JP2009272245A

JP2009272245A - 電極集束装置

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Publication number: JP2009272245A
Application number: JP2008123749A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Kitamura; 嘉秀北村
Original assignee: Kaido Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kaido Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP5318457B2

Abstract

【課題】極板の縁部に集電体を直に接合できる巻回電極を製造する電極集束装置を提供する。
【解決手段】電極集束装置２は、互いに回転軸７の径方向に隔たる複数の拡隙部材８１〜８４と、これら総ての拡隙部材を軸方向に進退自在に支持する支持部材９と、総ての拡隙部材を軸方向に個別に進退させる進退手段１０とを備える。進退手段１０は、両極板が巻回される過程で、拡隙部材８１〜８４を、回転軸７の近くに位置する順に両極板へ向けて前進させ、総ての拡隙部材が前進したところで、これらの拡隙部材を両極板から後退させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻回装置で渦巻形に巻回される極板を集束する電極集束装置に関する。

特許文献１は、帯状の極板の縁部を、活物質の塗布されてない非塗工部とし、この極板を巻回して成る巻回電極に、集電機構を接合する技術を開示している。これを図９に示した電池１００を例に説明する。集電機構１０１は、導体から成る複数のスペーサ片１０２を、ねじ１０３を用いて中心軸１０４へ向けて押付けるものである。中心軸１０４は外部端子１０５に電気的に接続している。巻回電極体１０６は、巻回装置によって製造された時点で、その端部から渦巻形に湾曲した非塗工部１０７を突出している。渦巻形とは、矢印ｈ方向から非塗工部１０７を見下ろした形状である。

集電機構１０１を巻回電極体１０６に接合するには、先ず、非塗工部１０７の間にスペーサ片１０２をそれぞれ没入し、非塗工部１０７をリング状領域１０８〜１１０に区分する。この状態で、ねじ１０３を強く締めれば、非塗工部１０７がリング状領域１０８〜１１０毎に集束し、スペーサ片１０２及び中心軸１０４が非塗工部１０７にそれぞれ密接する。また、特許文献２は、整形ピンを巻回電極体に進退させる装置を開示している。
特開２００１−２５７００２号公報特開平１１−０２５９６０号公報

しかしながら、非塗工部１０７の間には薄紙が進入できる程度の余裕しかない。このような隙間にスペーサ片１０２を没入させるには、予め非塗工部１０７を塑性変形させる等して非塗工部１０７の間を広げなければならない。この作業を電池１００の製造過程で手早く行うのは難しく、総てのスペーサ片１０７を図示のように配置するには多くの手間と時間が費やされる。また、上記の手順で完成される電池１００は、集電機構１０１を内装した製品であるため、電池１００の全長及び重量が集電機構１０１の大きさ及び重さに相当する分増大し、電池１００の部品点数及び単価も増大することになる。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑みて為されたものであり、極板の縁部に集電体を直に接合できる巻回電極を製造する電極集束装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電極集束装置は、縁部を有する帯状の正負の両極板と、これらの間に介在するセパレータとを重ね合せ、前記両極板のうちの一方の極板をその縁部が他方の極板及び前記セパレータよりも突出するよう位置決めし、前記両極板及びセパレータを、前記回転軸の回転に従わせて前記縁部が渦巻形に湾曲する方向に巻回する巻回装置に設けられるものであって、前記回転軸にその径方向に隔たり、前記一方の極板の縁部に先端を対向させる拡隙部材と、前記回転軸と共に回転し、前記複数の拡隙部材を軸方向に進退自在に支持する支持部材と、前記拡隙部材を軸方向に進退させる進退手段とを備え、前記両極板が巻回される過程で、前記進退手段が、前記拡隙部材をその先端が前記渦巻形に湾曲する一方の極板の縁部同士の間に進入するよう前進させ、前記一方の極板の縁部を、前記拡隙部材の先端に倣わせて径方向に撓ませることにより、前記一方の極板の縁部を相互に集束させ、前記進退手段が、前記拡隙部材を後退させることにより、前記一方の極板の縁部から前記拡隙部材の先端を退出させることを特徴とする。

更に、本発明に係る電極集束装置は、前記他方の極板が、その縁部を前記一方の極板及びセパレータよりも突出するよう位置決めされる請求項１に記載の巻回装置に設けられるものであって、前記両極板が巻回される過程で、前記他方の極板の縁部に先端を対向させる拡隙部材を、前記他方の極板の縁部に向けて進退させることを特徴とする。

更に、本発明に係る電極集束装置は、複数の前記拡隙部材が互いに前記回転軸の径方向に隔り、前記進退手段が、前記複数の拡隙部材を、前記回転軸の近くに位置する順に前進させることを特徴とする。

更に、本発明に係る電極集束装置は、前記複数の拡隙部材はそれぞれが軸部を有し、これら複数の軸部が、前記支持部材を貫く複数の挿通孔に各々挿通し、前記進退手段は、前記回転軸と共に回転し軸方向に進退する移動部材を、前記支持部材より前記拡隙部材の前進する前方に配置し、前記移動部材に、前記複数の軸部を通過させる複数の先導孔を形成し、前記複数の軸部を複数の付勢手段によって前進する方向へ各々押付け、前記複数の軸部に、前記拡隙部材の先端が前記移動部材の先導孔から突出する寸法を規定するプレストッパと、前記複数の軸部が前記支持部材に対して前進できる限界を規定するエンドストッパとを各々設け、前記複数の軸部が前記回転軸から径方向に離れて位置するに従って、前記寸法を短くし、且つ前記複数の軸部のそれぞれのプレストッパからエンドストッパまでの距離を長くしたことを特徴とする。

更に、本発明に係る電極集束装置は、前記拡隙部材が、前記渦巻形に湾曲した両極板に沿う形状の扁平ピンである。

本発明に係る電極集束装置によれば、両極板が巻回装置にて巻回される過程で、極板の縁部を拡隙部材の先端に倣わせて径方向に撓ませることにより、極板の縁部同士を集束させることができる。このため、両極板が巻回された後で縁部の間を広げる場合に比較して、縁部を塑性変形させる等の手間と時間を省くことができるので、巻回電極体を備える電池又はコンデンサの製造工程を簡略化し、その製造コストを削減することができる。

しかも、拡隙部材は、回転軸と共に回転する支持部材に進退自在に取付けられているので、巻芯の回転を止めることなく、拡隙部材を極板の縁部に向けて進退させることができる。このため、巻回電極体を形成する工数、及びそれに要する時間を余計に増やすことなく、上記の効果を達成することができる。

例えば、本発明に係る電極集束装置によって製造される電池又はコンデンサは、両極板が巻回された後で極板の縁部の間を広げる必要がないので、その製造に要する手間が少なく、安価に製造することができる。しかも、極板の縁部を集電体に直に接合できるので、上記の電池又はコンデンサの全長、重量、及び部品点数を最小限に抑えられるという利点がある。

更に、拡隙部材として扁平ピンを適用した場合、極板の縁部同士の間隙を長尺な形状にして、集電体に接触できる極板の縁部の面積を広げられる。その分、当該電極集束装置によって製造される電池又はコンデンサは、巻回電極体の集束部から集電体に比較的大きな電流を導けるという利点が得られる。

図１は、巻回装置１に設けられた電極集束装置２を表している。巻回装置１は、図２に示すように、縁部３を有する帯状の正負の両極板４，５と、これらの間に介在するセパレータ６とを重ね合せ、これらを巻回装置１の回転軸７の回転に従わせて両極板４，５が渦巻形に湾曲する方向に巻回するものである。

両極板４，５の何れが正負の極板であっても良い。例えば、正の極板にアルミニウム箔を適用し、この表面にリチウム複合酸化物を活物質として塗布しても良い。また、負の極板に銅箔を適用し、この表面に炭素材料を含む活物質を塗布しても良い。セパレータ６として、非水電解液が含浸された可撓性のフィルムを適用しても良い。一方の極板４は、その縁部３を他方の極板５及びセパレータ６よりも矢印Ｒで指した軸方向の後方へ突出するよう位置決めされている。縁部３には、活物質が塗布されていない非塗工部が確保されている。他方の極板５の縁部にも非塗工部が確保され、この非塗工部が一方の極板４及びセパレータ６よりも矢印Ｆで指した軸方向の前方へ突出している。

図１に示すように、電極集束装置２は、互いに回転軸７の径方向に隔たる複数の拡隙部材８１〜８４と、これら総ての拡隙部材を軸方向に進退自在に支持する支持部材９と、総ての拡隙部材を軸方向に個別に進退させる進退手段１０とを備える。

拡隙部材８１〜８４は、先端１１及び軸部１２を有するピンである。図１は、８本の拡隙部材８１〜８４を４本ずつ回転軸７の上側と下側に対称に配置した形態を表しているが、拡隙部材の本数及び個々の配置は限定されるものでなく、１本以上の拡隙部材が有れば良い。或いは、回転軸７の上側又は下側の４本の拡隙部材８１〜８４のうちの１本乃至総てを省略しても良い。

支持部材９は、回転軸７に固定された基板に、これを軸方向に貫く複数の挿通孔１３を形成し、これらの挿通孔１３に拡隙部材８１〜８４のそれぞれの軸部１２を挿通させている。進退手段１０は、両極板４，５が巻回される過程で、拡隙部材８１〜８４を、回転軸７の近くに位置する順に前進させ、総ての拡隙部材が前進したところで、これらの拡隙部材を後退させるものである。その構成は次の通りである。

即ち、進退手段１０は、回転軸７に進退自在に設けられた移動部材１４を、支持部材９の前方に配置し、複数の軸部１２を通過させる複数の先導孔１５を移動部材１４に形成し、複数の軸部１２を複数の付勢手段１６によって支持部材９に対して前進する方向へ押付けたものである。移動部材１４は、ボス１７に枠体１８を接合したものである。ボス１７は回転軸７にスプライン又はスライドキーを介して係合している。符号１９は、移動部材１４の駆動源となるエアシリンダのピストンロッドを移動部材１４の枠体１８に接続する継手部材を指している。このピストンロッドの伸縮に基づいて移動部材１４は軸方向に進退できる。付勢手段１６として圧縮コイルスプリングを適用しても良い。

更に、複数の軸部１２には、拡隙部材８１〜８４の先端１１が移動部材１４の先導孔１５からそれぞれ突出する寸法を規定するプレストッパ２０と、複数の軸部１２が支持部材９に対してそれぞれ前進できる限界を規定するエンドストッパ２１とを各々設けられている。個々の先端１１が先導孔１５から突出する寸法は、複数の軸部１２が回転軸７から径方向に離れて位置するに従って短くなるよう設定されている。反対に、個々の軸部１２のプレストッパ２０からエンドストッパ２１までの距離は、複数の軸部１２が回転軸７から径方向に離れて位置するに従って長くなるよう設定されている。

進退手段１０の動作を先に説明する。図３は、支持部材９が図中の位置で待機し、総ての付勢手段１６が支持部材９と移動部材１４との間で圧縮された状態を表している。進退手段１０が、第一の動作段階で、移動部材１４を図４に示す位置まで前進させ、回転軸７の最も近くに位置する１番目の拡隙部材８１のエンドストッパ２１が支持部材９に突当たるところで、移動部材１４を停止させる。これにより、総ての軸部１２は付勢手段１６に押されて前進する。また、移動部材１４の前進する過程で、総てのプレストッパ２０は、付勢手段１６によって押され続け移動部材１４に受止められるので、個々の軸部１２の先端１１が移動部材１４から前方へ突出する寸法は変化しない。

進退手段１０は、第二の動作段階で、移動部材１４を図４から図５に示す位置まで前進させ、２番目の拡隙部材８２のエンドストッパ２１が支持部材９に突当たるところで、移動部材１４を停止させる。これにより、２番目以降の拡隙部材８２〜８４の軸部１２は付勢手段１６に押されて前進するが、１番目の拡隙部材８１は、そのエンドストッパ２１が支持部材９に突当たるので、進退手段１０の第二の動作段階では前進しない。この結果、２番目の拡隙部材８２の先端１１は、図５に示すように、１番目の拡隙部材８１の先端１１と同じ軸方向の位置まで前進することになる。

更に、進退手段１０は、第三の動作段階で、３番目の拡隙部材８３の先端１１を１番目の拡隙部材８１の先端１１と同じ軸方向の位置まで前進させ、第四の動作段階で、４番目の拡隙部材８４の先端１１を１番目の拡隙部材８１の先端１１と同じ軸方向の位置まで前進させる。これにより拡隙部材８１〜８４のそれぞれの先端１１が互いに同じ軸方向の位置に揃った後、進退手段１０は、第五の動作段階で、移動部材１４を図６に示した位置まで後退させることにより、総ての拡隙部材を後退させる。

以上の構成を踏まえ電極集束装置２の実施例として、巻回電極体を備える電池の製造工程を説明する。本実施例では、図３に示すように、巻回装置１の回転軸７に巻芯２２が着脱自在に嵌入され、回転軸７と共に巻芯２２が回転することにより、両極板４，５及びセパレータ６が巻芯２２の周りに渦巻形に巻回される。

先ずは、両極板４，５及びセパレータ６が巻回される過程で、進退手段１０の第一の動作段階として、図４に示すように１番目の拡隙部材８１が前進し、その先端１１が縁部３に接触する。１番目の拡隙部材８１は、巻芯２２と共に回転するので、図７（ａ），（ｂ）に示すように、１番目の拡隙部材８１が前進した直後に巻芯２２へ向けて供給される一方の極板４は、その縁部３が１番目の拡隙部材８１を乗り越えた状態で巻芯２２に巻取られる。

両極板４，５が更に巻芯２２に巻取られたところで、進退手段１０の第ニの動作段階として、図５に示すように２番目の拡隙部材８２が前進し、その先端１１が縁部３に接触する。これにより、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、一方の極板４は、その縁部３が２番目の拡隙部材８２を乗り越えた状態で巻芯２２に巻取られる。進退手段１０の第三の動作段階として３番目の拡隙部材８３が前進する。同図（ｅ）は、縁部３が３番目の拡隙部材８３を乗り越えた状態で巻芯２２に巻取られた一方の極板４を示している。更に、進退手段１０の第四の動作段階として４番目の拡隙部材８４が前進すると、図示を省略しているが、縁部３は４番目の拡隙部材８４を乗り越えた状態で巻芯２２に巻取られる。

図７（ａ）〜（ｅ）に示したように、個々の拡隙部材８１〜８４が縁部３の間に順次に進入し、それぞれの先端１１に倣わせて縁部３を径方向に撓ませることができる。これより、縁部３は、巻芯２２と１番目の拡隙部材８１との間に区画された領域で集束し、互いに径方向に重なり合う縁部３同士が密接した集束部２３となる。同様に、１番目の拡隙部材８１と２番目の拡隙部材８２の間に区画される領域、及び２番目の拡隙部材８２と３番目の拡隙部材８３との間に区画される領域に集束部２３が各々形成される。図示を省略しているが、３番目の拡隙部材８３と４番目の拡隙部材８４との間に区画される領域にも集束部が形成される。

続いて、進退手段１０の第五の動作段階として、総ての拡隙部材８１〜８４が後退する。これにより、図６に示すように、総ての拡隙部材の先端１１が縁部３の間から退出し、図７（ｆ）に示すように、複数の集束部２３の間に間隙１９が空くことになる。また、巻芯２２に巻回された両極板４，５の直径が所望の大きさに達したところで、巻回装置１は、巻芯２２に向けて供給される両極板４，５及びセパレータ６をカッタ等で切断し、巻芯２２の回転を停止させる。そして、巻回電極体２４が、その周面に両極板４，５及びセパレータ６の切口を粘着テープ等で固定された後、巻回装置１から取外される。

図８は、集電体２５を上記の巻回装置から取外された巻回電極体２４に接合する工程を表している。集電体２５は、細長い鋼帯を鋸刃状に折曲した舌片２６を有する。この他、鋼板を主体とする集電体の一部を切り起し、この部位を舌片として利用しても良い。本工程では、集電体２５の舌片２６を間隙１９に進入させる。この状態で、舌片２６を集束部２３に超音波溶接することにより、集電体２５を一方の極板４に接合する。同時に、上記の領域毎に縁部３同士が溶接されることになる。

ここまでの説明は一方の極板４の縁部３に注目したが、両極板４，５をそれぞれ軸方向から挟む位置に、２基の電極集束装置２を対にして配置し、両極板４，５が巻回装置１によって巻回される過程で、拡隙部材８１〜８４と同様の拡隙部材のそれぞれの先端を、他方の極板５の縁部３の間に順次に進入させても良い。この場合、集束部２３と同様の集束部を、他方の極板５の縁部３にも形成できるので、上記の要領で他方の極板５に集電体２５を接合することができる。

以上に述べた電極集束装置２によれば、両極板４，５が巻回された後、言い換えると巻回電極体２４を形成してから縁部３の間を広げる場合に比較して、集束部２３を形成する手間と時間を省くことができる。従って、電池を製造するための工程を簡略化し、その製造コストを削減することができる。しかも、両極板４，５を巻回する過程で回転軸７の回転を止めなくて済むので、巻回電極体２４に間隙１９を形成するための工数、及びそれに要する時間を節約することができる。また、上記の電池は、集電体２５を縁部３に直に接合した構造であるため、その全長、重量、及び部品点数を最小限に抑えられる。

図７（ａ）〜（ｅ）は、総ての拡隙部材８１〜８４を、渦巻形に湾曲した縁部３に沿う形状の断面を有する扁平ピンとして例示している。このような扁平ピンを適用することで、縁部３の間隙１９を長尺な形状に広げることができる。その分、集束部２３が集電体２５の舌片２６に接触できる面積を広くできるので、巻回電極体２４の集束部２３から集電体２５へ比較的大きな電流を導けるという利点が得られる。ここに述べた効果はコンデンサを製造する場合も同様に達成されるものである。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、又は変形した形態で実施し得るものである。これらの形態は何れも本発明の範囲に属するものである。例えば、拡隙部材８１〜８４の断面が円形、楕円形、又は多角形であっても良い。また、巻芯２２を省略し、両極板４，５及びセパレータ６を回転軸７に直に接続しても良い。

本発明は、電池又はコンデンサ等の種類を問わず、その製造過程であらゆる材質の極板を巻回するのに有益な技術である。

本発明の実施形態に係る電極集束装置の要部の断面図。本発明の実施形態に係る巻回装置により巻回される巻回電極体を展開した斜視図。本発明の実施形態に係る電極集束装置の動作の第一例を示す側面図。本発明の実施形態に係る電極集束装置の動作の第ニ例を示す断面図。本発明の実施形態に係る電極集束装置の動作の第三例を示す断面図。本発明の実施形態に係る電極集束装置の動作の第四例を示す断面図。本発明の実施形態に係る電極集束装置が極板を集束させる工程を（ａ）乃至（ｆ）の順に各々示す図４のＸ−Ｘ線断面図。本発明の実施形態に係る電極集束装置により極板を集束された巻回電極体を備える電池の要部を示す分解斜視図。従来の電池の要部の断面図。

符号の説明

１：巻回装置
２：電極集束装置
３：縁部
４，５：極板
６：セパレータ
７：回転軸
８１，８２，８３，８４：拡隙部材
９：支持部材
１０：進退手段
１１：先端
１２：軸部
１３：挿通孔
１４：移動部材
１５：先導孔
１６：付勢手段
２０：プレストッパ
２１：エンドストッパ

Claims

縁部を有する帯状の正負の両極板と、これらの間に介在するセパレータとを重ね合せ、前記両極板のうちの一方の極板をその縁部が他方の極板及び前記セパレータよりも突出するよう位置決めし、前記両極板及びセパレータを、前記回転軸の回転に従わせて前記縁部が渦巻形に湾曲する方向に巻回する巻回装置に設けられる電極集束装置であって、
前記回転軸にその径方向に隔たり、前記一方の極板の縁部に先端を対向させる拡隙部材と、
前記回転軸と共に回転し、前記複数の拡隙部材を軸方向に進退自在に支持する支持部材と、
前記拡隙部材を軸方向に進退させる進退手段とを備え、
前記両極板が巻回される過程で、前記進退手段が、前記拡隙部材をその先端が前記渦巻形に湾曲する一方の極板の縁部同士の間に進入するよう前進させ、前記一方の極板の縁部を、前記拡隙部材の先端に倣わせて径方向に撓ませることにより、前記一方の極板の縁部を相互に集束させ、
前記進退手段が、前記拡隙部材を後退させることにより、前記一方の極板の縁部から前記拡隙部材の先端を退出させることを特徴とする電極集束装置。
前記他方の極板が、その縁部を前記一方の極板及びセパレータよりも突出するよう位置決めされる請求項１に記載の巻回装置に設けられる電極集束装置であって、
前記両極板が巻回される過程で、前記他方の極板の縁部に先端を対向させる拡隙部材を、前記他方の極板の縁部に向けて進退させることを特徴とする電極集束装置。
複数の前記拡隙部材が互いに前記回転軸の径方向に隔り、前記進退手段が、前記複数の拡隙部材を、前記回転軸の近くに位置する順に前進させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極集束装置。
前記複数の拡隙部材はそれぞれが軸部を有し、これら複数の軸部が、前記支持部材を貫く複数の挿通孔に各々挿通し、
前記進退手段は、前記回転軸と共に回転し軸方向に進退する移動部材を、前記支持部材より前記拡隙部材の前進する前方に配置し、前記移動部材に、前記複数の軸部を通過させる複数の先導孔を形成し、前記複数の軸部を複数の付勢手段によって前進する方向へ各々押付け、
前記複数の軸部に、前記拡隙部材の先端が前記移動部材の先導孔から突出する寸法を規定するプレストッパと、前記複数の軸部が前記支持部材に対して前進できる限界を規定するエンドストッパとを各々設け、
前記複数の軸部が前記回転軸から径方向に離れて位置するに従って、前記寸法を短くし、且つ前記複数の軸部のそれぞれのプレストッパからエンドストッパまでの距離を長くしたことを特徴とする請求項３に記載の電極集束装置。
前記拡隙部材が、前記渦巻形に湾曲した両極板に沿う形状の扁平ピンである請求項１乃至４の何れかに記載の電極集束装置。