JP7255103B2 - 粉体充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉体充填方法および粉体充填装置に関する。さらに詳しくは、袋状容器に粉体を充填する粉体充填方法および粉体充填装置に関する。

トラック等で粉体を輸送する場合、粉体の積み込み、積み出しまでを考慮すると、フレキシブルコンテナ等の袋状容器に粉体を積め、輸送するほうが、ばら積みよりも輸送効率が高い。また、粉体への不純物の混入の面でも、袋状容器のほうが容易に混入を抑制できる。このため、多くの粉体、特に不純物の混入を抑制する必要がある粉体は袋状容器に積みこまれ輸送される。

輸送される粉体としては、例えば、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用されるニッケルマンガンコバルト酸リチウム（リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物）の前駆体がある。ニッケルマンガンコバルト酸リチウムは、以下の工程で製造される。まず晶析工程でニッケル、コバルト、マンガンまたはアルミニウムを含む水溶液に水酸化アルカリを混合し、反応させることにより複合水酸化物を生成する。次に乾燥工程でこの複合水酸化物を乾燥させる。この乾燥された複合水酸化物が前駆体（プリカーサ）と呼ばれる。そして混合工程で水酸化リチウム、炭酸リチウムなどのリチウムを含む化合物と混合された後、焼成されることでニッケルマンガンコバルト酸リチウムが製造される。

上記前駆体に対しては、粒度分布、比表面積、結晶子サイズなどの物性特性が要求される。これらに加えて、含有される不純物についても厳重に管理される。この不純物は、この前駆体を用いて製造される電池の特性の低下を招くおそれがあるからである。

上記の前駆体の輸送は、通常、袋状容器の一つであるフレキシブルコンテナで行われる。そしてフレキシブルコンテナへの前駆体の充填時には、エアブレンダー、ナウターミキサーなどの大型の混合機が用いられている。前駆体は、この混合機の中でエア、または窒素などの気体により流動化され、円滑にフレキシブルコンテナへ充填される。

前駆体を充填した直後のフレキシブルコンテナは、粉体と気体とが混じり合っているため、嵩が大きくなるとともに液体を入れた場合のフレキシブルコンテナのように、形状が不安定となる。このため、気体が抜け出るのを待つ間、フレキシブルコンテナをフレキシブルコンテナのハンガーから外すことができない。このようにフレキシブルコンテナをハンガーから外すことができないと、フレキシブルコンテナの正確な計量を行うことができないという問題がある。また正確な計量を行うために気体が抜け出るのを待つと、この充填を行う工程が効率化できないという問題がある。

上記の問題に対して、特許文献１には、フレキシブルコンテナに粉体を充填するための粉体充填装置が開示されている。この粉体充填装置では、粉体を充填する際にタッピング動作を行う減容手段が設けられている。この減容手段によりフレキシブルコンテナ内の気体を短時間で抜くことができ、粉体充填を効率的に行うことができる。

特開平９－２５４９０２号公報

特許文献１に記載の粉体充填装置が用いられる場合、この粉体充填装置は、計量器の上にタッピングを行うためのギアドモータ、フレコンバッグを支持するためのフレーム等が設けられており、充填される粉体の重量に対する風袋の重さが大きくなり、充填される粉体の重量を正確に測定することができないという問題がある。これは特に上記した電池材料のプリカーサのように純度の高く、高価な材料において問題となる。また、タッピングにより、計量器上の負荷が頻繁に変動するため、この点においても重量を正確に測定できないという問題がある。加えて計量器の故障の頻度が上がるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑み、粉体を充填する工程を効率的に行うことができるとともに、正確に充填された粉体の重量を測定することができる粉体充填方法および粉体充填装置を提供することを目的とする。

第１発明の粉体充填方法は、袋状容器を支持部材に係合する準備工程と、前記袋状容器に粉体を投入する粉体投入工程と、粉体が投入された後の前記袋状容器を、前記支持部材に係合したまま振動装置で振動させる振動工程と、該振動工程で振動された後の前記袋状容器を、前記支持部材から外した後で計量する計量工程と、を含み、前記袋状容器がフレキシブルコンテナであり、前記支持部材は、前記フレキシブルコンテナの水平方向への移動のために設けられているレールと、該レールに沿って移動するフレコンハンガーと、
該フレコンハンガーに吊り下げられている吊索と、を含んで構成されていることを特徴とする。
第２発明の粉体充填方法は、第１発明において、前記振動装置は、加振場所に設けられており、該加振場所は、前記粉体投入工程において、前記袋状容器に粉体を投入する粉体投入場所とは平面視で異なる位置にあり、前記振動工程で、前記袋状容器は、前記加振場所に移動させられた後加振されるとともに、加振された後、前記粉体投入場所に移動させられることを特徴とする。

第１発明によれば、振動装置で振動させる振動工程があることにより、粉体が充填された袋状容器から気体が短時間で抜けるので、粉体を充填する工程の効率化を図ることができる。また、振動工程で振動させる際は、袋状容器は支持部材で支持されているので、袋状容器が転倒することがない。さらに振動工程で振動させた後、袋状容器を支持部材から外して計量するので、風袋の重量が袋状容器などに限られ、大きくなりすぎることがないので、粉体の重量を正確に測定することができる。また計量の際に振動していないので、この点でも粉体の重量を正確に測定できる。
第２発明によれば、振動装置が粉体を投入する粉体投入場所と異なる加振場所に設けられているので、振動装置による計量器上の負荷の変動がないため、正確に測定できる。また、計量器の故障の頻度が抑えられる。

本発明の一実施形態に係る粉体充填装置の正面図である。 図１の粉体充填装置を構成する振動装置の正面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。まず、粉体充填装置について説明を行った後、この粉体充填装置を用いた粉体充填方法について説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための粉体充填方法および粉体充填装置を例示するものであって、本発明は粉体充填方法および粉体充填装置を以下のものに限定しない。なお、各図面が示す部材の大きさまたは位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

（粉体充填装置１０）
図１には、本発明の一実施形態に係る粉体充填装置１０の正面図を示す。本発明の一実施形態に係る粉体充填装置１０は、袋状容器であるフレキシブルコンテナ１１内に粉体を充填する装置である。この粉体充填装置１０は、粉体を扱う設備の一部を構成する。粉体を扱う設備は、粉体を貯留するホッパー２０などが備えられている。そして粉体充填装置１０は、ホッパー２０の下方に設けられたフレキシブルコンテナ１１に、ホッパー２０内の粉体を充填する。

フレキシブルコンテナ１１は、パレット１６上に載置された状態で、粉体が投入される。パレット１６の下方には、図１の紙面においてパレット１６を左右方向に容易に移動させるためのコロを備えたコンベア１７が設けられている。そしてこのコンベア１７の下方には、粉体が投入されるフレキシブルコンテナ１１の重量を計量する計量器１８が備えられている。

計量器１８は、粉体が投入された後のフレキシブルコンテナ１１、パレット１６、コンベア１７の全てを合わせた重量を測定できる能力を有している。そして、フレキシブルコンテナ１１、パレット１６、コンベア１７の重量を、全てを合わせた重量から風袋引きすることにより、粉体のみの重量を正確に測定することができる。

ホッパー２０の下端には、粉体供給部２１が設けられている。ホッパー２０と粉体供給部２１との連結部分の一部は、後述する支持部材の説明のため省略しているが、粉体供給部２１には、粉体が通過するためのパイプが複数設けられている。また粉体供給部２１の下部には、フレキシブルコンテナ１１の開口を取り付けるための連結部２１ａが設けられている。ホッパー２０内の粉体は、この粉体供給部２１からフレキシブルコンテナ１１へ供給される。また、粉体供給部２１には、水平方向に吸引ダクト２３が接続されている。フレキシブルコンテナ１１の開口を連結部２１ａから取り外したときに、この吸引ダクト２３によりエアの吸引を行うことで、フレキシブルコンテナ１１からの粉塵の飛散が防止される。

粉体充填装置１０には、フレキシブルコンテナ１１の姿勢を維持するための支持部材が備えられている。本実施形態では支持部材は、フレキシブルコンテナ１１の水平方向への移動のために設けられているレール１３と、このレール１３に沿って移動するフレコンハンガー１４と、フレコンハンガー１４に吊下げられている、４個の吊索１５と、を含んで構成されている。この吊索１５は、例えばその長さを調整できる、ターンバックルやチェーンブロックである。レール１３は、図１の紙面において奥側と手前側に２本が平行に設けられており、建屋の梁１２に固定されている。フレコンハンガー１４は、複数のローラ１４ａによりレール１３に沿って移動する。フレコンハンガー１４には、４つの吊索１５が設けられている。そしてフレキシブルコンテナ１１には、４箇所の吊下げ紐が設けられており、４箇所の吊下げ紐それぞれに吊索１５のフックを係合させ、フレキシブルコンテナ１１の姿勢を維持する。また、フレキシブルコンテナ１１はフレコンハンガー１４に吊下げられた状態で、レール１３の長手方向、すなわち図１の紙面の左右方向に移動させることができる。フレキシブルコンテナ１１の移動は、粉体充填装置１０の使用者が、人力で行うことができる。

粉体充填装置１０には、粉体が投入された後のフレキシブルコンテナ１１を振動させることができる振動装置３０が設けられている。振動装置３０は、フレキシブルコンテナ１１の重量を計量する計量器１８と隣接して配置されている。すなわち、振動装置３０が配置されている加振場所と、粉体供給部２１から粉体が供給される粉体投入場所とは、平面視で異なる位置にある。これは、振動装置３０での振動により、計量器１８が加振され故障するのを防止するためである。すなわち、加振場所と粉体投入場所とは、振動装置３０での振動が計量器１８に影響を与えない程度に離れている。

袋状容器を振動させる振動装置３０が備えられていることにより、袋状容器を振動装置３０で振動させることができるので、粉体が充填された袋状容器から気体が短時間で抜け、粉体を充填する工程の効率化を図ることができる。また、袋状容器の支持部材により、袋状容器を倒すことなく、計量器１８と振動装置３０との間を移動させることができるので、振動を加える間は袋状容器が支持されるとともに、振動を加えた後は袋状容器を支持部材から外して計量ができるので、粉体の重量を正確に測定することができる。

図２には、この粉体充填装置１０を構成する振動装置３０の正面図を示す。振動装置３０には、フレキシブルコンテナ１１のパレット１６を受ける受部分と、このパレット１６に接触してパレット１６と一緒にフレキシブルコンテナ１１を振動させる振動部と、を含んで構成されている。

振動装置３０の受部分には、フレキシブルコンテナ１１を載置したパレット１６が、図２の紙面における左右方向への移動を容易にするための円筒部材４０が設けられている。この円筒部材４０は、軸受けにより回転自在に設置されている。また、振動装置３０の受部分には、パレット１６が図２の紙面において右方向に行き過ぎを防止するためのストッパ４１が設けられている。

振動装置３０の振動部には、ベース３１が設けられている。このベース３１の下面には、加振装置３２が設けられている。ベース３１の上面には、振動子３３が設けられている。この振動子３３は、円筒部材４０の間に配置されている。加えて、ベース３１は、昇降機構３４で支持され、図２の矢印で示す方向に動作可能である。昇降機構３４の構成は特に限定されないが、例えばエアシリンダにより構成される。昇降機構３４によりベース３１が上昇させられると、振動子３３がパレット１６に接触する。この状態で加振装置３２が運転されると、ベース３１、振動子３３、パレット１６を通してフレキシブルコンテナ１１に振動が付加される。

振動装置３０は、振動を加える振動子３３が突出することで袋状容器を加振しているので、袋状容器などに直接振動を伝播させることができ、短時間で袋状容器から気体を抜くことができる。

なお、本実施形態では、振動装置３０が、粉体を投入する粉体投入場所と異なる加振場所に設けられているが、本発明に係る粉体充填装置１０の構成は、この構成に限定されない。例えば、計量１８と重畳して設ける構成も可能である。この場合、粉体充填装置１０全体の大きさを小さくすることができる。

（粉体充填方法）
本実施形態に係る粉体充填装置１０を使用して、フレキシブルコンテナ１１に粉体を充填する方法を図１および図２を参照して説明する。

第１ステップとして、粉体充填装置１０の使用者は、コンベア１７の上にパレット１６と、粉体が充填される前のフレキシブルコンテナ１１を載置し、その重量を測定し、この重量を風袋の重量として設定する。

第２ステップとして、使用者は、フレキシブルコンテナ１１の開口部をクランプ２２で粉体供給部２１の連結部２１ａに結束する。そして、使用者は、フレキシブルコンテナ１１の４本の吊下げ紐に、フレコンハンガー１４の４つの吊索１５のフックをそれぞれ係合する。このように使用者は袋状容器の一つであるフレキシブルコンテナ１１を支持部材に係合する（準備工程）。

第３ステップとして、使用者は粉体供給部２１のバルブ（不図示）を操作して、ホッパー２０から粉体をフレキシブルコンテナ１１に供給する（粉体投入工程）。この供給は、比較的内径が大きい供給管から行われるのが好ましい。例えば、目標充填量の９割程度の粉体を、この比較的内径が大きい供給管から供給することが好ましい。なお、粉体の投入時には、計量器１８による計量は実施されている。ただし、この場合の計量は、フレキシブルコンテナ１１が支持部材に支持されていることから、正確な数値を使用者が確認するものではなく、概略の数値を確認するものである。また、この供給前に使用者は、ホッパー２０内にエアを供給したり、粉体をかき回したりして、粉体の流動性を高めることができる。加えて集塵装置を運転することもできる。なお、特許請求の範囲に記載の「粉体投入場所」は、この第３ステップにおいて粉体が投入される場所を言う。

第４ステップとして、使用者はクランプ２２を外し、フレキシブルコンテナ１１の開口部を連結部２１ａから取り外す。この際、フレキシブルコンテナ１１内には粉体が投入されてから、所定の時間（例えば２０分程度）が経過していないので、フレキシブルコンテナ１１の粉体には気体が混ざり、フレキシブルコンテナ１１の形状は不安定な状態である。このため、使用者は、支持部材にフレキシブルコンテナ１１を係合したままの状態とする。

そして、使用者はフレキシブルコンテナ１１をパレット１６に載置したまま、計量器１８に隣接した振動装置３０上にフレキシブルコンテナ１１を移動させる。このときフレキシブルコンテナ１１の移動は、使用者が人力で行う。移動の際には、パレット１６をストッパ４１に接触させるまで移動させる。振動装置３０の上にパレット１６が載置された状態で、使用者は振動装置３０の昇降機構３４により振動子３３を上昇させて、振動子３３をパレット１６に接触した状態とする。この状態で、使用者は、振動装置３０の加振装置３２を動作させ、フレキシブルコンテナ１１を振動させる（振動工程）。振動子３３は直接フレキシブルコンテナ１１に接触していないが、パレット１６が加振されることによりフレキシブルコンテナ１１も振動する。加振装置３２の動作は、フレキシブルコンテナ１１内の気体が粉体から抜け出すのに十分な時間継続する。例えば２分程度運転することで、フレキシブルコンテナ１１内から気体が抜け出て、フレキシブルコンテナ１１の姿勢が安定する。フレキシブルコンテナ１１の姿勢が安定した状態で、パレット１６を計量器１８へ移動させる。

振動装置３０で振動させる振動工程があることにより、粉体が充填された袋状容器から気体が短時間で抜けるので、粉体を充填する工程の効率化を図ることができる。また、振動工程で振動させる際は、袋状容器は支持部材で支持されているので、袋状容器が転倒することがない。

振動装置３０が粉体を投入する粉体投入場所と異なる加振場所に設けられているので、振動装置３０により計量器１８上の負荷が変動することがないため、計量が正確に行われる。また、計量器１８の故障の頻度が抑えられる。

第５ステップとして、使用者はフレキシブルコンテナ１１を支持部材から外す。そして使用者は、計量器１８でフレキシブルコンテナ１１内の粉体の重量を計測しながら、予め定められた重量になるまで、ホッパー２０から粉体をフレキシブルコンテナ１１へ供給する（計量工程）。この場合、計量器１８での測定は、フレキシブルコンテナ１１が支持部材から外されているので正確に行われる。またこのときの粉体の供給は、比較的小さい径の供給管から行われるのが好ましい。またフレキシブルコンテナ１１内の粉体の重量の微妙な調整は、使用者が小さな容器などを用いて、内部の粉体をすくい出したり、内部に粉体を加えたりすることで行うこともできる。

振動工程で振動させた後、袋状容器を支持部材から外して計量するので、風袋の重量が袋状容器など大きくなりすぎることがないので、粉体の重量を正確に測定することができる。

第６ステップとして、使用者はフレキシブルコンテナ１１の開口を閉じる。開口が閉じられたフレキシブルコンテナ１１は、フォークリフト等により運搬される。

１０ 粉体充填装置
１１ フレキシブルコンテナ（袋状容器）
１８ 計量器
３０ 振動装置

Claims (2)

1. 袋状容器を支持部材に係合する準備工程と、
   前記袋状容器に粉体を投入する粉体投入工程と、
   粉体が投入された後の前記袋状容器を、前記支持部材に係合したまま振動装置で振動させる振動工程と、
   該振動工程で振動された後の前記袋状容器を、前記支持部材から外した後で計量する計量工程と、を含み、
   前記袋状容器がフレキシブルコンテナであり、
   前記支持部材は、前記フレキシブルコンテナの水平方向への移動のために設けられているレールと、
   該レールに沿って移動するフレコンハンガーと、
   該フレコンハンガーに吊り下げられている吊索と、
   を含んで構成されている、
   ことを特徴とする粉体充填方法。
2. 前記振動装置は、加振場所に設けられており、
   該加振場所は、前記粉体投入工程において、前記袋状容器に粉体を投入する粉体投入場所とは平面視で異なる位置にあり、
   前記振動工程で、前記袋状容器は、前記加振場所に移動させられた後加振されるとともに、
   加振された後、前記粉体投入場所に移動させられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の粉体充填方法。

Images