JP2001002244A

JP2001002244A - 粉末等の定量供給装置

Info

Publication number: JP2001002244A
Application number: JP11174099A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kodaira; 紘平小平; Kunihiko Nagai; 邦彦永井; Hideki Sakamoto; 英樹坂本; Hiroyuki Tanaka; 啓之田中
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2001-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ホッパ内に保持した粉末、粒体等の流動性原
料を、ホッパから一定量づつ次工程（坩堝等の加工装
置）に供給することにより原料を加工する装置におい
て、ホッパから次工程への原料の供給量がばらつくこと
に起因して発生する製品の品質低下という不具合を解消
することができる粉末等の定量供給装置を提供する。【解決手段】原料槽６から供給される粉末原料を下方
に位置する加工装置へ定量供給する定量供給装置であっ
て、原料槽の供給口６ａと連通する縦穴３６及び該縦穴
と交叉連通する横穴３１を備えたケーシング３０と、該
横穴の内壁に密着摺動して回転する中空円筒状の回転円
筒部材３２と、回転円筒部材を回転駆動する駆動手段
と、該回転円筒部材の内壁に密着摺動可能に配置される
固定円筒部材４０と、を備え、固定円筒部材は、上記加
工装置へ連通するケーシングの縦穴と対面する位置に開
口を有すると共に、該開口と連通して該開口に乾燥気体
を導入する乾燥気体導入穴４３を有し、回転円筒部材
は、周面に複数の原料掻取り用穴３５を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉末等の定量供給装
置に関し、特にホッパ内に収容した粉末等の流動性を有
した原材料をホッパ下部の供給口から下方に位置する加
工部に対して確実に一定量づつ落下させることにより、
加工条件を均一化して製品の歩留を高めることを可能と
した粉末等の定量供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の融液凝固法を利用した単結晶育成
装置として、電気炉内に原料の入った坩堝を配置してこ
れを該原料の融点以上の温度に保ち、坩堝の底部（液溜
部）に形成された細孔から洩れ出た原料融液に種子結晶
の上端部を接触させた状態で種子結晶を回転させながら
引き下げることによって結晶を成長させる所謂引下げ法
を用いた単結晶製造装置が存する。引き下げ法は、本願
に係る発明者の一人が文献（Journal of the Ceramic S
ociety of Japan105[7] 1997）に発表した単結晶成長法
であり、図６に示すように、底に細孔７１ａを設けた白
金坩堝７１の中に多結晶原料を入れ、この白金坩堝７１
を上側を原料の融点以上、下側を原料の融点以下に保っ
た電気炉７２内の最も温度勾配が急峻な位置に配置して
原料を融解させ、白金坩堝７１の細孔７１ａから重力に
よって流出した原料融液に棒状の種子結晶７３の上端を
接触させた状態で、種子結晶７３を回転させながら引き
下げることによって結晶させる方法である。この引き下
げ法は、白金坩堝７１の底の細孔７１ａから漏れ出た原
料融液の白金坩堝７１に対する濡れ性及び表面張力を利
用して、白金坩堝７１と種子結晶７３との間に原料融液
を保持しつつ結晶育成を行う。このような単結晶育成装
置により製造される材料としては、例えばタンタル酸リ
チウム，ニオブ酸リチウム、四硼酸リチウム、ランガサ
イト等の酸化物を挙げることができ、これらの酸化物の
単結晶は圧電結晶であり、表面波デバイス等に使用され
る。

【０００３】更に、本出願人は、この引き下げ方式の単
結晶製造装置として、上記坩堝内にその上方から粉末原
料を投入する粉末原料供給手段と、この粉末原料供給手
段からの粉末原料を受け、融解させてから上記坩堝の液
溜部に導くプリメルトプレートとを備えたものを提案し
た（未公知）。このタイプの単結晶育成装置は、粉末原
料供給手段から坩堝内に供給する原料の量を適正に制御
しさえすれば、坩堝の液溜部の細孔から漏れ出る原料融
液の量をある程度一定に制御することができる。粉末原
料供給手段としては、逆円錐形状のホッパと、ホッパの
下端供給口を開閉する供給弁と、から成るものが一般で
あり、ホッパ内には、羽根、スクリュー等の攪拌手段を
配置してこれを回転させて原料を攪拌し、凝集防止、流
動性の向上を図って、ホッパの供給口側への原料の移動
を促進している。しかし、ホッパの供給口からの一定量
づつの原料供給を実現する為には、供給口の開口径を可
変する必要がある為、従来は供給口近傍に開口径を変化
させる開閉弁を装備していた。しかし、弁によって開口
径を調整するだけでは所望の量の原料を定量供給するこ
とができなかった。特に、開口径を小さくして少量づつ
定量供給せんとする場合には供給口が詰まり易くなり、
また供給口の開口径が大き過ぎる場合には塊となって落
下する虞れがあった。この結果、開閉弁を開放したとき
に坩堝側へ落下する原料の量にばらつきが発生しやすか
った。坩堝内へ供給される原料の量がばらつくと、坩堝
の細孔から種子結晶の上端部に供給される原料融液の量
が不安定化し、均質な結晶を育成することが困難化する
という問題があった。このようなところから、図７に示
すようにホッパ７５の下端供給口７５ａに定量供給手段
８０を設けて定量供給を図る試みも行われている。この
定量供給手段８０は、供給口７５ａと連通する縦穴８１
内に原料供給用のスクリュー８２を備え、このスクリュ
ー８２をモータ、ギヤ等から成る駆動手段８３によって
回転駆動させることにより、縦穴内に粉末原料を強制的
に導いて下方へ掻き出す様にしている。そして、駆動手
段８３によりスクリュー８２の回転数を制御することに
より、任意の落下速度により任意の量の粉末原料を落下
させることができる。しかし、このように縦穴内におい
てスクリュー８２を回転させつつ粉末原料を下方へ移送
する機構であると、必然的にスクリュー８２と縦穴内壁
との間で粉末原料が加圧されて凝集し、塊となり易い。
そのため、定量供給に支障が生じる結果となる。この引
下げ法を利用した単結晶製造装置においては、粉末原料
供給手段としてのホッパから坩堝へ供給される原料の量
を常に安定して一定量確保することにより、均質な結晶
の育成が可能となることは明らかであるが、これまでそ
のような安定供給に適した原材料供給装置は提案されて
いない。なお、このような問題は、上記のごとき圧電結
晶を製造するための装置に限らず、ホッパ内に保持した
粉末、粒体等の流動性原料を、ホッパから一定量づつ次
工程（加工装置）に供給することにより原料を加工する
装置一般に発生する問題であり、原料を安定して一定量
供給する装置の開発が求められていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、圧電結晶を製造するための単結晶製造装置
のように、ホッパ内に保持した粉末、粒体等の流動性原
料を、ホッパから一定量づつ次工程（坩堝等の加工装
置）に供給することにより原料を加工する装置におい
て、ホッパから次工程への原料の供給量がばらつくこと
に起因して発生する製品の品質低下という不具合を解消
することができる粉末等の定量供給装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、流動性を有した原料を収容する
原料槽から供給される原料を下方に位置する加工装置へ
定量供給する定量供給装置であって、上記定量供給装置
は、上記原料槽の供給口と連通する縦穴及び該縦穴と交
叉連通する横穴を備えたケーシングと、該横穴の内壁に
密着摺動して回転する中空円筒状の回転円筒部材と、回
転円筒部材を回転駆動する駆動手段と、該回転円筒部材
の内壁に密着摺動可能に配置される固定円筒部材と、を
備え、上記固定円筒部材は、上記加工装置へ連通する前
記ケーシングの縦穴と対面する位置に開口を有すると共
に、該開口と連通して該開口に乾燥気体を導入する乾燥
気体導入穴を有し、上記回転円筒部材は、周面に複数の
原料掻取り用穴を有し、原料掻取り用穴が原料槽の供給
口と対面する位置にある時に固定円筒部材の外周面との
間に形成される掻取り空所内に充填された原料は、回転
円筒部材が回転することにより原料掻取り用穴が上記開
口と連通する位置に達した時に、上記乾燥気体導入穴か
ら導入される乾燥気体によって上記加工装置へ強制排出
させられることを特徴とする。請求項２の発明は、流動
性を有した原料を収容する原料槽から供給される原料を
下方に位置する加工装置へ定量供給する定量供給装置で
あって、上記定量供給装置は、上記原料槽の供給口と連
通する受入れ穴を備えた固定上板と、固定上板の下面に
密着摺動して回転する回転円盤と、該回転円盤の下面に
摺動的に密着配置された固定円盤と、を備え、上記固定
上板には、上記受入れ穴を回避した位置に乾燥気体を導
入する乾燥気体導入穴が形成され、上記回転円盤には、
固定上板の受入れ穴と乾燥気体導入穴と連通可能な位置
に複数の原料掻取り用穴を形成し、上記固定円盤には、
上記乾燥気体導入穴と連通可能な位置に、上記加工装置
と連通する排出穴が形成され、上記原料掻取り用穴が固
定上板の受入れ穴と連通する位置にある時に原料掻取り
用穴内に充填された原料は、回転円盤が回転することに
より原料掻取り用穴が上記排出穴と連通する位置に達し
た時に、上記乾燥気体導入穴から導入される乾燥気体に
よって強制排出させられることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態によ
り本発明をより詳細に説明する。図１(a)は本発明に係
る粉末等の供給装置を使用した単結晶製造装置１の実施
の形態の一例を示す概略全体構成図である。この例で
は、ＬＴ、ルチル結晶（ＴｉＯ₂）や各種光学活性結晶
など比較的高融点（1300゜Ｃ〜1900゜Ｃ）の物質の単結
晶を製造する場合について説明する。図１(a)において
１０は電気炉、２０は粉末原料供給装置、３０は結晶引
き下げ装置である。電気炉１０は円筒形状の石英管１０
ａの周囲に高周波誘導加熱コイル１０ｂを配置してな
り、電気炉１０内上部には白金製の坩堝２が、下部には
アフターヒータ１３が設けられている。また、坩堝２内
の上部開口部近傍には傘形状（あるいはドーム状）のプ
リメルトプレート３が設けられている。プリメルトプレ
ート３は白金やイリジウム等の耐熱性及び耐食性に優れ
た金属で形成されており、図示しない支持部材を介して
周縁部数カ所が坩堝２に連結されて定位置に保持されて
いる。これら坩堝２、プリメルトプレート３及びアフタ
ーヒータ１３は何れも金属で形成されているため、高周
波誘導加熱コイル１０ｂの発生する電磁波により加熱さ
れる。

【０００７】高周波誘導加熱コイル１０ｂは上下方向に
複数のコイル要素に分割されており、上側のコイル要素
は坩堝２及びプリメルトプレート３をＴｉＯ₂の融点以
上の温度（例えば、1900゜Ｃ）に加熱している。下側の
コイル要素は、アフターヒータ１３をＴｉＯ₂の融点未
満の温度（例えば、1800゜Ｃ）に加熱している。アフタ
ーヒータ１３は、坩堝２の下面より育成された単結晶を
周囲から輻射熱により非接触で加熱することにより、結
晶温度の急激な低下による結晶欠陥の発生を防止すると
ともに、結晶の歪みを除去するアニール効果を有する。
電気炉１０を構成する石英管１０ａの上側開口部は断熱
材で形成された蓋体１０ｃで閉塞されている。また、石
英管１０ａの下端には、有底円筒状の石英容器１０ｄが
接続されており、石英容器１０ｄを囲繞する円筒状の断
熱壁１０ｅを介して電気炉１０全体が図示しない支持体
により直立姿勢に保持されている。粉末原料供給装置２
０は、粉末原料５ｐを収容する粉末原料槽６と、図示し
ない粉末原料供給源から粉末原料槽（ホッパ）６内に粉
末原料５ｐを導入するための原料導入管７と、原料粉末
の湿気による凝集や変質を防止する為の図示しない乾燥
気体発生源から粉末原料槽６内の粉末原料５ｐ中に乾燥
気体（乾燥空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、等）を導
入するための乾燥気体導入管８と、粉末原料槽６から原
料融解槽へ粉末原料５ｐを移送するための原料移送装置
２１とを有している。また、粉末原料供給装置２０に
は、粉末の凝集を防止する為の攪拌機２２が備わってお
り、粉末原料槽６内に配置した攪拌用羽根（攪拌手段）
２４をモータ２３で回転させることにより、粉末原料槽
６内の粉末原料５ｐを強制的に攪拌するようになってい
る。なお、攪拌用羽根２４としては、図示したプロペラ
タイプに限らず、種々の形状の羽根を用いることがで
き、これを回転させると同時に軸方向へ上下動するよう
に構成してもよいし、上下動させるだけでもよい。原料
移送装置２１は、プリメルトプレート３へ粉末原料５ｐ
を移送すべくその上端側が粉末原料槽６の底部６ａに下
端側が電気炉１０内に挿入された移送管９と、この移送
管９を冷却するための冷却ジャケット１１と、粉末原料
槽６内の粉末原料５ｐを凝集させることなく流動性を良
好に維持した状態で常に一定量だけ確実にプリメルトプ
レート３へ向けて移送すべく移送管９の途中に設けられ
た定量供給装置１２とを有する。移送管９及び冷却ジャ
ケット１１は、電気炉１０の蓋体１０ｃの中央部に形成
された貫通孔内に挿入されている。冷却ジャケット１１
は、移送管９の外周を取り囲むようにして設けられてお
り、図示しない冷媒タンクと連通した導入管１１ａを介
して導入されてその内部を通過する冷媒により移送管９
を外部から冷却することにより、移送管９内を電気炉１
０からの熱に抗して結晶原料の融点温度未満に保ってい
る。符号１１ｂは冷媒を排出する排出管である。

【０００８】本発明の主要部をなす定量供給装置１２に
ついては、後述する。結晶引き下げ装置３０は、種子結
晶４を保持するための保持部１５ａをその上端部に有す
る円柱状の回転ロッド１５と、この回転ロッド１５を鉛
直姿勢に保持して軸回転させつつ上下に移動させる回転
引き下げ装置１６とからなる。回転ロッド１５は、石英
容器１０ｄの底部を貫通して設けられており、回転ロッ
ド１５と石英容器１０ｄとの摺接部はシール部材１７に
より気密にシールされている。石英容器１０ｄの下端近
傍側壁には、石英管１０ａ、蓋体１０ｃ、及び石英容器
１０ｄにより形成される処理室内に結晶成長雰囲気を制
御するためのガス（例えば、Ｎ2 とその２〜３重量部の
Ｏ2 との混合ガス、又はＡｒガス）を導入する制御ガス
導入口１８が設けられている。処理室内に導入された雰
囲気制御ガスは蓋体１０ｃに形成された排気口１９より
排気され図示しない回収装置により回収されるようにな
っている。図１（ｂ）に上記坩堝２とプリメルトプレー
ト３の構造を示す。図示するように、原料移送装置２１
の移送管９を通して電気炉１０内に導入された粉末原料
５ｐは、プリメルトプレート３上に落下する。プリメル
トプレート３は電気炉１０の誘導加熱コイル１０ｂの発
生する電磁波によって結晶原料の融点温度以上に加熱さ
れているので、プリメルトプレート３上で粉末原料は融
解し、原料融液となって坩堝２の液溜部に滴下する。坩
堝２の底部は漏斗状（逆円錐形状）に形成されるととも
に、底部中央及びその周辺部には同一口径（例えば、
０．５ｍｍ）複数の細孔２ａ、２ａ、・・が設けられて
おり、複数の細孔２ａ、２ａ、・・から原料融液５ｍを
流出させることにより、坩堝２の下面全体を有効に利用
して育成中の結晶１８の上面との間に原料融液５ｍａを
保持しつつ結晶育成を行える構造になっている。したが
って、プリメルトプレート３上に供給する原料粉末５ｐ
の量を制御して、プリメルトプレート３上から坩堝２の
液溜部に滴下する原料融液５ｍの流量を一定に保ちつつ
原料融液５ｍを連続供給することにより、坩堝２の底の
細孔２ａ、２ａ、・・からの原料融液５ｍの流出量をほ
ぼ一定に保ちつつ連続して結晶育成を行うことができ
る。

【０００９】また、坩堝２と結晶１８の上面（結晶界
面）との間に存在する原料融液５ｍａの厚さは、主とし
てプリメルトプレート３からの原料融液５ｍの供給量、
原料融液５ｍの粘性、坩堝２の温度、結晶成長速度、結
晶１８の温度等を考慮して、炉内温度、回転ロッド１５
の回転及び下降速度を制御することにより最適な厚さに
決定される。すなわち、原料融液５ｍａの自然対流、す
なわち坩堝２と結晶１８との温度差による対流を考慮し
た上で、回転ロッド１５の回転による遠心力に起因する
強制対流を発生させることによって、坩堝２と結晶１８
の上面との間に常に最適量の原料融液５ｍａを保持する
ことができる。以上のように構成された単結晶製造装置
１によれば以下のようにして単結晶を製造することがで
きる。まず、電気炉１０の上側のコイル要素による加熱
温度を結晶材料の融点温度以上の所定温度、下側のコイ
ル要素による加熱温度を結晶材料の融点温度未満の所定
温度にそれぞれ設定して炉内の加熱を開始し、炉内が設
定温度になったらその状態を維持する。冷却ジャケット
１１には冷媒を常時流し、粉末原料槽６内の粉末原料５
ｐ中には乾燥気体導入管８を通して乾燥気体を常時導入
しておく。その後、定量供給装置２を作動させ、粉末原
料槽６から移送管９を通してプリメルトプレート３の上
面中央部に粉末原料５ｐを所定量ずつ供給する。このと
き粉末原料５ｐは乾燥気体導入管８より導入される乾燥
気体及び攪拌機２２の羽根２４により粉末原料槽６内で
攪拌されつつ移送管９を通して供給される。プリメルト
プレート３上に供給された粉末原料５ｐは融点温度以上
に加熱されて融解し原料融液５ｍとなる。そして、原料
融液５ｍはプリメルトプレート３の上面を伝って流下し
た後、プリメルトプレート３の周縁部から滴下する。こ
れにより、坩堝２の底部に原料融液５ｍが導入されて行
く。

【００１０】坩堝２内に原料融液５ｍが溜まると、坩堝
２の底部の複数の細孔２ａ、２ａ、・・から原料融液５
ｍが漏出し始める。この状況は電気炉１０の石英管１０
ａを通して観察することができるので、原料融液５ｍの
漏れ出しが確認されたら、回転引き下げ装置１６により
回転ロッド１５を上昇させ、回転ロッド１５に保持され
ている種子結晶４の先端（上端）を坩堝２の下面を濡ら
している原料融液５ｍに接触させる。その後、種子結晶
４の先端を原料融液５ｍに接触させた状態を維持しつ
つ、回転引き下げ装置１６により回転ロッド１５を一定
の向きに回転させながら下降させることにより、種子結
晶４の先端から結晶１８を成長させて行く。その際、プ
リメルトプレート３上への粉末原料５ｐの供給量を制御
して坩堝２の液溜部への原料融液５ｍの供給量を制御し
つつ、回転ロッド１５の下降速度を制御することによ
り、先ず単結晶ロッドのショルダ部を成長させる。そし
て、ショルダ部が所望の径になったら、以後はその径を
保つべく回転ロッド１５の下降速度を制御しつつ、利用
価値の高い直胴部を時間をかけて育成していき、直胴部
が最適寸法に育ったら、定量供給装置１２を停止させ
る。上記結晶育成の際、直胴部の育成開始時から終了時
まで坩堝２内の原料融液５ｍの量をほぼ一定に保って、
坩堝２の底の細孔２ａ、２ａ、・・からの原料融液５ｍ
の流出量をほぼ一定に保ちつつ結晶育成を行う。このよ
うに坩堝２の底の細孔２ａ、２ａ、・・からの原料融液
５ｍの流出量をほぼ一定に保つことにより、育成中の結
晶１８の上面に単位時間あたりに供給される原料融液５
ｍの量が結晶育成中ほぼ一定に保たれる。なお、本発明
においては、定量供給装置１２を粉末原料槽６の下部供
給口と移送管９との間に配置したので、坩堝２へ供給さ
れる粉末原料は常に良好な流動性を有した状態にあり、
粉末原料槽６内の粉末原料５ｐが凝集して塊となって落
下することがなくなるため、供給量にばらつきがなくな
る。

【００１１】以下、定量供給装置１２の構成について詳
細に説明する。図２は定量供給装置とその周辺部分の斜
視図、図３はその縦断面図、図４は要部分解斜視図であ
る。定量供給装置１２は、粉末原料槽６の下端供給口６
ａと直結した移送管９上部を包囲する略立方体の外観を
有したケーシング３０と、ケーシング３０を横方向に貫
通する円筒状の横穴３１の内壁によって回転自在に支持
された有底中空円筒状の回転円筒部材３２と、回転円筒
部材３２の中心穴３３内に挿通された状態で回転不能に
固定された固定円筒部材４０と、回転円筒部材３２の軸
方向一端の壁３４に同軸状に駆動軸４６の一端を固定し
たモータ（駆動手段）４５と、を有する。ケーシング３
０は、縦穴３６内に移送管９を挿通した状態で移送管９
に固定されている。また、縦穴３６と横穴３１とはケー
シング内部で交叉連通している。回転円筒部材３２は、
縦穴３６に連通する外周面適所に所定の配置で複数の原
料掻取り用穴３５を貫通形成している。回転円筒部材３
２の外周面は横穴３１の内壁に気密的に密着した状態で
摺動回転可能に支持されている。また、回転円筒部材３
２の内周面は、固定円筒部材４０の外周面に対して気密
的に密着した状態で摺動回転可能に係合している。固定
円筒部材４０は、外周面の一部（下面）に開口４１を有
すると共に、軸方向一端面から内部にかけてこの開口４
１と連通する乾燥気体導入穴４２を有する。乾燥気体導
入穴４２には乾燥気体導入管４３が連結され、図示しな
い乾燥気体用ポンプから乾燥気体が供給されるように構
成されている。固定円筒部材４０は、回転円筒部材３２
の内部に開口４１を下向きにした状態で固定されてい
る。開口４１は、縦穴３６を介して移送管９と連通して
いる。固定円筒部材４０の外周面、特に縦穴３６を塞ぐ
様に上向きとなっている外周面は、縦穴３６を完全に塞
いでおり、この固定円筒部材４０の外周面によって移送
管９は上下方向への連通が遮断されている。

【００１２】一方、固定円筒部材４０の外周面に対して
密着しつつ回転可能に支持された回転円筒部材３２は、
移送管９と連通可能な外周面位置に、周方向に沿って所
定の配置、ピッチにて複数の同形状の原料掻取り用穴３
５を有しており、この原料掻取り用穴３５は回転円筒部
材３２の回転時に固定用円筒部材４０の外周面に沿って
周方向移動し、開口４１と連通可能な位置まで移動す
る。この位置は、同時に当該原料掻取り用穴３５が下方
に位置する坩堝（加工装置）への移送管と連通する位置
でもある。なお、開口４１の周方向径及び軸方向径は、
原料掻取り用穴３５の径と同等か、それよりも大きく設
定する。上記のごとき構成を備えた定量供給装置１２
は、次の様に動作する。まず、図１に示した単結晶製造
装置の稼働時に攪拌羽根２４が回転して粉末原料槽６内
に収容された粉末原料５ｐを攪拌すると、粉末原料槽６
の下端供給口６ａから下方へ押し出された粉末原料５ｐ
は移送管９の上端部から下方へ移動する。移送管９の上
部には、定量供給装置１２が配置されており、その縦穴
３６内には固定円筒部材４０の外周面が位置している
為、移送管９内に移動してきた粉末原料５ｐは固定円筒
部材４０を越えて下方へ移動することができない。一
方、固定円筒部材４０の外周面には回転円筒部材３２に
設けた原料掻取り用穴３５が位置している為、移送管９
内に進入してきた粉末原料は固定円筒部材４０の外周面
と原料掻取り用穴３５によって形成される掻取り空所内
に入り込む。回転円筒部材３２はモータ４５により所定
の速度で回転しているため、粉末原料を保持した掻取り
空所は固定円筒部材４０の外周面に沿って下方へ回転移
動し、１８０度回転移動した時点で図３に示す様に開口
４１及び移送管９と連通した状態となる。この状態で、
乾燥気体導入管４３から乾燥気体導入穴４２内に所定の
圧力を有した乾燥気体を圧送することにより、原料掻取
り用穴３５により保持された粉末原料５ｐは乾燥気体の
圧力により確実に落下し、移送管９内を下方へ移送され
る。

【００１３】この際、原料掻取り用穴３５の配置を図４
に示す様に、軸方向に交互にずらしつつ穴間の周方向間
隔が大きく空かない様に構成することにより、連続的な
原料供給（落下）が可能となる。一方、間欠的な原料供
給を行いたい場合には、原料掻取り用穴３５を周方向に
一列に配置し、各穴間ピッチを広く確保する等の配慮を
行えば良い。なお、相対回転する各部材間からの原料の
漏れ出しを防止する為に所要箇所にパッキン等を配置す
ることが有効である。この定量供給装置１２において
は、一定量の原料がモータ４５の回転速度に応じて坩堝
２へ落下する方式である為、このモータの回転数を調整
することにより、容易に供給量を調整することができ
る。また、この作業をコンピュータ制御によって実施す
ることにより、自動化を容易に実現できる。定量供給装
置１２から落下してきた原料は、冷却ジャケット１１に
より冷却された移送管９内を落下するため、周囲の熱に
よって原料が溶解されることが防止される。本発明で
は、固定円筒部材４０の外周面と原料掻取り用穴３５に
よって形成される掻取り空所内に保持される粉末原料の
量が常に一定化しているため、回転円筒部材３２の回転
速度、回転数によって所望の量の原料を落下させること
が可能である。また、図７に示した従来のようにスクリ
ューを回転させて強制的に粉末原料を押し出すことがな
いので、粉末原料が塊となることが無く、定量供給が確
実となる。

【００１４】次に、図５(a) 及び(b) は本発明の定量供
給装置の他の実施形態の分解斜視図、及び組み付け状態
の縦断面図であり、この定量供給装置１２は、図２に示
した実施形態と同様に粉末原料槽６の下端供給口に連設
した移送管９に沿って配置されている。この定量供給装
置１２は、粉末原料槽６の下端供給口６ａ（或は、移送
管９の上部）に連結される穴５１を有した円盤状の固定
上板５０と、固定上板５０の下面に密着して回転自在に
支持された回転円盤５５と、可動円盤５５の下面に密着
して配置された固定円盤６０と、を有する。固定上板５
０の周縁部近傍位置に設けた受入れ穴５１は、粉末原料
槽６の下端供給口６ａと連通することにより、受入れ穴
５１内に粉末原料５ｐを受入れるように構成されてお
り、また、受入れ穴５１と反対側の適所には乾燥気体を
導入するための乾燥気体導入管５２の一端部が連結する
乾燥気体導入穴５３が形成されている。回転円盤５５に
は、固定上板５０に設けた受入れ穴５１と連通可能な径
方向位置に、原料掻取り用穴５６が所定の配置で複数貫
通形成されている。回転円盤５５は、その中心から延び
る駆動軸５７が固定上板５０の中心部を貫通して上方に
延びており、モータ５８によってこの駆動軸５７を回転
駆動することにより、回転円盤５５を回転させるように
構成されている。原料掻取り用穴５６の径は、受入れ穴
５１と同等か、複数の原料掻取り用穴５６が受入れ穴５
１内に入り込むように小径に構成する。いずれにして
も、各原料掻取り用穴５６と固定円盤６０の上面との間
で形成される各掻取り空所内に充填される粉末原料の量
が一定となるように、各原料掻取り用穴５６の容積は一
定に構成する。

【００１５】固定円盤６０は、固定上板５０に設けた受
入れ穴５１を回避した位置に排出穴６１を有し、この排
出穴６１は、固定上板５０に設けた乾燥気体導入穴５３
と連通可能な位置に配置する。乾燥気体導入穴５３は、
図５(b) に示すように固定上板５０の肉厚内においてテ
ーパー状に拡開しており、排出穴６１上に移動してきて
連通状態となった原料掻取り用穴５６に対して乾燥気体
導入管５２から圧送されてきた乾燥気体を吹き付けるよ
うに構成されている。従って、各原料掻取り用穴５６と
固定円盤６０の上面との間で形成される各掻取り空所内
に充填された粉末原料は乾燥気体によって下方へ強制落
下させられることとなる。また、排出穴６１の下部は坩
堝２と連通した移送管９と連通している為、排出穴６１
から落下してきた定量の粉体原料は移送管９を経て坩堝
２へ供給される。なお、相対回転する各部材間からの原
料の漏れ出しを防止する為に所要箇所にパッキン等を配
置することが有効である。この定量供給装置１２におい
ても、モータの回転数を調整することにより、容易に原
料の供給量を調整することができる。また、この作業を
コンピュータ制御によって実施することにより、自動化
を容易に実現できる。本発明では、固定円盤６０の上面
と原料掻取り用穴５６によって形成される掻取り空所内
に保持される粉末原料の量が常に一定化しているため、
回転円盤５５の回転速度、回転数によって所望の量の原
料を落下させることが可能である。この実施形態におい
ても、図７に示したスクリューを回転させることにより
粉末原料を強制的に定量供給するという構成を採ってい
ない為、排出されてくる粉末原料が凝集することがな
い。つまり、掻取り空所内に流入して保持される粉末原
料は十分な流動性を有した状態を維持しているため、掻
取り空所内に流入する粉末原料の量も一定した状態とな
り、坩堝へ供給する粉末原料の量を安定化させることが
できる。

【００１６】次に、本実施の形態の単結晶製造装置１に
より得られる優れた利点は次のとおりである。すなわ
ち、育成中の結晶１８の上面に単位時間あたりに供給さ
れる原料融液５ｍの量を結晶育成中ほぼ一定に保つこと
ができるので、粉末原料槽６からプリメルトプレート３
へ粉末原料５ｐを連続的に供給しつつ結晶を育成するこ
とにより、利用価値の高い直胴部を大口径且つ長尺に形
成することができる。また、粉末原料槽６に入れる粉末
原料５ｐとして、ＴｉＯ₂の粉末だけでなく、その他の
粉末も自由に選択できるので、非晶質焼結体を原料とし
て使用するバーチカルブリッジマン法と比較して原料コ
ストを安くできる。また、チョクラルスキー法と同様に
棒状種子を使用できることも製造コストを削減する上で
有利である。また、粉末原料５ｐから結晶を育成させる
までのプロセスが連続的に行われるため、組成の安定し
た単結晶が得られる。そのためＬＮ、ＬＴ、ＬＧＳ等の
所望の化学組成の結晶を育成することが可能となる。ま
た、融解時に組成変動を起こしやすい原料を使用する際
には、予め融解時の組成変動を見越して原料粉末５ｐの
成分比率を調整しておくことにより、組成変動のない均
一な結晶を育成することができる。また、粉末原料槽６
内の粉末原料５ｐ中に乾燥空気を導入して原料粉末５ｐ
の湿気を除去するようにしたので、湿気による原料粉末
５ｐの凝集を防ぎ、プリメルトプレート３上へ成分比一
定の粉末原料５ｐを安定に供給できる。また、電気炉１
０の外部から電気炉１０内のプリメルトプレート３上に
粉末原料５ｐを移送する移送管９を冷却するようにした
ので、移送管９の中で粉末原料５ｐが融解するのを防い
で移送管９の詰まりを防止してプリメルトプレート３上
に粉末原料５ｐを安定に供給できる。また、上記電気炉
１０、粉末原料供給装置２０、原料移送装置２１、結晶
引き下げ装置３０等をコンピュータ制御することにより
良質な単結晶を自動育成することも可能である。

【００１７】なお、上記実施の形態では、ＴｉＯ₂など
高融点物質の単結晶を製造するのに適した装置構成の例
を示したが、原材料の融点温度が低い場合は高周波加熱
方式の電気炉の代わりに抵抗加熱式の電気炉を用いても
単結晶の育成製造が可能である。また、上記においては
プリメルトプレート３の構造例として、傘形状すなわち
上側に凸構造とした場合を示したが、これに限るもので
はなく、例えば皿状すなわち下側に凸構造としてもよ
い。図示したプリメルトプレートの構造は一例に過ぎ
ず、その他の多種多様な構造のものを使用することがで
きる。要するに、プリメルトプレートの材料金属に対す
る材料融液の濡れ性や、材料融液の粘性等を考慮して最
適な構造のものを適宜選択して使用すればよい。なお、
上記実施の形態では、定量供給装置を単結晶製造装置に
適用した例を示したが、これは一例に過ぎず、本発明の
定量供給装置は、ホッパー等の粉体原料槽から落下して
下方に位置する加工装置へ供給される粉体、粒体等の流
動体を定量供給する原料移送装置一般に適用することが
できる。即ち、上記例では、定量供給装置１２は、下方
に位置する電気炉１０等の加工装置へ原料を定量供給す
る場合を示したが、原料に所要の加工を施す加工装置に
対して原料を定量供給するための全ての原料移送装置に
対して本発明の定量供給装置を流用することが可能であ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下のよ
うな優れた効果を奏するものである。まず、請求項１の
発明は、粉末原料等を収容した原料槽の供給口に、定量
供給装置を設けることにより下方の加工装置に対する原
料供給量を常に一定に保持することが可能となる。この
定量供給装置は、原料槽の供給口から下方へ延びる移送
管を常時遮断する固定円筒部材と、固定円筒部材の外周
に沿って回転すると共に原料掻取り用穴を有し、該原料
掻取り穴内に原料槽からの原料を受入れる回転円筒部材
とを備え、原料を保持した原料掻取り穴が固定円筒部材
下面の開口に達した時に開口から外部に吹き出す乾燥気
体によって保持した原料を下方へ落下させるようにした
ので、凝集していない粉体等の原料を定量的に下方へ供
給することが可能となる。また、請求項２の発明の定量
供給装置は、原料槽からの原料供給を受ける受入れ穴を
備えた固定上板と、この固定上板の下面に回転自在に密
着支持されると共に上記穴と連通可能な原料掻取り用穴
を備えた回転円盤と、回転円盤の下面に密着支持された
固定円盤との共同によって、原料を常に一定量づつ原料
掻取り用穴内に保持し、回転円盤の回転によって保持し
た原料を固定円盤に設けた排出穴から下方の加工装置へ
排出するようにしたので、凝集していない粉体等の原料
を定量的に下方へ供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の定量供給装置を適用した単結晶
製造装置の全体断面図、(b) はその要部拡大図。

【図２】図１に示した定量供給装置の外観斜視図。

【図３】図２の定量供給装置の縦断面図。

【図４】図２の定量供給装置の要部分解斜視図。

【図５】(a) 及び(b) は本発明の定量供給装置の他の実
施形態の分解斜視図、及び組み付け状態の縦断面図。

【図６】従来例の説明図。

【図７】他の従来例の説明図。

【符号の説明】１単結晶製造装置、２坩堝、３プリメルトプレー
ト、６原料槽、９移送管、１０電気炉、１１冷
却ジャケット、１２定量供給装置、２０粉末原料供
給装置、２１原料移送装置、２４攪拌用羽根、３２
回転円筒部材、３５原料掻取り用穴、４０固定円
筒部材、４１開口、４２乾燥気体導入穴、４３乾
燥気体導入管、４５モータ、５０固定上板、５１
受入れ穴、５２乾燥気体導入管、５３乾燥気体導入
穴、５５回転円盤、５６原料掻取り用穴、５７駆
動軸、６０固定円盤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永井邦彦神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目１番１号東洋通信機株式会社内 (72)発明者坂本英樹神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目１番１号東洋通信機株式会社内 (72)発明者田中啓之神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目１番１号東洋通信機株式会社内Ｆターム(参考） 3F075 AA08 BA01 BB01 CA02 CA09 CB12 CB16 CC03 CC11 CC15 CC19 CC24 CC25 CC26 CC29 CD02 CD04 DA04 4K018 BC12 CA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動性を有した原料を収容する原料槽か
ら供給される原料を下方に位置する加工装置へ定量供給
する定量供給装置であって、上記定量供給装置は、上記原料槽の供給口と連通する縦
穴及び該縦穴と交叉連通する横穴を備えたケーシング
と、該横穴の内壁に密着摺動して回転する中空円筒状の
回転円筒部材と、回転円筒部材を回転駆動する駆動手段
と、該回転円筒部材の内壁に密着摺動可能に配置される
固定円筒部材と、を備え、上記固定円筒部材は、上記加工装置へ連通する前記ケー
シングの縦穴と対面する位置に開口を有すると共に、該
開口と連通して該開口に乾燥気体を導入する乾燥気体導
入穴を有し、上記回転円筒部材は、周面に複数の原料掻取り用穴を有
し、原料掻取り用穴が原料槽の供給口と対面する位置にある
時に固定円筒部材の外周面との間に形成される掻取り空
所内に充填された原料は、回転円筒部材が回転すること
により原料掻取り用穴が上記開口と連通する位置に達し
た時に、上記乾燥気体導入穴から導入される乾燥気体に
よって上記加工装置へ強制排出させられることを特徴と
する粉末等の定量供給装置。
【請求項２】流動性を有した原料を収容する原料槽か
ら供給される原料を下方に位置する加工装置へ定量供給
する定量供給装置であって、上記定量供給装置は、上記原料槽の供給口と連通する受
入れ穴を備えた固定上板と、固定上板の下面に密着摺動
して回転する回転円盤と、該回転円盤の下面に摺動的に
密着配置された固定円盤と、を備え、上記固定上板には、上記受入れ穴を回避した位置に乾燥
気体を導入する乾燥気体導入穴が形成され、上記回転円盤には、固定上板の受入れ穴と乾燥気体導入
穴と連通可能な位置に複数の原料掻取り用穴を形成し、
上記固定円盤には、上記乾燥気体導入穴と連通可能な位
置に、上記加工装置と連通する排出穴が形成され、上記原料掻取り用穴が固定上板の受入れ穴と連通する位
置にある時に原料掻取り用穴内に充填された原料は、回
転円盤が回転することにより原料掻取り用穴が上記排出
穴と連通する位置に達した時に、上記乾燥気体導入穴か
ら導入される乾燥気体によって強制排出させられること
を特徴とする粉末等の定量供給装置。