JP2006247615A - 微粉末の分散化・微粉細化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子あるいは凝集粒子をナノメーターサイズの一次粒子に解砕、微粉細化する解砕、微粉細化方法、及び装置を提供する。
【解決手段】回転又は往復運動場に高周波振動場を重畳的に作用させ、その作用面において、それらの相乗効果により創出される高頻度、強力剪断力場を利用して、粒子あるいは凝集粒子を解砕、微粉細化することからなる粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法、及びその装置。
【効果】粒子あるいは凝集粒子を１〜１００ナノメートルの一次粒子に、生成した粒子の再結合又は再凝集を防止して、解砕、微粉細化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子又は凝集粒子を解砕又は微粉細化して、ナノメートルサイズの超微粉末を製造するための、分散、微粉細化方法及びその装置に関するものであり、更に詳しくは、回転又は往復運動場と高周波振動場を重畳的に作用させて、粒子又は凝集粒子を解砕又は微粉細化することにより、単独、孤立の一次粒子に変換するための分散、微粉細化方法及びその装置に関するものである。本発明は、従来の方法では解決手段がなかった気相合成凝集粒子をビーズミル等の湿式方法を使用せずに、回転又は往復運動場と高周波振動場を、更に静電気場を重畳的に作用させることにより、直接、ナノサイズの一次粒子へ再結合又は再凝集することなく変換することが可能な新しい解砕、微粉細化方法及びその装置を提供するものである。

本発明は、燃料電池、発光素子、環境触媒、医薬、化粧品等の素材として使用されるナノ粒子関連の技術分野において、粒子あるいは凝集粒子を解砕、微粉細化して、短時間に、直接、大略１〜１００ナノメーターの超微粉末を製造することを可能とする新しい解砕、微粉細化方法及びその装置を提供するものである。

近年、次世代先端技術として、ナノテクノロジーが注目されている。なかでも、ナノサイズ粒子（以下、ナノ粒子）は、ナノサイズ効果等のナノ特異性発現のための最も重要な形態の一つである。更に、ナノ粒子のサイズ効果発現のためには、単独、孤立状態のナノ粒子であることが必要な条件となっている（非特許文献１参照）。

ところで、ナノ粒子の製造法には、大別して、ブレイクダウン法とビルトアップ法がある（非特許文献２参照）。ブレイクダウン法では、工業的見地から、粉砕法が主要な方法である。具体的方法としては、従来から、マイクロメーターサイズの粒子への粉砕に利用されているボールミル等による方法があるが、この方法によると、現在の微粉砕粒子径の下限は、概ね０．１マイクロメーター（１００ｎｍ）程度である（非特許文献３参照）。この限界を克服するために、ビーズ粒子を粉砕媒体物として使用する媒体撹拌粉砕（通称、ビーズミル）が試みられ、ビーズ粒子径の微細化等によるナノ粒子の製造が試みられている（非特許文献４参照）。しかし、これらの試みにも関わらず、粉砕粒子径の微細化には長時間の粉砕を伴い、発熱、粉砕粒子の再凝集をきたし、これらの従来法では、ナノメーターオーダーへの微粉細化は困難な状況となっている（特許文献１、非特許文献５、非特許文献６参照）。

他方、ビルトアップ法は、更に、気相法と液相法に大別される。気相法では、素材によっては、気相反応を利用したナノ粒子の製造がすでに工業化されている。例えば、気相合成シリカ、気相合成酸化チタン、気相合成カーボンブラック等が製造されている。しかし、これらの気相法により製造された粉末は、その基本構成となる一次粒子は、ナノサイズであるが、単独、孤立粒子ではなく、一次粒子が数珠状に連なった凝集粒子からなる鎖状あるいは塊状凝集粒子となっている（非特許文献７参照）。

これらの市販の凝集粒子は、強化プラスチック、強化ゴム等の機能性材料の充填フィラー等として実用化されているが、その機能特性の発現には、プラスチック、ゴム等媒体への凝集粒子の均一分散化が重要な技術課題となっている。しかし、これらの粘弾性の強い媒体への凝集粒子の均一分散化は難しく、ましてや、一次粒子のナノスケールレベルでの分散化は至難の技となっている。このように、市販のナノサイズ粒子は、ナノサイズ効果等のナノ特異性の発現に必要な、単独、孤立粒子とはなっておらず、構成する基本一次粒子への解砕、分散化技術の開発が急務となっている。

液相法においても、同様に、生成粒子が相互に凝集している場合が多く、再分散操作を必要とすることが多い。これらの凝集粒子の解砕、分散方法としても、先に述べた、ボールミル、媒体撹拌粉砕方法が多く利用されているのが現状である。また、気相中での粉砕、分散する方法としては、粒子の空気力学的慣性力に基づく粒子同士、あるいは壁面と粒子間の衝突を利用したジェットミル等の方法が適用されてきているが、この方式は、ミクロンサイズ粒子を対象とする技術であり、ナノサイズ粒子への微粉細化は、原理的に困難であるとされている（非特許文献８参照）。

このように、ボールミル、媒体撹拌粉砕方法、あるいはジェットミル等の微粉細化方法は、そもそも下限界粒子径として、ミクロン、あるいはサブミクロン粒子に適用されてきた技術であり、ナノサイズ粒子への適用は必ずしも適切とは言い難い。したがって、当技術分野では、ナノサイズ粒子への微粉細化に好適に使用し得る新しい解砕、微粉細化技術の開発が強く要請されていた。

特開２００３−１０８２号公報 ｎａｎｏ ｔｅｃｈ ２００５ 国際ナノテクノロジー総合展・技術会議テーマ：ナノ粒子の分散、ナノメーターサイズへの微粉砕・分散装置（２００５） 斎藤進六監修「超微粒子ハンドブック」、フジテクノシステム、１９９０年 田代新二郎、辻雄二、五十嵐秀二、日本セラミックス協会学術論文誌、９６［５］、５７９（１９８８） ウルトラアスペックスミル [ｏｎｌｉｎｅ]、寿工業株式会社、[平成１７年３月７日検索]、インターネットＵＲＬ：http://www.kotobuki-ind.jp/kakouki_jp2/p_kaga_uam.html 松本幹治、西沢 均、内藤牧男、粉体工学会誌、ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．６、４１７（１９８９） フィルミックス トピックス [ｏｎｌｉｎｅ]、特殊機化工業株式会社、[平成１７年３月７日検索]、インターネットＵＲＬ：http://www.tokushukika.co.jp/laboratory/fm.html レオロシール [ｏｎｌｉｎｅ]、株式会社トクヤマ、[平成１７年３月７日検索]、インターネットＵＲＬ：http://www.tokuyama.co.jp/about_us/kinoufun/03.html 高橋幹治「応用エアロゾル工学」、１４４、１５０、養賢堂（１９８４）

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を解決することを可能とする新しい技術を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化において、回転又は往復運動場と高周波振動場を重畳的に作用させ、それらの相乗効果によって発生した、強力で高頻度な剪断摩砕力により、粒子あるいは凝集粒子をナノメーターオーダーの一次粒子へ解砕、微粉細化することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、回転又は往復運動場と、高周波振動場の異なる作用の相乗効果によって、強力で高頻度な剪断摩砕力を発生させることにより、粒子あるいは凝集粒子を、単独、孤立の一次粒子（基本構成粒子）に変えるための新しい解砕、分散化方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、従来のビーズミル等の湿式方法等を使用することなく、気相合成凝集粒子等を、直接、気相中でナノメータースケールの粒子に解砕、微粉細化すること、また、従来の撹拌方法において必要であった高速回転を必要としないで、また、高速回転に伴う滑り面の発生による不完全撹拌混合等を生じないで、粒状あるいは凝集粒子を解砕、微粉細化する方法及びその装置を提供することを目的とするものである。

また、本発明は、高周波振動を利用して、短時間で、均一分散したナノ粒子を製造すること、また、気相中で微粉細化された粒子に静電気を帯電させることにより、微粉細化粒子の再凝集を防止する新しい粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法及び装置を提供するものである。更に、本発明は、例えば、燃料電池、発光素子、環境触媒、医薬、化粧品等の素材として好適に使用されるナノメータースケールの一次粒子を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）粒子又は凝集粒子を、解砕、微粉細化する方法において、回転又は往復運動場に高周波振動場を重畳的に作用させることを特徴とする微粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
（２）回転又は往復運動場に高周波運動場を重畳的に作用させて形成される作用力場に、静電気場を印加することにより静電気を発生させる、あるいは静電気イオンを外部から供給することを特徴とする粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
（３）回転又は往復運動場と高周波振動場を同一の運動体に印加する上記（１）又は（２）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
（４）回転又は往復運動場と高周波振動場を、異なる運動体に印加する上記（１）又は（２）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
（５）回転又は往復運動場を形成する運動体の作用面速度（周速度）が、毎秒１〜１０００ｃｍである上記（１）又は（２）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
（６）高周波振動数が、５０〜１００,０００ヘルツである上記（１）又は（２）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
（７）回転又は往復運動場を創出する運動体と、高周波振動場を創出する高周波振動体を有し、該運動体と該高周波振動体を、これらの界面に、回転又は往復運動場と高周波振動場を重畳的に作用させる作用面が形成されるように配置したことを特徴とする粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
（８）回転又は往復運動場を創出する運動体、高周波振動場を創出する高周波振動体、及び該運動体に当接する固定面を有し、該運動体を該固定面の界面に、回転又は往復運動場を作用させる作用面が形成されるように配置したことを特徴とする粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
（９）作用面が、微小間隙面、接触面、又は圧接面からなる上記（７）又は（８）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
（１０）回転可能なコーン状あるいは円盤状回転体、又は往復運動可能な往復運動体と、作用面を介して配置した高周波振動可能な固定台を有する上記（７）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
（１１）静電気場を印加するための、静電気発生体、あるいは静電イオン供給手段を配設した上記（７）又は（８）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
（１２）作用面が、微細加工及び／又は静電イオン発生溝加工表面を具備している上記（７）又は（８）に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、回転運動場あるいは往復運動場と高周波振動場、及び静電気場の三つの独立した場を、重畳的に使用させ、それらの相乗効果を利用することにより前記課題を解決して、基本一次粒子を製造するものであり、従来法では困難と考えられていたナノメーターオーダーへの超微粉粒子の分散、微粉細化を実現するものである。

次に、本発明の、回転又は往復運動場、高周波振動場、その相乗効果が創出される作用面及び静電気場について説明する。回転運動場の利用は、従来から、撹拌、分散化方法として、例えば、撹拌機、乳化器（ホモジナイザー）等として利用されてきた公知の技術である。この方法の特徴としては、撹拌、乳化レベルを高めるためには、すなわち乳化粒子の微細化、完全均一混合撹拌を行うためには、より高速回転を必要とすることである。例えば、回転運動場を利用した従来装置の実験結果では、対象の粒子径が小さくなると、より高速回転が必要であることが示されている（例えば、特許第３０７２４６７号公報、図２参照）。

これらの結果から、回転運動場のみによりナノサイズ粒子の製造、すなわちナノスケールレベルへの乳化、撹拌混合を行おうとすると、実施困難な高速回転数となることが予測される。また、粘弾性の強い媒体物質に対しては、高速回転では滑り面が発生し、撹拌混合が全くなされないという懸念もある。特に、粉粒体の場合は、この恐れが強い。更に、高速回転には、必然的に、温度上昇が伴う等の高速回転によるトラブルも危惧される。

これに対して、本発明で利用する回転又は往復運動場は、必ずしも高速であることは必要とはしはない。本発明で利用する回転又は往復運動場の主な作用は、微粉細化作用面に供給される被微粉細物の均一な供給、後記する高周波振動場との相互・相乗作用による剪断力場の創出、及び微粉細化された製品の円滑な排出である。本発明では、回転のみによる強力な剪断力場を作るための高速回転は必ずしも必要ではない。本発明では、運動場を創出するために好適な回転数あるいは往復数は、高速運動により滑り面を作らず、しかも、供給される凝集粉末の作用面での均一化作用を可能にする作用面速度（回転の場合、周速に相当）は、毎秒１〜１０００ｃｍ、好ましくは毎秒５〜５００ｃｍである。

次に、高周波振動場について説明すると、本発明では、前述した回転又は往復運動場に対して、高周波振動場が印加される。その印加方法には、高周波振動場を回転又は往復運動場に重畳的に印加する方法として、例えば、固定面に対して、回転又は往復運動場と高周波振動場とを同一方向に作用させる方法と、回転又は往復運動場の面に対して対向的に高周波振動場を作用させる方法が例示される。これらの方法の作用効果には、それほどの差異はなく、一般的には、後者の方が、装置を製作するには容易であると考えられる。後者では、回転又は往復運動場に間隙を介して、対向的に高周波振動場が印加される。その結果、運動場と高周波振動場の相乗効果により、両者の界面に強力な剪断摩砕力場が生じる。発生する剪断力の方向は、回転又は往復面に垂直な方向のみでなく、回転又は往復面の接線方向にも生じ、その結果、押し（引き）切り的、あるいは摩砕的作用を呈することになる。

ここで留意すべきことは、高周波振動場のみを印加しても、同一方向の圧縮性応力のみの作用となり、ほとんど微粉細化効果は期待できない。本発明では、回転又は往復運動場と高周波振動場という異なる作用の相乗効果によって、微粉細化効果が得られる。更に留意すべきことは、本発明の微粉細化効果は、すでに、市販されている超音波分散機器等とは異なる作用に基づくものであることである。いわゆる超音波分散は、開放系において、溶媒液あるいはガスを媒体として、超音波振動が溶媒液あるいはガス中の粉末に与えられるが、本発明では、間隙という閉じられた空間において、溶媒液あるいはガスを介さず振動力が直接被微粉細物に作用する。それゆえ、強力な剪断力を作用させることができ、効果的な微粉細化が可能となる。

本発明では、高周波振動場を発生させる方法としては、例えば、電磁振動、圧電振動等が挙げられる。高周波振動場を発生させるには、低周波域では電磁振動が、高周波域では圧電振動が有利である。圧電振動を利用すれば、１００キロヘルツ（ＫＨｚ）程度までの高周波振動を発生させることが可能である。実際の高周波振動数は、ナノメーターサイズへの微粉細の場合には、高い周波数が好ましいが、前述のように、圧電振動発振用素子は、１００キロヘルツ（ＫＨｚ）程度が製作限界である。一方、振動数の下限は、被微粉細粉末が作用面で閉塞せず流れるための振動数として、５０ヘルツ以上、好ましくは１０００ヘルツ〜３０キロヘルツが望ましい。

次に、本発明で重要な要素である作用面について説明する。回転又は往復運動場と高周波振動場が重畳的に作用する具体的な場所が作用面である。すなわち、この作用面において、被微粉細物が供給され、回転又は往復運動体と高周波振動体との相乗的効果により創出される強力な剪断摩砕力の微粉細化作用により、被微粉細物が微粉細化される。具体的には、回転又は往復運動場と高周波振動場が、同一運動体に印加される場合には、運動体と固定面とが構成する境界（界面）が作用面となる。一方、回転又は往復運動場と高周波振動場が異なる運動体に印加される場合は、それぞれの運動体が構成する境界が作用面となる。

したがって、いずれの場合も、作用面は、異なる運動体の外表面が構成する面であり、その具体的な形状として、わずかな間隙を形成する場合、間隙を形成しない接触の場合、及び圧接の場合が例示される。振動が印加されない場合の接触、及び圧接では、間隙は形成されないが、高周波振動の印加により、間欠連続的に間隙が形成され、被微粉細物は作用面に取り込まれる。

更に、この運動体の作用表面を、例えば、図２のように、凹凸に微細加工することにより、種々の方向の力学場を創出できるので、対象とする凝集粒子等の解砕、分散に好適な作用力場を創り出すことが可能となる。このような作用が、例えば、毎秒数十万の振動数に及び、高頻度に発生され、凝集粒子等の微粉細化、分散化に利用される。実際の操作では、対象となる凝集粒子の大きさ、基本となる一次粒子の大きさ、及び一次粒子間の凝集力の大きさに対応して、作用面間隙の間隔、圧接及び接触、回転又は往復運動の数、高周波周波数及び振幅等の好適な条件のもとで任意に操作されることになる。

次に、静電気場について説明する。微粉細化された微細粒子は活性な表面を持つため、非常に再結合しやすい特徴を持っている。この特徴は、特に、気相での微粉細化において顕著となるが、本発明では、再結合を防止するために静電気力が利用される。本発明では、具体的には、微粉細化された粒子に同種の電気イオンを担持させ、その静電気的反発力を利用して再結合・再凝集を防止する。電気イオンとしては、電子の負イオンが担持効率の良さから有利であるが、基本的には正又は負イオンどちらでも良い。イオンの担持方法としては、例えば、あらかじめ被微粉細物の同伴ガスにイオンを同伴させておく方法と、微粉細化作用面において、静電気イオンを発生させる方法がある。担持効率としては後者が優れているが、作用面へイオン発生器を取り付けることが必要となる。

本発明の装置は、例えば、回転可能なコーン状あるいは円盤状回転体、往復移動する運動体、及び高周波振動可能な振動台等の高周波振動体を有する。また、凝集粉末等を、作用面に供給する手段、排出する手段を有している。この運動体の、回転運動、往復運動により回転又は往復運動場が創出される。また、高周波振動体には、高周波振動が電磁振動発生装置等から印加されて、高周波振動場が創出される。本発明は、回転又は往復運動場に高周波振動場を重畳的に作用させた作用面における相乗的効果を利用することにより、凝集粒子等の解砕、微粉細化を実施するものである。

運動体及び高周波振動体は、異なる部材又は同一の部材から構成されている。運動体と高周波振動体が異なる部材から構成された場合には、両者が接する界面が、運動場と高周波振動場の作用面となる。また、運動体と高周波振動体が同一の部材で構成された場合には、該部材の外面と他の固定面が接する界面が作用面となる。本発明では、必要により、運動場と高周波振動場により形成される作用力場に静電気場を印加するための、静電気発生手段等を設置することができる。静電気イオンを解砕、微粉細化された粒子に担持させることにより、微粒子間の再凝集を防止することができる。

次に、本発明の装置の一例を、図１に示す。中心部は、コーン状（円錐状）の回転可能な回転コーン１であり、上方から圧縮力、引き上げ力あるいは自重の負荷を受ける。この負荷の大きさは、微粉細化粒子径、凝集粒子の凝集力等の条件に依存する。一般的には、より微粉細化を必要とする場合には、圧縮力を、粗粉細の場合には、自重、あるいは引き上げ力を、作用させることが好適である。回転コーン１に対応する振動台７は、回転しないが、運動場に対して対向方向に高周波振動４が印加される構造となっている。

負荷が引き上げ力の場合には、回転コーン１と振動台７との間には間隙が存在する。一方、圧縮力を印加する場合には、間隙ができないが、これに高周波振動を印加することにより間隙が生じて、被微粉細物を同伴するガス流又は液流が流れることが可能となる。この流れをより正確に表現すると、高周波振動に基づく間歇的な流れとも言えるが、ガスの場合は圧縮性を有するので、比較的円滑な脈動的流れとなる。

また、回転コーン１の表面あるいは振動台７の表面には、効果的な微粉細化を行うために、エッジ状突起あるいは溝を加工して作用面を加工１１、１２することが可能である。しかし、一般的な工作機械の加工精度は、マイクロメーターレベルの精度であるので、通常の平面加工の場合では、多数のマイクロメータースケールの溝が彫られることになり、必要とする微粉細化のレベルによっては、意図的に溝加工する必要はない。被微粉細化粉末の供給と、生成した微粉細化粉末の排出は、気流又は液流と同伴して、上方の原料（被微粉細物）供給口２から、あるいは下方の微粉細物排出口３から行われる。

次に、気相中で微粉細化された粒子の再結合又は再凝集防止のための粒子への静電気イオンの担持について説明すると、静電気イオンの発生は、気流同伴の場合には、装置に送入される直前に、気流中にイオンを含有させる方法が好適である。しかし、イオンは、壁面等に付着、吸収されやすいので、より効果的には、微粉細化されている過程で発生させることが好適である。例えば、エッジ自体にイオン発生用電極の役割を兼務させる（図２の１１、１２）、あるいは図１中の６のように、壁面の途中に静電気イオン発生用溝を設けることが好適である。

本発明の装置の他の例としては、例えば、図３に示すように、往復運動する平面の往復台８に対して、垂直方向に振動台１７を介して高周波振動１０を印加させることが可能である。この装置は、並列に多数個並べることにより、微粉細化領域をコンパクトに多数創り出せるので、工業的大量処理に適している。

また、より簡便な装置の例としては、例えば、図４に示すように、水平回転円盤１３に対して、対向的に、振動台（振動固定平面）１４を設置する装置が例示される。なお、上述したこれらの方法及び装置は、基本的には、液相及び気相のどちらの解砕、微粉細化にも適用することが可能である。

以上説明したように、本発明は、回転又は往復運動場、高周波振動場、及び静電気場の三つの独立した場を重畳的に使用し、それらの相乗効果を利用することにあり、従来の、回転運動を利用した高速撹拌法、高周波振動を利用した超音波分散法等によっては、達成することが困難であった凝集粒子等をナノメーターオーダーの超微粉一次粒子へ分散、微粉細化することを実現するものである。本発明は、上述の方法及び装置により、凝集粒子を、単独、孤立の一次粒子に変えることを可能とし、それにより、ナノ粒子サイズ効果を発現する微細粒子を作製し、提供することを可能とするものである。

本発明により、（１）凝集粒子を、ナノメーターオーダーの一次粒子へ解砕、微粉細化することが可能な解砕、微粉細化方法及びその装置を提供することができる、（２）従来の方法では解決する手段がなかった気相合成凝集粒子を、ビーズミル等の湿式方法を使用しないで、直接に、ナノメータースケールの粒子へ解砕、微粉細化することが可能である、（３）従来の攪拌法では、微粉細化に高速回転が必要であるが、本発明では、高速回転を必要としないため、高速回転に伴う滑り面の発生による不完全な撹拌混合等が生じない、（４）均一分散化には従来のビーズミルのような長時間を必要とせず、短時間化が可能である、（５）気相で微粉細化された粒子は静電気を帯びているので、静電気的処理が可能であり、粒子の再凝集の防止、製造された微粉細化粒子の捕捉等が簡便に実施できる、という効果が奏される。

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

本実施例では、図1に示した、気相中で、凝集物等を解砕・微粉細化することが可能なコーン型装置を製作して、凝集粒子の微粉細化効果を検証した。回転コーンの寸法は、上部直径３０ｍｍ、長さ４０ｍｍの形状であり、その表面には、普通の旋盤加工のみが施されている。したがって、表面には、マイクロメータースケールの溝が多数刻まれている。コーンへの負荷は特になく、自重負荷とした。

静電気イオンの供給としては、コロナ放電により発生させた負イオンを、被微粉細化物の供給空気流中に同伴させた。コーンの回転数は、毎分１５００回転（Ｒ．Ｐ．Ｍ．）とし、台に与える振動は、電磁振動で１０キロヘルツ（ＫＨｚ）とした。

被処理原料として使用された凝集微粒子粉末は、図５の電子顕微鏡写真に示すように、基本構成一次粒子は、平均粒径が、３０ナノメーター（ｎｍ）の酸化鉄ナノサイズ微粒子であった。比較対照例として、従来の分散方法である強力撹拌方法（毎分約１万回転）を使用して、上記の酸化鉄ナノサイズ微粒子を空気中に分散させた。得られた分散粒子の電子顕微鏡写真を、図６に示す。図から、鎖状の凝集粒子が多数観察される。すなわち、従来法の強力攪拌方法は、ここで使用した酸化鉄ナノサイズ微粒子の凝集粒子を、単独、孤立一次粒子へ分散する方法としては、不十分であることを示している。

次に、前述の操作条件で本実施例の装置を稼動させ、酸化鉄ナノサイズ微粒子の分散を試みた。その結果、生成した粒子を図７（電子顕微鏡写真、図８は、その拡大写真）に示す。これらの図から、酸化鉄ナノサイズ微粒子は、ほぼ基本構成粒子である一次粒子近くに分散していることが分かる。図７、図８の背景模様は、約２０ナノメーターの穴が多数開いたフィルターである。この穴の大きさと、粒子（白く見える）との大きさを比較すると、分散された粒子が一次ナノ粒子となっていることが分かる。

実施例１と同じ装置を使用して、液相下で、本発明の凝集粒子等の微粉細化効果を検証した。被処理原料として、実施例１と同じ酸化鉄ナノ粒子粉末を使用した。従来方法の例として、この粉末を水に分散し、強力撹拌、超音波分散を行ない、光子相関法により、粒度分布を測定した。その結果を図９に示す。図より、３０ナノメーター（０．０３μｍ）付近にごく少量の一次粒子と思われる分布が確認されるが、ミクロンオーダーに分布した粒子が大部分を占めていることが分かる。これは、酸化鉄ナノ粒子が、凝集粒子として存在していることを示している。

実施例１と同じ装置を、コーン回転数、毎分１０００回転（Ｒ．Ｐ．Ｍ．）、電磁振動数、５キロヘルツ（ＫＨｚ）、液相中であるので静電気場は印加しない条件で、酸化鉄ナノ粒子粉末を解砕、微粉細化した。微粉細化された粒子を含む溶液中での粒度分布を、光子相関法により測定した。その結果を、図１０に示す。一次粒子に近い３０ナノメーター付近の狭い範囲に粒度分布が集中している。この結果から、本実施例が、液相中における酸化鉄ナノ粒子粉末の解砕、微粉細化に有効であることが分かった。

以上詳述したように、本発明は、粒子あるいは凝集粒子の解砕、微粉細化方法及びその装置に係るものであり、本発明は、回転又は往復運動場と高周波振動場の異なる場を重畳的に使用させ、それらの相乗効果によって強力で高頻度な剪断摩砕力を発生させ、凝集粒子等のナノメーターオーダーへの解砕、微粉細化を可能とするものである。従来、有効な技術が見当たらなかった気相中及び液相中凝集粒子のナノメーターサイズ粒子への解砕、微粉細化を可能とするものである。回転又は往復運動場に対する圧縮性負荷を大きくすることによって、微粒子そのものの微粉細化にも効果的である。

また、本発明は、従来の撹拌方法による微粉細化に必要であった高速回転を必要としないため、高速回転に伴う滑り面の発生による不完全撹拌混合等を生じないで、微粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化を可能とする方法又は装置を提供するものである。また、本発明では、気相中で粒子に静電気を担持させるので、静電気的処理が可能であり、粒子の再凝集の防止、製造された微粉細化粒子の捕捉等が容易となる。更に、本発明は、例えば、燃料電池、発光素子、環境触媒、医薬、化粧品等の素材として好適に使用される大略１〜１００ナノメーターサイズの超微粉末を作製する新しい技術を提供するものである。

回転コーン型の微粉細化装置の概要を示す。 微粉細化作用面の加工例を示す。 往復型の微粉細化装置の概要を示す。 回転型の微粉細化装置の概要を示す。 実施例に使用した酸化鉄ナノサイズ微粒子の電子顕微鏡写真を示す。 従来方法により気相中で微粉細化された酸化鉄ナノサイズ微粒子の電子顕微鏡写真を示す。 本発明により気相中で微粉細化された酸化鉄微粒子の電子顕微鏡写真を示す。 本発明により気相中で微粉細化された酸化鉄微粒子の拡大電子顕微鏡写真を示す。 従来方法により液相中で微粉細化された酸化鉄微粒子の粒度分布を示す。 本発明の方法で液相中で微粉細化された酸化鉄ナノサイズ微粒子の粒度分布を示す。

符号の説明

１： 回転コーン
２、３、１６、１８、１９： 原料（被微粉細物）供給口又は微粉細物排出口
４、１０、１５： 高周波振動
５： 回転軸
６： イオン発生部分
７、１４、１７： 振動台
８： 往復台
９： 往復運動方向
１１、１２： 作用面の加工
１３： 水平回転円盤

Claims (12)

1. 粒子又は凝集粒子を、解砕、微粉細化する方法において、回転又は往復運動場に高周波振動場を重畳的に作用させることを特徴とする粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
2. 回転又は往復運動場に高周波運動場を重畳的に作用させて形成される作用力場に、静電気場を印加することにより静電気を発生させる、あるいは静電気イオンを外部から供給することを特徴とする粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
3. 回転又は往復運動場と高周波振動場を同一の運動体に印加する請求項１又は２に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
4. 回転又は往復運動場と高周波振動場を、異なる運動体に印加する請求項１又は２に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
5. 回転又は往復運動場を形成する運動体の作用面速度（周速度）が、毎秒１〜１０００ｃｍである請求項１又は２に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
6. 高周波振動数が、５０〜１００,０００ヘルツである請求項１又は２に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化方法。
7. 回転又は往復運動場を創出する運動体と、高周波振動場を創出する高周波振動体を有し、該運動体と該高周波振動体を、これらの界面に、回転又は往復運動場と高周波振動場を重畳的に作用させる作用面が形成されるように配置したことを特徴とする粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
8. 回転又は往復運動場を創出する運動体、高周波振動場を創出する高周波振動体、及び該運動体に当接する固定面を有し、該運動体を該固定面の界面に、回転又は往復運動場を作用させる作用面が形成されるように配置したことを特徴とする粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
9. 作用面が、微小間隙面、接触面、又は圧接面からなる請求項７又は８に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
10. 回転可能なコーン状あるいは円盤状回転体、又は往復運動可能な往復運動体と、作用面を介して配置した高周波振動可能な固定台を有する請求項７に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
11. 静電気場を印加するための、静電気発生体、あるいは静電イオン供給手段を配設した請求項７又は８に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。
12. 作用面が、微細加工及び／又は静電イオン発生溝加工表面を具備している請求項７又は８に記載の粒子又は凝集粒子の解砕、微粉細化装置。