JP2004182477A - セラミックス球形単分散粒子の製造方法ならびにこの方法で製造されたセラミックス球形単分散粒子、ならびにその製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】セラミックス球形単分散粒子を安定的かつ効率的に製造することが可能なセラミックス球形単分散粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】圧電アクチュエータ１２が発生した振動が伝達ロッド１４を介して伝達されたダイアフラム１５は、圧電アクチュエータ１２と同一周波数のパルスにおいて振動し、これに接触しているスラリーにパルス圧力波を発生させ、このようにして発生するパルス圧力波の１周期ごとに１回、スラリー貯留部２１ａ内のスラリーが、オリフィスプレート２３上のオリフィスから、スラリー滴として噴射される。スラリー滴は回収部Ｃのスラリー滴の液成分が完全に乾燥除去されるように適宜決定された所定温度に維持された乾燥炉４２内を自由落下し、その間に表面張力により球状化される。このようにして完全に乾燥されたセラミックス球形単分散粒子は、回収ボックス４４において回収される。
【選択図】 図１
【解決手段】圧電アクチュエータ１２が発生した振動が伝達ロッド１４を介して伝達されたダイアフラム１５は、圧電アクチュエータ１２と同一周波数のパルスにおいて振動し、これに接触しているスラリーにパルス圧力波を発生させ、このようにして発生するパルス圧力波の１周期ごとに１回、スラリー貯留部２１ａ内のスラリーが、オリフィスプレート２３上のオリフィスから、スラリー滴として噴射される。スラリー滴は回収部Ｃのスラリー滴の液成分が完全に乾燥除去されるように適宜決定された所定温度に維持された乾燥炉４２内を自由落下し、その間に表面張力により球状化される。このようにして完全に乾燥されたセラミックス球形単分散粒子は、回収ボックス４４において回収される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状でかつ均一な粒径を有するセラミックス球形単分散粒子の製造方法、及びこの方法により作製されるセラミックス球形単分散粒子、ならびにその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粒径の揃った微小粒子すなわち単分散粒子は、今日種々の科学技術分野において需要が増大している。例えばゾル-ゲル法によって作製されるラテックス粒子は、粒径分布の標準偏差が平均粒径の約１０％の単分散粒子であって、電子顕微鏡観察における標準サイズ粒子として広く用いられている。また半導体工業におけるＩＣチップ小型化に伴い、それらの接合を行うための、３０〜４０μｍの粒径を有する球形単分散半田粉が要望されている。また合金粉のＨＩＰ成形においても、材料に対して致命的な欠陥となる不均一空隙の形成を防ぐために、粒径の均一な球形粉が必要とされる。
【０００３】
微小単分散粒子の作製方法としては、数μｍ以下の酸化物粒子に限れば前述のゾル-ゲル法がある。また１００μｍ以上の粒子については、プラズマ回転電極法（ＰＲＥＰ法）がある。またある程度の粒径の幅が許容される場合には、一般的なアトマイズ粉を篩などで機械的に級別する方法が実用的である。
【０００４】
しかしゾル-ゲル法は先述のとおり、０．１μｍ〜１．２μｍ程度の、しかも酸化物粒子作製に限定して適用が可能である。またＰＲＥＰ法においては、電極の回転安定性の限界により、粒径１００μｍ以下の粒子を作製することが困難である。すなわちこれらの方法では、作製可能な単分散粒子の粒子サイズが限定されていた。またアトマイズ粉を利用する際には級別作業が不可欠であり、また級別可能な粒径には自ずと限界があった。そこで、このような級別作業が不要で、かつより自由に粒径を制御することが可能な作製プロセスの開発が望まれていた。
【０００５】
これに対し本出願人は、特開平６―１８４６０７号公報に記載の球形単分散粒子の製造方法及び装置を提案した。この技術について簡単に説明する。
【０００６】
圧電アクチュエータに圧力パルスを発生させ、このパルス圧力を、伝達ロッドを介してダイアフラムに伝達する。さらにこのパルス圧力を、ダイアフラムに密着する溶融金属に伝達する。そしてダイアフラムから溶融金属側への所定変位により、溶融金属貯留容器に設けられているオリフィスから溶融金属を不活性ガス中に噴射する。溶融金属は、不活性ガス中に１個ずつ単分散粒子として噴射されて球状化される。そして冷却水中で冷却された後、球状単分散粒子として回収される。この方法によれば、粒径を均一かつより自由に制御することができ、しかもより真球に近い球形の単分散粒子を安定して製造することが可能となる。
【０００７】
上述のように先願にかかる技術は、溶融金属を用いて球形単分散粒子を製造するものである。すなわち、ここで製造される球形単分散粒子は、金属単分散粒子あるいは金属ガラス単分散粒子に限定される。しかしながら、今日各分野において求められている単分散粒子はこれらに限定されない。そこでより広範囲の材料について、球形単分散粒子を効率的かつ高精度に製造するプロセスが必要となる。
【０００８】
【発明の解決すべき課題】
金属以外の材料で単分散粒子の利用が重要な意味を有するものの第一に、セラミックスが挙げられる。特に医療分野において生体材料として使用されるいわゆるバイオセラミックスにおいては、材料として使用する粉末の粒径制御が重要な意味を持つ。以下に代表的なバイオセラミックスであるリン酸カルシウムセメント（Calcium Phosphete Cements:以下ＣＰＣと記述する）を例として、その理由を説明する。
【０００９】
ＣＰＣは、リン酸カルシウム系セラミックスを粉末成分としたペースト状の骨補填材である。すなわち骨欠損部に対してペースト状のまま注入及び充填する補填材であって、あらゆる形状の欠損部に対応できる点において優れる。このＣＰＣが有すべき重要な特性として、
（１）生体適合性に優れること
（２）充填性が良好であること
（３）硬化時間が適切であること
（４）硬化後の機械的強度が十分であること
が挙げられる。このうち充填性に関しては、これを向上するために粉末粒径を小さくすることが好ましいことはいうまでもない。しかし一方で、粉末成分の粒径が細胞の大きさ（約３０μｍ）に対して小さすぎると組織刺激性（細胞毒性）が生じる。従って生体適合性の面からいえば、いたずらに粒径を小さくすることは好ましくない。
【００１０】
硬化時間及び硬化後の強度については、ペースト練和時の粉末成分と液成分との使用割合に大きく影響される。一般に、粉末成分の割合を高くすれば硬化時間は短く、しかも高強度な硬化体となる。しかし粉末成分の割合が高すぎると、練和中あるいは充填中に硬化が始まり、完全な充填が困難となる。さらにＣＰＣの場合、界面活性剤等を使用して硬化時間を調整したり硬化後の強度を改善したりすることは、生体適合性を損ねる恐れがあり、好ましくない。
【００１１】
そこで上記各特性を十分に満足するＣＰＣを得るための手段として、粉末成分の形態を制御することが有効である。すなわち粒径の揃った球形粒子（球形単分散粒子）とすることにより、
（１）ペーストの流動性を確保しつつ、粉末成分と液成分との使用割合を調整することが可能なので、硬化時間を最適に調整することが可能（硬化時間が適切）
（２）充填性が向上するので新生骨との置換作用が促進される（充填性が良好、生体適合性に優れる）
（３）均一な充填が可能であり、硬化後の組織が均一となるので機械的強度に優れる（充填性が良好、硬化後の機械的強度が十分）
等の効果が得られ、上述の特性が満足されると考えられる。
【００１２】
本発明は、上述した先願の球形単分散粒子の製造原理をセラミックスに対しても応用すべく、その製造方法及び装置に改良を加え、取り扱い及び設定等が容易で、セラミックス球形単分散粒子の量産に適した形態とすることを企図したものである。
【００１３】
すなわち本発明の課題は、級別作業が不要で、かつ個々の粒子の粒径をより幅広く精度良く制御することができ、かつ粒径の揃った、より真球に近いセラミックス球形単分散粒子を安定的かつ効率的に製造することが可能な、セラミックス球形単分散粒子の製造方法を提供することである。またこの方法で製造されたセラミックス球形単分散粒子、ならびにその製造装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、上記課題を解決するための、本願第１の請求項にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、（１）原料セラミックス粉末を含むスラリーを調整するステップと、（２）前記スラリーに対して所定の変位を断続的に与えることにより、このスラリーを、スラリー滴としてオリフィスから噴射せしめるステップと、（３）噴射されたスラリー滴を乾燥して回収するステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
本願においては、特願平６―１８４６０７号公報において記載された球形単分散粒子の製造原理をセラミックスに対して応用する。すなわち、従来技術における溶融金属に相当するものとして、原料セラミックス粉を含むスラリーを適宜調整し、これに対して所定変位を断続的に与え、スラリー滴としてオリフィスから噴射するものである。これにより、セラミックスにおいても従来の溶融金属と同様に、粒径の揃った球状の粒子を効率的に製造することができる。また個々の粒子の粒径を幅広く人為的に選択することができる。
【００１６】
さらに前記課題を解決する本出願第２の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、スラリーを複数のオリフィスを備えたオリフィスプレートの前記オリフィスから、所定の変位を発生する圧電アクチュエータに接続されている変位伝達手段により回収部に向けて噴射して回収することを特徴とする。
【００１７】
以上の本発明の単分散粒子の製造方法によれば、複数のオリフィスからスラリーが噴射されて単分散粒子が製造されるので、単一のオリフィスを用いて噴射間隔を短縮するだけでは達成できない生産性を達成して、高い量産可能性を実現することができる。
【００１８】
ここで、上記変位伝達手段としては、前述の本出願人の出願に係る特開平６−１８４６０７号公報に開示されているロッドとダイヤフラムの組み合わせ、及び、これと同様の作用を有するシリンダロッドなどが好適に用いられる。
なお、前記回収部は前記オリフィスプレートの下方に位置し、噴射される液滴を自然落下させることが好ましい。これにより変動のない重力下で高精度に且つ効率よく単分散粒子を生産することができる。
【００１９】
本発明の単分散粒子の製造方法では前記オリフィスのオリフィス径により回収される単分散粒子径を高精度且つ簡便に制御することができる。
その際本発明の単分散粒子の製造方法では、単分散粒子径をオリフィス径の０．９倍から１．１倍の大きさに管理することができ、そのようにすることにより標準偏差の小さな単分散粒子を簡易な制御方法で製造することができる。
【００２０】
また本出願第３の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、本願本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法において、所定のパルス圧力を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータに接続されたダイアフラムにより、前記スラリーに対して所定の変位を断続的に与えることを特徴とする。これにより、スラリーに対して所定の変位を効率的に与えることができる。従って、スラリーをオリフィスからスラリー滴として噴射し、セラミックス球形単分散粒子を効率的に製造することができる。
【００２１】
また本出願第４の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法において、噴射されたスラリー滴を加熱することにより乾燥して回収することを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を蒸散せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２２】
また本出願第５の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法において、噴射されたスラリー滴を急速に冷却して凍結した後、凍結された粒子を液相が現れないようにしながら減圧し、その後徐々に昇温することにより固相を昇華させて、凍結乾燥体粒子として回収することを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を除去せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２３】
また本出願第６の発明のセラミックス球形単分散粒子は、本出願第１の発明乃至本出願第５の発明のいずれか一の製造方法により製造されたセラミックス球形単分散粒子であって、各粒子間の直径のばらつきが±１０％以内であることを特徴とする。このようなセラミックス球形単分散粒子とすることにより、これを用いて組織が均一で強度に優れたセラミックス材料を作製することができる。特にバイオセラミックスにおいて、粒径及び形状を制御することにより、生体適合性及び充填性に優れ、硬化時間が適切で、しかも硬化後の強度に優れるセラミックスペーストを製造することができる。
【００２４】
また本出願第７の発明のセラミックス球形単分散粒子は、本出願第１の発明乃至本出願第５の発明のいずれか一の製造方法により製造されたセラミックス球形単分散粒子であって、各粒子間の直径のばらつきが±５％以内であることを特徴とする。このようなセラミックス球形単分散粒子とすることにより、これを用いて組織が均一で強度に優れたセラミックス材料を作製することができる。特にバイオセラミックスにおいて、粒径及び形状を制御することにより、生体適合性及び充填性に優れ、硬化時間が適切で、しかも硬化後の強度に優れるセラミックスペーストを製造することができる。
【００２５】
また本出願第８の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、原料セラミックス粉末を含むスラリーを貯留するためのスラリー貯留容器と、このスラリー貯留容器に密着するダイアフラムと、前記スラリー貯蔵容器の底部に設けられかつ１以上のオリフィスを有するオリフィスプレートと、所定のパルス圧力を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータのパルス圧力を前記ダイアフラムに伝達する伝達ロッドと、前記オリフィスプレートの下方に位置する回収部とを有し、前記圧電アクチュエータのパルス圧力により、前記伝達ロッド及びダイアフラムを介して、前記スラリー貯蔵容器内のスラリーに対して所定変位を断続的に与え、これにより前記スラリーをスラリー滴として前記オリフィスから前記回収部へと噴射せしめ、このスラリー滴を乾燥した後に回収することを特徴とする。係る球形単分散粒子の製造装置を用いることによって、セラミックスにおいても溶融金属と同様に、粒径の揃った球状の粒子を効率的に製造することができる。また個々の粒子の粒径を幅広く人為的に選択することができる。
【００２６】
また本出願第９の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、本出願第８の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、前記回収部が、前記スラリー滴を加熱乾燥するための加熱装置を備えることを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を蒸散せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２７】
また本出願第１０の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、本出願第８の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、前記回収部が、前記スラリー滴を急速に冷却して凍結するための冷却装置を備えてなることを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を除去せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２８】
また本出願第１１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、スラリーを貯留するためのスラリー容器と、このスラリー容器に設けられたノズル部と、このノズル部に設けられて前記スラリー容器内のスラリーを単位量毎に噴射するためのオリフィスを有するオリフィスプレートと、所定の変位を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータの変位を前記ノズル部に挿通されるシリンダロッドの変位として前記ノズル部に伝達する伝達ロッドと、単位量毎に噴射されたスラリーを回収する回収部とを有してなることを特徴とする。
【００２９】
上述のように構成される本発明に係るセラミックス球形単分散粒子製造装置によれば、級別作業が不要で、かつ、個々の粒子の粒度（粒径）をより幅広く人為的に制御することができ、かつ、粒度（粒径）の揃った単分散粒子を安定的に量産することが可能になる。
【００３０】
係る本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置では前記圧電アクチュエータの変位により、前記伝達ロッド、シリンダロッド及びキャビティを介して、前記オリフィスから前記流動材料を前記回収部中に噴射する様にすることにより、粒度（粒径）の揃った単分散粒子をより安定的に量産することが可能になる。
【００３１】
前記ノズル部がキャビティを有する様にすることにより、圧電アクチュエータの変位により、前記伝達ロッド、シリンダロッド及びキャビティを介して、前記オリフィスから前記流動材料を噴射するに際し、確実に設定量の噴射を安定して行うことができる。
【００３２】
前記キャビティをスラリー容器の底部に形成することにより、重力に逆らわずに、液滴を真っ直ぐ下に滴下することができ、液滴の噴射にあたって重力の影響が外乱となって、得られる単分散粒子の特性がばらつくようなことを防止することができる。逆に重力に逆らわずに、液滴を真っ直ぐ下に滴下することによって重力を単分散粒子製造にあたっての安定した管理ファクタとして機能させることができる。また、材料への気泡の介在を無くすことができ、外部から付加されるエネルギーを高効率にスラリーに印加することができる。
【００３３】
前記オリフィスプレートは、複数のオリフィスを有するものとすることにより、本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置の量産適合性を実現することができる。
【００３４】
前記オリフィスプレートに設けられるオリフィスは着脱自在にして設けることができる。
これによりオリフィスプレートに着脱されるオリフィスのオリフィス径を適宜設定して回収される単分散粒子径を高精度且つ簡便に制御することが可能になる。
【００３５】
前記シリンダロッドが精密位置決め手段を備えることにより、得られる単分散粒子の粒径を簡易に且つ精密に制御し管理することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる一実施の形態を以下に示す。図１は本発明にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置の、装置構成の一例を示す模式側面図である。図１において、Ａはセラミックス球形単分散粒子形成部Ｂの一部（圧電アクチュエータからダイアフラムまで、以下これをＢ１ブロックという）を移動する手段である。すなわち点検や原料投入などのために、後述するスラリー貯留室等（以下これをＢ２ブロックという）から、上方へと移動分離するリフトであって、モータ駆動のスクリュージャッキにより構成される。
【００３７】
Ｂは装置主要部、すなわちセラミックス球状単分散粒子形成部である。Ｃは完成したセラミックス球状単分散粒子の回収部である。Ｄは、セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂ及び回収部Ｃの周囲を不活性ガスで置換する際に用いる真空吸引機構部である。Ｅは、セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの圧電アクチュエータの過熱を防止するために設けられた冷却機構に対して、冷却水を供給する冷却水循環装置である。Ｆは装置全体の電源ボックス、Ｇは装置全体の操作を行うための操作パネルである。
【００３８】
図２は、上記セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの詳細な構成を示す模式断面図である。セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂは、前述のようにＢ１ブロックとＢ２ブロックとに大別される。Ｂ１ブロックは、圧電アクチュエータ１２、圧電アクチュエータ１２と伝達ロッド１４とを接続するホルダブロック３９、伝達ロッド１４の先端に取り付けられたダイアフラム１５、及びダイアフラム１５の保持部分１５ａ等を保持するベースフランジ１３から構成される。
【００３９】
またＢ２ブロックは、原料セラミックス粉末を含むスラリーを貯留するためのスラリー貯留部２１ａ及び２１ｂ、スラリー貯留部２１ａの下方に配置されるノズル２２、ノズル２２の先端に配置されかつ一以上のオリフィスを有するオリフィスプレート２３、及びスラリー貯留部２１ｂに対して加圧用の不活性ガスを供給する不活性ガス供給管等から構成される。スラリー貯留部２１ａとスラリー貯留部２１ｂとの間には比較的細い連絡通路２１ｃが設けられている。また、上記Ｂ１ブロックのダイアフラム保持部分１５ａの下側にはシール部材１６が粘着されており、Ｂ２ブロックとの間が気密に接続されるように構成される。なお、スラリー貯留部２１ａ及びスラリー貯留部２１ｂには、スラリーを攪拌するための手段、例えば攪拌棒を取り付けられるようにしてもよい。
【００４０】
スラリー貯留部２１ｂの下方には、ノズル部２２の逆円錐形部分があり、ノズル２２内に貯留されているスラリーをさらに下方のオリフィスプレートに供給する。オリフィスプレート２３は、押さえ部材２３ａにより取り付けられている。オリフィスプレート２３を構成する材料は、製造対象とするセラミックスの種類に応じて適宜決定する。例えばオリフィスプレート２３の構成材料を適宜選定することにより、スラリーとの濡れ性を調整する。
【００４１】
また、オリフィスとスラリーとの濡れ性が非常に良く、オリフィス表面を伝ってスラリーが流出してしまう場合、オリフィスプレート２３の構成材料を適宜選択するだけではなく、さらにオリフィス表面にシリコングリース等を塗布して濡れ性を低下させることができる。
【００４２】
オリフィス形状についてその実施例の模式断面図を図３に示す。図３（ａ）は通常のオリフィスを示す図である。これに対して図３（ｂ）は、オリフィス部分のノズル部２２に突起２２ａを設けている。本願においてはいずれの形状をも適用することが可能であるが、スラリーがオリフィス表面を伝って流出することを防ぐためには図３（ｂ）の形状を適用することがより望ましい。また、オリフィスの口径は製造する粒子の粒径に応じて適宜決定することができるが、３０〜５００μｍ程度の範囲、より好ましくは５０〜１５０μｍ程度の範囲とすることが好適である。
【００４３】
圧電アクチュエータ１２としては、積層型圧電素子が好適に用いられる。また圧電アクチュエータ１２は、所定周波数の短波形を発生させるための図示しないファンクションジェネレータ、及び上記短波形を増幅するための図示しないパワーアンプに接続される。そしてこれらにより発生及び増幅された短波形が印加されることにより、所定周波数の変異を発生する。
【００４４】
圧電アクチュエータ１２の変位は、これに接続される伝達ロッド１４を介してダイアフラム１５へと伝達される。ダイアフラム１５は、スラリー貯留部２１ａ内に貯留されているスラリーに対してその変位を伝達する。このような変位の伝達により、オリフィス口径にほぼ等しい粒径の球状化されたスラリー滴が噴射される。その際の圧電アクチュエータ１２の周波数は、特に制限されるものではなく、製造する対象となるセラミックス球形単分散粒子の材料や、所望の製造速度などに応じて適宜選択すればよい。
【００４５】
オリフィスプレート２３の下方には、噴射されるスラリーを補足するための回収部Ｃが設けられている。この回収部Ｃは、不活性ガス雰囲気に調整可能な落下筒４０とこれを外部から加熱する加熱装置４１とからなる乾燥炉４２、ゲートバルブ４３、加熱装置４１により乾燥された製品（セラミックス球形単分散粒子）を回収する回収ボックス４４により構成される。加熱装置４１は、例えば高周波加熱装置等とし、オペレータが乾燥炉４２内部を所望の温度に調整することができることが望ましい。乾燥炉４２内部の温度は、落下筒４０内部を落下するスラリー滴が十分に乾燥される温度に調整及び維持されるようにする。また、乾燥炉４２の炉長を十分に長くすることが乾燥を十分なものとするうえで重要である。また加熱装置４１を落下筒４０外部の上下方向に２基設置することにより、乾燥を促進することが可能である。
【００４６】
回収部Ｃならびにセラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの周囲を不活性ガスで置換する際に用いる真空吸引機構部Ｄは、前述のとおり回収部Ｃに接続されている。装置駆動の準備段階において、ゲートバルブ４２を開いた状態で、真空吸引機構部Ｄにより、回収部Ｃならびにセラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの周囲を排気する。しかる後に図示しない不活性ガス供給源から、ヘリウムガス等の不活性ガスを所定圧力において供給し、これらを不活性ガス雰囲気とする。このような不活性ガス雰囲気とすることにより、セラミックス球形単分散粒子の酸化が防止されて、製品の品質が向上する。
【００４７】
次に、上記の構成を有する装置を用いてセラミックス球形単分散粒子を製造する際のプロセスについて順を追って説明する。
【００４８】
まず、原料セラミックス粉末を含むスラリーを調整する。原料セラミックス粉末としては、所望の材料からなるセラミックスを破砕して得られる破砕粉末等を用いる。この粉末と分散剤を混合してスラリーを調整する。分散剤の種類及び添加量は、粉末成分の材料特性に応じて適宜選択すればよい。すなわちスラリーの粘度及び分散安定性が適正となるように適宜選択するものである。また、スラリーにおけるこれらの特性を最適化するために、分散剤の他にバインダー等の添加剤を適宜加えてもよい。
【００４９】
次にスラリー中の気泡を除去するために、真空脱泡を行う。しかる後、セラミックス球形単分散粒子の製造装置へのスラリー充填プロセスに移行する。
【００５０】
リフターＡにより、セラミックス球形単分散粒子形成部ＢのＢ１ブロックを引き上げて、Ｂ２ブロックと分離する。この状態で、スラリー貯留部２１ｂ内にスラリーを充填していく。スラリーは、スラリー貯留部２１ａへと流入していき、ノズル部２２に達する。一方、圧電アクチュエータ１２に対しては、温度の上昇を抑制するために、冷却水循環装置Ｅから冷却水を供給する。また、セラミックス球形単分散粒子形成部Ｂ周辺及び回収部Ｃのエアを、前記真空吸引機構部Ｄにより排気し、しかる後に図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスを供給する。このときの気圧は、大気圧、あるいは大気圧よりも若干高い圧力とする。
【００５１】
スラリーが全体に充填されたら、分離されていたＢ１ブロックを元どおりに組込み、装置の稼動を開始する。ファンクションジェネレータにおいて所定周波数の短波形を発生させ、パワーアンプで増幅した後に、圧電アクチュエータ１２に印加する。発生させる短波形の形状及び周波数は、スラリーの粘度等に応じて適宜選択する。
【００５２】
圧電アクチュエータ１２が所定周波数及び所定振幅の振動を発生し、この振動は伝達ロッド１４を介してダイアフラム１５へと伝達される。ダイアフラム１５は、圧電アクチュエータ１２と同一周波数のパルスにおいて振動し、これに接触しているスラリーにパルス圧力波を発生させる。
【００５３】
このようにして発生するパルス圧力波の１周期ごとに１回、スラリー貯留部２１ａ内のスラリーが、オリフィスプレート２３上のオリフィスから、スラリー滴として噴射される。このとき、ダイアフラム１５の振動に応じてスラリー貯留部２１ａ、２１ｂの間でスラリーが出入りする。従って、スラリー貯留部２１ｂの上方圧力を、不活性ガスにより調整することによりバランスをとることが望ましい。
【００５４】
スラリー滴は回収部Ｃの乾燥炉４２内を自由落下し、その間に表面張力により球状化される。また乾燥炉４２内は、オペレータが加熱装置４１を適宜調整することにより、所定温度に維持される。このときの温度は、スラリー滴の液成分が、完全に乾燥除去されるように適宜決定される。このようにして完全に乾燥されたセラミックス球形単分散粒子は、回収ボックス４４において回収される。以上のようにして、粒径がオリフィス口径に概一致したセラミックス球形単分散粒子が製造される。
【００５５】
本発明にかかる第二の実施の形態を以下に示す。なお、上記第一の実施形態と重複する部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。第一の実施形態においては、オリフィスから噴射されたスラリー滴の液成分を加熱乾燥により除去していた。これに対して本実施形態は、噴射されたスラリー滴を凍結乾燥により徐々に除湿する、いわゆる「フリーズドライ方式」を採用する。
【００５６】
図４は、本発明第二の実施形態にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置の、装置構成一例を示す模式側面図である。オリフィスの下方には液体窒素を満たした冷却部４５が設けられている。冷却部４５は、装置稼動前における準備作業及び、後述の減圧及び昇華作業の際に、取り外し可能な構造となっている。オリフィスから冷却部４５の液体窒素までの距離は、オリフィスから噴射されたスラリー滴が球状化されるために十分な距離であれば特に制限されるものではない。
【００５７】
次に、上記装置を用いてセラミックス球形単分散粒子を製造する際のプロセスについて説明する。スラリー滴は、オリフィスの真下へと落下し、その間に表面張力により球状化される。そして冷却部４５内部の液体窒素にトラップされる。しかる後、冷却部４５を装置から取り外し、液相（水）が現れないように減圧を行う。その後、徐々に昇温することにより、固相が昇華されて、セラミックス球形単分散粒子を得る。
【００５８】
本願発明においては、オリフィスから噴射されたスラリー滴が広範囲に飛散することなく、真下に落下する。従って、冷却部４５は小さくてもよい。また使用する液体窒素は少量でよい。従って、第一の実施形態よりも装置構成が簡略であり、また小型化が可能である。
【００５９】
図６は、本発明の他の実施の形態に係る単分散粒子製造装置（以下、単に本装置ともいう）１０の全体構成を示す模式側面図である。図６において、シリンダロッド位置調整機構部B３及び単分散粒子形成部Ｂ４の一部（圧電アクチュエータからノズル部までの部分）を、点検などのために上方に移動させて分離するリフターＡは前記各実施例と同様にモータ駆動のスクリュージャッキで構成されている。また、前記シリンダロッド位置調整機構部Ｂ３は後述する単分散粒子形成部Ｂ４のシリンダロッドの初期位置を微調節するために設けられ、Ｈは同じく単分散粒子形成部Ｂ４の高周波加熱装置に電源を供給する高周波誘導加熱装置である。
【００６０】
図７は、上述のシリンダロッド位置調整機構部B３及び単分散粒子形成部Ｂ４の詳細な構成を示す模式断面図、また、図８及び図９は、上記単分散粒子形成部Ｂ４の要部である加熱装置及びノズル部の拡大断面図である。
【００６１】
先ず、シリンダロッド位置調整機構部B３は、図７に示すように、単分散粒子形成部Ｂ３の圧電アクチュエータ１２、ホルダブロック３９、伝達ロッド１４及びシリンダロッド１４aなどの部分を保持するアダプター５５と、このアダプター５５を保持し、ベースフランジ１３に固定された２本のねじシャフト１３aと、同じくベースフランジ１３に固定された２本のガイドシャフト１３ｂとに挿通された昇降ベース３１とから構成されている。
【００６２】
この昇降ベース３１は、その一端に配置されているハンドル１３dを回すことにより、ウォームギヤユニット１３Ｃを介してねじシャフト１３a、ガイドシャフト１３bに沿って上下に移動可能であり、後述するように、シリンダロッドの初期位置（待機位置）を、例えば、０．１mm程度の精度で微調整可能に構成されている。なお、３３は位置読み取り用のダイヤルゲージを示している。
【００６３】
次に、単分散粒子形成部Ｂ４の概略構成を説明する。図７において、１２は上記シリンダロッド位置調整機構部B３のアダプター５５に保持された圧電アクチュエータを、また、１４はこの圧電アクチュエータ１２にホルダブロック３９により固定されている伝達ロッドを示しており、この伝達ロッド１４の先端部は、後述するノズル部２５に嵌挿されるシリンダロッド１４aを形成している。なお、この伝達ロッド１４の中間部分（圧電アクチュエータ１２への接続部とベースフランジ１３との間の部分）は、異物などの侵入を防止するため、伸縮性を有するベロース５３により被覆されている。
【００６４】
上記ベースフランジ上には、原料供給管６０を挿通した原料供給口６０aと、温度計測用の熱電対６２の挿通口６１とが設けられている。また、上記ベースフランジ１３の下側には、後述するノズルホルダー４６が固定されており、これも後述するるつぼ２６やノズル部２５が、このノズルホルダー４６に保持されている。
【００６５】
上記加熱装置２０は、その詳細を図８に示すように、スラリーをノズル部２５と共に保持する石英製のるつぼ２６（これらは、後述するように、加熱装置２０内から取り出し（分離）可能に構成されている）の外側に空間２８を隔てて配置されている発熱体であるカーボンで構成されているカーボンサセプター２０aと、これらを囲むように配置されている断熱材２０bと、その外側の保護管２０Ｃと、さらにその外側に配置されている高周波加熱用のワークコイル２０dから構成されている。また、加熱装置２０の上部には、断熱のための蓋２１が備えられている。
【００６６】
上述の加熱装置２０は、図６に示した高周波誘導加熱装置Ｈから供給される励起電流によりワークコイル２０dを励起し、これから発生する高周波によりカーボンセプター２０aを構成しているカーボンを加熱して、この熱によりカーボンセプター２０a内部のるつぼ２６やその中に投入されているスラリーを加熱し、均一加熱特性に優れており、また、１０００°C位までの高温を比較的容易に得ることが可能であるという利点を有するものである。この加熱装置２０は、さらに、高周波を直接作用させても発熱しない原料を用いる場合にも有効である。
【００６７】
ノズル部２５は、外周が上記るつぼ２６に支障されて、るつぼ２６内（下方）にセットされており、上面には、図９に示すように、スラリーをノズル部２５の中央部分に寄せるための逆円錐形状の凹み２５aと、スラリーを後述するオリフィス部に送るための複数本のノズル２５bとを備えている。このノズル２５bは、ノズル部２５内の、前記シリンダロッド１４aの下方の空間（ここが実質的なスラリー貯溜部となるもので、以下、キャビティという）２５Ｃ内に通じており、供給されるスラリーは、ノズル２５bを介して、上記キャビティ２５Ｃ内に貯留される。
【００６８】
ノズル２５の下面には、多数のスラリー噴射用オリフィスを備えたオリフィスプレート２７が、押さえ部材２７aにより取り付けられている。このオリフィスプレート２７を構成する材料は、対象とする流動性材料特にはスラリーの種類に応じて、最適な材質を選択すれば良い。また、オリフィスの口径も特に制限的ではなく、製造する球の粒子径に応じて適宜選択すればよいが、例えば、３０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜１５０μｍ程度とするのがよい。
【００６９】
前記オリフィスプレート２７に設けられるスラリー噴射用オリフィスは着脱自在にされている。これによりオリフィスプレート２７に着脱されるオリフィスのオリフィス口径を製造の対象となる粒子径に適宜設定して回収される単分散粒子径を高精度且つ簡便に制御することが可能になる。
【００７０】
ノズル部２５の上方は、温度計測用の熱電対６２を備えたるつぼ２６に続いており、全体として、後述するように供給されるスラリーを蓄えるスラリー溜めを形成している。このスラリー溜めの下方は、ノズル部２５内のノズル２５ｂを介して、ノズル部５内に挿通された状態を保っているシリンダロッド１４aのさらに下方の、実質的なスラリー溜め（キャビティ）２５Ｃに通じていることは、前述の通りである。
【００７１】
るつぼ２６の上方には、前述の原料供給口６０aにかけて、るつぼ２６内の温度維持及び外部への熱の放出を防止するためのリフレクター６５が配置されている。このリフレクター６５は、上下に金属の薄板を有し、両者を針金状の接続部材で接続したものである。なお、いうまでもなく、このリフレクター６５には、伝達ロッド１４及びシリンダロッド１４aを挿通するための穴と、原料供給部６０から供給される原料の通過用の穴が設けられている。
【００７２】
これらのるつぼ２６、ノズル部２５、リフレクター６５などは、前述の原料供給口６０a、熱電対挿通口６１を備えたノズルホルダー４６に係止されており、また、このノズルホルダー４６は前述のベースフランジ１３に係止されていて、点検時などには、これらが一体的に、前記リフターAにより加熱装置２０内から引き上げる形で引き出されるように構成されている。
【００７３】
一方、ノズル２５のオリフィスプレート２７の下方には、噴射される単分散粒子を捕捉するための回収部（図６中のＣ）が設けられている。この回収部Ｃは、その最上段に、初期噴射サンプル捕捉用のサンプルトレイ４０を有し、その下方に不活性ガス流が供給される回収筒４１、ゲートバルブ４２、噴射された後回収筒４１内で冷却された製品（単分散粒子構成粒子特にはセラミックス粒）回収ボックス４３などが接続されている。
【００７４】
これらの部分から構成される回収部には、この回収部Ｃ並びに単分散粒子形成部Ｂ４の周囲を不活性ガスで置換する際に用いる真球吸引機構部Ｄが接続されており、本装置の駆動前の準備段階で、上述のゲートバルブ４２を開いた状態で、真空吸引機構部Ｄにより回収部Ｃ内、並びに単分散粒子形成部Ｂ４の周囲を排気し、排気終了後に、ヘリウムガスなどの不活性ガスを図示されていない供給源から所定圧力で供給して、セラミックス球の通路全てを不活性ガス雰囲気とするものである。
【００７５】
なお、上記サンプルトレイ４０は、本装置の駆動開始当初に、噴射されて出てくるセラミックス球を受けて、その状況を、例えば金属顕微鏡を用いて観察・確認するためのものである。この状態では、冷却は充分に行われないので、凝集・変形などが発生し、完全な形状のセラミックス球は得られないが、製造条件の適否の確認は充分に可能である。このサンプルトレイ４０は、上記製造条件の適否の確認が終了した時点で、主たる通路からは退去させるように構成されている。
【００７６】
単分散粒子形成部Ｂ４に用いられる圧電アクチュエータ１２としては、積層型圧電素子を好適に用い得る。この圧電アクチュエータ１２は、所定周波数（例えば、圧電アクチュエータ１２の動作周波数で、１０Ｈｚから１０ＫＨｚ程度）の矩形波を発生させるファンクションジェネレータ、上記矩形波を増幅するパワーアンプ（いずれも図示されていない）に接続されており、これらにより、発生され、増幅された矩形波の印加によって、前記所定周波数の変位を発生するものである。
【００７７】
上述の圧電アクチュエータ１２の変位は、上記圧電アクチュエータ１２に固定されている伝達ロッド１４を介してシリンダロッド１４aに伝達される。シリンダロッド１４aはノズル部２５内に挿通されており、このノズル部２５内のキャビティ２５Ｃ内に貯留されているスラリーにその変位を伝達することで、オリフィスから上記スラリーをこの変位に対応するパルス圧力で噴射して、微細なセラミックス球を製造するものである。
【００７８】
なお、上記圧電アクチュエータ１２は、例えば、前述のホルダブロック３９内にその側面の４つのねじ穴に螺入される４本の止めねじ（図示されていない）で固定されるアクチュエータ押さえにより取り付けられる。また、圧電アクチュエータ１２と伝達ロッド１４との連結は、圧電アクチュエータ１２をアクチュエータ押さえと伝達ロッド１４との間に挟み込み、このアクチュエータ押さえと伝達ロッド１４とを図示されていないボルト、ナットで固定することによって行われる。
【００７９】
このように圧電アクチュエータ１２と伝達ロッド１４とを一体構造とすることにより、圧電アクチュエータ１２の動きを正確にシリンダロッド１４ａに伝達することができるので、シリンダロッド１４ａを、伝達される変位に応じて正確に振動させることが可能になる。また、このような圧電アクチュエータ１２を使用する構成により、シリンダロッド１４ａの正確な変位制御、高速駆動（高周波数パルスにも追従可能）及び任意波形での制御が可能である。
【００８０】
また、一般に圧電素子は、高温になると圧電機能が損なわれるので、冷却を行う必要がある。このため、本実施の形態に係る装置１０においても、図６に示したような冷却水循環装置Ｄを用い、水冷パイプを装置本体の一部（圧電アクチュエータ１２、ホルダブロック３９周辺など）に取り付けて、圧電アクチュエータ１２をその使用限界温度以下に保持するよう構成している。
【００８１】
なお、加熱装置２０の上方には、図示されていない供給源に接続されている不活性ガス導入管３５が配置されており、後述する単分散粒子形成部Ｂ４全体の雰囲気調整とは別に、るつぼ２６内の雰囲気の調整を行っている。これは、シリンダロッド１４ａに伝達される変位に対応してスラリーに付加されるパルス圧力波と良好なガラス球の安定な形成との均衡をとるため、上記不活性ガス導入管３５からの不活性ガス供給を制御して、るつぼ２６内のガス圧（およびキャビティ２５Ｃに加わるガス圧）の制御を行うものである。
【００８２】
本装置１０においては、圧電アクチュエータ１２によって、シリンダロッド１４ａをスラリー側に変位（振動）させることにより、オリフィスから、１回の変位（振動）によって複数（多数）のセラミックス球を噴射させて、オリフィスの口径にほぼ等しい径のセラミックス球を得るものである。ここで、シリンダロッド１４ａの変位量は、噴射されるセラミックス球の径とその数に応じた総容積に対応したものであることが必要であることはいうまでもない。
【００８３】
また、圧電アクチュエータ１２の変位の周波数も特に制限的ではなく、対象とするセラミックス球（材料）の種類、必要とする製造速度などに応じて、適宜選択すればよい。前述の対象材料に関しては、例えば、１０Ｈｚ〜１ＫＨｚ程度が実用可能である。セラミックス球の量産性の面からは、この周波数は、可能な範囲で高いことが好ましいことはいうまでもない。
【００８４】
次に、上記の構成を有する装置を用いてセラミックス球形単分散粒子を製造する際のプロセスについて順を追って説明する。
前述した実施の形態と同様に原料セラミックス粉末を含むスラリーを調整し、真空脱泡を行い、しかる後にセラミックス球形単分散粒子の製造装置へのスラリー充填プロセスに移行する。
まず、前記原料供給管６０から製造対象であるセラミックス球の原料スラリーをるつぼ２６内に投入する。投入したスラリーは、るつぼ２６底部のノズル部２５上に溜まり、一部は、シリンダロッド１４ａを上下に数回往復空動させることにより、前述のノズル２５ｂを通って、キャビティ２５Ｃにも充填される。
【００８５】
次に、前述のファンクションジェネレータにおいて所定周波数の矩形波を発生させ、パワーアンプで増幅した後に圧電アクチュエータ１２に印加し、所定周波数、所定振幅の振動を発生させ、圧電アクチュエータ１２と実質的に一体構造の伝達ロッド１４を介してシリンダロッド１４ａを上と同じ周波数のパルスで振動させ、シリンダロッド１４ａに接触しているキャビティ２５Ｃ内のスラリーにパルス圧力波を発生させる。
【００８６】
これにより、圧電アクチュエータ１２が下方に所定の変位量以上変位すると、伝達ロッド１４を介してシリンダロッド１４ａが変位して、キャビティ２５Ｃ内のスラリーをオリフィスプレート２７上のオリフィスから噴射する。この噴射は、パルス圧力波の１周期に１回ずつ行われる。
【００８７】
【実施例】
（実施例１）
本発明の一実施例を以下に示す。
【００８８】
Ａ．装置構成
図１に示したセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、圧電アクチュエータ１２として積層型圧電素子（（株）トーキン製ＮＬＡ−５×５×１８）を用いた。その能力は、容量１６００ｎＦ（±２０％）、絶縁抵抗２×１０８Ω（±５０％）、最大変位量１５．２μｍ／１００Ｖ（±１０％）、最大発生力８５ｋｇｆ／１００Ｖである。この圧電素子は、印加電圧に対して若干のヒステレシスを有するものの、ほぼ直線的に変位する。また、ダイアフラム１５は直径３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレス製円板とした。
【００８９】
上記最大変位量（１５．２μｍ／１００Ｖ）は、この圧電アクチュエータがその周囲を拘束されていない場合の値である。しかるにここでは、圧電アクチュエータ１２をアクチュエータ押えに対して接着剤等で固定し、さらにこのアクチュエータ押えをホルダブロック３９内に対してボルトにより取り付けた。そこで、このように装置に固定した状態において、印加電圧と変位量との関係を把握しておく必要がある。測定の結果、本実施例においては、
【式１】ｙ＝１．１３４×Ｖ
ただし、ｙ：ダイアフラムの変位量（μｍ）、Ｖ：印加電圧（Ｖ）により表されることがわかった。
【００９０】
パルス波生成装置としてはパーソナルコンピュータ、ＤＡボード（マイクロサイエンス（株）製ＭＤＡ−２７９８ＢＰＣ）及びローパスフィルタを用いた。またパワーアンプとして高速電力増幅器（（株）ＮＦ回路設計ブロック製ＮＦ−４０２５）を用いた。このアンプは、周波数帯ＤＣ〜１ＭＨｚ、最大出力電圧１２５Ｖ、最大出力電流１１．３Ａｐ−ｐの能力を有する。
【００９１】
オリフィス形状は、図５に示されるように、噴射部に円管を設けた形状とした。さらに、図に示すようにスラリーが接触する面に対してシリコングリースを塗布した。
【００９２】
乾燥炉４２は、長さ２ｍのパイレックスガラスからなる落下筒４０とこれを包み込むように設置されたヒータ４１ａ及び４１ｂにより構成する。温度制御は、上記落下筒４０とヒータ４１ａとの間に挿入した熱電対と温度調節機により行う。また、乾燥炉４２内の対流を低減するために、回収ボックス４４を密閉可能な構造とした。
【００９３】
Ｂ．スラリーの調整
上述のセラミックス球形単分散粒子装置を用い、β−リン酸三カルシウム（β−Ｃａ１０（ＰＯ４）３、以下β−ＴＰＣと記述する）からなる球形単分散粒子を製造した。原料粉末としては、β−ＴＰＣ破砕粉末を用いた。これらを用い、固体粒子濃度が３０％で、分散剤添加量が５０ｍｇ／ｍｌであるスラリーを調整した。
【００９４】
Ｃ．スラリーの充填
スラリー調整後、スラリー中の気泡を除去するために真空脱泡を１５分〜３０分間行った。リフターＡによりＢ１ブロックを装置上方へと分離し、この状態でスラリー貯留室２１ａにスラリーを入れ、スラリー貯留室２１ｂまで十分に充填した。そして充填完了後、Ｂ１ブロックを元に戻して装置を組み上げた。その後セラミックス球形単分散粒子形成部Ｂ周辺のエアを、前記真空吸引機構部Ｄにより排気し、しかる後図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスを供給した。本実施例においては、このときの気圧を大気圧とした。
【００９５】
Ｄ．圧力パルスの付加
上記パルス波生成装置により、図１０に示される１０Ｈｚの台形パルス波を生成した。なお、パルス波の電圧（図１０における縦軸）は、ダイアフラム１５の変位量がスラリー噴射の臨界変位量以上となるように調整する必要がある。すな
わち
【式１】により、必要とされる変位量から電圧を決定すればよい。上記スラリー１及び２関しては電圧６．５Ｖ、変位量７．３７μｍ、スラリー３に関しては電圧８Ｖ、変位量９．０７μｍとした。表１に、各スラリーの成分と印加電圧及び変位量をまとめて示す。
【表１】
【００９６】
Ｅ．スラリー滴の乾燥及び回収
オリフィスから噴射されたスラリー滴を乾燥するために、乾燥炉４２の温度を８００℃に設定した。乾燥された粒子は、回収ボックス４４において回収した。
【００９７】
Ｆ．乾燥粒子の評価
回収した乾燥粒子は、その形状及び粒子表面を走査電子顕微鏡により観察した。
スラリー１〜３について、得られた乾燥粒子の形状を示す観察写真を図１１に示した。図１１を参照すると、得られた乾燥粒子の形状は、凹部を有する陥没球であるが、バインダーの添加量が増加するとともに球に近いものになることが確認された。
【００９８】
また、光学顕微鏡からＣＣＤカメラにより画像を取り込み、その投影図を画像ソフトウエア（（株）三谷商事製Ｍａｃ ｓｃｏｐｅ）により２値化して、これにより平均粒径及び粒度分布を求めた。その結果をグラフとして図１２に示した。図１２を参照すると、得られた乾燥粒子の粒度分布は、いずれの場合も標準偏差１０％以内であった。特にバインダーの添加量が増加するとともに標準偏差が減少し、スラリー３（バインダー添加量３０ｍｇ／ｍｌ）においては４．１４％であった。
【００９９】
上記のように、特にスラリー３を用いた場合において、若干の凹部を有するもののその形状がほぼ球であり、粒径がほぼ均一であるβ−ＴＰＣ粒子、すなわちβ−ＴＰＣ球形単分散粒子が得られた。
【０１００】
（実施例２）
本発明の第二の実施例を以下に示す。
【０１０１】
図４に示したセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、オリフィスから冷却部４５中の液体窒素液面までの距離を１０ｃｍとした。
【０１０２】
第一の実施例と同様にしてスラリー１〜３を調整し、パルス圧力によってオリフィスから噴射させた。冷却部４５の液体窒素中に回収後、冷却部を装置から取り外し、デシケータ内で減圧、及び昇華させて乾燥粒子を得た。走査型電子顕微鏡による各乾燥粉末の観察写真を図１３に示した。図１３を参照すると、表面に割れを有するものの、ほぼ球形の粒子形状であった。ただし、バインダーの添加量を増加するとともに、表面に突起が生じる、あるいは複数の球形粒子が連結して巨大な粒子を生じるといった現象が見られた。そこで、そのような現象の少ないスラリー１による乾燥粒子について、平均粒径及び粒度分布を求めた。その結果を図１４に示す。図１４を参照すると、スラリー１による乾燥粒子は、その粒度分布が標準偏差３．９７％であり、ほぼ均一な粒径を有する粒子であることが明らかとなった。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、級別作業が不要で、かつ個々の粒子の粒径をより幅広く人為的に制御することができ、かつ粒径の揃った、より真球に近いセラミックス球形単分散粒子を安定的かつ効率的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置における装置構成一例を示す模式側面図である。
【図２】図１におけるＢ部の詳細を示す模式断面図である。
【図３】本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置におけるオリフィス形状の例を示す断面図である。
【図４】本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置における装置構成の他の例を示す模式断面図である。
【図５】（ａ）本発明の一実施例にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置のオリフィス形状を示す全体断面図である。（ｂ）本発明の一実施例にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置のオリフィス形状を示す部分拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るセラミックス球形単分散粒子の製造装置の全体構成を示す模式側面図である。
【図７】図６中のシリンダロッド位置調整機構部B３および単分散粒子形成部Ｂ４の詳細な構成を示す模式断面図である。
【図８】図６中の単分散粒子形成部Ｂ４の要部である加熱装置の拡大断面図である。
【図９】図６中の単分散粒子形成部Ｂ４の要部であるノズル部分の拡大断面図である。
【図１０】本発明の一実施例におけるパルス波形である。
【図１１】図１の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の形状を示す、走査型電子顕微鏡による観察写真である。
【図１２】図１の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の粒径分布を示すグラフである。
【図１３】図４の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の形状を示す、走査型電子顕微鏡による観察写真である。
【図１４】図４の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の粒径分布を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ リフター
Ｂ セラミックス球形単分散粒子製造部
Ｃ 回収部
Ｄ 真空吸引機構部
Ｅ 冷却水循環装置
Ｆ 電源ボックス
Ｇ 操作パネル
１０ セラミックス球形単分散粒子の製造装置
１２ 圧電アクチュエータ
１３ ベースフランジ
１４ 伝達ロッド
１５ ダイアフラム
１５ａ ダイアフラム保持部分
１６シール部材
２１ａ、ｂ スラリー貯留部
２２ ノズル部
２３ オリフィスプレート
２３ａ 押さえ部材
３９ ホルダブロック
４０ 落下筒
４１ 加熱装置
４２ 乾燥炉
４３ ゲートバルブ
４４ 回収ボックス
４５ 冷却部
【発明の属する技術分野】
本発明は、球状でかつ均一な粒径を有するセラミックス球形単分散粒子の製造方法、及びこの方法により作製されるセラミックス球形単分散粒子、ならびにその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粒径の揃った微小粒子すなわち単分散粒子は、今日種々の科学技術分野において需要が増大している。例えばゾル-ゲル法によって作製されるラテックス粒子は、粒径分布の標準偏差が平均粒径の約１０％の単分散粒子であって、電子顕微鏡観察における標準サイズ粒子として広く用いられている。また半導体工業におけるＩＣチップ小型化に伴い、それらの接合を行うための、３０〜４０μｍの粒径を有する球形単分散半田粉が要望されている。また合金粉のＨＩＰ成形においても、材料に対して致命的な欠陥となる不均一空隙の形成を防ぐために、粒径の均一な球形粉が必要とされる。
【０００３】
微小単分散粒子の作製方法としては、数μｍ以下の酸化物粒子に限れば前述のゾル-ゲル法がある。また１００μｍ以上の粒子については、プラズマ回転電極法（ＰＲＥＰ法）がある。またある程度の粒径の幅が許容される場合には、一般的なアトマイズ粉を篩などで機械的に級別する方法が実用的である。
【０００４】
しかしゾル-ゲル法は先述のとおり、０．１μｍ〜１．２μｍ程度の、しかも酸化物粒子作製に限定して適用が可能である。またＰＲＥＰ法においては、電極の回転安定性の限界により、粒径１００μｍ以下の粒子を作製することが困難である。すなわちこれらの方法では、作製可能な単分散粒子の粒子サイズが限定されていた。またアトマイズ粉を利用する際には級別作業が不可欠であり、また級別可能な粒径には自ずと限界があった。そこで、このような級別作業が不要で、かつより自由に粒径を制御することが可能な作製プロセスの開発が望まれていた。
【０００５】
これに対し本出願人は、特開平６―１８４６０７号公報に記載の球形単分散粒子の製造方法及び装置を提案した。この技術について簡単に説明する。
【０００６】
圧電アクチュエータに圧力パルスを発生させ、このパルス圧力を、伝達ロッドを介してダイアフラムに伝達する。さらにこのパルス圧力を、ダイアフラムに密着する溶融金属に伝達する。そしてダイアフラムから溶融金属側への所定変位により、溶融金属貯留容器に設けられているオリフィスから溶融金属を不活性ガス中に噴射する。溶融金属は、不活性ガス中に１個ずつ単分散粒子として噴射されて球状化される。そして冷却水中で冷却された後、球状単分散粒子として回収される。この方法によれば、粒径を均一かつより自由に制御することができ、しかもより真球に近い球形の単分散粒子を安定して製造することが可能となる。
【０００７】
上述のように先願にかかる技術は、溶融金属を用いて球形単分散粒子を製造するものである。すなわち、ここで製造される球形単分散粒子は、金属単分散粒子あるいは金属ガラス単分散粒子に限定される。しかしながら、今日各分野において求められている単分散粒子はこれらに限定されない。そこでより広範囲の材料について、球形単分散粒子を効率的かつ高精度に製造するプロセスが必要となる。
【０００８】
【発明の解決すべき課題】
金属以外の材料で単分散粒子の利用が重要な意味を有するものの第一に、セラミックスが挙げられる。特に医療分野において生体材料として使用されるいわゆるバイオセラミックスにおいては、材料として使用する粉末の粒径制御が重要な意味を持つ。以下に代表的なバイオセラミックスであるリン酸カルシウムセメント（Calcium Phosphete Cements:以下ＣＰＣと記述する）を例として、その理由を説明する。
【０００９】
ＣＰＣは、リン酸カルシウム系セラミックスを粉末成分としたペースト状の骨補填材である。すなわち骨欠損部に対してペースト状のまま注入及び充填する補填材であって、あらゆる形状の欠損部に対応できる点において優れる。このＣＰＣが有すべき重要な特性として、
（１）生体適合性に優れること
（２）充填性が良好であること
（３）硬化時間が適切であること
（４）硬化後の機械的強度が十分であること
が挙げられる。このうち充填性に関しては、これを向上するために粉末粒径を小さくすることが好ましいことはいうまでもない。しかし一方で、粉末成分の粒径が細胞の大きさ（約３０μｍ）に対して小さすぎると組織刺激性（細胞毒性）が生じる。従って生体適合性の面からいえば、いたずらに粒径を小さくすることは好ましくない。
【００１０】
硬化時間及び硬化後の強度については、ペースト練和時の粉末成分と液成分との使用割合に大きく影響される。一般に、粉末成分の割合を高くすれば硬化時間は短く、しかも高強度な硬化体となる。しかし粉末成分の割合が高すぎると、練和中あるいは充填中に硬化が始まり、完全な充填が困難となる。さらにＣＰＣの場合、界面活性剤等を使用して硬化時間を調整したり硬化後の強度を改善したりすることは、生体適合性を損ねる恐れがあり、好ましくない。
【００１１】
そこで上記各特性を十分に満足するＣＰＣを得るための手段として、粉末成分の形態を制御することが有効である。すなわち粒径の揃った球形粒子（球形単分散粒子）とすることにより、
（１）ペーストの流動性を確保しつつ、粉末成分と液成分との使用割合を調整することが可能なので、硬化時間を最適に調整することが可能（硬化時間が適切）
（２）充填性が向上するので新生骨との置換作用が促進される（充填性が良好、生体適合性に優れる）
（３）均一な充填が可能であり、硬化後の組織が均一となるので機械的強度に優れる（充填性が良好、硬化後の機械的強度が十分）
等の効果が得られ、上述の特性が満足されると考えられる。
【００１２】
本発明は、上述した先願の球形単分散粒子の製造原理をセラミックスに対しても応用すべく、その製造方法及び装置に改良を加え、取り扱い及び設定等が容易で、セラミックス球形単分散粒子の量産に適した形態とすることを企図したものである。
【００１３】
すなわち本発明の課題は、級別作業が不要で、かつ個々の粒子の粒径をより幅広く精度良く制御することができ、かつ粒径の揃った、より真球に近いセラミックス球形単分散粒子を安定的かつ効率的に製造することが可能な、セラミックス球形単分散粒子の製造方法を提供することである。またこの方法で製造されたセラミックス球形単分散粒子、ならびにその製造装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、上記課題を解決するための、本願第１の請求項にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、（１）原料セラミックス粉末を含むスラリーを調整するステップと、（２）前記スラリーに対して所定の変位を断続的に与えることにより、このスラリーを、スラリー滴としてオリフィスから噴射せしめるステップと、（３）噴射されたスラリー滴を乾燥して回収するステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
本願においては、特願平６―１８４６０７号公報において記載された球形単分散粒子の製造原理をセラミックスに対して応用する。すなわち、従来技術における溶融金属に相当するものとして、原料セラミックス粉を含むスラリーを適宜調整し、これに対して所定変位を断続的に与え、スラリー滴としてオリフィスから噴射するものである。これにより、セラミックスにおいても従来の溶融金属と同様に、粒径の揃った球状の粒子を効率的に製造することができる。また個々の粒子の粒径を幅広く人為的に選択することができる。
【００１６】
さらに前記課題を解決する本出願第２の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、スラリーを複数のオリフィスを備えたオリフィスプレートの前記オリフィスから、所定の変位を発生する圧電アクチュエータに接続されている変位伝達手段により回収部に向けて噴射して回収することを特徴とする。
【００１７】
以上の本発明の単分散粒子の製造方法によれば、複数のオリフィスからスラリーが噴射されて単分散粒子が製造されるので、単一のオリフィスを用いて噴射間隔を短縮するだけでは達成できない生産性を達成して、高い量産可能性を実現することができる。
【００１８】
ここで、上記変位伝達手段としては、前述の本出願人の出願に係る特開平６−１８４６０７号公報に開示されているロッドとダイヤフラムの組み合わせ、及び、これと同様の作用を有するシリンダロッドなどが好適に用いられる。
なお、前記回収部は前記オリフィスプレートの下方に位置し、噴射される液滴を自然落下させることが好ましい。これにより変動のない重力下で高精度に且つ効率よく単分散粒子を生産することができる。
【００１９】
本発明の単分散粒子の製造方法では前記オリフィスのオリフィス径により回収される単分散粒子径を高精度且つ簡便に制御することができる。
その際本発明の単分散粒子の製造方法では、単分散粒子径をオリフィス径の０．９倍から１．１倍の大きさに管理することができ、そのようにすることにより標準偏差の小さな単分散粒子を簡易な制御方法で製造することができる。
【００２０】
また本出願第３の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、本願本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法において、所定のパルス圧力を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータに接続されたダイアフラムにより、前記スラリーに対して所定の変位を断続的に与えることを特徴とする。これにより、スラリーに対して所定の変位を効率的に与えることができる。従って、スラリーをオリフィスからスラリー滴として噴射し、セラミックス球形単分散粒子を効率的に製造することができる。
【００２１】
また本出願第４の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法において、噴射されたスラリー滴を加熱することにより乾燥して回収することを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を蒸散せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２２】
また本出願第５の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法は、本出願第１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造方法において、噴射されたスラリー滴を急速に冷却して凍結した後、凍結された粒子を液相が現れないようにしながら減圧し、その後徐々に昇温することにより固相を昇華させて、凍結乾燥体粒子として回収することを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を除去せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２３】
また本出願第６の発明のセラミックス球形単分散粒子は、本出願第１の発明乃至本出願第５の発明のいずれか一の製造方法により製造されたセラミックス球形単分散粒子であって、各粒子間の直径のばらつきが±１０％以内であることを特徴とする。このようなセラミックス球形単分散粒子とすることにより、これを用いて組織が均一で強度に優れたセラミックス材料を作製することができる。特にバイオセラミックスにおいて、粒径及び形状を制御することにより、生体適合性及び充填性に優れ、硬化時間が適切で、しかも硬化後の強度に優れるセラミックスペーストを製造することができる。
【００２４】
また本出願第７の発明のセラミックス球形単分散粒子は、本出願第１の発明乃至本出願第５の発明のいずれか一の製造方法により製造されたセラミックス球形単分散粒子であって、各粒子間の直径のばらつきが±５％以内であることを特徴とする。このようなセラミックス球形単分散粒子とすることにより、これを用いて組織が均一で強度に優れたセラミックス材料を作製することができる。特にバイオセラミックスにおいて、粒径及び形状を制御することにより、生体適合性及び充填性に優れ、硬化時間が適切で、しかも硬化後の強度に優れるセラミックスペーストを製造することができる。
【００２５】
また本出願第８の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、原料セラミックス粉末を含むスラリーを貯留するためのスラリー貯留容器と、このスラリー貯留容器に密着するダイアフラムと、前記スラリー貯蔵容器の底部に設けられかつ１以上のオリフィスを有するオリフィスプレートと、所定のパルス圧力を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータのパルス圧力を前記ダイアフラムに伝達する伝達ロッドと、前記オリフィスプレートの下方に位置する回収部とを有し、前記圧電アクチュエータのパルス圧力により、前記伝達ロッド及びダイアフラムを介して、前記スラリー貯蔵容器内のスラリーに対して所定変位を断続的に与え、これにより前記スラリーをスラリー滴として前記オリフィスから前記回収部へと噴射せしめ、このスラリー滴を乾燥した後に回収することを特徴とする。係る球形単分散粒子の製造装置を用いることによって、セラミックスにおいても溶融金属と同様に、粒径の揃った球状の粒子を効率的に製造することができる。また個々の粒子の粒径を幅広く人為的に選択することができる。
【００２６】
また本出願第９の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、本出願第８の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、前記回収部が、前記スラリー滴を加熱乾燥するための加熱装置を備えることを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を蒸散せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２７】
また本出願第１０の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、本出願第８の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、前記回収部が、前記スラリー滴を急速に冷却して凍結するための冷却装置を備えてなることを特徴とする。これにより、スラリー滴に含まれる液成分を除去せしめ、固体のセラミックス球形単分散粒子として回収することができる。
【００２８】
また本出願第１１の発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置は、スラリーを貯留するためのスラリー容器と、このスラリー容器に設けられたノズル部と、このノズル部に設けられて前記スラリー容器内のスラリーを単位量毎に噴射するためのオリフィスを有するオリフィスプレートと、所定の変位を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータの変位を前記ノズル部に挿通されるシリンダロッドの変位として前記ノズル部に伝達する伝達ロッドと、単位量毎に噴射されたスラリーを回収する回収部とを有してなることを特徴とする。
【００２９】
上述のように構成される本発明に係るセラミックス球形単分散粒子製造装置によれば、級別作業が不要で、かつ、個々の粒子の粒度（粒径）をより幅広く人為的に制御することができ、かつ、粒度（粒径）の揃った単分散粒子を安定的に量産することが可能になる。
【００３０】
係る本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置では前記圧電アクチュエータの変位により、前記伝達ロッド、シリンダロッド及びキャビティを介して、前記オリフィスから前記流動材料を前記回収部中に噴射する様にすることにより、粒度（粒径）の揃った単分散粒子をより安定的に量産することが可能になる。
【００３１】
前記ノズル部がキャビティを有する様にすることにより、圧電アクチュエータの変位により、前記伝達ロッド、シリンダロッド及びキャビティを介して、前記オリフィスから前記流動材料を噴射するに際し、確実に設定量の噴射を安定して行うことができる。
【００３２】
前記キャビティをスラリー容器の底部に形成することにより、重力に逆らわずに、液滴を真っ直ぐ下に滴下することができ、液滴の噴射にあたって重力の影響が外乱となって、得られる単分散粒子の特性がばらつくようなことを防止することができる。逆に重力に逆らわずに、液滴を真っ直ぐ下に滴下することによって重力を単分散粒子製造にあたっての安定した管理ファクタとして機能させることができる。また、材料への気泡の介在を無くすことができ、外部から付加されるエネルギーを高効率にスラリーに印加することができる。
【００３３】
前記オリフィスプレートは、複数のオリフィスを有するものとすることにより、本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置の量産適合性を実現することができる。
【００３４】
前記オリフィスプレートに設けられるオリフィスは着脱自在にして設けることができる。
これによりオリフィスプレートに着脱されるオリフィスのオリフィス径を適宜設定して回収される単分散粒子径を高精度且つ簡便に制御することが可能になる。
【００３５】
前記シリンダロッドが精密位置決め手段を備えることにより、得られる単分散粒子の粒径を簡易に且つ精密に制御し管理することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる一実施の形態を以下に示す。図１は本発明にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置の、装置構成の一例を示す模式側面図である。図１において、Ａはセラミックス球形単分散粒子形成部Ｂの一部（圧電アクチュエータからダイアフラムまで、以下これをＢ１ブロックという）を移動する手段である。すなわち点検や原料投入などのために、後述するスラリー貯留室等（以下これをＢ２ブロックという）から、上方へと移動分離するリフトであって、モータ駆動のスクリュージャッキにより構成される。
【００３７】
Ｂは装置主要部、すなわちセラミックス球状単分散粒子形成部である。Ｃは完成したセラミックス球状単分散粒子の回収部である。Ｄは、セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂ及び回収部Ｃの周囲を不活性ガスで置換する際に用いる真空吸引機構部である。Ｅは、セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの圧電アクチュエータの過熱を防止するために設けられた冷却機構に対して、冷却水を供給する冷却水循環装置である。Ｆは装置全体の電源ボックス、Ｇは装置全体の操作を行うための操作パネルである。
【００３８】
図２は、上記セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの詳細な構成を示す模式断面図である。セラミックス球状単分散粒子形成部Ｂは、前述のようにＢ１ブロックとＢ２ブロックとに大別される。Ｂ１ブロックは、圧電アクチュエータ１２、圧電アクチュエータ１２と伝達ロッド１４とを接続するホルダブロック３９、伝達ロッド１４の先端に取り付けられたダイアフラム１５、及びダイアフラム１５の保持部分１５ａ等を保持するベースフランジ１３から構成される。
【００３９】
またＢ２ブロックは、原料セラミックス粉末を含むスラリーを貯留するためのスラリー貯留部２１ａ及び２１ｂ、スラリー貯留部２１ａの下方に配置されるノズル２２、ノズル２２の先端に配置されかつ一以上のオリフィスを有するオリフィスプレート２３、及びスラリー貯留部２１ｂに対して加圧用の不活性ガスを供給する不活性ガス供給管等から構成される。スラリー貯留部２１ａとスラリー貯留部２１ｂとの間には比較的細い連絡通路２１ｃが設けられている。また、上記Ｂ１ブロックのダイアフラム保持部分１５ａの下側にはシール部材１６が粘着されており、Ｂ２ブロックとの間が気密に接続されるように構成される。なお、スラリー貯留部２１ａ及びスラリー貯留部２１ｂには、スラリーを攪拌するための手段、例えば攪拌棒を取り付けられるようにしてもよい。
【００４０】
スラリー貯留部２１ｂの下方には、ノズル部２２の逆円錐形部分があり、ノズル２２内に貯留されているスラリーをさらに下方のオリフィスプレートに供給する。オリフィスプレート２３は、押さえ部材２３ａにより取り付けられている。オリフィスプレート２３を構成する材料は、製造対象とするセラミックスの種類に応じて適宜決定する。例えばオリフィスプレート２３の構成材料を適宜選定することにより、スラリーとの濡れ性を調整する。
【００４１】
また、オリフィスとスラリーとの濡れ性が非常に良く、オリフィス表面を伝ってスラリーが流出してしまう場合、オリフィスプレート２３の構成材料を適宜選択するだけではなく、さらにオリフィス表面にシリコングリース等を塗布して濡れ性を低下させることができる。
【００４２】
オリフィス形状についてその実施例の模式断面図を図３に示す。図３（ａ）は通常のオリフィスを示す図である。これに対して図３（ｂ）は、オリフィス部分のノズル部２２に突起２２ａを設けている。本願においてはいずれの形状をも適用することが可能であるが、スラリーがオリフィス表面を伝って流出することを防ぐためには図３（ｂ）の形状を適用することがより望ましい。また、オリフィスの口径は製造する粒子の粒径に応じて適宜決定することができるが、３０〜５００μｍ程度の範囲、より好ましくは５０〜１５０μｍ程度の範囲とすることが好適である。
【００４３】
圧電アクチュエータ１２としては、積層型圧電素子が好適に用いられる。また圧電アクチュエータ１２は、所定周波数の短波形を発生させるための図示しないファンクションジェネレータ、及び上記短波形を増幅するための図示しないパワーアンプに接続される。そしてこれらにより発生及び増幅された短波形が印加されることにより、所定周波数の変異を発生する。
【００４４】
圧電アクチュエータ１２の変位は、これに接続される伝達ロッド１４を介してダイアフラム１５へと伝達される。ダイアフラム１５は、スラリー貯留部２１ａ内に貯留されているスラリーに対してその変位を伝達する。このような変位の伝達により、オリフィス口径にほぼ等しい粒径の球状化されたスラリー滴が噴射される。その際の圧電アクチュエータ１２の周波数は、特に制限されるものではなく、製造する対象となるセラミックス球形単分散粒子の材料や、所望の製造速度などに応じて適宜選択すればよい。
【００４５】
オリフィスプレート２３の下方には、噴射されるスラリーを補足するための回収部Ｃが設けられている。この回収部Ｃは、不活性ガス雰囲気に調整可能な落下筒４０とこれを外部から加熱する加熱装置４１とからなる乾燥炉４２、ゲートバルブ４３、加熱装置４１により乾燥された製品（セラミックス球形単分散粒子）を回収する回収ボックス４４により構成される。加熱装置４１は、例えば高周波加熱装置等とし、オペレータが乾燥炉４２内部を所望の温度に調整することができることが望ましい。乾燥炉４２内部の温度は、落下筒４０内部を落下するスラリー滴が十分に乾燥される温度に調整及び維持されるようにする。また、乾燥炉４２の炉長を十分に長くすることが乾燥を十分なものとするうえで重要である。また加熱装置４１を落下筒４０外部の上下方向に２基設置することにより、乾燥を促進することが可能である。
【００４６】
回収部Ｃならびにセラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの周囲を不活性ガスで置換する際に用いる真空吸引機構部Ｄは、前述のとおり回収部Ｃに接続されている。装置駆動の準備段階において、ゲートバルブ４２を開いた状態で、真空吸引機構部Ｄにより、回収部Ｃならびにセラミックス球状単分散粒子形成部Ｂの周囲を排気する。しかる後に図示しない不活性ガス供給源から、ヘリウムガス等の不活性ガスを所定圧力において供給し、これらを不活性ガス雰囲気とする。このような不活性ガス雰囲気とすることにより、セラミックス球形単分散粒子の酸化が防止されて、製品の品質が向上する。
【００４７】
次に、上記の構成を有する装置を用いてセラミックス球形単分散粒子を製造する際のプロセスについて順を追って説明する。
【００４８】
まず、原料セラミックス粉末を含むスラリーを調整する。原料セラミックス粉末としては、所望の材料からなるセラミックスを破砕して得られる破砕粉末等を用いる。この粉末と分散剤を混合してスラリーを調整する。分散剤の種類及び添加量は、粉末成分の材料特性に応じて適宜選択すればよい。すなわちスラリーの粘度及び分散安定性が適正となるように適宜選択するものである。また、スラリーにおけるこれらの特性を最適化するために、分散剤の他にバインダー等の添加剤を適宜加えてもよい。
【００４９】
次にスラリー中の気泡を除去するために、真空脱泡を行う。しかる後、セラミックス球形単分散粒子の製造装置へのスラリー充填プロセスに移行する。
【００５０】
リフターＡにより、セラミックス球形単分散粒子形成部ＢのＢ１ブロックを引き上げて、Ｂ２ブロックと分離する。この状態で、スラリー貯留部２１ｂ内にスラリーを充填していく。スラリーは、スラリー貯留部２１ａへと流入していき、ノズル部２２に達する。一方、圧電アクチュエータ１２に対しては、温度の上昇を抑制するために、冷却水循環装置Ｅから冷却水を供給する。また、セラミックス球形単分散粒子形成部Ｂ周辺及び回収部Ｃのエアを、前記真空吸引機構部Ｄにより排気し、しかる後に図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスを供給する。このときの気圧は、大気圧、あるいは大気圧よりも若干高い圧力とする。
【００５１】
スラリーが全体に充填されたら、分離されていたＢ１ブロックを元どおりに組込み、装置の稼動を開始する。ファンクションジェネレータにおいて所定周波数の短波形を発生させ、パワーアンプで増幅した後に、圧電アクチュエータ１２に印加する。発生させる短波形の形状及び周波数は、スラリーの粘度等に応じて適宜選択する。
【００５２】
圧電アクチュエータ１２が所定周波数及び所定振幅の振動を発生し、この振動は伝達ロッド１４を介してダイアフラム１５へと伝達される。ダイアフラム１５は、圧電アクチュエータ１２と同一周波数のパルスにおいて振動し、これに接触しているスラリーにパルス圧力波を発生させる。
【００５３】
このようにして発生するパルス圧力波の１周期ごとに１回、スラリー貯留部２１ａ内のスラリーが、オリフィスプレート２３上のオリフィスから、スラリー滴として噴射される。このとき、ダイアフラム１５の振動に応じてスラリー貯留部２１ａ、２１ｂの間でスラリーが出入りする。従って、スラリー貯留部２１ｂの上方圧力を、不活性ガスにより調整することによりバランスをとることが望ましい。
【００５４】
スラリー滴は回収部Ｃの乾燥炉４２内を自由落下し、その間に表面張力により球状化される。また乾燥炉４２内は、オペレータが加熱装置４１を適宜調整することにより、所定温度に維持される。このときの温度は、スラリー滴の液成分が、完全に乾燥除去されるように適宜決定される。このようにして完全に乾燥されたセラミックス球形単分散粒子は、回収ボックス４４において回収される。以上のようにして、粒径がオリフィス口径に概一致したセラミックス球形単分散粒子が製造される。
【００５５】
本発明にかかる第二の実施の形態を以下に示す。なお、上記第一の実施形態と重複する部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。第一の実施形態においては、オリフィスから噴射されたスラリー滴の液成分を加熱乾燥により除去していた。これに対して本実施形態は、噴射されたスラリー滴を凍結乾燥により徐々に除湿する、いわゆる「フリーズドライ方式」を採用する。
【００５６】
図４は、本発明第二の実施形態にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置の、装置構成一例を示す模式側面図である。オリフィスの下方には液体窒素を満たした冷却部４５が設けられている。冷却部４５は、装置稼動前における準備作業及び、後述の減圧及び昇華作業の際に、取り外し可能な構造となっている。オリフィスから冷却部４５の液体窒素までの距離は、オリフィスから噴射されたスラリー滴が球状化されるために十分な距離であれば特に制限されるものではない。
【００５７】
次に、上記装置を用いてセラミックス球形単分散粒子を製造する際のプロセスについて説明する。スラリー滴は、オリフィスの真下へと落下し、その間に表面張力により球状化される。そして冷却部４５内部の液体窒素にトラップされる。しかる後、冷却部４５を装置から取り外し、液相（水）が現れないように減圧を行う。その後、徐々に昇温することにより、固相が昇華されて、セラミックス球形単分散粒子を得る。
【００５８】
本願発明においては、オリフィスから噴射されたスラリー滴が広範囲に飛散することなく、真下に落下する。従って、冷却部４５は小さくてもよい。また使用する液体窒素は少量でよい。従って、第一の実施形態よりも装置構成が簡略であり、また小型化が可能である。
【００５９】
図６は、本発明の他の実施の形態に係る単分散粒子製造装置（以下、単に本装置ともいう）１０の全体構成を示す模式側面図である。図６において、シリンダロッド位置調整機構部B３及び単分散粒子形成部Ｂ４の一部（圧電アクチュエータからノズル部までの部分）を、点検などのために上方に移動させて分離するリフターＡは前記各実施例と同様にモータ駆動のスクリュージャッキで構成されている。また、前記シリンダロッド位置調整機構部Ｂ３は後述する単分散粒子形成部Ｂ４のシリンダロッドの初期位置を微調節するために設けられ、Ｈは同じく単分散粒子形成部Ｂ４の高周波加熱装置に電源を供給する高周波誘導加熱装置である。
【００６０】
図７は、上述のシリンダロッド位置調整機構部B３及び単分散粒子形成部Ｂ４の詳細な構成を示す模式断面図、また、図８及び図９は、上記単分散粒子形成部Ｂ４の要部である加熱装置及びノズル部の拡大断面図である。
【００６１】
先ず、シリンダロッド位置調整機構部B３は、図７に示すように、単分散粒子形成部Ｂ３の圧電アクチュエータ１２、ホルダブロック３９、伝達ロッド１４及びシリンダロッド１４aなどの部分を保持するアダプター５５と、このアダプター５５を保持し、ベースフランジ１３に固定された２本のねじシャフト１３aと、同じくベースフランジ１３に固定された２本のガイドシャフト１３ｂとに挿通された昇降ベース３１とから構成されている。
【００６２】
この昇降ベース３１は、その一端に配置されているハンドル１３dを回すことにより、ウォームギヤユニット１３Ｃを介してねじシャフト１３a、ガイドシャフト１３bに沿って上下に移動可能であり、後述するように、シリンダロッドの初期位置（待機位置）を、例えば、０．１mm程度の精度で微調整可能に構成されている。なお、３３は位置読み取り用のダイヤルゲージを示している。
【００６３】
次に、単分散粒子形成部Ｂ４の概略構成を説明する。図７において、１２は上記シリンダロッド位置調整機構部B３のアダプター５５に保持された圧電アクチュエータを、また、１４はこの圧電アクチュエータ１２にホルダブロック３９により固定されている伝達ロッドを示しており、この伝達ロッド１４の先端部は、後述するノズル部２５に嵌挿されるシリンダロッド１４aを形成している。なお、この伝達ロッド１４の中間部分（圧電アクチュエータ１２への接続部とベースフランジ１３との間の部分）は、異物などの侵入を防止するため、伸縮性を有するベロース５３により被覆されている。
【００６４】
上記ベースフランジ上には、原料供給管６０を挿通した原料供給口６０aと、温度計測用の熱電対６２の挿通口６１とが設けられている。また、上記ベースフランジ１３の下側には、後述するノズルホルダー４６が固定されており、これも後述するるつぼ２６やノズル部２５が、このノズルホルダー４６に保持されている。
【００６５】
上記加熱装置２０は、その詳細を図８に示すように、スラリーをノズル部２５と共に保持する石英製のるつぼ２６（これらは、後述するように、加熱装置２０内から取り出し（分離）可能に構成されている）の外側に空間２８を隔てて配置されている発熱体であるカーボンで構成されているカーボンサセプター２０aと、これらを囲むように配置されている断熱材２０bと、その外側の保護管２０Ｃと、さらにその外側に配置されている高周波加熱用のワークコイル２０dから構成されている。また、加熱装置２０の上部には、断熱のための蓋２１が備えられている。
【００６６】
上述の加熱装置２０は、図６に示した高周波誘導加熱装置Ｈから供給される励起電流によりワークコイル２０dを励起し、これから発生する高周波によりカーボンセプター２０aを構成しているカーボンを加熱して、この熱によりカーボンセプター２０a内部のるつぼ２６やその中に投入されているスラリーを加熱し、均一加熱特性に優れており、また、１０００°C位までの高温を比較的容易に得ることが可能であるという利点を有するものである。この加熱装置２０は、さらに、高周波を直接作用させても発熱しない原料を用いる場合にも有効である。
【００６７】
ノズル部２５は、外周が上記るつぼ２６に支障されて、るつぼ２６内（下方）にセットされており、上面には、図９に示すように、スラリーをノズル部２５の中央部分に寄せるための逆円錐形状の凹み２５aと、スラリーを後述するオリフィス部に送るための複数本のノズル２５bとを備えている。このノズル２５bは、ノズル部２５内の、前記シリンダロッド１４aの下方の空間（ここが実質的なスラリー貯溜部となるもので、以下、キャビティという）２５Ｃ内に通じており、供給されるスラリーは、ノズル２５bを介して、上記キャビティ２５Ｃ内に貯留される。
【００６８】
ノズル２５の下面には、多数のスラリー噴射用オリフィスを備えたオリフィスプレート２７が、押さえ部材２７aにより取り付けられている。このオリフィスプレート２７を構成する材料は、対象とする流動性材料特にはスラリーの種類に応じて、最適な材質を選択すれば良い。また、オリフィスの口径も特に制限的ではなく、製造する球の粒子径に応じて適宜選択すればよいが、例えば、３０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜１５０μｍ程度とするのがよい。
【００６９】
前記オリフィスプレート２７に設けられるスラリー噴射用オリフィスは着脱自在にされている。これによりオリフィスプレート２７に着脱されるオリフィスのオリフィス口径を製造の対象となる粒子径に適宜設定して回収される単分散粒子径を高精度且つ簡便に制御することが可能になる。
【００７０】
ノズル部２５の上方は、温度計測用の熱電対６２を備えたるつぼ２６に続いており、全体として、後述するように供給されるスラリーを蓄えるスラリー溜めを形成している。このスラリー溜めの下方は、ノズル部２５内のノズル２５ｂを介して、ノズル部５内に挿通された状態を保っているシリンダロッド１４aのさらに下方の、実質的なスラリー溜め（キャビティ）２５Ｃに通じていることは、前述の通りである。
【００７１】
るつぼ２６の上方には、前述の原料供給口６０aにかけて、るつぼ２６内の温度維持及び外部への熱の放出を防止するためのリフレクター６５が配置されている。このリフレクター６５は、上下に金属の薄板を有し、両者を針金状の接続部材で接続したものである。なお、いうまでもなく、このリフレクター６５には、伝達ロッド１４及びシリンダロッド１４aを挿通するための穴と、原料供給部６０から供給される原料の通過用の穴が設けられている。
【００７２】
これらのるつぼ２６、ノズル部２５、リフレクター６５などは、前述の原料供給口６０a、熱電対挿通口６１を備えたノズルホルダー４６に係止されており、また、このノズルホルダー４６は前述のベースフランジ１３に係止されていて、点検時などには、これらが一体的に、前記リフターAにより加熱装置２０内から引き上げる形で引き出されるように構成されている。
【００７３】
一方、ノズル２５のオリフィスプレート２７の下方には、噴射される単分散粒子を捕捉するための回収部（図６中のＣ）が設けられている。この回収部Ｃは、その最上段に、初期噴射サンプル捕捉用のサンプルトレイ４０を有し、その下方に不活性ガス流が供給される回収筒４１、ゲートバルブ４２、噴射された後回収筒４１内で冷却された製品（単分散粒子構成粒子特にはセラミックス粒）回収ボックス４３などが接続されている。
【００７４】
これらの部分から構成される回収部には、この回収部Ｃ並びに単分散粒子形成部Ｂ４の周囲を不活性ガスで置換する際に用いる真球吸引機構部Ｄが接続されており、本装置の駆動前の準備段階で、上述のゲートバルブ４２を開いた状態で、真空吸引機構部Ｄにより回収部Ｃ内、並びに単分散粒子形成部Ｂ４の周囲を排気し、排気終了後に、ヘリウムガスなどの不活性ガスを図示されていない供給源から所定圧力で供給して、セラミックス球の通路全てを不活性ガス雰囲気とするものである。
【００７５】
なお、上記サンプルトレイ４０は、本装置の駆動開始当初に、噴射されて出てくるセラミックス球を受けて、その状況を、例えば金属顕微鏡を用いて観察・確認するためのものである。この状態では、冷却は充分に行われないので、凝集・変形などが発生し、完全な形状のセラミックス球は得られないが、製造条件の適否の確認は充分に可能である。このサンプルトレイ４０は、上記製造条件の適否の確認が終了した時点で、主たる通路からは退去させるように構成されている。
【００７６】
単分散粒子形成部Ｂ４に用いられる圧電アクチュエータ１２としては、積層型圧電素子を好適に用い得る。この圧電アクチュエータ１２は、所定周波数（例えば、圧電アクチュエータ１２の動作周波数で、１０Ｈｚから１０ＫＨｚ程度）の矩形波を発生させるファンクションジェネレータ、上記矩形波を増幅するパワーアンプ（いずれも図示されていない）に接続されており、これらにより、発生され、増幅された矩形波の印加によって、前記所定周波数の変位を発生するものである。
【００７７】
上述の圧電アクチュエータ１２の変位は、上記圧電アクチュエータ１２に固定されている伝達ロッド１４を介してシリンダロッド１４aに伝達される。シリンダロッド１４aはノズル部２５内に挿通されており、このノズル部２５内のキャビティ２５Ｃ内に貯留されているスラリーにその変位を伝達することで、オリフィスから上記スラリーをこの変位に対応するパルス圧力で噴射して、微細なセラミックス球を製造するものである。
【００７８】
なお、上記圧電アクチュエータ１２は、例えば、前述のホルダブロック３９内にその側面の４つのねじ穴に螺入される４本の止めねじ（図示されていない）で固定されるアクチュエータ押さえにより取り付けられる。また、圧電アクチュエータ１２と伝達ロッド１４との連結は、圧電アクチュエータ１２をアクチュエータ押さえと伝達ロッド１４との間に挟み込み、このアクチュエータ押さえと伝達ロッド１４とを図示されていないボルト、ナットで固定することによって行われる。
【００７９】
このように圧電アクチュエータ１２と伝達ロッド１４とを一体構造とすることにより、圧電アクチュエータ１２の動きを正確にシリンダロッド１４ａに伝達することができるので、シリンダロッド１４ａを、伝達される変位に応じて正確に振動させることが可能になる。また、このような圧電アクチュエータ１２を使用する構成により、シリンダロッド１４ａの正確な変位制御、高速駆動（高周波数パルスにも追従可能）及び任意波形での制御が可能である。
【００８０】
また、一般に圧電素子は、高温になると圧電機能が損なわれるので、冷却を行う必要がある。このため、本実施の形態に係る装置１０においても、図６に示したような冷却水循環装置Ｄを用い、水冷パイプを装置本体の一部（圧電アクチュエータ１２、ホルダブロック３９周辺など）に取り付けて、圧電アクチュエータ１２をその使用限界温度以下に保持するよう構成している。
【００８１】
なお、加熱装置２０の上方には、図示されていない供給源に接続されている不活性ガス導入管３５が配置されており、後述する単分散粒子形成部Ｂ４全体の雰囲気調整とは別に、るつぼ２６内の雰囲気の調整を行っている。これは、シリンダロッド１４ａに伝達される変位に対応してスラリーに付加されるパルス圧力波と良好なガラス球の安定な形成との均衡をとるため、上記不活性ガス導入管３５からの不活性ガス供給を制御して、るつぼ２６内のガス圧（およびキャビティ２５Ｃに加わるガス圧）の制御を行うものである。
【００８２】
本装置１０においては、圧電アクチュエータ１２によって、シリンダロッド１４ａをスラリー側に変位（振動）させることにより、オリフィスから、１回の変位（振動）によって複数（多数）のセラミックス球を噴射させて、オリフィスの口径にほぼ等しい径のセラミックス球を得るものである。ここで、シリンダロッド１４ａの変位量は、噴射されるセラミックス球の径とその数に応じた総容積に対応したものであることが必要であることはいうまでもない。
【００８３】
また、圧電アクチュエータ１２の変位の周波数も特に制限的ではなく、対象とするセラミックス球（材料）の種類、必要とする製造速度などに応じて、適宜選択すればよい。前述の対象材料に関しては、例えば、１０Ｈｚ〜１ＫＨｚ程度が実用可能である。セラミックス球の量産性の面からは、この周波数は、可能な範囲で高いことが好ましいことはいうまでもない。
【００８４】
次に、上記の構成を有する装置を用いてセラミックス球形単分散粒子を製造する際のプロセスについて順を追って説明する。
前述した実施の形態と同様に原料セラミックス粉末を含むスラリーを調整し、真空脱泡を行い、しかる後にセラミックス球形単分散粒子の製造装置へのスラリー充填プロセスに移行する。
まず、前記原料供給管６０から製造対象であるセラミックス球の原料スラリーをるつぼ２６内に投入する。投入したスラリーは、るつぼ２６底部のノズル部２５上に溜まり、一部は、シリンダロッド１４ａを上下に数回往復空動させることにより、前述のノズル２５ｂを通って、キャビティ２５Ｃにも充填される。
【００８５】
次に、前述のファンクションジェネレータにおいて所定周波数の矩形波を発生させ、パワーアンプで増幅した後に圧電アクチュエータ１２に印加し、所定周波数、所定振幅の振動を発生させ、圧電アクチュエータ１２と実質的に一体構造の伝達ロッド１４を介してシリンダロッド１４ａを上と同じ周波数のパルスで振動させ、シリンダロッド１４ａに接触しているキャビティ２５Ｃ内のスラリーにパルス圧力波を発生させる。
【００８６】
これにより、圧電アクチュエータ１２が下方に所定の変位量以上変位すると、伝達ロッド１４を介してシリンダロッド１４ａが変位して、キャビティ２５Ｃ内のスラリーをオリフィスプレート２７上のオリフィスから噴射する。この噴射は、パルス圧力波の１周期に１回ずつ行われる。
【００８７】
【実施例】
（実施例１）
本発明の一実施例を以下に示す。
【００８８】
Ａ．装置構成
図１に示したセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、圧電アクチュエータ１２として積層型圧電素子（（株）トーキン製ＮＬＡ−５×５×１８）を用いた。その能力は、容量１６００ｎＦ（±２０％）、絶縁抵抗２×１０８Ω（±５０％）、最大変位量１５．２μｍ／１００Ｖ（±１０％）、最大発生力８５ｋｇｆ／１００Ｖである。この圧電素子は、印加電圧に対して若干のヒステレシスを有するものの、ほぼ直線的に変位する。また、ダイアフラム１５は直径３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレス製円板とした。
【００８９】
上記最大変位量（１５．２μｍ／１００Ｖ）は、この圧電アクチュエータがその周囲を拘束されていない場合の値である。しかるにここでは、圧電アクチュエータ１２をアクチュエータ押えに対して接着剤等で固定し、さらにこのアクチュエータ押えをホルダブロック３９内に対してボルトにより取り付けた。そこで、このように装置に固定した状態において、印加電圧と変位量との関係を把握しておく必要がある。測定の結果、本実施例においては、
【式１】ｙ＝１．１３４×Ｖ
ただし、ｙ：ダイアフラムの変位量（μｍ）、Ｖ：印加電圧（Ｖ）により表されることがわかった。
【００９０】
パルス波生成装置としてはパーソナルコンピュータ、ＤＡボード（マイクロサイエンス（株）製ＭＤＡ−２７９８ＢＰＣ）及びローパスフィルタを用いた。またパワーアンプとして高速電力増幅器（（株）ＮＦ回路設計ブロック製ＮＦ−４０２５）を用いた。このアンプは、周波数帯ＤＣ〜１ＭＨｚ、最大出力電圧１２５Ｖ、最大出力電流１１．３Ａｐ−ｐの能力を有する。
【００９１】
オリフィス形状は、図５に示されるように、噴射部に円管を設けた形状とした。さらに、図に示すようにスラリーが接触する面に対してシリコングリースを塗布した。
【００９２】
乾燥炉４２は、長さ２ｍのパイレックスガラスからなる落下筒４０とこれを包み込むように設置されたヒータ４１ａ及び４１ｂにより構成する。温度制御は、上記落下筒４０とヒータ４１ａとの間に挿入した熱電対と温度調節機により行う。また、乾燥炉４２内の対流を低減するために、回収ボックス４４を密閉可能な構造とした。
【００９３】
Ｂ．スラリーの調整
上述のセラミックス球形単分散粒子装置を用い、β−リン酸三カルシウム（β−Ｃａ１０（ＰＯ４）３、以下β−ＴＰＣと記述する）からなる球形単分散粒子を製造した。原料粉末としては、β−ＴＰＣ破砕粉末を用いた。これらを用い、固体粒子濃度が３０％で、分散剤添加量が５０ｍｇ／ｍｌであるスラリーを調整した。
【００９４】
Ｃ．スラリーの充填
スラリー調整後、スラリー中の気泡を除去するために真空脱泡を１５分〜３０分間行った。リフターＡによりＢ１ブロックを装置上方へと分離し、この状態でスラリー貯留室２１ａにスラリーを入れ、スラリー貯留室２１ｂまで十分に充填した。そして充填完了後、Ｂ１ブロックを元に戻して装置を組み上げた。その後セラミックス球形単分散粒子形成部Ｂ周辺のエアを、前記真空吸引機構部Ｄにより排気し、しかる後図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスを供給した。本実施例においては、このときの気圧を大気圧とした。
【００９５】
Ｄ．圧力パルスの付加
上記パルス波生成装置により、図１０に示される１０Ｈｚの台形パルス波を生成した。なお、パルス波の電圧（図１０における縦軸）は、ダイアフラム１５の変位量がスラリー噴射の臨界変位量以上となるように調整する必要がある。すな
わち
【式１】により、必要とされる変位量から電圧を決定すればよい。上記スラリー１及び２関しては電圧６．５Ｖ、変位量７．３７μｍ、スラリー３に関しては電圧８Ｖ、変位量９．０７μｍとした。表１に、各スラリーの成分と印加電圧及び変位量をまとめて示す。
【表１】
Ｅ．スラリー滴の乾燥及び回収
オリフィスから噴射されたスラリー滴を乾燥するために、乾燥炉４２の温度を８００℃に設定した。乾燥された粒子は、回収ボックス４４において回収した。
【００９７】
Ｆ．乾燥粒子の評価
回収した乾燥粒子は、その形状及び粒子表面を走査電子顕微鏡により観察した。
スラリー１〜３について、得られた乾燥粒子の形状を示す観察写真を図１１に示した。図１１を参照すると、得られた乾燥粒子の形状は、凹部を有する陥没球であるが、バインダーの添加量が増加するとともに球に近いものになることが確認された。
【００９８】
また、光学顕微鏡からＣＣＤカメラにより画像を取り込み、その投影図を画像ソフトウエア（（株）三谷商事製Ｍａｃ ｓｃｏｐｅ）により２値化して、これにより平均粒径及び粒度分布を求めた。その結果をグラフとして図１２に示した。図１２を参照すると、得られた乾燥粒子の粒度分布は、いずれの場合も標準偏差１０％以内であった。特にバインダーの添加量が増加するとともに標準偏差が減少し、スラリー３（バインダー添加量３０ｍｇ／ｍｌ）においては４．１４％であった。
【００９９】
上記のように、特にスラリー３を用いた場合において、若干の凹部を有するもののその形状がほぼ球であり、粒径がほぼ均一であるβ−ＴＰＣ粒子、すなわちβ−ＴＰＣ球形単分散粒子が得られた。
【０１００】
（実施例２）
本発明の第二の実施例を以下に示す。
【０１０１】
図４に示したセラミックス球形単分散粒子の製造装置において、オリフィスから冷却部４５中の液体窒素液面までの距離を１０ｃｍとした。
【０１０２】
第一の実施例と同様にしてスラリー１〜３を調整し、パルス圧力によってオリフィスから噴射させた。冷却部４５の液体窒素中に回収後、冷却部を装置から取り外し、デシケータ内で減圧、及び昇華させて乾燥粒子を得た。走査型電子顕微鏡による各乾燥粉末の観察写真を図１３に示した。図１３を参照すると、表面に割れを有するものの、ほぼ球形の粒子形状であった。ただし、バインダーの添加量を増加するとともに、表面に突起が生じる、あるいは複数の球形粒子が連結して巨大な粒子を生じるといった現象が見られた。そこで、そのような現象の少ないスラリー１による乾燥粒子について、平均粒径及び粒度分布を求めた。その結果を図１４に示す。図１４を参照すると、スラリー１による乾燥粒子は、その粒度分布が標準偏差３．９７％であり、ほぼ均一な粒径を有する粒子であることが明らかとなった。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、級別作業が不要で、かつ個々の粒子の粒径をより幅広く人為的に制御することができ、かつ粒径の揃った、より真球に近いセラミックス球形単分散粒子を安定的かつ効率的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置における装置構成一例を示す模式側面図である。
【図２】図１におけるＢ部の詳細を示す模式断面図である。
【図３】本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置におけるオリフィス形状の例を示す断面図である。
【図４】本発明のセラミックス球形単分散粒子の製造装置における装置構成の他の例を示す模式断面図である。
【図５】（ａ）本発明の一実施例にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置のオリフィス形状を示す全体断面図である。（ｂ）本発明の一実施例にかかるセラミックス球形単分散粒子の製造装置のオリフィス形状を示す部分拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るセラミックス球形単分散粒子の製造装置の全体構成を示す模式側面図である。
【図７】図６中のシリンダロッド位置調整機構部B３および単分散粒子形成部Ｂ４の詳細な構成を示す模式断面図である。
【図８】図６中の単分散粒子形成部Ｂ４の要部である加熱装置の拡大断面図である。
【図９】図６中の単分散粒子形成部Ｂ４の要部であるノズル部分の拡大断面図である。
【図１０】本発明の一実施例におけるパルス波形である。
【図１１】図１の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の形状を示す、走査型電子顕微鏡による観察写真である。
【図１２】図１の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の粒径分布を示すグラフである。
【図１３】図４の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の形状を示す、走査型電子顕微鏡による観察写真である。
【図１４】図４の装置により得られたβ−ＴＰＣ乾燥粒子の粒径分布を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ リフター
Ｂ セラミックス球形単分散粒子製造部
Ｃ 回収部
Ｄ 真空吸引機構部
Ｅ 冷却水循環装置
Ｆ 電源ボックス
Ｇ 操作パネル
１０ セラミックス球形単分散粒子の製造装置
１２ 圧電アクチュエータ
１３ ベースフランジ
１４ 伝達ロッド
１５ ダイアフラム
１５ａ ダイアフラム保持部分
１６シール部材
２１ａ、ｂ スラリー貯留部
２２ ノズル部
２３ オリフィスプレート
２３ａ 押さえ部材
３９ ホルダブロック
４０ 落下筒
４１ 加熱装置
４２ 乾燥炉
４３ ゲートバルブ
４４ 回収ボックス
４５ 冷却部
Claims (14)
- （１）原料セラミックス粉末を含むスラリーを調整するステップと、（２）前記スラリーに対して所定の変位を断続的に与えることにより、このスラリーを、スラリー滴としてオリフィスから噴射せしめるステップと、（３）噴射されたスラリー滴を乾燥して回収するステップとを含むことを特徴とするセラミックス球形単分散粒子の製造方法。
- スラリーを複数のオリフィスを備えたオリフィスプレートの前記オリフィスから、所定の変位を発生する圧電アクチュエータに接続されている変位伝達手段により回収部に向けて噴射して回収することを特徴とする請求項１に記載したセラミックス球形単分散粒子の製造方法。
- 所定のパルス圧力を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータに接続されたダイアフラムにより、前記スラリーに対して所定の変位を断続的に与えることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス球形単分散粒子の製造方法。
- 噴射されたスラリー滴を加熱することにより乾燥して回収することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のセラミックス球形単分散粒子の製造方法。
- 噴射されたスラリー滴を急速に冷却して凍結した後、凍結された粒子を液相が現れないようにしながら減圧し、その後徐々に昇温することにより固相を昇華させて、凍結乾燥体粒子として回収することを特徴とするにセラミックス球形単分散粒子の製造方法。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の製造方法により製造されたセラミックス球形単分散粒子であって、各粒子間の直径のばらつきが±１０％以内であることを特徴とするセラミックス球形単分散粒子。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたセラミックス球形単分散粒子であって、各粒子間の直径のばらつきが±５％以内であることを特徴とするセラミックス球形単分散粒子。
- 原料セラミックス粉末を含むスラリーを貯留するためのスラリー貯留容器と、このスラリー貯留容器に密着するダイアフラムと、前記スラリー貯蔵容器の底部に設けられかつ１以上のオリフィスを有するオリフィスプレートと、所定のパルス圧力を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータのパルス圧力を前記ダイアフラムに伝達する伝達ロッドと、前記オリフィスプレートの下方に位置する回収部とを有し、
前記圧電アクチュエータのパルス圧力により、前記伝達ロッド及びダイアフラムを介して、前記スラリー貯蔵容器内のスラリーに対して所定変位を断続的に与え、これにより前記スラリーをスラリー滴として前記オリフィスから前記回収部へと噴射せしめ、このスラリー滴を乾燥した後に回収することを特徴とするセラミックス球形単分散粒子の製造装置。 - 前記回収部が、前記スラリー滴を加熱乾燥するための加熱装置を備えることを特徴とする請求項８に記載のセラミックス球形単分散粒子の製造装置。
- 前記回収部が、前記スラリー滴を急速に冷却して凍結するための冷却装置を備えてなることを特徴とする請求項８に記載のセラミックス球形単分散粒子の製造装置。
- スラリーを貯留するためのスラリー容器と、このスラリー容器に設けられたノズル部と、このノズル部に設けられて前記スラリー容器内のスラリーを単位量毎に噴射するためのオリフィスを有するオリフィスプレートと、所定の変位を発生する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータの変位を前記ノズル部に挿通されるシリンダロッドの変位として前記ノズル部に伝達する伝達ロッドと、単位量毎に噴射されたスラリーを回収する回収部とを有してなることを特徴とするセラミックス球形単分散粒子の製造装置。
- 前記圧電アクチュエータの変位により、前記伝達ロッド、シリンダロッド及びキャビティを介して、前記オリフィスから前記流動材料を前記回収部中に噴射する請求項１１に記載したセラミックス球形単分散粒子の製造装置。
- 前記オリフィスプレートに対し複数のオリフィスが着脱自在に設けられる請求項１１に記載のセラミックス球形単分散粒子の製造装置。
- 前記シリンダロッドの精密位置決め手段を備えた請求項１１に記載のセラミックス球形単分散粒子の製造装置。
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