JP2010013319A

JP2010013319A - ナノカーボン製造装置

Info

Publication number: JP2010013319A
Application number: JP2008174929A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Ide; 勝記井手; Kazutaka Koshiro; 和高小城; Hidekazu Sugiyama; 英一杉山; Takeshi Noma; 毅野間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができることを課題とする。
【解決手段】内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される無端状で帯状のステンレス板３と、ステンレス板を加熱するヒータ４と、ステンレス板表面に触媒粉を供給する触媒供給手段７と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段５と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段６と、ステンレス板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段８と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段１０とを具備することを特徴とするナノカーボン製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、有用性の高い繊維状のナノカーボン例えばカーボンナノチューブを効率的に製造するナノカーボン製造装置に関する。

カーボンナノチューブの生成法には、アーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。
アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である（例えば、特許文献１参照）。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である（例えば、特許文献２参照）。

一般に、上記アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいと言われている。
ＣＶＤ法には、反応炉の中に配置した基板にカーボンナノチューブを生成させる気相成長基板法(例えば、特許文献３参照)と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブを生成する流動気相法(例えば、特許文献４参照)の二つの方法がある。

しかし、上記気相成長基板法は、バッジ処理であるので大量生産が難しい。また、流動気相法は、温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されている。しかし、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。

しかして、純度及び安定性の高いカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができるようになれば、カーボンナノチューブの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。
特開２０００−９５５０９号公報特開平１０−２７３３０８号公報特開２０００−８６２１７号公報特開２００３−３４２８４０号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができるナノカーボン製造装置を提供することを目的とする。

本願第１の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される無端状で帯状のステンレス板と、ステンレス板を加熱する加熱手段と、ステンレス板表面に触媒粉を供給する触媒供給手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、ステンレス板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。

本願第２の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される帯状のステンレス板と、ステンレス板を加熱する加熱手段と、ステンレス板表面に触媒粉を供給する触媒供給手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、ステンレス板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。

本願第３の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，表面にナノカーボンが生成される円板形状のステンレス板と、このステンレス板を駆動する駆動手段と、前記ステンレス板を加熱する加熱手段と、ステンレス板表面に触媒粉を供給する触媒供給手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記ステンレス板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、ナノカーボンを掻き取った後のステンレス板を磨き洗浄する磨き洗浄手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。

本願第４の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうるとともに，外気と遮断可能な円筒状縦型反応容器と、この縦型反応容器内に配置されたステンレス円筒と、このステンレス円筒の内壁に生成されるナノカーボンを掻き取る螺旋状の掻き取り羽根と、この掻き取り羽根を駆動する駆動源と、前記ステンレス円筒を加熱する加熱手段と、ステンレス円筒内に触媒粉を供給する触媒供給手段と、縦型反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、縦型反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、ステンレス円筒に生成されたナノカーボンを回収する回収手段と、縦型反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができる。

以下、本発明のナノカーボン製造装置について更に詳しく説明する。
本発明において、不活性ガスとしては、例えば窒素ガス，アルゴンガスが挙げられる。また、炭化水素としては、例えばエタノール（バイオエタノールを含む）が挙げられる。粉触媒としては、例えば鉄触媒が挙げられる。

本発明において、炭化水素供給手段は、一般にエタノール等の炭化水素を供給するための炭化水素供給ノズルと、炭化水素を収容する炭化水素収容タンクと、このタンク内の炭化水素をステンレス板上に送るためのポンプとから構成されている。粉触媒供給手段は、例えば鉄触媒等の触媒を供給するための触媒供給ノズルと、ステンレス板の表面に触媒を塗布するための塗布ローラと、触媒を収容する触媒収容タンクと、触媒を触媒供給ノズルに送るためのポンプとから構成されている。不活性ガス供給手段は、例えば窒素等の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給ノズルと、不活性ガスを収容する不活性ガス収容タンクと、このタンク内の不活性ガスを不活性ガス供給ノズルに送るためのポンプとから構成されている。磨き洗浄手段は、ステンレス板の表面を研磨する研磨ブラシと、研磨後のステンレス板を洗浄する洗浄液塗布ブラシから構成されている。ガス排気手段は、反応容器に設けられた排気ノズルと、水等の液体を収容する液封タンクと、排気ノズルと液封タンクを接続する配管と、反応容器内のガスを排気するためのポンプにより構成されている。液封タンクに液体を収容するのは、ナノカーボン製造装置で発生するガスの逆流を防ぐためである。

次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）製造装置の概略図である。
同製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にナノカーボン（例えばカーボンナノチューブ）２が生成される無端状で帯状のステンレス板３と、加熱手段としてのヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、触媒供給手段７と、カーボンナノチューブ掻き取り回収手段（以下、ＣＮＴ掻き取り回収手段と呼ぶ）８と、磨き洗浄手段９と、ガス排気手段１０を備えている。

前記ステンレス板３は、駆動ローラ１１と従動ローラ１２により矢印Ａのように回転移動するようになっている。ステンレス板３は、ヒータ４、該ヒータ４を固定して保温する耐熱材１３、及び熱を遮断する断熱材１４で囲まれている。ヒータ４には、ヒータ制御手段１５が電気的に接続されている。ヒータ４とステンレス板３との空間には、炭化水素供給手段５から炭化水素原料例えばエタノールＢが供給されるようになっている。

炭化水素供給手段５は、例えばエタノールＢをヒータ４とステンレス板３との空間に供給する炭化水素供給ノズル１６と、このノズル１６に接続する炭化水素収容タンク１７と、図示しない液送用ポンプとを備えている。前記ステンレス板３，駆動ローラ１１，従動ローラ１２，ヒータ４，耐熱材１３，断熱材１４，後述する掻き取り板，研磨ブラシ，洗浄液塗布ブラシは、筐体１８により囲まれている。この筐体１８の外周部には、例えばロックウールからなる保温材１９が貼られている。なお、図中の符号Ｆは原料ガスの移動方向を示す。

前記不活性ガス供給手段６は、反応容器１内に不活性ガス例えば窒素ガスＣを供給する不活性ガス供給ノズル２０と、このノズル２０に接続する不活性ガス収容タンク２１と、図示しないポンプとから構成されている。前記触媒供給手段７は、ステンレス板３に隣接した塗布ローラ２２と、この塗布ローラ２２に粉触媒Ｄを噴霧して供給する触媒供給ノズル２３と、粉触媒Ｄを収容する触媒収容タンク２４と、図示しないポンプとから構成されている。ここで、粉触媒Ｄの粒径は、例えばミクロン前後の粒径の鉄粉である。

前記ＣＮＴ掻き取り回収手段８は、従動ローラ１２の真下でステンレス板３に近接して配置されたカーボンナノチューブ掻き取り板（以下、ＣＮＴ掻き取り板と呼ぶ）２５と、掻き取り板２５により掻き取ったカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと呼ぶ）２を収容するカーボンナノチューブ回収缶（以下、ＣＮＴ回収缶と呼ぶ）２６により構成されている。前記ガス排気手段１０は、反応容器１の下流側（図中の右側）に設けられた排気ノズル２７と、水２８を収容する水封タンク２９と、排気ノズル２７と水封タンク２９を接続する配管３０と、図示しないガス吸引用ポンプにより構成されている。

前記反応容器１の下部側で且つ掻き取り板２２の更に下流側には、ステンレス板２の表面を研磨する研磨ブラシ３１、及び研磨を終えたステンレス板２の表面に洗浄液を塗布する洗浄液塗布ブラシ３２が夫々設けられている。磨き洗浄手段９は、研磨ブラシ３１と洗浄液塗布ブラシ３２により構成されている。前記研磨ブラシ２９の真下には、ステンレス鉄板３を磨いた研磨粉３３を回収する研磨粉回収缶３４が配置されている。洗浄液塗布ブラシ３２の真下には、ステンレス板３の表面を洗浄処理した洗浄液３５を回収する洗浄液回収缶３６が配置されている。洗浄塗布ブラシ３２には、洗浄液供給ノズル３７と洗浄液例えばエタノールＥを収容する洗浄液収容タンク３８を有する洗浄液供給手段３９によりエタノールＥが供給されるようになっている。前記従動ローラ１２の近くの反応容器１には、ステンレス板３に生成されるＣＮＴ２を直接観察するための覗き窓４０が設けられている。

次に、ＣＮＴを生成する方法について検証した試験について、図２の概略的な工程図を参照して説明する。
１）まず、図２の（Ａ）のようにステンレス板４１の表面に触媒粉としての鉄粉４２を混合したエタノール液を塗布した後、ステンレス板４１を反応容器４７の中に入れ、図２の（Ｂ）のように乾燥し、鉄粉４２を塗布した表面を乾燥する。つづいて、鉄粉４２を塗布したステンレス板４１を、炭化水素供給手段４３，不活性ガス供給手段４４，排気ガス回収手段４５及び加熱手段４６を備えた反応容器４７の中に入れ、５００〜１０００℃程度まで加熱する（図２の(Ｃ）参照）。

２）次に、ステンレス板４１を冷却してから取り出したところ、ステンレス板４１の表面にＣＮＴ４８が生成された（図２の（Ｄ）参照）。つづいて、図２の（Ｅ）に示すようなステンレス板４１上のＣＮＴ４８を、カッター４９により掻き落とす（図２の(Ｆ）参照）。その結果、図２の（Ｇ）のようにＣＮＴ４８が回収された。
図３は、前記生成方法でＣＮＴ４８を生成した写真の外形を描いたものである。即ち、図３は、鉄板４１上に生成されたＣＮＴを電子顕微鏡で観察したところ、細い線状のＣＮＴ４８であることが確認された。

次に、図１のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段６を使って例えば窒素ガスを供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。その後、ステンレス板３を回転移動させ、ヒータ制御手段１５の電源を入れ、カーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。並行して、粉触媒供給手段７を起動し、触媒をステンレス板３の表面に塗布する。その際、十分に暖められたステンレス板表面の鉄触媒と炭化水素ガスが反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。ステンレス板３の表面に生長したＣＮＴ２は、従動ローラ１２の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２５で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２６に回収される。ステンレス板３は、従動ローラ１２で冷却された後、右へ移動し、研磨ブラシ３１で磨き、洗浄液塗布ブラシ３２で表面を線状する。その状態でステンレス板３とヒータ４間のカーボンナノチューブ生成部に戻され、再度ＣＮＴを生成する。

第１の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図１に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される無端状で帯状のステンレス板３と、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、触媒供給手段７と、ＣＮＴ掻き取り回収手段８と、ガス排気手段９と、洗浄液供給手段３９とを備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、ＣＮＴ生成雰囲気での昇温、ステンレス板３への粉触媒の供給、ステンレス板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落とし、ステンレス板３の磨き及び洗浄を順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。更に、ステンレス板３を磨いた後の研磨粉３３は研磨粉回収缶３４で回収でき、洗浄液３５の残り液は洗浄液回収缶３６で回収して再利用できる。更には、覗き窓４０によりＣＮＴ２のでき方を直接監視できる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
第２の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図１の場合と比べて、研磨ブラシ及び洗浄液塗布ブラシからなる磨き洗浄手段，研磨粉回収缶，洗浄液回収缶及び洗浄液供給手段を省いた点、及びＣＮＴを掻き取り板で掻き取る際，ＣＮＴをほとんど残す点が異なることを特徴とする。

次に、図４のＣＮＴ製造装置でのＣＮＴの製造方法について説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段６を使って例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。その後、ステンレス板３を回転移動させ、ヒータ制御手段１５の電源を入れ、ＣＮＴ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。並行して、粉触媒供給手段７を起動し、触媒をステンレス板３の表面に塗布する。その際、十分に暖められたステンレス板表面の鉄触媒と炭化水素ガスが反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。ステンレス板３の表面に生長したＣＮＴ２は、従動ローラ１２の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２５で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２６に回収される。

第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図４に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される無端状で帯状のステンレス板３と、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、触媒供給手段７と、ＣＮＴ掻き取り回収手段８と、ガス排気手段１０を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴ２が得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、ステンレス板３への鉄触媒の塗布、ステンレス板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
図５中の符番５１は、ＣＮＴを生成し、ＣＮＴ掻き取り後のステンレス板３ａを巻き取る駆動巻取りローラである。また、符番５２は、例えば塩酸等により表面処理したステンレス板３ａが巻回された従動ローラである。表面処理したステンレス板３ａは、従動ローラ５２から第１の支持ローラ５３ａを経てＣＮＴ生成部でＣＮＴを生成し、ＣＮＴ掻き取り後、第２の支持ローラ５３ｂを経て駆動巻取りローラ５１で巻き取るようになっている。

次に、図５のナノカーボン製造装置でのＣＮＴの製造方法について説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性ガス供給手段６を使って例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、ヒータ制御手段１５の電源を入れ、カーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、表面処理したステンレス板３ａを回転移動させ、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。並行して、触媒供給手段７を起動し、鉄触媒をステンレス板３ａの表面に塗布する。その際、十分に暖められたステンレス板表面の鉄触媒と炭化水素ガスが反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。ステンレス板３ａの表面に生長したＣＮＴ２は、駆動巻き取りローラ５１の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２５で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２６に回収される。

第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図５に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される表面処理されたステンレス板３ａと、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、触媒供給手段７と、ＣＮＴ掻き取り回収手段８と、ガス排気手段９と、表面処理されたステンレス板３ａを巻回する従動ローラ５２と、ＣＮＴ２を生成し掻き取った後のステンレス板３を巻き取る駆動巻取りローラ５１を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、ステンレス板３ａへの鉄触媒の塗布、ステンレス板３ａ表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の要部のみを示す概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
同製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器（図示せず）と、表面にＣＮＴ２が生成される円板形状のステンレス板６０と、加熱手段としてのヒータ４と、触媒供給手段の一構成である触媒塗布ノズル２３と、炭化水素供給手段の一構成である炭素原料供給ノズル１６と、不活性ガス供給手段（図示せず）と、ＣＮＴ掻き取り回収手段を構成するＣＮＴ掻き取り板２２と、ガス排気手段（図示せず）と、ステンレス板６０をゆっくり回転させる回転手段６１を備えている。同製造装置は、縦型掻き取り方式を採用している。

回転手段６１は、一端が複数のスポーク６２を介してステンレス板６０の内側端部に連結する主軸６３と、この主軸６３を矢印Ｆのように回転させる駆動モータ６４とから構成されている。図中の符番６５ａ，６５ｂは断熱材（図示せず）を貼った仕切り板であり、ステンレス板６０の上部を領域Ａ_１，Ａ_２に区切っている。一方の領域Ａ_１には炭素原料供給ノズル１６が配置され、例えばエタノールＢがステンレス板６０上に供給される。他方の領域Ａ_２のステンレス板６０の上部にはロール状の研磨ブラシ６６が設けられている。また、領域Ａ_２では、研磨後のステンレス板６０の表面に粉触媒例えば鉄触媒Ｄを供給するように触媒塗布ノズル３５が配置されている。なお、図中の符番６７はＣＮＴ生成部を示し、符号Ｓは洗浄面を示す。また、周辺部品である研磨ブラシ６６，触媒塗布ノズル２３，炭素原料供給ノズル１６及びＣＮＴ掻き取り板２２等は全て筐体１８に囲まれ、外気と遮断して還元雰囲気を維持できるように構成されている。

次に、図６のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、筐体１８内に窒素供給手段を用いて例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、駆動モータ６４を矢印Ｆの方向に回転させる。次に、ヒータ４の電源を入れ、ステンレス板６０をカーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給する。エタノールは、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。

並行して、粉触媒供給手段を起動し、粉触媒Ｄを触媒塗布ノズル２３よりステンレス板６０の表面に塗布する。その際、十分に暖められたステンレス板６０表面の鉄触媒と炭化水素ガスが反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。ステンレス板６０の表面に生長したＣＮＴ２は、ＣＮＴ掻き取り板２５で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２６に回収される。ステンレス板６０は仕切り板６５ａを通り過ぎ、冷却された後に研磨ブラシ６６で磨き、不純物を除去する。その後、ステンレス板６０は、仕切り板６５ｂを通過し再度ＣＮＴ２の生成を繰り返す。

第４の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器（図示せず）と、表面にＣＮＴ２が生成される円形状のステンレス板６０と、ヒータ４と、触媒供給手段と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ＣＮＴ掻き取り回収手段と、ガス排気手段と、ステンレス板６０を回転駆動する回転手段６１とを備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器内の不活性雰囲気化、昇温、ステンレス板６０への鉄触媒の塗布、ステンレス板６０表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。

なお、第４の実施形態では、１枚の円形のステンレス板を用いてＣＮＴの生成を行う場合について述べたが、これに限らない。例えば、複数枚の円形のステンレス板を一定の間隔をおいて主軸の軸方向（Ｙ軸方向）に平行に配置して主軸により回転可能にするとともに、各ステンレス板毎に研磨ブラシ，触媒供給手段，炭素原料供給手段，加熱手段等を配置することにより、１枚のステンレス板を用いる場合に比べてよりＣＮＴの量産化が可能となる。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の要部のみを示す概略図である。但し、図１，図６と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
第５の実施形態に係るナノカーボン製造装置は横型掻き取り方式を採用し、図６の場合と比べ、円形のステンレス板６０を縦型にし、触媒塗布ノズル２３からステンレス板６０に横方向から鉄触媒を噴霧するようにした点が異なり、他は図６の場合と同様である。また、ＣＮＴ２の製造の仕方も第４の実施形態で述べたとおりである。

第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置によれば、第４の実施形態と同様な効果が得られる。また、第５の実施形態の場合も、第４の実施形態と同様に、複数枚の円形のステンレス板を一定の間隔をおいて主軸の軸方向（Ｘ軸方向）に平行に配置して主軸により回転可能にするとともに、各ステンレス板毎に研磨ブラシ，触媒供給手段，炭素原料供給手段，加熱手段等を配置することにより、１枚のステンレス板を用いる場合に比べてよりＣＮＴの量産化が可能となる。

（第６の実施形態）
図８及び図９は、本発明の第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。ここで、図８は同製造装置の全体図、図９は同製造装置の一構成である回転軸及び掻き取り羽根の形状を拡大して示す概念図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。

図中の符番７１は、回転しないステンレス製の円筒状縦型反応容器である。この反応容器７１の内側には、ステンレス製の円筒７２が反応容器７１と同軸状に固定して配置されている。円筒７２の内側には、回転軸７３により回転する掻き取り羽根７４が設けられている。この掻き取り羽根７４は、回転軸７３に連結した駆動源としての駆動モータ７５により矢印Ｆの方向に回転し、円筒７２の内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取るように配置されている。掻き取り羽根７４は、図９に示すように「ハの字」形状になっており、鉄触媒が円筒７２の内面に効率よく接触し、ＣＮＴ２の生成を促進する。反応容器７１の上部には回転軸７３を通すための開口穴が設けられ、この開口穴部分の回転軸７３と反応容器７１間には反応容器内を外気と遮断して還元雰囲気を保持するためのリング状のシール材７６が設けられている。

次に、図８のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段を用いて例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、ヒータ４の電源を入れ、円筒７２が５００〜１０００℃のカーボンナノチューブ生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段を起動し、例えばエタノールを炭素原料供給ルズルから供給する。エタノールは、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。

並行して、触媒供給手段を起動し、鉄触媒を触媒塗布ノズルより容器７１の内側の円筒７２内に供給する。その際、十分に暖められたステンレス製の円筒７２の内表面の鉄触媒と炭化水素ガスが反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。
ＣＮＴ２が十分成長したら駆動モータ７５を矢印Ｆの方向に回転させ、円筒７２の内面に生長したＣＮＴ２を掻き取り羽根７４で掻き落とし、下部のＣＮＴ回収缶２６に回収される。なお、カーボン製造装置内で発生するガスは、ガス排気手段８で水封を介してガスが逆流しないように排気される。

第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図８に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる円筒状縦型反応容器７１と、この反応容器７１内に配置されたステンレス製の円筒７２と、この円筒７２内に配置されて円筒内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取る掻き取り羽根７４と、この掻き取り羽根７４を駆動する駆動モータ７５と、ヒータ４と、触媒供給手段と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ガス排気手段８とを備えた構成となっているので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。また、本発明によれば、反応容器７１内の不活性雰囲気化、昇温、円筒内への鉄触媒の供給、円筒７２内壁へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。更に、ＣＮＴ２の生成量が減少して生成能力が落ちた場合には、反応容器７１内の円筒７２のみを取り替えれば新たにＣＮＴ２を生成することができ、装置のメンテナンスを低コストに抑えることができる。

ところで、第６の実施形態において、前記円筒は筒状である場合について述べたが、これに限らず、例えば縦方向に２分割された断面形状が半円の半円筒部材を一体化して筒状とした円筒を用いてもよい。

（第７の実施形態）
図１０は、本発明の第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１，８と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
図１０のＣＮＴ製造装置は、図９と比べ、内部を還元雰囲気に保持しうるステンレス製の円筒８１のみを用いる点が異なり、この円筒８１の内壁にＣＮＴを生成することを特徴とする。その他の構成部材及び製造方法は、図８の場合と同様である。

第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうるステンレス製の円筒８１と、この円筒８１内に配置されて円筒内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取る掻き取り羽根７４と、この掻き取り羽根７４を駆動する駆動モータ７５と、ヒータ４と、触媒供給手段と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ガス排気手段８とを備えた構成となっているので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。また、本発明によれば、円筒８１内の不活性雰囲気化、昇温、円筒８１内への鉄触媒の供給、円筒８１内壁へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。

→（コメント：元の提案書の図１０を図９として説明することにしました。）
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ製造装置において、ＣＮＴを生成する方法について検証した試験の概略的な工程図である。図２の生成方法でＣＮＴを生成した写真の外形を描いた図である。本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。本発明の第４の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。本発明の第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。本発明の第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。図８のＣＮＴ製造装置の構成部材である回転軸と掻き取り羽根を拡大して示す概念図。本発明の第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。

符号の説明

１…反応容器、２，４７…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、３，４１…ステンレス板、４…ヒータ（加熱手段）、５…炭素原料供給手段、６…不活性ガス供給手段、７…触媒供給手段、８…ＣＮＴ掻き取り回収手段、９…磨き洗浄手段、１０…ガス排気手段、１１…駆動ローラ、１２，５２…従動ローラ、１３…耐熱材、１４…断熱材、１５…ヒータ制御手段、１６…炭化水素供給ノズル、１７…炭素原料収容タンク、１８…筐体、１９…保温材、２０…不活性ガス供給ノズル、２１…不活性ガス収容タンク、２２…塗布ローラ、２３…触媒供給ノズル、２４…触媒収容タンク、２５…ＣＮＴ掻き取り板、２６…ＣＮＴ回収缶、２７…排気ノズル、３１…研磨ブラシ、３２…洗浄液供給ノズル、３７…洗浄液供給ノズル、３９…洗浄液供給手段、４０…覗き窓、５１…駆動巻き取りローラ、５３ａ，５３ｂ…支持ローラ、６１…駆動手段、６２…スポーク、６３…主軸、６４，７５…駆動モータ、６５ａ，６５ｂ…仕切り板、６６…研磨ブラシ、６７…ＣＮＴ生成部、７１…円筒状縦型反応容器、７２，８１…円筒、７３…回転軸、７４…掻き取り羽根、７６…シール材。

Claims

内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される無端状で帯状のステンレス板と、ステンレス板を加熱する加熱手段と、ステンレス板表面に触媒粉を供給する触媒供給手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、ステンレス板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするナノカーボン製造装置。
ナノカーボンを掻き取った後のステンレス板を磨き洗浄する磨き洗浄手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載のナノカーボン製造装置。
内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される帯状のステンレス板と、ステンレス板を加熱する加熱手段と、ステンレス板表面に触媒粉を供給する触媒供給手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、ステンレス板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするナノカーボン製造装置。
内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，表面にナノカーボンが生成される円板形状のステンレス板と、このステンレス板を駆動する駆動手段と、前記ステンレス板を加熱する加熱手段と、ステンレス板表面に触媒粉を供給する触媒供給手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記ステンレス板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、ナノカーボンを掻き取った後のステンレス板を磨き洗浄する磨き洗浄手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするナノカーボン製造装置。
内部を還元雰囲気に保持しうるとともに，外気と遮断可能な円筒状縦型反応容器と、この縦型反応容器内に配置されたステンレス円筒と、このステンレス円筒の内壁に生成されるナノカーボンを掻き取る螺旋状の掻き取り羽根と、この掻き取り羽根を駆動する駆動源と、前記ステンレス円筒を加熱する加熱手段と、ステンレス円筒内に触媒粉を供給する触媒供給手段と、縦型反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、縦型反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、ステンレス円筒に生成されたナノカーボンを回収する回収手段と、縦型反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするナノカーボン製造装置。
前記掻き取り羽根は、主軸を中心に下部方向に末広がりのハの字形状に取り付けられていることを特徴とする請求項５記載のナノカーボン製造装置。
粉触媒が鉄粉であり、炭化水素がエタノール(バイオエタノールを含む)であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか一記載のナノカーボン製造装置。