混練状態の評価方法、及び、混練状態の評価システム
【課題】二次電池の材料となる黒色の物質であっても、混練対象物の品質に影響を与えることなく、混練度合いを任意の複数箇所で検知し、評価することで全体的な均質性の判断を正確かつ客観的にすることが可能となる、混練状態の評価方法、及び、混練状態の評価システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る混練状態の評価方法は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる２種類以上の活物質及び添加物の混合物が混練状態にある被検出体Ｍの内部に照射部から照射光を照射する照射工程と、照射工程で照射した照射光の被検出体Ｍの内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した少なくとも２箇所の受光部で受光する光検出工程と、光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する測定工程と、測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する評価工程とを備える。
【解決手段】本発明に係る混練状態の評価方法は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる２種類以上の活物質及び添加物の混合物が混練状態にある被検出体Ｍの内部に照射部から照射光を照射する照射工程と、照射工程で照射した照射光の被検出体Ｍの内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した少なくとも２箇所の受光部で受光する光検出工程と、光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する測定工程と、測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する評価工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練状態の評価方法、及び、混練状態の評価システムに関し、より詳しくは、２種類以上の物質が混練されている状態における混練度合いを評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばリチウムイオン電池のような二次電池の生産においては、電極合材の材料として用いる活物質及び添加物（混練対象物）を混練する、いわゆる混練工程が行われている。その際、製品である二次電池の品質精度を確保するため、混練工程における前記混練対象物の混練度合い（混ざり具合）を見定めるとともに、前記混練対象物が混ざりきってから前記混練工程を終了させる必要がある。
しかし従来は、前記混練対象物の混練度合いを直接評価する手段がなかったため、作業者の感覚や経験則によって混練工程にかける時間を決定していた。即ち、前記混練対象物が本当に混ざりきったかを客観的に判断する方法がないため、混練工程を終了させるまでに必要以上に時間がかかっていたのである。
【０００３】
一方、上記のような物質の混合体の均質性を検知する技術として、前記混合体に対して２つのプローブを対向させて配置し、前記プローブの一方から他方へと光を透過させる、いわゆる透過法を用いた技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６８１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記透過法による技術は、前記二次電池の材料となる活物質やカーボン導電材料等、黒色の物質では光が透過しないため、前記混練工程に適用することは困難であった。また、前記プローブは光を照射する側と光を受光する側の２つを配設する必要があることから、特許文献１の如くプローブを混合槽の回転軸と同一軸上に配設する等、プローブを配設する位置の自由度に乏しく、混練対象物の任意の場所において混練度合いを検知することはできなかった。さらに、プローブの配設に制約があることから、複数の箇所において混練度合いを検知する構成にすることは難しく、混練度合いが不均質な領域である滞留部などの発生に対処することができなかった。
【０００６】
なお、混練対象物に対して、導電性の液を添加して電気伝導度を調べたり、着色剤を添加して均一性を確かめたりする方法については、混練対象物に対して他の物質を投入することによる与える影響が不明であり、二次電池の品質を確保する上で問題が大きかった。
【０００７】
そこで本発明では、上記現状に鑑み、二次電池の材料となるような黒色の物質であっても、混練対象物の品質に影響を与えることなく、混練度合いを任意の複数箇所で検知し、評価することで全体的な均質性の判断を正確かつ客観的にすることが可能となる、混練状態の評価方法、及び、混練状態の評価システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に照射部から照射光を照射する、照射工程と、前記照射工程における前記照射光の前記被検出体の内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した少なくとも２箇所の受光部で受光する、光検出工程と、前記光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、測定工程と、前記測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価工程と、を備えるものである。
【００１０】
請求項２においては、前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つであるものである。
【００１１】
請求項３においては、前記被検出体は、低透光性を有するものである。
【００１２】
請求項４においては、前記照射工程では、基端部を光源に接続した光源ファイバーの先端部を、前記被検出体の内部に前記照射部として挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射し、前記光検出工程では、基端部を分光計に接続した少なくとも２本の光検出ファイバーの先端部を前記被検出体の内部に前記受光部として挿入した状態で、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光し、前記測定工程では、前記光源及び前記分光計で構成された光学装置で、前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するものである。
【００１３】
請求項５においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００１４】
請求項６においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００１５】
請求項７においては、前記光検出ファイバーの先端部を凸面形状に形成したものである。
【００１６】
請求項８においては、前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物であるものである。
【００１７】
請求項９においては、基端部が光源に接続されるとともに先端部が２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に挿入され、前記光源が照射した照射光を前記先端部から前記被検出体の内部に照射する、光源ファイバーと、基端部が分光計に接続されるとともに先端部が前記被検出体の内部に前記光源ファイバーの先端部と近接して挿入され、前記被検出体の内部における前記照射光の反射光又は散乱光を前記先端部で受光し、前記分光計に入射させる、少なくとも２本の光検出ファイバーと、前記光源及び前記分光計で構成され、前記２本以上の光検出ファイバーで受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、光学装置と、前記光学装置で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価装置と、を備えるものである。
【００１８】
請求項１０においては、前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つであるものである。
【００１９】
請求項１１においては、前記被検出体は、低透光性を有するものである。
【００２０】
請求項１２においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００２１】
請求項１３においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００２２】
請求項１４においては、前記光検出ファイバーの先端部は凸面形状に形成されるものである。
【００２３】
請求項１５においては、前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物であるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２５】
本発明により、二次電池の材料となる黒色の物質であっても、混練対象物の品質に影響を与えることなく、混練度合いを任意の複数箇所で検知し、評価することで全体的な均質性の判断を正確かつ客観的にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る混練状態の評価システムの概要を示した概略図。
【図２】第一実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した拡大図。
【図３】第一実施形態で測定した波数スペクトルを示した線図。
【図４】本発明の第二実施形態に係る混練状態の評価システムの概要を示した概略図。
【図５】第二実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した拡大図。
【図６】第二実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した断面図。
【図７】第三実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００２８】
［混練状態の評価システム１０（第一実施形態）］
まず始めに、本発明の第一実施形態に係る混練状態の評価システム１０について、図１及び図２を用いて説明をする。
図１に示す如く、混練状態の評価システム１０は、主に、８本の第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａと、８本の第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂと、第一光検出ファイバー２１ａと、第二光検出ファイバー２１ｂと、光源４１及び分光計４２で構成された光学装置４０と、評価装置５０と、を備える。
【００２９】
さらに、８本の第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａと、第一光検出ファイバー２１ａとが、図２に示す如く近接して束ねられて一体化されることにより、１本の第一光ファイバープローブ３１ａが構成されている。より詳細には、第一光検出ファイバー２１ａの周囲を取り囲むようにして第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａを配設し、その周囲を高分子化合物からなる保護層３２で被覆しているのである。また、前記第一光ファイバープローブ３１ａと同様に第二光ファイバープローブ３１ｂについても、８本の第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂと、第二光検出ファイバー２１ｂとが束ねられて構成されている。
【００３０】
なお、本明細書に記載する光源ファイバー及び光検出ファイバーには、その照射・検出する光の種類に応じてプラスチック製又はガラス製のものが用いられるが、その材質は限定されるものではない。また、本明細書においては光検出ファイバーとして、第一光検出ファイバー２１ａと第二光検出ファイバー２１ｂの２本を用いる構成としているが、その数は３本以上とすることも可能である。換言すれば、光ファイバープローブを３本以上用いる構成にすることも可能である。
【００３１】
前記第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂは、それぞれ基端部が前記光学装置４０に接続される。詳細には、照射光を照射する光源４１に第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂが接続され、反射光又は散乱光を受光する分光計４２に第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂが接続されているのである。
【００３２】
そして、前記第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂのそれぞれの先端部が被検出体Ｍに挿入されているのである。該被検出体Ｍは混練槽６０の内部において２種類以上の物質が混練状態で貯溜される、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる活物質及び添加物の混合物である。つまり、前記被検出体Ｍは二次電池の材料となる活物質やカーボン導電材料等の黒色物質であって光の透過性が低く、即ち低透光性を有するのである。なお、前記被検出体Ｍの色は黒色に限られず、濃い褐色等の光の透過性が低い色であっても差し支えない。
これにより、第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂは前記光源４１が照射した照射光を、先端部から前記被検出体Ｍの内部に照射するように構成される。また、第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂは前記被検出体Ｍの内部における前記照射光の反射光又は散乱光を先端部で受光し、前記分光計４２に入射させるように構成されるのである。
なお、本明細書において、該被検出体Ｍは上記の如く活物質及び添加物の混合物であるものとして説明するが、本発明は２種類以上の物質が混練状態又は混合状態にあるものにおける混練度合い又は混合状態を評価する場合に全般的に適用することが可能であり、その対象は限定されるものではない。
【００３３】
前記照射光としては、例えばレーザー光、赤外光、又は、近赤外光等が用いられる。そして、前記反射光又は散乱光は、前記照射光がレーザー光の場合は主に前記被検出体の内部における前記レーザー光のラマン散乱による散乱光であり、前記照射光が赤外光又は近赤外光の場合は主に前記被検出体の内部における前記赤外光又は近赤外光の反射光又は全反射光であるものとする。全反射光を受光する場合は、前記被検出体の内部にしみ出したエバネッセント波を受光することになる。ただし、前記照射光及び反射光又は散乱光は上記のものに限られず、光ファイバーの中を透過する光であれば利用することが可能である。
【００３４】
前記光学装置４０は図１に示す如く、上記の如く前記光源４１及び前記分光計４２で構成されており、前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂで受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するように構成される。
また、前記評価装置５０は図１に示す如く、前記光学装置４０と電気的に接続され、光学装置４０にて測定された波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体Ｍの混練度合いを評価するように構成されている。具体的には、評価装置５０は入力機能、表示機能、記憶機能、通信機能、及び、各種演算機能等を備えた制御装置であり、ＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭやインターフェース等のマイクロコンピュータを主体として構成されているのである。
【００３５】
［混練状態の評価方法］
上記の如く構成した混練状態の評価システム１０で行われる、被検出体Ｍにおける混練状態の評価方法について説明する。
本発明に係る混練状態の評価方法においては、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる２種類以上の活物質及び添加物の混合物が混練状態にある被検出体Ｍの内部に、照射部である前記第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂから照射光を照射する、照射工程と、前記照射工程で照射した照射光の前記被検出体Ｍの内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した受光部である前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂで受光する、光検出工程と、前記光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、測定工程と、前記測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価工程と、を備える。
【００３６】
具体的には前記照射工程及び前記光検出工程において、前記の如く８本の第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａと第一光検出ファイバー２１ａとを束ねて一体化することにより１本の第一光ファイバープローブ３１ａを構成し、同様に８本の第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂと第二光検出ファイバー２１ｂとを束ねて一体化することにより１本の第二光ファイバープローブ３１ｂを構成し、第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂの基端部を前記光学装置４０に接続し、同じく先端部を前記被検出体Ｍの内部に挿入するのである。そして、第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂの先端部を被検出体Ｍの内部に挿入した状態で、前記光源４１が照射部である前記第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計４２が受光部である前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂを介して前記反射光又は散乱光を受光するのである。
【００３７】
前記の如く、照射光としては、例えばレーザー光、赤外光、又は、近赤外光等を用いるものとする。そして、前記反射光又は散乱光としては、前記照射光がレーザー光の場合は前記被検出体の内部における前記レーザー光の散乱光を検出し、前記照射光が赤外光又は近赤外光の場合は前記被検出体の内部における前記赤外光又は近赤外光の反射光又は全反射光を検出するものとする。
【００３８】
そして、前記測定工程において、前記光源４１及び前記分光計４２で構成された光学装置４０で、前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂを介して受光した前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するのである。
【００３９】
さらに、前記評価工程において、光学装置４０にて測定された波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体Ｍの混練度合いを評価するのである。
前記評価工程について、図３を用いて具体的に説明する。図３（ａ）は未混練状態の被検出体Ｍを測定した場合の波数スペクトルを示した線図、図３（ｂ）は混練状態の被検出体Ｍを測定した場合の波数スペクトルを示した線図である。
【００４０】
図３（ａ）、（ｂ）はともに横軸を反射光又は散乱光の波数、縦軸を吸光度（被検出体Ｍにおける所定の物質の濃度）としている。そして、第一光検出ファイバー２１ａで受光し、前記光学装置４０で測定した波数スペクトルを実線Ａで、第二光検出ファイバー２１ｂで受光し、前記光学装置４０で測定した波数スペクトルを鎖線Ｂで表している。
【００４１】
前記評価工程においては、前記光学装置４０で測定した波数スペクトルを比較し、各々の波数スペクトルに特有である吸収ピーク値の高さの相対的な割合で、混練度合いが評価される。
具体的には、図３（ａ）においては、実線Ａにおける中央部分のピーク値Ｐａと、同じく鎖線Ｂにおける中央部分のピーク値Ｐｂとを比較した場合、それぞれが大きく異なるため各々の相対的な割合は所定の範囲内にないと判断するのである。即ち、第一光検出ファイバー２１ａにおける濃度の状態と第二光検出ファイバー２１ｂにおける濃度の状態とが同一でないと判断し、被検出体Ｍは未混練状態にあると評価するのである。
一方、図３（ｂ）においては、実線Ａと鎖線Ｂは完全に一致している。即ち、それぞれの中央部分のピーク値Ｐａとピーク値Ｐｂとが同じ値になるため各々の相対的な割合が所定の範囲内にあると判断するのである。即ち、第一光検出ファイバー２１ａにおける濃度の状態と第二光検出ファイバー２１ｂにおける濃度の状態とが同一であると判断し、被検出体Ｍが全体的な混練状態に至ったと評価するのである。
【００４２】
上記の如く被検出体Ｍが混練状態にあると評価された場合、評価装置５０はその旨を表示機能により表示する。これにより作業者は被検出体Ｍが混ざりきったことを客観的に判断し、二次電池の混練工程を終了させるのである。
【００４３】
なお、本実施形態においては、各々の波数スペクトルに特有である吸収ピーク値の高さの割合で混練度合いを評価する構成としたが、前記評価の方法はこれに限定されるものではなく、例えば波数スペクトルにおける所定の波数の範囲における面積を比較することで評価することも可能である。
【００４４】
本実施形態によれば前記のように構成することにより、二次電池の材料となるような光の透過性が低い（低透光性を有する）黒色の物質であっても、混練対象物の品質に影響を与えることなく、混練度合いを任意の複数箇所で検知し、評価することが可能となる。
具体的には、散乱光、反射光、全反射光を利用した第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂを用いることにより、二次電池の材料となる活物質やカーボン導電材料等、黒色の物質であっても測定することが可能となり、二次電池の生産における混練工程に適用することができるのである。特に、前記照射光に近赤外光を用いた場合は、黒色の物質における透過性が比較的高いため、上記の効果がより大きいのである。
【００４５】
また、第一光ファイバープローブ３１ａ（第二光ファイバープローブ３１ｂ）は、第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ（第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂ）と第一光検出ファイバー２１ａ（第二光検出ファイバー２１ｂ）と近接し、束ねて一体化することにより構成される。つまり、光ファイバープローブにおける照射部である光源ファイバーと受光部である光検出ファイバーとを一体として構成することにより、例えば透過法のようにそれぞれのプローブを配設する際に対向させたり、光軸を合わせて設置したりする必要がないため、任意の箇所において混練度合いを検知することが可能となるのである。
【００４６】
さらに、上記の如く構成することにより、光ファイバープローブの配設位置及び配設数に制約をなくすことができるため、光ファイバープローブを混練対象物に挿入するだけで、任意の複数の箇所において混練度合いを検知することができる。即ち、いわゆるツインビーム光プローブ法を用いることが可能となるのであり、例えば混練対象物が滞留しやすい部分などにプローブを配設することで、混練度合いが不均質な領域があっても、全体が混練されたことを確認することが可能となるのである。一般的には、混練度合いを検知するための測定点数が多くなれば測定精度はよくなるが、測定点数の増加による費用対効果を考慮すると４箇所程度で混練度合いを検知することが望ましい。即ち、光ファイバープローブを４本用いる構成にし、該光ファイバープローブで検出した４つの波数スペクトルを前記の如く比較することで、少ないコストで混練度合いを検知することが可能となるのである。
【００４７】
なお、前記光ファイバープローブは必ずしも同一の混練対象物に同時に使用する必要はない。例えば、混ざりきった混練対象物における波数スペクトルを測定した後、評価対象である混練対象物における波数スペクトルを測定し、両者を比較することによって評価対象である混練対象物の混練度合いを評価する構成にすることも可能である。
さらに、混練対象物に対して他の物質を投入することがないため、二次電池の品質に影響を与えることがないのである。
【００４８】
このように、例えばリチウムイオン電池のような二次電池の生産における混練工程の際、作業者が混練対象物の混練度合いを見定めることができ、前記混練対象物が混ざりきってから前記混練工程を終了させることができる。つまり、前記混練対象物の混練度合いを直接評価することができるため、作業者は混練対象物が混ざりきったことを正確かつ客観的に判断することができ、混練工程を最短時間で終了させることが可能となるのである。
【００４９】
［混練状態の評価システム１１０（第二実施形態）］
次に、本発明の第二実施形態に係る混練状態の評価システム１１０について、図４から図６を用いて説明をする。なお、以下の実施形態において説明する混練状態の評価システムにおいて、第一実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
図４に示す如く、混練状態の評価システム１１０は、光源ファイバー１１１〜１１８と、光検出ファイバー１２１・１２２と、光源４１並びに分光計４２で構成された光学装置４０と、評価装置５０と、を備える。
【００５１】
さらに、８本の光源ファイバー１１１〜１１８と、２本の光検出ファイバー１２１・１２２とが、図５に示す如く近接して束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブ１３１が構成されている。より詳細には、光検出ファイバー１２１・１２２を、間隔をμｍレベルの微小距離に近づけて隣接させ、その周囲を取り囲むようにして光源ファイバー１１１〜１１８を配設し、さらにその周囲を高分子化合物からなる保護層１３２で被覆しているのである。
【００５２】
上記の如く構成した混練状態の評価システム１１０において、第一実施形態と同様に、被検出体Ｍにおける混練状態の評価方法を行うのである。
即ち、照射工程及び光検出工程において、前記の如く８本の光源ファイバー１１１〜１１８と、間隔を微小距離に近づけて隣接させた光検出ファイバー１２１・１２２とを束ねて一体化することにより１本の光ファイバープローブ１３１を構成し、光ファイバープローブ１３１の基端部を光学装置４０に接続し、同じく先端部を前記被検出体Ｍの内部に挿入するのである。そして、光ファイバープローブ１３１の先端部を被検出体Ｍの内部に挿入した状態で、光源４１が照射部である光源ファイバー１１１〜１１８を介して照射光を照射するとともに、分光計４２が受光部である光検出ファイバー１２１・１２２を介して反射光又は散乱光を受光するのである。
【００５３】
そして、測定工程において、前記光源４１及び前記分光計４２で構成された光学装置４０で、前記光検出ファイバー１２１・１２２を介して受光した前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するのである。
さらに、評価工程において、第一実施形態と同様に光学装置４０にて測定された波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体Ｍの混練度合いを評価するのである。
【００５４】
本実施形態によれば前記のように構成することにより、第一実施形態における効果に加え、被検出体Ｍの混練度合いについて、より高精度の分解能を得ることが可能となる。
具体的には、光検出ファイバー１２１・１２２を、間隔をμｍレベルの微小距離に近づけて隣接させることにより、液体、固体表面の組成比や状態を表す波数スペクトルの分析を、μｍレベルの精度で行うことが可能となるのである。換言すれば、被検出体Ｍとして用いられる混合物の混合状態をμｍレベルで評価することができるのである。
【００５５】
本実施形態における前記光検出ファイバー１２１・１２２の先端部の断面形状について、図６（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は本実施形態に係る光ファイバープローブ１３１の先端部を示した断面図及び受光範囲である。
【００５６】
図６（ａ）は、光ファイバープローブ１３１ｘに配設される光検出ファイバー１２１ｘ・１２２ｘの先端部１２１ｙ・１２２ｙが平面形状である場合について示している。図６（ａ）に示す如く、光検出ファイバー１２１ｘ・１２２ｘは先端部１２１ｙ・１２２ｙが平面形状の場合、ファイバー側面から外側（光ファイバープローブ１３１ｘの外周側）約３０°の角度までの範囲を受光する。そのため、光検出ファイバー１２１ｘの受光範囲である図６（ａ）中の矢印αｘの範囲と、光検出ファイバー１２２ｘの受光範囲である図６（ａ）中の矢印βｘの範囲とが重なってしまい、即ち光検出ファイバー１２１ｘと光検出ファイバー１２２ｘとの検出領域が重なってしまうのである。
【００５７】
このため、本実施形態においては、前記光検出ファイバー１２１・１２２の先端部１２１ｅ・１２２ｅは凸面形状に形成される。具体的には図６（ｂ）に示すように、光ファイバープローブ１３１の先端部において、光検出ファイバー１２１・１２２の先端部１２１ｅ・１２２ｅが先端側にやや膨らんで形成されているのである。このように構成することにより、前記先端部１２１ｅ・１２２ｅにおいて反射光又は散乱光を屈折させることができる。即ち、光検出ファイバー１２１・１２２の受光範囲が広がらないようにすることが可能となり、図６（ｂ）中の矢印α及び矢印βに示す如く平行な範囲の反射光又は散乱光を受光することが可能となるのである。つまり、光検出ファイバー１２１と光検出ファイバー１２２との検出領域が重なることを防ぎ、光検出ファイバー１２１・１２２による検出精度を向上させることができるのである。
【００５８】
［混練状態の評価システム（第三実施形態）］
次に、本発明の第三実施形態に係る混練状態の評価システムについて、図７を用いて説明をする。
本実施形態に係る混練状態の評価システムにおいては、前記第二実施形態に記載の構成に加え、８本の光源ファイバー２１１〜２１８と、７本の光検出ファイバー２２１〜２２７とが、図７に示す如く束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブ２３１が構成されている。より詳細には、光検出ファイバー２２１〜２２７を、間隔を微小距離、例えばμｍレベルに近づけて隣接させ、その周囲を取り囲むようにして光源ファイバー２１１〜２１８を配設し、さらにその周囲を高分子化合物からなる保護層２３２で被覆しているのである。
【００５９】
上記の如く構成した混練状態の評価システムにおいて、第二実施形態と同様に、被検出体Ｍにおける混練状態の評価方法を行うのである。
本実施形態によれば前記のように構成することにより、第一・第二実施形態における効果に加え、より高度な分析結果を得ることが可能となる。
具体的には、光検出ファイバー２２１〜２２７を、光ファイバープローブ２３１の内部に７本配設することにより、多点での測定が可能となり、混練状態を表す波数スペクトルの分析を二次元的に行うことが可能となるのである。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 混練状態の評価システム
３１ａ 第一光ファイバープローブ
３１ｂ 第二光ファイバープローブ
４０ 光学装置
５０ 評価装置
Ｍ 被検出体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練状態の評価方法、及び、混練状態の評価システムに関し、より詳しくは、２種類以上の物質が混練されている状態における混練度合いを評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばリチウムイオン電池のような二次電池の生産においては、電極合材の材料として用いる活物質及び添加物（混練対象物）を混練する、いわゆる混練工程が行われている。その際、製品である二次電池の品質精度を確保するため、混練工程における前記混練対象物の混練度合い（混ざり具合）を見定めるとともに、前記混練対象物が混ざりきってから前記混練工程を終了させる必要がある。
しかし従来は、前記混練対象物の混練度合いを直接評価する手段がなかったため、作業者の感覚や経験則によって混練工程にかける時間を決定していた。即ち、前記混練対象物が本当に混ざりきったかを客観的に判断する方法がないため、混練工程を終了させるまでに必要以上に時間がかかっていたのである。
【０００３】
一方、上記のような物質の混合体の均質性を検知する技術として、前記混合体に対して２つのプローブを対向させて配置し、前記プローブの一方から他方へと光を透過させる、いわゆる透過法を用いた技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６８１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記透過法による技術は、前記二次電池の材料となる活物質やカーボン導電材料等、黒色の物質では光が透過しないため、前記混練工程に適用することは困難であった。また、前記プローブは光を照射する側と光を受光する側の２つを配設する必要があることから、特許文献１の如くプローブを混合槽の回転軸と同一軸上に配設する等、プローブを配設する位置の自由度に乏しく、混練対象物の任意の場所において混練度合いを検知することはできなかった。さらに、プローブの配設に制約があることから、複数の箇所において混練度合いを検知する構成にすることは難しく、混練度合いが不均質な領域である滞留部などの発生に対処することができなかった。
【０００６】
なお、混練対象物に対して、導電性の液を添加して電気伝導度を調べたり、着色剤を添加して均一性を確かめたりする方法については、混練対象物に対して他の物質を投入することによる与える影響が不明であり、二次電池の品質を確保する上で問題が大きかった。
【０００７】
そこで本発明では、上記現状に鑑み、二次電池の材料となるような黒色の物質であっても、混練対象物の品質に影響を与えることなく、混練度合いを任意の複数箇所で検知し、評価することで全体的な均質性の判断を正確かつ客観的にすることが可能となる、混練状態の評価方法、及び、混練状態の評価システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に照射部から照射光を照射する、照射工程と、前記照射工程における前記照射光の前記被検出体の内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した少なくとも２箇所の受光部で受光する、光検出工程と、前記光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、測定工程と、前記測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価工程と、を備えるものである。
【００１０】
請求項２においては、前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つであるものである。
【００１１】
請求項３においては、前記被検出体は、低透光性を有するものである。
【００１２】
請求項４においては、前記照射工程では、基端部を光源に接続した光源ファイバーの先端部を、前記被検出体の内部に前記照射部として挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射し、前記光検出工程では、基端部を分光計に接続した少なくとも２本の光検出ファイバーの先端部を前記被検出体の内部に前記受光部として挿入した状態で、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光し、前記測定工程では、前記光源及び前記分光計で構成された光学装置で、前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するものである。
【００１３】
請求項５においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００１４】
請求項６においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００１５】
請求項７においては、前記光検出ファイバーの先端部を凸面形状に形成したものである。
【００１６】
請求項８においては、前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物であるものである。
【００１７】
請求項９においては、基端部が光源に接続されるとともに先端部が２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に挿入され、前記光源が照射した照射光を前記先端部から前記被検出体の内部に照射する、光源ファイバーと、基端部が分光計に接続されるとともに先端部が前記被検出体の内部に前記光源ファイバーの先端部と近接して挿入され、前記被検出体の内部における前記照射光の反射光又は散乱光を前記先端部で受光し、前記分光計に入射させる、少なくとも２本の光検出ファイバーと、前記光源及び前記分光計で構成され、前記２本以上の光検出ファイバーで受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、光学装置と、前記光学装置で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価装置と、を備えるものである。
【００１８】
請求項１０においては、前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つであるものである。
【００１９】
請求項１１においては、前記被検出体は、低透光性を有するものである。
【００２０】
請求項１２においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００２１】
請求項１３においては、少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光するものである。
【００２２】
請求項１４においては、前記光検出ファイバーの先端部は凸面形状に形成されるものである。
【００２３】
請求項１５においては、前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物であるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２５】
本発明により、二次電池の材料となる黒色の物質であっても、混練対象物の品質に影響を与えることなく、混練度合いを任意の複数箇所で検知し、評価することで全体的な均質性の判断を正確かつ客観的にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る混練状態の評価システムの概要を示した概略図。
【図２】第一実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した拡大図。
【図３】第一実施形態で測定した波数スペクトルを示した線図。
【図４】本発明の第二実施形態に係る混練状態の評価システムの概要を示した概略図。
【図５】第二実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した拡大図。
【図６】第二実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した断面図。
【図７】第三実施形態に係る光ファイバープローブの先端部を示した拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００２８】
［混練状態の評価システム１０（第一実施形態）］
まず始めに、本発明の第一実施形態に係る混練状態の評価システム１０について、図１及び図２を用いて説明をする。
図１に示す如く、混練状態の評価システム１０は、主に、８本の第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａと、８本の第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂと、第一光検出ファイバー２１ａと、第二光検出ファイバー２１ｂと、光源４１及び分光計４２で構成された光学装置４０と、評価装置５０と、を備える。
【００２９】
さらに、８本の第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａと、第一光検出ファイバー２１ａとが、図２に示す如く近接して束ねられて一体化されることにより、１本の第一光ファイバープローブ３１ａが構成されている。より詳細には、第一光検出ファイバー２１ａの周囲を取り囲むようにして第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａを配設し、その周囲を高分子化合物からなる保護層３２で被覆しているのである。また、前記第一光ファイバープローブ３１ａと同様に第二光ファイバープローブ３１ｂについても、８本の第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂと、第二光検出ファイバー２１ｂとが束ねられて構成されている。
【００３０】
なお、本明細書に記載する光源ファイバー及び光検出ファイバーには、その照射・検出する光の種類に応じてプラスチック製又はガラス製のものが用いられるが、その材質は限定されるものではない。また、本明細書においては光検出ファイバーとして、第一光検出ファイバー２１ａと第二光検出ファイバー２１ｂの２本を用いる構成としているが、その数は３本以上とすることも可能である。換言すれば、光ファイバープローブを３本以上用いる構成にすることも可能である。
【００３１】
前記第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂは、それぞれ基端部が前記光学装置４０に接続される。詳細には、照射光を照射する光源４１に第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂが接続され、反射光又は散乱光を受光する分光計４２に第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂが接続されているのである。
【００３２】
そして、前記第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂのそれぞれの先端部が被検出体Ｍに挿入されているのである。該被検出体Ｍは混練槽６０の内部において２種類以上の物質が混練状態で貯溜される、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる活物質及び添加物の混合物である。つまり、前記被検出体Ｍは二次電池の材料となる活物質やカーボン導電材料等の黒色物質であって光の透過性が低く、即ち低透光性を有するのである。なお、前記被検出体Ｍの色は黒色に限られず、濃い褐色等の光の透過性が低い色であっても差し支えない。
これにより、第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂは前記光源４１が照射した照射光を、先端部から前記被検出体Ｍの内部に照射するように構成される。また、第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂは前記被検出体Ｍの内部における前記照射光の反射光又は散乱光を先端部で受光し、前記分光計４２に入射させるように構成されるのである。
なお、本明細書において、該被検出体Ｍは上記の如く活物質及び添加物の混合物であるものとして説明するが、本発明は２種類以上の物質が混練状態又は混合状態にあるものにおける混練度合い又は混合状態を評価する場合に全般的に適用することが可能であり、その対象は限定されるものではない。
【００３３】
前記照射光としては、例えばレーザー光、赤外光、又は、近赤外光等が用いられる。そして、前記反射光又は散乱光は、前記照射光がレーザー光の場合は主に前記被検出体の内部における前記レーザー光のラマン散乱による散乱光であり、前記照射光が赤外光又は近赤外光の場合は主に前記被検出体の内部における前記赤外光又は近赤外光の反射光又は全反射光であるものとする。全反射光を受光する場合は、前記被検出体の内部にしみ出したエバネッセント波を受光することになる。ただし、前記照射光及び反射光又は散乱光は上記のものに限られず、光ファイバーの中を透過する光であれば利用することが可能である。
【００３４】
前記光学装置４０は図１に示す如く、上記の如く前記光源４１及び前記分光計４２で構成されており、前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂで受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するように構成される。
また、前記評価装置５０は図１に示す如く、前記光学装置４０と電気的に接続され、光学装置４０にて測定された波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体Ｍの混練度合いを評価するように構成されている。具体的には、評価装置５０は入力機能、表示機能、記憶機能、通信機能、及び、各種演算機能等を備えた制御装置であり、ＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭやインターフェース等のマイクロコンピュータを主体として構成されているのである。
【００３５】
［混練状態の評価方法］
上記の如く構成した混練状態の評価システム１０で行われる、被検出体Ｍにおける混練状態の評価方法について説明する。
本発明に係る混練状態の評価方法においては、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる２種類以上の活物質及び添加物の混合物が混練状態にある被検出体Ｍの内部に、照射部である前記第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂから照射光を照射する、照射工程と、前記照射工程で照射した照射光の前記被検出体Ｍの内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した受光部である前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂで受光する、光検出工程と、前記光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、測定工程と、前記測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価工程と、を備える。
【００３６】
具体的には前記照射工程及び前記光検出工程において、前記の如く８本の第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａと第一光検出ファイバー２１ａとを束ねて一体化することにより１本の第一光ファイバープローブ３１ａを構成し、同様に８本の第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂと第二光検出ファイバー２１ｂとを束ねて一体化することにより１本の第二光ファイバープローブ３１ｂを構成し、第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂの基端部を前記光学装置４０に接続し、同じく先端部を前記被検出体Ｍの内部に挿入するのである。そして、第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂの先端部を被検出体Ｍの内部に挿入した状態で、前記光源４１が照射部である前記第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ及び第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計４２が受光部である前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂを介して前記反射光又は散乱光を受光するのである。
【００３７】
前記の如く、照射光としては、例えばレーザー光、赤外光、又は、近赤外光等を用いるものとする。そして、前記反射光又は散乱光としては、前記照射光がレーザー光の場合は前記被検出体の内部における前記レーザー光の散乱光を検出し、前記照射光が赤外光又は近赤外光の場合は前記被検出体の内部における前記赤外光又は近赤外光の反射光又は全反射光を検出するものとする。
【００３８】
そして、前記測定工程において、前記光源４１及び前記分光計４２で構成された光学装置４０で、前記第一光検出ファイバー２１ａ及び第二光検出ファイバー２１ｂを介して受光した前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するのである。
【００３９】
さらに、前記評価工程において、光学装置４０にて測定された波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体Ｍの混練度合いを評価するのである。
前記評価工程について、図３を用いて具体的に説明する。図３（ａ）は未混練状態の被検出体Ｍを測定した場合の波数スペクトルを示した線図、図３（ｂ）は混練状態の被検出体Ｍを測定した場合の波数スペクトルを示した線図である。
【００４０】
図３（ａ）、（ｂ）はともに横軸を反射光又は散乱光の波数、縦軸を吸光度（被検出体Ｍにおける所定の物質の濃度）としている。そして、第一光検出ファイバー２１ａで受光し、前記光学装置４０で測定した波数スペクトルを実線Ａで、第二光検出ファイバー２１ｂで受光し、前記光学装置４０で測定した波数スペクトルを鎖線Ｂで表している。
【００４１】
前記評価工程においては、前記光学装置４０で測定した波数スペクトルを比較し、各々の波数スペクトルに特有である吸収ピーク値の高さの相対的な割合で、混練度合いが評価される。
具体的には、図３（ａ）においては、実線Ａにおける中央部分のピーク値Ｐａと、同じく鎖線Ｂにおける中央部分のピーク値Ｐｂとを比較した場合、それぞれが大きく異なるため各々の相対的な割合は所定の範囲内にないと判断するのである。即ち、第一光検出ファイバー２１ａにおける濃度の状態と第二光検出ファイバー２１ｂにおける濃度の状態とが同一でないと判断し、被検出体Ｍは未混練状態にあると評価するのである。
一方、図３（ｂ）においては、実線Ａと鎖線Ｂは完全に一致している。即ち、それぞれの中央部分のピーク値Ｐａとピーク値Ｐｂとが同じ値になるため各々の相対的な割合が所定の範囲内にあると判断するのである。即ち、第一光検出ファイバー２１ａにおける濃度の状態と第二光検出ファイバー２１ｂにおける濃度の状態とが同一であると判断し、被検出体Ｍが全体的な混練状態に至ったと評価するのである。
【００４２】
上記の如く被検出体Ｍが混練状態にあると評価された場合、評価装置５０はその旨を表示機能により表示する。これにより作業者は被検出体Ｍが混ざりきったことを客観的に判断し、二次電池の混練工程を終了させるのである。
【００４３】
なお、本実施形態においては、各々の波数スペクトルに特有である吸収ピーク値の高さの割合で混練度合いを評価する構成としたが、前記評価の方法はこれに限定されるものではなく、例えば波数スペクトルにおける所定の波数の範囲における面積を比較することで評価することも可能である。
【００４４】
本実施形態によれば前記のように構成することにより、二次電池の材料となるような光の透過性が低い（低透光性を有する）黒色の物質であっても、混練対象物の品質に影響を与えることなく、混練度合いを任意の複数箇所で検知し、評価することが可能となる。
具体的には、散乱光、反射光、全反射光を利用した第一光ファイバープローブ３１ａ及び第二光ファイバープローブ３１ｂを用いることにより、二次電池の材料となる活物質やカーボン導電材料等、黒色の物質であっても測定することが可能となり、二次電池の生産における混練工程に適用することができるのである。特に、前記照射光に近赤外光を用いた場合は、黒色の物質における透過性が比較的高いため、上記の効果がより大きいのである。
【００４５】
また、第一光ファイバープローブ３１ａ（第二光ファイバープローブ３１ｂ）は、第一光源ファイバー１１ａ〜１８ａ（第二光源ファイバー１１ｂ〜１８ｂ）と第一光検出ファイバー２１ａ（第二光検出ファイバー２１ｂ）と近接し、束ねて一体化することにより構成される。つまり、光ファイバープローブにおける照射部である光源ファイバーと受光部である光検出ファイバーとを一体として構成することにより、例えば透過法のようにそれぞれのプローブを配設する際に対向させたり、光軸を合わせて設置したりする必要がないため、任意の箇所において混練度合いを検知することが可能となるのである。
【００４６】
さらに、上記の如く構成することにより、光ファイバープローブの配設位置及び配設数に制約をなくすことができるため、光ファイバープローブを混練対象物に挿入するだけで、任意の複数の箇所において混練度合いを検知することができる。即ち、いわゆるツインビーム光プローブ法を用いることが可能となるのであり、例えば混練対象物が滞留しやすい部分などにプローブを配設することで、混練度合いが不均質な領域があっても、全体が混練されたことを確認することが可能となるのである。一般的には、混練度合いを検知するための測定点数が多くなれば測定精度はよくなるが、測定点数の増加による費用対効果を考慮すると４箇所程度で混練度合いを検知することが望ましい。即ち、光ファイバープローブを４本用いる構成にし、該光ファイバープローブで検出した４つの波数スペクトルを前記の如く比較することで、少ないコストで混練度合いを検知することが可能となるのである。
【００４７】
なお、前記光ファイバープローブは必ずしも同一の混練対象物に同時に使用する必要はない。例えば、混ざりきった混練対象物における波数スペクトルを測定した後、評価対象である混練対象物における波数スペクトルを測定し、両者を比較することによって評価対象である混練対象物の混練度合いを評価する構成にすることも可能である。
さらに、混練対象物に対して他の物質を投入することがないため、二次電池の品質に影響を与えることがないのである。
【００４８】
このように、例えばリチウムイオン電池のような二次電池の生産における混練工程の際、作業者が混練対象物の混練度合いを見定めることができ、前記混練対象物が混ざりきってから前記混練工程を終了させることができる。つまり、前記混練対象物の混練度合いを直接評価することができるため、作業者は混練対象物が混ざりきったことを正確かつ客観的に判断することができ、混練工程を最短時間で終了させることが可能となるのである。
【００４９】
［混練状態の評価システム１１０（第二実施形態）］
次に、本発明の第二実施形態に係る混練状態の評価システム１１０について、図４から図６を用いて説明をする。なお、以下の実施形態において説明する混練状態の評価システムにおいて、第一実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
図４に示す如く、混練状態の評価システム１１０は、光源ファイバー１１１〜１１８と、光検出ファイバー１２１・１２２と、光源４１並びに分光計４２で構成された光学装置４０と、評価装置５０と、を備える。
【００５１】
さらに、８本の光源ファイバー１１１〜１１８と、２本の光検出ファイバー１２１・１２２とが、図５に示す如く近接して束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブ１３１が構成されている。より詳細には、光検出ファイバー１２１・１２２を、間隔をμｍレベルの微小距離に近づけて隣接させ、その周囲を取り囲むようにして光源ファイバー１１１〜１１８を配設し、さらにその周囲を高分子化合物からなる保護層１３２で被覆しているのである。
【００５２】
上記の如く構成した混練状態の評価システム１１０において、第一実施形態と同様に、被検出体Ｍにおける混練状態の評価方法を行うのである。
即ち、照射工程及び光検出工程において、前記の如く８本の光源ファイバー１１１〜１１８と、間隔を微小距離に近づけて隣接させた光検出ファイバー１２１・１２２とを束ねて一体化することにより１本の光ファイバープローブ１３１を構成し、光ファイバープローブ１３１の基端部を光学装置４０に接続し、同じく先端部を前記被検出体Ｍの内部に挿入するのである。そして、光ファイバープローブ１３１の先端部を被検出体Ｍの内部に挿入した状態で、光源４１が照射部である光源ファイバー１１１〜１１８を介して照射光を照射するとともに、分光計４２が受光部である光検出ファイバー１２１・１２２を介して反射光又は散乱光を受光するのである。
【００５３】
そして、測定工程において、前記光源４１及び前記分光計４２で構成された光学装置４０で、前記光検出ファイバー１２１・１２２を介して受光した前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定するのである。
さらに、評価工程において、第一実施形態と同様に光学装置４０にて測定された波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体Ｍの混練度合いを評価するのである。
【００５４】
本実施形態によれば前記のように構成することにより、第一実施形態における効果に加え、被検出体Ｍの混練度合いについて、より高精度の分解能を得ることが可能となる。
具体的には、光検出ファイバー１２１・１２２を、間隔をμｍレベルの微小距離に近づけて隣接させることにより、液体、固体表面の組成比や状態を表す波数スペクトルの分析を、μｍレベルの精度で行うことが可能となるのである。換言すれば、被検出体Ｍとして用いられる混合物の混合状態をμｍレベルで評価することができるのである。
【００５５】
本実施形態における前記光検出ファイバー１２１・１２２の先端部の断面形状について、図６（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は本実施形態に係る光ファイバープローブ１３１の先端部を示した断面図及び受光範囲である。
【００５６】
図６（ａ）は、光ファイバープローブ１３１ｘに配設される光検出ファイバー１２１ｘ・１２２ｘの先端部１２１ｙ・１２２ｙが平面形状である場合について示している。図６（ａ）に示す如く、光検出ファイバー１２１ｘ・１２２ｘは先端部１２１ｙ・１２２ｙが平面形状の場合、ファイバー側面から外側（光ファイバープローブ１３１ｘの外周側）約３０°の角度までの範囲を受光する。そのため、光検出ファイバー１２１ｘの受光範囲である図６（ａ）中の矢印αｘの範囲と、光検出ファイバー１２２ｘの受光範囲である図６（ａ）中の矢印βｘの範囲とが重なってしまい、即ち光検出ファイバー１２１ｘと光検出ファイバー１２２ｘとの検出領域が重なってしまうのである。
【００５７】
このため、本実施形態においては、前記光検出ファイバー１２１・１２２の先端部１２１ｅ・１２２ｅは凸面形状に形成される。具体的には図６（ｂ）に示すように、光ファイバープローブ１３１の先端部において、光検出ファイバー１２１・１２２の先端部１２１ｅ・１２２ｅが先端側にやや膨らんで形成されているのである。このように構成することにより、前記先端部１２１ｅ・１２２ｅにおいて反射光又は散乱光を屈折させることができる。即ち、光検出ファイバー１２１・１２２の受光範囲が広がらないようにすることが可能となり、図６（ｂ）中の矢印α及び矢印βに示す如く平行な範囲の反射光又は散乱光を受光することが可能となるのである。つまり、光検出ファイバー１２１と光検出ファイバー１２２との検出領域が重なることを防ぎ、光検出ファイバー１２１・１２２による検出精度を向上させることができるのである。
【００５８】
［混練状態の評価システム（第三実施形態）］
次に、本発明の第三実施形態に係る混練状態の評価システムについて、図７を用いて説明をする。
本実施形態に係る混練状態の評価システムにおいては、前記第二実施形態に記載の構成に加え、８本の光源ファイバー２１１〜２１８と、７本の光検出ファイバー２２１〜２２７とが、図７に示す如く束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブ２３１が構成されている。より詳細には、光検出ファイバー２２１〜２２７を、間隔を微小距離、例えばμｍレベルに近づけて隣接させ、その周囲を取り囲むようにして光源ファイバー２１１〜２１８を配設し、さらにその周囲を高分子化合物からなる保護層２３２で被覆しているのである。
【００５９】
上記の如く構成した混練状態の評価システムにおいて、第二実施形態と同様に、被検出体Ｍにおける混練状態の評価方法を行うのである。
本実施形態によれば前記のように構成することにより、第一・第二実施形態における効果に加え、より高度な分析結果を得ることが可能となる。
具体的には、光検出ファイバー２２１〜２２７を、光ファイバープローブ２３１の内部に７本配設することにより、多点での測定が可能となり、混練状態を表す波数スペクトルの分析を二次元的に行うことが可能となるのである。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 混練状態の評価システム
３１ａ 第一光ファイバープローブ
３１ｂ 第二光ファイバープローブ
４０ 光学装置
５０ 評価装置
Ｍ 被検出体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に照射部から照射光を照射する、照射工程と、
前記照射工程における前記照射光の前記被検出体の内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した少なくとも２箇所の受光部で受光する、光検出工程と、
前記光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、測定工程と、
前記測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価工程と、を備える、
ことを特徴とする、混練状態の評価方法。
【請求項２】
前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つである、
ことを特徴とする、請求項１に記載の混練状態の評価方法。
【請求項３】
前記被検出体は、低透光性を有する、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の混練状態の評価方法。
【請求項４】
前記照射工程では、基端部を光源に接続した光源ファイバーの先端部を、前記被検出体の内部に前記照射部として挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射し、
前記光検出工程では、基端部を分光計に接続した少なくとも２本の光検出ファイバーの先端部を前記被検出体の内部に前記受光部として挿入した状態で、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光し、
前記測定工程では、前記光源及び前記分光計で構成された光学装置で、前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の混練状態の評価方法。
【請求項５】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、
前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項４に記載の混練状態の評価方法。
【請求項６】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、
前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項４に記載の混練状態の評価方法。
【請求項７】
前記光検出ファイバーの先端部を凸面形状に形成した、
ことを特徴とする、請求項６に記載の混練状態の評価方法。
【請求項８】
前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物である、
ことを特徴とする、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の混練状態の評価方法。
【請求項９】
基端部が光源に接続されるとともに先端部が２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に挿入され、前記光源が照射した照射光を前記先端部から前記被検出体の内部に照射する、光源ファイバーと、
基端部が分光計に接続されるとともに先端部が前記被検出体の内部に前記光源ファイバーの先端部と近接して挿入され、前記被検出体の内部における前記照射光の反射光又は散乱光を前記先端部で受光し、前記分光計に入射させる、少なくとも２本の光検出ファイバーと、
前記光源及び前記分光計で構成され、前記２本以上の光検出ファイバーで受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、光学装置と、
前記光学装置で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価装置と、を備える、
ことを特徴とする、混練状態の評価システム。
【請求項１０】
前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つである、
ことを特徴とする、請求項９に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１１】
前記被検出体は、低透光性を有する、
ことを特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１２】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、
基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項９から請求項１１の何れか１項に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１３】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、
基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項９から請求項１１の何れか１項に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１４】
前記光検出ファイバーの先端部は凸面形状に形成される、
ことを特徴とする、請求項１３に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１５】
前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物である、
ことを特徴とする、請求項１０から請求項１４の何れか１項に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１】
２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に照射部から照射光を照射する、照射工程と、
前記照射工程における前記照射光の前記被検出体の内部における反射光又は散乱光を、前記照射部と近接した少なくとも２箇所の受光部で受光する、光検出工程と、
前記光検出工程で受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、測定工程と、
前記測定工程で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価工程と、を備える、
ことを特徴とする、混練状態の評価方法。
【請求項２】
前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つである、
ことを特徴とする、請求項１に記載の混練状態の評価方法。
【請求項３】
前記被検出体は、低透光性を有する、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の混練状態の評価方法。
【請求項４】
前記照射工程では、基端部を光源に接続した光源ファイバーの先端部を、前記被検出体の内部に前記照射部として挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射し、
前記光検出工程では、基端部を分光計に接続した少なくとも２本の光検出ファイバーの先端部を前記被検出体の内部に前記受光部として挿入した状態で、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光し、
前記測定工程では、前記光源及び前記分光計で構成された光学装置で、前記反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の混練状態の評価方法。
【請求項５】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、
前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項４に記載の混練状態の評価方法。
【請求項６】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、を束ねて一体化することにより、１本の光ファイバープローブを構成し、
前記照射工程及び前記光検出工程において、基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部を前記被検出体に挿入した状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項４に記載の混練状態の評価方法。
【請求項７】
前記光検出ファイバーの先端部を凸面形状に形成した、
ことを特徴とする、請求項６に記載の混練状態の評価方法。
【請求項８】
前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物である、
ことを特徴とする、請求項１から請求項７の何れか１項に記載の混練状態の評価方法。
【請求項９】
基端部が光源に接続されるとともに先端部が２種類以上の物質が混練状態にある被検出体の内部に挿入され、前記光源が照射した照射光を前記先端部から前記被検出体の内部に照射する、光源ファイバーと、
基端部が分光計に接続されるとともに先端部が前記被検出体の内部に前記光源ファイバーの先端部と近接して挿入され、前記被検出体の内部における前記照射光の反射光又は散乱光を前記先端部で受光し、前記分光計に入射させる、少なくとも２本の光検出ファイバーと、
前記光源及び前記分光計で構成され、前記２本以上の光検出ファイバーで受光した反射光又は散乱光ごとに波数スペクトルを測定する、光学装置と、
前記光学装置で測定した波数スペクトルの波形を比較することにより、前記被検出体の混練度合いを評価する、評価装置と、を備える、
ことを特徴とする、混練状態の評価システム。
【請求項１０】
前記照射光は、レーザー光、赤外光、又は、近赤外光のうち何れか一つである、
ことを特徴とする、請求項９に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１１】
前記被検出体は、低透光性を有する、
ことを特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１２】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、１本の前記光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、
基端部が前記光学装置に接続された、少なくとも２本の前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項９から請求項１１の何れか１項に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１３】
少なくとも１本の前記光源ファイバーと、間隔を微小距離にして隣接させた前記２本以上の光検出ファイバーと、が束ねられて一体化されることにより、１本の光ファイバープローブが構成され、
基端部が前記光学装置に接続された、前記光ファイバープローブの先端部が前記被検出体に挿入された状態で、前記光源が前記光源ファイバーを介して前記照射光を照射するとともに、前記分光計が前記２本以上の光検出ファイバーを介して前記反射光又は散乱光を受光する、
ことを特徴とする、請求項９から請求項１１の何れか１項に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１４】
前記光検出ファイバーの先端部は凸面形状に形成される、
ことを特徴とする、請求項１３に記載の混練状態の評価システム。
【請求項１５】
前記被検出体は、二次電池の混練工程で製造する電極合材の材料として用いる、活物質及び添加物の混合物である、
ことを特徴とする、請求項１０から請求項１４の何れか１項に記載の混練状態の評価システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２６１８６８（Ｐ２０１０−２６１８６８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１３９６８（Ｐ２００９−１１３９６８）
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]