JPH0624556A

JPH0624556A - 微量粉末連続供給装置

Info

Publication number: JPH0624556A
Application number: JP17869192A
Authority: JP
Inventors: Taichi Yamaguchi; 太一山口; Shinya Aoki; 伸哉青木; Akira Kagawa; 昭香川; Tsukasa Kono; 宰河野; Shigeo Nagaya; 重夫長屋; Toshio Inoue; 俊夫井上
Original assignee: Fujikura Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Fujikura Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1994-02-01
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: JP3127045B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】一端部が閉塞されたシリンダ２５と、開口部
をシリンダ２５に嵌挿された筒状のピストン２６と、シ
リンダ２５を貫通してピストン２６の内部に配置された
キャリアガスの導入管２９と、シリンダ２５を貫通して
ピストン２６の内部側に配置された導出管３０と、ピス
トン２６を摺動させる移動機構２７とを具備し、ピスト
ン２６の内部には、原料粉末の収納部が設けられてなる
微量粉末連続供給装置。【効果】本発明によれば、導入管からキャリアガスを
導入することにより微量の粉末を移送することができ、
また、ピストンを移動させることにより粉末の量を変え
ることができるので、長時間にわたり安定して原料粉末
を供給することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微量の原料粉末を連続的
に供給することができる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】臨界温度（ＴＣ）が液体窒素温度（約７
７Ｋ）を超える値を示す酸化物超電導体として、例え
ば、ＹＢａＣｕＯ系、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ系、ＴｌＢａ
ＣａＣｕＯ系などの酸化物超電導体が知られている。そ
して、これらの酸化物超電導体を電力輸送、超電導マグ
ネット、超電導デバイスなどの種々の超電導応用機器に
適用するべく種々の研究がなされている。このような酸
化物超電導体の製造方法の１つとして、化学気相蒸着法
（ＣＶＤ法）などの成膜手段によって基材表面に酸化物
超電導薄膜を形成する方法が知られている。この成膜手
段により形成した酸化物超電導層は、バルク材を加工し
た超電導体に比較して臨界電流密度（Ｊｃ）が大きく、
優れた超電導特性を有することが知られている。また、
前記ＣＶＤ法は、スパッタなどの成膜手段よりも短い時
間で、より厚い膜を形成することができる手段として注
目されている。

【０００３】このようなＣＶＤ法による酸化物超電導体
の製造方法において使用される原料化合物は、酸化物超
電導体を構成する各元素のアセチルアセトン化合物、ヘ
キサフルオロアセチルアセトン化合物などのジケトン化
合物、シクロペンタジエニル化合物などの有機金属錯体
が用いられている。たとえば、ＹＢａＣｕＯ系酸化物超
電導体の製造用原料としては、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの各元素
の2,2,6,6テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン（以下、Ｄ
ＰＭという）化合物、即ち、Ｙ（ＤＰＭ）₃、Ｂａ（Ｄ
ＰＭ）₂、Ｃｕ（ＤＰＭ）₂などが挙げられる。

【０００４】図５は酸化物超電導体製造に用いられてい
る従来のＣＶＤ装置のガス供給部の一例を示すものであ
る。このガス供給部は、Ｙ（ＤＰＭ）₃、Ｂａ（ＤＰ
Ｍ）₂、Ｃｕ（ＤＰＭ）₂の各化合物粉末を混合した混合
粉末１をアルゴンガスなどのキャリアガス２で一定量ず
つ搬送するための粉末フィーダ３と、粉末フィーダ３か
ら搬送された混合粉末２をそれらの気化温度以上に加熱
するヒータ４を備えた気化器５を備えて構成されてい
る。また、粉末フィーダ３は、混合粉末１を収納した密
閉容器３ａと、この密閉容器３ａに挿通されたキャリア
ガスの導入管３ｂと排出管３ｃとを備えて構成されてい
る。

【０００５】前記粉末フィーダ３の内部には、キャリア
ガス２が導入管３ｂを介して吹き込まれ、続いて粉末を
含むキャリアガスが排出管３ｃにより排出されて気化器
５に搬送される。気化器５に搬送された混合粉末１はヒ
ータ４で加熱されて気化し、気化したガス６はキャリア
ガスとともに図示略の反応チャンバ内に供給されるよう
になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら酸化物超
電導体において、Ｙ系にあっては、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x
なる組成、Ｂｉ系にあっては、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ
_xなる組成のように特定の組成範囲のものしか超電導特
性を示さないために、これらの超電導薄膜をＣＶＤ法に
より製造するためには、前記原料粉末を規定量、連続的
に安定した状態で反応チャンバ内に供給し、安定した状
態で反応させて成膜しなくてはならない。ところが、図
５に示す粉末フィーダ３の構造では、混合粉末１の量が
少なくなってきて導入管３ｂの先端位置および導出管３
ｃの先端位置と粉末１の位置との相対位置が変化する
と、搬送できる粉末量に変動を生じるために、長時間に
わたって規定量の混合粉末を搬送できない問題があっ
た。

【０００７】また、一般に、定量の粉末供給装置として
使用されているものに、図６に示す構成の超音波振動式
粉末フィーダと図７に示す構成のブラシメッシュ式粉末
フィーダがある。図６に示す装置は、原料粉末７を収納
したホッパ８と、このホッパ８の出口部に設けられた滑
り台９と、滑り台９の下部に設けられた超音波振動子１
０とを具備してなり、超音波振動子１０を用いて滑り台
９を振動させ、原料粉末７を滑り台９に沿って移動させ
て供給するものである。この装置は、超音波振動子１０
の振幅や振動数、ホッパ８の形状、滑り台９の傾斜角度
などをパラメータとしてそれぞれを調整し、粉末の供給
速度を調節するものである。ところが、図６に示す従来
装置は、減圧された雰囲気の配管などに粉末を供給する
ことはできない上に、数ｍｇ／分などの精度で粉末を供
給できない問題がある。

【０００８】図７に示す装置は、粉末１２を収納したホ
ッパ１３と、ホッパ１３の出口部１３ａに回転自在に設
けられた回転ブラシ１４と、ホッパ１３の出口部１３ａ
に設けられたメッシュ１６を具備してなり、回転ブラシ
１４の回転によりホッパ１３の出口部１３ａから粉末を
供給する装置である。この装置は、回転ブラシ１４の回
転速度、ホッパ１３の出口部１３ａの口径などを調整す
ることにより、数ｍｇ／分の精度で混合粉末を供給でき
る装置である。ところが、図７に示す従来装置は、減圧
された雰囲気の配管などに粉末を供給することはできな
いとともに、回転ブラシ１４とメッシュ１６との間の摩
擦力により柔らかい原料粉末（例えば、前記ＣＶＤ装置
で用いるＹ（ＤＰＭ）₃、Ｂａ（ＤＰＭ）₂、Ｃｕ（ＤＰ
Ｍ）₂粉末）をすり潰してしまう問題があった。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、減圧雰囲気の装置内に数ｍｇ／分の割合で原料粉
末を長時間、低速供給することができる微量粉末連続供
給装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、一端部が閉塞され他端部が開
口された筒状のシリンダと、一端部が開口され他端部が
閉塞され、開口部を前記シリンダの内部側に向けてシリ
ンダの開口部側に摺動自在に嵌挿された筒状のピストン
と、前記シリンダを貫通してピストンの内部側に配置さ
れたキャリアガスの導入管と、前記シリンダを貫通して
ピストンの内部側に配置された導出管と、前記ピストン
をシリンダに沿って上下に摺動させる移動機構とを具備
してなり、前記ピストンの内部には、原料粉末の収納部
が設けられてなるものである。

【００１１】

【作用】ピストンに収納した原料粉末に導入管からキャ
リアガスを吹き掛けて舞い上がらせ、この舞い上がった
粉末を排出管で移送するので、微小量の原料粉末が移送
される。また、ピストンを移動させて導入管と原料粉末
の相対位置を変えることで、ピストン内で舞い上がる原
料粉末の量が変動するので、排出管で移送できる原料粉
末量が変化する。従って原料粉末量の減少に応じてシリ
ンダの位置を変えることで、長時間にわたり安定した量
の原料粉末が移送されるとともに、シリンダ位置の変更
により原料粉末供給量を調整できる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る微量粉末連続供給装置
の一実施例を備えた成膜用ＣＶＤ装置の一例の全体構成
を示す。図中符号２０は、微量粉末連続供給装置を示
し、この微量粉末連続供給装置２０には、バブラ２１と
気化器２２と成膜装置２３とが接続されている。

【００１３】前記微量粉末連続供給装置２０は、筒状の
シリンダ２５と、この導入管２５の下部に摺動自在に挿
入された筒状のピストン２６と、このピストン２６を上
下移動させる移動機構２７と、シリンダ２５の上部に取
り付けられた導入ロッド２８と、この導入ロッド２８に
挿入されたキャリアガスの導入管２９および導出管３０
とを具備して構成されている。

【００１４】前記シリンダ２５は、その上端部が閉じら
れ、その下端部が開口された筒状のもので、その上端部
側面には、サポートガスの供給口２５ａが形成されてい
る。この供給口２５ａは、液状のテトラヒドロフラン
（ＴＨＦ）を収納したバブラ２１に接続され、このバブ
ラ２１にはアルゴンガスなどのサポートガスの供給源３
１が接続されいて、ＴＨＦを含むガスをシリンダ２５に
供給できるようになっている。前記ピストン２６は、そ
の上端部が開口され、その下端部が閉じられた筒状のも
ので、その上部は前記シリンダ２５の下部側に摺動自在
に挿入され、ピストン２６がシリンダ２５の開口部を気
密に閉じている。また、ピストン２６の内部には、酸化
物超電導体製造用の原料粉末Ａ、例えば、ＹＢａＣｕＯ
系酸化物超電導体製造用のＹ（ＤＰＭ）₃、Ｂａ（ＤＰ
Ｍ）₂、Ｃｕ（ＤＰＭ）₂の各粉末などが収納されてい
る。

【００１５】前記移動機構２７は、ピストン２６の下端
部に接続されたラック部材２７ａと、このラック部材２
７ａにかみ合うピニオンギア２７ｂと、このピニオンギ
ア２７ｂを正逆回転させる図示略のモータとを具備して
なり、ピニオンギア２７ｂを正逆回転させることにより
ピストン２６を上下移動できるようになっている。前記
導入ロッド２８は、シリンダ２５の天井壁を貫通してシ
リンダ２５の下端部側まで延出されたもので、その上端
部は閉じられ、その下端部は開口されている。また、導
入ロッド２８の外周面とピストン２６の内周面との間に
は、隙間Ｄがあけられている。前記導入管２９と導出管
３０は、それぞれ導入ロッド２８の天井部を貫通して導
入ロッド２８の下端部近傍まで延出されている。導入管
２９はキャリアガスの供給源２９ａに接続されてキャリ
アガスをピストン２６の内部に供給できるようになって
いるとともに、導出管３０は気化器２２に接続されてい
る。前記気化器２２は、外周部にヒータ３３を備え、導
出管３４を介して成膜装置２３に接続されていて、内部
に搬送されてきた粉末を含むガスを加熱して粉末を気化
させ、気化された混合ガスを成膜装置２３に送ることが
できるようになっている。

【００１６】本実施例で用いている成膜装置２３は、図
４に詳細に示すように、横長の反応チャンバ４０と、そ
の中央上部に設けられた上窄まり状のガス拡散部４１
と、反応チャンバ４０の両端部に接続された排気管４
２、４２と、排気管４２、４２に接続された排気ポンプ
２４を具備して構成されている。

【００１７】反応チャンバ４０の両端部には、基材移送
装置４３が設けられるとともに、反応チャンバ４０の内
部には加熱ヒータ４４を組み込んだ横長の熱伝導プレー
ト４５が設けられていて、基材移送装置４３が反応チャ
ンバ４０の内部に送り込んだ長尺の基材４６を熱伝導プ
レート４５に沿って移動できるようになっている。ま
た、前記加熱ヒータ４４には温度制御装置４７が接続さ
れていて、基材４６の温度を所望の温度に制御できるよ
うになっている。

【００１８】前記構成の成膜装置２３は、加熱ヒータ４
４による加熱と排気管４２、４２による排気により、図
４に示す熱伝導プレート４５の中央部側に反応領域４８
を形成し、熱伝導プレート４５の左側に予熱領域４９を
形成し、熱伝導プレート４５の右側に徐冷領域５０を形
成することができるとともに、上窄まり状のガス拡散部
４１により前記反応領域４７の全体に原料混合ガスを均
一に供給できるようになっている。

【００１９】次に前記微量粉末連続供給装置２０とバブ
ラ２１と気化器２２と成膜装置２３を用いて酸化物超電
導体を製造する方法について説明する。前記各装置の内
部を真空排気する前にピストン２６をシリンダ２５から
抜き出して酸化物超電導体製造用の混合粉末を内部に投
入し、それからピストン２６をシリンダ２５に挿入す
る。次いで気化器２２と成膜装置２３の内部を真空排気
して成膜に都合の良い減圧雰囲気とした後で製造を開始
する。

【００２０】まず、供給源２９ａから出されたアルゴン
などのキャリアガスを導入管２９を介してピストン２６
内の混合粉末Ａに吹き掛ける。すると、混合粉末Ａの一
部が舞い上がり、導入管２９と混合粉末Ａとの間の空間
にガスと粉末の混じった空間ｈが図３に示すように形成
される。また、同時に供給源３１から出されたサポート
ガスを供給口２５ａからシリンダ内部に供給する。この
サポートガスは図３の矢印（ｉ）に示すように隙間Ｄを
移動して前記舞い上がった混合粉末Ａを上方から抑え、
混合粉末を空間ｈに閉じ込める作用を奏する。

【００２１】次に前記のように空間ｈに閉じ困られてい
る混合粉末は減圧されている気化器２２側に自動的に導
出管３０を介して吸い出されて移送される。なお、混合
粉末Ａを長時間排出すると混合粉末Ａの分量が減少して
導入管２９の先端部と混合粉末Ａとの間の間隔が変動す
るので、移動機構２７によりピストン２６を徐々に上昇
させて導入管２９の先端部と混合粉末Ａとの距離を適正
値に保持する。このようにすることで、長時間にわた
り、安定した原料粉末Ａの供給量を確保することができ
る。なお、導入管２９から噴き出すガスの圧力と速度を
一定とすると、混合粉末Ａを気化器２２に送る際の量は
導入管２９の先端と混合粉末Ａ上面との間隔の大小に応
じて変化する。よってピストン２６の上下位置を調整す
ることで粉末供給量を調整することができる。ただしこ
の場合に前記間隔には上限と下限があるので、それらの
範囲内で調整するものとする。

【００２２】次に、気化器２２に送った混合粉末入りの
キャリアガスを気化器２２のヒータ３３で所定の温度に
加熱して混合粉末を気化すると原料混合ガスを得ること
ができ、この原料混合ガスを成膜装置２３に送ることで
成膜装置２３において基材４６上に酸化物超電導層を形
成することができる。

【００２３】成膜装置２３の内部においては、加熱ヒー
タ４４による加熱と、排気管４２、４２からの排気作用
により、予熱領域４９と反応領域４８と徐冷領域４９が
形成されているので、基材４６は予熱領域４９で徐々に
加熱され、反応領域４８で安定な温度で原料混合ガスが
反応して基材４６上に膜が堆積し、次いで徐冷領域４９
で徐冷される。よって、基材４６が反応領域４８を通過
した後に冷却される際に、基材４６と酸化物超電導層と
の熱膨張率の違いによる応力が作用しにくいので、酸化
物超電導層に熱ストレスがかからない。よって成膜後に
酸化物超電導層にクラックが入らない。

【００２４】また、前記構成の粉末供給装置２０を使用
するならば、導入管２９と導出管３０の内径を最適に設
計し、ピストン２６内の空間ｈに混合粉末Ａが舞い上が
るようにさえすれば、減圧した気化器２２に対し自動的
に混合粉末を供給することができる。また、混合粉末の
供給精度に関し、ピストン２６の上方への移動速度を変
えることにより供給率を自由に変更することができる。
なお、導入管２９および導出管３０の内径と導入するキ
ャリアガスによって一定の供給量上限と下限が生じる
が、この限界内ならばピストン２６の移動速度と混合粉
末Ａの供給速度は比例関係となる。なおまた、バブラ２
１から供給されたＴＨＦガスは混合粉末を気化する際の
分解を抑制する作用を奏する。更に、ピストン２６に収
納された混合粉末Ａを排出する際に、図６と図７に示す
従来装置とは異なり、混合粉末Ａが機械部品には接触し
ないので、機械的な摩耗の問題は生じない。

【００２５】（製造例）図１に示す装置を用いて長尺基
材上に酸化物超電導層を形成した。マスフローコントロ
ーラに接続したキャリアガスの導入管の外径を０.８ｍ
ｍ、導出管の外径を０.８ｍｍ、導入ロッドの外径を６
ｍｍとし、ガラス製のシリンダを用いた。ピストンの内
径を８ｍｍとし、ピストンの外周面と導入ロッドの外周
面との隙間を１ｍｍとし、移動機構駆動用に定速モータ
を用いてピストンを低速１ｍｍ／分で上昇させた。ま
た、供給管からキャリアガスとしてアルゴンガスを３０
ｓｃｃｍでシリンダに供給し、供給口からサポートガス
としてＴＨＦガス／アルゴンガスを３０ｓｃｃｍでシリ
ンダに供給した。気化器の温度を２５０℃、系の圧力を
５〜８ｍｍＨｇ、ＣＶＤ反応チャンバの温度を８００
℃、原料混合粉末として平均粒径２５０μｍのＹ（ＤＰ
Ｍ）₃、Ｂａ（ＤＰＭ）₂、Ｃｕ（ＤＰＭ）₂の各粉末の
混合粉末を用いた。

【００２６】前記条件で装置を作動させたところ、８０
〜１２０ｍｇ／時間の割合で原料粉末を成膜装置に送る
ことができ、反応チャンバに送ったＹＳＺ（イットリウ
ム安定化ジルコニア）付きのハステロイ基材上に、Ｙ₁
Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xなる組成の厚さ０.８μｍのＹ系酸化物
超電導層を形成することできた。この超電導層の臨界温
度は９１.５Ｋであった。なお、シリンダに供給するキ
ャリアガスとサポートガスの流量を前記の値としたまま
でピストンを上下に移動させることで、導出管を介して
行なう原料粉末の供給量を５０〜３００ｍｇ／時間の範
囲で変更することができた。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ピ
ストンに収納した原料粉末に導入管からキャリアガスを
吹き掛けてピストン内で舞い上がらせることができ、こ
の舞い上がらせた原料粉末を導出管で移送できるので、
微小量の原料粉末を移送することができる。また、ピス
トンを移動させて導入管と原料粉末の相対位置を変える
ことで、ピストン内で舞い上がらせる原料粉末の量を変
動できるので、導出管で移送できる原料粉末量を変化さ
せることができる。従って例えば、原料粉末量の減少に
応じてシリンダの位置を変えることで、長時間にわたり
安定した量の原料粉末を移送することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る粉末供給装置を備えたＣＶ
Ｄ装置の全体構成を示す図である。

【図２】図２は本発明に係る粉末供給装置の一実施例を
示す断面図である。

【図３】図３は図２に示す装置の要部拡大断面図であ
る。

【図４】図４は図２に示す装置を接続するＣＶＤチャン
バの一例を示す構成図である。

【図５】図５は従来の粉末供給装置の一例を示す構成図
である。

【図６】図６は従来の粉末供給装置の他の例を示す構成
図である。

【図７】図７は従来の粉末供給装置の別の例を示す構成
図である。

【符号の説明】

２０微量粉末連続供給装置、２２
気化器、２３成膜装置、２５
シリンダ、２６ピストン、
２７移動機構、２９供給管、
３０導出管、Ａ混合
粉末、ｈ空間、４６
基材、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者香川昭東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者河野宰東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者長屋重夫愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地の１中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者井上俊夫愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地の１中部電力株式会社電力技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端部が閉塞され他端部が開口された筒
状のシリンダと、一端部が開口され他端部が閉塞され、
開口部を前記シリンダの内部側に向けてシリンダの開口
部側に摺動自在に嵌挿された筒状のピストンと、前記シ
リンダを貫通してピストンの内部側に配置されたキャリ
アガスの導入管と、前記シリンダを貫通してピストンの
内部側に配置された導出管と、前記ピストンをシリンダ
に沿って上下に摺動させる移動機構とを具備してなり、
前記ピストンの内部には、原料粉末の収納部が設けられ
てなることを特徴とする微量粉末連続供給装置。