JP2014159047A - ロールプレス設備およびそれに用いる厚み計 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ式距離計を用いて帯状材料の厚みを計測するようにしたものにおいて、帯状材料の厚みをより正確に測定することが可能なロールプレス設備およびそれに用いる厚み計を提供する。
【解決手段】レーザ式距離計を用いた厚み計の計測ヘッド２１ｄ，２１ｃ，２１ｗを巾方向に走行させて厚み計測を行い、帯状材料３の巾よりも小さい予め設定した巾の計測値の平均値を帯状材料３の厚み計測値とする。好ましくは、一体走行フレームに複数の計測ヘッド２１ｄ，２１ｃ，２１ｗを固定し、一体フレーム２００を巾方向に走行させて厚み計測を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロールプレス設備およびそれに用いる厚み計に関する。

ロールプレス設備は、リチウムイオン二次電池用電極材料の圧縮加工等に使用されている。材料の圧縮加工後の要求厚み精度は、例えば、±２μｍ程度と厳しく、近年さらに高精度化が望まれている(±1〜２μｍ)。

そのため、圧縮時に材料からうける反力によるロールのたわみを補正して、材料の両エッジ部が中央部付近より薄くなるといった、仕上げ厚みの巾方向にばらつきが発生することを抑制している（例えば、特許文献１）。

また、特許文献２には、多孔質炭素系成形品前駆体シート状物の厚みの均一性を確保しつつ連続的に熱硬化することを可能とするため、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回転ロールと、回転ロールで押圧した後の多孔質炭素系成形品前駆体シート状物の厚みを測定する厚み測定装置を設け、厚み測定装置の測定結果に応じて、回転ロールの押圧の圧力を連続的に調節することが記載されている。厚み測定装置としては、接触式或いは非接触式の測定器が用いられると記載され、また、非接触式の測定方式としては、レーザ式、渦電流式、超音波式などが用いられると記載されている。また、３つの厚み測定器を設け、平均厚みを求めるようにしている。

また、特許文献３には、幅方向の厚みおよび物性が均一である高品質の不織布を効率的に生産するため、熱可塑性不織布ウェブを上下一対の加熱ロールにより熱圧着して不織布を製造するに際し、熱圧着後のシートの幅方向に、少なくとも３ケ所に設けた厚み計でシート厚みを測定して、その測定値を厚み制御ユニットで計算させて、その平均値とのバラツキを該ユニットからロールクリアランス調整装置にフィードバックして連動させることによって、該シート幅方向の厚みを調整することが記載されている。厚み計としては、ＪＩＳ−Ｌ１０８５ダイヤルゲージ法に基づいてＴＥＣＲＯＣ厚み測定器を用いることが記載されている。

また、特許文献４には、冷間圧延時の金属板のエッジドロップを制御する方法が記載されている。金属板の板厚計測として、圧延前の素材プロフィールを測定することが記載され、板幅方向に関して移動可能なＸ線板厚計を用いることが記載されている。

特許第３９３７５６１号公報 特開２００３−５３７５９号公報 特開平７−１８９１３７号公報 特開２０００−７９４１０号公報

ロールプレス設備において、例えば±1〜２μｍ程度の材料の加工精度に対応するためには、材料の厚みをより正確に計測することが重要である。

本発明者等の検討によると、帯状材料の厚みの計測に、帯状材料の上下に計測ヘッドを配置し、上下の計測ヘッドから帯状材料までの距離をそれぞれ計測して帯状材料の厚みを求めるようにした厚み計を用いた場合、計測ヘッドの位置を帯状材料の巾方向に固定して計測すると、正確な厚みを計測できない可能性があることが見出された。

例えば±1〜２μｍ程度の材料の加工精度に対応するため、帯状材料までの距離を計測する計測ヘッドとして、レーザ式距離計等が用いられる。このレーザ式距離計の計測点はφ10〜100μm程度と極めて小さいため、計測ヘッドを固定した計測では、帯状材料の巾方向の厚み偏差があると、偏った厚み計測値を得てしまうことになる。すなわち、特異な点での厚み計測となる。

特に、電極材等、基材となる金属箔集電体などのシートに電極活物質を塗工（塗布）した帯状材料を圧縮加工する場合、塗工は巾方向に長い塗工ヘッドから供給された電極活物質などの材料を基材に塗布するため、流れ方向にスジ状に厚みムラが発生する可能性がある。この厚み斑がある状態で、計測ヘッドを巾方向に固定して計測すると、塗工された帯状材料の厚み特性値としては不十分であり、特異な点での計測となってしまう。また、このような厚み斑がある帯状材料を圧縮加工すると、圧縮加工された帯状材料にも流れ方向にスジ状の厚み斑が残り得るので、計測ヘッドを巾方向に固定して計測した場合には、圧縮加工された帯状材料の厚み特性値としても不十分であり、特異な点での計測となってしまう。

しかしながら、従来、ロールプレス設備においては、計測ヘッドの位置を帯状材料の巾方向に固定して計測することの上述した問題点については考慮されていない。

特許文献２や３においては、巾方向に複数点（３点）において厚みを計測し、それらの平均値から平均厚みを求めるようにしているが、複数の点は巾方向に固定された位置での計測である。このため、厚み計としてレーザ式距離計を用いた場合には、レーザ式距離計の計測点が小さいことを考慮すると、巾方向の複数の点の厚み測定値は、それぞれ特異な点での厚み計測となり得る。特に、巾方向の複数の点の厚みをそれぞれ把握して帯状材料を圧縮加工する場合には、複数の点の厚み特性値としては不十分である。また、レーザ式距離計など高精度な厚み計を用いても、厚み計の性能を十分に活かしきれていないと言える。

また、特許文献４では、圧延前の素材プロフィールを測定して冷間圧延時の金属板のエッジドロップを制御するものであり、素材プロフィールを得るために、Ｘ線板厚計を板幅方向に関して移動可能としているものである。すなわち、特許文献４において、板厚計を移動しているのは、レーザ式距離計のように計測点が小さい計測ヘッドを固定して計測することの問題点（特異な点での厚み計測となること）とは関係がなく、そもそも帯状材料のプロフィールの計測が不要な場合には参考とならない。

本発明の目的は、レーザ式距離計を用いて帯状材料の厚みを計測するようにしたものにおいて、帯状材料の厚みをより正確に測定することが可能なロールプレス設備およびそれに用いる厚み計を提供することにある。

本発明は、レーザ式距離計を用いた厚み計の計測ヘッドを巾方向に走行させて厚み計測を行い、帯状材料の巾よりも小さい予め設定した巾の計測値の平均値を帯状材料の厚み計測値とすることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ式距離計を用いて帯状材料の厚みを計測するようにしたものにおいて、レーザ式距離計の性能を活かして、帯状材料の厚みをより正確に測定することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例における厚み計を模式的に表した図。 本発明の一実施例における厚み計測の様子を説明する図。 本発明の他の実施例における厚み計を模式的に表した図。 本発明の他の実施例における厚み計測の様子を説明する図。 本発明の一実施例であるロールプレス設備におけるロールプレス機本体の正面図。 本発明の一実施例であるロールプレス設備のライン全体図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明が適用されるロールプレス設備の一例を図５及び図６を用いて説明する。

本実施例のロールプレス設備におけるロールプレス機本体は、ロールのたわみを補正するベンド機構を備える。図５に示すように、ロールプレス設備におけるロールプレス機本体は、上ロール１、下ロール２、上ロール及び下ロールをそれぞれ軸支する主軸受を内蔵保持する主軸受箱４、下ロールの主軸受箱に対して荷重を加え、上ロール１と下ロール２の間の材料（帯状材料）３に対するプレス荷重を発生させるプレスシリンダー５を備えている。上ロールの主軸受箱とプレスシリンダーはハウジング（図示省略）により支持されている。上ロールと下ロールにはロール駆動機構(図示省略)がそれぞれ設けられている。また、ロールプレス機本体は、ベンドシリンダー７、ベンド軸受を内蔵保持するベンド軸受箱６からなるロールのたわみ補正を行うベンド機構を備えている。

プレスシリンダー５はロールギャップの調整を行うプレス機構の主構成要素である。プレスシリンダー５は、後述する制御盤からの制御指令により位置制御可能に構成されている。即ち、プレスシリンダーは、内部もしくは外部にマグネスケール等の位置検出機（図示省略）を有し、油圧系にサーボ弁を用いた位置制御可能なシステムが採用されている。

ベンドシリンダー７は、後述する制御盤からの制御指令により加圧力が設定可能となっている。ベンドシリンダーには、圧力設定に比例制御弁（電磁弁）が採用されている。ベンド軸受箱６は主軸受箱４の両外側に設けられている。本実施例のロールのたわみ補正を行うベンド機構は、ベンド突っ張りタイプであり、上ロールのベンド軸受箱と下ロールのベンド軸受箱の間にベンドシリンダー７が設けられ、材料への加工荷重によるロールたわみと逆方向にロールへ荷重をかけてロールのたわみの補正を行っている。図中の矢印は、各シリンダーによる荷重の方向と大きさのイメージしたものである。各シリンダーは油圧を用いている。油圧シリンダーは高い荷重に対応できること、また非圧縮性の流体(作動油)を用いることで安定した加工が行える。

図６は本発明の一実施例であるロールプレス設備のライン全体図を示す。ロールプレス機本体の入り側にはリチウムイオン二次電池電極材などの材料３がコイル状に巻回されたプレス前コイル８を装着する巻出機１２が設けられ、ロールプレス機本体の出側にはプレス後の材料を巻回しプレス後コイル９とする巻取機１３が設けられている。また、ロールプレス機本体の出側にはプレスされた材料３の厚みを計測する厚み計１０が設置されている。

厚み計１０からプレスロール機本体で圧縮加工された材料３の厚み測定値が制御盤１１に入力される。厚み測定値はプレス条件が変更された材料が厚み計１０を通過してからのものが制御盤で取得される。即ち、プレス機本体と厚み計のパスライン長をＬ１、プレス条件変更後の材料送り長さをＬ２とすると、Ｌ２≧Ｌ１の場合に厚み測定値を取得する。

厚み計１０からの厚み測定値に基づき、制御盤１１においてプレスシリンダー位置制御とベンドシリンダー圧力制御の制御値（補正量）を求める演算を行い、制御値がロールプレス機本体に出力され、この制御値によってプレスシリンダーとベンドシリンダーの油圧が制御される。厚み制御は、目標厚み精度（目標厚み範囲）内にしきい値を設定し、厚み計からの厚み測定値が、しきい値を外れた場合に、しきい値内に入るよう、プレスシリンダー位置およびベンドシリンダー圧力を単独又は組み合わせて変更することにより行っている。

本実施例では、厚み計１０は、巾方向において、駆動側(ロール駆動機構がある側)、中央、操作側(ロール駆動機構がない側)の３点で厚みを計測するように構成されている。即ち、駆動側厚みＴｄ，中央部厚みＴｃ，操作側厚みＴｗを得る。そして、厚み制御は、材料の巾方向の全範囲（駆動側、中央、操作側)において目標厚み範囲内の厚さとなるように、複数個所での厚み測定値と目標厚みとの差の状態に応じて、ロールギャップの調整を行うプレス機構とロールのたわみを補正するベンド機構のフィードバック制御を単独又は組み合わせて行う。尚、厚み計測点は、本実施例の厚み制御を行う上では、巾方向に少なくとも２点以上であれば良いが、３点の厚みを計測することが望ましい。

また、厚み計１０は、ライン運転中に材料厚みを連続または断続的に計測できるものが望ましい。厚み計の計測方式としては、材料の両面の位置をレーザセンサにより計測し、それらの位置関係から材料の厚みを計測する（上下のセンサから材料までの距離をそれぞれ計測し、センサ間の距離と計測した距離から厚みを計測する）方法が用いられている。レーザセンサとしては、三角測距レーザ変位センサや同軸共焦点タイプレーザ変位センサなどがある。また、ガイドロール上の材料において、レーザセンサにより材料の上面位置を検出し、また、ガイドロールの位置を磁気センサで検出し、それらの位置関係から材料厚みを計測する方法もある。

次に、図１〜図２を用いて厚み計の一実施例について説明する。

図１に示すように、レーザセンサ（計測ヘッド）２１が、電極材などの材料（帯状材料）３を挟み込むように上下に配置されている。レーザセンサ２１は材料３の巾方向に走行するように構成されている。そして、材料３の巾よりも小さい予め設定した巾における計測値の平均値を材料の厚み計測値とする。この設定巾は、例えば、１０ｍｍ程度とする。すなわち、本実施例では、材料３の全巾における計測値の平均値を厚み計測値とするものではなく、材料３の巾におけるある点に計測点を設け、この計測点を移動させて厚みを計測するようにしたものである。

図６に示した本実施例におけるロールプレス設備では、巾方向の三点における厚み（駆動側厚みＴｄ，中央部厚みＴｃ，操作側厚みＴｗ）を計測している。そこで、本実施例では、図２に示すように、レーザセンサ（計測ヘッド）２１を材料３の巾方向に移動させて厚み計測値を得る。そして、予め設定した三つの測定範囲（駆動側厚み計測範囲ＷＴｄ，中央部厚み計測範囲ＷＴｃ，操作側厚み計測範囲ＷＴｗ）における平均値をそれぞれ駆動側厚みＴｄ，中央部厚みＴｃ，操作側厚みＴｗとするものである。なお、図２において、レーザセンサ（計測ヘッド）２１の走行軌跡を斜めに図示しているが、材料３に対しての相対的な移動を模式的に図示したものである。また、図２は、材料３が電極材の場合を図示している。材料３は、金属箔集電体の基材に電極活物質を塗布したものであり、基材の幅方向の両端には電極活物質の塗布されていない未塗工部があり、そして、その間には、電極活物質が塗布されている塗工部３１がある。本実施例では、塗工部３１における厚みを三点において計測している。基材の厚さは予め分かっているので、材料３の厚さを計測することにより、基材に塗工した電極活物質の厚みも求めることができる。

本実施例によれば、材料の巾方向に塗工厚さ斑など厚み偏差があったとしても、計測値は偏った厚み計測値とはならない。すなわち、厚み斑などの特異な点の厚み計測とはならない。これにより、レーザ式距離計を用いて材料の厚みを計測するようにしたものにおいて、レーザ式距離計の性能を活かして、帯状材料の厚みや塗工厚みをより正確に測定することが可能となる。

次に、図３と図４を用いて厚み計の他の実施例を説明する。

本実施例では、レーザセンサ（計測ヘッド）を複数用意し（駆動側レーザセンサ２１ｄ，中央部レーザセンサ２１ｃ，操作側レーザセンサ２１ｗ）、これら複数のレーザセンサ（計測ヘッド）を一体走行フレーム２００に固定して取り付け、一体走行フレーム２００を材料３の巾方向に走行させるようにしたものである。一体走行フレーム２００の走行巾は、例えば１０ｍｍ程度とする。また、巾方向の速度は、サインカーブとし、計測ヘッドや一体走行フレーム２００に急な加速度を与えないようにしている。従って、レーザセンサ２１ｄ，レーザセンサ２１ｃ，レーザセンサ２１ｗの走行軌跡は、材料３に対しての相対的な移動を模式的に図示すると、図４のようになる。レーザセンサ２１ｄ，レーザセンサ２１ｃ，レーザセンサ２１ｗは、それぞれ、駆動側厚み計測範囲ＷＴｄ，中央部厚み計測範囲ＷＴｃ，操作側厚み計測範囲ＷＴｗにおいて厚み計測を行い、計測値の平均値をそれぞれ駆動側厚みＴｄ，中央部厚みＴｃ，操作側厚みＴｗとする。

本実施例によれば、図１，２の実施例と同様な効果が得られる。また、本実施例では、さらに次の効果が得られる。

レーザセンサ（計測ヘッド）を一つとし、図２に示すように材料３の塗工部の全巾を走行させた場合、走行距離が長くなる。レーザ式センサでは、上下測定ヘッドの軸を数μmの誤差で合わせる必要がある。数μm捩れが発生しないよう、上下測定ヘッドを支持するフレームは、走行時の剛性の確保する必要がある。しかし、走行距離が長くなると剛性の確保は難しくなる。そこで、本実施例では、一体走行フレームに、測定ヘッドを３点設置し、巾方向の走行距離を短くしている。これにより、レーザ式距離計の性能を活かして、帯状材料の厚みや塗工厚みをより正確に測定することが可能となる。

上述の実施例では、操作側、中央、駆動側の３点における厚みを求めるようにしているが、これに限定されるものではない。本発明は、少なくとも一つの計測点を定め、予め設定した走行巾（測定対象の材料または測定対象の巾よりも小さい巾）の測定値の平均値を厚み計測値とするものを含むものである。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。

１…上ロール、２…下ロール、３…材料（電極材など）、３ａ…基材、３ｂ…電極活物質、４…主軸受箱、５…プレスシリンダー、６…ベンド軸受箱、７…ベンドシリンダー、８…プレス前コイル、９…プレス後コイル、１０…厚み計、１１…制御盤、１２…巻出機、１３…巻取機、２１，２１ｄ，２１ｃ，２１ｗ…レーザセンサ（計測ヘッド）、３１…材料塗工部、３２…材料未塗工部、２００…一体走行フレーム。

Claims (6)

1. 帯状材料を圧縮加工するロールプレス機本体を備えたロールプレス設備であって、
   前記ロールプレス機本体の下流側に配置され、前記ロールプレス機本体で圧縮加工された帯状材料の厚みを計測する厚み計を備え、
   前記厚み計は、レーザ式距離計を用いた厚み計であり、計測ヘッドを巾方向に走行させて厚み計測を行い、前記帯状材料の計測対象巾よりも小さい予め設定した巾における計測値の平均値を帯状材料の厚み計測値とすることを特徴とするロールプレス設備。
2. 請求項１において、
   前記予め設定した巾は複数であることを特徴とするロールプレス設備。
3. 請求項１において、
   前記厚み計は、一体走行フレームに前記計測ヘッドを複数固定したものであり、前記一体走行フレームを前記帯状材料の巾方向に走行させて、前記複数の計測ヘッドにより前記予め設定した複数の巾における厚み計測を行うことを特徴とするロールプレス設備。
4. 請求項３において、
   前記予め設定した複数の巾は、前記帯状材料の駆動側、中央部、操作側の３か所に設定されていることを特徴とするロールプレス設備。
5. 請求項４において、
   前記ロールプレス機本体のロールのたわみを補正するベンド機構を備え、
   前記厚み計からの厚み測定値に基づき、前記ロールプレス機本体のロールギャップの調整を行うプレス機構と前記ベンド機構のフィードバック制御を単独又は組み合わせて行うことを特徴とするロールプレス設備。
6. 帯状材料を圧縮加工するロールプレス機本体を備えたロールプレス設備に用いられる厚み計であって、
   前記帯状材料の両側に設置され前記帯状材料までの距離を計測するレーザセンサを、前記帯状材料の巾方向に複数備え、
   前記複数のレーザセンサは一体走行フレームに固定されており、
   前記一体走行フレームを前記帯状材料の巾方向に走行させて、前記走行させた範囲における前記複数のレーザセンサの測定値の平均値を、前記複数のレーザセンサのそれぞれの厚み計測値とすることを特徴とするロールプレス設備に用いられる厚み計。

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