JP6081517B2 - セパレータ捲回体及びセパレータ捲回体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体と、その製造方法とに関する。

リチウムイオン二次電池の内部において、正極及び負極は、多孔質のセパレータによって分離される。リチウムイオン二次電池の製造には、このセパレータを円筒形状のコアに捲回したものであるセパレータ捲回体が用いられる。

特許文献１は、コアの外径が５インチ以上であるセパレータ捲回体を開示している。特許文献２は、コアの外径が２００ｍｍであり、コアの軸受部の内径が７５ｍｍであるセパレータ捲回体を開示している。

国際公開ＷＯ２０１１／０２４８４９号（2011年3月3日公開） 特開２０１３−１３９３４０号公報（2013年7月18日公開）

電池用セパレータの応用製品（例えばリチウムイオン二次電池）を製造するときには、セパレータ捲回体のコアから電池用セパレータを繰り出して用いる。このとき、応用製品の所定の位置に向けて、電池用セパレータをまっすぐに巻き出せることが好ましい。しかし、電池用セパレータは、コアから巻き出されるときに蛇行することがある。特許文献１及び２では、この蛇行について考慮されていない。

本発明は、以上の問題に鑑み、この蛇行を抑制できるセパレータ捲回体と、その製造方法とを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のセパレータ捲回体は、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体であって、前記コアには、その中心軸にそって軸穴が設けられており、前記コアの直径と前記軸穴の直径との差を、前記コアの前記中心軸方向の幅で除算した値は、０．３以上１．５以下である。

発明者は、コアの直径とコアの軸穴の直径との差を、コアの中心軸方向の幅で除算した値が、従来のコアよりも小さい特定の範囲に含まれるときに、電池用セパレータが蛇行する幅（以下「蛇行幅」）を顕著に抑制できることを見出した。上記構成によれば、従来のセパレータ捲回体よりも蛇行幅を抑制できる。

また、本発明のセパレータ捲回体では、前記コアの直径は、１２５ｍｍ未満であり、前記コアの直径を前記軸穴の直径で除算した値である直径比は、１．２５以上１．６５以下である。

また、本発明のセパレータ捲回体は、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体であって、前記コアには、その中心軸にそって軸穴が設けられており、前記コアの直径は、１２５ｍｍ未満であり、前記コアの直径を前記軸穴の直径で除算した値である直径比は、１．２５以上１．６５以下である。

発明者は、コアの直径と、この直径をコアの軸穴の直径で除算した値である直径比とが、従来のコアよりも小さい特定の範囲に含まれるときに、蛇行幅を顕著に抑制できることを見出した。上記構成によれば、従来のセパレータ捲回体よりも蛇行幅を抑制できる。

また、本発明のセパレータ捲回体では、前記セパレータ捲回体の直径を前記コアの軸穴の直径で除算した値は、２．３以上３．５以下である。

発明者は、セパレータ捲回体の直径をコアの軸穴の直径で除算した値が、特定の範囲に含まれるときに、コアに一定の摩擦力を与え回転している巻取ローラーの回転力を伝える表面突出機構への負荷を低減させることができることを見出した。上記構成によれば、表面突出機構への負荷を低減させることができるため、コアの変形や劣化を抑制できる。これにより、セパレータの巻き取り及び繰り出しが安定するため、従来のセパレータ捲回体よりも、さらに蛇行幅を抑制できる。

また、本発明のセパレータ捲回体では、前記コアは、外側円筒部と、前記外側円筒部の内部に配され、前記軸穴を囲む内側円筒部と、前記外側円筒部と前記内側円筒部との間を支持し、互いに間隔をあけ配され、かつ、前記コアの半径方向における長さが５ｍｍ以上である、複数の支持部材とを備えていてもよい。

上記構成によれば、前記コアには、外側円筒部と内側円筒部と支持部材とに囲まれた隙間が形成される。この隙間のコアの半径方向における長さは、５ｍｍ以上になる。このため、この隙間に運搬装置・人の指等の一部を差し込めば、セパレータ捲回体を容易に搬送できる。

本発明のセパレータ捲回体の製造方法は、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体の製造方法であって、前記コアには、その中心軸にそって軸穴が設けられており、前記コアの直径と前記軸穴の直径との差を、前記コアの前記中心軸方向の幅で除算した値は、０．３以上１．５以下であり、巻取ローラーを前記軸穴に挿入し、前記コアを前記巻取ローラーに固定する工程と、前記巻取ローラーとともに回転させた前記コアに電池用セパレータを捲回する工程とを含む。

上記方法によれば、従来のセパレータ捲回体よりも蛇行幅が小さいセパレータ捲回体を製造できる。

本発明のセパレータ捲回体の製造方法は、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体の製造方法であって、前記コアには、その中心軸にそって軸穴が設けられており、前記コアの直径は、１２５ｍｍ未満であり、前記コアの直径を前記軸穴の直径で除算した値である直径比は、１．２５以上１．６５以下であり、巻取ローラーを前記軸穴に挿入し、前記コアを前記巻取ローラーに固定する工程と、前記巻取ローラーとともに回転させた前記コアに電池用セパレータを捲回する工程とを含む。

上記方法によれば、従来のセパレータ捲回体よりも蛇行幅が小さいセパレータ捲回体を製造できる。

本発明のセパレータ捲回体の製造方法は、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体の製造方法であって、前記コアには、その中心軸にそって軸穴が設けられており、巻取ローラーを前記軸穴に挿入し、前記コアを前記巻取ローラーに固定する工程と、前記巻取ローラーとともに回転させた前記コアに電池用セパレータを捲回する工程とを含む。
（２ｎｔ＋φｏ）ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（（φｉ−ｘ）／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２）−ｃｏｓ^−１（φｉ／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２）） ……［１］
ｎ：前記コアに前記電池用セパレータを捲回した回数
ｔ：前記電池用セパレータの平均厚み〔μｍ〕
φｏ：前記コアの直径〔ｍｍ〕
φｉ：前記軸穴の直径〔ｍｍ〕
ｘ：０．２〔ｍｍ〕
ｗ：前記コアの前記中心軸方向の幅〔ｍｍ〕
かつ、前記式［１］により表される長さは、１．００ｍｍ未満である。

上記構成によれば、式［１］により表される値は、蛇行幅を表す。このため、蛇行幅が従来のセパレータ捲回体よりも小さいセパレータ捲回体を製造できる。

本発明のセパレータ捲回体の製造方法では、前記式［１］により表される長さは、０．８０ｍｍ以下であってもよい。

上記構成によれば、蛇行幅が従来のセパレータ捲回体よりもさらに小さいセパレータ捲回体を製造できる。

本発明は、従来のセパレータ捲回体よりも蛇行幅を抑制できるという効果を奏する。また、本発明は、蛇行幅が従来のセパレータ捲回体よりも小さいセパレータ捲回体を製造できるという効果を奏する。

リチウムイオン二次電池の断面構成を示す模式図である。 図１に示されるリチウムイオン二次電池の詳細構成を示す模式図である。 図１に示されるリチウムイオン二次電池の他の構成を示す模式図である。 セパレータをスリットするスリット装置の構成を示す模式図である。 図４に示されるスリット装置の切断装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態のセパレータ捲回体の構成を示す図である。 図６に示されるセパレータ捲回体のコアの軸穴に巻取ローラーを挿入したときの状態を示す側面図である。 図７に示される状態のコアにセパレータを捲回したときのセパレータ捲回体の状態を示す側面図である。 図６に示されるセパレータ捲回体の外径の計算方法を説明するための正面図である。 図６に示されるセパレータ捲回体の接着テープ周辺の拡大図である。

〔基本構成〕
本発明の目付量測定対象である電池用セパレータに関し、基本構成として、リチウムイオン二次電池、セパレータ、耐熱セパレータ、セパレータ・耐熱セパレータの製造方法、スリット装置、切断装置について順に説明する。

（リチウムイオン二次電池）
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、それゆえ、現在、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等の機器、自動車、航空機等の移動体に用いる電池として、また、電力の安定供給に資する定置用電池として広く使用されている。

図１は、リチウムイオン二次電池１の断面構成を示す模式図である。図１に示されるように、リチウムイオン二次電池１は、カソード１１と、セパレータ１２（電池用セパレータ）と、アノード１３とを備える。リチウムイオン二次電池１の外部において、カソード１１とアノード１３との間に、外部機器２が接続される。そして、リチウムイオン二次電池１の充電時には方向Ａへ、放電時には方向Ｂへ、電子が移動する。

（セパレータ）
セパレータ１２は、リチウムイオン二次電池１の正極であるカソード１１と、その負極であるアノード１３との間に、これらに挟持されるように配置される。セパレータ１２は、カソード１１とアノード１３との間を分離しつつ、これらの間におけるリチウムイオンの移動を可能にする多孔質フィルムである。セパレータ１２は、その材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを含む。

図２は、図１に示されるリチウムイオン二次電池１の詳細構成を示す模式図であって、（ａ）は通常の構成を示し、（ｂ）はリチウムイオン二次電池１が昇温したときの様子を示し、（ｃ）はリチウムイオン二次電池１が急激に昇温したときの様子を示す。図２の（ａ）に示されるように、セパレータ１２には、多数の孔Ｐが設けられている。通常、リチウムイオン二次電池１のリチウムイオン３は、孔Ｐを介し往来できる。

ここで、例えば、リチウムイオン二次電池１の過充電、又は、外部機器の短絡に起因する大電流等により、リチウムイオン二次電池１は、昇温することがある。この場合、図２の（ｂ）に示されるように、セパレータ１２が融解又は柔軟化し、孔Ｐが閉塞する。そして、セパレータ１２は収縮する。これにより、リチウムイオン３の移動が停止するため、上述の昇温も停止する。

しかし、リチウムイオン二次電池１が急激に昇温する場合、セパレータ１２は、急激に収縮する。この場合、図２の（ｃ）に示されるように、セパレータ１２は、破壊されることがある。そして、リチウムイオン３が、破壊されたセパレータ１２から漏れ出すため、リチウムイオン３の移動は停止しない。ゆえに、昇温は継続する。

（耐熱セパレータ）
図３は、図１に示されるリチウムイオン二次電池１の他の構成を示す模式図であって、（ａ）は通常の構成を示し、（ｂ）はリチウムイオン二次電池１が急激に昇温したときの様子を示す。図３の（ａ）に示されるように、セパレータ１２は、多孔質フィルム５と、耐熱層４とを備える耐熱セパレータであってもよい。耐熱層４は、多孔質フィルム５のカソード１１側の片面に積層されている。なお、耐熱層４は、多孔質フィルム５のアノード１３側の片面に積層されてもよいし、多孔質フィルム５の両面に積層されてもよい。そして、耐熱層４にも、孔Ｐと同様の孔が設けられている。通常、リチウムイオン３は、孔Ｐと耐熱層４の孔とを介し往来する。耐熱層４は、その材料として、例えば全芳香族ポリアミド（アラミド樹脂）を含む。

図３の（ｂ）に示されるように、リチウムイオン二次電池１が急激に昇温し、多孔質フィルム５が融解又は柔軟化しても、耐熱層４が多孔質フィルム５を補助しているため、多孔質フィルム５の形状は維持される。ゆえに、多孔質フィルム５が融解又は柔軟化し、孔Ｐが閉塞するにとどまる。これにより、リチウムイオン３の移動が停止するため、上述の過放電又は過充電も停止する。このように、セパレータ１２の破壊が抑制される。

（セパレータ・耐熱セパレータの製造工程）
リチウムイオン二次電池１のセパレータ及び耐熱セパレータの製造は特に限定されるものではなく、公知の方法を利用して行うことができる。以下では、多孔質フィルム５がその材料として主にポリエチレンを含む場合を仮定して説明する。しかし、多孔質フィルム５が他の材料を含む場合でも、同様の製造工程により、セパレータ１２（耐熱セパレータ）を製造できる。

例えば、熱可塑性樹脂に無機充填剤又は可塑剤を加えてフィルム成形した後、該無機充填剤及び該可塑剤を適当な溶媒で洗浄除去する方法が挙げられる。例えば、多孔質フィルム５が、超高分子量ポリエチレンを含むポリエチレン樹脂から形成されてなるポリオレフィンセパレータである場合には、以下に示すような方法により製造できる。

この方法は、（１）超高分子量ポリエチレンと、無機充填剤（例えば、炭酸カルシウム、シリカ）、又は可塑剤（例えば、低分子量ポリオレフィン、流動パラフィン）とを混練してポリエチレン樹脂組成物を得る混練工程、（２）ポリエチレン樹脂組成物を用いてフィルムを成形する圧延工程、（３）工程（２）で得られたフィルム中から無機充填剤又は可塑剤を除去する除去工程、及び、（４）工程（３）で得られたフィルムを延伸して多孔質フィルム５を得る延伸工程を含む。なお、前記工程（４）を、前記工程（２）と（３）との間で行なうこともできる。

除去工程によって、フィルム中に多数の微細孔が設けられる。延伸工程によって延伸されたフィルムの微細孔は、上述の孔Ｐとなる。これにより、所定の厚さと透気度とを有するポリエチレン微多孔膜である多孔質フィルム５（耐熱層を有しないセパレータ１２）が得られる。

なお、混練工程において、超高分子量ポリエチレン１００重量部と、重量平均分子量１万以下の低分子量ポリオレフィン５〜２００重量部と、無機充填剤１００〜４００重量部とを混練してもよい。

その後、塗工工程において、多孔質フィルム５の表面に耐熱層４を形成する。例えば、多孔質フィルム５に、アラミド／ＮＭＰ（Ｎ−メチル−ピロリドン）溶液（塗工液）を塗布し、アラミド耐熱層である耐熱層４を形成する。耐熱層４は、多孔質フィルム５の片面だけに設けられても、両面に設けられてもよい。また、耐熱層４として、アルミナ／カルボキシメチルセルロース等のフィラーを含む混合液を塗工してもよい。

また、塗工工程において、多孔質フィルム５の表面に、ポリフッ化ビニリデン／ジメチルアセトアミド溶液（塗工液）を塗布（塗布工程）し、それを凝固（凝固工程）させることにより多孔質フィルム５の表面に接着層を形成することもできる。接着層は、多孔質フィルム５の片面だけに設けられても、両面に設けられてもよい。

塗工液を多孔質フィルム５に塗工する方法は、均一にウェットコーティングできる方法であれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用できる。例えば、キャピラリーコート法、スピンコート法、スリットダイコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、バーコーター法、グラビアコーター法、ダイコーター法などを採用できる。耐熱層４の厚さは塗工ウェット膜の厚み、塗工液中の固形分濃度によって制御できる。

なお、塗工する際に多孔質フィルム５を固定あるいは搬送する支持体としては、樹脂製のフィルム、金属製のベルト、ドラム等を用いることができる。

以上のように、多孔質フィルム５に耐熱層４が積層されたセパレータ１２（耐熱セパレータ）を製造できる。製造されたセパレータは、円筒形状のコアに巻き取られる。なお、以上の製造方法で製造される対象は、耐熱セパレータに限定されない。この製造方法は、塗工工程を含まなくてもよい。この場合、製造される対象は、耐熱層を有しないセパレータである。また、耐熱層に替えて他の機能層（例えば、後述の接着層）を有する接着セパレータを、耐熱セパレータと同様の製造方法により製造してもよい。

（スリット装置）
耐熱セパレータ又は耐熱層を有しないセパレータ（以下「セパレータ」）は、リチウムイオン二次電池１などの応用製品に適した幅（以下「製品幅」）であることが好ましい。しかし、生産性を上げるために、セパレータは、その幅が製品幅以上となるように製造される。そして、一旦製造された後に、セパレータは、製品幅に切断（スリット）される。

なお、「セパレータの幅」とは、セパレータの長手方向と厚み方向とに対し略垂直である方向の、セパレータの長さを意味する。以下では、スリットされる前の幅広のセパレータを「原反」と称し、スリットされたセパレータを特に「スリットセパレータ」と称する。また、スリットとは、セパレータを長手方向（製造におけるフィルムの流れ方向、ＭＤ：Machine direction）に沿って切断することを意味し、カットとは、セパレータを横断方向（ＴＤ：transverse direction）に沿って切断することを意味する。横断方向（ＴＤ）とは、セパレータの長手方向（ＭＤ）と厚み方向とに対し略垂直である方向を意味する。

図４は、セパレータをスリットするスリット装置６の構成を示す模式図であって、（ａ）は全体の構成を示し、（ｂ）は原反をスリットする前後の構成を示す。図４の（ａ）に示されるように、スリット装置６は、回転可能に支持された円柱形状の、巻出ローラー６１と、ローラー６２〜６９と、複数の巻取ローラー７０Ｕ・７０Ｌとを備える。スリット装置６には、後述する切断装置７がさらに設けられている。

（スリット前）
スリット装置６では、原反を巻きつけた円筒形状のコアｃが、巻出ローラー６１に嵌められている。図４の（ｂ）に示されるように、原反は、コアｃから経路Ｕ又はＬへ巻き出される。巻き出された原反は、ローラー６３〜６７を経由し、ローラー６８へ搬送される。搬送される工程において原反は、複数のセパレータにスリットされる。なお、ローラー６７は、なくてもよい。このとき、この原反は、ローラー６６からローラー６８へ搬送される。

（スリット後）
図４の（ｂ）に示されるように、複数のスリットセパレータの一部は、それぞれ、巻取ローラー７０Ｕに嵌められた円筒形状の各コアｕ（ボビン）へ巻き取られる。また、複数のスリットセパレータの他の一部は、それぞれ、巻取ローラー７０Ｌに嵌められた円筒形状の各コアｌ（ボビン）へ巻き取られる。なお、ロール状に巻き取られたスリットセパレータ及びコアｕ・ｌの一体物を「捲回体」と称する。

（切断装置）
図５は、図４の（ａ）に示されるスリット装置６の切断装置７の構成を示す図であって、（ａ）は切断装置７の側面図であり、（ｂ）は切断装置７の正面図である。図５の（ａ）（ｂ）に示されるように、切断装置７は、ホルダー７１と、刃７２とを備える。ホルダー７１は、スリット装置６に備えられている筐体などに固定されている。そして、ホルダー７１は、刃７２と搬送されるセパレータ原反との位置関係が固定されるように、刃７２を保持している。刃７２は、鋭く研がれたエッジによってセパレータの原反をスリットする。

〔実施形態〕
≪セパレータ捲回体の構成≫
図６は、本発明の実施形態のセパレータ捲回体１０の構成を示す図であって、（ａ）はコア８からセパレータ１２が巻き出される前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図であり、（ｃ）はコア８からセパレータ１２が巻き出された状態を示す正面図であり、（ｄ）はコア８の寸法を測定している状態を示す斜視図である。図６の（ａ）〜（ｂ）に示されるように、セパレータ捲回体１０は、セパレータ１２を捲回したコア８を備える。このセパレータ１２は、上述のようにスリットされている。

（コア）
コア８は、外側円筒部８１と、内側円筒部８２と、複数のリブ８３（支持部材）とを備え、上述のコアｕ・ｌと同じ機能を有する。コア８には、コア８の中心軸ＣＡを中心とする軸穴Ｈが設けられている。

外側円筒部８１は、その外周面８１ａにセパレータ１２を巻くための円筒部材である。内側円筒部８２は、外側円筒部８１の内部に配され、軸穴Ｈを囲んでいる円筒部材である。リブ８３は、外側円筒部８１と内側円筒部８２との間を支持し、かつ、互いに間隔をあけ配された８つの支持部材である。コア８には、外側円筒部８１と内側円筒部８２とリブ８３とに囲まれた貫通穴ｈが形成されている。

コア８の材料は、ＡＢＳ樹脂を含む。ただし、本発明のコアの材料はこれに限定されない。コアの材料として、ＡＢＳ樹脂の他に、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、及び塩化ビニール樹脂などの樹脂を含んでもよい。コアの材料は、金属、紙、フッ素樹脂でないことが好ましい。

（セパレータ）
図６の（ｃ）に示されるように、セパレータ１２の外面には、製品の端部を表す印であるテープ１２０が付与されている。通常は、印としてこのようなテープを付与することが多いが、シール、スタンプ、又は印刷された印を付与してもよい。テープ１２０が付与される面は、セパレータ１２の外面に限定されず、セパレータ１２の内面であってもよい。

セパレータ１２は、テープ１２０よりもコア８に近い側の内周部１２１と、テープ１２０よりもコア８から遠い側の外周部１２２とに分かれる。セパレータ１２の一端は、接着テープ１３０（固定テープ）によってコア８と貼り付けられている。具体的には、セパレータ１２の一端は、接着剤を備えた接着テープ１３０によって、外周面８１ａに固定されている。セパレータの一端を外周面８１ａに固定する手段は、接着テープ１３０の他、接着剤をセパレータ１２の一端に直接塗布して固定する、又はクリップで固定する、などであってもよい。

セパレータ１２には、外周面８１ａの凹凸が転写される。内周部１２１には、外周部１２２よりも、この凹凸が転写されやすい。このため、セパレータ１２を電池の部品として用いるときには、テープ１２０で分けられた外周部１２２を用いる。内周部１２１の長さは３ｍである。本発明のセパレータの内周部の長さは、この長さに限定されない。

（コアの寸法測定方法）
図６の（ｄ）に示されるように、外側円筒部８１の外周面８１ａにノギスＭの爪ｍを接触させることにより、外側円筒部８１の直径を測定する。また、内側円筒部８２の内周面８２ｂにノギスＭの爪ｎを接触させることにより、軸穴Ｈの直径を測定する。また、外側円筒部８１の内周面８１ｂと、内側円筒部８２の外周面８２ａとに爪ｎを接触させることにより、リブ８３のコア８の半径方向における長さを測定する。

（セパレータを捲回するときのコアの傾斜）
図７は、図６に示されるセパレータ捲回体１０のコア８の軸穴Ｈに巻取ローラーＲを挿入したときの状態を示す側面図であって、（ａ）はコア８が傾かずに巻取ローラーＲに固定された状態を示し、（ｂ）はコア８が巻取ローラーＲに固定される前の状態を示し、（ｃ）はコア８が傾いて巻取ローラーＲに固定された状態を示し、（ｄ）〜（ｅ）はコア８の傾斜角度を計算するための寸法及び角度を示す。図７では、図面を明瞭にするために、セパレータ捲回体１０の内側円筒部８２の内周面８２ｂと、巻取ローラーＲとのみを、実線で示している。

巻取ローラーＲは、その表面を突出させ、コア８の内側円筒部８２の内周面８２ｂに押し付けることにより、内周面８２ｂに一定の摩擦力を与え回転している巻取ローラーＲの回転力を伝える表面突出機構を備え、上述の巻取ローラー７０Ｕ・７０Ｌと同じ機能を有する。図７の（ａ）に示されるように、この表面突出機構が正常に作動すれば、コア８は、傾かずに巻取ローラーＲに固定される。このとき、巻取ローラーＲが回転することにより、コア８も回転する。そして、コア８の外側円筒部８１の外周面８１ａに、セパレータ１２が捲回される。

図７の（ｂ）に示されるように、表面突出機構が作動していないときには、コア８は、重力にしたがって鉛直下方へたれさがる。隙間長さｘ_１は、内周面８２ｂと巻取ローラーＲとの間の隙間の最大長さである。

図７の（ｃ）に示されるように、表面突出機構が正常に作動せず、部分的に作動するときには、コア８は、傾いて巻取ローラーＲに固定されることがある。傾斜角度θ１は、コア８が図７の（ｂ）に示される内周面８２ｂ（破線）から傾斜した角度である。内周面８２ｂと巻取ローラーＲとの間の隙間の最大長さは、図７の（ｂ）に示される隙間長さｘ_１とおおむね同一である。なお、コア８を巻取ローラーＲに脱着するときに、隙間長さｘ_１を１ｍｍ程度とする。表面突出機構の機械的精度の誤差により、そのうちの０．２ｍｍ（上記式［１］のｘ（隙間長さ定数）に相当）が、コア８の傾斜に寄与する。

（コアの傾斜角度）
図７の（ｄ）に示されるように、図７の（ｂ）に示されるコア８を平面的にみたとき四角形を対角線で分割した三角形Ｔｂについて、その寸法及び角度は、次式（１）（２）のように表せる。なお、角度θ２は、図７の（ｂ）において、三角形Ｔｂの、内周面８２ｂが巻取ローラーＲに接する側の頂点の角度である。
ｓ＝（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２ ……（１）
ｃｏｓθ２＝φｉ／ｓ ……（２）
式（１）（２）より、次式（３）が導かれる。
θ２＝ｃｏｓ^−１（φｉ／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２） ……（３）
φｉ：内周面８２ｂの直径（軸穴Ｈの直径）〔ｍｍ〕
ｗ：コア８の中心軸方向の幅〔ｍｍ〕
図７の（ｅ）に示されるように、図７の（ｃ）に示されるコア８を平面的にみたとき四角形を対角線で分割した三角形Ｔｃについて、その寸法及び角度は、式（３）と同様に、次式（４）のように表せる。なお、角度θ３は、図７の（ｃ）において、三角形Ｔｃの、内周面８２ｂが巻取ローラーＲに接する側の、コア８の傾斜の起点となっている頂点の角度である。
θ３＝ｃｏｓ^−１（（φｉ−ｘ）／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２） ……（４）
このとき、傾斜角度θ１と、角度θ２・θ３とは、次式（５）のように関係する。
θ１＝θ３−θ２ ……（５）
式（５）に式（３）（４）を代入することにより、次式（６）が導かれる。
θ１＝ｃｏｓ^−１（（φｉ−ｘ）／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２）−ｃｏｓ^−１（φｉ／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２） ……（６）
（セパレータ１２の蛇行幅）
図８は、図７の（ｃ）に示される状態のコア８にセパレータ１２を捲回したときのセパレータ捲回体１０の状態を示す側面図であって、（ａ）はコア８の外側円筒部８１の外周面８１ａの直径が比較的小さいときの状態を示し、（ｂ）はこの直径が比較的大きいときの状態を示す。図８の（ａ）に示されるように、図７の（ｃ）に示される状態のコア８にセパレータ１２を捲回すると、セパレータ１２は、コア８の中心軸ＣＡと垂直な方向に対し傾く。このようなセパレータ捲回体１０からセパレータ１２が巻き出される位置は、蛇行幅ｄの範囲で変動する。この蛇行幅ｄは、次式（７）により表せる。
ｄ＝（２ｎｔ＋φｏ）ｔａｎθ１ ……（７）
ｎ：セパレータ１２の捲回数
ｔ：セパレータ１２の厚み〔μｍ〕
φｏ：外周面８１ａの直径（コア８の直径）〔ｍｍ〕
ここで、セパレータ１２の捲回数ｎは、次式（８）により表せる。
ｎ＝（φｆ−φｏ）／２ｔ ……（８）
φｆ：セパレータ捲回体１０の直径〔ｍｍ〕
図９は、図６の（ａ）に示されるセパレータ捲回体１０の直径φｆの計算方法を説明するための正面図であって、（ａ）はコア８に長さＬのセパレータ１２が捲回された状態を示し、（ｂ）はコア８に捲回されているセパレータ１２をコア８の半径方向に切断して平らに広げた状態を示し、（ｃ）はコア８に捲回されているセパレータ１２を切断せず平らに広げた状態を示す。

図９の（ｂ）に示されるように、コア８に捲回されているセパレータ１２をコア８の半径方向に切断して平らに広げたものを平面的にみたときの形状は、おおむね台形になる。この台形の短辺Ｐｏの長さは「πφｏ」と表せ、長辺Ｐｆの長さは「πφｆ」と表せ、高さは「（φｆ−φｏ）／２」と表せる。ゆえに、この台形の面積は「π（φｆ＋φｏ）＊（φｆ−φｏ）／４」と表せる。

図９の（ｃ）に示されるように、コア８に捲回されているセパレータ１２を切断せず平らに広げたものを平面的にみたときの形状は、おおむね薄い長方形になる。この長方形の面積は「ｄＬ」と表せる。

この長方形の面積と上述の台形の面積とが等しいため、次式（９）が導かれる。
ｄＬ＝π（φｆ＋φｏ）＊（φｆ−φｏ）／４ ……（９）
式（９）を変形することにより、次式（１０）が導かれる。
φｆ＝（４ｄＬ／π＋φｏ^２）^１／２ ……（１０）
式（７）より、傾斜角度θ１が小さくなるほど、蛇行幅ｄは小さくなることがわかる。また、図８の（ｂ）に示されるように、直径φｏが大きくなるほど、蛇行幅ｄは大きくなることがわかる。式（７）に式（６）を代入することにより、次式（１１）が導かれる。
ｄ＝（２ｎｔ＋φｏ）ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（（φｉ−ｘ）／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２）−ｃｏｓ^−１（φｉ／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２）） ……（１１）
（蛇行幅を抑制するための条件）

表１は、種々のセパレータ捲回体１０について、式（１１）に示される蛇行幅ｄを計算した結果を示す。

発明者は、種々のセパレータ捲回体１０について、式（１１）に示される蛇行幅ｄを抑制するための条件を探求し、後述する条件を満たすときに、セパレータ１２が蛇行する幅（以下「蛇行幅」）を顕著に抑制できることを見出した。

［第１の条件］
表１に示されるように、直径差（φｏ−φｉ）をコア８の幅ｗで除算した値（（φｏ−φｉ）／ｗ）が０．３以上１．５以下であるという条件（第１の条件）を満たす実施例１〜８では、蛇行幅ｄが１．００ｍｍ未満の範囲に含まれる。このように、第１の条件を満たすことによって、従来（例えば比較例１〜３）のセパレータ捲回体よりも蛇行幅ｄを抑制できる。なお、値（（φｏ−φｉ）／ｗ）は、０．３以上１．２以下であることが好ましい。このとき、蛇行幅ｄは、０．８４ｍｍ以下の範囲に含まれる。また、値（（φｏ−φｉ）／ｗ）は、０．３以上０．７以下であることがより好ましい。このとき、蛇行幅ｄは、０．８２ｍｍ以下の範囲に含まれる。

［第１の条件の技術的意義］
直径φｏと直径φｉとの差が大きくなるほど、蛇行幅ｄは大きくなる傾向にある。また、コア幅が小さくなるほど、蛇行幅ｄは大きくなる傾向にある。そして、値（（φｏ−φｉ）／ｗ）が１．５をこえると、コア幅の減少が蛇行幅の増加に寄与する程度が大きくなり、電池用セパレータのセパレータ捲回体として許容できないセパレータ１２の蛇行が発生し得る。また、値（（φｏ−φｉ）／ｗ）が０．３未満であると、蛇行に悪い影響は無いものの、幅広いコアを小さな隙間で保持することになりコアの取り扱いが著しく困難となる。セパレータ捲回体１０が第１の条件を満たすことにより、以上の問題を解消できる。

［第２の条件］
具体的には、直径φｏが１２５ｍｍ未満であり、かつ、直径比（φｏ／φｉ）が１．２５以上１．６５以下であるという条件（第２の条件）を満たす実施例２〜８では、蛇行幅ｄが１．００ｍｍ未満である。このように、第２の条件を満たすことにより、従来（例えば比較例１〜３）のセパレータ捲回体よりも蛇行幅ｄを抑制できる。なお、直径比（φｏ／φｉ）は、１．２７以上１．６４以下であることが好ましい。このとき、蛇行幅ｄは、０．８２ｍｍ以下の範囲に含まれる。また、第１の条件及び第２の条件を満たすセパレータ捲回体１０も、本発明に含まれる。

［第２の条件の技術的意義］
直径φｏが１２５ｍｍ以上であると、セパレータ捲回体１０の搬送が困難になる可能性がある。また、直径比（φｏ／φｉ）が１．２５未満であると、外側円筒部８１と内側円筒部８２とが近付き、コア８の側面の面積が減少する。このとき、セパレータ捲回体１０を搬送するために、コア８の側面だけではなく、コア８に捲回されたセパレータ１２の側面にも、運搬装置・人の指等の一部が接触する可能性がある。この接触により、セパレータ捲回体１０の品質が低下し得る。また、直径比（φｏ／φｉ）が１．６５をこえると、電池用セパレータのセパレータ捲回体として許容できないセパレータ１２の蛇行が発生し得る。セパレータ捲回体１０が第２の条件を満たすことにより、以上の問題を解消できる。

（巻き取り、繰り出し安定性）
セパレータ１２を巻き取るときは、シワの発生を抑えるために、セパレータ１２に張力を掛けて巻き取る。そのため、コア８の内側円筒部８２と巻取ローラーＲとの間にはセパレータ１２に掛ける張力と釣り合う摩擦力が必要となる。同心円状の物体に作用するモーメントは、その同心円の半径に比例するため、最外周に掛かる力（張力）が一定である場合、半径が大きいほどこのモーメントは大きくなる。よって、張力と釣り合うコア８の、内側円筒部８２と巻取ローラーＲとの間の摩擦力は、セパレータ捲回体１０の半径（以下「捲回体半径」）に比例して大きくなる。捲回体半径が大きくなると、張力と摩擦力とが釣り合うための表面突出機構の作用を強くする必要があり、コア８の変形や劣化の原因となり得る。また、表面突出機構に過度の負荷が掛かるため、故障の原因となり得る。

セパレータ捲回体１０からセパレータ１２を繰り出すときも同様に、繰り出し張力に釣り合う摩擦力を発生させる必要があり、捲回体半径が大きいほど摩擦力を大きくする必要がある。

［第３の条件］
発明者は、第１の条件又は第２の条件を満たした上で、セパレータ捲回体１０の直径φｆを直径φｉで除算した値（φｆ／φｉ）が２．３以上３．５以下の条件を満たすことで表面突出機構への負荷を低減させることができることを見出した。なお、φｆ＝（２ｎｔ＋φｏ）である。

［第３の条件の技術的意義］
直径φｆが大きくなるほど、セパレータ捲回体１０の中心で釣り合うべき、上述の張力と摩擦力とは大きくなる傾向にある。また、直径φｉが小さくなるほど、中心で釣り合うべき摩擦力は大きくなる傾向にある。そして、値（φｆ／φｉ）が３．５をこえると、電池用セパレータを安定的に巻き取り、または繰り出しすることができない可能性がある。また、値（φｆ／φｉ）が２．３を下回ると摩擦力に悪い影響は無いものの、巻き取ることができるセパレータ長さが極端に短くなり、電池（セパレータ捲回体１０から繰り出したセパレータ１２を用いる電池）製造時に、頻繁にセパレータ捲回体１０を切り替えることが必要になる。その意味において、実施例８のセパレータ捲回体は、電池用セパレータのセパレータ捲回体として好ましくない。セパレータ捲回体１０が第３の条件を満たすことにより、以上の問題を解消できる。そして、セパレータ１２の巻き取り及び繰り出しが安定するため、従来のセパレータ捲回体よりも蛇行幅を抑制できる。

≪本実施形態の効果≫
上述の蛇行幅を抑制するための条件を満たすセパレータ捲回体１０は、従来のセパレータ捲回体よりも蛇行幅ｄを抑制できる。電池用セパレータの蛇行修正（ＥＰＣ；Edge Position Control）装置により修正可能な最大の蛇行幅は１ｍｍ程度である。このセパレータ捲回体１０の蛇行幅は、このようなＥＰＣ装置により修正できる。すなわち、セパレータ捲回体１０の蛇行幅ｄは１．００ｍｍ未満であることが好ましく、０．８０ｍｍ以下であることがより好ましい。

（捲回体安定性）
セパレータ１２をコア８に捲回する場合、コア８の直径が１２５ｍｍ未満であると、従来のコアに比べて捲回数が多くなる。そして、捲回数が多くなると、特に内側に捲回されたセパレータ１２は、強固に巻き締る。このため、コアの直径が１２５ｍｍ未満であると巻ズレ（セパレータ捲回体１０が、横からの衝撃によりタケノコ状にずれる現象）が生じにくく、横からの衝撃に強いセパレータ捲回体を実現できる。

（セパレータカール矯正）
セパレータ１２をコア８に捲回する場合、コア８の直径が１２５ｍｍ未満であると、従来のコアに比べてコア８の外周面のカーブ（曲率）が大きくなる。セパレータ１２が、異なる材料を含む表面と裏面との積層体である場合、その表面と裏面との物性差から「カール」と呼ばれる反りが発生することがある。このカールを矯正する方法の一つとして、望ましい方向（通常、上記物性差から生じる反りと反対の方向）へ外力を与えてセパレータ１２を固定し、セパレータ１２を構成する樹脂を塑性変形させる方法がある。コア８の直径が１２５ｍｍ未満であるとコア８に巻かれたセパレータ１２のカーブが大きいため、繰り出したときに、このカールを小さく矯正しやすい。

（搬送容易性）
図６に示されるように、セパレータ捲回体１０のコア８には、外側円筒部８１と内側円筒部８２とリブ８３とに囲まれた隙間である貫通穴ｈが形成される。そして、貫通穴ｈのコア８の半径方向における長さが５ｍｍ以上であれば、セパレータ捲回体１０を容易に搬送できる。これは、この隙間に移動体（運搬装置・人の指など）の一部を差し込むことにより、セパレータ捲回体１０を容易に搬送できるからである。

（軽量化）
セパレータ捲回体１０は、コア８が従来のコアよりも小径であるため、従来のセパレータ捲回体よりも軽量である。また、コア８が小径であるため、従来と同等の強度をより薄い肉厚で達成できる。このため、セパレータ捲回体１０をさらに軽量化できる。また、セパレータ１２として例えば比重２．０ｇ／ｃｍ^３以上の無機化合物を含有する、従来よりも重い電池用セパレータを利用できる。

（凹凸の吸収）
図１０は、図６に示されるセパレータ捲回体１０の接着テープ１３０周辺の拡大図である。図１０に示されるように、コア８の外周面８１ａには、接着テープ１３０によりセパレータ１２の内周部１２１の一端が貼り付けられている。そして、内周部１２１は、接着テープ１３０を覆ってコア８に捲回されているため、一部分に凹凸が形成されている。

セパレータ１２には、図２〜図３に示されるように孔Ｐとして無数の空隙が形成されている。このため、セパレータ１２は、厚み方向に力を加えられたときに、その空隙率に応じて厚み方向に潰れることができると仮定してよい。例えば、セパレータ１２の厚みが１３μｍであり、その空隙率が５０％であるならば、コア８に捲回されたセパレータ１２の厚みは、８層あたり約５０μｍ減少できる。ゆえに、コア８に捲回されたセパレータ１２は、外周面８１ａから離れる（内周部１２１の捲回数が増える）ほど、接着テープ１３０によるセパレータ１２の凹凸は、セパレータ１２の厚みの減少に吸収されて減っていく。

そして、例えば、コア８の直径が６インチであれば、コア８に８回捲回された内周部１２１の長さは、約３．８ｍになる。コア８の直径が５インチであれば、この長さは、約３．２ｍになる。つまり、コア８が小径であるほど、内周部１２１の捲回数を増やすことができる。上述のように、セパレータ捲回体１０は、コア８が従来のコアよりも小径であるため、従来のセパレータ捲回体よりも、内周部１２１の捲回数を増やすことができる。そして、接着テープ１３０によるセパレータ１２の凹凸を、セパレータ１２の厚みの減少に従来よりも多く吸収できるため、従来よりも厚い（例えば、厚みが２０μｍ以上１００μｍ以下の）接着テープ１３０を利用できる。

（セパレータ捲回体の製造方法）
セパレータ捲回体１０の製造方法も、本発明に含まれる。この製造方法は、図７に示されるように巻取ローラーＲを軸穴Ｈに挿入し、コア８を巻取ローラーＲに固定する工程と、図４に示されるように巻取ローラーＲ（図４では巻取ローラー７０Ｕ・７０Ｌ）とともに回転させたコア８（図４ではコアｕ・ｌ）にセパレータ１２を捲回する工程とを含む。

また、この製造方法において、上述の式（１１）の値が１．００ｍｍ未満となるように、以下に列挙するパラメータを定めれば、蛇行幅ｄが１．００ｍｍ未満であるセパレータ捲回体１０（例えば、実施例１〜８のセパレータ捲回体）を製造できる。
・コア８にセパレータ１２を捲回した回数である捲回数ｎ
・セパレータ１２の平均厚みｔ〔μｍ〕
・コア８の直径φｏ〔ｍｍ〕
・軸穴Ｈの直径φｉ〔ｍｍ〕
・隙間長さ定数ｘ（０．２ｍｍ）
・コア８の幅ｗ〔ｍｍ〕
また、式（１１）の値が０．８０ｍｍ以下となるように、これらのパラメータを定めることが好ましい。これにより、蛇行幅ｄが０．８０ｍｍ以下であるセパレータ捲回体１０を製造できる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、電池用セパレータ以外のフィルム及びその製造方法に利用できる。

８・ｕ・ｌ コア
１０ セパレータ捲回体
７０Ｕ・７０Ｌ・Ｒ 巻取ローラー
８１ 外側円筒部
８１ａ 外周面
８２ 内側円筒部
８３ リブ（支持部材）
１３０ 接着テープ（固定テープ）
ＣＡ 中心軸
Ｈ 軸穴
ｎ 捲回数
φｏ コアの直径
φｉ コアの軸穴の直径

Claims (8)

1. コアの中心軸にそって軸穴が設けられており、前記軸穴に巻取ローラーを嵌め、前記巻取ローラーを回転させることにより、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体であって、
   前記コアの内周面と前記巻取ローラーとの間の隙間の最大長さは、１ｍｍ以下であり、
   前記最大長さのうちの０．２ｍｍ以下が、前記コアの傾斜に寄与し、
   前記コアの直径と前記軸穴の直径との差を、前記コアの前記中心軸方向の幅で除算した値は、０．３以上１．５以下であり、
   前記セパレータ捲回体の直径を前記軸穴の直径で除算した値は、２．３以上３．５以下であることを特徴とするセパレータ捲回体。
2. 前記コアの直径は、１２５ｍｍ未満であり、
   前記コアの直径を前記軸穴の直径で除算した値である直径比は、１．２５以上１．６５以下であることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ捲回体。
3. コアの中心軸にそって軸穴が設けられており、前記軸穴に巻取ローラーを嵌め、前記巻取ローラーを回転させることにより、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体であって、
   前記コアの内周面と前記巻取ローラーとの間の隙間の最大長さは、１ｍｍ以下であり、
   前記最大長さのうちの０．２ｍｍ以下が、前記コアの傾斜に寄与し、
   前記コアの直径は、１２５ｍｍ未満であり、
   前記コアの直径を前記軸穴の直径で除算した値である直径比は、１．２５以上１．６５以下であり、
   前記セパレータ捲回体の直径を前記軸穴の直径で除算した値は、２．３以上３．５以下であることを特徴とするセパレータ捲回体。
4. 前記コアは、
   外側円筒部と、
   前記外側円筒部の内部に配され、前記コアの中心軸にそって設けられた軸穴を囲む内側円筒部と、
   前記外側円筒部と前記内側円筒部との間を支持し、互いに間隔をあけ配され、かつ、前記コアの半径方向における長さが５ｍｍ以上である、複数の支持部材とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセパレータ捲回体。
5. コアの中心軸にそって軸穴が設けられており、前記軸穴に巻取ローラーを嵌め、前記巻取ローラーを回転させることにより、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体の製造方法であって、
   前記コアの内周面と前記巻取ローラーとの間の隙間の最大長さは、１ｍｍ以下であり、
   前記最大長さのうちの０．２ｍｍ以下が、前記コアの傾斜に寄与し、
   前記コアの直径と前記軸穴の直径との差を、前記コアの前記中心軸方向の幅で除算した値は、０．３以上１．５以下であり、
   前記巻取ローラーを前記軸穴に挿入し、前記コアを前記巻取ローラーに固定する工程と、
   前記巻取ローラーとともに回転させた前記コアに電池用セパレータを捲回する工程と、を含み、
   前記セパレータ捲回体の直径を前記軸穴の直径で除算した値は、２．３以上３．５以下であることを特徴とするセパレータ捲回体の製造方法。
6. コアの中心軸にそって軸穴が設けられており、前記軸穴に巻取ローラーを嵌め、前記巻取ローラーを回転させることにより、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体の製造方法であって、
   前記コアの内周面と前記巻取ローラーとの間の隙間の最大長さは、１ｍｍ以下であり、
   前記最大長さのうちの０．２ｍｍ以下が、前記コアの傾斜に寄与し、
   前記コアの直径は、１２５ｍｍ未満であり、
   前記コアの直径を前記軸穴の直径で除算した値である直径比は、１．２５以上１．６５以下であり、
   前記巻取ローラーを前記軸穴に挿入し、前記コアを前記巻取ローラーに固定する工程と、
   前記巻取ローラーとともに回転させた前記コアに電池用セパレータを捲回する工程と、を含み、
   前記セパレータ捲回体の直径を前記軸穴の直径で除算した値は、２．３以上３．５以下であることを特徴とするセパレータ捲回体の製造方法。
7. コアの中心軸にそって軸穴が設けられており、前記軸穴に巻取ローラーを嵌め、前記巻取ローラーを回転させることにより、コアに電池用セパレータを捲回したセパレータ捲回体の製造方法であって、
   前記コアの内周面と前記巻取ローラーとの間の隙間の最大長さは、１ｍｍ以下であり、
   前記最大長さのうちの０．２ｍｍ以下が、前記コアの傾斜に寄与し、
   前記巻取ローラーを前記軸穴に挿入し、前記コアを前記巻取ローラーに固定する工程と、
   前記巻取ローラーとともに回転させた前記コアに電池用セパレータを捲回する工程と、を含み、
   （２ｎｔ＋φｏ）ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（（φｉ−ｘ）／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２）−ｃｏｓ^−１（φｉ／（ｗ^２＋φｉ^２）^１／２）） ……［１］
   ｎ：前記コアに前記電池用セパレータを捲回した回数
   ｔ：前記電池用セパレータの平均厚み〔μｍ〕
   φｏ：前記コアの直径〔ｍｍ〕
   φｉ：前記軸穴の直径〔ｍｍ〕
   ｘ：０．２〔ｍｍ〕
   ｗ：前記コアの前記中心軸方向の幅〔ｍｍ〕
   前記式［１］により表される長さは、１．００ｍｍ未満であり、
   前記セパレータ捲回体の直径を前記軸穴の直径で除算した値は、２．３以上３．５以下であることを特徴とするセパレータ捲回体の製造方法。
8. 前記式［１］により表される長さは、０．８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のセパレータ捲回体の製造方法。

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