(57)【要約】【課題】混練時の温度を適切な範囲内に維持する。【解決手段】混練装置（１）は、被処理材料を収納する収納容器（１１）と、該収納容器内に設けられ、被処理材料を混練する混練羽根（１２）とを備える。当該混練装置は、被処理材料の温度を測定する温度測定機構（３４）と、混練羽根を駆動するトルクを測定するトルク測定機構（３５）と、制御機構とを備える。制御機構は、互いに異なる温度範囲及び／又は互いに異なるトルク範囲に属し、夫々温度上昇傾向を示す複数のマップを有し、測定された温度の単位時間当たりの上昇度及び測定されたトルクに基づいて複数のマップから一のマップを選択し、測定されたトルク及び一のマップから所定時間後の被処理材料の温度を予測する温度予測手段（３２）と、予測された温度が所定温度以上になった場合、混練羽根の回転数を下げる又は回転を停止する回転制御手段（３３）と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理材料を収納する収納容器と、前記収納容器内に設けられ、前記被処理材料を混練する混練羽根と、を備える混練装置であって、
前記被処理材料の温度を測定する温度測定機構と、
前記混練羽根を駆動するトルクを測定するトルク測定機構と、
制御機構と、
を備え、
前記制御機構は、
互いに異なる温度範囲及び／又は互いに異なるトルク範囲に属し、夫々温度上昇傾向を示す複数のマップを有し、
前記測定された温度の単位時間当たりの上昇度及び前記測定されたトルクに基づいて前記複数のマップから一のマップを選択し、前記測定されたトルク及び前記一のマップから所定時間後の前記被処理材料の温度を予測する温度予測手段と、
前記予測された温度が所定温度以上になった場合、前記混練羽根の回転数を下げる又は回転を停止する回転制御手段と、
を有する
ことを特徴とする混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置では、被処理材料の混練時に発生する熱による装置や被処理材料へのダメージが問題となる。例えば特許文献１には、自転公転式の遠心機内の被処理材料の温度情報に基づいて、被処理材料と遠心機の収納容器との少なくとも一方の温度が上限値以上と判断された場合に、自転体の回転速度が低速になるように又は自転体の回転が停止するように駆動部が制御される。
【０００３】
尚、正極活物質、導電性材料、結着材及び有機溶媒からなる混合物の混合、攪拌中の温度を、有機溶媒に溶解している結着材が固体として析出しない温度域（３０℃〜６０℃）に制御する方法が提案されている（特許文献２参照）。混練時のトルク又は温度から混練機の空転を検出し、自動的にロータ回転数を制御する混練装置が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４４４７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２４７１８４号公報
【特許文献３】特開昭５８−０９８２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、現在の温度情報に基づいて制御が行われており、例えば被処理材料の温度が想定以上の温度に達する可能性がある。特許文献２には、温度制御について具体的な方法は開示されていない。特許文献３に記載の技術では、温度制御については考慮されていない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、混練時の温度を適切な範囲内に維持することができる混練装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の混練装置は、上記課題を解決するために、被処理材料を収納する収納容器と、前記収納容器内に設けられ、前記被処理材料を混練する混練羽根と、を備える混練装置であって、前記被処理材料の温度を測定する温度測定機構と、前記混練羽根を駆動するトルクを測定するトルク測定機構と、制御機構と、を備え、前記制御機構は、互いに異なる温度範囲及び／又は互いに異なるトルク範囲に属し、夫々温度上昇傾向を示す複数のマップを有し、前記測定された温度の単位時間当たりの上昇度及び前記測定されたトルクに基づいて前記複数のマップから一のマップを選択し、前記測定されたトルク及び前記一のマップから所定時間後の前記被処理材料の温度を予測する温度予測手段と、前記予測された温度が所定温度以上である場合、前記混練羽根の回転数を下げる又は回転を停止する回転制御手段と、を有する。
【０００８】
本発明の混練装置によれば、所定時間後の被処理材料の温度が予測され、該予測された温度が所定温度以上である場合に混練羽根の回転数が低下される又は該混練羽根の回転が停止される。つまり、本発明では所定時間後の被処理材料の温度に基づいて、混練羽根の回転数が制御される。従って、混練時に、被処理材料の温度が想定以上になることを防止しつつ、被処理材料の温度を適切な範囲内に維持することができる。
【０００９】
本発明に係る「所定温度」は、混練羽根の回転数を下げるか否か、又は混練羽根の回転を停止するか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として設定されている。「所定温度」は、例えば混練後の被処理材料の目標品質等に応じて適宜設定すればよい。「所定時間」は、例えば被処理材料の混練期間に応じて適宜設定すればよい。
【００１０】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る混練装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】実施形態に係る混練制御処理を示すフローチャートである。
【図３】群分けされた複数のマップの概念を示す概念図である。
【図４】実施形態に係るマップの一例を示す図である。
【図５】混練時のチラー温度及びトルクの時間変化の一例を示す図である。
【図６】混練された材料の粘度の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の混練装置に係る実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。以下の実施形態では、混練装置の一例として、バッチ式二軸混練機を挙げる。しかしながら、本発明はバッチ式二軸混練機以外の混練装置にも適用可能である。
【００１３】
（装置構成）
実施形態に係る混練装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る混練装置の構成を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、混練装置１は、混練機１０、チラー２０及び制御部３０を備えて構成されている。
【００１５】
混練機１０は、被処理材料を収納する収納容器１１と、該収納容器１１内に設けられ被処理材料を混練する混練羽根１２と、混練羽根１２の回転軸に回転動力を伝達可能なモータ１３と、チラー２０により循環される冷却水の流路１４と、を備える。制御部３０は、その内部に実現される論理的な処理ブロック又は物理的な処理回路として、記憶部３１、温度予測部３２及び回転制御部３３を備える。
【００１６】
（混練制御処理）
次に、制御部３０により実施される混練制御処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００１７】
図示しないユーザインターフェイスを介して、混練条件（ここでは、混練時間ｔｍａｘ、冷却水の上限温度Ｔｍａｘ、混練羽根１２の回転数Ｖ）が入力されると、該入力された混練条件が制御部３０の記憶部３１に記憶される。制御部３０の回転制御部３３は、混練条件により示される混練羽根１２の回転数Ｖとなるようにモータ１３を制御して被処理材料の混練を開始する（ステップＳ１０１）。この時、制御部３０は、被処理材料の混練が開始されると、混練時間を計測するカウンタ（図示せず）をスタートさせる。
【００１８】
尚、被処理材料の例えば粘度等は混練時に変化するので、回転制御部３３は、回転数Ｖが維持されるように、モータ１３の回転トルクを適宜変更する。混練が休止されたとき（即ち、混練羽根１２の回転数がゼロになったとき）は、上記カウンタも一時停止する。
【００１９】
次に、制御部３０は、上記カウンタの値を参照して、被処理材料の混練が開始されてから、混練条件により示される混練時間ｔｍａｘが経過したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この判定において、混練時間ｔｍａｘが経過したと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、回転制御部３３はモータ１３を停止させ、被処理材料の混練を終了する。
【００２０】
他方、ステップＳ１０２の判定において、混時間ｔｍａｘが経過していないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、制御部３０は、温度センサ３４及びトルクセンサ３５（図１参照）各々からの信号に基づいて、今回のモータ１３のトルクＦｎ及び、今回の冷却水温度Ｔｎを取得する（ステップＳ１０３）。
【００２１】
次に、制御部３０の温度予測部３２は、今回の冷却水温度Ｔｎと前回の冷却水温度Ｔｎ−１とから、単位時間当たりの冷却水温度の上昇量ΔＴを計算する（ステップＳ１０４）。続いて、温度予測部３２は、今回のトルクＦｎ及び上昇量ΔＴに基づいて、記憶部３１に予め記憶されている複数のマップから一のマップを決定する。複数のマップ各々は、トルクと所定期間の温度上昇量との関係を示す相関線に相当する（図４参照）。
【００２２】
ここで、記憶部３１に記憶されている複数のマップは、図３に示すように、モータ１３のトルクＦと、冷却水温度の上昇量ΔＴとを変数として、トルクＦ及び上昇量ΔＴ各々の仕切値により群分けされている。図３において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、…は、上昇量ΔＴの仕切値の一例であり、ｘ、ｙ、ｚ、α、β、…は、トルクＦの仕切値の一例である。
【００２３】
例えば今回のトルクＦｎが、ｙ〜ｚの範囲に該当し、上昇量ΔＴが、ｂ〜ｃの範囲に該当する場合、温度予測部３２は、相関線ｉｊに相当するマップを、上記一のマップとして決定する。
【００２４】
一のマップが決定された後、温度予測部３２は、今回のトルクＦｎと該一のマップとから所定期間の冷却水温度の上昇量ΔＴｃｎを算出する（ステップＳ１０５）。具体的には例えば、一のマップが図４に示す相関線に相当する場合、温度予測部３２は該相関線に基づいて５分間の冷却水温度の上昇量ΔＴｃｎを算出する。そして、温度予測部３２は、今回の冷却水温度Ｔｎと該算出された上昇量ΔＴｃｎとを加算することにより、５分後の冷却水温度を予測する。
【００２５】
次に、制御部３０は、予測された冷却水温度（Ｔｎ＋ΔＴｃｎ）が、混練条件により示される上限温度Ｔｍａｘより高いか否かを判定する（ステップＳ１０６）。この判定において、予測された冷却水温度（Ｔｎ＋ΔＴｃｎ）が上限温度Ｔｍａｘ以下であると判定された場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、制御部３０は、所定の待機時間後にステップＳ１０２の処理を再び行う。
【００２６】
他方、ステップＳ１０６の判定において、予測された冷却水温度（Ｔｎ＋ΔＴｃｎ）が上限温度Ｔｍａｘより高いと判定された場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、回転制御部３３は、モータ１３の回転数を低下する又はモータ１３を停止する（ステップＳ１０７）。この結果、混練羽根１２の回転数が低下又は混練羽根１２が停止し、冷却水の温度上昇（即ち、被処理材料の温度上昇）が抑制される。制御部３０は、所定の待機時間後にステップＳ１０２の処理を再び行う。
【００２７】
本実施形態では、ステップＳ１０２の処理において、混練時間ｔｍａｘが経過したと判定されるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理が一定周期で繰り返し実施される。このため、冷却水温度及びトルクは、一定周期の一周期毎に取得されることとなる。従って、上述の「単位時間」は、該一周期に相当する時間である。
【００２８】
（技術的効果）
次に、実施形態に係る混練装置１の技術的効果について、図５及び図６を参照して説明する。
【００２９】
図５は、黒鉛、硫化物固体電解質、バインダ樹脂（ＰＶＤＦ：ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ、ポリフッ化ビニリデン）及び酪酸ブチル溶媒を被処理材料として、混練羽根１２の回転数を１２００ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）に設定し、２５分間混練した場合の、冷却水温度（図５では、“チラー温度”）及びトルクの時間変化の一例を示す図である。
【００３０】
図５において「実施例」とは、当該混練装置１を用いて混練した場合の測定結果を意味し、「比較例」とは、温度予測を行わない（即ち、当該混練装置１とは異なる）混練装置を用いて連続して混練した場合の測定結果を意味する。図５において、黒三角及び黒菱形は、冷却水温度を示し、左側の縦軸に対応しており、白三角及び白菱形は、トルクを示し、右側の縦軸に対応している。図５において、冷却水の上限温度Ｔｍａｘは、摂氏２０度である。
【００３１】
図５に示すように、混練開始時の冷却水温度は、実施例及び比較例ともに摂氏１０度である。被処理材料の混練が進むにつれ冷却水温度も上昇し、比較例では、混練開始から約２２分経過したときに、冷却水温度が、上限温度Ｔｍａｘより高くなってしまった。
【００３２】
実施例では、上述した回転制御処理が実施され、混練開始から約２０分経過したときに、予測された冷却水温度（Ｔｎ＋ΔＴｃｎ）が上限温度Ｔｍａｘより高いと判定され（図２のステップＳ１０６参照）、モータ１３の回転が停止される（図５に白三角で示すトルク参照）。この結果、混練羽根１２の回転が停止し、（ここでは、５分間）混練が休止される。混練が休止されている間に、冷却水温度が低下する（図５に黒三角で示すチラー温度参照）。実施例では、図５に示すように、混練が終了するまで冷却水温度が上限温度Ｔｍａｘ（即ち、摂氏２０度）を超えることはない。
【００３３】
上述した被処理材料に含まれるバインダ樹脂は、混練時の発熱により高粘度になる性質がある。図６に示すように、当該混練装置１を用いて混練した場合（図６の“実施例”参照）、混練後の被処理材料の粘度は、適切な粘度範囲（図６の“粘度良品範囲”）内になるが、比較例に係る混練後の被処理材料の粘度は、適切な粘度範囲よりも高い粘度となってしまう。
【００３４】
このように、当該混練装置１によれば、混練時に、被処理材料の温度が想定以上になることを防止しつつ、被処理材料の温度を適切な範囲内に維持することができる。この結果、当該混練装置１によれば、期待通りの性質を有する混練後の被処理材料を得ることができる。
【００３５】
実施形態に係る「制御部３０」、「温度予測部３２」、「回転制御部３３」、「温度センサ３４」及び「トルクセンサ３５」は、夫々、本発明に係る「制御機構」、「温度予測手段」、「回転制御手段」、「温度測定機構」及び「トルク測定機構」の一例である。
【００３６】
上述した実施形態では、被処理材料の温度と密接に関連する冷却水温度が測定されている（即ち、被処理材料の温度が間接的に測定されている）が、被処理材料の温度が直接的に測定されてもよい。
【００３７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う混練装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１…混練装置、１０…混練機、１１…収納容器、１２…混練羽根、１３…モータ、１４…流路、２０…チラー、３０…制御部、３１…記憶部、３２…温度予測部、３３…回転制御部、３４…温度センサ、３５…トルクセンサ
【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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