JP6612418B1 - ガス搬送式微粉体定量供給方法およびシステム - Google Patents

ガス搬送式微粉体定量供給方法およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】微粉体を定量的かつ安定的に供給する。【解決手段】ガス搬送式微粉体定量供給装置内に充填された微粉体を、搬送ガスにより微粉体使用装置へ定量的に搬送供給する、ガス搬送式微粉体定量供給方法において、前記搬送ガス中の水分含有量を調整して、前記微粉体と前記搬送ガスとの混合流体が前記ガス搬送式微粉体定量供給装置から前記微粉体使用装置へ搬送される際に、前記混合流体において発生する静電気量を抑制する、ことを特徴とするガス搬送式微粉体定量供給方法および該方法を実施するためのシステム、ならびに該方法ないしシステムに使用される加湿ユニットを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス搬送式微粉体定量供給方法および微粉体定量供給システム、ならびに該方法およびシステムにおいて使用される加湿ユニットに関する。
従来から、例えば、溶射装置、液晶基板のスペーサ散布装置、粉体圧縮成形、サンドブラスト装置、粉体塗装装置などでは、金属、セラミックス、プラスチックなどの微細な粒径を有する粉体を定量的に安定して供給する装置が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１には、粉体の表面の位置を検出するための表面位置検出手段と、フィードノズルの流出口を該粉体表面近傍の適正位置に調整するためのレベル調整機構と、該フィードノズルの流出口を適正位置に保つための制御手段とにより、フィードノズルの先端に設けた流出口と、カセット容器内の粉体の表面とを常に最適な装置位置に設定できることにより、粉体の性状に合わせて所望の量の粉体を定量的に供給できる、粉体のガス搬送式定量供給装置が開示されている。また、特許文献２には、特許文献１に開示の構成に加えて、粉体補給部を更に備えることにより、所望の量の粉体を長時間連続して溶射装置などに供給できる、粉体のガス搬送式定量供給装置が開示されている。
このようなガス搬送式粉体定量供給装置は、先ず、粉体収容容器から粉体搬送路へ定量的に粉体を取り込み、次に、目的の位置まで取り込んだ粉体をガス搬送して、目的の位置で搬送したガスと粉体との混合流体を放出することにより、粉体の定量供給を行っている。
特開平８-３０９１７７号公報 特開２０１６−４０１９６号公報
粉体を粉体収容容器から粉体搬送路へ定量的かつ安定的に取り込むことについては、特許文献１および２に係る発明により達成された。しかしながら、このような装置では、粉体はガス搬送中に搬送路内壁との摩擦により静電気を帯び、特に質量の極めて軽い微粉体粒子においては、逆電荷を帯びた管内壁との静電引力に抗し切れずに、管内壁に付着してしまう。そして、付着した微粉体の層は、装置の運転時間が長くなるにつれて成長し、最終的には搬送路を閉塞させてしまうことにより、粉体の供給停止に至りかねない。
このような問題を回避するために、従来は、搬送路構成材料に電荷移動が容易な金属や導電性プラスチックを使用して静電気を地中に逃がす手法が用いられてきた。しかしながら、このような導電性材料を使用すると、導電性材料からなる搬送路に搬送される粉体が接触して搬送路内壁が摩耗することにより、搬送路の取替を頻繁に行わなければならないという新たな問題が生じる。また、発生した電荷に逆電荷イオンを吹きかけることにより電気的に中和する方法も知られているが、粉体搬送路のような細長い通路の入口から逆電荷を有するイオンを送り込んでも、イオンの寿命が短いため途中でイオンの電荷は消滅してしまい、搬送路全体に行き渡らないことから効果は薄い。
一方で、従来粉体を扱う分野においては、基本的に粉体への水分含有を可能な限り回避し、特にガス搬送式粉体定量供給の分野においては、粉体のみならず搬送ガスも乾燥させることが通常である。これは、水分含有量が多いと、粉体の流動性を損なう粒子間付着力を惹起する要因となる粒子間の液架橋を生じるためである。しかしながら、水分を排除することによる液架橋力の低減は、粉体流動性に依存するタイプの粉体、すなわち流動性の良好な粉体についてはその定量的・安定的供給に貢献するが、流動性の低い微粉体のような粉体の場合には、むしろ乾燥状態で発生する静電気による弊害の方が大きいため、静電気に起因する問題への解決策が必要である。
そこで、微粉体を搬送ガスにより定量的に搬送供給するために、搬送路への粉体付着の原因である静電気を徐電する方法およびそのような方法に用いるシステムが希求されている。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、粉体のうち特に質量の極めて軽い微粉体を定量的かつ安定的に搬送供給することができる、ガス搬送式微粉体定量供給方法およびシステムを提供するものである。また、このような方法およびシステムに用いることができる、搬送ガス加湿ユニットについても併せて提供するものである。
上述の課題を解決するため、本発明は、ガス搬送式微粉体定量供給装置内に充填された微粉体を、搬送ガスにより微粉体使用装置へ定量的に搬送供給する、ガス搬送式微粉体定量供給方法を提供し、前記ガス搬送式微粉体定量供給方法は、前記搬送ガス中の水分含有量を調整して、前記微粉体と前記搬送ガスとの混合流体が前記ガス搬送式微粉体定量供給装置から前記微粉体使用装置へ搬送される際に、前記混合流体において発生する静電気量を抑制する、ことを特徴とする。
本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法において、前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
前記供給ノズルと上下方向に移動させる駆動部と、
前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
を備え、
前記湿度計測センサーから取得した湿度情報により、前記搬送ガスの水分含有量を調整することが好ましい。
本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法において、前記混合流体において発生する静電気の散乱時間τが、０〜１０秒となるように、前記搬送ガスの水分含有量を調節することが好ましい。
本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法において、前記微粉体の平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の別の態様においては、本発明は、搬送ガスを加湿するための加湿チャンバーと、前記加湿チャンバーからの搬送ガスの供給により、前記搬送ガスと微粉体との混合流体を微粉体使用装置へ定量的に供給するガス搬送式微粉体定量供給装置と、を備えたガス搬送式微粉体定量供給システムを提供し、前記ガス搬送式微粉体定量供給システムにおいて、
前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
前記供給ノズルを上下方向に移動させる駆動部と、
前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
を備え、
前記加湿チャンバーは、
前記搬送ガスを加湿するための液体を収容する水槽と、
前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
を備えること、を特徴とする。
本発明のガス搬送式微粉体定量供給システムにおいて、前記湿度制御機構は、前記混合流体における静電気発生が低減されるように搬送ガスの水分含有量を調整することが好ましい。
本発明のガス搬送式微粉体定量供給システムにおいて、前記微粉体の平均粒径は１０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の更に別の態様においては、本発明は上記のガス搬送式微粉体定量供給システムに使用される搬送ガスの加湿ユニットを提供し、
前記加湿ユニットは、
前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
前記搬送ガスを加湿するための加湿チャンバーと、
前記加湿した搬送ガスを前記装置へ供給するための加湿搬送ガス供給ノズルと、
を備え、
前記加湿チャンバーは、
前記搬送ガスを加湿するための液体を収容する水槽と、
前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、質量の極めて軽い微粉体を、該微粉体を使用する装置へ、定量的かつ安定的に搬送供給することができる。
本発明の微粉体定量供給方法の概念図である。 粉体搬送のための管内での微粉体堆積の概念図である。 本発明の一実施形態による微粉体供給装置を示す図である。 本発明の一実施形態による供給ノズルの一部を示す図である。 本発明の一実施形態によるロッドの先端付近に取り付けられる把持部の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による微粉体供給システムを示す図である。 本発明の一実施形態による加湿ユニットを示す図である。 本発明の試験例におけるτと絶対湿度との関係図である。 本発明の試験例におけるτと管内閉塞との関係図である。 本発明の試験例におけるパウダー供給試験の結果である。 本発明の試験例における絶対湿度と微粉体供給可能時間との関係性についての試験結果である。
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
＜ガス搬送式微粉体定量供給方法＞
本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法について説明する。図１は、本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法の概念図である。本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法は、微粉体を搬送する際の、微粉体と搬送ガスとの混合流体における静電気の発生を低減するように、搬送ガスの湿度調整を行うことを特徴とする。搬送ガスの湿度調整は、図１のフロー１に示すように、ガス供給源から微粉体供給装置へ乾燥状態のガスを供給する際に、高湿度のガスと混合することなどにより湿度調整を行うことができる。また、図１のフロー２に示すように、予め湿度調整を行った搬送ガスを準備しておき、湿度調整した搬送ガスをそのまま微粉体供給装置へ供給することもできる。
搬送ガスの湿度調整（加湿）方法は、本発明の効果を発揮することができる限りにおいては、任意の方法を用いることができる。例えば、乾燥状態のガスと霧化により微粒化された液体を含有する湿度の高いガスとを混合し、それらの混合比率を適宜調整することにより、搬送ガスを所望の範囲の湿度に調整することができる。液体の霧化方法は、超音波によるものが一般的である。したがって、本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法においては、微粉体定量供給装置へ搬送ガスを供給する前に、乾燥状態のガスと高湿度ガスとを混合して湿度を調整する工程を含んでいてもよく、あるいは、搬送ガスの湿度を予め調整しておいたものをそのまま微粉体定量供給装置へ供給してもよい。
本発明において微粉体とは、平均粒径が１０μｍ以下の微細な粉体のことであり、その平均粒径が小さいほど静電気の影響を受けやすい。微粉体の種類としては、特に限定されるものではないが、金属や、プラスチック、セラミックスなどが挙げられる。また、金属よりも帯電しやすく、質量の軽いプラスチックやセラミックスの方が静電気の影響を受けやすいことから、静電気の除去へのニーズは高い。本発明において、微粉体の平均粒径は、例えば、一般的な溶射に使用される粉体の場合には、画像測定法による幾何的粒度測定により求めることができる。
このように非常に粒径が小さく質量が極めて軽い微粉体は、従来の粉体供給分野において実施されてきたような水分の除去による液架橋力あるいは毛管力の低減では、微粉体どうし、または微粉体と他の物質との間の吸着を防ぐことができない。粉体の搬送されやすさに寄与する粉体の流動性は、粒径が小さくなるほど表面特性への依存度が高くなり、特に搬送チューブのような管内では搬送時に粉体と搬送チューブとの間に生じる摩擦のために、微粉体の吸着は水による液架橋よりも静電気力が支配的になる。また、搬送路を構成する材料に電荷移動が容易な金属や導電性プラスチックを使用して静電気を地中に逃がす手法では、微粉体が管内壁へ衝突することにより搬送路の摩耗が生じるという新たな問題がある。また、逆電荷イオンによる中和は、非常に細長い形状を有する粉体搬送路ではイオンが管内部に十分に行き渡らないことから効果が薄い。
ここで、静電気とは、静止した電荷によって引き起こされる物理現象のことであり、微粉体供給の場面においては、微粉体をガス搬送する際にある程度以上の速度で移動する微粉体と搬送チューブ内壁とが接触することにより静電気が発生するものと考えられる。図２に示すように、微粉体の搬送時に混合流体内で静電気が発生すると、質量の極めて軽い微粉体ａは搬送チューブ１に引き寄せられて付着し、該チューブ１の内壁へ堆積する。そして、堆積した微粉体ａ’はその後搬送されてくる微粉体ａを引き寄せて更に積層し、最終的には搬送チューブ１が詰まり、微粉体ａの供給ができなくなってしまう。したがって、微粉体ａと搬送ガスとの混合流体内における静電気を抑制することが、微粉体の定量的かつ安定的な供給に重要であるといえる。
一方、搬送ガスの湿度が高すぎる場合や微粉体自体を加湿する場合には、搬送路が結露して搬送路内に微粉体が付着して供給不能となったり、その後の溶射において微粉体の溶融が不完全となることがある。
このような状況に鑑み、本発明者らは、従来は乾燥させることが通常であった搬送ガスを、所定の湿度範囲内に湿度調整することにより、搬送供給過程で生じる静電気により生じる問題を解決できることを見出した。
＜散乱時間τ＞
静電気による粉体搬送への影響の大きさの指標として、散乱時間τを用いて評価することができる。τとは、静電気が発生してから解消する（散乱する）までの時間を示すパラメータである。例えば、後記する試験例におけるτと絶対湿度との関係を示したグラフ（図８）からも明らかなように、絶対湿度が高いほど、静電気は帯電しにくくなることからτは小さくなり、静電気の溜まりにくさと湿度とは非常に相関性が高いことが知られている。また、同じ絶対湿度においては、温度が低い程τは小さくなることが知られている。したがって、絶対湿度を高く維持しながら温度を下げることにより、静電気の消滅までの時間を短くすることができるといえる。本発明において、散乱時間τは以下の方法により測定した値をいうものとする。即ち、ファラデーカップに一定量の帯電した微粉体（例えば、アルミナ粉体）を収容し、任意の湿度に保たれた加湿チャンバーに配置する。次いで、微粉体を収容したファラデーカップを加湿チャンバー内へ配置した直後から、制電容量メーターなどの測定機器を用いて微粉体の帯電量を測定して帯電量変化曲線を記録し、微粉体の帯電量がｔ＝０の初期値の３７．８％まで低下するまでの時間を読み取り、その時間をτとする。
絶対湿度とτとの間には、一義的に決定される相関関係があり、特定の物質に発生する静電気については、いずれか一方の数値が分かれば他方を決定することが可能である。具体的には、散乱時間τ（秒）と、静電気が発生する物質の電気抵抗Ｒ（Ω）と、静電容量Ｃ（Ｆ）との間には、下記式：
τ＝Ｒ×Ｃ
の関係式が成立する。ここで、ＣはＬＣＲメーターなどの制電容量メーターにより測定可能な値であり、電気抵抗Ｒは絶対湿度との間に指数関数的な関係性があることが知られていることから、絶対湿度と散乱時間τのうちのいずれか一方が分かれば、他方を算出することができる。
本発明においては、散乱時間τは、０〜１０秒であり、好ましくは０〜８秒であり、より好ましくは０〜５秒である。そのような範囲のτである場合には、管内で発生する静電気による粉体詰まりへの影響は小さく、微粉体を定量的かつ安定的に搬送供給することができる。
本発明においては、事前にこのようなτと湿度との相関関係を決定しておくことにより、湿度を調整することによって散乱時間τを所定の範囲内で維持することができる。
したがって、本発明を実施する際に、散乱時間τまたは湿度のいずれかの値が分かっていればよい。
＜微粉体定量供給装置＞
本発明のガス搬送式微粉体定量供給方法は、本発明による効果を発揮できる限りにおいては、任意の微粉体定量供給装置を用いて実施することができる。本発明のように平均粒径が１０μｍ以下の微粉体を定量的かつ安定的に搬送供給するには、従来の粉体搬送装置のうち、例えば、特開平０８−３０９１７７号公報に開示のような、いわゆる表面倣い式の粉体定量供給装置を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。
図３は、本発明によるガス搬送式微粉体定量供給方法において用いることができる微粉体定量供給装置の一実施形態を示す図である。図３に示すように、ガス搬送式微粉体定量供給装置１０は、微粉体収容容器１１と、筐体１２と、補給口１３と、第１流量調節機構１４と、供給ノズル１５と、位置検出センサー１６と、位置制御機構１７と、湿度計測センサー１９とを備える。
筐体１２は、その内部に微粉体収容容器１１を備える。筐体１２は、例えば、円筒形に形成されている。筐体１２はガス気密的構造を有しており、その内部において、微粉体収容容器１１との間にケーシング空間ｂを有する。また、ケーシング空間ｂの湿度を監視するための湿度センサー１９を備えていてもよく、該湿度センサー１９と連動して、搬送ガス供給通路Ｌ１を通じて補給口１３より筐体１２へ供給される加湿された搬送ガス量を、第１流量調節機構１４により調節してもよい。湿度センサー１９と連動して、加湿された搬送ガス供給量を調節することにより、ケーシング空間ｂ内の湿度を所定の範囲内に保つことができる。更に、ケーシング空間ｂの圧力が高くなり過ぎるような場合に備えて、所定の圧力以上になるとガスが排気されるような排気弁（図示せず）を備えていてもよい。
微粉体収容容器１１は、微粉体ａを収容するものである。微粉体ａは、微粉体収容容器１１内に装置の運転開始前に充填されていてもよいし、例えば装置を運転しながら補給ノズル（図示せず）などにより充填されるようにしてもよい。装置の運転開始時から微粉体１１を外部に供給できるようにするため、微粉体ａは微粉体収容容器１１に予め充填させておくようにすることが好ましい。微粉体収容容器１１内に収容された微粉体ａは、供給ノズル１５により搬送ガスとともに取り込まれて、微粉体ａと搬送ガスとの混合流体ｃとして、微粉体供給通路Ｌ２を通り、溶射装置２０などの微粉体使用装置へと供給される。このようにして微粉体ａが搬送ガスにより微粉体使用装置へ供給される際に、搬送ガスの湿度が所定の範囲内に調整されることにより、微粉体供給通路Ｌ２における静電気による微粉体ａの詰まりを防止することができる。
供給ノズル１５は、微粉体収容容器１１内の微粉体ａを、補給口１３から供給された湿度調整された搬送ガスに同伴させて排出するものである。微粉体収容容器１１内に供給された搬送ガスは、微粉体収容容器１１内の微粉体ａを取込ながら供給ノズル１５に流れる。供給ノズル１５から流出した混合流体ｃは、微粉体供給通路Ｌ２を通り、溶射装置２０などの微粉体使用装置へ供給される。
微粉体供給装置１０から溶射装置２０へ供給される混合流体ｃの供給速度は、微粉体を使用する用途や、微粉体の特性、例えば、微粉体の比重や嵩密度により、適宜調整することが好ましい。
微粉体収容容器１１内の微粉体ａを搬送ガスに同伴させる際、図４に示すように、供給ノズル１５の先端部に設けた流出口１５Ａは、微粉体ａの表面近傍に配置され、微粉体ａの表面に接するか浅く侵入させておくことが好ましい。これにより、供給ノズル１５に流れる搬送ガスの吸引作用で、供給ノズル１５の先端の近傍にある微粉体ａが同時に取り込まれ、搬送ガスに同伴して排出される。搬送される微粉体ａの量は、先端部の微粉体ａの表面からの侵入深さや、ノズル先端の開口部への微粉体ａの侵入速度（微粉体の移動速度）に依存する。なお、供給ノズル１５の先端部の流出口１５Ａへの微粉体ａの侵入速度は、微粉体収容容器１１の回転速度などに依存する。
供給ノズル１５は、蓋部１８から筐体１２の内部に挿入されている。供給ノズル１５は、位置制御機構１７により筐体１２内を上下方向に移動可能に構成されている。
位置制御機構１７は、筐体１２の上部の蓋部１８に設けられ、供給ノズル１５を上下方向に移動可能とするものである。限定されるものではないが、位置制御機構１７としては、例えば、電動シリンダーを用いることができる。
位置制御機構１７は、供給ノズル１５を上下に移動するシリンダー本体３０と、シリンダー本体３０内で上下方向に移動可能なロッド３１と、ロッド３１に連結され、供給ノズル１５を把持する把持部３２と、駆動機構３３とを有する。位置制御機構１７は、ロッド３１の高さを調整することにより、把持部３２に保持されている供給ノズル１５の高さを調整することができる。供給ノズル１５は、シリンダー本体３０の把持部をロッド３１を介して上下方向に移動させ、供給ノズル１５の先端部の位置を調整する。これにより、供給ノズル１５の先端部に設けた流出口１５Ａを微粉体ａ表面近傍の適正位置に調整することができる。例えば、位置制御機構１７は、微粉体収容容器１１内の微粉体ａを微粉体供給通路Ｌ２に供給する場合には、供給ノズル１５の先端部を、微粉体収容容器１１内の微粉体ａの表面に向かって降下させる。一方、微粉体収容容器１１内の微粉体ａを微粉体供給通路Ｌ２に供給することを停止する場合には、供給ノズル１５を上昇させ、供給ノズル１５の先端部が微粉体ａと接触しないようにする。
モーター２５は、微粉体収容容器１１を軸方向に対して水平方向に回転させるものである。微粉体収容容器１１はその底部の中心に回転軸４０を有する回転座４１に置かれ、モーター２５が運転して回転軸４０が回転することにより微粉体収容容器１１が回転する。モーター２５は、混合流体ｃの供給量に応じた速度で回転軸４０を回転させることができる。微粉体収容容器１１を回転させることにより、供給ノズル１５の先端近傍に微粉体ａが無くなることを抑制することで、微粉体ａの取り込みを安定して行うことができる。
位置検出センサー１６は、微粉体供給ノズル１５の先端と所定の高さを保持して微粉体供給ノズル１５に固定されており、微粉体供給ノズル１５の先端の位置を測定基準として微粉体ａの表面までの距離を測定するためのものである。位置検出センサー１６は、微粉体収容容器１１の回転に対して描かれる相対運動の軌道上で、微粉体収容容器１１の先端の流出口１５Ａの前方の微粉体の表面位置を検出する。これにより、前記流出口１５Ａから吸い込まれる微粉体ａの表面位置と前記流出口１５Ａとの高さを事前に測定することができる。位置検出センサー１６の測定結果から、供給ノズル１５の高さは適宜調整される。
また、図５に示すように、把持部３２に、スクレーパー６０、フラップ６１、およびブラシ６２などを固定して垂下させてもよい。把持部３２に、スクレーパー６０、フラップ６１、およびブラシ６２を固定して垂下させることにより、微粉体収容容器１１内の微粉体ａの表面がならされ、滑らかな表面にすることができる。これにより、微粉体ａの表面高さの差を低減できるため、供給ノズル１５からの微粉体ａの取り込み量を安定にすることができる。また、表面が滑らかになることから、微粉体ａの表面高さの差をより正確に測定することができる。把持部３２には、スクレーパー６０、フラップ６１、およびブラシ６２が全て備えられている必要はなく、これらの一つ以上を備えるようにしてもよい。
このような微粉体供給装置１０を用いることにより、微粉体ａと搬送ガスとの混合流体ｃの搬送時に発生する静電気を抑制し、定量的かつ安定的に微粉体を微粉体使用装置へ搬送供給することができる。
＜ガス搬送式微粉体定量供給システム＞
本発明によるガス搬送式微粉体定量供給システムについて説明する。図６は、本発明によるガス搬送式微粉体定量供給システム７０の概略図であり、上記のような微粉体定量供給方法を実施するために用いることができる。本発明によるガス搬送式微粉体定量供給システム７０は、搬送ガスを加湿するための加湿チャンバー８０と、該加湿チャンバー８０からの加湿された搬送ガスの供給により、該搬送ガスと微粉体ａとの混合流体ｃを溶射装置２０などの微粉体使用装置へ定量的に供給するガス搬送式微粉体定量供給装置１０を備える。ガス搬送式微粉体定量供給装置１０としては、上述したように、微粉体収容容器１１と、筐体１２と、補給口１３と、第１流量調節機構１４と、供給ノズル１５と、位置検出センサー１６と、位置調節機構１７と、湿度計測センサー１９とを備える装置を用いることが好ましいが、このような装置に限定されるものではなく、本発明の効果を発揮できる限りにおいては、任意のガス搬送式微粉体定量供給装置を用いてもよい。
加湿チャンバー８０は、搬送ガスを加湿するための液体ｄを収容する水槽８１と、液体ｄを霧化するための超音波振動機構８２と、搬送ガス供給通路Ｌ１を介して加湿した搬送ガスを装置へ供給するための加湿搬送ガス供給ノズル８３と、微粉体供給装置１０の筐体１２内の湿度計測センサー１９と連動して、筐体１２内の湿度を制御するための湿度制御機構８５とを備える。加湿チャンバー８０は、例えば円筒形にガス気密的に形成されている。水槽８１は、例えば円筒形に形成されており、その上部が開放されている。
水槽８１は、搬送ガスを加湿するための液体ｄおよび該液体ｄを霧化するための霧化用超音波振動機構８２を備える。搬送ガスを加湿するための液体ｄは、水が好ましいが、所望により水以外の液体としてもよい。また、本実施形態においては、水を超音波振動機構８２により霧化しているが、搬送ガスを加湿することができれば、加熱により水を蒸発させてもよい。
超音波振動機構８２は、電圧素子と高周波電源から構成され、圧電素子に高周波電界を印加することにより超音波振動するものであり、水などの液体ｄをこの振動機構８２の振動エネルギーにより霧化させることができる。霧化された水などの液体ｄは、加湿チャンバー８０内において、乾燥した搬送ガスと混合されることにより、所望の湿度範囲へ加湿することができる。
湿度計測センサー１９は、微粉体供給装置１０の筐体１２内のケーシング空間ｂの湿度を監視する。湿度計測センサー１９は、該ケーシング空間ｂの湿度を所定の範囲内に維持するために、湿度計測結果に基づいて湿度制御機構８５よって、霧化用超音波振動機構８２の出力や、加湿チャンバー８０へ補給する乾燥ガス量を第２流量調節機構８４で制御することにより、微粉体供給装置１０へ供給される搬送ガスの湿度を所定の範囲内に調節することができる。
＜加湿ユニット＞
本発明の加湿ユニットについて説明する。図７は、本発明の加湿ユニット９０の概略図であり、上記のようなガス搬送式微粉体定量供給方法ないしガス搬送式微粉体定量供給システム７０に使用される。本発明による加湿ユニット９０は、微粉体供給装置１０の筐体１２内のケーシング空間ｂの湿度を計測するための湿度計測センサー１９と、搬送ガスを加湿するための加湿チャンバー８０と、加湿した搬送ガスを装置へ供給するための加湿搬送ガス供給ノズル８３とを備え、該加湿チャンバー８０は、搬送ガスを加湿するための液体ｄを収容する水槽８１と、該液体ｄを霧化するための超音波振動機構８２と、加湿チャンバー８０へ補給する乾燥ガス量を制御するための第２流量調節機構８４と、該湿度計測センサー１９と連動して筐体１２内の湿度を制御するための湿度制御機構８５とを備える。
湿度制御機構８５は、湿度計測センサー１９により測定した微粉体供給装置１０の筐体１２内のケーシング空間ｂの湿度と連動して、加湿チャンバー８０を構成する各構成部材の出力を調整し、加湿チャンバー８０から微粉体供給装置１０へ供給する、加湿された搬送ガスの湿度および流量を調整することにより、ケーシング空間ｂの湿度を所定の値に維持することができる。
＜制御部＞
本発明のガス搬送式微粉体定量供給システムないし加湿ユニットは、制御部（図示せず）を更に備えていてもよい。制御部は、位置検出センサー１６および湿度計測センサー１９から得られる情報に基づいて、第１流量調節機構１４、位置制御装置１７、モーター２５、超音波振動機構８２、第２流量調節機構８４などの各構成部材と連結されていてもよい。
本発明の一態様において、モーター２５は、制御部により運転が制御され、混合流体ｃの所望の供給量に応じた速度で回転軸４０を回転させることができる。
本発明の一態様において、位置検出センサー１６の測定結果に基づいて、制御部により駆動部３３を制御して、供給ノズル１５の高さを任意の高さに適宜調整することにより、微粉体ａの取り込み量を制御することができる。
本発明の一態様において、制御部は湿度制御機構８５の機能を兼ね備えていてもよく、湿度計測センサー１９の測定結果に基づいて、超音波振動機構８２の出力や、第２流量調節機構８４による加湿チャンバー８０への乾燥ガス供給量を調整することにより、ガス搬送式微粉体定量供給装置１０へ供給する加湿された搬送ガスの湿度を調整することができる。
制御部は、例えば、制御プログラムや各種記憶情報を格納する記憶手段と、制御プログラムに基づいて動作する演算手段とを含んで構成することができる。制御部は、微粉体定量供給装置１０への加湿された搬送ガスの供給量を算出するため、前記記憶手段には、試験等により、ケーシング空間ｂの湿度と搬送ガス補給速度との関係、ケーシング空間ｂの湿度と超音波振動機構８２の出力との関係、微粉体収容容器１１内の微粉体ａの供給ノズル１５への取り込み量とモーター２５の回転速度との関係などを予め求め、算出された関係式または相関表などを記憶させておく。
制御部は、前記関係式または相関表などに基づき、搬送時に微粉体の定量的かつ安定的な搬送供給が可能になるように、加湿チャンバー８０への乾燥ガスの供給量や超音波振動機構８２の出力、補給口１３から筐体１２へ供給される加湿された搬送ガスの補給量、微粉体定量供給装置１０から溶射装置２０への混合流体ｃの供給量などを適宜調整することができる。
なお、本実施形態においては、微粉体を溶射装置に供給する場合について説明したが、液晶基板のスペーサ散布装置、粉体圧縮成形、サンドブラスト装置、粉体塗装装置などの微粉体使用装置でも同様に適用することができる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜試験例１（静電気散乱時間τと管内閉塞の関係についての試験）＞
［試験方法］
静電気散乱時間τと管内閉塞の関係について、以下の方法により試験を行った。
（１）粒径１μｍのアルミナ粉体の各温度における水分含有量の違いによる静電気散乱時間τを求める。
（２）微粉体収容容器へ、粒径１μｍのアルミナ粉体を一定量投入し、本発明によるガス搬送式微粉体供給装置を稼働させて微粉体供給を開始する。
（３）微粉体供給装置内の内圧上昇が開始した時点を０秒として、６００秒間微粉体供給そ行う。ここで、内圧上昇時を０秒とするのは、微粉体供給が開始すると搬送される微粉体が搬送される混合流体の抵抗となり、微粉体供給装置へ背圧がかかることにより該装置内の内圧が上昇するためである。すなわち、微粉体供給装置の内圧上昇が、実質的に微粉体供給が開始された指標となる。
（４）微粉体の供給中に、微粉体供給通路に用いられるチューブの内圧が、搬送ガス供給圧＋１０ｋＰａを超えた場合には閉塞有り、６００秒間で内圧が該圧力値を超えなかった場合には、閉塞無しとする。
（５）（１）〜（４）の試験を、搬送ガスの温度と相対湿度を変えながら行う。また、絶対湿度は、微粉体供給装置内に取り付けられた温湿度センサーによる温度と相対湿度の測定値から算出する。また、上記した方法により散乱時間τを算出する。
［試験条件］
粉体：Ａｌ２Ｏ３、＃８０００ １μｍ
搬送ガス流量：Ｎ２ ６．０Ｌ／分
カップモーター回転数：３００ｒｐｍ
ＦＥＥＤ ＮＯＺＺＬＥ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒオフセット値：−０．３ｍｍ
Ｐｏｗｄｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒオフセット値：−１６８ｍｍ
実施例１：閉塞無し（２０℃、τ＝１０）
供給機内絶対湿度：１２．２ｇ／ｍ３
実施例２：閉塞無し（２５℃、５＜τ＜１０）
供給機内絶対湿度：１５ｇ／ｍ３
比較例１：閉塞有り（１０℃、τ＞２０）
供給機内絶対湿度：２．１ｇ／ｍ３
比較例２：閉塞有り（１５℃、τ＞２０）
供給機内絶対湿度：２．９ｇ／ｍ３
比較例３：閉塞有り（１８℃、τ＞２０）
供給機内絶対湿度：６ｇ／ｍ３
［試験結果］
静電気散乱時間τと管内閉塞の関係を試験したところ、図９に記載の通りとなった。τが２０秒以上の場合には、閉塞が見られるものの、τが２０秒未満の場合については、閉塞は見られなかった。したがって、各気温においてτの値を所定の範囲に設定することにより、微粉体の閉塞を生じさせずに定量的に安定して供給できることが分かった。
＜試験例２（微粉体供給試験）＞
［試験方法］
微粉体を連続供給した場合の供給可能時間および管内閉塞について、以下の方法により試験を行った。
（１）微粉体収容容器へ、粒径１μｍのアルミナを一定量投入して微粉体供給装置を稼働させ、微粉体供給を開始する。
（２）微粉体供給装置の内圧上昇が開始した時点を０秒とし、６００秒間微粉体供給を行う。
（３）微粉体搬送通路に用いられるチューブの内圧が、搬送ガス供給圧＋１０ｋＰａを超えた時点でチューブ内に閉塞が発生したとして、微粉体供給を停止する。
［試験条件］
微粉体：Ａｌ２Ｏ３、＃８０００ １μｍ
搬送ガス流量：Ｎ２ ４．５Ｌ／分
カップモーター回転数：５５０ｒｐｍ
Ｐｏｗｄｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒオフセット値：−０．５ｍｍ
ガス加湿無時供給機内絶対湿度：１５．１ｇ／ｍ３
ガス加湿有時供給機内絶対湿度：５．５ｇ／ｍ３
実施例３：加湿ガス有り
比較例４：加湿ガス無し
［試験結果］
ガス加湿無時およびガス加湿有時の、経時的な微粉体供給量および内圧は、図１０に記載の通りであった。
ガス加湿を行わなかった系については、微粉体供給開始から約１００秒後に管内閉塞が見られ（比較例４）、微粉体供給が停止したのに対して、ガス加湿を行った系については、微粉体供給開始から４２０秒後でも管内の閉塞は見られず、定量的に微粉体の供給が可能であった（実施例３）。
＜試験例３（供給装置内の絶対湿度とアルミナ微粉体供給可能時間の関係性についての試験）＞
［試験方法］
（１）粒径１μｍのアルミナ微粉体の各温度における水分含有量の違いによる静電気散乱時間τを求める。
（２）微粉体収容容器へ、粒径１μｍのアルミナ微粉体を一定量投入し、本発明によるガス搬送式微粉体供給装置を稼働させて微粉体供給を開始する。
（３）微粉体供給装置内の内圧上昇が開始した時点を０秒として、６００秒間微粉体供給を行う。ここで、内圧上昇時を０秒とするのは、微粉体供給が開始すると搬送される微粉体が搬送される混合流体の抵抗となり、微粉体供給装置へ背圧がかかることにより該装置内の内圧が上昇するためである。すなわち、微粉体供給装置の内圧上昇が、実質的に微粉体供給が開始された指標となる。
（４）微粉体の供給中に、微粉体供給通路に用いられるチューブの内圧が、搬送ガス供給圧＋１０ｋＰａを超えた時にチューブ内で閉塞が発生として微粉体供給を停止し、停止までの時間を微粉体供給可能時間とする。６００秒間閉塞が生じなかった場合には、微粉体供給可能時間は６００秒とする。
（５）（１）〜（４）の試験を、搬送ガスに含有させる水分量（絶対湿度）を変えながら行う。また、絶対湿度は、微粉体供給装置内に取り付けられた温湿度センサーによる温度と相対湿度の測定値から算出する。
［試験結果］
供給装置内の絶対湿度とアルミナ微粉体供給可能時間との間には、比例関係が見られた（図１１）。このことから、所定の範囲内においては、絶対湿度が上昇すれば、比例的に微粉体供給可能時間が長くなることが分かった。
１ 搬送チューブ
１０ ガス搬送式微粉体定量供給装置
１１ 微粉体収容容器
１２ 筐体
１３ 補給口
１４ 第１流量調節機構
１５ 供給ノズル
１５Ａ 流出口
１６ 位置検出センサー
１７ 位置制御機構
１８ 蓋部
１９ 湿度計測センサー
２０ 溶射装置
３０ シリンダー本体
３１ ロッド
３２ 把持部
３３ 駆動機構
４０ 回転軸
４１ 回転座
６０ スクレーパー
６１ フラップ
６２ ブラシ
７０ ガス搬送式微粉体定量供給システム
８０ 加湿チャンバー
８１ 水槽
８２ 超音波振動機構
８３ 加湿搬送ガス供給ノズル
８４ 第２流量調節機構
８５ 湿度制御機構
９０ 加湿ユニット
Ｌ１ 搬送ガス供給通路
Ｌ２ 微粉体供給通路
ａ 微粉体
ａ’ 堆積した微粉体
ｂ ケーシング空間
ｃ 混合流体
ｄ 液体

Claims (7)

  1. ガス搬送式微粉体定量供給装置内に充填された微粉体を、搬送ガスにより微粉体使用装置へ定量的に搬送供給する、ガス搬送式微粉体定量供給方法において、
    前記搬送ガス中の水分含有量を調整して、前記微粉体と前記搬送ガスとの混合流体が前記ガス搬送式微粉体定量供給装置から前記微粉体使用装置へ搬送される際に、前記混合流体において発生する静電気の散乱時間τが、５〜１０秒となるように、前記搬送ガスの水分含有量を調整して、静電気量を抑制する、ことを特徴とする、ガス搬送式微粉体定量供給方法。
  2. 前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
    前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
    前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
    前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
    前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
    前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
    前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
    前記供給ノズルを上下方向に移動させる駆動部と、
    前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
    を備え、
    前記湿度計測センサーから取得した湿度情報により、前記搬送ガスの水分含有量を調整する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記微粉体の平均粒径が１０μｍ以下である、請求項１または２に記載の方法。
  4. 搬送ガスの水分含有量を調整するための湿度調整チャンバーと、
    前記湿度調整チャンバーからの搬送ガスの供給により、前記搬送ガスと微粉体との混合流体を微粉体使用装置へ定量的に供給するガス搬送式微粉体定量供給装置と、
    を備えたガス搬送式微粉体定量供給システムであって、
    前記ガス搬送式微粉体定量供給装置は、
    前記微粉体を収容する微粉体収容容器と、
    前記微粉体収容容器をガス気密的に収容する筐体と、
    前記搬送ガスを前記筐体に供給する補給口と、
    前記搬送ガスの前記筐体への供給量を調整する流量調節機構と、
    前記微粉体収容容器内から前記微粉体を前記搬送ガスに同伴させて前記微粉体使用装置へ供給する供給ノズルと、
    前記供給ノズルと前記微粉体表面との相対位置を検出するための位置検出センサーと、
    前記供給ノズルを上下方向に移動させる駆動部と、
    前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
    を備え、
    前記湿度調整チャンバーは、
    前記搬送ガスの水分含有量を調整するための液体を収容する水槽と、
    前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
    前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
    を備えることを特徴とする、ガス搬送式微粉体定量供給システム。
  5. 前記湿度制御機構は、前記混合流体における静電気発生が低減されるように搬送ガスの水分含有量を調整する、請求項４に記載のガス搬送式微粉体定量供給システム。
  6. 前記微粉体の平均粒径が１０μｍ以下である、請求項４または５に記載のガス搬送式微粉体定量供給システム。
  7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載のガス搬送式微粉体定量供給システムに使用される搬送ガスの水分含有量を調整するための湿度調整ユニットであって、
    前記筐体内の湿度を計測するための湿度計測センサーと、
    前記搬送ガスの水分含有量を調整するための湿度調整チャンバーと、
    前記湿度調整された搬送ガスを前記装置へ供給するための湿度調整搬送ガス供給ノズルと、
    を備え、
    前記湿度調整チャンバーは、
    前記搬送ガスの水分含有量を調整するための液体を収容する水槽と、
    前記液体を霧化するための超音波振動機構と、
    前記湿度計測センサーと連動して前記筐体内の湿度を制御するための湿度制御機構と、
    を備えることを特徴とする、湿度調整ユニット。
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