JP4958649B2 - Nanoparticle support device for catalyst with coaxial vacuum arc evaporation source - Google Patents
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Description
本発明は同軸型真空アーク蒸発源を用いて触媒活性を有するnmサイズの微粒子を粒子状担体に担持させる触媒用担持装置に関するものであり、更に詳しくは、担持に要する時間を短縮し得る触媒用担持装置に関するものである。 The present invention relates to a catalyst supporting apparatus for supporting nanosized fine particles having catalytic activity on a particulate carrier using a coaxial vacuum arc evaporation source, and more specifically, for a catalyst capable of reducing the time required for supporting. The present invention relates to a carrier device.
従来、燃料電池には粉末状のカーボン粒子に触媒作用を示す活性金属として白金を担持させたものが使用されている(例えば特許文献1、特許文献2を参照)。しかし、本発明者等が研究的に試作した同軸型真空アーク蒸発源を使用して触媒用ナノ粒子を担持させる装置では、カーボン粒子は単位重量当りの表面積が極めて大であり吸着している水分量も大であるから、カーボン粒子の表面に白金ナノ粒子を担持させる場合には事前に上記吸着水分を脱着させるが、その脱着に時間を要し、2g程度のカーボン粒子について有効排気速度300リットル/secの性能を有する真空ポンプを使用しても、充分に脱着し得たと判断される10-3Pa以下の真空度に到達する迄には1時間程度を要している。 Conventionally, a fuel cell in which platinum is supported as an active metal having catalytic action on powdered carbon particles has been used (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). However, in the apparatus for supporting the catalyst nanoparticles using the coaxial vacuum arc evaporation source experimentally developed by the present inventors, the carbon particles have a very large surface area per unit weight and adsorbed moisture. When the platinum nanoparticles are supported on the surface of the carbon particles, the adsorbed moisture is desorbed in advance. However, it takes time for the desorption, and an effective pumping speed of about 300 liters for about 2 g of carbon particles. Even when a vacuum pump having a performance of / sec is used, it takes about one hour to reach a vacuum degree of 10 −3 Pa or less, which is judged to be sufficiently desorbed.
また脱気が完了した後、同軸型真空アーク蒸着源によってカーボン粒子の表面に白金ナノ粒子を形成させる場合には、白金イオンが20eV〜80eV程度のエネルギーでカーボン粒子の表面に衝突するが、その衝撃によってカーボン粒子は表層の結晶性がダメージを受けて導電性が低下する。そして、低下した結晶性は白金ナノ粒子を担持しているカーボン粒子を熱処理すれば回復することが分かっている。しかし、別に熱処理室を用意して熱処理すれば、白金ナノ粒子を担持させたカーボン粒子は熱処理する前に大気と接触させることになり再び水分を吸着する。更には、熱処理の完了したカーボン粒子を真空系の熱処理室からから外へ取り出す際には室温まで冷却しておくことを要するが、その冷却に時間がかかって熱処理室の占有時間が長くなると、次のバッチの白金ナノ粒子を担持させたカーボン粒子に施す熱処理が遅れることになる。 In addition, after deaeration is completed, when platinum nanoparticles are formed on the surface of carbon particles by a coaxial vacuum arc deposition source, platinum ions collide with the surface of carbon particles with an energy of about 20 eV to 80 eV. Due to the impact, the crystallinity of the surface of the carbon particles is damaged and the conductivity is lowered. And it has been found that the reduced crystallinity is recovered by heat treatment of carbon particles carrying platinum nanoparticles. However, if a separate heat treatment chamber is prepared and heat treated, the carbon particles carrying the platinum nanoparticles are brought into contact with the atmosphere before the heat treatment and adsorb moisture again. Furthermore, when the heat-treated carbon particles are taken out from the vacuum heat treatment chamber, it is necessary to cool to room temperature, but if the cooling takes time and the occupation time of the heat treatment chamber becomes long, The heat treatment applied to the carbon particles carrying the next batch of platinum nanoparticles will be delayed.
本発明は上記の問題に鑑みてなされ、粒子状担体の表面に触媒作用を示す活性金属のナノ粒子を担持させるに際し、粒子状担体に吸着している水分を脱着させる事前の脱気処理から、活性金属ナノ粒子を担持させた粒子状担体の事後の熱処理、冷却までに要する時間を短縮することができる触媒用ナノ粒子担持装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when carrying active metal nanoparticles having a catalytic action on the surface of the particulate carrier, from the prior deaeration treatment for desorbing the moisture adsorbed on the particulate carrier, It is an object of the present invention to provide a catalyst nanoparticle supporting apparatus capable of shortening the time required for subsequent heat treatment and cooling of a particulate carrier supporting active metal nanoparticles.
上記の課題は請求項1の構成によって解決されるが、その解決手段を説明すれば次に示す如くである。 The above problem can be solved by the configuration of claim 1, and the solution means will be described as follows.
請求項1の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、第1チャンバであり、粒子状担体を収容した搬送容器の搬入扉を備え、第1チャンバ内の底部には搬入される搬送容器を支持する第1支持部材を備えており、第1支持部材に支持されている搬送容器内の粒子状担体に吸着されている水分を脱着させる脱気室と、
第2チャンバであり、該第2チャンバ内の上部に、活性金属を要素とする円柱状のカソード電極と、該カソード電極の外周面に接して同軸に設けられた円筒状の絶縁碍子と、該絶縁碍子の外周面に接して同軸に設けられたトリガ電極と、該トリガ電極の外周面から所定の間隔をあけて同軸に設けられた円筒状で一端側が第2チャンバ内に開口され他端側がカソード電極と離隔した位置で閉じられたアノード電極とからなる同軸型真空アーク蒸着源を備え、第2チャンバ内の底部には同軸型真空アーク蒸着源の開口側と対向する位置へ搬送されてくる搬送容器を支持する第2支持部材を備えており、同軸型真空アーク蒸着源から活性金属を蒸発させ、第2支持部材に支持されている搬送容器内の粒子状担体の表面に活性金属ナノ粒子を形成して担持させる担持室と、
第3チャンバであり、該第3チャンバ内に第3チャンバ用加熱源を備え、第3チャンバ内の底部には第3チャンバ用加熱源の下方へ搬送されてくる搬送容器を支持する第3支持部材を備えており、該第3支持部材に支持されている搬送容器内の活性金属ナノ粒子が担持された粒子状担体を熱処理する熱処理室と、
第4チャンバであり、該第4チャンバ内へ搬送されてくる搬送容器を載置して収容されている活性金属ナノ粒子が担持された粒子状担体を冷却し、搬送容器の場所を移動させ得る可動冷却台および搬送容器の搬出扉が設けられている冷却室とが、各室の間にそれぞれゲート扉を介して順に接続されており、
かつ脱気室には第1支持部材に支持されている搬送容器を担持室内の第2支持部材へ搬送する第1搬送機構が設けられ、担持室には第2支持部材に支持されている搬送容器を熱処理室内の第3支持部材へ搬送する第2搬送機構が設けられ、熱処理室には第3支持部材に支持されている搬送容器を冷却室の可動冷却台へ搬送する第3搬送機構が設けられている装置である。
The catalyst nanoparticle supporting apparatus having a coaxial vacuum arc vapor deposition source according to claim 1 is a first chamber, and is provided with a carrying-in door for a carrying container containing a particulate carrier, and is carried into the bottom of the first chamber. A deaeration chamber that includes a first support member that supports the transport container, and desorbs moisture adsorbed on the particulate carrier in the transport container supported by the first support member;
A columnar cathode electrode having an active metal as an element, a cylindrical insulator provided coaxially in contact with the outer peripheral surface of the cathode electrode, and an upper portion in the second chamber; A trigger electrode provided coaxially in contact with the outer peripheral surface of the insulator, and a cylindrical shape provided coaxially with a predetermined interval from the outer peripheral surface of the trigger electrode, one end side being opened in the second chamber and the other end side being A coaxial vacuum arc deposition source comprising an anode electrode closed at a position spaced apart from the cathode electrode is provided, and conveyed to a position facing the opening side of the coaxial vacuum arc deposition source at the bottom of the second chamber. A second support member for supporting the transport container is provided, the active metal is evaporated from a coaxial vacuum arc deposition source, and active metal nanoparticles are formed on the surface of the particulate carrier in the transport container supported by the second support member. Forming A bearing chamber for lifting,
A third chamber, a third chamber heat source provided in the third chamber, and a third support for supporting a transport container transported below the third chamber heat source at the bottom of the third chamber A heat treatment chamber for heat treating the particulate carrier carrying the active metal nanoparticles in the transport container supported by the third support member,
It is the fourth chamber, and the particulate carrier on which the active metal nanoparticles supported by the transport container transported into the fourth chamber is placed can be cooled, and the location of the transport container can be moved The movable cooling table and the cooling chamber provided with the carry-out door of the transfer container are connected in order through the gate door between each chamber,
The deaeration chamber is provided with a first transport mechanism for transporting the transport container supported by the first support member to the second support member in the support chamber, and the support chamber is transported by the second support member. A second transport mechanism for transporting the container to the third support member in the heat treatment chamber is provided, and the third transport mechanism for transporting the transport container supported by the third support member to the movable cooling table in the cooling chamber is provided in the heat treatment chamber. It is a device provided.
このような同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、粒子状担体の表面に活性金属ナノ粒子を担持させる担持室の上流側に配置した脱気室において粒子状担体に吸着されている水分を予め脱着させ、担持室の下流側に配置した熱処理室において担持処理時に結晶性が低下した粒子状担体を熱処理して結晶性を回復させ、続く冷却室においては熱処理室で温度上昇している粒子状担体を冷却することにより、担持室のみで脱気、担持、熱処理、冷却の各処理を施す場合と比較して、粒子状担体へ触媒用ナノ粒子を担持させるに要する時間を大幅に短縮させる。 The catalyst nanoparticle support device equipped with such a coaxial vacuum arc evaporation source is adsorbed on the particulate carrier in a deaeration chamber arranged upstream of the support chamber for supporting the active metal nanoparticles on the surface of the particulate carrier. In the heat treatment chamber disposed downstream of the loading chamber, the particulate carrier whose crystallinity has decreased during the loading treatment is heat treated to recover the crystallinity, and in the subsequent cooling chamber, the temperature is increased in the heat treatment chamber. By cooling the rising particulate carrier, the time required to carry the catalyst nanoparticles on the particulate carrier as compared with the case where each of the deaeration, loading, heat treatment, and cooling treatment is performed only in the loading chamber. Is greatly shortened.
請求項2の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、脱気室おける第1支持部材、担持室における第2支持部材、および熱処理室における第3支持部材が何れも回転軸であり、搬送容器の底面側を回転軸の上端部で着脱可能に支持しており、回転軸によって搬送容器が回転されることにより、収容されている粒子状担体が撹拌されるように構成されている装置である。 The catalyst nanoparticle supporting apparatus having the coaxial vacuum arc deposition source according to claim 2 is such that the first support member in the deaeration chamber, the second support member in the support chamber, and the third support member in the heat treatment chamber all rotate. This is a shaft, and the bottom surface side of the transport container is detachably supported by the upper end portion of the rotation shaft, and the accommodated particulate carrier is agitated by rotating the transport container by the rotation shaft It is a device that has been.
このような同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、脱気室、担持室、および熱処理室における各処理操作の間に搬送容器を回転させることによって内部に収容されている粒子状担体を撹拌することができ、脱気室、担持室、熱処理室のそれぞれにおいて粒子状担体の全体を均等に処理する。 The catalyst nanoparticle supporting apparatus having such a coaxial vacuum arc deposition source is accommodated inside by rotating the transfer container during each processing operation in the deaeration chamber, the supporting chamber, and the heat treatment chamber. The particulate carrier can be agitated, and the entire particulate carrier is uniformly treated in each of the deaeration chamber, the loading chamber, and the heat treatment chamber.
請求項3の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、第1チャンバである脱気室内の底部へ搬入され支持される搬送容器内の粒子状担体を加熱するための第1チャンバ用加熱源が第1チャンバ内に設けられている装置である。 The catalyst nanoparticle supporting apparatus having the coaxial vacuum arc vapor deposition source according to claim 3 is a first apparatus for heating the particulate carrier in a transport container that is carried into and supported by the bottom of the deaeration chamber that is the first chamber. The one-chamber heating source is an apparatus provided in the first chamber.
このような同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、粒子状担体を加熱して水分の脱着を促進する。 The catalyst nanoparticle supporting apparatus having such a coaxial vacuum arc deposition source heats the particulate carrier to promote desorption of moisture.
請求項4の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、第4チャンバに、搬出扉を囲って、グローブボックスが接続されている装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a catalyst nanoparticle carrying apparatus having a coaxial vacuum arc vapor deposition source, wherein a glove box is connected to a fourth chamber, surrounding a carry-out door.
このような同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置は、第4チャンバと共に不活性ガス雰囲気とされるグローブボックス内へ搬送容器を取り出すことができ、搬出された搬送容器内の粒子状担体を大気に接触させない。 The catalyst nanoparticle supporting apparatus equipped with such a coaxial vacuum arc deposition source can take out the transport container into the glove box that is in an inert gas atmosphere together with the fourth chamber. Do not let the particulate carrier come into contact with the atmosphere.
請求項1の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置によれば、粒子状担体の表面に活性金属ナノ粒子を担持させる担持室の上流側に脱気室を配して時間を要する粒子状担体の脱気を担持室とは独立して行い、また担持室の下流側に加熱処理室、冷却室を配して、時間を要する粒子状担体の加熱処理および冷却を活性金属微粒子の担持とは独立して行うようにしたので、担持室を効率的に稼動させることができ、かつ脱気室が空になると粒子状担体を収容した次の収用容器が搬入することができ、触媒用ナノ粒子担持装置としての生産性を高めることができるという格別の効果を奏する。また搬送容器が各室間を搬送される間に粒子状担体が大気に接触することはないので、粒子状担体が大気中の水分を吸着することはなく、脱気操作の繰り返すような無駄を発生させない。 According to the catalyst nanoparticle supporting apparatus equipped with the coaxial vacuum arc evaporation source according to claim 1, the deaeration chamber is arranged upstream of the supporting chamber for supporting the active metal nanoparticles on the surface of the particulate support. The particulate carrier requiring degassing is performed independently of the loading chamber, and a heat treatment chamber and a cooling chamber are provided on the downstream side of the loading chamber, so that the heat treatment and cooling of the time-consuming particulate carrier are performed with an active metal. Since the loading of the fine particles is performed independently, the loading chamber can be operated efficiently, and when the deaeration chamber is empty, the next collection container containing the particulate carrier can be loaded. In addition, it is possible to increase the productivity of the catalyst nanoparticle support device. In addition, since the particulate carrier does not come into contact with the atmosphere while the conveyance container is conveyed between the chambers, the particulate carrier does not adsorb moisture in the atmosphere, and waste such as repeated deaeration operations is avoided. Do not generate.
請求項2の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置によれば、脱気室おける第1支持部材、担持室における第2支持部材、および熱処理室における第3支持部材に支持されている搬送容器を回転軸で回転させて収容されている粒子状担体を撹拌することができるので、脱気室、担持室、熱処理室において、各室毎の処理操作を搬送容器内の粒子状担体の全体に均等に施すことができ、品質の優れた担持品を提供する。 According to the catalyst nanoparticle supporting apparatus having the coaxial vacuum arc vapor deposition source according to claim 2, supported by the first support member in the deaeration chamber, the second support member in the support chamber, and the third support member in the heat treatment chamber. In the deaeration chamber, the support chamber, and the heat treatment chamber, the processing operation for each chamber can be performed by rotating the transport container that is being rotated by the rotating shaft. It can be applied evenly to the entire carrier and provides a carrier with excellent quality.
請求項3の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置によれば、粒子状担体を加熱しながら脱気するので、粒子状担体に吸着されている水分の脱着および真空排気に要する時間を短縮させ、触媒用ナノ粒子担持装置の稼動率を向上させる。 According to the catalyst nanoparticle supporting apparatus equipped with the coaxial vacuum arc vapor deposition source according to claim 3, the particulate carrier is degassed while being heated, so that the moisture adsorbed on the particulate carrier is desorbed and evacuated. This shortens the time required and improves the operating rate of the catalyst nanoparticle support device.
請求項4の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置によれば、冷却室からグローブボックスへ搬出した搬送容器に蓋を被せ、収容されている粒子状担体を密封した状態として大気側へ取り出すことができる。 According to the catalyst nanoparticle carrying apparatus equipped with the coaxial vacuum arc vapor deposition source according to claim 4, the transport container carried out from the cooling chamber to the glove box is covered with a lid, and the contained particulate carrier is sealed. It can be taken out to the atmosphere side.
本発明の同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置を実施の形態例によって説明すれば、本発明の触媒用ナノ粒子担持装置は、本発明者らが研究的に試作した同軸型真空アーク蒸発源を使用する担持装置、すなわち、真空ポンプが取り付けられたチャンバ内の上部に、活性金属を要素とする円柱状のカソード電極と、該カソード電極の外周面に接して同軸に設けられた円筒状の絶縁碍子と、該絶縁碍子の外周面に接して同軸に設けられたトリガ電極と、該トリガ電極の外周面から所定の間隔をあけて同軸に設けられた円筒状で一端側がチャンバ内に開口され他端側がカソード電極と離隔した位置で閉じられたアノード電極とからなる同軸型真空アーク蒸着源を備え、チャンバ内の底部に同軸型真空アーク蒸着源の開口側と対向する位置へ搬送されてくる被蒸着体である粒子状担体を収容した搬送容器を支持する支持部材を備えており、同軸型真空アーク蒸着源から活性金属を蒸発させ、支持部材に支持されている搬送容器内の粒子状担体の表面に活性金属ナノ粒子を形成して担持させるチャンバを担持室とし、当該担持室の上流側に粒子状担体の吸着水分を脱着させて真空排気する脱気室を配置し、担持室の下流側に担持室において活性金属の原子状態のイオンが衝突したことにより低下している粒子状担体の結晶性を回復させる熱処理室と、熱処理によって温度上昇している粒子状担体を冷却する冷却室とを順に配置した触媒担持装置としている。 The catalyst nanoparticle support apparatus equipped with the coaxial vacuum arc deposition source of the present invention will be described by way of an embodiment. The catalyst nanoparticle support apparatus of the present invention is a coaxial prototype experimentally developed by the present inventors. A support device using a vacuum vacuum evaporation source, that is, a cylindrical cathode electrode having an active metal as an element, and a coaxial cathode in contact with the outer peripheral surface of the cathode electrode at the upper part in a chamber to which a vacuum pump is attached A cylindrical insulator, a trigger electrode coaxially provided in contact with the outer peripheral surface of the insulator, a cylindrical shape coaxially provided at a predetermined interval from the outer peripheral surface of the trigger electrode, and one end side thereof It has a coaxial vacuum arc deposition source that consists of an anode electrode that is opened in the chamber and closed at a position separated from the cathode electrode at the other end, and is opposed to the opening side of the coaxial vacuum arc deposition source at the bottom of the chamber A support member for supporting a transport container containing a particulate carrier that is a deposition target that is transported to a position where the active metal is evaporated from a coaxial vacuum arc deposition source and supported by the support member. A chamber for forming and supporting active metal nanoparticles on the surface of the particulate carrier in the transport container is a loading chamber, and a deaeration chamber for evacuating the adsorbed moisture of the particulate carrier on the upstream side of the loading chamber is provided. And a heat treatment chamber for recovering the crystallinity of the particulate carrier, which has been lowered due to collision of ions in the atomic state of the active metal in the support chamber on the downstream side of the support chamber, and a particulate shape whose temperature has been increased by the heat treatment The catalyst supporting device is arranged in order with a cooling chamber for cooling the carrier.
担持室における同軸型真空アーク蒸着源としては、放電電圧100V〜400Vの電源と容量1000μF〜9000μFのコンデンサを備えており、パルス放電の周期が1Hz〜5Hz、放電時間が1000μsec以下となるように設定して、トリガ電極とアノード電極との間にトリガ放電を発生させ、そのトリガ放電によってカソード電極とアノード電極との間にアーク放電を誘起させることにより、カソード電極の構成要素である活性金属を部分的に溶融、蒸発させプラズマ化させてチャンバ内へ飛翔させ、チャンバ内で同軸型真空アーク蒸着源と対向する位置へ搬送容器と共に搬送されている被蒸着体である粒子状担体の表面に活性金属ナノ粒子を形成させて担持させる。カソード電極はその全体が活性金属で構成されていてもよく、放電部分が活性金属とされているものであってもよい。また、支持部材はアーク蒸着中に搬送容器内の粒子状担体を撹拌できる機能を設けたものであることが好ましい。 The coaxial vacuum arc deposition source in the support chamber is equipped with a power source with a discharge voltage of 100 V to 400 V and a capacitor with a capacity of 1000 μF to 9000 μF, and is set so that the pulse discharge period is 1 Hz to 5 Hz and the discharge time is 1000 μsec or less. Then, a trigger discharge is generated between the trigger electrode and the anode electrode, and an arc discharge is induced between the cathode electrode and the anode electrode by the trigger discharge, so that the active metal that is a component of the cathode electrode is partially The active metal is formed on the surface of the particulate carrier, which is a deposition target, which is melted, evaporated, converted into plasma, and then fly into the chamber, and is transported together with the transport container to a position facing the coaxial vacuum arc deposition source in the chamber. Nanoparticles are formed and supported. The cathode electrode may be entirely composed of an active metal, or the discharge part may be an active metal. Moreover, it is preferable that the support member is provided with a function capable of stirring the particulate carrier in the transport container during arc vapor deposition.
活性金属として、燃料電池用の触媒や自動車排気ガスの浄化触媒には、通常、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)をはじめ、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)からなる貴金属が使用されるが、カーボンナノチューブ作製時における下地膜には、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)の鉄族金属のほか、コバルト・チタン(Co/Ti)の合金が使用される。すなわち、活性金属は適用される分野によって適宜選択される。また粒子状担体としては、触媒が使用される温度に耐える粉末状のもの、例えば導電性のカーボン粒子、絶縁性のアルミナ粒子、シリカ粒子等が適宜選択される。 As active metals, catalysts for fuel cells and automobile exhaust gas purification catalysts are usually palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium ( A noble metal made of Ir) is used, but the base film in the production of carbon nanotubes includes iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) iron group metals, as well as cobalt titanium (Co / Ti). The alloy is used. That is, the active metal is appropriately selected depending on the field to which it is applied. As the particulate carrier, a powdery material that can withstand the temperature at which the catalyst is used, for example, conductive carbon particles, insulating alumina particles, silica particles, and the like are appropriately selected.
担持室の上流側に配置する脱気室は真空ポンプを備えたチャンバであり、粒子状担体を収容している搬送容器の搬入扉と、搬送容器を支持する支持部材を備えたものであり、担持室とはゲート扉を介して接続される。支持部材に支持されている搬送容器内の粒子状担体は吸着されている水分が真空ポンプによる減圧下に蒸発され、発生する水蒸気は真空排気されるが、水分の脱着を促進するために、粒子状担体の温度を上昇させる加熱源、例えば赤外線ランプを設けて脱気中は粒子状担体を加熱することが好ましい。脱気室の支持部材は脱気処理中に搬送容器内の粒子状担体を撹拌できるものであることが好ましい。すなわち、搬送容器に振動を与えて粒子状担体を撹拌するものであってもよく、また搬送容器内に固定羽根または邪魔板を挿入し搬送容器を水平面内で回転させることによって粒子状担体を撹拌するものであってもよい。 The deaeration chamber arranged on the upstream side of the support chamber is a chamber equipped with a vacuum pump, and includes a carry-in door of a transport container containing a particulate carrier, and a support member that supports the transport container, The carrying chamber is connected via a gate door. The particulate carrier in the transport container supported by the support member evaporates the adsorbed water under reduced pressure by a vacuum pump, and the generated water vapor is evacuated, but in order to promote the desorption of water, It is preferable to provide a heating source for raising the temperature of the particulate carrier, for example, an infrared lamp to heat the particulate carrier during deaeration. The support member of the deaeration chamber is preferably capable of stirring the particulate carrier in the transport container during the deaeration process. That is, the carrier may be agitated by vibrating the carrier, or the carrier may be agitated by inserting a fixed blade or baffle into the carrier and rotating the carrier in a horizontal plane. You may do.
担持室の下流側に配置する熱処理室は真空ポンプを備えたチャンバであり、担持室とはゲート扉を介して接続される。熱処理室内の上部には加熱源、例えば赤外線ランプが設けられ、熱処理室内の底部には加熱源の下方へ搬送されてくる搬送容器を支持する支持部材が設けられ、支持部材上の搬送容器内に収容されている活性金属ナノ粒子を担持した粒子状担体を温度上昇させて粒子状担体の結晶性を回復させることによって、例えばその導電性を回復させる。支持部材は脱気室、担持室の支持部材と同様に、搬送容器内の粒子状担体を撹拌できるものであることが好ましい。 The heat treatment chamber disposed downstream of the support chamber is a chamber equipped with a vacuum pump, and is connected to the support chamber via a gate door. A heat source such as an infrared lamp is provided at the top of the heat treatment chamber, and a support member is provided at the bottom of the heat treatment chamber to support a transport container that is transported below the heat source. By increasing the temperature of the particulate carrier carrying the active metal nanoparticles contained therein to restore the crystallinity of the particulate carrier, for example, its conductivity is restored. The support member is preferably capable of stirring the particulate carrier in the transport container, like the support member of the deaeration chamber and the support chamber.
熱処理室の下流側に配置する冷却室は、真空ポンプが取り付けられたチャンバであり、熱処理室とはゲート扉を介して接続される。冷却室は上流側の熱処理室から搬送されてくる搬送容器を載置し、搬送容器内の温度が上昇している粒子状担体を活性金属ナノ粒子と共に冷却させ、冷却後に搬送容器の位置を移動させることができる可動冷却台を備えている。温度上昇している粒子状担体を自然放冷させる場合には、その冷却に時間を要するので、可動冷却台に2個以上の搬送容器を同時に載置し得るようにするためである。自然放冷させるのではなく、冷却した不活性ガスを吹き付けるようにしてもよい。 The cooling chamber disposed downstream of the heat treatment chamber is a chamber to which a vacuum pump is attached, and is connected to the heat treatment chamber via a gate door. The cooling chamber mounts a transport container transported from the upstream heat treatment chamber, cools the particulate carrier whose temperature in the transport container is rising, together with the active metal nanoparticles, and moves the position of the transport container after cooling. It has a movable cooling stand that can be made to operate. This is to allow two or more transport containers to be simultaneously placed on the movable cooling table because it takes time to cool the particulate carrier whose temperature is rising naturally. You may make it spray the cooled inert gas instead of letting it cool naturally.
以下、本発明の同軸型真空アーク蒸発源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置を実施例によって具体的に説明する。図1は同軸型真空アーク蒸着源を使用して、粒子状担体であるカーボン粒子(活性炭の粉末)の表面に活性金属である白金ナノ粒子を形成させて担持させる実施例の触媒用ナノ粒子担持装置1を示す平面図である。すなわち、触媒用ナノ粒子担持装置1は脱気室10と担持室20と熱処理室30と冷却室40とグローブボックス50とが順に接続された真空系の装置である。脱気室10は円筒状の第1チャンバであり、外部から搬入される搬送容器内のカーボン粒子に吸着されている水分を予め水蒸気として脱着させ真空排気するチャンバである。担持室20は円筒状の第2チャンバであり、チャンバ内に設けた同軸型真空アーク蒸着源を使用してカーボン粒子の表面に白金(Pt)のナノ粒子を担持させるチャンバである。熱処理室30は円筒状の第3チャンバであり、担持室20において白金イオンの衝突よる衝撃を受けて結晶性が低下しているカーボン粒子Pを熱処理して結晶性を回復させるチャンバである。冷却室40は直方体状の第4チャンバであり、熱処理室30における熱処理によって温度が上昇しているカーボン粒子Pを冷却するチャンバである。グローブボックス50には、不活性ガス(アルゴン(Ar)ガスまたは窒素(N2)ガス供給源が接続されている。
EXAMPLES Hereinafter, the catalyst nanoparticle carrying | support apparatus provided with the coaxial type vacuum arc evaporation source of this invention is concretely demonstrated by an Example. FIG. 1 shows a catalyst nanoparticle support of an embodiment in which a platinum nanoparticle as an active metal is formed and supported on the surface of carbon particles (activated carbon powder) as a particulate support using a coaxial vacuum arc deposition source. 2 is a plan view showing the device 1. FIG. That is, the catalyst nanoparticle support device 1 is a vacuum system in which the
そして、脱気室10、担持室20、熱処理室30、冷却室40は、各室の間にそれぞれ設けたゲート扉9A、9B、9Cを介し、搬送容器の搬送路となる配管で一体的に接続されている。また、脱気室10にはカーボン粒子を収容した搬送容器の搬入扉11が設けられ、冷却室40には搬出扉41A、41Bが設けられており、担持室20には定常の稼動時に使用されない盲蓋21、同じく熱処理室30には盲蓋31が設けられている。
The
そのほか、脱気室10には脱気処理の完了したカーボン粒子を収容している搬送容器を脱気室10から担持室20へ搬送するための第1搬送機構12が真空シール可能な取付部12Sを介して脱気室10の側壁に取り付けられている。すなわち、第1搬送機構12の端部12Eを脱気室10側へ移動させることによって、後述の図6に示す内包ロッド12Rが先端部に搬送容器を保持し、開とされたゲート扉9Aを通って担持室20内まで搬送することができるようになっている。同様に、担持室20には搬送容器を担持室20から熱処理室30へ搬送する第2搬送機構22が取付部22Sを介して取り付けられており、熱処理室30には搬送容器を熱処理室30から冷却室40へ搬送する第3搬送機構32が取付部3Sを介して取り付けられている。
In addition, the degassing
上記の取付部12Sは、第1搬送機構12の軸心方向をZ方向として、これに直角な上下のY方向および左右のX方向への第1搬送機構12の移動、すなわち第1搬送機構12の上下方向と左右方向への位置調整が可能とされている。このことは担持室20における第2搬送機構22の取付部22S、熱処理室30における第3搬送機構32の取付部32Sについても同様である。
The mounting
図2は図1に示した脱気室10の概略的な縦断面図である。第1チャンバである脱気室10には、脱気室10内を真空排気するためのターボ分子ポンプ19Tが可変流量弁19bを介して取り付けられ、ターボ分子ポンプ19Tの排気側には弁19b’を介してロータリポンプ19Rが取り付けられている。なお、図2では搬送容器61の搬入開口、搬出開口の図示は省略している。
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the
そして、図2において不図示の搬入扉11から脱気室10内へ搬入されてくる搬送容器61を上端部で支持する第1回転軸14が脱気室10の底部に設けられており、その第1回転軸14は、図示を省略した部材に取り付けて設けられている第1固定台16を回転自在に貫通し、更に図示を省略した真空シール機構を介して脱気室10の底部を大気側へ貫通し、その下端部に回転駆動源15が連結されている。そして、第1固定台16に固定された支柱17に固定羽根18を取り付け、その固定羽根18を搬送容器61の底面に近い深さに位置させるようにしたものである。従って、搬送容器61が回転軸14によって回転されると、内部に収容されているカーボン粒子Pが撹拌される。なお、図2では搬送容器61の搬出開口の図示は省略している。
And the 1st
上記の支柱17は上下方向に伸縮可能とされており、搬送容器61を搬入扉11から脱気室10へ搬入する場合や、搬送容器61を第1搬送機構12によって脱気室10から担持室20へ搬送する場合に、固定羽根18が支障とならないように、一点鎖線で示した上方の退避位置まで上昇させることができる。このことは、後述する担持室20における固定羽根28、熱処理室30における固定羽根38についても同様である。なお実施例では支柱17を上下方向に伸縮可能なものとしたが、それ以外の動作、例えば固定羽根18と共に支柱17を外側へ倒すことが可能なものとしてもよい。
The
更には、脱気室10内の上部には脱気室用加熱源13が設けられている。すなわち、カーボン粒子Pに吸着されている水分は水蒸気として脱着させて真空排気するが、上述したように、この水分の脱着が完了して1.3×10-3 Pa以下の真空度に到達するには、長時間を要する。 上記の脱気室用加熱源13は水分の蒸発に伴うカーボン粒子Pの温度の低下、蒸発速度の低下を防いで、水分の脱着を促進するためのものである。脱気室用加熱源13は、加熱ランプ13aと熱線反射板13bとが脱気室10の天井部を貫通する吊下げ具13cによって取り付けられており、加熱ランプ13aは脱気室10の外に設けられた電源と温度調節機構を兼備するコントローラ13dに接続されている。
Furthermore, a
図3は図1に示した担持室20の概略的な縦断面図である。第2チャンバである担持室20には、担持室20内を真空排気するためのターボ分子ポンプ29Tが可変流量弁を介して取り付けられ、ターボ分子ポンプ29Tの排気側には弁を介してロータリポンプ29Rが取り付けられている。なお、図3では搬送容器61の搬入開口、搬出開口の図示は省略している。
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of the carrying chamber 20 shown in FIG. A turbo
担持室20室の上部には、活性金属としての白金(Pt)を蒸発させプラズマとして飛翔させる同軸型真空アーク蒸着源51が設けられている。すなわち、同軸型真空アーク蒸着源51は蒸発材料である白金からなる円柱状のカソード電極52と、カソード電極52の外周面に接して同軸に設けられた上下が逆のハット形状の絶縁碍子53と、同絶縁碍子53のハットの筒状部の外周面に接し、ハットの鍔部に上端を接して同軸に設けられた円筒状のトリガ電極54と、トリガ電極54の外周面から所定の間隔をあけて同軸に設けられた円筒状であって、下端側が担持室20内へ向けて開口され、上端側がカソード電極52の上端から離隔した位置で閉じられているアノード電極55とからなっている。
A coaxial vacuum
そして、トリガ電極54とカソード電極52との間にはトリガ電源56が設けられており、カソード電極52とアノード電極55との間にはアーク用の直流電源57が設けられている。上記トリガ電源56のプラス端子はトリガ電極54に接続され、マイナス端子は直流電源57のマイナス側端子と同電位としてカソード電極52に接続されている。そしてトリガ電源56はパルストランスからなり、入力電圧200V、周期μsec単位のパルス電圧を17倍の3.4kV(数μA)に昇圧して出力する。
A
上記のアーク用の直流電源57は電圧が100V、電流が数Aのものであり、そのプラス端子は接地されてグランド電位にあり、アノード電極55に接続されている。そして、直流電源57と並列に容量8800μFのコンデンサユニット58が設けられており、一方の端子は直流電源57のプラス端子側に接続され、他方の端子は直流電源57のマイナス端子側に接続されている。なお、コンデンサユニット58は容量2200μF、耐圧100Vのコンデンサが4個並列に接続されているものである。コンデンサユニット28は直流電源57によって随時蓄電されるが、その蓄電に約1秒かかるので、コンデンサユニット58からの放電を繰り返す場合の放電の周期は約1Hzである。
The arc
そして脱気室10から搬送されてくる脱気の完了したカーボン粒子Pを収容している搬送容器61は、同軸型真空アーク蒸着源51の開口側の直下において、脱気室10の第1回転軸14と同様に構成されている第2回転軸24の上端部に支持される。すなわち、第2回転軸24は、第1回転軸14と同様、図示を省略した部材によって担持室20に取り付けられている第2固定台26を回転自在に貫通され、更に図示を省略した真空シール機構を介して担持室20の底部を大気側へ貫通されており、その下端部に回転駆動源25が連結されている。そして第2固定台26に取り付けた伸縮可能な支柱27に支持されている固定羽根28を搬送容器61の底面に近い深さに位置させ、回転駆動源25によって搬送容器61を回転させると収容されているカーボン粒子Pが固定羽根28によって撹拌される。
The
図4は図1に示した熱処理室30の概略的な縦断面図である。すなわち、熱処理室30は脱気室10と同様に構成されており、第3チャンバである熱処理室30には、熱処理室30内を真空排気するためのターボ分子ポンプ39Tが可変流量弁を介して取り付けられ、ターボ分子ポンプ39Tの排気側には弁を介してロータリポンプ39Rが取り付けられている。なお、図4では搬送容器61の搬入開口、搬出開口の図示は省略している。
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of the heat treatment chamber 30 shown in FIG. That is, the heat treatment chamber 30 is configured in the same manner as the
担持室20から熱処理室30内へ搬送されてくるカーボン粒子Pは、白金ナノ粒子を担持させた時の白金イオンの衝突による衝撃によって結晶性が低下しているが、そのカーボン粒子Pを熱処理して結晶性を回復させるための熱処理室用加熱源33が熱処理室30内の上部に設けられている。この結晶性の低下は約300℃で1時間程度の加熱を行うことによって回復することが分かっている。熱処理室用加熱源33は、加熱ランプ33aと熱線の反射板33bとが熱処理室30の天井部を貫通する吊下げ具33cによって取り付けられており、加熱ランプ33aは熱処理室30の外に設けられた電源と温度調節機構とを兼備するコントローラ33dに接続されている。
The carbon particles P transported from the support chamber 20 into the heat treatment chamber 30 are deteriorated in crystallinity due to the impact caused by the collision of platinum ions when the platinum nanoparticles are supported, but the carbon particles P are heat treated. A
そして、熱処理室30内の底部には、熱処理室用加熱源33の直下へ搬入されてくる搬送容器61を上端部で支持する第3回転軸34が設けられており、第3固定台36に取り付けた伸縮可能な支柱37に支持された固定羽根38が搬送容器61の底面に近い位置まで挿入されていることは、脱気室10、担持室20の場合と同様である。そして第3回転軸34の下端部に連結されている回転駆動源35によって搬送容器61が回転されると、内部に収容されている白金ナノ粒子を担持したカーボン粒子Pが固定羽根38によって撹拌される。
The bottom of the heat treatment chamber 30 is provided with a third
図5は図1に示した冷却室40における[5]−[5]線方向の概略的な縦断面図である。第4チャンバである冷却室40には、冷却室40内を真空排気するためのターボ分子ポンプ49Tが可変流量弁を介して取り付けられ、ターボ分子ポンプ49Tの排気側には弁を介してロータリポンプ49Rが取り付けられている。
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view taken along the line [5]-[5] in the cooling chamber 40 shown in FIG. A turbo
図5に示すように、冷却室40内には図示を省略したレール上を走行する車輪44を備えた可動冷却台42が設けられており、熱処理室30から搬送されてくる搬送容器61は搬入開口40wから搬入され、可動冷却台42に設けた例えば支持板43A上に載置される。可動冷却台42に支持板43Aと43Bとを設けて2個の搬送容器61を載置し得るようにしているが、これはカーボン粒子Pの冷却に時間を要する場合には、可動冷却台42を移動させて支持板43Bを搬入開口40wの正面に位置させ、次のバッチの搬送容器61’を載置させるためである。
As shown in FIG. 5, the cooling chamber 40 is provided with a movable cooling table 42 having
そして既に簡単に上述した搬送容器61の搬送機構であるが、図1を参照して、脱気室10に取り付けられており、脱気室10内で第1回転軸14の上端部に支持されている搬送容器61を下流の担持室20へ搬送し、その第2回転軸24の上端部に支持させる筒状の第1搬送機構12のほか、担持室20に設けられている第2搬送機構22、熱処理室30に設けられている第3搬送機構32は全て同様に構成されているので、脱気室10の第1搬送機構12について以下に説明し、他の搬送機構についての説明は省略する。
The transport mechanism of the
図6Aは図2において搬送容器61が脱気室10の第1回転軸14の上端部に支持されている部分を拡大して示す部分縦断面図である。すなわち、搬送容器61と第1固定台16との間へ第1搬送機構12の内包ロッド12Rの先端に取り付けたフォーク12Fが挿入されつつある状態を示す。図6Bはフォーク12Fの面のレベルで見た平面図であり、搬送容器61の底面を二点鎖線で示しているが、第1固定台16の図示は省略している。搬送容器61の底板には第1回転軸14の上端部を嵌入させる嵌入穴62がキー溝62wと共に設けられており、その嵌入穴62へ第1回転軸14のキー14kを設けた上端部が嵌入されて搬送容器61を支持している。そして、第1回転軸14を挟んでフォーク12Fを挿入した後、第1搬送機構12の取付部12Sを操作して第1搬送機構12と内包ロッド12Rを上方へ移動させることにより、搬送容器61はフォーク12に支持されて一点鎖線で示す位置まで上昇されて第1回転軸14の先端から浮いた高さ位置となる。搬送容器61をその高さ位置まで持ち上げてから、第1搬送機構12の内包ロッド12Rによって搬送容器61を担持室20の第2回転軸24の直上まで搬送し、続いて下降させることにより、搬送容器61を第2回転軸24の上端部に支持させることができる。その後、内包ロッド12Rは搬送容器61の直下から脱気室10へ引き戻される。
6A is a partial vertical cross-sectional view showing, in an enlarged manner, a portion where the
本実施例の同軸型真空アーク蒸発源51を備えた触媒用ナノ粒子担持装置1は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。なお図1において、脱気室10には、搬入扉11からカーボン粒子Pを収容した搬送容器61が搬入されて第1回転軸14の上端部に支持されており、固定羽根18は搬送容器61のカーボン粒子P内にあって、搬入扉11は閉じられており、かつ脱気室10、担持室20、熱処理室30、冷却室40は、各室の間のゲート扉9A、9B、9Cが閉じられて既に真空排気され、要すれば不活性ガスが導入されて、真空度は1×10-5Pa以下に維持されているものとする。また、担持室20の固定羽根28、熱処理室30の第3回転軸28は回転を停止されて退避位置にあり、脱気室用加源源13、熱処理室用加熱源33は作動状態にあり、担持室20の同軸型真空アーク蒸発源51は作動を開始できる状態にあるものとする。
The catalyst nanoparticle supporting apparatus 1 having the coaxial vacuum
この状態において、図2を参照し、脱気室10内で第1回転軸14によって搬送容器61を回転させると、収容されているカーボン粒子Pは固定羽根18が挿入されていることによって撹拌されるが、その状態で脱気室用加熱源13の加熱ランプ13aによって、真空下に150℃〜200℃の温度に加熱する。従ってカーボン粒子Pに吸着している水分は蒸発し真空排気される。真空度が1.3×10-3Pa以下になれば水分の脱着が完了したと判断されて、固定羽根18を一点鎖線で示す退避位置へ上昇させ、 第1回転軸14の回転を停止する。続いて図1に示すゲート扉9Aを開けると共に、図6に示すように、第1搬送機構12の内包ロッド12Rの先端のフォーク12Fを搬送容器61と第1固定台16との間に挿入して、搬送容器61を持ち上げて第1回転軸14の先端から浮かせ、その状態で下流の担持室20へ搬送し、第2回転軸24の上端部に搬送容器61を支持させる。その後は内包ロッド12Rを脱気室10へ引き戻し、ゲート扉9Aを閉じる。
In this state, referring to FIG. 2, when the
担持室20においては、図3を参照し、第2回転軸24を回転させ、退避位置にある固定羽根28を搬送容器61の底面近くまで下降させてカーボン粒子Pの撹拌を開始すると共に、同軸型真空アーク蒸発源51を起動して、カーボン粒子Pの表面に白金ナノ粒子を担持させる。先ず、トリガ電源56からトリガ電極54へ電圧3.4kVのパルス電圧を出力してカソード電極52の下端とトリガ電極54の下端との間の最短距離の部分である絶縁碍子53の下端面に沿面放電、すなわちトリガ放電を生起させる。コンデンサユニット58はアーク用直流電源57によって随時に蓄電されているので、上記トリガ放電に誘起されて、カソード電極52とアノード電極55との間にアーク放電が発生する。
In the carrying chamber 20, referring to FIG. 3, the second
すなわち、コンデンサユニット28に蓄電されている電荷が真空アーク放電され、カソード電極22へ多量のアーク電流(2000A〜5000A)が200μsec〜550μsecの間に流入する。このアーク電流によって、カソード電極22の下端の近傍にはプラズマが形成され、かつカソード電極22を構成している白金は下端面が部分的に溶融されて蒸発するが、蒸発した白金はプラズマ内へ放出されることからプラズマ化されて電子と白金イオンに解離される。
That is, the electric charge stored in the
この時、アーク電流がカソード電極22内を流れることにより、カソード電極22を中心にして同心円状に磁場が形成される。従って、カソード電極22から放出された電子と白金イオンは磁場からローレンツ力を受ける。そして電子はローレンツ力によって、(電荷/質量)比が大きい原子状の白金イオンはローレンツ力および電子との間のクーロン力によって、カソード電極22の軸心方向へ加速されて飛翔し、撹拌容器31内で撹拌されているカーボン粒子Pの表面に衝突して付着し凝集する。その結果、カーボン粒子Pの表面に白金ナノ粒子(粒子径1nm〜10nm)が形成され担持される。
At this time, an arc current flows in the
担持操作が完了すると、図3に示した固定羽根28を退避位置へ上昇させ、第2回転軸14の回転を停止する。そして、図1に示したゲート扉9Bを開けると共に、脱気室10におけると同様、第2搬送機構22の内包ロッドによって搬送容器61を持ち上げて第2回転軸24の先端から浮かせ、下流の熱処理室30へ搬送して第3回転軸34の上端部に搬送容器61を支持させる。その後、内包ロッドを担持室20へ引き戻し、ゲート扉9Bを閉じる。
When the carrying operation is completed, the fixed
熱処理室30においては、図4を参照し、第3回転軸34を回転させ、退避位置にある固定羽根38を搬送容器61の底面近くまで下降させて白金ナノ粒子を担持させたカーボン粒子Pの撹拌を開始すると共に、熱処理室用加熱源33の加熱ランプ33aによって真空下に加熱する。すなわち、担持室20での白金イオンが衝突したことにより、担体であるカーボン粒子Pの表層部分の結晶性がダメージを受けて導電性が低下しているが、その結晶性を回復させるために、白金ナノ粒子を担持しているカーボン粒子Pを350℃〜600℃の温度範囲で20min〜30minの熱処理を行う。
In the heat treatment chamber 30, referring to FIG. 4, the third
熱処理が終わると、固定羽根38を退避位置へ上昇させて第3回転軸14の回転を停止する。そして図1に示したゲート扉9Cを開けると共に、脱気室10におけると同様に、第3搬送機構32の内包ロッドによって搬送容器61を持ち上げて第3回転軸34の先端から浮かせ、下流の冷却室40へ搬送して、図5に示す冷却室40の搬入開口40wの正面に位置する可動冷却台42の例えば支持板43A上に搬送容器61を載置する。その後内包ロッドを熱処理室30へ引き戻し、ゲート扉9Cを閉じる。
When the heat treatment is finished, the fixed
冷却室40においては、搬送容器61に収容されている白金ナノ粒子を担持したカーボン粒子Pを室温まで放冷する。その間、可動冷却台42を移動して支持板43Bを搬入開口40wの正面に位置させ、後続の搬送容器61’の搬入に待機する。そして、搬送容器61内の白金ナノ粒子を担持したカーボン粒子Pの冷却が完了すると、一例として不図示の導入管から不活性ガスまたは大気を導入して冷却室40内を大気圧にした後、搬送容器61を搬出扉41Aから搬出することができる。 これ以外の搬出方法であってもよいことは言うまでもない。グローブボックス50はアルゴン・ガスの雰囲気になっており、搬送容器61に密封できる蓋を被せて大気中へ取り出す。
In the cooling chamber 40, the carbon particles P carrying platinum nanoparticles contained in the
以上、本発明の同軸型真空アーク蒸発源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置を実施例によって説明したが、勿論、本発明は本実施例に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 As described above, the catalyst nanoparticle supporting apparatus provided with the coaxial vacuum arc evaporation source of the present invention has been described by way of example, but of course, the present invention is not limited to this example, and the technical idea of the present invention is not limited thereto. Various modifications are possible based on this.
例えば本実施例においては、担持室20の同軸型真空アーク蒸発源51におけるカソード電極52を白金からなるものとしたが、アノード電極55との間で発生するアーク放電によって白金が溶融し蒸発する部分は白金であることを要するものの、図3において、カソード電極52の上端部を白金以外の金属で構成してもよい。
For example, in this embodiment, the
また本実施例においては、例えば脱気室10における搬送容器61の支持部材として第1回転軸14を例示し、第1回転軸14の上端部で直接に支持する場合を例示したが、回転軸14で回転可能とした支持部材で搬送容器61を支持するようにしてもよい。上記は何れも搬送容器61を回転させ、搬送容器61の内部に設けた固定羽根18によってカーボン粒子Pを撹拌するものであるが、搬送容器61、または搬送容器61を支持する支持部材を回転させることなく、搬送容器61内のカーボン粒子Pを撹拌機によって撹拌するものとしてもよい。このことは、担持室20、熱処理室30においても同様である。
Further, in this embodiment, for example, the first
また本実施例においては、例えば脱気室10において、搬送容器61を第1搬送機構12の内包ロッド12Rによって担持室20へ搬送する場合を例示したが、それ以外の搬送手段、例えばレール上を走行する自走式車両によって搬送容器61を搬送してもよく、搬送容器61の搬送手段は限定されない。なおレールを敷設する場合には、ゲート扉9A、9B、9Cでは部分的にレールを欠落させるので、自走式車両はそのようなレールを走行し得るように車輪の配置についての配慮を要する。
In the present embodiment, for example, in the
また本実施例においては、例えば脱気室10において、第1回転軸14の上端部に支持されている搬送容器61を第1回転軸14の上端から浮かせるために、取付部12Sは第1搬送機構12を内包ロッド12Rと共に上下および左右の方向へ位置調整することが可能なものとしたが、第1回転軸14を回転駆動源15と共に上下および左右の方向へ移動可能なものとしてもよい。
In the present embodiment, for example, in the
また本実施例においては、冷却室40におけるカーボン粒子Pの冷却を真空下に放冷して行ったが、真空下の輻射による冷却ではなく、不活性ガスを導入して不活性ガスの対流による冷却としてもよく、また冷却した不活性ガスを吹き付けて冷却するようにしてもよい。 In the present embodiment, the cooling of the carbon particles P in the cooling chamber 40 was performed by cooling under vacuum, but instead of cooling by radiation under vacuum, an inert gas was introduced and convection of the inert gas was performed. It is good also as cooling, and you may make it cool by spraying the cooled inert gas.
1 触媒用ナノ粒子担持装置、
9A、9B、9C ゲート扉、 10 脱気室、
11 搬入扉、 12 第1搬送機構、
12R 内包ロッド、 12S 取付部、
13 脱気室用加熱源、 13a 加熱ランプ、
13b 熱線反射板、 13d コントローラ、
14 第1回転軸、 14k キー、
16 第1固定台、 17 支柱、
18 固定羽根、 19R ロータリポンプ、
19T ターボ分子ポンプ、 20 担持室、
22 第2搬送機構、 24 第2回転軸、
30 熱処理室、 32 第3搬送機構、
33 熱処理室用加熱源、 34 第3回転軸、
40 冷却室、 41A、41B 搬出扉、
42 可動冷却台、 43A、43B 支持板、
44 車輪、 50 グローブボックス
51 同軸型真空アーク蒸発源、 52 カソード電極、
53 絶縁碍子、 54 トリガ電極、
55 アノード電極、 56 トリガ電源、
57 アーク用直流電源、 58 コンデンサユニット、
61 搬送容器、 62 嵌入穴、
62w キー溝、
1 catalyst nanoparticle support device,
9A, 9B, 9C Gate door, 10 Deaeration chamber,
11 carry-in door, 12 first transport mechanism,
12R inclusion rod, 12S mounting part,
13 Heat source for deaeration chamber, 13a Heating lamp,
13b heat ray reflector, 13d controller,
14 1st rotation axis, 14k key,
16 first fixed base, 17 struts,
18 fixed blade, 19R rotary pump,
19T turbo molecular pump, 20 loading chamber,
22 second transport mechanism, 24 second rotating shaft,
30 heat treatment chamber, 32 third transfer mechanism,
33 heat source for heat treatment chamber, 34 third rotating shaft,
40 Cooling chamber, 41A, 41B Unloading door,
42 movable cooling stand, 43A, 43B support plate,
44 wheels, 50
53 Insulator, 54 Trigger electrode,
55 anode electrode, 56 trigger power supply,
57 DC power supply for arc, 58 capacitor unit,
61 transport container, 62 insertion hole,
62w keyway,
Claims (4)
第2チャンバであり、該第2チャンバ内の上部に、活性金属を要素とする円柱状のカソード電極と、該カソード電極の外周面に接して同軸に設けられた円筒状の絶縁碍子と、該絶縁碍子の外周面に接して同軸に設けられたトリガ電極と、前記トリガ電極の外周面から所定の間隔をあけて同軸に設けられた円筒状で一端側が前記第2チャンバ内に開口され他端側が前記カソード電極と離隔した位置で閉じられたアノード電極とからなる同軸型真空アーク蒸着源を備え、前記第2チャンバ内の底部には前記同軸型真空アーク蒸着源の開口側と対向する位置へ搬送されてくる前記搬送容器を支持する第2支持部材を備えており、前記同軸型真空アーク蒸着源から前記活性金属を蒸発させ、前記第2支持部材に支持されている前記搬送容器内の前記粒子状担体の表面に活性金属ナノ粒子を形成して担持させる担持室と、
第3チャンバであり、該第3チャンバ内に第3チャンバ用加熱源を備え、前記第3チャンバ内の底部には前記第3チャンバ用加熱源の下方へ搬送されてくる前記搬送容器を支持する第3支持部材を備えており、該第3支持部材に支持されている前記搬送容器内の前記活性金属ナノ粒子が担持された前記粒子状担体を熱処理する熱処理室と、
第4チャンバであり、該第4チャンバ内へ搬送されてくる前記搬送容器を載置して収容されている前記活性金属ナノ粒子が担持された前記粒子状担体を冷却し前記搬送容器の場所を移動させ得る可動冷却台および前記搬送容器の搬出扉が設けられている冷却室とが、各室の間にそれぞれゲート扉を介して順に接続されており、
かつ前記脱気室には前記第1支持部材に支持されている前記搬送容器を前記担持室内の前記第2支持部材へ搬送する第1搬送機構が設けられ、前記担持室には前記第2支持部材に支持されている前記搬送容器を前記熱処理室内の前記第3支持部材へ搬送する第2搬送機構が設けられ、前記熱処理室には前記第3支持部材に支持されている前記搬送容器を前記冷却室の前記可動冷却台へ搬送する第3搬送機構が設けられていることを特徴とする同軸型真空アーク蒸着源を備えた触媒用ナノ粒子担持装置。 The first chamber is provided with a carrying-in door for a carrying container that contains the particulate carrier, and a first support member that supports the carrying container to be carried is provided at the bottom of the first chamber. A deaeration chamber for desorbing moisture adsorbed on the particulate carrier in the transport container supported by a support member;
A columnar cathode electrode having an active metal as an element, a cylindrical insulator provided coaxially in contact with the outer peripheral surface of the cathode electrode, and an upper portion in the second chamber; A trigger electrode coaxially provided in contact with the outer peripheral surface of the insulator and a cylindrical shape coaxially provided at a predetermined interval from the outer peripheral surface of the trigger electrode, one end side being opened in the second chamber and the other end A coaxial vacuum arc deposition source having an anode electrode closed at a position spaced apart from the cathode electrode, and at the bottom of the second chamber to a position facing the opening side of the coaxial vacuum arc deposition source A second support member for supporting the transport container to be transported; evaporating the active metal from the coaxial vacuum arc deposition source; and the transport container supported by the second support member in the transport container grain A bearing chamber to be supported to form an active metal nanoparticles on the surface of the Jo carrier,
A third chamber, and a third chamber heating source is provided in the third chamber, and the bottom of the third chamber supports the transport container transported below the third chamber heat source. A heat treatment chamber comprising a third support member, and heat-treating the particulate carrier carrying the active metal nanoparticles in the transport container supported by the third support member;
A fourth chamber that cools the particulate carrier on which the active metal nanoparticles supported by the transport container transported into the fourth chamber is placed; A movable cooling stand that can be moved and a cooling chamber provided with a carry-out door of the transfer container are connected in sequence between each chamber via a gate door,
The deaeration chamber is provided with a first transfer mechanism for transferring the transfer container supported by the first support member to the second support member in the support chamber, and the support chamber has the second support. A second transport mechanism configured to transport the transport container supported by a member to the third support member in the heat treatment chamber, wherein the heat treatment chamber includes the transport container supported by the third support member; A catalyst nanoparticle supporting apparatus having a coaxial vacuum arc deposition source, wherein a third transport mechanism for transporting to the movable cooling table in the cooling chamber is provided.
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