JP5921400B2

JP5921400B2 - カーボンナノチューブの製造装置

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Publication number: JP5921400B2
Application number: JP2012210248A
Authority: JP
Inventors: 杉本　巖生; 巖生杉本
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: JP2014065618A

Description

本発明は、カーボンナノチューブの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製造する装置としては、炭化水素を分解してカーボンナノチューブを生成する熱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１参照）。

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、垂直に配向したカーボンナノチューブを成長させていた。

特開２００６−６２９２４号公報

ところで、上述した熱ＣＶＤ装置において、触媒を用いて基板の表面にカーボンナノチューブを形成する場合、基板の表面に触媒を塗布する必要が生じ、しかもカーボンナノチューブの形成を必要としない部分が存在するため、パターニングを行う必要がある。

通常、パターニングを行う場合、基板の表面にマスクを配置するか、または触媒の塗布をパターニングしなければならず、したがって面倒な作業が必要となり、延いては、製造効率が低下するという問題がある。

また、触媒のパターニングを行う替わりに、基板の表面全体に触媒を塗布しておき、カーボンナノチューブの形成後に不要な部分を除去することも考えられるが、この場合は、除去工程が必要となり、やはり、製造効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、基板の表面にカーボンナノチューブを形成する際に、触媒のパターニング工程、またはカーボンナノチューブの形成後に不要な部分の除去工程を必要としないカーボンナノチューブの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に係るカーボンナノチューブの製造装置は、炉本体内に設けられた加熱室内に炭素を含む原料ガスを供給するとともに触媒が塗布された基板を当該加熱室内に導き、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを形成するための加熱炉を具備するカーボンナノチューブの製造装置であって、
上記加熱室内に基板の下面または上面を加熱する加熱装置を配置するとともに基板の上方位置または下方位置に原料ガスを基板表面に供給し得る原料ガス供給領域部を有するガス案内体を配置し、
上記ガス案内体における原料ガス供給領域部の周囲に不活性ガスを供給し得る不活性ガス供給手段を配置し、
且つ熱ＣＶＤ時に、上記加熱装置により基板を加熱しその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲内となるようにするとともに上記不活性ガス供給手段より不活性ガスを供給して原料ガス供給領域部の周囲の基板の表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲外となるようにしたものである。

また、本発明の請求項２に係るカーボンナノチューブの製造装置は、炉本体内に設けられた加熱室内に炭素を含む原料ガスを供給するとともに触媒が塗布された基板を当該加熱室内に導き、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを形成するための加熱炉を具備するカーボンナノチューブの製造装置であって、
上記加熱室内に基板の下面または上面を加熱する加熱装置を配置するとともに基板の上方位置または下方位置に原料ガスを基板表面に供給し得る原料ガス供給領域部を有するガス案内体を配置し、
且つ熱ＣＶＤ時に、上記加熱装置により基板を加熱しその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲よりも高くなるようにしておき、加熱室内に供給される原料ガスにより基板を冷却してその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲内となるようにしたものである。

上記製造装置の構成によると、ガス案内体の原料ガス供給領域部に原料ガスを供給するとともに、原料ガス供給領域部の周囲に不活性ガスを供給するだけで、基板に所定パターンでもってカーボンナノチューブを成長させることができる。

すなわち、従来のように、触媒を用いて基板にカーボンナノチューブを形成する際に、基板の表面にマスクなどを用いて触媒をパターニングする場合に比べて、触媒のパターニング工程が不要となり、またカーボンナノチューブの形成後に不要な部分を除去してパターニングを行う場合に比べて、不要な部分のカーボンナノチューブの除去工程が不要となるため、製造効率が低下するのが防止され、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に係る製造装置の断面図である。同実施例１に係る製造装置における炉本体の平面図である。同実施例１に係る製造装置における炉本体の横断面図である。同実施例１に係る製造装置における炉本体の斜視図である。同実施例１に係る製造装置におけるＣＶＤ温度とカーボンナノチューブの生成量との関係を示すグラフである。同実施例１の製造装置の変形例に係る炉本体の斜視図である。本発明の実施例２に係る製造装置の要部模式断面図である。同実施例２に係る製造装置の要部模式斜視図である。本発明の実施例３に係る製造装置の要部模式断面図である。同実施例３の製造装置の変形例に係る要部模式断面図である。

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装置を図面に基づき説明する。
実施例１に係るカーボンナノチューブの製造装置は、帯状の基板を、順次、加熱室内に移動させて、当該基板の上面に、所定長さ間隔でもってカーボンナノチューブを熱ＣＶＤ法（熱化学気相成長法）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、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を形成（生成）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、熱ＣＶＤ法を用いて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および図２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基板Ｋが巻き取られた巻出しロール１６が配置される基板供給室１１と、この巻出しロール１６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（反応室ともいえる）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基板Ｋを巻き取るための巻取りロール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、上記各ロール１６，１７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）基板Ｋは水平面内を移動するとともに、基板Ｋの表面にカーボンナノチューブを形成するようにされている。勿論、上記各ロール１６，１７は電動機１８，１９により回転される。

上記前処理室１２では、基板Ｋの表面、特にカーボンナノチューブを形成する表面（カーボンナノチューブの生成面であり、ここでは上面である）の洗浄、不動態膜（例えば、二酸化ケイ素）の塗布、カーボンナノチューブ生成用の触媒微粒子、具体的には、鉄の微粒子（金属微粒子）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、不動態膜の塗布方法としては、ロールコータ、ＬＰＤ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、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。
そして、基板回収室１５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１７に巻き取られる。なお、基板Ｋの下面に保護フィルムを貼り付けるようにしているのは、基板Ｋを巻き取った際に、その内側に巻き取られる基板Ｋ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、容器本体２内には、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、加熱室１３の内壁面には断熱材４が設けられており、当然に、断熱材４にも、基板Ｋを通過させ得る連通用開口部４ａが形成されている。また、加熱室１３以外で断熱を必要とする部屋、例えば前処理室１２にも断熱材を設けるようにしてもよい。

ところで、上記加熱室１３においては、熱ＣＶＤ法により、カーボンナノチューブが基板Ｋ上に且つ所定のパターンでもって生成すなわち形成されるが、このパターニングについては、基板Ｋ表面の温度を制御することにより行われる。

すなわち、カーボンナノチューブの生成させる領域（以下、生成領域という）については、基板Ｋをカーボンナノチューブの生成可能な温度（以下、生成可能温度または生成可能温度範囲という）にするとともに、カーボンナノチューブを生成させない領域（以下、非生成領域という）については、基板Ｋをカーボンナノチューブの生成温度の範囲外、つまり生成温度よりも低い温度または生成温度よりも高い温度（以下、非生成温度または非生成温度範囲という）となるようにしたものである。生成可能温度を適温と呼ぶと、非生成温度はそれよりも低い低温または高い高温と呼ぶことができる。すなわち、温度が低いと、原料ガスの分解が生じないとともに触媒も不活性な状態のままとなるからである。また、逆に、温度が高すぎると、原料ガスの分解が促進され、例えば鉄触媒に対して過剰に原料が供給される傾向となり、触媒が凝集しやすくなって粗大化し、やはり、この場合も、カーボンナノチューブの生成が阻害されることになる。

このため、加熱室１３内には、基板Ｋの上面にカーボンナノチューブを生成し得る生成可能温度および非生成温度の範囲を形成するためのガス案内体２１が配置されている。
このガス案内体２１には、図３および図４に示すように、基板Ｋの表面に且つカーボンナノチューブの生成領域に原料ガスを供給するための原料ガス供給領域部（原料ガス供給開口部ともいえる）２１ａと、基板Ｋの表面で且つカーボンナノチューブの非生成領域に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給領域部（不活性ガス供給開口部ともいえる）２１ｂとが具備されている。

具体的に説明すれば、このガス案内体２１は、所定距離を有して配置される前後一対の端壁板２２と、これら両端壁板２２の間で所定間隔を有して配置される左右一対の側壁板２３と、少なくとも、これら前後左右の壁板２２，２３で囲まれた空間部分の上方を閉鎖する上壁板２４とから構成されている。これら周囲の壁板２２，２３と上壁板２４とにより囲まれる空間部分が原料ガス供給領域部２１ａにされるとともに、この原料ガス供給領域部２１ａの左右位置で且つ前後の端壁板２２間の空間部分が不活性ガス供給領域部２１ｂにされる。

そして、この製造装置には、加熱室１３内を所定の真空度（負圧状態）に維持するための真空装置３１と、基板Ｋを下方から加熱するための加熱装置３２と、上記ガス案内体２１の原料ガス供給領域部２１ａにカーボンナノチューブ生成用の炭素を含む原料ガス（反応ガスともいう）Ｇを供給するための原料ガス供給装置３３と、上記ガス案内体２１の不活性ガス供給領域部２１ｂに冷却用の低温の不活性ガスＦを供給するための不活性ガス供給装置３４とが具備されている。

原料ガス供給装置３３は、炉本体２の上壁部２ａに設けられるとともに下端部がガス案内体２１の上壁板２４に挿通し開口されたガス供給用ノズル４１と、このガス供給用ノズル４１にガス供給配管４２を介して原料ガスＧを供給する原料ガス供給部（例えば、ガスボンベ、ガス流量制御弁などからなる）４３とから構成されている。

上記不活性ガス供給装置３４は、炉本体２の上壁部２ａに設けられるとともに下端部がガス案内体２１の左右の不活性ガス供給領域部２１ｂ内に挿通し下方位置で開口された不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給管４６と、この不活性ガス供給管４６にガス配管４７を介して不活性ガスＦを供給する不活性ガス供給部（例えば、ガスボンベ、ガス流量制御弁などからなる）４８とから構成されている。なお、この不活性ガス供給管４６は、管体部４６ａと、この管体部４６ａの下端に設けられて不活性ガスを前後方向で長くされた不活性ガス供給領域部２１ｂの全長に亘って導くための横断面が逆Ｕ字形状にされたフード部４６ｂとから構成されている。

また、図１に示すように、上記加熱室１３およびその前後の処理室１２，１４内には、前後の連通用開口部３ａ間に亘って、基板Ｋを下方から支持（載置）する石英ガラス製の平板状の支持台（支持板ともいえる）５１が設けられている。この支持台５１により、加熱室１３内に移動された基板Ｋを、大きい張力を作用させることなく水平に支持することができる。

上記支持台５１とガス案内体２１との間には左右位置で石英ガラス製の帯状のスペーサ５２がそれぞれ配置されている。なお、このスペーサ５２の厚みは、基板Ｋの厚さよりも少しだけ高くされている。したがって、ガス案内体２１の前後の端壁板２２の下端と基板Ｋとの間には、僅かな隙間δが形成されることになり、ここから原料ガスＧが外方に噴出して外部からガス、すなわち不活性ガスが侵入するのを防止している。

上記加熱室１３に対応する炉本体２の左右の側壁部２ｂには、それぞれ吸引用ノズル５６および接続管５７を介して当該ガス案内体２１内の空気を吸引して所定の減圧下にするための真空ポンプ５８が接続されている。勿論、この真空ポンプ５８を一方の側壁部２ａだけに接続するようにしてもよい。

また、図４に示すように、上記加熱室１３内のガス案内体２１の前後の端壁板２２の下端と基板Ｋとの隙間δから噴出するガスを排出するためのガス排出装置６１が具備されている。

このガス排出装置６１は、ガス案内体２１の前後位置で上下方向に配置されたガス吸引手段としてのガス吸引管６２と、このガス吸引管６２にガス配管６３を介してガスを吸引する真空ポンプ（排気ポンプともいえる）６４とから構成されている。なお、このガス吸引管６２は、管体部６２ａと、この管体部６２ａの下端で且つ前後の端壁板２２に沿って設けられてガスを左右方向で長くされた横断面が逆Ｕ字形状にされた吸引用のフード部６２ｂとから構成されている。

さらに、上記加熱装置３２は、支持台５１の下方に複数本配置された円柱形状（または棒状）の発熱体７１と、これら各発熱体７１に電気配線７２を介して接続された電源装置（直流電源、制御器などからなる）７３とから構成されている。

また、発熱体７１としては非金属の抵抗発熱体が用いられ、具体的には、炭化ケイ素、ケイ化モリブデン、ランタンクロマイト、ジルコニア、黒鉛などが用いられる。特に、炭化ケイ素およびケイ化モリブデンは、窒素ガス、水素ガス雰囲気下で用いられ、ランタンクロマイトは大気下でのみ用いられ、黒鉛は不活性ガス雰囲気（還元雰囲気）下で用いられる。

この発熱体７１は、基板Ｋの幅方向（短手方向）と平行（並行）に且つ長手方向にて所定間隔おきで配置されるとともに炉本体２を横断面で挿通して設けられる石英管（図示せず）内に配置されている。

なお、有機ガスの影響を無くすために、加熱室１３における基板Ｋ以外の構成材料、例えば断熱材４などは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、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。

次に、上記熱ＣＶＤ装置によりカーボンナノチューブを形成する方法について説明する。
まず、巻出しロール１６から基板Ｋを引き出し、前処理室１２、加熱室１３および後処理室１４における各区画壁３の連通用開口部３ａ（４ａ）を挿通させ、その先端を巻取りロール１７に巻き取らせる。このとき、基板Ｋは支持台５１により支持されているため、少しの張力でもって真っ直ぐな水平面に維持されている。

そして、前処理室１２内では基板Ｋの洗浄が行われた後、不動態膜がその上面全体に亘って塗布され、この不動態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生成面（形成面）であればよい。

この前処理が済むと、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、巻取りロール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内の支持台５１上に移動される。

この加熱室１３では、真空装置３１により、所定の減圧下に、例えば２０Ｐａ〜１０００００Ｐａ（大気圧）の範囲に維持される。なお、この圧力はカーボンナノチューブの生成温度にも依存するが、好ましくは、１００Ｐａ〜１０００００Ｐａ（大気圧）に維持される。

そして、加熱装置３２の発熱体７１により、基板Ｋの温度を所定温度に、例えば加熱室１３内の圧力が３０００Ｐａの場合には、６８０〜７４０℃の範囲となるように加熱される。なお、ＣＶＤ温度とカーボンナノチューブの生成量（例えば、高さ、重さなど）との関係をグラフに示すと図５のようになり、例えばＣＶＤ温度をＴ１〜Ｔ２の温度範囲にするとカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が生成するが、Ｔ１以下またはＴ２以上の温度になると、カーボンナノチューブは生成しなくなる。すなわち、Ｔ１は生成可能温度の下限値であり、Ｔ２は生成可能温度の上限値であり、この温度範囲外になると、上述したように、カーボンナノチューブは生成しなくなる。

上記基板Ｋが生成可能温度になると、ガス供給用ノズル４１より原料ガスＧとしてアセチレンガス（Ｃ_２Ｈ_２）を原料ガス供給領域部２１ａに供給するとともに、不活性ガス供給管４６より不活性ガスＦを不活性ガス供給領域部２１ｂに供給する。勿論、このときの原料ガスＧの温度は、当該原料ガスＧを基板Ｋの表面に供給した際に、生成可能温度となるようにされている。

すると、原料ガス供給領域部２１ａでは、アセチレンガスとの反応により、基板Ｋの上面にカーボンナノチューブが生成（成長）する。
一方、不活性ガス供給領域部２１ｂでは、温度が低くされた不活性ガスの供給により、基板Ｋの表面が生成可能温度より低くされ（つまり、冷却され）、したがってカーボンナノチューブが生成することはない。

すなわち、予め、カーボンナノチューブの生成パターン（形成パターン）である生成領域に原料ガスを供給するとともに、非生成領域に不活性ガスを供給するだけで、基板Ｋに所定パターンでもってカーボンナノチューブを生成（成長）させることができる。

勿論、原料ガスの供給時に、ガス排出装置６１により、ガス案内体２１の端壁板２２部分の隙間δから噴出するガスは外部に排出される。
なお、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、同じく、所定長さだけ移動されて、このカーボンナノチューブが形成された基板Ｋが後処理室１４内に移動される。

この後処理室１４内では、基板Ｋの冷却と検査とが行われる。
後処理が済むと、基板Ｋは製品回収室１５内に移動されて、巻取りロール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基板Ｋが全て巻取りロール１７に巻き取られると、外部に取り出されることになる。

このように、ガス案内体２１の原料ガス供給領域部２１ａに原料ガスＧを供給するとともに、不活性ガス供給領域部２１ｂに不活性ガスＦを供給するだけで、基板Ｋに所定パターンでもってカーボンナノチューブを生成（成長）させることができる。

すなわち、従来のように、触媒を用いて基板の表面にカーボンナノチューブを生成させる際に、基板の表面にマスクなどを用いて触媒をパターニングする場合に比べて、触媒のパターニング工程が不要となり、またカーボンナノチューブの形成後に不要な部分を除去してパターニングを行う場合に比べて、不要な部分のカーボンナノチューブの除去工程が不要となるため、製造効率が低下するのが防止され、延いては、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、上記ガス案内体２１の形状、特に、原料ガス供給領域部２１ａの水平断面形状を矩形状として説明したが、カーボンナノチューブの生成領域のパターンに応じて、その都度、変更し得るものである。

ところで、上記実施例１においては、基板をカーボンナノチューブの生成可能温度に加熱しておき、それよりも低い温度（例えば常温）の不活性ガスを供給することにより、非生成領域の温度を低下させるようにして、カーボンナノチューブの生成パターンを得るようにしたが、例えば基板を生成可能温度よりも高い温度に加熱しておき、原料ガスの温度を生成可能温度またはそれ以下の低い温度でもって基板に供給し、そのときの基板Ｋの表面温度がカーボンナノチューブの生成可能温度範囲内になるようにしてもよい。なお、このとき不活性ガスは非生成領域に供給されているが、この不活性ガスの温度は、非生成領域での基板Ｋの温度がカーボンナノチューブの生成可能温度よりも高くなる非生成温度となるようにされている。

この場合も、やはり、予め、生成パターンを形成する原料ガス供給領域部２１ａに原料ガスＧを供給するとともに、不活性ガス供給領域部２１ｂに不活性ガスＦを供給するだけで、基板Ｋに所定パターンでもってカーボンナノチューブを生成させることができる。

この場合の製造装置を簡単に説明すると、炉本体内に設けられた加熱室内に炭素を含む原料ガスを供給するとともに触媒が塗布された基板を当該加熱室内に導き、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを形成するための加熱炉を具備するカーボンナノチューブの製造装置であって、
上記加熱室内に基板の下面または上面を加熱する加熱装置を配置するとともに基板の上方位置または下方位置に原料ガスを基板表面に供給し得る原料ガス供給領域部を有するガス案内体を配置し、
且つ熱ＣＶＤ時に、上記加熱装置により基板を加熱しその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲よりも高くなるようにしておき、加熱室内に供給される原料ガスにより基板を冷却してその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲内となるようにしたものである。

また、上記実施例１では、各ガスを基板の上方から供給するとともに発熱体７１を基板Ｋの下方に配置したが、図６に示すように、発熱体７１を基板Ｋの上方に配置することもできる。この場合、発熱体７１は、ガス案内体２１を挿通して設けられることになる。なお、図６に示すものと、図３で示したものとは、基本的には同一の構成であるため、実施例１と同一の部材番号を付して、その説明を省略する。

次に、本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブの製造装置を図面に基づき説明する。
上述した実施例１では、ガス案内体を基板の上方に配置したが、本実施例２に係る製造装置では、ガス案内体を基板の下方に配置したものであり、基本的には実施例１と同様の構成であるため、ここでは簡単に説明する。

すなわち、図７に示すように、この製造装置における加熱室内には、基板Ｋの下面にカーボンナノチューブを生成し得る生成可能温度および非生成温度の範囲を形成するためのガス案内体２１′が配置されている。

このガス案内体２１′には、基板Ｋの表面に且つカーボンナノチューブの生成領域に原料ガスＧを供給するための原料ガス供給領域部２１′ａと、基板Ｋの表面で且つカーボンナノチューブの非生成領域に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給領域部２１′ｂとが具備されている。

具体的に説明すれば、図８に示すように、このガス案内体２１′は、所定距離を有して配置される前後一対の端壁板２２′と、これら両端壁板２２′，２２′の間で所定間隔を有して配置される左右一対の側壁板２３′と、少なくとも、これら前後左右の壁板２２′，２３′で囲まれた空間部分の下方を閉鎖する下壁板２４′とから構成されている。これら周囲の壁板２２′，２３′と下壁板２４′とにより囲まれる空間部分が原料ガス供給領域部２１′ａにされるとともに、この原料ガス供給領域部２１′ａの左右位置で且つ前後の端壁板２２′間の空間部分が不活性ガス供給領域部２１′ｂにされる。

勿論、実施例１で説明した通り、この製造装置には、加熱室内を所定の真空度（負圧状態）に維持するための真空装置と、基板Ｋを下方から加熱するための加熱装置と、上記ガス案内体２１′の原料ガス供給領域部２１′ａにカーボンナノチューブ生成用の炭素を含む原料ガスＧを供給するための原料ガス供給装置と、上記ガス案内体２１′の不活性ガス供給領域部２１′ｂに不活性ガスＦを供給するための不活性ガス供給装置とが具備されている。

上記真空装置、加熱装置、原料ガス供給装置および不活性ガス供給装置の構成は、実施例１で説明したものと同じ構成である。
なお、本実施例２においては、基板Ｋの全面を支持する支持台は設けられないが、その左右の端縁を支持する細長くされた左右の縁部支持板５１′が設けられている。

この場合も、実施例１の場合と同様に、従来のマスクを用いることなく、基板の所定領域に、カーボンナノチューブを生成（成長）させることができる。
また、実施例１の場合と同様に、加熱装置の発熱体については、基板の上方または下方に配置することができる。

次に、本発明の実施例３に係るカーボンナノチューブの製造装置を図面に基づき説明する。
上述した実施例２では、ガス案内体を基板の下方に配置するとともに、このガス案内体に、原料ガスを所定領域に導く原料ガス供給領域部と、不活性ガスを導く不活性ガス供給領域部とを設けたものとして説明したが、本実施例３では、原料ガスを下方から供給するとともに、不活性ガスを基板の上方から供給するようにしたものである。

本実施例３と上述の実施例２との異なる部分は、ガスの供給位置、すなわちガス案内体の部分であるため、ここでは、この部分にだけ着目して説明する。勿論、その他の構成については、上述した実施例１および実施例２で説明したものと同一であるため、その説明を省略する。

すなわち、本実施例３では、図９に示すように、加熱室内で且つ左右の縁部支持板５１″により支持された基板Ｋの下方位置に、カーボンナノチューブの生成領域に対応する開口部分を有するガス案内体２１″が配置されるとともに、基板Ｋの上方位置に、当該生成領域に対応する表面部分を覆う形状を有する保護板材８１が配置されたものである。

また、このガス案内体２１″の原料ガス供給領域部２１″ａに適温にされた原料ガスＧが供給されるように構成されるとともに、基板Ｋの上方空間部分に不活性ガスＦが供給されて、原料ガス供給領域部２１″ａの外側の非形成領域が非生成温度となるようにされる。

また、実施例１で説明した通り、この製造装置には、加熱室内を所定の真空度（負圧状態）に維持するための真空装置と、基板Ｋを下方から加熱するための加熱装置と、上記ガス案内体２１″の原料ガス供給領域部２１″ａにカーボンナノチューブ生成用の炭素を含む原料ガスＧを供給するための原料ガス供給装置と、基板Ｋの上面に低温の不活性ガスＦを供給するための不活性ガス供給装置とが具備されている。

このような構成とすることにより、加熱装置により生成可能温度にされた基板Ｋに対して、下方から原料ガスＧが供給されるとともに、上方から低温の不活性ガスＦが供給されるため、保護板材８１の外側部分すなわち非生成領域が冷却されることになり、したがってガス案内体２１″の原料ガス供給領域部２１″ａにカーボンナノチューブが生成することになる。

また、実施例３の変形例として、図１０に示すように、保護板材８１の替わりに、箱状の保護部材９１を設けるようにしてもよい。
本実施例３についても、上述した実施例１および実施例２の製造装置と同様の効果が得られる。

１加熱炉
２炉本体
１３加熱室
２１ガス案内体
２１′ ガス案内体
２１″ ガス案内体
２１ａ原料ガス供給領域部
２１′ａ原料ガス供給領域部
２１″ａ原料ガス供給領域部
２１ｂ不活性ガス供給領域部
２１′ｂ不活性ガス供給領域部
３１真空装置
３２加熱装置
３３原料ガス供給装置
３４不活性ガス供給装置
４１原料ガス供給用ノズル
４２ガス供給管
４３原料ガス供給部
４６不活性ガス供給管
４７ガス配管
４８不活性ガス供給部
５１支持台
５２スペーサ
５６吸引用ノズル
５７接続管
５８真空ポンプ
６１ガス排出装置
６２真空ポンプ
６４ガス吸引部
７１発熱体
７２電気配線
７３電源装置
８１保護板材
９１保護部材

Claims

炉本体内に設けられた加熱室内に炭素を含む原料ガスを供給するとともに触媒が塗布された基板を当該加熱室内に導き、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを形成するための加熱炉を具備するカーボンナノチューブの製造装置であって、
上記加熱室内に基板の下面または上面を加熱する加熱装置を配置するとともに基板の上方位置または下方位置に原料ガスを基板表面に供給し得る原料ガス供給領域部を有するガス案内体を配置し、
上記ガス案内体における原料ガス供給領域部の周囲に不活性ガスを供給し得る不活性ガス供給手段を配置し、
且つ熱ＣＶＤ時に、上記加熱装置により基板を加熱しその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲内となるようにするとともに上記不活性ガス供給手段より不活性ガスを供給して原料ガス供給領域部の周囲の基板の表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲外となるように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。
炉本体内に設けられた加熱室内に炭素を含む原料ガスを供給するとともに触媒が塗布された基板を当該加熱室内に導き、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを形成するための加熱炉を具備するカーボンナノチューブの製造装置であって、
上記加熱室内に基板の下面または上面を加熱する加熱装置を配置するとともに基板の上方位置または下方位置に原料ガスを基板表面に供給し得る原料ガス供給領域部を有するガス案内体を配置し、
且つ熱ＣＶＤ時に、上記加熱装置により基板を加熱しその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲よりも高くなるようにしておき、加熱室内に供給される原料ガスにより基板を冷却してその表面温度がカーボンナノチューブの生成温度範囲内となるように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。