微粒子生成装置および微粒子生成方法
【課題】本発明は、プラズマトーチを利用した微粒子の生成に関する技術において、トーチ全体の大きさを小さくでき、エネルギー効率が高く、さらに原料材料を均一に加熱することができる、微粒子生成装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る微粒子生成装置１００は、直流プラズマトーチ５０と、直流プラズマトーチ５０から離隔して対向配置された対向電極１０と、材料気化反応室３５を側面側から囲繞する壁面部１１とを、備える。直流プラズマトーチ５０は、リング状の磁石３と、円筒形状であり、磁石３が円筒の空洞内部に配置され、磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極１と、直流プラズマトーチ５０の略中央部に設けられた原料材料通路部２５とを、備えている。
【解決手段】本発明に係る微粒子生成装置１００は、直流プラズマトーチ５０と、直流プラズマトーチ５０から離隔して対向配置された対向電極１０と、材料気化反応室３５を側面側から囲繞する壁面部１１とを、備える。直流プラズマトーチ５０は、リング状の磁石３と、円筒形状であり、磁石３が円筒の空洞内部に配置され、磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極１と、直流プラズマトーチ５０の略中央部に設けられた原料材料通路部２５とを、備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチを利用した、微粒子生成装置および微粒子生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマトーチに関する技術は、従来より存在している（たとえば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１に係る技術では、所定の重量比のチタン・鉄系原料粗粒子を高周波熱プラズマ等の高温下で溶融蒸発させて気相化させることにより、チタン・鉄の超微粒子複合化酸化物を生成させて捕集している。
【０００４】
また、特許文献２に係る技術では、プラズマトーチは、リング陰極と、該リング陰極の放電部との間に放電空間を隔てて囲繞的に配設された陽極と、放電空間に中心軸を含む面内で交叉する磁束を形成させるように設置された磁石と、溶射材料を送り込む溶射材料供給口パイプとから、構成されている。
【０００５】
また、プラズマを利用した微粒子製造に関する従来技術として、特許文献１の他に、特許文献３や特許文献４なども存在する。
【０００６】
特許文献３に係る技術では、金属粉末とホウ素粉末とを、アルゴンガスなどの不活性ガスの熱プラズマ中に供給し、ナノオーダーの金属ホウ化物微粉末を得ている。
【０００７】
また、特許文献４に係る技術では、カーボンるつぼに無機塊状物を保持させて、アークプラズマを発生させ、ＳｉＣナノ粒子を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１１５９４２号公報
【特許文献２】特開平８−３１９５５２号公報
【特許文献３】特開２００３−２６１３２３号公報
【特許文献４】特開２０１０−９５４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に係る技術では、高周波熱プラズマトーチを利用しているが、トーチが高周波熱プラズマトーチであるため、トーチ全体の大きさが大きくなり、かつエネルギー効率が悪いという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に係る技術において通常のプラズマトーチを用いた場合には、供給された原料材料を均一に加熱できないという問題が発生する。
【００１１】
そこで、本発明は、プラズマトーチを利用した微粒子の生成に関する技術において、トーチ全体の大きさを小さくでき、エネルギー効率が高く、さらに原料材料を均一に加熱することができる、微粒子生成装置および微粒子生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る微粒子生成装置は、直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された、対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を、側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた、原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている。
【００１３】
また、本発明に係る微粒子生成方法は、直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている、微粒子生成装置における微粒子生成方法であって、（Ａ）前記直流プラズマトーチ内の前記原料材料通路部の外側を通って、前記材料気化反応室内にプラズマガスを供給するステップと、（Ｂ）前記原料材料通路部内を通って、前記材料気化反応室内に、粉末状の粉末材料を供給するステップと、（Ｃ）前記移行型プラズマ用電極と前記対向電極との間に直流電圧を印加し、当該直流電圧印加と前記磁石の磁力とにより、前記材料気化反応室内に、回転状態の移行型プラズマを発生させ、当該移行型プラズマにより、前記回転状態内において前記粉末材料を気化させるステップとを、備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された、対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を、側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた、原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている。
【００１５】
したがって、材料気化反応室内で回転している移行型プラズマにより、原料材料を気化させることができる。また、直流プラズマトーチを用いているので、トーチ全体の大きさを小さくでき、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、上記構成に起因して、装置全体の低コスト化および小型化（簡素化）も可能となる。
【００１６】
また、移行型プラズマを回転させるために、１個のリング状の磁石を配置させているだけで済む。したがって、直流プラズマトーチの小型化（簡素化）が、可能となる。
【００１７】
さらに、移行型プラズマは常に回転しているため、ある個所に集中的に移行型プラズマ照射され、当該照射が維持されることを防止できる。よって、移行型プラズマ照射による電極消耗を、抑制することができる。
【００１８】
また、直流プラズマトーチの略中央部に、中心軸に沿って、原料材料が通る原料材料通路部が形成されている。そして、当該中心軸の回りにおいて、移行型プラズマを回転する。
【００１９】
したがって、材料気化反応室内において、移行型プラズマにより、原料材料を均一に加熱することができる。また、当該構成に起因して、材料気化反応室に供給される原料材料のほとんど全てを、気化させることができる。よって、超微粒子生成に際して、余分な原料材料の供給を防止でき、原料材料の節約も可能となる。また、回転している移行型プラズマの当該回転内部において原料材料が閉じ込められ、当該状態で原料材料が気化される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る微粒子生成装置１００の全体構成を示す図である。
【図２】直流プラズマトーチ５０の先端部付近の構成を示す拡大断面図である。
【図３】磁石３の磁化の様子を示す図である。
【図４】移行型プラズマＰ１の発生および当該移行型プラズマＰ１の回転を説明するための断面図である。
【図５】非移行型プラズマＰ２の発生および当該非移行型プラズマＰ２の回転を説明するための断面図である。
【図６】実施の形態１に示す微粒子生成装置において、プラズマ電源６１が逆極性電圧を印加する様子を示す図である。
【図７】実施の形態２に示す微粒子生成装置において、プラズマ電源６１が逆極性電圧を印加する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係る微粒子生成装置１００の全体構成を示す図である。図１に示すように、微粒子生成装置１００は、直流プラズマトーチ５０を具備する。図２は、図１に示す直流プラズマトーチ５０の先端部付近の構成を示す拡大断面図である。
【００２３】
図１に示すように、微粒子生成装置１００は、直流プラズマトーチ５０、真空ポンプ６０、プラズマ電源６１、冷却水供給部６２、第一のプラズマガス供給部６３、第二のプラズマガス供給部６４、プラズマトーチ昇降機構６５、粉末材料供給部６６、ガス供給部６７、微粒子生成冷却室７０、微粒子捕獲室７１、微粒子捕獲フィルター７２、および熱交換器７３を、備えている。さらに、図２に示すように、微粒子生成装置１００は、対向電極１０、壁面部１１、および複数の絶縁物１２，１３も備えている。
【００２４】
図１に示した丸で囲まれた領域の構成（つまり、直流プラズマトーチ５０の先端部付近の構成）が、図２に示されている。図２に示すように、直流プラズマトーチ５０は、移行型プラズマ用電極１、内筒２、磁石３、外筒４、および複数の絶縁物５，６を、備えている。なお、図２に示すように、これらの部材１〜６は全て、プラズマトーチ先端部において配設されている。
【００２５】
＜直流プラズマトーチおよびその周辺の構成＞
まず、直流プラズマトーチ５０の構成について説明する。
【００２６】
移行型プラズマ用電極１、内筒２および外筒４は各々、円筒形状を有しており、導電性材料から成る。移行型プラズマ用電極１は、内筒２を、所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、移行型プラズマ用電極１の円筒形の径は、内筒２の円筒形の径よりも大きい。また、外筒４は、移行型プラズマ用電極１を、所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、外筒４の円筒形の径は、移行型プラズマ用電極１の円筒形の径よりも大きい。
【００２７】
外筒４の空洞内には、内筒２および移行型プラズマ用電極１が配置されており、移行型プラズマ用電極１の空洞内には、内筒２が配置されている。ここで、移行型プラズマ用電極１の円筒形の中心軸と、内筒２の円筒形の中心軸と、外筒４の円筒形の中心軸は、一致している。当該中心軸を、図２において中心軸ＡＸとして図示している。
【００２８】
なお、以下の説明において、当該中心軸ＡＸの方向を、「軸方向」と称する。また、各部材１，２，４の円筒形の径の方向を、「径方向」と称する。
【００２９】
内筒２の空洞は、原料材料が通る原料材料通路部２５として機能し、直流プラズマトーチ５０の略中心部に存する。また、内筒２と移行型プラズマ用電極１との間に形成された空間は、プラズマガスが通るガス通路部２６として機能する。また、移行型プラズマ用電極１と外筒４との間に形成された空間は、プラズマガスが通るガス通路部２７として機能する。
【００３０】
また、磁石３は、リング形状を有する、永久磁石である。当該磁石３のリング形状の中心軸も、上記中心軸ＡＸと一致している。また、磁石３は、中心軸ＡＸ方向に磁化している。具体的に、リング状の磁石３において、上部（原料材料供給側）が「Ｎ極」であり、下部（対向電極１０に面する側）が「Ｓ極」である。
【００３１】
また、移行型プラズマ用電極１は、磁石３を、所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、磁石３は、移行型プラズマ用電極１の円筒の空洞内部に配置される。図２に示す形態で、磁石３は、内筒２の内部に配設（内蔵）されている。より具体的には、磁石３は、内筒２の内部において、対向電極１０配置側（内筒２の底部付近）に、配置されている。つまり、対向電極１０により近い位置に、磁石３は配設されている。
【００３２】
また、図２に示すように、絶縁物５は、内筒２の底面側端部を被覆するように形成されている。より具体的に、絶縁物５は、内筒２の対向電極１０と対面する部分および、当該部分付近における内筒２の側面部の一部を覆っている。つまり、絶縁物５は、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きくなる領域において、配設されている。
【００３３】
さらに、移行型プラズマ用電極１と対向する外筒４の側面部には、絶縁物６が配設されている。当該絶縁物６は、対応電極１０と対面する側の外筒４の端部領域において、所定の範囲で、移行型プラズマ用電極を所定の距離だけ離れて囲繞するように配設されている。具体的に、絶縁物６は、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きくなる領域において、配設されている。
【００３４】
ここで、各絶縁物５，６として、たとえば高温耐久性を有する窒化ボロン（または酸化シリコン）、または安価なアルミナなどを採用することができる。
【００３５】
なお、内筒２の端部（底部）、移行型プラズマ用電極１の端部（底部）および外筒４の端部（底部）の、対向電極１０側への突出具合は、次の通りである。外筒４の底部が、最も対向電極１０側に突出しおり、内筒２の端部が、最も対向電極１０側に突出していない。移行型プラズマ用電極１の対向電極１０側への突出具体は、前者両者の間である。
【００３６】
ここで、上記構成の直流プラズマトーチ５０は、図２における上下方向に、移動することができる。換言すれば、直流プラズマトーチ５０は、対向電極１０と対面している方向に、移動可能である。
【００３７】
さて、図２に示すように、直流プラズマトーチ５０のプラズマ出力側において、当該直流プラズマトーチ５０から離隔・対向して、対向電極１０が設けられている。
【００３８】
当該対向電極１０は、直流プラズマトーチ５０側から平面視して、リング形状を有する。したがって、対向電極１０の当該リング形状の貫通部２０は、一方において材料気化反応室３５と連通しており、他方において微粒子生成冷却室７０と連通している。したがって、当該貫通部２０を介して、材料気化反応室３５と微粒子生成冷却室７０とが接続される。
【００３９】
当該対向電極１０の当該リング形状の中心軸は、上記中心軸ＡＸと略一致している。また、対向電極１０の当該リング形状の外径Ｄ４は、移行型プラズマ用電極１の外径Ｄ１以下である（Ｄ４≦Ｄ１）。また、対向電極１０の当該リング形状の内径Ｄ３は、移行型プラズマ用電極１の内径Ｄ２より小さい（Ｄ３＜Ｄ２）。さらに、図２に示すように、直流プラズマトーチ５０と対面する対向電極１０の面は、断面視において、対向電極１０の前記リング形状の内径側から当該リング形状の外径側に進むに連れて、直流プラズマトーチ５０から遠ざかる方向に傾斜した形状を有する。なお、図２に示すように、対向電極１０は、微粒子生成冷却室７０の上部壁面と連接されている。
【００４０】
さて、図２に示すように、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との間には、材料気化反応室３５が形成されている。そして、当該材料気化反応室３５を、側面側から囲繞するように壁面部１１が形成されている。具体的に、直流プラズマトーチ５０、対向電極１０、微粒子生成冷却室７０の上部壁面および壁面部１１により、材料気化反応室３５が囲まれている。当該壁面部１１と微粒子生成冷却室７０の上部壁面とは、固定部材ｂ２により固定されている。
【００４１】
当該材料気化反応室３５は、貫通部２０、原料材料通路部２５およびガス通路部２６，２７を除いて、直流プラズマトーチ５０、対向電極１０、微粒子生成冷却室７０の上部壁面および壁面部１１により、気密性が保持されている（密閉されている）。
【００４２】
ここで、上記のように、直流プラズマトーチ５０は図２の上下方向に移動可能（昇降移動可能）である。したがって、直流プラズマトーチ５０の当該昇降移動に応じて、材料気化反応室３５の容積は変動する。なお、対向電極１０側の部材を昇降移動させることにより、材料気化反応室３５の容積を変動させても良い。つまり、材料気化反応室３５の容積は、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との間の距離を変化させることにより、可変となる。
【００４３】
壁面部１１は、固定部材ｂ１により固定されるように接続された、トーチ当接部１５を有する。当該トーチ当接部１５は、直流プラズマトーチ５０の側面部に当接される。ここで、当該トーチ当接部１５には部分的に溝が形成されており、当該溝にはオーリング１６が配設されている。トーチ当接部１５は、直流プラズマトーチ５０の上記昇降移動の受けとして機能しており、当該オーリング１６の配設により、当該昇降材料気化反応室３５の気密性が保持される。
【００４４】
また、図２に示すように、対向電極１０を除く材料気化反応室３５に面する底面部（つまり、材料気化反応室３５に面する微粒子生成冷却室７０の上部壁面の一部）は、絶縁物１３が形成されている。また、材料気化反応室側３５に面する壁面部１１は、絶縁物１２が形成されている。
【００４５】
ここで、各絶縁物１２，１３として、たとえば高温耐久性を有する窒化ボロン（または酸化シリコン）、または安価なアルミナなどを採用することができる。
【００４６】
＜微粒子生成装置の構成＞
プラズマトーチ昇降機構６５は、直流プラズマトーチ５０の上方に配設されており、当該直流プラズマトーチ５０の上記昇降移動を行う。プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１および対向電極１０に対して、直流電源を供給する。図２に示す例は、正極性時の電源供給の様子を示している（つまり、移行型プラズマ用電極１にマイナス電圧を印加し、対向電極１０にプラス電圧を印加する場合である）。
【００４７】
冷却水供給部６２は、直流プラズマトーチ５０、微粒子生成冷却室７０および熱交換機７３の各々に対して、冷媒（以下、冷却水を例示して説明する）を供給する。具体的に、冷却水供給部６２は、移行型プラズマ用電極１内、内筒２内および外筒４内を、冷却水が循環するように、冷却水を供給している。当該冷却水の循環により、直流プラズマトーチ５０の得冷却が可能となる。なお、内筒２内に内蔵されている磁石３の周囲においても、冷却水は循環している。
【００４８】
また、微粒子生成冷却室７０の上部内、側部内および底部内（微粒子生成冷却室７０の壁面）、さらに対向電極１０内において、冷却水が循環するように、冷却水供給部６２は冷却水を供給する。当該冷却水の循環により、微粒子生成冷却室７０内の冷却および対向電極１０の冷却が可能となる。なお、熱交換器７３に供給された冷却水は、熱交換に利用される。
【００４９】
ここで、図１に示す構成例では、材料気化反応室３５や微粒子捕獲室７１の壁面は、冷却水で冷却されてないが、冷却水で冷却してもよい。
【００５０】
第一のプラズマガス供給部６３は、直流プラズマトーチ５０内の原料ガス材料通路部２５の外側を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。具体的に、第一のプラズマガス供給部６３は、外筒４と移行型プラズマ用電極１との間に形成されたガス通路部２７を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。ここで、図１に示すように、第一のプラズマガス供給部６３が供給するプラズマガスとして、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）および／または気化した粉末材料と反応する反応ガス（酸素分子、窒素分子等）などが採用できる。
【００５１】
第二のプラズマガス供給部６４は、直流プラズマトーチ５０内の原料ガス材料通路部２５の外側を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。具体的に、第二のプラズマガス供給部６４は、内筒２と移行型プラズマ用電極１との間に形成されたガス通路部２６を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。ここで、図１に示すように、第二のプラズマガス供給部６４が供給するプラズマガスとして、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）および／または気化した粉末材料と反応する反応ガス（酸素分子、窒素分子等）などが採用できる。
【００５２】
粉末材料供給部６６には、原料材料となる粉末材料が収容されている。当該粉末材料は、粒径が１００μｍ以下の粉体（粉末状）である。また、粉末材料供給部６６には、ガス供給部６７から、担体ガスが供給される。ここで、当該担体ガスは、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）および／または気化した粉末材料と反応する反応ガス（酸素分子、窒素分子等）などが採用できる。粉末材料供給部６６から出力された粉末材料は、担体ガスにより運ばれ、原料材料通路部２５を通って、材料気化反応室３５に供給される。
【００５３】
プラズマ電源６１からの電源供給およびプラズマガス供給部６３，６４からのプラズマガス供給により、材料気化反応室３５内の移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１が発生する。なお、後述するように、当該移行型プラズマＰ１は、磁石３からの磁力（より具体的に、径方向の磁力）の影響を受けることにより、当該材料気化反応室３５内において、中心軸ＡＸの周りを回転する。つまり、材料気化反応室３５内の移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、中心軸ＡＸの周りで、円筒状を形成するように回転している、移行型プラズマＰ１が発生する。当該円筒の一方端部は、移行型プラズマ用電極１の端部であり、当該円筒の他方端部は、対向電極１０の上面である。
【００５４】
また、粉末材料供給部６６から供給された粉末材料は、当該材料気化反応室３５内において、上記回転状態の移行型プラズマＰ１により加熱される。そして、当該加熱により、粉末材料は、当該材料気化反応室３５内において気化する。
【００５５】
微粒子生成冷却室７０は、導電性を有する部材（壁面）に周囲が囲まれることにより、形成されている。上記のように、当該微粒子生成冷却室７０の壁面には冷却水が循環しており、当該冷却水の循環により、当該微粒子生成冷却室７０の壁面および微粒子生成冷却室７０内は、冷却される。また、当該微粒子生成冷却室７０の壁面にプラズマ電源からの電圧を印加することにより、当該微粒子生成冷却室７０の壁面と接続している対向電極１０に当該電圧が印加される。上記のとおり、微粒子生成冷却室７０は、貫通部２０を介して材料気化反応室３５と接続されている。また、側面部において、微粒子生成冷却室７０は、微粒子捕獲室７１と接続されている。
【００５６】
真空ポンプ６０は、微粒子生成冷却室７０、微粒子捕獲室７１および熱交換器７３内の気圧を低下させるために、用いられる。当該真空ポンプ６０と大気を供給するバルブとにより生じた気圧差を利用して、材料気化反応室３５内で気化された粉末材料（以下、気化材料）は、貫通部２０を通って、微粒子生成冷却室７０へと移動し、さらに当該微粒子生成冷却室７０を通って、微粒子捕獲室７１へと移動する。
【００５７】
微粒子生成冷却室７０内では、当該気化材料は冷却され、凝縮し、超微粒子（ナノ粒子）が生成される。当該微粒子生成冷却室７０で生成された超微粒子は、微粒子捕獲室７１に送られる。微粒子捕獲フィルター７２は熱交換器７３を通じて吸引状態にあり、超微粒子は、当該吸引状態の微粒子捕獲フィルター７２により捕集される。なお、微粒子捕獲フィルター７２を通過したガス等は、熱交換器７３において十分冷却される。
【００５８】
＜微粒子生成装置における超微粒子の生成方法＞
次に、微粒子生成装置１００における動作について説明する。
【００５９】
図１，２に示すように、プラズマ電源６１を用いて、たとえば正極性の直流電源を、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に印加する。また、第一のプラズマガス供給部６３が、ガス通路部２７を通って材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。また、第二のプラズマガス供給部６４が、ガス通路部２６を通って材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。
【００６０】
すると、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１が発生し、磁石３の磁場の作用により、当該移行型プラズマＰ１は回転し、円筒状のプラズマとなる（図２参照）。ここで、絶縁物５，６の存在により、移行型プラズマＰ１は、両電極１，１０との間で、つまり径方向における磁石３の磁場が軸方向における磁石３の磁場より大きい領域において、生成される。換言すれば、当該絶縁物５，６は、回転に寄与しない磁界部分に移行型プラズマＰ１が移行しないようにするために、配設されている。
【００６１】
上記のとおり、移行型プラズマＰ１は、磁石３により生成される磁界により、中心軸ＡＸを中心として回転する。具体的には、下記の通りである。
【００６２】
図２に示すように、リング状の磁石３は内筒２内に内蔵されているが、当該磁石３は、図３に示すように、中心軸ＡＸ方向に磁化している。したがって当該磁石３により、直流プラズマトーチ５０の先端部では、図４に示す磁界ＭＦが形成される。
【００６３】
当該磁界ＭＦ生成下において、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に正極性である所定値の直流電圧を印加すると、移行型プラズマＰ１が発生する。さらに、対向電極１０から移行型プラズマ用電極１に向かって、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が流れる（図４参照）。
【００６４】
ここで、絶縁物５，６の存在により、対向電極１０と当該対向電極１０に対面する移行型プラズマ用電極１の端部（底部）との間においてのみ、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が流れる。換言すれば、磁界ＭＦの径方向の磁場が当該磁界ＭＦの軸方向の磁場より大きい領域においてのみ、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が流れる。なお、絶縁物１２，１３の形成により、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が、材料気化反応室３５の他の壁面に移行することを防止できる。
【００６５】
したがって、図４に示すように、フレミングの左手の法則により、移行型プラズマＰ１は、当該径方向の磁場Ｂ１の影響により中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ１が働く。よって、移行型プラズマＰ１は、中心軸ＡＸの回りにおいて時計回りに回転する。なお、力Ｆ１の大きさは、径方向磁場Ｂ１×移行型プラズマアーク電流Ｉ１、である。このように、移行型プラズマＰ１は、常に回転する。
【００６６】
さて、回転している移行型プラズマＰ１が発生している状態において、粉末材料供給部６６は、原料材料通路部２５内を通って、材料気化反応室３５内に、粉末状の粉末材料を供給する。ここで、粉末材料は、たとえば粒径１００μｍ以下の粉体であり、担体ガスに乗って、材料気化反応室３５内に供給される。
【００６７】
原料材料通路部２５は、中心軸ＡＸに沿って延設されている。したがって、原料材料通路部２５を通った粉末材料は、中心軸ＡＸの周りで回転している移行型プラズマＰ１の回転内部へと供給される。粉末材料は、当該移行型プラズマＰ１の回転内部を対向電極１０に向かって移行する間に、当該移行型プラズマＰ１により加熱され、気化する。
【００６８】
ところで、上記のとおり、プラズマトーチ昇降機構６５により、両電極１，１０間の距離を変化させ、材料気化反応室３５の容積を変化させることができる。これにより、粉末材料及びガスに対して、移行型プラズマＰ１による加熱の加熱量及び加熱時間の調節ができる。
【００６９】
たとえば、気化しにくい粉末材料を気化させる場合には、両電極１，１０間の距離を長くし、材料気化反応室３５の容積を拡大させる。これにより、当該粉末材料に対する移行型プラズマＰ１による加熱の加熱量及び加熱時間を、増加できる。他方、気化しやすい粉末材料を気化させる場合には、両電極１，１０間の距離を短くし、材料気化反応室３５の容積を縮小させる。これにより、当該粉末材料に対する移行型プラズマＰ１による加熱の加熱量及び加熱時間を、減少できる。つまり、粉末材料の種類に応じて、両電極１，１０間の距離を変化させ、材料気化反応室３５の容積を変化させることにより、移行型プラズマＰ１による無駄な加熱処理を、防止できる。換言すれば、粉末材料の効率的な気化処理が可能となる。
【００７０】
さて、材料気化反応室３５内で気化した原料は、貫通部２０を介して、微粒子生成冷却室７０内へと入る。ここで、担体ガスおよびプラズマガスとして不活性ガスを採用した場合には、当該不活性ガスも気化した原料と共に、貫通部２０を介して、微粒子生成冷却室７０内へと入る。また、担体ガスおよびプラズマガスとして反応ガスを採用した場合には、材料気化反応室３５内で生成された反応生成気化物および反応しなかった反応ガスも、気化した原料と共に、貫通部２０を介して微粒子生成冷却室７０内へと入る。
【００７１】
微粒子生成冷却室７０では、気化した原料、担体ガス、プラズマガス、反応生成気化物などが冷却され、凝結、凝固し、超微粒子（ナノ粒子）が形成される。
【００７２】
たとえば、担体ガスおよびプラズマガスが全て不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）であり、粉末材料がチタンである場合には、微粒子生成冷却室７０では、気化した粉末材料が凝結、凝固し、チタンの超微粒子が生成される。
【００７３】
これに対して、担体ガスおよびプラズマガスが全て反応ガス（たとえば、酸素）であり、粉末材料がチタンである場合には、微粒子生成冷却室７０では、気化した粉末材料と反応ガスで反応生成されたものが凝結、凝固し、ＴｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ、Ｔｉ2Ｏ3等の超微粒子が生成される。
【００７４】
また、担体ガスおよびプラズマガスが全て反応ガス（たとえば、酸素）と不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）との混合ガスである場合（または、第一のプラズマガス供給部６３が供給するプラズマガスと担体ガスとが不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）であり、第二のプラズマガス供給部６４が供給するプラズマガスが反応ガス（たとえば、酸素）である場合）であり、粉末材料がチタンである場合には、微粒子生成冷却室７０では、気化した粉末材料と反応生成されたものとの混合物が凝結、凝固し、Ｔｉ、ＴｉＯ、ＴｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ、Ｔｉ2Ｏ3等の超微粒子が生成される。ここで、前記混合物の割合は、不活性ガスと反応ガスとの割合、プラズマ状態（温度）により変わる。
【００７５】
なお、上記で示した、不活性ガス、反応ガスおよび粉末材料は、あくまで例示であることは言うまでもない。たとえば、反応ガスとして、混合物（たとえば、空気）や化合物（たとえば、化合物：ＣＯ2）なども採用でき、当該例示のものを採用し、粉末材料としてチタンを採用した場合には、微粒子生成冷却室７０では、ＴｉＮやＴｉＣなどの超微粒子も生成される。
【００７６】
さて、微粒子生成冷却室７０内で生成された超微粒子は、当該微粒子生成冷却室７０に接続されている微粒子捕獲室７１に入る。そして、当該超微粒子は、当該微粒子捕獲室７１に設置されている微粒子捕獲フィルター７２に吸引捕集される。ここで、上記のように、微粒子捕獲フィルター７２は、熱交換器７３を介して真空ポンプ６０により吸引されている。
【００７７】
なお、移行型プラズマＰ１の発生前または発生後（発生中）において、プラズマトーチ昇降機構６５は、直流プラズマトーチを、対向電極１０と対面している方向に、移動させる。つまり、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との距離は長短変化し、これにより、材料気化反応室３５の容積は増減する。
【００７８】
以上のように、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０を用いており、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間で、移行型プラズマＰ１を発生させている。そして、リング状の磁石３により、当該移行型プラズマＰ１を回転させている。そして、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に、壁面部１１で囲繞された材料気化反応室３５が形成されている。
【００７９】
したがって、材料気化反応室３５内で回転している移行型プラズマＰ１により、原料材料（粉末材料）を気化させることができる。また、直流プラズマトーチ５０を用いているので、トーチ全体の大きさを小さくでき、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、上記構成に起因して、装置全体の低コスト化および小型化（簡素化）も可能となる。
【００８０】
また、移行型プラズマＰ１を回転させるために、１個のリング状の磁石３を内筒２内に内蔵配置させているだけである。したがって、直流プラズマトーチ５０の小型化（簡素化）が、可能となる。
【００８１】
さらに、移行型プラズマＰ１は常に回転しているため、ある個所に集中的に移行型プラズマＰ１が照射され、当該照射が維持されることを防止できる。よって、移行型プラズマＰ１の照射による電極消耗を、抑制することができる。
【００８２】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０の略中央部に、中心軸ＡＸに沿って、原料材料が通る原料材料通路部２５が形成されている。そして、当該中心軸ＡＸの回りにおいて、移行型プラズマＰ１を回転させている。
【００８３】
したがって、材料気化反応室３５内において、移行型プラズマＰ１により、原料材料を均一に加熱することができる。また、当該構成に起因して、材料気化反応室３５に供給される原料材料（粉末材料）のほとんど全てを、気化させることができる。よって、超微粒子生成に際して、余分な原料材料の供給を防止でき、原料材料の節約も可能となる。また、回転している移行型プラズマＰ１の当該回転内部において原料材料が閉じ込められ、当該状態で原料材料が気化される。
【００８４】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０は、直流プラズマトーチ５０側から平面視して、リング形状であり、貫通部２０が対向電極１０に形成されている。したがって、材料気化反応室３５内で気化した粉末材料等を、移行型プラズマＰ１の移行方向に存する対向電極１０の貫通部２０から、抽出することができる。
【００８５】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０の中心軸は、対向電極１０のリング形状の中心軸と、略一致している（両中心軸とも中心軸ＡＸで一致している）。さらに、対向電極１０のリング形状の外径Ｄ４は、移行型プラズマ用電極１の外径Ｄ１以下である。
【００８６】
したがって、回転している移行型プラズマＰ１の当該回転の径を、対向電極１０側において、移行型プラズマ用電極１側以下とできる。よって、気化した粉末材料等を効率良く、対向電極１０の貫通部２０に導くことができる。
【００８７】
さらに、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０のリング形状の内径Ｄ３は、移行型プラズマ用電極１の内径Ｄ２より小さい。したがって、より効率良く、気化した粉末材料等を、対向電極１０の貫通部２０に導くことができる。
【００８８】
さらに、本発明に係る微粒子生成装置１００では、断面視して、直流プラズマトーチ５０と対面する側において対向電極１０は、貫通部２０側において、当該直流プラズマトーチ５０側に突出している。これにより、移行型プラズマＰ１の先端部を、対向電極１０の貫通部２０に近づけることができる。したがって、気化粉末材料等の殆ど全てを、対向電極１０の貫通部２０を通過させることができる。
【００８９】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との距離を変動することにより、材料気化反応室３５の容積を変動させている。
【００９０】
したがって、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との間に発生する移行型プラズマＰ１の長さを可変できる。よって、原料材料（粉末材料）の種類に応じて、材料気化反応室３５の容積を変動させることができる。つまり、原料材料（粉末材料）の種類に応じて、材料気化反応室３５における、移行型プラズマＰ１による加熱量および加熱時間を変化させることができる。したがって、原料材料（粉末材料）の種類に応じて、常に、移行型プラズマＰ１による加熱の最適化を図ることができる。つまり、最適な熱効率の設定が、可能となる。
【００９１】
たとえば、気化しやすい原料材料では、移行型プラズマＰ１による加熱時間・加熱量は、比較的少なくて良い。したがって、当該場合には、余分な加熱時間・加熱量の印加を防止するため、プラズマトーチ昇降機構６５により、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０に近づける。
【００９２】
たとえば、気化しにくい原料材料では、移行型プラズマＰ１による加熱時間・加熱量は、比較的多く必要である。したがって、当該場合には、余分な加熱時間・加熱量の印加を防止しつつ、必要最小限の加熱時間・加熱量の印加を可能とするため、プラズマトーチ昇降機構６５により、適正位置まで、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０から遠ざける。
【００９３】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０を除く、材料気化反応室３５に面する底面部には、絶縁物１３が形成されている。そして、材料気化反応室側３５に面する壁面部１１には、絶縁物１２が形成されている。
【００９４】
したがって、材料気化反応室３５内において発生した移行型プラズマＰ１が、対向電極１０以外の方向に移行することを防止できる。
【００９５】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０の貫通部２０と連通して、微粒子生成冷却室７０が設けられている。さらに、当該微粒子生成冷却室７０と接続されて、微粒子捕獲フィルター７２を有する微粒子捕獲室７１が設けられている。
【００９６】
したがって、微粒子生成冷却室７０内において、材料気化反応室側３５内で気化された粉末材料等を、超微粒子生成可能温度（気化物凝結可能温度）まで冷却した後に、当該冷却により生成された超微粒子を、たとえば真空ポンプ６０等を利用して、微粒子捕獲室７１内において効率良く捕獲できる。
【００９７】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、導電性を有する外筒４の側面部において、移行型プラズマ用電極１を所定の距離だけ離れて囲繞する、絶縁物６が設けられている。また、導電性を有する内筒２の底部（対向電極１０と対面する部分）には、絶縁物５が設けられている。
【００９８】
したがって、回転に寄与しない磁場内に、移行型プラズマＰ１が移行することを防止できる。
【００９９】
また、材料気化反応室３５は密閉されており、微粒子生成冷却室７０等には真空ポンプ６０が接続されている。したがって、不純物の少ない超微粒子の生成が可能となる。
【０１００】
＜実施の形態２＞
本実施の形態では、直流プラズマトーチ５０では、移行型プラズマに加えて、非移行型プラズマをも発生させる。つまり、本実施の形態では、直流プラズマトーチ５０において内筒２は、非移行プラズマ用電極２として機能する。したがって、当該非移行プラズマ用電極２は、所定の電圧の印加が可能となる。なお、実施の形態１で説明したように、内筒（本実施の形態では、非移行プラズマ用電極）２は、導電性を有する材料から形成されている。
【０１０１】
本実施の形態では、上記のように、直流プラズマトーチ５０は、移行型プラズマトーチとしても非移行型プラズマトーチとしても機能する。上記以外の構成（つまり、実施の形態１で説明した内筒２を、非移行型プラズマ用電極として機能させること以外の構成）は、本実施の形態に係る微粒子生成装置と実施の形態１に係る微粒子生成装置とでは、同じである。したがって、本実施の形態においても、実施の形態１で説明した構成・動作が流用される。
【０１０２】
次に、図５を用いて、本実施の形態に係る微粒子生成装置の動作について説明する。
【０１０３】
たとえば、プラズマトーチ昇降機構６５により、図５に示すように、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０側に近づける。そして、当該状態において、図５に示すように、プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に正極性の電圧を印加する（つまり、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」電位を印加し、対向電極１０に「プラス」電位を印加している）。これに加え、本実施の形態に係る微粒子生成装置では、図５に示すように、プラズマ電源６１は、非移行型プラズマ用電極２に「プラス」の電位を印加する。
【０１０４】
したがって、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間で所定の電圧値の電位が印加されると共に、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間で他の所定の電圧値の電位が印加される。
【０１０５】
ところで、微粒子生成装置では、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０側に十分近づけたとしても、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との距離は、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間の距離（つまり、ガス通路部２６の幅）よりも、大きく設定されている。換言すれば、微粒子生成装置では、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間の距離は、十分に小さい。
【０１０６】
したがって、まず、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間における電圧印加と、ガス通路部２６内に流れるプラズマガスとに起因して、両電極１，２間において、非移行型プラズマＰ２が発生する。なお、プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間に電圧を印加し、非移行型プラズマＰ２が発生したのちに、当該プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に電圧を印加しても良い。
【０１０７】
さて、当該非移行型プラズマＰ２も、磁石３の影響により回転する。具体的には、次の通りである。
【０１０８】
移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間に所定の電圧を印加すると、非移行型プラズマＰ２が発生し、非移行型プラズマ用電極２から移行型プラズマ用電極１に向かって、非移行型プラズマアーク電流Ｉ２が流れる（図５参照）。
【０１０９】
ここで、図５には図示されていないが、非移行型プラズマ用電極２の側面部において、径方向における磁石３の磁場が軸方向における磁石３の磁場より大きい領域を覆っている、絶縁物が形成されることが望ましい。換言すれば、非移行型プラズマ用電極２の側面部において、軸方向における磁石３の磁場が、径方向における磁石３の磁場より大きい領域は、露出され、それ以外の領域は絶縁物で覆われていることが望ましい。当該絶縁物が形成されれば、軸方向の磁場が径方向の磁場より大きい領域においてのみ、非移行型プラズマアーク電流Ｉ２を流すことができる。
【０１１０】
さて、図５の構成においても磁石３は、図３に示すような方向に磁化しているとする。すると、磁石３の側方付近では、図５に示すように、径方向の磁場よりも大きな軸方向の磁場Ｂ２が存在する（磁場Ｂ２は、図５の上から下に向かう方向である）。
【０１１１】
したがって、非移行型プラズマ用電極２から移行型プラズマ用電極１に向かって非移行型プラズマアーク電流Ｉ２が流れるので、上記磁場Ｂ２下では図５に示すように、フレミングの左手の法則により、非移行型プラズマＰ２には中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ２が働く。よって、非移行型プラズマＰ２は、中心軸ＡＸの回りにおいて反時計回りに回転する。なお、力Ｆ２の大きさは、軸方向磁場Ｂ２×非移行型プラズマアーク電流Ｉ２、である。
【０１１２】
さて、当該回転する非移行型プラズマＰ２の発生により、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１の電路が形成される。つまり、当該非移行型プラズマＰ２の発生により、当該非移行型プラズマＰ２非発生の場合と比較して、移行型プラズマＰ１は発生しやすくなる。
【０１１３】
したがって、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間における電圧印加により、実施の形態１で説明した行型プラズマＰ１は簡単に発生し、当該移行型プラズマＰ１は、磁石３の影響により回転運動を行う。
【０１１４】
なお、非移行型プラズマＰ２の発生以外の動作は、実施の形態１で説明した微粒子生成装置の動作と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態に係る微粒子生成装置では、リング状の磁石３が内蔵されている内筒２を、非移行型プラズマ用電極として機能させている。また、実施の形態１で説明したように、第二のプラズマガス供給部６４は、内筒（非移行型プラズマ用電極）２と移行型プラズマ用電極１との間に形成されたガス通路部２６を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給している。
【０１１６】
したがって、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマＰ２との間で、回転する非移行型プラズマＰ２を発生させることができる。そして、当該回転する非移行型プラズマＰ２の発生により、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１の電路が形成される。つまり、当該非移行型プラズマＰ２の発生により、当該非移行型プラズマＰ２非発生の場合と比較して、移行型プラズマＰ１は発生しやすくなる。
【０１１７】
また、本実施の形態においても、実施の形態１で説明したように、内筒（非移行型プラズマ用電極）２の底部（対向電極１０と対面する部分）には、絶縁物５が設けられている。
【０１１８】
したがって、回転に寄与しない磁場内に、プラズマＰ１，Ｐ２が移行することを防止できる。
【０１１９】
なお、実施の形態１，２において、プラズマ電源６１は正極性の電圧印加を行う場合に言及した。つまり、実施の形態１では、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「プラス」、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加した。また、実施の形態１では、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「プラス」、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加し、かつ、非移行型プラズマ用電極２に「プラス」、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」を印加し、当該電極１，２間に他の所定の電圧値を印加した（移行型プラズマ用電極１は、移行型、非移行型で、同じ「マイナス」端子と接続）。
【０１２０】
しかしながら、実施の形態１，２において、プラズマ電源６１は、逆極性の電圧を印加しても良い。
【０１２１】
たとえば、図６に示すように、実施の形態１で示す構成において、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「マイナス」、移行型プラズマ用電極１に「プラス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加しても良い。
【０１２２】
また、図７に示すように、実施の形態２に示す構成において、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「マイナス」、移行型プラズマ用電極１に「プラス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加し、かつ、非移行型プラズマ用電極２に「マイナス」、移行型プラズマ用電極１に「プラス」を印加し、当該電極１，２間に他の所定の電圧値を印加しても良い（移行型プラズマ用電極１は、移行型、非移行型で、同じ「プラス」端子と接続）。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 移行型プラズマ用電極
２ 内筒、非移行型プラズマ用電極
３ 磁石
４ 外筒
５，６，１２，１３ 絶縁物
１０ 対向電極
１１ 壁面部
１５ トーチ当接部
１６ オーリング
２０ 貫通部
２５ 原料材料通路部
２６，２７ ガス通路部
３５ 材料気化反応室
５０ 直流プラズマトーチ
６０ 真空ポンプ
６１ プラズマ電源
６２ 冷却水供給部
６３ 第一のプラズマガス供給部
６４ 第二のプラズマガス供給部
６５ プラズマトーチ昇降機構
６６ 粉末材料供給部
６７ ガス供給部
７０ 微粒子生成冷却室
７１ 微粒子捕獲室
７２ 微粒子捕獲フィルター
７３ 熱交換器
１００ 微生物生成装置
ＡＸ 中心軸
Ｄ１ （移行型プラズマ用電極１の）外径
Ｄ２ （移行型プラズマ用電極１の）内径
Ｄ３ 対向電極１０のリング形状の外径
Ｄ４ 対向電極１０のリング形状の内径
Ｐ１ 移行型プラズマ
Ｐ２ 非移行型プラズマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチを利用した、微粒子生成装置および微粒子生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマトーチに関する技術は、従来より存在している（たとえば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１に係る技術では、所定の重量比のチタン・鉄系原料粗粒子を高周波熱プラズマ等の高温下で溶融蒸発させて気相化させることにより、チタン・鉄の超微粒子複合化酸化物を生成させて捕集している。
【０００４】
また、特許文献２に係る技術では、プラズマトーチは、リング陰極と、該リング陰極の放電部との間に放電空間を隔てて囲繞的に配設された陽極と、放電空間に中心軸を含む面内で交叉する磁束を形成させるように設置された磁石と、溶射材料を送り込む溶射材料供給口パイプとから、構成されている。
【０００５】
また、プラズマを利用した微粒子製造に関する従来技術として、特許文献１の他に、特許文献３や特許文献４なども存在する。
【０００６】
特許文献３に係る技術では、金属粉末とホウ素粉末とを、アルゴンガスなどの不活性ガスの熱プラズマ中に供給し、ナノオーダーの金属ホウ化物微粉末を得ている。
【０００７】
また、特許文献４に係る技術では、カーボンるつぼに無機塊状物を保持させて、アークプラズマを発生させ、ＳｉＣナノ粒子を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１１５９４２号公報
【特許文献２】特開平８−３１９５５２号公報
【特許文献３】特開２００３−２６１３２３号公報
【特許文献４】特開２０１０−９５４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に係る技術では、高周波熱プラズマトーチを利用しているが、トーチが高周波熱プラズマトーチであるため、トーチ全体の大きさが大きくなり、かつエネルギー効率が悪いという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に係る技術において通常のプラズマトーチを用いた場合には、供給された原料材料を均一に加熱できないという問題が発生する。
【００１１】
そこで、本発明は、プラズマトーチを利用した微粒子の生成に関する技術において、トーチ全体の大きさを小さくでき、エネルギー効率が高く、さらに原料材料を均一に加熱することができる、微粒子生成装置および微粒子生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る微粒子生成装置は、直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された、対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を、側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた、原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている。
【００１３】
また、本発明に係る微粒子生成方法は、直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている、微粒子生成装置における微粒子生成方法であって、（Ａ）前記直流プラズマトーチ内の前記原料材料通路部の外側を通って、前記材料気化反応室内にプラズマガスを供給するステップと、（Ｂ）前記原料材料通路部内を通って、前記材料気化反応室内に、粉末状の粉末材料を供給するステップと、（Ｃ）前記移行型プラズマ用電極と前記対向電極との間に直流電圧を印加し、当該直流電圧印加と前記磁石の磁力とにより、前記材料気化反応室内に、回転状態の移行型プラズマを発生させ、当該移行型プラズマにより、前記回転状態内において前記粉末材料を気化させるステップとを、備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された、対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を、側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた、原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている。
【００１５】
したがって、材料気化反応室内で回転している移行型プラズマにより、原料材料を気化させることができる。また、直流プラズマトーチを用いているので、トーチ全体の大きさを小さくでき、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、上記構成に起因して、装置全体の低コスト化および小型化（簡素化）も可能となる。
【００１６】
また、移行型プラズマを回転させるために、１個のリング状の磁石を配置させているだけで済む。したがって、直流プラズマトーチの小型化（簡素化）が、可能となる。
【００１７】
さらに、移行型プラズマは常に回転しているため、ある個所に集中的に移行型プラズマ照射され、当該照射が維持されることを防止できる。よって、移行型プラズマ照射による電極消耗を、抑制することができる。
【００１８】
また、直流プラズマトーチの略中央部に、中心軸に沿って、原料材料が通る原料材料通路部が形成されている。そして、当該中心軸の回りにおいて、移行型プラズマを回転する。
【００１９】
したがって、材料気化反応室内において、移行型プラズマにより、原料材料を均一に加熱することができる。また、当該構成に起因して、材料気化反応室に供給される原料材料のほとんど全てを、気化させることができる。よって、超微粒子生成に際して、余分な原料材料の供給を防止でき、原料材料の節約も可能となる。また、回転している移行型プラズマの当該回転内部において原料材料が閉じ込められ、当該状態で原料材料が気化される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る微粒子生成装置１００の全体構成を示す図である。
【図２】直流プラズマトーチ５０の先端部付近の構成を示す拡大断面図である。
【図３】磁石３の磁化の様子を示す図である。
【図４】移行型プラズマＰ１の発生および当該移行型プラズマＰ１の回転を説明するための断面図である。
【図５】非移行型プラズマＰ２の発生および当該非移行型プラズマＰ２の回転を説明するための断面図である。
【図６】実施の形態１に示す微粒子生成装置において、プラズマ電源６１が逆極性電圧を印加する様子を示す図である。
【図７】実施の形態２に示す微粒子生成装置において、プラズマ電源６１が逆極性電圧を印加する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係る微粒子生成装置１００の全体構成を示す図である。図１に示すように、微粒子生成装置１００は、直流プラズマトーチ５０を具備する。図２は、図１に示す直流プラズマトーチ５０の先端部付近の構成を示す拡大断面図である。
【００２３】
図１に示すように、微粒子生成装置１００は、直流プラズマトーチ５０、真空ポンプ６０、プラズマ電源６１、冷却水供給部６２、第一のプラズマガス供給部６３、第二のプラズマガス供給部６４、プラズマトーチ昇降機構６５、粉末材料供給部６６、ガス供給部６７、微粒子生成冷却室７０、微粒子捕獲室７１、微粒子捕獲フィルター７２、および熱交換器７３を、備えている。さらに、図２に示すように、微粒子生成装置１００は、対向電極１０、壁面部１１、および複数の絶縁物１２，１３も備えている。
【００２４】
図１に示した丸で囲まれた領域の構成（つまり、直流プラズマトーチ５０の先端部付近の構成）が、図２に示されている。図２に示すように、直流プラズマトーチ５０は、移行型プラズマ用電極１、内筒２、磁石３、外筒４、および複数の絶縁物５，６を、備えている。なお、図２に示すように、これらの部材１〜６は全て、プラズマトーチ先端部において配設されている。
【００２５】
＜直流プラズマトーチおよびその周辺の構成＞
まず、直流プラズマトーチ５０の構成について説明する。
【００２６】
移行型プラズマ用電極１、内筒２および外筒４は各々、円筒形状を有しており、導電性材料から成る。移行型プラズマ用電極１は、内筒２を、所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、移行型プラズマ用電極１の円筒形の径は、内筒２の円筒形の径よりも大きい。また、外筒４は、移行型プラズマ用電極１を、所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、外筒４の円筒形の径は、移行型プラズマ用電極１の円筒形の径よりも大きい。
【００２７】
外筒４の空洞内には、内筒２および移行型プラズマ用電極１が配置されており、移行型プラズマ用電極１の空洞内には、内筒２が配置されている。ここで、移行型プラズマ用電極１の円筒形の中心軸と、内筒２の円筒形の中心軸と、外筒４の円筒形の中心軸は、一致している。当該中心軸を、図２において中心軸ＡＸとして図示している。
【００２８】
なお、以下の説明において、当該中心軸ＡＸの方向を、「軸方向」と称する。また、各部材１，２，４の円筒形の径の方向を、「径方向」と称する。
【００２９】
内筒２の空洞は、原料材料が通る原料材料通路部２５として機能し、直流プラズマトーチ５０の略中心部に存する。また、内筒２と移行型プラズマ用電極１との間に形成された空間は、プラズマガスが通るガス通路部２６として機能する。また、移行型プラズマ用電極１と外筒４との間に形成された空間は、プラズマガスが通るガス通路部２７として機能する。
【００３０】
また、磁石３は、リング形状を有する、永久磁石である。当該磁石３のリング形状の中心軸も、上記中心軸ＡＸと一致している。また、磁石３は、中心軸ＡＸ方向に磁化している。具体的に、リング状の磁石３において、上部（原料材料供給側）が「Ｎ極」であり、下部（対向電極１０に面する側）が「Ｓ極」である。
【００３１】
また、移行型プラズマ用電極１は、磁石３を、所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、磁石３は、移行型プラズマ用電極１の円筒の空洞内部に配置される。図２に示す形態で、磁石３は、内筒２の内部に配設（内蔵）されている。より具体的には、磁石３は、内筒２の内部において、対向電極１０配置側（内筒２の底部付近）に、配置されている。つまり、対向電極１０により近い位置に、磁石３は配設されている。
【００３２】
また、図２に示すように、絶縁物５は、内筒２の底面側端部を被覆するように形成されている。より具体的に、絶縁物５は、内筒２の対向電極１０と対面する部分および、当該部分付近における内筒２の側面部の一部を覆っている。つまり、絶縁物５は、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きくなる領域において、配設されている。
【００３３】
さらに、移行型プラズマ用電極１と対向する外筒４の側面部には、絶縁物６が配設されている。当該絶縁物６は、対応電極１０と対面する側の外筒４の端部領域において、所定の範囲で、移行型プラズマ用電極を所定の距離だけ離れて囲繞するように配設されている。具体的に、絶縁物６は、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きくなる領域において、配設されている。
【００３４】
ここで、各絶縁物５，６として、たとえば高温耐久性を有する窒化ボロン（または酸化シリコン）、または安価なアルミナなどを採用することができる。
【００３５】
なお、内筒２の端部（底部）、移行型プラズマ用電極１の端部（底部）および外筒４の端部（底部）の、対向電極１０側への突出具合は、次の通りである。外筒４の底部が、最も対向電極１０側に突出しおり、内筒２の端部が、最も対向電極１０側に突出していない。移行型プラズマ用電極１の対向電極１０側への突出具体は、前者両者の間である。
【００３６】
ここで、上記構成の直流プラズマトーチ５０は、図２における上下方向に、移動することができる。換言すれば、直流プラズマトーチ５０は、対向電極１０と対面している方向に、移動可能である。
【００３７】
さて、図２に示すように、直流プラズマトーチ５０のプラズマ出力側において、当該直流プラズマトーチ５０から離隔・対向して、対向電極１０が設けられている。
【００３８】
当該対向電極１０は、直流プラズマトーチ５０側から平面視して、リング形状を有する。したがって、対向電極１０の当該リング形状の貫通部２０は、一方において材料気化反応室３５と連通しており、他方において微粒子生成冷却室７０と連通している。したがって、当該貫通部２０を介して、材料気化反応室３５と微粒子生成冷却室７０とが接続される。
【００３９】
当該対向電極１０の当該リング形状の中心軸は、上記中心軸ＡＸと略一致している。また、対向電極１０の当該リング形状の外径Ｄ４は、移行型プラズマ用電極１の外径Ｄ１以下である（Ｄ４≦Ｄ１）。また、対向電極１０の当該リング形状の内径Ｄ３は、移行型プラズマ用電極１の内径Ｄ２より小さい（Ｄ３＜Ｄ２）。さらに、図２に示すように、直流プラズマトーチ５０と対面する対向電極１０の面は、断面視において、対向電極１０の前記リング形状の内径側から当該リング形状の外径側に進むに連れて、直流プラズマトーチ５０から遠ざかる方向に傾斜した形状を有する。なお、図２に示すように、対向電極１０は、微粒子生成冷却室７０の上部壁面と連接されている。
【００４０】
さて、図２に示すように、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との間には、材料気化反応室３５が形成されている。そして、当該材料気化反応室３５を、側面側から囲繞するように壁面部１１が形成されている。具体的に、直流プラズマトーチ５０、対向電極１０、微粒子生成冷却室７０の上部壁面および壁面部１１により、材料気化反応室３５が囲まれている。当該壁面部１１と微粒子生成冷却室７０の上部壁面とは、固定部材ｂ２により固定されている。
【００４１】
当該材料気化反応室３５は、貫通部２０、原料材料通路部２５およびガス通路部２６，２７を除いて、直流プラズマトーチ５０、対向電極１０、微粒子生成冷却室７０の上部壁面および壁面部１１により、気密性が保持されている（密閉されている）。
【００４２】
ここで、上記のように、直流プラズマトーチ５０は図２の上下方向に移動可能（昇降移動可能）である。したがって、直流プラズマトーチ５０の当該昇降移動に応じて、材料気化反応室３５の容積は変動する。なお、対向電極１０側の部材を昇降移動させることにより、材料気化反応室３５の容積を変動させても良い。つまり、材料気化反応室３５の容積は、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との間の距離を変化させることにより、可変となる。
【００４３】
壁面部１１は、固定部材ｂ１により固定されるように接続された、トーチ当接部１５を有する。当該トーチ当接部１５は、直流プラズマトーチ５０の側面部に当接される。ここで、当該トーチ当接部１５には部分的に溝が形成されており、当該溝にはオーリング１６が配設されている。トーチ当接部１５は、直流プラズマトーチ５０の上記昇降移動の受けとして機能しており、当該オーリング１６の配設により、当該昇降材料気化反応室３５の気密性が保持される。
【００４４】
また、図２に示すように、対向電極１０を除く材料気化反応室３５に面する底面部（つまり、材料気化反応室３５に面する微粒子生成冷却室７０の上部壁面の一部）は、絶縁物１３が形成されている。また、材料気化反応室側３５に面する壁面部１１は、絶縁物１２が形成されている。
【００４５】
ここで、各絶縁物１２，１３として、たとえば高温耐久性を有する窒化ボロン（または酸化シリコン）、または安価なアルミナなどを採用することができる。
【００４６】
＜微粒子生成装置の構成＞
プラズマトーチ昇降機構６５は、直流プラズマトーチ５０の上方に配設されており、当該直流プラズマトーチ５０の上記昇降移動を行う。プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１および対向電極１０に対して、直流電源を供給する。図２に示す例は、正極性時の電源供給の様子を示している（つまり、移行型プラズマ用電極１にマイナス電圧を印加し、対向電極１０にプラス電圧を印加する場合である）。
【００４７】
冷却水供給部６２は、直流プラズマトーチ５０、微粒子生成冷却室７０および熱交換機７３の各々に対して、冷媒（以下、冷却水を例示して説明する）を供給する。具体的に、冷却水供給部６２は、移行型プラズマ用電極１内、内筒２内および外筒４内を、冷却水が循環するように、冷却水を供給している。当該冷却水の循環により、直流プラズマトーチ５０の得冷却が可能となる。なお、内筒２内に内蔵されている磁石３の周囲においても、冷却水は循環している。
【００４８】
また、微粒子生成冷却室７０の上部内、側部内および底部内（微粒子生成冷却室７０の壁面）、さらに対向電極１０内において、冷却水が循環するように、冷却水供給部６２は冷却水を供給する。当該冷却水の循環により、微粒子生成冷却室７０内の冷却および対向電極１０の冷却が可能となる。なお、熱交換器７３に供給された冷却水は、熱交換に利用される。
【００４９】
ここで、図１に示す構成例では、材料気化反応室３５や微粒子捕獲室７１の壁面は、冷却水で冷却されてないが、冷却水で冷却してもよい。
【００５０】
第一のプラズマガス供給部６３は、直流プラズマトーチ５０内の原料ガス材料通路部２５の外側を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。具体的に、第一のプラズマガス供給部６３は、外筒４と移行型プラズマ用電極１との間に形成されたガス通路部２７を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。ここで、図１に示すように、第一のプラズマガス供給部６３が供給するプラズマガスとして、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）および／または気化した粉末材料と反応する反応ガス（酸素分子、窒素分子等）などが採用できる。
【００５１】
第二のプラズマガス供給部６４は、直流プラズマトーチ５０内の原料ガス材料通路部２５の外側を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。具体的に、第二のプラズマガス供給部６４は、内筒２と移行型プラズマ用電極１との間に形成されたガス通路部２６を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。ここで、図１に示すように、第二のプラズマガス供給部６４が供給するプラズマガスとして、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）および／または気化した粉末材料と反応する反応ガス（酸素分子、窒素分子等）などが採用できる。
【００５２】
粉末材料供給部６６には、原料材料となる粉末材料が収容されている。当該粉末材料は、粒径が１００μｍ以下の粉体（粉末状）である。また、粉末材料供給部６６には、ガス供給部６７から、担体ガスが供給される。ここで、当該担体ガスは、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等）および／または気化した粉末材料と反応する反応ガス（酸素分子、窒素分子等）などが採用できる。粉末材料供給部６６から出力された粉末材料は、担体ガスにより運ばれ、原料材料通路部２５を通って、材料気化反応室３５に供給される。
【００５３】
プラズマ電源６１からの電源供給およびプラズマガス供給部６３，６４からのプラズマガス供給により、材料気化反応室３５内の移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１が発生する。なお、後述するように、当該移行型プラズマＰ１は、磁石３からの磁力（より具体的に、径方向の磁力）の影響を受けることにより、当該材料気化反応室３５内において、中心軸ＡＸの周りを回転する。つまり、材料気化反応室３５内の移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、中心軸ＡＸの周りで、円筒状を形成するように回転している、移行型プラズマＰ１が発生する。当該円筒の一方端部は、移行型プラズマ用電極１の端部であり、当該円筒の他方端部は、対向電極１０の上面である。
【００５４】
また、粉末材料供給部６６から供給された粉末材料は、当該材料気化反応室３５内において、上記回転状態の移行型プラズマＰ１により加熱される。そして、当該加熱により、粉末材料は、当該材料気化反応室３５内において気化する。
【００５５】
微粒子生成冷却室７０は、導電性を有する部材（壁面）に周囲が囲まれることにより、形成されている。上記のように、当該微粒子生成冷却室７０の壁面には冷却水が循環しており、当該冷却水の循環により、当該微粒子生成冷却室７０の壁面および微粒子生成冷却室７０内は、冷却される。また、当該微粒子生成冷却室７０の壁面にプラズマ電源からの電圧を印加することにより、当該微粒子生成冷却室７０の壁面と接続している対向電極１０に当該電圧が印加される。上記のとおり、微粒子生成冷却室７０は、貫通部２０を介して材料気化反応室３５と接続されている。また、側面部において、微粒子生成冷却室７０は、微粒子捕獲室７１と接続されている。
【００５６】
真空ポンプ６０は、微粒子生成冷却室７０、微粒子捕獲室７１および熱交換器７３内の気圧を低下させるために、用いられる。当該真空ポンプ６０と大気を供給するバルブとにより生じた気圧差を利用して、材料気化反応室３５内で気化された粉末材料（以下、気化材料）は、貫通部２０を通って、微粒子生成冷却室７０へと移動し、さらに当該微粒子生成冷却室７０を通って、微粒子捕獲室７１へと移動する。
【００５７】
微粒子生成冷却室７０内では、当該気化材料は冷却され、凝縮し、超微粒子（ナノ粒子）が生成される。当該微粒子生成冷却室７０で生成された超微粒子は、微粒子捕獲室７１に送られる。微粒子捕獲フィルター７２は熱交換器７３を通じて吸引状態にあり、超微粒子は、当該吸引状態の微粒子捕獲フィルター７２により捕集される。なお、微粒子捕獲フィルター７２を通過したガス等は、熱交換器７３において十分冷却される。
【００５８】
＜微粒子生成装置における超微粒子の生成方法＞
次に、微粒子生成装置１００における動作について説明する。
【００５９】
図１，２に示すように、プラズマ電源６１を用いて、たとえば正極性の直流電源を、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に印加する。また、第一のプラズマガス供給部６３が、ガス通路部２７を通って材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。また、第二のプラズマガス供給部６４が、ガス通路部２６を通って材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給する。
【００６０】
すると、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１が発生し、磁石３の磁場の作用により、当該移行型プラズマＰ１は回転し、円筒状のプラズマとなる（図２参照）。ここで、絶縁物５，６の存在により、移行型プラズマＰ１は、両電極１，１０との間で、つまり径方向における磁石３の磁場が軸方向における磁石３の磁場より大きい領域において、生成される。換言すれば、当該絶縁物５，６は、回転に寄与しない磁界部分に移行型プラズマＰ１が移行しないようにするために、配設されている。
【００６１】
上記のとおり、移行型プラズマＰ１は、磁石３により生成される磁界により、中心軸ＡＸを中心として回転する。具体的には、下記の通りである。
【００６２】
図２に示すように、リング状の磁石３は内筒２内に内蔵されているが、当該磁石３は、図３に示すように、中心軸ＡＸ方向に磁化している。したがって当該磁石３により、直流プラズマトーチ５０の先端部では、図４に示す磁界ＭＦが形成される。
【００６３】
当該磁界ＭＦ生成下において、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に正極性である所定値の直流電圧を印加すると、移行型プラズマＰ１が発生する。さらに、対向電極１０から移行型プラズマ用電極１に向かって、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が流れる（図４参照）。
【００６４】
ここで、絶縁物５，６の存在により、対向電極１０と当該対向電極１０に対面する移行型プラズマ用電極１の端部（底部）との間においてのみ、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が流れる。換言すれば、磁界ＭＦの径方向の磁場が当該磁界ＭＦの軸方向の磁場より大きい領域においてのみ、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が流れる。なお、絶縁物１２，１３の形成により、移行型プラズマアーク電流Ｉ１が、材料気化反応室３５の他の壁面に移行することを防止できる。
【００６５】
したがって、図４に示すように、フレミングの左手の法則により、移行型プラズマＰ１は、当該径方向の磁場Ｂ１の影響により中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ１が働く。よって、移行型プラズマＰ１は、中心軸ＡＸの回りにおいて時計回りに回転する。なお、力Ｆ１の大きさは、径方向磁場Ｂ１×移行型プラズマアーク電流Ｉ１、である。このように、移行型プラズマＰ１は、常に回転する。
【００６６】
さて、回転している移行型プラズマＰ１が発生している状態において、粉末材料供給部６６は、原料材料通路部２５内を通って、材料気化反応室３５内に、粉末状の粉末材料を供給する。ここで、粉末材料は、たとえば粒径１００μｍ以下の粉体であり、担体ガスに乗って、材料気化反応室３５内に供給される。
【００６７】
原料材料通路部２５は、中心軸ＡＸに沿って延設されている。したがって、原料材料通路部２５を通った粉末材料は、中心軸ＡＸの周りで回転している移行型プラズマＰ１の回転内部へと供給される。粉末材料は、当該移行型プラズマＰ１の回転内部を対向電極１０に向かって移行する間に、当該移行型プラズマＰ１により加熱され、気化する。
【００６８】
ところで、上記のとおり、プラズマトーチ昇降機構６５により、両電極１，１０間の距離を変化させ、材料気化反応室３５の容積を変化させることができる。これにより、粉末材料及びガスに対して、移行型プラズマＰ１による加熱の加熱量及び加熱時間の調節ができる。
【００６９】
たとえば、気化しにくい粉末材料を気化させる場合には、両電極１，１０間の距離を長くし、材料気化反応室３５の容積を拡大させる。これにより、当該粉末材料に対する移行型プラズマＰ１による加熱の加熱量及び加熱時間を、増加できる。他方、気化しやすい粉末材料を気化させる場合には、両電極１，１０間の距離を短くし、材料気化反応室３５の容積を縮小させる。これにより、当該粉末材料に対する移行型プラズマＰ１による加熱の加熱量及び加熱時間を、減少できる。つまり、粉末材料の種類に応じて、両電極１，１０間の距離を変化させ、材料気化反応室３５の容積を変化させることにより、移行型プラズマＰ１による無駄な加熱処理を、防止できる。換言すれば、粉末材料の効率的な気化処理が可能となる。
【００７０】
さて、材料気化反応室３５内で気化した原料は、貫通部２０を介して、微粒子生成冷却室７０内へと入る。ここで、担体ガスおよびプラズマガスとして不活性ガスを採用した場合には、当該不活性ガスも気化した原料と共に、貫通部２０を介して、微粒子生成冷却室７０内へと入る。また、担体ガスおよびプラズマガスとして反応ガスを採用した場合には、材料気化反応室３５内で生成された反応生成気化物および反応しなかった反応ガスも、気化した原料と共に、貫通部２０を介して微粒子生成冷却室７０内へと入る。
【００７１】
微粒子生成冷却室７０では、気化した原料、担体ガス、プラズマガス、反応生成気化物などが冷却され、凝結、凝固し、超微粒子（ナノ粒子）が形成される。
【００７２】
たとえば、担体ガスおよびプラズマガスが全て不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）であり、粉末材料がチタンである場合には、微粒子生成冷却室７０では、気化した粉末材料が凝結、凝固し、チタンの超微粒子が生成される。
【００７３】
これに対して、担体ガスおよびプラズマガスが全て反応ガス（たとえば、酸素）であり、粉末材料がチタンである場合には、微粒子生成冷却室７０では、気化した粉末材料と反応ガスで反応生成されたものが凝結、凝固し、ＴｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ、Ｔｉ2Ｏ3等の超微粒子が生成される。
【００７４】
また、担体ガスおよびプラズマガスが全て反応ガス（たとえば、酸素）と不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）との混合ガスである場合（または、第一のプラズマガス供給部６３が供給するプラズマガスと担体ガスとが不活性ガス（たとえば、アルゴンガス）であり、第二のプラズマガス供給部６４が供給するプラズマガスが反応ガス（たとえば、酸素）である場合）であり、粉末材料がチタンである場合には、微粒子生成冷却室７０では、気化した粉末材料と反応生成されたものとの混合物が凝結、凝固し、Ｔｉ、ＴｉＯ、ＴｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ、Ｔｉ2Ｏ3等の超微粒子が生成される。ここで、前記混合物の割合は、不活性ガスと反応ガスとの割合、プラズマ状態（温度）により変わる。
【００７５】
なお、上記で示した、不活性ガス、反応ガスおよび粉末材料は、あくまで例示であることは言うまでもない。たとえば、反応ガスとして、混合物（たとえば、空気）や化合物（たとえば、化合物：ＣＯ2）なども採用でき、当該例示のものを採用し、粉末材料としてチタンを採用した場合には、微粒子生成冷却室７０では、ＴｉＮやＴｉＣなどの超微粒子も生成される。
【００７６】
さて、微粒子生成冷却室７０内で生成された超微粒子は、当該微粒子生成冷却室７０に接続されている微粒子捕獲室７１に入る。そして、当該超微粒子は、当該微粒子捕獲室７１に設置されている微粒子捕獲フィルター７２に吸引捕集される。ここで、上記のように、微粒子捕獲フィルター７２は、熱交換器７３を介して真空ポンプ６０により吸引されている。
【００７７】
なお、移行型プラズマＰ１の発生前または発生後（発生中）において、プラズマトーチ昇降機構６５は、直流プラズマトーチを、対向電極１０と対面している方向に、移動させる。つまり、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との距離は長短変化し、これにより、材料気化反応室３５の容積は増減する。
【００７８】
以上のように、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０を用いており、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間で、移行型プラズマＰ１を発生させている。そして、リング状の磁石３により、当該移行型プラズマＰ１を回転させている。そして、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に、壁面部１１で囲繞された材料気化反応室３５が形成されている。
【００７９】
したがって、材料気化反応室３５内で回転している移行型プラズマＰ１により、原料材料（粉末材料）を気化させることができる。また、直流プラズマトーチ５０を用いているので、トーチ全体の大きさを小さくでき、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、上記構成に起因して、装置全体の低コスト化および小型化（簡素化）も可能となる。
【００８０】
また、移行型プラズマＰ１を回転させるために、１個のリング状の磁石３を内筒２内に内蔵配置させているだけである。したがって、直流プラズマトーチ５０の小型化（簡素化）が、可能となる。
【００８１】
さらに、移行型プラズマＰ１は常に回転しているため、ある個所に集中的に移行型プラズマＰ１が照射され、当該照射が維持されることを防止できる。よって、移行型プラズマＰ１の照射による電極消耗を、抑制することができる。
【００８２】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０の略中央部に、中心軸ＡＸに沿って、原料材料が通る原料材料通路部２５が形成されている。そして、当該中心軸ＡＸの回りにおいて、移行型プラズマＰ１を回転させている。
【００８３】
したがって、材料気化反応室３５内において、移行型プラズマＰ１により、原料材料を均一に加熱することができる。また、当該構成に起因して、材料気化反応室３５に供給される原料材料（粉末材料）のほとんど全てを、気化させることができる。よって、超微粒子生成に際して、余分な原料材料の供給を防止でき、原料材料の節約も可能となる。また、回転している移行型プラズマＰ１の当該回転内部において原料材料が閉じ込められ、当該状態で原料材料が気化される。
【００８４】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０は、直流プラズマトーチ５０側から平面視して、リング形状であり、貫通部２０が対向電極１０に形成されている。したがって、材料気化反応室３５内で気化した粉末材料等を、移行型プラズマＰ１の移行方向に存する対向電極１０の貫通部２０から、抽出することができる。
【００８５】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０の中心軸は、対向電極１０のリング形状の中心軸と、略一致している（両中心軸とも中心軸ＡＸで一致している）。さらに、対向電極１０のリング形状の外径Ｄ４は、移行型プラズマ用電極１の外径Ｄ１以下である。
【００８６】
したがって、回転している移行型プラズマＰ１の当該回転の径を、対向電極１０側において、移行型プラズマ用電極１側以下とできる。よって、気化した粉末材料等を効率良く、対向電極１０の貫通部２０に導くことができる。
【００８７】
さらに、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０のリング形状の内径Ｄ３は、移行型プラズマ用電極１の内径Ｄ２より小さい。したがって、より効率良く、気化した粉末材料等を、対向電極１０の貫通部２０に導くことができる。
【００８８】
さらに、本発明に係る微粒子生成装置１００では、断面視して、直流プラズマトーチ５０と対面する側において対向電極１０は、貫通部２０側において、当該直流プラズマトーチ５０側に突出している。これにより、移行型プラズマＰ１の先端部を、対向電極１０の貫通部２０に近づけることができる。したがって、気化粉末材料等の殆ど全てを、対向電極１０の貫通部２０を通過させることができる。
【００８９】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との距離を変動することにより、材料気化反応室３５の容積を変動させている。
【００９０】
したがって、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との間に発生する移行型プラズマＰ１の長さを可変できる。よって、原料材料（粉末材料）の種類に応じて、材料気化反応室３５の容積を変動させることができる。つまり、原料材料（粉末材料）の種類に応じて、材料気化反応室３５における、移行型プラズマＰ１による加熱量および加熱時間を変化させることができる。したがって、原料材料（粉末材料）の種類に応じて、常に、移行型プラズマＰ１による加熱の最適化を図ることができる。つまり、最適な熱効率の設定が、可能となる。
【００９１】
たとえば、気化しやすい原料材料では、移行型プラズマＰ１による加熱時間・加熱量は、比較的少なくて良い。したがって、当該場合には、余分な加熱時間・加熱量の印加を防止するため、プラズマトーチ昇降機構６５により、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０に近づける。
【００９２】
たとえば、気化しにくい原料材料では、移行型プラズマＰ１による加熱時間・加熱量は、比較的多く必要である。したがって、当該場合には、余分な加熱時間・加熱量の印加を防止しつつ、必要最小限の加熱時間・加熱量の印加を可能とするため、プラズマトーチ昇降機構６５により、適正位置まで、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０から遠ざける。
【００９３】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０を除く、材料気化反応室３５に面する底面部には、絶縁物１３が形成されている。そして、材料気化反応室側３５に面する壁面部１１には、絶縁物１２が形成されている。
【００９４】
したがって、材料気化反応室３５内において発生した移行型プラズマＰ１が、対向電極１０以外の方向に移行することを防止できる。
【００９５】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、対向電極１０の貫通部２０と連通して、微粒子生成冷却室７０が設けられている。さらに、当該微粒子生成冷却室７０と接続されて、微粒子捕獲フィルター７２を有する微粒子捕獲室７１が設けられている。
【００９６】
したがって、微粒子生成冷却室７０内において、材料気化反応室側３５内で気化された粉末材料等を、超微粒子生成可能温度（気化物凝結可能温度）まで冷却した後に、当該冷却により生成された超微粒子を、たとえば真空ポンプ６０等を利用して、微粒子捕獲室７１内において効率良く捕獲できる。
【００９７】
また、本発明に係る微粒子生成装置１００では、導電性を有する外筒４の側面部において、移行型プラズマ用電極１を所定の距離だけ離れて囲繞する、絶縁物６が設けられている。また、導電性を有する内筒２の底部（対向電極１０と対面する部分）には、絶縁物５が設けられている。
【００９８】
したがって、回転に寄与しない磁場内に、移行型プラズマＰ１が移行することを防止できる。
【００９９】
また、材料気化反応室３５は密閉されており、微粒子生成冷却室７０等には真空ポンプ６０が接続されている。したがって、不純物の少ない超微粒子の生成が可能となる。
【０１００】
＜実施の形態２＞
本実施の形態では、直流プラズマトーチ５０では、移行型プラズマに加えて、非移行型プラズマをも発生させる。つまり、本実施の形態では、直流プラズマトーチ５０において内筒２は、非移行プラズマ用電極２として機能する。したがって、当該非移行プラズマ用電極２は、所定の電圧の印加が可能となる。なお、実施の形態１で説明したように、内筒（本実施の形態では、非移行プラズマ用電極）２は、導電性を有する材料から形成されている。
【０１０１】
本実施の形態では、上記のように、直流プラズマトーチ５０は、移行型プラズマトーチとしても非移行型プラズマトーチとしても機能する。上記以外の構成（つまり、実施の形態１で説明した内筒２を、非移行型プラズマ用電極として機能させること以外の構成）は、本実施の形態に係る微粒子生成装置と実施の形態１に係る微粒子生成装置とでは、同じである。したがって、本実施の形態においても、実施の形態１で説明した構成・動作が流用される。
【０１０２】
次に、図５を用いて、本実施の形態に係る微粒子生成装置の動作について説明する。
【０１０３】
たとえば、プラズマトーチ昇降機構６５により、図５に示すように、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０側に近づける。そして、当該状態において、図５に示すように、プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に正極性の電圧を印加する（つまり、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」電位を印加し、対向電極１０に「プラス」電位を印加している）。これに加え、本実施の形態に係る微粒子生成装置では、図５に示すように、プラズマ電源６１は、非移行型プラズマ用電極２に「プラス」の電位を印加する。
【０１０４】
したがって、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間で所定の電圧値の電位が印加されると共に、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間で他の所定の電圧値の電位が印加される。
【０１０５】
ところで、微粒子生成装置では、直流プラズマトーチ５０を対向電極１０側に十分近づけたとしても、直流プラズマトーチ５０と対向電極１０との距離は、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間の距離（つまり、ガス通路部２６の幅）よりも、大きく設定されている。換言すれば、微粒子生成装置では、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間の距離は、十分に小さい。
【０１０６】
したがって、まず、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間における電圧印加と、ガス通路部２６内に流れるプラズマガスとに起因して、両電極１，２間において、非移行型プラズマＰ２が発生する。なお、プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間に電圧を印加し、非移行型プラズマＰ２が発生したのちに、当該プラズマ電源６１は、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間に電圧を印加しても良い。
【０１０７】
さて、当該非移行型プラズマＰ２も、磁石３の影響により回転する。具体的には、次の通りである。
【０１０８】
移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマ用電極２との間に所定の電圧を印加すると、非移行型プラズマＰ２が発生し、非移行型プラズマ用電極２から移行型プラズマ用電極１に向かって、非移行型プラズマアーク電流Ｉ２が流れる（図５参照）。
【０１０９】
ここで、図５には図示されていないが、非移行型プラズマ用電極２の側面部において、径方向における磁石３の磁場が軸方向における磁石３の磁場より大きい領域を覆っている、絶縁物が形成されることが望ましい。換言すれば、非移行型プラズマ用電極２の側面部において、軸方向における磁石３の磁場が、径方向における磁石３の磁場より大きい領域は、露出され、それ以外の領域は絶縁物で覆われていることが望ましい。当該絶縁物が形成されれば、軸方向の磁場が径方向の磁場より大きい領域においてのみ、非移行型プラズマアーク電流Ｉ２を流すことができる。
【０１１０】
さて、図５の構成においても磁石３は、図３に示すような方向に磁化しているとする。すると、磁石３の側方付近では、図５に示すように、径方向の磁場よりも大きな軸方向の磁場Ｂ２が存在する（磁場Ｂ２は、図５の上から下に向かう方向である）。
【０１１１】
したがって、非移行型プラズマ用電極２から移行型プラズマ用電極１に向かって非移行型プラズマアーク電流Ｉ２が流れるので、上記磁場Ｂ２下では図５に示すように、フレミングの左手の法則により、非移行型プラズマＰ２には中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ２が働く。よって、非移行型プラズマＰ２は、中心軸ＡＸの回りにおいて反時計回りに回転する。なお、力Ｆ２の大きさは、軸方向磁場Ｂ２×非移行型プラズマアーク電流Ｉ２、である。
【０１１２】
さて、当該回転する非移行型プラズマＰ２の発生により、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１の電路が形成される。つまり、当該非移行型プラズマＰ２の発生により、当該非移行型プラズマＰ２非発生の場合と比較して、移行型プラズマＰ１は発生しやすくなる。
【０１１３】
したがって、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間における電圧印加により、実施の形態１で説明した行型プラズマＰ１は簡単に発生し、当該移行型プラズマＰ１は、磁石３の影響により回転運動を行う。
【０１１４】
なお、非移行型プラズマＰ２の発生以外の動作は、実施の形態１で説明した微粒子生成装置の動作と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態に係る微粒子生成装置では、リング状の磁石３が内蔵されている内筒２を、非移行型プラズマ用電極として機能させている。また、実施の形態１で説明したように、第二のプラズマガス供給部６４は、内筒（非移行型プラズマ用電極）２と移行型プラズマ用電極１との間に形成されたガス通路部２６を通って、材料気化反応室３５に、プラズマガスを供給している。
【０１１６】
したがって、移行型プラズマ用電極１と非移行型プラズマＰ２との間で、回転する非移行型プラズマＰ２を発生させることができる。そして、当該回転する非移行型プラズマＰ２の発生により、移行型プラズマ用電極１と対向電極１０との間において、移行型プラズマＰ１の電路が形成される。つまり、当該非移行型プラズマＰ２の発生により、当該非移行型プラズマＰ２非発生の場合と比較して、移行型プラズマＰ１は発生しやすくなる。
【０１１７】
また、本実施の形態においても、実施の形態１で説明したように、内筒（非移行型プラズマ用電極）２の底部（対向電極１０と対面する部分）には、絶縁物５が設けられている。
【０１１８】
したがって、回転に寄与しない磁場内に、プラズマＰ１，Ｐ２が移行することを防止できる。
【０１１９】
なお、実施の形態１，２において、プラズマ電源６１は正極性の電圧印加を行う場合に言及した。つまり、実施の形態１では、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「プラス」、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加した。また、実施の形態１では、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「プラス」、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加し、かつ、非移行型プラズマ用電極２に「プラス」、移行型プラズマ用電極１に「マイナス」を印加し、当該電極１，２間に他の所定の電圧値を印加した（移行型プラズマ用電極１は、移行型、非移行型で、同じ「マイナス」端子と接続）。
【０１２０】
しかしながら、実施の形態１，２において、プラズマ電源６１は、逆極性の電圧を印加しても良い。
【０１２１】
たとえば、図６に示すように、実施の形態１で示す構成において、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「マイナス」、移行型プラズマ用電極１に「プラス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加しても良い。
【０１２２】
また、図７に示すように、実施の形態２に示す構成において、プラズマ電源６１は、対向電極１０に「マイナス」、移行型プラズマ用電極１に「プラス」を印加し、当該電極１，１０間に所定の電圧値を印加し、かつ、非移行型プラズマ用電極２に「マイナス」、移行型プラズマ用電極１に「プラス」を印加し、当該電極１，２間に他の所定の電圧値を印加しても良い（移行型プラズマ用電極１は、移行型、非移行型で、同じ「プラス」端子と接続）。
【符号の説明】
【０１２３】
１ 移行型プラズマ用電極
２ 内筒、非移行型プラズマ用電極
３ 磁石
４ 外筒
５，６，１２，１３ 絶縁物
１０ 対向電極
１１ 壁面部
１５ トーチ当接部
１６ オーリング
２０ 貫通部
２５ 原料材料通路部
２６，２７ ガス通路部
３５ 材料気化反応室
５０ 直流プラズマトーチ
６０ 真空ポンプ
６１ プラズマ電源
６２ 冷却水供給部
６３ 第一のプラズマガス供給部
６４ 第二のプラズマガス供給部
６５ プラズマトーチ昇降機構
６６ 粉末材料供給部
６７ ガス供給部
７０ 微粒子生成冷却室
７１ 微粒子捕獲室
７２ 微粒子捕獲フィルター
７３ 熱交換器
１００ 微生物生成装置
ＡＸ 中心軸
Ｄ１ （移行型プラズマ用電極１の）外径
Ｄ２ （移行型プラズマ用電極１の）内径
Ｄ３ 対向電極１０のリング形状の外径
Ｄ４ 対向電極１０のリング形状の内径
Ｐ１ 移行型プラズマ
Ｐ２ 非移行型プラズマ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流プラズマトーチと、
前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された、対向電極と、
前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を、側面側から囲繞する壁面部とを、
備えており、
前記直流プラズマトーチは、
リング状の磁石と、
円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、
当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた、原料材料が通る原料材料通路部とを、
備えている、
ことを特徴とする微粒子生成装置。
【請求項２】
粉末状の粉末材料を供給する粉末材料供給部を、
さらに備えており、
前記粉末材料供給部は、
前記粉末材料を、前記原料材料通路部を通って、前記材料気化反応室に供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子生成装置。
【請求項３】
プラズマガスを供給する、第一のプラズマガス供給部を、
さらに備えており、
前記第一のプラズマガス供給部は、
前記直流プラズマトーチ内の前記原料ガス材料通路部の外側を通って、前記材料気化反応室に、前記プラズマガスを供給する、
ことを特徴とする請求項２に記載の微粒子生成装置。
【請求項４】
前記対向電極は、
前記直流プラズマトーチ側から平面視して、リング形状である、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項５】
前記直流プラズマトーチの中心軸は、
前記対向電極の前記リング形状の中心軸と、略一致しており、
前記対向電極の前記リング形状の外径は、
前記移行型プラズマ用電極の外径以下である、
ことを特徴とする請求項４に記載の微粒子生成装置。
【請求項６】
前記対向電極の前記リング形状の内径は、
前記移行型プラズマ用電極の内径より小さい、
ことを特徴とする請求項５に記載の微粒子生成装置。
【請求項７】
前記直流プラズマトーチと対面する、前記対向電極の面は、
断面視において、前記対向電極の前記リング形状の内径側から当該リング形状の外径側に進むに連れて、前記直流プラズマトーチから遠ざかる方向に傾斜した形状を有する、
ことを特徴とする請求項６に記載の微粒子生成装置。
【請求項８】
前記直流プラズマトーチと前記対向電極との距離を変動することにより、前記材料気化反応室の容積は、変動可能である、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項９】
前記直流プラズマトーチは、
前記対向電極と対面している方向に、移動可能である、
ことを特徴とする請求項８に記載の微粒子生成装置。
【請求項１０】
前記対向電極を除く、前記材料気化反応室に面する底面部、および、前記材料気化反応室側に面する前記壁面部は、
絶縁物が形成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１１】
前記対向電極の前記リング形状の貫通部と連通しており、周囲が冷却されている、微粒子生成冷却室と、
前記微粒子生成冷却室と接続されており、微粒子を吸引捕獲するフィルターを有する微粒子捕獲室とを、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の微粒子生成装置。
【請求項１２】
前記直流プラズマトーチは、
円筒形状であり、前記移行型プラズマ用電極の空洞内部に配置され、当該移行型プラズマ用電極と所定の距離だけ離隔している非移行型プラズマ用電極を、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１３】
前記磁石は、
前記非移行型プラズマ用電極の内部に配置されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の微粒子生成装置。
【請求項１４】
プラズマガスを供給する、第二のプラズマガス供給部を、
さらに備えており、
前記第二のプラズマガス供給部は、
前記移行型プラズマ用電極と前記非移行型プラズマ用電極との間を通って、前記材料気化反応室に、前記プラズマガスを供給する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１５】
前記磁石は、
前記直流プラズマトーチの中心軸方向に、磁化している、
ことを特徴とする請求項３または請求項１４に記載の微粒子生成装置。
【請求項１６】
前記直流プラズマトーチは、
前記移行型プラズマ用電極を所定の距離だけ離れて囲繞する、絶縁物を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１７】
前記直流プラズマトーチは、
前記非移行型プラズマ用電極の前記対向電極と対面する部分を覆う、絶縁物を、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項１４に記載の微粒子生成装置。
【請求項１８】
直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている、微粒子生成装置における微粒子生成方法であって、
（Ａ）前記直流プラズマトーチ内の前記原料材料通路部の外側を通って、前記材料気化反応室内にプラズマガスを供給するステップと、
（Ｂ）前記原料材料通路部内を通って、前記材料気化反応室内に、粉末状の粉末材料を供給するステップと、
（Ｃ）前記移行型プラズマ用電極と前記対向電極との間に直流電圧を印加し、当該直流電圧印加と前記磁石の磁力とにより、前記材料気化反応室内に、回転状態の移行型プラズマを発生させ、当該移行型プラズマにより、前記回転状態内において前記粉末材料を気化させるステップとを、
備えている、
ことを特徴とする微粒子生成方法。
【請求項１９】
（Ｄ）前記直流プラズマトーチを、前記対向電極と対面している方向に、移動させるステップを、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項１８に記載の微粒子生成方法。
【請求項１】
直流プラズマトーチと、
前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された、対向電極と、
前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を、側面側から囲繞する壁面部とを、
備えており、
前記直流プラズマトーチは、
リング状の磁石と、
円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、
当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた、原料材料が通る原料材料通路部とを、
備えている、
ことを特徴とする微粒子生成装置。
【請求項２】
粉末状の粉末材料を供給する粉末材料供給部を、
さらに備えており、
前記粉末材料供給部は、
前記粉末材料を、前記原料材料通路部を通って、前記材料気化反応室に供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子生成装置。
【請求項３】
プラズマガスを供給する、第一のプラズマガス供給部を、
さらに備えており、
前記第一のプラズマガス供給部は、
前記直流プラズマトーチ内の前記原料ガス材料通路部の外側を通って、前記材料気化反応室に、前記プラズマガスを供給する、
ことを特徴とする請求項２に記載の微粒子生成装置。
【請求項４】
前記対向電極は、
前記直流プラズマトーチ側から平面視して、リング形状である、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項５】
前記直流プラズマトーチの中心軸は、
前記対向電極の前記リング形状の中心軸と、略一致しており、
前記対向電極の前記リング形状の外径は、
前記移行型プラズマ用電極の外径以下である、
ことを特徴とする請求項４に記載の微粒子生成装置。
【請求項６】
前記対向電極の前記リング形状の内径は、
前記移行型プラズマ用電極の内径より小さい、
ことを特徴とする請求項５に記載の微粒子生成装置。
【請求項７】
前記直流プラズマトーチと対面する、前記対向電極の面は、
断面視において、前記対向電極の前記リング形状の内径側から当該リング形状の外径側に進むに連れて、前記直流プラズマトーチから遠ざかる方向に傾斜した形状を有する、
ことを特徴とする請求項６に記載の微粒子生成装置。
【請求項８】
前記直流プラズマトーチと前記対向電極との距離を変動することにより、前記材料気化反応室の容積は、変動可能である、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項９】
前記直流プラズマトーチは、
前記対向電極と対面している方向に、移動可能である、
ことを特徴とする請求項８に記載の微粒子生成装置。
【請求項１０】
前記対向電極を除く、前記材料気化反応室に面する底面部、および、前記材料気化反応室側に面する前記壁面部は、
絶縁物が形成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１１】
前記対向電極の前記リング形状の貫通部と連通しており、周囲が冷却されている、微粒子生成冷却室と、
前記微粒子生成冷却室と接続されており、微粒子を吸引捕獲するフィルターを有する微粒子捕獲室とを、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の微粒子生成装置。
【請求項１２】
前記直流プラズマトーチは、
円筒形状であり、前記移行型プラズマ用電極の空洞内部に配置され、当該移行型プラズマ用電極と所定の距離だけ離隔している非移行型プラズマ用電極を、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１３】
前記磁石は、
前記非移行型プラズマ用電極の内部に配置されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の微粒子生成装置。
【請求項１４】
プラズマガスを供給する、第二のプラズマガス供給部を、
さらに備えており、
前記第二のプラズマガス供給部は、
前記移行型プラズマ用電極と前記非移行型プラズマ用電極との間を通って、前記材料気化反応室に、前記プラズマガスを供給する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１５】
前記磁石は、
前記直流プラズマトーチの中心軸方向に、磁化している、
ことを特徴とする請求項３または請求項１４に記載の微粒子生成装置。
【請求項１６】
前記直流プラズマトーチは、
前記移行型プラズマ用電極を所定の距離だけ離れて囲繞する、絶縁物を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子生成装置。
【請求項１７】
前記直流プラズマトーチは、
前記非移行型プラズマ用電極の前記対向電極と対面する部分を覆う、絶縁物を、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項１４に記載の微粒子生成装置。
【請求項１８】
直流プラズマトーチと、前記直流プラズマトーチから離隔して対向配置された対向電極と、前記直流プラズマトーチと前記対向電極との間に形成された材料気化反応室を側面側から囲繞する壁面部とを、備えており、前記直流プラズマトーチは、リング状の磁石と、円筒形状であり、前記磁石が前記円筒の空洞内部に配置され、前記磁石と所定の距離だけ離隔している移行型プラズマ用電極と、当該直流プラズマトーチの略中央部に設けられた原料材料が通る原料材料通路部とを、備えている、微粒子生成装置における微粒子生成方法であって、
（Ａ）前記直流プラズマトーチ内の前記原料材料通路部の外側を通って、前記材料気化反応室内にプラズマガスを供給するステップと、
（Ｂ）前記原料材料通路部内を通って、前記材料気化反応室内に、粉末状の粉末材料を供給するステップと、
（Ｃ）前記移行型プラズマ用電極と前記対向電極との間に直流電圧を印加し、当該直流電圧印加と前記磁石の磁力とにより、前記材料気化反応室内に、回転状態の移行型プラズマを発生させ、当該移行型プラズマにより、前記回転状態内において前記粉末材料を気化させるステップとを、
備えている、
ことを特徴とする微粒子生成方法。
【請求項１９】
（Ｄ）前記直流プラズマトーチを、前記対向電極と対面している方向に、移動させるステップを、
さらに備えている、
ことを特徴とする請求項１８に記載の微粒子生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４０５２０（Ｐ２０１２−４０５２０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８４６５２（Ｐ２０１０−１８４６５２）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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