特開 2023-149700 金属微粒子ペーストの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023149700

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】金属微粒子ペーストの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 9/00 20060101AFI20231005BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20231005BHJP

   B22F 1/0545 20220101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B22F9/00 B

B22F1/00 L

B22F1/0545

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022058426

(22)【出願日】2022-03-31

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度 国立研究開発法人科学技術振興機構 研究成果展開事業「非酸化性と原子拡散強化を実現する銅微微粒子安定分散系による低温焼結実現」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(71)【出願人】

【識別番号】000225016

【氏名又は名称】プライミクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(72)【発明者】

【氏名】米澤 徹

(72)【発明者】

【氏名】塚本 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】高橋 唯仁

(72)【発明者】

【氏名】▲杉▼本 拓朗

(72)【発明者】

【氏名】桑名 紗亜椰

(72)【発明者】

【氏名】春藤 晃人

【テーマコード（参考）】

4K017

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K017AA03

4K017AA08

4K017BA05

4K017CA08

4K017DA07

4K018BA02

4K018BB05

4K018BD04

4K018KA33

(57)【要約】

【課題】高濃度の金属微粒子を含む原料ペーストを分散処理するのに適した金属微粒子ペーストの製造方法を提供する。
【解決手段】円筒状の周壁１１を有する攪拌槽１と、攪拌槽１内において周壁１１と隙間を介して配置された円筒状の回転羽根４と、回転羽根４を攪拌槽１と同心状にて回転させる駆動源（駆動モータ５および駆動軸３）と、を備えた攪拌装置Ａ１を用いて、金属微粒子を溶媒と混合させた原料ペーストを攪拌して、前記金属微粒子が前記溶媒に分散した金属微粒子ペーストを製造する方法であって、周壁１１の内周面１１１には、複数の凹部１１１ａが設けられており、攪拌槽１に前記原料ペーストを供給し、回転羽根４を回転させることにより、内周面１１１に前記原料ペーストを薄膜状に押し付けながら攪拌する、攪拌工程を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の周壁を有する攪拌槽と、当該攪拌槽内において前記周壁と隙間を介して配置された円筒状の回転羽根と、前記回転羽根を前記攪拌槽と同心状にて回転させる駆動源と、を備えた攪拌装置を用いて、金属微粒子を溶媒と混合させた原料ペーストを攪拌して、前記金属微粒子が前記溶媒に分散した金属微粒子ペーストを製造する方法であって、
前記周壁の内周面および前記回転羽根の外周面の少なくともいずれか一方には、複数の凹部、複数の凸部、または凹凸形状部が設けられており、
前記攪拌槽に前記原料ペーストを供給し、前記回転羽根を回転させることにより、前記内周面に前記原料ペーストを薄膜状に押し付けながら攪拌する、攪拌工程を備える、金属微粒子ペーストの製造方法。

【請求項2】

前記攪拌装置は、前記攪拌槽内の温度を検出する温度検出部と、前記駆動源の駆動電流を検出する電流検出部と、を有し、
前記攪拌工程は、前記温度検出部による検出温度、および前記回転羽根の周速が定常値を迎えた後における前記電流検出部による検出電流値、の少なくとも１つが最大値を示した後に、終了する、請求項１に記載の金属微粒子ペーストの製造方法。

【請求項3】

前記攪拌工程は、前記検出温度および前記検出電流値の少なくとも１つが、前記最大値の６０％以下まで低下したときに、終了する、請求項２に記載の金属微粒子ペーストの製造方法。

【請求項4】

前記溶媒は、第１溶媒および第２溶媒を含み、
前記第２溶媒の蒸気圧が、前記第１溶媒の蒸気圧の１０００倍以上である、請求項１ないし３のいずれかに記載の金属微粒子ペーストの製造方法。

【請求項5】

前記金属微粒子は、粒子径が３～４００ｎｍの銅粒子である、請求項１ないし４のいずれかに記載の金属微粒子ペーストの製造方法。

【請求項6】

前記攪拌工程は、前記攪拌槽内に不活性ガスを供給しながら行う、請求項１ないし５のいずれかに記載の金属微粒子ペーストの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属微粒子ペーストの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、工業化学製品、薬品、化粧品、食品等の原料になる液体と液体、または液体と粉体の混合物を処理対象物として、この処理対象物の成分を微細化して分散するための攪拌装置が用いられている。攪拌装置としては、円筒状の攪拌槽と、この攪拌槽に収容された回転羽根とを備えた攪拌装置が知られている（たとえば特許文献１を参照）。この攪拌装置においては、前記回転羽根が、前記攪拌槽と同心の円筒状とされており、前記攪拌槽の内周面と前記回転羽根との間には、比較的狭い隙間が設けられている。前記攪拌装置に処理対象物を収容し、前記攪拌槽に対して前記回転羽根を高速回転させる。これにより、前記攪拌槽と前記回転羽根との隙間において、処理対象物が薄膜状となり強いせん断力が付加され、処理対象物の分散がなされる。この回転羽根を備えた攪拌装置によれば、事前の分散処理を必要とせず、数分から１０分程度の短時間の処理で所望の分散状態を得られる利点がある。特許文献１においては、回転羽根を備えた攪拌装置を用いて、所定の処理対象物（原料漆液等）を分散処理する方法が記載されている。

【0003】

半導体装置や電子機器の製造分野では、導電性を必要とする配線や接合材として、たとえば銅などの金属の微粒子を含有する金属微粒子ペーストが用いられる場合がある。金属微粒子ペーストは、用途に応じて金属微粒子が高濃度で含まれる。上述の回転羽根を備えた攪拌装置を用いて高濃度の金属微粒子を含有する原料ペーストを分散処理する場合、強固に凝集した金属微粒子を十分に分散させることが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６４３２０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高濃度の金属微粒子を含む原料ペーストを分散処理するのに適した金属微粒子ペーストの製造方法を提供することを主たる課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題について本発明者らが鋭意検討した結果、回転羽根を備えた攪拌装置において、攪拌槽の内周面および回転羽根の外周面の少なくともいずれかに複数の凹部を設け、金属微粒子を含有する原料ペーストに所定の分散処理を行うことで、高濃度の金属微粒子が適切に分散した金属微粒子ペーストを製造することが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0007】

本発明によって提供される金属微粒子ペーストの製造方法は、円筒状の周壁を有する攪拌槽と、当該攪拌槽内において前記周壁と隙間を介して配置された円筒状の回転羽根と、前記回転羽根を前記攪拌槽と同心状にて回転させる駆動源と、を備えた攪拌装置を用いて、金属微粒子を溶媒と混合させた原料ペーストを攪拌して、前記金属微粒子が前記溶媒に分散した金属微粒子ペーストを製造する方法であって、前記周壁の内周面および前記回転羽根の外周面の少なくともいずれか一方には、複数の凹部、複数の凸部、または凹凸形状部が設けられており、前記攪拌槽に前記原料ペーストを供給し、前記回転羽根を回転させることにより、前記内周面に前記原料ペーストを薄膜状に押し付けながら攪拌する、攪拌工程を備える。

【0008】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記攪拌装置は、前記攪拌槽内の温度を検出する温度検出部と、前記駆動源の駆動電流を検出する電流検出部と、を有し、前記攪拌工程は、前記温度検出部による検出温度、および前記回転羽根の周速が定常値を迎えた後における前記電流検出部による検出電流値、の少なくとも１つが最大値を示した後に、終了する。

【0009】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記攪拌工程は、前記検出温度および前記検出電流値の少なくとも１つが、前記最大値の６０％以下まで低下したときに、終了する。

【0010】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記溶媒は、第１溶媒および第２溶媒を含み、前記第２溶媒の蒸気圧が、前記第１溶媒の蒸気圧の１０００倍以上である。

【0011】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記金属微粒子は、粒子径が３～４００ｎｍの銅粒子である。

【0012】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記攪拌工程は、前記攪拌槽内に不活性ガスを供給しながら行う。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る製造方法によれば、攪拌装置における周壁の内周面および回転羽根の外周面の少なくともいずれか一方に複数の凹部が設けられることで、周壁の内周面と回転羽根の外周面との隙間にある原料ペーストには、飛躍的に強いせん断力が付加される。これにより、金属微粒子の凝集物の解砕を促進させ、ペーストの分散安定性を高めることができる。原料ペーストが高濃度の金属微粒子を含有する場合においても、強固に凝集した金属微粒子の凝集物を十分に解砕し、数分から１０分程度の短時間の処理で所望の分散状態を得ることができる。したがって、本発明によれば、高濃度の金属微粒子が適切に分散した金属微粒子ペーストを製造することができる。

【0014】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る金属微粒子ペーストの製造方法を実行するのに使用可能な攪拌装置の概略構成を表す。

【図2】攪拌装置の一例を示す要部縦断面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う要部拡大断面図である。

【図4】銅粒子１のＳＥＭ像の写真である。

【図5】銅粒子１の粒度分布を示すグラフである。

【図6】銅粒子２のＳＥＭ像の写真である。

【図7】銅粒子２の粒度分布を示すグラフである。

【図8】実施例１における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。

【図9】実施例１におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図10】実施例２における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。

【図11】実施例２におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図12】実施例３における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。

【図13】実施例３におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図14】実施例４における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。

【図15】実施例４におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図16】実施例５における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。

【図17】実施例５におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図18】実施例６における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。

【図19】実施例６におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図20】比較例１における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。

【図21】比較例１におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図22】比較例２におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【図23】比較例３におけるペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

【0017】

図１は、本発明に係る金属微粒子ペーストの製造方法を実行するのに使用可能な攪拌装置の概略構成を表している。図２は、攪拌装置の一例を示す要部縦断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う要部拡大断面図である。図１、図２に示すように、本実施形態の攪拌装置Ａ１は、攪拌槽１、ジャケット２、駆動軸３、回転羽根４、駆動モータ５、温度検出部６、電流検出部７および電源部８を備えている。

【0018】

攪拌槽１は、駆動軸３の一部および回転羽根４を収容する槽である。攪拌槽１は、周壁１１、底壁１２および上蓋１３を有する。周壁１１は、中心軸が鉛直方向に延びる円筒状である。なお、図示した例では、周壁１１の中心軸が鉛直方向に延びているが、攪拌装置Ａ１の使用状態によっては、周壁１１の中心軸が鉛直方向とは異なる方向に延びていてもよい。

【0019】

図２、図３に示すように、周壁１１の内周面１１１には、複数の溝１１１ａが形成されている。各溝１１１ａは、鉛直方向に沿って一様に延びている。溝１１１ａは、周壁１１の内周面１１１全体に設けられており、周壁１１の円周方向に略等ピッチで配置されている。溝１１１ａの形状は、特に限定されず、図示した例では溝１１１ａの断面形状がＶ字状とされているが、半円形などの他の断面形状であってもよい。また、複数の溝１１１ａは、鉛直方向に対して傾斜して延びたスパイラル状であってもよい。溝１１１ａの幅や深さ、配列ピッチ等は、特に限定されないが、後述する回転羽根４による原料ペーストの攪拌処理を行うのに適した寸法に設定される。また、複数の溝１１１ａに代えて、複数の凹み（ディンプル）を形成してもよい。この場合、複数の凹みは、内周面１１１全体に満遍なく設けられる。上記の複数の溝１１１ａ、および複数の凹み（ディンプル）は、それぞれ本発明の「複数の凹部」の一例である。さらに、複数の溝１１１ａに代えて、内周面１１１に複数の突起や複数の帯状凸部を形成してもよい。上記複数の突起、および複数の帯状凸部は、それぞれ本発明の「複数の凸部」の一例である。また、内周面１１１を凸部と凹部とが混在する凹凸形状としてもよく、この場合、内周面１１１に形成された当該凹凸形状部分は本発明の「凹凸形状部」の一例である。

【0020】

図２に示すように、底壁１２は、周壁１１の下端につながり、周壁１１の内側を塞いでいる。周壁１１および底壁１２は、有底円筒容器状とされている。上蓋１３は、周壁１１の上端を塞いでいる。攪拌槽１は、周壁１１、底壁１２および上蓋１３により、密閉構造とされている。攪拌槽１のサイズや材質は特に限定されないが、好ましい材質としてたとえばステンレスが挙げられる。

【0021】

本実施形態において、攪拌槽１には、ガス流入口１４およびガス流出口１５が設けられている。ガス流入口１４およびガス流出口１５は、上蓋１３に隣接して設けられている。ガス流入口１４を通じて所定のガスを攪拌槽１内に供給することが可能である。ガス流出口１５を通じて攪拌槽１内のガスを槽外に排出することが可能である。

【0022】

ジャケット２は、攪拌槽１の周壁１１および底壁１２を取り囲むように設けられている。ジャケット２は、たとえば当該ジャケット２と攪拌槽１との間の空間に冷却水（冷媒）を流すことにより攪拌槽１の内部を冷却するためのものである。ジャケット２には、流入配管２１および流出配管２２が設けられており、流入配管２１および流出配管２２を介して冷媒を循環して供給することが可能である。

【0023】

駆動軸３は、回転羽根４を回転させる駆動力を回転羽根４に伝達するものであり、駆動モータ５に連結されている。駆動軸３は、攪拌槽１の中心軸に一致または略一致するように配置されている。攪拌槽１の上蓋１３には、駆動軸３を気密状態で挿通させうる貫通孔が設けられており、シール部材１６によって気密状態が維持されている。

【0024】

回転羽根４は、攪拌槽１内において処理対象物を攪拌するためのものである。回転羽根４は、連結部４９を介して駆動軸３に取り付けられている。回転羽根４は、攪拌槽１と同心の円筒状であり、本実施形態においては、上下方向のいずれにも開口している。回転羽根４は、攪拌槽１の周壁１１との間に隙間を介して配置されている。本実施形態において、回転羽根４の外周面４１と周壁１１の内周面１１１との間には、略一定の隙間が設けられている。回転羽根４の外周面４１と周壁１１の内周面１１１との隙間は、特に限定されないが、後述する回転羽根４による原料ペーストの攪拌処理を行うのに適した寸法に設定される。

【0025】

本実施形態においては、回転羽根４は、複数の貫通孔４２を有する。複数の貫通孔４２は、各々が回転羽根４を径方向に貫通している。複数の貫通孔４２のサイズや形状および配置は特に限定されず、後述する本発明が意図する効果を奏しうる構成であればよい。また、本実施形態においては、複数の貫通孔４２が中心軸方向に複数列（たとえば６列）をなす配置とされている。各列においては、複数の貫通孔４２が回転羽根４の円周方向に略等ピッチで配置されている。

【0026】

駆動モータ５は、駆動軸３に回転駆動力を与えるものである。駆動モータ５の駆動により駆動軸３が回転すると、回転羽根４は、攪拌槽１と同心状に回転させられる。駆動軸３および駆動モータ５は、本発明の「駆動源」の構成要素の一例である。

【0027】

温度検出部６は、攪拌槽１内の温度を検出するものである。本実施形態においては、温度検出部６は、底壁１２に設けられており、攪拌槽１の内部に導入された測温部によって攪拌槽１内の温度を検出する。

【0028】

電流検出部７は、駆動モータ５の駆動電流を検出するものである。電流検出部７は、駆動モータ５および電源部８に接続されている。

【0029】

電源部８は、駆動モータ５に駆動電力を供給するものである。また、電源部８は、温度検出部６による検出結果、および電流検出部７による検出結果に基づき、駆動モータ５の駆動を停止する制御を行う。

【0030】

攪拌装置Ａ１を用いた処理対象物（原料ペースト）の処理方式は特に限定されないが、本実施形態においては、攪拌処理を所定量の処理対象物（原料ペースト）に対して行う、いわゆるバッチ処理方式である。本方式以外に、攪拌中において処理対象物（原料ペースト）を供給する連続処理方式を採用してもよい。

【0031】

上記のような構成を有する攪拌装置Ａ１を用いて、本発明に係る金属微粒子ペーストの製造方法を実行することができる。攪拌装置Ａ１を用いて行う金属微粒子ペーストの製造においては、処理対象物として金属微粒子を溶媒と混合させた原料ペーストが用いられ、当該原料を攪拌槽１内に供給する。回転羽根４を高速回転させて、原料ペーストを攪拌する（攪拌工程）。攪拌工程では、攪拌槽１内の原料ペーストには、回転羽根４を高速回転させることで発生する遠心力により、周方向に回転する強い旋回流が生じる。原料ペーストは、攪拌槽１（周壁１１）の内周面１１１に押し付けられて薄膜円筒状になる。周壁１１の内周面１１１と回転羽根４の外周面４１との隙間においては、原料ペーストに強いせん断力が付加され、原料ペーストの分散がなされる。また、回転羽根４には複数の貫通孔４２が形成されている。このため、回転羽根４の内周面に付着した原料ペーストもまた、周壁１１の内周面１１１と回転羽根４の外周面４１との隙間にスムーズに導入される。

【0032】

攪拌槽１（周壁１１）の内周面１１１には、複数の溝１１１ａ（凹部）が形成されている。複数の溝１１１ａは、回転羽根４の回転方向と直交する鉛直方向に延びている。このように複数の溝１１１ａ（凹部）が設けられることで、周壁１１の内周面１１１と回転羽根４の外周面４１との隙間にある原料ペーストには、飛躍的に強いせん断力が付加される。これにより、金属微粒子の凝集物の解砕を促進させ、ペーストの分散安定性を高めることができる。原料ペーストが高濃度の金属微粒子を含有する場合においても、強固に凝集した金属微粒子の凝集物を十分に解砕し、数分から１０分程度の短時間の処理で所望の分散状態を得ることができる。したがって、本製造方法によれば、高濃度の金属微粒子が適切に分散した金属微粒子ペーストを製造することができる。

【0033】

なお、本実施形態では、周壁１１の内周面１１１に複数の溝１１１ａを形成したが、これに代えて、回転羽根４の外周面４１に複数の溝を形成してもよい。この場合、原料ペーストに高いせん断力が付加されることが期待できる。また、周壁１１の内周面１１１および回転羽根４の外周面４１の双方に、複数ずつの溝を形成してもよい。さらに、回転羽根４の外周面４１に、複数の溝に代えて複数の凹み（ディンプル）、複数の凸部や複数の帯状突起を形成してもよく、また、外周面４１を凸部と凹部が混在する凹凸形状としてもよい。回転羽根４の外周面４１に設ける複数の溝、複数の凹み（ディンプル）、複数の凸部、複数の帯状突起、凸部と凹部が混在する凹凸形状は、それぞれ本発明の「複数の凹部、複数の凸部、または凹凸形状部」の一例である。

【0034】

原料ペーストにおいて、溶媒と混合させる金属微粒子としては、特に限定されず、たとえば銅粒子、銀粒子および金粒子を挙げることができる。金属微粒子を構成する金属材料は、用途に応じて適宜選択すればよいが、銅粒子の場合にはコスト削減効果が見込める。溶媒に混合させる金属微粒子として銅粒子を採用する場合、当該銅粒子の粒子径は、たとえば３～４００ｎｍの範囲であり、好ましくは２０～４００ｎｍの範囲である。

【0035】

また、原料ペーストに含まれる金属微粒子が銅粒子である場合、攪拌工程は、攪拌槽１内にたとえば窒素などの不活性ガスを供給しながら行うのが好ましい。この場合、不活性ガスはガス流入口１４を通じて攪拌槽１内に供給され、攪拌槽１内のガスが、ガス流出口１５を通じて槽外に排出される。銅粒子は空気中で酸化しやすいところ、不活性ガス（窒素）フロー下で攪拌することにより、銅粒子の酸化防止を図りつつ、高いせん断力をかけることができる。したがって、ダメージの少ない良質な金属微粒子ペーストを得ることができる。

【0036】

攪拌工程は、たとえば、攪拌槽１に設けられた温度検出部６による検出温度、および回転羽根４の周速が定常値を迎えた後における電流検出部７による検出電流値の少なくとも１つが最大値を示した後に、終了する。ここで、駆動モータ５の始動時に生ずる過大な起動電流を検出対象から除外するため、電流検出部７による検出電流値については、回転羽根４の周速が定常値を迎えた後を検出対象とした。原料ペーストは、溶媒中に金属微粒子の凝集物が漂っている状態のため、低粘性を示す。攪拌処理により凝集物が解砕されるにつれて、溶媒と接する金属微粒子の表面積が増え、粘性が上がることで温度、駆動電流が上昇する。さらに解砕が進むと、金属粒子表面の溶媒量が相対的に減少し、ペーストはある時点を境に粘弾性挙動から塑性挙動へと変化する。温度、駆動電流の少なくともどちらか一方が最大値を示した以降において、徐々に塑性挙動が表れ始めていると考えられる。ペーストが塑性挙動を示し始めた段階では、金属粒子の表面積は極めて大きくなり、十分に解砕されていると考えることができる。ここで回転羽根４の回転を停止し、攪拌工程を終了する。これにより、粘弾性領域の流動性あるペーストが得られる。当該ペーストは、スクリーン印刷等の流動性を必要とする印刷手法に、好適に用いられる。

【0037】

攪拌工程は、たとえば、攪拌槽１に設けられた温度検出部６による検出温度、および電流検出部７による検出電流値の少なくとも１つが最大値を示した後に、当該最大値よりも低い所定の閾値を下回ったときに、終了する。当該所定の閾値は、拡散処理後のペーストに求められる性質に応じて、予め設定されている。上記所定の閾値は、たとえば上記最大値の５０～８０％に設定される。上記の温度、駆動電流の少なくともどちらか一方が最大値を示した以降において、温度、駆動電流が十分に低下した段階では、塑性挙動が極めて強い状態と考えられる。上記所定の閾値を６０～７０％に設定した場合、塑性挙動の強い流動性の少ないペーストが得られる。当該ペーストは、メタルマスク等の流動性を嫌う印刷手法に、好適に用いることができる。

【0038】

また、攪拌工程の好ましい一例としては、攪拌槽１に設けられた温度検出部６による検出温度、および電流検出部７による検出電流値の少なくとも１つが最大値を示した後に、当該最大値の６０％以下まで低下したときに、終了する。この場合、塑性挙動の強いペーストがより確実に得られ、金属微粒子の凝集物をほぼ単粒子まで解砕することができる。

【0039】

攪拌工程においては、回転羽根４を連続的に回転駆動させても良いし、攪拌槽１内の過度な温度上昇を防止するため、回転羽根４を断続的に回転駆動させても良い。

【0040】

原料ペーストの調製においては、溶媒について蒸気圧が１０００倍以上異なる２種類の溶媒を用いてもよい。当該２種類の溶媒は、低蒸気圧の第１溶媒と、蒸気圧がこの第１溶媒の１０００倍以上である、高蒸気圧の第２溶媒である。分散前に粉末化しないほうが良い場合には、金属微粒子を高蒸気圧の第２溶媒を用いて予備攪拌してスラリーにする。その後、当該スラリーと低蒸気圧の第１溶媒を混合し、原料ペーストを調製する。このようにして得られた原料ペーストを攪拌工程において攪拌処理を行うと、発熱による温度上昇で高蒸気圧の第２溶媒が揮発することで除去される。高濃度の金属微粒子を含有する原料ペーストでは、強い塑性挙動から空回りして攪拌できない場合もある。上記第１溶媒および第２溶媒を用いた場合、このような強い塑性挙動を示すペーストを攪拌する上で、有効な手法である。上記第１溶媒（低蒸気圧の溶媒）および第２溶媒（高蒸気圧の溶媒）は、特に限定されない。上記第１溶媒として、たとえばＮ－メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ－エチルジエタノールアミン、２，２，４－トリメチル－１，３－ペンタンジオールモノイソブチレート、ジエタノールアミン、グリセロール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールを挙げることができる。上記第２溶媒として、２－プロパノール、１－プロパノール、アセトン、エタノール、メタノールを挙げることができる。

【0041】

そして、上述の金属微粒子ペーストの製造方法によれば、溶媒や金属微粒子の選択によっては、最高で約９５ｗｔ％の高濃度の金属微粒子を含む原料ペーストを分散処理する場合でも、凝集物が十分に解砕された良好な分散状態のペーストを得ることができる。

【実施例0042】

次に、本発明の有用性を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

【0043】

＜金属微粒子＞
本実施例等においては、以下の２水準の銅粒子を用いた。
〔銅粒子１〕（メディアン径１２７ｎｍ）
液相還元法により銅粒子１を作製した。原料として酸化銅（日進ケムコ製ＮＢ－２）１ｍｏｌ、溶媒としてエチルカルビトール（三協化学製）１Ｌ、保護剤としてヘキサン酸（純正化学製）６０ｍｍｏｌ、錯形成剤としてアンモニア水（純正化学製）６０ｍＬを投入し、常温にて半日攪拌した後、７０℃に昇温し、ヒドラジン一水和物（関東化学製）２ｍｏｌを添加して１時間反応させた。反応液を冷却させた後、アセトンおよび２－プロパノール（第２溶媒）にて２回ずつ精製を行い、銅粒子／２－プロパノールスラリーを得た。図４は、銅粒子１のＳＥＭ像の写真である。図５は、銅粒子１の粒度分布を示すグラフである。図５において、棒グラフは粒子径毎の度数を表し、折れ線グラフは累積度数を表す。ＳＥＭ観察像から計数した粒度分布により、メディアン径１２７ｎｍ、変動係数０．６の幅広い粒子径分布の銅粒子であることを確認した。

【0044】

〔銅粒子２〕（メディアン径６０ｎｍ）
液相還元法により銅粒子２を作製した。原料として酸化銅（日進ケムコ製ＮＢ－２）１ｍｏｌ、溶媒としてエチルカルビトール（三協化学製）１Ｌ、保護剤としてヘキサン酸（純正化学製）６０ｍｍｏｌを投入し、７０℃に昇温した後、ヒドラジン一水和物（関東化学製）２ｍｏｌを添加して１時間反応させた。反応液を冷却させた後、アセトンおよび２－プロパノール（第２溶媒）にて２回ずつ精製を行い、銅粒子／２－プロパノールスラリーを得た。図６は、銅粒子２のＳＥＭ像の写真である。図７は、銅粒子２の粒度分布を示すグラフである。図７において、棒グラフは粒子径毎の度数を表し、折れ線グラフは累積度数を表す。ＳＥＭ観察像から計数した粒度分布により、メディアン径が６０ｎｍ、変動係数０．３５のシャープな粒子径分布の銅粒子であることを確認した。

【0045】

＜原料ペーストの調製＞
上述の２水準の銅粒子（銅粒子１および銅粒子２）を用いて、以下の６水準の原料ペーストを調製の上、分散実験を実施した。
〔原料ペースト１〕（銅粒子１：８０ｗｔ％）
銅粒子１のスラリーを遠心分離（４００Ｇ、３分）し、上澄みを除去したウェットケーキ中の銅粒子８０ｗｔ％に対して、第１溶媒としてのＮ－メチルジエタノールアミン（関東化学製）を２０ｗｔ％投入した後、手でよく振り混ぜて原料ペースト１を得た。スラリー中の銅粒子の重量は、予め、以下の計算式により算出した。

【0046】

【数1】

【0047】

〔原料ペースト２〕（銅粒子１：８０ｗｔ％）
第１溶媒をトリエタノールアミン（関東化学製）に変えた以外は、原料ペースト１と同じ手法で調製した。

【0048】

〔原料ペースト３〕（銅粒子１：９０ｗｔ％）
銅粒子１を９０ｗｔ％、第１溶媒としてのＮ－メチルジエタノールアミンを１０ｗｔ％とした以外は原料ペースト１と同じ手法で調製した。

【0049】

〔原料ペースト４〕（銅粒子１：９０ｗｔ％）
第１溶媒をＮ－エチルジエタノールアミン（関東化学製）に変えた以外、原料ペースト３と同じ手法で調製した。

【0050】

〔原料ペースト５〕（銅粒子２：８０ｗｔ％）
銅粒子２のスラリーを遠心分離（４００Ｇ、３分）し、上澄みを除去した銅ウェットケーキ８０ｗｔ％に対して、第１溶媒としての２，２，４－トリメチル－１，３－ペンタンジオールモノイソブチレート（東京化成製）を２０ｗｔ％投入した後、手でよく振り混ぜて原料ペースト５を得た。

【0051】

〔原料ペースト６〕（銅粒子２：８０ｗｔ％）
銅粒子２のスラリーを遠心分離（４００Ｇ、３分）し、上澄みを除去したウェットケーキ中の銅粒子８０ｗｔ％に対して、第１溶媒としてのトリエタノールアミン（関東化学製）を２０ｗｔ％投入した後、自転公転ミキサー（シンキー製ＡＲ－１００）にて１分攪拌して原料ペースト６を得た。スラリー中の銅粒子の重量は、予め原料ペースト１と同じ計算式により算出した。

【0052】

〔実施例１〕（原料ペースト１、溝付撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
攪拌装置として薄膜旋回型高速ミキサー（プライミクス製フィルミックス５６型）を使用し、分散処理を行った。本実施例では、攪拌槽の内周面に複数の溝が形成された溝付攪拌槽を用いた。溝付攪拌槽に９０ｍＬの原料ペースト１を投入し、銅粒子の酸化防止のため窒素フロー下で、回転羽根の周速３０ｍ／ｓにて、断続的に７分の処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度はジャケットで冷却しているにも関わらず９０℃まで上昇し、大きなせん断エネルギーがペーストに掛かったことを示唆した。ナノパーコレーター（日本電子製）によりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理時間２分ほどで粗大な凝集物が見られなくなることを確認した。図８は、本実施例における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。図９は、本実施例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。（ａ）は処理前を表し、（ｂ）は処理時間１分を表し、（ｃ）は処理時間２分を表し、（ｄ）は処理時間３分を表し、（ｅ）は処理時間５分を表し、（ｆ）は処理時間７分を表す。

【0053】

〔実施例２〕（原料ペースト２、溝付撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
処理対象物を原料ペースト２に変更した以外は実施例１と同じ条件にて、断続的に５分の分散処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は９２℃まで上昇し、大きなせん断エネルギーがペーストに掛かったことを示唆した。ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理時間５分で粗大な凝集物が見られなくなることを確認した。図１０は、本実施例における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。図１１は、本実施例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真であり、処理時間５分を表す。第１溶媒としてＮ－メチルジエタノールアミン（粘度５７ｍＰａ・ｓ、３０℃）よりも粘性が十分に高いトリエタノールアミン（粘度４０６ｍＰａ・ｓ、３０℃）を用いても、良好に解砕できることが確認された。

【0054】

〔実施例３〕（原料ペースト３、溝付撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
処理対象物を原料ペースト３に変更した以外は実施例１と同じ条件にて、断続的に３分の分散処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は７９℃まで上昇し、大きなせん断エネルギーがペーストに掛かったことを示唆した。ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理時間９０秒で粗大な凝集物が見られなくなることを確認した。図１２は、本実施例における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。図１３は、本実施例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。（ａ）は処理前を表し、（ｂ）は処理時間３０秒を表し、（ｃ）は処理時間１分を表し、（ｄ）は処理時間９０秒を表し、（ｅ）は処理時間３分を表す。銅粒子をより高濃度（９０ｗｔ％）で含む原料ペーストにおいても、良好に解砕できることが確認された。

【0055】

〔実施例４〕（原料ペースト４、溝付撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
処理対象物を原料ペースト４に変更した以外は実施例１と同じ条件にて、断続的に５分の分散処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は７６℃まで上昇し、大きなせん断エネルギーがペーストに掛かったことを示唆した。ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理時間５分で粗大な凝集物が見られなくなることを確認した。図１４は、本実施例における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。図１５は、本実施例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真であり、処理時間５分を表す。

【0056】

〔実施例５〕（原料ペースト５、溝付撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
後述の比較例２および比較例３で処理したものを混合した９０ｍＬのペーストを溝付攪拌槽に投入して、実施例１と同じ条件にて、断続的に１５分の分散処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は５９℃まで上昇し、大きなせん断エネルギーがペーストに掛かったことを示唆した。ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理時間１分で粗大な凝集物が見られなくなり、処理時間５分で凝集物は数百ｎｍ程度まで解砕されることを確認した。また、処理時間を１５分まで延長するとことで、単粒子まで解砕されることを確認した。図１６は、本実施例における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。図１７は、本実施例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真である。（ａ）は処理前を表し、（ｂ）は処理時間１分を表し、（ｃ）は処理時間２分を表し、（ｄ）は処理時間５分を表し、（ｅ）は処理時間１０分を表し、（ｆ）は処理時間１５分を表す。

【0057】

〔実施例６〕（原料ペースト６、溝付撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
処理対象物を原料ペースト６に変更した以外は実施例１と同じ条件にて、断続的に１２分の分散処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は７３℃まで上昇し、大きなせん断エネルギーがペーストに掛かったことを示唆した。また運転中に駆動電流が１４．５Ａから８．２Ａまで急激に減少する現象が見られ、ペーストが粘弾性挙動から塑性挙動へと変化した様子が捉えられた。ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、塑性挙動が見られた処理時間１２分では、粗大な凝集物が見られなくなり、ほぼ単粒子まで解砕されることを確認した。図１８は、本実施例における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。図１９は、本実施例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真であり、処理時間１２分を表す。

【0058】

〔比較例１〕（原料ペースト１、溝なし撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
攪拌装置として薄膜旋回型高速ミキサー（プライミクス製フィルミックス５６型）を使用し、分散処理を行った。本実施例では、攪拌槽の内周面に溝が形成されていない従来の溝なし攪拌槽を用いた。溝なし攪拌槽に９０ｍＬの原料ペースト１を投入し、銅粒子の酸化防止のため窒素フロー下で、回転羽根の周速３０ｍ／ｓにて、断続的に１０分の処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は３６～３９℃で大きな温度上昇は見られなかった。ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理時間１０分後も粗大な凝集物が見られ、殆ど解砕されていないことが確認された。図２０は、本比較例における攪拌装置の運転ログを示すグラフである。図２１は、本比較例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真であり、処理時間１０分を表す。

【0059】

〔比較例２〕（原料ペースト５、溝なし撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
処理対象物を６０ｍＬの原料ペースト５に変更した以外は比較例１と同じ条件にて、１分の分散処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は２８℃で大きな温度上昇は見られなかった。ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理後も数μｍの凝集物が見られ、あまり解砕されていないことが確認された。図２２は、本比較例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真であり、処理時間１分を表す。

【0060】

〔比較例３〕（原料ペースト５、溝なし撹拌槽、周速３０ｍ／ｓ）
回転羽根の周速を４０ｍ／ｓに変更した以外は比較例２と同じ条件にて、１分の分散処理を実施した。運転中の攪拌槽内の検出温度は５０℃近くまで上昇したが、ナノパーコレーターによりペースト中の粒子の状態を観察した結果、処理後も数μｍの凝集物が見られ、あまり解砕されていないことが確認された。図２３は、本比較例のペースト中の粒子状態を示すＳＥＭ像の写真であり、処理時間１分を表す。

【符号の説明】

【0061】

Ａ１ ：攪拌装置
１ ：攪拌槽
１１ ：周壁
１１１ ：内周面
１１１ａ ：溝（凹部）
１２ ：底壁
１３ ：上蓋
１４ ：ガス流入口
１５ ：ガス流出口
１６ ：シール部材
２ ：ジャケット
２１ ：流入配管
２２ ：流出配管
３ ：駆動軸（駆動源）
４ ：回転羽根
４１ ：外周面
４２ ：貫通孔
４９ ：連結部
５ ：駆動モータ（駆動源）
６ ：温度検出部
７ ：電流検出部
８ ：電源部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】