JPH10189291A - 熱プラズマによる加熱処理装置 - Google Patents
熱プラズマによる加熱処理装置Info
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- JPH10189291A JPH10189291A JP8356652A JP35665296A JPH10189291A JP H10189291 A JPH10189291 A JP H10189291A JP 8356652 A JP8356652 A JP 8356652A JP 35665296 A JP35665296 A JP 35665296A JP H10189291 A JPH10189291 A JP H10189291A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 物質合成や粒体の球状化などに使用する、低
温の均一温度領域の広いプラズマフレームが得られる熱
プラズマによる加熱処理装置。 【解決手段】 熱プラズマにより被処理材料を加熱処理
する装置において、熱プラズマを発生する熱プラズマト
ーチ１１と、該プラズマトーチ１１により発生した熱プ
ラズマ１を加熱制御するプラズマフレーム炉２１と、被
処理材料を加熱反応させる反応塔３１と、前記被処理材
料を前記反応塔内に供給する供給手段４１とを備える。
温の均一温度領域の広いプラズマフレームが得られる熱
プラズマによる加熱処理装置。 【解決手段】 熱プラズマにより被処理材料を加熱処理
する装置において、熱プラズマを発生する熱プラズマト
ーチ１１と、該プラズマトーチ１１により発生した熱プ
ラズマ１を加熱制御するプラズマフレーム炉２１と、被
処理材料を加熱反応させる反応塔３１と、前記被処理材
料を前記反応塔内に供給する供給手段４１とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱プラズマ加熱に
より物質の化学合成をしたり、粒体を加熱溶融により球
状化処理したり、表面物質を溶融化してコーティングす
るなどの材料、物質の加熱処理をする熱プラズマによる
加熱処理装置に関するものである。
より物質の化学合成をしたり、粒体を加熱溶融により球
状化処理したり、表面物質を溶融化してコーティングす
るなどの材料、物質の加熱処理をする熱プラズマによる
加熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ＩＣのシリコンウエハ用のポリ
シリコンを合成する場合にＳｉＣｌ4＋２Ｈ2 ＝Ｓｉ＋
４ＨＣｌの化学反応により生成されるが、従来はこの化
学反応は電気炉や火炎などにより加熱して合成する方法
（Ｓｉｍｅｎｓ法、ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅ法など）
が行われている。しかし、この様な化学反応には、１０
００℃を超える高温が必要であるため（反応速度を上昇
するためにはさらに高温が必要）コスト高となり、また
火炎による加熱では反応生成物の汚染の問題が生ずると
いう問題点がある。そこで、かかる加熱処理をする場合
に、上記欠点のない加熱合成ができコストを低下できる
点で熱プラズマによる加熱処理装置が望ましい。
シリコンを合成する場合にＳｉＣｌ4＋２Ｈ2 ＝Ｓｉ＋
４ＨＣｌの化学反応により生成されるが、従来はこの化
学反応は電気炉や火炎などにより加熱して合成する方法
（Ｓｉｍｅｎｓ法、ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅ法など）
が行われている。しかし、この様な化学反応には、１０
００℃を超える高温が必要であるため（反応速度を上昇
するためにはさらに高温が必要）コスト高となり、また
火炎による加熱では反応生成物の汚染の問題が生ずると
いう問題点がある。そこで、かかる加熱処理をする場合
に、上記欠点のない加熱合成ができコストを低下できる
点で熱プラズマによる加熱処理装置が望ましい。
【０００３】一方、化学合成により製造された物質粒体
は粗形であるが、粉末焼結体の焼結密度を向上させるた
め、あるいは粉末蛍光体の輝度を向上させるのためには
球状化した粒体物質が望ましいので、原料粒体をその融
点直上で加熱して表面張力により球状化する球状化処理
が行われている。この球状化処理の方法として高周波誘
導熱プラズマにより加熱する方法が開示されている（作
田忠裕ほか：電気学会開閉保護研究会；１９９３、特開
平６−２５７１７号公報など）。また、蛍光体原料粉を
高周波誘導熱プラズマにより加熱溶融して、発光性能を
向上した球体の蛍光体を製造する方法が開示されている
（特開平８−１０９３７５号公報）。
は粗形であるが、粉末焼結体の焼結密度を向上させるた
め、あるいは粉末蛍光体の輝度を向上させるのためには
球状化した粒体物質が望ましいので、原料粒体をその融
点直上で加熱して表面張力により球状化する球状化処理
が行われている。この球状化処理の方法として高周波誘
導熱プラズマにより加熱する方法が開示されている（作
田忠裕ほか：電気学会開閉保護研究会；１９９３、特開
平６−２５７１７号公報など）。また、蛍光体原料粉を
高周波誘導熱プラズマにより加熱溶融して、発光性能を
向上した球体の蛍光体を製造する方法が開示されている
（特開平８−１０９３７５号公報）。
【０００４】上記の化学反応による合成では温度が低す
ぎると反応速度が低下し、あまり温度が高すぎると再分
解して所要の組成の生成物が得られない。また、前記原
料粒体を高周波誘導熱プラズマにより加熱溶融して球体
とする場合には、加熱温度が物質の融点より低いと溶解
しないために球状化せず、加熱温度が沸点より高すぎる
と成分が蒸発して原料粒体と異なる構造または組成にな
ってしまうという問題点がある。したがって、熱プラズ
マにより加熱処理する場合には熱プラズマにおける加熱
部の温度を一定に保持する必要がある。とくに融点温度
が高く融点と沸点の温度差が少ない物質の場合には高温
でかつ狭い温度範囲で管理することが要求される。高周
波誘導熱プラズマ（以下高周波プラズマという）による
加熱は高温度が容易に得られ、電極を使用する熱プラズ
マに比してプラズマの汚染がない点で有利であり、上記
の物質合成や粒体球状化の加熱方法として望ましい。
ぎると反応速度が低下し、あまり温度が高すぎると再分
解して所要の組成の生成物が得られない。また、前記原
料粒体を高周波誘導熱プラズマにより加熱溶融して球体
とする場合には、加熱温度が物質の融点より低いと溶解
しないために球状化せず、加熱温度が沸点より高すぎる
と成分が蒸発して原料粒体と異なる構造または組成にな
ってしまうという問題点がある。したがって、熱プラズ
マにより加熱処理する場合には熱プラズマにおける加熱
部の温度を一定に保持する必要がある。とくに融点温度
が高く融点と沸点の温度差が少ない物質の場合には高温
でかつ狭い温度範囲で管理することが要求される。高周
波誘導熱プラズマ（以下高周波プラズマという）による
加熱は高温度が容易に得られ、電極を使用する熱プラズ
マに比してプラズマの汚染がない点で有利であり、上記
の物質合成や粒体球状化の加熱方法として望ましい。
【０００５】また、ＺｎＳ：Ｃｕはエレクトロルミネッ
センス表示器などの蛍光体として使用されるが耐水性が
低いためそのままで使用すると空気中の水分と反応して
変質して蛍光性が失われる。そのため従来はＺｎＳ：Ｃ
ｕの粒子をフィルムに挟んで粒子が大気に触れないよう
にして使用されているが、コストが高くつくという問題
点がある。そこで、ＺｎＳ：Ｃｕ粒子の表面をコートし
て大気に直接触れないようにして使用すれば粒子の耐水
性が向上してフィルムで挟まなくても使用できコストを
低減できることに着目した。
センス表示器などの蛍光体として使用されるが耐水性が
低いためそのままで使用すると空気中の水分と反応して
変質して蛍光性が失われる。そのため従来はＺｎＳ：Ｃ
ｕの粒子をフィルムに挟んで粒子が大気に触れないよう
にして使用されているが、コストが高くつくという問題
点がある。そこで、ＺｎＳ：Ｃｕ粒子の表面をコートし
て大気に直接触れないようにして使用すれば粒子の耐水
性が向上してフィルムで挟まなくても使用できコストを
低減できることに着目した。
【０００６】そのためには、図７（ａ）に示すように表
面にＳｉＯ2 を付着させたＺｎＳ：Ｃｕ原料粒子を加熱
し表面のＳｉＯ2 を溶融してＳｉＯ2 のフィルムを作
り、これでコートするようにすれば個々の粒子に耐水性
を与えることができる。しかし、ＳｉＯ2 は融点が１０
００℃以上と高く、一方ＺｎＳ：Ｃｕは３００℃以上に
なるとダメージを受けるので、ＳｉＯ2 でコーティング
するためには内部のＺｎＳ：Ｃｕは温度が上がらないで
表面のＳｉＯ2 のみが溶融する高温に加熱する必要があ
る。
面にＳｉＯ2 を付着させたＺｎＳ：Ｃｕ原料粒子を加熱
し表面のＳｉＯ2 を溶融してＳｉＯ2 のフィルムを作
り、これでコートするようにすれば個々の粒子に耐水性
を与えることができる。しかし、ＳｉＯ2 は融点が１０
００℃以上と高く、一方ＺｎＳ：Ｃｕは３００℃以上に
なるとダメージを受けるので、ＳｉＯ2 でコーティング
するためには内部のＺｎＳ：Ｃｕは温度が上がらないで
表面のＳｉＯ2 のみが溶融する高温に加熱する必要があ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
プラズマのプラズマ温度は図５に図示するプラズマフレ
ーム１のプラズマの渦流中心２の温度は１０，０００Ｋ
にも達し、フレーム先端部３の温度でも５，０００Ｋに
もなる。そのためプラズマトーチからでるプラズマフレ
ームを直接被処理物質に当てて加熱する上記従来の高周
波プラズマによる加熱処理装置では、例えば粒体物質の
球状化の場合に単一組成の物質では球状化が可能である
が、融点の低い複合材料や金属間化合物では温度が高す
ぎて分解を生じ原料粒体と同じ特性が得られなくなると
いう問題点がある。また、低融点物質の球状化の場合に
はプラズマの温度が高すぎて超微粒子が多量に発生し、
所要の粒度の球状粒子の収率が低下するほか、超微粒子
の分級を要しコスト増となるのみでなく分級が不可能な
場合も生ずる。したがって、必要な処理温度の７７３〜
３２７３Ｋを得るためにはプラズマ先端の限られた部分
で加熱するようにしなければならない。この場合、プラ
ズマの渦流中心の温度を下げればプラズマフレーム中の
所要温度範囲が広くなるが、プラズマの温度を下げすぎ
ると失火するなどプラズマフレームが不安定になるとい
う問題点がある。このために、従来技術では高周波入力
及びプラズマガスの種類と流量を適切に選択することに
より高周波プラズマを安定させる方法が行われてきた
（特開平８−１０９３７５号公報）。
プラズマのプラズマ温度は図５に図示するプラズマフレ
ーム１のプラズマの渦流中心２の温度は１０，０００Ｋ
にも達し、フレーム先端部３の温度でも５，０００Ｋに
もなる。そのためプラズマトーチからでるプラズマフレ
ームを直接被処理物質に当てて加熱する上記従来の高周
波プラズマによる加熱処理装置では、例えば粒体物質の
球状化の場合に単一組成の物質では球状化が可能である
が、融点の低い複合材料や金属間化合物では温度が高す
ぎて分解を生じ原料粒体と同じ特性が得られなくなると
いう問題点がある。また、低融点物質の球状化の場合に
はプラズマの温度が高すぎて超微粒子が多量に発生し、
所要の粒度の球状粒子の収率が低下するほか、超微粒子
の分級を要しコスト増となるのみでなく分級が不可能な
場合も生ずる。したがって、必要な処理温度の７７３〜
３２７３Ｋを得るためにはプラズマ先端の限られた部分
で加熱するようにしなければならない。この場合、プラ
ズマの渦流中心の温度を下げればプラズマフレーム中の
所要温度範囲が広くなるが、プラズマの温度を下げすぎ
ると失火するなどプラズマフレームが不安定になるとい
う問題点がある。このために、従来技術では高周波入力
及びプラズマガスの種類と流量を適切に選択することに
より高周波プラズマを安定させる方法が行われてきた
（特開平８−１０９３７５号公報）。
【０００８】また、上記のＺｎＳ：Ｃｕ原料粒子をＳｉ
Ｏ2 でコーティングする場合に、従来の高周波プラズマ
による直接加熱方式ではプラズマフレームが超高温で温
度均一範囲が狭いために内部まで高温になりＺｎＳ：Ｃ
ｕが変質して発光しない粒子が生ずるという問題点があ
った。
Ｏ2 でコーティングする場合に、従来の高周波プラズマ
による直接加熱方式ではプラズマフレームが超高温で温
度均一範囲が狭いために内部まで高温になりＺｎＳ：Ｃ
ｕが変質して発光しない粒子が生ずるという問題点があ
った。
【０００９】また、炭素繊維は高温で加熱処理するとそ
の引張り強さ、弾性率が向上することが認められてお
り、ピッチ系炭素繊維を高温加熱処理でアクリル系炭素
繊維の強度まで向上させることができればコストを低減
することができる。この加熱処理には３０００℃の高温
で不純物の汚染のない不活性ガス中で加熱する必要があ
り、電気炉により加熱処理することも可能であるが、高
周波誘導熱プラズマにより加熱する方法が最も望まし
い。しかしながら、従来のプラズマフレームを直接炭素
繊維に当てて加熱する方法では、温度コントロールが困
難で局部加熱されて均一な改質が困難であるという問題
点があった。
の引張り強さ、弾性率が向上することが認められてお
り、ピッチ系炭素繊維を高温加熱処理でアクリル系炭素
繊維の強度まで向上させることができればコストを低減
することができる。この加熱処理には３０００℃の高温
で不純物の汚染のない不活性ガス中で加熱する必要があ
り、電気炉により加熱処理することも可能であるが、高
周波誘導熱プラズマにより加熱する方法が最も望まし
い。しかしながら、従来のプラズマフレームを直接炭素
繊維に当てて加熱する方法では、温度コントロールが困
難で局部加熱されて均一な改質が困難であるという問題
点があった。
【００１０】そこで本発明は、プラズマトーチの下流に
プラズマフレーム炉を設けることによりプラズマトーチ
におけるプラズマフレームの温度を下げることなく、反
応に必要な加熱温度までフレームの温度を下げて均一な
温度領域を拡大することに着目し、前記物質合成や球状
化などに使用する場合に簡易に安定した低温のプラズマ
フレームが得られる熱プラズマによる加熱処理装置を提
供することを目的とする。
プラズマフレーム炉を設けることによりプラズマトーチ
におけるプラズマフレームの温度を下げることなく、反
応に必要な加熱温度までフレームの温度を下げて均一な
温度領域を拡大することに着目し、前記物質合成や球状
化などに使用する場合に簡易に安定した低温のプラズマ
フレームが得られる熱プラズマによる加熱処理装置を提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の熱プラズマによる加熱処理装置は、熱プラ
ズマを発生する熱プラズマトーチと、該プラズマトーチ
により発生した熱プラズマを加熱制御するプラズマフレ
ーム炉と、被処理材料を加熱反応させる反応塔と、前記
被処理材料を前記反応塔内に供給する供給手段とを備え
たことを特徴とするものである。
に、本発明の熱プラズマによる加熱処理装置は、熱プラ
ズマを発生する熱プラズマトーチと、該プラズマトーチ
により発生した熱プラズマを加熱制御するプラズマフレ
ーム炉と、被処理材料を加熱反応させる反応塔と、前記
被処理材料を前記反応塔内に供給する供給手段とを備え
たことを特徴とするものである。
【００１２】即ち、従来技術における熱プラズマによる
加熱においては、プラズマトーチにより発生したプラズ
マフレームにより直接被処理材料を加熱した。しかし、
熱プラズマの温度は局部的に非常に高いため、被処理材
料が所定温度より過温度に加熱されて加熱処理の目的が
達成できず、このため熱プラズマの温度を下げると失火
するという使い難さがあった。
加熱においては、プラズマトーチにより発生したプラズ
マフレームにより直接被処理材料を加熱した。しかし、
熱プラズマの温度は局部的に非常に高いため、被処理材
料が所定温度より過温度に加熱されて加熱処理の目的が
達成できず、このため熱プラズマの温度を下げると失火
するという使い難さがあった。
【００１３】そこで本発明の熱プラズマによる加熱処理
装置は、熱プラズマを発生するプラズマトーチの下流に
プラズマフレーム炉を設けて、プラズマトーチにより発
生したプラズマフレームをこのプラズマフレーム炉を通
過させた後流出させるようにした。これにより、プラズ
マトーチの失火のおそれなしに温度の低い均一温度領域
の広いプラズマフレームを得ることができた。このプラ
ズマフレーム炉から流出するフレームを反応塔内に流出
させ、反応塔内で供給手段から供給される被処理材料を
加熱処理することにより、前記超高温の熱プラズマによ
る被処理材料の過温度の加熱が防止されて安定した熱プ
ラズマによる加熱処理ができる。
装置は、熱プラズマを発生するプラズマトーチの下流に
プラズマフレーム炉を設けて、プラズマトーチにより発
生したプラズマフレームをこのプラズマフレーム炉を通
過させた後流出させるようにした。これにより、プラズ
マトーチの失火のおそれなしに温度の低い均一温度領域
の広いプラズマフレームを得ることができた。このプラ
ズマフレーム炉から流出するフレームを反応塔内に流出
させ、反応塔内で供給手段から供給される被処理材料を
加熱処理することにより、前記超高温の熱プラズマによ
る被処理材料の過温度の加熱が防止されて安定した熱プ
ラズマによる加熱処理ができる。
【００１４】また、本発明の熱プラズマによる加熱処理
装置の前記プラズマフレーム炉は、プラズマトーチによ
り発生したプラズマフレームを通過させるプラズマ通路
と、その通路の中間に前記プラズマフレームの流れを拡
散する拡散手段とを備えた構成とすれば、プラズマトー
チにより発生したプラズマフレームはプラズマ通路と拡
散手段を通過してプラズマフレーム炉から流出する間に
拡散、攪拌されて温度が低下すると共に温度均一領域が
拡大し、前記の効果が簡易に安定して得られる。
装置の前記プラズマフレーム炉は、プラズマトーチによ
り発生したプラズマフレームを通過させるプラズマ通路
と、その通路の中間に前記プラズマフレームの流れを拡
散する拡散手段とを備えた構成とすれば、プラズマトー
チにより発生したプラズマフレームはプラズマ通路と拡
散手段を通過してプラズマフレーム炉から流出する間に
拡散、攪拌されて温度が低下すると共に温度均一領域が
拡大し、前記の効果が簡易に安定して得られる。
【００１５】また、前記のプラズマ通路と拡散手段は、
前記プラズマトーチにより発生したプラズマフレームが
流入する入口管と流出する出口管と該入口管と出口管の
中途に設けられ拡径された拡散室により形成されるよう
にすれば、前記のプラズマフレームの拡散、攪拌効果が
増進され、さらに前記プラズマ通路の拡散室内に前記プ
ラズマフレームの流れ方向を変更する障害部材を設ける
ことにより一層プラズマフレームの拡散、攪拌効果が増
進される。さらに、前記熱プラズマトーチには、クエン
チングガス投入手段を設けることにより、プラズマフレ
ームへクエンチングガスを流してプラズマフレームの温
度を低下させることができる。
前記プラズマトーチにより発生したプラズマフレームが
流入する入口管と流出する出口管と該入口管と出口管の
中途に設けられ拡径された拡散室により形成されるよう
にすれば、前記のプラズマフレームの拡散、攪拌効果が
増進され、さらに前記プラズマ通路の拡散室内に前記プ
ラズマフレームの流れ方向を変更する障害部材を設ける
ことにより一層プラズマフレームの拡散、攪拌効果が増
進される。さらに、前記熱プラズマトーチには、クエン
チングガス投入手段を設けることにより、プラズマフレ
ームへクエンチングガスを流してプラズマフレームの温
度を低下させることができる。
【００１６】また、前記プラズマフレーム炉のプラズマ
フレームの流出する出口管側に前記プラズマフレーム炉
を通過させたプラズマフレームを導入して被処理材料を
加熱処理する反応室を設け、さらにこの反応室に被処理
材料を連続的に供給する供給手段を備えることが繊維な
どの加熱処理の均一加熱と連続処理のために望ましい。
即ち、プラズマフレーム炉で拡散・攪拌されたプラズマ
フレームは反応室で一層攪拌され均一温度範囲の広くな
るとともに、プラズマフレームにより反応室壁も加熱さ
れるので、反応室内の被処理材料の周囲をまんべんなく
均一に加熱する。
フレームの流出する出口管側に前記プラズマフレーム炉
を通過させたプラズマフレームを導入して被処理材料を
加熱処理する反応室を設け、さらにこの反応室に被処理
材料を連続的に供給する供給手段を備えることが繊維な
どの加熱処理の均一加熱と連続処理のために望ましい。
即ち、プラズマフレーム炉で拡散・攪拌されたプラズマ
フレームは反応室で一層攪拌され均一温度範囲の広くな
るとともに、プラズマフレームにより反応室壁も加熱さ
れるので、反応室内の被処理材料の周囲をまんべんなく
均一に加熱する。
【００１７】本発明の熱プラズマによる加熱処理装置
は、前記のようにクリーンな熱源で均一温度範囲の広い
プラズマフレームが得られるので、例えばポリシリコン
などの物質の熱化学合成処理、原料粒体例えば蛍光体や
金属間化合物などを加熱溶融状態にして球状化する粒体
の球状化処理、原料粒体例えば蛍光体などを加熱してそ
の表面部のみを溶融させ、表面を溶融固化したフィルム
で覆う粒体のコーティング処理、あるいは炭素繊維の加
熱による改質処理などの加熱処理に適する。
は、前記のようにクリーンな熱源で均一温度範囲の広い
プラズマフレームが得られるので、例えばポリシリコン
などの物質の熱化学合成処理、原料粒体例えば蛍光体や
金属間化合物などを加熱溶融状態にして球状化する粒体
の球状化処理、原料粒体例えば蛍光体などを加熱してそ
の表面部のみを溶融させ、表面を溶融固化したフィルム
で覆う粒体のコーティング処理、あるいは炭素繊維の加
熱による改質処理などの加熱処理に適する。
【００１８】前記プラズマフレーム炉のプラズマ通路と
拡散手段は炭素系材料やセラミックなどの耐熱材料によ
り作られるが、これに冷却手段を備えることにより金属
材料を使用することも可能であり、処理装置の用途・目
的によってはさらにプラズマフレームの温度を低下させ
ることができて低温領域での本加熱処理装置の使用が可
能になる。
拡散手段は炭素系材料やセラミックなどの耐熱材料によ
り作られるが、これに冷却手段を備えることにより金属
材料を使用することも可能であり、処理装置の用途・目
的によってはさらにプラズマフレームの温度を低下させ
ることができて低温領域での本加熱処理装置の使用が可
能になる。
【００１９】本発明の熱プラズマによる加熱処理装置に
使用される熱プラズマトーチは、清浄なプラズマフレー
ムが得られるので高周波誘導プラズマトーチが望ましい
が、電極型プラズマトーチでも可能である。
使用される熱プラズマトーチは、清浄なプラズマフレー
ムが得られるので高周波誘導プラズマトーチが望ましい
が、電極型プラズマトーチでも可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の第１実施形
態について具体的に説明する。図１は本発明第１実施形
態の熱プラズマによる加熱処理装置の断面図、図２はそ
のプラズマフレーム炉の詳細断面図、図３は図２のＸ−
Ｘ断面図である（図１のプラズマフレーム炉は図３のＸ
−Ｘ断面図で示される）。
態について具体的に説明する。図１は本発明第１実施形
態の熱プラズマによる加熱処理装置の断面図、図２はそ
のプラズマフレーム炉の詳細断面図、図３は図２のＸ−
Ｘ断面図である（図１のプラズマフレーム炉は図３のＸ
−Ｘ断面図で示される）。
【００２１】まず図１に基づき本発明第１実施形態の熱
プラズマによる加熱処理装置の全体の構成について説明
する。本発明第１実施形態の熱プラズマによる加熱処理
装置は、プラズマトーチ１１、プラズマフレーム炉２
１、反応塔３１及び原料供給手段４１により構成されて
いる。
プラズマによる加熱処理装置の全体の構成について説明
する。本発明第１実施形態の熱プラズマによる加熱処理
装置は、プラズマトーチ１１、プラズマフレーム炉２
１、反応塔３１及び原料供給手段４１により構成されて
いる。
【００２２】プラズマトーチ１１は、水冷される二重管
構造の石英管１２（図には一重に図示）の外周に高周波
誘導コイル１７が巻かれ端子１７ａ及び１７ｂから高周
波電流が付加されるようになっている。石英管１２の上
部には第１ガス供給管１３、第２ガス供給管１４、第３
ガス供給管１５が設けられ、主として第１，２，３ガス
供給管１３，１４，１５からプラズマガスが供給され、
目的に応じて適切な種類のガスが供給されるようになっ
ている。これらの第１〜３供給管の周囲は簡易に図示さ
れたトーチヘッド１６により水冷されるようになってい
る。石英管１２の下部は水冷ジャケット１８に固定さ
れ、水冷ジャケット１８にはクエンチングガス供給管１
９が設けられている。
構造の石英管１２（図には一重に図示）の外周に高周波
誘導コイル１７が巻かれ端子１７ａ及び１７ｂから高周
波電流が付加されるようになっている。石英管１２の上
部には第１ガス供給管１３、第２ガス供給管１４、第３
ガス供給管１５が設けられ、主として第１，２，３ガス
供給管１３，１４，１５からプラズマガスが供給され、
目的に応じて適切な種類のガスが供給されるようになっ
ている。これらの第１〜３供給管の周囲は簡易に図示さ
れたトーチヘッド１６により水冷されるようになってい
る。石英管１２の下部は水冷ジャケット１８に固定さ
れ、水冷ジャケット１８にはクエンチングガス供給管１
９が設けられている。
【００２３】上記のように構成されたプラズマトーチ１
１は第１、第２、第３ガス供給管１３、１４、１５から
ガスを流入しながら高周波誘導コイル１７に高周波電力
を掛けると石英管１２内に図の鎖線で示すプラズマ１が
発生し石英管１２の下部側から噴出する。この様なプラ
ズマトーチは公知のプラズマトーチと同様である。
１は第１、第２、第３ガス供給管１３、１４、１５から
ガスを流入しながら高周波誘導コイル１７に高周波電力
を掛けると石英管１２内に図の鎖線で示すプラズマ１が
発生し石英管１２の下部側から噴出する。この様なプラ
ズマトーチは公知のプラズマトーチと同様である。
【００２４】プラズマトーチ１１のプラズマの噴出する
下部側にプラズマフレーム炉２１が設けられている。プ
ラズマフレーム炉２１は、詳細を図２及び３に示すよう
に中空円筒の胴部２２の両端を栓２３で閉じた円筒箱型
をなし、円筒面の中心対称位置にプラズマフレームの入
口管２４と出口管２５がそれぞれねじ２４ａ，２５ａに
より固定されている。胴部２２の内部には内径同心に管
形または棒状の障害部材２６が設けられ、その両端を栓
２３により保持固定されている。この様に胴部２２の内
部が拡散室を形成し障害部材２６と併せて拡散手段が構
成されている。入口管２４、胴部２２、出口管２５のそ
れぞれの内径Ａ，Ｂ，Ｃ及び障害部材２６の外径Ｄはプ
ラズマガスの種類、流速・流量、付加する高周波電力、
被処理材の種類などにより経験的に定められる。入口管
２４の上端をニップル２７により水冷ジャケット１８の
下側に固定することによりプラズマフレーム炉２１がプ
ラズマトーチ１１の下部に固定されるようになってい
る。なお、障害部材２６を図示したように管形にした場
合はその内径を冷却して冷却手段とすることもできる。
下部側にプラズマフレーム炉２１が設けられている。プ
ラズマフレーム炉２１は、詳細を図２及び３に示すよう
に中空円筒の胴部２２の両端を栓２３で閉じた円筒箱型
をなし、円筒面の中心対称位置にプラズマフレームの入
口管２４と出口管２５がそれぞれねじ２４ａ，２５ａに
より固定されている。胴部２２の内部には内径同心に管
形または棒状の障害部材２６が設けられ、その両端を栓
２３により保持固定されている。この様に胴部２２の内
部が拡散室を形成し障害部材２６と併せて拡散手段が構
成されている。入口管２４、胴部２２、出口管２５のそ
れぞれの内径Ａ，Ｂ，Ｃ及び障害部材２６の外径Ｄはプ
ラズマガスの種類、流速・流量、付加する高周波電力、
被処理材の種類などにより経験的に定められる。入口管
２４の上端をニップル２７により水冷ジャケット１８の
下側に固定することによりプラズマフレーム炉２１がプ
ラズマトーチ１１の下部に固定されるようになってい
る。なお、障害部材２６を図示したように管形にした場
合はその内径を冷却して冷却手段とすることもできる。
【００２５】本実施例ではプラズマフレーム炉２１の胴
部２２、入口管２４、出口管２５、障害部材２６等はす
べて炭素材により製作したが、セラミックなどの耐熱材
料で製作しても良く、水冷構造にして銅など金属で製作
することも可能である。
部２２、入口管２４、出口管２５、障害部材２６等はす
べて炭素材により製作したが、セラミックなどの耐熱材
料で製作しても良く、水冷構造にして銅など金属で製作
することも可能である。
【００２６】また、本実施例では工作し易さからプラズ
マフレーム炉２１の拡散室である胴部２２を円筒型にし
たが球形にしても良い。図４（ａ）は胴部を球状にした
プラズマフレーム炉の断面図、同図（ｂ）はそのＹ視図
である。図は胴部２２´と障害部材２６´を球形にして
障害部材２６´を軸２６ａにより胴部２２´の内部中心
に保持させた形状のものである。また、図５（ａ）に示
すように胴部２２内に障害部材を装入しないで中空のま
までも良く、さらに図５（ｂ）に示すようにプラズマフ
レームの入口管と出口管を同心対称に設けないでプラズ
マフレームの出口方向を入口方向に傾斜させて噴出させ
ることもできる。また、障害部材２６は棒状、あるいは
球形にかぎるものでなくプラズマフレームを拡散・攪拌
する形状であればいかなる形状とすることもできる。
マフレーム炉２１の拡散室である胴部２２を円筒型にし
たが球形にしても良い。図４（ａ）は胴部を球状にした
プラズマフレーム炉の断面図、同図（ｂ）はそのＹ視図
である。図は胴部２２´と障害部材２６´を球形にして
障害部材２６´を軸２６ａにより胴部２２´の内部中心
に保持させた形状のものである。また、図５（ａ）に示
すように胴部２２内に障害部材を装入しないで中空のま
までも良く、さらに図５（ｂ）に示すようにプラズマフ
レームの入口管と出口管を同心対称に設けないでプラズ
マフレームの出口方向を入口方向に傾斜させて噴出させ
ることもできる。また、障害部材２６は棒状、あるいは
球形にかぎるものでなくプラズマフレームを拡散・攪拌
する形状であればいかなる形状とすることもできる。
【００２７】上記構成により、プラズマトーチ１１の石
英管１２内に発生したプラズマフレーム１は図１に示す
ように、プラズマフレーム炉２１の入口管２４から入
り、胴部２２の内径と障害部材２６の外径の間の空間を
回り出口管２５から反応塔３１内に噴出する。このとき
プラズマフレーム炉２１全体が通過するプラズマフレー
ムにより加熱され、出口管２５から噴出するプラズマフ
レームは放熱により温度が低下すると共に渦流が拡散・
攪拌されて温度の均一範囲が広くなる。
英管１２内に発生したプラズマフレーム１は図１に示す
ように、プラズマフレーム炉２１の入口管２４から入
り、胴部２２の内径と障害部材２６の外径の間の空間を
回り出口管２５から反応塔３１内に噴出する。このとき
プラズマフレーム炉２１全体が通過するプラズマフレー
ムにより加熱され、出口管２５から噴出するプラズマフ
レームは放熱により温度が低下すると共に渦流が拡散・
攪拌されて温度の均一範囲が広くなる。
【００２８】反応塔３１は底付きの円筒箱型をなし、円
筒部３２の上部フランジ３３に上蓋３４が取外し可能に
固定され、上蓋３４にプラズマトーチ１１の下部の水冷
ジャケット１８が固定される。これによりプラズマフレ
ーム炉２１を下部に取り付けたプラズマトーチ１１が反
応塔３１の上蓋３４の上に固定されるようになってい
る。
筒部３２の上部フランジ３３に上蓋３４が取外し可能に
固定され、上蓋３４にプラズマトーチ１１の下部の水冷
ジャケット１８が固定される。これによりプラズマフレ
ーム炉２１を下部に取り付けたプラズマトーチ１１が反
応塔３１の上蓋３４の上に固定されるようになってい
る。
【００２９】反応塔３１には原料供給手段である原料供
給パイプ４１が設けられその先端がプラズマフレーム炉
２１の出口管２５の下に開放されている。これにより、
原料粒体などの被処理材料がガスにより吹き込まれ、出
口管２５から噴出するプラズマフレームにより加熱さ
れ、反応塔３１内に落下するようになっている。
給パイプ４１が設けられその先端がプラズマフレーム炉
２１の出口管２５の下に開放されている。これにより、
原料粒体などの被処理材料がガスにより吹き込まれ、出
口管２５から噴出するプラズマフレームにより加熱さ
れ、反応塔３１内に落下するようになっている。
【００３０】なお、本発明の熱プラズマによる加熱処理
装置のプラズマトーチとしては高周波誘導熱プラズマが
望ましいが、これに限るものではなく電極タイプのプラ
ズマトーチにも適用できる。
装置のプラズマトーチとしては高周波誘導熱プラズマが
望ましいが、これに限るものではなく電極タイプのプラ
ズマトーチにも適用できる。
【００３１】
【実施例】上記図１に示す構成の下記諸元の加熱処理装
置を使用して以下の諸実験を行った。 加熱処理装置の諸元： プラズマトーチ：石英管内径：４６ｍｍφ 高周波誘導加熱コイル内径：７０ｍｍφ プラズマフレーム炉：入口内径Ａ：３７ｍｍφ 出口内径Ｃ：２０ｍｍφ 胴部内径Ｂ：５０ｍｍφ 障害部材外径：３０ｍｍφ
置を使用して以下の諸実験を行った。 加熱処理装置の諸元： プラズマトーチ：石英管内径：４６ｍｍφ 高周波誘導加熱コイル内径：７０ｍｍφ プラズマフレーム炉：入口内径Ａ：３７ｍｍφ 出口内径Ｃ：２０ｍｍφ 胴部内径Ｂ：５０ｍｍφ 障害部材外径：３０ｍｍφ
【００３２】
【実施例１】物質の熱化学合成処理の１例として下記条
件の合成実験を行った。 物質：高純度ポリシリコン 高周波誘導コイル入力条件：４ＭＨｚ，１５ｋＷ ガス供給条件： プラズマガス：第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：１５ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎ 第３ガス供給管１５から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ クエンチングガス：クエンチングガス供給管１９からＡｒガス： ２０ｌ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ガス：２０ｌ／ｍｉｎ バブリングガス：Ｈ2 ガス：２ｌ／ｍｉｎを用いて２５℃の四塩化シリコン （ＳｉＣｌ4 ）をバブリングして原料供給管４１から供給した。
件の合成実験を行った。 物質：高純度ポリシリコン 高周波誘導コイル入力条件：４ＭＨｚ，１５ｋＷ ガス供給条件： プラズマガス：第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：１５ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎ 第３ガス供給管１５から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ クエンチングガス：クエンチングガス供給管１９からＡｒガス： ２０ｌ／ｍｉｎ＋Ｈ2 ガス：２０ｌ／ｍｉｎ バブリングガス：Ｈ2 ガス：２ｌ／ｍｉｎを用いて２５℃の四塩化シリコン （ＳｉＣｌ4 ）をバブリングして原料供給管４１から供給した。
【００３３】その結果、ＳｉＣｌ4 ＋２Ｈ2 ＝Ｓｉ＋４
ＨＣｌの反応により超高純度のポリシリコン粉末を得る
ことができた。この反応温度は９００℃〜１３００℃が
適当であるが、実験結果から本発明の加熱装置によりこ
の温度範囲の安定した加熱が得られたことが証明され
た。即ち本発明の加熱装置によれば低コストで安定した
超高純度のポリシリコンの合成ができることが判った。
ＨＣｌの反応により超高純度のポリシリコン粉末を得る
ことができた。この反応温度は９００℃〜１３００℃が
適当であるが、実験結果から本発明の加熱装置によりこ
の温度範囲の安定した加熱が得られたことが証明され
た。即ち本発明の加熱装置によれば低コストで安定した
超高純度のポリシリコンの合成ができることが判った。
【００３４】
【実施例２】溶融による球状化処理の例として下記実験
を行った。 蛍光材料のＢａＦＣｌ：Ｅｕ原料粉末の球状化処理： 高周波誘導コイル入力条件：３ＭＨｚ，１５ｋＷ ガス供給条件： プラズマガス：第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：４０ｌ／ｍｉｎ キャリアガス：Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎを用いて粒径１〜１０μｍの ＢａＦＣｌ：Ｅｕ原料粉末を５ｇｒ／ｍｉｎを原料供給管４１から供給した。
を行った。 蛍光材料のＢａＦＣｌ：Ｅｕ原料粉末の球状化処理： 高周波誘導コイル入力条件：３ＭＨｚ，１５ｋＷ ガス供給条件： プラズマガス：第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：４０ｌ／ｍｉｎ キャリアガス：Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎを用いて粒径１〜１０μｍの ＢａＦＣｌ：Ｅｕ原料粉末を５ｇｒ／ｍｉｎを原料供給管４１から供給した。
【００３５】その結果、１〜１０μｍの球状粉末が９８
％の収率で得られ、６０％の收率しか得られなかった従
来技術よりも微粉末の発生が少なく収率が向上した。こ
のことは、従来技術よりも加熱温度が適正均一で高温過
熱による蒸発損失量が少なく、微粉末の発生が少ないこ
とを示すものである。また、輝度測定における発光特性
の輝度は原料粉（１００）と同等の１００が得られた。
この結果は、従来技術では原料粉の分解が生じ輝度の低
下が生ずるものがあったが、本高周波プラズマによる加
熱装置ではクリーンな熱源であるため不純物の汚染がな
く、加熱温度が適正均一なため原料粉末の結晶構造が変
わらないで球状化ができたことを示すものである。
％の収率で得られ、６０％の收率しか得られなかった従
来技術よりも微粉末の発生が少なく収率が向上した。こ
のことは、従来技術よりも加熱温度が適正均一で高温過
熱による蒸発損失量が少なく、微粉末の発生が少ないこ
とを示すものである。また、輝度測定における発光特性
の輝度は原料粉（１００）と同等の１００が得られた。
この結果は、従来技術では原料粉の分解が生じ輝度の低
下が生ずるものがあったが、本高周波プラズマによる加
熱装置ではクリーンな熱源であるため不純物の汚染がな
く、加熱温度が適正均一なため原料粉末の結晶構造が変
わらないで球状化ができたことを示すものである。
【００３６】
【実施例３】 金属間化合物Ｎｂ3 Ａｌの球状化処理： 高周波誘導コイル入力条件：３ＭＨｚ，１５ｋｗ ガス供給条件： プラズマガス：第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：４５ｌ／ｍｉｎ キャリアガス：Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎを用いて粒径１〜１０μｍの Ｎｂ3 Ａｌ原料粉末５ｇｒ／ｍｉｎを原料供給管４１から供給した。
【００３７】Ｎｂ3 Ａｌは融点が１９６０℃であるが、
原料中の沸点（２４６７℃）が低いＡｌが蒸発するた
め、従来技術の球状化処理ではこのＡｌが蒸発してＵＦ
Ｐ化し、処理した球状粉の組成が原料粉と異なる場合が
あった。本発明の加熱装置では融点直上の球状化の所要
温度以上に加熱温度が上がらないで相の分解が生じない
状態で粒体が溶融球状化するので、組成変化が生ぜず、
ｂｃｃ構造（Ａ２型）のＮｂ3 Ａｌの１〜１００μｍの
球状粉末が９８％の収率で得られた。この得られた球状
粉末を焼結後室温圧延した結果は良好な展伸性を示し
た。本処理装置では急冷が容易になるためにｂｃｃ構造
（Ａ２型）の球状粒体が得られたものである。
原料中の沸点（２４６７℃）が低いＡｌが蒸発するた
め、従来技術の球状化処理ではこのＡｌが蒸発してＵＦ
Ｐ化し、処理した球状粉の組成が原料粉と異なる場合が
あった。本発明の加熱装置では融点直上の球状化の所要
温度以上に加熱温度が上がらないで相の分解が生じない
状態で粒体が溶融球状化するので、組成変化が生ぜず、
ｂｃｃ構造（Ａ２型）のＮｂ3 Ａｌの１〜１００μｍの
球状粉末が９８％の収率で得られた。この得られた球状
粉末を焼結後室温圧延した結果は良好な展伸性を示し
た。本処理装置では急冷が容易になるためにｂｃｃ構造
（Ａ２型）の球状粒体が得られたものである。
【００３８】
【実施例４】表面溶融によるコーティング処理の１例と
して以下の実験を行った。 蛍光体ＺｎＳ：ＣｕのＳｉＯ2 コーティング処理： 高周波誘導コイル入力条件：４ＭＨｚ，１５ｋＷ ガス供給条件： プラズマガス：第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ キャリアガス：Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎを用いて表面にＳｉＯ2 を付着さ せた粒径２０μｍのＺｎＳ：Ｃｕ原料粉末５ｇｒ／ｍｉｎを原料供給管４１から 供給した。
して以下の実験を行った。 蛍光体ＺｎＳ：ＣｕのＳｉＯ2 コーティング処理： 高周波誘導コイル入力条件：４ＭＨｚ，１５ｋＷ ガス供給条件： プラズマガス：第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ キャリアガス：Ａｒガス：２０ｌ／ｍｉｎを用いて表面にＳｉＯ2 を付着さ せた粒径２０μｍのＺｎＳ：Ｃｕ原料粉末５ｇｒ／ｍｉｎを原料供給管４１から 供給した。
【００３９】本発明の加熱処理による結果を従来の直接
高周波プラズマ加熱による場合と比較して表１に示す。
耐水性試験は試験粉末をＡｇＮＯ3 液に浸漬して変色状
況により判定した。表から判るように、原料粉末はＡｇ
ＮＯ3 液に浸漬直後茶色に変色して耐水性がないことが
判るが、表面にＳｉＯ2 を溶融コーティングした本発明
方法の処理、従来方法の処理ともに１２時間浸漬後も変
色がなく、ＳｉＯ2 が溶融して原料粒子がコーティング
され耐水性が得られたことが判った。しかし、輝度試験
結果では、従来の高周波プラズマで直接加熱したものは
発光条件を変えても発光せずＺｎＳ：Ｃｕが高温に加熱
されてダメージを受けたことが判った。これに対し、本
発明の加熱処理装置では、輝度は原材料の１００に対し
印加電圧１００Ｖ試験では７７％、印加電圧２００Ｖ試
験では９８％が得られた。これは、本加熱処理装置によ
れば内部のＺｎＳ：Ｃｕの温度を上げないで表面のＳｉ
Ｏ2 だけを溶解してコーティングできることを示すもの
である。
高周波プラズマ加熱による場合と比較して表１に示す。
耐水性試験は試験粉末をＡｇＮＯ3 液に浸漬して変色状
況により判定した。表から判るように、原料粉末はＡｇ
ＮＯ3 液に浸漬直後茶色に変色して耐水性がないことが
判るが、表面にＳｉＯ2 を溶融コーティングした本発明
方法の処理、従来方法の処理ともに１２時間浸漬後も変
色がなく、ＳｉＯ2 が溶融して原料粒子がコーティング
され耐水性が得られたことが判った。しかし、輝度試験
結果では、従来の高周波プラズマで直接加熱したものは
発光条件を変えても発光せずＺｎＳ：Ｃｕが高温に加熱
されてダメージを受けたことが判った。これに対し、本
発明の加熱処理装置では、輝度は原材料の１００に対し
印加電圧１００Ｖ試験では７７％、印加電圧２００Ｖ試
験では９８％が得られた。これは、本加熱処理装置によ
れば内部のＺｎＳ：Ｃｕの温度を上げないで表面のＳｉ
Ｏ2 だけを溶解してコーティングできることを示すもの
である。
【００４０】
【表１】
【００４１】次にプラズマフレーム炉の出口管側に反応
室を設けた第２実施形態の熱プラズマによる加熱処理装
置について説明する。本発明第２実施形態の加熱処理装
置は炭素繊維の加熱処理などに適するものである。図８
は本発明第２実施形態の熱プラズマ加熱による加熱処理
装置の断面図、図９はそのプラズマフレーム炉と反応室
の詳細断面図、図１０は図９のＹ−Ｙ断面図である（図
８のプラズマフレーム炉と反応室の関係は９０度ずらし
て図示されている）。
室を設けた第２実施形態の熱プラズマによる加熱処理装
置について説明する。本発明第２実施形態の加熱処理装
置は炭素繊維の加熱処理などに適するものである。図８
は本発明第２実施形態の熱プラズマ加熱による加熱処理
装置の断面図、図９はそのプラズマフレーム炉と反応室
の詳細断面図、図１０は図９のＹ−Ｙ断面図である（図
８のプラズマフレーム炉と反応室の関係は９０度ずらし
て図示されている）。
【００４２】図に基づき本発明第２実施形態の加熱処理
装置について説明する。プラズマトーチ１１、プラズマ
フレーム炉２１までの構成は、図１に示す第１実施形態
と同じであが、本実施形態では反応室４０及び供給手段
５１が設けられている点が異なる。
装置について説明する。プラズマトーチ１１、プラズマ
フレーム炉２１までの構成は、図１に示す第１実施形態
と同じであが、本実施形態では反応室４０及び供給手段
５１が設けられている点が異なる。
【００４３】図に示すように、プラズマフレーム炉２１
の出口管２５に反応室４２の導入管４３が固定される。
反応室４２の加熱部４４は中空円筒管４５の両端を端板
４６で閉じた円筒箱型をなし、その円筒側面にプラズマ
フレームを導入する導入口を有する導入管４３が固着さ
れている。中空円筒管４５の両端近傍の円筒面にはプラ
ズマガスを排出する複数個の排出口４７が設けられてい
る。排出口４７の位置・個数は被処理炭素繊維Ｓが均一
に加熱されるように実験的に定められる。端板４６の中
心には被処理炭素繊維Ｓを通過させる貫通孔４６ａが設
けられている。導入管４３の先端のねじ４３ａにより反
応室４２はプラズマフレーム炉２１の出口管２５の下部
に一体になるように固定されている。上記プラズマフレ
ーム炉２１、反応室４０は炭素繊維との反応を防止する
ために炭素材によって作られている。
の出口管２５に反応室４２の導入管４３が固定される。
反応室４２の加熱部４４は中空円筒管４５の両端を端板
４６で閉じた円筒箱型をなし、その円筒側面にプラズマ
フレームを導入する導入口を有する導入管４３が固着さ
れている。中空円筒管４５の両端近傍の円筒面にはプラ
ズマガスを排出する複数個の排出口４７が設けられてい
る。排出口４７の位置・個数は被処理炭素繊維Ｓが均一
に加熱されるように実験的に定められる。端板４６の中
心には被処理炭素繊維Ｓを通過させる貫通孔４６ａが設
けられている。導入管４３の先端のねじ４３ａにより反
応室４２はプラズマフレーム炉２１の出口管２５の下部
に一体になるように固定されている。上記プラズマフレ
ーム炉２１、反応室４０は炭素繊維との反応を防止する
ために炭素材によって作られている。
【００４４】詳細を省略するが、反応塔３１には被処理
炭素繊維Ｓを気密に反応塔３１内に連続的に供給する原
料供給手段５１が設けられ被処理炭素繊維Ｓを前記反応
室４２の加熱部４４に連続的に送るようになっている。
炭素繊維Ｓを気密に反応塔３１内に連続的に供給する原
料供給手段５１が設けられ被処理炭素繊維Ｓを前記反応
室４２の加熱部４４に連続的に送るようになっている。
【００４５】上記構成により、プラズマフレーム炉２１
を通過したプラズマフレーム１は出口管２５、導入管４
３から反応室４２の加熱部４４に導入され被加熱炭素繊
維Ｓを加熱してプラズマガスは排出口４７から反応塔３
１内に排出される。このときプラズマフレームの渦流は
拡散・攪拌されて温度の均一範囲が広くなると共に反応
室４２の加熱部４４の壁を加熱する。
を通過したプラズマフレーム１は出口管２５、導入管４
３から反応室４２の加熱部４４に導入され被加熱炭素繊
維Ｓを加熱してプラズマガスは排出口４７から反応塔３
１内に排出される。このときプラズマフレームの渦流は
拡散・攪拌されて温度の均一範囲が広くなると共に反応
室４２の加熱部４４の壁を加熱する。
【００４６】
【実施例５】炭素繊維の熱プラズマ加熱による改質処理
の１例として下記実験を行った。プラズマトーチ、プラ
ズマフレーム炉の諸元は第１実施形態と同じである。 反応室寸法： 中空円筒管内径：２５ｍｍφ 中空円筒管長さ：８５ｍｍ 被処理炭素繊維Ｓ： 種類： ピッチ系炭素繊維 繊維径： １０μｍφ 送り速度：１０ｍ／ｍｉｎ 高周波誘導コイル入力条件：４ＭＨｚ，１５ｋｗ ガス供給条件：プラズマガス： 第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：４５ｌ／ｍｉｎ クエンチングガス： クエンチングガス供給管１９からＡｒガス：２０ｌ／ｍｉｎ
の１例として下記実験を行った。プラズマトーチ、プラ
ズマフレーム炉の諸元は第１実施形態と同じである。 反応室寸法： 中空円筒管内径：２５ｍｍφ 中空円筒管長さ：８５ｍｍ 被処理炭素繊維Ｓ： 種類： ピッチ系炭素繊維 繊維径： １０μｍφ 送り速度：１０ｍ／ｍｉｎ 高周波誘導コイル入力条件：４ＭＨｚ，１５ｋｗ ガス供給条件：プラズマガス： 第１ガス供給管１３から、Ａｒガス：３０ｌ／ｍｉｎ 第２ガス供給管１４から、Ａｒガス：４５ｌ／ｍｉｎ クエンチングガス： クエンチングガス供給管１９からＡｒガス：２０ｌ／ｍｉｎ
【００４７】上記の実験結果は、従来の３０００℃の加
熱処理の電気炉加熱の炭素繊維が引張り強さ４００ｆｋ
ｇ／ｍｍ2 、弾性率８０．０ｔｏｎｆ／ｍｍ2 であるの
に対し、本改質処理装置で３３００℃の加熱処理したも
のは引張り強さ４４０ｆｋｇ／ｍｍ2 、弾性率９０．０
ｔｏｎｆ／ｍｍ2 と、引張り強さ、弾性率ともに１０％
程度の改善ができた。これは、従来の電気炉加熱ではこ
の様な高温を得ることは非常に困難でかつコストも高い
が、高周波誘導熱プラズマによれば容易に高温が得られ
かつ本発明の構成によれば従来の直接プラズマ加熱に比
しプラズマフレームが攪拌されて被処理炭素繊維が均一
に加熱されたことを示すものである。
熱処理の電気炉加熱の炭素繊維が引張り強さ４００ｆｋ
ｇ／ｍｍ2 、弾性率８０．０ｔｏｎｆ／ｍｍ2 であるの
に対し、本改質処理装置で３３００℃の加熱処理したも
のは引張り強さ４４０ｆｋｇ／ｍｍ2 、弾性率９０．０
ｔｏｎｆ／ｍｍ2 と、引張り強さ、弾性率ともに１０％
程度の改善ができた。これは、従来の電気炉加熱ではこ
の様な高温を得ることは非常に困難でかつコストも高い
が、高周波誘導熱プラズマによれば容易に高温が得られ
かつ本発明の構成によれば従来の直接プラズマ加熱に比
しプラズマフレームが攪拌されて被処理炭素繊維が均一
に加熱されたことを示すものである。
【００４８】以上述べたように、本発明の実施形態の熱
プラズマによる加熱処理装置によれば、プラズマトーチ
の下流にプラズマフレーム炉を設けてプラズマトーチの
プラズマフレームをこのプラズマフレーム炉を通過させ
た後流出させるので、プラズマトーチの失火のおそれな
しにフレーム温度が低く均一温度領域の広いプラズマフ
レームを得ることができる。このプラズマフレーム炉か
ら流出するフレームにより反応塔内で供給手段から供給
される被処理材料を加熱処理するので、超高温の熱プラ
ズマにより直接加熱する従来技術の熱プラズマ炉に比し
被処理材料の過温度の加熱や局部加熱が防止されて安定
した熱プラズマによる加熱処理ができる。
プラズマによる加熱処理装置によれば、プラズマトーチ
の下流にプラズマフレーム炉を設けてプラズマトーチの
プラズマフレームをこのプラズマフレーム炉を通過させ
た後流出させるので、プラズマトーチの失火のおそれな
しにフレーム温度が低く均一温度領域の広いプラズマフ
レームを得ることができる。このプラズマフレーム炉か
ら流出するフレームにより反応塔内で供給手段から供給
される被処理材料を加熱処理するので、超高温の熱プラ
ズマにより直接加熱する従来技術の熱プラズマ炉に比し
被処理材料の過温度の加熱や局部加熱が防止されて安定
した熱プラズマによる加熱処理ができる。
【００４９】また、前記のプラズマフレーム炉は、プラ
ズマトーチにより発生したプラズマフレームを流出入す
る入口管、出口管でプラズマ通路を形成させ、その中途
に拡径された拡散室を設け、さらに攪拌室内に障害部材
を設けているので、プラズマトーチにより発生したプラ
ズマフレームはプラズマ通路と拡散手段を通過する間に
障害部材の効果と併せてプラズマフレームが拡散、攪拌
されて温度低下すると共に温度均一領域が拡大する。さ
らに、プラズマトーチにクエンチングガス投入手段を設
けているので一層温度コントロール範囲が広がる。
ズマトーチにより発生したプラズマフレームを流出入す
る入口管、出口管でプラズマ通路を形成させ、その中途
に拡径された拡散室を設け、さらに攪拌室内に障害部材
を設けているので、プラズマトーチにより発生したプラ
ズマフレームはプラズマ通路と拡散手段を通過する間に
障害部材の効果と併せてプラズマフレームが拡散、攪拌
されて温度低下すると共に温度均一領域が拡大する。さ
らに、プラズマトーチにクエンチングガス投入手段を設
けているので一層温度コントロール範囲が広がる。
【００５０】また、第２次実施形態で述べたようにプラ
ズマフレーム炉の後に反応室を設けると繊維などの加熱
処理に有効である。
ズマフレーム炉の後に反応室を設けると繊維などの加熱
処理に有効である。
【００５１】プラズマフレーム炉は炭素系材料やセラミ
ックなどの耐熱材料のほか冷却手段を備えることにより
金属材料も使用でき、加熱処理装置の用途・目的によっ
てさらに低温領域で使用できる。また、本発明の熱プラ
ズマによる加熱処理装置に使用される熱プラズマトーチ
は、高周波誘導プラズマトーチでも電極型プラズマトー
チでも可能である。
ックなどの耐熱材料のほか冷却手段を備えることにより
金属材料も使用でき、加熱処理装置の用途・目的によっ
てさらに低温領域で使用できる。また、本発明の熱プラ
ズマによる加熱処理装置に使用される熱プラズマトーチ
は、高周波誘導プラズマトーチでも電極型プラズマトー
チでも可能である。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱プラズ
マによる加熱処理装置は、クリーンな熱源である熱プラ
ズマを使用して通常の熱プラズマより温度が低く均一温
度範囲の広いプラズマフレームが得られるので、熱プラ
ズマ加熱による物質の合成反応や、加熱溶融による粒体
の球状化や、表面物質の溶融化によるコテーィングその
他の加熱処理を行う場合に、構造や組成の変化がなく清
浄な生成物を得るのに適する。
マによる加熱処理装置は、クリーンな熱源である熱プラ
ズマを使用して通常の熱プラズマより温度が低く均一温
度範囲の広いプラズマフレームが得られるので、熱プラ
ズマ加熱による物質の合成反応や、加熱溶融による粒体
の球状化や、表面物質の溶融化によるコテーィングその
他の加熱処理を行う場合に、構造や組成の変化がなく清
浄な生成物を得るのに適する。
【図１】本発明第１実施形態の熱プラズマによる加熱処
理装置の断面図である。
理装置の断面図である。
【図２】本発明第１実施形態の熱プラズマによる加熱処
理装置のプラズマフレーム炉の詳細断面図である。
理装置のプラズマフレーム炉の詳細断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の熱プラズマによる加熱処理装置の拡散
室を球状断面にしたプラズマフレーム炉の断面図であ
る。
室を球状断面にしたプラズマフレーム炉の断面図であ
る。
【図５】本発明の熱プラズマによる加熱処理装置の障害
部材のない拡散手段を設けたプラズマフレーム炉の断面
図である。
部材のない拡散手段を設けたプラズマフレーム炉の断面
図である。
【図６】熱プラズマフレームの断面温度分布を示す図で
ある。
ある。
【図７】蛍光体ＺｎＳ：Ｃｕ粒子にＳｉＯ2 をコーティ
ングした状態を説明する図である。
ングした状態を説明する図である。
【図８】本発明第２実施形態の熱プラズマ加熱による加
熱処理装置の断面図である。
熱処理装置の断面図である。
【図９】本発明第２実施形態の熱プラズマ加熱による加
熱処理装置のプラズマフレーム炉と反応室の詳細断面図
である。
熱処理装置のプラズマフレーム炉と反応室の詳細断面図
である。
【図１０】図９のＹ−Ｙ断面図である。
１ プラズマフレーム ２ プラズマフレームの渦流中心 ３ プラズマフレームの先端部 １１ プラズマトーチ １２ 石英管 １３ 第１ガス供給管 １４ 第２ガス供給管 １５ 第３ガス供給管 １６ トーチヘッド １７ 高周波誘導コイル １８ 水冷ジャケット １９ クエンチングガス供給管 ２１ プラズマフレーム炉 ２２ 胴部（拡散室） ２３ 栓 ２４ 入口管 ２５ 出口管 ２６ 障害部材 ２７ ニップル ３１ 反応塔 ３２ 円筒部 ３３ フランジ ３４ 上蓋 ４１ 原料供給管（供給手段） ４２ 反応室 ４３ 導入管 ４４ 加熱部 ４５ 中空円筒管 ４６ 端板 ４７ 排出口 ５１ 原料供給手段 Ｓ 被加熱炭素繊維
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 4/12 Ｃ２３Ｃ 4/12 Ｄ０６Ｍ 10/00 Ｄ０６Ｍ 10/00 Ｈ０５Ｂ 7/00 Ｈ０５Ｂ 7/00 Ｚ Ｄ０６Ｍ 10/00 Ｇ (72)発明者 寺島 章 神奈川県平塚市田村5893 高周波熱錬株式 会社湘南事業所内 (72)発明者 川嵜 一博 神奈川県平塚市田村5893 高周波熱錬株式 会社湘南事業所内
Claims (18)
- 【請求項１】 熱プラズマにより被処理材料を加熱処理
する装置において、熱プラズマを発生する熱プラズマト
ーチと、該プラズマトーチにより発生した熱プラズマを
加熱制御するプラズマフレーム炉と、被処理材料を加熱
反応させる反応塔と、前記被処理材料を前記反応塔内に
供給する供給手段とを備えたことを特徴とする熱プラズ
マによる加熱処理装置。 - 【請求項２】 前記プラズマフレーム炉は、前記プラズ
マトーチにより発生したプラズマフレームを通過させる
プラズマ通路と、その通路の中間に前記プラズマフレー
ムの流れを拡散する拡散手段とを備えたことを特徴とす
る請求項１に記載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項３】 前記プラズマフレーム炉のプラズマ通路
と拡散手段は、前記プラズマトーチにより発生したプラ
ズマフレームが流入する入口管と流出する出口管と該入
口管と出口管の中途に設けられ拡径された拡散室により
形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱プラズ
マによる加熱処理装置。 - 【請求項４】 前記プラズマ通路の拡散室内に前記プラ
ズマフレームの流れ方向を変更する障害部材を設けたこ
とを特徴とする請求項３に記載の熱プラズマによる加熱
処理装置。 - 【請求項５】 前記プラズマフレーム炉のプラズマ通路
と拡散手段には冷却手段を備えたことを特徴とする請求
項２から４のいずれかに記載の熱プラズマによる加熱処
理装置。 - 【請求項６】 前記プラズマフレーム炉のプラズマフレ
ームの流出する出口管側に前記プラズマフレーム炉を通
過させたプラズマフレームを導入して被処理材料を加熱
処理する反応室を設けたことを特徴とする請求項３から
５のいずれかに記載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項７】 前記反応室には被処理材料を連続的に供
給する供給手段を備えたことを特徴とする請求項６に記
載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項８】 前記熱プラズマトーチには、クエンチン
グガス投入手段を設けたことを特徴とする請求項１から
７のいずれかに記載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項９】 前記熱プラズマトーチは、高周波誘導プ
ラズマトーチからなることを特徴とする請求項１から８
のいずれかに記載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項１０】 前記熱プラズマトーチは、電極型プラ
ズマトーチからなることを特徴とする請求項１から８の
いずれかに記載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項１１】 前記熱プラズマによる加熱処理は、物
質の熱化学合成処理であることを特徴とする請求項１か
ら１０のいずれかに記載の熱プラズマによる加熱処理装
置。 - 【請求項１２】 前記熱化学合成物質はポリシリコンで
あることを特徴とする請求項１１に記載の熱プラズマに
よる加熱処理装置。 - 【請求項１３】 前記熱プラズマによる加熱処理は、原
料粒体を加熱溶融状態にして球状化する粒体の球状化処
理であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか
に記載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項１４】 前記球状化処理粒体は蛍光体であるこ
とを特徴とする請求項１３に記載の熱プラズマによる加
熱処理装置。 - 【請求項１５】 前記球状化処理粒体は金属間化合物で
あることを特徴とする請求項１３に記載の熱プラズマに
よる加熱処理装置。 - 【請求項１６】 前記熱プラズマによる粒体の加熱処理
は、原料粒体を加熱してその表面部のみを溶融させ、表
面を溶融固化したフィルムで覆う粒体のコーティング処
理であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか
に記載の熱プラズマによる加熱処理装置。 - 【請求項１７】 前記コーティング処理する粒体は蛍光
体であることを特徴とする請求項１６に記載の熱プラズ
マによる加熱処理装置。 - 【請求項１８】 前記熱プラズマによる加熱処理は、炭
素繊維の加熱による改質処理であることを特徴とする請
求項１から１０のいずれかに記載の熱プラズマによる加
熱処理装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35665296A JP3566824B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 熱プラズマによる加熱処理装置 |
| US08/997,474 US6080954A (en) | 1996-12-27 | 1997-12-23 | Heat treatment method and apparatus using thermal plasma, and heat treated substance produced thereby |
| US09/543,912 US6156993A (en) | 1996-12-27 | 2000-04-06 | Heat treatment method and apparatus using thermal plasma, and heat treated substance produced thereby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35665296A JP3566824B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 熱プラズマによる加熱処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10189291A true JPH10189291A (ja) | 1998-07-21 |
| JP3566824B2 JP3566824B2 (ja) | 2004-09-15 |
Family
ID=18450104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35665296A Expired - Fee Related JP3566824B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 熱プラズマによる加熱処理装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3566824B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006106948A1 (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-12 | Mitsubishi Chemical Corporation | 無機機能材原料用合金粉末及び蛍光体 |
| JP2009533552A (ja) * | 2006-04-12 | 2009-09-17 | チバ ホールディング インコーポレーテッド | 金属被覆粒子の処理方法 |
| JP2010184854A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Korea Inst Of Energy Research | Ｉｃｐを用いたシリコンナノ粒子製造装置 |
| JP2012036065A (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Silicon Plus Corp | ポリシリコンの製造方法 |
| JP2012130826A (ja) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Kagawa Univ | ナノ粒子の製造方法、ナノ粒子およびナノ粒子製造装置 |
| JP2014141409A (ja) * | 2014-03-13 | 2014-08-07 | Silicon Plus Corp | 熱プラズマ処理装置 |
| JP2016196726A (ja) * | 2016-06-13 | 2016-11-24 | 株式会社イーツーラボ | 炭素繊維の表面処理方法 |
| JP2021527565A (ja) * | 2018-06-22 | 2021-10-14 | モレキュラー・プラズマ・グループ・ソシエテ・アノニムＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｌａｓｍａ Ｇｒｏｕｐ Ｓａ | 基板上への大気圧プラズマジェットコーティング堆積のための改善された方法および装置 |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35665296A patent/JP3566824B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2021527565A (ja) * | 2018-06-22 | 2021-10-14 | モレキュラー・プラズマ・グループ・ソシエテ・アノニムＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｌａｓｍａ Ｇｒｏｕｐ Ｓａ | 基板上への大気圧プラズマジェットコーティング堆積のための改善された方法および装置 |
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