JP2009256052A - 帯状材の巻取制御方法、帯状材の巻取装置、電極巻取装置および捲回電極体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状材の巻取速度を減速する工程において、帯状材の巻きずれを小さく抑える
【解決手段】この帯状材の巻取装置１００は、巻取速度Ｖ１を減速させる減速工程Ｑ３では、巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転を減速させる処理を行う（ｓ２１〜ｓ２３）。すなわち、巻取速度Ｖ１の減速工程において、送出速度Ｖ２の制御に対して巻取速度Ｖ１の制御が遅れ、巻取速度Ｖ１≧送出速度Ｖ２になる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、供給リールから帯状材を巻取軸に巻き取る帯状材の巻取制御方法および帯状材の巻取装置、さらに帯状電極と帯状セパレータとをそれぞれ供給リールから送り出し、重ねて巻取軸に巻き取って捲回電極体を製造する捲回電極体の製造方法および電極巻取装置に関する。

帯状材の巻取装置は、例えば、特開平５−７４４４５号公報に開示されている。同公報には、うず巻き型電池に関し、正及び負の帯状電極と２枚の帯状セパレータを巻取軸に巻き取る巻取方法が開示されている。帯状電極や帯状セパレータは、それぞれ供給リールにロール状に巻き取られており、供給リールから送出されて、正負の帯状電極の間に帯状セパレータを挟むようにして巻取軸に巻き取られる。同公報に開示された帯状材の巻取装置では、ダンサローラを備えており、ダンサローラの移動量に基づいて巻出軸の駆動装置を駆動させるフィードバック制御によって、巻取時に帯状材に常に一定の張力が作用している。

また、特開平１０−３１０２９９号公報に開示されたテンション制御装置は、ダンサローラと供給リールとの間に、帯状材でループを形成するループ形成手段を備えている。そして、帯状材に作用する張力を制御する際、当該ループ形成手段で形成されるループの長さを調整することによって、ダンサローラの振れを軽減している。

また、特開平８−２１５７４９号公報に開示された張力制御装置は、巻取軸側における巻取トルクを検出するトルク検出手段と、巻取軸に巻き取られた帯状材の巻取長さを検出するための巻取量検出手段とを備えている。そして、トルク検出手段により検出された巻取トルクと、巻取量検出手段により検出された巻取長さとに基づいて、巻取時の張力が計算されている。
特開平５−７４４４５号公報 特開平１０−３１０２９９号公報 特開平８−２１５７４９号公報

上述したうず巻き型電池の捲回電極体のように、帯状電極と帯状セパレータとを重ねて捲回した捲回電極体を製造する場合には、帯状電極と帯状セパレータができるだけずれないように捲回したい。このため、帯状材の巻取装置は、巻き取られる帯状材に適当な張力を作用させて、帯状材を引っ張った状態で巻き取っている。例えば、特許文献１に開示された巻取装置では、ダンサローラの移動量に基づいて巻出軸の駆動装置を駆動させるフィードバック制御などによって、巻き取られる帯状材に適当な張力を作用させている。このように帯状材に適当な張力を作用させ、帯状材を引っ張った状態で巻き取ると、搬送ローラと帯状材との間に適当な摩擦力が作用し、帯状材が幅方向にずれるのを抑制できる。

ところで、帯状電極や帯状セパレータなどの帯状材を巻き取る巻取速度をさらに速くして巻取時間を短縮し、生産効率を向上させたい。捲回電極体の製造では、巻取速度は、巻取開始後に加速され、巻取完了前に減速される。巻取速度をさらに速くして巻取時間を短縮するには、巻取開始後に急激に加速し、巻取完了前に急激に減速する必要がある。上述したように、巻取装置では、帯状材に作用する張力を制御しているが、巻取速度の加速や減速の程度が大き過ぎるとすると、当該制御が遅れる場合が生じる。このため、帯状材の巻きずれをある程度小さく抑えることができる範囲内で可能な限り巻取速度を速くしており、さらなる巻取時間の短縮には限界があった。

本発明では、特に、巻取速度を減速する工程において、現状よりも急激に減速しても、帯状電極と帯状セパレータの巻きずれを小さく抑えることができる帯状材の巻取制御方法および巻取装置を提案する。

本発明に係る帯状材の巻取制御方法は、供給リールと巻取軸を制御して、供給リールから帯状材を巻取軸に巻き取る帯状材の巻取制御方法において、巻取速度を減速する時に、巻取軸よりも先に供給リールの回転を減速する制御を行なう。この巻取制御方法によれば、巻取速度を減速する時に、巻取軸よりも先に供給リールの回転を減速するので、巻取速度を急激に減速しても制御遅れの問題が生じず、巻取軸に巻き取られる帯状材に作用する張力を維持することができる。このため、帯状材の巻きずれを小さく抑えることができる。

この場合、供給リールの回転を減速した後、帯状材に作用する張力が大きくなったことを検知して、巻取軸の回転を減速する制御を行なってもよい。また、帯状材の巻取りを開始してから供給リールの回転を減速する制御を開始するまでは、巻取軸の回転を制御するとともに、帯状材に作用する張力の増減に基づいて供給リールの回転を制御してもよい。これにより、帯状材の巻きずれをより確実に小さく抑えることができる。

また、本発明に係る帯状材の巻取装置は、供給リールから帯状材を巻取軸に巻き取る帯状材の巻取装置であって、供給リールと巻取軸を制御する制御部を備えている。制御部は、巻取速度を減速させる減速工程では、巻取軸よりも先に供給リールの回転を減速させる処理を行う。

この場合、巻取装置は、例えば、巻取軸に巻き取られる帯状材に作用する張力を検知する第１検知部を備えていてもよく、制御部は、減速工程において、第１検知部で帯状材に作用する張力が大きくなったことを検知してから巻取軸の回転を減速させる処理を行うとよい。また、巻取装置は、帯状材に作用する張力を保持するダンサローラを備えていてもよく、第１検知部は、ダンサローラの動作に基づいて、帯状材に作用する張力を検知するとよい。

また、ダンサローラは、例えば、一端を揺動支点として揺動可能に配設された揺動軸と、揺動軸を所定の揺動方向に付勢する付勢手段と、揺動軸に取り付けられ、前記供給リールから前記巻取軸に巻き取られる帯状材が掛け渡されるローラとを備えていてもよい。この場合、第１検知部は、揺動軸の揺動に基づいて、帯状材に作用する張力の増減を検知するとよい。また、この場合、第１検知部で検知された揺動軸の揺動角度に基づいて、巻取軸の回転の減速度が調整されてもよい。また、ダンサローラは、揺動軸に複数のローラが取り付けられていてもよい。また、制御部は、巻取りを開始した後、減速工程を開始するまでは、巻取軸の回転を制御するとともに、帯状材に作用する張力の増減に基づいて供給リールの回転を制御するように構成してもよい。

また、本発明に係る電極巻取装置は、帯状電極と帯状セパレータを、それぞれ供給リールから送り出し、重ねて巻取軸に巻取ることによって捲回電極体を製造する電極巻取装置であって、各供給リールと巻取軸を制御する制御部を備えている。制御部は、巻取速度を減速させる減速工程では、巻取軸よりも先に供給リールの回転を減速させる処理を行う。

この電極巻取装置によれば、巻取速度を減速する時に、巻取軸よりも先に供給リールの回転を減速するので、巻取速度を急激に減速しても制御遅れの問題が生じず、巻取軸に巻き取られる帯状材に作用する張力を維持することができる。このため、帯状電極と帯状セパレータの巻きずれを小さく抑えることができる。

かかる電極巻取装置は、巻取軸に巻き取られる帯状電極又は帯状セパレータに作用する張力を検知する第１検知部を備えていてもよい。この場合、制御部は、減速工程において、第１検知部で帯状電極と帯状セパレータの全てに作用する張力が大きくなったことを検知してから巻取軸の回転を減速させる処理を行うとよい。

また、制御部は、巻取りを開始した後、減速工程を開始するまでは、巻取軸の回転を制御するとともに、帯状電極又は帯状セパレータに作用する張力の増減に基づいて各供給リールの回転を制御してもよい。

また、本発明に係る捲回電極体の製造方法は、帯状電極と帯状セパレータとをそれぞれ供給リールから送り出し、重ねて巻取軸に巻き取って捲回電極体を製造する捲回電極体の製造方法において、巻取速度を減速する時に、巻取軸よりも先に各供給リールの回転を減速する。この場合、供給リールの回転を減速した後、帯状電極と帯状セパレータの全てに作用する張力が大きくなってから、巻取軸の回転を減速してもよい。また、巻取りを開始してから各供給リールの回転を減速するまでは、巻取軸の回転を制御するとともに、帯状電極または帯状セパレータに作用する張力の増減に基づいて各供給リールの回転を制御してもよい。

図１に捲回電極体を製造する電極巻取装置１００Ａの一例を示す。捲回電極体を製造する電極巻取装置１００Ａは、例えば、図１に示すように、供給リール２１Ａから送り出される帯状材１１Ａを巻取軸１０１Ａに巻き取る装置である。

電極巻取装置１００Ａには、巻取軸１０１Ａと供給リール２１Ａを制御する制御部４００Ａを備えている。また、帯状材１１Ａの軌道には、帯状材１１Ａに作用する張力を調整するダンサローラ４１０Ａが取り付けられている。

制御部４００Ａは、巻取軸１０１Ａによって巻き取られる帯状材１１Ａの巻取速度Ｖ１を制御している（ｓ１）。そして、ダンサローラ４１０Ａの揺動角度などに基づいて帯状材１１Ａに作用している張力の増減を検知して（ｓ２）供給リールから送り出される帯状材１１Ａの送出速度Ｖ２を制御している（ｓ３）。巻取軸１０１Ａに巻き取られた帯状材１１Ａの量は、例えば、巻取速度Ｖ１に基づいて経時的に巻取量を積算することで算出することができる。

帯状材１１Ａに作用する張力の緩みは、ダンサローラ４１０Ａなどで吸収することができる。さらに、制御部４００Ａによって、巻取速度Ｖ１を制御しており、帯状材１１Ａの張力の増減を検知し（ｓ２）、送出速度Ｖ２を制御している（ｓ３）。かかる制御によって巻き取られる帯状材１１Ａに緩みが生じるのを抑制できる。これによって、巻きずれを抑制することができる。この場合、例えば、検知部４２０Ａがダンサローラ４１０Ａの揺動角度を検知するピッチタイムを短くすれば、帯状材１１Ａに作用する張力の増減を検知する検知精度が向上し、帯状材１１Ａに緩みが生じるのを抑制でき、巻きずれを効果的に抑制することができる。例えば、巻取速度Ｖ１を遅くする（ｓ１）と、帯状材１１Ａに作用する張力に緩みが生じるが、当該緩みをダンサローラ４１０Ａで検知して（ｓ２）、送出速度Ｖ２を遅くする制御（ｓ３）によって当該張力の緩みを吸収することができる。

ところで、本発明者はさらなる生産効率の向上を図るため巻取時間を短縮することを考えている。巻取時間を短縮するためには、帯状材１１Ａの巻きずれを抑制しつつ、現状よりも急激に加速して巻取速度Ｖ１を速くし、巻取速度Ｖ１を減速する際にも現状よりも急激に減速したい。しかしながら、このように巻取速度Ｖ１を速くすると、特に、巻取速度Ｖ１を減速する減速工程において巻きずれが生じやすくなる。

この原因について、本発明者は以下のように考えた。すなわち、巻取速度Ｖ１を現状よりも急激に減速する場合には、ダンサローラ４１０Ａで帯状材１１Ａの緩みを検知して（ｓ２）送出速度Ｖ２を遅くする（ｓ３）までに、巻取速度Ｖ１を遅くする制御によって巻取速度Ｖ１がさらに遅くなり、帯状材１１Ａに緩みが生じ、巻きずれが生じる。例えば、検知部４２０Ａがダンサローラ４１０Ａの揺動角度を検知するピッチタイムを短くするのには限界がある。また、ピッチタイムを短くしても、かかる制御遅れの問題を根本的に解決することにはならない。

本発明者は、かかる検討を基に、本発明に係る帯状材の巻取制御方法および当該巻取制御方法を具現化した帯状材の巻取装置を考えた。以下、本発明の一実施形態に係る帯状材の巻取制御方法および帯状材の巻取装置を図面に基づいて説明する。

この実施形態では、帯状材の巻取装置は、リチウムイオン二次電池(lithium-ion secondary battery)などの捲回電極体を製造する電極巻取装置に採用されている。リチウムイオン二次電池などの捲回電極体１０は、例えば、図２に示すように、帯状正極１１と、第１帯状セパレータ１２と、帯状負極１３と、第２帯状セパレータ１４とが、順に重ねられて巻き取られている。なお、以下の説明において、適宜、帯状電極１１、１３、帯状セパレータ１２、１４を総称して「帯状材」という。

帯状正極１１は、この実施形態では、アルミニウム箔からなる帯状シート３１（正極集電体）の両面にリチウムを含む電極材料３２（正極活物質）が塗工されている。当該電極材料３２としては、例えば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）などが挙げられる。

帯状負極１３は、この実施形態では、銅箔からなる帯状シート４１（負極集電体）の両面に電極材料４２（負極活物質）が塗工されている。当該電極材料４２に含まれる好適な負極活物質としては、例えば、グラファイト（Graphite）やアモルファスカーボン（Amorphous Carbon）などの炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等などが挙げられる。

帯状セパレータ１２、１４は、イオン性物質が透過可能な膜であり、この実施形態では、ポリプロピレン製の微多孔膜を用いている。

正負の帯状電極１１、１３は、それぞれ帯状シート３１、４１に上述した電極材料３２、４２が塗工された帯状の電極体である。電極材料３２、４２は、帯状シート３１、４１の幅方向片側に偏って塗工されており、帯状シート３１、４１の幅方向反対側の縁部は、電極材料３２、４２が塗工されていない。正負の帯状電極１１、１３のうち、帯状シート３１、４１に電極材料３２、４２が塗工された部位を塗工部１１ａ、１３ａといい、帯状シート３１、４１に電極材料３２、４２が塗工されていない部位を未塗工部１１ｂ、１３ｂという。

図３は、帯状正極１１と、第１帯状セパレータ１２と、帯状負極１３と、第２帯状セパレータ１４とが順に重ねられた状態を示す幅方向の断面図である。帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａは、それぞれ帯状セパレータ１２、１４を挟んで対向している。図２および図３に示すように、捲回電極体１０の捲回方向に直交する方向（巻き軸方向）の両側において、帯状正極１１と帯状負極１３の未塗工部１１ｂ、１３ｂは、帯状セパレータ１２、１４からそれぞれはみ出ている。当該帯状正極１１と帯状負極１３の未塗工部１１ｂ、１３ｂは、捲回電極体１０の正極と負極の集電体１１ｂ１、１３ｂ１をそれぞれ形成している。

かかるリチウムイオン二次電池では、放充電時に、帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａの間で、帯状セパレータ１２、１４を通してリチウムイオンが行き来する。この際、リチウムイオンが析出するのを防止するため、帯状正極１１の塗工部１１ａは、帯状負極１３の塗工部１３ａからはみ出ないようにしたい。帯状正極１１の塗工部１１ａは、帯状負極１３の塗工部１３ａからはみ出ないように構成することによって、放充電時に、リチウムイオンの析出するのを防止することができる。

この実施形態では、図２および図３に示すように、帯状正極１１の両側において、帯状正極１１の塗工部１１ａの縁から帯状負極１３の塗工部１３ａの縁がはみ出る距離ｄ１、ｄ２に、それぞれ予め定めた距離を確保している。

また、帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａが、それぞれ帯状セパレータ１２、１４からはみ出ないようにして内部短絡を防止している。帯状正極１１の塗工部１１ａと帯状負極１３の塗工部１３ａの幅については、製造上の誤差があったり、帯状正極１１と帯状負極１３、および、帯状セパレータ１２、１４が重ねられる際に幅方向にずれが生じたりする。このため、誤差やずれを許容するべく、帯状負極１３の塗工部１３ａの幅ｂと帯状正極１１の塗工部１１ａの幅ａとの差分（ｂ−ａ）、第１帯状セパレータ１２と第２帯状セパレータ１４の幅ｃ１、ｃ２と帯状負極１３の塗工部１３ａの幅ｂとの差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）に所要の距離を設定している。

この実施形態では、上述したように距離ｄ１、ｄ２、差分（ｂ−ａ）および差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）を設定することによって製造上の誤差や巻取時のずれを許容している。製造誤差や、巻取時のずれが大きい場合には、上述した距離ｄ１、ｄ２、差分（ｂ−ａ）、および、差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）を大きく設定する必要がある。また、製造誤差や、巻取時のずれを小さくすることができれば、差分（ｂ−ａ）、差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）を小さく設定することができ、それだけ原材料コストを低減することができる。このように、当該捲回電極体１０の製造においては、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の巻きずれを出来る限り小さくしたい。

電極巻取装置１００は、図４に示すように、巻取軸１０１に帯状正極１１（第１帯状電極）と、第１帯状セパレータ１２と、帯状負極１３（第２帯状電極）と、第２帯状セパレータ１４とを順に重ねて巻き取る装置である。

帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４は、それぞれ供給リール２１〜２４に巻き取られており、当該供給リール２１〜２４から供給されている。電極巻取装置１００は、巻取軸１０１の近くに、エッジ検知装置２０１〜２０４と、補正機構３０１〜３０４を備えている。

エッジ検知装置２０１〜２０４は巻取軸１０１に巻き取られる帯状材１１〜１４の縁部の位置をそれぞれ検知する装置である。補正機構３０１〜３０４は巻取軸１０１に巻き取られる帯状材１１〜１４の幅方向の位置を補正する機構である。なお、図４は、電極巻取装置１００の一部、主にエッジ検知装置２０１〜２０４や補正機構３０１〜３０４を説明する図であり、電極巻取装置１００の他の部分を省略している。

この電極巻取装置１００は、制御部４００を備えている。ここで、制御部４００は、ＣＰＵなどからなる演算部と、不揮発性メモリーなどからなる記憶部とを備えており、予め設定されたプログラムに沿って、当該電極巻取装置１００の種々の電子的な演算処理や各部位の制御を行う装置である。

この実施形態では、制御部４００は、エッジ検知装置２０１〜２０４の検知信号に基づいて補正機構３０１〜３０４を制御している。帯状材１１〜１４は、当該補正機構３０１〜３０４によって幅方向の位置を補正されつつ巻取軸１０１に巻き取られている。

なお、かかる帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の幅方向の位置を補正する具体的な制御方法や、エッジ検知装置２０１〜２０４や、補正機構３０１〜３０４などの機械構成については、適宜種々の構成を採用することができる。

また、この実施形態では、電極巻取装置１００は、各帯状材１１〜１４を巻き取る際に、帯状材１１〜１４に作用する張力を調整している。巻取軸１０１に巻き取られる帯状材１１〜１４に適切な張力を作用させることによって、搬送ローラと帯状材１１〜１４との間に適当な摩擦力が作用し、帯状材１１〜１４が軌道上で幅方向にずれるのを抑制できる。また、上述した帯状材１１〜１４の幅方向の位置を補正する制御についても所要の精度を確保することができる。

また、制御部４００は、供給リール２１〜２４と巻取軸１０１を制御している。この実施形態では、巻取軸１０１と供給リール２１〜２４は、図４に示すように、それぞれ制御部４００によって制御されて駆動する駆動モータ１２１〜１２４で駆動力を受けて回転する。これによって、制御部４００は、帯状材１１〜１４の送出速度Ｖ２と巻取速度Ｖ１をそれぞれ制御することができる。

また、この実施形態では、電極巻取装置１００は、図５に示すように、第１検知部４０１とダンサローラ４１０（dancer roller）を備えている。なお、ダンサローラ４１０はテンションレバーとも呼ばれている。

第１検知部４０１は、巻取軸１０１に巻き取られる帯状電極１１、１３又は帯状セパレータ１２、１４（帯状材１１〜１４）に作用する張力を検知する。この実施形態では、第１検知部４０１はダンサローラ４１０の動作に基づいて、帯状材１１〜１４に作用する張力を検知する。以下、ダンサローラ４１０を説明する。

ダンサローラ４１０は、巻き取られる帯状材１１〜１４に作用する張力を調整する装置である。この実施形態では、ダンサローラ４１０は、揺動軸４１１と、付勢手段４１２と、ローラ４１３、４１４とを備えている。揺動軸４１１は、一端を揺動支点４１５として揺動可能に配設された軸部材である。付勢手段４１２は、例えば、エアシリンダやばねで構成されており、揺動軸４１１を所定の揺動方向に付勢する。なお、この実施形態では、付勢手段４１２の付勢力は、制御部４００によって制御され、当該付勢力を調整することによって帯状材１１〜１４に作用する張力が調整されている。この実施形態では、ローラ４１３、４１４は、揺動軸４１１の揺動端部と揺動軸４１１の中間位置に取り付けられている。

帯状材１１〜１４は、図５に示すように、供給リール２１〜２４から、固定的に配設されたテンションローラ４２１〜４２３と、ダンサローラ４１０のローラ４１３、４１４に掛け渡されている。図６および図７に示すように、ダンサローラ４１０は、帯状材１１〜１４に作用する張力が増減すると、これに応じて揺動軸４１１が揺動し、帯状材１１〜１４の軌道の長さを変化させて帯状材１１〜１４に作用する張力の増減を吸収する。

この実施形態では、図５に示すように、揺動軸４１１の揺動端部と揺動軸４１１の中間位置にローラ４１３、４１４が取り付けられており、テンションローラ４２１〜４２３を介して、揺動軸４１１に帯状材１１〜１４が複数回（この実施形態では、２回）掛け渡されている。このように、このダンサローラ４１０は、揺動軸４１１に複数のローラ４１３、４１４が取り付けられている。かかる構成によって、ダンサローラ４１０に掛け渡されている部分、すなわち、テンションローラ４２１〜４２３とダンサローラ４１０のローラ４１３、４１４に掛け渡されている部分の帯状材１１〜１４の軌道は長く確保されている。このため、このダンサローラ４１０は、揺動軸４１１の揺動に応じて調整できる帯状材１１〜１４の軌道が長く、帯状材１１〜１４の張力を調整できる能力が高い。

このダンサローラ４１０は、図５に示すように、帯状材１１〜１４の張力と付勢手段４１２の付勢力が釣り合っている場合には、揺動軸４１１は所定の揺動角度（中立位置）に維持されている。

そして、帯状材１１〜１４の張力が付勢手段４１２の付勢力よりも大きくなると、図６に示すように、揺動軸４１１は図中２点鎖線で示す中立位置よりも図中左側に振れる。また、帯状材１１〜１４の張力が付勢手段４１２の付勢力よりも小さくなると、図７に示すように、揺動軸４１１は図中２点鎖線で示す中立位置よりも図中右側に振れる。なお、ここでは揺動軸４１１が振れる方向は、便宜上、図面上の方向で表現している。揺動軸４１１が振れる方向は、実際には、揺動軸４１１の配設方向により決まり、必ずしも左右に振れるとは限らない。

なお、図６に示すように、揺動軸４１１が左に振れると、ダンサローラ４１０に掛け渡されている部分において帯状材１１〜１４の軌道が短くなる。これにより、帯状材１１〜１４に作用する張力が緩和される。また、図７に示すように、揺動軸４１１が右に振れると、ダンサローラ４１０に掛け渡されている部分において帯状材１１〜１４の軌道が長くなり、帯状材１１〜１４に作用する張力が緩むのを抑制することができる。

第１検知部４０１は、揺動軸４１１の揺動に基づいて帯状材１１〜１４に作用する張力の増減を検知している。揺動軸４１１の揺動およびその揺動角度は、例えば、揺動軸４１１の揺動支点４１５に取り付けたエンコーダやポテンショメータに基づいて検知することができる。

この実施形態では、揺動軸４１１が左に振れたことを検知することによって、帯状材１１〜１４に作用する張力が大きくなったことを検知することができる。また、揺動軸４１１が右に振れたことを検知することによって、帯状材１１〜１４に作用する張力が減少したことを検知することができる。

この電極巻取装置１００は、捲回電極体１０を製造する際、帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４を、巻取軸１０１に予め定められた長さ巻き取る。巻取速度Ｖ１は、巻取軸１０１が帯状材１１〜１４を巻き取る速度で規定される。また、供給リール２１〜２４が帯状材１１〜１４を送り出す送出速度Ｖ２は、必ずしも巻取速度Ｖ１に一致しない。巻取速度Ｖ１と送出速度Ｖ２は、例えば、帯状材１１〜１４が押し当てられて滑りなく回転するローラの回転速度および当該テンションローラの直径に基づいて算出することができる。巻取速度Ｖ１は、ダンサローラ４１０の下流側（ダンサローラ４１０と巻取軸１０１との間）で、計測するとよい。送出速度Ｖ２は、ダンサローラ４１０の上流側（ダンサローラ４１０と供給リール２１〜２４との間）で計測するとよい。

なお、巻取速度Ｖ１と送出速度Ｖ２の算出方法は、この方法に限らず種々の方法を採用することができる。例えば、巻取速度Ｖ１は、巻取軸１０１の回転速度と、巻取軸１０１に巻き取られた帯状材１１〜１４の直径に基づいて算出してもよい。また、送出速度Ｖ２は、供給リール２１〜２４の回転速度と、供給リール２１〜２４に巻き取られている帯状材１１〜１４の直径に基づいて算出してもよい。この方法では、巻取軸１０１に巻き取られた帯状材１１〜１４の直径、供給リール２１〜２４に巻き取られている帯状材１１〜１４の直径は、巻取開始後、徐々に変化する。このため、巻き取られた帯状材１１〜１４の長さや、送り出された帯状材１１〜１４の長さに基づいて推計するとよい。

この電極巻取装置１００は、巻取軸１０１に帯状材１１〜１４をセットし、帯状材１１〜１４に所要の張力を作用させ、緩みがない状態で、帯状材１１〜１４の巻取りを開始する。この実施形態では、図８に示すように、巻取りを開始した後、巻取速度Ｖ１を加速させ、その後、巻取速度Ｖ１を所定の速度で一定に維持する。その後、巻取速度Ｖ１を減速させて巻取りを終える。

制御部４００は、巻取りを開始した後、減速工程を開始するまでは、巻取軸１０１の回転を制御するとともに、帯状材１１〜１４に作用する張力の増減に基づいて供給リール２１〜２４の回転を制御する。

すなわち、この実施形態では、巻取りを開始する際、制御部４００は、図９に示すように、巻取軸１０１を回転させてから供給リール２１〜２４を回転させる（ｓ１１〜ｓ１３）。巻取軸１０１が回転する（ｓ１１）と、帯状材１１〜１４に作用する張力が大きくなって揺動軸４１１が左に振れる。制御部４００は、揺動軸４１１が左に振れたのを第１検知部４０１によって検知し（ｓ１２）、当該検知（ｓ１２）の後、供給リール２１〜２４を回転させる（ｓ１３）。

この電極巻取装置１００は、図８および図９に示すように、巻取速度Ｖ１を加速させる加速工程Ｑ１、および、巻取速度Ｖ１を維持する工程Ｑ２において、巻取軸１０１を制御し（ｓ１１）、帯状材１１〜１４に作用する張力の増減を検知しつつ（ｓ１２）、当該検知結果を基に供給リール２１〜２４を制御する（ｓ１３）。特に、巻取速度Ｖ１の加速工程Ｑ１においては、図８に示すように、巻取速度Ｖ１に対して送出速度Ｖ２は少し遅れて加速され、巻取速度Ｖ１≧送出速度Ｖ２の関係が保たれる。このため、帯状材１１〜１４に緩みが生じるのを抑制することができる。

また、この電極巻取装置１００は、図８および図１０に示すように、巻取速度Ｖ１を減速させる減速工程Ｑ３では、上記制御手順を変え、巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転を減速させる処理を行う（ｓ２１〜ｓ２３）。すなわち、この実施形態では、制御部４００は、図８および図１０に示すように、巻取速度Ｖ１を遅くする減速工程Ｑ３において、送出速度Ｖ２を遅くする第１処理（ｓ２１）を行った後、巻取速度Ｖ１を遅くする第２処理（ｓ２３）を行う。

この場合、例えば、送出速度Ｖ２を遅くする第１処理（ｓ２１）を行った後、第１検知部４０１で帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の全てに作用する張力が大きくなったことを検知（ｓ２２）してから、巻取速度Ｖ１を遅くする第２処理（ｓ２３）を行うとよい。

この電極巻取装置１００は、減速工程Ｑ３において、巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転を減速させる。巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転を減速させると、巻き取られる帯状材１１〜１４に作用する張力が大きくなる。このため、巻き取られる帯状材１１〜１４に作用する張力が維持された状態で巻取速度Ｖ１を遅くすることができる。これにより、帯状材１１〜１４が緩むことを抑制でき、帯状材１１〜１４が緩むことに起因して生じる巻きずれを抑制できる。

この実施形態では、減速工程Ｑ３において、送出速度Ｖ２を先行して遅くし（ｓ２１）、第１検知部４０１で帯状電極１１、１３と帯状セパレータ１２、１４の全てに作用する張力が大きくなったことを検知（ｓ２２）してから、巻取軸１０１の回転を減速させる処理をしている（ｓ２３）。このため、減速工程Ｑ３において、巻取速度Ｖ１≧送出速度Ｖ２に保つことができ、帯状材１１〜１４に作用する張力が緩むのをより確実に抑制することができる。

この実施形態では、電極巻取装置１００は、図５に示すように、帯状材１１〜１４に作用する張力を保持するダンサローラ４１０を備えており、第１検知部４０１は、ダンサローラ４１０の動作に基づいて、帯状材１１〜１４に作用する張力の増加を検知している。また、ダンサローラ４１０は、一端を揺動支点４１５として揺動可能に配設された揺動軸４１１と、揺動軸４１１を所定の揺動方向に付勢する付勢手段４１２と、揺動軸４１１に取り付けられたローラ４１３、４１４とを備えている。

そして、供給リール２１〜２４から巻取軸１０１に巻き取られる帯状材１１〜１４は、ダンサローラ４１０のローラ４１３、４１４と、固定的に配設されたテンションローラ４２１〜４２３とに掛け渡されている。そして、第１検知部４０１は、かかる揺動軸４１１の揺動に基づいて、帯状電極１１、１３に作用する張力の増減を検知する。

このように、第１検知部４０１は、ダンサローラ４１０の揺動軸４１１の揺動に基づいて、帯状電極１１、１３に作用する張力の増減を検知する構成によって実現できる。

この場合、当該揺動軸４１１の揺動角度に基づいて、巻取速度Ｖ１の減速度（巻取速度Ｖ１を遅くする程度）を調整するとよい。この実施形態では、電極巻取装置１００は、上述したように巻取速度Ｖ１を減速する減速工程Ｑ３において、巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転が減速する。巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転が減速すると、帯状材１１〜１４に作用する張力が大きくなる。

この実施形態では、揺動軸４１１の揺動角度に基づいて、巻取軸１０１の回転の減速度（巻取速度Ｖ１を遅くする程度）が調整されている。当該揺動軸４１１の揺動角度は、巻取速度Ｖ１と送出速度Ｖ２の差に起因しており、当該揺動軸４１１の揺動角度に基づいて、巻取速度Ｖ１の減速度を調整することによって、適切に巻取速度Ｖ１を制御することができる。

この実施形態では、図５に示すように、供給リール２１〜２４から巻取軸１０１に巻き取られる帯状材１１〜１４は、ダンサローラ４１０のローラ４１３、４１４と、固定的に配設されたテンションローラ４２１〜４２３とに掛け渡されている。

この実施形態では、送出速度Ｖ２を遅くして、帯状材１１〜１４に作用する張力が大きくなると、図１１に示すように、揺動軸４１１が図中左に揺動し、帯状材１１〜１４の軌道が短くなる。

この際、揺動軸４１１の揺動角度θに基づいて帯状材の軌道が縮んだ長さΔＸとの関係を求め、当該長さΔＸが大きくなるにつれて、巻取速度Ｖ１の減速度が大きくなるように、巻取速度Ｖ１の制御値を算出するとよい。

例えば、図１１に示すように、揺動軸４１１の揺動支点４１５から、揺動軸４１１の中間位置のローラ４１４までの長さをＬａとし、揺動軸４１１の揺動端部のローラ４１３までの長さをＬｂとする。そして、揺動軸４１１の揺動支点４１５から、中間位置のローラ４１４の揺動支点４１５側の側面までの長さをｃ、当該ローラ４１４の揺動支点４１５の反対側の側面までの長さをｄ、揺動端部のローラ４１３の揺動支点４１５側の側面までの長さをｅ、当該ローラ４１３の揺動支点４１５の反対側の側面までの長さをｆとする。揺動軸４１１の揺動角度θに基づいて帯状材の軌道が縮んだ長さΔＸは、図１１に示すように、揺動角度θを中心角とし、上記ｃ、ｄ、ｅ、ｆの各長さを半径とした４つの扇形の円弧ｇ、ｈ、ｉ、ｊを合わせた長さに相当する（以下の数式参照）。また、ローラ４１４の直径をｒａ、ローラ４１３の直径をｒｂとし、ｇ、ｈ、ｉ、ｊは、それぞれ算出する式を以下の数式に示す。

ΔＸ＝ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ、
ｇ＝（Ｌａ−ｒａ/２）×θ、
ｈ＝（Ｌａ＋ｒａ/２）×θ、
ｉ＝（Ｌｂ−ｒｂ/２）×θ、
ｊ＝（Ｌｂ＋ｒｂ/２）×θ
当該ΔＸは、送出速度Ｖ２を遅くしたことによって生じた巻取速度Ｖ１と送出速度Ｖ２の速度差（Ｖ１−Ｖ２）によって生じる。そこで、ΔＸに応じて、Ｖ１を遅くする速度を決めると良い。この場合、例えば、当該ΔＸを制御周期ｔで割って、１回の制御でＶ１遅くする速度ΔＶを求める。巻取速度Ｖ１を（Ｖ１−ΔＶ）にするとよい。

また、例えば、巻取速度Ｖ１および巻取軸１０１の制御を巻取軸１０１の角速度ω１で制御している場合では、ΔＸに相当する巻取軸１０１の回転角Φを算出する。そして、当該Φを制御周期ｔで割って、１回の制御で遅くする角速度Δωを算出し、巻取軸１０１の角速度ω１を（ω１−Δω）にするとよい。まとめると以下の数式のとおりである。

ΔＶ＝ΔＸ/ｔ、
Ｖ１＝（Ｖ１−ΔＶ）
ω１＝（ω１−Δω）
なお、この場合、電極巻取装置１００の装置構成等を考慮して、適切に巻取軸１０１を制御するとよい。また、ΔＸに相当する巻取軸１０１の回転角Φを算出する際には、帯状材１１〜１４を含む巻取軸１０１の径に基づいて回転角Φを算出するとよい。帯状材１１〜１４を含む巻取軸１０１の径は、巻取軸１０１が帯状材１１〜１４を巻き取る間、随時大きくなる。このため、巻取軸１０１に巻き取られた帯状材１１〜１４を含む巻取軸１０１の径を計測する測定装置を設け当該、計測装置の測定値を基に、巻取軸１０１の径を規定するとよい。

帯状電極１１、１３や帯状セパレータ１２、１４などの帯状材１１〜１４を巻き取る巻取速度Ｖ１をさらに速くして巻取時間を短縮し、生産効率を向上させる場合にも、巻取完了前に急激に減速される。

この電極巻取装置１００は、巻取速度Ｖ１を減速する時に、巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転を減速する。すなわち、図８に示すように、巻取速度Ｖ１の減速工程Ｑ３において、送出速度Ｖ２に対して巻取速度Ｖ１が遅れる。このため、帯状材１１〜１４に作用する張力が緩むのを抑制できる。

特に、この実施形態では、電極巻取装置１００は、供給リール２１〜２４の回転を減速した後、帯状材１１〜１４に作用する張力が大きくなったことを検知して、巻取軸１０１の回転を減速する処理を行う。このため、巻取速度Ｖ１≧送出速度Ｖ２が維持され、巻取速度Ｖ１＜送出速度Ｖ２になることがない。このため、帯状材１１〜１４に作用する張力を所定以上維持することができ、帯状材１１〜１４に作用する張力が緩むのを抑制でき、帯状材１１〜１４の幅方向の巻きずれをある程度小さく抑えることができる。更なる巻取速度の高速化および更なる巻取時間の短縮を実現することができる。

また、この電極巻取装置１００によれば、制御部４００は、図８に示すように、巻取りを開始した後、減速工程Ｑ３を開始するまで（Ｑ１、Ｑ２の工程）は、巻取軸１０１の回転を制御するとともに、帯状電極１１、１３や帯状セパレータ１２、１４に作用する張力の増減に基づいて供給リール２１〜２４の回転を制御する。そして、上述したように減速工程Ｑ３では、巻取軸１０１よりも先に供給リール２１〜２４の回転を減速し、帯状電極１１、１３や帯状セパレータ１２、１４の全てに作用する張力が大きくなったことを検知してから巻取軸１０１の回転を制御する。このため、この実施形態では、全工程（Ｑ１〜Ｑ３）において、巻取速度Ｖ１≧送出速度Ｖ２の関係を保つことができ、帯状電極１１、１３や帯状セパレータ１２、１４に緩みが生じるのを抑制することができる。

なお、本発明は、帯状材の巻取装置において、巻取速度Ｖ１を速くして巻取時間を短縮し、生産効率を向上させることを実現するが、減速工程における巻きずれを抑制することができる。この電極巻取装置１００によれば、図２および図３に示すように、当該電極巻取装置１００で製造される捲回電極体１０において、帯状負極１３の塗工部１３ａの幅ｂと帯状正極１１の塗工部１１ａの幅ａとの差分（ｂ−ａ）や、第１帯状セパレータ１２と第２帯状セパレータ１４の幅ｃ１、ｃ２と帯状負極１３の塗工部１３ａの幅ｂとの差分（（ｃ１、ｃ２）−ｂ）を小さく設定することができ、原材料コストを低減することに寄与することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る帯状材の巻取装置として電極巻取装置１００および捲回電極体の製造方法を説明したが、本発明に係る帯状材の巻取装置は上述した実施形態に限定されない。

例えば、帯状材の巻取装置としての電極巻取装置１００の装置構成は、上述した実施形態に限定されない。特に、ダンサローラの構成や、巻取軸および供給リールの制御手順等についても上述した実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。

また、上述した実施形態では、帯状材の巻取装置として、帯状電極と帯状セパレータを捲回する捲回電極体を製造する電極巻取装置を例示した。また、当該捲回電極体については、リチウムイオン二次電池に用いられる捲回電極体を例示したが、本発明に係る帯状材の巻取装置の用途についてもこれらに限定されない。帯状材としては、帯状電極や帯状セパレータに限定されず、種々の帯状材、例えば、帯状テープ、ロール紙、帯状のフィルムでもよく、本発明に係る帯状材の巻取装置は、これらの巻取装置に適用できる。

帯状材の巻取装置の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係る電極巻取装置で製造される捲回電極体の構造を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置で製造される捲回電極体の電極構造を示す断面図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置の構造を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置の構造を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置の使用状態を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置の使用状態を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置の巻取速度と時間との関係を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置の加速工程での制御を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置の減速工程での制御を示す図。 本発明の一実施形態における電極巻取装置のダンサローラで調整される帯状材の軌道の長さを示す図。

符号の説明

１０ 捲回電極体
１１ 帯状正極（帯状電極、帯状材）
１２ 帯状セパレータ（帯状材）
１３ 帯状負極（帯状電極、帯状材）
１４ 帯状セパレータ（帯状材）
２１−２４ 供給リール
１００ 電極巻取装置（帯状材の巻取装置）
１０１ 巻取軸
１２１−１２４ 駆動モータ
２０１−２０４ エッジ検知装置
３０１−３０４ 補正機構
４００ 制御部
４０１ 第１検知部
４１０ ダンサローラ
４１１ 揺動軸
４１２ 付勢手段
４１３、４１４ ローラ
４１５ 揺動支点
４２１−４２３ テンションローラ
Ｑ１ 加速工程
Ｑ２ 巻取速度を維持する工程
Ｑ３ 減速工程
Ｖ１ 巻取速度
Ｖ２ 送出速度

Claims (16)

1. 供給リールと巻取軸を制御して、前記供給リールから帯状材を巻取軸に巻き取る帯状材の巻取制御方法において、
   巻取速度を減速する時に、前記巻取軸よりも先に前記供給リールの回転を減速する制御を行なう、帯状材の巻取制御方法。
2. 前記供給リールの回転を減速した後、前記帯状材に作用する張力が大きくなったことを検知して、前記巻取軸の回転を減速する制御を行なう、請求項１に記載の帯状材の巻取制御方法。
3. 前記帯状材の巻取りを開始してから前記供給リールの回転を減速する制御を開始するまでは、前記巻取軸の回転を制御するとともに、前記帯状材に作用する張力の増減に基づいて前記供給リールの回転を制御する、請求項１または２に記載の帯状材の巻取制御方法。
4. 供給リールから帯状材を巻取軸に巻き取る帯状材の巻取装置であって、
   前記供給リールと前記巻取軸を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   巻取速度を減速させる減速工程では、前記巻取軸よりも先に前記供給リールの回転を減速させる処理を行う、帯状材の巻取装置。
5. 前記巻取軸に巻き取られる帯状材に作用する張力を検知する第１検知部を備え、
   前記制御部は、
   前記減速工程において、前記第１検知部で帯状材に作用する張力が大きくなったことを検知してから前記巻取軸の回転を減速させる処理を行う、請求項４に記載の帯状材の巻取装置。
6. 前記帯状材に作用する張力を保持するダンサローラを備え、前記第１検知部は、前記ダンサローラの動作に基づいて、前記帯状材に作用する張力を検知する、請求項５に記載の帯状材の巻取装置。
7. 前記ダンサローラは、
   一端を揺動支点として揺動可能に配設された揺動軸と、
   前記揺動軸を所定の揺動方向に付勢する付勢手段と、
   前記揺動軸に取り付けられ、前記供給リールから前記巻取軸に巻き取られる帯状材が掛け渡されるローラと
   を備えており、
   第１検知部は、前記揺動軸の揺動に基づいて、前記帯状材に作用する張力の増減を検知する、請求項６に記載の帯状材の巻取装置。
8. 前記第１検知部で検知された揺動軸の揺動角度に基づいて、前記巻取軸の回転の減速度が調整される、請求項７に記載の帯状材の巻取装置。
9. 前記ダンサローラは、前記揺動軸に複数のローラが取り付けられている、請求項７または８に記載の帯状材の巻取装置。
10. 前記制御部は、
    巻取りを開始した後、前記減速工程を開始するまでは、
    前記巻取軸の回転を制御するとともに、前記帯状材に作用する張力の増減に基づいて前記供給リールの回転を制御する、請求項４から９の何れかに記載の帯状材の巻取装置。
11. 帯状電極と帯状セパレータを、それぞれ供給リールから送り出し、重ねて巻取軸に巻取ることによって捲回電極体を製造する電極巻取装置であって、
    前記各供給リールと前記巻取軸を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、
    巻取速度を減速させる減速工程では、前記巻取軸よりも先に前記供給リールの回転を減速させる処理を行う、電極巻取装置。
12. 前記巻取軸に巻き取られる帯状電極又は帯状セパレータに作用する張力を検知する第１検知部を備え、
    前記制御部は、
    前記減速工程において、前記第１検知部で帯状電極と帯状セパレータの全てに作用する張力が大きくなったことを検知してから前記巻取軸の回転を減速させる処理を行う、請求項１１に記載の電極巻取装置。
13. 前記制御部は、
    巻取りを開始した後、前記減速工程を開始するまでは、
    前記巻取軸の回転を制御するとともに、前記帯状電極又は帯状セパレータに作用する張力の増減に基づいて前記各供給リールの回転を制御する、請求項１１または１２の何れかに記載の電極巻取装置。
14. 帯状電極と帯状セパレータとをそれぞれ供給リールから送り出し、重ねて巻取軸に巻き取って捲回電極体を製造する捲回電極体の製造方法において、
    巻取速度を減速する時に、前記巻取軸よりも先に前記各供給リールの回転を減速する、捲回電極体の製造方法。
15. 前記供給リールの回転を減速した後、前記帯状電極と帯状セパレータの全てに作用する張力が大きくなってから、前記巻取軸の回転を減速する、請求項１４に記載の捲回電極体の製造方法。
16. 巻取りを開始してから前記各供給リールの回転を減速するまでは、前記巻取軸の回転を制御するとともに、前記帯状電極または帯状セパレータに作用する張力の増減に基づいて前記各供給リールの回転を制御する、請求項１４または１５に記載の捲回電極体の製造方法。

Images