JP2013132572A

JP2013132572A - 混合分散装置

Info

Publication number: JP2013132572A
Application number: JP2011283053A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Fukaya; 佳文深谷; Yoshihiko Kondo; 善彦近藤; Masaki Hayashi; 正基林; Takashi Kono; 貴志河野
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-08
Also published as: EP2609999A1; CN103170261A

Abstract

【課題】より高い分散能力を有する混合分散装置を提供することを目的とする。
【解決手段】混合分散装置は、混合前回転羽根１３０と混合後回転羽根１５０を備える。混合前回転羽根１３０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仕切板１２０の径方向外方の第一段混合領域Ｅ３へ送出すると共に、粉体側領域Ｅ２の粉体材料を第一段混合領域Ｅ３へ誘導する。混合後回転羽根１５０は、第一段混合領域Ｅ３の下流側であって第一段混合領域Ｅ３に対して軸方向に異なる第二段混合領域Ｅ４に配置され、第一段混合領域Ｅ３から第二段混合領域Ｅ４に流通された流動性材料および粉体材料の混合材料を分散すると共に径方向外方の排出口１１３へ送出する。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。この液体と粉末の混合分散を行う装置として、特許第4458536号公報（特許文献２）および特開2011-52638号公報（特許文献３）に記載された装置を適用できる。

特開2010-033786号公報特許第4458536号公報特開2011-52638号公報

本発明は、従来の装置より高い分散能力を有する混合分散装置を提供することを目的とする。

（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前記仕切板の径方向外方の第一段混合領域へ送出すると共に、前記粉体側領域の前記粉体材料を前記第一段混合領域へ誘導する混合前回転羽根と、前記第一段混合領域の下流側であって前記第一段混合領域に対して軸方向に異なる第二段混合領域に配置され、前記第一段混合領域から前記第二段混合領域に流通された前記流動性材料および前記粉体材料の混合材料を分散すると共に径方向外方の排出口へ送出する混合後回転羽根とを備える。

（請求項２）また、前記混合分散装置は、前記混合後回転羽根の径方向外方に一体的に設けられた第一環状分散部材と、前記混合後回転羽根の径方向外方に配置され、前記第一環状分散部材に対して相対回転可能に且つ径方向に対向して配置され、前記第一環状分散部材との間で前記混合材料を分散させる第二環状分散部材とを備えるようにしてもよい。
（請求項３）また、前記混合分散装置は、前記第一段混合領域と前記混合後回転羽根との間の流路に、前記混合材料の流通を整流する整流板を備えるようにしてもよい。

（請求項１）第一段混合領域において、混合材料は、混合前回転羽根により径方向外方へ流通するように作用する。ここで、第一段混合領域と第二段混合領域は軸方向に異なる位置に位置している。そのため、第一段混合領域における混合材料は、第二段混合領域へ流通するために、流通方向が変化する。流通方向の変化によって、混合材料に渦が発生して、混合材料が分散される。従って、排出口から排出される流動性材料（混合材料）の均質化を図ることができる。

（請求項２）混合後回転羽根によって送出された混合材料を第一環状分散部材と第二環状分散部材とにより、より効果的に分散することができる。
（請求項３）混合後回転羽根が、第一段混合領域の下流側であって第一段混合領域に対して軸方向に異なる位置に配置されている。従って、混合材料が第一段混合領域から混合後回転羽根へ流通するとき、混合材料に渦が発生することがある。渦が発生したとしても、渦の発生は分散には効果的に作用するものの、流通方向への流通速度を低下させる原因となる。そこで、整流板を設けることによって、確実に、混合材料を混合後回転羽根へ流通させることができる。

第一実施形態：混合分散装置の軸方向断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。図１のＣ−Ｃ一点鎖線による断面図である。図１のＤ−Ｄ断面図である。第二実施形態：混合分散装置の軸方向断面図である。図６のＥ−Ｅ断面図である。図６のＦ−Ｆ断面図である。図６のＧ−Ｇ断面図である。

＜第一実施形態＞
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。

本実施形態の混合分散装置について、図１〜図５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。

この混合分散装置は、図１に示すように、装置本体１００と、活物質の粉体材料を収容する粉体ホッパ２０と、駆動モータ４０とを備える。ここで、粉体ホッパ２０、駆動モータ４０は、装置本体１００のハウジング１１０に支持されている。
装置本体１００は、ハウジング１１０、仕切板１２０、混合前回転羽根１３０、誘導部材１４０、第二段混合領域回転羽根１５０、整流板１６０、第一環状分散部材１７０、および、第二環状分散部材１８０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の上面の中心付近には、粉体ホッパ２０の粉体材料の排出端を装着可能であって、粉体ホッパ２０から粉体材料を吸入する粉体用吸入口１１２が形成されている。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粉体用吸入口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。

仕切板１２０は、円盤状に形成され、その中心部が駆動モータ４０の回転軸の端部に固定されている。仕切板１２０は、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１２０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）と上側に位置する粉体用吸入口１１２側の領域Ｅ２（粉体側領域）とに仕切っている。なお、駆動モータ４０は、装置本体１００の上面側に固定されている。

混合前回転羽根１３０は、仕切板１２０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、混合前回転羽根１３０は、仕切板１２０の回転に伴って回転する。混合前回転羽根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。それぞれの混合前回転羽根１３０は、径方向外方に行くに従って混合前回転羽根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、混合前回転羽根１３０の回転方向が右回りであるため、それぞれの混合前回転羽根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。

誘導部材１４０は、仕切板１２０の径方向外方（仕切板１２０および混合前回転羽根１３０の下流側）に配置されており、ハウジング１１０に固定されている。誘導部材１４０は、混合前回転羽根１３０から送出された流動性基材料をさらに径方向外方の第一段混合領域Ｅ３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混合前回転羽根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、混合前回転羽根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として機能する。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。

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第一段混合領域Ｅ３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第一段混合領域Ｅ３における流動性基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第一段混合領域Ｅ３へ誘導することができる。

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混合前回転羽根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第一段混合領域Ｅ３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、粉体材料を第一段混合領域Ｅ３へより誘導しやすくなる。

第二段混合領域回転羽根１５０（混合後回転羽根）は、第一段混合領域Ｅ３の下流側であって、第一段混合領域Ｅ３に対して軸方向に異なる第二段混合領域Ｅ４に配置されており、周方向に複数設けられている。この第二段混合領域回転羽根１５０は、混合前回転羽根１３０に一体的に固定されている。つまり、第二段混合領域回転羽根１５０は、混合前回転羽根１３０の回転に伴って、ハウジング１１０に対して回転する。ここで、第一段混合領域Ｅ３から第二段混合領域Ｅ４へ向かう流路は、径方向内方へ折り返すように形成されている。また、第二段混合領域Ｅ４の径方向外方には、排出口１１３が形成されている。

つまり、第二段混合領域回転羽根１５０は、第一段混合領域Ｅ３の流動性混合材料を第二段混合領域Ｅ４へ吸入する機能を有する。さらに、第二段混合領域回転羽根１５０は、第一段混合領域Ｅ３から第二段混合領域Ｅ４に流通された流動性混合材料を分散すると共に、当該流動性混合材料を排出口１１３へ送出する機能を有する。この第二段混合領域回転羽根１５０は、径方向外方に行くに従って第二段混合領域回転羽根１５０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５においては、第二段混合領域回転羽根１５０の回転方向が右回りであるため、それぞれの第二段混合領域回転羽根１５０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。

整流板１６０は、第一段混合領域Ｅ３と第二段混合領域回転羽根１５０との間の流路においてハウジング１１０に固定されており、流動性混合材料の流通を整流する機能を有する。例えば、整流板１６０は、径方向に延びるような板状に形成されている。

第一環状分散部材１７０は、円筒状に形成され、第二段混合領域回転羽根１５０の径方向外方に配置されており、第二段混合領域回転羽根１５０に一体的に固定されている。つまり、第一環状分散部材１７０は、第二段混合領域回転羽根１５０の回転に伴って、ハウジング１１０に対して回転する。この第一環状分散部材１７０は、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、周方向に複数の第一凸歯を有している。

第二環状分散部材１８０は、円筒状に形成され、第二段混合領域回転羽根１５０の径方向外方に配置されており、ハウジング１１０に固定されている。ここでは、第二環状分散部材１８０は、第一環状分散部材１７０の径方向内方に対向して配置されており、また第一環状分散部材１７０を相対回転可能とするように隙間を介して配置されている。

この第二環状分散部材１８０は、軸方向下方（第一環状分散部材１７０の第一凸歯の突出方向とは反対方向）に突出するように、かつ、周方向に複数の第二凸歯を有している。従って、第一環状分散部材１７０と第二環状分散部材１８０とは、相対回転することにより、第二段混合領域回転羽根１５０により径方向外方へ送出された流動性混合材料を混合し分散する。

以上説明した混合分散装置の作用について説明する。駆動モータ４０が動作することにより、仕切板１２０、混合前回転羽根１３０、第二段混合領域回転羽根１５０、第一環状分散部材１７０が、ハウジング１１０に対して回転する。一方、誘導部材１４０、整流板１６０および第二環状分散部材１８０は、ハウジング１１０に固定されているため、回転しない。

混合前回転羽根１３０が回転することにより、混合前回転羽根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、混合前回転羽根１３０および流動性材料用案内通路１４１を通過して、第一段混合領域Ｅ３に送出される。このとき、流動性基材料の流動性材料側領域Ｅ１から第一段混合領域Ｅ３への流通によって、粉体材料が粉体用吸入口１１２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、第一段混合領域Ｅ３に誘導される。

そして、第二段混合領域回転羽根１５０のポンプ作用によって、第一段混合領域Ｅ３の流動性混合材料は、第二段混合領域Ｅ４へ流通される。ここで、第二段混合領域回転羽根１５０が、第一段混合領域Ｅ３の下流側であって第一段混合領域Ｅ３に対して軸方向に異なる位置に配置されている。従って、流動性混合材料が第一段混合領域Ｅ３から第二段混合領域回転羽根１５０へ流通するとき、流動性混合材料に渦が発生することがある。当該渦が発生したとしても、渦の発生は分散には効果的に作用するものの、流通方向への流通速度を低下させる原因となる。しかし、整流板１６０によって、流動性混合材料を第二段混合領域Ｅ４へ流通させることができる。

さらに、第二段混合領域Ｅ４の下流側においては、第一環状分散部材１７０と第二環状分散部材１８０が配置されている。従って、第二段混合領域回転羽根１５０によって径方向外方へ送出された流動性混合材料は、さらに混合されつつ、それぞれの凸歯によるせん断力によって分散される。そして、分散された流動性混合材料は、排出口１１３から排出される。このようにして、流動性混合材料が生成される。

このように、混合前回転羽根１３０と誘導部材１４０とによる混合分散作用、第二段混合領域回転羽根１５０による混合分散作用、および、第一環状分散部材１７０と第二環状分散部材１８０による混合分散作用によって、流動性混合材料の均質化を図ることができきる。

＜第二実施形態＞
本実施形態の混合分散装置について図６〜図９を参照して説明する。本実施形態の混合分散装置において、第一実施形態の混合分散装置と同一構成は同一符号を付して説明を省略する。

装置本体２００は、ハウジング１１０、仕切板１２０、混合前回転羽根１３０、誘導部材１４０、第一段混合領域回転羽根２１０、第二段混合領域回転羽根２２０、および、逆流防止スリット部材２３０を備える。

第一段混合領域回転羽根２１０は、誘導部材１４０の径方向外方に、周方向に複数設けられている。この第一段混合領域回転羽根２１０は、混合前回転羽根１３０と一体的に固定されている。つまり、第一段混合領域回転羽根２１０は、混合前回転羽根１３０の回転に伴って、ハウジング１１０に対して回転する。そして、第一段混合領域回転羽根２１０は、誘導部材１４０から径方向外方へ送出された粉体材料および流動性基材料を、さらに径方向外方の第一段混合領域Ｅ３へ送出する。

第一段混合領域回転羽根２１０は、径方向外方に行くに従って第一段混合領域回転羽根２１０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７および図８においては、第一段混合領域回転羽根２１０の回転方向が右回りであるため、それぞれの第一段混合領域回転羽根２１０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。

第二段混合領域回転羽根２２０（混合後回転羽根）は、第一段混合領域Ｅ３の下流側であって、第一段混合領域Ｅ３に対して軸方向に異なる第二段混合領域Ｅ４に配置されており、周方向に複数設けられている。この第二段混合領域回転羽根２２０は、混合前回転羽根１３０に一体的に固定されている。つまり、第二段混合領域回転羽根２２０は、混合前回転羽根１３０の回転に伴って、ハウジング１１０に対して回転する。ここで、第一段混合領域Ｅ３から第二段混合領域Ｅ４へ向かう流路は、軸方向に向かっており、第二段混合領域Ｅ４の径方向外方に排出口１１３が形成されている。

そして、第二段混合領域回転羽根２２０は、第二段混合領域Ｅ４において径方向内方に配置されている。この第二段混合領域回転羽根２２０は、放射状（径方向）に延びるように形成されている。従って、第二段混合領域回転羽根２２０の径方向外方縁によって、第一段混合領域Ｅ３から第二段混合領域Ｅ４へ移動してきた流動性混合材料を攪拌して渦を発生するように作用する。この作用によって、流動性混合材料がさらに分散される。その後に、第二段混合領域回転羽根２２０は、送出機として作用することにより、分散された流動性混合材料を排出口１１３へ送出する。

逆流防止スリット部材２３０は、図７および図８に示すように、第一段混合領域Ｅ３と第二段混合領域Ｅ４との境界に配置されており、径方向外方に突出する複数の凸歯を有している。つまり、周方向に隣り合う凸歯の間には、スリットが形成されている。この逆流防止スリット部材２３０は、第一段混合領域回転羽根２１０と一体的に固定されており、第一段混合領域回転羽根２１０と共に回転する。

この逆流防止スリット部材２３０は、第二段混合領域Ｅ４にて流動性混合材料に渦が発生したときに、当該流動性混合材料が第一段混合領域Ｅ３へ逆流せずに、当該流動性混合材料を確実に排出口１１３へ流通させる機能を有する。さらに、逆流防止スリット部材２３０は、第一段混合領域Ｅ３から第二段混合領域Ｅ４へ流通する流動性混合材料に対して分散する機能も有する。従って、逆流防止スリット部材２３０によって、より効果的に分散された流動性混合材料を、確実に排出口１１３から排出することができるようになる。

２０：粉体ホッパ、４０：駆動モータ、１１０：ハウジング、１１１：流動性材料用吸入口、１１２：粉体用吸入口、１１３：排出口、１２０：仕切板、１３０：混合前回転羽根、１４０：誘導部材、１５０：第二段混合領域回転羽根（混合後回転羽根）、１６０：整流板、１７０：第一環状分散部材、１８０：第二環状分散部材、２１０：第一段混合領域回転羽根、２２０：第二段混合領域回転羽根（混合後回転羽根）、Ｅ１：流動性材料側領域、Ｅ２：粉体側領域、Ｅ３：第一段混合領域、Ｅ４：第二段混合領域

Claims

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前記仕切板の径方向外方の第一段混合領域へ送出すると共に、前記粉体側領域の前記粉体材料を前記第一段混合領域へ誘導する混合前回転羽根と、
前記第一段混合領域の下流側であって前記第一段混合領域に対して軸方向に異なる第二段混合領域に配置され、前記第一段混合領域から前記第二段混合領域に流通された前記流動性材料および前記粉体材料の混合材料を分散すると共に径方向外方の排出口へ送出する混合後回転羽根と、
を備える、混合分散装置。
前記混合分散装置は、
前記混合後回転羽根の径方向外方に一体的に設けられた第一環状分散部材と、
前記混合後回転羽根の径方向外方に配置され、前記第一環状分散部材に対して相対回転可能に且つ径方向に対向して配置され、前記第一環状分散部材との間で前記混合材料を分散させる第二環状分散部材と、
を備える、請求項１の混合分散装置。
前記混合分散装置は、前記第一段混合領域と前記混合後回転羽根との間の流路に、前記混合材料の流通を整流する整流板を備える、請求項２の混合分散装置。