特許 7120544 金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した金属原子を含む化合物をプラズマで処理して化合物と異なる生成物を得る製造方法、及び、製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した金属原子を含む化合物をプラズマで処理して化合物と異なる生成物を得る製造方法、及び、製造装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 6/04 20060101AFI20220809BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20220809BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20220809BHJP

【ＦＩ】

C01B6/04

H05H1/46 B

B01J19/08 E

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018156383

(22)【出願日】2018-08-23

(65)【公開番号】P2020029388

(43)【公開日】2020-02-27

【審査請求日】2021-06-11

(73)【特許権者】

【識別番号】390029012

【氏名又は名称】株式会社エスイー

(74)【代理人】

【識別番号】100144048

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 智弘

(74)【代理人】

【識別番号】100186679

【弁理士】

【氏名又は名称】矢田 歩

(74)【代理人】

【識別番号】100214226

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 博文

(72)【発明者】

【氏名】滝沢 力

(72)【発明者】

【氏名】臼木 弘一

(72)【発明者】

【氏名】坂本 雄一

【審査官】印出 亮太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１１９２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２３０１８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－３１１５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－１１２０４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ６／００

Ｈ０５Ｈ １／００

Ｂ０１Ｊ １９／００

Ｈ０１Ｊ ６１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した前記金属原子を含む化合物をプラズマで処理して前記化合物と異なる生成物を得る製造方法であって、
前記化合物が気体の状態を保つ温度にした反応室内で、前記化合物に酸素原子を実質的に含まない反応性ガスのプラズマを照射して前記化合物と異なる生成物を生成する手順を含み、
前記反応室内の温度が所定の温度範囲外のときに、前記プラズマの点燈開始が行われ、
前記所定の温度範囲は、前記手順のときに設定される反応室内の圧力と同じ圧力のときの前記金属原子だけを有する金属材料の沸点以上、前記化合物の沸点未満の範囲であることを特徴とする製造方法。

【請求項2】

前記化合物が前記金属原子としてマグネシウムを含む化合物である無水ハロゲン化マグネシウムであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記反応室内の前記プラズマの存在する範囲内に配置され、表面温度が前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に制御された付着手段によって、前記生成物を取得することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の製造方法。

【請求項4】

金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した前記金属原子を含む化合物をプラズマで処理して前記化合物と異なる生成物を得る製造装置であって、
前記製造装置は、
反応室内を減圧する減圧手段と、
前記反応室内を前記化合物の沸点以上に保つ温度制御手段と、
前記プラズマ化する酸素原子を実質的に含まない反応性ガスを前記反応室内に供給するガス供給手段と、
前記プラズマを生成させるために前記反応室内に供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
前記反応室に設けられ、前記マイクロ波を入射ための誘電体材料の窓と、を備え、
前記反応室内の温度が所定の温度範囲外のときに、前記プラズマの点燈開始が行えるように、前記マイクロ波発生手段は、前記反応室内の温度が所定の温度範囲外のときに前記マイクロ波を供給開始できるようになっており、
前記所定の温度範囲が、設定される前記反応室内の圧力と同じ圧力のときの前記金属原子だけを有する金属材料の沸点以上、前記化合物の沸点未満の範囲であることを特徴とする製造装置。

【請求項5】

前記製造装置は、
前記反応室内に気体の状態の前記化合物を供給する化合物供給手段と、
前記反応室内の前記プラズマの存在する範囲内に配置され、表面温度が前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に制御された付着手段と、を備えることを特徴とした請求項４に記載の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した金属原子を含む化合物をプラズマで処理して化合物と異なる生成物を得る製造方法、及び、製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、大気圧以下の減圧下で、無水ハロゲン化マグネシウムを還元ガス雰囲気中でプラズマに晒すとともに、無水ハロゲン化マグネシウムを活性種によって発熱反応を起こさせることにより、無水ハロゲン化マグネシウムを還元させて、金属マグネシウムを得る金属マグネシウムの製造方法が開示されている。

【0003】

そして、無水塩化マグネシウムが約７００℃以上に加熱が進むと、マグネシウム発光が観察されることが説明されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－２１６７８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、反応室内を７００℃以上に加熱できる構成を設けるようにしたところ、プラズマの初めの点燈がうまくいかない場合があるという問題が発生した。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プラズマの点燈開始を安定して行うことができる、金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した金属原子を含む化合物をプラズマで処理して化合物と異なる生成物を得る製造方法、及び、製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の製造方法は、金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した前記金属原子を含む化合物をプラズマで処理して前記化合物と異なる生成物を得る製造方法であって、前記化合物が気体の状態を保つ温度にした反応室内で、前記化合物に酸素原子を実質的に含まない反応性ガスのプラズマを照射して前記化合物と異なる生成物を生成する手順を含み、前記反応室内の温度が所定の温度範囲外のときに、前記プラズマの点燈開始が行われ、前記所定の温度範囲は、前記手順のときに設定される反応室内の圧力と同じ圧力のときの前記金属原子だけを有する金属材料の沸点以上、前記化合物の沸点未満の範囲である。

【0008】

（２）上記（１）の構成において、前記化合物が前記金属原子としてマグネシウムを含む化合物である無水ハロゲン化マグネシウムである。

【0009】

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記反応室内の前記プラズマの存在する範囲内に配置され、表面温度が前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に制御された付着手段によって、前記生成物を取得する。

【0010】

（４）本発明の製造装置は、金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した前記金属原子を含む化合物をプラズマで処理して前記化合物と異なる生成物を得る製造装置であって、前記製造装置は、反応室内を減圧する減圧手段と、前記反応室内を前記化合物の沸点以上に保つ温度制御手段と、前記プラズマ化する酸素原子を実質的に含まない反応性ガスを前記反応室内に供給するガス供給手段と、前記プラズマを生成させるために前記反応室内に供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記反応室に設けられ、前記マイクロ波を入射ための誘電体材料の窓と、を備え、前記反応室内の温度が所定の温度範囲外のときに、前記プラズマの点燈開始が行えるように、前記マイクロ波発生手段は、前記反応室内の温度が所定の温度範囲外のときに前記マイクロ波を供給開始できるようになっており、前記所定の温度範囲が、設定される前記反応室内の圧力と同じ圧力のときの前記金属原子だけを有する金属材料の沸点以上、前記化合物の沸点未満の範囲である。

【0011】

（５）上記（４）の構成において、前記製造装置は、前記反応室内に気体の状態の前記化合物を供給する化合物供給手段と、前記反応室内の前記プラズマの存在する範囲内に配置され、表面温度が前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に制御された付着手段と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、プラズマの点燈開始を安定して行うことができる、金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した金属原子を含む化合物をプラズマで処理して化合物と異なる生成物を得る製造方法、及び、製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】水素原子の分圧を変化させたときに、式５の右側に進む反応と左側に進む反応の境界を示したグラフである。

【図2】本発明に係る第１実施形態の水素化マグネシウムの製造装置を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号又は符号を付している。

【0015】

以下では、金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した金属原子を含む化合物をプラズマで処理して化合物と異なる生成物を得る製造方法の具体的な一事例として、金属原子であるマグネシウムを含む化合物である無水塩化マグネシウム（圧力約１０Ｐａでの沸点が約６５０℃）をマイクロ波表面波水素プラズマで処理して化合物と異なる生成物である水素化マグネシウムを得る製造方法について説明する。
なお、金属原子であるマグネシウムだけからなる金属材料（金属マグネシウム）の圧力約１０Ｐａでの沸点は約４００℃である。

【0016】

ただし、無水塩化マグネシウムを水素プラズマ（本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ）で処理するだけで、水素化マグネシウムを生成できることは、通常の化学反応式からでは理解できないものであり、本発明に係る実施形態の製造方法及び製造装置１の説明の前に水素化マグネシウムを含む生成物を得ることができる理由について説明する。

【0017】

通常、無水塩化マグネシウムと水素とが反応して水素化マグネシウムになる反応に着目した反応式は、以下の式１のように表される。
ＭｇＣｌ_２ ＋ Ｈ_２ ⇔ ＭｇＨ_２ ＋ Ｃｌ_２・・・（１）

【0018】

ここで、問題となるのは、反応中の環境（圧力・温度）をどのようにすれば、式１において右側が安定状態となり、右側への反応が進むかということになる。

【0019】

そして、どちらが安定状態であるかは、Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーを考えることでわかるが、式１の場合、プラズマの反応を行うための反応室２内の圧力を高密度で電子温度が低い水素プラズマであるマイクロ波表面波水素プラズマを発生させるために１０Ｐａにしたとすると、右側に反応を進めるためには、反応室２（図２参照）内の温度を約１１５０℃以上とする必要がある。

【0020】

しかしながら、このような高温状態では、水素化マグネシウム自体が気体の状態になるため、固体として析出させるためには、反応室２内の温度を下げる必要があるが、約１１５０℃よりも低い温度領域では式１の左側への反応が優勢となるため、固体として析出する物質は、無水塩化マグネシウムになってしまい、水素化マグネシウムが析出しないことになる。

【0021】

また、水素化マグネシウムは１００℃を超えると金属マグネシウム（Ｍｇ）と水素（Ｈ_２）に分解しはじめるため、この点からしても、右側に反応を進めるために、約１１５０℃以上の炉内温度を要する式１に基づく考え方では、水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）が分解されて、水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）として析出することが困難である結果となる。

【0022】

しかし、水素プラズマの存在する範囲内（水素プラズマの発光色が目視できる内）の環境を考慮すると、励起原子・分子、ラジカル（化学的に活性な原子・分子）、電子、イオン（正及び負）及び中性の原子や分子が存在する状況が仮定できる。

【0023】

そして、例えば、一例として、水素原子が存在する状況を仮定した以下の式２について、Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーに基づいて、右側に進む反応と左側に進む反応の境界を考えると、図１に示すようになる。
ＭｇＣｌ_２ ＋ ２Ｈ ＋Ｈ_２ ⇔ ＭｇＨ_２ ＋ ２ＨＣｌ・・・（２）

【0024】

図１は、反応室２（図２参照）の圧力が１０Ｐａとし、横軸に水素原子の分圧（ｍＰａ）を取り、縦軸に温度（℃）を取って、水素原子の分圧（ｍＰａ）を変えた場合に右側に進む反応と左側に進む反応の境界が何度（℃）のところになるのかを示したグラフである。

【0025】

図１を見るとわかるように、水素原子の分圧が同じ場合、温度を下げることでＭｇＨ_２が生成されるようになり、同じ温度では、水素原子の分圧が大きくなるほどＭｇＨ_２が生成されるようになっている。

【0026】

つまり、水素プラズマの存在する範囲内（水素プラズマの発光色が目視できる範囲内）の特殊な環境下では、水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）の分解がはじまる温度（約１００℃）以下の温度であっても、式２の反応は右側に進み、水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）が生成物として生成可能である。

【0027】

そして、例えば、反応室２（図２参照）の圧力が１０Ｐａ程度になるように水素を反応室２内に供給している場合、水素原子の分圧としては１０ｍＰａ程度になっていると考えられ、この水素原子の分圧からすれば、水素プラズマの存在する範囲内（水素プラズマの発光色が目視できる範囲内）に、表面８１の温度を例えば約８５℃以下とした付着手段８０を配置すれば、その付着手段８０の表面８１に水素化マグネシウム（ＭｇＨ_２）を析出させることが可能である。

【0028】

そして、マイクロ波表面波水素プラズマのように低温プラズマの場合、熱プラズマ（例えば、不活性ガスの直流プラズマ）と異なり、プラズマ自体の温度は低いため、プラズマ中に付着手段８０を配置しても、その付着手段８０の表面８１の温度を低い温度に制御することが可能である。

【0029】

そこで、以下で説明する製造装置１では、反応室２内を無水塩化マグネシウムが気体の状態を保つ温度にしつつ、水素化マグネシウムが得られるように反応室２内のプラズマが存在する範囲内（水素プラズマの発光色が目視できる範囲内）に配置され、表面温度が水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に制御された付着手段８０を設けるようにすることで、プラズマで処理される化合物である無水塩化マグネシウムと異なる水素化マグネシウムを含む生成物を得ることができるようにしている。

【0030】

次に、図２を参照しながら、本実施形態の製造装置１を説明し、その後、製造方法について詳しく説明する。
図２は本発明に係る実施形態の製造装置１を説明するための断面図である。

【0031】

図２に示すように、製造装置１は、反応室２を形成する筐体１０を備えており、本実施形態では、中央に開口部１１Ａを有する仕切部１１を筐体１０内に設けることで反応室２が第１空間Ｆと第２空間Ｓとを有するようになっている。
ただし、この仕切部１１は省略してもよく、反応室２が１つの空間として形成されていてもよい。

【0032】

そして、製造装置１は、反応室２内のマイクロ波を入射させる部分に設けられた誘電体材料（例えば、石英やセラミックス等）の窓Ｗと、プラズマを生成させるために窓Ｗを介して反応室２内の第１空間Ｆに供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段２０（例えば、マグネトロン）と、マイクロ波発生手段２０で発生させたマイクロ波を窓Ｗのところまで導波させる導波管２１と、を備えている。

【0033】

なお、本実施形態では、発生するマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとしているが、この周波数に限定される必要はなく、例えば、通信目的以外で使用できるＩＳＭバンドの２４．１ＧＨｚ、５ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ、４０．６ＭＨｚ、２７．１ＭＨｚ及び１３．５６ＭＨｚ等であってもよい。

【0034】

また、本実施形態では、マイクロ波発生手段２０が、パルス的なマイクロ波を発生させるものとして、マイクロ波電力（マイクロ波強度）のピーク値を高めつつ、平均的なマイクロ波電力（マイクロ波強度）を下げるようにしている。

【0035】

ただし、パルス的なマイクロ波とは、周期的なマイクロ波電力（マイクロ波強度）の強弱を伴うものを意味し、必ずしも、周期的にマイクロ波電力（マイクロ波強度）がゼロになるものに限定されるものではない。

【0036】

具体的には、マイクロ波発生手段２０は、パルス的なマイクロ波のマイクロ波電力（マイクロ波強度）のピーク値が現れる周期が１５０マイクロ秒以下（望ましくは、１００マイクロ秒以下、更に望ましくは５０マイクロ秒以下）であるマイクロ波を発生させ、プラズマ（本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ）が大幅に減衰する前に、反応室２内にピーク値のマイクロ波電力を有するマイクロ波を供給することで、ほぼそのマイクロ波電力（マイクロ波強度）のピーク値に対応する密度のマイクロ波表面波プラズマを維持しつつ、マイクロ波発生手段２０で使用される平均電力を抑制するようにしている。

【0037】

このようにすれば、マイクロ波発生手段２０が、マイクロ波電力（マイクロ波強度）をほぼ一定にしたパルス的なマイクロ波でないマイクロ波を発生させる場合に、プラズマ密度が１０^１２／ｃｍ^３以上１０^１４／ｃｍ^３以下であったとすれば、平均的なマイクロ波電力を同様にしても、マイクロ波発生手段２０が、パルス的なマイクロ波を発生させる場合、マイクロ波電力（マイクロ波強度）のピーク値を高くできるため、更に、高いプラズマ密度（例えば、１０^１５／ｃｍ^３以上の高いプラズマ密度）を得ることができ、平均的なマイクロ波電力を同様にしても一桁以上高いプラズマ密度を得ることができる。

【0038】

したがって、マイクロ波発生手段２０が、パルス的なマイクロ波を発生するものとすることで、マイクロ波発生手段２０で使用される電力量（平均電力）の上昇を抑制しつつ、高密度なマイクロ波表面波プラズマを生成できる。
また、マイクロ波電力（マイクロ波強度）のピーク値が高くなると、マイクロ波表面波プラズマを点火させやすくなるという効果もある。

【0039】

なお、マイクロ波表面波プラズマは、他のプラズマ（例えば、高周波プラズマや直流放電プラズマ等）と比較すれば、電子温度が低く（例えば、１ｅＶ程度）、他のプラズマのように、高い電子温度（例えば、１０ｅＶ以上）とするためにエネルギーが消費されるプラズマと異なり、エネルギーロスが少ないという利点がある。
また、マイクロ波表面波プラズマは、プラズマ中のイオンや分子の温度が熱プラズマと呼ばれるものに比べ大幅に低い（ほぼ常温）という特徴もある。
さらに、マイクロ波表面波プラズマは、上記のような高密度なプラズマを均一に、例えば、０．５ｍ^２以上の大面積の範囲に生成することができる。

【0040】

また、製造装置１は、反応室２内の気体を排出し、反応室２内を減圧する減圧手段３０を備えている。
具体的には、製造装置１は、途中に開閉操作又は開閉制御により排気の有無を決める第１排気バルブ３１Ａが設けられた第１排気管３１を介して第１空間Ｆに接続された減圧手段３０としての第１真空ポンプ３２と、途中に開閉操作又は開閉制御により排気の有無を決める第２排気バルブ３３Ａが設けられた第２排気管３３を介して第２空間Ｓに接続された減圧手段３０としての第２真空ポンプ３４と、を備えている。

【0041】

なお、高密度な水素プラズマであるマイクロ波表面波水素プラズマを安定して発生させるためには、反応室２内の圧力が低いほうが有利であり、少なくとも反応室２内は１０分の１気圧以下が好ましく、１００分の１気圧以下がより好ましく、１０００分の１気圧以下が更に好ましく、本実施形態では、１００００分の１気圧程度である約１０Ｐａにしている。

【0042】

そして、気体の吸引力の弱い真空ポンプの場合、反応室２内の真空度を高めるのに時間がかかるため、そのような段取り時間を省略するために、第１真空ポンプ３２又は第２真空ポンプ３４のうちの少なくとも一方を気体の吸引力が高いメカニカルブースターポンプにしておくことが好ましい。

【0043】

なお、製造装置１には、反応室２の第１空間Ｆ内の圧力を計測するための第１圧力計３２Ａと、反応室２の第２空間Ｓ内の圧力を計測するための第２圧力計３４Ａと、が設けられており、例えば、第１圧力計３２Ａが計測する圧力に基づいて、第１空間Ｆ内の圧力が所定の圧力（例えば、約１０Ｐａ）になるように、第１真空ポンプ３２及び第１排気バルブ３１Ａの動作を制御するようにしてもよい。
例えば、第１真空ポンプ３２を動作させておいて、第１圧力計３２Ａが計測する圧力に基づいて、第１排気バルブ３１Ａの動作を制御するようにすればよい。

【0044】

同様に、例えば、第２圧力計３４Ａが計測する圧力に基づいて、第２空間Ｓ内の圧力が所定の圧力（例えば、約１０Ｐａ）になるように、第２真空ポンプ３４及び第２排気バルブ３３Ａの動作を制御するようにしてもよい。
例えば、第２真空ポンプ３４を動作させておいて、第２圧力計３４Ａが計測する圧力に基づいて、第２排気バルブ３３Ａの動作を制御するようにすればよい。

【0045】

ただし、第１空間Ｆ及び第２空間Ｓ内の圧力を所定の圧力にするために、２つの真空ポンプ（第１真空ポンプ３２及び第２真空ポンプ３４）の双方を制御する必要はない。

【0046】

例えば、前段取りとして、反応室２内の圧力を所定の圧力にするときだけ、２つの真空ポンプ（第１真空ポンプ３２及び第２真空ポンプ３４）を動作させ、反応室２内の圧力が所定の圧力になったところで、第１排気バルブ３１Ａを閉にして第１真空ポンプ３２の動作を停止し、その後は、第１圧力計３２Ａ又は第２圧力計３４Ａの計測する圧力に基づいて、反応室２内の圧力を所定の圧力に維持するように、第２真空ポンプ３４及び第２排気バルブ３３Ａの動作を制御するようにしてもよい。

【0047】

なお、反応室２内の圧力を所定の圧力に維持するときに使用される反応室２内の圧力の測定値としては、第１圧力計３２Ａ及び第２圧力計３４Ａの計測した圧力を平均したものを使用するようにしてもよい。

【0048】

また、製造装置１は、プラズマ化する酸素原子を実質的に含まない反応性ガスを反応室２内に供給するための、図示しないガス供給手段を備えている。

【0049】

本実施形態では、還元反応を起こす反応性ガスとして水素を用いているが、メタンやプロパン等であっても還元反応を起こすことができるため、反応性ガスが水素に限定されるものではない。

【0050】

このため、以下では、ガス供給手段を水素供給手段と呼ぶが、水素供給手段はガス供給手段の一例でしかない。

【0051】

そして、酸素原子を含むと還元反応が阻害されることになるが、露点の低い極めて高純度なガスであっても微量に水分を含むため、完全に酸素原子が存在しないものではなく、したがって、酸素原子を実質的に含まないとは、高純度ガスのレベルで含まれる水分等以上に酸素原子が含まれていないことを意味する。

【0052】

例えば、水素供給手段は、水素の供給源となる図示しない水素貯蔵部（水素ボンベ又は水素貯蔵タンク）と、水素貯蔵部から反応室２に供給する水素の供給量を制御するマスフローコントローラ等の流量制御器（第１流量制御器ＭＦＣ１及び第２流量制御器ＭＦＣ２）と、を備えている。
ただし、水素貯蔵部がボンベの場合、交換のために着脱されることになるため、水素供給手段は、水素貯蔵部を除く部分である場合がある。

【0053】

具体的には、水素貯蔵部は、第１供給管４１を介して第１空間Ｆに水素が供給できるように接続されるとともに、第２供給管４２を介して第２空間Ｓに水素が供給できるように接続され、第１供給管４１の水素貯蔵部側に第１流量制御器ＭＦＣ１が設けられ、その下流側に開閉操作又は開閉制御により供給の有無を決める第１供給バルブ４１Ａが設けられている。

【0054】

同様に、第２供給管４２の水素貯蔵部側に第２流量制御器ＭＦＣ２が設けられ、その下流側に開閉操作又は開閉制御により供給の有無を決める第２供給バルブ４２Ａが設けられている。

【0055】

さらに、製造装置１は、金属原子（本例では、マグネシウム原子）だけからなる金属材料（本例では、金属マグネシウム）の沸点（圧力約１０Ｐａで約４００℃）よりも高い沸点（圧力約１０Ｐａで約６５０℃）を有した金属原子を含む化合物である無水塩化マグネシウムを、反応室２内（より具体的には、反応室２の第１空間Ｆ内）に気体の状態で供給する化合物供給手段５０を備えている。

【0056】

具体的には、化合物供給手段５０は、プラズマで処理される化合物である無水塩化マグネシウムを貯蔵する化合物貯蔵部５１と、化合物貯蔵部５１内の無水塩化マグネシウムを反応室２の第１空間Ｆ内に供給するための化合物供給管５２と、第１電源５３Ａからの電力の供給により発熱し化合物供給管５２及び化合物貯蔵部５１を加熱する第１加熱部５３と、第１加熱部５３の温度を計測する第１温度計５４と、を備えている。

【0057】

そして、第１温度計５４による温度の測定結果が、設定される所定の温度となるように、第１電源５３Ａから第１加熱部５３に供給される電力の供給量が制御され、化合物供給管５２及び化合物貯蔵部５１が所定の温度に加熱される。

【0058】

本実施形態のように、プラズマで処理される化合物が無水塩化マグネシウムである場合、無水塩化マグネシウムが気体の状態となるように、第１加熱部５３によって、化合物供給管５２及び化合物貯蔵部５１を約７００℃程度の温度に加熱する。
そうすると、気化した無水塩化マグネシウムは反応室２の第１空間Ｆ内に向かって流れて行き、第１空間Ｆ内に供給されることになる。

【0059】

また、製造装置１は、反応室２内をプラズマで処理される化合物（本例では、無水塩化マグネシウム）の沸点（反応室２内の圧力が約１０Ｐａの場合の沸点は約６５０℃）以上の温度に保つ温度制御手段６０を備えている。

【0060】

具体的には、温度制御手段６０は、反応室２の第１空間Ｆ内に設けられ、反応室２内を加熱する第２加熱部６１と、第２加熱部６１に電力を供給する第２電源６１Ａと、反応室２の第１空間Ｆ内の温度を計測する第２温度計６２と、を備えている。

【0061】

そして、製造装置１は、第２温度計６２による温度の測定結果が、設定される所定の温度となるように、第２電源６１Ａから第２加熱部６１に供給される電力の供給量を制御し、反応室２の第１空間Ｆ内の温度が所定の温度に保たれるようにする。

【0062】

本実施形態では、温度制御手段６０は、反応室２内の温度がプラズマで処理される化合物である無水塩化マグネシウムを気体の状態に保つ温度である約７００℃に保つようにする。
なお、無水塩化マグネシウムの圧力約１０Ｐａにおける沸点が約６５０℃であるため、本実施形態ではその沸点以上である約７００℃に保つようにしているが、沸点は圧力によって変わるため、反応室２内の設定圧力を変えた場合には、それに対応して温度制御手段６０に設定される設定温度を変えることになる。
また、本実施形態では、無水塩化マグネシウムであるがフッ化マグネシウム等でもよく、温度制御手段６０に設定される設定温度は化合物の違いに応じて変えることになる。

【0063】

一方、第２加熱部６１の外側には、第２加熱部６１からの輻射熱で筐体１０が高温になるのを防止するために、輻射熱を反射するリフレクタ７０が設けられるとともに、筐体１０の外面上に水冷するための冷却管７１が設けられている。

【0064】

このように、製造装置１が、第２加熱部６１によって、余分な場所が加熱されないように熱伝導を防止するリフレクタ７０のような断熱手段を備える場合、筐体１０が高温にならないため、筐体１０の各所に使用されているパッキン等の劣化を抑制できるだけでなく、保温効率が高くなるため、消費電力を低減することができる。

【0065】

また、リフレクタ７０には、上側の中央寄りの位置に、仕切部１１の開口部１１Ａを通じて、第１空間Ｆから第２空間Ｓに挿入される挿入管７２が設けられており、詳細については、後述するが、水素プラズマ及びマグネシウムを含むガス等が挿入管７２から第２空間Ｓに放出されるようになっている。

【0066】

そして、図２に示すように、製造装置１は、挿入管７２に対向する位置に水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる付着手段８０を備えており、製造装置１を停止させた後、付着手段８０を取り出せるように、付着手段８０は、筐体１０に対して着脱可能に取り付けられている。

【0067】

なお、先にも触れたように、マイクロ波表面波プラズマは、プラズマ中のイオンや分子の温度が熱プラズマと呼ばれるものに比べ大幅に低い（ほぼ常温）という特徴があるため、付着手段８０が表面８１を挿入管７２の近くに位置させることで反応室２内のプラズマが存在する範囲内（水素プラズマの発光色が目視できる範囲内）に配置されていても、以下で説明するような簡単な構成で、その付着手段８０の表面温度（表面８１の温度）を水素化マグネシウムが固体として析出できる表面温度にすることが可能である。

【0068】

付着手段８０は、温調媒体（例えば、冷媒としての外気）を供給する媒体供給口ＩＮと温調媒体を排出する媒体排出口ＯＵＴを有し、その温調媒体が反応室２の第２空間Ｓにリークしないようにした密閉容器構造になっている。

【0069】

なお、付着手段８０は、挿入管７２に対向する側の水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる表面８１が、挿入管７２から放出される発光状態が目視で確認できる高密度の水素プラズマが直接接触する位置に配置されることで、発生する水素プラズマの存在する範囲内に配置されたものになっている。

【0070】

そして、製造装置１は、例えば、温調媒体となる外気を媒体供給口ＩＮから付着手段８０内に供給するための図示しない媒体供給手段（例えば、ファンやコンプレッサ等）を備えており、付着手段８０の水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる表面８１の表面温度が水素化マグネシウムを含む生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に制御されるようになっている。
なお、上述のように温調媒体に外気を用いる場合には、媒体排出口ＯＵＴを大気開放とするように配管を接続すればよい。

【0071】

一方、温調媒体に、例えば、代替フロン等を用いる場合には、媒体排出口ＯＵＴから排出された代替フロンをコンプレッサで圧縮して、その圧縮した代替フロンを再び媒体供給口ＩＮから導入する循環冷却系（いわゆる、冷蔵庫等と同じである。）のようにすればよい。

【0072】

この場合には、媒体供給手段には、コンプレッサを介して温調媒体を媒体供給口ＩＮに供給するとともに媒体排出口ＯＵＴから排出された温調媒体をコンプレッサに戻す循環を行うためのポンプ等が用いられる。

【0073】

例えば、水素化マグネシウムの析出する所定の温度としては、２００℃を超えると析出量が大幅に低下するため、２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましく、１００℃以下が更に好ましい。

【0074】

実験では、表面温度が２００℃を超える状態で析出した水素化マグネシウムを含む生成物の場合、その生成物に水滴を垂らし、水素の分離に伴う発砲現象が非常に弱いことを確認している。

【0075】

一方、表面温度が１００℃以下の状態で析出した水素化マグネシウムを含む生成物の場合、水滴を垂らすと水素の分離に伴う激しい発砲現象が見られることを確認しており、発砲しているガスが水素であることについては、水素検知管で確認を行っている。

【0076】

なお、表面温度が１００℃を超える場合、水素化マグネシウムが水素と金属マグネシウムに分解する反応も起きるため、析出した水素化マグネシウムを含む生成物中の水素化マグネシウムの割合が減少することになることから、水素化マグネシウムの析出する所定の温度としては、１００℃以下が最も好ましい。

【0077】

また、実験では、表面温度が約８０℃のときよりも、約７０℃のほうが水素化マグネシウムを含む生成物の単位時間当たりの析出量が多く、約５０℃のほうが更に単位時間当たりの析出量が多くなる結果を得ていることから、析出量の観点を踏まえれば、表面温度は８０℃以下、７０℃以下、更には、５０℃以下の温度範囲に制御されるのが好ましい。

【0078】

さらに、製造装置１は、途中にリークバルブ９１が設けられた大気開放管９０を備えており、大気開放管９０の図示しない一端は製造装置１が設置される建屋の外で大気開放状態になっている。

【0079】

この大気開放管９０は、反応室２の圧力が異常な圧力になった場合に、緊急措置として反応室２を大気開放状態にするためのものであり、通常時には、リークバルブ９１は閉の状態とされ、反応室２内に大気が混入することがないようになっている。

【0080】

次に、本実施形態の製造方法について具体的に説明する。
まず、前段取りとして、減圧手段３０（第１真空ポンプ３２及び第２真空ポンプ３４）を駆動させ、反応室２内の圧力が設定される所定の圧力（例えば、約１０Ｐａ）になるように減圧を行う手順を実施する。

【0081】

そして、化合物である無水塩化マグネシウムが気体の状態を保つ温度にした反応室２内で化合物に酸素原子を実質的に含まない反応性ガスである水素のプラズマを照射して化合物と異なる水素化マグネシウムを含む生成物を生成する手順を行うことになるが、反応室２内の温度が所定の温度範囲外のときに、プラズマの点燈開始を行った後に、化合物である無水塩化マグネシウムの反応室２への供給を開始して化合物と異なる生成物を生成する手順を行う。

【0082】

具体的に説明すると、水素化マグネシウムを含む生成物を生成する手順のときには、反応室２内の温度が化合物である無水塩化マグネシウムを気体の状態に保てる温度である約７００℃に保たれている。

【0083】

このため、基本的には、反応室２の内壁面は、金属マグネシウムの析出温度である約４００℃より高くなるため、金属マグネシウムが反応室２の内壁面に付着し難くなっている。

【0084】

しかしながら、反応室２の内壁面の一部に約４００℃より低い温度となる部分ができた場合や水素化マグネシウムを含む生成物を生成する手順を終えるために反応室２内の温度を下げるとき等に、反応室２の内壁面に金属マグネシウムが析出（付着）する場合がある。

【0085】

そして、前回の製造プロセスで、反応室２の内壁面に金属マグネシウムの付着が発生していると、次回の製造プロセスで反応室２の温度を高温にするときに、内壁面に付着している金属マグネシウムの温度が沸点である４００℃以上になると、金属マグネシウムが気体の状態となって反応室２内に高濃度の金属マグネシウムが充満する場合がある。

【0086】

ここで、金属マグネシウムはマイクロ波を反射する性質（一般的に金属単体のものはマイクロ波を反射するものが多い）を有しているため、反応室２内に高濃度の金属マグネシウムが充満している状態で反応室２内へのマイクロ波の供給を開始しても、反射され、十分なマイクロ波が窓Ｗから反応室２内に侵入できず、プラズマが点燈しないことが起る。

【0087】

一方、反応室２の内壁面に金属マグネシウムの付着が発生する場合には、無水塩化マグネシウムの付着も発生していると考えられ、無水塩化マグネシウムが沸点である６５０℃以上になると無水塩化マグネシウムも気体になるため、反応室２内は金属マグネシウムと無水塩化マグネシウムの混合気体が充満した状態になる。
そうすると、金属マグネシウムの濃度が低下するため、十分なマイクロ波が窓Ｗから反応室２内に侵入できるようになり、プラズマの点燈ができるようになる。

【0088】

つまり、反応室２内の温度が、金属原子（本例ではマグネシウム）を含む化合物（本例では、無水塩化マグネシウム）の金属原子だけからなる金属材料（本例では金属マグネシウム）の、設定される反応室２の圧力（本例では約１０Ｐａ）と同じ圧力のときの沸点以上（本例では約４００℃以上）、化合物の沸点未満（本例では、約６５０℃未満）の所定の温度範囲の温度であるときを避けて、つまり、所定の温度範囲外のときに、プラズマの点燈開始を行えば安定してプラズマの点燈を開始させることができる。

【0089】

そこで、反応室２内の圧力が所定の圧力（例えば、約１０Ｐａ）になったら反応室２内にプラズマ化する反応性ガスの供給を開始して、温度制御手段６０を駆動させる前にマイクロ波発生手段２０によるマイクロ波の供給開始を行うようにする、又は、温度制御手段６０を駆動させた場合であっても、所定の温度範囲外（本例では、約４００℃以上、約６５０℃未満の温度範囲外の温度）のときに、マイクロ波発生手段２０によるマイクロ波の供給開始を行うようにする。

【0090】

例えば、このために、製造装置１にマイクロ波発生手段２０のマイクロ波の供給開始が行われた後にしか温度制御手段６０を駆動させることができないインターロックを設ける、又は、製造装置１に所定の温度範囲を設定する温度設定機構を設けるとともに、第２温度計６２の計測する反応室２の第１空間Ｆ内の温度が設定された所定の温度範囲内のときにはマイクロ波発生手段２０のマイクロ波の供給開始が行えないインターロックを設けるようにすることで、確実に、反応室２内の温度が所定の温度範囲外のときに、マイクロ波発生手段２０がマイクロ波を供給開始できるようにし、反応室２内の温度が所定の温度範囲外のときに、プラズマの点燈開始が行えるようにすればよい。

【0091】

そして、プラズマの点燈開始を確認した後であって、かつ、反応室２内の温度が化合物である無水塩化マグネシウムの気体の状態を保てる温度になったら、化合物供給手段５０による化合物の供給を開始させ、化合物が気体の状態を保つ温度にした反応室２内で、化合物に酸素原子を実質的に含まない反応性ガスのプラズマを照射して化合物と異なる生成物を生成する手順を行うとともに、その手順で生成する生成物を表面温度が生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に制御された付着手段８０の表面８１に付着させる手順を行う。

【0092】

このように、本実施形態の製造装置１では、反応室２内の温度が設定される反応室２内の圧力と同じ圧力のときの金属原子だけを有する金属材料の沸点以上、その金属原子を含む化合物の沸点未満の範囲である所定の温度範囲外のときに、プラズマの点燈開始が行えるように、マイクロ波発生手段２０が、反応室２内の温度が所定の温度範囲外のときにマイクロ波を供給開始できるようになっているので、プラズマがうまく点燈しないことを回避できる。

【0093】

また、製造方法にあっても、反応室２内の温度が化合物と異なる生成物を生成する手順のときに設定される反応室２内の圧力と同じ圧力のときの金属原子だけを有する金属材料の沸点以上、その金属原子を含む化合物の沸点未満の範囲である所定の温度範囲外のときに、プラズマの点燈開始が行われるため、プラズマがうまく点燈しないことを回避できる。

【0094】

以上、具体的な実施形態に基づいて、本発明について説明してきたが、本発明は、上記の具体的な実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、化合物に無水塩化マグネシウムを用いた場合で説明したが、プラズマで処理して水素化マグネシウムを含む生成物を得るための化合物は、無水ハロゲン化マグネシウムであってもよい。

【0095】

また、水素化マグネシウムを含む生成物を得る場合に限らず、金属原子だけからなる金属材料の沸点よりも高い沸点を有した金属原子を含む化合物をプラズマで処理して化合物と異なる生成物を得る場合には、同様のことが起ると考えられる。

【0096】

したがって、上記では、金属原子であるマグネシウムを含む化合物である無水塩化マグネシウムをマイクロ波表面波水素プラズマで処理して化合物と異なる生成物である水素化マグネシウムを得る場合について説明したが、これに限定されるものではない。

【0097】

このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0098】

１ 製造装置
２ 反応室
１０ 筐体
１１ 仕切部
１１Ａ 開口部
２０ マイクロ波発生手段
２１ 導波管
３０ 減圧手段
３１ 第１排気管
３１Ａ 第１排気バルブ
３２ 第１真空ポンプ
３２Ａ 第１圧力計
３３ 第２排気管
３３Ａ 第２排気バルブ
３４ 第２真空ポンプ
３４Ａ 第２圧力計
４１ 第１供給管
４１Ａ 第１供給バルブ
４２ 第２供給管
４２Ａ 第２供給バルブ
５０ 化合物供給手段
５１ 化合物貯蔵部
５２ 化合物供給管
５３ 第１加熱部
５３Ａ 第１電源
５４ 第１温度計
６０ 温度制御手段
６１ 第２加熱部
６１Ａ 第２電源
６２ 第２温度計
７０ リフレクタ
７１ 冷却管
７２ 挿入管
８０ 付着手段
８１ 表面
９０ 大気開放管
９１ リークバルブ
Ｆ 第１空間
ＩＮ 媒体供給口
ＭＦＣ１ 第１流量制御器
ＭＦＣ２ 第２流量制御器
ＯＵＴ 媒体排出口
Ｓ 第２空間
Ｗ 窓

【図1】

【図2】