JP5322524B2 - 金属酸化物製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属元素を含む原料を噴出させるバーナを備え、火炎を利用して金属酸化物を製造する装置に関する。

従来、粉末状・液体状・気体状等の金属元素を含む原料を噴出する原料噴出ノズルと、当該原料噴出ノズルの周囲に設けられ、プロパン等の可燃性ガス及び酸素等の支燃性ガスを燃焼させて火炎を形成するバーナとを備え、火炎の熱を利用して金属酸化物を製造する金属酸化物製造装置（例えば特許文献１〜３参照）が知られている。

特開平７−２４７１０５号公報 特開２０００−３０２４１７号公報 特開２００１−１７８５７号公報

しかし、前記従来の熱源としてバーナを備える金属酸化物製造装置では、可燃性ガスと支燃性ガスとをバーナの噴射後に混合しており、可燃性ガスと支燃性ガスとは略平行に噴出されるため、両ガスを均一に混合できず、火炎の燃焼状態が不安定になることがあった。また、製造能力を上げるために原料やガスの噴出速度を速くすることによってもさらに火炎の燃焼状態は不安定になる。このため、製造する金属酸化物の品質が変動する恐れがあった。

本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、火炎の燃焼状態が安定で、均一な品質の金属酸化物を製造できる金属酸化物製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る金属酸化物製造装置の第１特徴構成は、金属元素を含む原料を噴出させるバーナを備え、火炎を利用して金属酸化物を製造する装置であって、内部に前記バーナを配設した反応容器と、前記反応容器の内部に設けられ、前記金属酸化物を捕集するフィルタと、前記原料を前記バーナに供給する原料供給手段と、酸化性ガスを、前記原料と共に前記バーナから噴出させる酸化性ガス供給手段と、予め可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガスを前記バーナに供給する混合ガス供給手段とを備え、前記バーナに、前記原料及び前記酸化性ガスを噴出する原料噴出孔を備えると共に、当該原料噴出孔の周囲に前記混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔を設けてあり、前記混合ガス噴出孔の近傍に、前記混合ガス噴出孔の開口面積より小さい開口面積を有する第２の混合ガス噴出孔を備えた点にある。
尚、本明細書において、酸化性ガスとは、他の物を酸化するガスであり、具体的には、酸素ガスや、空気の如く酸素ガスを含んだガス等が例示される。支燃性ガスとは、当該ガス自体は燃えないが他の物を燃え易くする性質を有するガスであり、具体的には酸素ガスや、空気の如く酸素ガスを含んだガス等が例示される。また、可燃性ガスとは、当該ガス自体が燃える性質を有するガスであり、具体的には水素ガスや、メタン、アセチレン、プロパン、ブタン等の炭化水素ガス等が例示される。

本構成によれば、原料及び酸化性ガスを噴出する原料噴出孔の周囲に混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔を設けているため、原料噴出孔の周囲を混合ガスの燃焼で形成される火炎によって加熱することができる。このため、原料噴出孔から噴出させる原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くしても、原料に含まれる金属元素を安定に酸化反応させることができる。
この際、本構成では、可燃性ガスと支燃性ガスとを予め混合した混合ガスをバーナに供給するので、バーナ内の流路の形状に関わらず、混合ガスを均一に混合させることができ、原料に含まれる金属元素の酸化をより安定化することができる。
したがって、本発明に係る金属酸化物製造装置は、均一な品質の金属酸化物を製造することができる。

また、混合ガス噴出孔から噴出する混合ガスの燃焼で形成される第１の火炎の近傍に、第１の火炎よりも火炎の大きさが小さい第２の火炎を形成することができる。このため、第２の火炎により第１の火炎を加熱することにより、第１の火炎の燃焼状態を安定化することができ、原料に含まれる金属元素の酸化反応をより安定化することができる。
また、生成した金属酸化物を捕集するフィルタを反応容器内に設けることにより、装置のコンパクト化を図ることができる。また、反応部と回収部とをつなぐ付着が生じやすい配管を省くことができるため、製品を良好に回収できる。

本発明に係る金属酸化物製造装置の第２特徴構成は、前記第２の混合ガス噴出孔を、前記原料噴出孔に対して前記混合ガス噴出孔よりも少なくとも遠方に設けた点にある。

本構成によれば、第２の火炎を原料噴出孔に対して少なくとも第１の火炎よりも遠方に形成させているため、原料噴出孔から噴出する原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くする場合のように、第１の火炎がバーナの中央部側から影響を受ける場合であっても、第２の火炎が第１の火炎の燃焼を補助し、第１の火炎を安定化させることができる。

本発明に係る金属酸化物製造装置の第３特徴構成は、前記第２の混合ガス噴出孔は、前記原料噴出孔に対して前記混合ガス噴出孔よりも遠方及び近傍の両方に設けた点にある。

本発明に係る金属酸化物製造装置の第４特徴構成は、前記混合ガス噴出孔が複数設けてあり、前記第２の混合ガス噴出孔が複数の前記混合ガス噴出孔に対応するように複数設けてあり、それぞれの前記混合ガス噴出孔に対して、対応する複数の前記第２の混合ガス噴出孔が当該混合ガス噴出孔を取り囲むように設けられた点にある。

本発明に係る金属酸化物製造装置の第５特徴構成は、前記反応容器は開口部を有し、前記開口部に、当該開口部との間に外気を導入可能な隙間をあけた状態で前記バーナが配設された点にある。

〔第一の実施形態〕
以下に、本発明に係る金属酸化物製造装置の第一の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、本発明を微粒子製造装置に適用した場合について説明する。

本発明に係る金属酸化物製造装置は、図１に示すように、所望の金属酸化物の前駆体となり得る金属元素を含む原料（以下、単に「原料」と称する場合がある）を噴出させるバーナ２を備え、火炎を利用して金属酸化物を製造する装置であって、原料をバーナ２に供給する原料供給手段３，３ａ，３ｂと、酸化性ガスを原料と共にバーナ２から噴出させる酸化性ガス供給手段４，４ａ，４ｂと、予め可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガス（以下、単に「混合ガス」と称する場合がある）をバーナ２に供給する混合ガス供給手段５，５ａとを備え、バーナ２に、図５に示すように、原料及び酸化性ガスを噴出する原料噴出孔９を備えると共に、原料噴出孔９の周囲に混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔８を設けたものである。

このような構成によれば、混合ガス噴出孔８から噴出させた混合ガスを燃焼させて火炎を形成させることにより、原料噴出孔９から噴出させた原料を酸化性ガスによって酸化させると共に、原料噴出孔９の周囲を加熱することができる。このため、原料噴出孔９から噴出させる原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くしても、混合ガスの燃焼により形成される火炎により、原料の酸化反応状態を安定させることができる。（以下、原料中の金属元素の酸化反応を、単に「原料の酸化」と称する場合がある）
この際、可燃性ガスと支燃性ガスとを予め混合した混合ガスを、バーナ２に供給するので、混合ガスを安定に燃焼させることができ、原料の酸化反応をより安定化することができる。
したがって、本発明に係る金属酸化物製造装置は、均一な品質の金属酸化物を製造することができる。

本実施形態に係る微粒子製造装置は、図１に示すように、本発明に係る金属酸化物製造装置を備え、原料を酸化して金属酸化物微粒子（以下、単に「微粒子」と称する場合がある）を生成する反応部１００と、反応部１００で生成した微粒子を回収する回収部２００とを備える。反応部１００と回収部２００との間には冷却管等の冷却部（図示しない）が設けてあり、反応部１００で生成した微粒子は冷却部で冷却された後、回収部２００へ送られるようになっている。回収部２００へ送られた微粒子は、回収部２００に設けたバグフィルタ２０によって集められる。尚、本実施形態では回収部２００にバグフィルタ２０を設けているが、サイクロン等、別の回収手段を用いても構わない。

回収部２００の下流側には、排気部（図示しない）が設けてあり、この排気部によって反応部１００内の圧力を減圧状態に制御している。排気部では、例えば、排気通路にブロワやダンパ等を設け、反応部１００の内圧を測る圧力センサの検出値に基づいて、ブロワの風量を制御したり、ダンパの開度を変更調整したりして反応部１００の内圧が一定に維持されるように制御している。また、反応部１００の内圧を一定に維持するためには、反応部１００から下流側の配管や冷却部、回収部２００等の機器類にも圧力センサを設置し、この圧力センサの検出値に基づいて、ブロワの風量制御やダンパの開度調整を行うようにすることもできる。このように反応部１００の内圧を一定に維持することで、生成する微粒子の品質を均一化させることができる。

反応部１００は、微粒子の出口を先細状に形成した円筒状の反応容器１を備えている。反応容器１の壁部には、原料を反応容器１内に噴出させるバーナ２が微粒子の出口と対峙する位置に設けてあり、バーナ２の近傍には、冷却ガスを反応容器１内に供給する冷却ガス供給手段１ａが設けてある。冷却ガス供給手段１ａは、必ずしも設ける必要はないが、設けた場合には冷却ガスにより微粒子生成時の補助的な冷却効果をもたらすと共に、生成した微粒子及び燃焼後のガス等を反応容器１から排出する際の整流効果をもたらすことができる。また、反応容器１には水冷ジャケット等の冷却手段を別途設けることもできる。

バーナ２には、例えば金属元素を含む原料を供給する原料供給手段としての流量調節手段３及び供給管３ａ，３ｂと、酸素ガスや空気等の酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段としての流量調節手段４及び供給管４ａ，４ｂとが設けてある。酸化性ガスはバーナ２の内部またはバーナ２から噴出した後、反応容器１内において原料と混合され、原料を酸化するものである。また、バーナ２には、プロパンガス等の可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給手段としての流量調節手段５ｂ及び供給管５ｃ，５ｄと、酸素ガスや空気等の支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給手段としての流量調節手段５ｅ及び供給管５ｆ，５ｇと、可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給手段としての混合手段５及び供給管５ａとが設けてある。混合ガスは、原料の周りで燃焼し、原料の酸化反応を促進するものである。流量調節手段３，４，５ｂ，５ｅとしては流量計及びバルブ等、従来公知のものが適用できる。混合手段５としては、例えば、図２に示すようなエジェクタ式のものや図３に示すような遠心式のもの等を採用することができる。可燃性ガスと支燃性ガスとは、このような混合手段５によって混合させた後に、供給管５ａを通過させバーナ２に供給する。

バーナ２の内部には、図４に示すように、原料供給手段から供給された原料が流通する原料流路６ａと、酸化性ガス供給手段から供給された酸化性ガスが流通する酸化性ガス流路７ａと、混合ガス供給手段から供給された混合ガスが流通する混合ガス流路８ａとが設けてある。原料流路６ａと酸化性ガス流路７ａとは、バーナ２の内部において合流し混合流路９ａを形成している。

バーナ２の先端面には、図５（ａ）に示すように、中央部に混合流路９ａと連通し、原料及び酸化性ガスを噴出させる原料噴出孔９が設けてあり、原料噴出孔９の周囲には混合ガス流路８ａと連通し、混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔８が周方向に沿って設けてある。このような構成によれば、混合ガス流路８ａから噴出させた混合ガスを燃焼させて火炎を形成させることにより、原料噴出孔９の周囲を加熱することができ、原料噴出孔９から噴出する原料の酸化反応を安定化することができる。このため、本実施形態に係る微粒子製造装置は、均一な品質の金属酸化物微粒子を製造することができる。
尚、本実施形態においては、混合ガス噴出孔８を原料噴出孔９の周囲に周方向に沿って８個設けた場合を例示したが、混合ガス噴出孔８の数、形状は特に限定されない。例えば、総開孔面積が一定の場合では、個々の開孔面積が大きい混合ガス噴出孔８を少数設けるよりも、個々の開孔面積が小さい混合ガス噴出孔８を多数設ける方が、火炎を安定させるためには望ましい。また、図５（ｂ）に示すように、混合ガス噴出孔８を原料噴出孔９の周囲に周方向に連続するリング状とすることもできる。

金属元素を含有する原料としては、可燃性物質を含む場合と可燃性物質を含まない場合のいずれの場合も適用可能である。原料に可燃性物質を含む場合には、原料自体が燃焼し（酸化され）火炎を形成し、金属酸化物を生成する。原料に可燃性物質を含まない場合には、原料が混合ガスの燃焼により形成される火炎によって気化し、酸化性ガスによって酸化されて金属酸化物を生成する。
金属元素を含有する原料は、特に限定はされず、粉末状、気体状、液体状のいずれでも構わないが、好ましくは有機金属塩、硝酸金属塩、酢酸金属塩、金属塩化物等の溶液を用いることができる。金属元素の種類としては、Ｌｉ、Ｎａ等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属、Ｚｎ、Ａｌ等の低融点金属、Ｔｉ、Ｆｅ、Ａｇ等の重金属、ランタノイド等の遷移金属、Ｓｂ、Ｓｉ等の半金属等を用いることができる。尚、本明細書においては、半金属も金属として取り扱う。

このような微粒子製造装置を用いて微粒子を製造した場合、当該微粒子は通常、酸化物微粒子となるが、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属元素を含有する原料を用いた場合には、当該金属元素にとってそれ自身酸化物であるよりも金属であることの方が化学的、エネルギー的に安定であることから、金属微粒子が製造される。

本実施形態においては、原料流路６ａと酸化性ガス流路７ａとがバーナ２の内部で合流し、混合流路９ａを形成する場合を例として説明したが、図６に示すように、原料流路６ａと酸化性ガス流路７ａとを合流させることなく、それぞれ原料噴出孔６と酸化性ガス噴出孔７とに連通させ、バーナ２から噴出した後に原料と酸化性ガスとを混合させることもできる。尚、図４において原料と酸化性ガスをバーナ２の外部に噴出する孔を「原料噴出孔」と称したが、図６及び図１１（ｂ）における原料のみをバーナ２の外部に噴出する孔も「原料噴出孔」と称す。
また、図６では、原料噴出孔６が、酸化性ガス噴出孔７および混合ガス噴出孔８に対して突出しているが、各噴出孔を同一面上に設けることもできる。また、図１１（ａ）に示すように、酸化性ガス噴出孔７および混合ガス噴出孔８を原料噴出孔６に対し突出させたり、図１１（ｂ）に示すように、原料噴出孔６および酸化性ガス噴出孔７を混合ガス噴出孔８に対し突出させてもよい。

本実施形態においては、原料噴出孔９の周囲に混合ガス噴出孔８のみを設けた場合を例として説明したが、例えば、図７，９に示すように混合ガス流路８ａを第１の混合ガス流路８ｂと第２の混合ガス流路８ｃとに分岐させ、図８，１０に示すように、第１の混合ガス流路８ｂと連通する混合ガス噴出孔８の近傍に、第２の混合ガス流路８ｃと連通し、混合ガス噴出孔８の開口面積より小さい開口面積を有する第２の混合ガス噴出孔８´を設けることもできる。この場合、混合ガス噴出孔８から噴出する混合ガスの燃焼で形成される第１の火炎の近傍に、第２の混合ガス噴出孔８´から噴出する混合ガスの燃焼によって、第１の火炎よりも火炎の大きさが小さい第２の火炎を形成することができるため、第２の火炎により第１の火炎を加熱することができ、第１の火炎の燃焼状態を安定化することができる。

第２の混合ガス噴出孔８´を設ける場合には、例えば、図７，８に示すように少なくとも原料噴出孔９に対して混合ガス噴出孔８よりも遠方に設け、第２の火炎を少なくとも第１の火炎よりも外側に形成させることが好ましい。本構成であれば、原料噴出孔９から噴出する原料及び酸化性ガスの噴出速度を速くする場合のように、第１の火炎がバーナ２の中央部側から影響を受ける場合であっても、第２の火炎が第１の火炎の燃焼を補助し、安定化することができる。

また、第２の混合ガス噴出孔８´は、その全てを原料噴出孔９に対して混合ガス噴出孔８よりも遠方に設ける必要はなく、例えば、図９，１０に示すように一部の混合ガス噴出孔８´を原料噴出孔９の近傍に配置してもよい。図１０（ｂ）、（ｃ）のように、混合ガス噴出孔８が原料噴出孔９の周囲に沿って複数設けてある場合には、第２の混合ガス噴出孔８´をそれぞれの混合ガス噴出孔８の周囲に複数設け、第２の火炎が第１の火炎を取り囲むように形成させることができる。このような構成により、第１の火炎の燃焼状態をより安定化することができる。

本実施形態において、図４、７、９に示すバーナ２は、原料噴出孔９と混合ガス噴出孔８とを同一面上に設けた場合を例として説明したが、図６に示すバ−ナ２と同様に、原料噴出孔９、混合ガス噴出孔８、第２の混合ガス噴出孔８´を、他の噴出孔に対し、適宜突出させてもよい。

本実施形態においては、原料及び酸化性ガスの噴出方向と、混合ガスの噴出方向とが平行になるように設けた場合を例として説明したが、特に限定されるものではない。例えば、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すように混合ガスの噴出方向を原料及び酸化性ガスの噴出方向に対して交差するように設け、混合ガスの燃焼による火炎をバーナ２の中心方向に向かって形成させることもできる。この構成により、原料噴出孔９から噴出する原料の酸化をより安定化することができる。また、混合ガスの燃焼による火炎の一部を、バーナの外方に向かって形成させることもできる。
尚、このような構成は、例えば、図６，７，９に示すバーナ２においても適用することができる。特に、図７，９に示すバーナ２の場合では、第１の火炎及び第２の火炎のうち、少なくともいずれかの火炎をバーナ２の中心方向または外方に向かって形成させることもできる。

本実施形態においては、原料供給手段として流量調整手段３及び供給管３ａ，３ｂ、酸化性ガス供給手段として流量調節手段４及び供給管４ａ，４ｂ、可燃性ガス供給手段として流量調節手段５ｂ及び供給管５ｃ，５ｄ、支燃性ガス供給手段として流量調節手段５ｅ及び供給管５ｆ，５ｇ、混合ガス供給手段として混合手段５及び供給管５ａとを設けた場合を例として説明したが、特にこれに限定はされない。例えば、原料が液体状である場合には、原料供給手段としてポンプやタンク等を設けることもできる。

（実施例１）
以下に、本実施形態に係る微粒子製造装置を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［Ａｌ₂Ｏ₃粒子の製造］
バーナ２として図４及び図５（ａ）に示す構造のバーナを使用した。
原料として硝酸アルミニウム３４％水溶液と２−プロパノールとを調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを１．２Ｎｍ³／ｈ、可燃性ガスを０．２４Ｎｍ³／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．６ｋｇ／ｈの原料と、４．８Ｎｍ³／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。尚、冷却ガス供給手段１ａからは空気を１．６Ｎｍ³／ｈで供給した。
バグフィルタ２０からの回収物を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、図１２に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、４５ｍ²／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は４２ｎｍであった。また、Ｘ線構造解析の結果から、微粒子は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）であることが確認できた。

［Ｂｉ_3.25Ｌａ_0.75Ｔｉ₃Ｏ₁₂（ＢＬＴ）粒子の製造］
バーナ２として図６に示す構造のバーナを使用した。
原料として２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸ランタン、テトラ（２−エチルへキシル）チタネート及びミネラルスピリットを調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを２．４Ｎｍ³／ｈ、可燃性ガスを０．４８Ｎｍ³／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．９ｋｇ／ｈの原料と、２．７Ｎｍ³／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。尚、冷却ガス供給手段１ａからは空気を９．０Ｎｍ³／ｈで供給した。
バグフィルタ２０からの回収物を、ＴＥＭで観察したところ、図１３に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を、窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、７．１ｍ²／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は１０２ｎｍであった。また、Ｘ線構造解析の結果から、微粒子はほぼ単相のＢＬＴ粒子であることが確認できた。

［ＬｉＣｏＯ₂粒子の製造］
バーナ２として図７及び図８（ｃ）に示す構造のバーナを使用した。
原料としてナフテン酸リチウム、２−エチルヘキサン酸コバルト及びミネラルスピリットを調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを２．４Ｎｍ³／ｈ、可燃性ガスを０．４８Ｎｍ³／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．９ｋｇ／ｈの原料と、２．７Ｎｍ³／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。尚、冷却ガス供給手段１ａからは空気を９．０Ｎｍ³／ｈで供給した。
バグフィルタ２０からの回収物を、ＴＥＭで観察したところ、図１４に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を、窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、３０ｍ²／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は４２ｎｍであった。Ｘ線構造解析の結果から、微粒子は単相ＬｉＣｏＯ₂粒子であることが確認できた。

〔第二の実施形態〕
次に、本発明に係る金属酸化物製造装置の第二の実施形態について説明する。ここでは、本発明を第一の実施形態と同様に微粒子製造装置に適用した場合について説明する。

本実施形態に係る微粒子製造装置は、図１５に示すように、本発明に係るバーナ２を備え、原料を酸化させて微粒子を生成する反応部５００を備える。反応部５００は、円筒状の反応容器５１と、反応容器５１の内部に設けられ、生成した微粒子を捕集するガラス繊維等の耐熱性フィルタ５３とを備える。反応容器５１には、下方側面から外側に向かって突出している開口部５２と、フィルタ５３によって微粒子が除去されたガスを上部から外部に排出する排気口５４とが設けてある。

開口部５２には第一の実施形態と同様のバーナ２が挿通してあり、反応容器５１内に原料と燃焼ガスとを噴出して微粒子を製造することができる。尚、本実施形態においては、バーナ２を反応容器５１の下方側面から挿通しているが、例えば、フィルタ５３の端面に対向する位置にバーナ２を設けてもよい。
排気口５４にはエジェクタやブロワ等の排気部（図示しない）が接続してあり、この排気部により、反応容器５１内のガスをフィルタ５３を介して排気することで、生成した微粒子を反応容器５１内のフィルタ５３表面で捕集することができる。
尚、本実施形態においては、バーナ２は開口部５２に隙間を設けて挿通してあり、排気部により反応容器５１内のガスを排気することで隙間から反応容器５１内に外気が導入され反応場を冷却できるようになっている。その他の構成、原料等は、第一の実施形態と同様である。

第一の実施形態に係る金属酸化物微粒子の製造においても、燃焼による熱量を小さくし、原料供給量を少なくすると生成する微粒子の粒径を小さくすることができるが、生成する微粒子の量自体が少なくなるため回収が困難となる。本実施形態のように、反応容器５１内にフィルタ５３を備える構成にすれば、生成する微粒子が少量になった場合でも回収が可能となると共に、装置のコンパクト化を図ることができる。また、熱量が比較的小さな状態でも運転できるため生成する微粒子のさらなる微細化を図ることができる。
本実施形態において、燃焼による熱量を小さくする場合、微粒子の生成を安定させるため、バーナ２における混合ガス噴出孔８や第２の混合ガス噴出孔８´の位置は原料噴出孔９に近付ける方が好ましい。

（実施例２）
［ＣｅＯ₂粒子の製造］
バーナ２として図１１（ａ）に示す構造のバーナを使用した。
原料として２―エチルヘキサン酸セリウム溶液と２−エチルヘキサン酸を調合したものを使用した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
まず、支燃性ガスを０．３Ｎｍ³／ｈ、可燃性ガスを０．０６Ｎｍ³／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．１２ｋｇ／ｈの原料と、０．７２Ｎｍ³／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。
反応容器内に設置したフィルタ５３からの回収物を、ＴＥＭで観察したところ、図１６に示すような微粒子であった。得られた微粒子の比表面積を窒素吸着による１点式ＢＥＴ法により測定した結果、２０２ｍ²／ｇであり、比表面積から求めたＢＥＴ換算径は４ｎｍであった。Ｘ線構造解析の結果から、微粒子は酸化セリウム（ＣｅＯ₂）である事が確
認できた。

〔第三の実施形態〕
次に、本発明に係る金属酸化物製造装置の第三の実施形態について説明する。ここでは、本発明を成膜装置に適用した場合について説明する。

本実施形態に係る成膜装置は、図１７に示すように、本発明に係るバーナ２を備え、原料を酸化させて生成した金属酸化物微粒子を基材３１の表面に堆積させて金属酸化物膜（以下、単に「膜」と称する場合がある）を形成する成膜部３００と、成膜部３００において基材３１に堆積されなかった微粒子を回収する回収部４００とを備える。成膜部３００で基材３１に堆積されなかった微粒子は、第一の実施形態と同様に、成膜部３００と回収部４００との間に設けた冷却管等の冷却部（図示しない）で冷却された後、回収部４００に設けたバグフィルタ４０によって集められる。回収部４００の下流側には、排気部（図示しない）が設けてあり、この排気部によって成膜部３００内の圧力を制御している。尚、成膜部３００は、特に圧力を制御することなく、大気圧とすることもできる。

成膜部３００は、第一の実施形態と同様のバーナ２を備え、バーナ２と対向する位置に、複数の基材３１を支持する基材支持部としてのターンテーブル３２が設けてある。尚、対向するとは、バーナ２と基材支持部とが直交または斜交する位置関係にあることをいう。
ターンテーブル３２の下面には、ターンテーブル３２の上に配置した基材３１の温度を一定に保つため電熱ヒータ等の加熱手段（図示しない）が設けてある。また、ターンテーブルのそれぞれの基材３１の間には仕切り板（図示しない）が設けてあり、成膜中に他の基材３１への微粒子の飛散を防止している。

また、ターンテーブル３２は駆動装置（図示しない）によって回転自在に構成してあり、ターンテーブル３２を回転させることにより、複数の基材３２に順次膜を形成できるようになっている。バーナ２とターンテーブル３２とは、互いの位置関係を任意に設定出来るよう構成することが望ましく、例えばターンテーブル３２が上下に、バーナ２が前後左右に移動できることが望ましい。
尚、本実施形態においては、基材支持部としてターンテーブル３２を設けた場合を例示したが、特に限定されるものではなく、コンベア等を採用することもできる。その他の構成、原料等は、第一の実施形態と同様である。

このような成膜装置を用いて膜を製造した場合、当該膜は通常、酸化物膜となるが、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属元素を含有する原料を用いた場合には、当該金属元素にとってそれ自身酸化物であるよりも金属であることの方が化学的、エネルギー的に安定であることから、金属膜が製造される。
本実施形態に係る成膜装置によれば、例えば、基材３１に、ガラス膜、酸化物超伝導体前駆体物質膜、保護膜、強誘電体膜、圧電体膜、導電性膜、電極用膜等の膜を任意の厚さで容易に形成することができる。

（実施例３）
以下に、本実施形態に係る成膜装置を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［酸化コバルト膜の製造］
バーナ２として図４及び図５（ａ）に示す構造のノズルを使用した。
原料として２−エチルヘキサン酸コバルト溶液を使用し、基材３１としてシリコン基板を使用した。バグフィルタ４０の後段にはブロワを設置し、シリコン基板に堆積しなかった微粒子はバグフィルタ４０により回収した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
バーナ２とシリコン基板の距離は１５ｃｍとし、支燃性ガスを０．７２Ｎｍ³／ｈ、可燃性ガスを０．２４Ｎｍ³／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．３ｋｇ／ｈの原料と、１．２Ｎｍ³／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。
成膜処理後のシリコン基板の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、図１８に示すように、シリコン基板に膜厚約８μｍの膜が形成されていた。また、Ｘ線構造解析の結果、図１９に示すように得られた膜はＣｏＯをメインピークとした酸化コバルト膜であることが確認できた。尚、一部Ｃｏ₃Ｏ₄のピークが確認された。

［スピネル膜の製造］
バーナ２として図６に示す構造のバーナを使用した。
原料として硝酸アルミニウム３４％水溶液と硝酸マグネシウム・六水和物６０％水溶液とを調合したものを使用し、基材３１としてシリコン基板を使用した。バグフィルタ４０の後段にはブロワを設置し、シリコン基板に堆積しなかった微粒子はバグフィルタ４０により回収した。酸化性ガス及び支燃性ガスとして酸素ガスを用い、可燃性ガスとしてプロパンガスを用いた。
バーナ２とシリコン基板との距離は１１．５ｃｍとし、支燃性ガスを０．７２Ｎｍ³／ｈ、可燃性ガスを０．２４Ｎｍ³／ｈでバーナ２に供給し着火した。その後、０．３ｋｇ／ｈの原料と１．２Ｎｍ³／ｈの酸化性ガスとをバーナ２に供給した。
成膜処理後のシリコン基板の断面をＳＥＭで観察したところ、図２０に示すように、シリコン基板に膜厚約２５μｍの膜が形成されていた。また、Ｘ線構造解析の結果、図２１に示すように得られた膜はスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）のほぼ単相膜であることが確認できた。尚、一部弱いピークではあるが酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のピークが確認された。

〔その他の実施形態〕
前記各実施形態においては、バーナ２を１本設けた場合を例として説明したが、バーナ２は複数本設けても構わない。

前記第一及び第三の実施形態においては、バーナ２を上方に設け、下方に向かって金属酸化物を製造する縦型の装置の場合を例として説明した。前記第二の実施形態においては、バーナ２の下方側面から上方に向かって金属酸化物を製造する縦型の装置の場合を例として説明した。しかし、これらの装置は縦型に限定されず、例えば、上下反転または横向き、あるいは傾斜させて用いても構わない。この場合、バーナ等の位置は適宜変更することができる。

本発明に係る金属酸化物製造装置は、微粒子製造装置、成膜装置等に適用することができる。

微粒子製造装置の全体構成を示す断面図 混合手段を示す模式図 混合手段を示す模式図 バーナの構造を示す断面図 バーナの先端面を示す平面図 バーナの構造を示す断面図及びバーナの先端面を示す平面図 バーナの構造を示す断面図 バーナの先端面を示す平面図 バーナの構造を示す断面図 バーナの先端面を示す平面図 バーナの構造を示す断面図 Ａｌ₂Ｏ₃粒子のＴＥＭ写真 ＢＬＴ粒子のＴＥＭ写真 ＬｉＣｏＯ₂粒子のＴＥＭ写真 微粒子製造装置の全体構成を示す断面図 ＣｅＯ₂粒子のＴＥＭ写真 成膜装置の全体構成を示す斜視図 酸化コバルト膜の断面のＳＥＭ写真 酸化コバルト膜のＸ線構造解析結果を示すグラフ スピネル膜の断面のＳＥＭ写真 スピネル膜のＸ線構造解析結果を示すグラフ

符号の説明

１ 反応容器
２ バーナ
３ 流量調節手段（原料供給手段）
３ａ 供給管（原料供給手段）
３ｂ 供給管（原料供給手段）
４ 流量調節手段（酸化性ガス供給手段）
４ａ 供給管（酸化性ガス供給手段）
４ｂ 供給管（酸化性ガス供給手段）
５ 混合手段（混合ガス供給手段）
５ａ 供給管（混合ガス供給手段）
８ 混合ガス噴出孔
９ 原料噴出孔

Claims (5)

1. 金属元素を含む原料を噴出させるバーナを備え、火炎を利用して金属酸化物を製造する装置であって、
   内部に前記バーナを配設した反応容器と、
   前記反応容器の内部に設けられ、前記金属酸化物を捕集するフィルタと、
   前記原料を前記バーナに供給する原料供給手段と、
   酸化性ガスを、前記原料と共に前記バーナから噴出させる酸化性ガス供給手段と、
   予め可燃性ガスと支燃性ガスとを混合した混合ガスを前記バーナに供給する混合ガス供給手段とを備え、
   前記バーナに、前記原料及び前記酸化性ガスを噴出する原料噴出孔を備えると共に、当該原料噴出孔の周囲に前記混合ガスを噴出する混合ガス噴出孔を設けてあり、
   前記混合ガス噴出孔の近傍に、前記混合ガス噴出孔の開口面積より小さい開口面積を有する第２の混合ガス噴出孔を備える金属酸化物製造装置。
2. 前記第２の混合ガス噴出孔は、前記原料噴出孔に対して前記混合ガス噴出孔よりも少なくとも遠方に設けてある請求項１に記載の金属酸化物製造装置。
3. 前記第２の混合ガス噴出孔は、前記原料噴出孔に対して前記混合ガス噴出孔よりも遠方及び近傍の両方に設けてある請求項１又は２に記載の金属酸化物製造装置。
4. 前記混合ガス噴出孔が複数設けてあり、
   前記第２の混合ガス噴出孔が複数の前記混合ガス噴出孔に対応するように複数設けてあり、
   それぞれの前記混合ガス噴出孔に対して、対応する複数の前記第２の混合ガス噴出孔が当該混合ガス噴出孔を取り囲むように設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属酸化物製造装置。
5. 前記反応容器は開口部を有し、
   前記開口部に、当該開口部との間に外気を導入可能な隙間をあけた状態で前記バーナが配設されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属酸化物製造装置。