(57)【要約】【課題】粉体膜を形成するに際して粉体原料の凝集をより効果的に抑制しながら、極めて微小なサイズの粒子を用いて基板表面に均質な粉体膜を形成できる粉体膜形成装置を提供する。【解決手段】粉体原料ｍを微粒子化すべく、粉体原料ｍを収容保持する処理容器２と処理容器２の内周面２ａに近接配置した押圧部材１とが相対移動することにより、粉体原料ｍに機械的外力を付与して粉体原料ｍを微粉化する微粒子生成手段Ｂを備え、微粒子生成手段Ｂで生成された微粒子Ｃを付着させる基板Ａを保持する基板保持手段４が、処理容器２の内周面２ａの方向に沿って微粒子生成手段Ｂに隣接した位置に配置してある粉体膜形成装置Ｘ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体原料を微粒子化すべく、前記粉体原料を収容保持する処理容器と当該処理容器の内周面に近接配置した押圧部材とが相対移動することにより、前記粉体原料に機械的外力を付与して前記粉体原料を微粉化する微粒子生成手段を備え、
前記微粒子生成手段で生成された微粒子を付着させる基板を保持する基板保持手段が、前記処理容器の内周面の方向に沿って前記微粒子生成手段に隣接した位置に配置してある粉体膜形成装置。
【請求項２】
前記処理容器が固定され、前記押圧部材が回転可能であり、前記処理容器の内周面の一部に形成した凹部に前記基板保持手段を設けてある請求項１に記載の粉体膜形成装置。
【請求項３】
前記基板保持手段は、保持する前記基板の保持姿勢を変更可能に構成してある請求項１又は２に記載の粉体膜形成装置。
【請求項４】
前記基板に対する前記微粒子の吹付角度および吹付量のうち少なくとも何れか一方を調節可能な整流手段を前記微粒子生成手段と前記基板との間に備えた請求項１から３の何れか一項に記載の粉体膜形成装置。
【請求項５】
生成した微粒子が前記基板に到達するのを遮断する遮蔽部材を備えている請求項１から４の何れか一項に記載の粉体膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子を付着させて基板の表面に粉体膜を形成する粉体膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に微粒子を付着させて粉体膜を形成する際には、例えば、ナノメートルからマイクロメートルの領域の大きさを持った微粒子が利用される。このような微粒子を用いてポーラス構造（多孔質構造）の粉体膜を形成すると、比表面積が非常に大きくなり、例えば活性の高い触媒材料を得ることができる。
従来、基板の表面に粉体膜を形成する装置として、例えば、特許文献１〜２に開示されるものがあった。
【０００３】
特許文献１には、例えばセラミックス微粒子である粉体原料を基板等に噴射することにより、衝撃・固化して基板上にセラミックス膜を形成可能なエアロゾルデポジション法を適用した粉体膜形成装置が開示してある。
エアロゾルデポジション法では、通常、数十ｎｍから数百ｎｍの粒径の粉体原料をエアロゾル化し、噴射ノズルにより加圧した後、低圧のチャンバ内に配設した基板等の被成膜物に噴射して微粒子材料が固化すると粉体膜が形成される。
【０００４】
特許文献１の装置における噴射ノズルは、第１導入路から導入された微粒子を含むエアロゾルガスの導入方向に対して、第２導入路から導入されたアシストガスの導入方向が例えば９０度未満の角度となるように合流させ、エアロゾルガスの噴射圧を高めるように構成してある。
【０００５】
その結果、エアロゾルガスの流速が増大する。また、アシストガスが噴射ノズルの内壁に沿って流れ易くなるので、エアロゾルガスの微粒子材料が当該内壁に付着するのを防止できる。その結果、良質な膜を安定して長時間形成することが可能となる。
【０００６】
特許文献２には、ケーシングの内部に配置される処理容器、および、処理容器の内部に配置されたプレスヘッドによって微粒子生成手段が構成される粉体膜形成装置が開示してある。この装置では、当該微粒子生成手段により生成された微粒子の、基板に到達するまでの搬送状態が制御される。これにより、微粒子の凝集を阻止しつつ微粒子を基板に付着させ、均質な粉体膜を基板の表面に形成することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６３０５８号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
基板上に形成された粉体膜の活性度を高めるためには、比表面積を大きくする必要がある。そのため、基板上に付着させる微粒子の粒子サイズをできるだけ小さくするのが好ましい。例えば、粒子サイズが１〜１００ｎｍ程度の所謂ナノ粒子が好適である。
但し、粒子サイズが小さくなると、微粒子が噴射されてから基板の表面に付着するまでの間に、微粒子同士が衝突して容易に凝集し易くなる。このため、粉体膜を構成する粒子サイズが安定せず、均質な粉体膜が形成できなくなり、その結果、当該粉体膜の比表面積を十分に大きくすることができない。
【０００９】
特許文献１の装置において、エアロゾルデポジション法により形成された膜の品質は、吹き付ける際のガス流速に依存し、一般に速い程高品質の膜が形成される。当該装置では、粉体原料を含有するエアロゾルガスにアシストガスを導入してエアロゾルガスの噴射圧を高め、基板への衝突速度を高めている。ただし、この装置では、別途作製した粉体原料を噴射ノズル内の経路を通して基板に衝突させているため、その間に微粒子同士が凝集する虞がある。
【００１０】
特許文献２の装置においては、微粒子生成手段により生成された微粒子は、ケーシングの内部を浮遊して処理容器の外部に配置してある基板に付着する。そこで、処理容器内で生成した微粒子が基板に到達するまでの微粒子同士の凝集を防止することができれば、より良好な粉体膜を形成することができる。
【００１１】
従って、本発明の目的は、粉体膜を形成するに際して粉体原料の凝集をより効果的に抑制しながら、極めて微小なサイズの粒子を用いて基板表面に均質な粉体膜を形成できる粉体膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明に係る粉体膜形成装置の第一特徴構成は、粉体原料を微粒子化すべく、前記粉体原料を収容保持する処理容器と当該処理容器の内周面に近接配置した押圧部材とが相対移動することにより、前記粉体原料に機械的外力を付与して前記粉体原料を微粉化する微粒子生成手段を備え、前記微粒子生成手段で生成された微粒子を付着させる基板を保持する基板保持手段が、前記処理容器の内周面の方向に沿って前記微粒子生成手段に隣接した位置に配置してある点にある。
【００１３】
上記第一特徴構成によれば、微粒子生成手段において処理容器の内周面から微粒子が生成するとともに、基板保持手段が処理容器の内周面の方向に沿って微粒子生成手段に隣接した位置に配置してあるため、生成した微粒子同士が凝集する前に基板に到達させることができる。
即ち、処理容器の内周面から生成した後に浮遊する微粒子は、直ちに基板保持手段の付近に到達する。当該微粒子は、基板保持手段が保持する基板の表面に流れ、微粒子は分散した状態で基板の表面に付着する。
このように、本構成では、生成した微粒子が凝集する前により効果的に基板の表面に付着させることができ、基板の表面に均質な粉体膜を形成することができる。
【００１４】
本発明に係る粉体膜形成装置の第二特徴構成は、前記処理容器が固定され、前記押圧部材が回転可能であり、前記処理容器の内周面の一部に形成した凹部に前記基板保持手段を設けた点にある。
【００１５】
上記第二特徴構成によれば、処理容器および押圧部材における相対移動の態様を、押圧部材が回転する構成に特定したため、本発明の態様を簡便な構成とすることができる。
また、単に内周面の一部に形成した凹部に基板保持手段を収納した構成とするだけで、生成した微粒子を直ちに凹部の基板に付着させることができる。このため、微粒子同士の凝集を防いで均質な粉体膜を形成することができる。
【００１６】
微粒子は、処理容器および押圧部材の相対回転により発生した気流に乗って循環浮遊するが、凹部において気流経路の断面積が急激に大きくなるため、気流が淀んで微粒子が停滞し、効率よく基板に付着する。
【００１７】
さらに、処理容器の内周面の一部に形成した凹部に基板保持手段を収納すると、押圧部材および処理容器の相対回転に支障のない位置に基板を配置することができる。
【００１８】
本発明に係る粉体膜形成装置の第三特徴構成は、前記基板保持手段は、保持する前記基板の保持姿勢を変更可能に構成した点にある。
【００１９】
上記第三特徴構成のごとく、基板の保持姿勢が変更可能であれば、微粒子が基板へ付着する角度を適宜設定することができる。これにより、例えば生成した微粒子が基板に衝突する際の基板に対する垂直速度成分を調節することができる。通常、当該垂直速度成分を高めると、形成される粉体膜の密度は大きくなり、比表面積は小さくなる。逆に、当該垂直速度成分を低めると、形成される粉体膜の密度は小さくなり、比表面積は大きくなる。
このように、粉体膜の微粒子密度および比表面積を種々変更して、所望の性質を有する粉体膜を容易に形成できる。
【００２０】
本発明に係る粉体膜形成装置の第四特徴構成は、前記基板に対する前記微粒子の吹付角度および吹付量のうち少なくとも何れか一方を調節可能な整流手段を前記微粒子生成手段と前記基板との間に備えた点にある。
【００２１】
本構成であれば、基板の位置が問題となる場合であっても、整流手段によって微粒子の吹付角度を調節することで、微粒子を確実に基板に吹付けることができる。また、微粒子の吹付量を規制することで、基板の面積当たりの吹付量を変更することができる。
【００２２】
このように、本構成によれば、基板保持手段を動作制御することなく、整流手段により基板への微粒子の付着状態を所望の状態に制御することができる。
【００２３】
本発明に係る粉体膜形成装置の第五特徴構成は、生成した微粒子が前記基板に到達するのを遮断する遮蔽部材を備えた点にある。
【００２４】
上記第五特徴構成によれば、生成した微粒子を基板に曝すタイミング、即ち、粉体膜の成膜の開始時期・完了時期、および、基板の暴露時間などを適切に制御することができる。従って、所望の粒径の微粒子が十分に生成した状態で基板の暴露を適切に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の粉体膜形成装置では、例えば、センサや燃料電池等の電極形成用の基板表面に、ナノサイズの微粒子を付着させてポーラス構造（多孔質構造）の粉体膜を形成することができる。
【００２６】
当該微粒子としては、例えば、微粒子の材料となる塊状の固体に、圧縮力・剪断力・衝撃力等の機械的外力を付与して形成した微粒子を用いることができる。
また、微粒子の核となる物質の周りに微粒子材料を付着あるいは結合させ、ある程度のサイズに成長させた微粒子を用いても良い。当該微粒子は、単一材料からなるものでも、複数の材料を合成して生成した微粒子であってもよい。
【００２７】
本実施形態では、金属酸化物等の単一材料からなる粉体を原料とし、この粉体原料から生成した微粒子（生成粉体）を粉体膜の形成に用いる場合について説明する。
【００２８】
〔粉体膜形成装置〕
図１〜４に示すように、本発明に係る粉体膜形成装置Ｘは、粉体原料ｍを微粒子化すべく、粉体原料ｍを収容保持する処理容器２と当該処理容器２の内周面２ａに近接配置した押圧部材１とが相対移動することにより、粉体原料ｍに機械的外力を付与して粉体原料ｍを微粉化する微粒子生成手段Ｂを備える。微粒子生成手段Ｂで生成された微粒子を付着させる基板Ａを保持する基板保持手段４が、前記処理容器２の内周面２ａの方向に沿って微粒子生成手段Ｂに隣接した位置に配置してある。
【００２９】
押圧部材１と処理容器２とは、少なくとも何れか一方が回転する態様とする。本実施形態では、処理容器２が固定され、当該処理容器２の内部で押圧部材１が回転する場合を例示する。尚、このような実施形態に限らず、押圧部材１が固定され処理容器２が回転するものや、押圧部材１および処理容器２が反対方向に回転するものであってもよい。何れの場合も押圧部材１および処理容器２の押圧力によって機械的外力を付与された粉体原料ｍが微粉化される。
【００３０】
（押圧部材）
押圧部材１は、処理容器２に保持され、当該処理容器２の軸心Ｚ１を中心に回転自在なプレスヘッド１Ａで構成する。ここでのプレスヘッド１Ａは略卵型を呈しており、その先端部には、処理容器２の内周面２ａに対向して凸状に湾曲した処理面１ａが形成してある。尚、本実施形態では、単一の処理面１ａを備えたプレスヘッド１Ａを例示したが、これに限らず、複数の処理面１ａを備えるように構成することが可能である。
また、プレスヘッド１Ａの形状は、卵型のものに限らず、棒状等に形成してもよい。さらに、側断面が円形のロータ状となるように形成し、当該ロータの周縁部に適当数の処理面を備えるように構成してもよい。
【００３１】
粉体膜形成装置Ｘには、軸体１１を回転駆動するモータ、プーリー、及び、ベルト等からなる回転駆動手段１２が設けてある。回転駆動手段１２は、軸体１１を回転駆動することで、プレスヘッド１Ａを処理容器２に対して相対回転させる。そして、処理容器２の内周面２ａに対し、プレスヘッド１Ａの処理面１ａを、内周面２ａに沿うように相対移動させる。
このように、プレスヘッド１Ａの処理面１ａを内周面２ａに対して相対移動させることで、内周面２ａと処理面１ａとの間隙７にある粉体原料ｍに対して、非常に強力な圧縮力と剪断力との機械的エネルギーが付与される。この結果、粉体が磨砕され、表面が活性化された微粉状の生成粉体Ｃが得られる。従って、本実施形態では、特に処理面１ａおよび内周面２ａを微粒子生成手段Ｂと称する。当該微粒子生成手段Ｂにおいて、生成粉体Ｃが生成する部位は、処理面１ａおよび内周面２ａが対向して最接近している部位である。
【００３２】
（処理容器）
処理容器２は、基台５に固定設置され、水平方向の軸芯Ｚ１を有する筒状の部材である。当該軸芯Ｚ１は鉛直方向であってもよい。
当該処理容器２の内部は、プレスヘッド１Ａが回転する円筒状の処理室３が形成してある。当該処理室３が微粒子生成空間であり、生成した生成粉体Ｃは処理室３の内部を循環浮遊する。
プレスヘッド１Ａの処理面１ａと内周面２ａとの間には間隙７が形成され、内周面２ａには、原料投入手段９０から供給される粉体原料ｍが堆積する。
【００３３】
尚、処理容器２の外周には、ジャケット（図外）を設けることが可能である。このジャケットは、処理容器２内の温度を最適な温度に保つため、加熱或いは冷却自在に設定できる処理水等を流通させる。
【００３４】
（基板保持手段）
基板保持手段４は、処理容器２の内周面２ａの方向に沿って微粒子生成手段Ｂに隣接した位置に配置してある。「隣接した位置」とは、微粒子生成手段Ｂに隣接した位置であれば、処理室３の内部空間の側、或いは、前記内周面２ａに設けた凹部の中等、何れの位置であってもよい。
本実施形態では、前記内周面２ａの一部に設けた凹部３１に基板保持手段４を収納している。この凹部３１において基板Ａに成膜されるため、以下の説明において当該凹部３１を成膜部３１と称する。
当該内周面２ａは、その全面が微粒子生成部位である。よって、断面視において、成膜部３１は、前記プレスヘッド１Ａの回転方向に沿った上流および下流で微粒子生成手段Ｂに隣接する。
本実施形態において成膜部３１は、処理容器２の軸芯Ｚ１の上方に位置して垂直方向に凹設してある。
【００３５】
基板保持手段４は、生成粉体Ｃを付着させて表面に粉体膜Ｆを形成する基板Ａを保持する。本実施形態では、基板保持手段４は、棒状の保持部材で構成する。これにより、基板Ａを簡単に保持することができる。また、基板Ａの背部に生成粉体Ｃの気流を流通させたい場合に、基板保持手段４の背部空間が縮小されることがなく、スムーズに気流を流すことができる。
さらに、基板保持手段４は、基板Ａを処理室３に対して近接離間するように構成してもよい。
この他にも、例えば、基板Ａを直接成膜部３１の壁面に固定したり、基板Ａの端部を成膜部３１の一部に固定することができる。これにより、成膜部３１の深さを浅くすることができるため、処理容器２の小型化が可能となる。
【００３６】
本発明の粉体膜形成装置Ｘでは、基板Ａの材質は特に限定されない。従って、基板Ａとしては、例えば電極を構成する銅等の金属基板・ガラス基板・プラスチック基板・樹脂基板・セラミックス基板、及び、弱熱性基板等、種々の材料を用いることができる。
基板Ａの表面には、生成粉体Ｃが、ファンデルワールス力・静電気力および化学結合等によって付着している。そのため、所望の付着状態が得られるように基板材料を選択することが可能である。
【００３７】
このような基板Ａは、基板保持手段４に保持され、内周面２ａの一部に設けた成膜部３１に収納してある。このとき、プレスヘッド１Ａおよび処理容器２の相対回転時に、プレスヘッド１Ａと接触しないように基板Ａを所定距離だけ離間させておくことができる。
【００３８】
処理室３の内部にて、プレスヘッド１Ａおよび処理容器２の相対回転の際に粉体原料ｍに付与された機械的外力により生成した微粒子（生成粉体Ｃ）は、装置本体の内部を浮遊する。
【００３９】
本装置では、基板保持手段４が微粒子生成手段Ｂに隣接した位置に配置してあるため、生成粉体Ｃ同士が凝集する前に基板Ａに到達させることができる。生成した後に浮遊する生成粉体Ｃは、直ちに基板保持手段４の付近に到達する。当該生成粉体Ｃは、基板保持手段４が保持する基板Ａの表面に沿って流れ、生成粉体Ｃは分散した状態で基板に付着し、均質な粉体膜Ｆが形成される。
【００４０】
さらに、本発明の装置では、基板保持手段４を内周面２ａの一部に凹設した成膜部３１に収納してある。そのため、生成粉体Ｃを直ちに基板Ａに付着させることができる。
【００４１】
本実施例では、基板保持手段４に一つの基板Ａを取付けた態様を例示してある。しかし、これに限られるものではなく、基板保持手段４に複数の基板Ａを配設してもよい。
【００４２】
尚、基板保持手段４には、保持する基板Ａの保持姿勢を変更可能な角度変更機構４２を備えてある。角度変更機構４２は、例えば軸芯Ｚ１と平行な軸を備え、当該軸を中心に基板Ａの設置角度を変更する。
基板Ａの設置角度を変更することにより、生成粉体Ｃが基板Ａに衝突する際の基板Ａに対する垂直速度成分を調節することができる。通常、当該垂直速度成分を高めると、形成される粉体膜Ｆの密度は大きくなり、比表面積は小さくなる。逆に、当該垂直速度成分を低めると、形成される粉体膜Ｆの密度は小さくなり、比表面積は大きくなる。
【００４３】
このように、基板Ａに衝突する生成粉体Ｃの垂直速度成分を制御できるため、基板Ａの表面に形成される粉体膜Ｆの微粒子密度および比表面積を種々変更して、所望の性質を有する粉体膜Ｆを容易に形成できる。
【００４４】
図２〜３に示すように、基板保持手段４には、基板Ａに対する生成粉体Ｃの吹付角度および吹付量のうち少なくとも何れか一方を調節可能な整流手段６を備えてもよい。このような整流手段６により、基板Ａの位置が問題となる場合であっても、基板Ａに向けて確実に生成粉体Ｃを吹付けることができ、基板Ａへの生成粉体Ｃの付着状態を制御することができる。
整流手段６を備えることにより、例えば、基板Ａの一方の面のみに微粒子を付着させたり、基板Ａの両面に生成粉体Ｃを付着させることができる。例えば、基板Ａの両面に生成粉体Ｃが付着するように制御する場合、図２に示すごとく、生成粉体Ｃの流れが基板Ａの表面方向および裏面方向の２方向に分岐するように、整流手段６として板状部材６１を適宜角度調節して基板Ａの直前に設ける。
また、整流手段６によれば、基板Ａに付着する生成粉体Ｃの微粒子密度を経時的に制御することができる。この制御により、微粒子密度が異なる多層の粉体膜を形成することができる。
【００４５】
また、生成粉体Ｃの基板Ａへの吹付量を調節できるように、図３に示すような整流手段６としてエア供給手段６２を設けてもよい。
通常、基板Ａの表面に対する微粒子の付着は、既に付着した微粒子の表面に新たに生成した微粒子がさらに付着して行われる。基板Ａに微粒子が付着してから第１所定時間が経過するまでの第１微粒子密度と、その後の第２所定時間が経過するまでの第２微粒子密度とを異ならせたい場合がある。
このような場合に、基板Ａに向けて種々の強さのエアを供給したり、エア供給角度を変更することで生成粉体Ｃの基板Ａへの吹付量を制御することが可能である。
これにより、微粒子の基板Ａへの微粒子密度を経時的に制御し、生成粉体Ｃの略全てが基板Ａに付着するように、或いは、生成粉体Ｃの一部のみが基板Ａに付着するように調節して、基板Ａの面積当たりの吹付量を変更することができる。
【００４６】
さらに、生成粉体Ｃの基板Ａへの吹付量を制御するべく、整流手段６として生成粉体Ｃの通過量を調節できる絞り部材（図外）を基板Ａの直前に設けてもよい。
【００４７】
尚、整流手段６を設けた際、装置本体内の空気量を一定に保ち、スムーズに生成粉体Ｃが流通するよう、真空ポンプ４４によってガス流出部２９から吸引するように構成する。図２〜３においては、成膜部３１にガス流出部２９を設けた場合を例示した。しかし、これに限られるものではなく、例えば処理容器２の図示しない壁面にガス流出部を設けることも可能である。
【００４８】
本実施形態では、生成粉体Ｃが基板Ａに到達するのを遮断する遮蔽部材４１を備えてある。
例えば、図４に示したように、基板保持手段４を処理容器２の軸芯Ｚ１とは異なる軸芯Ｚ２で回転可能な軸体に構成する。当該基板保持手段４には、基板Ａを単数或いは複数設けることが可能である。本実施形態では、２つの基板Ａを設けた場合を例示する。このとき、基板保持手段４に凹設した２つの基板収納部３２にそれぞれ基板Ａを設けている。
遮蔽部材４１は、基板保持手段４における基板収納部３２以外の周部で構成する。このとき、基板保持手段４を軸芯Ｚ２を中心に回転させることにより、基板収納部３２および遮蔽部材４１が交互に処理室３に臨むように構成できる。
図４（ａ）に示したように、基板収納部３２が処理室３に臨まず、遮蔽部材４１が処理室３に臨むときには、生成粉体Ｃが基板Ａに到達するのを遮断することができる。一方、図４（ｂ）に示したように、基板収納部３２が処理室３に臨むときには、生成粉体Ｃが基板Ａに到達してその表面に粉体膜Ｆを形成することができる。
【００４９】
これにより、遮蔽部材４１を適切なタイミングで処理室３の側から退避させることにより、生成した微粒子に基板Ａを曝すタイミング、即ち、粉体膜Ｆの成膜の開始時期・完了時期、および、基板Ａの暴露時間などを適切に制御することができる。
【００５０】
例えば、微粒子生成処理開始時は、遮蔽部材４１によって生成粒子Ｃが基板Ａに到達するのを妨げる状態に維持し、微粒子生成処理を一定時間行った後、基板保持手段４を軸芯Ｚ２を中心に回転させて、基板収納部３２（基板Ａ）を処理室３の側に臨ませる状態に切り替える。これにより、粉砕途中の粒径の大きな生成粉体Ｃが基板Ａに付着するのを防止できる。また、遮蔽手段４１を処理室３の側に臨ませるタイミングを調節することにより膜厚の制御を容易に行えるため、所望の特性を有する粉体膜Ｆを容易に形成できる。
このとき、成膜部３１を下向きに開放するように構成すれば、微粒子生成処理時に粉砕途中の粉体が当該成膜部３１に滞留し難くなるため、効率よく生成粉体Ｃを生成することができる。
また、本実施形態では、基板保持手段４を回転させることで基板Ａの取り替えを容易に行うことができる。
【００５１】
また、本実施形態において、基板保持手段４を中心として２つの処理容器を対向設置してもよい。この場合、基板保持手段４を回転させることで、基板が臨む処理室を、一方の処理室から他方の処理室に容易に切替えることができる。このため、例えば各処理容器には異なる粉体原料を供給して微粒子生成処理を行えば、性質の異なる複数の層を有する粉体膜を素早く形成することができる。
【００５２】
その他、遮蔽部材４１としては、図１〜３において成膜部３１を覆うように構成して、生成した生成粉体Ｃが基板Ａに到達するまでの領域に、基板Ａが生成粉体Ｃに曝されるタイミングおよび時間を制御できるスライド開閉式のシャッター（図外）を設けてもよい。
この場合、粉砕途中の粉体が成膜部３１に侵入するのを防止できるため、効率よく生成粉体Ｃを生成することができる。シャッターは処理室３の内壁と一体化して構成するのが望ましい。しかし、シャッターおよび当該内壁の間で多少の段差があったとしても、当該段差にて前記粒子が滞留しなければ問題ない。
【００５３】
さらに、遮蔽部材４１として基板Ａの向きを反転させる反転部材（図外）を適用してもよい。
即ち、微粒子生成処理開始時は、基板Ａの粉体膜形成面が処理室３の反対側を向くように、反転部材に基板Ａを保持させておく。そして、微粒子生成処理を一定時間行った後、反転部材を例えば１８０度回転させることにより、基板Ａの粉体膜形成面が処理室３の側に臨むように配置する。このとき、反転部材は成膜部３１の内部で基板Ａを保持し、プレスヘッド１Ａの回転に干渉しないように配置する。
これにより、反転部材の反転タイミングの調節により膜厚の制御を容易に行えるため、所望の特性を有する粉体膜Ｆを容易に形成できる。
【００５４】
＜その他の構成＞
（原料投入手段）
上述した原料投入手段９０は、粉体原料を処理室３に連続して供給可能に構成できる。
これにより、ある粉体原料ｍを供給して微粒子生成処理をした後、或いは、微粒子生成処理を継続しつつ同じ粉体原料ｍを続けて処理容器２内に供給して、当該粉体原料ｍから生成した生成粉体Ｃの膜を基板Ａの表面に形成できるため、連続運転が可能となる。
【００５５】
また、ある粉体原料ｍを供給して微粒子生成処理を行い、基板Ａの表面に膜形成した後に、別の異なる物質あるいは粒径の異なる粉体原料を供給可能に構成することが可能である。これにより、基板Ａの表面に複数層の異なる材料からなる粉体膜Ｆを形成できる。例えば、基板Ａに生成粉体Ｃを付着し易くするためのプライマー膜を形成する粉体原料を、原料投入手段９０から投入して微粒子化処理する。そして、基板Ａにプライマー膜を形成した後、粉体原料を当該原料投入手段９０から投入し、微粒子化処理して生成した生成粉体Ｃを基板Ａに付着させることで、プライマー膜に生成粉体Ｃが積層した粉体膜Ｆが形成できる。このように、様々な材料による組み合わせが可能となり、様々な種類の粉体膜Ｆを形成できる。
尚、原料投入手段９０は、例えば、処理容器２の内部に当該粉体原料を供給できるように、出退自在に構成できる。
【００５６】
（加熱手段）
粉体膜形成装置Ｘには、基板Ａを加熱する加熱手段４３を備えることができる。
この加熱手段４３は、例えば基板Ａに粉体膜Ｆを形成した後、基板Ａを熱処理できるように構成する。これにより、成膜後に基板Ａを高温に保ってアニール（焼きなまし）することで、生成粉体Ｃを基板Ａに衝突させた場合等に生じた基板Ａの残留応力を除くことができる。そのため、歪の殆ど無い基板Ａを製造できる。
【００５７】
（放電手段）
粉体膜形成装置Ｘには、生成粉体Ｃに放電する放電手段２０を設けてもよい。当該放電手段２０は、例えば、内周面２ａに対向配置された放電部としての処理面１ａから内周面２ａに堆積している生成粉体Ｃに放電可能に構成してある。
詳述すると、放電手段２０は、処理容器２に対して絶縁状態とされたプレスヘッド１Ａに接続された導線２２と、処理容器２に対して接続された導線２３との間に、電源部２１により電圧を印加する。そして、プレスヘッド１Ａの処理面１ａと、処理容器２の内周面２ａとの間隙７に、グロー放電等により放電プラズマを発生させるように構成してある。よって、内周面２ａと処理面１ａとの間隙７で機械的エネルギーが付与されている生成粉体Ｃに対して、放電手段２０により放電を行える。
【００５８】
これにより、内周面２ａと処理面１ａとの間隙７で生成粉体Ｃに対して機械的エネルギーを付与しながら、放電手段２０により生成粉体Ｃに対して放電を行い、粉体粒子の表面を活性化できる。
【００５９】
尚、この放電手段２０により放電を行う場合には、内周面２ａ及び処理面１ａを、生成粉体Ｃと同じ材料等でコーティングすることで、内周面２ａ及び処理面１ａのエッチングによる汚染を抑制することができる。
また、放電手段２０は、内周面２ａに対して放電を行う部分をプレスヘッド１Ａの処理面１ａとしたが、当該処理面１ａとは別の放電部から内周面２ａに対して放電を行う構成とすることができる。
【００６０】
（超音波発生手段）
粉体膜形成装置Ｘには、基板Ａの表面に粉体膜Ｆを形成するに際し、基板Ａに超音波処理を施す超音波発生手段４０を備えてもよい。
つまり、当該超音波発生手段４０により、基板Ａに直接超音波処理を施して基板Ａを振動させることができるため、生成粉体Ｃが基板Ａに付着する際に粉体膜Ｆの微粒子密度を制御できる。
【００６１】
（水蒸気供給手段）
処理容器２の内部に水蒸気Ｓを供給可能な水蒸気供給手段２４を設けることができる。具体的には、バブリング装置等の水蒸気発生装置２５と、その水蒸気発生装置２５で発生した水蒸気Ｓを処理容器２の内部に供給する供給管２６とを設けることが可能である。さらに、処理容器２の内部の水蒸気分圧を検出すると共に、その検出される水蒸気分圧が所望の目標水蒸気分圧になるように、水蒸気発生装置２５の水蒸気発生量を制御する水蒸気分圧制御装置２７を設ける。これらの装置により、前記水蒸気分圧を、飽和水蒸気圧以下の範囲内において好適な水蒸気分圧に維持することができる。
【００６２】
例えば、複数の材料を合成して生成粉体Ｃを生成する場合、本構成のように水蒸気存在下で微粒子生成処理を行うことで、良好に固相反応が進行して生成粉体Ｃが生成される。
【００６３】
尚、図１および図３は、それぞれ断面位置が異なり、図１には水蒸気供給手段２４を図示し、図３には整流手段６を図示している。
【００６４】
（トルクセンサ）
粉体原料ｍに対して微粒子生成処理を行うことにより、例えば団粒化している粉体原料ｍが微粒子化する。このとき、プレスヘッド１Ａを介して軸体１１およびモータにトルク変動が伝達される。このとき、例えば軸体１１のトルク変動を検知するトルクセンサ５０を備えておくと、処理室３の内部における粉体原料ｍのおおよその粒子径等の微粒子状態を把握することができる。
【００６５】
（微粒子状態判定手段）
粉体膜形成装置Ｘには、処理容器２の内部で処理されている生成粉体Ｃの処理状態を判定する微粒子状態判定手段２８を設けてもよい。
微粒子状態判定手段２８は、処理容器２の内部で機械的作用が加えられる粉体原料ｍの処理状態が進行するほど、生成粉体Ｃの比表面積が大きくなり、処理面１ａと内周面２ａとの相対移動における抵抗が大きくなることを利用する。そして、軸体１１の回転数や軸体１１にかかるトルクが所定値以上に大きくなった場合に、粉体原料ｍの処理状態が所望の微粒子状態に達したと判定するように構成してある。
【００６６】
尚、微粒子状態判定手段２８は、生成粉体Ｃの処理状態が進行するほど、生成粉体Ｃの比表面積が大きくなって、摩擦熱の発生量が大きくなることを利用して、生成粉体Ｃの温度が所定値以上に高くなった場合に、生成粉体Ｃの処理状態が所望の微粒子状態に達したと判定するように構成することが可能である。
【００６７】
（動力制御手段）
粉体膜形成装置Ｘには、微粒子状態判定手段２８の判定結果に基づいて、回転駆動手段１２の動力を制御する動力制御手段３０を設けてもよい。
動力制御手段３０は、微粒子状態判定手段２８が生成粉体Ｃの処理状態が所望の微粒子状態に達したと判定したときに、回転駆動手段１２の動力を低減させることで、処理面１ａと内周面２ａとの相対移動速度を低下させるように構成してある。
【実施例１】
【００６８】
上述した粉体膜形成装置Ｘを用いて、以下の条件で微粒子生成処理を行い、基板Ａに粉体膜を形成した。粉体原料として二酸化チタンを使用した。
【００６９】
【表１】
2008018299.tif 000003
【００７０】
表１における「処理時間」とは、遮蔽部材４１によって生成粉体Ｃが基板Ａに到達するのを遮断されない状態、即ち基板Ａが処理室３に臨む状態となり、基板Ａに微粒子が付着し得る時間を指す。
【００７１】
微粒子生成処理前の二酸化チタンは平均粒子径が１０ｎｍ（一次粒子径）であった。この二酸化チタンを粉体原料ｍとし、表１に記載の条件で微粒子生成処理を行ったところ、上記一次粒子径と略同じ粒子径を有する二酸化チタン粒子によって成膜できた（図５）。
【００７２】
〔別実施の形態１〕
上述した実施形態では、単一材料からなる粉体の微粒子を粉体膜Ｆの形成に用いる場合について説明したが、これに限られるものではない。
例えば燃料電池の電極材料を形成するための微粒子、即ち、希土類金属酸化物の粉体と、希土類金属ではない他金属の酸化物又は炭酸塩の粉体とを混合してなる混合粉体を粉体原料とし、この混合粉体を粉砕処理すると共に、互いに合成させて生成粉体（合成粉体）を得る。
【００７３】
この場合、生成粉体は、混合粉体に圧縮力・剪断力・衝撃力等の機械的外力を付与することで粉砕・精密混合・粒子複合化・粒子間固相反応等の処理を行うのに必要な機械的エネルギーを与え、複数の粉体を複合化かつ活性化させて合成した粉体（合成粉体）を生成するメカノケミカル法と呼ばれる方法により生成される。
【００７４】
生成粉体は、例えば、Ｌａ（ランタン）等から選択される一種以上の希土類金属酸化物の粉体と他金属材料の粉体とを混合してなる混合粉体を原料として生成される。ここで、他金属材料は、Ｍｎ（マンガン）等の他金属の酸化物、または、Ｓｒ（ストロンチウム）等の他金属の炭酸塩を例示する。
この混合粉体に対して、上述した微粒子生成手段Ｂにより圧縮力及び剪断力等の機械的エネルギーを付与することで、その混合粉体において上記希土類金属酸化物と他金属材料との固相反応を生じさせる。
これにより、ＬａＭｎＯ3（ランタンマンガン酸化物）、又は、そのＬａＭｎＯ3中のＬａの一部をＳｒ（ストロンチウム）で置換したＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3（ランタンストロンチウムマンガン酸化物：ＬＳＭ）等のペロブスカイト型酸化物である合成粉体が生成できる。
【００７５】
〔別実施の形態２〕
上述した実施形態では、処理容器２が固定され、当該処理容器２の内部でプレスヘッド１Ａが回転する場合を例示した。しかし、これに限らず、プレスヘッド１Ａが固定され処理容器２が回転するように構成できる。
この場合、処理室３の内部空間に基板保持手段４を配置することが可能である。具体的には、処理容器２の回転方向を基準としてプレスヘッド１Ａの下流に基板保持手段４を設ける。このとき、基板保持手段４は、微粒子生成手段Ｂであるプレスヘッド１Ａの処理面１ａに隣接した位置に配置される。
この場合においても、生成粉体Ｃは、生成した後、直ちに基板Ａの表面に沿って流れ、当該微粒子が分散した状態で基板Ａに付着させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の粉体膜形成装置は、粉体原料に、機械的外力を付与して生成した微粒子を、電極等の基板に付着させて粉体膜を形成する成膜装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明における粉体膜形成装置の全体構成図
【図２】整流手段近傍の要部概略図
【図３】整流手段近傍の要部概略図
【図４】遮蔽手段近傍の概略図
【図５】形成された粉体膜の拡大写真を示した図
【符号の説明】
【００７８】
Ｘ        粉体膜形成装置
Ａ        基板
Ｂ        微粒子生成手段
Ｃ        微粒子（生成粉体）
ｍ        粉体原料
Ｚ１      軸芯
１        押圧部材（プレスヘッド）
２        処理容器
４        基板保持手段
６        整流手段
３１      凹部（成膜部）
４１      遮蔽部材
【図１】
2008018299.tif 000004
【図２】
2008018299.tif 000005
【図３】
2008018299.tif 000006
【図４】
2008018299.tif 000007
【図５】
2008018299.tif 000008