JP5108917B2

JP5108917B2 - 巻回素子の製造装置

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Publication number: JP5108917B2
Application number: JP2010126501A
Authority: JP
Inventors: 寛哉青木
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: JP2011253701A; CN102270772B; CN102270772A

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、当該ターレットの表面に対して出没可能に配置され、一対の巻芯片の間にスリットを有する２つの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）。当該装置による巻回素子の製造方法について詳述すると、まず、ターレットを回転させることで、帯状体を巻き取る前であって没入状態にある巻取前巻芯を、帯状体の巻取ポジションへと移動させるとともに、帯状体が巻き取られた巻取後巻芯を、巻回素子の取外ポジションへと移動させる。このとき、セパレータは材料の供給手段と巻取後巻芯との間で架け渡された状態になっており、巻取前巻芯を突出させることで、前記スリットに対してセパレータが挿入される。そして、両巻芯の間においてセパレータを切断するとともに、セパレータ及び両電極箔（帯状体）を供給しながら巻取前巻芯を回転させることで、帯状体が巻き取られ、巻回素子が得られる。以降においては、上述した工程が繰り返し行われ、両巻芯において交互に帯状体の巻取が行われる。

特開平１１−２６５７２６号公報

ところで近年では、電池需要が増大しており、生産性の更なる向上が求められている。この点、上記技術では、巻取ポジションへと巻芯を移動した後に、巻芯のスリットにセパレータを配置し、次いで、帯状体を巻取る構成となっている。すなわち、巻芯が所定の巻取ポジションへと移動し、それから所定時間経過してからしか帯状体を巻取ることができないため、巻回素子の製造に要するサイクルタイムの増大という事態を招いてしまい、ひいては十分な生産性を確保することができないおそれがある。

尚、ターレットや巻芯の回転速度を上昇させる等、装置を高速に動作させることで、生産性の向上を図ることも考えられる。しかし、装置をむやみに高速に動作させると、薄い帯状をなすセパレータや電極箔におけるばたつき等の不具合が生じてしまい、巻回素子の安定的な生産が阻害されてしまうおそれがある。

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、装置の高速動作を要することなく、巻回素子の製造に係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、
自身の中心軸を回転軸として回転可能な円板状のターレットと、
前記ターレット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することで、外周において前記両電極箔及び前記両セパレータを巻き取る巻芯と、
前記ターレットの回転方向に沿って移動可能な一対のセパレータ支持部材とを備え、
前記巻芯は、
自身の中心軸に沿って延びる少なくとも２本の巻芯片と、
前記巻芯片の間に形成され、前記セパレータが配置されるスリットとを備え、
前記巻芯は、前記ターレットの回転方向に沿って間欠的に複数設けられるとともに、各巻芯は、前記ターレットの回転に伴って、前記両電極箔、及び、前記セパレータの巻取ポジションへと順次移動させられ、
前記セパレータ支持部材は、自身に前記セパレータが架け渡された状態で前記セパレータを支持可能であり、
前記両電極箔及び前記セパレータの巻取前の前記巻芯である巻取前巻芯が、前記ターレットの回転に伴い前記巻取ポジションへと到達する前に、前記セパレータを支持した前記セパレータ支持部材を前記ターレットの回転方向と逆方向に移動させつつ、没入状態にある前記巻取前巻芯を突出させることで、前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションに到達する前の位置において、前記スリットに前記セパレータ支持部材により支持された前記セパレータを配置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、電極箔及びセパレータを巻取る前の巻取前巻芯が、巻取ポジションへと到達する前に、セパレータ支持部材がセパレータを支持した状態で、ターレットの回転方向とは逆方向へと移動する。つまり、巻取前巻芯を迎えに行くようにして、セパレータを支持したセパレータ支持部材が移動する。そして、巻取前巻芯を突出させることで、巻取前巻芯が巻取ポジションへと到達する前に、巻取前巻芯のスリットにセパレータを配置することができる。従って、従来よりも早い段階で、例えば、巻取前巻芯が巻取ポジションへと移動した直後から帯状体を巻取ることができる。このため、装置の高速動作を要することなく、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る。その結果、生産性の飛躍的な向上を図ることができる。

手段２．前記巻芯は、前記ターレットの回転に伴うその移動時において、その中心軸と直交する方向に沿った前記スリットの延出方向が、前記ターレットの回転軸に対して放射方向に向けて延びるように構成されており、
前記スリットの位置及びその延出方向と、前記セパレータのうち前記セパレータ支持部材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から、前記ターレットの回転方向と同一方向、かつ、前記ターレットの回転速度と同一の回転速度で、前記セパレータ支持部材を移動させつつ、前記巻取前巻芯を突出させることで、前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションに到達する前の位置において、前記スリットに前記セパレータを配置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、スリットの位置及びその延出方向とセパレータ支持部材により支持されたセパレータの位置及びその長さ方向とがほぼ合致した時点から、ターレットの移動によるスリットの移動に合わせてセパレータ支持部材が移動する。そして、ターレット及びセパレータ支持部材が同期して移動している最中に、巻取前巻芯を突出させることで、そのスリットにセパレータを配置することができる。すなわち、上記手段２によれば、ターレットの回転を停止させることなく、スリットにセパレータを配置することができ、巻回素子の製造に要するサイクルタイムの更なる短縮化を図ることができる。その結果、生産性の一層の向上を図ることができる。

手段３．前記巻芯は、前記ターレットの回転に伴うその移動時において、その中心軸と直交する方向に沿った前記スリットの延出方向が、前記ターレットの回転軸に対して放射方向に向けて延びるように構成されており、
前記スリットの位置及びその延出方向と、前記セパレータのうち前記セパレータ支持部材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状態で、前記ターレット及び前記セパレータ支持部材を停止可能とし、停止状態において前記巻取前巻芯を突出させることで、前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションに到達する前の位置において、前記スリットに前記セパレータを配置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３によれば、スリットの位置及びその延出方向とセパレータ支持部材により支持されたセパレータの位置及びその長さ方向とがほぼ合致した状態で、ターレット及びセパレータ支持部材を停止させ、両者が停止した状態で巻取前巻芯を突出させることにより、そのスリットにセパレータを配置することができる。従って、スリットに対してセパレータをより確実に配置することができ、巻回素子の安定製造を図ることができる。

手段４．前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションへと到達する前に、前記巻取前巻芯を自身の中心軸を回転軸として回転させ、前記セパレータの巻取を開始す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、巻取前巻芯が巻取ポジションへと到達する前に、セパレータの巻取が開始されるため、巻回素子の製造に要するサイクルタイムをより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。

手段５．前記セパレータ支持部材は、前記ターレットの回転軸に対する放射方向に沿って、互いに接離移動可能なセパレータ支持ローラであ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素子の製造装置。

上記手段５によれば、セパレータがローラによって支持されるため、セパレータ支持ローラを巻取前巻芯側へと移動させる際などにおけるセパレータの破損をより確実に防止することができる。

また、セパレータ支持ローラは互いに接離移動可能に構成されており、両者を離間させることで、セパレータのうちセパレータ支持ローラに架け渡された部位をある程度の長さを有するものとすることができる。その結果、巻取前巻芯を突出させた際に、そのスリットに対してセパレータをより一層確実に配置することができる。

巻回素子の製造装置を示す概略正面図である。巻取手段等を示す拡大正面図である。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、ターレット及びセパレータ支持ローラの移動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、ターレット及びセパレータ支持ローラの移動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、ターレット及びセパレータ支持ローラの移動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、ターレット及びセパレータ支持ローラの移動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、ターレット及びセパレータ支持ローラの移動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、ターレット及びセパレータ支持ローラの移動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、セパレータ支持ローラが一時停止した状態を示す拡大正面図である。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。セパレータがスリットに配置された後のターレット等の移動を説明するための拡大正面図である。セパレータがスリットに配置された後のターレット等の移動を説明するための拡大正面図である。セパレータがスリットに配置された後のターレット等の移動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、セパレータの巻取やマイナス電極箔の挿入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、プラス電極箔の挿入等を説明するための拡大正面図である。電池素子の構成を示す断面模式図である。

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、本実施形態の巻回素子の製造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１７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１７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、ポリプロピレン（ＰＰ）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。詳述すると、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、両端子部品が前記電気容器の両端開口に塞ぐように設けられることで、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１３（１４）及び押さえローラ１８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１３（１４）及び押さえローラ１８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、巻芯１３，１４と、セパレータ支持部材としての一対のセパレータ支持ローラ１５，１６と、押さえローラ１７，１８と、セパレータライン出し用ローラ１９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。

前記巻芯１３，１４は、自身の外周において帯状体６を巻取るものであり、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１３，１４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１３（１４）は、その中心軸に沿って延びる２本の巻芯片１３Ａ，１３Ｂ（１４Ａ，１４Ｂ）を備えており、両巻芯片１３Ａ，１３Ｂ（１４Ａ，１４Ｂ）の間にはスリット１３Ｓ（１４Ｓ）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１３Ｓ（１４Ｓ）にセパレータ２，３を配置した状態で巻芯１３（１４）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１３（１４）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１３，１４が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１３（１４）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１４（１３）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。加えて、本実施形態においては、巻芯１３，１４の中心軸と直交する方向に沿った前記スリット１３Ｓ，１４Ｓの延出方向が、ターレット１２の回転軸に対する放射方向と一致するように構成され、さらに、ターレット１２の回転時には、巻芯１３，１４の回転が規制されるようになっている。そのため、ターレット１２の回転時においては、前記スリット１３Ｓ，１４Ｓの延出方向が、ターレット１２の回転軸に対する放射方向と常に一致するようになっている。

さらに、帯状体６を巻き取った巻芯１３（１４）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１３（１４）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１３（１４）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を巻き取った巻芯１３（１４）が、取外ポジションＰ２へと移動した際に、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。また、前記巻芯１３（１４）は、取外ポジションＰ２にてターレット１２に対して没入し、取外ポジションＰ２から巻取ポジションＰ１へと移動する間に突出する。尚、巻芯１３（１４）の突出タイミングについては後述する。

前記セパレータ支持ローラ１５，１６は、セパレータ２，３を支持した上で、セパレータ２，３をターレット１２の回転方向（巻芯１３，１４の移動方向）とは反対側へと移動させるものである。セパレータ支持ローラ１５，１６は、それぞれ自由回転可能に支持されており、ターレット１２の回転軸に対し放射方向に離間して配置されている。本実施形態では、セパレータ支持ローラ１５が、ターレット１２の外周側に位置し、セパレータ支持ローラ１６がターレット１２の中心側に配置されている。

加えて、セパレータ支持ローラ１５は、ターレット１２の回転方向に沿って、ターレット１２に対して相対移動可能に構成されている。また、セパレータ支持ローラ１６は、ターレット１２の回転方向及び径方向に沿ってターレット１２に対して相対移動可能とされている。尚、帯状体６の巻取が完了した時点において、セパレータ支持ローラ１５，１６は、セパレータ２の供給経路の近傍に位置する所定の待機位置Ｐ３に配置されるようになっている。

前記押さえローラ１７，１８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１７，１８は、前記巻取ポジションＰ１に配置された巻芯１３（１４）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１７，１８が巻取ポジションＰ１に位置する巻芯１３（１４）を挟み込む位置に移動し、巻芯１３（１４）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。

セパレータライン出し用ローラ１９は、セパレータ２，３の切断時において、セパレータ２，３を支持するものであり、ターレット１２の中心に突出状態で設けられている。また、セパレータライン出しローラ１９は、ターレット１２の中心を挟んで位置する一対の対向ローラ１９Ｒ１，１９Ｒ２を備えており、セパレータ２，３の切断時には、対向ローラ１９Ｒ１，１９Ｒ２にセパレータ２，３が接触・支持され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１３において帯状体６が巻き取られてから、他方の巻芯１４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２に示すように、一方の巻芯１３に帯状体６が予め定められた長さ分巻き取られると、図３に示すように、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、図４に示すように、前記巻芯１３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１３が取外ポジションＰ２側へと移動させられ、他方の巻芯１４（本発明の「巻取前巻芯」に相当する）がターレット１２に対して没入した状態のままで巻取ポジションＰ１側へと移動させられる。さらに、このターレット１２の回転に合わせて、セパレータ支持ローラ１５，１６の動作が開始させられる。

セパレータ支持ローラ１５，１６の動作について詳述すると、図４〜図９に示すように、前記待機位置Ｐ３にあったセパレータ支持ローラ１５が、ターレット１２の中心軸との距離を一定距離に維持しつつ、ターレット１２の回転方向とは反対方向に向かって移動する一方で、同じく待機位置Ｐ３にあったセパレータ支持ローラ１６が、セパレータ支持ローラ１５から離間しつつ（ターレット１２の中心に接近しつつ）、ターレット１２の回転方向と反対側へと回転移動する。すなわち、セパレータ支持ローラ１５，１６は、セパレータ２，３を支持しつつ、前記他方の巻芯１４を迎えに行くように移動する。また、本実施形態において、両セパレータ支持ローラ１５，１６は、ターレット１２の径方向に沿って並んだ状態を維持しつつ移動する。このため、セパレータ２，３のうち両セパレータ支持ローラ１５，１６に支持された部位は、ターレット１２の回転軸に対して放射方向に延びる状態を維持しつつ移動することとなる。

そして、図１０に示すように、セパレータ支持ローラ１５，１６は、所定の回転角度だけ回転移動した時点で、その移動が停止させられる。尚、この時点において、セパレータ支持ローラ１６は、ターレット１２の中心に接近しており、両セパレータ支持ローラ１５，１６間の間隔は、少なくとも巻芯１３，１４の外径よりも大きなものとされる。

次いで、図１１に示すように、ターレット１２の回転により他方の巻芯１４が移動し、当該巻芯１４のスリット１４Ｓの位置及びその延出方向と、セパレータ２，３のうち両セパレータ支持ローラ１５，１６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が一時停止される。そして、この一時停止状態において、他方の巻芯１４がターレット１２から突出し、巻芯１４のスリット１４Ｓにセパレータ２，３が配置される。

尚、セパレータ支持ローラ１５，１６の移動が停止された時点から、押さえローラ１７，１８が互いに接近するように移動を開始するとともに、セパレータカッタ７１が巻取ポジションＰ１側へ移動し始める。すなわち、帯状体６の巻取、及び、セパレータ２，３の切断のための準備が開始される。

次いで、図１２〜図１４に示すように、スリットＳ１４間にセパレータ２，３が配置された状態で、ターレット１２の回転が再開され、前記巻芯１４が巻取ポジションＰ１へと移動させられる。また、セパレータ支持ローラ１５，１６は、互いの距離を一定に維持しつつ、ターレット１２の回転方向と同一方向に向けて移動させられる。

そして、図１５に示すように、巻芯１４が巻取ポジションＰ１へと到達するのと同時に、押さえローラ１７，１８により挟み込まれた状態で、巻芯１４が回転し始め、セパレータ２，３が所定量だけ巻き取られる。セパレータ２，３が所定量だけ巻取られた後、マイナス電極箔５の始端部を挟持するマイナス電極箔挿入手段４３が巻芯１４に対して接近し、セパレータ２，３間にマイナス電極箔５が挿入される。

さらに、マイナス電極箔５の挿入後、巻芯１４が所定量（例えば、１回転）だけ回転した時点で、図１６に示すように、プラス電極箔４の始端部を挟持するプラス電極箔挿入手段３３が巻芯１４に接近し、セパレータ２，３間にプラス電極箔４が挿入される。併せて、巻芯１４と、前記対向ローラ１９Ｒ２との間で支持されたセパレータ２，３に対して、セパレータカッタ７１が接近し、セパレータ２，３が切断される。そして、巻芯１４を回転させることで、巻芯１４にセパレータ２，３、及び、両電極箔４，５が巻取られる。また、取外ポジションＰ２に移動した巻芯１３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）が取外されるとともに、巻芯１３がターレット１２に対して没した状態にされる。

尚、巻芯１４に対するセパレータ２，３、及び、電極箔４，５の巻取後には、押さえローラ１７，１８が巻芯１４から離間するように移動する。そして、押さえローラ１７，１８の移動後に、セパレータ支持ローラ１６がターレット１２の径方向外側へと移動し、セパレータ支持ローラ１５，１６が前記待機位置Ｐ３に配置される。以降、上述した工程が繰り返し行われ、各巻芯１３，１４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、両電極箔４，５及びセパレータ２，３を巻取る前の巻芯１３（１４）が、巻取ポジションＰ１へと到達する前に、セパレータ支持ローラ１５，１６がセパレータ２，３を支持した状態で、ターレット１２の回転方向とは逆方向へと移動する。つまり、帯状体６の巻取前の巻芯１３（１４）を迎えに行くようにして、セパレータ２，３を支持したセパレータ支持ローラ１５，１６が移動する。そして、前記巻芯１３（１４）が巻取ポジションＰ１へと到達する前に、前記巻芯１３（１４）を突出させることで、当該巻芯１３（１４）のスリット１３Ｓ（１４Ｓ）にセパレータ２，３が配置される。従って、巻芯１３（１４）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、スリット１３Ｓ（１４Ｓ）の延出方向とセパレータ支持ローラ１５，１６により支持されたセパレータ２，３の延出方向とが一致した状態で、ターレット１２及びセパレータ支持ローラ１５，１６が一時停止し、両者が一時停止した状態で巻芯１３（１４）を突出させることにより、そのスリット１３Ｓ（１４Ｓ）にセパレータ２，３が配置される。従って、スリット１３Ｓ（１４Ｓ）に対してセパレータ２，３をより確実に配置することができ、電池素子１の安定製造を図ることができる。

さらに、セパレータ２，３がセパレータ支持ローラ１５，１６によって支持されるため、セパレータ支持ローラ１５，１６を巻芯１３（１４）側へと移動させる際などにおけるセパレータ２，３の破損をより確実に防止することができる。

加えて、セパレータ支持ローラ１５，１６は互いに接離移動可能に構成されており、両者を離間させることで、セパレータ２，３のうちセパレータ支持ローラ１５，１６に架け渡された部位をある程度の長さを有するものとすることができる。その結果、巻芯１３（１４）を突出させた際に、そのスリット１３Ｓ（１４Ｓ）に対してセパレータ２，３をより一層確実に配置することができる。

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）上記実施形態では、スリット１３Ｓ（１４Ｓ）にセパレータ２，３が配置された後、巻芯１３（１４）が巻取ポジションＰ１に到達するのと同時に、セパレータ２，３の巻取が開始されているが、巻芯１３（１４）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の巻取を開始することとしてもよい。この場合には、電池素子１の製造に係るサイクルタイムをより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。

（ｂ）上記実施形態では、スリット１３Ｓ（１４Ｓ）の位置及びその延出方向と、セパレータ２，３のうち両セパレータ支持ローラ１５，１６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状態で、ターレット１２が一時停止され、その上で、巻芯１３（１４）を突出させることにより、スリット１３Ｓ（１４Ｓ）にセパレータ２，３が配置されている。これに対して、ターレット１２を一時停止させることなく、ターレット１２の回転方向と同一方向、かつ、ターレット１２の回転速度と同一の回転速度で（つまり、ターレット１２の動作に同期して）、セパレータ支持ローラ１５，１６を移動させながら、巻芯１３（１４）を突出させることで、スリット１３Ｓ（１４Ｓ）にセパレータ２，３を配置することとしてもよい。この場合には、電池素子１の製造に係るサイクルタイムの更なる短縮を図ることができ、生産性をより一層向上させることができる。

（ｃ）上記実施形態において、巻取手段１１は２つの巻芯１３，１４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。

（ｄ）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。

（ｅ）上記実施形態では、セパレータ２，３をＰＰ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。

（ｆ）上記実施形態では、セパレータ２，３を支持するセパレータ支持部材としてセパレータ支持ローラ１５，１６が用いられているが、セパレータ支持部材として棒状部材を採用し、当該棒状部材の外周面においてセパレータ２，３を支持することとしてもよい。

１…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、１０…巻回素子の製造装置、１２…ターレット、１３，１４…巻芯、１５，１６…セパレータ支持ローラ（セパレータ支持部材）、１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ…巻芯片、１３Ｓ，１４Ｓ…スリット、Ｐ１…巻取ポジション。

Claims

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、
自身の中心軸を回転軸として回転可能な円板状のターレットと、
前記ターレット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することで、外周において前記両電極箔及び前記両セパレータを巻き取る巻芯と、
前記ターレットの回転方向に沿って移動可能な一対のセパレータ支持部材とを備え、
前記巻芯は、
自身の中心軸に沿って延びる少なくとも２本の巻芯片と、
前記巻芯片の間に形成され、前記セパレータが配置されるスリットとを備え、
前記巻芯は、前記ターレットの回転方向に沿って間欠的に複数設けられるとともに、各巻芯は、前記ターレットの回転に伴って、前記両電極箔、及び、前記セパレータの巻取ポジションへと順次移動させられ、
前記セパレータ支持部材は、自身に前記セパレータが架け渡された状態で前記セパレータを支持可能であり、
前記両電極箔及び前記セパレータの巻取前の前記巻芯である巻取前巻芯が、前記ターレットの回転に伴い前記巻取ポジションへと到達する前に、前記セパレータを支持した前記セパレータ支持部材を前記ターレットの回転方向と逆方向に移動させつつ、没入状態にある前記巻取前巻芯を突出させることで、前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションに到達する前の位置において、前記スリットに前記セパレータ支持部材により支持された前記セパレータを配置可能に構成したことを特徴とする巻回素子の製造装置。
前記巻芯は、前記ターレットの回転に伴うその移動時において、その中心軸と直交する方向に沿った前記スリットの延出方向が、前記ターレットの回転軸に対して放射方向に向けて延びるように構成されており、
前記スリットの位置及びその延出方向と、前記セパレータのうち前記セパレータ支持部材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から、前記ターレットの回転方向と同一方向、かつ、前記ターレットの回転速度と同一の回転速度で、前記セパレータ支持部材を移動させつつ、前記巻取前巻芯を突出させることで、前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションに到達する前の位置において、前記スリットに前記セパレータを配置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。
前記巻芯は、前記ターレットの回転に伴うその移動時において、その中心軸と直交する方向に沿った前記スリットの延出方向が、前記ターレットの回転軸に対して放射方向に向けて延びるように構成されており、
前記スリットの位置及びその延出方向と、前記セパレータのうち前記セパレータ支持部材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状態で、前記ターレット及び前記セパレータ支持部材を停止可能とし、停止状態において前記巻取前巻芯を突出させることで、前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションに到達する前の位置において、前記スリットに前記セパレータを配置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。
前記巻取前巻芯が前記巻取ポジションへと到達する前に、前記巻取前巻芯を自身の中心軸を回転軸として回転させ、前記セパレータの巻取を開始す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。
前記セパレータ支持部材は、前記ターレットの回転軸に対する放射方向に沿って、互いに接離移動可能なセパレータ支持ローラであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の巻回素子の製造装置。