(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
(供給装置の構成)
本実施形態の供給装置について、
図1A、
図1B、
図3A及び
図3Bを参照して説明する。
図1Aに示すように、この供給装置1は、例えば、リチウムイオン二次電池の電極製造用の活物質材料等(本発明の「供給材料」に相当)を増粘剤の溶解液等と混練するための混練装置9に供給する装置であり、ホッパ2と、チューブ3と、第一弁装置4Aと、第二弁装置4Bと、駆動装置5等とを備える。
【0011】
ホッパ2は、ステンレス等の金属で漏斗状に形成され、上部には活物質材料等を投入するための投入口21が設けられ、下部には上部から投入された活物質材料等を排出するための排出口22が設けられる。
【0012】
チューブ3は、透明のシリコンゴムもしくはシリコン樹脂で中空円筒状に形成され、ホッパ2から混練装置9への活物質材料等の供給路としてホッパ2の排出口22に垂れ下げられた状態で装着される。チューブ3を透明のシリコンゴム等で形成する理由は、活物質材料等がホッパ2からチューブ3内を通って混練装置9に確実に供給されたか否かを視認できるからである。また、チューブ3をシリコンゴム等で形成する理由は、活物質材料等がチューブ3の内周面に付着し難いため、定量供給を確実に行えるからである。さらに、シリコンゴム等でなるチューブ3は、万が一欠損により活物質材料等に混入しても悪影響は無いからである。
【0013】
図1A及び
図1Bに示すように、第一、第二弁装置4A,4Bは、チューブ3の途中においてチューブ3の軸線方向に所定間隔をあけて配置され、チューブ3の軸線方向に沿って配置される固定板B上に固定される。詳細は後述するが、第一、第二弁装置4A,4Bは、チューブ3の軸線方向と直角な方向のチューブ3の外周の両側をそれぞれ挟み込み、チューブ3を交互に押し潰すことにより活物質材料等の供給量を調節する装置である(
図3A及び
図3Bでは第二弁装置4Bをチューブ3を押し潰した状態を示す)。本実施形態では、チューブ3のチューブ断面は、円形状であるが、
図1Bに示すように、第一、第二弁装置4A,4Bが装着される部分のチューブ断面は、六角形状に変形されている。そこで、第一、第二弁装置4A,4Bの構成を説明する前に、上記チューブ断面を六角形状にしたことについて説明する。
【0014】
背景技術で説明したように、チューブが潰れて折れ曲がった部分の内外周面には、大きな圧縮応力及び引張応力により亀裂が発生し易くなる。この現象を解消するため、従来は、チューブ断面を菱形形状に形成し、またチューブの内周面に複数の突起を形成しているが、かかるチューブ断面は円形状の断面と比較して断面積が小さくなり、供給材料の供給効率が低下する。そこで、亀裂発生及び供給効率低下の抑制を図れる最適なチューブ断面の形状について検討した。
【0015】
チューブ断面としては、第一弁装置4A(第二弁装置4B)の制御を容易にするため、第一弁装置4A(第二弁装置4B)で均等に押し潰せることが望ましく、多角形状又は楕円形状が考えられる。チューブ断面を多角形状に形成する場合は、チューブが潰れるときに多角形の頂点で折れ曲がるため、応力の発生度合いを緩和できる。さらに、チューブが潰れたときに折れ曲がり部分の角部の内面同士が密着し易いため、隙間が生じ難い。よって、チューブ断面を楕円形状に形成する場合よりも有利である。
【0016】
チューブ断面における応力の発生度合いは、多角形の頂角が小さいほど緩和される。一方、チューブ断面の断面積は、多角形の頂点が多いほど(多角形の頂角が大きいほど)大きくなる。また、チューブ断面が多角形状の場合は、円形状と比べて潰れた後の復元がチューブ3の弾性力のみでは困難と考えられ、第一弁装置4A(第二弁装置4B)で復元させることが望ましい。よって、第一弁装置4A(第二弁装置4B)が、チューブ3の外周の両側を挟み込むように配置されたとき、当該チューブ3の外周の両側が、第一弁装置4A(第二弁装置4B)と連結可能である必要がある。そして、チューブ3の押し潰し及び復元をより確実なものとするには、多角形状のチューブ断面における第一弁装置4A(第二弁装置4B)との連結長さが長いほど好まく、さらに、多角形状が連結間の中心線に対し線対称であることが好ましい。
【0017】
図4Aは、円形の面積割合を100%とした場合、当該円形を正四角形、正六角形、正八角形、正十角形、正十二角形、正十四角形に変形させたときの面積割合(%)を示す。
図4Aから明らかなように、頂点が増加するほど円形に対する面積減少率は低下する。
図4Bは、円形の周長を変えずに、当該円形を正四角形、正六角形、正八角形、正十角形、正十二角形、正十四角形に変形させたときの上記連結長さ(一辺の長さ)を示す。なお、正四角形、正八角形、正十二角形では、第一弁装置4A(第二弁装置4B)と連結したとき、各形状が連結間の中心線に対し線対称とならないので、連結長さを0としている。
図4Bから明らかなように、頂点が減少するほど連結長さは長くなる。以上から、多角形状としては、正六角形、正十角形、正十四角形が選択される。
【0018】
これらの多角形状の対向する2辺は、第一弁装置4A(第二弁装置4B)と連結されることにより形成される。そして、残りの辺は、治具により形成する必要がある。正六角形の場合は、第一弁装置4A(第二弁装置4B)による挟持方向と直角な方向のチューブ3の外周両側を把持する治具(
図1Bの一対の挟持部材42a,42b)を備えることで形成可能である。しかし、正十角形及び正十四角形の場合は、さらにチューブ3の外周を把持する治具が必要となり、また、それらの治具が邪魔をしてチューブ3を第一弁装置4A(第二弁装置4B)で完全に押し潰すことが困難となる。よって、チューブ断面は、六角形状が好ましい。なお、六角形状としては、正六角形のみならず、連結部の辺が他の辺よりも長く、他の辺が同一長さの六角形を含む。
【0019】
次に、第一、第二弁装置4A,4Bの構成を説明する。なお、第一弁装置4Aは、第二弁装置4Bと同一構成であるため、以下では第一弁装置4Aについて説明し、第二弁装置4Bにおける第一弁装置4Aと同一の構成については同一番号を付して詳細な説明を省略する。
図1A及び
図1Bに示すように、第一弁装置4Aは、一対の弁体41a,41bと、一対の挟持部材42a,42bと、一対のエアシリンダ43,43等とを備える。
【0020】
一対の弁体41a,41bは、直方体状に形成され、チューブ3を軸線方向に直角な方向に挟んで対向して配置される。そして、一対の弁体41a,41bの一面は、チューブ3の外周面にそれぞれ連結、すなわち平面で接着され、該一面に対向する面は、エアシリンダ43,43のロッド43a,43aの先端にそれぞれ固定される。なお、以下の説明では、一対の弁体41a,41bの一面に対し平面で接着された部分を、連結部32a,32bという。一対の弁体41a,41bは、駆動装置5による一対のエアシリンダ43,43の作動により、接近離間可能に設けられる。
【0021】
一対の弁体41a,41bは、接近してチューブ3をチューブ3の内周側に押し潰すことにより、チューブ3内を閉塞させて活物質材料等の流通を遮断する。また、一対の弁体41a,41bは、離間してチューブ3をチューブ3の外周側に引っ張ることにより、チューブ3内を開放させて活物質材料等の流通を許可する。シリコンゴム等でなるチューブ3は、ブタジエンゴム等でなるチューブと比較して伸縮性が乏しく変形させ難く、さらにチューブ断面が六角形状に形成されているので円形状よりも押し潰し後に復元し難いため、一対の弁体41a,41bを接近させて強制的にチューブ3をチューブ3の内周側に押し潰し、また離間させて強制的にチューブ3をチューブ3の外周側に引っ張るようにしている。
【0022】
図1Bに示すように、一対の挟持部材42a,42bは、一対の連結部32a,32bに対し周方向に90度位相がずれたチューブ部分を、周方向にそれぞれ挟み込んでチューブ断面を六角形状に形成する部材である。すなわち、一対の挟持部材42a,42bは、上記チューブ部分にチューブ3の外周側に(内周側から)突き出るように折れ曲がる折れ曲がり部31a,31bを形成し、チューブ断面を六角形状に形成する部材である。
【0023】
より具体的には、
図1Cに示すように、一対の弁体41a,41bの平面状の接着部位、すなわち連結部32a,32bと、一対の挟持部材42a,42bによる挟持部位、すなわち折れ曲がり部31a,31bとの周方向間の4つのチューブ部分33a,33b,33c,33dは、平面状に形成される。これにより、チューブ断面は、2つの折れ曲がり部31a,31b、一方の弁体41aに連結される連結部32a(平面部位)の周方向一端34及び周方向他端35、並びに、他方の弁体41bに連結される連結部32b(平面部位)の周方向一端36及び周方向他端37を頂点とする六角形となる。これにより、チューブ断面の面積を確保できるので、供給効率低下の抑制を図れる。
【0024】
さらに、本実施形態では、チューブ3において一対の弁体41a,41bのそれぞれと連結される連結部32a,32bの周方向長さ、一方の弁体41aに連結される連結部32aの周方向一端34と一方の折れ曲がり部31aとの周方向長さ、一方の弁体41aに連結される連結部32aの周方向他端35と他方の折れ曲がり部31bとの周方向長さ、他方の弁体41bに連結される連結部32bの周方向一端36と一方の折れ曲がり部31aとの周方向長さ、及び、他方の弁体41bに連結される連結部32bの周方向他端37と他方の折れ曲がり部31bとの周方向長さは、同一である。これにより、チューブ断面は正六角形になるので、チューブ断面の面積を最大限に確保できるので、供給効率低下の抑制をより図れる。
【0025】
一対の挟持部材42a,42bで折れ曲がり部31a,31bが形成されていない場合、一対の弁体41a,41bで押し潰されたときに折れ曲がる部分の内外周面には、大きな圧縮応力及び引張応力が生じる。このため、チューブ3の押し潰しを繰り返すと、当該折れ曲がり部分の内外周面において亀裂が発生するおそれがある。一対の挟持部材42a,42bは、上記折れ曲がり部分を予め挟み込んで折れ曲がり部31a,31bを形成しておくので、
図3A及び
図3Bに示すように、一対の弁体41a,41bが、チューブ3の押し潰しを繰り返しても、折れ曲がり部31a,31bの内外周面における亀裂の発生を抑制できる。実測では、折れ曲がり部31a,31bの応力は、チューブ断面が円形状のものを押し潰したときの折れ曲がり部の1/8まで低下する。
【0026】
図1A及び
図1Bに示すように、一対の挟持部材42a,42bは、チューブ3の外周を挟み込む2枚のプレート421,422と、2枚のプレート421,422同士を締結するボルト423とをそれぞれ備える。このような一対の挟持部材42a,42bは、チューブ3の外側から挟み込む構成であるので、チューブ3の変形状態に応じて挟持部分を自由に移動可能、すなわち微調整が可能となる。
【0027】
(供給動作)
次に、供給装置1による供給動作について、
図2、
図3A、
図3B及び
図5〜
図8を参照して説明する。
ここで、ホッパ2内は、空状態にあり、第一、第二弁装置4A,4Bは、開状態、すなわち一対の弁体41a,41bが一対のエアシリンダ43,43の作動によりチューブ3を放射方向外側に引っ張って、チューブ3内を開放させた状態にあるものとする。
【0028】
駆動装置5は、上側の第一弁装置4Aを開状態に維持し、下側の第二弁装置4Bを閉状態にする(
図2のステップS1)。これにより、
図3A及び
図3Bに示すように、チューブ3は、第二弁装置4Bの一対の弁体41a,41bにより径方向に潰れる。このとき、一方の弁体41a側のチューブ3の内周面と他方の弁体41b側のチューブ3の内周面とは、密着するのでチューブ3内に隙間は生じない。
【0029】
駆動装置5は、活物質材料等Vの図略の投入装置を駆動してホッパ2内に活物質材料等Vを投入する(
図2のステップS2)。これにより、
図5に示すように、チューブ3内は、第二弁装置4Bの閉塞箇所まで活物質材料等Vで満たされる。このとき、チューブ3内の第二弁装置4Bの閉塞箇所には、隙間が生じていないので、活物質材料等Vは、第二弁装置4Bより下方へは落下しない。
【0030】
駆動装置5は、下側の第二弁装置4Bの閉状態を維持し、上側の第一弁装置4Aを閉状態にする(
図2のステップS3)。これにより、
図6に示すように、チューブ3は、第一弁装置4Aの一対の弁体41a,41bにより径方向に潰れる。このとき、一方の弁体41a側のチューブ3の内周面と他方の弁体41b側のチューブ3の内周面とは、密着するのでチューブ3内に隙間は生じない。
【0031】
駆動装置5は、上側の第一弁装置4Aの閉状態を維持し、下側の第二弁装置4Bを開状態にする(
図2のステップS4)。これにより、
図7に示すように、チューブ3内における第一、第二弁装置4A,4B間の活物質材料等Vは、第二弁装置4Bより下方へ落下して混練装置9に供給される。このとき、チューブ3内の第一弁装置4Aの閉塞箇所には、隙間が生じていないので、活物質材料等Vは、第一弁装置4Aより下方へは落下しない。よって、混練装置9には、チューブ3の径方向断面積と第一、第二弁装置4A,4B間の長さとの積分と略同量の定量の活物質材料等Vが供給される。
【0032】
駆動装置5は、混練装置9の稼動状況やホッパ2に投入する前段階の活物質材料等Vの在庫の状況によって、活物質材料等Vの供給を継続するか否かを判断し(
図2のステップS5)、活物質材料等Vの供給を継続すると判断したら(
図2のステップS5:Yes)、ホッパ2内に活物質材料等Vが残存しているか否かを判断する(
図2のステップS6)。駆動装置5は、ホッパ2内に活物質材料等Vが残存していないと判断したら(
図2のステップS6:No)、ステップS1に戻って、上述の処理を繰り返す。
【0033】
一方、ステップS6において、駆動装置5は、ホッパ2内に活物質材料等Vが残存していると判断したら(
図2のステップS6:Yes)、下側の第二弁装置4Bを閉状態にする(
図2のステップS7)。これにより、
図8に示すように、チューブ3内における第一、第二弁装置4A,4B間には、空間が形成される。そして、駆動装置5は、上側の第一弁装置4Aを開状態にする(
図2のステップS8)。これにより、
図5に示すように、チューブ3内は、第二弁装置4Bの閉塞箇所まで活物質材料等Vで満たされる。以降、駆動装置5は、ステップS3に戻って、上述の処理を繰り返す。
一方、ステップS5において、駆動装置5は、活物質材料等Vの供給を継続しないと判断したら(
図2のステップS5:No)、全ての処理を終了する。
【0034】
(効果)
本実施形態の供給装置1は、供給材料の供給路を形成し、供給材料の流通を許可する状態と遮断する状態とに変形可能なチューブ3と、チューブ3の外周にそれぞれ連結して配置され相対的に接近離間可能に設けられる2以上(本例では2つ)の弁体41a,41bを備え、2以上(本例では2つ)の弁体41a,41bを相対的に接近させてチューブ3を押し潰すことにより供給材料の流通を遮断する状態とし、且つ、2以上(本例では2つ)の弁体41a,41bを相対的に離間させてチューブ3をチューブ3の外周側に引っ張ることにより供給材料の流通を許可する状態とする弁装置4A,4Bと、を備える。
【0035】
弁体41a,41bは、チューブ3と連結されているので、接近離間することによりチューブ3内を確実に閉塞及び開放させることができる。よって、チューブ3は、開放時にチューブ断面を押し潰す前の形状に近い形状に復元でき、供給材料の供給効率の低下を抑制できる。
また、チューブ3は、弁体41a,41bのそれぞれと平面で連結しているので、連結部32a,32bの剥離は生じ難く、チューブ3内を確実に閉塞及び開放させることができる。
また、チューブ3内を閉塞及び開放させる時に、チューブ3の弁体41a,41bと連結している平面を移動させるので、チューブ3の外周面の1点などを押して閉塞させるものと比べて早く閉塞することができ、開放するときも供給材料の流通に有効なチューブ断面を早く確保できる。
また、弁体41a,41bは、チューブ3の外周面に接着されているので、チューブ3と弁体41a,41bとを容易に連結できる。
【0036】
また、弁装置4A,4Bは、チューブ3を挟んで対向して配置される一対の弁体41a,41bを備え、チューブ3は、一対の弁体41a,41bにより押し潰される扁平状のチューブ3の横断面における長軸の両端に、チューブ3の外周側に(内周側から)突き出るように折れ曲がる折れ曲がり部31a,31bを有する。これにより、一対の弁体41a,41bが、接近離間しても、チューブ3の折れ曲がり部31a,31bの内外周面においては、大きな圧縮応力及び引張応力が生じないので、亀裂の発生を防止できる。
【0037】
また、弁装置4は、折れ曲がり部31a,31bを形成するため当該折れ曲がり部31の形成部位を挟持する挟持部材42a,42bを備えるので、折れ曲がり部31a,31bを容易に形成できる。
また、挟持部材42a,42bは、チューブ3の変形に伴い自由に移動可能に設けられるので、折れ曲がり部31a,31bの形成を容易に微調整できる。
また、チューブ3は、一対の弁体41a,41bに連結される部位32a,32bと折れ曲がり部31a,31bとの周方向間が平面状に形成されるので、一対の弁体41a,41bが接近したとき、対向する平面状のチューブ部分33aと33d,33bと33cの内周同士を確実に密着させてチューブ3内を閉塞できる。
【0038】
また、チューブ3は、一対の弁体41a,41bのそれぞれと平面で連結され、チューブ3は、2つの折れ曲がり部31a,31b、一対の弁体41a,41bの一方に連結される平面部位(連結部32a)の周方向一端34及び周方向他端35、並びに、一対の弁体41a,41bの他方に連結される平面部位(連結部32b)の周方向一端36及び周方向他端37を頂点とする六角形に形成される。これにより、チューブ断面の面積を確保できるので、供給効率低下の抑制を図れる。
【0039】
また、チューブ3において、一対の弁体41a,41bのそれぞれと連結される周方向長さ(周方向一端34と周方向他端35の間、周方向一端36と周方向他端37の間)は、同一に形成され、弁体41a,41bの連結部と折れ曲がり部31a,31bの周方向長さ(周方向一端34と折れ曲がり部31aの間、周方向他端35と折れ曲がり部31bの間、周方向一端36と折れ曲がり部31bの間、周方向他端37と折れ曲がり部31aの間)が、同一に形成される。これにより、チューブ断面は正六角形になるので、チューブ断面の面積を最大限に確保できるので、供給効率低下の抑制をより図れる。
【0040】
なお、上述の実施形態の供給装置1においては、第一、第二弁装置4A,4Bは、2つ(一対)の弁体41a,41bでチューブ3をチューブ3の内周側に押し潰す構成としたが、3つ以上の弁体でチューブ3をチューブ3の内周側に押し潰す構成としてもよい。
また、第一、第二弁装置4A,4Bは、エアシリンダ43,43を備える構成としたが、電動シリンダや油圧シリンダを備える構成としてもよい。
また、挟持部材42としては、クリップを用いたが、綴込器、結束バンド、接着剤等も使用可能である。
また、活物質材料等Vの粉体を供給する装置について説明したが、シリコンゴム等のチューブ3を用いているため、ブタジエンゴム等が溶けるような溶剤を含む液体を供給することも可能である。