WO2011048698A1 - 攪拌装置 - Google Patents

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WO2011048698A1
WO2011048698A1 PCT/JP2009/068282 JP2009068282W WO2011048698A1 WO 2011048698 A1 WO2011048698 A1 WO 2011048698A1 JP 2009068282 W JP2009068282 W JP 2009068282W WO 2011048698 A1 WO2011048698 A1 WO 2011048698A1
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WO
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stirring
stirring member
hole
processed
holes
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PCT/JP2009/068282
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Inventor
敦史 杉原
雅則 北吉
靖幸 中根
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/94—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with rotary cylinders or cones
    • B01F27/941—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with rotary cylinders or cones being hollow, perforated or having special stirring elements thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a stirrer, and more particularly to a stirrer that can be used to stir and mix an electrode active material, a conductive material, a binder, a solvent, and the like.
  • a stirrer including a cylindrical stirrer and a substantially cylindrical stirrer having an outer diameter smaller than the inner diameter of the stirrer and rotating concentrically with respect to the inner peripheral surface of the stirrer is there.
  • a large number of small holes in the radial direction are formed through the cylindrical portion.
  • the stirring member rotates at a high speed in a state where a slight gap is maintained with respect to the inner peripheral surface of the stirring tank. Centrifugal force acts on the material to be treated supplied to the stirring tank as the stirring member rotates at a high speed.
  • the material to be treated is extruded in the outer diameter direction from a small hole formed in the stirring member by centrifugal force, and spreads in a thin film cylindrical shape between the outer peripheral surface of the stirring member and the inner peripheral surface of the stirring tank.
  • the material to be processed is stirred between the surface of the material to be processed and the inner peripheral surface of the stirring tank.
  • the to-be-processed material which was fully stirred and the viscosity fell moves to the upper part of a stirring tank by the effect
  • Such a stirrer is, for example, Japanese Patent No. 3256801 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Publication No. 2005-129482 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Publication No. 2006-236658 (Patent Document 3), Japan This is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2007-125454 (Patent Document 4).
  • Japanese Patent No. 3256801 Japanese Patent Application Publication No. 2005-129482 Japanese Patent Application Publication No. 2006-236658 Japanese Patent Application Publication No. 2007-125454
  • the stirring device stirs the material to be processed by rotating the stirring member in a state where the material to be processed is supplied into the stirring tank. At this time, the stirrer generates heat due to friction generated in the material to be treated that is stirred between the stirring tank and the stirring member.
  • an electrode slurry obtained by mixing an electrode active material, a conductive material, a binder, a solvent, and the like at a predetermined ratio and then stirring with a stirring device is used.
  • a mixed material in which an electrode active material, a conductive material, a binder, a solvent, and the like are mixed is stirred with a stirring device. At this time, the viscosity of the mixed material may be high in the initial stage of supply to the stirring device.
  • the present inventor considered using a stirrer including the cylindrical stirring tank described above and a stirring member that rotates concentrically in the cylindrical stirring tank. ing.
  • a stirrer including the cylindrical stirring tank described above and a stirring member that rotates concentrically in the cylindrical stirring tank.
  • a large friction is generated between the stirred material, the stirring tank and the stirring member, and high-temperature heat can be generated.
  • the heat generation is to be kept low, the processing efficiency is deteriorated.
  • the present inventor intends to suppress heat generation and improve the processing efficiency for the processing of stirring the material to be processed.
  • the hole formed in the stirring member is enlarged and the material to be processed is easily supplied between the stirring tank and the stirring member.
  • the hole formed in the stirring member is enlarged, the material to be treated is easily supplied between the stirring tank and the stirring member, so that heat generation is increased.
  • the hole formed in the stirring member is made small, it becomes difficult to supply the material to be processed between the stirring tank and the stirring member, so that heat generation can be suppressed low, but the processing efficiency is lowered.
  • the inventor proposes a novel structure that can suppress heat generation and improve the processing efficiency of such a stirring device.
  • the stirring device includes a cylindrical stirring tank; a rotating shaft provided along the central axis of the stirring tank; an outer diameter smaller than the inner diameter of the stirring tank, and the inner peripheral surface of the stirring tank.
  • a substantially cylindrical stirring member attached to the rotating shaft so as to rotate concentrically; and a plurality of through holes formed in the radial direction of the stirring member; of the plurality of through holes, the lower part of the stirring member The through-hole formed in is larger than the through-hole formed in the upper part of the stirring member.
  • the through hole formed in the lower part of the stirring member among the plurality of through holes formed in the stirring member is larger than the through hole formed in the upper part of the stirring member.
  • the material to be processed having a high viscosity is processed in the lower part of the stirring tank in the initial stage, and is processed in the upper part of the stirring tank when it is stirred to some extent and the viscosity decreases.
  • heat generation is large in the lower part of the stirring tank for processing the material to be processed having a high viscosity
  • heat generation is suppressed small in the upper part of the stirring tank.
  • fever can be suppressed small as the whole stirring apparatus.
  • even when a high-viscosity processing material is supplied it is easy to supply the processing material between the stirring tank and the stirring member at the lower part of the stirring tank, thereby preventing a reduction in processing efficiency. it can.
  • the stirring member includes, for example, a cylindrical portion having an outer diameter smaller than the inner diameter of the stirring tank; an arm portion extending in a radial direction from an intermediate portion in the axial direction of the cylindrical portion; and a rotating shaft provided at the center of the arm portion.
  • a boss portion to be attached may be larger than the through hole formed in the upper part.
  • the through hole formed in the lower part of the stirring member may be uniformly larger than the through hole formed in the upper part.
  • the present invention is not limited to this, and the stirring member may have a large through hole gradually formed from the upper part toward the lower part.
  • the through hole formed in the upper part of the stirring member may be circular, and the through hole formed in the lower part of the stirring member may be a square having the same diameter as the through hole formed in the upper part and the length of one side. .
  • the through hole may penetrate along the radial direction of the stirring member. Further, the through hole may be inclined and penetrated with respect to the radial direction of the stirring member. Moreover, the through hole may be inclined and penetrated toward the front in the rotation direction of the stirring member as it goes from the inside to the outside of the stirring member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a stirring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a stirring member of the stirring device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing a stirring member of the stirring device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view showing a stirring member of the stirring device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view showing the stirring member used in the test.
  • FIG. 6 is a front view showing the stirring member used in the test.
  • FIG. 7 is a diagram showing test results for the temperature of the material to be processed.
  • FIG. 8 is a diagram showing test results for the viscosity of the material to be treated.
  • FIG. 9 is a front view showing a stirring member of a stirring device according to another embodiment.
  • FIG. 10 is a front view showing a stirring member of a stirring device according to another embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the through hole formed in the stirring member.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modification of the through hole formed in the stirring member.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a modification of the through hole formed in the stirring member.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a stirring device 100.
  • the stirring device 100 includes a stirring tank 102, a stirring member 104, and an outer tank 106.
  • the stirring tank 102 is a container having a cylindrical inner peripheral surface, and includes an upper container 102a, a lower container 102b, and a weir plate 102c.
  • the upper container 102a is a substantially cylindrical container, and has flanges 112 and 114 extending to the outer diameter side at the upper and lower ends of the upper container 102a.
  • a cooling water chamber 116 to which cooling water is supplied is formed on the outer peripheral portion of the upper container 102a.
  • a lid 118 is provided on the upper end surface of the upper container 102a. Further, the upper container 102a is provided with a discharge port 120 for the material L to be processed in a cylindrical portion.
  • the lower container 102b is a bottomed cylindrical container having an inner peripheral surface with substantially the same inner diameter as the upper container 102a, and has a flange 122 extending to the outer diameter side at the upper part.
  • supply ports 124a and 124b for the material L to be processed are provided in the lower part.
  • a plurality of (two in the illustrated example) supply ports 124a and 124b are provided at the bottom of the lower container 102b, and the supply ports 124a and 124b have supply valves 126a and 126b, respectively. Tubes 128a and 128b are attached.
  • the upper container 102a and the lower container 102b are stacked one above the other so that the inner space communicates concentrically.
  • a dam plate 102c is attached between the upper container 102a and the lower container 102b.
  • the dam plate 102c is a disk-shaped member and has a hole 132 at the center.
  • a recess 134 into which the barrier plate 102c is fitted is formed on the upper end surface of the lower container 102b.
  • the dam plate 102c is sandwiched between the upper container 102a and the lower container 102b in a state of being fitted in a recess 134 formed in the upper end surface of the lower container 102b.
  • the outer tank 106 is a container that covers the bottom and outer peripheral surface of the lower container 102b of the stirring tank 102.
  • a cooling water chamber 142 to which cooling water is supplied is formed between the lower container 102b and the outer tub 106.
  • a cooling water supply pipe 144 that supplies cooling water to the cooling water chamber 142 is connected to the outer tank 106.
  • the stirring tank 102 includes a rotating shaft 150 to which the stirring member 104 is attached. As shown in FIG. 1, the rotating shaft 150 passes through the lid 118 of the stirring tank 102 and extends along the central axis of the stirring tank 102 through a hole 132 formed in the center of the dam plate 102c.
  • the rotating shaft 150 extends from the upper part of the stirring tank 102 to the outside, and is connected to a driving device 200 provided outside the stirring tank 102.
  • the stirring member 104 is a substantially cylindrical member.
  • the outer diameter ⁇ of the stirring member 104 is slightly smaller than the inner diameter D of the stirring tank 102 as shown in FIG.
  • the stirring member 104 is attached to the rotating shaft 150 so as to rotate concentrically with respect to the inner peripheral surface of the stirring tank 102.
  • a plurality of through holes 162 and 164 are formed in the stirring member 104.
  • the through hole 164 formed in the lower part is larger than the through hole 162 formed in the upper part of the stirring member 104.
  • the stirring apparatus 100 is supplied with the material L to be processed from the supply ports 124a and 124b provided at the bottom of the lower container 102b of the stirring tank 102.
  • the material L to be processed supplied to the stirring tank 102 is urged and rotated in the circumferential direction by the high-speed rotation of the stirring member 104.
  • the material L to be processed is supplied between the stirring tank 102 and the stirring member 104 through the through holes 162 and 164 formed in the stirring member 104 by the centrifugal force acting on the material L to be processed.
  • the material L to be processed that has flowed into the through holes 162 and 164 is subjected to a strong rotational force by the inner surfaces of the through holes 162 and 164, and the stirring tank 102 and the stirring member 104 from the through holes 162 and 164 by the action of centrifugal force. Flows into the gap S.
  • the pressure of the material L to be processed in the gap S increases. Further, when the material L to be processed flows out from the through holes 162 and 164 into the gap S between the stirring tank 102 and the stirring member 104, the flow of the material L to be processed in the gap S is disturbed. Thereby, a required stirring action is obtained. Furthermore, the material L to be processed rotates while being in close contact with the inner surface of the stirring tank 102 in a thin film cylindrical shape. At this time, the material L to be processed is agitated by receiving a shearing force in the circumferential direction of the agitation tank 102 due to a deviation due to the speed difference between the surface of the agitation member 104 and the inner surface of the agitation tank 102. Moreover, the component contained in the to-be-processed material L is atomized.
  • the material L to be processed is continuously supplied from the supply ports 124a and 124b provided at the bottom of the lower container 102b of the stirring tank 102.
  • the viscosity of the material L to be processed decreases, and the material L to be processed moves upward by the action of centrifugal force.
  • the material L to be processed gradually moves to the upper part of the stirring tank 102 and flows out into the upper container 102a over the barrier plate 102c sandwiched between the upper container 102a and the lower container 102b. .
  • the material L to be processed that has flowed into the upper container 102a is further discharged from a discharge port 120 provided in the upper container 102a.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the stirring member 104
  • FIG. 3 is a plan view of the stirring member 104
  • FIG. 4 is a front view of the stirring member 104.
  • the stirring member 104 includes a cylindrical portion 152, an arm portion 154, and a boss portion 156, as shown in FIGS.
  • the cylindrical part 152 is a substantially cylindrical part having an outer diameter ⁇ smaller than the inner diameter of the stirring tank 102 as shown in FIG.
  • the outer diameter ⁇ of the cylindrical portion 152 is slightly smaller than the inner diameter D of the lower container 102b of the stirring tank 102 as shown in FIG.
  • the arm portion 154 extends in the radial direction of the cylindrical portion 152 from an intermediate portion in the axial direction of the cylindrical portion 152.
  • the boss part 156 is provided at the center of the arm part 154 and is a part to which the rotating shaft 150 is attached.
  • the arm portion 154 extends radially inward from the axial intermediate portion 160 of the cylindrical portion 152, as shown in FIG.
  • the arm portion 154 is continuous in the circumferential direction, and a plurality of (eight in the illustrated example) holes 154a penetrating vertically are formed at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the boss portion 156 is provided at the center of the arm portion 154 (center of the cylindrical portion 152).
  • the boss portion 156 is formed with a mounting hole 156 a that is attached to the rotating shaft 150.
  • the mounting hole 156a may have a structure (for example, a circumferential contact surface, a key structure, a spline, or the like) that reliably transmits the rotation of the rotating shaft 150.
  • the mounting hole 156a has a contact surface 156b, and although not shown, the rotary shaft 150 is also provided with a surface that contacts the contact surface 156b.
  • a plurality of through holes 162 and 164 are formed in the cylindrical portion of the stirring member 104.
  • the through hole 164 formed in the lower part of the stirring member 104 is larger than the through hole 162 formed in the upper part of the stirring member 104.
  • the stirring member 104 has a through hole 164 that is larger in the lower part than the upper part, with the axially intermediate part 160 of the cylindrical part 152 in which the arm part 154 extends.
  • the through holes 162 and 164 may be set to an appropriate size in consideration of the viscosity and particle size of the material L to be processed at the initial stage supplied to the stirring tank 102.
  • the through-hole 164 formed in the lower part of the stirring member 104 is set to a size that can pass even the material L to be processed having a high initial viscosity.
  • the through-hole 162 formed in the upper part is difficult to pass through the material L having a high viscosity at the beginning of supply, but is large enough to allow the material L to be processed that has been stirred to a certain degree to decrease its viscosity. Is set.
  • the plurality of through holes 162 formed in the upper part of the stirring tank 102 are each formed with a hole having the same size.
  • the plurality of through holes 164 formed in the lower part of the stirring member 104 are each formed with a hole having the same size.
  • the plurality of through holes 162 formed in the upper part of the stirring member 104 are all circular holes having a diameter of 3 mm.
  • the plurality of through holes 164 formed in the lower part of the stirring member 104 are all circular holes having a diameter of 5 mm.
  • the through-hole 162 formed in the upper part of the stirring member 104 is made uniformly smaller than the through-hole 164 formed in the lower part of the stirring member 104.
  • the through hole 164 formed in the lower portion of the stirring member 104 is a circular hole having a diameter of 5 mm.
  • the through hole 164 formed in the lower part is set to a size that allows the material L to be processed having a high initial viscosity to pass through. For this reason, the material L to be processed having a high initial viscosity can be processed in the lower part of the stirring tank 102.
  • the material L to be processed which has been stirred to some extent and has a reduced viscosity, moves to the upper portion of the stirring member 104 under the action of centrifugal force.
  • the material L to be processed since the material L to be processed is stirred to some extent in the lower part of the stirring tank 102, the material L to be processed having a viscosity lower than the initial supply tends to be supplied to the upper part of the stirring member 104.
  • the through hole 162 formed in the upper part of the stirring member 104 is a circular hole having a diameter of 3 mm.
  • the upper through-hole 162 is set to a size that allows the material L to be processed having a high viscosity at the initial supply to hardly pass through, but allows the material L to be processed that has been stirred to a certain degree to have a reduced viscosity to pass therethrough.
  • the material L to be processed whose viscosity is lower than that in the initial supply passes through the through hole 162 formed in the upper part of the stirring member 104 and is supplied between the stirring tank 102 and the stirring member 104. In this way, the material L to be processed having a high initial viscosity is processed below the stirring member 104.
  • the material L to be processed that has been stirred to some extent and has reduced viscosity is processed.
  • the inventor prepares a plurality of stirring members having different through-holes for the stirring device 100, stirs the same material L under certain conditions, and treats the viscosity of the processed material L after processing, The temperature rise of the processing material L was measured.
  • the present inventor prepares a stirring member Y0 having a circular through hole 162 having a diameter of 3 mm formed in the upper portion and a circular through hole 164 having a diameter of 5 mm formed in the lower portion. did.
  • a stirring member Y2 having a circular through hole with a diameter of 5 mm was prepared.
  • each component was weighed to adjust the component, and a material L to be processed that was appropriately mixed was prepared.
  • a predetermined amount of the material L to be treated is supplied to the three stirring tanks 102 to which the stirring members Y0, Y1, and Y2 are attached, respectively, and the stirring members Y0, Y1, and Y2 are respectively supplied at a peripheral speed of 40 m / s for 120 seconds.
  • the mixture was rotated and stirred.
  • the temperature of the to-be-processed material L was measured immediately after the said process.
  • the temperature rise of the material L to be processed was about 65 ° C.
  • the temperature rise of the material L to be processed was about 90 ° C.
  • the temperature of the material L to be processed is about 70 ° C. It was.
  • the stirring member Y0 was used, a large temperature increase did not occur compared to the stirring member Y2 in which all the through holes 162 and 164 were circular with a diameter of 5 mm.
  • the temperature rise of the material L to be processed can be suppressed low.
  • the present inventor considered that the stirring member Y0 having a circular through hole 162 having a diameter of 3 mm formed in the upper portion and a circular through hole 164 having a diameter of 5 mm formed in the lower portion and all the through holes.
  • a comparison was made with the stirring member Y1 in which 162 and 164 were circular with a diameter of 3 mm.
  • Each was treated at 40 m / s for 120 seconds. And it was allowed to stand until the material L to be processed reached 25 ° C., and then the viscosity of the material L to be processed was measured. The viscosity was measured using an E-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., R550).
  • a test result is shown in FIG. 8 about the case where the cone of the viscometer is rotated at 1 rpm, 20 rpm, and 100 rpm and the viscosity is measured.
  • the stirring material Y0 When measured by rotating the cone of the viscometer at 20 rpm, when the viscosity n2 of the material L to be treated after stirring using the stirring member Y1 is 1, the stirring material Y0 is used after stirring.
  • the viscosity n5 of the material L to be processed was about 0.90.
  • the stirring material Y0 In the case of measuring by rotating the cone of the viscometer at 100 rpm, when the viscosity n3 of the material L to be treated after stirring using the stirring member Y1 is 1, the stirring material Y0 is used after stirring.
  • the viscosity n6 of the material L to be processed was about 0.93.
  • the stirring device 100 uses the stirring member Y0 in which the through hole 164 formed in the lower portion is larger than the through hole 162 formed in the upper portion. According to the stirring device 100, heat generation can be suppressed to be small as the entire stirring device 100, and the processing efficiency can be improved. For example, it is suitable as an apparatus for stirring a material to be treated having a high viscosity such as an electrode slurry for a lithium ion secondary battery.
  • stirring apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention was demonstrated, the stirring apparatus which concerns on this invention is not limited to the said embodiment.
  • the stirring member 104 has a through hole 164 formed below the intermediate portion 160 with the axial intermediate portion 160 where the arm portion 154 extends as a boundary, as shown in FIGS. 2 and 4. Is larger than the through hole 162 formed in the upper portion.
  • the boundary between the through holes 162 and 164 formed in the stirring member 104 may not be set at the intermediate portion 160 in the axial direction in which the arm portion 154 extends.
  • the through hole 164 formed in the lower part of the stirring member 104 is uniformly larger than the through hole 162 formed in the upper part.
  • the size of the through holes 162 and 164 formed in the stirring member 104 is not limited to such a form.
  • through holes 166a to 166d that gradually increase from the upper part to the lower part of the stirring member 104A may be formed.
  • eleven rows of through holes 166a to 166d are formed vertically from the top to the bottom of the stirring member 104.
  • the smallest through hole 166a is formed from the top to the third row.
  • Through holes 166b that are slightly larger than the through holes 166a formed up to the third row are formed from the fourth row to the sixth row from the top.
  • through holes 166c larger than the through holes 166b formed in the fourth to sixth rows are formed in the seventh to ninth rows from the top.
  • the largest through holes 166d are formed in the 10th and 11th rows. In this manner, in the stirring member 104A shown in FIG. 9, through holes 166a to 166d that are gradually increased from the upper part to the lower part of the stirring member 104A are formed.
  • the through-hole 166d formed in the lower part of the stirring member 104A is set to a size that allows the material L to be processed having a high initial viscosity to be supplied between the stirring tank 102 and the stirring member 104A.
  • the through hole 166d, the through hole 166c, the through hole 166b, and the through hole 166a are gradually reduced toward the upper portion of the stirring member 104. For this reason, it is difficult for the material L to be processed having a high initial viscosity to be supplied to the gap S between the stirring tank 102 and the stirring member 104 toward the upper part of the stirring member 104.
  • the material L to be processed whose viscosity is gradually lowered toward the top of the stirring member 104 is supplied between the stirring tank 102 and the stirring member 104.
  • the degree of stirring processing of the material L to be processed can be set more finely in the stirring tank 102 from the bottom to the top. Thereby, the to-be-processed material L can be stirred more reliably. Also in this case, by appropriately setting the sizes of the through holes 166a to 166d, it is possible to improve the processing efficiency of the stirring device 100 while suppressing the heat generated in the stirring tank 102.
  • the 11 rows of through holes 166a to 166d are divided into four sizes from the top to the bottom of the stirring member 104A.
  • the present invention is not limited to such a form.
  • the plurality of rows of through holes of the stirring member 104A may be gradually increased from top to bottom for each row.
  • the through hole formed in the stirring member is circular, but the shape of the through hole may not be circular.
  • the through hole may be a square, a parallelogram, a rectangle such as a rectangle or a trapezoid, a triangle, another polygon, an ellipse, various geometric shapes, or an irregular shape.
  • the through hole 168a formed in the upper part is circular
  • the through hole 168b formed in the lower part has a diameter and a length of one side of the through hole 168a formed in the upper part.
  • the through-hole 168b formed in the lower portion can be appropriately enlarged as compared with the through-hole 168a formed in the upper portion.
  • the through holes 162 and 164 formed in the stirring member 104 penetrate along the radial direction of the stirring member 104, as schematically shown in FIG.
  • the through hole formed in the agitating member 104 is not limited to a form penetrating along the radial direction.
  • the through holes 162 and 164 may be penetrated obliquely with respect to the radial direction of the stirring member 104.
  • the direction and momentum of the material L to be processed flowing out by the action of centrifugal force can be adjusted from the through holes 162 and 164 toward the gap S between the stirring tank 102 and the stirring member 104.
  • the through holes 162 and 164 may be formed by inclining toward the front in the rotation direction of the stirring member 104 from the inside to the outside of the stirring member 104.
  • the momentum of the material L to be processed flowing out from the through holes 162 and 164 toward the gap S between the stirring tank 102 and the stirring member 104 can be expected to increase due to the action of the centrifugal force, thereby improving the processing efficiency. Can be made.
  • the angle at which the through holes 162 and 164 are inclined may be set to an appropriate angle. In the example illustrated in FIG. 12, the through holes 162 and 164 are inclined at an angle of 45 degrees toward the front in the rotation direction of the stirring member 104 from the inside to the outside of the stirring member 104.
  • the shape is inclined toward the front in the rotational direction of the stirring member 104 from the inner side to the outer side of the stirring member 104. It is not limited. In this case, the direction and momentum of the material L to be processed flowing out of the through holes 162 and 164 are adjusted by the action of centrifugal force according to the direction and angle of inclining the through holes 162 and 164 with respect to the radial direction of the stirring member 104.
  • the direction in which 164 is tilted may be determined.
  • the through holes 162 and 164 move toward the outside of the stirring member 104 from the inside of the stirring member 104. It is good to incline toward the back in the direction of rotation. Further, when it is desired to direct the direction of the material L to be processed flowing out of the through holes 162 and 164 downward by the action of the centrifugal force, the through holes 162 and 164 move from the inner side to the outer side of the stirring member 104 and are stirred. It is good to incline toward the lower part of 104.
  • the material L to be processed By directing the direction of the material L to be processed flowing out of the through holes 162 and 164 downward, for example, the material L to be processed can be circulated up and down the agitation tank 102, and the material L to be processed is more sufficiently stirred. be able to.
  • the through holes 162 and 164 move toward the outside from the inside of the stirring member 104 and the stirring member It is good to incline toward the upper part of 104.
  • the processing material L can be stirred while being sent to the upper side of the stirring tank 102, and the processing speed of the processing material L can be increased. it can.
  • the through holes 162 and 164 are formed obliquely with respect to the radial direction of the stirring member 104, the inclination of the stirring member 104 with respect to the rotation direction and the inclination of the stirring member 104 with respect to the vertical direction may be appropriately combined. Good. Further, when the through holes 162 and 164 are formed obliquely with respect to the radial direction of the stirring member 104, the direction in which the through holes are inclined may be partially changed.
  • the through hole 164 formed in the lower portion of the stirring member 104 is inclined toward the front in the rotation direction of the stirring member 104 as it goes from the inside to the outside of the stirring member 104. Further, the through-hole 162 formed in the upper part of the stirring member 104 is inclined upward from the stirring member 104 as it goes from the inside to the outside of the stirring member 104. In this way, the inclination of the through holes 162 and 164 may be partially changed.
  • the through hole may be widened from the inside to the outside of the stirring member 104.
  • illustration is abbreviate
  • FIG. Such shapes of the through holes 162 and 164 can be appropriately combined with the inclination of the stirring member 104 with respect to the radial direction.
  • This stirring device is suitable as a device for stirring a material to be processed having a high viscosity, such as an electrode slurry for a lithium ion secondary battery.
  • the stirrer according to the present invention is not limited to the use of stirring an electrode slurry for a lithium ion secondary battery, but can be used in various uses of stirring a material to be treated having a high viscosity.

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Abstract

　攪拌装置（１００）は、円筒形状の攪拌槽（１０２）の中心軸に沿って回転軸（１５０）が設けられている。また、回転軸（１５０）には、略円筒形状の攪拌部材（１０４）が取り付けられている。この攪拌部材（１０４）は、攪拌槽（１０２）の内径よりも小さい外径を有し、攪拌槽（１０２）の内周面に対して同心円で回転する。また、攪拌部材（１０４）には、径方向に貫通した複数の貫通穴（１６２、１６４）が形成されている。攪拌部材（１０４）の下部に形成された貫通穴（１６４）は、攪拌部材（１０４）の上部に形成された貫通穴（１６２）よりも大きい。

Description

攪拌装置
　本発明は攪拌装置に関し、特に、電極活物質、導電材、結着材、溶剤などを攪拌混合するのに用いることができる攪拌装置に関する。
　かかる攪拌装置として、円筒形状の攪拌槽と、攪拌槽の内径よりも小さい外径を有し、攪拌槽の内周面に対して同心円で回転する略円筒形状の攪拌部材を備えた攪拌装置がある。かかる攪拌部材は、円筒部分に半径方向の小穴が多数貫通形成されている。この攪拌装置では、攪拌部材が攪拌槽の内周面に対して僅かな隙間を維持した状態で、高速で回転する。攪拌槽に供給された被処理材料には、攪拌部材の高速回転に伴って遠心力が作用する。被処理材料は、遠心力によって攪拌部材に形成された小穴から外径方向に押し出され、攪拌部材の外周面と攪拌槽の内周面との間に薄膜円筒形状に広がる。このとき、被処理材料の表面と攪拌槽の内周面との間で被処理材料が攪拌される。そして、十分に攪拌されて粘度が低下した被処理材料は、遠心力の作用によって、攪拌槽の上部に移動し、攪拌槽の上部から排出される。
　かかる攪拌装置は、例えば、日本国特許３２５６８０１号（特許文献１）、日本国特許出願公開２００５－１２９４８２号（特許文献２）、日本国特許出願公開２００６－２３６６５８号（特許文献３）、日本国特許出願公開２００７－１２５４５４号（特許文献４）に開示されている。
日本国特許３２５６８０１号 日本国特許出願公開２００５－１２９４８２号 日本国特許出願公開２００６－２３６６５８号 日本国特許出願公開２００７－１２５４５４号
　ところで、上記攪拌装置は、被処理材料が攪拌槽内に供給された状態で、攪拌部材を回転させることによって、被処理材料を攪拌する。この際、攪拌装置は、攪拌槽と攪拌部材との間で攪拌される被処理材料に生じる摩擦によって発熱する。ところで、リチウムイオン二次電池には、電極活物質、導電材、結着材、溶剤などを所定の割合で混ぜ合わせた後に攪拌装置で攪拌した電極スラリーが用いられる。かかる電極スラリーを製造する際には、電極活物質、導電材、結着材、溶剤などが混ぜ合わされた混合材料を攪拌装置で攪拌する。この際、攪拌装置に供給される初期において、上記混合材料の粘度が高い場合がある。
　本発明者は、かかる電極スラリーを効率よく攪拌するために、上述した円筒形状の攪拌槽と、円筒形状の攪拌槽内に同心で回転する攪拌部材とを備えた攪拌装置を用いることを検討している。しかしながら、当該攪拌装置を用いて、粘度の高いペースト状の材料を攪拌する場合に、攪拌される材料と、攪拌槽及び攪拌部材との間で大きな摩擦が生じ、高温の熱が生じ得る。また、かかる発熱を低く抑えようとすると処理効率が悪くなる。本発明者は、かかる被処理材料を攪拌する処理について、発熱を低く抑えるとともに処理効率を向上させたいと考えている。
　本発明者の知見によれば、処理効率を向上させるには、攪拌部材に形成された穴を大きくし、攪拌槽と攪拌部材との間に被処理材料が供給され易くするとよい。しかしながら、攪拌部材に形成された穴を大きくすると、攪拌槽と攪拌部材との間に被処理材料が供給され易くなるため、発熱が大きくなる。反対に、攪拌部材に形成された穴を小さくすると、攪拌槽と攪拌部材との間に被処理材料が供給され難くなるので、発熱を低く抑えることができるが処理効率が低下する。本発明者は、かかる攪拌装置について、発熱を低く抑えるとともに処理効率を向上させることができる新規な構造を提案する。
　本発明に係る攪拌装置は、円筒形状の攪拌槽；攪拌槽の中心軸に沿って設けられた回転軸；攪拌槽の内径よりも小さい外径を有し、攪拌槽の内周面に対して同心円で回転するように回転軸に取り付けられた略円筒形状の攪拌部材；及び、攪拌部材の径方向に貫通形成された複数の貫通穴；を有し、複数の貫通穴のうち攪拌部材の下部に形成された貫通穴は、攪拌部材の上部に形成された貫通穴よりも大きい。
　この攪拌装置は、攪拌部材に形成された複数の貫通穴のうち攪拌部材の下部に形成された貫通穴は、攪拌部材の上部に形成された貫通穴よりも大きい。このため、粘度が高い被処理材料は、初期段階で攪拌槽の下部で処理され、ある程度攪拌されて粘度が低下すると攪拌槽の上部で処理される。この場合、粘度が高い被処理材料を処理する攪拌槽の下部では発熱が大きくなるものの、攪拌槽の上部では発熱が小さく押さえられる。これにより、攪拌装置全体として発熱を小さく抑えることができる。また、高粘度の被処理材料が供給された場合でも、攪拌槽の下部では、攪拌槽と攪拌部材との間に被処理材料が供給され易くなっているので、処理効率が低下するのを防止できる。
　攪拌部材は、例えば、攪拌槽の内径よりも小さい外径を有する円筒部；円筒部の軸方向の中間部位から半径方向に延びたアーム部；及び、アーム部の中心に設けられた回転軸に取り付けられるボス部；を備えていてもよい。この場合、アーム部が延びる軸方向の中間部位よりも下部に形成された貫通穴が、上部に形成された貫通穴よりも大きくてもよい。
　また、攪拌部材の下部に形成された貫通穴が、上部に形成された貫通穴よりも一様に大きくてもよい。また、これに限らず、攪拌部材は、上部から下部に向けて徐々に大きい貫通穴が形成されていてもよい。また、例えば、攪拌部材の上部に形成された貫通穴は円形であり、攪拌部材の下部に形成された貫通穴は、上部に形成された貫通穴の直径と一辺の長さが同じ正方形でもよい。
　また、貫通穴は、攪拌部材の半径方向に沿って貫通してもよい。また、貫通穴は、攪拌部材の半径方向に対して斜めに傾けて貫通してもよい。また、貫通穴は、攪拌部材の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材の回転方向の前方に向けて傾けて貫通していてもよい。
図１は本発明の一実施形態に係る攪拌装置の断面図である。 図２は本発明の一実施形態に係る攪拌装置の攪拌部材を示す断面図である。 図３は本発明の一実施形態に係る攪拌装置の攪拌部材を示す平面図である。 図４は本発明の一実施形態に係る攪拌装置の攪拌部材を示す正面図である。 図５は試験で用いられた攪拌部材を示す正面図である。 図６は試験で用いられた攪拌部材を示す正面図である。 図７は被処理材料の温度について試験結果を示す図である。 図８は被処理材料の粘度について試験結果を示す図である。 図９は他の実施形態に係る攪拌装置の攪拌部材を示す正面図である。 図１０は他の実施形態に係る攪拌装置の攪拌部材を示す正面図である。 図１１は攪拌部材に形成された貫通穴について変形例を示す断面図である。 図１２は攪拌部材に形成された貫通穴について変形例を示す断面図である。 図１３は攪拌部材に形成された貫通穴について変形例を示す断面図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る攪拌装置を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、同じ作用を奏する部材又は部位には同じ符号を付して説明する。
　図１は、攪拌装置１００を示す縦断面図である。攪拌装置１００は、図１に示すように、攪拌槽１０２と、攪拌部材１０４と、外槽１０６とを備えている。本実施形態では、攪拌槽１０２は、円筒形状の内周面を有する容器であり、上部容器１０２ａと、下部容器１０２ｂと、堰板１０２ｃとを備えている。
　上部容器１０２ａは、略円筒形状の容器であり、上部容器１０２ａの上下の端部には、外径側へ延びたフランジ１１２、１１４を有している。上部容器１０２ａの外周部分には、冷却水が供給される冷却水室１１６が形成されている。上部容器１０２ａの上部端面には蓋１１８が設けられている。また、上部容器１０２ａには、円筒部分に被処理材料Ｌの排出口１２０が設けられている。
　下部容器１０２ｂは、上部容器１０２ａと略同じ内径の内周面を有する有底円筒形状の容器であり、上部に外径側へ延びたフランジ１２２を有している。下部容器１０２ｂの底部には、下部に被処理材料Ｌの供給口１２４ａ、１２４ｂが設けられている。この実施形態では、下部容器１０２ｂの底部には、複数（図示例では２つ）の供給口１２４ａ、１２４ｂが設けられており、供給口１２４ａ、１２４ｂには、それぞれ供給弁１２６ａ、１２６ｂを有する供給管１２８ａ、１２８ｂが取り付けられている。
　かかる上部容器１０２ａと下部容器１０２ｂは、内部空間が同心円で連通するように上下に重ね合わせられている。上部容器１０２ａと下部容器１０２ｂの間には、堰板１０２ｃが取り付けられている。堰板１０２ｃは、円板状の部材で中心部に穴１３２を有している。この実施形態では、下部容器１０２ｂの上部端面には、堰板１０２ｃを嵌める窪み１３４が形成されている。堰板１０２ｃは、下部容器１０２ｂの上部端面に形成された窪み１３４に嵌められた状態で、上部容器１０２ａと下部容器１０２ｂの間に挟まれている。
　外槽１０６は、攪拌槽１０２の下部容器１０２ｂの底部及び外周面を覆う容器である。下部容器１０２ｂと外槽１０６との間には、冷却水が供給される冷却水室１４２が形成されている。外槽１０６には、冷却水室１４２に冷却水を供給する冷却水供給管１４４が接続されている。攪拌槽１０２は、攪拌部材１０４が取り付けられる回転軸１５０を備えている。回転軸１５０は、図１に示すように、攪拌槽１０２の蓋１１８を貫通し、堰板１０２ｃの中心に形成された穴１３２を通して、攪拌槽１０２の中心軸に沿って延びている。回転軸１５０は、攪拌槽１０２の上部から外部に延出しており、攪拌槽１０２の外部に設けられた駆動装置２００に接続されている。
　攪拌部材１０４は、略円筒形状の部材である。攪拌部材１０４の外径φは、図１に示すように、攪拌槽１０２の内径Ｄよりも少し小さい。攪拌部材１０４は、攪拌槽１０２の内周面に対して同心円で回転するように回転軸１５０に取り付けられている。かかる攪拌部材１０４には、複数の貫通穴１６２、１６４が形成されている。この攪拌装置１００では、攪拌部材１０４の上部に形成された貫通穴１６２よりも下部に形成された貫通穴１６４の方が大きい。
　この攪拌装置１００は、図１に示すように、攪拌槽１０２の下部容器１０２ｂの底部に設けられた供給口１２４ａ、１２４ｂから被処理材料Ｌが供給される。攪拌槽１０２に供給された被処理材料Ｌは、攪拌部材１０４の高速回転によって円周方向に付勢されて回転する。この際、被処理材料Ｌは、かかる被処理材料Ｌに作用する遠心力によって、攪拌部材１０４に形成された貫通穴１６２、１６４を通じて攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間に供給される。このとき、貫通穴１６２、１６４に流入した被処理材料Ｌは、貫通穴１６２、１６４の内面によって強い回転力を受け、遠心力の作用によって、貫通穴１６２、１６４から攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間隙Ｓ内に流出する。
　これにより、当該間隙Ｓの被処理材料Ｌの圧力が上昇する。また、貫通穴１６２、１６４から攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間隙Ｓ内に被処理材料Ｌが流出することによって、当該間隙Ｓ内の被処理材料Ｌの流れが乱れる。これにより、所要の攪拌作用が得られる。さらに、被処理材料Ｌは、攪拌槽１０２の内面に薄膜円筒状に密着しながら回転する。この際、攪拌部材１０４の表面と攪拌槽１０２の内面との速度差によるずれによって、被処理材料Ｌは、攪拌槽１０２の周方向にせん断力を受けて攪拌される。また、被処理材料Ｌに含まれる成分が微粒化される。
　この攪拌装置１００は、攪拌槽１０２の下部容器１０２ｂの底部に設けられた供給口１２４ａ、１２４ｂから被処理材料Ｌが連続して供給される。上記のように攪拌槽１０２内で攪拌が進むと被処理材料Ｌの粘性が低下し、遠心力の作用で被処理材料Ｌは上部へ移動する。さらに、攪拌が進むと被処理材料Ｌは、攪拌槽１０２の上部へ徐々に移動し、上部容器１０２ａと下部容器１０２ｂの間に挟まれた堰板１０２ｃを超えて、上部容器１０２ａ内に流出する。上部容器１０２ａに流出した被処理材料Ｌは、さらに上部容器１０２ａに設けられた排出口１２０から排出される。
　以下、この実施形態における攪拌部材１０４を詳しく説明する。図２は攪拌部材１０４の縦断面図、図３は攪拌部材１０４の平面図、図４は攪拌部材１０４の正面図をそれぞれ示している。この実施形態では、攪拌部材１０４は、図２及び図３に示すように、円筒部１５２と、アーム部１５４と、ボス部１５６とを備えている。
　円筒部１５２は、図１に示すように、攪拌槽１０２の内径よりも小さい外形φを有する略円筒形状の部位である。この実施形態では、円筒部１５２の外径φは、図１に示すように、攪拌槽１０２の下部容器１０２ｂの内径Ｄよりも少し小さい。アーム部１５４は、円筒部１５２の軸方向の中間部位から円筒部１５２の半径方向に延びている。ボス部１５６は、アーム部１５４の中心に設けられ、回転軸１５０が取り付けられる部位である。
　この実施形態では、アーム部１５４は、図２に示すように、円筒部１５２の軸方向の中間部位１６０から半径方向内側に延びている。アーム部１５４は、図３に示すように、周方向に連続しており、上下に貫通した複数（図示例では８つ）の穴１５４ａが周方向に所定の間隔で形成されている。ボス部１５６は、図２及び図３に示すように、アーム部１５４の中心（円筒部１５２の中心）に設けられている。ボス部１５６には、図１及び図２に示すように、回転軸１５０に装着される取付穴１５６ａが形成されている。取付穴１５６ａは、回転軸１５０の回転が確実に伝達される構造（例えば、周方向の当たり面、キー構造、スプラインなど）を有しているとよい。この実施形態では、取付穴１５６ａには、当たり面１５６ｂを有しており、図示は省略するが、回転軸１５０にも当該当たり面１５６ｂに当る面が設けられている。
　また、攪拌部材１０４の円筒部分には、複数の貫通穴１６２、１６４が形成されている。攪拌部材１０４の上部に形成された貫通穴１６２よりも攪拌部材１０４の下部に形成された貫通穴１６４の方が大きい。この実施形態では、攪拌部材１０４は、アーム部１５４が延びる円筒部１５２の軸方向の中間部位１６０を境に、上部よりも大きい貫通穴１６４が下部に形成されている。
　貫通穴１６２、１６４は、攪拌槽１０２に供給された初期段階での被処理材料Ｌの粘度や粒径などを考慮して適当な大きさに設定するとよい。この実施形態では、攪拌部材１０４の下部に形成された貫通穴１６４は、供給初期の粘度の高い被処理材料Ｌでも通過し得る程度の大きさに設定されている。これに対して、上部に形成された貫通穴１６２は、供給初期の粘度の高い被処理材料Ｌは通過し難いが、ある程度攪拌されて粘度が低下した被処理材料Ｌは通過し得る程度の大きさに設定されている。
　また、この実施形態では、攪拌槽１０２の上部に形成された複数の貫通穴１６２は、それぞれ同じ大きさの穴で形成されている。また、攪拌部材１０４の下部に形成された複数の貫通穴１６４は、それぞれ同じ大きさの穴で形成されている。具体的には、この実施形態では、攪拌部材１０４の上部に形成された複数の貫通穴１６２は、何れも直径が３ｍｍの円形の穴である。攪拌部材１０４の下部に形成された複数の貫通穴１６４は、何れも直径が５ｍｍの円形の穴である。このように、この実施形態では、攪拌部材１０４の下部に形成された貫通穴１６４に比べて、攪拌部材１０４の上部に形成された貫通穴１６２を一様に小さくしている。
　この攪拌装置１００によれば、攪拌部材１０４の下部に形成された貫通穴１６４は、直径が５ｍｍの円形の穴である。この実施形態では、当該下部に形成された貫通穴１６４は、供給初期の粘度が高い被処理材料Ｌが通過し得る程度の大きさに設定されている。このため、供給初期の粘度が高い被処理材料Ｌは、攪拌槽１０２の下部で処理され得る。また、ある程度攪拌されて粘度が低下した被処理材料Ｌは、遠心力の作用を受けて攪拌部材１０４の上部に移動する。このように被処理材料Ｌは攪拌槽１０２の下部である程度攪拌されるので、攪拌部材１０４の上部には、供給初期よりも粘度が低下した被処理材料Ｌが供給される傾向がある。
　攪拌部材１０４の上部に形成された貫通穴１６２は、直径が３ｍｍの円形の穴である。当該上部の貫通穴１６２は、供給初期の粘度の高い被処理材料Ｌは通過し難いが、ある程度攪拌されて粘度が低下した被処理材料Ｌは通過し得る程度の大きさに設定されている。供給初期よりも粘度が低下した被処理材料Ｌは、攪拌部材１０４の上部に形成された貫通穴１６２を通過して、攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間に供給される。このように、攪拌部材１０４の下部では、供給初期の粘度の高い被処理材料Ｌが処理される。また、攪拌部材１０４の上部では、ある程度攪拌されて粘度が低下した被処理材料Ｌが処理される。
　この場合、粘度が高い被処理材料Ｌを処理する攪拌部材１０４の下部近傍では、被処理材料Ｌの発熱が大きくなるものの、粘度が低下した被処理材料Ｌを処理する攪拌部材１０４の下部近傍では被処理材料Ｌの発熱が小さく抑えられる。このため、攪拌装置１００全体としては、被処理材料Ｌの発熱を小さく抑えることができる。また、攪拌槽１０２の下部では、貫通穴１６４が大きく、攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間に被処理材料Ｌが供給され易くなっているので、高粘度の被処理材料Ｌが供給された場合でも、処理効率が低下するのを防止できる。このように、この攪拌装置１００では、全体として発熱を抑えつつ処理効率が低下するのを防止できる。
　本発明者は、かかる攪拌装置１００について、貫通穴が異なる攪拌部材を複数用意して、それぞれ同じ被処理材料Ｌを一定の条件で攪拌処理し、処理後の被処理材料Ｌの粘度と、被処理材料Ｌの温度上昇を測定した。一例を挙げると、本発明者は、図４に示すように、上部に直径３ｍｍの円形の貫通穴１６２が形成され、下部に直径５ｍｍの円形の貫通穴１６４が形成された攪拌部材Ｙ０を用意した。また、これと対比するべく、図５に示すように、貫通穴１６２、１６４を全て直径３ｍｍの円形の貫通穴にした攪拌部材Ｙ１、及び、図６に示すように、貫通穴１６２、１６４を全て直径５ｍｍの円形の貫通穴にした攪拌部材Ｙ２を用意した。また、各成分を秤量して成分を調整し、適当に混ぜた被処理材料Ｌを用意した。
　次に、攪拌部材Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２をそれぞれ取り付けた３つの攪拌槽１０２に、被処理材料Ｌを所定量ずつ供給し、それぞれ周速４０ｍ/ｓで１２０秒間、攪拌部材Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２を回転させて攪拌処理をした。そして、当該処理直後に被処理材料Ｌの温度を計測した。その結果、図７に示すように、全ての貫通穴１６２、１６４を直径３ｍｍの円形にした攪拌部材Ｙ１では、被処理材料Ｌの温度上昇は６５℃程度であった。全ての貫通穴１６２、１６４を直径５ｍｍの円形にした攪拌部材Ｙ２では、被処理材料Ｌの温度上昇は９０℃程度であった。これに対して、上部に直径３ｍｍの円形の貫通穴１６２が形成され、下部に直径５ｍｍの円形の貫通穴１６４が形成された攪拌部材Ｙ０では、被処理材料Ｌの温度は７０℃程度であった。このように、攪拌部材Ｙ０を用いた場合には、全ての貫通穴１６２、１６４を直径５ｍｍの円形にした攪拌部材Ｙ２に比べて、大きな温度上昇は生じなかった。このように、被処理材料Ｌの温度上昇を低く抑えることができる。
　また、攪拌処理の効率について、本発明者は、上部に直径３ｍｍの円形の貫通穴１６２が形成され、下部に直径５ｍｍの円形の貫通穴１６４が形成された攪拌部材Ｙ０と、全ての貫通穴１６２、１６４を直径３ｍｍの円形にした攪拌部材Ｙ１とを比較した。それぞれ４０ｍ/ｓで１２０秒間処理した。そして、被処理材料Ｌが２５℃になるまで放置し、その後、被処理材料Ｌの粘度を測定した。粘度の測定には、Ｅ型粘度計（東機産業株式会社製、Ｒ５５０）を用いて測定した。ここでは、粘度計のコーンを１ｒｐｍ、２０ｒｐｍ、１００ｒｐｍで回転させて、それぞれ粘度を計測した場合について、試験結果を図８に示す。
　この結果、図８に示すように、粘度計のコーンを１ｒｐｍで回転させて計測した場合、攪拌部材Ｙ１を用いて攪拌処理された後の被処理材料Ｌの粘度ｎ１を１とすると、攪拌部材Ｙ０を用いて攪拌処理された後の被処理材料Ｌの粘度ｎ４は概ね０．７９程度であった。
　粘度計のコーンを２０ｒｐｍで回転させて計測した場合、攪拌部材Ｙ１を用いて攪拌処理された後の被処理材料Ｌの粘度ｎ２を１とすると、攪拌部材Ｙ０を用いて攪拌処理された後の被処理材料Ｌの粘度ｎ５は概ね０．９０程度であった。
　粘度計のコーンを１００ｒｐｍで回転させて計測した場合、攪拌部材Ｙ１を用いて攪拌処理された後の被処理材料Ｌの粘度ｎ３を１とすると、攪拌部材Ｙ０を用いて攪拌処理された後の被処理材料Ｌの粘度ｎ６は概ね０．９３程度であった。
　かかる比較試験では、正極活物質（例えば、リチウム含有酸化物）、導電材としてのカーボン、粘着剤（バインダー）を、所定の割合で、溶剤に混合した試料を被処理材料Ｌとして用いた。なお、被処理材料Ｌの成分、混合割合を変更すると、被処理材料Ｌの供給初期の段階での粘度、攪拌処理後の粘度も変わる。また、被処理材料Ｌの成分、混合割合に関わらず、攪拌処理によって被処理材料Ｌの温度は上昇する。被処理材料Ｌの成分、混合割合を変更するとデータは変わるが、上述した攪拌部材Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２を用いた場合でのデータを対比した傾向は概ね変わらない。
　このように、本発明の一実施形態に係る攪拌装置１００は、上部に形成された貫通穴１６２よりも下部に形成された貫通穴１６４の方が大きい攪拌部材Ｙ０を用いられている。この攪拌装置１００によれば、攪拌装置１００全体として発熱を小さく抑えることができるとともに、処理効率を向上させることができる。例えば、リチウムイオン二次電池用の電極スラリーなど、粘度が高い被処理材料を攪拌する装置として好適である。
　以上、本発明の一実施形態に係る攪拌装置１００を説明したが、本発明に係る攪拌装置は上記実施形態に限定されない。
　上述した実施形態では、攪拌部材１０４は、図２及び図４に示すように、アーム部１５４が延びる軸方向の中間部位１６０を境界として、当該中間部位１６０よりも下部に形成された貫通穴１６４が、上部に形成された貫通穴１６２よりも大きい。攪拌部材１０４に形成する貫通穴１６２、１６４の境界は、アーム部１５４が延びる軸方向の中間部位１６０に設定しなくてもよい。
　また、上述した実施形態では、攪拌部材１０４の下部に形成された貫通穴１６４が、上部に形成された貫通穴１６２よりも一様に大きい。攪拌部材１０４に形成される貫通穴１６２、１６４の大きさは、かかる形態に限定されない。例えば、図９に示す攪拌部材１０４Ａのように、攪拌部材１０４Ａの上部から下部に向けて徐々に大きい貫通穴１６６ａ～１６６ｄが形成されていてもよい。
　例えば、図９に示す例では、攪拌部材１０４の上部から下部に向けて、上下に１１列の貫通穴１６６ａ～１６６ｄが形成されている。上から３列目までは最も小さい貫通穴１６６ａが形成されている。上から４列目から６列目までは、３列目までに形成された貫通穴１６６ａよりも少し大きい貫通穴１６６ｂが形成されている。さらに上から７列目から９列目までは、４列目から６列目までに形成された貫通穴１６６ｂよりも大きい貫通穴１６６ｃが形成されている。さらに１０列目と１１列目には、最も大きい貫通穴１６６ｄが形成されている。このように、図９に示す攪拌部材１０４Ａでは、攪拌部材１０４Ａの上部から下部に向けて徐々に大きい貫通穴１６６ａ～１６６ｄが形成されている。
　この実施形態では、攪拌部材１０４Ａの下部に形成された貫通穴１６６ｄは、供給初期の粘度の高い被処理材料Ｌが攪拌槽１０２と攪拌部材１０４Ａとの間に供給され得る程度の大きさに設定されている。また、貫通穴１６６ｄ、貫通穴１６６ｃ、貫通穴１６６ｂ、貫通穴１６６ａは、攪拌部材１０４の上部に向かうにつれて徐々に小さくなっている。このため、攪拌部材１０４の上部に向かうにつれて、供給初期の粘度の高い被処理材料Ｌは、攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間隙Ｓに供給され難くなっている。また、攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間には、攪拌部材１０４の上部に向かうにつれて徐々に粘度が低下した被処理材料Ｌが供給される。
　かかる攪拌部材１０４Ａを用いた場合、攪拌槽１０２内で、下部から上部に向かうにつれて、被処理材料Ｌの攪拌処理の程度をよりきめ細かく設定することができる。これにより、被処理材料Ｌをより確実に攪拌することができる。また、この場合でも、貫通穴１６６ａ～１６６ｄの大きさを適切に設定することによって、攪拌槽１０２で生じる発熱を抑えつつ、攪拌装置１００の処理効率を向上させることができる。
　なお、図９に示す攪拌部材１０４Ａでは、攪拌部材１０４Ａの上部から下部に向けて１１列の貫通穴１６６ａ～１６６ｄを４段階の大きさに分けているが、かかる形態に限定されない。例えば、攪拌部材１０４Ａの複数列の貫通穴を上部から下部に向けて列毎に徐々に大きくしてもよい。
　また、他の形態として、上述した実施形態では、攪拌部材に形成された貫通穴は、円形であるが、貫通穴の形状は円形でなくてもよい。例えば、貫通穴は、正方形、平行四辺形、長方形、台形などの矩形、三角形、その他の多角形、楕円形など種々の幾何学形状、さらには異形形状でもよい。
　例えば、図１０に示す攪拌部材１０４Ｂでは、上部に形成された貫通穴１６８ａは円形であり、下部に形成された貫通穴１６８ｂは、上部に形成された貫通穴１６８ａの直径と、一辺の長さが同じ正方形である。この場合、上部に形成された貫通穴１６８ａに比べて下部に形成された貫通穴１６８ｂを適度に大きくすることができる。
　また、例えば、図１に示す実施形態では、攪拌部材１０４に形成した貫通穴１６２、１６４は、それぞれ図１１に模式的に示すように、攪拌部材１０４の半径方向に沿って貫通している。この場合、被処理材料Ｌの粘度が高い場合には、貫通穴１６２、１６４で被処理材料Ｌが詰まり、処理効率が低下する場合も考えられる。本発明では、かかる攪拌部材１０４に形成される貫通穴は、半径方向に沿って貫通させた形態に限定されない。
　例えば、図１２に示すように、貫通穴１６２、１６４は、攪拌部材１０４の半径方向に対して斜めに傾けて貫通させてもよい。この場合、貫通穴１６２、１６４から攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間隙Ｓ内に向けて、遠心力の作用によって流出する被処理材料Ｌの方向や勢いを調整できる。例えば、図１２に示すように、攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の回転方向の前方に向けて傾けて貫通穴１６２、１６４を形成してもよい。
　この場合、遠心力の作用によって、貫通穴１６２、１６４から攪拌槽１０２と攪拌部材１０４との間隙Ｓ内に向けて流出する被処理材料Ｌの勢いが強くなることが期待でき、処理効率を向上させることができる。また、貫通穴１６２、１６４を傾ける角度によっても被処理材料Ｌの勢いが変わるので、貫通穴１６２、１６４を傾ける角度を適当な角度にするとよい。なお、図１２に示す例では、貫通穴１６２、１６４は、攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の回転方向の前方に向けて４５度の角度で傾けている。
　また、攪拌部材１０４の半径方向に対して斜めに傾けて貫通穴１６２、１６４を形成する場合、攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の回転方向の前方に向けて傾ける形態に限定されない。この場合、攪拌部材１０４の半径方向に対して貫通穴１６２、１６４を傾ける方向や角度によって、遠心力の作用によって貫通穴１６２、１６４から流出する被処理材料Ｌの方向や勢いが調整される。遠心力の作用によって、貫通穴１６２、１６４から流出する被処理材料Ｌの方向や勢いをどのように調整するかを考慮して、どのように攪拌部材１０４の半径方向に対して貫通穴１６２、１６４を傾ける方向を決めるとよい。
　例えば、遠心力の作用によって、貫通穴１６２、１６４から流出する被処理材料Ｌの勢いを抑えたい場合には、貫通穴１６２、１６４は攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の回転方向の後方に向けて傾けるとよい。また、遠心力の作用によって、貫通穴１６２、１６４から流出する被処理材料Ｌの方向を下方に向けたい場合には、貫通穴１６２、１６４は攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の下方に向けて傾けるとよい。貫通穴１６２、１６４から流出する被処理材料Ｌの方向を下方に向けることによって、例えば、被処理材料Ｌを攪拌槽１０２の上下に循環させることができ、被処理材料Ｌをより十分に攪拌することができる。
　また、遠心力の作用によって、貫通穴１６２、１６４から流出する被処理材料Ｌの方向を上方に向けたい場合には、貫通穴１６２、１６４は攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の上方に向けて傾けるとよい。貫通穴１６２、１６４から流出する被処理材料Ｌの方向を上方に向けることによって、例えば、被処理材料Ｌを攪拌槽１０２の上方に送りつつ攪拌でき、被処理材料Ｌの処理速度を上げることができる。
　また、攪拌部材１０４の半径方向に対して斜めに傾けて貫通穴１６２、１６４を形成する場合、攪拌部材１０４の回転方向に対する傾きと、攪拌部材１０４の上下方向に対する傾きとを適宜に組み合わせてもよい。また、攪拌部材１０４の半径方向に対して斜めに傾けて貫通穴１６２、１６４を形成する場合、部分的に、貫通穴を傾ける方向を変えてもよい。
　例えば、攪拌部材１０４の下部に形成された貫通穴１６４については、攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の回転方向の前方に向けて傾ける。また、攪拌部材１０４の上部に形成された貫通穴１６２については、攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて、攪拌部材１０４の上方に向けて傾ける。このように、貫通穴１６２、１６４の傾きを部分的に変えてもよい。
　また、図１３に示すように、攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて貫通穴を広げてもよい。また、図示は省略するが、反対に、攪拌部材１０４の内側から外側に向かうにつれて貫通穴を狭めてもよい。このような貫通穴１６２、１６４の形状は、攪拌部材１０４の半径方向に対する傾きと適宜に組み合わせることができる。
　以上、攪拌装置１００、特に、攪拌部材１０４について種々の改変例を例示したが、攪拌装置１００及び攪拌部材１０４の構造は、上述した何れの実施形態にも限定されない。また、攪拌装置１００の各部材、部位の形状や構造についても種々変更してもよい。この攪拌装置は、例えば、リチウムイオン二次電池用の電極スラリーなど、粘度が高い被処理材料を攪拌する装置として好適である。本発明に係る攪拌装置は、リチウムイオン二次電池用の電極スラリーを攪拌する用途に限らず、粘度が高い被処理材料を攪拌する種々の用途にて用いることができる。
１００　攪拌装置
１０２　攪拌槽
１０２ａ　上部容器
１０２ｂ　下部容器
１０２ｃ　堰板
１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ　攪拌部材
１０６　外槽
１１２、１１４　フランジ
１１６　冷却水室
１１８　蓋
１２０　排出口
１２２　フランジ
１２４ａ、１２４ｂ　供給口
１２６ａ、１２６ｂ　供給弁
１２８ａ、１２８ｂ　供給管
１３２　穴
１３４　窪み
１４２　冷却水室
１４４　冷却水供給管
１５０　回転軸
１５２　円筒部
１５４　アーム部
１５４ａ　穴
１５６　ボス部
１５６ａ　取付穴
１６０　中間部位
１６２　貫通穴
１６４　貫通穴
１６６ａ～１６６ｄ　貫通穴
１６８ａ、１６８ｂ　貫通穴
２００　駆動装置
Ｌ　被処理材料
Ｓ　攪拌槽と攪拌部材の間隙
Ｄ　攪拌槽の内径
φ　攪拌部材の外径

Claims (8)

  1. 　円筒形状の攪拌槽；
    　前記攪拌槽の中心軸に沿って設けられた回転軸；
    　前記攪拌槽の内径よりも小さい外径を有し、前記攪拌槽の内周面に対して同心円で回転するように前記回転軸に取り付けられた略円筒形状の攪拌部材；及び、
    　前記攪拌部材の径方向に貫通形成された複数の貫通穴；
    を有し、
    　前記複数の貫通穴のうち攪拌部材の下部に形成された貫通穴は、攪拌部材の上部に形成された貫通穴よりも大きい、攪拌装置。
  2. 　前記攪拌部材は、
    　前記攪拌槽の内径よりも小さい外径を有する円筒部；
    　前記円筒部の軸方向の中間部位から半径方向に延びたアーム部；及び、
    　前記アーム部の中心に設けられた前記回転軸に取り付けられるボス部；
    を備えており、
    　前記アーム部が延びる軸方向の中間部位よりも下部に形成された貫通穴が、当該中間部位よりも上部に形成された貫通穴よりも大きい、請求項１に記載された攪拌装置。
  3. 　前記攪拌部材の下部に形成された貫通穴が、上部に形成された貫通穴よりも一様に大きい、請求項１又は２に記載された攪拌装置。
  4. 　前記攪拌部材は、上部から下部に向けて徐々に大きい貫通穴が形成されている、請求項１に記載された攪拌装置。
  5. 　前記攪拌部材の上部に形成された貫通穴は円形であり、前記攪拌部材の下部に形成された貫通穴は、上部に形成された貫通穴の直径と一辺の長さが同じ正方形である、請求項１に記載された攪拌装置。
  6. 　前記貫通穴は、前記攪拌部材の半径方向に沿って貫通している、請求項１から５までの何れか一項に記載された攪拌装置。
  7. 　前記貫通穴は、前記攪拌部材の半径方向に対して斜めに傾けて貫通している、請求項１から５までの何れか一項に記載された攪拌装置。
  8. 　前記貫通穴は、前記攪拌部材の内側から外側に向かうにつれて、前記攪拌部材の回転方向の前方に向けて傾けて貫通している、請求項１から５までの何れか一項に記載された攪拌装置。
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