JPH04246104A - 高周波プラズマによる球状化粒子の製造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波誘導プラズマ反
応装置により発生させたプラズマフレームを利用して、
金属、非金属およびセラミックスなどの不定型粒子の反
応性物質を原料として、球状化粒子を製造する方法およ
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に良く知られているように、粉末
冶金法においては、焼結部品を製造する際に、鉄粉末等
を押型中で圧縮成形して一定形状とした後、この成形品
を還元雰囲気中で加熱して焼結させる方法が採られてい
る。近年、粉末冶金の分野においては、粉末冶金による
生産品の高靱性化、高強度化等の要求、および通常の冶
金では製造することのできない金属間化合物製品の生産
の要求により、より細粒化・球状化された粉末の生産が
望まれている。また金属射出成形の分野においても、球
状化された粒子は充填率と流動性が高いことから、球状
化粒子の高品位かつ効率的な生産が望まれている。さら
に、ハンダ粒子についても、リフロー方式によるハンダ
のセッティングもＩＣチップの小型化に伴い、基板との
接合あるいはクリームハンダによるリード部との接合が
高密度化するため、ノズルの小径化が進むにつれて、高
流動化の要請により、ハンダ粒子の微細化および高球状
化が要求されるようになってきた。

【０００３】前記粉末冶金法の原料として使用される球
状化粒子の製造方法としては、近年種々の改良方法が試
みられており、たとえば特開平２−１１７０４号公報に
開示されるガスまたは水アトマイズ法（噴霧法）、特開
昭６３−２３０８０７号公報に開示される回転噴霧法、
特開平１−２３４５０６号公報に開示される回転電極法
、特開昭６３−５８７９９号公報に開示されるプラズマ
アーク法などを挙げることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たガスアトマイズ法、回転噴霧法および回転電極法等に
おいては、製造される球状粒子の粒径に大きな偏りがあ
り、たとえば鉄粉を製造した場合に製造可能なサイズは
、平均粒径で７０〜８０μｍから数ｍｍ程度のものを製
造する際には適するが、比較的小さい粒径のものが製造
できない。また、前記水アトマイズ法においては、平均
粒径１〜１０μｍ程度の極小径のものを製造し得るが、
球状化率の高いものは製造不可能である。すなわち、従
来法においては、球状化粒子の製造に際し、比較的大き
なサイズのものか、あるいは球状化率の低い極小径のサ
イズのものしかできずに、たとえば粒径が２０〜５０μ
ｍ程度の小径かつ高球状化率のものを製造することがで
きなかった。

【０００５】一方、前記特開昭６３−５８７９９号公報
に開示されるプラズマアーク法は、不定型粒子をアーク
プラズマフレーム中に挿入して粒状化する方法であるが
、この方法によれば、ある程度要求するサイズの粒径の
ものが得られるものの、プラズマフレームが小さいため
、処理物質の挿入制御方法が難しく、さらにプラズマ発
生電極と処理物質の供給ノズル間が近接せざるを得ない
こと、および供給される処理物質は温度は低いが、エネ
ルギー密度が高いことと相まって、処理物質の蒸発とと
もに、熱対流が起き、プラズマ発生トーチ部、あるいは
処理物質挿入口に処理物質が付着し、トーチ部、ノズル
部が閉塞されるために、長時間の運転が不可能となるな
どの問題があった。さらに、プラズマ発生部位へ直接処
理物質を挿入する方法のため、その遮蔽効果により高周
波誘導されているプラズマが失火する現象が頻繁に発生
し、安定的な操業ができないなどの問題点もある。

【０００６】そこで、本発明の主たる課題は、たとえば
２０〜５０μｍ程度の小径の球状粒子を高い球状化率を
もって製造し得るとともに、プラズマ反応を乱すことな
く、処理物質供給ノズル、プラズマ発生トーチ部の閉塞
、またはプラズマの失火現象を無くし安定的に連続生産
が可能である球状粒子の生産方法およびその装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題は、高周波磁場
を利用して誘導的に高周波プラズマを発生させるととも
に、この発生したプラズマフレームの先端領域に、この
プラズマフレームの流れの方向と向流的に処理物質を供
給することで解決できる。また、そのための高周波プラ
ズマ反応装置としては、高周波磁場を利用して誘導的に
高周波プラズマを発生させる高周波プラズマ反応装置に
おいて、発生したプラズマフレームの先端領域に、プラ
ズマフレームの流れの方向と向流的に処理物質を供給す
る処理物質供給手段を設けるものである。

【０００８】

【作用】高周波磁場を利用して、誘導的に高周波プラズ
マを発生させた場合、発生するプラズマフレームは高周
波磁場を形成するための高周波誘導コイルが巻回された
部分においてプラズマ反応を起こし、プラズマ化させる
ガス流の勢いによりその先方に延長されたプラズマフレ
ーム形状となる。本発明においては、前記プラズマ反応
部分を避けた位置、すなわちプラズマフレームの先端部
分に処理物質を供給することによって、プラズマ反応を
乱すことがないようにしている。また、これによって処
理物質の蒸発および熱対流がなくなり、プラズマ発生ト
ーチ部、処理物質供給ノズルの閉塞の問題および遮蔽に
よる高周波プラズマの失火現象がなくなる。

【０００９】また、処理物質をプラズマフレームの流れ
の方向と向流的に供給することによって、処理物質がプ
ラズマフレーム中に入りやすくなる。また、プラズマフ
レームの拡がりとともに、供給された処理物質はプラズ
マフレーム流れに押されユニカル状に拡がり、充分な滞
留時間が確保されつつプラズマフレーム中で溶融し球状
化するため、安定的な処理を連続的に行うことができる
。

【００１０】これに対し、仮にプラズマフレームの側面
より処理物質をプラズマフレーム中に供給した場合には
、比較的粒径の小さいものはプラズマフレームに弾かれ
プラズマフレーム中に入りにくく、また比較的大きい粒
径のものはプラズマフレーム中を充分な滞留時間が得ら
れないまま通過するため、未処理状態のまま回収される
ため、球状化率が低下する。さらに、ノズル近傍のプラ
ズマが処理物質とともに挿入されるガスにより冷やされ
、熱対流を起こすため、プラズマに乱れが生じるととも
に、ノズル近傍でヒューム化した処理物質が短時間でノ
ズルに付着凝固し、これを閉塞させるため長期の連続運
転ができない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体例に基づき詳説する。図
１において、本発明に係るプラズマ反応装置は、図示さ
れない吸排気装置が取り付けられ、加圧または真空圧運
転が可能な容器４と、その下方開口に連通してプラズマ
発生装置１が設けられ、さらに前記容器４の内部に、前
記プラズマ発生装置１方向に吐出口を向けた処理物質供
給ノズル５が設けられている。

【００１２】前記プラズマ発生装置１は、二重管構造の
石英管３の外周に高周波コイル２が巻回されており、そ
の下方のガス供給口１ａからアルゴンなどのガスを流し
込むとともに、前記高周波コイル２に高周波電流を流し
点火することによって、プラズマフレームＦを生じさせ
るようになっている。なお、前記石英管３には、冷却の
ために冷却水が供給されている。また、前記流入ガスと
しては、アルゴンガスの他、ヘリューム、窒素等のガス
を使用することでもよい。さらに、特に酸化物の少ない
金属粒子を得るために、水素を補助ガスとして同時供給
するようにすれば、酸化されない用途的に広い金属粒子
を得ることができる。前記プラズマ発生装置１により発
生するプラズマフレームＦは、流入ガスの勢いにより、
高周波コイル２が巻回されたプラズマ反応部分Ａからさ
らに先方に突出した領域Ｂまで延長されたプラズマフレ
ーム形状となる。前記処理物質供給ノズル５はプラズマ
フレームＦの中心軸とその中心軸を同じくして、その上
方に配設されており、前記プラズマフレームＦの先端領
域Ｂに向けて処理物質を供給するようになっている。な
お、処理物質の物性およびプラズマ条件によってプラズ
マフレームＦ領域の大きさが違ってくるため、前記処理
物質供給ノズル５は上下方向に移動自在となっている。 また、前記処理物質供給ノズル５は、二重管構造となっ
ており、その内空部に冷却水が供給され、処理物質を冷
却するようになっている。処理物質の供給用キャリアガ
スとしては、アルゴンガス、ヘリューム等の不活性ガス
の他、活性ガスを用いることでもよい。

【００１３】前記処理物質供給ノズル５から供給された
処理物質は、プラズマフレームＦの先端領域Ｂ部分と接
触し、溶融・凝固することによって、球状化され容器４
の排出口４ａより回収される。前記処理物質としては、
金属、非金属物質およびセラミック系物質などを処理対
象物質として挙げることができる。前記処理物質を送給
条件としては、処理物質の重力落下＋αの低い圧力で送
給するとともに、望ましくは約１（ｌ／ｍｉｎ）以上の
流量で、プラズマ反応部分Ａには処理物質が落下しない
ように、プラズマ発生装置１の圧力、処理物質の供給用
ガス圧および処理物質供給ノズル５の位置などを調整し
ながら球状化処理を行う。なお、処理物質の融点、ある
いは熱伝導性、粘性条件等に応じ、プラズマフレームＦ
と処理物質供給ノズル５との距離、プラズマ反応部分の
圧力条件、処理物質の供給用ガスの圧力条件などを適宜
制御することによって、所望の品質の球状化粒子を得る
ことができる。

【００１４】ところで、前述した具体例は、上昇するプ
ラズマ状態に対し、向流的に処理物質を供給した例を示
したが、下降するプラズマ状態に対し、向流的に処理物
質を供給することでもよい。たとえば、図２に示される
ように、容器１２の上部に取付けられたプラズマ発生装
置１０のガス供給口１０ａよりアルゴンガスを供給し、
下降的に発生したプラズマフレームＦに、これに向流す
る方向で、かつプラズマフレームＦの先端領域Ｂに処理
物質供給ノズル１１により処理物質を供給することでも
全く同様の効果を奏することができる。なお、この場合
には、処理物質の比重にもよるが、制御性の良い安定し
た条件を得るためには、少なくとも吹き上げに必要な処
理物質供給ガス圧とするとともに、約４〜５（ｌ／ｍｉ
ｎ）以上の流量とするのが望ましい。

【００１５】〔実施例〕以下、本発明の効果について実
施例に基づき明らかにする。試験は、図２に示される装
置により、粒径サイズが約５〜８０μｍのものが混在し
ているＦｅおよびセラミックスの不定型粒子について球
状化処理を行い、その平均粒径、球状化率およびトーチ
部・ノズルの閉塞、プラズマの失火などについて調査し
、その結果を表１に示す。また、融点が１００〜２００
数十度と低く、粒径サイズが約５〜５０μｍのハンダ不
定型粒子についても同様の試験を行った。なお、ハンダ
不定型粒子の場合には、所望の球状粒径を得るために容
器内の圧力を減圧し、プラズマ温度を低下させた状態で
球状化処理を行った。この試験結果を表２に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】以上、表１および表２に示されるように、
本発明によれば、従来法では得られないサイズの球状粒
子が高い球状化率をもって得ることができる。また、い
ずれの試験においても、プラズマトーチ部、処理物質供
給ノズルの閉塞およびプラズマの失火現象が見られず、
安定的に生産を行うことができた。

【００１９】

【発明の効果】以上詳説のように、本発明によれば、プ
ラズマ反応を乱すことなく、処理物質供給ノズルへの付
着およびトーチ部の閉塞およびプラズマの失火現象を無
くし安定的に生産を行うことができるとともに、小径サ
イズの球状粒子を高い球状化率をもって得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高周波プラズマ反応装置を示す縦
断面図である。

【図２】本発明に係る高周波プラズマ反応装置の他例の
縦断面図である。

【符号の説明】

１…プラズマ発生装置、２…高周波コイル、３…石英管
、４…容器、５…処理物質供給ノズル、Ｆ…プラズマフ
レーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波磁場を利用して誘導的に高周波プラ
   ズマを発生させるとともに、この発生したプラズマフレ
   ームの先端領域に、このプラズマフレームの流れの方向
   と向流的に処理物質を供給することを特徴とするプラズ
   マによる球状化粒子の製造方法。
2. 【請求項２】高周波磁場を利用して誘導的に高周波プラ
   ズマを発生させる高周波プラズマ反応装置において、発
   生したプラズマフレームの先端領域にプラズマフレーム
   の流れの方向と向流的に処理物質を供給する、処理物質
   供給手段を設けたことを特徴とする高周波プラズマ反応
   装置。