KR101462320B1 - 교반 장치 - Google Patents

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요시아끼 에비네
아쯔시 스기하라
기와무 고바야시
다까시 고오노
야스유끼 나까네
겐슈 마루따
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

교반 장치(100)는, 대략 원통 형상의 교반조(102); 교반조(102)의 중심축을 따라 설치된 회전축(150); 교반조(102)의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 교반조(102)의 내주면에 대해 동심원으로 회전하도록 회전축(150)에 설치된 대략 원통 형상의 교반 부재(104); 및 교반 부재(104)의 직경 방향으로 관통 형성된 복수의 관통 구멍(162, 164);을 갖고 있다. 이 교반 장치(100)는, 또한 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이, 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다르다. 예를 들어, 교반 부재(104)의 상부(S1)보다도 교반 부재(104)의 하부(S2) 쪽이, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이 넓다.

Description

교반 장치 {STIRRING DEVICE}
본 발명은 교반 장치에 관한 것으로, 특히 전극 활물질, 도전재, 결착재, 용제 등을 교반 혼합하는 데 사용할 수 있는 교반 장치에 관한 것이다.
이러한 교반 장치로서, 원통 형상의 교반조와, 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 교반조의 내주면에 대해 동심원으로 회전하는 대략 원통 형상의 교반 부재를 구비한 교반 장치가 있다. 이러한 교반 부재는, 원통 부분에 반경 방향의 소구멍이 다수 관통 형성되어 있다. 이 교반 장치에서는, 교반 부재가 교반조의 내주면에 대해 근소한 간극을 유지한 상태에서, 고속으로 회전한다. 교반조에 공급된 피처리 재료에는, 교반 부재의 고속 회전에 수반하여 원심력이 작용한다. 피처리 재료는, 원심력에 의해 교반 부재에 형성된 소구멍으로부터 외경 방향으로 밀려나와, 교반 부재의 외주면과 교반조의 내주면 사이에 박막 원통 형상으로 퍼진다. 이때, 피처리 재료의 표면과 교반조의 내주면 사이에서 피처리 재료가 교반된다. 그리고 충분히 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료는, 원심력의 작용에 의해, 교반조의 상부로 이동하여, 교반조의 상부로부터 배출된다.
이러한 교반 장치는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 평11-347388호(특허문헌 1), 일본 특허 출원 공개 제2005-129482호(특허문헌 2), 일본 특허 출원 공개 제2006-236658호(특허문헌 3), 일본 특허 출원 공개 제2007-125454호(특허문헌 4)에 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 평11-347388호 일본 특허 출원 공개 제2005-129482호 일본 특허 출원 공개 제2006-236658호 일본 특허 출원 공개 제2007-125454호
그런데 상기 교반 장치는, 피처리 재료가 교반조 내에 공급된 상태에서, 교반 부재를 회전시킴으로써, 피처리 재료를 교반한다. 이때, 교반 장치는, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰에 의해 발열한다. 그런데 리튬 이온 2차 전지에는, 전극 활물질, 도전재, 결착재, 용제 등을 소정의 비율로 혼합한 후에 교반 장치에서 교반한 전극 슬러리가 사용된다. 이러한 전극 슬러리를 제조할 때에는, 전극 활물질, 도전재, 결착재, 용제 등이 혼합된 혼합 재료를 교반 장치에서 교반한다. 이때, 교반 장치에 공급되는 초기에 있어서, 상기 혼합 재료의 점도가 높은 경우가 있다.
본 발명자는, 이러한 전극 슬러리를 효율적으로 교반하기 위해, 상술한 원통 형상의 교반조와, 원통 형상의 교반조 내에 동심으로 회전하는 교반 부재를 구비한 교반 장치를 사용하는 것을 검토하고 있다. 그러나 당해 교반 장치를 사용하여, 점도가 높은 페이스트 상태의 재료를 교반하면, 교반되는 재료와, 교반조 및 교반 부재 사이에서 큰 마찰이 발생하여, 고온의 열이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 발열을 낮게 억제하려고 하면 처리 효율이 나빠진다. 본 발명자는, 이러한 피처리 재료를 교반하는 처리에 대해, 발열을 낮게 억제하는 동시에 처리 효율을 향상시키고자 생각하고 있다.
그런데 본 발명자는, 상기한 교반 장치에서 발열을 낮게 억제하기 위해서는, 예를 들어 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극을 넓게 하면 된다, 라는 지식을 얻었다. 즉, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극을 넓게 하면, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰이 완화되어, 발열이 낮게 억제된다. 그러나 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이 넓으면, 교반 처리의 처리 효율이 떨어진다. 이에 대해, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극을 좁게 하면, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰이 높아져, 피처리 재료의 온도가 현저하게 상승한다.
또한, 피처리 재료에 따라서는, 과도한 교반 처리가 요구되지 않는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 어느 정도 교반된 단계에서, 교반조로부터 배출되는 것이 바람직하지만, 과도한 교반 처리를 억제할 수 있는 교반 장치는 제안되어 있지 않다. 본 발명은, 상기한 교반 장치에 대해, 피처리 재료에 요구되는 처리에 따른 다양한 개변을 제안한다.
본 발명에 관한 교반 장치는, 대략 원통 형상의 교반조; 교반조의 중심축을 따라 설치된 회전축; 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 교반조의 내주면에 대해 동심원으로 회전하도록 회전축에 설치된 대략 원통 형상의 교반 부재; 및 교반 부재의 직경 방향으로 관통 형성된 복수의 관통 구멍;을 갖고, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이, 교반 부재의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다르다. 이 교반 장치에서는, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이, 교반 부재의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다르기 때문에, 피처리 재료를 적절하게 교반하는 동시에, 온도 상승을 적당히 억제할 수 있다.
이 경우, 예를 들어 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극은, 교반 부재의 상부보다도 하부가 넓어도 된다. 이 경우, 교반 부재의 하부에서는, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이 넓어져, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰이 완화되어, 발열이 낮게 억제된다. 이에 대해, 교반 부재의 상부에서는, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이 좁아져, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰이 높아져, 소요의 교반 처리를 행할 수 있다. 예를 들어, 교반 부재의 상단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S10)과, 교반 부재의 하단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S20)의 비(S10／S20)가, 0.95≥(S10／S20)이어도 된다.
또한, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이, 교반 부재의 하부보다도 상부가 넓어도 된다. 이 경우, 교반 부재의 상부에서는, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이 넓어져, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰이 완화된다. 이로 인해, 교반 부재의 상부에서 과도하게 교반 처리가 행해지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 교반 부재의 상단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S10)과, 교반 부재의 하단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S20)의 비(S10／S20)가, 1.05≤(S10／S20)이어도 된다.
또한, 교반 부재의 외경이 상부와 하부에서 다르게 되어 있어도 된다. 이 경우, 예를 들어 교반 부재의 외경은, 상부보다도 하부가 작아도 된다. 또한, 교반 부재는, 상부로부터 하부를 향함에 따라 서서히 외경이 작아진 테이퍼 형상을 갖고 있어도 된다. 교반 부재의 하부의 외경이 상부의 외경보다도 작은 경우에는, 교반 부재의 하부에 있어서, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이 넓어진다. 이에 의해, 교반 부재의 하부에 있어서, 교반조와 교반 부재의 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰이 완화되어, 발열이 낮게 억제된다.
또한, 교반 부재의 외경은, 하부보다도 상부가 작아도 된다. 이 경우, 교반 부재는, 하부로부터 상부를 향함에 따라 서서히 외경이 작아진 테이퍼 형상을 갖고 있어도 된다. 교반 부재의 상부의 외경이 하부의 외경보다도 작은 경우에는, 교반 부재의 상부에 있어서, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이 넓어진다. 이에 의해, 교반 부재의 상부에 있어서, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰이 완화되어, 과도한 교반 처리가 억제된다.
또한, 교반조의 내경이 상부와 하부에서 다르게 되어 있어도 된다. 이 경우, 교반조의 내경은, 교반 부재의 하부보다도 교반 부재의 상부 쪽이 작아도 된다. 또한, 교반조의 내경은, 교반 부재의 상부보다도 교반 부재의 하부 쪽이 작아도 된다.
또한, 교반 부재에 형성된 복수의 관통 구멍은, 교반 부재의 상부보다도 교반 부재의 하부 쪽이 커도 된다. 또한, 관통 구멍은, 교반 부재의 반경 방향에 대해 기울어져 관통하고 있어도 된다. 또한, 관통 구멍은, 교반 부재의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재의 반경 방향에 대해, 교반 부재의 회전 방향의 전방을 향해 기울어져 관통하고 있어도 된다.
예를 들어, 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 금속박에 도포하여 형성된 합제층을 갖는 비수 전해액 2차 전지의 제조 방법에서는, 전극 슬러리를 교반하는 공정에 있어서, 본 발명에 관한 교반 장치를 사용하여 전극 슬러리를 교반할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치의 단면도이다.
도 2는 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 비교 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 비교 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 비교 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 비교 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 비교 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 비교 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 교반 부재를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 17은 교반 부재의 단면을 도시하는 도면이다.
도 18은 교반 부재의 단면을 도시하는 도면이다.
도 19는 교반 부재의 단면을 부분적으로 도시하는 도면이다.
도 20은 비수 전해액 2차 전지를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되지 않는다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 작용을 발휘하는 부재 또는 부위에는 적당하게 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 1은 교반 장치(100)를 도시하는 종단면도이다. 교반 장치(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)와, 교반 부재(104)와, 외부조(106)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 교반조(102)는 원통 형상의 내주면을 갖는 용기로, 상부 용기(102a)와, 하부 용기(102b)와, 덮개(102c)를 구비하고 있다.
상부 용기(102a)는 대략 원통 형상의 용기로, 상부 용기(102a)의 상하의 단부에는, 외경측으로 연장된 플랜지(112, 114)를 갖고 있다. 상부 용기(102a)의 외주 부분에는, 냉각수가 공급되는 냉각수실(116)이 형성되어 있다. 상부 용기(102a)의 상부 단부면에는 덮개(118)가 설치되어 있다. 또한, 상부 용기(102a)에는, 원통 부분에 피처리 재료(L)의 배출구(120)가 형성되어 있다.
하부 용기(102b)는 상부 용기(102a)와 대략 동일한 내경의 내주면을 갖는 바닥이 있는 원통 형상의 용기로, 상부에 외경측으로 연장된 플랜지(122)를 갖고 있다. 하부 용기(102b)의 바닥부에는, 하부에 피처리 재료(L)의 공급구(124a, 124b)가 형성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 하부 용기(102b)의 바닥부에는, 복수(도시예에서는 2개)의 공급구(124a, 124b)가 형성되어 있고, 공급구(124a, 124b)에는, 각각 공급 밸브(126a, 126b)를 갖는 공급관(128a, 128b)이 설치되어 있다.
이러한 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b)는, 내부 공간이 동심원으로 연통하도록 상하로 겹쳐져 있다. 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b) 사이에는, 덮개(102c)가 설치되어 있다. 덮개(102c)는 원판 형상의 부재이고 중심부에 구멍(132)을 갖고 있다. 이 실시 형태에서는, 하부 용기(102b)의 상부 단부면에는, 덮개(102c)를 끼우는 오목부(134)가 형성되어 있다. 덮개(102c)는 하부 용기(102b)의 상부 단부면에 형성된 오목부(134)에 끼워진 상태에서, 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b) 사이에 끼워져 있다.
외부조(106)는 교반조(102)의 하부 용기(102b)의 바닥부 및 외주면을 덮는 용기이다. 하부 용기(102b)와 외부조(106) 사이에는, 냉각수가 공급되는 냉각수실(142)이 형성되어 있다. 외부조(106)에는, 냉각수실(142)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(144)이 접속되어 있다. 교반조(102)는 교반 부재(104)가 설치되는 회전축(150)을 구비하고 있다. 회전축(150)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 덮개(118)를 관통하고, 덮개(102c)의 중심에 형성된 구멍(132)을 통하여, 교반조(102)의 중심축을 따라 연장되어 있다. 회전축(150)은 교반조(102)의 상부로부터 외부로 연장되어 있고, 교반조(102)의 외부에 설치된 구동 장치(200)에 접속되어 있다.
교반 부재(104)는 대략 원통 형상의 부재이다. 교반 부재(104)의 외경은, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내경(D)보다도 작다. 교반 부재(104)는 교반조(102)의 내주면에 대해 동심원으로 회전하도록 회전축(150)에 설치되어 있다. 이러한 교반 부재(104)에는, 복수의 관통 구멍(162, 164)이 형성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)는 도 1에 도시한 바와 같이, 원통부(152)와, 아암부(154)와, 보스부(156)를 구비하고 있고, 교반조(102)의 하부 용기(102b) 내에 수용되어 있다.
원통부(152)는 교반조(102)의 내경(D)보다도 작은 외경(φ1, φ2)을 갖는 대략 원통 형상의 부위이다. 이 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 원통부(152)의 상부의 외경(φ1)은, 하부의 외경(φ2)보다도 크다. 아암부(154)는 원통부(152)의 축 방향의 중간 부위로부터 원통부(152)의 반경 방향으로 연장되어 있다. 보스부(156)는 아암부(154)의 중심에 설치되고, 회전축(150)이 설치되는 부위이다. 또한, 교반 부재(104)의 원통부(152)에는, 복수의 관통 구멍(162, 164)이 형성되어 있다.
이 실시 형태에서는, 아암부(154)는 원통부(152)의 축 방향의 중간 부위(160)로부터 반경 방향 내측으로 연장되어 있다. 아암부(154)는 둘레 방향으로 연속하고 있고, 상하로 관통한 복수의 구멍(154a)이 둘레 방향으로 소정의 간격으로 형성되어 있다. 보스부(156)는 아암부(154)의 중심[원통부(152)의 중심]에 설치되어 있다. 보스부(156)에는 회전축(150)에 장착되는 설치 구멍(156a)이 형성되어 있다. 설치 구멍(156a)은 회전축(150)의 회전이 확실하게 전달되는 구조(예를 들어, 둘레 방향의 접촉면, 키 구조, 스플라인 등)를 갖고 있으면 된다.
이 교반 장치(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 하부 용기(102b)의 바닥부에 형성된 공급구(124a, 124b)로부터 피처리 재료(L)가 공급된다. 교반조(102)에 공급된 피처리 재료(L)는, 교반 부재(104)의 고속 회전에 의해 원주 방향으로 가압되어 회전한다. 이때, 피처리 재료(L)는, 이러한 피처리 재료(L)에 작용하는 원심력에 의해, 교반 부재(104)에 형성된 관통 구멍(162, 164)을 통하여 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에 공급된다. 이때, 관통 구멍(162, 164)으로 유입된 피처리 재료(L)는, 관통 구멍(162, 164)의 내면에 의해 강한 회전력을 받아, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내로 유출된다.
이에 의해, 당해 간극(S)의 피처리 재료(L)의 압력이 상승한다. 또한, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내로 피처리 재료(L)가 유출됨으로써, 당해 간극(S) 내의 피처리 재료(L)의 흐름이 흐트러진다. 이에 의해, 소요의 교반 작용이 얻어진다. 또한, 피처리 재료(L)는 교반조(102)의 내면에 박막 원통 형상으로 밀착하면서 회전한다. 이때, 교반 부재(104)의 표면과 교반조(102)의 내면의 속도차에 의한 어긋남에 의해, 피처리 재료(L)는 교반조(102)의 둘레 방향으로 전단력을 받아 교반된다. 또한, 피처리 재료(L)에 포함되는 성분이 미립화된다.
이 교반 장치(100)는, 교반조(102)의 하부 용기(102b)의 바닥부에 형성된 공급구(124a, 124b)로부터 피처리 재료(L)가 연속해서 공급된다. 상기한 바와 같이 교반조(102) 내에서 교반이 진행되면 피처리 재료(L)의 점성이 저하되어, 원심력의 작용에 의해 피처리 재료(L)는 상부로 이동한다. 또한, 교반이 진행된 피처리 재료(L)는, 교반조(102)의 상부로 서서히 이동하고, 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b) 사이에 끼워진 덮개(102c)를 초과하여, 상부 용기(102a) 내로 유출된다. 상부 용기(102a)로 유출된 피처리 재료(L)는, 또한 상부 용기(102a)에 형성된 배출구(120)로부터 배출된다.
이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)의 외경은 상부와 하부에서 다르게 되어 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 상부의 외경(φ1)보다도, 하부의 외경(φ2) 쪽이 작다. 또한, 교반 부재(104)는 상부로부터 하부를 향함에 따라 서서히 외경이 작아진 테이퍼 형상을 갖고 있다.
이 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 하부의 외경(φ2)이 상부의 외경(φ1)보다도 작다. 이로 인해, 교반조(102)와 교반 부재(104)에 형성된 간극은, 상부(S1)보다도 하부(S2) 쪽이 넓다. 또한, 이 경우, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 간극(S2)에서는, 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에서 교반되는 피처리 재료(L)에 작용하는 압력이 저하되어, 피처리 재료(L)에 작용하는 마찰이 완화된다. 이로 인해, 교반 부재(104)의 하부에 있어서 발열이 낮게 억제된다. 이에 대해, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 간극(S1)은 교반 부재(104)의 하부에 형성된 간극(S2)보다도 좁다. 이로 인해, 당해 간극(S2)에서는, 소요의 압력이 작용하여, 피처리 재료(L)에 소요의 교반 처리가 실시된다.
이 실시 형태에서는, 피처리 재료(L)는, 공급 초기에 교반 부재(104)의 하부에 형성된 간극(S2)에 있어서 소요의 압력이나 마찰을 받아 교반된다. 이때, 당해 간극(S2)이 넓기 때문에, 피처리 재료(L)에 작용하는 마찰은 그다지 커지지 않아, 당해 부위(S2)에서의 발열을 낮게 억제할 수 있다. 공급 초기에 있어서 피처리 재료(L)가 고점도인 경우에는, 교반 처리에 대한 저항이 커, 발열도 높아지기 쉽다. 이 교반 장치(100)에 따르면, 공급 초기에 있어서 피처리 재료(L)가 고점도인 경우라도, 당해 간극(S2)이 넓다. 이로 인해, 교반 장치(100)가 피처리 재료(L)로부터 받는 저항은 작아져, 당해 부위에서의 발열을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 이러한 교반 부재(104)의 하부에 형성된 간극(S2)에서도, 소요의 교반 작용이 얻어진다. 이로 인해, 피처리 재료(L)는 서서히 교반되어 점도가 어느 정도 저하된다. 피처리 재료(L)는, 점도가 저하되면, 교반 부재(104)로부터 받는 원심력의 작용에 의해, 교반 부재(104)의 상부로 서서히 이동한다. 이 교반 장치(100)는 상부를 향함에 따라, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극이 좁아지고 있다. 그리고 교반 부재(104)의 상부에 형성된 간극(S1)은 좁아, 피처리 재료(L)에 작용하는 압력이 높아지므로, 소요의 교반 작용이 얻어진다.
또한, 교반 부재(104)의 상부에서는, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S1)이 좁다. 그러나 이 교반 장치(100)에서는, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 간극(S1)에 공급되는 피처리 재료(L)는, 이미 하부에 형성된 간극(S2)에서 교반되어, 어느 정도 점도가 저하되어 있다. 교반 부재(104)의 상부에는, 어느 정도 점도가 저하된 피처리 재료(L)가 공급된다. 이로 인해, 교반 부재(104)의 상부의 간극(S1)에서는, 발열은 낮게 억제된다.
이와 같이, 이 교반 장치(100)에서는, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극에서 발생하는 발열을 전체적으로 작게 억제할 수 있다. 또한, 교반 부재(104)의 하부에서는, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S2)이 넓게 되어 있지만, 교반 부재(104)의 상부에서는, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S1)이 좁게 되어 있다. 이로 인해, 당해 교반 부재(104)의 상부에 있어서, 피처리 재료(L)에 필요한 교반 처리를 실시할 수 있다.
또한, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극은 적절한 간극을 설정하면 된다. 예를 들어, 교반 부재(104)의 하부에 형성되는 간극(S2)은, 당해 부위에서의 발열을 어느 정도 낮게 억제하는 동시에, 어느 정도의 교반 작용이 얻어지도록, 공급되는 피처리 재료(L)의 점도나 교반 부재(104)의 회전 속도(회전수, 주속) 등을 감안하여 적당히 정하면 된다. 또한, 교반 부재(104)의 상부에 형성되는 간극(S1)은, 예를 들어 당해 교반 장치(100)에 있어서 피처리 재료(L)에 소요의 교반 처리가 실시되도록, 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 점도를 감안하여 적당히 정하면 된다.
다음에, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이, 교반 부재(104)의 상부보다도 하부 쪽이 넓은 교반 장치에 대해, 그 작용 효과를 검증하기 위해 행한 비교 시험의 일례를 나타낸다. 이러한 비교 시험에서는, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이 상부보다도 하부 쪽이 넓은 경우와, 당해 간극이 상하 방향으로 동일한 경우에 대해, 교반 처리의 효율 및 교반 처리에 있어서의 발열을 비교하였다.
이하, 이러한 비교 시험의 일례를 나타낸다. 도 2 내지 도 4는, 각각 이러한 비교 시험에서 사용된 교반 부재(104A, 301, 302)를 각각 모식적으로 도시하고 있다. 여기서는, 도 2 내지 도 4에 각각 도시한 바와 같이 3개의 교반 부재[104A(제1 실시예), 301(제1 비교예), 302(제2 비교예)]를 준비하였다. 또한, 교반 장치(100)는 교반 부재(104A, 301, 302)를 제외하고 동일한 구성으로 하고, 동일한 피처리 재료(L)를 공급하여 각각 교반 처리하였다. 여기서는, 예를 들어 교반 부재(104A, 301, 302)에 형성된 관통 구멍(162, 164)의 형상, 크기, 수에 대해서도 동일한 구성으로 하였다.
≪교반 부재(104A)(제1 실시예)≫
제1 실시예에 관한 교반 부재(104A)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상부에 있어서 교반조(102)와의 간극(S1)이 1㎜, 하부에 있어서 교반조(102)와의 간극(S2)이 3㎜로 되도록, 상부로부터 하부를 향함에 따라 서서히 외경이 작아진 테이퍼 형상을 갖고 있다. 이 실시 형태에서는, 관통 구멍(162, 164)을 모두 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍으로 하였다. 당해 제1 실시예에서는, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104A)의 외주면의 간극은 상부(S1)보다도 하부(S2) 쪽이 넓어진다.
≪교반 부재(301)(제1 비교예)≫
제1 비교예에 관한 교반 부재(301)는, 도 3에 모식적으로 도시한 바와 같이, 교반조(102)와 교반 부재(301)의 간극(S)이, 상하 방향으로 균일하게 3㎜로 되도록 원통 형상을 갖고 있다. 당해 제1 비교예에서는, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(301)의 외주면의 간극(S)이 상하로 균일하게 넓어진다.
≪교반 부재(302)(제2 비교예)≫
제2 비교예에 관한 교반 부재(302)는, 도 4에 모식적으로 도시한 바와 같이, 교반조(102)와 교반 부재(302)의 간극(S)이, 상하 방향으로 균일하게 1㎜로 되도록 원통 형상을 갖고 있다. 당해 제2 비교예에서는, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(302)의 외주면의 간극(S)이 상하로 균일하게 좁아진다.
≪피처리 재료(L)≫
이러한 비교 시험에서는, 정극 활물질(예를 들어, 리튬 함유 산화물), 도전재로서의 카본, 점착제(바인더)를, 소정의 비율로 용제에 혼합한 시료를 피처리 재료(L)로서 사용하였다. 또한, 피처리 재료(L)의 성분, 혼합 비율을 변경하면, 피처리 재료(L)의 공급 초기의 단계에서의 점도, 교반 처리 후의 점도도 변한다. 또한, 피처리 재료(L)의 성분, 혼합 비율에 관계없이, 교반 처리에 의해 피처리 재료(L)의 온도는 상승한다. 또한, 상술한 제1 실시예, 제1 비교예, 제2 비교예로부터 얻어지는 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 점도 및 피처리 재료(L)의 온도 상승에 관한 데이터의 경향은, 피처리 재료(L)의 성분, 혼합 비율에 관계없이, 대략 변하지 않는다. 여기서는, 교반 부재에 의해, 교반 처리의 효율과 온도 상승이 어떤 영향을 받는지를 조사한 시험의 일례를 설명한다.
≪교반 처리의 효율에 대해≫
교반 처리의 효율에 대해서는, 제1 실시예(도 2 참조)와 제1 비교예(도 3 참조)를 비교하였다. 이 경우, 제1 실시예와 제1 비교예에 있어서, 교반 부재(104A, 301)를 동일한 회전수, 동일한 처리 시간으로 회전시켜 교반 처리하였을 때에, 피처리 재료(L)의 점도에 어느 정도의 차가 발생하는지를 조사하였다. 여기서는, 교반 부재(104A, 301)의 회전수를 12565rpm으로 하고, 각각 120초 동안, 피처리 재료(L)를 교반 처리하였다. 또한, 점도는, 교반 처리 후에, 피처리 재료(L)가 25℃로 될 때까지 방치하고, 그 후 피처리 재료(L)의 점도를 측정하였다. 점도의 측정에는, E형 점도계(토우키 산업 주식회사제, R550)를 사용하여 측정하였다. 여기서는, 점도계의 콘을 1rpm, 20rpm, 100rpm으로 회전시켜, 각각 점도를 계측한 경우에 대해, 시험 결과를 도 5에 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 점도계의 콘을 1rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 비교예(도 3 참조)에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n1을 1이라고 하면, 제1 실시예(도 2 참조)에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n4는 대략 0.59 정도이었다.
또한, 점도계의 콘을 20rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 비교예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n2를 1이라고 하면, 제1 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n5는 대략 0.75 정도이었다.
또한, 점도계의 콘을 100rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 비교예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n3을 1이라고 한 경우에, 제1 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n6은 대략 0.88 정도이었다.
이와 같이 제1 실시예(도 2 참조)에 의해 교반 처리를 한 경우에는, 제1 비교예(도 3 참조)에 의해 교반 처리를 한 경우에 비해, 피처리 재료(L)의 점도가 저하되는 경향이 있다. 제1 비교예에 관한 교반 부재(301)를 사용하여, 제1 실시예에 관한 교반 부재(104A)를 사용한 경우와 동일한 정도의 점도를 얻기 위해서는, 제1 실시예에 관한 교반 부재(104A)를 사용한 경우보다도 처리 시간을 길게 할 필요가 있었다. 이와 같이, 교반조(102)와 교반 부재(301)의 간극(S)이 상하 방향으로 균일하게 넓은 경우(도 3 참조 : 제1 비교예)에 비해, 교반조(102)와 교반 부재(104A)의 간극이 상부(S1)보다도 하부(S2)에 있어서 넓은 경우(도 2 참조 : 제1 실시예) 쪽이 교반 처리의 효율이 좋아진다.
≪발열에 대해≫
다음에, 발열에 대해, 상술한 제1 실시예(도 2 참조)와 제2 비교예(도 4 참조)를 비교하였다. 이 경우, 제1 실시예와 제2 비교예에서, 교반 부재(104A, 302)를 동일한 회전수로 하고, 동일한 처리 시간, 교반 처리하였을 때, 피처리 재료(L)의 온도 상승에 어느 정도의 차가 발생하는지를 조사하였다. 여기서는, 교반 부재(104A, 302)의 회전수를 12565rpm으로 하고, 각각 120초 동안, 피처리 재료(L)를 교반 처리한 경우에 대해, 시험 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 비교예(도 4 참조)에서는, 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 온도 상승 n7(교반 처리 전후의 온도차)이, 80.7℃이었다. 이에 대해, 제1 실시예(도 2 참조)에서는, 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 온도 상승 n8은, 60℃이었다. 이와 같이, 제1 실시예(도 2 참조)에서는, 제2 비교예(도 4 참조)에 비해 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 온도 상승이 낮아진다. 또한, 제2 비교예(도 4 참조)에 있어서, 제1 실시예(도 2 참조)와 동일한 정도로 온도 상승을 억제하기 위해서는, 교반 처리에 있어서의 교반 부재(302)의 주속을 느리게 할 필요가 있었다.
또한, 제2 비교예(도 4 참조)에 있어서, 교반 부재(302)의 주속을 느리게 한 경우에는, 피처리 재료(L)를 소요의 점도로 하는 데, 처리 시간을 길게 할 필요가 있었다. 이와 같이, 교반조(102)와 교반 부재(302)의 간극(S)이 상하 방향으로 균일하게 좁은 경우(도 4 참조 : 제2 비교예)에 비해, 교반조(102)와 교반 부재(104A)의 간극이 상부(S1)보다도 하부(S2)에 있어서 넓은 경우(도 2 참조 : 제1 실시예) 쪽이, 피처리 재료(L)의 교반 처리의 효율과, 교반 처리에 있어서의 발열 억제의 밸런스가 좋았다.
또한, 도 5 및 도 6에 나타나는 데이터는, 피처리 재료(L)의 성분이나 양, 교반 부재, 교반조의 구체적인 형상이나 크기 등의 조건을 변경함으로써 변한다. 그러나 교반조(102)와의 간극(S)이 상하 방향으로 동일한 교반 부재(301, 302)를 사용한 경우(도 3 및 도 4 참조)와, 상부(S1)보다도 하부(S2)에 있어서 교반조(102)와의 간극이 넓어지는 교반 부재(104A)를 사용한 경우(도 2 참조)에서는, 대략 동일한 경향이 얻어진다.
이상과 같이, 상부보다도 하부에 있어서 교반조(102)와의 간극이 넓어지는 교반 부재(104A)를 사용한 제1 실시예(도 2 참조)에서는, 발열을 낮게 억제하면서, 소요의 처리 효율을 확보할 수 있다. 이와 같이, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극은, 교반 부재의 상부보다도 하부를 넓게 함으로써, 발열을 낮게 억제하면서, 소요의 처리 효율을 확보할 수 있다. 이 경우, 도 1 및 도 2에 도시하는 형태에서는, 교반 부재(104, 104A)는, 상부의 외경(φ1)보다도 하부의 외경(φ2)을 작게 하고 있지만, 반드시 이러한 형태로 한정되지 않는다.
이와 같이, 교반조(102)와 교반 부재(104A)의 간극이 상부(S1)보다도 하부(S2) 쪽이 넓은 경우에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104A)의 상단부에서의 교반조(102)와 교반 부재(104A)의 간극(S10)과, 교반 부재(104A)의 하단부에서의 교반조(102)와 교반 부재(104A)의 간극(S20)의 비(S10／S20)가, 0.95≥(S10／S20), 보다 바람직하게는 0.8≥(S10／S20)이면 된다. 이에 의해, 교반 부재(104A)의 상부와 하부에서, 교반조(102)와 교반 부재(104A)의 간극에 소요의 차가 발생하여, 교반조(102)와 교반 부재(104A)의 간극이 동일한 경우에 비해, 발열을 낮게 억제하면서, 소요의 처리 효율을 확보하는 효과를 기대할 수 있다.
도 7과 도 8은, 교반 장치(100)의 변형예를 모식적으로 도시하고 있다. 교반 장치(100)는, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내경은, 상부(d1)보다도 하부(d2)를 크게 함으로써, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극을 상부(S1)보다도 하부(S2)를 넓게 해도 된다. 또한, 도 1에는 상부로부터 하부를 향함에 따라 서서히 외경이 작아진 테이퍼 형상의 교반 부재(104)가 예시되어 있다. 이러한 교반 부재(104)에 따르면, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극을 상하 방향으로 서서히 변화시킬 수 있어, 피처리 재료(L)에 작용시키는 교반 작용을, 교반 부재(104)의 상하에서 서서히 변화시킬 수 있다.
이에 의해, 피처리 재료(L)의 교반을 서서히 진행시킬 수 있다. 또한, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이, 교반 부재(104)의 상부(S1)보다도 하부(S2) 쪽이 넓은 경우에 있어서, 교반 부재는 반드시 이와 같은 테이퍼 형상일 필요는 없다. 예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 외주면에 있어서, 상하 방향의 중간 부위에 단차(E)를 형성하고, 교반 부재(104)의 상부의 외경(φ1)보다도 하부의 외경(φ2)을 작게 함으로써, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극에 대해, 상부의 간극(S1)보다도 하부의 간극(S2)을 넓게 해도 된다.
또한, 발열을 낮게 억제하면서, 소요의 처리 효율을 확보하는 방법으로서는, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극은, 교반 부재의 상부보다도 하부 쪽을 넓게 하는 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이, 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다르게 되어 있으면 된다. 이하에 다른 형태를 설명한다.
예를 들어, 도 9는 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104B)의 외주면의 간극이, 교반 부재(104B)의 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 넓은 형태를 도시하고 있다. 이 경우, 교반 부재(104B)의 하부에 있어서, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극(S2)이 좁게 되어 있다. 이로 인해, 당해 부위(S2)에서 피처리 재료(L)에 작용하는 압력을 올릴 수 있어, 피처리 재료(L)에 대해 소요의 교반을 행할 수 있다. 또한, 교반 부재(104B)의 상부에서는, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극(S1)이 넓게 되어 있어, 당해 부위에서 피처리 재료(L)에 작용하는 압력이 낮게 억제된다. 이에 의해, 피처리 재료(L)에 발생하는 마찰을 완화할 수 있어, 발열이 억제된다. 또한, 피처리 재료(L)에 대해 과도하게 교반 처리가 실시되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 9에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104B)의 외주면의 간극이, 교반 부재(104B)의 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 넓은 경우에 대해, 그 작용 효과를 검증하기 위해 행한 비교 시험의 일례를 나타낸다. 이러한 비교 시험에서는, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극이 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 넓은 경우(제2 실시예 : 도 9 참조)와, 당해 간극(S)이 상하 방향으로 동일한 경우(제1 비교예 : 도 3, 제2 비교예 : 도 4 참조)에 대해, 교반 처리의 효율 및 교반 처리에 있어서의 발열을 비교하였다.
이하, 이러한 비교 시험의 일례를 나타낸다. 도 3, 도 4 및 도 9는, 각각 이러한 비교 시험에서 사용된 교반 부재(301, 302, 104B)를 각각 모식적으로 도시하고 있다. 여기서는, 도 3, 도 4 및 도 9에 각각 도시한 바와 같이 3개의 교반 부재(301, 302, 104B)를 준비하였다. 또한, 교반 장치(100)(도 1 참조)는 교반 부재(301, 302, 104B)를 제외하고 동일한 구성으로 하고, 동일한 피처리 재료(L)를 공급하여 각각 교반 처리하였다. 여기서는, 예를 들어 교반 부재(301, 302, 104B)에 형성된 관통 구멍(162, 164)의 형상, 크기, 수에 대해서도 동일한 구성으로 하였다.
≪교반 부재(104B)(제2 실시예)≫
제2 실시예에 관한 교반 부재(104B)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 상부에 있어서 교반조(102)와의 간극(S1)이 3㎜, 하부에 있어서 교반조(102)와의 간극(S2)이 1㎜로 되도록, 상부로부터 하부를 향함에 따라 서서히 외경이 커진 테이퍼 형상을 갖고 있다. 당해 제2 실시예에서는, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104A)의 외주면의 간극은, 교반 부재(104)의 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 넓어진다. 제1 비교예(도 3 참조), 제2 비교예(도 4 참조) 및 피처리 재료(L)에 대해서는, 이미 설명되어 있는 바와 같고, 여기서는 설명을 생략한다.
≪교반 처리의 효율에 대해≫
교반 처리의 효율에 대해서는, 제2 실시예(도 9 참조)와 제1 비교예(도 3 참조)를 비교하였다. 이 경우, 제2 실시예와 제1 비교예에서, 교반 부재(104B, 301)를 동일한 회전수, 동일한 처리 시간으로 회전시켜 교반 처리하였을 때, 피처리 재료(L)의 점도에 어느 정도의 차가 발생하는지를 조사하였다. 여기서는, 교반 부재(104A, 301)의 회전수를 10052rpm으로 하고, 각각 120초 동안, 피처리 재료(L)를 교반 처리하였다. 이 경우의 시험 결과를 도 10에 나타낸다. 또한, 점도는, 교반 처리 후에, 피처리 재료(L)가 25℃로 될 때까지 방치하고, 그 후 피처리 재료(L)의 점도를 측정하였다. 점도의 측정에는, E형 점도계(토우키 산업 주식회사제, R550)를 사용하여 측정하였다. 여기서는, 점도계의 콘을 1rpm, 20rpm, 100rpm으로 회전시켜, 각각 점도를 계측한 경우에 대해, 시험 결과를 도 10에 나타낸다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 점도계의 콘을 1rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 비교예(도 3 참조)에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n21을 1이라고 하면, 제2 실시예(도 9 참조)에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n24는 대략 0.60 정도이었다.
또한, 점도계의 콘을 20rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 비교예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n22를 1이라고 하면, 제2 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n25는 대략 0.74 정도이었다.
또한, 점도계의 콘을 100rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 비교예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n23을 1이라고 한 경우에, 제2 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n26은 대략 0.87 정도이었다.
이와 같이, 제2 실시예(도 9 참조)에 의해 교반 처리를 한 경우에는, 제1 비교예(도 3 참조)에 의해 교반 처리를 한 경우에 비해, 피처리 재료(L)의 점도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 제1 비교예에 관한 교반 부재(301)를 사용하여, 제2 실시예에 관한 교반 부재(104B)를 사용한 경우와 동일한 정도의 점도를 얻기 위해서는, 처리 시간을 더 길게 할 필요가 있었다. 이와 같이, 교반조(102)와 교반 부재(301)의 간극(S)이 상하 방향으로 균일하게 넓은 경우(도 3 참조 : 제1 비교예)에 비해, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극이 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 넓은 경우(도 9 참조 : 제2 실시예)에, 교반 처리의 효율이 좋아진다.
≪발열에 대해≫
다음에, 발열에 대해, 상술한 제2 실시예(도 9 참조)와 제2 비교예(도 4 참조)를 비교하였다. 이 경우, 제2 실시예와 제2 비교예에서, 교반 부재(104B, 302)를 동일한 회전수로 하고, 동일한 처리 시간, 교반 처리하였을 때에, 피처리 재료(L)의 온도 상승에 어느 정도의 차가 발생하는지를 조사하였다. 여기서는 교반 부재(104B, 302)의 회전수를 10052rpm으로 하고, 각각 120초 동안, 피처리 재료(L)를 교반 처리한 경우에 대해, 시험 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 제2 비교예(도 4 참조)에서는, 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 온도 상승 n27(교반 처리 전후의 온도차)이, 80.5℃이었다. 이에 대해, 제2 실시예(도 9 참조)에서는, 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 온도 상승 n8은, 59℃이었다. 이와 같이, 제2 실시예(도 9 참조)에서는, 제2 비교예(도 4 참조)에 비해 교반 처리 후의 피처리 재료(L)의 온도 상승이 낮아진다. 이와 같이, 제2 비교예(도 4 참조)에서는, 교반조(102)와 교반 부재(302)의 간극(S)이 상하 방향으로 균일하게 좁기 때문에 발열이 커지기 쉽다. 이에 비해, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극이 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 넓은 경우(도 9 참조 : 제2 실시예)에서는, 피처리 재료(L)의 교반 처리의 효율과 피처리 재료(L)의 발열을 억제하는 효과의 밸런스가 좋았다.
이와 같이, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극이, 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 넓은 경우에서는, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104B)의 상단부에서의 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극(S10)과, 교반 부재(104B)의 하단부에서의 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극(S20)의 비(S10／S20)가, 1.05≤(S10／S20), 보다 바람직하게는 1.2≤(S10／S20)이면 된다. 이에 의해, 교반 부재(104B)의 상부와 하부에서, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극에 소요의 차가 발생하여, 교반조(102)와 교반 부재(104B)의 간극이 균일한 경우에 비해, 피처리 재료(L)의 교반 처리의 효율과 피처리 재료(L)의 발열을 억제하는 효과의 밸런스를 좋게 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 도 10 및 도 11에 나타나는 데이터는, 피처리 재료(L)의 성분이나 양, 교반 부재, 교반조의 구체적인 형상이나 크기 등의 조건을 변경함으로써 변한다. 그러나 교반조(102)와의 간극(S)이 상하 방향으로 균일한 교반 부재(301, 302)를 사용한 경우(도 3 및 도 4 참조)와, 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽이 교반조(102)와의 간극이 넓어지는 교반 부재(104B)를 사용한 경우(도 9 참조)에서는, 대략 동일한 경향이 얻어진다.
이상, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다른 교반 장치(100)에 따르면, 발열을 낮게 억제하면서 소요의 교반 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
이 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104A)의 외주면의 간극은, 교반 부재(104A)의 상부(S1)보다도 하부(S2) 쪽을 넓게 해도 된다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104B)의 외주면의 간극은, 교반 부재(104B)의 하부(S2)보다도 상부(S1) 쪽을 넓게 해도 된다(도 9 참조). 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다른 구성으로서는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104A)의 외경은, 상부(φ1)보다도 하부(φ2) 쪽을 작게 해도 된다. 또한, 반대로, 도 9에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104B)의 외경은, 하부(φ2)보다도 상부(φ1) 쪽을 작게 해도 된다.
또한, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극이 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다른 구성으로서는, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내경을, 상하로 달리해도 된다. 또한, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 외주면에 있어서, 상하 방향의 중간 부위에 단차(E)를 형성하여, 교반 부재(104)의 상부와 하부에서 외경을 달리해도 된다. 또한, 도시는 생략하지만, 교반조(102)의 내주면에 있어서, 교반조(102)의 상하 방향의 중간 위치에 단차를 형성하여, 교반조(102)의 상부와 하부에서 내경을 달리해도 된다. 이에 의해, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극을, 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 부분적으로 달리할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 9에 도시하는 형태에서는, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극은, 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 서서히 넓어지고, 또는 좁아지고 있다. 상술한 바와 같이, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극을 넓게 함으로써, 피처리 재료(L)에 작용하는 압력을 완화하여, 발열을 억제하는 동시에, 교반 작용을 완화하는 작용이 있다. 또한, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극을 좁게 함으로써, 피처리 재료(L)에 작용하는 압력을 높게 하여, 교반 작용을 높일 수 있다.
따라서 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극은, 적당한 위치에서 넓게, 또는 좁게 해도 된다. 예를 들어, 도시는 생략하지만, 교반 부재(104)의 상하 방향의 중간 부위에서, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극을 넓게 하고, 당해 중간 부위보다도, 교반 부재(104)의 상하 방향의 단부에서 각각 당해 간극을 좁게 해도 된다. 이에 의해, 교반 부재(104)의 중간 부위에서, 피처리 재료(L)에 작용하는 압력을 완화하여, 발열을 억제하는 동시에, 교반 작용을 완화할 수 있고, 교반 부재(104)의 상하 방향의 단부에서, 피처리 재료(L)에 작용하는 압력을 올려, 교반 작용을 높일 수 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 교반 부재(104)의 상하 방향의 단부에서, 각각 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극을 넓게 하고, 당해 상하 방향의 단부보다도, 교반 부재(104)의 상하 방향의 중간 부위에서 당해 간극을 좁게 해도 된다. 이에 의해, 교반 부재(104)의 중간 부위에서, 피처리 재료(L)에 작용하는 압력을 올려, 교반 작용을 높이고, 교반 부재(104)의 상하 방향의 단부에서, 피처리 재료(L)에 작용하는 압력을 완화하여, 발열을 억제하는 동시에, 교반 작용을 완화할 수 있다. 이와 같이, 피처리 재료(L)에 바람직한 교반 처리에 따라, 교반 부재(104)의 상하 방향의 적당한 부위에서, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극을 넓게, 또는 좁게 해도 된다.
또한, 도 2 및 도 9에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104A, 104B)에는 직경 방향으로 관통한 복수의 관통 구멍(162, 164)이 형성되어 있다. 교반 장치(100)는, 교반조(102)의 내주면과 교반 부재(104)의 외주면의 간극을, 교반 부재(104)의 상하 방향에 있어서 부분적으로 달리함으로써, 발열을 낮게 억제하면서, 소요의 교반 처리를 효율적으로 행할 수 있다. 이에 더하여, 교반 부재(104A, 104B)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164)을 크게 해도 된다. 이에 의해, 교반 장치(100) 전체적으로 발열을 작게 억제할 수 있는 동시에, 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에, 이러한 교반 장치(100)를 설명한다.
도 12는 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164)을 크게 한 교반 부재(104C)를 구비한 교반 장치(100)의 모식도이다. 또한, 도 12에 도시하는 교반 장치(100)는, 교반 부재(104C)에 형성된 관통 구멍(162, 164)[특히, 하부의 관통 구멍(164)]의 크기를 제외하고, 도 1에 도시하는 교반 장치(100)와 동일한 구성을 구비하고 있다. 이 교반 부재(104C)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164) 쪽이 크다. 이 실시 형태에서는, 아암부(154)가 연장되는 원통부(152)의 축 방향의 중간 부위(160)를 경계로, 교반 부재(104C)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164)을 크게 하고 있다.
관통 구멍(162, 164)의 크기는, 각각 교반조(102)에 공급된 초기 단계에서의 피처리 재료(L)의 점도나 입경 등을 고려하여 설정하면 된다. 이 실시 형태에서는, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)라도 통과할 수 있는 정도로, 하부에 형성된 관통 구멍(164)의 크기가 설정되어 있다. 이에 대해, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)는 통과하기 어렵지만, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)는 통과할 수 있는 정도로, 상부에 형성된 관통 구멍(162)의 크기가 설정되어 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, 상부에 형성된 복수의 관통 구멍(162) 및 하부에 형성된 복수의 관통 구멍(164)은, 각각 동일한 크기의 구멍으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)은, 직경이 3㎜의 원형의 구멍이고, 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 직경이 5㎜의 원형의 구멍이다. 이와 같이, 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)을, 하부에 형성된 관통 구멍(164)보다도 균일하게 작게 하고 있다.
이 교반 장치(100)에 따르면, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 직경이 5㎜의 원형의 구멍이다. 이 실시 형태에서는, 당해 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)가 통과할 수 있는 정도의 크기로 설정되어 있다. 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)은, 직경이 3㎜의 원형의 구멍이다. 이 실시 형태에서는, 당해 상부의 관통 구멍(162)은, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)는 통과하기 어렵지만, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)는 통과할 수 있는 정도의 크기로 설정되어 있다.
이 경우, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)는, 우선 교반조(102)의 하부에서 처리된다. 또한, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)는, 원심력의 작용을 받아 교반 부재(104)의 상부로 이동한다. 이와 같이 교반 부재(104)의 상부에서는, 교반조(102)의 하부에서 어느 정도 교반되어 있어, 공급 초기보다도 점도가 저하된 피처리 재료(L)가 공급되는 경향이 있다. 공급 초기보다도 점도가 저하된 피처리 재료(L)는, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)을 통과하여, 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에 공급된다. 이와 같이, 교반 부재(104)의 하부에서는, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)가 처리된다. 또한, 교반 부재(104)의 상부에서는, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)가 처리된다.
이 경우, 점도가 높은 피처리 재료(L)를 처리하는 교반조(102)의 하부에서는 발열이 커지지만, 점도가 저하된 피처리 재료(L)를 처리하는 교반조(102)의 상부[이 실시 형태에서는, 하부 용기(102b)의 상부]에서는 발열이 작게 억제된다. 이로 인해, 교반 장치(100) 전체적으로는, 발열을 작게 억제할 수 있다. 또한, 교반조(102)의 하부에서는, 관통 구멍(164)이 커, 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에 피처리 재료(L)가 공급되기 쉬워지므로, 고점도의 피처리 재료(L)가 공급된 경우라도 처리 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 이 교반 장치(100)에서는, 전체적으로 발열을 억제하면서 처리 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명자는, 이러한 교반 장치(100)에 대해, 관통 구멍이 다른 교반 부재를 복수 준비하고, 각각 동일한 피처리 재료(L)를 일정한 조건으로 교반 처리하고, 처리 후의 피처리 재료(L)의 온도 상승과, 처리 후의 피처리 재료(L)의 점도를 측정하였다. 당해 비교 시험의 일례를 들면, 본 발명자는, 도 12에 도시한 바와 같이, 상부에 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍(162)이 형성되고, 하부에 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍(164)이 형성된 교반 부재(104C)를 준비하였다(제3 실시예). 또한, 이것과 대비하기 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(162, 164)을 모두 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍으로 한 교반 부재(104A)(제1 실시예), 또한 도 13에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(162, 164)을 모두 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍으로 한 교반 부재(104D)를 준비하였다(제4 실시예). 또한, 여기서는, 교반 부재(104A, 104C, 104D)에 형성된 관통 구멍(162, 164)의 형상, 크기를 제외한 다른 구성은, 동일한 구성으로 하였다.
≪발열에 대해≫
발열에 대해, 비교하는 비교 시험에서는, 교반 부재[104C(도 12 참조 : 제3 실시예), 104A(도 2 참조 : 제1 실시예), 104D(도 13 참조 : 제4 실시예)]가 각각 설치된 3개의 교반조(102)에, 피처리 재료(L)를 소정량씩 공급하였다. 그리고 각각 소정의 회전 속도로, 소정 시간, 교반 부재(104C, 104A, 104D)를 회전시켜 교반 처리를 하고, 당해 처리 후에 피처리 재료(L)의 온도 상승을 각각 측정하였다. 그 결과를 도 14에 나타낸다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 3㎜의 원형으로 한 경우[교반 부재(104A), 도 2 참조 : 제1 실시예]에서는 피처리 재료(L)의 온도 상승이 가장 낮았다. 다음에, 상부에 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍(162)이 형성되고, 하부에 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍(164)이 형성된 경우[교반 부재(104C), 도 12 참조 : 제3 실시예]에서는, 제1 실시예보다도 피처리 재료(L)의 온도 상승이 조금 높아졌다. 또한, 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 5㎜의 원형으로 한 경우[교반 부재(104D), 도 13 참조 : 제4 실시예]에서는, 피처리 재료(L)의 온도 상승이 가장 높아졌다.
≪교반 처리의 효율에 대해≫
교반 처리의 효율에 대해서는, 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 3㎜의 원형으로 한 경우[교반 부재(104A), 도 2 참조 : 제1 실시예]와, 상부에 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍(162)이 형성되고, 하부에 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍(164)이 형성된 경우[교반 부재(104C), 도 12 참조 : 제3 실시예]를 비교하였다. 이 경우, 제1 실시예와 제3 실시예에서, 교반 부재(104A, 104C)를 동일한 회전수, 동일한 처리 시간으로 회전시켜 교반 처리하였다. 그리고 피처리 재료(L)의 점도에 어느 정도의 차가 발생하는지를 조사하였다. 여기서는, 점도는, 교반 처리 후에, 피처리 재료(L)가 25℃로 될 때까지 방치하고, 그 후 피처리 재료(L)의 점도를 측정하였다. 점도의 측정에는, E형 점도계(토우키 산업 주식회사제, R550)를 사용하여 측정하였다. 여기서는, 점도계의 콘을 1rpm, 20rpm, 100rpm으로 회전시켜, 각각 점도를 계측한 경우에 대해, 시험 결과를 도 15에 나타낸다. 이 결과, 도 15에 나타낸 바와 같이, 동일한 회전수, 동일한 처리 시간에서는, 교반 부재(104A)를 사용한 경우(도 2 참조)보다도, 교반 부재(104C)를 사용한 경우 쪽이, 점도가 저하된다고 하는 결과가 얻어졌다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 점도계의 콘을 1rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 실시예(도 2 참조)에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도는 n41, 제3 실시예(도 12 참조)에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도는 n44로 된다.
또한, 점도계의 콘을 20rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도는 n42, 제3 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도는 n45로 된다.
또한, 점도계의 콘을 100rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 제1 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도는 n43, 제3 실시예에 의해 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도는 n46으로 된다.
이 시험 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 상부의 관통 구멍(162)을 직경 3㎜의 원형으로 하고, 하부의 관통 구멍(164)을 직경 5㎜의 원형으로 한 경우(제3 실시예)에는, 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 3㎜의 원형으로 한 경우(제1 실시예)보다도 점도가 저하되어, 교반 처리의 효율이 좋다. 이와 같이, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164) 쪽을 크게 함으로써, 피처리 재료(L)의 교반 처리의 효율과, 교반 처리에 있어서의 발열 억제의 밸런스를 좋게 할 수 있다.
또한, 교반 부재(104C)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 아암부(154)가 연장되는 축 방향의 중간 부위(160)(도 1 참조)를 경계로 하여, 당해 중간 부위(160)보다도 하측에 형성된 관통 구멍(164)이, 상측에 형성된 관통 구멍(162)보다도 크다. 교반 부재(104)에 형성하는 관통 구멍(162, 164)의 크기를 변화시키는 경계는, 아암부(154)가 연장되는 축 방향의 중간 부위(160)로 설정하지 않아도 된다.
또한, 도 12에 도시하는 교반 부재(104C)에서는, 하부에 형성된 관통 구멍(164)이, 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 균일하게 크다. 교반 부재에 형성되는 관통 구멍(162, 164)의 크기는, 이러한 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도시는 생략하지만, 교반 부재의 상부로부터 하부를 향해, 서서히 혹은 단계적으로 큰 관통 구멍이 형성되어 있어도 된다. 또한, 다른 형태로서, 상술한 실시 형태에서는, 교반 부재에 형성된 관통 구멍은 원형이지만, 관통 구멍의 형상은 원형이 아니어도 된다. 예를 들어, 관통 구멍은, 정사각형, 평행 사변형, 직사각형, 사다리꼴 등의 직사각형, 삼각형, 그 외의 다각형, 타원형 등 다양한 기하학 형상, 또는 이형 형상이어도 된다.
예를 들어, 도 16에 도시하는 교반 부재(104E)에서는, 상부에 형성된 관통 구멍(162)은 원형이고, 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 상부에 형성된 관통 구멍(162)의 직경과 1변의 길이가 동일한 정사각형이다. 이 경우, 상부에 형성된 관통 구멍(162)에 비해 하부에 형성된 관통 구멍(164)을 적절하게 크게 할 수 있다.
또한, 예를 들어 도 1에 도시하는 실시 형태에서는, 교반 부재(104)에 형성한 관통 구멍(162, 164)은 각각 도 17에 모식적으로 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 반경 방향을 따라 관통하고 있다. 이 경우, 피처리 재료(L)의 점도가 높은 경우에는, 관통 구멍(162, 164)에서 피처리 재료(L)가 막혀, 처리 효율이 저하되는 경우도 생각된다. 본 발명에서는, 이러한 교반 부재(104)에 형성되는 관통 구멍은, 반경 방향을 따라 관통시킨 형태로 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 18에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(162, 164)은, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통시켜도 된다. 이 경우, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내를 향해, 원심력의 작용에 의해 유출되는 피처리 재료(L)의 방향이나 세기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성해도 된다.
이 경우, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내를 향해 유출되는 피처리 재료(L)의 세기가 강해지는 것을 기대할 수 있어, 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 각도에 의해서도 피처리 재료(L)의 세기가 변하므로, 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 각도를 적당한 각도로 하면 된다. 또한, 도 18에 도시하는 예에서는, 관통 구멍(162, 164)은, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 45도의 각도로 기울이고 있다.
또한, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성하는 경우, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 기울이는 형태로 한정되지 않는다. 이 경우, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 방향이나 각도에 의해, 원심력의 작용에 의해 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향이나 세기가 조정된다. 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향이나 세기를 어떻게 조정할지를 고려하여, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 방향을 정하면 된다.
예를 들어, 도시는 생략하지만, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 세기를 억제하고자 하는 경우에는, 관통 구멍(162, 164)은 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 후방을 향해 기울이면 된다. 또한, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 하방을 향하게 하고자 하는 경우에는, 관통 구멍(162, 164)은 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 하방을 향해 기울이면 된다. 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 하방을 향하게 함으로써, 예를 들어 피처리 재료(L)를 교반조(102)의 상하로 순환시킬 수 있어, 피처리 재료(L)를 보다 충분히 교반할 수 있다.
또한, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 상방을 향하게 하고자 하는 경우에는, 관통 구멍(162, 164)은 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 상방을 향해 기울이면 된다. 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 상방을 향하게 함으로써, 예를 들어 피처리 재료(L)를 교반조(102)의 상방으로 보내면서 교반할 수 있어, 피처리 재료(L)의 처리 속도를 올릴 수 있다.
또한, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성하는 경우, 교반 부재(104)의 회전 방향에 대한 기울기와, 교반 부재(104)의 상하 방향에 대한 기울기를 적당하게 조합해도 된다. 또한, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성하는 경우, 부분적으로 관통 구멍을 기울이는 방향을 바꾸어도 된다. 예를 들어, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)에 대해서는, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 기울여도 된다. 또한, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)에 대해서는, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 상방을 향해 기울여도 된다. 이와 같이, 관통 구멍(162, 164)의 기울기를 부분적으로 바꾸어도 된다.
또한, 도 19에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라 관통 구멍을 넓혀도 된다. 또한, 도시는 생략하지만, 반대로, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라 관통 구멍을 좁혀도 된다. 이와 같은 관통 구멍(162, 164)의 형상은, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대한 기울기와 적당하게 조합할 수 있다.
이상, 교반 장치(100), 특히 교반 부재(104)에 대해 다양한 개변예를 예시하였지만, 교반 장치(100) 및 교반 부재(104)의 구조는, 상술한 어느 실시 형태로도 한정되지 않는다. 또한, 교반 장치(100)의 각 부재, 부위의 형상이나 구조에 대해서도 다양하게 변경해도 된다. 이 교반 장치는, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지용의 전극 슬러리 등, 점도가 높은 피처리 재료를 교반하는 장치로서 적합하다. 본 발명에 관한 교반 장치는, 예를 들어 도 20에 도시한 바와 같이, 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 금속박(12a, 14a)에 도포하여 형성된 합제층(12b, 14b)을 갖는 비수 전해액 2차 전지(10)의 제조 방법에 있어서, 전극 슬러리를 교반하는 공정에 사용할 수 있다.
또한, 도 20에 도시하는 비수 전해액 2차 전지(10)는, 띠 형상의 정극(12)과 띠 형상의 부극(14) 사이에, 띠 형상의 세퍼레이터(16, 18)를 개재시키고, 권회한 권회 전극체(22)를 전지 케이스(24)에 수납하고 있다. 권회 전극체(22)에는, 정부의 전극 단자(32, 34)가 설치되어 있다. 여기서, 띠 형상의 정극(12)은, 금속박으로서의 알루미늄박(12a)에 정극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 형성된 합제층(12b)을 갖고 있다. 또한, 띠 형상의 부극(14)은, 금속박으로서의 동박(14a)에 정극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 형성된 합제층(14b)을 갖고 있다. 본 발명에 관한 교반 장치는, 이러한 정극, 부극의 전극 슬러리를 각각 교반하는 공정에 사용할 수 있다. 또한, 도 20은 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 금속박(12a, 14a)에 도포하여 형성된 합제층(12b, 14b)을 갖는 비수 전해액 2차 전지(10)의 일례를 도시하고 있지만 「비수 전해액 2차 전지」는, 이러한 형태로 한정되지 않는다.
또한, 본 발명에 관한 교반 장치는, 리튬 이온 2차 전지용의 전극 슬러리를 교반하는 용도로 한정되지 않고, 점도가 높은 피처리 재료를 교반하는 다양한 용도로 사용할 수 있다.
10 : 비수 전해액 2차 전지
12 : 정극
14 : 부극
12a, 14a : 금속박
12b, 14b : 합제층
16, 18 : 세퍼레이터
22 : 권회 전극체
24 : 전지 케이스
32, 34 : 전극 단자
100 : 교반 장치
102 : 교반조
102a : 상부 용기
102b : 하부 용기
102c : 덮개
104, 104A, 104B, 104C, 104D, 104E, 301, 302 : 교반 부재
106 : 외부조
112, 114 : 플랜지
116 : 냉각수실
118 : 덮개
120 : 배출구
122 : 플랜지
124a, 124b : 공급구
126a, 126b : 공급 밸브
128a, 128b : 공급관
132 : 구멍
134 : 오목부
142 : 냉각수실
144 : 냉각수 공급관
150 : 회전축
152 : 원통부
154 : 아암부
154a : 구멍
156 : 보스부
156a : 설치 구멍
160 : 중간 부위
162 : 관통 구멍
164 : 관통 구멍
200 : 구동 장치
L : 피처리 재료
S : 교반조와 교반 부재의 간극
S1 : 상부의 간극
S2 : 하부의 간극
d1 : 교반조의 상부의 내경
d2 : 교반조의 하부의 내경
φ1 : 교반 부재의 상부의 외경
φ2 : 교반 부재의 하부의 외경

Claims (17)

  1. 바닥부에 피처리 재료가 공급되는 공급구가 있고, 또한 상부에 배출구가 있는 원통 형상의 교반조,
    상기 교반조의 중심축을 따라 설치된 회전축,
    상기 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 상기 교반조의 내주면에 대해 동심원으로 회전하도록 상기 회전축에 설치된 원통 형상의 교반 부재, 및
    상기 교반 부재의 직경 방향으로 관통 형성된 복수의 관통 구멍을 갖고,
    상기 교반조의 내주면과 상기 교반 부재의 외주면의 간극이, 상기 교반 부재의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다른, 교반 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 교반 부재의 외경이 상부와 하부에서 다른, 교반 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 교반조의 내경이, 교반 부재의 상부와 하부에서 다른, 교반 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 교반조의 내주면과 상기 교반 부재의 외주면의 간극이, 상기 교반 부재의 상부보다도 하부가 넓은, 교반 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 교반 부재의 외경은, 상부보다도 하부가 작은, 교반 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 교반 부재는, 상부로부터 하부를 향함에 따라 서서히 외경이 작아진 테이퍼 형상을 갖는, 교반 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 교반조의 내경은, 교반 부재의 하부보다도 교반 부재의 상부 쪽이 작은, 교반 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 교반 부재의 상단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S10)과, 교반 부재의 하단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S20)의 비(S10／S20)가, 0.95≥(S10／S20)인, 교반 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 교반조의 내주면과 상기 교반 부재의 외주면의 간극이, 상기 교반 부재의 하부보다도 상부가 넓은, 교반 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 교반 부재의 외경은, 하부보다도 상부가 작은, 교반 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 교반 부재는, 하부로부터 상부를 향함에 따라 서서히 외경이 작아진 테이퍼 형상을 갖는, 교반 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 교반조의 내경은, 교반 부재의 상부보다도 교반 부재의 하부 쪽이 작은, 교반 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 교반 부재의 상단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S10)과, 교반 부재의 하단부에서의 교반조와 교반 부재의 간극(S20)의 비(S10／S20)가, 1.05≤(S10／S20)인, 교반 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 교반 부재에 형성된 복수의 관통 구멍은, 상기 교반 부재의 상부에 형성된 관통 구멍보다도, 상기 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍이 큰, 교반 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 교반 부재의 반경 방향에 대해 기울어져 있는, 교반 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 교반 부재의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 상기 교반 부재의 반경 방향에 대해, 상기 교반 부재의 회전 방향의 전방을 향해 기울어져 있는, 교반 장치.
  17. 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 금속박에 도포하여 형성된 합제층을 갖는 비수 전해액 2차 전지의 제조 방법이며,
    상기 전극 슬러리를 교반하는 공정에 있어서, 제1항 또는 제2항에 기재된 교반 장치를 사용하여, 전극 슬러리를 교반하는 것을 특징으로 하는, 비수 전해액 2차 전지의 제조 방법.
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