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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-02
(45)【発行日】2023-02-10
(54)【発明の名称】粉体供給装置
(51)【国際特許分類】
B65G 65/46 20060101AFI20230203BHJP
B65G 33/18 20060101ALI20230203BHJP
B65G 65/40 20060101ALI20230203BHJP
【ＦＩ】
B65G65/46 B
B65G33/18
B65G65/40 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019093055
(22)【出願日】2019-05-16
(65)【公開番号】P2020186113
(43)【公開日】2020-11-19
【審査請求日】2022-01-31
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100183265
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 剣一
(72)【発明者】
【氏名】嶋田 佳幾
(72)【発明者】
【氏名】宍田 佳謙
(72)【発明者】
【氏名】末次 大輔
(72)【発明者】
【氏名】福田 一人
(72)【発明者】
【氏名】平松 俊哉
(72)【発明者】
【氏名】畑中 基
【審査官】福島 和幸
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５７－０１１０１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５９－０５７４２０（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開昭５４－４１４４６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００４－１２２６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５１－４７９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭４８－３２１６６（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６５Ｇ ６５／４６
Ｂ６５Ｇ ３３／１８
Ｂ６５Ｇ ６５／４０
Ｂ２８Ｂ ３／２２
Ｂ２９Ｃ ４８／２５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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軸方向に前記粉体材料を搬送する１つまたは複数のスクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記１つまたは複数のスクリューを回転駆動するモータと、
前記筐体の内部の、前記１つまたは複数のスクリューと前記排出口との間に配置され、前記粉体材料の流れを整流する整流部と、
を備え、
前記整流部は、前記１つまたは複数のスクリューの軸方向、および前記排出口から排出される前記粉体材料の幅方向に垂直な回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転可能である
粉体供給装置。
【請求項2】
前記整流部は、前記回転軸から一方の先端までの長さが、前記回転軸から他方の先端までの長さよりも短い請求項１に記載の粉体供給装置。
【請求項3】
前記複数のスクリューは、第１スクリューと、
第２スクリューと、
を含み、
前記第１スクリューおよび前記第２スクリューは、軸方向に並列に配置されて同じ方向に回転駆動され、
前記整流部の前記回転軸は、前記第１スクリューおよび前記第２スクリューのそれぞれの軸の延長線の間に配置されている
請求項１または２に記載の粉体供給装置。
【請求項4】
さらに、前記モータを制御する制御部、
を備え、
前記制御部は、前記第１スクリューおよび前記第２スクリューを同じ回転数で回転駆動するよう前記モータを制御する
請求項３に記載の粉体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、粉体供給装置に関する。
【0002】
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。粉末成形体を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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－６３８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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軸方向に前記粉体材料を搬送する１つまたは複数のスクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記１つまたは複数のスクリューを回転駆動するモータと、
前記筐体の内部の、前記１つまたは複数のスクリューと前記排出口との間に配置され、前記粉体材料の流れを整流する整流部と、
を備え、
前記整流部は、前記１つまたは複数のスクリューの軸方向、および前記排出口から排出される前記粉体材料の幅方向に垂直な回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転可能である。
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軸方向に前記粉体材料を搬送する１つまたは複数のスクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記１つまたは複数のスクリューを回転駆動するモータと、
前記筐体の内部の、前記１つまたは複数のスクリューと前記排出口との間に配置され、前記粉体材料の流れを整流する整流部と、
を備え、
前記整流部は、前記１つまたは複数のスクリューの軸方向、および前記排出口から排出される前記粉体材料の幅方向に垂直な回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転可能である。
【発明の効果】
【0006】
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。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本開示の粉体供給装置を上から見た模式図である。
【図3】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】筐体内部において整流部付近の粉体材料の密度を示す図である。
【図5】筐体内部において整流部付近の粉体材料の密度を示す図である。
【図6】筐体内部において整流部付近の粉体材料の密度を示す図である。
【図7】実施例１の粉体供給装置の構成を示す図である。
【図9】実施例１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。
【図10】実施例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。
【図11】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。
【図12】比較例１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。
【図13】比較例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。
【図14】比較例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。
【図15】実施例１～３および比較例１～３の粉体材料の供給量割合のレンジを集計した表である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
（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。
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
また、ｓｌｉｐ ｃａｓｔｉｎｇ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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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、粉体供給装置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不均一性が課題となっている。また、幅方向の材料供給量の不均一性に起因し、２本以上のスクリューフィーダが使用される場合にスクリューフィーダの回転数が同速にならず、粉体供給装置の幅方向における吐出量のばらつきが発生し、成形体の密度を低減させる要因となる。
【0016】
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、粉体供給装置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。
【0017】
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軸方向に前記粉体材料を搬送する１つまたは複数のスクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記１つまたは複数のスクリューを回転駆動するモータと、
前記筐体の内部の、前記１つまたは複数のスクリューと前記排出口との間に配置され、前記粉体材料の流れを整流する整流部と、
を備え、
前記整流部は、前記１つまたは複数のスクリューの軸方向、および前記排出口から排出される前記粉体材料の幅方向に垂直な回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転可能である。
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軸方向に前記粉体材料を搬送する１つまたは複数のスクリューと、
前記筐体の外部に配置され、前記１つまたは複数のスクリューを回転駆動するモータと、
前記筐体の内部の、前記１つまたは複数のスクリューと前記排出口との間に配置され、前記粉体材料の流れを整流する整流部と、
を備え、
前記整流部は、前記１つまたは複数のスクリューの軸方向、および前記排出口から排出される前記粉体材料の幅方向に垂直な回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転可能である。
【0018】
このような構成により、粉体供給装置の幅方向における粉体材料の供給量分布の均一性を向上させることができる。
【0019】
前記整流部は、前記回転軸から一方の先端までの長さが、前記回転軸から他方の先端までの長さよりも短くてもよい。
【0020】
このような構成により、整流部の回転により、筐体内部の幅方向における粉体材料の粗密を均一化することができるため、排出口から排出される粉体材料の幅方向における均一性を向上することができる。また、回転モーメントのバランスをとることができる。
【0021】
前記複数のスクリューは、
第１スクリューと、
第２スクリューと、
を含み、
前記第１スクリューおよび前記第２スクリューは、軸方向に並列に配置されて同じ方向に回転駆動され、
前記整流部の前記回転軸は、前記第１スクリューおよび前記第２スクリューのそれぞれの軸の延長線の間に配置されていてもよい。
第１スクリューと、
第２スクリューと、
を含み、
前記第１スクリューおよび前記第２スクリューは、軸方向に並列に配置されて同じ方向に回転駆動され、
前記整流部の前記回転軸は、前記第１スクリューおよび前記第２スクリューのそれぞれの軸の延長線の間に配置されていてもよい。
【0022】
このような構成により、幅方向における粉体材料の粗密が存在する場合に、整流部により粉体材料の粗密を均一化することができ、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。
【0023】
さらに、
前記モータを制御する制御部、
を備え、
前記制御部は、前記第１スクリューおよび前記第２スクリューを同じ回転数で回転駆動するよう前記モータを制御してもよい。
前記モータを制御する制御部、
を備え、
前記制御部は、前記第１スクリューおよび前記第２スクリューを同じ回転数で回転駆動するよう前記モータを制御してもよい。
【0024】
このような構成により、筐体内部の幅方向における粉体材料の均一性をさらに向上することができる。
【0025】
以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0026】
（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方向を材料供給方向と称することもある。
［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方向を材料供給方向と称することもある。
【0027】
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図示されていない加圧成形機構に、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および第２スクリュー６と、モータ７、８と、整流部９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の内部に配置され、回転駆動されることにより軸方向に粉体材料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。なお、本実施の形態においては、２本のスクリュー５、６が配置されているが、スクリューの数はこれに限らない。モータ７、８は筐体１の外部に配置され、第１スクリュー５および第２スクリュー６を回転駆動する。整流部９は、筐体１の内部の、第１スクリュー５および第２スクリュー６の排出口４側の先端５ａ、６ａと、排出口４との間に配置される。粉体供給装置１００は、加圧成形機構に隣接して配置される。加圧成形機構は、鉛直方向に並べて配置された２本のロールを有し、２本のロールの間に、粉体供給装置１００の排出口４から粉体材料２が供給される。粉体材料２は、排出口４からシート状に排出され、加圧成形機構によって成形体が形成される。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、加圧成形機構によって成形体に形作られる。
【0028】
＜導入口＞
導入口３は、図２に示すように、筐体１の図示上方に設けられ、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。
導入口３は、図２に示すように、筐体１の図示上方に設けられ、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。
【0029】
＜排出口＞
排出口４は、筐体１の加圧成形機構側の端部に設けられる。排出口４から、加圧成形機構の上下のロールの間に、粉体材料２が水平方向に排出される。筐体１は、図２に示すように、排出口４に向かって薄くなるように形成されている。
排出口４は、筐体１の加圧成形機構側の端部に設けられる。排出口４から、加圧成形機構の上下のロールの間に、粉体材料２が水平方向に排出される。筐体１は、図２に示すように、排出口４に向かって薄くなるように形成されている。
【0030】
＜スクリュー＞
第１スクリュー５および第２スクリュー６は、図１に示すように、筐体１の内部に幅方向に並列に配置され、材料供給方向に粉体材料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の回転軸はそれぞれ、材料供給方向と平行である。すなわち、第１スクリュー５および第２スクリュー６は、軸方向に並列に配置されている。第１スクリュー５および第２スクリュー６はそれぞれ、スクリューシャフト５ｂ、６ｂと、スクリューシャフト５ｂ、６ｂの外周面に形成されたフライト５ｃ、６ｃとを有する。第１スクリュー５はモータ７により回転駆動され、第２スクリュー６はモータ８により回転駆動される。なお、第１スクリュー５および第２スクリュー６は、同じ方向に回転駆動される。また、モータ７、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。
第１スクリュー５および第２スクリュー６は、図１に示すように、筐体１の内部に幅方向に並列に配置され、材料供給方向に粉体材料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の回転軸はそれぞれ、材料供給方向と平行である。すなわち、第１スクリュー５および第２スクリュー６は、軸方向に並列に配置されている。第１スクリュー５および第２スクリュー６はそれぞれ、スクリューシャフト５ｂ、６ｂと、スクリューシャフト５ｂ、６ｂの外周面に形成されたフライト５ｃ、６ｃとを有する。第１スクリュー５はモータ７により回転駆動され、第２スクリュー６はモータ８により回転駆動される。なお、第１スクリュー５および第２スクリュー６は、同じ方向に回転駆動される。また、モータ７、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。
【0031】
＜整流部＞
整流部９は、図１に示すように、筐体１の内部の、第１スクリュー５および第２スクリュー６と排出口４との間に配置され、粉体材料２の流れを整流する。具体的には、第１スクリュー５および第２スクリュー６の排出口４側の先端５ａ、６ａと排出口４との間に配置されているとよい。本実施の形態において、整流部９は、先端９０、９１に向かって断面積が小さくなるように形成されている。すなわち、整流部９は、先端９０、９１が尖って形成されている。また、整流部９の先端９０、９１が丸く形成されていてもよい。整流部９は、板状の部材により形成されており、鉛直方向から見たときにひし形状、幅方向から見たときに矩形状の形状である。なお、整流部９の一方の先端９０は第１スクリュー５および第２スクリュー６側、整流部９の他方の先端９１は排出口４側に向くよう、整流部９が配置されている。整流部９の先端９０、９１がこのように形成されていると、粉体材料２の流れが整流部９により滞るのを防止することができる。
整流部９は、図１に示すように、筐体１の内部の、第１スクリュー５および第２スクリュー６と排出口４との間に配置され、粉体材料２の流れを整流する。具体的には、第１スクリュー５および第２スクリュー６の排出口４側の先端５ａ、６ａと排出口４との間に配置されているとよい。本実施の形態において、整流部９は、先端９０、９１に向かって断面積が小さくなるように形成されている。すなわち、整流部９は、先端９０、９１が尖って形成されている。また、整流部９の先端９０、９１が丸く形成されていてもよい。整流部９は、板状の部材により形成されており、鉛直方向から見たときにひし形状、幅方向から見たときに矩形状の形状である。なお、整流部９の一方の先端９０は第１スクリュー５および第２スクリュー６側、整流部９の他方の先端９１は排出口４側に向くよう、整流部９が配置されている。整流部９の先端９０、９１がこのように形成されていると、粉体材料２の流れが整流部９により滞るのを防止することができる。
【0032】
また、整流部９は、第１スクリュー５および第２スクリュー６の軸方向および排出口４から排出される粉体材料２の幅方向に垂直な回転軸９ａを有し、回転軸９ａを中心に回転可能である。回転軸９ａは、第１スクリュー５および第２スクリュー６のそれぞれの軸の延長線の間に配置されている。本実施の形態では、後述する図７に示すように、第１スクリュー５の軸線２４と第２スクリュー６の軸線２５との中間に位置する中心線２６上に回転軸９ａが位置するよう、整流部９が配置されている。本実施の形態においては、回転軸９ａから一方の先端９０までの長さが、回転軸９ａから他方の先端９１までの長さよりも短く形成されている。
【0033】
＜制御部＞
制御部１０は、モータ７、８の回転数をそれぞれ独立に制御する。本実施の形態では、第１スクリュー５および第２スクリュー６が同じ回転数で回転駆動するよう、モータ７、８を制御する。
制御部１０は、モータ７、８の回転数をそれぞれ独立に制御する。本実施の形態では、第１スクリュー５および第２スクリュー６が同じ回転数で回転駆動するよう、モータ７、８を制御する。
【0034】
【0035】
筐体１の内壁１１近傍を流れる粉体材料２は、内壁１１との摩擦を受けるため、内壁１１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。
【0036】
図３では、排出口４側から見たときに、第１スクリュー５および第２スクリュー６がそれぞれ、矢印５０ａ、６０ａで示す方向に回転するように配置されている。すなわち、第１スクリュー５および第２スクリュー６は同じ方向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１１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、第１スクリュー５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１１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、第２スクリュー６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。したがって、領域Ｃに比較して領域Ｂは粉体材料２の供給量が少なくなる。このように、第１スクリュー５および第２スクリュー６が同じ方向に回転する場合、筐体１の内部において粉体材料２の密度が均一にならない。このため、幅方向における粉体材料の供給量のばらつきが生じる。
【0037】
【0038】
図４に示すように、整流部９の上流側すなわち図示上方において、上述したように、中心から一方側の粉体材料２１ａの密度は疎であり、中心から他方側の粉体材料２１ｂの密度は密になっている。整流部９が回転しない場合、整流部９の下流側すなわち図示下方において、中心から一方側の粉体材料２２ａの密度は疎であり、中心から他方側の粉体材料２２ｂの密度は疎である。すなわち、整流部９が回転しない場合、整流部９の上流側および下流側において、粉体材料２の疎密は同じ分布となっている。
【0039】
図５に示すように、整流部９の上流側に密度差が存在する場合、整流部９の先端９０から回転軸９ａまでにおいて、整流部９の一方側および他方側、すなわち図５において整流部９の右側および左側で働く圧力が異なる。力の釣り合いを保つために、整流部９に時計回りのモーメントが働き、整流部９の先端９０が粉体材料２１ｂ側、すなわち密度が密である方向に傾く。このとき、他方の先端９１は密度が疎である方向に傾く。図６に示すように、粉体材料２１ｂの一部が、整流部９の図示左方に流れるため、整流部９の下流側において、中心から一方側の粉体材料２３ａ、および中心から他方側の粉体材料２３ｂの密度のばらつきを低減することができる。本実施の形態では、粉体材料２３ａ、２３ｂの密度はほぼ等しくなる。したがって、筐体１の内部に回転可能な整流部９を配置することにより、幅方向において粉体材料の疎密を均一にすることができる。
【0040】
また、整流部９の、回転軸９ａから一方の先端９０までの長さが、回転軸９ａから他方の先端９１までの長さよりも短くなっている。すなわち、回転軸９ａよりも第１スクリュー５および第２スクリュー６に近い部分の長さが、回転軸９ａよりも排出口４に近い部分の長さよりも短くなっている。このような形状の整流部９により、整流部９の回転軸９ａから一方の先端９０までの部分に、回転軸９ａから他方の先端９１までの部分よりも大きな力がかかる。このため、回転モーメントのバランスをとることができ、粉体材料の疎密を均一にすることができる。
【0041】
［整流部の配置およびスクリューの回転速度による粉体材料の供給量分布の比較］
ここで、後述する実施例１～３および、比較例１～３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を比較して検討する。
ここで、後述する実施例１～３および、比較例１～３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を比較して検討する。
【0042】
実施例１～３および比較例１～３では、シリコン酸化物を主原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、実施例１～３において共通である。
【0043】
＜粉体供給装置１００の構成＞
図７は、実施例１の粉体供給装置の構成を示す図である。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８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７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５ｂ、６ｂ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５ｃ、６ｃのスクリューシャフト５ｂ、６ｂ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７に示すように、スクリューシャフト５ｂ、６ｂの軸線２４、２５の間の距離ｄ１が５０ｍｍになるよう配置されている。また、図８に示すように、筐体１の内壁１１からフライト５ｃ、６ｃまでの距離ｄ２が５ｍｍ、フライト５ｃ、６ｃ間の距離ｈ３が１０ｍｍになるよう配置されている。整流部９は、第１スクリュー５および第２スクリュー６の軸線２４、２５の中間に位置する中心線２６上に回転軸９ａが配置されるよう設けられる。さらに、第１スクリュー５および第２スクリュー６の排出口４側の先端５ａ、６ａから、整流部９の一方の先端９０までの材料供給方向の距離ｄ３が５ｍｍとなるよう配置される。整流部９は、材料供給方向の長さＬ１が５０ｍｍ、鉛直方向の高さは、筐体１の内部の高さｈ１と等しい５０ｍｍである。また、整流部９は、鉛直方向に見たときに、一方の先端９０の角度θ１は３０°、他方の先端９１の角度θ２が２０°の角度になるよう形成されている。第１スクリュー５および第２スクリュー６の先端から加圧成形機構に設けられた２つのロールの最小ギャップライン２７までの距離ｄ４が２００ｍｍ、２つのロールの半径ｒ１はそれぞれ１５０ｍｍ、２つのロールの最小ギャップの間隔は４ｍｍである。
図７は、実施例１の粉体供給装置の構成を示す図である。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８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７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５ｂ、６ｂ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５ｃ、６ｃのスクリューシャフト５ｂ、６ｂ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７に示すように、スクリューシャフト５ｂ、６ｂの軸線２４、２５の間の距離ｄ１が５０ｍｍになるよう配置されている。また、図８に示すように、筐体１の内壁１１からフライト５ｃ、６ｃまでの距離ｄ２が５ｍｍ、フライト５ｃ、６ｃ間の距離ｈ３が１０ｍｍになるよう配置されている。整流部９は、第１スクリュー５および第２スクリュー６の軸線２４、２５の中間に位置する中心線２６上に回転軸９ａが配置されるよう設けられる。さらに、第１スクリュー５および第２スクリュー６の排出口４側の先端５ａ、６ａから、整流部９の一方の先端９０までの材料供給方向の距離ｄ３が５ｍｍとなるよう配置される。整流部９は、材料供給方向の長さＬ１が５０ｍｍ、鉛直方向の高さは、筐体１の内部の高さｈ１と等しい５０ｍｍである。また、整流部９は、鉛直方向に見たときに、一方の先端９０の角度θ１は３０°、他方の先端９１の角度θ２が２０°の角度になるよう形成されている。第１スクリュー５および第２スクリュー６の先端から加圧成形機構に設けられた２つのロールの最小ギャップライン２７までの距離ｄ４が２００ｍｍ、２つのロールの半径ｒ１はそれぞれ１５０ｍｍ、２つのロールの最小ギャップの間隔は４ｍｍである。
【0044】
＜粉体材料の構成＞
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。
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。
【0045】
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を測定した。また、粉体供給装置１００から加圧成形機構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の幅方向における加圧成形機構を通過した後の成形体の密度の分布を測定した。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の密度の分布は、幅方向１０ｍｍ毎に成形体の密度を測定した。
【0046】
＜実施例１＞
図５および図６に示す粉体供給装置１００において、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、モータ７、８の回転数を調整する。すなわち、モータ７、８の回転数はそれぞれ、８ｒｐｍに設定されている。
図５および図６に示す粉体供給装置１００において、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、モータ７、８の回転数を調整する。すなわち、モータ７、８の回転数はそれぞれ、８ｒｐｍに設定されている。
【0047】
＜実施例２＞
実施例１と同様の粉体供給装置１００を使用し、第２スクリュー６の送り速度に対して第１スクリュー５の送り速度を１２．５％低下させるよう、モータ７、８の回転数を調整する。すなわち、モータ７の回転数を７ｒｐｍ、モータ８の回転数を８ｒｐｍに設定する。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例１と同様である。
実施例１と同様の粉体供給装置１００を使用し、第２スクリュー６の送り速度に対して第１スクリュー５の送り速度を１２．５％低下させるよう、モータ７、８の回転数を調整する。すなわち、モータ７の回転数を７ｒｐｍ、モータ８の回転数を８ｒｐｍに設定する。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例１と同様である。
【0048】
＜実施例３＞
実施例１と同様の粉体供給装置１００を使用し、第１スクリュー５の送り速度に対して第２スクリュー６の送り速度を１２．５％低下させるよう、モータ７、８の回転数を調整する。すなわち、モータ７の回転数を８ｒｐｍ、モータ８の回転数を７ｒｐｍに設定する。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例１と同様である。
実施例１と同様の粉体供給装置１００を使用し、第１スクリュー５の送り速度に対して第２スクリュー６の送り速度を１２．５％低下させるよう、モータ７、８の回転数を調整する。すなわち、モータ７の回転数を８ｒｐｍ、モータ８の回転数を７ｒｐｍに設定する。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例１と同様である。
【0049】
＜比較例１＞
実施例１に対して、整流部９を配置しない構成である。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例１と同様である。
実施例１に対して、整流部９を配置しない構成である。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例１と同様である。
【0050】
＜比較例２＞
実施例２に対して、整流部９を配置しない構成である。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例２と同様である。
実施例２に対して、整流部９を配置しない構成である。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例２と同様である。
【0051】
＜比較例３＞
実施例３に対して、整流部９を配置しない構成である。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例３と同様である。
実施例３に対して、整流部９を配置しない構成である。粉体供給装置１００のその他の構成は実施例３と同様である。
【0052】
［実施例１～３および比較例１～３の比較］
図９～図１５を参照して、実施例１～３および比較例１～３における粉体材料の供給量割合の分布について検討する。図９は、実施例１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。図１０は、実施例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。図１１は、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。図１２は、比較例１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。図１３は、比較例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。図１４は、比較例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。図１５は、実施例１～３および比較例１～３の粉体材料の供給量割合のレンジを集計した表である。
図９～図１５を参照して、実施例１～３および比較例１～３における粉体材料の供給量割合の分布について検討する。図９は、実施例１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。図１０は、実施例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。図１１は、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。図１２は、比較例１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。図１３は、比較例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。図１４は、比較例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。図１５は、実施例１～３および比較例１～３の粉体材料の供給量割合のレンジを集計した表である。
【0053】
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、粉体材料の全排出重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～図１４において、横軸は中心線２６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。
【0054】
図９および図１２に示すように、実施例１では、比較例１と比べて、幅方向の中心付近では粉体材料の供給量割合が小さくなっており、幅方向の両端付近では大きくなっている。これは、整流部９を配置することにより、幅方向の粉体材料の供給量割合の均一性が向上しているためである。また、図１５に示すように、実施例１の方が比較例１よりも供給量割合のレンジが小さい値となっている。供給量割合のレンジからも、実施例１の方が比較例１よりも粉体材料の供給量割合の均一性が向上していることがわかる。なお、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１～３における測定値の最大値と最小値との差である。
【0055】
また、図１０および図１３に示すように、実施例２では、比較例２と比べて、幅方向の中心付近では粉体材料の供給量割合が小さくなっており、幅方向の両端付近では大きくなっている。同様に、図１１および図１４に示すように、実施例３では、比較例３と比べて、幅方向の中心付近では粉体材料の供給量割合が小さくなっており、幅方向の両端付近では大きくなっている。このように、整流部９を配置することにより、整流部９が配置されていない場合と比べて、幅方向の粉体材料の供給量割合の均一性が向上している。
【0056】
また、図１５に示すように、幅方向における粉体材料の供給量割合のレンジが、実施例２では１０．９ｗｔ％であり、実施例３では１１．５ｗｔ％となっている。実施例１～実施例３を比較すると、第１スクリュー５および第２スクリュー６の送り速度が等しい実施例１において、供給量割合のレンジが最も小さい値となっている。したがって、モータ７の回転数とモータ８の回転数とを等速度とすることで、幅方向における粉体材料の供給量の均一性を向上させることができる。
【0057】
［効果］
上述した実施の形態によると、スクリューの排出口側の先端と排出口との間に回転可能な整流部９を設けることにより、粉体供給装置１００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ることができる。
上述した実施の形態によると、スクリューの排出口側の先端と排出口との間に回転可能な整流部９を設けることにより、粉体供給装置１００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ることができる。
【0058】
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、本実施の形態によって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、１本のスクリュー、または３本以上のスクリューを用いた粉体供給装置に整流部を配置しても、同様の効果を得ることができる。
【0059】
このように、本開示の粉体供給装置を用いることにより、粉体供給装置１００の幅方向において均一な密度分布を持つ成形体を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0060】
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。
【符号の説明】
【0061】
１ 筐体
２ 粉体材料
３ 導入口
４ 排出口
５ 第１スクリュー
６ 第２スクリュー
７ モータ
８ モータ
９ 整流部
９ａ 回転軸
１０ 制御部
２４ 軸線
２５ 軸線
２６ 中心線
１００ 粉体供給装置
２ 粉体材料
３ 導入口
４ 排出口
５ 第１スクリュー
６ 第２スクリュー
７ モータ
８ モータ
９ 整流部
９ａ 回転軸
１０ 制御部
２４ 軸線
２５ 軸線
２６ 中心線
１００ 粉体供給装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】