JP6065411B2

JP6065411B2 - ロールプレス装置

Info

Publication number: JP6065411B2
Application number: JP2012116688A
Authority: JP
Inventors: 純下泉; 通裕花井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: JP2013240822A

Description

本発明は、一対のローラを備え、該ローラの周面間のギャップに被圧縮物を通してプレスするロールプレス装置に関するものである。

例えば、特開２０００−１３３２５１号公報（特許文献１）には、電極材料をプレスするためのロールプレス装置が記載されている。特許文献１記載のロールプレス装置は、上下に配設された一対のローラと、該ローラを軸芯回りで回動可能に支持するフレームとを備えている。下側のローラは、フレームに対し固定された構造となっており、上側のローラは、フレームに設けられたガイドに沿って液圧シリンダにより上下方向に摺動可能な構造となっている。このような構造のロールプレス装置によれば、液圧シリンダによる予圧の範囲内において電極材料の厚さを薄くする方向に加圧力を加えることができる。

特開２０００−１３３２５１号公報

一般的に、電極材料をプレスするためのロールプレス装置では、数十μｍの電極材料を数十ＴＮの加圧力で±数μｍの精度にプレスする必要がある。ところが、上述の特許文献１記載のロールプレス装置では、液圧シリンダにより上側のローラを上下方向に摺動させて一対のローラの周面間のギャップ長の調整を行い、液圧シリンダによる与圧の範囲内において電極材料の厚さを薄くする方向に加圧力を加える構造である。すなわち、ギャップ調整の方向とプレス荷重の方向が同一方向となる構造であるため、重量が重い一対のローラの周面間のギャップ長を微調整することは困難である。また、液圧シリンダを作動させるポンプや配管等が必要となるため、ロールプレス装置の構成が複雑となる。また、液圧シリンダによる与圧の範囲内において加圧力を加える構造であるため、ストレスパス（力が掛かっている経路）は液圧シリンダからフレームを通って第１および第２ローラに至る長い経路となり、ロールプレス装置が大型化する傾向にある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、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、簡易な構成で小型なロールプレス装置を提供することを目的とする。

（請求項１）本発明のロールプレス装置は、軸同士が平行かつ並列に、周面間にギャップを有して配置された第１および第２ローラと、前記第１および第２ローラを軸回りでそれぞれ回転可能に支持する第１および第２支持部材と、前記第１および第２支持部材の一方を他方に対し、前記第１および第２ローラによる圧縮方向以外の第１方向の移動を許容し、前記第１方向に直交する第２方向の移動を規制するガイド部材と、前記ガイド部材による許容方向に前記第１および第２支持部材の一方を移動させることにより前記第１および第２ローラの周面間の前記ギャップ長を調整するギャップ調整装置と、前記第１および第２ローラをそれぞれ回転駆動し、前記ギャップに通される被圧縮物をプレスする駆動装置と、を備え、前記ギャップ調整装置は、前記第１および第２ローラの一方を前記第１方向へ移動させて、移動させたローラの移動距離によって、前記被圧縮物の圧縮後の厚さに合わせて、前記第１および第２ローラの周面間の前記ギャップ長を調整する。

（請求項２）前記ガイド部材の前記許容方向は、前記被圧縮物の送り方向であるようにしてもよい。

（請求項３）前記ギャップ調整装置は、前記第１および第２ローラの軸がローラ移動前の静止状態での前記第１方向の位置を含まない範囲で、前記第１および第２支持部材の一方を移動させることにより前記ギャップ長を調整するようにしてもよい。

（請求項１）ガイド部材は、第１および第２ローラをそれぞれ支持する第１および第２支持部材の一方を他方に対し、第１および第２ローラによる圧縮方向以外の第１方向の移動を許容し、第１方向に直交する第２方向の移動を規制する。そして、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。例えば、第１および第２ローラが垂直方向（第２方向）に圧縮し、第１支持部材が第２支持部材に対し水平方向（第１方向）に移動すると、そのときの第１および第２ローラの周面間のギャップ長は、第１支持部材（第１ローラ）の移動距離と、第１および第２ローラの周面間の初期のギャップ長と、第１および第２ローラの半径とにより数式で表すことができる。そして、第１支持部材（第１ローラ）の移動距離を横軸、第１および第２ローラの周面間のギャップ長を縦軸にしてグラフで表すと、第１および第２ローラの周面間のギャップ長は、第１支持部材（第１ローラ）の移動距離が増加するにつれて指数関数的に増加する。

ここで、被圧縮物として厚さの薄いフィルム、例えば厚さが数十μｍの電極材料をプレスするとすれば、第１および第２ローラの周面間のギャップ長は数十μｍであるのに対し、第１および第２ローラの半径は数百ｍｍであり、第１支持部材（第１ローラ）を大きく移動させても、第１および第２ローラの周面間のギャップ長の変化量は小さくなる。このようにギャップ調整の方向とプレス荷重の方向が異なる方向となる構造であるため、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り、被圧縮物を高精度な厚さにプレスすることができる。

また、従来必要であった液圧シリンダ、ポンプおよび配管等が不要となるため、ロールプレス装置の部品点数を削減することができロールプレス装置の構成が簡易となる。また、プレス荷重はガイド部材が受ける構造であるため、ストレスパス（力が掛かっている経路）はガイド部材から第１および第２ローラに至る経路となり、従来の液圧シリンダからフレームを通って第１および第２ローラに至る経路よりも短い経路となり、ロールプレス装置を小型化することができる。

（請求項２）ガイド部材は、第１および第２ローラをそれぞれ支持する第１および第２支持部材の一方を他方に対し、被圧縮物の送り方向の移動を許容する。例えば、被圧縮物の送り方向を水平方向に設定すると、第１ローラおよび第２ローラを垂直方向に配置し、第１ローラを第２ローラに対し水平方向に移動可能に構成すればよい。よって、ロールプレス装置の構造はシンプルとなり、装置の小型化をより一層図ることができる。

（請求項３）ギャップ調整装置は、第１および第２ローラの周面間のギャップ長が初期状態である場合を含まない範囲で、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ギャップ長を調整する。第１および第２ローラの周面間のギャップ長が初期状態であるときから、例えば、第１支持部材が第２支持部材に対し一方向に移動すると第１および第２ローラの周面間のギャップ長は次第に大きくなるが、他方向に移動しても該ギャップ長は次第に大きくなる。このため、第１および第２ローラの周面間のギャップ長が初期状態である場合を含む範囲で第１支持部材を一方向および他方向に移動させていると、該ギャップを小さくしているつもりが大きくしてしまうおそれがある。よって、第１および第２ローラの周面間のギャップ長が初期状態である場合を含まない範囲で第１支持部材を一方向および他方向に移動させることにより、該ギャップ長の大きさを確実に調整することができる。

ロールプレス装置をローラの回転軸方向から見た図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。（Ａ）は、第１および第２ローラの周面間のギャップ調整前の初期ギャップ状態を示す図、（Ｂ）は、ギャップ調整後の調整ギャップ状態を示す図、（Ｃ）は、ギャップ間に被圧縮物を通す状態を示す図、（Ｄ）は、ギャップ間から被圧縮物を外すリタイヤ状態を示す図である。第１ローラの移動による第１および第２ローラの周面間のギャップ長の状態を示す図である。第１および第２ローラの周面間のギャップ長と第１ローラの移動距離との関係を示す図である。本実施形態のロールプレス装置のストレスパスを示す図である。従来のロールプレス装置のストレスパスを示す図である。ガイド部材の別例を備えたロールプレス装置を図２に対応させて示す図である。

（１．ロールプレス装置の機械構成）
ロールプレス装置は、数十μｍの電極材料を数十ＴＮの加圧力で±数μｍの精度にプレスするための装置であり、図１及び図２を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、ロールプレス装置１は、第１および第２ローラ２，３と、第１および第２支持部材４，５と、ガイド部材６ａ，６ｂと、ギャップ調整装置７と、駆動装置８とから概略構成される。

第１および第２ローラ２，３は、例えば、ステンレスにより径が数百ｍｍの円柱状に形成されている。第１および第２ローラ２，３の両端面２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂの各中心には、第１および第２ローラ２，３の径より小径のローラ軸２２，３２が貫通して突設されている。第１および第２ローラ２，３は、第１および第２支持部材４，５に収容され、ローラ軸２２，３２同士が平行かつ並列に、ローラ周面２３，３３同士が所定距離のギャップＧをあけて上下に配置されている。第１および第２ローラ２，３は、ローラ周面２３，３３間のギャップＧに通される金属箔の表裏面の少なくとも一方に活物質が塗布された電極材料をプレスする。

第１および第２支持部材４，５は、例えば、ステンレスにより第１および第２ローラ２，３を内部に収容可能な中空箱状に形成されている。第１および第２支持部材４，５の両側面４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂには、第１および第２支持部材４，５内部に収容された第１および第２ローラ２，３のローラ軸２２，３２を嵌合可能なベアリング４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂが嵌合されている。第１および第２支持部材４，５は、ベアリング４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂを介して第１および第２ローラ２，３をローラ軸２２，３２回りでそれぞれ回転可能に支持する。第２支持部材５の上面５１ｃにおける側面５１ａと直角な側面５１ｄ側には、ギャップ調整装置７が取付けられる突設部５３が設けられている。

ガイド部材６ａ，６ｂは、既知のリニアガイドであり、レール状に形成されたベース６１ａ，６１ｂおよびスライダ６２ａ，６２ｂ等を備えて構成されている。ベース６１ａ，６１ｂは、断面形状が略Ｔ字状にそれぞれ形成され、スライダ６２ａ，６２ｂは、断面形状がベース６１ａ，６１ｂの略Ｔ字上部に係合可能な横向きの略Ｃ字状にそれぞれ形成されている。ベース６１ａ，６１ｂは、第１および第２ローラ２，３のローラ軸２２，３２と直角であって第２支持部材５の上面５１ｃの両側縁部にて平行かつ並列にそれぞれ固着されている。

スライダ６２ａ，６２ｂは、ベース６１ａ，６１ｂに内蔵された図略のボールを介してベース６１ａ，６１ｂと係合可能なように、第１および第２ローラ２，３のローラ軸２２，３２と直角であって第１支持部材４の下面４１ｃの両側縁部にて平行かつ並列にそれぞれ固着されている。スライダ６２ａ，６２ｂが固着されている第１支持部材４は、ベース６１ａ，６１ｂが固着されている第２支持部材５に対し、水平方向（圧縮方向以外の第１方向）の移動が許容され、垂直方向（第１方向に直交する第２方向）の移動が規制されている。すなわち、第１支持部材４（第１ローラ２）の移動は、矢印Ｈで示す許容方向（水平方向）に許容され、矢印Ｖで示す規制方向（垂直方向）に規制されている。

ギャップ調整装置７は、ガイド部材６ａ，６ｂによる水平方向に第１支持部材４を移動させることにより第１および第２ローラ２，３のローラ周面２３，３３間のギャップ長を調整する装置であり、ボールネジ機構７１と、モータ７２等とを備えて構成されている。ボールネジ機構７１の第１ナット７１ａは、第１支持部材４の側面４１ａと直角な側面４１ｄに設けられた穴４１ｅに挿入されボルト固定されている。ボールネジ機構７１の第２ナット７１ｂは、第１ナット７１ａと同軸となるように第２支持部材５の突設部５３に設けられた穴５１ｅに挿入されボルト固定されている。ボールネジ機構７１のボールネジ７１ｃは、第１、第２ナット７１ａ，７１ｂに螺合され一端がモータ７２のモータ軸に連結されている。モータ７２は、第２支持部材５の突設部５３にボルト固定されている。

駆動装置８は、第１および第２ギヤ８１，８２と、モータ８３とを備えて構成されている。第１および第２ギヤ８１，８２は、動力伝達用のモジュールの大きなギヤであり、第１および第２ローラ２，３のローラ軸２２，３２に相互に噛合するようにそれぞれ取付けられている。モータ８３は、モータ軸に取付けられたギヤ８４と第２ギヤ８２とが噛合するように第２支持部材５に取付けられている。第１および第２ギヤ８１，８２は、同一歯数に設定され、且つ直接噛合しているため、第１および第２ローラ２，３は、同一周速で反対方向に回転する構造となっている。

（２．ロールプレス装置の動作）
準備工程として、第１および第２ローラ２，３のローラ周面２３，３３間のギャップ長（以下、単にギャップ長という）を電極材料のプレス後の厚さと同一となるように調整する。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ギャップ調整装置７のモータ７２を駆動し、第１支持部材４（第１ローラ２）を第２支持部材５（第２ローラ３）に対し水平方向Ｈに移動させ、第１支持部材４に支持された第１ローラ２のローラ周面２３を第２支持部材５に支持された第２ローラ３のローラ周面２４から離間させる。すると、ギャップ長は、図３（Ａ）に示すように、初期状態ではＴｏであったものが、図３（Ｂ）に示すように、Ｔに増加する。

ここで、図４Ａに示すように、ギャップ長Ｔは、第１支持部材４（第１ローラ２）の移動距離Ｌと、初期のギャップ長Ｔｏと、第１および第２ローラ２，３の半径Ｒとにより次式（１）で表すことができる。
Ｔｎ＝（（２Ｒ＋Ｔｏ）＾２＋Ｌ＾２）＾０．５−２Ｒ・・・（１）

そして、図４Ｂに示すように、第１支持部材４（第１ローラ２）の移動距離Ｌを横軸、ギャップ長Ｔを縦軸にしてグラフで表すと、ギャップ長Ｔは、第１支持部材４（第１ローラ２）の移動距離Ｌが増加するにつれて指数関数的に増加する。このように、ギャップ調整装置７によりギャップ長Ｔを電極材料のプレス後の厚さと同一となるように調整する。

ただし、ギャップ長Ｔが初期状態（Ｔｏ）である場合を含まない範囲で、第１支持部材４を移動させることによりギャップ長Ｔを調整する。ギャップ長Ｔが初期状態Ｔｏであるときから、第１支持部材４が第２支持部材５に対し一方向に移動するとギャップ長Ｔは次第に大きくなるが、他方向に移動してもギャップ長Ｔは次第に大きくなる。このため、ギャップ長Ｔが初期状態である場合を含む範囲で第１支持部材４を一方向および他方向に移動させていると、ギャップ長Ｔを小さくしているつもりが大きくしてしまうおそれがある。よって、ギャップ長Ｔが初期状態Ｔｏである場合を含まない範囲で第１支持部材４を一方向および他方向に移動させることにより、ギャップ長Ｔの大きさを確実に調整することができる。

次に、生産工程として、電極材料をロールプレス装置１に供給してプレスする。具体的には、図３（Ｃ）に示すように、駆動装置８のモータ８３を駆動し、第１および第２ローラ２，３を回転させ、ギャップＧに電極材料Ｅを送り方向Ｓ（この例では、水平方向Ｈ）に送り込む。すると、電極材料Ｅの先端部が逆回転している第１および第２ローラ２，３のローラ周面２３，３３間に引き込まれて圧縮方向Ｐ（この例では、第１ローラ２の中心から第２ローラ３の中心に向かう方向）に圧縮され、電極材料Ｅの厚さは、調整したギャップ長Ｔにプレスされる。そして、所定長の電極材料Ｅのプレスが終了したら、電極材料Ｅをロールプレス装置１から取出す。具体的には、駆動装置８のモータ８３の駆動を停止し、ギャップ調整装置７のモータ７２を再駆動し、第１支持部材４を第２支持部材５に対し送り方向Ｓ（水平方向Ｈ）に移動させる。これにより、図３（Ｄ）に示すように、第１ローラ２のローラ周面２３を第２ローラ３のローラ周面２４から大きく離間させることができるので、電極材料をロールプレス装置１から容易に取出すことができる。

（３．ロールプレス装置の作用効果）
ガイド部材６ａ，６ｂは、第１および第２ローラ２，３をそれぞれ支持する第１支持部材４を第２支持部材５に対し、第１および第２ローラ２，３による圧縮方向以外の第１方向として水平方向の移動を許容し、第１方向に直交する第２方向として垂直方向の移動を規制する。そして、ギャップ調整装置７は、第１支持部材４を移動させることによりギャップ長Ｔを調整する。このロールプレス装置１は、厚さが数十μｍの電極材料をプレスするのでギャップ長Ｔは数十μｍであるのに対し、第１および第２ローラ２，３の半径Ｒは数百ｍｍであり、第１支持部材（第１ローラ）４を大きく移動させても、ギャップ長Ｔの変化量は小さくなる。このようにギャップ調整の方向とプレス荷重の方向が異なる方向となる構造であるため、重量がある第１および第２ローラ２，３の周面２３，３３間のギャップ長Ｔの微調整が容易となり、電極材料を高精度な厚さにプレスすることができる。

また、従来必要であった液圧シリンダ、ポンプおよび配管等が不要となるため、ロールプレス装置１の部品点数を削減することができロールプレス装置１の構成が簡易となる。また、図５Ａに示すように、本実施形態のロールプレス装置１においては、ストレスパス（力が掛かっている経路）Ｓは、プレス荷重Ｐがガイド部材６ａ，６ｂが受ける構造であるため、ガイド部材６ａ，６ｂから第１および第２ローラ２，３に至る点線で示す経路となる。一方、図５Ｂに示すように、従来のロールプレス装置９０においては、ストレスパスＳＳは、液圧シリンダ９１からフレーム９２を通って第１および第２ローラ９３，９４に至る点線で示す経路となる。よって、本実施形態のロールプレス装置１におけるストレスパスＳは、従来のロールプレス装置９０におけるストレスパスＳＳよりも短い経路となり、本実施形態のロールプレス装置１を従来のロールプレス装置９０よりも小型化することができる。

また、ガイド部材６ａ，６ｂは、第１および第２ローラ２，３をそれぞれ支持する第１支持部材４を第２支持部材５に対し、電極材料の送り方向の移動を許容する。電極材料の送り方向は水平方向であるため、第１ローラ２および第２ローラ３を垂直方向に配置し、第１ローラ２を第２ローラ３に対し水平方向に移動可能に構成すればよい。よって、ロールプレス装置１の構造はシンプルとなり、装置の小型化をより一層図ることができる。

（４．ロールプレス装置の別例の機械構成）
図６は、上述のガイド部材６ａ，６ｂとは別例のガイド部材を備えたロールプレス装置を図２に対応させて示す図であり、同一構成部材は同一番号を付してその詳細な説明は省略する。このロールプレス装置９０のガイド部材９ａ，９ｂは、レール状に形成された突設部９１ａ，９１ｂ、係合部９２ａ，９２ｂおよび複数個のころ９３ａ，９３ｂ等を備えて構成されている。突設部９１ａ，９１ｂは、断面形状が矩形状であって、第２支持部材５の両側面５１ａ，５１ｂの上面５１ｃ側の両側縁部に水平方向に延在するようにそれぞれ一体形成されている。

係合部９２ａ，９２ｂは、断面形状が突設部９１ａ，９１ｂと係合可能な略Ｃ字形状であって第１支持部材４の両側面４１ａ，４１ｂの下面４１ｃ側の両側縁部に水平方向に延在するようにそれぞれ一体形成されている。複数個のころ９３ａ，９３ｂは、係合部９２ａ，９２ｂの内側の上下面において第１支持部材４の移動に伴って回転可能に並列配置されている。係合部９２ａ，９２ｂが一体形成されている第１支持部材４は、突設部９１ａ，９１ｂが一体形成されている第２支持部材５に対し、水平方向の移動が許容され、垂直方向、すなわち第１および第２ローラ２，３による圧縮方向の移動が規制されている。

このような構成のロールプレス装置９０によれば、ガイド部材９ａ，９ｂは、第１および第２ローラ２，３をそれぞれ支持する第１支持部材４を第２支持部材５に対し、電極材料の送り方向の移動を許容する。電極材料の送り方向は水平方向であるため、第１ローラ２および第２ローラ３を垂直方向に配置し、第１ローラ２を第２ローラ３に対し水平方向に移動可能に構成すればよい。よって、ロールプレス装置９０の構造はシンプルとなり、装置の小型化をより一層図ることができる。

（５．変形例）
上述の実施形態では、電極材料をプレスするロールプレス装置１について説明したが、フィルム状の被圧縮物をプレスするロールプレス装置であれば同様に適用可能である。また、第１支持部材４（第１ローラ２）を第２支持部材５（第２ローラ３）に対し移動許容・移動規制する構成としたが、第２支持部材５（第２ローラ３）を第１支持部材４（第１ローラ２）に対し移動許容・移動規制する構成としてもよい。また、移動の許容方向を水平方向、移動の規制方向を垂直方向としたが、これらの方向に限定されるものではなく、第１および第２ローラ２，３による圧縮方向、すなわち第１ローラ２の中心から第２ローラ３の中心に向かう方向以外の第１方向の移動を許容し、第１方向に直交する第２方向の移動を規制する構成であればよい。

１，９０：ロールプレス装置、２：第１ローラ、３：第２ローラ
４：第１支持部材、５：第２支持部材、６ａ，６ｂ，９ａ，９ｂ：ガイド部材
７：ギャップ調整装置、８：駆動装置
２２，３２：ローラ軸、２３，３３：ローラ周面、６１ａ，６１ｂ：ベース
６２ａ，６２ｂ：スライダ、７１：ボールネジ機構、７２：モータ
８１：第１ギヤ、８２：第２ギヤ、８３：モータ、Ｔ：ギャップ長
Ｈ：水平方向（第１方向、許容方向）、Ｖ：垂直方向（第２方向、規制方向）
Ｐ：圧縮方向（第１ローラ２の中心から第２ローラ３の中心に向かう方向）

Claims

軸同士が平行かつ並列に、周面間にギャップを有して配置された第１および第２ローラと、
前記第１および第２ローラを軸回りでそれぞれ回転可能に支持する第１および第２支持部材と、
前記第１および第２支持部材の一方を他方に対し、前記第１および第２ローラによる圧縮方向以外の第１方向の移動を許容し、前記第１方向に直交する第２方向の移動を規制するガイド部材と、
前記ガイド部材による許容方向に前記第１および第２支持部材の一方を移動させることにより前記第１および第２ローラの周面間の前記ギャップ長を調整するギャップ調整装置と、
前記第１および第２ローラをそれぞれ回転駆動し、前記ギャップに通される被圧縮物をプレスする駆動装置と、を備え、
前記ギャップ調整装置は、前記第１および第２ローラの一方を前記第１方向へ移動させて、移動させたローラの移動距離によって、前記被圧縮物の圧縮後の厚さに合わせて、前記第１および第２ローラの周面間の前記ギャップ長を調整する、ロールプレス装置。
請求項１において、
前記ガイド部材の前記許容方向は、前記被圧縮物の送り方向であるロールプレス装置。
請求項１又は２において、
前記ギャップ調整装置は、前記第１および第２ローラの軸がローラ移動前の静止状態での前記第１方向の位置を含まない範囲で、前記第１および第２支持部材の一方を移動させることにより前記ギャップ長を調整するロールプレス装置。