微粒子形成装置およびその方法
【課題】 被蒸着体の表面に塊（ダマ）を形成させずに、蒸着材を付着することができる微粒子形成装置を提供する。
【解決手段】 攪拌容器７３に収納された担持体であるアルミナ粉（被蒸着体７）を攪拌しながらナノ粒子（蒸着体）のプラズマを上から照射し、アルミナ粉表面に触媒金属を担持させる。この過程で、スタンプ８５のアーム部８９は、攪拌容器７３の回転に連動して、上部開口部の縁部９０の斜めに切りかけたスロープを登る。そして、最終上段まで上がったときに、段差９０ｃで低い段差に急激に落とされて、その下部にあった被蒸着体７の塊を粉砕する
【解決手段】 攪拌容器７３に収納された担持体であるアルミナ粉（被蒸着体７）を攪拌しながらナノ粒子（蒸着体）のプラズマを上から照射し、アルミナ粉表面に触媒金属を担持させる。この過程で、スタンプ８５のアーム部８９は、攪拌容器７３の回転に連動して、上部開口部の縁部９０の斜めに切りかけたスロープを登る。そして、最終上段まで上がったときに、段差９０ｃで低い段差に急激に落とされて、その下部にあった被蒸着体７の塊を粉砕する
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ微粒子を担持体に付着する微粒子形成装置およびその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排ガス用触媒は高度化しており、白金系をベースとしてロジウム，パラジウム等の２元系，３元系の合金のナノサイズにしてアルミナ粉等の担持体に付着させている。
これらの触媒金属の担持は現在主に湿式プロセスで行われており、この方法ではナノ粒子の触媒を長期間使用すると加熱により凝集し易く、性能が劣下するという問題がある。
湿式プロセスではその劣下分を考慮して、初期に多めに触媒を担持しており、貴金属が高騰しかつ、資源としても少なく、今後車が増える点より大きな問題となっている。
この点、最近開発された同軸型真空アーク蒸着源を用いてナノ粒子を真空中で付着させるドライ担持は密着性に優れているので経年変化しにくい。この方法では白金、ロジウム、パラジウムなどの単体金属あるいはこれらの合金のターゲットを用い、真空アーク（下記特許文献１，２）により、これらの金属材料をプラズマ化して原子状でアルミナ等の粉の担持体に吹きつけ、アルミ等の粉に白金，ロジウム，パラジウム等、あるいはそれらの合金のナノ粒子を担持するものである。
また、光触媒においても光触媒用チタニア粉末等に助触媒で金や白金等を０．３％〜１％程度のナノ粒子を担持するたけで、光触媒効果の向上が認められ、ナノ粒子を各種担持体の粉に真空中で担持する製法は今後従来の湿式プロセスから特定の分野においてはとって変わるものになる可能性がある。
【０００３】
従来の微粒子形成装置は、真空中の円筒容器に収納されたアルミナ粉などの担持体を攪拌しながら真空アークプラズマ発生装置を用いて発生させた触媒金属のプラズマを上から照射し、アルミナ粉表面に触媒金属を担持させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０４８１０号公報
【特許文献２】特開２００７−２５４７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の微粒子形成装置は、真空中で従来の攪拌方法で連続で攪拌容器を回転させると、図１１に示すチタニア粉に金を担持させた例に示すように、チタニアの粉が凝集したダマ(塊)が形成され、容器の回転と共に雪だるま状に大きくなり、金ナノ粒子がダマ表面にのみ付着して触媒金属を担持したチタニア粉末の性能を劣化させてしまう。
これはチタニア粉表面に付着した金ナノ粒子が接着剤の役割をするためで、真空中のナノ粒子同士は弱い機械的圧力でも容易に凝着することによる。一度小さなダマが形成されると、回転している容器の動きに伴い転がるダマは雪だるま式にチタニアの粉をまぶすようにして大きなダマへと成長してしまう。このようなダマでは金粒子がダマ表面のみに付着し内部のチタニア粉にはほとんど付着しない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被蒸着体の表面に塊（ダマ）を形成させずに、蒸着材を付着することができる微粒子形成装置およびその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために本発明の微粒子形成装置は、蒸着材を飛翔する蒸着源と、前記蒸着源と対向して配置され、被蒸着体である粉体状担体を収容する容器と、前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する攪拌手段と、前記攪拌手段による攪拌過程で生じた前記粉体状担体の塊を粉砕するために、前記容器内の底面を叩く粉砕手段とを有する。
【０００８】
本発明の微粒子形成装置では、蒸着源からの容器に蒸着材が飛翔し、当該蒸着源材料が容器内の被蒸着体に衝突して担持する。
このとき、前記容器内で、攪拌手段によって前記粉体状担体が攪拌されると共に、粉砕手段によって、前記攪拌手段による攪拌過程で生じた前記粉体状担体の塊が粉砕される。
【０００９】
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記粉砕手段は、スタンプヘッドを前記底面に衝突させる第１の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面に接触させた状態で保持する第２の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面から離す第３の動作とを順に繰り返す。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記容器は、円筒状あるいは円錐状であり、中心軸を中心に回転し、前記攪拌手段は、前記容器の周囲に一端が固定され、他端が前記容器内に挿入され、前記前記容器の回転と連動して移動する前記前記粉体状担体に衝突して攪拌する。
【００１０】
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記粉砕手段は、板状の前記スタンプヘッドを、前記底面に対して上下移動させて、当該スタンプヘッドのスタンプ面を前記底面に衝突させ、前記スタンプ面の前記被蒸着体が侵入する側の端部は、前記底面から離れる向きに傾斜している。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記撹拌手段は、前記容器の上部開放部から当該容器の前記底面の外周付近に当接し、当該当接した箇所から底面に沿って内側に延びる第１のスクレーパと、前記上部開放部から前記容器の前記底面の前記中心軸付近に当接し、当該した箇所から底面に沿って外側に延びる第２のスクレーパとを有する。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記容器の前記開放部の円状の縁部は、前記中心軸が延びる方向に傾斜するスロープとなり、所定箇所で段差を有する。また、前記粉砕手段は、前記底面に向けて付勢されながら前記縁部に当接するアーム部を有し、当該アーム部が前記段差で前記底面に向けて落下したときに前記スタンプヘッドを前記底面に接触させ、前記アーム部が前記スロープに沿って所定の位置に達したときに前記スタンプヘッドを前記底面から離す。
【００１１】
好適には、前記容器の回転速度は、前記蒸着源の蒸着周期が短くなるに従って高まり、前記攪拌手段の前記スタンプヘッドの前記底面への衝突周期は、前記蒸着源の放電周期が短くなるに従って高まる。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記粉体状担体は、粒径０．１μｍ以上〜１ｍｍ以下の粉体である。
【００１２】
本発明の微粒子形成方法は、真空アーク蒸着源と対向して配置された容器内の被蒸着体を攪拌させながら、前記真空アーク蒸着源から飛翔した蒸着材を前記被蒸着体に担持させる微粒子形成方法であって、前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する過程で、粉砕手段で前記容器内の底面を叩いて、前記攪拌によって生じた前記粉体状担体の塊を粉砕する。
好適には、本発明の微粒子形成方法は、前記被蒸着体に前記蒸着される蒸着材の量が増えるに従って前記容器の回転速度を速くする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被蒸着体の表面にダマを形成させずに、蒸着材を付着することができる微粒子形成装置およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係わる微粒子形成装置の模式図である。
【図２】図２は、図１に示す微粒子形成装置のスクレーパの機能を説明するための図である。
【図３】図３は、チタニア粉末上に金を蒸着した場合におけるチタニア表面上の状態を示すＴＥＭ観察画像を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示す微粒子形成装置のスクレーパおよびスタンプを説明するための図である。
【図５】図５は、図１に示す微粒子形成装置の攪拌容器の外観図である。
【図６】図６は、図５に示すスタンプの構成の一部を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係わるスタンプと、攪拌容器の底面との距離の変化を時系列的に説明するための図である。
【図８】図８は、図５に示すスタンプの部分断面図である。
【図９】図９は、攪拌容器の上方から見た動作中の外観図である。
【図１０】図１０は、攪拌過程で生じるダマの外観図である。
【図１１】図１１は、攪拌過程で生じるダマの外観図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態のスタンプヘッドでダマをつぶした場合の状態の図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態の微粒子形成装置により、チタニア粉に金を担持した攪拌前後の粉がすりつぶされた結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係わる微粒子形成装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、同軸型真空アーク蒸着源５を用いた微粒子形成装置１の模式図である。
図１に示す微粒子形成装置１は、例えば、真空中の円筒容器である攪拌容器７３に収納された担持体であるアルミナ粉（被蒸着体７）を攪拌しながら真空アークプラズマ発生装置３を用いて発生させた触媒金属である原子状イオン化したプラズマを上から照射し、ナノ粒子をアルミナ粉表面に形成して触媒金属を担持させる。
図１に示す真空チャンバ２は、円筒状をしている。
真空チャンバ２内には、攪拌装置３および同軸型真空アーク蒸着源５が収納されている。
【００１６】
［攪拌装置３］
攪拌装置３は、被蒸着体７を入れるための攪拌容器７３と、被蒸着体７を攪拌するための固定羽根であるスクレーパ７５ａ，７５ｂと、攪拌過程で生じる被蒸着体７のダマ（塊）を潰すスタンプ８５とを有する。
被蒸着体７は、例えば、粒径０．１μｍ以上〜１ｍｍ以下の粉体であるチタニアの粉である。
【００１７】
攪拌容器７３の下面の中心には、攪拌容器７３をその中心軸８０を中心に回転させる回転機構７２が接続されている。
回転機構７２は、固定テーブル７１の下方に配置されている。
攪拌容器７３の材質は、例えばステンレスであり、内壁（内側側面及び底面７３ａ）はバフ研磨されている。攪拌容器７３の上部開口部の径は例えば６０〜３００ｍｍである。当該上部開口部は楕円形状でもよい。
攪拌容器７３の内壁は、アルミナかテフロン（登録商標）でコーティングされている。コーティング方法はＣＶＤ，スパッタ，アーク方式いずれでも良い。テフロン（登録商標）であれば容器自体をテフロン（登録商標）で製作してもよい。
【００１８】
図２は、微粒子形成装置１のスクレーパ７５ａ，７５ｂの機能を説明するための図である。図２（Ａ）は攪拌容器７３の上部開放部側から見た平面方向におけるスクレーパ７５ａ，７５ｂの配置を説明するための図、図２（Ｂ）はスクレーパ７５ａの側面方向から見た配置を説明するための図である。
図２（Ａ）に示すように、攪拌容器７３の周囲には、スクレーパ７５ａ，７５ｂが固定されている。
スクレーパ７５ａ，７５ｂは、例えばステンレスで製作されている。また、スクレーパ７５ａ，７５ｂは、直径１ｍｍ〜５ｍｍ程度の棒材で形成され、外側をテフロン（登録商標）チューブで被覆されている。
【００１９】
スクレーパ７５ａは、攪拌容器７３の上部開放部から攪拌容器７３内に延び、攪拌容器７３の底面７３ａの内周面付近に当接し、当該当接した箇所から底面７３ａに接触しながら内側に延びている。
また、スクレーパ７５ｂは、攪拌容器７３の上部開放部から攪拌容器７３内に延び、底面７３ａの中心軸付近に当接し、当該した箇所から底面７３ａに接触しながら内周面に向けて延びている。
また、スクレーパ７５ｂの先端と、スクレーパ７５ａとの間には、隙間７６が形成されている。
【００２０】
攪拌容器７３内の被蒸着体７は、スクレーパ７５ｂに衝突して隙間７６に向けて（攪拌容器７３の内周面に向けて）移動し、隙間７６を介してスクレーパ７５ａに衝突して中心軸８０に向けて移動する。被蒸着体７の一部は、スクレーパ７５ａ，７５ｂに衝突して、上向きに指向されて、それらを乗り越えて移動する。
このように、スクレーパ７５ａ，７５ｂを構成することで、攪拌容器７３内の被蒸着体７を中心軸８０から内周面に向けて、内周面から中心軸８０に向けて、並びに深さ方向に移動でき、効率的に攪拌することができる。
これにより、チタニア粉末上に金を蒸着した場合には、図３のＴＥＭ観察に示されるように、チタニア表面上での金のナノ粒子の数ｎｍ〜１０ｎｍの金のナノ粒子がチタニア表面上に担持される。
【００２１】
また、スクレーパ７５ａ，７５ｂを駆動するのではなく、スクレーパ７５ａ，７５ｂを固定して攪拌容器７３を回転させるため、駆動機構を簡単にすることができる。
【００２２】
図４は、微粒子形成装置１のスクレーパ７５ａ，７５ｂおよびスタンプ８５を説明するための図である。
図４に示すように、攪拌容器７３の周囲には、スクレーパ７５ａ，７５ｂの他にスタンプ８５が配置されている。
スタンプ８５は、スクレーパ７５ａ，７５ｂによる攪拌過程で生じた被蒸着体（粉体状担体）７のダマを粉砕するために、攪拌容器７３内の底面７３ａを叩くスタンプヘッド８７と、スタンプヘッドを支持するアーム部８９とを有する。
【００２３】
スタンプ８５は、攪拌容器７３が中心軸８０を中心に回転する過程で、スタンプヘッド８７を攪拌容器７３の底面７３ａに衝突させる第１の動作と、スタンプヘッド８７を上記底面７３ａに接触した状態で保持する第２の動作と、スタンプヘッド８７を上記底面７３ａから徐々に離す第３の動作とを繰り返す。
【００２４】
図５に示すように、攪拌容器７３の上部開口部の円状の縁部９０は、斜めに切り欠けられており、中心軸８０が延びる方向に滑らかに傾斜するスロープを形成している。
攪拌容器７３の上部開口部の縁部９０は、傾斜していない第１の縁部９０ａと、底面７３ａから離れる向きに滑らかに傾斜する第２の縁部９０ｂと、段差９０ｃとを有する。
段差９０ｂは、例えば３〜２０ｍｍである。
【００２５】
アーム部８９は、攪拌容器７３内に配置される側の一端にスタンプヘッド８７を固定し、その他端は図４および図６に示すように、スタンプヘッド保持部９３に固定されている。アーム部８９の直径は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００２６】
アーム部８９の長手方向の中央付近は、攪拌容器７３の上部開口部の縁部９０に当接している。アーム部８９は、バネ９５によって攪拌容器７３の底面７３ａに向けて付勢されている。
これにより、アーム部８９は、攪拌容器７３が中心軸８０を中心に回転する過程で、その中央部付近を縁部９０に常に接触させている。
アーム部８９は、上述した縁部９０の段差９０ｃで底面７３ａに向けて落下してスタンプヘッド８７を底面７３ａに衝突させ、第１の縁部９０ａでスタンプヘッド８７を底面７３ａに接触させた状態を所定期間保持する。その後、第２の縁部９０ｂでスタンプヘッド８７ｃと底面７３ａとを非接触状態にする。この動作は、攪拌容器７３が中心軸８０を中心に１回転する間に行われ、当該回転中、上述した第１、２、３の動作が繰り返し行われる。
【００２７】
図７は、上述した中心軸８０の回転中におけるスタンプヘッド８７と攪拌容器７３の底面７３ａとの距離の時間変化を説明するための図である。
図７に示すように、スタンプヘッド８７と攪拌容器７３の底面７３ａとは周期的に接触する。
すなわち、アーム部８９が縁部９０のスロープを登るにつれ、スタンプヘッド８７は底面７３ａ（床面）から徐々に上方に浮き上がる。
なお、攪拌容器７３の被蒸着体７の深さ、並びにスタンプヘッド８７の上下運動の移動量は、スタンプヘッド８７が被蒸着体７の表面から出ないように設定される。
なお、攪拌容器７３の回転数は、例えば、２０〜１００ｒｐｍである。
【００２８】
スタンプヘッド８７の先端８７ａは、例えば、図８に示すように、攪拌容器７３の底面７３ａから離れる向きに傾いている。これにより、攪拌容器７３の回転に応じて被蒸着体７をスタンプヘッド８７ａに衝突させ、スタンプヘッド８７と底面７３ａとの間に効率的に引き込むことができる。そのため、被蒸着体７のダマを完全に粉砕できる確率を高めることができる。
また、攪拌装置３では、スクレーパ７５ａ，７５ｂおよびスタンプ８５のアーム部８９の直径を非常に細くし、且つ、スタンプヘッド８７が被蒸着体７の表面から出ないように設定されるため、同軸型真空アーク蒸着源５からのナノ粒子（蒸着体）が、スクレーパ７５ａ，７５ｂおよびスタンプヘッド８７に衝突する量を少なくできる。
【００２９】
微粒子形成装置１では、後述するようにパルスをトリガとして周期的に放電を行う。この放電（蒸着）の周期が短くなるに従ってダマが生じる量が多くなるため、攪拌容器７３の回転速度を高めるように制御を行う。また、構造的理由から、スタンプ８５の底面７３ａへの衝突周期は、攪拌容器７３の回転速度に比例する。なお、攪拌容器７３の回転開始してから所定時間経過後の攪拌容器７３の回転速度を、当該所定時間内での回転速度に比べて早くしてもよい。
すなわち、被蒸着体に蒸着される蒸着材の量が増えるに従って攪拌容器７３の回転速度を速くしてもよい。
［同軸型真空アーク蒸着源５］
同軸型真空アーク蒸着源５は、カソード電極に取付けられた金で成る円柱状の蒸着材料１１と、アルミナで成るハット状の絶縁碍子１４（以下、ハット型碍子と呼ぶ）と、トリガ電極１３とを有する。
カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と、ハット型碍子１４と、トリガ電極１３は同心円状に密着させて取り付けられている。
【００３０】
アノード電極２３は、ステンレスで成り、円筒状をしている。また、このアノード電極２３は、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と同心円状に取付けられている。
なお、同軸型真空アーク蒸着源５は、図示しない支柱と図示しない真空フランジを介して、真空チャンバ２の壁面に取付けられている。
【００３１】
また、図１中に簡易的な配線図で電源装置６を示す。
電源装置６は、トリガ電源３１、アーク電源３２、コンデンサユニット３３を有する。
トリガ電源３１は、パルストランスからなり、入力２００ＶのμＳ単位のパルス電圧を約１７倍に変圧して、３．４ｋＶ、数μＳ単位のプラス極性のトリガパルスを出力する。
【００３２】
アーク電源３２は、１００Ｖ数Ａの容量の直流電源であり、コンデンサユニット３３に充電している。充電時間は約１秒必要とするので放電周期は１Ｈｚとなる。
コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦ、耐圧１００Ｖである。コンデンサユニット３３は、アーク電源３２により、１００Ｖで充電される。
【００３３】
トリガ電源３１のプラス出力端子は、トリガ電極１３に接続され、マイナス端子はアーク電源３２のマイナス出力端子と同じ電位に接続され、さらにカソード電極に接続されている。コンデンサユニット３３の両端子は、アーク電源３２のプラスおよびマイナス端子間に接続されている。
【００３４】
真空排気系９は、ターボ分子ポンプ５１、仕切りバルブ５２、ロータリポンプ５３、調整バルブ５４を有する。
ターボ分子ポンプ５１からロータリポンプ５３までは、金属製の配管で接続されており、真空チャンバ２内の真空排気を行っている。真空排気を行うことで、真空チャンバ２内は、１０−４Ｐａ以下に保たれている。
【００３５】
以下、図１に示す微粒子形成装置１の動作例を説明する。
［同軸型真空アーク蒸着源５の動作例］
アーク電源３２により、１００Ｖで電荷を充電しておく。ここで、コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦとする。
トリガ電極１３にトリガ電源３１からの３．４ｋＶのトリガパルスを印加し、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１とトリガ電極１３の間に、ハット型碍子１４を介して印加することで、ハット型碍子１４表面で沿面放電が発生し、蒸着材料１１とアノード電極２３との間でコンデンサユニット３３に蓄電された電荷が放電され、カソード電極に多量の電流が流入し、金で成るカソード電極に取付けられた蒸着材料１１が液相から気相、さらに金のプラズマが形成される。
【００３６】
この時、カソード電極に多量の電流（２０００Ａ〜５０００Ａ）が、２００μＳ〜５００μＳの間に流れるので、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１に磁場が形成される。プラズマ中の電子が、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１の形成した磁場によるローレンツ力を受けて、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３７】
プラズマ中の蒸着材料である金イオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する電子に引き付けられるようにして同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３８】
一方、プラズマ中の蒸着材料である金のイオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する。その結果、金のイオンは、カーボンの粉７ａを核にして成長し、ナノメートル単位の金粒子が形成される。
【００３９】
このように金イオンを照射しながら、チタニアの粉をスクレーパ７５ａ，７５ｂ上に攪拌容器７３を回転させてチタニア粉を攪拌する。これを継続して、チタニア粉に均一に金のナノ粒子を形成する。
【００４０】
さらに詳しくは、攪拌容器７３の中のカーボンの粉７に向かって金イオンを照射する。ここで、攪拌容器７３は回転機構７２により回転しており、スクレーパ７５ａ，７５ｂによって、攪拌容器７３内のカーボン等の被蒸着体７は攪拌される。
被蒸着体７は、スクレーパ７５ａ，７５ｂに衝突することにより、攪拌容器７３の上に現れて金イオンに曝される。これを次々と継続することによって、攪拌容器７３内の全ての被蒸着体７の粒子に均一に金の微粒子を形成するというものである。
【００４１】
［攪拌および塊潰し動作］
図１に示す微粒子形成装置１は、例えば、真空中の円筒容器である攪拌容器７３に収納された担持体であるアルミナ粉（被蒸着体７）を攪拌しながら真空アークプラズマ発生装置３を用いて発生させた触媒金属であるナノ粒子（蒸着体）のプラズマを上から照射し、アルミナ粉表面に触媒金属を担持させる。
この過程では、図４に示すスタンプ８５のアーム部８９は、中心軸８０を中心とした攪拌容器７３の回転に連動して、攪拌容器７３の上部開口部の縁部９０の斜めに切り欠けたスロープ（図５に示す第２の縁部９０ｂ）を登る。そして、スタンプヘッド８７は、攪拌容器７３の底面７３ａから徐々に上方に浮き上がる。
このとき、スタンプヘッド８７は、アーム部８９がバネ９７で攪拌容器７３の底面７３ａ（下方）に引っ張られながら持ち上げられる。
【００４２】
そして、最終上段まで上がったときに、図５に示す段差９０ｃで低い段差に急激に落とされて、バネ９７で下方に引っ張られていたスタンプヘッド８７は攪拌容器７３の底面７３ａにたたきつけて、その下部にあった被蒸着体７の塊を粉砕する
【００４３】
そして、段差の底面７３ａにあってもスタンプヘッド８７にはバネ９７の弾性力が働いているので、攪拌容器７３の回転にともないスタンプヘッド８７は底面７３ａに接触しながら動く。すなわち、アーム部８９と図５に示す第１の縁部９０ａとが接触している間は、スタンプヘッド８７は底面７３ａに接触しながら移動する。
この時のスタンプヘッド８７と底面７３ａとの間に進入した細かい粒はスタンプヘッド８７と底面７３ａとの間を通過するため、そば粉のすり鉢のようにすれてさらに粉に砕かれる。
そして再度、スタンプヘッド８７か下段から徐々に縁部９０ｂのスロープを登って、最上段の段差９０ｃの位置に到達した時点で一気に下段に落とされることで、バネ９７の張力が解放されて、ダマを潰して、その後すりつぶす。これを繰り返す。
【００４４】
図９は、攪拌容器７３の上方から見た動作中の外観図である。
図１０および図１１は、残ったダマの状態の図である。
図９および図１２は、スタンプヘッド８７でダマをつぶした場合の状態の図である。
図１２にカーボンの粉に金を担持した後の粉がすりつぶされている状態をしめます。
図１３は、本発明の実施形態の微粒子形成装置により、チタニア粉に金を担持した攪拌前後の粉がすりつぶされた結果を説明するための図であり、図１３（Ａ）が攪拌前、図１３（Ｂ）が攪拌後を示している。
【００４５】
以上説明したように、微粒子形成装置１は、スタンプ８５を用いて攪拌容器７３内の被蒸着体７のダマに圧力を加えて押しつぶすしかつ、そのつぶした粉をスタンプ８５のスタンプヘッド８７と攪拌容器７３の底面７３ａとの間で攪拌容器７３の回転に応じてさらに細かくすりつぶす。
これにより、真空中で各種金属、反応性物を蒸着担持する場合に粉のダマ形成の抑制と形成されたダマの加砕を行いすりつぶすことでき、触媒担持中の粉の凝集を防ぎ、均一で担自前と粒度を保持したままで粉に触媒を担持することができる。
【００４６】
［第１の変形例］
上述した実施形態では、スタンプヘッド８７の上下動作に、攪拌容器７３の壁上縁にスロープと段差をつけ、スタンプ８５のアーム部８９をバネ９７で下方に引っ張り、攪拌容器７３の回転を利用して段差部で下方にたたきつける機構を用いた。
本発明は、例えば、攪拌容器７３の回転と連動せずに、独立してスタンプ８５を上下駆動する機構を用いてもよい。
【００４７】
［第２の変形例］
上述した実施形態では、ダマをすりつぶすのにスタンプ８５を利用していたが、代わりに、ローラーやプロペラでダマをすりつぶす機構を用いてもよい。
【００４８】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
上述した実施形態では、主にチタニアを例示したが、粉はチタニアに限定されない、また蒸着物も金に限定されず、その他全ての粉や蒸着物にダマつぶし機構は適応可能である。
【００４９】
また、上述した実施形態では、円筒状の攪拌容器７３を例示したが、円錐状の攪拌容器７３を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、燃料電池や車の排ガス触媒金属担持や空気清浄用触媒担持、ガスセンサ、磁性材料，誘電体材料に使用される。
【符号の説明】
【００５１】
１…微粒子形成装置
３…攪拌装置
５…同軸型真空アーク蒸着源
７…被蒸着体
７３…攪拌容器
７５ａ，７５ｂ…スクレーパ
８５…スタンプ
８７…スタンプヘッド
８９…アーム部
９０…縁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ微粒子を担持体に付着する微粒子形成装置およびその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排ガス用触媒は高度化しており、白金系をベースとしてロジウム，パラジウム等の２元系，３元系の合金のナノサイズにしてアルミナ粉等の担持体に付着させている。
これらの触媒金属の担持は現在主に湿式プロセスで行われており、この方法ではナノ粒子の触媒を長期間使用すると加熱により凝集し易く、性能が劣下するという問題がある。
湿式プロセスではその劣下分を考慮して、初期に多めに触媒を担持しており、貴金属が高騰しかつ、資源としても少なく、今後車が増える点より大きな問題となっている。
この点、最近開発された同軸型真空アーク蒸着源を用いてナノ粒子を真空中で付着させるドライ担持は密着性に優れているので経年変化しにくい。この方法では白金、ロジウム、パラジウムなどの単体金属あるいはこれらの合金のターゲットを用い、真空アーク（下記特許文献１，２）により、これらの金属材料をプラズマ化して原子状でアルミナ等の粉の担持体に吹きつけ、アルミ等の粉に白金，ロジウム，パラジウム等、あるいはそれらの合金のナノ粒子を担持するものである。
また、光触媒においても光触媒用チタニア粉末等に助触媒で金や白金等を０．３％〜１％程度のナノ粒子を担持するたけで、光触媒効果の向上が認められ、ナノ粒子を各種担持体の粉に真空中で担持する製法は今後従来の湿式プロセスから特定の分野においてはとって変わるものになる可能性がある。
【０００３】
従来の微粒子形成装置は、真空中の円筒容器に収納されたアルミナ粉などの担持体を攪拌しながら真空アークプラズマ発生装置を用いて発生させた触媒金属のプラズマを上から照射し、アルミナ粉表面に触媒金属を担持させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０４８１０号公報
【特許文献２】特開２００７−２５４７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の微粒子形成装置は、真空中で従来の攪拌方法で連続で攪拌容器を回転させると、図１１に示すチタニア粉に金を担持させた例に示すように、チタニアの粉が凝集したダマ(塊)が形成され、容器の回転と共に雪だるま状に大きくなり、金ナノ粒子がダマ表面にのみ付着して触媒金属を担持したチタニア粉末の性能を劣化させてしまう。
これはチタニア粉表面に付着した金ナノ粒子が接着剤の役割をするためで、真空中のナノ粒子同士は弱い機械的圧力でも容易に凝着することによる。一度小さなダマが形成されると、回転している容器の動きに伴い転がるダマは雪だるま式にチタニアの粉をまぶすようにして大きなダマへと成長してしまう。このようなダマでは金粒子がダマ表面のみに付着し内部のチタニア粉にはほとんど付着しない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被蒸着体の表面に塊（ダマ）を形成させずに、蒸着材を付着することができる微粒子形成装置およびその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために本発明の微粒子形成装置は、蒸着材を飛翔する蒸着源と、前記蒸着源と対向して配置され、被蒸着体である粉体状担体を収容する容器と、前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する攪拌手段と、前記攪拌手段による攪拌過程で生じた前記粉体状担体の塊を粉砕するために、前記容器内の底面を叩く粉砕手段とを有する。
【０００８】
本発明の微粒子形成装置では、蒸着源からの容器に蒸着材が飛翔し、当該蒸着源材料が容器内の被蒸着体に衝突して担持する。
このとき、前記容器内で、攪拌手段によって前記粉体状担体が攪拌されると共に、粉砕手段によって、前記攪拌手段による攪拌過程で生じた前記粉体状担体の塊が粉砕される。
【０００９】
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記粉砕手段は、スタンプヘッドを前記底面に衝突させる第１の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面に接触させた状態で保持する第２の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面から離す第３の動作とを順に繰り返す。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記容器は、円筒状あるいは円錐状であり、中心軸を中心に回転し、前記攪拌手段は、前記容器の周囲に一端が固定され、他端が前記容器内に挿入され、前記前記容器の回転と連動して移動する前記前記粉体状担体に衝突して攪拌する。
【００１０】
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記粉砕手段は、板状の前記スタンプヘッドを、前記底面に対して上下移動させて、当該スタンプヘッドのスタンプ面を前記底面に衝突させ、前記スタンプ面の前記被蒸着体が侵入する側の端部は、前記底面から離れる向きに傾斜している。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記撹拌手段は、前記容器の上部開放部から当該容器の前記底面の外周付近に当接し、当該当接した箇所から底面に沿って内側に延びる第１のスクレーパと、前記上部開放部から前記容器の前記底面の前記中心軸付近に当接し、当該した箇所から底面に沿って外側に延びる第２のスクレーパとを有する。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記容器の前記開放部の円状の縁部は、前記中心軸が延びる方向に傾斜するスロープとなり、所定箇所で段差を有する。また、前記粉砕手段は、前記底面に向けて付勢されながら前記縁部に当接するアーム部を有し、当該アーム部が前記段差で前記底面に向けて落下したときに前記スタンプヘッドを前記底面に接触させ、前記アーム部が前記スロープに沿って所定の位置に達したときに前記スタンプヘッドを前記底面から離す。
【００１１】
好適には、前記容器の回転速度は、前記蒸着源の蒸着周期が短くなるに従って高まり、前記攪拌手段の前記スタンプヘッドの前記底面への衝突周期は、前記蒸着源の放電周期が短くなるに従って高まる。
好適には、本発明の微粒子形成装置の前記粉体状担体は、粒径０．１μｍ以上〜１ｍｍ以下の粉体である。
【００１２】
本発明の微粒子形成方法は、真空アーク蒸着源と対向して配置された容器内の被蒸着体を攪拌させながら、前記真空アーク蒸着源から飛翔した蒸着材を前記被蒸着体に担持させる微粒子形成方法であって、前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する過程で、粉砕手段で前記容器内の底面を叩いて、前記攪拌によって生じた前記粉体状担体の塊を粉砕する。
好適には、本発明の微粒子形成方法は、前記被蒸着体に前記蒸着される蒸着材の量が増えるに従って前記容器の回転速度を速くする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被蒸着体の表面にダマを形成させずに、蒸着材を付着することができる微粒子形成装置およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係わる微粒子形成装置の模式図である。
【図２】図２は、図１に示す微粒子形成装置のスクレーパの機能を説明するための図である。
【図３】図３は、チタニア粉末上に金を蒸着した場合におけるチタニア表面上の状態を示すＴＥＭ観察画像を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示す微粒子形成装置のスクレーパおよびスタンプを説明するための図である。
【図５】図５は、図１に示す微粒子形成装置の攪拌容器の外観図である。
【図６】図６は、図５に示すスタンプの構成の一部を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係わるスタンプと、攪拌容器の底面との距離の変化を時系列的に説明するための図である。
【図８】図８は、図５に示すスタンプの部分断面図である。
【図９】図９は、攪拌容器の上方から見た動作中の外観図である。
【図１０】図１０は、攪拌過程で生じるダマの外観図である。
【図１１】図１１は、攪拌過程で生じるダマの外観図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態のスタンプヘッドでダマをつぶした場合の状態の図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態の微粒子形成装置により、チタニア粉に金を担持した攪拌前後の粉がすりつぶされた結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係わる微粒子形成装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、同軸型真空アーク蒸着源５を用いた微粒子形成装置１の模式図である。
図１に示す微粒子形成装置１は、例えば、真空中の円筒容器である攪拌容器７３に収納された担持体であるアルミナ粉（被蒸着体７）を攪拌しながら真空アークプラズマ発生装置３を用いて発生させた触媒金属である原子状イオン化したプラズマを上から照射し、ナノ粒子をアルミナ粉表面に形成して触媒金属を担持させる。
図１に示す真空チャンバ２は、円筒状をしている。
真空チャンバ２内には、攪拌装置３および同軸型真空アーク蒸着源５が収納されている。
【００１６】
［攪拌装置３］
攪拌装置３は、被蒸着体７を入れるための攪拌容器７３と、被蒸着体７を攪拌するための固定羽根であるスクレーパ７５ａ，７５ｂと、攪拌過程で生じる被蒸着体７のダマ（塊）を潰すスタンプ８５とを有する。
被蒸着体７は、例えば、粒径０．１μｍ以上〜１ｍｍ以下の粉体であるチタニアの粉である。
【００１７】
攪拌容器７３の下面の中心には、攪拌容器７３をその中心軸８０を中心に回転させる回転機構７２が接続されている。
回転機構７２は、固定テーブル７１の下方に配置されている。
攪拌容器７３の材質は、例えばステンレスであり、内壁（内側側面及び底面７３ａ）はバフ研磨されている。攪拌容器７３の上部開口部の径は例えば６０〜３００ｍｍである。当該上部開口部は楕円形状でもよい。
攪拌容器７３の内壁は、アルミナかテフロン（登録商標）でコーティングされている。コーティング方法はＣＶＤ，スパッタ，アーク方式いずれでも良い。テフロン（登録商標）であれば容器自体をテフロン（登録商標）で製作してもよい。
【００１８】
図２は、微粒子形成装置１のスクレーパ７５ａ，７５ｂの機能を説明するための図である。図２（Ａ）は攪拌容器７３の上部開放部側から見た平面方向におけるスクレーパ７５ａ，７５ｂの配置を説明するための図、図２（Ｂ）はスクレーパ７５ａの側面方向から見た配置を説明するための図である。
図２（Ａ）に示すように、攪拌容器７３の周囲には、スクレーパ７５ａ，７５ｂが固定されている。
スクレーパ７５ａ，７５ｂは、例えばステンレスで製作されている。また、スクレーパ７５ａ，７５ｂは、直径１ｍｍ〜５ｍｍ程度の棒材で形成され、外側をテフロン（登録商標）チューブで被覆されている。
【００１９】
スクレーパ７５ａは、攪拌容器７３の上部開放部から攪拌容器７３内に延び、攪拌容器７３の底面７３ａの内周面付近に当接し、当該当接した箇所から底面７３ａに接触しながら内側に延びている。
また、スクレーパ７５ｂは、攪拌容器７３の上部開放部から攪拌容器７３内に延び、底面７３ａの中心軸付近に当接し、当該した箇所から底面７３ａに接触しながら内周面に向けて延びている。
また、スクレーパ７５ｂの先端と、スクレーパ７５ａとの間には、隙間７６が形成されている。
【００２０】
攪拌容器７３内の被蒸着体７は、スクレーパ７５ｂに衝突して隙間７６に向けて（攪拌容器７３の内周面に向けて）移動し、隙間７６を介してスクレーパ７５ａに衝突して中心軸８０に向けて移動する。被蒸着体７の一部は、スクレーパ７５ａ，７５ｂに衝突して、上向きに指向されて、それらを乗り越えて移動する。
このように、スクレーパ７５ａ，７５ｂを構成することで、攪拌容器７３内の被蒸着体７を中心軸８０から内周面に向けて、内周面から中心軸８０に向けて、並びに深さ方向に移動でき、効率的に攪拌することができる。
これにより、チタニア粉末上に金を蒸着した場合には、図３のＴＥＭ観察に示されるように、チタニア表面上での金のナノ粒子の数ｎｍ〜１０ｎｍの金のナノ粒子がチタニア表面上に担持される。
【００２１】
また、スクレーパ７５ａ，７５ｂを駆動するのではなく、スクレーパ７５ａ，７５ｂを固定して攪拌容器７３を回転させるため、駆動機構を簡単にすることができる。
【００２２】
図４は、微粒子形成装置１のスクレーパ７５ａ，７５ｂおよびスタンプ８５を説明するための図である。
図４に示すように、攪拌容器７３の周囲には、スクレーパ７５ａ，７５ｂの他にスタンプ８５が配置されている。
スタンプ８５は、スクレーパ７５ａ，７５ｂによる攪拌過程で生じた被蒸着体（粉体状担体）７のダマを粉砕するために、攪拌容器７３内の底面７３ａを叩くスタンプヘッド８７と、スタンプヘッドを支持するアーム部８９とを有する。
【００２３】
スタンプ８５は、攪拌容器７３が中心軸８０を中心に回転する過程で、スタンプヘッド８７を攪拌容器７３の底面７３ａに衝突させる第１の動作と、スタンプヘッド８７を上記底面７３ａに接触した状態で保持する第２の動作と、スタンプヘッド８７を上記底面７３ａから徐々に離す第３の動作とを繰り返す。
【００２４】
図５に示すように、攪拌容器７３の上部開口部の円状の縁部９０は、斜めに切り欠けられており、中心軸８０が延びる方向に滑らかに傾斜するスロープを形成している。
攪拌容器７３の上部開口部の縁部９０は、傾斜していない第１の縁部９０ａと、底面７３ａから離れる向きに滑らかに傾斜する第２の縁部９０ｂと、段差９０ｃとを有する。
段差９０ｂは、例えば３〜２０ｍｍである。
【００２５】
アーム部８９は、攪拌容器７３内に配置される側の一端にスタンプヘッド８７を固定し、その他端は図４および図６に示すように、スタンプヘッド保持部９３に固定されている。アーム部８９の直径は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００２６】
アーム部８９の長手方向の中央付近は、攪拌容器７３の上部開口部の縁部９０に当接している。アーム部８９は、バネ９５によって攪拌容器７３の底面７３ａに向けて付勢されている。
これにより、アーム部８９は、攪拌容器７３が中心軸８０を中心に回転する過程で、その中央部付近を縁部９０に常に接触させている。
アーム部８９は、上述した縁部９０の段差９０ｃで底面７３ａに向けて落下してスタンプヘッド８７を底面７３ａに衝突させ、第１の縁部９０ａでスタンプヘッド８７を底面７３ａに接触させた状態を所定期間保持する。その後、第２の縁部９０ｂでスタンプヘッド８７ｃと底面７３ａとを非接触状態にする。この動作は、攪拌容器７３が中心軸８０を中心に１回転する間に行われ、当該回転中、上述した第１、２、３の動作が繰り返し行われる。
【００２７】
図７は、上述した中心軸８０の回転中におけるスタンプヘッド８７と攪拌容器７３の底面７３ａとの距離の時間変化を説明するための図である。
図７に示すように、スタンプヘッド８７と攪拌容器７３の底面７３ａとは周期的に接触する。
すなわち、アーム部８９が縁部９０のスロープを登るにつれ、スタンプヘッド８７は底面７３ａ（床面）から徐々に上方に浮き上がる。
なお、攪拌容器７３の被蒸着体７の深さ、並びにスタンプヘッド８７の上下運動の移動量は、スタンプヘッド８７が被蒸着体７の表面から出ないように設定される。
なお、攪拌容器７３の回転数は、例えば、２０〜１００ｒｐｍである。
【００２８】
スタンプヘッド８７の先端８７ａは、例えば、図８に示すように、攪拌容器７３の底面７３ａから離れる向きに傾いている。これにより、攪拌容器７３の回転に応じて被蒸着体７をスタンプヘッド８７ａに衝突させ、スタンプヘッド８７と底面７３ａとの間に効率的に引き込むことができる。そのため、被蒸着体７のダマを完全に粉砕できる確率を高めることができる。
また、攪拌装置３では、スクレーパ７５ａ，７５ｂおよびスタンプ８５のアーム部８９の直径を非常に細くし、且つ、スタンプヘッド８７が被蒸着体７の表面から出ないように設定されるため、同軸型真空アーク蒸着源５からのナノ粒子（蒸着体）が、スクレーパ７５ａ，７５ｂおよびスタンプヘッド８７に衝突する量を少なくできる。
【００２９】
微粒子形成装置１では、後述するようにパルスをトリガとして周期的に放電を行う。この放電（蒸着）の周期が短くなるに従ってダマが生じる量が多くなるため、攪拌容器７３の回転速度を高めるように制御を行う。また、構造的理由から、スタンプ８５の底面７３ａへの衝突周期は、攪拌容器７３の回転速度に比例する。なお、攪拌容器７３の回転開始してから所定時間経過後の攪拌容器７３の回転速度を、当該所定時間内での回転速度に比べて早くしてもよい。
すなわち、被蒸着体に蒸着される蒸着材の量が増えるに従って攪拌容器７３の回転速度を速くしてもよい。
［同軸型真空アーク蒸着源５］
同軸型真空アーク蒸着源５は、カソード電極に取付けられた金で成る円柱状の蒸着材料１１と、アルミナで成るハット状の絶縁碍子１４（以下、ハット型碍子と呼ぶ）と、トリガ電極１３とを有する。
カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と、ハット型碍子１４と、トリガ電極１３は同心円状に密着させて取り付けられている。
【００３０】
アノード電極２３は、ステンレスで成り、円筒状をしている。また、このアノード電極２３は、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１と同心円状に取付けられている。
なお、同軸型真空アーク蒸着源５は、図示しない支柱と図示しない真空フランジを介して、真空チャンバ２の壁面に取付けられている。
【００３１】
また、図１中に簡易的な配線図で電源装置６を示す。
電源装置６は、トリガ電源３１、アーク電源３２、コンデンサユニット３３を有する。
トリガ電源３１は、パルストランスからなり、入力２００ＶのμＳ単位のパルス電圧を約１７倍に変圧して、３．４ｋＶ、数μＳ単位のプラス極性のトリガパルスを出力する。
【００３２】
アーク電源３２は、１００Ｖ数Ａの容量の直流電源であり、コンデンサユニット３３に充電している。充電時間は約１秒必要とするので放電周期は１Ｈｚとなる。
コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦ、耐圧１００Ｖである。コンデンサユニット３３は、アーク電源３２により、１００Ｖで充電される。
【００３３】
トリガ電源３１のプラス出力端子は、トリガ電極１３に接続され、マイナス端子はアーク電源３２のマイナス出力端子と同じ電位に接続され、さらにカソード電極に接続されている。コンデンサユニット３３の両端子は、アーク電源３２のプラスおよびマイナス端子間に接続されている。
【００３４】
真空排気系９は、ターボ分子ポンプ５１、仕切りバルブ５２、ロータリポンプ５３、調整バルブ５４を有する。
ターボ分子ポンプ５１からロータリポンプ５３までは、金属製の配管で接続されており、真空チャンバ２内の真空排気を行っている。真空排気を行うことで、真空チャンバ２内は、１０−４Ｐａ以下に保たれている。
【００３５】
以下、図１に示す微粒子形成装置１の動作例を説明する。
［同軸型真空アーク蒸着源５の動作例］
アーク電源３２により、１００Ｖで電荷を充電しておく。ここで、コンデンサユニット３３は、７２０〜１８００μＦとする。
トリガ電極１３にトリガ電源３１からの３．４ｋＶのトリガパルスを印加し、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１とトリガ電極１３の間に、ハット型碍子１４を介して印加することで、ハット型碍子１４表面で沿面放電が発生し、蒸着材料１１とアノード電極２３との間でコンデンサユニット３３に蓄電された電荷が放電され、カソード電極に多量の電流が流入し、金で成るカソード電極に取付けられた蒸着材料１１が液相から気相、さらに金のプラズマが形成される。
【００３６】
この時、カソード電極に多量の電流（２０００Ａ〜５０００Ａ）が、２００μＳ〜５００μＳの間に流れるので、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１に磁場が形成される。プラズマ中の電子が、カソード電極に取付けられた蒸着材料１１の形成した磁場によるローレンツ力を受けて、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３７】
プラズマ中の蒸着材料である金イオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する電子に引き付けられるようにして同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行するようになる。
【００３８】
一方、プラズマ中の蒸着材料である金のイオンは、分極することでクーロン力により、同軸型真空アーク蒸着源５の前方へ飛行する。その結果、金のイオンは、カーボンの粉７ａを核にして成長し、ナノメートル単位の金粒子が形成される。
【００３９】
このように金イオンを照射しながら、チタニアの粉をスクレーパ７５ａ，７５ｂ上に攪拌容器７３を回転させてチタニア粉を攪拌する。これを継続して、チタニア粉に均一に金のナノ粒子を形成する。
【００４０】
さらに詳しくは、攪拌容器７３の中のカーボンの粉７に向かって金イオンを照射する。ここで、攪拌容器７３は回転機構７２により回転しており、スクレーパ７５ａ，７５ｂによって、攪拌容器７３内のカーボン等の被蒸着体７は攪拌される。
被蒸着体７は、スクレーパ７５ａ，７５ｂに衝突することにより、攪拌容器７３の上に現れて金イオンに曝される。これを次々と継続することによって、攪拌容器７３内の全ての被蒸着体７の粒子に均一に金の微粒子を形成するというものである。
【００４１】
［攪拌および塊潰し動作］
図１に示す微粒子形成装置１は、例えば、真空中の円筒容器である攪拌容器７３に収納された担持体であるアルミナ粉（被蒸着体７）を攪拌しながら真空アークプラズマ発生装置３を用いて発生させた触媒金属であるナノ粒子（蒸着体）のプラズマを上から照射し、アルミナ粉表面に触媒金属を担持させる。
この過程では、図４に示すスタンプ８５のアーム部８９は、中心軸８０を中心とした攪拌容器７３の回転に連動して、攪拌容器７３の上部開口部の縁部９０の斜めに切り欠けたスロープ（図５に示す第２の縁部９０ｂ）を登る。そして、スタンプヘッド８７は、攪拌容器７３の底面７３ａから徐々に上方に浮き上がる。
このとき、スタンプヘッド８７は、アーム部８９がバネ９７で攪拌容器７３の底面７３ａ（下方）に引っ張られながら持ち上げられる。
【００４２】
そして、最終上段まで上がったときに、図５に示す段差９０ｃで低い段差に急激に落とされて、バネ９７で下方に引っ張られていたスタンプヘッド８７は攪拌容器７３の底面７３ａにたたきつけて、その下部にあった被蒸着体７の塊を粉砕する
【００４３】
そして、段差の底面７３ａにあってもスタンプヘッド８７にはバネ９７の弾性力が働いているので、攪拌容器７３の回転にともないスタンプヘッド８７は底面７３ａに接触しながら動く。すなわち、アーム部８９と図５に示す第１の縁部９０ａとが接触している間は、スタンプヘッド８７は底面７３ａに接触しながら移動する。
この時のスタンプヘッド８７と底面７３ａとの間に進入した細かい粒はスタンプヘッド８７と底面７３ａとの間を通過するため、そば粉のすり鉢のようにすれてさらに粉に砕かれる。
そして再度、スタンプヘッド８７か下段から徐々に縁部９０ｂのスロープを登って、最上段の段差９０ｃの位置に到達した時点で一気に下段に落とされることで、バネ９７の張力が解放されて、ダマを潰して、その後すりつぶす。これを繰り返す。
【００４４】
図９は、攪拌容器７３の上方から見た動作中の外観図である。
図１０および図１１は、残ったダマの状態の図である。
図９および図１２は、スタンプヘッド８７でダマをつぶした場合の状態の図である。
図１２にカーボンの粉に金を担持した後の粉がすりつぶされている状態をしめます。
図１３は、本発明の実施形態の微粒子形成装置により、チタニア粉に金を担持した攪拌前後の粉がすりつぶされた結果を説明するための図であり、図１３（Ａ）が攪拌前、図１３（Ｂ）が攪拌後を示している。
【００４５】
以上説明したように、微粒子形成装置１は、スタンプ８５を用いて攪拌容器７３内の被蒸着体７のダマに圧力を加えて押しつぶすしかつ、そのつぶした粉をスタンプ８５のスタンプヘッド８７と攪拌容器７３の底面７３ａとの間で攪拌容器７３の回転に応じてさらに細かくすりつぶす。
これにより、真空中で各種金属、反応性物を蒸着担持する場合に粉のダマ形成の抑制と形成されたダマの加砕を行いすりつぶすことでき、触媒担持中の粉の凝集を防ぎ、均一で担自前と粒度を保持したままで粉に触媒を担持することができる。
【００４６】
［第１の変形例］
上述した実施形態では、スタンプヘッド８７の上下動作に、攪拌容器７３の壁上縁にスロープと段差をつけ、スタンプ８５のアーム部８９をバネ９７で下方に引っ張り、攪拌容器７３の回転を利用して段差部で下方にたたきつける機構を用いた。
本発明は、例えば、攪拌容器７３の回転と連動せずに、独立してスタンプ８５を上下駆動する機構を用いてもよい。
【００４７】
［第２の変形例］
上述した実施形態では、ダマをすりつぶすのにスタンプ８５を利用していたが、代わりに、ローラーやプロペラでダマをすりつぶす機構を用いてもよい。
【００４８】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
上述した実施形態では、主にチタニアを例示したが、粉はチタニアに限定されない、また蒸着物も金に限定されず、その他全ての粉や蒸着物にダマつぶし機構は適応可能である。
【００４９】
また、上述した実施形態では、円筒状の攪拌容器７３を例示したが、円錐状の攪拌容器７３を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、燃料電池や車の排ガス触媒金属担持や空気清浄用触媒担持、ガスセンサ、磁性材料，誘電体材料に使用される。
【符号の説明】
【００５１】
１…微粒子形成装置
３…攪拌装置
５…同軸型真空アーク蒸着源
７…被蒸着体
７３…攪拌容器
７５ａ，７５ｂ…スクレーパ
８５…スタンプ
８７…スタンプヘッド
８９…アーム部
９０…縁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着材を飛翔する蒸着源と、
前記蒸着源と対向して配置され、被蒸着体である粉体状担体を収容する容器と、
前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する攪拌手段と、
前記攪拌手段による攪拌過程で生じた前記粉体状担体の塊を粉砕するために、前記容器内の底面を叩く粉砕手段と
を有する微粒子形成装置。
【請求項２】
前記粉砕手段は、
スタンプヘッドを前記底面に衝突させる第１の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面に接触させた状態で保持する第２の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面から離す第３の動作とを順に繰り返す
請求項１に記載の微粒子形成装置。
【請求項３】
前記粉砕手段は、板状の前記スタンプヘッドを、前記底面に対して上下移動させて、当該スタンプヘッドのスタンプ面を前記底面に衝突させ、
前記スタンプ面の前記被蒸着体が侵入する側の端部は、前記底面から離れる向きに傾斜している
請求項１に記載の微粒子形成装置。
【請求項４】
前記容器の前記開放部の円状の縁部は、前記中心軸が延びる方向に傾斜するスロープとなり、所定箇所で段差を有し、
前記粉砕手段は、
前記底面に向けて付勢されながら前記縁部に当接するアーム部を有し、当該アーム部が前記段差で前記底面に向けて落下したときに前記スタンプヘッドを前記底面に接触させ、前記アーム部が前記スロープに沿って所定の位置に達したときに前記スタンプヘッドを前記底面から離す
請求項２または請求項３に記載の微粒子形成装置。
【請求項５】
前記容器は、円筒状あるいは円錐状であり、中心軸を中心に回転し、
前記攪拌手段は、前記容器の周囲に一端が固定され、他端が前記容器内に挿入され、前記前記容器の回転と連動して移動する前記前記粉体状担体に衝突して攪拌する
請求項２または請求項３に記載の微粒子形成装置。
【請求項６】
前記撹拌手段は、
前記容器の上部開放部から当該容器の前記底面の外周付近に当接し、当該当接した箇所から底面に沿って内側に延びる第１のスクレーパと、
前記上部開放部から前記容器の前記底面の前記中心軸付近に当接し、当該した箇所から底面に沿って外側に延びる第２のスクレーパと
を有する請求項２〜５のいずれかに記載の微粒子形成装置。
【請求項７】
前記容器の回転速度は、前記蒸着源の蒸着周期が短くなるに従って高まり、
前記攪拌手段の前記スタンプヘッドの前記底面への衝突周期は、前記蒸着源の放電周期が短くなるに従って高まる
請求項５に記載の微粒子形成装置。
【請求項８】
前記粉体状担体は、粒径０．１μｍ以上〜１ｍｍ以下の粉体である
請求項２〜７いずれかに記載の微粒子形成装置。
【請求項９】
蒸着源と対向して配置された容器内の被蒸着体を攪拌させながら、前記蒸着源から飛翔した蒸着材を前記被蒸着体に担持させる微粒子形成方法であって、
前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する過程で、粉砕手段で前記容器内の底面を叩いて、前記攪拌によって生じた前記粉体状担体の塊を粉砕する
微粒子形成方法。
【請求項１０】
前記被蒸着体に前記蒸着される蒸着材の量が増えるに従って前記容器の回転速度を速くする
請求項９に記載の微粒子形成方法。
【請求項１】
蒸着材を飛翔する蒸着源と、
前記蒸着源と対向して配置され、被蒸着体である粉体状担体を収容する容器と、
前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する攪拌手段と、
前記攪拌手段による攪拌過程で生じた前記粉体状担体の塊を粉砕するために、前記容器内の底面を叩く粉砕手段と
を有する微粒子形成装置。
【請求項２】
前記粉砕手段は、
スタンプヘッドを前記底面に衝突させる第１の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面に接触させた状態で保持する第２の動作と、前記スタンプヘッドを前記底面から離す第３の動作とを順に繰り返す
請求項１に記載の微粒子形成装置。
【請求項３】
前記粉砕手段は、板状の前記スタンプヘッドを、前記底面に対して上下移動させて、当該スタンプヘッドのスタンプ面を前記底面に衝突させ、
前記スタンプ面の前記被蒸着体が侵入する側の端部は、前記底面から離れる向きに傾斜している
請求項１に記載の微粒子形成装置。
【請求項４】
前記容器の前記開放部の円状の縁部は、前記中心軸が延びる方向に傾斜するスロープとなり、所定箇所で段差を有し、
前記粉砕手段は、
前記底面に向けて付勢されながら前記縁部に当接するアーム部を有し、当該アーム部が前記段差で前記底面に向けて落下したときに前記スタンプヘッドを前記底面に接触させ、前記アーム部が前記スロープに沿って所定の位置に達したときに前記スタンプヘッドを前記底面から離す
請求項２または請求項３に記載の微粒子形成装置。
【請求項５】
前記容器は、円筒状あるいは円錐状であり、中心軸を中心に回転し、
前記攪拌手段は、前記容器の周囲に一端が固定され、他端が前記容器内に挿入され、前記前記容器の回転と連動して移動する前記前記粉体状担体に衝突して攪拌する
請求項２または請求項３に記載の微粒子形成装置。
【請求項６】
前記撹拌手段は、
前記容器の上部開放部から当該容器の前記底面の外周付近に当接し、当該当接した箇所から底面に沿って内側に延びる第１のスクレーパと、
前記上部開放部から前記容器の前記底面の前記中心軸付近に当接し、当該した箇所から底面に沿って外側に延びる第２のスクレーパと
を有する請求項２〜５のいずれかに記載の微粒子形成装置。
【請求項７】
前記容器の回転速度は、前記蒸着源の蒸着周期が短くなるに従って高まり、
前記攪拌手段の前記スタンプヘッドの前記底面への衝突周期は、前記蒸着源の放電周期が短くなるに従って高まる
請求項５に記載の微粒子形成装置。
【請求項８】
前記粉体状担体は、粒径０．１μｍ以上〜１ｍｍ以下の粉体である
請求項２〜７いずれかに記載の微粒子形成装置。
【請求項９】
蒸着源と対向して配置された容器内の被蒸着体を攪拌させながら、前記蒸着源から飛翔した蒸着材を前記被蒸着体に担持させる微粒子形成方法であって、
前記容器内で前記粉体状担体を攪拌する過程で、粉砕手段で前記容器内の底面を叩いて、前記攪拌によって生じた前記粉体状担体の塊を粉砕する
微粒子形成方法。
【請求項１０】
前記被蒸着体に前記蒸着される蒸着材の量が増えるに従って前記容器の回転速度を速くする
請求項９に記載の微粒子形成方法。
【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２０１１−１３２５９１（Ｐ２０１１−１３２５９１Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９５５０８（Ｐ２００９−２９５５０８）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００１９２３８３）アルバック理工株式会社 (26)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００１９２３８３）アルバック理工株式会社 (26)
【Ｆターム（参考）】
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