(57)【要約】  良好な粒度分布が得られるように微粒子を製造することが可能な微粒子の製造方法及び製造装置を提供する。  微粒子製造用の原料を変調誘導熱プラズマ炎中に間歇的に供給し、原料を蒸発させて気相状態の混合物とし、混合物を冷却して前記微粒子を製造する微粒子の製造方法において、熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、変調誘導熱プラズマ炎が高温状態である間に、原料をキャリアガスとともに供給し、変調誘導熱プラズマ炎が低温状態である間に、原料の供給を停止し、キャリアガスと同じ種類のガスを供給する。
2019216343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子製造用の原料を熱プラズマ炎中に間歇的に供給し、前記原料を蒸発させて気相状態の混合物とし、前記混合物を冷却して前記微粒子を製造する微粒子の製造方法であって、
前記熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、
前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態である間に、前記原料をキャリアガスとともに供給し、
前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に、前記原料の供給を停止して、前記キャリアガスと同じ種類のガスを供給することを特徴とする微粒子の製造方法。
【請求項２】
前記変調誘導熱プラズマ炎が発する光を分光分析し、分光分析の結果に応じたタイミングにて前記原料を前記変調誘導熱プラズマ炎中に供給する、請求項１に記載の微粒子の製造方法。
【請求項３】
前記原料を粒子状に分散させた状態で、前記原料を間歇的に前記変調誘導熱プラズマ炎中に供給する、請求項１または２に記載の微粒子の製造方法。
【請求項４】
微粒子の製造装置であって、
微粒子製造用の原料を熱プラズマ炎中に間歇的に供給する原料供給部と、
内部に前記熱プラズマ炎が発生し、前記原料供給部により供給される前記原料を前記熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合物とするプラズマトーチと、
前記プラズマトーチの内部に前記熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部と、
前記プラズマトーチの内部にガスを供給するガス供給部と、を有し、
前記プラズマ発生部は、前記熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、
前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態である間に、前記原料が、キャリアガスとともに、前記原料供給部により前記プラズマトーチの内部に供給され、
前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に、前記原料供給部による前記原料の供給が停止され、前記キャリアガスと同じ種類の前記ガスが、前記ガス供給部により前記プラズマトーチの内部に供給されることを特徴とする微粒子の製造装置。
【請求項５】
前記変調誘導熱プラズマ炎が発する光を分光分析する分光分析部と、
前記分光分析部による分光分析の結果に基づいて、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態である間に前記原料を前記変調誘導熱プラズマ炎に供給し、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に前記原料の供給を停止するように前記原料供給部を制御する制御部と、を有する、請求項４に記載の微粒子の製造装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記分光分析の結果に基づいて、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に前記ガスを供給するように前記ガス供給部を制御する、請求項５に記載の微粒子の製造装置。
【請求項７】
前記原料供給部は、前記原料を粒子状に分散させた状態で、前記原料を間歇的に前記変調誘導熱プラズマ炎中に供給する、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の微粒子の製造装置。
【請求項８】
前記プラズマトーチの下端部には、前記混合物を冷却して前記微粒子を生成するとともに、前記微粒子を捕集するためのチャンバーが接続されており、
前記ガス供給部は、前記プラズマトーチの内部で前記ガスが前記プラズマトーチの下端に向かうように前記ガスを供給する、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の微粒子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子の製造方法、及び微粒子の製造装置に係り、特に、熱プラズマ炎中に微粒子製造用の原料を供給して当該原料を蒸発させることで気相状態の混合物を発生させ、当該混合物を冷却して微粒子を製造する微粒子の製造方法、及び微粒子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、シリコン微粒子、酸化物微粒子、窒化物微粒子、及び炭化物微粒子等の微粒子は、多岐の分野で用いられている。このような微粒子を製造する方法の一つとして、気相法が挙げられる。気相法には、各種のガス等を高温で化学反応させる化学的方法と、電子ビームまたはレーザ等のビームを照射して物質を分解させたり蒸発させたりして微粒子を生成する物理的方法とがある。【０００３】
気相法の他の方法としては、熱プラズマ法がある。熱プラズマ法は、熱プラズマ炎中で原材料を瞬時に蒸発させた後、その蒸発物を急冷凝固させて微粒子を製造する方法である。熱プラズマ法によれば、クリーンで生産性が高く、高温で熱容量が大きいため高融点材料にも対応可能であり、他の気相法に比べて複合化が比較的容易であるといった多くの利点を有する。このため、熱プラズマ法は、微粒子を製造する方法として積極的に利用されている。【０００４】
従来の熱プラズマ法を用いた微粒子の製造方法では、原材料物質を粉末状にし、この粉末状にされた原材料（粉末原材料、粉体）をキャリアガス等とともに、分散させて直接熱プラズマ炎中に投入することにより微粒子を製造している。このような熱プラズマ法を用いた微粒子の製造方法については、これまでに幾つかの改良例が報告されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。【０００５】
特許文献１（特に、特許文献１の特許請求の範囲、明細書の段落００６１及び図５等を参照）に記載の技術では、微粒子製造用原料を分散させて熱プラズマ炎中に供給して蒸発させて気相状態の混合物とし、当該混合物を冷却して微粒子を製造する際に、熱プラズマ炎を発生及び維持させるためのコイル電流を振幅変調させ、原料が蒸発した直後の蒸気をプラズマ収縮による急激な温度変化で急冷する。これにより、生成される微粒子の粒子成長を抑えて、より微細な微粒子を得ることが可能となる。【０００６】
特許文献２（特に、特許文献２の段落００２４等を参照）に記載の技術では、気相法により微粒子を製造するにあたり、原料を熱プラズマ炎に間歇的に供給する。これにより、蒸気内での粒子の接合成長を抑えることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３１５７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１７７６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、微粒子を製造する際には、得られる微粒子のサイズ（粒度）が揃っていること、換言すると、粒度の分布幅が狭くなることが望ましい。したがって、特許文献１及び特許文献２に記載の技術の利点を活かしつつ、粒度の分布幅がより狭くなるように（つまり、粒度のばらつきが小さくなるように）微粒子を製造する方法が求められている。
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱プラズマ法を用いて微粒子を製造する際に、良好な粒度分布が得られるように微粒子を製造することが可能な微粒子の製造方法、及びこの製造方法を実施する上で好適に用い得る微粒子の製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、微粒子製造用の原料を熱プラズマ炎中に間歇的に供給し、前記原料を蒸発させて気相状態の混合物とし、前記混合物を冷却して前記微粒子を製造する微粒子の製造方法であって、前記熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態である間に、前記原料をキャリアガスと共に供給し、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に、前記原料の供給を停止して、前記キャリアガスと同じ種類のガスを供給することを特徴とする微粒子の製造方法を提供するものである。【００１０】
また、上記の微粒子の製造方法において、前記変調誘導熱プラズマ炎が発する光を分光分析し、分光分析の結果に応じたタイミングにて前記原料を前記変調誘導熱プラズマ炎中に供給することが好ましい。【００１１】
また、上記の微粒子の製造方法において、前記原料を粒子状に分散させた状態で、前記原料を間歇的に前記変調誘導熱プラズマ炎中に供給することが好ましい。【００１２】
また、本発明は、微粒子の製造装置であって、微粒子製造用の原料を熱プラズマ炎中に間歇的に供給する原料供給部と、内部に前記熱プラズマ炎が発生し、前記原料供給部により供給される前記原料を前記熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合物とするプラズマトーチと、前記プラズマトーチの内部に前記熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマトーチの内部にガスを供給するガス供給部と、を有し、前記プラズマ発生部は、前記熱プラズマ炎として、温度状態が時間変調された変調誘導熱プラズマ炎を発生させ、前記変調誘導熱プラズマ炎を周期的に高温状態と、前記高温状態よりも温度が低い低温状態とにさせ、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態である間に、前記原料が、キャリアガスとともに、前記原料供給部により前記プラズマトーチの内部に供給され、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に、前記原料供給部による前記原料の供給が停止され、前記キャリアガスと同じ種類の前記ガスが、前記ガス供給部により前記プラズマトーチの内部に供給されることを特徴とする微粒子の製造装置を提供するものである。【００１３】
また、上記の微粒子の製造装置において、前記変調誘導熱プラズマ炎が発する光を分光分析する分光分析部と、前記分光分析部による分光分析の結果に基づいて、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記高温状態である間に前記原料を前記変調誘導熱プラズマ炎に供給し、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に前記原料の供給を停止するように前記原料供給部を制御する制御部と、を有することが好ましい。【００１４】
また、上記の微粒子の製造装置において、前記制御部は、前記分光分析の結果に基づいて、前記変調誘導熱プラズマ炎が前記低温状態である間に前記ガスを供給するように前記ガス供給部を制御することが好ましい。【００１５】
また、上記の微粒子の製造装置において、前記原料供給部は、前記原料を粒子状に分散させた状態で、前記原料を間歇的に前記変調誘導熱プラズマ炎中に供給することが好ましい。【００１６】
また、上記の微粒子の製造装置において、前記プラズマトーチの下端部には、前記混合物を冷却して前記微粒子を生成するとともに、前記微粒子を捕集するためのチャンバーが接続されており、前記ガス供給部は、前記プラズマトーチの内部で前記ガスが前記プラズマトーチの下端に向かうように前記ガスを供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の微粒子の製造方法及び製造装置によれば、良好な粒度分布が得られるように微粒子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る微粒子の製造装置を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る微粒子の製造装置の原料供給機構を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る微粒子の製造装置のプラズマトーチを示す模式的な部分断面図である。
【図４】パルス変調時のコイル電流の時間変化についての説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る微粒子の製造装置の第一バルブ及び第二バルブを示す模式的な正面図である。
【図６】コイル電流に対する変調信号、第一バルブ信号、第二バルブ信号、原料供給量、及び押出しガスの供給量のそれぞれについて、周期的変化を示すタイミングチャートである。
【図７Ａ】コイルにおける印加電圧、コイル電流及びコイル供給電力の各々の周期的変動を示す図である。
【図７Ｂ】変調誘導熱プラズマ炎が発する光の分光分析の結果として、ＡｒＩ由来の放射強度の周期的変動を示す図である。
【図７Ｃ】変調誘導熱プラズマ炎が発する光の分光分析の結果として、Ｈα由来の放射強度の周期的変動を示す図である。
【図８】原料供給部の他の例を示す模式図である。
【図９Ａ】実施例において上流チャンバーで捕集された微粒子のＳＥＭ画像を示す（写真代用）図である。
【図９Ｂ】実施例において下流チャンバーで捕集された微粒子のＳＥＭ画像を示す（写真代用）図である。
【図９Ｃ】実施例においてフィルターで回収された微粒子のＳＥＭ画像を示す（写真代用）図である。
【図１０Ａ】実施例において上流チャンバーで捕集された微粒子の粒径度数分布を示す図である。
【図１０Ｂ】実施例において下流チャンバーで捕集された微粒子の粒径度数分布を示す図である。
【図１０Ｃ】実施例においてフィルターで回収された微粒子の粒径度数分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施形態（本実施形態）に係る微粒子の製造方法及び微粒子製造装置について、添付の図面を参照しながら説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な一実施形態であるものの、あくまでも一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００２０】
先ず、図１を参照しながら、本実施形態に係る微粒子製造装置（以下、製造装置１０という）について概略構成を説明する。図１は、製造装置１０の構成を示す模式図である。
【００２１】
製造装置１０は、例えば、粉状の原料を用いてナノサイズの微粒子を製造する装置である。なお、本実施形態において、製造装置１０は、微粒子製造用の原料としてのシリコン粉体（以下、Ｓｉ粉体という）を用いて、微粒子としてのシリコンナノ粒子（以下、Ｓｉナノ粒子という）を製造する。
製造装置１０は、図１に示すように、原料供給機構１２、高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４、キャリアガス供給源１５、プラズマトーチ１６、チャンバー１８、回収部２０、間歇供給部２２、プラズマ分光分析部２８、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３０、ガス導入部３２、及び押出しガス供給部３５を有する。
【００２２】
原料供給機構１２及び間歇供給部２２は、本発明の原料供給部を構成しており、プラズマトーチ１６内で発生する熱プラズマ炎にＳｉ粉体を間歇的に供給する。本実施形態では、原料供給部を構成する原料供給機構１２及び間歇供給部２２が協働することで、原料であるＳｉ粉体が粒子状に分散した状態で間歇的に熱プラズマ炎に供給される。そして、熱プラズマ炎中に供給されたＳｉ粉体は、蒸発して気相状態の混合物となる。その後、混合物が冷却（厳密には、急冷）されることでＳｉナノ粒子が製造される。
【００２３】
高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４は、本発明のプラズマ発生部に相当し、プラズマトーチ１６内部で熱プラズマ炎を発生させる。特に、本実施形態では、熱プラズマ炎として、その温度状態が時間変調された高周波変調誘導熱プラズマ炎（変調誘導熱プラズマ炎に相当する。）が発生することになっている。変調誘導熱プラズマ炎は、所定時間間隔で周期的に高温状態と、高温状態よりも温度が低い低温状態と、になる。なお、以下では、温度状態が時間変調されてない熱プラズマ炎を単に「熱プラズマ炎」と呼ぶこととし、温度状態が時間変調されて周期的に高温状態と低温状態とになる熱プラズマ炎を「変調誘導熱プラズマ炎１００」と呼ぶこととする。
【００２４】
チャンバー１８は、プラズマトーチ１６の下端部に接続された槽であり、プラズマトーチ１６内を下降する混合物を冷却（厳密には、急冷）してＳｉナノ粒子を生成するとともに、生成されたＳｉナノ粒子を捕集する。チャンバー１８の更に下流側には、回収部２０が配置されている。回収部２０内部には、フィルター２０ａが収容されている。チャンバー１８を通過して回収部２０内部に進入したＳｉナノ粒子は、フィルター２０ａに捕捉されて回収部２０に回収される。
【００２５】
プラズマ分光分析部２８は、本発明の分光分析部に相当し、プラズマトーチ１６内の変調誘導熱プラズマ炎１００が発する光を分光分析するものである。より厳密に説明すると、プラズマ分光分析部２８は、変調誘導熱プラズマ炎１００からの放射光のうち、変調誘導熱プラズマ炎１００発生用に供給されるガスに由来する波長の光を分光分析する。なお、本実施形態では、熱プラズマ炎発生用のガス（具体的には、シースガス）がＡｒガス及び水素ガスである。したがって、本実施形態において、プラズマ分光分析部２８は、アルゴン原子、及び水素原子の発光スペクトルの一つであるＡｒＩ及びＨαに由来する波長の光を分光分析することになる。
【００２６】
ＤＳＰ３０は、本発明の制御部に相当し、変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態に応じて原料供給（フィード）の有無が切り替わるように間歇供給部２２を制御する。また、ＤＳＰ３０は、分光分析の結果に基づいて、変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態に応じて、後述する押出しガスの供給の有無が切り替わるように押出しガス供給部３５を制御する。
【００２７】
ガス導入部３２は、熱プラズマ炎発生用のガスとしてシースガスをプラズマトーチ１６内に供給するものである。本実施形態において、シースガスは、プラズマトーチ１６の内壁に沿って供給されることになっており、これにより、プラズマトーチ１６の内壁でのＳｉ粉体及びＳｉナノ粒子の付着が抑制される。
なお、シースガスとしては、Ａｒ（アルゴン）ガス、窒素ガス、水素ガス若しくは酸素ガス等が単独で、またはこれらを適宜組み合わされて用いられるが、本実施形態では、Ａｒガス及び水素ガスの混合ガスをシースガスとして用いることとする。
【００２８】
押出しガス供給部３５は、本発明のガス供給部に相当し、原料供給が停止している間にプラズマトーチ１６の内部に押出しガスを供給するものである。押出しガスとは、ガスの一例であり、プラズマトーチ１６内において気相状態の混合物を熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００の形成位置から押し出すために用いられる。本実施形態において、押出しガスは、プラズマトーチ１６の内部でプラズマトーチ１６の下端に向かって供給される。つまり、プラズマトーチ１６内に押出しガスが供給されることで、気相状態の混合物は、プラズマトーチ１６内で下方に向かって移動することになる。
なお、押出しガスとしては、例えば、Ａｒガス、窒素ガス、水素ガス若しくは酸素ガス等が単独で、またはこれらを適宜組み合わせて用いられる。
【００２９】
次に、製造装置１０の各部のそれぞれについて、図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、原料供給機構１２の構成を示す模式的な断面図である。図３は、プラズマトーチ１６を示す模式的な部分断面図である。図４は、パルス変調時のコイル電流の時間変化についての説明図である。図５は、後述する第一バルブ３４ａ及び第二バルブ３４ｂを示す模式的な正面図である。
【００３０】
（原料供給機構１２）
原料供給機構１２は、間歇供給部２２と協働して、プラズマトーチ１６の内部で発生する熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００中にＳｉ粉体をキャリアガスとともに供給する。原料供給機構１２は、図２に図示の搬送管８２を備えている。搬送管８２は、プラズマトーチ１６の上部に設けられた第一バルブ３４ａが有する２つの流入ポートＰｇ、Ｐｈのうち、一方の流入ポートＰｇに接続されている。
【００３１】
例えば、微粒子製造用の原料に粉体（以下、粉体原料４４とも言う。）を用いた場合、プラズマトーチ１６内の熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００中に粉体原料４４が供給される際には、粉体原料４４が分散されている必要がある。このため、粉体原料４４は、キャリアガスに分散させて供給される。この場合、原料供給機構１２は、粉体原料４４を分散状態に維持しつつ、定量的にプラズマトーチ１６内部の熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００中に供給する。このような機能を有する原料供給機構１２としては、例えば、本出願人の出願に係る特許第３２１７４１５号公報に開示されている粉体分散装置のような装置が利用可能である。
【００３２】
原料供給機構１２は、図２に示すように、主に、粉体原料を貯蔵する貯蔵槽４２と、粉体原料を定量搬送するスクリューフィーダ６０と、スクリューフィーダ６０で搬送された粉体原料が最終的に散布される前に、これを一次粒子の状態に分散させる分散部７０とから構成されている。
【００３３】
貯蔵槽４２の内部には、貯蔵された粉体原料４４の凝集を防止するために、攪拌軸４６と、この攪拌軸４６に接続された攪拌羽根４８とが設けられている。攪拌軸４６は、オイルシール５０ａと軸受け５２ａとによって、貯蔵槽４２内で回転可能に配設されている。また、貯蔵槽４２の外部にある攪拌軸４６の端部は、モータ５４ａに接続されており、図示しない制御装置によってその回転が制御される。
【００３４】
貯蔵槽４２の下部には、スクリューフィーダ６０が設けられ、粉体原料４４の定量的な搬送を可能にする。スクリューフィーダ６０は、スクリュー６２と、スクリュー６２の軸６４と、ケーシング６６と、スクリュー６２の回転動力源であるモータ５４ｂとを含み構成されている。スクリュー６２および軸６４は、貯蔵槽４２内の下部を横切って設けられている。軸６４は、オイルシール５０ｂと軸受け５２ｂとによって貯蔵槽４２内で回転可能に配設されている。
【００３５】
また、貯蔵槽４２外部にある軸６４の端部は、モータ５４ｂに接続されている。モータ５４ｂの回転は、図示しない制御装置によって制御される。さらに、貯蔵槽４２の下部の開口部と分散部７０とを接続し、スクリュー６２を包む筒状通路であるケーシング６６が設けられる。ケーシング６６は、分散部７０の内部途中まで延設されている。
【００３６】
図２に示すように、分散部７０は、ケーシング６６の一部に外挿固定された外管７２と、軸６４の先端部に植設された回転ブラシ７６を有し、スクリューフィーダ６０によって定量搬送された粉体原料４４を一次分散させることができる。
外管７２の外挿固定された端部と反対の端部は、その形状が円錐台形状であり、その内部にも円錐台形状の空間である粉体分散室７４を有する。また、その端部には分散部７０で分散された粉体原料４４を搬送する搬送管８２が接続されている。搬送管８２は、前述したように第一バルブ３４ａが有する一方の流入ポートＰｇに接続されている。
【００３７】
外管７２の側面には気体供給口７８が設けられている。また、ケーシング６６の外壁と外管７２の内壁とによって設けられる空間は、供給された気体が通過する気体通路８０としての機能を有する。
回転ブラシ７６は、ナイロン等の比較的柔軟な材質、あるいは鋼線等の硬質な材質からなる針状部材からなる。回転ブラシ７６は、ケーシング６６の先端部近傍の内部から粉体分散室７４の内部まで、軸６４の径外方に延出して密集植設されることによって形成されている。
【００３８】
分散部７０では、分散及び搬送用の気体（キャリアガス）が、キャリアガス供給源１５から気体供給口７８及び気体通路８０を通って回転ブラシ７６の径方向外側から回転ブラシ７６に噴出される。これにより、原料供給機構１２により定量的に搬送される粉体原料４４が、回転ブラシ７６の針状部材間を通過することで一次粒子に分散される。なお、キャリアガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素ガス若しくは水素ガス等が単独で、またはこれらを適宜組み合わせて用いられるが、本実施形態ではＡｒガスをキャリアガスとして用いることとする。
【００３９】
搬送管８２は、間歇供給部２２を介して原料供給機構１２とプラズマトーチ１６との間を連絡するように延設している。具体的に説明すると、搬送管８２の一端は、外管７２と接続されており、他端は、第一バルブ３４ａを介してプラズマトーチ１６に接続されている。また、搬送管８２は、その管径の１０倍以上の管長を有し、少なくとも途中に分散粉体を含む気流が流速２０ｍ／ｓｅｃ以上になる管径部分を設けることが好ましい。これにより、分散部７０で一次粒子の状態に分散された粉体原料４４の凝集を防止し、その分散状態を維持したまま、粉体原料４４を供給することができる。粉体原料４４は、第一バルブ３４ａ及び水冷プローブ２４を経てプラズマトーチ１６内部へキャリアガスとともに供給（散布）される。
ここで、微粒子製造用の原料として使用する粉体原料４４は、熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００中で蒸発させることが可能なものであり、その粒径が１００μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
（プラズマトーチ１６）
プラズマトーチ１６は、その内部に熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００を発生させ、熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００中に間歇的に供給される原料を、熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００で蒸発させて気相状態の混合物とするものである。
プラズマトーチ１６は、図３に示すように、石英管１６ａと、その外側を取り巻く高周波発振用コイル１６ｂとで構成されている。プラズマトーチ１６の上部には、水冷プローブ２４が挿入されるプローブ挿入口１６ｃが、プラズマトーチ１６の上部の中央部に設けられており、シースガス供給口１６ｄがその周辺部（同一円周上）に形成されている。粉体原料４４であるＳｉ粉体は、水冷プローブ２４を通じてキャリアガスとともにプラズマトーチ１６内に供給される。
【００４１】
シースガス供給口１６ｄは、例えば、図示しない配管によりガス導入部３２と接続されている。ガス導入部３２は、シースガス供給口１６ｄを介してプラズマトーチ１６内にシースガスを供給するものである。
プラズマトーチ１６内にシースガスが存在する状態で、高周波発振用コイル１６ｂに、高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４により振幅変調された高周波電流が印加されると、プラズマトーチ１６の内部に変調誘導熱プラズマ炎１００が発生する。また、高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４により、高周波発振用コイル１６ｂに単に高周波電流が印加されると、プラズマトーチ１６の内部に熱プラズマ炎が発生する。
【００４２】
また、プラズマトーチ１６の石英管１６ａの外側は、同心円状に形成された石英管１６ｅで囲まれており、石英管１６ａと１６ｅの間に冷却水１６ｆを循環させて石英管１６ａを水冷し、プラズマトーチ１６内で発生した熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００により石英管１６ａが過度に高温になるのを防止している。
【００４３】
プラズマトーチ１６では、例えば、内径７５ｍｍ，長さ３３０ｍｍの石英管１６ａが用いられている。また、高周波発振用コイル１６ｂとしては、外径１３０ｍｍ、コイル導体径１４ｍｍφ、コイル長１５５ｍｍの８ターンのコイルが用いられている。水冷プローブ２４は、その先端が、例えば、高周波発振用コイル１６ｂの４、５ターン目の間にある。
なお、１５５ｍｍである高周波発振用コイル１６ｂのコイル長は、一般的なものに比べて約３倍程度長い。このようにコイル長を長くすることの利点としては、軸方向に長く強い電磁場を発生させることができるため、それにより発生するプラズマも軸方向に長くなり、トーチヘッドから投入される粉体原料４４の蒸発に有利な特徴を持っている。
【００４４】
（チャンバー１８及び回収部２０）
チャンバー１８は、水冷式のチャンバーであり、プラズマトーチ１６の下端部に接続されている。チャンバー１８は、粉体原料４４が熱プラズマ炎または変調誘導熱プラズマ炎１００で蒸発されてなる気相状態の混合物を急冷し、微粒子を生成するとともに、得られた微粒子を捕集する。すなわち、チャンバー１８ａは、冷却槽と微粒子捕集器とを兼ねている。
また、チャンバー１８は、図１に示すように、プラズマトーチ１６により近い方にある上流チャンバー１８ａと、プラズマトーチ１６からより離れた方にある下流チャンバー１８ｂを有する。上流チャンバー１８ａは、プラズマトーチ１６と同軸方向に取り付けられている。下流チャンバー１８ｂは、上流チャンバー１８ａと垂直に設けられている。
【００４５】
下流チャンバー１８ｂよりも下流には、生成された微粒子を捕集するための所望のフィルター２０ａを備える回収部２０が設けられている。製造装置１０において、微粒子の回収場所は、フィルター２０ａとしている。回収部２０は、フィルター２０ａを備えた回収室と、この回収室内下方に設けられた管を介して接続された真空ポンプ２０ｂとを備えている。チャンバー１８を通過した微粒子は、上述の真空ポンプ２０ｂで吸引されることにより、回収室内に引き込まれ、フィルター２０ａの表面で留まった状態にて回収される。
【００４６】
また、プラズマトーチ１６内における圧力雰囲気は、大気圧以下であることが好ましい。ここで、大気圧以下の雰囲気については、特に限定されないが、例えば、５Ｔｏｒｒ〜７５０Ｔｏｒｒとすることができる。
【００４７】
（高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４）
高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４は、変調誘導熱プラズマ炎１００を発生させるための高周波電流を高周波発振用コイル１６ｂに供給する。また、本実施形態に係る高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４は、高周波発振用コイル１６ｂへの高周波電流を所定時間間隔で振幅変調することが可能である。以下、変調誘導熱プラズマ炎１００を発生させるために高周波発振用コイル１６ｂに供給する高周波電流を、「コイル電流」と言う。
【００４８】
高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４は、図１に示すように、高周波インバータ電源２６ａと、インピーダンス整合回路２６ｂと、パルス信号発生器２６ｃと、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ゲート信号回路２６ｄとを有する。
高周波インバータ電源２６ａは、基本周波数４５０ｋＨｚ、最大電力５０ｋＷ、定格電圧１５０Ｖ、定格電流４６０ＡのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）インバータ電源である。通常、真空管電源を用いて生成される誘導熱プラズマに用いられる周波数が数ＭＨｚであるのに対し、高周波インバータ電源２６ａには周波数ｆ＝４５０ｋＨｚのものを用いている。
【００４９】
高周波インバータ電源２６ａを構成するＭＯＳＦＥＴインバータ電源は、電力変換効率が９０％であり、従来の真空管型電源の効率３０〜６０％に比較して高く、エネルギー効率が低いというＩＣＰ（誘導結合プラズマ）の欠点を克服するものである。また、このＭＯＳＦＥＴインバータ電源は電流の振幅を変調できる機能を有している。すなわち、ＭＯＳＦＥＴインバータ電源は、コイル電流を振幅変調できる。
高周波インバータ電源２６ａは、例えば、不図示の整流回路及びＭＯＳＦＥＴインバータ回路によって構成されている。高周波インバータ電源２６ａにおいて、整流回路は、例えば、入力電源として三相交流を用いるものであり、三相全波整流回路により交流−直流変換を行った後、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いたＤＣ−ＤＣコンバータにより、その出力電圧値を変化させる。
ＭＯＳＦＥＴインバータ回路は、整流回路に接続されており、整流回路で得られた直流を交流に変換するものである。これにより、インバータ出力、すなわち、コイル電流が振幅変調（ＡＭ変調）される。
【００５０】
高周波インバータ電源２６ａの出力側には、インピーダンス整合回路２６ｂが接続されている。インピーダンス整合回路２６ｂは、不図示のコンデンサ及び共振コイルからなる直列共振回路により構成されており、プラズマ負荷を含めた負荷インピーダンスの共振周波数が高周波インバータ電源２６ａの駆動周波数領域内となるようにインピーダンスマッチングを行うものである。
パルス信号発生器２６ｃは、高周波変調誘導熱プラズマ炎を維持するコイル電流の振幅に矩形波変調を加えるためのパルス制御信号を発生させるものである。
【００５１】
ＦＥＴゲート信号回路２６ｄは、パルス信号発生器２６ｃで発生されたパルス制御信号に基づく変調信号を、高周波インバータ電源２６ａのＭＯＳＦＥＴインバータ回路のＭＯＳＦＥＴのゲートに供給するものである。これにより、パルス信号発生器２６ｃによるパルス制御信号でコイル電流を振幅変調して振幅を相対的に大きくするか、または小さくして、例えば、図４に示す矩形波１０２のように、コイル電流をパルス変調することができる。そして、コイル電流をパルス変調することで、変調誘導熱プラズマ炎１００を、所定時間間隔で周期的に高温状態と低温状態とに切り替えることが可能となる。
なお、高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４が高周波発振用コイル１６ｂに単に高周波電流を供給した場合には、熱プラズマ炎を発生させることができる。
【００５２】
ここで、図４に示す矩形波１０２において、コイル電流に対して電流振幅の高値をＨＣＬとし、低値をＬＣＬとする。また、変調一周期の中で、ＨＣＬをとる時間をオン時間と定義し、また、ＬＣＬをとる時間をオフ時間と定義する。さらに、変調一周期におけるオン時間の割合（オン時間／（オン時間＋オフ時間）×１００（％））をデューティ比（ＤＦ）とする。また、コイルの電流振幅の比（ＬＣＬ／ＨＣＬ×１００（％））を電流変調率（ＳＣＬ）と定義する。
【００５３】
ちなみに、上述したオン時間、オフ時間、及び１サイクルは、いずれもミリ秒から数秒オーダーであることが好ましい。
また、パルス制御信号を用いてコイル電流を振幅変調する際には、予め定められている波形、例えば、矩形波を用いて振幅変調することが好ましい。なお、矩形波に限定されるものではなく、三角波、のこぎり波、逆のこぎり波、または正弦波等を含む曲線を含む繰り返し波からなる波形を用いることができることは言うまでもない。
【００５４】
（間歇供給部２２）
間歇供給部２２は、原料供給機構１２から送られてくる粉体原料４４を、プラズマトーチ１６内へ間歇的に供給する。間歇供給部２２は、図１に示すように、トリガ回路２２ａと第一バルブ３４ａとを有する。トリガ回路２２ａは、パルス信号発生器２６ｃに接続されており、パルス信号発生器２６ｃから入力されたパルス制御信号に基づいてＴＴＬ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｏｇｉｃ）レベルの信号（以下、第一バルブ信号）を発生するものである。
【００５５】
第一バルブ３４ａは、例えば、ソレノイドバルブ（電磁弁）によって構成されている。第一バルブ３４ａの電装部（ソレノイド部）は、トリガ回路２２ａに接続されており、トリガ回路２２ａから送られてくる第一バルブ信号の電圧値に基づいてバルブ本体内の開通路を切り替える。
第一バルブ３４ａの本体部は、図５に示すように、２つの流入ポートＰｇ，Ｐｈと、１つの流出ポートＰｉとを有する。一方の流入ポートＰｇには、搬送管８２の端部が接続されている。もう一方の流入ポートＰｈには、第二バルブ３４ｂを介して押出しガス供給部３５が接続されている。流出ポートＰｉは、水冷プローブ２４の上流側端部に接続されている。
【００５６】
第一バルブ３４ａでは、２つの流入ポートＰｇ，Ｐｈのうちのいずれか一方のみが流出ポートＰｉに通じることになっている。流入ポートＰｇが流出ポートＰｉと通じると、第一バルブ３４ａ内で原料側の供給路が開通する。この結果、搬送管８２を通じて送られてくる粉体原料４４が、キャリアガスとともに流出ポートＰｉから流出してプラズマトーチ１６内部へ供給される。
【００５７】
一方、流入ポートＰｈが流出ポートＰｉと通じると、第一バルブ３４ａ内で原料側の供給路が閉塞する。この結果、プラズマトーチ１６内への粉体原料４４の供給が停止される。以上のように流出ポートＰｉと通じる流入ポートＰｇ，Ｐｈが切り替わることで、粉体原料４４が間歇的にプラズマトーチ１６内に供給される。
また、流入ポートＰｈが流出ポートＰｉと通じているとき、すなわち、粉体原料４４の供給が停止される間には、第一バルブ３４ａ内で押出しガス側の供給路が開通する。この結果、押出しガス供給部３５から送られてくる押出しガスが流出ポートＰｉから流出し、プラズマトーチ１６内部へ供給される。
【００５８】
第一バルブ３４ａ内において、２つの流入ポートＰｇ，Ｐｈのうちのどちらを流出ポートＰｉに通じさせるかは、トリガ回路２２ａから入力された第一バルブ信号の電圧値（電圧レベル）に応じて決まる。また、流出ポートＰｉに通じる流入ポートは、所定の時間間隔で切り替わる。具体的に説明すると、第一バルブ信号の電圧値がハイレベルになると、搬送管８２が接続されている側の流入ポートＰｇが流出ポートＰｉと通じる。これにより、原料側の供給路が開通し、押出しガス側の供給路が閉塞する。この結果、粉体原料４４がキャリアガスと共にプラズマトーチ１６内に供給されるようになる。なお、本実施形態では、変調誘導熱プラズマ炎１００が高温状態である間に、粉体原料４４がプラズマトーチ１６内に供給されるように第一バルブ信号が生成される。
【００５９】
他方、第一バルブ信号の電圧値がローレベルになると、その時点から若干遅れて、搬送管８２が接続されている側とは反対側の流入ポートＰｈが流出ポートＰｉと通じる。これにより、原料側の供給路が閉塞し、押出しガス側の供給路が開通する。この結果、粉体原料４４の供給が停止する一方で、押出しガスがプラズマトーチ１６内に供給されるようになる。なお、本実施形態では、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態である間に、粉体原料４４の供給が停止されて押出しガスがプラズマトーチ１６内に供給されるように第一バルブ信号が生成される。
【００６０】
（押出しガス供給部３５）
押出しガス供給部３５は、プラズマトーチ１６内への粉体原料４４の供給が停止している間に、押出しガスをプラズマトーチ１６の内部に供給する。なお、本実施形態に係る押出しガス供給部３５は、押出しガス供給源３５ｃから押出しガスを供給することになっている。なお、本実施形態では、キャリアガスと同じ種類のガス、すなわちＡｒガスを押出しガスとして供給する。
また、本実施形態では、押出しガス供給源３５ｃとキャリアガス供給源１５とが別々に設けられているが、これに限定されるものではなく、キャリアガス及び押出しガスを共通の供給源から供給してもよい。
【００６１】
押出しガス供給部３５は、押出しガス供給源３５ｃと、前述した第一バルブ３４ａと、図１及び図５に図示のトリガ回路３５ａ及び第二バルブ３４ｂと、によって構成されている。トリガ回路３５ａは、パルス信号発生器２６ｃに接続されており、パルス信号発生器２６ｃから入力されたパルス制御信号に基づいてＴＴＬレベルの信号（以下、第二バルブ信号）を発生するものである。
【００６２】
第二バルブ３４ｂは、例えば、ソレノイドバルブ（電磁弁）によって構成されている。第二バルブ３４ｂの電装部（ソレノイド部）は、トリガ回路３５ａに接続されており、トリガ回路３５ａから送られてくる第二バルブ信号の電圧値に基づいてバルブ本体内の開通路を切り替える。
第二バルブ３４ｂの本体部は、図５に示すように、１つの流入ポートＰｍと、２つの流出ポートＰｎ，Ｐｏとを有する。流入ポートＰｍは、配管またはチューブを介して押出しガス供給源３５ｃに接続されている。２つの流出ポートＰｎ，Ｐｏのうちの一方の流出ポートＰｎは、配管またはチューブを介して第一バルブ３４ａの流入ポートＰｈに接続されている。もう一方の流出ポートＰｏにはパージライン３５ｂが接続されている。
【００６３】
第二バルブ３４ｂ内では、２つの流出ポートＰｎ，Ｐｏのうちのいずれか一方のみが流入ポートＰｍと通じることになっている。流入ポートＰｍが流出ポートＰｎに通じると、押出しガス供給源３５ｃから送られてくる押出しガスとしてのＡｒガスが流出ポートＰｎから流出し、第一バルブ３４ａを経由してプラズマトーチ１６内部へ供給される。一方、流入ポートＰｍが流出ポートＰｏに通じると、押出しガス供給源３５ｃから送られてくるＡｒガスは、流出ポートＰｏから流出した後にパージライン３５ｂを通じてパージタンク（不図示）に放出される。
【００６４】
第二バルブ３４ｂ内において、２つの流出ポートＰｎ，Ｐｏのどちらを流入ポートＰｍに通じさせるかは、トリガ回路３５ａから入力された第二バルブ信号の電圧値（電圧レベル）に応じて決まる。また、流入ポートＰｍに通じる流出ポートは、所定の時間間隔で切り替わる。具体的に説明すると、第二バルブ信号の電圧値がハイレベルになると、その時点から若干遅れて、第一バルブ３４ａに接続されている側の流出ポートＰｎが流入ポートＰｍと通じる。これにより、第一バルブ３４ａの直前位置まで押出しガスが流れる。この状態で第一バルブ３４ａ内の押出しガス側の供給路が開通すると、押出しガスが水冷プローブ２４を通じてプラズマトーチ１６内に供給される。
なお、押出しガスは、プラズマトーチ１６の下端に向かうようにプラズマトーチ１６内に供給される。
【００６５】
他方、第二バルブ信号の電圧値がローレベルになると、その時点から若干遅れて、パージライン３５ｂに接続されている方の流出ポートＰｏが流入ポートＰｍと通じる。これにより、押出しガスがパージライン３５ｂを通じてパージタンクに放出されるようになる。このように、本実施形態では、プラズマトーチ１６内への押出しガスの供給を停止している間、パージライン３５ｂを通じて押出しガスを放出して、押出しガスが常に第二バルブ３４ｂ内に存在するようにしている。この結果、第二バルブ３４ｂを締め切った状態から押出しガスの供給を再開したときに、第二バルブ３４ｂ内に押出しガスが急に流入してバルブ内部に衝突する現象（いわゆるハンマリング現象）を回避することが可能となる。ただし、これに限定されず、第二バルブ３４ｂにパージライン３５ｂが接続されていなくてもよい。その場合、第二バルブ３４ｂは、単純なオンオフ式の開閉バルブでもよい。また、押出しガスの浪費を極力抑える観点から考えて、バルブ開度を調整する等してパージ流量を好適な量に調整するのが望ましい。
【００６６】
（プラズマ分光分析部２８）
プラズマ分光分析部２８は、プラズマトーチ１６内の変調誘導熱プラズマ炎１００が発する光を分光分析し、例えば、変調誘導熱プラズマ炎１００の分光強度を測定する。プラズマ分光分析部２８は、図１に示すように光学系２８ａと、分光器２８ｂと、ＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ）２８ｃとを有する。分光器２８ｂとＰＭＴ２８ｃとが接続されている。また、ＰＭＴ２８ｃは、ＤＳＰ３０に接続されている。
【００６７】
光学系２８ａは、図１に示すようにレンズ２９ａと、光ファイバ等の導光部２９ｂとを備える。熱プラズマ炎（厳密には、変調誘導熱プラズマ炎１００）の光がレンズ２９ａを介して導光部２９ｂに入射される。
分光器２８ｂは、導光部２９ｂに接続されており、変調誘導熱プラズマ炎１００の放射光が入力されると、変調誘導熱プラズマ炎１００の放射光を所定の時間間隔で分光する。
ＰＭＴ２８ｃは、光電子増倍管を備え、変調誘導熱プラズマ炎１００の放射光の分光スペクトルが所定の時間間隔で入力されると、これを所定の倍率に増幅してＤＳＰ３０に出力する。
【００６８】
（ＤＳＰ３０）
ＤＳＰ３０は、粉体原料４４の供給タイミングに合わせて、変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態を制御する。具体的には、ＤＳＰ３０は、粉体原料４４が供給される間に高温状態となり、かつ、粉体原料４４の供給が停止する間に低温状態となるように、変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態をフィードバック制御する。
【００６９】
より詳しく説明すると、トリガ回路２２ａ、３５ａが、パルス信号発生器２６ｃから入力されたパルス制御信号の波形に基づいて、第一バルブ信号を生成する。これに伴う形で、ＤＳＰ３０が、パルス信号発生器２６ｃから出力されるパルス制御信号と、熱プラズマ炎発生用のガスに由来する波長の光の放射強度と、のタイミングのずれ量を算出する。そして、ＤＳＰ３０は、算出したずれ量に基づき、高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４の高周波インバータ電源２６ａに設けられたＭＯＳＦＥＴインバータ回路のＭＯＳＦＥＴのゲートに供給される変調信号の位相、ハイレベルの時間、ローレベルの時間等が適正になるような制御信号を出力する。すなわち、矩形波１０２におけるオン時間の長さ、オフ時間の長さ、及びデューティ比が適正になるような制御信号を出力する。
【００７０】
以上の手順により、変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態は、粉体原料４４が供給される間に高温状態となり、かつ、粉体原料４４の供給が停止する間に低温状態となるようにフィードバック制御される。
【００７１】
以上のように、本実施形態では、粉体原料４４の供給タイミングに合わせて変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態を制御することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、ＤＳＰ３０は、変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態の変調に応じて粉体原料４４の供給タイミングを制御してもよい。この場合、ＤＳＰ３０は、プラズマ分光分析部２８の分光分析の結果に基づいて、第一バルブ３４ａ及び第二バルブ３４ｂの各々の開閉を切り替えて、間歇供給部２２及び押出しガス供給部３５を制御することも可能である。つまり、分光分析の結果に応じたタイミングにて粉体原料４４を変調誘導熱プラズマ炎１００に供給してもよい。より具体的に説明すると、ＤＳＰ３０は、分光分析の結果に基づき、変調誘導熱プラズマ炎１００が高温状態である間に粉体原料４４が供給され、かつ、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態である間に粉体原料４４の供給を停止して押出しガスが供給されるように間歇供給部２２及び押出しガス供給部３５を制御してもよい。
【００７２】
なお、分光分析に基づく制御が実行されなくてもよい。すなわち、粉体原料４４及び押出しガスのそれぞれの供給タイミングに関して、変調誘導熱プラズマ炎１００の発光スペクトルに基づく制御を行わなくてもよい。例えば、変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態を切り替えるタイミング（すなわち、コイル電流の変調周期におけるオン時間及びオフ時間）を予め決めておき、そのタイミングに合わせて、粉体原料４４及び押出しガスのそれぞれの供給タイミングをタイマー制御してもよい。
【００７３】
次に、本実施形態の製造装置１０を用いて微粒子を製造する方法（すなわち、本実施形態に係る微粒子の製造方法）について、図６及び図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら説明する。
図６は、コイル電流に対する変調信号、第一バルブ信号、第二バルブ信号、原料供給量、及び押出しガスの供給量のそれぞれについて、周期的変化を示すタイミングチャートである。なお、図６には、２サイクル分のチャートを図示している。
図７Ａは、高周波発振用コイル１６ｂにおける印加電圧のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）、コイル電流のＲＭＳ、並びに供給電力の各々の、周期的変動を示す図である。
図７Ｂ及び図７Ｃは、変調誘導熱プラズマ炎１００が発する光のうち、熱プラズマ炎発生用のガスに由来する波長の光の分光分析結果についての、周期的変動を示す図である。図７Ｂには、ＡｒＩ由来の光の放射強度の周期的変動が示されており、図７Ｃには、Ｈα由来の光の放射強度の周期的変動が示されている。なお、図７Ｂ及び図７Ｃの各々に図示した５つのグラフは、プラズマトーチ１６のトーチ中心軸上で、かつ、高周波発振用コイル１６ｂの終端から下方に５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ及び４０ｍｍだけ離れた位置での放射強度を示している。なお、図７Ａ〜図７Ｃには、３サイクル分の周期的変動を図示している。
【００７４】
以下では、粉体原料４４としてＳｉ粉体を用いてＳｉナノ粒子を製造することを例に挙げて説明することとする。また、以下では、１サイクルの時間が１５ミリ秒（ｍｓ）に設定されており、各サイクルの開始時点（０ｍｓ時点）がコイル電流の変調周期におけるオン時間の開始時に設定されていることとする。ただし、１サイクルの時間、及び各サイクルにおけるオン時間の開始時については、任意に設定することが可能である。
【００７５】
原料供給機構１２から供給される微粒子製造用の原料としてのＳｉ粉体が、キャリアガス供給源１５から供給されるキャリアガスとしてのＡｒガスとともに流入ポートＰｇを通じて第一バルブ３４ａ内に送り込まれる。かかる状態で流入ポートＰｇが流出ポートＰｉと通じると、Ｓｉ粉体が粒子状に分散した状態でプラズマトーチ１６内にキャリアガスとともに供給される。
【００７６】
また、押出しガス供給部３５から圧送される押出しガスが、流入ポートＰｍを通じて第二バルブ３４ｂ内に送り込まれる。かかる状態で流入ポートＰｍが流出ポートＰｎと通じ、かつ、第一バルブ３４ａの流入ポートＰｈが流出ポートＰｉと通じると、押出しガスがプラズマトーチ１６の下端に向かって流れるようにプラズマトーチ１６内に供給される。一方で、流入ポートＰｍが流出ポートＰｏと通じると、押出しガスがパージライン３５ｂを通じてパージタンクに放出される。
【００７７】
また、高周波変調誘導熱プラズマ発生部１４では、パルス信号発生器２６ｃからパルス制御信号がＦＥＴゲート回路２６ｄ、間歇供給部２２のトリガ回路２２ａ、及び押出しガス供給部３５のトリガ回路３５ａに出力される。
【００７８】
パルス制御信号を受信したＦＥＴゲート回路２６ｄは、パルス制御信号に基づく変調信号する高周波インバータ電源２６ａに向けて出力する。本実施形態では、例えば、図６に示すように、各サイクルの０ｍｓ（サイクル開始時）〜１２ｍｓまでをオン時間とし、１２ｍｓ〜１５ｍｓ（サイクル終了時）までをオフ時間とするような変調信号が出力される。この変調信号が高周波インバータ電源２６ａのＭＯＳＦＥＴインバータ回路のＭＯＳＦＥＴのゲートに供給されると、高周波発振用コイル１６ｂにおける印加電圧、コイル電流及びコイル供給電力が図７Ａに示すようにパルス変調される。
【００７９】
このとき、ガス導入部３２からプラズマトーチ１６内に、シースガスとしてのＡｒガス及び水素ガスの混合ガスが供給されている。これにより、プラズマトーチ１６内に変調誘導熱プラズマ炎１００が発生する。また、変調誘導熱プラズマ炎１００は、パルス変調されたコイル電流により、所定の時間間隔で周期的に高温状態と低温状態になる。
なお、本実施形態では、変調誘導熱プラズマ炎１００の放射光がプラズマ分光分析部２８により分光分析される。
【００８０】
分光分析の結果について説明すると、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、熱プラズマ炎発生用ガス由来の光（具体的には、ＡｒＩ由来の光、及びＨα由来の光）のそれぞれについて、放射強度がコイル電流の振幅変調に同期して変化していることが分かる。このことから、コイル電流がパルス変調されることにより、変調誘導熱プラズマ炎１００が所定の時間間隔で周期的に高温状態と低温状態とに切り替わっていると言える。より詳しく説明すると、変調誘導熱プラズマ炎１００は、コイル電流の変調周期におけるオン時間（各サイクルの０ｍｓ〜１２ｍｓ）中に高温状態となり、オフ時間（各サイクルの１２ｍｓ〜１５ｍｓ）中に低温状態となる。
【００８１】
さらに、本実施形態では、Ｓｉ粉体の供給タイミングに合わせて変調誘導熱プラズマ炎１００の温度状態が変調され、具体的には、変調誘導熱プラズマ炎１００が高温状態である間にＳｉ粉体がプラズマトーチ１６内に供給される。
ここで、Ｓｉ粉体の供給に関して、第一バルブ３４ａの開閉タイミングをコイル電流の変調周期と関連付けて説明する。トリガ回路２２ａが第一バルブ３４ａに向けて出力する第一バルブ信号は、図６に示すように、オン時間の開始時点よりも遅延した時点（約９ｍｓ後）でハイレベルとなる。そのズレ量は、オン時間の開始時からＡｒＩの放射強度及びＨαの放射強度が極大となるまでの時間とほぼ等しい（図７Ｂ及び図７Ｃ参照）。
【００８２】
第一バルブ信号を受信した第一バルブ３４ａは、第一バルブ信号に従って動作し、電圧値がハイレベルになったタイミング（例えば、図６での９ｍｓの時点）で、原料供給側の流入ポートＰｇが流出ポートＰｉと通じる。その後、若干のタイムラグが生じた後の時点（例えば、図６では１６ｍｓの時点）で、プラズマトーチ１６内の変調誘導熱プラズマ炎１００にＳｉ粉体がキャリアガスとともに供給され始め、その供給量が徐々に増加する。
また、第一バルブ信号の電圧値がローレベルになったタイミング（例えば、図６では１７ｍｓの時点）で、もう一方の流入ポートＰｈが流出ポートＰｉと通じるようになる。つまり、第一バルブ３４ａ内で原料側の供給路が閉塞する。そのため、Ｓｉ粉体の供給量が徐々に減少し、暫くした後の時点（例えば、図６では２８ｍｓの時点）でＳｉ粉体の供給が停止する。
【００８３】
ここで、図６に図示のサイクルでは、０ｍｓ〜１２ｍｓ及び１５ｍｓ〜２７ｍｓがオン時間、すなわち、変調誘導熱プラズマ炎１００が高温状態にある期間であり、１２ｍｓ〜１５ｍｓ及び２７ｍｓ〜３０ｍｓがオフ時間、すなわち、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態にある期間である。したがって、上記のように第一バルブ３４ａが開閉すると、Ｓｉ粉体がキャリアガスと共に間歇的に供給され、より詳しくは、変調誘導熱プラズマ炎１００が高温状態にある間にＳｉ粉体が供給され、低温状態にある間にＳｉ粉体の供給が停止される。
【００８４】
また、本実施形態では、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態である間、Ｓｉ粉体の供給が停止される一方で、押出しガスがプラズマトーチ１６内に供給される。
ここで、押出しガスの供給に関して、第一バルブ３４ａ及び第二バルブ３４ｂの開閉タイミングをコイル電流の変調周期と関連付けて説明する。トリガ回路３５ａが第二バルブ３４ｂに向けて出力する第二バルブ信号は、図６に示すように、変調周期のオフ時間の開始時点よりも早い時点（約４ｍｓ前）でハイレベルとなる。そのズレ量は、オフ時間の開始時からＡｒＩの放射強度及びＨαの放射強度が極小となるまでの時間とほぼ等しい（図７Ｂ及び図７Ｃ参照）。
【００８５】
また、第二バルブ信号を受信した第二バルブ３４ｂでは、第二バルブ信号に従って動作し、第二バルブ信号がハイレベルになったタイミング（例えば、図６では２３ｍｓの時点）で、第一バルブ３４ａと接続している方の流出ポートＰｎが流入ポートＰｍと通じる。このとき、図６に示すように、第一バルブ信号の電圧値がローレベルであるので、第一バルブ３４ａ内では流入ポートＰｈが流出ポートＰｉと通じており、押出しガス側の供給路が開通している。これにより、押出しガスが第一バルブ３４ａ及び第二バルブ３４ｂを通過するようになり、その時点から若干のタイムラグが生じた後の時点（例えば、図６では２８．５ｍｓの時点）で、押出しガスがプラズマトーチ１６内に供給され始める。押出しガスは、プラズマトーチ１６内において気相状態の混合物を変調誘導熱プラズマ炎１００の形成位置から押し出すように下方に向かって流れる。
【００８６】
また、第二バルブ信号の電圧値がハイレベルからローレベルに切り替わると、その時点（例えば、図６では２６ｍｓの時点）で、第二バルブ３４ｂの流出ポートＰｏが流入ポートＰｍと通じるようになる。このとき、第一バルブ信号がハイレベルにあり、第一バルブ３４ａ内では押出しガス側の供給路が閉塞している。そのため、押出しガスは、第一バルブ３４ａを通過せず、パージライン３５ｂを通じて放出されるようになる。なお、パージライン３５ｂの先端部に不図示のオンオフバルブを設け、第二バルブ３４ｂの流出ポートＰｏが流入ポートＰｍと通じている期間中、上記のオンオフバルブの開閉を周期的に切り替えて押出しガスの放出を断続的に行ってもよい。
【００８７】
以上のような第一バルブ３４ａ及び第二バルブ３４ｂの動作により、ある期間（例えば、図６では２８．５ｍｓ〜３０ｍｓの間）に押出しガスがプラズマトーチ１６内に一時的に供給される。また、押出しガスがプラズマトーチ１６内に供給される期間は、図６に示すように、オフ時間、すなわち、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態にある期間に該当する。つまり、本実施形態では、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態にある間であって、Ｓｉ粉体の供給が停止している間に押出しガスがプラズマトーチ１６内に供給される。
【００８８】
上記のサイクル（図６に図示のサイクル）は、Ｓｉナノ粒子の製造期間中、繰り返し実施される。そして、各サイクルでは、Ｓｉ粉体がキャリアガスとともに変調誘導熱プラズマ炎１００に間歇的に供給され、具体的には、変調誘導熱プラズマ炎１００が高温状態である間にＳｉ粉体を変調誘導熱プラズマ炎１００に供給し、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態である間にＳｉ粉体の供給を停止する。
【００８９】
変調誘導熱プラズマ炎１００に供給されたＳｉ粉体は、蒸発して気相状態の混合物となる。その直後、混合物が上流チャンバー１８ａからその下流の下流チャンバー１８ｂ内で急冷され、これにより、Ｓｉナノ粒子が生成される。生成されたＳｉナノ粒子のうち、その一部が上流チャンバー１８ａ及び下流チャンバー１８ｂで捕集されるが、大部分は、真空ポンプ２０ｂで吸引されて回収部２０のフィルター２０ａの表面にて回収される。
【００９０】
そして、本実施形態では、上述したように変調誘導熱プラズマ炎１００が高温状態である間にＳｉ粉体を変調誘導熱プラズマ炎１００に供給し、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態である間にＳｉ粉体の供給を停止する。これにより、Ｓｉナノ粒子を効率よく製造し、コイル供給電力に対するＳｉナノ粒子の製造量（収量）を増加させることが可能となる。
【００９１】
さらに、変調誘導熱プラズマ炎１００が低温状態である間には、押出しガスをプラズマトーチ１６内に供給し、プラズマトーチ１６内に存在する気相状態の混合物を下方に押し出す。これにより、プラズマトーチ１６内に存在する気相状態の混合物の滞留及び上方移動を抑制することが可能である。さらに、押出しガスは、プラズマトーチ１６の下端に向かって供給されるため、気相状態の混合物を、高温場である熱プラズマ炎の形成位置からチャンバー１８へ速やかに向かわせることが可能となる。これにより、混合物を素早く冷却（急冷）することが可能となるため、Ｓｉ蒸気の結晶化速度がより速くなる結果、微細でかつ粒度分布幅の狭いＳｉナノ粒子を効率よく得ることが可能となる。
【００９２】
以上までに本発明の微粒子の製造装置及び微粒子の製造方法について説明してきたが、上述の実施形態は、あくまでも一例に過ぎず、他の実施形態も考えられる。例えば、上記の実施形態では、微粒子製造用の原料としてＳｉ粉体を用い、プラズマトーチ１６内へ供給するにあたりＳｉ粉体をキャリアガスによって分散させることとした。ただし、これに限定されるものではなく、原料がスラリー又はコロイド液の状態で供給されてもよい。スラリー又はコロイド液としては、例えば、Ｓｉ粉体を分散媒中に分散、または混濁させたものが挙げられる。この場合、原料供給機構１２の代わりに、図８に示す液状原料供給装置９０を用いる。この液状原料供給装置９０を、配管等を用いて第一バルブ３４ａの流入ポートＰｇに接続する。
【００９３】
液状原料供給装置９０は、スラリー９２（コロイド液）を入れる容器９４と、容器９４中のスラリー９２を攪拌する攪拌機９６と、スラリー９２（コロイド液）に高圧をかけて供給するためのポンプ９８と、スラリー９２（コロイド液）を液滴化するための噴霧ガス供給源（図示せず）とを有する。そして、圧送された噴霧ガスにより液滴化されたスラリー９２（コロイド液）が第一バルブ３４ａを経てプラズマトーチ１６内に供給される。
また、原料を溶媒中に溶解させて溶液にし、溶液の状態で原料を熱プラズマ炎に供給してもよい。この場合にも、上述のスラリーまたはコロイド液と同様にして、液状原料供給装置９０が用いられる。この場合でも、溶液状態の原料が噴霧ガスによって液滴化され、その後に第一バルブ３４ａを経てプラズマトーチ１６内に供給される。
【００９４】
また、上記の実施形態では、第一バルブ３４ａの応答速度等の影響により、図６に示すように変調誘導熱プラズマ炎１００が変調するタイミングに対して、粉体原料４４の供給停止のタイミングが不可避的にずれることを前提として説明したが、これに限定されるものではない。上記２つのタイミングが完全同期（完全一致）する場合にも、上述した微粒子の製造装置及び微粒子の製造方法は、当然ながら有効である。
【００９５】
なお、本実施形態においては、Ｓｉ粉体からＳｉナノ粒子を製造する場合を例として挙げたが、他の元素の粒子を微粒子製造用の原料として用いて、その酸化物、金属、窒化物、若しくは炭化物等の微粒子製造を行うことも可能である。
【００９６】
例えば、原料としては、熱プラズマ炎により蒸発させられるものであれば、その種類を問わないが、好ましくは、以下のものがよい。すなわち、原子番号３〜６、１１〜１５、１９〜３４、３７〜５２、５５〜６０、６２〜７９及び８１〜８３の元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、単体酸化物、複合酸化物、複酸化物、酸化物固溶体、金属、合金、水酸化物、炭酸化合物、ハロゲン化物、硫化物、窒化物、炭化物、水素化物、金属塩又は金属有機化合物を適宜選択すればよい。
【００９７】
なお、単体酸化物とは酸素以外に１種の元素からなる酸化物をいい、複合酸化物とは複数種の酸化物から構成されるものをいい、複酸化物とは２種以上の酸化物からできている高次酸化物をいい、酸化物固溶体とは異なる酸化物が互いに均一に溶け合った固体をいう。また、金属とは１種以上の金属元素のみで構成されるものをいい、合金とは２種以上の金属元素から構成されるものをいい、その組織状態としては、固溶体、共融混合物、金属間化合物あるいはそれらの混合物をなす場合がある。
【００９８】
また、水酸化物とは水酸基と１種以上の金属元素から構成されるものをいい、炭酸化合物とは炭酸基と１種以上の金属元素から構成されるものをいい、ハロゲン化物とはハロゲン元素と１種以上の金属元素から構成されるものをいい、硫化物とは硫黄と１種以上の金属元素から構成されるものをいう。また、窒化物とは窒素と１種以上の金属元素から構成されるものをいい、炭化物とは炭素と１種以上の金属元素から構成されるものをいい、水素化物とは水素と１種以上の金属元素から構成されるものをいう。また、金属塩は少なくとも１種以上の金属元素を含むイオン性化合物をいい、金属有機化合物とは１種以上の金属元素と少なくともＣ、Ｏ、Ｎ元素のいずれかとの結合を含む有機化合物をいい、金属アルコキシドや有機金属錯体等が挙げられる。
【００９９】
例えば、単体酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、酸化鉄、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化マンガン（Ｍｎ３Ｏ４）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリウム、酸化サマリウム、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、及び酸化バリウム（ＢａＯ）などを挙げることができる。
【０１００】
また、複合酸化物としては、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ２）、バナジウム酸イットリウム、リン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）、ジルコン酸チタン鉛、酸化チタン鉄（ＦｅＴｉＯ３）、及び酸化チタンコバルト（ＣｏＴｉＯ３）等を挙げることができ、複酸化物としては、錫酸バリウム（ＢａＳｎＯ３）、（メタ）チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸バリウムに酸化ジルコニウムと酸化カルシウムが固溶した固溶体などを挙げることができる。
さらに、水酸化物としてはＺｒ（ＯＨ）４を、炭酸化合物としてはＣａＣＯ３を、ハロゲン化物としてはＭｇＦ２を、硫化物としてはＺｎＳを、窒化物としてはＴｉＮを、炭化物としてはＳｉＣを、水素化物としてはＴｉＨ２等を、それぞれ挙げることができる。
【実施例】
【０１０１】
以下、本発明の微粒子の製造方法の実施例について、具体的に説明する。
本実施例において、微粒子の製造には、上述した図１に図示の製造装置１０を用いた。
また、本発明とは異なる微粒子の製造方法によって比較実験（比較例）を行った。
なお、比較例に用いた製造装置は、押出しガス供給部３５を備えていない点を除き、図１に図示の製造装置１０と共通する。
また、下記の表１は、実施例と比較例との間で共通する実験条件を示している。【０１０２】
【表１】
2019216343.tif 000003
【０１０３】
＜実験条件＞
共通の実験条件について説明すると、プラズマ発生用の平均入力を２０ｋＷで一定とし、シースガスとして、Ａｒガスと水素ガスの混合体を用いることとし、それぞれの流量を９０Ｌ／ｍｉｎ及び１Ｌ／ｍｉｎ（いずれも標準状態に換算したときの値であり、以下同様）とした。なお、シースガスとしてのＡｒガスは、トーチ内において、アキシャル（Ａｘｉａｌ）方向及びスワール（Ｓｗｉｒｌ）方向に４５Ｌ／ｍｉｎずつ供給されることとし、シースガスとしての水素ガスは、スワール方向にのみ供給されることとした。
また、コイル電流についてはパルス変調することとし、その変調周期を１５ｍｓに設定し、一周期におけるオン時間の割合であるデューティ比ＤＦを８０％とし、コイル電流の振幅比である電流変調率ＳＣＬを８０％とした。
また、キャリアガスにはＡｒガスを用い、その流量は４Ｌ／ｍｉｎとした。プラズマトーチ内圧力は、３００Ｔｏｒｒ（≒４０ｋＰａ）に固定し、原料のＳｉ粉体としては、山石金属製のＳｉ粉体（Ｎｏ．３６０）を用い、間歇供給方式で供給した。原料の供給及び停止の切り替えは、第一バルブとしてのＦｅｓｔｏ社製のソレノイドバルブ（ＭＨＥ４−ＭＳ１Ｈ−３／２Ｇ−１−４Ｋ）により行い、バルブ開閉周期を１５ｍｓに設定し、バルブ開時間を８ｍｓに設定し、バルブ閉時間を７ｍｓに設定した。なお、第一バルブでの「バルブ開」とは、第一バルブ内における原料の供給路が開通することを意味し、「バルブ閉」とは、原料の供給路が閉塞することを意味する。
また、第一バルブでのバルブ開のタイミングについては、コイル電流の変調周期においてオン時間の開始時点に対して９ｍｓだけ遅延させることとした。【０１０４】
また、変調誘導熱プラズマ炎から発する光を、ナックイメージテクノロジー社製の高速度ビデオカメラ（ＭＥＭＲＥＣＡＭ ＨＸ−５）を用いて、フレームレート１０００ｆｐｓ、解像度８ｂｉｔの条件で撮影した。さらに、撮影した光に対して分光分析を行った。具体的には、プラズマ発生用のガス及び原料に由来する波長の光、より詳しくは、ＡｒＩ由来の光（波長８１１．５３ｍｍ）、Ｈα由来の光（波長６５６．２８ｎｍ）、ＳｉＩ由来の光（波長３９０．５５ｎｍ）及びＳｉＨ由来の光（波長３９５．６３ｎｍ）のそれぞれの放射強度を計測した。【０１０５】
実施例及び比較例の間における実験条件の違いを下記表２に示している。【０１０６】
【表２】
2019216343.tif 000004
本実施例では、変調誘導熱プラズマ炎が低温状態である間に押出しガスを供給することとし、比較例では、押出しガスの供給を行わないこととした。本実施例では、押出しガスとしてＡｒガスを用い、その流量を４Ｌ／ｍｉｎとした。押出しガスの供給及び停止の切り替え（厳密には、第一バルブの手前位置までの押出しガスの供給）は、第二バルブとしてのＦｅｓｔｏ社製のソレノイドバルブ（ＭＨＥ２−ＭＳ１Ｈ−３／２Ｇ−Ｍ７−Ｋ）により行い、バルブ開閉周期を１５ｍｓに設定し、バルブ開時間を３ｍｓに設定し、バルブ閉時間を１２ｍｓに設定した。なお、第二バルブでの「バルブ開」とは、第二バルブ内において押出しガスを第一バルブに向かわせる流路が開通することを意味し、「バルブ閉」とは、押出しガスを第一バルブに向かわせる流路が閉塞することを意味する。
また、第二バルブでのバルブ開のタイミングについては、コイル電流の変調周期においてオン時間の開始時点に対して８ｍｓだけ遅延させることとした。【０１０７】
また、本実施例では、製造された微粒子について、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて、粒径の度数分布及び平均粒径を調査した。【０１０８】
＜放射強度の計測結果＞
比較例では、変調誘導熱プラズマ炎が低温状態であるときに、原料由来の光（具体的には、ＳｉＩ由来の光及びＳｉＨ由来の光）の放射強度が、プラズマトーチの上部で比較的高くなっていることが観察された。これは、変調誘導熱プラズマ炎が低温状態であるときに、Ｓｉ粉体を蒸発させて得られる気相状態の混合物がプラズマトーチ内で滞留または上方に移動したためであると考えられる。このような現象が生じることにより、比較例では、混合物の冷却がやや愚鈍化され、その影響により、生成されるＳｉナノ粒子の粒径及び表面積が比較的大きくなった。
これに対し、本実施例では、変調誘導熱プラズマ炎が低温状態であるときに、プラズマトーチの上部で原料由来の光の放射強度が高くなることは確認されなかった。これは、本実施例では、変調誘導熱プラズマ炎が低温状態である間において押出しガスをプラズマトーチ内に導入することで、プラズマトーチ内における気相状態の混合物の滞留及び上方移動が抑制されたためであると考えられる。【０１０９】
＜ＳＥＭ観察結果＞
本実施例及び比較例の各実験条件でＳｉナノ粒子の製造実験を行い、その結果、チャンバー及び回収部のフィルターにて回収した。なお、フィルターには、日本フィルター工業社製のバグフィルター（ミクロテックスＭＴ−１０００）を用いた。
ここで、Ｓｉナノ粒子の回収量、及び供給量に対する回収量の割合については、いずれも本実施例の方が比較例を上回っていた。これは、本実施例では、押出しガスの導入によって気相状態の混合物の上方移動が抑制され、プラズマトーチ内部でのＳｉナノ粒子の滞留時間が減少し、プラズマトーチ内での粒子付着が減少したためと考えられる。
また、本実施例にて回収したＳｉナノ粒子のＳＥＭ画像を図９Ａ〜図９Ｃに示す。図９Ａは、上流チャンバーで捕集されたＳｉナノ粒子を、図９Ｂは、下流チャンバーで捕集されたＳｉナノ粒子を、図９Ｃは、フィルターで回収されたＳｉナノ粒子を、それぞれ示している。
図９Ａ〜図９Ｃに示すように、本実施例では、粒径が極めて小さいＳｉナノ粒子が多数生成されたことが分かる。これは、本実施例では、押出しガスの導入により、変調誘導熱プラズマ炎が低温度状態である間に気相状態の混合物の滞留を抑え、混合物を効率良く冷却（急冷）することが可能となったためであると考えられる。【０１１０】
＜粒径度数分布・平均粒径＞
本実施例において上流チャンバー、下流チャンバー及びフィルターの各々で得られたＳｉナノ粒子のＳＥＭ画像を用いて、２００個の粒子を無作為に抽出し、その粒度度数分布を調べた。その結果を図１０Ａ〜図１０Ｃに示す。図１０Ａは、上流チャンバーで捕集されたＳｉナノ粒子の粒径度数分布を、図１０Ｂは、下流チャンバーで捕集されたＳｉナノ粒子の粒径度数分布を、図１０Ｃは、フィルターで回収されたＳｉナノ粒子の粒径度数分布を、それぞれ示している。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃの各図は、粒径の度数及び累積割合を示すとともに、平均粒径、粒径の標準偏差及びメジアン径の各値も示している。
図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、実施例では、Ｓｉナノ粒子の粒径分布幅が著しく狭くなったことが分かる。これは、本実施例では、押出しガスの導入により、変調誘導熱プラズマ炎が低温度状態である間に気相状態の混合物を下方に押し出し、混合物を効率良く冷却（急冷）するようになったためであると考えられる。
以上から、本発明の効果は明らかである。
【符号の説明】
【０１１１】
１０  製造装置
１２  原料供給機構
１４  高周波変調誘導熱プラズマ発生部
１５  キャリアガス供給源
１６  プラズマトーチ
１６ａ，１６ｅ  石英管
１６ｂ  高周波発振用コイル
１６ｃ  プローブ挿入口
１６ｄ  シースガス供給口
１６ｆ  冷却水
１８  チャンバー
１８ａ  上流チャンバー
１８ｂ  下流チャンバー
２０  回収部
２０ａ  フィルター
２２  間歇供給部
２２ａ  トリガ回路
２４  水冷プローブ
２６ａ  高周波インバータ電源
２６ｂ  インピーダンス整合回路
２６ｃ  パルス信号発生器
２６ｄ  ＦＥＴゲート信号回路
２８  プラズマ分光分析部
２８ａ  光学系
２８ｂ  分光器
２８ｃ  ＰＭＴ
２９ａ  レンズ
２９ｂ  導光部
３０  ＤＳＰ
３２  ガス導入部
３４ａ  第一バルブ
３４ｂ  第二バルブ
３５  押出しガス供給部
３５ａ  トリガ回路
３５ｂ  パージライン
３５ｃ  押出しガス供給源
４２  貯蔵槽
４４  粉体原料
４６  攪拌軸
４８  撹拌羽根
５０ａ，５０ｂ  オイルシール
５２ａ，５２ｂ  軸受け
５４ａ，５４ｂ  モータ
６０  スクリューフィーダ
６２  スクリュー
６４  軸
６６  ケーシング
７０  分散部
７２  外管
７４  粉体分散室
７６  回転ブラシ
７８  気体供給口
８０  気体通路
８２  搬送管
９０  液状原料供給装置
９２  スラリー
９４  容器
９６  撹拌機
９８  ポンプ
１００  変調誘導熱プラズマ炎
１０２  矩形波
Ｐｇ，Ｐｈ，Ｐｍ  流入ポート
Ｐｉ，Ｐｎ，Ｐｏ  流出ポート
【図１】
2019216343.tif 000005
【図２】
2019216343.tif 000006
【図３】
2019216343.tif 000007
【図４】
2019216343.tif 000008
【図５】
2019216343.tif 000009
【図６】
2019216343.tif 000010
【図７Ａ】
2019216343.tif 000011
【図７Ｂ】
2019216343.tif 000012
【図７Ｃ】
2019216343.tif 000013
【図８】
2019216343.tif 000014
【図９Ａ】
2019216343.tif 000015
【図９Ｂ】
2019216343.tif 000016
【図９Ｃ】
2019216343.tif 000017
【図１０Ａ】
2019216343.tif 000018
【図１０Ｂ】
2019216343.tif 000019
【図１０Ｃ】
2019216343.tif 000020
【国際調査報告】
2019216343.tif 000021
2019216343.tif 000022