JP7070015B2 - Powder supply method - Google Patents
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Description
本発明は、ホッパに投入された粉体をホッパから供給する方法に関する。 The present invention relates to a method of supplying powder charged into a hopper from the hopper.
従来から、ホッパに粉体を投入し、ホッパの下部に設けられた開口から粉体を供給する粉体供給方法がある。このような粉体供給方法では、例えば、粉体の種類によっては、ホッパ内で粉体同士が付着してブリッジとなり、粉体が開口に落ちなくなる場合がある。ブリッジが発生すると、粉体の供給量のばらつきが大きくなることから、従来より、ブリッジを抑制する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、ホッパ内に回転する攪拌部材を設け、攪拌部材によって粉体を攪拌してブリッジを抑制する粉体の供給技術が開示されている。 Conventionally, there is a powder supply method in which powder is charged into a hopper and the powder is supplied from an opening provided at the bottom of the hopper. In such a powder supply method, for example, depending on the type of powder, the powders may adhere to each other in the hopper to form a bridge, and the powder may not fall into the opening. When a bridge occurs, the amount of powder supplied varies widely. Therefore, a technique for suppressing the bridge has been conventionally proposed. For example, Patent Document 1 discloses a powder supply technique in which a rotating stirring member is provided in a hopper, and the powder is stirred by the stirring member to suppress a bridge.
しかしながら、ホッパ内に攪拌部材を設けると、粉体と攪拌部材とが接触することによる問題点があった。例えば、攪拌部材とホッパの内壁面との間で、粉体の圧密化が発生する可能性がある。圧密化が発生すると、ホッパから供給される粉体の重量がばらつき、計量精度が悪化する。また、粉体に直接接触する攪拌部材を設けた場合、攪拌部材に由来する異物が、粉体に混入する可能性がある。 However, if the stirring member is provided in the hopper, there is a problem that the powder and the stirring member come into contact with each other. For example, consolidation of powder may occur between the stirring member and the inner wall surface of the hopper. When consolidation occurs, the weight of the powder supplied from the hopper varies, and the weighing accuracy deteriorates. Further, when the stirring member that comes into direct contact with the powder is provided, foreign matter derived from the stirring member may be mixed in the powder.
本発明は、前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、ホッパから粉体を供給する供給方法であって、粉体に接触する部材を設けることなくブリッジの発生を抑制する技術を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the above-mentioned conventional techniques. That is, the problem is to provide a supply method for supplying powder from a hopper, which is a technique for suppressing the generation of bridges without providing a member in contact with the powder.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における粉体供給方法は、ホッパから粉体を供給する粉体供給方法であって、前記ホッパに前記粉体を投入し、前記ホッパの下部の開口から前記粉体を供給し、前記ホッパの内部に前記粉体がある状態で、前記開口の内部を通る回転軸を中心として前記ホッパを回転させ、前記ホッパを、一定の正回転速度で正回転期間にわたり正回転させるのと、一定の逆回転速度で逆回転期間にわたり逆回転させるのとを、交互に繰り返す、ものである。 The powder supply method according to one aspect of the present invention, which has been made for the purpose of solving this problem, is a powder supply method for supplying powder from a hopper, in which the powder is charged into the hopper and the lower part of the hopper is charged. The powder is supplied from the opening of the hopper, and the hopper is rotated around a rotation axis passing through the inside of the opening while the powder is inside the hopper, and the hopper is rotated at a constant forward rotation speed. The forward rotation over the forward rotation period and the reverse rotation at a constant reverse rotation speed over the reverse rotation period are alternately repeated.
上述の一態様における粉体供給方法によれば、ホッパの正回転と逆回転とを交互に繰り返すので、回転方向の反転時には、ホッパの内部の粉体に慣性力が働く。慣性力によって、粉体がホッパから離れて動くことで、ブリッジの発生が抑制される。ホッパの回転は、ホッパの外部から行うことができるため、ホッパの内部に粉体に接触する部材を設ける必要はない。 According to the powder supply method in one aspect described above, forward rotation and reverse rotation of the hopper are alternately repeated, so that an inertial force acts on the powder inside the hopper when the rotation direction is reversed. The inertial force causes the powder to move away from the hopper, which suppresses the formation of bridges. Since the hopper can be rotated from the outside of the hopper, it is not necessary to provide a member that comes into contact with the powder inside the hopper.
本発明によれば、ホッパから粉体を供給する供給方法であって、粉体に接触する部材を設けることなくブリッジの発生を抑制する技術が実現される。 According to the present invention, a technique for supplying powder from a hopper and suppressing the generation of bridges without providing a member in contact with the powder is realized.
以下、本形態の粉体供給方法について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は、ホッパから粉体を供給する供給方法である。 Hereinafter, the powder supply method of this embodiment will be described in detail with reference to the attached drawings. This embodiment is a supply method for supplying powder from a hopper.
本形態で用いる粉体供給装置1は、その概略構成を図1に示すように、ホッパ部10と、スクリュー部20と、接続部30と、ホッパ駆動部40と、スクリュー駆動部50と、制御部60と、を備える。なお、本形態の粉体供給装置1では、ホッパ部10の上方には、例えば、図示しない蓋部材や投入装置などが接続され、ホッパ部10内へ継続的に粉体が投入される。
As shown in FIG. 1, the powder supply device 1 used in the present embodiment controls the
ホッパ部10は、図1に示すように、鉛直方向に配置された漏斗状の容器であり、上方ほど開口面積が大きい中空円錐台形状である。ホッパ部10は、接続部30を介して、スクリュー部20に連通している。そして、ホッパ部10は、スクリュー部20に対して、回転軸11を中心として回転可能な構成を有している。回転軸11は、ホッパ部10の中心軸である。ホッパ部10は、ホッパ駆動部40によって正逆いずれの方向へも回転駆動される。つまり、ホッパ駆動部40は、ホッパ部10を正方向へも逆方向へも回転させることができる。
As shown in FIG. 1, the
スクリュー部20は、図1に示すように、水平方向に配置された円筒状の排出筒21と、排出筒21内に配置されたスクリュー22と、排出筒21とホッパ部10とを連通する連結管23と、を備える。スクリュー22は、スクリュー駆動部50によって一方向に回転駆動されることで、スクリュー羽根の間の粉体を一端側に押し出す。排出筒21の一端側には開口211が設けられており、スクリュー22によって押し出された粉体が、開口211から排出される。排出筒21内が粉体で適切に満たされていれば、スクリュー羽根の大きさやピッチとスクリューの回転速度とによって、スクリュー部20からの粉体の排出量を制御できる。
As shown in FIG. 1, the
接続部30は、図1に示すように、ホッパ部10の下部とスクリュー部20の連結管23とを互いに回転可能に接続する。ホッパ駆動部40は、スクリュー部20の排出筒21や連結管23を固定した状態で、ホッパ部10のみを回転させる。スクリュー駆動部50は、スクリュー部20のスクリュー22を所定の回転速度で回転させる。そして、制御部60は、ホッパ駆動部40とスクリュー駆動部50とを制御する。
As shown in FIG. 1, the connecting
接続部30は、図2と図3とに示すように、ホッパ部10の下部の開口12とスクリュー部20の連結管23とを接続する。図3は、図2の径方向の断面図である。図3に示すように、接続部30は、円環状のベアリング31と、固定ねじ32と、保持部33と、を備える。ベアリング31は、ボール311と、内輪312と、外輪313とを備え、ボール311によって内輪312と外輪313とを互いに回転可能に保持する。ベアリング31の内輪312は、固定ねじ32によって、ホッパ部10に固定されている。ベアリング31の外輪313は、保持部33を介して、スクリュー部20の連結管23に固定されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the connecting
本形態では、図1に示した回転軸11は開口12の中心を通る。ホッパ部10の開口12は、連結管23と同径であり、連結管23の開口を形成する端面に対して摺動する。従って、開口12と連結管23とは、隙間や段差が無く接続し、ホッパ部10を回転させても常時連通している。なお、ホッパ駆動部40は、図2と図3とに示す範囲よりも上方の位置で、ホッパ部10を回転駆動する。
In this embodiment, the
本形態の粉体供給装置1による供給対象の粉体は、例えば、リチウムイオン二次電池の電極製造に用いられる導電材であり、かさ密度0.1g/cm3以下の超軽量の粉体である。リチウムイオン二次電池の電極の製造時には、導電材として、例えば、アセチレンブラック粉末等の導電性の高い炭素材料の粉末を、電極活物質に加えることがある。安定した性能の電極を連続して製造するためには、安定した供給量で、導電材を供給し続けることが望ましい。 The powder to be supplied by the powder supply device 1 of the present embodiment is, for example, a conductive material used for manufacturing electrodes of a lithium ion secondary battery, and is an ultralight powder having a bulk density of 0.1 g / cm 3 or less. be. When manufacturing an electrode for a lithium ion secondary battery, a highly conductive carbon material powder such as acetylene black powder may be added to the electrode active material as a conductive material. In order to continuously manufacture electrodes with stable performance, it is desirable to continue to supply the conductive material with a stable supply amount.
なお、本明細書では、「かさ密度」は、ゆるめかさ密度を意味する。ゆるめかさ密度は、自由落下させた粉体を容器に静かに充填してすり切ることで所定の体積とし、得られた粉体の重量を計測することで求められる。アセチレンブラック粉末等のかさ密度が小さい粉体では、粉体同士が付着し易く、ブリッジが発生しやすい。 In addition, in this specification, "bulk density" means loose bulk density. The looseness density is determined by gently filling a container with the freely dropped powder and grinding it to obtain a predetermined volume, and measuring the weight of the obtained powder. In powders with a small bulk density such as acetylene black powder, the powders tend to adhere to each other and bridges are likely to occur.
本形態の粉体供給装置1は、例えば、図4に矢印で示すように、粉体Pを供給する。粉体Pは、上方からホッパ部10内に投入され、重力によってホッパ部10内を下方へ移動し、さらに接続部30を介してスクリュー部20に落下する。スクリュー部20は、スクリュー22の回転により、スクリュー羽根の間の所定の空間に含まれる粉体Pを開口211から供給する。粉体Pの圧密化やブリッジの発生がなく、スクリュー部20内が適切に粉体Pで満ちていれば、単位時間当たりの粉体Pの供給量は、スクリュー22の回転速度に応じた所定の重量となる。
The powder supply device 1 of the present embodiment supplies the powder P, for example, as shown by an arrow in FIG. The powder P is thrown into the
一方、例えば、図5に示すように、ホッパ部10内で粉体Pの圧密化が生じると、粉体Pが部分的に塊状の粉体Qとなる場合がある。粉体Qは、圧密化によって粉体Pよりも圧縮された状態であり、粉体Pよりもかさ密度が大きくなっている。スクリュー部20内の粉体に塊状の粉体Qが混じっていると、単位時間当たりに供給される粉体Pの重量は、圧密化の無い場合より大きくなる可能性がある。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 5, when the powder P is consolidated in the
また、ブリッジが発生すると、例えば、図6に示すように、スクリュー部20内に粉体Pの少ない空洞箇所ができる場合がある。空洞箇所では、スクリュー22を回転させても粉体Pが供給されない。そのため、ブリッジが発生した状態で単位時間当たりに供給される粉体Pの重量は,ブリッジの無い場合よりも小さくなる可能性がある。
Further, when a bridge is generated, for example, as shown in FIG. 6, a hollow portion having a small amount of powder P may be formed in the
本形態の粉体供給装置1は、ホッパ駆動部40によってホッパ部10を回転させ、その回転方向を定期的に反転させることで、正回転と逆回転とを交互に繰り返す。具体的には、本形態の制御部60は、例えば、図7に示すように、回転開始後、所定の回転速度で定回転期間tの正回転の後、回転方向を反転させ、反転期間rの後、定回転期間tの逆回転を行う。反転期間rは、回転方向の反転に要する期間であり、ホッパ部10やホッパ駆動部40の構成、定回転期間tにおける回転速度等に応じて決定される。本形態では、正回転と逆回転とで、回転速度や定回転期間tは等しく、各反転期間rは等しい。
In the powder supply device 1 of the present embodiment, the
そして、粉体供給装置1の制御部60は、定回転期間tが送出期間Tより短い時間となるように、ホッパ駆動部40を制御する。送出期間Tは、スクリュー部20の連結管23の管幅分の粉体がスクリュー22によって送り出されるまでの期間である。連結管23の管幅とは、連結管23と排出筒21の連通箇所におけるスクリュー22の送出方向の最大開口幅であり、本形態では連結管23の開口径であるとともにホッパ部10の開口12の開口径である。
Then, the
送出期間Tは、以下のように求められる。管幅分の粉体の体積は、スクリュー22の1回転で送られる粉体の体積をV(m3)とし、管幅をw(m)、スクリュー22の1ピッチ分の長さをL(m)とすると、(V×w/L)(m3)である。また、1秒間に送出される粉体の体積は、スクリュー22の回転速度をn(rpm)とすると、(V×n/60)(m3)である。従って、送出期間T(s)は、以下の式1で表される。
T = (V×w/L)/(V×n/60)
T = (60×w)/(n×L) … 式1
そして、制御部60は、t<Tとなるように、定回転期間t(s)を決定する。
The delivery period T is calculated as follows. For the volume of powder corresponding to the pipe width, the volume of powder sent by one rotation of the screw 22 is V (m 3 ), the pipe width is w (m), and the length of one pitch of the screw 22 is L (. If m), it is (V × w / L) (m 3 ). Further, the volume of the powder delivered per second is (V × n / 60) (m 3 ), where n (rpm) is the rotation speed of the screw 22. Therefore, the transmission period T (s) is expressed by the following equation 1.
T = (V × w / L) / (V × n / 60)
T = (60 × w) / (n × L)… Equation 1
Then, the
回転方向の反転により、ホッパ部10内の粉体に慣性力が働き、ブリッジの発生が抑制される。定回転期間t中にブリッジが発生していたとしても、反転期間rにはブリッジが破壊され、管幅分の粉体が、スクリュー部20に落下する。t<Tとすることで、前回の反転によってスクリュー部20に供給された粉体が管幅を通過するより前に、次回の反転が行われ、管幅分の粉体が再びスクリュー部20に供給される。つまり、ホッパ部10内でブリッジが発生したとしても、ブリッジによる空洞部分が管幅内にある間に次回の反転による粉体が供給されるので、空洞は粉体で満たされる。従って、スクリュー部20からの供給量の変動は抑制される。
Due to the reversal of the rotation direction, an inertial force acts on the powder in the
続いて、本形態の粉体供給装置1及び2種類の比較例の装置にて、かさ密度が約0.05g/cm3の粉体を供給させ、スクリュー部20からの排出量を計量した実験の結果について説明する。この実験では、本形態の粉体供給装置1による実施例1と、ホッパ内にスクレーパを備える比較例1と、ホッパの外部にノッカを備える比較例2と、のそれぞれにて、同種のスクリュー部20を用いて同種の粉体を排出させた。
Subsequently, in the powder supply device 1 of the present embodiment and the two types of devices of the comparative example, a powder having a bulk density of about 0.05 g / cm 3 was supplied and the amount discharged from the
実施例1では、定回転期間tを送出期間Tより小さい期間として、図7に示したように、回転方向を定期的に反転させた。つまり、実施例1の定回転期間tは、t<Tを満たす。比較例1では、ホッパの内側で、内壁面に沿って回転し粉体を攪拌するスクレーパを設け、スクレーパを定速で一方向に回転させた。比較例2では、ホッパの外壁面を叩いてホッパに振動を与えるノッカを設け、実施例1の定回転期間tと同じ間隔を空けて、定期的にノッカを駆動した。 In Example 1, the constant rotation period t was set to be smaller than the transmission period T, and the rotation direction was periodically reversed as shown in FIG. That is, the constant rotation period t of the first embodiment satisfies t <T. In Comparative Example 1, a scraper that rotates along the inner wall surface to stir the powder is provided inside the hopper, and the scraper is rotated in one direction at a constant speed. In Comparative Example 2, a knocker that hits the outer wall surface of the hopper to give vibration to the hopper was provided, and the knocker was periodically driven at the same interval as the constant rotation period t of the first embodiment.
本実験では、スクリュー22の回転速度を変えて、それぞれ複数回の供給実験を行い、30秒間に排出された粉体の重量(30秒排出量)を計測した。実験の結果を図8に示す。図8では、スクリュー22の回転速度(rpm)を横軸に、30秒排出量(g)を縦軸とし、実施例1による結果を「△」、比較例1による結果を「×」、比較例2による結果を「◇」でそれぞれ示している。また、30秒排出量の理論値をスクリュー部20等の構成から算出し、図8中に、理論値±1%の直線を示している。理論値±1%は、電極の製造時に許容される導電材の供給量の範囲である。
In this experiment, the rotation speed of the screw 22 was changed, each supply experiment was performed a plurality of times, and the weight of the powder discharged in 30 seconds (30-second discharge amount) was measured. The results of the experiment are shown in FIG. In FIG. 8, the rotation speed (rpm) of the screw 22 is on the horizontal axis, and the 30-second discharge amount (g) is on the vertical axis. The results of Example 2 are indicated by "◇". Further, the theoretical value of the 30-second discharge amount is calculated from the configuration of the
図8に示すように、回転速度を上昇させても、理論値±1%の範囲内の排出量となったのは、実施例1のみであった。本形態の粉体供給装置1によれば、スクリュー22の回転速度を速くしても、適切な供給量が確保されることが確認できた。 As shown in FIG. 8, even if the rotation speed was increased, the emission amount was within the range of the theoretical value ± 1% only in Example 1. According to the powder supply device 1 of the present embodiment, it was confirmed that an appropriate supply amount can be secured even if the rotation speed of the screw 22 is increased.
比較例1では、図8に示すように、回転速度の上昇につれて理論値よりも排出量が大きくなり、排出量のばらつきも大きかった。比較例1では、スクレーパとホッパ内壁との間で、粉体が圧密化されたと推定される。さらに、比較例1の排出物からは、スクレーパに由来すると推測される異物が見つかった。スクレーパは、粉体と接触することから、ブリッジを機械的に破壊できるものの、スクレーパの削れなどが発生する可能性がある。つまり、スクレーパによる攪拌では、圧密化による計量精度の悪化、および粉体への異物の混入の可能性がある。 In Comparative Example 1, as shown in FIG. 8, the emission amount became larger than the theoretical value as the rotation speed increased, and the variation in the emission amount was also large. In Comparative Example 1, it is presumed that the powder was consolidated between the scraper and the inner wall of the hopper. Further, in the discharge of Comparative Example 1, a foreign substance presumed to be derived from the scraper was found. Since the scraper comes into contact with the powder, the bridge can be mechanically broken, but the scraper may be scraped. That is, in stirring with a scraper, there is a possibility that the measurement accuracy may be deteriorated due to consolidation and foreign matter may be mixed into the powder.
比較例2では、図8に示すように、回転速度の上昇につれて理論値よりも排出量が小さく、特に、回転速度400rpm以上では理論値からの乖離が大きかった。これは、粉体のブリッジによるものと推定される。超軽量の粉体では、ホッパの振動が粉体に伝わりにくく、ノッカによる外部からの打撃ではブリッジの発生を抑制できない可能性が高い。 In Comparative Example 2, as shown in FIG. 8, the emission amount was smaller than the theoretical value as the rotation speed increased, and in particular, the deviation from the theoretical value was large at the rotation speed of 400 rpm or more. This is presumed to be due to the powder bridge. With ultra-lightweight powder, the vibration of the hopper is not easily transmitted to the powder, and there is a high possibility that the generation of bridges cannot be suppressed by external impact from the knocker.
以上詳細に説明したように、本形態の粉体供給方法によれば、ホッパ部10を回転させ、正回転と逆回転とを交互に繰り返すので、回転方向の反転によってホッパ部10内の粉体に慣性力が働き、ブリッジの発生を抑制できる。さらに、ホッパ部10内には、攪拌部材等の粉体と接触する部材は設けられていないので、異物が混入する可能性は小さい。
As described in detail above, according to the powder supply method of the present embodiment, the
なお、本形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、本発明の供給方法にて供給する粉体は導電材に限らない。かさ密度が0.1g/cm3以下の粉体を供給する場合に特に有用である。 It should be noted that this embodiment is merely an example and does not limit the present invention in any way. Therefore, as a matter of course, the present invention can be improved and modified in various ways within the range not deviating from the gist thereof. For example, the powder supplied by the supply method of the present invention is not limited to the conductive material. It is particularly useful when supplying a powder having a bulk density of 0.1 g / cm 3 or less.
また、本形態では、一定の周期で反転を繰り返すとしたが、次回の反転までの期間が、いずれも送出期間Tより短ければよく、一定間隔でなくても良い。また、定回転期間tや回転速度は、正回転と逆回転とで異なっていても良いし、回転方向に関わらず、一定でなくても良い。その場合でも、直前の反転期間rから送出期間Tより短いタイミングで次回の反転を行うとよい。また、ホッパ部10を常時回転させ続ける必要はなく、停止期間があっても良い。
Further, in the present embodiment, the inversion is repeated at a fixed cycle, but the period until the next inversion may be shorter than the transmission period T, and may not be at regular intervals. Further, the constant rotation period t and the rotation speed may be different between the forward rotation and the reverse rotation, and may not be constant regardless of the rotation direction. Even in that case, it is preferable to perform the next inversion at a timing shorter than the transmission period T from the immediately preceding inversion period r. Further, it is not necessary to keep the
また、ホッパ部10の回転を開始するタイミングは、ホッパ部10に粉体を投入してからでも良いし、粉体の投入を開始する前でもよい。少なくともホッパ部10に粉体があり、かつ、スクリュー部20を動作させて粉体を供給する期間には、ホッパ部10の正回転と逆回転とを繰り返すことが望ましい。
Further, the timing at which the rotation of the
また、ホッパ部10の形状は、円錐に限らず、楕円錐でも良いし、角錐でも良い。また、ホッパ部10は、漏斗状に限らず、例えば、円筒状であっても良い。また、スクリュー22は、1軸式でも2軸式でも良い。
Further, the shape of the
また、本形態では、直立位置に配置されたホッパ部10を図示したが、例えば、回転軸に対して傾いて配置されたホッパでも良い。また、ホッパの回転軸は、ホッパ部10の中心軸からずれていても良い。ただし、回転軸は、開口12の内部を通る位置であることが望ましい。
Further, in the present embodiment, the
1 粉体供給装置
10 ホッパ部
11 回転軸
12 開口
P 粉体
1
Claims (1)
前記ホッパに前記粉体を投入し、
前記ホッパの下部の開口から前記粉体を供給し、
前記ホッパの内部に前記粉体がある状態で、前記開口の内部を通る回転軸を中心として前記ホッパを回転させ、
前記ホッパを、一定の正回転速度で正回転期間にわたり正回転させるのと、一定の逆回転速度で逆回転期間にわたり逆回転させるのとを、交互に繰り返す、
ことを特徴とする粉体供給方法。 It is a powder supply method that supplies powder from a hopper.
The powder is put into the hopper, and the powder is put into the hopper.
The powder is supplied from the opening at the bottom of the hopper,
With the powder inside the hopper, the hopper is rotated around a rotation axis passing through the inside of the opening.
The hopper is alternately rotated in the forward direction at a constant forward rotation speed for a forward rotation period and in the reverse rotation at a constant reverse rotation speed for a reverse rotation period .
A powder supply method characterized by this.
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