(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、容器内において、前記被膜の構成材料の前駆体と、水と、を撹拌し、ゲル状溶液を得る工程と、前記ゲル状溶液に前記粒子を投入し、前記粒子の表面に前記被膜が形成されてなる被膜付き粒子を得る工程と、前記被膜付き粒子を含む前記ゲル状溶液から前記被膜付き粒子を回収する工程と、を有することを特徴とする粒子被覆方法。また、前記前駆体は、ポリシラザンであることが好ましい。さらに、前記容器内に不活性ガスを導入することが好ましい。【選択図】図１
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【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、
容器内において、前記被膜の構成材料の前駆体と、水と、を撹拌し、ゲル状溶液を得る工程と、
前記ゲル状溶液に前記粒子を投入し、前記粒子の表面に前記被膜が形成されてなる被膜付き粒子を得る工程と、
前記被膜付き粒子を含む前記ゲル状溶液から前記被膜付き粒子を回収する工程と、
を有することを特徴とする粒子被覆方法。
【請求項２】
前記前駆体は、ポリシラザンである請求項１に記載の粒子被覆方法。
【請求項３】
前記容器内に不活性ガスを導入する工程を有する、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】
前記前処理は、前記粒子を加熱する処理である請求項４に記載の粒子被覆方法。
【請求項６】
前記粒子は、金属を含有しており、
ＩＨヒーターにより、前記粒子を加熱する工程を有する、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】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粒子被覆方法に用いられる装置であって、
前記前駆体および前記水を収容する容器と、
前記前駆体および前記水を撹拌する撹拌器と、
を有することを特徴とする粒子被覆装置。
【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、被処理物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、被処理物の搬送、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、
容器内において、前記被膜の構成材料の前駆体と、水と、を撹拌し、ゲル状溶液を得る工程と、
前記ゲル状溶液に前記粒子を投入し、前記粒子の表面に前記被膜が形成されてなる被膜付き粒子を得る工程と、
前記被膜付き粒子を含む前記ゲル状溶液から前記被膜付き粒子を回収する工程と、
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、被膜９２の構成材料の前駆体９４を含む前駆体溶液２１および水２２を収容する容器２と、容器２の内容物を撹拌する撹拌器２５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、前駆体溶液２１および水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】
前駆体溶液２１および水２２については、後に詳述するものの、前駆体溶液２１は、被膜９２の構成材料の前駆体９４を含む液体であり、水２２は、前駆体９４を加水分解により構成材料に転化させる液体である。
【００１６】
図１では、容器２内に前駆体溶液２１と水２２との混合物２３が収容されたとき、その混合物２３の液面上には隙間２０３が生じている。この隙間２０３の上方には、後述する投入部３が設けられており、投入部３から投入された粒子９１は、隙間２０３を落下した後、混合物２３に到達する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
一方、容器２のうち、隙間２０３より下方の部分、すなわち、混合物２３が収容されている部分を混合物収容部２０１とする。容器２を構成する壁部のうち、混合物収容部２０１に対応する部分には、前駆体溶液２１を導入する前駆体溶液導入部５３が接続されている。前駆体溶液導入部５３は、図示しない前駆体溶液貯留部と、前駆体溶液貯留部と混合物収容部２０１との間を接続する配管５３２と、を備えている。このような前駆体溶液導入部５３により、混合物収容部２０１に前駆体溶液２１が導入されるようになっている。
【００２１】
また、混合物収容部２０１には、前駆体溶液導入部５３と反対側に水導入部５４が接続されている。水導入部５４は、混合物収容部２０１に接続された配管５４２を備えている。このような水導入部５４により、混合物収容部２０１に水２２が導入されるようになっている。
【００２２】
なお、前駆体溶液導入部５３の位置および水導入部５４の位置は、それぞれ上記に限定されない。例えば、隙間２０３に対応する部分に設けられていてもよい。
【００２３】
また、前駆体溶液導入部５３には、前駆体溶液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、水導入部５４には、水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。これらのバルブを適宜操作することにより、混合物２３の体積を調整したり、混合物２３の濃度を調整したりすることが可能になる。
【００２４】
さらに、容器２には、内容物を撹拌する撹拌器２５が設けられている。撹拌器２５としては、内容物を撹拌可能なものであれば、いかなるものも用いることができるが、例えば、プロペラ型ミキサー、エアーミキサー等が挙げられる。また、撹拌器２５は、内容物に旋回流を生じさせる手段等であってもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
粒子回収バルブ４４は、容器２の混合物収容部２０１において形成された被膜付き粒子９３を、混合物２３ごと排出するためのバルブである。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、図１に示す粒子被覆装置１は、混合物収容部２０１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、混合物収容部２０１に収容された混合物２３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。粒子９１が金属を含有するとき、前処理としてＩＨヒーターによって粒子９１を加熱する処理が好ましく用いられる。これにより、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。
【００３３】
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を用いてゲル状溶液２４に分散している分散質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、例えば混合物収容部２０１の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。
【００３４】
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測定法を用いた計測器が用いられる。
【００３５】
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の外部において鉛直方向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、鉛直方向における粒子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、混合物２３中において粒子９１が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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
［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。
【００３９】
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。
【００４０】
（Ｓ０１）ゲル状溶液の調製
まず、前駆体溶液導入部５３から前駆体溶液２１を導入するとともに、水導入部５４から水２２を導入し、容器２内において混合する。これにより、図４に示すように、混合物収容部２０１において混合物２３を調製する。この混合物２３では、混合を開始した時点から前駆体９４と水２２とが反応を開始する。
【００４１】
混合物２３を得た後、続いて、撹拌器２５により混合物２３を撹拌する。これにより、混合物２３の全体が均一にゲル化し、ゲル状溶液２４が得られる。ゲル状溶液２４では、前駆体９４と水２２との反応が進行することにより、反応開始前に比べて流動性が低下する。このため、後述する工程においてゲル状溶液２４に粒子９１が投入されたとき、粒子９１同士の凝集が起こりにくくなり、分散した状態を維持しやすくなる。そうすると、粒子９１を覆うように被膜９２が形成される確率が高くなり、被覆性の高い被膜９２が得られる。
【００４２】
ここで、ゲル状とは、前駆体溶液２１および水２２の双方よりも、ゲル状溶液２４の流動性が低下している状態をいう。ゲル状溶液２４の粘度は、粒子９１の粒径や比重等、前駆体９４の種類等に応じて適宜設定されるが、一例として５ｍＰａ・ｓ以上１０００ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましく、１０ｍＰａ・ｓ以上３００ｍＰａ・ｓ以下であるのがより好ましい。このような粘度に設定することにより、ある程度の粘度を確保して粒子９１同士の移動を抑制し、粒子９１同士の凝集を抑えることができる。また、その一方、重力による粒子９１の沈降を完全に抑えることがないため、粒子９１はゆっくりと沈降することができる。このため、粒子９１と混合物２３との接触時間を十分に確保することができる。
【００４３】
なお、ゲル状溶液２４の粘度は、例えば、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０３：２０１１に規定される「単一円筒形回転粘度計による粘度測定方法」により、２５℃において測定した値である。
【００４４】
また、ゲル状溶液２４の粘度は、前駆体溶液２１と水２２の混合比によって調整することができる。このため、粘度が前記範囲内になるように、混合比を調整するようにすればよい。
【００４５】
混合物２３は、前駆体９４と水２２との反応物、すなわち被膜９２の構成材料を含んでいるが、この反応物は、例えば粒子９１の表面に水酸基が生じている場合、その水酸基との間に親和性を有する。すなわち、前駆体９４と水２２との反応物は、水２２または水２２に由来する部分を含んでいるため、粒子９１の表面に親和性を有し、粒子９１の表面を覆うようにまとわり付く。そして、反応が完了すると、粒子９１の表面に被膜９２が形成され、被膜付き粒子９３が得られる。
【００４６】
しかも、混合物２３は、ゲル状溶液２４となって流動性が低下した状態にあるため、粒子９１の表面に付着したとき、十分な膜厚で付着するための時間が確保される。つまり、ゲル状溶液２４の粘度およびゲル状溶液２４中に粒子９１が滞在している時間を長く確保することができるので、被膜９２の膜厚が十分に厚くなるように制御することができる。その結果、目的とする膜厚の被膜９２を形成することができる。
【００４７】
前駆体溶液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。
【００４８】
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２２と反応して主にシリカに転化する。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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、前駆体溶液２１は、このような前駆体９４を溶解する溶媒を含んでいる。かかる溶媒としては、前駆体９４を溶解し得る溶剤であれば、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。
【００５１】
前駆体溶液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、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。
【００５２】
また、前駆体溶液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や被膜付き粒子９３の凝集を抑制することができる。
【００５３】
なお、ゲル状溶液２４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。
【００５４】
（Ｓ０２）前処理
次に、容器２の外部において、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。
【００５５】
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。
【００５６】
このうち、前処理は、粒子９１を加熱する処理である。これにより、粒子９１の表面に吸着している水分を除去することができる。その結果、粒子９１に前駆体９４が付着しやすくなり、最終的に得られる被膜９２の被覆性を高めることができる。なお、加熱処理は、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、その処理条件や加熱方法は特に限定されない。
【００５７】
また、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。
【００５８】
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や被膜付き粒子９３の搬送等を容易に行うことができる。
【００５９】
また、粒子９１は、その比重が、ゲル状溶液２４よりも大きい。これにより、ゲル状溶液２４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。
【００６０】
（Ｓ０３）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。投入される粒子９１は、容器２内において、隙間２０３を落下する。
【００６１】
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、後述する混合物２３に分散させたとき、比較的低速で沈降する。このため、混合物２３中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。
【００６２】
（Ｓ０４）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、後述するゲル状溶液２４への接触に供することができる。
【００６３】
また、ガスＧの導入により、隙間２０３の気圧を高めることができる。すなわち、ゲル状溶液２４の液面上の気圧を、大気圧より高くすることができる。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をゲル状溶液２４中に侵入させやすくする。その結果、ゲル状溶液２４において粒子９１を効率よく沈降させることができる。
【００６４】
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、ゲル状溶液２４中に含まれる前駆体９４が、ガスＧ中の水分と反応してしまうのを抑制することができる。
【００６５】
特に、本工程Ｓ０４は、ガスＧとして容器２内に不活性ガスを導入する工程を有するのが好ましい。不活性ガスを用いることにより、ゲル状溶液２４の液面近傍において、前駆体９４と水分や酸素との反応をより確実に抑制することができる。その結果、前駆体９４がガスＧに含まれた水分等によって変質してしまうのを抑制し、ゲル状溶液２４の液面近傍に落下した粒子９１の表面に前駆体９４が付着しにくくなるのを抑制することができる。
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。
【００６６】
（Ｓ０５）ゲル状溶液への投入
隙間２０３中に分散した粒子９１は、図５に示すようにゲル状溶液２４に落下すると、ゲル状溶液２４中をゆっくりと沈降する。その際、粒子９１同士の凝集が抑制されるため、図６に示すように、各粒子９１を被覆するように前駆体９４が付着するか、または、前駆体９４と水２２との混合物または反応物が付着する。そして、被処理粒子９５が得られる。
【００６７】
その後、前述したように、撹拌器２５によりゲル状溶液２４が撹拌されると、前駆体９４と水２２との接触機会がより多く確保され、前駆体９４と水２２との反応が進行する。これにより、被処理粒子９５に含まれている前駆体９４は、水２２とさらに反応し、徐々に被膜９２へと転化する。
【００６８】
なお、前述した前駆体溶液２１に含まれる溶媒としては、水２２と相分離する性質を有する溶媒が好ましく用いられる。このような溶媒を用いることにより、工程Ｓ０１において前駆体溶液２１と水２２とを混合しただけでは、前駆体９４と水２２との反応がすぐには進みにくい。
【００６９】
その一方、このような溶媒は、水２２よりも粒子９１の表面に対して親和性を有することがある。粒子９１が金属やセラミックス、ガラス等を含む場合には、表面に存在する水酸基が親和性の一因となる。したがって、本工程においてゲル状溶液２４にこのような粒子９１が投入されると、前駆体９４を含む前駆体溶液２１は、まず、粒子９１の表面に優先的にまとわり付く。そして、まとわり付いた前駆体９４は、撹拌の継続とともに、徐々に水２２と反応し、最終的に、被膜９２の構成材料へと転化していくことになる。
【００７０】
したがって、水２２と相分離する性質を有する溶媒を用いることは、前駆体９４と粒子９１との接触機会をより多く確保し、被覆性の高い被膜９２を成膜するにあたって有用である。
【００７１】
以上のように、本工程においてゲル状溶液２４を形成した後、そこに粒子９１を投入することで、前駆体９４またはその反応物を比較的均一にまとわり付かせることができ、最終的には被覆性に優れた被膜９２を形成することができる。
【００７２】
しかも、本工程では、ゲル状溶液２４に粒子９１を投入するだけで、粒子９１同士の凝集を抑制しつつ、前駆体９４の付着から被膜９２への転化まで、この１つの工程で行うことができる。このため、少ない工程で被膜９２を形成することができる。
【００７３】
なお、以上のような前駆体９４と水２２との反応は、ゲル状溶液２４中を粒子９１がゆっくりと沈降していく途中で生じる反応である。このため、被膜９２が形成されてなる被膜付き粒子９３は、最終的には、図７に示すように、容器２の底に到達し、回収部４において回収される。したがって、このような重力による沈降を利用することにより、多大なエネルギーを要することなく、被膜付き粒子９３を効率よく製造し、回収することができる。
【００７４】
この際、粒子９１が磁性を有している場合には、磁力発生部８を用いて粒子９１の移動を補助するようにしてもよい。
【００７５】
また、前駆体９４と水２２との反応は、加水分解である。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
【００７６】
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、粒子９１の表面には未反応の前駆体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。
【００７７】
以上のように、本実施形態では、ゲル状溶液２４を調製した後、そのゲル状溶液２４に対して粒子９１を投入し、被膜付き粒子９３を得る。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、少ない工程による処理が可能になる。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。
【００７８】
なお、加熱部６により、ゲル状溶液２４を加熱するようにしてもよい。これにより、前駆体９４の反応を促進させることができるので、被膜９２の構成材料への転化を制御することができる。その結果、反応速度を調整し、被膜９２の膜厚を調整することができる。
【００７９】
加熱部６によるゲル状溶液２４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、より短時間で反応を完了させることができる。
【００８０】
なお、本工程Ｓ０５は、ＩＨヒーターにより粒子９１を加熱する工程を有していてもよい。これにより、粒子９１を選択的に加熱することができる一方、ゲル状溶液２４を必要以上に加熱することがない。したがって、過熱によるゲル状溶液２４の変質、劣化を抑制することができる。
【００８１】
また、ゲル状溶液２４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、粒子９１や被膜付き粒子９３の凝集を抑制することができる。
【００８２】
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、ゲル状溶液２４における前駆体９４の濃度、混合物収容部２０１の厚さ、投入される粒子９１とゲル状溶液２４の量比、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。
【００８３】
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、ゲル状溶液２４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。
【００８４】
なお、本工程Ｓ０５の開始から終了までの時間は、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。
【００８５】
（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、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。
【００８６】
（Ｓ０７）被膜付き粒子の回収
次に、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。
【００８７】
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。
【００８８】
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、前駆体溶液導入部５３のバルブおよび水導入部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、新たな前駆体溶液２１および水２２を導入しつつ、粒子回収バルブ４４を介してゲル状溶液２４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。
【００８９】
（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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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、容器２内において、被膜９２の構成材料の前駆体９４と、水２２と、を撹拌し、ゲル状溶液２４を得る工程Ｓ０１と、ゲル状溶液２４に粒子９１を投入し、粒子９１の表面に被膜９２が形成されてなる被膜付き粒子９３を得る工程Ｓ０５と、被膜付き粒子９３を含むゲル状溶液２４から被膜付き粒子９３を回収する工程Ｓ０７と、を少なくとも有する。
【００９６】
このような方法によれば、ゲル状溶液２４に粒子９１を投入することで、前駆体９４を比較的均一にまとわり付かせることができ、最終的には被覆性に優れた被膜９２を形成することができる。
【００９７】
しかも、ゲル状溶液２４に粒子９１を投入するだけで、粒子９１同士の凝集を抑制しつつ、前駆体９４の付着から被膜９２への転化まで、この１つの工程で行うことができる。このため、少ない工程で被膜９２を形成することができる。その結果、製造工程の低コスト化を図ることができる。
【００９８】
また、前述したように、図１に示す粒子被覆装置１は、上述したような粒子被覆方法に用いられる装置であって、前駆体９４および水２２を含む混合物２３を収容する容器２と、混合物２３を撹拌する撹拌器２５と、を有する。
【００９９】
このような粒子被覆装置１によれば、上述したような粒子被覆方法により、被膜付き粒子９３を効率よく製造することができる。
【０１００】
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く、前記実施形態の各工程の順序が入れ替わった方法であってもよい。その場合、複数の工程が同時に行われていてもよい。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。また、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。さらに、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】
【０１０１】
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…前駆体溶液、２２…水、２３…混合物、２４…ゲル状溶液、２５…撹拌器、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…前駆体溶液導入部、５４…水導入部、９１…粒子、９２…被膜、９３…被膜付き粒子、９４…前駆体、９５…被処理粒子、２０１…混合物収容部、２０３…隙間、５１２…配管、５２２…配管、５３２…配管、５４２…配管、Ｇ…ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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