JP2015174015A

JP2015174015A - 粉体の撹拌方法

Info

Publication number: JP2015174015A
Application number: JP2014050905A
Authority: JP
Inventors: 昌司西川; Masashi Nishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-10-05

Abstract

【課題】粉体を撹拌する加工において、撹拌羽根とポッドのクリアランス量の変更を容易にし、高品質な粉体を得るとともに、撹拌作業に要する時間の短縮を実現する。【解決手段】円筒形状のポッド１０と、ポッド１０の円筒軸Ｘ上で回転する回転軸２０と、回転軸２０の周囲に植設された複数の撹拌羽根３０・３０・・・と、を有する撹拌装置１を用いて、ポッド１０内に投入した粉体２を、軸Ｘ回りに回転する撹拌羽根３０・３０・・・で撹拌するものであって、ポッド１０と撹拌羽根３０のクリアランス量Ｄを変更しつつ、粉体２を撹拌する。【選択図】図５

Description

本発明は、粉体の撹拌方法の技術に関する。

従来、複数種類の粉体を円筒形の容器であるポッドの内部に入れるとともに、ポッド内で複数の羽根を有するシャフトを、ポッドの円筒軸回りに回転させることで、ポッドと羽根とのクリアランスに粉体を通過させて、複数種類の粉体を均一に撹拌したり、混練したり、破砕したり、あるいはコーティングを施したりする技術が知られており、例えば、以下に示す特許文献１に開示された技術がある。

特許文献１に開示された従来技術は、複数の粉体を撹拌して粉体の表面に他の材料をコーティングする撹拌装置に係る技術である。
特許文献１に開示された撹拌装置では、粉体を投入する円筒状のポッドを備えており、円筒軸方向におけるポッドの一端側から粉体を投入し、ポッドの他端側から粉体を排出する構成としている。
このような撹拌装置では、ポッド内で回転するシャフトの周囲に撹拌羽根を植設しており、撹拌羽根で粉体を一側および他側に移送しつつ、撹拌羽根とポッドのクリアランスを通過させて、粉体を均等に拡散させる構成としている。
尚、同撹拌装置では、ポッドの軸方向に対する撹拌羽根の傾斜角度を変更することができるように構成され、粉体の排出時に撹拌羽根の傾斜角度を変更し、シャフトを逆回転させることで、完成した粉体を効率よく排出することができるように構成している。

特開２００４−１２９５１９号公報

特許文献１に係る撹拌装置を用いた粉体の撹拌方法では、粉体を撹拌している途中で撹拌羽根の角度を変更することはできず、撹拌途中における撹拌羽根とポッドのクリアランス量は常に一定に保たれている。

撹拌羽根とポッドのクリアランス量は、加工条件を決定づける要素の一つであり、クリアランス量の変化に応じて、撹拌された後の粉体の性状が変わってくる。
このため、粉体を撹拌する場合、温度・湿度等の条件や工程の段階（荒加工〜仕上げ加工）に応じて、撹拌羽根とポッドのクリアランス量を変化させる必要がある。

従来、撹拌羽根とポッドのクリアランス量を変更するためには、撹拌羽根を交換することで対応しており、加工条件を変更するための段取り替えの作業に多大な労力を要していた。
また従来の撹拌羽根を交換する対応では、加工条件の微調整が困難であり、加工条件の最適化を図る余地が残されていた。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、粉体を撹拌する加工において、撹拌羽根とポッドのクリアランス量の変更を容易にし、高品質な粉体を得るとともに、撹拌作業に要する時間の短縮を実現する粉体の撹拌方法を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、円筒形状のポッドと、前記ポッドの円筒軸上で回転する回転軸と、前記回転軸の周囲に植設された複数の撹拌羽根と、を有する撹拌装置を用いて、前記ポッド内に投入した粉体を、前記円筒軸回りに回転する前記撹拌羽根で撹拌する粉体の撹拌方法であって、前記ポッドと前記撹拌羽根のクリアランス量を変更しつつ、前記粉体を撹拌するものである。

請求項２においては、前記撹拌羽根の回転軸心と前記円筒軸の軸心を通る面に対する前記撹拌羽根の傾斜角度を変更して、前記ポッドと前記撹拌羽根のクリアランス量を変更するものである。

請求項３においては、前記複数の撹拌羽根は、前記ポッドの円筒軸方向における一側に前記粉体を移送する第一の撹拌羽根と、前記ポッドの円筒軸方向における他側に前記粉体を移送する第二の撹拌羽根と、からなり、前記第一の撹拌羽根または前記第二の撹拌羽根の傾斜角度を変更するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１〜請求項３に係る発明によれば、粉体を撹拌するときの加工条件を、容易に微調整することができる。

本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する装置の構成を示す側面側断面模式図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する装置の構成を示す正面側模式図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法におけるポッドと撹拌羽根の関係（傾斜無しの場合）を示す図、（ａ）ポッドと撹拌羽根の関係を示す模式図、（ｂ）クリアランス形状を示す図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法における撹拌羽根の傾斜状態（傾斜無しの場合）を示す模式図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法におけるポッドと撹拌羽根の関係（傾斜有りの場合）を示す図、（ａ）ポッドと撹拌羽根の関係を示す模式図、（ｂ）クリアランス形状を示す図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法における撹拌羽根の傾斜状態（傾斜有りの場合）を示す模式図。端面をＲ形状とした撹拌羽根の別実施形態を示す模式図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する撹拌装置の全体構成を示す斜視断面模式図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する撹拌装置における羽根角度調整機構を示す平面模式図、（ａ）矢印Ｐ側に駆動シャフトを変位させた状態を示す図、（ｂ）矢印Ｑ側に駆動シャフトを変位させた状態を示す図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する撹拌装置における羽根角度調整機構を示す部分斜視模式図、（ａ）矢印Ｐ側に駆動シャフトを変位させた状態を示す図、（ｂ）矢印Ｑ側に駆動シャフトを変位させた状態を示す図。本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する撹拌装置における羽根角度調整機構による撹拌羽根の角度調整状態を示す平面模式図、（ａ）矢印Ｐ側に駆動シャフトを変位させた状態を示す図、（ｂ）矢印Ｑ側に駆動シャフトを変位させた状態を示す図。第一の撹拌羽根と第二の撹拌羽根の傾斜角度を個別に変更可能にした場合の説明図、（ａ）第一の撹拌羽根と第二の撹拌羽根をともに傾斜させた状態を示す図、（ｂ）第二の撹拌羽根だけを傾斜させた状態を示す図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法について、図１および図２を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法は、図１に示すようなポッド１０、回転軸２０、撹拌羽根３０等を備えた撹拌装置によって粉体を撹拌する場合の撹拌方法である。
ポッド１０は、図１および図２に示すように、回転軸２０および撹拌羽根３０を被装する略円筒状の部材であり、ポッド１０の円筒軸を軸Ｘと規定している。
ポッド１０には、軸Ｘ方向の一端部における上部に、粉体２を投入する投入口１１が形成されており、また、軸Ｘ方向の他端部における下部に、粉体２を排出する排出口１２が形成されている。
ポッド１０の他端部には、粉体２をポッド１０から排出するための開口部（図示せず）が形成されており、当該開口部を、撹拌中は排出口１２に連通させない向き（上向き）に向けておき、撹拌が完了したときは排出口１２に連通する向き（下向き）に向けることで、粉体２をポッド１０内から排出することを可能にする構成としている。

回転軸２０は、ポッド１０の軸Ｘに軸心を一致させた状態で回転可能に支持された軸部材であり、モータ等の駆動源によって回転駆動される。
回転軸２０は、図１および図２に示すように、略正八角柱状の形状を有しており、軸Ｘに平行な８個の側面２１・２１・・・を有している。そして、回転軸２０には、各側面２１・２１・・・において、軸Ｘを中心とした放射状に、かつ、それぞれの側面２１に対して垂直な向きに、撹拌羽根３０・３０・・・を突設する構成としている。

撹拌羽根３０は、略板状のパドル部３１と略円柱状の軸部３２を備えており、側面２１において、軸部３２が回転可能に支持される構成としている。
撹拌羽根３０は、図１および図２に示すように、粉体２を軸Ｘの方向における一端側（矢印αの向き）に移送する役割を果たす第一の撹拌羽根３０（以下、羽根３０ａと呼ぶ）と、粉体２を軸Ｘの方向における他端側（矢印βの向き）に移送する役割を果たす第二の撹拌羽根３０（以下、羽根３０ｂと呼ぶ）からなり、各羽根３０ａ・３０ｂは、傾斜方向が相違している。

羽根３０ａは、図１における矢印γの向きに回転軸２０が回転するときに、ポッド１０内の粉体２が矢印αの方向に移送されるように、傾斜方向が矢印αの向きに先下がりとなっている。一方、羽根３０ｂは、図１における矢印γの向きに回転軸２０が回転するときに、ポッド１０内の粉体２を矢印βの方向に移送されるように、傾斜方向が矢印βの向きに先下がりとなっている。

撹拌羽根３０の配置は、隣り合う側面２１・２１において、羽根の種類（羽根３０ａか羽根３０ｂか）を異ならせており、ポッド１０内の粉体２が、矢印αおよび矢印βの各方向に往復しながら変位することで、粉体２が撹拌されるように構成している。
また、図２に示すように、ポッド１０の内周面と撹拌羽根３０の間には、距離Ｄのクリアランス（以下、クリアランス量Ｄと記載する）を設けている。

次に、本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法におけるポッド１０と撹拌羽根３０の関係について、図３〜図６を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法では、ポッド１０と撹拌羽根３０のクリアランス量Ｄを、撹拌途中に変更しながら、粉体２を撹拌する構成としている。

本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法では、図３（ａ）に示すように、パドル部３１の半径方向外側の端面３１ａを軸部３２の軸心からオフセットさせるのが好ましい。
パドル部３１の端面３１ａの長さＡは、ポッド１０の内径Ｃの１／５〜１／３の長さとするのが好ましく、端面３１ａの軸部３２の軸心に対するオフセット量Ｂは、ポッド１０の内径Ｃの１／８未満の長さとするのが好ましい。尚、端面３１ａを軸部３２の軸心からオフセットさせる際には、端面３１ａの長手方向における両端部が、軸部３２の軸心に対して同じ側に位置するようにオフセットさせることが好ましく、この場合のオフセット量Ｂは、軸部３２の軸心と、端面３１ａの長手方向における軸部３２に近い側の端部との間の寸法である。

ポッド１０と撹拌羽根３０のクリアランス量Ｄは、ポッド１０の内面と撹拌羽根３０の半径方向外側の端面との隙間の距離であり（図２参照）、粉体２がこの隙間を通過する際に圧縮力やせん断力等が付与されることで、粉体２の撹拌が進展される。尚、クリアランス量Ｄは、５ｍｍ以下とすることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法では、撹拌羽根３０のパドル部３１を軸部３２回りに回転させることで、クリアランス量Ｄを調整する構成としている。
図３（ａ）に示す如く、例えば、撹拌羽根３０のパドル部３１を軸Ｘと平行（傾斜角度が「０」）にした場合、ポッド１０の内面とパドル部３１の半径方向外側の端面３１ａとの隙間の形状は図３（ｂ）に示すようなものとなり、このときのクリアランス量ＤはＤ１となっている。
尚、このときの撹拌羽根３０・３０・・・の傾斜状態を図４に示している。
本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法で用いている撹拌装置では、各羽根３０ａ・３０ｂのパドル部３１・３１・・・を、全て同時に軸Ｘと平行（傾斜角度が「０」）な状態に調整することができるように構成している。

一方、図５（ａ）に示す如く、例えば、パドル部３１を軸Ｘに対して角度Ｅで傾斜させた場合、ポッド１０の内面とパドル部３１の半径方向外側の端面３１ａとの隙間の形状は、図５（ｂ）に示すようなものとなり、クリアランス量Ｄ２となる。
パドル部３１を軸Ｘに対して傾斜させると、パドル部３１の端面３１ａが、ポッド１０内面の周方向に対して傾斜した状態で対面し、隙間が小さくなるため、クリアランス量Ｄ２＜Ｄ１となる。
パドル部３１の傾斜角度Ｅは、軸Ｘに平行な角度を基準（角度０）として、±３０度程度とすることが好ましい。傾斜角度Ｅは、撹拌羽根３０の軸部３２の軸心と回転軸２０の軸Ｘを通る面に対してパドル部３１がなす角度として規定している。
尚、このときの撹拌羽根３０・３０・・・の傾斜状態を図６に示している。
本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法で用いている撹拌装置では、隣り合う側面２１・２１同士に配置した各羽根３０ａ・３０ｂのパドル部３１・３１・・・の傾斜方向が、異なる傾斜方向となるように調整可能な構成としている。

また、図７に示すように、パドル部３１の端面３１ａは、曲面で構成してもよい。端面３１ａを曲面で構成することによって、ポッド１０の内径Ｃが比較的小さいような場合であっても、パドル部３１の回転によるクリアランス量Ｄの変化幅を確保することができる。

このように本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法に用いている撹拌装置では、撹拌羽根３０のパドル部３１の傾斜角度Ｅを変更することによって、クリアランス量Ｄを調整し、これにより、撹拌時における加工条件を調整することを可能にしている。
また、本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法で用いている撹拌装置では、パドル部３１の傾斜角度Ｅを、回転軸２０が回転している状態で変更可能な構成としており、回転軸２０が回転している状態で傾斜角度Ｅを変更し、撹拌羽根３０・３０・・・に状態を、図４に示す状態や、あるいは、図６に示す状態等にすることができる。

即ち、本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法は、円筒形状のポッド１０と、ポッド１０の円筒軸Ｘ上で回転する回転軸２０と、回転軸２０の周囲に植設された複数の撹拌羽根３０・３０・・・と、を有する撹拌装置１を用いて、ポッド１０内に投入した粉体２を、軸Ｘ回りに回転する撹拌羽根３０・３０・・・で撹拌するものであって、ポッド１０と撹拌羽根３０のクリアランス量Ｄを変更しつつ、粉体２を撹拌するものである。

また、本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法は、撹拌羽根３０の回転軸心（軸部３２の軸心）と回転軸２０の軸Ｘを通る面に対する撹拌羽根３０（パドル部３１）の傾斜角度を変更して、ポッド１０と撹拌羽根３０のクリアランス量Ｄを変更するものである。
このような構成によって、粉体２を撹拌するときにおける加工条件を、容易に微調整することができるようになる。

尚、撹拌羽根３０のパドル部３１の角度を変更する方法は、種々の方法を採用することができる。例えば、軸部３２にリンク機構を介してアクチュエータを接続し、アクチュエータの直線運動を軸部３２の回転運動に変換する構成が採用できる。あるいは、各軸部３２・３２・・・を個別のモータで支持し、モータを駆動して回転させる構成等も採用できる。
尚、撹拌羽根３０のパドル部３１の角度を変更するための機構は、撹拌羽根３０が粉体２に接すること等を考慮して、回転軸２０内に収容する構成とするのが好ましい。

また、本実施形態では、撹拌羽根３０のパドル部３１を軸部３２回りに回転させることで、クリアランス量Ｄを調整する構成を例示しているが、ポッド１０とパドル部３１のクリアランス量Ｄを調整する機構の構成はこれに限定されず、例えば、軸部３２を軸方向に変位させることで、クリアランス量Ｄを調整する構成としてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する撹拌装置について、図８〜図１２を用いて説明をする。
図８に示す如く、本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法を実現する撹拌装置１は、リチウムイオン電池用の電極体を製造するための複数種類の粉体２・２・・・を撹拌し、均等に混合するための装置であり、ポッド１０、回転軸２０、撹拌羽根３０、モータ４０等を備えている。撹拌装置１に投入する粉体２は、例えば、リチウムイオン電池用電極に用いられる活物質であり、黒鉛、炭素材料等である。

モータ４０は、シャフト４１を介して回転軸２０に接続される。
回転軸２０は、モータ４０を駆動源として、ポッド１０内において回転可能に構成される。

図８に示す如く、撹拌装置１は、撹拌羽根３０・３０・・・の角度を調整するための機構である、羽根角度調整機構５０を備えている。
撹拌装置１が備える羽根角度調整機構５０は、アクチュエータ５１、駆動シャフト５２等からなる簡易な構成である。

アクチュエータ５１は、駆動シャフト５２をＸ軸方向に変位させるための装置であり、駆動シャフト５２は、アクチュエータ５１で生じさせた駆動力を、撹拌羽根３０・３０・・・に伝達するための部位である。

駆動シャフト５２は、回転軸２０を構成する骨材２２・２２・・・の軸心位置に形成された孔部に挿通されることで、軸Ｘの方向に変位可能な状態で、駆動シャフト５２の軸心を軸Ｘに一致させつつ支持されている。
駆動シャフト５２の中腹部には、軸部３２と係合する係合部５３・５３・・・が形成されている。本実施形態では、駆動シャフト５２に３箇所の係合部５３・５３・５３を形成しており、各係合部５３・５３・５３で、それぞれ軸部３２・３２・３２を係合しつつ、駆動シャフト５２を変位させることで、３つの軸部３２・３２・３２に対して同時に駆動力を伝達する構成としている。

撹拌装置１では、図９および図１０に示すように、撹拌羽根３０の軸部３２に突起部３３を形成している。
突起部３３は、軸部３２の周側面から軸部３２の軸心に対して平行に突出させて形成される部位であり、軸部３２の軸心から離れた位置において、軸部３２に回転駆動力を付与するための部位を構成している。
軸部３２は、回転軸２０の側面２１に対して、図示しないベアリング等を介して回転可能に支持されており、突起部３３を軸部３２の周側面における周方向に押圧することで、軸部３２が回動されるように構成している。

そして、撹拌装置１では、回転軸２０の内部で、突起部３３と係合部５３を係合させる構成としている。
このような構成では、撹拌羽根３０の傾斜角度を変更するための機構が、粉体２と接触することがなく、粉体２に異物が混入することが防止できる。
またこのような構成では、撹拌羽根３０の角度を変更するための機構が、ポッド１０内における粉体２の変位を妨げることもないため、作業効率の改善にも寄与する。

撹拌装置１では、図９（ａ）、図１０（ａ）、図１１（ａ）に示す如く、アクチュエータ５１（ここでは図示せず）によって、駆動シャフト５２を矢印Ｐの方向に変位させると、羽根３０ａ・３０ａ・・・が回動し、パドル部３１の傾斜角度が変更されるように構成している。
また、撹拌装置１では、図９（ｂ）、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示す如く、アクチュエータ５１によって、駆動シャフト５２を矢印Ｑの方向に変位させると、先程とは逆方向に羽根３０ａ・３０ａ・・・が回動し、パドル部３１の傾斜角度が変更されるように構成している。
このように撹拌装置１では、アクチュエータ５１と駆動シャフト５２等を用いた簡易な構成で羽根角度調整機構５０を構成しており、駆動シャフト５２の変位位置に応じて、羽根３０ａの傾斜角度を調整することができる。

さらに、撹拌装置１では、回転軸２０が回転している状況であっても羽根角度調整機構５０を作動させることが可能であり、撹拌工程の最中であっても、途中で採取したサンプルを確認したり、あるいは、気温や湿度等の条件を確認したりしながら、加工条件の微調整を、容易にすることが可能である。

尚、本実施形態では、羽根３０ａのみの傾斜角度を変更する構成を例示したが、羽根３０ａと羽根３０ｂの両方について、傾斜角度の変更が可能な構成としてもよい。
この場合、例えば、図１２（ａ）に示すように、羽根３０ａと羽根３０ｂの両方を、同時に傾斜角度を変更することで、ポッド１０内における粉体２の動きを細かく調整することができる。また、羽根３０ａと羽根３０ｂの傾斜角度Ｅ１・Ｅ２を異ならせることで、ポッド１０内における粉体２の動きをより細かく調整することができる。

また、羽根３０ａと羽根３０ｂの両方について、傾斜角度の変更が可能な構成では、粉体２を排出するときには、図１２（ｂ）に示すように、例えば、羽根３０ａの傾斜させない状態として、羽根３０ｂのみ傾斜角度Ｅで傾斜させることで、粉体２の排出を効率よく行うことが可能になる。

即ち、撹拌装置１は、羽根角度調整機構５０によって、羽根３０ａの傾斜角度を調整することが可能である。例えば、羽根角度調整機構５０によって、全ての羽根３０ａ・３０ａ・・・を、軸Ｘに平行な向き（即ち、傾斜角度「０」）に調整することで、粉体２に矢印α（図１参照）の方向へは応力が作用しなくなり、粉体２は速やかに矢印βの方向へと移送することで、効率良く粉体２の排出を行うことができる。

即ち、本発明の一実施形態に係る粉体の撹拌方法は、複数の撹拌羽根３０・３０・・・は、ポッド１０の軸Ｘ方向における一側（矢印αの方向）に粉体２を移送する第一の撹拌羽根３０たる羽根３０ａと、ポッド１０の軸Ｘ方向における他側（矢印βの方向）に粉体２を移送する第二の撹拌羽根３０たる羽根３０ｂと、からなり、羽根３０ａまたは羽根３０ｂの傾斜角度を変更するものである。
このような構成によれば、撹拌装置１を簡易な構成としながら、粉体２を撹拌するときの加工条件を、撹拌中に容易に微調整することができる。

撹拌装置１は、ポッド１０全体を傾斜させなくてもポッド１０内に粉体２を投入することができ、かつ、ポッド１０全体を傾斜させなくても、撹拌羽根３０・３０・・・の傾斜角度を変更するだけで粉体２を排出することができるため、回転機構等の大がかりな装置が不要であり、機器構成の簡素化を実現している。
即ち、撹拌装置１では、撹拌途中における加工条件の調整を可能にするだけでなく、撹拌完了後における粉体２の排出を容易にすることができる。

１撹拌装置
２粉体
１０ポッド
２０回転軸
３０撹拌羽根
３０ａ羽根
３０ｂ羽根
３１パドル部
３２軸部

Claims

円筒形状のポッドと、
前記ポッドの円筒軸上で回転する回転軸と、
前記回転軸の周囲に植設された複数の撹拌羽根と、
を有する撹拌装置を用いて、
前記ポッド内に投入した粉体を、前記円筒軸回りに回転する前記撹拌羽根で撹拌する粉体の撹拌方法であって、
前記ポッドと前記撹拌羽根のクリアランス量を変更しつつ、
前記粉体を撹拌する、
ことを特徴とする粉体の撹拌方法。
前記撹拌羽根の回転軸心と前記円筒軸の軸心を通る面に対する前記撹拌羽根の傾斜角度を変更して、
前記ポッドと前記撹拌羽根のクリアランス量を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の粉体の撹拌方法。
前記複数の撹拌羽根は、
前記ポッドの円筒軸方向における一側に前記粉体を移送する第一の撹拌羽根と、
前記ポッドの円筒軸方向における他側に前記粉体を移送する第二の撹拌羽根と、
からなり、
前記第一の撹拌羽根または前記第二の撹拌羽根の傾斜角度を変更する、
ことを特徴とする請求項２に記載の粉体の撹拌方法。