(57)【要約】【課題】少ない工程で粒子表面に被膜を形成可能な粒子被覆方法および粒子被覆装置を提供すること。【解決手段】粒子の表面に被膜を形成する粒子被覆方法であって、前記被膜の構成材料の前駆体を含む第１液体に前記粒子を接触させ、被処理粒子を得る工程と、前記第１液体と相分離し前記第１液体よりも比重が大きい液体であって、前記前駆体を前記構成材料に転化させる第２液体が、前記第１液体との接触界面を介して貯留されている状態で、前記接触界面を介して前記第１液体から前記第２液体へ前記被処理粒子を移動させ、被膜付き粒子を得る工程と、を有することを特徴とする粒子被覆方法。【選択図】図１
2020138140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子の表面に被膜を形成する粒子被覆方法であって、
前記被膜の構成材料の前駆体を含む第１液体に前記粒子を接触させ、被処理粒子を得る工程と、
前記第１液体と相分離し前記第１液体よりも比重が大きい液体であって、前記前駆体を前記構成材料に転化させる第２液体が、前記第１液体との接触界面を介して貯留されている状態で、前記接触界面を介して前記第１液体から前記第２液体へ前記被処理粒子を移動させ、被膜付き粒子を得る工程と、
を有することを特徴とする粒子被覆方法。
【請求項２】
前記第１液体の液面上の気圧を大気圧より高くする工程を有する、請求項１に記載の粒子被覆方法。
【請求項３】
重力による落下を利用して、前記第１液体から前記第２液体へ前記被処理粒子を移動させる請求項１または２に記載の粒子被覆方法。
【請求項４】
前記粒子に前処理を施す工程を有する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粒子被覆方法。
【請求項５】
前記第２液体を加熱する工程を有する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粒子被覆方法。
【請求項６】
前記粒子は、磁性を有しており、
前記被処理粒子に磁力を作用させることにより、前記被処理粒子を移動させる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の粒子被覆方法。
【請求項７】
粒子の表面に被膜を形成する粒子被覆装置であって、
前記被膜の構成材料の前駆体を含む第１液体、および、前記第１液体と相分離し前記第１液体よりも比重が大きい液体であって、前記前駆体を前記構成材料に転化させる第２液体を、接触界面を介して貯留する容器と、
前記容器内に前記粒子を投入する投入部と、
前記容器内の内容物を回収する回収部と、
を有することを特徴とする粒子被覆装置。
【請求項８】
前記接触界面よりも鉛直上方に前記第１液体を導入する第１液体導入部と、
前記接触界面よりも鉛直下方に前記第２液体を導入する第２液体導入部と、
を有する請求項７に記載の粒子被覆装置。
【請求項９】
前記第１液体の液面よりも鉛直上方にガスを導入するガス導入部を有する請求項７または８に記載の粒子被覆装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子被覆方法および粒子被覆装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インダクター等に用いられる磁性粉末では、粒子表面に絶縁処理を施し、粒子間に流れる渦電流を抑制する必要がある。このため、各種成膜法を用いて、磁性粉末の粒子表面に絶縁被膜を形成する方法が検討されている。
【０００３】
絶縁被膜としては、例えばセラミックス系材料の被膜が挙げられる。特許文献１には、ポリシラザンまたはその変性物にアミン類または／および酸類を添加してなる組成物を、水蒸気と接触させることを特徴とするシリカ質セラミックスの形成方法が開示されている。具体的には、シリコンウエハー上にポリシラザン溶液を塗布した後、恒温恒湿器中で加湿処理を施すことが開示されている。このような方法によれば、低温、高速でシリカ質セラミックスに生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、被処理粒子を溶液に接触させた後、これを取り出し、恒温恒湿器に投入する必要がある。このため、被処理粒子の搬送、恒温恒湿器内の清浄管理等の観点で、作業が煩雑になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の適用例に係る粒子被覆方法は、粒子の表面に被膜を形成する粒子被覆方法であって、
前記被膜の構成材料の前駆体を含む第１液体に前記粒子を接触させ、被処理粒子を得る工程と、
前記第１液体と相分離し前記第１液体よりも比重が大きい液体であって、前記前駆体を前記構成材料に転化させる第２液体が、前記第１液体との接触界面を介して貯留されている状態で、前記接触界面を介して前記第１液体から前記第２液体へ前記被処理粒子を移動させ、被膜付き粒子を得る工程と、
を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る粒子被覆装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す粒子被覆装置により製造される被膜付き粒子の一例を示す断面図である。
【図３】実施形態に係る粒子被覆方法を示す工程図である。
【図４】図３に示す粒子被覆方法を説明するための図である。
【図５】図３に示す粒子被覆方法を説明するための図である。
【図６】図３に示す粒子被覆方法を説明するための図である。
【図７】図３に示す粒子被覆方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の粒子被覆方法および粒子被覆装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
［粒子被覆装置］
まず、実施形態に係る粒子被覆装置について説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る粒子被覆装置１を示す断面図である。図２は、図１に示す粒子被覆装置１により製造される被膜付き粒子９３の一例を示す断面図である。
【００１１】
図１に示す粒子被覆装置１は、粒子９１の表面に被膜９２を形成し、図２に示す被膜付き粒子９３を製造する装置であって、第１液体２１および第２液体２２を接触界面２３を介して互いに相分離させた状態で収容する容器２と、容器２内に粒子９１を投入する投入部３と、容器２内の内容物を回収する回収部４と、を有する。以下、粒子被覆装置１の各部について詳述する。
【００１２】
容器２は、鉛直方向に延在する軸線を有する円筒形をなす容器である。容器２の上端には投入部３が設けられ、容器２の下端には回収部４が設けられている。
【００１３】
また、容器２の下部では、その内径が下端に向かって徐々に小さくなっている。これにより、容器２の体積を増やしつつ、内容物を集めることができるので、内容物の回収を容易に行うことができる。
【００１４】
容器２の構成材料は、第１液体２１および第２液体２２に対する耐性を有する材料であれば、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金のような金属材料の他、樹脂材料、ガラス材料、セラミックス材料等が挙げられる。
なお、容器２の形状は、特に限定されず、円筒形以外の形状をなしていてもよい。
【００１５】
第１液体２１および第２液体２２については、後に詳述するものの、第１液体２１は、被膜９２の構成材料の前駆体を含む液体であり、第２液体２２は、被膜９２の構成材料の前駆体と接触することにより、この前駆体を構成材料に転化させる液体である。
【００１６】
また、第２液体２２は、第１液体２１と相分離し、かつ、第１液体２１よりも比重が大きい液体である。このため、第１液体２１および第２液体２２の双方を容器２内に入れると、容器２内の鉛直下方に第２液体２２が溜まり、その上に第１液体２１が溜まることになる。そして、第１液体２１と第２液体２２との間には、相分離に伴う接触界面２３が形成される。なお、各図では、第１液体２１と第２液体２２とが区別され、接触界面２３が明瞭になっているが、この接触界面２３は不明瞭であってもよい。
【００１７】
なお、説明の便宜上、容器２のうち、第１液体２１が収容されている部分を第１液体収容部２０１とし、第２液体２２が収容されている部分を第２液体収容部２０２とする。これらの第１液体収容部２０１および第２液体収容部２０２は、容器２内における鉛直方向の位置がある程度決められていてもよいが、第１液体２１および第２液体２２の各導入量に応じてその容積が変動する。その結果、第１液体２１の液面も変動する。また、容器２内のうち、第１液体２１の液面上には隙間２０３が生じている。
【００１８】
容器２を構成する壁部のうち、隙間２０３に対応する部分には、ガス導入部５１が接続されている。ガス導入部５１は、図示しないガス貯留部と、ガス貯留部と隙間２０３との間を接続する配管５１２と、を備えている。このようなガス導入部５１により、隙間２０３にガスＧが導入されるようになっている。
【００１９】
また、隙間２０３に対応する部分には、ガス導入部５１と反対側にガス排出部５２が接続されている。ガス排出部５２は、隙間２０３に接続された配管５２２を備えている。このようなガス排出部５２により、隙間２０３に導入されたガスＧを排出することができる。なお、ガス導入部５１およびガス排出部５２は、それぞれ必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。また、ガス導入部５１の位置およびガス排出部５２の位置も、それぞれ上記に限定されない。
【００２０】
さらに、ガス導入部５１には、ガスＧの導入量を制御するバルブを設けるようにしてもよい。同様に、ガス排出部５２には、ガスＧの排出量を制御するバルブを設けるようにしてもよい。これらのバルブを適宜操作することにより、隙間２０３のガスＧの気圧や濃度を調整することが可能になる。
【００２１】
容器２を構成する壁部のうち、第１液体収容部２０１に対応する部分には、第１液体導入部５３が接続されている。第１液体導入部５３は、図示しない第１液体貯留部と、第１液体貯留部と第１液体収容部２０１との間を接続する配管５３２と、を備えている。このような第１液体導入部５３により、第１液体収容部２０１に第１液体２１が導入されるようになっている。
【００２２】
また、第１液体収容部２０１には、第１液体導入部５３と反対側に第１液体排出部５４が接続されている。第１液体排出部５４は、第１液体収容部２０１に接続された配管５４２を備えている。このような第１液体排出部５４により、第１液体収容部２０１に導入された第１液体２１を排出することができる。なお、第１液体排出部５４は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。また、第１液体排出部５４の位置も上記に限定されない。例えば、第１液体排出部５４は、接触界面２３の付近に設けられていてもよい。これにより、接触界面２３付近に第１液体２１と第２液体２２との反応生成物が発生したとしても、これを効率よく排出することができる。なお、排出した第１液体２１は、含まれる異物等を除去した後、再び、第１液体導入部５３から導入されるようになっていてもよい。
【００２３】
さらに、第１液体導入部５３には、第１液体２１の導入量を制御するバルブを設けるようにしてもよい。同様に、第１液体排出部５４には、第１液体２１の排出量を制御するバルブを設けるようにしてもよい。これらのバルブを適宜操作することにより、第１液体収容部２０１の容積を調整することが可能になる。
【００２４】
容器２を構成する壁部のうち、第２液体収容部２０２に対応する部分には、第２液体導入部５５が接続されている。第２液体導入部５５は、図示しない第２液体貯留部と、第２液体貯留部と第２液体収容部２０２との間を接続する配管５５２と、を備えている。このような第２液体導入部５５により、第２液体収容部２０２に第２液体２２が導入されるようになっている。
【００２５】
また、第２液体導入部５５には、第２液体２２の導入量を制御するバルブを設けるようにしてもよい。このバルブを適宜操作することにより、第２液体収容部２０２の容積を調整することが可能になる。
【００２６】
投入部３は、容器２の上端に設けられている。図１に示す投入部３は、被膜９２を形成する対象である粒子９１を分級するふるい網３２を備えている。そして、粒子９１は、ふるい網３２を介して容器２内に投入されるようになっている。これにより、ふるい網３２の目開きよりも小さい粒子９１を選択的に投入することができるので、投入される粒子９１の粒径を揃えることができる。
【００２７】
また、ふるい網３２を用いることにより、粒子９１同士が凝集してなる凝集物についてもふるい分けることができる。このため、粒子９１の単粒子を選択的に投入することができ、最終的に、より粒径の揃った被膜付き粒子９３を製造することができる。
なお、ふるい網３２に代えて、他の分級装置を用いるようにしてもよい。
【００２８】
回収部４は、容器２の下端に設けられている。図１に示す回収部４は、被膜付き粒子９３を貯留する粒子貯留部４２と、容器２の下端を開閉する粒子回収バルブ４４と、粒子回収バルブ４４を介して排出される被膜付き粒子９３を分級するふるい網４６と、を備えている。
【００２９】
粒子回収バルブ４４は、容器２の第２液体収容部２０２において形成された被膜付き粒子９３を、第２液体２２ごと排出するためのバルブである。
【００３０】
ふるい網４６は、被膜付き粒子９３同士が凝集してなる凝集物等をふるい分けることにより、回収される被膜付き粒子９３の粒径を揃える機能を有する。
【００３１】
なお、図１に示す回収部４は、ふるい網４６の下方に設けられた磁力発生部４８をさらに備えている。この磁力発生部４８は、粒子９１が例えば磁性を有している場合、磁力で被膜付き粒子９３を吸引するように作用する。このように磁力を利用することで、ふるい網４６による被膜付き粒子９３のふるい分けを補助し、回収効率を高めることができる。
磁力発生部４８としては、例えば永久磁石、電磁石等が挙げられる。
【００３２】
なお、ふるい網４６や磁力発生部４８は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。
【００３３】
また、図１に示す粒子被覆装置１は、第２液体収容部２０２に対応して設けられた加熱部６を備えている。加熱部６は、第２液体収容部２０２に収容された第２液体２２を加熱し得る部材であれば、その加熱原理は特に限定されない。一例として、ヒーター配線を内蔵したヒーターブロック、フィルムヒーター、シートヒーター、シーズヒーター、ＩＨ（Induction Heating）ヒーター、赤外線を放射する赤外線放射ヒーター等が挙げられる。このうち、ＩＨヒーターが好ましく用いられる。ＩＨヒーターでは、粒子９１が金属を含む場合、被膜付き粒子９３を選択的に加熱することができるので、均一な加熱が可能になる。
【００３４】
さらに、図１に示す粒子被覆装置１は、容器２内に収容されている被膜付き粒子９３のゼータ電位を測定するゼータ電位計７を備えている。ゼータ電位計７を用いて粒子９１のゼータ電位を測定することにより、粒子９１の表面状態を定量的に評価することができる。これにより、粒子９１の表面における前駆体の付着状態、前駆体の転化状態等を評価することができる。したがって、粒子被覆装置１では、ゼータ電位計７で評価したこれらの状態に基づき、例えば第１液体収容部２０１や第２液体収容部２０２の各容積といった条件を変更することにより、目的とする膜厚等を満たす被膜９２を形成することができるようになる。
【００３５】
ゼータ電位計７としては、例えばレーザードップラー法のような光学的手法を用いた計測器が用いられる。
【００３６】
また、図１に示す粒子被覆装置１は、容器２の外部において移動可能な磁力発生部８を備えている。図１に示す磁力発生部８は、例えば容器２の外部において接触界面２３をまたぐように移動可能に配置されている。このような移動可能な磁力発生部８を設けることにより、例えば粒子９１が磁性を有している場合には、第１液体２１側から第２液体２２側への粒子９１の移動を磁力の作用によって補助することができる。これにより、粒子９１が接触界面２３を通過しにくい場合でも、通過を促進することができる。その結果、被膜付き粒子９３の製造効率を高めることができる。
【００３７】
なお、磁力発生部８の位置は、図１に示す位置に限定されない。また、複数の磁力発生部８を設けるようにしてもよい。さらに、容器２を取り囲むように磁力発生部８を設けるようにしてもよい。
【００３８】
磁力発生部８としては、例えば永久磁石、電磁石が挙げられる。このうち、電磁石を用いることにより、磁界の強さを容易に調整することができるので、粒子９１の移動を容易に制御することができる。
【００３９】
［粒子被覆方法］
次に、実施形態に係る粒子被覆方法として、図１に示す粒子被覆装置１を用い、粒子９１の表面に被膜９２を形成する方法について説明する。
【００４０】
図３は、実施形態に係る粒子被覆方法を示す工程図である。図４ないし図７は、それぞれ図３に示す粒子被覆方法を説明するための図である。
【００４１】
（Ｓ０１）前処理
まず、図３に示すように、粒子９１に前処理を施す工程を設ける。前処理を施すことにより、粒子９１の表面を清浄化することができる。また、粒子９１の表面の反応性が高められるため、被膜９２の密着性、被覆性を高めることができる。
【００４２】
前処理としては、例えば、加熱処理、オゾン処理、紫外線照射処理、プラズマ処理等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いられる。
【００４３】
このうち、加熱処理では、粒子９１の表面に吸着している水分を除去または減少させる処理であれば、処理条件は特に限定されない。
【００４４】
なお、粒子９１は、いかなる粒子であってもよいが、例えば、金属粒子、セラミックス粒子、ガラス粒子、樹脂粒子、炭素粒子等が挙げられる。また、磁性金属粒子、フェライト粒子のような磁性粒子であってもよい。
【００４５】
磁性粒子としては、硬磁性を有する粒子であってもよいが、好ましくは軟磁性を有する粒子が用いられる。軟磁性を有する粒子は、磁界の有無で磁化を制御することが可能であるため、磁力発生部８、４８による磁界発生の有無によって、磁力による吸引と吸引解除とを切り替えることができる。このため、粒子９１や被処理粒子９５、被膜付き粒子９３の搬送等を容易に行うことができる。
【００４６】
また、粒子９１は、その比重が、第１液体２１および第２液体２２の双方よりも大きい。これにより、第１液体２１中および第２液体２２中において、粒子９１を沈降させることが可能になる。
なお、前処理は、必要に応じて行えばよく、省略されてもよい。
【００４７】
（Ｓ０２）粒子のふるい分け
次に、図４に示すように、投入部３のふるい網３２上に粒子９１を載置する。そして、ふるい網３２で分級することにより、粒径の揃った粒子９１が容器２内に投入される。これにより、粗大粒子や凝集した粒子を除去することができ、最終的に粒径の揃った被膜付き粒子９３を製造することができる。投入された粒子９１は、容器２内において、第１液体２１の液面上に生じた隙間２０３を落下する。
【００４８】
分級後の粒子９１の平均粒径は、特に限定されないが、５０μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であるのがより好ましく、２μｍ以上２０μｍ以下であるのがさらに好ましい。このような比較的微小な粒子９１は、後述する第１液体２１や第２液体２２に分散させたとき、比較的低速で沈降する。このため、第１液体２１や第２液体２２に比較的長時間滞在することになり、接触時間を確保することができる。その結果、最終的に被膜９２の被覆性を高めることができる。
なお、分級は、必要に応じて行えばよく、省略されてもよい。
【００４９】
（Ｓ０３）粒子の分散
次に、隙間２０３にガスＧを導入する。これにより、粒子９１を隙間２０３に分散させる。すなわち、ガスＧの導入によって隙間２０３内が撹拌される。このため、隙間２０３に漂う粒子９１が揺り動かされ、粒子９１同士が分散するとともに、凝集している粒子９１についても分離させることができる。これにより、粒子９１の単粒子を、後述する第１液体２１への接触に供することができる。
【００５０】
また、本工程Ｓ０３は、ガスＧの導入により、隙間２０３の気圧を高める工程を有していてもよい。すなわち、本工程Ｓ０３は、第１液体２１の液面上の気圧を、大気圧より高くする工程を有していてもよい。これにより、この気圧を利用して、隙間２０３に分散した粒子９１を第１液体２１中に侵入させやすくする。その結果、第１液体２１において粒子９１を効率よく沈降させることができる。
【００５１】
ガスＧとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガスの他、乾燥空気等が用いられる。これらを用いることにより、ガスＧへの水分の含有を抑制することができる。これにより、第１液体２１に含まれる前駆体９４が水分と反応してしまうのを抑制することができる。
【００５２】
また、隙間２０３の気圧は、大気圧より高いことが好ましいが、具体的には、例えば１．０気圧超であるのが好ましく、１．２気圧以上であるのがより好ましい。これにより、粒子９１をより効率よく沈降させることができる。
なお、ガスＧの導入は、必要に応じて行えばよく、省略されてもよい。
【００５３】
（Ｓ０４）第１液体への接触
前述したように粒子９１は、自重および気圧により、第１液体２１に接触する。そして、第１液体２１に接触した粒子９１の表面には、第１液体２１に含まれる前駆体９４が付着する。これにより、図５および図６に示すように、粒子９１の表面に前駆体９４が付着してなる被処理粒子９５が形成される。この前駆体９４は、前述したように、粒子９１の表面に形成しようとする被膜９２の構成材料の前駆物質である。かかる前駆体９４は、後述する第２液体２２と反応することにより、被膜９２の構成材料を生成する。
【００５４】
粒子９１は、自重により第１液体２１中を沈降するが、その際に前駆体９４が粒子９１を覆うように付着する。粒子９１が前駆体９４で覆われるためには、ある程度の時間が必要であることから、その時間を確保するため、粒子９１の沈降速度に応じて前述した第１液体収容部２０１の厚さを適宜設定すればよい。また、沈降速度は、第１液体２１の粘度も影響するため、第１液体２１の粘度を適宜設定するようにしてもよい。さらには、第１液体２１中の前駆体９４の濃度を調整することにより、例えば沈降速度が速い場合あるいは第１液体収容部２０１が薄い場合でも、十分な膜厚で前駆体９４を付着させることも可能である。
【００５５】
第１液体２１に含まれる前駆体９４としては、例えば、ポリシラザン、テトラエトキシシラン、トリエトキシメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、シルセスキオキサンのようなシリカ前駆体、トリエトキシアルミニウム、トリメトキシアルミニウム、アルミニウムトリエトキシド、メチルジメトキシアルミニウムのようなアルミナ前駆体等が挙げられる。この他、窒化ホウ素前駆体、窒化アルミニウム前駆体等であってもよい。また、前駆体９４は、いわゆる金属アルコキシドであってもよい。
【００５６】
このうち、ポリシラザンが好ましく用いられる。ポリシラザンは、水と反応して主にシリカに転化する。このため、第２液体２２として水を用いることができ、作業効率を高めることができる。また、緻密なシリカを生成するため、例えば形成される被膜９２に優れた絶縁性を付与することができる。
【００５７】
なお、ポリシラザンとは、−（ＳｉＨ２−ＮＨ）−で表される繰り返し単位を有するポリマーのことをいう。なお、繰り返し単位中の水素原子は、その一部または全部が置換基で置換されていてもよい。また、主鎖は、鎖状構造であってもよく、途中で分岐していてもよく、環状構造であってもよい。このうち、鎖状構造を有するポリシラザンとしては、例えば、ペルヒドロポリシラザン、ポリメチルヒドロシラザン、ポリＮ−メチルシラザン、ポリＮ−（トリエチルシリル）アリルシラザン、ポリＮ−（ジメチルアミノ）シクロヘキシルシラザン、フェニルポリシラザン等が挙げられる。
【００５８】
また、このような前駆体９４を溶解する溶媒または分散させる分散媒としては、第２液体２２と相分離し、かつ、第２液体２２よりも比重が小さくなる第１液体２１を生成可能な溶剤であれば、特に限定されないが、例えば、クロロホルム、シクロヘキサン、１，２−ジクロロエテン、ジクロロメタン、１，２−ジメトキシエタン、ヘキサン、１，１，２−トリクロロエテン、ｔ−ブチルメチルエーテル、酢酸エチル、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ギ酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸メチル、メチルエチルケトン、ペンタン、キシレン、ベンゼン、トルエン等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上の混合物であってもよい。
【００５９】
第１液体２１における前駆体９４の濃度は、前述したように、被膜９２の膜厚、第１液体収容部２０１の厚さ、粒子９１の粒径等に応じて適宜設定されるため、限定されるものではないが、一例として０．０１質量％以上５０質量％以下であるのが好ましく、０．１質量％以上２０質量％以下であるのがより好ましい。
【００６０】
また、第１液体２１には、必要に応じて添加剤を添加するようにしてもよい。添加剤としては、例えば、反応触媒、紫外線吸収剤、分散剤、増粘剤、界面活性剤等が挙げられる。このうち、界面活性剤を用いることにより、粒子９１や被処理粒子９５の凝集を抑制することができる。
【００６１】
なお、上記のようにして被処理粒子９５を形成する際には、第１液体導入部５３のバルブおよび第１液体排出部５４のバルブをそれぞれ閉めるようにしてもよいが、双方を開けておくようにしてもよい。後者の場合、新たな第１液体２１を導入し続けることができるので、前駆体９４の濃度を一定に維持することができ、前駆体９４の付着確率も一定にすることができる。
【００６２】
また、第１液体２１には、必要に応じ、超音波発生器等を用いて振動を付与するようにしてもよい。これにより、粒子９１や被処理粒子９５の凝集を抑制することができる。
【００６３】
第１液体２１の温度は、特に限定されないが、２０℃以上７０℃以下であるのが好ましく、３０℃以上６０℃以下であるのがより好ましい。これにより、第１液体２１の熱による変性を抑えつつ、前駆体９４の付着効率を高めることができる。
【００６４】
（Ｓ０５）第２液体への接触
前述した第１液体２１中を沈降した粒子９１は、接触界面２３に到達すると、接触界面２３を通過し、図７に示すように第２液体２２に接触する。第２液体２２は、前述したように、第１液体２１と相分離し、かつ、第１液体２１よりも比重が大きい。このため、第２液体２２は、接触界面２３を隔てて第１液体２１よりも鉛直下方に溜まっている。したがって、第１液体２１中を沈降してきた被処理粒子９５は、自重で接触界面２３を通過し、続いて第２液体２２中を沈降することになる。
【００６５】
このように、本実施形態では、粒子９１の沈降、すなわち重力による落下を利用して、第１液体２１から第２液体２２へ被処理粒子９５を移動させる。これにより、手間をかけることなく、被処理粒子９５を第１液体２１および第２液体２２に順次接触させることができる。その結果、多大なエネルギーやコストをかけることなく、処理効率を高めることができる。
【００６６】
この際、被処理粒子９５に含まれた粒子９１が磁性を有している場合には、磁力発生部８を用いて被処理粒子９５の移動を補助するようにしてもよい。
【００６７】
第２液体２２は、粒子９１の表面を覆っている前駆体９４と反応し、被膜９２の構成材料を生成させる。これにより、図２に示す被膜付き粒子９３が得られる。この反応の種類としては、例えば、加水分解、アルコール分解、金属ハロゲン化物との反応等が挙げられる。このうち、加水分解を生じさせる第２液体２２を用いるのが好ましい。これにより、第２液体２２として水を含む液体を用いることができる。このため、第２液体２２の取り扱いが容易になるとともに、最終的に被膜付き粒子９３についても第２液体２２への分散液として回収されるため、その取り扱いも容易になる。
【００６８】
例えば、前駆体９４がポリシラザンである場合、以下の反応式で表されるように、加水分解によってシリカが生成される。
（−ＳｉＨ２ＮＨ−）＋２Ｈ２Ｏ  →  （−ＳｉＯ２−）＋ＮＨ３＋２Ｈ２
【００６９】
なお、このような反応では、前駆体９４の全てが反応する必要はなく、被処理粒子９５において未反応の前駆体９４が残っていてもよい。また、最終的に得られる被膜９２には、複数種の物質が含まれていてもよい。例えば、上記反応では、シリカ（酸化ケイ素）以外に窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等が生成されてもよい。
【００７０】
被処理粒子９５は、自重による沈降に伴って、第１液体２１および第２液体２２に順次接触する。これにより、粒子９１の表面を覆っている前駆体９４が被膜９２の構成材料に転化する。この転化には、ある程度の時間が必要であることから、その時間を確保するため、被処理粒子９５の沈降速度に応じて前述した第２液体収容部２０２の厚さを適宜設定すればよい。また、沈降速度は、第２液体２２の粘度も影響するため、第２液体２２の粘度を適宜設定するようにしてもよい。
【００７１】
以上のように、本実施形態では、粒子９１およびその被処理物である被処理粒子９５が、その自重による沈降に伴って、第１液体２１および第２液体２２に順次接触する。このため、従来のように、被処理物を溶液に接触させた後、恒温恒湿器に投入するといった手間がかからず、少ない工程で被膜付き粒子９３を得ることができる。しかも、被処理物の搬送、恒温恒湿器の洗浄管理等も不要になるため、かかる観点でも容易かつ低コストで処理を行うことができる。また、形成した被処理粒子９５の表面に触れることなく、第２液体２２への接触に供することができるため、形成される被膜９２の被覆性を高めたり、被処理粒子９５同士の凝集を抑制したりすることができる。
【００７２】
第２液体２２は、前述した反応の種類に応じて適宜選択されるが、例えば、水、アルコール等が挙げられる。
【００７３】
第２液体２２の比重は、第１液体２１の比重より大きければよいが、０．１以上大きいのが好ましく、０．２以上大きいのがより好ましい。これにより、第１液体２１と第２液体２２との接触界面２３がより明瞭になるため、それぞれを収容する際の管理が容易になるとともに、粒子９１が第１液体２１に接触している時間と第２液体２２に接触している時間とをより厳密に管理することができる。その結果、最終的に得られる被膜９２の膜厚制御を高精度に行うことができる。
【００７４】
また、第２液体２２には、必要に応じて添加剤を添加するようにしてもよい。添加剤としては、例えば、反応触媒、紫外線吸収剤、分散剤、増粘剤、界面活性剤等が挙げられる。
【００７５】
さらに、加熱部６により、第２液体２２を加熱するようにしてもよい。すなわち、本工程Ｓ０５は、第２液体２２を加熱する工程を有していてもよい。これにより、前駆体９４の反応を促進させ、効率よく被膜９２の構成材料へと転化させることができる。その結果、反応速度が高まるため、第２液体収容部２０２の厚さを薄くすることができ、被膜付き粒子９３の製造に要する時間を短縮することができる。
【００７６】
加熱部６による第２液体２２の加熱温度は、特に限定されないが、２０℃以上１００℃以下であるのが好ましく、３０℃以上９０℃以下であるのがより好ましい。これにより、第２液体２２の揮発等を抑えつつ、より短時間で反応を完了させることができる。
【００７７】
また、第２液体２２には、超音波発生器等を用いて振動を付与するようにしてもよい。これにより、被処理粒子９５や被膜付き粒子９３の凝集を抑制することができる。
【００７８】
なお、被膜付き粒子９３における被膜９２の膜厚は、例えば、前処理の条件、第１液体２１における前駆体９４の濃度、第１液体収容部２０１の厚さと第２液体収容部２０２の厚さとの比、投入される粒子９１と第１液体２１および第２液体２２の量との比、粒子９１の沈降速度等を適宜変更することによって調整可能である。
【００７９】
さらに、粒子９１が磁性を有している場合、磁力発生部８により、被処理粒子９５に磁力を作用させることにより、被処理粒子９５を移動させるようにしてもよい。これにより、例えば被処理粒子９５が、第１液体２１や第２液体２２の抵抗を受けて移動しにくい場合でも、移動を促進することができる。その結果、被膜付き粒子９３の製造効率を高めることができる。また、移動速度を制御することができるので、被膜９２の膜厚の調整が可能になる。
【００８０】
なお、前述した工程Ｓ０４の開始から本工程Ｓ０５の終了までの時間は、被膜９２の膜厚を左右するため、目的とする膜厚に応じて適宜設定されるが、一例として１０秒以上１８０分以下であるのが好ましく、１分以上６０分以下であるのがより好ましい。これにより、必要かつ十分な膜厚の被膜９２を、より均一な膜厚で形成することができる。
【００８１】
（Ｓ０６）被膜付き粒子のふるい分け
次に、粒子回収バルブ４４を開け、図１に示すように、被膜付き粒子９３を容器２から取り出す。そして、ふるい網４６を通過させ、分級する。これにより、粒径の揃った被膜付き粒子９３を粒子貯留部４２に回収することができる。また、粗大粒子や凝集した粒子を除去することができる。
なお、分級は、必要に応じて行えばよく、省略されてもよい。
【００８２】
（Ｓ０７）被膜付き粒子の回収
次に、図１に示すように、被膜付き粒子９３を粒子貯留部４２に回収する。このとき、粒子９１が磁性を有している場合には、磁力発生部４８により被膜付き粒子９３を吸引するようにしてもよい。これにより、被膜付き粒子９３を効率よく回収することができる。
【００８３】
なお、回収の際には、分液漏斗等を用いることで、被膜付き粒子９３を選択的に回収することも可能である。
【００８４】
また、前述した工程Ｓ０５において被膜付き粒子９３を形成する際には、第２液体導入部５５のバルブおよび粒子回収バルブ４４をそれぞれ閉めるようにしてもよいが、双方を開けておくようにしてもよい。後者の場合、新たな第２液体２２を導入しつつ、粒子回収バルブ４４を介して第２液体２２とともに被膜付き粒子９３を排出することができる。このため、被膜付き粒子９３の形成と排出とを連続して行うことができるので、効率を高めることができる。
【００８５】
（Ｓ０８）被膜付き粒子の焼成
次に、回収した被膜付き粒子９３から余分な液体を除去した後、被膜付き粒子９３を焼成する。この焼成は、例えば、加熱炉、ホットプレート等を用いて行うことができる。このような焼成を施すと、被膜９２に脱水反応または脱アルコール反応が生じる。その結果、被膜９２を安定化させることができる。なお、この安定化は、速度は遅いものの常温でも進むため、焼成は必要に応じて行えばよいが、均一性等を考慮した場合、行うことが好ましい。
【００８６】
焼成温度は、特に限定されないが、１００℃以上６００℃以下であるのが好ましく、２００℃以上５００℃以下であるのがより好ましく、２００℃以上２５０℃以下であるのがさらに好ましい。
【００８７】
また、焼成時間は、焼成温度に応じて適宜設定されるが、例えば１０分以上３００分以下であるのが好ましく、２０分以上２００分以下であるのがより好ましく、３０分以上１２０分以下であるのがさらに好ましい。
【００８８】
さらに、焼成雰囲気としては、例えば、大気雰囲気、水蒸気含有雰囲気、不活性ガス雰囲気等が挙げられる。
【００８９】
なお、焼成後の被膜９２の膜厚は、被膜９２の機能に応じて適宜設定されるが、一例として０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましく、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であるのがより好ましい。
【００９０】
また、工程Ｓ０５の完了後に得られる被膜付き粒子９３またはそれを焼成した後の被膜付き粒子９３について、再度工程Ｓ０３から工程Ｓ０７に供することにより、膜厚を増やすようにしてもよい。
【００９１】
以上のように、本実施形態に係る粒子被覆方法は、粒子９１の表面に被膜９２を形成する方法であって、被膜９２の構成材料の前駆体９４を含む第１液体２１に粒子９１を接触させ、被処理粒子９５を得る工程Ｓ０４と、第１液体２１と相分離し、第１液体２１よりも比重が大きい液体であって、前駆体９４を被膜９２の構成材料に転化させる第２液体２２が、第１液体２１との接触界面２３を介して貯留されている状態で、接触界面２３を介して第１液体２１から第２液体２２へ被処理粒子９５を移動させ、被膜付き粒子９３を得る工程Ｓ０５と、を少なくとも有する。
【００９２】
このような方法によれば、粒子９１およびその被処理物である被処理粒子９５が、その自重による沈降に伴って、第１液体２１および第２液体２２に順次接触する。このため、互いに相分離した液体を収容する容器２内に粒子９１を投入するという少ない工程による処理が可能になるため、効率的に処理を行うことができる。また、形成した被処理粒子９５の表面に触れることなく、第２液体２２への接触に供することができるため、形成される被膜９２の被覆性を高めたり、被処理粒子９５同士の凝集を抑制したりすることができる。さらに、設備の管理が容易になることから、製造工程の低コスト化を図ることができる。
【００９３】
また、前述したように、図１に示す粒子被覆装置１は、粒子９１の表面に被膜９２を形成する装置であって、被膜９２の構成材料の前駆体９４を含む第１液体２１、および、第１液体２１と相分離し、第１液体２１よりも比重が大きい液体であって、前駆体９４を被膜９２の構成材料に転化させる第２液体２２を、接触界面２３を介して貯留する容器２と、容器２内に粒子９１を投入する投入部３と、容器２内の内容物を回収する回収部４と、を有する。また、粒子被覆装置１は、第１液体２１および第２液体２２を有していてもよい。
【００９４】
このような粒子被覆装置１によれば、粒子９１を、その自重による沈降を利用して、第１液体２１および第２液体２２に順次接触させることを可能にする。このため、最終的に得られる被膜付き粒子９３を効率よく製造することができる。
【００９５】
さらに、このような粒子被覆装置１は、前述したように、接触界面２３よりも鉛直上方に第１液体２１を導入する第１液体導入部５３と、接触界面２３よりも鉛直下方に第２液体２２を導入する第２液体導入部５５と、を有する。
【００９６】
これにより、第１液体２１を導入しながら粒子９１と第１液体２１とを接触させることができるので、第１液体２１の濃度を一定に維持することができる。その結果、粒子９１と前駆体９４との接触確率を一定に維持することができ、一定の付着量を確保することができる。また、第２液体２２を導入しながら被処理粒子９５と第２液体２２とを接触させることができるので、第２液体２２とともに被膜付き粒子９３を排出することができ、連続処理が可能になる。
【００９７】
また、このような粒子被覆装置１は、前述したように、第１液体２１の液面よりも鉛直上方、すなわち隙間２０３にガスＧを導入するガス導入部５１を有する。
【００９８】
これにより、容器２内に投入された粒子９１を分散させることができ、凝集している粒子９１についても分離させることができる。また、隙間２０３の気圧を高めることができるので、この気圧を利用して、隙間２０３に分散した粒子９１を第１液体２１中に侵入させやすくすることができる。その結果、第１液体２１において粒子９１を効率よく沈降させることができる。
【００９９】
以上、本発明の粒子被覆方法および粒子被覆装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば本発明の粒子被覆方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が追加された方法であってもよい。また、各工程の順序は、前記実施形態に限定されず、前後に入れ替わっていたり、同時に行われたりしてもよい。例えば、加熱する工程やガスを導入する工程は、他の工程を行っている際に行われてもよい。さらに、本発明の粒子被覆装置では、前記実施形態の各部の構成が、同様の機能を有する任意の構成に置換されていてもよい。また、本発明の粒子被覆装置では、前記実施形態に他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１…粒子被覆装置、２…容器、３…投入部、４…回収部、６…加熱部、７…ゼータ電位計、８…磁力発生部、２１…第１液体、２２…第２液体、２３…接触界面、３２…ふるい網、４２…粒子貯留部、４４…粒子回収バルブ、４６…ふるい網、４８…磁力発生部、５１…ガス導入部、５２…ガス排出部、５３…第１液体導入部、５４…第１液体排出部、５５…第２液体導入部、９１…粒子、９２…被膜、９３…被膜付き粒子、９４…前駆体、９５…被処理粒子、２０１…第１液体収容部、２０２…第２液体収容部、２０３…隙間、５１２…配管、５２２…配管、５３２…配管、５４２…配管、５５２…配管、Ｇ…ガス
【図１】
2020138140.tif 000003
【図２】
2020138140.tif 000004
【図３】
2020138140.tif 000005
【図４】
2020138140.tif 000006
【図５】
2020138140.tif 000007
【図６】
2020138140.tif 000008
【図７】
2020138140.tif 000009