JP2021518969A - バッテリ電極用スラリーミキサー - Google Patents

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Abstract

本発明は高速攪拌体の構成を最大限に簡素化して回転負荷を最小化することにより、スラリーの攪拌時間を大幅に短縮し、生産性を向上させることができ、粉末状材料が低速攪拌体の上部側面と上面に積まれることをを防止でき、過熱による高速駆動軸及び軸受の性能低下、故障、及び寿命の短縮を防止することができ、容器内部のコーナーや底に位置した混合材料に対しても均一な攪拌を行うことができるので、攪拌効率を更に高めることができるバッテリ電極用スラリーミキサーを提供する。本発明のバッテリ電極用スラリーミキサーは、混合材料を収容する容器と、容器に開閉可能に結合されるカバー、容器内の内周面に沿って立設された低速攪拌体、低速攪拌体と固定された中空型の低速駆動軸、混合材料を流動させて攪拌するための高速攪拌体、及び高速攪拌体と固定された高速駆動軸を含み、前記カバーの周囲に沿って設けられて液状材料を噴射するように設けられた液噴射ノズル、及び高速駆動軸及び軸受を冷却させる冷却手段を更に含み、前記低速攪拌体は容器の内周面に近接している混合材料を中央側に移動させるための垂直翼部と、前記容器の底面に近接している混合材料を上方に移動させるための水平翼部からなる。【選択図】図２

Description

本発明はバッテリ電極用スラリーミキサーに関するもので、より詳細にはバッテリ電極形成に使用されるスラリーの製造時に液状及び粉末状材料の混合材料を分散させて均一な混合が行われるようにするバッテリ電極用スラリーミキサーに関するものである。
最近、電気の充電を通じて持続的に使用できるバッテリは、化石燃料の使用削減と再生可能エネルギーのリサイクルに積極的に対応して、環境汚染の解決策として提示及び使用されている。携帯電話、ノートパソコンなどの携帯電子機器の動力として２次電池の活用が普遍化され、特に電気自動車の積極的な開発によって、２次電池の生産量が大幅に増加している。
これらの２次電池を製造する方法の中で、塗布法を用いた電極の形成は、例えば、電極活物質、導電材、バインダー、及びこのバインダーを溶解させる溶剤を含む電極用スラリーを集電体上方に塗布し、乾燥させることにより、行われる。
電極用スラリーを製造する際には、電極活物質、導電材、バインダー及び溶剤などからなる液状と粉末状材料を物理的に均一に分散させて混合しなければならない。これにより、バッテリ用の電極として使用できる材料特性を有しながら塗布に適した流動性や粘性を有するスラリー混合物を製造することができる。
スラリー混合物の製造の場合、これまでは混合材料によつて攪拌に適したミキサーに入れ替えながら液状及び粉末状材料の混合材料を分散投入して攪拌する分散投入方式を適用していた。しかし、この分散投入方式は混合材料の投入作業が面倒であるだけでなく、攪拌に約７〜８時間がかかって非常に長く、生産性が非常に低いという短所がある。
前述の短所を解決するために、本出願人は、電極用スラリーの製造時に混合材料を一度に投入して煩わしさを解消すると共に、攪拌時間を短縮させることができる「バッテリ電極用スラリーミキサー」を開発し、韓国登録特許１０−１７３７７５６号（以下、「特許文献１」という）として特許を受けたことがある。
しかし、前記特許文献１は図１に示すように、カバー１の周囲に形成した複数の投入口１ａを通じて容器２の内部に液状及び粉末状材料を一緒に投入する方式であり、投入口１ａが低速攪拌体３の上部３ａよりも高い位置にある。従って、粉末状材料の場合は、投入過程で一部が低速攪拌体３の上部３ａの側に付着されたり上面に積まれ、他の混合材料と混合されない現象が発生する。
これにより、材料間の混合比に微細な誤差が発生することで、攪拌後に製造された電極製造用スラリーの特性を低下させるなどの影響を与える恐れがある。更に、次の攪拌作業のためには容器２の内部をきれいに洗浄する。この時、低速攪拌体３の上部３ａの側面に付着された粉末状材料と上部３ａの上面に積まれた粉末状材料をきれいに洗浄しなければならないため、洗浄作業が面倒であり多くの時間がかかる短所がある。
また、特許文献１のスラリーミキサーは図１に示すように、高速攪拌体４を高速で回転させる高速駆動軸５と、低速攪拌体３を低速で回転させる低速駆動軸６を備える。高速駆動軸５と低速駆動軸６は、低速駆動軸６が高速駆動軸５の外周面を取り囲む二重軸構造になっている。
従って、高速駆動軸５と、これを回転可能に支持する軸受５ａは、高速回転による自己発熱と容器２内での混合過程で発生する高熱によって過熱され、高速駆動軸５と軸受５ａは低速駆動軸６に取り囲まれているため、放熱が難しい構造である。それによって、長期間使用時には簡単に劣化して寿命を短縮させる問題がある。
韓国登録特許１０−１７３７７５６号公報
本発明は前述のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、混合材料を一度に投入して均一に分散混合することが可能であり、高速攪拌体（羽根車）の構成を最大限に簡素化して回転負荷を最小化することにより、スラリーの攪拌時間を大幅に短縮し、生産性を向上させることができるバッテリ電極用スラリーミキサーを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、投入口を通じて容器の内部に投入される粉末状材料が低速攪拌体の上部側面と上面に積まれることをを防止して混合材料の混合比を最大限に正確に維持することができ、ミキサー内部の洗浄作業を容易に実施することができるバッテリ電極用スラリーミキサーを提供することにある。
また、本発明のまた他の目的は、過熱が発生する高速駆動軸及び軸受に冷却手段を設けて、過熱による性能低下、故障、及び寿命の短縮を防止することができるバッテリ電極用スラリーミキサーを提供することにある。
更に、本発明のまた他の目的は、容器内部のコーナーや底に位置した混合材料に対しても均一な攪拌を行うことができるので、攪拌効率を更に高めることができるバッテリ電極用スラリーミキサーを提供することにある。
前述の目的を達成するために本発明に係るバッテリ電極用スラリーミキサーは、上部が開放されて液状材料と粉末状材料からなる混合材料を収容するようになった容器；前記容器の開放された上部に開閉可能に結合され、前記混合材料を容器内部に投入するように形成された投入口を有するカバー；前記容器内の内周面に沿って立設され、容器の縁部にある混合材料を中央に移動させるための低速攪拌体；前記カバーを垂直に貫通して回転可能に支持され、前記低速攪拌体と固定された中空型の低速駆動軸；前記容器内の下部中央に位置し、混合材料を流動させて攪拌するための高速攪拌体；及び前記低速駆動軸の内部を貫通して回転可能に支持され、前記高速攪拌体と固定された高速駆動軸を含むバッテリ電極用スラリーミキサーにおいて、前記カバーを貫通して結合され、前記カバーの周囲に沿って設けられ、カバー内部側端に第１開口が位置し、カバーの外部側端に第２開口が位置するように配置された複数の円筒状のノズルソケット；前記各ノズルソケットの第１開口に螺合されて容器内部の低速攪拌体の上部に向かって液状材料を噴射するように設けられた液噴射ノズル；前記各ノズルソケットの第２開口を外部と遮断しながらカバーの周方向に規定された全ての領域を連結する液供給チャンバが形成されるように、前記カバーの外壁面の周囲に沿って固設した液供給室蓋；及び前記液供給室蓋に備えられて液供給チャンバ内に液状材料を供給するための液供給ポートを含むことを特徴とする。
また、本発明に係るバッテリ電極用スラリーミキサーは、前記カバーを貫通して着脱可能に嵌合され、前記カバーの周囲に沿って設けられ、カバーの内側一端に形成された第１開口と、カバーの外側他端に形成された密閉端と、第１開口と密閉端との間に形成された第２開口を有する複数の円筒状のノズルソケット；前記各ノズルソケットの第１開口に螺合されて容器内部の低速攪拌体の上部に向かって液状材料を噴射するように設けられた液噴射ノズル；前記各ノズルソケットの外部側端が貫通して挿入される組立孔が形成され、前記各ノズルソケットの第２開口を外部と遮断しながらカバーの周方向に規定された全ての領域を連結する液供給チャンバが形成されるように、前記カバーの外壁面の周囲に沿って固設した液供給室蓋；前記液供給室蓋の組立孔を開閉するように螺合され、前記ノズルソケットの先端を加圧してノズルソケットの固定状態を維持するキャップ；及び前記液供給室蓋に備えられて液供給チャンバ内に液状材料を供給するための液供給ポートを含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態において、前記カバーの内部に位置して低速駆動軸と高速駆動軸との間に設けられ、高速駆動軸を回転可能に支持する第１軸受と、カバーの外側に位置した高速駆動軸の上部と低速駆動軸の上端側との間に設けられ、高速駆動軸を回転可能に支持する第２軸受を更に含み、前記カバーの外部に位置する低速駆動軸の本体を内部に貫通して形成した第１空気通路；前記第１軸受の一側とこれに対向する低速駆動軸の対向面との間に形成した第１冷却ジャケット。前記第２軸受の一側とこれに対向する低速駆動軸の対向面との間に形成した第２冷却ジャケット。前記低速駆動軸の本体を貫通して形成したものであり、前記第１空気通路と第１冷却ジャケットを連結する第２空気通路；前記高速駆動軸を取り囲む低速駆動軸の内周面に形成されて前記第１冷却ジャケットと第２冷却ジャケットを連結する第３空気通路；前記カバーに固定されて低速駆動軸の第１空気通路を円周方向に取り囲むように設けられ、前記第１空気通路に対向する位置に空気流入孔が形成されたハウジング；前記低速駆動軸とハウジングとの間に設けられるもので、ハウジングの空気流入孔と対向する面に空気流入孔を円周方向に取り囲むように形成された第１空気室と、低速駆動軸の第１空気通路と対向する面に第１空気通路を円周方向に取り囲むように形成された第２空気室と、前記第１空気室と第２空気室を連通するように形成された貫通孔を有するリング体；前記ハウジングの空気流入孔に結合されて冷却空気を供給するための空気冷却装置；前記ハウジングの上部に固定されてリング体の離脱を防止するためのカバー板；前記リング体の上面とカバー板との間に備えられた第１シール部材；及び前記リング体の底面とハウジングとの間に備えられた第２シール部材を備えることが好ましい。
本発明の一実施形態において、前記容器は水平の底面と、前記底面から垂直方向に立てられた内周面を備え、前記低速攪拌体は容器の内周面に近接して垂直方向に立設され、容器の内周面に近接している混合材料を中央側に移動させるための垂直翼部と、前記容器の底面に近接した垂直翼部の下端から中央側に向かって水平方向に延設され、容器の底面に近接している混合材料を上方に移動させるための水平翼部と、前記垂直翼部の上部と低速駆動軸の下端を連結する傾斜翼部からなり、前記垂直翼部の断面形状は、容器の内周面と対応する曲面で形成されて容器の内周面に付着された混合材料を切り離すためのブレード面と、前記ブレード面の両端で互いに合う方向に傾斜して形成されて容器の内周面に近接している混合材料を中央側に移動させるための渦流形成面からなり、前記水平翼部の断面形状は、容器の底面と対応する平らな形状に形成されて容器の底面に付着された混合材料を切り離すためのブレード面と、前記ブレード面の両端で互いに合う方向に傾斜して形成されて容器の底面に近接している混合材料を上方に移動させるための渦流形成面と、からなることが好ましい。
本発明の一実施形態において、前記高速攪拌体は上部外径よりも下端の外径が上端の外径より大きく形成した円錐部と、前記円錐部の下部に備えられ、高速駆動軸の回転軸線を中心とする放射状に複数の攪拌片及び攪拌溝を交互に配列した板状の回転板と、前記回転板の攪拌片に高速駆動軸の回転軸線方向に立て固定複数の攪拌棒と、からなることが好ましい。
本発明の一実施形態において、前記高速攪拌体を構成する回転板の攪拌片には複数の固定孔を半径方向に形成し、前記攪拌棒は攪拌片の固定孔に着脱可能に構成することにより、攪拌時の回転負荷の変化に対応して攪拌棒設置数または設置位置を調節できるようにしたことが好ましい。
前述の特徴的な構成を有する本発明のバッテリ電極用スラリーミキサーによれば、高速で回転する高速攪拌体と低速で回転する低速攪拌体を用いて液状材料と粉末状材料からなる混合材料を高速で回転させながら渦流を誘発することにより、均一な攪拌作業を行うことができる。また、高速攪拌体の構成が非常に簡素化されることによって、攪拌時の回転負荷を最大限に減らすことができると共に、高速攪拌体の回転を高速に設定することができ、これにより、攪拌時間が大幅に短縮されて生産性を増大させることができる。
また、本発明によれば、高速攪拌体の攪拌棒に対して設置位置の変更と設置数の加減が可能であるので、混合材料の粒度、比重及び混合比によつて異なる方法で作用する高速攪拌体の回転負荷に対応して最適の回転負荷になるように調節することにより、攪拌効率の低下を防止することができる。
また、本発明によれば、容器内に液状材料を投入する際にカバーに設けた液噴射ノズルを通じて噴射することにより、低速攪拌体上部の側面と上面に付着されたり積まれた粉末状材料を洗い流すことができる。これにより、一部の粉末状材料が攪拌されないことを防止して全体の混合材料の混合比を最大限に正確に維持することができ、容器内部の洗浄時低速攪拌体に付着された粉末状材料を除去しなければならない煩わしさを解消することができる。
また、本発明によれば、高速駆動軸及び軸受に連通する空気通路を形成して冷却空気が流れるようにすることで、高速駆動軸及び軸受が過熱することを防止することができ、これにより、攪拌性能の低下、部品の劣化による故障や寿命短縮の問題を解消することができる。
また、本発明によれば、低速攪拌体を容器の内周面と底面に対応する垂直翼部と水平翼部で構成することにより、容器の内周面と底面に付着された混合材料を分離することができると共に、容器の縁部と底部に位置した混合材料を中央側に移動させることができるので、攪拌効率を更に向上させることができる。
従来のバッテリ電極用スラリーミキサーを示す断面図である。 本発明に係るバッテリ電極用スラリーミキサーを示す断面図である。 図２に示した高速攪拌体を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示した液噴射ノズルの設置状態を示す要部拡大図である。 図２に示した高速駆動軸及び軸受の冷却手段を示す要部拡大図である。 図２に示した高速攪拌体の作用を示す要部拡大図である。 図８に示した高速攪拌体の作用を示す平面図である。 本発明の電動モータの回転負荷と攪拌時間の関係を示すグラフである。 図２に示した液噴射ノズルの他の設置例を示す断面図である。 図１１に示したノズルソケットを示す斜視図である。 図１１に示した液噴射ノズルの設置状態を示す分離断面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図２は本発明に係るバッテリ電極用スラリーミキサーを示す断面図である。図２に示すように、スラリーミキサーは内部にバッテリ電極用スラリーを製造するための液状及び粉末状材料の混合材料を収容することができる円筒状の容器１０を備える。容器１０は上部が開放された筒状の平らな水平の底面１１と、底面１１の縁部から垂直に立てられた内周面１２を備える。
容器１０の開放された上部はカバー２０によって開閉可能になっており、カバー２０には容器１０の内部に液状材料と粉末状材料を投入することができる複数の投入口２１が形成される。
容器１０内に投入された混合材料は高速で回転する高速攪拌体３０と低速で回転する低速攪拌体４０によって均一に攪拌される。
高速攪拌体３０と低速攪拌体４０はカバー２０を貫通して回転自在に設けられたそれぞれの高速駆動軸５１と低速駆動軸５２によって回転する。高速駆動軸５１と低速駆動軸５２は図示しなかった高速回転用電動モータと低速回転用電動モータによって回転するようになっている。
高速攪拌体３０は容器１０内の下部中央に位置し、混合材料を高速で流動させながら均一に攪拌する機能を行う。高速攪拌体３０は図３に示すように、円錐部３１、回転板３２及び攪拌棒３３からなる簡単な構成によって攪拌時に作用する回転負荷を最大限に低減ことができるようになっている。
即ち、高速攪拌体３０の円錐部３１は高速駆動軸５１の外周面に固定され、下端の外径が上端の外径より大きい形状を有する。回転板３２は円錐部３１の下部に設けられ、高速駆動軸５１の回転軸線を中心とする放射状に複数の攪拌片３２ａ及び攪拌溝３２ｂが交互に配列された板状になる。各攪拌棒３３は円形の棒状になり、回転板３２の攪拌片３２ａに高速駆動軸５１の回転軸線方向に立てて固定した構成である。
また、回転板３２の攪拌片３２ａには複数の固定孔３２ｃを半径方向に形成し、前記攪拌棒３３は固定孔３２ｃに着脱可能に構成することにより、攪拌時の混合材料の種類や混合比による回転負荷の変化に対応して攪拌棒３３の設置数や設置位置を調節、即ち加減できるようになっている。
この時、本実施形態においては、前記回転板３２に形成された６つの攪拌片３２ａと攪拌溝３２ｂを例示し、一つの攪拌片３２ａに形成された３つの固定孔３２ｃを例示したが、これに限定するものではない。本発明の目的を達成できる範囲を逸脱しない程度でこれらの数を加減することができる。
再び図２を参照すると、低速攪拌体４０は垂直翼部４１、水平翼部４２及び傾斜翼部４３を含む。
垂直翼部４１は容器１０の内周面１２に近接して垂直方向に立設され、容器１０の内周面１２に近接している混合材料を中央側に移動させる機能を行う。
水平翼部４２は容器１０の底面１１に近接した垂直翼部４１の下端から中央側に向かって水平方向に延設され、容器１０の底面１１とコーナー部分に近接している混合材料を上方に移動させる機能を行う。
傾斜翼部４３は垂直翼部４１の上端外周と低速駆動軸５２の下端を連結する。
垂直翼部４１は、図４に示すように、容器１０の内周面１２と対応する曲面形状のブレード面４１ａと、このブレード面４１ａの両端で互いに合う方向に傾斜して形成された渦流形成面４１ｂを備えた断面形状を有する。ブレード面４１ａは容器１０の内周面１２に付着された混合材料を切り離す機能を行い、渦流形成面４１ｂは容器１０の内周面１２に近接している混合材料を中央側に移動させることで、高速攪拌体３０によって高速で流動する混合材料との衝突を引き起して渦流を形成する機能を行う。
また、水平翼部４２は図５に示すように、容器１０の底面１１と対応する平らな形状のブレード面４２ａと、このブレード面４２ａの両端で互いに合う方向に傾斜して形成された渦流形成面４２ｂを備えた断面形状を有する。ブレード面４２ａは容器１０の底面１１に付着された混合材料を切り離す機能を行い、渦流形成面４２ｂは容器１０の底面１１に近接している混合材料を上方に移動させて、高速攪拌体３０によって高速で流動する混合材料との衝突を引き起して渦流を形成する機能を行う。
高速攪拌体３０と低速攪拌体４０の回転方向は互いに反対になるように設定して渦流の形成を極大化することにより、攪拌効率を向上させることができる。
再び図２を参照すると、本発明のスラリーミキサーはカバー２０に別途に設けた液噴射ノズル６２を通じて液状材料を投入できるようになっている。複数の液噴射ノズル６２は円筒状のノズルソケット６１に装着されてカバー２０の周方向に設けられる。
ノズルソケット６１は図６に示すように、カバー２０を貫通して結合され、カバー２０の内部側からその一端に形成された第１開口６１ａと、カバー２０の外部側からその他端に形成された第２開口６１ｂを有する。
液噴射ノズル６２は各ノズルソケット６１の第１開口６１ａに螺合されて、容器１０内部の低速攪拌体４０の上部に向かって液状材料を噴射するように設けられる。液噴射ノズル６２は液をシャワー形態で噴射するように使用する。
カバー２０は液供給室蓋６３を備える。液供給室蓋６３は各ノズルソケット６１の第２開口６１ｂを外部と遮断しながらカバー２０の周方向に規定された全ての領域を連結する液供給チャンバ６３ａが形成されるように、前記カバー２０の外壁面の周囲に沿って固設される。液供給室蓋６３は溶接を通じてカバー２０に固定することにより、液供給室蓋６３の固定と同時に液供給チャンバ６３ａ内の水密を達成する。
液供給室蓋６３には液供給ポート６３ｂを形成して図示しなかった液供給装置を連結できるようにすることで、液供給ポート６３ｂを通じて液供給室６３ａ内に液状材料を供給することができる。
従って、液供給室蓋６３の液供給ポート６３ｂを通じて液供給室６３ａ内に液状材料を高圧で供給すると、カバー２０の周囲に配置された複数の液噴射ノズル６２を通じて液状材料を噴射して容器１０内に供給することができ、液噴射ノズル６２を通じて噴射される液状材料を用いて低速攪拌体４０の上部側面と上面に付着されたり積まれた粉末状材料を洗い流すことができる。
再び図２を参照すると、本発明の中空型の低速駆動軸５２はカバー２０を垂直に貫通して軸受により回転可能に支持され、下端が低速攪拌体４０と固定される。
高速駆動軸５１は前記低速駆動軸５２の内部を貫通して軸受により回転可能に支持され、下端が高速攪拌体３０と固定される。
前記第１軸受５１ａはカバー２０の内部で高速駆動軸５１と低速駆動軸５２との間に位置して高速駆動軸５１を回転可能に支持し、第２軸受５１ｂはカバー２０の外側に位置した高速駆動軸５１の上端外周と低速駆動軸５２の上端との間に位置して高速駆動軸５１を回転可能に支持するように設けられる。
本発明のスラリーミキサーは混合材料の攪拌時に容器１０内部の高熱と高速駆動軸５１の回転及び回転可能な支持による高熱が高速駆動軸５１及び軸受５１ａ、５１ｂを過熱させることを防止する冷却手段を備える。
冷却手段は図７に示すように、カバー２０の外部に位置する低速駆動軸５２の本体を内部に貫通形成された第１空気通路７１と、第１軸受５１ａの一側とこれに対向する低速駆動軸５２の対向面との間に形成された第１冷却ジャケット７４と、第２軸受５１ｂの一側とこれに対向する低速駆動軸５２の対向面との間に形成された第２冷却ジャケット７５を含む。
また、冷却手段は前記低速駆動軸５２の本体を貫通する第１空気通路７１と、第１冷却ジャケット７４を連通するように形成される第２空気通路７２と、高速駆動軸５１を取り囲む低速駆動軸５２の内周面に第１冷却ジャケット７４と第２冷却ジャケット７５を連通するように形成される第３空気通路７３を含む。従って、第１空気通路７１、第２空気通路７２、第１冷却ジャケット７４、第３空気通路７３、及び第２冷却ジャケット７５の順に連通させる冷却通路が形成される。
また、カバー２０はそれに固定されて低速駆動軸５２の第１空気通路７１を円周方向に取り囲むように設けられたハウジング７６と、低速駆動軸５２とハウジング７６との間に設けられるリング体７７を備える。
ハウジング７６は第１空気通路７１に対向する位置に形成された空気流入孔７６ａを有する。リング体７７はハウジング７６の空気流入孔７６ａと対向する面に空気流入孔７６ａを円周方向に取り囲むように形成された第１空気室７７ａと、低速駆動軸５２の第１空気通路７１と対向する面に第１空気通路７１を円周方向に取り囲むように形成された第２空気室７７ｂと、前記第１空気室７７ａと第２空気室７７ｂを連通するように形成された貫通孔７７ｃを有する。
従って、回転しないハウジング７６の空気流入孔７６ａに流入される冷却空気はリング体７７の貫通孔７７ｃに連結された第１及び第２空気室７７ａ、７７ｂを通じて回転する低速駆動軸５２の第１空気通路７１に供給することができる。
カバー板７９はハウジング７６の上端に着脱可能に固定されてリング体７７の離脱を防止する。好ましくは、リング体７７の上面とカバー板７９との間に、またリング体７７の底面とハウジング７６との間には第１及び第２シール部材７８ａ、７８ｂが設けられ、第１及び第２空気室７７ａ、７７ｂ内の機密を維持する。
好ましくは、空気冷却装置８０、例えば、公知されているボルテックスチューブ（Ｖｏｒｔｅｘ ｔｕｂｅ）がハウジング７６の空気流入孔７６ａに結合されて冷却空気を供給することで、高速駆動軸５１と軸受５１ａ、５１ｂの冷却性能を向上させる。
以下、前述した構成を有する本発明に係るスラリーミキサーの動作を説明する。
図２に示すように、本発明のスラリーミキサーは電極活物質、導電材、バインダー、及びこのバインダーを溶解させる溶剤で構成される液状材料と粉末状材料からなる混合材料を一度に容器１０内に投入し、高速駆動軸５１を通じて高速攪拌体３０を高速回転させると同時に、低速駆動軸５２を通じて低速攪拌体４０を回転させると、容器１０内の混合材料が均一に分散及び混合されてバッテリ電極用スラリーを製造することができる。
混合材料の攪拌過程で、図８に示すように、容器１０内に投入されて中央側に位置した混合材料は高速回転する高速攪拌体３０の円錐部３１によって攪拌棒３３側に誘導され、攪拌棒３３側の混合材料は再び回転板３２と攪拌棒３３によって高速で回転しながら遠心力により容器１０の縁部側に誘導される。続いて、容器１０の縁部側に移動した混合材料は低速攪拌体４０によって再び中央側に移動される。
また、図９に示すように、混合材料は高速攪拌体３０を中心に円周方向に高速回転しながら垂直方向に移動すると共に、高速攪拌体３０の回転板３２と攪拌棒３３によって均一に分散及び混合されながらスラリーの形態に製造される。
この時、本発明の高速攪拌体３０は円錐部３１、回転板３２及び攪拌棒３３で構成されてその構成が非常に簡素化され、重量が軽く、回転板３２と攪拌棒３３の形状は回転方向に対する混合材料との接触面積が最小化されるように板状と棒状に形成される。従って、攪拌時に作用する回転負荷を最小化することができる。これにより、回転負荷が低下した分だけ高速駆動軸５１の回転速度を更に高めることができる。
例えば、図１０は本発明の高速攪拌体３０と従来技術の羽根車を使用する場合、これを回転させるための電動モータの回転負荷と攪拌時間の関係を示す比較グラフである。同じ出力の電動モータを使用して同じ混合材料を攪拌する構成に設定され、電動モータの電流Ａを測定することにより、電動モータの回転負荷が確認された。
一般的に、電動モータはそれぞれ定格トルクの出力に定格電流が異なるように設定されており、回転負荷と電動モータの駆動に必要な電流は比例関係にある。例えば、本発明が属するミキサーでスラリー攪拌に使用される電動モータの定格電流は２８〜３０Ａで知られている。
まず、従来技術では攪拌開始後、電動モータの初期回転負荷を２５Ａに設定した場合、第１〜第３羽根車を最大３００ｒｐｍまで設定でき、このような回転速度で混合材料を攪拌する場合、約１２０分の時間がかかる。
しかし、本発明では攪拌開始後、電動モータの初期回転負荷を従来技術と同様に２５Ａに設定した場合、本発明の高速攪拌体３０は従来技術の第１乃至第３羽根車に比べて構成を簡素化して回転負荷が減少する。従って、最大１８００ｒｐｍまで電動モータを無理なく駆動することができる。これにより、攪拌が約５０分の時間がかかり、２倍以上短縮させることができた。
また、本発明によれば、混合材料によつて粉末状材料の粒度や比重が変化したり、粉末状材料の混合比が増減することができる。この場合、高速攪拌体３０を回転させるための高速用電動モータの回転負荷が増減することができる。
本発明に係る高速攪拌体３０の攪拌棒３３は図３に示すように、回転板３２の固定孔３２ｃから着脱可能に設けられる。従って、複数の固定孔３２ｃを用いて攪拌棒３３の設置数を変更したり、攪拌棒３３の設置位置を変更することによって、高速用電動モータの回転負荷を混合材料に対応して最適の状態に調節することができ、これにより、効率的な攪拌作業を行うことができる。
また、本発明の低速攪拌体４０は図２、図４及び図５に示すように、垂直及び水平翼部４１、４２のブレード面４１ａ、４２ａによって容器１０の内周面１２と底面１１に付着された混合材料を分離することができ、それぞれの渦流形成面４１ｂ、４２ｂによって分離された混合材料を中央側に移動させることができる。
これにより、容器１０内で混合材料を更に均一に攪拌することができ、低速攪拌体４０によって中央側に移動する混合部材は高速で回転する混合材料と衝突して渦流を形成することになるので、攪拌効率を更に高めることができる。
一方、図２に示すように、カバー２０の投入口２１を通じて混合材料を投入する過程で、低速攪拌体４０の上部側面と上面に一部の粉末状材料が付着されたり積まれる恐れがある。本発明は液状材料を容器１０内に投入する際に、カバー２０に設けられた液噴射ノズル６２を通じてシャワー形態で噴射して投入することで、低速攪拌体４０の上部側面と上面に付着されたり積まれた粉末状材料を洗い流すことができる。
即ち、図２及び図６に示すように、液状材料をカバー２０に備えられた液供給室蓋６３の液供給ポート６３ｂを通じて液供給室６３ａ内に高圧で供給すると、複数の液供給室６３ａはカバー２０の周方向に配置されたノズルソケット６１の第２開口６１ｂと連通されているので、各液噴射ノズル６２を通じて液状材料が低速攪拌体４０の上部に向かって高圧で噴射される。これらの動作により液状材料を容器１０内に投入する機能と、低速攪拌体４０の上部側面と上面に付着されたり積まれた粉末状材料を洗い流す機能を同時に行うことができる。
また、図２及び図７に示すように、ハウジング７６の空気流入孔７６ａに設けた空気冷却装置８０で冷却空気をリング体７７の第１空気室７７ａ内に供給すると、冷却空気は貫通孔７７ｃを通じて第２空気室７７ｂに供給されて低速駆動軸５２の第１空気通路７１に供給することができる。
第１空気室７７ａは固定体であるハウジング７６の空気流入孔７６ａを円周方向に取り囲んでおり、第２空気室７７ｂは回転体である低速駆動軸５２の第１空気通路７１を円周方向に取り囲む構成であるので、回転しないハウジング７６に対して回転する低速駆動軸５２に冷却空気の供給が可能である。
続いて、低速駆動軸５２の第１空気通路７１に流入された冷却空気は連通された第２空気通路７２、第１冷却ジャケット７４、第３空気通路７３、及び第２冷却ジャケット７５の順に流れて、高速駆動軸５１と、これを回転可能に支持する軸受５１ａ、５１ｂに対する冷却作用を行う。冷却作用を行った冷却空気は低速駆動軸５２の一側に形成した排出口７０を通じて外部に排出される。
これにより、高速駆動軸５１と軸受５１ａ、５１ｂが過熱することで発生する恐れがある性能の低下や故障を防止することができ、長期間使用時に部品の劣化で寿命が短くなることを防止することができる。
図１１は前述した実施形態のバッテリ電極用スラリーミキサーで液噴射ノズル６２の他の設置例を示す断面図であって、液噴射ノズル６２の入れ替えを容易に構成したものである。その他の構成は前述した実施形態の構成と同様である。従って、同一の構成については同一の参照符号を付与し、具体的な構成の説明と作用の説明は省略する。
図１１及び図１２に示すように、液噴射ノズル６２が装着される複数の円筒状のノズルソケット１６１は、カバー２０を貫通して嵌合され、カバー２０の周囲に沿って設けられる。ノズルソケット１６１はカバー２０の内側一端に形成された第１開口１６１ａと、カバー２０の外側他端に形成された密閉端１６１ｃと、第１開口１６１ａと密閉端１６１ｃとの間に形成された第２開口１６１ｂを有する。
各ノズルソケット１６１の第１開口１６１ａは液噴射ノズル６２が螺合されて、容器１０内部の低速攪拌体４０の上部に向かって液状材料を噴射するように設けられる。
また、カバー２０に備えられる液供給室蓋１６３は各ノズルソケット１６１の第２開口１６１ｂを外部と遮断しながらカバー２０の周方向に規定された全ての領域を連結する液供給チャンバ１６３ａが形成されるように前記カバー２０の外壁面の周囲に沿って固設される。液供給室蓋１６３は溶接を通じてカバー２０に固定することで、固定と同時に液供給室１６３ａの水密が達成される。
液供給室蓋１６３にはカバー２０の外側から各ノズルソケット１６１の外側端が貫通して挿入される組立孔１６３ｃが形成される。液供給室蓋１６３の組立孔１６３ｃにはキャップ１６４が螺合されて組立孔１６３ｃを開閉するようになっており、キャップ１６４はねじ結合時にノズルソケット１６１の先端を加圧して固定するようになっている。
液供給室蓋１６３には液供給ポート１６３ｂを形成して液供給室１６３ａ内に液状材料を供給することができる。
これらの液噴射ノズル６２の他の設置例によれば、容器１０からカバー２０を分離する困難な作業がなくても液噴射ノズル６２を容易に入れ替えるか、またはノズルソケット１６１から分離することができるので、液噴射ノズル６２の詰まりや故障について迅速に対応することができる。
即ち、図１１に示すように、液噴射ノズル６２がノズルソケット１６１に装着されてカバー２０に設けられた状態で、キャップ１６４を液供給室蓋１６３から分離すると、図１３に示すように、組立孔１６３ｃを通じてノズルソケット１６１及び液噴射ノズル６２をカバー２０から容易に抜き出すことができる。
また、修理または入れ替えた液噴射ノズル６２をノズルソケット１６１の第１開口１６１ａに螺合した後、液供給室蓋１６３の組立孔１６３ｃを通じて挿入すると、カバー２０にノズルソケット１６１が嵌合されながら液噴射ノズル６２が設けられ、続いて、キャップ１６４を組立孔１６３ｃにねじ結合すると、キャップ１６４が組立孔１６３ｃを閉鎖すると共に、ノズルソケット１６１の密閉端を加圧してノズルソケット１６１の固定状態を維持することができる。
このように液噴射ノズル６２をカバー２０に設けて分離する作業が非常に便利になり、それによって液噴射ノズル６２に対するメンテナンスや修理に非常に有利である。
以上で説明した実施形態は、本発明の好ましい実施形態を説明したものに過ぎず、本発明の権利範囲は説明された実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と特許請求の範囲内で、この分野の当業者によって様々な変更、変形または置換が可能であり、そのような実施形態は、本発明の範囲に属するものと理解されるべきである。
バッテリ電極形成に使用されるスラリーの製造時に混合材料を分散させて均一な混合が行われるようにするバッテリ電極用スラリーミキサーを提供することができる。
１０ 容器
１１ 底面
１２ 内周面
２０ カバー
２１ 投入口
３０ 高速攪拌体
３１ 円錐部
３２ 回転板
３３ 攪拌棒
４０ 低速攪拌体
４１ 垂直翼部
４２ 水平翼部
４３ 傾斜翼部
５１ 高速駆動軸
５２ 低速駆動軸
６１、１６１ ノズルソケット
６２ 液噴射ノズル
１６３ 液供給室蓋
７１、７２、７３ 第１、２、３空気通路
７４、７５ 第１及び第２冷却ジャケット
７６ ハウジング
７７ リング体
８０ 空気冷却装置

Claims (6)

  1. 上部が開放されて液状材料と粉末状材料からなる混合材料を収容するようになった容器；
    前記容器の開放された上部に開閉可能に結合され、前記混合材料を容器内部に投入するように形成された投入口を有するカバー；
    前記容器内の内周面に沿って立設され、容器の縁部にある混合材料を中央に移動させるための低速攪拌体；
    前記カバーを垂直に貫通して回転可能に支持され、前記低速攪拌体と固定された中空型の低速駆動軸；
    前記容器内の下部中央に位置し、混合材料を流動させて攪拌するための高速攪拌体；及び
    前記低速駆動軸の内部を貫通して回転可能に支持され、前記高速攪拌体と固定された高速駆動軸を含むバッテリ電極用スラリーミキサーにおいて、
    前記カバーを貫通して結合され、前記カバーの周囲に沿って設けられ、カバー内部側端に第１開口が位置し、カバーの外部側端に第２開口が位置するように配置された複数の円筒状のノズルソケット；
    前記各ノズルソケットの第１開口に螺合されて容器内部の低速攪拌体の上部に向かって液状材料を噴射するように設けられた液噴射ノズル；
    前記各ノズルソケットの第２開口を外部と遮断しながらカバーの周方向に規定された全ての領域を連結する液供給チャンバが形成されるように、前記カバーの外壁面の周囲に沿って固設した液供給室蓋；及び
    前記液供給室蓋に備えられて液供給チャンバ内に液状材料を供給するための液供給ポートを含むことを特徴とするバッテリ電極用スラリーミキサー。
  2. 前記カバーを貫通して着脱可能に嵌合され、前記カバーの周囲に沿って設けられ、カバーの内側一端に形成された第１開口と、カバーの外側他端に形成された密閉端と、第１開口と密閉端との間に形成された第２開口を有する複数の円筒状のノズルソケット；
    前記各ノズルソケットの第１開口に螺合されて容器内部の低速攪拌体の上部に向かって液状材料を噴射するように設けられた液噴射ノズル；
    前記各ノズルソケットの外部側端が貫通して挿入される組立孔が形成され、前記各ノズルソケットの第２開口を外部と遮断しながらカバーの周方向に規定された全ての領域を連結する液供給チャンバが形成されるように、前記カバーの外壁面の周囲に沿って固設した液供給室蓋；
    前記液供給室蓋の組立孔を開閉するように螺合され、前記ノズルソケットの先端を加圧してノズルソケットの固定状態を維持するキャップ；及び
    前記液供給室蓋に備えられて液供給チャンバ内に液状材料を供給するための液供給ポートを含むことを特徴とするバッテリ電極用スラリーミキサー。
  3. 前記カバーの内部に位置して低速駆動軸と高速駆動軸との間に設けられ、高速駆動軸を回転可能に支持する第１軸受と、カバーの外側に位置した高速駆動軸の上部と低速駆動軸の上端側との間に設けられ、高速駆動軸を回転可能に支持する第２軸受を更に含み、
    前記カバーの外部に位置する低速駆動軸の本体を内部に貫通して形成した第１空気通路；
    前記第１軸受の一側とこれに対向する低速駆動軸の対向面との間に形成した第１冷却ジャケット；
    前記第２軸受の一側とこれに対向する低速駆動軸の対向面との間に形成した第２冷却ジャケット；
    前記低速駆動軸の本体を貫通して形成したものであり、前記第１空気通路と第１冷却ジャケットを連結する第２空気通路；
    前記高速駆動軸を取り囲む低速駆動軸の内周面に形成されて前記第１冷却ジャケットと第２冷却ジャケットを連結する第３空気通路；
    前記カバーに固定されて低速駆動軸の第１空気通路を円周方向に取り囲むように設けられ、前記第１空気通路に対向する位置に空気流入孔が形成されたハウジング；
    前記低速駆動軸とハウジングとの間に設けられるもので、ハウジングの空気流入孔と対向する面に空気流入孔を円周方向に取り囲むように形成された第１空気室と、低速駆動軸の第１空気通路と対向する面に第１空気通路を円周方向に取り囲むように形成された第２空気室と、前記第１空気室と第２空気室を連通するように形成された貫通孔を有するリング体；
    前記ハウジングの空気流入孔に結合されて冷却空気を供給するための空気冷却装置；
    前記ハウジングの上部に固定されてリング体の離脱を防止するためのカバー板；
    前記リング体の上面とカバー板との間に備えられた第１シール部材；及び
    前記リング体の底面とハウジングとの間に備えられた第２シール部材を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ電極用スラリーミキサー。
  4. 前記容器は水平の底面と、前記底面から垂直方向に立てられた内周面を備え、
    前記低速攪拌体は容器の内周面に近接して垂直方向に立設され、容器の内周面に近接している混合材料を中央側に移動させるための垂直翼部と、前記容器の底面に近接した垂直翼部の下端から中央側に向かって水平方向に延設され、容器の底面に近接している混合材料を上方に移動させるための水平翼部と、前記垂直翼部の上部と低速駆動軸の下端を連結する傾斜翼部からなり、
    前記垂直翼部の断面形状は、容器の内周面と対応する曲面で形成されて容器の内周面に付着された混合材料を切り離すためのブレード面と、前記ブレード面の両端で互いに合う方向に傾斜して形成されて容器の内周面に近接している混合材料を中央側に移動させるための渦流形成面からなり、
    前記水平翼部の断面形状は、容器の底面と対応する平らな形状に形成されて容器の底面に付着された混合材料を切り離すためのブレード面と、前記ブレード面の両端で互いに合う方向に傾斜して形成されて容器の底面に近接している混合材料を上方に移動させるための渦流形成面と、からなることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ電極用スラリーミキサー。
  5. 前記高速攪拌体は上部外径よりも下端の外径が上端の外径より大きく形成した円錐部と、前記円錐部の下部に備えられ、高速駆動軸の回転軸線を中心とする放射状に複数の攪拌片及び攪拌溝を交互に配列した板状の回転板と、前記回転板の攪拌片に高速駆動軸の回転軸線方向に立て固定複数の攪拌棒と、からなることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ電極用スラリーミキサー。
  6. 前記高速攪拌体を構成する回転板の攪拌片には複数の固定孔を半径方向に形成し、前記攪拌棒は攪拌片の固定孔に着脱可能に構成することにより、攪拌時の回転負荷の変化に対応して攪拌棒設置数または設置位置を調節できるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のバッテリ電極用スラリーミキサー。
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