固体粒子の処理装置
【課題】本発明は、固体粒子の表面平滑化処理または球状化処理する上記従来の処理装置に対し、表面平滑度または球状度の高い固体粒子を形成可能な新規な固体粒子の処理装置を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明に係わる固体粒子の処理装置は、固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置であって、前記固体粒子が接触しつつ周回可能な底面とその底面の周縁に沿い立設した周壁面とを備え前記固体粒子を含む粒子群を収納可能な処理室を有する処理槽と、前記処理室の底面より上方に開口する供給口を備え前記処理室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口から処理流体を供給する供給管と、前記処理室に開口する排出口を備え処理流体を排出する排出管とを有する固体粒子の処理装置である。
【解決手段】本発明に係わる固体粒子の処理装置は、固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置であって、前記固体粒子が接触しつつ周回可能な底面とその底面の周縁に沿い立設した周壁面とを備え前記固体粒子を含む粒子群を収納可能な処理室を有する処理槽と、前記処理室の底面より上方に開口する供給口を備え前記処理室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口から処理流体を供給する供給管と、前記処理室に開口する排出口を備え処理流体を排出する排出管とを有する固体粒子の処理装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体粒子の凝結防止、分散性や流動性の改善、寸法精度の向上などを目的とし、表面に角部や突起を有する固体粒子の当該表面を平滑化し、そのような不定形の固体粒子を球状化するため、ミキサー、ボールミル或はジェットミルなどのいわゆる攪拌型処理装置に多量の固体粒子を投入し、攪拌に伴い生じる摩擦力や圧縮力を固体粒子に付与することで平滑化処理または球状化処理が行われてきた。
【０００３】
かかる固体粒子の表面の平滑化処理に係わる技術の一例が下記特許文献１に開示されている。特許文献１の平滑化技術は、粒径が小さくても、感光性ペーストに使用した場合に、そのペーストの粘度を低くするとともに塗膜状態、感度およびライン性を良好にすることができる電子部品に使用する導電性ペースト用の銀粉の製造方法であって、「湿式還元法により製造した銀粉に、粒子同士を機械的に衝突させる表面平滑化処理を施した後、分級により銀の凝集体を除去することを特徴とする銀粉の製造方法」である。
【０００４】
また、下記特許文献２には平滑化技術の他の例が開示されている。特許文献２の平滑化技術は、金属や樹脂等の固体粒子を球状化する処理装置であって、「衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配置すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、かつそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置した粉体処理装置において、前記衝撃室内の回転盤の前面に処理すべき粉体の循環空間を設け、該循環空間が、衝撃ピンの回転軸方向の幅をｘとし、該衝撃ピンが設けられた側の回転盤の側面と、該回転盤の側面に対向する衝撃室内壁との間に形成される衝撃室の幅をｙとしたとき、その比ｘ／ｙが０．２〜０．８となるように構成したことを特徴とする」処理装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８６７９８号公報
【特許文献２】特開平６−５５０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１および２の処理装置によれば、表面が平滑化され又は球状化された固体粒子を一定の能率で得ることができるが、表面平滑化および球状化の精度および能率は工業生産上未だ不十分であった。
【０００７】
本発明は、固体粒子の表面平滑化処理または球状化処理する上記従来の処理装置に対し、表面平滑度または球状度の高い固体粒子を形成可能な新規な固体粒子の処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明に係わる固体粒子の処理装置は、固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置であって、前記固体粒子が接触しつつ周回可能な底面とその底面の周縁に沿い立設した周壁面とを備え前記固体粒子を含む粒子群を収納可能な処理室を有する処理槽と、前記処理室の底面より上方に開口する供給口を備え前記処理室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口から処理流体を供給する供給管と、前記処理室に開口する排出口を備え処理流体を排出する排出管とを有する固体粒子の処理装置である。
【０００９】
かかる処理装置は、次のような作用を奏する。すなわち、供給管の供給口から供給された処理流体は、処理室の周壁面に沿い旋回しつつその底面側に向い流下し、処理室を満たしオーバーフローした処理流体は、処理室に開口する排出口を通じ排出管から排出され、処理室には連続的に処理流体が供給される。このように本処理装置においては、処理室に処理流体を連続的に供給するので、極めて能率的に固体粒子の平滑化処理または球状化処理を行うことができる。
【００１０】
処理室の底面に達した旋回流動する処理流体は、処理室に収納された粒子群を処理室の底面および底面近傍の周壁面に接触させつつ旋回運動させる。その底面や周壁面に接触した固体粒子は、底面上を旋回流動する処理流体により分散することなく密集した状態で攪拌されながら、底面上を転動しつつ旋回運動する。この密集状態下における固体粒子の攪拌および転動により、固体粒子同士がその外表面を強擦しあい固体粒子の表面の角部や凸部が平滑化され、不定形の固体粒子が球状化される。これにより極めて表面の平滑度が高く、球状度の高い固体粒子を得ることができる。この処理装置の好ましい態様およびその作用については以下詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１１】
上記説明のとおり、本願発明に係る固体粒子の処理装置によれば、表面の平滑度または球状度の高い固体粒子を形成可能な新規な固体粒子の処理装置を提供するという本発明の目的を達成することができる。なお、本願発明の処理装置で平滑化処理または球状化処理される固体粒子は特に限定されるものではないが、下記実施態様で詳細に説明するように、当該処理装置で表面に凹凸を有する半田球や半田被覆金属球を処理すれば極めて表面が平滑で真球度の高い金属球を得ることが可能である。もって、本願発明に係わる処理装置は、電子部材の接続部材として用いられる金属球、特に半導体パッケージなどでフリップチップ接続用に用いられる金属球の表面平滑化処理装置または球状化処理装置として適用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係わる第１実施態様の固体粒子の処理装置の概略構成を示す正面断面図である。
【図２】図１の処理装置の平面図及びその好ましい態様の処理装置の構成図である。
【図３】図１の処理装置の好ましい態様の処理装置の正面断面図である。
【図４】図１の処理装置の別の好ましい態様の処理装置の部分拡大図である。
【図５】本発明に係わる第２実施態様の固体粒子の処理装置の斜視図である。
【図６】第２実施態様の処理装置の他の例の概略構成を示す正面断面図である。
【図７】本発明に係わる第３実施態様の固体粒子の処理装置の斜視図である。
【図８】本発明に係わる第４実施態様の固体粒子の処理装置の正面断面図および平面図である。
【図９】図８の処理装置の動作を説明する図である。
【図１０】第４実施態様の固体粒子の処理装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明に係わる第５実施態様の固体粒子の処理装置の概略構成を示す図である。
【図１２】固体粒子の表面が平滑化処理、または球状化処理されている状態を説明する図である。
【図１３】図１の処理装置の実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る固体粒子の処理装置（以下単に処理装置と言う。）をその第１〜第５実施態様に基づき図面を参照しつつ説明する。下記の実施態様では、図１３（ｄ）に示すように、Ｃｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体とした半田メッキ層を被覆した半田被覆Ｃｕコアボール（以下単にボールと言う。）を固体粒子とし、その表面を平滑化処理し、さらに球状化処理する処理装置を例として説明するが、本発明はこれに限定されることなく例えばセラミックス、樹脂、金属その他の素材で構成された固体粒子の表面を平滑化処理し、または球状化処理する場合に適用することができる。さらに、下記で説明する処理装置の各構成要素は、本願発明の目的を逸脱しない限りにおいて単独に又は適宜組み合わせて使用することができる。
【００１４】
［第１実施態様］
第１態様の処理装置の概略構成を示す正面図である図１及び図１の密閉蓋１Ｌを取り外した状態の平面図である図２（ａ）に示すように、処理装置１は、本体部１ａ、処理油供給管１ｅ及び処理油排出管１ｃを介して本体部１ａに接続された処理油循環手段１ｂを基本的な構成として備え、さらに望ましい構成としてボール供給手段１ｇ、加振手段１ｉおよび磁力発生手段１ｓを備えている。
【００１５】
本体部１ａにおいて、符号１ｊは、円形状の底面１ｐとその底面１ｐに向い縮径した円錐台形状の周壁面１ｑを有する処理室１ｍが形成されたステンレス製の処理槽である。処理槽１ｊは、上部が開口した碗型の容器１ｋと、上部開口を閉塞するように容器１ｋの上面に密着された密閉蓋１Ｌとを有している。この容器１ｋと密閉蓋１Ｌとで形成される空間が処理室１ｍを構成し、多数のボール９１を含むボール群（粒子群）９が処理室１ｍに収納される。上記処理槽１ｊを構成する素材は固体粒子の特性や処理条件などを考慮し適切な強度や耐摩耗性を持つ金属やセラミックスなどを適宜選択すればよく、例えば固体粒子が比較的軟質な樹脂である場合には処理槽１ｊを樹脂で構成してもよい。
【００１６】
処理油供給管１ｅは、処理室１ｍの周壁面１ｑの接線方向にその軸心が沿い、処理室１ｍの上部に処理油供給口１ｆが開口するように処理槽１ｊにその一端が水平に接続され、処理油排出管１ｃは、密閉蓋１Ｌの中央部において処理室１ｍの軸芯と同軸に処理油排出口１ｄが処理室１ｍに開口するように処理槽１ｊにその一端が接続され、それぞれの他端は処理油循環手段１ｂに接続されている。処理流体である処理油Ｌを連続的に循環させる処理油循環手段１ｂは、図示しない処理油貯蔵タンク、処理油循環用ポンプ、処理油浄化用フィルタ及び流量制御弁等で構成されており、処理油循環手段１ｂから送り出された処理油Ｌは、処理油供給管１ｅを流通して処理油供給口１ｆから処理室１ｍに供給され、図１、２（ａ）において破線ａで示すように処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回流下する。また、処理油循環手段１ｂの処理油循環用ポンプや流量制御弁を調整して処理室１ｍに供給される処理油Ｌの流速や流量を経時的に変化させることができる。なお、本態様の処理装置では、ボール９１の酸化防止を目的とし処理流体として液体である油分を主体とした処理油Ｌを用いているが、処理する固体粒子の特性や処理条件により処理流体としてはアルコール、アセトン、エタノールその他有機溶媒もしくは水などの液体、又は空気、酸素その他酸化性気体、水素、二酸化炭素その他還元性気体もしくはアルゴン、ヘリウムその他不活性気体などの気体を用いても構わない。
【００１７】
処理油循環手段１ｂは、処理油供給管１ｅを通じ処理油Ｌを供給するだけではなく、処理油排出管１ｃを通じ処理室１ｍから処理油Ｌを吸引可能なよう構成してもよい。さらに、処理油供給管を複数本設けてもよい。この場合、処理室の周壁面の同一円周上に例えば一定の角度ピッチで複数の処理油供給口が開口するよう処理油供給管を配置してもよいし、図２（ｃ）に示す処理装置２２のように、旋回流下する処理油Lの螺旋状の流れａに沿い複数の処理油供給口２２ｆが開口するよう処理油供給管２２ｅを配置してもよい。以上の構成により処理油Ｌは、図１に示すように、下方に傾斜した周壁面１ｑに沿い旋回流動しつつ螺旋状に流下し、処理室１ｍの底面１ｐに達し、その後図において破線ｂで示すように上昇流となり処理油排出口１ｄを通じて処理油排出管１ｃから排出され処理油循環手段１ｂに戻る。そして、ボール群９は、処理室１ｍを旋回流動する処理油Ｌにより、図において符号Ｃで示すように外周端から半径方向に所定の範囲の中で底面１ｐおよび底面１ｐの近傍の周壁面１ｑと接触しつつ旋回運動し、これによりボール９１は底面１ｐの上を密集した状態で攪拌されながら転動する。
【００１８】
なお、ボール９１は、密閉蓋１Ｌを開閉し処理室１ｍに都度供給してもよいが、図１に示すように処理油供給管１ｅで構成される供給系の中に所定数のボール９１を切り出す供給手段１ｇを設け、処理油供給管１ｅの管路を通じボール９１を処理油Ｌとともに処理室１ｍに供給してもよい。この供給手段１ｇの具体的な構成は、第４態様の処理装置において詳細に説明する。
【００１９】
さらに、ボール９１の転動を助長することによりボール９１同士の外周面をより摺り合わせるため、処理室１ｍの底面１ｐを一定の粗面としておけば、ボール９１の表面の平滑度、球状度がさらに高まるので望ましい。また、図２（ｂ）に示すように、処理室１ｍの底面１ｐの上におけるボール９１の旋回運動を安定化させるためには、処理油Ｌの旋回方向に沿い形成されボール９１を案内する円環状の案内溝４ｙが底面１ｐに形成されていることが望ましい。
【００２０】
図１において符号１ｉは、容器１ｋの底面側に配置された加振手段である。本発明に係わる処理装置の好ましい態様として組み込まれた加振手段１ｉは具体的には所定の周波数で容器１ｋに振動を付与する振動手段であり、この振動によりボール９１同士の付着や底面１ｐとボール９１の付着を予防するとともに付着したボール９１を分離し、ボール９１の凝集を防止する。
【００２１】
符号１ｓは、処理槽１ｊの下方に配置された磁力発生手段である。磁力発生手段１ｓは、ボール９１が磁性を有する場合に有効な構成要素であり、ボール９１を磁力で下方に引き寄せ、処理室１ｍの底面１ｐに接触させつつ旋回運動させるように構成されている。なお、磁力発生手段１ｓは、処理槽１ｊの下方外周に設けてもよい。さらに、旋回領域Ｃの中にボール群９を留めてボール９１が分散することを防止するためには、磁力発生手段１ｓは、当該旋回範囲Ｃに対応する大きさの略円環形状の永久磁石などで構成することが好ましい。
【００２２】
上記処理装置１の動作を説明する。まず、準備工程である。準備工程では、密閉蓋１Ｌを開けて所定数のボール９１を処理室１ｍの底面１ｐに載置し、処理油Ｌを処理油循環手段１ｂの処理油貯蔵タンクに格納する。ボール群９を構成する粒子はボール９１に限定されず、例えばボール群９の攪拌を促進するためのメディアとして、例えば半田や鋼を主体としたボールである金属メディア、樹脂やセラミックス等を主体としたボールである非金属メディアを適量加えてもよい。
【００２３】
密閉蓋１Ｌを閉じて処理室１ｍを密閉空間にした後、処理装置１を作動させる。処理装置１は、処理油循環手段１ｂを作動させて処理油供給管１ｅを通じて処理室１ｍへ所定の流量で処理油Ｌを供給する。処理室１ｍが処理油Ｌで満たされると、処理油Ｌは、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するとともに周壁面１ｑの傾きに沿い底面１ｐに向い螺旋状に流下する旋回流ａとなる。なお、処理油Ｌの供給の初期段階では処理油Ｌの流れが不安定であるため、不安定な処理油Ｌの流れに乗り処理室１ｍの外にボール９１が流出する場合がある。このボール９１の流出を防止するためには、準備工程において処理室１ｍに予め処理油Ｌを満たしておき、その後処理室１ｍに処理油Ｌを供給するようにすれば好ましい。また、処理油Ｌの供給の初期段階では処理油Ｌの流量を小さくしておき、徐々に所定の流量に増加するようにすれば好ましい。
【００２４】
下方に向い縮径する円錐台形状をなす処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い処理室１ｍを旋回流下する処理油Ｌは底面１ｐに近づくに従い旋回速度が増加し、底面１ｐに達する。底面１ｐに達した処理油Ｌの旋回流ａは、底面１ｐに達したボール群９を当該底面１ｐおよび底面１ｐの近傍の周壁面１ｑに押し付けつつ旋回運動させる。処理室１ｍの底面１ｐに接触しつつ旋回運動するボール９１は密集した状態で攪拌されつつ底面１ｐの上を転動する。
【００２５】
ここで、図１３に示すメッキ層に凸部を有するボールの概念図である図１２（ａ）に示すように、処理装置１に投入されたボール９１には表面に凸部が多数存在する金平糖状のボールである。処理装置１に投入された多数のボール９１は、上記のように密集した状態で攪拌されながら底面１ｐの上を転動することにより、ボール９１同士がその外周面を強擦しあい、その結果生じる摩擦力や圧縮力により固体粒子の表面の角部や凸部が平滑化される。さらに、多数のボール９１の攪拌によりその外表面が均一に強擦され不定形の固体粒子が球状化される。
【００２６】
図１に示すように、処理室１ｍの底面１ｐに達した処理油Ｌは、底面１ｐの中央部で上昇流ｂとなり処理油排出口１ｄを通じて処理油排出管１ｃから排出され処理油循環手段１ｂに戻り、処理油Ｌが連続して処理室１ｍに供給される。なお、処理室１ｍが処理油Ｌで満たされた後に、処理油排出管１ｃを通じて処理油Ｌを吸引するようにすれば、処理油Ｌの旋回流がより整流化され、ボール９１の旋回運動が安定するので望ましい。
【００２７】
図１に示すボール供給手段１ｇを用いてボール９１を処理室１ｍに供給した場合には、ボール９１は旋回流動する処理油Ｌにより旋回運動し、遠心力で周壁面１ｑに押し付けられつつ下降し、処理室１ｍの底面１ｐへ下降し、そこで安定した旋回運動を継続する。
【００２８】
上記の状態で所定時間ボール９１を処理することで、表面が平滑化され、球形に近いボールが形成される。なお、処理油循環手段１ｂの処理油循環用ポンプや流量調整弁を適宜調整し、処理中に供給される処理油Ｌの流量や流速を経時的に変化させたり、容器１ｋを介して加振手段１ｉでボール群９１に振動を付与すれば、ボール９１をより攪拌させる点から有利である。
【００２９】
上記処理装置１の更に好ましい態様の処理装置について図３及び４を参照して説明する。なお、図３及び４において、上記処理装置１と同一の構成要素については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３０】
図３に示す処理装置５は、密閉蓋１Ｌの中央部を貫通し処理室１ｍの中に突き出た状態となるよう処理油排出管５ｃを配置し、処理油排出口５ｄを軸芯方向において処理室１ｍの中間部、具体的には処理油排出口５ｄを処理油供給口１ｆよりも下方に位置させ、更に処理油排出管５ｃを矢印ｄで示すように軸心方向に沿い移動できるようにした態様である。かかる処理装置５によれば、処理油排出口５ｄは処理室１ｍの底面１ｐに近接しているので、処理油Ｌの上昇流ｂは底面１ｐの近くで排出され旋回流ａと分離されるので、上昇流ｂが旋回流ａに与える影響が抑制され、底面１ｐにおけるボール９１の旋回運動を安定させ、ボール９１の密集状態を維持できるので有利である。更に、処理油Ｌの供給の初期段階において処理室１ｍの旋回流ａが安定するまでは処理油排出管５ｃの密閉蓋１Ｌからの突出長さを短くしておき、旋回流が安定した後に処理油排出管５ｃを下方に移動させて密閉蓋１Ｌからの突出長さを長くし所定位置に位置決めすることで、処理室１ｍの外へのボール９１の流出を防止できる。なお、後述する第２〜第４態様の処理装置のように、処理室を旋回流動する処理油を整流化する構成や処理室へボールを供給する構成を備えた処理装置の場合には、処理油排出管５ｃは上下方向に移動せず、図示のごとく底面１ｐの上方近傍に処理油排出口５ｄが配置されるよう密閉蓋１Ｌに固定されていてもよい。
【００３１】
図４（ａ）に示す処理装置は、半径方向において中心部が周縁部に対し高くなるよう円錐形状に底面６ｐを処理室１ｍに形成した態様である。かかる態様の処理装置によれば、ボール群９は、底面６ｐの高さの低い周縁部で安定して旋回運動することとなり、底面６ｐにおけるボールの密集状態を安定させることができる。同図（ｂ）に示すように、半径方向において中央部が周縁部に対し高くなるよう円柱状の突起７ｙを有する底面７ｐを処理室１ｍに形成しても同様な作用効果を奏することができるが、この場合には処理油Ｌの流動を阻害しなよう突起７ｙの上部周縁にテーパ面を形成しておくことが望ましい。なお、図４において符号６ｎ、７ｎで示すように容器１ｋと別体の円板状部材を処理室１ｍの底部に配置し、円板状部材６ｎ、７ｎの上面が処理室１ｍの底面６ｐ、７ｐとなるよう構成してもよい。かかる構成によれば、処理装置の中で最も損耗の激しい処理室の底面について円板状部材６ｎ、７ｎを交換するだけでメンテナンスが可能となり、処理装置の管理が容易となる。また、例えばセラミックスや金属などの硬度が高く耐摩耗性のある素材で円板状部材を形成することで、処理室の底面の損耗を防止できるとともに処理の効率を向上することが可能となる。
【００３２】
［第２実施態様］
以下第２態様の処理装置について図５および６に基づき説明する。なお、図５および６において、上記第１態様の処理装置１およびその好ましい態様の処理装置５等と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する（以下第３〜第５態様の処理装置について同じ。）
【００３３】
図５（ａ）に示すように、第２態様の処理装置８は、第１態様と同様に形成された処理室１ｍの中に案内手段８ｖを有する点で第１態様の処理装置１と相違している。図５（ａ）の案内手段８ｖは、処理油供給口１ｆを通じ供給された処理油Ｌを処理室１ｍの底面１ｐに向い案内するように構成されている。すなわち、案内手段８ｖは、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回しつつ底面１ｐに向い流下する処理油Ｌの流線ａに沿った方向に伸びる螺旋が形成されたステンレス製の案内板８ｗである。上部８ｘが処理油供給口１ｆの下方に、下部８ｙが処理室１ｋの底面１ｐと所定の間隙を介し配置された案内板８ｗは、密閉蓋１Ｌを縦方向に貫通する処理油排出管５ｃを中央に取り巻きつつその外周面が周壁面１ｑに密接している。なお、処理油Ｌを円滑に処理室１ｍから排出するためには、案内手段８ｘの下端は、処理油排出口より上方にあることが好ましい。
【００３４】
かかる案内板８ｗによれば、処理油供給口１ｆから供給された処理油Ｌは、案内板８ｗ、処理油排出管５ｃの外周面および処理室１ｍの周壁面１ｑにより区画された螺旋状の流通通路８ｚの中を破線ａで示すように上方から下方に向けて流動し、処理室１ｍの底面１ｐに案内される。ここで、案内板８ｗは、処理油供給口１ｆから供給され旋回流下する処理油Ｌの流線ａに沿って螺旋が形成されており、かつ、流通通路８ｚは一本の通路となるよう形成されているので、処理油供給口１ｆから供給される処理油Ｌや流動する処理油Ｌの相互の干渉により旋回流下する処理油Ｌに乱流を生じせしめることなく、整流化された処理油Ｌが底面１ｐに到達することとなる。さらに、図において符号ｂ２で示すように、処理油排出管５ｃから排出されるため上昇流として処理油排出口に向う処理油Ｌの流れｂの一部が処理油排出管５ｃの外に存在する場合でも、その流れは案内板８ｗの下部８ｙで遮られるので、旋回流下する処理油Ｌの流れａを乱すことがない。その結果、底面１ｐにおけるボール群の旋回運動が安定し、密集状態を維持することができる。
【００３５】
なお、処理装置８の変形例である図５（ｂ）に示す処理装置１６のように、処理油Ｌが周壁面１ｑを旋回する態様により、案内板１６ｗは、処理油排出管５ｃの外周面との間に一定の間隙１６ｚが形成されるよう構成し、処理室１ｍに配置してもよい。
【００３６】
図６に示す処理装置１０は第２態様の処理装置の他の例であり、案内手段１０ｖとして案内体１０ｗを有している。底面１０ｚを有する略円錐台形状のステンレス製の案内体１０ｗは、底面１ｐに向い縮径した略円錐形状の処理室１ｍの周壁面１ｑに倣う外周面１０ｘを有している。上部が密閉蓋１Ｌに接合された案内体１０ｗは、密閉蓋１Ｌに固定され縦方向に伸びる処理油排出管５ｃを中央部に有し、当該処理油排出管５ｃを外周面１０ｘが包囲している。そして、案内体１０ｗは、水平方向においては、その外周面１０ｘが一定寸法ｇの間隙１０ｙを介し処理室１ｍの周壁面１ｑと対向するよう処理室１ｍの中に配置されている。また、縦方向においては、ボール群９が処理室１ｍの底面１ｐの上で旋回運動可能な領域を設けるため、案内体１０ｗの底面１０ｚが処理室１ｍの底面１ｐに対し所定の間隙を有するように配置されている。
【００３７】
上記案内手段としての案内体１０ｗを処理室１ｍの中央部に配置することにより、上記案内板８ｗと同様な作用を奏することができる。すなわち、処理油供給口１ｆから供給された処理油Ｌは、案内体１０ｗの外周面１０ｘと処理室１ｍの周壁面１ｑとで形成された間隙１０ｙを破線ａで示すように上方から下方に向けて旋回流下し、処理室１ｍの底面１ｐに案内される。旋回流下する処理油Ｌは、案内体１０ｗの外周面１０ｘと処理室１ｍの周壁面１ｑとで囲まれた比較的狭い間隙１０ｙの中を流動するので、処理油供給口１ｆから供給される処理油Ｌや流動する処理油Ｌの相互の干渉により旋回流下する処理油Ｌに乱流を生じせしめることなく、整流化された処理油Ｌが底面１ｐに到達することとなる。さらに、図示ｂ２として示すように処理油Ｌは処理油排出管５ｃから排出されるため上昇流として処理油排出口５ｄに向う処理油Ｌの流れｂの一部が処理油排出管５ｃの外に存在する場合でも、その流れは案内体１０ｗの底面１０ｚで遮られるので、旋回流下する処理油Ｌの流れａを乱すことがない。なお、上記案内体１０ｗと周壁面１ｑとの間隙１０ｙに上記案内板８ｗを組み込んでもよい。
【００３８】
［第３実施態様］
以下第３態様の処理装置及びその変形例について図７に基づき説明する。第３態様の処理装置は、第１態様と同様に形成された処理室１ｍの中に整流手段を有する点で第１態様の処理装置１と相違している。以下、整流手段の各種態様について説明する。
【００３９】
図７（ａ）の整流手段１７ｖは、処理油供給口１ｆから供給され、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回しつつ流下する処理油Ｌの流れを一定の方向に整えて整流するステンレス製の板状部材１７ｗである。処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回流下する処理油Ｌの流線に沿った方向に伸びる螺旋が形成された板状部材１７ｗは、その上部１７ｘが処理油供給口１ｆの下方に、下部１７ｙが処理室１ｍの底面１ｐと所定の間隙を介し、外周面が周壁面１ｑに密接するように配置されている。かかる板状部材１７ｗによれば、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するように処理油供給口１ｆから供給された処理油Ｌは、その旋回流下する流れが板状部材１７ｗにより整流されつつ安定して維持され底面１ｐに至り、処理室１ｍの底面１ｐに接触しているボール群を当該底面１ｐに押し付けつつ旋回運動させる。
【００４０】
なお、上記整流手段１７ｖの変形例である図７（ｂ）に示すように、間隙部１８ｔを介しつつ複数のフィン状の板状部材１８ｑ、１８ｒ、１８ｓを上記板状部材１７ｗと同様に処理油Ｌの旋回流の流線沿い螺旋状に一列に配置して整流手段１８ｖを構成してもよい。また、図７（ｃ）に示すように、処理油Ｌの旋回流の流線に沿い螺旋状に一列に複数の板状部材１９ｑ〜１９ｒを配置するとともに、板状部材１９ｑ〜１９ｒの下方に、板状部材１９ｑ〜１９ｒ同士の間隙部１９ｕを埋めるように板状部材１９ｓ〜１９ｔを千鳥状に一列に配置することで２列の板状部材を有する整流手段１９ｖを構成してもよい。
【００４１】
［第４実施態様］
以下第４態様の処理装置及びその変形例について図８〜１０に基づき説明する。第４態様の処理装置は、処理室にボール群を供給する供給手段と、そのボール群を回収する回収手段を有する点で第１態様の処理装置と相違している。以下供給手段および回収手段を中心に第４態様の処理装置を説明する。なお、供給手段と回収手段は各々単独に処理装置に組み込んでもよい。
【００４２】
まず、供給手段について説明する。図８（ａ）に正面断面図、同図の容器１ｋから密閉蓋１Ｌを取り外した状態である平面図である同図（ｂ）に示すように、本態様の供給手段１１ｑは、処理室１ｍに供給すべき多数のボール９２を収納する収納部１１ｒと、各々の一端が収納部１１ｒに接続され他端が処理槽１ｊに接続された処理油流入管１１ｕおよびボール供給管１１ｖとを有している。なお、図８（ａ）においてＡ−Ａ線より上は、図８（ｂ）に示す処理槽１ｊの中心線Ｅより上側を見たＢ矢視図、Ａ−Ａ線より下は中心線Ｅより下側を見たＣ矢視図である。
【００４３】
収納部１１ｒは、多数のボール９２を収納可能な容器１１ｓと、容器１１ｓの上部開口を閉塞する蓋１１ｔとで構成されており、蓋１１ｔを開閉することによりボール９２を容器１１ｓに供給する。その収納部１１ｒの側壁には、処理油流入管１１ｕの一端がバルブ１１ｗを介して接続されており、さらに処理油流入管１１ｕの他端はその開口（処理油流入口）１１ｙが処理室１ｍに開口するよう処理槽１ｊに接続されている。ここで、処理油流入管１１ｕは、その軸心が、処理油供給管１ｅとほぼ同一線上、すなわち処理槽１ｊの上部であって処理室１ｍの周壁面１ｑの接線方向に沿い、その処理油流入口１１ｙが旋回する処理油の流れａを迎え入れるように配置されている。これにより、平面視において処理室１ｍの中心線Ｆを介し処理油流入口１１ｙと処理油供給口１ｆとは相対する状態となるので、図示破線ａで示すように処理油供給口１ｆから周壁面１ｑに沿い旋回するように供給された処理油は、処理油流入口１１ｙを通じ処理油流入管１１ｕに流入する。
【００４４】
収納部１１ｒの底部には、ボール供給管１１ｖの一端が接続されており、ボール供給管１１ｖの他端はその開口（ボール供給口）１１ｚが処理室１ｍの底部に開口するよう処理槽１ｊに接続されている。ここで、ボール供給管１１ｖは、図８（ｂ）に示すように、平面視において処理室１ｍの中心線Ｅを介し処理油流入管１１ｕと反対の位置に、その軸心が処理室１ｍの接線方向に沿い、そのボール供給口１１ｚが旋回する処理油の流れａに沿うように配置されている。これにより、処理油供給口１ｆから供給され周壁面１ｑに沿い流下し底面１ｐの上を旋回流動する処理油の流れａに円滑に乗るようにボール９２を供給することができる。なお、図において符号１１ｘは、供給すべきボール９２を収納部１１ｒの中に保持するための仕切り弁である。この仕切り弁１１ｘは、ボール９２を自動的に処理室１ｍへ供給するために設けられた好適な構成であり、手動でボールを供給する場合には必ずしも必要ではない。
【００４５】
次に、平滑化または球状化処理後のボール９１を含むボール群９の回収手段１１ａについて説明する。符号１１ｎは、容器１ｋの下部に形成された円筒状部１１Ｌの内面に摺動可能に嵌め合いされた円板状の摺動部材であり、その外周面には処理油の漏出を防止するため不図示のＯリングが設けられている。そして、円筒状部１１Ｌの内面には、処理層が形成されたボールを含むボール群を回収するボール回収管１１ｂの一端の開口（ボール回収口）１１ｃが開口しており、ボール回収管１１ｂの他端は回収容器１１ｅに接続されている。なお、図８（ｂ）に示すように、ボール回収管１１ｂは、平面視において処理室１ｍの中心線Ｆを介し上記ボール供給管１１ｖと反対の位置に、その軸心が処理室１ｍの接線方向に沿い、そのボール回収口１１ｃが旋回する処理油の流れａを迎え入れるように配置されている。
【００４６】
ここで、摺動部材１１ｎは、エアシリンダー等の上下駆動部１１ｄにより符号ｈで示す上下方向に円筒状部１１Ｌの中を移動し、上昇端の位置において処理室１ｍの周壁面１ｑの下端縁にその上面１１ｐ（処理室１ｍの底面ともなる。）が接するとともに、その外周面でボール回収口１１ｃを閉じ、下方端の位置においてボール回収口１１ｃを開くように構成されている。なお、本態様の処理装置１１では、摺動部材１１ｎをバルブの弁のごとく用い、摺動部材１１ｎを上下移動させることによりボール回収口１１ｃを開閉させているが、例えば図１の処理装置１において処理室１ｍの底部にバルブを介して処理槽にボール回収管を接続するとともにボール回収口が処理室に直接開口するよう回収手段を構成し、バルブの開閉によりボールを回収するようにしてもよい。この場合には、処理室１ｍの底面１ｐを旋回するボール９１の運動を妨げないよう、ボール回収口は、処理室１ｍの底面１ｐより上方に配置することが好ましい。
【００４７】
上記供給手段１１ｑおよび回収手段１１ａを含む処理装置１１の動作について図９を参照しつつ説明する。図９（ａ）に示す収納部１１ｒの蓋１１ｔを開けて所定数のボール９２を容器１１ｓに供給し、その後蓋１１ｔを閉じる。この時、バルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘは閉じられた状態である。また、上下駆動部１１ｄにより上昇された摺動部材１１ｎは上昇端の位置にあり、ボール回収口１１ｃは閉じられた状態となっている。
【００４８】
次いで、処理装置１１を作動させて処理油供給口１ｆから処理油Ｌを供給する。一定時間経過して処理室１ｍが処理油Ｌで満たされると、図９（ａ）に示すように、処理油Ｌは、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するとともに周壁面１ｑの傾斜に沿い底面１１ｐに向い螺旋状に流下する安定した旋回流ａとなる。
【００４９】
処理油Ｌを供給し一定時間経過し処理室１ｍにおける処理油Ｌの流動状態が安定した後、処理装置１１は、バルブ１１ｗを開き、図９（ｂ）において矢印ｅのように旋回流動する処理油Ｌの一部を処理油流入管１１ｕから収納部１１ｒに処理油流入口１１ｙを通じて流入させるとともに、仕切り弁１１ｘを開く。すると、収納部１１ｒに収納されたボール９２は、流入した処理油Ｌにより収納部１１ｒから押出され、処理油Ｌとともにボール供給管１１ｖの管路の中を流れ、矢印ｆのようにボール供給口１１ｚから排出され処理室１ｍへ供給される。処理装置１１は、全てのボール９２が処理室１ｍへ供給された後、バルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘを閉じる。ここで、ボール供給管１１ｖは上記のとおり配置されているので、ボール供給口１１ｚから処理室１ｍへ供給されたボール９２は処理油Ｌの旋回流ａに乗り、その後処理室１ｍの底面１１ｐの上を円滑に旋回運動し、平滑化または球状化処理されることとなる。このように、処理油Ｌを処理室１ｍに供給してから一定時間経過し、処理室における処理油の旋回流動が安定化した後にボール９２を処理室１ｍへ供給するので、処理室１ｍからボール９１が流出することが少なく、高い歩留まりでボール９１を処理することが可能となる。
【００５０】
なお、手動でボール９２を供給する場合には、ボール供給管１１ｖの経路の中に仕切り弁１１ｘを設けず、処理油Ｌの流動状態が安定化した後、バルブ１１ｗを開き、処理油流入管１１ｕ、収納部１１ｒおよびボール供給管１１ｖの経路で処理油Ｌを流通させた後に、収納部１１ｒに所定数のボール９２を供給するようにすればよい。
【００５１】
次いで、図９（ｃ）に示すように、処理装置１１が、上下駆動部１１ｄにより摺動部材１１ｎを下降端まで下降させボール回収口１１ｃを開くと、処理が完了したボール群９はボール回収口１１ｃを通じて矢印ｉで示すようにボール回収管１１ｂに流れ込み、その後回収容器１１ｅに回収される。なお、処理油排出管５ｃにバルブを設けておき、陰極１１ｎの下降とともに当該バルブを絞るようにすれば、処理油Ｌの多くの部分はボール回収管１１ｂを通じて排出されるので、より円滑にボール群９を回収することができる。
【００５２】
図１０に示す処理装置１２は、第４態様の処理装置の他の例であり、処理油供給管１ｅの経路上に設けられた供給手段１２ｑを有している。すなわち、供給手段１２ｑの処理油流入管１１ｕの一端は処理油供給管１ｅの上流側に接続され、ボール供給管１１ｖの一端は処理油供給管１ｅの下流側に接続されており、それらの他端はバルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘを介して収納部１１ｒに接続される構成となっている。かかる供給手段１２ｑによれば、処理室１ｍにおける処理油Ｌの流動状態が安定した後にバルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘを開くと、処理油供給管１ｅを流れる処理油Ｌの一部が、処理油流入管１１ｕを通じて収納部１１ｒに流入する。すると、収納部１１ｒに収納されているボール９２は、流入した処理油Ｌにより押し出され、ボール供給管１１ｖを通じて処理油供給管１ｅに流入し、処理油Ｌとともに処理油供給口１ｆから処理室１ｍに供給されることとなる。なお、供給手段１２ｑにおいて処理油を円滑に流通させるためには、処理油流入管１１ｕが接続される処理油供給管１ｅの上流側の内径を太くし、ボール供給管１１ｖが接続される下流側の内径を上流側より細くすることが望ましい。さらに、供給手段１２ｑの中に滞留することなくボール９２を処理油供給管１ｅへ流入させるためには、収納部１１ｒの底面と処理油流入管１１ｕおよびボール供給管１１ｖとの底面との間には段差がないようにしておくことが好ましい。
【００５３】
［第５実施態様］
以下第５態様の処理装置について図１１を参照し説明する。なお、図１１（ａ）は、第５態様の一例である処理装置の概略構成を示す正面断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＤ矢視図、図１１（ｃ）は、第５態様の処理装置の他の例の概略構成を示す正面断面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）のＥ矢視図である。
【００５４】
上記第１〜第４態様の処理装置では、ボールが接触しつつ周回可能な処理室の底面として円形状の底面と底面に向い縮径するように底面の周縁に立設した略円錐台形状の周壁面とを備えた処理室、断面円形状の処理室の接線方向に沿い処理油供給口が開口するよう軸心が水平に配置された処理油供給管、処理室の軸心に沿い配置された処理油排出管の各構成要素を有する処理装置について説明したが、本発明はこれら望ましい態様に限定されることなく、第５態様の処理装置でも実現することが可能である。
【００５５】
第５態様の一例である処理装置１３は、図１１（ｂ）に示すように、ボール９１が周回可能な底面として略楕円形状の底面１３ｐを有し、底面１３ｐの周縁に立設する周壁面１３ｑは縦方向において同一断面、すなわち直管状となるよう処理室１３ｍは形成されている。さらに、処理室１３ｍに処理油Ｌを供給する処理油供給管１３ｅは、周壁面１３ｑに沿い旋回流下する処理油Ｌの流れを生じさせるため、その軸心を下方に向けた状態で処理槽１ｊに接続されている。なお、周壁面１３ｑに対する取付角度を自在に設定可能な継手などを介し処理油供給管１３ｅを処理槽１ｊに接続するよう構成すれば、処理すべきボールの大きさや数量などに応じ処理油Ｌが旋回流下する角度を適宜設定できるので好ましい。また、処理室１３ｍから処理油Ｌを排出する処理油排出管１ｃは、処理油Ｌの上昇流ｂを円滑に処理室１３ｍから排出するためには第１態様の処理装置１と同様に密閉蓋１Ｌの中央部に設けられていることが好ましいが、処理油排出管の配置はこれに限定されることなく、図示破線で示す処理油排出管１３ｃのように密閉蓋１Ｌの外周寄りに設け処理室１３ｍからオーバーフローする処理油Ｌを排出させてもよい。
【００５６】
上記処理装置１３の動作を説明する。処理室１３ｍの底面１３ｐにボール群９を載置し、その後密閉蓋１Ｌを閉じて処理室１３ｍを密閉空間にし、処理装置１３を作動させる。処理装置１３は、処理油供給管１３ｅを通じて処理室１３ｍへ処理油Ｌを供給する。処理室１３ｍが処理油Ｌで満たされると、上記のように配置された処理油供給管１３ｅから供給される処理油Ｌは、処理室１３ｍの周壁面１３ｑに沿い螺旋状に旋回流下する旋回流ａとなる。旋回流下しつつ底面１３ｐに達した処理油Ｌは、底面１３ｐに接触しているボール群９を当該底面１３ｐに押し付けつつ旋回運動させる。上記第１態様の処理装置１と同様に、処理室１３ｍの底面１３ｐに接触しつつ旋回運動するボール９１は底面１３ｐの上を転動するので、ボール９１同士が付着しがたく凝集が防止される。
【００５７】
図１１（ｃ）（ｄ）に示す第５態様の他の例である処理装置２０は、ボール９１が周回可能な底面として円環状の底面２０ｐと、底面２０ｐの外周縁に沿い立設した外周壁面２０ｑと、内周縁に沿い立設した内周壁面２０ｘとを有する処理室２０ｍを有し、処理室２０ｍの断面は縦方向において同一となるよう処理室２０ｍは形成されている。かかる処理装置２０においても基本的に上記処理装置１３と同様な動作でボール９１には処理層が形成される。
【００５８】
［実施例］
第１態様の処理装置１に、図１３（ａ）に外観、同図（ｂ）に断面を示す直径５０μｍのボールを５０万個投入し、当該ボールの表面を平滑化処理、および球状化処理した。処理後のボールの外観を同図（ｃ）に、断面を同図（ｄ）に示すように、表面が平滑で、かつ真球度の優れたボールを得ることができた。
【符号の説明】
【００５９】
１（５、８、１０、１１、１２、１３、１６、１７，１８，１９、２０、２１、２２）：処理装置
１ａ（５ａ）：本体部
１ｊ：処理槽
１ｍ（１３ｍ、２０ｍ）：処理室
１ｂ：処理油循環手段
１ｃ（５ｃ、１３ｃ）：処理油排出管
１ｅ（１３ｅ、２２ｅ）：処理油供給管
１ｇ（１１ｑ、１２ｑ）：供給手段
１ｈ：直流電源回路
１ｉ：加振手段
１ｓ：磁気発生手段
８ｖ（１０ｖ、１６ｖ）：案内手段
８ｗ（１６ｗ）：案内板
１０ｗ：案内体
１１ａ：回収手段
１７ｖ（１８ｖ、１９ｖ）：整流手段
１７ｗ（１８ｗ、１９ｗ）：板状部材
９１：ボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体粒子の凝結防止、分散性や流動性の改善、寸法精度の向上などを目的とし、表面に角部や突起を有する固体粒子の当該表面を平滑化し、そのような不定形の固体粒子を球状化するため、ミキサー、ボールミル或はジェットミルなどのいわゆる攪拌型処理装置に多量の固体粒子を投入し、攪拌に伴い生じる摩擦力や圧縮力を固体粒子に付与することで平滑化処理または球状化処理が行われてきた。
【０００３】
かかる固体粒子の表面の平滑化処理に係わる技術の一例が下記特許文献１に開示されている。特許文献１の平滑化技術は、粒径が小さくても、感光性ペーストに使用した場合に、そのペーストの粘度を低くするとともに塗膜状態、感度およびライン性を良好にすることができる電子部品に使用する導電性ペースト用の銀粉の製造方法であって、「湿式還元法により製造した銀粉に、粒子同士を機械的に衝突させる表面平滑化処理を施した後、分級により銀の凝集体を除去することを特徴とする銀粉の製造方法」である。
【０００４】
また、下記特許文献２には平滑化技術の他の例が開示されている。特許文献２の平滑化技術は、金属や樹脂等の固体粒子を球状化する処理装置であって、「衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配置すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、かつそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置した粉体処理装置において、前記衝撃室内の回転盤の前面に処理すべき粉体の循環空間を設け、該循環空間が、衝撃ピンの回転軸方向の幅をｘとし、該衝撃ピンが設けられた側の回転盤の側面と、該回転盤の側面に対向する衝撃室内壁との間に形成される衝撃室の幅をｙとしたとき、その比ｘ／ｙが０．２〜０．８となるように構成したことを特徴とする」処理装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８６７９８号公報
【特許文献２】特開平６−５５０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１および２の処理装置によれば、表面が平滑化され又は球状化された固体粒子を一定の能率で得ることができるが、表面平滑化および球状化の精度および能率は工業生産上未だ不十分であった。
【０００７】
本発明は、固体粒子の表面平滑化処理または球状化処理する上記従来の処理装置に対し、表面平滑度または球状度の高い固体粒子を形成可能な新規な固体粒子の処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明に係わる固体粒子の処理装置は、固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置であって、前記固体粒子が接触しつつ周回可能な底面とその底面の周縁に沿い立設した周壁面とを備え前記固体粒子を含む粒子群を収納可能な処理室を有する処理槽と、前記処理室の底面より上方に開口する供給口を備え前記処理室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口から処理流体を供給する供給管と、前記処理室に開口する排出口を備え処理流体を排出する排出管とを有する固体粒子の処理装置である。
【０００９】
かかる処理装置は、次のような作用を奏する。すなわち、供給管の供給口から供給された処理流体は、処理室の周壁面に沿い旋回しつつその底面側に向い流下し、処理室を満たしオーバーフローした処理流体は、処理室に開口する排出口を通じ排出管から排出され、処理室には連続的に処理流体が供給される。このように本処理装置においては、処理室に処理流体を連続的に供給するので、極めて能率的に固体粒子の平滑化処理または球状化処理を行うことができる。
【００１０】
処理室の底面に達した旋回流動する処理流体は、処理室に収納された粒子群を処理室の底面および底面近傍の周壁面に接触させつつ旋回運動させる。その底面や周壁面に接触した固体粒子は、底面上を旋回流動する処理流体により分散することなく密集した状態で攪拌されながら、底面上を転動しつつ旋回運動する。この密集状態下における固体粒子の攪拌および転動により、固体粒子同士がその外表面を強擦しあい固体粒子の表面の角部や凸部が平滑化され、不定形の固体粒子が球状化される。これにより極めて表面の平滑度が高く、球状度の高い固体粒子を得ることができる。この処理装置の好ましい態様およびその作用については以下詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１１】
上記説明のとおり、本願発明に係る固体粒子の処理装置によれば、表面の平滑度または球状度の高い固体粒子を形成可能な新規な固体粒子の処理装置を提供するという本発明の目的を達成することができる。なお、本願発明の処理装置で平滑化処理または球状化処理される固体粒子は特に限定されるものではないが、下記実施態様で詳細に説明するように、当該処理装置で表面に凹凸を有する半田球や半田被覆金属球を処理すれば極めて表面が平滑で真球度の高い金属球を得ることが可能である。もって、本願発明に係わる処理装置は、電子部材の接続部材として用いられる金属球、特に半導体パッケージなどでフリップチップ接続用に用いられる金属球の表面平滑化処理装置または球状化処理装置として適用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係わる第１実施態様の固体粒子の処理装置の概略構成を示す正面断面図である。
【図２】図１の処理装置の平面図及びその好ましい態様の処理装置の構成図である。
【図３】図１の処理装置の好ましい態様の処理装置の正面断面図である。
【図４】図１の処理装置の別の好ましい態様の処理装置の部分拡大図である。
【図５】本発明に係わる第２実施態様の固体粒子の処理装置の斜視図である。
【図６】第２実施態様の処理装置の他の例の概略構成を示す正面断面図である。
【図７】本発明に係わる第３実施態様の固体粒子の処理装置の斜視図である。
【図８】本発明に係わる第４実施態様の固体粒子の処理装置の正面断面図および平面図である。
【図９】図８の処理装置の動作を説明する図である。
【図１０】第４実施態様の固体粒子の処理装置の他の例の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明に係わる第５実施態様の固体粒子の処理装置の概略構成を示す図である。
【図１２】固体粒子の表面が平滑化処理、または球状化処理されている状態を説明する図である。
【図１３】図１の処理装置の実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る固体粒子の処理装置（以下単に処理装置と言う。）をその第１〜第５実施態様に基づき図面を参照しつつ説明する。下記の実施態様では、図１３（ｄ）に示すように、Ｃｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体とした半田メッキ層を被覆した半田被覆Ｃｕコアボール（以下単にボールと言う。）を固体粒子とし、その表面を平滑化処理し、さらに球状化処理する処理装置を例として説明するが、本発明はこれに限定されることなく例えばセラミックス、樹脂、金属その他の素材で構成された固体粒子の表面を平滑化処理し、または球状化処理する場合に適用することができる。さらに、下記で説明する処理装置の各構成要素は、本願発明の目的を逸脱しない限りにおいて単独に又は適宜組み合わせて使用することができる。
【００１４】
［第１実施態様］
第１態様の処理装置の概略構成を示す正面図である図１及び図１の密閉蓋１Ｌを取り外した状態の平面図である図２（ａ）に示すように、処理装置１は、本体部１ａ、処理油供給管１ｅ及び処理油排出管１ｃを介して本体部１ａに接続された処理油循環手段１ｂを基本的な構成として備え、さらに望ましい構成としてボール供給手段１ｇ、加振手段１ｉおよび磁力発生手段１ｓを備えている。
【００１５】
本体部１ａにおいて、符号１ｊは、円形状の底面１ｐとその底面１ｐに向い縮径した円錐台形状の周壁面１ｑを有する処理室１ｍが形成されたステンレス製の処理槽である。処理槽１ｊは、上部が開口した碗型の容器１ｋと、上部開口を閉塞するように容器１ｋの上面に密着された密閉蓋１Ｌとを有している。この容器１ｋと密閉蓋１Ｌとで形成される空間が処理室１ｍを構成し、多数のボール９１を含むボール群（粒子群）９が処理室１ｍに収納される。上記処理槽１ｊを構成する素材は固体粒子の特性や処理条件などを考慮し適切な強度や耐摩耗性を持つ金属やセラミックスなどを適宜選択すればよく、例えば固体粒子が比較的軟質な樹脂である場合には処理槽１ｊを樹脂で構成してもよい。
【００１６】
処理油供給管１ｅは、処理室１ｍの周壁面１ｑの接線方向にその軸心が沿い、処理室１ｍの上部に処理油供給口１ｆが開口するように処理槽１ｊにその一端が水平に接続され、処理油排出管１ｃは、密閉蓋１Ｌの中央部において処理室１ｍの軸芯と同軸に処理油排出口１ｄが処理室１ｍに開口するように処理槽１ｊにその一端が接続され、それぞれの他端は処理油循環手段１ｂに接続されている。処理流体である処理油Ｌを連続的に循環させる処理油循環手段１ｂは、図示しない処理油貯蔵タンク、処理油循環用ポンプ、処理油浄化用フィルタ及び流量制御弁等で構成されており、処理油循環手段１ｂから送り出された処理油Ｌは、処理油供給管１ｅを流通して処理油供給口１ｆから処理室１ｍに供給され、図１、２（ａ）において破線ａで示すように処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回流下する。また、処理油循環手段１ｂの処理油循環用ポンプや流量制御弁を調整して処理室１ｍに供給される処理油Ｌの流速や流量を経時的に変化させることができる。なお、本態様の処理装置では、ボール９１の酸化防止を目的とし処理流体として液体である油分を主体とした処理油Ｌを用いているが、処理する固体粒子の特性や処理条件により処理流体としてはアルコール、アセトン、エタノールその他有機溶媒もしくは水などの液体、又は空気、酸素その他酸化性気体、水素、二酸化炭素その他還元性気体もしくはアルゴン、ヘリウムその他不活性気体などの気体を用いても構わない。
【００１７】
処理油循環手段１ｂは、処理油供給管１ｅを通じ処理油Ｌを供給するだけではなく、処理油排出管１ｃを通じ処理室１ｍから処理油Ｌを吸引可能なよう構成してもよい。さらに、処理油供給管を複数本設けてもよい。この場合、処理室の周壁面の同一円周上に例えば一定の角度ピッチで複数の処理油供給口が開口するよう処理油供給管を配置してもよいし、図２（ｃ）に示す処理装置２２のように、旋回流下する処理油Lの螺旋状の流れａに沿い複数の処理油供給口２２ｆが開口するよう処理油供給管２２ｅを配置してもよい。以上の構成により処理油Ｌは、図１に示すように、下方に傾斜した周壁面１ｑに沿い旋回流動しつつ螺旋状に流下し、処理室１ｍの底面１ｐに達し、その後図において破線ｂで示すように上昇流となり処理油排出口１ｄを通じて処理油排出管１ｃから排出され処理油循環手段１ｂに戻る。そして、ボール群９は、処理室１ｍを旋回流動する処理油Ｌにより、図において符号Ｃで示すように外周端から半径方向に所定の範囲の中で底面１ｐおよび底面１ｐの近傍の周壁面１ｑと接触しつつ旋回運動し、これによりボール９１は底面１ｐの上を密集した状態で攪拌されながら転動する。
【００１８】
なお、ボール９１は、密閉蓋１Ｌを開閉し処理室１ｍに都度供給してもよいが、図１に示すように処理油供給管１ｅで構成される供給系の中に所定数のボール９１を切り出す供給手段１ｇを設け、処理油供給管１ｅの管路を通じボール９１を処理油Ｌとともに処理室１ｍに供給してもよい。この供給手段１ｇの具体的な構成は、第４態様の処理装置において詳細に説明する。
【００１９】
さらに、ボール９１の転動を助長することによりボール９１同士の外周面をより摺り合わせるため、処理室１ｍの底面１ｐを一定の粗面としておけば、ボール９１の表面の平滑度、球状度がさらに高まるので望ましい。また、図２（ｂ）に示すように、処理室１ｍの底面１ｐの上におけるボール９１の旋回運動を安定化させるためには、処理油Ｌの旋回方向に沿い形成されボール９１を案内する円環状の案内溝４ｙが底面１ｐに形成されていることが望ましい。
【００２０】
図１において符号１ｉは、容器１ｋの底面側に配置された加振手段である。本発明に係わる処理装置の好ましい態様として組み込まれた加振手段１ｉは具体的には所定の周波数で容器１ｋに振動を付与する振動手段であり、この振動によりボール９１同士の付着や底面１ｐとボール９１の付着を予防するとともに付着したボール９１を分離し、ボール９１の凝集を防止する。
【００２１】
符号１ｓは、処理槽１ｊの下方に配置された磁力発生手段である。磁力発生手段１ｓは、ボール９１が磁性を有する場合に有効な構成要素であり、ボール９１を磁力で下方に引き寄せ、処理室１ｍの底面１ｐに接触させつつ旋回運動させるように構成されている。なお、磁力発生手段１ｓは、処理槽１ｊの下方外周に設けてもよい。さらに、旋回領域Ｃの中にボール群９を留めてボール９１が分散することを防止するためには、磁力発生手段１ｓは、当該旋回範囲Ｃに対応する大きさの略円環形状の永久磁石などで構成することが好ましい。
【００２２】
上記処理装置１の動作を説明する。まず、準備工程である。準備工程では、密閉蓋１Ｌを開けて所定数のボール９１を処理室１ｍの底面１ｐに載置し、処理油Ｌを処理油循環手段１ｂの処理油貯蔵タンクに格納する。ボール群９を構成する粒子はボール９１に限定されず、例えばボール群９の攪拌を促進するためのメディアとして、例えば半田や鋼を主体としたボールである金属メディア、樹脂やセラミックス等を主体としたボールである非金属メディアを適量加えてもよい。
【００２３】
密閉蓋１Ｌを閉じて処理室１ｍを密閉空間にした後、処理装置１を作動させる。処理装置１は、処理油循環手段１ｂを作動させて処理油供給管１ｅを通じて処理室１ｍへ所定の流量で処理油Ｌを供給する。処理室１ｍが処理油Ｌで満たされると、処理油Ｌは、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するとともに周壁面１ｑの傾きに沿い底面１ｐに向い螺旋状に流下する旋回流ａとなる。なお、処理油Ｌの供給の初期段階では処理油Ｌの流れが不安定であるため、不安定な処理油Ｌの流れに乗り処理室１ｍの外にボール９１が流出する場合がある。このボール９１の流出を防止するためには、準備工程において処理室１ｍに予め処理油Ｌを満たしておき、その後処理室１ｍに処理油Ｌを供給するようにすれば好ましい。また、処理油Ｌの供給の初期段階では処理油Ｌの流量を小さくしておき、徐々に所定の流量に増加するようにすれば好ましい。
【００２４】
下方に向い縮径する円錐台形状をなす処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い処理室１ｍを旋回流下する処理油Ｌは底面１ｐに近づくに従い旋回速度が増加し、底面１ｐに達する。底面１ｐに達した処理油Ｌの旋回流ａは、底面１ｐに達したボール群９を当該底面１ｐおよび底面１ｐの近傍の周壁面１ｑに押し付けつつ旋回運動させる。処理室１ｍの底面１ｐに接触しつつ旋回運動するボール９１は密集した状態で攪拌されつつ底面１ｐの上を転動する。
【００２５】
ここで、図１３に示すメッキ層に凸部を有するボールの概念図である図１２（ａ）に示すように、処理装置１に投入されたボール９１には表面に凸部が多数存在する金平糖状のボールである。処理装置１に投入された多数のボール９１は、上記のように密集した状態で攪拌されながら底面１ｐの上を転動することにより、ボール９１同士がその外周面を強擦しあい、その結果生じる摩擦力や圧縮力により固体粒子の表面の角部や凸部が平滑化される。さらに、多数のボール９１の攪拌によりその外表面が均一に強擦され不定形の固体粒子が球状化される。
【００２６】
図１に示すように、処理室１ｍの底面１ｐに達した処理油Ｌは、底面１ｐの中央部で上昇流ｂとなり処理油排出口１ｄを通じて処理油排出管１ｃから排出され処理油循環手段１ｂに戻り、処理油Ｌが連続して処理室１ｍに供給される。なお、処理室１ｍが処理油Ｌで満たされた後に、処理油排出管１ｃを通じて処理油Ｌを吸引するようにすれば、処理油Ｌの旋回流がより整流化され、ボール９１の旋回運動が安定するので望ましい。
【００２７】
図１に示すボール供給手段１ｇを用いてボール９１を処理室１ｍに供給した場合には、ボール９１は旋回流動する処理油Ｌにより旋回運動し、遠心力で周壁面１ｑに押し付けられつつ下降し、処理室１ｍの底面１ｐへ下降し、そこで安定した旋回運動を継続する。
【００２８】
上記の状態で所定時間ボール９１を処理することで、表面が平滑化され、球形に近いボールが形成される。なお、処理油循環手段１ｂの処理油循環用ポンプや流量調整弁を適宜調整し、処理中に供給される処理油Ｌの流量や流速を経時的に変化させたり、容器１ｋを介して加振手段１ｉでボール群９１に振動を付与すれば、ボール９１をより攪拌させる点から有利である。
【００２９】
上記処理装置１の更に好ましい態様の処理装置について図３及び４を参照して説明する。なお、図３及び４において、上記処理装置１と同一の構成要素については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３０】
図３に示す処理装置５は、密閉蓋１Ｌの中央部を貫通し処理室１ｍの中に突き出た状態となるよう処理油排出管５ｃを配置し、処理油排出口５ｄを軸芯方向において処理室１ｍの中間部、具体的には処理油排出口５ｄを処理油供給口１ｆよりも下方に位置させ、更に処理油排出管５ｃを矢印ｄで示すように軸心方向に沿い移動できるようにした態様である。かかる処理装置５によれば、処理油排出口５ｄは処理室１ｍの底面１ｐに近接しているので、処理油Ｌの上昇流ｂは底面１ｐの近くで排出され旋回流ａと分離されるので、上昇流ｂが旋回流ａに与える影響が抑制され、底面１ｐにおけるボール９１の旋回運動を安定させ、ボール９１の密集状態を維持できるので有利である。更に、処理油Ｌの供給の初期段階において処理室１ｍの旋回流ａが安定するまでは処理油排出管５ｃの密閉蓋１Ｌからの突出長さを短くしておき、旋回流が安定した後に処理油排出管５ｃを下方に移動させて密閉蓋１Ｌからの突出長さを長くし所定位置に位置決めすることで、処理室１ｍの外へのボール９１の流出を防止できる。なお、後述する第２〜第４態様の処理装置のように、処理室を旋回流動する処理油を整流化する構成や処理室へボールを供給する構成を備えた処理装置の場合には、処理油排出管５ｃは上下方向に移動せず、図示のごとく底面１ｐの上方近傍に処理油排出口５ｄが配置されるよう密閉蓋１Ｌに固定されていてもよい。
【００３１】
図４（ａ）に示す処理装置は、半径方向において中心部が周縁部に対し高くなるよう円錐形状に底面６ｐを処理室１ｍに形成した態様である。かかる態様の処理装置によれば、ボール群９は、底面６ｐの高さの低い周縁部で安定して旋回運動することとなり、底面６ｐにおけるボールの密集状態を安定させることができる。同図（ｂ）に示すように、半径方向において中央部が周縁部に対し高くなるよう円柱状の突起７ｙを有する底面７ｐを処理室１ｍに形成しても同様な作用効果を奏することができるが、この場合には処理油Ｌの流動を阻害しなよう突起７ｙの上部周縁にテーパ面を形成しておくことが望ましい。なお、図４において符号６ｎ、７ｎで示すように容器１ｋと別体の円板状部材を処理室１ｍの底部に配置し、円板状部材６ｎ、７ｎの上面が処理室１ｍの底面６ｐ、７ｐとなるよう構成してもよい。かかる構成によれば、処理装置の中で最も損耗の激しい処理室の底面について円板状部材６ｎ、７ｎを交換するだけでメンテナンスが可能となり、処理装置の管理が容易となる。また、例えばセラミックスや金属などの硬度が高く耐摩耗性のある素材で円板状部材を形成することで、処理室の底面の損耗を防止できるとともに処理の効率を向上することが可能となる。
【００３２】
［第２実施態様］
以下第２態様の処理装置について図５および６に基づき説明する。なお、図５および６において、上記第１態様の処理装置１およびその好ましい態様の処理装置５等と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する（以下第３〜第５態様の処理装置について同じ。）
【００３３】
図５（ａ）に示すように、第２態様の処理装置８は、第１態様と同様に形成された処理室１ｍの中に案内手段８ｖを有する点で第１態様の処理装置１と相違している。図５（ａ）の案内手段８ｖは、処理油供給口１ｆを通じ供給された処理油Ｌを処理室１ｍの底面１ｐに向い案内するように構成されている。すなわち、案内手段８ｖは、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回しつつ底面１ｐに向い流下する処理油Ｌの流線ａに沿った方向に伸びる螺旋が形成されたステンレス製の案内板８ｗである。上部８ｘが処理油供給口１ｆの下方に、下部８ｙが処理室１ｋの底面１ｐと所定の間隙を介し配置された案内板８ｗは、密閉蓋１Ｌを縦方向に貫通する処理油排出管５ｃを中央に取り巻きつつその外周面が周壁面１ｑに密接している。なお、処理油Ｌを円滑に処理室１ｍから排出するためには、案内手段８ｘの下端は、処理油排出口より上方にあることが好ましい。
【００３４】
かかる案内板８ｗによれば、処理油供給口１ｆから供給された処理油Ｌは、案内板８ｗ、処理油排出管５ｃの外周面および処理室１ｍの周壁面１ｑにより区画された螺旋状の流通通路８ｚの中を破線ａで示すように上方から下方に向けて流動し、処理室１ｍの底面１ｐに案内される。ここで、案内板８ｗは、処理油供給口１ｆから供給され旋回流下する処理油Ｌの流線ａに沿って螺旋が形成されており、かつ、流通通路８ｚは一本の通路となるよう形成されているので、処理油供給口１ｆから供給される処理油Ｌや流動する処理油Ｌの相互の干渉により旋回流下する処理油Ｌに乱流を生じせしめることなく、整流化された処理油Ｌが底面１ｐに到達することとなる。さらに、図において符号ｂ２で示すように、処理油排出管５ｃから排出されるため上昇流として処理油排出口に向う処理油Ｌの流れｂの一部が処理油排出管５ｃの外に存在する場合でも、その流れは案内板８ｗの下部８ｙで遮られるので、旋回流下する処理油Ｌの流れａを乱すことがない。その結果、底面１ｐにおけるボール群の旋回運動が安定し、密集状態を維持することができる。
【００３５】
なお、処理装置８の変形例である図５（ｂ）に示す処理装置１６のように、処理油Ｌが周壁面１ｑを旋回する態様により、案内板１６ｗは、処理油排出管５ｃの外周面との間に一定の間隙１６ｚが形成されるよう構成し、処理室１ｍに配置してもよい。
【００３６】
図６に示す処理装置１０は第２態様の処理装置の他の例であり、案内手段１０ｖとして案内体１０ｗを有している。底面１０ｚを有する略円錐台形状のステンレス製の案内体１０ｗは、底面１ｐに向い縮径した略円錐形状の処理室１ｍの周壁面１ｑに倣う外周面１０ｘを有している。上部が密閉蓋１Ｌに接合された案内体１０ｗは、密閉蓋１Ｌに固定され縦方向に伸びる処理油排出管５ｃを中央部に有し、当該処理油排出管５ｃを外周面１０ｘが包囲している。そして、案内体１０ｗは、水平方向においては、その外周面１０ｘが一定寸法ｇの間隙１０ｙを介し処理室１ｍの周壁面１ｑと対向するよう処理室１ｍの中に配置されている。また、縦方向においては、ボール群９が処理室１ｍの底面１ｐの上で旋回運動可能な領域を設けるため、案内体１０ｗの底面１０ｚが処理室１ｍの底面１ｐに対し所定の間隙を有するように配置されている。
【００３７】
上記案内手段としての案内体１０ｗを処理室１ｍの中央部に配置することにより、上記案内板８ｗと同様な作用を奏することができる。すなわち、処理油供給口１ｆから供給された処理油Ｌは、案内体１０ｗの外周面１０ｘと処理室１ｍの周壁面１ｑとで形成された間隙１０ｙを破線ａで示すように上方から下方に向けて旋回流下し、処理室１ｍの底面１ｐに案内される。旋回流下する処理油Ｌは、案内体１０ｗの外周面１０ｘと処理室１ｍの周壁面１ｑとで囲まれた比較的狭い間隙１０ｙの中を流動するので、処理油供給口１ｆから供給される処理油Ｌや流動する処理油Ｌの相互の干渉により旋回流下する処理油Ｌに乱流を生じせしめることなく、整流化された処理油Ｌが底面１ｐに到達することとなる。さらに、図示ｂ２として示すように処理油Ｌは処理油排出管５ｃから排出されるため上昇流として処理油排出口５ｄに向う処理油Ｌの流れｂの一部が処理油排出管５ｃの外に存在する場合でも、その流れは案内体１０ｗの底面１０ｚで遮られるので、旋回流下する処理油Ｌの流れａを乱すことがない。なお、上記案内体１０ｗと周壁面１ｑとの間隙１０ｙに上記案内板８ｗを組み込んでもよい。
【００３８】
［第３実施態様］
以下第３態様の処理装置及びその変形例について図７に基づき説明する。第３態様の処理装置は、第１態様と同様に形成された処理室１ｍの中に整流手段を有する点で第１態様の処理装置１と相違している。以下、整流手段の各種態様について説明する。
【００３９】
図７（ａ）の整流手段１７ｖは、処理油供給口１ｆから供給され、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回しつつ流下する処理油Ｌの流れを一定の方向に整えて整流するステンレス製の板状部材１７ｗである。処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回流下する処理油Ｌの流線に沿った方向に伸びる螺旋が形成された板状部材１７ｗは、その上部１７ｘが処理油供給口１ｆの下方に、下部１７ｙが処理室１ｍの底面１ｐと所定の間隙を介し、外周面が周壁面１ｑに密接するように配置されている。かかる板状部材１７ｗによれば、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するように処理油供給口１ｆから供給された処理油Ｌは、その旋回流下する流れが板状部材１７ｗにより整流されつつ安定して維持され底面１ｐに至り、処理室１ｍの底面１ｐに接触しているボール群を当該底面１ｐに押し付けつつ旋回運動させる。
【００４０】
なお、上記整流手段１７ｖの変形例である図７（ｂ）に示すように、間隙部１８ｔを介しつつ複数のフィン状の板状部材１８ｑ、１８ｒ、１８ｓを上記板状部材１７ｗと同様に処理油Ｌの旋回流の流線沿い螺旋状に一列に配置して整流手段１８ｖを構成してもよい。また、図７（ｃ）に示すように、処理油Ｌの旋回流の流線に沿い螺旋状に一列に複数の板状部材１９ｑ〜１９ｒを配置するとともに、板状部材１９ｑ〜１９ｒの下方に、板状部材１９ｑ〜１９ｒ同士の間隙部１９ｕを埋めるように板状部材１９ｓ〜１９ｔを千鳥状に一列に配置することで２列の板状部材を有する整流手段１９ｖを構成してもよい。
【００４１】
［第４実施態様］
以下第４態様の処理装置及びその変形例について図８〜１０に基づき説明する。第４態様の処理装置は、処理室にボール群を供給する供給手段と、そのボール群を回収する回収手段を有する点で第１態様の処理装置と相違している。以下供給手段および回収手段を中心に第４態様の処理装置を説明する。なお、供給手段と回収手段は各々単独に処理装置に組み込んでもよい。
【００４２】
まず、供給手段について説明する。図８（ａ）に正面断面図、同図の容器１ｋから密閉蓋１Ｌを取り外した状態である平面図である同図（ｂ）に示すように、本態様の供給手段１１ｑは、処理室１ｍに供給すべき多数のボール９２を収納する収納部１１ｒと、各々の一端が収納部１１ｒに接続され他端が処理槽１ｊに接続された処理油流入管１１ｕおよびボール供給管１１ｖとを有している。なお、図８（ａ）においてＡ−Ａ線より上は、図８（ｂ）に示す処理槽１ｊの中心線Ｅより上側を見たＢ矢視図、Ａ−Ａ線より下は中心線Ｅより下側を見たＣ矢視図である。
【００４３】
収納部１１ｒは、多数のボール９２を収納可能な容器１１ｓと、容器１１ｓの上部開口を閉塞する蓋１１ｔとで構成されており、蓋１１ｔを開閉することによりボール９２を容器１１ｓに供給する。その収納部１１ｒの側壁には、処理油流入管１１ｕの一端がバルブ１１ｗを介して接続されており、さらに処理油流入管１１ｕの他端はその開口（処理油流入口）１１ｙが処理室１ｍに開口するよう処理槽１ｊに接続されている。ここで、処理油流入管１１ｕは、その軸心が、処理油供給管１ｅとほぼ同一線上、すなわち処理槽１ｊの上部であって処理室１ｍの周壁面１ｑの接線方向に沿い、その処理油流入口１１ｙが旋回する処理油の流れａを迎え入れるように配置されている。これにより、平面視において処理室１ｍの中心線Ｆを介し処理油流入口１１ｙと処理油供給口１ｆとは相対する状態となるので、図示破線ａで示すように処理油供給口１ｆから周壁面１ｑに沿い旋回するように供給された処理油は、処理油流入口１１ｙを通じ処理油流入管１１ｕに流入する。
【００４４】
収納部１１ｒの底部には、ボール供給管１１ｖの一端が接続されており、ボール供給管１１ｖの他端はその開口（ボール供給口）１１ｚが処理室１ｍの底部に開口するよう処理槽１ｊに接続されている。ここで、ボール供給管１１ｖは、図８（ｂ）に示すように、平面視において処理室１ｍの中心線Ｅを介し処理油流入管１１ｕと反対の位置に、その軸心が処理室１ｍの接線方向に沿い、そのボール供給口１１ｚが旋回する処理油の流れａに沿うように配置されている。これにより、処理油供給口１ｆから供給され周壁面１ｑに沿い流下し底面１ｐの上を旋回流動する処理油の流れａに円滑に乗るようにボール９２を供給することができる。なお、図において符号１１ｘは、供給すべきボール９２を収納部１１ｒの中に保持するための仕切り弁である。この仕切り弁１１ｘは、ボール９２を自動的に処理室１ｍへ供給するために設けられた好適な構成であり、手動でボールを供給する場合には必ずしも必要ではない。
【００４５】
次に、平滑化または球状化処理後のボール９１を含むボール群９の回収手段１１ａについて説明する。符号１１ｎは、容器１ｋの下部に形成された円筒状部１１Ｌの内面に摺動可能に嵌め合いされた円板状の摺動部材であり、その外周面には処理油の漏出を防止するため不図示のＯリングが設けられている。そして、円筒状部１１Ｌの内面には、処理層が形成されたボールを含むボール群を回収するボール回収管１１ｂの一端の開口（ボール回収口）１１ｃが開口しており、ボール回収管１１ｂの他端は回収容器１１ｅに接続されている。なお、図８（ｂ）に示すように、ボール回収管１１ｂは、平面視において処理室１ｍの中心線Ｆを介し上記ボール供給管１１ｖと反対の位置に、その軸心が処理室１ｍの接線方向に沿い、そのボール回収口１１ｃが旋回する処理油の流れａを迎え入れるように配置されている。
【００４６】
ここで、摺動部材１１ｎは、エアシリンダー等の上下駆動部１１ｄにより符号ｈで示す上下方向に円筒状部１１Ｌの中を移動し、上昇端の位置において処理室１ｍの周壁面１ｑの下端縁にその上面１１ｐ（処理室１ｍの底面ともなる。）が接するとともに、その外周面でボール回収口１１ｃを閉じ、下方端の位置においてボール回収口１１ｃを開くように構成されている。なお、本態様の処理装置１１では、摺動部材１１ｎをバルブの弁のごとく用い、摺動部材１１ｎを上下移動させることによりボール回収口１１ｃを開閉させているが、例えば図１の処理装置１において処理室１ｍの底部にバルブを介して処理槽にボール回収管を接続するとともにボール回収口が処理室に直接開口するよう回収手段を構成し、バルブの開閉によりボールを回収するようにしてもよい。この場合には、処理室１ｍの底面１ｐを旋回するボール９１の運動を妨げないよう、ボール回収口は、処理室１ｍの底面１ｐより上方に配置することが好ましい。
【００４７】
上記供給手段１１ｑおよび回収手段１１ａを含む処理装置１１の動作について図９を参照しつつ説明する。図９（ａ）に示す収納部１１ｒの蓋１１ｔを開けて所定数のボール９２を容器１１ｓに供給し、その後蓋１１ｔを閉じる。この時、バルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘは閉じられた状態である。また、上下駆動部１１ｄにより上昇された摺動部材１１ｎは上昇端の位置にあり、ボール回収口１１ｃは閉じられた状態となっている。
【００４８】
次いで、処理装置１１を作動させて処理油供給口１ｆから処理油Ｌを供給する。一定時間経過して処理室１ｍが処理油Ｌで満たされると、図９（ａ）に示すように、処理油Ｌは、処理室１ｍの周壁面１ｑに沿い旋回するとともに周壁面１ｑの傾斜に沿い底面１１ｐに向い螺旋状に流下する安定した旋回流ａとなる。
【００４９】
処理油Ｌを供給し一定時間経過し処理室１ｍにおける処理油Ｌの流動状態が安定した後、処理装置１１は、バルブ１１ｗを開き、図９（ｂ）において矢印ｅのように旋回流動する処理油Ｌの一部を処理油流入管１１ｕから収納部１１ｒに処理油流入口１１ｙを通じて流入させるとともに、仕切り弁１１ｘを開く。すると、収納部１１ｒに収納されたボール９２は、流入した処理油Ｌにより収納部１１ｒから押出され、処理油Ｌとともにボール供給管１１ｖの管路の中を流れ、矢印ｆのようにボール供給口１１ｚから排出され処理室１ｍへ供給される。処理装置１１は、全てのボール９２が処理室１ｍへ供給された後、バルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘを閉じる。ここで、ボール供給管１１ｖは上記のとおり配置されているので、ボール供給口１１ｚから処理室１ｍへ供給されたボール９２は処理油Ｌの旋回流ａに乗り、その後処理室１ｍの底面１１ｐの上を円滑に旋回運動し、平滑化または球状化処理されることとなる。このように、処理油Ｌを処理室１ｍに供給してから一定時間経過し、処理室における処理油の旋回流動が安定化した後にボール９２を処理室１ｍへ供給するので、処理室１ｍからボール９１が流出することが少なく、高い歩留まりでボール９１を処理することが可能となる。
【００５０】
なお、手動でボール９２を供給する場合には、ボール供給管１１ｖの経路の中に仕切り弁１１ｘを設けず、処理油Ｌの流動状態が安定化した後、バルブ１１ｗを開き、処理油流入管１１ｕ、収納部１１ｒおよびボール供給管１１ｖの経路で処理油Ｌを流通させた後に、収納部１１ｒに所定数のボール９２を供給するようにすればよい。
【００５１】
次いで、図９（ｃ）に示すように、処理装置１１が、上下駆動部１１ｄにより摺動部材１１ｎを下降端まで下降させボール回収口１１ｃを開くと、処理が完了したボール群９はボール回収口１１ｃを通じて矢印ｉで示すようにボール回収管１１ｂに流れ込み、その後回収容器１１ｅに回収される。なお、処理油排出管５ｃにバルブを設けておき、陰極１１ｎの下降とともに当該バルブを絞るようにすれば、処理油Ｌの多くの部分はボール回収管１１ｂを通じて排出されるので、より円滑にボール群９を回収することができる。
【００５２】
図１０に示す処理装置１２は、第４態様の処理装置の他の例であり、処理油供給管１ｅの経路上に設けられた供給手段１２ｑを有している。すなわち、供給手段１２ｑの処理油流入管１１ｕの一端は処理油供給管１ｅの上流側に接続され、ボール供給管１１ｖの一端は処理油供給管１ｅの下流側に接続されており、それらの他端はバルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘを介して収納部１１ｒに接続される構成となっている。かかる供給手段１２ｑによれば、処理室１ｍにおける処理油Ｌの流動状態が安定した後にバルブ１１ｗおよび仕切り弁１１ｘを開くと、処理油供給管１ｅを流れる処理油Ｌの一部が、処理油流入管１１ｕを通じて収納部１１ｒに流入する。すると、収納部１１ｒに収納されているボール９２は、流入した処理油Ｌにより押し出され、ボール供給管１１ｖを通じて処理油供給管１ｅに流入し、処理油Ｌとともに処理油供給口１ｆから処理室１ｍに供給されることとなる。なお、供給手段１２ｑにおいて処理油を円滑に流通させるためには、処理油流入管１１ｕが接続される処理油供給管１ｅの上流側の内径を太くし、ボール供給管１１ｖが接続される下流側の内径を上流側より細くすることが望ましい。さらに、供給手段１２ｑの中に滞留することなくボール９２を処理油供給管１ｅへ流入させるためには、収納部１１ｒの底面と処理油流入管１１ｕおよびボール供給管１１ｖとの底面との間には段差がないようにしておくことが好ましい。
【００５３】
［第５実施態様］
以下第５態様の処理装置について図１１を参照し説明する。なお、図１１（ａ）は、第５態様の一例である処理装置の概略構成を示す正面断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＤ矢視図、図１１（ｃ）は、第５態様の処理装置の他の例の概略構成を示す正面断面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）のＥ矢視図である。
【００５４】
上記第１〜第４態様の処理装置では、ボールが接触しつつ周回可能な処理室の底面として円形状の底面と底面に向い縮径するように底面の周縁に立設した略円錐台形状の周壁面とを備えた処理室、断面円形状の処理室の接線方向に沿い処理油供給口が開口するよう軸心が水平に配置された処理油供給管、処理室の軸心に沿い配置された処理油排出管の各構成要素を有する処理装置について説明したが、本発明はこれら望ましい態様に限定されることなく、第５態様の処理装置でも実現することが可能である。
【００５５】
第５態様の一例である処理装置１３は、図１１（ｂ）に示すように、ボール９１が周回可能な底面として略楕円形状の底面１３ｐを有し、底面１３ｐの周縁に立設する周壁面１３ｑは縦方向において同一断面、すなわち直管状となるよう処理室１３ｍは形成されている。さらに、処理室１３ｍに処理油Ｌを供給する処理油供給管１３ｅは、周壁面１３ｑに沿い旋回流下する処理油Ｌの流れを生じさせるため、その軸心を下方に向けた状態で処理槽１ｊに接続されている。なお、周壁面１３ｑに対する取付角度を自在に設定可能な継手などを介し処理油供給管１３ｅを処理槽１ｊに接続するよう構成すれば、処理すべきボールの大きさや数量などに応じ処理油Ｌが旋回流下する角度を適宜設定できるので好ましい。また、処理室１３ｍから処理油Ｌを排出する処理油排出管１ｃは、処理油Ｌの上昇流ｂを円滑に処理室１３ｍから排出するためには第１態様の処理装置１と同様に密閉蓋１Ｌの中央部に設けられていることが好ましいが、処理油排出管の配置はこれに限定されることなく、図示破線で示す処理油排出管１３ｃのように密閉蓋１Ｌの外周寄りに設け処理室１３ｍからオーバーフローする処理油Ｌを排出させてもよい。
【００５６】
上記処理装置１３の動作を説明する。処理室１３ｍの底面１３ｐにボール群９を載置し、その後密閉蓋１Ｌを閉じて処理室１３ｍを密閉空間にし、処理装置１３を作動させる。処理装置１３は、処理油供給管１３ｅを通じて処理室１３ｍへ処理油Ｌを供給する。処理室１３ｍが処理油Ｌで満たされると、上記のように配置された処理油供給管１３ｅから供給される処理油Ｌは、処理室１３ｍの周壁面１３ｑに沿い螺旋状に旋回流下する旋回流ａとなる。旋回流下しつつ底面１３ｐに達した処理油Ｌは、底面１３ｐに接触しているボール群９を当該底面１３ｐに押し付けつつ旋回運動させる。上記第１態様の処理装置１と同様に、処理室１３ｍの底面１３ｐに接触しつつ旋回運動するボール９１は底面１３ｐの上を転動するので、ボール９１同士が付着しがたく凝集が防止される。
【００５７】
図１１（ｃ）（ｄ）に示す第５態様の他の例である処理装置２０は、ボール９１が周回可能な底面として円環状の底面２０ｐと、底面２０ｐの外周縁に沿い立設した外周壁面２０ｑと、内周縁に沿い立設した内周壁面２０ｘとを有する処理室２０ｍを有し、処理室２０ｍの断面は縦方向において同一となるよう処理室２０ｍは形成されている。かかる処理装置２０においても基本的に上記処理装置１３と同様な動作でボール９１には処理層が形成される。
【００５８】
［実施例］
第１態様の処理装置１に、図１３（ａ）に外観、同図（ｂ）に断面を示す直径５０μｍのボールを５０万個投入し、当該ボールの表面を平滑化処理、および球状化処理した。処理後のボールの外観を同図（ｃ）に、断面を同図（ｄ）に示すように、表面が平滑で、かつ真球度の優れたボールを得ることができた。
【符号の説明】
【００５９】
１（５、８、１０、１１、１２、１３、１６、１７，１８，１９、２０、２１、２２）：処理装置
１ａ（５ａ）：本体部
１ｊ：処理槽
１ｍ（１３ｍ、２０ｍ）：処理室
１ｂ：処理油循環手段
１ｃ（５ｃ、１３ｃ）：処理油排出管
１ｅ（１３ｅ、２２ｅ）：処理油供給管
１ｇ（１１ｑ、１２ｑ）：供給手段
１ｈ：直流電源回路
１ｉ：加振手段
１ｓ：磁気発生手段
８ｖ（１０ｖ、１６ｖ）：案内手段
８ｗ（１６ｗ）：案内板
１０ｗ：案内体
１１ａ：回収手段
１７ｖ（１８ｖ、１９ｖ）：整流手段
１７ｗ（１８ｗ、１９ｗ）：板状部材
９１：ボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置であって、前記固体粒子が接触しつつ周回可能な底面とその底面の周縁に沿い立設した周壁面とを備え前記固体粒子を含む粒子群を収納可能な処理室を有する処理槽と、前記処理室の底面より上方に開口する供給口を備え前記処理室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口から処理流体を供給する供給管と、前記処理室に開口する排出口を備え処理流体を排出する排出管とを有する固体粒子の処理装置。
【請求項２】
前記処理室の底面は円形状であるとともに前記処理室の周壁面は前記処理室の底面に向い縮径した円錐形状をなし、前記排出管は前記処理室の軸芯と同軸上に配置されている請求項１に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項３】
前記排出口は前記供給口よりも下方に配置されている請求項２に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項４】
前記排出管は、前記処理室の軸芯方向に沿い移動可能に構成されている請求項２または３のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項５】
前記処理室の底面は、その半径方向において、その中心部が周縁部に対し高くなるように形成されている請求項２乃至４のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項６】
前記供給管の供給口から供給された処理流体を前記処理室の底面に向い案内する案内手段を前記処理室に有する請求項１乃至５のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項７】
前記案内手段は、螺旋状に設けられた案内板である請求項６に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項８】
前記案内手段は、前記処理室の周壁面に倣い外周面が形成され、前記周壁面と前記外周面との間に所定の間隙を有する案内体である請求項６に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項９】
前記供給管の供給口から供給された処理流体を整流する整流手段を前記処理室に有する請求項１乃至８のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１０】
前記整流手段は、前記処理室の周壁面に設けられた板状部材である請求項９に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１１】
前記排出管の排出口から処理流体を吸引可能に構成された請求項１乃至１０のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１２】
前記供給管から供給される処理流体の流速又は流量が経時的に変化するよう構成されている請求項１乃至１１のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１３】
前記処理室の底面には、前記供給管から供給された処理流体の旋回方向に沿い形成され前記粒子群を案内する案内溝が形成されている請求項１乃至１２のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１４】
直接的に又は前記供給管を介して間接的に前記処理室に接続され、前記処理室に前記粒子群を供給する供給手段を有する請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１５】
前記供給手段は、前記粒子群を収納する収納部と、一端が前記収納部に接続されるとともに、他端が前記処理室の周壁面であって前記底面側に接続された固体粒子供給管と、一端が前記収納部に接続されるとともに、他端が前記処理室の周壁面であって前記固体粒子供給管の他端よりも上方に接続された処理流体流入管を有する請求項１４に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１６】
前記処理室に収納された前記粒子群を回収する回収手段を有する請求項１乃至１５のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１】
固体粒子の表面を平滑化または固体粒子を球状化する固体粒子の処理装置であって、前記固体粒子が接触しつつ周回可能な底面とその底面の周縁に沿い立設した周壁面とを備え前記固体粒子を含む粒子群を収納可能な処理室を有する処理槽と、前記処理室の底面より上方に開口する供給口を備え前記処理室の周壁面に沿い旋回するように前記供給口から処理流体を供給する供給管と、前記処理室に開口する排出口を備え処理流体を排出する排出管とを有する固体粒子の処理装置。
【請求項２】
前記処理室の底面は円形状であるとともに前記処理室の周壁面は前記処理室の底面に向い縮径した円錐形状をなし、前記排出管は前記処理室の軸芯と同軸上に配置されている請求項１に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項３】
前記排出口は前記供給口よりも下方に配置されている請求項２に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項４】
前記排出管は、前記処理室の軸芯方向に沿い移動可能に構成されている請求項２または３のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項５】
前記処理室の底面は、その半径方向において、その中心部が周縁部に対し高くなるように形成されている請求項２乃至４のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項６】
前記供給管の供給口から供給された処理流体を前記処理室の底面に向い案内する案内手段を前記処理室に有する請求項１乃至５のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項７】
前記案内手段は、螺旋状に設けられた案内板である請求項６に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項８】
前記案内手段は、前記処理室の周壁面に倣い外周面が形成され、前記周壁面と前記外周面との間に所定の間隙を有する案内体である請求項６に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項９】
前記供給管の供給口から供給された処理流体を整流する整流手段を前記処理室に有する請求項１乃至８のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１０】
前記整流手段は、前記処理室の周壁面に設けられた板状部材である請求項９に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１１】
前記排出管の排出口から処理流体を吸引可能に構成された請求項１乃至１０のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１２】
前記供給管から供給される処理流体の流速又は流量が経時的に変化するよう構成されている請求項１乃至１１のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１３】
前記処理室の底面には、前記供給管から供給された処理流体の旋回方向に沿い形成され前記粒子群を案内する案内溝が形成されている請求項１乃至１２のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１４】
直接的に又は前記供給管を介して間接的に前記処理室に接続され、前記処理室に前記粒子群を供給する供給手段を有する請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１５】
前記供給手段は、前記粒子群を収納する収納部と、一端が前記収納部に接続されるとともに、他端が前記処理室の周壁面であって前記底面側に接続された固体粒子供給管と、一端が前記収納部に接続されるとともに、他端が前記処理室の周壁面であって前記固体粒子供給管の他端よりも上方に接続された処理流体流入管を有する請求項１４に記載の固体粒子の処理装置。
【請求項１６】
前記処理室に収納された前記粒子群を回収する回収手段を有する請求項１乃至１５のいずれかに記載の固体粒子の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２３００６５（Ｐ２０１１−２３００６５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０３１６８（Ｐ２０１０−１０３１６８）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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