(57)【要約】      （修正有）【課題】蓄電装置の電極製造時の加熱乾燥工程の時間短縮と省エネルギー化を図ることができる巻取用リールを提供する。【解決手段】巻取用リール１０は、金属箔１４が巻回される芯部１１と、巻取用リール１０を加熱乾燥装置内の載置部に載置した状態において、芯部１１に巻回された金属箔１４を載置部に対する非接触状態に保持可能に芯部１１を支持する支持部２１とを備えている。少なくとも芯部１１は、合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に活物質合剤が塗布された帯状の金属箔を巻き取るとともに、前記活物質合剤の加熱乾燥に使用される巻取用リールであって、
前記金属箔が巻回される芯部と、
前記巻取用リールを加熱乾燥装置内の載置部に載置した状態において、前記芯部に巻回された金属箔を前記載置部に対する非接触状態に保持可能に前記芯部を支持する支持部とを備え、
少なくとも前記芯部は、合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金で形成されていることを特徴とする巻取用リール。
【請求項２】
前記芯部は、管状に形成されている請求項１に記載の巻取用リール。
【請求項３】
前記支持部も前記マグネシウム合金で形成されている請求項１又は請求項２に記載の巻取用リール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻取用リールに係り、詳しくは少なくとも一面に活物質合剤が塗布された帯状の金属箔を巻き取るとともに、塗布された活物質合剤の加熱乾燥に適した巻取用リールに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。そして、これらの蓄電装置は、金属箔に活物質を含有するスラリー状又はペースト状の活物質合剤が塗布されて形成された活物質層を有するシート状の正極及びシート状の負極が、間にセパレータが存在する状態で層をなすように積層あるいは巻回された電極組立体を備えている。
【０００３】
前述の正極又は負極である電極の製造工程では、上記活物質合剤を帯状の金属箔に塗布する塗布工程が行われた後、活物質合剤を加熱乾燥させる乾燥工程が行われる。塗布工程では、帯状の金属箔は、供給リールから送り出されるとともに巻取用リールに巻取られることで搬送され、その搬送途中で活物質合剤が金属箔に塗布される。また、乾燥工程については、電極組立体を形成後に乾燥を行う方法も知られているが、乾燥時間の短縮などを目的に、巻取用リールに巻き取られた金属箔を、その巻取用リールごと乾燥装置内に収容し、巻取用リールごと加熱、乾燥される方法も、例えば特許文献１にて提案されている。特許文献１では、ロール電極を真空乾燥機内で乾燥させるにあたり、さらに巻芯の内側にヒータを配置している。
【０００４】
また、従来、帯状のワークとともに乾燥工程に用いられる巻取用リールとして、コア（内筒）と、コアから放射状に延びるようにコアの軸方向両端部に複数固定された２組のスポークと、コアと同心に配置されるように各組のスポークの先端に固定された一つのリング（外筒）とがアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものがある（特許文献２参照）。このリールは、電子部品実装用フィルムキャリアテープ用リールとして用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６９４９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電極の製造に関して、その乾燥工程で活物質合剤を乾燥するのに要する時間を短縮して電極の生産性を向上させることが望まれている。特許文献１は、巻芯（巻取用リール）の内側より加熱することで、生産性の改善を図っている。ところで、巻取用リールに巻き取られた金属箔を加熱又は冷却するにあたっては、円筒状となった金属箔の内側全面に接する巻取用リールの熱的影響が無視できないが、特許文献１では、この点について十分に考慮されていない。特許文献２のリールは、軽量かつ十分な剛性を備えるアルミニウム製のリールを提案するものであるが、乾燥工程の短時間化に関しては考慮されていない。
【０００７】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電装置の電極製造時の加熱乾燥工程の時間短縮と省エネルギー化を図ることができる巻取用リールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する巻取用リールは、少なくとも一面に活物質合剤が塗布された帯状の金属箔を巻き取るとともに、前記活物質合剤の加熱乾燥に使用される巻取用リールである。そして、巻取用リールは、前記金属箔が巻回される芯部と、前記巻取用リールを加熱乾燥装置内の載置部に載置した状態において、前記芯部に巻回された金属箔を前記載置部に対する非接触状態に保持可能に前記芯部を支持する支持部とを備え、少なくとも前記芯部は、合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金で形成されている。
【０００９】
この構成によれば、帯状の金属箔が巻回される芯部を形成するマグネシウム合金は、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて単位重量当たりの熱容量が小さい。そのため、少なくとも一面に活物質合剤が塗布された帯状の金属箔が巻き取られた巻取用リールを加熱乾燥装置内に載置して活物質合剤の加熱乾燥を行う場合、巻取用リール、金属箔及び活物質合剤を目的温度まで加熱するのに要する時間を従来に比べて短縮することができる。したがって、蓄電装置の電極製造時の加熱乾燥工程の時間短縮と省エネルギー化を図ることができる。
【００１０】
前記芯部は、管状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、芯部を充実体とした場合に比べて、外形が同じでも巻取用リールの熱容量が小さくなり、加熱乾燥工程のより時間短縮と省エネルギー化を図ることができる。
【００１１】
前記支持部も前記マグネシウム合金で形成されていることが好ましい。この構成によれば、芯部のみがマグネシウム合金で形成されている場合に比べて、巻取用リールの熱容量が小さくなり、加熱乾燥工程のより時間短縮と省エネルギー化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電装置の電極製造時の加熱乾燥工程の時間短縮と省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の巻取用リールの斜視図。
【図２】巻取用リールの側面図。
【図３】図２の３−３線断面図。
【図４】金属箔に対する活物質合剤の塗布方法を模式的に示す側面図。
【図５】別の実施形態の巻取用リールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、巻取用リールの一実施形態について図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、巻取用リール１０は、芯部１１と、芯部１１を支持する支持部２１とを備えている。
【００１５】
図３に示すように、芯部１１は、円筒状の内筒１２と、内筒１２を囲み、かつ内筒１２と同心の円筒状の外筒１３とを有する二重管状に形成されている。内筒１２には、図示しない巻取機構のシャフトが嵌挿可能になっている。外筒１３の外径は、外筒１３に巻き取られた金属箔１４を巻きほどいたときに、金属箔１４にカール（反り）の発生が抑制される大きさに形成されている。内筒１２及び外筒１３は同じ長さに形成され、その長さは外筒１３に巻回される金属箔１４の幅Ｗより長く形成されている。
【００１６】
図１及び図３に示すように、支持部２１は、芯部１１の軸方向両側（本実施形態においては軸方向両端）に設けられた円環状の一対の側板２２，２３で構成されている。一方の側板２２は、内筒１２の径方向外側に突出する状態で内筒１２と一体形成されている。他方の側板２３は、外筒１３の径方向外側及び内側に突出する状態で外筒１３と一体形成されている。側板２２，２３は、外径及び内径がそれぞれ同じに形成されている。
【００１７】
側板２２，２３の外径は、外筒１３に所定の最大量巻回された状態の金属箔１４の巻回体の外径より大きく形成されている。すなわち、支持部２１は、芯部１１に金属箔１４が巻回された巻取用リール１０を加熱乾燥装置内の載置部に載置した状態において、金属箔１４を載置部に対する非接触状態に保持可能に芯部１１を支持可能になっている。
【００１８】
内筒１２及び側板２２はマグネシウム合金の鋳造で一体成形され、外筒１３及び側板２３はマグネシウム合金の鋳造で一体成形されている。内筒１２の先端、すなわち一方の側板２２が形成された端部と反対側の端部は、側板２３の内周部に溶接で接合されている。外筒１３の先端、すなわち他方の側板２３が形成された端部と反対側の端部は、側板２２の内面に溶接で接合されている。
【００１９】
図１〜図３に示すように、巻取用リール１０は、各側板２２，２３の外周縁に環状リブ２７を備える。環状リブ２７はマグネシウム合金の鋳造で一体成形されるとともに、断面Ｌ字状を成す円環状の部分の一部が側板２２，２３と平行に対向し、一部が２２，２３と直角となる状態で、側板２２，２３の外周縁にそれぞれ溶接で接合されている。
【００２０】
芯部１１、支持部２１及び環状リブ２７は、合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金で形成され、この実施形態では、アルミニウム及びカルシウムの他にマンガンを含むマグネシウム合金で形成されている。詳述すると、このマグネシウム合金は、組成がＭｇ９３．５質量％、Ｃａ３．０質量％、Ａｌ３．０質量％、Ｍｎ０．５質量％である。但し、不可避不純物の組成を省略している。不可避不純物の組成を含める場合は、その組成量の分、Ｍｇの組成量が少なくなる。マグネシウム合金は、Ｍｇ−Ａｌ系マグネシウム合金であるＡＺ９１Ｄの成分のアルミニウムを減らして、代わりにカルシウム及びマンガンを必要量加えて製造されている。
【００２１】
次に、前記構成の巻取用リール１０を使用して金属箔に活物質合剤を塗布し、活物質合剤が塗布された金属箔を巻取用リール１０に巻き取る方法について説明する。
図４に示すように、活物質合剤Ｓの塗布されていない帯状の金属箔１４が供給リール３０から繰り出され、塗布装置３１へ搬送される。塗布装置３１は、活物質合剤Ｓを貯留するためのタンク３１ａと、コーティングロール３１ｂと、活物質合剤Ｓの厚さ（量）を調節するコンマロール３１ｃとを備える。また、塗布装置３１は、金属箔１４を搬送するバックロール（バッキングロール）３１ｄを備える。
【００２２】
金属箔１４がバックロール３１ｄによりコーティングロール３１ｂ上の活物質合剤Ｓに接触可能な位置に付勢された状態でコーティングロール３１ｂとバックロール３１ｄとの間を通過する際に、コーティングロール３１ｂ上の活物質合剤Ｓが金属箔１４上に転写される。バックロール３１ｄが、コーティングロール３１ｂに付着した活物質合剤Ｓに金属箔１４を接触させる位置と、金属箔１４を活物質合剤Ｓから離間させる位置とに所定のタイミングで移動されることにより、金属箔１４に活物質合剤Ｓが間欠的に転写される。金属箔１４は、転写された活物質合剤Ｓが乾燥装置３２である程度乾燥され、一対のプレスローラ３３により圧縮された後、巻取用リール１０に巻き取られる。なお、供給リール３０とバックロール３１ｄとの間、及びプレスローラ３３と巻取用リール１０との間にはダンサーロール３５が設けられ、ダンサーロール３５は、搬送される金属箔１４の張力を調節して、金属箔１４の弛みを防止する。
【００２３】
金属箔１４の両面に活物質層が形成される電極の場合には、片面に活物質合剤Ｓが塗布された金属箔１４が巻回された巻取用リール１０が供給リール３０として使用され、金属箔１４の反対側の面に対して同様に、活物質合剤Ｓが塗布される。そして、両面の所定位置に活物質合剤Ｓが塗布された帯状の金属箔１４が巻回された巻取用リール１０あるいは片面に活物質合剤Ｓが塗布された金属箔１４が巻回された巻取用リール１０は加熱乾燥装置で加熱乾燥される。
【００２４】
次に、巻取用リール１０の作用について説明する。
図４に示すように、巻取用リール１０は、巻取機構のシャフト３４に嵌挿された状態で図４の時計方向に回転駆動される。金属箔１４は、供給リール３０から繰り出された後、塗布装置３１で活物質合剤Ｓが塗布され、乾燥装置３２を経て、プレスローラ３３でプレスされた後、巻取用リール１０に巻き取られる。金属箔１４は、供給リール３０から繰り出されて巻取用リール１０に巻き取られるまで、設定された位置を正確に移動するのではなく、多少蛇行しながら移動する。蛇行が大きくなるのを抑制するため、図示しない蛇行補正装置により、巻取用リール１０を移動することで、金属箔１４の蛇行が補正される。蛇行補正装置により金属箔１４の蛇行を補正する場合、巻取用リール１０の慣性重量が小さい方が補正を簡単に精度良く行うことができる。巻取用リール１０はマグネシウム合金製のため、その重量がアルミニウム合金製の場合の２／３、鉄製の場合の１／４と軽いため、従来の巻取用リールに比べて慣性重量が小さくなり、金属箔１４の蛇行補正を簡単に精度良く行うことができる。
【００２５】
金属箔１４に塗布された活物質合剤Ｓは、乾燥装置３２で乾燥されるが、この乾燥は、活物質合剤Ｓのプレスが支障なく行われる程度までの乾燥であり、活物質合剤Ｓの溶媒として使用されている高沸点の溶媒、例えば、ＮＭＰ（Ｎメチルピロリドン）が活物質合剤Ｓ中にまだ残っている。そのため、活物質合剤Ｓが塗布された金属箔１４は、巻取用リール１０に巻回された状態で加熱乾燥装置により加熱乾燥される。加熱乾燥に要する時間は、所定の加熱乾燥温度までの昇温時間と、所定の加熱乾燥温度での保持時間と、所定の加熱乾燥温度から室温までの冷却時間の合計時間である。
【００２６】
このうち、保持時間は同じであるが、巻取用リール１０の材質であるマグネシウム合金の熱容量がアルミニウム合金や鉄に比べて小さいため、所定の加熱乾燥温度までの昇温時間及び加熱乾燥温度からの冷却時間を短縮することができる。例えば、所定の加熱乾燥温度が１２０℃の場合、巻取用リール１０を鉄製とした場合は昇温時間及び冷却時間はそれぞれ３時間であったが、この実施形態のマグネシウム合金製とした場合は昇温時間及び冷却時間はそれぞれ１時間に短縮された。
【００２７】
また、所定の加熱乾燥温度における保持時間が短い場合はあまり問題はないが、例えば、所定の加熱乾燥温度が１２０℃で保持時間が６時間の場合、巻取用リール１０の高温強度（耐クリープ性）が必要になる。鋳造材用として市販されているマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）は、自動車部品等の分野で多く使用されているアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）に比べて密度が２／３と軽量であるが、高温強度（耐クリープ性）が劣る。
【００２８】
具体的には、１５０℃の大気雰囲気中において、試験片に１００ＭＰａの圧縮応力を負荷し、そのときの試験片の変位が一定に保たれるように、時間の経過に併せてその圧縮応力を低下させていき、試験開始から４０時間後の応力値を調べたところ、ＡＤＣ１２では応力が９５ＭＰａであったのに対して、ＡＺ９１では６８ＭＰａであった。一方、この実施形態のマグネシウム合金では、試験開始から４０時間後の応力値は９２ＭＰａであり、アルミニウム合金ＡＤＣ１２と同程度であった。
【００２９】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）巻取用リール１０は、少なくとも一面に活物質合剤Ｓが塗布された帯状の金属箔１４を巻き取るとともに、活物質合剤Ｓの加熱乾燥に使用される巻取用リールである。そして、巻取用リール１０は、金属箔１４が巻回される芯部１１と、巻取用リール１０を加熱乾燥装置内の載置部に載置した状態において、芯部１１に巻回された金属箔１４を載置部に対する非接触状態に保持可能に芯部１１を支持する支持部２１とを備え、少なくとも芯部１１は、合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金で形成されている。このマグネシウム合金は、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて単位重量当たりの熱容量が小さい。そのため、少なくとも一面に活物質合剤Ｓが塗布された帯状の金属箔１４が巻き取られた巻取用リール１０を加熱乾燥装置内に載置して活物質合剤Ｓの加熱乾燥を行う場合、巻取用リール１０、金属箔１４及び活物質合剤Ｓを目的温度まで加熱するのに要する時間を従来に比べて短縮することができる。したがって、蓄電装置の電極製造時の加熱乾燥工程の時間短縮と省エネルギー化を図ることができる。
【００３０】
また、合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金は、耐クリープ性が自動車部品等の分野で多く使用されているアルミニウム合金ＡＤＣ１２と同程度であるため、加熱乾燥工程において変形が防止される。
【００３１】
（２）芯部１１は、管状に形成されている。この構成によれば、芯部１１を充実体とした場合に比べて、外形が同じでも巻取用リール１０の熱容量が小さくなり、加熱乾燥工程のより時間短縮と省エネルギー化を図ることができる。
【００３２】
（３）芯部１１は、巻取機構部のシャフトが嵌挿可能な円筒状の内筒１２と、内筒１２を囲み、かつ内筒１２と同心で金属箔１４が巻き取られる円筒状の外筒１３とを有する二重管状に形成されている。したがって、金属箔１４が巻き取られる外筒１３の外径が大きくても、巻取機構部の装着構造を変更せずに巻取用リール１０の軽量化及び熱容量の減少を行うことができる。
【００３３】
（４）巻取用リール１０は、支持部２１もマグネシウム合金で形成されている。この構成によれば、芯部１１のみがマグネシウム合金で形成されている場合に比べて、巻取用リール１０の熱容量が小さくなり、加熱乾燥工程のより時間短縮と省エネルギー化を図ることができる。
【００３４】
（５）巻取用リール１０は、芯部１１を構成する内筒１２と支持部２１を構成する側板２２及び芯部１１を構成する外筒１３と支持部２１を構成する側板２３がそれぞれ鋳造で一体に形成されている。したがって、内筒１２、外筒１３及び側板２２，２３をそれぞれ別々に形成した後、溶接で接合する場合に比べて、部品点数が少なくなるとともに製造も容易になる。
【００３５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  巻取用リール１０の材料である合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金の組成は、前記実施形態のものに限らず、巻取用リール１０に対する要求性能を満たす範囲で適宜変更してもよい。
【００３６】
○  巻取用リール１０の材料である合金成分としてアルミニウム及びカルシウムは必須であるが、マンガンは必ずしも必須ではなく、巻取用リール１０に対する要求性能によってはなくてもよい。
【００３７】
○  巻取用リール１０の各側板２２，２３には、肉抜き孔が形成されていてもよい。肉抜き孔の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形やスリット状であってもよい。このように肉抜き孔を設けることで、巻取用リール１０の軽量化が図れるとともに、さらに熱容量を低減することができる。
【００３８】
○  巻取用リール１０は、少なくとも芯部１１が合金成分としてアルミニウム及びカルシウムを有するマグネシウム合金で形成されていればよく、支持部２１はマグネシウム合金に限らず、例えば、アルミニウム合金や鉄で形成されてもよい。しかし、支持部２１も
マグネシウム合金で形成されている方が、軽量化や熱容量の低減に寄与する。
【００３９】
○  巻取用リール１０を複数の鋳造部品を溶接して製造する場合、鋳造部品の形状は前記実施形態のものに限らない。例えば、図５に示すように、芯部１１を構成する内筒１２は外筒１３と同じ長さのものが１本存在するのではなく、短い内筒１２が各側板２２，２３に接続された構成であってもよい。この構成でも、巻取用リール１０は、巻取機構のシャフト３４が内筒１２に嵌挿された状態で回転駆動される。この構成の場合、巻取用リール１０を構成する部品は、側板２２に内筒１２が突設された部品と、側板２３に内筒１２が突設された部品と、外筒１３と、環状リブ２７となるが、側板２２に内筒１２が突設された部品と、側板２３に内筒１２が突設された部品とは同じ構造でよいため、部品の種類は３種類となる。この場合、内筒１２が短くなった分、熱容量の低減及び軽量化に寄与する。
【００４０】
○  巻取用リール１０は、複数の鋳造部品を製造した後、各部品を溶接することにより製造するのではなく、巻取用リール１０を一度の鋳造で製造してもよい。この場合、内筒１２と外筒１３との間の空間部と、環状リブ２７と側板２２，２３との間の空間部と対応する箇所には、塩中子のような可溶性の中子を使用することにより製造することができる。しかし、複数の鋳造部品を製造する場合に比べて金型が複雑になる。
【００４１】
○  芯部１１が二重筒状の場合、内筒１２は円筒状に限らず、角筒状や楕円筒状等の他の筒状であってもよい。
○  芯部１１を二重筒状ではなく単なる筒状としてもよい。
【００４２】
○  巻取用リール１０の芯部１１は、金属箔１４が巻回される部分を有し、巻取機構により回転駆動される状態に装着可能であればよく、必ずしも筒状ではなく、金属箔１４が巻回される円柱部と、巻取機構に回転駆動可能に装着可能な装着部とを有する構造であってもよい。
【００４３】
○  巻取用リール１０の支持部２１は、巻取用リール１０を加熱乾燥装置内の載置部に載置した状態において、芯部１１に巻回された金属箔１４を載置部に対する非接触状態に保持可能に芯部１１を支持可能であればよく、側板２２，２３は必ずしも環状リブ２７を有する必要はない。また、側板２２，２３は円板状に限らず、角板状等の他の形状であってもよい。
【００４４】
○  環状リブ２７は断面Ｌ字状に限らず、例えば、単純な円環状であってもよい。この場合、可溶性中子を使用せずに、環状リブ２７を側板２２，２３と一体に鋳造することができる。
【００４５】
○  蓄電装置は、二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
【００４６】
（１）請求項２に記載の発明において、前記芯部は、円筒状の内筒と、前記内筒を囲む円筒状の外筒とを有する二重管状に形成されている。
（２）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記マグネシウム合金は合金成分として０．６％以下のマンガンを含む。
【００４７】
（３）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記支持部は、前記芯部の両端に設けられた側板である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ…活物質合剤、１０…巻取用リール、１１…芯部、１４…金属箔、２１…支持部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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