研究課題
基盤研究(C)
球形はんだ粒子などの機能性微粒子の特性を最大限に発揮させるためには、粒子径を厳密に揃える必要がある。本研究では、球形粒子を1ミクロンの精度で分級することを目的として、二軸ローラーによる分級システムの開発を行った。二軸ローラーは傾斜しており、下方にいくほどローラーの間隙を広くしてあるので、粒子がローラー間を移動する間に、粒子径の違いによって分級できる。粒子の動的挙動を明らかにするため、ローラー間を移動する粒子を顕微鏡で捉え、1/8000秒の高速カメラで撮影し、動画の解析を行った。粒子の平均移動速度は、ローラーの回転速度および傾斜角の正接に比例するが、粒子はローラーの間隙を単純に転がるのではなく、微小な跳躍運動を繰り返すことが分かった。この跳躍運動は、粒子がローラーとの摩擦によって投げ出されるために生じるものであり、放物運動時の軸方向の重力成分が粒子の移動推進力になる。したがって、ローラーの周速度、傾斜角および粒子とローラーの摩擦係数を考慮することによって粒子の移動速度は定式化できる。また、粒子の運動はローラーの回転方向および回転速度などの操作条件にも依存する。球形ハンダ粒子は数百ミクロンの大きさであり、この程度の大きさでは、粒子径は粒子の動的挙動に影響を及ぼさなかった。しかし、数百ミクロンよりも小さい粒子を用いると、ローラーへの粒子の付着が問題になる。ローラーの表面に微小粗さを施すことによって粒子-ローラー間の付着力を下げた結果、100μmの大きさの粒子でも98%の回収率で分級できた。粒子の分級精度は、粒子どうしが接触すると落下位置が変動するので分級精度は低下するが、粒子どうしの接触が生じないように一定の間隔で粒子を供給すると1μmの精度で分級できる。
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