(57)【要約】【課題】本発明は、従来にない作用効果を発揮する画期的なナノ粒子製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】処理空間部５内に対設した電極部１，２同士間に設けられる線材３に、通電し蒸発させることでナノ粒子を製造するナノ粒子製造装置であって、前記電極部１，２には、前記線材３の端部を囲繞する囲繞部４が設けられているものである。【選択図】図１
2013047358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間部内に対設した電極部同士間に設けられる線材に、通電し蒸発させることでナノ粒子を製造するナノ粒子製造装置であって、前記電極部には、前記線材の端部を囲繞する囲繞部が設けられていることを特徴とするナノ粒子製造装置。
【請求項２】
請求項１記載のナノ粒子製造装置において、前記囲繞部を絶縁性部材で構成したことを特徴とするナノ粒子製造装置。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載のナノ粒子製造装置において、前記囲繞部は、電極を露出状態とした底部に周壁部を立ち上がり形成した凹状部であることを特徴とするナノ粒子製造装置。
【請求項４】
請求項３記載のナノ粒子製造装置において、前記周壁部は、開口部側程径大となるテーパー凹部の円周壁であることを特徴とするナノ粒子製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載のナノ粒子製造装置において、前記電極部同士間に配設される所定長さの線材を、前記電極部同士間に供給する線材供給部が設けられていることを特徴とするナノ粒子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特表２００３−５０８６３３号に開示されるような導電性の線材（金属ワイヤ）に通電し蒸発させ粒子化するナノ粒子製造装置（以下、従来例）が提案されている。
【０００３】
この従来例は、図８に図示したように処理空間部55内に電極部51，52を対設し、この電極部51，52同士間に線材53を配設するものであり、この電極部51，52同士間への線材53の配設は、線材供給部54から連続供給される長尺の線材53を一方の電極部51を貫通させ、この貫通させた線材53の先端部を他方の電極部52に接触又は近傍に近づけるまで送出する構造である。
【０００４】
従来例の場合、電極部51，52同士間に配設された線材53の両端部に高電圧を印加して線材53に大電流を流すと、線材53は高温となって蒸発し、その後、冷却する過程で再凝固しナノ粒子Ｐ’が製造される（図９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５０８６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例は、図９に図示したように製造されるナノ粒子Ｐ’の粒子径が安定せず歩留まりが悪く、また、所定材質の線材53から同質のナノ粒子Ｐ’を得る場合でなく、例えば複数種の材質（合金）から成る線材53を蒸発させたり、或いは、線材53を特殊ガス雰囲気内で蒸発させるなど、蒸発の際に適宜反応させたナノ粒子Ｐ’を得ようとした場合には、未反応のナノ粒子Ｐ’が多く発生してしまうという問題点がある。
【０００７】
従って、従来例は、有効な径の粒子とそうでない粒子とに分ける作業が必要となり、この作業は非常に厄介でコスト高となり量産性が悪く、しかも、適宜反応させたナノ粒子Ｐ’を得ようとする場合には品質が安定しないなどの問題点があった。
【０００８】
本発明者等は、前述した問題点に着目し、種々の実験を繰り返し行い、その結果、従来にない作用効果を発揮する画期的なナノ粒子製造装置を開発した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１０】
処理空間部５内に対設した電極部１，２同士間に設けられる線材３に、通電し蒸発させることでナノ粒子を製造するナノ粒子製造装置であって、前記電極部１，２には、前記線材３の端部を囲繞する囲繞部４が設けられていることを特徴とするナノ粒子製造装置に係るものである。
【００１１】
また、請求項１記載のナノ粒子製造装置において、前記囲繞部４を絶縁性部材４Ａで構成したことを特徴とするナノ粒子製造装置に係るものである。
【００１２】
また、請求項１，２いずれか１項に記載のナノ粒子製造装置において、前記囲繞部４は、電極１ａ，２ａを露出状態とした底部４ａに周壁部４ｂを立ち上がり形成した凹状部であることを特徴とするナノ粒子製造装置に係るものである。
【００１３】
また、請求項３記載のナノ粒子製造装置において、前記周壁部４ｂは、開口部側程径大となるテーパー凹部の円周壁であることを特徴とするナノ粒子製造装置に係るものである。
【００１４】
また、請求項１〜４いずれか１項に記載のナノ粒子製造装置において、前記電極部１，２同士間に配設される所定長さの線材３を、前記電極部１，２同士間に供給する線材供給部６が設けられていることを特徴とするナノ粒子製造装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上述のように構成したから、前述した従来例と異なり、製造されるナノ粒子の粒子径が安定して非常に歩留まりが良く、製造コスト安にして量産性に秀れることになり、また、例えば複数種の材質（合金）から成る線材を蒸発させたり、或いは、線材を特殊ガス雰囲気内で蒸発させるなど、蒸発の際に適宜反応させたナノ粒子を得ようとした場合には、未反応のナノ粒子の発生を可及的に低減することができて品質が安定することになるなど、従来にない作用効果を発揮する画期的なナノ粒子製造装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例の使用状態説明図である。
【図２】本実施例に係る要部の動作説明図である。
【図３】本実施例に係る要部の動作説明図である。
【図４】本実施例に係る要部の動作説明図である。
【図５】本実施例に係る要部の動作説明図である。
【図６】本実施例に係る要部の説明図である。
【図７】本実施例により製造されたナノ粒子の写真である。
【図８】従来例に係る要部の動作説明図である。
【図９】従来例により製造されたナノ粒子の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１８】
本発明者等は、線材３が蒸発する際の温度に注目し、前述した従来例の問題点は、各電極部51，52に当接させる線材３の端部、即ち、中央部に比して各電極部51，52に当接する線材３の端部の温度が上がらず、この低温部位では線材３が十分に細分化（粒子化）されないことが原因で生じるのではないかと考えた。
【００１９】
そこで、本発明の電極部１，２には、線材３の端部を囲繞する囲繞部４が設けることとした。
【００２０】
この構成から、電極部１，２同士間に線材３を設けた状態で該線材３に電流が流れた際、線材３の端部を囲繞する囲繞部４内はその周辺空間に比して狭い空間故に熱や圧力が籠って（熱や圧力が散逸せず）高温になり易い環境であり、よって、この囲繞部４に囲繞された線材３の端部はその中央部と同様に良好に高温となって蒸発することになる。
【００２１】
実際に試したところ、本発明により得られたナノ粒子Ｐは非常に粒子径が安定しており（図６参照）、例えば複数種の材質から成る線材３を蒸発させたり、或いは、線材３を特殊ガス雰囲気内で蒸発させるなど、蒸発の際に適宜反応させたナノ粒子Ｐを得ようとした場合には、未反応のナノ粒子Ｐの発生を可及的に低減できることが確認できた。
【実施例】
【００２２】
本発明の具体的な一実施例について図面に基づいて説明する。
【００２３】
本実施例は、処理空間部５内に対設した電極部１，２同士間に線材３を設け、この線材３に通電して蒸発させることでナノ粒子Ｐを製造するためのものである。
【００２４】
具体的には、処理空間部５は、図１に図示したように適宜なケース体で構成され、この処理空間部５には、ポンプ装置７を介して連設する管状の流体導入部８及び流体導出部９が接続され、ポンプ装置７の作動により流体（気体）が循環する流体循環路が設けられている。
【００２５】
気体導入部８には、ガス供給部10が設けられており、処理空間部５は真空ポンプ16により一時的に真空された後、このガス供給部10から供給される不活性ガス及び反応に必要なガスが気体導入部８を介して処理空間部５内に供給される。この不活性ガス及び反応に必要なガスにより処理空間部５内は十分に充たされ、不必要な元素が取り除かれる。尚、酸化物を製造する際は、処理空間部５内に大気を導入しても良い。
【００２６】
気体導出部９には、ナノ粒子回収部11が設けられており、このナノ粒子回収部11は、ポンプ装置７の作動で循環する流体（気体）により処理空間部５から排出されたナノ粒子Ｐを回収するように構成されている。符号12は処理空間部５と同一雰囲気となるナノ粒子回収部11で回収したナノ粒子Ｐを収納するナノ粒子収納部である。
【００２７】
また、処理空間部５内には一対の電極部１，２が設けられている。
【００２８】
この各電極部１，２は、図１に図示したように処理空間部５内の所定位置に電源装置13（パルス電源）に接続された電極１ａ（陽極）及び電極２ａ（陰極）を設けて構成されており、この電極１ａ，２ａ同士は上下対向位置に所定間隔を介して設けられている。
【００２９】
この各電極１ａ，２ａの径は１〜５０ｍｍ２であり、この電極１ａ，２ａの径が細い程、線材３に入る電流エネルギー密度が大きくなる。
【００３０】
また、電極部１，２同士は対向間隔が可変自在に設けられている。
【００３１】
具体的には、図２に図示したように各電極部１，２は、夫々処理空間部５に設けられた移動装置15Ａ，15Ｂに設けられており、各移動装置15Ａ，15Ｂの進退移動により対向間隔が可変自在に設けられている。
【００３２】
従って、後述する線材供給部６から供給される線材３を上下の電極部１，２で挟持保持することになる。
【００３３】
尚、電極部１，２は垂直方向の上下対向位置に限らず、傾斜方向の上下対向位置であっても、水平対向位置であっても良い。
【００３４】
また、処理空間部５の所定位置には開口部５ａが設けられ、この開口部５ａはシャッター部材14により開閉自在に設けられている。
【００３５】
線材供給部６は、図１に図示したように開口部５ａを通過して処理空間部５の内外を進退移動する移動体６ａと、この移動体６ａの先端に設けられ線材３を挟持保持する挟持体６ｂとで構成されている。
【００３６】
従って、線材３は、挟持体６ｂで挟持保持された状態で移動体６ａの移動により開口部５ａから処理空間部５内に配された後、電極部１，２同士間に配され、また、電極部１，２同士で線材３を挟持保持した後、線材３に対する挟持体６ｂの挟持は解除されて移動体６ａは処理空間部５の外に移動する。
【００３７】
尚、線材供給部６の近傍には挟持体６ｂに線材３を自動搬送して装着する図示省略の線材装着部が設けられ、この線材供給部６及び線材装着部は周壁17に囲まれて真空雰囲気内となる。
【００３８】
また、処理空間部５内には、電極部１，２同士間に線材３を設けた際、電極部１，２に当接させた線材３の端部を囲繞する囲繞部４が設けられている。
【００３９】
具体的には、この囲繞部４は、図１に図示したように各電極１ａ，２ａを露出状態とした底部４ａに周壁部４ｂを立ち上がり形成した凹状部であり、本実施例では、各電極１ａ，２ａを適宜な絶縁性部材４Ａで被覆し、この絶縁性部材４Ａの先端部に凹部を設けて構成されている。
【００４０】
従って、電極部１，２同士間に線材３を設けた状態で該線材３に電流が流れた際、線材３の端部を囲繞する囲繞部４内はその周辺空間に比して狭い空間故に熱や圧力が籠って（熱や圧力が散逸せず）高温となる。よって、この囲繞部４に囲繞された線材３の端部はその中央部と同様に良好に蒸発することになる。
【００４１】
尚、囲繞部４を構成する絶縁性部材４Ａは、無機物若しくは有機物のいずれでも良い。
【００４２】
また、囲繞部４は、開口部側程径大となるように周壁部４ｂはテーパー状に形成されている。この周壁部４ｂの傾斜は４５°〜１２０°が望ましい。
【００４３】
従って、電極１ａ，２ａ付近で蒸発した粒子はテーパー状の周壁部４ｂに沿って内方へ向けて飛散する（図６参照）。
【００４４】
本実施例では、線材３として、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｆｅなどの導電性を有する線材３が採用され、複数本の金属細線を撚って構成されており、電極部１，２同士間に配設される適宜な長さ（３０ｍｍ〜１００ｍｍ）に設定されている。
【００４５】
従って、線材３は複数本の金属細線を撚った構成とすることで適度な剛性・強度（直線状態を保持する強度）を有することになる為、挟持体６ｂで挟持した際や電極部１，２で挟持した際など、直線状態が維持される。また、種類の異なる金属を選択して任意の合金化合物を製造することもできる。
【００４６】
以上の構成から成る本実施例に係るナノ粒子製造装置によるナノ粒子Ｐの製造方法について説明する。
【００４７】
先ず、線材供給部６に係る挟持体６ｂで線材３を挟持し、シャッター部材14が開放して移動体６ａが処理空間部５内に移動し、線材３は電極部１，２間に配設される（図２参照）。
【００４８】
続いて、電極部１，２夫々は接近移動して線材３を挟持保持し（図３参照）、線材３に対する挟持体６ｂの挟持を解除した後、移動体６ａは後退してシャッター部材14が閉塞する（図４参照）。
【００４９】
続いて、電極部１，２から高電圧を印加して線材３に大電流を流すと、線材３は高温となって蒸発し（プラズマ蒸気状態となり）、その後、冷却する過程で再凝固することでほぼ球形のナノ粒子Ｐとなる（図５参照）。尚、この線材３を蒸発させる際、処理空間部５内は、ガス供給部10から不活性ガス及び反応に必要なガスが供給されて適宜なガス雰囲気である。
【００５０】
このナノ粒子Ｐは流体導出部９を通過してナノ粒子回収部11で回収される。
【００５１】
以上の工程を繰り返し行うことでナノ粒子Ｐが順次製造され、粒子径が安定した歩留まりの良いナノ粒子Ｐの製造が行われる。
【００５２】
次に、本実施例に係るナノ粒子製造装置を用いて以下の条件においてナノ粒子Ｐを製造した。
【００５３】
電極部１，２同士間の距離：５０ｍｍ
囲繞部４の材質：セラミックス
線材３材質：Ｃｕ・径０．２ｍｍ・長さ５０ｍｍ
放電電圧：１０ｋｖ
処理空間部５に供給されるガス：窒素ガス／ガス圧力１２０ｋＰａ
【００５４】
図７は前述した条件において製造したナノ粒子Ｐの拡大写真であり、ドロップレットが少ない状態でナノ粒子Ｐが製造されることが分かる。
【００５５】
即ち、製造されるナノ粒子Ｐの粒子径が均一であり、且つ、有効径の粒子が多く、また、例えば複数種の材質（合金）から成る線材３を蒸発させたり、或いは、線材３を特殊ガス雰囲気内で蒸発させるなど、蒸発の際に適宜反応させたナノ粒子Ｐを得ようとした場合には、所期の通りに反応したナノ粒子Ｐが多く得られる。
【００５６】
本実施例は上述のように構成したため、前述した従来例と異なり、製造されるナノ粒子Ｐの粒子径が安定して歩留まりが良く、製造コスト安にして量産性に秀れることになり、また、例えば複数種の材質（合金）から成る線材３を蒸発させたり、或いは、線材３を特殊ガス雰囲気内で蒸発させるなど、蒸発の際に適宜反応させたナノ粒子Ｐを得ようとした場合には、未反応のナノ粒子Ｐの発生を可及的に低減することができて品質が安定することになる。
【００５７】
また、本実施例は、従来例のように線材３が連続した長尺のものでなく、電極部１，２同士間に配設される長さに設定された線材３であるから、線材３の両端部において同等の蒸発が行われる。即ち、前述した従来例の場合、特に連続した側の端部の温度が上がりにくく、不良が発生し易いが、この点、本実施例は、前述した構成から線材３の両端部において良好な蒸発が行われることになる。
【００５８】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【符号の説明】
【００５９】
１  電極部
１ａ  電極
２  電極部
２ａ  電極
３  線材
４  囲繞部
４ａ  底部
４ｂ  周壁部
４Ａ  絶縁性部材
５  処理空間部
６  線材供給部
【図１】
2013047358.tif 000003
【図２】
2013047358.tif 000004
【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８】
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【図７】
2013047358.tif 000010
【図９】
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