(57)【要約】【目的】本発明は、バナジウムを主成分とする導電性ガラスの微粉末を製造する、バナジン酸塩ガラスの微粉末の製造方法および製造装置に関し、簡易な製造方法かつ多量かつ安価にナノサイズレベルの微粉末を製造することを目的とする。【構成】導電性ガラスのバルクから製造した粉末を、当該粉末が溶解する溶液中に入れて超音波を印加して粉末同士の凝集を防止して微粉末化を均一かつ促進する微粉末化ステップを有する導電性ガラスの微粉末の製造方法である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バナジウムを主成分とする導電性ガラスの微粉末を製造する製造方法において、
前記導電性ガラスのバルクから製造した粉末を、当該粉末が溶解する溶液中に入れて超音波を印加して粉末同士の凝集を防止して微粉末化を均一かつ促進する微粉末化ステップ
を有する導電性ガラスの微粉末の製造方法。
【請求項２】
前記超音波を印加すると共に前記溶液を攪拌装置で攪拌するようにしたことを特徴とする請求項１記載の導電性ガラスの微粉末の製造方法。
【請求項３】
前記微粉末化ステップで溶液中で所望の微粉末化させた後、熱風を供給して溶液を蒸発させて乾燥し、微粉末を製造することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の導電性ガラスの微粉末の製造方法。
【請求項４】
前記微粉末化ステップで、時間および溶液の温度のいずれか一方あるいは両者を調整して所望サイズの微粉末を製造することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の導電性ガラスの微粉末の製造方法。
【請求項５】
前記溶液を水あるいは所定温度に加熱した温水としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の導電性ガラスの微粉末の製造方法。
【請求項６】
前記導電性ガラスとして、バナジウムを主成分とし、バリウムおよび鉄を副成分としたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の導電性ガラスの微粉末の製造方法。
【請求項７】
前記バルクから１ミクロンから数十ミクロンのサイズの粉末を製造した後、前記微粉末化ステップで当該１ミクロンから数十ミクロンのサイズの粉末を更に所望のサブミクロン以下のサイズの微粉末を製造することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の導電性ガラスの微粉末の製造方法。
【請求項８】
バナジウムを主成分とする導電性ガラスの微粉末を製造する製造装置において、
前記導電性ガラスのバルクから製造した粉末を入れる当該粉末が溶解する溶液を入れた容器と、当該容器の底面あるいは任意の面から超音波を印加して溶液中で粉末同士の凝集を防止して微粉末化を均一かつ促進する超音波装置とを少なくとも備えたことを特徴とする導電性ガラスの微粉末の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バナジウムを主成分とする導電性ガラスの微粉末を製造する、バナジン酸塩ガラスの微粉末の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、導電性を有するガラス、例えば特許文献１に記載のバナジン酸塩ガラスは、通常、２０ｍｍ幅、４０ｍｍ長、５ｍｍ厚などのバルク（塊）として作成されている。このバルクから種々の応用製品（例えば導電性の針）を製造している。
【０００３】
また、バルクから微粉末を製造して各種製品を製造することが行なわれている。この際、微粉末の製造方法として、圧縮法、研磨法、高圧水流法、ＣＶＤ法などがある。
【特許文献１】特開２００３−３４５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、バルクから微粉末を製造する場合、上述した前者の圧縮法や研磨法、高圧水流法などの機械的に粉砕して微分末を製造する方法では、ミクロンサイズの粉末を製造することは可能であるが、それ以下のナノサイズレベルの微粉末を製造するにはナノサイズの微粉末の選別や微粉末が凝集してしまうなどがあり、極めて難しいという問題があった。
【０００５】
また、上述した技術の後者のＣＶＤ法などの化学的な反応を利用してナノサイズレベルの微粉末を製造する方法では、短時間に多量かつ安価に製造することが不可であるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため、本願発明者らは粉末を更に微粉末にする各種実験を行なった中に、バナジン酸塩ガラスの粉末が徐々に溶解する溶液（例えば水）に混入し、超音波を印加することで当該粉末を外周からほぼ均一に溶かしつつかつ凝集することなく、微粉末化できる事実を偶然に発見した。
【０００７】
そこで、本発明は、バナジウムを主成分とする導電性ガラスの微粉末を製造する製造方法において、導電性ガラスのバルクから製造した粉末を、当該粉末が溶解する溶液中に入れて超音波を印加して粉末同士の凝集を防止して微粉末化を均一かつ促進するようにしている。
【０００８】
この際、超音波を印加すると共に溶液を攪拌装置で攪拌するようにしている。
また、溶液中で所望の微粉末化させた後、熱風を供給して溶液を蒸発させて乾燥し、微粉末を製造するようにしている。
【０００９】
また、時間および溶液の温度のいずれか一方あるいは両者を調整して所望サイズの微粉末を製造するようにしている。
また、溶液を水あるいは所定温度に加熱した温水とするようにしている。
【００１０】
また、導電性ガラスとして、バナジウムを主成分とし、バリウムおよび鉄を副成分とするようにしている。
また、バルクから１ミクロンから数十ミクロンのサイズの粉末を製造した後、当該１ミクロンから数十ミクロンのサイズの粉末を更に所望のサブミクロン以下のサイズの微粉末を製造するようにしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、バナジウムを主成分とし、バリウム、鉄を副成分とした導電性を有するバナジン酸塩ガラスについて、バルクから機械的に作成した粉末を溶解する溶液（例えば水）中に混入して超音波を印加し、粉末同士の凝集を防止して均一かつ微粉末化を促進して微粉末を作成することにより、簡易な製造方法かつ多量かつ安価にナノサイズレベルの微粉末を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、バナジウムを主成分とし、バリウム、鉄を副成分とした導電性を有するバナジン酸塩ガラスについて、バルクから機械的に作成した粉末を溶解する溶液（例えば水）中に混入して超音波を印加し、粉末同士の凝集を防止して均一かつ微粉末化を促進して微粉末を作成し、簡易な製造方法かつ多量かつ安価にナノサイズレベルの微粉末を製造することを実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の装置構成図を示す。
図１において、処理槽１は、バナジン酸塩ガラスの粉末（例えば１ミクロンないし数十ミクロンの粉末）を当該バナジン酸塩ガラスを徐々に溶解する溶液（例えば水あるいは温水）中に混入して超音波を印加し、攪拌しつつかつ粉末の凝集を防止して微粉末化を行なうための容器である。
【００１４】
上蓋２は、処理槽１を密閉するための上蓋である。
超音波発生装置３は、超音波を発生して処理槽１内の溶液中に混入させたバナジン酸塩ガラスの粉末を当該溶液中に浮遊させて攪拌しつつ当該粉末の凝集を防止し、外周からほぼ均一に溶解させて徐々に微粉末化を行なうためのものである。尚、公知の攪拌装置を処理槽１に装着し、当該攪拌装置により溶液中の粉末を攪拌するようにしてもよい。
【００１５】
温水調整弁４は、処理槽１に入れる溶液（例えば温水）の量を適量に調整するための弁である。
排水弁５は、処理槽１内の溶液を排水回収槽１１に排水するための弁である。排水弁５は、処理槽１の溶液中に混入したバナジン酸塩ガラスの粉末に超音波を印加して攪拌しつつ当該粉末の凝集を防止して所望のサイズの微粉末にしつつ溶液を排水回収槽１１に回収するためのものである。所望のサイズの微粉末にした後、温水調整弁４を閉にして溶液の注入を止め、排水弁５を開にして溶液を回収した後、処理槽１内に温風を供給して当該処理槽１内の微粉末を乾燥させる。これらの際、排水弁５などの処理槽１側にフィルタを装着して微粉末が外部に放出されないようにする。
【００１６】
温風送風用パイプ６は、処理槽１の内部に乾燥用の温風を送風するためのパイプである。温風送風用パイプ６の処理槽１の側には、処理層１内の微粉末が外部に放出されないようにフィルタ８を装着している。
【００１７】
槽内圧力調整用パイプ７は、処理槽１の内部の圧力を調整するためのパイプであって、図示外の圧力調整弁により設定した所望の圧力（通常は、大気圧ないし若干高い圧力）に処理層１内を自動的に保持するためのパイプである。
【００１８】
フィルタ８は、処理槽１、上蓋２とで形成される密閉容器の内部に存在する粉末、微粉末を外部に放出されないようにするためのフィルタである。
排水回収槽１１は、処理槽１内で溶液中にバナジン酸塩ガラスの粉末を混入し、超音波を印加して攪拌かつ凝集を防止した状態で微粉末化処理を行ないつつ当該溶液を排出して回収するための槽である。排水回収槽１１内には、バナジン酸塩ガラスの粉末の外周部分が溶液に溶け出した、ここでは、酸化バナジウムなどを含んだ溶液（排水）が回収されることとなる。
【００１９】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成のもとで、バナジン酸塩ガラスの粉末を更に微粉末化する処理について詳細に説明する。
図２において、Ｓ１は、バルクのバナジン酸塩ガラスを製造する。これは、公知の特許文献１に記載された製造方法などで、バナジウムを主成分とし、バリウム、鉄を副成分とした導電性を有するバナジン酸塩ガラスのバルク（塊）を製造する。
【００２０】
Ｓ２は、機械的に粉末にする。これは、公知の既述した機械的な方法（例えば圧縮法、研磨法、高圧水流法など）で１ミクロンないし数十ミクロンの粉末にする（製造する）。
Ｓ３は、温水中に入れて超音波を印加し、微粉末化を行なう。これは、本願発明であって、Ｓ２で作成した１ミクロンないし数十ミクロのバナジン酸塩ガラスの粉末を、図１の処理槽１内の溶液（例えば温水）中に混入し、超音波発生装置３で超音波を印加し（必要に応じて図示外の攪拌装置を駆動して溶液を攪拌し）、溶液中に混入された粉末を攪拌すると共に、粉末同士の凝集を防止した状態に保持する。この状態では、溶液中に混入した粉末は超音波により攪拌されると共に粉末同士が凝集することなく衝突を繰り返して溶液中に浮遊しているので、当該粉末は外周からほぼ均一にバナジウムなどが溶液中に徐々に溶け出し、結果として粉末の外周からほぼ均一に小さくなる微粉末化処理が進行する。
【００２１】
Ｓ４は、時間管理を行なう。これは、予め実験で求めた所望の（指定された）サイズの微粉末化が達成される時間が経過したときに、ＹＥＳとし、Ｓ３の処理を終了する。微粉末化が達成される時間が経過しないときは、ＮＯとなり、Ｓ３の微粉末化処理を繰り返す。
【００２２】
以上によって、バナジン酸塩ガラスのバルクから製造した粉末を、図１の処理槽１に入れた溶液（例えば温水）中に混入し、Ｓ３、Ｓ４で超音波発生装置３で超音波を印加し（必要に応じて図示外の攪拌装置を駆動して溶液中の粉末を攪拌し）、溶液中の粉末を攪拌しつつ粉末同士の凝集を防止することを実験で求めた所望サイズに微粉末化される時間が経過するまで繰り返すことにより、１ミクロンない数十ミクロンのバナジン酸塩ガラスの粉末を、サブミクロン以下の微粉末に微粉末化を行なうことが可能となる。そして、溶液を排水回収槽１１に排出した後、温風を処理槽１内に送風して溶液を蒸発させて微粉末を乾燥させることが可能となる。製品（完成品）としては、溶液中に混在する微粉末の状態、あるいは更に、溶液を蒸発させた後の微粉末の状態のいずれでもよい。
【００２３】
次に、図１の構成の操作方法を簡単に説明する。
（１）バナジン酸塩ガラスのバルクから製造した１ミクロンないし数十ミクロンの粉末を処理槽１内に入れ、上蓋２を閉じる。
【００２４】
（２）温水調整弁４を開にし、温水を処理槽１内の所定レベルまで入れる。
（３）超音波発生装置３の電源をＯＮにして超音波を発生させ、処理槽１内の溶液中に混入させた粉末を攪拌、かつ粉末同士の凝集を防止した状態で、粉末の外周からほぼ均一に溶液中に当該外周部分のバナジウム酸塩などを溶解（放出）させる。初期状態では、溶液中の色は、バナジウム酸塩が溶けた黄色となる。
【００２５】
（４）（３）の状態で、排水弁５を開にしてバナジウム酸塩などの溶解した溶液を排水回収槽１１に排出して回収すると共に、温水調整弁４を調整して溶液が処理槽１内の一定レベルに保持されるように調整する。
【００２６】
（５）  （４）の状態による微粉末化処理を、実験で予め求めた所望サイズの微粉末になる時間まで待ち、その時間が経過したときに、温水調整弁４を閉、超音波発生装置３の電源をＯＦＦにする。
【００２７】
尚、溶解する部分は溶液中に溶解させ、一方、溶解しない部分で機械的に接合の力が弱くなった部分（極小部分）をゴミ（不要部分）として超音波の力で放出（洗浄）する。これにより、主成分であるバナジウム酸塩などは溶液中に溶解し、副成分であるそれ以外のもので溶解可能なものは溶液中に溶解し、溶解しないものについては機械的に接合の力が弱くなった部分（極小部分）は不要部分（ゴミ）として超音波の力で放出（洗浄）させる。これにより、超音波を溶液中に混入させた粉末に印加することで、粉末は外周からほぼ均一に溶解させて微粉末化させる（微粉末化処理する）ことが可能となる。
【００２８】
（６）排水弁５を通して処理槽１内の溶液を排水回収槽１１に回収終了した後、温風送風用パイプ６から温風を処理槽１内に送風し、溶液を蒸発させ、微粉末のみを処理槽１内に残留させる。製品は、乾燥させた微粉末の状態でもよいし、乾燥前の溶液中に混在する微粉末の状態のいずれでもよい。
【００２９】
（７）以上によって、バナジウムを主成分、バリウム、鉄を副成分とするバナジン酸塩ガラスの１ミクロン（あるいは数ミクロン）ないし数十ミクロの粉末を出発材料とし、サブミクロン以下の微粉末を、簡単な装置構成かつ簡単な処理かつ安価かつ多量に製造することが可能となる。
【００３０】
図３は、本発明の説明図を示す。
図３の（ａ）は、機械的研磨法で作成した粉末の粒度分布の例を示す。
図３の（ａ−１）は素材のモル比がＢａ：Ｖ：Ｆｅ＝２８：５５：１７で製造したバナジン酸塩ガラスの粉末の粒度分布の例を示し、図３の（ａ−２）は素材のモル比がＢａ：Ｖ：Ｆｅ＝１７：７０：１３で製造したバナジン酸塩ガラスの粉末の粒度分布の例を示す。いずれも粉末の粒度分布は１μｍ近辺にピークがある。これらモル比の粉末を、水温を変えて図１の装置構成のもとで溶液（ここでは、水中）に混入して超音波を一定時間（数時間）印加すると後述する図３の（ｂ）、（ｃ）に示すように粒度分布のピークが小さい方にシフトしたことが測定された。
【００３１】
図３の（ｂ）は、素材のモル比がＢａ：Ｖ：Ｆｅ＝２８：５５：１７で製造したバナジン酸塩ガラスの粉末（図３の（ａ−１）の粒度分布の粉末）を、図１の処理槽１内の溶液（水）に混入して一定時間、超音波を印加しつつ攪拌した後の粒度分布を示す。図３の（ｂ−１）は水温３０℃、図３の（ｂ−２）は水温７０℃にそれぞれ保持したときの粒度分布のピークのシフトの様子を示す。水温が７０℃の方が粒度分布のピークはより小さい方向（約０．５μｍ近辺）にシフトしていることが判る。
【００３２】
同様に、図３の（ｃ）は、素材のモル比がＢａ：Ｖ：Ｆｅ＝１７：７０：１３で製造したバナジン酸塩ガラスの粉末（図３の（ａ−２）の粒度分布の粉末）を、図１の処理槽１内の溶液（水）に混入して一定時間、超音波を印加しつつ攪拌した後の粒度分布を示す。図３の（ｃ−１）は水温３０℃、図３の（ｃ−２）は水温７０℃にそれぞれ保持したときの粒度分布のピークのシフトの様子を示す。水温が７０℃の方が粒度分布のピークはより小さい方向（約０．５μｍ近辺）にシフトしていることが判る。
【００３３】
以上のように、バナジン酸塩ガラスのバルクから機械的に製造した粉末を、図１の処理槽１の溶液中に混入し、超音波を印加しつつ攪拌することにより、当該粉末を更に小さな微粉末に微粉末化することが、簡単な装置構成、処理、かつ迅速、安価、多量に製造することが可能となった。
【００３４】
図４は、本発明の説明図（その２）を示す。
図４の（ａ）は、温水内の振る舞いを示す。
図４の（ａ−１）は、図１の処理槽１の溶液（水）中にバナジン酸塩ガラスのバルクを粉砕した粉末を混し、表面層の酸化バナジウムが水に溶け出す前の様子を模式的に示す。
【００３５】
図４の（ａ−２）は、図４の（ａ−１）で粉末の表面層の酸化バナジウムが水に溶け出して表面層が無くなり、粉末が小さくなった様子（微粉末化した様子）を模試的に示す。
図４の（ａ−３）は、図４の（ａ−１）から図４の（ａ−２）の表面層が水に溶け出して無くなる微粉末化を繰り返し、所望のサイズの粒径にした後の様子を模式的に示す。
【００３６】
以上のように、図１の処理層１内の溶液に粉末を混入して超音波を印加しつつ攪拌しながら、更に、水を追加しつつ表面層の溶け出した水を排出することにより、微粉末化処理が停止することなく継続的に粉末の微粉末化処理を行なうことが可能となる。
【００３７】
図４の（ｂ）は、粒子サイズ、水温、時間の関係の例を模式的に示す。ここで、横軸は処理時間を表し、縦軸は粒度分布の最大の粒子サイズを示す。水温が２０℃、３０℃、７０℃の場合についてそれぞれ処理時間と粒子サイズとの関係曲線を示す。尚、図示の関係曲線は、超音波、攪拌の強さ、更に、新しい水を補給して古い水を排出しながら、粉末の微粉末化処理を行っているので、所望のサイズの粒径の微粉末を製造するにはその装置構成、超音波の強さ、攪拌の強さ、新しい水を補給して古い水を排出する量に応じた粒子サイズ、水温、時間の関係を実験で取得し、その取得した時間だけ微粉末化処理を行なうことが望ましい。
【００３８】
図４の（ｃ）は、粉末形状（簡単なスケッチ）の例を示す。
図４の（ｃ−１）は、バナジン酸塩ガラスのバルクを機械的に粉末した後の様子を光学顕微鏡で観察したものをスケッチした概略粉末形状の例を示す。
【００３９】
図４の（ｃ−２）は、微粉末化処理した後の所望のサイズの微粉末の様子を光学顕微鏡で観察したものをスケッチした概略微粉末形状の例を示す。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、簡易な製造方法かつ多量かつ安価にナノサイズレベルの微粉末の製造するバナジン酸塩ガラスの微粉末の製造方法および製造装置に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の装置構成図である。
【図２】本発明の処理フローチャートである。
【図３】本発明の説明図である。
【図４】本発明の説明図（その２）である。
【符号の説明】
【００４２】
１：処理層
２：上蓋
３：超音波発生装置
４：温水調整弁
５：排水弁
６：温風送風用パイプ
７：槽内圧力調整用パイプ
８：フィルタ
１１：排水回収槽
【図１】
2012025641.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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