(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の正極を送り出す正極ロールと、
この正極ロールで送り出す正極の張力を調整する正極張力調整手段と、
シート状の負極を送り出す負極ロールと、
この負極ロールで送り出す負極の張力を調整する負極張力調整手段と、
正極及び負極間に介在させるセパレータを送り出すセパレータロールと、
このセパレータロールで送り出すセパレータの張力を調整するセパレータ張力調整手段と、
前記正極、セパレータ、負極を重ねて巻回する電極巻取り手段と、
電解液の粘度を計測する粘度計測手段と、
前記巻回された正極及び負極間に前記電解液を注入する時間を所定の範囲に抑えるために、予め入力されていた電解液の粘性に対応する張力のデータに基づいて、前記粘度計測手段で計測した粘度に応じて前記正極張力調整手段、負極張力調整手段、セパレータ張力調整手段にて張力を調整し、正極、負極、セパレータの巻きをタイト又はルーズにする制御部とからなる巻型電池の製造装置。
【請求項２】
前記粘度計測手段を電解液タンクに取り付け、この電解液タンクに蓄えた電解液の粘度を粘度計測手段で計測することを特徴とした請求項１記載の巻型電池の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシート状の正極及び負極をセパレータを挟みながらロール状に巻き、これらを電解液とともに電池容器に納めた巻型電池の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バッテリやコンデンサ等の電気を蓄える蓄電素子として、例えばシート状の正極及び負極間にセパレータを介在させてロール状に巻き付けた巻型電池が知られている。次図で、この巻型電池の容器に電解液を注入する方法を説明する。
図８は従来の電池容器に電解液を注入する説明図である。
巻型電池１５０は、中空巻芯１５１に集電体１５５を巻きつけて電池容器１６０に入れたもので、集電体１５５をシート状の正極１５６及び負極１５７と、正・負極１５６，１５７を分離するセパレータ１５８とで構成したものである。なお、セパレータ１５８は電解液が浸透可能な材料で形成したものである。
【０００３】
電池容器１６０に電解液を注入する際、中空巻芯１５１の中空部１５２に注入管１６２を差し込み、注入管１６２の先端ノズル１６３から電解液を矢印ａ，ａの如く注入する。
電池容器１６０内に流入した電解液は、集電体１５５の上下端側からセパレータ１５８に矢印ｂ・・・の如く浸透して正極１５６と負極１５７との間に進入する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、巻型電池１５０には電解液の種類を異ならせた複数のタイプのものが用意されている。このため、巻型電池のなかには粘度の小さな（柔らかい）電解液を使用したものや、粘度の大きな（固い）電解液を使用したものがある。
粘度の小さな（柔らかい）電解液は、正極１５６と負極１５７との間の隙間に進入し易いので、時間をかけないで集電体１５５の全体に電解液を行き渡らせることができる。
【０００５】
しかし、粘度の大きな（固い）電解液は、正極１５６と負極１５７との間の隙間に進入し難いので、集電体１５５の全体に電解液を行き渡らせるために十分な時間をかける必要がある。このため、粘度の大きな（固い）電解液を使用した巻型電池は生産性を高め難い。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、電解液が固い場合でも、電解液の注入時間を短くして生産性を高めることができる巻型電池の製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１は、シート状の正極を送り出す正極ロールと、この正極ロールで送り出す正極の張力を調整する正極張力調整手段と、シート状の負極を送り出す負極ロールと、この負極ロールで送り出す負極の張力を調整する負極張力調整手段と、正極及び負極間に介在させるセパレータを送り出すセパレータロールと、このセパレータロールで送り出すセパレータの張力を調整するセパレータ張力調整手段と、前記正極、セパレータ、負極を重ねて巻回する電極巻取り手段と、電解液の粘度を計測する粘度計測手段と、前記巻回された正極及び負極間に前記電解液を注入する時間を所定の範囲に抑えるために、予め入力されていた電解液の粘性に対応する張力のデータに基づいて、前記粘度計測手段で計測した粘度に応じて前記正極張力調整手段、負極張力調整手段、セパレータ張力調整手段にて張力を調整し、正極、負極、セパレータの巻きをタイト又はルーズにする制御部とから巻型電池の製造装置を構成する。
【０００８】
電解液の粘度に応じて正極、負極及びセパレータの張力を調整して、正極、負極及びセパレータの巻きをタイト又はルーズにする。すなわち、電解液が柔らかいとき正極、負極及びセパレータの巻きをタイトにし、電解液が固いとき正極、負極及びセパレータの巻きをルーズにすることができる。
このため、電解液が固い場合でも、電解液を時間をかけないで注入することができる。
【０００９】
請求項２は、前記粘度計測手段を電解液タンクに取り付け、この電解液タンクに蓄えた電解液の粘度を粘度計測手段で計測することを特徴とする。
【００１０】
粘度計測手段で電解液タンクに蓄えた電解液の粘度を計測する。電解液は電解液タンクから分岐して複数の注入箇所に導かれるので、電解液タンクで電解液の粘度を測定すれば、測定箇所を１箇所に抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る巻型電池の製造装置の概略図であり、電極巻取り装置を示す。
巻型電池の製造装置１０は、シート状の正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５を巻回する電極巻取り装置２０と、巻回した電極に電解液を注入する電解液注入装置７０（図２に示す）と、電解液注入装置７０に取り付けて電解液の粘度を計測する粘度計測手段１００（図２に示す）と、粘度計測手段１００で計測した粘度に応じて正極１２、負極１３、セパレータ１４の巻きをタイト又はルーズにする制御部１０５（図３に示す）とからなる。
なお、電解液注入装置７０及び粘度計測手段１００は図２で詳しく説明し、制御部１０５は図３で詳しく説明する。
【００１２】
電極巻取り装置２０は、シート状の正極１２を送り出す正極ロール２１と、この正極ロール２１で送り出す正極１２の張力を調整する正極張力調整手段２３と、シート状の負極１３を送り出す負極ロール３１と、この負極ロール３１で送り出す負極１３の張力を調整する負極張力調整手段３３と、正極１２及び負極１３間に介在させるセパレータ１４，１５を送り出す第１、第２のセパレータロール４１，５１と、これらのセパレータロール４１，５１で送り出すセパレータ１４，１５の張力を調整する第１、第２セパレータ張力調整手段４３，５３と、正極１２、セパレータ１４，１５、負極１３を重ねて巻回する電極巻取り手段６０とからなる。
【００１３】
正極張力調整手段２３は、正極１２の張力を検出する正極張力検出部２４と、正極ロール２１の回転をコントロールする正極巻戻しモータ２７とからなる。
正極張力検出部２４は、張力検出ロール２５と張力検出ロール２５の両側に配置した一対の押えロール２６，２６とからなり、一対の押えロール２６，２６で正極１２を押え付けて張力検出ロール２５に押付け力をかけ、この押付け力を張力検出ロール２５で検出し、検出した押付け力から正極１２の張力を求めるものである。
【００１４】
正極１２の搬送ラインには正極１２を搬送するための案内ロール２２ａ〜２２ｊと、正極１２に導線を溶接する導線溶接部２８と、正極の蛇行を修正する蛇行修正部２９とを備える。
導線溶接部２８は、巻戻し中の正極１２に所定の間隔をおいて正極用の導線を溶接するものである。
蛇行修正部２９は、巻戻し中の正極１２が蛇行した場合、正極１２の蛇行を検出して、正極１２を正常の位置に復帰させるものである。
【００１５】
負極張力調整手段３３は、負極１３の張力を検出する負極張力検出部３４と、負極ロール３１の回転をコントロールする負極巻戻しモータ３７とからなる。
負極張力検出部３４は、正極張力検出部２４と同一構成なので同一符号を付して説明を省略する。
【００１６】
負極１３の搬送ラインには負極１３を搬送するための案内ロール３２ａ〜３２ｈと、負極１３に導線を溶接する導線溶接部３８と、負極１３の蛇行を修正する蛇行修正部３９を備える。
導線溶接部３８は、巻戻し中の負極１３に所定の間隔をおいて導線を溶接するものである。
蛇行修正部３９は、巻戻し中の負極１３が蛇行した場合、負極１３の蛇行を検出して、負極１３を正常の位置に復帰させるものである。
【００１７】
第１セパレータ張力調整手段４３は、セパレータ１４の張力を検出する第１セパレータ張力検出部４４と、第１セパレータロール４１の回転をコントロールする第１セパレータ巻戻しモータ４７とからなる。
第１セパレータ張力検出部４４は、正極張力検出部２４と同一構成なので同一符号を付して説明を省略する。
【００１８】
セパレータ１４の搬送ラインにはセパレータ１４を搬送するための案内ロール４２ａ〜４２ｆ，２２ｉ〜２２ｊと、セパレータ１４の蛇行を修正する蛇行修正部４９を備える。なお、案内ロール２２ｉ〜２２ｊは正極１２の搬送ラインの案内ロールを併用したものである。
蛇行修正部４９は、巻戻し中のセパレータ１４が蛇行した場合、セパレータ１４の蛇行を検出して、セパレータ１４を正常の位置に復帰させるものである。
【００１９】
第２セパレータ張力調整手段５３は、セパレータ１５の張力を検出する第２セパレータ張力検出部５４と、第２セパレータロール５１の回転をコントロールする第２セパレータ巻戻しモータ５７とからなる。
第２セパレータ張力検出部５４は、正極張力検出部２４と同一構成なので同一符号を付して説明を省略する。
【００２０】
セパレータ１５の搬送ラインにはセパレータ１５を搬送するための案内ロール５２ａ〜５２ｅ，３２ｇ〜３２ｈと、セパレータ１５の蛇行を修正する蛇行修正部５９とを備える。なお、案内ロール３２ｇ〜３２ｈは負極１３の搬送ラインの案内ロールを併用したものである。
蛇行修正部５９は、巻戻し中のセパレータ１５が蛇行した場合、セパレータ１５の蛇行を検出して、セパレータ１５を正常の位置に復帰させるものである。
【００２１】
電極巻取り手段６０は、中空巻芯６２を軸部６４にセットし、軸部６４を巻取りモータ６６で巻取り方向に回転するものである。
したがって、巻取りモータ６６を巻取り方向に回転する共に、正極巻戻しモータ２７、負極巻戻しモータ３７、第１、第２のセパレータ巻戻しモータ４７，５７を巻戻し方向に回転することにより、中空巻芯６２に正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５を巻き取ることができる。
【００２２】
図２は本発明に係る巻型電池の製造装置の概略図であり、電解液注入装置及び粘度検出部を示す。
電解液注入装置７０は、電解液を供給する電解液供給部７１と、電解液供給部７１から供給した電解液を一旦蓄える電解液ストック部８０と、電解液ストック部８０につないだ電池容器群８５と、電解液ストック部８０及び電池容器群８５をドライ状態に保つ乾燥室９０と、電解液ストック部８０及び電池容器群８５を真空状態に保つ真空部９２と、電解液ストック部８０に蓄えた電解液を電池容器群８５に注入する電解液注入部９６とからなる。
【００２３】
電解液供給部７１は、電解液を蓄える電解液タンク７２と、電解液タンク７２に流路７３でつないだ加圧タンク７４と、流路７３の途中に取り付けた開閉弁７５とからなる。加圧タンク７４は窒素ガスを充填したものである。
電解液ストック部８０は、電解液タンク７２に流路８１で並列につないだ３個の定量ストックタンク８２・・・と、流路８１に取り付けた開閉弁８３とからなる。
【００２４】
電池容器群８５は、３個の定量ストックタンク８２・・・に流路８６・・・でつないだ３個の電池容器８７・・・と、流路８６・・・の途中に取り付けた開閉弁８８・・・とからなる。
真空部９２は、電池容器群８５の流路８６・・・に流路９３でつないだ真空ポンプ９４と、流路９３の途中に取り付けた開閉弁９５とからなる。
電解液注入部９６は、３個の定量ストックタンク８２・・・に流路９７でつないだ加圧タンク９８と、流路９７の途中に取り付けた開閉弁９９・・・とからなる。加圧タンク９８は窒素ガスを充填したものである。
【００２５】
粘度計測手段１００は、電解液タンク７２に取り付けて、電解液タンク７２に蓄えた電解液の粘度を計測して、計測信号を制御部１０５に伝える粘度計である。
電解液は電解液タンク７２から分岐して複数の注入箇所に導かれるので、電解液タンク７２で電解液の粘度を測定すれば、測定箇所を１箇所に抑えることができる。
【００２６】
次に、粘度計測手段（粘度計）１００で粘度を計測する例を説明する。粘度計の回転子を電解液中に浸漬して回転子を電解液中で回転する。このとき、回転子の回転が電解液の粘性で妨げられてスプリングがねじれる。このスプリングのねじれ量を検出して、ねじれ量から電解液の粘度を求める。
ここで、粘度とは流動する物体の内部に生ずる抵抗をいい、粘度＝τ／（ｄｖ／ｄｙ）現わされ、流体の流れ難さの目安をいう。
但し、τは、層流内のある点の流れにより、その流れと平行な面上に粘性によって作用するせん断応力（ｋｇｆ／ｍ2（Ｐａ））であり、（ｄｖ／ｄｙ）は、その流れに直角な方向の速度勾配（１／ｓ）である。
【００２７】
図３は本発明に係る巻型電池の製造装置のブロック図である。
制御部１０５は、粘度計測手段１００で計測した電解液の粘度や、張力検出部２４，３４，４４，５４で検出した正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の張力に基づいて、巻戻しモータ２７，３７，４７，５７の回転をコントロールすることにより、正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の巻きをタイト又はルーズにする。
【００２８】
このため、電解液の粘度が小さい（柔らかい）とき正極１２、負極１３及びセパレータ１４，１５の巻きをタイトにし、電解液の粘度が大きい（固い）とき正極１２、負極１３及びセパレータ１４，１５の巻きをルーズにすることができる。従って、電解液が固い場合でも、電解液を時間をかけないで注入することができる。
【００２９】
次に、巻型電池の製造装置１０の作用を説明する。
先ず、図１〜図４に基づいて電極巻取り装置２０でシート状の正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５を巻き取る状態を説明する。
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る巻型電池の製造装置の第１作用説明図である。
（ａ）において、縦軸は電解液の注入時間を示し、横軸は正極、負極及びセパレータの張力を示す。実線は電解液の粘度が大きい（固い）状態を示し、破線は電解液の粘度が小さい（柔らかい）状態を示す。
【００３０】
張力が大きくなると、正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の巻取り状態がタイトになり、正極１２と負極１３との間の隙間に電解液が浸透し難くなる。このため、電解液の注入に時間がかかる。
一方、張力が小さくなると、正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の巻取り状態がルーズになり、正極１２と負極１３との間の隙間に電解液が浸透し易くなる。このため、電解液の注入に時間がかからない。
【００３１】
また、電解液の粘度が大きい（固い）と、正極１２と負極１３との間の隙間に電解液が進入し難くなり、電解液の注入に時間がかかる。
一方、電解液の粘度が小さい（柔らかい）と、正極１２と負極１３との間の隙間に電解液が進入し易くなり、電解液の注入に時間がかからない。
【００３２】
以上の内容から、電解液の粘度μに合せて張力Ｔを変えることで電解液の注入時間が調整可能であることが判る。そこで、電解液の注入時間を所定の範囲に抑えるための電解液の粘度及び張力をデータとして制御部１０５に予め入力する。制御部１０５に入力したデータをグラフ（ｂ）に示す。
【００３３】
（ｂ）において、縦軸は張力を示し、横軸は電解液の粘度を示す。
このグラフは、電解液の粘度がμのとき張力をＴに設定すれば、注入時間を所定の範囲に抑えることができることを示す。
以下、このグラフに基づいて張力を調整する例を説明する。
例えば、粘度計測手段１００で計測した電解液の粘度がμ、張力検出部２４，３４，４４，５４で検出した張力がＴ１の場合、Ｔ１＞Ｔであるから、図３に示す制御部１０５から巻戻しモータ２７，３７，４７，５７に増速信号を伝える。
【００３４】
そして、Ｔ１＝Ｔになったとき、巻戻しモータ２７，３７，４７，５７への増速信号を停止する。このため、正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の巻付け状態が張力Ｔ１のときよりルーズになり、この状態で正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５を巻き取って、ロール状の電極を形成する。
【００３５】
一方、Ｔ１＜Ｔのときには、制御部１０５から巻戻しモータ２７，３７，４７，５７に減速信号を伝える。
そして、Ｔ１＝Ｔになったとき、巻戻しモータ２７，３７，４７，５７への減速信号を停止する。このため、正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の巻付け状態が張力Ｔ１のときよりタイトになり、この状態で正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５を巻き取って、ロール状の電極を形成する。
【００３６】
次に、図５〜図７に基づいて電解液注入装置７０でロール状の電極に電解液を注入する例を説明する。
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る巻型電池の製造装置の第２作用説明図である。
（ａ）において、電極巻取り装置２０（図１に示す）で巻き取ったロール状電極６８を矢印の如く電池容器８７に収納する。
【００３７】
（ｂ）において、乾燥室９０を乾燥状態にして、定量ストックタンク８２・・・及び電池容器８７・・・を乾燥状態に保つ。次に、開閉弁８８・・・及び開閉弁９５・・・を開とし、真空ポンプ９４で定量ストックタンク８２・・・及び電池容器８７・・・を真空状態にした後、開閉弁８８・・・及び開閉弁９５・・・を閉とする。
【００３８】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る巻型電池の製造装置の第３作用説明図である。
（ａ）において、開閉弁８３を開とした後、開閉弁７５を開として加圧タンク７４の窒素ガスで電解液タンク７２の電解液を定量ストックタンク８２・・・に送る。次に、開閉弁８３及び開閉弁７５を閉とする。
（ｂ）において、開閉弁９９・・・を開とし、加圧タンク９８の窒素ガスで定量ストックタンク８２・・・の電解液を電池容器８７・・・に注入する。
【００３９】
図７は本発明に係る巻型電池の製造装置の第４作用説明図であり、電解液の粘度と注入時間との関係のグラフを示す。
図４（ｂ）のグラフに基づいて、電解液の粘度μに合せて正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の張力Ｔを調整して、正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５をタイト又はルーズな状態で巻き付けることができる。
このため、電解液の粘度μが変っても、電解液の注入時間を所定の範囲（「／／／」で示す）ｔ１〜ｔ２内におさめることができる。この結果、電解液の粘性に影響されずに電解液の注入時間を所定の範囲に抑えることができるので、巻型電池の生産性を高めることができる。
【００４０】
なお、前記実施の形態では、電解液の粘度を制御部１０５に伝え、制御部１０５から電解液の粘度に応じた信号を出力して、この信号で正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の巻きをタイト又はルーズに調整する例を説明したが、制御部１０５を使用しないで、例えば電解液の粘度に応じて作業者が正極１２、負極１３、セパレータ１４，１５の巻きをタイト又はルーズに調整してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、電解液の粘度に応じて正極、負極及びセパレータの張力を調整して、正極、負極及びセパレータの巻きをタイト又はルーズにする。すなわち、電解液が柔らかいとき正極、負極及びセパレータの巻きをタイトにし、電解液が固いとき正極、負極及びセパレータの巻きをルーズにすることができる。
このため、電解液が固い場合でも、電解液を時間をかけないで注入することができるので、電解液の粘度が変化しても、電解液を注入する時間を一定の範囲に抑えることができる。この結果、巻型電池の生産性を高めることができる。
【００４２】
請求項２は、粘度計測手段で電解液タンクに蓄えた電解液の粘度を計測する。電解液は電解液タンクから分岐して複数の注入箇所に導かれるので、電解液タンクで電解液の粘度を測定すれば、測定箇所を１箇所に抑えることができる。この結果、設備費を嵩まないようにして、巻型電池のコストアップを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る巻型電池の製造装置の概略図
【図２】本発明に係る巻型電池の製造装置の概略図
【図３】本発明に係る巻型電池の製造装置のブロック図
【図４】本発明に係る巻型電池の製造装置の第１作用説明図
【図５】本発明に係る巻型電池の製造装置の第２作用説明図
【図６】本発明に係る巻型電池の製造装置の第３作用説明図
【図７】本発明に係る巻型電池の製造装置の第４作用説明図
【図８】従来の電池容器に電解液を注入する説明図
【符号の説明】
１０…巻型電池の製造装置、１２…正極、１３…負極、１４，１５…セパレータ、２０…電極巻取り装置、２１…正極ロール、２３…正極張力調整手段、３１…負極ロール、３３…負極張力調整手段、４１…セパレータロール（第１セパレータロール）、４３…セパレータ張力調整手段（第１セパレータ張力調整手段）、５１…セパレータロール（第２セパレータロール）、５３…セパレータ張力調整手段（第２セパレータ張力調整手段）、６０…電極巻取り手段、７０…電解液注入装置、７２…電解液タンク、１００…粘度計測手段、１０５…制御部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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