JP2014239074A - 巻回装置及び巻回方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料歩留まりの向上等を図ることのできる巻回装置を提供する。
【解決手段】巻回装置６０は、電極シート５，６を搬送する電極シート搬送機構６１，６２、及び、セパレータシート３，４を搬送するセパレータシート搬送機構６３，６４を備えている。各シート搬送機構６１〜６４によって搬送された各シートは、巻回機構６５において、重ね合わされた状態で電池素子として巻回される。電極シート搬送機構６１，６２には、捨て材巻取機構８０が設けられている。そして、不良箇所を含む電極シート５，６の一部が、捨て材巻取機構８０により捨て材として巻取られる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、二次電池等に内蔵される電池素子を得るための巻回装置に関するものである。

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、正極活物質が塗布された正極シートと、負極活物質が塗布された負極シートとが、絶縁素材からなるセパレータシートを介して重ね合わされた状態で巻回されて製造される。

当該電池素子を製造する巻回装置において、上記各シートはそれぞれ別個の搬送路に沿って搬送され、最終的には各搬送路に設けられた供給機構によって随時、巻回機構へと送り出される。そして、当該巻回機構の巻芯による電池素子１つ分の巻回がほぼ完了したところで、巻芯の回転が一旦停止され、前記各供給機構の把持手段により各シートを把持した上で、各搬送路に設けられたカッタ機構により各シートが切断される。その後、各シートの巻き残りの部分が完全に巻き取られることで、電池素子の巻回が完了する。続いて、次回の巻回を開始するにあたり、各供給機構は、各シートを把持したまま移動し、切断された各シートの先端部を巻回機構へと送り出す。

一般に、電極シートの原反には継ぎ目等を含む不良箇所が存在する。そのため、製造過程において当該不良箇所を取り除く必要がある。一つの方法としては、例えば正負両電極シートのうち一方の電極シートに不良箇所が検出されると、他方の電極シートのシート供給を停止し、当該不良箇所を含む一方の電極シートのみをセパレータシートと共に巻回機構へと送り出して巻回し、このようにして巻回したものを後工程で不良品として取り除くといった方法も提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０００−２５１９１９号公報

しかしながら、上記特開２０００−２５１９１９号公報に記載されたような、通常の素子製造用の巻回機構を利用して不良箇所を巻き取る構成では、通常の素子製造時と同様、当該不良箇所を含む電極シートをセパレータシートと一緒に送り出し、当該セパレータシートに巻き込まれるようにして巻回しなければならない。つまり、電極シートのみに不良箇所が存在する場合であっても、これを排除するため、良品のセパレータシートを一緒に送り出す必要がある。その結果、良品のセパレータシートが無駄に使われ、材料歩留まりが低下するとともに、生産コストの増加を招くおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、材料歩留まりの向上等を図ることのできる巻回装置を提供することを主たる目的の一つとしている。

以下、上記課題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．活物質が塗布された帯状の正負両電極シートを、絶縁素材からなる帯状のセパレータシートを介して重ね合わせた状態で、電池素子として巻回する素子巻回手段を備えた巻回装置であって、
前記素子巻回手段へ前記電極シートを搬送する電極シート搬送機構において、不良箇所を含む前記電極シートの一部を捨て材として巻取り可能な捨て材巻取手段を備えたことを特徴とする巻回装置。

上記手段１によれば、製品となる電池素子を巻回する素子製造用の素子巻回手段とは別に、捨て材専用の巻取手段を備えることにより、前記素子巻回手段を利用することなく、不良箇所を含む電極シートを巻取り廃棄することができる。結果として、良品のセパレータシートを無駄に使用することなく、材料歩留まりの向上、ひいては生産コストの増加抑制を図ることができる。さらに、捨て材巻取手段により電極シートを巻き取る際、捨て材巻取手段に対しセパレータシートを取付けるなどの作業を行う必要もなく、捨て材の巻取り作業の簡素化や、捨て材の巻取りに係る作業時間の短縮等を図ることができる。

加えて、捨て材巻取手段による捨て材の巻取り中に、素子製造用の素子巻回手段に対し、次の素子製造工程に係るセパレータシートの取付け作業等を行うことができるため、生産効率の低下抑制を図ることができる。

なお、仮にセパレータシートを介さず素子巻回手段に直接、電極シートのみを巻き付けることができたとしても、素子巻回手段の巻芯等に活物質が付着してしまい、それ以後、製造される製品の品質に影響を与えるおそれがある。この点、本手段によれば、素子巻回手段の巻芯等に活物質が付着することもない。

また、例えば不良箇所を含む電極シートの一部を巻き取ることなく、短冊状に切り取るような構成とした場合には、機構が大型化するおそれがあるとともに、切り取った電極シートの取扱いが面倒となる。この点、本手段のように捨て材を巻き取り、巻回体とすることで、取扱いが容易なコンパクトなものとすることができる。

手段２．前記電極シートの搬送方向所定位置において、前記電極シートを切断する切断手段を備えるとともに、
前記切断手段よりも前記電極シートの搬送方向上流側位置において、前記電極シートの不良箇所を検出可能な検出手段を備え、
前記切断手段と前記検出手段との距離を、少なくとも前記電池素子１つ分に用いられる前記電極シートの長さ以上としたことを特徴とする手段１に記載の巻回装置。

上記手段２によれば、素子巻回手段により巻回される電池素子に不良箇所が混入することをより確実に防止することができる。結果として、良品のセパレータシートを無駄に使用することなく、上記手段１の作用効果をより高めることができる。

手段３．前記切断手段よりも前記電極シートの搬送方向上流側位置で、かつ、前記検出手段よりも前記電極シートの搬送方向下流側位置において、前記電極シートの不良箇所を検出可能な第２の検出手段を備えたことを特徴とする手段２に記載の巻回装置。

上記手段３によれば、捨て材巻取手段による捨て材の巻取り時において、第２の検出手段により不良箇所を確認し、当該検出結果を基に、捨て材巻取手段を制御することで、良品の電極シートを必要以上に捨て材としないようにすることができる。

また、上記作用効果をより確実なものとするためには、前記検出手段と前記第２の検出手段との距離を、少なくとも前記電池素子１つ分に用いられる前記電極シートの長さ以上とすることが、より好ましい。

手段４．前記捨て材巻取手段の巻芯は断面円形状に構成されてい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装置。

上記手段４によれば、例えば扁平状の巻芯に比べ、巻取り中の電極シートのバタツキを低減できるとともに、捨て材巻取手段の作業スペースのコンパクト化を図ることができる。

手段５．前記捨て材巻取手段は、自身の巻芯の近傍に配置されたカバー手段を備えてい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回装置。

上記手段５によれば、捨て材の巻取り時に、活物質の粉が周囲に飛散するおそれを低減することができる。

手段６．前記捨て材巻取手段は、少なくとも前記捨て材の巻取り時に、自身の巻芯をその軸線方向両側から支持可能とした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装置。

上記手段６によれば、巻芯を両持ち構造とすることにより、捨て材（電極シート）の幅方向への巻きズレ等の発生を抑制することができ、捨て材を安定して巻き取ることができる。

なお、捨て材（電極シート）の巻きズレが発生したまま、次の電池素子の巻回工程に移行してしまうと、捨て材同様に電池素子にも巻きズレが発生し、製品品質の低下を招くおそれがある。

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。 巻回機構を示す正面模式図である。 巻回装置の概略構成を示す模式図である。 回転部等を示す斜視図である。 電極シート搬送機構の一部の概略構成を示す模式図である。 捨て材巻取機構の概略構成を示す斜視模式図である。 捨て巻き軸ユニットが前進位置に移動した状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。 抜き板が前進位置に移動した状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。 捨て巻き軸ユニットが後退位置に戻った状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。 捨て材を回収した状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の巻回装置によって得られる電池素子の構成について説明する。

図１に示すように、ＥＶ（電気自動車）用リチウムイオン電池等に用いられる電池素子１は、筒状の巻芯コア２に対して、２枚のセパレータシート３，４と、正極シート５及び負極シート６の２枚の電極シート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、セパレータシート３，４、正極シート５、及び、負極シート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、アルミニウム等の金属素材やポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂素材）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。

セパレータシート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、極性の異なる電極シート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ＰＰにより構成されている。

電極シート５，６もまた、セパレータシート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。電極シート５，６は、薄板状の金属シートよりなり、その表裏両面には長手方向に連続して活物質が塗布されている。具体的には、正極シート５には例えばアルミニウム箔シートが用いられ、その表裏両面に正極活物質が塗布されている。負極シート６には例えば銅箔シートが用いられ、その表裏両面に負極活物質が塗布されている。

次に、電池素子１を製造するための巻回装置について説明する。図３に示すように、巻回装置６０は、正極シート５を搬送する電極シート搬送機構６１、負極シート６を搬送する電極シート搬送機構６２、及び、セパレータシート３，４を搬送するセパレータシート搬送機構６３，６４を備えている。各シート搬送機構６１〜６４によって搬送された各シートは、素子巻回手段としての巻回機構６５において各シートが重なるように巻取られる。

図２に示すように、巻回機構６５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、回転部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、各回転部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４に示すように、回転部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部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、回転部２０に装着される。

ここで、図２に示す巻回機構６５の説明に戻る。前記２つの回転部２０が、前記ターレット１２の回動により、着脱ポジションＰ１（図の左側位置）と、巻取ポジションＰ２（図の右側位置）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に位置する回転部２０に対し、上記各シート搬送機構６１〜６４から各シートが供給される。

本実施形態では、前記巻取ポジションＰ２に対応して、図示しないセパレータ固着手段が設けられている。セパレータ固着手段は、巻回の初期段階において、例えば、熱溶着により、セパレータシート３，４の先端部分を巻芯コア２の表面に対し取着可能に構成されている。勿論、単に接着テープ等を用いてセパレータシート３，４の先端部分を巻芯コア２の表面に対し貼付ける構成であっても差し支えない。

各シート搬送機構６１〜６４においては、ロール状に巻回された原反から各シートを引き出して、回転部２０の方へ供給することができるよう構成されているが、本実施形態では、特に電極シート５，６を搬送する電極シート搬送機構６１，６２に特徴を有するため、かかる構成について、負極シート６を搬送する電極シート搬送機構６２を例に詳しく説明する。

電極シート搬送機構６２の最上流側においては、負極シート６がロール状に巻回された原反７０が回転可能に支持されている。原反７０には、予め継ぎ目等を含む不良箇所に対してマーカーＭ（図５参照）が付されている。

原反７０から巻回機構６５（回転部２０）にかけての負極シート６の搬送路の途中には、張力付与手段７２が設けられている。当該張力付与手段７２は、一対のローラ７３，７４と、両ローラ７３，７４間に設けられた段差ローラ７５とを具備している。

また、負極シート６の搬送路に沿って、巻回機構６５の上流側には捨て材巻取手段としての捨て材巻取機構８０が設けられ、さらに上流側には切断手段としてのカッタ機構８１が設けられ、さらにその上流側にはシート供給手段としてのシート供給機構８２が設けられている。

さらに、図５に示すように、電極シート搬送機構６２には、第１検出センサ８３及び第２検出センサ８４が設けられている。検出センサ８３，８４は、負極シート６上のマーカーＭ（不良箇所）を検出するためのものである。

負極シート６の搬送路に沿って、第２検出センサ８４がカッタ機構８１の上流側に配置され、当該第２検出センサ８４よりもさらに上流側に第１検出センサ８３が配置されている。負極シート６の搬送路に沿った第１検出センサ８３と第２検出センサ８４との間の距離Ｗ１は、１つ分の電池素子１に用いられる負極シート６の長さ以上となっている。第１検出センサ８３が本実施形態における検出手段を構成し、第２検出センサ８４が第２の検出手段を構成する。

次に捨て材巻取機構８０について図６を参照して詳しく説明する。図６は捨て材巻取機構８０の概略構成を示す斜視模式図である。図６においては、便宜上、負極シート６に相当する部分に散点模様が付してある（図７〜図１０においても同様）。

捨て材巻取機構８０は、負極シート６の搬送路の側方に配置された捨て巻き軸ユニット９１を備えている。

捨て巻き軸ユニット９１は、スライド駆動手段としての駆動機構９２により、負極シート６の搬送方向と直交する軸線Ｄ方向に沿って、負極シート６の搬送路と交わる前進位置（図７参照）と、負極シート６の搬送路から退いた後退位置（図６参照）との間をスライド可能に設けられている。

より詳しくは、捨て巻き軸ユニット９１は、駆動機構９２により軸線Ｄ方向に沿って駆動される駆動部９３と、当該駆動部９３から軸線Ｄ方向に沿って負極シート６の搬送路側へ突出した筒状の軸部９４（図７参照）と、当該軸部９４の先端部に設けられた円盤状の基部９５と、当該基部９５から突出するように前記軸部９４に挿通された棒状の巻芯９６と、当該巻芯９６の上下部においてそれぞれ巻芯９６と並行するように前記基部９５から負極シート６の搬送路側に向けて突出した断面略円弧状の一対のカバー手段としてのカバー部９７とを備えている。

巻芯９６は、負極シート６を巻き取るためのものであり、駆動部９３の内部にて図示しない回転駆動手段としてのモータと連結され、軸線Ｄを回転軸として回転可能に構成されている。また、巻芯９６は断面円形状をなすとともに、巻芯９６には、その先端部からの所定区間において、軸線Ｄ方向に沿ったスリット９９が形成されている。

また、捨て巻き軸ユニット９１とは、負極シート６の搬送路を挟んで反対側にあたる位置には、受部１００が設けられている。受部１００は、捨て巻き軸ユニット９１が前進位置にある状態で、当該捨て巻き軸ユニット９１と係合するものである。

より詳しくは、受部１００は、その基部１０１から捨て巻き軸ユニット９１側に向け突出した円柱状の受けピン１０３と、当該受けピン１０３の外周側に設けられた円筒状の内筒部１０４と、当該内筒部１０４の外周側に設けられた円筒状の外筒部１０５とを備えている。なお、受けピン１０３、内筒部１０４及び外筒部１０５のそれぞれの中心軸は、軸線Ｄと一致している。

受けピン１０３は、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６のスリット９９に挿し込まれるものであり、その直径はスリット９９の間隔とほぼ同じ大きさとなるように構成されている。

内筒部１０４は、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６の外径とほぼ等しい内径を有しており、受けピン１０３がスリット９９に挿し込まれる際には、当該内筒部１０４の内部に巻芯９６の先端部が収容された状態となる。

また、負極シート６の搬送路の側方（捨て巻き軸ユニット９１が配置された側と同じ側）には、抜き取り機構１１０が設けられている。

抜き取り機構１１０は、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６に巻き付いた負極シート６を当該巻芯９６から抜き取るためのものである。

より詳しくは、抜き取り機構１１０は、スライド駆動手段としての駆動機構１１１と、当該駆動機構１１１により負極シート６の搬送方向に沿って駆動される駆動部１１２と、当該駆動部１１２から突出した抜き板１１３とを備えている。

これにより、抜き板１１３は、軸線Ｄ（捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６）と交わる前進位置（図８参照）と、軸線Ｄから退いた後退位置（図６参照）との間をスライド可能となる。

抜き板１１３の厚みは、スリット９９の間隔よりも薄く、当該スリット９９に挿入可能な構成となっている。

また、負極シート６の搬送路の下方位置には、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６から抜き取られた捨て材としての負極シート６の巻回体を回収するため回収ホッパ１１５が設けられている。

尚、図示は省略するが、勿論、上述した捨て巻き機構８０等は、正極シート５を搬送する電極シート搬送機構６１にも設けられている。

また、巻回機構６５や、捨て巻き機構８０、カッタ機構８１、シート供給機構８２など、巻回装置６０内の各機構は、図示しない制御装置により動作制御される構成となっている。

次に、電池素子１を製造する手順について説明する。

まず、ターレット１２を時計回りに半回転させることで、一方の回転部２０を着脱ポジションＰ１へと移動させる。このとき、他方の回転部２０は巻取ポジションＰ２に位置することとなる。例えば、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部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の装着された回転部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に位置する回転部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、先ず上述したセパレータ固着手段により、セパレータシート３，４の先端部分が巻芯コア２の表面に対し取着固定される。

続いて、当該巻取ポジションＰ２においては、回転部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、各電極シート搬送機構６１，６２のシート供給機構８２が作動し、各電極シート５，６が巻芯コア２の方に向けて供給される。

より詳しくは、各電極シート５，６がシート供給機構８２によって把持された状態で、シート供給機構８２が回転部２０の方へ移動することにより、各電極シート５，６が巻芯コア２の方に向けて送り出される。

これにより、各電極シート５，６の先端がセパレータシート３，４で挟み込まれることとなり、当該電極シート５，６がそれぞれセパレータシート３，４を介して互いに絶縁状態で巻回され始めることとなる。

電極シート５，６の巻回が開始されたならば、電極シート５，６は、シート供給機構８２から開放され、張力付与手段７２等にて所定の張力を付与されながら、セパレータシート３，４とともに巻回されることとなる。

尚、シート供給機構８２は、電極シート５，６の開放とともに、上流側まで戻り、巻回中においては、当該位置において待機する。

そして、帯状体７の巻回がほぼ完了したならば、回転部２０の回転が停止され、シート供給機構８２により電極シート５，６が把持された上で、当該電極シート５，６がカッタ機構８１により切断される。

その後、回転部２０を幾らか回転させた後、セパレータシート３，４についても切断する。そして、切断された残りの帯状体７（各シート３〜６）が完全に巻き取られ、外周側のセパレータシート３，４に関しテープ止めが施されることで巻回が完了する。

その後、回転部２０等を着脱ポジションＰ１へと移動させた上で、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。

次に、上述したような電池素子１の巻回中に、電極シート搬送機構６１，６２にて、電極シート５，６の不良箇所が見付かった場合の処理について、負極シート６の電極シート搬送機構６２にて見付かった場合を例に詳しく説明する。

電池素子１の巻回中に、第１検出センサ８３によって負極シート６上の不良箇所（マーカーＭ）が検出された場合には、当該電池素子１の巻回終了後に、捨て材巻取処理を行う旨を記憶する。

そして、当該電池素子１の巻回終了後、負極シート６がシート供給機構８２によって下流側へ送り出されるとともに、図７に示すように、捨て巻き軸ユニット９１が前進位置へと移動する。

これにより、巻芯９６のスリット９９の間に負極シート６が挿し込まれるとともに、受部１００の内筒部１０４に巻芯９６の先端部が収容された状態となる。同時に、受けピン１０３が巻芯９６のスリット９９に挿し込まれた状態となる。

続いて、巻芯９６が回転し、負極シート６の巻取りを開始する。電池素子１の巻回時同様、負極シート６の巻取りが開始されたならば、負極シート６は、シート供給機構８２から開放され、張力付与手段７２等にて所定の張力を付与されながら、巻芯９６に巻回される。

そして、第２検出センサ８４によって負極シート６上の不良箇所（マーカーＭ）が検出された後、当該第２検出センサ８４からカッタ機構８１までの距離Ｗ２（図５参照）に相当する分だけ負極シート６を巻き取り、不良箇所がカッタ機構８１よりもやや下流側に達したところで、巻芯９６を一旦停止する。

巻芯９６を停止したならば、シート供給機構８２により負極シート６を把持した上で、当該負極シート６をカッタ機構８１により切断する。

その後、巻芯９６を幾らか回転させることにより、切断された残りの負極シート６を完全に巻き取る（図８参照）。

続いて、図８に示すように、抜き取り機構１１０の抜き板１１３が前進位置に移動し、巻芯９６のスリット９９に挿し込まれる。そして、この状態のまま、図９に示すように、捨て巻き軸ユニット９１が後退位置へ戻る。これにより、巻芯９６に巻き付いた負極シート６が巻芯９６から抜け落ち、図１０に示すように、下方の回収ホッパ１１５に捨て材として回収される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、製品となる電池素子１を巻回する素子製造用の巻回機構６５とは別に、捨て材専用の捨て材巻取機構８０を備えることにより、巻回機構６５を利用することなく、不良箇所を含む電極シート５，６を巻取り廃棄することができる。結果として、良品のセパレータシート３，４を無駄に使用することなく、材料歩留まりの向上、ひいては生産コストの増加抑制を図ることができる。

さらに、捨て材巻取機構８０により電極シート５，６を巻き取る際、捨て材巻取機構８０に対しセパレータシート３，４を取付けるなどの作業を行う必要もなく、捨て材の巻取り作業の簡素化や、捨て材の巻取りに係る作業時間の短縮等を図ることができる。

加えて、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取り中に、素子製造用の巻回機構６５に対し、次の素子製造工程に係るセパレータシート３，４の取付け作業等を行うことができるため、生産効率の低下抑制を図ることができる。

仮にセパレータシート３，４を介さず巻回機構６５（回転部２０）に直接、電極シート５，６のみを巻き付けることができたとしても、巻芯２１等に活物質が付着してしまい、それ以後、製造される製品の品質に影響を与えるおそれがある。この点、本実施形態によれば、巻回機構６５の巻芯２１等に活物質が付着することもない。なお、本実施形態のように、巻芯コア２を用いて電池素子１の巻回を行う構成においては、電池素子１への直接の活物質の付着は抑えられるものの、捨て材の巻取りを行う際にも、当該巻芯コア２を用いる必要があり、時間や手間がかかる。

また、例えば不良箇所を含む電極シート５，６の一部を巻き取ることなく、短冊状に切り取るような構成とした場合には、機構が大型化するおそれがあるとともに、切り取った電極シート５，６の取扱いが面倒となる。この点、本実施形態のように捨て材となる電極シート５，６を巻き取り、巻回体とすることで、取扱いが容易なコンパクトなものとすることができる。

本実施形態では、電極シート５，６上の不良箇所を検出するための第１検出センサ８３及び第２検出センサ８４を備えるとともに、両者の間の距離Ｗ１が、１つ分の電池素子１に用いられる電極シート５，６の長さ以上となるように設定されている。そして、電池素子１の巻回中に、第１検出センサ８３によって電極シート５，６上の不良箇所が検出された場合には、当該電池素子１の巻回終了後に、捨て材巻取処理を行う。さらに、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取り時においては、第２検出センサ８４によって電極シート５，６上の不良箇所が検出された後、当該第２検出センサ８４からカッタ機構８１までの距離Ｗ２に相当する分だけ電極シート５，６を巻き取り、不良箇所がカッタ機構８１よりもやや下流側に達したところで、巻芯９６を一旦停止し、切断するといった構成となっている。このため、巻回機構６５により巻回される電池素子１に不良箇所が混入することをより確実に防止するとともに、良品の電極シート５，６を必要以上に捨て材としないようにすることができる。

本実施形態における捨て材巻取機構８０の巻芯９６は断面円形状をなしている。このため、例えば扁平状の巻芯に比べ、巻取り中の電極シート５，６のバタツキを低減できるとともに、捨て材巻取機構８０の作業スペースのコンパクト化を図ることができる。

また、本実施形態では、カバー部９７を備えることにより、捨て材の巻取り時に、活物質の粉が周囲に飛散するおそれを低減することができる。

また、受部１００を備え、巻芯９６を両持ち構造とすることにより、捨て材（電極シート５，６）の幅方向への巻きズレ等の発生を抑制することができ、捨て材を安定して巻き取ることができる。ひいては、捨て材（電極シート５，６）の巻きズレが発生したまま、次の電池素子１の巻回工程に移行し、捨て材同様に電池素子１にも巻きズレが発生するといった不具合の発生を低減することができる。結果として、製品品質の低下を抑制することができる。

尚、上述した実施形態の記載内容に限定されることなく、例えば次のように実施してもよい。

（ａ）上記実施形態に係る巻回装置６０では、電池素子１の材料として、長手方向に連続して活物質が塗布された電極シート５，６を用いる構成としているが、これに限らず、一定の間隔で活物質が塗布された電極シートを用いる構成としてもよい。

（ｂ）上記実施形態に係る巻回装置６０では、電池素子１が、巻芯コア２を具備する場合について具体化されているが、当該巻芯コア２を有しないタイプの電池素子を得る場合について具体化することとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、第１検出センサ８３と第２検出センサ８４との間の距離Ｗ１が、１つ分の電池素子１に用いられる電極シート５，６の長さ以上に設定されている。これに限らず、例えば第１検出センサ８３と第２検出センサ８４との間の距離Ｗ１、さらには第１検出センサ８３とカッタ機構８１との間の距離Ｗ１＋Ｗ２が１つ分の電池素子１に用いられる電極シート５，６の長さよりも短く設定された構成としてもよい。

かかる場合、例えば、以下のように捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取りを実施してもよい。第１検出センサ８３によって電極シート５，６上の不良箇所が検出された際、巻回機構６５による電極シート５，６の残巻量を把握した上で、第１検出センサ８３とカッタ機構８１との間の距離Ｗ１＋Ｗ２を基に、現在、巻回中の電池素子１に当該不良箇所が混入するか否かを判定する。そこで、不良箇所が電池素子１に混入すると判断された場合には、巻回機構６５の回転部２０を即停止する。そして、巻回中の電子素子１を廃棄するとともに、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取りを行う。一方、不良箇所が電池素子１に混入しないと判断された場合には、上記実施形態と同様、電池素子１の巻回終了後に、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取りを行う。

なお、このように第１検出センサ８３の検出結果に基づき、その後の不良箇所の位置を把握可能な構成においては、第２検出センサ８４を省略した構成としてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、捨て材の巻取りに際し、巻芯９６のスリット９９に電極シート５，６を挿し込み、巻き込むことで、当該電極シート５，６を巻芯９６に固定する構成となっている。これに限らず、例えば把持機能等を備え、電極シート５，６を把持した状態で回転する巻芯等を採用してもよい。

（ｅ）上記実施形態では、断面円形状の巻芯９６を採用しているが、これに限らず、例えば外周形状が扁平な断面非円形状の巻芯を採用してもよい。

（ｆ）上記実施形態では、活物質の粉が周囲に飛散するのを防止するため、カバー部９７を備えているが、これを省略した構成としてもよい。

（ｇ）上記実施形態では、受部１００を備え、巻芯９６を両持ち構造としているが、これに限らず、受部１００を省略し、巻芯９６が片持ち構造となる構成としてもよい。

（ｈ）抜き取り機構１１０の構成は上記実施形態に限定されるものではない。例えば予め抜き板１１３が前進位置にて固定された構成としてもよい。また、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６に巻き付いた電極シート５，６を把持して抜き取る構成としてもよい。

１…電池素子、３，４…セパレータシート、５…正極シート、６…負極シート、６０…巻回装置、６１，６２…電極シート搬送機構、６５…巻回機構、８０…捨て材巻取機構、８１…カッタ機構、８２…シート供給機構、８３…第１検出センサ、８４…第２検出センサ、９１…捨て巻き軸ユニット、９６…巻芯、９７…カバー部、９９…スリット、１００…受部、１１０…抜き取り機構、１１３…抜き板、Ｍ…マーカー、Ｗ１…第１検出センサと第２検出センサとの間の距離、Ｗ２…第２検出センサからカッタ機構までの距離。

本発明は、二次電池等に内蔵される電池素子を得るための巻回装置及び巻回方法に関するものである。

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、正極活物質が塗布された正極シートと、負極活物質が塗布された負極シートとが、絶縁素材からなるセパレータシートを介して重ね合わされた状態で巻回されて製造される。

当該電池素子を製造する巻回装置において、上記各シートはそれぞれ別個の搬送路に沿って搬送され、最終的には各搬送路に設けられた供給機構によって随時、巻回機構へと送り出される。そして、当該巻回機構の巻芯による電池素子１つ分の巻回がほぼ完了したところで、巻芯の回転が一旦停止され、前記各供給機構の把持手段により各シートを把持した上で、各搬送路に設けられたカッタ機構により各シートが切断される。その後、各シートの巻き残りの部分が完全に巻き取られることで、電池素子の巻回が完了する。続いて、次回の巻回を開始するにあたり、各供給機構は、各シートを把持したまま移動し、切断された各シートの先端部を巻回機構へと送り出す。

一般に、電極シートの原反には継ぎ目等を含む不良箇所が存在する。そのため、製造過程において当該不良箇所を取り除く必要がある。一つの方法としては、例えば正負両電極シートのうち一方の電極シートに不良箇所が検出されると、他方の電極シートのシート供給を停止し、当該不良箇所を含む一方の電極シートのみをセパレータシートと共に巻回機構へと送り出して巻回し、このようにして巻回したものを後工程で不良品として取り除くといった方法も提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０００−２５１９１９号公報

しかしながら、上記特開２０００−２５１９１９号公報に記載されたような、通常の素子製造用の巻回機構を利用して不良箇所を巻き取る構成では、通常の素子製造時と同様、当該不良箇所を含む電極シートをセパレータシートと一緒に送り出し、当該セパレータシートに巻き込まれるようにして巻回しなければならない。つまり、電極シートのみに不良箇所が存在する場合であっても、これを排除するため、良品のセパレータシートを一緒に送り出す必要がある。その結果、良品のセパレータシートが無駄に使われ、材料歩留まりが低下するとともに、生産コストの増加を招くおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、材料歩留まりの向上等を図ることのできる巻回装置及び巻回方法を提供することを主たる目的の一つとしている。

上記課題を解決するべく、第１の発明においては、
搬送可能に設けられ活物質が塗布された帯状の正負両電極シートを、搬送可能に設けられ絶縁素材からなる帯状のセパレータシートを介して重ね合わせた状態で、素子巻回手段にて巻取り、１つの電池素子単位で前記両電極シート及びセパレータシートを切断する巻回方法であって、
前記素子巻回手段から１つの電池素子の長さ以上の前記電極シートの搬送方向の所定の上流位置で、前記電極シートの不良箇所の検出を行い、前記電極シートの不良箇所が検出された場合に、当該不良箇所を含む電極シートの一部を捨て材として巻取り、廃棄可能としたことを特徴とする。

また、第２の発明として、第１の発明において、
次回に巻き取られる１つの電池素子の長さ内の前記電極シートに不良箇所が検出された場合に、今回の電池素子の巻回終了後に、前記不良箇所を含む電極シートの巻取り開始端から電極シートの一部を捨て材として巻取り、廃棄可能としてもよい。

また、第３の発明においては、
搬送可能に設けられ活物質が塗布された帯状の正負両電極シートを、搬送可能に設けられ絶縁素材からなる帯状のセパレータシートを介して重ね合わせた状態で、素子巻回手段にて巻取り、１つの電池素子単位で前記両電極シート及びセパレータシートを切断する巻回方法であって、
前記素子巻回手段から１つの電池素子の長さより短い前記電極シートの搬送方向の所定の上流位置で、前記電極シートの不良箇所の検出を行い、前記電極シートの不良箇所が検出された場合に、当該不良箇所を含む電極シートの一部を捨て材として巻取り、廃棄可能としたことを特徴とする。

また、第４の発明として、第３の発明において、
前記電極シートの不良箇所が検出された場合に、前記素子巻回手段による電極シートの残巻量を把握した上で、今回巻回中の電池素子に当該不良箇所が混入するか否かを判定し、
不良箇所が電池素子に混入すると判断した場合には、前記素子巻回手段を停止し、巻回中の電子素子を捨て材として廃棄し、
不良箇所が電池素子に混入しないと判断した場合には、今回の電池素子の巻回終了後に、不良箇所を含む電極シートの一部を捨て材として巻取り、廃棄することとしてもよい。

また、第５の発明として、第１乃至第４の発明において、
不良箇所を含む電極シートの一部を捨て材として巻取るに際し、電極シートを把持した状態で回転する捨て材巻取手段を用いることとしてもよい。

また、第６の発明においては、
活物質が塗布された帯状の正負両電極シートを、絶縁素材からなる帯状のセパレータシートを介して重ね合わせた状態で、電池素子として巻回する素子巻回手段を備えた巻回装置であって、
前記素子巻回手段へ前記電極シートを搬送する電極シート搬送機構において、不良箇所を含む前記電極シートの一部を捨て材として巻取り可能な捨て材巻取手段を備え、
当該捨て材巻取手段を素子巻回手段とは別に設け、
前記捨て材巻取手段は、不良箇所を含む電極シートの一部を捨て材として巻取るに際し、電極シートを把持した状態で回転する手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、製品となる電池素子を巻回する素子製造用の素子巻回手段とは別に、捨て材専用に巻取ることにより、前記素子巻回手段を利用することなく、不良箇所を含む電極シートを巻取り廃棄することができる。結果として、良品のセパレータシートを無駄に使用することなく、材料歩留まりの向上、ひいては生産コストの増加抑制を図ることができる。

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。 巻回機構を示す正面模式図である。 巻回装置の概略構成を示す模式図である。 回転部等を示す斜視図である。 電極シート搬送機構の一部の概略構成を示す模式図である。 捨て材巻取機構の概略構成を示す斜視模式図である。 捨て巻き軸ユニットが前進位置に移動した状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。 抜き板が前進位置に移動した状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。 捨て巻き軸ユニットが後退位置に戻った状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。 捨て材を回収した状態を示す捨て材巻取機構の斜視模式図である。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の巻回装置によって得られる電池素子の構成について説明する。

図１に示すように、ＥＶ（電気自動車）用リチウムイオン電池等に用いられる電池素子１は、筒状の巻芯コア２に対して、２枚のセパレータシート３，４と、正極シート５及び負極シート６の２枚の電極シート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、セパレータシート３，４、正極シート５、及び、負極シート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、アルミニウム等の金属素材やポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂素材）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。

セパレータシート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、極性の異なる電極シート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ＰＰにより構成されている。

電極シート５，６もまた、セパレータシート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。電極シート５，６は、薄板状の金属シートよりなり、その表裏両面には長手方向に連続して活物質が塗布されている。具体的には、正極シート５には例えばアルミニウム箔シートが用いられ、その表裏両面に正極活物質が塗布されている。負極シート６には例えば銅箔シートが用いられ、その表裏両面に負極活物質が塗布されている。

次に、電池素子１を製造するための巻回装置について説明する。図３に示すように、巻回装置６０は、正極シート５を搬送する電極シート搬送機構６１、負極シート６を搬送する電極シート搬送機構６２、及び、セパレータシート３，４を搬送するセパレータシート搬送機構６３，６４を備えている。各シート搬送機構６１〜６４によって搬送された各シートは、素子巻回手段としての巻回機構６５において各シートが重なるように巻取られる。

図２に示すように、巻回機構６５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、回転部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、各回転部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４に示すように、回転部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部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、回転部２０に装着される。

ここで、図２に示す巻回機構６５の説明に戻る。前記２つの回転部２０が、前記ターレット１２の回動により、着脱ポジションＰ１（図の左側位置）と、巻取ポジションＰ２（図の右側位置）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に位置する回転部２０に対し、上記各シート搬送機構６１〜６４から各シートが供給される。

本実施形態では、前記巻取ポジションＰ２に対応して、図示しないセパレータ固着手段が設けられている。セパレータ固着手段は、巻回の初期段階において、例えば、熱溶着により、セパレータシート３，４の先端部分を巻芯コア２の表面に対し取着可能に構成されている。勿論、単に接着テープ等を用いてセパレータシート３，４の先端部分を巻芯コア２の表面に対し貼付ける構成であっても差し支えない。

各シート搬送機構６１〜６４においては、ロール状に巻回された原反から各シートを引き出して、回転部２０の方へ供給することができるよう構成されているが、本実施形態では、特に電極シート５，６を搬送する電極シート搬送機構６１，６２に特徴を有するため、かかる構成について、負極シート６を搬送する電極シート搬送機構６２を例に詳しく説明する。

電極シート搬送機構６２の最上流側においては、負極シート６がロール状に巻回された原反７０が回転可能に支持されている。原反７０には、予め継ぎ目等を含む不良箇所に対してマーカーＭ（図５参照）が付されている。

原反７０から巻回機構６５（回転部２０）にかけての負極シート６の搬送路の途中には、張力付与手段７２が設けられている。当該張力付与手段７２は、一対のローラ７３，７４と、両ローラ７３，７４間に設けられた段差ローラ７５とを具備している。

また、負極シート６の搬送路に沿って、巻回機構６５の上流側には捨て材巻取手段としての捨て材巻取機構８０が設けられ、さらに上流側には切断手段としてのカッタ機構８１が設けられ、さらにその上流側にはシート供給手段としてのシート供給機構８２が設けられている。

さらに、図５に示すように、電極シート搬送機構６２には、第１検出センサ８３及び第２検出センサ８４が設けられている。検出センサ８３，８４は、負極シート６上のマーカーＭ（不良箇所）を検出するためのものである。

負極シート６の搬送路に沿って、第２検出センサ８４がカッタ機構８１の上流側に配置され、当該第２検出センサ８４よりもさらに上流側に第１検出センサ８３が配置されている。負極シート６の搬送路に沿った第１検出センサ８３と第２検出センサ８４との間の距離Ｗ１は、１つ分の電池素子１に用いられる負極シート６の長さ以上となっている。第１検出センサ８３が本実施形態における検出手段を構成し、第２検出センサ８４が第２の検出手段を構成する。

次に捨て材巻取機構８０について図６を参照して詳しく説明する。図６は捨て材巻取機構８０の概略構成を示す斜視模式図である。図６においては、便宜上、負極シート６に相当する部分に散点模様が付してある（図７〜図１０においても同様）。

捨て材巻取機構８０は、負極シート６の搬送路の側方に配置された捨て巻き軸ユニット９１を備えている。

捨て巻き軸ユニット９１は、スライド駆動手段としての駆動機構９２により、負極シート６の搬送方向と直交する軸線Ｄ方向に沿って、負極シート６の搬送路と交わる前進位置（図７参照）と、負極シート６の搬送路から退いた後退位置（図６参照）との間をスライド可能に設けられている。

より詳しくは、捨て巻き軸ユニット９１は、駆動機構９２により軸線Ｄ方向に沿って駆動される駆動部９３と、当該駆動部９３から軸線Ｄ方向に沿って負極シート６の搬送路側へ突出した筒状の軸部９４（図７参照）と、当該軸部９４の先端部に設けられた円盤状の基部９５と、当該基部９５から突出するように前記軸部９４に挿通された棒状の巻芯９６と、当該巻芯９６の上下部においてそれぞれ巻芯９６と並行するように前記基部９５から負極シート６の搬送路側に向けて突出した断面略円弧状の一対のカバー手段としてのカバー部９７とを備えている。

巻芯９６は、負極シート６を巻き取るためのものであり、駆動部９３の内部にて図示しない回転駆動手段としてのモータと連結され、軸線Ｄを回転軸として回転可能に構成されている。また、巻芯９６は断面円形状をなすとともに、巻芯９６には、その先端部からの所定区間において、軸線Ｄ方向に沿ったスリット９９が形成されている。

また、捨て巻き軸ユニット９１とは、負極シート６の搬送路を挟んで反対側にあたる位置には、受部１００が設けられている。受部１００は、捨て巻き軸ユニット９１が前進位置にある状態で、当該捨て巻き軸ユニット９１と係合するものである。

より詳しくは、受部１００は、その基部１０１から捨て巻き軸ユニット９１側に向け突出した円柱状の受けピン１０３と、当該受けピン１０３の外周側に設けられた円筒状の内筒部１０４と、当該内筒部１０４の外周側に設けられた円筒状の外筒部１０５とを備えている。なお、受けピン１０３、内筒部１０４及び外筒部１０５のそれぞれの中心軸は、軸線Ｄと一致している。

受けピン１０３は、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６のスリット９９に挿し込まれるものであり、その直径はスリット９９の間隔とほぼ同じ大きさとなるように構成されている。

内筒部１０４は、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６の外径とほぼ等しい内径を有しており、受けピン１０３がスリット９９に挿し込まれる際には、当該内筒部１０４の内部に巻芯９６の先端部が収容された状態となる。

また、負極シート６の搬送路の側方（捨て巻き軸ユニット９１が配置された側と同じ側）には、抜き取り機構１１０が設けられている。

抜き取り機構１１０は、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６に巻き付いた負極シート６を当該巻芯９６から抜き取るためのものである。

より詳しくは、抜き取り機構１１０は、スライド駆動手段としての駆動機構１１１と、当該駆動機構１１１により負極シート６の搬送方向に沿って駆動される駆動部１１２と、当該駆動部１１２から突出した抜き板１１３とを備えている。

これにより、抜き板１１３は、軸線Ｄ（捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６）と交わる前進位置（図８参照）と、軸線Ｄから退いた後退位置（図６参照）との間をスライド可能となる。

抜き板１１３の厚みは、スリット９９の間隔よりも薄く、当該スリット９９に挿入可能な構成となっている。

また、負極シート６の搬送路の下方位置には、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６から抜き取られた捨て材としての負極シート６の巻回体を回収するため回収ホッパ１１５が設けられている。

尚、図示は省略するが、勿論、上述した捨て巻き機構８０等は、正極シート５を搬送する電極シート搬送機構６１にも設けられている。

また、巻回機構６５や、捨て巻き機構８０、カッタ機構８１、シート供給機構８２など、巻回装置６０内の各機構は、図示しない制御装置により動作制御される構成となっている。

次に、電池素子１を製造する手順について説明する。

まず、ターレット１２を時計回りに半回転させることで、一方の回転部２０を着脱ポジションＰ１へと移動させる。このとき、他方の回転部２０は巻取ポジションＰ２に位置することとなる。例えば、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部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の装着された回転部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に位置する回転部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、先ず上述したセパレータ固着手段により、セパレータシート３，４の先端部分が巻芯コア２の表面に対し取着固定される。

続いて、当該巻取ポジションＰ２においては、回転部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、各電極シート搬送機構６１，６２のシート供給機構８２が作動し、各電極シート５，６が巻芯コア２の方に向けて供給される。

より詳しくは、各電極シート５，６がシート供給機構８２によって把持された状態で、シート供給機構８２が回転部２０の方へ移動することにより、各電極シート５，６が巻芯コア２の方に向けて送り出される。

これにより、各電極シート５，６の先端がセパレータシート３，４で挟み込まれることとなり、当該電極シート５，６がそれぞれセパレータシート３，４を介して互いに絶縁状態で巻回され始めることとなる。

電極シート５，６の巻回が開始されたならば、電極シート５，６は、シート供給機構８２から開放され、張力付与手段７２等にて所定の張力を付与されながら、セパレータシート３，４とともに巻回されることとなる。

尚、シート供給機構８２は、電極シート５，６の開放とともに、上流側まで戻り、巻回中においては、当該位置において待機する。

そして、帯状体７の巻回がほぼ完了したならば、回転部２０の回転が停止され、シート供給機構８２により電極シート５，６が把持された上で、当該電極シート５，６がカッタ機構８１により切断される。

その後、回転部２０を幾らか回転させた後、セパレータシート３，４についても切断する。そして、切断された残りの帯状体７（各シート３〜６）が完全に巻き取られ、外周側のセパレータシート３，４に関しテープ止めが施されることで巻回が完了する。

その後、回転部２０等を着脱ポジションＰ１へと移動させた上で、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。

次に、上述したような電池素子１の巻回中に、電極シート搬送機構６１，６２にて、電極シート５，６の不良箇所が見付かった場合の処理について、負極シート６の電極シート搬送機構６２にて見付かった場合を例に詳しく説明する。

電池素子１の巻回中に、第１検出センサ８３によって負極シート６上の不良箇所（マーカーＭ）が検出された場合には、当該電池素子１の巻回終了後に、捨て材巻取処理を行う旨を記憶する。

そして、当該電池素子１の巻回終了後、負極シート６がシート供給機構８２によって下流側へ送り出されるとともに、図７に示すように、捨て巻き軸ユニット９１が前進位置へと移動する。

これにより、巻芯９６のスリット９９の間に負極シート６が挿し込まれるとともに、受部１００の内筒部１０４に巻芯９６の先端部が収容された状態となる。同時に、受けピン１０３が巻芯９６のスリット９９に挿し込まれた状態となる。

続いて、巻芯９６が回転し、負極シート６の巻取りを開始する。電池素子１の巻回時同様、負極シート６の巻取りが開始されたならば、負極シート６は、シート供給機構８２から開放され、張力付与手段７２等にて所定の張力を付与されながら、巻芯９６に巻回される。

そして、第２検出センサ８４によって負極シート６上の不良箇所（マーカーＭ）が検出された後、当該第２検出センサ８４からカッタ機構８１までの距離Ｗ２（図５参照）に相当する分だけ負極シート６を巻き取り、不良箇所がカッタ機構８１よりもやや下流側に達したところで、巻芯９６を一旦停止する。

巻芯９６を停止したならば、シート供給機構８２により負極シート６を把持した上で、当該負極シート６をカッタ機構８１により切断する。

その後、巻芯９６を幾らか回転させることにより、切断された残りの負極シート６を完全に巻き取る（図８参照）。

続いて、図８に示すように、抜き取り機構１１０の抜き板１１３が前進位置に移動し、巻芯９６のスリット９９に挿し込まれる。そして、この状態のまま、図９に示すように、捨て巻き軸ユニット９１が後退位置へ戻る。これにより、巻芯９６に巻き付いた負極シート６が巻芯９６から抜け落ち、図１０に示すように、下方の回収ホッパ１１５に捨て材として回収される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、製品となる電池素子１を巻回する素子製造用の巻回機構６５とは別に、捨て材専用の捨て材巻取機構８０を備えることにより、巻回機構６５を利用することなく、不良箇所を含む電極シート５，６を巻取り廃棄することができる。結果として、良品のセパレータシート３，４を無駄に使用することなく、材料歩留まりの向上、ひいては生産コストの増加抑制を図ることができる。

さらに、捨て材巻取機構８０により電極シート５，６を巻き取る際、捨て材巻取機構８０に対しセパレータシート３，４を取付けるなどの作業を行う必要もなく、捨て材の巻取り作業の簡素化や、捨て材の巻取りに係る作業時間の短縮等を図ることができる。

加えて、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取り中に、素子製造用の巻回機構６５に対し、次の素子製造工程に係るセパレータシート３，４の取付け作業等を行うことができるため、生産効率の低下抑制を図ることができる。

仮にセパレータシート３，４を介さず巻回機構６５（回転部２０）に直接、電極シート５，６のみを巻き付けることができたとしても、巻芯２１等に活物質が付着してしまい、それ以後、製造される製品の品質に影響を与えるおそれがある。この点、本実施形態によれば、巻回機構６５の巻芯２１等に活物質が付着することもない。なお、本実施形態のように、巻芯コア２を用いて電池素子１の巻回を行う構成においては、電池素子１への直接の活物質の付着は抑えられるものの、捨て材の巻取りを行う際にも、当該巻芯コア２を用いる必要があり、時間や手間がかかる。

また、例えば不良箇所を含む電極シート５，６の一部を巻き取ることなく、短冊状に切り取るような構成とした場合には、機構が大型化するおそれがあるとともに、切り取った電極シート５，６の取扱いが面倒となる。この点、本実施形態のように捨て材となる電極シート５，６を巻き取り、巻回体とすることで、取扱いが容易なコンパクトなものとすることができる。

本実施形態では、電極シート５，６上の不良箇所を検出するための第１検出センサ８３及び第２検出センサ８４を備えるとともに、両者の間の距離Ｗ１が、１つ分の電池素子１に用いられる電極シート５，６の長さ以上となるように設定されている。そして、電池素子１の巻回中に、第１検出センサ８３によって電極シート５，６上の不良箇所が検出された場合には、当該電池素子１の巻回終了後に、捨て材巻取処理を行う。さらに、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取り時においては、第２検出センサ８４によって電極シート５，６上の不良箇所が検出された後、当該第２検出センサ８４からカッタ機構８１までの距離Ｗ２に相当する分だけ電極シート５，６を巻き取り、不良箇所がカッタ機構８１よりもやや下流側に達したところで、巻芯９６を一旦停止し、切断するといった構成となっている。このため、巻回機構６５により巻回される電池素子１に不良箇所が混入することをより確実に防止するとともに、良品の電極シート５，６を必要以上に捨て材としないようにすることができる。

本実施形態における捨て材巻取機構８０の巻芯９６は断面円形状をなしている。このため、例えば扁平状の巻芯に比べ、巻取り中の電極シート５，６のバタツキを低減できるとともに、捨て材巻取機構８０の作業スペースのコンパクト化を図ることができる。

また、本実施形態では、カバー部９７を備えることにより、捨て材の巻取り時に、活物質の粉が周囲に飛散するおそれを低減することができる。

また、受部１００を備え、巻芯９６を両持ち構造とすることにより、捨て材（電極シート５，６）の幅方向への巻きズレ等の発生を抑制することができ、捨て材を安定して巻き取ることができる。ひいては、捨て材（電極シート５，６）の巻きズレが発生したまま、次の電池素子１の巻回工程に移行し、捨て材同様に電池素子１にも巻きズレが発生するといった不具合の発生を低減することができる。結果として、製品品質の低下を抑制することができる。

尚、上述した実施形態の記載内容に限定されることなく、例えば次のように実施してもよい。

（ａ）上記実施形態に係る巻回装置６０では、電池素子１の材料として、長手方向に連続して活物質が塗布された電極シート５，６を用いる構成としているが、これに限らず、一定の間隔で活物質が塗布された電極シートを用いる構成としてもよい。

（ｂ）上記実施形態に係る巻回装置６０では、電池素子１が、巻芯コア２を具備する場合について具体化されているが、当該巻芯コア２を有しないタイプの電池素子を得る場合について具体化することとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、第１検出センサ８３と第２検出センサ８４との間の距離Ｗ１が、１つ分の電池素子１に用いられる電極シート５，６の長さ以上に設定されている。これに限らず、例えば第１検出センサ８３と第２検出センサ８４との間の距離Ｗ１、さらには第１検出センサ８３とカッタ機構８１との間の距離Ｗ１＋Ｗ２が１つ分の電池素子１に用いられる電極シート５，６の長さよりも短く設定された構成としてもよい。

かかる場合、例えば、以下のように捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取りを実施してもよい。第１検出センサ８３によって電極シート５，６上の不良箇所が検出された際、巻回機構６５による電極シート５，６の残巻量を把握した上で、第１検出センサ８３とカッタ機構８１との間の距離Ｗ１＋Ｗ２を基に、現在、巻回中の電池素子１に当該不良箇所が混入するか否かを判定する。そこで、不良箇所が電池素子１に混入すると判断された場合には、巻回機構６５の回転部２０を即停止する。そして、巻回中の電子素子１を廃棄するとともに、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取りを行う。一方、不良箇所が電池素子１に混入しないと判断された場合には、上記実施形態と同様、電池素子１の巻回終了後に、捨て材巻取機構８０による捨て材の巻取りを行う。

なお、このように第１検出センサ８３の検出結果に基づき、その後の不良箇所の位置を把握可能な構成においては、第２検出センサ８４を省略した構成としてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、捨て材の巻取りに際し、巻芯９６のスリット９９に電極シート５，６を挿し込み、巻き込むことで、当該電極シート５，６を巻芯９６に固定する構成となっている。これに限らず、例えば把持機能等を備え、電極シート５，６を把持した状態で回転する巻芯等を採用してもよい。

（ｅ）上記実施形態では、断面円形状の巻芯９６を採用しているが、これに限らず、例えば外周形状が扁平な断面非円形状の巻芯を採用してもよい。

（ｆ）上記実施形態では、活物質の粉が周囲に飛散するのを防止するため、カバー部９７を備えているが、これを省略した構成としてもよい。

（ｇ）上記実施形態では、受部１００を備え、巻芯９６を両持ち構造としているが、これに限らず、受部１００を省略し、巻芯９６が片持ち構造となる構成としてもよい。

（ｈ）抜き取り機構１１０の構成は上記実施形態に限定されるものではない。例えば予め抜き板１１３が前進位置にて固定された構成としてもよい。また、捨て巻き軸ユニット９１の巻芯９６に巻き付いた電極シート５，６を把持して抜き取る構成としてもよい。

１…電池素子、３，４…セパレータシート、５…正極シート、６…負極シート、６０…巻回装置、６１，６２…電極シート搬送機構、６５…巻回機構、８０…捨て材巻取機構、８１…カッタ機構、８２…シート供給機構、８３…第１検出センサ、８４…第２検出センサ、９１…捨て巻き軸ユニット、９６…巻芯、９７…カバー部、９９…スリット、１００…受部、１１０…抜き取り機構、１１３…抜き板、Ｍ…マーカー、Ｗ１…第１検出センサと第２検出センサとの間の距離、Ｗ２…第２検出センサからカッタ機構までの距離。

Claims (6)

1. 活物質が塗布された帯状の正負両電極シートを、絶縁素材からなる帯状のセパレータシートを介して重ね合わせた状態で、電池素子として巻回する素子巻回手段を備えた巻回装置であって、
   前記素子巻回手段へ前記電極シートを搬送する電極シート搬送機構において、不良箇所を含む前記電極シートの一部を捨て材として巻取り可能な捨て材巻取手段を備えたことを特徴とする巻回装置。
2. 前記電極シートの搬送方向所定位置において、前記電極シートを切断する切断手段を備えるとともに、
   前記切断手段よりも前記電極シートの搬送方向上流側位置において、前記電極シートの不良箇所を検出可能な検出手段を備え、
   前記切断手段と前記検出手段との距離を、少なくとも前記電池素子１つ分に用いられる前記電極シートの長さ以上としたことを特徴とする請求項１に記載の巻回装置。
3. 前記切断手段よりも前記電極シートの搬送方向上流側位置で、かつ、前記検出手段よりも前記電極シートの搬送方向下流側位置において、前記電極シートの不良箇所を検出可能な第２の検出手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の巻回装置。
4. 前記捨て材巻取手段の巻芯は断面円形状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の巻回装置。
5. 前記捨て材巻取手段は、自身の巻芯の近傍に配置されたカバー手段を備えてい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回装置。
6. 前記捨て材巻取手段は、少なくとも前記捨て材の巻取り時に、自身の巻芯をその軸線方向両側から支持可能としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の巻回装置。

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