JPH0214402B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアークを用いた超微粒子製造方法およ
び装置に関し、特に原料補給の改良に関する。

近年、超微粒子の特異な性質が注目されてお
り、今後エレクトロニクス、触媒化学等広範囲な
技術分野での応用が期待されている。

超微粒子の製造方法については種々開発されて
いるが、その一方法としてアークを利用したもの
がある。詳述すると、水素含有ガスまたは窒素含
有ガスからなる雰囲気ガス中に電極を配置し、こ
の電極の下方に坩堝を配置してある。この坩堝は
中央に比較的浅い凹部を有しており、この凹部に
は原料が収納されている。そして、電極と原料と
の間でアークを発生させ、このアークにより原料
を加熱溶融すると同時に上記雰囲気ガスを活性化
（励起、分解、解離、イオン化等）させる。する
と、その結果生じた活性種（励起分子、イオン、
遊離基、遊離基イオン等）中の水素または窒素は
溶融原料と活発に反応し、該溶融原料中に過飽和
に溶解する。そして、それらのガスが溶融原料よ
り放出する際、溶融原料の超微粒子を伴う。よつ
てこれを捕集すればよい。

ところで、原料は超微粒子の発生に伴い減少し
ていく。上述した従来方法では、坩堝に収容でき
る原料の量は比較的少なく、操業を短期間で中断
して炉を開放し、原料を補給しなければならな
い。このため連続して大量生産ができず、生産性
が低かつた。

本発明は上述した事情にもとづきなされたもの
で、その第１の目的は原料を連続して補給でき、
生産性を大幅に向上できる超微粒子製造方法を提
供することにある。本発明の第２の目的は、原料
を自動的に連続補給できる超微粒子製造装置を提
供することにある。

以下、本発明の方法および装置を図示の実施例
を参照して説明する。図中符号１は外周部を水冷
される炉本体である。この炉本体１は起立して設
置されている。炉本体１の下部には排ガス管２が
連結されている。排ガス管２は斜め上方を向いて
いる。炉本体１の下端にはフランジ３が固定され
ている。炉本体１内には水冷銅管４が設置されて
いる。水冷銅管４は炉本体１の上部で支持されて
おり、炉本体１の中心軸に沿つて垂直に設置され
ている。水冷銅管４の下端には電極５が垂直に固
定されている。

フランジ３には他のフランジ６が連結されてい
る。フランジ６の中央部にはシリンダ７が支持さ
れている。シリンダ７の上端には鍔部８が形成さ
れており、この鍔部８が上記フランジ６に固定さ
れている。シリンダ７は垂直に支持されており、
その上端開口７ａは前述した電極５の下方に位置
している。シリンダ７はケース９に包囲されてい
る。ケース９の上端開口縁はフランジ６に固定さ
れ、底部開口９ａにはシリンダ７の下端部が挿入
固定されている。ケース９内には冷却水が流れ、
シリンダ７を冷却するようになつている。図中１
０ａは冷却水の入口部、１０ｂは出口部である。

シリンダ７の下部にはピストン１１が上下方向
に摺動自在に挿入されている。ピストン１１は、
その内部を流通する冷却水により冷却されてい
る。図中１２ａは冷却水の入口部、１２ｂは出口
部である。ピストン１１の下端には支持部１３が
固定されている。この支持部１３にはねじ孔が形
成されており、このねじ孔にはねじ棒１４が螺挿
されている。ねじ棒１４の下端は動力伝達機構１
５を介してモータ１６（駆動機構）に接続されて
いる。モータ１６の駆動によりねじ棒１４が回転
し、このねじ棒１４とねじ孔との作用によりピス
トン１１が上下動されるようになつている。モー
タ１６は制御装置１７により制御されている。

上記構成において、シリンダ７内には予め原料
Ａが収容されている。原料Ａとしては金属のみな
らず一部の半金属、半導体を用いることもでき
る。原料Ａはたとえば円柱状のインゴツトの形で
シリンダ７に収容されている。炉本体１内には水
素または水素含有ガスあるいは窒素または窒素含
有ガスが流れている。上述のガスは炉本体１の上
部の流入口から下方に流れて原料Ａの面に吹きつ
けられ、さらに排ガス管２へと流れていく。電極
５と原料Ａの上面との間には、水冷銅管４に電気
的に接続された定電圧源または定電流源により、
電圧が印加されてアークが発生する。このアーク
により、原料Ａの上部が溶融される。またアーク
により上述した雰囲気ガスが活性化される。そし
て、溶融原料Ａと活性化ガスとの反応により、溶
融原料Ａから超微粒子が発生する。

発生した超微粒子はガスの流れに導びかれて排
ガス管２へと流れ、図示しない捕集器によつて捕
集される。

超微粒子の発生により、原料Ａの上面の位置は
低下するが、この低下分はピストン１１を上方へ
移動させて原料Ａを押し上げることにより補給す
ることができる。この実施例では上述の原料補給
を自動的に行なつている。アーク用電源として定
電流源を用いた場合を例にとつて説明する。原料
Ａの上面が低下すると、アークが長くなり、定電
流のアークを得るために電極５と原料Ａの上面と
の間の電圧（アーク電圧）が増大する。この電圧
の増大を制御装置１７によつて検出する。制御装
置１７では、この検出電圧と予め設定された設定
電圧とを比較し、その差に応じて制御信号をモー
タ１６に出力する。制御信号を受けたモータ１６
が駆動すると、ねじ棒１４が回転しピストン１１
が上方へ移動する。これに伴い原料Ａが押し上げ
られ、アークは所定の長さに戻る。この結果、制
御装置１７で検出される電圧と設定電圧とが同値
となりモータ１６の駆動は停止される。このよう
にして、常にアークの長さが一定になるように自
動的に原料補給がなされる。また、アークの長さ
が一定であるため、超微粒子の発生条件が安定化
され、比較的粒度のそろつた超微粒子を製造でき
る。なお、アーク用電源として定電圧源を使用す
る場合には電極５を流れる電流（アーク電流）の
変化を制御装置１７により検出してピストン１１
の移動を制御する。

また、炉本体１内を流れるガスの速度の変動等
に対応してアーク長さを調節することもできる。
この場合、制御装置１７の設定電圧（または電
流）を調節する。すると、検出されるアーク電圧
（またはアーク電流）が設定値になるように、ピ
ストン１１が上下方向に移動調節され、この結
果、所望のアーク長さを得ることができる。

なお、本発明は上述した実施例に制約されず、
種々の態様が可能である。本発明方法では、手動
操作でピストンを移動させるようにしてもよい。
たとえば、モータ１６を用いずにねじ棒１４をハ
ンドル操作で回転させてピストンを移動させても
よく、またモータ１６のオンオフ制御をスイツチ
の手動操作によつて行なつてもよい。これらの場
合、操作者はアーク電圧またはアーク電流を計器
で見ながら手動操作する。

シリンダ７の上端開口７ａは電極４の下方に位
置しなければならないが、シリンダ７自体は必ず
しも垂直に配置しなくてもよく、傾いていてもよ
い。

また、ピストン１１を移動させる機構にはねじ
棒とねじ孔の組み合わせの他、ラツクとピニオン
またはウオーム歯車等種々の構成を採用できる。

さらに、電極はプラズマアークを発生させる構
成としてもよい。

以上説明したように本発明方法にあつては、シ
リンダ内に収容した原料をピストンにより押し上
げることにより原料補給を行なうため、連続して
大量に超微粒子を生産でき、生産性を大幅に向上
できる。

また本発明装置にあつては、アーク電圧または
アーク電流を検出してアーク長さを一定に維持す
るようにピストンを上方へ移動するようにしたた
め、原料の自動補給を行なえるとともに、超微粒
子の発生条件を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明装置の一実施例を示す断面図であ
る。１…炉本体、５…電極、７…シリンダ、７ａ
…シリンダの上端開口、１１…ピストン、１６…
モータ（駆動機構）、１７…制御装置、Ａ…原料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水素または水素含有ガス、あるいは窒素また
   は窒素含有ガスからなる雰囲気ガス中に電極を配
   置し、この電極と、その下方に配置された純金
   属、半金属、半導体または合金等の原料との間に
   アークを発生させ、それにより原料を溶融させる
   とともに上記雰囲気ガスを活性化させて、その活
   性化ガスを溶融原料中に過飽和に溶解させ、そし
   てその溶解した活性化ガスの溶融原料中からの放
   出に伴つて発生する原料の超微粒子を捕集するよ
   うにした超微粒子の製造方法において、 上記電極の下方に原料及びその溶融物を収容す
   るシリンダを配置してこのシリンダ内に原料を収
   容し、一方このシリンダの下部に摺動自在にピス
   トンを挿入し、そしてこのピストンを上昇させる
   ことにより原料を押し上げて、超微粒子化により
   減少した原料の補給を行うことを特徴とする超微
   粒子製造方法。 ２ 水素または水素含有ガス、あるいは窒素また
   は窒素含有ガスからなる雰囲気ガスを満たす炉本
   体と、この炉本体内に配置された電極と、該電極
   の下方に配置され原料及びその溶融物を収容する
   原料収容容器と、を備え、上記電極と原料との間
   にアークを発生させ、それにより原料を溶融させ
   るとともに上記雰囲気ガスを活性化させて、その
   活性化ガスを溶融原料中に過飽和に溶解させ、そ
   してその溶解した活性化ガスの溶融原料中からの
   放出に伴つて発生する原料の超微粒子を捕集する
   超微粒子製造装置において、 (イ) 上記原料収容容品として設けられ、上端開口
   が上記電極の下方に配置されたシリンダと、 (ロ) このシリンダの下部に上下方向摺動自在に挿
   入され、シリンダ内に収容された原料の底部を
   支持するピストンと、 (ハ) このピストンを駆動する駆動機構と、 (ニ) 上記電極と、シリンダ内の原料との間に発生
   するアークの電圧または電流の検出値に応じ
   て、駆動機構に制御信号を供給してピストンを
   上昇させ、それにより、超微粒子発生に伴つて
   変化する原料の上面位置を調節してアーク長さ
   を一定に管理する制御装置と、 を備えていることを特徴とする超微粒子製造装
   置。