(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金または金属化合物の製造用原料でなる金属塊を受け入れる受入手段が設けられていると共に、この受入手段から所定量の前記金属塊を後方に移送する振動フィーダを有していて、この振動フィーダが、振動しつつ前記金属塊を連続移送可能である機構を有しており、さらに、
前記金属塊の移送量を制御するために、振動フィーダが配置されるハウジング上部から垂下する堰を設けており、この堰は、可撓性を有する弾性材により形成され、その自由端が、移送される前記金属塊と当接することで前記金属塊の高さを整えるように構成し、さらに、前記堰は所定間隔をおいて前記振動フィーダの上部に複数配置され、堰の幅の大きさを前記振動フィーダの幅に合致させていることを特徴とする投入装置。
【請求項２】
前記振動フィーダは、底部に細孔を備える請求項１の投入装置。
【請求項３】
前記堰の幅方向数か所に縦方向の切れ目を入れている請求項１又は２に記載の投入装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１の投入装置を備えると共に、この投入装置を構成する移送手段により移送された前記金属塊を受け入れることにより融解または溶解を行う槽を有していて、この槽内部を密閉可能に構成されている合金または金属化合物の製造装置。
【請求項５】
前記槽は、その内部が複数箇所に配置されたボール弁に隔てられた気密構造になっている請求項４の合金または金属化合物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投入装置とこれを用いた合金または金属化合物の製造装置に関し、詳しくは、生産性の高い投入装置とこれを用いた合金または金属化合物の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体のような電子部品として、高純度の合金または金属化合物が使用されている。このような合金、金属化合物の製造では、原料である金属を融解槽、溶解槽に定量的に精度よく供給することが必要である。また水素のような可燃性ガスなどが発生することがあり、その処理を行う必要がある。
【０００３】
例えば、鉄、シリコンなどの不純物を低減して純度を高めたアルミナを製造する場合、高純度の水酸化アルミニウムを１３００℃程度の高温に加熱・焼成して製造する方法が知られている。高純度の水酸化アルミニウムは、高純度アルミニウムに水酸化ナトリウム溶液を反応・溶解させて、化１に示す反応式に従いアルミン酸ナトリウムを製造し、次いでこれを加水分解して得られる。
【０００４】
【化１】
Ａｌ＋ＮａＯＨ＋Ｈ2 Ｏ→ＮａＡｌＯ2 ＋３／２・Ｈ2 ↑
ここで、発生する水素に対して十分な安全対策を講ずる必要があり、そのため、反応系を構成する各装置全体の密閉性を高くして水素の漏洩防止を確保すると共に、系内に不活性ガス、例えば窒素などを通流させて系内の酸素を追い出して置換し、不活性ガス雰囲気にしている。
【０００５】
すなわち、開蓋した横型円筒形のプッシャー式投入機の上部より原料となる高純度金属の小塊状インゴットを投入し、投入し終わると、蓋を閉鎖すると共にガス漏れを生じないように密閉し、同時に窒素が送給されて内部の空気と置換するように、投入機内、これと反応槽とを接続する配管系、反応槽を含む系内のすべての空気を外部に追い出す。窒素による系内の置換が完了すると、投入機の一方の側面に設けられているピストンにより、投入された高純度金属インゴットは他方の側面に向けて押され、そこから反応槽に落とし込まれて、予め反応槽内に充填されている水酸化ナトリウム水溶液と混合され、アルミン酸ナトリウムを生成する。発生する水素は、窒素で希釈されて所定の放出許容濃度以下であることを確認された後、投入機の上部よりリリーフ弁などから排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反応中に生ずる水素に対する安全対策の必要性から、反応槽への高純度アルミニウムの投入速度を制限しており、生産性を高めるには限界があった。高純度アルミニウムを定量的に精度よく供給するには、塊状インゴットが小さいほど適しているが、プッシャー式投入機の場合、ピストンを用いて他方の側面に向けて押し出す方式のため、塊状インゴットがピストンとシリンダーとの間に噛み込まれるおそれがあり、塊状インゴットの大きさをあまり小さくすることができず、配合比調整の自由度が制限されることもあり、また水酸化ナトリウム水溶液と反応して溶解させるのに時間がかかっており、しかも押し出し速度を早くすることができないため、生産性を高くできなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、より多量の金属原料を略連続的に反応槽などの次工程装置に送り込み可能で、生産性を高めることができる生産効率の高い投入装置と、この投入装置を用いた合金または金属化合物の製造装置とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る投入装置の特徴構成は、合金または金属化合物の製造用原料である金属塊を受け入れる受入手段が設けられていると共に、この受入手段から所定量の前記金属塊を後方に移送する振動フィーダを有していて、この振動フィーダが、振動しつつ前記金属塊を連続移送可能である機構を有しており、さらに、前記金属塊の移送量を制御するために、振動フィーダが配置されるハウジング上部から垂下する堰を設けており、この堰は、可撓性を有する弾性材により形成され、その自由端が、移送される前記金属塊と当接することで前記金属塊の高さを整えるように構成し、さらに、前記堰は所定間隔をおいて前記振動フィーダの上部に複数配置され、堰の幅の大きさを前記振動フィーダの幅に合致させていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、プッシャー式を採用していないため、原料となる塊状インゴットの大きさを小さくすることができて、融解または溶解を高効率にすることができ、しかも塊状インゴットを送給する際に噛み込みを生じるという問題も発生しない。その結果、より多量の金属原料を略連続的に次工程装置に送り込みが可能で、生産性を高めることができる生産効率の高い投入装置を提供することができた。
また、金属塊の移送量を制御するために、振動フィーダが配置されるハウジング上部から垂下する堰を設けているので、例えば移送中に金属塊どうしが部分的に塊状になっていて、移送途中につまりを生じたりするトラブルを確実に防止でき、移送を円滑に行うことができる。
【００１０】
前記移送手段が、底部に細孔を備えた振動フィーダであることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、受入手段に投入された金属塊を間欠的に移送することができるので、金属塊が重量の嵩む状態で積層したとしても、確実に所定量の金属塊を後方に移送でき、しかも、間欠的移送の途中で金属塊どうしの衝突、磨耗により、金属塊に形成されている可能性のあるバリなどを除去できると共に底部の細孔からバリを排出できて、後工程の処理に支障を生じることを確実に防止できる。このように、バリ取り工程を別に設ける必要がないので、生産コストを低減できると共に生産性が一層高くなる。
【００１４】
本発明に係る合金または金属化合物の製造装置の特徴構成は、請求項１〜３のいずれか１の投入装置を備えると共に、この投入装置を構成する移送手段により移送された前記金属塊を受け入れることにより融解または溶解を行う槽を有していて、この槽内部を密閉可能に構成されていることにある。
【００１５】
この構成によれば、生産効率の高い投入装置を採用しているので、合金または金属化合物を高い生産性で製造することができると共に、発生する水素など可燃性ガスに対する安全性対策が確保される。
【００１６】
前記槽は、その内部が複数箇所に配置されたボール弁に隔てられた気密構造になっていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、気密性の高いボール弁を用いることにより、不活性ガス置換が必要な系内の空間を小さくできるので、置換を短時間に行えて一層生産性を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、金属化合物の１種であるアルミン酸アルカリの製造を例に挙げて説明する。図１は、アルミン酸ナトリウムの製造装置の概略全体構成を示す。まず、原料となる高純度アルミニウム（純度９９．９％以上）Ａは小塊状に鋳造されたアルミニウムインゴットが用いられ、このアルミニウムインゴットＡ（合金または金属化合物用原料に相当）は、大口径の受入口を備えると共に、先細り状の排出口を有するホッパー１（受入手段に相当）に大量に投入される。ホッパー１の下方には、投入された原料アルミニウムインゴットＡを後方に移送する振動フィーダー２（移送手段に相当）が配置されている。この場合、ホッパー１の側壁などに、ホッパー１に打撃を与えるノッカー（図示略）が設けられていると、小塊状アルミニウムインゴットＡがホッパー１内でブリッジ構造を形成して円滑に落下し難い事態が生じたとしても、ノッカーを作動させることにより、そのような現象を回避でき、小塊状アルミニウムインゴットＡを円滑に振動フィーダー２上に落下させることができて好ましい。
【００１９】
ホッパー１の排出口の下方に位置する振動フィーダー２は、ホッパー１から落下してくる小塊状アルミニウムインゴットＡを受け取り載置して、所定周期の間欠的作用で小塊状アルミニウムインゴットＡを後方に移送する。つまり、振動フィーダー２はホッパー１から落下してくる小塊状アルミニウムインゴットＡの荷重を受けることになるが、この振動フィーダー２の間欠作動により、円筒状ホッパー１内に充填・積層されている小塊状アルミニウムインゴットＡを横方向に所定量づつ切り出す作用をする。その結果、小塊状アルミニウムインゴットＡはホッパー１内の先細り箇所で詰まることなく、その所定量が振動フィーダー２によって確実に後方に移送されることになる。
【００２０】
その際、振動フィーダー２の配置されたハウジング上部からは、図２に拡大して示すように、他端が自由端になった可撓性を有する弾性材からなる堰２ａ（移送量制御手段に相当）が所定間隔をおいて取り付けられており、その自由端が振動フィーダー２に所定距離を隔てて対向するように垂下している。この堰２ａの存在により所定量毎の小塊状アルミニウムインゴットＡが移送されるようになっていて、移送量が制御可能になっている。つまり、堰２ａは厚板状のウレタンゴム等でできており、移送されてくるアルミニウムインゴットＡの山と接当して山の高さ崩して所定高さに整えることにより、移送量を略一定にする作用をなす。堰２ａの幅は振動フィーダー２の幅に合致したものであるが、堰２ａの幅方向数カ所に縦方向の切れ目を入れて、後方へ撓み易いようにしてもよく、その形状、硬度、数などは適宜選択できる。
【００２１】
更に、振動フィーダー２の底部２ｂは多数の細孔が形成された簀の子状に構成されていて、振動され移送されるアルミニウムインゴットＡから、鋳造時に形成されたバリを除去できるようになっている。アルミニウムインゴットＡに形成されたバリは、そのままにしておくと後述する反応槽に投入される際に、反応槽に到達する箇所に設けられているボール弁に噛み込まれて、弁動作に支障をきたすことになり、除去される必要があったが、振動フィーダー２の間欠的振動作用と簀の子状底面との機械的相互作用の結果、確実に脱落・除去されるので、バリ取り工程を別に設ける必要がなくなり、生産性の向上に顕著に寄与できるものとなる。除去されたバリは、細孔から落下して底部２ｂの下部に形成されているポケット２ｃに集められ、随時回収される。
【００２２】
後方に移送された原料アルミニウムインゴットＡは、計量弁３を介して所定量だけ円筒型ドラム容器４に投入される。所定量の原料アルミニウムインゴットＡを投入されたドラム容器４は、ローラーコンベア５により反応槽Ｒ（反応槽に相当）に向けて移送される。ドラム容器４の移送方式は、とくに限定されるものではないが、図１では、水平移動に引き続きリフター６を介して垂直移動し、反応塔Ｒの頂部に移送される例を示す。このように、ホッパー１、振動フィーダー２、計量弁３、ドラム容器４、ローラーコンベア５、リフター６等は、投入装置を構成する。
【００２３】
反応槽Ｒは略直筒形状をしていて、その頂部には、ドラム容器４から原料アルミニウムインゴットＡの投入を受け入れる開口部７と、それに続きボール弁からなる遮断弁８とが設けられている。遮断弁８の下方には、円筒状をした水素除害ブース９が接続されていると共に、水素除害ブース９の下方は、発生する水素が不用意に放出されるのを遮断するための気密性の高いボール弁からなる一群の遮断弁１２が接続されており、更にその下方に、投入された原料アルミニウムインゴットと水酸化ナトリウムとが反応する溶解槽１０が接続された構造となっている。
【００２４】
一群の遮断弁１２の上方、かつ水素除害ブース９の下部位置には、落下してくる原料アルミニウムインゴットＡを受け溜めて衝撃を緩和するフラッパー弁１１が取り付けられている。このフラッパー弁１１は、一端が自由端になっていると共に他端が回動自在に支持されていて、原料アルミニウムインゴットＡの投入がある程度終了すると下方に開くようになっており、原料アルミニウムインゴットＡが全て下方に落下すると、元の閉状態に復帰する。もとより、フラッパー弁１１の開閉動作は外部からの操作で行ってもよいし、所定時間あるいは所定重量を感知して自動的に開閉させるようにしてもよい。フラッパー弁１１の材質、形状は、落下してくるアルミニウムインゴットＡを受け止め、その衝撃を緩和できるものであれば、特に限定されるものではなく、単なる板状のもの、多数の細孔が形成されたパンチングメタルのようなもの等であってもよい。
【００２５】
溶解槽１０では、水酸化ナトリウム水溶液が導入されており、上方から落下してくる原料アルミニウムインゴットを受れ入れて溶解し、前記化１に示した反応式に従いアルミン酸ナトリウムを生成する。溶解槽１０内の水酸化ナトリウム水溶液は、投入される原料アルミニウムインゴットＡの量に見合った量だけ導入されているが、反応が進行して消費されると、図外の供給装置から逐次補給されるようになっている。補給は自動的になされてもよいし、消費状況を把握して残量が一定値を下回ったときに補給するようにしてもよい。
【００２６】
原料アルミニウムインゴットＡを溶解槽１０に落下させる前には、窒素供給装置（図示略）から水素除害ブース９の内部に予め窒素を供給し、内部の空気を窒素で置換する。窒素による置換が完了すると、遮断弁１２と衝撃緩衝弁１１を順次開放して原料アルミニウムインゴットＡを溶解槽１０に落下させる。落下を完了すると、遮断弁１２を閉鎖することになるが、遮断弁１２の開放時に反応槽Ｒに侵入すると予想される水素を外部の排気ラインの適当箇所に設けられたガスセンサー（図示略）で把握しつつ、窒素を供給して水素濃度を希釈し、水素濃度が所定の値以下になれば、遮断弁８を開放して水素除害ブース９に原料アルミニウムインゴットＡを投入後、遮断弁８を閉鎖する。このように、窒素で置換する範囲が、従来技術に比べて水素除害ブース９のみでよいので、置換時間に長時間を要することなく、又、窒素使用量も少なくて済むので、生産性が高くなるのみならず、生産コストを低減できるものとなる。
【００２７】
所定時間が経過して反応が終了すれば、図示はしないが、合成塔１０下部の排出口より、生成されたアルミン酸ナトリウムが取り出される。
【００２８】
〔別実施の形態〕
（１）水素除害ブース９に、原料である金属塊を投入する際、直胴部分で詰まりが生じたか否かを検知する検知機構を設けていても良い。もし、水素除害ブース９内で詰まりのようなトラブルが生じていれば、速やかに対処し易くなるからである。検知機構としては、反射式、あるいは透過式などの光センサー、その他の各種センサーを採用することができる。
【００２９】
（２）上記実施形態では、アルミン酸ナトリウムを製造する例を示したが、これに限定されるものではなく、合金、または他の金属化合物を製造する場合にも、本発明を適用できる。合金としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、テクネチウム、レニウム、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、ガリウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、ランタン、セリウムのような金属元素の１種または２種以上のもの等が挙げられ、金属化合物としてはアルミン酸カリウム、亜鉛酸ナトリウム、亜鉛酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸カリウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、またはトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリプロピルガリウム、トリブチルガリウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリプロピルインジウム、トリブチルインジウムのようなトリアルキル金属化合物、ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムクロライド、ジメチルガリウムクロライド、ジエチルガリウムクロライド、ジメチルインジウムクロライド、ジエチルインジウムクロライドのようなアルキルハライド金属化合物、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、アルミニウムフェノキシド、ガリウムメトキシド、ガリウムエトキシド、ガリウムイソプロポキシド、ガリウムブトキシド、ガリウムフェノキシド、インジウムメトキシド、インジウムエトキシド、インジウムイソプロポキシド、インジウムブトキシド、インジウムフェノキシド、バナジウムメトキシド、バナジウムエトキシド、バナジウムイソプロポキシド、バナジウムブトキシド、バナジウムフェノキシドのような金属アルコキシド等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合金または金属化合物の製造装置の概略全体構成図
【図２】投入装置を説明する概略構成図
【符号の説明】
１              受入手段
２              移送手段
２ｂ            底部
２ａ            移送量制御手段
８，１２        ボール弁
Ａ              原料
【図１】
0004268351.tif 000002
【図２】
0004268351.tif 000003