JP2016112872A - 圧延装置、圧延装置のギャップ調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延後の被圧延部材の厚みを精度よく制御できる圧延装置を実現する。【解決手段】第１ローラ１及び第２ローラ２は、電極部材１０を挟持して回転することで前記被圧延部材を連続的に搬送し、かつ、荷重を与えることで前記被圧延部材を圧延する。第１ローラ軸支機構３は、第１ローラ１を軸支する。第２ローラ軸支機構４は、第１ローラ軸支機構３に対して荷重を与える方向に対向して配置され、第２ローラ２を軸支する。ギャップ調整器５は、第１ローラ軸支機構３と第２ローラ軸支機構４とに挟まれ、第１ローラ１及び第２ローラ２の回転軸と平行な回転軸５Ａまわりに回転可能な回転部材である。ギャップ調整器５は、回転させた場合に第１ローラ軸支機構３と第２ローラ軸支機構４のそれぞれに接する外周面の回転軸５Ａからの距離が連続的に変化する。【選択図】図１

Description

本発明は圧延装置、圧延装置のギャップ調整方法に関する。

近年、上下に配置された２つの圧延ローラによって電極部材を圧延することで電極を製造する圧延装置が用いられている。この圧延装置では、圧延後の電極の厚みを制御する必要が有る。

長尺の二次電池用電極部材を、２つの圧延ローラにより所望の厚みに精度良く圧延する圧延装置が提案されている（特許文献１）。この圧延装置では、軸受け機構が第２の加圧ローラを第１の加圧ローラに対して接離可能に回転軸支する。荷重機構が第２の加圧ローラを第１の加圧ローラに近接させる方向に押圧する。２つの電極部材の厚み測定装置が、第１および第２の加圧ローラのそれぞれの出側に配設される。制御装置は、厚み測定装置からの出力信号に応じて荷重機構の荷重を制御する。

また、一対のローラの周面間のギャップ長の微調整が容易であり、簡易な構成かつ小型のローラプレス装置が提案されている（特許文献２）。このローラプレス装置では、第１および第２支持部材が、第１および第２ローラのそれぞれを支持する。ガイド部材は、第１および第２支持部材の一方の、他方に対する第１方向の移動を許容し、第２方向の移動を規制する。ここで、第１方向は第１および第２ローラによる圧縮方向以外の方向であり、第２方向は第１方向に直交する方向である。ギャップ調整装置は、第１および第２支持部材の一方を移動させることにより、第１および第２ローラの周面間のギャップ長を調整する。本構成では、ギャップ調整の方向とプレス荷重の方向とが異なる方向となる。よって、重量が重い第１および第２ローラの周面間のギャップ長の微調整が容易となる。その結果、被圧縮物を高精度な厚さにプレスすることができる。この装置では、油圧シリンダを用いないので、装置を小型することができる。

更に、２つのローラにより、熱硬化性樹脂が含浸した多孔質炭素系成形品前駆体シート状物を熱硬化する多孔質炭素系成形品前駆体シート状物の熱硬化装置が提案されている（特許文献３）。この熱硬化装置では、回転ローラが、多孔質炭素系成形品前駆体シート状物を連続的に加熱しつつ押圧する。圧力調節手段が、多孔質炭素系成形品前駆体シート状物の厚みを連続的に制御するために、押圧の圧力を連続的に調節する。

特開２００１−３３２２４８号公報 特開２０１３−２４０８２２号公報 特開２００３−５３７５９号公報

ところが、発明者は、上述の手法には以下に示す問題点が有ることを見出した。特許文献１では、荷重を変化させて膜厚を調整した場合、ローラや他の部位の温度上昇が上昇する。これにより、膜厚が変化するため、膜厚制御の精度が悪化してしまう。特許文献２では、ローラを異なる方向へ変位させ、押圧する力を保持する機構が必要である。そのため、支持機構が複雑となってしまう。特許文献３は、油圧シリンダのような大型の圧力調整機構が必要であるため、装置が大型化してしまう。

一般に、圧延装置では、圧延加工を長時間連続して行うと、２つのローラの表面温度が摩擦により上昇する。この場合、２つのローラの表面が熱膨張し、直径が増大する。そのため、同じ荷重を与え続けていたとしても、圧延加工後の電極部材の厚みが薄くなってしまう。また、圧延加工で電極部材に与える荷重が小さい場合、上記のローラの温度上昇は小さくなる。その結果、２つのローラの温度上昇による厚み変動よりも、他の部位（例えば、ローラ軸支機構やその他のベアリング等）の温度上昇による厚み変動が支配的となる。よって、例えばローラ軸支機構が熱膨張することで２つのローラの表面間の距離（ギャップ）が大きくなり、荷重にかかわらず厚みが増大することとなる。この際、荷重を増加させることで厚みを減少させることができるものの、摩擦の増大などにより圧延装置の温度バラツキが変動し、厚みが不安定化してしまう。

また、荷重が変動した場合でも厚みは変動するものの、荷重と厚みは比例するものではない。更に、上記の通り、厚みは温度変動の影響も受けるため、荷重を調整しても厚みを精度よく制御することは難しい。また、荷重変動に比例するのは電極部材の密度であり、荷重制御を行うと電極部材の目付け量（単位面積あたりの重量）のばらつきがそのまま厚みのばらつきとなる。しかし、電極部材の目付け量を荷重のみで制御するのは、困難である。

本発明の一態様である圧延装置は、被圧延部材を挟持して回転することで前記被圧延部材を連続的に搬送し、かつ、荷重を与えることで前記被圧延部材を圧延する第１ローラ及び第２ローラと、前記第１ローラを軸支する第１ローラ軸支手段と、前記第１ローラ軸支手段に対して前記荷重を与える方向に対向して配置された、前記第２ローラを軸支する第２ローラ軸支手段と、前記第１ローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段との間に挟まれ、前記第１ローラ及び前記第２ローラの回転軸と平行な回転軸まわりに回転可能な回転部材であるギャップ調整手段と、を備え、前記ギャップ調整手段は、回転させた場合に前記第１ローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段のそれぞれに接する外周面の前記回転軸からの距離が連続的に変化するものである。

上記の圧延装置において、前記ギャップ調整手段は、回転させた場合に前記第１ローラ軸支手段と接する外周面と、回転させた場合に前記第２ローラ軸支手段と接する外周面とは、前記回転軸に対して対称な形状であることが望ましい。

上記の圧延装置において、前記ギャップ調整手段の前記回転軸に垂直な断面形状は楕円形であることが望ましい。

上記の圧延装置において、前記ギャップ調整手段を軸支し、かつ、回転させる駆動装置と、前記ギャップ調整手段が所定の回転角となるように、前記駆動装置を制御する制御装置と、を備えることが望ましい。

上記の圧延装置において、圧延後の前記被圧延部材の厚みを測定する厚み測定手段を備え、前記制御装置は、前記厚み測定手段での測定結果に応じて、圧延後の前記被圧延部材の厚みが所定の範囲に収まるように前記駆動装置を制御することが望ましい。

本発明の一態様である圧延装置のギャップ調整方法は、被圧延部材を挟持して回転することで前記被圧延部材を連続的に搬送し、かつ、荷重を与えることで前記被圧延部材を圧延する第１ローラ及び第２ローラのうち、第１ローラ軸支手段で前記第１ローラを軸支し、前記第１ローラ軸支手段に対して前記荷重を与える方向に対向して配置された第２ローラ軸支手段で軸支し、前記第１のローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段とに挟まれ、前記第１ローラ及び前記第２ローラの回転軸方向と平行な回転軸まわりに回転可能な回転部材であるギャップ調整手段により前記第１ローラと前記第２ローラとの間のギャップを調整し、前記ギャップ調整手段は、回転させた場合に前記第１ローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段のそれぞれに接する外周面の前記回転軸からの距離が連続的に変化するものである。

本発明によれば、圧延後の被圧延部材の厚みを精度よく制御できる圧延装置を実現できる。

実施の形態１にかかる圧延装置の構成を示す正面図である。 実施の形態１にかかるギャップ調整器の拡大図である。 実施の形態２にかかる圧延装置の構成を示す正面図である。 実施の形態２にかかる圧延装置の厚み調整動作を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかる圧延装置に荷重センサ及び荷重発生装置を付加した圧延装置の構成を示す正面図である。

実施の形態１
実施の形態１にかかる圧延装置１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる圧延装置１００の構成を示す正面図である。圧延装置１００は、第１ローラ１、第２ローラ２、第１ローラ軸支機構３、第２ローラ軸支機構４及びギャップ調整器５を有する。圧延装置１００は、被圧延部材である電極部材１０を圧延加工する装置である。

第１ローラ１及び第２ローラ２は、回転軸の方向が同じ方向となるように配置される。図１では、第１ローラ１の回転軸１Ａおよび第２ローラ２の回転軸２Ａの軸方向をＹ方向とする。Ｙ方向とは、図１の紙面の手前から奥に向かう方向である。また、図１では、第１ローラ１と第２ローラ２とは、第１ローラ１がＺ方向の＋側、第２ローラ２がＺ方向の−側となるように、Ｚ方向に離隔して配置される。Ｚ方向とは、図１の紙面の下方から上方に向かう方向である。また、図１の紙面右から左へ向かう方向をＸ方向とする。

第１ローラ軸支機構３と第２ローラ軸支機構４とは、荷重が負荷される方向、すなわちＺ方向に離隔して配置される。第１ローラ１は、第１ローラ軸支機構３によって回転可能に軸支される。第２ローラ２は、第２ローラ軸支機構４によって回転可能に軸支される。第１ローラ１及び第２ローラ２は、互いに反対方向に回転することで、狭持する電極部材１０を連続的に搬送する。図１では、第１ローラ１は反時計回りに回転し、第２ローラ２は時計回りに回転する。したがって、電極部材１０は、図１のＸ方向に連続的に搬送される。

図２は、ギャップ調整器５の拡大図である。以下、ギャップとは、第１ローラ軸支機構３のＺ方向−側の面と、第２ローラ軸支機構４のＺ方向＋側の上面と、の間の距離を指すものとする。ギャップ調整器５は、回転軸５Ａから外周までの距離が一様ではない回転部材である。ギャップ調整器５を構成する回転部材は、少なくとも、回転させた場合に第１ローラ軸支機構３と第２ローラ軸支機構４のそれぞれに接する外周面の前記回転軸からの距離が連続的に変化する部材として構成される。すなわち、ギャップ調整器５は、第１ローラ軸支機構３と第２ローラ軸支機構４のそれぞれに接する部位が、互いに長さが異なる長径ｂと短径ａとを有する回転部材である。

また、ギャップ調整器５を構成する回転部材は、回転させた場合に第１ローラ軸支機構３に接する外周面と回転させた場合に第２ローラ軸支機構４に接する外周面とが、回転軸５Ａに対して対称な形状（点対称）であることが望ましい。この場合、ギャップ調整器５を構成する回転部材を回転させた際の、回転軸５Ａに対する第１ローラ軸支機構３のＺ方向変位量と、回転軸５Ａに対する第２ローラ軸支機構４のＺ方向変位量とを等しくできる。その結果、ギャップの調整を精密に行うことが可能となる。

図１では、一例として、ギャップ調整器５を楕円形の回転部材としている。また、ギャップ調整器５の回転軸５Ａは、第１ローラ１の回転軸１Ａおよび第２ローラ２の回転軸２Ａと平行（Ｙ方向）である。ギャップ調整器５の回転方向は時計回りでも反時計回りでもよい。

ギャップ調整器５は、圧延方向（すなわち、Ｚ方向）に対向する第１ローラ軸支機構３のＺ方向−側の面と第２ローラ軸支機構４のＺ方向＋側の上面との間に挟み込まれるように配置される。上記したように、ギャップ調整器５は回転軸５Ａから外周までの距離が一様ではない回転部材であるので、ギャップ調整器５の回転角に応じて、第１ローラ軸支機構３のＺ方向−側の面と第２ローラ軸支機構４のＺ方向＋側の上面との間の距離が変化する。すなわち、ギャップ調整器５の回転角に応じて、第１ローラ軸支機構３に軸支される第１ローラ１と第２ローラ軸支機構４に軸支される第２ローラ２との間の距離（ギャップとも称する）が変化する。例えば、ギャップ調整器５の回転角を、ギャップ調整器５の短径ａがＺ方向に沿うような角度とすることで、第１ローラ１と第２ローラ２との間のギャップを最短にすることができる。ギャップ調整器５の回転角を、ギャップ調整器５の長径ｂがＺ方向に沿うような角度とすることで、第１ローラ１と第２ローラ２との間のギャップを最長にすることができる。また、図１に示すように、ギャップ調整器５が楕円形であれば、ギャップ調整器５の回転角により、第１ローラ１と第２ローラ２との間のギャップを最短から最長の間で連続的に変化させることができる。

なお、ギャップ調整器５は楕円形の回転部材であるものと説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、ギャップ調整器５は、回転軸に対して点対称な断面でなくともよく、卵型などの他の形状でもよい。また、径が連続的に変化する形状であれば、楕円径及び卵型以外の形状としてもよい。

以上、本構成によれば、ギャップ調整器５の回転角を調整することで、荷重制御とは独立して、ギャップを調整することができる。かつ、ギャップ調整器５は、単に２つのローラ軸支機構間に挟まれた回転部材であるので、構成が簡易であり、小さなコストで導入することが可能である。

実施の形態２
実施の形態２にかかる圧延装置２００について説明する。図３は、実施の形態２にかかる圧延装置２００の構成を示す正面図である。圧延装置２００は、圧延装置１００にギャップ調整器駆動機構６、厚み測定機７及び制御装置８を追加した構成を有する。

ギャップ調整器駆動機構６は、ギャップ調整器５を回転駆動可能に軸支している。ギャップ調整器駆動機構６は、ギャップ調整器５が所定の回転角となるように駆動することで、第１ローラ１と第２ローラ２との間のギャップを調整する。ギャップ調整器駆動機構６は、単に駆動機構とも称する。

厚み測定機７は、圧延加工後の電極部材１０の厚みを連続的に測定し、測定結果を制御装置８に出力する。制御装置８は、厚み測定機７の測定結果を監視し、圧延加工後の電極部材の厚みが所定の範囲内に収まるようにフィードバック制御を行う。具体的には、ギャップ調整器駆動機構６は、制御装置８からの制御に応じて、所望の回転角までギャップ調整器５を回転駆動する。

本実施の形態では、第１ローラ軸支機構３は、軸受け３Ａ及びハウジング３Ｂを有する。軸受け３Ａは、第１ローラ１の回転軸を軸支する。ハウジング３Ｂは、軸受け３Ａを支持する。第２ローラ軸支機構４は、軸受け４Ａ及びハウジング４Ｂを有する。軸受け４Ａは、第２ローラ２の回転軸を軸支する。ハウジング４Ｂは、軸受け４Ａを支持する。第１ローラ軸支機構３及び第２ローラ軸支機構４の構成は、本実施の形態に限られるものではなく、第１の実施の形態にかかる圧延装置１００に適用することができる。

図４は、実施の形態２にかかる圧延装置２００の厚み調整動作を示すフローチャートである。圧延装置２００では、厚み測定機７により圧延加工後の電極部材１０の厚みを測定して、測定結果に応じたギャップのフィードバック制御を行うことで、電極部材の厚みを所定の範囲内に収めることができる。

ステップＳ１
制御装置８が、厚み測定機７での厚み測定値Ｔｍｅａｓが厚み規格下限値Ｔｍｉｎ以上であるか（Ｔｍｅａｓ≧Ｔｍｉｎ）を判定する。

ステップＳ２
ステップＳ１における厚み測定機７での厚み測定値Ｔｍｅａｓが厚み規格下限値Ｔｍｉｎよりも小さい場合、制御装置８はギャップ調整器駆動機構６を制御して、第１ローラ１と第２ローラ２との間のギャップを増加させる。その後、ステップＳ１に戻り、厚み調整動作を継続する。

ステップＳ３
ステップＳ１における厚み測定機７での厚み測定値Ｔｍｅａｓが厚み規格下限値Ｔｍｉｎ以上である場合、制御装置８は、厚み測定機７での厚み測定値Ｔｍｅａｓが厚み規格上限値Ｔｍａｘ以下であるか（Ｔｍｅａｓ≦Ｔｍａｘ）を判定する。厚み測定値Ｔｍｅａｓが厚み規格上限値Ｔｍａｘ以下である場合、ステップＳ１に戻り、厚み調整動作を継続する。

ステップＳ４
ステップＳ３における厚み測定機７での厚み測定値Ｔｍｅａｓが厚み規格上限値Ｔｍａｘよりも大きい場合、制御装置８はギャップ調整器駆動機構６を制御して、第１ローラ１と第２ローラ２との間のギャップを減少させる。その後、ステップＳ１に戻り、厚み調整動作を継続する

以下、圧延加工の実施例を示す。厚さ１５μｍのアルミ箔の心材両面に活物質を塗工し、被圧延部材である厚さ１６０μｍの電極部材を搬送速度８０ｍ／ｍｉｎ、ロールギャップ補正を１μｍに設定して、圧延装置２００による圧延加工を行った。

ケース１
初期圧延荷重２０ｔにて３０００ｍの連続圧延を行ったところ、電極部材の厚みの減少量を１μｍに抑制できた。これに対し、ギャップ調整器５を有しない圧延装置で同様の圧延加工を実施したところ、電極部材の厚みの減少量は３μｍであった。これにより、ギャップ調整器５を用いた厚み調整動作により、電極部材の厚み減少を抑制できることが理解できる。

ケース２
初期圧延荷重２ｔにて５００ｍの連続圧延を行ったところ、電極部材の厚みの増加量を１μｍに抑制できた。これに対し、ギャップ調整器５を有しない圧延装置で同様の圧延加工を実施したところ、電極部材の厚みの増加量は２μｍであった。これにより、ギャップ調整器５を用いた厚み調整動作により、電極部材の厚み増加を抑制できることが理解できる。

以上より、本構成によれば、圧延加工の条件によらず、ギャップ調整器５を用いた厚み調整動作により、電極部材の厚み変動を抑制できることが理解できる。換言すれば、本構成によれば、圧延装置の荷重や温度の変動による圧延加工後の電極部材１０の厚みの変化を検出して、電極部材１０の厚みを所望の範囲に収めることができる。

また、圧延装置２００は、第１ローラ１と第２ローラ２との間に圧延荷重を生じさせる荷重センサ２１及び荷重発生装置２２を更に有してもよい。図５は、実施の形態２にかかる圧延装置２００に荷重センサ２１及び荷重発生装置２２を付加した圧延装置２０１の構成を示す正面図である。なお、図面の簡略化のため、図５では軸受け３Ａ及びハウジング３Ｂを分けずに単に第１ローラ軸支機構３として表示し、軸受け４Ａ及びハウジング４Ｂを分けずに単に第２ローラ軸支機構４として表示している。

荷重センサ２１は、第１ローラ１と第２ローラ２とに付加された圧延荷重を検出する。荷重発生装置２２は、第１ローラ１及び第２ローラ２の一方又は両方に圧延方向かつ第１ローラ１と第２ローラ２とが近づく方向の力を与える。これにより、第１ローラ１と第２ローラ２との間の電極部材１０に圧延荷重が与えられる。このとき、制御装置８は、荷重センサ２１の測定結果に応じて荷重発生装置２２を制御し、電極部材１０に与える荷重を調整することができる。

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図４におけるステップＳ１とステップＳ３とは、順序を入れかえても同様の厚み調整動作を実現できることは言うまでもない。

被圧延部材として電極部材について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、電極部材以外の任意の被圧延部材を圧延してもよいことは、いうまでもない。

上述の図３における第１ローラ軸支機構３及び第２ローラ軸支機構４の構成は、実施の形態１にかかる圧延装置１００に適用してもよいことはいうまでもない。

１ 第１ローラ
１Ａ、２Ａ、５Ａ 回転軸
２ 第２ローラ
３ 第１ローラ軸支機構
３Ａ、４Ａ 軸受け
３Ｂ、４Ｂ ハウジング
４ 第２ローラ軸支機構
５ ギャップ調整器
６ ギャップ調整器駆動機構
７ 厚み測定機
８ 制御装置
１０ 電極部材
２１ 荷重センサ
２２ 荷重発生装置
１００、２００、２０１ 圧延装置

Claims (6)

1. 被圧延部材を挟持して回転することで前記被圧延部材を連続的に搬送し、かつ、荷重を与えることで前記被圧延部材を圧延する第１ローラ及び第２ローラと、
   前記第１ローラを軸支する第１ローラ軸支手段と、
   前記第１ローラ軸支手段に対して前記荷重を与える方向に対向して配置された、前記第２ローラを軸支する第２ローラ軸支手段と、
   前記第１ローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段との間に挟まれ、前記第１ローラ及び前記第２ローラの回転軸と平行な回転軸まわりに回転可能な回転部材であるギャップ調整手段と、を備え、
   前記ギャップ調整手段は、回転させた場合に前記第１ローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段のそれぞれに接する外周面の前記回転軸からの距離が連続的に変化する、
   圧延装置。
2. 前記ギャップ調整手段は、
   回転させた場合に前記第１ローラ軸支手段と接する外周面と、回転させた場合に前記第２ローラ軸支手段と接する外周面とは、前記回転軸に対して対称な形状である、
   請求項１に記載の圧延装置。
3. 前記ギャップ調整手段の前記回転軸に垂直な断面形状は楕円形である、
   請求項２に記載の圧延装置。
4. 前記ギャップ調整手段を軸支し、かつ、回転させる駆動装置と、
   前記ギャップ調整手段が所定の回転角となるように、前記駆動装置を制御する制御装置と、を備える、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧延装置。
5. 圧延後の前記被圧延部材の厚みを測定する厚み測定手段を備え、
   前記制御装置は、前記厚み測定手段での測定結果に応じて、圧延後の前記被圧延部材の厚みが所定の範囲に収まるように前記駆動装置を制御する、
   請求項４に記載の圧延装置。
6. 被圧延部材を挟持して回転することで前記被圧延部材を連続的に搬送し、かつ、荷重を与えることで前記被圧延部材を圧延する第１ローラ及び第２ローラのうち、第１ローラ軸支手段で前記第１ローラを軸支し、前記第１ローラ軸支手段に対して前記荷重を与える方向に対向して配置された第２ローラ軸支手段で軸支し、
   前記第１ローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段とに挟まれ、前記第１ローラ及び前記第２ローラの回転軸方向と平行な回転軸まわりに回転可能な回転部材であるギャップ調整手段により前記第１ローラと前記第２ローラとの間のギャップを調整し、
   前記ギャップ調整手段は、回転させた場合に前記第１ローラ軸支手段と前記第２ローラ軸支手段のそれぞれに接する外周面の前記回転軸からの距離が連続的に変化する、
   圧延装置のギャップ調整方法。

Images