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1. WO2020110871 - PROCÉDÉ ET SYSTÈME D'ALIMENTATION DE VOLUME CONSTANT DE POUDRE FINE, DU TYPE TRANSPORTEUR PAR GAZ

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明 細 書

発明の名称 ガス搬送式微粉体定量供給方法およびシステム

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019  

図面の簡単な説明

0020  

発明を実施するための形態

0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060  

実施例

0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069  

符号の説明

0070  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

明 細 書

発明の名称 : ガス搬送式微粉体定量供給方法およびシステム

技術分野

[0001]
 本発明は、ガス搬送式微粉体定量供給方法および微粉体定量供給システム、ならびに該方法およびシステムにおいて使用される加湿ユニットに関する。

背景技術

[0002]
 従来から、例えば、溶射装置、液晶基板のスペーサ散布装置、粉体圧縮成形、サンドブラスト装置、粉体塗装装置などでは、金属、セラミックス、プラスチックなどの微細な粒径を有する粉体を定量的に安定して供給する装置が広く用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。
[0003]
 特許文献1には、粉体の表面の位置を検出するための表面位置検出手段と、フィードノズルの流出口を該粉体表面近傍の適正位置に調整するためのレベル調整機構と、該フィードノズルの流出口を適正位置に保つための制御手段とにより、フィードノズルの先端に設けた流出口と、カセット容器内の粉体の表面とを常に最適な装置位置に設定できることにより、粉体の性状に合わせて所望の量の粉体を定量的に供給できる、粉体のガス搬送式定量供給装置が開示されている。また、特許文献2には、特許文献1に開示の構成に加えて、粉体補給部を更に備えることにより、所望の量の粉体を長時間連続して溶射装置などに供給できる、粉体のガス搬送式定量供給装置が開示されている。
[0004]
 このようなガス搬送式粉体定量供給装置は、先ず、粉体収容容器から粉体搬送路へ定量的に粉体を取り込み、次に、目的の位置まで取り込んだ粉体をガス搬送して、目的の位置で搬送したガスと粉体との混合流体を放出することにより、粉体の定量供給を行っている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開平8-309177号公報
特許文献2 : 特開2016-40196号公報

発明の概要

[0006]
 粉体を粉体収容容器から粉体搬送路へ定量的かつ安定的に取り込むことについては、特許文献1および2に係る発明により達成された。しかしながら、このような装置では、粉体はガス搬送中に搬送路内壁との摩擦により静電気を帯び、特に質量の極めて軽い微粉体粒子においては、逆電荷を帯びた管内壁との静電引力に抗し切れずに、管内壁に付着してしまう。そして、付着した微粉体の層は、装置の運転時間が長くなるにつれて成長し、最終的には搬送路を閉塞させてしまうことにより、粉体の供給停止に至りかねない。
[0007]
 このような問題を回避するために、従来は、搬送路構成材料に電荷移動が容易な金属や導電性プラスチックを使用して静電気を地中に逃がす手法が用いられてきた。しかしながら、このような導電性材料を使用すると、導電性材料からなる搬送路に搬送される粉体が接触して搬送路内壁が摩耗することにより、搬送路の取替を頻繁に行わなければならないという新たな問題が生じる。また、発生した電荷に逆電荷イオンを吹きかけることにより電気的に中和する方法も知られているが、粉体搬送路のような細長い通路の入口から逆電荷を有するイオンを送り込んでも、イオンの寿命が短いため途中でイオンの電荷は消滅してしまい、搬送路全体に行き渡らないことから効果は薄い。
[0008]
 一方で、従来粉体を扱う分野においては、基本的に粉体への水分含有を可能な限り回避し、特にガス搬送式粉体定量供給の分野においては、粉体のみならず搬送ガスも乾燥させることが通常である。これは、水分含有量が多いと、粉体の流動性を損なう粒子間付着力を惹起する要因となる粒子間の液架橋を生じるためである。しかしながら、水分を排除することによる液架橋力の低減は、粉体流動性に依存するタイプの粉体、すなわち流動性の良好な粉体についてはその定量的・安定的供給に貢献するが、流動性の低い微粉体のような粉体の場合には、むしろ乾燥状態で発生する静電気による弊害の方が大きいため、静電気に起因する問題への解決策が必要である。
[0009]
 そこで、微粉体を搬送ガスにより定量的に搬送供給するために、搬送路への粉体付着の原因である静電気を徐電する方法およびそのような方法に用いるシステムが希求されている。
[0010]
 本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、粉体のうち特に質量の極めて軽い微粉体を定量的かつ安定的に搬送供給することができる、ガス搬送式微粉体定量供給方法およびシステムを提供するものである。また、このような方法およびシステムに用いることができる、搬送ガス加湿ユニットについても併せて提供するものである。
[0011]
 上述の課題を解決するため、本発明は、ガス搬送式微粉体定量供給装置内に充填された微粉体を、搬送ガスにより微粉体使用装置へ定量的に搬送供給する、ガス搬送式微粉体定量供給方法を提供し、前記ガス搬送式微粉体定量供給方法は、前記搬送ガス中の水分含有量を調整して、前記微粉体と前記搬送ガスとの混合流体が前記ガス搬送式微粉体定量供給装置から前記微粉体使用装置へ搬送される際に、前記混合流体において発生する静電気量を抑制する、ことを特徴とする。
[0012]
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法において、前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
  前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
  前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
  前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
  前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
  前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
  前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
  前記供給ノズルと上下方向に移動させる駆動部と、
  前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
を備え、
 前記湿度計測センサーから取得した湿度情報により、前記搬送ガスの水分含有量を調整することが好ましい。
[0013]
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法において、前記混合流体において発生する静電気の散乱時間τが、0~10秒となるように、前記搬送ガスの水分含有量を調節することが好ましい。
[0014]
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法において、前記微粉体の平均粒径が10μm以下であることが好ましい。
[0015]
 本発明の別の態様においては、本発明は、搬送ガスを加湿するための加湿チャンバーと、前記加湿チャンバーからの搬送ガスの供給により、前記搬送ガスと微粉体との混合流体を微粉体使用装置へ定量的に供給するガス搬送式微粉体定量供給装置と、を備えたガス搬送式微粉体定量供給システムを提供し、前記ガス搬送式微粉体定量供給システムにおいて、
 前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
  前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
  前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
  前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
  前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
  前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
  前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
  前記供給ノズルを上下方向に移動させる駆動部と、
  前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
を備え、
 前記加湿チャンバーは、
  前記搬送ガスを加湿するための液体を収容する水槽と、
  前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
  前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
を備えること、を特徴とする。
[0016]
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給システムにおいて、前記湿度制御機構は、前記混合流体における静電気発生が低減されるように搬送ガスの水分含有量を調整することが好ましい。
[0017]
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給システムにおいて、前記微粉体の平均粒径は10μm以下であることが好ましい。
[0018]
 本発明の更に別の態様においては、本発明は上記のガス搬送式微粉体定量供給システムに使用される搬送ガスの加湿ユニットを提供し、
 前記加湿ユニットは、
  前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
  前記搬送ガスを加湿するための加湿チャンバーと、
  前記加湿した搬送ガスを前記装置へ供給するための加湿搬送ガス供給ノズルと、
を備え、
 前記加湿チャンバーは、
  前記搬送ガスを加湿するための液体を収容する水槽と、
  前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
  前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
を備えることを特徴とする。
[0019]
 本発明によれば、質量の極めて軽い微粉体を、該微粉体を使用する装置へ、定量的かつ安定的に搬送供給することができる。

図面の簡単な説明

[0020]
[図1] 本発明の微粉体定量供給方法の概念図である。
[図2] 粉体搬送のための管内での微粉体堆積の概念図である。
[図3] 本発明の一実施形態による微粉体供給装置を示す図である。
[図4] 本発明の一実施形態による供給ノズルの一部を示す図である。
[図5] 本発明の一実施形態によるロッドの先端付近に取り付けられる把持部の構成を示す図である。
[図6] 本発明の一実施形態による微粉体供給システムを示す図である。
[図7] 本発明の一実施形態による加湿ユニットを示す図である。
[図8] 本発明の試験例におけるτと絶対湿度との関係図である。
[図9] 本発明の試験例におけるτと管内閉塞との関係図である。
[図10] 本発明の試験例におけるパウダー供給試験の結果である。
[図11] 本発明の試験例における絶対湿度と微粉体供給可能時間との関係性についての試験結果である。

発明を実施するための形態

[0021]
 以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
[0022]
<ガス搬送式微粉体定量供給方法>
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法について説明する。図1は、本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法の概念図である。本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法は、微粉体を搬送する際の、微粉体と搬送ガスとの混合流体における静電気の発生を低減するように、搬送ガスの湿度調整を行うことを特徴とする。搬送ガスの湿度調整は、図1のフロー1に示すように、ガス供給源から微粉体供給装置へ乾燥状態のガスを供給する際に、高湿度のガスと混合することなどにより湿度調整を行うことができる。また、図1のフロー2に示すように、予め湿度調整を行った搬送ガスを準備しておき、湿度調整した搬送ガスをそのまま微粉体供給装置へ供給することもできる。
[0023]
 搬送ガスの湿度調整(加湿)方法は、本発明の効果を発揮することができる限りにおいては、任意の方法を用いることができる。例えば、乾燥状態のガスと霧化により微粒化された液体を含有する湿度の高いガスとを混合し、それらの混合比率を適宜調整することにより、搬送ガスを所望の範囲の湿度に調整することができる。液体の霧化方法は、超音波によるものが一般的である。したがって、本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法においては、微粉体定量供給装置へ搬送ガスを供給する前に、乾燥状態のガスと高湿度ガスとを混合して湿度を調整する工程を含んでいてもよく、あるいは、搬送ガスの湿度を予め調整しておいたものをそのまま微粉体定量供給装置へ供給してもよい。
[0024]
 本発明において微粉体とは、平均粒径が10μm以下の微細な粉体のことであり、その平均粒径が小さいほど静電気の影響を受けやすい。微粉体の種類としては、特に限定されるものではないが、金属や、プラスチック、セラミックスなどが挙げられる。また、金属よりも帯電しやすく、質量の軽いプラスチックやセラミックスの方が静電気の影響を受けやすいことから、静電気の除去へのニーズは高い。本発明において、微粉体の平均粒径は、例えば、一般的な溶射に使用される粉体の場合には、画像測定法による幾何的粒度測定により求めることができる。
[0025]
 このように非常に粒径が小さく質量が極めて軽い微粉体は、従来の粉体供給分野において実施されてきたような水分の除去による液架橋力あるいは毛管力の低減では、微粉体どうし、または微粉体と他の物質との間の吸着を防ぐことができない。粉体の搬送されやすさに寄与する粉体の流動性は、粒径が小さくなるほど表面特性への依存度が高くなり、特に搬送チューブのような管内では搬送時に粉体と搬送チューブとの間に生じる摩擦のために、微粉体の吸着は水による液架橋よりも静電気力が支配的になる。また、搬送路を構成する材料に電荷移動が容易な金属や導電性プラスチックを使用して静電気を地中に逃がす手法では、微粉体が管内壁へ衝突することにより搬送路の摩耗が生じるという新たな問題がある。また、逆電荷イオンによる中和は、非常に細長い形状を有する粉体搬送路ではイオンが管内部に十分に行き渡らないことから効果が薄い。
[0026]
 ここで、静電気とは、静止した電荷によって引き起こされる物理現象のことであり、微粉体供給の場面においては、微粉体をガス搬送する際にある程度以上の速度で移動する微粉体と搬送チューブ内壁とが接触することにより静電気が発生するものと考えられる。図2に示すように、微粉体の搬送時に混合流体内で静電気が発生すると、質量の極めて軽い微粉体aは搬送チューブ1に引き寄せられて付着し、該チューブ1の内壁へ堆積する。そして、堆積した微粉体a’はその後搬送されてくる微粉体aを引き寄せて更に積層し、最終的には搬送チューブ1が詰まり、微粉体aの供給ができなくなってしまう。したがって、微粉体aと搬送ガスとの混合流体内における静電気を抑制することが、微粉体の定量的かつ安定的な供給に重要であるといえる。
[0027]
 一方、搬送ガスの湿度が高すぎる場合や微粉体自体を加湿する場合には、搬送路が結露して搬送路内に微粉体が付着して供給不能となったり、その後の溶射において微粉体の溶融が不完全となることがある。
[0028]
 このような状況に鑑み、本発明者らは、従来は乾燥させることが通常であった搬送ガスを、所定の湿度範囲内に湿度調整することにより、搬送供給過程で生じる静電気により生じる問題を解決できることを見出した。
[0029]
<散乱時間τ>
 静電気による粉体搬送への影響の大きさの指標として、散乱時間τを用いて評価することができる。τとは、静電気が発生してから解消する(散乱する)までの時間を示すパラメータである。例えば、後記する試験例におけるτと絶対湿度との関係を示したグラフ(図8)からも明らかなように、絶対湿度が高いほど、静電気は帯電しにくくなることからτは小さくなり、静電気の溜まりにくさと湿度とは非常に相関性が高いことが知られている。また、同じ絶対湿度においては、温度が低い程τは小さくなることが知られている。したがって、絶対湿度を高く維持しながら温度を下げることにより、静電気の消滅までの時間を短くすることができるといえる。本発明において、散乱時間τは以下の方法により測定した値をいうものとする。即ち、ファラデーカップに一定量の帯電した微粉体(例えば、アルミナ粉体)を収容し、任意の湿度に保たれた加湿チャンバーに配置する。次いで、微粉体を収容したファラデーカップを加湿チャンバー内へ配置した直後から、制電容量メーターなどの測定機器を用いて微粉体の帯電量を測定して帯電量変化曲線を記録し、微粉体の帯電量がt=0の初期値の37.8%まで低下するまでの時間を読み取り、その時間をτとする。
[0030]
 絶対湿度とτとの間には、一義的に決定される相関関係があり、特定の物質に発生する静電気については、いずれか一方の数値が分かれば他方を決定することが可能である。具体的には、散乱時間τ(秒)と、静電気が発生する物質の電気抵抗R(Ω)と、静電容量C(F)との間には、下記式:
  τ=R×C
の関係式が成立する。ここで、CはLCRメーターなどの制電容量メーターにより測定可能な値であり、電気抵抗Rは絶対湿度との間に指数関数的な関係性があることが知られていることから、絶対湿度と散乱時間τのうちのいずれか一方が分かれば、他方を算出することができる。
[0031]
 本発明においては、散乱時間τは、0~10秒であり、好ましくは0~8秒であり、より好ましくは0~5秒である。そのような範囲のτである場合には、管内で発生する静電気による粉体詰まりへの影響は小さく、微粉体を定量的かつ安定的に搬送供給することができる。
[0032]
 本発明においては、事前にこのようなτと湿度との相関関係を決定しておくことにより、湿度を調整することによって散乱時間τを所定の範囲内で維持することができる。
 したがって、本発明を実施する際に、散乱時間τまたは湿度のいずれかの値が分かっていればよい。
[0033]
<微粉体定量供給装置>
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法は、本発明による効果を発揮できる限りにおいては、任意の微粉体定量供給装置を用いて実施することができる。本発明のように平均粒径が10μm以下の微粉体を定量的かつ安定的に搬送供給するには、従来の粉体搬送装置のうち、例えば、特開平08-309177号公報に開示のような、いわゆる表面倣い式の粉体定量供給装置を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。
[0034]
 図3は、本発明によるガス搬送式微粉体定量供給方法において用いることができる微粉体定量供給装置の一実施形態を示す図である。図3に示すように、ガス搬送式微粉体定量供給装置10は、微粉体収容容器11と、筐体12と、補給口13と、第1流量調節機構14と、供給ノズル15と、位置検出センサー16と、位置制御機構17と、湿度計測センサー19とを備える。
[0035]
 筐体12は、その内部に微粉体収容容器11を備える。筐体12は、例えば、円筒形に形成されている。筐体12はガス気密的構造を有しており、その内部において、微粉体収容容器11との間にケーシング空間bを有する。また、ケーシング空間bの湿度を監視するための湿度センサー19を備えていてもよく、該湿度センサー19と連動して、搬送ガス供給通路L1を通じて補給口13より筐体12へ供給される加湿された搬送ガス量を、第1流量調節機構14により調節してもよい。湿度センサー19と連動して、加湿された搬送ガス供給量を調節することにより、ケーシング空間b内の湿度を所定の範囲内に保つことができる。更に、ケーシング空間bの圧力が高くなり過ぎるような場合に備えて、所定の圧力以上になるとガスが排気されるような排気弁(図示せず)を備えていてもよい。
[0036]
 微粉体収容容器11は、微粉体aを収容するものである。微粉体aは、微粉体収容容器11内に装置の運転開始前に充填されていてもよいし、例えば装置を運転しながら補給ノズル(図示せず)などにより充填されるようにしてもよい。装置の運転開始時から微粉体11を外部に供給できるようにするため、微粉体aは微粉体収容容器11に予め充填させておくようにすることが好ましい。微粉体収容容器11内に収容された微粉体aは、供給ノズル15により搬送ガスとともに取り込まれて、微粉体aと搬送ガスとの混合流体cとして、微粉体供給通路L2を通り、溶射装置20などの微粉体使用装置へと供給される。このようにして微粉体aが搬送ガスにより微粉体使用装置へ供給される際に、搬送ガスの湿度が所定の範囲内に調整されることにより、微粉体供給通路L2における静電気による微粉体aの詰まりを防止することができる。
[0037]
 供給ノズル15は、微粉体収容容器11内の微粉体aを、補給口13から供給された湿度調整された搬送ガスに同伴させて排出するものである。微粉体収容容器11内に供給された搬送ガスは、微粉体収容容器11内の微粉体aを取込ながら供給ノズル15に流れる。供給ノズル15から流出した混合流体cは、微粉体供給通路L2を通り、溶射装置20などの微粉体使用装置へ供給される。
[0038]
 微粉体供給装置10から溶射装置20へ供給される混合流体cの供給速度は、微粉体を使用する用途や、微粉体の特性、例えば、微粉体の比重や嵩密度により、適宜調整することが好ましい。
[0039]
 微粉体収容容器11内の微粉体aを搬送ガスに同伴させる際、図4に示すように、供給ノズル15の先端部に設けた流出口15Aは、微粉体aの表面近傍に配置され、微粉体aの表面に接するか浅く侵入させておくことが好ましい。これにより、供給ノズル15に流れる搬送ガスの吸引作用で、供給ノズル15の先端の近傍にある微粉体aが同時に取り込まれ、搬送ガスに同伴して排出される。搬送される微粉体aの量は、先端部の微粉体aの表面からの侵入深さや、ノズル先端の開口部への微粉体aの侵入速度(微粉体の移動速度)に依存する。なお、供給ノズル15の先端部の流出口15Aへの微粉体aの侵入速度は、微粉体収容容器11の回転速度などに依存する。
[0040]
 供給ノズル15は、蓋部18から筐体12の内部に挿入されている。供給ノズル15は、位置制御機構17により筐体12内を上下方向に移動可能に構成されている。
[0041]
 位置制御機構17は、筐体12の上部の蓋部18に設けられ、供給ノズル15を上下方向に移動可能とするものである。限定されるものではないが、位置制御機構17としては、例えば、電動シリンダーを用いることができる。
[0042]
 位置制御機構17は、供給ノズル15を上下に移動するシリンダー本体30と、シリンダー本体30内で上下方向に移動可能なロッド31と、ロッド31に連結され、供給ノズル15を把持する把持部32と、駆動機構33とを有する。位置制御機構17は、ロッド31の高さを調整することにより、把持部32に保持されている供給ノズル15の高さを調整することができる。供給ノズル15は、シリンダー本体30の把持部をロッド31を介して上下方向に移動させ、供給ノズル15の先端部の位置を調整する。これにより、供給ノズル15の先端部に設けた流出口15Aを微粉体a表面近傍の適正位置に調整することができる。例えば、位置制御機構17は、微粉体収容容器11内の微粉体aを微粉体供給通路L2に供給する場合には、供給ノズル15の先端部を、微粉体収容容器11内の微粉体aの表面に向かって降下させる。一方、微粉体収容容器11内の微粉体aを微粉体供給通路L2に供給することを停止する場合には、供給ノズル15を上昇させ、供給ノズル15の先端部が微粉体aと接触しないようにする。
[0043]
 モーター25は、微粉体収容容器11を軸方向に対して水平方向に回転させるものである。微粉体収容容器11はその底部の中心に回転軸40を有する回転座41に置かれ、モーター25が運転して回転軸40が回転することにより微粉体収容容器11が回転する。モーター25は、混合流体cの供給量に応じた速度で回転軸40を回転させることができる。微粉体収容容器11を回転させることにより、供給ノズル15の先端近傍に微粉体aが無くなることを抑制することで、微粉体aの取り込みを安定して行うことができる。
[0044]
 位置検出センサー16は、微粉体供給ノズル15の先端と所定の高さを保持して微粉体供給ノズル15に固定されており、微粉体供給ノズル15の先端の位置を測定基準として微粉体aの表面までの距離を測定するためのものである。位置検出センサー16は、微粉体収容容器11の回転に対して描かれる相対運動の軌道上で、微粉体収容容器11の先端の流出口15Aの前方の微粉体の表面位置を検出する。これにより、前記流出口15Aから吸い込まれる微粉体aの表面位置と前記流出口15Aとの高さを事前に測定することができる。位置検出センサー16の測定結果から、供給ノズル15の高さは適宜調整される。
[0045]
 また、図5に示すように、把持部32に、スクレーパー60、フラップ61、およびブラシ62などを固定して垂下させてもよい。把持部32に、スクレーパー60、フラップ61、およびブラシ62を固定して垂下させることにより、微粉体収容容器11内の微粉体aの表面がならされ、滑らかな表面にすることができる。これにより、微粉体aの表面高さの差を低減できるため、供給ノズル15からの微粉体aの取り込み量を安定にすることができる。また、表面が滑らかになることから、微粉体aの表面高さの差をより正確に測定することができる。把持部32には、スクレーパー60、フラップ61、およびブラシ62が全て備えられている必要はなく、これらの一つ以上を備えるようにしてもよい。
[0046]
 このような微粉体供給装置10を用いることにより、微粉体aと搬送ガスとの混合流体cの搬送時に発生する静電気を抑制し、定量的かつ安定的に微粉体を微粉体使用装置へ搬送供給することができる。
[0047]
<ガス搬送式微粉体定量供給システム>
 本発明によるガス搬送式微粉体定量供給システムについて説明する。図6は、本発明によるガス搬送式微粉体定量供給システム70の概略図であり、上記のような微粉体定量供給方法を実施するために用いることができる。本発明によるガス搬送式微粉体定量供給システム70は、搬送ガスを加湿するための加湿チャンバー80と、該加湿チャンバー80からの加湿された搬送ガスの供給により、該搬送ガスと微粉体aとの混合流体cを溶射装置20などの微粉体使用装置へ定量的に供給するガス搬送式微粉体定量供給装置10を備える。ガス搬送式微粉体定量供給装置10としては、上述したように、微粉体収容容器11と、筐体12と、補給口13と、第1流量調節機構14と、供給ノズル15と、位置検出センサー16と、位置調節機構17と、湿度計測センサー19とを備える装置を用いることが好ましいが、このような装置に限定されるものではなく、本発明の効果を発揮できる限りにおいては、任意のガス搬送式微粉体定量供給装置を用いてもよい。
[0048]
 加湿チャンバー80は、搬送ガスを加湿するための液体dを収容する水槽81と、液体dを霧化するための超音波振動機構82と、搬送ガス供給通路L1を介して加湿した搬送ガスを装置へ供給するための加湿搬送ガス供給ノズル83と、微粉体供給装置10の筐体12内の湿度計測センサー19と連動して、筐体12内の湿度を制御するための湿度制御機構85とを備える。加湿チャンバー80は、例えば円筒形にガス気密的に形成されている。水槽81は、例えば円筒形に形成されており、その上部が開放されている。
[0049]
 水槽81は、搬送ガスを加湿するための液体dおよび該液体dを霧化するための霧化用超音波振動機構82を備える。搬送ガスを加湿するための液体dは、水が好ましいが、所望により水以外の液体としてもよい。また、本実施形態においては、水を超音波振動機構82により霧化しているが、搬送ガスを加湿することができれば、加熱により水を蒸発させてもよい。
[0050]
 超音波振動機構82は、電圧素子と高周波電源から構成され、圧電素子に高周波電界を印加することにより超音波振動するものであり、水などの液体dをこの振動機構82の振動エネルギーにより霧化させることができる。霧化された水などの液体dは、加湿チャンバー80内において、乾燥した搬送ガスと混合されることにより、所望の湿度範囲へ加湿することができる。
[0051]
 湿度計測センサー19は、微粉体供給装置10の筐体12内のケーシング空間bの湿度を監視する。湿度計測センサー19は、該ケーシング空間bの湿度を所定の範囲内に維持するために、湿度計測結果に基づいて湿度制御機構85よって、霧化用超音波振動機構82の出力や、加湿チャンバー80へ補給する乾燥ガス量を第2流量調節機構84で制御することにより、微粉体供給装置10へ供給される搬送ガスの湿度を所定の範囲内に調節することができる。
[0052]
<加湿ユニット>
 本発明の加湿ユニットについて説明する。図7は、本発明の加湿ユニット90の概略図であり、上記のようなガス搬送式微粉体定量供給方法ないしガス搬送式微粉体定量供給システム70に使用される。本発明による加湿ユニット90は、微粉体供給装置10の筐体12内のケーシング空間bの湿度を計測するための湿度計測センサー19と、搬送ガスを加湿するための加湿チャンバー80と、加湿した搬送ガスを装置へ供給するための加湿搬送ガス供給ノズル83とを備え、該加湿チャンバー80は、搬送ガスを加湿するための液体dを収容する水槽81と、該液体dを霧化するための超音波振動機構82と、加湿チャンバー80へ補給する乾燥ガス量を制御するための第2流量調節機構84と、該湿度計測センサー19と連動して筐体12内の湿度を制御するための湿度制御機構85とを備える。
[0053]
 湿度制御機構85は、湿度計測センサー19により測定した微粉体供給装置10の筐体12内のケーシング空間bの湿度と連動して、加湿チャンバー80を構成する各構成部材の出力を調整し、加湿チャンバー80から微粉体供給装置10へ供給する、加湿された搬送ガスの湿度および流量を調整することにより、ケーシング空間bの湿度を所定の値に維持することができる。
[0054]
<制御部>
 本発明のガス搬送式微粉体定量供給システムないし加湿ユニットは、制御部(図示せず)を更に備えていてもよい。制御部は、位置検出センサー16および湿度計測センサー19から得られる情報に基づいて、第1流量調節機構14、位置制御装置17、モーター25、超音波振動機構82、第2流量調節機構84などの各構成部材と連結されていてもよい。
[0055]
 本発明の一態様において、モーター25は、制御部により運転が制御され、混合流体cの所望の供給量に応じた速度で回転軸40を回転させることができる。
[0056]
 本発明の一態様において、位置検出センサー16の測定結果に基づいて、制御部により駆動部33を制御して、供給ノズル15の高さを任意の高さに適宜調整することにより、微粉体aの取り込み量を制御することができる。
[0057]
 本発明の一態様において、制御部は湿度制御機構85の機能を兼ね備えていてもよく、湿度計測センサー19の測定結果に基づいて、超音波振動機構82の出力や、第2流量調節機構84による加湿チャンバー80への乾燥ガス供給量を調整することにより、ガス搬送式微粉体定量供給装置10へ供給する加湿された搬送ガスの湿度を調整することができる。
[0058]
 制御部は、例えば、制御プログラムや各種記憶情報を格納する記憶手段と、制御プログラムに基づいて動作する演算手段とを含んで構成することができる。制御部は、微粉体定量供給装置10への加湿された搬送ガスの供給量を算出するため、前記記憶手段には、試験等により、ケーシング空間bの湿度と搬送ガス補給速度との関係、ケーシング空間bの湿度と超音波振動機構82の出力との関係、微粉体収容容器11内の微粉体aの供給ノズル15への取り込み量とモーター25の回転速度との関係などを予め求め、算出された関係式または相関表などを記憶させておく。
[0059]
 制御部は、前記関係式または相関表などに基づき、搬送時に微粉体の定量的かつ安定的な搬送供給が可能になるように、加湿チャンバー80への乾燥ガスの供給量や超音波振動機構82の出力、補給口13から筐体12へ供給される加湿された搬送ガスの補給量、微粉体定量供給装置10から溶射装置20への混合流体cの供給量などを適宜調整することができる。
[0060]
 なお、本実施形態においては、微粉体を溶射装置に供給する場合について説明したが、液晶基板のスペーサ散布装置、粉体圧縮成形、サンドブラスト装置、粉体塗装装置などの微粉体使用装置でも同様に適用することができる。
実施例
[0061]
 以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
[0062]
<試験例1(静電気散乱時間τと管内閉塞の関係についての試験)>
[試験方法]
 静電気散乱時間τと管内閉塞の関係について、以下の方法により試験を行った。
(1)粒径1μmのアルミナ粉体の各温度における水分含有量の違いによる静電気散乱時間τを求める。
(2)微粉体収容容器へ、粒径1μmのアルミナ粉体を一定量投入し、本発明によるガス搬送式微粉体供給装置を稼働させて微粉体供給を開始する。
(3)微粉体供給装置内の内圧上昇が開始した時点を0秒として、600秒間微粉体供給そ行う。ここで、内圧上昇時を0秒とするのは、微粉体供給が開始すると搬送される微粉体が搬送される混合流体の抵抗となり、微粉体供給装置へ背圧がかかることにより該装置内の内圧が上昇するためである。すなわち、微粉体供給装置の内圧上昇が、実質的に微粉体供給が開始された指標となる。
(4)微粉体の供給中に、微粉体供給通路に用いられるチューブの内圧が、搬送ガス供給圧+10kPaを超えた場合には閉塞有り、600秒間で内圧が該圧力値を超えなかった場合には、閉塞無しとする。
(5)(1)~(4)の試験を、搬送ガスの温度と相対湿度を変えながら行う。また、絶対湿度は、微粉体供給装置内に取り付けられた温湿度センサーによる温度と相対湿度の測定値から算出する。また、上記した方法により散乱時間τを算出する。
[0063]
[試験条件]
 粉体:Al 、#8000 1μm
 搬送ガス流量:N  6.0L/分
 カップモーター回転数:300rpm
 FEED NOZZLE Controllerオフセット値:-0.3mm
 Powder Surface Controllerオフセット値:-168mm
 実施例1:閉塞無し(20℃、τ=10)
 供給機内絶対湿度:12.2g/m
 実施例2:閉塞無し(25℃、5<τ<10)
 供給機内絶対湿度:15g/m
 比較例1:閉塞有り(10℃、τ>20)
 供給機内絶対湿度:2.1g/m
 比較例2:閉塞有り(15℃、τ>20)
 供給機内絶対湿度:2.9g/m
 比較例3:閉塞有り(18℃、τ>20)
 供給機内絶対湿度:6g/m
[0064]
[試験結果]
 静電気散乱時間τと管内閉塞の関係を試験したところ、図9に記載の通りとなった。τが20秒以上の場合には、閉塞が見られるものの、τが20秒未満の場合については、閉塞は見られなかった。したがって、各気温においてτの値を所定の範囲に設定することにより、微粉体の閉塞を生じさせずに定量的に安定して供給できることが分かった。
[0065]
<試験例2(微粉体供給試験)>
[試験方法]
 微粉体を連続供給した場合の供給可能時間および管内閉塞について、以下の方法により試験を行った。
(1)微粉体収容容器へ、粒径1μmのアルミナを一定量投入して微粉体供給装置を稼働させ、微粉体供給を開始する。
(2)微粉体供給装置の内圧上昇が開始した時点を0秒とし、600秒間微粉体供給を行う。
(3)微粉体搬送通路に用いられるチューブの内圧が、搬送ガス供給圧+10kPaを超えた時点でチューブ内に閉塞が発生したとして、微粉体供給を停止する。
[0066]
[試験条件]
 微粉体:Al 、#8000 1μm
 搬送ガス流量:N  4.5L/分
 カップモーター回転数:550rpm
 Powder Surface Controllerオフセット値:-0.5mm
 ガス加湿無時供給機内絶対湿度:15.1g/m
 ガス加湿有時供給機内絶対湿度:5.5g/m
 実施例3:加湿ガス有り
 比較例4:加湿ガス無し
[0067]
[試験結果]
 ガス加湿無時およびガス加湿有時の、経時的な微粉体供給量および内圧は、図10に記載の通りであった。
 ガス加湿を行わなかった系については、微粉体供給開始から約100秒後に管内閉塞が見られ(比較例4)、微粉体供給が停止したのに対して、ガス加湿を行った系については、微粉体供給開始から420秒後でも管内の閉塞は見られず、定量的に微粉体の供給が可能であった(実施例3)。
[0068]
<試験例3(供給装置内の絶対湿度とアルミナ微粉体供給可能時間の関係性についての試験)>
[試験方法]
(1)粒径1μmのアルミナ微粉体の各温度における水分含有量の違いによる静電気散乱時間τを求める。
(2)微粉体収容容器へ、粒径1μmのアルミナ微粉体を一定量投入し、本発明によるガス搬送式微粉体供給装置を稼働させて微粉体供給を開始する。
(3)微粉体供給装置内の内圧上昇が開始した時点を0秒として、600秒間微粉体供給を行う。ここで、内圧上昇時を0秒とするのは、微粉体供給が開始すると搬送される微粉体が搬送される混合流体の抵抗となり、微粉体供給装置へ背圧がかかることにより該装置内の内圧が上昇するためである。すなわち、微粉体供給装置の内圧上昇が、実質的に微粉体供給が開始された指標となる。
(4)微粉体の供給中に、微粉体供給通路に用いられるチューブの内圧が、搬送ガス供給圧+10kPaを超えた時にチューブ内で閉塞が発生として微粉体供給を停止し、停止までの時間を微粉体供給可能時間とする。600秒間閉塞が生じなかった場合には、微粉体供給可能時間は600秒とする。
(5)(1)~(4)の試験を、搬送ガスに含有させる水分量(絶対湿度)を変えながら行う。また、絶対湿度は、微粉体供給装置内に取り付けられた温湿度センサーによる温度と相対湿度の測定値から算出する。
[0069]
[試験結果]
 供給装置内の絶対湿度とアルミナ微粉体供給可能時間との間には、比例関係が見られた(図11)。このことから、所定の範囲内においては、絶対湿度が上昇すれば、比例的に微粉体供給可能時間が長くなることが分かった。

符号の説明

[0070]
 1   搬送チューブ
 10  ガス搬送式微粉体定量供給装置
 11  微粉体収容容器
 12  筐体
 13  補給口
 14  第1流量調節機構
 15  供給ノズル
 15A 流出口
 16  位置検出センサー
 17  位置制御機構
 18  蓋部
 19  湿度計測センサー
 20  溶射装置
 30  シリンダー本体
 31  ロッド
 32  把持部
 33  駆動機構
 40  回転軸
 41  回転座
 60  スクレーパー
 61  フラップ
 62  ブラシ
 70  ガス搬送式微粉体定量供給システム
 80  加湿チャンバー
 81  水槽
 82  超音波振動機構
 83  加湿搬送ガス供給ノズル
 84  第2流量調節機構
 85  湿度制御機構
 90  加湿ユニット
 L1  搬送ガス供給通路
 L2  微粉体供給通路
 a   微粉体
 a’  堆積した微粉体
 b   ケーシング空間
 c   混合流体
 d   液体

請求の範囲

[請求項1]
 ガス搬送式微粉体定量供給装置内に充填された微粉体を、搬送ガスにより微粉体使用装置へ定量的に搬送供給する、ガス搬送式微粉体定量供給方法において、
 前記搬送ガス中の水分含有量を調整して、前記微粉体と前記搬送ガスとの混合流体が前記ガス搬送式微粉体定量供給装置から前記微粉体使用装置へ搬送される際に、前記混合流体において発生する静電気量を抑制する、ことを特徴とするガス搬送式微粉体定量供給方法。
[請求項2]
 前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
  前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
  前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
  前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
  前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
  前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
  前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
  前記供給ノズルを上下方向に移動させる駆動部と、
  前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
を備え、
 前記湿度計測センサーから取得した湿度情報により、前記搬送ガスの水分含有量を調整する、請求項1に記載の方法。
[請求項3]
 前記混合流体において発生する静電気の散乱時間τが、0~10秒となるように、前記搬送ガスの水分含有量を調整する、請求項1または2に記載の方法。
[請求項4]
 前記微粉体の平均粒径が10μm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
[請求項5]
 搬送ガスを加湿するための加湿チャンバーと、
 前記加湿チャンバーからの搬送ガスの供給により、前記搬送ガスと微粉体との混合流体を微粉体使用装置へ定量的に供給するガス搬送式微粉体定量供給装置と、
を備えたガス搬送式微粉体定量供給システムであって、
 前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
  前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
  前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
  前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
  前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
  前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
  前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
  前記供給ノズルを上下方向に移動させる駆動部と、
  前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
を備え、
 前記加湿チャンバーは、
  前記搬送ガスを加湿するための液体を収容する水槽と、
  前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
  前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
を備えることを特徴とする、ガス搬送式微粉体定量供給システム。
[請求項6]
 前記湿度制御機構は、前記混合流体における静電気発生が低減されるように搬送ガスの水分含有量を調整する、請求項5に記載のガス搬送式微粉体定量供給システム。
[請求項7]
 前記微粉体の平均粒径が10μm以下である、請求項5または6に記載のガス搬送式微粉体定量供給システム。
[請求項8]
 請求項5~7のいずれか一項に記載のガス搬送式微粉体定量供給システムに使用される搬送ガスの加湿ユニットであって、
 前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
 前記搬送ガスを加湿するための加湿チャンバーと、
 前記加湿した搬送ガスを前記装置へ供給するための加湿搬送ガス供給ノズルと、
を備え、
 前記加湿チャンバーは、
  前記搬送ガスを加湿するための液体を収容する水槽と、
  前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
  前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
を備えることを特徴とする、加湿ユニット。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]