JP7300669B2

JP7300669B2 - 粉体供給装置

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Publication number: JP7300669B2
Application number: JP2019089847A
Authority: JP
Inventors: 大輔末次; 佳謙宍田; 佳幾嶋田; 基畑中; 俊哉平松; 一人福田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: JP2020186074A

Description

本開示は、粉体供給装置に関する。

セラミックスまたは金属等の粉体材料を加圧成形した粉末成形体を、その粉末の融点以下の温度で焼結することにより、粉体間に結合を生じさせて焼結体を得ることができる。粉末成形体の製法にはさまざまな方法がある。たとえば、特許文献１に示すように、スクリューフィーダ出口に、フィーダスクリューとともに回転する分散羽根を配置し、出口に滞留した材料を分散羽根で削り出すように排出する方法が知られている。

特開２０１３－６３８４９号公報

特許文献１において、粉体供給装置の幅方向における粉体材料の供給量の均一性については、未だ改善の余地がある。

本開示の粉体供給装置は、
成形体を連続的に生成する加圧成形機構に粉体材料を供給する粉体供給装置であって、
前記粉体材料が供給される導入口と、前記粉体材料が排出される排出口とを有する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、回転駆動されることにより、回転軸方向に前記粉体材料を搬送する第１スクリューと、
前記筐体の内部に前記第１スクリューと並列に配置され、前記第１スクリューと反対方向に回転駆動されることにより、回転軸方向に前記粉体材料を搬送する第２スクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記第１スクリューを回転駆動する第１モータ、および前記第２スクリューを回転駆動する第２モータと、
を備え、
前記筐体の内部において、前記粉体材料の搬送方向から見たときに中央より一方側に前記第１スクリューが配置され、前記搬送方向から見たときに中央より他方側に前記第２スクリューが配置される。

本開示によれば、粉体供給装置の幅方向における粉体材料の供給量の均一性を向上させた粉体供給装置を提供することができる。

本開示の粉体供給装置を上から見た模式図である。図１の粉体供給装置のＡ－Ａ’断面図である。２本のスクリューが同じ方向に回転する場合の、筐体内部を排出口側から見たときの図である。２本のスクリューが異なる方向に回転する場合の、筐体内部を排出口側から見たときの図である。実施例１のスクリューの構成および配置を示す図である。図５の粉体供給装置の筐体の内部を排出口側から見たときの図である。実施例２のスクリューの構成および配置を示す図である。図７の粉体供給装置の筐体の内部を排出口側から見たときの図である。実施例１および比較例１～２の、粉体供給装置の幅方向における粉体材料の供給量割合の分布を示すグラフである。実施例１および比較例１～２の、幅方向における成形体密度の分布を示すグラフである。実施例２および実施例３の、粉体供給装置の幅方向における粉体材料の供給量割合の分布を示すグラフである。実施例２および実施例３の、幅方向における成形体密度の分布を示すグラフである。実施例１～３、および比較例１～２の粉体材料の測定結果を集計した表である。

（本開示に至った経緯）
セラミックスや金属の粉体材料を加圧成形した粉末成形体を、その粉末の融点以下の温度で焼結することにより、粉体間に結合が生じて焼結体を得ることができる。これは、窯業製品、セラミックス、粉末冶金、またはサーメット等を製造する主要な方法である。

焼結方法として、常圧焼結法、ガス圧焼結法、ホットプレス法、熱間静水圧（ＨＩＰ）法、通電加圧法、ミリ波法等があり、成形体を加圧状態で加熱することが有効である。ただし、これらの焼結方法は、バッチ処理のため生産性が低いという点で課題がある。そこで、生産性を高める焼結方法として、連続的に処理できるロールタイプによる焼結方法が広く知られている。ロールタイプにおいては、一対のロールの隙間に加圧対象物を挿通することで、加圧処理と、加圧処理後に取り出す工程とを連続して行うことが可能であり、高い生産性を得ることができる。

また、焼結処理を施す成形体の製法にもいくつかの方法がある。焼結方法と同様に、生産性を高めるためにバッチ処理ではなく連続処理が求められる。連続処理による成形体の製法には、たとえば、粉体材料を、ホッパーからベルトコンベア上に一様にのせた後、曲面を持つ押し型により、粉体材料を加圧しながらベルトコンベアを動作させることによって、連続的に圧縮成形する方法がある。

成形体中に含まれる気体により焼結後に空隙が発生するのを抑制するため、または焼結時の熱や荷重の伝達にかかわる粉体材料同士の接触面積を増加させるため、成形体の密度は高いことが望ましい。しかし、この方法の場合、粉体材料の逃げのために与えられる荷重が小さく、成形体の密度が低くなってしまうという課題がある。

また、ｓｌｉｐｃａｓｔｉｎｇ法のように、粉体材料に適当な分散剤（たとえば、アルギン酸アンモン）を加えて泥漿を作り、石膏の型に流し込み、泥漿中の水分を石膏型に吸収させて残った成形体を取り出す方法もある。この方法は、金型やプレスを用いないため設備費を抑制することができるが、成形体の密度の低下や、分散剤の残留による成形体の純度の低下が課題となる。

密度の高い成形体を連続的に得る方法としては、一対のロールの隙間に粉体材料を押し入れて、連続して圧縮成形する方法が挙げられる。このような方法として、ロールを水平に配置し、このロールの上部にホッパーを配置し、重力を用いてロール間に粉体材料を供給する方法がある。しかし、より成形体の密度を高くするには、重力のみで材料を供給するのでは荷重不足となる場合がある。また、このような配置では、成形体が垂直に排出されるため、成形体の回収に工夫が必要となる。したがって、ロールを上下に配置して、上下のロールの間にスクリューフィーダにより連続して材料を高圧力で供給し、ロールから出てくる成形体をコンベア等で回収する方法が望ましいと考えられる。

上述したような用途で用いられるスクリューフィーダには、ロールに対して均一に材料を供給することが求められている。このため、特許文献１に示す方法が考案されている。

しかしながら、特許文献１に示す方法では、粉体材料を供給する際、スクリューフィーダの筐体壁との摩擦のため、筐体壁近傍を流れる粉体材料は、筐体壁から離れた中央部を流れる粉体材料に比べて流速が低下する。また、スクリューフィーダ出口に分散羽根を配置すると、ロール間に材料を供給する際の圧力損失が生じることがあり、成形体の密度を低下させる要因となる。このように、特許文献１に示す方法において、単位時間あたりの材料供給量の均一性を向上することは可能であるが、ロールの幅方向の材料供給量の均一性が考慮されていないため、幅方向の材料供給量のばらつきが課題となっている。

そこで、本発明者らは、粉体材料供給時の大きな圧力損失を生じさせることなく、ロールの幅方向の材料供給量の均一性を向上させための粉体供給装置を検討し、以下の構成を考案した。

本開示の一態様にかかる粉体供給装置は、
成形体を連続的に生成する加圧成形機構に粉体材料を供給する粉体供給装置であって、
前記粉体材料が供給される導入口と、前記粉体材料が排出される排出口とを有する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第１スクリューと、
前記筐体の内部に前記第１スクリューと並列に配置され、前記第１スクリューと反対方向に回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第２スクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記第１スクリューを回転駆動する第１モータ、および前記第２スクリューを回転駆動する第２モータと、
を備え、
前記筐体の内部において、前記粉体材料の搬送方向から見たときに中央より一方側に前記第１スクリューが配置され、前記搬送方向から見たときに中央より他方側に前記第２スクリューが配置される。

このような構成により、粉体供給装置の幅方向において粉体材料の供給量の均一性を向上することができる。また、粉体材料の供給量の均一性が向上することで、成形体の密度の均一性を向上することができる。

前記第１スクリューは、前記搬送方向から見たときに時計回りに回転駆動され、
前記第２スクリューは、前記搬送方向から見たときに反時計回りに回転駆動されていてもよい。

このような構成により、筐体内の粉体材料の密度を均一にすることができ、粉体供給装置の幅方向における粉体材料の供給量の均一性を向上することができる。

前記第１スクリューは、第１スクリューシャフトと前記第１スクリューシャフトの外周に右ねじの螺旋状に形成された第１フライトとを有し、
前記第２スクリューは、第２スクリューシャフトと前記第２スクリューシャフトの外周に左ねじの螺旋状に形成された第２フライトとを有していてもよい。

このような構成により、粉体供給装置の幅方向において、粉体材料の供給量および成形体の密度の均一性をさらに向上することができる。

さらに、
前記筐体の内部の前記一方側において、前記第１スクリューの内側に配置され、前記第１スクリューと同じ方向に回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第３スクリューと、
前記筐体の内部の前記他方側において、前記第２スクリューの内側に配置され、前記第２スクリューと同じ方向に回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第４スクリューと、
を備えていてもよい。

さらに、
前記第３スクリューを回転駆動する第３モータと、
前記第４スクリューを回転駆動する第４モータと、
を備え、
前記第３モータおよび前記第４モータの回転数は、前記第１モータおよび前記第２モータの回転数よりも小さくてもよい。

（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本開示の粉体供給装置を上から見た模式図である。図２は、図１の粉体供給装置のＡ－Ａ’断面図である。なお、以下の説明において、各図におけるＸ方向を幅方向、Ｙ方向を鉛直方向、Ｚ方向を粉体材料供給方向と称することもある。

粉体供給装置１００は、図１および図２に示すように、成形体を連続的に生成する加圧成形機構１１に、矢印２で示す粉体材料２を供給する。粉体供給装置１００は、粉体材料２の導入口３と排出口４とを有する筐体１と、第１スクリュー５と、第２スクリュー６と、第１モータ７と、第２モータ８とを備える。第１スクリュー５および第２スクリュー６は、筐体１の内部に幅方向に並列に配置され、回転駆動されることにより回転軸方向（Ｚ方向）に粉体材料２を搬送する。すなわち、粉体材料２は、第１スクリュー５および第２スクリュー６によりＺ方向に搬送される。第１モータ７は筐体１の外部に配置され、第１スクリュー５を回転駆動する。同様に、第２モータ８は筐体１の外部に配置され、第２スクリュー６を回転駆動する。また、粉体供給装置１００は、加圧成形機構１１に隣接して配置される。加圧成形機構１１は、鉛直方向に並べて配置された２本のロール１２、１３を有する。図２に示すように、２本のロール１２、１３の間に粉体供給装置１００の排出口４から粉体材料２が供給され、成形体１４が形成される。このように、粉体供給装置１００から供給された粉体材料２は、加圧成形機構１１によって成形体１４に形作られる。

＜導入口＞
導入口３は、図２に示すように、鉛直方向において筐体１の上側に設けられ、粉体材料２を筐体１の内部へ導入する。また、導入口３には、ホッパー３ａが設けられており、ホッパー３ａの開口部より粉体材料２が投入される。

＜排出口＞
排出口４は、筐体１の加圧成形機構１１側の端部に設けられる。排出口４から、加圧成形機構１１のロール１２、１３の間に粉体材料２が水平方向に排出される。排出口４は、図２に示すように、ロール１２、１３の間に粉体材料２を供給する。また、筐体１は排出口４に向かって薄くなるように形成されている。

＜スクリュー＞
図１に示すように、第１スクリュー５は、筐体１の内部に配置され、回転駆動されることにより、回転軸方向（Ｚ方向）に粉体材料２を搬送する。また、第２スクリュー６は、筐体１の内部に第１スクリュー５と並列に配置され、第１スクリューと反対方向に回転駆動されることにより、回転軸方向（Ｚ方向）に粉体材料２を搬送する。第１スクリュー５および第２スクリュー６はそれぞれ、回転軸が材料供給方向と平行になるよう配置されている。筐体１の内部において、粉体材料２の搬送方向から見たときに中央より一方側、すなわち、筐体１の内部の幅方向における中心線２０より下側の部分に第１スクリュー５が配置されている。また、粉体材料２の搬送方向から見たときに中央より他方側、すなわち、筐体１の内部の中心線２０より上側の部分に第２スクリュー６が配置されている。

第１スクリュー５と第２スクリュー６は、それぞれ反対の方向に回転することにより、粉体材料２を材料供給方向に搬送する。たとえば、第１スクリュー５は、第１スクリューシャフト５ａおよび第１フライト５ｂを有し、排出口４から材料供給方向に向かって見たときに、時計回りに回転駆動することにより、粉体材料２を材料供給方向に搬送する。第２スクリュー６は、第２スクリューシャフト６ａおよび第２フライト６ｂを有し、排出口４から材料供給方向に向かって見たときに、反時計回り、すなわち第１スクリュー５と反対方向に回転駆動することにより、粉体材料２を材料供給方向に搬送する。

第１スクリュー５は、第１スクリューシャフト５ａに右ねじの螺旋状に形成された第１フライト５ｂを有し、第２スクリュー６は、第２スクリューシャフト６ａに左ねじの螺旋状に形成された第２フライト６ｂを有する。より具体的には、第１フライト５ｂは、第１スクリューシャフト５ａの周囲を先端５ｃに向かって時計回りに巻回するように設けられている。第２フライト６ｂは、第２スクリューシャフト６ａの周囲を先端６ｃに向かって反時計回りに巻回するように設けられている。また、フライト５ｂ、６ｂはそれぞれ、材料供給方向に略等間隔になるようにスクリューシャフト５ａ、６ａに巻回されているとよい。

このような構成により、第１スクリュー５は、左ねじの回転方向に回転させると粉体材料２を左ねじの進む方向に搬送し、第２スクリュー６は、右ねじの回転方向に回転させると粉体材料２を右ねじの進む方向に搬送する。本実施の形態において、第１スクリュー５の形状のスクリューの種類を左ねじ、第２スクリュー６の形状のスクリューの種類を右ねじと称する。

なお、本実施の形態において、粉体供給装置１００は、第１スクリュー５および第２スクリュー６の２つのスクリューを有するが、スクリューの数はこれに限らず、３つ以上であってもよい。

＜モータ＞
第１モータ７は、第１スクリュー５を回転駆動させる。また、第２モータ８は、第２スクリュー６を回転駆動させる。第１モータ７および第２モータ８の回転数は、制御部１０によりそれぞれ独立に制御することができる。

ここで、図３および図４を参照して、並列に配置された２本のスクリューの回転方向による、幅方向における粉体材料供給量の分布の変化について説明する。図３は、２本のスクリューが同じ方向に回転する場合の、筐体内部を排出口側から見たときの図である。図４は、２本のスクリューが異なる方向に回転する場合の、筐体内部を排出口側から見たときの図である。

筐体１の内壁１５近傍を流れる粉体材料２は、内壁１５との摩擦を受けるため、内壁１５から離れた位置に比べて流速が低下する。また、重力Ｇの影響を受けるため、粉体材料２は、筐体１の内部において下層に比べ上層は密度が低い傾向にある。すなわち、図３および図４において、下層の粉体材料２ｃの密度に比べて、中層の粉体材料２ｂの密度は小さくなり、上層の粉体材料２ａの密度はさらに小さくなる。

図３では、排出口４側から見たときに、スクリュー５１、５２はそれぞれ、矢印５１ａ、５２ａで示す時計回りに回転するよう配置されている。この場合、破線で囲まれた領域Ｂは、内壁１５の近傍であるため、摩擦によって粉体材料２の流速は小さくなっており、スクリュー５１によって下層の粉体材料２ｃが上方に押し上げられるため、粉体材料２の密度が高くなっている。一方、破線で囲まれた領域Ｃは、内壁１５の近傍であるため、摩擦によって粉体材料２の流速は小さくなっており、スクリュー５２によって上層の粉体材料２ａが下方に押し下げられるため、粉体材料２の密度が小さくなっている。このように、筐体１の内部において粉体材料２の密度が均一とならないため、幅方向における粉体材料の供給量の均一性も低下する。

一方、図４では、排出口４側から見たときに、スクリュー５３は矢印５３ａで示す時計回りに回転し、スクリュー５４は矢印５４ａで示す反時計回りに回転するよう配置されている。この場合、破線で囲まれた領域Ｄは、内壁１５の近傍であるため、摩擦によって粉体材料２の流速は小さくなっており、スクリュー５３によって下層の粉体材料２ｃが上方に押し上げられるため粉体材料２の密度が高くなっている。また、破線で囲まれた領域Ｅは、内壁１５の近傍であるため、摩擦によって粉体材料２の流速は小さくなっており、スクリュー５４によって下層の粉体材料２ｃが上方に押し上げられるため粉体材料２の密度が高くなっている。このように、スクリュー５３、５４の回転方向を調整することにより、筐体１の内部における粉体材料２の密度が均一になる。このため、幅方向における粉体材料の供給量の均一性を向上することができる。

［スクリューの配置および形状による粉体材料の供給量分布の比較］
実施例１～３、および比較例１～２における、粉体供給装置１００の幅方向における粉体材料の供給量分布、および粉体供給装置１００の幅方向の成形体の密度分布を比較して検討する。

実施例１～３および比較例１～２では、シリコン酸化物を主材料とする粉体材料を用いるものとする。なお、粉体供給装置１００の構成、および粉体材料の構成は、一部を除き実施例１～３および比較例１～２において共通である。

＜粉体供給装置１００の構成＞
図５は、実施例１のスクリューの構成および配置を示す図である。図６は、図５の粉体供給装置の筐体の内部を排出口側から見たときの図である。図６に示すように、筐体１の内部の鉛直方向の高さｈ１が５０ｍｍであり、筐体１の内部の幅方向の大きさｗ１が１００ｍｍである。また、図５に示すように、筐体１の内部には、第１スクリュー５および第２スクリュー６が幅方向に並んで配置されている。第１スクリュー５および第２スクリュー６のスクリューシャフト５ａ、６ａの直径φ１が２０ｍｍであり、粉体材料を搬送するためのフライト５ｂ、６ｂのスクリューシャフト５ａ、６ａからの高さｈ２が１０ｍｍである。第１スクリュー５および第２スクリュー６は、図５に示すように、スクリューシャフト５ａ、６ａの軸線２３、２４の間の距離ｄ１が５０ｍｍになるよう配置されている。また、図６に示すように、筐体１の内壁１５からフライト５ｂ、６ｂまでの距離ｄ２が５ｍｍ、フライト５ｂ、６ｂ間の距離ｈ３が１０ｍｍになるよう配置されている。第１スクリュー５および第２スクリュー６の先端５ｃ、６ｃから加圧成形機構１１に設けられた２つのロール１２、１３の最小ギャップライン１８までの距離ｄ３が２００ｍｍである。２つのロール１２、１３の半径ｒ１はそれぞれ１５０ｍｍである。図示されていない２つのロール１２、１３の最小ギャップの間隔は４ｍｍである。

＜粉体材料＞
粉体材料は、シリコン酸化物を主材料とするものを用いる。また、粉体材料は篩を使用して、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ未満に分級し、かさ密度は０．８ｇ／ｃｃである。

上述の構成の粉体供給装置１００および粉体材料により、粉体供給装置１００から加圧成形機構１１に供給される直前の、すなわち排出口４から排出される、粉体供給装置１００の幅方向における粉体材料の供給量の分布と、粉体供給装置１００の幅方向における加圧成形機構１１を通過した後の成形体１４の密度の分布を測定した。

＜実施例１＞
図６に示すように、実施例１では、矢印５０のように排出口４から材料供給方向に見たときに、時計回りの方向に回転駆動する第１スクリュー５と、矢印６０のように排出口４から材料供給方向に見たときに反時計回りの方向に回転する第２スクリュー６との２本のスクリューが幅方向に並列に配置されている。第１スクリュー５の種類は左ねじであり、第２スクリュー６の種類は右ねじである。また、第１モータ７は、排出口４から供給される粉体材料の量が、１８００ｇ／分となるように第１スクリュー５の回転数を調整する。同様に、第２モータ８は、排出口４から供給される粉体材料の量が、１８００ｇ／分となるように第２スクリュー６の回転数を調整する。すなわち、第１モータ７および第２モータ８の回転数は、それぞれ４８０ｒｐｍに設定されている。なお、粉体供給装置１００の幅方向における粉体材料の供給量割合の分布は、全供給量に対する幅方向２５ｍｍ毎の供給量割合を測定した。また、粉体供給装置１００の幅方向における成形体１４の密度の分布は、幅方向１０ｍｍ毎に成形体の密度を測定した。

＜比較例１＞
比較例１では、材料供給方向に向かって反時計回りに回転する２本のスクリューが並列に配置され、実施例１と同様の評価を行った。比較例１のスクリューの種類はどちらも左ねじである。粉体供給装置におけるその他の寸法、配置およびモータの回転数は、実施例１と同様である。

＜比較例２＞
比較例２では、材料供給方向に向かって時計回りに回転する２本のスクリューが並列に配置され、実施例１と同様の評価を行った。比較例２のスクリューの種類はどちらも右ねじである。粉体供給装置におけるその他の寸法、配置およびモータの回転数は、実施例１と同様である。

＜実施例２＞
図７は、実施例２のスクリューの構成および配置を示す図である。図８は、図７の粉体供給装置の筐体の内部を排出口側から見たときの図である。図７および図８に示すように、実施例２では、筐体１の内部の幅ｗ２が２００ｍｍに拡大され、さらに、第３スクリュー２５および第４スクリュー２６を有する。第３スクリュー２５は、筐体１の内部において、粉体材料２の搬送方向から見たときに中央より一方側において、第１スクリュー５の内側に配置され、第１スクリュー５と同じ方向に回転駆動されることにより、導入口３から排出口４に向かう方向に粉体材料を搬送する。また、第４スクリュー２６は、筐体１の内部において、粉体材料２の搬送方向から見たときに中央より他方側において、第２スクリュー６の内側に配置され、第２スクリュー６と同じ方向に回転駆動されることにより、導入口３から排出口４に向かう方向に粉体材料を搬送する。第３スクリュー２５は第１スクリュー５と同様の形状であり、第４スクリュー２６は第２スクリュー６と同様の形状である。第１スクリュー５および第３スクリュー２５の種類は左ねじであり、第２スクリュー６および第４スクリュー２６の種類は右ねじである。

したがって、第１スクリュー５および第３スクリュー２５は、矢印５０および矢印２５０で示す材料供給方向に向かって時計回りの方向に回転駆動される。第２スクリュー６および第４スクリュー２６は、矢印６０および矢印２６０で示す材料供給方向に向かって反時計回りの方向に回転駆動される。また、図示されていないが、粉体供給装置１００は、第３スクリュー２５を回転駆動する第３モータと、第４スクリュー２６を回転駆動する第４モータとを備える。実施例２において、第１モータ７、第２モータ８、第３モータ、および第４モータは、それぞれ同じ回転数に設定されており、加圧成形機構１１に供給される直前の粉体材料２の供給量が３６００ｇ／分となるように調整されている。すなわち、第１モータ７、第２モータ８、第３モータ、および第４モータの回転数は４５０ｒｐｍに設定されている。なお、粉体供給装置１００の幅方向における粉体材料の供給量割合の分布は、全供給量に対する幅方向２５ｍｍ毎の供給量割合を測定した。また、粉体供給装置１００の幅方向における成形体１４の密度の分布は、幅方向２０ｍｍ毎に成形体の密度を測定した。

＜実施例３＞
実施例３では、第３モータおよび第４モータの回転数を、第１モータ７および第２モータ８の回転数よりも５％小さい値に設定し、実施例２と同様の評価を行った。すなわち、第３モータおよび第４モータの回転数が４２８ｒｐｍに設定されている。粉体供給装置１００におけるその他の寸法、配置およびモータの回転数は、実施例２と同様である。

［実施例１～３および比較例１～２の比較］
図９および図１０を参照して、実施例１および比較例１～２における粉体材料の供給量割合の分布、および成形体の密度の分布について検討する。図９は、実施例１および比較例１～２の、粉体供給装置の幅方向における粉体材料の供給量割合の分布を示すグラフである。なお、粉体材料の供給量割合の測定方法は、次のとおりである。粉体供給装置１００を加圧成形機構１１から離した状態で、排出口４から排出される粉体材料を受けられる位置に、開口部の幅が２５ｍｍである４つの容器を幅方向に隙間なく並べる。この状態で、一定時間粉体材料を排出する。排出された粉体材料はすべて４つの容器に回収されているので、粉体材料の全排出量および各容器内に回収された粉体材料の重量を測定することにより、粉体材料の供給量割合の分布を計算している。なお、図９において、横軸は中心線２０を０としたときの幅方向における位置を表し、各容器の幅方向における中心位置に値をプロットしている。また、縦軸は粉体材料の供給量割合を単位ｗｔ％で表している。

図１０は、実施例１および比較例１～２の、幅方向における成形体密度の分布を示すグラフである。成形体密度の測定方法は、次のとおりである。成形体を材料供給方向に１０ｍｍの長さの短冊状に切り出し、さらにこの短冊状の成形体を幅方向における中心から両端に向かって１０ｍｍ毎に切断する。これにより得られた１０ｍｍ角の成形体の小片の密度を測定する。なお、両端部は幅が１０ｍｍに至らない場合があるが測定に影響はない。密度の測定にはアルキメデスの原理を用いる。具体的には、ｍｅｔｒａ－ｔｏｒｅｄｏ製の電子天秤および比重測定用キットを使用した。なお、他社製の同様の測定ツールを使用することもできる。また、置換液として流動パラフィンを用いて測定した。なお、図１０において、横軸は中心線２０を０としたときの幅方向の位置を表し、各小片の幅方向における中心位置に値をプロットしている。また、縦軸は成形体の密度を単位ｇ／ｃｃで表している。

また、図１１および図１２を参照して、実施例２および実施例３における粉体材料の供給量割合の分布、および成形体の密度の分布について検討する。図１１は、実施例２および実施例３の、粉体供給装置１００の幅方向における粉体材料の供給量割合の分布を示すグラフである。粉体材料の供給量割合の測定用法は、実施例１および比較例１～２の場合と同様である。図１１において、横軸は中心線２０を０としたときの幅方向における位置を表し、各容器の幅方向における中心位置に値をプロットしている。また、縦軸は粉体材料の供給量割合を単位ｗｔ％で表している。

図１２は、実施例２および実施例３の、幅方向における成形体密度の分布を示すグラフである。成形体密度の測定方法は、実施例１および比較例１～２の場合と同様であるが、成形体の小片は、幅方向における中心から両端に向かって２０ｍｍ毎に切断した。図１２において、横軸は中心線２０を０としたときの幅方向の位置を表し、各小片の幅方向における中心位置に値をプロットしている。また、縦軸は成形体の密度を単位ｇ／ｃｃで表している。

また、図１３は、実施例１～３、および比較例１～２の粉体材料の測定結果を集計した表である。なお、図１３における粉体材料の供給量割合のレンジとは、実施例１～３および比較例１～２における測定値の最大値と最小値との差である。同様に、成形体密度のレンジは、実施例１～３および比較例１～２における測定値の最大値と最小値との差である。

図１０および図１１を参照すると、比較例１～２に比べて、実施例１では、幅方向における中心線２０から離れた位置での粉体材料の供給量割合の低下、および成形体密度の低下が抑制されている。また、図１４の表に示すように、粉体材料の供給量割合のレンジ、および成形体の密度のレンジはともに、比較例１～２と比べて実施例１では小さくなっている。このため、２本のスクリューが同方向に回転する比較例１～２に比べて、実施例１のように、２本のスクリューを逆方向に回転させると、幅方向における粉体材料の供給量割合の均一性が向上すると考えられる。

また、図１３に示すように、実施例１に比べて、実施例２では、粉体材料の供給量割合のレンジおよび成形体の密度のレンジがさらに小さくなっている。このことから、２本のスクリューが配置されている場合に比べ、４本のスクリューが配置されている方が、幅方向における粉体材料の供給量の均一性が向上すると考えられる。また、実施例１では、評価幅が８０ｍｍであるのに対し、実施例２では評価幅が１８０ｍｍであることから、４本のスクリューが配置されている場合、高品質の成形体をより幅広に形成することができると考えられる。

また、図１１および図１２を参照すると、実施例２に比べて、実施例３では、幅方向における中心線２０付近ではピークにならず、また、幅方向における中心線２０から離れた位置での粉体材料の供給量割合および成形体の密度の低下が抑制されている。したがって、４本のスクリューが配置されている場合、内側のスクリューの回転数を外側のスクリューの回転数よりも小さくすると、幅方向における粉体材料の供給量割合および成形体の密度の均一性が向上すると考えられる。すなわち、第１モータ７および第２モータ８の回転数が４５０ｒｐｍに設定され、第３モータおよび第４モータの回転数が４５０ｒｐｍよりも小さい４２８ｒｐｍに設定されているとよい。図１３に示すように、粉体材料の供給量割合のレンジは実施例２よりも実施例３の方が小さいため、それぞれのスクリューの回転速度に差をつける制御方法によって、幅方向における粉体材料の供給量割合および成形体の密度の均一性がさらに向上すると考えられる。

［効果］
上述した実施の形態によると、スクリューの回転方向を調整することにより、筐体１内における幅方向の粉体材料２の密度が均一になるため、幅方向における粉体材料２の供給量の均一性を向上することができる。

また、第３モータおよび第４モータの回転数を第１モータ７および第２モータ８の回転数よりも小さい値に設定することにより、さらに、幅方向における粉体材料の供給量の均一性を向上することができる。

なお、本実施の形態に示す装置の構成や寸法は一例であり、本実施の形態により限定されるものではない。たとえば、本実施の形態では、２本または４本のスクリューを用いた粉体供給装置を例に説明をしたが、５本以上の複数のスクリューが配置されていても、同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態１において、排出口４から材料供給方向に向かって見たときに、第１スクリューは反時計回りに回転駆動され、第２スクリューは時計回りに回転駆動されているが、スクリューの回転方向はこれに限らない。たとえば、第１スクリューが時計回りに回転駆動され、第２スクリューが反時計回りに回転駆動されていてもよい。すなわち、第１スクリューと第２スクリューとが反対方向に回転していればよい。

このように、本開示の粉体供給装置および粉体供給方法を用いることにより、幅方向に均一な密度分布を持つ成形体を得ることが可能になる。

本開示の粉体供給装置は、粉体材料を加圧成形した後に、その粉末の融点以下の温度で熱処理をした焼結体を必要とする各種工業製品の高性能化に寄与する。特に、絶縁部品や電池材料の高性能化に有効である。

１筐体
２粉体材料
３導入口
４排出口
５第１スクリュー
５ａ第１スクリューシャフト
５ｂ第１フライト
６第２スクリュー
６ａ第２スクリューシャフト
６ｂ第２フライト
７第１モータ
８第２モータ
１０制御部
１１加圧成形機構
２５第３スクリュー
２６第４スクリュー

Claims

成形体を連続的に生成する加圧成形機構に粉体材料を供給する粉体供給装置であって、
前記粉体材料が供給される導入口と、前記粉体材料が排出される排出口とを有する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第１スクリューと、
前記筐体の内部に前記第１スクリューと並列に配置され、前記第１スクリューと反対方向に回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第２スクリューと、
前記第１スクリューと同じ方向に回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第３スクリューと、
前記第２スクリューと同じ方向に回転駆動されることにより、前記排出口に前記粉体材料を搬送する第４スクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記第１スクリューを回転駆動する第１モータ、および前記第２スクリューを回転駆動する第２モータと、
を備え、
前記筐体の内部の、前記粉体材料の搬送方向から見たときに中央より一方側に前記第１スクリューが配置され、前記搬送方向から見たときに中央より他方側に前記第２スクリューが配置され、前記一方側において、前記第１スクリューの内側に前記第３スクリューが配置され、前記他方側において、前記第２スクリューの内側に前記第４スクリューが配置される
粉体供給装置。
前記第１スクリューは、前記搬送方向から見たときに時計回りに回転駆動され、
前記第２スクリューは、前記搬送方向から見たときに反時計回りに回転駆動される
請求項１に記載の粉体供給装置。
前記第１スクリューは、第１スクリューシャフトと、前記第１スクリューシャフトの外周に右ねじの螺旋状に形成された第１フライトと、を有し、
前記第２スクリューは、第２スクリューシャフトと、前記第２スクリューシャフトの外周に左ねじの螺旋状に形成された第２フライトと、を有する
請求項２に記載の粉体供給装置。
前記第３スクリューは、第１スクリューシャフトと、前記第１スクリューシャフトの外周に右ねじの螺旋状に形成された第１フライトと、を有し、
前記第４スクリューは、第２スクリューシャフトと、前記第２スクリューシャフトの外周に左ねじの螺旋状に形成された第２フライトと、を有する
請求項２または３に記載の粉体供給装置。
さらに、
前記第３スクリューを回転駆動する第３モータと、
前記第４スクリューを回転駆動する第４モータと、
を備え、
前記第３モータおよび前記第４モータの回転数は、前記第１モータおよび前記第２モータの回転数よりも小さい
請求項１から４のいずれか１項に記載の粉体供給装置。