JP2012033421A - 巻回素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータ先端の不要部分を十分に減らし、材料コストを低減させる。
【解決手段】電極箔４，５、及び、セパレータ２，３が重ねられて巻回されてなる電池素子１の製造装置１０は、巻芯１５（１６）と、チャック機構１７（１８）と、セパレータカッタ７１とを備える。巻芯１５（１６）は、巻芯片１５Ａ，１５Ｂ（１６Ａ，１６Ｂ）を有し、巻芯片１５Ａ，１５Ｂ（１６Ａ，１６Ｂ）の間にセパレータ２，３を配置可能なスリット１５Ｓ（１６Ｓ）が形成されるとともに、自身の外周に両電極箔４，５及びセパレータ２，３が巻回可能とされる。チャック機構１７（１８）は、巻芯１５（１６）の内部に配置され、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）に配置されたセパレータ２，３を保持可能とされる。巻芯片１５Ａ，１５Ｂ（１６Ａ，１６Ｂ）の間において、セパレータカッタ７１によりスリット１５Ｓ（１６Ｓ）に配置されたセパレータ２，３が切断可能とされる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、二次電池等に内蔵される巻回素子を製造するための製造装置に関する。

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巻回素子は、活物質が表面に塗布された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、帯状体を巻取り、巻回素子を得るための装置としては、円板状をなし、自身の中心軸を回転軸として回転可能なターレットと、当該ターレットに対して出没可能であり、一対の巻芯片を有する巻芯とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。当該装置によれば、前記両巻芯片にて帯状体を挟んだ上で前記巻芯を回転させることにより帯状体が巻き取られ、巻回素子を得ることができる。

特開２００９−２５２４２５号公報

ところで、帯状体の巻取後には、セパレータが切断されることとなるが、上記技術においては、セパレータの切断手段が、ターレットの中心軸の近傍に配置されており、巻芯から離間した状態となっている。従って、製造される巻回素子においては、セパレータの先端部分（巻き始め部分）に、電池性能に何ら寄与しない不要部分が大きく存在することとなってしまい、材料コストの増大を招いてしまうおそれがある。

そこで、セパレータ先端の不要部分を削減して、材料コストの増大抑制を図るべく、セパレータを巻芯の近傍にて切断することが考えられる。ところが、巻芯の径は、製造する巻回素子の種類等に応じて大小異なるため、比較的大径の巻芯においては、セパレータのうち両巻芯片に挟持される部位が比較的長いものとなってしまう。すなわち、当該手法では、巻芯の径によってセパレータ先端の不要部分が依然として大きく残存することとなってしまい、材料コストの低減効果を十分に得られないおそれがある。

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、巻芯の径が種々異なるような場合であっても、セパレータ先端の不要部分を十分に減らすことができ、材料コストの低減を図ることができる巻回素子の製造装置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．それぞれ帯状をなすプラス電極箔、マイナス電極箔、及び、セパレータが重ねられて巻回されてなる巻回素子の製造装置であって、
自身の中心軸に沿って延びる少なくとも２本の巻芯片を有し、当該巻芯片の間に前記セパレータを配置可能なスリットが形成されるとともに、前記中心軸を回転軸として回転可能であり、自身の外周において前記両電極箔及び前記セパレータを巻回可能な巻芯と、
前記巻芯に設けられ、前記巻芯のスリットに配置された前記セパレータを保持可能なチャック機構と、
前記セパレータの供給経路に沿った前記チャック機構よりも下流側において、前記セパレータを切断するセパレータカッタとを備え、
前記巻芯片の間において、前記セパレータカッタにより前記スリットに配置された前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする巻回素子の製造装置。

上記手段１によれば、巻芯のスリットに配置されたセパレータが、巻芯片の間（巻芯の外周よりも内側）において切断される。従って、巻芯の径の大小に関わらず、セパレータ先端の不要部分を非常に少ないものとすることができる。その結果、材料コストを効果的に低減することができる。

手段２．前記巻芯は、前記巻芯片同士の互いの対向面に交差して延びるカッタ挿通空間を備えており、
前記巻芯に対して前記セパレータカッタを相対移動させて、前記セパレータカッタを前記カッタ挿通空間に挿通することにより、前記スリットに配置された前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする手段１に記載の巻回素子の製造装置。

上記手段２によれば、上記手段１の作用効果に加えて、セパレータカッタが巻芯とは別体で設けられることから、巻芯のコンパクト化を比較的容易に図ることができる。

手段３．前記巻芯は、自身の中心軸を回転軸として回転可能な円板状のターレットの外周側に設けられるとともに、
前記セパレータカッタは、前記ターレットの回転による前記巻芯の移動経路上において、前記ターレットの中心軸を回転軸として回転移動可能に構成されており、かつ、
前記カッタ挿通空間は、前記セパレータカッタの移動経路に対応する湾曲形状をなしており、
前記ターレットの回転による前記巻芯の移動中に、前記巻芯に対して前記セパレータカッタを相対移動させて、前記セパレータカッタを前記カッタ挿通空間に挿通させることにより、前記スリットに配置された前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする手段２に記載の巻回素子の製造装置。

一般的にセパレータの切断は、ターレットの回転が停止して巻芯が停止した際に行われる。この点、上記手段３によれば、ターレットの回転による巻芯の移動中に、セパレータを切断可能とされている。これにより、巻回素子の製造に要するサイクルタイムを短縮することができ、生産性を飛躍的に向上させることができる。

手段４．前記セパレータカッタは、前記巻芯に設けられることを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の巻回素子の製造装置。

上記手段４によれば、巻芯と一体的にセパレータカッタが設けられている。そのため、上記手段３と同様に、巻芯の移動中にセパレータを切断することができ、生産性を飛躍的に向上させることができる。また、巻芯の外部にセパレータカッタを設ける場合には、セパレータカッタと巻芯との接触を防止するために、セパレータの切断時などにおいてセパレータカッタの移動タイミング等の制御が必要になる場合が生じるが、上記手段４においては、接触防止のための制御は不要となり、製造装置における動作の複雑化を抑制することができる。

手段５．前記チャック機構は、
前記スリットと交差する方向に沿って前記巻芯に対して相対移動可能に構成され、前記スリットに対して接離移動可能な台座部と、
前記台座部の前記スリット側の部位に取付けられるとともに、前記スリットに対する前記台座部の接近により前記スリットに配置された前記セパレータに接触することで、当該セパレータを保持可能な保持部とを備え、
前記保持部は、前記スリットに対する前記台座部の移動方向に沿って伸縮変形可能な弾性部材を介して前記台座部に取付けられるとともに、
前記セパレータカッタは、前記スリットに臨むようにして前記台座部に取付けられており、
前記台座部の前記スリットに対する接近移動により、前記スリットに配置された前記セパレータを前記保持部により保持するとともに、前記台座部を前記スリットに対してさらに接近移動させることで、前記弾性部材を圧縮変形させつつ、前記セパレータカッタにより前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする手段１に記載の巻回素子の製造装置。

上記手段５によれば、上記手段４の作用効果を比較的簡易な構成で奏し得る。

手段６．前記プラス電極箔及び前記マイナス電極箔が前記スリット間に配置されることなく、前記巻芯により前記両電極箔及び前記セパレータが巻回されることを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の巻回素子の製造装置。

余分なセパレータを削減する手法としては、セパレータ上に電極箔を配置した上で、当該セパレータを電極箔とともに巻芯片の間に供給し、セパレータ及び電極箔の端部を所定のチャック機構により挟持しつつ巻芯を回転させ、巻回素子を得る技術が提案されている（例えば、特開２００７−１８４１６０号公報）。

しかしながら、当該技術においては、図１７に示すように、巻取時において、巻芯９１の角部９２により、電極箔４，５がほぼ直角に屈曲してしまうことが懸念される。

この点、上記手段６によれば、両電極箔がスリットに配置されることなく（セパレータのみがスリットに配置され）、セパレータ及び両電極箔が巻回される。従って、電極箔の屈曲を防止することができ、電極箔の表面に塗布された活物質の剥離等に起因する電池性能の低下をより確実に抑制することができる。

巻回素子の製造装置を示す概略正面図である。 巻取手段の構成を示す拡大正面図である。 巻芯の構成を示す拡大断面図である。 巻芯の構成を示す拡大側面図である。 帯状体の巻取工程において、電極箔の切断等を説明するための拡大正面図である。 帯状体の巻取工程において、スリットにセパレータが配置される工程を示す拡大正面図である。 セパレータの切断等を説明するための巻芯等の拡大断面図である。 帯状体の巻取工程において、セパレータや電極箔の巻回工程を示す拡大正面図である。 第２実施形態における巻取手段の構成を示す拡大正面図である。 第２実施形態における巻芯の構成を示す拡大断面図である。 第２実施形態におけるセパレータの切断工程を示す拡大正面図である。 第２実施形態におけるセパレータの切断工程を示す部分拡大断面図である。 第３実施形態における巻芯の構成を示す部分拡大断面図である。 第３実施形態において、セパレータを保持した状態におけるチャック機構等を示す部分拡大断面図である。 第３実施形態におけるセパレータの切断工程を示す部分拡大断面図である。 電池素子の構成を示す断面模式図である。 従来技術により電極箔を巻回した際における電極箔の状態を示す断面模式図である。

以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
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１６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、２枚のセパレータ２，３とプラス電極箔４とマイナス電極箔５とによって構成される帯状体６が巻回されることで構成されている。尚、図１６においては、説明の便宜上、セパレータ２，３、プラス電極箔４、及び、マイナス電極箔５の相互の間隔をあけて示している。

セパレータ２，３は、それぞれ同一の幅を有する帯状をなしており、異なる電極箔４，５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〔例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等〕により構成されている。尚、本実施形態においては、セパレータ２，３を２枚用いているが、２枚のセパレータ２，３に代えて、中央部分を２つに折り曲げた１枚のセパレータを用いることとしてもよい。

プラス電極箔４及びマイナス電極箔５は、所定の金属材料により形成されており、セパレータ２，３と略同一の幅を有している。また、プラス電極箔４の裏表両面には、正極活物質（例えば、コバルト酸リチウム粒子等）が塗布されており、マイナス電極箔５の表裏両面には負極活物質（例えば、ケイ素等を含有する粒子）が塗布されている。そして、この活物質を介して、プラス電極箔４及びマイナス電極箔５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４側からマイナス電極箔５側へイオンが移動し、反対に、放電時には、マイナス電極箔５側からプラス電極箔４側へとイオンが移動する。尚、プラス電極箔４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５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塞ぐように設けることで、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を製造するための製造装置１０について説明する。

図１に示すように、電池素子１の製造装置１０は、前記帯状体６を巻取るための巻取手段１１と、プラス電極箔４を巻取手段１１側に供給するためのプラス電極箔供給手段３１と、マイナス電極箔５を巻取手段１１側に供給するためのマイナス電極箔供給手段４１と、前記セパレータ２，３をそれぞれ巻取手段１１側に供給するためのセパレータ供給手段５１，６１とを備える。

プラス電極箔供給手段３１は、プラス電極箔４がロール状に巻回されてなり、自身の中心軸を回転軸として自由回転可能に支持されたプラス電極箔原反３２と、プラス電極箔４を巻取手段１１へと供給・案内するためのプラス電極箔挿入手段３３と、プラス電極箔４を切断するためのプラス電極箔切断カッタ３４とを備えている。

前記プラス電極箔挿入手段３３は、巻取手段１１に対して接離移動可能に構成されており、また、その先端部に、前記プラス電極箔４を挟持可能な一対のチャックローラ３３Ｒを備えている。前記チャックローラ３３Ｒは、断面円形状をなし、プラス電極箔４の供給方向に沿って回転可能である一方で、前記供給方向と逆方向に沿って回転不能なワンウェイローラにより構成されている。プラス電極箔４を巻取手段１１側へと供給する際には、チャックローラ３３Ｒによりプラス電極箔４の始端部を挟持した上で、プラス電極箔挿入手段３３を前記巻取手段１１に対して接近させることで、後述する巻芯１５（１６）及び押さえローラ１４で挟持された両セパレータ２，３の間にプラス電極箔４の始端部が挿入されるようになっている。

プラス電極箔切断カッタ３４は、プラス電極箔４の供給経路を挟み込むようにして、プラス電極箔４の供給経路の下流側に設けられている。また、プラス電極箔切断カッタ３４は、プラス電極箔４の供給経路に対して接離移動可能に構成されており、巻取手段１１側へとプラス電極箔４を供給すべく、プラス電極箔挿入手段３３が巻取手段１１側へと接近移動する際には、プラス電極箔４の供給経路から離間することで、プラス電極箔挿入手段３３の移動を阻害しないようになっている。尚、プラス電極箔４の切断は、チャックローラ３３Ｒによりプラス電極箔４が挟持された状態で行われる。

加えて、プラス電極箔４の供給経路の途中には、プラス電極箔４に対して所定のテンションを付与し、プラス電極箔４の弛みを防止するためのプラス電極箔テンション付与機構（図示せず）が設けられている。さらに、プラス電極箔供給手段３１には、プラス電極箔原反３２がなくなる直前において、新たなプラス電極箔原反３２の始端部と、なくなる直前のプラス電極箔原反３２の終端部との接続を行うプラス電極箔自動継手段（図示せず）が設けられている。これにより、巻取手段１１に対するプラス電極箔４の連続供給が可能とされている。

前記マイナス電極箔供給手段４１は、マイナス電極箔５がロール状に巻回されてなり、自由回転可能に支持されたマイナス電極箔原反４２と、マイナス電極箔挿入手段４３と、マイナス電極箔切断カッタ４４とを備えている。

マイナス電極箔挿入手段４３は、前記プラス電極箔挿入手段３３と同様に、巻取手段１１に対して接離移動可能に構成されており、また、その先端部に、前記マイナス電極箔５を挟持可能な一対のチャックローラ４３Ｒを備えている。チャックローラ４３Ｒは、断面円形状をなし、マイナス電極箔５の供給方向に沿って回転可能である一方で、前記供給方向と逆方向に沿って回転不能なワンウェイローラにより構成されている。巻取手段１１に対するマイナス電極箔５の供給は、マイナス電極箔５の始端部を挟持したマイナス電極箔挿入手段４３を巻取手段１１に対して接近させ、巻芯１５（１６）及び押さえローラ１４で挟持された両セパレータ２，３の間にマイナス電極箔５の始端部を挿入することで行われる。

加えて、マイナス電極箔切断カッタ４４は、マイナス電極箔５の供給経路を挟み込むようにして設けられており、マイナス電極箔５の供給経路に対して接離移動可能に構成されている。また、マイナス電極箔５の切断は、チャックローラ４３Ｒによりマイナス電極箔５が挟持された状態で行われる。さらに、マイナス電極箔挿入手段４３によるマイナス電極箔５の供給時には、マイナス電極箔５の供給経路から離間するようにしてマイナス電極箔切断カッタ４４が移動し、マイナス電極箔挿入手段４３の移動を阻害しないようになっている。

加えて、マイナス電極箔５の供給経路の途中には、マイナス電極箔５に対して所定のテンションを付与し、マイナス電極箔５の弛みを防止するためのマイナス電極箔テンション付与機構（図示せず）が設けられている。さらに、マイナス電極箔供給手段４１は、マイナス電極箔自動継機構（図示せず）を備えており、巻取手段１１に対するマイナス電極箔５の連続供給が可能となっている。

加えて、セパレータ供給手段５１（６１）は、前記セパレータ２（３）がロール状に巻回されてなり、自身の中心軸を回転軸として自由回転可能に支持されたセパレータ原反５２（６２）を備えている。さらに、セパレータ２（３）の供給経路の途中には、セパレータ２（３）の弛みを防止するためのセパレータテンション付与機構（図示せず）がそれぞれ設けられている。

また、セパレータ供給手段５１（６１）は、帯状体６の巻回後において、セパレータ２，３を切断するためのセパレータカッタ７１を備えている。セパレータカッタ７１は、後述する帯状体６の巻取ポジションＰ１側に対して接離移動可能に構成されており、セパレータ２，３の切断時には、巻取ポジションＰ１側へと接近移動するようになっている。

加えて、巻取手段１１は、図２に示すように、ターレット１２と、押さえローラ１３，１４と、自身の外周において帯状体６を巻取る巻芯１５，１６と、セパレータ支持ローラ２１とを備えている。

前記ターレット１２は、円板状をなし、自身の中心軸を回転軸として所定の回転方向（図中の矢印方向）に向けて回転可能に構成されている。

前記押さえローラ１３，１４は、断面円形状をなし、自由回転可能に支持されている。また、押さえローラ１３，１４は、後述する巻取ポジションＰ１に配置された巻芯１５（１６）を挟み込むようにして設けられており、互いに接離移動可能に構成されている。帯状体６の巻取時には、押さえローラ１３，１４が巻取ポジションＰ１に位置する巻芯１５（１６）を挟み込む位置に移動し、巻芯１５（１６）との間でセパレータ２，３や電極箔４，５を挟持するようになっている。

前記巻芯１５，１６は、ターレット１２の回転方向に沿って間欠的に複数（本実施形態では、ターレット１２の中心点を対称にして、ターレット１２の外周側に２つ）設けられている。巻芯１５，１６は、ターレット１２に対して出没可能であるとともに、自身の中心軸を回転軸として回転可能に構成されている。さらに、巻芯１５（１６）は、その中心軸に沿って延びる２本の巻芯片１５Ａ，１５Ｂ（１６Ａ，１６Ｂ）を備えており、両巻芯片１５Ａ，１５Ｂ（１６Ａ，１６Ｂ）の間にはスリット１５Ｓ（１６Ｓ）が形成されている。帯状体６を巻取る際には、まず、前記スリット１５Ｓ（１６Ｓ）にセパレータ２，３を配置した状態で巻芯１５（１６）を回転させることで、所定量だけセパレータ２，３を巻き取る。その上で、セパレータ２，３間に両電極箔４，５を挿入し、巻芯１５（１６）を回転させることで帯状体６が巻取られる。

また、前記ターレット１２の回転に伴って、巻芯１５，１６は移動することとなるが、ターレット１２の回転により、一方の巻芯１５（１６）は、帯状体６の巻取を行う巻取ポジションＰ１へと移動させられる一方で、他方の巻芯１６（１５）は、巻き取られた帯状体６が取外される取外ポジションＰ２へと移動させられる。そして、巻芯１５（１６）は、取外ポジションＰ２においてターレット１２に対して没入し、巻取ポジションＰ１においてターレット１２から突出する。巻取ポジションＰ１において巻芯１５（１６）が突出することで、前記スリット１５Ｓ（１６Ｓ）の間にセパレータ２，３が配置される。

さらに、帯状体６を巻き取った巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１から取外ポジションＰ２へと移動させられるにあたって、当該巻芯１５（１６）の移動前に、前記両電極箔カッタ３４，４４によって両電極箔４，５が切断される一方で、セパレータ２，３は切断されることなく、前記巻芯１５（１６）が取外ポジションＰ２へと移動させられる。そして、帯状体６を巻き取った一方の巻芯１５（１６）が、取外ポジションＰ２へと移動し、一方で、他方の巻芯１６（１５）が巻取ポジションＰ１へと移動し、当該巻芯１６（１５）のスリット１６Ｓ（１５Ｓ）にセパレータ２，３が配置されたときに、セパレータカッタ７１により、セパレータ２，３が切断される（セパレータ２，３の切断については、後に詳述する）。

加えて、図３に示すように、本実施形態における巻芯１５（１６）は、チャック機構１７（１８）と、カッタ挿通空間１９（２０）とを備えている。

チャック機構１７（１８）は、一方の巻芯片１５Ａ（１６Ａ）の内部に設けられており、巻芯１５（１６）の長手方向に沿って延びる板状の挟持部１７Ａ（１８Ａ）と、当該挟持部１７Ａを支持する支持部１７Ｂ（１８Ｂ）とを備えている。また、支持部１７Ｂ（１８Ｂ）は、図示しないエアシリンダ等の駆動手段により、巻芯片１５Ａ（１６Ａ）のうち巻芯片１５Ｂ（１６Ｂ）との対向面と交差する方向に沿って移動可能に構成されており、その結果、挟持部１７Ａ（１８Ａ）は巻芯片１５Ａ（１６Ａ）の前記対向面に対して出没可能に構成されている。前記対向面から挟持部１７Ａ（１８Ａ）を突出させることにより、他方の巻芯片１５Ｂ（１６Ｂ）との間でスリット１５Ｓ（１６Ｓ）間に配置されたセパレータ２，３を保持することができるようになっている。

カッタ挿通空間１９（２０）は、巻芯片１５Ａ，１５Ｂ（１６Ａ，１６Ｂ）同士の互いの対向面に交差して（本実施形態では、直交して）延びるとともに、図４〔図４は、巻芯１５（１６）の拡大側面図である〕に示すように、巻芯１５（１６）の長手方向に沿って延びる空間である。本実施形態において、カッタ挿通空間１９（２０）は、前記セパレータカッタ７１が挿入可能に構成されており、セパレータ２，３の幅以上の幅（図４の左右方向の長さ）を有している。

図２に戻り、前記セパレータ支持ローラ２１は、自由回転可能に支持されるとともに、ターレット１２の外周側において、ターレット１２の回転方向に沿って移動可能に構成されている。セパレータ支持ローラ２１は、巻芯１５（１６）のスリット１５Ｓ（１６Ｓ）にセパレータ２，３を配置するにあたって、図６に示すように、セパレータ２，３を支持した上で、ターレット１２の回転方向とは反対側へと移動する。これにより、セパレータ支持ローラ２１と巻芯１５（１６）との間において、両セパレータ２，３が重ね合わされた状態となり、巻芯１６（１５）を突出させることで、スリット１６Ｓ（１５Ｓ）にセパレータ２，３を配置できるようになっている。

次いで、上述した巻回素子の製造装置１０を用いた電池素子１の製造方法について、一方の巻芯１５において帯状体６が巻き取られてから、他方の巻芯１６において帯状体６の巻取が開始されるまでの工程を説明する。

図５に示すように、一方の巻芯１５に帯状体６が予め定められた長さ分だけ巻き取られると、プラス電極箔挿入手段３３（チャックローラ３３Ｒ）によりプラス電極箔４が支持された状態で、プラス電極箔４が切断される。また、それとともに、マイナス電極箔挿入手段４３（チャックローラ４３Ｒ）によりマイナス電極箔５が支持された状態で、マイナス電極箔５が切断される。次いで、前記巻芯１５により両電極箔４，５の終端部が巻取られるとともに、ターレット１２が回転し、一方の巻芯１５が取外ポジションＰ２側へと移動させられ、他方の巻芯１６がターレットに対して没入した状態のまま巻取ポジションＰ１側へと移動させられる。尚、巻芯１５，１６の移動に合わせて、押さえローラ１３，１４やセパレータカッタ７１が巻取ポジションＰ１側へと接近するとともに、セパレータ支持ローラ２１がターレット１２の回転方向とは反対側へと移動する。

他方の巻芯１６が巻取ポジションＰ１へと移動すると、ターレット１２の回転が停止されるとともに、当該巻芯１６がターレット１２から突出する。これにより、図６に示すように、前記スリット１６Ｓ間にセパレータ２，３が配置される。尚、スリット１６Ｓにセパレータ２，３が配置された後、セパレータ支持ローラ２１は、セパレータ２，３から離間する方向へと移動し、所定の初期位置に戻る。

次いで、図７に示すように、前記チャック機構１８の挟持部１８Ａによりセパレータ２，３が保持されるとともに、セパレータカッタ７１が前記カッタ挿通空間２０に挿通されることで、セパレータ２，３の切断がなされる。そして、巻芯１６を回転させることでセパレータ２，３が所定量だけ巻き取られた後、図８に示すように、巻芯１６の外周において、マイナス電極箔５、プラス電極箔４がこの順序でセパレータ２，３間に挿入され、その後、両電極箔４，５及びセパレータ２，３が巻き取られる。すなわち、プラス電極箔４及びマイナス電極箔５が巻芯片１６Ａ，１６Ｂ間の外に配置された状態で（換言すれば、スリット１６Ｓに電極箔４，５が配置されることなく）、両電極５，５及びセパレータ２，３（帯状体６）が巻回される。尚、巻芯１６における帯状体６の巻回時には、取外ポジションＰ２に移動した巻芯１５においてセパレータ２，３の終端部が巻取られるとともに、電池素子１（帯状体６）が取外される。以降、上述した工程が繰り返し行われ、各巻芯１５，１６において帯状体６の巻取が交互に行われることとなる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、巻芯１５（１６）のスリット１５Ｓ（１６Ｓ）に配置されたセパレータ２，３が、巻芯片１５Ａ，１５Ｂ（１６Ａ，１６Ｂ）の間〔巻芯１５（１６）の外周よりも内側〕において切断される。従って、巻芯の径の大小に関わらず、セパレータ２，３先端の不要部分を非常に少ないものとすることができる。その結果、材料コストを効果的に低減することができる。

また、セパレータカッタ７１が巻芯１５，１６とは別体で設けられることから、巻芯１５，１６のコンパクト化を比較的容易に図ることができる。

さらに、両電極箔４，５がスリット１５Ｓ（１６Ｓ）に配置されることなく、セパレータ２，３及び両電極箔４，５が巻回される。従って、電極箔４，５の屈曲を防止することができ、製造される電池素子１において、電極箔４，５の表面に塗布された活物質の剥離等に起因する電池性能の低下をより確実に抑制することができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態では、巻取ポジションＰ１にて巻芯１５（１６）が突出し、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）にセパレータ２，３が配置されるように構成されている。これに対し、本第２実施形態においては、巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１に到達する前に、前記スリット１５Ｓ（１６Ｓ）にセパレータ２，３が配置されるように構成されている。

すなわち、巻取手段１１は、図９に示すように、ターレット１２の回転方向とは反対方向に向かって移動可能な一対のセパレータ支持ローラ２２，２３を備えている。そして、巻芯１５（１６）が取外ポジションＰ２から巻取ポジションＰ１へと移動している最中に、セパレータ支持ローラ２２，２３によりセパレータ２，３を支持した上で、セパレータ支持ローラ２２，２３を移動させることで、前記巻芯１５（１６）を迎えに行くように前記セパレータ２，３を移動させる。次いで、巻芯１５（１６）のスリット１５Ｓ（１６Ｓ）の位置及びその延出方向と、セパレータ２，３のうち前記セパレータ支持ローラ２２，２３に架け渡された部分の位置及びその長さ方向とがほぼ合致した時点で、ターレット１２を一時停止させた上で、巻芯１５（１６）をターレット１２から突出させる〔ターレット１２を一時停止さえることなく、巻芯１５（１６）を突出させることとしてもよい〕。これにより、前記巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１に到達する前に、前記スリット１５Ｓ（１６Ｓ）にセパレータ２，３が配置されることとなる。

また、本第２実施形態では、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）にセパレータ２，３が配置された後、巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１へと移動している最中に、セパレータ２，３が切断される。詳述すると、本第２実施形態におけるセパレータカッタ７２は、ターレット１２の回転による巻芯１５（１６）の移動経路上において、ターレット１２の中心軸を回転軸として回転移動可能に構成されるとともに、自身の移動経路に沿って延びる湾曲状をなしている。また、図１０に示すように、巻芯１５（１６）のカッタ挿通空間１９（２０）は、セパレータカッタ７２の移動経路に対応する湾曲形状とされる。そして、図１１及び図１２に示すように、巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１へと移動している最中に、セパレータカッタ７２をターレット１２の回転方向と同一方向に向けて、ターレット１２の回転速度よりも速い速度で移動させ、セパレータカッタ７２をカッタ挿通空間１９（２０）に挿通する。これにより、巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１に到達する前に、セパレータ２，３が切断される。

以上、本第２実施形態によれば、巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１へと移動した直後から帯状体６を巻取ることができ、装置の高速動作を要することなく、電池素子１の製造に要するサイクルタイムを短縮することができる。その結果、生産性の飛躍的な向上を図ることができる。

また、巻芯１５（１６）が巻取ポジションＰ１へと移動している最中に、セパレータ２，３が切断されているため、電池素子１の製造に要するサイクルタイムを一層短縮することができ、生産性の更なる向上を図ることができる。
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態について、上記第１、第２実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１、第２実施形態では、巻芯１５（１６）の外部にセパレータカッタ７１，７２が配置されているが、本第３実施形態では、図１３に示すように、各巻芯１５（１６）の内部に、チャック機構２５（２６）と一体的にセパレータカッタ７３（７４）が設けられている。

前記チャック機構２５（２６）は、台座部２５Ａ（２６Ａ）と、保持部２５Ｂ（２６Ｂ）とを備えている。台座部２５Ａ（２６Ａ）は、所定のエアシリンダ（図示せず）やバネ部材２７Ａ，２７Ｂ（２８Ａ，２８Ｂ）により、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）と交差する方向に沿って巻芯１５（１６）に対して相対移動可能に構成されており、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）に対して接離移動可能とされている。また、保持部２５Ｂ（２６Ｂ）は、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）に対する台座部２５Ａ（２６Ａ）の移動方向に沿って伸縮変形可能な弾性部材２９（３０）を介して台座部２５Ａ（２６Ａ）のスリット１５Ｓ（１６Ｓ）側の部位に取付けられている。そして、図１４に示すように、保持部２５Ｂ（２６Ｂ）が、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）に対する台座部２５Ａ（２６Ａ）の接近によりスリット１５Ｓ（１６Ｓ）に配置されたセパレータ２，３に接触することで、セパレータ２，３を保持できるように構成されている。

加えて、セパレータカッタ７３（７４）は、スリット１５Ｓ（１６Ｓ）に臨むようにして台座部２５Ａ（２６Ａ）に取付けられており、弾性部材２９（３０）が圧縮変形したとき、セパレータカッタ７３（７４）の先端部が、保持部２５Ｂ（２６Ｂ）のうちセパレータ２，３を保持する面よりも突出するように構成されている。

セパレータ２，３を切断する際には、台座部２５Ａ（２６Ａ）をスリット１５Ｓ（１６Ｓ）に対して所定量だけ接近移動させることにより、保持部２５Ｂ（２６Ｂ）によりセパレータ２，３が保持される。その上で、図１５に示すように、台座部２５Ａ（２６Ａ）をスリット１５Ｓ（１６Ｓ）に対してさらに接近移動させることで、弾性部材２９（３０）を圧縮変形させつつ、セパレータカッタ７３（７４）の先端部を保持部２５Ｂ（２６Ｂ）のセパレータ２，３を保持する面よりも突出させる。これにより、セパレータ２，３が切断される。

以上、本第３実施形態によれば、巻芯１５（１６）の内部にセパレータカッタ７３（７４）が設けられている。そのため、巻芯１５（１６）の移動中にセパレータ２，３を切断することができ、生産性を飛躍的に向上させることができる。

上記第１実施形態のように、巻芯１５，１６の外部にセパレータカッタ７１を設ける場合には、セパレータカッタ７１と巻芯１５，１６との接触を防止するために、セパレータ２，３の切断時などにおいてセパレータカッタ７１の移動タイミング等を制御する必要があるが、本第３実施形態においては、セパレータカッタ７３（７４）と巻芯１５（１６）とが接触することはない。そのため、接触防止のための制御は不要となり、製造装置１０における動作の複雑化を抑制することができる。

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）上記第２実施形態では、セパレータカッタ７２がターレット１２の回転方向と同一の方向に回転移動することで、セパレータ２，３が切断されているが、セパレータカッタ７２をターレット１２の回転方向とは逆方向に回転移動させることで、セパレータ２，３を切断することとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態において、巻取手段１１は２つの巻芯１５，１６を備えているが、巻芯の数はこれに限定されるものではなく、３つ以上の巻芯を備えることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、正極活物質としてコバルト酸リチウム粒子を例示しているが、例えば、ニッケル酸リチウムやマンガン酸リチウム等、他のリチウム含有金属酸化物等を用いることとしてもよい。また、負極活物質としてフッ素等を含有する粒子を例示しているが、負極活物質として、例えば、炭素質材料等を用いることとしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、セパレータ２，３をＰＥにより形成することとしているが、他の絶縁性材料によってセパレータ２，３を形成することとしてもよい。

１…リチウムイオン電池素子（巻回素子）、２，３…セパレータ、４…プラス電極箔、５…マイナス電極箔、１２…ターレット、１５，１６…巻芯、１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ…巻芯片、１５Ｓ，１６Ｓ…スリット、１７，１８…チャック機構、１９，２０…カッタ挿通空間、７１…セパレータカッタ。

Claims (6)

1. それぞれ帯状をなすプラス電極箔、マイナス電極箔、及び、セパレータが重ねられて巻回されてなる巻回素子の製造装置であって、
   自身の中心軸に沿って延びる少なくとも２本の巻芯片を有し、当該巻芯片の間に前記セパレータを配置可能なスリットが形成されるとともに、前記中心軸を回転軸として回転可能であり、自身の外周において前記両電極箔及び前記セパレータを巻回可能な巻芯と、
   前記巻芯に設けられ、前記巻芯のスリットに配置された前記セパレータを保持可能なチャック機構と、
   前記セパレータの供給経路に沿った前記チャック機構よりも下流側において、前記セパレータを切断するセパレータカッタとを備え、
   前記巻芯片の間において、前記セパレータカッタにより前記スリットに配置された前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする巻回素子の製造装置。
2. 前記巻芯は、前記巻芯片同士の互いの対向面に交差して延びるカッタ挿通空間を備えており、
   前記巻芯に対して前記セパレータカッタを相対移動させて、前記セパレータカッタを前記カッタ挿通空間に挿通することにより、前記スリットに配置された前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の巻回素子の製造装置。
3. 前記巻芯は、自身の中心軸を回転軸として回転可能な円板状のターレットの外周側に設けられるとともに、
   前記セパレータカッタは、前記ターレットの回転による前記巻芯の移動経路上において、前記ターレットの中心軸を回転軸として回転移動可能に構成されており、かつ、
   前記カッタ挿通空間は、前記セパレータカッタの移動経路に対応する湾曲形状をなしており、
   前記ターレットの回転による前記巻芯の移動中に、前記巻芯に対して前記セパレータカッタを相対移動させて、前記セパレータカッタを前記カッタ挿通空間に挿通させることにより、前記スリットに配置された前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載の巻回素子の製造装置。
4. 前記セパレータカッタは、前記巻芯に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。
5. 前記チャック機構は、
   前記スリットと交差する方向に沿って前記巻芯に対して相対移動可能に構成され、前記スリットに対して接離移動可能な台座部と、
   前記台座部の前記スリット側の部位に取付けられるとともに、前記スリットに対する前記台座部の接近により前記スリットに配置された前記セパレータに接触することで、当該セパレータを保持可能な保持部とを備え、
   前記保持部は、前記スリットに対する前記台座部の移動方向に沿って伸縮変形可能な弾性部材を介して前記台座部に取付けられるとともに、
   前記セパレータカッタは、前記スリットに臨むようにして前記台座部に取付けられており、
   前記台座部の前記スリットに対する接近移動により、前記スリットに配置された前記セパレータを前記保持部により保持するとともに、前記台座部を前記スリットに対してさらに接近移動させることで、前記弾性部材を圧縮変形させつつ、前記セパレータカッタにより前記セパレータを切断可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の巻回素子の製造装置。
6. 前記プラス電極箔及び前記マイナス電極箔が前記スリット間に配置されることなく、前記巻芯により前記両電極箔及び前記セパレータが巻回されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。

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