金属微粒子の分級処理方法
【課題】セラミック電子部品の高容量化等の要求に応える、微小で均一膜厚の導体膜の原料となる金属微粒子の分級処理方法を提供する。
【解決手段】金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子Ｔ１を１次粒子に解粒する解粒工程Ｔ２と、粒子を粒径に従って分級する分級工程Ｔ４を連続的又は同時的に実施して、微小で均一な粒径の金属１次粒子を生成する。前記金属１次粒子由来の導体膜により、セラミック電子部品の更なる薄層化・多層化・性能の安定化が図れ、これらを使用した携帯電話、ノートパソコン等モバイル機器をはじめとする電子機器の高性能化・小型化が期待できる微小で均一な粒径の金属微粒子を生成する分級処理方法。
【解決手段】金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子Ｔ１を１次粒子に解粒する解粒工程Ｔ２と、粒子を粒径に従って分級する分級工程Ｔ４を連続的又は同時的に実施して、微小で均一な粒径の金属１次粒子を生成する。前記金属１次粒子由来の導体膜により、セラミック電子部品の更なる薄層化・多層化・性能の安定化が図れ、これらを使用した携帯電話、ノートパソコン等モバイル機器をはじめとする電子機器の高性能化・小型化が期待できる微小で均一な粒径の金属微粒子を生成する分級処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等に使用される金属微粒子をその粒径サイズに従って分級する方法に関し、更に詳細にはセラミック電子部品の電極や配線等の導体形成に使用される導体用ペーストの原料となる金属微粒子の分級処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やパソコン等の電子機器の普及、高性能化・小型化に伴い、電子機器に使用される電子部品も急速に小型化・高容量化が進んでいる。例えば積層セラミックコンデンサは、小型化・高容量化をするために、内部電極と誘電体層を可能な限り薄くする薄層化技術と、それらを可能な限り多く積層する多層化技術が研究されている。
【０００３】
積層セラミックコンデンサは、一般に下記のような工程で製造される。セラミック粉末とバインダを主成分とするグリーンシートに、導体用ペーストを所定パターンに塗着して未焼成シートを形成する。この未焼成シートを所望数積層した後、加圧下で熱変形を防止しながら一体焼結させ多層体中間部品を形成する。この多層体中間部品の外側表面に外部電極を形成して積層セラミックコンデンサが製造される。
【０００４】
このとき、導体用ペーストに含まれる金属微粒子の粒径を微小化できなければ、導体用ペースト膜を焼成して形成される導体膜の薄膜化も達成できない。グリーンシートを薄層化しても、その上に積層される導体膜が薄膜化できなければ、全体としての積層セラミックコンデンサの小型化・高容量化も到底望めない。積層セラミックコンデンサを小型化するためには、グリーシート厚を極小化すると同時に、導体膜の薄膜化を実現することが必要である。しかし、この導体膜は金属微粒子の焼結によって形成されるから、導体膜を薄膜化するためには金属微粒子の粒径の微小化が実現されなければならない。
【０００５】
導体膜を薄膜化する対策として、特開２００５−２３４１７公報（特許文献１）では、ナノ金属微粒子の製法が提案されている。即ち、溶液中に水酸化銅を分散させた懸濁液に超音波を照射しながら還元剤を添加し、キャビテーション効果により１次粒子径が０．１μｍ以下の球状銅微粒子を製造する方法が提案されている。
【０００６】
また、一般に１次粒子が微細化されるほど、１次粒子の集団が分子間力で凝集し粗大化する。そのため、１次粒子が単分散状態で存在することは、ほとんどない。そこで、微細な１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を解粒する方法も種々研究されてきた。本発明者等は、特開平１１−１４０５１１（特許文献２）で、粗大化した２次粒子を含むスラリーを調製し、２以上の方向から交差するように前記スラリーを噴射して衝突させ、２次粒子を１次粒子にまで解粒する方法を開示している。
【０００７】
更に、製造された粒子群から所望粒径の粒子を選択する分級法も種々研究されてきた。特開２００５−３４２５８１公報（特許文献３）では、金属微粒子をスラリーにして、粗粒子と細粒子に分級する方法が提案されている。即ち、金属微粒子を水中に分散させた水スラリーを、そのｐＨ及び／又は電解質の濃度を調整してから、ガラス又はセラミックスのチューブ内を通過させて、粒子とチューブ壁間の電気引力を利用して、粗粒子をチューブ壁に吸着させて除去する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２３４１７公報
【特許文献２】特開平１１−１４０５１１公報
【特許文献３】特開２００５−３４２５８１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、特開２００５−２３４１７公報（特許文献１）では、１次粒子径が０．１μｍ以下の球状銅微粒子を製造する方法が提案されている。しかし、微小粒径の金属１次粒子を製造しても、多くの場合、時間経過により金属１次粒子が凝集し粗大化して２次粒子に成長する。特に、金属ナノ粒子の場合、単分散技術が開発されない限り、これらが凝集し粗大化して２次粒子に成長する。凝集して粗大化した２次粒子が混在する粒子群を金属成分とする導体用ペーストでは、焼結すると導体膜に凹凸が発生する。このため、粗大化した２次粒子からは、均一な微小膜厚の導体膜を焼成できず、前記凹凸性により電極特性も悪化するという問題があった。
【０００９】
また、本発明者等は、粗大化した２次粒子を解粒する方法として特開平１１−１４０５１１（特許文献２）を開示した。しかし、衝突による解粒だけでは、２次粒子が完全には１次粒子にまで解粒されないことが分った。即ち、種々の粒径の中間粒子に不完全解粒され、全ての２次粒子が１次粒子にまで解粒されることは稀であることが分った。
【００１０】
また、特開２００５−３４２５８１公報（特許文献３）には、金属微粒子の分級法が開示されている。しかし、前述のように、ほとんどの場合、被分級物は、種々の粒径を有した金属粉体である。そのため、この分級法では、粒径の均一な２次粒子を生成することになる。２次粒子は一般に大径を有するから、粒径の粗大な２次粒子を原料粉体とする導体用ペーストでは、薄層化した導体膜を焼結できないという問題があった。前述したように、粒径の異なる粒子群を含有する原料を使用した導体用ペーストでは、焼結すると導体膜に凹凸が発生し、電極特性も悪化する。
【００１１】
従来の技術では、解粒工程と分級工程が夫々単独で実施されていた。解粒工程だけを単独で実施すると、種々の粒径の粒子群が製造された。その結果、前述したように、粒径の異なる粒子群を含有する原料を使用した導体用ペーストでは、焼結すると導体膜に凹凸が発生し、電極特性も悪化するという問題があった。また、分級工程だけを単独で実施すると、均一な粒径の大きな２次粒子からなる粉体が生成されるだけであり、電極膜の薄層化にはつながらないという問題があった。
【００１２】
従って、本発明の目的は、解粒工程と分級工程を、連続的又は同時的に実施して、微小で均一な粒径の金属微粒子を生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、処理槽内又は別の分級槽内で、解粒工程により得られる１次粒子をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される連続処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法である。
【００１４】
本発明の第２の形態は、金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、解粒工程と同時に処理槽内の粒子群をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される同時処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法である。
【００１５】
本発明の第３の形態は、前記第１又は第２の形態において、解粒工程は、金属微粒子を含む液体又気体の噴射流を、２以上の方向から噴出させ、噴射流を互いに衝突させることにより実施される金属微粒子の分級処理方法である。
【００１６】
本発明の第４の形態は、前記第１〜第３形態のいずれかにおいて、解粒工程は、処理槽内に超音波振動を付与することによって実施される金属微粒子の分級処理方法である。
【００１７】
本発明の第５の形態は、前記第１〜第４形態のいずれかにおいて、分級工程は、重力又は遠心力を利用した湿式分級法により実施される金属微粒子の分級処理方法である。
【００１８】
本発明の第６の形態は、前記第５形態において、分級工程により排出した粒径の大きな金属微粒子を処理槽に帰還させて、解粒工程を実施する金属微粒子の分級処理方法である。
【００１９】
本発明の第７の形態は、前記第１〜第６形態のいずれかの金属微粒子が、卑金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法である。
【００２０】
本発明の第８の形態は、前記第７形態の卑金属微粒子が、プラズマＣＶＤ法により得られたニッケル微粒子である金属微粒子の分級処理方法である。
【００２１】
本発明の第９の形態は、前記第１〜第６形態のいずれかの金属微粒子が、貴金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法である。
【００２２】
本発明の第１０の形態は、前記第１〜第９形態のいずれかにおいて、分級工程を完了した金属微粒子を、単分散状態で保持する金属微粒子の分級処理方法である。
【００２３】
本発明の第１１の形態は、第１０形態の単分散状態での保持が、金属微粒子を有機溶剤中に浸漬させることによって実現される金属微粒子の分級処理方法である。
【００２４】
本発明の第１２の形態は、前記第１〜第１１形態のいずれかの分級処理方法により生成される金属微粒子である。
【００２５】
本発明の第１３の形態は、前記第１２形態により生成される金属微粒子を金属成分とする導体用ペーストである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の形態によれば、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００２７】
金属微粒子は、焼成後に電極や配線等の金属導体を提供する成分である。この金属微粒子としては、粒径がμｍサイズの金属粒子からｎｍサイズの金属超微粒子まで広範囲に選択できる。この金属は、貴金属、卑金属でもよく、金属含有粒子でも良い。勿論、これらの２種以上の混合物であっても良い。
【００２８】
これらの金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、更に解粒工程の後に分級工程を配置することで、均一な粒径の金属微粒子を生成することができる。解粒工程で一部の２次粒子が１次粒子にまで解粒されずに、比較的大径の金属微粒子が残存しても、分級工程で所望の粒径の金属微粒子が収集される。勿論、解粒工程で全ての２次粒子が１次粒子まで解粒されても、種々の粒径の１次粒子が存在するが、このときも分級工程で所望の均一粒径の金属微粒子が収集される。
【００２９】
そして、最終的に得られる金属微粒子は極めて微小で均一な粒径の１次粒子であるので、金属微粒子を金属成分とする導体用ペーストから焼成される導体膜が薄層化できる。そのため、積層セラミック電子部品も薄層化でき、その結果、多層化でき、セラミック電子部品の更なる小型化・高容量化が図れ、電子機器の発展に貢献する。
【００３０】
本形態で得られた金属微粒子は、冶金に使用すると極めて緻密な製品が得られる等、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等導体用ペースト以外にも使用できることは云うまでもない。
【００３１】
本形態では、解粒工程と分級工程は連続して実施するから、解粒工程を終了した粒子を移動せずに同一処理槽内で分級工程を実施しても良いし、解粒工程を終了した粒子を別の分級槽内に移送して分級工程を実施しても良い。
【００３２】
場所等が限定されないため、連続処理工程では解粒工程と分級工程に公知の全ての方法が適用でき、既存装置の利用もできる。
【００３３】
解粒工程と分級工程とからなる連続処理工程に、必要なら他の工程を付加しても良い。連続処理工程は１回実施すれば微小で粒径が均一な金属微粒子が得られるが、金属微粒子の種類や所望の粒径等の条件によっては、更に必要回、連続処理工程を繰返しても良い。勿論、解粒工程だけを必要回繰返して、その後分級工程を実施しても良い。
【００３４】
本発明の第２の形態によれば、解粒工程と分級工程とから構成される同時処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００３５】
金属微粒子の種類、粒径、解粒及び分級処理の効果等は前述した通りである。
【００３６】
本形態では、金属微粒子は解粒工程と分級工程により同一処理槽内で同時処理される。解粒工程と分級工程を同時に同一処理槽内で実施することで、粒子を移送する必要がないので、時間的にも場所的にも効率よく処理でき、同時処理時のコストダウンが図れる。また解粒後の微粒子が再凝集することなく、微小で粒径が均一な金属微粒子を得ることができる。
【００３７】
解粒工程と分級工程とからなる同時処理工程に、必要なら他の工程を付加しても良い。同時処理工程は１回実施すれば微小で粒径が均一な金属微粒子が得られるが、金属微粒子の種類や所望の粒径等の条件によっては、更に必要回、同時処理工程を繰返しても良い。
【００３８】
導体用ペーストに利用した場合、微小で均一な粒径の金属微粒子が得られるので、金属微粒子を金属成分とする導体用ペースト由来の導体膜が薄層化でき、積層セラミック電子部品も薄層化・多層化できる。このため、セラミック電子部品の更なる小型化・高容量化が図れ、電子機器の発展に貢献する。
【００３９】
本形態により得られる金属微粒子は、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等導体用ペースト以外にも使用できることは云うまでもない。
【００４０】
本発明の第３の形態によれば、解粒工程は、金属微粒子を含む噴射流を、２以上の方向から噴出させ衝突させることにより実施される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００４１】
解粒工程は粗大化した２次粒子をスラリー化して衝突させる形態だけではなく、２次粒子を含む溶液等の液体又は気体を衝突させて実施することも可能である。液体では、水だけではなく、各種の有機溶剤も使用できる。微小になるほど金属微粒子は活性化するので、気体では窒素等の不活性ガスを使用することが望ましい。
【００４２】
衝突時の運動エネルギーは速度の２乗に比例するため、不完全解粒粒子をなくすためには、ある大きさ以上の速度が好適である。このような噴射速度、２次粒子の濃度及び衝突時の交差角等の解粒条件は、金属２次粒子の種類や所望する粒径により、適宜選択できる。
【００４３】
本発明の第４の形態によれば、解粒工程は、処理槽内に超音波振動を付与することによって実施される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００４４】
超音波振動を付与するとき、超音波振動が伝播する状態なら、２次粒子は液体中に浮遊していても良いし、気体中に堆積していても良い。
【００４５】
また、解粒工程は処理槽内に超音波振動を単独に付与して実施しても良いし、他の解粒工程と同時に超音波振動を付与して実施しても良い。例えば、液体中の場合では、処理槽内で２次粒子を含有するジェット流同士を衝突させ、同時にジェット流に超音波振動を付与すれば、第３形態の解粒工程と同時に処理槽内に超音波振動を付与することができる。気体中の場合では、特にジェット流衝突部に上方から超音波を付与すれば、第３形態の解粒工程と同時に処理槽内に超音波振動を付与することができる。同時に行うときは、極めて効率的に解粒工程が行われる。
【００４６】
本発明の第５の形態によれば、分級工程は、重力又は遠心力を利用した湿式分級法により実施される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００４７】
同じ原理の分級法を比較すると、空気等の気体を使用する乾式分級法に比べて、水等の液体中では微粒子が凝集しないため、液体を使用する湿式分級法が分級精度は良い。
【００４８】
重力を利用した湿式分級装置の代表的なものとして、ハイドロセパレータ、スパイラル分級機、レーキ分級機、ボール分級機、ドラム分級機、ジェットサイザ及びクラシファイングサイザがある。遠心力を利用した湿式分級装置の代表的なものとして、液体サイクロン、分離板型遠心分離機及び円筒型遠心分離機がある。金属微粒子の種類及び所望の粒径により、前記分級装置あるいは重力又は遠心力を利用した他の湿式分級装置から、適宜分級工程で使用する処理装置が選択できる。
【００４９】
本発明の第６の形態によれば、分級工程により排出した粒径の大きな金属微粒子を処理槽に帰還させて、解粒工程を実施する金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５０】
解粒工程で処理された金属微粒子に不完全解粒粒子が残存しても、粒径の大きな金属微粒子は分級工程で収集されるため、前記金属微粒子を処理槽に帰還させることにより、解粒工程から改めて実施することができる。即ち、金属微粒子の処理槽への帰還を繰返すことによって、解粒工程を多数回実施することになり、２次粒子を１次粒子にまで完全に解粒することが可能になる。そのため、不完全解粒粒子が無くなるので、不完全解粒粒子を廃棄するなどの不経済性が無くなる。不完全解粒粒子を解粒工程の処理槽内で再処理すればよいので、この不完全解粒粒子の分級工程から解粒工程への帰還は、解粒工程と分級工程を連続的に実施しても、同時的に実施しても可能である。
【００５１】
本発明の第７の形態によれば、金属微粒子が、卑金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５２】
近年、価格の変動が小さく安価な卑金属が、導体用ペーストの原料として使用されることが多くなった。この場合、本発明によって微小で均一な粒径の金属微粒子、例えば銅粒子やニッケル粒子が生成される。このため、微小で均一膜厚の導体膜が焼成でき、積層セラミック電子部品も薄層化・多層化できる。この結果、セラミック電子部品の更なる小型化・高容量化が進み、電子機器の発展に貢献する。
【００５３】
本発明の第８の形態によれば、卑金属微粒子が、プラズマＣＶＤ法により得られたニッケル微粒子である金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５４】
通常のＣＶＤ法では、金属塩化物を出発原料として使用するため、塩素が残留し、製造した金属に付着した塩素を水で洗浄する必要がある。しかし、プラズマＣＶＤ法で、ニッケルの単体金属を出発原料とするから、塩素等の不要分が存在せず、洗浄等水分を必要とする工程がない。そのため、プラズマＣＶＤでは、乾式分級法を採用できる。しかし、前述のように、乾式分級法は湿式分級法に比べ分級精度が劣るため、湿式分級法を採用しても良い。
【００５５】
また、貴金属と比較して、本形態では卑金属のニッケルを使用するから、経済的な導体用ペースト、延いては経済的な積層セラミックスが製造できる。
【００５６】
本発明の第９の形態によれば、金属微粒子が、貴金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５７】
導体用ペーストの原料に銀等の貴金属を使用した場合、貴金属は酸化することがないので、極めて安定した導体膜を焼成することができる。更に、本形態により、効率的に微小で粒径が均一な金属微粒子が生成されるため、経済的な導体用ペースト、延いては経済的な積層セラミックスが製造できる。
【００５８】
本発明の第１０の形態によれば、分級工程を完了した金属微粒子を、単分散状態で保持する金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５９】
解粒工程及び分級工程により、微小で均一な粒径の金属微粒子が得られるが、この金属微粒子は単純に放置しておくと、再び凝集し粗大化して２次粒子に復帰することが起こりやすい。そこで、本形態では、得られた微細で均一な１次粒子が相互に凝集しない状態、即ち単分散状態で保持して、後の金属微粒子の使用に備える。単分散状態での保持のため、公知の薬剤や方法等が使用できる。
【００６０】
本発明の第１１の形態によれば、単分散状態での保持が、金属微粒子を有機溶剤中に浸漬させることによって実現される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００６１】
単分散状態での保持が有機溶剤中で浸漬、分散して実施されるため、金属微粒子と外界との接触が遮断され、乾燥状態で金属微粒子からなる１次粒子が凝集・粗大化して２次粒子に成長することがない。即ち、金属原子からの電子の出入が絶縁性の有機溶剤により遮断され、金属微粒子が電気的に中性に保持され、金属微粒子同士が電気的に結合することがない。また、分子間力による金属微粒子同士の結合も、有機溶剤により遮断される。金属微粒子が有機溶媒中で浮遊状態にあると、有機溶剤により金属微粒子同士の接触が完全に遮断される。沈殿状態にあると、金属微粒子の表面に有機溶剤膜が形成されるため、金属微粒子同士の直接接触が回避される。そのため、金属微粒子が単分散状態で保持される。
【００６２】
特に、解粒工程及び分級工程を始めとする全工程を、アセトンのような粘性の低い低沸点有機溶剤中で実施し、その後低沸点有機溶剤をターピネオールのようなやや粘性のある高沸点有機溶剤中に入れ加熱することで低沸点溶剤が蒸発する。この結果、効率的に凝集を遮断して単分散状態を保持できる。ターピネオールのような導体用ペーストに使用される有機溶剤は、通常高沸点有機溶剤であるから、高沸点有機溶剤中に金属微粒子を保存しながら樹脂を添加すれば、導体用ペーストの製造が簡略化できる。
【００６３】
本発明の第１２の形態によれば、前記第１〜第１１形態のいずれかの分級処理方法により生成される金属微粒子が提供される。
【００６４】
第１〜第１１形態で説明した分級処理方法で得られる金属微粒子であるから、微小で均一な粒径の１次粒子金属粉体が提供できる。
【００６５】
本発明の第１３の形態によれば、前記第１２形態により生成される金属微粒子を金属成分とする導体用ペーストが提供される。
【００６６】
導体用ペースト中の金属微粒子は、分級処理後の微小で均一な粒径の微粒子から構成されるので、前記導体用ペーストを焼成すると、微小で均一膜厚の導体膜が得られる。
【００６７】
電子機器の高性能化・小型化に伴う、セラミック電子部品の小型化・高密度化・大容量化の要求に対して、微小化し粒径が均一な金属微粒子を含有する導体用ペースト由来の導体膜を薄層化し多数枚積層することで対応できる。そのため、電子機器の大量生産が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下に、本発明に係る金属微粒子の分級処理方法の実施例を、図面に従って詳細に説明する。
【００６９】
図１は、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して（Ｓ１）、１次粒子に解粒する（Ｓ２）。この解粒工程を所望回繰返す（Ｓ３）。解粒工程1回の運転時間が決まっている場合は、解粒工程を多段に繰返して実施しても、解粒工程の運転時間を長く実施しても同じ効果が得られる。
【００７０】
その後、処理槽内又は別の分級槽内で、解粒工程により得られる１次粒子をその粒径に従って分級する（Ｓ４）。分級工程により排出された大粒径の金属微粒子は、解粒工程に帰還される（Ｓ５）。微小で均一粒径の金属微粒子は、分級工程により収集され（Ｓ６）、単分散状態で保持される（Ｓ７）。
【００７１】
図２は、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。図１では解粒工程の終了を所望回数（所望時間）で判断しているが、図２では解粒工程の終了を金属微粒子の解粒状態で判断している。このとき、金属微粒子の解粒状態は、金属粒径の大きさ等により、レーザ光回折法のような公知の技術から選択した方法で判定される。
【００７２】
金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して（Ｔ１）、１次粒子に解粒する（Ｔ２）。この解粒工程を金属微粒子が微小粒径に解粒されるまで繰返す（Ｔ３）。その後、処理槽内又は別の分級槽内で、解粒工程により得られる１次粒子をその粒径に従って分級する（Ｔ４）。分級工程により排出された大粒径の金属微粒子は、解粒工程に帰還する（Ｔ５）。微小で均一粒径の金属微粒子は、分級工程により収集され（Ｔ６）、単分散状態で保持される（Ｔ７）。
【００７３】
図３は、解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。２次粒子を処理槽内に収容して（Ｕ１）、同一処理槽内で１次粒子に解粒しながらその粒径に従って分級する（Ｕ２）。この同時処理工程を所望回繰返す（Ｕ３）。同時処理工程1回の運転時間が決まっている場合は、同時処理工程を多数回繰返して実施しても、同時処理工程の運転時間を長く実施しても同じ効果が得られる。
【００７４】
同時処理工程により排出された大粒径の金属微粒子は、同時処理工程に帰還する（Ｕ４）。微小で均一粒径の金属微粒子は、収集され（Ｕ５）、単分散状態で保持される（Ｕ６）。
【００７５】
図４は、解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。図３では同時処理工程の終了を所望回数（所望時間）で判断しているが、図４では同時処理工程の終了を金属微粒子の解粒状態で判断している。前述したように、金属微粒子の解粒状態には、金属粒径の大きさ等により、レーザ光回折法のような公知の技術から選択した方法が使用される。
【００７６】
２次粒子を処理槽内に収容して（Ｖ１）、同一処理槽内で１次粒子に解粒しながらその粒径に従って分級する（Ｖ２）。解粒・分級同時処理工程により排出された大粒径の金属微粒子は、解粒・分級同時処理工程に帰還する（Ｖ３）。均一粒径の金属微粒子であっても、粒径測定で大粒径と判断されると解粒・分級同時処理工程に帰還する（Ｖ３）。微小で均一粒径の金属微粒子は収集され（Ｖ４）、単分散状態で保持される（Ｖ５）。
【００７７】
図５は、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程の１例を示す概略図である。この例では、解粒をジェット流による金属２次粒子の衝突及び超音波振動の付与、分級をサイクロン法によって実施している。
【００７８】
解粒装置２の中で、金属２次粒子を含むジェット流１０を互いに衝突させ、その衝突部に超音波振動発生器１２より超音波振動を付与することにより、２次粒子を１次粒子に解粒する。
【００７９】
解粒後の１次粒子を含む溶液３０は、ポンプ３４により分級装置４に圧入される。被分級液２０は、溶液３０の圧入により矢印２２に従って旋回する。旋回により生じる遠心力のために、比較的粒径の大きな１次粒子は壁側に集められ、やがて重力により下部排出口２６から排出される。排出された比較的大粒径金属粒子４２は、帰還しジェット流１０として更に解粒される。粒径の小さな金属微粒子は、遠心力が弱いので順次供給される溶液３０により旋回しながら下降し分級装置４の下部近くまで達すると反転し渦巻状に上昇して、上部導出口２４から導出され、収集され単分散状態で保持される（保持装置図示せず）。このとき、上部導出口２４から導出された微小均一金属微粒子４０の粒径を測定して（粒径測定装置図示せず）、所望の大きさに解粒されていなければ、帰還しジェット流１０として更に解粒される。
【００８０】
本例では、被分級液２０を液体として説明したが、気体中で全工程を実施しても実施例の概要は同様である。
【００８１】
図６は、解粒・分級工程から構成される同時処理工程の１例を示す概略図である。この例では、解粒をジェット流による金属２次粒子の衝突及び超音波振動の付与、分級をサイクロン法によって実施している。
【００８２】
解粒・分級装置６の中に、金属２次粒子を含む被分級液２０が収容されている。この溶液中で、金属２次粒子を含むジェット流１０を互いに衝突させ、その衝突部に超音波振動発生器１２より超音波振動を付与することにより、２次粒子を１次粒子に解粒する。
【００８３】
被分級液２０は、液３２の圧入により矢印２２に従って旋回する。ここで、液３２は被分級液２０の液体成分に２次粒子を付加したものである。旋回によって働く遠心力のために、比較的粒径の大きな１次粒子は壁側に集められ、やがて重力により下部排出口２６から排出される。排出された比較的大粒径金属粒子４２は、帰還し液３２として解粒・分級装置６の中に圧入されジェット流１０で更に解粒される。粒径の小さな金属微粒子は、遠心力が弱いので順次供給される液３２により旋回しながら下降し解粒・分級装置６の下部近くまで達すると反転し渦巻状に上昇して、上部導出口２４から導出され、収集され単分散状態で保持される（保持装置図示せず）。このとき、上部導出口２４から導出された微小均一金属微粒子４０の粒径を測定して（粒径測定装置図示せず）、所望の大きさに解粒されていなければ、帰還し液３２として解粒・分級装置６の中に圧入されジェット流１０で更に解粒される。
【００８４】
本例では、被分級液２０を液体として説明したが、気体中で全工程を実施しても実施例の概要は同様である。
【００８５】
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る金属微粒子の分級処理方法を使用することにより、微小で粒径が均一の金属微粒子が得られる。この金属微粒子を導体用ペーストに使用することで、導体用ペーストを焼成した導体膜の更なる薄層化が進む。電子機器の高性能化・小型化に伴う、セラミック電子部品の小型化・高密度化・大容量化の要求に対して、微小化し粒径が均一な金属微粒子を含有する導体用ペースト由来の導体膜を薄層化し多数枚積層することで対応できる。そのため、電子機器の大量生産が可能である。
【００８７】
また、本発明に係る金属微粒子の分級処理方法により生成された金属微粒子は、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等広範囲に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。
【図２】解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。
【図３】解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。
【図４】解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。
【図５】解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程の１例を示す概略図である。
【図６】解粒・分級工程から構成される同時処理工程の１例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
２ 解粒装置
４ 分級装置
６ 解粒・分級装置
１０ ジェット流
１２ 超音波振動発生器
２０ 被分級液
２２ 旋回方向を示す矢印
２４ 上部導出口
２６ 下部排出口
３０ 解粒後の１次粒子を含む溶液
３２ 液
３４ ポンプ
４０ 微小均一金属微粒子
４２ 比較的大粒径金属粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等に使用される金属微粒子をその粒径サイズに従って分級する方法に関し、更に詳細にはセラミック電子部品の電極や配線等の導体形成に使用される導体用ペーストの原料となる金属微粒子の分級処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やパソコン等の電子機器の普及、高性能化・小型化に伴い、電子機器に使用される電子部品も急速に小型化・高容量化が進んでいる。例えば積層セラミックコンデンサは、小型化・高容量化をするために、内部電極と誘電体層を可能な限り薄くする薄層化技術と、それらを可能な限り多く積層する多層化技術が研究されている。
【０００３】
積層セラミックコンデンサは、一般に下記のような工程で製造される。セラミック粉末とバインダを主成分とするグリーンシートに、導体用ペーストを所定パターンに塗着して未焼成シートを形成する。この未焼成シートを所望数積層した後、加圧下で熱変形を防止しながら一体焼結させ多層体中間部品を形成する。この多層体中間部品の外側表面に外部電極を形成して積層セラミックコンデンサが製造される。
【０００４】
このとき、導体用ペーストに含まれる金属微粒子の粒径を微小化できなければ、導体用ペースト膜を焼成して形成される導体膜の薄膜化も達成できない。グリーンシートを薄層化しても、その上に積層される導体膜が薄膜化できなければ、全体としての積層セラミックコンデンサの小型化・高容量化も到底望めない。積層セラミックコンデンサを小型化するためには、グリーシート厚を極小化すると同時に、導体膜の薄膜化を実現することが必要である。しかし、この導体膜は金属微粒子の焼結によって形成されるから、導体膜を薄膜化するためには金属微粒子の粒径の微小化が実現されなければならない。
【０００５】
導体膜を薄膜化する対策として、特開２００５−２３４１７公報（特許文献１）では、ナノ金属微粒子の製法が提案されている。即ち、溶液中に水酸化銅を分散させた懸濁液に超音波を照射しながら還元剤を添加し、キャビテーション効果により１次粒子径が０．１μｍ以下の球状銅微粒子を製造する方法が提案されている。
【０００６】
また、一般に１次粒子が微細化されるほど、１次粒子の集団が分子間力で凝集し粗大化する。そのため、１次粒子が単分散状態で存在することは、ほとんどない。そこで、微細な１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を解粒する方法も種々研究されてきた。本発明者等は、特開平１１−１４０５１１（特許文献２）で、粗大化した２次粒子を含むスラリーを調製し、２以上の方向から交差するように前記スラリーを噴射して衝突させ、２次粒子を１次粒子にまで解粒する方法を開示している。
【０００７】
更に、製造された粒子群から所望粒径の粒子を選択する分級法も種々研究されてきた。特開２００５−３４２５８１公報（特許文献３）では、金属微粒子をスラリーにして、粗粒子と細粒子に分級する方法が提案されている。即ち、金属微粒子を水中に分散させた水スラリーを、そのｐＨ及び／又は電解質の濃度を調整してから、ガラス又はセラミックスのチューブ内を通過させて、粒子とチューブ壁間の電気引力を利用して、粗粒子をチューブ壁に吸着させて除去する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２３４１７公報
【特許文献２】特開平１１−１４０５１１公報
【特許文献３】特開２００５−３４２５８１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、特開２００５−２３４１７公報（特許文献１）では、１次粒子径が０．１μｍ以下の球状銅微粒子を製造する方法が提案されている。しかし、微小粒径の金属１次粒子を製造しても、多くの場合、時間経過により金属１次粒子が凝集し粗大化して２次粒子に成長する。特に、金属ナノ粒子の場合、単分散技術が開発されない限り、これらが凝集し粗大化して２次粒子に成長する。凝集して粗大化した２次粒子が混在する粒子群を金属成分とする導体用ペーストでは、焼結すると導体膜に凹凸が発生する。このため、粗大化した２次粒子からは、均一な微小膜厚の導体膜を焼成できず、前記凹凸性により電極特性も悪化するという問題があった。
【０００９】
また、本発明者等は、粗大化した２次粒子を解粒する方法として特開平１１−１４０５１１（特許文献２）を開示した。しかし、衝突による解粒だけでは、２次粒子が完全には１次粒子にまで解粒されないことが分った。即ち、種々の粒径の中間粒子に不完全解粒され、全ての２次粒子が１次粒子にまで解粒されることは稀であることが分った。
【００１０】
また、特開２００５−３４２５８１公報（特許文献３）には、金属微粒子の分級法が開示されている。しかし、前述のように、ほとんどの場合、被分級物は、種々の粒径を有した金属粉体である。そのため、この分級法では、粒径の均一な２次粒子を生成することになる。２次粒子は一般に大径を有するから、粒径の粗大な２次粒子を原料粉体とする導体用ペーストでは、薄層化した導体膜を焼結できないという問題があった。前述したように、粒径の異なる粒子群を含有する原料を使用した導体用ペーストでは、焼結すると導体膜に凹凸が発生し、電極特性も悪化する。
【００１１】
従来の技術では、解粒工程と分級工程が夫々単独で実施されていた。解粒工程だけを単独で実施すると、種々の粒径の粒子群が製造された。その結果、前述したように、粒径の異なる粒子群を含有する原料を使用した導体用ペーストでは、焼結すると導体膜に凹凸が発生し、電極特性も悪化するという問題があった。また、分級工程だけを単独で実施すると、均一な粒径の大きな２次粒子からなる粉体が生成されるだけであり、電極膜の薄層化にはつながらないという問題があった。
【００１２】
従って、本発明の目的は、解粒工程と分級工程を、連続的又は同時的に実施して、微小で均一な粒径の金属微粒子を生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、処理槽内又は別の分級槽内で、解粒工程により得られる１次粒子をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される連続処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法である。
【００１４】
本発明の第２の形態は、金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、解粒工程と同時に処理槽内の粒子群をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される同時処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法である。
【００１５】
本発明の第３の形態は、前記第１又は第２の形態において、解粒工程は、金属微粒子を含む液体又気体の噴射流を、２以上の方向から噴出させ、噴射流を互いに衝突させることにより実施される金属微粒子の分級処理方法である。
【００１６】
本発明の第４の形態は、前記第１〜第３形態のいずれかにおいて、解粒工程は、処理槽内に超音波振動を付与することによって実施される金属微粒子の分級処理方法である。
【００１７】
本発明の第５の形態は、前記第１〜第４形態のいずれかにおいて、分級工程は、重力又は遠心力を利用した湿式分級法により実施される金属微粒子の分級処理方法である。
【００１８】
本発明の第６の形態は、前記第５形態において、分級工程により排出した粒径の大きな金属微粒子を処理槽に帰還させて、解粒工程を実施する金属微粒子の分級処理方法である。
【００１９】
本発明の第７の形態は、前記第１〜第６形態のいずれかの金属微粒子が、卑金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法である。
【００２０】
本発明の第８の形態は、前記第７形態の卑金属微粒子が、プラズマＣＶＤ法により得られたニッケル微粒子である金属微粒子の分級処理方法である。
【００２１】
本発明の第９の形態は、前記第１〜第６形態のいずれかの金属微粒子が、貴金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法である。
【００２２】
本発明の第１０の形態は、前記第１〜第９形態のいずれかにおいて、分級工程を完了した金属微粒子を、単分散状態で保持する金属微粒子の分級処理方法である。
【００２３】
本発明の第１１の形態は、第１０形態の単分散状態での保持が、金属微粒子を有機溶剤中に浸漬させることによって実現される金属微粒子の分級処理方法である。
【００２４】
本発明の第１２の形態は、前記第１〜第１１形態のいずれかの分級処理方法により生成される金属微粒子である。
【００２５】
本発明の第１３の形態は、前記第１２形態により生成される金属微粒子を金属成分とする導体用ペーストである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の形態によれば、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００２７】
金属微粒子は、焼成後に電極や配線等の金属導体を提供する成分である。この金属微粒子としては、粒径がμｍサイズの金属粒子からｎｍサイズの金属超微粒子まで広範囲に選択できる。この金属は、貴金属、卑金属でもよく、金属含有粒子でも良い。勿論、これらの２種以上の混合物であっても良い。
【００２８】
これらの金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、更に解粒工程の後に分級工程を配置することで、均一な粒径の金属微粒子を生成することができる。解粒工程で一部の２次粒子が１次粒子にまで解粒されずに、比較的大径の金属微粒子が残存しても、分級工程で所望の粒径の金属微粒子が収集される。勿論、解粒工程で全ての２次粒子が１次粒子まで解粒されても、種々の粒径の１次粒子が存在するが、このときも分級工程で所望の均一粒径の金属微粒子が収集される。
【００２９】
そして、最終的に得られる金属微粒子は極めて微小で均一な粒径の１次粒子であるので、金属微粒子を金属成分とする導体用ペーストから焼成される導体膜が薄層化できる。そのため、積層セラミック電子部品も薄層化でき、その結果、多層化でき、セラミック電子部品の更なる小型化・高容量化が図れ、電子機器の発展に貢献する。
【００３０】
本形態で得られた金属微粒子は、冶金に使用すると極めて緻密な製品が得られる等、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等導体用ペースト以外にも使用できることは云うまでもない。
【００３１】
本形態では、解粒工程と分級工程は連続して実施するから、解粒工程を終了した粒子を移動せずに同一処理槽内で分級工程を実施しても良いし、解粒工程を終了した粒子を別の分級槽内に移送して分級工程を実施しても良い。
【００３２】
場所等が限定されないため、連続処理工程では解粒工程と分級工程に公知の全ての方法が適用でき、既存装置の利用もできる。
【００３３】
解粒工程と分級工程とからなる連続処理工程に、必要なら他の工程を付加しても良い。連続処理工程は１回実施すれば微小で粒径が均一な金属微粒子が得られるが、金属微粒子の種類や所望の粒径等の条件によっては、更に必要回、連続処理工程を繰返しても良い。勿論、解粒工程だけを必要回繰返して、その後分級工程を実施しても良い。
【００３４】
本発明の第２の形態によれば、解粒工程と分級工程とから構成される同時処理工程を少なくとも含む金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００３５】
金属微粒子の種類、粒径、解粒及び分級処理の効果等は前述した通りである。
【００３６】
本形態では、金属微粒子は解粒工程と分級工程により同一処理槽内で同時処理される。解粒工程と分級工程を同時に同一処理槽内で実施することで、粒子を移送する必要がないので、時間的にも場所的にも効率よく処理でき、同時処理時のコストダウンが図れる。また解粒後の微粒子が再凝集することなく、微小で粒径が均一な金属微粒子を得ることができる。
【００３７】
解粒工程と分級工程とからなる同時処理工程に、必要なら他の工程を付加しても良い。同時処理工程は１回実施すれば微小で粒径が均一な金属微粒子が得られるが、金属微粒子の種類や所望の粒径等の条件によっては、更に必要回、同時処理工程を繰返しても良い。
【００３８】
導体用ペーストに利用した場合、微小で均一な粒径の金属微粒子が得られるので、金属微粒子を金属成分とする導体用ペースト由来の導体膜が薄層化でき、積層セラミック電子部品も薄層化・多層化できる。このため、セラミック電子部品の更なる小型化・高容量化が図れ、電子機器の発展に貢献する。
【００３９】
本形態により得られる金属微粒子は、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等導体用ペースト以外にも使用できることは云うまでもない。
【００４０】
本発明の第３の形態によれば、解粒工程は、金属微粒子を含む噴射流を、２以上の方向から噴出させ衝突させることにより実施される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００４１】
解粒工程は粗大化した２次粒子をスラリー化して衝突させる形態だけではなく、２次粒子を含む溶液等の液体又は気体を衝突させて実施することも可能である。液体では、水だけではなく、各種の有機溶剤も使用できる。微小になるほど金属微粒子は活性化するので、気体では窒素等の不活性ガスを使用することが望ましい。
【００４２】
衝突時の運動エネルギーは速度の２乗に比例するため、不完全解粒粒子をなくすためには、ある大きさ以上の速度が好適である。このような噴射速度、２次粒子の濃度及び衝突時の交差角等の解粒条件は、金属２次粒子の種類や所望する粒径により、適宜選択できる。
【００４３】
本発明の第４の形態によれば、解粒工程は、処理槽内に超音波振動を付与することによって実施される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００４４】
超音波振動を付与するとき、超音波振動が伝播する状態なら、２次粒子は液体中に浮遊していても良いし、気体中に堆積していても良い。
【００４５】
また、解粒工程は処理槽内に超音波振動を単独に付与して実施しても良いし、他の解粒工程と同時に超音波振動を付与して実施しても良い。例えば、液体中の場合では、処理槽内で２次粒子を含有するジェット流同士を衝突させ、同時にジェット流に超音波振動を付与すれば、第３形態の解粒工程と同時に処理槽内に超音波振動を付与することができる。気体中の場合では、特にジェット流衝突部に上方から超音波を付与すれば、第３形態の解粒工程と同時に処理槽内に超音波振動を付与することができる。同時に行うときは、極めて効率的に解粒工程が行われる。
【００４６】
本発明の第５の形態によれば、分級工程は、重力又は遠心力を利用した湿式分級法により実施される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００４７】
同じ原理の分級法を比較すると、空気等の気体を使用する乾式分級法に比べて、水等の液体中では微粒子が凝集しないため、液体を使用する湿式分級法が分級精度は良い。
【００４８】
重力を利用した湿式分級装置の代表的なものとして、ハイドロセパレータ、スパイラル分級機、レーキ分級機、ボール分級機、ドラム分級機、ジェットサイザ及びクラシファイングサイザがある。遠心力を利用した湿式分級装置の代表的なものとして、液体サイクロン、分離板型遠心分離機及び円筒型遠心分離機がある。金属微粒子の種類及び所望の粒径により、前記分級装置あるいは重力又は遠心力を利用した他の湿式分級装置から、適宜分級工程で使用する処理装置が選択できる。
【００４９】
本発明の第６の形態によれば、分級工程により排出した粒径の大きな金属微粒子を処理槽に帰還させて、解粒工程を実施する金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５０】
解粒工程で処理された金属微粒子に不完全解粒粒子が残存しても、粒径の大きな金属微粒子は分級工程で収集されるため、前記金属微粒子を処理槽に帰還させることにより、解粒工程から改めて実施することができる。即ち、金属微粒子の処理槽への帰還を繰返すことによって、解粒工程を多数回実施することになり、２次粒子を１次粒子にまで完全に解粒することが可能になる。そのため、不完全解粒粒子が無くなるので、不完全解粒粒子を廃棄するなどの不経済性が無くなる。不完全解粒粒子を解粒工程の処理槽内で再処理すればよいので、この不完全解粒粒子の分級工程から解粒工程への帰還は、解粒工程と分級工程を連続的に実施しても、同時的に実施しても可能である。
【００５１】
本発明の第７の形態によれば、金属微粒子が、卑金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５２】
近年、価格の変動が小さく安価な卑金属が、導体用ペーストの原料として使用されることが多くなった。この場合、本発明によって微小で均一な粒径の金属微粒子、例えば銅粒子やニッケル粒子が生成される。このため、微小で均一膜厚の導体膜が焼成でき、積層セラミック電子部品も薄層化・多層化できる。この結果、セラミック電子部品の更なる小型化・高容量化が進み、電子機器の発展に貢献する。
【００５３】
本発明の第８の形態によれば、卑金属微粒子が、プラズマＣＶＤ法により得られたニッケル微粒子である金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５４】
通常のＣＶＤ法では、金属塩化物を出発原料として使用するため、塩素が残留し、製造した金属に付着した塩素を水で洗浄する必要がある。しかし、プラズマＣＶＤ法で、ニッケルの単体金属を出発原料とするから、塩素等の不要分が存在せず、洗浄等水分を必要とする工程がない。そのため、プラズマＣＶＤでは、乾式分級法を採用できる。しかし、前述のように、乾式分級法は湿式分級法に比べ分級精度が劣るため、湿式分級法を採用しても良い。
【００５５】
また、貴金属と比較して、本形態では卑金属のニッケルを使用するから、経済的な導体用ペースト、延いては経済的な積層セラミックスが製造できる。
【００５６】
本発明の第９の形態によれば、金属微粒子が、貴金属微粒子である金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５７】
導体用ペーストの原料に銀等の貴金属を使用した場合、貴金属は酸化することがないので、極めて安定した導体膜を焼成することができる。更に、本形態により、効率的に微小で粒径が均一な金属微粒子が生成されるため、経済的な導体用ペースト、延いては経済的な積層セラミックスが製造できる。
【００５８】
本発明の第１０の形態によれば、分級工程を完了した金属微粒子を、単分散状態で保持する金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００５９】
解粒工程及び分級工程により、微小で均一な粒径の金属微粒子が得られるが、この金属微粒子は単純に放置しておくと、再び凝集し粗大化して２次粒子に復帰することが起こりやすい。そこで、本形態では、得られた微細で均一な１次粒子が相互に凝集しない状態、即ち単分散状態で保持して、後の金属微粒子の使用に備える。単分散状態での保持のため、公知の薬剤や方法等が使用できる。
【００６０】
本発明の第１１の形態によれば、単分散状態での保持が、金属微粒子を有機溶剤中に浸漬させることによって実現される金属微粒子の分級処理方法が提供される。
【００６１】
単分散状態での保持が有機溶剤中で浸漬、分散して実施されるため、金属微粒子と外界との接触が遮断され、乾燥状態で金属微粒子からなる１次粒子が凝集・粗大化して２次粒子に成長することがない。即ち、金属原子からの電子の出入が絶縁性の有機溶剤により遮断され、金属微粒子が電気的に中性に保持され、金属微粒子同士が電気的に結合することがない。また、分子間力による金属微粒子同士の結合も、有機溶剤により遮断される。金属微粒子が有機溶媒中で浮遊状態にあると、有機溶剤により金属微粒子同士の接触が完全に遮断される。沈殿状態にあると、金属微粒子の表面に有機溶剤膜が形成されるため、金属微粒子同士の直接接触が回避される。そのため、金属微粒子が単分散状態で保持される。
【００６２】
特に、解粒工程及び分級工程を始めとする全工程を、アセトンのような粘性の低い低沸点有機溶剤中で実施し、その後低沸点有機溶剤をターピネオールのようなやや粘性のある高沸点有機溶剤中に入れ加熱することで低沸点溶剤が蒸発する。この結果、効率的に凝集を遮断して単分散状態を保持できる。ターピネオールのような導体用ペーストに使用される有機溶剤は、通常高沸点有機溶剤であるから、高沸点有機溶剤中に金属微粒子を保存しながら樹脂を添加すれば、導体用ペーストの製造が簡略化できる。
【００６３】
本発明の第１２の形態によれば、前記第１〜第１１形態のいずれかの分級処理方法により生成される金属微粒子が提供される。
【００６４】
第１〜第１１形態で説明した分級処理方法で得られる金属微粒子であるから、微小で均一な粒径の１次粒子金属粉体が提供できる。
【００６５】
本発明の第１３の形態によれば、前記第１２形態により生成される金属微粒子を金属成分とする導体用ペーストが提供される。
【００６６】
導体用ペースト中の金属微粒子は、分級処理後の微小で均一な粒径の微粒子から構成されるので、前記導体用ペーストを焼成すると、微小で均一膜厚の導体膜が得られる。
【００６７】
電子機器の高性能化・小型化に伴う、セラミック電子部品の小型化・高密度化・大容量化の要求に対して、微小化し粒径が均一な金属微粒子を含有する導体用ペースト由来の導体膜を薄層化し多数枚積層することで対応できる。そのため、電子機器の大量生産が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下に、本発明に係る金属微粒子の分級処理方法の実施例を、図面に従って詳細に説明する。
【００６９】
図１は、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して（Ｓ１）、１次粒子に解粒する（Ｓ２）。この解粒工程を所望回繰返す（Ｓ３）。解粒工程1回の運転時間が決まっている場合は、解粒工程を多段に繰返して実施しても、解粒工程の運転時間を長く実施しても同じ効果が得られる。
【００７０】
その後、処理槽内又は別の分級槽内で、解粒工程により得られる１次粒子をその粒径に従って分級する（Ｓ４）。分級工程により排出された大粒径の金属微粒子は、解粒工程に帰還される（Ｓ５）。微小で均一粒径の金属微粒子は、分級工程により収集され（Ｓ６）、単分散状態で保持される（Ｓ７）。
【００７１】
図２は、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。図１では解粒工程の終了を所望回数（所望時間）で判断しているが、図２では解粒工程の終了を金属微粒子の解粒状態で判断している。このとき、金属微粒子の解粒状態は、金属粒径の大きさ等により、レーザ光回折法のような公知の技術から選択した方法で判定される。
【００７２】
金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して（Ｔ１）、１次粒子に解粒する（Ｔ２）。この解粒工程を金属微粒子が微小粒径に解粒されるまで繰返す（Ｔ３）。その後、処理槽内又は別の分級槽内で、解粒工程により得られる１次粒子をその粒径に従って分級する（Ｔ４）。分級工程により排出された大粒径の金属微粒子は、解粒工程に帰還する（Ｔ５）。微小で均一粒径の金属微粒子は、分級工程により収集され（Ｔ６）、単分散状態で保持される（Ｔ７）。
【００７３】
図３は、解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。２次粒子を処理槽内に収容して（Ｕ１）、同一処理槽内で１次粒子に解粒しながらその粒径に従って分級する（Ｕ２）。この同時処理工程を所望回繰返す（Ｕ３）。同時処理工程1回の運転時間が決まっている場合は、同時処理工程を多数回繰返して実施しても、同時処理工程の運転時間を長く実施しても同じ効果が得られる。
【００７４】
同時処理工程により排出された大粒径の金属微粒子は、同時処理工程に帰還する（Ｕ４）。微小で均一粒径の金属微粒子は、収集され（Ｕ５）、単分散状態で保持される（Ｕ６）。
【００７５】
図４は、解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。図３では同時処理工程の終了を所望回数（所望時間）で判断しているが、図４では同時処理工程の終了を金属微粒子の解粒状態で判断している。前述したように、金属微粒子の解粒状態には、金属粒径の大きさ等により、レーザ光回折法のような公知の技術から選択した方法が使用される。
【００７６】
２次粒子を処理槽内に収容して（Ｖ１）、同一処理槽内で１次粒子に解粒しながらその粒径に従って分級する（Ｖ２）。解粒・分級同時処理工程により排出された大粒径の金属微粒子は、解粒・分級同時処理工程に帰還する（Ｖ３）。均一粒径の金属微粒子であっても、粒径測定で大粒径と判断されると解粒・分級同時処理工程に帰還する（Ｖ３）。微小で均一粒径の金属微粒子は収集され（Ｖ４）、単分散状態で保持される（Ｖ５）。
【００７７】
図５は、解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程の１例を示す概略図である。この例では、解粒をジェット流による金属２次粒子の衝突及び超音波振動の付与、分級をサイクロン法によって実施している。
【００７８】
解粒装置２の中で、金属２次粒子を含むジェット流１０を互いに衝突させ、その衝突部に超音波振動発生器１２より超音波振動を付与することにより、２次粒子を１次粒子に解粒する。
【００７９】
解粒後の１次粒子を含む溶液３０は、ポンプ３４により分級装置４に圧入される。被分級液２０は、溶液３０の圧入により矢印２２に従って旋回する。旋回により生じる遠心力のために、比較的粒径の大きな１次粒子は壁側に集められ、やがて重力により下部排出口２６から排出される。排出された比較的大粒径金属粒子４２は、帰還しジェット流１０として更に解粒される。粒径の小さな金属微粒子は、遠心力が弱いので順次供給される溶液３０により旋回しながら下降し分級装置４の下部近くまで達すると反転し渦巻状に上昇して、上部導出口２４から導出され、収集され単分散状態で保持される（保持装置図示せず）。このとき、上部導出口２４から導出された微小均一金属微粒子４０の粒径を測定して（粒径測定装置図示せず）、所望の大きさに解粒されていなければ、帰還しジェット流１０として更に解粒される。
【００８０】
本例では、被分級液２０を液体として説明したが、気体中で全工程を実施しても実施例の概要は同様である。
【００８１】
図６は、解粒・分級工程から構成される同時処理工程の１例を示す概略図である。この例では、解粒をジェット流による金属２次粒子の衝突及び超音波振動の付与、分級をサイクロン法によって実施している。
【００８２】
解粒・分級装置６の中に、金属２次粒子を含む被分級液２０が収容されている。この溶液中で、金属２次粒子を含むジェット流１０を互いに衝突させ、その衝突部に超音波振動発生器１２より超音波振動を付与することにより、２次粒子を１次粒子に解粒する。
【００８３】
被分級液２０は、液３２の圧入により矢印２２に従って旋回する。ここで、液３２は被分級液２０の液体成分に２次粒子を付加したものである。旋回によって働く遠心力のために、比較的粒径の大きな１次粒子は壁側に集められ、やがて重力により下部排出口２６から排出される。排出された比較的大粒径金属粒子４２は、帰還し液３２として解粒・分級装置６の中に圧入されジェット流１０で更に解粒される。粒径の小さな金属微粒子は、遠心力が弱いので順次供給される液３２により旋回しながら下降し解粒・分級装置６の下部近くまで達すると反転し渦巻状に上昇して、上部導出口２４から導出され、収集され単分散状態で保持される（保持装置図示せず）。このとき、上部導出口２４から導出された微小均一金属微粒子４０の粒径を測定して（粒径測定装置図示せず）、所望の大きさに解粒されていなければ、帰還し液３２として解粒・分級装置６の中に圧入されジェット流１０で更に解粒される。
【００８４】
本例では、被分級液２０を液体として説明したが、気体中で全工程を実施しても実施例の概要は同様である。
【００８５】
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る金属微粒子の分級処理方法を使用することにより、微小で粒径が均一の金属微粒子が得られる。この金属微粒子を導体用ペーストに使用することで、導体用ペーストを焼成した導体膜の更なる薄層化が進む。電子機器の高性能化・小型化に伴う、セラミック電子部品の小型化・高密度化・大容量化の要求に対して、微小化し粒径が均一な金属微粒子を含有する導体用ペースト由来の導体膜を薄層化し多数枚積層することで対応できる。そのため、電子機器の大量生産が可能である。
【００８７】
また、本発明に係る金属微粒子の分級処理方法により生成された金属微粒子は、電子部品、電子材料等の電子機器、工業機械関係、冶金関係等広範囲に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。
【図２】解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。
【図３】解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の回数制御工程図である。
【図４】解粒・分級工程から構成される同時処理工程からなる金属微粒子の分級処理方法の粒径制御工程図である。
【図５】解粒工程と分級工程とから構成される連続処理工程の１例を示す概略図である。
【図６】解粒・分級工程から構成される同時処理工程の１例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
２ 解粒装置
４ 分級装置
６ 解粒・分級装置
１０ ジェット流
１２ 超音波振動発生器
２０ 被分級液
２２ 旋回方向を示す矢印
２４ 上部導出口
２６ 下部排出口
３０ 解粒後の１次粒子を含む溶液
３２ 液
３４ ポンプ
４０ 微小均一金属微粒子
４２ 比較的大粒径金属粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、前記処理槽内又は別の分級槽内で、前記解粒工程により得られる前記１次粒子をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される連続処理工程を少なくとも含むことを特徴とする金属微粒子の分級処理方法。
【請求項２】
金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、前記解粒工程と同時に前記処理槽内の粒子群をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される同時処理工程を少なくとも含むことを特徴とする金属微粒子の分級処理方法。
【請求項３】
前記解粒工程は、前記金属微粒子を含む液体又気体の噴射流を、２以上の方向から噴出させ、前記噴射流を互いに衝突させることにより実施される請求項１又は２に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項４】
前記解粒工程は、前記処理槽内に超音波振動を付与することによって実施される請求項１〜３のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項５】
前記分級工程は、重力又は遠心力を利用した湿式分級法により実施される請求項１〜４のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項６】
前記分級工程により排出した粒径の大きな金属微粒子を前記処理槽に帰還させて、前記解粒工程を実施する請求項５に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項７】
前記金属微粒子が、卑金属微粒子である請求項１〜６のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項８】
前記卑金属微粒子が、プラズマＣＶＤ法により得られたニッケル微粒子である請求項７に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項９】
前記金属微粒子が、貴金属微粒子である請求項１〜６のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項１０】
前記分級工程を完了した金属微粒子を、単分散状態で保持する請求項１〜９のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項１１】
前記単分散状態での保持が、前記金属微粒子を有機溶剤中に浸漬させることによって実現される請求項１０に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の分級処理方法により生成されることを特徴とする金属微粒子。
【請求項１３】
請求項１２により生成される金属微粒子を金属成分とすることを特徴とする導体用ペースト。
【請求項１】
金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、前記処理槽内又は別の分級槽内で、前記解粒工程により得られる前記１次粒子をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される連続処理工程を少なくとも含むことを特徴とする金属微粒子の分級処理方法。
【請求項２】
金属微粒子からなる１次粒子が凝集して粗大化した２次粒子を処理槽内に収容して１次粒子に解粒する解粒工程と、前記解粒工程と同時に前記処理槽内の粒子群をその粒径に従って分級する分級工程とから構成される同時処理工程を少なくとも含むことを特徴とする金属微粒子の分級処理方法。
【請求項３】
前記解粒工程は、前記金属微粒子を含む液体又気体の噴射流を、２以上の方向から噴出させ、前記噴射流を互いに衝突させることにより実施される請求項１又は２に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項４】
前記解粒工程は、前記処理槽内に超音波振動を付与することによって実施される請求項１〜３のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項５】
前記分級工程は、重力又は遠心力を利用した湿式分級法により実施される請求項１〜４のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項６】
前記分級工程により排出した粒径の大きな金属微粒子を前記処理槽に帰還させて、前記解粒工程を実施する請求項５に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項７】
前記金属微粒子が、卑金属微粒子である請求項１〜６のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項８】
前記卑金属微粒子が、プラズマＣＶＤ法により得られたニッケル微粒子である請求項７に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項９】
前記金属微粒子が、貴金属微粒子である請求項１〜６のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項１０】
前記分級工程を完了した金属微粒子を、単分散状態で保持する請求項１〜９のいずれかに記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項１１】
前記単分散状態での保持が、前記金属微粒子を有機溶剤中に浸漬させることによって実現される請求項１０に記載の金属微粒子の分級処理方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の分級処理方法により生成されることを特徴とする金属微粒子。
【請求項１３】
請求項１２により生成される金属微粒子を金属成分とすることを特徴とする導体用ペースト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−８４２２２（Ｐ２０１０−８４２２２Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５７６６２（Ｐ２００８−２５７６６２）
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（５９１０４０２９２）大研化学工業株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【出願人】（５９１０４０２９２）大研化学工業株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
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