(57)【要約】【課題】凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制できる球状粉末製造装置、粉末処理用バーナ、球状粉末の製造方法を提供する。【解決手段】上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、チャンバの上部に設けられ、チャンバ内に燃焼炎Ｆを生じさせるバーナ３０と、を備えた球状粉末製造装置において、原料搬送路Ｏを構成する原料搬送管の外周側から原料搬送管内部へ凝集解砕用ガスＧを噴射するようにした。これにより、原料粉末１００ａの凝集を解砕した状態で原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆ内に供給することができ、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制することが可能となる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、
前記チャンバの上部に設けられ、当該チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、を備えた球状粉末製造装置であって、
前記バーナは、
当該バーナから生じる前記燃焼炎中へ原料粉末が搬送される原料搬送管と、
前記原料搬送管の外周側から、当該原料搬送管内部へガスを噴射するガス噴射部と、を備えることを特徴とする球状粉末製造装置。
【請求項２】
前記ガス噴射部は、前記原料搬送管の管壁に形成された切り欠き部を備えることを特徴とする請求項１に記載の球状粉末製造装置。
【請求項３】
前記原料搬送管の周囲には前記ガスが流れるガス流路が形成されており、前記切り欠き部から前記原料搬送管の内部へガスが流入することを特徴とする請求項２に記載の球状粉末製造装置。
【請求項４】
燃焼炎を用いて原料粉末に対して所定の処理を施す粉末処理用バーナであって、
先端に開口部を有し、当該開口部から前記原料粉末を前記燃焼炎内に供給する第１の供給管と、
前記原料粉末の凝集を解砕するための凝集解砕用ガスを供給する第２の供給管と、
前記第１の供給管と前記第２の供給管とを連通し、前記凝集解砕用ガスを所定角度で前記第１の供給管に導く連通部と、
を備えたことを特徴とする粉末処理用バーナ。
【請求項５】
前記第２の供給管が、その内部に前記第１の供給管を収容する二重管構造となっており、前記第１の供給管と前記第２の供給管との間を前記凝集解砕用ガスが流通することを特徴とする請求項４に記載の粉末処理用バーナ。
【請求項６】
前記第１の供給管は、前記第２の供給管に対して着脱自在であることを特徴とする請求項５に記載の粉末処理用バーナ。
【請求項７】
前記所定角度は、前記第１の供給管の軸線を基準として５〜８５°であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の粉末処理用バーナ。
【請求項８】
原料粉末を燃焼炎内で溶融することにより球状化して球状粉末を得る方法であって、
キャリアガスにより前記原料粉末を前記燃焼炎内に搬送する搬送工程と、
搬送された前記原料粉末を、前記燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化工程と、
前記溶融処理物が前記燃焼炎外に移動することによって当該溶融処理物を凝固させる凝固工程と、を備え、
前記搬送工程において前記原料粉末に対して剪断力を付与するガスを噴射することを特徴とする球状粉末の製造方法。
【請求項９】
前記剪断力を付与するガスは、前記キャリアガスと同一種類であることを特徴とする請求項８に記載の球状粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状粉末製造装置および球状粉末の製造方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塗料、コンポジット材料等のセラミックスフィラーの製造において、粉末の分散性、充填性、および流動性を向上させるために、粉末の粒子には、球状で表面が平滑である等の特性が必要とされている。
粉末の粒子を球状化させるためには、ゾルゲル法や噴霧熱分解法等の合成法を利用し、球状粒子を直接作る方法があるが、コストや生産量の制限がある。
【０００３】
粉末の粒子を球状化する他の方法としては、燃焼炎や熱プラズマ等の火炎中や、高温電気炉中で粒子を浮遊状態で溶融させ、液体の表面張力を利用して丸くする方法があり、燃焼炎を用いて原料粉末を溶融することにより球状の粉末（球状粉末）を得る方法が一般には用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３３１２２２８号公報（特許文献２）には、原料粉体供給路と燃焼室との間に、多数の小孔を有する粉体分散板を配置し、粉体分散板を介して原料粉体を燃焼室の火炎内に供給することにより無機質球状化粒子を得ることが開示されている。
また、特許第３００１５６１号公報（特許文献３）には、原料粉末供給管の開口を末広がり形状のものとすることが開示されている。なお、本願明細書中において、粉末とは粒子の集合体を指しており、本来であれば粒子の集合体として粉末と呼ぶのが適当と判断される場合には「粉末」と称し、粉末を構成する単位としての「粒子」と呼ぶのが適当と判断される場合は「粒子」と呼ぶのが好ましいが、実質的にはその基本単位が共通であることから、以下の説明では、特に「粒子」と呼ぶのが好ましい場合を除き、基本的に「粉末」と称することとする。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−４０６８０号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特許第３３１２２２８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特許第３００１５６１号公報（図２）
【０００５】
ここで、燃焼炎を用いた球状粉末製造装置における処理の流れを説明する。まず、フィーダから供給された原料粉末は、キャリアガスとともに、バーナに搬送される。このバーナには酸素供給手段から酸素が、燃焼ガス供給手段からＬＰＧ等の燃焼ガスがそれぞれ供給されており、バーナによって、バーナの下部に設けられたチャンバ内に燃焼炎が生成される。そして、チャンバ内の燃焼炎中で溶融され球状化された原料粉末は、後段のサイクロンやバグフィルタで回収されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
原料粉末のサイズは、最終的に得ようとする球状粉末のサイズを考慮して決定される。ところが、原料粉末はフィーダに収容されている間に自然凝集してしまう。特に、原料粉末の平均粒径が２μｍ以下と微細な場合には、自然凝集の程度が著しい。自然凝集した原料粉末がそのままバーナに供給されて溶融処理されると、本来意図していたサイズの数倍のサイズを有する巨大粒子が発生するか、主として凝集体の発生に起因する燃焼炎内部の局所的な温度の低下等により未溶融粒子が発生してしまう。
原料粉末の凝集を解砕する方法として、上述した特許第３３１２２２８号公報（特許文献２）に記載されているような粉体分散板を用いる手法もある。ところが、粉体分散板を通過する際に原料粉末が粉体分散板自体に被着してしまい、実際には粉体分散板を用いた原料粉末の凝集解砕は困難である。
また、上述した特許第３００１５６１号公報に記載されているように、原料粉末供給管の開口を末広がり形状としたとしても、原料粉末の凝集を解砕することとはならず、巨大粒子の発生を抑制する上では有効な方法とはいえない。
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制できる球状粉末製造装置、粉末処理用バーナ、球状粉末の製造方法を提供することを目的とする。また、設備維持費用の低減が図れる粉末処理用バーナ、球状粉末製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明者は、原料粉末の凝集を解砕した状態で原料粉末を燃焼炎内に供給するために、様々な検討を行った。その結果、原料搬送管の外周側から原料搬送管の内部へガスを噴射することが、原料粉末の凝集を解砕する上で極めて有効であることを知見した。すなわち、本発明は、上下方向に軸線を有した筒状のチャンバと、チャンバの上部に設けられ、チャンバ内に燃焼炎を生じさせるバーナと、を備えた球状粉末製造装置であって、バーナは当該バーナから生じる燃焼炎中へ原料粉末が搬送される原料搬送管と、この原料搬送管の外周側から、原料搬送管内部へガスを噴射するガス噴射部とを備えることを特徴とする球状粉末製造装置を提供する。ここで、本発明における原料搬送管の外周側には、原料搬送管の管壁外周部および管壁内周部、原料搬送管の外部が広く包含される。このように、本発明に係る球状粉末製造装置では、原料搬送管の外周側からガスを噴射するようにしたので、原料粉末の凝集を解砕した状態で、原料粉末を燃焼炎内に供給することができる。
本発明に係る球状粉末製造装置において、ガス噴射部は、原料搬送管の管壁に形成された切り欠き部を備えるものとすることができる。
本発明に係る球状粉末製造装置において、原料搬送管の周囲にガスが流れるガス流路を形成し、原料搬送管の管壁に設けられた切り欠き部から原料搬送管の内部へガスを流入させる形態を採用することができる。
【０００９】
さらに、本発明は、燃焼炎を用いて原料粉末に対して所定の処理を施す粉末処理用バーナであって、原料粉末の凝集を解砕するのに適した構造を有する新規な粉末処理用バーナを提供する。すなわち、本発明は、先端に開口部を有し、当該開口部から原料粉末を燃焼炎内に供給する第１の供給管と、原料粉末の凝集を解砕するための凝集解砕用ガスを供給する第２の供給管と、第１の供給管と第２の供給管とを連通し、凝集解砕用ガスを所定角度で第１の供給管に導く連通部とを備えたことを特徴とする粉末処理用バーナを提供する。本発明に係る粉末処理用バーナにおいて、第１の供給管は原料搬送管として機能するが、連通部を介して第１の供給管内に凝集解砕用ガスを流入させることで、凝集が解砕された原料粉末を燃焼炎内に供給することができる。これにより、凝集が解砕された原料粉末に対して燃焼炎を用いた所定の処理を施すことが可能となる。ここで、原料粉末に対する所定の処理としては、例えば球状化処理、複合粒子の製造、金属粒子の酸化処理による酸化物粒子の製造などが挙げられる。
【００１０】
本発明に係る粉末処理用バーナにおいて、第１の供給管を、第２の供給管に対して着脱自在とすることが望ましい。原料搬送管として機能する第１の供給管は、原料粉末との摩擦が生じるため摩耗が激しい。よって、ある期間毎に第１の供給管を交換することが望ましいが、第１の供給管を第２の供給管に対して着脱自在に構成することで、粉末処理用バーナのメンテナンスが容易となり、設備費用も低減することができる。
凝集解砕用ガスを第１の供給管に流入させる際の所定角度、すなわち、凝集解砕用ガスの噴射角度は、第１の供給管の軸線を基準として５〜８５°とすることが、原料粉末の凝集を解砕する上で有効である。
【００１１】
さらにまた、本発明は、原料粉末を燃焼炎内で溶融することにより球状化して球状粉末を得る方法であって、キャリアガスにより原料粉末を燃焼炎内に搬送する搬送化工程と、搬送された原料粉末を、燃焼炎内で溶融することにより球状化し、溶融処理物を得る球状化工程と、溶融処理物が燃焼炎外に移動することによって溶融処理物を凝固させる凝固工程とを備えた球状粉末の製造方法を提供する。ここで、上述した搬送工程において原料粉末に対して剪断力を付与するガスを噴射することが、巨大粒子や未溶融粒子の発生を防止する上で極めて有効である。
上述した剪断力を付与するガスとしては、キャリアガスと同一種類のものを用いることができる。例えば、キャリアガスとしてＮ２ガスを用いる場合には剪断力を付与するガスとしてもＮ２ガスを、キャリアガスとしてエアを用いる場合には剪断力を付与するガスとしてもエアを用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る球状粉末製造装置は、燃焼炎を生じさせるバーナに、原料粉末の凝集を解砕するための機構を設けたことを特徴とする。原料粉末が燃焼炎内に供給される前に、原料粉末の凝集を解砕することによって、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制することが可能となる。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態における球状粉末製造装置の構成を説明するための図である。
図１に示すように、球状粉末製造装置１０は、チャンバ２０、チャンバ２０の上部に設けられたバーナ（粉末処理用バーナ）３０を有する。チャンバ２０の下部には、回収容器４１とサイクロン４２とから構成される処理粉末回収手段と、ガス排出手段５０が設けられている。サイクロン４２は、処理粉末回収手段の一部を構成するとともに、ガス排出手段５０の一部も構成している。
【００１４】
チャンバ２０は、例えば耐熱性の高いＳＵＳ、アルミナ等で形成され、上下方向に軸線を有した円筒状で、同一の内径を有する円筒壁部２０ａと、その下端部に連続して形成され、下方に行くにしたがい内径が徐々に小さくなるテーパ部２０ｂとを有している。
チャンバ２０の上部は開口しており、この開口部に蓋体２１が設けられている。この蓋体２１は、チャンバ２０の中央部に臨む位置にバーナ３０を備えており、その外周部には図示しない水冷ジャケットを内蔵している。水冷ジャケットは、バーナ３０から発生する燃焼炎Ｆの調節と燃焼炎Ｆの熱により球状粉末製造装置１０が損傷することを防ぐものである。なお蓋体２１に限らず、チャンバ２０を構成する円筒壁部２０ａおよびテーパ部２０ｂも、図示しない水冷ジャケットにより水冷されている。
【００１５】
バーナ３０自体の詳細な構成は後述するが、このバーナ３０は水冷される多重管構造をなし、各々の領域に、原料粉末１００ａを供給する原料粉末供給系統３１、支燃ガスとして酸素を供給する酸素供給系統３２および燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給系統３３が接続されている。
【００１６】
原料粉末供給系統３１から供給する原料粉末１００ａとしては、例えば誘電体材料、磁性材料として用いられる酸化物組成物を用いることができる。誘電体材料としては、例えば、チタン酸バリウム系、チタン酸鉛系、チタン酸ストロンチウム系、二酸化チタン系、バリウム・ネオジ・チタニウム系（ＢＮＴ系）の酸化物を挙げることができる。磁性材料としては、例えば、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等を挙げることができる。また、Ｆｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４等の酸化鉄を原料粉末１００ａとして用いることもできる。
原料粉末１００ａのサイズは、最終的に得たい球状粉末のサイズに応じて適宜定めればよい。例えば、最終的に平均粒径１〜１０μｍの球状粉末を得たい場合には、１〜１０μｍの原料粉末１００ａを用いることができる。バーナ３０に原料粉末１００ａを安定して供給するという観点から、原料粉末１００ａは、その平均粒径が２μｍ以上、さらには３〜１０μｍのものが好ましい。但し、原料粉末供給系統３１における原料粉末１００ａの流動性が、安定的な粉末供給ができるレベルであれば、平均粒径が２μｍ未満の原料粉末１００ａを用いてもよい。
原料粉末１００ａの製造方法は特に限定されるものではなく、例えば粉砕粉末を原料粉末１００ａとして用いることができる。
【００１７】
原料粉末１００ａの供給は、空気、酸化性ガス、不活性ガス等のキャリアガスを用いて行われる。酸化性ガスとしては、酸素濃度が２０％以上のガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｒｎガス等を用いることができる。
なお、当然のことではあるが、供給する原料粉末１００ａを増加するためには、キャリアガス量を増加する必要があり、キャリアガスに酸素を用いるのであれば、支燃ガスである酸素の量を減少させ、キャリアガスと支燃ガスとの混合比率を調整する必要がある。ただし、支燃ガスである酸素をキャリアガスとする場合、火炎の温度が高くなりすぎ、温度分布が不均一となるため、原料粉末１００ａの元素の一部が蒸発したり、組成の変動が著しくなることがある。
【００１８】
このようなバーナ３０は、酸素供給系統３２から供給される酸素と燃焼ガス供給系統３３から供給される燃焼ガスとをチャンバ２０内の下方に向けて噴出しつつ、これに着火することで、チャンバ２０中央部の上部に、燃焼炎Ｆを生成する。
燃焼炎Ｆを得るための燃焼ガスは、特に制限されない。ＬＰＧ、水素、アセチレン等公知の燃焼ガスを用いることができる。得たい球状粉末が酸化物の場合には、燃焼炎酸化度を制御する必要があり、燃焼ガスに対して適当な量の酸素（支燃ガス）を供給することが望まれる。ＬＰＧを燃焼ガスとして用いる場合にはＬＰＧ供給量の５倍の酸素を、アセチレンを燃焼ガスとして用いる場合にはアセチレン供給量の２．５倍の酸素を、また水素を燃焼ガスとして用いる場合には水素供給量の０．５倍の酸素を供給すると等量となる。この値を基準として酸素供給量を適宜設定することにより、燃焼炎Ｆの酸化度を制御することができる。これら燃焼ガスの流量は、バーナ３０のサイズに応じて適宜定めればよい。
燃焼炎Ｆの温度は、燃焼ガスの種類、量、酸素との比率、原料粉末１００ａの供給量などによって変動する。ＬＰＧを用いる場合には約２１００℃まで、アセチレンを用いる場合には約２６００℃までの温度を得ることができる。
【００１９】
燃焼炎Ｆはその燃焼領域内の位置、例えば中心部と外周部において温度が異なる。したがって、原料粉末１００ａの種類と処理の種類によって、燃焼炎Ｆの大きさ等の調節が行われると共に、原料粉末１００ａの燃焼炎Ｆへの供給位置も適宜調節される。なお、原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆの熱により溶融させて球状化する場合には、燃焼炎Ｆの温度を、原料粉末１００ａの融点以上の温度となるように設定する。
大きさや温度が適宜調整された燃焼炎Ｆ中に投入された原料粉末１００ａは、自然落下しながら燃焼炎Ｆ中に所定時間滞留し、燃焼炎Ｆの熱によって溶融され、または化学的・物理的修飾を受け、チャンバ２０内を落下する。このとき、原料粉末１００ａは、チャンバ２０内を落下する間にその温度が低下し、凝固する。このようにして燃焼炎Ｆを通過した原料粉末１００ａは、処理粉末１００ｂとなる。なお、化学的・物理的修飾とは、原料粉末１００ａの物質形態、純度、粒子サイズ、粒子構造、形状もしくは表面性状を変化させることを意味する。
【００２０】
上記のような処理が行われるチャンバ２０のテーパ部２０ｂの下端部は開口しており、回収容器４１が接続されている。この回収容器４１の側面には、サイクロン４２が接続されている。
チャンバ２０内を落下した処理粉末１００ｂは、回収容器４１の底部に堆積し、またその一部はガスとともにサイクロン４２に送り込まれる（以下、堆積した処理粉末１００ｂを、処理粉末（溶融処理物）１００ｃと称する）。
サイクロン４２では、処理粉末１００ｂが混在したガスの気体（ガス）と固体（処理粉末１００ｂ）とを上下に分離する。ガスと分離された処理粉末１００ｃはサイクロン４２の底部に堆積する。
これら回収容器４１およびサイクロン４２の底部に堆積した処理粉末１００ｃを回収することで、球状の処理粉末１００ｃを得ることができるのである。
また、サイクロン４２の上部にはバグフィルタ等のフィルタ装置５２が接続され、サイクロン４２から排出されるガスに残存する処理粉末１００ｃを、フィルタ本体５２ａで回収し、ガスのみを、排風機５３を介して、排出管５４から排出するようになっている。
【００２１】
次に、図２〜４を用いて、本発明の特徴的な部分であるバーナ３０について詳述する。以下、原料粉末１００ａの流れを基準として、紙面左側をバーナ３０の上流側、紙面右側をバーナ３０の下流側という。
図２は、本実施の形態におけるバーナ３０の特徴を模式的に示す図である。
図２に示すように、バーナ３０において、原料粉末１００ａはキャリアガスとともに原料搬送路Ｏ内を搬送させられる。バーナ３０では、原料搬送路Ｏの下流端に燃焼炎Ｆが形成されるようになっており、この燃焼炎Ｆ内で原料粉末１００ａに対する球状化処理が施される。原料粉末１００ａは、図示しないフィーダ内に収容されている間に自然凝集してしまうため、そのまま原料搬送路Ｏ内を搬送し燃焼炎Ｆ内に供給されると、巨大粒子や未溶融粒子が生じることとなる。そこで、本発明では、原料搬送路Ｏの外周側からその内部に凝集解砕用ガスＧを噴射することで、原料粉末１００ａの凝集を解砕する。これにより、凝集が解砕された原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆ内に導入することが可能となる。よって、本実施の形態におけるバーナ３０によれば、巨大粒子や未溶融粒子の発生が抑制される。
ここで、凝集解砕用ガスＧとしては、上述したキャリアガスと同様のもの、つまり空気、酸化性ガス、不活性ガス等を用いることができる。また、燃焼ガスとして挙げたＬＰＧ、水素、アセチレン等を凝集解砕用ガスＧとして用いてもよい。
【００２２】
以下、搬送中の原料粉末１００ａに対して凝集解砕用ガスＧを噴射することで、原料粉末１００ａの凝集が解砕されるメカニズムを説明した上で、本実施の形態におけるバーナ３０の構成を詳述する。
【００２３】
原料粉末１００ａから構成される凝集粒子を解砕して分散させるには、凝集粒子を構成する１次粒子間に働く付着力よりも大きな外力を凝集粒子に作用させる必要がある。この外力として、本発明では、主に２つの力、すなわち、気流が凝集粒子に噴射されることによる剪断力および気流の加速により生じる力を利用する。
【００２４】
本発明では、キャリアガスが流れる原料搬送路Ｏ内に、所定角度で凝集解砕用ガスＧを噴射する。このように、２つの気流、すなわち、キャリアガスと凝集解砕用ガスＧとがある相対角度をもって流れるようにすることで、原料搬送路Ｏ内に剪断流れ場が形成される。凝集粒子が剪断流れ場に投入されると、凝集粒子を構成する１次粒子間にも剪断力が働くこととなる。そして、凝集粒子を構成する１次粒子間に働く付着力よりも大きな剪断力が凝集粒子に作用したときに、凝集粒子が解砕されるのである。
また、キャリアガスと凝集解砕用ガスＧの速度が異なる場合には、速度の速い方のガスによって他方のガスが加速されることになる。例えば、キャリアガスの速度を１としたときに、凝集解砕用ガスＧの速度が２であるようなときには、キャリアガスは凝集解砕用ガスＧによって加速されることになる。つまり、キャリアガスには凝集解砕用ガスＧによる加速度が生じることとなる。キャリアガスにともなわれて、ある一定速度で運動していた凝集粒子は、この加速度の影響を受けて運動状態が変わる。そして、凝集粒子を構成する１次粒子間に働く付着力よりも大きな外力が凝集粒子に作用したときに、凝集粒子が解砕されるのである。なお、キャリアガスの方が凝集解砕用ガスＧよりも速度が速い場合にも、同様のメカニズムにより、凝集粒子が解砕される。
【００２５】
図３はバーナ３０の断面図である。また、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図、図４（ｃ）は図３のＣ−Ｃ断面図である。
【００２６】
図３および図４に示すように、本実施の形態におけるバーナ３０は、略円筒状のアウターケース８０を有している。
アウターケース８０の内部には、アウターケース８０と同心円上に原料粉末供給管６０が配置される。原料粉末供給管６０は上述した原料搬送路Ｏとして機能する。原料粉末供給管６０は、原料粉末１００ａを収容するフィーダ（図示せず）とともに、原料粉末供給系統３１を構成する。
また、アウターケース８０の内部には、原料粉末供給管６０の外周を取り囲むようにして、酸素供給管７０が配列されている。なお、図３では酸素供給管７０は２重に配列されているが、これに限定されるものではない。
【００２７】
さて、アウターケース８０の上流は燃焼ガス供給系統３３と接続されており、下流側からは燃焼炎Ｆが発生するようになっている。燃焼ガス供給系統３３は、燃焼ガス供給手段（図示せず）、燃焼ガス供給管３３ａおよびチャンバ３３ｂとで構成されている。燃焼ガス供給手段から供給された燃焼ガスは、燃焼ガス供給管３３ａを介してチャンバ３３ｂに供給される。チャンバ３３ｂ内のガス室３３ｃはアウターケース８０と連通しており、チャンバ３３ｂ内のガス室３３ｃからアウターケース８０内にＬＰＧ等の燃焼ガスが流入するようになっている。
【００２８】
酸素供給系統３２は燃焼ガス供給系統３３と併設されており、ボルト８１、フランジＦ１，Ｆ２を介して互い固定されている。
酸素供給系統３２は、図示しない酸素供給手段、酸素供給管７０、酸素供給管３２ａおよびチャンバ３２ｂとで構成されている。酸素供給手段から供給された支燃ガスとしての酸素は、酸素供給管３２ａを介してチャンバ３２ｂ内のガス室３２ｃに供給される。アウターケース８０の内部に配列された酸素供給管７０は、ガス室３３ｃを貫通し、その上流側がガス室３２ｃに開口している。このため、酸素供給手段から供給された酸素は、ガス室３２ｃから酸素供給管７０内に流入するようになっている。
【００２９】
本実施の形態におけるバーナ３０は、原料粉末供給管６０に、原料粉末１００ａの凝集を解砕するための機構を備えたことを特徴とする。原料粉末供給管６０の上流側は図示しないフィーダに接続されており、下流側は開口部６１ｈを構成している。原料粉末供給管６０の上流側からキャリアガスにともなわれて搬送される原料粉末１００ａは、開口部６１ｈから燃焼炎Ｆ内へ供給される。本発明では、原料粉末供給管６０の構成を工夫し、原料粉末１００ａが燃焼炎Ｆ内へ供給される前に、搬送中の原料粉末１００ａに対して凝集解砕用ガスＧを噴射して、原料粉末１００ａの凝集を解砕するのである。
【００３０】
原料粉末供給管６０は、第１の供給管（原料搬送管）６１と、第１の供給管６１の外径ｄ１よりも大きな内径ｄ２を有し、第１の供給管６１を収容する第２の供給管６２を備えた二重管構造となっている。第１の供給管６１は、先端に開口部６１ｈを備えた円筒状であり、原料搬送路Ｏとして機能する。また、第２の供給管６２は第１の供給管６１に対して着脱自在の構成となっている。
第２の供給管６２と第１の供給管６１との間は凝集解砕用ガスＧのガス流路Ｐとして機能する。凝集解砕用ガスＧは、バーナ３０の上流側から下流側に供給される。第２の供給管６２の内径ｄ２と、第１の供給管６１の外径ｄ１との間で形成されるクリアランスＬは、例えば０．５〜１０ｍｍとすることができる。このクリアランスＬを適宜設定することで、凝集解砕用ガスＧの流量および速度を制御することが可能である。
【００３１】
さて、第１の供給管６１は、その管壁に複数のスリット（切り欠き部、連通部）Ｓを備えており、スリットＳを介して原料搬送路Ｏとガス流路Ｐが連通するようになっている。スリットＳのサイズは、第１の供給管６１のサイズや原料粉末１００ａの処理量に応じて適宜設定すればよい。スリットＳの軸方向の位置は、燃焼炎Ｆまでの距離を考慮して決定する。具体的には、燃焼炎Ｆまでの距離が１０〜３００ｍｍの範囲となるようにして、第１の供給管６１にスリットＳを形成する。スリットＳから燃焼炎Ｆまでの距離が１０ｍｍ未満になると、確実に凝集粒子を解砕した上で、燃焼炎Ｆに原料粉末１００ａを供給することが困難となる。一方、スリットＳから燃焼炎Ｆまでの距離が３００ｍｍを超えると、一旦凝集が解砕された原料粉末１００ａが、搬送されている間に再凝集するおそれがあるため、好ましくない。
【００３２】
ここで、第１の供給管６１の軸線を基準として５〜８５°の角度で凝集解砕用ガスＧを噴射することが望ましい。凝集解砕用ガスＧの噴射角度θが５°未満の場合には、原料粉末１００ａに対する衝撃が小さく、原料粉末１００ａから構成される凝集粒子を十分に解砕することが困難である。
一方、凝集解砕用ガスＧの噴射角度θが８５°を超えると、原料粉末１００ａが第１の供給管６１や第２の供給管６２の内壁に付着しやすい。
したがって、凝集解砕用ガスＧの望ましい噴射角度θは５〜８５°である。凝集解砕用ガスＧの噴射角度を５〜８５°とするには、例えば、第２の供給管６２の管壁内部に、その角度が第２の供給管６２の軸線に対して５〜８５°となるようなテーパ部（連通部）Ｒを形成すればよい。こうしたテーパ部Ｒを設けるとともに、第１の供給管６１にスリットＳを形成する際に、その角度が第１の供給管６１の軸線に対して５〜８５°となるような角度で第１の供給管６１の一部を切断することが望ましい。凝集解砕用ガスＧの望ましい噴射角度θは１５〜７５°、より望ましい噴射角度θは２０〜６０°である。
【００３３】
スリットＳを設ける数は特に限定されるものではないが、原料粉末１００ａの凝集を効率よく解砕するためには、スリットＳを第１の供給管６１の周方向に複数設けることが望ましい。また、スリットＳの形状についても特に限定されるものではなく、例えば円形状、楕円状、矩形状、楔状とすることができる。
【００３４】
また、第２の供給管６２は、一定の径を有する筒状部６２ａと、スリットＳと対向するように設けられ、下流側に行くにしたがいその内径が徐々に小さくなるテーパ形状を有するテーパ部Ｒと、テーパ部Ｒの下流端Ｒ２に連続して設けられた筒状部６２ｂとから構成されている。筒状部６２ｂの内径は、第１の供給管６１の外径と略同一である。
筒状部６２ａからテーパ部Ｒの上流端Ｒ１までは、第２の供給管６２と第１の供給管６１との間には所定のクリアランスＬが設けられ、上述した凝集解砕用ガスＧのガス流路Ｐを形成している。一方、テーパ部Ｒの下流端Ｒ２は、第１の供給管６１の外周と接触しており、ガス流路Ｐの終端となっている。なお、テーパ部Ｒは、その角度が第２の供給管６２の軸線に対して５〜８５°、望ましくは１５〜７５°、より望ましくは２０〜６０°となるように形成することが望ましい。凝集解砕用ガスＧの噴射角度θを５〜８５°とするためである。
【００３５】
本実施の形態におけるバーナ３０では、スリットＳおよびテーパ部Ｒとで、第１の供給管６１と第２の供給管６２とを連通し、凝集解砕用ガスＧを所定角度で第１の供給管６１に導く連通部を構成している。また、スリットＳは、第１の供給管６１の外周側から第１の供給管６１内部へ凝集解砕用ガスＧを噴射するガス噴射部としても機能している。
このバーナ３０では、燃焼ガス供給系統３３によって送り込まれた燃焼ガスは、アウターケース８０内に多数本収められた酸素供給管７０の隙間Ｘを通り、バーナ３０の下端部から下方に向けて噴出する。また、酸素供給系統３２によって送り込まれた支燃ガスとしての酸素は、アウターケース８０内の酸素供給管７０を通り、バーナ３０の下端部から下方に向けて噴出する。これにより、バーナ３０からは、下方に向けて燃焼ガスと支燃ガスとが噴出し、これに着火することで、燃焼炎Ｆが下方に向けて発生するようになっている。
【００３６】
原料粉末供給系統３１から送り込まれる原料粉末１００ａとキャリアガスは、第１の供給管６１により形成される原料搬送路Ｏを通り、バーナ３０の下方に発生する燃焼炎Ｆ内に供給される。本実施の形態では、原料搬送路Ｏを構成する第１の供給管６１の外周側に、第１の供給管６１を収容する第２の供給管６２を設け、第１の供給管６１と第２の供給管６２との間にガス流路Ｐを形成する。そして、ガス流路Ｐを通過する凝集解砕用ガスＧが、原料搬送路Ｏ内に所定の噴射角度θで噴射されるようにバーナ３０を構成し、原料粉末１００ａが、燃焼炎Ｆ内に供給される前に原料粉末１００ａの凝集を解砕する。その結果、凝集が解砕された原料粉末１００ａを燃焼炎Ｆに供給することが可能となる。したがって、従来方式の構成に比較し、巨大粒子の発生および未溶融粒子の発生を大幅に抑制することができ、生成される球状粉末の品質を安定・向上させることができる。仮に巨大粒子が発生すると、燃焼炎Ｆの温度低下、温度分布の不均一化が生じ、原料粉末１００ａの溶融を確実に行うことが困難となり、それにともなって未溶融粒子の発生が増加することとなる。また、巨大粒子の発生率が増加すると、原料粉末１００ａの粒径と球状粉末の粒径との対応関係をとることが困難となり、球状粉末の粒度分布の制御も困難となる。これに対し、本実施の形態におけるバーナ３０によれば、原料粉末１００ａが凝集したとしても、原料粉末１００ａが燃焼炎Ｆ内に供給されて溶融される段階では、すでにその凝集が解砕されている。その結果、原料粉末１００ａの粒径と球状粉末の粒径との対応関係をとることができ、球状粉末の粒度分布の制御も容易である。これにより、所望の粒度分布を有する球状粉末を確実に得ることができる。また、本実施の形態におけるバーナ３０では、第１の供給管６１は、第２の供給管６２に対して着脱自在に構成されているため、原料粉末１００ａが衝突するために摩耗が進行しやすい第１の供給管６１のみを交換するのも容易である。
【００３７】
ここで、第１の供給管６１の内径は３〜５０ｍｍとすればよい。このように、第１の供給管６１の内径を大きくすることで、原料粉末１００ａの処理量を増やすことができる。第１の供給管６１の内径を大きくすると、凝集した原料粉末１００ａがそのままの状態で燃焼炎Ｆに流入し、巨大粒子となることが懸念されるが、本実施の形態におけるバーナ３０は、原料搬送路Ｏの外周側からその内部に凝集解砕用ガスＧを噴射して原料粉末１００ａの凝集を解砕可能な構造となっているために、こうした巨大粒子の発生等の不具合を回避しつつ、原料粉末１００ａの処理量を増大させることができる。第１の供給管６１の長さは１００〜５００ｍｍとすることができる。なお、第１の供給管６１の管壁の厚さは１〜１０ｍｍの範囲内で適宜設定すればよい。
【００３８】
また、第１の供給管６１として、スリットＳのサイズが異なる複数の管を予め準備しておき、原料粉末１００ａの凝集度合や処理量に応じて適宜、管を使い分けることもできる。例えば、原料粉末１００ａの凝集が強い（凝集度合が高い）ときには、スリットＳのサイズが小さい管を使用し、凝集解砕用ガスＧの噴射スピードを上げればよい。
【００３９】
以上、本実施の形態におけるバーナ３０、およびバーナ３０を備えた球状粉末製造装置１０について詳述した。本実施の形態におけるバーナ３０を備えた球状粉末製造装置１０を用いて得られた処理粉末１００ｃは、結晶性の良い緻密な粒子や、単結晶粒子や、球形の粒子（球状度の高い粒子）からなる粉末等、処理する目的に応じた、優れた特性を有する。本実施の形態で得られる粉末の平均粒径は、０．１〜２０μｍ程度であり、特に１〜１０μｍ、さらには１〜５μｍ程度の粒子を得ることが可能である。このような処理粉末１００ｃを他の材料と組合せたり、混合する等して用いることにより、優れた特性を有する製品や特殊な構造や機能を有する材料や部品を得ることができる。具体的には、高周波用フィルタ等を得ることができる。
【００４０】
さらに本実施の形態では、粒子の球状度が０．８〜１である粉末を得ることができ、さらに球状度が０．９〜１である粉末を得ることができる。処理粉末１００ｃの球状度を０．８〜１とすることにより、処理粉末１００ｃを樹脂材料と複合化する際に処理粉末１００ｃの充填性が向上する。また、球状度が０．８以上である処理粉末１００ｃを用いた場合には、樹脂材料に対して均一に分散しやすくなる。処理粉末１００ｃを球状とする場合の望ましい球状度は０．８５〜１、さらには０．９〜１である。ここで「球状」とは、表面が平滑な完全な球状のほか、極めて真球に近い多面体を含む。具体的には、Ｗｕｌｆｆモデルで表されるような安定な結晶面で囲まれた等方的な対称性を有し、かつ球状度が１に近い多面体粒子も含まれる。また、微小な凹凸が表面に形成されている粒子、あるいは楕円状の断面を有する粒子であっても、球状度が０．８〜１の範囲にあれば、本発明で言う球状に該当する。ここで「球状度」とは、Ｗａｄｅｌｌの実用球状度、すなわち粒子の投射面積に等しい円の直径と粒子の投射像に外接する最小円の直径の比である。
【００４１】
なお、上記の実施の形態では、第１の供給管６１と第２の供給管６２との間に凝集解砕用ガスＧを供給するガス流路Ｐを形成する場合を例にして説明したが、他の形態を採用することも可能である。例えば、キャリアガスが流れる第１の供給管６１の管壁内周側に、凝集解砕用ガスＧを所定の噴射角度θで噴射するノズルを設け、このノズルから凝集粒子を構成する一次粒子の流体抵抗力よりも相対速度が大きな凝集解砕用ガスＧを流すことによって、原料粉末１００ａの凝集を解砕するようにしてもよい。
【００４２】
また、図３に示したバーナ３０では、下流側の開口部の位置が互いに一致する第１の供給管６１と第２の供給管６２とで原料粉末供給管６０を構成し、第１の供給管６１と第２の供給管６２とで形成されるガス流路Ｐを流れる凝集解砕用ガスＧが、第１の供給管６１に形成されたスリットＳから第１の供給管６１内に噴射される例を示した。但し、これはあくまで一例であって、原料搬送路Ｏ内に、所定角度で凝集解砕用ガスＧを噴射するという本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々様々な構成を採用することができる。変形例の一例を図５に示す。
【００４３】
図５はバーナ３０の一部を構成する原料粉末供給管６０の変形例を説明するための図であり、図５では第１の供給管（原料搬送管）９１と第１の供給管９１を収容する第２の供給管（原料搬送管）９２とで原料粉末供給管９０を構成している。
図５に示すように、原料搬送路Ｏとして機能する第１の供給管９１の先端開口部９１ｈを、第２の供給管９２内かつ第２の供給管９２の先端開口部９２ｈよりも上流側に位置させる。そして、第１の供給管９１の下流端に形成されたテーパ部（連通部）ＲＡと、テーパ部ＲＡと対向するようにして第２の供給管９２の下流側に形成されたテーパ部（連通部）ＲＢとの隙間から、凝集解砕用ガスＧが原料搬送路Ｏ内に所定角度で噴射されるようにしてもよい。
図５に示した例では、一定の径を有する第１の供給管９１の下流端の管壁を尖塔状にカットしてテーパ部ＲＡを形成している。一方、第２の供給管９２は、一定の径を有する筒状部９２ａと、テーパ部ＲＡと対向するように設けられ、下流側に行くにしたがいその内径が徐々に小さくなるテーパ形状を有するテーパ部ＲＢと、テーパ部ＲＢの下流端に連続して設けられた筒状部９２ｂとから構成されている。筒状部９２ｂの内径は第１の供給管９１の内径と略同一であり、筒状部９２ｂは原料搬送路Ｏとしても機能する。つまり、原料粉末１００ａは第１の供給管９１および第２の供給管９２の筒状部９２ｂを通過して、燃焼炎Ｆに供給されることとなる。なお、第１の供給管９１と第２の供給管９２は、図示しないジョイントで連結されている。
テーパ部ＲＡと、テーパ部ＲＢとの隙間から、凝集解砕用ガスＧを原料搬送路Ｏ内に所定角度、すなわち５〜８５°で噴射するには、テーパ部ＲＡおよびテーパ部ＲＢの角度が第１の供給管９１および第２の供給管９２の軸線に対して５〜８５°となるようにしてテーパ部ＲＡおよびテーパ部ＲＢを形成すればよい。管壁の一部にスリットＳを形成するよりも、下流端の管壁を尖塔状にカットする方が容易であるから、図５に示した原料粉末供給管９０を採用してバーナ３０を構成した場合には、バーナ３０をより簡易に作製することが可能となる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では原料粉末１００ａに対して球状化処理を行う場合を例にして、バーナ３０の用途を示したが、バーナ３０の用途はこれに限定されるものではない。例えば、原料粉末１００ａに対して、表面処理や酸化還元処理を行う場合にも、バーナ３０を用いることができる。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
（実施例）
Ｄ５０（Ｄ５０：粉末の累積体積比率が５０％になる粒径）が１．８μｍで、Ｄ１００（Ｄ１００：粉末の累積体積比率が１００％になる粒径）が４．６μｍであるＢＮＴ系セラミックス誘電体粉末を十分乾燥し、所定の供給方法、供給量でＬＰＧバーナの火炎中に投入し、球状化処理を行い、８種類の試料を作製した。
ここで、上記実施の形態で示した構成を用いる凝集解砕用ガス供給方式において、バーナ３０の中心軸線に対する凝集解砕用ガスＧの噴出角度θを、５°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、８５°の７通りとして試料１〜７をそれぞれ作製した。なお、図３に示したバーナ３０のクリアランスＬは１．５ｍｍで、スリットＳは断面が０．５ｍｍ×１．０ｍｍの６つの切口からなっている。また、第１の供給管６１の内径は１６ｍｍである。
第１の供給管６１にキャリアガスとしてエアを２０Ｌ／ｍｉｎ流すのと同時に、第２の供給管６２に凝集解砕用ガスＧとしてエアを１０Ｌ／ｍｉｎ流した。燃焼ガスとしてのＬＰＧは１５Ｌ／ｍｉｎ、支燃ガスとしての酸素は７５Ｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ流した。
また比較のため、スリットＳおよびテーパ部Ｒを形成しない従来方式の装置を用い、試料８を作製した。試料８には凝集解砕用ガスＧが供給されない点を除けば、試料８は試料１〜７と同様の条件で作製されたものである。
【００４６】
上記のようにして生成した試料１〜８のそれぞれを、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により５０００倍の視野で２０視野観察し、未溶融粒子の個数を数え、視野あたりの平均数を求めた。また、巨大粒子の発生率は、溶融粉の中で４．６μｍ以上の粒子の累積分率で評価した。
その結果を、表１に示す。
【００４７】
【表１】
2004344797.tif 000003
【００４８】
表１に示すように、凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７の場合、凝集解砕用ガスＧを供給することなく作製された試料８と比べて、未溶融粒子の数が少ないことが認められる。特に、角度θを１５°、３０°、４５°、６０°、７５°とした試料２〜６では、角度θを５°とした試料１、角度θを８５°とした試料７に比べても、未溶融粒子の数が少なくなっている。
これに対し、従来方式の試料８では、特に、角度θを１５〜７５°とした試料２〜６に比べ、未溶融粒子の数が多い。
ここで、表１には、試料１〜８を作製する際に用いた原料供給量が示している。凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７については原料供給量が４．２ｋｇ／ｈとなっているのに対し、従来方式の試料８については原料供給量が２．５ｋｇ／ｈとなっているのは、従来方式のバーナでは、これ以上原料供給量を増やすことができないためである。これに対し凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７では、巨大粒子の発生率をわずか１％以下に抑制しつつ、４．２ｋｇ／ｈの原料供給量においても球状粉末の生成を行うことが可能となっている。
また、球状粉末粒度分布の欄に着目すると、凝集解砕用ガス供給方式を採用した試料１〜７のＤ５０は２．０〜２．４、Ｄ１００は４．６〜７．８となっており、原料粉末の粒度分布（Ｄ５０：１．８μｍ、Ｄ１００：４．６μｍ）とほぼ対応がとれていることがわかる。なかでも、角度θが３０〜７５°である試料３〜６については、その球状粉末粒度分布と原料粉末の粒度分布との対応がよくとれている。これに対し、従来方式の試料８は、その球状粉末のＤ１００が１８．５μｍと、原料粉末のＤ１００（４．６μｍ）と大きくずれていた。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凝集粒子を原因とする巨大粒子または未溶融粒子の発生を抑制し、効率良く球状粉末を得ることができる。また、球状粉末を製造する際の設備維持費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における粒状粉末製造装置の構成を示す断面図である（バーナは断面視していない）。
【図２】本実施の形態におけるバーナの特徴を模式的に示す図である。
【図３】バーナの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】バーナの一部を構成する原料粉末供給管の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…球状粉末製造装置、２０…チャンバ、３０…バーナ（粉末処理用バーナ）、６０…原料粉末供給管、６１…第１の供給管（原料搬送管）、６２…第２の供給管、７０…酸素供給管、８０…アウターケース、９０…原料粉末供給管、９１…第１の供給管（原料搬送管）、９２…第２の供給管（原料搬送管）、１００ａ…原料粉末、１００ｂ，１００ｃ…処理粉末、Ｆ…燃焼炎、Ｇ…凝集解砕用ガス、Ｏ…原料搬送路、Ｐ…ガス流路、Ｓ…スリット（切り欠き部、連通部）、Ｒ，ＲＡ，ＲＢ…テーパ部（連通部）
【図１】
2004344797.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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