JP2004250771A - 多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器１内に微粒子３を収容し、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器１を回転させることにより該真空容器１内の微粒子３を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子３の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆するものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器１内に微粒子３を収容し、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器１を回転させることにより該真空容器１内の微粒子３を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子３の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆するものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆するための多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体は基礎的にも応用としても非常に魅力的な試料であり、現在様々な分野で利用されている。例えば粉体のきめの細かさを利用して、化粧品のファンデーションに使われたり、フェライトの微粒子は単一磁区を形成する為に磁気テープに塗布する磁性体として利用されている。また粉体の特性にその表面積の大きさがあるが、それを利用した微粒子触媒が作られてもいる。このように非常に可能性の大きい材料である為、更に粉体表面に機能性材料を修飾させ、高機能、新機能を発現させる新材料開発技術が求められている。
【０００３】
現在使われている例として、上述のフェライト微粒子の保磁力を大きくする目的でＣｏ膜で被覆することが挙げられる。しかしながら粉体表面に修飾する技術は、粉体の取扱が難しいことや個々の粉体微粒子全面を均一に修飾することが難しいことなどから、あまり開発が進んでいない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在利用されている方法は、置換めっき法、電解めっき法、化学蒸着法、真空蒸着法などが挙げられる。しかし、めっき法は毒性の強い廃液を処理する必要があり、環境に対する負荷が非常に大きい。化学蒸着法は物質によりプロセスが複雑になる為、使用条件が制限される。真空蒸着法はすべての面を均一に成膜することが難しい。このように現在までの粉体修飾法ではデザインした粉体材料が作れない。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、物理蒸着法の一つであるスパッタリング法に注目した。この方法も粉体全体に均一に微粒子を被覆することが難しいが、担体を選ばない、金属から無機物までを粉体表面に修飾できる、環境負荷が小さい、等々の理由から非常に汎用性が高いと考えられる。そこで、今回我々は多角バレルスパッタリング法を発明した。この方法は粉体の入っている多角バレルを回転させることで粉体を攪拌あるいは回転させ、粉体表面を均一に修飾する方法である。
【０００７】
以下、具体的に説明する。
本発明に係る多角バレルスパッタ装置は、微粒子を収容する真空容器であって重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器と、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させる回転機構と、前記真空容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、を具備し、前記回転機構を用いて前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【０００８】
上記多角バレルスパッタ装置によれば、重力方向に対して略平行な断面に対して略垂直方向（即ち、ほぼ水平方向）を回転軸として真空容器自体を回転させることで微粒子自体を回転させ攪拌でき、更に真空容器の内部の断面形状を多角形とすることにより、微粒子を重力により定期的に落下させることが可能となる。このため、攪拌効率を飛躍的に向上させることができ、微粒子を扱う時にしばしば問題となる水分や静電気力による微粒子の凝集を防ぐことができる。つまり回転により攪拌と、凝集した微粒子の粉砕を同時かつ効果的に行うことができる。したがって、粒径の非常に小さい微粒子に該微粒子より粒径が更に小さい超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。また、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さい。
【０００９】
また、本発明に係る多角バレルスパッタ装置においては、前記真空容器に振動を加えるバイブレータをさらに具備することも可能である。これにより、微粒子を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る多角バレルスパッタ装置においては、前記真空容器内の微粒子を加熱するためのヒータをさらに具備することも可能である。例えば、真空容器の内部を真空にする際、ヒータで真空容器を加熱することにより、該真空容器内及び微粒子表面に吸着した水分を気化させ排気することができる。したがって、微粒子を扱う時に問題となる水を真空容器内から除去することができるため、微粒子の凝集をより効果的に防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明に係る多角バレルスパッタ装置においては、前記真空容器内に収容された棒状部材をさらに具備し、前記棒状部材は、前記真空容器を回転させた際に微粒子に振動を与えて攪拌あるいは回転を促進することも可能である。また棒状部材は微粒子凝集体の機械的粉砕にも効果的である。ここでの棒状部材は、微粒子に振動を与えるものであれば種々のものを用いることが可能であり、ネジも含まれる。
【００１２】
本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器内に微粒子を収容し、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【００１３】
上記多角バレルスパッタ方法によれば、重力方向に対して略平行な断面に対して略垂直方向（即ち、ほぼ水平方向）を回転軸として真空容器自体を回転させることで微粒子を攪拌あるいは回転させ、更に真空容器の内部の断面形状を多角形とすることにより、微粒子を重力により定期的に落下させることができる。このため、攪拌効率を飛躍的に向上させることができ、微粒子を扱う時にしばしば問題となる水分や静電気力による微粒子の凝集を防ぐことができる。つまり回転により攪拌と、凝集した微粒子の粉砕を同時かつ効果的に行うことができる。したがって、粒径の非常に小さい微粒子に該微粒子より粒径が更に小さい超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。また、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さい。
【００１４】
本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記微粒子に振動を加えると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記真空容器を加熱すると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る被覆微粒子は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る被覆微粒子は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させると共に前記微粒子に振動を加えながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る被覆微粒子は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を加熱すると共に、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る被覆微粒子においては、前記超微粒子又は薄膜は、高分子材料、無機材料、金属材料、合金材料及び炭素材料のうちのいずれか一の材料からなることも可能である。例えば、フラーレン、ナノチューブ、ダイヤモンド、活性炭を代表とする炭素材料を用いることも可能である。
【００２０】
また、本発明に係る被覆微粒子においては、前記微粒子がセラミックスからなり、前記超微粒子又は薄膜が触媒性物質、電気化学触媒性物質、光機能性物質、磁気機能性物質及び電気・電子機能性物質のうちのいずれか一の物質からなることも可能である。前記光機能性物質には例えば化粧品、塗料等が含まれる。
また、例えば、Ａｌ２Ｏ３粉末にＰｔ又はＰｄを被覆した場合、Ｐｔバルク又はＰｄバルクと同等の触媒特性や電極特性を有する被覆微粒子とすることができる。
【００２１】
また、本発明に係る被覆微粒子においては、前記微粒子が高分子材料、有機材料、金属材料、無機材料及び炭素材料のうちのいずれか一の材料からなることも可能である。
なお、前記微粒子の粒径は５μｍ以下であることが好ましいが、勿論、粒径が５μｍ以上の微粒子にも本発明を適用することが可能である。
また、例えば、高分子粉末にＰｔを被覆した場合、高分子粉末に導電性を与えることができる。また、被覆微粒子は液晶表示パネルに使用する導電性スペーサーに適用することも可能である。
【００２２】
本発明に係るマイクロカプセルの製造方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器内に微粒子を収容し、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とする。
なお、微粒子を取り除く際は、溶解、気化等の方法を利用することが好ましい。
【００２３】
本発明に係るマイクロカプセルの製造方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記微粒子に振動を加えると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るマイクロカプセルの製造方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記真空容器を加熱すると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るマイクロカプセルは、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るマイクロカプセルは、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させると共に前記微粒子に振動を加えながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係るマイクロカプセルは、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を加熱すると共に、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る実施の形態による多角バレルスパッタ装置の概略を示す構成図である。この多角バレルスパッタ装置は、微粒子（粉体）の表面に、該微粒子より粒径の小さい超微粒子（ここでの超微粒子とは微粒子より粒径の小さい微粒子をいう）又は薄膜を被覆させるための装置である。
【００２９】
多角バレルスパッタ装置は、微粒子（粉体試料）３に超微粒子又は薄膜を被覆させる真空容器１を有しており、この真空容器１は直径２００ｍｍの円筒部１ａとその内部に設置された断面が六角形のバレル（六角型バレル）１ｂとを備えている。ここで示す断面は、重力方向に対して略平行な断面である。なお、本実施の形態では、六角形のバレル１ｂを用いているが、これに限定されるものではなく、六角形以外の多角形のバレルを用いることも可能である。
【００３０】
真空容器１には回転機構（図示せず）が設けられており、この回転機構により六角型バレル１ｂを矢印のように回転させることで該六角型バレル１ｂ内の微粒子（粉体試料）３を攪拌あるいは回転させながら被覆処理を行うものである。前記回転機構により六角型バレルを回転させる際の回転軸は、ほぼ水平方向（重力方向に対して垂直方向）に平行な軸である。また、真空容器１内には円筒の中心軸上にＰｔからなるスパッタリングターゲット２が配置されており、このターゲット２は角度を自由に変えられるように構成されている。これにより、六角型バレル１ｂを回転させながら被覆処理を行う時、ターゲット２を粉体試料３の位置する方向に向けることができ、それによってスパッタ効率を上げることが可能となる。なお、本実施の形態では、Ｐｔターゲットを用いているが、Ｐｔ以外の材料（例えばＰｄ、Ｎｉ等）を微粒子に被覆することも可能であり、その場合は被覆する材料からなるターゲットを用いることとなる。
【００３１】
真空容器１には配管４の一端が接続されており、この配管４の他端には第１バルブ１２の一方側が接続されている。第１バルブ１２の他方側は配管５の一端が接続されており、配管５の他端はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１０の吸気側に接続されている。ターボ分子ポンプ１０の排気側は配管６の一端に接続されており、配管６の他端は第２バルブ１３の一方側に接続されている。第２バルブ１３の他方側は配管７の一端に接続されており、配管７の他端はポンプ（ＲＰ）１１に接続されている。また、配管４は配管８の一端に接続されており、配管８の他端は第３バルブ１４の一方側に接続されている。第３バルブ１４の他方側は配管９の一端に接続されており、配管９の他端は配管７に接続されている。
【００３２】
本装置は、真空容器１内の粉体試料３を加熱するためのヒータ１７を備えている。また、本装置は、真空容器１内の粉体試料３に振動を加えるためのバイブレータ１８を備えている。また、本装置は、真空容器１の内部圧力を測定する圧力計１９を備えている。また、本装置は、真空容器１内に窒素ガスを導入する窒素ガス導入機構１５を備えていると共に真空容器１内にアルゴンガスを導入するアルゴンガス導入機構１６を備えている。また、本装置は、ターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加する高周波印加機構（図示せず）を備えている。
【００３３】
次に、上記多角バレルスパッタ装置を用いて微粒子３に超微粒子又は薄膜を被覆する多角バレルスパッタ方法について説明する。
まず、六角型バレル１ｂ内に約６グラムの粉体試料３を導入する。この粉体試料３としては１２０ ｍｅｓｈの大きさのα−Ａｌ２Ｏ３（ニラコ，純度９９．９％）粉体を用いた。また、ターゲット２にはＰｔを用いた。なお、本実施の形態では、Ａｌ２Ｏ３粉体を用いているが、これに限定されるものではなく、他の材料からなる粉体を用いることも可能である。本多角バレルスパッタ方法を用いれば、幅広い材料粉体に超微粒子又は薄膜を被覆することが可能である。
【００３４】
次いで、ターボ分子ポンプ１０を用いて六角型バレル１ｂ内に高真空状態を作り、ヒータ１７で六角型バレルを２００℃まで加熱しながら、六角型バレル内を５×１０−４Ｐａに減圧した。その後、アルゴンガス供給機構１６又は窒素ガス供給機構１５によりアルゴン又は窒素などの不活性ガスを六角型バレル１ｂ内に導入する。この際の六角型バレル内の圧力は２Ｐａ程度である。場合によっては酸素と水素の混合ガスを六角型バレル１ｂ内に導入しても良い。そして、回転機構により六角型バレル１ｂを１００ Ｗで３０分間、２０ｒｐｍで回転させることで、六角型バレル１ｂ内の粉体試料３を回転させ、攪拌させる。その際、ターゲットは粉体試料の位置する方向に向けられる。その後、高周波印加機構によりターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加することで、粉体試料３の表面にＰｔをスパッタリングする。このようにして微粒子３の表面に超微粒子又は薄膜を被覆することができる。
【００３５】
上記実施の形態によれば、六角型バレル自体を回転させることで粉体自体を回転させ攪拌でき、更にバレルを六角型とすることにより、粉体を重力により定期的に落下させることができる。このため、攪拌効率を飛躍的に向上させることができ、粉体を扱う時にしばしば問題となる水分や静電気力による粉体の凝集を防ぐことができる。つまり回転により攪拌と、凝集した粉体の粉砕を同時かつ効果的に行うことができる。したがって、粒径の非常に小さい微粒子に該微粒子より粒径が更に小さい超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。具体的には、粒径が５μｍ以下の微粒子に超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。
【００３６】
また、本実施の形態では、真空容器１の外側にヒータ１７を取り付けており、このヒータ１７により六角型バレル１ｂを２００℃まで加熱することができる。このため、真空容器１の内部を真空にする際、ヒータ１７で六角型バレルを加熱することにより、該六角型バレル内の水分を気化させ排気することができる。したがって、粉体を扱う時に問題となる水を六角型バレル内から除去することができるため、粉体の凝集をより効果的に防ぐことができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、真空容器１の外側にバイブレータ１８を取り付けており、このバイブレータ１８により六角型バレル内の粉体３に振動を加えることができる。これにより、粉体を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態では、多角バレルスパッタ方法により粉体試料３の表面に微粒子を被覆しているため、従来技術のめっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さくできるという利点がある。
【００３９】
尚、上記実施の形態では、バイブレータ１８により六角型バレル内の粉体３に振動を加えているが、バイブレータ１８の代わりに、又は、バイブレータ１８に加えて、六角型バレル内に棒状部材を収容した状態で該六角型バレルを回転させることにより、粉体３に振動を加えることも可能である。これにより、粉体を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
【００４０】
次に、上記多角バレルスパッタ方法によりＡｌ２Ｏ３粉体表面にＰｔの超微粒子を修飾した試料（被覆微粒子）の電子顕微鏡観察の結果及び電気化学的挙動について説明する。
【００４１】
図２（Ａ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を示す写真である。
図２（Ａ）に示すように、スパッタリング前のＡｌ２Ｏ３粉体は白く透明感があるが、スパッタリング後の被覆微粒子は明らかに金属光沢を有していることがわかる。また、スパッタリング後の被覆微粒子には白色の粒子が認められないことから、全ての粒子にほぼ均一なＰｔが被覆していると考えられる。
【００４２】
図２（Ｂ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を光学顕微鏡で撮影した写真である。
両者とも光沢のある平面とエッジがある粒子である。図２（Ｂ）中の左のスパッタリング前の粒子は透明であるのに対し、図２（Ｂ）中の右のスパッタリング後の粒子は、全面に金属光沢が確認される。さらに粒子の隅々まで一様に金属光沢をていし、粉体表面（微粒子表面）に均一な膜が形成されているように見える。
【００４３】
そこで被覆したＰｔの形態を調べる為に粉体表面をＳＥＭ（倍率５００倍）により観察した。この観察結果を図３に示す。
図３（Ａ）は、Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５００倍）である。図３（Ａ）において、粒子は四角柱で平坦な面と鋭角なエッジからなっている。ただ断面には一部凹凸が認められる。
【００４４】
Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子をＥＤＳにより元素分析した。この分析結果を図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図３（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、図３（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。図３（Ｂ）、（Ｃ）において、元素の表面濃度は青色と白色の濃さで表されている。
【００４５】
図３（Ｂ）によれば、Ａｌ元素は粒子全体にわたって均一に分布していることが分かる。なお、粒子側面のＡｌ元素の濃度が薄いのは、面が傾いている為であると推測される。一方、図３（Ｃ）によれば、Ｐｔ元素はＡｌ元素ほど濃くはないが、やはり粒子全体に均一に検出されている。
【００４６】
さらに粒子表面上に被覆したＰｔの形態を詳しく調べる為に、更に高倍率（５０００倍）で試料表面を観察した。この観察結果を図４に示す。
図４（Ａ）は、Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５０００倍）である。図４（Ａ）のＳＥＭ写真において左側のコントラストの明るい方が粒子表面である。写真より粒子の表面は極めて平坦であることがわかる。なお、直径１μｍ以下の微粒子が表面に数個認められるが、これについては後述する。
【００４７】
Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子をＥＤＳにより元素分析した。この分析結果を図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図４（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、図４（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。
【００４８】
図４（Ｂ）によれば、Ａｌは粒子表面の形状と同じ様に均一に分布していることがわかる。図４（Ｃ）によれば、ＰｔはＡｌに比べると色が薄いものの、粒子表面に均一に分布しているといえる。また粒子のエッジ部分の先端までＰｔが被覆されていることがわかる。
【００４９】
以上の結果より粉体表面に修飾したＰｔは島状ではなく膜として粉体表面を被覆されていることが明らかとなった。なお前述した表面に存在する微粒子について、スポットによる元素分析の結果ＰｔやＡｌではないことから、電子顕微鏡試料調製の過程で混入した塵であると推測される。この結果は調製した他の幾つかの粒子を観察しても同様の結果を得ており、粉体の全粒子が均一なＰｔ膜で覆われたと言える。
【００５０】
次に被覆されたＰｔ被膜の電気化学特性を調べる為に、サイクリックボルタンメトリーＣＶの測定を行った。このＣＶの測定は、対極にＰｔ線、参照極に飽和カロメル電極を用い、１Ｎ硫酸（Ｈ２ＳＯ４）中で３間極系により行った。動作極は以下の様に作製した。
【００５１】
まずスパッタリング法で調製した粉体をカーボンフェルト上に置き、ろ紙を重ねた。それを対極と一緒にアクリル板で挟み、端子としてカーボンシートをカーボンフェルトの先端に重ねて挟んだ。その後、一端を硫酸に接触させて測定した。ポテンショスタットにはＳＥＩＫＯ ＥＧ＆Ｇ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＭｏｄｅｌ２６３Ａを使用した。電位走査速度は２０ ｍＶ／ｓｅｃ、初期電位は開路電位に取り、−２４０ ｍＶから１２００ ｍＶの間で測定を行った。
【００５２】
ＣＶの測定結果を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）は、１Ｎ、Ｈ２ＳＯ４におけるＰｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子の電流・電位曲線を示す図である。なお、比較のために１φのＰｔディスク電極の同一溶液中でのＣＶを図５（Ｂ）に示した。
【００５３】
両者のＣＶ共に水素吸着・脱着に伴なうピークが−５０ｍＶ及び−１５０ｍＶｖｓ ＳＣＥ付近に認められる。更に水素発生に起因するカソード電流の増加が−２５０ｍＶ付近に認められる。さらに酸素発生に起因するアノード電流の立ち上がりが＋１１００ｍＶ付近から認められると共に、Ｐｔ表面に生成したＰｔＯの還元に基づくピークが＋５００ｍＶに見られる。以上の結果より、今回調製したＡｌ２Ｏ３上のＰｔ被膜は、バルクＰｔと同等な電気化学特性を有することが確認された。
【００５４】
以上の事から、前記多角バレルスパッタ装置を用いることで、Ａｌ２Ｏ３粒子表面に均一なＰｔ膜を作成することが可能となり、また被覆したＰｔの電気化学特性はバルクＰｔと同等であり、前記多角バレルスパッタ装置は他の無機粒子、高分子粒体、さらにはイオン結晶等の表面被覆法（表面修飾法）として極めて有用であることが確認された。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態によるマイクロカプセルについて説明する。このマイクロカプセルは、医薬としてのドラッグデリバリーに利用できるものである。
【００５６】
図１に示す多角バレルスパッタ装置を用いて、前記多角バレルスパッタ方法により微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させる。この際、超微粒子又は薄膜の材料はマイクロカプセルとして使用する場合に適したものを用いる。
【００５７】
この後、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている微粒子を溶解、気化等を利用して取り除く。これにより、被覆した超微粒子又は薄膜の内部を中空とすることができる。従って、被覆した微粒子又は薄膜からなるマイクロカプセルを調製することができる。
【００５８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、微粒子に薄膜を成膜する成膜条件を適宜変更することも可能である。また、前記超微粒子又は薄膜の材料としては、高分子材料、無機材料、金属材料、合金材料又は炭素材料を用いることも可能である。また、前記微粒子がセラミックスからなる場合、前記超微粒子又は薄膜の材料として触媒性物質、電気化学触媒性物質、光機能性物質（化粧品、塗料等を含む）、磁気機能性物質又は電気・電子機能性物質を用いることも可能である。また、前記微粒子の材料としては高分子材料、有機材料、金属材料、無機材料又は炭素材料を用いることも可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態による多角バレルスパッタ装置の概略を示す構成図である。
【図２】（Ａ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を示す写真であり、（Ｂ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を光学顕微鏡で撮影した写真である。
【図３】Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５００倍）であり、（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。
【図４】（Ａ）は、Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５０００倍）であり、（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。
【図５】（Ａ）は、１Ｎ、Ｈ２ＳＯ４におけるＰｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子の電流・電位曲線を示す図であり、（Ｂ）は、１φのＰｔディスク電極の同一溶液中でのＣＶを示す図である。
【符号の説明】
１…真空容器
１ａ…円筒部
１ｂ…六角型バレル
２…ターゲット
３…微粒子（粉体試料）
４〜９…配管
１０…ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
１１…ポンプ（ＲＰ）
１２〜１４…第１〜第３バルブ
１５…窒素ガス導入機構
１６…アルゴンガス導入機構
１７…ヒータ
１８…バイブレータ
１９…圧力計
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆するための多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体は基礎的にも応用としても非常に魅力的な試料であり、現在様々な分野で利用されている。例えば粉体のきめの細かさを利用して、化粧品のファンデーションに使われたり、フェライトの微粒子は単一磁区を形成する為に磁気テープに塗布する磁性体として利用されている。また粉体の特性にその表面積の大きさがあるが、それを利用した微粒子触媒が作られてもいる。このように非常に可能性の大きい材料である為、更に粉体表面に機能性材料を修飾させ、高機能、新機能を発現させる新材料開発技術が求められている。
【０００３】
現在使われている例として、上述のフェライト微粒子の保磁力を大きくする目的でＣｏ膜で被覆することが挙げられる。しかしながら粉体表面に修飾する技術は、粉体の取扱が難しいことや個々の粉体微粒子全面を均一に修飾することが難しいことなどから、あまり開発が進んでいない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在利用されている方法は、置換めっき法、電解めっき法、化学蒸着法、真空蒸着法などが挙げられる。しかし、めっき法は毒性の強い廃液を処理する必要があり、環境に対する負荷が非常に大きい。化学蒸着法は物質によりプロセスが複雑になる為、使用条件が制限される。真空蒸着法はすべての面を均一に成膜することが難しい。このように現在までの粉体修飾法ではデザインした粉体材料が作れない。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、物理蒸着法の一つであるスパッタリング法に注目した。この方法も粉体全体に均一に微粒子を被覆することが難しいが、担体を選ばない、金属から無機物までを粉体表面に修飾できる、環境負荷が小さい、等々の理由から非常に汎用性が高いと考えられる。そこで、今回我々は多角バレルスパッタリング法を発明した。この方法は粉体の入っている多角バレルを回転させることで粉体を攪拌あるいは回転させ、粉体表面を均一に修飾する方法である。
【０００７】
以下、具体的に説明する。
本発明に係る多角バレルスパッタ装置は、微粒子を収容する真空容器であって重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器と、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させる回転機構と、前記真空容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、を具備し、前記回転機構を用いて前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【０００８】
上記多角バレルスパッタ装置によれば、重力方向に対して略平行な断面に対して略垂直方向（即ち、ほぼ水平方向）を回転軸として真空容器自体を回転させることで微粒子自体を回転させ攪拌でき、更に真空容器の内部の断面形状を多角形とすることにより、微粒子を重力により定期的に落下させることが可能となる。このため、攪拌効率を飛躍的に向上させることができ、微粒子を扱う時にしばしば問題となる水分や静電気力による微粒子の凝集を防ぐことができる。つまり回転により攪拌と、凝集した微粒子の粉砕を同時かつ効果的に行うことができる。したがって、粒径の非常に小さい微粒子に該微粒子より粒径が更に小さい超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。また、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さい。
【０００９】
また、本発明に係る多角バレルスパッタ装置においては、前記真空容器に振動を加えるバイブレータをさらに具備することも可能である。これにより、微粒子を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る多角バレルスパッタ装置においては、前記真空容器内の微粒子を加熱するためのヒータをさらに具備することも可能である。例えば、真空容器の内部を真空にする際、ヒータで真空容器を加熱することにより、該真空容器内及び微粒子表面に吸着した水分を気化させ排気することができる。したがって、微粒子を扱う時に問題となる水を真空容器内から除去することができるため、微粒子の凝集をより効果的に防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明に係る多角バレルスパッタ装置においては、前記真空容器内に収容された棒状部材をさらに具備し、前記棒状部材は、前記真空容器を回転させた際に微粒子に振動を与えて攪拌あるいは回転を促進することも可能である。また棒状部材は微粒子凝集体の機械的粉砕にも効果的である。ここでの棒状部材は、微粒子に振動を与えるものであれば種々のものを用いることが可能であり、ネジも含まれる。
【００１２】
本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器内に微粒子を収容し、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【００１３】
上記多角バレルスパッタ方法によれば、重力方向に対して略平行な断面に対して略垂直方向（即ち、ほぼ水平方向）を回転軸として真空容器自体を回転させることで微粒子を攪拌あるいは回転させ、更に真空容器の内部の断面形状を多角形とすることにより、微粒子を重力により定期的に落下させることができる。このため、攪拌効率を飛躍的に向上させることができ、微粒子を扱う時にしばしば問題となる水分や静電気力による微粒子の凝集を防ぐことができる。つまり回転により攪拌と、凝集した微粒子の粉砕を同時かつ効果的に行うことができる。したがって、粒径の非常に小さい微粒子に該微粒子より粒径が更に小さい超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。また、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さい。
【００１４】
本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記微粒子に振動を加えると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る多角バレルスパッタ方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記真空容器を加熱すると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る被覆微粒子は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る被覆微粒子は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させると共に前記微粒子に振動を加えながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る被覆微粒子は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を加熱すると共に、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る被覆微粒子においては、前記超微粒子又は薄膜は、高分子材料、無機材料、金属材料、合金材料及び炭素材料のうちのいずれか一の材料からなることも可能である。例えば、フラーレン、ナノチューブ、ダイヤモンド、活性炭を代表とする炭素材料を用いることも可能である。
【００２０】
また、本発明に係る被覆微粒子においては、前記微粒子がセラミックスからなり、前記超微粒子又は薄膜が触媒性物質、電気化学触媒性物質、光機能性物質、磁気機能性物質及び電気・電子機能性物質のうちのいずれか一の物質からなることも可能である。前記光機能性物質には例えば化粧品、塗料等が含まれる。
また、例えば、Ａｌ２Ｏ３粉末にＰｔ又はＰｄを被覆した場合、Ｐｔバルク又はＰｄバルクと同等の触媒特性や電極特性を有する被覆微粒子とすることができる。
【００２１】
また、本発明に係る被覆微粒子においては、前記微粒子が高分子材料、有機材料、金属材料、無機材料及び炭素材料のうちのいずれか一の材料からなることも可能である。
なお、前記微粒子の粒径は５μｍ以下であることが好ましいが、勿論、粒径が５μｍ以上の微粒子にも本発明を適用することが可能である。
また、例えば、高分子粉末にＰｔを被覆した場合、高分子粉末に導電性を与えることができる。また、被覆微粒子は液晶表示パネルに使用する導電性スペーサーに適用することも可能である。
【００２２】
本発明に係るマイクロカプセルの製造方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器内に微粒子を収容し、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とする。
なお、微粒子を取り除く際は、溶解、気化等の方法を利用することが好ましい。
【００２３】
本発明に係るマイクロカプセルの製造方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記微粒子に振動を加えると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るマイクロカプセルの製造方法は、内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、前記真空容器を加熱すると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るマイクロカプセルは、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るマイクロカプセルは、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させると共に前記微粒子に振動を加えながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係るマイクロカプセルは、内部の断面形状が多角形を有する真空容器を加熱すると共に、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る実施の形態による多角バレルスパッタ装置の概略を示す構成図である。この多角バレルスパッタ装置は、微粒子（粉体）の表面に、該微粒子より粒径の小さい超微粒子（ここでの超微粒子とは微粒子より粒径の小さい微粒子をいう）又は薄膜を被覆させるための装置である。
【００２９】
多角バレルスパッタ装置は、微粒子（粉体試料）３に超微粒子又は薄膜を被覆させる真空容器１を有しており、この真空容器１は直径２００ｍｍの円筒部１ａとその内部に設置された断面が六角形のバレル（六角型バレル）１ｂとを備えている。ここで示す断面は、重力方向に対して略平行な断面である。なお、本実施の形態では、六角形のバレル１ｂを用いているが、これに限定されるものではなく、六角形以外の多角形のバレルを用いることも可能である。
【００３０】
真空容器１には回転機構（図示せず）が設けられており、この回転機構により六角型バレル１ｂを矢印のように回転させることで該六角型バレル１ｂ内の微粒子（粉体試料）３を攪拌あるいは回転させながら被覆処理を行うものである。前記回転機構により六角型バレルを回転させる際の回転軸は、ほぼ水平方向（重力方向に対して垂直方向）に平行な軸である。また、真空容器１内には円筒の中心軸上にＰｔからなるスパッタリングターゲット２が配置されており、このターゲット２は角度を自由に変えられるように構成されている。これにより、六角型バレル１ｂを回転させながら被覆処理を行う時、ターゲット２を粉体試料３の位置する方向に向けることができ、それによってスパッタ効率を上げることが可能となる。なお、本実施の形態では、Ｐｔターゲットを用いているが、Ｐｔ以外の材料（例えばＰｄ、Ｎｉ等）を微粒子に被覆することも可能であり、その場合は被覆する材料からなるターゲットを用いることとなる。
【００３１】
真空容器１には配管４の一端が接続されており、この配管４の他端には第１バルブ１２の一方側が接続されている。第１バルブ１２の他方側は配管５の一端が接続されており、配管５の他端はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１０の吸気側に接続されている。ターボ分子ポンプ１０の排気側は配管６の一端に接続されており、配管６の他端は第２バルブ１３の一方側に接続されている。第２バルブ１３の他方側は配管７の一端に接続されており、配管７の他端はポンプ（ＲＰ）１１に接続されている。また、配管４は配管８の一端に接続されており、配管８の他端は第３バルブ１４の一方側に接続されている。第３バルブ１４の他方側は配管９の一端に接続されており、配管９の他端は配管７に接続されている。
【００３２】
本装置は、真空容器１内の粉体試料３を加熱するためのヒータ１７を備えている。また、本装置は、真空容器１内の粉体試料３に振動を加えるためのバイブレータ１８を備えている。また、本装置は、真空容器１の内部圧力を測定する圧力計１９を備えている。また、本装置は、真空容器１内に窒素ガスを導入する窒素ガス導入機構１５を備えていると共に真空容器１内にアルゴンガスを導入するアルゴンガス導入機構１６を備えている。また、本装置は、ターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加する高周波印加機構（図示せず）を備えている。
【００３３】
次に、上記多角バレルスパッタ装置を用いて微粒子３に超微粒子又は薄膜を被覆する多角バレルスパッタ方法について説明する。
まず、六角型バレル１ｂ内に約６グラムの粉体試料３を導入する。この粉体試料３としては１２０ ｍｅｓｈの大きさのα−Ａｌ２Ｏ３（ニラコ，純度９９．９％）粉体を用いた。また、ターゲット２にはＰｔを用いた。なお、本実施の形態では、Ａｌ２Ｏ３粉体を用いているが、これに限定されるものではなく、他の材料からなる粉体を用いることも可能である。本多角バレルスパッタ方法を用いれば、幅広い材料粉体に超微粒子又は薄膜を被覆することが可能である。
【００３４】
次いで、ターボ分子ポンプ１０を用いて六角型バレル１ｂ内に高真空状態を作り、ヒータ１７で六角型バレルを２００℃まで加熱しながら、六角型バレル内を５×１０−４Ｐａに減圧した。その後、アルゴンガス供給機構１６又は窒素ガス供給機構１５によりアルゴン又は窒素などの不活性ガスを六角型バレル１ｂ内に導入する。この際の六角型バレル内の圧力は２Ｐａ程度である。場合によっては酸素と水素の混合ガスを六角型バレル１ｂ内に導入しても良い。そして、回転機構により六角型バレル１ｂを１００ Ｗで３０分間、２０ｒｐｍで回転させることで、六角型バレル１ｂ内の粉体試料３を回転させ、攪拌させる。その際、ターゲットは粉体試料の位置する方向に向けられる。その後、高周波印加機構によりターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加することで、粉体試料３の表面にＰｔをスパッタリングする。このようにして微粒子３の表面に超微粒子又は薄膜を被覆することができる。
【００３５】
上記実施の形態によれば、六角型バレル自体を回転させることで粉体自体を回転させ攪拌でき、更にバレルを六角型とすることにより、粉体を重力により定期的に落下させることができる。このため、攪拌効率を飛躍的に向上させることができ、粉体を扱う時にしばしば問題となる水分や静電気力による粉体の凝集を防ぐことができる。つまり回転により攪拌と、凝集した粉体の粉砕を同時かつ効果的に行うことができる。したがって、粒径の非常に小さい微粒子に該微粒子より粒径が更に小さい超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。具体的には、粒径が５μｍ以下の微粒子に超微粒子又は薄膜を被覆することが可能となる。
【００３６】
また、本実施の形態では、真空容器１の外側にヒータ１７を取り付けており、このヒータ１７により六角型バレル１ｂを２００℃まで加熱することができる。このため、真空容器１の内部を真空にする際、ヒータ１７で六角型バレルを加熱することにより、該六角型バレル内の水分を気化させ排気することができる。したがって、粉体を扱う時に問題となる水を六角型バレル内から除去することができるため、粉体の凝集をより効果的に防ぐことができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、真空容器１の外側にバイブレータ１８を取り付けており、このバイブレータ１８により六角型バレル内の粉体３に振動を加えることができる。これにより、粉体を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態では、多角バレルスパッタ方法により粉体試料３の表面に微粒子を被覆しているため、従来技術のめっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さくできるという利点がある。
【００３９】
尚、上記実施の形態では、バイブレータ１８により六角型バレル内の粉体３に振動を加えているが、バイブレータ１８の代わりに、又は、バイブレータ１８に加えて、六角型バレル内に棒状部材を収容した状態で該六角型バレルを回転させることにより、粉体３に振動を加えることも可能である。これにより、粉体を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
【００４０】
次に、上記多角バレルスパッタ方法によりＡｌ２Ｏ３粉体表面にＰｔの超微粒子を修飾した試料（被覆微粒子）の電子顕微鏡観察の結果及び電気化学的挙動について説明する。
【００４１】
図２（Ａ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を示す写真である。
図２（Ａ）に示すように、スパッタリング前のＡｌ２Ｏ３粉体は白く透明感があるが、スパッタリング後の被覆微粒子は明らかに金属光沢を有していることがわかる。また、スパッタリング後の被覆微粒子には白色の粒子が認められないことから、全ての粒子にほぼ均一なＰｔが被覆していると考えられる。
【００４２】
図２（Ｂ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を光学顕微鏡で撮影した写真である。
両者とも光沢のある平面とエッジがある粒子である。図２（Ｂ）中の左のスパッタリング前の粒子は透明であるのに対し、図２（Ｂ）中の右のスパッタリング後の粒子は、全面に金属光沢が確認される。さらに粒子の隅々まで一様に金属光沢をていし、粉体表面（微粒子表面）に均一な膜が形成されているように見える。
【００４３】
そこで被覆したＰｔの形態を調べる為に粉体表面をＳＥＭ（倍率５００倍）により観察した。この観察結果を図３に示す。
図３（Ａ）は、Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５００倍）である。図３（Ａ）において、粒子は四角柱で平坦な面と鋭角なエッジからなっている。ただ断面には一部凹凸が認められる。
【００４４】
Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子をＥＤＳにより元素分析した。この分析結果を図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図３（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、図３（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。図３（Ｂ）、（Ｃ）において、元素の表面濃度は青色と白色の濃さで表されている。
【００４５】
図３（Ｂ）によれば、Ａｌ元素は粒子全体にわたって均一に分布していることが分かる。なお、粒子側面のＡｌ元素の濃度が薄いのは、面が傾いている為であると推測される。一方、図３（Ｃ）によれば、Ｐｔ元素はＡｌ元素ほど濃くはないが、やはり粒子全体に均一に検出されている。
【００４６】
さらに粒子表面上に被覆したＰｔの形態を詳しく調べる為に、更に高倍率（５０００倍）で試料表面を観察した。この観察結果を図４に示す。
図４（Ａ）は、Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５０００倍）である。図４（Ａ）のＳＥＭ写真において左側のコントラストの明るい方が粒子表面である。写真より粒子の表面は極めて平坦であることがわかる。なお、直径１μｍ以下の微粒子が表面に数個認められるが、これについては後述する。
【００４７】
Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子をＥＤＳにより元素分析した。この分析結果を図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図４（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、図４（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。
【００４８】
図４（Ｂ）によれば、Ａｌは粒子表面の形状と同じ様に均一に分布していることがわかる。図４（Ｃ）によれば、ＰｔはＡｌに比べると色が薄いものの、粒子表面に均一に分布しているといえる。また粒子のエッジ部分の先端までＰｔが被覆されていることがわかる。
【００４９】
以上の結果より粉体表面に修飾したＰｔは島状ではなく膜として粉体表面を被覆されていることが明らかとなった。なお前述した表面に存在する微粒子について、スポットによる元素分析の結果ＰｔやＡｌではないことから、電子顕微鏡試料調製の過程で混入した塵であると推測される。この結果は調製した他の幾つかの粒子を観察しても同様の結果を得ており、粉体の全粒子が均一なＰｔ膜で覆われたと言える。
【００５０】
次に被覆されたＰｔ被膜の電気化学特性を調べる為に、サイクリックボルタンメトリーＣＶの測定を行った。このＣＶの測定は、対極にＰｔ線、参照極に飽和カロメル電極を用い、１Ｎ硫酸（Ｈ２ＳＯ４）中で３間極系により行った。動作極は以下の様に作製した。
【００５１】
まずスパッタリング法で調製した粉体をカーボンフェルト上に置き、ろ紙を重ねた。それを対極と一緒にアクリル板で挟み、端子としてカーボンシートをカーボンフェルトの先端に重ねて挟んだ。その後、一端を硫酸に接触させて測定した。ポテンショスタットにはＳＥＩＫＯ ＥＧ＆Ｇ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＭｏｄｅｌ２６３Ａを使用した。電位走査速度は２０ ｍＶ／ｓｅｃ、初期電位は開路電位に取り、−２４０ ｍＶから１２００ ｍＶの間で測定を行った。
【００５２】
ＣＶの測定結果を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）は、１Ｎ、Ｈ２ＳＯ４におけるＰｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子の電流・電位曲線を示す図である。なお、比較のために１φのＰｔディスク電極の同一溶液中でのＣＶを図５（Ｂ）に示した。
【００５３】
両者のＣＶ共に水素吸着・脱着に伴なうピークが−５０ｍＶ及び−１５０ｍＶｖｓ ＳＣＥ付近に認められる。更に水素発生に起因するカソード電流の増加が−２５０ｍＶ付近に認められる。さらに酸素発生に起因するアノード電流の立ち上がりが＋１１００ｍＶ付近から認められると共に、Ｐｔ表面に生成したＰｔＯの還元に基づくピークが＋５００ｍＶに見られる。以上の結果より、今回調製したＡｌ２Ｏ３上のＰｔ被膜は、バルクＰｔと同等な電気化学特性を有することが確認された。
【００５４】
以上の事から、前記多角バレルスパッタ装置を用いることで、Ａｌ２Ｏ３粒子表面に均一なＰｔ膜を作成することが可能となり、また被覆したＰｔの電気化学特性はバルクＰｔと同等であり、前記多角バレルスパッタ装置は他の無機粒子、高分子粒体、さらにはイオン結晶等の表面被覆法（表面修飾法）として極めて有用であることが確認された。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態によるマイクロカプセルについて説明する。このマイクロカプセルは、医薬としてのドラッグデリバリーに利用できるものである。
【００５６】
図１に示す多角バレルスパッタ装置を用いて、前記多角バレルスパッタ方法により微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させる。この際、超微粒子又は薄膜の材料はマイクロカプセルとして使用する場合に適したものを用いる。
【００５７】
この後、前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている微粒子を溶解、気化等を利用して取り除く。これにより、被覆した超微粒子又は薄膜の内部を中空とすることができる。従って、被覆した微粒子又は薄膜からなるマイクロカプセルを調製することができる。
【００５８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、微粒子に薄膜を成膜する成膜条件を適宜変更することも可能である。また、前記超微粒子又は薄膜の材料としては、高分子材料、無機材料、金属材料、合金材料又は炭素材料を用いることも可能である。また、前記微粒子がセラミックスからなる場合、前記超微粒子又は薄膜の材料として触媒性物質、電気化学触媒性物質、光機能性物質（化粧品、塗料等を含む）、磁気機能性物質又は電気・電子機能性物質を用いることも可能である。また、前記微粒子の材料としては高分子材料、有機材料、金属材料、無機材料又は炭素材料を用いることも可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい多角バレルスパッタ装置、多角バレルスパッタ方法及びそれにより形成された被覆微粒子、マイクロカプセル及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態による多角バレルスパッタ装置の概略を示す構成図である。
【図２】（Ａ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を示す写真であり、（Ｂ）は、スパッタリング前の微粒子（粉体試料）とスパッタリング後の被覆微粒子を光学顕微鏡で撮影した写真である。
【図３】Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５００倍）であり、（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。
【図４】（Ａ）は、Ｐｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子のＳＥＭ写真（倍率５０００倍）であり、（Ｂ）は、ＥＤＳによるＡｌの元素マッピングを示す図であり、（Ｃ）は、ＥＤＳによるＰｔの元素マッピングを示す図である。
【図５】（Ａ）は、１Ｎ、Ｈ２ＳＯ４におけるＰｔ被覆したＡｌ２Ｏ３微粒子の電流・電位曲線を示す図であり、（Ｂ）は、１φのＰｔディスク電極の同一溶液中でのＣＶを示す図である。
【符号の説明】
１…真空容器
１ａ…円筒部
１ｂ…六角型バレル
２…ターゲット
３…微粒子（粉体試料）
４〜９…配管
１０…ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
１１…ポンプ（ＲＰ）
１２〜１４…第１〜第３バルブ
１５…窒素ガス導入機構
１６…アルゴンガス導入機構
１７…ヒータ
１８…バイブレータ
１９…圧力計
Claims (19)
- 微粒子を収容する真空容器であって重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させる回転機構と、
前記真空容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする多角バレルスパッタ装置。 - 前記真空容器に振動を加えるバイブレータをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の多角バレルスパッタ装置。
- 前記真空容器内の微粒子を加熱するためのヒータをさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の多角バレルスパッタ装置。
- 前記真空容器内に収容された棒状部材をさらに具備し、前記棒状部材は、前記真空容器を回転させた際に微粒子に振動を与えて攪拌あるいは回転を促進するものであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の多角バレルスパッタ装置。
- 重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器内に微粒子を収容し、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする多角バレルスパッタ方法。 - 内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、
前記微粒子に振動を加えると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする多角バレルスパッタ方法。 - 内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、
前記真空容器を加熱すると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆することを特徴とする多角バレルスパッタ方法。 - 内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする被覆微粒子。
- 内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させると共に前記微粒子に振動を加えながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする被覆微粒子。
- 内部の断面形状が多角形を有する真空容器を加熱すると共に、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆されたことを特徴とする被覆微粒子。
- 前記超微粒子又は薄膜は、高分子材料、無機材料、金属材料、合金材料及び炭素材料のうちのいずれか一の材料からなることを特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか一項に記載の被覆微粒子。
- 前記微粒子がセラミックスからなり、前記超微粒子又は薄膜が触媒性物質、電気化学触媒性物質、光機能性物質、磁気機能性物質及び電気・電子機能性物質のうちのいずれか一の物質からなることを特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか一項に記載の被覆微粒子。
- 前記微粒子が高分子材料、有機材料、金属材料、無機材料及び炭素材料のうちのいずれか一の材料からなることを特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか一項に記載の被覆微粒子。
- 重力方向に対して略平行な断面の内部形状が多角形である真空容器内に微粒子を収容し、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、
前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とするマイクロカプセルの製造方法。 - 内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、
前記微粒子に振動を加えると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、
前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とするマイクロカプセルの製造方法。 - 内部の断面形状が多角形を有する真空容器内に微粒子を収容し、
前記真空容器を加熱すると共に前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜を被覆させ、
前記被覆した超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子を取り除くことを特徴とするマイクロカプセルの製造方法。 - 内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とするマイクロカプセル。
- 内部の断面形状が多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させると共に前記微粒子に振動を加えながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とするマイクロカプセル。
- 内部の断面形状が多角形を有する真空容器を加熱すると共に、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記真空容器を回転させることにより、該真空容器内の微粒子を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、該微粒子の表面に該微粒子より粒径の小さい超微粒子又は薄膜が被覆され、この被覆された超微粒子又は薄膜の母体となっている前記微粒子が取り除かれたものであることを特徴とするマイクロカプセル。
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