JP2019111479A - 湿潤紛体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内で液体を噴射させる場合に紛体の漏れを抑制することが可能な湿潤紛体製造装置を提供する。【解決手段】湿潤紛体製造装置１は、紛体を混合する容器１６と、容器１６内に液体を噴射する噴射ノズル１７と、紛体を細かくするせん断羽根１９と、容器１６内でせん断羽根１９を回転させる回転軸部材１８と、回転軸部材１８に回転力を与える駆動手段と、を備える。回転軸部材１８は、その内部に空洞部１８ａを有するとともに、回転軸部材１８の表面から空洞部１８ａに連通する孔部１８ｂを有する。空洞部１８ａは、容器１６の外部と連通している。【選択図】図１

Description

本発明は、湿潤紛体製造装置に関する。

特許文献１には、噴射ノズルから液体を噴射させながら、電極材料の紛体を容器内で撹拌羽根を用いて混合し、湿潤紛体を製造する湿潤粉体製造装置において、撹拌羽根を振動させることで、湿潤粉体の撹拌羽根への付着を防止する技術が開示されている。

特開２０１７−１２７８４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の湿潤紛体製造装置では、密閉度の高い容器を用いた場合、噴射ノズルから液体を噴射すると、噴射量に応じて容器内の圧力が高まり、装置の隙間から空気と共に紛体が漏れてしまう虞がある。よって、このように紛体漏れを防ぐような密閉度の高い容器内で液体を噴射させる場合に、紛体の漏れを抑制する技術が望まれる。

そこで、本発明の目的は、容器内で液体を噴射させる場合に紛体の漏れを抑制することが可能な湿潤紛体製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
紛体を混合する容器と、前記容器内に液体を噴射する噴射ノズルと、前記紛体を細かくするせん断羽根と、前記容器内で前記せん断羽根を回転させる回転軸部材と、前記回転軸部材に回転力を与える駆動手段と、を備え、
前記回転軸部材は、前記回転軸部材の内部に空洞部を有するとともに、前記回転軸部材の表面から前記空洞部に連通する孔部を有し、
前記空洞部は、前記容器の外部と連通している、
湿潤紛体製造装置である。

この一態様に係る湿潤紛体製造装置では、容器内の紛体を混合する空間が回転軸部材の孔部及び空洞部を介して容器の外部に連通している。よって、この湿潤紛体製造装置によれば、容器内の圧力の上昇を抑えることができ、結果として、容器内で液体を噴射させる場合に紛体の漏れを抑制することができる。

本発明によれば、容器内で液体を噴射させる場合に紛体の漏れを抑制することが可能な湿潤紛体製造装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る湿潤紛体製造装置の一構成例を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る湿潤紛体製造装置の一構成例を示す斜視図である。 図２の湿潤紛体製造装置における湿式混合容器の長手方向の断面図である。 図３の湿潤紛体製造装置におけるせん断羽根を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る湿潤紛体製造装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は本実施形態に係る湿潤紛体製造装置の一構成例を概略的に示す断面図、図２は本実施形態に係る湿潤紛体製造装置の一構成例を示す斜視図である。また、図３は、図２の湿潤紛体製造装置における湿式混合容器の長手方向の断面図、図４は、この湿潤紛体製造装置におけるせん断羽根を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る湿潤紛体製造装置１は、紛体投入部１１、容器（乾式混合容器）１２、回転軸部材（回転シャフト）１３、羽根部材１４、シャッタ１５、及び第１駆動手段２２を備えることができる。

そして、本実施形態に係る湿潤紛体製造装置１は、容器（湿式混合容器）１６、噴射ノズル１７、回転軸部材（回転シャフト）１８、せん断羽根（せん断羽根部材）１９、及び第２駆動手段２３を備える。

紛体投入部１１は、湿潤紛体を製造する元となる紛体を投入する部位である。湿潤紛体製造装置１は、電極材料の造粒工程において使用することができる。そのため、紛体投入部１１には、例えば、負極活性物質とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の２種類の粉体が投入される。

乾式混合容器１２は、紛体投入部１１から投入された紛体を乾式で混合するための容器である。そのため、乾式混合容器１２は、その上部に紛体投入部１１が接続されており、紛体投入部１１と連通する開口部（上側開口部）を有する。なお、図示しないが、紛体投入部１１と乾式混合容器１２との間に、後述のシャッタ１５と同様の機構をもつシャッタを設けることもできる。

乾式混合容器１２内での混合は、回転軸部材１３、羽根部材１４、及び第１駆動手段２２により行われる。乾式混合容器１２の内部に位置する回転軸部材１３の表面には、複数の羽根部材１４が配設されている。第１駆動手段２２は、回転軸部材１３に回転力を与える手段である。第１駆動手段２２により回転力が与えられた回転軸部材１３が回転して、投入された紛体が複数の羽根部材１４により混合される。

乾式混合容器１２は、その底部に、混合後の紛体を湿式混合容器１６側に落とすための開口部（底側開口部）を有する。湿式混合容器１６は、その上部に、乾式混合容器１２の底側開口部に連通可能な開口部を有する。シャッタ１５は、例えばその本体（仕切り部材）及び移動機構（開閉機構）２１により構成することができる。

この仕切り部材は、例えば、乾式混合容器１２の底側開口部と湿式混合容器１６の開口部とで形成される連通路を仕切る（遮断する）板状部材とすることができる。開閉機構２１は、上記仕切り部材を水平方向に移動させることで上記連通路を開閉する機構である。具体的には、この開閉機構２１は、仕切り部材を開動作させることにより乾式混合容器１２から湿式混合容器１６へ紛体を移動（落下）させることができ、仕切り部材を閉動作させることによりその紛体の移動を阻止することができる。

湿式混合容器１６は、乾式混合容器１２内で混合され、乾式混合容器１２から移動された紛体Ｐを、湿潤させながら混合するための容器である。湿潤紛体製造装置１では、この混合時に細粒化も実行されるように構成されている。

湿式混合容器１６内での湿潤化及び細粒化を含む混合は、噴射ノズル１７、回転軸部材１８、せん断羽根１９、及び第２駆動手段２３により行われる。噴射ノズル１７は、湿式混合容器１６内に溶媒となる液体を噴射する。この液体は、液体供給機構２４により高圧で噴射ノズル１７に供給される。噴射ノズル１７は、その先端の噴射口が湿式混合容器１６の内壁に位置するように、或いは内壁より内側になるように、湿式混合容器１６に配設しておくことができる。

回転軸部材１８は、湿式混合容器１６内でせん断羽根１９を回転させる部材であり、少なくともその一部が湿式混合容器１６内に回転可能な状態で配設される。回転軸部材１８は、好ましくはその軸方向が水平方向になるように配設される。第２駆動手段２３は、回転軸部材１８に回転力を与える手段である。第２駆動手段２３は、例えばモータ等の駆動装置及び駆動を回転軸部材１８に伝達する機構を有することができる。第１駆動手段２２も第２駆動手段２３と同様の構成を有することができる。

せん断羽根１９は、紛体Ｐを細かくする羽根状部材であり、湿式混合容器１６の内部空間に位置する回転軸部材１８の表面に１又は複数、配設されている。ここでは、図３に示すように複数のせん断羽根１９が設けられるものとする。１つのせん断羽根１９は、図４に示すように、フレーム部１９ａ，１９ｂ、及び平行に配された複数本の線状部材１９ｃを有することができる。フレーム部１９ａ，１９ｂはいずれも、回転時の紛体Ｐからの抵抗を抑えるために、その回転方向の先端をテーパ状に形成しておくことができる。

複数のせん断羽根１９は、図３に示すように、回転軸部材１８の長手方向に並ぶように、且つ隣り合うせん断羽根１９の取り付け角度（フレーム部１９ａ，１９ｂの回転方向の取り付け角度）がずれるように、配されている。ここでは、図４に示すように回転方向に均等な角度で配された４つのせん断羽根１９を１セットとし、このようなセットが図３に示すように回転軸部材１８の長手方向に互い違いに配されている。よって、この例では、回転軸部材１８の長手方向において隣り合うせん断羽根１９同士は、４５°だけ回転方向にずらせて配されることになる。

各線状部材１９ｃは、その一端がフレーム部１９ａに配設され、その他端がフレーム部１９ｂに配設されている。線状部材１９ｃは紛体Ｐを細かくする（切る）ための部材であり、隣り合う線状部材１９ｃ間の間隔は、紛体Ｐを細粒化させる目標の直径に基づき決めておけばよい。線状部材１９ｃは、紛体Ｐを細かくするための刃等の他の部材とすることもできる。

第２駆動手段２３により回転力が与えられた回転軸部材１８が回転し、それに伴い複数のせん断羽根１９が回転することで、紛体Ｐが細粒化されて混合される。その際、噴射ノズル１７から必要な分の液体が噴射され、噴射された液滴Ｌにより、紛体Ｐ又はそれが細粒化された紛体を湿らせる。このように、湿式混合容器１６の内部において、紛体Ｐは、せん断羽根１９により細粒化されながら、噴射により霧化された液滴Ｌと混ぜ合わされ、湿潤紛体となる。

なお、湿式混合容器１６の底部にも、シャッタ１５と同様のシャッタ（図示せず）を設けておくことで、そのシャッタを開動作させることで、製造された湿潤紛体を取り出すことができる。

上述したように、湿潤紛体製造装置１は、せん断羽根１９の回転軸部材１８が横を向いとり、横置き（横型）の造粒機であると言える。さらに、湿潤紛体製造装置１では、混合用の室となる乾式混合容器１２と湿潤化及び細粒化用の室となる湿式混合容器１６とを分けている。これにより、湿潤紛体の製造に係るサイクルタイムを短くすることができる。そして、乾式混合容器１２及び湿式混合容器１６は、基本的にいずれも紛体が漏れないような密閉構造とされる。仮に、紛体が湿式混合容器１６の外部に漏れてしまった場合、粉の固形分率がバラつき、歩留りが悪化するだけでなく、作業環境が汚染され、清掃作業が大変になるためである。

一方で、湿式混合容器１６の内部空間は、例えばシャッタ１５の開動作時、閉動作時にそれぞれ負圧、正圧になり、溶媒となる液体が噴霧された場合に、圧力が上昇して正圧になる。よって、湿潤紛体製造装置１では、紛体の移動や溶媒となる液体の追加を行うに際して、湿式混合容器１６の内部圧力が変化した場合であっても、例えばシャッタ１５等の摺動部の隙間から紛体が漏れることを抑制する構造を採用している。

このような構造は、本実施形態の主たる特徴の一つであり、以下に説明する。
まず、図１、図３及び図４に示すように、回転軸部材１８は、その内部に空洞部１８ａを有するとともに、回転軸部材１８の表面から空洞部１８ａに連通する孔部１８ｂを有する。

空洞部１８ａは、例えば、回転軸部材１８の軸中心部を長手方向にわたって空洞（中空）にした部分とすることができ、もしくは長手方向の少なくとも中央部分において空洞にした部分とすることができる。なお、孔部１８ｂは、空気（エア）の経路として、直線状の経路を形成していても、曲折した経路を形成していてもよい。孔部１８ｂは、回転軸部材１８の表面に形成された開口部と、その開口部と空洞部１８ａとを連通する連通部と、を有することができる。

そして、空洞部１８ａは、図３に示すように湿式混合容器１６の外部と連通している。つまり、湿式混合容器１６の内部空間は、孔部１８ｂ及び空洞部１８ａを介して、湿式混合容器１６の外部と繋がっており、内部空間から外部へと向かう空気の経路が形成されている。なお、空洞部１８ａは、湿式混合容器１６の外部と連通していればよいが、湿潤紛体製造装置１の外部まで連通していてもよい。なお、空洞部１８ａを、例えば回転軸部材１８の長手方向の少なくとも中央部分において空洞にした部分とした場合にも、外部と連通させるための通路が設けられることになる。

このような特徴により、湿潤紛体製造装置１では、回転軸部材１８が回転している間、図３の白抜き矢印で示すように、遠心力によって紛体Ｐ及びそれを細粒化した紛体（以下、紛体Ｐ等）が湿式混合容器１６の壁面（内壁）側に移動する。これにより、湿式混合容器１６の中央部分は空気のみとなる。そして、このような粉体と空気との分離により、液体を噴射して湿式混合容器１６の圧力が高まり正圧になった際には、空気だけが湿式混合容器１６の中央部分に設けられた回転軸部材１８から湿式混合容器１６の外部へ排出（排気）される。この空気は、図３における太線矢印の方向に向かうことになる。

このように、本実施形態に係る湿潤紛体製造装置１では、上述のような排気経路（空気の通り道）を有する。これにより、湿潤紛体製造装置１によれば、排気経路がなければ密閉度の高い湿式混合容器１６において、その内部空間が正圧になるような場面でも、紛体Ｐ等が湿式混合容器１６から（湿潤紛体製造装置１から）漏れ出ることを抑制することができる。

また、空洞部１８ａの、湿式混合容器１６の外部への連通先は、単に大気に触れさせるように構成することができる。但し、ここでは、この連通先に吸引機を設置しておくものとする。この吸引機は、液体の噴射量に応じて吸引量になるように制御しておくことで、湿式混合容器１６の内部空間の圧力を一定に保つことができる。

（実施例）
以上のような排気経路を有する本実施形態に係る湿潤紛体製造装置１において、実際に、負極活性物質とＣＭＣの２種類の粉体から湿潤紛体を製造した。また、比較例として、排気経路を設けないようにした（他の構成は湿潤紛体製造装置１と同様）湿潤紛体製造装置についても、上記２種類の粉体から湿潤紛体を製造した。その結果、比較例に係る湿潤紛体製造装置に比べ、本実施形態に係る湿潤紛体製造装置１は、粉漏れ量を約９２％も削減することができ、見た目の粉漏れも無くなった。例えば、一度に２．４ｋｇの紛体を投入して混合した結果、比較例では１．２ｇの紛体が漏れたのに対し、湿潤紛体製造装置１では０．１ｇの紛体しか漏れなかった。

（代替例）
次に、本実施形態における代替例について説明する。
以上において湿潤紛体製造装置について説明したが、湿潤紛体製造装置に含まれる各構成部品は、いずれも図示するものに限ったものではなく、各構成部品について説明した機能が備わっていればよい。

例えば、羽根部材１４の形状は問わず、紛体の混合が可能なものであればよい。また、シャッタ１５の形状も問わず、乾式混合容器１２から湿式混合容器１６へ、開動作により紛体を落とすことが可能で、閉動作により紛体の落下を阻止することが可能なものであればよい。また、せん断羽根１９の形状、個数、配置は問わず、図示したものに限ったものではない。孔部１８ｂの形状、個数、配置も問わず、空洞部１８ａの形状等も問わない。

また、本実施形態に係る湿潤紛体製造装置１は、回転軸部材１８が横を向く横置きの装置であることを前提として説明したが、回転軸部材１８が縦方向に向く縦置きの装置であっても本実施形態に係る効果は得られる。但し、横置きの方が縦置きに比べて紛体が漏れないような密閉度の高い容器が必要となるため、縦置きに比べ横置きの方が本実施形態に係る効果がより得られるため、好ましいと言える。

また、本実施形態では、湿潤紛体製造装置１が２つの室（乾式混合容器１２及び湿式混合容器１６）を備えた例を挙げたが、３つ以上の室を備える装置であってもよいし、さらには１つの室を備えるだけの装置であってもよい。その室を構成する容器は、紛体を投入する開口部や製造された湿潤紛体を取り出す開口部が必要となり、液体の噴射に応じた高圧化はそれらの開口部からの紛体の漏れを誘発する可能性がある。従って、本実施形態のような排気経路は、１つの室を備えるだけの湿潤紛体製造装置であっても、有益に機能する。

また、上述の実施形態では、電極材料の造粒工程において湿潤紛体製造装置１を使用する場合の一例を挙げているが、紛体投入部１１から投入される紛体は例示したものに限らず、また電極材料となる紛体に限ったものでもない。

以上に、本実施形態について説明したが、上記実施形態は、以下の特徴を有する。
即ち、上記実施形態に係る湿潤紛体製造装置１は、紛体を混合する容器（湿式混合容器）１６と、容器１６内に液体を噴射する噴射ノズル１７と、紛体を細かくするせん断羽根１９と、を備える。さらに、この湿潤紛体製造装置１は、容器１６内でせん断羽根１９を回転させる回転軸部材１８と、回転軸部材１８に回転力を与える駆動手段と、を備える。回転軸部材１８は、その内部に空洞部１８ａを有するとともに、回転軸部材１８の表面から空洞部１８ａに連通する孔部１８ｂを有する。空洞部１８ａは、容器１６の外部と連通している。

以上の構成の湿潤紛体製造装置１では、容器１６内の紛体Ｐを混合する空間が回転軸部材１８の孔部１８ｂ及び空洞部１８ａを介して容器１６の外部に連通している。よって、湿潤紛体製造装置１によれば、容器１６内の圧力の上昇を抑えることができ、結果として、容器１６内で液体を噴射させる場合を含め容器１６の内部空間が正圧になるような場合でも、紛体の漏れを抑制することができる。

Ｐ 紛体
Ｌ 液滴
１ 湿潤紛体製造装置
１１ 紛体投入部
１２ 容器（乾式混合容器）
１３ 回転軸部材
１４ 羽根部材
１５ シャッタ
１６ 容器（湿式混合容器）
１７ 噴射ノズル
１８ 回転軸部材
１８ａ 空洞部
１８ｂ 孔部
１９ せん断羽根（せん断羽根部材）
１９ａ，１９ｂ フレーム部
１９ｃ 線状部材
２１ 移動機構（開閉機構）
２２ 第１駆動手段
２３ 第２駆動手段
２４ 液体供給機構

Claims (1)

1. 紛体を混合する容器と、前記容器内に液体を噴射する噴射ノズルと、前記紛体を細かくするせん断羽根と、前記容器内で前記せん断羽根を回転させる回転軸部材と、前記回転軸部材に回転力を与える駆動手段と、を備え、
   前記回転軸部材は、前記回転軸部材の内部に空洞部を有するとともに、前記回転軸部材の表面から前記空洞部に連通する孔部を有し、
   前記空洞部は、前記容器の外部と連通している、
   湿潤紛体製造装置。

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