JPS59190302A - 超微粒子製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアークを用いた超微粒子製造方法および装置に
関し、特に原料補給の改良に閃する。

近年、超微粒子の特異な性質が注目されておシ、今後エ
レクトロニクス、厚媒化学等広軛囲な技術分野での応用
が期待されている。

超微粒子の製造方法については種々開発されているが、
その一方法としてアークを利用したものがある。詳述す
ると、水素含有ガスまたは窒素含有ガス中に電極を配置
し、この電極の下方に坩堝を配置しである。この坩堝は
中央に比較的浅い四部を有してお）、この凹部には原料
が収納されている。そして電極と原料との間でアークを
発生させ、このアークによシ原料を加熱浴融すると同時
に上記ガスを活性化し、溶融原料と活性化ガスとの反応
によシ溶融原料中から超微粒子を発生させる。

ところで、原料は超微粒子の発生に伴い減少していく。

上述した従来方法では、坩堝に収容できる原料の量は比
較的少なく、操業を短期間で中断して炉を開放し、原料
を補給しなければならない。

このため連続して大量生産ができず、生産性が低かった
。

本発明は上述した事情にもとづきなきれたもので、その
第１の目的は原料を連続して補給でき、生産性を大幅に
向上できる超微粒子製造方法を提供することにある。本
発明の第２の目的は、原料を自動的に連続補給できる超
微粒子製造装置を提供することにある。

以下、本発明の方法および装置を図示の実施例を参照し
て説明する。図中符号１は外周部を水冷される炉本体で
ある。この炉本体１は起立して設置されている。炉本体
１の下部には排ガス管２が連結されている。排ガス管２
は斜め上方を向いている。炉本体１の下端にはフランジ
３が固定されている。炉本体１内には水冷鋼管４が設置
されている。水冷銅管４は炉本体１の上部で支持されて
おシ、炉本体１の中心軸に沿って垂直に設置されている
。水冷鋼管４の下端には電極５が垂直に固定されている
。

７ランジ３には他のフランジ６が連結されている。フラ
ンジ６の中央部にはシリンダ７が支持されている。シリ
ンダ７の上端には鍔部８が形成されておバこの鍔部８が
上記７ランジ６に固定され老いる。シリンダ７は垂直に
支持されてお凱その上端間ロアａは前述した電極５の下
方に位置している。シリンダ７はケース９に仮題されて
いる。ケース９の上端開口縁は７ランジ６に固定され、
底部開口９ａにはシリンダ７の下端部が挿入固定されて
いる。ケース９内には冷却水が流れ、シリンダ７を冷却
するようになっている。図中１０ａは冷却水の入口部、
１０ｂは出口部である。

シリンダ７の下部にはピストン１１が上下方向に摺動自
在に挿入さｎている。ピストン１１は、その内部を流通
する冷却水によシ冷却されている。

図中１２ａは冷却水の入口部、１２ｂは出口部である。

ピストン１１の下端には支持部１３が固定されている。

この支持部１３にはねじ孔が形成されてお楓とのねじ孔
にはねじ俸１４が螺挿されている。ねじ棒１４の下端は
動力伝達機構１５を介してモータ１６（駆動機構）に接
続されている。

モータ１６の駆動によりねじ禅１４が回転し、このねじ
棒１４とねじ孔との作用によシピストン１１が上下動さ
れるようになっている。モータ１６は制御装置１７によ
υ制御されている。

上記構成において、シリンダ７内には予め原料Ａが収容
されている。原料Ａとしては金属のみならず一部の半金
篇、半導体を用いることもできる。

原料Ａはたとえは円柱状のインゴットの形でシリンダ７
に収容されている。炉本体ｌ内には水素または水素含有
ガスあるいは窒素または璧累含有ガスが流れている。上
述のガスは炉本体１の上部の流入口から下方に流れて原
料Ａの面に吹きつけられ、さらに排ガス管２へと流れて
いく。電極５と原料Ａの上面との間には、水冷銅管４に
電気的に接続された定電圧源または定電流源により、電
圧が印加されてアークが発生する。このアークによシ、
原料Ａの上部が溶融される。またアークにより上述した
昇囲気ガスが活性化される。そして、溶融原料Ａと活性
化ガスとの反応によシ、溶融原料Ａから超微粒子が発生
する。

発生した超微粒子はガスの流れに導びかれて排ガス管２
へと流れ、図示しない抽果器によって捕集される。

超微粒子の発生によシ、原料Ａの上面の位置は低下する
が、この低下分はピストン１１を上方へ移動させて原料
Ａを押し上げることにより補給することができる。この
実施例では上述の原料補給を自動的に行なっている。ア
ーク用電源として定電流源を用いた場合を例にとって説
明する。原料Ａの上面が低下すると、アークが長くなハ
定電流のアークを得るために電極５と原料Ａの上面との
間の電圧（アーク電圧）が増大する。この電圧の増大を
制御装置１７によって検出する。制御装置１７では、こ
の検出電圧と予め設定された設定電圧とを比較し、その
差に応じて制御信号をモータ１６に出力する。制御信号
を受けたモータ１６が駆動すると、ねじ俸１４が回転し
ピストン１１が上方−＼移動する。これに伴い原料Ａが
押し上げられ、アークは所定の長さに戻る。この結果、
制御装置１７で検出される電圧と設定電圧とが同値とな
シモータ１６の駆動は停止される。このようにして、常
にアークの長さが一定になるように自動的に原料補給が
なされる。また、アークの長さが一定であるため、超微
粒子の発生条件が安定化され、比較的粒度のそろった超
微粒子を製造できる。なお、アーク用電Ｗとして定電圧
諒全使用する場合には電極５を流れる電流（アーク電流
）の変化を制御装置１７によシ検出してピストン１１の
移動を制御する。

また、炉本体ｌ内を流れるガスの速度の変動等に対応し
てアーク長さを調節することもできる。

この場合、制御装置１７の設定電圧（または電流）を調
節する。すると、検出されるアーク電圧（またはアーク
電流）が設定値になるように、ピストン１１が上下方向
に移動調節され、この結果、所望のアーク長さを得るこ
とができる。

なお、本発明は上述した実施例に制約されず、棟々の態
様が可能である。本発明方法では、手動操作でピストン
を移動させるようにしてもよい。

たとえば、モータ１６を用いずにねじ俸１４をハンドル
操作で回転させてピストンを移動式せてもよく、またモ
ータ１６のオンオフ制御全スイッチの手動操作によって
行なってもよい。これらの場合、操作者はアーク電圧ｔ
−たはアーク電流を計器で見ながら手動操作する。

シリンダ７の上ｙ４開ロアａは電極４の下方に位置しな
ければならないが、シリンダ７自体は必ずしも垂直に配
置ｔしなくてもよく、１頃いていてもよい。

また、ピストン１１を移動させる機構にはねじ棒とねし
礼の組み合わせの他、ラックとピニオンまたはウオーム
歯車等独々の構成を採用できる。

さらに、電極はプラズマアーク全発生させる構成として
もよい。

以上説明したように本発明方法にあっては、シリンダ内
に収容した原料をピストンにより押し上げることによシ
原料補給を行なうため、連続して大量に超微粒子全生産
でき、生産性を大幅に向上できる。

また本発明装置にあっては、アーク電圧またはアーク電
流を検出してアーク長さを一定に維持するようにピスト
ンを上方へ移動するようにしたため、原料の自動補給を
行なえるとともに、超微粒子の発生条件を安定化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明装置の一実施例を示す断面図である。 １・・・・・炉本体、訃・・・・・電極、７・・・・・
・シリン坏、７ａ・・・・・・シリンダの上端開口、１
１・・・・・・ピストン、１６・・・・・・モータ（駆
動機構）、１７・・・・・・１モリ御装置、Ａ・・・・
・・原料。 出願人東京鉄鋼株式会社 代理人弁理士　渡　辺　昇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素または水素含有ガスあるいは窒素または窒素含
   有ガス中で純金属、半金属、半導体または合金をアーク
   によシ加熱・浴融すると同時に水素ガスあるいは窒素ガ
   スを活性化し、その活性化ガスと溶融物とを反応させて
   超微粒子を製造する方法において、上端開口が上記電極
   の下方に配置されたシリンダに原料を収容し、このシリ
   ンダの下部に摺動自在に挿入されたピストンにより原料
   を押し上げて原料の補給を行なうことを特徴とする超微
   粒子製造方法。 ２、（イ）水素または水素含有ガスあるいは窒素または
   窒素含有ガスを満たす炉本体と、 （ロ）炉本体内に配置された電極と、 （ハ）原料を収容するとともに上端開口が上記電極の下
   方に配置されるシリンダと、 に）　シリンダの下部に摺動自在に挿入されるとともに
   、シリンダに収容された原料の底部を支持するピストン
   と、 （ホ）　ピストンを駆動する駆動機構と、（へ）駆動機
   構を制御する制御装置 とを具備し、電極の下端にアークを発生させ、このアー
   クによシ原料を加熱溶融すると同時に上記ガスを活性化
   し、この溶融原料と活性化ガスとの反応により、浴融原
   料中から超微粒子を発生させ、この際制御装置によシア
   ーク電流またはアーク電圧を検出し、この検出値と予め
   設定した設定値との差に応じて駆動機構に制御信号を出
   力してピストンを上昇させ、これによシ超微粒子発生に
   伴う原料上面の位置の低下を補償して電極と原料上面と
   の間のアーク長さを所定長さに維持するとともに、原料
   の自動補給をなすようにしたことを特徴とする超微粒子
   製造装置。