JP2008119659A - Powder film formation apparatus and powder film formation method - Google Patents

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JP2008119659A JP2006309394A JP2006309394A JP2008119659A JP 2008119659 A JP2008119659 A JP 2008119659A JP 2006309394 A JP2006309394 A JP 2006309394A JP 2006309394 A JP2006309394 A JP 2006309394A JP 2008119659 A JP2008119659 A JP 2008119659A
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Hiroya Abe
浩也 阿部
Kazuyoshi Sato
和好 佐藤
Makio Naito
牧男 内藤
Masahiro Yoshikawa
雅浩 吉川
Hiroshi Shimoda
浩史 下田
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Kurimoto Ltd
Osaka University NUC
Hosokawa Powder Technology Research Institute
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Kurimoto Ltd
Osaka University NUC
Hosokawa Powder Technology Research Institute
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a powder film formation apparatus and a powder film formation method capable of efficiently forming a uniform powder film on the surface of a substrate. <P>SOLUTION: The powder film formation apparatus comprises a particulate production means B for pulverizing a raw material m by applying external mechanical force to the raw material m by relatively moving a treatment container 2 storing and holding the raw material m and a pressurizing member 1 arranged adjacently to the inner circumferential face of the treatment container 2, a substrate holding means 4 for holding a substrate A to which the particulates C immediately after production by the particulate production means B are deposited, and a compressive force application means D for applying a compressive force to the particulates C deposited on the substrate A. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、微粒子を付着させて基板の表面に粉体膜を形成する粉体膜形成装置及び粉体膜形成方法に関する。   The present invention relates to a powder film forming apparatus and a powder film forming method for forming a powder film on a surface of a substrate by attaching fine particles.

基板の表面に微粒子を付着させて粉体膜を形成する際には、例えば、ナノメートルからマイクロメートルの領域の大きさを持った微粒子が利用される。このような微粒子を用いてポーラス構造(多孔質構造)の粉体膜を形成すると、比表面積が非常に大きくなり、例えば活性の高い触媒材料を得ることができる。
従来、基板の表面に粉体膜を形成する装置として、例えば、特許文献1〜2に開示されるものがあった。
When forming a powder film by attaching fine particles to the surface of the substrate, for example, fine particles having a size in the nanometer to micrometer range are used. When a powder film having a porous structure (porous structure) is formed using such fine particles, the specific surface area becomes very large, and for example, a highly active catalyst material can be obtained.
Conventionally, as an apparatus for forming a powder film on the surface of a substrate, for example, there are apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2.

特許文献1には、例えばセラミックス微粒子である原料を基板等に噴射することにより、衝撃・固化して基板上にセラミックスの粉体膜を形成可能なエアロゾルデポジション法を適用した粉体膜形成装置が開示してある。
エアロゾルデポジション法では、通常、数十nmから数百nmの粒径の原料をエアロゾル化し、噴射ノズルにより加圧した後、低圧のチャンバ内に配設した基板等の被成膜物に噴射する。この結果、微粒子材料が固化して粉体膜が形成される。
Patent Document 1 discloses a powder film forming apparatus to which an aerosol deposition method is applied that can form a ceramic powder film on a substrate by injecting and solidifying, for example, a raw material that is ceramic fine particles onto the substrate. Is disclosed.
In the aerosol deposition method, a raw material having a particle size of several tens to several hundreds of nanometers is usually aerosolized, pressurized by an injection nozzle, and then injected onto a film-forming object such as a substrate disposed in a low-pressure chamber. . As a result, the particulate material is solidified to form a powder film.

特許文献1の装置における噴射ノズルは、第1導入路から導入された微粒子を含むエアロゾルガスの導入方向に対して、第2導入路から導入するアシストガスの導入方向を例えば90度未満の角度に設定してある。このように双方のガスを合流させることで、エアロゾルガスの噴射圧を高めている。   The injection nozzle in the apparatus of Patent Document 1 has an introduction direction of the assist gas introduced from the second introduction path at an angle of, for example, less than 90 degrees with respect to the introduction direction of the aerosol gas containing fine particles introduced from the first introduction path. It is set. Thus, the injection pressure of aerosol gas is raised by joining both gas.

こうすることで、エアロゾルガスの流速が増大し、アシストガスが噴射ノズルの内壁に沿って流れ易くなるため、エアロゾルガスの微粒子材料が当該内壁に付着し難くなる。この結果、良質な膜を長時間に亘って安定に形成することができる。   By doing so, the flow velocity of the aerosol gas increases and the assist gas easily flows along the inner wall of the injection nozzle, so that the fine particle material of the aerosol gas hardly adheres to the inner wall. As a result, a good quality film can be stably formed over a long period of time.

特許文献2には、ケーシングの内部に配置される処理容器、および、処理容器の内部に配置されたプレスヘッドによって微粒子生成手段が構成される粉体膜形成装置が開示してある。この装置では、生成された微粒子の、基板に到達するまでの搬送状態が制御される。これにより、微粒子の凝集を阻止しつつ微粒子を基板に付着させ、均質な粉体膜を基板の表面に形成することができる。   Patent Document 2 discloses a powder film forming apparatus in which fine particle generating means is configured by a processing container disposed inside a casing and a press head disposed inside the processing container. In this apparatus, the transport state of the generated fine particles until reaching the substrate is controlled. Accordingly, the fine particles can be attached to the substrate while preventing the fine particles from aggregating, and a uniform powder film can be formed on the surface of the substrate.

微粒子の原料として、しばしばグラファイト(黒鉛)が利用される。グラファイトは層状物質として知られており、原子が共有結合などによって強く結合して密に配列した面がファン・デル・ワールス力などの弱い結合力によって平行に積み重なった物質である。
基板の表面にグラファイトの層状配向膜を作製するには、CVD法(Chemical Vapor Deposition)やPLD法(Pulsed Laser Deposition)といった気相法を適用することが知られている。
Graphite (graphite) is often used as a raw material for fine particles. Graphite is known as a layered material, and is a material in which atoms are strongly bonded by a covalent bond or the like and densely arranged surfaces are stacked in parallel by a weak bonding force such as Van der Waals force.
In order to produce a layered alignment film of graphite on the surface of a substrate, it is known to apply a vapor phase method such as a CVD method (Chemical Vapor Deposition) or a PLD method (Pulsed Laser Deposition).

例えば特許文献3には、CVD法による導電性グラファイト膜を形成する技術が記載してある。CVD法では、まず、薄膜を形成したい材料の構成元素を含む化合物を気化させて原料ガスとする。この原料ガスを基板上に供給し、基板表面での化学反応により薄膜を形成する。原料ガスは、熱やプラズマ等の作用により化学反応を起こす。この方法によれば多種類の薄膜を形成でき、例えば、特許文献3に示されたような、グラファイトの特性を維持したままの薄膜を基板上に形成することができる。   For example, Patent Document 3 describes a technique for forming a conductive graphite film by a CVD method. In the CVD method, first, a compound containing a constituent element of a material for which a thin film is to be formed is vaporized to obtain a raw material gas. This source gas is supplied onto the substrate, and a thin film is formed by a chemical reaction on the substrate surface. The raw material gas undergoes a chemical reaction by the action of heat, plasma, or the like. According to this method, various types of thin films can be formed. For example, as shown in Patent Document 3, a thin film that maintains the characteristics of graphite can be formed on a substrate.

特開2005−163058号公報JP 2005-163058 A 特開2006−150160号公報JP 2006-150160 A 特許第2794913号公報Japanese Patent No. 2779413

基板上に形成された粉体膜の活性度を高めるためには、比表面積を大きくする必要がある。そのため、基板上に付着させる微粒子の粒子サイズをできるだけ小さくするのが好ましい。例えば、粒子サイズが1〜100nm程度の所謂ナノ粒子が好適である。
但し、粒子サイズが小さくなると、微粒子が噴射されてから基板の表面に付着するまでの間に、微粒子同士が衝突して凝集し易くなる。このため、粉体膜を構成する粒子サイズが安定せず、均質な粉体膜が形成できなくなり、その結果、得られた粉体膜の比表面積を十分に大きくすることができない。
In order to increase the activity of the powder film formed on the substrate, it is necessary to increase the specific surface area. Therefore, it is preferable to reduce the particle size of the fine particles to be deposited on the substrate as much as possible. For example, so-called nanoparticles having a particle size of about 1 to 100 nm are suitable.
However, when the particle size is reduced, the fine particles collide with each other and tend to agglomerate between the time when the fine particles are ejected and the time when they are attached to the surface of the substrate. For this reason, the particle size constituting the powder film is not stable, and a homogeneous powder film cannot be formed. As a result, the specific surface area of the obtained powder film cannot be sufficiently increased.

特許文献1の装置において、エアロゾルデポジション法により形成される膜の品質は、吹き付けるガスの流速に依存し、ガス流速が速い程高品質の膜が形成される。当該装置では、原料を含有するエアロゾルガスにアシストガスを導入してエアロゾルガスの噴射圧を高め、基板への衝突速度を高めている。ただし、この装置では、別途作製した原料を噴射ノズル内の経路を通して基板に衝突させているため、その間に微粒子同士が凝集する虞がある。   In the apparatus of Patent Document 1, the quality of the film formed by the aerosol deposition method depends on the flow rate of the gas to be sprayed, and the higher the gas flow rate, the higher the quality film is formed. In this apparatus, an assist gas is introduced into the aerosol gas containing the raw material to increase the spray pressure of the aerosol gas and increase the collision speed with the substrate. However, in this apparatus, since the separately produced raw material is collided with the substrate through the path in the injection nozzle, there is a possibility that the fine particles may aggregate during that time.

特許文献2の装置においては、微粒子生成手段により生成された微粒子は、ケーシングの内部を浮遊して処理容器の外部に配置してある基板に付着する。このため、より良好な粉体膜を形成するためには、処理容器内で生成した微粒子同士が基板に到達するまでの間に凝集するのを防止する必要がある。   In the apparatus of Patent Document 2, the fine particles generated by the fine particle generating means float on the inside of the casing and adhere to the substrate disposed outside the processing container. For this reason, in order to form a better powder film, it is necessary to prevent the fine particles generated in the processing container from aggregating before reaching the substrate.

また、気相法で成膜しようとすると、成膜が原子レベルとなるため成膜速度が非常に遅く、効率上、工業的生産には適さない。イオンまたはプラズマ放電電極など設備費の嵩む特殊な装置が必要という点においても好ましくない。   In addition, when attempting to form a film by a vapor phase method, the film formation is at the atomic level, so the film formation rate is very slow, and is not suitable for industrial production in terms of efficiency. This is also not preferable in that a special device such as an ion or plasma discharge electrode with high equipment costs is required.

従って、本発明の目的は、均質な粉体膜を基板の表面に効率よく成膜できる粉体膜形成装置および粉体膜形成方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a powder film forming apparatus and a powder film forming method capable of efficiently forming a homogeneous powder film on the surface of a substrate.

上記目的を達成するための本発明の第一特徴構成は、原料を収容保持する処理容器と当該処理容器の内周面に近接配置した押圧部材とが相対移動することにより、前記原料に機械的外力を付与して前記原料を微粒子化する微粒子生成手段と、前記微粒子生成手段により生成された直後の微粒子を付着させる基板を保持する基板保持手段とを備え、前記基板に付着した微粒子に圧縮力を付与する圧縮力付与手段を備える粉体膜形成装置とした点にある。   The first characteristic configuration of the present invention for achieving the above object is that the raw material is mechanically moved to the raw material by the relative movement of the processing container that contains and holds the raw material and the pressing member that is disposed close to the inner peripheral surface of the processing container. A fine particle generation unit that applies external force to atomize the raw material, and a substrate holding unit that holds a substrate to which the fine particles immediately after generated by the fine particle generation unit are attached, and compresses the fine particles attached to the substrate. It is in the point which was set as the powder film forming apparatus provided with the compression force provision means to provide.

本構成によれば、微粒子生成手段により生成された直後の微粒子を基板に付着させて粉体膜を形成するため、微粒子同士の凝集が極めて少ない。即ち、生成後に処理容器の内部で浮遊する微粒子は、直ちに基板保持手段が保持する基板の近傍に到達し、当該微粒子は、分散した状態で基板の表面に沿って流れる。このとき、当該微粒子の表面は活性化されているため、基板に到達した微粒子は基板の表面に容易に付着する。
このように本構成であれば、微粒子の表面エネルギーを利用して、非加熱・ドライプロセスの条件下で均質な粉体膜を得ることができる。
According to this configuration, the fine particles immediately after being generated by the fine particle generating means are adhered to the substrate to form a powder film, and therefore the aggregation of the fine particles is extremely small. That is, the fine particles floating inside the processing container immediately after generation reach the vicinity of the substrate held by the substrate holding means, and the fine particles flow along the surface of the substrate in a dispersed state. At this time, since the surface of the fine particles is activated, the fine particles that have reached the substrate easily adhere to the surface of the substrate.
In this way, with this configuration, a homogeneous powder film can be obtained under non-heating / dry process conditions using the surface energy of the fine particles.

また、本構成の装置は圧縮力付与手段を有するから、既に基板上に付着している微粒子をさらに押圧することで、微粒子の活性化した表面を近接させて微粒子同士をより強固に結合させることができる。
例えば、原料として層状構造を有する物質を使用した場合、微粒子生成手段によって原料に機械的外力を付与すると活性化面が表れた薄片状の微粒子が生成され、この微粒子が基板に到達して順次積層される。ただし、当該微粒子は寸法が大きく、また、形状が薄片状であるため、夫々の微粒子が有する活性化面同士が十分に接近することができない。よって、単に薄片状の微粒子が積層しただけでは、強固な膜を形成することはできない。
しかしながら、本構成では圧縮力付与手段によって、上記積層した微粒子を押圧することにより、薄片状の微粒子が有する活性化面同士が十分に近接し、当該薄片状の微粒子の方向性が維持されて均一な配向性を有する状態で強固に結合した膜が形成されることとなる。
これらの結果、均質な粉体膜を基板の表面に効率よく形成することができる。
In addition, since the apparatus of this configuration has a compressive force imparting means, pressing the fine particles already adhered on the substrate further brings the activated surfaces of the fine particles close together, thereby bonding the fine particles more firmly. Can do.
For example, when a material having a layered structure is used as a raw material, when a mechanical external force is applied to the raw material by the fine particle generating means, flaky fine particles with an activated surface appear, and the fine particles reach the substrate and are sequentially stacked. Is done. However, since the fine particles have a large size and are flaky in shape, the activated surfaces of the respective fine particles cannot sufficiently approach each other. Therefore, a strong film cannot be formed simply by laminating flaky fine particles.
However, in this configuration, by pressing the laminated fine particles by the compressive force applying means, the activated surfaces of the flaky fine particles are sufficiently close to each other, and the directionality of the flaky fine particles is maintained and uniform. Thus, a strongly bonded film is formed in a state having a proper orientation.
As a result, a homogeneous powder film can be efficiently formed on the surface of the substrate.

本発明の第二特徴構成は、上述の粉体膜形成装置において、前記圧縮力付与手段が前記基板の微粒子付着面に当接する加圧部材を備えた点にある。   The second characteristic configuration of the present invention is that, in the above-described powder film forming apparatus, the compressive force applying means includes a pressure member that abuts on the fine particle adhesion surface of the substrate.

本構成によれば、基板の表面に形成された粉体膜に対して直に圧縮力を付与することができる。そのため、粉体膜の密度等をより正確に制御することができる。   According to this configuration, a compressive force can be directly applied to the powder film formed on the surface of the substrate. Therefore, the density of the powder film can be controlled more accurately.

本発明の第三特徴構成は、上述の粉体膜形成装置において、前記加圧部材が予め設定した位置において圧縮力を付与するものであり、前記基板保持手段が前記加圧部材による圧縮力付与位置に対して前記基板をスライドさせるスライド機構を備えた点にある。   According to a third feature of the present invention, in the above-described powder film forming apparatus, the pressurizing member applies a compressive force at a preset position, and the substrate holding unit applies the compressive force by the pressurizing member. A slide mechanism for sliding the substrate with respect to a position is provided.

本構成によれば、予め設定した位置において圧縮力を付与し、基板をスライド移動させて、加圧部材が圧縮力を付与する基板の位置を変更することで、基板上に形成する粉体膜の全域に均等に圧縮力が付与される。この結果、密度等が均質な粉体膜を広い領域に形成することができる。   According to this configuration, the powder film formed on the substrate by applying a compressive force at a preset position, sliding the substrate, and changing the position of the substrate to which the pressing member applies the compressive force. A compressive force is equally applied to the entire area. As a result, a powder film having a uniform density and the like can be formed in a wide area.

本発明の第四特徴構成は、上述の粉体膜形成装置において、前記基板保持手段が、前記圧縮力付与手段による前記基板に付着した微粒子への圧縮力を緩和する圧縮力緩和機構を備えた点にある。   According to a fourth characteristic configuration of the present invention, in the above-described powder film forming apparatus, the substrate holding unit includes a compression force relaxation mechanism that relaxes the compression force applied to the fine particles attached to the substrate by the compression force applying unit. In the point.

本構成のように圧縮力緩和機構を備えることで、基板が加圧部材によって加圧される際に、過度な加圧力が加わるのを防止することができる。よって、所望の粉体密度を有する粉体膜の形成が容易となる。   By providing the compression force relaxation mechanism as in this configuration, it is possible to prevent an excessive pressurizing force from being applied when the substrate is pressed by the pressing member. Accordingly, it is easy to form a powder film having a desired powder density.

本発明の第五特徴構成は、原料を収容保持する処理容器と当該処理容器の内周面に近接配置した押圧部材とが相対移動することにより、前記原料に機械的外力を付与して前記原料を微粒子化する微粒子化工程と、前記微粒子化した直後の微粒子を基板に付着させる微粒子付着工程と、前記基板に付着した微粒子に圧縮力を付与する圧縮力付与工程と、を有する粉体膜形成方法とした点にある。   According to a fifth feature of the present invention, the raw material is imparted with mechanical external force by relative movement of the processing container that contains and holds the raw material and the pressing member that is disposed close to the inner peripheral surface of the processing container. Forming a powder film, comprising: a fine particle forming step for forming a fine particle; a fine particle attaching step for attaching the fine particles immediately after the fine particle formation to a substrate; and a compressive force applying step for applying a compressive force to the fine particles attached to the substrate. It is in the point which was a method.

本構成のように、微粒子化工程および微粒子付着工程によって、生成された直後の微粒子を基板に付着させることにすれば、上記第一特徴構成に関する項で述べた如く、微粒子同士を凝集させることなく基板に到達させることができる。この結果、非加熱・ドライプロセスの条件下で均質な粉体膜を得ることができる。
さらに、本構成の如く、圧縮力付与工程を備えることで、積層した微粒子にさらに圧縮力を加えて微粒子同士の付着力を高めることができる。本構成であれば、比較的サイズの大きな微粒子であって、単に積層させただけでは互いに付着し難い微粒子を用いる場合であっても、強固な粉体膜を形成することができる。しかも、粒径の大きな微粒子を用いることができるため、極めて効率的に粉体膜を形成することができる。
If the fine particles immediately after being produced are adhered to the substrate by the fine particle forming step and the fine particle attaching step as in this configuration, the fine particles are not agglomerated as described in the section regarding the first characteristic configuration. The substrate can be reached. As a result, a homogeneous powder film can be obtained under non-heated / dry process conditions.
Further, as in this configuration, by providing a compressive force application step, it is possible to further apply a compressive force to the laminated fine particles to increase the adhesion between the fine particles. With this configuration, a strong powder film can be formed even when fine particles having relatively large sizes, which are difficult to adhere to each other simply by being laminated, are used. Moreover, since fine particles having a large particle diameter can be used, a powder film can be formed extremely efficiently.

本発明の第六特徴構成は、上述の粉体膜形成方法において、前記原料の摩擦係数を制御する摩擦制御工程を有する点にある。   A sixth characteristic configuration of the present invention is that the above-described powder film forming method includes a friction control step of controlling a friction coefficient of the raw material.

本構成のように原料の摩擦係数を制御することで、原料の粉砕に際して原料に与える外力の大きさを変更することができ、粉砕速度や生成した微粒子の大きさ等を制御することができる。
例えば、摩擦係数を下げることで、微粒子に加わる力が低減し、粉砕の効率が低下すると共に、サイズの大きな微粒子を得易くなる。一方、摩擦係数を高めることで、微粒子に加わる力を増大させ、粉砕効率を高めると共に、サイズの小さな微粒子を得ることができる。
By controlling the friction coefficient of the raw material as in this configuration, the magnitude of the external force applied to the raw material when the raw material is pulverized can be changed, and the pulverization speed, the size of the generated fine particles, and the like can be controlled.
For example, by reducing the friction coefficient, the force applied to the fine particles is reduced, the efficiency of pulverization is lowered, and large-sized fine particles are easily obtained. On the other hand, by increasing the friction coefficient, it is possible to increase the force applied to the fine particles, increase the pulverization efficiency, and obtain fine particles with a small size.

本発明の第七特徴構成は、上述の粉体膜形成方法において、前記摩擦制御工程が真空度を変化させる工程とした点にある。   A seventh characteristic configuration of the present invention is that, in the above-described powder film forming method, the friction control step is a step of changing the degree of vacuum.

本構成のように真空度を変化させることで、原料粒子間に介在する気体の量を調節することができる。
例えば、真空度を高めることで、原料粒子間に存在する気体の量が減少する。この結果、原料粒子同士がより近接して互いに衝突し易くなり、両者間に力が伝達し易くなって粉砕効率が高まる。一方、真空度を低下させると、原料粒子間の気体の量が増大し、相互に衝突し難くなって原料粒子間に作用する力が減少し、粉砕効率が低下する。
また、例えばグラファイト粒子においては、真空度を高めることで酸素分圧が低下するため、酸素分子の粒子表面への吸着が減少し、原料粒子間の摩擦係数を増大することができる。その結果、原料粒子間に作用する力が増大して粉砕効率が向上する。
このように真空度を変化させるという簡単な手法を用いることで、得られる微粒子のサイズ等を変化させることができるうえ、粉砕効率を調節することができる。
By changing the degree of vacuum as in this configuration, the amount of gas intervening between the raw material particles can be adjusted.
For example, increasing the degree of vacuum reduces the amount of gas present between the raw material particles. As a result, the raw material particles are closer to each other and easily collide with each other, and the force is easily transmitted between them, so that the pulverization efficiency is increased. On the other hand, when the degree of vacuum is lowered, the amount of gas between the raw material particles increases, it becomes difficult to collide with each other, the force acting between the raw material particles is reduced, and the pulverization efficiency is lowered.
Further, for example, in the case of graphite particles, the oxygen partial pressure is reduced by increasing the degree of vacuum, so that adsorption of oxygen molecules to the particle surface is reduced, and the coefficient of friction between the raw material particles can be increased. As a result, the force acting between the raw material particles is increased and the grinding efficiency is improved.
Thus, by using a simple method of changing the degree of vacuum, the size of the fine particles obtained can be changed, and the grinding efficiency can be adjusted.

本発明の第八特徴構成は、上述の粉体膜形成方法において、前記摩擦制御工程が雰囲気ガスを変化させる工程とした点にある。   The eighth characteristic configuration of the present invention is that, in the above-described powder film forming method, the friction control step is a step of changing the atmospheric gas.

粉体膜を形成する原料によっては、例えば、酸化を防止する等の目的から不活性ガス雰囲気中で粉砕を行わなければならない場合もある。このような場合に、本構成のように雰囲気ガス種の条件を変化させることができれば、上記特徴構成七の項で述べたのと同様に、原料の摩擦係数を制御して、得られる微粒子のサイズや粉砕効率を調節することができる。   Depending on the raw material for forming the powder film, for example, it may be necessary to perform pulverization in an inert gas atmosphere for the purpose of preventing oxidation. In such a case, if the conditions of the atmospheric gas species can be changed as in the present configuration, the friction coefficient of the raw material is controlled and the obtained fine particles Size and grinding efficiency can be adjusted.

本発明の第九特徴構成は、上述の粉体膜形成方法において、前記摩擦制御工程が前記原料と異なる異種粒子を添加する工程とした点にある。   A ninth characteristic configuration of the present invention is that, in the above-described powder film forming method, the friction control step is a step of adding different kinds of particles different from the raw material.

微粒子の摩擦係数を調整するには、上記の如く気体の制御を行う他に、原料となる微粒子の周囲に別の微粒子を分散させることも有効である。つまり、分散させるべく添加した微粒子が、粉砕対象である微粒子の間に介在して転がり部材の機能を発揮する結果、粉砕対象の微粒子同士の摩擦係数を低下させることができる。
また、原料と異なる異種粒子を添加することにすれば、複数種類の材料からなる粉体膜を得ることができ、例えば電気的特性の異なる各種の粉体膜を形成することができる。
In order to adjust the coefficient of friction of the fine particles, in addition to controlling the gas as described above, it is also effective to disperse other fine particles around the fine particles as a raw material. That is, the fine particles added to be dispersed intervene between the fine particles to be pulverized to exhibit the function of the rolling member, so that the friction coefficient between the fine particles to be pulverized can be reduced.
Further, if different kinds of particles different from the raw material are added, a powder film made of a plurality of types of materials can be obtained. For example, various powder films having different electrical characteristics can be formed.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の粉体膜形成装置では、ナノサイズの微粒子をセンサや燃料電池の電解質基板など各種基板の表面に付着させて粉体膜を形成することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the powder film forming apparatus of the present invention, nano-sized fine particles can be attached to the surfaces of various substrates such as sensors and fuel cell electrolyte substrates to form a powder film.

当該微粒子としては、例えば、微粒子の原料となる塊状の固体に、圧縮力・剪断力・衝撃力等の機械的外力を付与して形成したものを用いることができる。微粒子のサイズ・形状としては、極めて微細な球形状のものから、比較的大きな片状のものまで、原料や粉砕方法を適宜設定することで各種の形状サイズのものが利用できる。   As the fine particles, for example, those formed by applying a mechanical external force such as a compressive force, a shear force, and an impact force to a massive solid that is a raw material of the fine particles can be used. As the size and shape of the fine particles, those having various shapes and sizes can be used by appropriately setting raw materials and pulverization methods from extremely fine spherical shapes to relatively large pieces.

本実施形態では、例えば層状構造の原料を用いる場合について説明する。このような原料物質として、例えば電極材料となるグラファイト(黒鉛)に機械的な外力を付与すると、グラファイトは層状に劈開して薄片状の微粒子が得られる。以下にはこの薄片状の微粒子を用いて積層構造の粉体膜を形成する場合について説明する。   In the present embodiment, for example, a case where a raw material having a layered structure is used will be described. When a mechanical external force is applied to, for example, graphite (graphite) serving as an electrode material as such a raw material substance, the graphite is cleaved into layers to obtain flaky fine particles. Hereinafter, a case where a powder film having a laminated structure is formed using the flaky fine particles will be described.

〔粉体膜形成装置〕
図1〜3に示すように、本発明に係る粉体膜形成装置Xは、まず、微粒子化する原料mを収容保持する処理容器2と、当該処理容器2の内周面2aに近接して設けた押圧部材1とを有する。当該押圧部材1と処理容器2とが微粒子生成手段Bを構成し、これら両部材の相対移動によって前記原料mに機械的外力を付与し、原料mを微粉化する。押圧部材1と処理容器2とは、少なくとも何れか一方が回転して相対移動する。本実施形態では、処理容器2が固定され、その内部で押圧部材1が回転する。
微粒子生成手段Bで生成された直後の微粒子を付着させる基板Aを保持する基板保持手段4が、前記処理容器2の内周面2aの方向に沿って微粒子生成手段Bに近接した位置に配置してある。
さらに、本発明では、基板Aに付着した微粒子に圧縮力を付与する圧縮力付与手段Dを備える。
[Powder film forming equipment]
As shown in FIGS. 1 to 3, the powder film forming apparatus X according to the present invention is close to the processing container 2 that contains and holds the raw material m to be atomized, and the inner peripheral surface 2 a of the processing container 2. And a pressing member 1 provided. The pressing member 1 and the processing container 2 constitute the fine particle generation means B, and a mechanical external force is applied to the raw material m by relative movement of these two members, thereby pulverizing the raw material m. At least one of the pressing member 1 and the processing container 2 rotates and relatively moves. In the present embodiment, the processing container 2 is fixed, and the pressing member 1 rotates inside the processing container 2.
The substrate holding means 4 for holding the substrate A to which the fine particles immediately after being generated by the fine particle generating means B are attached is disposed at a position close to the fine particle generating means B along the direction of the inner peripheral surface 2a of the processing container 2. It is.
Furthermore, in the present invention, a compressive force applying means D for applying a compressive force to the fine particles attached to the substrate A is provided.

(押圧部材)
押圧部材1は、原料に押圧力を付与して原料を粉砕する部材である。
押圧部材1は処理容器2の水平軸心Zを中心に回転自在な軸体11に保持されるプレスヘッド1Aで構成する。プレスヘッド1Aの先端部には、処理容器2の内周面2aに対向して凸状に湾曲した処理面1aが形成してある。
プレスヘッド1Aの全体の側断面形状は、例えば卵型あるいは棒状等に形成することができる。またこの他に、側断面が円形のロータ状となるように形成し、当該ロータの周縁部に適当数の処理面を備えるなど各種の形状を採り得る。
(Pressing member)
The pressing member 1 is a member that applies a pressing force to the raw material and crushes the raw material.
The pressing member 1 is composed of a press head 1 </ b> A that is held by a shaft 11 that is rotatable about a horizontal axis Z of the processing container 2. A processing surface 1a curved in a convex shape is formed at the tip of the press head 1A so as to face the inner peripheral surface 2a of the processing container 2.
The entire side cross-sectional shape of the press head 1A can be formed in, for example, an egg shape or a rod shape. In addition to this, various shapes such as a rotor having a circular cross section and an appropriate number of processing surfaces provided on the peripheral edge of the rotor can be adopted.

粉体膜形成装置Xには、軸体11を回転駆動するモータ・プーリー・ベルト等からなる回転駆動手段12が設けてある。回転駆動手段12は、軸体11を回転駆動することで、プレスヘッド1Aを処理容器2に対して相対移動させる。ここでは、固定された処理容器2の内周面2aに対し、プレスヘッド1Aの処理面1aを相対移動させる。この相対移動により、両者の間隙7にある原料mに対して、非常に強力な圧縮力と剪断力との機械的エネルギーが付与される。この結果、原料mが磨砕され、表面が活性化された微粉状の生成粉体Cが得られる。このような微粒子生成手段Bにおいて、生成粉体Cが生成する部位は、特に処理面1aと内周面2aとの対向部位である。   The powder film forming apparatus X is provided with a rotation driving means 12 including a motor, a pulley, a belt, and the like that rotationally drive the shaft body 11. The rotation driving unit 12 rotates the shaft body 11 to move the press head 1 </ b> A relative to the processing container 2. Here, the processing surface 1a of the press head 1A is moved relative to the inner peripheral surface 2a of the fixed processing container 2. By this relative movement, mechanical energy of a very strong compressive force and shear force is applied to the raw material m in the gap 7 between them. As a result, the raw material m is ground and a fine powdery generated powder C whose surface is activated is obtained. In such a fine particle generating means B, the portion where the generated powder C is generated is particularly the opposite portion between the processing surface 1a and the inner peripheral surface 2a.

(処理容器)
処理容器2は、基台5に固定設置され、水平方向の軸芯Zを有する筒状の部材である。
当該処理容器2の内部は、プレスヘッド1Aが回転する円筒状の処理室3が形成してある。当該処理室3が微粒子生成空間であり、プレスヘッド1Aおよび処理容器2の相対回転の際に原料mに付与された機械的外力により生成した生成粉体Cは処理室3の内部を循環浮遊する。
プレスヘッド1Aの処理面1aと内周面2aとの間には間隙7が形成され、内周面2aには、原料投入手段90から供給される原料mが堆積する。
(Processing container)
The processing container 2 is a cylindrical member that is fixedly installed on the base 5 and has a horizontal axis Z.
Inside the processing container 2, a cylindrical processing chamber 3 in which the press head 1A rotates is formed. The processing chamber 3 is a fine particle generation space, and the generated powder C generated by the mechanical external force applied to the raw material m during the relative rotation of the press head 1A and the processing container 2 circulates and floats inside the processing chamber 3. .
A gap 7 is formed between the processing surface 1a of the press head 1A and the inner peripheral surface 2a, and the raw material m supplied from the raw material charging means 90 is deposited on the inner peripheral surface 2a.

内周面2aの一部には、基板保持手段4を収納する凹部31を設けてある。本実施形態ではこの凹部31において基板Aに成膜される。
凹部31は、処理容器2の軸芯Zの上方に位置し、垂直上方に凹設してある。凹部31には、その一部が処理室3に連通する開口部32を設けてある。この開口部32から基板Aが処理室3に臨む。これにより、処理室3の内部を循環浮遊する生成粉体Cが基板Aに付着する。
A recess 31 for receiving the substrate holding means 4 is provided in a part of the inner peripheral surface 2a. In this embodiment, a film is formed on the substrate A in the recess 31.
The recess 31 is located above the axis Z of the processing container 2 and is recessed vertically upward. The recess 31 is provided with an opening 32 that partially communicates with the processing chamber 3. The substrate A faces the processing chamber 3 from the opening 32. As a result, the produced powder C circulating and floating inside the processing chamber 3 adheres to the substrate A.

生成粉体Cを開口部32の位置で基板Aに付着させる場合、生成粉体Cが開口部32を経由して凹部31の内部に侵入するのを防止するため、凹部31の側から処理室3の側にガスを流通させる(図3)。当該ガスとしては、処理室3の内部に充填する空気或いは各種の不活性ガス等を用いる。ガスを凹部31に供給するガス流入部24を凹部31に設け、処理室3のガスを処理室3の外部に流出させるガス流出部25を処理室3に設ける。このとき、例えば、ガス流出部25の一端を軸体11の内部に、軸体11の軸芯とガス流出部25の中心とが一致するように設け、処理室3とガス流出部25とを連通状態とする。
処理室3の外部に流出したガスは、再度、凹部31に還流させてもよい。
When the produced powder C is attached to the substrate A at the position of the opening 32, the processing powder is introduced from the side of the recess 31 to prevent the produced powder C from entering the inside of the recess 31 through the opening 32. Gas is circulated on the side 3 (FIG. 3). As the gas, air filled in the processing chamber 3 or various inert gases are used. A gas inflow portion 24 for supplying gas to the concave portion 31 is provided in the concave portion 31, and a gas outflow portion 25 for allowing the gas in the processing chamber 3 to flow out of the processing chamber 3 is provided in the processing chamber 3. At this time, for example, one end of the gas outflow portion 25 is provided inside the shaft body 11 so that the axis of the shaft body 11 and the center of the gas outflow portion 25 coincide with each other, and the processing chamber 3 and the gas outflow portion 25 are provided. Keep in communication.
The gas flowing out of the processing chamber 3 may be recirculated to the recess 31 again.

(圧縮力付与手段及び基板保持手段)
基板保持手段4は、基板Aが、処理容器2の内周面2aの一部を構成するように配置する。基板保持手段4は、板状の保持部材41・後述のスライド機構E・圧縮力緩和機構Gで構成する。
(Compression force applying means and substrate holding means)
The substrate holding means 4 is arranged so that the substrate A constitutes a part of the inner peripheral surface 2 a of the processing container 2. The substrate holding means 4 includes a plate-like holding member 41, a slide mechanism E and a compressive force relaxation mechanism G which will be described later.

基板Aの表面に形成される粉体膜Fの表面は、圧縮力付与手段である加圧部材Dが描く回転円の接線L上に配置する(図2)。ここで、「加圧部材D」は、基板Aの微粒子付着面に形成された粉体膜Fに対する当接等によって直接的に圧縮力を付与できる部材をいう。この圧縮力を付与する位置を圧縮力付与位置Nと称し、本実施形態では、加圧部材Dの回転円に対する接線Lの位置に基板Aを配置したときの両者の接点が圧縮力付与位置Nとなる。   The surface of the powder film F formed on the surface of the substrate A is disposed on the tangent L of the rotation circle drawn by the pressing member D which is a compressive force applying means (FIG. 2). Here, the “pressurizing member D” refers to a member to which a compressive force can be directly applied by contact with the powder film F formed on the fine particle adhesion surface of the substrate A. The position where the compression force is applied is referred to as a compression force application position N. In this embodiment, the contact point when the substrate A is disposed at the position of the tangent L with respect to the rotation circle of the pressure member D is the compression force application position N. It becomes.

本発明の粉体膜形成装置Xでは、基板Aの材質は特に限定されない。従って、基板Aとしては、例えば電極を構成する銅等の金属基板・ガラス基板・プラスチック基板・樹脂基板・セラミックス基板、及び、弱熱性基板等、種々の材料を用いることができる。
基板Aの表面には、生成粉体Cが、ファンデルワールス力・静電気力および化学結合等によって付着する。よって、所望の付着状態が得られるように、用いる原料の種類に応じて基板材料を選択するのが好ましい。
In the powder film forming apparatus X of the present invention, the material of the substrate A is not particularly limited. Therefore, as the substrate A, for example, various materials such as a metal substrate such as copper, a glass substrate, a plastic substrate, a resin substrate, a ceramic substrate, and a weakly heat-resistant substrate constituting electrodes can be used.
The produced powder C adheres to the surface of the substrate A by van der Waals force, electrostatic force, chemical bond, or the like. Therefore, it is preferable to select a substrate material according to the type of raw material used so that a desired adhesion state can be obtained.

基板保持手段4は、加圧部材Dによる圧縮力付与位置Nに対して基板Aをスライドさせるスライド機構Eを備える。
当該スライド機構Eは、凹部31の壁面に沿って配設されたレール、および、基板Aをスライド移動させる動力を発生する駆動手段等により構成する。当該レールは、加圧部材Dが描く回転円の接線Lと平行に配設する。
尚、当該スライド移動に伴い、開口部32を経由して処理室3と凹部31とが連通することが考えられる。このとき、基板Aを直接保持する保持部材41において、当該保持部材41が処理室3側に臨む面積が広くなるように構成する。これにより、スライド機構Eによる基板Aのスライド移動に伴い、処理室3内の生成粉体Cが開口部32を経由して凹部31の内部に侵入するのを防止することができる。
The substrate holding means 4 includes a slide mechanism E that slides the substrate A with respect to the compression force applying position N by the pressing member D.
The slide mechanism E is constituted by rails arranged along the wall surface of the recess 31 and driving means for generating power for sliding the substrate A. The rail is arranged in parallel with the tangent L of the rotation circle drawn by the pressure member D.
Note that it is conceivable that the processing chamber 3 and the recess 31 communicate with each other through the opening 32 along with the slide movement. At this time, the holding member 41 that directly holds the substrate A is configured such that the area of the holding member 41 facing the processing chamber 3 is increased. Thereby, it is possible to prevent the generated powder C in the processing chamber 3 from entering the recess 31 via the opening 32 as the substrate A slides by the slide mechanism E.

基板Aは加圧部材Dの回転円の接線L上に配置してある。スライド機構Eが基板Aを接線L上に沿ってスライド移動させることで、粉体膜Fの全ての部位が圧縮力付与位置Nを通過することになる。このため、基板Aに形成された粉体膜Fの全体に圧縮力を付与することができる。よって、本構成のように、加圧部材Dによる圧縮力付与位置Nが固定されている場合、基板Aをスライド移動させることにより、粉体膜Fの全体に亘って粉体密度等の特性を均一に制御することができる。   The substrate A is arranged on the tangent L of the rotation circle of the pressure member D. When the slide mechanism E slides the substrate A along the tangent line L, all parts of the powder film F pass through the compression force applying position N. Therefore, a compressive force can be applied to the entire powder film F formed on the substrate A. Therefore, when the compression force application position N by the pressure member D is fixed as in this configuration, the substrate A is slid to move the powder film F over the entire characteristics of the powder film F. It can be controlled uniformly.

基板保持手段4は、加圧部材Dによる基板Aに付着した生成粉体Cへの圧縮力を緩和する圧縮力緩和機構Gを備える。
本実施形態では、圧縮力緩和機構Gをバネ部材によって構成する場合を示す。
即ち、基板Aを直接保持する保持部材41を複数のバネ部材43によって凹部31の内部で支持する。このとき、例えばバネ部材43の一端は保持部材41に接続し、他端はスライド機構Eに接続させる。
The substrate holding means 4 includes a compression force relaxation mechanism G that relaxes the compression force applied to the generated powder C attached to the substrate A by the pressure member D.
In this embodiment, the case where the compression force relaxation mechanism G is comprised with a spring member is shown.
That is, the holding member 41 that directly holds the substrate A is supported inside the recess 31 by the plurality of spring members 43. At this time, for example, one end of the spring member 43 is connected to the holding member 41 and the other end is connected to the slide mechanism E.

これにより、加圧部材Dが基板Aを加圧したとき、圧縮力緩和機構Gによって、基板Aに対する加圧部材Dの圧縮力を緩和する方向、即ち、基板Aが加圧部材Dから離間する方向に基板Aを後退させることができる。加圧部材Dによる圧縮力の緩和の程度は、バネ部材のバネ定数を変更することにより、種々設定することができる。
従って、圧縮力緩和機構Gを設けることにより、基板Aの表面に形成された粉体膜Fの粉体密度等を所望の値に制御し易くなる。
Thus, when the pressing member D presses the substrate A, the compressing force relaxation mechanism G relaxes the compressing force of the pressing member D against the substrate A, that is, the substrate A is separated from the pressing member D. The substrate A can be retracted in the direction. The degree of relaxation of the compressive force by the pressure member D can be variously set by changing the spring constant of the spring member.
Therefore, by providing the compression force relaxation mechanism G, the powder density and the like of the powder film F formed on the surface of the substrate A can be easily controlled to a desired value.

加圧部材Dは、基板Aに付着した生成粉体Cに圧縮力を付与する手段である。
例えば加圧部材Dは、基板Aに当接可能な加圧部材Dで構成する。これにより、基板Aの表面に付着した生成粉体Cに直接的に圧縮力を付与し、粉体膜Fを形成することができる。そのため、粉体膜Fの粉体密度等を正確に制御することができる。
The pressing member D is a means for applying a compressive force to the generated powder C attached to the substrate A.
For example, the pressurizing member D is composed of a pressurizing member D that can contact the substrate A. Thereby, a compressive force can be directly applied to the generated powder C adhered to the surface of the substrate A, and the powder film F can be formed. Therefore, the powder density and the like of the powder film F can be accurately controlled.

本実施形態では、プレスヘッド1Aの処理面1aを加圧部材Dとする。これは、微粒子生成手段Bとして原料mに機械的エネルギーを付与する押圧部材1の処理面1aと共通である。加圧部材Dは、軸芯Zを中心に回転する。
このように、押圧部材1と加圧部材Dとを共通部材とすることで、粉体膜形成装置Xの構成を簡略化することができる。
In the present embodiment, the processing surface 1a of the press head 1A is a pressure member D. This is in common with the processing surface 1a of the pressing member 1 that imparts mechanical energy to the raw material m as the fine particle generation means B. The pressure member D rotates around the axis Z.
Thus, the structure of the powder film forming apparatus X can be simplified by using the pressing member 1 and the pressing member D as a common member.

加圧部材Dは、一回転する度に圧縮力付与位置Nに位置する粉体膜Fに対して断続的に圧縮力を付与する。このように断続的に粉体膜Fに圧縮力を付与することで、基板に対する微粒子の付着と、付着した微粒子に対する圧縮力の付与とを交互に行うことができる。よって、膜成形の初期の段階から後期の段階にかけて粉体膜Fに対して一定の圧縮力を付与することができ、膜厚の厚み方向の全域に亘って均質な粉体膜を形成することができる。   The pressurizing member D intermittently applies a compressive force to the powder film F located at the compressive force applying position N every time it rotates once. By intermittently applying a compressive force to the powder film F in this way, it is possible to alternately apply fine particles to the substrate and apply compressive force to the attached fine particles. Therefore, a constant compressive force can be applied to the powder film F from the initial stage to the later stage of film forming, and a uniform powder film can be formed over the entire thickness direction of the film thickness. Can do.

本発明の粉体膜形成装置Xでは、微粒子生成手段Bにより生成された直後の微粒子を基板Aに付着させて粉体膜Fを形成するため、表面が活性化されていて互いに付着し易い状態にある生成粉体Cを凝集させることなく基板Aに到達させることができる。このことは、特に凝集し易いサイズの小さな原料を用いる場合に有効である。
ただし、本発明の装置では、圧縮力付与手段Dを備えているので、既に基板上に付着している微粒子をさらに押圧することで、微粒子の活性化した表面を近接させて微粒子同士をより強固に結合させることができ、サイズの大きな微粒子を積層させる場合にも有効である。
また、例えば、原料mとして層状構造を有する物質であるグラファイトを使用する場合、微粒子生成手段Bによってグラファイトに機械的外力を付与すると活性化面が表れた薄片状の微粒子が生成され、この微粒子が基板に到達して順次積層される。ただし、当該微粒子は寸法が大きく、また、形状が薄片状であるため、夫々の微粒子が有する活性化面同士が十分に接近することができない。よって、単に薄片状の微粒子が積層しただけでは、強固な膜を形成することはできない。
しかしながら、本構成では圧縮力付与手段である加圧部材Dによって、上記積層したグラファイトの微粒子を押圧することにより、薄片状の微粒子が有する活性化面同士が十分に近接し、当該薄片状の微粒子の方向性が維持されて均一な配向性を有する状態で強固に結合した膜が形成されることとなる。
これらの結果、均質なグラファイトの粉体膜を基板の表面に効率よく形成することができる。
In the powder film forming apparatus X of the present invention, the fine particles immediately after being produced by the fine particle producing means B are adhered to the substrate A to form the powder film F, so that the surfaces are activated and easily adhere to each other. It is possible to reach the substrate A without agglomerating the produced powder C in the substrate. This is particularly effective when a small-sized raw material that easily aggregates is used.
However, since the apparatus of the present invention is provided with the compressive force imparting means D, the fine particles already adhering to the substrate are further pressed to bring the activated surfaces of the fine particles closer to make the fine particles stronger. It is also effective when laminating large-sized fine particles.
Further, for example, when using graphite which is a material having a layered structure as the raw material m, when a mechanical external force is applied to the graphite by the fine particle generating means B, flaky fine particles having an activated surface appear, which are generated. The layers reach the substrate and are sequentially stacked. However, since the fine particles have a large size and are flaky in shape, the activated surfaces of the respective fine particles cannot sufficiently approach each other. Therefore, a strong film cannot be formed simply by laminating flaky fine particles.
However, in this configuration, by pressing the laminated graphite fine particles by the pressing member D which is a compressive force applying means, the activated surfaces of the flaky fine particles are sufficiently close to each other, and the flaky fine particles Thus, a strongly bonded film is formed in a state where the directivity is maintained and the film has a uniform orientation.
As a result, a homogeneous graphite powder film can be efficiently formed on the surface of the substrate.

〔粉体膜形成方法〕
本発明の粉体膜形成装置Xを用いた粉体膜形成方法を以下に説明する。
図4に示したように、粉体膜形成方法は、原料mを処理容器2の内部に投入すると共に、処理容器2の内部の気圧や雰囲気ガスを調整したり、原料mに異種粒子を添加して原料mの摩擦係数を調節する摩擦制御工程と、当該処理容器2の内周面2aに近接配置した押圧部材1とを相対移動させることにより、原料mに機械的外力を付与して原料mを微粒子化する微粒子化工程と、微粒子化した直後の微粒子を基板Aに付着させる微粒子付着工程と、基板Aに付着した微粒子に圧縮力を付与する圧縮力付与工程と、を有する。
[Powder film forming method]
A powder film forming method using the powder film forming apparatus X of the present invention will be described below.
As shown in FIG. 4, in the powder film forming method, the raw material m is introduced into the processing container 2, the atmospheric pressure and the atmospheric gas inside the processing container 2 are adjusted, and different types of particles are added to the raw material m. Then, the friction control step of adjusting the friction coefficient of the raw material m and the pressing member 1 disposed close to the inner peripheral surface 2a of the processing container 2 are moved relative to each other, thereby applying a mechanical external force to the raw material m. a fine particle forming step for forming m into fine particles, a fine particle attaching step for attaching the fine particles immediately after the fine particle formation to the substrate A, and a compressive force applying step for applying a compressive force to the fine particles attached to the substrate A.

このうち、摩擦制御工程において原料mの摩擦係数を制御すると、原料mの粉砕速度や生成粉体Cの特性を大幅に異ならせることができる。そのため、成膜プロセスを任意に制御して種々の特性を有する粉体膜を得易くなる。   Among these, if the friction coefficient of the raw material m is controlled in the friction control step, the pulverization speed of the raw material m and the characteristics of the generated powder C can be greatly varied. Therefore, it is easy to obtain a powder film having various characteristics by arbitrarily controlling the film forming process.

例えば、摩擦制御工程は、真空度を変化させる工程とすることができる。具体的には、真空ポンプ(図外)により処理室3の内部から空気等の気体を排出する。
このように、真空度を変化させることで、原料粒子間に介在する空気等の気体の量を調節することができる。真空度を高めることで、原料粒子間に存在する気体の量が減少する。この結果、原料粒子同士がより近接して互いに衝突し易くなり、両者間に力が伝達し易くなって粉砕効率が高まる。一方、真空度を低下させると、原料粒子間の気体の量が増大し、相互に衝突し難くなって原料粒子間に作用する力が減少し、粉砕効率が低下する。
例えばグラファイト粒子においては、真空度を高めることで酸素分圧が低下するため、酸素分子の粒子表面への吸着が減少し、原料粒子間の摩擦係数を増大することができる。その結果、原料粒子間に作用する力が増大して粉砕効率が向上する。
このように真空度を変化させるという簡単な手法を用いることで、得られる微粒子のサイズ等を変化させることができるうえ、粉砕効率を調節することができる。
For example, the friction control step can be a step of changing the degree of vacuum. Specifically, a gas such as air is discharged from the inside of the processing chamber 3 by a vacuum pump (not shown).
Thus, by changing the degree of vacuum, the amount of gas such as air interposed between the raw material particles can be adjusted. By increasing the degree of vacuum, the amount of gas present between the raw material particles is reduced. As a result, the raw material particles are closer to each other and easily collide with each other, and the force is easily transmitted between them, so that the pulverization efficiency is increased. On the other hand, when the degree of vacuum is lowered, the amount of gas between the raw material particles increases, it becomes difficult to collide with each other, the force acting between the raw material particles is reduced, and the pulverization efficiency is lowered.
For example, in the case of graphite particles, the oxygen partial pressure is reduced by increasing the degree of vacuum, so that adsorption of oxygen molecules on the particle surface is reduced, and the coefficient of friction between the raw material particles can be increased. As a result, the force acting between the raw material particles is increased and the grinding efficiency is improved.
Thus, by using a simple method of changing the degree of vacuum, the size of the fine particles obtained can be changed, and the grinding efficiency can be adjusted.

摩擦制御工程は、雰囲気ガスを変化させる工程とすることもできる。例えば、グラファイトを粉砕する場合、雰囲気ガスが酸素であると粉砕後の微粒子は薄片状になり易い。雰囲気ガスがヘリウムである場合には立体的な形状になり易い。
また、既存の雰囲気ガス中に異なるガス種を注入してガス置換し、雰囲気ガスの種類を変化させることもできる。
The friction control step can be a step of changing the atmospheric gas. For example, when pulverizing graphite, if the atmospheric gas is oxygen, the fine particles after pulverization are likely to be flakes. When the atmospheric gas is helium, it tends to be a three-dimensional shape.
Further, it is possible to inject different gas types into the existing atmospheric gas and perform gas replacement to change the type of the atmospheric gas.

摩擦制御工程は、原料mと異なる異種粒子を添加することとしてもよい。グラファイトを粉砕する場合の異種粒子としては、例えばポリビニリデンフルオライド(PVDF)を用いることができる。
このように微粒子の核となる物質の周りに微粒子とは異なる成分の粒子を付着あるいは結合させることにより、原料mであるグラファイトの摩擦係数を容易に制御することができる。また、原料mと異なる異種粒子を添加するため、形成された粉体膜Fには複数種類の材料に基づく特性を保持させることができる。
異種粒子は、成膜プロセスの当初より原料mと共存させたり、成膜プロセスの途中から原料mに混合することができる。
尚、上記何れの摩擦制御工程も原料に応じて行えばよく、また、必ずしも行う必要はない。
In the friction control step, different kinds of particles different from the raw material m may be added. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used as the different particles in the case of pulverizing graphite.
In this way, by attaching or bonding particles having a component different from the fine particles around the substance serving as the core of the fine particles, the friction coefficient of the graphite as the raw material m can be easily controlled. Further, since different types of particles different from the raw material m are added, the formed powder film F can retain characteristics based on a plurality of types of materials.
The different kinds of particles can coexist with the raw material m from the beginning of the film forming process, or can be mixed with the raw material m from the middle of the film forming process.
Any of the above friction control steps may be performed according to the raw material, and is not necessarily performed.

<その他の構成>
(原料投入手段)
図1に示す如く、原料投入手段90を備えることで、原料mを処理室3に連続して供給することができる。これにより、所望の粉体膜Fを連続して製造することができる。
<Other configurations>
(Raw material input means)
As shown in FIG. 1, the raw material m can be continuously supplied to the processing chamber 3 by providing the raw material charging means 90. Thereby, the desired powder film F can be manufactured continuously.

また、ある原料mを供給して微粒子を生成し、基板Aの表面に粉体膜Fを形成させた後に、異なる原料の微粒子あるいは同質であるが粒径の異なる微粒子を供給して成膜してもよい。これにより、基板Aの表面に複数層の異なる材料からなる粉体膜Fを形成できる。
例えば、基板Aに生成粉体Cを付着し易くするためのプライマー膜を形成する原料を、原料投入手段90から投入して微粒子化・微粒子付着・圧縮力付与を行い、基板Aにプライマー膜を形成する。この後、原料mを当該原料投入手段90から投入し、微粒子化・微粒子付着・圧縮力付与を行って前記プライマー膜に粉体膜Fを積層する。本発明の装置であれば、様々な原料の組み合わせを用いて種々の粉体膜Fを得ることができる。
尚、原料投入手段90は、例えば、処理容器2の内部に当該原料mを供給できるように、出退自在に構成できる。
Further, after supplying a certain raw material m to generate fine particles and forming a powder film F on the surface of the substrate A, the film is formed by supplying fine particles of different raw materials or particles of the same quality but different in particle diameter. May be. Thereby, the powder film F made of a plurality of layers of different materials can be formed on the surface of the substrate A.
For example, a raw material for forming a primer film for facilitating adhesion of the produced powder C to the substrate A is charged from the raw material charging means 90 to perform fine particle formation, fine particle adhesion, and compression force application, and the primer film is applied to the substrate A. Form. Thereafter, the raw material m is charged from the raw material charging means 90, and the powder film F is laminated on the primer film by performing fine particle formation, fine particle adhesion, and compression force application. With the apparatus of the present invention, various powder films F can be obtained using various combinations of raw materials.
In addition, the raw material input means 90 can be configured to be freely withdrawn so that the raw material m can be supplied into the processing container 2, for example.

(温調手段)
微粒子生成手段Bにより生成粉体Cを生成した際、或いは、圧縮力付与手段Dにより断続的に圧縮力を付与した際、摩擦熱等により粉体膜形成装置Xの温度が上昇する。そのため、成膜に適した温度に調節するため、温調手段を設けることが可能である。
温調手段としては、例えば処理容器2の外周表面全体を覆うジャケット(図外)を設けておき、冷却用の液体を循環させるとよい。勿論、成膜条件によっては加熱用の液体を循環させてもよい。
(Temperature control means)
When the produced powder C is produced by the fine particle producing means B, or when the compressive force is intermittently applied by the compressive force applying means D, the temperature of the powder film forming apparatus X rises due to frictional heat or the like. Therefore, a temperature adjusting means can be provided in order to adjust the temperature suitable for film formation.
As temperature control means, for example, a jacket (not shown) that covers the entire outer peripheral surface of the processing container 2 may be provided, and a cooling liquid may be circulated. Of course, a heating liquid may be circulated depending on the film forming conditions.

(放電手段)
粉体膜形成装置Xには、生成粉体Cに放電する放電手段20を設けてもよい。当該放電手段20により、例えば、内周面2aに対向配置された放電部としての処理面1aから内周面2aに堆積している生成粉体Cに放電する。
放電手段20は、処理容器2から絶縁したプレスヘッド1Aに接続する導線22と、処理容器2に接続した導線23とに対し、電源部21から電圧を印加できるように構成してある。これにより、プレスヘッド1Aの処理面1aと、処理容器2の内周面2aとの間隙7に、グロー放電等により放電プラズマを発生させる。この結果、内周面2aと処理面1aとの間隙7で機械的エネルギーが付与されている生成粉体Cの表面を活性化することができる。
(Discharge means)
The powder film forming apparatus X may be provided with discharge means 20 for discharging the produced powder C. The discharge means 20 discharges, for example, from the treatment surface 1a as a discharge portion disposed to face the inner peripheral surface 2a to the generated powder C deposited on the inner peripheral surface 2a.
The discharging means 20 is configured so that a voltage can be applied from the power supply unit 21 to the conducting wire 22 connected to the press head 1 </ b> A insulated from the processing vessel 2 and the conducting wire 23 connected to the processing vessel 2. Thus, discharge plasma is generated by glow discharge or the like in the gap 7 between the processing surface 1a of the press head 1A and the inner peripheral surface 2a of the processing container 2. As a result, the surface of the produced powder C to which mechanical energy is applied can be activated by the gap 7 between the inner peripheral surface 2a and the treatment surface 1a.

尚、この放電手段20により放電を行う場合には、内周面2a及び処理面1aを、生成粉体Cと同じ材料等でコーティングしておけば、内周面2a及び処理面1aのエッチングによる汚染を抑制できて好都合である。
また、放電手段20は、プレスヘッド1Aの処理面1aとしたが、当該処理面1aとは別の放電部から内周面2aに対して放電を行うものであってもよい。
When discharging is performed by the discharge means 20, if the inner peripheral surface 2a and the processing surface 1a are coated with the same material as the generated powder C, the inner peripheral surface 2a and the processing surface 1a are etched. Convenient to suppress contamination.
Moreover, although the discharge means 20 is the treatment surface 1a of the press head 1A, the discharge means 20 may discharge the inner peripheral surface 2a from a discharge portion different from the treatment surface 1a.

(微粒子状態判定手段)
微粒子化処理を行う際には、原料mが団粒化している場合がある。このような場合には、プレスヘッド1Aを介して軸体11およびモータに過大なトルクが掛かり、粉体が過熱したり装置が損傷したりする不都合が生じるおそれがある。これを防止するために、例えば軸体11のトルク変動を検知するトルクセンサ50を備えておくのが好ましい。これにより、処理室3の内部における原料mのおおよその粒子径が把握できる。仮に、トルクセンサ50の検出値が過大となった場合には上記団粒化の発生を検知することができる。
(Particle state determination means)
When performing the fine particle treatment, the raw material m may be aggregated. In such a case, an excessive torque is applied to the shaft body 11 and the motor via the press head 1A, and there is a risk that the powder may be overheated or the apparatus may be damaged. In order to prevent this, for example, it is preferable to provide a torque sensor 50 that detects a torque fluctuation of the shaft body 11. Thereby, the approximate particle diameter of the raw material m in the inside of the processing chamber 3 can be grasped. If the detection value of the torque sensor 50 is excessive, the occurrence of the agglomeration can be detected.

また、このようなトルクセンサを備えることで、本発明の粉体膜形成装置Xに、微粒子状態判定手段28を構成することができる。
微粒子状態判定手段28は、処理容器2の内部で機械的作用が加えられる原料mの処理状態が進行するほど、生成粉体Cの比表面積が大きくなり、処理面1aと内周面2aとの相対移動における抵抗が大きくなることを利用する。つまり、軸体11の回転数や軸体11にかかるトルクが所定値を超えた場合に、原料mの処理状態が所望の微粒子状態に達したと判定することができる。
Further, by providing such a torque sensor, the particle state determining means 28 can be configured in the powder film forming apparatus X of the present invention.
The fine particle state determination means 28 increases the specific surface area of the produced powder C as the processing state of the raw material m to which mechanical action is applied inside the processing container 2 increases, and the processing surface 1a and the inner peripheral surface 2a Take advantage of the increased resistance in relative movement. That is, when the rotational speed of the shaft body 11 or the torque applied to the shaft body 11 exceeds a predetermined value, it can be determined that the processing state of the raw material m has reached a desired fine particle state.

(動力制御手段)
粉体膜形成装置Xには、例えば、微粒子化工程の終了を知って回転駆動手段12の駆動速度を低下させる等の動力制御手段30を設けてもよい。当該装置を備えることで、微粒子化工程等を最適なタイミングで停止することができる。この結果、粉体膜Fを形成する微粒子の粒度分布が狭くなり、均質な粉体膜Fを得ることができる。
(Power control means)
For example, the powder film forming apparatus X may be provided with a power control means 30 for reducing the driving speed of the rotation driving means 12 by knowing the end of the micronization process. By providing the apparatus, the atomization step and the like can be stopped at an optimal timing. As a result, the particle size distribution of the fine particles forming the powder film F becomes narrow, and a uniform powder film F can be obtained.

〔実施例1〕
上述した粉体膜形成装置Xを用いて、以下の条件で成膜処理を行い、基板Aに粉体膜を形成した。粉体原料としてグラファイト12.0gを使用した。異種粒子としてPVDF4.0gを使用した。
原料mがグラファイトのみの場合の粉体膜形成装置Xの運転条件は、プレスヘッド1Aの回転数4000rpm、気圧10Pa、処理時間20分とした。
グラファイトにPVDFを添加した場合の粉体膜形成装置Xの運転条件は、プレスヘッド1Aの回転数4000rpm、気圧50Pa、処理時間10分とした。
[Example 1]
Using the powder film forming apparatus X described above, a film formation process was performed under the following conditions to form a powder film on the substrate A. 12.0 g of graphite was used as a powder raw material. As the heterogeneous particles, 4.0 g of PVDF was used.
The operating conditions of the powder film forming apparatus X in the case where the raw material m is only graphite were the rotation speed of the press head 1A of 4000 rpm, the atmospheric pressure of 10 Pa, and the processing time of 20 minutes.
The operating conditions of the powder film forming apparatus X when PVDF was added to graphite were a press head 1A rotation speed of 4000 rpm, an atmospheric pressure of 50 Pa, and a processing time of 10 minutes.

図5に微粒子化工程前のグラファイトの顕微鏡写真を示す。これより、グラファイトは層状構造を有する物質であることがわかる。
図6にグラファイトを微粒子化処理して成膜した粉体膜Fの断面の顕微鏡写真を示す。これにより、粉体膜Fはその断面視において層状を示すことがわかる。即ち、本発明の粉体膜形成装置Xでは、生成した薄片状の微粒子が直ちに基板保持手段4の表面に付着すれば、薄片状の比較的サイズの大きな粒子であっても所望の粉体膜Fが得られることがわかる。
図7にグラファイトを微粒子化処理して成膜した粉体膜Fの表面の顕微鏡写真を示す。これにより、粉体膜Fは平滑な表面形状を有することがわかる。
FIG. 5 shows a photomicrograph of graphite before the micronization step. From this, it can be seen that graphite is a substance having a layered structure.
FIG. 6 shows a micrograph of a cross section of the powder film F formed by finely pulverizing graphite. Thereby, it turns out that the powder film F shows a layer shape in the cross-sectional view. That is, in the powder film forming apparatus X of the present invention, if the generated flaky fine particles immediately adhere to the surface of the substrate holding means 4, the desired powder film can be obtained even if it is a flaky particle having a relatively large size. It can be seen that F is obtained.
FIG. 7 shows a photomicrograph of the surface of the powder film F formed by converting the graphite into fine particles. Thereby, it turns out that the powder film F has a smooth surface shape.

〔実施例2〕
摩擦制御工程を行ったときの比表面積の推移を調べた。
図8には、真空度を変化させる摩擦制御工程を行った場合の、生成粉体Cの比表面積(m2/g)と真空度(Pa)との関係の変化を示した。処理は、グラファイト9.9gに対して4000rpmで20分間行った。
図8では、真空度が低いほど比表面積が大きく、つまり、真空度が下がるほど粉砕効率が高まることがわかる。
[Example 2]
The transition of specific surface area when the friction control process was performed was examined.
FIG. 8 shows a change in the relationship between the specific surface area (m 2 / g) of the produced powder C and the degree of vacuum (Pa) when the friction control step for changing the degree of vacuum is performed. The treatment was performed at 4,000 rpm for 20 minutes with respect to 9.9 g of graphite.
In FIG. 8, it can be seen that the specific surface area increases as the degree of vacuum decreases, that is, the pulverization efficiency increases as the degree of vacuum decreases.

図9には、雰囲気ガスを常圧の空気とした場合、および、真空度を10Paとした場合において、微粒子化の処理時間が経過したときの比表面積の推移を調べた。微粒子化処理は、グラファイト9.9gに対して4000rpmの条件で行った。
雰囲気ガスを常圧の空気とした場合には粉砕時間が経過しても比表面積は殆ど変化せず、粉砕処理効率に変化はない。しかし、真空度を10Paに高めると、粉砕時間の経過に伴って比表面積が増大し、粉砕効率が向上することがわかる。
In FIG. 9, the transition of the specific surface area was examined when the treatment time for atomization passed when the atmospheric gas was atmospheric air and the degree of vacuum was 10 Pa. The fine particle treatment was performed under the condition of 4000 rpm with respect to 9.9 g of graphite.
When the atmospheric gas is atmospheric pressure air, the specific surface area hardly changes even when the pulverization time elapses, and the pulverization efficiency does not change. However, it can be seen that when the degree of vacuum is increased to 10 Pa, the specific surface area increases as the pulverization time elapses, and the pulverization efficiency improves.

図10には、原料mと異なる異種粒子を添加する摩擦制御工程を行った場合における生成粉体Cの比表面積(m2/g)と運転時間(分)との関係を示す。粉砕処理は、グラファイト12.0gとPVDF4.0gに対して4000rpm、50Paの条件で行った。
これによれば、異種粒子を添加した場合、運転時間の経過に伴って比表面積が増大することがわかった。
FIG. 10 shows the relationship between the specific surface area (m 2 / g) of the produced powder C and the operation time (minutes) when the friction control step of adding different particles different from the raw material m is performed. The pulverization process was performed under the conditions of 4000 rpm and 50 Pa for 12.0 g of graphite and 4.0 g of PVDF.
According to this, it was found that when different kinds of particles are added, the specific surface area increases with the lapse of operation time.

〔別実施の形態〕
<1> 上記実施形態では、層状物質としてグラファイトを使用した例を示した。しかし、これに限られるものではなく、例えば無機層状物質として、層状ケイ酸塩であるクレイ(粘土鉱物)・層状水酸化物・遷移金属酸化物・遷移金属ジカルコゲナイド・リン酸塩・金属リン化合物等を用いることができる。
また、ランタン系、イットリウム系、ビスマス系、タリウム系などの酸化物超伝導材料等を使用することもできる。
さらに、伝導性を有する層状ペロブスカイト化合物・遷移金属ダイカルコゲナイド・ハロゲン化金属などから成る層状物質材料の使用も可能である。
[Another embodiment]
<1> In the above embodiment, an example in which graphite is used as the layered material has been shown. However, the present invention is not limited to this. For example, as an inorganic layered material, layered silicate clay (clay mineral), layered hydroxide, transition metal oxide, transition metal dichalcogenide, phosphate, metal phosphorus compound Etc. can be used.
In addition, oxide superconducting materials such as lanthanum, yttrium, bismuth, and thallium can be used.
Furthermore, it is also possible to use a layered material composed of a layered perovskite compound, a transition metal dichalcogenide, a metal halide, etc. having conductivity.

<2> 粉体膜Fを構成する微粒子は、単一材料からなるものに限らず、複数の材料を合成して生成した生成粉体Cであってもよい。 <2> The fine particles constituting the powder film F are not limited to those made of a single material, but may be a generated powder C generated by synthesizing a plurality of materials.

<3> 上記実施形態では、処理容器2が固定され、当該処理容器2の内部で押圧部材1が回転する場合を例示した。しかし、このような実施形態に限らず、押圧部材1が固定され処理容器2が回転するものや、押圧部材1および処理容器2が反対方向に回転するものであってもよい。 <3> In the said embodiment, the case where the processing container 2 was fixed and the press member 1 rotated inside the said processing container 2 was illustrated. However, it is not limited to such an embodiment, and the pressing member 1 may be fixed and the processing container 2 may rotate, or the pressing member 1 and the processing container 2 may rotate in opposite directions.

<4> 上記実施形態では、単一の処理面1aを備えたプレスヘッド1Aを例示したが、これに限らず、複数の処理面1aを備えたものであってもよい。 <4> Although the press head 1A provided with the single processing surface 1a is illustrated in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a plurality of processing surfaces 1a may be provided.

<5> 上記実施形態では、プレスヘッド1Aの処理面1aと圧縮力付与手段Dとを共通の部材とした。しかし、これに限らず、処理面1aと圧縮力付与手段Dとを別部材とすることも可能である。このとき、圧縮力付与手段Dは、プレスヘッド1Aとは別個に駆動制御して、基板Aの粉体膜Fに圧縮力を付与するように構成する。圧縮力付与手段Dは、微粒子生成手段Bである処理面1aより基板Aに近接した位置に設ける。
また、圧縮力付与手段Dは、回転駆動する態様に限らず、往復駆動することにより基板Aの粉体膜Fに圧縮力を付与するように構成してもよい。
<5> In the above embodiment, the processing surface 1a of the press head 1A and the compressive force applying means D are used as a common member. However, the present invention is not limited to this, and the processing surface 1a and the compressive force applying means D may be separate members. At this time, the compressive force applying means D is configured to control the drive separately from the press head 1 </ b> A so as to apply the compressive force to the powder film F of the substrate A. The compressive force applying means D is provided at a position closer to the substrate A than the processing surface 1a which is the fine particle generating means B.
The compressive force applying means D is not limited to the rotationally driven mode, and may be configured to apply the compressive force to the powder film F of the substrate A by reciprocating driving.

<6> 上記実施形態では、粉体膜Fに断続的に圧縮力を付与する構成について説明した。しかし、これに限られるものではなく、連続的に粉体膜Fに圧縮力を付与する構成としてもよい。
例えば圧縮力付与手段Dを、基板Aに微粒子を所定の厚さとなるように付着させて形成した粉体膜Fの表面を回転しながら移動するローラで構成する。このとき、基板Aはスライド移動せずに固定した状態とする。
また、当該ローラと基板Aとを、互いに逆方向となるように相対移動させてもよい。
<6> In the above embodiment, the configuration in which the compressive force is intermittently applied to the powder film F has been described. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which a compressive force is continuously applied to the powder film F may be employed.
For example, the compressive force applying means D is constituted by a roller that moves while rotating on the surface of the powder film F formed by attaching fine particles to the substrate A so as to have a predetermined thickness. At this time, the substrate A is fixed without sliding.
Further, the roller and the substrate A may be moved relative to each other in opposite directions.

<7> 上述した本実施形態では、圧縮力付与手段Dは基板Aに当接可能な構成とした。しかし、これに限られるものではなく、圧縮力付与手段Dと基板Aとは当接せずに基板Aに圧縮力を付与する構成としてもよい。例えば、圧縮力付与手段Dとして、圧縮空気を放出する構成とする。この場合、圧縮空気を粉体膜Fに向けて放出することで、粉体膜Fの粉体密度等の特性を制御することが可能となる。 <7> In the present embodiment described above, the compressive force applying means D is configured to be able to contact the substrate A. However, the present invention is not limited to this, and the compressive force may be applied to the substrate A without contacting the compressive force applying means D and the substrate A. For example, the compression force applying means D is configured to release compressed air. In this case, by discharging the compressed air toward the powder film F, characteristics such as the powder density of the powder film F can be controlled.

さらに、基板Aの表面に形成された粉体膜Fに遠心力を付与することで、当該粉体膜Fに圧縮力を付与するものとしてもよい。そのためには、例えば押圧部材1を固定し、処理容器2を回転させて、基板Aを処理容器2の側で保持して粉体膜Fを形成するものとする。これにより、処理容器2の回転により基板Aに形成した粉体膜Fに遠心力が作用する。処理容器2の回転数を制御することで、粉体膜Fに作用する遠心力が調節でき、粉体膜Fの密度等を制御することができる。   Furthermore, a compressive force may be applied to the powder film F by applying a centrifugal force to the powder film F formed on the surface of the substrate A. For this purpose, for example, the pressing member 1 is fixed, the processing container 2 is rotated, and the substrate A is held on the processing container 2 side to form the powder film F. Thereby, centrifugal force acts on the powder film F formed on the substrate A by the rotation of the processing container 2. By controlling the rotation speed of the processing container 2, the centrifugal force acting on the powder film F can be adjusted, and the density and the like of the powder film F can be controlled.

<8> 上記実施形態では、圧縮力緩和機構Gをバネ部材によって構成する場合を例示した。しかし、これに限られるものではなく、例えば衝撃吸収性能を有する低反発の弾性樹脂などが適用可能である。 <8> In the above embodiment, the case where the compression force relaxation mechanism G is configured by a spring member is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and for example, a low-resilience elastic resin having shock absorption performance can be applied.

<9> 上記実施形態では、処理容器2は、水平方向の軸芯Zを有する筒状の部材とした。しかし、これに限られるものではなく、当該軸芯Zは鉛直方向であってもよい。 <9> In the above embodiment, the processing container 2 is a cylindrical member having a horizontal axis Z. However, the present invention is not limited to this, and the axis Z may be in the vertical direction.

本発明の粉体膜形成装置及び粉体膜形成方法は、原料に、機械的外力を付与して生成した微粒子を、基板に付着させて粉体膜を形成する成膜装置及び成膜方法として適用できる。   The powder film forming apparatus and the powder film forming method of the present invention are a film forming apparatus and a film forming method for forming a powder film by attaching fine particles generated by applying mechanical external force to a raw material to a substrate. Applicable.

本発明の粉体膜形成装置の断面概略図Schematic cross-sectional view of the powder film forming apparatus of the present invention 本発明の粉体膜形成装置の要部概略図Schematic diagram of essential parts of the powder film forming apparatus of the present invention 本発明の粉体膜形成装置の要部概略図Schematic diagram of essential parts of the powder film forming apparatus of the present invention 本発明の粉体膜形成方法の手順の概要を示したフローチャートThe flowchart which showed the outline | summary of the procedure of the powder film formation method of this invention 粉砕処理前のグラファイトを示す顕微鏡写真Micrograph showing graphite before pulverization グラファイトの粉体膜の断面を示す顕微鏡写真Photomicrograph showing cross section of graphite powder film グラファイトの粉体膜の表面を示す顕微鏡写真Micrograph showing the surface of graphite powder film 摩擦制御工程における真空度と比表面積との関係を示す図The figure which shows the relationship between the degree of vacuum and the specific surface area in the friction control process 雰囲気が異なる場合の粉砕運転時間と比表面積との関係を示す図The figure which shows the relationship between the grinding operation time and the specific surface area when the atmosphere is different 異種粒子を添加した場合の粉砕運転時間と比表面積との関係を示す図The figure which shows the relationship between the grinding operation time and the specific surface area when different kinds of particles are added

符号の説明Explanation of symbols

X 粉体膜形成装置
A 基板
B 微粒子生成手段
C 微粒子(生成粉体)
D 圧縮力付与手段(加圧部材)
E スライド機構
G 圧縮力緩和機構
m 原料
1 押圧部材
2 処理容器
4 基板保持手段
X Powder film forming apparatus A Substrate B Fine particle generation means C Fine particles (generated powder)
D Compression force applying means (pressure member)
E Slide mechanism G Compression force relaxation mechanism m Raw material 1 Press member 2 Processing container 4 Substrate holding means

Claims (9)

原料を収容保持する処理容器と当該処理容器の内周面に近接配置した押圧部材とが相対移動することにより、前記原料に機械的外力を付与して前記原料を微粒子化する微粒子生成手段と、前記微粒子生成手段により生成された直後の微粒子を付着させる基板を保持する基板保持手段とを備え、
前記基板に付着した微粒子に圧縮力を付与する圧縮力付与手段を備えた粉体膜形成装置。
A processing unit for containing and holding the raw material and a pressing member disposed in proximity to the inner peripheral surface of the processing container relatively move, thereby providing a mechanical external force to the raw material to make the raw material fine particles, Substrate holding means for holding a substrate to which the fine particles immediately after generated by the fine particle generating means are attached;
A powder film forming apparatus comprising compressive force applying means for applying a compressive force to the fine particles attached to the substrate.
前記圧縮力付与手段が前記基板の微粒子付着面に当接可能な加圧部材である請求項1に記載の粉体膜形成装置。   The powder film forming apparatus according to claim 1, wherein the compressive force applying unit is a pressurizing member capable of coming into contact with the fine particle adhesion surface of the substrate. 前記加圧部材が予め設定した位置において圧縮力を付与するものであり、前記基板保持手段が前記加圧部材による圧縮力付与位置に対して前記基板をスライドさせるスライド機構を備える請求項2に記載の粉体膜形成装置。   The pressure member applies a compressive force at a preset position, and the substrate holding unit includes a slide mechanism that slides the substrate with respect to a compressive force applying position by the pressurizing member. Powder film forming equipment. 前記基板保持手段が、前記圧縮力付与手段による前記基板に付着した微粒子への圧縮力を緩和する圧縮力緩和機構を備える請求項1〜3の何れか一項に記載の粉体膜形成装置。   The powder film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate holding unit includes a compression force relaxation mechanism that relaxes the compression force applied to the fine particles attached to the substrate by the compression force applying unit. 原料を収容保持する処理容器と当該処理容器の内周面に近接配置した押圧部材とが相対移動することにより、前記原料に機械的外力を付与して前記原料を微粒子化する微粒子化工程と、
前記微粒子化した直後の微粒子を基板に付着させる微粒子付着工程と、
前記基板に付着した微粒子に圧縮力を付与する圧縮力付与工程と、を有する粉体膜形成方法。
A process for storing and holding the raw material and a pressing member disposed close to the inner peripheral surface of the process container are relatively moved, thereby applying a mechanical external force to the raw material to make the raw material fine,
A fine particle attaching step for attaching the fine particles immediately after the fine particles to the substrate;
A compressive force applying step of applying a compressive force to the fine particles attached to the substrate.
前記原料の摩擦係数を制御する摩擦制御工程を有する請求項5に記載の粉体膜形成方法。   The powder film forming method according to claim 5, further comprising a friction control step of controlling a friction coefficient of the raw material. 前記摩擦制御工程が真空度を変化させる工程である請求項6に記載の粉体膜形成方法。   The powder film forming method according to claim 6, wherein the friction control step is a step of changing a degree of vacuum. 前記摩擦制御工程が雰囲気ガスを変化させる工程である請求項6に記載の粉体膜形成方法。   The powder film forming method according to claim 6, wherein the friction control step is a step of changing an atmospheric gas. 前記摩擦制御工程が前記原料と異なる異種粒子を添加する工程である請求項6に記載の粉体膜形成方法。   The powder film forming method according to claim 6, wherein the friction control step is a step of adding different kinds of particles different from the raw material.
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