(57)【要約】【課題】微粒子を効率よく分散供給可能な装置を提供すること。【解決手段】上面に微粒子４０を載置可能な第１電極１３と、前記第１電極と空間を介して設けられ、開口が形成された面状の第２電極１４と、前記第１電極と前記第２電極の間に直流電圧またはオフセットされた交流電圧を印加する電源１５とを有する微粒子分散供給装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に微粒子を載置可能な第１電極と、
前記第１電極と空間を介して設けられ、開口が形成された面状の第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に直流電圧またはオフセットされた交流電圧を印加する電源と、
を有する微粒子分散供給装置。
【請求項２】
前記第１電極上の前記微粒子を、前記第１電極と前記第２電極の間に形成された電界を横切るように移動させる移動手段をさらに有する、
請求項１に記載の微粒子分散供給装置。
【請求項３】
前記第２電極が、前記第１電極の上方に該第１電極と略平行に設けられた、
請求項１または２に記載の微粒子分散供給装置。
【請求項４】
前記第１電極が接地されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粒子分散供給装置。
【請求項５】
前記第２電極が金属製の網からなる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の微粒子分散供給装置。
【請求項６】
振動フィーダを有し、
前記振動フィーダの金属製の振動板が前記第１電極を構成し、
前記振動フィーダを動作させることによって、前記振動板上の前記微粒子を前記第１電極と前記第２電極の間に形成された電界を横切るように移動させる、
請求項２〜５のいずれか一項に記載の微粒子分散供給装置。
【請求項７】
前記第２電極が、前記第１電極の上方に該第１電極と略平行に設けられた、
請求項６に記載の微粒子分散供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子を分散供給する装置に関し、より詳しくは、電界とクーロン反発力を利用して微粒子を分散供給する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微粒子を分散供給するには、エジェクタやベンチュリなどの気流による方法や、強振動などにより機械的に外力を与える方法が用いられてきた。また、特許文献１および２には、粉体粒子分散室に配備された対向電極間に電界を形成し、粉体粒子に電極より電荷を与えつつ、この帯電粒子と電界との相互作用に基づく静電力および帯電粒子同士の相互間に働く静電力によって、粉体粒子を粒子分散室内に分散させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１５７４２８号公報
【特許文献２】実開昭６２−１５６３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、気流による方法では、粒径が１０μｍ 以下であるような凝集性微粒子を一次粒子に分散させることは難しく、特に減圧下では、流体抵抗が小さいため分散効果を十分に発揮できないという問題があった。また、強振動による方法では、外力を与える容器の共振点や粉体投入時の共振点の変化という問題があった。
【０００５】
また、特許文献１および２に記載された方法では、粒子分散室から排出される粉体粒子がプラスまたはマイナスにランダムに帯電しているため、排出後に粉体同士が衝突して再び凝集しやすいという問題があった。
【０００６】
本発明は上記を考慮してなされたものであり、微粒子を効率よく分散供給可能な装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の微粒子分散供給装置は、上面に微粒子を載置可能な第１電極と、前記第１電極と空間を介して設けられ、開口が形成された面状の第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に直流電圧またはオフセットされた交流電圧を印加する電源とを有する。
【０００８】
好ましくは、前記微粒子分散供給装置は、前記第１電極上の前記微粒子を、前記第１電極と前記第２電極の間に形成された電界を横切るように移動させる移動手段をさらに有する。
【０００９】
好ましくは、前記第２電極が、前記第１電極の上方に該第１電極と略平行に設けられる。
【００１０】
好ましくは、前記微粒子分散供給装置は、前記第１電極が接地されている。
【００１１】
好ましくは、前記第２電極が金属製の網からなる。
【００１２】
前記移動手段を有する微粒子分散供給装置は、好ましくは、振動フィーダを有し、前記振動フィーダの金属製の振動板が前記第１電極を構成し、前記振動フィーダを動作させることによって、前記振動板上の前記微粒子を前記第１電極と前記第２電極の間に形成された電界を横切るように移動させる。ここで、さらに好ましくは、前記第２電極が、前記第１電極の上方に該第１電極と略平行に設けられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の微粒子分散供給装置によれば、第１電極−第２電極間の電界と、帯電した微粒子同士に働くクーロン反発力を利用することにより、微粒子を高度に分散して供給することができる。さらに、本発明の微粒子分散供給装置は、減圧下や密閉容器中などの特殊な環境においても、微粒子を分散供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の微粒子分散供給装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態の微粒子分散供給装置の第２電極を示す図である。
【図３】微粒子の動きを説明するための図である。
【図４】微粒子の分散度を確認するための実験方法を説明する図である。
【図５】実施例における微粒子の分散度を示す図である。
【図６】微粒子の電荷測定方法を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施形態の微粒子分散供給装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態の微粒子分散供給装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の微粒子分散供給装置の一実施形態を、図１および図２に基づいて説明する。
【００１６】
図１において、本実施形態の微粒子分散供給装置１０は、振動フィーダ１１と、第２電極である網状電極１４と、電源１５と、ホッパー１６を有する。振動フィーダ１１は、圧電素子１２によって振動板１３を振動させる。振動板１３は金属製で第１電極を構成し、接地されている。ホッパーから供給された微粒子４０は、振動板上を図１の右方向へ移動し、網状電極を通り抜けて、その上方に分散供給される。
【００１７】
第１電極１３はその上面に微粒子を載せることができる。本実施形態の第１電極は振動フィーダ１１の振動板そのものであって、金属製で、接地されている。第１電極は必ずしも接地されていなくてもよく、第２電極１４との間に電界を発生できればよい。装置設計の自由度や安全対策の容易さの点から、第１電極は接地されていることが好ましい。
【００１８】
第２電極１４は開口が形成された面状である。第２電極の形状は、好ましくは櫛形や網状であり、網状であることが特に好ましい。本実施形態の第２電極は金属製で網状である。図２に本実施形態の第２電極１４の平面図（図１のＮ矢視図）を示す。後述するように、微粒子は、下方から第２電極に引き寄せられ、第２電極に一旦接触した後に上方に供給される。そのため、第２電極の厚さは、微粒子が通り抜けやすいように、薄い方が好ましい。また、第２電極の開口率が小さすぎると、微粒子が通り抜ける確率が小さくなるので、第２電極の開口率は好ましくは４０％以上、より好ましくは５０％以上である。他方、第２電極の開口率が大きすぎると、微粒子が第２電極に接触する確率が小さくなるので、第２電極の開口率は好ましくは９５％以下、より好ましくは８０％以下である。
【００１９】
図１において、第２電極１４は、第１電極１３の上方に、第１電極と空間を介して略平行に設けられている。第１電極と第２電極の間隔は、処理する微粒子の種類等に応じて適宜調整され、典型的には、５ｍｍ〜２０ｍｍである。また、第１電極と第２電極の間隔は、全体に亘って一様である必要はなく、好ましくは、図１に示したように、第１電極上の微粒子の進行方向（図１の右方向）に向かって漸減させる。これにより、粒度分布の広い微粒子であっても効率的に分散させることができる。電極間隔が漸減することによって第１電極上を移動する微粒子が受ける電界強度は徐々に強くなり、小さな微粒子はより後方（図１の左側）で、大きな微粒子はより前方（図１の右側）で飛散しやすくなるからである。
【００２０】
電源１５は、第１電極１３と第２電極１４の間に直流電圧またはオフセットされた交流電圧を印加する。電源としては各種市販のものを用いることができる。本実施形態では、第１電極が接地されているので、電源１５によって第２電極に直流またはオフセットされた交流電圧が印加される。
【００２１】
直流電圧を印加する場合は一定の強度で粒子が飛散するのに対して、オフセットされた交流電圧を印加する場合は、電界の脈動により、空間中の微粒子密度が脈動しながら、より広い範囲に微粒子が飛散する。直流電圧とオフセットされた交流電圧のいずれを印加するかは、用途に応じて使い分ければよい。また、電圧は、放電限界を考慮して、両電極の最小間隔が５ｍｍの場合、２〜５ｋＶであることが望ましい。なお、第１電極と第２電極はいずれがプラス極であってもよい。
【００２２】
第１電極１３上の微粒子は、第１電極と第２電極１４の間に形成された電界を横切るように移動させることが好ましい。微粒子が第１電極−第２電極間の電界をより長い距離にわたって横切ることによって、微粒子がより効率的に分散・供給されるからである。微粒子を移動させる移動手段は特に限定されず、例えば、振動フィーダの振動板に第１電極を組み込むことにより微粒子を第１電極の表面に沿って移動させてもよいし、微粒子が載置された第１電極自体を動かしてもよい。移動手段として振動フィーダを用いると、微粒子が第１電極上を振動により跳躍しながら移動するので、凝集性微粒子を処理する場合でも微粒子が凝集しにくいという利点がある。本実施形態のように振動フィーダの振動板を第１電極とすれば、装置の構造がより単純になるので、さらに好ましい。
【００２３】
次に、本実施形態の微粒子分散供給装置の作用を図１および図３に基づいて説明する。
【００２４】
図１において、微粒子４０は、ホッパー１６から振動フィーダ１１の振動板１３上に供給される。図３において、微粒子４０は、振動板１３上を図の右方向へ搬送される（図３のａ）。以下において第２電極１４をプラス極として説明すると、接地された第１電極から微粒子下部に電子が流れ込むことによって、微粒子は全体としてマイナスに帯電する（同ｂ）。帯電した微粒子は、電界から受ける力によって浮き上がり、第２電極に引き寄せられる（同ｃ）。引き寄せられた微粒子は加速して、高速で第２電極と接触し、マイナス電荷を第２電極に奪われ、第２電極と同じプラス電荷を持つ（同ｄ）。微粒子は、第２電極と反発して、第２電極から遠ざかる方向に飛散する。このとき、第２電極の上側に接触した微粒子は、第２電極上方に飛散することになる（同ｅ）。第２電極と反発して飛散する微粒子はすべてプラスに帯電しているので、他の微粒子と衝突しにくく、再凝集しにくい。
【００２５】
以上を要約すると、本実施形態の微粒子分散供給装置では、第１電極との接触により第２電極と逆符号に帯電した微粒子が第２電極に引き寄せられ、さらに、第２電極と接触して第２電極と同符号に帯電し、第２電極と反発して飛散する。これにより、微粒子は開口が形成された面状の第２電極を通過して、系外に供給される。
【００２６】
なお、本実施形態の装置は、実施例に後述するように、導電性微粒子にも用いることができる。これは、導電性微粒子であっても、第１電極または第２電極との接触によって、第１電極または第２電極との間で電荷移動が起こり、結果として、微粒子が全体としてマイナスまたはプラスに帯電するためである。
【００２７】
本実施形態の装置によって分散供給するには、帯電した微粒子が電界によって第１電極上から第２電極に到達できる必要がある。そのため、電圧、第１電極−第２電極間の距離等の条件は、微粒子の大きさ、密度、誘電率等に応じて設定することになる。実用的な範囲で条件設定を行う場合、本実施形態の装置は、粒径１μｍ〜５００μｍの微粒子に好適に、粒径５μｍ〜１００μｍの微粒子にさらに好適に用いることができる。
【実施例】
【００２８】
次に、実施例と、上述した動作原理を確認するために行った実験の結果を説明する。
【００２９】
装置として、図１に示した構成のものを用いた。振動フィーダ（有限会社ＩＭＰ、型番ＨＰＰＦ−０２）を用い、振動板には約３度の傾斜をつけ、ステンレス鋼製の振動板を接地して第１電極とした。第２電極には、線径０．３ｍｍの鋼線を縦横各１．５ｍｍピッチで格子に組んだ網を用い、振動板の上方に約５〜１０ｍｍ離して設置した。交直両用高圧電源（トレック・ジャパン株式会社、型番１０／１０Ｂ−ＨＳ）により、直流電圧（＋２〜７ｋＶ）またはオフセットされた交流電圧（オフセット＋７ｋＶ、正弦波±１．０ｋＶ、７０Ｈｚ）を第２電極に印加した。
【００３０】
表１に、使用した微粒子、その平均粒径、電極間隔、印加した電圧の種類を示す。アルミナは白色溶融アルミナ、フェライトはトナー用で表面コーティングのないもの、半田は半導体用の半田をアトマイズして作製した微粒子である。アルミナ、重質炭酸カルシウムおよびタルクは、数種類の微粒子を用いて複数回の実験を行った。そば粉の粒径分布はかなり広かった。直流電圧を印加した実験では、電極間隔を５〜１０ｍｍ、電圧を２〜７ｋＶの範囲で変更しながら、複数回の実験を行った。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
いずれの実験においても、微粒子が第２電極上方に分散して広がった。交流を印加した実験（実施例２、８、１０）では、直流電圧を印加した実験（実施例１、７、９）と分散の程度は変わらなかったが、分散された微粒子の空間中の密度が脈動を繰り返した。タルク（実施例７、８）とそば粉（実施例９、１０）では、凝集粒子が第２電極上方の低い位置まで飛散することがあった。
【００３３】
次に、白色溶融アルミナを用いて、微粒子の分散度を確認した。まず、図４Ａに示したように、電圧を印加せず、振動板１３の下流端（図４Ａにおいて振動板の右端）から落ちる微粒子４０をスライドガラス１７上に採取した。次に、図４Ｂに示したように、電圧を印加して、第２電極１４上方に飛散した微粒子をスライドガラス上に採取した。図５Ａに図４Ａで採取した微粒子、図５Ｂに図４Ｂで採取した微粒子の光学顕微鏡写真を示す。図５Ａでは凝集した微粒子が多数みられるのに対して、図５Ｂでは微粒子が高度に分散していることが分かる。
【００３４】
次に、白色溶融アルミナを用いて、第２電極の近傍を毎秒４０００コマで高速度撮影して、微粒子の動きを観察した。微粒子は非常に高速で飛行しており、下方から第２電極に近づき、第２電極に接触した後、上方に飛散した。これにより、上記実施形態の作用で述べたとおりに微粒子が動いていることを確認した。
【００３５】
次に、白色溶融アルミナを用いて、微粒子の電荷測定を行った。第１電極１３と第２電極１４の間隔を２０ｍｍとして、第２電極に＋６ｋＶの直流電圧を印加した。まず、図６Ａに示したように、微粒子を供給せずに、第１電極と第２電極の間（Ｌの位置）および第２電極上方（Ｕの位置）から、吸引式ファラデーカップ１８に３０秒間で約１０Ｌの空気を吸引して、電荷測定器１９（株式会社エーディーシー、デジタルエレクトロメータ８２５２）で電荷を測定した。次に、図６Ｂに示したように、吸引位置をそのままにして、微粒子を供給しながら同様に電荷測定を行った。
【００３６】
結果を表２に示す。微粒子なしでは、Ｌ位置、Ｕ位置ともにプラスの電荷が観測された。これは、第２電極による電界の発生を示している。微粒子ありの場合は、Ｌ位置ではプラス電荷が減少し、Ｕ位置ではプラス電荷が増大した。微粒子なしとありの場合の電荷の差が帯電した微粒子によるものとして、両位置での微粒子の帯電量を求めた。その結果、微粒子はＬ位置ではマイナス（−２８．２ｎＣ／ｇ）に帯電し、Ｕ位置ではプラス（＋５６．１ｎＣ／ｇ）に帯電していたことが分かった。これにより、上記実施形態の作用で述べたように、微粒子の動きが帯電によることが確認できた。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
本発明の微粒子分散供給装置は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、微粒子の移動手段として振動フィーダを用い、微粒子を第１電極の表面に沿って移動させた。しかし、その代わりに、移動手段としてベルトフィーダやロールを用いてもよい。具体的には、ベルトフィーダのベルトに第１電極を組み込み、ベルトを移動させることによって、ベルト上の微粒子が電界を横切るように移動させてもよい。あるいは、金属製ロールを第１電極とし、ロールを回転させることによって、ロール上の微粒子が電界を横切るように移動させてもよい。図７に金属製ロールを用いた微粒子分散供給装置の例を示す。図７に示した微粒子分散供給装置２０では、微粒子はフィーダ２１によって、回転する金属製ロール２３上に供給される。
【００４０】
また、例えば、第２電極を、第１電極である振動フィーダの前方に垂直に設けてもよい。図８に示した微粒子分散供給装置３０では、フィーダ３１前方に垂直に設けられた網状電極（第２電極）１４によって、前方（図８の右側）に分散供給される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の微粒子分散供給装置は、微粒子を効率良く分散供給できるので、各種の微粒子処理工程への供給装置として利用可能である。また、本発明の装置は、大気圧下のみならず、減圧下、特殊雰囲気下、密閉容器中などの環境でも使用できるため、プラズマ処理による微粒子の表面改質工程などへの供給装置としても利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０、２０、３０  微粒子分散供給装置
１１  振動フィーダ
１２  圧電素子
１３  振動板（第１電極）
１４  網状電極（第２電極）
１５  電源
１６  ホッパー
１７  スライドガラス
１８  吸引式ファラデーカップ
１９  電荷測定器
２１、３１  フィーダ
２３  金属製ロール（第１電極）
４０  微粒子
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
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