(57)【要約】【課題】耐久性が向上した粉体混練装置を提供することを目的とする。【解決手段】  上下方向に延びる回転軸２２の下部に回転羽根５８を設けて回転軸２２の上部側が駆動側となるように構成された粉体混練装置において、前記回転軸２２の中間部において、上下に間隔をおいて接触型シール８２を配置すると共にその接触型シール８２により区画形成される油溜まり７６に冷却油を供給するための冷却用通路を形成し、前記回転羽根と前記接触型シール８８との間に空気溜まり６４を形成すると共にその空気溜まり６４に空気を供給するための空気供給通路６６を形成し、前記回転軸２２の回転停止の際に前記空気供給通路６６を介して前記空気溜まり６４に空気を供給することを特徴とする。【選択図】図２
2013111487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延びる回転軸の下部に回転羽根を設けて回転軸の上部側が駆動側となるように構成された粉体混練装置において、
前記回転軸の中間部において、上下に間隔をおいて接触型シールを配置すると共にその接触型シールにより区画形成される空間に冷却媒体を供給するための冷却用通路を形成し、
前記回転羽根と前記接触型シールとの間に気体溜まりを形成すると共にその気体溜まりに気体を供給するための気体供給通路を形成したことを特徴とする粉体混練装置。
【請求項２】
請求項１に記載する粉体混練装置において、前記回転軸の回転を停止の際に前記気体供給通路を介して前記気体溜まりに気体を供給することを特徴とする粉体混練装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する粉体混練装置において、前記気体溜まりは、前記回転羽根を囲むハウジングと前記回転軸との間に区画形成されるとともに、前記気体供給通路は、前記ハウジングに形成されていることを特徴する粉体混練装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する粉体混練装置において、液体を収容可能なタンクを備え、前記回転羽根と前記タンクは、略同じ高さになるように設置されていることを特徴とする粉体混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粉体と液体とを混合するための粉体混練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回転式混合装置は、インペラーを有する駆動軸とケーシングとの間には、液体の漏れを防止するためのメカニカルシールを備えていた。
このような回転式混合装置としては、例えば、特許文献１に記載された回転式粉砕、混合、乳化装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５３７９１２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、この特許文献１に記載された回転式粉砕、混合、乳化装置では、メカニカルシールに粉粒状の固体物質を含む液体が接触する構造となっており、メカニカルシールに液体が接触と、その固体物質によりメカニカルシールの摩耗が促進されてメカニカルシールの耐久性が低下し、頻繁にメンテナンスを必要とした。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、装置の耐久性が向上した粉体混練装置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】
上記の問題点を解決するために、本発明の粉体混練装置は、次の構成を有している。
（１）上下方向に延びる回転軸の下部に回転羽根を設けて回転軸の上部側が駆動側となるように構成された粉体混練装置において、前記回転軸の中間部において、上下に間隔をおいて接触型シールを配置すると共にその接触型シールにより区画形成される空間に冷却媒体を供給するための冷却用通路を形成し、前記回転羽根と前記接触型シールとの間に気体溜まりを形成すると共にその気体溜まりに気体を供給するための気体供給通路を形成したことを特徴とする。
（２）（１）に記載する粉体混練装置において、前記回転軸の回転を停止の際に前記気体供給通路を介して前記気体溜まりに気体を供給することを特徴とする。
（３）（１）又は（２）に記載する粉体混練装置において、前記気体溜まりは、前記回転羽根を囲むハウジングと前記回転軸との間に区画形成されるとともに、前記気体供給通路は、前記ハウジングに形成されていることを特徴する。
（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載する粉体混練装置において、液体を収容可能なタンクを備え、前記回転羽根と前記タンクは、略同じ高さになるように設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成を有する本発明の粉体混練装置の作用・効果について説明する。
（１）上下方向に延びる回転軸の下部に回転羽根を設けて回転軸の上部側が駆動側となるように構成された粉体混練装置において、前記回転軸の中間部において、上下に間隔をおいて接触型シールを配置すると共にその接触型シールにより区画形成される空間に冷却媒体を供給するための冷却用通路を形成し、前記回転羽根と前記接触型シールとの間に気体溜まりを形成すると共にその気体溜まりに気体を供給するための気体供給通路を形成したので、接触型シールの耐久性が向上するなど優れた作用効果を奏する。
【０００８】
（２）（１）に記載する粉体混練装置において、前記回転軸の回転を停止の際に前記気体供給通路を介して前記気体溜まりに気体を供給するので、液体が接触型シールに接触することを防止することができ、したがって、簡単な構造で接触型シールの耐久性を向上させることができ、それに伴って、メンテナンス回数を減らして管理費用を低減することができる。
（３）（１）又は（２）に記載する粉体混練装置において、前記気体溜まりは、前記回転羽根を囲むハウジングと前記回転軸との間に区画形成されるとともに、前記気体供給通路は、前記ハウジングに形成されているので、液体が接触型シールに接触することを防止することができ、したがって、簡単な構造で接触型シールの耐久性を向上させることができ、それに伴って、メンテナンス回数を減らして管理費用を低減することができる。
（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載する粉体混練装置において、液体を収容可能なタンクを備え、前記回転羽根と前記タンクは、略同じ高さになるように設置されているので、例えば、補助のポンプなどを必要とせず、装置全体の構造を簡素化でき、安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る粉体吸引型混練装置を概略的に示す図である。
【図２】実施形態１に係る混練装置、接触型シール装置およびベアリングユニットの断面図である。
【図３】内側回転羽根を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
以下、本発明に係る粉体混練装置について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係る粉体混練装置を実施する粉体吸引型混練装置は、例えば、リチウムイオン二次電池の正極ペーストや負極ペーストを製作する際に用いられるものである。
なお、以下の実施例において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。
【００１１】
図１は、実施形態１に係る粉体吸引型混練装置を概略的に示す図である。
図１において、粉体吸引型混練装置１０は、床に設置されたフレーム１２を有し、そのフレーム１２には、混練装置１４、混練される粉体を収容可能な粉体用ホッパー１６、前記混練装置１４を駆動するためのモーター１８が支持されている。
また、前記混練装置１４には、接触型シール装置７０を介してベアリングユニット２０が固定されており、前記混練装置１４の回転軸２２は、このベアリングユニット２０により回転可能に支持されている。前記回転軸２２の上端は、ベルト２４を介して前記モーター１８に連結されており、したがって、前記モーター１８によって回転軸２２の上部側は回転駆動される。
【００１２】
前記粉体用ホッパー１６は、粉体供給パイプ２６によって混練装置１４と接続されており、また、前記粉体供給パイプ２６には、バルブ２６Ａが設けられている。
床に設置されたタンク２８は、溶媒や混練されたペーストを収容可能であり、供給パイプ３０および帰還パイプ３２を介して前記混練装置１４に接続されている。なお、溶媒が本発明の液体に相当する。
図１に示す２点鎖線は、タンク２８に収容される溶媒の上限液面ＵＬを示し、前記混練装置１４、前記接触型シール装置７０および前記ベアリングユニット２０は、上限液面ＵＬよりも下方に位置する。つまり、前記タンク２８と少なくとも前記混練装置１４は、略同じ高になるように設置されている。このように構成することにより、前記タンク２８に溶媒を投入すると、液圧により溶媒が自動的に前記供給パイプ３０を介して前記混練装置１４に供給される。仮に、混練装置が上限液面ＵＬよりも上方に配置されていると、タンク２８に溶媒を混練装置に供給するための補助ポンプを必要とするが、本実施例の場合には、そのような補助ポンプを必要とせず、粉体吸引型混練装置１０全体の構成が簡単となり、装置を安価に提供できる。
【００１３】
図２は、実施形態１に係る混練装置１４、接触型シール装置７０およびベアリングユニット２０の断面図である。
図２において、前記混練装置１４のハウジング３４は、前記回転軸２２が上下に貫通する貫通孔３８を有し、また、その下部には下方向けて開口する凹部４０が形成されており、前記貫通孔３８の下端は、その凹部４０と連通している。また、前記ハウジング３４には、粉体供給パイプ２６から供給される粉体を、前記貫通孔３８を介して前記凹部４０に案内する粉体供給通路４２が形成されており、その開放端には、粉体供給パイプ２６が接続されている。さらに、前記ハウジング３４の側面には、前記凹部４０と連通する吐出口４４が形成されており、その開放端には、前記帰還パイプ３２が接続されている。
前記ハウジング３４の凹部４０の下方開口部は、蓋体４６がネジ４６Ａによって固定されており、したがって、凹部４０の下方開口部は、前記蓋体４６により閉鎖される。前記蓋体４６の中央には、吸入口４８が形成されており、その吸入口４８には、前記供給パイプ３０が接続されている。前記ハウジング３４と前記蓋体４６との間の気密は、Ｏリング４６Ｂにより確保されている。
【００１４】
前記ハウジング３４の凹部４０内には、略円筒形状をなす固定羽根５０がネジ５０Ａにより固定されており、その固定羽根５０には、その内面側と外面側とを連通する複数の透孔５０Ｂが形成されている。
前記回転軸２２の下端には、内側回転羽根５２がネジ５２Ａにより固定されており、そのホイール部５２Ｅの外周部上下面には、図３に示すように、間隔をおいて複数の羽根部５２Ｂが突設されている。また、前記内側回転羽根５２の各羽根部５２Ｂ部分において、貫通孔５２Ｄが形成されている。
前記羽根部５２Ｂの下端面には、略リング状をなすホイール部を有する外側回転羽根５４がネジ５４Ａにより固定されており、そのホイール部の外周部上面からは、前記羽根部５２Ｂと同じピッチで外側羽根部５４Ｂが突設されている。
したがって、前記内側回転羽根５２の羽根部５２Ｂと外側回転羽根５４のホイール部および前記外側羽根部５４Ｂとにより上方に開放するスリット部５６が区画形成され、そのスリット内には、前記固定羽根５０が位置する。つまり、前記内側回転羽根５２と前記外側羽根部５４Ｂとに挟まれて固定羽根５０が位置する構成となる。また、前記内側回転羽根５２と前記外側回転羽根５４とにより回転羽根５８が構成され、したがって、前記凹部４０は、回転羽根５８により前記内側回転羽根５２の前記ホイール部５２Ｅ上部側の粉体室６０と前記ホイール部５２Ｅ下部側の液体室６２に区画形成される。さらに、前記貫通孔５２Ｄは、その下端は、羽根部５２Ｂの内周側で、且つ内側回転羽根５２のホイール部５２Ｅの下面側、つまり液体室６２側に開口し、また、その上端は、羽根部５２Ｂの外周側で、且つ内側回転羽根５２のホイール部５２Ｅの上面側、つまり粉体室６０の底部と同じ位置で開口している。
【００１５】
前記ハウジング３４には、前記貫通孔３８の内壁と前記回転軸２２の外周面との間に空気溜まり６４が区画形成され、また、その空気溜まり６４と連通する空気供給通路６６が形成されている。なお、空気溜まり６４が本発明の気体溜まりに相当し、また、空気供給通路６６が本発明の気体供給通路に相当する。
前記空気供給通路６６には、エアータンクなどの空気供給源（図示せず）と接続されたバルブ６８Ａを有する空気供給パイプ６８が接続されている。前記空気供給源から供給される空気の空気圧は、大気圧よりも若干高めの圧力である。
さらに、前記ハウジング３４には、前記凹部４０と連通する空気抜き通路６９が形成され、その外側開放端部は、ネジ蓋６９Ａにより常には閉鎖されている。
【００１６】
前記粉体用ホッパー１６に収容される粉体としては、正極ペーストの場合には、正極活物質、正極導電材および分散剤などである。また、負極ペーストの場合には、負極活物質、負極導電材および分散剤などである。
また、前記タンク２８に収容される溶媒としては、例えば、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類、水等が挙げられる。なお、溶媒がこの発明の液体に相当する。
【００１７】
前記接触型シール装置７０は、前記回転軸２２が貫通する貫通孔７４を有するシールハウジング７２を有し、また、その貫通孔７４の内壁と前記回転軸２２の外周面との間には、油溜まり７６が区画形成されている。さらに、前記シールハウジング７２には、前記油溜まり７６と連通する冷却油供給通路７８および冷却油排出通路８０が形成されており、それぞれ接続パイプ８３を介して冷却油供給源（図示せず）に接続されている。前記油溜まり７６は、その上下端において前記シールハウジング７２と前記回転軸２２との間に設けられた接触型シール８２によって閉鎖されている。したがって、上下の接触型シール８２は、前記冷却油供給通路７８、前記冷却油排出通路８０および接続パイプ８３を介して冷却油供給源から油溜まり７６に供給／循環される冷却油により冷却されるように構成されている。
なお、前記シールハウジング７２は、ネジ７２Ａによって、前記ハウジング３４の上端に固定されている。また、前記油溜まり７６が本発明の空間に相当し、また、前記冷却油供給通路７８および冷却油排出通路８０が本発明の冷却用通路に相当し、さらに、前記冷却油が本発明の冷却媒体に相当する。
【００１８】
前記ベアリングユニット２０は、前記回転軸２２が貫通する貫通孔８６を有するベアリングハウジング８４を有し、そのベアリングハウジング８４の上下端には、前記回転軸２２を回転可能に支持するベアリング８８を有する。前記ベアリングハウジング８４は、ネジ８４Ａにより前記シールハウジング７２の上端に固定されている。前記回転軸２２上にはリング状の金具９０が固定されており、その金具９０と前記ベアリング８８との間にはスペーサ９２が配置されており、それによって前記回転軸２２の上下方向の位置が保持される。
【００１９】
以上のように構成されたものにおいて、その動作を以下に説明する。
まず、粉体供給パイプ２６のバルブ２６Ａは閉じた状態にあり、また、空気供給パイプ６８のバルブ６８Ａは閉じた状態にある。さらに、ネジ蓋６９Ａは外された状態にあり、前記空気抜き通路６９（凹部４０）は、開放された状態にある。
また、油溜まり７６には、冷却油供給源（図示せず）から接続パイプ８３および冷却油供給通路７８を介して冷却油が供給され、また、油溜まり７６に供給された冷却油は、冷却油排出通路８０および接続パイプ８３を介して冷却油供給源（図示せず）戻る。このようにして油溜まり７６には、常に冷却油が循環している。これにより、接触型シール８２における発熱が冷却され、接触型シール８２の寿命を延ばすことができる。
【００２０】
このような状態において、まず、粉体用ホッパー１６に粉体を必要な量だけ収容すると共に、タンク２８に溶媒を必要な量だけ収容する。すると、タンク２８内の溶媒は、供給パイプ３０を介して混練装置１４の凹部４０内にも供給され、頃合いを見計らって、ネジ蓋６９Ａにより空気抜き通路６９を閉鎖する。この状態では、空気溜まり６４には空気が存在するので、凹部４０内に供給された溶媒が空気溜まり６４内を上昇して溶媒が接触型シール８２に接触することがない。したがって、接触型シール８２に溶媒が接触して接触型シール８２の寿命を短くすることがない。
【００２１】
この状態でモーター１８を回転駆動すると共に、供給パイプ３０のバブル３０Ａを開放すると、ベルト２４を介して回転軸２２が回転駆動される。すると、回転軸２２に固定された回転羽根５８が高速で回転する。回転羽根５８が高速で回転すると、内側回転羽根５２の羽根部５２Ｂの作用により、液体室６２が負圧となる。供給パイプ３０および吸入口４８を介してタンク２８から溶媒が液体室６２に吸引され、さらに、羽根部５２Ｂの間、スリット部５６、固定羽根５０の透孔５０Ｂ、および外側回転羽根５４の外側羽根部５４Ｂを通って吐出口４４から排出され、さらに、帰還パイプ３２を介してタンク２８に帰還する。
【００２２】
溶媒が固定羽根５０の透孔５０Ｂを通過する際、流路が透孔５０Ｂにより絞られてそこの部分での溶媒の流速が上がり、その結果、スリット部５６および粉体室６０が負圧となって粉体用ホッパー１６に収容された粉体が粉体供給パイプ２６、バルブ２６Ａおよび粉体供給通路４２を介して粉体室６０に吸引される。粉体室６０に吸引された粉体は、回転する回転羽根５８と固定羽根５０との間でせん断されると共に吸入口４８から供給された溶媒と混練されて吐出口４４から排出される。
【００２３】
この際、粉体室６０に吸引された粉体は、回転羽根５８と固定羽根５０との間でせん断される前に液体室６２から複数の貫通孔５２Ｄ介して流入する溶媒によって十分湿潤され、そしてその後に回転羽根５８と固定羽根５０との間でせん断されるため、粉体によって回転羽根５８と固定羽根５０とが摩滅させられることがなく、装置の耐久性が向上する。
特に、リチウムイオン二次電池の正極ペーストの正極活物質の場合には、硬度が高く硬いため、回転羽根５８と固定羽根５０とが摩滅しやすいが、本実施例の場合そのようなことがない。
また、リチウムイオン二次電池の負極ペーストの負極活物質の場合には、比較的軟らかく、回転羽根５８と固定羽根５０とにより粉砕されやすいが、本実施例の場合そのようなことがない。
また、粉体室６０に吸引された粉体は、複数の貫通孔５２Ｄ介して流入する溶媒と液体室６２から内側回転羽根５２の羽根部５２Ｂ間を通って流入する溶媒とによって全体的に十分に湿潤されて吐出口４４されるため、従来のような中心部の粉体が湿潤され難いといった問題も発生しにくい。
さらに、スリット部５６において生ずる負圧により、混練作業中、粉体や溶媒が接触型シール８２に接触することがない。したがって、接触型シール８２に溶媒や粉体が接触して接触型シール８２の寿命を短くすることがない。
【００２４】
吐出口４４から吐出される溶媒によって湿潤された粉体は、ペーストとして帰還パイプ３２を介してタンク２８に帰還する。
粉体用ホッパー１６に収容した粉体が粉体室６０に吸引され全て混練されることにより、混練作業が終了し、混練されたペーストは、タンク２８に収容される。
この際、複数の貫通孔５２Ｄを介して流入して粉体をあらかじめ湿潤させるための溶媒は、タンク２８に収容された溶媒が使用されるため、あらかじめ粉体を湿潤させるために必要な溶媒の容量などを管理する必要がなく、装置全体が簡単な構造となる。
【００２５】
供給パイプ３０のバブル３０Ａを閉じ、その後、空気供給パイプ６８のバルブ６８Ａを開けて、空気供給源（図示せず）から空気供給パイプ６８、バルブ６８Ａおよび空気供給通路６６を介して空気溜まり６４に空気を供給しつつモーター１８を停止させる。これにより、混練作業中に負圧となっていた空気溜まり６４は、大気圧もしくはそれよりもやや高い圧力に保持され、したがって、混練されたペーストが空気溜まり６４内を上昇して接触型シール８２に接触することがない。したがって、接触型シール８２にペーストが接触して接触型シール８２の寿命を短くすることがない。
【００２６】
以上詳述したように本実施例においては、混練作業の終了時に、供給パイプ３０のバブル３０Ａを閉じ、その後、空気供給パイプ６８のバルブ６８Ａを開けて、空気供給源（図示せず）から空気供給パイプ６８、バルブ６８Ａおよび空気供給通路６６を介して空気溜まり６４に空気を供給しつつモーター１８を停止させるようにしたため、混練作業中に負圧となっていた空気溜まり６４は、大気圧もしくはそれよりもやや高い圧力に保持され、それにより、混練されたペーストが空気溜まり６４内を上昇して接触型シール８２に接触することがない。したがって、接触型シール８２にペーストが接触して接触型シール８２の寿命を短くすることがない。また、混練開始前や混練中も空気溜まり６４によって、媒体や粉体が接触型シール８２に接触することがない。したがって、接触型シール８２にペーストが接触して接触型シール８２の寿命を縮めることがなく、装置のメンテナンス作業の回数が低減でき、メンテナンスコストを低減できる。
【００２７】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
例えば、上述の実施例においては、空気溜まりに空気を供給したが、空気に限定されることはなく、窒素などの気体でも差し支えない。
また、上述の実施例においては、油溜まり７６に冷却油を供給して接触型シール８２を冷却するように構成したが、冷却油に限定されることはなく、接触型シール８２が冷却できれば、液体や気体を問わず何でも差し支えない。
また、上述の実施例の接触型シール８２としては、メカニカルシール、オイルシール等の色々な接触型のシールを用いることができる。
さらに、上述の実施例においては、混練装置１４のハウジング３４、接触型シール装置７０のシールハウジング７２およびベアリングユニット２０のベアリングハウジング８４は、別体で構成されていたが、それらを一体で構成しても差し支えない。
【符号の説明】
【００２８】
１０・・・粉体吸引型混練装置
１４・・・混練装置
５８・・・回転羽根
５０・・・固定羽根
５６・・・スリット部
６０・・・粉体室
６２・・・液体室
６４・・・空気溜まり
６６・・・空気供給通路
７０・・・接触型シール装置
８２・・・接触型シール
【図１】
2013111487.tif 000003
【図２】
2013111487.tif 000004
【図３】
2013111487.tif 000005