JP2019102172A

JP2019102172A - しわ発生防止装置を備えたロールプレス機とロールプレス方法

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Publication number: JP2019102172A
Application number: JP2017229196A
Authority: JP
Inventors: 勝彦箭内; Katsuhiko Yanai; 茂森; Shigeru Mori
Original assignee: ONO ROLL KK
Current assignee: ONO ROLL KK
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-24
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP7041886B2

Abstract

【課題】電極板の塗工部と未塗工部でロールプレス作業により生ずる、しわの発生を抑えるしわ発生防止装置を備えたロールプレス機を提供する。【解決手段】活物質が塗工された電極板の塗工部は上下一対のプレスロールでロールプレスされ、活物質が塗工されていない未塗工部はしわ発生防止装置により、径差を有する圧延ロールにより圧延され、電極板の塗工部と未塗工部での金属箔の伸びの差を無くしてしわの発生を抑える。該圧延ロールは補強ロールを介して支持され、不連続にある未塗工部を均一な押圧力で延伸可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は複数条の活物質が塗工された電極板をプレスするロールプレス機に於いて、ロールプレス機に設けられたしわ発生を防止する装置に関する。

特許文献１に示されるように、ロールプレス後の塗工部の長さと未塗工部の長さを同じにするために、プレスロール機の入側に未塗工部のみを延伸する加工ロールを配置し、未塗工部に加工ロールを押しつけ、加工ロールの表面に作られた微小な凹凸段差により、未塗工部に凹凸段差を転写することが述べられている。

特許文献２には、電極板をロールプレスするために、プレス用ロール位置を電極板の移動方向にずらして配置され、さらにプレス用ロールが塗工部のみをプレス可能なよう分割したプレス用ロールを持つ電極板プレス装置が提案されている。電極板の移動方向にずらして配置されたプレス用ロールの間に未塗工部のみをプレス可能なガイドローラを配置し、未塗工部のしわ発生を防ぐことが述べられている。

特許文献３には、電極材料の搬送方向に間隔を置いて配置されたガイドロール間で張力がかかった電極材料の未塗工部のみ押し付けロールを押し付けて、未塗工部を延伸させ、その後に、電極材料をロールプレスし、さらにその後未塗工部を延伸させることが記載されている。

特許文献４には、プレスロール入側に未塗工部の一部を圧延可能な圧延リングを有する圧延ロールが配置され、塗工部に隣接エリアを圧延する補助圧延ロールが配置され、塗工部と未塗工部での伸びの差を少なくすることが可能なロールプレス機が提案されている。

特許文献５には、一方のプレスロールに細い径の作業ロールを押し当て、プレスロールと作業ロール間で電極板の未塗工部のみを押圧、延伸させ塗工部と、未塗工部の金属箔の伸び量の差を無くすことが記載されている。

特開２０１２−７９５９２公報特開２００８−２２６５０２公報特開２０１４−２２０１１３公報特開２０１７−８４５４５公報特許６０２７７０１号公報

リチウムイオン電池は、アルミや銅の素材でできた金属箔の表面に電気エネルギーを溜めることが可能なリチウム金属などの活物質を長手方向に複数条塗工して作られている。活物質を複数条塗工された電極板は電池として組み立てられたとき通電端子部となる未塗工部を有している。電極板は幅方向に塗工部と未塗工部を帯状に有しているので、塗工部と未塗工部を同時にプレスロールでプレスすると、塗工部が上下プレス用ロールに挟まれ活物質と金属箔が薄くなり、長手方向により長く延伸する。しかし、未塗工部は厚みが塗工部より薄いので、プレス用ロールに接することが出来ないので、押圧されない。その為、長手方向へ延伸することがないので、電極板は幅方向の帯状に延伸して長くなった部分と延伸せず長さが変わらない部分が同居する。塗工部の延伸した部分と未塗工部の延伸しない部分の境界部に伸びの違いによるしわが表れる。発生したしわにより、搬送、巻取りの工程において、深いしわや割れに発展し、搬送巻取りが出来なくなる恐れがある。この課題を解決するために種々の方法が提案されて来た。

特許文献１の手段を用いると、未塗工部分をプレスする専用の加工ロールを配置し、その加工ロール表面には凹凸の段差を付けて未塗工部に押し当て、未塗工の金属箔に凹凸段差で伸びを与えようとするものである。金属箔の厚みは１０から２０ミクロンと薄いので、加工ロール表面に付ける凹凸も金属箔に穴や割れを発生させないためには、凹凸量を微細にする必要がある。さらに、微細に加工した凹凸を上下加工ロールでプレスするには、凹凸の位置を正確に合わせないと、上下の凹凸が干渉する恐れがある。１０から２０ミクロンの金属箔を専用のプレス機で凹凸の模様を付ける場合でも、高精度な金型が必要となる。

特許文献２の手段を用いると、特許文献１と同じように、未塗工部を専用にプレスするガイドロールが配置されている。このガイドロールは電極板を外側に引っ張る力を発生させる目的で、電極板の移動方向に対し、θ度傾けて配置することが提案されている。つまり左右のガイドロールは独立して回転軸心を持ち、金属箔をプレスする構造となっている。この場合、左右のガイドロールの押しつけ力に差が生ずると、金属箔の厚みが薄いので伸びの差により電極板が曲がり、蛇行が発生する恐れがある。特許文献３は、電極板に張力を掛けておいて、押し付けロールを電極板の未塗工部のみに押し当て、塗工部と未塗工部で張力差を与えて未塗工部のみに塑性伸びが生ずることを期待している。金属箔が１０ミクロンから２０ミクロンと大変薄いので、張力を大きくして未塗工部を伸ばそうとすると、金属箔の端部から割れが入り、破断する恐れがある。

特許文献４は、補助圧延ロールを配置して圧延することで塗工部と未塗工部で伸びの差を減少させ、しわの発生を抑えることが述べられている。張力を大きくして未塗工部を伸ばそうとすると、金属箔に割れが入り、破断する恐れがある。

特許文献５は、プレスロールと作業ロールの太い径の部分で電極板の未塗工部を挟み、押圧することで未塗工部を延伸させることが可能となる。この延伸により、プレスロールと未塗工部の金属箔が強く接触するので、プレスロールの表面に前記接触による光沢が生じ、当該光沢が電極板表面に転写する恐れがある。

本発明は、上記の問題を鑑み、極薄い金属箔に活物質を一つもしくは複数条塗工した電極板をロールプレスするに適し、ロールプレス時に電極板に生成される張力を均一にして塗工部と未塗工部の伸びの差に起因するしわの発生を抑える機能を持ち、プレストール光沢が生じることがなく、もって当該光沢が電極板表面に転写する恐れのないロールプレス機とその制御方法を提供することを課題とする。

本発明は具体的には、金属箔に活物質を塗工した塗工部と金属箔に活物質が塗工されていない未塗工部とを有するコイル状の電極板を、電極板の両側にそれぞれプレスロールが配置された一対のプレスロールを備えたロールプレス機において、
一対のプレスロールに並置され、電極板の両側にそれぞれ圧延ロールが配置された一対の圧延ロールを有し、
前記一対の圧延ロールの一方もしくは双方の圧延ロールは、未塗工部に対抗するロール部分と塗工部に対抗するロール部分とからなり、未塗工部に接するロール部分のロール径が塗工部に接するロール部分のロール径よりも大径に形成され、該大径のロール部分が未塗工部の圧延に供され、小径ロール部分が塗工部に面接触して圧延に供されず、
一対のプレスロールを中心として、一対の圧延ロールの外側に配置され、電極板を一対の圧延ロール間に案内する案内ロールを有し、
前記案内ロールは前記一対の圧延ロールの入側、出側両方又はどちらか一方に形成され、前記圧延ロールが、該電極板と圧延に供される圧延接触幅よりも長く面接触するように、該電極板を前記案内ロールから供給する位置が一対の前記圧延ロールの接触位置から上下方向いずれかにずれて配置されることを特徴とするロールプレス機を提案する。

本発明は上述されたロールプレス機において、しわ発生防止装置に用いられる圧延ロールは大径ロールと小径ロールの一対のロールで構成され、前記大径ロールはロール軸方向に径の違いによる段差のない形状を有し、他方の前記小径ロールは未塗工部に接する部分の前記圧延ロールのロール径が塗工部と接する当該部分のロール径より太い形状を有し、前記小径ロールはＶ字型に配置された補強ロールで支持され、前記小径ロールは前記補強ロール上をロール軸方向に摺動可能な機構を有していることを特徴とするロールプレス機を提案する。

本発明は上述されたロールプレス機において、一対のプレスロールに並置され、電極板の両側にそれぞれ圧延ロールが配置されたしわ発生防止装置はプレスロールと電極板に塗工された活物質を加熱するロール間に配置されることを特徴とするロールプレス機を提案する。

本発明は上述されたロールプレス機において、プレスロール機内にプレスロールの他に該未塗工部のみを押圧可能な２本の圧延ロールからなるしわ発生防止装置が配置され、前記圧延ロール間の押圧力を測定するセンサーと目的の押圧力に調整可能な制御手段を有し、前記電極板の未塗工部に加える押圧力を制御することで、該塗工部の伸びと該未塗工部の伸びとの差を制御出来ることを特徴とするロールプレス機によるロールプレス方法を提案する。

本発明は上述されたロールプレス機によるロールプレス方法において、プレスロールの出側に測定器を設置し、前記測定器により基準点から電極板表面までの距離を測定し、測定値からしわの発生状態を算出し、前記電極板の該未塗工部に加える押圧力を制御し、該塗工部の伸びと該未塗工部の伸びとの差を制御出来ることを特徴とするロールプレス機によるロールプレス方法を提案する。

本発明によれば、ロールプレス機に配置された大径の一対のプレスロールとは別に、ロールプレス機内に設けられた一対の圧延ロール間で未塗工部の金属箔のみを挟み、一方の圧延ロールと電極板を面接触させながら延伸させ、大径の一対のプレスロールで塗工部の金属箔に与えた延伸量と同じにすることが出来、電極板の塗工部と未塗工部での伸びの不均一が原因で生ずるしわの発生を解消出来る。

このように、本発明によれば、極薄い金属箔に活物質を一つもしくは複数条塗工した電極板をロールプレスするに適し、ロールプレス時に電極板に生成される張力を均一にして、塗工部と未塗工部の伸びの差に起因するしわの発生を抑える機能を持ち、プレストール光沢が生じることがなく、もって当該光沢が電極板表面に転写する恐れのないロールプレス機とその制御方法を提供することができる。

しわ発生防止装置の有するロールプレス設備の全体概要を示す図である。複数条の活物質をストライプ状に塗工した電極板の例を示す図である。活物質をストライプ状に塗工した電極板の他の例を示す図である。補強ロールを配置しないしわ発生防止装置のロール配置の例を示す図である。図４に示すしわ発生防止装置の構造を示す図である。補強ロールを配置しない場合の圧延ロールのたわみの例を示す図である。補強ロールを配置した場合のしわ発生防止装置のロール配置の例を示す図である。図７に示すしわ発生防止装置の構造を示す図である。上圧延ロールの昇降の例を示す図である。電極板と上圧延ロールが面接触する通板状態を示す図である。電極板と上圧延ロールが線接触する通板状態を示す図である。電極板と上圧延ロールが面接触する通板状態を立体的に示す図である。電極板と上圧延ロールが面接触する通板状態を立体的に示す図である。電極板の張力によるしわ発生状態を模擬的に示す図である。電極板の張力により生じたしわと未塗工部の状態を模擬的に示す図である。電極板に発生したしわ状態を模擬的に示す図である。電極板の蛇行と下圧延ロールの位置関係の例を示す図である。電極板の端部位置測定の例を示す図である。電極板予熱ロールを持つロールプレス設備の全体概要を示す図である。基準点から電極板表面までの距離測定を模擬的に示す図である。図１９を側面から見た模式図である。塗工部と未塗工部の伸びの違いによる電極板の平面状態を模式化した図である。図２２のＣ−Ｃ断面図である。塗工部の伸びが未塗工部の伸びより大きい時の状態を示す模式図である。未塗工部の伸びが塗工部の伸びよりも大きい時の状態を示す模式図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の一実施例であるロールプレス設備の全体概要を示す。

図２は、２条の活物質をストライプ状に塗工した電極板３００の例を示す図である。図２（ａ）は、平面を示し、図２（ｂ）は、電極板３００の断面を示す。

これらの図面において、ロールプレス機１００の入側にはリチウムイン電池電極板３００がコイル状に巻かれたプレス前のコイルを装着するコイル巻出し機１５１が設けられ、ロールプレス機１００の入側には電極板３００をロールプレス機１００へスムースに通板する為の案内ロールとして、何本かのガイドロール１５３が配置されている。同様に出側にもガイドロール１５３が配置されている。ロールプレス機１００の出側にはロールプレス後の電極板３００をコイル状に巻き取るコイル巻き取り機１５２が設けられている。通板時、蛇行や巻きずれなどが発生しないよう、電極板３００を一定の張力に制御するダンサーロール１５４が配置され、コイル巻出し機１５１、ロールプレス機１００、コイル巻き取り機１５２間の張力を制御している。

一対の垂直方向配置のプレスロールを中心として、一対の圧延ロール２０１，２０２の外側に配置され、電極板を一対の圧延ロール間に案内する案内ロール１５３が配置される。

ロールプレス機１００には一対のプレスロール１０１を備え、金属箔３０１表面に活物質３０２が塗工された電極板３００を上下プレスロール１０１間で加圧しながら通過させ、活物質３０２の圧縮加工を行う。ロールプレス機１００には上下プレスロール１０１間の押圧力を制御する圧下装置１０３とプレスロール１０１を保持する軸受箱１０４と押圧力を支えるハウジング１０５が備えられている。

そして本実施例では、プレスロール１０１とロールプレス機１００入側の案内ロール間に、電極板３００の未塗工部３０１を延伸するしわ発生防止装置２００が設置されている。しわ発生防止装置２００の詳細については後述する。

電極板３００は、一例としてリチウムイオン電池のものを例示するが、帯状の金属箔３０１（アルミ箔、銅箔等）の表面に図２に示すように、活物質３０２を形成する２条の活物質３０２ａ、３０２ｂをストライプ状に塗工する。未塗工部３０１は電池に組み立てられる過程で通電端子部になるので活物質３０２は塗工されず、金属箔３０１が露出している。活物質３０２が２条の活物質３０２ａ、３０２ｂの場合は、電極板３００が、電極板３００の端部に形成された端部未塗工部３０１ａ、３０１ｂと中央部に形成された中央部未塗工部３０１ｃを備える。図２（ｂ）に示す電極板３００の断面図では厚みを持って記載してあるが、金属箔３０１の厚みは１０から２０ミクロン程度であり、塗工部の厚みは上下の活物質と金属箔３０１の厚み全体でプレス前は２００から２５０ミクロン程度で、プレス後は１００から１４０ミクロン程度になる。

図３は、活物質をストライプ状に塗工した電極板の他の例を示す図である。図３（a）は電極板３００が、電極板３００の端部に形成された端部未塗工部３０１a,３０１bと中央部に形成された中央部未塗工部３０１ｄ、３０１eを備える例を示す。図３（b）は、電極板３００が、電極板３００の端部に形成された端部未塗工部３０１a、３０１ｂを備え、中央部に中央部未塗工部がない例を示す。

リチウムイオン電池の材料となる電極板３００は電池の形状や電池メーカーの要望で条数、活物質３０２の塗工幅は変わるので、未塗工部３０１のロール軸方向の位置もそれにより変化する。

塗工部と未塗工部を有する電極板３００を上下プレスロール１０１により圧縮加工した場合には、解決しようとする課題の欄で記述したように、活物質３０２を塗工した金属箔３０１に集中的に圧縮荷重がかかり、塗工部の金属箔３０１が延伸し、未塗工部は延伸しない。電極板３００の幅方向でロールプレスによる伸びの差が生じ、しわやそりが発生する。特にこのしわが、電極板３００を巻き取り機１５２で巻き取る際、破断や巻き取り不良などの原因となる。

本実施例では、以下述べるしわ発生防止装置２００をロールプレス機１００内に備えることで、容易に未塗工部３０１を延伸させることが出来、しわの発生を抑えることが可能となる。

２条の活物質３０２ａ、３０２ｂをストライプ状に塗工された電極板３００をプレスするケースを例に、しわ発生防止装置２００の主な構成要素を説明する。

しわ発生防止装置２００は一対のプレスロール１０１とは別に、２本の圧延ロール２０１、２０３を持ちプレスロール１０１とガイドロール１５３の間に配置される。２本の圧延ロール２０１、２０３は電極板３００の未塗工部３０１のみ挟み、押圧し、延伸させる。電極板３００の上側にはロール軸方向に段差のない円柱状の形状を有する上圧延ロール２０３及び電極板３００の下側にはロール軸方向で径差を有する下圧延ロール２０１が配置されている。

下圧延ロール２０１は上圧延ロール２０３に比較し細いロールで出来ており、径の太い部分２０１ａと径の細い部分２０１ｂを備える。細いロールを使用する理由は、厚みが極薄い金属箔３０１を圧延するには一般的に細い径のロールで押し込まないと、金属が延伸しないことによる。電極板３００を構成する金属箔３０１の厚みは１０から２０ミクロンと極薄いので、下圧延ロール２０１はロール径が１００ｍｍ以下の外形を有するロールを用いる。更に、少ない押圧力で金属箔３０１を延伸させるには３０ｍｍから５０ｍｍ程度の硬質ロールを使用するのが適している。

図４、図５は、上圧延ロール２０３より細いロール径を有する下圧延ロール２０１で未塗工部３０１を延伸させるしわ発生防止装置２００の実施例を示す。

上圧延ロール２０３と下圧延ロール２０１で電極板３００の未塗工部３０１を挟み、電極板３００の未塗工部３０１を延伸させ、塗工部３０２を延伸させないためには、未塗工部３０１と接する部分だけ下圧延ロール２０１のロール径を塗工部３０２と当該する部分より太い径にする。塗工部３０２と面接触しない部分２０１ｂは未塗工部３０１に対峙し、接する径の太い部分２０１ａより若干細い。

下圧延ロール２０１の両端にロールを回転自在に支持する軸受箱２０４を配置し、軸受箱２０４をシリンダー２０８などの押圧装置で上下移動可能とし、上圧延ロール２０３と下圧延ロール２０１に挟まれた未塗工部３０１を目的の押圧力で金属箔３０１を延伸させる。

より少ない押圧力で未塗工部３０１を延伸させるには、下圧延ロール２０１の外形寸法が３０ｍｍから５０ｍｍ程度のより細いロールを用いることが有利である。

しかし、電極板３００の幅が広がってくると、下圧延ロール２０１も電極板３００の幅に合わせ長くする必要があり、目的の押圧力が上下圧延ロール間に与えられると、下圧延ロール２０１が容易に撓む。

図６は、両端が支持された細い圧延ロール２０１がたわみ状態を示す図である。細い圧延ロール２０１で電極板３００の未塗工部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを押圧すると、上下ロール間に異なった隙間（Ｇ）が生じ、未塗工部３０１を同じ長さに延伸させることが出来ない。

図７、図８は、細い下圧延ロール２０１を用いた場合に、たわみを発生させず、常にロール軸芯の真直度を保つことが出来るしわ発生防止装置２００の実施例を示す。

図７に示す様に、押圧力で下圧延ロール２０１が撓まないようにするために下圧延ロール２０１の下側にＶ字型に一対の補強ロール２０２が配置され、下圧延ロール２０１が補強される。このときに、太い径部２０１ａが補強ロール２０２に接する。一対の補強ロール２０２は、補強ロール２０２を受けるように配置された軸受２０４により支持される。軸受２０４は可動フレーム２０５にしっかりと取り付けられている。下圧延ロール２０１の胴部をＶ字方向から支える補強ロール２０２を備えたことで、細い下圧延ロール２０１を用いた場合に、たわみを発生させない。

図８の様に、軸受２０４が取り付けられた可動フレーム２０５は、油圧シリンダー２０８のピストンの先に載置され、油圧シリンダー２０８と可動フレーム２０５間にはロードセル２１２が取付けられ、上下圧延ロール２０１，２０３間で発生している押圧力が正確に測定される。油圧装置２１６から供給された油圧力を比例電磁減圧弁２１５で制御し、未塗工部３０１に目的の伸びが発生するよう油圧シリンダー２０８の押圧力を制御する。押圧力の制御は、油圧力に限定せず、目的の押圧力に制御できればエアーあるいは電動式による制御であってもよい。

可動フレーム２０５が油圧シリンダー２０８の動作で上下にスムースに摺動するようにするため、摺動ロッド２０９と直動ベアリング２１３が固定フレーム２０６に組み込まれ、直動ベアリング２１３が可動フレーム２０５を支持する。そして、油圧シリンダー２０８は操作側、駆動側をつなぐ固定フレーム２０６に取り付けられ、固定フレーム２０６はハウジング１０５にしっかりと取り付けられている。

上圧延ロール２０３と下圧延ロール２０１が電極板３００の未塗工部３０１を挟み、目的の押圧力を発生させるために、一定の位置に固定された状態で、油圧シリンダー２０８の押圧力を支える必要がある。その為には、上圧延ロール２０３を回転自在に支持する軸受箱２０３１をハウジング１０５に固定することが考えられる。

しかし、図２、図３で示すように塗工部３０１が１条、２条、３条と条数が異なったケースに変わったり、電極板３００の幅が異なったケースに変わったりする。このため、幅方向の未塗工部３０１の位置も異なった位置に変化する。未塗工部３０１の位置が異なった位置に変化すれば、未塗工部３０１の位置と下圧延ロール２０１の太い径部２０１ａの位置を合わせるため、下圧延ロール２０１を交換する必要がある。その為に、図９の様に上作業ロール２０３をシリンダー２０７により上方へ移動し、下圧延ロール２０１をしわ発生防止装置２００の外側に取り出すスペースを確保する必要がある。上圧延ロール２０３を大きく持ち上げることで、図９に示すように、下圧延ロール２０１の取り外しが容易になるとともに、電極板３００の先端をプレスロール１０１へ通過させるにも有効である。

上記で述べた様に、下圧延ロール２０１を交換時、上圧延ロール２０３と下圧延ロール２０１の平行度、水平度を短時間に合わせる必要がある。Ｖ字型配置の補強ロール２０２上に下圧延ロール２０１を載せるとロール同士が接触し、補強ロール２０２の軸芯に下圧延ロール２０１の軸芯が倣い、位置決めされる。補強ロール２０２の上に交換される新下圧延ロール２０１を載せるだけで、交換前の旧下圧延ロール２０１と同じ状態を再現できるので上圧延ロール２０３との平行度、水平度調整が不要になる。

上圧延ロール２０３は全体を通し円筒形状なので、電極板３００の塗工部３０２の幅や条数に影響されず、同じ上圧延ロール２０３で未塗工部３０１を圧延に使用出来る。

図８に示すように、塗工部３０２と未塗工部３０１の境界で１００μ程度の段差が生ずるが金属箔３０１が延伸され伸びるので、問題とはならない。上圧延ロール２０３に径差の無いロールを用いることで、電極板３００の塗工部３０２の位置が変わっても、細い下圧延ロール２０１の交換のみで未塗工部３０１を延伸させることが出来る。

図８にて上圧延ロール２０３を昇降させる機構を説明する。上圧延ロール２０３はロールの両端部に自在に回転可能な軸受箱２０３１を持ち、軸受箱２０３１を上下に移動可能とするシリンダー２０７が配置されている。軸受箱２０３１の上下動を支持する摺動ガイド２０３２と上圧延ロール２０３を摺動の下限位置で位置決めするストッパー２０３３が設けられる。下圧延ロール２０１はストッパー２０３３でプレスロール１０１と水平になる様、固定される。

図１０は、電極板と上圧延ロールが面接触する通板状態を示す図である。

上述したように、上圧延ロール２０３で電極板３００を圧延する高さはプレスロール１０１のプレス位置より低い位置して、ストッパー２０３３で固定する。

プレスロール１０１とガイドロール１５３間の電極板３００を上圧延ロール２０３で押し下げ、上圧延ロール２０３のロール外周下部が円弧状に電極板３００と面接触させる。上圧延ロール２０３のロール外周下部が円弧状に電極板３００と面接触するように上圧延ロール２０３の位置を決める。

このように、案内ロールが前記一対の圧延ロールの入側、出側両方又はどちらか一方に配置され、一対の圧延ロールと前記案内ロールとの水平方向からずれた配置関係が、前記他方の圧延ロールに、すなわち上圧延ロール２０３に電極板を面接触させることになる。

一対の垂直方向に配置のプレスロールに並置され、電極板の両側にそれぞれ圧延ロールが垂直方向に配置された一対の圧延ロールを有し、前記一対の圧延ロールの一方は、未塗工部に対抗するロール部分と塗工部に対抗するロール部分とからなり、該大径のロール部分は、未塗工部に接するロール部分のロール径が塗工部に接するロール部分のロール径よりも大径に形成されて、該大径のロール部分が未塗工部の圧延に供され、他方の圧延ロールが円筒形状をなし、小径ロール部分が塗工部に面接触して圧延に供されず、一対のプレスロールを中心として、一対の圧延ロールの外側に配置され、電極板を一対の圧延ロール間に案内する案内ロールを有し、前記案内ロールが前記一対の圧延ロールの入側、出側両方又はどちらか一方に配置され、一対の圧延ロールと前記案内ロールとの水平方向からずれた配置関係が、前記他方の圧延ロールに、該電極板を面接触させる。

入側に設けたガイドローラ１５３から送り出された電極板３００は上圧延ロール２０３外周下部の一定範囲に巻き付き、上圧延ロール２０３と電極板３００は面接触し、同期しながら電極板３００は出側へ移動する。次に電極板３００は上圧延ロール２０３から離れ、プレスロール１０１へ送り出される。Ｌ１は電極板３００の上圧延ロール２０３と面接触を始める入側端位置を示し、Ｌ２は電極板３００が上圧延ロール２０３と面接触を終了する出側端位置を示す線である。Ｌ１，Ｌ２間で上圧延ロール２０３の外周円弧と電極板３００が常に面接触し、電極板３００に与えられた張力で上圧延ロール２０３に密着する。上圧延ロール２０３と入側に設けたガイドロール１５３の外周は共に段差のない円筒形状なので、図１２に示す様に、上圧延ロール２０３と入側のガイドロール１５３間に働く張力は電極板３００にロール軸方向に均一な張力を発生させる。

図１１は、電極板と上圧延ロールが線接触する通板状態を示す図である。

上述したように、上下プレスロール１０１の接触点、上下圧延ロール２０３、２０１の接触点、入側に設けたガイドローラ１５３上面の高さが一致するように配置された状態で上下圧延ロール２０３、２０１間に電極板３００を挟み、電極板３００を水平、一直線に移動させながら延伸、プレスを行った場合について、以下説明する。

下圧延ロール２０１は未塗工部３０１と接触する部分は太い径部２０１ａであるが、塗工部３０２と当該する部分は細い径部２０１ｂある。

図１３の様に、太い径部２０１ａと上圧延ロール２０３で未塗工部３０１を挟み、張力を電極板３００の入出方向に掛けると、ロールと電極板３００が線接触するＬ３線上で、太い径部２０１ａと細い径部２０１ｂで張力差が生ずる。この張力差により図１４に示す様な深いしわが下圧延ロール２０１の径差がある部分から発生する。

図１５に示す様に、このしわにより電極板３００の両端部の未塗工部３０１がロール軸方向の中央部に引き寄せられる。その為、電極板３００両端部の未塗工部３０１と塗工部３０２の境界部分で圧延されない範囲、非圧延範囲が発生する。非圧延範囲は延伸されないので、金属箔３０１に伸びが発生しない。その為、プレスロール１０１で塗工部３０２をプレスした後、図１６に示す様に、塗工部３０２と未塗工部３０１の伸びの長さを一致させることが出来ず、電極板３００の塗工部３０２と未塗工部３０１両方にしわが残る。

図１２を用いて述べたように、電極板３００を上圧延ロール２０３の外周円弧に巻き付けた場合は電極板３００と上圧延ロール２０３が接するＬ１位置で段差が無いので、ロール軸方向で電極板３００に均一な張力が発生する。Ｌ１からＬ２までの電極板３００と上圧延ロール２０３の面接触範囲は張力差が発生しないので、電極板３００にしわが発生しない。そのため、しわの影響で、電極板３００の未塗工部３０１がロール中央部に引き寄せられることは無いので、非圧延範囲が発生しない。上下圧延ロール２０１、２０３で未塗工部３０１を延伸させ、プレスロール１０１で塗工部３０２をプレスした後、塗工部３０２と未塗工部３０１の伸びの長さを一致させ、しわ発生を防止することが出来る。

上下圧延ロール２０１，２０３とプレスロール１０１間でも上述した原因により、図１１の様なロール配置の場合、しわが発生する。このしわにより、プレスロール１０１の入側で電極板３００が折れ曲がったりし、プレス作業不良の原因になる恐れがある。

電極板３００は入側から出側へプレスされながら移動するが、同時にロール軸方向へも移動量は少ないが移動する。これは一般的に蛇行と言われている。しわ発生防止装置２００で蛇行が生ずると、図１７に示すように、下圧延ロール２０１の太い径部２０１ａが塗工部３０２へ乗り上がってしまい、未塗工部３０１を適正な押圧力で延伸出来なくなる。この課題を解決するために、図８の様に下圧延ロール２０１の両端部に偏芯を有する円板２１０を配置し、この円板２１０を減速機の付いたモーター２１１で回転させ、偏芯量を変化させ、下圧延ロール２０１を軸方向に移動可能とする。下圧延ロール２０１の左右に円板２１０を取り付けることで、下圧延ロール２０１をＶ字型配置の補強ロール２０２上を左右に移動可能とする。回転するＶ字型配置の補強ロール２０２上を滑らせるので、摺動抵抗も小さく、下圧延ロール２０１をロール軸方向に小さな力で移動させることが出来る。尚、上圧延ロール２０３は円筒形状なので、電極板３００が蛇行してもロール軸方向に移動する必要はない。

電極板３００の蛇行量を正確に把握しないと、下圧延ロール２０１を移動すべき位置が分からない問題が発生する。その為、ロールプレス機１００のセンターと電極板３００のセンターのずれを正確に把握するため、しわ発生防止装置２００の入側に図１８に示す様な電極板３００の端部を基準から正確に測定する端部位置センサー１５６を配置する。

端部位置センサー１５６はハウジング１０５などの基準体にフレーム１５６２を取り付け、そのフレーム１５６２の先端近傍に取り付けられる。端部位置センサー１５６からレーザー光１５６１（レーザー光に限定されない。）を照射して電極板３００の端部を非接触で認識し、その情報を制御装置PLCへ送る。送られた情報から、図８にある減速機の付いたモーター２１１を回転し、偏芯のある円板２１０を回転し、下圧延ロール２０１を摺動させ、電極板３００の未塗工部３０１と太い径部２０１ａが一致するように制御する。

図１９に示す様に、ロールプレス設備においてロールプレス機１００の入側に電極板３００をプレス加工し易くする目的で電極板加熱ロール１０２が配置される。電極板加熱ロール１０２は、電極板３００をＳ字に曲げながら１５０度から２００度程度まで加熱する。電極板３００を加熱しながら通板することで電極板３００の活物質３０２を柔らかくし加工し易くしている。電極板加熱ロール１０２は同時に上下圧延ロール２０１，２０３へ電極板３００を案内する案内ロールの役割も担っている。

このようにしわ発生防止装置２００を備えたロールプレス設備が電極板加熱ロール１０２を備えた場合、電極板加熱ロール１０２でＳ字に１５０度から２００度程度まで加熱しながら通板し、しわ発生防止装置２００で電極板３００の未塗工部３０１を延伸させ、しわの発生を防止させる。このようにすることで、蛇行などが発生を防止しやすくなる。

しわ発生防止装置２００の設置場所がプレスロール１０１の前に限定されるわけではなく、プレスロール１０１の出側に配置しても電極板３００の未塗工部３０１を延伸させ、塗工部３０２と未塗工部３０１の金属箔の圧延による伸びを一致させることは出来る。この場合、プレスロール１０１の出側にしわ発生防止装置２００を設置するとプレスロール１０１の点検作業時、作業性が低下する恐れが生じるので、しわ発生防止装置２００はプレスロール１０１と電極板加熱ロール１０２の間に配置するのが望ましい。

上記において、上下圧延ロール２０１、２０３で挟み、未塗工部３０１を延伸することで、塗工部と未塗工部の伸びの差に起因するしわや波うちの発生を抑える機能を説明してきた。ロールプレス後、電極板３００に伸びの差を発生させない為には、下圧延ロール２０１の押圧力を適正に制御し、未塗工部３０１の伸び量を塗工部３０２の伸び量と一致させ、しわの発生を完全に抑えることが出来るようにすればよい。この両方の伸び差を無く手段について以下説明する。

第一の手段として、図７に示す様に、油圧装置２１６から送られた油圧を使い、しわ発生防止装置２００内に組み込まれた油圧シリンダー２０８の油圧力を比例電磁減圧弁２１５で制御し、塗工部と未塗工部の伸びの差が出ない押圧力に制御する手段が用いられる。

油圧シリンダー２０８で発生した押圧力をロードセル２１２で連続的に測定し、目的の押圧力で未塗工部３０１が延伸されていることを確認する。押圧力の設定は未塗工部３０１の幅や位置やプレスロール１０１出側で目視確認から決められる。押圧力を測定する手段として、ロードセル２１２では無く、油圧シリンダー２０８に油圧力を計測するセンサーを取り付け、圧力から押圧力を求めても良い。

押圧力を発生する手段として、油圧力に限定されず、エアー力や電動式でも目的の押圧力になるよう制御可能な手段を採用すれば、塗工部３０２、未塗工部３０１の延びの差を無くすことが可能となる。

第二の手段として、塗工部３０２と未塗工部３０１のしわの発生状況を目視判断ではなく、測定器１５５で計測する手段を設けて制御する手段が用いられる。

図１及び図２０、２１を用いて、測定器用いた押圧力制御方法について説明する。測定器１５５は、高精度に非接触で距離計測が可能な装置であり、ガイドロール１５３上部のハウジング１０５に固定された基準レール１５５２に締結、配置され、取り付けられた基準レール１５５２から電極板３００までの距離を連続的に測定する。図２０の様に測定器１５５から電極板３００までレーザー光１５５１を照射し、塗工部と未塗工部の複数の点を瞬時に測定する。非接触式であれば、測定はレーザー光１５５１に限定されるものでは無い。図示されないが測定されたデータは測定器１５５から制御装置などに伝送され、電極板３００の形状が認識される。測定中に電極板３００が搬送移動することで、上下に振れたりして、測定結果に外乱を与える恐れがある。その為、図２１に示す様に、電極板３００をガイドロール１５３で下から抑え、上下の振れが発生しない状態で距離を測定する。

未塗工部３０１の伸び量が塗工部３０２の伸び量より少ない場合は、塗工部３０２に図２２、図２３の様な波うちの形状が残るので、電極板３００が後方へ移動すると、基準点から電極板３００表面までの距離が変化する。測定された距離の変化量が大きい場合は大きな波うちが残り、変化量が小さくなれば波うちは小さいと判断される。塗工部３０２の測定器１５５の距離変化が無くなれば、未塗工部３０１と塗工部３０２の伸び量の差が解消し、電極板３００とガイドロール１５３が全幅に渡り密着接触したと判断できる。

逆に、塗工部３０２の伸び量より未塗工部３０１の伸び量が大きくなれば、塗工部３０２はガイドロール１５３とぴったりと接触する。図２（ａ）の未塗工部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃには波うちが現れ、未塗工部３０１の上部に取り付けた測定器１５５の測定値が変化する。塗工部３０２上部に取り付けた測定器１５５に距離の変化がなく、未塗工部３０１上部の測定器１５５に変化が出る場合は、未塗工部３０１の延伸量が大き過ぎると判断できる。
未塗工部３０１と塗工部３０２の延びの測定情報から、油圧シリンダー２０８の油圧力を比例電磁減圧弁２１５で制御し、塗工部と未塗工部の伸びの差が出ない押圧力に制御する。

次に、図２４、図２５を用いて、電極板３００形状を面で測定する第３の手段を説明する。

測定器１５５の距離測定を一方方向ではなく、図２４に示す様に、回転ポリゴンミラーなどを利用し、ガイドロール１５３軸方向に一定範囲のスキャニングで、基準点からの距離を計測する。電極板３００は測定しながら後方に移動するので、ジグザクに計測された基準点からの距離により、フラットな状態から、凸部の量を演算する。演算結果から電極板３００の面での、塗工部と未塗工部の伸びの差を判断する。

図２４は塗工部３０２の伸びが未塗工部３０１の伸びより大きい時の状態を示す模式図である。

図２５は未塗工部３０１の伸びが塗工部３０２の伸びよりも大きい時の状態を示す模式図である。

図２４、図２５では測定器１５５が２個配置されているが、１個の測定器１５５で全幅のスキャンが可能であれば、１個の測定器１５５でも問題ない。
第２の実施例と同様に、未塗工部３０１と塗工部３０２の延びの測定情報から、油圧シリンダー２０８の油圧力を比例電磁減圧弁２１５で制御し、塗工部と未塗工部の伸びの差が出ない押圧力に制御する。

１００…ロールプレス機、１０１…プレスロール１０２…電極板加熱ロール、１０５…ハウジング、１５１…コイル巻出し機、１５２…コイル巻き取り機、１５３…ガイドローラ、１５５…測定器、２００…しわ発生防止装置、２０１…下圧延ロール、２０２…補強ロール、２０３…上圧延ロール、２０４…軸受、２０５…可動フレーム、２０６…固定フレーム、２０７…シリンダー、２０８…油圧シリンダー、２０９…摺動ロッド、２１０…偏芯円板、２１１…モーター、２１２…ロードセル、２１３…直動ベアリング、２１５…比例電磁減圧弁、３００…電極板、３０１…金属箔（未塗工部）、３０２…活物質（塗工部）、

Claims

金属箔に活物質を塗工した塗工部と金属箔に活物質が塗工されていない未塗工部とを有するコイル状の電極板を、電極板の両側にそれぞれプレスロールが配置された一対のプレスロールを備えたロールプレス機において、
一対のプレスロールに並置され、電極板の両側にそれぞれ圧延ロールが配置された一対の圧延ロールを有し、
前記一対の圧延ロールが、未塗工部に対抗するロール部分と塗工部に対抗するロール部分とからなり、該大径のロール部分は、未塗工部に接するロール部分のロール径が塗工部に接するロール部分のロール径よりも大径に形成されて、未塗工部の圧延に供され、他方の圧延ロールが円筒形状をなし、
一対のプレスロールを中心として、一対の圧延ロールの外側に配置され、電極板を一対の圧延ロール間に案内する案内ロールを有し、
前記案内ロールが前記一対の圧延ロールの入側、出側両方又はどちらか一方に配置され、
一対の圧延ロールと前記案内ロールとの水平方向からずれた配置関係が、前記他方の圧延ロールに、該電極板を面接触させること
を特徴とするロールプレス機。
請求項１に記載されたロールプレス機において、しわ発生防止装置に用いられる圧延ロールは大径ロールと小径ロールの一対のロールで構成され、前記大径ロールはロール軸方向に径の違いによる段差のない形状を有し、他方の前記小径ロールは未塗工部に接する部分の前記圧延ロールのロール径が塗工部と接する当該部分のロール径より太い形状を有し、前記小径ロールはＶ字型に配置された補強ロールで支持され、前記小径ロールは前記補強ロール上をロール軸方向に摺動可能な機構を有していることを特徴とするロールプレス機。
請求項１に記載されたロールプレス機において、前記しわ発生防止装置が、一対のプレスロールに並置され、プレスロールと電極板に塗工された活物質を加熱する加熱ロール間に配置されることを特徴とするロールプレス機。
請求項１に記載されたロールプレス機によるロールプレス方法において、前記圧延ロール間の押圧力を測定するセンサーと目的の押圧力に調整可能な制御手段を備え、前記電極板の未塗工部に加える押圧力を制御することで、該塗工部の伸びと該未塗工部の伸びとの差を制御することを特徴とするロールプレス機によるロールプレス方法。
請求項４に記載されたロールプレス機によるロールプレス方法において、プレスロールの出側に測定器を備え、前記測定器により基準点から電極板表面までの距離を測定し、測定値からしわの発生状態を算出し、前記電極板の該未塗工部に加える押圧力を制御し、該塗工部の伸びと該未塗工部の伸びとの差を制御することを特徴とするロールプレス機によるロールプレス方法。