JP7029313B2 - 金属超微粉の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属超微粉の製造方法に関する。

金属超微粉を製造する場合、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を用いた気相化学反応法（以下、単に「ＣＶＤ法」ともいう）が一般的である。これに対して、本願出願人は、バーナを用いて炉内に高温還元火炎を形成し、その火炎中で金属化合物を加熱・蒸発・還元処理することで、原料の金属化合物よりも粒径の小さい金属超微粉を製造する技術を提案している。この方法では、ＣＶＤ法と比較して原料に塩化物を使用しないことや、加熱方法が火炎による直接加熱であるため、低コストかつ安全にサブミクロンの金属超微粉を生成できる。

ところで、近年、携帯端末等に利用される電子部品の小型化の進展に伴い、これらの電子部品に利用される金属粉末には多種多様なニーズがあり、金属超微粉の粒子径や粒度分布及び形状も用途により様々な種類が存在する。

上記電子部品に使用される金属超微粉には、粒度分布が狭いことが要求されるものがある。例えば、積層セラミックコンデンサの内部電極として用いられるニッケル超微粉の粒度分布が広い場合、積層セラミックコンデンサを製造する際の加熱処理工程において、ニッケル超微粉の粒子径の差によって膨張収縮挙動に差異が生じ、クラックやデラミネーション等の構造欠陥が生じる可能性が高くなる。
そのため、積層セラミックコンデンサの内部電極として用いられるニッケル超微粉としては、極力粒度分布が狭い（シャープな）ニッケル超微粉が望まれている。

特許文献１には、ニッケル超微粉（平均粒径が０．１～数μｍのニッケル粉）を生成後、液体サイクロンによる分級処理（湿式の分級処理）を行うことで、粒度分布の狭いニッケル超微粉を製造する技術が開示されている。

一方、広い粒度分布が求められる場合もある。例えば、半導体チップの封止材やリチウム電池の材料等、高い充填密度が求められる場合、大粒子と小粒子とが混合することで充填率が向上するため、広い粒度分布が好ましい。

特許文献２には、平均粒径０．８μｍの粒子１０～３５ｗｔ％と、平均粒径３μｍの粒子９０～６５ｗｔ％と、を混合した炭素粒子からなる電極をリチウム吸蔵負極として用いることが開示されている。

特開２００１－０７３００７号公報 特開平０４－０８２１７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ニッケル超微粉を生成工程と、ニッケル超微粉の分級工程とを別々の工程として行っており、別々に設備を設ける必要があったため、製造コストが上昇して生産性が低下してしまうという課題があった。

また、特許文献１では、湿式の分級法を用いるため、ニッケル超微粉を分級後、乾燥させたニッケル超微粉が強固な凝集を伴う恐れがあり、積層セラミックコンデンサを製造する際のハンドリング性が悪化してしまうという課題があった。

また、特許文献２に記載の方法では、平均粒径０．８μｍの粒子を製造する工程、平均粒径３μｍの粒子を製造する工程、及びこれら２つの粒子を混合する工程をそれぞれ別の工程で行うため、リチウム吸蔵負極の製造方法が煩雑になってしまうという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、凝集などの金属超微粉のハンドリング性に悪影響を及ぼす問題を回避し、別々の工程ではなく、粒子の製造工程内で簡便に所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成可能な金属超微粉の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
［１］ 外気と遮断された円筒状の炉内に、酸素または酸素富化空気を支燃性ガスとして燃料をバーナで燃焼させることで還元火炎を形成し、該還元火炎中へ粉体状の金属または金属化合物である原料粉体を供給し、該原料粉体を加熱、蒸発、及び還元させることで、金属超微粉を生成する金属超微粉の製造方法であって、
前記炉内に、前記加熱、前記蒸発、及び前記還元された前記原料粉体を冷却する旋回流を形成し、該旋回流の強度を調節することで、所望の粒度分布とされた前記金属超微粉を生成する、金属超微粉の製造方法。
［２］ 前記旋回流の強度を規定するＳ値は、下記式（１）で示され、前記Ｓ値を変化させて前記金属超微粉の粒度分布を制御する、［１］に記載の金属超微粉の製造方法。
Ｓ＝（Ｆｓ／Ｆｚ）／（Ｄ／ｄ）・・・（１）
但し、上記式（１）において、
Ｆｓ：炉内旋回ガス運動量、
Ｆｚ：バーナ噴出ガス運動量、
Ｄ：炉内径、
ｄ：バーナ出口径、をそれぞれ示すものとする。
［３］ 前記Ｓ値は、前記炉の側壁から該炉の接線方向へ噴出する不活性ガスの噴出量で調整する、［２］に記載の金属超微粉の製造方法。
［４］ 前記バーナは、前記炉の頂部に配置され、
前記原料粉体を前記バーナに供給し、
前記炉の上部において、前記原料粉体を前記加熱、前記蒸発、及び前記還元させ、
前記炉の下部に、前記旋回流を形成する、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の金属超微粉の製造方法。

本発明の金属超微粉の製造方法によれば、炉内の上部において原料粉体を加熱、蒸発、及び還元させ、その後、加熱、蒸発、及び還元された原料粉体を同一炉内に発生させた旋回流で冷却し、かつ旋回流の強度（気流の旋回強度）を調節することで、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することが可能となる。

つまり、同一の炉内における連続的な処理により、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することが可能となる。
これにより、別々の場所で金属超微粉を生成する工程と、生成された金属超微粉を分級する工程と、を行う従来の方法と比較して、簡便に所望の粒度分布とされた金属超微粉を製造できる。

また、湿式の分級工程を用いないため、所望の粒度分布とされた金属超微粉が凝集しにくく、金属超微粉のハンドリング性を向上できる。

なお、本明細書において金属超微粉とは、平均粒径が１μｍ未満の金属粉のことをいう。
また、金属超微粉の平均粒径は、平均一次粒子径をいう。具体的には、金属超微粉の平均粒径は、ＦＥ－ＳＥＭ（ＪＳＭ－６７００Ｆ（日本電子株式会社製））を用い、２００００倍の倍率で異なる場所を２０箇所観察して得られた画像データを、画像解析ソフト（「Ｓｃａｎｄｉｕｍ」；Soft Imaging System GmbH社製）を用いて解析して得られた値である。

本発明の一実施形態に係る金属超微粉の製造方法を行う際に使用する金属超微粉製造装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示すバーナの先端の平面図である。 図２に示すバーナの先端のＢ－Ｂ線断面を示す図である。 図１に示す炉及び不活性ガス供給部のＡ－Ａ線断面を示す図である。 旋回流の強度を規定するＳ値が８．１の場合にバグフィルターから回収したニッケル超微粉をＦＥ－ＳＥＭで撮影した写真である。 旋回流の強度を規定するＳ値が１．０の場合にバグフィルターから回収したニッケル超微粉をＦＥ－ＳＥＭで撮影した写真である。 旋回流の強度を規定するＳ値が０．４の場合にバグフィルターから回収したニッケル超微粉をＦＥ－ＳＥＭで撮影した写真である。 旋回流の強度を規定するＳ値を変化させたときのＣｖ／Ｃｖ_０の値の推移を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の金属超微粉製造装置の寸法関係とは異なる場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る金属超微粉の製造方法を行う際に使用する金属超微粉製造装置の概略構成を示す模式図である。図１において、Ｙ方向は、炉１７の延在方向（鉛直方向）を示しており、Ｘ方向は、Ｙ方向に対して直交する面方向を示している。
なお、本実施形態において「金属超微粉」とは、平均粒径が１μｍ未満の金属粉をいう。

（金属超微粉製造装置）
先ず、図１を参照して、本実施形態の金属超微粉の製造方法を行う際に使用する金属超微粉製造装置１０の構成について説明する。
金属超微粉製造装置１０は、燃料ガス供給源１１と、原料フィーダー１２と、バーナ１３と、支燃性ガス供給源１５と、炉１７と、複数の不活性ガス供給部１８と、不活性ガス供給源１９と、バグフィルター２１と、ブロワー２２と、を有する。

燃料ガス供給源１１は、原料フィーダー１２と接続されている。燃料ガス供給源１１から供給された燃料ガスは、原料フィーダー１２から供給される原料粉体と共に、バーナ１３に供給される。燃料ガスは、原料粉体を輸送するキャリアガスとしても機能する。燃料ガスとしては、例えば、天然ガスやプロパン等を用いることができる。

原料フィーダー１２は、燃料ガス供給源１１及びバーナ１３と接続されている。原料フィーダー１２は、バーナ１３に原料粉体を供給する。
原料粉体としては、例えば、ニッケル、コバルト、銅、銀、鉄等の金属の粒子や、ニッケル、コバルト、銅、銀、鉄等の金属の酸化物（金属酸化物）及びニッケル、コバルト、銅、銀、鉄等の金属の水酸化物等の金属化合物の粒子を用いることができる。

バーナ１３は、バーナ１３の延在方向がＹ方向と一致するように、炉１７の頂部（上端）に配置されている。還元火炎を形成するバーナ１３の先端は、炉１７の上端に収容されている。これにより、バーナ１３は、炉１７内の上部に還元火炎を形成する。

図２は、図１に示すバーナの先端の平面図であり、図３は、図２に示すバーナの先端のＢ－Ｂ線断面を示す図である。

図２及び図３に示すように、バーナ（「バーナノズル」という場合もある）１３は、原料供給管３１と、原料供給路３２と、複数の原料噴出孔３４と、一次支燃性ガス供給管３６と、一次支燃性ガス供給路３７と、複数の一次支燃性ガス噴出孔３９と、冷却ジャケット管４２と、二次支燃性ガス供給路４３と、複数の二次支燃性ガス噴出孔４５と、を有する。

原料供給管３１は、バーナ１３の軸方向に延在しており、バーナ１３の中心に配置されている。原料供給管３１の中心軸は、バーナ１３の中心軸１３Ａと一致している。
原料供給路３２は、原料供給管３１の内部に設けられた空間であり、バーナ１３の軸方向に延在している。原料供給路３２は、原料フィーダー１２と接続されている。
原料供給路３２は、原料粉体及びキャリアガス（燃料ガスを含む）をバーナ１３の先端側に輸送する。キャリアガスとしては、燃料ガス単体や、該燃料ガスと図示していない供給設備から供給される不活性ガス（例えば、窒素やアルゴン等）との混合ガス等を用いることができる。

複数の原料噴出孔３４は、原料供給管３１の端部（還元火炎が形成される側の端部）を貫通するように設けられている。複数の原料噴出孔３４は、バーナ１３の中心軸１３Ａに対して放射状に同一円周上に等間隔で配置されている。複数の原料噴出孔３４は、バーナ１３の中心軸１３Ａに対して、例えば、１５～５０℃外側に向いて傾斜するように設けることができる。

一次支燃性ガス供給管３６は、バーナ１３の軸方向に延在しており、その内部に原料供給管３１を収容している。一次支燃性ガス供給管３６の中心軸は、バーナ１３の中心軸１３Ａと一致している。一次支燃性ガス供給管３６は、その内部にリング状の突出部３６Ａを有する。突出部３６Ａは、原料供給管３１の外面と接触している。

一次支燃性ガス供給管３６は、バーナ１３の先端側に配置されたフロントプレート部３６Ｂを有する。フロントプレート部３６Ｂは、原料供給管３１の先端面３１ａから突出するように配置されている。また、フロントプレート部３６Ｂの内壁は、フロントプレート部３６Ｂの先端から原料供給管３１の先端面３１ａに向かうにつれて、開口径が小さくなるような傾斜面とされている。
これにより、原料供給管３１の先端面３１ａ側には、すり鉢形状とされた空間である燃焼室Ｃが形成されている。

一次支燃性ガス供給路３７は、原料供給管３１と一次支燃性ガス供給管３６との間に形成された環状の空間である。一次支燃性ガス供給路３７は、支燃性ガス供給源１５と接続されている。一次支燃性ガス供給路３７は、支燃性ガス供給源１５から供給される一次支燃性ガス（例えば、酸素または酸素富化空気）を輸送する。

複数の一次支燃性ガス噴出孔３９は、突出部３６Ａを貫通するように設けられており、円周上等間隔に配置されている。複数の一次支燃性ガス噴出孔３９を通過する円の中心は、バーナ１３の中心軸１３Ａと一致している。
複数の一次支燃性ガス噴出孔３９は、一次支燃性ガス供給路３７が輸送した一次支燃性ガスをバーナ１３の中心軸１３Ａに対して平行に噴出する。

冷却ジャケット管４２は、円筒状とされており、一次支燃性ガス供給管３６を収容するように、一次支燃性ガス供給管３６の外側に設けられている。冷却ジャケット管４２の中心軸は、バーナ１３の中心軸１３Ａと一致している。
冷却ジャケット管４２は、冷却水が流通可能な二重管構造とされている。これにより、冷却ジャケット管４２は、該冷却水によりバーナ１３を冷却する。

二次支燃性ガス供給路４３は、一次支燃性ガス供給管３６と冷却ジャケット管４２との間に形成された環状の空間である。二次支燃性ガス供給路４３は、支燃性ガス供給源１５と接続されている。二次支燃性ガス供給路４３は、支燃性ガス供給源１５から供給される二次支燃性ガス（例えば、酸素または酸素富化空気）を燃焼室Ｃ側に輸送する。

複数の二次支燃性ガス噴出孔４５は、フロントプレート部３６Ｂを貫通するように設けられている。複数の二次支燃性ガス噴出孔４５は、平面視した状態において円周上に等間隔で配置されている。
複数の二次支燃性ガス噴出孔４５を通過する円の中心は、バーナ１３の中心軸１３Ａと一致している。複数の二次支燃性ガス噴出孔４５は、いずれもその噴射方向がバーナ１３の中心軸１３Ａに向かうように傾斜して配置されている。
複数の二次支燃性ガス噴出孔４５は、二次支燃性ガス供給路４３に輸送された二次支燃性ガスを燃焼室Ｃに向けて噴射する。

上記構成とされたバーナ１３は、酸素または酸素富化空気を支燃性ガスとして燃料ガスを燃焼させることで火炎を形成する。この際、燃料ガスの完全燃焼する酸素量よりも少ない量の酸素（支燃性ガス）を供給することで、火炎中に水素及び一酸化炭素が残る還元性の火炎（以下、単に「還元火炎」という）を形成できる。

図１に示すように、支燃性ガス供給源１５は、バーナ１３（具体的には、図３に示す一次支燃性ガス供給路３７及び二次支燃性ガス供給路４３）と接続されている。支燃性ガス供給源１５は、一次支燃性ガス供給路３７に一次支燃性ガスを供給すると共に、二次支燃性ガス供給路４３に二次支燃性ガスを供給する。

図４は、図１に示す炉及び不活性ガス供給部のＡ－Ａ線断面を示す図である。図４において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

図１及び図４に示すように、炉１７は、円筒状とされており、鉛直方向に延在している。Ｘ方向における炉１７の切断面（Ａ－Ａ線で切断した際の断面）は、真円とされている。炉１７内は、外気とは遮断されている。
炉１７の頂部（上端）には、バーナ１３の先端が下向きとなるように、バーナ１３が取り付けられている。また、炉１７の側壁１７Ａには、図示していない水冷構造（例えば、水冷ジャケット）が設けられている。炉１７内の内径Ｄは、例えば、０．８ｍとすることができる。

炉１７内の上部１７－１は、金属超微粉の成長領域として使用される。すなわち、炉１７内の上部１７－１では、原料粉体である金属または金属化合物を加熱、蒸発、及び還元される。

これに対して、炉１７内の下部１７－２では、加熱、蒸発、及び還元された原料粉体が旋回流Ｅにさらされることで、所望の粒度分布とされた金属超微粉が生成される。

炉１７の下部１７－２のうち、複数の不活性ガス供給部１８の配設領域よりも下方に位置する部分には、炉１７からガス（具体的には、燃焼排ガスと不活性ガスの混合ガス等）及び所望の粒度分布とされた金属超微粒を取り出すための取り出し口１７Ｂが設けられている。

図１及び図４に示すように、複数の不活性ガス供給部１８（例えば、ポート）は、炉１７の側壁１７Ａに設けられており、炉１７の側壁１７Ａの外面１７ａから突出している。
複数の不活性ガス供給部１８は、炉１７の側壁１７Ａの周方向、及び炉１７の延在方向（鉛直方向）に配置されている。
複数の不活性ガス供給部１８は、不活性ガス供給源１９と接続されており、不活性ガス供給源１９から供給された不活性ガス（例えば、窒素）を炉１７内に噴出させる。

図４に示すように、複数の不活性ガス供給部１８は、その延在方向が炉１７の側壁１７Ａの接線方向と同じ方向となるように配置されている。これにより、炉１７内に噴出された不活性ガスによって、炉１７内に均一な旋回流Ｅを形成することが可能となる。

この旋回流Ｅにより、炉１７の上部１７－１で加熱、蒸発、及び還元された原料粉体がさらされることで、所望の粒度分布とされた金属超微粉が生成され、所望の粒度分布とされた金属超微粉がガスと共に、取り出し口１７Ｂを介して、バグフィルター２１に輸送される。
また、旋回流Ｅの強さは、どのような粒度分布の金属超微粉を取得するかにより、適宜調節する必要がある。旋回流Ｅの強さは、不活性ガス供給部１８から噴出される不活性ガスの噴出量（言い換えれば、炉１７の側壁１７Ａから炉１７の接線方向へ噴出する不活性ガスの噴出量）を変えることで調節可能である。

具体的には、下記式（１）に示す炉１７内の旋回流Ｅの強度（気流の旋回強度）を規定するＳ値を制御することで、旋回流Ｅの強度を調節する。
Ｓ＝（Ｆｓ／Ｆｚ）／（Ｄ／ｄ）・・・（１）
但し、上記式（１）において、「Ｆｓ」は、炉１７内の旋回ガス（不活性ガス供給部１８から噴出される不活性ガス等）の運動量、「Ｆｚ」は、バーナ１３からの噴出ガス（バーナ１３の原料噴出孔３４から原料を噴出するキャリアガス等）の運動量、「Ｄ」は、炉１７の内径、「ｄ」は、バーナ１３の出口径、をそれぞれ示す。

上記式（１）において、旋回流Ｅの強度を規定するＳ値は、１．０よりも大きい値が好ましい（後述する図８参照。）。旋回流Ｅの強度を規定するＳ値が１．０以下の場合、炉１７で生成される金属超微粉に多くの連結粒子が含まれてしまうため、真球形状とされた金属超微粉が求められる電子部品分野では不向きとなる。

本実施形態において、狭い（シャープな）粒度分布を得る場合、Ｓ値が小さくなるような操作をする必要がある。ただし、Ｓ＜１．０となると、連結粒子が多数発生する（図８を参照）。また、広い粒度分布を得るためには、Ｓ値を大きくするような操作をする必要がある。
具体的には、Ｓ値を小さくする操作としては、炉１７内の旋回ガスの運動量を小さくする（すなわち、不活性ガス供給部１８から噴出する不活性ガスの噴出量を少なくする）操作、あるいはバーナ１３からの噴出ガスの運動量を大きくする（すなわち、バーナ１３からの噴出する各ガスの噴出量を多くする）操作が挙げられる。

このように、炉１７内の旋回流Ｅの強度（気流の旋回強度）を変化させることで、金属超微粉が所望の粒度分布となるように制御することが可能となる。

つまり、炉１７内の上部１７－１において原料粉体を加熱、蒸発、及び還元させ、その後、同一炉内の下部において発生させた旋回流Ｅの強度（気流の旋回強度）を調節することで、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することが可能となる。

このため、同一の炉内において、連続的な処理により、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することが可能となる。
これにより、別々の場所で金属超微粉を生成する工程と、生成された金属超微粉を分級する工程と、を行う従来の方法と比較して、簡便に所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成できる。

また、湿式の分級工程を用いないため、所望の粒度分布とされた金属超微粉が凝集しにくく、ハンドリング性を向上できる。

図４では、一例として、炉１７の側壁１７Ａの周方向に、４つの不活性ガス供給部１８を設けた場合を例に挙げて説明したが、炉１７の側壁１７Ａの周方向に配置する不活性ガス供給部１８の数は、必要に応じて適宜選択することができ、図４に限定されない。

また、図１では、一例として、炉１７の延在方向に３段の不活性ガス供給部１８を配置した場合を例に挙げて説明したが、炉１７の延在方向における不活性ガス供給部１８の段数は、図１に限定されない。

また、本実施形態では、図４に示すように、複数の不活性ガス供給部１８としてポートを用いた場合を例に挙げて説明したが、複数の不活性ガス供給部１８としてスリットを用いてもよい。

バグフィルター２１は、ブロワー２２と接続されたガス排出部２１Ａと、金属超微粉回収部２１Ｂと、を有する。ガス排出部２１Ａは、バグフィルター２１の上部に設けられている。金属超微粉回収部２１Ｂは、バグフィルター２１の下端に設けられている。
バグフィルター２１は、炉１７の取り出し口１７Ｂと接続されている。バグフィルター２１には、取り出し口１７Ｂを介して、ガス及び所望の粒度分布とされた金属超微粉が輸送される。

バグフィルター２１は、炉１７から輸送されたガス及び所望の粒度分布とされた金属超微粉のうち、金属超微粉回収部２１Ｂから所望の粒度分布とされた金属超微粉を回収する。
ブロワー２２は、ガス排出部２１Ａを介して、バグフィルター２１内のガスを吸引し、該ガスを排ガスとして排出する。

本実施形態の金属超微粉製造装置によれば、炉１７の頂部に配置され、かつ炉１７内の上部１７－１に還元火炎を形成するバーナ１３と、炉１７の下部１７－２に設けられ、旋回流Ｅを発生させる複数の不活性ガス供給部１８と、を備えるため、炉１７内の上部１７－１において原料粉体を加熱、蒸発、及び還元させ、その後、加熱、蒸発、及び還元された原料粉体を炉１７内の下部１７－２に発生させた旋回流Ｅのある流れ場を通過させる際、旋回流Ｅの強度（気流の旋回強度）を調節することで、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することができる。

つまり、本実施形態では、同一の炉１７内において、連続的な処理により、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することができる。
これにより、分級や混合といった別々の工程ではなく、金属超微粉の生成工程で粒度分布が調整できるため、従来の方法と比較して簡便に所望の粒度分布とされた金属超微粉を製造できる。

また、分級の際に、湿式の工程を用いないため、所望の粒度分布とされた金属超微粉が凝集しにくく、ハンドリング性を向上できる。

さらに、本発明は、連続して行う１回の金属超微粉の生成工程により、２種類の異なる粒度を多く含む金属超微粉を取得することも可能である。

なお、原料噴出孔３４、一次支燃性ガス噴出孔３９、及び二次支燃性ガス噴出孔４５の数や位置関係（レイアウト）等は、適宜選択することができ、図２に示す原料噴出孔３４、一次支燃性ガス噴出孔３９、及び二次支燃性ガス噴出孔４５の数や位置関係（レイアウト）に限定されない。
また、原料噴出孔３４、一次支燃性ガス噴出孔３９、及び二次支燃性ガス噴出孔４５の噴出角度についても適宜選択することができる。

さらに、本実施形態では、水冷構造を有した炉１７を例に挙げて説明したが、これに替えて、側壁１７Ａが耐火物（例えば、煉瓦や不定形キャスタブル等）で構成された炉を用いてもよい。

（金属超微粉の製造方法）
次に、図１及び図４を参照して、本実施形態の金属超微粉の製造方法について説明する。
先ず、バーナ１３に、燃料ガス及び原料粉体（金属または金属化合物よりなる粉体）と、一次支燃性ガス及び二次支燃性ガスと、を供給することで、炉１７内の上部１７－１に支燃性ガス及び燃料ガスにより高温還元火炎を形成し、高温還元火炎中で原料粉体を加熱、蒸発、及び還元させる。
このとき、炉１７内の下部１７－２には、炉１７の側壁１７Ａの接線方向から不活性ガス（例えば、窒素）を噴出させることで、旋回流Ｅが形成される。

次いで、炉１７の下部１７－２に移動した加熱、蒸発、及び還元された原料粉体は、旋回流Ｅのある流れ場を通過し、旋回流Ｅにより、所望の粒度分布とされた金属超微粒子が生成される。その後、該所望の粒度分布とされた金属超微粒子は、ガスと共に、炉１７の取り出し口１７Ｂを介して、バグフィルター２１に輸送される。

バグフィルター２１では、ガスと、所望の粒度分布とされた金属超微粒子と、が分離され、下端から所望の粒度分布とされた金属超微粒子を取得する。
これにより、所望の粒度分布とされた金属超微粒子の製造が完了する。

本実施形態の金属超微粒子の製造方法によれば、炉１７内の上部１７－１において原料粉体を加熱、蒸発、及び還元させ、その後、加熱、蒸発、及び還元された原料粉体を同一炉１７内に発生させた旋回流Ｅのある流れ場を通過させる際、旋回流Ｅの強度（気流の旋回強度）を調節することで、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することが可能となる。

つまり、同一の炉１７内における連続的な処理により、所望の粒度分布とされた金属超微粉を生成することが可能となる。
これにより、分級や混合といった別々の工程ではなく、金属超微粉の生成工程で粒度分布が調整できるため、従来の方法と比較して簡便に所望の粒度分布とされた金属超微粉を製造できる。

また、分級の際に、湿式の工程を用いないため、所望の粒度分布とされた金属超微粉が凝集しにくく、金属超微粉のハンドリング性を向上できる。

さらに、本発明は、連続して行う１回の金属超微粉の生成工程により、２種類の異なる粒度を多く含む金属超微粉を取得することも可能である。

以上、本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

（実施例）
実施例では、始めに、原料粉体として平均粒径が５μｍの酸化ニッケル粉（３ｋｇ／ｈ）を用いて、図１に示す金属超微粉製造装置１０により、ニッケル超微粉を生成した。
このとき、燃料ガスとして天然ガス（１１．１Ｎｍ^３／ｈ）、支燃性ガスとして酸素（酸素比０．９、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスとの分配比：全体の酸素量で２：８となるように配分）、炉１７の内径Ｄを０．８ｍ、不活性ガスとして窒素（５０～２５０Ｎｍ^３／ｈ）を用いた。
なお、上記「酸素比」とは、燃料が完全燃焼するために必要な酸素の量を１と定義したときの値のことをいう。

また、金属超微粉製造装置１０を構成するバーナ１３としては、図２及び図３に示す構造のバーナ１３を用いた。
また、ニッケル超微粉を生成する際、天然ガスの供給量、酸素比の値、及び酸化ニッケルの供給量を一定とし、炉１７内に供給する窒素の量を変えることで、気流の旋回強度（旋回流Ｅの強度）を規定するＳ値を制御して、旋回流Ｅの強度を調整した。

上記手法により生成された金属超微粉を、それぞれＦＥ－ＳＥＭ（ＪＳＭ－６７００Ｆ（日本電子株式会社製））を用い、２００００倍の倍率で、異なる場所を２０箇所観察した。
次いで、上記観察したそれぞれ２０箇所の画像データを、画像解析ソフト（「Ｓｃａｎｄｉｕｍ」；Soft Imaging System GmbH社製）を用いて解析し、この解析結果から得られた粒度分布に基づきＣｖ値を算出して比較した。

Ｃｖ値は、下記式（２）で求められる。Ｃｖ値は、粒度分布の幅を示す値であり、Ｃｖ値が小さいほど粒度分布が狭く（シャープ）で、Ｃｖ値が大きいと粒度分布が広いことを意味する。
Ｃｖ値＝「標準偏差（μｍ）」／「平均粒径（μｍ）」×１００（％）・・・（２）
上記式（２）において、「標準偏差（μｍ）」及び「平均粒径（μｍ）は、上記画像解析ソフトを用いて得られた値である。

図５は、旋回流の強度を規定するＳ値が８．１の場合にバグフィルターから回収したニッケル超微粉をＦＥ－ＳＥＭで撮影した写真である。図６は、旋回流の強度を規定するＳ値が１．０の場合にバグフィルターから回収したニッケル超微粉をＦＥ－ＳＥＭで撮影した写真である。
図７は、旋回流の強度を規定するＳ値が０．４の場合にバグフィルターから回収したニッケル超微粉をＦＥ－ＳＥＭで撮影した写真である。

図５～図７に示すように、旋回流Ｅの強度を規定するＳ値が１．０未満になると、連結粒子が多く存在することが確認できた。このことから、連結粒子を防ぐという観点において、旋回流Ｅの強度を規定するＳ値は、１．０以上が好ましいことが確認できた。

図８は、旋回流の強度を規定するＳ値を変化させたときのＣｖ／Ｃｖ_０の値の推移を示す図である。なお、Ｃｖ_０としては、旋回流の強度を規定するＳ値が４．５のときのＣｖ値を用いた。

図８に示すように、旋回流の強度を規定するＳ値を変えることで、ニッケル超微粉の粒度分布を制御できることが確認できた。
すなわち、Ｓ値を小さくすると粒度分布はシャープになる（Ｃｖ値は小さくなる）。ただし、Ｓ値が１．０未満になると、連結粒子が多数発生してしまい、例えば内部電極材料としては好ましくない。一方、Ｓ値を大きくすると粒度分布は広くなり、大粒子が含まれるようになる。

本発明は、金属超微粉の製造方法に適用可能である。

１０…金属超微粉製造装置、１１…燃料ガス供給源、１２…原料フィーダー、１３…バーナ、１３Ａ…中心軸、１５…支燃性ガス供給源、１７…炉、１７ａ…外面、１７Ａ…側壁、１７Ｂ…取り出し口、１７－１…上部、１７－２…下部、１８…不活性ガス供給部、１９…不活性ガス供給源、２１…バグフィルター、２１Ａ…ガス排出部、２１Ｂ…金属超微粉回収部、２２…ブロワー、３１…原料供給管、３１ａ…先端面、３２…原料供給路、３４…原料噴出孔、３６…一次支燃性ガス供給管、３６Ａ…突出部、３６Ｂ…フロントプレート部、３７…一次支燃性ガス供給路、３９…一次支燃性ガス噴出孔、４２…冷却ジャケット管、４３…二次支燃性ガス供給路、４５…二次支燃性ガス噴出孔、Ｃ…燃焼室、Ｄ…内径、Ｅ…旋回流

Claims (3)

1. 外気と遮断された円筒状の炉内に、酸素または酸素富化空気を支燃性ガスとして燃料をバーナで燃焼させることで還元火炎を形成し、該還元火炎中へ粉体状の金属または金属化合物である原料粉体を供給し、該原料粉体を加熱、蒸発、及び還元させることで、金属超微粉を生成する金属超微粉の製造方法であって、
   前記炉内に、前記加熱、前記蒸発、及び前記還元された前記原料粉体を冷却する旋回流を形成し、下記式（１）で示される前記旋回流の強度を規定するＳ値を変化させて前記金属超微粉の粒度分布を制御することで、所望の粒度分布とされた前記金属超微粉を生成する、金属超微粉の製造方法。
   Ｓ＝（Ｆｓ／Ｆｚ）／（Ｄ／ｄ）・・・（１）
   但し、上記式（１）において、
   Ｆｓ：炉内旋回ガス運動量、
   Ｆｚ：バーナ噴出ガス運動量、
   Ｄ：炉内径、
   ｄ：バーナ出口径、をそれぞれ示す。
2. 前記Ｓ値は、前記炉の側壁から該炉の接線方向へ噴出する不活性ガスの噴出量で調整する、請求項１に記載の金属超微粉の製造方法。
3. 前記バーナは、前記炉の頂部に配置され、
   前記原料粉体を前記バーナに供給し、
   前記炉の上部において、前記原料粉体を前記加熱、前記蒸発、及び前記還元させ、
   前記炉の下部に、前記旋回流を形成する、請求項１又は２に記載の金属超微粉の製造方法。

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