JP6606835B2

JP6606835B2 - 予備混練装置及び混練装置

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Publication number: JP6606835B2
Application number: JP2015044454A
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Inventors: 崇文藤井; 巧美三尾; 翼松田
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Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2035-03-06
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Description

本発明は、粉体と液体とを搬送しながら混練してプレスラリとする予備混練装置及びその予備混練装置を備えた混練装置に関するものである。

近年、リチウムイオン二次電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車等に適用されている。リチウムイオン二次電池の電極は、先ず、活物質材料のスラリを得るために増粘剤の溶解液に活物質の粉体等を混練し、次に、活物質材料のスラリをアルミニウム箔等の基材に塗布して乾燥することにより製造される。

例えば、特許文献１には、テーパ状の一対のスクリュウを小径側が近接し且つ一対の軸線が所定角度で開くように配置した混練装置が記載されている。この混練装置では、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体は、一対のスクリュウの大径側から投入され、小径側に向かって搬送混練されるが、搬送されるに従って一対のスクリュウ間のギャップが狭くなるので、混練物に掛かるせん断力が徐々に上昇して良好な混練処理が可能となる。

また、特許文献２には、フィードスクリュウの搬送上流側でフィードスクリュウに対しサブスクリュウが角度を持って搬送下流端を交接させるように配置された押出装置が記載されている。この押出装置では、押出物は、フィードスクリュウの搬送上流側から投入され、サブスクリュウに向かって押し出されるが、フィードスクリュウとサブスクリュウとの間で徐々にギャップが狭くなるので、押出物に掛かるせん断力が徐々に上昇して良好な押出処理が可能となる。このような構造は、混練装置にも適用可能である。

特許第４８１３８２６号公報特開２００４−２０９７３０号公報

上述の活物質の粉体は、増粘剤の溶解液に濡れ難いため、特許文献１，２に記載の装置の２つのスクリュウ間のギャップが適切でない場合、活物質の粉体が損傷するおそれがある。この場合、２つのスクリュウ間のギャップを変更すればよいが、スクリュウ交換を行う必要があり、交換段取り作業が煩雑である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、粉体と液体との安定的な混練が可能な予備混練装置及びその予備混練装置を備えた混練装置を提供することを目的とする。

本発明に係る予備混練装置は、ハウジング内に平行且つ並べて配置され、軸線回りに回転可能な一対のスクリュウを有し、投入される粉体及び液体を前記一対のスクリュウの回転により撹拌することにより、前記粉体を前記液体に対し濡らしながら前記一対のスクリュウの軸線方向に搬送する予備混練の制御を行う制御装置を備える予備混練装置であって、前記一対のスクリュウは、スクリュウ羽根の先端と前記ハウジングの内壁との径方向のハウジングギャップが前記粉体及び前記液体の搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなるように形成され、且つ、前記スクリュウ羽根の径が前記搬送方向に向かうに従って徐々に大きくなるように形成されるとともに、前記スクリュウ羽根の先端同士の径方向のスクリュウギャップが前記搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなるように形成され、前記ハウジングには、前記粉体及び前記液体の投入が可能な投入部が前記軸線方向に移動可能に設けられ、前記投入部は、移動台と駆動モータを備え、前記駆動モータの駆動で前記移動台の移動が可能であり、前記粉体の損傷程度と前記ハウジングギャップ及び前記スクリュウギャップとの関係に基づいて、前記粉体の種類又は量に応じて予め求められている前記ハウジングギャップ及び前記スクリュウギャップに近いところに、前記投入部を予め移動させた状態で、前記制御装置は、前記予備混練の制御を行う。

粉体の種類や量によっては、スクリュウ羽根の外周とハウジングの内壁とのギャップやスクリュウ羽根の外周同士間のギャップが広い程、粉体に対する損傷を少なくすることができるが、上記ギャップが広過ぎると、一対のスクリュウによる送り能力が不足し、混練物の搬送量にばらつきが生じる。そこで、作業者は、粉体の種類や量に応じて最適な上記ギャップを予め求めておき、求めたギャップに近い一対のスクリュウの軸線上の位置から粉体及び液体を投入する。これにより、スクリュウ交換を行わなくても、粉体の損傷を抑制でき、良好な状態の混練物が得られる。また、混練物が、一対のスクリュウのスクリュウ羽根の外周とハウジングの内壁との間を搬送される際に発生するせん断力は、混練物が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、混練物の混練状態を良好なものとすることができる。

本発明に係る混練装置は、前記予備混練装置と、前記予備混練装置から供給される前記粉体及び前記液体のプレスラリを、対向して回転するテーパ面間の調整可能なギャップに通すことにより、前記プレスラリ中において前記粉体を分散させてスラリとする本混練装置と、を備える。
これにより、本混練の条件変更は、対向して回転するテーパ面間のギャップの調整のみで行うことが可能であるので、本混練の条件変更作業が容易となる。

本発明の実施の形態の混練装置の概略構成図である。本発明の実施の形態の予備混練装置を上方から見た図である。図２Ａの予備混練装置を水平方向から見た図である。混練装置の制御装置による処理を示すフローチャートである。予備混練装置におけるスクリュウ羽根の外周とハウジングの内壁とのギャップ又はスクリュウ羽根の外周同士のギャップを変化させたときの活物質の粉体の損傷程度を示す図である。増粘剤の溶解液の粘度と溶解度との関係を示す図である。マイクロ波による増粘剤の溶解液の粘度、撹拌力による増粘剤の溶解液の粘度及び加熱による増粘剤の溶解液の粘度の経時変化を示す図である。活物質材料のスラリの粘度と本混練装置の回転子の周速との関係を示す図である。活物質材料のスラリの粘度と本混練装置のバルブの開度との関係を示す図である。予備混練装置のスクリュウの第一の変形例を示す図である。予備混練装置のスクリュウの第二の変形例を示す図である。予備混練装置の変形例を示す図である。

（混練装置により混練される材料）
本実施形態による混練装置は、例えば、リチウムイオン二次電池の電極（正極及び負極）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等の基材に活物質材料のスラリを塗布して乾燥することにより製造される。本実施形態の混練装置は、活物質材料のスラリを製造する装置である。

活物質材料の具体例としては、正極の電極の場合、活物質としてリチウムニッケル酸化物等（固形分）、溶媒としてＮ−メチルピロリドン等（液体分）、導電助材としてアセチレンブラック等及びバインダとしてポリフッ化ビニリデン等がある。負極の電極の場合、活物質としてグラファイト等（固形分）、溶媒として水（液体分）、増粘材としてカルボキシメチルセルロース等及びバインダとしてＳＢＲゴムやポリアクリル酸等がある。

（混練装置の構成）
本実施形態の混練装置について、図を参照して説明する。
図１に示すように、混練装置１は、溶解装置２と、供給装置３と、予備混練装置４と、本混練装置５と、制御装置６等とを備える。

溶解装置２は、増粘剤を溶媒に溶解し、所定量の増粘剤の溶解液を予備混練装置４に供給する装置であり、ハウジング２１と、マイクロ波装置２２と、ホッパ２３と、貯留タンク２４と、供給管路２５と、定量ポンプ２６等とを備える。

ハウジング２１は、中空円筒状に形成され、軸方向が鉛直方向となるように配置される。マイクロ波装置２２は、マグネトロンを備え、ハウジング２１の上面に配置される。ホッパ２３は、増粘剤を収容してハウジング２１内に投入可能なように、ハウジング２１の上面に突設される。貯留タンク２４は、溶媒を収容してハウジング２１内に投入可能なように、ハウジング２１の上面に突設される。供給管路２５は、増粘剤を溶媒に溶解した溶解液を予備混練装置４に供給可能なように、ハウジング２１の下面に配管される。定量ポンプ２６は、供給管路２５の途中に配置される。

供給装置３は、ロスインウエイト制御により所定量の活物質の粉体を予備混練装置４に供給する装置であり、ハウジング３１と、低周波発生装置３２と、供給管路３３等とを備える。

ハウジング３１は、中空円筒状に形成され、軸方向が鉛直方向となるように配置される。低周波発生装置３２は、ハウジング３１の外周に配置され、ソレノイドがハウジング３１の外周面に固定される。供給管路３３は、活物質の粉体を予備混練装置４に供給可能なように、ハウジング３１の下面に配管される。

予備混練装置４は、増粘剤の溶解液に対し活物質の粉体を濡らしながら搬送して活物質材料のプレスラリ、すなわち増粘剤の溶解液に対し活物質の粉体の分散度合いが低い状態のスラリとする装置であり、ハウジング４１と、一対のスクリュウ４２と、駆動モータ４３と、ギヤ機構４４と、供給管路４５と、投入部４６等とを備える。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ハウジング４１は、中空の直方体状に形成される。ハウジング４１内には、一対のスクリュウ４２が回転可能に収納される。ハウジング４１の一端面には、供給管路４５が接続される開口４１ａが設けられる。ハウジング４１の上面には、投入部４６が接続される開閉可能な開口４１ｂがスクリュウ４２の軸線方向に所定間隔をあけて複数（本例では、３個）設けられる。

一対のスクリュウ４２は、テーパ状（円錐台状）にそれぞれ形成される。そして、スクリュウ羽根４２ａの形成ピッチＰは、同一ピッチでそれぞれ形成され、スクリュウ羽根４２ａの先端幅ｗは、同一幅でそれぞれ形成される。一対のスクリュウ４２は、ハウジング４１の内部において軸線方向を平行且つ並べて配置され、軸線回りに同方向もしくは逆方向に回転可能なように、一対のスクリュウ４２の回転軸が、ハウジング４１の両端面にそれぞれ軸支持される。

そして、一対のスクリュウ４２は、各スクリュウ羽根４２ａの外周と、近接するハウジング４１の内壁とのギャップ（以下、「ハウジングギャップ」という）が、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなる（ｈｇ１＞ｈｇ２＞・・・＞ｈｇｎ）ように形成される。なお、ｎはスクリュウ羽根４２ａの数であり、以下同様である。これにより、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、スクリュウ４２のスクリュウ羽根４２ａの外周とハウジング４１の内壁との間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

さらに、一対のスクリュウ４２は、各スクリュウ羽根４２ａの径が上記搬送方向に向かうに従って徐々に大きくなる（ｒ１＜ｒ２＜・・・＜ｒｎ）ように形成される。つまり、一対のスクリュウ４２は、一対のスクリュウ羽根４２ａの外周同士のギャップ（以下、「スクリュウギャップ」という）が、上記搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなる（ｓｇ１＞ｓｇ２＞・・・＞ｓｇｎ）ように形成される。これにより、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、一対のスクリュウ４２のスクリュウ羽根４２ａの外周同士間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

駆動モータ４３は、ハウジング４１の一端面、すなわち一対のスクリュウ４２の後端側の端面にギヤ機構４４を介して固定され、駆動モータ４３のモータ軸が、ギヤ機構４４を介して一対のスクリュウ４２の回転軸に連結される。
供給管路４５は、活物質材料のプレスラリを本混練装置５に供給可能なように、ハウジング４１の他端面、すなわち一対のスクリュウ４２の前端側の端面に配管される。

投入部４６は、溶解装置２の供給管路２５及び供給装置３の供給管路３３から増粘剤の溶解液及び活物質の粉体をハウジング４１内に投入可能なように、ハウジング４１の上面に設けられる。投入部４６は、移動台４６１と、２つの投入管路４６２，４６３と、ボールネジ４６４と、駆動モータ４６５等とを備える。

移動台４６１には、２つの貫通穴４６１ａ，４６１ｂが穿設され、２つの貫通穴４６１ａ，４６１ｂには、２つの投入管路４６２，４６３がそれぞれ立設される。そして、２つの投入管路４６２，４６３には、溶解装置２の供給管路２５及び供給装置３の供給管路３３がそれぞれ接続される。さらに、移動台４６１には、ボールネジ４６４と噛み合う図略のナットが設けられる。

駆動モータ４６５に接続されるボールネジ４６４は、スクリュウ４２の軸線方向と平行な方向、すなわち増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の搬送方向と平行な方向に延びるように配置される。これにより、移動台４６１は、駆動モータ４６５の駆動で、ハウジング４１の上面に設けられる３つの開口４１ｂのうちの任意の１つの開口４１ｂに移動可能となる。

図４に示すように、活物質の粉体の種類や量によっては、ハウジングギャップｈｇ１，ｈｇ２，・・・，ｈｇｎやスクリュウギャップｓｇ１，ｓｇ２，・・・，ｓｇｎが広い程、活物質の粉体に対する損傷を少なくすることができるが、ハウジングギャップｈｇ１，ｈｇ２，・・・，ｈｇｎやスクリュウギャップｓｇ１，ｓｇ２，・・・，ｓｇｎが広過ぎると、一対のスクリュウ４２による送り能力が不足し、プレスラリの搬送量にばらつきが生じる。

そこで、作業者は、活物質の粉体の種類や量に応じて最適なハウジングギャップやスクリュウギャップを予め求めておき、求めたハウジングギャップやスクリュウギャップに近い開口４１ｂに移動台４６１を移動し、当該開口４１ｂから増粘剤の溶解液及び活物質の粉体を投入する。これにより、予備混練装置４は、最適なハウジングギャップやスクリュウギャップに対応するスクリュウ羽根径やスクリュウ羽根間などを設定できるスクリュウに交換を行わなくても、活物質の粉体の損傷を抑制しつつ良好な状態のプレスラリを略一定量で本混練装置５に供給できる。そして、投入部４６がスクリュウ４２の軸線方向に移動可能に設けられるので、作業者は、活物質の粉体の種類や量に応じて求めた最適なハウジングギャップやスクリュウギャップに近い開口４１ｂから増粘剤の溶解液及び活物質の粉体を簡易に投入できる。

図１に示すように、本混練装置５は、活物質材料のプレスラリ中において活物質の粉体を分散させて活物質材料のスラリとする装置であり、ハウジング５１と、回転子５２と、収納容器５３と、移動モータ５４と、回転駆動モータ５５と、排出管路５６と、バルブ５７等とを備えている。ハウジング５１は、中空円筒状に形成され、軸方向が鉛直方向となるように配置される。

ハウジング５１の外周面には、ハウジング５１内に配置される収納容器５３を冷却するための冷却水を給水及び排水するための冷却管路５１ａ，５１ｂが配管される。回転子５２は、円錐台状に形成され、軸方向が鉛直方向となり小径端面が下方を向いて、回転子５２の回転軸が収納容器５３の上面の中心部に軸支持され、収納容器５３内において軸線回りに回転可能且つ軸線方向に移動可能に配置される。

収納容器５３は、回転子５２を収納可能なように、回転子５２の外周面の傾斜と同一の傾斜の内周面が設けられた中空円錐台状に形成され、ハウジング５１内に配置される。収納容器５３の小径端面には、予備混練装置４の供給管路４５の排出口がハウジング５１を貫通して連接される開口５３ａが設けられる。移動モータ５４は、ハウジング５１の上面上部に固定され、ギヤ機構を介して回転子５２の回転軸に連結される。そして、移動モータ５４を駆動することで、回転子５２を回転軸方向で移動させる。

回転駆動モータ５５は、移動モータ５４の上部に固定され、ギヤ機構を介して回転子５２の回転軸に連結される。排出管路５６は、活物質材料のスラリを本混練装置５の外部に排出可能なように、収納容器５３の大径端面側の周面にハウジング５１を貫通して配管される。バルブ５７は、排出管路５６の途中に配置される。

制御装置６は、記憶部６１と、溶解制御部６２と、供給制御部６３と、予備混練制御部６４と、本混練制御部６５等とを備える。
記憶部６１には、増粘剤の溶解液の溶解度と増粘剤の溶解液の粘度との関係を示すデータ（図５参照）、増粘剤の溶解液の粘度と増粘剤溶解時間との関係を示すデータ（図６参照）、活物質材料のスラリの粘度と本混練装置５の回転子５２の周速との関係を示すデータ（図７参照）、活物質材料のスラリの粘度と本混練装置５のバルブ５７の開度との関係を示すデータ（図８参照）、その他の溶解制御、混練制御等に関するデータが記憶される。

溶解制御部６２は、溶解装置２の動作を制御する制御部であり、マイクロ波装置２２を駆動してマイクロ波を発生させ、ハウジング２１内の溶媒にマイクロ波を付与して増粘剤を溶媒に溶解する。そして、溶解制御部６２は、定量ポンプ２６を駆動制御して所定量の増粘剤の溶解液を供給管路２５を介して予備混練装置４に供給する。

供給制御部６３は、供給装置３の動作を制御する制御部であり、低周波発生装置３２を駆動して低周波を発生させ、ハウジング３１内の活物質の粉体の架橋を防止し、ロスインウエイト制御により所定量の活物質の粉体を供給管路３３を介して予備混練装置４に供給する。

予備混練制御部６４は、予備混練装置４の動作を制御する制御部であり、駆動モータ４３を駆動して一対のスクリュウ４２を軸線回りで回転させ、ハウジング４１の投入部４６から供給される増粘剤の溶解液及び活物質の粉体を撹拌することにより、スクリュウ後端側からスクリュウ前端側に向かって活物質の粉体を増粘剤の溶解液に対し濡らしながら搬送して活物質材料のプレスラリとし、この活物質材料のプレスラリを供給管路４５を介して本混練装置５に供給する。

本混練制御部６５は、本混練装置５の動作を制御する制御部であり、冷却水を冷却管路５１ａから給水して冷却管路５１ｂから排水することにより、ハウジング５１内の収容容器５３を冷却する制御、移動モータ５４を駆動して回転子５２を軸線方向に移動して回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧを調整する制御、バルブ５７を開閉する制御を行う。

そして、本混練制御部６５は、バルブ５７を閉じ、回転駆動モータ５５を駆動して回転子５２を軸線回りで回転させ、収納容器５３の開口５３ａから供給される活物質材料のプレスラリを、回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧに通し、活物質材料のプレスラリ中において活物質の粉体を分散させて活物質材料のスラリとする。

そして、本混練制御部６５は、収容容器５３内に活物質材料のプレスラリ及び活物質材料のスラリが満たされて収容容器５３の内圧が所定値に達したら、バルブ５７を所定量開け、活物質材料のスラリを排出管路５６を介して外部に排出する。

（制御装置による処理）
次に、制御装置６による処理について、図３を参照して説明する。なお、作業者は、活物質の粉体の種類や量に応じて最適なスクリュウギャップを予め求めておき、求めたスクリュウギャップに近い開口４１ｂに移動台４６１を移動しておくものとする。

制御装置６は、溶解装置２を駆動し増粘剤を溶媒に溶解する（図３のステップＳ１）。
具体的には、溶解制御部６２は、記憶部６１から増粘剤の溶解液の粘度と増粘剤の溶解液の溶解度との関係を示すデータ、及び増粘剤の溶解液の粘度と増粘剤溶解時間との関係を示すデータを読み出す。

そして、溶解制御部６２は、所定量の増粘剤をホッパ２３を介してハウジング２１内に投入するとともに、所定量の溶媒を貯留タンク２４を介してハウジング２１内に投入し、マイクロ波装置２２を駆動しハウジング２１内の溶媒にマイクロ波を付与して増粘剤を溶解する。そして、溶解制御部６２は、マイクロ波装置２２を増粘剤の溶解液の溶解度が所定値に達する時間駆動したら、マイクロ波装置２２の駆動を停止する。

すなわち、図５に示すように、増粘剤の溶解液の粘度μは、溶媒に増粘剤を投入した直後の溶媒に増粘剤が溶解していない溶解度０％のときをμｏとすると、溶解度が８０％になるとμｇ（＞μｏ）に上昇し、溶媒に増粘剤が完全に溶解した溶解度１００％のときはμｓ（＞μｇ）まで上昇する。そして、増粘剤の溶解液の溶解度が、８０％に達するまでマイクロ波装置２２を駆動するとした場合、図６に示すように、マイクロ波装置２２の駆動時間、すなわち増粘剤溶解時間Ｔは、増粘剤の溶解液の粘度μがμｏからμｇに達するまでのＴｇとなる。

ここで、マイクロ波による溶解は、溶媒にマイクロ波を照射して振動させ、溶媒を増粘剤に浸透させることにより行っている。このマイクロ波の周波数帯域としては、溶媒がマイクロ波のエネルギを吸収し易い帯域が望ましく、例えば溶媒として水を使用する場合、０．９ＧＨｚ〜４００ＧＨｚの周波数帯域が使用される。

なお、増粘剤の溶媒に対する溶解は、従来のように撹拌することにより行ってもよいが、本実施形態ではマイクロ波により溶媒を振動させて増粘剤を溶媒に溶解している。図６に示すように、マイクロ波の振動による溶媒に対する増粘剤の溶解の方が、撹拌力による溶媒に対する増粘剤の溶解や加熱、例えば高温にした溶媒に対する増粘剤の溶解よりも効率よく行うことができるためである。

すなわち、増粘剤の溶解液の目標値である粘度μｓに調整する時間Ｔは、撹拌力による場合はＴ１２、加熱による場合はＴ１３（＞Ｔ１２）掛かるのに対し、マイクロ波による場合はＴ１１（＜Ｔ１２＜Ｔ１３）に短縮することができる。よって、マイクロ波による溶解に必要な電力は、撹拌力による溶解に必要な電力よりも低減される。

次に、制御装置６は、溶解装置２及び供給装置３を駆動し、所定量の増粘剤の溶解液及び活物質等の粉体を予備混練装置４に供給する（図３のステップＳ２）。
具体的には、溶解制御部６２は、定量ポンプ２６を駆動して所定量の増粘剤の溶解液を供給管路２５を通じて予備混練装置４の開口４１ｂから一対のスクリュウ４２間に供給する。供給制御部６３は、低周波発生装置３２を駆動して所定量の活物質等の粉体を供給管路３３を通じて予備混練装置４の開口４１ｂから一対のスクリュウ４２間に供給する。

これにより、活物質等の粉体は、架橋が発生することなくスムーズに予備混練装置４に供給される。そして、活物質等の粉体は、増粘剤の溶解液と混練されるので、活物質、増粘剤及び溶媒を一時に混練する場合と比較して増粘剤の溶解液に対し活物質等の粉体を十分に濡らすことができる。

次に、制御装置６は、予備混練装置４を駆動して増粘剤の溶解液及び活物質等の粉体の予備混練を行う（図３のステップＳ３）。
具体的には、予備混練制御部６４は、駆動モータ４３を駆動して一対のスクリュウ４２を軸線回りで回転させ、ハウジング４１の開口４１ａから供給される増粘剤の溶解液及び活物質の粉体を搬送しつつ混練する。

これにより、活物質の粉体は、増粘剤の溶解液に対し濡れながらスクリュウ後端側からスクリュウ前端側に向かって搬送されて活物質材料のプレスラリとされ、活物質材料のプレスラリは、供給管路４５を介して本混練装置５に供給される。このように、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体は、一対のスクリュウ４２により撹拌されつつ押し出されるので、活物質の粉体を増粘剤の溶解液に十分に馴染ませて搬送することができる。

次に、制御装置６は、本混練装置５を駆動して活物質材料のプレスラリの本混練を行う（図３のステップＳ４）。
具体的には、まず、本混練制御部６５は、本混練装置５に活物質材料のプレスラリが供給される前に、以下の準備工程を行う。すなわち、本混練制御部６５は、ハウジング５１内の収容容器５３を冷却するために、冷却水を冷却管路５１ａから給水して冷却管路５１ｂから排水する。収容容器５３を冷却する理由は、後述する回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧ間で行われる活物質材料のプレスラリの分散中において、活物質材料のプレスラリの温度上昇を抑制するためである。

さらに、本混練制御部６５は、移動モータ５４を駆動して回転子５２を軸線方向に移動して回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧを調整し、バルブ５７を完全に閉じる。回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧを調整する理由及びバルブ５７を閉じる理由は、後述する。

次に、本混練制御部６５は、本混練装置５に活物質材料のプレスラリが供給されたら、回転駆動モータ５５を駆動して回転子５２を軸線回りで所定の周速で回転させる。収納容器５３の開口５３ａから供給される活物質材料のプレスラリは、回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧを通るときにせん断力及び圧縮力を受け、活物質材料のプレスラリ中において活物質の粉体は分散される。せん断力は、活物質材料のプレスラリ中において凝集物を引き剥がす作用を担い、圧縮力は、活物質材料のプレスラリ中において増粘剤の溶解液を活物質の粉体に含浸させる作用を担う。

ここで、活物質材料のスラリの粘度は、電池の初期性能及び塗布・乾燥工程の実行性の兼ね合いから定められる所定範囲内に調整する必要がある。図７に示すように、活物質材料のスラリの粘度は、回転子５２の周速が大きくなるにつれて低下する。また、活物質材料のスラリの粘度は、回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧが小さい方が低下率が大きい。よって、活物質材料のスラリの粘度が、上記所定範囲内となるように、回転子５２の周速及び回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧを設定する。

また、活物質材料のスラリの粘度は、同じ条件で本混練を行ってもばらつくことが多い。このばらつきは、収容容器５３内における活物質材料のプレスラリ及び活物質材料のスラリの充満度に起因している。すなわち、活物質材料のプレスラリ及び活物質材料のスラリが、収容容器５３内において疎な場合、エネルギの伝達効率が悪いので、活物質材料のスラリの粘度はばらつくが、収容容器５３内において密な場合、エネルギの伝達効率が良いので、活物質材料のスラリの粘度は安定する。収容容器５３内において活物質材料のプレスラリ及び活物質材料のスラリを密にするには、バルブ５７を閉じて活物質材料のプレスラリを送り続ければよい。

そして、活物質材料のプレスラリ及び活物質材料のスラリが、収容容器５３内に満たされて密になったら、この密な状態を維持するため、活物質材料のプレスラリの流入圧及び活物質材料のスラリの流出量を制御すればよいが、活物質材料のプレスラリの流入圧は一定であるため、活物質材料のスラリの流出量をバルブ５７の開度を調整することにより行う。

図８に示すように、活物質材料のスラリの粘度は、バルブ５７の開度が小さくなるほど回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧにおいてせん断力が活物質材料のプレスラリに作用するため低くなる。よって、活物質材料のスラリの粘度が、上記所定範囲内となるように、バルブ５７の開度を設定する。また、活物質材料のプレスラリが回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧを通過するときの速度や圧力は、バルブ５７の開度により設定できるので、活物質材料のプレスラリ中において増粘剤の溶解液に対する活物質の粉体の分散度合いが良好となるバルブ５７の開度に調節する。

そして、本混練制御部６５は、バルブ５７が閉じられていることにより上昇する収容容器５３の内圧を図略の圧力計により測定する。本混練制御部６５は、収容容器５３内に活物質材料のプレスラリ及び活物質材料のスラリが満たされて収容容器５３の内圧が所定値に達したら、バルブ５７を所定量開け、活物質材料のスラリを排出管路５６を介して外部に排出する。

（変形例）
上述の実施形態では、スクリュウ羽根４２ａの形成ピッチＰを同一ピッチでそれぞれ形成した一対のスクリュウ４２を備える構成とした。しかし、図９Ａに示す第一の変形例のように、スクリュウ羽根４２Ａａのピッチが前記搬送方向に向かうに従って徐々に小さくなる（ｐａ１＞ｐａ２＞・・・＞ｐａｎ）ように形成した一対のスクリュウ４２Ａを備える構成としてもよい。これにより、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、一対のスクリュウ４２Ａのスクリュウ羽根４２Ａａの外周同士間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

また、図９Ｂに示す第二の変形例のように、スクリュウ羽根４２Ｂａの先端幅が搬送方向に向かうに従って徐々に大きくなる（ｗｂ１＜ｗｂ２＜・・・＜ｗｂｎ）ように形成した一対のスクリュウ４２Ｂを備える構成としてもよい。これにより、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、一対のスクリュウ４２Ｂのスクリュウ羽根４２Ｂａの外周同士間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

また、上述の実施形態では、予備混練装置４においてテーパ状の一対のスクリュウ４２を直方体状のハウジング４１内に配置することで、スクリュウ羽根４２ａの外周とハウジング４１の内壁とのギャップが搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなるように構成した。しかし、図１０に示す第三の変形例のように、筒状の一対のスクリュウ７２を平面が台形状に形成された六面体のハウジング７１内に配置することで、スクリュウ羽根７２ａの外周とハウジング７１の内壁とのギャップが搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなる（ｈｈ１＞ｈｈ２＞・・・＞ｈｈｎ）ように構成してもよい。

（効果）
本実施形態の予備混練装置４によれば、ハウジング４１内に平行且つ並べて配置され、軸線回りに回転可能な一対のスクリュウ４２を有し、投入される増粘剤の溶解液及び活物質の粉体を一対のスクリュウ４２の回転により撹拌することにより、活物質の粉体を増粘剤の溶解液に対し濡らしながら一対のスクリュウ４２の軸線方向に搬送する。そして、一対のスクリュウ４２は、スクリュウ羽根４２ａの外周とハウジング４１の内壁とのハウジングギャップｈｇ１，ｈｇ２，・・・，ｈｇｎが増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなるように形成される。

活物質の粉体の種類や量によっては、ハウジングギャップｈｇ１，ｈｇ２，・・・，ｈｇｎやスクリュウギャップｓｇ１，ｓｇ２，・・・，ｓｇｎが広い程、活物質の粉体に対する損傷を少なくすることができるが、ハウジングギャップｈｇ１，ｈｇ２，・・・，ｈｇｎやスクリュウギャップｓｇ１，ｓｇ２，・・・，ｓｇｎが広過ぎると、一対のスクリュウ４２による送り能力が不足し、プレスラリの搬送量にばらつきが生じる。

そこで、作業者は、活物質の粉体の種類や量に応じて最適なハウジングギャップやスクリュウギャップを予め求めておき、求めたハウジングギャップやスクリュウギャップに近い開口４１ｂに移動台４６１を移動し、当該開口４１ｂから増粘剤の溶解液及び活物質の粉体を投入する。これにより、予備混練装置４は、最適なハウジングギャップやスクリュウギャップに対応するスクリュウ羽根径やスクリュウ羽根間などを設定できるスクリュウに交換を行わなくても、活物質の粉体の損傷を抑制しつつ良好な状態のプレスラリを略一定量で本混練装置５に供給できる。

さらに、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、一対のスクリュウ４２のスクリュウ羽根４２ａの外周とハウジング４１の内壁との間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

また、一対のスクリュウ４２は、スクリュウ羽根４２ａの径ｒ１，ｒ２，・・・，ｒｎが搬送方向に向かうに従って徐々に大きくなるように形成される。これにより、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、一対のスクリュウ４２のスクリュウ羽根４２ａの外周同士間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

また、ハウジング４１には、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の投入が可能な投入部４６がスクリュウ４２の軸線方向に移動可能に設けられる。これにより、作業者は、活物質の粉体の種類や量に応じて求めた最適なハウジングギャップやスクリュウギャップに近い開口４１ｂから増粘剤の溶解液及び活物質の粉体を簡易に投入できる。

また、一対のスクリュウ４２Ａは、スクリュウ羽根４２Ａａのピッチが搬送方向に向かうに従って徐々に小さくなる（ｐａ１＞ｐａ２＞・・・＞ｐａｎ）ように形成される。これにより、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、一対のスクリュウ４２Ａのスクリュウ羽根４２Ａａの外周同士間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

また、一対のスクリュウ４２Ｂは、スクリュウ羽根４２Ｂａの先端幅が搬送方向に向かうに従って徐々に大きくなる（ｗｂ１＜ｗｂ２＜・・・＜ｗｂｎ）ように形成されるこれにより、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が、一対のスクリュウ４２Ａのスクリュウ羽根４２Ａａの外周同士間を搬送される際に発生するせん断力は、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体が搬送されるに従って徐々に大きくなるので、増粘剤の溶解液及び活物質の粉体の混練状態を良好なものとすることができる。

また、混練装置１は、予備混練装置４と、予備混練装置４から供給される増粘剤の溶解液及び活物質の粉体のプレスラリを、対向して回転する回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧ、すなわちテーパ面間の調整可能なギャップＧに通すことにより、プレスラリ中において粉体を分散させてスラリとする本混練装置と、を備える。
これにより、本混練の条件変更は、対向して回転する回転子５２の外周面と収容容器５３の内周面とのギャップＧを調整するのみで行うことが可能であるので、本混練の条件変更作業が容易となる。

（その他）
なお、上述の実施形態では、予備混練装置４に設けた投入部４６は、ボールネジ４６４及び駆動モータ４６５で移動台４６１を移動させる構成としたが、作業者による手動で移動台４６１を移動させる構成としてもよい。
また、リチウムイオン二次電池の負極用の活物質材料を製造する場合について説明したが、リチウムイオン二次電池の正極用の活物質材料を製造する場合も適用可能である。また、本発明が適用される材料としては、リチウムイオン二次電池の電極用の活物質材料に限定されるものではなく、例えばキャパシタの材料、医薬品用や化粧品用の微粒子スラリ、食品用のペースト等にも適用可能である。

１：混練装置、２：溶解装置、３：供給装置、４：予備混練装置、５：本混練装置、６：制御装置、４２：スクリュウ、５２：回転子、５３：収容容器、５７：バルブ、：６１：記憶部、６２：溶解制御部、６３：供給制御部、６４：予備混練制御部、６５：本混練制御部、ｈｇ：ハウジングギャップ、ｓｇ：スクリュウギャップ

Claims

ハウジング内に平行且つ並べて配置され、軸線回りに回転可能な一対のスクリュウを有し、投入される粉体及び液体を前記一対のスクリュウの回転により撹拌することにより、前記粉体を前記液体に対し濡らしながら前記一対のスクリュウの軸線方向に搬送する予備混練の制御を行う制御装置を備える予備混練装置であって、
前記一対のスクリュウは、スクリュウ羽根の先端と前記ハウジングの内壁との径方向のハウジングギャップが前記粉体及び前記液体の搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなるように形成され、且つ、前記スクリュウ羽根の径が前記搬送方向に向かうに従って徐々に大きくなるように形成されるとともに、前記スクリュウ羽根の先端同士の径方向のスクリュウギャップが前記搬送方向に向かうに従って徐々に狭くなるように形成され、
前記ハウジングには、前記粉体及び前記液体の投入が可能な投入部が前記軸線方向に移動可能に設けられ、
前記投入部は、移動台と駆動モータを備え、前記駆動モータの駆動で前記移動台の移動が可能であり、
前記粉体の損傷程度と前記ハウジングギャップ及び前記スクリュウギャップとの関係に基づいて、前記粉体の種類又は量に応じて予め求められている前記ハウジングギャップ及び前記スクリュウギャップに近いところに、前記投入部を予め移動させた状態で、前記制御装置は、前記予備混練の制御を行う、予備混練装置。
前記一対のスクリュウは、前記スクリュウ羽根のピッチが前記搬送方向に向かうに従って徐々に小さくなるように形成される、請求項１に記載の予備混練装置。
前記一対のスクリュウは、前記スクリュウ羽根の先端幅が前記搬送方向に向かうに従って徐々に大きくなるように形成される、請求項１又は２に記載の予備混練装置。
請求項１−３の何れか一項に記載の予備混練装置と、
前記予備混練装置から供給される前記粉体及び前記液体のプレスラリを、対向して回転するテーパ面間の調整可能なギャップに通すことにより、前記プレスラリ中において前記粉体を分散させてスラリとする本混練装置と、
を備える混練装置。