(57)【要約】  【課題】  均一な大きさの球形の微小粒子を確実に製造することができる製造方法および製造装置を提供する。  【解決手段】  微小粒子の製造装置100を、落下中の溶融液体１を排出して落下させる孔４と、この孔４の下方に落下中の溶融液体５の落下する方向を横切る方向を軸方向７として設けられた、落下中の溶融液体５に対して交流磁場を印加するコイル６とにより構成することにより、この落下中の溶融液体５に交流磁場によってローレンツ力が働き、これによって、均一な大きさの粒状に分断された液滴８を生成させることができ、かつこの液滴８を一つおきに異なる方向に落下させることができるため、液滴８同士の合体を確実に防ぎ、均一な大きさの微小粒子を製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融液体を孔から排出して落下させ、この落下中の溶融液体を、その落下する方向を横切る方向に交流磁場を印加して粒状にするとともに凝固させることによって微小粒子とすることを特徴とする微小粒子の製造方法。
【請求項２】
溶融液体を排出して落下させる孔と、該孔の下方に前記溶融液体の落下する方向を横切る方向を軸方向として設けられた、落下中の前記溶融液体に対して交流磁場を印加するコイルとを具備することを特徴とする微小粒子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融液体から均一な大きさの微小粒子を製造する製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、均一な大きさの微小粒子の製造方法および製造装置として、孔から排出される原料の溶融液体に対して規則的な振動を加えることにより、この溶融液体に一定間隔でこぶ状の変形を発生させ、溶融液体の表面張力の作用によりこの変形を自発的に成長させることによって、溶融液体を均一な大きさをもつ粒状の液滴に分断して、これら液滴を冷却することにより凝固させる方法が知られている。
【０００３】
この方法で溶融液体に振動を加える手段としては、孔を振動させる手段や、孔から排出される溶融液体に対して一定周波数の音波を照射する手段等がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、従来の微小粒子の製造方法では、溶融液体から分断されて生成される液滴が互いに非常に近接した状態で次々に落下していくために、溶融液体から液滴が均一な大きさに分断されても、その後の落下過程において液滴同士が合体し大きさの異なる液滴となってしまい、最終的に製造される微小粒子の大きさが不均一になる、という問題点があった。
【０００５】
この問題点を解決するために、孔から排出される溶融液体に規則的な振動を加えるとともに、溶融液体が放射状に排出されるように、周壁部に孔を有する容器を高速で回転させながら周囲に向かって液滴を生成する方法が提案されている（特許文献２参照。）。
【０００６】
この孔から排出される溶融液体に規則的な振動を加えるとともに、周壁部に孔を有する容器を回転させながら周囲に向かって液滴を生成する方法によると、容器が回転して、その周壁部の孔から溶融液体が放射状に排出されることで、生成される個々の液滴が互いに異なる放物線状の軌道を辿ることとなるため、液滴同士の合体を効果的に防ぐことができ、均一な大きさの微小粒子を得ることができる、というものである。
【特許文献１】米国特許第5,445,666号明細書
【特許文献２】特開平5−154425号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、孔から排出される溶融液体に規則的な振動を加えるとともに、周壁部に孔を有する容器を回転させながら微小粒子を製造する方法で液滴を生成する場合には、放射状に排出された液滴は、回転する容器の周囲に広範囲にわたって飛散することとなるが、この液滴の落下過程は液滴が凝固するための冷却過程を兼ねているため、液滴が落下途中に何とも衝突しないように、微小粒子の製造装置に十分な広さで液滴の落下領域を確保する必要があり、その結果、装置が大型化する、という問題点があった。
【０００８】
また、直径１ｍｍを下回るような微小粒子を作製するためには、液滴を生成する孔の径も同程度に小さなものとなる。ところが、孔の径が小さくなるとその孔から排出される液滴の表面張力が大きくなるため、連続的に溶融液体を排出させるには、孔を有する容器内の圧力を極めて高くする必要があった。例えば、光電変換装置に用いる粒状半導体としてＳｉの微小粒子を製造する場合であれば、Ｓｉの材料費を抑制し、かつ光吸収に必要な最低限の厚みを確保する必要性から、液滴の大きさは直径が３００μｍ程度の小さなものとなり、それに対応する孔を有する容器内の圧力は0.1ＭＰａから１ＭＰａ程度もの高圧となってしまう。そして、このような容器を高速に回転させるためには、大掛かりな装置が必要となり、コスト高にもなる、という問題点があった。
【０００９】
本発明は以上のような従来の技術の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、例えば直径１ｍｍ以下の微小粒子についても、均一な大きさの微小粒子を簡易に製造することができる微小粒子の製造方法および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】
【００１０】
本発明の微小粒子の製造方法は、溶融液体を孔から排出して落下させ、この落下中の溶融液体を、その落下する方向を横切る方向に交流磁場を印加して粒状にするとともに凝固させることによって微小粒子とすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の微小粒子の製造装置は、溶融液体を排出して落下させる孔と、この孔の下方に前記溶融液体の落下する方向を横切る方向を軸方向として設けられた、落下中の前記溶融液体に対して交流磁場を印加するコイルとを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の微小粒子の製造方法によれば、溶融液体を孔から排出して落下させ、この落下中の溶融液体を、その落下する方向を横切る方向に交流磁場を印加して粒状にするとともに凝固させることによって微小粒子とすることから、この落下中の溶融液体に交流磁場によってローレンツ力が働き、これによって、均一な大きさの粒状に分断された液滴を生成させることができ、かつこの液滴を一つおきに異なる方向に落下させることができるため、液滴同士の合体を確実に防ぎ、均一な大きさの微小粒子を製造することができる。
【００１３】
また、本発明の微小粒子の製造装置によれば、溶融液体を排出して落下させる孔と、この孔の下方に前記溶融液体の落下する方向を横切る方向を軸方向として設けられた、落下中の前記溶融液体に対して交流磁場を印加するコイルとを具備することから、本発明の微小粒子の製造方法により均一な大きさの球形の微小粒子を容易に製造することができる。また、従来の技術のように放射状に排出される液滴の落下領域を広範囲に確保する必要がなくなり、かつ容器を回転させるための駆動装置を用いる必要もなく、回転する容器内を高圧とするための大掛かりな装置も必要ないので、装置の小型化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の微小粒子の製造方法および製造装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の微小粒子の製造方法を実施するための製造装置の実施の形態の一例における概略構成を示す断面図である。
【００１６】
図１に示す微小粒子の製造装置100は、容器２と、容器２の底面に形成された孔４と、容器２の側面に配置されて容器２に充填される溶融液体１を加熱するヒータ３と、容器２の底面の下方に、孔４から排出される溶融液体１の落下する方向を横切る方向を軸方向として配置されたコイル６とを具備している。
【００１７】
溶融液体１となる原料は、液体の状態において導電性を有する全ての材料を使用することができる。例えば、金属や、ＳｉやＧｅのように液体状態において導電性の高い半導体材料が使用できる。
【００１８】
容器２は、溶融液体１との反応性を考慮した材料で構成するのが好ましい。例えば、溶融液体１がＳｉの場合であれば、酸化アルミニウム，炭化珪素，グラファイト等から成る容器２を用いることで、溶融液体１に容器２を構成する成分が混入するのを防ぐことができ、かつ劣化が少ないため長期間にわたって使用可能なものとなる。
【００１９】
孔４は、径の大きさに応じてドリルや、レーザ加工により形成すればよい。なお、生産性向上のために孔４は複数設けてもよい。
【００２０】
コイル６は導線をらせん状に巻いたものである。
【００２１】
次に、本発明の微小粒子の製造装置100を用いて均一な大きさの微小粒子を製造する方法を説明する。まず、容器２に溶融液体１となる固体の原料を投入して、ヒータ３を作動させることで容器２を通じて原料を加熱し、溶融して溶融液体１とする。
【００２２】
次に、溶融液体１に圧力を加えることで、孔４から溶融液体１が排出される。この加圧手段としては、例えば不活性ガス等の、溶融液体１と反応しないガスを容器２の内部に導入する手段や、機械的に加圧する手段を用いればよい。
【００２３】
ここで、落下中の溶融液体５の落下する方向に対しこれを横切る方向に配置されたコイル６に交流電圧を印加すると、コイル６の軸方向７に交流電圧と同周期の交流磁場が発生する。ここで、落下中の溶融液体５がこの交流磁場中を通ると、落下中の溶融液体５は導電性を有するため、その落下方向に交流磁場と同周期の誘導電流が発生する。この誘導電流と、コイル６により印加される交流磁場とにより、落下中の溶融液体５にローレンツ力が働く。ローレンツ力は電流のベクトルと磁場のベクトルとの外積で表されるため、このローレンツ力が働く周期は誘導電流および交流磁場の周期の半分となる。
【００２４】
このローレンツ力により、落下中の溶融液体５の表面には一定の間隔でこぶ状の変形が発生し、落下中の溶融液体５の表面張力により均一な大きさの粒状の液滴８に分断される。このこぶ状の変形の間隔が、交流磁場の周期の半分に対応するため、分断される液滴８の大きさは孔４の開口径と、落下中の溶融液体５の速度と、交流電圧の周期とにより決定される。そこで、コイル６に印加する交流電圧の周波数は、孔４の開口径、落下中の溶融液体５の速度、所望の液滴８の大きさから決定すればよい。
【００２５】
例えば、孔４の開口径が100μｍで、落下中の溶融液体５の速度が14.4ｍ／ｓｅｃであるとき、粒径が300μｍの液滴８を毎秒8000個生成するには、コイル６に印加する交流電圧の周波数は２ｋＨｚとする。
【００２６】
また、このローレンツ力は、落下中の溶融液体５の落下する方向と、コイル６の軸方向７とのそれぞれに垂直な方向、即ち図１の紙面に垂直な方向に働き、かつこのローレンツ力の働く向きが一周期の間に180度反転する。したがって、落下中の溶融液体５にこのローレンツ力が強く働く向きも落下中の溶融液体５が液滴８に分断される一回おきに180度反転する。このことより、分断された液滴８の落下軌道は一つおきに180度異なるものとなり、落下過程における液滴８同士の合体を確実に防止することができる。
【００２７】
このとき、落下中の溶融液体５がコイル６の中央部を横切って通過するようにコイル６をその軸が孔４の真下に位置するように配置し、かつコイル６の軸方向７を落下する溶融液体５の落下方向に直交するように配置することが望ましい。このようにすることで、コイル６による交流磁場が強い部分を液滴８が通過し、かつ誘導電流と交流磁場との方向が直交するようになるため、この落下中の溶融液体５および液滴８に対し、ローレンツ力を効果的に作用させることができる。
【００２８】
また、分断された液滴８が落下途中にコイル６の導線に衝突しないように、導線を巻く間隔やコイル６の配置を調整することが望ましい。
【００２９】
上記の通り、均一な大きさに分断された液滴８は表面張力により球形となり、落下過程において放熱し凝固することより、均一な大きさで、かつ球形の微小粒子となる。
【００３０】
以上のような本発明の微小粒子の製造装置100によれば、均一な大きさの球形の微小粒子を容易に製造できる製造装置を、大規模な装置を必要とせずに、簡易な構成で提供できるものとなる。
【００３１】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等を加えることが可能である。
【００３２】
例えば、以上の実施の形態の例では溶融液体１となる原料を容器２中にてヒータ３により加熱して溶融液体１にしていたが、原料を溶融した液体の状態にしてから容器２に供給するようにしてもよい。
【００３３】
また、以上の実施の形態の例では、孔４を容器２の底面に形成していたが、容器２から引き出された管状の部材を用いて孔としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の微小粒子の製造方法を実施するための製造装置の実施の形態の一例における概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・溶融液体
２・・・容器
３・・・ヒータ
４・・・孔
５・・・落下中の溶融液体
６・・・コイル
７・・・コイルの軸方向
８・・・液滴
100・・・微小粒子の製造装置
【図１】
2005066557.tif 000003