JPH11208891A - 粉体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】微小粉体送給の送給量を制御可能な粉体供給装
置を提供する。 【解決手段】粉体容器３に接続した中空細管状の粉体流
出管２と、粉体容器３と粉体流出管２を振動させる圧電
振動子による振動発生手段４と、圧電振動子を駆動させ
る周波数可変の電源装置５から構成され、粉体流出管か
ら微量の粉体を流出させるようにした構造の粉体供給装
置１。また、振動周波数は可聴波領域が１０〜１０００
ヘルツ程度とし、粉体流出管２の形状や、粉体物性に合
わせて、任意の振動周波数幅が選択できる。また、この
周波数の間の任意の範囲で周期的かつ自動的に変化する
ようにすることによって定在波の腹部と節部の位置が変
化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は構造が簡単な粉体の
供給装置、特に、極微量の粉体を安定して狭あい場所に
連続供給しうる粉体供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、極微量の粉体を連続供給する方法
としては、中空状の細管で製作した粉体流出管を粉体搬
送体として用い、粉体流出管の中空部分に粉体を入れ、
あるいは粉体を収容した容器に連結して、これを人力で
連続的に振動を与え、あるいは、振動発生装置を装着し
て連続的に一定の周波数で低周波振動を与えることによ
り、粉体流出管の内壁と粉体との間、あるいは容器の壁
面と粉体との摩擦を減じると共に、粉体粒子相互の付着
を破壊して、粉体に作用する重力によって粉体を自重落
下させる方法が用いられていた。

【０００３】この方式は粉体搬送体や容器を外部から振
動させると、図４に示すように粉体搬送体や容器の構成
体の物性や形状あるいは端部で発生する反射波により複
雑な振動が発生し、振幅の大きい腹部分と振幅の小さい
節部分とを有する定在波が発生し腹部分から粉体Ｐが剥
離し、節部分に粉体Ｐが移動するという原理によるもの
である。

【０００４】また、粉体搬送体や容器はその形状や物性
によって定まる固有の振動数を持っており、外部から与
える振動数がこの固有振動数に近づくと振動振幅が大き
くなり、同一になると大きく振動するという共振現象を
利用して粉体を搬送体壁から遊離させるものである。

【０００５】粉体を振動させると、振動数と粉体の形状
や物性によって粒子の塊状化を加速したり、逆に塊状化
を破壊したりする現象がある。しかし、粉体の各粒子の
粒径や形状、あるいは重量や摩擦力等の性状はある範囲
の広がりでばらついているのが一般的であり、特に極微
量の粉体搬送体として細管を用い、細管の中空内径が１
ミリメートル以下の粉体流出管を用いる場合、粉体流出
管を叩く方法や一定周波数の低周波で振動させる従来方
法では、粉体粒子の性状のばらつきが、粉体粒子相互の
付着力を増加させ、様々な形状や質量の塊状粉体とな
り、細管内壁の流出抵抗となり、粉体のスムーズな流出
を妨げる場合がある。また粉体流出管の管長が長くなる
ほど摩擦抵抗が増加しスムーズな流出を困難にしてい
た。

【０００６】そして、粉体流出管に粉体が詰まり流出が
停止した場合は、細い針金等で粉体流出管の中空内面を
つついて清掃する必要があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる課題
を解決し、安定して極微量の粉体を供給する粉体供給装
置特に微小流量の制御の可能な粉体供給装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するため検討した結果なされたもので、粉体容器と
これに接続した粉体流出管よりなる粉体供給機構に振動
周波数が変化する振動発生装置を装着し、振動発生装置
が停止時は、粉体は粒子相互および粉体粒子と粉体供給
機構との接触面の付着力ないし摩擦力により流動漏出が
停止し、振動発生装置の駆動によって粉体供給機構が振
動して粉体容器から粉体が粉体流出管に移行すると共に
粉体流出管から外部に落下流出するように構成されてな
ることを特徴とする粉体供給装置である。

【０００９】また、その振動発生装置は圧電振動子、磁
歪振動子、電磁振動子またはモーターによる回転振動器
とする構造の粉体供給装置である。

【００１０】

【作用】本発明は、粉体流出管または粉体容器に装着さ
れた振動発生装置の振動数を変化させることにより、粉
体を粉体流出細管内で詰まらせること無しに連続的に流
出させる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１ないし図１
１を用いて説明する。

【００１２】図１は本発明の粉体供給装置１で、粉体供
給装置１は中空細管形状の粉体流出管２、粉体容器３、
振動発生装置４、周波数可変交流電源５から構成されて
いる。

【００１３】図１では、粉体流出管２の上部開口部２ａ
は、粉体容器３の粉体出口３ａに連結され、粉体流出管
２の下端流出開口部２ｂは大気に開放されている。粉体
流出管２の管内径は、静止時は粉体粒子相互および粉体
と粉体流出管管壁との摩擦ないし付着力により粉体が落
下流出しない寸法となっている。

【００１４】粉体容器３と粉体流出管２の接続方法は、
これらに加える振動によっても外れないように、挿入、
はめ込み、圧接、ねじ込み、接着等の構造で、粉体供給
時に粉体が連結部分から外部に漏出することが無く粉体
容器３から粉体流出管２へスムーズに移動するようにな
っている。

【００１５】そして、粉体容器３の上部に振動発生装置
４が配設され、駆動体として圧電振動子が装着されてい
る。振動発生装置４と粉体容器３の装着方法は、挿入、
はめ込み、圧接、ねじ込み、接着等のいずれでも、振動
発生装置４から粉体容器３に、さらに粉体流出管２に振
動が伝わり、粉体容器３と粉体流出管２を振動させる構
造になっている。

【００１６】振動発生装置４としては圧電振動子、磁歪
振動子、電磁振動子またはモーターによる回転振動器が
用いられるが、周波数を簡単に変化させ易い圧電振動子
が好ましい。圧電振動子の場合、電圧はピーク対ピーク
０〜５００ボルトの交流電源５によって交流電圧が印加
される。周波数は１０ヘルツ〜１０００ヘルツ程度の可
聴波領域の振動周波数が好ましい。

【００１７】振動発生装置４は交流電源５によって交流
電圧が印加される。振動周波数は可聴波領域が好まし
く、１０〜１０００ヘルツ程度とし、粉体流出管２の形
状や、粉体の粒径や付着性や質量等の粉体物性に合わせ
て、任意の振動周波数幅が選択できる機構とすることが
望ましい。また、この周波数の間の任意の範囲で図８に
示すように周波数が周期的かつ自動的に変化するように
するとよい。周波数の変化は連続的でも断続的でもよ
い。また繰り返し時間は一定であっても不規則であって
もよい。これによって定在波の腹部と節部の位置が変化
する。

【００１８】振動発生装置４の圧電振動子に与える交流
の波形は正弦波、矩形波、台形波、鋸歯波等のいずれで
もよく、混合されたものでもよい。また印加時間はパル
ス的に変化させてもよい。

【００１９】振動発生装置４の圧電振動子は、図１のよ
うに粉体容器３および粉体流出管２の中空中心軸を重力
方向、反重力方向に往復振動させるように取り付けられ
る。この振動は可聴波領域の振動減衰の小さい低周波で
あり、図２のように粉体容器３を往復振動させ、粉体容
器３に連結された粉体流出管２を同時に上下振動させる
とともに、図３のように細管状体の粉体流出管２を中空
軸の直角方向に振動させる。またこの振動は、粉体容器
３から粉体流出管２への粉体取込の作用にも寄与する。

【００２０】振動発生装置４の圧電振動子は、図３に示
すように粉体容器３および粉体流出管２の中空中心軸の
直角平方向に往復振動させるように取り付けてもよい。

【００２１】振動発生装置４の圧電振動子としては、図
５に示すように厚み０．２〜１ミリメートルのセラミッ
クＰＺＴ６の両面に電極７、７を添着するとともに、厚
さ０．１〜０．３ミリメートルの金属板８を張り合わせ
た単一板（ユニモルフ）を用いることができる。電極間
に電圧を印加することでセラミックは伸縮するが、片面
が金属板８に張り付けられているので、張り付け面の収
縮が抑えられて図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ユニ
モルフが反り返り運動を繰り返して、可聴波領域周波数
の振動発生する。

【００２２】また、図５では圧電振動子は一層のみであ
るが図７に示すように金属板８を挟んだ２個のサンドイ
ッチタイプ（バイモルフタイプ）にすればさらに励起振
動量は大きくでき、粉体容器３に伝わる振動も大きくな
り振動効率をあげることが出来る。

【００２３】粉体供給管２と粉体容器３の部材として
は、可聴波領域周波数振動で減衰の小さい材質すなわち
金属材料やガラス材や、ポリアクリル酸エステル、ナイ
ロン、フロン樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレ
ン、ポリスチロール等の硬質プラスチック材料製が好ま
しい。

【００２４】粉体容器３の粉体出口と粉体流出管２の粉
体入口との接続部は、中心軸を一致させることが好まし
いが、粉体移動が可能で接続部で外部に粉体が流出しな
い構造であれば必ずしも中心軸が合っていなくても良
い。また必ずしも、粉体流出管２の内部中空部断面が円
形である必要はなく、端部以外に開口部を持たない構造
であればよい。また、粉体流出管２は粉体の流れ抵抗を
少なくするために直管が好ましいが、曲管でもよい。

【００２５】また、粉体流出管２の中空軸は水平または
粉体出口側を下方にし傾斜した状態に設置してもよい
が、垂直方向にすると、粉体自身の落下重力が有効に働
き振動効果が向上する。

【００２６】本発明装置によって粉体を極微量流出させ
るには、振動発生装置４を可聴波領域低周波で駆動す
る。

【００２７】交流電源５で発生する可聴波領域低周波は
一定周波数に固定した周波数固定モードと、図８に示す
ように任意の２周波数の間を一定時間内に繰り返し変化
する周波数変化モードの二つの周波数モードに切り替え
られるようになっている。周波数変化モードにするとこ
の周波数幅間の周波数変化により、粉体流出管２と粉体
容器３に発生する定在波の節発生場所と腹発生場所は変
化移動し、粉体移動の流動性が高めることが出来る。

【００２８】さらに、この周波数幅の間に粉体流出管２
と粉体容器３の固有振動数が入っていると共振現象によ
り振動は強まり、粉体の流動性は一層高まる。

【００２９】この方法により、粒子性状のばらついてい
るの粉体でも、周波数の変化による細管管壁の節部と腹
部の位置の移動により粉体粒子塊を破壊して粉体粒子の
流動性を高め、粉体粒子を管壁から剥離し、粉体は粉体
流出管２の開口部から連続して外部に流出する。また、
粉体容器３の管壁でも粉体流出管２の管壁と同様の現象
により、粉体容器３から粉体流出管２への粉体の移動を
加速することになる。また、交流電源５の電圧を高くし
て振動振幅を大きくすると粉体の動きが大きくなり、電
圧を低くして振幅を小さくすると粉体の動きが小さくな
るので、電圧を変化させることにより振動振幅を変化さ
せて流出量を制御することができる。

【００３０】本発明は他の構造とすることができる。図
９は振動発生装置４ａを粉体容器３に装着すると共に、
粉体流出管２に振動伝達杆１１を介して振動発生装置４
ｂを連結したものである。この場合振動発生装置のいず
れか一方は周波数を変える必要はない。また、粉体が重
力によって塊状化するのを防止するためにあるいは塊状
化したものをほぐすために、粉体容器３の下方に網状の
スクリーン１２を設けることも好ましい方法である。

【００３１】図１０は本発明を粉体移動用シュート板９
に適用した例を説明する図である。付着性粉体に用いる
粉体移動用シュート板は、粉体の付着防止のため振動器
を装着するケースが多い。しかし、従来の振動器ではシ
ュート板を振動させても周波数が固定のため振動シュー
ト板の腹部分と節部分が一定位置に固定してしまい、粉
体は節部分に移動するものの、節部分位にたまった粉体
の移動が困難で効率が悪かった。

【００３２】粉体移動用シュートに本発明を適用すれ
ば、振動シュート板９の振動の腹部分と節部分が常に変
動するので効率よく粉体を移動できる。また、板状材料
で製作された粉体容器でも同様の働きが期待できる。

【００３３】図１１は本発明を粉体ふるい１０に適用し
た例を説明する図である。ふるいを構成する網を一定周
波数で振動させると網に腹部分と節部分が発生する。こ
の場合、振動周波数が固定であると網上の腹部分と節部
分位置は一定場所に固定し、当然振動の大きい腹部分で
は粉体落下効果が大きいが、振動の小さい節部分では粉
体落下効率が落ちる。

【００３４】粉体ふるいに本発明を適用すれば、ふるい
の網上の腹部分と節部分が常に変動するので網の各部分
で効率よく粉体を落下できる。

【００３５】

【実施例】粉体流出管２は金属製の注射針と粉体容器３
はポリプロピレン製の注射器を用いて図１に示す装置を
製作した。粉体流出管２は、細管部分の外径８ミリメー
トル内径４ミリメートル、長さを３０ミリメートルとし
注射器の注射針接続口に装着した。粉体容器３は厚さ１
ミリメートル内径２５ミリメートル、長さ１５０ミリメ
ートルとし、注射器の上部開口部に可聴波領域周波数振
動発生手段の振動発生装置４の圧電振動子を圧接した。

【００３６】実験には日本粉体技術協会製の基準粉体の
白色溶融アルミナのナンバー２粉体（酸化アルミニウム
成分９９パーセント中位径５ミクロン）３グラムを用い
た。

【００３７】交流電源５の波形は正弦波とし電圧はピー
ク対ピーク２１０ボルトとし、測定時間は３０秒間とし
て、周波数固定モードと周波数変化モードの二つの振動
状態での粉体流出管２からの粉体流出重量を３回ずつ観
察し測定し比較した。

【００３８】周波数固定モードでは振動周波数を４００
ヘルツで固定した。周波数変化モードはで周波数を２０
０ヘルツから４００ヘルツまでを１秒間で連続的に変化
させ、次の１秒間で４００ヘルツから２００ヘルツまで
連続的に変化させ、これを連続的に３０秒間繰り返し
た。

【００３９】周波数固定モードの流出量測定結果は１回
目２０ミリグラム、２回目６ミリグラムで流出停止、３
回目は３４ミリグラムとかなりばらついた。２回目途中
で粉体流出が止まった状態で周波数変化モードに切り替
えると、粉体流出管２の内部詰まりを細針等で清掃しな
くとも７秒後に流出を再開した。

【００４０】次に、周波数変化モードの実験を行った。
この場合の流出状態は周波数が高い場合に流出量が多
く、周波数が低い場合は流出量が少なくなる状態が観察
されたが、途中で止まることなく、流出量は１回目７３
ミリグラム、２回目７９ミリグラム、３回目は７１ミリ
グラムと流出量も多く、また安定した流出量であった。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、細
管を粉体流出管として極微量の粉体を安定して連続的に
供給することができ、細長容器や小型容器の内部に粉体
が充填でき、狭小場所にも粉体を安定して供給出来る。
また底部に細孔を加工した容器にも応用できるし、粉体
移動用シュート板や粉体ふるいに応用すればこれらの粉
体機器の効率を上げることができる等様々な粉体機器に
広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の縦断面図。

【図２】粉体流出管と粉体容器の上下振動の説明図。

【図３】粉体流出管の定在波振動の説明図。

【図４】定在波振動の腹部分と節部分の粉体状態説明
図。

【図５】可聴波圧電振動子の一例を示す一縦断面図。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）可聴波圧電振動子の反り返し振
動の説明図。

【図７】可聴波圧電振動子の他の例を示す縦断面図。

【図８】振動周波数の連続的な変化を説明する図

【図９】本発明の他の例を示す側面図。

【図１０】本発明の他の実施例の側面図。

【図１１】本発明の他の実施例の一部切欠斜視図。

【符号の説明】

１：粉体供給装置 ２：粉体流出管 ３：粉体容器 ４：可聴波振動発生用の振動発生装置 ５：可聴波周波数発生用の周波数可変の交流電源 ６：セラミックＰＺＴ ７：電極 ８：金属板 ９：粉体移動用シュート板 １０：粉体ふるい １１：振動伝達杆 １２：網状のスクリーン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉体容器とこれに接続した粉体流出管よ
   りなる粉体供給機構に振動周波数が変化する振動発生装
   置を装着し、振動発生装置が停止時は、粉体は粒子相互
   および粉体粒子と粉体供給機構との接触面の付着力ない
   し摩擦力により流動漏出が停止し、振動発生装置の駆動
   によって粉体供給機構が振動して粉体容器から粉体が粉
   体流出管に移行すると共に粉体流出管から外部に落下流
   出するように構成されてなることを特徴とする粉体供給
   装置。
2. 【請求項２】 振動発生装置によって粉体供給機構に可
   聴周波数振動を発生させる請求項１に記載の粉体供給装
   置。
3. 【請求項３】 振動発生装置の駆動を、その振動数を変
   化させて、粉体供給機構に発生する定在波振動の腹部と
   節部の位置を変動させるようにした請求項１または２に
   記載の粉体供給装置。
4. 【請求項４】 振動発生装置が圧電振動子、磁歪振動
   子、電磁振動子またはモーターによる回転振動器であ
   り、可聴波領域周波数で駆動される請求項１ないし３い
   ずれかに記載の粉体供給装置。
5. 【請求項５】 粉体容器下部にスクリーンを設けてなる
   請求項１ないし４いずれかに記載の粉体供給装置。