JPH04503348A - 粒状材料用フィーダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 粒状材料用フィーダ一 本発明は、粉末、ファイバー、フィラメントもしくはボイスカー状の材料等の粒 状材料用フィーダーに関する。より詳細には、本発明は、機械的供給装置を空気 搬送ラインへ連結するためのフィーダーに関する。一般に「粒状フィーダーＪと して公知のこの種のフィーダーは、搬送ラインにおいて、粒状材料を搬送する手 段を機械的手段（例えば、スクリューフィーダー）からガス駆動手段（例えば、 流動床）へと変更するのが好ましい時に使用される。多くの公知の粒状フィーダ ーは、大量（高速）の搬送用ガス及び／もしくは連結用フィーダー流出口及び本 質的に同サイズの口径の搬送ラインを使用する時のみに効果的となる。

本発明のフィーダーは、金属マトリックス複合材料を生産する上で、ホッパーが ら空気搬送ラインへ粒状材料を搬送して該粒状材料の供給を制御して噴霧共蒸着 による金属への練り込みを行う制御自在のフィーダー装置の一部として有益であ る。

金属マトリックス複合材料を生産する典型的噴霧共蒸着方法は、溶融金属流を噴 霧して該金属流に比較的低温のガスを指向接触させて霧状の高温金属粒状材料を 形成する段階と、流動ガス中の粒状セラミック材料を噴霧ゾーンに供給して該粒 状材料を前記金属粒状材料に練込む段階と、該金属粒状材料と粒状材料を集合面 に共蒸着させる段階とから成る。従来、粒状セラミック材料は、空気圧によりホ ッパーから噴霧ゾーンへ搬送される。しかしながら、噴霧領域に高度のガスジェ ット乱流が存在することで粒状供給管の排出点における周囲圧力が変動する。

この排出時の変動圧力により上記方法と共に使用するガスの流れで粒状材料の供 給量を制御する粉末供給装置は、信頼のＷけないものとなる傾向にあり、特に、 使用する搬送ラインの圧力（例えば、０．３バ一ルｇ）や流量（例えば、８０ｃ ｍ３７分）が低い場合はそうである。ホッパー内にバラ貯蔵された粒状材料を噴 霧ゾーンへ搬送する従来の供給装置は、２つのガス流を使用する。即ち、１つは 、粒状材料をバラ貯蔵庫から搬送ラインへ導入するためのガス流であり、もう１ つは、粒状材料を噴霧ゾーン搬送するためのガス流である。係る装置では、２つ のガス流がある点において等しい圧力で遭遇することになる。この点において条 件に変化があると、粒状材料の供給量を含めたすべてのガスの流れに明らかに変 化が生じることとなる。係る問題を克服する高圧力のガス流を使用するのは多く の理由で望ましくない。例えば、噴霧共蒸着方法の性質上、搬送ガス流が噴霧ゾ ーンにおける溶融金属を噴霧するのに使用するガス流に影響を及ぼさないように するために、粒状材料を噴霧ゾーンへ搬送するのに使用するガスの流量を可能な 限り低く維持するのが望ましい。更に、搬送ガスの流量が高くなると粒状材料が 高速で移動することによる磨耗の影響により設備寿命が大幅に低減されることと 、この磨耗により粒状材料自体が崩壊したり汚染したりして望ましくない。搬送 ガスの流量を高くして且つ大口径のパイプを使用すれば、搬送速度を当初のレベ ルに維持することは可能である。しかしながら、噴霧ゾーンの配置及び寸法は、 粒状材料の供給入口を比較的狭くして（例えば、直径７ｍｍ）粒状材料の噴霧ゾ ーンへの最大搬送量を正確に保証するようにされている。

上記を鑑みると、噴霧共蒸着方法による金属マトリックス合成材料を生産するの に使用するホッパーがら空気コンベヤーへ粒状材料を供給する装置を改善して従 来のものに比べてより大幅に粒状材料の供給量を制御可能にすることが必要なの は明白である。

本発明の１態様によれば、ガス透過性材料で形成され且つ不透過性材料で形成さ れた閉鎖された外側ハウジング内に取り付けられた漏斗から成り、該漏斗の壁と 前記外側ハウジングが加圧下の搬送ガスの供給に連結する入口を設けたプレナム チャンバーを画定する機械的供給装置を空気搬送ラインへ連結するための粒状フ ィーダーにおいて、前記漏斗の広口端におけるもしくはその近傍のハウジングが 前記機械的供給装置の出口と密封係合し且つ航記漏斗がその狭口端においてもし くはその近傍で前記空気搬送ラインと連絡することを特徴とする粒状フィーダー が提供される。

本発明の別の態様によれば、金属マトリックス合成材料を生産する噴霧共蒸着方 法とともに使用するホッパーから空気搬送ラインへ粒状材料を供給する装置にお いて、該装置が、 （１）　粒状材料をバラ貯蔵ホッパーから出口へ移動するための機械的供給装置 と、及び （２）　ガス透過性材料で形成され且つ不透過性材料で形成された閉鎖された外 側ハウジング内に取り付けられた漏斗から成り、該漏斗の壁と前記外側ハウジン グが加圧下の搬送ガスの供給に連結する入口を設けたプレナムチャンバーを画定 し、且つ、該ハウジングが前記漏斗の広口端において、もしくは、その近傍で前 記機械的供給装置の出口と係合して気密封止を形成し且つ前記漏斗がその狭口端 においてもしくはその近傍で前記空気搬送ラインと連絡することを特徴とする供 給装置が提供される。

このように、本発明の供給装置では、粒状材料をバラ貯蔵ホッパーから粒状材料 が流動化されて空気搬送ラインへ導入される粒状フィーダーまで移動するのに機 械的供給層が使用される。機械的供給装置を使用することで貯蔵ホッパーから粒 状材料を移動するのにガス流を使用することで生じる前記の問題点が克服される 。これは、機械的供給装置の場合には、ホブバーからの固体粒子の供給量が他の 処理条件と独立しており且つ本質的には機械供給装置を駆動するモーター速度に よってのみ決定されるからである。

機械的供給装置は、勿論公知であり、スクリューフィーダーと、振動コンベヤー フィーダーと、回転弁フィーダーとを含む。本発明では、スクリューフィーダー を使用して好結果を得ている。さらさらした粉末の理想的環境では、機械的供給 装置により搬送される固体供給量は、駆動モーターの速度に比例する。しかしな がら、通常の環境では、粒状材料がその流れ特性及び処理特性において理想とは かけ離れており、特に、粒状材料のサイズが極小で、形状が不規則で、且つ、湿 って粘着性を有する場合にはそうである。通常、係る要素により粉末の「嵩密度 」が変動する。一定速度で動作する機械的供給装置を使用する場合には、該装置 により搬送される粒状材料のマス流量の変動が生じる。従って、本発明では、機 械的供給装置により搬送される粒状材料の搬送量をフィードバック装置により制 御するのが好ましい。このため、機械的供給装置を吊るすか重量測定装置［（例 えば、ロードセル）に取り付ける。時間の関数としての動作中の供給装置の重量 変化が監視されて且つ該重量変化と粒状材料の所望の供給量の場合の重量変化と の比較が自動的に行われる。監視する装置の実際の重量変化率が想定していたよ り大きい場合には、供給装置の速度を低減して相当の補正かなされる。あるいは 、実際の重量変化率が所望の粒状材料供給量に就いて想定していたより低かった 場合には、装置が自動的に供給装置の速度をそれ相当に上昇させる。係るＩＩＩ ｍがなされる供給装置は、一般には「減量ノフィーダーとして公知である。供給 装置の重量サンプリング、最終供給量の算出及び適切なモーター速度制御作用の 実施工程は、供給装置動作中はぼ連続して行われ、且つ、データサンプリング及 び装置（モーター）反応時間の面では無視出来るマイクロプロセッサ−プログラ ム計算時間（ｌサイクル当たり数ミリ秒が典型的）に必要な有限時間に就いての 許容がなされる。この種のｒ減量」フィーダーを使用することで、同一供給装置 を使用して異なる種類の粒状材料を容易且つ正確に供給出来、且つ、供給装置へ 供給する粒状材料を１つの粒状材料から異なる粒状材料へ容易且つ迅速に変更す ることが可能となる。

機械的供給装置を空気搬送ラインへ連結する本発明の粒状フィーダーは、搬送ガ スを透過する多孔性材料から成る漏斗から成るのが典型的であり、該搬送ガスは 、供給装置が動作中は、前記漏斗と前記漏斗が取り付けられる外部ガス不透過性 ハウジング間に位置するプレナムチャンバーへ供給される。関係する機械的供給 装置の速度を関係する粒状材料に許容可能なものとするために、機械的供給装置 の排出部を空気搬送管の直径より１桁大きくするのが典型的である。従って、粒 状フィーダーにおける漏斗は、例えば、１００ｍｍの入口径から、例えば、１０ ｍｍの出口径への移行を保留容積を最小限にしつつ空気搬送ラインにおいて粒状 材料の閉塞が生じる程の急速な移行を行わずに達成しなけらばならない。本発明 の粒状フィーダーの漏斗は、円錐形漏斗であるのが好ましい。しかしながら、本 発明では、空気搬送ラインと連絡する狭口端にかけて側面が内側に彎曲するボー ルの形状を有するような非円錐形漏斗も使用することが可能である。係る場合に は、ボール状漏斗の内側に湾曲する側面が粒状フィーダーの動作中に粒状材料の 付着が生じるような面が出来る程大きく成らないことが好適である。垂直軸とこ の垂直軸に対して３０″から６０″、より好適には３０’から４５°の角度の側 壁を育する１斗を用いてこの移行を達成するのが好適であることが判明した。

外部ハウジングの形状は、円錐形ではないが漏斗を囲むプレナムチャンバーが均 等に充填されるに充分な大きさを有することが好ましい。本発明で使用される漏 斗は、粒状フィーダーの動作中にプレナムチャンバーへ加圧下で供給される搬送 ガスを透過する材料で形成される。本発明では、漏斗形成用に焼結プラスチック 、フィルター布もしくは織ワイヤーメツシュ等のガス透過性材料が成功裏に使用 されて来た。しかしながら、動作中搬送ガスが加圧下でプレナムチャンバーへ供 給されるため、漏斗壁は、透過性を有する漏斗が係る圧力に耐えられる程の充分 な寸法安定性を有するように充分な機械的剛性を有する必要がある。次いで、本 発明で使用する漏斗を形成するのに焼結金属もしくは有孔金属を使用する。漏斗 を有孔金属シートで形成する場合には、金属シートは、孔の直周辺で金属シート 平面から変形させて孔から粒状材料を（フィーダーが動作中は）防護するように する。漏斗の内部面が充分に平滑にされて粒状材料の付着が生じないようにする ことが好適である。動作すると、粒状材料が機械的供給装置から漏斗内へ自由落 下するので、プレナムチャンバーからボールを貫通する搬送ガスが空気搬送ライ ンへ向けてもしくは該ライン内へ粒状材料をフラッジする。

添付図面中、 図１は、本発明を利用する好適粒状フィーダーの断面図であり、図２は、図１に 示す粒状フィーダーの動作を概略示す図であり、及び図３は、本発明の供給装置 の略図である。

図１において、ステンレススチールもしくはアルミニウム等のガス不透過性材料 で形成されるハウジング１は、円筒状側面２と上部半径方向フランジ３を有する 。ハウジングは、空気搬送ライン（図示なし）に続く出口バイブ５に開口した底 部４を有する。フランジ３は、機械的供給装置出口の底部に当接するようにされ ており且つ該フランジに設シナた穴６を貫通配置したボルトにより底部に固着さ れる。ハウジングｌ内には垂直線に対して４５”の角度の側壁を有し且つガス透 過性材料で形成された切頭円錐状の漏斗７が含まれる。漏斗は、ハウジングの頂 部開口近傍の広口端８から出口バイブ５に連絡する狭口端９ヘスムースに移行出 来るようにハウジングに配置される。プレナムチャンバー１０は、ハウジングの 側部２と底部４と円錐状漏斗７の側部により画定される。ハウジングには、粒状 フィーダーが動作すると加圧下で導入される搬送ガスの供給するための入口１１ が具備される。図２から明らかなように、動作中は、粒状材料Ｉ２は機械的供給 装置（図示なし）から自由落下して粒状フィーダー内へ入る。ハウジングｌの入 口１１へ加圧下で供給される搬送ガスが円錐形漏斗７の壁を貫通してプレナムチ ャンバー１０に進入する。円錐形漏斗内へ自由落下する粒状材料１２は、漏斗壁 でもしくはその近傍で搬送ガスに遭遇してそこから該ガス流により漏斗の内部へ 搬送降下して出口バイブ５を介して空気搬送ライン（図示なし）へフラッジされ る。

図３において、図１及び図２に示すタイプの粒状フィーダーは、フランジ３によ りモーター駆動スクリューフィーダー１４の出口１３に係合される。スクリュー フィーダー１４は、動作すると粒状材料１２を密封パラ貯蔵ホッパー１５から出 口１３へ供給し、粒状材料は、該出口１３から粒状フィーダーの円錐形漏斗７内 へ自由落下する。ハウジング１と漏斗７間に位置するプレナムチャンバーｌＯ内 へ導入される搬送ガスをガス人口１１を介して所望の方向へ所望の流量で流すた めに、パイプ１６がスクリューフィーダーの出口領域１７とホッパー内の粒状材 料面上部の空間１８とを連結するように設けられるのが好ましい。このように、 搬送ガスが流れると、１７と１８におけるガスの圧力が等しくなり、粒状材料が 装置内での圧力増加により悪影響を受けなくなる。パイプ１６は、同パイプ内を 流れる粒状材料と搬送ガスの流れを制限するがバラ貯蔵ホッパーと粒状フィーダ ー間の圧力を等しくする装置を含むかもうしくは設けられる。例えば、パイプ１ ６は、装置内の増加圧力を逃がすために周期的に開放するだけの圧力均等弁を含 むか装着されても良い。係る特徴は、流量が低い場合には利点となる。または、 制御弁を付ける付けないに係わらず、漏斗人口１７とホッパーの頂部空間１８を 連結する帰り管１θを設ける代わりに、ホッパーの頂部空間を自動的に制御され て１７のガス圧力と等しい値にホッパーの頂部空間のガス圧力を維持する別のガ ス供給路（図示なし）に連結しても良い。ホッパー内のガス容量が大きくなる場 合には、ホッパーの頂部空間への別のガス供給路を有する係る装置は、帰り管１ ６を有する装置より好適である。これは、後者の装置においては、圧力の均等化 によりガス流が漏斗内へ逸らされて搬送ライン内での固体の均等搬送が妨害され る場合があるからである。前記した如く、噴霧共蒸着では、最大限の量の粒状材 料と最小限の量の搬送ガスが要求される。この比率は、「位相密度Ｊと定義され 且つ記号「μ」で下記の如く表される。

固体マス流量 ガスマス流量 ある粉末は、「緻密位相」即ちμｍ５０−２００　（約）で約１ｍ／ｓの速度で 搬送される。動作条件が閉塞パイプの条件に近似するので、このモードにおける 係る粉末の処理経験が必須である。しかしながら、「減量」フィーダーの正確な 動作を保証するために、その条件が開放パイプの条件と類似した位相密度範囲（ 即ちμｍ１−１０及びｖｗ２０−４０ｍ／ｓ）の反対の限界で搬送ラインを動作 することが望ましい。この方式のもう１つの利点は、搬送ライン中の粉末流の僅 かな断絶（ライン圧力を変動させる）も通常の低ライン圧力に対して容易に測定 出来ることである。「緻密」位相搬送においては、通常高ライン圧力が必要とさ れるため、固体流量の大幅な変動が覆隠されて気付かれない状態となっているか らである。

本発明の供給装置は、ｘｏｍ／ｓの速度で２０乃至５０の位相密度を使用して充 分満足に作用させることが可能である。しかしながら、このモードの搬送（即ち 、可動／′シゅう動ベッド及びデューン）は、金属マトリックス合成材料生産構 造の面では所望の結果を得ることが出来ないかも知れない。本発明は、ＳｉＣ粉 末（Ｆ２３０グリフト、Ｆ６００グリフト、及びＦ１００Ｏグリッド）を０．５ 乃至３．５ｋｇ／秒の供給量の範囲に亙り４５Ｘ１０−”乃至８５Ｘ１０−”Ｎ ｍ”７秒の搬送ガス流を使用して直径公称８ｍｍの管を介して搬送する上では成 功裏に使用された。ｒＦ２３０．６００及び１０００グリツド」は、ＦＥＰＡ基 準４２−ＧＢ−１９８４及び米国基準ＡＮＳＩ　Ｂ、７４．１２−１９７５に記 載されている。

フィーダーモーターを停止するとすぐに搬送ラインは、搬送ライン中の粉末レベ ル濃度が漸次に低下するというのではなくむしろ粉末が迅速に無ズなってしま前 記した供給装置を使用して種々の粒状材料を種々の流量で搬送した。装置は、高 固体密度で機能し且つ依然として均一な流れを維持することが判明した。結果を 下記の表に示す。

術１ 表に対する注記 （１）　［！１重密度値は、「流量」を「ガス流ＪＸＩＯ−”で割って得る。

（２）　５０：５０ｗｔ％の混合物 （３）　スクリューフィーダー圧力は１．０バ一ルｇ及び２ｋｇ／分。

（４）　スクリューフィーダー圧力は３．０バ一ルｇ及び３．５ｋｇ／分。

（５）　スクリューフィーダー圧力は２．５バ一ルｇ表に示す最初の６回のラン 、即ち、０，５．２．０．３．０及び３．５ｋｇ／分での５ｉＣ（Ｆ２Ｏ３）の ランは、高固体密度が達成されたことを示す。表中のその他のランは、本発明の フィーダーの材料と粒子サイズの処理能力範囲を示す。すべてのケースにおいて 、満足の行く均一な流れが達成された。

国際調査報告 一一嘲−−＾−Ｉ事−・　ＰＣ’ｌ”／ＧＢ　９０１００１０５国際調査報告 Ｇ８９０００１０５ Ｓ＾　３３９５５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス透過性材料で形成され且つ不透過性材料で形成された閉鎖された外側ハ ウジング内に取り付けられた漏斗から成り、該漏斗の壁と前記外側ハウジングが 加圧下の搬送ガスの供給に連結する入口を設けたプレナムチャンバーを画定する 機械的供給装置を空気搬送ラインへ連結するための粒状フィーダーにおいて、前 記漏斗の広口端におけるもしくはその近傍のハウジングが前記機械的供給装置の 出口と密封係合し且つ前記漏斗がその狭口端においてもしくはその近傍で前記空 気搬送ラインと連絡することを特徴とする粒状フィーダー。 ２．前記漏斗が円錐形漏斗である請求項１記載のフィーダー。 ３．前記円錐形漏斗の側面が垂直軸に対して３０°乃至６０°の角度になる請求 項２記載のフィーダー。 ４．金属マトリックス合成材料を生産する噴霧共蒸着方法とともに使用するホッ パーから空気搬送ラインへ粒状材料を供給する供給装置において、該装置が、（ １）粒状材料をバラ貯蔵ホッパーから出口へ移動するための機械的供給装置と、 及び （２）ガス透過性材料で形成され且つ不透過性材料で形成された閉鎖された外側 ハウジング内に取り付けられた漏斗から成り、該漏斗の壁と前記外側ハウジング が加圧下の搬送ガスの供給に連結する入口を設けたプレナムチャンバーを画定し 、且つ、該ハウジングが前記漏斗の広口端において、もしくは、その近傍で前記 機械的供給装置の出口と係合して気密封止を形成し且つ前記漏斗がその狭口端に おいてもしくはその近傍で前記空気搬送ラインと連絡することを特徴とする供給 装置。 ５．前記機械的供給装置がモーター駆動スクリューフィーダーである請求項４記 載の供給装置。 ６．前記機械的供給装置が自動制御手段により調節されて粒状材料の一定平均マ ス流量が保証される請求項４または請求項５記載の供給装置。 ７．前記漏斗が円錐形である請求項４乃至６項のいずれかに記載の供給装置。 ８．前記円錐形漏斗の側面が垂直軸に対して３０°乃至６０°の角度になる請求 項７記載の供給装置。 ９．前記機械的供給装置の出口の直径が約１００ｍｍであり且つ空気搬送ライン ヘの前記供給装置の出口の直系が約１０ｍｍである請求項４乃至８項のいずれか に記載の供給装置。 １０．機械的供給装置の出口領域がホッパー内の粒状材料面上方の区間に連結自 在のパイプラインにより連絡するようにされた請求項４乃至９項のいずれかに記 載の供給装置。 １１．ホッパー内の粒状材料面上方の空間が制御されて前記空間内の圧力を前記 機械的供給装置の出口領域に存在する圧力に数値上等しく維持する加圧下のガス の供給に連結される請求項４乃至９項のいずれかに記載の供給装置。