(57)【要約】【課題】粉体を十分に湿潤できると共に、構造が簡単で耐久性が向上した粉体吸引型混練装置を提供することを目的とする。【解決手段】  回転羽根５８の一側側に粉体室６０、他側側に液体室６２が設けられ、固定羽根５８との間に形成されるスリット部５６において粉体と液体とを混合させる粉体吸引型混練装置において、前記回転羽根５８に、前記スリット部５６と前記液体室６２とを連通する貫通口５２Ｃを形成したことを特徴とする。【選択図】図２
2013111486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転羽根の一側側に粉体室、他側側に液体室が設けられ、固定羽根との間に形成されるスリット部において粉体と液体とを混合させる粉体吸引型混練装置において、
前記回転羽根に、前記スリット部と前記液体室とを連通する連通口を形成したことを特徴とする粉体吸引型混練装置。
【請求項２】
請求項１に記載する粉体吸引型混練装置において、前記連通口を前記回転羽根の前記スリット部側側面に開口させると共に、開口位置を前記粉体室の底面と略同じにしたことを特徴とする粉体吸引型混練装置。
【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吸引型混練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のミキシングノズルは、例えば図６に示すように、吸引ノズル８６に接続された粉体供給管８１から供給される粉体を溶媒供給管８２から供給される溶媒と混合し、混合した混合液を溶解装置８９に供給するミキシングノズル８８を、粉体供給管８１の端部を、それよりも大径に形成した混合室８３に挿入して開口させていた。それにより、混合室８３の中心部に粉体を供給し、また、粉体供給管８１の外周壁と混合室８３の内周壁の隙間から溶媒を旋回流として混合室８３に供給して、混合室８３において粉体と溶媒を混合し、混合した混合液を溶解装置８９に供給するように構成されていた。
このようなミキシングノズルとしては、例えば、特許文献１に記載された粉体供給装置におけるミキシングノズルが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８４１７４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に記載された粉体供給装置におけるミキシングノズルでは、混合室８３の内周壁に沿って溶媒が供給されるため、混合室８３の中心部に供給される粉体を十分に湿潤できるとは限らなかった。
また、粉体の供給量や混練中の粘度に応じて溶媒の供給量を制御する必要があり、装置が複雑で大がかりなものとなった。
【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、粉体を十分に湿潤できると共に、構造が簡単で耐久性が向上した粉体吸引型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、本発明の粉体吸引型混練装置は、次の構成を有している。
（１）回転羽根の一側側に粉体室、他側側に液体室が設けられ、固定羽根との間に形成されるスリット部において粉体と液体とを混合させる粉体吸引型混練装置において、前記回転羽根に、前記スリット部と前記液体室とを連通する連通口を形成したことを特徴とする。
（２）（１）に記載する粉体吸引型混練装置において、前記連通口を前記回転羽根の前記スリット部側側面に開口させると共に、開口位置を前記粉体室の底面と略同じにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成を有する本発明の粉体吸引型混練装置の作用・効果について説明する。
（１）回転羽根の一側側に粉体室、他側側に液体室が設けられ、固定羽根との間に形成されるスリット部において粉体と液体とを混合させる粉体吸引型混練装置において、前記回転羽根に、前記スリット部と前記液体室とを連通する連通口を形成したので、粉体を十分に湿潤できると共に、構造が簡単で耐久性が向上するなど優れた作用効果を奏する。
【０００８】
（２）（１）に記載する粉体吸引型混練装置において、前記連通口を前記回転羽根の前記スリット部側側面に開口させると共に、開口位置を前記粉体室の底面と略同じにしたので、粉体の吸引力を低下させることなく粉体を十分に湿潤できると共に、構造が簡単で耐久性が向上する。
【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に係る混練装置の断面図である。
【図３】内側回転羽根を示す上面図である。
【図４】実施形態２に係る混練装置の断面図である。
【図５】（Ａ）は、粉体吸引時間の実験結果を示す図、（Ｂ）は、混入Ｆｅ量の実験結果を示す図、（Ｃ）は、粉体平均粒径の実験結果を示す図である。
【図６】従来のミキシングノズルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
以下、本発明に係る粉体吸引型混練装置について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態に係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、前記フレーム１２には、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は回転駆動される。
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と接続されている。
【００１２】
図２は、実施形態１に係る混練装置１４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、その上部開放端は、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との間は、Ｏリング４６Ｂにより気密が確保されている。
【００１３】
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のホイール部５２Ｅの外周部には、図３に示すように、前記羽根部５２Ｂと羽根部５２Ｂの間に位置するようにして複数の貫通孔５２Ｃが形成されている。前記複数の羽根部５２Ｂと前記複数の貫通孔５２Ｃは、略同心円上に配置されている。なお、貫通孔５２Ｃが本発明の連通孔に相当する。
前記羽根部５２Ｂの下端面には、略リング状の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環状のスリット部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５２Ｃの上部は、前記粉体室６０の底部に開口することになり、前記液体室６２と前記粉体室６０とを連通することになる。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
この状態でモーター１８を回転駆動すると、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が負圧となり、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。
【００１６】
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。そして、粉体用ホッパー１６に収容された粉体が全て吸引されて混練されると、作業が終了する。
【００１７】
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５２Ｃ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とが正極活物質によって摩滅しやすいが、本実施例の場合には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、負極活物質が回転羽根５８と固定羽根５０とにより粉砕されやすいが、本実施例の場合にはそのようなことがない。
さらに、粉体室６０に吸引された粉体は、複数の貫通孔５２Ｃ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。
【００１８】
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５２Ｃ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。
【００１９】
（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る混練装置１４の断面図であり、以下に、その図面に基づいて詳細を説明する。なお、その説明中、前述の実施例と同じ作用効果を奏するものには、同じ符号を付して説明する。
【００２０】
すなわち、前述の実施例においては、内側回転羽根５２の羽根部５２Ｂと羽根部５２Ｂの間に位置するようにして複数の貫通孔５２Ｃが形成されているのに対して、本実施例においては、回転羽根５８の内側回転羽根５２の各羽根部５２Ｂ部分において、貫通孔５２Ｄが形成されている点で相違し、その他の点は、前述の実施例と変わることがない。
【００２１】
前記貫通孔５２Ｄは、図４に示すように、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。
【００２２】
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。
この状態でモーター１８を回転駆動すると、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が負圧となり、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。
【００２３】
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。そして、粉体用ホッパー１６に収容された粉体が全て吸引されて混練されると、作業が終了する。
【００２４】
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を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とが正極活物質によって摩滅しやすいが、本実施例の場合には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、負極活物質が回転羽根５８と固定羽根５０とにより粉砕されやすいが、本実施例の場合にはそのようなことがない。
さらに、粉体室６０に吸引された粉体は、複数の貫通孔５２Ｄを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。
【００２５】
（実験例１）
以下に、実施形態１に係る混練装置１４の性能を立証するために下記の条件で実験を行った。以下にその詳細と、実験結果を説明するが本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実験例に限定されるものではない。
使用粉体
正極活性物質
負極活性物質
粉体の使用量・・・２５ｋｇ
使用媒体
有機溶剤（粉体が正極活性物質の場合）
水（粉体が負極活性物質の場合）
測定項目
混練作業を開始してから終了するまでの粉体吸引時間
混練完了後の正極ペースト内Ｆｅ成分混入量（粉体が正極活性物質の場合）
混練完了後の負極ペースト内粉体の平均粒径（粉体が負極活性物質の場合）
粉体吸引型混練装置１０の粉体用ホッパー１６に、正極活性物質または負極活性物質を投入し、また、タンク２８に、有機溶剤（粉体が正極活性物質の場合）または水（粉体が負極活性物質の場合）を投入後、モーター１８を回転駆動して実施形態１に係る混練装置１４を用いて混練を行った。粉体用ホッパー１６に投入された正極活性物質または負極活性物質が混練装置１４に全て吸引されて混練が終了すると、作業が終了する。
混練終了後、タンク２８に収容された正極ペーストまたは負極ペーストを取り出し、上記測定項目について測定をした。
【００２６】
（実験例２）
次に、実施形態２に係る混練装置１４の性能を立証するために下記の条件で実験を行った。以下にその詳細と、実験結果を説明するが本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に記載される実験例に限定されるものではない。
使用粉体、粉体の使用量、使用媒体および測定項目は、上記実験例１と同じであるので、説明を省略する。
粉体吸引型混練装置１０の粉体用ホッパー１６に、正極活性物質または負極活性物質を投入し、また、タンク２８に、有機溶剤（粉体が正極活性物質の場合）または水（粉体が負極活性物質の場合）を投入後、モーター１８を回転駆動して実施形態２に係る混練装置１４を用いて混練を行った。粉体用ホッパー１６に投入された正極活性物質または負極活性物質が混練装置１４に全て吸引されて混練が終了すると、作業が終了する。
混練終了後、タンク２８に収容された正極ペーストまたは負極ペーストを取り出し、上記測定項目について測定をした。
【００２７】
（比較例）
次に、実施形態１およびに実施形態２に係る混練装置１４の性能を立証するために、比較例として下記の条件で実験を行った。比較例に係る混練装置は、実施形態１に係る混練装置１４において、貫通孔５２Ｃ（５２Ｄ）が存在しない回転羽根を備える混練装置を用いた。その他の構成は、実施形態１と同じであるので、実施形態１の符号を用いて以下に説明をする。
なお、使用粉体、粉体の使用量、使用媒体および測定項目は、上記実験例１および実験例２と同じであるので、説明を省略する。
粉体吸引型混練装置１０の粉体用ホッパー１６に、正極活性物質または負極活性物質を投入し、また、タンク２８に、有機溶剤（粉体が正極活性物質の場合）または水（粉体が負極活性物質の場合）を投入後、モーター１８を回転駆動して比較例に係る混練装置を用いて混練を行った。粉体用ホッパー１６に投入された正極活性物質または負極活性物質が混練装置１４に全て吸引されて混練が終了すると、作業が終了する。
混練終了後、タンク２８に収容された正極ペーストまたは負極ペーストを取り出し、上記測定項目について測定をした。
【００２８】
比較例、実験例１および実験例２の各測定結果を図５にまとめたが、図５（Ａ）に示すように、実験例１および実験例２では、比較例に比べて２５ｋｇの正極活性物質または負極活性物質の混練に時間を要する結果となった。これは、回転羽根５８に設けた複数の貫通孔５２Ｃ（５２Ｄ）の影響により、粉体の吸引力が低下したためと推察されるが、実施形態２に係る混練装置１４の貫通孔５２Ｄの方が、粉体の吸引力に与える影響が実施形態１に係るものと比べて少なかった。これは、実施形態１の貫通孔５２Ｃが直接粉体室６０に開口するのに対して、実施形態２の貫通孔５２Ｄは、内側回転羽根５２外周面のスリット部５６に臨む位置で、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ためと推察する。
【００２９】
また、図５（Ｂ）に示すように、実験例１および実験例２では、比較例に比べて混練完了後のペースト内に混入するＦｅ成分の混入量を減少させることができた。これは、粉体室６０に吸引された正極活性物質が、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５２Ｃ（５２Ｄ）を介して流入する有機溶剤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、回転羽根５８と固定羽根５０とが正極活性物質によって摩滅させられることが軽減された為と推察される。したがって、比較例の混練装置に比べて実施形態１およびに実施形態２に係る混練装置１４は、耐久性が向上する。
【００３０】
さらに、図５（Ｃ）に示すように、実験例１および実験例２では、比較例に比べて混練完了後のペースト内の平均粒径が初期値から低下する割合を低下することができた。これは、粉体室６０に吸引された負極活性物質が、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５２Ｃ（５２Ｄ）を介して流入する水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、回転羽根５８と固定羽根５０とよって負極活性物質が粉砕されることが軽減された為と推察される。したがって、比較例の混練装置に比べて実施形態１およびに実施形態２に係る混練装置１４では、混練に際して負極ペーストの性能を低下させる恐れが少ない。
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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
５２Ｃ・・貫通孔
５２Ｄ・・貫通孔
【図１】
2013111486.tif 000003
【図２】
2013111486.tif 000004
【図３】
2013111486.tif 000005
【図４】
2013111486.tif 000006
【図５】
2013111486.tif 000007
【図６】
2013111486.tif 000008