JP2003073036A

JP2003073036A - 巻芯

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Publication number: JP2003073036A
Application number: JP2001262776A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Akazawa; 哲夫赤澤; Toshitaka Uchimura; 寿孝内村
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP4617625B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の巻芯は、巻芯表面の摩擦係数が小さ
いのでシート状材料を巻き取った後に巻芯を抜き取る際
の滑り特性が良く、シート材料を傷つけることがない。
また、耐磨耗特性に優れており、長期間にわたり連続製
造することができる。【解決手段】シート状材料を巻き取るための巻芯にお
いて、前記巻芯表面の表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚが
０．４〜５μｍであって、且つ切断レベル４０％におけ
る負荷長さ率ｔｐが２０〜９５％であることを特徴とす
る巻芯に関する。また、本発明において、前記巻芯表面
がセラミック被覆された巻芯であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート状材料を巻
き取るための巻芯に関する。特に、本発明の巻芯は電池
製造時に用いられる電池用巻芯として好適に使用され
る。

【０００２】

【従来の技術】リチウム二次電池のような円筒電池は、
一般に電極とセパレータとを交互に挟み込む形で巻芯に
巻き付けられて捲回された後、捲回された電極素子から
巻芯を抜き取って渦巻状の電極体を作製し、これを電池
缶内に挿入することにより製造されている。

【０００３】ところが、前記捲回後に巻芯を電極体から
抜き取る際に、ピン（巻芯）抜け不良や成形時のセンタ
ーピン（巻芯）挿入不良による素子形状異常等があり、
電池の歩留まりの低下の大きな要因となっていた。そこ
で、ピン抜け性を改良するために、捲回用ピン（巻芯）
として、従来の鉄製の巻芯に代えて、巻芯の表面をクロ
ムメッキ処理鏡面加工されたものが使用されているが、
いまだ十分とはいえず、巻芯の抜き取り時の滑りが悪い
ため、巻芯を抜き取った際に、電極素子の形状が竹の子
状態になったり、抜けなかったりすることが起こってい
た。これらの原因は、捲回後のセパレータと巻芯との滑
りの悪さ、すなわちセパレータが巻芯に比較的強く巻か
れるため、捲回後に巻芯を抜き取る際のセパレータと巻
芯との摩擦係数に起因するものと考えられる。

【０００４】そこで、摩擦係数の数値を下げる試みがい
くつか提案されている。例えば、巻芯表面にシリコン離
型剤を塗布する方法が提案されているが、この方法の場
合には、電極体を巻き取る毎に、巻芯にシリコン離型剤
を塗布する必要があり、製造工程が複雑になり、生産効
率も悪い。また、特開平６−２５１７７４号公報には、
巻芯表面のクロムメッキ処理鏡面加工の代わりに、カー
ボンをエポキシ樹脂等と混合し、これを巻芯の芯体表面
に塗布して摩擦係数を低減させる方法が提案されてい
る。しかしながら、電極素子を形成する場合、比較的大
きなテンションをかけて捲回されるため、前記特開平６
−２５１７７４号公報の場合には、巻芯の耐久性に難点
があり、巻芯の交換の頻度が高くなり、長期間連続した
製造を行うことが困難であり、生産効率の面で難点を有
しており、しかも、ピン抜け性も未だ十分とは言えなか
った。そこで、巻芯表面をさらに改良したものとして、
クロムめっきの耐磨耗性と４フッ化樹脂の低摩擦係数の
特性を複合して有する巻芯として、自己潤滑性クロムめ
っきした巻芯が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自己潤
滑性クロムめっきした巻芯は、比較的低い摩擦係数を有
しているが耐久性の面では未だ十分ではなく、さらに優
れた特性を有する巻芯の提供が望まれている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意検討の結果、巻芯の表面粗さＲｚを
特定の範囲とし、さらに巻芯表面の切断レベルの負荷長
さ率ｔｐを特定の範囲とすることによって、低摩擦係数
を有し、しかも耐久性に優れた巻芯が得られることを見
出し、本発明に至った。すなわち本発明は、シート状材
料を巻き取るための巻芯において、前記巻芯表面の表面
粗さＲｚが０．４〜５μｍであって、且つ切断レベル４
０％におけるｔｐが２０〜９５％であることを特徴とす
る巻芯に関する。

【０００７】また本発明において、前記巻芯表面がセラ
ミック被覆された巻芯であることが好ましい。本発明の
巻芯は、シート状材料として比較的柔軟なフィルムが使
用されるリチウム二次電池の電極体製造時の巻芯として
好適に使用することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、巻芯のフィルム
が当接する主表面部における表面粗さ（十点平均粗さ）
Ｒｚが過度に小さい場合には、摩擦抵抗が大きくなり、
巻芯抜き取り時に、ピン抜け不良となり易く、一方、Ｒ
ｚが過度に大きい場合には、フィルムの損傷が起こり易
くなる。したがって、表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚは
０．４〜５μｍ、特に１〜３．５μｍとするのが好まし
い。また、切断レベル４０％における負荷長さ率ｔｐが
過度に小さい場合には、使用されるフィルムが柔らかい
ために摩擦抵抗が大きくなり、巻芯抜き取り時に、ピン
抜け不良となり易い。したがって、負荷長さ率ｔｐは大
きい方が好ましいが、表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚが
上記の範囲の場合には、過度に大きくすることは製造
上、困難な面があり通常ｔｐは最大８５％程度である。
したがって、切断レベル４０％の負荷長さ率ｔｐは２５
〜８５％とするのがよい。特に本発明において、巻芯表
面にセラミック被膜を形成させた巻芯は、低摩擦係数を
有し、しかも耐久性に優れており好ましい。

【０００９】本発明において、セラミック被膜はマグネ
トロンスパッタ−イオンプレーティング法（ＳＩＰ法）
により形成される。セラミック被膜としては、Ｔｉ、Ａ
ｌ、Ｃｒ等の炭化物、窒化物、酸窒化物が挙げられ、具
体的には、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｔ
ｉＡｌＮＯ、ＴｉＡｌＮＣ、ＣｒＮ、ＴｉＣｒＮ等が挙
げられる。セラミック被膜の形成は、マグネトロンスパ
ッタイオンプレーティングＳＩＰ処理装置Ｚ７００（ド
イツ、ライボルト社製）を用いて行うのが好ましい。以
下にセラミック被覆法の一例を示す。被体（巻芯本体）
を予めガラス粒子♯１２０〜♯２００、Ａｌ_２Ｏ_３♯８
０〜♯２２０等を用いてサンドブラスト処理を行った
後、サンドペーパー♯４００で軽く研磨し、鋭い突起を
除去する。前記被体をマグネトロンスパッタイオンプレ
ーティングＳＩＰ処理装置Ｚ７００を用いてＴｉＮ等の
セラミック被膜を約２μｍ形成する。セラミック被膜を
形成した被体の表面を軽く、研磨材入りナイロンタワシ
等を用いて研磨し、鋭い突起を除去し、セラミック被膜
を形成した巻芯を製作する。

【００１０】本発明において、表面粗さ（十点平均粗
さ）ＲｚはＪＩＳＢ０６０１に記載された方法により
求めた。また、切断レベル４０％の負荷長さ率ｔｐもＪ
ＩＳＢ０６０１に記載された方法により求めた。表面粗
さの測定方法を以下に示す。（１）測定はＪＩＳＢ０６０１表面粗さ−定義およ
び表示、ＪＩＳＢ０６５１触針式表面粗さ測定器に
準拠した。測定機器：表面粗さ計（小坂研究所製型式：ＳＥ−２
３００、ダイヤモンド触針先端Ｒ５μｍ、接触圧
４ｍＮ）研削面に対して直角方向に測定した。（２）Ｒｚの求め方Ｒｚは粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜
き取り、この抜取り部分の平均線から縦倍率方向に測定
した最も高い山頂から５番目までの山頂の標高の絶対値
の平均値と最も低い谷底から５番目までの谷底の標高
（深さ）の絶対値の平均値との和を求め、この値をμｍ
で表した。（３）ｔｐの求め方ｔｐは粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜
き取り、この抜取り部分の粗さ曲線を山頂線に平行な切
断レベルで切断したときに得られる切断長さの和の基準
長さに対する比を百分率で表した。基準長さは０．２５
ｍｍ、切断レベルは４０％とし、その時のｔｐを用いて
評価項目とした

【００１１】摩擦係数は、プラスチックフィルム及びシ
ートの摩擦係数試験方法ＪＩＳＫ７１２５に準拠した
方法により測定した。図１に摩擦係数測定の概略図を示
す。摩擦係数の測定方法を以下に示す。（１）測定機器：スリップテスター（理学工業製Ｎ
ｏ．３７８０）（２）捲回時の巻芯を想定して、従来の荷重（２００
ｇ）、面積（３９．６９ｃｍ^２）よりも高い荷重（３９
０ｇ）、小さい面積（１．７６ｃｍ^２）とした。（３）フィルム試験片は２３±２℃、相対湿度６５±５
％に調整された雰囲気で２４時間コンディショニングを
行う。（４）滑り片表面（φ１５ｍｍ円柱）にフィルム試験片
をセロハンテープで貼り付ける。（５）表面粗し加工された試験板を測定器の試験テーブ
ルにテープで固定する。（６）表面粗し加工された試験板上に滑り片を乗せ、フ
ックをロードセルのリングにかける。（７）試験テーブルを１５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動
させる。（８）ロードセルで移動時の荷重をチャート上に記録す
る。静摩擦係数μｓ＝Ａ／Ｂ動摩擦係数μｋ＝Ｃ／Ｂ但し、Ａ：動き始めた時の荷重Ｂ：滑り片および重りの総重量３９０ｇＣ：動き途中の最大、最小の荷重の平均値

【００１２】磨耗試験はＪＩＳＫ７２０４に準拠して
測定した。測定方法を以下に示す。回転する試験片上に
１対の磨耗輪を規定荷重の下で圧着させ、磨耗輪によっ
て試験片を磨耗させ、磨耗質量を測定した。測定機器：テーバー式磨耗試験機（東洋精機製）磨耗輪：ＣＳ１０Ｆ速度：６０ｒｐｍ荷重：７５０ｇｆ磨耗回数：１０００回試験片：１００ｍｍ角×３ｔ

【００１３】ピン抜け性評価は以下の方法で行った。図
２にピン抜け性測定の概略図を示す。図中、１はセパレ
ータ、２は金属棒（巻芯）を示す。多孔フィルムの捲回
時のピン抜け性を評価する方法として半月状の金属棒１
対の間にセパレータを２枚挟み込み、もう一方の端にそ
れぞれ荷重による張力をかけながら数周巻きつけた。そ
して、巻き状態のセパレータから金属棒を引き抜きその
時の引き抜き力を測定した。金属棒：φ８ｍｍ半割り形状多孔フィルム幅：６０ｍｍ、セパレータ長さ：８００ｍｍ荷重：３００ｇ／１枚

【００１４】本発明における巻芯の形状としては、特に
限定されず、円柱状、円筒状、楕円形状、三角形状、多
角形状、板状等が挙げられ、前記形状のスリットを有す
る巻芯が好適に使用される。さらに摩擦係数を軽減する
ために巻芯の縦方向に溝を形成して摩擦を軽減したも
の、巻芯スリットをテーパ状として巻芯寸法を可変とし
たもの、あるいは巻芯外形寸法を可変に調整するもの等
を使用することができる。

【００１５】

【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明につ
いてさらに詳細に説明する。実施例１金属板（材質：ＳＵＳ３０４）にガラス粒子（粒度♯２
００）を縦横方向にショットブラストして表面を粗し下
地加工を行った。次に、この金属板の表面粗さと滑り性
を確認するために表面粗さと摩擦係数を前記した方法に
より測定した。表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚ及び４０
％切断レベルにおける負荷長さ率ｔｐを測定した。基準
長さを０．２５ｍｍ、評価長さを１ｍｍとしたときのＲ
ｚは１．７５μｍ、また４０％切断レベルにおける負荷
長さ率ｔｐは２３％であった。摩擦係数を前記した方法
により測定した。ＰＰ・ＰＥ複層セパレータ２５μｍ
（宇部興産（株）製、ユーポア（Ｒ）ＵＰ３０２５）の
静摩擦係数μｓは０．４３、動摩擦係数μｋは０．２５
であった。また、ＰＰ・ＰＥ複層セパレータ２５μｍ
（宇部興産（株）製、ユーポア（Ｒ）ＵＰ３０４５、高
分子量グレード）の静摩擦係数μｓは０．４７、動摩擦
係数μｋは０．３４であった。

【００１６】実施例２実施例１と同様にしてガラス粒子で表面粗し加工し、さ
らにサンドペーパー（♯４００）で軽く表面研磨して鋭
い突起を取り除いた。表面特性は実施例１と同様に表面
粗さと摩擦係数を測定した。Ｒｚは１．２３μｍ、ｔｐ
は３４％であり、実施例１と比較して、表面粗さが小さ
くなり接触面積も増加した。摩擦係数はユーポア（Ｒ）
ＵＰ３０２５のとき、静摩擦係数μｓは０．２６、動摩
擦係数μｋは０．１４であった。また、ユーポア（Ｒ）
ＵＰ３０４５のとき、静摩擦係数μｓは０．３１、動摩
擦係数μｋは０．１７であった。表面の鋭い突起を取り
除くことでｔｐが大きくなり実施例１と比較して摩擦係
数は低減された。

【００１７】実施例３実施例１と同様にガラス粒子で金属表面を粗し下地加工
をし、磨耗性を向上させるためマグネトロンスパッタリ
ングによるセラミック被膜処理を行った。セラミック被
膜はマグネトロンスパッタイオンプレーティングＳＩＰ
処理装置Ｚ７００（ドイツ、ライボルト社製）を用いＴ
ｉＡｌＣＮ（４元組成）の被膜を形成した。膜厚は約２
μｍであり、密着力はＣＳＥＭスクラッチ試験で１００
Ｎまで被膜の破壊は観測されず、密着強度は他法（アー
ク放電法、ホローカソード法）と同等で優れている。被
膜は最終仕上げに研磨材入りナイロンタワシで軽く研磨
して鋭い突起を除去した。表面特性は実施例１と同様に
表面粗さと摩擦係数を測定した。表面粗さＲｚは１．５
８μｍ、ｔｐは５１％であった。摩擦係数はユーポア
（Ｒ）ＵＰ３０２５のとき、静摩擦係数μｓは０．２
５、動摩擦係数μｋは０．２０であった。また、ユーポ
ア（Ｒ）ＵＰ３０４５のとき、静摩擦係数μｓは０．３
２、動摩擦係数μｋは０．２９であった。セラミック被
覆後の表面の鋭い突起を取り除くことにより摩擦係数は
低かった。セラミック被覆の摩擦係数への影響は少なか
った。

【００１８】実施例４実施例２と同様にしてガラス粒子で表面加工した後、さ
らにサンドペーパー（♯４００）で軽く表面研磨して鋭
い突起を取り除いた。次いで実施例３と同様にしてセラ
ミック被膜を形成した。表面特性は実施例１と同様に表
面粗さと摩擦係数を測定した。表面粗さＲｚは１．３０
μｍ、ｔｐは６６％であった。摩擦係数はユーポア
（Ｒ）ＵＰ３０２５のとき、静摩擦係数μｓは０．２
７、動摩擦係数μｋは０．２２であった。また、ユーポ
ア（Ｒ）ＵＰ３０４５のとき、静摩擦係数μｓは０．３
１、動摩擦係数μｋは０．２３であった。実施例３の場
合と同様に、セラミック被膜の摩擦係数への影響は少な
く、セラミック被覆後の表面の鋭い突起を取り除くこと
によりｔｐの上昇は見られるが摩擦係数は安定して低か
った。実施例１〜４の処理条件を表１に、また表面粗さ
と摩擦係数の測定結果を表２に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】実施例５金属板（材質：ＳＵＳ３０４）にガラス粒子（粒度♯１
２０）を縦横方向にショットブラストして表面を粗し下
地加工した。次に、この金属板の表面粗さと滑り性を確
認するために表面粗さと摩擦係数を測定した。その測定
結果を表３に示す。

【００２２】実施例６実施例５と同様にしてガラス粒子で表面を粗し下地加工
した。さらにサンドペーパー（♯４００）で軽く表面研
磨して鋭い突起を取り除いた。次に、この金属板の表面
粗さと滑り性を確認するために表面粗さと摩擦係数を測
定した。その測定結果を表３に示す。

【００２３】比較例１金属板（材質：ＳＵＳ３０４）にアルミナ粒子（粒度♯
８０）を縦横方向にショットブラストして表面を粗し下
地加工した。次に、この金属板の表面粗さと滑り性を確
認するために表面粗さと摩擦係数を測定した。その測定
結果を表３に示す。

【００２４】実施例７比較例１と同様にしてアルミナ粒子で表面を粗し下地加
工した。さらにサンドペーパー（♯４００）で軽く表面
研磨して鋭い突起を取り除いた。次に、この金属板の表
面粗さと滑り性を確認するために表面粗さと摩擦係数を
測定した。その測定結果を表３に示す。

【００２５】実施例８金属板（材質：ＳＵＳ３０４）にアルミナ粒子（粒度♯
２２０）を縦横方向にショットブラストして表面を粗し
下地加工した。さらにサンドペーパー（♯４００）で軽
く表面研磨して鋭い突起を取り除いた。次に、この金属
板の表面粗さと滑り性を確認するために表面粗さと摩擦
係数を測定した。その測定結果を表３に示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】実施例９金属板（材質：ＳＳ４００）にアルミナ粒子（粒度♯２
２０）を縦横方向にショットブラストして表面を粗し下
地加工した。さらにサンドペーパー（♯４００）で軽く
表面研磨して鋭い突起を取り除いた。次に、この金属板
の表面にＴｉＣｒＣＮ被覆、ＴｉＣｒＮ被覆、ＴｉＡｌ
Ｎ被覆、ＴｉＡｌＣＮ被覆を形成した。その後、最終仕
上げとして研磨材で軽く研磨して鋭い突起を取り除い
た。次に、この金属板の磨耗特性と滑り耐久特性の変化
を調べた。すなわち、セラミック被覆表面の場合の磨耗
特性と、被覆なし（比較例２）、クロムめっき（比較例
３）、潤滑性クロムめっき（比較例４）の場合の磨耗特
性の比較を行った。磨耗試験は磨耗輪による前記した磨
耗試験方法により行った。その後磨耗表面の摩擦係数の
変化を測定した。セパレータとしては、ユーポア（Ｒ）
ＵＰ３０２５を使用した。その結果を表４に示す。

【００２８】比較例２セラミック被覆処理を行わなかったほかは、実施例９と
同様にして磨耗特性と滑り耐久特性の変化（摩擦係数の
変化）を測定した。その結果を表４に示す。

【００２９】比較例３実施例９におけるセラミック被覆処理の代わりに、金属
板（材質：ＳＳ４００）に約７０μｍの硬質クロムめっ
きを行った後、実施例９と同様にして磨耗特性と滑り耐
久特性の変化（摩擦係数の変化）を測定した。その結果
を表４に示す。

【００３０】比較例４実施例９におけるセラミック被覆処理の代わりに、クロ
ムめっきの耐磨耗性と４フッ化樹脂の低摩擦係数等の特
性を複合して持つとされる自己潤滑性クロムめっきを金
属板（材質：ＳＳ４００）に約３０μｍ被覆した後、実
施例９と同様にして磨耗特性と滑り耐久特性の変化（摩
擦係数の変化）を測定した。その結果を表４に示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】表４から、比較例２〜４に見られるように
金属表面のままや、潤滑性クロムめっき（テフロン
（Ｒ）被覆材）では研磨材入りの磨耗輪による磨耗試験
では磨耗減量が大きい。一方、表面に硬質のクロムめっ
きやセラミック被覆を行うと、磨耗が低く抑えられ、効
果が顕著に現れている。磨耗後の摩擦係数の変化はクロ
ムめっきとセラミック被覆はほとんど変化がないのに対
し、磨耗の激しい自己潤滑性クロムめっきや金属表面の
ままの場合には、摩擦係数が著しく変化して、大きくな
っており、リチウム二次電池の連続製造を続けるとピン
抜け性が悪くなることを示している。

【００３３】実施例１０実施例９と同様の処理を金属棒に加工した。すなわち、
金属棒（ＳＫＨ５１）をアルミナ粒子♯２２０で表面加
工した後、セラミック（ＴｉＡｌＣＮ）を約２μｍ被膜
した。その後、軽い研磨により表面突起を除いた。セパ
レータの捲回時のピン抜け性を評価する方法として金属
棒引き抜き時の引張り荷重を測定した。金属棒はφ８ｍ
ｍ半割形状で一対の間の隙間に２枚のセパレータを挟み
込み、もう一方の端に荷重による張力をかけながら数回
巻き付けた。そして巻き状態のセパレータから金属棒を
引き抜く時の荷重を測定した。セパレータの長さは８０
０ｍｍ、それぞれ１枚毎に荷重３００ｇの張力をかけ
た。セパレータとして、ユーポア（Ｒ）ＵＰ３０２５
（ＰＰ・ＰＥ複層２５μｍ）、ユーポア（Ｒ）ＵＰ３０
４５（ＰＰ・ＰＥ複層２５μｍ、高分子量グレード）、
ＰＥ単層２５μｍ、ＰＰ・ＰＥ複層１６μｍの４種につ
いて測定を行った。その測定結果を表５に示す。

【００３４】比較例５金属棒（ＳＫＨ５１）にクロムめっき約５０〜７０μｍ
被膜をした。その後実施例１０と同様に表面粗さ、引き
抜き荷重（Ｎ）を測定した。その測定結果を表５に示
す。

【００３５】比較例６金属棒（ＳＫＨ５１）に潤滑性クロムめっき約３０μｍ
被覆をした。その後実施例１０と同様に表面粗さ、引き
抜き荷重（Ｎ）を測定した。その測定結果を表５に示
す。

【００３６】

【表５】

【００３７】セラミック被膜を有する金属棒の引き抜き
時の引張り荷重を、クロムめっきした場合（比較例
５）、潤滑性クロムめっきした場合（比較例６）と比較
すると、適度な表面粗し加工した後にセラミック被膜を
有する金属棒は低摩擦係数でピン抜け性に効果があると
される潤滑性クロムめっきと同等の滑り特性が確認され
た。しかしながら、潤滑性クロムめっきは前記したよう
に磨耗試験からも分るように耐久性に難点があり、一方
耐磨耗性があるクロムめっきは引き抜き荷重が高い。し
たがって、適度な表面粗さを有するセラミック被膜金属
が耐久性、低摩擦係数でピン抜け性に優れた良好な表面
被膜手段であることを示している。

【００３８】

【発明の効果】本発明の巻芯は、巻芯表面の摩擦係数が
小さいのでシート状材料を巻き取った後に巻芯を抜き取
る際の滑り特性が良く、シート材料を傷つけることがな
い。また、耐磨耗特性に優れており、長期間にわたり連
続製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における摩擦係数測定の概略図を示す。

【図２】本発明におけるピン抜け性測定の概略図を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状材料を巻き取るための巻芯に
おいて、前記巻芯表面の表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚ
が０．４〜５μｍであって、且つ切断レベル４０％にお
ける負荷長さ率ｔｐが２０〜９５％であることを特徴と
する巻芯。
【請求項２】前記巻芯表面がセラミック被覆された
巻芯であることを特徴とする請求項１記載の巻芯。