JP6696922B2 - 粉粒体混合物の混入物質分離回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、二次電池の電極の製造工程において、粉粒状の導電材料の集まりの中に混入している異物粒子を分離させた状態で、この導電材料を回収する等、粉粒状の一の物質の集まりの中に混じっている粉粒状の他の物質を分離させた状態で、一の物質の集まりを回収する粉粒体混合物の混入物質分離回収方法に関する。

例えば、リチウムイオン二次電池等、非水電解質二次電池の電極を製造するにあたり、その材料に導電材料が使用され、導電材料は、一定の品質管理を経た上で、電極の製造工程に供給される。導電材料の一つであるアセチレンブラック（acetylene black）（以下、「ＡＢ材」と称する）の場合、ＡＢ材は、平均粒子径０．３μｍ程度という細かな粉末状であり、当該ＡＢ材の製造工程の中には、ステンレス製管内でＡＢ材を送出する工程もある。この工程の際、管材の劣化等に起因したステンレス製の金属粒子が、送出されるＡＢ材の集まりの中に、異物として混じり込んでしまうことがある。このような金属粒子は、製品としてＡＢ材の出荷前に行う品質検査が実施されるものの、ＡＢ材の集まりの中に残留してしまう傾向にある。電極の製造工程には、このような金属粒子が、ＡＢ材の集まりに混じった状態で供給される場合があり得る。

設定した規格より大きい粒子径、例えば、５０〜１００μｍ程度の粒子径の金属粒子は、二次電池の電極にとって阻害要因となるため、電極の製造工程では、ＡＢ材の集まりに混ざった金属粒子を、ＡＢ材の集まりと分離させて取り除く必要がある。ＡＢ材の集まりと金属粒子とを分離するには、「ふるい方式」や「質量差分離方式」が考えられる。ふるい方式は、金属粒子が混じったＡＢ材の集まりを、メッシュ構造の金網でふるいに掛ける手法である。質量差分離方式は、金属粒子が混ざったＡＢ材の集まりに遠心力をかけ、金属粒子とＡＢ材との質量差に基づく遠心力の大きさの差により、金属粒子とＡＢ材とを分離しようとする手法である。

また、音波を利用した粒子の分離技術として、例えば、特許文献１が開示されている。特許文献１は、流路内に流れる浮遊微粒子を、音響放射力と静電気力とにより、連続的に分離させるのにあたり、浮遊微粒子の一部を、静電気力により流路の一方側側壁に導くと共に、音響放射力を作用させるための定在波を走査し、この定在波による音場の節の位置を変化させることで、浮遊微粒子の他の一部を、流路の他方側側壁に導く技術である。特許文献１では、サブミリ流路内を流れる浮遊微粒子の中で、大径粒子と小径粒子とが、連続的に効率良く分離できるとされている。

特開２００７−２２９５５７号公報

しかしながら、ふるい方式による分離では、金網の目開きが大きいと、捕捉対象の金属粒子までもが、ＡＢ材と共にメッシュを通過してしまうこともあり、分離精度が低下してしまう。その反対に、目開きを数十μｍ程度とメッシュを細密にすると、金網全体に対する開口率は２０％程度にまで下がり、一塊状になったＡＢ材が、金網を通過することができないこともあり、ＡＢ材の集まりが金網上に残り易く、それに伴う目詰まりが起こり易い。そのため、金属粒子を分離した状態にあるＡＢ材の回収率、すなわち歩留まりは非常に低い。また、金属粒子が規格より小さい粒子であれば、金属粒子はメッシュを通過しても問題ないが、金属粒子の大きさや形状は一様ではなく、金属粒子が、規格の大きさを超えた細長形状である場合には、金属粒子はメッシュを通過できてしまうこともあり、問題となる。その他にも、金網には、メッシュの摩耗や破損が生じることもあり、金網のメンテナンスを定期的に行わなければならない上に、メッシュの破損を検出することも困難であり、破片や摩耗粉の混入というリスクもある。

また、質量差分離方式による分離では、金属粒子が混じったＡＢ材の集まりのような微小粒子の場合、金属粒子の質量は一様でないものの、個々の粒子に作用する遠心力は、非常に小さく、ＡＢ材の集まりと規格外の金属粒子とを、精度高く分離することは困難である。精度高く分離するには、高い遠心力発生機構に加え、風の抵抗力差など他の機能効果を併用する機構も必要であり、設備として非常に大掛かり、かつ高コストなものとなるという問題がある。

また、特許文献１の分離技術では、超音波による定在波を空間中に発生させるため、高価な超音波発生装置に加え、発信源と反射板の設置にも高精度な加工が必要であり、さらに振動数を走査する制御装置が必要となり、装置全体が非常に高価なものとなる。また、空間中で粒子を捕捉するため、粒子に作用する重力相当分の捕捉力が必要であり、定在波の節を外れた部分では、粒子の捕捉力が不足し、粒子が捕捉できない。そのため、定在波の節で捕捉できる粒子の量は非常に少なく、捕捉力の不足から捕捉した粒子が落下することも多い。そのような状況から、捕捉した粒子は、非常に遅い速度でしか動かせない。特許文献１でも、その速度は、数十μｍ／ｓとある。

特に、例えば、自動車に搭載するリチウムイオン二次電池向けの電極等を、量産体制で製造する場合には、金属粒子の混じったＡＢ材（粉粒体混合物）が、電極の製造工程に大量に供給される。この場合、粉粒体混合物から規格外の金属粒子を回収する工程も、量産設備のインライン上で行いたいこともある。しかしながら、特許文献１の分離技術では、大径粒子と小径粒子とを分離するのに、サブミリ流路が必要となるため、特許文献１による単位時間当たりの粒子分離処理能力は、量産体制に必要な処理能力に及ばないこともあり、量産体制の下では、特許文献１の分離技術は適さない。また、特許文献１の分離技術では、大径粒子の集まりと小径粒子の集まりとが、サブミリ流路内で分離された後、それぞれの集まりをサブミリ流路内から回収する技術の開示もなく、ＡＢ材の集まりと分離した規格外の金属粒子が、回収できない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、粉粒状の一の物質の集まりの中に混じっている粉粒状の他の物質を分離させた状態で、一の物質の集まりを回収するのにあたり、他の物質を、効率良くかつ高い精度に分離させ、一の物質を簡単に回収することができる粉粒体混合物の混入物質分離回収方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、粉粒状の一の物質の集まりである粉粒体集合群に、粉粒状の他の物質が少なくとも１種混じった粉粒体混合物で、前記粉粒体集合群を、前記他の物質と分離して回収するのにあたり、前記粉粒体混合物を、広範囲に平たく分散した状態で載置する載置面と、回収された物質を載置する回収面と、音波を出力する音源と、を備え、前記載置面は、前記音源から送波される前記音波の反射波を生成する条件を満たす態様に形成され、前記音源と前記載置面とは相対的に移動可能であること、前記音源は、前記一の物質または前記他の物質のいずれか一方の対象物質の比重に対応した周波数の音波を、前記載置面と鉛直方向上方に対向する位置から前記載置面に向けて送波し、定在波の音響場を形成することにより、前記粉粒体混合物のうち、前記対象物質を、前記定在波の節で捕捉すること、前記対象物質は、前記音源と前記載置面との相対移動により、前記定在波の節で捕捉された状態で、前記載置面を離れて前記回収面に移されること、を特徴とする。

この態様によれば、載置面に載置された粉粒体混合物の中から非対象物質を、載置面上で、非接触で簡単に分離することができ、非対象物質と分離した対象物質が、回収面に効率良く回収できる。しかも、載置面上で分離して回収面に移された対象物質の集まりの中には、非対象物質がほとんど混ざり込むことがなく、非対象物質と分離して、回収面に回収された対象物質の分離精度は、例えば、９０％以上等、極めて高くすることができる。さらに、非接触であることから、分離装置に起因する新たな異物が混入するというリスクもない。

上記の態様においては、前記音波は、可聴域帯に属する周波数のサイン波であり、前記音源は、音波制御部で発生させた電気信号を、音声として、前記音波に変換する音波拡声部を有し、前記音波拡声部と前記載置面とが、相対的に移動可能であること、が好ましい。

この態様によれば、音波拡声部から発する音波に基づく定在波の音響場を、載置面上に形成するため、定在波の節から多少外れた位置でも、対象となる粒子（対象物質）が落下することがないため、対象物質が大量に捕捉できる。また、載置面に対し音波拡声部の移動により、この定在波の音響場は、載置面から回収面へと音波拡声部のこの移動に、追従することができる。それによって、捕捉された粒子群も定在波と共に移動するが、ここでも、粒子が落下することがないため、捕捉されたこれらの粒子群についても簡単に追従可能である。さらに、定在波の腹に位置する粒子や、一旦節の捕捉から外れた粒子に対しても、定在波の移動により、必ず節が複数回通過し、二重三重と複数重に捕捉されるため、このような粒子は、波間から漏れることもなく載置面全面に亘って処理可能である。また、可聴域帯に属する周波数の音波は、指向性が比較的広く、載置面の幅広い範囲に届き易いことから、定在波の音響場もより幅広い範囲で形成され易くなり、載置面に載せた粉粒体混合物の中から、対象物質は、定在波の節でより多く捕捉することができる。

上記の態様においては、搬送面の送出により、前記搬送面に載せた被運搬物を搬送先に運ぶ搬送手段を備え、前記載置面は、前記搬送手段の前記搬送面であること、が好ましい。

この態様によれば、本発明に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法を実施する分離回収装置として、本発明の音源と回収面のほか、搬送手段を必要するだけであり、このような分離回収装置は、極めて簡単な構造で構成することができる。また、対象物質が、例えば、自動車等に搭載されるリチウムイオン二次電池の電極を製造する材料等として使用される場合、搬送手段を装備した上述の分離回収装置は、例示した電極の製造工程を担う種々の生産設備を設置した生産ラインに、インラインで設置可能となり、本発明に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、電極の量産体制下にも対応することができる。

上記の態様においては、前記搬送面に垂直な上下方向、かつ前記搬送面の送出方向に対し、直交する方向を回収方向とすると、前記音源は、少なくとも１つ以上設けられ、前記載置面の上方の領域にある第１領域と、前記回収方向に対し、前記載置面の外側の領域にある第２領域との間を、自在に移動できること、が好ましい。

この態様によれば、搬送面に載置された粉粒体混合物の中から非対象物質を、搬送面上で分離した後、対象物質は回収面に、非対象物質は別の場所に、それぞれ別々に自動化して回収することができる。そのため、粉粒体混合物の中から、非対象物質を分離した後の対象物質を回収するのに、その回収に伴うコストが抑制できる。

上記の態様においては、前記対象物質は、前記一の物質であり、前記一の物質の比重は、前記他の物質の比重より小さいこと、が好ましい。

この態様によれば、定在波の音響場は、他の物質の比重より小さい一の物質の比重に合わせた周波数の音波に基づいて形成されているため、一の物質に対応した定在波では、一の物質より比重の大きい他の物質は、その節で捕捉できず、回収面に運ばれることもない。したがって、他の物質と分離した後の一の物質が、高い分離精度で回収面に回収できていると共に、他の物質が、回収面に回収した一の物質の集まりの中に入ってしまうのを、確実に阻止することができる。

上記の態様においては、前記一の物質は、非水電解質二次電池の電極の製造に必要な電極材料であり、前記他の物質は、前記電極材料の製造工程で残留した金属製の異物であること、が好ましい。

この態様によれば、例えば、設定した規格より大きい金属粒子等を対象とした異物が、供給先から受け取る電極材料入りの集合体の中から簡単に短時間で除去でき、高精度に回収された電極材料だけが、非水電解質二次電池の電極の製造に供給できる。そのため、一連の電極の製造工程の生産効率が、例えば、「ふるい方式」や「質量差分離方式」、特許文献１のような分離技術等の従来技術を用いた場合に比して、大幅に向上する。ひいては、非水電解質二次電池のコストの低減化を実現することができる。

本発明に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法によれば、粉粒状の一の物質の集まりの中に混じっている粉粒状の他の物質を分離させた状態で、一の物質の集まりを回収するのにあたり、他の物質を、効率良くかつ高い精度に分離させ、一の物質を簡単に回収することができる。

本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法を説明する模式図であり、粉粒体混合物内のＡＢ材を定在波の節で捕捉する直前の状態を示す図である。 図１に続き、粉粒体混合物内のＡＢ材を定在波の節で捕捉した状態を示す図である。 本実施形態に係る粉粒体混合物を搬送するコンベアの概略を示す図であり、対応する図１の状態を平面視で示す説明図である。 図３に続き、対応する図２の状態を平面視で示す説明図である。 図４に続き、ＡＢ材がＡＢ材回収容器の回収面に移された様子を、平面視で示す説明図である。 図５に示す状態を、正面視で示す説明図である。 本実施形態に係る粉粒体混合物を搬送するコンベアに、複数のスピーカーを設置した様子を示す説明図である。 本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法に用いる音源で、スピーカーの発信周波数と、定在波の節による捕捉能力との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法に関する検証実験１の方法を、正面視で模式的に示した説明図であり、スピーカーの移動前で、疑似コンベアの搬送面に配した粉粒体混合物の状態を示す図である。 検証実験１の結果をまとめた表である。 検証実験１で、疑似コンベアの搬送面に残留した金属粒子の様子を示す説明図である。 検証実験１で、受け皿の皿回収面に集められたＡＢ材の様子を示す説明図である。 本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法に関する検証実験２の方法を、正面視で模式的に示す説明図である。 図１３に続き、検証実験２の方法を、平面視で模式的に示した説明図である。 検証実験２の結果をまとめた表である。 検証実験２で、プレートの載置面に残留した金属粒子の様子を示す説明図である。 検証実験２で、受け皿の皿回収面に集められたＡＢ材の様子を示す説明図である。

以下、本発明に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法のうち、粉粒状の一の物質は、本実施形態では、例えば、自動車等に搭載されるリチウムイオン二次電池の電極を製造するのにあたり、導電材料の一つとして使用されるアセチレンブラック（acetylene black）（以下、「ＡＢ材」と称する）を対象としている。

前述したように、メーカー等から納入された状態では、リチウムイオン二次電池の電極を製造する上で、許容範囲を超える粉粒状の金属粒子（他の物質）が、ＡＢ材の集まりであるＡＢ材集合群（粉粒体集合群）に、異物として混じっているため、ＡＢ材集合群にこの異物を含んだＡＢ材混合物（粉粒体混合物）は、電極の製造工程に供給できない。本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、ＡＢ材集合群を、ＡＢ材混合物に混じった金属粒子と分離して回収するのに行われ、電極の製造工程に供給する前に実施される。

はじめに、ＡＢ材混合物について、簡単に説明する。ＡＢ材は、一定の大きさに分級されたＡＢ材集合群において、平均粒子径０．３μｍ程度という細かな粉末状であり、嵩比重０．０５（アセチレンブラックの物性値である真の比重は２．０）である。金属粒子は、ＡＢ材の製造工程で残留した金属製の異物であり、ＡＢ材を送出するのに用いる管材の劣化等に起因して生じたステンレス製の粉粒体で、ＡＢ材の送出と共に混ざり込んだ比重８．０の粒子である。このような金属粒子は、例えば、数μｍ程度の小さな粒子径のほか、数十〜１００μｍ程度にも及ぶ大きな粒子径も含まれており、設定した規格（例えば、数十μｍを超える粒子径）より大きい金属粒子は、二次電池の性能に大きく影響を及ぼすことから、電極を構成する上で阻害要因となり、排除の対象となる。

次に、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法について、説明する。図１は、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法を説明する模式図であり、粉粒体混合物内のＡＢ材を定在波の節で捕捉する直前の状態を示す図である。図２は、図１に続き、粉粒体混合物内のＡＢ材を定在波の節で捕捉した状態を示す図である。

本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、例えば、生産ラインで、電極の製造工程を担う種々の生産設備の一つとして、インライン上に配設されたコンベア２０（搬送手段）で実施されるほか、品質検査を行う場所で行うバッチ処理式の専用テーブル等上で実施される。この粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、ＡＢ材混合物１を、広範囲に平たく分散した状態で載置する載置面７と、回収された物質を載置する回収面８と、音波を出力する音源１０と、を必要とする。載置面７は、音源１０から送波される音波の反射波を生成する条件を満たす態様に形成された面である。

音源１０は、本実施形態では、図１及び図２に示すように、音波制御部１１で発生させた電気信号を、音声として、音波に変換するスピーカー１２（音波拡声部）を有する。音源１０と載置面７とは相対的に移動可能であり、本実施形態の場合、スピーカー１２と載置面７とが、相対的に移動可能である。音源１０は、可聴域帯に属する周波数の音波を、載置面７と鉛直方向上方に対向する位置に配置したスピーカー１２により、載置面７に向けて送波する。この音波は、対象物質３であるＡＢ材４の比重に対応した周波数であり、本実施形態では、１７０Ｈｚのサイン波である。

音源１０は、スピーカー１２より発する音波に、例えば、載置面７上で、直径数〜数十ｃｍに拡がる幅広の指向性を有すると共に、単振動する媒質（空気）によって、嵩比重０．０５で平均粒子径０．３μｍ程度の粉末状のＡＢ材４を、数〜数百μｍ程度の振幅で動かすことを可能とした仕様（音の強さ、音圧、音圧レベル）で構成されている。載置面７は、例えば、金属等からなり、進行波として、スピーカー１２より発するサイン波を、吸収せずにスピーカー１２側に反射できる条件を具備した材質からなる面（空気の音響インピーダンスに対し、スピーカー１２から発する音波を反射できる音響インピーダンスを有する界面）である。スピーカー１２の出力は６Ｗである。

コンベア２０について、簡単に説明する。図３は、本実施形態に係る粉粒体混合物を搬送するコンベアの概略を示す図であり、対応する図１の状態を平面視で示す説明図である。図４は、図３に続き、対応する図２の状態を平面視で示す説明図である。図５は、図４に続き、ＡＢ材がＡＢ材回収容器の回収面に移された様子を、平面視で示す説明図であり、図５に示す状態を、正面視で示す説明図を、図６に示す。なお、図３と図４では、図を見易くする目的で、２つの音波領域の位置をずらして図示しているため、図３及び図４に示す音波領域と、図５に示す音波領域は一致していない。

図３〜図６に示すように、コンベア２０は、送出方向Ｆに搬送面２１を送出することにより、搬送面２１に載せた被運搬物を搬送先に運ぶ周知の搬送手段であり、被運搬物であるＡＢ材混合物１を、搬送面２１の搬入側（図３中、下側）から搬出側（同図、上側）に搬送する。コンベア２０は、図示しない制御装置により、例えば、設定された送り速度で搬送面２１を送出する動作や、送出する搬送面２１の停止、搬送面２１のインチング送り動作等、搬送面２１の送り速度を自在に可変できる仕様で構成されている。搬送面２１は、前述した載置面７であり、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、載置面７として、搬送面２１に載せたＡＢ材混合物１を対象に、ＡＢ材集合群２と金属粒子５とを分離して、ＡＢ材集合群２を回収する。

コンベア２０において、搬送面２１に垂直な上下方向Ｖ、かつ搬送面２１の送出方向Ｆに対し、直交する方向を回収方向Ｃとすると、図５及び図６に示すように、ＡＢ材回収容器３０が、搬送面２１の下側を、回収方向Ｃに沿い、搬送面２１とクロスした配置で設置されている。ＡＢ材回収容器３０は、底面である容器回収面３１を有し、容器回収面３１の縁を側壁で覆った箱状に形成されており、ＡＢ材混合物１から金属粒子５を取り除いたＡＢ材集合群２を回収する容器である。すなわち、ＡＢ材回収容器３０の容器回収面３１が、前述した回収面８である。

また、搬送面２１の搬出側の最先端には、金属粒子回収容器４０が、その一部を搬送面２１の下側に位置する配置で設置されている。金属粒子回収容器４０は、底面である容器回収面４１を有し、容器回収面４１の縁を側壁で覆った箱状に形成されており、ＡＢ材混合物１に混入していた金属粒子５を回収する容器である。

コンベア２０と共に、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法を行う場合には、音源１０は、１つのコンベア２０に付き、１つ以上設けられている。図５及び図６に示すように、スピーカー１２は、載置面７（搬送面２１）の上方の領域にある第１領域４５と、回収方向Ｃに対し、この搬送面２１の外側の領域にある第２領域４６との間を、自在に移動可能に設置されている。すなわち、第２領域４６は、ＡＢ材回収容器３０の容器回収面３１のうち、上下方向Ｖに対し、搬送面２１と重ならない範囲の部分である。スピーカー１２と搬送面２１との間は、発振距離ｄ＝８（ｍｍ）で一定に保たれている。

なお、１つのコンベア２０に付き、複数の音源１０を設けて良い。図７は、実施形態に係る粉粒体混合物を搬送するコンベアに、複数のスピーカーを設置した様子を示す説明図である。スピーカー１２が１つの場合、スピーカー１２が、搬送面２１を回収方向Ｃに横切って、第１領域４５と第２領域４６との間を往復するため、スピーカー１２の移動距離が大きく、移動時間が長くなる。図７に例示するように、２つ（複数）のスピーカー１２を回収方向Ｃに並べて配置されると、１つ当たりのスピーカー１２の移動距離がより小さくなり、移動時間の短縮化を図ることができる。

本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法では、スピーカー１２が、進行波として、１７０Ｈｚのサイン波を載置面７に向けて送波し続けると、その反射波として、載置面７で反射したサイン波と、次に送波される進行波との重合により、定在波ＳＷが生じる。進行波と反射波とは、単振動の波動であり、進行波と反射波とを重ね合わせた合成波（定在波ＳＷ）の波長をλとすると、定在波ＳＷでは、節と腹とが、１／２λ毎に交互に同じ位相・同じ周期で生じる。節は、媒質に振動が生じず、媒質に変位が生じない振幅０（振幅を「０」と、限りなく「０」に近い場合を含む）とする位置である。腹は、媒質に振動が最も大きく生じ、媒質に変位が最も大きい最大振幅値となる位置である。

ここで、本出願人が、ＡＢ材４と金属粒子５とを試料に、定在波の節による試料の捕捉能力と、スピーカーの発信周波数との関係について、調査する実験を行った。図８は、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法に用いる音源で、スピーカーの発信周波数と、定在波の節による捕捉能力との関係を示すグラフである。実験の結果、定在波の節で試料を最も捕捉し易い条件として、図８に示すように、ＡＢ材４では、スピーカーの発信周波数がピークトップの１７０Ｈｚにあるときであった。反対に、金属粒子５では、スピーカーの発信周波数を３００Ｈｚまで可変させても、定在波の節で金属粒子５を捕捉できる能力はなかった。

前述したように、ＡＢ材混合物１の成分は、平均粒子径０．３μｍ程度で嵩比重０．０５（真の比重２．０）の粉末状のＡＢ材４と、粒子径数十〜１００μｍ程度で比重８．０の粒子状の金属粒子５であり、ＡＢ材４は、金属粒子５より軽くて小さいため、ＡＢ材４は、金属粒子５より定在波の節で捕捉し易いと考えられる。すなわち、定在波の媒質は、大気中の空気であり、金属粒子５より軽くて小さいＡＢ材４が、単振動する空気により、運ばれ易い状態にある。そして、定在波ＳＷが生じている音響場の下に、ＡＢ材４が晒されると、ＡＢ材４は、その自重と共に、空気の単振動による力を受けて、腹から節の位置に集められ、この節の位置で捕捉されるものと考えられる。

次に、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法により、ＡＢ材集合群２を、ＡＢ材混合物１に混じった金属粒子５と分離して回収するまでの一連の工程について、説明する。はじめに、ＡＢ材混合物１が、コンベア２０の搬送面２１に載せられて、搬出側に向けて送出される（図３）。その一方で、搬送面２１の動きを一時停止した状態で、あるいは、搬送面２１をゆっくりと送出した状態で、図１及び図３に示すように、スピーカー１２は、発振距離ｄの位置で、回収方向Ｃに往復運動しながら、搬送面２１上のＡＢ材混合物１に向けて周波数１７０Ｈｚのサイン波を送波する。これにより、図２及び図４に示すように、スピーカー１２と搬送面２１との間で定在波ＳＷの音響場が生じるため、ＡＢ材混合物１のうち、ＡＢ材４が、この定在波ＳＷの節ＮＤで捕捉される。節ＮＤで捕捉されたＡＢ材４は、次第に局部的に集まり、ＡＢ材集合群２に成長する。

節ＮＤで捕捉されたＡＢ材４は、図５及び図６に示すように、搬送面２１に対しスピーカー１２を移動させることより、定在波ＳＷの節ＮＤに捕捉された状態で、移動するスピーカー１２に追従し、搬送面２１を離れて第１領域４５から第２領域４６へと移され、容器回収面３１に向けた自由落下により、ＡＢ材回収容器３０内に回収される。このとき、ＡＢ材４は、搬送面２１上を滑るだけで、落下することがないため、簡単に追従可能である。さらに、定在波ＳＷの腹に位置するＡＢ材４の粒子や、一旦節ＮＤの捕捉から外れたＡＢ材４の粒子に対しても、定在波ＳＷの移動により、必ず節ＮＤが複数回通過し、二重三重と複数重に捕捉されるため、このようなＡＢ材４は、波間から漏れることもなく搬送面２１全面に亘って処理可能である。

他方、金属粒子５は、図５に示すように、定在波ＳＷの有無に関係なく、コンベア２０の搬送面２１に載せられたまま、搬出側の最先端まで送出され、容器回収面４１に向けた自由落下により、金属粒子回収容器４０内に回収される。かくして、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法により、ＡＢ材集合群２と、ＡＢ材混合物１に混じった金属粒子５とが、それぞれ分離され、ＡＢ材集合群２はＡＢ材回収容器３０内に、金属粒子５は金属粒子回収容器４０内に、それぞれ回収される。

ここで、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法の有意性を確認する目的で、２つの検証実験を行った。検証実験１は、コンベア２０をモデルとした疑似コンベアを、試験装置に用いた実験である。検証実験２は、品質検査を行う場所等で行うバッチ処理式の専用テーブルをモデルとしたプレートを、試験装置に用いた実験である。検証実験２では、実験の繰り返し数は３である。

検証実験１について、図９〜図１２を用いて説明する。図９は、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法に関する検証実験１の方法を、正面視で模式的に示した説明図であり、スピーカーの移動前で、疑似コンベアの搬送面に配した粉粒体混合物の状態を示す図である。図１０は、検証実験１の結果をまとめた表である。図１１は、検証実験１で、疑似コンベアの搬送面に残留した金属粒子の様子を示す説明図であり、受け皿の皿回収面に集められたＡＢ材の様子を示す説明図を、図１２に示す。

検証実験１では、図９に示すように、前述したコンベア２０に見立てた疑似コンベア２０Ａが、受け皿３０Ａの皿回収面３１Ａに載置されている。この疑似コンベア２０Ａは、直方体形状に形成されたステンレス製の箱であり、その上部に、搬送面２１（載置面７）に相当する搬送面２１Ａを有している。受け皿３０Ａは、底面である皿回収面３１Ａを有し、皿回収面３１Ａの縁を側壁で覆った皿である。音源１０は、発信周波数１７０Ｈｚのサイン波による音波を、スピーカー１２より搬送面２１Ａに向けて送波する。

搬送面２１Ａには、ＡＢ材混合物１が、当該疑似コンベア２０Ａの長手方向に沿い、広範囲に平たく分散した状態で載置されている。このＡＢ材混合物１は実験前に、図１０に示すように、ＡＢ材４を０．０３０８（ｇ）、金属粒子５（図１０では、「ＳＵＳ粉末」と表記）を０．１５０４（ｇ）、双方を調合して作製した総量０．１８１２（ｇ）の人為的混合物である。スピーカー１２は、搬送面２１Ａと鉛直方向上方に対向する位置である高さ１０（ｍｍ）の位置に、高さを一定に保って設置され、図９中の矢印に示すように、搬送面２１Ａの両端縁（図９中、左右両側の縁）を完全に横切った態様でジグザグ状に、一定速度で移動する。

検証実験１の結果を示す。図１０及び図１１に示すように、搬送面２１Ａに残留する金属粒子５は、０．１４９６（ｇ）であった。これは、金属粒子５の投入量０．１５０４（ｇ）に対し、実に９９．４７％に相当する量である。他方、疑似コンベア２０Ａを取り除いた後の受け皿３０Ａの皿回収面３１Ａには、定在波ＳＷの節ＮＤ（図２、図４参照）で捕捉されたＡＢ材４が、スピーカー１２の移動に追従して、搬送面２１Ａから皿回収面３１Ａに移されており、ＡＢ材混合物１の中からＡＢ材４の集まりＡＢ材集合群２が、受け皿３１Ａに回収されていることを確認できた。

次に、検証実験２について、図１３〜図１７を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法に関する検証実験２の方法を、正面視で模式的に示す説明図であり、その平面視で模式的に示した説明図を、図１４に示す。図１５は、検証実験２の結果をまとめた表である。図１６は、検証実験２で、プレートの載置面に残留した金属粒子の様子を示す説明図であり、受け皿の皿回収面に集められたＡＢ材の様子を示す説明図を、図１７に示す。

検証実験２では、図１３に示すように、バッチ処理式の専用テーブルに見立てたプレート５０が、受け皿６０の皿回収面６１に載置されている。このプレート５０は、例えば、円盤状に形成された金属製等の試料台であり、その上部に、載置面７に相当するプレート上面５１を有している。受け皿６０は、底面である皿回収面６１を有し、皿回収面６１の縁を側壁で覆った皿である。音源１０は、発信周波数１７０Ｈｚのサイン波による音波を、スピーカー１２よりプレート上面５１に向けて送波する。スピーカー１２は、プレート上面５１の鉛直方向上方に対向する位置である高さ１０（ｍｍ）の位置に、高さを一定に保ったまま設置され、図１３に示すように、プレート上面５１を径方向に完全に横切った態様による往復直線運動で、一定速度で移動する。

プレート上面５１には、ＡＢ材混合物１は、広範囲に平たく分散した状態で載置されている。このＡＢ材混合物１は実験前に、図１５に示すように、ＡＢ材４を［１回目；０．０５１０（ｇ）、２回目；０．０５０２（ｇ）、３回目；０．０５０５（ｇ）］、金属粒子５（図１５では、「ＳＵＳ粉末」と表記）を［１回目；０．０２９２（ｇ）、２回目；０．０３０１（ｇ）、３回目；０．０３０７（ｇ）］、双方を調合して作製した総量［１回目；０．０８０２（ｇ）、２回目；０．０８０３（ｇ）、３回目；０．０８１２（ｇ）］の人為的混合物である。

検証実験２の結果を示す。図１５に示すように、プレート上面５１に残留する試料（ＡＢ材混合物１）は、［１回目；０．０３０５（ｇ）、２回目；０．０３１１（ｇ）、３回目；０．０３０８（ｇ）］であり、受け皿６０の皿回収面６１に移されたと推定されるＡＢ材４の量は、［１回目；０．０４９７（ｇ）、２回目；０．０４９２（ｇ）、３回目；０．０５０４（ｇ）］であった。これは、ＡＢ材４の投入量［１回目；０．０５１０（ｇ）、２回目；０．０５０２（ｇ）、３回目；０．０５０５（ｇ）］に対し、実に［１回目；９７．４５％、２回目；９８．０１％、３回目；９９．８０％］に相当する量である。

検証実験２の結果について、考察する。図１６及び図１７に示すように、ＡＢ材混合物１の中からＡＢ材４の集まりＡＢ材集合群２を、受け皿６０に回収できていることが確認できた。ＡＢ材集合群２が受け皿６０に回収できた理由として、プレート上面５１（載置面７）に載置されたＡＢ材混合物１が、周波数１７０Ｈｚのサイン波による音波に基づく定在波ＳＷ（図２参照）の音響場に晒されたことにより、ＡＢ材混合物１中の、ＡＢ材４の集まりであるＡＢ材集合群２が、この定在波ＳＷの節ＮＤ（図４参照）で捕捉された状態になる。節ＮＤで捕捉されたＡＢ材４は、スピーカー１２の移動に追従して、プレート上面５１から皿回収面６１に移されたためと推察できる。

次に、本実施の形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法の作用・効果について、説明する。本実施の形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、粉粒状のＡＢ材４の集まりである粉粒体集合群２に、その異物として、粉粒状の金属粒子５が混じった粉粒体混合物１で、粉粒体集合群２を、金属粒子５と分離して回収するのにあたり、粉粒体混合物１を、広範囲に平たく分散した状態で載置する載置面７（搬送面２１，２１Ａ、プレート上面５１）と、回収されたＡＢ材４を載置する回収面８（容器回収面３１、皿回収面３１Ａ，６１）と、音波を出力する音源１０と、を備え、載置面２１は、音源１０から送波される音波の反射波を生成する条件を満たす態様に形成されており、音源１０と載置面２１とは相対的に移動可能であること、音源１０は、対象物質３（ＡＢ材４）の比重に対応した周波数１７０Ｈｚの音波を、載置面２１の鉛直方向上方に対向する位置から載置面２１に向けて送波し、定在波ＳＷの音響場を形成することにより、粉粒体混合物１のうち、ＡＢ材４を、定在波ＳＷの節ＮＤで捕捉すること、ＡＢ材４は、音源１０と載置面２１との相対移動により、定在波ＳＷの節ＮＤで捕捉された状態で、載置面２１を離れて回収面３１に移されること、を特徴とする。

この特徴により、載置面７に載置されたＡＢ材混合物１の中から金属粒子５を、載置面２１上で、非接触で簡単に分離することができ、金属粒子５と分離したＡＢ材４の集まりである粉粒体集合群２が、回収面３１（ＡＢ材回収容器３０の容器回収面３１）に効率良く回収できる。しかも、載置面２１上で分離して回収面３１に移された粉粒体集合群２の中には、金属粒子５がほとんど混ざり込むことがなく、金属粒子５と分離して、ＡＢ材回収容器３０に回収された粉粒体集合群２の分離精度は、１００％近くと極めて高い。さらに、金属粒子５とＡＢ材４との分離を非接触で行うことから、分離装置に起因する新たな異物が混入するというリスクもない。他方で、ＡＢ材４が、載置面２１上で分離して回収面３１に回収された後、載置面２１上に残留した金属粒子５が、金属粒子回収容器４０の容器回収面４１に回収された状態では、回収された金属粒子５の集まりの中には、ＡＢ材４は、ほとんど混入しない。そのため、ＡＢ材混合物１を載置面２１に載せたときの粉粒体集合群２の投入量に対し、ＡＢ材回収容器３０に回収された粉粒体集合群２の歩留まりが、高くなる点でも、本実施の形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、優れている。

従って、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法によれば、粉粒状のＡＢ材４の集まり（粉粒体集合群２）の中に混じっている粉粒状の金属粒子５を、粉粒体集合群２と分離させて回収するのにあたり、金属粒子５を、非常に安価で効率良く、非接触でかつ高い精度で分離させ、粉粒体集合群２（ＡＢ材４）を簡単に回収することができる、という優れた効果を奏する。

また、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法では、音波は、可聴域帯に属する周波数１７０Ｈｚのサイン波であり、音源１０は、音波制御部１１で発生させた電気信号を、音声として、音波に変換するスピーカー１２を有し、スピーカー１２と載置面７（搬送面２１，２１Ａ、プレート上面５１）とが、相対的に移動可能であること、を特徴とする。

この特徴により、スピーカー１２から発する音波に基づく定在波ＳＷの音響場を、載置面２１上に形成するため、定在波ＳＷの節ＮＤから多少外れた位置でも、対象物質３であるＡＢ材４が落下することがないため、ＡＢ材４が大量に捕捉できる。また、載置面７に対しスピーカー１２の移動により、この定在波ＳＷの音響場は、載置面２１から回収面８へとスピーカー１２の移動に追従することができる。それによって、捕捉されたＡＢ材集合群２も定在波ＳＷと共に移動するが、ここでも、ＡＢ材４が落下することがないため、捕捉されたこれらのＡＢ材集合群２についても簡単に追従可能である。また、前述したように、ＡＢ材４は、搬送面２１上を滑るだけで、落下することがないため、簡単に追従可能である。加えて、定在波ＳＷの腹に位置する粒子（ＡＢ材４）や、一旦節ＮＤの捕捉から外れた粒子（ＡＢ材４）に対しても、定在波ＳＷの移動により、必ず節ＮＤが複数回通過し、二重三重と複数重に捕捉されるため、このようなＡＢ材４は、波間から漏れることもなく搬送面２１全面に亘って処理可能である。さらに、周波数１７０Ｈｚの音波は、指向性が広く、載置面２１の幅広い範囲に届き、かつ媒質の最大振幅も比較的大きいことから、定在波ＳＷの音響場もより幅広い範囲で形成され易くなり、載置面２１に載せたＡＢ材混合物１の中から、対象物質３であるＡＢ材４が、定在波ＳＷの節ＮＤで、より多く捕捉できる。また、サイン波の音波を発する音源１０は、市場に数多く流通しているため、非常に安価である。

また、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法では、搬送面２１の送出により、搬送面２１に載せた粉粒体混合物１を搬送先に運ぶコンベア２０を備え、載置面７は、コンベア２０の搬送面２１であること、を特徴とする。

この特徴により、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法を実施する分離回収装置として、音源１０とコンベア２０のほか、ＡＢ材回収容器３０や金属粒子回収容器４０を必要するだけであり、分離回収装置は、極めて簡単な構造で構成できるため、低コストである。また、ＡＢ材回収容器３０に回収されなかったＡＢ材４や、金属粒子回収容器４０に回収されなかった金属粒子５が、このような分離回収装置の構造体や構成部品等の装置本体に、付着物として残留してしまうことも、ほとんどない。そのため、分離回収装置のメンテナンスは容易で、その作業性も良い。加えて、本実施形態のように、ＡＢ材４が、自動車等に搭載されるリチウムイオン二次電池の電極を製造する材料として使用される場合、コンベア２０を装備した上述の分離回収装置は、電極の製造工程を担う種々の生産設備を設置した生産ラインに、インラインで設置可能となり、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法は、電極の量産体制下にも対応することができる。

また、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法では、搬送面２１に垂直な上下方向Ｖ、かつ搬送面２１の送出方向Ｆに対し、直交する方向を回収方向Ｃとすると、音源１０は、少なくとも１つ以上設けられ、搬送面２１（載置面７）の上方の領域にある第１領域４５と、回収方向Ｃに対し、搬送面２１の外側の領域にある第２領域４６との間を、自在に移動できること、を特徴とする。

この特徴により、搬送面２１に載置されたＡＢ材混合物１の中から金属粒子５を、搬送面２１上で分離した後、ＡＢ材４（粉粒体集合群２）は、ＡＢ材回収容器３０の容器回収面３１（回収面３１）に、金属粒子５は、金属粒子回収容器４０の容器回収面４１に、それぞれ別々に自動化して回収することができる。そのため、ＡＢ材混合物１の中から、金属粒子５を分離した後の粉粒体集合群２を回収するのに、その回収に伴うコストが抑制できる。

また、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法では、対象物質３は、ＡＢ材４であり、ＡＢ材４の比重は、金属粒子５の比重より小さいこと、を特徴とする。この特徴により、定在波ＳＷの音響場は、金属粒子５の比重より小さいＡＢ材４の比重に合わせて、周波数１７０Ｈｚの音波に基づいて形成されているため、ＡＢ材４に対応した定在波ＳＷでは、ＡＢ材４より比重の大きい金属粒子５は、その節ＮＤで捕捉できず、回収面３１（ＡＢ材回収容器３０の容器回収面３１）に運ばれることもない。したがって、金属粒子５と分離した後の粉粒体集合群２が、高い分離精度でＡＢ材回収容器３０に回収できていると共に、金属粒子５が、回収した粉粒体集合群２に入ってしまうのを、確実に阻止することができる。

また、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法では、ＡＢ材４は、リチウムイオン二次電池の電極の製造に必要な電極材料であり、金属粒子５は、電極材料の製造工程で残留したステンレス属製の異物であること、を特徴とする。この特徴により、設定した規格より大きい金属粒子５が、ＡＢ材混合物１から簡単に短時間で除去でき、高精度に回収されたＡＢ材４（ＡＢ材集合群２）が、リチウムイオン二次電池の電極の製造に供給できる。そのため、一連の電極の製造工程の生産効率が、例えば、「ふるい方式」や「質量差分離方式」、特許文献１のような分離技術等の従来技術を用いた場合に比して、大幅に向上する。ひいては、リチウムイオン二次電池のコストの低減化が実現できる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。
（１）例えば、実施形態では、ＡＢ材４を定在波ＳＷの節ＮＤで捕捉するのに、周波数１７０Ｈｚのサイン波による音波をスピーカー１２から出力したが、音源から出力する音波は、疑似サイン波でも良い。また、音波の周波数は、実施形態に限定されるものでなく、定在波の節で捕捉できる本発明の対象物質の物性に対応していれば、どのような周波数値でも良い。
（２）また、実施形態では、スピーカー１２の出力を６Ｗとしたが、音源から発する音波の出力値は、適宜変更可能である。

（３）また、実施形態では、周波数１７０Ｈｚのサイン波による音波を、スピーカー１２から発すると、その音が周囲に拡散されるため、本実施形態に係る粉粒体混合物の混入物質分離回収方法を行う場合には、必要に応じて、指向性の高いスピーカーを用いることや、防音対策が施されていても良い。
（４）また、実施形態では、ＡＢ材４の集まりである粉粒体集合群２に、金属粒子５が混じった粉粒体混合物１を挙げたが、粉粒体混合物は、一の物質の集まりの中に、他の物質を複数種の含む構成でも良く、本発明の粉粒体混合物の混入物質分離回収方法では、本発明の対象物質は、このような粉粒体混合物に含まれる複数種の他の物質の中から、特定の物質だけを、定在波の節で捕捉するものであっても良い。

（５）また、実施形態では、リチウムイオン二次電池の電極を製造するのに用いるＡＢ材４を、一の物質とし、ＡＢ材４の製造工程で残留した金属粒子５を、他の物質としたが、一の物質は、この他にも、例えば、薬品、塗料材等の粉体状の物質でも良く、他の物質は、このような一の物質といっしょに混じる異物であっても良い。

１ 粉粒体混合物
２ 粉粒体集合群
３ 対象物質
４ ＡＢ材（一の物質）
５ 金属粒子（他の物質）
７ 載置面
８ 回収面
１０ 音源
１１ 音波制御部
１２ スピーカー（音波拡声部）
２０ コンベア（搬送手段）
２１，２１Ａ 搬送面（載置面）
３１ 容器回収面（回収面）
３１Ａ，６１ 皿回収面（回収面）
４５ 第１領域
４６ 第２領域
５１ プレート上面（載置面）
ＳＷ 定在波
ＮＤ 節
Ｖ 上下方向
Ｆ 送出方向
Ｃ 回収方向

Claims (6)

1. 粉粒状の一の物質の集まりである粉粒体集合群に、粉粒状の他の物質が少なくとも１種混じった粉粒体混合物で、前記粉粒体集合群を、前記他の物質と分離して回収するのにあたり、
   前記粉粒体混合物を、広範囲に平たく分散した状態で載置する載置面と、回収された物質を載置する回収面と、音波を出力する音源と、を備え、
   前記載置面は、前記音源から送波される前記音波の反射波を生成する条件を満たす態様に形成され、前記音源と前記載置面とは相対的に移動可能であること、
   前記音源は、前記一の物質または前記他の物質のいずれか一方の対象物質の比重に対応した周波数の音波を、前記載置面と鉛直方向上方に対向する位置から前記載置面に向けて送波し、定在波の音響場を形成することにより、前記粉粒体混合物のうち、前記対象物質を、前記定在波の節で捕捉すること、
   前記対象物質は、前記音源と前記載置面との相対移動により、前記定在波の節で捕捉された状態で、前記載置面を離れて前記回収面に移されること、
   を特徴とする粉粒体混合物の混入物質分離回収方法。
2. 請求項１に記載する粉粒体混合物の混入物質分離回収方法において、
   前記音波は、可聴域帯に属する周波数のサイン波であり、
   前記音源は、音波制御部で発生させた電気信号を、音声として、前記音波に変換する音波拡声部を有し、
   前記音波拡声部と前記載置面とが、相対的に移動可能であること、
   を特徴とする粉粒体混合物の混入物質分離回収方法。
3. 請求項１または請求項２に記載する粉粒体混合物の混入物質分離回収方法において、
   搬送面の送出により、前記搬送面に載せた被運搬物を搬送先に運ぶ搬送手段を備え、
   前記載置面は、前記搬送手段の前記搬送面であること、
   を特徴とする粉粒体混合物の混入物質分離回収方法。
4. 請求項３に記載する粉粒体混合物の混入物質分離回収方法において、
   前記搬送面に垂直な上下方向、かつ前記搬送面の送出方向に対し、直交する方向を回収方向とすると、
   前記音源は、少なくとも１つ以上設けられ、前記載置面の上方の領域にある第１領域と、前記回収方向に対し、前記載置面の外側の領域にある第２領域との間を、自在に移動できること、
   を特徴とする粉粒体混合物の混入物質分離回収方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載する粉粒体混合物の混入物質分離回収方法において、
   前記対象物質は、前記一の物質であり、前記一の物質の比重は、前記他の物質の比重より小さいこと、
   を特徴とする粉粒体混合物の混入物質分離回収方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載する粉粒体混合物の混入物質分離回収方法において、
   前記一の物質は、非水電解質二次電池の電極の製造に必要な電極材料であり、前記他の物質は、前記電極材料の製造工程で残留した金属製の異物であること、
   を特徴とする粉粒体混合物の混入物質分離回収方法。

Images