至９のいずれかに記載の巻回素子。

手段１０によれば、一方が溶融しないことによる不完全な溶着を防止でき、セパレータのより確実な固着を図ることができる。例えば、セパレータがＰＰで構成されている場合には、接着テープとしてもＰＰ製テープを用いるのが望ましい。

手段１１．回転可能に設置された巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回することにより、前記巻芯コア、前記両電極箔及び前記セパレータからなる巻回素子を製造するための巻回素子の製造方法であって、
前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の被覆層を設ける被覆層付与工程と、
前記被覆層に対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着工程とを具備し、
前記セパレータが前記熱溶着で前記巻芯コアに固定された後に、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔の巻回を開始することを特徴とする巻回素子の製造方法。

手段１１によれば、被覆層付与工程において、巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の被覆層が設けられる。また、熱溶着工程では、被覆層に対しセパレータが２枚重ねられた状態で、同時に熱溶着される。そして、セパレータが前記熱溶着で巻芯コアに固定された後に、プラス電極箔及びマイナス電極箔の巻回が開始される。従って、基本的には手段１と同様の作用効果が奏される。

手段１２．前記被覆層として、その溶融温度が前記セパレータの溶融温度とほぼ等しいものを用いることを特徴とする手段１１に記載の巻回素子の製造方法。

手段１２のように、被覆層としては、その溶融温度がセパレータの溶融温度とほぼ等しいものを用いるのが望ましい。このようにすることで、一方が溶融しないことによる不完全な溶着を防止でき、セパレータのより確実な固着を図ることができる。例えば、セパレータがポリプロピレン（ＰＰ）で構成されている場合には、被覆層としてもＰＰを用いるのが望ましい。但し、必ずしも両者が同一素材でなければならないという訳ではない。

手段１３．回転可能に設置された巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回することにより、前記巻芯コア、前記両電極箔及び前記セパレータからなる巻回素子を製造するための巻回素子の製造方法であって、
前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の接着テープを貼付ける接着テープ貼付工程と、
前記接着テープに対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着工程とを具備し、
前記セパレータが前記熱溶着で前記巻芯コアに固定された後に、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔の巻回を開始することを特徴とする巻回素子の製造方法。

手段１３によれば、基本的には手段２と同様の作用効果が奏される。

手段１４．前記接着テープとして、その溶融温度が前記セパレータの溶融温度とほぼ等しいものを用いることを特徴とする手段１３に記載の巻回素子の製造方法。

手段１４のように、接着テープとしては、その溶融温度がセパレータの溶融温度とほぼ等しいものを用いるのが望ましい。このようにすることで、一方が溶融しないことによる不完全な溶着を防止でき、セパレータのより確実な固着を図ることができる。セパレータがＰＰで構成されている場合には、接着テープとしてもＰＰ製テープを用いるのが望ましい。尚、上記各手段においていえることであるが、接着テープ（被覆層）及びセパレータを構成する素材としては、相互に相溶性のある素材であることが望ましい。例えば、セパレータとしてポリオレフィン系の樹脂素材が採用されている場合には、接着テープ（被覆層）としてもポリオレフィン系を用いるのが望ましい。

手段１５．前記熱溶着工程に際しては、前回巻き取られた巻回素子から延びる２枚のセパレータを、所定の張力を付与した状態で熱溶着し、その後前記セパレータを２枚一度に切断することを特徴とする手段１１乃至１４のいずれかに記載の巻回素子の製造方法。

手段１５によれば、基本的には、上記手段５と同様の作用効果が奏される。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、本実施形態の巻取装置によって得られる巻回素子としてのリチウムイオン電池素子の構成について説明する。図１に示すように、リチウムイオン電池素子（以下、「電池素子」と称す）１は、筒状の巻芯コア２に対して、２枚のセパレータ３，４とプラス電極箔５とマイナス電極箔６とによって構成される帯状体７が巻回されることで構成されている。尚、図１においては、説明の便宜上、セパレータ３，４、プラス電極箔５、及び、マイナス電極箔６の相互の間隔をあけて示している箇所がある。

本実施形態において、巻芯コア２は、十分な剛性を有する材料（例えば、アルミニウム等）により形成されている。また、当該巻芯コア２は、断面非円形状（本実施形態では、断面正方形状）の挿通孔８を有している。（図３等参照）。

セパレータ３，４は、巻芯コア２の長手方向に沿った長さと同一の幅を有するものであり、異なる電極箔５，６同士が互いに接触して短絡を起こしてしまうのを防止すべく絶縁体、特に本実施形態では熱可塑性樹脂素材たるポリプロピレン（ＰＰ）により構成されている。

プラス電極箔５及びマイナス電極箔６もまた、セパレータ３，４と同様、巻芯コア２の長手方向に沿った長さとほぼ同一の幅を有するものである。さらに、プラス電極箔５及びマイナス電極箔６の表裏両面には図示しない活物質が塗布されており、当該活物質を介して、プラス電極箔５及びマイナス電極箔６間におけるイオン交換ができるようになっている。より詳しくは、充電時には、プラス電極箔５側からマイナス電極箔６側へイオンが移動し、反対に、放電時には、マイナス電極箔６側からプラス電極箔５側へとイオンが移動する。また、プラス電極箔５の幅方向一端縁からは図示しない複数の正極リードが延出するとともに、マイナス電極箔６の幅方向他端縁からは図示しない複数の負極リードが延出している。

リチウムイオン電池を得るに際しては、前記電池素子１が金属製で筒状をなす電池容器（図示せず）内に配設されるとともに、前記正極リード及び負極リードがそれぞれまとめられる。そして、まとめられた正極リードを正極端子部品（図示せず）に接続するとともに、同じくまとめられた負極リードを負極端子部品（図示せず）に接続し、両端子部品を前記電気容器の両端開口に設けることで、リチウムイオン電池を得ることができる。

次に、前記電池素子１を製造するための巻取装置１１について説明する。図２に示すように、巻取装置１１は、回転可能に設けられたターレット１２を備えている。該ターレット１２は、２枚の円盤状のテーブル１４，１５が相対向するようにして構成されており、両テーブル１４，１５間に跨って、回転手段２０が、テーブル１４，１５の中心を対称中心として２つ設けられている。尚、両テーブル１４，１５（ターレット１２）は時計回りに回転可能に構成されているとともに、両テーブル１４，１５が同期回転するように設定されている。これにより、各回転手段２０が着脱ポジションＰ１及び巻取ポジションＰ２間を移動することができるようになっている。尚、両テーブル１４，１５は、１８０°ずつ反転可能となっていてもよい。

図３にしたがって回転手段２０の一例について説明すると、回転手段２０は、軸線Ｃ方向に延び、軸線Ｃ方向一端側のテーブル１４から他端側のテーブル１５に向けて突出する回転軸としての巻芯２１と、前記軸線Ｃ方向に延び、軸線Ｃ方向他端側のテーブル１５から一端側のテーブル１４に向けて突出する巻芯受け３１とから構成されている。

前記巻芯２１は、全体として棒状をなしており、軸線Ｃ方向他端側に延びる基部２２と、当該基部２２から軸線Ｃ方向他端側に延びる装着部２３と、前記基部２２及び装着部２３間に形成されたテーパ段差部２４とから構成されている。また、基部２２、装着部２３、及び、テーパ段差部２４の中心軸はそれぞれ前記軸線Ｃと一致している。

前記基部２２は、円柱状をなし、図示しない駆動手段によって、前記テーブル１４に対し軸線Ｃ方向に沿って相対移動可能（出没可能）に構成されている。これにより、前記巻芯受け３１に対して巻芯２１が接離可能となっている。加えて、基部２２は、図示しない回転駆動手段（例えば、モータ）によって、軸線Ｃを回転軸としてテーブル１４に対して相対回転可能となっており、ひいては巻芯２１全体が軸線Ｃを回転軸として相対回転可能となっている。すなわち、回転駆動手段は帯状体７を巻取る際の巻取動力として機能する。

前記装着部２３は、電池素子１の製造時において、前記巻芯コア２がその外周部分に装着されるものである。当該装着部２３は、棒状をなすとともに、前記巻芯コア２の挿通孔８の断面形状に対応すべく断面非円形状（本実施形態では、断面正方形状）に形成されている。さらに、装着部２３は、前記基部２２よりも細化されており、また、装着部２３の先端側面部には、軸線Ｃ方向へと延びる一対の先割れ部２５が形成されている。加えて、当該先割れ部２５の内周部分には、後述する受けピン３３を嵌合可能な図示しない嵌合凹部が形成されている。

一方、前記巻芯受け３１は、円柱状をなす支持部３２と、当該支持部３２に一体形成され、軸線Ｃ方向一端側に向けて突出する受けピン３３と、当該受けピン３３の外周側に設けられ、先端筒状の受け部３４とを備えている。尚、支持部３２、受けピン３３、及び、受け部３４のそれぞれの中心軸は、前記軸線Ｃと一致している。

前記支持部３２は、前記テーブル１５に対して軸線Ｃを回転軸として相対回転（本実施形態では、自由回転）可能、かつ、軸線Ｃ方向に相対移動不能に支持されている。

前記受けピン３３は、円柱状をなすとともに、その外周面の大部分が軸線Ｃと略平行となるように構成されている。当該受けピン３３は、前記受け部３４の内側に配設されており、また、その外径は、前記嵌合凹部の内径と同径或いは若干大径となるように構成されている。尚、受けピン３３は、前記嵌合凹部への嵌合をより容易なものとすべく、その先端部分が先細り形状となっている。

前記受け部３４は、前記巻芯コア２の外径と略等しい外径を有しており、その先端面が前記巻芯コア２の一端面と当接可能な被当接面３５となっている。また、受け部３４と受けピン３３との間の環状空間は、装着部２３の先端部を収容可能な収容凹部３６となっており、前記受けピン３３が、前記嵌合凹部に嵌合された際には、装着部２３の先端部が前記収容凹部３６に収容されるようになっている。

上記のように構成されている回転手段２０にあっては、後記する着脱装置１３によって、装着部２３に巻芯コア２が取付けられる。そして、基部２２を軸線Ｃ方向に沿って他端側（テーブル１５側）へと相対移動させることで、受けピン３３が前記嵌合凹部に嵌合されるとともに、受け部３４の収容凹部３６に対して装着部２３の先端部が挿入される。このとき、装着部２３の先端部が受けピン３３によって外周側へ広げられることとなり、ひいては巻芯コア２の他端部が前記装着部２３によって内周側から保持されることとなる。併せて、巻芯コア２の一端部が、前記テーパ段差部２４に当接・保持されることとなる。さらに、巻芯コア２の他端の当接面が、受け部３４の被当接面３５に当接する。このようにして巻芯コア２が、回転手段２０に装着される。

説明を図２の巻取装置１１に戻す。前記２つの回転手段２０が、前記ターレット１２の回動により、着脱ポジションＰ１（図の右側位置）と、巻取ポジションＰ２（図の左側位置）との間を移動可能である点については上述したが、本実施形態では、着脱ポジションＰ１に対応して、後述する巻芯コア２の取付及び電池素子１の取外を行うための着脱装置１３が設けられている。

また、巻取ポジションＰ２は、前記巻芯コア２に対し帯状体７を巻回するポジションであって、当該巻取ポジションＰ２に対応して、帯状体７を供給するための帯状体供給機構が設けられている。尚、図２では、説明の便宜上、帯状体供給機構のうちプラス電極箔供給手段１６及びマイナス電極箔供給手段１７が図示されている。

さらに、本実施形態では、前記巻取ポジションＰ２に対応して、セパレータ固着手段４１が設けられている。セパレータ固着手段４１は、接着テープ貼付手段４２と、熱溶着手段４３と、前記セパレータ３，４を切断可能な切断手段４４とを備えている。接着テープ貼付手段４２は、前記セパレータ３，４と同一素材（本実施形態ではＰＰ）よりなる接着テープ５１を巻芯コア２の表面に対し貼付けるべく、テープ供給手段と、貼付用のローラと、テープをカットするテープカッタとを備えている（いずれも図示せず）。本実施形態では、前記接着テープ貼付手段４２により、巻芯コア２の長手方向両端縁に、丁度１周分の長さの接着テープ５１を貼付可能に構成されている（図６（ａ）における散点模様参照）。

また、熱溶着手段４３は、ヒータブロック４３ａ（図４参照）を具備している。そして、前記着脱ポジションＰ１に位置する前回巻回された電池素子１から延びる２枚のセパレータ３，４に所定の張力を付与した状態で、ヒータブロック４３ａは当該セパレータ３，４を巻芯コア２に押し付け可能に構成されている。さらに、切断手段４４は、前記熱溶着後、前記セパレータ３，４を２枚一度に切断することができるように構成されている。

次に、上述した巻取装置１１を用いて、電池素子１を製造するための方法について説明する。

まず、ターレット１２を時計回りに半回転させることで、一方の回転手段２０を着脱ポジションＰ１へと移動させる。このとき、他方の回転手段２０は巻取ポジションＰ２に位置することとなる。例えば、図４に示す例では、それまで巻取ポジションＰ２に位置しており帯状体７の巻回がほぼ完了した回転手段２０が、着脱ポジションＰ１へと移動させられる。一方、それまで着脱ポジションＰ１に位置しており新たな巻芯コア２の装着された回転手段２０が巻取ポジションＰ２へと移動させられる。

かかる巻取ポジションＰ２に位置する回転手段２０においては、巻芯コア２が装着されているのであるが、当初、当該巻芯コア２には何も巻き付けられていない。この状態において、先ず接着テープ貼付手段４２により、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ＰＰ製の接着テープ５１が巻芯コア２の表面に対し貼付けられる。上記のとおり、本実施形態では巻芯コア２の長手方向両端縁に、丁度１周分の長さの接着テープ５１が貼付される。

次に、熱溶着手段４３が作動させられる。このとき、現時点で着脱ポジションＰ１に位置する前回巻回された電池素子１から延びる２枚のセパレータ３，４には所定の張力が付与させられており、この状態で、図５（ｃ）に示すように、ヒータブロック４３ａが移動させられることでセパレータ３，４が巻芯コア２に対し押し付けられる。このとき、巻芯コア２の表面には接着テープ５１が貼付けられており、接着テープ５１、セパレータ３，４は相互に同一素材により構成されていることから、相互に溶け合い、同時に熱溶着が施されることとなる。この例においては、接着テープ５１と下層のセパレータ３とが溶着するとともに、上層のセパレータ４と下層のセパレータ４とが溶着する。これにより、２枚のセパレータ３，４が巻芯コア２に対し同時に固着されることとなる。

その後、図５（ｄ）に示すように、切断手段（カッタ）４４が作動させられることで、セパレータ３，４が２枚一度に切断されることとなる。尚、当該切断に際しては、同図に示すように、回転手段２０（巻芯２１）が所定角度回動させられる。これにより、セパレータ３，４が鋭角状に屈曲することとなり、当該鋭角状の部分を切断することで丁度熱溶着部分が先端に位置するような切断が実現できる。つまり、セパレータ３，４の先端がきれいに揃った状態で、セパレータ３，４を巻芯コア２に固着させることができる。

それ以降巻取ポジションＰ２においては、回転手段２０（巻芯２１）の回転が行われる。そして、所定タイミングが到来したならば、プラス電極箔供給手段１６及びマイナス電極箔供給手段１７が作動させられ、各電極箔５，６が巻芯コア２の方に向けて供給される。これにより、プラス電極箔５及びマイナス電極箔６が、それぞれ各セパレータ３，４を介して互いに絶縁状態で巻き取られることとなる。帯状体７の巻回がほぼ完了したならば、ターレット１２を時計回りに半回転させることで、先ほどの回転手段２０が着脱ポジションＰ１へと移動させられる。そして、前述した切断手段４４により切断された残りのセパレータ３，４が完全に巻き取られ、テープ止めが施されることで巻取が完了する。その後、巻芯２１を巻芯受け３１から離間する方向へと相対移動させ、前記受けピン３３を嵌合凹部から抜き外すことで、装着部２３による巻芯コア２の保持力が解除されることとなる。その上で、帯状体７の巻回された巻芯コア２を、巻芯コア２ごと装着部２３から取り外すことで電池素子１が得られる。

尚、上記例においては、既に着脱ポジションＰ１に前回巻回された電池素子１が存在する場合において、そこから延びる２枚のセパレータ３，４に所定の張力を付与させた状態で、熱溶着が施される場合について具体的な説明を行うこととした。これに対し、着脱ポジションＰ１に前回巻回された電池素子１が存在しない場合においても、図示しないセパレータ供給手段により供給されたセパレータ３，４に所定の張力を付与し、熱溶着及び余剰セパレータ３，４の切断を行うことで、上記と同様の固着を実現することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、巻芯コア２の表面の少なくとも一部に対し、ＰＰ製の接着テープ５１が貼付けられる。そして、熱溶着手段４３により、接着テープ５１に対しセパレータ３，４が２枚重ねられた状態で、同時に熱溶着される。従って、セパレータ３，４を２枚同時に固着することができることから、従来技術のようにセパレータの端縁部分をずらして固着する必要がなく、機構の煩雑化を抑制できる。また、両面接着テープを用いなくてもよいことから、コストの増大を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、接着テープ５１を介してセパレータ３，４を固着することとしているので、直接巻芯コアにセパレータを熱溶着する必要がない。そのため、巻芯コア２の素材は何ら限定されることなく、例えば本実施形態のようなアルミニウム等の金属素材等をも用いることができる。かかる意味で、巻芯コア２の素材に自由度をもたせることができる。

また、本実施形態では、巻芯コア２の表面に対し、丁度１周分の長さの接着テープ５１を貼付けることとしているため、周方向に接着テープ５１の有無による段差が形成されない。そして、このように段差を懸念することなく帯状体７の巻取りを行えばよいことから、使用するセパレータ３，４等の量を最小限に抑えることができる。結果として、コストの増大抑制、電池素子１のコンパクト化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、巻芯コア２の長手方向両端部分に接着テープ５１を貼付けることとしているため、セパレータ３，４の安定した固着が図られる一方で、巻芯コア２の表面全域に貼付ける場合と比較して、接着テープ５１の使用量を抑制することができ、さらなるコストの増大抑制を図ることができる。

併せて、本実施形態では着脱ポジションＰ１に位置する前回巻回された電池素子１から延びる２枚のセパレータ３，４に所定の張力を付与した状態で、ヒータブロック４３ａを移動させてセパレータ３，４を熱溶着することとし、さらに、当該熱溶着後、切断手段４４により、セパレータ３，４を２枚一度に切断することとした。そのため、逐一セパレータ３，４の先端縁同士を位置合わせすることなく、つまり、さほどの困難を伴うことなく先端が揃った状態でセパレータ３，４を巻芯コア２に固着することができる。そのため、構成面での飛躍的な簡素化を図ることができる。また、所定の張力が付与された状態で熱溶着されるため、セパレータ３，４の蛇行等を懸念する必要もなくなる。

加えて、接着テープ５１として、その溶融温度がセパレータ３，４の溶融温度と等しいものを用いているので、一方が溶融しないことによる不完全な溶着を防止でき、セパレータ３，４のより確実な固着を図ることができる。特に、本実施形態では、両者ともに同一素材により構成されているので、相互に相溶性があり、より強固な固着を実現できる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、巻芯コア２の長手方向両端部分に接着テープ５１を貼付ける構成を採用しているが、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。例えば、図６（ｂ）に示すように、巻芯コア２の長手方向全域に接着テープ５１を貼付けることとしてもよい。また、図６（ｃ）に示すように、巻芯コア２の長手方向中央部分にも接着テープ５１を貼付けることとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、巻芯コア２の表面に対し、丁度１周分の長さの接着テープ５１を貼付けることとしているが、１周分以上の接着テープ５１を貼付けることとしてもよいし、図６（ｄ）に示すように、全周に至らない範囲で部分的に接着テープ５１を貼付けることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、巻芯コア２の素材としてアルミニウムを例示したが、他の素材、例えばＰＰ等の樹脂素材により構成してもよい。

（ｄ）上記実施形態では、巻芯コア２の挿通孔８が断面正方形状とされるとともに、装着部２３が断面正方形状とされることによって、巻芯２１（装着部２３）に対する巻芯コア２の相対回転が規制されているが、巻芯コア２の挿通孔８及び装着部２３の断面形状については、断面正方形状に限定されるものではなく、例えば、断面六角形状等の多角形状や断面小判状等としてもよい。

（ｅ）上記実施形態における回転手段２０はあくまでも一例であって、他の構成を採用してもよいことは言うまでもない。例えば、上記例では受けピン３３は支持部３２と一体化して形成されているが、受けピン３３を支持部３２とは別体で設け、受けピン３３を支持部３２に対して軸線Ｃ方向に沿って移動（出没）可能に構成することとしてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、セパレータ３，４の素材及び接着テープ５１の素材としてともにＰＰを例示したが、他の熱可塑性樹脂素材であってもよい。例えば、ポリエチレンに代表される他のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリアミド樹脂等であってもよい。また、必ずしも両者が同一素材でなくてもよい。

（ｇ）上記実施形態では、巻芯コア２の長手方向長さとセパレータ３，４及び両電極箔５，６の幅（帯状体７の幅）とが同一の長さとされている。これに対して、巻芯コア２の長手方向長さよりも幅の広い帯状体７を巻芯コア２に巻回することとしてもよい。

（ｈ）上記実施形態では、巻取装置１１によって、リチウムイオン電池の電池素子１が製造されているが、巻取装置１１によって製造される巻回素子はこれに限定されるものではなく、例えば、電解コンデンサの巻回素子等を製造することとしてもよい。

（ｉ）上記実施形態では、接着テープ５１を被覆層の１態様として説明しているが、例えば軟化若しくは溶融した、或いは所定の溶媒にて溶解された熱可塑性樹脂材料を巻芯コアの表面に付着、固化させること設けられた樹脂コーティング層を被覆層として具体化してもよい。

一実施形態における電池素子の構成を示すための断面模式図である。 巻取装置を示す正面模式図である。 回転手段等を示す斜視図である。 ターレットを半回転させた状態における巻取装置を示す正面模式図である。 （ａ）〜（ｄ）はセパレータの固着過程を示す断面模式図である。 （ａ）は本実施形態における巻芯コア及び接着テープを示す斜視図であり、（ｂ）〜（ｄ）は別の実施形態における巻芯コア及び接着テープを示す斜視図である。

符号の説明

１…巻回素子としての電池素子、２…巻芯コア、３，４…セパレータ、５…プラス電極箔、６…マイナス電極箔、７…帯状体、１１…巻取装置、１６…プラス電極泊供給手段、１７…マイナス電極箔供給手段、２０…回転手段、２１…巻芯、４１…セパレータ固着手段、４２…接着テープ貼付手段、４３…熱溶着手段、４４…切断手段、５１…接着テープ、Ｐ１…着脱ポジション、Ｐ２…巻取ポジション。

Claims (15)

1. 筒状をなす巻芯コアをその軸線を中心に回転可能とする回転手段と、
   前記巻芯コアに対し、２枚の帯状の熱可塑性樹脂製のセパレータを固着させるセパレータ固着手段と、
   プラス電極箔及びマイナス電極箔をそれぞれ前記巻芯コアの方に向けて供給する電極箔供給手段とを備え、
   前記巻芯コアに対し、前記２枚のセパレータを固着させた状態とした上で、前記回転手段の作動に基づき前記巻芯コアを回転させつつ、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔を、それぞれ前記各セパレータを介して互いに絶縁状態で巻き取るよう構成してなる巻取装置であって、
   前記セパレータ固着手段は、
   前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の被覆層を設ける被覆層付与手段と、
   前記被覆層に対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着手段と
   を具備することを特徴とする巻取装置。
2. 筒状をなす巻芯コアをその軸線を中心に回転可能とする回転手段と、
   前記巻芯コアに対し、２枚の帯状の熱可塑性樹脂製のセパレータを固着させるセパレータ固着手段と、
   プラス電極箔及びマイナス電極箔をそれぞれ前記巻芯コアの方に向けて供給する電極箔供給手段とを備え、
   前記巻芯コアに対し、前記２枚のセパレータを固着させた状態とした上で、前記回転手段の作動に基づき前記巻芯コアを回転させつつ、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔を、それぞれ前記各セパレータを介して互いに絶縁状態で巻き取るよう構成してなる巻取装置であって、
   前記セパレータ固着手段は、
   前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の接着テープを貼付ける接着テープ貼付手段と、
   前記接着テープに対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着手段と
   を具備することを特徴とする巻取装置。
3. 前記接着テープ貼付手段は、前記巻芯コアの表面に対し、丁度１周分の長さの接着テープを貼付可能であることを特徴とする請求項２に記載の巻取装置。
4. 前記接着テープ貼付手段は、少なくとも前記巻芯コアの長手方向両端部分に接着テープを貼付可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の巻取装置。
5. 前記回転手段は、前記巻芯コアに形成された挿通孔に差込可能であり、かつ、回転可能に支持された回転軸を備えており、
   当該回転軸は、前記セパレータ及び前記両電極箔を巻回する巻取ポジションと、前記巻芯コアを着脱する着脱ポジションとに対応して複数設けられているとともに、両ポジション間を移動可能に構成されており、
   前記セパレータ固着手段は、前記巻取ポジションに対応して設けられているとともに、前記セパレータを切断可能な切断手段を備え、
   前記熱溶着手段は、前記着脱ポジションから延びる２枚のセパレータを、所定の張力を付与した状態で熱溶着可能であり、
   前記切断手段は、当該熱溶着後、前記セパレータを２枚一度に切断することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の巻取装置。
6. 巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回した巻回素子であって、
   前記巻芯コアの表面の少なくとも一部には、熱可塑性樹脂よりなる被覆層が設けられ、
   前記被覆層に対し、前記セパレータが２枚重ねられた状態で熱溶着されていることを特徴とする巻回素子。
7. 巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回した巻回素子であって、
   前記巻芯コアの表面の少なくとも一部には、熱可塑性樹脂製の接着テープが張付けられており、
   前記接着テープに対し、前記セパレータが２枚重ねられた状態で熱溶着されていることを特徴とする巻回素子。
8. 前記巻芯コアは、熱可塑性樹脂以外の素材よりなることを特徴とする請求項６又は７に記載の巻回素子。
9. 最内周側における２枚のセパレータの先端縁同士が揃っていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の巻回素子。
10. 前記接着テープの溶融温度が前記セパレータの溶融温度とほぼ等しいことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の巻回素子。
11. 回転可能に設置された巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回することにより、前記巻芯コア、前記両電極箔及び前記セパレータからなる巻回素子を製造するための巻回素子の製造方法であって、
    前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の被覆層を設ける被覆層付与工程と、
    前記被覆層に対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着工程とを具備し、
    前記セパレータが前記熱溶着で前記巻芯コアに固定された後に、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔の巻回を開始することを特徴とする巻回素子の製造方法。
12. 前記被覆層として、その溶融温度が前記セパレータの溶融温度とほぼ等しいものを用いることを特徴とする請求項１１に記載の巻回素子の製造方法。
13. 回転可能に設置された巻芯コアに対し、プラス電極箔及びマイナス電極箔を、帯状をなす熱可塑性樹脂製の２枚のセパレータを介して互いに絶縁状態で巻回することにより、前記巻芯コア、前記両電極箔及び前記セパレータからなる巻回素子を製造するための巻回素子の製造方法であって、
    前記巻芯コアの表面の少なくとも一部に対し、熱可塑性樹脂製の接着テープを貼付ける接着テープ貼付工程と、
    前記接着テープに対し前記セパレータを２枚重ねた状態で、同時に熱溶着する熱溶着工程とを具備し、
    前記セパレータが前記熱溶着で前記巻芯コアに固定された後に、前記プラス電極箔及びマイナス電極箔の巻回を開始することを特徴とする巻回素子の製造方法。
14. 前記接着テープとして、その溶融温度が前記セパレータの溶融温度とほぼ等しいものを用いることを特徴とする請求項１３に記載の巻回素子の製造方法。
15. 前記熱溶着工程に際しては、前回巻き取られた巻回素子から延びる２枚のセパレータを、所定の張力を付与した状態で熱溶着し、その後前記セパレータを２枚一度に切断することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の巻回素子の製造方法。

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