(57)【要約】【課題】被積層材料の積層を均一化すること。【解決手段】材料積層装置は、箔片材料が積層される空間の上方に配置された、供給される箔片材料を振るい落とすためのスクリーンと、スクリーンを振動させる複数の振動装置３４とを備える。複数の振動装置３４は、上下方向から見たときに、スクリーンを挟んで互いに反対側に配置されている第１振動装置５１及び第２振動装置５２を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被積層材料を積層させる材料積層装置であって、
前記被積層材料が積層される空間の上方に配置された、供給される前記被積層材料を振るい落とすためのスクリーンと、
前記スクリーンを振動させる複数の振動装置と、を備え、
前記複数の振動装置は、
前記スクリーンの面方向と直交する直交方向から見たときに、前記スクリーンを挟んで互いに反対側に配置されている第１振動装置及び第２振動装置を含むことを特徴とする材料積層装置。
【請求項２】
前記複数の振動装置は、
前記直交方向から見たときに、前記スクリーンの重心を中心とする同一の仮想円上に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の材料積層装置。
【請求項３】
前記複数の振動装置は、前記スクリーンを鉛直方向に振動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の材料積層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料を積層させる材料積層装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ペルチェ素子等の原材料である箔体を積層させる装置（材料積層装置）が開示されている。詳細には、材料積層装置は、箔体が積層されるモールドの上方に水平配置されたフルイ（スクリーン）と、スクリーンを水平振動させるバイブレーターとを備える。バイブレーターは、スクリーンの側方に１つ配置されている。このような材料積層装置において、バイブレーターがスクリーンを振動させることにより、箔体がスクリーンによって振るい落とされてモールド内に積層される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４６２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、箔体が積層されて形成される層の厚みは、できる限り均一であることが望まれる。しかしながら、特許文献１に記載のバイブレーターは、スクリーンの側方に１つのみ配置されているので、以下のように、箔体の積層が不均一になるおそれがある。例えば、振動の減衰により、スクリーンの振動が、振動装置から近い側では比較的強く、遠い側では比較的弱くなりうる。このような場合、スクリーン上の箔体は、振動装置から近い側では比較的振るい落とされやすく、遠い側では比較的振るい落とされにくくなり、形成される層の厚みが不均一になるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、被積層材料の積層を均一化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明の材料積層装置は、被積層材料を積層させる材料積層装置であって、前記被積層材料が積層される空間の上方に配置された、供給される前記被積層材料を振るい落とすためのスクリーンと、前記スクリーンを振動させる複数の振動装置と、を備え、前記複数の振動装置は、前記スクリーンの面方向と直交する直交方向から見たときに、前記スクリーンを挟んで互いに反対側に配置されている第１振動装置及び第２振動装置を含むことを特徴とするものである。
【０００７】
振動装置がスクリーンを振動させることにより、被積層材料がスクリーン上から振るい落とされて積層される。本発明では、第１振動装置及び第２振動装置が、直交方向から見たときにスクリーンを挟むように配置されている。これにより、スクリーンのうち第１振動装置から離れた部分（すなわち、第１振動装置による振動が減衰によって弱くなる部分）も、第２振動装置によって強く振動させることができる。このため、振動装置が１つのみ配置されている構成と比べて、スクリーンの振動の強さを面方向において均一化させることができ、スクリーン上に供給された被積層材料を均一に落下させることができる。したがって、被積層材料の積層を均一化することができる。
【０００８】
第２の発明の材料積層装置は、前記第１の発明において、前記複数の振動装置は、前記直交方向から見たときに、前記スクリーンの重心を中心とする同一の仮想円上に等間隔で配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、複数の振動装置が、スクリーンの重心の周りにバランス良く配置されている。したがって、スクリーンの振動の強さを効果的に均一化することができる。
【００１０】
第３の発明の材料積層装置は、前記複数の振動装置は、前記スクリーンを鉛直方向に振動させることを特徴とするものである。
【００１１】
スクリーンを水平振動させる構成では、例えば、スクリーン上の被積層材料が慣性によって水平方向の速度成分を有した状態で落下する（すなわち、斜めに落下する）等の可能性がある。このような場合、被積層材料の落下位置が偏りやすく、均一な積層が行われにくいおそれがある。本発明では、スクリーンの振動方向が鉛直方向である（つまり、重力の作用する方向と同じである）ため、スクリーン上の被積層材料が真下に落下しやすくなる。これにより、被積層材料をより均一に積層させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る材料積層装置の概略図である。
【図２】破砕整送部の正面図である。
【図３】破砕整送部の平面図である。
【図４】破砕整送部による箔片材料の破砕及び整送を示す説明図である。
【図５】変形例に係る破砕整送部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。なお、図１の紙面上下方向を上下方向（すなわち、重力の作用する鉛直方向）とする。図１の紙面上下方向と直交する方向を水平方向とする。上下方向は、本発明の直交方向に相当する。水平方向は、本発明のスクリーンの面方向に相当する。
【００１４】
（材料積層装置）
まず、本実施形態に係る材料積層装置１の概要について、図１を用いて説明する。図１は、材料積層装置１の概略図である。
【００１５】
材料積層装置１は、例えば、熱電素子の原材料となる金属箔（以下、箔片材料１００とする）を破砕して積層させ、積層体１０１を形成するためのものである。箔片材料１００（本発明の被積層材料）は、例えば、溶解炉（不図示）から出湯されている金属の溶湯を高速回転中のドラム（不図示）に当てることで生成される、厚さ数μｍの箔状の金属材料である。箔片材料１００は、例えば、ビスマス、テルル及び添加剤（金属）の合金であるが、これに限られるものではない。積層体１０１は、後工程において高温圧縮されることにより、熱電素子の材料素子（不図示）となる。
【００１６】
材料積層装置１は、密閉容器２の内部に配置されており、供給部１１と、破砕整送部１２と、治具支持部１３とを備える。材料積層装置１は、供給部１１に投入された箔片材料１００を破砕整送部１２によって破砕・整送し、治具支持部１３に支持されている治具１０２内に積層させる。
【００１７】
密閉容器２は、材料積層装置１が配置されている空間を所定の雰囲気に保つためのものである。仮に、空気中で積層体１０１が形成された場合、空気中の酸素や水分等が積層体１０１に吸着することによって積層体１０１が酸化し、素子の劣化が起こり、その性能が左右されるおそれ等がある。このような問題を回避するため、密閉容器２内には、例えば、不活性ガスであるアルゴンが充填されている。
【００１８】
供給部１１は、箔片材料１００を破砕整送部１２に供給するためのものである。供給部１１は、破砕整送部１２の上方に配置されている。供給部１１は、箔片材料１００が投入される投入口（不図示）と、投入口から投入された箔片材料１００を一時的に貯留するホッパー２１とを有する。ホッパー２１の下端部は、例えば、バルブ（不図示）により開閉可能となっている。バルブが開放されているとき、ホッパー２１から箔片材料１００が落下して破砕整送部１２に供給される。
【００１９】
破砕整送部１２は、供給部１１から供給された箔片材料１００を細かく破砕し、治具支持部１３に支持されている治具１０２に向けて箔片材料１００を振るい落とすためのものである。破砕整送部１２は、供給部１１の下方に配置されている。破砕整送部１２の詳細については後述する。
【００２０】
治具支持部１３は、箔片材料１００が積層される治具１０２を支持するためのものである。治具支持部１３は、破砕整送部１２の下方に配置されている。治具支持部１３は、例えば、治具１０２が載置される載置台である。治具１０２は、内底面と内側面とを有する容器である。内底面と内側面によって、例えば直方体状の内部空間１０３（本発明の空間）が形成されている。破砕整送部１２から落下した箔片材料１００が内部空間１０３に積層され、積層体１０１が形成される。
【００２１】
以上の構成を有する材料積層装置１において、供給部１１に投入された箔片材料１００は、破砕整送部１２によって破砕されて振るい落とされ、治具支持部１３に支持されている治具１０２の内部空間１０３内に積層される。積層体１０１は、後工程において高温圧縮され、熱電素子の材料素子となる。ここで、このような基板を用いて作成される熱電素子においては、一般的に、複数の箔片材料１００が積層体１０１の面方向に対して平行且つ均一に積層されることで、異方性を有する良好な電気特性（例えば、ゼーベック係数等）が得られる。このため、箔片材料１００は、積層体１０１の密度が均一化されるように、破砕整送部１２によってできるだけ細かく破砕されることが好ましい。さらに、破砕された後の箔片材料１００は、できるだけ水平な姿勢を保ちつつ落下し、且つ、水平方向において均一に積層されることが求められる。
【００２２】
（破砕整送部）
次に、破砕整送部１２の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図２は、破砕整送部１２の正面図である。
【００２３】
図２に示すように、破砕整送部１２は、ベース板３１と、破砕スクリーン３２と、整送スクリーン３３と、振動装置３４とを有する。破砕整送部１２は、ベース板３１上に配置された振動装置３４によって破砕スクリーン３２及び整送スクリーン３３を振動させる。これにより、破砕スクリーン３２上で箔片材料１００（図１参照）を破砕して落下させ、整送スクリーン３３によって箔片材料１００の向きを水平に揃えて箔片材料１００を水平落下させる。
【００２４】
ベース板３１は、水平方向に延びる略長方形の板状の部材である。ベース板３１は、弾性部材である複数の防振ゴム３５を介して、支柱３６（図１参照）の上端に固定されている。防振ゴム３５は、ベース板３１の四隅に取り付けられている（図３参照）。ベース板３１の水平方向における中央部には、上下方向に貫通する貫通孔３７が形成されている。貫通孔３７には、直方体状の柱部材３８が嵌装されている。柱部材３８は、上下方向に貫通する貫通孔３９が形成された中空の部材である。柱部材３８には、破砕スクリーン３２及び整送スクリーン３３が取り付けられている。破砕スクリーン３２と整送スクリーン３３との間の空間は、柱部材３８によって囲まれている。
【００２５】
破砕スクリーン３２は、箔片材料１００（図１参照）を振るい落とすための網目が形成された、略正方形の板状の部材である。破砕スクリーン３２は、本発明のスクリーンに相当する。図２に示すように、破砕スクリーン３２は、柱部材３８の上端に取り付けられている。破砕スクリーン３２は、水平方向におけるベース板３１の中央の位置に水平配置されている。破砕スクリーン３２の上には、箔片材料１００を破砕するための複数の破砕部材４２が置かれている。破砕部材４２は、例えばアルミナで形成された球状の部材であるが、これに限られるものではない。破砕部材４２の上方には、箔片材料１００を下方へ通過させる一方で、破砕部材４２が上方へ飛び出すことを規制する規制スクリーン４４が設けられている。振動装置３４が破砕スクリーン３２を振動させると、破砕スクリーン３２の振動に伴って複数の破砕部材４２がそれぞれ振動する。これにより、箔片材料１００が破砕部材４２と破砕スクリーン３２との間に挟み込まれて破砕される。
【００２６】
整送スクリーン３３は、箔片材料１００の姿勢を水平に揃えて箔片材料１００を水平落下させるためのものである。整送スクリーン３３も、本発明のスクリーンに相当する。整送スクリーン３３は、破砕スクリーン３２の網目と同等の大きさの網目が形成された、略正方形の板状の部材である。整送スクリーン３３は、柱部材３８の下端に取り付けられている。整送スクリーン３３は、水平方向におけるベース板３１の中央の位置に水平配置されている。整送スクリーン３３は、破砕スクリーン３２から振るい落とされた箔片材料１００をいったん受け止める。これにより、箔片材料１００が水平方向を向きやすくなり、整送スクリーン３３から振るい落とされる箔片材料１００が水平落下しやすくなる。
【００２７】
振動装置３４は、破砕スクリーン３２及び整送スクリーン３３を振動させるためのものである。振動装置３４は、ベース板３１の上に配置され、不図示の電源に接続されている。振動装置３４は、破砕スクリーン３２及び整送スクリーン３３の側方（すなわち、水平方向における外側）に配置されている。振動装置３４には、略長方形の板状の振動伝達部材４０が取り付けられている。振動伝達部材４０は、水平配置され、不図示のボルト等の固定具によって破砕スクリーン３２に固定されている。これにより、振動装置３４の振動が、振動伝達部材４０を介して破砕スクリーン３２に効果的に伝えられる。
【００２８】
ここで、従来の材料積層装置では、スクリーンを水平振動させる振動装置が、スクリーンの側方に１つのみ設けられていた。このような構成では、箔片材料の積層が不均一になるおそれがある。例えば、振動の減衰により、スクリーンの振動が、振動装置から近い側では比較的強く、遠い側では比較的弱くなりうる。このような場合、スクリーン上の箔体は、振動装置から近い側では比較的振るい落とされやすく、遠い側では比較的振るい落とされにくくなる。そこで、本実施形態の材料積層装置では、振動装置３４は、破砕スクリーン３２及び整送スクリーン３３の振動を均一化するために、以下のように構成、配置されている。
【００２９】
（振動装置の構成及び配置）
振動装置３４の構成及び配置について、図２及び図３を用いて説明する。図３は、破砕整送部１２の平面図である。なお、図３においては、破砕部材４２及び規制スクリーン４４の図示を省略している。
【００３０】
振動装置３４は、例えば、一般的な電磁コイル式のバイブレーターである。図２に示すように、振動装置３４は、コイル３４ａと、可動部材３４ｂと、板バネ３４ｃとを有する。コイル３４ａの軸方向は、上下方向と平行になっている。可動部材３４ｂは、水平に配置された板バネ３４ｃに取り付けられており、コイル３４ａの内側に配置されている。コイル３４ａに電流が流れると、可動部材３４ｂは、コイル３４ａの吸引力と板バネ３４ｃの反力とによって上下方向に往復移動する。これにより、上下方向の振動が発生する。
【００３１】
ベース板３１上には、２つの振動装置３４（第１振動装置５１及び第２振動装置５２）が配置されている。図３に示すように、上下方向（すなわち、本発明の直交方向）から見たときに、第１振動装置５１と第２振動装置５２は、破砕スクリーン３２を挟んで互いに反対側に配置されている。さらに詳細には、第１振動装置５１及び第２振動装置５２は、上下方向から見たときに、破砕スクリーン３２の重心Ｃを中心とする同一の仮想円１０４上に等間隔に配置されている。別の観点から述べると、第１振動装置５１と第２振動装置５２は、重心Ｃから等距離の位置に配置されている。さらに別の観点から述べると、第１振動装置５１は、破砕スクリーン３２の四隅の点２０１〜２０４のうち、点２０１、２０２に最も近く、且つ、点２０１、２０２から等距離の位置に配置されている。第２振動装置５２は、点２０３、２０４に最も近く、且つ、点２０３、２０４から等距離の位置に配置されている。
【００３２】
その上で、第１振動装置５１及び第２振動装置５２は、破砕スクリーン３２及び整送スクリーン３３の少なくとも四隅（点２０１〜２０４）を均一に振動させるように設定されている。例えば、第１振動装置５１及び第２振動装置５２の振動の振幅及び振動周波数が同一となるように設定されており、且つ、位相が適切になるように調整されている。これにより、点２０１〜２０４の振動の振幅等が均一化される。
【００３３】
（破砕整送部による箔片材料の破砕及び整送）
次に、破砕整送部１２による箔片材料１００の破砕及び整送について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、本実施形態における破砕整送部１２による箔片材料１００の破砕及び整送を示す説明図である。図４（ｂ）は、仮に振動装置３４が水平方向に振動する場合の、箔片材料１００の破砕及び整送を示す説明図である。
【００３４】
まず、振動装置３４（第１振動装置５１及び第２振動装置５２）の電源が入れられると、図４（ａ）に示すように、振動装置３４が上下振動する（図４（ａ）の矢印１０５、１０６参照）。振動装置３４の振動が破砕スクリーン３２及び整送スクリーン３３に伝わることによって、これらのスクリーンが上下振動する。破砕スクリーン３２が上下振動することによって、複数の破砕部材４２に破砕スクリーン３２の振動が伝わり、複数の破砕部材４２がそれぞれ振動する。この状態で、供給部１１（図１参照）から破砕整送部１２へ箔片材料１００が供給されると、破砕部材４２と破砕スクリーン３２との間に箔片材料１００が挟み込まれる。これにより、箔片材料１００が細かく破砕される（例えば、箔片材料１００の破砕前のサイズは数ｍｍ角であるのに対し、破砕後のサイズは１ｍｍ角以下となる）。
【００３５】
ここで、第１振動装置５１及び第２振動装置５２は、上下方向から見たときに破砕スクリーン３２を挟むように配置されている。これにより、破砕スクリーン３２のうち第１振動装置５１から離れた部分（すなわち、第１振動装置５１による振動が減衰によって弱くなる部分）も、第２振動装置５２によって強く振動させられる。このため、振動装置３４が１つのみ配置されている場合と比べて、破砕スクリーン３２の振動の強さが水平方向（破砕スクリーン３２の面方向）において均一化される。これにより、破砕スクリーン３２から振るい落とされる箔片材料１００の量が、水平方向において均一化される。
【００３６】
次に、細かく破砕された箔片材料１００は、破砕スクリーン３２によって振るい落とされる（図４（ａ）の矢印１０７参照）。ここで、上述したように、破砕スクリーン３２と整送スクリーン３３との間の空間は、柱部材３８によって囲まれている。これにより、破砕スクリーン３２上から落下した箔片材料１００は、水平方向における外側へ飛び散ることが防止され、整送スクリーン３３に向かって落下する。落下した箔片材料１００は、整送スクリーン３３によっていったん受け止められる。これにより、箔片材料１００の姿勢がいったん水平になる。さらに、箔片材料１００は、振動している整送スクリーン３３から振るい落とされ（図４（ａ）の矢印１０８参照）、治具１０２（図１参照）の内部空間１０３に積層される。整送スクリーン３３も、破砕スクリーン３２と同様に均一に振動しやすいため、整送スクリーン３３から振るい落とされる箔片材料１００の量は、水平方向において均一化される。これにより、箔片材料１００が均一に積層されやすくなる。
【００３７】
ここで、仮に、第１振動装置５１及び第２振動装置５２が水平振動する場合（図４（ｂ）の矢印１０９、１１０参照）、破砕スクリーン３２等の上の箔片材料１００は、慣性によって水平方向の速度成分を有した状態で落下しうる（図４（ｂ）の矢印１１１、１１２参照）。このような場合、箔片材料１００の落下位置が偏るおそれがある。この点、本実施形態では、第１振動装置５１及び第２振動装置５２が上下方向に振動するので、破砕スクリーン３２等が上下方向（鉛直方向）に振動する。このため、破砕スクリーン３２等の上の箔片材料１００が真下に落下しやすくなり（図４（ａ）の矢印１０７、１０８参照）、落下位置が偏ることが抑制される。これにより、箔片材料１００がさらに均一に積層されやすくなる。
【００３８】
以上のように、第１振動装置５１及び第２振動装置５２が、上下方向から見たときに破砕スクリーン３２等を挟むように配置されている。これにより、破砕スクリーン３２等のうち第１振動装置５１から離れた部分も、第２振動装置５２によって強く振動させることができる。このため、振動装置３４が１つのみ配置されている構成と比べて、破砕スクリーン３２等の振動の強さを面方向において均一化させることができ、破砕スクリーン３２等の上に供給された箔片材料１００を均一に落下させることができる。したがって、箔片材料１００の積層を均一化することができる。
【００３９】
また、第１振動装置５１及び第２振動装置５２が、破砕スクリーン３２の重心の周りにバランス良く配置されている。したがって、破砕スクリーン３２等の振動の強さを効果的に均一化することができる。
【００４０】
また、破砕スクリーン３２等の振動方向が鉛直方向である（つまり、重力の作用する方向と同じである）ため、破砕スクリーン３２等の上の箔片材料１００が真下に落下しやすくなる。これにより、箔片材料１００をより均一に積層させることができる。
【００４１】
次に、前記実施形態に変更を加えた変形例について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００４２】
（１）前記実施形態において、破砕整送部１２が２つの振動装置３４を有するものとしたが、これには限られない。例えば、図５に示すように、破砕整送部１２ａは、３つの振動装置３４（第１振動装置６１、第２振動装置６２、第３振動装置６３）を有していても良い。すなわち、上下方向から見たときに、複数の振動装置３４が、破砕スクリーン３２ａの重心Ｃａを中心とする同一の仮想円１１３上に等間隔で配置されていても良い。この場合でも、例えば第１振動装置６１と第２振動装置６２が、破砕スクリーン３２ａを挟んで互いに反対側に配置されていれば良い。言い換えると、上下方向から見たときに、破砕スクリーン３２ａの一部が第１振動装置６１と第２振動装置６２との間に配置されていれば良い。なお、振動装置３４の数は、４つ以上でも良い。
【００４３】
（２）前記までの実施形態において、破砕スクリーン３２等のスクリーンは四角形状であるものとしたが、これには限られない。例えば、図５に示すように、破砕整送部１２ａが円形の破砕スクリーン３２ａを有していても良い。破砕スクリーン３２ａの形状や振動装置３４の配置に合わせて、ベース部材３１ａや振動伝達部材４０ａの形状を変更しても良い。同様に、治具１０２（図１参照）の内部空間１０３は直方体状に限られず、例えば円柱状であっても良い。
【００４４】
（３）前記までの実施形態において、複数の振動装置３４が、同一の仮想円上に等間隔で配置されているものとしたが、これには限られない。すなわち、複数の振動装置３４は、必ずしも等間隔で配置されていなくても良い。
【００４５】
（４）前記までの実施形態において、振動装置３４は破砕スクリーン３２等を上下方向に振動させるものとしたが、これには限られない。すなわち、振動装置３４による振動方向は、水平成分を有していても良い。或いは、振動装置３４は、破砕スクリーン３２等を水平振動させても良い。また、振動装置３４は電磁コイル式のバイブレーターであるものとしたが、これには限られず、振動を発生させるものであれば良い。例えば、振動装置は、アンバランスウェイトの回転によって振動を発生させる、いわゆるアンバランスウェイト振動モータであっても良い。
【００４６】
（５）前記までの実施形態において、破砕スクリーン３２等のスクリーンは水平配置されているものとしたが、これには限られない。すなわち、破砕スクリーン３２等の面方向は、必ずしも水平方向と平行でなくても良い。また、面方向と直交する直交方向は、必ずしも上下方向と平行でなくても良い。
【００４７】
（６）前記までの実施形態において、材料積層装置１による積層の対象物は箔片材料１００であるものとしたが、これには限られない。例えば、材料積層装置は、材料を粉末状に破砕して積層させても良い。この場合、整送スクリーン３３は、必ずしも設けられていなくても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１        材料積層装置
３２      破砕スクリーン（スクリーン）
３３      整送スクリーン（スクリーン）
３４      振動装置
５１      第１振動装置
５２      第２振動装置
１００    箔片材料（被積層材料）
１０３    内部空間（空間）
１０４    仮想円
Ｃ        重心
【図１】
2019205979.tif 000003
【図２】
2019205979.tif 000004
【図３】
2019205979.tif 000005
【図４】
2019205979.tif 000006
【図５】
2019205979.tif 000007