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公開番号2025112052
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-31
出願番号2024006111
出願日2024-01-18
発明の名称微粒子の製造装置
出願人国立大学法人金沢大学,株式会社日清製粉グループ本社
代理人個人
主分類B01J 19/08 20060101AFI20250724BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】微粒子の生産性が高い微粒子の製造装置を提供する。
【解決手段】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供給する原料供給部と、内部に熱プラズマ炎が発生され、原料供給部により供給される原料を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、プラズマトーチの内部に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るプラズマ発生部と、プラズマトーチの下端に接続され、内部で微粒子が生成するチャンバーと、チャンバー内に設けられたフランジ部とを有し、チャンバーは円筒状で外形が円形であり、フランジ部はチャンバーの外形と同心円状の開口部を有する円環状の部材である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
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供給する原料供給部と、
内部に前記熱プラズマ炎が発生され、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前記内部に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るプラズマ発生部と、
前記プラズマトーチの下端に接続され、内部で前記微粒子が生成するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられたフランジ部とを有し、
前記チャンバーは円筒状で外形が円形であり、前記フランジ部は、前記チャンバーの前記外形と同心円状の開口部を有する円環状の部材である、微粒子の製造装置。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
前記原料供給部は、前記熱プラズマ炎に前記原料を間歇供給する、請求項１に記載の微粒子の製造装置。
【請求項３】
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、前記熱プラズマ炎中に供給する、請求項１又は２に記載の微粒子の製造装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生部は、前記プラズマトーチの周囲を囲む第１のコイルと、前記第１のコイルの下方に設置され前記プラズマトーチの周囲を囲む第２のコイルと、前記第１のコイルに高周波電流を供給する第１の電源部と、前記第２のコイルに高周波電流を供給する第２の電源部とを有し、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとは前記プラズマトーチの軸方向に並んで配置されており、
前記第１の電源部及び前記第２の電源部のうち、少なくとも一方が高周波電流を振幅変調する、請求項１又は２に記載の微粒子の製造装置。
【請求項５】
前記プラズマ発生部は、前記プラズマトーチの周囲を囲むコイルと、前記コイルに振幅変調した高周波電流を供給する電源部とを有する、請求項１又は２に記載の微粒子の製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電流により発生されたプラズマを用いた微粒子の製造装置に関し、特に、プラズマの温度場及び流速場を時間変調させた微粒子の製造装置に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【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、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、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、高温である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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、微粒子の製造装置が記載されている。特許文献１の微粒子の製造装置は、微粒子製造用の原料を熱プラズマ炎中に供給する原料供給部と、内部に熱プラズマ炎が発生され、原料供給部により供給される原料を熱プラズマ炎にて蒸発させて気相状態の混合物とする絶縁体製のプラズマトーチと、プラズマトーチの内部に熱プラズマ炎を発生させるプラズマ発生部とを有し、プラズマ発生部は、プラズマトーチの周囲を囲む第１のコイルと、第１のコイルの下方に設置されプラズマトーチの周囲を囲む第２のコイルと、第１のコイルに高周波電流を供給する第１の電源部と、第２のコイルに振幅変調した高周波電流を供給する第２の電源部とを有し、第１のコイルと第２のコイルとはプラズマトーチの長手方向に並んで配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０２０／１７８９１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、微粒子を製造できるが、現状、更なる微粒子の生産性の向上が望まれている。
本発明の目的は、微粒子の生産性が高い微粒子の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】
【０００６】
上述の目的を達成するために、発明［１］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供給する原料供給部と、内部に熱プラズマ炎が発生され、原料供給部により供給される原料を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、プラズマトーチの内部に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るプラズマ発生部と、プラズマトーチの下端に接続され、内部で微粒子が生成するチャンバーと、チャンバー内に設けられたフランジ部とを有し、チャンバーは円筒状で外形が円形であり、フランジ部は、チャンバーの外形と同心円状の開口部を有する円環状の部材である、微粒子の製造装置である。
発明［２］は、原料供給部は、熱プラズマ炎に原料を間歇供給する、発明［１］に記載の微粒子の製造装置である。
発明［３］は、原料供給部は、原料を、粒子状に分散させた状態で、熱プラズマ炎中に供給する、発明［１］又は［２］に記載の微粒子の製造装置である。
発明［４］は、プラズマトーチの周囲を囲む第１のコイルと、第１のコイルの下方に設置されプラズマトーチの周囲を囲む第２のコイルとを有し、第１のコイルと第２のコイルとはプラズマトーチの軸方向に並んで配置されており、プラズマ発生部は、第１のコイルに高周波電流を供給する第１の電源部と、第２のコイルに高周波電流を供給する第２の電源部とを有し、第１の電源部及び第２の電源部のうち、少なくとも一方が高周波電流を振幅変調する、発明［１］～［３］のいずれか１に記載の微粒子の製造装置である。
発明［５］は、プラズマ発生部は、プラズマトーチの周囲を囲むコイルと、コイルに振幅変調した高周波電流を供給する電源部とを有する、発明［１］～［３］のいずれか１に記載の微粒子の製造装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、微粒子の生産性が高い微粒子の製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の実施形態の微粒子の製造装置の第１の例を示す模式図である。
本発明の実施形態の微粒子の製造装置の第１の例のプラズマトーチの一例を示す模式的部分断面図である。
第１の電源部の高周波電流の波形の一例を示す模式図である。
第２の電源部の高周波電流の波形の一例を示す模式図である。
（ａ）は第１の高周波電流及び第２の高周波電流の波形の一例を示すグラフであり、（ｂ）はバルブの開閉タイミングを示すグラフであり、（ｃ）は原料の供給を示すグラフである。
本発明の実施形態の微粒子の製造装置の第２の例を示す模式図である。
本発明の実施形態の微粒子の製造装置の第２の例のプラズマトーチの一例を示す模式的部分断面図である。
（ａ）はプラズマ発生部の電源部の高周波電流の波形の一例を示すグラフであり、（ｂ）はバルブの開閉タイミングを示すグラフであり、（ｃ）は原料の供給を示すグラフである。
数値解析の計算空間を示す模式図である。
（ａ）～（ｄ）は条件１の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
（ａ）～（ｄ）は条件２の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
（ａ）～（ｄ）は条件３の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の温度分布を示す模式図である。
（ａ）～（ｄ）は条件１の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の０次モーメントの空間分布を示す模式図である。
（ａ）～（ｄ）は条件２の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の０次モーメントの空間分布を示す模式図である。
（ａ）～（ｄ）は条件３の場合のプラズマトーチ及びチャンバー内の０次モーメントの空間分布を示す模式図である。
（ａ）は条件１の入力電流が最大値時の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は条件２の入力電流が最大値時の温度分布を示す模式図であり、（ｃ）は条件３の入力電流が最大値時の温度分布を示す模式図である。
（ａ）は条件１の入力電流が最大値時の０次モーメントの空間分布を示す模式図であり、（ｂ）は条件２の入力電流が最大値時の０次モーメントの空間分布を示す模式図であり、（ｃ）は条件３の入力電流が最大値時の０次モーメントの空間分布を示す模式図である。
（ａ）は条件１の微粒子の粒径度数分布を示すグラフであり、（ｂ）は条件２の微粒子の粒径度数分布を示すグラフであり、（ｃ）は条件３の微粒子の粒径度数分布を示すグラフである。
条件１～条件３の微粒子の平均粒径と、微粒子の個数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の微粒子の製造装置を詳細に説明する。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
なお、以下において数値範囲を示す「～」とは両側に記載された数値を含む。例えば、εが数値ε
α
～数値ε
β
とは、εの範囲は数値ε
α
と数値ε
β
を含む範囲であり、数学記号で示せばε
α
≦ε≦ε
β
である。
また、各種の数値については、特に記載がなければ、該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。
以下、微粒子の製造装置について説明する。
【００１０】
［微粒子の製造装置の第１の例］
図１は本発明の実施形態の微粒子の製造装置の第１の例を示す模式図であり、図２は本発明の実施形態の微粒子の製造装置の第１の例のプラズマトーチの一例を示す模式的部分断面図である。
図１に示す微粒子の製造装置１０（以下、単に製造装置１０という）は、微粒子製造用の原料を用いて、ナノサイズの微粒子を製造するものである。微粒子製造用の原料には、例えば、粉体を用いる。
なお、製造装置１０は、微粒子であれば、その種類は特に限定されるものではなく、原料の組成を変えることにより、金属微粒子以外にも微粒子として、酸化物微粒子、窒化物微粒子、炭化物微粒子、酸窒化物微粒子等の微粒子を製造することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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