KR20230169051A - 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기 - Google Patents

끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기에 관한 것으로, 블레이드 하면에 교반대상물질이 유동할 수 있는 유로를 형성하여, 셋 이상의 블레이드를 구비하더라도 응집된 교반대상물질에 의한 블레이드의 끼임 현상 없이 안정적인 구동이 가능한 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기를 개시한다.

Description

끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기{A Planetary Mixer With Anti-stop Structure}
본 발명은 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 응집된 교반대상물질이 블레이드 하단으로 유입됨에 따라 발생하는 플래니터리 교반기의 오작동을 방지할 수 있는 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기에 관한 것이다.
일반적으로 교반기는 다수의 물질을 기계적인 힘을 이용하여 교반시키는 장치이다.
그 중 플래니터리 교반기는 교반 대상물질에 실제 교반작업을 수행하는 교반부와, 상기 교반부를 구동시키기 위한 구동부를 포함하여 이루어진다.
상세히, 구동부(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 선기어(11)와, 선기어(11)와 동축으로 배치되는 링기어(15)와, 선기어(11)를 중심으로 방사상으로 배치되며, 상기 선기어(11) 및 링기어(15)와 치합되게 배치된 복수의 유성기어(13) 및 상기 선기어(11)를 선기어(11)의 중심부인 공전축(101)을 중심으로 회전시키는 구동모터를 포함하여 이루어지며, 상기 링기어(15)가 고정된 상태에서 선기어(11)가 회전함에 따라, 유성기어(13)는 각각의 중심인 자전축(103)을 중심으로 자전하면서 선기어(11)를 중심으로 공전한다.
그리고 교반부는 도 2에 도시된 바와 같이 각 유성기어 하측에 결합되는 블레이드로 구성되며, 베셀 내부에 공전축을 중심으로 방사상으로 배치된 복수의 블레이드가 각각의 자전축을 중심으로 자전함과 동시에, 공전축을 중심으로 공전함으로써 교반대상물질을 교반한다.
한편, 상술한 플래니터리 교반기는 화학, 의약, 세라믹스, 식품, 사료, 철강, 비철금속, 전자 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있지만, 그 중 전자 분야에서는 리튬 이온 이차전지의 전극층을 제조할 때 쓰인다.
이러한 종래의 전지층 제조를 위한 플래니터리 교반기는 통상 두 개의 블레이드를 구비하며, 블레이드에 분산을 위한 별도의 날개가 마련되어 사용되어 왔는데, 셋 이상의 블레이드를 구비할 경우 교반효율은 향상되지만 공전축 하측에서 각 블레이드 끝단이 모여 폐구간을 형성하여, 폐구간 내에 수용된 고점도의 대상물질은 압축되어 응집되었고, 응집된 대상물질은 블레이드와 베셀 사이에 형성되는 10mm정도로의 공간으로 유입되어 끼임으로써 브레이크와 같은 작용을 함으로써, 블레이드의 자전 및 회전운동을 방해하는 문제가 발생하였다.
상술한 문제를 해결하기 위한 선행특허로, 일본 공개특허공보 제2006-192358호, "유성-믹서 및 그것을 이용한 처리 방법"이 개시된 바 있다.
상세히, 상기 선행특허에서는 도 3에 도시된 바와 같이 공전축 증앙부에 형성되는 각각의 블레이드들 간의 사이 간격을 15~40mm로 충분히 이격시켜, 공전축 중앙부에 폐구간이 형성되지 않도록 함으로써 대상물질의 응집현상을 해결하였다.
하지만, 플래니터리 교반기는 날개 사이의 좁은 간격에서 교반 대상물질을 비비는 기능을 수행하기 때문에, 상기 선행특허와 같이 각 블레이드 간의 간격을 넓게 이격시키면 교반 효율이 떨어지므로 교반 효율을 상승시키기 위해 다수 개의 날개를 설치하는 의미가 없어져버리는 문제가 있다.
따라서 세 개 이상의 다축 날개를 장착한 플래니터리 교반기의 날개 간 거리를 넓히지 않으면서도, 용기 중심 부분에서 발생하는 교반 대상물질의 응집 현상을 예방하여 교반 효율을 높일 수 있는 다축 플래니터리 교반기의 개발이 시급한 실정이다.
US 2014/0010041 A1 (2014.01.09.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 플래니터리 교반기에 있어서, 셋 이상의 블레이드를 구비하더라도 응집된 교반대상물질에 의한 블레이드의 끼임 현상 없이 안정적인 구동이 가능한 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기를 제공함에 있다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 베셀 내부에 마련되며, 블레이드를 포함하는 교반부를 갖고, 상기 블레이드 각각은 자전축을 중심으로 자전하는 동시에 공전축을 중심으로 공전하는 다축 플래니터리 교반기에 있어서, 상기 블레이드의 하면은 베셀의 하면으로부터 일정 간격 이격되어 형성되며, 상기 자전축에 대해 수직인 방향으로 일정 길이를 갖고 연장된 형상이며, 상기 블레이드의 하면에는 교반대상물질이 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입된 교반대상물질이 배출되는 배출구 및 상기 유입구와 배출구를 서로 연결하는 연결슬롯이 함몰되어 소정 길이로 유로가 연장 형성될 수 있다.
이때, 상기 교반대상물질이 유입되는 유입구는 상기 블레이드의 자전 반경을 기준으로 상기 교반대상물질이 배출되는 배출구 보다 외측에 위치하여, 상기 블레이드의 자전 반경을 기준으로 블레이드의 외측에서 유입된 교반대상물질이 블레이드의 내측으로 배출될 수 있다.
이때, 상기 유입구 및 배출구가 복수 개 형성되는, 끼임 방지 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 연결슬롯은 상기 복수의 유입구와 배출구가 서로 연통되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 연결슬롯은 한쌍의 유입구와 배출구가 다른 한쌍의 유입구와 배출구와 분리되어 유로가 서로 분리되도록 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기는 블레이드 하면과 베셀 바닥면 사이에 응집된 교반대상물질이 유통될 수 있는 공간인 유로를 형성하여, 교반기의 안정적인 구동이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 플레니터리 교반기의 구동부를 도시한 평면도이다.
도 2는 종래의 플레니터리 교반기의 교반부를 도시한 저면사시도이다.
도 3은 종래의 유성믹서에 포함된 블레이드의 배치구조를 나타낸 저면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드를 도시한 저면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바림직한 실시예에 따른 끼임 방지 날개 구조를 가진 플래니터리 믹서에 포함된 블레이드의 배치구조를 나타낸 저면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 끼임 방지 날개 구조를 가진 플래니터리 믹서의 유로 형상을 나타낸 저면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 끼임 방지 날개 구조를 가진 플래니터리 믹서의 유입구 및 배출구의 형성 범위를 나타낸 저면도이다.
도 8은 본 발명의 바림직한 실시예 2에 따른 끼임 방지 날개 구조를 가진 플래니터리 믹서에 형성된 유로가 서로 분리된 경우를 도시한 저면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예 3에 따른 끼임 방지 날개 구조를 가진 플래니터리 믹서의 유로 형상을 도시한 저면도이다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 끼임 방지 날개 구조를 가진 플래니터리 믹서는 교반대상물질이 수용되는 베셀과, 교반대상물질을 교반시키는 다수의 블레이드로 이루어진 교반부 및 상기 교반부를 구동시키는 구동부를 포함한다.
상기 블레이드(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 일측으로 연장된 형태의 상부프레임(210)과, 상기 상부프레임(210)으로부터 하측으로 일정 간격 이격되게 배치된 하부프레임(230) 및 상부프레임(210)의 양단과 하부프레임(230)의 양단을 서로 연결하는 한 쌍의 측면 프레임(250)으로 이루어지며, 상기 하부프레임(230)은 상부프레임(210)의 중심에 위치한 자전축(103)을 기준으로 소정 각도 비틀리게 형성되고, 하부프레임(230)의 하면에는 유로(300)가 형성된 형태이다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 교반부(100)는 공전축(101)을 중심으로 다수의 블레이드(200)가 방사상으로 배치되는데, 이때 각 블레이드(200)는 특정 시점에서 하부프레임(230) 일단이 모두 공전축(101)을 향하도록 배치되며, 공전축(101)으로부터 각각의 자전축까지의 거리는 모두 동일하게 배치된다.
교반부(100)의 각 블레이드(200)는 상술한 바와 같은 배치구조를 가지고, 각각의 자전축(103)을 중심으로 자전함과 동시에 공전축(101)을 중심으로 공전하여 교반대상물질을 교반한다.
이때, 상기 공전축(101) 측에는 각 블레이드(200)의 회전영역으로 둘러싸이며, 블레이드(200)의 회전영역에 포함되지 않는 영역인 데드존이 형성되는데, 데드존의 최대 반경이 10mm 이하로 형성되도록 공전축(101)과 각 자전축(103) 사이의 거리를 조절하여 배치함으로써 각 블레이드(200)가 자전축을 중심으로 자전할 때 형성하는 각각의 자전반경이 서로 중첩되어 교반 효율을 극대화시키는 것이 바람직하다.
한편, 점도가 높은 교반대상물질을 교반하는 경우에서, 데드존의 최대 반경이 10mm 이하로 형성되도록 셋 이상의 블레이드(200)를 배치할 시, 하부프레임(230)의 공전축 측 끝단이 폐구간을 형성하여 데드존 내부에 위치한 교반대상물질은 응집된 상태로 블레이드(200)의 하측으로 유입된다.
블레이드(200)의 하면 즉, 하부프레임(230) 하면과 베셀(미도시) 내부 바닥면 사이의 간격은 10mm이하의 좁은 공간으로 형성되지만, 하부프레임(230)의 하면에는 도 6에 도시된 바와 같이 유로(300)가 형성되어, 상기 유로를 통하여 응집된 교반대상물질이 하부프레임(230)과 베셀의 바닥면 사이에 끼이지 않고 유동할 수 있도록 한다.
상세히, 상기 유로(300)는 교반대상물질이 유입되는 유입구(310)와, 상기 유입구(310)를 통해 유입된 교반대상물질이 배출되는 배출구(330) 및 상기 유입구(310)와 배출구(330)를 서로 연결하는 연결슬롯(350)을 포함한다.
유입구(310)는 각 블레이드(200)의 자전축(103)의 회전방향 단부에 형성되어, 블레이드(200)가 자전함에 따라, 블레이드의 자전방향 전방에 위치한 교반대상물질을 유입구(310)로 유입시킨다.
블레이드(200)의 자전 속도가 빨라지게 되면 블레이드 하부 프레임과 베셀 사이의 좁은 공간에 빠른 속도로 유입되는 교반 대상물질이 압축되는 현상이 발생하며, 이 현상으로 인하여 압축된 교반 대상 물질은 끼임 현상을 유발하여, 블레이드의 회전을 방해하고 결국 믹서의 구동을 정지시킬 만큼 큰 제동력을 발휘하게 된다.
따라서 상기 유입구(310)는 하부프레임과 베셀 사이에서 교반 대상 물질이 압축되지 않고 빠져나가도록 유도하는 통로 역할을 하여 블레이드의 끼임 현상을 방지하는데 효과적이다.
마찬가지로, 도 7에 도시된 바와 같이, 배출구(330)는 배출구(330)로부터 배출되는 교반대상물질이 블레이드(200)의 회전을 방해하지 못하도록 자전축(103)을 중심으로 하부프레임(230)의 연장된 양방으로 일정범위(x) 내에 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 일정범위(x)라 함은, 자전축(103)을 중심으로 하부프레임(230)의 연장방향 전체 길이의 0.25배 이하의 범위를 지칭하며, 상기 배출구(330)의 가장 바람직한 위치는 하부프레임(230)의 자전축(103)을 중심으로 시계 또는 반시계 방향 일측면과 자전축(103)이 서로 수직으로 만나는 지점이다.
참고로, 상기 유입구(310)의 형성 범위는 상기 배출구(330)가 형성될 수 있는 일정범위(x) 외측임은 물론이다.
도면에는 상기 유입구(310)가 연장된 방향과 하부프레임(230)의 자전방향 단부가 이루는 각도가 수직으로 형성된 것으로 도시하였지만, 상기 유입구(310)가 연장된 방향과 하부프레임(230)의 자전방향 단부가 이루는 각도는 상기 자전방향 단부를 기준으로 45° 이상 135° 이하의 범위 내에서 어떤 각도로 형성해도 좋다. 다만 유입구(310)가 연장된 방향과 하부프레임(230)의 자전방향 단부가 이루는 각도가 자전방향 단부를 기준으로 45° 이상 135° 이하의 범위를 벗어나는 경우, 유입구(310)로 유입된 교반대상물질이 유입구(310)의 일측 벽면에 부착되어 교반대상물질의 유동이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있으므로 유입구(310)는 상술한 각도 범위로 형성하는 것이 바람직하며, 하지만 가장 바람직하게는 도시된 것과 같이 하부프레임(230)의 자전방향 단부가 이루는 각도가 수직으로 형성하는 것이 유입구(310)로 유입된 교반대상물질이 유입구(310)의 내부 벽면에 부착되지 않아 교반대상물질의 유입이 원활히 이루어질 것이다.
한편, 연결슬롯(350)의 직경(D)은 유입구(310)의 직경(d)보다 크게 형성하여 연결슬롯(350) 내부에 충분한 공간을 확보함으로써, 유입구(310)로 유입된 교반대상물질이 배출구(330)로 원활하게 유동될 수 있도록 하고, 상기 연결슬롯(350)과 유입구(310)가 서로 연결되는 경계(C)는 모따기 또는 라운드 가공되어, 유입구(310)로 유입된 교반대상물질을 연결슬롯(350)으로 안내한다.
마찬가지로, 연결슬롯(350)과 배출구(330)가 서로 연결되는 경계(C) 또한 모따기 또는 라운드 가공되어, 연결슬롯(350)으로부터 전달되는 교반대상물질이 배출구(330)로 안내하도록 한다. 이때, 상기 배출구(330)는 하부프레임(230)의 외측면으로 갈수록 확장된 형태로 형성될 수 있다.
상기 유로(300)는 도 7과 같이 복수개 형성되되, 각각의 유로의 배출구(330)가 서로 연통되도록 형성하여, 각각의 유입구(310)로 유입된 교반대상물질이 다수의 배출구(330)로 배출될 수 있도록 할 수도 있고, 도 8과 같이, 각각의 유로(300)가 서로 개별로 형성되며, 배출구(330)의 형성 방향이 유입구(310)와 같이 하부프레임(230)의 자전방향 단부에 형성될 수도 있다. 혹은 도 9와 같이 유로(300)가 복수개 형성되되, 배출구(330)의 형성 방향이 하부프레임(230)의 자전방향과 반대방향 측면에 형성되며, 유입구(310)와 연결슬롯(350)과 배출구(330) 각각이 나선 형태로 연결되어 형성 될 수도 있을 것이다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
10: 구동부
11: 선기어
13: 유성기어
15: 링기어
100: 교반부
101: 공전축
103: 자전축
200: 블레이드
210: 상부프레임
230: 하부프레임
250: 측면프레임
300: 유로
310: 유입구
330: 배출구
350: 연결슬롯

Claims (5)

  1. 베셀 내부에 마련되며, 블레이드를 포함하는 교반부를 갖고, 상기 블레이드 각각은 자전축을 중심으로 자전하는 동시에 공전축을 중심으로 공전하는 다축 플래니터리 교반기에 있어서,
    상기 블레이드의 하면은 베셀의 하면으로부터 일정 간격 이격되어 형성되며, 상기 자전축에 대해 수직인 방향으로 일정 길이를 갖고 연장된 형상이며,
    상기 블레이드의 하면에는 교반대상물질이 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입된 교반대상물질이 배출되는 배출구 및 상기 유입구와 배출구를 서로 연결하는 연결슬롯이 함몰되어 소정 길이로 유로가 연장 형성되는, 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교반대상물질이 유입되는 유입구는 상기 블레이드의 자전 반경을 기준으로 상기 교반대상물질이 배출되는 배출구 보다 외측에 위치하여, 상기 블레이드의 자전 반경을 기준으로 블레이드의 외측에서 유입된 교반대상물질이 블레이드의 내측으로 배출되는, 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입구 및 배출구가 복수 개 형성되는, 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결슬롯은 상기 복수의 유입구와 배출구가 서로 연통되도록 형성되는, 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연결슬롯은 한쌍의 유입구와 배출구가 다른 한쌍의 유입구와 배출구와 분리되어 유로가 서로 분리되도록 형성되는, 끼임 방지 구조를 가진 플래니터리 교반기.
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