JP5169824B2 - カーボンナノホーンの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明はカーボンナノホーンの製造装置及び製造方法に関し、特に純度の高いカーボンナノホーンを回収することができるカーボンナノホーンの製造装置及び製造方法に関する。

カーボンナノホーンは、グラフェンシート単層からなるチューブの先端が閉じた中空円錐状、すなわち角状（ホーン）の構造を有する物質である。通常、カーボンナノホーンは、多数のカーボンナノホーンがその先端を外側に向けて集まった球状の凝集体として得ることができる（例えば、特開２００３−２０２１５号公報 参照）。カーボンナノホーンの直径は２−５ｎｍ程度であり、また、凝集体の直径は５０−１５０ｎｍ程度である。このカーボンナノホーンの凝集体は、その表面が非常に不規則な構造しているという特徴があるため、触媒の担持体やガス吸着剤としての応用が期待されている。

カーボンナノホーンの製造方法には、レーザアブレーション法やアーク放電法などがある。このうち、レーザアブレーション法は、アルゴンガス等の不活性ガス中でグラファイト等のカーボン製ターゲットに炭酸ガスレーザを照射するものであり、比較的純度の高いカーボンナノホーンを製造することができる（例えば、特開２００５−３５０２７５号公報、特開２００５−３５０３４９号公報 参照）。

製造されたカーボンナノホーンを含む生成物の回収は、適当な基板上に堆積させて回収する方法や、ダストバックによる微粒子回収方法、あるいは不活性ガスを反応容器内に流通させて、不活性ガスの流れにより回収する方法などにより行うことができる（例えば、特開２００１−０６４００４号公報（特に、段落００１８）参照）。

また、カーボンナノホーンを含む生成物の回収は、反応チャンバーに接続された不活性ガス循環通路等に設けたフィルタにより行うこともできる（例えば、特開２００２−２３４７１５号公報、特表２００５−５０１７８９号公報参照）。さらに、反応チャンバーの内壁面に付着した生成物は、スクレーパによって掻き取ることにより回収される（例えば、特開２００２−２３４７１５号公報参照）。

従来の製造方法により得られるカーボンナノホーン（生成物）の純度は、ＴＧＡ（熱定量分析）及びＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察による見積もりによれば、９０％程度以下である。詳細には、従来の製造方法により生成された生成物には、不純物として、グラファイト（黒鉛）が１０％程度、アモルファスカーボンが数％程度含まれている。

カーボンナノホーンを燃料電池用の触媒担持体や複合材料の原料として用いたり、その他の様々な産業分野において利用するためには、グラファイト成分やアモルファス成分等の不純物をできるだけ除去し、その純度を向上させることが望ましい。

カーボンナノホーンの純度を向上させるための技術として、製造後に酸素雰囲気中で熱処理する方法が知られている。この方法は、カーボンナノホーン（生成物）を酸素雰囲気中において５００℃程度で熱処理することにより、アモルファス成分を燃焼させて取り除くというものである。しかし、この方法では、酸素雰囲気中でカーボンナノホーンよりも高い燃焼温度を有するグラファイト成分を取り除くことはできず、純度を９０％以上に向上させることは難しい。

従って、本発明の目的は、グラファイト成分やアモルファス成分を低減させた高純度のカーボンナノホーンを回収することができる製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明のカーボンナノホーンの製造装置は、固体状炭素物質にレーザ−光を照射してカーボンナノホーンを含む生成物を生成するための生成チャンバと、その生成チャンバで生成されたその生成物を、軽量成分と重量成分とに分離する分離機構と、を具備する。

その分離機構は、その生成チャンバに搬送管を介して連結された回収チャンバを備えていることが好ましい。ここで、その回収チャンバは、その搬送管の回収チャンバ側出口よりも上方に設けられた排気口、を備えている。

その生成チャンバには、その生成チャンバ内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口が設けられていることが好ましい。

その回収チャンバ内には、その搬送管の回収チャンバ側出口と排気口との間にフィルタが設けられていることが好ましい。そのフィルタには、前記フィルタの表面積を増やすためのフィルタ付加物が取りつけられていることが好ましい。そのフィルタは、円錐形状であることが好ましい。

その回収チャンバの底壁部には、その底壁部に堆積した生成物を回収するための回収口が設けられていることが好ましい。

その回収チャンバには、その底壁部に堆積した生成物をその回収口へ掻き落とすための掻き落とし機構が設けられていることが好ましい。その掻き落とし機構は、上下方向に沿った回転軸の周りを、その底壁部に接しつつ回転するように取り付けられた掻き落とし板を有することが好ましい。

その回収チャンバは、上下方向に沿った中心軸を持つ円筒形であることが好ましい。

その搬送管の回収チャンバ側出口は、その回収チャンバ側出口から噴出したガスがその回収チャンバ内を螺旋状に上昇するように配置されていることが好ましい。

本発明のカーボンナノチューブの製造装置は、更に、その排気口に接続され、その回収チャンバ内を排気する排気機構、を具備することが好ましい。

本発明のカーボンナノホーンの製造方法は、固体状炭素物質にレーザ−光を照射してカーボンナノホーンを含む生成物を生成する生成工程と、その生成物を、軽量成分と重量成分とに分離する分離工程と、分離されたその重量成分を回収する回収工程と、を具備することが好ましい。

その分離工程は、その生成物を、排気口の設けられた回収チャンバに、その排気口よりも下方から導入する導入工程を含むことが好ましい。

その分離工程は、その生成物を不活性ガスの流れにのせる工程を含み、その導入工程において、不活性ガスの流れにのった生成物をその回収チャンバ内に導入することが好ましい。その不活性ガスはアルゴンガスであることが好ましい。

その回収チャンバ内には、その排気口よりも下部にフィルタが設けられており、その分離工程において、その生成物を、そのフィルタよりも下部からその回収チャンバ内に導入することが好ましい。また、そのフィルタは、円錐形状であることが好ましい。

その回収工程において、その回収チャンバの底壁部に設けられた回収口から、その重量成分を回収することが好ましい。

その回収チャンバには、その底壁部に堆積した生成物をその回収口へ掻き落とすための掻き落とし機構が設けられており、その回収工程において、その掻き落とし機構を駆動することにより、その生成物をその回収口に掻き落とすことが好ましい。その掻き落とし機構は、上下方向に沿った回転軸の周りを、その底壁部に接しつつ回転するように取り付けられた掻き落とし板を有していることが好ましい。また、その回収チャンバは、上下方向に沿った中心軸を持つ円筒形であることが好ましい。

その分離工程において、その回収チャンバ内を螺旋状に上昇するように、その生成物をその回収チャンバ内に導入することが好ましい。

その生成工程において、不活性ガス雰囲気中で固体状炭素単体物質にレーザー光を照射することが好ましい。

その分離工程は、前記回収チャンバ内を排気する工程を含むことが好ましい。

本発明のカーボンナノホーンの製造装置の他の形態は、不活性ガス雰囲気中で固体状炭素物質にレーザ光を照射して炭素を蒸発させ、カーボンナノホーンを含む生成物を生成するものである。このカーボンナノホーンの製造装置は、生成物を生成するための生成チャンバと、その生成チャンバに搬送管を介して連結された回収チャンバと、その回収チャンバ内に設けられたフィルタと、を有している。そのフィルタにカーボンナノホーン以外の成分を多く含む生成物を吸着させることにより、カーボンナノホーンを多く含む生成物が分離される。

その搬送管の回収チャンバ側出口は、その回収チャンバの下部の偏心位置に、その回収チャンバ側出口より噴出した不活性ガスが、その回収チャンバの内周壁に沿って螺旋状に上昇するように設けられている事が好ましい。

その回収チャンバの底壁部には、その生成物を回収するための回収口と、その底壁部に接してその底壁部に堆積したその生成物をその回収口へ掻き落とすための掻き落とし板とが設けられている事が好ましい。

また、本発明のカーボンナノホーンの製造方法の他の形態は、生成チャンバ内で、不活性ガス雰囲気中で固体状炭素単体物質にレーザ光を照射することによって炭素を蒸発させてカーボンナノホーンを含む生成物を生成し、その生成チャンバから搬送管を通して回収チャンバに流れる不活性ガス流とともにその生成物を回収チャンバに搬送し、その回収チャンバ内で、グラファイト成分を多く含む生成物をフィルタに吸着させ、そのフィルタ以外のその回収チャンバ内に堆積した生成物を回収するものである。

その生成物の回収は、その回収チャンバの底壁部に接するように設けられた掻き落とし板を回転駆動して、その底壁部に堆積した生成物を、その底壁部に形成された回収口に掻き落とすようにする事が好ましい。

本発明のカーボンナノホーンの製造装置の更に別の形態は、不活性ガス雰囲気中で固体状炭素単体物質にレーザ光を照射して生成物を生成するための生成チャンバと、ガス流を利用してその生成物を搬送しつつ、その生成物を比較的軽い成分を多く含む第１の生成物成分と、比較的重い成分を多く含む第２の生成物成分とに分離する分離手段と、を有している。

その分離手段は、その生成物を回収するための回収チャンバと、その生成チャンバとその回収チャンバとを連結し、その不活性ガスをその生成チャンバからその回収チャンバへと流入させることによりその生成物をその生成チャンバからその回収チャンバへと搬送する搬送管と、を備えている事が好ましい。

また、その回収チャンバの内部を排気するための排気口がその回収チャンバの上部に設けられ、かつその搬送管のその回収チャンバ側出口がその回収チャンバの下部に設けられている事が好ましい。

また、その回収チャンバは上下方向に沿った中心軸を持つ円筒形であって、そのガス流がその回収チャンバの内周壁に沿って螺旋状に上方へ向かうように、その搬送管のその回収チャンバ側出口が偏心して設けられている事が好ましい。

その回収チャンバの上部には、その第１の生成物成分を回収するためのフィルタ、好ましくは円錐形のフィルタが設けられていることが好ましい。

本発明のカーボンナノホーンの製造方法の更に別の形態は、不活性ガス雰囲気中で固体状炭素単体物質にレーザ光を照射して生成物を生成する工程と、その不活性ガスを利用してその生成物を含むガス流を作り出す工程と、そのガス流に含まれるその生成物を堆積させる工程と、そのガス流の経路に基づいて定められた特定の場所に堆積しているその生成物を回収する工程と、を備えている。

このカーボンナノホーンの製造方法において、その生成物を生成する工程を生成チャンバで行い、その生成チャンバにその不活性ガスを供給するとともに、その生成チャンバに搬送管を通じて連結された回収チャンバ内を排気して、その生成チャンバ内で生成されたその生成物をその回収チャンバ内に搬送するそのガス流を作り出し、そのガス流に含まれる生成物をその回収チャンバ内に堆積させることが好ましい。

また、そのガス流をその回収チャンバの内周壁に沿って螺旋状に下部から上部へと向かわせ、その回収チャンバの上部に達したその生成物をフィルタに吸着させて除去し、その回収チャンバの底壁部に堆積した前記生成物を回収するようにする事が好ましい。

本発明によれば、生成チャンバ内で生成された生成物を回収する際、ガス流を利用してその生成物を別の場所へ搬送し堆積させることにより、比較的重い成分多く含む（カーボンナノホーンを多く含む）生成物成分と、比較的軽い成分を多く含む（カーボンナノホーンをほとんど含まない）生成物成分とに容易に分離することができる。そして、比較的重い成分を多く含む生成物成分のみを回収することにより、精製工程を経ることなく高純度のカーボンナノホーンを得ることができる。

即ち、本発明によれば、ガス流を使用して容易に不純物であるグラファイト成分やアモルファス成分を除去することができ、高純度のカーボンナノホーンを簡便に製造することができるカーボンナノホーンの製造装置及び製造方法が提供される。

図１は、本発明の一実施の形態に係るカーボンナノホーン製造装置の概略構成図である。 図２は、図１における回収チャンバ内での不活性ガスの流れを説明するための回収チャンバの底壁部付近の断面図である。 図３は、本発明の他の実施例に係るカーボンナノホーン製造装置に含まれる回収チャンバの概略構成図である。 図４は、実施例１で回収した高純度カーボンナノホーン粉末のＴＧＡ測定曲線を示すグラフである。 図５は、実施例２で回収した高純度カーボンナノホーン粉末のＴＧＡ測定曲線を示すグラフである。 図６は、比較例としてのカーボンナノホーン粉末の製造に用いられたカーボンナノホーン製造装置の概略構成図である。 図７は、比較例で改修したカーボンナノホーン粉末のＴＧＡ測定曲線を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明は、カーボンナノホーンが、グラファイト成分やアモルファス成分に比べて凝集しやすいという特性を有していることを利用する。カーボンナノホーン凝集体は、グラファイトやアモルファスカーボン等の粉末に比べると質量が大きい。したがって、これらの混合体をガス流で吹き飛ばすと、グラファイトやアモルファスカーボン等の粉末が遠くまで飛ばされるのに対し、カーボンナノホーン凝集体は遠くまで飛ばされず近くに落下する。本発明は、この現象を利用して、不活性ガス雰囲気中で固体状炭素単体物質にレーザ光線を照射して蒸発させた炭素（すす状物質）を２つの生成物成分に分離するものである。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るカーボンナノホーンの製造装置の基本構成を示す概略図である。

図１の製造装置は、不活性ガス雰囲気中で固体状炭素単体物質にレーザ光線を照射して炭素を蒸発させ、カーボンナノホーンを製造する装置である。この装置は、カーボンナノホーンを生成するための生成チャンバ１と、この生成チャンバ１に搬送管７によって連結された回収チャンバ８とを備えている。

生成チャンバ１には、固体状炭素単体物質であるグラファイトターゲット２を支持するための支持ロッド３が設けられている。また、支持ロッド３の下部には駆動部４が設けられている。駆動部４は、支持ロッド３を駆動することにより、グラファイトターゲット２をＸＹＺ軸方向（図の上下左右方向）に移動させる。また、駆動部４は、Ｚ軸を回転軸としてターゲット２を回転させることができる。

また、生成チャンバ１は、図示しないレーザ発振器（例えば、炭酸ガスレーザー発振器）からのレーザ光Ｌを生成チャンバ１内のターゲット２に照射するためのレーザ照射窓（例えば、ＺｎＳｅ製窓）を有している。このレーザ照射窓には、レーザ光を所定位置に集光させるためのレーザ焦点位置調節機構５が設けられている。

また、生成チャンバ１には、ガス配管２１、２２が連結されている。ガス配管２１、２２は、不活性ガス（例えば、Ａｒガス）を生成チャンバ１内に導入するためのものであり、ガスボンベ１６に連結されている。ガス配管２１は、支持ロッド３の下部近傍のガス導入口に連結され、ガス配管２２は、レーザ照射窓に設けられたガス噴出口６に連結されている。

また、生成チャンバ１には、その内部を真空排気するためのロータリポンプ５２がバルブを介して取り付けられている。

一方、回収チャンバ８は、その上壁部中央にフィルタ（例えば、バグフィルタ）９を吊り下げるためのフィルタ吊り下げ冶具１０を備えている。回収チャンバ８は、円筒状の周壁部８ａを有している。フィルタ９は、円錐形状に形成されており、その下縁が回収チャンバ８の内周壁に接するように吊り下げられている。

また、回収チャンバ８は、その底壁部に、カーボンナノホーン生成物を回収するための回収口５１と、底壁部に堆積したカーボンナノホーンを掻き取って、回収口５１に落とし込むための掻き落とし板２７と、掻き落とし板２７を回転駆動させるモータ５３とを備えている。モータ５３は、回収チャンバ８の底壁部の中央にＺ軸（図の上下方向）に平行な駆動軸を持ち、回収チャンバ８の底壁部に掻き落とし板２７を接触させた状態で回転駆動する。また、回収口５１には、バルブを介して回収容器１１が取り付けられている。

さらに、回収チャンバ８は、周壁部８ａの上部に設けられた排気口１８を有している。この排気口１８には、回収チャンバ１８の内部を真空排気するための排気機構（例えば、ドライポンプ）２０が接続されている。

生成チャンバ１と回収チャンバ８とを連結する搬送管７は、生成チャンバ１内で生成されたカーボンナノホーン生成物を、回収チャンバ８へ搬送するためのものである。それゆえ、搬送管７の生成チャンバ側端部は、グラファイトターゲット２のレーザ照射部付近に設けられる。換言すると、ターゲット２へのレーザ照射は、搬送管７の生成チャンバ側端部付近で行われる。一方、搬送管７の回収チャンバ側端部（出口）７ａは、回収チャンバ８の下部（底壁部の近く）に、チャンバ中心線から偏心させて（出口が接線方向に向くように）、かつ掻き落とし板２７の動きを妨げないように設けられている。

次に、図１の製造装置の動作について説明する。

生成チャンバ１において、不活性ガス雰囲気中で、ターゲット２にレーザ光を照射し炭素を蒸発させると、カーボンナノホーンを含む生成物が生成される。このとき、生成チャンバ１内に不活性ガスを導入しつつ、回収チャンバ８の内部を排気すれば（生成チャンバ１内の圧力よりも回収チャンバ８の圧力を低くすれば）、搬送管７を通じた不活性ガスの流れを作ることができる。搬送管７の生成チャンバ側端部は、上述したようにグラファイトターゲット２のレーザ照射部付近に設けられているので、生成チャンバ１において生成されたカーボンナノホーンを含む生成物は、不活性ガスの流れによって回収チャンバ８へと搬送される。

また、搬送管７の回収チャンバ側出口７ａが回収チャンバ８の下部に偏心して設けられている一方で、排気口１８が上部に設けられているため、搬送管７を経由して回収チャンバ８に流れ込んだ不活性ガスは、図２に示すように、回収チャンバ８の内周壁に沿って進みつつ上方へと向かう。即ち、回収チャンバ８に流入した不活性ガスは螺旋状に下方から上方へと向かって流れる。回収チャンバ８の上部に達した不活性ガスは、フィルタ９を通過して排気口１８より外部へ排気される。

不活性ガスによって回収チャンバ８へと搬送されたカーボンナノホーン生成物のうち、不活性ガスの流れに乗って回収チャンバ８の上方にまで達した生成物成分はフィルタ９に捕捉される。不活性ガスの流れに乗ることができず回収チャンバ８の上方にまで達することができなかった生成物成分は、回収チャンバ８の底壁部に堆積し、あるいは内周壁に付着する。

搬送管７を通過して回収チャンバ８に搬送された粉末には、カーボンナノホーン、グラファイト成分及びアモルファス成分が含まれる。このうち、比較的凝集しにくく質量の軽いグラファイト成分とアモルファス成分の大部分は、回収チャンバ８内で上方に向かう不活性ガスの流れにのってフィルタ９に到達して捕捉される。一方、カーボンナノホーンは凝集しやすい傾向があり、凝集した粉末は質量が大きくなるためフィルタ９に到達できず、回収チャンバ８の底壁部に落下して堆積する。

本実施の形態では、ガス流が回収チャンバ８の内周壁に沿って旋回するように上昇していく。この場合、ガス流が直線的に上昇する場合と比較すると、カーボンナノホーンの凝集を促すことができる。その結果、回収チャンバ８の底壁部に落下する生成物のカーボンナノホーンの純度をより高めることができる。

次に、モータ５３を駆動して掻き落とし板２７を回転させると、回収チャンバ８の底壁部に堆積した生成物成分が掻き集められて回収口５１に集められる。回収口５１に集められた生成物成分は、バルブを通して試料回収容器１１へと回収される。

以上のようにして、本実施の形態に係る製造装置では、搬送管７と回収チャンバ８とを分離手段として用いるガス流を利用した簡単な仕組みにより、不純物を多く含む生成物成分とカーボンナノホーンを多く含む生成物成分とに分離することができる。これにより、純度の高いカーボンナノホーンを容易に得ることができる。

（第２の実施の形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るカーボンナノホーン製造装置について説明する。

本実施の形態に係る製造装置は、基本的に図１の製造装置と同じであるが、図３に示すように、フィルタ９に、フィルタ９と同じ材質のフィルタ付加物５４が設けられている点で工夫されている。

フィルタ付加物５４は、螺旋状に上昇するガス流に乗って運ばれてくる粉末を効率よく捕捉するためのものである。フィルタ付加物５４は、捕捉効率を高めるような形状、例えば、すだれ状とすることができる。

本実施の形態に係る製造装置では、ガス流により回収チャンバ８の上部まで運ばれた不純物を多く含む粉末を高効率で捕捉できるので、高い回収されるカーボンナノホーンの純度を更に高めることができる。

（実施例１）
図１に示す製造装置を用いてカーボンナノホーンの製造を行った実施例について説明する。

まず、生成チャンバ１内にグラファイトターゲット２（長さ５００ｍｍ、照射有効長４５０ｍｍ）を設置した後、生成チャンバ１の内部をロータリポンプ５２で真空排気した。

次に、ガスボンベ１６から不活性ガスとしてアルゴンガスを生成チャンバ１内に導入した。アルゴンガスは、支持ロッド３の下部のガス導入口及びガス噴出口６から導入した。ガス導入口及びガス噴出口の両方を通じて導入されるガスの総流量は、１０５Ｌ／ｍｉｎとした。

さらに、回収チャンバ８のガス排気管１８に接続されたドライポンプ２０を駆動させて、回収チャンバ８内を排気した。これにより、生成チャンバ１に導入されたアルゴンガスが、搬送管７を経由して回収容器８内に流入し、フィルタ９を通してガス排気管１８より回収チャンバ８の外部に排出される状態とした。

上述のようにアルゴンガスの流れを発生させた状態で、グラファイトターゲット２の周面に対してレンズで集光した炭酸ガスレーザ光Ｌを照射した。炭酸ガスレーザ光Ｌの波長は１０．６μｍ、パワーは３．５ｋＷとした。レーザ光Ｌが照射されるとターゲット２の表面からプルーム（発光）が発生して炭素が蒸発した。この蒸発物（生成物）はカーボンナノホーンの他にグラファイト成分とアモルファス成分を含んだものである。

生成チャンバ１内で生成された蒸発物は、レーザ光Ｌの入射方向に対して４５度の方向に設置された搬送管７にアルゴンガスの流れとともに流入した。搬送管７の中を移動した蒸発物は搬送管７の回収チャンバ側端部７ａから回収チャンバ８内に導入された。

回収チャンバ側端部７ａから回収チャンバ８内に導入された蒸発物は、図２を参照して説明したように、回収チャンバ８の内周壁に沿って旋回しながら上方へ向かうアルゴンガスの流れに乗り、回収チャンバ８の下部から上部に向かって螺旋状に上昇する。このとき、蒸発物に含まれる成分のうち、凝集しにくく質量の軽いグラファイト成分及びアモルファス成分は上方のフィルタ９にまで達し、その大部分がフィルタ９に捕捉される。一方、蒸発物に含まれる成分のうち、カーボンナノホーンは、その一部がフィルタ９にまで達して捕捉されるものの、凝集しやすいため、その大部分はフィルタ９に達する前に凝集物となり、回収チャンバ８の底壁部に落下して堆積する。

以上のようにして回収チャンバ８の底壁部に堆積した堆積物は、カーボンナノホーンを高純度で含んでいる。この堆積物（高純度カーボンナノホーン粉末）を、モータ５３で掻き落とし板２７を回転駆動させることにより、回収口５１に掻き集め、回収口５１の下部に設置される試料回収容器１１で回収した。

なお、ターゲット２へのレーザ光照射を終了し、回収チャンバ８の底壁部に堆積した堆積物（高純度カーボンナノホーン粉末）の回収を終了した後、フィルタ９に捕捉されたグラファイト成分やアモルファス成分を多く含む粉末（不純物）を高純度カーボンナノホーンとは別に回収した。これは、新しいターゲットを用いて行われる次のカーボンナノホーンの製造を可能にするためである。

不純物を回収するにあたっては、バグフィルタ９を機械的に振動させて捕捉された粉末を回収チャンバ８の底壁部に落下させたあと、高純度カーボンナノホーン粉末の回収と同様に行った。即ち、掻き落とし板２７を回転させて粉末を排出口５１に集め、排出口５１の下に設置した試料回収容器１１とは別の不純物回収容器に回収した。

以上のようにして製造された高純度カーボンナノホーン粉末のＴＧＡ測定結果を図４に示す。

（実施例２）
図３に示すフィルタ付加物５４を設けたフィルタ９を備えたカーボンナノホーンの製造装置を用いて、実施例１と同様にカーボンナノホーンの製造を行った。得られた高純度カーボンナノホーン粉末のＴＧＡ測定結果を図５に示す。

（比較例）
比較例として、図６に示す製造装置を用いてカーボンナノホーンの製造を行った。

図６の製造装置は、回収チャンバ８′の排気口１８′が周壁部８ａ′の下部に設けられており、フィルタ９′が排気口１８′に取り付けられている点で図１の製造装置と異なっている。

カーボンナノホーンの製造は、実施例１と同様に行った。本例においても、回収チャンバ８′の底壁部に堆積した生成物を、フィルタ９′に捕捉された生成物とは別に回収し、カーボンナノホーン粉末とした。得られたカーボンナノホーン粉末のＴＧＡ測定結果を図７に示す。

（結果の考察）
図４、図５及び図７において、破線ａが重量変化を示し、実線ｂがその重力変化の微分曲線である。ＴＧＡ曲線において、５００〜６５０℃付近の大きな重量減少がカーボンナノホーンの燃焼に対応するもの、７００〜８００℃付近の重量減少がグラファイト成分の燃焼に対応するもの、また、４００〜５００℃付近のわずかな重量減少がアモルファス成分の燃焼に対応するものである。

図７を見ると、７００〜８００℃付近に顕著な重量変化が観測される。このことから、比較例のカーボンナノホーン粉末には、グラファイト成分が１０％またはそれ以上含まれていることがわかる。また、その他に５００℃以下での重量変化から、アモルファス成分が数％程度含まれていることが分かる。

なお、比較例の製造の際にフィルタ９′に捕捉された粉末についてもＴＧＡ曲線を求めたが、図７とほとんど同じであった。即ち、フィルタ９′に捕捉された粉末におけるカーボンナノホーンは、９０％程度またはそれ以下であった。

図７と図４とを比較すると、図４の方が、７００〜８００℃付近の重量変化が少なく、グラファイト成分が５％程度またはそれ以下であることがわかる。さらに、５００℃以下で燃焼するアモルファス成分も減少している。これらのことから、実施例１のカーボンナノホーン製造装置を用いることで、純度９５％以上の高純度カーボンナノホーンが製造された事がわかる。

なお、実施例１においてフィルタ９に捕捉された粉末を回収しＴＧＡを行ったところ、グラファイト成分が３０％程度、アモルファス成分が５％程度含まれていることが確認された。即ち、実施例１の製造装置において、グラファイト成分やアモルファス成分がチャンバ上方のフィルタ９に効果的に捕捉されているのが確認された。

また、図５を見ると、図４と比べても更に７００〜８００℃付近の重量変化が少なくなっており、実施例２の高純度カーボンナノホーン粉末に含まれるグラファイト成分が３％程度またはそれ以下であることが分かる。また、５００℃以下で燃焼するアモルファス成分もさらに減少していることが分かる。これらのことから、実施例２では、フィルタ付加部５４を設けたことにより、実施例１よりも更に高純度（９７％程度）でカーボンナノホーンを製造できた事が確認された。

以上、本発明について、いくつかの実施の形態及び実施例に即して説明したが、勿論、本発明はこれら実施の形態又は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。

例えば、上記実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いたが、勿論これに限定されることなく他の不活性ガス、例えば窒素やヘリウムを用いてもよい。

Claims (21)

1. 不活性ガス雰囲気中で固体状炭素物質にレーザ−光を照射して、カーボンナノホーン、グラファイト成分及びアモルファス成分を含む生成物を生成するための生成チャンバと、
   前記カーボンナノホーンを、前記グラファイト成分及び前記アモルファス成分から分離する分離機構と、
   を具備し、
   前記分離機構は、
   前記生成物が前記不活性ガスにより導入されるように前記生成チャンバと連結された回収チャンバと、
   前記回収チャンバの上方に設けられた捕捉機構と、
   前記回収チャンバの下方に設けられた回収機構とを備え、
   前記回収チャンバは、前記不活性ガスが前記回収チャンバ内を旋回しながら上昇するように前記生成チャンバと連結されており、
   前記グラファイト成分及び前記アモルファス成分は、前記回収チャンバ内で前記不活性ガスにより上昇して前記捕捉機構により捕捉され、
   前記カーボンナノホーンは、前記回収チャンバ内で前記不活性ガスが旋回して上昇することにより、凝集して落下し、前記回収機構により回収される
   カーボンナノホーンの製造装置。
2. 請求項１に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記回収チャンバは、搬送管を介して前記生成チャンバと連結されており、前記搬送管の回収チャンバ側出口よりも上方に設けられた排気口を備えている
   カーボンナノホーンの製造装置。
3. 請求項１又は２に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記生成チャンバには、前記生成チャンバ内に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口が設けられている
   カーボンナノホーンの製造装置。
4. 請求項２に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記捕捉機構は、前記回収チャンバ内で前記回収チャンバ側出口と前記排気口との間に設けられたフィルタを備えている
   カーボンナノホーンの製造装置。
5. 請求項４に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記フィルタには、フィルタ付加物が取りつけられている
   カーボンナノホーンの製造装置。
6. 請求項４又は５に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記フィルタは、円錐形状である
   カーボンナノホーンの製造装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記回収機構は、前記回収チャンバの底壁部に設けられた回収口を備えている
   カーボンナノホーンの製造装置。
8. 請求項７に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記回収機構は、更に、前記底壁部に堆積した前記生成物を前記回収口へ掻き落とすための掻き落とし機構を備えている
   カーボンナノホーンの製造装置。
9. 請求項８に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
   前記掻き落とし機構は、上下方向に沿った回転軸の周りを、前記底壁部に接しつつ回転するように取り付けられた掻き落とし板を有する
   カーボンナノホーンの製造装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
    前記回収チャンバは、上下方向に沿った中心軸を持つ円筒形である
    カーボンナノホーンの製造装置。
11. 請求項２に記載されたカーボンナノホーンの製造装置であって、
    更に、前記排気口に接続され、前記回収チャンバ内を排気する排気機構、
    を具備する
    カーボンナノホーンの製造装置。
12. 固体状炭素物質にレーザ−光を照射して、カーボンナノホーン、グラファイト成分、及びアモルファス成分を含む生成物を生成する生成工程と、
    前記生成物を不活性ガスによって回収チャンバに搬送する搬送工程と、
    前記回収チャンバ内で、前記不活性ガスを旋回させながら上昇させる工程と、
    前記生成物のうちの前記グラファイト成分及び前記アモルファス成分を、前記回収チャンバの上部で捕捉する工程と、
    前記生成物のうちの前記カーボンナノホーンを、前記回収チャンバ内で前記不活性ガスが旋回して上昇することにより凝集させて落下させ、前記回収チャンバの下部で回収する回収工程と、
    を具備する
    カーボンナノホーンの製造方法。
13. 請求項１２に記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記回収チャンバには、排気口が設けられており、
    前記搬送工程において、前記生成物を、前記排気口よりも下方から前記回収チャンバ内に導入する
    カーボンナノホーンの製造方法。
14. 請求項１２又は１３に記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記不活性ガスはアルゴンガスである
    カーボンナノホーンの製造方法。
15. 請求項１３に記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記回収チャンバ内には、前記排気口よりも下部にフィルタが設けられており、
    前記搬送工程において、前記生成物を、前記フィルタよりも下部から前記回収チャンバ内に導入する
    カーボンナノホーンの製造方法。
16. 請求項１５に記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記フィルタは、円錐形状である
    カーボンナノホーンの製造方法。
17. 請求項１２乃至１６のいずれかに記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記回収工程において、前記回収チャンバの底壁部に設けられた回収口から、前記カーボンナノホーンを回収する
    カーボンナノホーンの製造方法。
18. 請求項１７に記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記回収チャンバには、前記底壁部に堆積した前記カーボンナノホーンを前記回収口へ掻き落とすための掻き落とし機構が設けられており、
    前記回収工程において、前記掻き落とし機構を駆動することにより、前記カーボンナノホーンを前記回収口に掻き落とす
    カーボンナノホーンの製造方法。
19. 請求項１８に記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記掻き落とし機構は、上下方向に沿った回転軸の周りを、前記底壁部に接しつつ回転するように取り付けられた掻き落とし板を有している
    カーボンナノホーンの製造方法。
20. 請求項１２乃至１９のいずれかに記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    前記回収チャンバは、上下方向に沿った中心軸を持つ円筒形である
    カーボンナノホーンの製造方法。
21. 請求項１２乃至２０のいずれかに記載されたカーボンナノホーンの製造方法であって、
    更に、
    前記回収チャンバ内を排気する工程を含む
    カーボンナノホーンの製造方法。

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