(57)【要約】【課題】ナノ粒子の回収効率を高めることができるナノ粒子製造装置を提供する。【解決手段】ナノ粒子製造装置１００は、プラズマを発生させて材料を蒸発させ、蒸発ガスを生成するプラズマ発生部１０と、前記蒸発ガスを冷却する冷却部２０と、を含み、冷却部２０は、前記蒸発ガスを通過させる貫通孔が設けられた複数の冷却板２２ａ，２２ｂを有し、複数の冷却板２２ａ，２２ｂは、積層され、積層された複数の冷却板２２ａ，２２ｂのうちの隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂは、互いに貫通孔２３が重ならないように配置される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生させて材料を蒸発させ、蒸発ガスを生成するプラズマ発生部と、
前記蒸発ガスを冷却する冷却部と、
を含み、
前記冷却部は、前記蒸発ガスを通過させる貫通孔が設けられた複数の冷却板を有し、
複数の前記冷却板は、積層され、
積層された複数の前記冷却板のうちの隣り合う前記冷却板は、互いに前記貫通孔が重ならないように配置される、ナノ粒子製造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記冷却板は、冷却媒体を通すための流路を有している、ナノ粒子製造装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記冷却部で冷却された前記蒸発ガス中のナノ粒子を回収する回収部を含む、ナノ粒子製造装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
隣り合う前記冷却板の間には、隙間が設けられ、
前記隙間は、隣り合う前記冷却板のうちの一方の前記貫通孔と、隣り合う前記冷却板のうちの他方の前記貫通孔と、に連通している、ナノ粒子製造装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
隣り合う前記冷却板の間を封止するシール部を含む、ナノ粒子製造装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
隣り合う前記冷却板のうちの一方は、前記貫通孔が前記冷却板の外縁に沿って複数設けられ、
隣り合う前記冷却板のうちの他方は、前記貫通孔が前記冷却板の中央に設けられている、ナノ粒子製造装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記プラズマ発生部が発生させるプラズマに冷却ガスを噴射して冷却する冷却ガス噴射部を含む、ナノ粒子製造装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記冷却部において、前記蒸発ガスおよび前記ナノ粒子が通る通路にガスを噴射するガス噴射部が設けられている、ナノ粒子製造装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記ガス噴射部は、前記貫通孔に向けてガスを噴射する、ナノ粒子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波誘導熱プラズマ装置は、高温プラズマを用いて材料を蒸発させ、ナノ粒子として回収することができるナノ粒子製造装置である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、プラズマジェットガンから発生したプラズマフレーム中で粉末原料を蒸発させて超微粒子を生成し、外周が冷却水で冷却された水冷導管でガスを冷却し、超微粒子をフィルターで捕捉して回収する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなナノ粒子製造装置では、材料を蒸発させるためのプラズマが高温であるため、このプラズマで生成された高温ガス中からナノ粒子を回収するためには、この高温ガスを冷却しなければならない。しかしながら、高温ガスを冷却するために、例えば、特許文献１の水冷導管を長くすると、水冷導管に付着するナノ粒子の割合が大きくなり、回収効率が低くなってしまう。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、ナノ粒子の回収効率を高めることができるナノ粒子製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係るナノ粒子製造装置は、
プラズマを発生させて材料を蒸発させ、蒸発ガスを生成するプラズマ発生部と、
前記蒸発ガスを冷却する冷却部と、
を含み、
前記冷却部は、前記蒸発ガスを通過させる貫通孔が設けられた複数の冷却板を有し、
複数の前記冷却板は、積層され、
積層された複数の前記冷却板のうちの隣り合う前記冷却板は、互いに前記貫通孔が重ならないように配置される。
【０００８】
このようなナノ粒子製造装置によれば、冷却部において、蒸発ガスが冷却板に接触する面積を大きくすることができる。さらに、冷却部において、蒸発ガスに圧力損失を持たせ、蒸発ガスに乱流を生じさせることができる。これにより、冷却部の冷却効率を高めることができる。したがって、このようなナノ粒子製造装置によれば、プラズマ発生部とナノ粒子を回収する回収部との間の距離を短くすることができ、ナノ粒子の回収効率を高めることができる。
【０００９】
（２）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
前記冷却板は、冷却媒体を通すための流路を有していてもよい。
【００１０】
このようなナノ粒子製造装置によれば、冷却部の冷却効率をより高めることができる。
【００１１】
（３）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
前記冷却部で冷却された前記蒸発ガス中のナノ粒子を回収する回収部を含んでいてもよい。
【００１２】
（４）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
隣り合う前記冷却板の間には、隙間が設けられ、
前記隙間は、隣り合う前記冷却板のうちの一方の前記貫通孔と、隣り合う前記冷却板のうちの他方の前記貫通孔と、に連通していてもよい。
【００１３】
このようなナノ粒子製造装置によれば、冷却部において、隣り合う冷却板のうちの一方の冷却板の貫通孔を通過した蒸発ガスは、直接、他方の冷却板の貫通孔に至らずに、隙間を通って他方の冷却板の貫通孔に至る。したがって、冷却部において、蒸発ガスが冷却板に接触する面積を大きくすることができる。さらに、冷却部において、蒸発ガスに圧力損失を持たせ、蒸発ガスに乱流を生じさせることができる。これにより、冷却部の冷却効率を高めることができる。
【００１４】
（５）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
隣り合う前記冷却板の間を封止するシール部を含んでいてもよい。
【００１５】
このようなナノ粒子製造装置によれば、冷却部内を通る蒸発ガスが、外部に漏れることを防ぐことができる。
【００１６】
（６）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
隣り合う前記冷却板のうちの一方は、前記貫通孔が前記冷却板の外縁に沿って複数設けられ、
隣り合う前記冷却板のうちの他方は、前記貫通孔が前記冷却板の中央に設けられていてもよい。
【００１７】
このようなナノ粒子製造装置によれば、積層された複数の冷却板のうちの隣り合う冷却板を、互いに貫通孔が重ならないように配置することができる。
【００１８】
（７）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
前記プラズマ発生部が発生させるプラズマに冷却ガスを噴射して冷却する冷却ガス噴射部を含んでいてもよい。
【００１９】
このようなナノ粒子製造装置によれば、プラズマ発生部とナノ粒子を回収する回収部との間の距離を短くすることができ、ナノ粒子の回収効率を高めることができる。
【００２０】
（８）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
前記冷却部において、前記蒸発ガスおよび前記ナノ粒子が通る通路にガスを噴射するガス噴射部が設けられていてもよい。
【００２１】
このようなナノ粒子製造装置によれば、貫通孔にナノ粒子が詰まることを防ぐことができる。
【００２２】
（９）本発明に係るナノ粒子製造装置において、
前記ガス噴射部は、前記貫通孔に向けてガスを噴射してもよい。
【００２３】
このようなナノ粒子製造装置によれば、貫通孔にナノ粒子が詰まることを防ぐことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の構成を説明するための図。
【図２】本実施形態に係るナノ粒子製造装置のプラズマ発生部を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板を模式的に示す平面図。
【図４】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板を模式的に示す平面図。
【図６】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板と第２冷却板が積層された状態を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係るナノ粒子製造装置を用いたナノ粒子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係るナノ粒子製造装置を用いたナノ粒子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係るナノ粒子製造装置を用いたナノ粒子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】第１変形例に係るナノ粒子製造装置の冷却ガス噴射部を模式的に示す断面図。
【図１２】第２変形例に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板を模式的に示す平面図。
【図１３】第２変形例に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板を模式的に示す平面図。
【図１４】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板の変形例を模式的に示す平面図。
【図１５】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板の変形例を模式的に示す平面図。
【図１６】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板の変形例を模式的に示す平面図。
【図１７】本実施形態に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板の変形例を模式的に示す平面図。
【図１８】第３変形例に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板を模式的に示す平面図。
【図１９】第３変形例に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板を模式的に示す平面図。
【図２０】第３変形例に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板と第２冷却板とが積層された状態を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２６】
１．  ナノ粒子製造装置
まず、本実施形態に係るナノ粒子製造装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るナノ粒子製造装置１００の構成を説明するための図である。なお、図１では、便宜上、プラズマ発生部１０を簡略化して図示している。図１は、ナノ粒子製造装置１００のナノ粒子生成時の状態を示す図である。
【００２７】
ナノ粒子製造装置１００は、図１に示すように、プラズマ発生部１０と、冷却部２０と、を含む。ナノ粒子製造装置１００は、さらに、チャンバー３０と、回収部４０と、架台５０と、グローブボックス６０と、を含むことができる。
【００２８】
プラズマ発生部（プラズマトーチ）１０は、プラズマを発生させて材料を蒸発させ、蒸発ガスを生成する。図２は、プラズマ発生部１０を模式的に示す断面図である。プラズマ発生部１０は、例えば、高周波誘導結合型プラズマ発生装置である。プラズマ発生部１０は、円筒部材１２と、ガスリング１３と、誘導コイル１４と、フランジ１５ａ，１５ｂと、プローブ１７と、を含んで構成されている。
【００２９】
円筒部材１２は、石英管からなる外側管と、窒化珪素からなる内側管とで構成された二重管構造を有している。円筒部材１２は、上部フランジ１５ａと下部フランジ１５ｂとの間に配置されている。
【００３０】
上部フランジ１５ａには、冷却水の出口通路１６ａが設けられている。下部フランジ１５ｂには、冷却水の入口通路１６ｂが設けられている。円筒部材１２の外側管と内側管との間には、入口通路１６ｂから冷却水が供給される。また、円筒部材１２の外側管と内側管との間の冷却水は、出口通路１６ａから排出される。
【００３１】
ガスリング１３は、円筒部材１２の上部に取り付けられている。ガスリング１３の中央部には、プローブ１７が設けられている。プローブ１７の中心部には、長手方向に開口が穿たれており、この開口を介して、円筒部材１２内に材料がキャリアガスとともに供給される。なお、材料は、例えば、粉末状である。材料は、特に限定されず、例えば、金属粉末、セラミック粉末等である。材料は、材料供給部（図示せず）からプローブ１７の開口を介して円筒部材１２内に供給される。円筒部材１２内には、さらに、プラズマガスが、プラズマガス源（図示せず）から供給される。なお、プラズマガスとしては、例えば、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガス、または、これらの混合ガス等を用いることができる。
【００３２】
プローブ１７内には、冷却水を循環させることができる通路が設けられている。冷却水は、入口通路１８ａから入り、出口通路１８ｂから排出される。また、ガスリング１３の内部にも、冷却水を循環させることができる通路１９が設けられている。
【００３３】
誘導コイル１４は、円筒部材１２の外側に配置されている。誘導コイル１４には、高周波電源（図示せず）から、高周波電力が供給される。
【００３４】
プラズマ発生部１０は、チャンバー３０に接続されている。チャンバー３０内は、真空排気装置（図示せず）により減圧排気される。
【００３５】
プラズマ発生部１０の動作について説明する。ガスリング１３を介して円筒部材１２内にプラズマガスを供給するとともに、誘導コイル１４に高周波電力を供給する。そして、高周波電力を上昇させながら、プラズマＰを励起させる。その後、酸素や窒素等をチャンバー３０内に混入しながら、徐々に高周波電力を増加させてプラズマＰを安定化させる。そして、ガスリング１３の中心に位置するプローブ１７を介して、材料をキャリアガス（例えばアルゴンガス）と共にプラズマＰの中心部に供給する。プラズマＰの温度は、例えば、１００００℃である。供給された材料は、プラズマＰによって蒸発し、例えば、同時に供給されているガスなどによって酸化または窒化などの化学反応を生じる。これにより、蒸発ガスが生成される。この生成された蒸発ガスの一部は、プラズマＰの外に移行する過程で凝集してナノ粒子となり、チャンバー３０内を蒸発ガスとともに浮遊する。ここで、ナノ粒子とは、１００ｎｍ以下程度の径を持つ粒子をいう。
【００３６】
なお、ここでは、プラズマ発生部１０が、高周波誘導結合型プラズマ発生装置である場合について説明したが、プラズマ発生部１０は、例えば、ＤＣプラズマジェット装置、ＤＣプラズマジェット装置と高周波誘導結合型プラズマ発生装置とを組み合わせたハイブリットタイプ、複数の高周波誘導結合型プラズマ発生装置を直列に配置したハイブリットタ
イプ等であってもよい。
【００３７】
図１に示す冷却部２０は、プラズマ発生部１０で生成された蒸発ガスを冷却する。冷却部２０は、図示の例では、チャンバー３０を介して、プラズマ発生部１０に接続している。冷却部２０は、複数の冷却板２２ａ，２２ｂを有している。冷却部２０は、複数の冷却板２２ａ，２２ｂを、積層して形成されている。図示の例では、冷却部２０は、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとを、交互に積層して形成されている。具体的には、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂの組が、４つ積層されている。なお、冷却板２２ａ，２２ｂの積層数は、必要とされる冷却能力に応じて、適宜変更することができる。
【００３８】
冷却板２２ａ，２２ｂには、冷却媒体を供給するための管２が接続されている。なお、図１では、便宜上、１つの管２だけを図示しているが、管２は複数設けられ、各冷却板２２ａ，２２ｂにそれぞれ接続されている。積層された第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとは、金具（ピン）４で連結されている。積層された第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとは、分離可能に構成されている。例えば金具４を取り外すことで、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとを分離することができる。
【００３９】
図３は、第１冷却板２２ａを模式的に示す平面図である。図４は、第１冷却板２２ａを模式的に示す断面図である。なお、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。また、図４では、便宜上、流路２４の図示を省略している。
【００４０】
第１冷却板２２ａは、図３および図４に示すように、円板状である。すなわち、第１冷却板２２ａの平面形状は、例えば、円である。なお、第１冷却板２２ａの形状は、特に限定されない。第１冷却板２２ａの材質は、例えば、銅などの熱伝導の良い金属である。
【００４１】
第１冷却板２２ａには、貫通孔２３が設けられている。貫通孔２３は、蒸発ガスおよび蒸発ガス中のナノ粒子を通すための孔である。貫通孔２３は、図３に示すように、平面視において、第１冷却板２２ａの外縁に沿って複数設けられている。図示の例では、貫通孔２３は、９０°間隔で４つ設けられているが、その数は限定されない。貫通孔２３の平面形状は、例えば、円である。なお、貫通孔２３の平面形状は、特に限定されず、多角形等であってもよい。
【００４２】
第１冷却板２２ａには、冷却媒体（例えば冷却水）を通すための流路２４が設けられている。流路２４に冷却媒体を通すことにより、第１冷却板２２ａを冷却することができる。流路２４は、供給管２５ａおよび排出管２５ｂに接続されている。流路２４には、供給管２５ａから冷却媒体が供給される。また、流路２４内の冷却媒体は、排出管２５ｂから排出される。供給管２５ａは、管２に接続されている（図１参照）。供給管２５ａには、管２を介して、冷却媒体が供給される。流路２４は、例えば、第１冷却板２２ａに設けられた孔である。なお、第１冷却板２２ａ内に管を通すことで、流路２４を形成してもよい。流路２４は、図示の例では、各貫通孔２３の周囲を通るように形成されている。なお、流路２４の経路は、第１冷却板２２ａを冷却することができれば特に限定されない。
【００４３】
第１冷却板２２ａの上面２７ａには、平面視において、第１冷却板２２ａの外縁に沿って溝が設けられており、この溝にＯリング（シール部）２６が装着されている。第１冷却板２２ａのＯリング２６は、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態において、第１冷却板２２ａとその上方に位置する第２冷却板２２ｂとの間を封止する。
【００４４】
第１冷却板２２ａには、上面２７ａに対して窪んでいる凹部２８ａが設けられている。また、第１冷却板２２ａには、下面２７ｂに対して窪んでいる凹部２８ｂが設けられている。凹部２８ａ，２８ｂは、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態に
おいて、第１冷却板２２ａの貫通孔２３と第２冷却板２２ｂの貫通孔２３とに連通する隙間２９（図７参照）を構成する。
【００４５】
図５は、第２冷却板２２ｂを模式的に示す平面図である。図６は、第２冷却板２２ｂを模式的に示す断面図である。なお、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。また、図６では、便宜上、流路２４の図示を省略している。
【００４６】
第２冷却板２２ｂは、図５および図６に示すように、円板状である。なお、第２冷却板２２ｂの形状は、特に限定されない。第２冷却板２２ｂの材質は、例えば、銅などの熱伝導の良い金属である。第２冷却板２２ｂの材質は、例えば、第１冷却板２２ａの材質と同じである。
【００４７】
第２冷却板２２ｂには、貫通孔２３が設けられている。貫通孔２３は、図５に示すように、平面視において、第２冷却板２２ｂの中心に設けられている。図示の例では、貫通孔２３は、１つ設けられているが、その数は限定されない。
【００４８】
第２冷却板２２ｂには、冷却媒体を通すための流路２４が設けられている。流路２４に冷却媒体を通すことにより、第２冷却板２２ｂを冷却することができる。流路２４は、供給管２５ａおよび排出管２５ｂと接続されている。流路２４には、供給管２５ａから冷却媒体が供給される。また、流路２４内の冷却媒体は、排出管２５ｂから排出される。供給管２５ａは、管２に接続されている（図１参照）。供給管２５ａには、管２を介して、冷却媒体が供給される。流路２４は、例えば、第２冷却板２２ｂに設けられた孔である。なお、第２冷却板２２ｂ内に管を通すことで、流路２４を形成してもよい。流路２４は、図示の例では、貫通孔２３の周囲を囲むように形成されている。なお、流路２４の経路は、第２冷却板２２ｂを冷却することができれば特に限定されない。
【００４９】
第２冷却板２２ｂの上面２７ａには、平面視において、第２冷却板２２ｂの外縁に沿って溝が設けられており、この溝にＯリング２６が装着されている。第２冷却板２２ｂのＯリング２６は、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態において、第２冷却板２２ｂとその上方に位置する第１冷却板２２ａとの間を封止する。
【００５０】
第２冷却板２２ｂには、上面２７ａに対して窪んでいる凹部２８ａが設けられている。また、第２冷却板２２ｂには、下面２７ｂに対して窪んでいる凹部２８ｂが設けられている。凹部２８ａ，２８ｂは、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態において、後述する隙間２９（図７参照）となる。
【００５１】
なお、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとは、貫通孔２３の位置だけが異なり、その他の構成、形状、および大きさは同じであってもよい。
【００５２】
図７は、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態を模式的に示す断面図である。図７では、便宜上、第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂを簡略化して図示している。
【００５３】
冷却部２０では、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが、交互に積層されている。第１冷却板２２ａに設けられた貫通孔２３と、第２冷却板２２ｂに設けられた貫通孔２３とは、冷却板２２ａ，２２ｂの積層方向から見て（平面視において）、互いに重ならないように配置される。第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された場合、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとの間には、隙間２９が設けられる。この隙間２９は、第１冷却板２２ａの貫通孔２３と、第２冷却板２２ｂの貫通孔２３とに連通している。
【００５４】
冷却部２０では、第１冷却板２２ａの貫通孔２３、隙間２９、および第２冷却板２２ｂの貫通孔２３によって、蒸発ガスを通すための通路が形成される。第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂは、第１冷却板２２ａの貫通孔２３を通過した蒸発ガスが、隙間２９を通って、第２冷却板２２ｂの貫通孔２３に至るように積層されている。すなわち、第１冷却板２２ａの貫通孔２３を通過した蒸発ガスは、直接、第２冷却板２２ｂの貫通孔２３に至らず、隙間２９を通って、第２冷却板２２ｂの貫通孔２３に至る。したがって、冷却部２０において、蒸発ガスが冷却板２２ａ，２２ｂに接触する面積を大きくすることができる。
【００５５】
また、冷却部２０では、第１冷却板２２ａの貫通孔２３によって、蒸発ガスを冷却板２２ａ，２２ｂの積層方向に進行させ、隙間２９によって、積層方向に進行していた蒸発ガスを当該積層方向とは異なる方向（例えば、積層方向と垂直な方向）に進行させ、第２冷却板２２ｂの貫通孔２３によって、蒸発ガスを再び当該積層方向に進行させる。このように、冷却部２０では、例えば、第１冷却板２２ａの貫通孔２３と第２冷却板２２ｂの貫通孔２３とが重なっている場合に比べて、蒸発ガスの流れを複雑化することができる。したがって、冷却部２０において、蒸発ガスに圧力損失を持たせ、蒸発ガスに乱流を生じさせることができる。これにより、冷却効率を高めることができる。
【００５６】
互いに隣り合う第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとの間は、Ｏリング２６で封止（シール）されている。図６の例では、第１冷却板２２ａの下面２７ｂと第２冷却板２２ｂの上面２７ａとの間にＯリング２６が配置されている。また、第２冷却板２２ｂの下面２７ｂと第１冷却板２２ａの上面２７ａとの間にＯリング２６が配置されている。これにより、図７の冷却部２０内を通る蒸発ガスが、外部に漏れることを防ぐことができる。第１冷却板２２ａの貫通孔２３、隙間２９、および第２冷却板２２ｂの貫通孔２３からなる蒸発ガスの通路は、Ｏリング２６でシールされている空間内に設けられている。
【００５７】
チャンバー３０は、プラズマ発生部１０と冷却部２０との間に設けられている。チャンバー３０は、外側管と内側管とで構成された二重管構造を有している。外側管と内側管との間には、冷却媒体（例えば冷却水）を通すための通路が設けられている。チャンバー３０の内壁（内側管）の材質は、耐熱・ヒートショックに強い性質を持ちつつ、熱伝導が低いものが望ましく、例えば、石英ガラスである。
【００５８】
回収部４０は、冷却部２０で冷却された蒸発ガス中のナノ粒子を回収する。回収部４０は、冷却部２０に接続されている。図１において回収部４０は、フィルター４２と、フィルター保持容器４４と、排気管４６と、を有している。フィルター４２は、蒸発ガス中のナノ粒子を捕捉するためのものである。フィルター保持容器４４は、フィルター４２を保持している。排気管４６には、真空排気装置（図示せず）が接続されている。真空排気装置を動作させることにより、蒸発ガスおよびナノ粒子をフィルター４２に導くことができる。
【００５９】
架台５０は、回収部４０を支持するための台である。架台５０は、例えば、ハンドル５２を回転させることにより、上下方向に伸縮する。架台５０の上下方向の伸縮により、回収部４０および冷却部２０を上下方向に移動させることができる。
【００６０】
グローブボックス６０は、冷却部２０、チャンバー３０、および回収部４０を収容する密閉容器である。グローブボックス６０は、冷却部２０、チャンバー３０、および回収部４０が収容されている空間を、外気と遮断することができる。グローブボックス６０では、グローブ（図示せず）を用いて、外気と遮断された状態で、例えば、ナノ粒子の回収作業等を行うことができる。グローブボックス６０内には、各冷却板２２ａ，２２ｂを載置するためのトレー６２が複数設けられている。
【００６１】
次に、ナノ粒子製造装置１００を用いたナノ粒子の製造方法について説明する。図８〜図１０は、本実施形態に係るナノ粒子製造装置１００を用いたナノ粒子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００６２】
図１および図２に示すように、プラズマ発生部１０では、プラズマＰを発生させて材料を蒸発させ、チャンバー３０内に蒸発ガスおよびナノ粒子を生成する。蒸発ガスおよびナノ粒子は、チャンバー３０を通り、冷却部２０に至る。冷却部２０では、図７に示すように、蒸発ガスおよびナノ粒子が、積層された第１冷却板２２ａの貫通孔２３、隙間２９、および第２冷却板２２ｂの貫通孔２３を通り、冷却される。ナノ粒子の一部は、冷却板２２ａ，２２ｂに付着する。冷却部２０で冷却された蒸発ガス中のナノ粒子は、フィルター４２で捕捉される。
【００６３】
次に、グローブボックス６０内をアルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスで置換する。また、チャンバー３０内を、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスで大気圧状態にする。
【００６４】
図８に示すように、冷却部２０の冷却板２２ａ，２２ｂを連結する金具４を取り外す。その後、架台５０のハンドル５２を操作して、冷却部２０および回収部４０を、下方に移動させる。例えば、ユーザーが、グローブボックス６０のグローブ（図示せず）をはめてハンドル５２を操作することにより、冷却部２０および回収部４０を下方に移動させることができる。これにより、チャンバー３０と冷却部２０とが分離される。なお、図８および後述する図９、図１０に示す工程では、便宜上、管２の図示を省略している。冷却媒体を供給するための管２は、各冷却板２２ａ，２２ｂに接続されていてもよいし、各冷却板２２ａ，２２ｂから取り外されていてもよい。
【００６５】
図９に示すように、冷却板２２ａ，２２ｂに付着したナノ粒子をハケ（図示せず）等で下方（下段）の冷却板２２ａ，２２ｂに掃き落とす。付着したナノ粒子が掃き落とされた冷却板２２ａ，２２ｂは、トレー６２上に置かれる。
【００６６】
図１０に示すように、例えば、回転用トレー６４を、トレー６２に装着してもよい。例えば、第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂを、回転用トレー６４に乗せ、冷却板２２ａ，２２ｂの裏面側に付着したナノ粒子をハケ等でフィルター４２内に掃き落としてもよい。これにより、ナノ粒子を回収することができる。
【００６７】
以上の工程により、ナノ粒子を製造することができる。
【００６８】
本実施形態に係るナノ粒子製造装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６９】
ナノ粒子製造装置１００によれば、プラズマＰを発生させて材料を蒸発させ、蒸発ガスを生成するプラズマ発生部１０と、蒸発ガスを冷却する冷却部２０と、を含み、冷却部２０は、蒸発ガスを通過させる貫通孔が設けられた複数の冷却板２２ａ，２２ｂを有し、複数の冷却板２２ａ，２２ｂは、積層され、積層された複数の冷却板２２ａ，２２ｂのうちの隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂは、互いに貫通孔２３が重ならないように配置される。これにより、冷却部２０において、蒸発ガスが冷却板２２ａ，２２ｂに接触する面積を大きくすることができる。さらに、冷却部２０において、蒸発ガスに圧力損失を持たせ、蒸発ガスに乱流を生じさせることができる。これにより、冷却効率を高めることができる。したがって、ナノ粒子製造装置１００によれば、プラズマ発生部１０と回収部４０との間の距離を短くすることができ、ナノ粒子の回収効率を高めることができる。
【００７０】
例えば、蒸発ガスを冷却するための冷却部の冷却効率が低い場合、チャンバーを長くする、冷却部を大型化するなどして、プラズマ発生部と回収部との間の距離を大きくしなければならなかった。そのため、プラズマ発生部と回収部との間に付着するナノ粒子の割合が大きくなり、回収効率が低下してしまう場合がある。ナノ粒子製造装置１００によれば、冷却部２０の冷却効率が高いため、プラズマ発生部１０と回収部４０との間の距離を短くすることができ、ナノ粒子の回収効率を高めることができる。さらに、冷却部２０は、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとを積層した構造であるため、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂを容易に分離することができる。そのため、第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂに付着したナノ粒子を容易に回収することができる。したがって、ナノ粒子の回収効率を高めることができる。
【００７１】
さらに、ナノ粒子製造装置１００によれば、冷却部２０の冷却効率が高いため、プラズマ発生部１０と回収部４０との間の距離を短くすることができ、装置の小型化を図ることができる。したがって、チャンバー３０、冷却部２０、回収部４０等をグローブボックス６０内に収容することができる。したがって、例えば、ナノ粒子を、外気にさらすことなく、不活性ガス雰囲気で回収することができる。
【００７２】
また、ナノ粒子製造装置１００によれば、冷却部２０は、積層される冷却板２２ａ，２２ｂの数で、冷却部２０の冷却能力を制御することができる。例えば、積層される第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂの数を増やすことで、冷却部２０の冷却能力を高めることができる。このようにナノ粒子製造装置１００によれば、容易に冷却能力を調整することができる。
【００７３】
ナノ粒子製造装置１００によれば、冷却板２２ａ，２２ｂは、冷却媒体を通すための流路２４を有しているため、冷却部２０の冷却効率をより高めることができる。
【００７４】
ナノ粒子製造装置１００では、隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂの間には、隙間２９が設けられ、隙間２９は、隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂのうちの一方の第１冷却板２２ａの貫通孔２３と他方の第２冷却板２２ｂの貫通孔２３とに連通している。そのため、冷却部２０では、第１冷却板２２ａの貫通孔２３を通過した蒸発ガスは、直接、第２冷却板２２ｂの貫通孔２３に至らず、隙間２９を通って、第２冷却板２２ｂの貫通孔２３に至る。したがって、冷却部２０において、蒸発ガスが冷却板２２ａ，２２ｂに接触する面積を大きくすることができる。さらに、冷却部２０において、蒸発ガスに圧力損失を持たせ、蒸発ガスに乱流を生じさせることができる。これにより、冷却効率を高めることができる。
【００７５】
ナノ粒子製造装置１００によれば、隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂの間を封止するＯリング（シール部）２６を含むため、冷却部２０内を通る蒸発ガスが、外部に漏れることを防ぐことができる。
【００７６】
ナノ粒子製造装置１００では、隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂのうちの一方の第１冷却板２２ａは、貫通孔２３が第１冷却板２２ａの外縁に沿って複数設けられ、隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂのうちの他方の第２冷却板２２ｂは、貫通孔２３が第２冷却板２２ｂの中央に設けられている。これにより、積層された複数の冷却板２２ａ，２２ｂのうちの隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂを、互いに貫通孔２３が重ならないように配置することができる。
【００７７】
２．  変形例
次に、本実施形態に係るナノ粒子製造装置の変形例について説明する。以下、各変形例において、上述したナノ粒子製造装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７８】
（１）第１変形例
まず、第１変形例について、図面を参照しながら説明する。図１１は、第１変形例に係るナノ粒子製造装置の冷却ガス噴射部１１０を模式的に示す断面図である。
【００７９】
第１変形例に係るナノ粒子製造装置は、プラズマ発生部１０が発生させるプラズマＰに冷却ガスＧ１を噴射して冷却する冷却ガス噴射部１１０を含む。
【００８０】
冷却ガス噴射部１１０は、例えば、プラズマ発生部１０とチャンバー３０との間に設けられている。冷却ガス噴射部１１０は、スリットが設けられたリング（スリットリング）から冷却ガスＧ１を噴射する。冷却ガス噴射部１１０は、例えば、プラズマＰのフレーム端部に、冷却ガスＧ１を噴射する。冷却ガスとしては、例えば、プラズマガスとして用いられるガスと同じガス（例えばアルゴンガス）を用いることができる。冷却ガスの温度は、例えば、室温である。
【００８１】
冷却ガス噴射部１１０が、冷却ガスＧ１を噴射することにより、プラズマＰのフレームの長さを短くすることができる。したがって、冷却部２０を、プラズマ発生部１０に近づけることができる。これにより、チャンバー３０の長さを短くすることができるため、チャンバー３０に付着するナノ粒子の量を少なくすることができ、ナノ粒子の回収効率を高めることができる。
【００８２】
第１変形例に係るナノ粒子製造装置によれば、冷却ガス噴射部１１０を含むため、ナノ粒子の回収効率を高めることができる。
【００８３】
（２）第２変形例
次に、第２変形例について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第２変形例に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板２２ａを模式的に示す平面図である。また、図１３は、第２変形例に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板２２ｂを模式的に示す平面図である。
【００８４】
上述したナノ粒子製造装置１００の第１冷却板２２ａでは、貫通孔２３は、図３に示すように、平面視において、第１冷却板２２ａの外縁に沿って４つ設けられていた。また、第２冷却板２２ｂでは、貫通孔２３は、図５に示すように、平面視において、第２冷却板２２ｂの中心に設けられていた。
【００８５】
これに対して、本変形例では、第１冷却板２２ａでは、貫通孔２３は、図１２に示すように、第１冷却板２２ａの中心を挟んで２つ設けられている。図示の例では、２つの貫通孔２３と第１冷却板２２ａの中心とが、１つの直線（仮想直線）Ｌ１上に位置している。
【００８６】
また、図１３に示すように、第２冷却板２２ｂでは、貫通孔２３は、第２冷却板２２ｂの中心を挟んで２つ設けられている。図示の例では、２つの貫通孔２３と第２冷却板２２ｂの中心とが、１つの直線（仮想直線）Ｌ２上に位置している。
【００８７】
第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとは、積層された状態において、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂの積層方向からみて直線Ｌ１と直線Ｌ２とが垂直になるように配置される。
【００８８】
第２変形例によれば、積層された複数の冷却板２２ａ，２２ｂのうちの隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂを、互いに貫通孔２３が重ならないように配置することができる。したがって、冷却部２０の冷却効率を高めることができる。
【００８９】
なお、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態で、互いに貫通孔２３が重ならなければ、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとして、同じもの（貫通孔２３の位置が同じもの）を用いてもよい。例えば、図１２に示す第１冷却板２２ａの上に、図１３に示す第２冷却板２２ｂにかえて、図１２に示す第１冷却板２２ａを９０°回転させたものを積層させてもよい。
【００９０】
図１４は、第１冷却板２２ａの変形例を模式的に示す平面図である。また、図１５は、図１４に示す第１冷却板２２ａと対になる第２冷却板２２ｂを模式的に示す平面図である。図１４および図１５に示すように、第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂともに、貫通孔２３は、それぞれ１つである。また、第１冷却板２２ａの貫通孔２３と第２冷却板２２ｂの貫通孔２３とは、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態において、冷却板２２ａ，２２ｂの中心を挟んで対称な位置に配置される。このような場合でも、積層された複数の冷却板２２ａ，２２ｂのうちの隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂを、互いに貫通孔２３が重ならないように配置することができ、冷却効率を高めることができる。
【００９１】
図１６は、第１冷却板２２ａの変形例を模式的に示す平面図である。また、図１７は、図１６に示す第１冷却板２２ａと対になる第２冷却板２２ｂを模式的に示す平面図である。図１６および図１７に示すように、第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂともに、貫通孔２３は、それぞれ２つである。また、第１冷却板２２ａの貫通孔２３の一方と第２冷却板２２ｂの貫通孔２３の一方とは、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態において、冷却板２２ａ，２２ｂの中心を挟んで対称な位置に配置される。また、第１冷却板２２ａの貫通孔２３の他方と第２冷却板２２ｂの貫通孔２３の他方とは、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態において、冷却板２２ａ，２２ｂの中心を挟んで対称な位置に配置される。このような場合でも、積層された複数の冷却板２２ａ，２２ｂのうちの隣り合う冷却板２２ａ，２２ｂを、互いに貫通孔２３が重ならないように配置することができ、冷却効率を高めることができる。
【００９２】
（３）第３変形例
次に、第３変形例について、図面を参照しながら説明する。図１８は、第３変形例に係るナノ粒子製造装置の第１冷却板２２ａを模式的に示す平面図である。図１９は、第３変形例に係るナノ粒子製造装置の第２冷却板２２ｂを模式的に示す平面図である。図２０は、第１冷却板２２ａと第２冷却板２２ｂとが積層された状態を模式的に示す断面図である。なお、図１８および図１９では、便宜上、流路２４の図示を省略している。また、図２０では、便宜上、第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂを簡略化して図示している。
【００９３】
第３変形例に係るナノ粒子製造装置は、図１８〜図２０に示すように、冷却部２０において、蒸発ガスおよびナノ粒子が通る通路にガスＧ２を噴射するガス噴射部２００を含む。
【００９４】
ガス噴射部２００は、図１８〜図２０に示すように、第１冷却板２２ａおよび第２冷却板２２ｂに設けられている。ガス噴射部２００は、ガス供給部（図示せず）から供給されるガスＧ２を噴射する。ガスＧ２は、例えば、プラズマガスとして用いられるガスと同じガス（例えばアルゴンガス）である。
【００９５】
第１冷却板２２ａのガス噴射部２００は、貫通孔２３に向けてガスＧ２を噴射する。これにより、冷却板２２ａ，２２ｂの表面と貫通孔２３でナノ粒子が詰まることを防ぐことができる。第１冷却板２２ａでは、ガス噴射部２００が４つ設けられているが、その数は特に限定されない。第１冷却板２２ａでは、ガス噴射部２００からガスを噴射させることにより、平面視において、第１冷却板２２ａの中心を中心として、回転方向の蒸発ガスの
流れを作ることができる。
【００９６】
第２冷却板２２ｂのガス噴射部２００は、貫通孔２３に向けてガスＧ２を噴射する。これにより、冷却板２２ａ，２２ｂの表面と貫通孔２３でナノ粒子が詰まることを防ぐことができる。第２冷却板２２ｂでは、ガス噴射部２００が、１２個設けられているが、その数は特に限定されない。第２冷却板２２ｂでは、ガス噴射部２００からガスを噴射させることにより、平面視において、第２冷却板２２ｂの外縁から中心に向かう方向（動径方向）の蒸発ガスの流れを作ることができる。
【００９７】
本変形例によれば、冷却部２０において、蒸発ガスおよびナノ粒子が通る通路にガスＧ２を噴射するガス噴射部２００が設けられているため、冷却板２２ａ，２２ｂの表面にナノ粒子が堆積し続けることや貫通孔２３にナノ粒子が詰まることを防ぐことができる。
【００９８】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００９９】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１００】
２…管、４…金具、１０…プラズマ発生部、１２…円筒部材、１３…ガスリング、１４…誘導コイル、１５ａ…上部フランジ、１５ｂ…下部フランジ、１６ａ…出口通路、１６ｂ…入口通路、１７…プローブ、１８ａ…入口通路、１８ｂ…出口通路、１９…通路、２０…冷却部、２２ａ…第１冷却板、２２ｂ…第２冷却板、２３…貫通孔、２４…流路、２５ａ…供給管、２５ｂ…排出管、２６…Ｏリング、２７ａ…上面、２７ｂ…下面、２８ａ，２８ｂ…凹部、２９…隙間、３０…チャンバー、４０…回収部、４２…フィルター、４４…フィルター保持容器、４６…排気管、５０…架台、５２…ハンドル、６０…グローブボックス、６２…トレー、６４…回転用トレー、１００…ナノ粒子製造装置、１１０…冷却ガス噴射部、２００…ガス噴射部
【図１】
2014136200.tif 000003
【図２】
2014136200.tif 000004
【図３】
2014136200.tif 000005
【図４】
2014136200.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014136200.tif 000009
【図８】
2014136200.tif 000010
【図９】
2014136200.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2014136200.tif 000013
【図１２】
2014136200.tif 000014
【図１３】
2014136200.tif 000015
【図１４】
2014136200.tif 000016
【図１５】
2014136200.tif 000017
【図１６】
2014136200.tif 000018
【図１７】
2014136200.tif 000019
【図１８】
2014136200.tif 000020
【図１９】
2014136200.tif 000021
【図２０】
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