CN104009201A

CN104009201A - 辊压设备以及厚度测量系统

Info

Publication number: CN104009201A
Application number: CN201410060244.9A
Authority: CN
Inventors: 多田健一郎; 山我拓; 渡边修平
Original assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Current assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP5411371B1; JP2014160048A; CN104009201B

Abstract

本发明提供能够更准确地测量材料厚度的辊压设备以及厚度测量系统。在测量带状材料厚度的厚度测量传感器的前和/或后，设置将带状材料中产生的松弛、皱折展平的弹性导辊。作为弹性导辊，优选为表面是海绵状的导辊。此外，优选地，作为将设置于厚度测量传感器上游侧的材料导向厚度测量传感器的导辊，使用将带状材料的皱折沿宽度方向展平的导辊。

Description

辊压设备以及厚度测量系统

技术领域

本发明涉及辊压设备以及厚度测量系统。

背景技术

辊压设备使用于锂离子二次电池用电极材料的压缩加工等。材料压缩加工后所要求的厚度精度严格到例如±2μm左右，且近年来希望进一步高精度化（±1～2μm）。

因此，修正在压缩时由材料受到的反作用力而引起的辊的挠曲，抑制材料的两边缘部比中央部附近更薄这样的在成品厚度的宽度方向上产生波动（例如，专利文献1）。

此外，在专利文献2中记载了如下内容：为了将长尺状的二次电池用电极构件高精度地轧制为所希望的厚度，设置配设于第1和第2加压辊的出口侧的电极构件的厚度测定装置，并根据来自厚度测定装置的输出信号来控制荷重机构的荷重。作为厚度测定装置，例如使用将轧制后的电极构件从上下夹住的接触式位移传感器。

此外，在专利文献3中记载了如下内容：为了能够确保多孔质碳系成型品前体片状物的厚度的均匀性并且连续进行热固化，设置将多孔质碳系成型品前体片状物连续加热的同时挤压的旋转辊、以及测定用旋转辊挤压后的多孔质碳系成型品前体片状物的厚度的厚度测定装置，并根据厚度测定装置的测定结果来连续调节旋转辊的挤压压力。该文献记载了，使用接触式或非接触式的测定器作为厚度测定装置，另外还记载了，使用激光式、涡流式、超声波式等作为非接触式的测定方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3937561号公报

专利文献2：日本特开2001-332248号公报

专利文献3：日本特开2003-53759号公报

发明内容

辊压设备中，为了应对例如±1～2μm左右的材料的加工精度，重要的是更准确地测量材料的厚度。

根据本发明人等的研究发现，在锂离子二次电池用电极材料的压缩加工等中，当测量材料的厚度时，由于材料的松弛、皱折而无法准确地测量。

首先，根据本发明人等的研究，材料的挠曲、皱折如下产生。例如，在电极材料的压制加工（压缩加工）中，对在金属箔集电体的基材上涂布有电极活性物质的材料进行压制加工。在基材的宽度方向的两端存在电极活性物质的未涂覆部的情况下，就压制加工后的电极材料而言，涂布有电极活性物质之处的基材（涂覆部）被轻微轧制。因此，宽度方向的两端的基材（未涂覆部）由于未被轧制而在材料长度方向上受到张力，但其之间的基材（涂覆部）由于被轻微轧制而在材料长度方向上会产生松弛。并且，该松弛也成为皱折的重要因素。

并且，特别是在材料的上下方设置激光式传感器等来测量从上下的传感器到材料为止的距离从而求出材料厚度的厚度计中，材料的松弛、皱折成为无法准确地进行厚度测量的重要因素。

即，对于材料，如果不以接近垂直的角度进行距离测量，则在原理上测量误差变大的传感器中，由于材料的松弛、皱折而形成材料相对于传感器倾斜配置的状态，产生测量误差。特别是在上下的传感器的轴偏移配置的情况下，在材料相对于传感器倾斜配置的状态下，测量误差变得极大。

此外，由于在材料被搬运的状态下进行测量，因此如果存在材料的松弛、皱折，则会在到材料为止的距离发生变化时进行测量，而成为测量误差的重要因素。

然而，以往在辊压设备中，并未考虑材料的松弛、皱折来进行材料的厚度测量。

此外，专利文献2、专利文献3中也完全没有探讨如下内容：厚度测量中，在二次电池用电极构件、多孔质碳系成型品前体片状物上产生松弛、皱折，它们对厚度测量产生影响。

本发明的目的在于提供能够更准确地测量材料的厚度的辊压设备以及厚度测量系统。

本发明的特征在于，在测量带状材料厚度的厚度测量传感器的前和/或后设置弹性导辊。

根据本发明，能够更准确地测量材料的厚度。

上述以外的课题、构成以及效果通过以下的实施方式的说明会清楚。

附图说明

图1是说明本发明一个实施例中的厚度测量状态的图。

图2是示意性地表示本发明一个实施例的辊压设备中使用的弹性导辊的图。

图3是说明比较例中的厚度测量状态的图。

图4是示意性地表示本发明一个实施例的辊压设备中使用的导辊（展开辊）的图。

图5是本发明一个实施例的辊压设备中的辊压机主体的主视图。

图6是本发明一个实施例的辊压设备的生产线整体图。

图7是示意性地表示被辊压的材料的图。

符号说明

1：上辊，2：下辊，3：材料（电极材料等），3a：基材，3b：电极活性物质，4：主轴承箱，5：压力缸，6：弯曲轴承箱，7：弯曲缸，8：压制前卷材，9：压制后卷材，10：厚度计，11：控制盘，12：开卷机，13：卷绕机，21a、21b：厚度计传感器，22a、22b：弹性导辊，23a、23b：导辊，31：材料涂覆部，32：材料未涂覆部，211：端板，210：橡胶，220：轴，221：海绵状物质。

具体实施方式

以下，采用附图，说明本发明的实施例。

首先，采用图5和图6，说明本发明所适用的辊压设备的一个例子。

本实施例的辊压设备中的辊压机主体具备修正辊的挠曲的弯曲机构。如图5所示，辊压设备中的辊压机主体具备：上辊1；下辊2；主轴承箱4，内置并保持分别轴支承上辊及下辊的主轴承；以及压力缸5，对下辊的主轴承箱施加荷重，并产生对上辊1与下辊2之间的材料（带状材料）3的压力荷重。上辊的主轴承箱与压力缸由外壳（省略图示）支撑。在上辊与下辊上分别设有辊驱动机构（省略图示）。另外，辊压机主体具备由弯曲缸7、内置并保持弯曲轴承的弯曲轴承箱6构成的进行辊的挠曲修正的弯曲机构。

压力缸5是进行辊间隙调整的压制机构的主要构成要素。压力缸5构成为能够根据来自后述的控制盘的控制指令进行位置控制。即，压力缸在内部或外部具有磁栅尺（magnescale）等位置检测器（省略图示），在油压系统中采用使用了伺服阀的能进行位置控制的系统。

弯曲缸7能够根据来自后述的控制盘的控制指令来设定加压力。弯曲缸在压力设定中采用比例控制阀（电磁阀）。弯曲轴承箱6设置在主轴承箱4的两外侧。本实施例的进行辊挠曲修正的弯曲机构是弯曲支撑型，在上辊的弯曲轴承箱与下辊的弯曲轴承箱之间设有弯曲缸7，在与向材料施加的加工荷重引起的辊挠曲相反的方向上对辊施加荷重以进行辊挠曲修正。图中的箭头为使由各缸施加的荷重的方向及大小形象的箭头。各缸使用油压。油压缸能够应对高荷重，并且使用非压缩性的流体（工作油），因此能进行稳定的加工。

图6表示本发明一个实施例的辊压设备的生产线整体图。在辊压机主体的入口侧设有开卷机12，该开卷机12安装有将锂离子二次电池电极材料等材料3卷绕成线圈状的压制前卷材8，在辊压机主体的出口侧设有卷绕机13，该卷绕机13将压制后的材料卷绕而制成压制后卷材9。另外，在辊压机主体的出口侧设置有测量被压制的材料3的厚度的厚度计10。

在辊压机主体中被压缩加工的材料3的厚度测定值从厚度计10输入到控制盘11。就厚度测定值而言，压制条件变更后的材料通过厚度计10之后的值由控制盘取得。即，当将辊压机主体与厚度计的路径线长度设为L1、将压制条件变更后的材料进给长度设为L2时，在L2≥L1的情况下取得厚度测定值。

基于来自厚度计10的厚度测定值，在控制盘11中进行求出压力缸位置控制和弯曲缸压力控制的控制值（修正量）的运算，将控制值输出到辊压机主体，并根据该控制值来控制压力缸和弯曲缸的油压。就厚度控制而言，在目标厚度精度（目标厚度范围）内设定阈值，在来自厚度计的厚度测定值脱离阈值的情况下，为使其进入到阈值内，通过单独或组合地变更压力缸位置和弯曲缸压力来进行。

在本实施例中，厚度计10构成为：在宽度方向，在驱动侧（具有辊驱动机构一侧）、中央、操作侧（没有辊驱动机构一侧）这3点（3个区域或3个部位）测量厚度。即，得到驱动侧厚度Td、中央部厚度Tc、操作侧厚度Tw。并且，就厚度控制而言，按照在材料的宽度方向的全部范围（驱动侧、中央、操作侧）达到目标厚度范围内的厚度的方式，根据多处的厚度测定值与目标厚度之差的状态，单独或者组合地进行对辊间隙进行调整的压制机构与修正辊的挠曲的弯曲机构的反馈控制。需要说明的是，厚度测量点虽然只要在宽度方向上为至少2点以上即可，但最好是测量3点的厚度。此外，既可以将测量器固定在三处来测量厚度，也可以在宽度方向上移动测量器来测量厚度。在宽度方向进行连续测量的情况下，也可以设定操作侧、中央、驱动侧这3个区域，将该范围的测定值的平均值用于控制。

另外，厚度计10最好能够在生产线运转中连续或断续地测量材料厚度。作为厚度计的测量方式，例如有如下的方法等：利用激光传感器测量材料的两面的位置，并根据这些位置关系测量材料的厚度（分别测量从上下的传感器到材料为止的距离，由传感器间的距离和测量的距离来测量厚度）。作为激光传感器，有三角测距激光位移传感器、同轴共焦式激光位移传感器等。此外还有如下的方法：对于导辊上的材料，利用激光传感器检测材料的上表面位置，并且用磁传感器检测导辊的位置，根据这些位置关系测量材料厚度。

接下来，采用图7，对于在辊压设备中被压制的材料（带状材料）上产生松弛、皱折的情况进行说明。图7以辊压设备中被压制加工（压缩加工）的材料为电极材料的情况为例而示意性地表示被压制之前的带状材料。左侧表示俯视图，右侧表示截面图。

材料（电极材料）3是对在金属箔集电体的基材3a上涂布有电极活性物质3b的材料进行压制加工而成的。在基材3a的宽度方向的两端存在未涂布电极活性物质3b的未涂覆部32，并且，在其之间存在涂布有电极活性物质3b的涂覆部31。

在对这样的电极材料3进行压制加工的情况下，未涂布电极活性物质3b的未涂覆部32的基材3a不会被轧制，但涂布有电极活性物质3b的涂覆部31的基材3a会被轻微轧制。即，与未涂覆部32相比，涂覆部31在材料长度方向上被拉伸。因此，在长度方向上对材料施加张力的情况下，如图3所示，在材料长度方向上未被拉伸的未涂覆部32接触到导辊23a、23b的表面而对导辊23a、23b间的未涂覆部32施加张力，但其之间的涂覆部31被轻微轧制，在材料长度方向上被拉伸，变得比未涂覆部32更长，因此涂覆部31不会与导辊23a、23b的表面抵接，因而无法对涂覆部31赋予张力，在涂覆部31上会产生轻微松弛。并且，该松弛也成为皱折的重要因素。这样的轻微松弛成为问题的原因是，为了应对例如±1～2μm左右的材料的加工精度，重要的是更加准确地测量材料的厚度。

这样的松弛、皱折造成材料相对于激光传感器等的传感器部倾斜配置的关系。在激光传感器中，测量到材料为止的距离来测量厚度，因此这样的传感器部与材料的配置关系成为测量误差的重要因素。

于是，在本实施例中，如下构成厚度测量系统（图6所示的辊压设备中的厚度计10）。

在本实施例中，如图1所示，在测量材料（带状材料）3的厚度的厚度测量传感器（厚度测量器）21a、21b的前后，设置有用于将在带状材料上产生的松弛、皱折展平的弹性导辊22a、22b。可以设置在厚度测量传感器的前或后的任一方。厚度测量传感器21a、21b使用了激光传感器，以夹住材料3的方式在上下配置。23a、23b是用于将材料导向厚度测量传感器的导辊。弹性导辊22a、22b设于导辊23a、23b之间。

弹性导辊22a、22b将在涂覆部31上产生的松弛、皱折展平，消除松弛、皱折。因此，需要使弹性导辊22a、22b的辊面与涂覆部31抵接，利用弹性导辊22a、22b对涂覆部31施加张力。因此，弹性导辊22a、22b具有如下程度的弹性：在与材料3接触时，以辊面抵接涂覆部31的方式进行变形。即，通过使弹性导辊22a、22b具有该程度的弹性，使得如图1所示那样，与材料3的未涂覆部32接触的弹性导辊22a、22b的辊面变形，材料3的涂覆部31也与弹性导辊22a、22b的辊面抵接。弹性导辊22a、22b若过硬，则与材料3的未涂覆部32接触的弹性导辊22a、22b的辊面不会充分变形，不会抵接涂覆部31，从而无法对涂覆部31赋予张力而将松弛展平，因此最好是柔软的。

作为弹性导辊22a、22b，优选为海绵状（至少表面为海绵状）的导辊。作为海绵材质，可使用例如聚氨酯（聚氨酯树脂、聚氨酯橡胶）、乙烯-丙烯橡胶（EPDM）、氯丁橡胶（CR）。

在图2中示出表面由海绵状物质构成的弹性导辊的构成例。如图2所示，在轴220的周围设有海绵状物质221。

此外，作为弹性导辊22a、22b，除了海绵状导辊之外，也可以使用能够以能对涂覆部31赋予张力的方式变形的柔软的橡胶辊。

通过将这样的弹性导辊设置在厚度测量传感器21a、21b的前和／或后，能够如图1所示那样也对涂覆部31赋予张力，能够有效地防止（消除）材料的松弛，也能够防止皱折的产生。由此，迄今为止，即使是采用了高精度距离传感器的厚度计，也难以实现误差少的厚度测量，但是能够减小测量误差来进行厚度测定。换言之，能够充分发挥高精度距离传感器的性能来进行厚度测定。

在图3中示出比较例。在图3的比较例中，在厚度测量传感器21a、21b的前后，仅设有导辊23a、23b。导辊23a、23b与弹性导辊22a、22b相比表面更硬，因此导辊23a、23b的表面不抵接涂覆部31，因而无法对涂覆部31赋予张力，在涂覆部31产生松弛。

此外，设置于厚度测量传感器21a、21b的两侧的导辊23a、23b间距离越短越好。越短则越难在材料上产生皱折。

进而，作为设置于厚度测量传感器21a、21b的上游侧的导辊23a，使用沿宽度方向将材料展平的（将皱折沿宽度方向展平）辊（凸变形辊或凹变形辊，展开辊等），从而能够更加改善皱折。

作为将皱折沿宽度方向展平的导辊23a，在与材料之间有滑动的情况下，最好是凸变形辊，在与材料之间没有滑动的情况下，最好是展开辊或者凹变形辊。

在图4中示出具有在材料的宽度方向上也将皱折展平的功能的导辊（展开辊）的构成例。图4所示的导辊（展开辊）23a、23b是在两个圆盘状端板211之间以环状安装多个橡胶210，将端板211倾斜配置而成的。端板211以端板的宽度方向位置被固定的方式由轴承（省略图示）支撑。以材料3从两个端板211的间隔短的一侧进入、从间隔长的一侧出来的方式，配置导辊（展开辊）。因此，材料在由导辊（展开辊）引导的同时，随着朝向导辊（展开辊）的出口侧，宽度方向的皱折被展平。

在上述的实施例中，以辊压设备中所使用的厚度测量系统进行了说明，但是也可以适用于辊压设备以外使用的厚度测量系统。特别是，适合于在材料的宽度方向的一部分产生松弛、皱折的情况。

需要说明的是，本发明并不限定于上述的实施例，可包括各种变形例。例如，对于上述的实施例，为了通俗易懂地说明本发明而详细地进行了说明，但是并不一定限定于具有所说明的全部构成。此外，可以将某实施例的构成的一部分置换成其他实施例的构成，另外也可以在某实施例的构成中添加其他实施例的构成。此外，对于各实施例的构成的一部分，可以进行其他构成的追加、删除、置换。

Claims

1.一种辊压设备，其特征在于，具备对带状材料进行压缩加工的辊压机主体，所述带状材料具有在金属箔集电体的基材上涂布有电极活性物质的涂覆部和未涂布电极活性物质的未涂覆部，

所述辊压设备具备厚度测量系统，该厚度测量系统配置在所述辊压机主体的下游侧，具有测量由所述辊压机主体进行了压缩加工的带状材料的厚度的厚度测量传感器，

所述厚度测量系统具有：

导辊，设置在所述厚度测量传感器的上游侧和下游侧，将所述带状材料导向所述厚度测量传感器；以及

弹性导辊，设置在所述导辊之间、而且在所述厚度测量传感器的前和/或后，该弹性导辊与所述带状材料接触时，由于变形，该弹性导辊的辊面抵接所述涂覆部而对所述涂覆部赋予张力。

2.根据权利要求1所述的辊压设备，其特征在于，

所述厚度测量传感器是设置在所述带状材料的两侧，测量到材料为止的距离的激光传感器。

3.根据权利要求2所述的辊压设备，其特征在于，所述弹性导辊是至少表面由海绵状物质构成的导辊。

4.根据权利要求3所述的辊压设备，其特征在于，

所述导辊和所述弹性导辊夹着所述带状材料而设于相反侧，

作为设于所述厚度测量传感器的上游侧的所述导辊，使用将所述带状材料的皱折沿宽度方向展平的辊。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的辊压设备，其特征在于，

具备修正所述辊压机主体的辊的挠曲的弯曲机构，

基于来自所述厚度测量传感器的厚度测定值，单独或者组合地进行对所述辊压机主体的辊间隙进行调整的压制机构和所述弯曲机构的反馈控制。

6.一种厚度测量系统，其特征在于，测量利用对带状材料进行压缩加工的辊压机主体进行了压缩加工的带状材料的厚度，所述带状材料具有在金属箔集电体的基材上涂布有电极活性物质的涂覆部和未涂布电极活性物质的未涂覆部，所述厚度测量系统具有：

厚度测量传感器，具有设置在所述带状材料的两侧，测量到材料为止的距离的激光传感器，

弹性导辊，设置在所述导辊之间、而且在所述厚度测量传感器的前和/或后，至少表面由海绵状物质构成，该弹性导辊与所述带状材料接触时，由于变形，该弹性导辊的辊面抵接所述涂覆部而对所述涂覆部赋予张力。