JP7616862B2 - Powder Feeding Device - Google Patents
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Description
本発明は、粉末をキャリアガスと共に供給する技術に関する。 The present invention relates to a technology for supplying powder together with a carrier gas.
直流プラズマトーチや高周波誘導熱プラズマ装置などの粉末供給源として、粉末をキャリアガスと共に供給する粉末供給装置が知られている。従来の粉末供給装置は、粉末を収容する粉末収容室と、粉末収容室に収容された粉末を攪拌する攪拌羽根と、粉末収容室に設けられた孔から落下する粉末を受ける溝を有する供給盤とを備え、供給盤の溝に入り込んだ粉末をキャリアガスの流れに乗せて供給する仕組みになっている(特許文献1~4を参照)。
A powder supplying device that supplies powder together with a carrier gas is known as a powder supply source for DC plasma torches, high-frequency induction thermal plasma devices, and the like. Conventional powder supplying devices are equipped with a powder storage chamber that stores the powder, a stirring blade that stirs the powder stored in the powder storage chamber, and a supply plate with a groove that receives powder that falls from a hole provided in the powder storage chamber, and are designed to supply the powder that falls into the groove of the supply plate by entraining it in the flow of carrier gas (see
しかしながら、従来の粉末供給装置においては、凝集性の高い粉末を安定して供給することが難しいという課題があった。 However, conventional powder supplying devices have the problem that it is difficult to stably supply highly cohesive powder.
本発明の目的は、凝集性の高い粉末を従来よりも安定して供給することができる技術を提供することにある。 The objective of the present invention is to provide a technology that can supply highly cohesive powder more stably than ever before.
本発明は、粉末をキャリアガスと共に供給する粉末供給装置であって、粉末を収容する粉末収容室と、粉末収容室に収容された粉末を攪拌する攪拌羽根と、攪拌羽根によって攪拌された粉末を受ける溝を有する供給盤と、粉末の種類を少なくとも含む駆動条件設定情報を入力する情報入力部と、攪拌羽根を回転させる第1の駆動部と、供給盤を回転させる第2の駆動部と、情報入力部によって入力された駆動条件設定情報に応じて、第1の駆動部および第2の駆動部を制御する制御部とを備える。 The present invention is a powder supplying device that supplies powder together with a carrier gas, and includes a powder storage chamber that stores powder, a stirring blade that stirs the powder stored in the powder storage chamber, a supply plate having a groove that receives the powder stirred by the stirring blade, an information input unit that inputs drive condition setting information including at least the type of powder, a first drive unit that rotates the stirring blade, a second drive unit that rotates the supply plate, and a control unit that controls the first drive unit and the second drive unit according to the drive condition setting information input by the information input unit.
本発明によれば、凝集性の高い粉末を従来よりも安定して供給することができる。 The present invention makes it possible to supply highly cohesive powder more stably than ever before.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本明細書および図面において、実質的に同一の機能または構成を有する要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In this specification and the drawings, elements having substantially the same functions or configurations are given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る粉末供給装置の構成例を示す模式図である。
図1に示すように、粉末供給装置10は、粉末をキャリアガスと共に供給する装置である。粉末供給装置10は、粉末供給機構部12と、情報入力部14と、制御部16と、第1の駆動部18と、第2の駆動部20と、ガス供給ユニット22と、粉末供給監視部24と、を備えている。以下、各部の構成について説明する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a powder supplying device according to an embodiment of the present invention.
1, the
(粉末供給機構部)
粉末供給機構部12は、粉末30を収容する粉末収容室32と、粉末収容室32に収容された粉末30を攪拌する攪拌羽根34と、攪拌羽根34によって攪拌された粉末30を受ける溝36を有する供給盤38と、供給盤38の溝36に入り込んだ粉末30を吸引する吸引口ユニット40と、を備えている。
(Powder supply mechanism)
The
粉末収容室32は、所定量の粉末30を収容可能な容積をもつ中空の容器であり、ホッパーとも呼ばれる。粉末収容室32は円筒状に形成されている。粉末収容室32の底は、攪拌羽根34によって攪拌した粉末30を供給盤38の溝36へと落とし込むために開口している。粉末30は、粉末収容室32の上部から自重落下方式で粉末収容室32に収容される。
The
攪拌羽根34は、粉末収容室32の底部に配置されている。攪拌羽根34は、回転ブラケット42の外面に複数取り付けられている。攪拌羽根34は、粉末収容室32に収容された粉末30を攪拌しながら、供給盤38の溝36に粉末30を充填する。回転ブラケット42は、回転シャフト46の上端部に取り付けられている。回転ブラケット42は、回転シャフト46と同心状に配置され、回転シャフト46と一体に回転する。回転シャフト46には、気密シールのための0リング60が取り付けられている。攪拌羽根34の数は、少なくとも2つであり、好ましくは4つである。4つの攪拌羽根34を設ける場合は、回転ブラケット42の外面に90度の円周ピッチで等間隔に攪拌羽根34を配置するとよい。
The stirring
回転ブラケット42には掻き混ぜ部材44が取り付けられている。掻き混ぜ部材44は、粉末収容室32の内部に粉末30のブリッジが形成されないよう、攪拌羽根34と共に回転することにより、粉末収容室32内の粉末30を掻き混ぜる部材である。掻き混ぜ部材44は、たとえばフッ素樹脂製の長方形の薄板によって構成され、適度な可撓性を有している。掻き混ぜ部材44は、回転ブラケット42から立ち上がるように配置されている。また、掻き混ぜ部材44は、図1の奥行き方向において、回転ブラケット42の回転中心から偏った位置に取り付けられている。
A stirring
供給盤38は、粉末収容室32から粉末30を受け取るとともに、受け取った粉末30を吸引口ユニット40へと供給する回転体である。供給盤38は、平面視円形に形成された、いわゆる円盤である。溝36は、供給盤38の上面に形成されている。溝36は、供給盤38を上方から見た場合に、供給盤38の回転中心を中心に円環状に形成されている。供給盤38は、粉末供給機構部12を上方から見た場合に、粉末収容室32と部分的に重なり合うように配置されている。これにより、供給盤38の溝36の一部は粉末収容室32内に配置され、溝36の他の部分は粉末収容室32外に配置されている。
The
溝36は、供給盤38の上面から所定の形状に凹んでいる。所定の形状は、たとえばU字形あるいはV字形である。溝36の表面には、粉末30の滑りを抑制する凹凸(図示せず)が形成されている。この凹凸は、たとえば溝36の表面を粗面化することにより形成される。供給盤38の底面には回転シャフト48が連結されている。供給盤38は、回転シャフト48と同心状に配置され、回転シャフト48と一体に回転する。回転シャフト48には、気密シールためのOリング62が取り付けられている。
The
吸引口ユニット40は、供給盤38の溝36からキャリアガスと共に粉末30を吸引する吸引口50を有する。吸引口50は粉末吸引パイプ52の一端に形成されている。吸引口50は、供給盤38の溝36と対向するように配置されている。粉末吸引パイプ52の外側には、ガス導入パイプ54が配置されている。粉末吸引パイプ52とガス導入パイプ54は、粉末吸引パイプ52を内側パイプ、ガス導入パイプ54を外側パイプとする二重管構造となっている。ガス導入パイプ54にはガス供給パイプ56が接続されている。ガス供給パイプ56は、ガス導入パイプ54から枝分かれしている。ガス供給パイプ56は、キャリアガスを供給するパイプである。キャリアガスは、圧縮された不活性ガスである。キャリアガスとして利用される不活性ガスとしては、たとえばアルゴン、ヘリウム、窒素などを挙げることができる。
The
(情報入力部)
情報入力部14は、たとえばタッチパネルを用いて構成される。情報入力部14は、入力情報の一つとして駆動条件設定情報を入力する部分である。駆動条件設定情報は、粉末供給装置10を駆動する際に適用する駆動条件を設定するための情報である。情報入力部14によって入力される駆動条件設定情報には各種の情報があり、そのうちの一つに粉末30の種類がある。粉末30の種類は、粉末供給装置10で取り扱う粉末30の種類を特定する情報である。粉末供給装置10で取り扱う粉末30が、主材と副材とを混合してなる混合材料である場合は、主材の種類および副材の種類を、粉末30の種類として入力してもよい。また、その場合は、入力される粉末30の種類に、副材の混合割合を含めてもよい。その他の駆動条件設定情報としては、たとえば、粉末供給レート(g/min)、供給盤38の回転数(rpm)、キャリアガスの種類、キャリアガスの流量(L/min)などが考えられる。また、情報入力部14には、粉末供給装置10の電源をオンオフする電源ボタン、粉末供給装置10の動作を開始するスタートボタン、粉末供給装置10の動作を停止する停止ボタンなどを設けてもよい。
(Information input section)
The
(制御部)
制御部16は、粉末供給装置10全体の動作を制御する部分である。制御部16は、回転比率設定部64と、駆動制御部66と、情報記憶部68とを有する。回転比率設定部64は、情報入力部14によって入力される粉末30の種類に応じて、供給盤38と攪拌羽根34との回転比率を設定する部分である。駆動制御部66は、粉末供給装置10の各部(粉末供給機構部12、第1の駆動部18、第2の駆動部20、ガス供給ユニット22)を駆動制御する部分である。
(Control Unit)
The
情報記憶部68は、粉末供給装置10の動作を制御するうえで必要な各種の情報を記憶する部分である。情報記憶部68には、たとえば図2に示すように、粉末30の種類と、供給盤38と攪拌羽根34との回転比率とを対応付けたデータテーブルが記憶されている。このデータテーブルは、粉末30の種類ごとに上記回転比率を変えた実験またはシミュレーションを行い、その結果に基づいて作成すればよい。回転比率設定部64は、情報入力部14から粉末30の種類が入力された場合に、入力された粉末30の種類に対応する回転比率を情報記憶部68から読み出して設定する。
The
本実施形態においては、一例として、粉末30の種類がイットリア(Y2O3)である場合は1:1の回転比率、ジルコニア(ZrO2)である場合は1:2の回転比率、アルミナ(Al2O3)である場合は1:4の回転比率に設定される構成になっている。駆動制御部66は、情報入力部14によって入力された供給盤38の回転数と、回転比率設定部64によって設定された回転比率とに基づいて、第1の駆動部18および第2の駆動部20を制御する。
In this embodiment, as an example, the rotation ratio is set to 1:1 when the type of
(第1の駆動部)
第1の駆動部18は、第1のモータ70と第1のモータドライバ72とによって構成されている。第1のモータ70は、供給盤38を回転させるための駆動源となるモータである。第1のモータ70は、回転シャフト48を介して供給盤38を回転させる。第1のモータドライバ72は、駆動制御部66からの指示を受けて第1のモータ70の駆動を制御するドライバである。
(First Drive Unit)
The
(第2の駆動部)
第2の駆動部20は、第2のモータ74と第2のモータドライバ76とによって構成されている。第2のモータ74は、攪拌羽根34を回転させるための駆動源となるモータである。第2のモータ74は、回転シャフト46を介して攪拌羽根34を回転させる。第2のモータドライバ76は、駆動制御部66からの指示を受けて第2のモータ74の駆動を制御するドライバである。
(Second Drive Unit)
The
(ガス供給ユニット)
ガス供給ユニット22は、ガス供給部78とガス流量制御部80とによって構成されている。ガス流量制御部80は、ガス供給部78によって供給されるキャリアガスの流量を制御する。ガス流量制御部80は、駆動制御部66からの指示を受けてキャリアガスの流量を制御する。たとえば、情報入力部14によって入力されたキャリアガスの流量が5(L/min)である場合、駆動制御部66は、ガス流量制御部80に対してキャリアガスの流量を5(L/min)と指示し、この指示を受けてガス流量制御部80が、図示しない流量制御弁の開度などを調整することにより、キャリアガスの流量が5(L/min)となるように制御する。なお、ガス供給部78は、粉末供給装置10を構成する要素の一つとして取り扱ってもよいし、粉末供給装置10を構成する要素とは別の要素として取り扱ってもよい。粉末供給装置10を構成する要素とは別の要素としてガス供給部78を取り扱う場合は、ガス供給ユニット22がガス流量制御部80のみによって構成される。
(Gas supply unit)
The
(粉末供給監視部)
粉末供給監視部24は、レート測定部82と表示部84とによって構成されている。レート測定部82は、粉末吸引パイプ52を通して供給される粉末30の供給レート(g/min)を測定する部分である。レート測定部82の測定結果は、駆動制御部66と表示部84とに与えられる。駆動制御部66は、レート測定部82から与えられる粉末30の供給レートが閾値レートを下回った場合に、粉末供給装置10の各部(粉末供給機構部12、第1の駆動部18、第2の駆動部20、ガス流量制御部80)の駆動を停止させる。粉末30の供給レートが閾値レートを下回る場合としては、たとえば、粉末収容室32に粉末30のブリッジが形成された場合や、粉末吸引パイプ52に粉末30の詰まりが発生した場合などが考えられる。表示部84は、レート測定部82によって測定された粉末30の供給レートを含めて、各種の情報を表示する部分である。表示部84は、たとえば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイなどによって構成される。情報入力部14をタッチパネルによって構成する場合は、このタッチパネルによって表示部84を構成してもよい。つまり、タッチパネルが、情報入力部14と表示部84とを兼ねる構成であってもよい。
(Powder supply monitoring unit)
The powder
続いて、本発明の実施形態に係る粉末供給装置の動作について説明する。
まず、オペレータが情報入力部14のタッチパネル等を操作して駆動条件設定情報を入力し、その後、オペレータが情報入力部14のスタートボタンを押す。そうすると、粉末供給機構部12においては、駆動制御部66の制御下で、第1の駆動部18が供給盤38を回転させるとともに、第2の駆動部20が攪拌羽根34を回転させ、かつ、ガス流量制御部80がガス供給パイプ56を通してキャリアガスを供給する。
Next, the operation of the powder feeding device according to the embodiment of the present invention will be described.
First, the operator operates the touch panel or the like of the
これにより、粉末収容室32に収容された粉末30は、攪拌羽根34の回転によって攪拌される。その際、掻き混ぜ部材44は、攪拌羽根34と共に回転する。また、掻き混ぜ部材44は、攪拌羽根34が回転したときに発生する遠心力により、掻き混ぜ部材44の一部(上側の部分)が湾曲して変形する。掻き混ぜ部材44の湾曲変形は、掻き混ぜ部材44自身の可撓性によって起こる現象である。このように掻き混ぜ部材44が湾曲変形することにより、上述した掻き混ぜ部材44の一部は粉末収容室32の内壁に沿って滑動する。また、回転する掻き混ぜ部材44の形状は、粉末30との接触による抵抗を受けながら不規則に変形する。このため、掻き混ぜ部材44は、粉末収容室32内を広範囲に動きながら回転する。これにより、粉末収容室32の内部では、凝集性の高い粉末30が塊となって成長する前に、その塊の元となる粉末30の凝集を掻き混ぜ部材44によって崩すことができる。このため、粉末収容室32の内部に粉末30のブリッジが形成されることを抑制できる。したがって、粉末収容室32に投入された粉末30のほぼ全量を、供給盤38の溝36を経由して粉末吸引パイプ52へと送り込むことができる。
As a result, the
上述のように攪拌羽根34によって攪拌された粉末30は供給盤38の溝36に入り込む。また、溝36に入り込んだ粉末30は、供給盤38の回転にしたがって吸引口50の部分へと搬送される。このとき、溝36の表面に凹凸を形成しておけば、溝36の表面と粉末30との接触界面で、粉末30の滑りが抑制される。このため、粉末収容室32の底部で溝36に入り込んだ粉末30を、供給盤38の回転にしたがって吸引口50の部分へと確実に搬送することができる。
As described above, the
このように吸引口50の部分へと搬送された粉末30は、ガス供給パイプ56からガス導入パイプ54を介して導入されるキャリアガスの流れによって粉末吸引パイプ52へと吸引される。キャリアガスは、ガス導入パイプ54の下端の出口から直ぐに吸引口50へと回り込むように流れ、この流れによって溝36内の粉末30がキャリアガスと共に吸引口50へと吸引される。このとき、図3に示すように、吸引口ユニット40に堰き止め部86を設けておくとよい。堰き止め部86は、溝36内に突き出して配置されている。堰き止め部86は、供給盤38の回転方向Aにおいて、吸引口50と対向する位置で粉末30を堰き止める部分である。吸引口ユニット40に堰き止め部86を設けておけば、供給盤38の回転によって搬送される粉末30を確実に吸引口50へと吸引することができる。吸引口50に吸引された粉末30は、キャリアガスと共に粉末吸引パイプ52を流れることにより、図示しない粉末供給先(たとえば、プラズマチャンバーなど)へと供給される。
The
なお、粉末供給機構部12の構成は、図1に示す構成に限らず、粉末収容室、攪拌羽根および供給盤を備え、攪拌羽根によって攪拌された粉末を供給盤の溝で受け、この溝に入り込んだ粉末をキャリアガスと共に供給する仕組みを採用したものであれば、どのような構成であってもよい。
The configuration of the
上述のように粉末供給機構部12を動作させる場合、駆動制御部66は、情報入力部14によって入力された駆動条件設定情報に応じて、ガス供給ユニット22を制御する。具体的には、駆動制御部66は、情報入力部14によって入力されたキャリアガスの流量が10(L/min)であれば、ガス供給パイプ56を通してキャリアガスが10(L/min)の流量で供給されるようにガス供給ユニット22を制御する。
When the
また、回転比率設定部64は、情報入力部14によって入力される駆動条件設定情報に応じて、供給盤38と攪拌羽根34との回転比率を設定し、駆動制御部66は、回転比率設定部64が設定した回転比率に基づいて、第1の駆動部18および第2の駆動部20を制御する。具体例には、回転比率設定部64は、情報入力部14によって入力された粉末30の種類がジルコニアであれば、あらかじめ情報記憶部68に記憶されているデータテーブル(図2参照)を参照することにより、供給盤38と攪拌羽根34との回転比率を1:2に設定し、この設定結果を駆動制御部66に伝える。駆動制御部66は、情報入力部14によって入力された供給盤38の回転数が40(rpm)であれば、上述した回転比率の設定にしたがって、供給盤38を40(rpm)で回転させ、かつ、攪拌羽根34を80(rpm)で回転させように、第1の駆動部18および第2の駆動部20を制御する。
In addition, the rotation
このように制御部16によって粉末供給装置10の各部の動作を制御することにより、粉末収容室32に収容された粉末30が、たとえばイットリアのように凝集性の高い粉末である場合でも、その粉末に適した回転比率で攪拌羽根34および供給盤38を回転させることができる。このため、凝集性の高い粉末30を従来よりも安定して供給することができる。
By controlling the operation of each part of the
以下に、具体的な実験結果を挙げて本実施形態の効果を説明する。
まず、実験では、日本電子株式会社製の粉末供給装置(型番:TP-99140FDR)を使用し、標準仕様である実験条件1での供給試験を実施した。
The effects of this embodiment will be described below with reference to specific experimental results.
First, in the experiment, a powder supplying device (model number: TP-99140FDR) manufactured by JEOL Ltd. was used, and a supplying test was carried out under
<実験条件1>
(1)供給盤38と攪拌羽根34の回転比率=1:4
(2)供給板38の回転数=50(rpm)
(3)攪拌羽根34の回転数=200(rpm)
(4)掻き混ぜ部材44:無
(5)堰き止め部86:無
(6)キャリアガスの種類:アルゴン
(7)キャリアガスの流量:5(L/min)
上記実験条件1に基づいて実施した結果を図5に示す。図5の縦軸は粉末供給レート、横軸は時間を示している。図5のグラフに示すように、この実験では、供給盤38の回転数に対して攪拌羽根34の回転数が速すぎるため、粉末収容室32内で粉末がブリッジを作ってしまい、粉末30が自重で落下せず、粉末供給が低下し供給できなくなった失敗例である。
上記の問題を解決するため、本実施形態の内容を駆使した実験条件2にて実験を行った。なお、入力部14には、イットリアや数μmの粒度分布である条件を入力した。
<
(1) Rotation ratio of the
(2) Rotation speed of the
(3) Rotation speed of the
(4) Stirring member 44: None (5) Blocking portion 86: None (6) Type of carrier gas: Argon (7) Flow rate of carrier gas: 5 (L/min)
The results of the experiment carried out under the above-mentioned
In order to solve the above problem, an experiment was carried out under the
<実験条件2>
(1)供給盤38と攪拌羽根34の回転比率=1:2
(2)掻き混ぜ部材44:有
(3)堰き止め部86:有
(4)キャリアガスの種類:アルゴン
(5)キャリアガスの流量:5(L/min)
上記実験条件2に基づいて実験した結果を図6に示す。この実験では、(1)の回転比率を一定に保ちながら、供給盤38の回転数を段階的に上げるように変化させた。その結果、粉末収容室32内で粉末がブリッジを作らず、連続的に粉末を供給できていることが判明した。
<
(1) Rotation ratio of the
(2) Stirring member 44: Yes (3) Blocking portion 86: Yes (4) Type of carrier gas: Argon (5) Flow rate of carrier gas: 5 (L/min)
The results of an experiment conducted under the above-mentioned
ここで、本発明者は、凝集性の高いイットリアの粉末をキャリアガスと共に供給する場合に、粉末吸引パイプ52で粉末の詰まりが発生しやすいという事情に鑑みて、種々の観点から鋭意検討を重ねた。その結果、イットリアに僅かなフッ素系粒子を混合するだけで粉末の詰まりが解消されるという知見を得た。具合的には、粉末30の主材であるイットリアに、副材としてフッ化イットリウム(YF3)を混合してなる混合材料を用いることにより、粉末の詰まり防止に多大な効果があることを突き止めた。以下に、具体的な実験結果を挙げて説明する。なお、以下の実験結果は、日本電子株式会社製の粉末供給装置(型番:TP-99140FDR)を使用し、下記実験条件3を適用したものである。
Here, the inventors of the present invention have conducted extensive research from various viewpoints in consideration of the fact that powder clogging is likely to occur in the
(実験条件3)
粉末30の種類:イットリアとフッ化イットリウムの混合材料
粉末収容室32への粉末投入量:200g
キャリアガスの種類:アルゴン
キャリアガスの流量:5(L/min)
堰き止め部86:有
供給盤38と攪拌羽根34の回転比率=1:2
(Experimental Condition 3)
Type of powder 30: Mixture of yttria and yttrium fluoride Amount of powder put into powder storage chamber 32: 200 g
Carrier gas type: argon Carrier gas flow rate: 5 (L/min)
Damming section 86: Yes Rotation ratio of
図7は、イットリアとフッ化イットリウムを99.1:0.1の質量比率(質量%)で混合した混合材料を粉末として用いた場合の粉末供給レートの経時変化を示す図であり、縦軸が粉末供給レート、横軸が時間を示している。
図7において、第1の期間T1は供給盤38の回転数を20(rpm)→40(rpm)→60(rpm)→80(rpm)→100(rpm)と順に変化させ、第2の期間T2は供給盤38の回転数を100(rpm)→150(rpm)→200(rpm)と順に変化させている。
図7に示すように、粉末供給レートは、供給盤38の回転数が20(rpm)から100(rpm)まで変化する第1の期間T1ではほぼ一定のレベルで推移しており、100(rpm)を超える第2の期間T2では粉末30の回転数の増加にしたがって高くなっている。また、粉末の供給は、実験の開始から12分経過しても継続できている。このことから、主材であるイットリアに僅か0.1%のフッ化イットリウムを混ぜるだけで、粉末の安定供給に顕著な効果が得られることが分かった。一方で、フッ化イットリウムを混合しない場合は、上記図4に示すように実験開始から4分未満で粉末の詰まりにより供給が停止している。
FIG. 7 is a graph showing the change over time in the powder supply rate when a mixed material in which yttria and yttrium fluoride are mixed in a mass ratio (mass %) of 99.1:0.1 is used as a powder, in which the vertical axis represents the powder supply rate and the horizontal axis represents time.
In FIG. 7, during the first period T1, the rotation speed of the
As shown in FIG. 7, the powder supply rate remains at a nearly constant level during the first period T1 in which the rotational speed of the
図8は、イットリアとフッ化イットリウムを99.5:0.5の質量比率(質量%)で混合した混合材料を粉末として用いた場合の粉末供給レートの経時変化を示す図であり、縦軸が粉末供給レート、横軸が時間を示している。
図8においては、供給盤38の回転数を20(rpm)→40(rpm)→60(rpm)→80(rpm)→100(rpm)→150(rpm)→200(rpm)と順に変化させている。
図8に示すように、粉末供給レートは、供給盤38の回転数の変化にしたがって段階的に高くなっている。また、粉末の供給は、実験の開始から12分経過しても継続できている。
FIG. 8 is a graph showing the change over time in the powder supply rate when a mixed material in which yttria and yttrium fluoride are mixed in a mass ratio (mass %) of 99.5:0.5 is used as a powder, in which the vertical axis represents the powder supply rate and the horizontal axis represents time.
In FIG. 8, the rotation speed of the
8, the powder supply rate increases stepwise as the rotation speed of the
図9および図10は、イットリアとフッ化イットリウムを99:1の質量比率(質量%)で混合した混合材料を粉末として用いた場合の粉末供給レートの経時変化を示す図であり、縦軸が粉末供給レート、横軸が時間を示している。
図9においては、供給盤38の回転数を20(rpm)→40(rpm)→60(rpm)→80(rpm)→100(rpm)と順に変化させ、図10においては、供給盤38の回転数を200(rpm)で一定に維持している。
図9に示すように、粉末供給レートは、供給盤38の回転数の変化にしたがって僅かずつ高くなってはいるが、全体的にみると供給盤38の回転数によらずほぼ一定のレベルで推移し、レートの変動(脈動)も小さく抑えられている。また、粉末の供給は、実験の開始から12分経過しても良好に継続できている。実験では、粉末吸引パイプ52を通してキャリアガスと共に噴射する粉末の映像をビデオカメラで撮影したが、そのビデオ映像では、供給盤38の回転数が100(rpm)のときに粉末があたかも水のように安定して供給できていることが確認された。一方、供給盤38の回転数を200(rpm)で一定回転とした場合は、図10に示すように、粉末供給レートがほぼ一定のレベルで推移し、レートの変動も非常に小さく抑えられている。このことから、主材であるイットリアに1%のフッ化イットリウムを混ぜるだけで、粉末の供給がきわめて安定的になることが分かった。
9 and 10 are graphs showing the change over time in the powder supply rate when a mixed material in which yttria and yttrium fluoride are mixed in a mass ratio (mass %) of 99:1 is used as a powder, in which the vertical axis represents the powder supply rate and the horizontal axis represents time.
In FIG. 9, the rotation speed of the
As shown in FIG. 9, the powder supply rate increases slightly with the change in the rotation speed of the
図11および図12は、イットリアとフッ化イットリウムを95:5の質量比率(質量%)で混合した混合材料を粉末として用いた場合の粉末供給レートの経時変化を示す図であり、縦軸が粉末供給レート、横軸が時間を示している。
図11においては、供給盤38の回転数を20(rpm)→40(rpm)→60(rpm)→80(rpm)→100(rpm)と順に変化させ、図12においては、供給盤38の回転数を150(rpm)→200(rpm)と変化させている。
図11に示すように、粉末供給レートは、供給盤38の回転数の変化にしたがって僅かずつ高くなってはいるが、全体的にみると供給盤38の回転数によらずほぼ一定のレベルで推移し、レートの変動も小さく抑えられている。また、粉末の供給は、実験の開始から10分経過しても良好に継続できている。一方、供給盤38の回転数を150(rpm)→200(rpm)と変化させた場合は、図12に示すように、粉末供給レートは、供給盤38の回転数の違いによらず、ほぼ一定のレベルで推移している。
11 and 12 are graphs showing the change over time in the powder supply rate when a mixed material in which yttria and yttrium fluoride are mixed in a mass ratio (mass %) of 95:5 is used as a powder, in which the vertical axis represents the powder supply rate and the horizontal axis represents time.
In FIG. 11, the rotation speed of the
As shown in Fig. 11, the powder supply rate increases slightly as the rotation speed of the
図13および図14は、イットリアとフッ化イットリウムを90:10の質量比率(質量%)で混合した混合材料を粉末として用いた場合の粉末供給レートの経時変化を示す図であり、縦軸が粉末供給レート、横軸が時間を示している。
図13においては、供給盤38の回転数を20(rpm)→40(rpm)と変化させ、図14においては、供給盤38の回転数を100(rpm)→150(rpm)→200(rpm)と順に変化させている。
図13に示すように、粉末供給レートは、供給盤38の回転数の変化にしたがって僅かに高くなってはいるが、全体的にみると供給盤38の回転数によらずほぼ一定のレベルで推移し、レートの変動も小さく抑えられている。この傾向は、図14に示すように、供給盤38の回転数を100(rpm)→150(rpm)→200(rpm)と順に変化させた場合にも同様に現れている。また、粉末の供給は、実験の開始から15分経過しても良好に継続できている。
13 and 14 are graphs showing the change over time in the powder supply rate when a mixed material in which yttria and yttrium fluoride are mixed in a mass ratio (mass %) of 90:10 is used as a powder, in which the vertical axis represents the powder supply rate and the horizontal axis represents time.
In FIG. 13, the rotation speed of the
As shown in Fig. 13, the powder supply rate increases slightly as the rotation speed of the
図15および図16は、イットリアとフッ化イットリウムを80:20の質量比率(質量%)で混合した混合材料を粉末として用いた場合の粉末供給レートの経時変化を示す図であり、縦軸が粉末供給レート、横軸が時間を示している。
図15においては、供給盤38の回転数を20(rpm)→40(rpm)→60(rpm)→80(rpm)→100(rpm)と順に変化させ、図16においては、供給盤38の回転数を100(rpm)→150(rpm)→200(rpm)と順に変化させている。
図15に示すように、粉末供給レートは、供給盤38の回転数の変化にしたがって段階的に高くなっており、レートの小刻みな変動も抑えられている。この傾向は、図16に示すように、供給盤38の回転数を100(rpm)→150(rpm)→200(rpm)と順に変化させた場合にも同様に現れている。また、粉末の供給は、実験の開始から25分ほど経過しても良好に継続できている。
15 and 16 are graphs showing the change over time in the powder supply rate when a mixed material in which yttria and yttrium fluoride are mixed in a mass ratio (mass %) of 80:20 is used as a powder, in which the vertical axis represents the powder supply rate and the horizontal axis represents time.
In FIG. 15, the rotation speed of the
As shown in Fig. 15, the powder supply rate increases stepwise as the rotation speed of the
以上のことから、粉末の主材であるイットリアにフッ化イットリウムを副材として混合することにより、粉末の詰まりを抑制して、粉末の安定供給を実現できることが立証された。特に、粉末供給装置10で取り扱う粉末30として、イットリアを主材、フッ化イットリウムを副材として混合してなる混合材料を用いた場合は、コンタミネーションの問題はフッ素源として限定できるため、きわめて好適である。また、イットリアにフッ化イットリウムを混合する場合は、フッ化イットリウムの質量割合が、好ましくは、質量比で0.1%以上であり、より好ましくは、質量比で1%以上である。
From the above, it has been proven that mixing yttrium fluoride as a secondary material with yttria, which is the main material of the powder, can suppress clogging of the powder and achieve a stable supply of the powder. In particular, when a mixed material consisting of yttria as the main material and yttrium fluoride as the secondary material is used as the
なお、コンタミネーションとしてフッ素源などが問題とならず、粉末の安定供給が優先される状況では、イットリアとフッ化イットリウムの組み合わせ以外の混合材料を用いてもよい。つまり、副材としては、主材の流動性(滑り性)を向上させる材料であれば、フッ化イットリウム以外のフッ素系の粒子(固体)、あるいは液体、気体でもよい。また、フッ素系以外の粒子としては、滑り性の向上に寄与するカーボンの粒子などを一例として挙げることができる。 In addition, in situations where contamination such as fluorine sources is not an issue and a stable supply of powder is a priority, a mixed material other than the combination of yttria and yttrium fluoride may be used. In other words, the secondary material may be a fluorine-based particle (solid) other than yttrium fluoride, or a liquid or gas, as long as it improves the fluidity (slipperiness) of the main material. Also, one example of a particle other than a fluorine-based particle is carbon particles, which contribute to improving slipperiness.
<変形例等>
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
<Modifications, etc.>
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but also includes forms in which various modifications and improvements are made within the scope that can derive specific effects obtained by the constituent elements of the invention and their combinations.
また、本発明は、微粒子噴射、エアロゾルデポジション法、コールドスプレーなどの粉末供給装置に広く適用することができ、特に、凝集性の高い粉末をキャリアガスと共に供給する粉末供給装置に適用することが好ましい。 The present invention can also be widely applied to powder supplying devices for microparticle injection, aerosol deposition, cold spray, etc., and is particularly preferably applied to powder supplying devices that supply highly cohesive powder together with a carrier gas.
また、本発明は、粉末供給装置として実現する以外にも、上記の混合材料を粉末30として用いる粉末供給方法として実現してもよいし、粉末供給装置または粉末供給方法に用いる粉末として実現してもよい。その場合の好ましい態様を以下に付記する。
In addition to being realized as a powder supplying device, the present invention may also be realized as a powder supplying method using the above-mentioned mixed material as
(粉末供給方法の好ましい態様)
[付記1]
粉末をキャリアガスと共に供給する粉末供給方法であって、
前記粉末として、前記粉末の主材と、前記主材の流動性を向上させる副材とを混合してなる混合材料を用いる
粉末供給方法。
[付記2]
前記主材は、イットリアであり、
前記副材は、フッ素系の粒子である
付記1に記載の粉末供給方法。
「付記3」
前記フッ素系の粒子は、フッ化イットリウムであり、
前記フッ化イットリウムの混合割合は、質量比で0.1%以上である
付記2に記載の粉末供給方法。
(Preferred embodiment of powder supply method)
[Appendix 1]
1. A method of supplying powder with a carrier gas, comprising:
a mixed material obtained by mixing a main material of the powder with a secondary material that improves the fluidity of the main material is used as the powder.
[Appendix 2]
The main material is yttria,
2. The powder feeding method of
"
the fluorine-based particles are yttrium fluoride;
The powder feeding method according to
(粉末の好ましい態様)
[付記3]
粉末をキャリアガスと共に供給する粉末供給装置または粉末供給方法に用いられる粉末であって、
前記粉末の主材と、前記主材の流動性を向上させる副材とを混合してなる
粉末。
[付記4]
前記主材は、イットリアであり、
前記副材は、フッ素系の粒子である
付記3に記載の粉末。
「付記5」
前記フッ素系の粒子は、フッ化イットリウムであり、
前記フッ化イットリウムの混合割合は、質量比で0.1%以上である
付記4に記載の粉末。
(Preferred embodiment of powder)
[Appendix 3]
A powder used in a powder supplying apparatus or a powder supplying method that supplies a powder together with a carrier gas, comprising:
A powder obtained by mixing a main material of the powder with a secondary material that improves the fluidity of the main material.
[Appendix 4]
The main material is yttria,
The powder according to
"
the fluorine-based particles are yttrium fluoride;
The powder according to
10…粉末供給装置
14…情報入力部
16…制御部
18…第1の駆動部
20…第2の駆動部
30…粉末
32…粉末収容室
34…攪拌羽根
36…溝
38…供給盤
40…吸引口ユニット
44…掻き混ぜ部材
50…吸引口
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記粉末を収容する粉末収容室と、
前記粉末収容室に収容された前記粉末を攪拌する攪拌羽根と、
前記攪拌羽根によって攪拌された粉末を受ける溝を有する供給盤と、
前記粉末の種類を少なくとも含む駆動条件設定情報を入力する情報入力部と、
前記攪拌羽根を回転させる第1の駆動部と、
前記供給盤を回転させる第2の駆動部と、
前記情報入力部によって入力された前記駆動条件設定情報に応じて、前記第1の駆動部および前記第2の駆動部を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記入力された前記駆動条件設定情報に応じて、前記供給盤と前記攪拌羽根との回転比率を設定し、この設定した回転比率に基づいて、前記第1の駆動部および前記第2の駆動部を制御する
粉末供給装置。 A powder supplying apparatus for supplying a powder together with a carrier gas, comprising:
A powder storage chamber that stores the powder;
a stirring blade for stirring the powder contained in the powder storage chamber;
A supply plate having a groove for receiving the powder stirred by the stirring blade;
an information input unit for inputting driving condition setting information including at least the type of powder;
A first drive unit that rotates the stirring blade;
A second drive unit that rotates the supply platen;
a control unit that controls the first drive unit and the second drive unit in accordance with the drive condition setting information input by the information input unit ,
The control unit sets a rotation ratio between the supply platen and the stirring blade in accordance with the input driving condition setting information, and controls the first driving unit and the second driving unit based on the set rotation ratio.
Powder feeder.
請求項1に記載の粉末供給装置。 The powder supplying device according to claim 1 , further comprising a flexible agitating member arranged in the powder containing chamber so as to rotate together with the agitating blade.
請求項1または2に記載の粉末供給装置。 3. The powder supplying device according to claim 1, further comprising an intake unit having an intake port for sucking the powder together with the carrier gas from the groove of the supply platen, and a blocking portion for blocking the powder that has entered the groove at a position opposite to the intake port.
請求項1~3のいずれか一項に記載の粉末供給装置。 4. The powder supplying device according to claim 1, wherein the surface of the groove is formed with irregularities that suppress slippage of the powder.
請求項1~4のいずれか一項に記載の粉末供給装置。 5. The powder supplying device according to claim 1, wherein the type of powder input by the information input unit includes at least a type of a main material of the powder and a type of a secondary material to be mixed with the main material.
請求項5に記載の粉末供給装置。 The powder supplying device according to claim 5 , wherein the type of powder further includes a mixing ratio of the sub-material.
前記副材の種類にフッ化イットリウムを含む
請求項5に記載の粉末供給装置。 The type of the main material includes yttria,
6. The powder feeding apparatus of claim 5 , wherein the secondary material type includes yttrium fluoride.
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