(57)【要約】【課題】  巻き始めの段階で発生する巻芯のズレによる影響を解消し、円筒形の外装容器内に捲回型電極体を挿入する際、電極体の最大径を示す外周部と外装容器の縁が干渉しない精度の良い円筒形状の捲回型電極体を歩留り良く形成できる製造方法を提供すること。【解決手段】  巻芯１を、断面対向部が凸凹型の形状を有する凹型巻芯部材２と凸型巻芯部材３とから構成し、凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａをセパレータ１０が覆うまでセパレータ１０を凹型巻芯部材２に押し当て、凸型巻芯部材３の凸状部３ｂ先端でセパレータ１０をすくい上げ、凹型巻芯部材２との間で挟み込み、凸型巻芯部材３の凸状部３ｂと凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａとが互いに引っかかるようにセパレータ１０を巻きつけてからセパレータ１０にテンションを印加し、その後セパレータ１０を介して正極板、負極板を積層・捲回する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ帯状である正極板と負極板とこれらを分離するセパレータとを、巻芯を用いて積層状態で渦巻状に捲回させて円筒形捲回型の電極体を製造する円筒形捲回型電極体の製造方法であって、
断面形状が互いに嵌り合う凹凸型の形状に形成された複数の巻芯部材の間に、前記セパレータを挟んで互いに嵌り合わせる工程と、
巻芯を所定角度回転させて、各巻芯部材の外周面にそれぞれセパレータを沿わせる工程と、
前記巻芯部材同士が互いに嵌り合うように前記セパレータにテンションを与えた状態で、前記セパレータに正極板と負極板とを積層させるとともに巻芯を回転させて巻芯の周りに捲回する工程と、
筒形に捲回して形成した電極体から巻芯を軸方向に引き抜く工程と
を有することを特徴とする円筒形捲回型電極体の製造方法。
【請求項２】
それぞれ帯状である正極板と負極板とこれらを分離するセパレータとを、巻芯を用いて積層状態で渦巻状に捲回させて円筒形捲回型の電極体を製造する円筒形捲回型電極体の製造装置であって、
前記巻芯が、その断面形状が互いに嵌り合う凹凸型の形状であり、嵌り合った状態で外周が筒形となる複数の巻芯部材により構成されていることを特徴とする円筒形捲回型電極体の製造装置。
【請求項３】
巻芯は、その断面形状がそれぞれ略扇形状である凹型巻芯部材と凸型巻芯部材とで構成され、凹型巻芯部材が１８０度よりも大きな開き角度に形成され、凸型巻芯部材が１８０度よりも小さな開き角度に形成されていることを特徴とする請求項２記載の円筒形捲回型電極体の製造装置。
【請求項４】
凹型巻芯部材に対して凸型巻芯部材が巻芯の軸芯方向に沿って相対的に移動可能に構成され、凸型巻芯部材の先端部に、先端ほど外周面寄りに傾斜して、セパレータを巻芯の中心部側に案内可能な傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の円筒形捲回型電極体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に捲回した電池用などの円筒形捲回型電極体の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池の円筒形捲回型電極体の製造方法として種々の提案がされているが、その中の一般的なものが特許文献１、２等に開示されている。この種の従来の円筒形捲回型電極体の製造方法を、図８、図９を用いて説明する。
【０００３】
半円状の断面形状をもつ２本の巻芯部材５１、５２からなる１組の巻芯５０に帯状絶縁体からなるセパレータ５３を挟んで固定し、セパレータ５３に弛みを生じないようにテンションをかけた状態で巻芯５０を回転させてセパレータ５３を巻芯５０の外周に巻きつける。そして、セパレータ５３を介して正極板５４、負極板５５を所定の位置関係で絶縁した状態で積層させる。そして、巻芯５０を回転させることにより、正極板５４、セパレータ５３、負極板５５からなる渦巻状の電極体を形成する。その後、巻芯５０を電極体から抜くことによって円筒形で渦巻状の電極体（円筒形捲型回電極体）を製造していた。
【特許文献１】特公平４−３７５４９号公報
【特許文献２】特開平８−３１５８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の円筒形捲回型電極体の製造方法では、半円状の断面形状をもつ２本の巻芯部材５１、５２からなる１組の巻芯５０に、セパレータ５３をはさんで固定して巻芯５０を回転させると、予めセパレータ５３にはセパレータ５３に弛みを生じないようにテンションがかけられているため、巻き始めの段階で半円状の巻芯部材５１、５２にそれぞれ逆方向の力がかかり、図１０（ａ）において点線の矢印で示すように、お互い逆方向にズレてしまう。よって、形成された電極体の内部の断面形状が、図１０（ｂ）に示すように（図１０（ｂ）においては電極体の巻き始めの状態を示している）、歪な楕円形となり、巻芯５０のズレ方向が電極体の最大径となった。その結果、円筒形の外装容器内に電極体を挿入する際に、電極体の最大径を示す外周部と外装容器の縁とが干渉し、電極体の外周部が損傷する不具合が発生していた。
【０００５】
また、円筒形の外装容器内への挿入不良を低減させるため、正極板５４、負極板５５の全長を短くしたり、正極板５４、負極板５５の厚みを薄くしたりすることにより電極体の外径を小さくすることも行われていたが、この場合には、電池の高容量化が困難であるといった問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、巻き始めの段階で発生する巻芯のズレによる悪影響を解消し、精度の良い筒形状の電極体を歩留り良く形成できる製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の円筒形捲回型電極体の製造方法は、それぞれ帯状である正極板と負極板とこれらを分離するセパレータとを、巻芯を用いて積層状態で渦巻状に捲回させて円筒形捲回型の電極体を製造する円筒形捲回型電極体の製造方法であって、断面形状が互いに嵌り合う凹凸型の形状に形成された複数の巻芯部材の間に、前記セパレータを挟んで互いに嵌り合わせる工程と、巻芯を所定角度回転させて、各巻芯部材の外周面にそれぞれセパレータを沿わせる工程と、前記巻芯部材同士が互いに嵌り合うように前記セパレータにテンションを与えた状態で、前記セパレータに正極板と負極板とを積層させるとともに巻芯を回転させて巻芯の周りに捲回する工程と、筒形に捲回して形成した電極体から巻芯を軸方向に引き抜く工程とを有することを特徴とする。さらに、製造装置の巻芯として、その断面形状が互いに嵌り合う凹凸型の形状であり、嵌り合った状態で外周が筒形となる複数の巻芯部材により構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この製造方法ならびに製造装置において、複数の巻芯部材からなる巻芯にセパレータが巻きつけられると、セパレータを挟んだ状態で巻芯部材同士が互いに嵌り合う。このように、巻芯部材同士が互いに嵌り合って一体化されるように巻芯を構成しているので、従来のように半円状の断面形状からなる２本の巻芯部材により単に巻芯を構成する場合と比較して、巻芯自体の剛性が上がることになる。そして、複数の巻芯部材の凹凸形状部分が互いに嵌り合うことで、複数の巻芯部材間でのズレが発生しない。したがって、従来のように、セパレータの巻き始めの段階で発生していた巻芯のズレ、すなわち巻芯の真円度を悪化させることなく、正極板、セパレータ、負極板を良好に積層させて捲回でき、良好な円筒形捲回型の電極体を製造することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の円筒形捲回型電極体の製造方法ならびに製造装置によれば、精度の良い円筒形状の捲回型電極体を歩留り良く形成することが可能となり、円筒形の外装容器内への挿入不良を低減させることができる。また、捲回型電極体の外形の精度が向上すれば、正極板や負極板の長さや厚みを大きくすることが可能となり、電池の高容量化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１、図２（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態に係る円筒形捲回型電極体の製造方法に用いるとともに、その製造装置に設けられている、巻芯の構造を示す。
【００１１】
この巻芯１は下記のような割りピン型に２分割した凹型巻芯部材２と凸型巻芯部材３とから構成されている。凹型巻芯部材２は、円柱における軸芯Ｏから断面形状の９０度分をＶ溝形状に削除し、その断面が軸芯Ｏを中心として約２７０度の大きな開き角度の断面形状で軸芯方向に延ばした形状とされている。一方、凸型巻芯部材３は、その断面がほぼ軸芯Ｏを中心として残りの約９０度分の開き角度であり、前記凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａにその凸状部３ｂが嵌り合う凸型形状とされ且つ外面が円弧形状とされて軸芯方向に延ばされた形状とされている。そして、凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａに、凸型巻芯部材３が嵌り合うことで、略円柱形状となるように構成されている。なお、図３などに示すように、凸型巻芯部材３の先端部には、基端部寄りの軸芯箇所から先端へ向けて外周面寄りに傾斜する傾斜面３ａが形成されている。
【００１２】
これらの凹型巻芯部材２と凸型巻芯部材３とからなる巻芯１は、後述の捲回動作を行う捲回装置（図示せず）に着脱可能に取り付けられている。そして、凹型巻芯部材２は、捲回装置に設けられた支持部４にねじなどで固定され、また、支持部４内で前記軸芯Ｏの方向に沿って移動自在な出退部５に凸型巻芯部材３の基端部がねじなどで固定されており、これにより、凹型巻芯部材２に対して凸型巻芯部材３が、図４（ａ）で示す後退姿勢から、図４（ｂ）で示す突出前進姿勢まで、軸芯方向に沿って相対的に移動可能に配置されている。さらに凹型巻芯部材２と凸型巻芯部材３とは互いに一体的になった状態で、捲回装置により、軸芯方向に移動自在で軸芯Ｏを中心に回転自在に支持されている。
【００１３】
次に、図５、図６を参照しながら、セパレータ１０を巻芯１に巻き付ける工程を説明する。
ここで、セパレータ１０は、それぞれ帯状である正極板１２と負極板１３とを電気的にも分離する帯状絶縁体で構成されている。
【００１４】
まず、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、出退部５とともに凸型巻芯部材３を支持部４内に後退させた姿勢とし、セパレータ１０にテンションが印加されていない状態で、凹型巻芯部材２におけるＶ溝形状部２ａの両端辺部分をセパレータ１０に押し当て、セパレータ１０が凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａを覆うような姿勢とする。
【００１５】
次に、図５（ｃ）〜（ｆ）に示すように、出退部５を前進させてこの出退部５に取り付けた凸型巻芯部材３を支持部４から徐々に突出させる。これにより、セパレータ１０の幅方向一端部が、凸型巻芯部材３の先端部に形成した傾斜面３ａですくい上げられる。そして、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、セパレータ１０が凸型巻芯部材３の傾斜面３ａから凸状部３ｂに全て乗り移るまで、凸型巻芯部材３を軸芯方向に沿ってさらに突出させ、最終的に、セパレータ１０は凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａと凸型巻芯部材３の凸状部３ｂとにより挟まれた状態となる。
【００１６】
次に、セパレータ１０が弛まない程度にテンションを印加させた状態で、図６（ｅ）、（ｆ）に示すように、巻芯１（凹型巻芯部材２および凸型巻芯部材３）を所定角度、例えば１８０度回転させ、凹型巻芯部材２と凸型巻芯部材３との外周面にそれぞれセパレータ１０を沿わせ、さらに、セパレータ１０に、巻芯１の外周面接線方向に沿って引っ張るようにテンションを印加する。
【００１７】
この後、図７に示すように、セパレータ１０に、巻芯１の外周面接線方向に沿って引っ張るようにテンションを引き続き印加しながら、セパレータ１０に正極板１２と負極板１３とを積層させるとともに巻芯１を回転させてセパレータ１０、正極板１２、負極板１３を巻芯１の周りに捲回する。なお、セパレータ１０は２枚使用するが、１枚のセパレータ１０を図６（ｅ）、（ｆ）に示す状態まで巻芯１に捲回した後、もう１枚のセパレータ１０をこの際（図７や図６（ｅ）、（ｆ）に示す状態の際）に積層させてもよいし、最初（図５（ａ）、（ｂ）に示す段階）から２枚のセパレータ１０を巻芯１の周りに捲回させてもよい。
【００１８】
ここで、図７に示す状態で、セパレータ１０を介してテンションが印加された凸型巻芯部材３は、その凸状部３ｂが凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａに引っかかって嵌り合い、たわみがそれ以上発生しない構造となっている。また、図７に示すような状態でセパレータ１０のテンションが印加された凹型巻芯部材２は、従来のように半円状の断面形状をもつ巻芯部材の場合と比較して、断面積が大きく、かつその形状の断面２次モーメントも大きいので、たわみが大幅に減少する。このように凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａと凸型巻芯部材３の凸状部３ｂとが互いに引っかかり、凹型巻芯部材２と凸型巻芯部材３とが互いに逆方向にはそれ以上ズレが発生しない状態で巻芯１（凹型巻芯部材２および凸型巻芯部材３）に巻き付けられ、この巻芯１に、セパレータ１０を介して所定の位置関係および絶縁状態で配置された正極板１２、負極板１３を積層させ、順次巻き付けて捲回する。
【００１９】
本発明によれば、２分割された巻芯１（凹型巻芯部材２および凸型巻芯部材３）に巻きつけられたセパレータ１０にテンションがかかると、凹型巻芯部材２のＶ溝形状部２ａと凸型巻芯部材３の凸状部３ｂとが互いに引っかかって嵌り合い、それ以上のズレが発生しない。さらに、凹型巻芯部材２に巻きつけられたセパレータ１０にテンションがかかると、その断面積の増加及び形状の断面２次モーメントの増加により、従来の半円状の断面形状のものよりたわみが大幅に減少しているめ、ズレの発生も少ない。したがって、セパレータ１０の巻き始めの段階で発生していた巻芯１のズレ、すなわち巻芯１の真円度を従来の場合のように悪化させることなく、正極板１２、セパレータ１０、負極板１３を良好に積層させて捲回することができる。
【００２０】
そして最後に、このようにして製造した円筒形捲回型の電極体の捲回作業終了後、電極体から巻芯１（凹型巻芯部材２および凸型巻芯部材３）を引き抜き、所定の径を有する円筒形の外装容器内へ挿入する。この場合に、円筒形捲回型の電極体は、巻芯１のズレがなくて巻芯１の真円度が良好であるので、円筒形捲回型の電極体を、所定の径を有する円筒形の外装容器内へ円滑に挿入させることができる。
【００２１】
また、精度の良い円筒形状の電極体を歩留り良く形成することができるため、正極板１２や負極板１３の全長や厚みを大きくすることが可能となり、電池の高容量化を図ることができる。
【００２２】
なお、本実施の形態では凸型巻芯部材３の凸状部３ｂの角度が約９０度であり、凹型巻芯部材２の開き角度が約２７０度である場合を述べたが、これに限るものではなく、凹型巻芯部材２が１８０度よりも大きな開き角度に形成され、凸型巻芯部材３が１８０度よりも小さな開き角度に形成されており、互いの凹凸が嵌り合う範囲内で、その角度を変化させても、効果が得られることは言うまでもない。
【００２３】
また、セパレータ１０、正極板１２、負極板１３を捲回する向きや、テンションを印加する際の向きは逆でも良い。
また、凸型巻芯部材３の凸状部３ｂの先端形状を変えてもよく、例えば凸型や凹型の湾曲形状や、角部を削除した、いわゆる面取り構造の形状でも可能であるが、これらの場合には、互いに嵌り合う機能が低下しないように留意することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の円筒形捲回型電極体の製造方法および製造装置は、電池用などの円筒形捲回型電極体に特に適しているが、これに限るものではなく、各種の捲回型電極体に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る円筒形捲回型電極体の製造方法に用いるとともに、その製造装置である捲回装置に設けられている巻芯の斜視図
【図２】（ａ）および（ｂ）は同巻芯の断面図および側面図
【図３】同巻芯の凸型巻芯部材の斜視図
【図４】（ａ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が後退姿勢である状態の縦断面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が突出前進姿勢である状態の縦断面図、（ｄ）は図４（ｃ）のＡ−Ａ線矢視断面図
【図５】（ａ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が後退姿勢である場合の縦断面図、（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が後退姿勢よりも少し前進した状態における縦断面図、（ｄ）は図５（ｃ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｅ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が図５（ｃ）に示す姿勢よりも少し前進した状態における縦断面図、（ｆ）は図５（ｅ）のＡ−Ａ線矢視断面図
【図６】（ａ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が図５（ｅ）に示す姿勢よりもさらに前進した状態における縦断面図、（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が図６（ａ）に示す姿勢よりもさらに前進した状態における縦断面図、（ｄ）は図６（ｃ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｅ）は同巻芯の、凸型巻芯部材が突出前進姿勢である状態における縦断面図、（ｆ）は図６（ｅ）のＡ−Ａ線矢視断面図
【図７】同巻芯の図６（ｅ）に示す姿勢よりもさらに巻芯を捲回した姿勢における縦断面図
【図８】従来の巻芯により正極板、セパレータ、負極板を巻き始める状態を示す斜視図
【図９】同従来の巻芯によりセパレータを巻き始める状態を示す側面図
【図１０】（ａ）および（ｂ）は同従来の巻芯によりセパレータを巻き始めた状態をそれぞれ示す側面図
【符号の説明】
【００２６】
１      巻芯
２      凹型巻芯部材
２ａ    Ｖ溝形状部
３      凸型巻芯部材
３ａ    傾斜面
３ｂ    凸状部
４      支持部
５      出退部
１０    セパレータ
１２    正極板
１３    負極板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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