(57)【要約】【課題】超微粒子の製造方法の一手法であるガス中蒸発法は，採取する方法によって粒径と形状が異なってしまう。このように粒径，形状が異なってしまう原因は，蒸気密度分布が大きいために凝縮したクラスターに粒径分布があることと，気相成長した超微粒子が冷却される間に接合成長するためである。【解決手段】真空容器内の蒸気密度を一定に保つため，原料微粒子をパルス導入してガス中蒸発させた後，直ちにプラズマ処理することによって接合成長を抑制する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にアルゴン，ヘリウムなどの第一のガス（希ガス）と酸素，窒素などの第二のガス（反応性ガス）を導入する手段と，原料を蒸発させるための加熱手段と，製造された超微粒子をフィルタなどで回収する手段を有する超微粒子製造装置において，前記真空容器内に製造する超微粒子の原料を導入する手順を，以下のように，▲１▼一定時間導入する時間と，▲２▼一定時間導入しない時間を設け，主に一定時間導入しない時間を任意に制御することによって，前記真空容器内の蒸気密度を一定に保つことを特徴とする超微粒子製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超微粒子製造装置において，▲１▼真空容器内に設置された誘導アンテナ又は容量結合電極，▲２▼真空容器の構成要素である石英，アルミナなどの誘電体の外部に設けられた誘導結合アンテナ又は容量結合電極へ高周波電源からの電力によって，真空容器内に直接，または誘電体を介して間接的にプラズマを発生させる手段を用いることによって，蒸気密度を一定に保ちながら，凝縮・気相成長した超微粒子を直ちにプラズマ処理することができることを特徴とする超微粒子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は，粒径が１０〜１００ｎｍの超微粒子を製造する装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，微粒子の粒径が１００ｎｍ以下の超微粒子への期待が高まっている。特に，高い透明性と紫外線遮蔽効果を兼ね備えた特性が必要な化粧品材料の用途においては，１００ｎｍ以下の超微粒子へのニーズが高まっている。
【０００３】
微粒子の合成法は，微粒子が合成される相によって固相法，気相法，液相法と分類される。固相法は，安価に合成できる手法として工業的にも利用されているが，微粒子化には限りがある。一方，液相法はコンタミネーションが生じる可能性がある。このため，微粒子の合成法としては，気相法が適していると考えられている。
【０００４】
気相法による微粒子の合成は，熱源により原料を高温蒸気にした後，冷却することによって，核形成及び凝縮により微粒子が形成される。現在，微粒子の合成に広く用いられている気相法としては，熱源に熱プラズマを使用するプラズマトーチ法，又はヒータを用いるガス中蒸発法がある。
【０００５】
前述のプラズマトーチ法は，誘導アンテナに高周波電力を供給し，絶縁体を介して熱プラズマを発生させる。キャリアガスなどによって原料を熱プラズマ中へ導入し蒸発させて，微粒子を製造する方法である。しかしながら，プラズマトーチ法は，数１０ｋＷの高周波電力が必要であること，放電を維持するために１００Ｌ／ｍｉｎものプロセスガスを用いるなど工業生産にはコスト的に見合わない。
【０００６】
一方，ガス中蒸発法は，図１の模式図に示すように，主に不活性ガスを封入した真空容器内に，ヒータ上に原料を搭載する。この状態で原料を融点以上に加熱し，蒸発させて微粒子を製造する方法である。ヒータによって原料を蒸発させるため，プラズマトーチ法ほどの電力を必要としない。したがって，生産コストを抑えた超微粒子製造が可能な製造方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，ガス中蒸発法は採取する場所によって，粒径と形状が異なってしまう問題がある。粒径，形状が異なってしまう原因は，以下に示す２点が要因として考えられる。
（１）蒸気の密度差によって成長速度が異なる。蒸気密度にばらつきがあるため，凝縮後，粒径分布が生じてしまっている。
（２）超微粒子が冷却される際，粒子間の衝突によって接合成長してしまい，粒径と形状が変化してしまう。
蒸気密度を均一化すること，接合成長を抑制することができれば，安定した粒径と形状を得ることができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため，真空容器内の蒸気密度を均一化する手段と，凝縮・気相成長した超微粒子の接合成長を抑制する手段が重要である。図２に前記手段を用いた超微粒子の製造シーケンスを示す。図中  Ａ）で示した「原料のパルス導入」は真空容器内の蒸気密度を均一化する手段を，Ｃ）で示した「プラズマ処理」は真空容器内の凝縮・気相成長した粒子の接合成長を抑制するため必要な手段をそれぞれ示す。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２に示した超微粒子の製造シーケンスにおいて，Ａ）で示した「原料のパルス導入」は，真空容器内の蒸気密度のばらつきを低減するため，原料の融点以上に加熱したヒータ上への原料導入を間歇的に行う。即ち一定時間，原料を真空容器に導入・蒸発させた後，原料の導入を一定時間停止する。一定時間停止することにより，蒸気を充分に拡散させることができ，蒸気密度のばらつきを低減することができる。図３は「原料のパルス導入」のタイムチャートを示している。通常原料を導入しない時間を制御することで蒸気密度のばらつきを低減する。
【００１０】
図２  Ｃ）で示した「プラズマ処理」は凝縮・気相成長した粒子の接合成長を抑制するために用い，粒子をプラズマに曝すことによって，同一電荷に帯電させることできる。また，プラズマ処理に伴う帯電によって，粒子間に斥力が働くため，接合成長を抑制することができる。
【００１１】
以上のように，図２に示した超微粒子の製造シーケンスを使用することで，安定した粒径と形状を得ることができる。
【００１２】
【実施例１】
以下，図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図４は本発明を示すプラズマ処理を併用したパルスガス中蒸発法による超微粒子製造装置のブロック図である。図４において，筐体１ａ，１ｂ及びベルジャ２で真空容器１を構成している。３は真空容器１内にプラズマを発生させるための誘導アンテナ，４は高周波電源，５は原料を蒸発させるための加熱部（ヒータ），６は生成した超微粒子を回収するフィルタ，７は真空容器１内を真空排気するための排気設備（真空ポンプ），８は原料，９はバルブ，１０は第一のガス（希ガス），１１は原料８及び第一のガス１０を真空容器１に導入するノズル，１２は第二のガス（反応ガス）をそれぞれ示す。
【００１３】
図４を用いて微粒子製造の手順を以下説明する。真空容器１内は排気設備７によりプラズマ発生に必要な真空に保たれている。真空容器１内にアルゴンなどの第一のガス（希ガス）１０を一定流量供給しながら，排気設備７（真空ポンプの排気量）をコントロールすることにより所定の圧力に保つ。絶縁体で出来たベルジャ２に巻かれた誘導アンテナ３に高周波電源４から電力を供給し，容器内にプラズマを発生させることで，凝集・気相反応した微粒子を直ちにプラズマ処理できる。
【００１４】
原料８は，バルブ９を介して希ガス１０と同時に，ノズル１１によって真空容器１内の加熱部（ヒータ）５直上に導かれる。原料を真空容器１内に導入する時に，バルブ９を図３に示すタイミングで開閉操作することで，パルス蒸発させることが出来，安定した粒径と形状を得ることができる。  以上の工程において，微粒子を化学反応させたい場合には，酸素などの第二のガス（反応性ガス）１２を導入することも可能である。
【００１５】
図５は加熱部（ヒータ）の表面の形状として，平板プレート以外の実施例を示す。図５（Ａ）では，高融点材料にタングステン線を，一定間隔に配置し，図５（Ｂ）は同材料をメッシュ状に配置した一例を示した。
【００１６】
【実施例２】
図６は本発明の他の実施例を示し，容量結合性の電極を用いた例を示す。図中，図４と同様な機能を有すものには同一番号を付している。真空容器１には，原料を蒸発させるための加熱部（ヒータ）５，容器内にプラズマを発生させるための電極１３，高周波電源４，生成した超微粒子を回収するフィルタ６，真空容器内を真空排気するための排気設備７が接続されている。
【００１７】
真空容器１内にアルゴンなどの希ガス１０を一定流量供給しながら，真空ポンプの排気量をコントロールすることにより所定の圧力に保つ。電極１３に高周波電源４から電力を供給し，容器内にプラズマを発生させることで，凝集・気相反応した微粒子を直ちにプラズマ処理できる。この際，微粒子を化学反応させたい場合には，酸素などの反応性ガス１２を導入することも可能である。以上のように本実施例は図４に示した事例とプラズマ発生の手段が異なるのみでその他の機能は同一である。
【００１８】
【実施例３】
図７は本発明の他の実施例を示し，原料を蒸発させるための加熱手段に加熱炉を用いた例を示す。図中，図４と同様な機能を有すものには同一番号を付している。真空容器１には，合成石英製のチューブ１４の外周に原料を蒸発させるための加熱炉１５，容器内にプラズマを発生させるための誘導アンテナ３，高周波電源４，生成した超微粒子を回収するフィルタ６，真空容器内を真空排気するための排気設備７が接続されている。
【００１９】
真空容器１内にアルゴンなどの希ガス１０を一定流量供給しながら，真空ポンプの排気量をコントロールすることにより所定の圧力に保つ。誘導アンテナ３に高周波電源４から電力を供給し，容器内にプラズマを発生させることで，凝集・気相反応した微粒子を直ちにプラズマ処理できる。この際，微粒子を化学反応させたい場合には，酸素などの反応性ガス１２を導入することも可能である。また，誘導アンテナの替わりに容量結合性の電極を用いることも可能である。以上のように本実施例は図４に示した事例と加熱手段が異なるのみでその他の機能は同一である。
【００２０】
【実施例４】
図８は本発明の他の実施例を示し，原料を蒸発させるための加熱手段に円筒状のヒータを用いた例を示す。図中，図４と同様な機能を有すものには同一番号を付している。真空容器１には，蒸発させるための円筒状のヒータ１６，容器内にプラズマを発生させるための誘導アンテナ３，高周波電源４，生成した超微粒子を回収するフィルタ６，真空容器内を真空排気するための排気設備７が接続されている。また，円筒状のヒータ形状の実施例を図９に示している。
【００２１】
真空容器１内にアルゴンなどの希ガス１０を一定流量供給しながら，排気設備７（真空ポンプ）の排気量をコントロールすることにより所定の圧力に保つ。誘導アンテナ３に高周波電源４から電力を供給し，容器内にプラズマを発生させることで，凝集・気相反応した微粒子を直ちにプラズマ処理できる。この際，微粒子を化学反応させたい場合には，酸素などの反応性ガス１２を導入することも可能である。また，誘導アンテナの替わりに容量結合性の電極を用いることも可能である。以上のように本実施例は図４に示した事例と加熱手段が異なるのみでその他の機能は同一である。
【００２２】
原料８は，バルブを介して希ガス１０に導入し，ノズル１１によって加熱ゾーンに導かれる。バルブの開閉操作によって，パルス蒸発させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の装置構成により，生成した超微粒子の粒径と形状を安定させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス中蒸発法の模式図である。
【図２】処理シーケンスの実施例である。
【図３】「原料のパルス導入」のタイムチャートを示している
【図４】本発明の超微粒子製造装置のブロック図である。
【図５】各種ヒータの実施例である。
【図６】本発明の超微粒子製造装置のブロック図である。
【図７】本発明の超微粒子製造装置のブロック図である。
【図８】本発明の超微粒子製造装置のブロック図である。
【図９】円筒状ヒータの実施例である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  ベルジャ
３  誘導アンテナ
４  高周波電源
５  ヒータ
６  フィルタ
７  排気装置
８  原料
９  バルブ
１０  第一のガス（希ガス）電極
１１  ノズル
１２  第二のガス（反応性ガス）
１３  電極
１４  チューブ
１５  加熱炉
１６  円筒状ヒータ
【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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【図８】
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【図９】
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