JP2627374B2 - 供給量制御式微粉体供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高純度のミクロンか
らサブミクロン級の微粉体を取り扱う電子材料、ニュー
セラミックス、医薬品、各種化学品添加剤などの分野、
すなわちその供給量が数ミリグラムから数百ミリグラム
と少なくかつ汚染をきらう高精度な微粉体供給が必要な
ハイテク分野において適用できる微粉体供給装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるハイテク分野のうち、電子材
料、ニューセラミックス、医薬品、各種化学品添加剤な
どの分野では粉体の高精度の供給が必要とされ、従来よ
りさまざまな粉体供給技術が用いられてきた。近時で
は、精密な供給制御を行う粉体供給技術として、フィー
ダを秤上に積載して粉体供給を行い、その減量を検知し
てフィーダの駆動源を制御するロスインウェイト方式が
一般的となっている。

【０００３】このロスインウェイト方式をスクリュー式
フィーダを用いた装置構成を例にとり、図５を用いて説
明する。５は供給用スクリュー式フィーダ、６はロード
セルであり、前記供給用フィーダ５はロードセル６上に
積載されている。７は制御部、８は貯留用スクリュー式
フィーダである。供給用スクリュー式フィーダ５はロー
ドセル６上に積載された状態で、粉体を供給する。供給
量は、ロードセル６で減量として検知され、その数値が
制御部７へ送られる。該制御部７では、前記フィーダ５
の駆動源モータの回転と供給量との関係を計算し、所定
の誤差を考慮してフィーダ駆動源モータの回転速度を制
御し、回分供給または連続供給を行わせる。また、制御
部７は、前記供給用フィーダ５が所定の減量値に達する
と貯留用フィーダ８が作動し、必要な粉体を供給用フィ
ーダ５に補給するようにも制御する。以後この動作を繰
り返す。このように、ロスインウェイト方式は、フィー
ダ５からの減量を基準として簡単な装置構成により、粉
体の安定供給ができるものとなっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近の粉化技
術の進歩による粉体の超微紛化（粒径１０〜０．１μ
ｍ）が進んだことにより、前記ハイテク分野でもより微
少量でかつ精密な微粉体供給が要求されることになり、
この結果、上記ロスインウェイト方式ではこの超微紛化
した微粉体の供給が行い得ないものとなっている。すな
わち、この方式は上述のように秤の上に粉体供給フィー
ダを積載する装置構成において行われていたため、微粉
体のより微小な供給量を計測するには供給フィーダの軽
量化を図る必要があるが、現在ではその軽量化に限界が
あり、従って上記ロスインウェイト方式では微少な粉体
の減量を検知することに限界が生じていたものである。
また、例えば前記スクリュー式フィーダの場合では、駆
動モータの回転トルクが大きく、さらに電源供給ケーブ
ル等の影響もあって、減量検知の精度確保にも限界が生
じていた。

【０００５】一方、本出願人らは実開平１−５６７８号
において、微紛体の微少供給が可能なフィーダを提案し
ているが、これは図６に示すように、ホッパ１２底部に
所定の目開きを有する網体１３を配置するとともに、該
網体１３上に接触回転するブラシ１４を設置したもので
あり、その簡易な構成より風体の軽量化が図れるものと
なっている。従って、このブラシ式フィーダを図５に示
すような装置構成のロスインウェイト方式に採用すれば
より好ましいことになるが、このブラシ式フィーダはブ
ラシ１４の粉体に対する攪拌、分散効果および網体１３
に対する弾き効果等により粉体を網体１３の真下に落下
させるものであるため、これをロードセル６などの秤上
に積載する従来のロスインウェイト方式に用いた場合、
連続供給ができず、バッチ処理にならざるを得ない。ま
た、ロードセル６上にフィーダ風体を積載させると、精
密な供給を行うべくバランスを崩さないような装置構成
にする必要があり、補助部材が増えることになって、上
記のスクリュー式フィーダの場合と同様、風体の軽量化
に限界が生じ、微少な微粉体供給に制約が伴うという問
題が生じる。

【０００６】本発明は、このような問題に鑑み創案され
たもので、その目的とするところは超微紛化した微粉体
の微少供給を行うことができ、特にロスインウェイト方
式として安定供給のできる供給量制御式微粉体供給技術
を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため本発明に係る供
給量制御式微粉体供給装置は、微粉体を供給させるフィ
ーダと、該フィーダごとその重量を計測してその減量分
を粉体供給量として検 知する秤と、該秤が検知した減量
により前記フィーダの作動を制御して粉体供給量を調整
する制御部とからなる供給量制御式粉体供給装置におい
て、その下方側に被計測体を引っかけてその重量を計測
するフックを備えた秤を用い、下記（ａ）に示す懸吊手
段により前記フィーダ全体を前記秤に懸吊するととも
に、下記（ｂ）に示すカバー体により前記フィーダの周
囲を被包し、かつ下記（ｃ）に示す導通手段により前記
フィーダ作動の駆動源をフィーダ本体から離設したこと
を特徴とするものである。 （ａ）その上端に前記フックに点接触で係止する係止体
を備え、かつその中間部に弾性体が介在した吊軸と、該
吊軸の下端で支持されるハンガと、該ハンガの３箇所か
ら垂下され、それら下端で前記フィーダを三点吊りする
線状部材とからなる懸吊手段。 （ｂ）任意の箇所に管用口を形成し、該管用口にガス導
入管を接続させたカバー体。 （ｃ）フィーダに対し均等荷重となるように、二の逆Ｕ
字状導体箔の各一端を前記フィーダ側に、各他端を前記
カバー体側にそれぞれ架橋するとともに、その一端には
フィーダ駆動部からの通電線を、他端には駆動源からの
通電線を接続した導通手段。 ここで、前記装置のフィー
ダとしては上述のようにできるだけその風体が軽量であ
ることが好ましく、このため簡易な構成に加えて粉体の
安定した微少供給が行えるという本出願人らが既に提案
したブラシ式フィーダ、すなわち粉体を装填する容器
と、該容器底部に配置される所定目開きを有する網体
と、該網体上に接触して回転できるように配置されるブ
ラシとからなるフィーダを用いることがより好ましい。

【０００８】

【作用】 本発明では、秤が懸吊式であり、フィーダごと
懸吊される。フィーダから微粉体が供給される際、秤は
その減量分を微粉体供給量として検知し、その検知した
値に基づき制御部はフィーダの作動を制御し、最終的に
フィーダからの微粉体供給量を調節する。 フィーダの懸
吊は、秤のフックに吊軸の係止体を係止するとともに、
その吊軸の下端で支持されるハンガから下垂される線状
部材で三点吊りされるものとなっている。そして、吊軸
の中間部には弾性体が介在しているので、その弾性体の
復元力と前記線状部材の三点吊りの構成により、懸吊さ
れるフィーダのねじれの吸収を図っている。すなわち、
フィーダはこれら懸吊手段によって懸吊状態に基づくね
じれが防止され、精密な微粉体供給が維持される。さら
に、秤のフックに対する前記吊軸の係止体の係止状態が
点接触であるため、ねじれによる天秤標示誤差を最少に
抑えている。 フィーダの周囲にはそれを被包するカバー
体が配置されており、外気対流の影響を遮断する。カバ
ー体の任意箇所には管用口が形成され、そこにガス導入
管が接続され、そのガス導入管からカバー体内部に乾燥
ガスを装填する。これにより、フィーダ内の微粉体の吸
湿を防止する。 フィーダの駆動源は、逆Ｕ字状導体箔を
介してフィーダ本体から離設されており、秤に懸吊され
るフィーダ本体には駆動源が含まれない。すなわち、フ
ィーダ本体は駆動源が離設する分重量が軽減し、微少な
微粉体量をより正確に検知できる。

【０００９】

【実施例】図１に示される装置は本発明の一実施例を示
している。本実施例では、粉体を供給させるフィーダ１
と、該フィーダ１ごとその重量を計測してその減量分を
粉体供給量として検知する電子天秤２と、この電子天秤
２が検知した減量により前記フィーダの作動を制御する
制御部（図示なし）とからなり、特に電子天秤２が被計
測体を懸吊し得る構成となっているとともに、フィーダ
１がその電子天秤２に懸吊されている。

【００１０】すなわち、電子天秤２にはその下方側に被
計測体を引っ掛けて懸吊させるフック２１が設けられ、
該フック２１に被計測体を懸吊させた状態でその重量で
計測する構成となっている。

【００１１】一方、フィーダ１はハンガ３１および吊軸
３２を介して前記フック２１に懸吊される。すなわち、
フィーダ１は弾性を持った０．２ｍｍφのピアノ細線３
３でもって吊軸３２に支持されるハンガ３１に三点吊さ
れる。吊軸３２の上端は前記フック２１に点接触で係止
するよう形成されている。従って、該吊軸３２を前記フ
ック２１に係止すれば図１に示すようにフィーダ１は電
子天秤２に懸吊されることになる。ここで、前記ピアノ
細線３３によるフィーダ１の両端の吊構成は、フィーダ
１の蓋体１１に係合する溝が設けられたフィーダホルダ
３４を介して行われている。また、前記吊軸３２にはそ
の中間部にねじれ吸収リング１８として図２（ａ）に示
すような柔軟なシリコンゴムまたは図２（ｂ）に示すよ
うな左巻右巻組合せバネなどを介装しており、前記ピア
ノ細線３３によるハンガ３１の三点吊の構成と相まって
ねじれの吸収を図っている。さらにこれらの構成に加え
て、上述のように前記吊軸３２が点接触で係止されてい
ることから、本実施例ではねじれによる天秤標示誤差を
最少（１ｍｇ以下）に抑えている。

【００１２】また、フィーダ１は種々の構成のものが適
用し得るが本実施例ではホッパ１２底部に所定の目開き
を有する網体１３を配置するとともに、該網体１３上に
接触回転するブラシ１４を設置したもの、すなわち本出
願人らが実開平１−５６７８号において提案した技術を
用いている。このフィーダ１は粉体をホッパ１２内に装
填した状態で前記ブラシ１４を網体１３上で接触回転さ
せて、ブラシ１４の粉体に対する攪拌、分散効果および
網体１３に対する弾き効果・移動効果と、網体１３の粉
体に対するゲート効果・分離効果とにより、微紛体の微
少供給を行うもので、その装置構成は簡易であり、軽量
化も十分図れるものである。網体１３に接触回転するブ
ラシ１４およびブラシ軸１５は伸縮するバネで接触圧が
調節可能なカップリング１９を介してモータ１６に接続
され、接触圧変化（抵抗）によるフィーダ１のねじれ変
化と供給量変化を調節している。このカップリング１９
は、図７に示すように大小角形中空軸を挿入しブラシ圧
調用バネをかませた構造となっている。

【００１３】さらにこのフィーダ１は本体の軽量化を図
るためモータ駆動源を外部に配置している。このため、
駆動源からの電気は、フィーダホルダ３４と後述する風
防板４との間に逆Ｕ字形の金属箔４１をその両側が均等
にバランスを保てるように架橋されており、その架橋さ
れる金属箔４１により導通されている。なお、この架橋
の構成はフィーダ１がその周囲を被包するカバー体であ
る外部の風防板４と唯一接する重要な部分であり、この
ため本発明者らは架橋の構成が天秤単独の場合と比較し
てどのぐらい標示誤差があるか試験を行った。試験方法
は天秤皿に標準分銅を乗せ天秤指示値を読み取った。用
いた金属箔４１は白金箔であり、サイズは３ｍｍＷ×２
５ｍｍＬ×２０μｍＴであった。この結果を表１に示
す。

【００１４】

【表１】

【００１５】同表に示すように、金属箔４１を架橋して
も、天秤の正規な使用時と有意差はなく良好な直線性と
精度を示している。該金属箔４１からはフィーダホルダ
３４の端子３５まで導線が延出している。該フィーダホ
ルダ３４の端子３５は、その溝にフィーダ蓋体１１が係
合して装着される際の蓋体１１との対向面に設けられ、
また該フィーダ蓋体１１側の対向面にも端子１７が設け
られる。フィーダ蓋体１１の端子１７からはマイクロモ
ータ１６まで導線が延出しているため、フィーダ１を装
直すれば駆動源からマイクロモータ１６まで導通するも
のとなっている。逆にフィーダ１を取り外せば導通状態
は自然に解除される。

【００１６】なお、フィーダ１の取り外しは、フィーダ
ロックノブ４２を回転させ、カム４３でフィーダ固定棒
４４を押し上げ、フィーダホルダ３４をストッパ４５に
押付け、フィーダホルダ３４を固定した状態で係合して
いる溝から引き抜けば良い。懸吊されたフィーダ１は、
その全体を乾燥ガス導入管付風防４ａで４面を囲い、供
給口部分も位置調節可能な乾燥ガス導入管付風防４ｂを
取付け吸湿防止と風の影響を避けている。

【００１７】制御部は、図１では示していないが、本実
施例では前記駆動源とコンピュータとからなり、該コン
ピュータでもって電子天秤２から送られる減量値より駆
動源のモータ荷電圧を制御し、モータ１６の回転を制御
して供給量を調整する。

【００１８】以上のような本発明の装置では次のように
微粉体供給の制御が行われる。

【００１９】図１に示す状態でフィーダ１のブラシ１４
を回転させ微粉体を供給させる。その際、電子天秤２で
その減量を微粉体供給量として検知し、そのデータを制
御部へ送る。該制御部では、マイクロモータ１６の回転
と供給量との関係を制御部のコンピュータが計算する。
所定の誤差を考慮して、コンピュータが所望の供給量に
対応するようにモータ荷電圧を制御してモータ１６の回
転を制御し、微粉体供給量を調整する。

【００２０】以上のような本実施例では次のような作用
効果が認められることになる。 フィーダが電子天秤に懸吊される構成であるため、
フィーダは徴粉体を供給するのに必要な部材で足り、風
体の軽量化が図れる結果、いわゆるロスインウェイト方
式により使用した電子天秤の性能に応じた微少の微粉体
供給が可能となっている。 特に、フィーダとして上記のようなブラシ式フィー
ダを用いていることから風体の軽量化がより図られるこ
とに加えて、モータ駆動源も本体外部に設置されてお
り、連続的に電子天秤の減量信号に応じ精密なモータの
回転制御を行うことによって、より微量の微粉体供給が
行い得る。 さらに、従来ロスインウェイト方式には適用が困難
であったブラシ式フィーダを、電子天秤に懸吊すること
で十分適用可能となり、より有意義な使用が行い得る。

【００２１】次に、本実施例の装置で実際に微少供給の
制御が可能か否か、次の条件の下試験を行ったので、そ
れを以下説明する。

【００２２】 Ａ．装置設定条件 ブラシ式フィーダ重量：４８ｇ ホッパ容積 ：３０ｍｌ 架橋白金箔 ：３ｍｍＷ×７５ｍｍＬ×２０μｍＴ ２対 ピアノ細線 ：０．２ｍｍφ×３５０ｍｍｌ ３対 ねじれ吸収リング ：１ｍｍ肉厚シリコンゴム ５ｍｍφ×１０ｍｍＬ 駆動モータ ：減速機付ＤＣ６Ｖコアレスマイクロモータ ブラシ接触圧 ：約３０ｇ 電子天秤 ：最大秤量 １２１ｇ、 読取限度 ０．１ｍｇ

【００２３】 Ｂ．供給条件 供給微粉体 ：酸化アルミニウム（粒径１５μｍ） 供給口径 ：１５ｍｍφ 網目開き ：１４７μｍ（１００メッシュ） ブラシ ：Ｉ形 ナイロン製 回転量 ：３〜５０ｒｐｍ（自動制御）

【００２４】◎ 試験例１ フィーダ用駆動モータの荷電圧を変化させることによ
り、徴粉体の微量供給が可能か否か、１０秒間の供給量
を計測した。結果を図３に示す。同図に示されるよう
に、０．５〜３．０Ｖの範囲では荷電圧制御で連続的に
１ｍｇ／ｓｅｃレベル以上の供給制御が可能であること
がわかる。

【００２５】◎ 試験例２ １ｍｇ前後の供給制御には低回転が必要となるがＤＣモ
ータの特性から荷電圧を下げるとトルク不足で制御不能
になる。従って、必要トルクを満す電圧で荷電圧を一定
にし、通電時間をパルス状に１００ｍｓ断続下場合の供
給量と精度を計測した。結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】同表からも明らかなように低電圧でかつト
ルクも十分な状態でパルス状に回転制御することで１ｍ
ｇ前後レベルの精密な回分供給ができる。

【００２８】◎ 試験例３ 目標とする一定量を精密に秤り取る操作の連続的な繰返
し作業は多くのハイテク分野でニーズが大きい。この技
術をラインの供給管理に組入れる場合ロスインウェィト
方式は不可欠である。このような見地から、上述した荷
電圧変化による回転制御とパルス回転制御を組合わせて
目標とする微少量の供給を行なった。その結果を表３に
示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】同表から明らかなように、目標供給量３〜
３０ｍｇで１ｍｇ以内の精度で供給可能であることがわ
かる。

【００３１】◎ 試験例４ 微少量の微粉体を連続的に供給する場合、ホッパ内の装
填された粉体の圧力、嵩密度の変化、またはマクロなブ
リッジ、ネットホール現象で長時間に渡り安定な供給が
不可能な場合が多い。減量による制御方式は常時、瞬時
の重量変化を検知できるので回転制御で安定した供給を
継続することができる。このような見地から、１．５ｍ
ｇ／０．８ｓｅｃの連続供給量を±１ｍｇの範囲に供給
するよう上・下限補正回転制御を行ない、連続供給の直
線性と単位時間（０．８秒間）ごとの安定性（２．５分
間の供給最大、最小値）を計測した。この結果を図５に
示す。

【００３２】同図より明らかなように、本試験例では安
定した供給が行い得ることがわかる。

【００３３】以上の試験例からも明らかなように、本実
施例の装置においては徴粉体の微少量でかつ安定した供
給が十分行い得るものとなっている。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、懸吊
式の秤を用いてフィーダを懸吊しているので微粉体の連
続供給が可能であり、しかもフィーダの懸吊が、秤のフ
ックに吊軸の係止体を係止するとともに、その吊軸の下
端で支持されるハンガから下垂される線状部材で三点吊
りし、かつ吊軸の中間部に弾性体を介在させているの
で、その弾性体の復元力と前記線状部材の三点吊りの構
成により、懸吊されるフィーダのねじれの吸収を図って
懸吊状態に基づくねじれを防止し、この結果精密な微粉
体供給が行われることになる。さらに、秤のフックに対
する前記吊軸の係止体の係止状態が点接触であるため、
ねじれによる天秤標示誤差を最少に抑えることができ
る。 また、フィーダの周囲にはそれを被包するカバー体
が配置されており、外気対流の影響を遮断できるととも
に、カバー体の任意箇所には管用口が形成され、そこに
ガス導入管が接続され、そのガス導入管からカバー体内
部に乾燥ガスが装填され得るので、フィーダ内の微粉体
の吸湿も防止できる。 さらに、フィーダの駆動源は、逆
Ｕ字状導体箔を介してフィーダ本体から離設されている
ので、秤が懸吊するフィーダ本体から駆動源が除外され
る分、その重 量が軽減し、微少な微粉体量をより正確に
検知できる。 すなわち、本発明によれば、懸吊式の秤を
用いてフィーダを懸吊しているので連続供給が可能なの
みならず、フィーダを安定して懸吊でき、かつフィーダ
内の微粉体供給状態を最良の状態にでき、さらにフィー
ダの風体を軽量にすることができるので、ロスインウェ
イト方式として超微粉化した粉体の安定した微少供給が
可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】吊軸に介装されるねじれを吸収させる器具の説
明図である。

【図３】図１に示す装置におけるフィーダのモータ荷電
圧と供給量との関係を示すグラフである。

【図４】連続供給の直線性および単位時間当りの安定性
を示すグラフである。

【図５】ロスインウェイト方式を行う従来装置の構成を
示す説明図である。

【図６】実開平１−５６７８号のブラシ式フィーダの構
成を示す説明図である。

【図７】ブラシ軸に介装されるカップリングの説明図で
ある。

【符号の説明】

１ フィーダ ２ 電子天秤 ４ 風防

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉体を供給させるフィーダと、該フィ
   ーダごとその重量を計測してその減量分を粉体供給量と
   して検知する秤と、該秤が検知した減量により前記フィ
   ーダの作動を制御して粉体供給量を調整する制御部とか
   らなる供給量制御式粉体供給装置において、その下方側
   に被計測体を引っかけてその重量を計測するフックを備
   えた秤を用い、下記（ａ）に示す懸吊手段により前記フ
   ィーダ全体を前記秤に懸吊するとともに、下記（ｂ）に
   示すカバー体により前記フィーダの周囲を被包し、かつ
   下記（ｃ）に示す導通手段により前記フィーダ作動の駆
   動源をフィーダ本体から離設したことを特徴とする供給
   量制御式微粉体供給装置。 （ａ）その上端に前記フックに点接触で係止する係止体
   を備え、かつその中間部に弾性体が介在した吊軸と、該
   吊軸の下端で支持されるハンガと、該ハンガの３箇所か
   ら垂下され、それら下端で前記フィーダを三点吊りする
   線状部材とからなる懸吊手段。 （ｂ）任意の箇所に管用口を形成し、該管用口にガス導
   入管を接続させたカバー体。 （ｃ）フィーダに対し均等荷重となるように、二の逆Ｕ
   字状導体箔の各一端を前記フィーダ側に、各他端を前記
   カバー体側にそれぞれ架橋するとともに、その一端には
   フィーダ駆動部からの通電線を、他端には駆動源からの
   通電線を接続した導通手段。