JP2014084245A

JP2014084245A - カーボンナノチューブの切断方法および切断装置

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Publication number: JP2014084245A
Application number: JP2012233339A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Inoue; 鉄也井上; Tomoya Yamashita; 智也山下
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】基板の表面に且つ層状に形成されたカーボンナノチューブの長さを全面に亘って均一にし得るカーボンナノチューブの切断方法を提供する。
【解決手段】所定方向に移動され且つ垂直配向性のカーボンナノチューブ層Ｃが形成された基板Ｋの移動経路Ｒの途中に設けられた円筒状の案内ローラ３５により、当該基板Ｋの移動方向を９０度を超える角度でもって屈曲させるとともに、このカーボンナノチューブ層Ｃの屈曲部Ｍに案内ローラ３５の軸心と直交する方向でレーザ光Ｌを照射させて、カーボンナノチューブ層Ｃの外側先端部を基板Ｋの移動方向と直交する幅方向に沿ってレーザ切断する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブの切断方法および切断装置に関するものである。

垂直配向性のカーボンナノチューブを基板の表面に連続的に形成する装置としては、ロール・トゥ・ロール方式のものがある。
この方式のものは、炉本体内に、例えば前処理室、反応室（加熱室、ＣＶＤ室ともいう）、後処理室などが順番に配置されたものである。例えば、前処理室では基板の表面に鉄などの触媒が付着され、反応室ではアセチレンガスなどの原料ガスが供給されて基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層が形成され、後処理室では冷却などが行われる（例えば、特許文献１参照）。

ところで、基板の表面に且つ所定幅でもって形成されたカーボンナノチューブ層については、厚さつまりカーボンナノチューブの長さを揃える必要があり、例えばレーザ光を用いることが考えられる。

通常、レーザ光を用いて、カーボンナノチューブの長さを揃える場合、カーボンナノチューブ層の一側方から他側方に向かってレーザ光が照射される（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−１４８６５９号公報特開２００４−１０６１６８号公報

しかし、レーザ光を一側方から他側方に向かって、つまりカーボンナノチューブ層を横切るようにレーザ光を照射すると、どうしても、レーザ光が一端側から他端側に向かって拡がり、幅方向においてカーボンナノチューブの長さが均一にならないという問題が生じる。

そこで、本発明は、基板の表面に且つ層状に形成されたカーボンナノチューブの長さを全面に亘って均一にし得るカーボンナノチューブの切断方法および切断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に係るカーボンナノチューブの切断方法は、所定方向に移動され且つ垂直配向性のカーボンナノチューブ層が形成された基板の移動経路の途中に設けられた円筒状の案内回転体により、当該基板の移動方向を９０度を超える角度でもって屈曲させるとともに、当該カーボンナノチューブ層の屈曲部に上記案内回転体の軸心と直交する方向でレーザ光を照射させて、カーボンナノチューブ層の外側先端部を当該基板の移動方向と直交する幅方向に沿ってレーザ切断する方法である。

また、請求項２に係るカーボンナノチューブの切断方法は、請求項１に記載の切断方法の屈曲部におけるレーザ光の照射側とは反対側に配置されたレーザ光遮蔽手段によりカーボンナノチューブ層の外側先端部を通過したレーザ光を遮蔽するとともに、レーザ切断により発生したカーボンナノチューブの切断滓を切断滓吸引手段により吸引する方法である。

また、本発明の請求項３に係るカーボンナノチューブの切断装置は、所定方向に移動され且つ垂直配向性のカーボンナノチューブ層が形成された基板の移動方向を９０度を超える角度でもって屈曲させる案内回転体と、この案内回転体により屈曲されるカーボンナノチューブ層の外側先端部に上記案内回転体の軸心と直交する方向でレーザ光を照射させて基板の移動方向と直交する幅方向に沿ってレーザ切断するレーザ光照射手段とを具備したものである。

また、請求項４に係るカーボンナノチューブの切断装置は、請求項３に係る切断装置の屈曲部におけるレーザ光の照射側とは反対側に、カーボンナノチューブ層の外側先端部を通過したレーザ光を遮蔽するレーザ光遮蔽手段を配置するとともにカーボンナノチューブの切断滓を吸引する切断滓吸引手段を配置したものである。

さらに、請求項５に係るカーボンナノチューブの切断装置は、請求項３または４に記載の切断装置の屈曲部の上手側にカーボンナノチューブ層の厚さを計測する厚さ計測器を設けるとともに、この厚さ計測器による計測厚さをレーザ光照射手段に設けられたレーザ光の照射位置制御部に入力させるようにしたものである。

上記カーボンナノチューブの切断方法および切断装置によると、基板の移動経路の途中に、カーボンナノチューブ層を屈曲させる案内回転体を設けるとともに、その屈曲部におけるカーボンナノチューブ層の外側先端部に案内回転体の回転軸心と直交する方向でレーザ光を照射させて、その全幅に亘って、カーボンナノチューブを所定長さに切断するようにしたので、従来のように、カーボンナノチューブ層の真上からレーザ光を照射する場合、または基板の幅方向の一方からレーザ光を照射する場合に比べて、カーボンナノチューブの長さが不揃いになるのを防止することができる。特に、連続的に、カーボンナノチューブの長さをコントロールすることができるので、製造の高速化を図ることができ、延いては、製造コストの低減化を図ることができる。

本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブの切断装置を含む製造装置の概略断面図である。同実施例１に係るカーボンナノチューブの切断方法を含む製造方法を説明する要部拡大斜視図である。本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブの製造装置の概略断面図である。

以下、本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブの切断方法および切断装置について説明する。
なお、本実施例１（実施例２も同様である）では、カーボンナノチューブの切断方法および切断装置を含むカーボンナノチューブの製造方法および製造装置について説明する。

まず、カーボンナノチューブの製造装置について説明する。
このカーボンナノチューブの製造装置は、帯状の基板を、順次、反応室内に移動させて、当該基板の上面に連続的に多数の垂直配向性のカーボンナノチューブ（カーボンナノチューブ群）を層状に、つまりカーボンナノチューブ層をＣＶＤ法［化学気相成長法、より正確には、熱化学気相成長法（熱ＣＶＤ法）］を用いて形成するものである。

本実施例１においては、カーボンナノチューブ層を形成する帯状の基板として、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、例えば箔材の場合は２０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、ステンレス箔ということもできる。また、板材である場合には、３００μｍ〜数ｍｍ程度の厚さのものが用いられる。）を用いるようにしたもので、しかも、このステンレス鋼板としては、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ロールに巻き付けられており、カーボンナノチューブ層の形成に際しては、この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層が形成されるとともに、このカーボンナノチューブ層が形成されたステンレス鋼板は、やはり、ロールに巻き取るようにされている。すなわち、一方の巻出しロール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層を形成（生成）した後、このカーボンナノチューブ層が形成されたステンレス鋼板を他方の巻取りロールに巻き取るようにされている。

以下、上述した帯状のステンレス鋼板（以下、主として、基板と称す）の表面に、ＣＶＤ法を用いてカーボンナノチューブ層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層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６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、前処理が施されたステンレス鋼板つまり基板Ｋが巻き取られた巻出しロール５が配置される基板供給室１１と、この巻出しロール５から引き出された（以下、基板Ｋの引き出し方向を前後方向という）基板Ｋを導きその表面に予め形成された金属粒子などの触媒を微粒化する触媒微粒化室１４と、この触媒微粒化室１４で触媒が微粒化されてなる基板Ｋを導きその表面にカーボンナノチューブを層状に形成するための反応室１５と、この反応室１５で層状にカーボンナノチューブが形成された基板Ｋを導きその長さすなわちカーボンナノチューブ層の厚さをレーザ光を用いて所定値に切断する（揃える）ための切断装置１９が具備された切断室（厚さ制御室ともいえる）１６と、この切断室１６でカーボンナノチューブ層の厚さが所定値にされた基板Ｋを導いてその厚さを計測するとともに冷却などの処理を行うための後処理室１７と、この後処理室１７で後処理が施された基板Ｋを巻き取るための巻取りロール６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）１８とが具備されている。なお、上記各ロール５，６の回転軸心は水平方向にされており、したがって反応室１５内に引き込まれる（案内される）基板Ｋは水平面内を移動するとともに、その上面（表面）に多数（複数）の垂直配向性のカーボンナノチューブが、すなわちカーボンナノチューブ層Ｃが形成される。勿論、上記各ロール５，６は電動機（図示せず）により回転される。

上記巻出しロール５により巻き取られている基板Ｋは前処理が施されるとともに、その表面に鉄粒子などの触媒が塗布されたものである。なお、前処理として、基板Ｋの表面に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などの保護膜（金属酸化膜）が形成される。

また、触媒としては、鉄、コバルト、ニッケルなどがあるが、ここでは鉄が用いられ、上記触媒微粒化室１４にて微粒化が行われる。
すなわち、触媒微粒化室１４には触媒の微粒化を行う触媒微粒化手段２１が設けられている。

この触媒微粒化手段２１は、触媒微粒化室１４内の基板Ｋの移動経路Ｒの下方に配置されて当該基板Ｋを加熱するための複数の棒状発熱体２２ａおよびその発熱用電源（図示せず）からなる加熱手段２２と、触媒微粒化室１３内の基板Ｋの移動経路Ｒの上方に配置されて当該基板Ｋの表面に触媒微粒化ガスを供給するための箱状の微粒化ガス供給ノズル２３と、この微粒化ガス供給ノズル２３に微粒化ガス供給管２４を介して触媒微粒化ガス（例えば、水素ガス、または水素ガスに不活性ガスである窒素ガスが加えられたものが用いられる）を供給する微粒化ガス供給源（ガスボンベなど）２５とから構成されている。

また、上記反応室１５には、基板Ｋの表面に垂直配向性の多数のカーボンナノチューブＣを層状に、つまりカーボンナノチューブ層Ｃを生成するためのアセチレンガスなどの原料ガス（例えば、アセチレンガス、メタンガス、若しくはこれらのガスに不活性ガスである窒素ガスが混合されたもの、またはヘリウムガス若しくは窒素ガスなどの不活性ガス（キャリアガス）にメタノールやエタノールなどのアルコール類が希釈された混合ガスが用いられる）を供給するための箱状の原料ガス供給ノズル２６と、この原料ガス供給ノズル２６に原料ガス供給管２７を介して原料ガスを供給する原料ガス供給源（ガスボンベなど）２８と、この原料ガス供給ノズル２６の上方に配置されて当該原料ガス供給ノズル２６内の原料ガスを加熱するための複数の棒状発熱体２９ａおよびその発熱用電源（図示せず）からなる加熱手段２９と、基板Ｋの移動経路Ｒの下方に配置されて当該基板Ｋを加熱するための複数の棒状発熱体３０ａおよびその発熱用電源（図示せず）からなる加熱手段３０とから構成されている。

また、上記切断装置１９は、上記反応室１５から出た基板の移動方向を９０度を超える角度でもって水平から下方に屈曲させる移動経路変更手段３１と、この移動経路変更手段３１により屈曲されるカーボンナノチューブ層Ｃの先端部（遊端部ともいえる）にレーザ光Ｌを上方から下方に照射してカーボンナノチューブＣの先端部を所定長さにつまりカーボンナノチューブ層Ｃを所定厚さに切断するためのレーザ光照射手段３２と、上記水平から下方に屈曲する基板Ｋの屈曲部Ｍの下方に、カーボンナノチューブ層Ｃの先端部を通過したレーザ光を遮蔽するレーザ光遮蔽手段３３と、上記レーザ光により切断されたカーボンナノチューブの滓（以下、切断滓という）を吸引する切断滓吸引手段３４とが配置されている。

上記移動経路変更手段３１は、鉛直面内で基板Ｋの移動方向を変更させるもので、基板Ｋの移動経路Ｒを水平から上方に変更させる円筒状の案内回転体である第１案内ローラ３５（Ａ）と、この第１案内ローラ３５（Ａ）にて上方に変更された移動経路Ｒを水平に変更させる円筒状の案内回転体である第２案内ローラ３５（Ｂ）と、この第２案内ローラ３５（Ｂ）にて水平に変更された移動経路Ｒを９０度を超える角度θ（例えば、１０５〜１３６度の範囲、好ましくは１２０度程度）でもって水平から下方に且つ後側（移動方向の上手側）に屈曲させる円筒状の案内回転体である第３案内ローラ３５（Ｃ）と、この第３案内ローラ３５（Ｃ）にて下方に且つ後側に屈曲された移動経路Ｒを水平に且つ前側（移動方向の下手側）に変更させる円筒状の案内回転体である第４案内ローラ３５（Ｂ）とから構成されている。なお、カーボンナノチューブ層側を案内する案内ローラ３５（Ａ），３５（Ｄ）については、図２に示すように、当該案内ローラ３５の表面がカーボンナノチューブ層Ｃに接触しないように（逃がすために）、カーボンナノチューブ層の幅を超える寸法でもって凹状の環状溝部３５ａが形成されている。

上記レーザ光照射手段３２は、炉本体２の外方に配置されたレーザ光発振器３６と、このレーザ光発振器３６から出射されたレーザ光を炉本体２の上壁部２ａに設けられた透光性の第１窓部材３７を介して基板Ｋの屈曲部Ｍに上方から下方に導くためのレーザ光走査器３８とから構成されている。このレーザ光走査器３８としては、レーザ光を基板Ｋの表面に形成されたカーボンナノチューブ層Ｃの全幅に亘って往復移動（揺動、スキャン）させるためのガルバノミラー３９と、このガルバノミラー３９の往復移動を制御する、すなわちレーザ光の照射位置、移動速度などを制御するための照射位置制御部（ミラー制御部ともいえる）４０とから構成されている。

また、切断室１６には、屈曲部Ｍの手前のカーボンナノチューブ層Ｃの厚さを計測する第１厚さ計測器４１が設けられており、この第１厚さ計測器４１で計測された厚さが上記照射位置制御部４０に入力されている。この厚さ計測器４１は計測用レーザ光を用いるもので、炉本体２の上壁部２ａに設けられた透光性の第２窓部材４２を介してレーザ光を屈曲部Ｍ手前の基板Ｋの表面に照射することにより、カーボンナノチューブの長さ、すなわちカーボンナノチューブ層Ｃの厚さを計測するものである。この第１厚さ計測器４１は、基板Ｋの幅方向において複数箇所でもって、例えば少なくとも３箇所（左右位置および中央位置）に配置されて、それぞれでチェックが行われる。

上記レーザ光遮蔽手段３３は、レーザ光Ｌが下方位置で移動する基板Ｋの表面に到達するのを防止するためのものである。すなわち、このレーザ光遮蔽手段３３は、図２に示すように、基板Ｋの屈曲部Ｍの下方、つまり第３案内ローラ３５（Ｃ）の下方に配置されるとともに上面に切断滓を通過させ得る網状部材（例えば、ステンレス製の金網が用いられる）４５が設けられて当該切断滓を保持し得る薄い箱状体４６により構成されている。

また、上記切断滓吸引手段３４は、レーザ光Ｌにより切断された切断滓を吸引するためのものである。すなわち、この切断滓吸引手段３４は、上記箱状体４６に接続されて上記網状部材４５を通過しその内部に落下した切断滓を吸引するための吸引管４７と、この吸引管４７を介して切断滓を吸引するための真空ポンプなどの排気装置４８とから構成されている。

ところで、本実施例では、レーザ光遮蔽手段３３と切断滓吸引手段３４とを一体的に設けたものとして説明したが、それぞれ完全に独立した構成にしてもよい。この場合、レーザ光遮蔽手段を基板Ｋの屈曲部Ｍの下方に配置するとともに、切断滓吸引手段については、屈曲部Ｍの近傍に配置される。この他、切断滓吸引手段については、レーザ光遮蔽手段の上方に配置してもよい。

また、上記後処理室１７に対応する位置には、冷却手段などの他に、切断されたカーボンナノチューブの長さすなわちカーボンナノチューブ層Ｃの厚さを計測しチェックするための第２厚さ計測器５１が配置されている。

この第２厚さ計測器５１は、やはり、レーザ光を用いるもので、後処理室１７における基板Ｋの移動経路Ｒに対応する炉本体２の上壁部２ａに設けられた透光性の第２窓部材５２を介してレーザ光を導いて基板Ｋの表面に形成されたカーボンナノチューブ層Ｃの厚さを計測するものである。勿論、この第２厚さ計測器５１についても、第１厚さ計測器４１と同様に、基板Ｋの幅方向において複数箇所でもって、例えば少なくとも３箇所（左右位置および中央位置）に配置されている。この第２厚さ計測器５１は、切断された（揃えられた）カーボンナノチューブの長さをチェックするためのものであるが、必要に応じて、計測値をレーザ光照射手段３２の照射位置制御部４０に、フィードバックさせるようにしてもよい。このように、計測値をフィードバックさせた場合、カーボンナノチューブの長さをより正確に揃えることができる。

ところで、この製造装置は、ＣＶＤ法を用いるため、当然ながら、炉本体２の反応室１４および触媒微粒化室１３が所定の真空下または減圧下［例えば、２０Ｐａ〜１０００００Ｐａ（大気圧）に維持され、好ましくは、１００Ｐａ〜１０００００Ｐａ（大気圧）に維持される］にされる。すなわち、触媒微粒化室１４および反応室１５に対応する炉本体２の下壁部２ｂには、真空ポンプなどの排気装置５５に接続された排気管５６が接続されるとともに、その上壁部２ａにも、不要なガスを排出するためにやはり真空ポンプなどの排気装置（ここでは、レーザ光遮蔽手段３３の排気装置４８が兼用されている）に接続されたガス排気管５８が挿通して設けられている。

なお、後処理室１７では、基板Ｋの冷却と、基板Ｋの表面、すなわち上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。
また、基板回収室１８では、基板Ｋの下面（裏面）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基板Ｋが巻取りロール６に巻き取られる。

上述したように、炉本体２内には、区画壁３により６つの部屋が形成されており、当然ながら、各区画壁３には、基板Ｋを水平方向で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。なお、反応室１５の内壁面には断熱材（図示せず）が設けられており、当然に、断熱材にも、基板Ｋを通過させ得る連通用開口部が形成されている。また、反応室１５以外で断熱を必要とする部屋、例えば触媒微粒化室１４などにも断熱材が設けられる。

勿論、上記反応室１５においては、ＣＶＤ法により、基板Ｋ上に垂直配向性のカーボンナノチューブ層が形成される。
次に、上記垂直配向性のカーボンナノチューブ層の切断方法を含む製造方法の全体について説明する。

まず、準備として、巻出しロール５から触媒が塗布された基板Ｋを引き出し、触媒微粒化室１４、反応室１５および切断室１６、後処理室１７における各区画壁３の連通用開口部３ａを挿通させ、その先端を巻取りロール６に巻き取らせる。したがって、切断室１６内では、当該基板Ｋが各案内ローラ３５（Ａ）〜３５（Ｄ）に巻回されて側面視がＺ字形状の屈曲部Ｍが形成されることになる。

次に、製造工程として、触媒微粒化室１４内では、巻出しローラ５から引き出された基板Ｋの表面に触媒微粒化ガスが供給され、予め、触媒として塗布されている鉄粒子の微粒化が行われる。

次に、この基板Ｋが反応室１５内に移動されるとともに当該反応室１５内で原料ガスが供給されて垂直配向性のカーボンナノチューブ層Ｃが形成される。勿論、反応室１５内は所定の真空度に維持されるとともに所定温度に加熱されて、ＣＶＤ法（熱ＣＶＤ法）が行われる。

そして、基板Ｋの表面に形成されたカーボンナノチューブ層Ｃは切断室１６内に導かれ、ここで、４つの案内ローラ３５（Ａ）〜３５（Ｄ）を通過することにより、屈曲部Ｍが得られる。

すなわち、第１案内ローラ３５（Ａ）および第２案内ローラ３５（Ｂ）により、上方に移動された後、水平に移動され、そして第３案内ローラ３５（Ｃ）により、下方に且つ上手に変更されて屈曲部Ｍが得られ、さらに第４案内ローラ３５（Ｄ）により前方且つ水平に変更される。そして、基板Ｋが屈曲部Ｍを通過する際に、切断装置１９により、言い換えれば、レーザ光照射手段３２にてレーザ光Ｌが基板Ｋの幅方向で移動されて照射が行われ、カーボンナノチューブＣの屈曲部Ｍにおける外側先端部（遊端部ともいう）が所定長さでもって切断される。

ところで、カーボンナノチューブ層Ｃの切断時においては、第１厚さ計測器４１により切断前にその厚さが計測されており、この厚さがレーザ光照射手段３２の照射位置制御部４０に入力されて、レーザ光の照射位置が制御されている。例えば、厚さが長すぎる箇所については、その長い分についてレーザ光により切断され、逆に、厚さが適正な箇所については、レーザ光の照射が中断される。

また、この切断時においては、排気装置４８により箱状体４６内が吸引されているため、切断滓は箱状体４６および吸引管４７を介して外部に吸引される。
そして、後処理室１７内では、冷却などの後処理が行われるとともに、第２厚さ計測器５１により、カーボンナノチューブ層Ｃの厚さが計測されてチェックが行われている。なお、この計測値をレーザ光照射手段３２の照射位置制御部４０にフィードバックさせるようにしてもよい。

そして、最後に、所定厚さのカーボンナノチューブ層Ｃが形成された基板Ｋは基板回収室１８内に入り、巻取りローラ６により巻き取られる。
ここで、レーザ光を幅方向で移動（スキャン）させた際に基板がローラの周囲を移動することによる、両側縁部におけるカーボンナノチューブ層の厚さ（カーボンナノチューブの長さ）の誤差について説明しておく。なお、基板の幅を４０ｃｍ、またレーザ光のスキャン速度を０．５ｍ／ｓｅｃ（一般的に、スキャン速度は、０．１〜１０ｍ／ｓｅｃの範囲である）とした場合について説明する。この場合、１回のスキャン時間は０．８秒となり、また基板の移動速度を０．５ｍ／分（カーボンナノチューブの生成速度範囲は、例えば０．０１〜１ｍ／分である）とすると、その間の基板の移動距離は０．６４ｃｍとなる。

そして、案内ローラ３５の径を１５ｃｍとした場合、１回のスキャンで、案内ローラ３５は５度回転することになる。したがって、カーボンナノチューブの厚さ揃え線（基準切断線ともいえる）に対して前後±２．５度の範囲でレーザ光の照射位置がずれる、つまり変化することになる。この変化量を求めると４μｍであり、またカーボンナノチューブの長さを２００μｍとした場合、その形成時のばらつきは２０μｍ程度であるので、４μｍの変化は支障がない範囲となる。

このように、炉本体２における基板Ｋの移動経路Ｒの途中に、カーボンナノチューブ層Ｃを屈曲させる移動経路変更手段３１である案内回転体３５を設けるとともに、その屈曲部Ｍにおけるカーボンナノチューブ層Ｃの外側先端部に案内回転体３５の回転軸心と直交する方向でレーザ光Ｌを照射させて、その全幅に亘って、カーボンナノチューブＣを所定長さに切断するようにしたので、従来のように、カーボンナノチューブ層の真上からレーザ光を照射する場合、または基板の幅方向の一方からレーザ光を照射する場合に比べて、カーボンナノチューブの長さが不揃いになるのを防止することができる。特に、連続的に、カーボンナノチューブの長さ（カーボンナノチューブ層の厚さ）をコントロールすることができるので、製造の高速化を図ることができ、延いては、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、本発明に係る切断方法および切断装置を含めたカーボンナノチューブの製造方法および製造装置の構成を示すと下記のようになる。
すなわち、カーボンナノチューブの製造方法は、所定方向に移動される基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成した後、このカーボンナノチューブ層が形成された基板の移動経路の途中に設けられた円筒状の案内回転体により、当該基板の移動方向を９０度を超える角度でもって屈曲させるとともに、当該カーボンナノチューブ層の屈曲部に上記案内回転体の軸心と直交する方向でレーザ光を照射させて、カーボンナノチューブ層の外側先端部を当該基板の移動方向と直交する幅方向に沿ってレーザ切断する方法であり、
さらに上記屈曲部におけるレーザ光の照射側とは反対側に配置されたレーザ光遮蔽手段によりカーボンナノチューブ層の外側先端部を通過したレーザ光を遮蔽するとともに、レーザ切断により発生したカーボンナノチューブの切断滓を切断滓吸引手段により吸引する方法である。

また、カーボンナノチューブの製造装置は、所定方向に移動される基板を導くとともにカーボンを含む反応ガスを導き当該基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成する反応室と、この反応室から出た基板の移動方向を９０度を超える角度でもって屈曲させる案内回転体と、この案内回転体により屈曲されるカーボンナノチューブ層の外側先端部に上記案内回転体の軸心と直交する方向でレーザ光を照射させて基板の移動方向と直交する幅方向に沿ってレーザ切断するレーザ光照射手段とを具備したものであり、
また上記屈曲部におけるレーザ光の照射側とは反対側に、カーボンナノチューブ層の外側先端部を通過したレーザ光を遮蔽するレーザ光遮蔽手段を配置するとともにカーボンナノチューブの切断滓を吸引する切断滓吸引手段を配置したものであり、
さらに上記屈曲部の上手側にカーボンナノチューブ層の厚さを計測する厚さ計測器を設けるとともに、この厚さ計測器による計測厚さをレーザ光照射手段に設けられたレーザ光の照射位置制御部に入力させるようにしたものである。

次に、本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブの切断方法および切断装置について説明する。勿論、本実施例２に係るカーボンナノチューブの切断方法および切断装置についても、カーボンナノチューブの切断方法および切断装置を含むカーボンナノチューブの製造方法および切断装置について説明する。

上述の実施例１においては、カーボンナノチューブの製造工程全体を炉本体の内部に、つまり外部と遮断された真空空間または減圧空間に配置したが、本実施例２では、基板の巻出しロールおよび巻取りロールを、大気圧下である炉本体の外部に配置するとともに、基板の保護などを行うための前処理工程および基板に触媒を形成するための触媒塗布工程を炉本体の内部で行うようにしたものである。

実施例１と異なる箇所が、基板に対する前処理工程および触媒塗布工程であるため、本実施例２においては、この部分に着目して説明するとともに、実施例１と同じ構成部材については、同一の部材番号を付してその説明を省略または簡単に行うものとする。

すなわち、図３に示すように、基板Ｋの巻出しロール５および巻取りロール６が、炉本体２の外側に配置されるとともに、炉本体２の巻出しロール５側である上手側には、順番に、前処理工程部１２および触媒塗布工程部１３が配置され、さらにその下手側には、実施例１と同様に、順番に、触媒微粒化室１４、反応室１５、切断室１６、後処理室１７が配置されている。なお、図示しないが、巻出しロール５および巻取りロール６については、大気圧下の格納室、つまり真空下にまたは減圧下にされない格納室に配置される。

上記前処理工程部１２では、炉本体２の外部（大気圧下）で保護膜溶液が塗布されるとともに、炉本体２の内部で乾燥および焼成が行われる。すなわち、炉本体２の外部には、基板Ｋの表面に保護膜溶液を塗布する保護膜溶液塗布手段（ノズル部６３ａ、溶液供給管６３ｂなどからなる）６３が配置されるとともに、炉本体２の内部には、上手側から順番に乾燥室６１および焼成室６２が配置されている。そして、これら乾燥室６１および焼成室６２には、それぞれ棒状発熱体６４ａ，６５ａからなる加熱手段６４，６５が基板Ｋの移動経路Ｒの上下に配置されている。

また、上記触媒塗布工程部１３では、炉本体２の内部で触媒溶液が塗布されるとともに、炉本体２の内部で且つ減圧下で乾燥・焼成および加熱が行われる。すなわち、炉本体２内には、上記焼成室６２の下手側に、触媒溶液の塗布室７１と、乾燥・焼成室７２と、複数の例えば３つの加熱室７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）とが順番に配置されている。なお、これら各室７１〜７３についても、区画壁３を介して形成されている。上記塗布室７１には、触媒塗布溶液を塗布する触媒溶液塗布手段（ノズル部７４ａ、溶液供給管７４ｂなどからなる）７４が設けられ、乾燥・焼成室７２および加熱室７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）には、それぞれ棒状発熱体８１ａ，８２ａからなる加熱手段８１，８２が基板Ｋの移動経路Ｒの上下に配置され、さらにこれら乾燥・焼成室７２および加熱室７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）内を減圧下にするために、排気装置７５に接続された排気管７６が炉本体２の下壁部２ｂにそれぞれ接続されている。

上記触媒塗布工程部１３の後続の構成、すなわち加熱室７３より下手側の構成については、実施例１で説明したものと同一であるため、その説明を省略する。
この製造装置の構成において、巻取りロール５からの基板Ｋの表面に、保護膜溶液塗布手段６３にて保護膜溶液が塗布された後、乾燥室６１で乾燥が行われた後、焼成室６２で焼成が行われて、酸化膜などの保護膜が形成される。

そして、この保護膜が形成された基板Ｋが触媒溶液の塗布室７１に移動され、ここで触媒溶液塗布手段７４にて触媒溶液が塗布された後、乾燥・焼成室７２にて且つ減圧下で乾燥および焼成が行われ、さらに加熱室７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）に移動されてやはり減圧下で加熱が行われる。

そして、触媒が形成された基板Ｋは、触媒微粒化室１４に移動されて触媒が微粒化された後、反応室１５に移動されて、ここで、垂直配向性のカーボンナノチューブすなわちカーボンナノチューブ層Ｃが形成される。

この後、切断室１６に移動されて、切断装置１９により、カーボンナノチューブＣが所定長さ（カーボンナノチューブ層が所定厚さ）に揃えられ、後処理室１７を経て、炉本体２の外部に配置された巻取りロール６に巻き取られる。

この製造装置および製造方法においても、実施例１の場合と同様の効果が得られる。
ところで、上述の実施例１においては、巻出しロールおよび巻取りロールを炉本体の内部に配置したが、実施例２と同様に、巻出しロールおよび巻取りロールを炉本体の外部に配置してもよい。また、逆に、上述の実施例２において、巻出しロールおよび巻取りロールを炉本体の外部に配置したが、実施例１と同様に、巻出しロールおよび巻取りロールを炉本体の内部に配置してもよい。

さらに、上述の各実施例においては、レーザ光を上方から下方に向かって照射するようにしたが、例えば下方から上方に向かって照射するように、各構成機器を配置することもできる。勿論、この場合には、基板の移動経路の途中に設けられる屈曲部が当該移動経路の下側に形成されるとともに、レーザ光照射手段についても下方に配置される。また、場合によっては、基板を水平姿勢で移動させるようにしたが、鉛直姿勢で移動させるようにしてもよい。この場合、基板の移動経路の途中に設けられる屈曲部は当該移動経路の左右のいずれかに突出するように形成される。

Ｃカーボンナノチューブ（層）
Ｋ基板
Ｍ屈曲部
Ｌレーザ光
Ｒ移動経路
１加熱炉
２炉本体
３区画壁
５巻出しローラ
６巻取りローラ
１２前処理室
１３触媒形成室
１４触媒微粒化室
１５反応室
１６切断室
１９切断装置
２１触媒微粒化手段
２２加熱手段
３１移動経路変更手段
３２レーザ光照射手段
３３レーザ光遮蔽手段
３４切断滓吸引手段
３５案内ローラ
３６レーザ発振器
３７第１窓部材
３８レーザ光走査器
３９ガルバノミラー
４０照射位置制御部
４１第１厚さ計測器
４５網状部材
４６箱状体
４７吸引管
４８排気装置
５１第１厚さ計測器
６１乾燥室
６２焼成室
６３保護膜溶液塗布手段
７１塗布室
７２乾燥・焼成室
７３加熱室
７４触媒溶液塗布手段

Claims

所定方向に移動され且つ垂直配向性のカーボンナノチューブ層が形成された基板の移動経路の途中に設けられた円筒状の案内回転体により、当該基板の移動方向を９０度を超える角度でもって屈曲させるとともに、当該カーボンナノチューブ層の屈曲部に上記案内回転体の軸心と直交する方向でレーザ光を照射させて、カーボンナノチューブ層の外側先端部を当該基板の移動方向と直交する幅方向に沿ってレーザ切断することを特徴とするカーボンナノチューブの切断方法。
屈曲部におけるレーザ光の照射側とは反対側に配置されたレーザ光遮蔽手段によりカーボンナノチューブ層の外側先端部を通過したレーザ光を遮蔽するとともに、レーザ切断により発生したカーボンナノチューブの切断滓を切断滓吸引手段により吸引することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの切断方法。
所定方向に移動され且つ垂直配向性のカーボンナノチューブ層が形成された基板の移動方向を９０度を超える角度でもって屈曲させる案内回転体と、この案内回転体により屈曲されるカーボンナノチューブ層の外側先端部に上記案内回転体の軸心と直交する方向でレーザ光を照射させて基板の移動方向と直交する幅方向に沿ってレーザ切断するレーザ光照射手段とを具備したことを特徴とするカーボンナノチューブの切断装置。
屈曲部におけるレーザ光の照射側とは反対側に、カーボンナノチューブ層の外側先端部を通過したレーザ光を遮蔽するレーザ光遮蔽手段を配置するとともにカーボンナノチューブの切断滓を吸引する切断滓吸引手段を配置したことを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブの切断装置。
屈曲部の上手側にカーボンナノチューブ層の厚さを計測する厚さ計測器を設けるとともに、この厚さ計測器による計測厚さをレーザ光照射手段に設けられたレーザ光の照射位置制御部に入力させるようにしたことを特徴とする請求項３または４に記載のカーボンナノチューブの切断装置。