(57)【要約】【課題】振動や騒音の発生を抑制しつつ、材料の吸入能力を向上することができる混合分散装置を提供する。【解決手段】混合分散装置は、流動性材料側領域Ｅ１に回転可能に配置され、径方向内方から吸入した流動性材料を径方向外方へ送出する回転羽根１３０と、回転羽根１３０から送出された流動性材料をさらに径方向外方の混合領域に向かって増速して送出する流動性材料用案内通路１４１を有し、混合領域における流動性材料の流通に伴って粉体側領域Ｅ２における粉体材料を混合領域へ誘導する誘導部材１４０とを備える。そして、誘導部材１４０は、回転羽根１３０の回転方向の逆方向に回転する。【選択図】図１
2013132573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性材料と粉体材料とを混合し分散する混合分散装置において、
前記流動性材料の吸入口側の流動性材料側領域と前記粉体材料の吸入口側の粉体側領域とを仕切る仕切板と、
前記流動性材料側領域に回転可能に配置され、径方向内方から吸入した前記流動性材料を径方向外方へ送出する回転羽根と、
前記回転羽根から送出された前記流動性材料をさらに径方向外方の混合領域に向かって増速して送出する流動性材料用案内通路を有し、前記混合領域における前記流動性材料の流通に伴って前記粉体側領域における前記粉体材料を前記混合領域へ誘導する誘導部材と、
を備え、
前記誘導部材は、前記回転羽根の回転方向の逆方向に回転する、混合分散装置。
【請求項２】
前記誘導部材は、前記粉体側領域における前記粉体材料を前記混合領域に向かって案内する粉体用案内通路を有する、請求項１の混合分散装置。
【請求項３】
前記流動性材料用案内通路および前記粉体用案内通路は、径方向外方に行くに従って前記誘導部材の回転方向とは反対方向に位相がずれるように形成されている、請求項２の混合分散装置。
【請求項４】
前記流動性材料用案内通路および前記粉体用案内通路は、径方向外方に行くに従って流路断面積が小さくなるように形成されている、請求項２または３の混合分散装置。
【請求項５】
前記混合分散装置は、
前記誘導部材より下流側に配置され、前記回転羽根に連結され前記回転羽根と一体的に回転可能な第一回転体と、
前記第一回転体より下流側に配置され、前記誘導部材に連結され前記誘導部材と一体的に回転可能であり、前記第一回転体とにより前記流動性材料と前記粉体材料との混合材料を分散させる第二回転体と、
をさらに備える、請求項１〜４の何れか一項の混合分散装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性材料と粉体材料とを混合し分散する混合分散装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車などにリチウムイオン二次電池が適用されている。リチウムイオン二次電池の電極は、アルミニウム箔などの基材に活物質材料のスラリーを塗布して、焼成することにより成形される。この製造方法は、例えば、特開2010-033786号公報（特許文献１）などに記載されている。
【０００３】
活物質材料のスラリーは、液体に活物質の粉末を混合して分散することにより作られる。このスラリーの製造方法として、例えば、特表2005-537912号公報（特許文献２）などに記載されているように、回転羽根（遠心ポンプインペラ）によって吸入された材料を径方向外方へ送出し、正転ロータと逆転ロータとにより混合、分散することにより行われる。
【０００４】
ところで、径方向外方へ材料を送出する手段として、特許文献２に記載されているような回転羽根のみによるものの他に、特開平5-187398号公報（特許文献３）に記載されているようなディフューザポンプが適用できる。ディフューザポンプは、回転羽根の径方向外方に、流路を有するディフューザが固定されて構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2010-033786号公報
【特許文献２】特表2005-537912号公報
【特許文献３】特開平5-187398号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載の装置において、材料の吸入能力を向上させるためには、回転羽根の回転速度を高くする必要がある。しかしながら、回転羽根を高速回転すると、回転アンバランスによる振動が発生しやすくなる。さらに、高速回転による騒音の問題も発生する。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、振動や騒音の発生を抑制しつつ、材料の吸入能力を向上することができる混合分散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】
【０００８】
そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、ディフューザポンプの基本概念を利用しつつ、従来固定されていたディフューザを回転羽根に対して逆方向に回転することを思いつき、本発明を発明するに至った。
【０００９】
（請求項１）本発明に係る混合分散装置は、流動性材料と粉体材料とを混合し分散する混合分散装置において、前記流動性材料の吸入口側の流動性材料側領域と前記粉体材料の吸入口側の粉体側領域とを仕切る仕切板と、前記流動性材料側領域に回転可能に配置され、径方向内方から吸入した前記流動性材料を径方向外方へ送出する回転羽根と、前記回転羽根から送出された前記流動性材料をさらに径方向外方の混合領域に向かって増速して送出する流動性材料用案内通路を有し、前記混合領域における前記流動性材料の流通に伴って前記粉体側領域における前記粉体材料を前記混合領域へ誘導する誘導部材とを備える。そして、前記誘導部材は、前記回転羽根の回転方向の逆方向に回転する。
【００１０】
（請求項２）また、前記誘導部材は、前記粉体側領域における前記粉体材料を前記混合領域に向かって案内する粉体用案内通路を有するようにしてもよい。
（請求項３）また、前記流動性材料用案内通路および前記粉体用案内通路は、径方向外方に行くに従って前記誘導部材の回転方向とは反対方向に位相がずれるように形成されているようにしてもよい。
（請求項４）また、前記流動性材料用案内通路および前記粉体用案内通路は、径方向外方に行くに従って流路断面積が小さくなるように形成されているようにしてもよい。
【００１１】
（請求項５）また、前記混合分散装置は、前記誘導部材より下流側に配置され、前記回転羽根に連結され前記回転羽根と一体的に回転可能な第一回転体と、前記第一回転体より下流側に配置され、前記誘導部材に連結され前記誘導部材と一体的に回転可能であり、前記第一回転体とにより前記流動性材料と前記粉体材料との混合材料を分散させる第二回転体とをさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
（請求項１）回転羽根を回転させると共に、誘導部材を回転羽根の反対方向に回転させることで、回転羽根と誘導部材との回転速度差を大きくすることができる。これにより、回転羽根の回転速度を低くしたとしても、流動性材料用案内通路から混合領域へ流動する流動性材料を増速することができる。その結果、粉体側領域から混合領域へ粉体材料を確実に誘導することができる。そして、回転羽根の回転速度を高くしないため、回転アンバランスによる振動の発生および騒音の発生を抑制することができる。なお、誘導部材が、ディフューザポンプを構成するディフューザに相当する部材である。
【００１３】
（請求項２）誘導部材が粉体用案内通路を有することにより、粉体側領域における粉体材料を混合領域へより効果的に誘導することができる。
【００１４】
（請求項３）流動性材料用案内通路および粉体用案内通路を上記のように形成することで、混合領域における流動性材料の高速化することができる。従って、粉体側領域における粉体材料を混合領域へより効果的に誘導することができる。さらに、流動性材料用案内通路と粉体用案内通路とが同位相の方向にずれるように形成されることで、粉体材料を混合領域へより誘導しやすくなる。
【００１５】
（請求項４）流動性材料用案内通路の流路断面積を下流に向かって小さくすることで、流動性材料をより高速化することができるため、粉体側領域における粉体材料を混合領域へより効果的に誘導することができる。さらに、粉体用案内通路の流路断面積を下流に向かって小さくすることで、粉体材料を混合領域へより誘導しやすくなる。
【００１６】
（請求項５）第一回転体と第二回転体は、それぞれ回転羽根と誘導部材とに連結されている。従って、専用の駆動装置を設置することなく、第一回転体と第二回転体とによる分散能力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の混合分散装置の軸方向断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施形態の混合分散装置は、例えば、リチウムイオン二次電池の電極（正極および負極）を製造するための装置を構成する。リチウムイオン二次電池の電極は、アルミニウム箔や銅箔などの基材に活物質材料のスラリーを塗布して焼成することにより成形される。本実施形態の混合分散装置は、活物質材料のスラリーを製造する装置である。具体的には、水などの液体に、活物質の金属粉末を混合して分散することにより作られる。以下、粉体材料が混合分散された後のスラリーを流動性混合材料と称し、粉体材料が混合される前の液体を流動性基材料と称する。流動性混合材料および流動性基材料は、共に、流動性を有する。ただし、流動性混合材料は、流動性基材料に比べると、粘度が高く形成されている。
【００１９】
本実施形態の混合分散装置について、図１〜図３を参照して説明する。混合分散装置は、図１の下方から流動性基材料をハウジング１１０内に吸入し、図１の上方から粉体材料をハウジング１１０内に吸入し、ハウジング１１０内において、流動性基材料と粉体材料とを混合し分散して流動性混合材料を生成する。そして、生成された流動性混合材料をハウジング１１０の外周面から径方向外方に排出する。
【００２０】
この混合分散装置は、装置本体１００と、活物質の粉体材料を収容する粉体ホッパ２００と、第一駆動装置３００と、第二駆動装置４００とを備える。ここで、粉体ホッパ２００、第一駆動装置３００および第二駆動装置４００は、装置本体１００のハウジング１１０に支持されている。
【００２１】
装置本体１００は、ハウジング１１０、回転仕切部材１２０、回転羽根１３０、誘導部材１４０、第一環状分散部材１５０、第二環状分散部材１６０を備える。
ハウジング１１０は、中空円盤状に形成されている。ハウジング１１０の下面の中心には、流動性基材料を吸入する流動性材料用吸入口１１１が形成されている。ハウジング１１０の上面の中心には、円筒状開口部１１２を有する。この円筒状開口部１１２は、回転仕切部材１２０を介して粉体ホッパ２００の粉体材料を吸入する。そして、ハウジング１１０内においては、流動性材料用吸入口１１１から吸入した流動性基材料と、円筒状開口部１１２から吸入された粉体材料とを混合し分散させて、流動性混合材料を生成する。さらに、ハウジング１１０の外周面の一部には、ハウジング１１０内にて生成された流動性混合材料を排出する排出口１１３が形成されている。
【００２２】
回転仕切部材１２０は、筒軸部１２１と、仕切板１２２とを備える。筒軸部１２１は、円筒状に形成され、かつ、図１の下端側に径方向に貫通する複数の貫通孔１２１ａを有している。この筒軸部１２１は、ハウジング１１０の円筒状開口部１１２の内周面に回転可能に同軸状に支持されている。筒軸部１２１の上端には、粉体ホッパ２００の粉体材料の排出端を装着可能であって、粉体ホッパ２００から粉体材料を吸入する粉体用吸入口１２１ｂが形成されている。つまり、粉体ホッパ２００から吸入された粉体材料は、筒軸部１２１の上端に位置する粉体用吸入口１２１ｂから吸入され、筒軸部１２１内部を通過して、筒軸部１２１の下端に位置する貫通孔１２１ａから排出され、粉体側領域Ｅ２に到達する。
【００２３】
仕切板１２２は、円盤状に形成され、その中心部が筒軸部１２１の図１の下端に固定されている。つまり、仕切板１２２は、筒軸部１２１と共に、ハウジング１１０内に、その中心軸回りに回転可能に配置されている。この仕切板１２２は、ハウジング１１０内の中心付近を上下に区画し、下側に位置する流動性材料用吸入口１１１側の領域Ｅ１（流動性材料側領域）と上側に位置する円筒状開口部１１２側の領域Ｅ２（粉体側領域）とに仕切っている。
【００２４】
回転羽根１３０は、仕切板１２２の下面のうち径方向外方の位置に、周方向に複数設けられている。つまり、回転羽根１３０は、仕切板１２２の回転に伴って回転する。回転羽根１３０は、径方向内方に位置する流動性材料用吸入口１１１から吸入した流動性基材料または流動性混合材料を、径方向外方へ送出するポンプ羽根として機能する。それぞれの回転羽根１３０は、径方向外方に行くに従って回転羽根１３０の回転方向とは反対方向に位相がずれるように形成されている。図２においては、回転羽根１３０の回転方向が右回りであるため、それぞれの回転羽根１３０の位相は径方向外方に行くに従って左回り側にずれている。
【００２５】
誘導部材１４０は、仕切板１２２の径方向外方（仕切板１２２および回転羽根１３０の下流側）に配置されている。誘導部材１４０は、ハウジング１１０の円筒状開口部１１２の内周面と回転仕切部材１２０の筒軸部１２１の外周面との間に回転可能に支持された回転被支持部１４４を備えている。つまり、誘導部材１４０は、ハウジング１１０および回転仕切部材１２０に対して回転可能に配置されている。この誘導部材１４０は、回転羽根１３０の回転方向とは逆方向に回転される。
【００２６】
誘導部材１４０は、回転羽根１３０から送出された流動性基材料または流動性混合材料をさらに径方向外方の混合領域に向かって増速して送出する流動性材料用案内通路１４１を有する。この流動性材料用案内通路１４１は、径方向外方に行くに従って誘導部材１４０の回転方向とは反対方向（回転羽根１３０の回転方向）に位相がずれるように形成されている。つまり、回転羽根１３０と誘導部材１４０の流動性材料用案内通路１４１とにより、いわゆるディフューザポンプのように機能する。この流動性材料用案内通路１４１は、径方向外方に行くに従って流路断面積が小さくなるように形成されている。流動性材料用案内通路１４１の流路断面積を下流に向かって小さくすることで、流動性基材料をより高速化することができる。
【００２７】
さらに、誘導部材１４０は、粉体側領域Ｅ２における粉体材料を径方向外方に位置する混合領域に向かって案内する粉体用案内通路１４２を有する。粉体用案内通路１４２は、少なくとも径方向内方において、仕切部１４３を介して、流動性材料用案内通路１４１とは独立して形成されている。ただし、粉体用案内通路１４２における径方向外方は、流動性材料用案内通路１４１における径方向外方に連通している。つまり、流動性材料用案内通路１４１の径方向外方に位置する混合領域における流動性基材料または流動性混合材料の流通に伴って、粉体用案内通路１４２を介して粉体側領域Ｅ２における粉体材料を混合領域へ誘導することができる。
【００２８】
この粉体用案内通路１４２は、流動性材料用案内通路１４１と同様の方向に延びるように形成されており、径方向外方に行くに従って誘導部材１４０の回転方向とは反対方向（回転羽根１３０の回転方向）に位相がずれるように形成されている。さらに、粉体用案内通路１４２は、径方向外方に行くに従って流路断面積が小さくなるように形成されている。このように流動性材料用案内通路１４１および粉体用案内通路１４２を形成することで、粉体側領域Ｅ２における粉体材料を混合領域へより効果的に誘導することができる。さらに、粉体用案内通路の流路断面積を下流に向かって小さくすることで、粉体材料を混合領域へより誘導しやすくなる。
【００２９】
第一環状分散部材１５０（第一回転体）は、中心に貫通孔を有する環状に形成されており、回転羽根１３０の下縁に一体的に連結されている。第一環状分散部材１５０は、円盤部１５１、第一内周側凸歯１５２、第一外周側凸歯１５３を備える。円盤部１５１は、回転羽根１３０の下縁に連結されており、その中心孔が流動性材料用吸入口１１１に連通している。第一内周側凸歯１５２は、誘導部材１４０の径方向外方（誘導部材１４０の下流側）である混合領域に配置されており、円盤部１５１の上面から軸方向上方（流動性混合材料の流通方向に直交する方向）に突出するように、かつ、周方向に複数形成されている。第一外周側凸歯１５３は、第一内周側凸歯１５２の径方向外方であって円盤部１５１の外周縁から軸方向上方に突出するように、かつ、周方向に複数形成されている。
【００３０】
つまり、第一内周側凸歯１５２および第一外周側凸歯１５３は、軸方向上方に先端を有し、周方向に連続する櫛歯状に形成されている。これら第一内周側凸歯１５２および第一外周側凸歯１５３の歯先は、第二環状分散部材１６０に対して相対回転可能となるように僅かな隙間を有している。そして、第一内周側凸歯１５２および第一外周側凸歯１５３の周方向縁面は、周方向にそれぞれ隣り合う第一内周側凸歯１５２および第一外周側凸歯１５３の歯先側の隙間幅が歯元側の隙間幅とほぼ同程度となるように形成されている。
【００３１】
第二環状分散部材１６０（第二回転体）は、第一環状分散部材１５０との相対動作によって、流動性混合材料を分散する。この第二環状分散部材１６０は、誘導部材１４０の外周面から径方向外方に位置するように、当該外周面に連結されている。つまり、第二環状分散部材１６０は、誘導部材と一体的に回転可能とされている。この第二環状分散部材１６０は、第二内周側凸歯１６１および第二外周側凸歯１６２を備える。
【００３２】
第二内周側凸歯１６１および第二外周側凸歯１６２は、ハウジング１１０の内面から軸方向下方（第一内周側凸歯１５２の突出方向とは反対方向）に突出するように、かつ、周方向に複数形成されている。第二内周側凸歯１６１は、第一内周側凸歯１５２より下流側（径方向外方）であって、第一外周側凸歯１５３の上流側（径方向内方）に配置されており、それらに対して流動性混合材料の流通方向に対向するように配置されている。また、第二外周側凸歯１６２は、第一外周側凸歯１５３の下流側（径方向外方）に、当該第一外周側凸歯１５３に対して流動性混合材料の流通方向に対向するように配置されている。
【００３３】
第二内周側凸歯１６１および第二外周側凸歯１６２の歯先は、第一環状分散部材１５０の円盤部１５１に対して僅かな隙間を有している。そして、第二内周側凸歯１６１および第二外周側凸歯１６２の周方向縁面は、周方向にそれぞれ隣り合う第二内周側凸歯１６１および第二外周側凸歯１６２の歯先側の隙間幅が歯元側の隙間幅とほぼ同程度となるように形成されている。
【００３４】
第一駆動装置３００は、回転仕切部材１２０の筒軸部１２１の上端外周面を回転駆動する。第一駆動装置３００は、モータ３０１と、モータ３０１の出力軸に固定された駆動プーリ３０２と、筒軸部１２１の外周面に固定された従動プーリ３０３と、駆動プーリ３０２と従動プーリ３０３とを懸架するベルト３０４とを備える。つまり、モータ３０１が動作することによって、駆動プーリ３０２の回転駆動がベルト３０４を介して従動プーリ３０３に伝達される。このようにして、回転仕切部材１２０と、回転仕切部材１２０に連結されている回転羽根１３０および第一環状分散部材１５０とが回転する。
【００３５】
第二駆動装置４００は、誘導部材１４０の回転被支持部１４４の上端外周面を回転駆動する。第二駆動装置４００は、モータ４０１と、モータ４０１の出力軸に固定された駆動プーリ４０２と、回転被支持部１４４の外周面に固定された従動プーリ４０３と、駆動プーリ４０２と従動プーリ４０３とを懸架するベルト４０４とを備える。つまり、モータ４０１が動作することによって、駆動プーリ４０２の回転駆動がベルト４０４を介して従動プーリ４０３に伝達される。このようにして、誘導部材１４０および誘導部材１４０に連結されている第二環状分散部材１６０が回転する。ここで、第二駆動装置４００のモータ４０１の回転方向は、第一駆動装置３００のモータ３０１の回転方向と逆方向とされている。
【００３６】
以上説明した混合分散装置の作用について説明する。第一駆動装置３００のモータ３０１が正回転することにより、回転仕切部材１２０、回転羽根１３０、第一環状分散部材１５０が、ハウジング１１０に対して正回転する（図２および図３の右回り）。一方、第二駆動装置４００のモータ４０１が逆回転（モータ３０１の正回転の反対方向の回転）することにより、誘導部材１４０および第二環状分散部材１６０が、ハウジング１１０に対して逆回転する（図２および図３の左回り）。
【００３７】
そうすると、回転羽根１３０と誘導部材１４０とが相対回転することにより、回転羽根１３０と誘導部材１４０とによりディフューザポンプとしての作用が生じ、流動性基材料が流動性材料用吸入口１１１から流動性材料側領域Ｅ１に吸入される。吸入された流動性基材料は、回転羽根１３０および流動性材料用案内通路１４１を通過して、混合領域に送出される。そして、流動性基材料の流通によって、粉体材料が粉体用吸入口１２１ｂから粉体側領域Ｅ２に吸入される。吸入された粉体材料は、粉体用案内通路１４２を通過して、混合領域に誘導される。
【００３８】
混合領域においては、第一環状分散部材１５０と第二環状分散部材１６０が配置されている。そして、径方向内方から径方向外方に向かって、第一内周側凸歯１５２、第二内周側凸歯１６１、第一外周側凸歯１５３、第二外周側凸歯１６２の順に配置されており、相互に相対回転している。従って、誘導部材１４０から送出された流動性基材料および粉体材料は、混合されつつ、それぞれの凸歯１５２，１５３，１６１，１６２によるせん断力によって分散される。そして、第二外周側凸歯１６２を通過した流動性混合材料は、排出口１１３から外部へ排出される。このようにして、均質な流動性混合材料が生成される。
【００３９】
ところで、流動性基材料を混合領域へ流通させるために、回転羽根１３０を回転させると共に、誘導部材１４０を回転羽根１３０の反対方向に回転させることとした。このようにすることで、回転羽根１３０と誘導部材１４０との回転速度差を大きくすることができる。これにより、回転羽根１３０の回転速度を低くしたとしても、流動性材料用案内通路１４１から混合領域へ流動する流動性材料を増速することができる。その結果、粉体側領域Ｅ２から混合領域へ粉体材料を確実に誘導することができる。そして、回転羽根１３０の回転速度を高くしなくても良いため、回転アンバランスによる振動の発生および騒音の発生を抑制することができる。
【００４０】
さらに、第一環状分散部材１５０と第二環状分散部材１６０は、それぞれ回転羽根１３０と誘導部材１４０とに連結されている。従って、これらを回転するための専用の駆動装置を設置することなく、第一環状分散部材１５０と第二環状分散部材１６０とによる分散能力を得ることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１１１：流動性材料用吸入口、  １１２：円筒状開口部、  １１３：排出口、  １２０：回転仕切部材、  １２１ｂ：粉体用吸入口、  １２２：仕切板、  １３０：回転羽根、  １４０：誘導部材、  １４１：流動性材料用案内通路、  １４２：粉体用案内通路、  １４３：仕切部、  １４４    回転被支持部、  １５０：第一環状分散部材（第一回転体）、  １６０：第二環状分散部材（第二回転体）、  ２００：粉体ホッパ、  ３００：第一駆動装置、  ４００：第二駆動装置、  Ｅ１：流動性材料側領域、  Ｅ２：粉体側領域
【図１】
2013132573.tif 000003
【図２】
2013132573.tif 000004
【図３】
2013132573.tif 000005