(57)【要約】【課題】混合により製造された負極ゲルを容器内部に貯めることなく、その状態を安定に保ちながら連続的に効率良く脱泡する。【解決手段】ゲル製造工程により得られた負極ゲルを減圧容器３０内部に連続的に落下させるとともに、その容器３０内部でほぼ水平に回転する円盤４０に衝突させて容器３０側部の内壁面３４に飛散させ、その内壁面３４に沿って流下するゲルを漏斗状部３６に集めて、その漏斗状部３６の下部からポンプ３８により連続的に吸引排出させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛粉、ゲル化剤、電解液またはその成分を中心とする負極ゲル成分の混合処理により製造された負極ゲルを脱泡処理してアルカリ乾電池用のゲル状亜鉛負極を得る負極ゲル製造方法において、ゲル製造工程により得られた負極ゲルを減圧容器内部に連続的に落下させるとともに、その容器内部でほぼ水平に回転する円盤に衝突させて容器側部の内壁面に飛散させ、その内壁面に沿って流下するゲルを漏斗状部に集めて、その漏斗状部の下部からポンプにより連続的に排出させることを特徴とする負極ゲル製造方法。
【請求項２】
減圧容器内部で回転する円盤が、逆傘状、傘状、または周縁部が立上がった盆状であるとともに、その円盤が、（１）少なくとも回転面に多数の穴を有する、（２）少なくとも回転面に多数のスリットを有する、（３）回転面または回転面と周縁部がネット状となっている、のいずれかであることを特徴とする請求項１の負極ゲル製造方法。
【請求項３】
減圧容器内壁面および減圧容器内部で回転する円盤の少なくとも表面部が、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイドで形成されていることを特徴とする請求項１または２の負極ゲル製造方法。
【請求項４】
亜鉛粉、ゲル化剤、電解液またはその成分を中心とする負極ゲル成分の混合処理により製造された負極ゲルを脱泡処理してアルカリ乾電池用のゲル状亜鉛負極を得る負極ゲル脱泡装置において、減圧容器と、この減圧容器内に投入されて落下させられる負極ゲルを飛散させて減圧容器の内壁面へ衝突させる回転円盤と、減圧容器の内壁面を流下した負極ゲルを集める漏斗状部と、この漏斗状部の下部から負極ゲルを排出するポンプとを備えたことを特徴とする負極ゲル脱泡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜鉛粉、ゲル化剤、電解液またはその成分を中心とする負極ゲル成分の混合処理により製造された負極ゲルを脱泡処理してアルカリ乾電池用のゲル状亜鉛負極を得る負極ゲル製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアルカリ乾電池用負極ゲルは、亜鉛粉やゲル化剤等の負極原料と電解液を適宜の順序で大きな混合容器（ミキサ）に投入し、その容器の中で混合してゲル化するバッチ方式で製造されていた。この場合、混合により製造された負極ゲルは無数の細かい気泡を含んでいる。このゲルをアルカリ乾電池のゲル状亜鉛負極として安定に使用できるようにするためには、その気泡を取り除く脱泡処理を行わなければならない。
【０００３】
上述したバッチ方式の場合、密閉式の容器の中で混合してゲル化した後、その容器内部を減圧して脱泡を行っていた。または、容器内に投入された被混合材料を減圧下で混合し、その混合によるゲル化の後、さらに減圧して脱泡を行っていた。いずれの場合も、所定量のゲルを密閉容器の中に貯めた状態で、その容器内部を減圧することにより脱泡を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術には次のような問題のあることが本発明者によってあきらかにされた。
すなわち、上述したバッチ方式では、混合容器の容積を大きくすることで一度に多量の材料をゲル化して脱泡することができるが、その分、製造した負極ゲルが使用されるまでの保管時間が長くなる。つまり、大きな容器の中でゲル化および脱泡された多量の負極ゲルは、乾電池製造工程で使用されるまでの保管期間が必然的に長くなる。このため、貯蔵設備が別途必要になるとともに、貯蔵管理の煩わしさが介在する。負極ゲルは保管中にゲルの硬さや密度が変化するため、保管中の特性変化による工程トラブルや電池性能のバラツキあるいは低下が生じやすい。
【０００５】
また、一度に多量のゲルを脱泡処理すると、泡の吹き出しによる減圧ポンプのトラブルが生じやすい。このトラブルを防止するためには時間をかけて脱泡する必要があるが、そうすると、ゲル製造量と脱泡処理量にアンバランスが生じて、ゲル製造効率が低下してしまう。つまり、脱泡工程が負極ゲル製造の効率を低下させるボトルネックとなってしまう。さらに、上述したバッチ処理では、一度の処理量いわゆる処理ロットに適性量があって、少量のロットでは製造効率が低下するため、細かい仕様変更には対応しにくいという問題もあった。
【０００６】
本発明は以上のような問題を鑑みてなされたものであって、その目的は、混合により製造された負極ゲルを容器内部に貯めることなく、その状態を安定に保ちながら連続的に効率良く脱泡することを可能する技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段は、亜鉛粉、ゲル化剤、電解液またはその成分を中心とする負極ゲル成分の混合処理により製造された負極ゲルを脱泡処理してアルカリ乾電池用のゲル状亜鉛負極を得る負極ゲル製造方法において、ゲル製造工程により得られた負極ゲルを減圧容器内部に連続的に落下させるとともに、その容器内部でほぼ水平に回転する円盤に衝突させて容器側部の内壁面に飛散させ、その内壁面に沿って流下するゲルを漏斗状部に集めて、その漏斗状部の下部からポンプにより連続的に排出させることを特徴とする。
【０００８】
上記手段によれば、混合により製造された負極ゲルを容器内部に貯めることなく、その状態を安定に保ちながら連続的に効率良く脱泡することができる。これにより、貯蔵設備や貯蔵管理を不要あるいは簡単にすること、細かい仕様変更にも柔軟に対応できるようにすること、そして、電池性能の安定化または向上に寄与する良質な負極ゲルを提供することが、それぞれ可能になる。
【０００９】
上記手段においては、減圧容器内部で回転する円盤が、逆傘状、傘状、または周縁部が立上がった盆状であるとともに、その円盤が、（１）少なくとも回転面に多数の穴を有する、（２）少なくとも回転面に多数のスリットを有する、（３）回転面または回転面と周縁部がネット状となっている、のいずれかであることが望ましい。
【００１０】
また、減圧容器内壁面および減圧容器内部で回転する円盤の少なくとも表面部が、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイドで形成されていることが一層好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法の実施に適した連続脱泡装置２０の実施形態を示す。同図に示す装置２０は円筒状の側胴部を有する減圧容器３０を用いて構成されている。この減圧容器３０は、側部が円筒状に形成されるとともに、下部が漏斗状に形成されている。容器３０内部は適宜の減圧ポンプ（図示省略）により常時減圧されるようになっている。
【００１２】
減圧容器３０の上面部中央付近にはストレート状の投入管３２が直立状態で取り付けられている。この投入管３２は、上端が漏斗状に開いていて、ここから被処理原料である負極ゲルが連続的に投入されるようになっている。投入管の下端は減圧容器３０内部に入り込み、下方を向いて開口している。
【００１３】
減圧容器３０内部には、ほぼ水平に回転する円盤４０が軸支されている。この回転円盤４０は、容器３０上部に配設したモータ４２の回転軸に軸結されて所定速度で回転駆動されるようになっている。回転円盤４０の回転面は上記投入管３２の下方に位置している。これにより、投入管３２上端の漏斗状部から投入された負極ゲルは、その投入管３２内を通って回転円盤４０の回転面上に落下するようになっている。
【００１４】
減圧容器３０の下部は漏斗状に形成されているが、この漏斗状部３６の下部はスクリューポンプ（スクリューフィーダとも言う）３８の吸入側に通じている。スクリューポンプ３８は、漏斗状部３６の下部に流下してきたゲルを吸引して外部へ排出する。
【００１５】
図２は、図１に示した連続脱泡装置２０を用いることで可能となる負極ゲルの連続製造工程を示す。図１および図２において、負極ゲル製造装置１０は、連続的に投入される亜鉛粉、ゲル化剤、アルカリ電解液などの原料を連続的に混合処理してゲル化する。この連続負極ゲル装置１０により製造された負極ゲルを、上記連続脱泡装置２０の減圧容器３０内部に投入管３２を通して連続的に投入することにより、負極ゲルの混合と脱泡を共に連続して行わせることができる。
【００１６】
図１において、減圧容器３０内に投入されたゲルは回転円盤４０の回転面上に落下する。落下したゲルは回転円盤４０により水平方向へ飛散させられて容器３０側部の内壁面３４に衝突させられる。内壁面３４に衝突したゲルはその内壁面３４に沿って流下し、容器３０下方の漏斗状部３６に集まる。漏斗状部３６に集まったゲルは、その漏斗状部３６の下部からポンプ３８により連続的に吸引されて外部へ排出される。このようにして排出されたゲルは、回転円盤４０による水平方向への飛散、容器内壁面３４への衝突、および容器内壁面３４での流下を経る間に気泡が除かれて脱泡処理される。その中で、脱泡がとくに効果的に行われるのは、ゲルが回転円盤４０により小さな粒子（飛沫）状になって容器内壁面３４に衝突させられるときである。このとき、ゲルは投入後、減圧によって水分が失われる前に、直ちに脱泡される。これにより、電池性能の安定化または向上に寄与する良質な負極ゲルを連続的かつ安定に得ることができる。上記脱泡効果をさらに高めるためには、回転円盤４０を図３のように構成することが有効である。
【００１７】
図３は、上記脱泡処理をさらに効果的に行わせるのに有効な回転円盤４０の実施形態を示す。同図において、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ回転円盤４０の上側面図（回転面）を示し、（ｄ）〜（ｈ）はそれぞれ回転円盤４０の側断面図を示す。また、（ａ）と（ｄ）、（ｂ）と（ｅ）、（ｃ）と（ｆ）はそれぞれ、同じ円盤４０の上側面図と側断面図を示す。（ｇ）と（ｈ）はそれぞれ、円盤４０の側断面図だけを単独で示す。
【００１８】
本発明者が知得したところによると、脱泡処理を効果的に行わせるための円盤４０は、その回転面を次のように形成することが有効であることが判明した。すなわち、（ａ）に示すように、回転面に多数の穴４５を設ける。（ｂ）に示すように、回転面に多数のスリット４６を設ける。この場合、スリット４６を放射状に形成するとともに、そのスリット４６の切り起し片４７を上方へ向けた形状がとくに有効である。また、（ｃ）に示すように、ゲルが落下する回転面をネット状とするのも有効である。
【００１９】
円盤４０全体の形状については、（ｄ）または（ｆ）に示すような逆傘状、（ｅ）に示すような傘状、（ｇ）または（ｈ）に示すような周縁部が立上がった盆状が有効である。（ｇ）は穴やスリットなどがないノーマルの盆状円盤４０を示す。（ｈ）は周縁部をネット状に形成した盆状円盤４０を示す。
【００２０】
上述した構成に加えて、減圧容器３０内壁面およびその減圧容器３０内部で回転する円盤４０の少なくとも表面部を、超高分子ポリエチレン、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイドなどの樹脂で被覆するか、または全体をそれらの材質で形成すれば、ゲル中の亜鉛粒子が衝撃で破壊または損傷したり、金属不純物が混入したりすることを確実に防止することができる。
【００２１】
以下、上述した連続脱泡装置２０を用いた本発明の実施例を示す。
（実施例１）
電池用亜鉛粉６５重量％、ＫＯＨ３４％水溶液３８重量％、ポリアクリル酸ゲル化剤１重量％をプラネタリーミキサで緩やかに混合して負極ゲルを得た後、この負極ゲルを、図１に示した連続脱泡装置２０に毎分４ｋｇで連続的に供給して脱泡処理を行った。このとき、連続脱泡装置２０は減圧容器３０内に直径約３００ｍｍの回転円盤４０を有するものを使用した。回転円盤４０は扁平なノーマル形状のものを使用した。減圧容器３０内の気圧を３０〜４０Ｔｏｒｒに減圧しながら、円盤４０を６００〜１８００ｒｐｍの回転数で回転させて連続脱泡を行った。そして、減圧容器４０下部の漏斗状部３６に流下してきた負極ゲルをスクリューポンプ３８で連続的に取り出し、容器に受けたものを調査した。調査は、密度、ガス発生量、および試作電池の性能（電池容量）について行った。
【００２２】
まず、上記脱泡装置２０で脱泡処理した負極ゲルを、従来と同じ構成の単３形亜鉛アルカリ乾電池のセパレータ内に充填して従来と同様のアルカリ乾電池を作製し、その電池容量を調査した。同時に、その負極ゲルの密度を調査した。ゲル密度は、容器に集めた負極ゲルの上部に内径１ｃｍのチューブを差し込み、そのチューブでゲルを吸入した後、その吸入口先端をすりきり、そこから押し出した所定容積のゲルの重量を天秤で測ることにより求めた。また、ゲル負極６ｇを６０℃で１２０時間保存した場合のガス発生量も調査した。
【００２３】
（比較例）
比較例として、プラネタリーミキサ内で所定量の負極ゲルを混合した後、そのミキサ内を減圧することにより、そのミキサ内の負極ゲルの脱泡を行った。この脱泡はミキサ内に混合ゲルを留めて行うバッチ処理である。この場合、ミキサ（混合容器）内の減圧はゆっくり行ったが、負極ゲルがミキサ内で膨張するため、減圧は１５０〜４００Ｔｏｒｒまでとした。時間は３０分間かけて行った。
【００２４】
（実施例２）
図１に示した脱泡装置２０において、図３の（ａ）〜（ｈ）に示した各種の回転円盤４０を使用し、各円盤ごとに１２００ｒｐｍの回転数で回転させて連続脱泡を行った。他の条件は実施例１の場合と同様である。
【００２５】
（実施例３）
図１に示した脱泡装置２０において、盆状の回転円盤４０を使用するとともに、その円盤４０の内側表面および減圧容器３０の内壁面をそれぞれ超高分子ポリエチレンシートで覆って使用し、連続脱泡を行った。他の条件は実施例１の場合と同様である。
【００２６】
表１は実施例１の結果を示す。
表１は、実施例１において、円盤回転数を６００ｒｐｍ、９００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、１８００ｒｐｍの５種類で行った結果を示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１において、電池容量とゲル密度は、いずれの円盤回転数でも有意の向上が確認された。とくに、円盤回転数９００ｒｐｍ以上では、ゲル密度と電池容量のどちらも明らかな向上が確認された。ガス発生量も問題のないレベルであった。脱泡処理は、減圧容器内を低圧に維持しながら連続的に行うことができ、作業上の問題はなかった。
比較例については、脱泡に十分な時間をかけたものの、泡はまだ残っており、ゲル密度も低かった。これは脱泡が不十分なためと考えられる。
【００２９】
表２は実施例２の結果を示す。
【表２】
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【００３０】
表２において、（ｄ）は図３の（ａ）と（ｄ）に示した逆傘状の回転円盤４０を使用した場合の結果、（ｅ）は同図の（ｂ）と（ｅ）に示した傘状でスリット４６および切り起こし片４７を有する回転円盤４０を使用した場合の結果、（ｆ）は同図の（ｃ）と（ｆ）に示した逆傘状のネット状回転円盤４０を使用した場合の結果、（ｇ）は同図の（ｇ）に示した側断面構造（ノーマルの盆状）を有する回転円盤４０を使用した場合の結果、（ｈ）は同図の（ｈ）に示した側断面構造（周縁部がネット状）を有する回転円盤４０を使用した場合の結果をそれぞれ示す。
【００３１】
表２によれば、図３に示した各種形状の回転円盤４０はいずれも、電池容量とゲル密度が実施例１よりも良好であることが確認された。ガス発生量についても、とくに問題はなかった。
実施例３では、ガス発生量を０．１１（ｍｌ）に下げることができた。他の結果は、表２の（ｇ）と同じであった。
【００３２】
図４は、実施例３によって脱泡処理した負極ゲルについて、そのガス発生量の時間推移を示す。同図において、実線曲線は実施例３により脱泡した負極ゲルのガス発生量推移、  波線曲線は表面がステンレスの回転円盤を使用して脱泡した負極ゲルのガス発生量推移をそれぞれ示す。両曲線の比較からも明らかなように、実施例３は、ガス発生の抑制にとくに有効であることが確認された。これは、回転円盤の表面を樹脂で覆ったことにより、亜鉛粉の変形や破壊あるいは損傷が起きにくく、また金属不純物混入の可能性が低くなることで、ガス発生反応が抑制されるためと考えられる。
【００３３】
なお、本発明の装置に投入されるゲルの製造方法としては、図２に示される連続ゲル製造装置による場合が本願装置の特徴を最も生かせるものとして好適である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、混合により製造された負極ゲルを容器内部に貯めることなく、その状態を安定に保ちながら連続的に効率良く脱泡することができる。これにより、貯蔵設備や貯蔵管理を不要あるいは簡単にすること、細かい仕様変更にも柔軟に対応できるようにすること、そして、電池性能の安定化または向上に寄与する良質な負極ゲルを提供することが、それぞれ可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に適した連続脱泡装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明を利用して可能な負極ゲルの連続製造工程の実施例を示す工程図である。
【図３】本発明の実施に好適な回転円盤の構成例を示す上側面図および側断面図である。
【図４】本発明の実施例により脱泡処理した負極ゲルのガス発生状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  連続ゲル製造装置
２０  連続脱泡装置
３０  減圧容器
３２  投入管
３４  内壁面
３６  漏斗状部
３８  吸引排出ポンプ
４０  回転円盤
４２  モータ
４５  穴
４６  スリット
４７  切り起し片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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