JP2014173996A - ロールプレス設備に用いられるロールの形状測定方法およびロールプレス設備用ロール形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロールプレス設備に用いられるワークロールの形状変化をより正確に把握することが可能なロール形状測定方法およびロール形状測定装置を提供する。
【解決手段】ロール１，２の温度変化による変形とロール１，２への荷重による変形に分けてロール変形量を把握する。ロール１，２を上下に配置し、垂直方向に荷重を加えるロールプレス設備の場合、ロール１，２の形状を水平方向と垂直方向の２方向から計測し、ロール１，２の温度変化による変形とロール１，２への荷重による変形に分けてロール変形量を把握する。また、ロール変形量は、ロールプレス設備の起動時または条件変化前を基準値とし、ロールプレス設備稼働中の計測値を、基準値と比較することにより求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極材、樹脂等成形用のロールプレス設備に用いられるロールの形状測定方法およびロールプレス設備用ロール形状測定装置に関する。

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)。したがって、その加工を行うワークロールにおいては、加工精度を確保するために、高精度な仕上げ加工（円筒度、真円度、振れ）を行っている。

また、材料からの反力や熱膨張により、ワークロールの形状は変形し、この変形に対して何も対応しないと材料の加工精度を悪化させるため、加工中のワークロールを高精度に維持するよう、各種の工夫（たわみ補正機構、ロール内部の均温化）を行っている。しかしながら、ロールプレス設備では、ワークロールの形状を実測している例は無い。

鋼板等を圧延する圧延機において、圧延に伴うロール摩耗量を把握してロール研削するために、オンラインでロール形状を計測することが行われている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１には、ロール組替後圧延に入る前にロール表面までの距離を計測し、圧延に入った後にロール表面までの距離を計測し、それらの計測値を比較しその差によりロールの形状を測定するロール形状測定方法・装置が記載されている。特許文献２には、回転中のロールの軸方向と平行に移動可能に配置した砥石台に設けたロール形状検出器及び基準位置検出器で基準位置に対するロール表面の周方向及びロール軸方向のロール形状を検出し、この検出結果であるロール周方向の同一角度位置のロール軸方向のロール形状をロール１周分について周方向での検出間隔に応じてロール表面の展開状態で画像表示し、この画像表示結果に基づきロール表面状態を検知するようにしたことが記載されている。

特開昭５９−１０８０３号公報 特開平０５−１５４５１６号公報

特許文献１や２に記載の圧延機においては、ロール摩耗によるロール表面の変形を平坦化するため、砥石によりロール表面を研削するためにロール形状を測定するものである。特許文献２では、ロール表面に生じた焼付きずやロール表面の剥離等の大きさやその発生位置等を把握するため、ロール表面の周方向のロール形状を検出することも記載されているが、ロール形状は水平方向から検出するようにしている。

一方、ロールプレス設備においては、例えば、±２μｍ程度の加工精度が要求されるものであり、圧延機におけるロール摩耗によるロール表面の大きな変化ではなく、ロールのたわみによる形状変化やロールの熱膨張による形状変化を把握することが重要となる。このようなロールの形状変化を水平方向からの検出することのみではロールの形状変化を正確に把握することはできない。ロールの形状変化を正確に把握することにより、ロールプレス設備におけるワークロールのより高精度な管理が可能となる。従来、ロールプレス設備においては、ロールのたわみによる形状変化やロールの熱膨張による形状変化を把握することが行われていない。

本発明の目的は、ロールプレス設備に用いられるワークロールの形状変化をより正確に把握することが可能なロール形状測定方法およびロール形状測定装置を提供することにある。

本発明は、ロールの温度変化による変形とロールへの荷重による変形に分けてロール変形量を把握するようにしたことを特徴とする。

また、ロールを上下に配置し、垂直方向に荷重を加えるロールプレス設備の場合、ロールの形状を水平方向と垂直方向の２方向から計測し、ロールの温度変化による変形とロールへの荷重による変形に分けてロール変形量を把握する。

また、ロール変形量は、ロールプレス設備の起動時または条件変化前を基準値とし、ロールプレス設備稼働中の計測値を、基準値と比較することにより求める。

本発明によれば、ロールプレス設備に用いられるワークロールの形状変化をより正確に把握することが可能となり、ロールプレス設備におけるワークロールのより高精度な管理が可能となる。

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。

本発明の実施例においてロール形状を計測するための計測センサーの配置と走査方向を説明するための図である。 本発明の実施例においてロール形状の計測値からロール変形量を求める方法を説明するための図である。 本発明のロール形状測定装置が用いられるロールプレス設備におけるロールプレス機本体の構成例を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

先ず、図３を用いて本発明が適用されるロールプレス設備におけるロールプレス機本体の一例を説明する。

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。ロールプレス機本体は、上ロール（上ワークロール）１、下ロール（下ワークロール）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、制御盤（図示省略）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、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。

ロールプレス設備は、図示を省略するが、ロール機本体以外に、ロールプレス機本体の入り側に設けられリチウムイオン二次電池電極材などの材料がコイル状に巻回されたプレス前コイルを装着する巻出機、ロールプレス機本体の出側に設けられプレス後の材料を巻回しプレス後コイルとする巻取機、ロールプレス機本体の出側に設けられプレスされた材料の厚みを計測する厚み計などが設置されている。

次に、図２を用いて本実施例におけるロール形状測定装置の構成を説明する。

先ず、高精度なロール管理が必要とされるロールプレス設備において考慮すべき形状変化について説明する。

（ロールの形状変化要因）
ロールの形状変化には、（１）ロールの温度変化による形状変化（サーマルクラウン）と、（２）ロールへの荷重による形状変化（ロールのたわみ）が含まれる。

（１）ロールの温度変化による形状変化（サーマルクラウン）
ロールの温度変化要因としては、ロールを加熱することによる温度変化と、軸受け内部の発熱がロールに熱伝達することによる温度変化がある。
ロールの加熱は、プレス加工を行う際に材料を加熱しながらプレス加工を行う場合、ロール内部に加熱媒体を供給することにより行われる。このような意図的な加熱によりロール形状変化が起こる。
また、軸受け内部の発熱は、回転による内部摩擦やグリースの攪拌により発生し、ロールプレス設備の運転時間の経過とともにロール側に熱伝達する。

（２）ロールへの荷重による形状変化
ロールへの荷重としては、ロールの自重と、材料に与える加圧力(加工力)を与えるためのプレス荷重と、その際に材料から受ける反力等が含まれる。ロールは自重により撓み、また、材料へのプレス時に材料から受ける反力などによって撓む。

本実施例では、このようなロール形状変化を、ロールの形状を水平方向と垂直方向の２方向から計測し、これらの計測値に基づいて、ロールの温度変化による変形（熱膨張による変形）とロールへの荷重による変形（たわみによる変形）に分けてロール変形量を把握する。

（計測センサー）
計測センサーは、渦電流式、レーザー式、マグネスケール等が用いられ、ロール表面までの距離を計測することにより、ロールの表面形状を計測する。1〜数μmの変化を計測可能なものであれば良く、計測方式は限定されない。また、計測センサーの分解能は0.1μm以下程度のものが望ましい。

レーザー式計測センサーとしては、三角測距レーザー変位センサーや同軸共焦点タイプレーザー変位センサーなどがある。

（計測センサー配置構成）
本実施例では、ロールの形状を水平方向と垂直方向の２方向から計測するため、図１に示すように、計測センサー１０，１１を設けている。図１において右側はロールの側面図、左側はロールの断面図を示す。

計測センサー１０はロール断面においてロールの荷重方向Y軸上に設置されている。Y軸はロールの荷重に対して曲がる方向でもある。また、荷重方向が垂直の場合、Y軸は垂直方向でもある。本実施例では荷重方向が垂直方向としている。計測センサー１１はロール断面の水平方向X軸上に設置されている。

計測センサー１０，１１は、それぞれZ軸方向（ロールの巾方向）に走行させながら計測する。計測センサー１０，１１は、計測ヘッドが走行フレーム（図示省略）上を走行する。走行フレームは変形しないような剛体で作成される。また、走行フレームはロール機本体のハウジング（図示省略）に取り付けられている。これらにより、計測ヘッドがX軸またはY軸方向に変位しないようにしている。そして、計測センサー１０，１１の計測値は、Z軸方向の位置とともに出力される。これらの計測値は、CPUやメモリを内蔵する演算装置（図示省略）に送信される。

なお、上下方向が図面のような配置の場合、図１は上ロール１に対する計測センサーの配置を示す。下ロール２に対する計測センサーの配置は図１を上下反転した配置構成となる。

（計測方法）
ロール変形量はロールプレス設備起動時または条件変化前に計測した計測値を基準値とし、ロールプレス設備の稼働中に計測した値を、基準値と比較することにより求める。このように基準値と比較して変形量を求めるのは、巾方向（Z軸方向）に走行させるレールを真直ぐに構成するのが難しく、X軸、Y軸方向に曲がっている場合には、規準値（初期状態）からの変化量として計測した方がより正確に計測することができるからである。このように基準値と比較して変形量を求めるようにすることにより、レールの加工・設置が容易となる。なお、ここで条件変化とは、プレス荷重やベンド荷重（プレスシリンダー５やベンドシリンダー７による荷重）、ロール加熱温度（加熱媒体の温度）やプレス加工による各部（軸受等）の発熱状態、材料巾（荷重巾）等の何れかまたは全てが変化する場合を意味する。これらの条件が変化する前の測定値を基準値とすることにより、これらの条件の何れかまたは全てが変化したことによるロールの変形量への影響をより正確に把握することができる。

以下、計測方法を詳細に説明する。
（１）ロールプレス設備起動時または条件変化前にロール形状を計測する（基準値計測）。これは、規準温度（常温等）、ロール自重のみの荷重におけるロール形状計測するもので、このときの計測値を規準値とする。
（1-X） Z軸方向に計測センサー１１を走行させ、X軸方向（水平方向）のロール形状（センサーからロール表面までの距離）を計測する。計測範囲は、図１に示すように、A点からB点までとする。この計測範囲は材料３の巾と同じかそれよりも広い範囲としている。計測値は、X軸方向における、常温で、プレス荷重や反力による影響の無い状態におけるロール形状を示すものであり、基準となるロール形状を示す。
（1-Y） Z軸方向に計測センサー１０を走行させ、Y軸方向（荷重方向）のロール形状（センサーからロール表面までの距離）を計測する。この計測値は、同様に、Y軸方向における規準となるロールの形状を示す。
（２）ロールプレス設備稼働後、プレス荷重や反力を受けたときのロール形状を計測する。
（2-X-1） Z軸方向に計測センサー１１を走行させ、X軸方向（水平方向）のロール形状（センサーからロール表面までの距離）を計測する。
（2-Y-1） Z軸方向に計測センサー１０を走行させ、Y軸方向（荷重方向）のロール形状（センサーからロール表面までの距離）を計測する。
（2-X-2） （2-X-1）の計測値と（1-X）の計測値との差をとる。X軸方向には荷重による変形がないとみなされるので、この差は、熱変形（温度変化）による形状変化量（変形量）として把握される。例えば、図３に示すように、計測値から基準値を引いた値が、上側に記載した変形量を示すことになる。
（2-Y-2） （2-Y-1）の計測値と（1-Y）の計測値の差をとる。この差は、ロール温度変化が無ければ、プレス荷重などによる変形量（たわみ）として把握される。
（2-Y-3） （2-Y-2）の計測値と（2-X-2）で求めた値の差をとる。この差は、ロール温度変化がある場合、熱変形による変形の影響を取り除いた、プレス荷重などによる変形量（たわみ）として把握される。

このように、荷重方向が垂直方向のように水平方向で無い場合、水平方向と、荷重方向（本実施例では垂直方向）の２方向からのロール形状を計測し、これらの計測値を用いることにより、熱膨張による変形とプレス荷重などによるたわみ変形を分けて把握することができる。したがって、従来、把握することができなかったロール変形量を正確に把握することができ、より高精度なワークロールの管理（例えば、ロール変形を考慮した高精度ロール加工）を行うことができる。

上述の実施例では、荷重方向が垂直方向の場合について説明したが、荷重方向が水平方向の場合（一対のロールを水平配置したロールプレス設備）にも本発明を適用することができる。この場合、X軸上（水平方向）のみへの計測センサー設置でロール形状を計測することができる。また、この場合、X軸はロールの荷重に対して曲がる方向でもある。この場合の計測方法について説明する。
（１）基準値計測は、次のように行う。
（1-X） Z軸方向に計測センサー１１を走行させ、X軸方向（水平方向）のロール形状（センサーからロール表面までの距離）を計測する。この計測値は、X軸方向における、常温で、プレス荷重や反力による影響の無い状態におけるロール形状を示すものであり、基準となるロール形状を示す。
（２）ロールが温度変化した後のロール形状を計測する。
（2-X-1） Z軸方向に計測センサー１１を走行させ、X軸方向（水平方向）のロール形状（センサーからロール表面までの距離）を計測する。
（2-X-2） 2-X-1の計測値と1-Xの計測値との差をとる。この差は、熱変形（温度変化）による形状変化量を示す。
（３）ロールプレス設備稼働後、プレス荷重や反力を受けたときのロール形状を計測する。
（3-X-1） Z軸方向に計測センサー１１を走行させ、X軸方向（水平方向）のロール形状（センサーからロール表面までの距離）を計測する。
（3-X-2） （3-X-1）の計測値と（2-X-2）で求めた値の差をとる。この差は、熱変形による変形の影響を取り除いた、プレス荷重などによる変形量（たわみ）として把握される。

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）、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、１０，１１…計測センサー（距離計）。

Claims (5)

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に用いられるロールの形状測定方法であって、
   ロールの温度変化による変形とロールへの荷重による変形に分けてロール変形量を把握することを特徴とするロールプレス設備に用いられるロールの形状測定方法。
2. 請求項１に記載のロールプレス設備に用いられるロールの形状測定方法において、
   前記ロール機本体がロールを上下に配置し、垂直方向に荷重を加えるようにしたロールプレス設備であり、
   ロールの形状を水平方向と垂直方向の２方向から計測し、ロールの温度変化による変形とロールへの荷重による変形に分けてロール変形量を把握することを特徴とするロールプレス設備に用いられるロールの形状測定方法。
3. 請求項２に記載のロールプレス設備に用いられるロールの形状測定方法において、
   前記ロール変形量は、前記ロールプレス設備の起動時または条件変化前の測定値を基準値とし、ロールプレス設備稼働中の計測値を、前記基準値と比較することにより求めることを特徴とするロールプレス設備に用いられるロールの形状測定方法。
4. 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ロール形状測定装置であって、
   前記ロールプレス機本体のロール断面から見て水平方向に配置され、ロール巾方向に走行可能な、ロール表面までの距離を計測する第1の計測センサーと、前記ロールプレス機本体のロール断面から見て荷重方向に配置されロール巾方向に走行可能な、ロール表面までの距離を計測する第2の計測センサーと、前記第1の計測センサーと第2の計測センサーからの出力を受信してロール変形量をロールの温度変化による変形とロールへの荷重による変形に分けて演算する演算装置とを有することを特徴とするロールプレス設備用ロール形状測定装置ロールプレス設備に用いられるロール形状測定装置。
5. 請求項４に記載のロールプレス設備用ロール形状測定装置において、
   前記演算装置は、ロールプレス設備の起動時または条件変化前の測定値を基準値とし、ロールプレス設備稼働中の計測値を前記基準値と比較することロール変形量を求めることを特徴とするロールプレス設備用ロール形状測定装置。

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