JP2011174097A - 熱ｃｖｄ法および熱ｃｖｄ装置並びにカーボンナノチューブの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性基板が絶縁部材で覆われている場合においても、適切に導電性基板を加熱できる熱ＣＶＤ法及び熱ＣＶＤ装置並びにカーボンナノチューブの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】炭素原料ガスＧが導入される加熱室１３内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材Ｚが設けられた導電性基板Ｋを加熱して熱化学気相成長法により導電性基板Ｋにカーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブの製造方法であって、所定間隔を有して配置された一対の電極２２を絶縁部材Ｚの表面に接触又は隙間を有して対向させると共に、各電極２２と、其に対応する導電性基板Ｋと、絶縁部材Ｚ又は絶縁部材Ｚ及び隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びに両キャパシタ同士間の導電性基板Ｋにより形成される抵抗により構成される電気回路の両電極２２間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板Ｋを加熱するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱ＣＶＤ法および熱ＣＶＤ装置並びにカーボンナノチューブの製造方法および製造装置に関するものである。

従来、カーボンナノチューブを形成する装置としては、炭化水素を分解してカーボンナノチューブを生成する化学的気相成長装置、所謂、熱ＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この熱ＣＶＤ装置においては、基板が設置されている反応管の内部に、メタンやアセチレンなどの原料ガスを導入し、そして加熱された基板上で原料ガスを分解させて、カーボンナノチューブを基板上で成長させていた。

さらに、カーボンナノチューブの生成用に基板を加熱する方法として、基板に導電性があるものを採用し、この導電性基板に通電することが知られている（例えば、特許文献２）。

具体的には、図５に示すカーボンナノチューブ製造装置を用いており、この製造装置は、上流側からロードロック室５１、触媒蒸着室５２、カーボンナノチューブ成長室５３が具備されており、それぞれの室には真空ポンプＰが設けられるとともに、カーボンナノチューブ成長室５３には原料ガス供給管５５が配され、それぞれの室の区画壁には、導電性基板Ｋを運ぶ出入口５４が形成されている。

また、カーボンナノチューブ成長室５３において、ローラコンベヤ５６により搬入された導電性基板Ｋを直流電源で加熱するための一対の給電電極５７が設けられており、この給電電極５７の一方を導電性基板Ｋの上流端（または下流端）付近の上面に接触させるとともに、他方を導電性基板Ｋの下流端（または上流端）付近の上面に接触させて、導電性基板Ｋを通電により加熱する。そして、触媒蒸着室５２で蒸着した触媒粒子を種結晶として、加熱された導電性基板Ｋ上にカーボンナノチューブが生成し、ブラシ状に成長する。

特開２００６−６２９２４号公報 特許第３９８５０２９号公報

ところで、上記のカーボンナノチューブの製造装置であれば、直流電源を用いるため、給電電極を導電性基板に直接接触させないと通電できず、導電性基板が絶縁部材で覆われている場合には加熱できなかった。

そこで、本発明は、導電性基板が絶縁部材で覆われている場合においても、適切に導電性基板を加熱できる熱ＣＶＤ法および熱ＣＶＤ装置並びにカーボンナノチューブの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る熱ＣＶＤ法は、蒸着容器内に配置された導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる際に、
所定間隔を有して配置された一対の電極を上記導電性基板の表面に隙間を有して対向させるとともに、
上記各電極とそれに対応する導電性基板と上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、およびこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱するものである。

また、請求項２に係る熱ＣＶＤ法は、蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる際に、
所定間隔を有して配置された一対の電極を上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向させるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びにこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱するものである。

また、請求項３に係る熱ＣＶＤ装置は、蒸着容器内に配置された導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる熱ＣＶＤ装置であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極が上記導電性基板の表面に隙間を有して対向されるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したものである。

また、請求項４に係る熱ＣＶＤ装置は、蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる熱ＣＶＤ装置であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極が上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向されるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したものである。

一方、請求項５に係るカーボンナノチューブの製造方法は、炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板にカーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブの製造方法であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極を上記導電性基板の表面に隙間を有して対向させるとともに、
上記各電極とそれに対応する導電性基板と上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びにこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱するものである。

また、請求項６に係るカーボンナノチューブの製造方法は、炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板にカーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブの製造方法であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極を上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向させるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びにこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱するものである。

また、請求項７に係るカーボンナノチューブの製造装置は、炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板にカーボンナノチューブを熱化学気相成長法により形成するための製造装置であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極が上記導電性基板の表面に隙間を有して対向されるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したものである。

また、請求項８に係るカーボンナノチューブの製造装置は、炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板にカーボンナノチューブを熱化学気相成長法により形成するための製造装置であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極が上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向されるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したものである。

上記熱ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ装置、並びにカーボンナノチューブの製造方法および製造装置によると、導電性基板により形成される抵抗とキャパシタとにより電気回路が形成されるため、この電気回路の両電極を導電性基板に直接接触させることなく、通電導電性基板を交流電圧で通電し加熱することができる。このため、導電性基板が絶縁部材で覆われている場合でも、適切に導電性基板を加熱することができる。

本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブの製造装置の概略構成を示す模式的斜視図である。 同製造装置における加熱室の概略構成を示す要部断面図である。 同製造装置における加熱室の概略構成を示す要部斜視図である。 同製造装置における通電加熱装置を複数設けた例を示す要部拡大斜視図である。 従来例におけるカーボンナノチューブの製造装置を概略的に示す垂直断面図である。

以下、本発明の実施例１に係る、カーボンナノチューブの製造方法および製造装置を、図面に基づき説明する。
本実施例において、カーボンナノチューブの形成に用いられる基板には、導電性を有するもの、例えばステンレス製の薄鋼板、すなわちステンレス鋼板（薄板材の一例であり、例えば２０〜３００μｍ程度の厚さのもので、ステンレス箔ということもできる）が用いられる。しかも、このステンレス鋼板としては、連続的にカーボンナノチューブを形成していくために、所定幅で長いもの、つまり帯状のものが用いられる。したがって、このステンレス鋼板は巻取ロールに巻き取られており、カーボンナノチューブの形成に際しては、この巻取ロールから引き出されて連続的にカーボンナノチューブが形成されるとともに、このカーボンナノチューブが形成されたステンレス鋼板は、やはり、巻取ロールに巻き取るようにされている。すなわち、一方の巻取ロール（以下、巻出ロールと称す）からステンレス鋼板を引き出し、この引き出されたステンレス鋼板の表面にカーボンナノチューブを形成した後、このカーボンナノチューブが形成されたステンレス鋼板を他方の巻取ロール（以下、巻取ロールと称す）に巻き取るようにされている。また、このステンレス鋼板、すなわち導電性基板には、上下面にそれぞれ絶縁部材、例えば石英（ＳｉＯ_２）などの誘電体が薄膜状に設けられる。なお、導電性基板上に直接カーボンナノチューブを形成することは困難であるので、絶縁部材は、少なくともカーボンナノチューブを形成する面に設けられる必要がある。実際には、導電性基板の加熱による熱膨張を起因とするひずみ・撓み等の変形を防止するためにも、本実施例のように、導電性基板の上下面に同じ材質の絶縁部材が設けられる。

以下、上述した帯状のステンレス鋼板（導電性基板）の表面（下面）に、カーボンナノチューブを形成するための製造装置について説明する。
この製造装置には、図１に示すように、炉本体２内にカーボンナノチューブを形成するための細長い処理用空間部が設けられて成る加熱炉１が具備されており、この炉本体２内に設けられた処理用空間部は、所定間隔おきに配置された区画壁３により、複数の、例えば５つの部屋に区画されて（仕切られて）いる。

すなわち、この炉本体２内には、ステンレス鋼板つまり導電性基板Ｋが巻き取られた巻出ロール１６が配置される基板供給室１１と、この巻出ロール１６から引き出された導電性基板Ｋを導きその表面に前処理を施すための前処理室１２と、この前処理室１２で前処理が施された導電性基板Ｋを導きその表面にカーボンナノチューブを形成するための加熱室１３と、この加熱室１３でカーボンナノチューブが形成された導電性基板Ｋを導き後処理を施すための後処理室１４と、この後処理室１４で後処理が施された導電性基板Ｋを巻き取るための巻取ロール１７が配置された基板回収室（製品回収室ということもできる）１５とが具備されている。なお、上記各巻取ロールの回転軸心は水平方向にされており、したがって加熱室１３内に引き込まれる（案内される）導電性基板Ｋは水平面内を移動するとともに、導電性基板Ｋの表面（具体的には、導電性基板Ｋ下面に設けられた絶縁部材Ｚの下面）にカーボンナノチューブが形成するようにされている。

上記前処理室１２では、導電性基板Ｋの下面の絶縁部材Ｚの表面、特にカーボンナノチューブ形成面の洗浄、絶縁体膜の塗布、カーボンナノチューブ形成用の触媒微粒子、具体的には鉄の微粒子の塗布が行われる。洗浄については、アルカリ洗浄、ＵＶオゾン洗浄が用いられる。また、絶縁体膜の塗布方法としては、ロールコータ、ＬＰＤ（絶縁体膜のみ）が用いられる。触媒微粒子の塗布方法としては、スパッタ、真空蒸着、ロールコータなどが用いられる。

また、後処理室１４では、導電性基板Ｋの冷却と、導電性基板Ｋの下面の絶縁部材Ｚの表面に形成されたカーボンナノチューブの検査とが行われる。
そして、基板回収室１５では、導電性基板Ｋの上面（具体的には、導電性基板Ｋ上面に設けられた絶縁部材Ｚの上面）に保護フィルムが貼り付けられ、この保護フィルムが貼り付けられたステンレス鋼板である導電性基板Ｋが巻取ロール１７に巻き取られる。なお、導電性基板Ｋの上面に保護フィルムを貼り付けるようにしているのは、導電性基板Ｋを巻き取った際に、その外側に巻き取られる絶縁部材Ｚに形成されたカーボンナノチューブを保護するためである。

上述したように、処理空間部には、区画壁３により５つの部屋が形成されており、当然ながら、各区画室には、導電性基板Ｋを通過させ得る連通用開口部（スリットともいう）３ａがそれぞれ形成されている。

ところで、上記加熱室１３においては、内部は所定の真空度（負圧状態）に維持されるとともに、カーボンナノチューブの生成用ガスつまり炭素原料ガス（例えば、アセチレンガスが用いられる）Ｇが供給されており、またこの炭素原料ガスＧが隣接する部屋に漏れないように考慮されている。例えば、加熱室１３においては、ヘリウムガスなどの不活性ガスＮと一緒に炭素原料ガスＧが下方から供給されるとともに上方から排出されて（引き抜かれて）いる。なお、この加熱室１３以外の部屋、すなわち基板供給室１１、前処理室１２、後処理室１４および製品回収室についても、ヘリウムガスなどの不活性ガスＮが下方から供給されるとともに上方から排出されて（引き抜かれて）、大気が入り込まないようにされている。

ここで、加熱室（蒸着容器）１３について説明する。
図２および図３に示すように、加熱室１３の底壁部２ａの中心位置には、炭素原料ガスＧを供給するガス供給口５が形成されるとともに、加熱室１３の上壁部２ｂには、ガスを排出するガス排出口（例えば、排出管である）６が長手方向（導電性基板Ｋの長手方向である）において所定間隔おきで複数個形成されている。なお、上述した底壁部２ａおよび上壁部２ｂには断熱材４が含まれている。また、上壁部２ｂの下方で且つ炉本体２の内側には、各ガス排出口６からのガスを導き一つのガス抜出口７から排出するためのガス集合室８が形成されている。さらに、図示しないが、加熱炉１には、加熱室１３内の空気を排気して所定の減圧下にするための排気装置（真空装置でもある）が接続されている。

そして、上記加熱炉１の加熱室１３内の中間部分には、カーボンナノチューブを成長させる、すなわち形成させるための導電性基板Ｋが配置され、その上方位置には、当該導電性基板Ｋを通電により加熱するための通電加熱装置２１が設けられている。この通電加熱装置２１は、導電性基板Ｋの表面側（具体的には、導電性基板Ｋ上面に設けられた絶縁部材Ｚの上面側）に所定間隔を有して配置された一対の電極２２と、これら両電極２２間に電気配線２９を介して交流電圧を印加する交流電源２７と、この交流電源２７と直列に配置されたコイル２８とから構成される。ここで、上記電極２２は、導電性基板Ｋ上面の絶縁部材Ｚに接触または隙間を有して対向させ得る蓄電板２４と、この蓄電板２４の導電性基板Ｋとは反対側の面（上面）に取り付けられる通電板２５とから構成されている。また、通電板２５は、この電極２２を昇降させ得る棒状の電極位置調整具（図示しない）の下端に取り付けられている。この電極位置調整具は、上壁部２ｂから鉛直下方に設けられるとともに上記電気配線２９を内部に通し、棒状で伸縮自在な調整具である。そして、当該電極位置調整具の伸縮（例えば、内蔵された電動シリンダにより行われる）により、電極２２を昇降させて当該電極２２を上記絶縁部材Ｚに接触または離間させることができる。なお、この電極位置調整具は、水平方向へ自在に動かし得るように上壁部２ｂに設けられているので、絶縁部材Ｚの任意の位置に電極２２を接触または隙間を有して対向させることができる。ここで、上記各蓄電板２４を導電性基板Ｋの上面の絶縁部材Ｚに接触または隙間を有して対向させると、当該各蓄電板２４とそれに対応する導電性基板Ｋとこれらの間に位置する絶縁部材Ｚまたは絶縁部材Ｚおよび隙間とにより一対のキャパシタが構成される。

以上より、上記一対のキャパシタ、上記両電極２２が対向する導電性基板Ｋの部分により形成される抵抗、電気配線２９およびコイル２８により電気回路（図１〜図３では、具体的な実施態様ではなく、模式的に回路図で示す）が構成され、言い換えれば、通電加熱装置２１、導電性基板Ｋ並びに絶縁部材Ｚまたは絶縁部材Ｚおよび隙間により電気回路が構成される。なお、この電気回路には、必ずしも上述のコイル２８が具備される必要はないが、具備されていれば、キャパシタおよびコイル２８により所定の周波数で共振が発生する共振回路を構成する。

このように電気回路が構成されるので、導電性基板Ｋに両電極２２を直接接触させなくても、通電することができる。また、上述の通り共振を発生させれば、電流の流れがよくなるとともに、加熱される部分で電流と電圧の位相が一致し、導電性基板Ｋにより形成される抵抗に効率よくジュール熱が発生する。ここで、上記共振周波数ｆは下記（１）式にて表される。

ｆ＝１／｛２π√（Ｌ×Ｃ）｝・・・（１）
但し、（１）式中、Ｌはコイル２８のインダクタンス、Ｃは上記電気回路におけるキャパシタの容量である。なお、このキャパシタは、１つの電極２２によるキャパシタ（容量：Ｃｐ）が、２つ直列に接続されたものであるから、当該キャパシタの容量Ｃは下記（２）式にて表される。

Ｃ＝Ｃｐ／２＝｛ｋ×ε×Ａ／（ｄ１＋ｄ２）｝／２・・・（２）
但し、ｋは比例定数、εは絶縁部材Ｚである石英（ＳｉＯ_２）の誘電率、Ａは電極２２（蓄電板２４）の下面の面積、ｄ１は絶縁部材Ｚの膜厚、ｄ２は電極２２（蓄電板２４）と絶縁部材Ｚとの距離である。

一方、上記加熱室１３の底壁部２ａと導電性基板Ｋとの間には、炭素原料ガスＧを当該導電性基板Ｋに導くための側面視がホッパー形状（逆台形状）のガス案内用ダクト体２３が設けられている。

さらに、上記導電性基板Ｋの直ぐ下面には、圧力制御が可能な小さい穴が多数形成された整流板２６が配置されており、この整流板２６としては、例えば直径が５〜２０ｍｍ程度の穴が多数形成されたパンチングメタルが用いられている。

また、有機ガスの影響を無くすために、加熱炉１における導電性基板Ｋ以外の構成材料、例えば断熱材４は、石英（ＳｉＯ_２）、二酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などの無機材料で構成されている。

ところで、上記加熱炉１において、カーボンナノチューブの生成時には、加熱室１３内が所定圧力に減圧される。この減圧値としては、数Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲に維持される。例えば、数十Ｐａ〜数百Ｐａに維持される。なお、減圧範囲の下限である数Ｐａは、カーボンナノチューブの形成レート（成膜レートである）を保つための限界値であり、上限である１０００Ｐａはカーボンナノチューブの品質を保つという面での限界値である。

ここで、前処理室１２での工程について説明する。
この前処理室１２内では、導電性基板Ｋが洗浄された後、シリカ、アルミニウムなどの絶縁体膜が塗布され、さらにこの導電性基板Ｋの下面の絶縁部材Ｚの表面に、金属例えば鉄（Ｆｅ）の触媒微粒子が塗布される。勿論、図示しないが、この前処理室１２内には、導電性基板Ｋの洗浄手段、絶縁体膜の塗布手段、および金属例えば鉄（Ｆｅ）の触媒微粒子の塗布手段が設けられている。

ところで、導電性基板Ｋとして、厚さが２０〜３００μｍ以下に圧延加工されてコイル状に巻き取られた薄いステンレス鋼板（ステンレス箔でもある）が用いられており、このような導電性基板Ｋには、コイル状の巻き方向に引張りの残留応力が存在するため、触媒の微粒化およびカーボンナノチューブの形成時に、残留応力の開放により、導電性基板Ｋに反りが発生する。このような反りの発生を防止するため、例えば、巻出ロール１６および巻取ロール１７のトルク制御により、巻き方向で張力を付加し、導電性基板Ｋを引っ張っている。

また、加熱室１３以外の他の処理室、すなわち基板供給室１１、前処理室１２、後処理室１４および製品回収室については詳しくは説明しなかったが、これら各室についても減圧状態にされるとともに、加熱室１３に空気などのカーボンナノチューブの形成に悪影響を及ぼすガスが流入するのを防止するために、図１に示すように、それぞれの底壁部２ａにはヘリウムガスなどの不活性ガスＮを供給するためのガス供給口５’が設けられるとともに、上壁部２ｂには、ガス放出口（ガス排出口６’でもある）が設けられている。

なお、図１はカーボンナノチューブの製造装置の概略構成を示し、その内部が分かるように、手前側の側壁部および断熱材４については省略している。
次に、カーボンナノチューブの製造方法、すなわち、上記製造装置を用いた方法について説明する。まず、巻出ロール１６から導電性基板Ｋを引き出し、前処理室１２、加熱室１３および後処理室１４における各区画室の連通用開口部３ａを挿通させ、その先端を巻取ロール１７に巻き取らせる。このとき、導電性基板Ｋには張力が付与されて真っ直ぐな水平面となるようにされている。

そして、前処理室１２内では絶縁部材Ｚの表面の洗浄が行われた後、絶縁体膜が下面全体に亘って塗布され、この絶縁体膜の表面に鉄の微粒子が塗布（付着）される。なお、この触媒微粒子の塗布範囲については、少なくとも、カーボンナノチューブの形成面であればよい。

この前処理が済むと、導電性基板Ｋは所定長さ分だけ、つまりカーボンナノチューブが形成される長さ分だけ、巻取ロール１７により巻き取られる。したがって、前処理室１２で前処理が行われた部分が、順次、加熱室１３内の整流板２６上に移動される。

この加熱室１３では、排気装置（図示せず）により、所定の減圧下に、例えば数Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲に、具体的には、上述したように数十Ｐａ〜数百Ｐａに維持される。
そして、絶縁部材Ｚ上で電極２２を接触または隙間を有して対向させたい位置まで両電極位置調整具を移動させ、これら両電極位置調整具を伸展させる。すなわち、水平面上の任意の位置に両電極２２を移動させ、これら両電極２２を下降させて絶縁部材Ｚに接触または隙間を有して対向させる。その後、交流電源２７により当該両電極２２間に印加するが、交流電圧の周波数は、上記式（１）で予め算出した共振周波数またはその近傍に調整されているので、共振または共振に近い現象が発生し、電気回路内の電流の流れがよくなる。そして、導電性基板Ｋにより形成される抵抗に発生するジュール熱で、導電性基板Ｋを例えば７００〜８００℃の範囲で加熱する。

上記温度になると、ガス供給口５より炭素原料ガスＧとしてアセチレンガス（Ｃ_２Ｈ_２）を供給して所定の反応を行わせることにより、導電性基板Ｋにおける触媒微粒子にカーボンナノチューブを形成させる。

ここで、上記電気回路にコイル２８が具備されていない、または上記交流電圧の周波数が共振周波数近傍でない場合でも、少なくとも一対の上記キャパシタおよび交流電源２７から電気回路が構成されるので、導電性基板Ｋに両電極２２を直接接触させなくても、当該導電性基板Ｋを通電により加熱することができる。さらに、共振または共振に近い現象を発生させれば、電気回路内の電流の流れがよくなり、また加熱される部分で電圧と電流の位相が一致するので、当該電気回路内の抵抗を形成する導電性基板Ｋを効率よくジュール熱により加熱することができる。また、電極２２を任意の位置に配置することができるため、最も加熱効率のよい位置に両電極２２を配置することで、さらに効率よくジュール熱により導電性基板Ｋを加熱することができるとともに、局所的に加熱することができる。

そして、所定時間が経過して所定高さのカーボンナノチューブが得られると、それぞれの電極位置調整具を収縮させることにより、両電極２２を上昇させて導電性基板Ｋ上の絶縁部材Ｚの表面から十分に離間させるか、交流電源２７をオフにすることで、導電性基板Ｋの加熱を中止する。その後、同じく、このカーボンナノチューブが形成された導電性基板Ｋが所定長さだけ移動されて、後処理室１４内に移動される。

この後処理室１４内では、導電性基板Ｋの冷却と検査とが行われる。
この後処理が済むと、導電性基板Ｋは製品回収室内に移動されて、その絶縁部材Ｚの上面に保護フィルムが貼り付けられるとともに、巻取ロール１７に巻き取られる。すなわち、カーボンナノチューブが形成された導電性基板Ｋが製品として回収されることになる。なお、カーボンナノチューブが形成された導電性基板Ｋが全て巻取ロール１７に巻き取られると、外部に取り出されることになる。

上記カーボンナノチューブの製造装置の構成によると、導電性基板Ｋを加熱室１３内に導くとともに炭素原料ガスＧを導入してその表面にカーボンナノチューブを形成する際に、巻出ロール１６に巻き取られた導電性基板Ｋを巻取ロール１７に巻き取るようにするとともに、その途中の導電性基板Ｋの下面の絶縁部材Ｚの表面にカーボンナノチューブを形成するようにしたので、所定長さ毎ではあるが連続的に、導電性基板Ｋにカーボンナノチューブを形成することができる。また、絶縁部材Ｚと両電極２２の間に隙間を有している、すなわち、絶縁部材Ｚに両電極２２を接触させていなければ、当該両電極２２を動かさずに、連続的にカーボンナノチューブを形成することができる。したがって、完全なバッチ式にカーボンナノチューブを形成する場合に比べて、効率良くカーボンナノチューブを形成することができる。

ところで、上記実施例１においては、導電性基板Ｋの上下面に絶縁部材Ｚを設けたが、上面に絶縁部材Ｚを設けなくてもよい。この場合、導電性基板Ｋの上面に両電極２２を直接接触させず、隙間を有して対向させることにより通電する。なお、この場合におけるキャパシタの容量Ｃは下記（３）式にて表される。

Ｃ＝Ｃｐ／２＝（ｋ×Ａ／ｄ）／２・・・（３）
但し、ｄは電極２２（蓄電板２４）と導電性基板Ｋとの距離である。
また、上記実施例１においては、導電性基板Ｋの上方位置に通電加熱装置２１を設けたものとして説明したが、替わりに下方位置に設けた構成であってもよい。なおこの場合、前処理室１２では絶縁部材Ｚにおける当該両電極２２の接触または対向箇所を避けて触媒微粒子の塗布を行う。さらに、電極位置調整具を上壁部２ｂではなく底壁部２ａに設け、両電極２２を当該電極位置調整具の伸展により上昇させ、当該絶縁部材Ｚに接触または隙間を有して対向させてキャパシタを構成するものとする。

さらに、上記実施例１においては、底壁部２ａ、上壁部２ｂおよび側壁部に断熱材４が含まれるものとしたが、導電性基板Ｋを選択的且つ局所的に加熱するようにしたので、加熱室１３内の温度上昇を抑えることができ、断熱材４を不要にし得る。

また、上記実施例１においては、通電加熱装置２１を１基のみ設けた例として説明したが、図４に示すように、複数設けてもよい。これにより、所望の形状で且つ複数部分に、カーボンナノチューブを同時に形成することができる。

さらに、上記実施例１においては、加熱室１３の内部を所定の真空度（負圧状態）にするとして説明したが、これに限定されるものではなく、標準大気圧以上にしてもよい。
一方、上記実施例１においては、カーボンナノチューブの製造装置および製造方法について説明したが、加熱室１３内に供給されるガスとして、炭素原料ガスＧの代わりに蒸着材料を蒸発させたガスを用い、蒸着膜を製造する熱ＣＶＤ装置およびその装置を用いた熱ＣＶＤ法とすることもできる。

この熱ＣＶＤ装置および熱ＣＶＤ法の構成を簡単に説明すると、以下の通りである。
すなわち、熱ＣＶＤ装置は、
蒸着容器内に配置された導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる熱ＣＶＤ装置であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極が上記導電性基板の表面に隙間を有して対向されるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したものである。

また、他の例として、熱ＣＶＤ装置は、
蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる熱ＣＶＤ装置であって、
所定間隔を有して配置された一対の電極が上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向されるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したものである。

一方、熱ＣＶＤ法は、
蒸着容器内に配置された導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる際に、
所定間隔を有して配置された一対の電極を上記導電性基板の表面に隙間を有して対向させるとともに、
上記各電極とそれに対応する導電性基板と上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、およびこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱するものである。

また、他の例として、熱ＣＶＤ法は、
蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる際に、
所定間隔を有して配置された一対の電極を上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向させるとともに、
上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びにこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱するものである。

Ｋ 導電性基板
Ｚ 絶縁部材
Ｇ 炭素原料ガス
Ｎ 不活性ガス
１ 加熱炉
２ｂ 上壁部
３ａ 連通用開口部
１１ 基板供給室
１２ 前処理室
１３ 加熱室
１４ 後処理室
１５ 基板回収室
１６ 巻出ロール
１７ 巻取ロール
２１ 通電加熱装置
２２ 電極
２７ 交流電源
２８ コイル
２９ 電気配線

Claims (8)

1. 蒸着容器内に配置された導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる際に、
   所定間隔を有して配置された一対の電極を上記導電性基板の表面に隙間を有して対向させるとともに、
   上記各電極とそれに対応する導電性基板と上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、およびこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱することを特徴とする熱ＣＶＤ法。
2. 蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる際に、
   所定間隔を有して配置された一対の電極を上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向させるとともに、
   上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びにこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱することを特徴とする熱ＣＶＤ法。
3. 蒸着容器内に配置された導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる熱ＣＶＤ装置であって、
   所定間隔を有して配置された一対の電極が上記導電性基板の表面に隙間を有して対向されるとともに、
   上記各電極と、それに対応する導電性基板と、上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
   上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
   且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したことを特徴とする熱ＣＶＤ装置。
4. 蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板に膜を成長させる熱ＣＶＤ装置であって、
   所定間隔を有して配置された一対の電極が上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向されるとともに、
   上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
   上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
   且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したことを特徴とする熱ＣＶＤ装置。
5. 炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板にカーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブの製造方法であって、
   所定間隔を有して配置された一対の電極を上記導電性基板の表面に隙間を有して対向させるとともに、
   上記各電極とそれに対応する導電性基板と上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びにこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱することを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。
6. 炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板を加熱して熱化学気相成長法により当該導電性基板にカーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブの製造方法であって、
   所定間隔を有して配置された一対の電極を上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向させるとともに、
   上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより構成される一対のキャパシタ、並びにこれら両キャパシタ同士間の導電性基板により形成される抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加することにより、局所的に導電性基板を加熱することを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。
7. 炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板にカーボンナノチューブを熱化学気相成長法により形成するための製造装置であって、
   所定間隔を有して配置された一対の電極が上記導電性基板の表面に隙間を有して対向されるとともに、
   上記各電極と、それに対応する導電性基板と、上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
   上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
   且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したことを特徴とするカーボンナノチューブの製造装置。
8. 炭素原料が導入される蒸着容器内に配置され且つ少なくとも一方の表面に絶縁部材が設けられた導電性基板にカーボンナノチューブを熱化学気相成長法により形成するための製造装置であって、
   所定間隔を有して配置された一対の電極が上記絶縁部材の表面に接触または隙間を有して対向されるとともに、
   上記各電極と、それに対応する導電性基板と、絶縁部材または絶縁部材および上記隙間とにより一対のキャパシタが構成され、
   上記両キャパシタをそれぞれ構成する導電性基板の部分により抵抗が形成され、
   且つ上記一対のキャパシタ、上記抵抗により構成される電気回路の両電極間に交流電圧を印加するように構成したことを特徴とするカーボンナノチューブの製造装置。
   
   

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