(57)【要約】【課題】混合物の回収速度を容易にコントロールでき、また、流体の原料をより十分に混合できる装置及び方法を提供すること。【解決手段】流体である原料を混合して混合物を製造する装置は、対向配置された一対の回転板３２，３５を備え、回転板３２，３５には、対向する側の面に凸部３３，３６が設けられ、回転板３２，３５同士の間に介在する隙間４５が、回転板３２，３５の径方向に関して異なる２箇所以上において回転板３２，３５の外部へと連通する混合部２０と、一対の回転板３２，３５を回転させる回転部と、を備え、隙間４５へと供給された原料が、隙間を通過することで混合される。装置は、径方向に関して外方の箇所において、隙間４５へと原料を供給する供給系と、径方向に関して内方の箇所において、隙間４５から混合物を回収する回収系と、を更に備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体である原料を混合して混合物を製造する装置であって、
対向配置された一対の回転板を備え、前記回転板の少なくとも一方には、対向する側の面に凸部が設けられ、前記回転板同士の間に介在する隙間が、前記回転板の径方向に関して異なる２箇所以上において前記回転板の外部へと連通する混合手段と、
前記一対の回転板の少なくとも一方を回転させる回転手段と、を備え、
前記隙間へと供給された前記原料が、前記隙間を通過することで混合され、
前記装置は、
前記径方向に関して外方の箇所において、前記隙間へと前記原料を供給する供給手段と、
前記径方向に関して内方の箇所において、前記隙間から前記混合物を回収する回収手段と、を更に備える装置。
【請求項２】
前記供給手段は、前記回転板を包囲する筐体と、前記筐体の内部空間へと前記原料を導入する導入路と、を有する請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記回収手段は、前記回転板の少なくとも一方の回転軸の内部に設けられ、前記混合物が流通する１以上の回収路を有する請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記凸部は、前記一対の回転板の双方に、回転中心を中心にして円状かつ前記回転板の径方向に関して互いに異なる位置に設けられており、
前記回転手段は、前記一対の回転板を互いに反対方向に回転させる請求項１から３いずれか記載の装置。
【請求項５】
請求項１から４いずれか記載の装置と、液体及び粉体が混合されたペーストを製造して前記供給手段へと供給するペースト製造装置と、を備えるシステム。
【請求項６】
流体である原料を混合して混合物を製造する方法であって、
請求項１から４いずれか記載の装置を用い、
前記一対の回転板の少なくとも一方を回転させた状態で、前記径方向に関して外方の箇所において、前記隙間へと前記原料を供給し、
生成された混合物を、前記径方向に関して内方の箇所において、前記隙間から回収する工程を有する方法。
【請求項７】
前記原料として、液体及び粉体が混合されたペーストを用いる請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体である原料を混合して、混合物を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の原料を混合する装置は、対向配置された一対の回転板を備え、回転板同士の隙間に内側から原料を供給しながら、回転板を一体的に回転させる。これにより、隙間を原料が通過し、混合物が製造される。また、混合効率を向上するため、回転板の対向する面に凹凸を設け、隙間を複雑な形状とした装置が種々提案されている（特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１４３９６号公報
【特許文献２】特開２００１−３２１６５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−９９５７４号公報
【特許文献４】特開平２０１０−２６００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の装置では、供給された原料が、回転板の外方への遠心力により、急激かつ強制的に径方向の外方へと動かされ、回収されてしまう。これにより、混合物の回収速度のコントロールが困難であり、原料の供給量と混合物の回収量とのバランスが図れないため、混合物の連続的製造に支障をきたす場合がある。また、原料が隙間内で十分に混合される前に、強制的に外部へと放出され回収されてしまうため、十分な混合を実現することが困難である。
【０００５】
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、混合物の回収速度を容易にコントロールでき、また、流体の原料をより十分に混合できる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、径方向に関して外方の箇所において回転板の隙間へと原料を供給し、内方の箇所において隙間から混合物を回収することで、原料の流れが遠心力に抗する向きになり、混合物の回収速度が一定化することを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。
【０００７】
（１）  流体である原料を混合して混合物を製造する装置であって、
対向配置された一対の回転板を備え、前記回転板の少なくとも一方には、対向する側の面に凸部が設けられ、前記回転板同士の間に介在する隙間が、前記回転板の径方向に関して異なる２箇所以上において前記回転板の外部へと連通する混合手段と、
前記一対の回転板の少なくとも一方を回転させる回転手段と、を備え、
前記隙間へと供給された前記原料が、前記隙間を通過することで混合され、
前記装置は、
前記径方向に関して外方の箇所において、前記隙間へと前記原料を供給する供給手段と、
前記径方向に関して内方の箇所において、前記隙間から前記混合物を回収する回収手段と、を更に備える装置。
【０００８】
（２）  前記供給手段は、前記回転板を包囲する筐体と、前記筐体の内部空間へと前記原料を導入する導入路と、を有する（１）記載の装置。
【０００９】
（３）  前記回収手段は、前記回転板の少なくとも一方の回転軸の内部に設けられ、前記混合物が流通する１以上の回収路を有する（１）又は（２）記載の装置。
【００１０】
（４）  前記凸部は、前記一対の回転板の双方に、回転中心を中心にして円状かつ前記回転板の径方向に関して互いに異なる位置に設けられており、
前記回転手段は、前記一対の回転板を互いに反対方向に回転させる（１）から（３）いずれか記載の装置。
【００１１】
（５）  （１）から（４）いずれか記載の装置と、液体及び粉体が混合されたペーストを製造して前記供給手段へと供給するペースト製造装置と、を備えるシステム。
【００１２】
（６）  流体である原料を混合して混合物を製造する方法であって、
（１）から（４）いずれか記載の装置を用い、
前記一対の回転板の少なくとも一方を回転させた状態で、前記径方向に関して外方の箇所において、前記隙間へと前記原料を供給し、
生成された混合物を、前記径方向に関して内方の箇所において、前記隙間から回収する工程を有する方法。
【００１３】
（７）  前記原料として、液体及び粉体が混合されたペーストを用いる（６）記載の方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、径方向に関して外方の箇所において回転板の隙間へと原料を供給し、内方の箇所において隙間から混合物を回収することで、原料の流れが遠心力に抗する向きになり、混合物の回収速度が一定化する。これにより、混合物の回収速度を原料の供給速度によって容易にコントロールでき、また、原料が隙間を十分に通過した後に、回転板の外部へと放出されるため、原料をより十分に混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る混合物製造装置の概略構成図である。
【図２】図１の混合物製造装置が備える混合部の要部拡大図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図２における一方の回転板の平面図である。
【図５】図２における他方の回転板の平面図である。
【図６】図２における回転板の回転状況と、原料の流れのイメージを示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る混合物製造装置の概略構成図である。
【図８】本発明の更に別の実施形態に係る混合物製造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態以外の各実施形態の説明において、第１実施形態と共通するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る混合物製造装置１０の概略構成図である。１０は、混合手段としての混合部２０、供給手段としての供給系４０、回収手段としての回収系を備える。以下、各要素の詳細を説明する。
【００１８】
図２は混合部２０の要部拡大図であり、図３は図２のα部分の拡大図である。図４及び５は、図２における回転板３２，３５の平面図である。図６は、回転板３２，３５の回転状況と、原料の流れのイメージを示す図である。
【００１９】
混合部２０は、対向配置された一対の回転板３２，３５を備え、一対の回転板３２，３５には、対向する側の面には凸部３３，３６が設けられている。本実施形態では、凸部３３，３６が、混合効率の向上の観点から回転板３２，３５の双方に設けられているが、一方のみに設けられていてもよい。
【００２０】
回転板３２，３５の略中央には、回転軸３１，３４が回転板３２，３５の平面方向に略直交して設けられ、駆動源としてのモータ５０ａ，５０ｂにより回転軸３１，３４が回転させられることで、回転板３２，３５が回転する。本実施形態では、回転板３２，３５の双方が回転するが、これに限られず、一方のみが回転してもよい。前者は、混合効率の向上のために回転板３２，３５の各々の回転を独立して制御し得る点で好ましく、後者は、装置の構成簡素化の観点で好ましい。なお、図１では、モータ５０ａ，５０ｂが回転軸３１，３４に直接設けられているが、これに限られず、ベルト及びプーリ等を介して間接的に設けられてもよい。また、モータの数は単数であってもよい。
【００２１】
回転板３２，３５同士の間に介在する隙間４５は、回転板３２，３５の径方向（図２における左右方向）に関して異なる２箇所以上において、回転板３２，３５の外部へと連通する。本実施形態における隙間４５は、後述のように、回転板３２，３５の外縁と、回転中心（４８）とにおいて外部と連通しており、これにより、隙間に供給された原料が、隙間から放出される前に、十分な距離に亘って通過するため、混合効率をより向上することができる。なお、回転板の径方向に関して同じ箇所において連通した場合、回転板の回転に伴ってその回転方向に移動させられた原料が、すぐに回転板から放出されてしまうため、好ましくない。
【００２２】
本実施形態において、回転軸３１の内部に、回収路４８が設けられており、後述の供給部からの原料が流通する。なお、本実施形態では、回収路の数が１つであるが、これに限定されず複数でもよく、この場合には回転軸３４の内部にも回収路が設けられてよい。また、回収路は回転軸とは別体としてもよいが、本実施形態は構成が簡素である点で有利である。
【００２３】
また、筐体２１の内部は、激しい混合が行われるため、温度が上昇しやすい。このため、温度上昇による悪影響（例えば、原料の変質）を抑制する観点で、筐体２１を冷却する冷却手段を設けてもよい。冷却手段の具体的構造は特に限定されないが、例えば、筐体２１の外面に、冷却水が内通するジャケットを取り付けることができる。
【００２４】
供給系４０は、供給部１００を備え、その中には流体の原料が収容されている。供給部１００には導入路４１が設けられ、導入路４１は、回転板３２，３５を包囲する筐体２１の内部空間へと連通し、原料を導入する。導入路４１の途中にはポンプ４１１が設けられており、その出力に応じた量の原料が供給される。
【００２５】
なお、本実施形態では、液体及び粉体が混合されたペーストが導入路４１から導入され、他成分を混合する必要がないため、導入路４１は１つであるが、これに限られない。つまり、複数成分を混合する場合には、導入路を複数設けることが好ましい。
【００２６】
図７は、本発明の別の実施形態に係る混合物製造装置２０Ａの概略構成図である。この実施形態は、導入路４１とは異なる原料を導入する導入路４２が設けられている点で、前記実施形態と異なる。導入路４２は、回転軸３４の内部に設けられ、そこから広がって隙間４５の途中に連通する。これにより、隙間４５の途中で、導入路４１からの原料と、導入路４２からの原料とが合流し、混合することができる。
【００２７】
２１の内部空間から隙間４５へと供給された原料は、隙間４５を通過することで混合物になった後、回転板３２，３５の外部へと放出される。放出された混合物は、回収路４８から筐体２１の外部へと回収されていく。なお、本実施形態での筐体２１と回転軸３１，３４とは、ベアリング２３，２５を介して密接されており、これにより、回転軸３１，３４を回転させることができる。
【００２８】
より正確には、図３に示されるように、筐体２１と回転軸３１との間には、シール２４が介在し、これにより、筐体２１の内部空間の気密性が保たれている。そして、シール２４よりも筐体２１の内側の箇所において、外部から誘導路４３が連通しており、この誘導路４３から流体が筐体２１の内部空間へと導入される。すると、この流体が筐体２１と回転板３１との間に蓄積されようとする原料を押し出し、隙間４５への侵入を促進する。これにより、原料の有効活用、及び原料（特に粉体）の筐体２１内部での堆積を予防することができる。誘導路４３から導入する流体としては、原料を変質させない液体（例えば、無反応性液体、原料の一部を構成する液体）が好ましい。なお、図３には、筐体２１と回転軸３１との境界のみ示したが、筐体２１と回転軸３４との境界も同様の構造であることが好ましい。
【００２９】
回収系は、回収路４８に接続された流通路４９を有し、流通路４９は回収部６０へと延びる。これにより、回収路４８に放出された混合物が、流通路４９を介して回収部６０へと回収されていく。なお、回収路４８と、流通路４９との接続構造は適宜選択すればよく、詳細な説明を省略する。
【００３０】
停止状態にある回転板３２，３５が回転すると、隙間４５に供給された原料が、回転する凸部３３，３６により動かされ、遠心力によって外方へと付勢される。一方、原料は径方向に関して外方から内方へと流れるため、原料の流れが遠心力に抗する向きになる。これにより、原料の流れは遠心力によって遅延され、従来装置のように強制的な放出といった事態が生じないため、混合物の回収速度は原料の供給速度に応じたものになる。このため、混合物の回収速度は、原料の供給速度によって容易にコントロールでき、連続生産が可能であり、また、原料が隙間４５を十分に通過した後に回転板の外部へと放出されるため、原料をより十分に混合することができる。なお、本発明の装置は、連続生産に有用であるが、これに限らずバッチ生産に用いてもよい。
【００３１】
本実施形態におけるモータ５０ａ，５０ｂは、回転軸３１，３４を介して一対の回転板３２，３５を互いに反対方向へと回転させる。これにより、原料は凸部３３，３６に繰り返し激しく衝突し、原料の流れが複雑になる（図６（Ｂ））。これにより、原料は、複雑な隙間４５を十分に通過した後に、回転板３２，３５の外部へと放出されるので、原料をより十分に混合することができる。ただし、求められる混合効率によっては、回転板の回転方向は同じでもよく、一方のみの回転でもよい。
【００３２】
図２に戻って、凸部３３，３６は、回転板３２，３５の径方向に関し、交互に配置される。これにより、いずれの凸部３３，３６の間も狭まるため、原料の混合効率を更に向上することができる。ただし、求められる混合効率によっては、凸部３３，３６が交互に配置されていなくても足りる。
【００３３】
本実施形態における混合物製造装置１０は、一対の回転板３２，３５の各々の回転速度を独立して調節する調節手段（図示せず）を有することが好ましい。これにより、凸部３３，３６の数、形状、配置等に応じて、混合を適度に行うことができる。例えば、凸部の数が少なかったり、凸部が回転板の径方向に関して内側に配置されていたり、凸部の形状が滑らかであったりする場合、その凸部が設けられた回転板は高速で回転させることが好ましい。他方、凸部の数が多かったり、凸部が回転板の径方向に関して外側に配置されていたり、凸部の形状が角部を有したりする場合、その凸部が設けられた回転板は高速で回転させることが好ましい。
【００３４】
本実施形態における凸部３３，３６の形状は、円柱である。このような凹部を有しない形状（例えば、円柱、楕円柱）の場合、原料が凸部３３，３６の外周全体を滑らかに流れるため、凸部３３，３６への原料の付着が抑制されやすい。ただし、凸部３３，３６の形状はこれに限られず、矩形柱等の任意の形状であってよい。
【００３５】
また、本実施形態における凸部３３，３６は、回転板３２，３５の径方向に関し異なる箇所に、同じ個数で同心円状に配置されているが、これに限られない。例えば、径方向に関して外方の箇所では凸部の数を増し、内方の箇所では凸部の数を減らしてもよい。これにより、凸部同士の間隔が均等化し、原料の隙間４５内での滞留をより延長することができる。
【００３６】
図８は、本発明の更に別の実施形態に係る混合物製造装置２０Ｂの概略構成図である。この実施形態は、吸気路４７が設けられている点で、前記実施形態と異なる。吸気路４７は、図示しない吸気ポンプにつながっており、この吸気ポンプが稼動すると、隙間４５が減圧されるため、混合物に混入している気泡を混合物から除去することができる。なお、本実施形態における吸気路４７は回転軸３１の内部に設けられ、回収路４８Ｂは回転軸３４の内部に設けられている。
【００３７】
本発明において、流体とは、粉体、液体、又はそれらの混合物（ペースト）を指し、既にある程度混合されたものであっても、全く混合されていないものであってもよい。例えば、粉体は、リチウムイオン電池の電極材料等の無機質の粉体である。この粉体は凝集して粒子径が大きくなりやすく、粒子径を均一化させるために細化状態で混合物中に存在させる必要がある。液体は、樹脂製のポリマー、水、溶剤等である。この液体は粉体を繋ぐ役割を有し、紛体の分散を促進させる分散剤や不粘着化剤等を含んでもよい。粉体が油性物であり、液体が水であってもよく、この場合には、混合物に含まれる油性物が微細化されて乳化する。また、他の例として、混合物がアクリル及びウレタンから構成されるハイブリッド・ポリマーであってもよい。
【００３８】
本発明は、前述した装置１０と、液体及び粉体が混合されたペーストを製造して供給系４０へと供給するペースト製造装置と、を備えるシステムも包含する。これにより、ペーストが更に混合され、均質な混合物を得ることができ、また、液体及び粉体から混合物の製造を連続的に一連で行うことができる。なお、本発明のシステムは連続生産に有用であるが、これに限らず、断続的生産に用いてもよい。
【００３９】
本発明は、上記の混合物製造装置を用いた混合物の製造方法も包含する。この方法は、一対の回転板３２，３５の少なくとも一方を回転させた状態で、径方向に関して外方の箇所において隙間４５へと原料を供給し、生成された混合物を、径方向に関して内方の箇所において隙間４５から回収する工程を有する。なお、原料として、前述の液体及び粉体を用いてもよいが、液体及び粉体が混合されたペーストを用いることが好ましい。この方法によれば、原料の流れは遠心力によって遅延され、従来装置のように強制的な放出といった事態が生じないため、混合物の回収速度は原料の供給速度に応じたものになる。このため、混合物の回収速度は、原料の供給速度によって容易にコントロールでき、連続生産が可能であり、また、原料が隙間４５を十分に通過した後に回転板の外部へと放出されるため、原料をより十分に混合することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  混合物製造装置
２０  混合部（混合手段）
２１  筐体
２３，２５  ベアリング
２４  シール
３１，３４  回転軸
３２，３５  回転板
３３，３６  凸部
４０  供給系（供給手段）
４１，４２  導入路
４１１  ポンプ
４３  誘導路
４５  隙間
４７  吸気路
４８  回収路
４９  流通路
５０  モータ
６０  回収部
１００  供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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