JP2006082025A - 粉体のプラズマ処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉体の粒径にばらつきがあっても、粉体の個々の粒子を均一に処理することができる、粉体のプラズマ処理装置および方法を提供する。
【解決手段】 粉体のプラズマ処理装置１０は、誘電体管１２と、誘電体管１２内において管軸が鉛直成分を有する部分に間隔を設けて上下に配置され区切られた空間１１を形成する、粉体１を通過させずガスを通過させるフィルター１６，１７と、誘電体管１２の外周に配置されフィルター１６，１７間の領域の略全体に渡って対向する電極対２２，２４とを備える。誘電体管１２内に、下側のフィルター１７から上側のフィルター１６に向けてガスを流し、空間１１内に配置された粉体１を攪拌するようにしながら、電極対２２，２４間に放電を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉体のプラズマ処理装置および方法に関し、詳しくは、電極間に放電を発生させ、その放電を利用して粉体の表面の改質等を行う、粉体のプラズマ処理装置および方法に関する。

従来、電極間の放電を発生させ、粉体をプラズマ処理する技術が知られている。例えば、図２に示したように、鉛直に立てた絶縁性の配管３の外周に、交流電源５に接続された電極６，７を設け、配管３の下部から、矢印９ｂで示すように、フィルター４を介して希ガス等を通気し、粉体２を上下の電極６，７間のプラズマゾーン８へ導入し、矢印９ａで示すように上部へ移動させ、プラズマゾーン８を通過するときに粉体２をプラズマ処理する。

このような粉体のプラズマ処理に関して、特許文献１には、粉体を希ガス、もしくは希ガスおよび反応性ガスの混合ガスによって浮遊搬送し、搬送の過程でグロー放電領域を通過させて、粉体表面をプラズマ処理することが開示されている。

このような粉体のプラズマ処理において、粉体の個々の粒子を均一に処理することを目的とする次のような技術が提案されている。

特許文献２には、プラズマゾーンより上部の配管径を大きくし、プラズマゾーンより下部の配管径を小さくすることにより、プラズマゾーンを通過した粉体がプラズマゾーンの上部に達すると自重で落下し、プラズマゾーンより下部に戻ると再び持ち上げられ、プラズマゾーンの通過を繰り返すようにすることが開示されている。

特許文献３には、絶縁体管の下部に供給口を設け、プラズマゾーンを通過した粉体を捕集して供給口に戻すようにすることが開示されている。
特開平６−２２８７３９号公報 特公平７−６８３８２号公報 特開平７−３２８４２７号公報

特許文献２，３に開示された技術は、プラズマゾーンの通過を繰り返すことにより、粉体の個々の粒子を均一に処理しようとするものである。

しかし、粉体については粒径分布があり、破砕粒は特にばらつきが大きい。一定のガス流量を保ちながら粉体を流すと、粒径の小さいものは速度が速くなり、電極間のプラズマゾーンを通過する時間が短く、処理度が小さくなる。一方、粒径の大きいものは、速度が遅くなり、処理度は大きくなる。そのため、粉体全体のプラズマ処理に不均一が生じる。また、密度の異なる粉体の混合物についても、同様のことが起こる。

つまり、プラズマゾーンの通過を繰り返すだけでは、粉体の個々の粒子を均一に処理することができない。

本発明は、かかる実情に鑑み、粉体の粒径にばらつきがあっても、粉体の個々の粒子を均一に処理することができる、粉体のプラズマ処理装置および方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した粉体のプラズマ処理装置を提供する。

粉体のプラズマ処理装置は、誘電体管と、前記誘電体管内において管軸が鉛直成分を有する部分に間隔を設けて上下に配置され区切られた空間を形成する、粉体を通過させずガスを通過させるフィルターと、前記誘電体管の外周に配置され前記フィルター間の領域の略全体に渡って対向する電極対とを備える。前記誘電体管内に、下側の前記フィルターから上側の前記フィルターに向けてガスを流し、前記空間内に配置された前記粉体を攪拌するようにしながら、前記電極対間に放電を発生させる。

上記構成において、フィルターで区切られた空間に配置された粉体は、ガスの供給により流動化する。このとき、ガス供給部が下側のフィルター側から供給するガスは、粉体を浮遊させるのではなく、攪拌するように、すなわち粉体の粒子全体が動く状態に調整する。誘電体管の外周には上下のフィルター間の領域の略全体に渡って対向する電極対が配置され、上下のフィルター間の領域で放電が発生するので、フィルターで区切られた空間の略全体がプラズマゾーンになる。

このことにより、粒径の分布があり、万一、下部に大きな粒子がきても、プラズマゾーン内に存在するため、プラズマ処理が行われる。一方、粒径の小さいものが上部に集まったとしても、プラズマゾーン内にあり、下部層と同様、処理される。つまり、粉体の粒子全体を常にプラズマゾーンに閉じ込めているので、プラズマ処理の時間は粒径等にかかわらず同じである。したがって、粉体の個々の粒子をより均一に処理することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した粉体のプラズマ処理方法を提供する。

粉体のプラズマ処理方法は、誘電体管内において管軸が鉛直成分を有する部分に、粉体を通過させずガスを通過させるフィルターが間隔を設けて上下に配置されて区切られた空間に、前記粉体を配置する第１のステップと、前記誘電体管内に、下側の前記フィルターから上側の前記フィルターに向けて前記ガスを流して、前記空間内に配置した前記粉体を攪拌するとともに、前記誘電体管の外周に配置され前記フィルター間の領域の略全体に渡って対向する電極対間に放電を発生させる第２のステップとを備える。

上記方法によれば、フィルターで区切られた空間に配置された粉体は、ガスの供給により流動化する。このとき、下側のフィルター側から供給するガスは、粉体を浮遊させるのではなく、攪拌するように、すなわち粉体の粒子全体が動く状態に調整する。誘電体管の外周には上下のフィルター間の領域の略全体に渡って電極対が配置され、上下のフィルター間の領域で放電が発生するので、フィルターで区切られた空間の略全体がプラズマゾーンになる。

このことにより、粒径の分布があり、万一、下部に大きな粒子がきても、プラズマゾーン内に存在するため、プラズマ処理が行われる。一方、粒径の小さいものが上部に集まったとしても、プラズマゾーン内にあり、下部層と同様、処理される。つまり、粉体の粒子全体を常にプラズマゾーンに閉じ込めているので、プラズマ処理の時間は粒径等にかかわらず同じである。したがって、粉体の個々の粒子を均一に処理することができる。

本発明の粉体のプラズマ処理装置および方法は、粉体の粒径にばらつきがあっても、粉体の個々の粒子を均一に処理することができる。

以下、本発明の実施の形態として実施例を、図１を参照しながら説明する。

プラズマ処理装置１０は、大略、配管１２と、フィルター１６，１７と、電極対２２，２４を備える。プラズマ処理装置１０は、大気圧近傍の圧力下で用いることができるので特に好適であるが、減圧下や加圧下で用いてもよい。

配管１２は鉛直に配置される。配管１２には誘電体（例えば、耐熱ガラス）を用いる。配管の断面形状は、均一処理のためには長方形又は正方形が好ましいが、円形などであってもよい。

配管１２の上下端には蓋１４，１５を設け、下側の蓋１５に設けた開口１５ａから、矢印８０で示すようにガスを供給し、上側の蓋１４に設けた開口１４ａから、矢印８２で示すようにガスを排出する。

フィルター１６，１７は、配管１２の上部と下部に配置され、配管１２内にフィルター１６，１７で区切られた空間１１を形成する。この空間１１には、粉体１が配置される。フィルター１６，１７には、粉体１を通過させずガスを通過させるものを用いる。フィルター１６，１７は、例えば配管１２を分割し、分割した配管１２の間に挟み込むようにする。

電極対２２，２４は、配管１２の外周に配置される。電極対２２，２４には、パルス電源２０が接続される。電極対２２，２４は、フィルター１６，１７間の領域の略全体に渡って対向する。電極対２２，２４は、配管１２の断面形状に対応する形状とする。例えば、配管１２の断面が正方形又は長方形である場合には、電極対２２，２４は互いに平行な平板形状とする。この場合、配管１２内の空間１１にプラズマが均一に発生しやすく、均一処理が容易であるので好ましい。配管１２の断面が円形である場合には、半割れ筒状あるいは短冊状の１又は２以上の電極対を配管１２の円周方向に所定ピッチで交互に配置する。あるいは、リング状の複数の電極対を上下方向に所定ピッチで交互に配置する。

配管１２内の空間１１に配置してプラズマ処理する粉体１としては、例えば、シリカ等の無機材料、アクリル基、スチレン基等を有する有機材料、これらの複合物などである。

配管１２に供給する処理ガスには、例えば、ベースガスと反応性ガスとの混合ガスを用いる。ベースガスには、アルゴン、ヘリウムなど希ガスや、窒素を含めた不活性ガスなど、粉体１とは反応しないガスを用いる。反応性ガスには、酸素、ＮＨ_３、ＳＯ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、反応性モノマーなど、粉体１の表面に官能基を付与して何かしらの機能を与えるガスを用いる。反応性ガスを希釈する必要がなければ、ベースガスを用いなくてもよい。

次に、プラズマ処理装置１０を用いて粉体１をプラズマ処理する手順について説明する。

まず、配管１２内の空間１１に粉体１を配置する。このとき、粉体１は下側のフィルター１７上に層状に堆積し静止状態を保っている。

次に、配管１２の下側から処理ガスを供給する。処理ガスの供給を開始すると、粉体層は流動を開始する。処理ガスの流速を増していくと、粉体層の底部から気泡が発生する。さらに流速が増すと、層全体が塊状での上昇と落下・崩壊を繰り返すようになる。これは、スラッギングと呼ばれ、圧力が変動し、不均一な状態となる。粉体１は、流動化開始後、スラッギングまでの状態では、図１において矢印８４，８５で示すように、粉体１の粒子が上昇と下降を繰り返すので、粉体１を攪拌することができる。配管１２への処理ガスの供給は、このように粉体１を攪拌する状態となるように調節する。

なお、さらに流速が増すと、粉体粒子が浮遊・飛散し始める。このような状態では、粉体１は処理ガスとともに一方向（上側）に輸送され、粉体１は上側のフィルター１６に溜まってしまう。このような状態になれば、流速を落とすように調整する。すなわち、処理ガスの供給を減らす。

処理ガスの供給調整は、例えば、配管１２内の空間１１の下部における粉体１の状態を、外部からセンサやカメラなどで監視しながら行う。

処理ガスの供給と略同時に（多少、時間的に前後してもよい）、電極対２２，２４にパルス電源２０から高周波電圧を印加し、電極対２２，２４間で放電を発生させる。電極対２２，２４間の放電の形態は、グロー放電が均一処理のためには好ましいが、コロナ放電や誘電体バリア放電や沿面放電であってもよい。

放電により、配管１２内の空間１１の略全体に渡ってプラズマ（活性種、イオンなど）が発生する。配管１２内の空間１１に配置された粉体１は、このプラズマによって、表面の改質などのプラズマ処理がされる。

粉体１は、配管１２内の空間１１内に閉じ込められて攪拌され、空間１１には略全体に渡ってプラズマが存在するので、粉体１の個々の粒子を均一に処理することができる。

例えば、粉体１に粒径の分布があり、万一、下部に大きな粒子がきても、プラズマゾーン（配管１２内の空間１１）内に存在するため、プラズマ処理が行われる。一方、粒径の小さいものが上部に集まったとしても、プラズマゾーン内にあり、下部層と同様、処理される。粒子全体を常にプラズマゾーンに閉じ込めているので、プラズマ処理の時間は粒径等にかかわらず同じである。したがって、粉体１の個々の粒子を均一に処理することができる。

以上に説明したように、プラズマ処理装置１０は、粉体１の粒径にばらつきがあっても、粉体１の個々の粒子を均一に処理することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、実施例では配管１２を鉛直に配置しているが、粉体1を攪拌可能であれば、配管１２を斜めに傾けてもよい。この場合、配管１２は、空間１１を形成する部分以外において管軸方向は任意であり、例えば湾曲して水平部分があってもよい。

粉体のプラズマ処理装置の構成図である。（実施例） 粉体のプラズマ処理装置の構成図である。（従来例）

符号の説明

１ 粉体
１１ 空間
１２ 配管（誘電体管）
１６，１７ フィルター
２２，２４ 電極対

Claims (2)

1. 誘電体管と、
   前記誘電体管内において管軸が鉛直成分を有する部分に間隔を設けて上下に配置され区切られた空間を形成する、粉体を通過させずガスを通過させるフィルターと、
   前記誘電体管の外周に配置され前記フィルター間の領域の略全体に渡って対向する電極対とを備え、
   前記誘電体管内に、下側の前記フィルターから上側の前記フィルターに向けてガスを流し、前記空間内に配置された前記粉体を攪拌するようにしながら、前記電極対間に放電を発生させることを特徴とする、粉体のプラズマ処理装置。
2. 誘電体管内において管軸が鉛直成分を有する部分に、粉体を通過させずガスを通過させるフィルターが間隔を設けて上下に配置されて区切られた空間に、前記粉体を配置する第１のステップと、
   前記誘電体管内に、下側の前記フィルターから上側の前記フィルターに向けて前記ガスを流して、前記空間内に配置した前記粉体を攪拌するとともに、前記誘電体管の外周に配置され前記フィルター間の領域の略全体に渡って対向する電極対間に放電を発生させる第２のステップとを備えたことを特徴とする、粉体のプラズマ処理方法。