(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの垂直ないし傾斜した細管部を下端に有し、該細管部よりも上部の管部が該細管部よりも大径に形成された剛性の細管を通して、５０μｍ以下の微粉体を落下させて供給する粉体落下方式の微粉体の供給方法であって、上記細管に１０Ｈｚ以上の振動を与えることを特徴とする微粉体の供給方法。
【請求項２】
請求項１において、粉体供給量を変化させるために上記細管に与える振動を１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの振動領域で可変することを特徴とする微粉体の供給方法。
【請求項３】
請求項１において、粉体供給量が振動数の変化によって実質的に変化しない５００Ｈｚ以上の振動領域で振動させることを特徴とする微粉体の供給方法。
【請求項４】
内径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの垂直ないし傾斜した細管部を下端に有し、該細管部よりも上部の管部が該細管部よりも大径に形成された剛性の細管と、該細管の上端が開口するように接続された粉体貯槽と、該細管を１０Ｈｚ以上の振動数で振動させる振動手段と、該振動手段による細管の振動状態を制御する振動制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載した方法に用いる微粉体供給装置。
【請求項５】
請求項４において、上記振動手段は、上記細管及び上記粉体貯槽を振動させるものであることを特徴とする微粉体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば粒子径が５０μｍ程度以下の凝集し易い微粉体を、毎秒数ｍｇ程度ないしそれ以下の速度で定量供給し、あるいは量を可変制御しながら供給する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般に、比較的粒径の大きな粒体をオリフィスを通して貯槽や輸送機械等に供給することは古くから行なわれており、例えばオリフィスを通した砂の定量的な供給を行なう構造をもった砂時計はその代表的なものである。
【０００３】
しかしこのような粒体移動の定量化をオリフィスにより行なうことは、通過粒体が上述した砂のように数百ミクロン超の径をもつ大きな粒径の場合には有効であるが、５０ミクロン以下というような微粉体では重力の影響に比べて付着力の影響が大きくなるためにオリフィス部分で閉塞することが避け難く、しかも微小量の定量供給を図るためにオリフィスの径を小さくするとその閉塞傾向が一層大きくなる。
【０００４】
ところで、粉粒体の閉塞はホッパ供給口での粉粒体架橋の問題として従来から知られており、これを防止する方法として撹拌式や振動および衝撃式のアーチブレーカーが適用されている。撹拌式アーチブレーカーは付着性が強く重量排出が困難な材料の場合に用いられ、他方、振動式，衝撃式アーチブレーカーはコンクリートサイロなどの大型供供給機で利用されている。
【０００５】
また、粒子径が数ミクロン程度の凝集し易い微粉体の微小量を連続供給することは、例えば種々の実験室，研究室規模での試験装置用として求められ、実用的には例えば液晶装置における２枚の透明電極基板の間に液晶収納空間を形成させるためのスペーサ粒子の供給手段として求められている。
【０００６】
このような微粉体の微量定量供給という用途には、既往の落下（シュート）方式の装置では閉塞防止を実現しつつ、毎秒数ｍｇないしそれ以下の微小量の定量供給の同時実現は不可能とされており、従来は空気力搬送方式の装置が採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の空気力搬送方式の装置は、粉体に空気を吹き込んで圧送することにより管内での粉体閉塞の防止を図るものであるため、粉体閉塞は効果的に防止できるものの、大量の空気流を伴うため利用範囲が限定されるという欠点がある。
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の下で、５０ミクロン以下の微粉体の微小量の定量供給を簡単な構造の粉体落下方式の装置で実現することを目的としてなされたものであり、具体的には５０ミクロン以下の微粉体を数ｍｇ／ｓｅｃ程度の微小量で定量供給するために、内径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの細管部を通し落下方式で供給することを可能とできる微粉体の供給方法及び装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の微粉体の供給方法の特徴の一つは、内径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの垂直ないし傾斜した細管部を下端に有し、該細管部よりも上部の管部が該細管部よりも大径に形成された剛性の細管を通して、５０μｍ以下、特には１０μｍ以下の微粉体の微小量を落下させて定量供給する粉体落下方式の微粉体の供給方法であって、上記細管に１０Ｈｚから超音波振動の範囲の振動を与えて、供給するようにしたところにある。なお上記において５０μｍ以下の微粉体とは、所定の粒度分布をもつ粉体の中位径（Ｄｐ）が当該粒径である粉体（他の大きさの粒径の場合も同様）を言うものとする。
【００１０】
本発明において上記構成を採用したのは次ぎの理由による。すなわち、「閉塞限界寸法」と呼ばれて一般に粉体の流動性の目安とされている細管内を粉粒体が通過する限界状態の細管内径寸法について本発明者が検討を進めたところ、円形断面の鉛直管の閉塞限界寸法Ｄｃを表わす式から、例えばフライアッシュ５種（ＪＩＳＺ８９０１−５）の該寸法Ｄｃは約１２．５ｍｍであり、静置状態では１ｍｍ内径の細管をこの粉体が通過することは計算上不可能である。しかしこの細管に１０Ｈｚ以上の振動を与えると連続的な粉体の通過が行なわれることが知見され、しかも、その与える振動の振動数、振幅、細管の内径にそれぞれ対応して粉体の通過流量が変化し、特に振幅の大小と通過流量の大小が対応し、また細管の内径の大小と通過流量の大小が対応するという一般的な関係の他に、振動数が粉体の通過流量に大きな関係を有することが知見された。このような知見に基づいて本発明は上記した構成を採用したのである。
【００１１】
上記構成において、細管に与える振動の振動数は、微粉体の性質にもよるが、一般的には１０Ｈｚ〜４００Ｈｚ、好ましくは１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの振動領域で可変することにより粉体供給量を変化させることが可能である。具体的には、対象とする微粉体についての通過流量の振動数に対する依存性（例えば１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚ、４００Ｈｚの各振動数においての通過流量）を予め測定しておけば、これらの間で振動数を切り換えることで通過流量を変動制御することができる。
【００１２】
また、同様に微粉体の性質にもよるが、一般的には５００Ｈｚ以上の振動領域では、振動数が若干変化してもその粉体供給量（通過流量）は実質的に変化しないので、安定した一定量の定量供給を実現することができる。
【００１３】
細管に与える振動の振幅は、一般的には振幅数十μｍ以下の範囲で実施でき、数１０ＫＨｚ超の超音波振動の場合は数μｍ以下の極めて微小な振幅とすることもできる。なお細管を通過する粉体の通過量の最大限界範囲内において振幅が大きくなるほど通過粉体量が多くなる傾向がある。
【００１４】
また本発明の微粉体の供給装置の特徴は、内径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、特には内径０．６ｍｍ〜１．５ｍｍの垂直ないし傾斜した細管部を下端に有し、該細管部よりも上部の管部が該細管部よりも大径に形成されたガラス管，金属管（鋼管，銅管等）などの剛性の細管と、該細管の上端が開口するように接続された粉体貯槽と、該細管を１０Ｈｚ以上の振動数で振動させる振動手段と、該振動手段による細管の振動状態を制御する振動制御手段とを備えたところにある。細管の長さは特に限定されるものではないが、一般的には数ｍｍ〜数百ｍｍ程度のものが好ましく用いられる。
【００１５】
上記構成において、細管が「垂直ないし傾斜した細管部を下端に有し、」とは、細管が垂直部分のみからなる場合、細管が傾斜部分のみからなる場合、細管が垂直部分あるいは傾斜部分の組み合わせからなる場合、細管が垂直部分，傾斜部分の少なくとも一方と水平部分の組み合わせからなる場合、のいずれの形式の装置をも含むことを意味するが、特には細管が垂直部分，傾斜部分のみからなる場合に本発明が好ましく適用される。
【００１６】
上記の振動手段としては機械式モータ，振動モータ，電磁式バイブレータなどを例示でき、支持構造と振動付与の形式としては、これらの振動体で細管を直接支持する形式、細管支持体を弾性体などを用いた振動を許容する構造に設けると共に該細管に振動体を連結する形式、同じく弾性体などで支持した細管を水等の液体を介して振動を与える形式、超音波振動を与える場合には細管に対して非接触で超音波を当てる形式を採用することもできる。また振動は細管に対して与える場合の他、これと共に粉体貯槽を併せて振動させるようにすることができる。これによって、粉体貯槽に細管を接続した構造の装置において、貯槽内の細管への粉体供給口における粉体の架橋が防止でき、粉体の連続供給が行なえる。なお、上記の液体を介して振動を細管に与える方式では、適宜の液体一般的には水を充填した槽の底部にゴム栓を組み付け、ガラス管がこれを貫通して支持されるようにすれば、振動可能なガラス管の支持と、液体を伝達媒体とした振動の伝達のための構成とすることができるがこれに限定されるものではない。
【００１７】
本発明の方法及び装置を用いて供給される微粉体としては、アルミナ，フライアッシュ等の無機粉体、樹脂等の有機粉体、小麦粉等の穀粉のいずれであってもよい。
【００１８】
【作用】
本発明によれば、内径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの細管部を下端に有し、該細管部よりも上部の管部が該細管部よりも大径に形成された細管に上述した振動を与えることによって、細管を通した落下方式で毎秒数ｍｇないしそれ以下の微小量の微粉体供給を、時間に比例して与える定量供給こと、つまり細管部を通した通過粉体流速（＝ｄｍ／ｄｔ）の一定化が実現できる。
【００１９】
また、一般的には１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの振動領域で、振動数と粉体通過流量が略比例関係にあるため、この振動領域において細管に与える振動数を可変することにより、粉体供給量を変化制御することができる。
【００２０】
更に、一般的には５００Ｈｚ以上の振動領域では、粉体は最大の限界的通過流量（以下「通過最大流量」という）を示して振動数が若干変化してもその通過流量は実質的に変化しないので、この領域において安定した一定量の定量供給を実現することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を更に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施に用いた試験装置の構成概要を示したものであり、スタンド２に支持させた水平ロッド３の先端に小型直流振動モータ４を組み付けて固定し、この振動モータ４の振動体に、下記する構成の細管部１０１を有するガラス管（細管）１を組み付けて支持した。
【００２３】
なお以下の実施例においては、この小型直流振動モータ４に、直流電源５により振動数を可変制御できるものを用いた。また細管部１０１の振動数は振動数測定用センサ６を用いてガラス管１下部の細管部１０１から直接検出し、シンクロスコープ７上で波形が単振動であることを確認して振動数を測定した。８は上記振動数測定用センサ６を支持するスタンド、９はその水平ロッドである。また細管部１０１の振幅は、図示しないマイクロスコープを用いて測定した。
【００２４】
１０は電子天秤であり、ガラス管１下部の細管部１０１から落下する微粉体を受けてその重量を計量するように設けた。１１は落下粉体の受皿である。なお該電子天秤は、検出感度０．１ｍｇ、最大測定質量２００ｇのものを用い、重量を１秒毎に測定して演算装置である小型コンピュータ（パソコン）１２でデータをサンプリングした。
【００２５】
図２は、下部に細管部１０１が形成されたガラス管１を拡大して示したものであり、以下の実施例では、内径６．０ｍｍのガラス管の下端を加熱引き伸ばして内径が０．４〜１．６ｍｍ、長さ約３０ｍｍの細管部１０１部分を有する複数のガラス管を作製して用いた。なおテーパー部１０２の長さは約２０ｍｍとし、ガラス管１の上部には上方に向かって径の広がるホッパ部１０３を形成し、ガラス管１の全高を３００ｍｍとした。なお、ガラス管の細管部１０１部分の内径寸法は顕微鏡を用いて測定した。また、ガラス管１は、図１および図２に示すように、下端に細管部１０１が形成され、その上に内径が上方に向けて漸増するテーパー部１０２、さらにこのテーパー部１０２の上に図示の如く内径が細管部１０１の内径よりも大径の部分が形成され、その上にホッパ部１０３が形成されている。
【００２６】
実施例１
上記図１，２に示した装置（細管部１０１部分の内径ｄ＝１．２ｍｍ）を用い、フライアッシュ５種（前出：Ｄｐ＝１５μｍ）を対象サンプルとして、振動数を１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚ、４００Ｈｚ（各振動数での振幅１５μｍ）にしたときの各落下重量（ｍｇ）と時間（秒）の関係を測定した。なお対象サンプルの粉体垂直圧を一定とするためにホッパ部１０３の粉体高さを略一定に保った。また試験は湿度３０〜４０％、温度１８℃〜２２℃で行なった（以下において同じ）。結果を図３に示した。
【００２７】
この結果から分かるように、振動下の細管部１０１を通過する対象サンプルの落下重量は時間に正比例して増加していることから、定量供給が実現でき、また振動数の可変によって粉体供給量を制御できることが分かる。
【００２８】
実施例２
実施例１と同様にして上記図１，２に示した装置（細管部１０１部分の内径ｄ＝１．４ｍｍ）を用い、フライアッシュ５種（前出：Ｄｐ＝１５μｍ）を対象サンプルとして、対象サンプルが細管部１０１を通過できなくなる限界の振動数（通過最小振動数ｆ０）と振幅の関係を測定した。その結果を図４に示した。
【００２９】
この結果から分かるように、振幅を数μｍ程度ないしそれ以下に極小さくしても、数１０ＫＨｚの超音波振動を行なうことで粉体の細管部通過ができることが分かる。また振幅を大きくすれば振動数が低くても粉体は細管部を通過して供給できることが分かる。但し、振幅の増大は細管の支持構造や耐久性に問題があるため１０Ｈｚ未満の振動とすることは適当でない。
【００３０】
実施例３
（３−１）  振幅を２０μｍで一定とし、ガラス管として細管部１０１内径が各々０．４６ｍｍ，０．６８ｍｍ，０．７６ｍｍ，１．０ｍｍのものを用いた以外は実施例１と同様にフライアッシュ５種（前出）を対象サンプルとして、細管部を通過する粉体落下流量ｗと、振動数ｆの関係を測定した。その結果を図５に示した。
【００３１】
（３−２）  対象サンプルを球形アルミナ（アルナビーズＣＢ−Ａ１０；昭和電工製：Ｄｐ＝１０μｍ，ρp（かさ密度）＝４０００ｋｇ／ｍ３）に変更し、細管部１０１内径が各０．４ｍｍ，０．５６ｍｍ，０．９ｍｍ，１．１ｍｍ，１．４ｍｍのガラス管を用いた以外は上記（３−１）と同様にして細管部を通過する粉体落下流量ｗと、振動数ｆの関係を測定した。その結果を図６に示した。
【００３２】
（３−３）  対象サンプルを研磨用アルミナ（ホワイトアルミナ８００；ふじみけんざき工業社製：Ｄｐ＝２０μｍ，ρp （かさ密度）＝４０００ｋｇ／ｍ３）に変更し、細管部１０１内径が各０．６ｍｍ，０．９ｍｍ，１．２ｍｍのガラス管を用いた以外は上記（３−１）と同様にして細管部を通過する粉体落下流量ｗと、振動数ｆの関係を測定した。その結果を図７に示した。
【００３３】
以上の（３−１）〜（３−３）の結果から分かるように、細管１０１を通過する粉体通過流量の大小は、比較的低い振動数の領域では細管内径の大小に対応する関係にあるが、いずれの粉体いずれの細管内径のものについても、振動数をある一定値以上に増大させてもそれ以上は粉体通過流量が大きくならない「通過最大流量」なる限界値のあることが分かる。したがってこのような領域（一般的に言えば振動数５００Ｈｚ以上）においては、むしろ、粉体供給の実施途中で振動数が何らかの外乱要因で変化しても粉体供給量は一定に維持されることになるので、安定した粉体供給を実現できるという効果をもたらす。
【００３４】
実施例４
本例においては、図１の装置に代えて図８に示した装置を用いた。すなわち、上方開口箱型の容器２０の底の一部に小さな開口２１を形成して筒状のゴム栓２２を組付け、このゴム栓２２に、内径６．０ｍｍのガラス管の下端を加熱引き伸ばしにより内径１．２６ｍｍ、長さ約３０ｍｍ（テーパー部２５は約２０ｍｍ）の細管部２４としたガラス管２３の細管部２４を上部から下方に貫通するように嵌挿させて支持させ、容器２０内に十分な量の蒸留水２７を充填した。
【００３５】
そしてこの蒸留水を、超音波振動子２６で振動させることでガラス管２３を振動させるように装置を構成した。
【００３６】
以上の装置を用い、粉体として、炭酸カルシウム１７種（Ｄｐ＝２μｍ）と、アルミナ＃８０００（Ｄｐ＝１μｍ）をそれぞれ試料粉体として、２０ｋＨｚの振動をガラス管２３に与えて粉体の落下試験を行ない、結果を図９に示した。
【００３７】
この結果から分かるように、液体を振動伝達媒体として用いてガラス管を振動させることによっても本発明の目的である粉体の定量供給が実現できることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、内径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの細管部を有する細管を用いた粉体落下方式において、細管に振動を与えるという簡単な構成を採用することで毎秒数ｍｇないしそれ以下の微小量の定量供給、通過粉体流速（＝ｄｍ／ｄｔ）の一定化が実現できるという効果がある。
【００３９】
また、１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの振動領域において、細管に与える振動数を可変することにより、粉体供給量を可変制御することができるという効果も得られる。
【００４０】
更に、５００Ｈｚ以上の振動領域において、粉体の通過最大流量を振動数の変動に影響されることなく維持できるので、安定した一定量の粉体定量供給を実現できるという効果がある。
【００４１】
更に又、これらの方法を、細管と振動手段の組み合わせという簡単な構成の装置を用いて実現できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施に用いられる装置の構成概要一例を示した図。
【図２】  同装置の細管の具体的に示した縦断面図。
【図３】  実施例１の結果を示した図。
【図４】  実施例２の結果を示した図。
【図５】  実施例３の（３−１）の結果を示した図。
【図６】  実施例３の（３−２）の結果を示した図。
【図７】  実施例３の（３−３）の結果を示した図。
【図８】  液体を振動伝達媒体として用いた本発明の実施例４に用いられる装置の構成概要一例を示した図。
【図９】  実施例４の結果を示した図。
【符号の説明】
１・・・ガラス管（細管）、２・・・スタンド、３・・・水平ロッド、４・・・小型直流振動モータ、５・・・直流電源、６・・・振動数測定用センサ、７・・・シンクロスコープ、８・・・スタンド、９・・・水平ロッド、１０・・・電子天秤、１１・・・落下粉体の受皿、１２・・・パソコン、２０・・・容器、２１・・・底部開口、２２・・・ゴム栓、２３・・・ガラス管（細管）、２４・・・細管部、２５・・・テーパー部、２６・・・超音波振動子、２７・・・蒸留水、１０１・・・細管部、１０２・・・テーパー部、１０３・・・ホッパ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003643403.tif 000008
【図８】
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【図９】
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