JP5640665B2 - 固体電解質ガラスの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体電解質ガラスの製造装置に関する。

リチウムイオン二次電池は、他の二次電池よりも高電圧、軽量で、エネルギー密度が高いという特長を有している。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として携帯電話等の情報機器に使用されており、近年、電気自動車やハイブリッド自動車用等、大型の動力用としての需要も高まっている。

リチウムイオン二次電池には、正極層及び負極層と、これらの間に配置される電解質層とが備えられ、電解質層に用いられる電解質としては、例えば非水系の液体や固体が知られている。電解質に液体（以下において、「電解液」という。）が用いられる場合には、電解液が正極層や負極層の内部へと浸透しやすい。そのため、正極層や負極層に含有されている活物質と電解液との界面が形成されやすく、性能を向上させやすい。ところが、広く用いられている電解液は可燃性であるため、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。一方、無機系の固体の電解質（以下において、「固体電解質」という。）は不燃性であるため、上記システムを簡素化できる。それゆえ、不燃性である固体電解質を含有する層が備えられる形態のリチウムイオン二次電池（以下において、「固体電池」という。）が提案されている。

固体電池に使用される固体電解質は、結晶と非晶体（ガラス）とに大別することができ、組成によって、結晶の方が優れたイオン伝導性能を発現する固体電解質と、ガラスの方が優れたイオン伝導性能を発現する固体電解質と、が存在する。このような固体電解質に関する技術として、例えば特許文献１には、ａ’Ｌｉ_３ＰＯ_４・ｂ’Ｌｉ_２Ｓ・ｃ’Ｘ（但し、ａ’＋ｂ’＋ｃ’が１であって、ＸがＳｉＳ_２、ＧｅＳ_２、Ｐ_２Ｓ_５、Ｂ_２Ｓ_３の群より選択される一種以上の硫化物）で表される非晶質化合物を合成した後、該非晶質化合物に複数種のハロゲン化リチウムＺを混合し、該混合物を加熱溶融し、その後急冷することにより合成する非晶質リチウムイオン伝導性固体電解質の合成法が開示されている。また、特許文献２には、酸化物セラミックスから粉末混合物を製造する際に、ウォームコンベアーを用いて、焼成を行う回転炉へ粒状体を供給する技術が開示されている。また、特許文献３には、溶融炉で溶融した溶融ガラスを成形装置で成形する前に、溶融ガラス内に発生した気泡を除去する減圧脱泡装置の周囲に断熱材を配設する技術が開示されている。また、特許文献４には、ヘリウムを効率良く溶融ガラスに含有させるガラス溶融方法及びガラスの溶融装置が開示されている。また、特許文献５には、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスを製造するにあたり、出発原料として、硫化リチウムと、五硫化リン、単体リン及び単体イオウから選ばれる一種以上を含む原料を用い、該原料に、ガラス修飾剤として、硫化リチウム１００質量部に対して０．９質量部以上の水酸化リチウムを添加し、該原料をメカニカルミリングによりガラス化させることを特徴とする、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスの製造方法が開示されている。また、特許文献６には、コールドトップ炉で溶融されたＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、及び、ＳｉＯ_２を主成分とする高強度ガラス組成のカレットを再溶融するに当り、再溶融雰囲気を不活性ガス及び／又は炭酸ガス雰囲気とする、ガラスのリボイル抑制方法が開示されている。

特開平５−３０６１１７号公報 特開平７−１８７８０８号公報 特開２００３−１６０３４０号公報 特開２０１０−５２９７１号公報 特開２００４−３４８９７３号公報 特開平６−３２９４２２号公報

特許文献１に開示されている技術によれば、固体電池に用いられる固体電解質ガラスを製造することが可能になる。しかしながら、特許文献１に開示されている技術には、一種以上の原料が揮発することによって、製造された固体電解質ガラスの組成が狙った組成からずれやすく、狙った組成からずれた固体電解質ガラスはイオン伝導性能が低下しやすいという問題があった。また、特許文献５で用いられているメカニカルミリング法は生産性が低く、大幅なコスト上昇を招くため、固体電解質ガラスを量産する方法としては適していなかった。さらに、特許文献６に記載のコールドトップ炉を利用しても、融解部に接しているガラスペレット同士間でも間隙が発生しやすいため、原材料の揮発を抑制することが困難である。これらの問題は、特許文献１乃至特許文献６に開示されている技術を単に組み合わせたとしても、解決することが困難であった。

そこで本発明は、組成ずれを抑制すること及び生産性を向上させることが可能な、固体電解質ガラスの製造装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、固体の原料を供給する原料供給部と、原料供給部から供給された原料を圧縮する圧縮部と、圧縮部で圧縮された原料を加熱して溶融体にする、圧縮部に接続された溶融部と、溶融体を冷却し凝固させて固体電解質ガラスにする、溶融部に接続された冷却部と、固体電解質ガラスが押し出される出口部と、を有し、溶融部は、圧縮部との接続箇所及び冷却部との接続箇所を繋ぐ壁が、流体を通過させない緻密な物質によって構成されており、溶融体は、圧縮部で圧縮された原料、冷却部に存在する溶融体及び固体電解質ガラス、並びに、溶融部の壁によって、溶融部の外側の空間から隔離され、冷却部の壁に、冷媒を流通させる冷媒流路が設けられていることを特徴とする、固体電解質ガラスの製造装置である。

ここに、「固体の原料」とは、固体電解質ガラスの原料をいう。また、「溶融体」とは、圧縮部で圧縮された固体の原料を加熱して融解させた物質をいう。また、「流体を通過させない緻密な物質」とは、例えば孔を有しない金属やセラミックス等をいう。また、「溶融体は、圧縮部で圧縮された原料、冷却部に存在する溶融体及び固体電解質ガラス、並びに、溶融部の壁によって、溶融部の外側の空間から隔離される」とは、換言すれば、溶融部に存在する物質が溶融部の外側へ揮発しない（漏れ出さない）ように、緻密な物質で構成された壁に囲まれた溶融部の、圧縮部との接続部位は、圧縮された固体の原料によって塞がれ、且つ、溶融部の、冷却部との接続部位は、冷却されて固体電解質ガラスになる物質によって塞がれていることをいう。

また、上記本発明において、溶融部と冷却部との間に、断熱材が配設されていることが好ましい。

本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、溶融部に存在する物質が、圧縮部に存在する圧縮された固体の原料、溶融部の壁、並びに、冷却部に存在する溶融体及び固体電解質ガラスによって外気から遮断されている。溶融部に存在する物質を外気から遮断することにより、溶融部の外側へと漏れ出す揮発した原料の量を低減することが可能になるので、組成ずれを抑制することが可能になる。また、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、圧縮部と溶融部と冷却部とがこの順に配置されている。そのため、圧縮部へと導かれた固体の原料に、圧縮部から溶融部へと向かう方向へ力を付与することにより、圧縮された原料を溶融部へと導くこと、溶融部の溶融体を冷却部へと導くこと、及び、冷却部で作製された固体電解質ガラスを出口部から押し出すことが可能になる。すなわち、本発明の固体電解質ガラスの製造装置によれば、固体電解質ガラスを連続的に製造することが可能になるので、生産性を向上させることが可能になり、その結果、大量生産をすることも可能になる。したがって、本発明によれば、組成ずれを抑制すること及び生産性を向上させることが可能な、固体電解質ガラスの製造装置を提供することができる。

また、本発明において、溶融部と冷却部との間に断熱材を配設することにより、溶融部と冷却部との間の熱の移動（拡散）を低減することが可能になる。熱の拡散を低減することにより、溶融部における加熱効率及び冷却部における冷却効率を高めることが容易になり、冷却部において溶融体を急冷することが容易になる。加熱効率及び冷却効率を高めることにより、設備コストを低減することが容易になり、溶融体を急冷することにより、結晶化を抑制することが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、上記効果に加えて、設備コストを低減すること、及び、固体電解質ガラスの品質を高めることが容易になる。

本発明の固体電解質ガラスの製造装置１０を説明する断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の固体電解質ガラスの製造装置１０（以下において、単に「製造装置１０」ということがある。）を説明する断面図である。図１の紙面上下方向が垂直方向であり、図１の紙面左右方向が水平方向である。図１に示すように、製造装置１０は、固体電解質ガラスの固体の原料１（以下において、「粉体１」ということがある。）を圧縮部３へと導く原料供給部２と、原料供給部２から供給された粉体１を圧縮する圧縮部３と、圧縮部３で圧縮された粉体１を加熱して溶融体４にする溶融部５と、溶融体４を急冷して固体電解質ガラス６を製造する冷却部７と、製造された固体電解質ガラス６が押し出される出口部８と、を有している。圧縮部３の壁３ａ、溶融部５の壁５ａ、及び、冷却部７の壁７ａは高クロム鋼によって構成されており、溶融部５と冷却部７との間には断熱材９が配設されている。製造装置１０は、一体に形成された圧縮部３及び溶融部５を有する部位Ｘ、断熱材９、並びに、冷却部７及び出口部８を有する部位Ｙを、固定部材（ボルト１１、１１、及び、ナット１２、１２、１２、１２）を用いて、密着させて固定する過程を経て作製されている。圧縮部３及び溶融部５には、高クロム鋼製のスクリュー１３が配設されており、不図示の駆動装置によって駆動されるスクリュー１３によって、原料供給部２から圧縮部３へと供給された粉体１が溶融部５へと連続的に導かれ、粉体１は、溶融部５へと近づくにつれて強く圧縮される。こうして粉体１が溶融部５に達すると、加熱手段１４によって例えば８００℃以上の温度へと加熱されることにより、粉体１は溶融部５において融解する。製造装置１０では、スクリュー１３によって圧縮された粉体１が圧縮部３から溶融部５へと連続的に送られるので、スクリュー１３を用いて付与される、圧縮部３から溶融部５に向かう力によって、溶融部５の溶融体４は冷却部７へと連続的に導かれる。図１に示すように、冷却部７の壁７ａには、冷媒流路７ｂが設けられており、例えば、不図示の冷媒供給手段を用いて冷媒流路７ｂへと供給された冷却オイルを用いて、１０秒以下で８００℃から１００℃へと冷却される冷却速度で、溶融体４が急冷されることにより、固体電解質ガラス６が製造される。こうして製造された固体電解質ガラス６は、出口部８から連続的に押し出される。

製造装置１０では、圧縮部３の内表面とスクリュー１３の表面との間で圧縮された粉体１は粉体同士間の間隙が減少する。これによって、溶融部５に存在する溶融体４の、圧縮部３側の表面を塞ぐことができ、冷却部７に存在する溶融体４及び固体電解質ガラス６によって、溶融部５に存在する溶融体４の、冷却部７側の表面を塞ぐことができる。そして、溶融部５の壁５ａは高クロム鋼によって構成されているので、外気や溶融体４は壁５ａを通過できない。すなわち、製造装置１０では、溶融部５に存在する溶融体４が、圧縮部３で圧縮された粉体１、冷却部７に存在する溶融体４及び固体電解質ガラス６、並びに、壁５ａによって、溶融部５の外側の空間から隔離されている。溶融体４を溶融部５の外側の空間から隔離することにより、溶融部５に存在する気化した原料が、溶融部５の外側に漏れ出す事態を抑制することができるので、固体電解質ガラス６の組成ずれを抑制することができる。

また、製造装置１０では、圧縮部３から連続的に供給された粉体１を溶融部５で融解させた後、溶融部５の溶融体４を連続的に冷却部７へと導いて急冷することにより、固体電解質ガラス６を連続的に製造することができる。ここで、これまでに提案されている固体電解質ガラスの製造方法としては、メカニカルミリング法や、石英管等のガラス中で原料を融解させた後に急冷して固体電解質ガラスを製造する真空封入法のほか、ＰＶＤ法（物理気相成長法）等が知られている。しかしながら、これらの中で最も生産性が高いメカニカルミリング法でも、１日で数十ｇ以上の固体電解質ガラスを製造することは困難であった。これに対し、連続的に固体電解質ガラス６を製造可能な製造装置１０によれば、例えば、１分間に１００ｇ、又はそれ以上の量の固体電解質ガラス６を製造することが可能になる。すなわち、製造装置１０によれば、固体電解質ガラス６の生産性を飛躍的に高めることが可能になる。

以上より、本発明によれば、組成ずれを抑制すること及び生産性を向上させることが可能な、固体電解質ガラスの製造装置１０を提供することができる。

さらに、製造装置１０では、圧縮部３で粉体１を連続的に圧縮して、圧縮された粉体１を連続的に溶融部５へと導くことができる。圧縮部３から溶融部５に向かう方向へ、粉体１を連続的に圧縮することにより、隣接する粉体１の間に存在していた外気を溶融部５から離れる方向へと移動させることが可能なので、溶融体４に触れる外気の量を低減することが可能になる。溶融体４に触れる外気の量を低減することにより、イオン伝導抵抗が低い固体電解質ガラス６を製造することが可能になるので、製造装置１０によれば、優れたイオン伝導性能を有する固体電解質ガラス６を製造することができる。

加えて、製造装置１０では、溶融部５と冷却部７との間に断熱材９が配設されているので、溶融部５と冷却部７との間の熱の移動が抑制される。溶融部５と冷却部７との間の熱の移動を抑制することにより、加熱手段１４を大型化しなくても溶融部５の加熱効率を高めることが容易になり、冷媒流路７ｂを流通させる冷却オイルを供給する冷媒供給手段（不図示）を大型化しなくても冷却部７で溶融体４を冷却する速度を高めることが容易になる。すなわち、断熱材９を配設することにより、設備コストを低減することが容易になる。また、溶融体４を冷却する速度を高めることにより、結晶化を抑制してガラスを製造しやすくなる。したがって、製造装置１０によれば、設備コストを低減すること、及び、ガラスの品質を高めることが容易になる。

製造装置１０において、原料供給部２へと供給される原料１は、結晶の状態よりもガラスの状態の方が優れたイオン伝導性能を発現する固体電解質（固体電解質ガラス）を作製する際に用いられる固体原料を、適宜用いることができる。ただし、製造装置１０では、圧縮された固体原料で溶融体４の一方の側を塞ぐことにより、揮発した原料が溶融部５の外へと流出する事態を抑制し、これによって組成ずれを抑制している。それゆえ、組成ずれを抑制し得る形態にする観点から、固体原料の大きさ（固体原料の形状が球状でない場合には最も長い方向の大きさ）は、例えば５ｍｍ以下とする必要がある。そのような固体原料の形状としては、粉状やペレット状等を例示することができる。

また、製造装置１０によって製造される、結晶の状態よりもガラスの状態の方が優れたイオン伝導性能を発現する固体電解質（固体電解質ガラス）としては、ａＬｉ_２Ｓ−ｂＸ（Ｘ＝Ｐ_２Ｓ_５、ＳｉＳ_２、ＧｅＳ_２、Ｂ_２Ｓ_３、ａ＋ｂ＝１。例えば、Ｘ＝Ｐ_２Ｓ_５、ａ＝０．７５、ｂ＝０．２５とすると、Ｌｉ_３ＰＳ_４。）等の硫化物系固体電解質ガラスのほか、ＬｉＰＯＮ等、硫化物系以外のＬｉ^＋イオン伝導体や、ＡｇＩ等のＡｇ^＋イオン伝導体等を例示することができる。

また、製造装置１０において、原料供給部２は、原料１を圧縮部３へと供給可能なように構成されていれば、その形態は特に限定されるものではない。ただし、一定以上の量の原料１を原料供給部２に存在させると、原料供給部２側に凸（圧縮部３側に凹）状に原料１が堆積して、原料１が圧縮部３側に移動し難くなる場合がある。それゆえ、原料がこのように堆積した場合であっても、原料を圧縮部側へ移動させやすくする観点から、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、レーザー等を用いて原料供給部に存在している原料の量を把握し、原料供給部の原料が圧縮部側へ移動していないと判断された場合には、原料供給部を振動させることにより原料供給部に存在している原料を圧縮部側へと移動させる機能を、具備することが好ましい。

また、圧縮部３は、原料供給部２から供給された原料１を圧縮し、且つ、溶融部５で揮発した原料の流出を抑制するために、圧縮した原料１によって溶融部５に存在する溶融体４の一方の側を塞ぐように構成されていれば、その形態は特に限定されるものではない。ただし、溶融部５で揮発した原料の流出を抑制しやすい形態にする等の観点からは、圧縮部３の長さ（図１の紙面左右方向（以下において、「軸方向」ということがある。）の長さ。以下において同じ。）を長くすることが好ましい。圧縮部３の長さを長くすることにより、圧縮部３に存在する、圧縮された原料１の長さ（軸方向の長さ）を長くすることが容易になり、その結果、揮発した原料の流出を抑制することが容易になるためである。なお、圧縮部３の具体的な軸方向の長さ、内径、及び、断面形状（軸方向を法線方向とする断面の形状）は、許容される組成ずれの程度、要求される固体電解質ガラスの生産性、及び、許容される製造装置の大きさ等を勘案して決定することができる。圧縮部３の壁３ａは、原料１と反応し難く、且つ、流体を通過させない緻密な物質によって構成されていれば良い。そのような物質としては、上述した高クロム鋼等の金属や、流体を通過させない緻密な構造となるように作製された公知のセラミックスのほか、セラミックス溶射によって金属の内表面（原料と接触する面）に薄いセラミックス層を形成したもの等を例示することができる。

また、溶融部５は、圧縮部３から供給された、圧縮された原料１を、融解して溶融体４にする部位であり、溶融部５の壁５ａは、耐熱性を有し、少なくとも原料１及び溶融体４と反応し難く、且つ、流体を通過させない緻密な物質によって構成されていれば良い。そのような物質としては、上述した高クロム鋼等の金属や、流体を通過させない緻密な構造となるように作製された公知のセラミックスのほか、セラミックス溶射によって金属の内表面（原料と接触する面）に薄いセラミックス層を形成したもの等を例示することができる。

また、冷却部７は、溶融部５から供給された溶融体４を急冷して固体電解質ガラス６を製造する部位である。冷却部７の壁７ａは、耐熱性を有し、少なくとも溶融体４及び固体電解質ガラス６と反応し難く、且つ、流体を通過させない緻密な物質によって構成されていればよく、良好な熱伝導性を有する物質によって構成されていることが好ましい。壁７ａを構成する好ましい物質としては、上述した高クロム鋼等の金属や、セラミックス溶射によって金属の内表面（原料と接触する面）に薄いセラミックス層を形成したもの等を例示することができる。また、冷却部７の形状は特に限定されるものではないが、溶融体４を急冷しやすい形態にする等の観点からは、冷却部７の内径を小さくすることが好ましい。

また、冷却部７の冷媒流路７ｂは、溶融体４を冷却するために用いられる冷媒が流通する流路である。本発明において、冷却部７に冷媒流路７ｂが設けられている場合、冷媒流路７ｂの形態は特に限定されない。本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、冷却部の外側から冷却する形態とすることにより、冷却部に冷媒流路が設けられない形態とすることも可能である。ただし、溶融体を急冷しやすい形態にする等の観点からは、冷却部の壁に冷媒流路として機能する部位が備えられている形態とすることが好ましい。製造装置１０において、冷媒流路７ｂを流通させる冷媒は特に限定されるものではなく、上述した冷却オイルのほか、水等の公知の冷媒を適宜用いることができる。ただし、溶融体４を冷却するために用いられる冷媒は、溶融体４との間で熱交換をすることにより加温される。例えば水のように、沸点が低い冷媒を用いると、溶融体４との間で熱交換をすることにより蒸発しやすく、冷媒流路７ｂ内に気泡が生じやすい。気泡が生じると冷却効率が低下しやすいので、冷却効率の低下を抑制しやすい形態にする等の観点からは、沸点が高い冷媒を用いることが好ましく、加圧した冷媒を冷媒流路７ｂに流通させることが好ましい。

また、出口部８は、冷却部７で製造された固体電解質ガラス６が押し出される部位であり、固体電解質ガラス６が製造装置１０の外へと押し出されるように構成されていれば、その形態は特に限定されるものではない。

また、断熱材９は、溶融部５と冷却部７との間の熱の移動を抑制するために配設されている物質である。断熱材９は溶融体４と接触している。断熱材９は熱伝導性が低く、且つ、流体を通過させない緻密な物質によって構成されていれば良い。そのような物質としては、流体を通過させない緻密な構造となるように作製された公知のセラミックス（例えば、アルミナやジルコニア）等を例示することができる。

また、スクリュー１３は、原料供給部２から供給された原料１を連続的に圧縮して、溶融部５の一方の側を塞ぐ機能を有する圧縮された原料１を溶融部５へと連続的に供給するために設けられている。製造装置１０では、スクリュー１３を用いて、溶融体４へ、圧縮部３から溶融部５へと向かう方向へ力が付与されるため、溶融体４は、連続的に冷却部７へと導かれる。このように、スクリュー１３を用いる製造装置１０によれば、固体電解質ガラス６を連続的に製造することが容易になる。スクリュー１３の形状は特に限定されるものではなく、例えば、樹脂成型用押出装置等に用いられるスクリューと同様の形状とすることができる。また、スクリュー１３の構成材料は、耐熱性を有し、且つ、少なくとも原料１及び溶融体４と反応し難い物質によって構成されていれば良い。そのような物質としては、上述した高クロム鋼等の金属や、公知のセラミックスのほか、セラミックス溶射によって金属の表面（原料と接触する面）に薄いセラミックス層を形成したもの等を例示することができる。なお、スクリュー１３によって原料に付与される圧力は、組成ずれを抑制できる程度に原料を圧縮することができ、且つ、冷却部７で製造された固体電解質ガラスを出口部８から押し出すことが可能な大きさであれば、特に限定されるものではない。そのような圧力の大きさとしては、例えば、０．５ＭＰａ以上２ＭＰａ以下を例示することができる。

また、加熱手段１４は、原料１を融解させて溶融体４にすることが可能な程度（例えば、Ｌｉ_３ＰＳ_４を製造する場合には８００℃程度）に加熱し得る手段であれば、その形態は特に限定されるものではなく、公知の加熱手段を適宜用いることができる。

製造装置１０に関する上記説明では、溶融体４が導かれて固体電解質ガラス６が製造される部位の形状が円柱状である形態を例示したが、当該部位の形状は円柱状に限定されるものではない。例えば、薄いシート状の固体電解質ガラスを製造したい場合には、製造したい固体電解質ガラスの形状に合わせて、溶融体が導かれて固体電解質ガラスが製造される部位の形状を決定すれば良い。

また、製造装置１０に関する上記説明では、軸方向が水平方向になるように配置された圧縮部３、溶融部５、及び、冷却部７が備えられる形態を例示したが、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は当該形態に限定されるものではない。本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、圧縮部の軸方向、溶融部の軸方向、及び、冷却部の軸方向が平行でなくてもよく、圧縮部の軸方向、溶融部の軸方向、及び、冷却部の軸方向が、すべて、水平面に対して０°よりも大きい角度をなすように、圧縮部、溶融部、及び、冷却部が配置された形態とすることも可能である。例えば、圧縮部の軸方向、溶融部の軸方向、及び、冷却部の軸方向が、すべて垂直方向となるように、圧縮部、溶融部、及び、冷却部が配置された形態であっても、圧縮された原料によって溶融体の上面を塞ぐことにより、製造装置１０と同様の効果を奏する固体電解質ガラスの製造装置を提供することができる。

また、図１では、内径が略同一の圧縮部３及び溶融部５が備えられている製造装置１０を例示したが、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は当該形態に限定されるものではなく、圧縮部の内径は溶融部の内径と異なっていても良い。ただし、メンテナンスしやすい形態にする等の観点からは、原料が存在する圧縮部の空間、及び、溶融体が存在する溶融部の空間は、略同一の大きさとすることが好ましい。なお、図１では、圧縮部３及び溶融部５よりも内径が小さい冷却部７を有する製造装置１０を示したが、圧縮部３及び溶融部５にはスクリュー１３が配設されている。そのため、圧縮部３において原料１は、圧縮部３の内表面とスクリュー１３の外表面とによって挟まれた空間に存在し、溶融部５において溶融体４は、溶融部５の内表面とスクリュー１３の外表面とによって挟まれた空間に存在する。本実施形態にかかる製造装置１０では、冷却部７の内径が圧縮部３及び溶融部５の内径よりも小さいが、軸方向を法線方向とする平面で切断した断面を見ると、圧縮部３の内表面に囲まれた部位の面積−スクリュー１３の断面積＝溶融部５の内表面に囲まれた部位の面積−スクリュー１３の断面積≒冷却部７の内表面に囲まれた部位の面積となるように構成されている。なお、この形態は、本発明にかかる固体電解質ガラスの製造装置の例示である。本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、この面積の関係を満たす形態に限定されるものではなく、圧縮部、溶融部、及び、冷却部は適宜最適な形状とすることが可能である。

また、製造装置１０に関する上記説明では、一体に形成された圧縮部３及び溶融部５を備える部位Ｘと、断熱材９と、冷却部７及び出口部８を有する部位Ｙとを、ボルト１１、１１、及び、ナット１２、１２、１２、１２を用いて密着させて固定する過程を経て作製された製造装置１０を例示したが、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は当該形態に限定されるものではない。本発明の固体電解質ガラスの製造装置には、溶融部と冷却部との間に断熱材が配設されていなくてもよい。この場合、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、例えば高クロム鋼等の金属を加工することにより、一体に形成された原料供給部、圧縮部、溶融部、冷却部、及び、出口部を有する形態とすることも可能である。ただし、溶融部と冷却部との間の熱の移動を抑制することにより、製造コストを低減すること及び固体電解質ガラスの品質を高めることを容易にする等の観点からは、溶融部と冷却部との間に断熱材が配設されている形態とすることが好ましい。また、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、別々に作製された圧縮部と溶融部とを密着させて固定させる過程を経て作製されていてもよい。なお、本発明の固体電解質ガラスの製造装置において、複数の部位・部材を密着させて固定する方法は特に限定されるものではなく、密着させた部位から原料（揮発した気体も含む。以下において同じ。）や溶融体が外へ流出せず、且つ、密着させた部位の外側から内側（原料や溶融体が存在する側）へ外気が流入しないように密着させて固定することが可能な任意の方法を用いることができる。そのような方法としては、部位Ｘ、断熱材９、及び、部位Ｙに形成された、ボルトが挿入されるべき孔にボルト１１、１１を挿入した後、ナット１２、１２、１２、１２を用いて、密着させた部位から原料１や溶融体４が外へ流出せず、且つ、密着させた部位の外側から内側（原料１や溶融体４が存在する側）へ外気が流入しないように、部位Ｘ、断熱材９、及び、部位Ｙを密着させて固定する形態等を例示することができる。

また、製造装置１０に関する上記説明では、スクリュー１３が用いられる形態を例示したが、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は当該形態に限定されるものではない。本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、圧縮部へと供給された原料を、例えば、ピストンのように軸方向を往復移動する部材を用いて圧縮するように構成されていてもよい。ただし、このように構成される固体電解質ガラスの製造装置では、溶融部へと供給される原料が脈動し、冷却部へと導かれる溶融体も脈動しやすい。その結果、揮発した原料が溶融部の外へと移動する事態を抑制し難くなる虞があり、組成ずれを抑制する効果が低減する虞がある。そこで、組成ずれを抑制しやすい形態にする等の観点から、本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、スクリューを用いて原料を圧縮し、圧縮された原料を溶融部へ供給可能なように構成されていることが好ましい。

本発明の固体電解質ガラスの製造装置は、電気自動車やハイブリッド自動車等に利用可能な固体電池に使用される固体電解質を製造する際に利用することができる。

１…原料
２…原料供給部
３…圧縮部
３ａ…壁
４…溶融体
５…溶融部
５ａ…壁
６…固体電解質ガラス
７…冷却部
７ａ…壁
７ｂ…冷媒流路
８…出口部
９…断熱材
１０…固体電解質ガラスの製造装置
１１…ボルト
１２…ナット
１３…スクリュー
１４…加熱手段

Claims (2)

1. 固体の原料を供給する原料供給部と、
   前記原料供給部から供給された前記原料を圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮部で圧縮された前記原料を加熱して溶融体にする、前記圧縮部に接続された溶融部と、
   前記溶融体を冷却し凝固させて固体電解質ガラスにする、前記溶融部に接続された冷却部と、
   前記固体電解質ガラスが押し出される出口部と、を有し、
   前記溶融部は、前記圧縮部との接続箇所及び前記冷却部との接続箇所を繋ぐ壁が、流体を通過させない緻密な物質によって構成されており、
   前記溶融体は、前記圧縮部で圧縮された前記原料、前記冷却部に存在する前記溶融体及び前記固体電解質ガラス、並びに、前記溶融部の壁によって、前記溶融部の外側の空間から隔離され、
   前記冷却部の壁に、冷媒を流通させる冷媒流路が設けられていることを特徴とする、固体電解質ガラスの製造装置。
2. 前記溶融部と前記冷却部との間に、断熱材が配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の固体電解質ガラスの製造装置。