JP6168911B2 - Carbon nanotube production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブの製造装置に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube production apparatus.
従来のカーボンナノチューブの製造装置(カーボンナノチューブ形成用CVD装置)の例として、基板の予熱が行われる前処理部(前処理室)と、予熱された基板の表面に原料ガスを導きカーボンナノチューブを形成し得る形成部(加熱室)を有し、前処理部と形成部とが上記基板を挿通し得るスリットを有する区画壁により隔てられたものがある(例えば特許文献1)。 As an example of a conventional carbon nanotube production apparatus (CVD apparatus for forming carbon nanotubes), a pretreatment section (pretreatment chamber) where the substrate is preheated and a raw material gas is introduced to the surface of the preheated substrate to form carbon nanotubes. In some cases, a pre-treatment part and a formation part are separated by a partition wall having a slit through which the substrate can be inserted (for example, Patent Document 1).
このような従来のカーボンナノチューブの製造装置では、前処理部と形成部との間の区画壁に基板のみが挿通可能なスリットを設けて、前処理部と形成部との連続空間を最小にすることで、形成部に供給される原料ガスが前処理部に流入しないよう工夫されている。しかし、万一、スリットと基板との隙間を介して微量の原料ガスが前処理部に流入して触媒と接触したとき、基板に付着された触媒の活性力が損なわれる場合がある。その結果、形成部におけるカーボンナノチューブの生成率を低下させる惧れがある。 In such a conventional carbon nanotube manufacturing apparatus, a slit through which only the substrate can be inserted is provided in the partition wall between the pretreatment portion and the formation portion, thereby minimizing the continuous space between the pretreatment portion and the formation portion. Thus, the raw material gas supplied to the forming unit is devised so as not to flow into the pretreatment unit. However, in the unlikely event that a small amount of source gas flows into the pretreatment section through the gap between the slit and the substrate and contacts the catalyst, the activity of the catalyst attached to the substrate may be impaired. As a result, there is a concern that the production rate of carbon nanotubes in the formation portion may be reduced.
本発明は上記問題点を解決して、前処理部への原料ガスの流入を阻止し、カーボンナノチューブの生成率を向上させ得るカーボンナノチューブ製造装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a carbon nanotube production apparatus that can prevent the inflow of a raw material gas into a pretreatment section and improve the production rate of carbon nanotubes.
本発明の第1のカーボンナノチューブの製造装置は、表面に触媒が付着された基板を所定方向に移動させてカーボンナノチューブを生成するための製造装置であって、当該基板の移動方向に沿って、当該基板の温度を所定温度まで上昇させる前処理部と、当該前処理部にて所定温度まで上昇した基板に原料ガスを供給しながら化学気相成長法によりカーボンナノチューブを形成する形成部とを備え、前記前処理部において、前記基板を案内するダクトと、当該前処理部内に設けられて前記ダクト内を450℃〜640℃に加熱する加熱装置とを備え、前記ダクト内に不活性ガス及び/又は微粒化促進ガスから成る前処理用ガスを供給して前記基板表面の触媒を微粒化することを特徴とする。 A first carbon nanotube production apparatus of the present invention is a production apparatus for producing a carbon nanotube by moving a substrate having a catalyst attached to a surface in a predetermined direction, along the movement direction of the substrate, A pretreatment unit that raises the temperature of the substrate to a predetermined temperature; and a formation unit that forms carbon nanotubes by chemical vapor deposition while supplying a source gas to the substrate that has been raised to the predetermined temperature by the pretreatment unit. The pretreatment unit includes a duct that guides the substrate, and a heating device that is provided in the pretreatment unit and heats the inside of the duct to 450 ° C. to 640 ° C. In the duct, the inert gas and / or Alternatively, the catalyst on the surface of the substrate is atomized by supplying a pretreatment gas comprising an atomization promoting gas.
また、前処理部および形成部は、真空チャンバー内に設けられることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a pre-processing part and a formation part are provided in a vacuum chamber .
さらには、ダクトは前処理部と形成部との境界近傍まで延設され、前処理ガスが、基板が前記ダクト内に挿入される繰出部側から前記ダクト内に供給され、前記ダクトの前記形成部側の端部に、前記前処理部に供給された不活性ガス及び/又は微粒化促進ガスと前記形成部に供給された原料ガスとが混合した混合ガスが排気される排気用開口部を具備することが好ましい。 Further, the duct extends to the vicinity of the boundary between the pretreatment portion and the formation portion, and the pretreatment gas is supplied into the duct from the feeding portion side where the substrate is inserted into the duct, and the formation of the duct is performed. An exhaust opening through which a mixed gas in which the inert gas and / or atomization promoting gas supplied to the pretreatment unit and the source gas supplied to the forming unit are mixed is exhausted at the end on the part side. It is preferable to comprise.
形成部の下流側に、当該形成部にてカーボンナノチューブが形成された基板を導いて冷却する後処理部を具備し、前記後処理部に、加熱装置の少なくとも1つを具備することが好ましい。 It is preferable that a post-processing unit that guides and cools the substrate on which the carbon nanotubes are formed in the forming unit is provided on the downstream side of the forming unit, and the post-processing unit includes at least one heating device .
本発明のカーボンナノチューブの製造装置によれば、前処理部に不活性ガスが供給されたダクトを具備することにより、ダクト内に形成部からの原料ガスが流入することを阻止して、触媒と原料ガスとが接触することを防止することができる。そのため、表面に付着された触媒の活性力が損なわれることなく、基板が形成部へ送られるので、カーボンナノチューブの生成率が向上する。 According to the carbon nanotube production apparatus of the present invention, by providing the duct with the inert gas supplied to the pretreatment section, the raw material gas from the formation section is prevented from flowing into the duct, and the catalyst and Contact with the source gas can be prevented. Therefore, since the substrate is sent to the forming portion without impairing the activity of the catalyst attached to the surface, the production rate of carbon nanotubes is improved.
[実施例1]
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について、図1〜図7を用いて説明する。
[Example 1]
A carbon nanotube production apparatus according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
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1は、図1に示すように、表面に触媒(図示せず)が付着(担持)された基板2を所定方向に移動させてカーボンナノチューブ3を連続的に形成するための製造装置である。
As shown in FIG. 1, the carbon
図2及び図3に示すように、処理用空間部4は、基板2の移動方向に沿って、基板2の温度を所定温度まで上昇させる前処理部10と、前処理部10にて所定温度まで上昇した基板2に原料ガスG2を供給しながら化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition method:CVD法)によりカーボンナノチューブ3を形成する形成部20と、形成部20にて形成されたカーボンナノチューブ3を有する基板2を導いて基板2の温度を下げる後処理部(冷却部ともいえる。)30とを備える。処理用空間部4は、導き入れられる基板2の加熱温度によって、図3に仮想線にて示すように、前処理部10に対応する昇温領域X、形成部20に対応するCVD温度領域Y及び後処理部30に対応する降温領域Zを有する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
前処理部10は、繰出部6側の真空チャンバー5内に設けられて、基板2の温度を下流側の形成部20での加熱温度(CVD温度)と同等の温度まで上昇させるための加熱装置を少なくとも1つ具備する。本実施例においては、昇温領域Xでは3段階で基板2を昇温させるため、図3に仮想線にて示すように、上流側から下流側に向かって、第1温度領域A1、第2温度領域A2及び第3温度領域A3を有する。前処理部10は、第1温度領域A1に設けられた第1加熱装置11、第2温度領域A2に設けられた第2加熱装置12及び第3温度領域A3に設けられた第3加熱装置13の3つの加熱装置を具備する。第1加熱装置11、第2加熱装置12及び第3加熱装置13の加熱温度は、450℃〜640℃の範囲でそれぞれ設定されている。
The
そして、前処理部10は、繰出部6から送出された所定幅の基板2の周囲を覆うとともに基板2を案内するダクト14を具備する。本実施例においては、図2及び図3に示すように、ダクト14は断面矩形状で中空のものが用いられており、前処理部10(昇温領域X)の前端から後端すなわち第1温度領域A1から第3温度領域A3に亘って延設されている。ダクト14は、熱伝導性及び熱膨張性の小さい石英ガラス製の4枚の板を各接合部に設けられた段部を係合させて溶接することにより形成されている。一般的には、ダクト14は、図4に示すように、少なくとも基板2が挿入され得る大きさであればよい。なお、本実施例のようにロール・ツー・ロール式の製造装置1においては、基板2の厚みは例えば0.03mm〜0.100mmである。なお、前処理部10において、ダクト14の形状や長さ、若しくはダクト14が設けられる位置はこれに限定されない。また、図3に示すように、本実施例においては、前処理部10のダクト14の上流側の端部は、繰出部6と真空チャンバー5とを接続する接続部材8内へ突出しており、真空チャンバー5にはダクト14が挿入されるための挿入口15が形成されている。この挿入口15とダクト14との間に、前処理部10内のガス等の接続部材8内への流入を防ぐシール部材として例えばO‐リング(オーリング)16が設けられている。
The
前処理部10のダクト14には、繰出部6側から接続部材8を介して前処理用ガスG1が供給される。前処理用ガスG1としては、例えば、窒素(N)やアルゴン(Ar)などの不活性ガスと、基板2表面の触媒の微粒化を促進する水素(H)などの微粒化促進ガスが挙げられる。なお、不活性ガスと併せて微粒化促進ガスを供給しても構わない。
The pretreatment gas G <b> 1 is supplied to the
本実施例においては、操出部6側から接続部材8を介して前処理用ガスG1を供給しているが、これに限定されるものではない。例えば、前処理用ガスG1がダクト14に供給されるような構成であればよい。
In the present embodiment, the pretreatment gas G1 is supplied from the operation portion 6 side via the connecting
このように、前処理部10に設けられたダクト14に前処理用ガスG1を供給することにより、ダクト14内に形成部20から原料ガスG2が流入することを防ぐことができる。ゆえに、基板2表面の触媒に原料ガスG2が接触することを防ぎ、表面に付着された触媒の活性力が損なわれることなく、基板2が形成部20へ送られるので、カーボンナノチューブ3の生成率が向上する。
In this way, by supplying the pretreatment gas G1 to the
本実施例においては、図3及び図4に示すように、前処理部10と形成部20との境界近傍に、前処理部10のダクト14の下流側の端部が位置している。前処理部10のダクト14の下流側の端部には、前処理部10に供給された前処理用ガスG1と形成部20に供給された原料ガスG2(正確には化学反応により発生した原料ガスG2の分解成分を含む。以下、原料ガスG2及びこの分解成分を原料ガス等G4ということがある。)とが混合した混合ガスG3を排気するための排気用開口部40が設けられている。本実施例において、排気用開口部40は、前処理部10のダクト14の上流側の開口端部である。この構成によって、原料ガスG2が前処理部10のダクト14に流入されることをより確実に防ぎ、カーボンナノチューブ3の生成率を向上させる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the downstream end of the
ここで、本実施例においては、図4に示すように、前処理部10と形成部20との境界は、昇温領域XとCVD温度領域Yとの境界線Lであり、また、境界近傍とは昇温領域XとCVD温度領域Yとの境界線Lを含んだ所定範囲d(例えば10mm〜150mmの範囲)とする。図4には、境界線Lから前処理部10側に所定間隔d´だけ離れた位置に、ダクト14の端部が設けられている場合を示した。所定間隔d´は、真空チャンバー5の大きさやカーボンナノチューブ3の形成条件等により適宜設定されればよいが、本実施例においては、10mm〜100mmの範囲が好適である。
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the boundary between the
また、図4に示すように、具体的には、ダクト14の上流側の開口端部すなわち排気用開口部40の高さH1は、基板2の厚みに0.1mm〜3mmを加えた大きさであることが好ましい。また、図5に示すように、排気用開口部40の幅W1は、基板2の幅に1mm〜50mmを加えた大きさであることが好ましい。
As shown in FIG. 4, specifically, the height H1 of the opening end on the upstream side of the
また、前処理部10と形成部20との境界近傍には、原料ガスG2をより確実に前処理部10のダクト14に流入させないようにするため、排気用開口部40から排気される混合ガスG3を真空チャンバー5の外へ流出する混合ガス排気管41と混合ガス排気管41を接続するための混合ガス排気口41aとが設けられている。本実施例においては、図4に示すように、混合ガス排気管41及び混合ガス排気口41aは、真空チャンバー5の基板2の下方に配置される。
Further, in order to prevent the source gas G2 from flowing into the
また、前処理部10において、基板2は、その裏面をダクト14の内面に摺動されながら移動する。本実施例においては、図3に示すように、基板2の裏面はダクト14の内側の下面を摺動するように構成されている。図6に示すように、ダクト14の基板2の裏面が摺動される内面(内側下面)には、基板2の移動方向と交差(具体的には直交)する方向すなわち基板2の幅方向に延びる複数の突条部17が所定間隔をもって設けられている。このように突条部17が設けられていることにより、ダクト14の内面と基板2の裏面との接触面積が低減されるため、摩擦が低減され、基板2の移動速度を安定させることができる。ひいては、生成されるカーボンナノチューブ3の質も安定させることができる。本実施例においては、図6に示すように、突条部17として溶接ビードが採用されている。当然、突条部17は溶接ビードに限定されず、丸棒等を適宜採用することができる。
Further, in the
次に、前処理部10の下流に位置する形成部20では、CVD法によりカーボンナノチューブ3が生成される。形成部20には、図3及び図4に示すように、真空チャンバー5内に原料ガスG2を供給するための原料ガス供給管21と、原料ガス供給管21を接続するための原料ガス供給口21aと、この原料ガス供給管21に接続されて、基板2の表面を所定範囲に亘って覆うことによって、供給された原料ガスG2を基板2上で化学反応させカーボンナノチューブ3を生成する反応空間を制限するための空間仕切体22(22A,22B)とが備えられる。
Next, in the
形成部20に供給される原料ガスG2としては、メタン(CH4)やアセチレン(C2H2)などの炭化水素系の気体が一般的である。
空間仕切体22A,22Bは、図3及び図4に示すように、中空の直方体形状の反応本体部23と、その下端部に設けられて基板2の移動方向に沿って延びて基板2の周囲を覆い基板2を案内する基板案内用突出部24とから成る。具体的には、図3及び図4に示すように、基板案内用突出部24の断面はダクト14と同一形状にされており、言い換えれば、反応本体部23にダクト14が接続された形状をしている。以下、この基板案内用突出部24をダクト部24という。反応本体部23は、熱伝導性及び熱膨張性の小さい石英ガラス製の5枚の板を各接合部に設けられた段部を係合させて溶接することにより形成されている。また、反応本体部23は原料ガス供給管21を接続するための供給管接続口21bを有する。すなわち、原料ガス供給管21は真空チャンバー5の原料ガス供給口21aに挿通されて供給管接続口21bまで設けられる。なお、ダクト14の開口端部の高さH1は、ダクト部24の前処理部10側の開口端部の高さH2よりも低く(H1<H2)され、形成部20のガスが前処理部10のダクト14へ流入しにくくされている。
As the source gas G2 supplied to the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
さらに、形成部20は、CVD温度領域Yにおいて、基板2の下方に基板2及び空間仕切体22A,22B内を加熱する加熱装置を少なくとも1つ具備する。形成部20の加熱装置の加熱温度は例えば680度〜780度である。
Further, the forming
本実施例において、図3及び図4に示すように、形成部20には基板2の移動方向に沿って、空間仕切体22A,22B及び加熱装置25,26が2組設けられている。すなわち、上流側の第4温度領域A4に第1空間仕切体22Aに対応する第4加熱装置25が、下流側の第5温度領域A5に第2空間仕切体22Bに対応する第5加熱装置26がそれぞれ配置されている。また、図4に示すように、第1空間仕切体22A及び第2空間仕切体22Bのダクト部24は接続されて一体化されている。カーボンナノチューブ3は、上流側の第1空間仕切体22A内の第1反応空間P1及び下流側の第2空間仕切体22B内の第2反応空間P2において、順次形成される。この構成により、カーボンナノチューブ3の形成状態に応じて、CVD温度領域Yにおいて、空間仕切体22A,22Bごとに温度を適切に調整することができる。ただし、調整が必要でない場合は、空間仕切体22A,22Bは1つでもよい。本実施例においては、第1反応空間P1及び第2反応空間P2は、加熱条件等のカーボンナノチューブ3の生成条件は同一である。
In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the
さらに、図4に示すように、各空間仕切体22A,22Bにおけるダクト部24の内面の基板2表面の上側位置に、基板2の幅方向に延びる複数の突条部27が基板2の移動方向において所定間隔でもって配置されている。この構成により、ダクト部24内に流入した原料ガスG2を突条部27に衝突させて、基板2側に向かう原料ガスG2の流れを作ることができ、基板2表面の触媒に原料ガスG2をより確実に接触させることができるため、カーボンナノチューブ3の生成率が向上する。
Further, as shown in FIG. 4, a plurality of
また、供給管接続口21aは反応本体部23の基板2の上方側に設けられるとともに、第1空間仕切体22A及び第2空間仕切体22B内に供給された原料ガス等G4を真空チャンバー5の外部に排気するガス排気管28を接続するためのガス排気口28aを真空チャンバー5の基板2の下方側に設ける必要がある。これにより、原料ガス等G4は、基板2の下方側から排気されるため、第1空間仕切体22A及び第2空間仕切体22B内における原料ガスG2の流れが基板2上方側から下方側へ向かう方向になる。したがって、原料ガスG2が基板2表面の触媒に接触しやすくなり、カーボンナノチューブ3の生成率が向上する。具体的には、原料ガス等G4を排出するガス排気口28aは、各空間仕切体22A,22Bに対応して配置されることになるが、本実施例では、構成の簡略化のために、図4に示すように、第1空間仕切体22Aに対して配置されるガス排気口28aについては混合ガス排気口41aが兼用される。当然、ガス排気管28aとして、混合ガス排気口41aに接続された混合ガス排気管41が兼用される。また、第2空間仕切体22Bに対しては、真空チャンバー5において、形成部20と後処理部30との境界(CVD温度領域Yと降温領域Zとの境界)であるダクト部24の下流側端部の真下の位置にガス排気口28aが設けられ、ガス排気管28が接続される。
Further, the supply
そして、図3に示すように、形成部20の下流側には、基板2及び生成されたカーボンナノチューブ3(以下、基板2等ということがある。)を冷却する後処理部30が備えられている。後処理部30の降温領域Zには、基板2等を形成部20でのCVD温度から低下(例えば300℃〜400℃)させるための加熱装置を少なくとも1つ具備する。本実施例においては、降温領域Zでは、3段階で基板2等を降温させるため、図3に仮想線にて示すように、上流側から下流側に向かって第6温度領域A6、第7温度領域A7及び第8温度領域A8を有する。後処理部30は、第6温度領域A6に設けられた第6加熱装置31、第7温度領域A7に設けられた第7加熱装置32及び第8温度領域A8に設けられた第8加熱装置33の3つの加熱装置を具備する。第6加熱装置31、第7加熱装置32及び第8加熱装置33の加熱温度は、形成部20での加熱温度から冷却するにあたって、基板2の熱変形を防ぐため、500度〜600度を経た後、冷却(例えば300℃〜400℃)するようそれぞれ設定されている。
As shown in FIG. 3, a downstream side of the forming
なお、本実施例においては、加熱装置としては、前処理部10、形成部20及び後処理部30のいずれにも、発熱体(例えばフィラメント)を石英製の円筒に入れて炭化ケイ素を充填したものを複数本、基板2の移動方向に並べて配置し、それらを電源装置に接続した、いわゆる石英管ヒーターが採用されている。
In this embodiment, as a heating device, a heating element (for example, a filament) is placed in a quartz cylinder and filled with silicon carbide in any of the
後処理部30において、図7に示すように、基板2の移動方向と交差(具体的には直交)する方向すなわち基板2の幅方向に延びる複数の丸棒34の上を基板2が摺動している。このように、基板2の幅方向に延びる複数の丸棒34の上を基板2が摺動していることにより、基板2が平板と接触する場合に比べて、基板2の裏面との接触面積が低減されるため、摩擦が低減される。さらに、丸棒34が基板2の幅方向に延びていることにより、基板2の進行方向が安定する。したがって、基板2の移動速度を安定させることができ、生成されるカーボンナノチューブ3の質も安定させることができる。また、基板2が平板と接触する場合に比べて、基板2の裏面側の通気性が向上するため、より良好に冷却することができる。なお、図7においては、基板2の摺動様子を示すため、生成されたカーボンナノチューブ3の図示は省略している。
In the
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用いた製造方法について、図1〜図3を用いて説明する。
図1及び図2に示すように、基板2は繰出部6から真空チャンバー5内の処理用空間部4に導き入れられて巻取部7へと移動される。図3に示すように、処理用空間部4の前処理部10において、予め表面に触媒が付着された基板2は、前処理用ガスG1が供給されたダクト14に導き入れられて第1加熱装置11〜第3加熱装置13により加熱されることによって、昇温領域Xにて昇温されるとともに、基板2表面の触媒が微粒化される。次に、基板2は前処理部10から形成部20へ導き入れられて、第1空間仕切体22Aの第1反応空間P1及び第2空間仕切体22Bの第2反応空間P2にて、第4加熱装置25及び第5加熱装置26によりCVD温度に加熱されながら原料ガスG2を基板2上で反応させることにより、基板2上にカーボンナノチューブ3が生成される。そして、基板2は形成部20から後処理部30へ導き入れられて第6加熱装置31〜第8加熱装置33により加熱されることによって、基板2及び基板2上に生成されたカーボンナノチューブ3が降温される。このとき、前処理部10と形成部20との境界にある排気用開口部40から排出された前処理用ガスG1と原料ガスG2(正確には原料ガス等G4)とが混合された混合ガスG3は混合ガス排気管41を介して真空チャンバー5の外へ排気されている。
Hereinafter, the manufacturing method using the manufacturing apparatus of the carbon nanotube which concerns on Example 1 of this invention is demonstrated using FIGS. 1-3.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このように、前処理部10のダクト14に前処理用ガスG1を供給することにより、ダクト14内に形成部20からの原料ガスG2が流入することを阻止して、触媒に原料ガスG2が接触することを防止することができる。そのため、表面に付着された触媒の活性力が損なわれることなく、基板2が形成部20へ送られるので、カーボンナノチューブ3の生成率が向上する。
[実施例2]
実施例2について図8を用いて説明する。実施例1と同一の構成には同一の名称及び符号を付し、説明を省略する。実施例2においては、実施例1における前処理部10と形成部20との境界に、排気用開口部40に対応する位置(具体的には前処理部10と形成部20との境界)で上方に凸状(曲面状)に膨らむ隆起部50を有する。この構成により、前処理部10及び形成部20から排出される混合ガスG3をこの隆起部50に当てて上昇させることができる。この場合、図8に示すように、上昇した混合ガスG3を真空チャンバー5の外へ排気するため、真空チャンバー5における隆起部50の上方位置に混合ガス排気管41及び混合ガス排気口41aが設けられている。なお、図8に示すように、実施例1と同様に、原料ガス等G4を排気するためのガス排気管28及びガス排気口28aは、基板2の下方(本実施例においては、前処理部10と形成部20との境界)に設けられている。
[実施例3]
実施例3について図9を用いて説明する。実施例1と同一の構成には同一の名称及び符号を付し、説明を省略する。実施例3においては、実施例1における前処理部10と形成部20との境界に、排気用開口部40に対応する位置(具体的には前処理部10と形成部20との境界)で、混合ガスG3を上方へ流す隔壁51が立設されるとともに、真空チャンバー5における混合ガス排気管41及び混合ガス排気口41aが隔壁51の上方位置に配置されている。この構成により、前処理部10及び形成部20から排出される混合ガスG3をこの隔壁51を伝わせて上昇させ、基板2上方に位置する混合ガス排気管41へと確実に排気することができる。具体的には、図9に示すように、隔壁51の下方端部は、前処理部10のダクト14の下流側端部(具体的には排気用開口部40の上端位置)に対応する位置に設けられている。なお、図9に示すように、実施例1と同様に、原料ガス等G4を排気するためのガス排気管28及びガス排気口28aは、真空チャンバー5の基板2の下方(本実施例においては、前処理部10と形成部20との境界すなわち隔壁51の下方)に設けられている。
[実施例4]
実施例4について図10を用いて説明する。実施例1と同一の構成には同一の名称及び符号を付し、説明を省略する。実施例4においては、実施例1における前処理部10と形成部20との境界に、排気用開口部40に対応する位置(具体的には前処理部10と形成部20との境界)で、上方に凸状(曲面状)に膨らむ隆起部50を有し、且つ混合ガスG3を上方へ流す隔壁51が立設されるとともに、真空チャンバー5における混合ガス排気管41及び混合ガス排気口41aが隔壁51の上方に配置されている。この構成により、前処理部10及び形成部20から排出される混合ガスG3をこの隆起部50に当てて上昇させるとともに、隔壁51を伝わせて真上に上昇させることができる。具体的には、図10に示すように、隔壁51の下方端部は、前処理部10のダクト14の下流側端部(具体的には排気用開口部40の上端位置)に対応する位置に設けられている。なお、図10に示すように、実施例1と同様に、原料ガス等G4を排気するためのガス排気管28及びガス排気口28aは、真空チャンバー5の基板2の下方(本実施例においては、前処理部10と形成部20との境界すなわち隔壁51の下方)に設けられている。
[変形例]
実施例1〜実施例4においては、前処理部10のダクト14と形成部20の第1空間仕切体22Aの上流側のダクト部24が別体である場合を示したが、これに限定されない。例えば、前処理部10のダクト14と形成部20の第1空間仕切体22Aの上流側のダクト部24との間を連続させて一体化した構成の場合には、図11に示すように、前処理部10と形成部20との境界近傍(具体的には境界線Lの垂線LH上)にダクト14及びダクト部24の少なくとも一方の上面に排気用開口部60を設け、混合ガスG3を排気する構成とすればよい。この排気用開口部60の大きさは、上述した実施例1の排気用開口部40と同等又はそれ以上であればよく、適宜設計すればよい。
Thus, by supplying the pretreatment gas G1 to the
[Example 2]
A second embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted. In the second embodiment, the boundary between the
[Example 3]
A third embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted. In the third embodiment, the boundary between the
[Example 4]
Example 4 will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted. In the fourth embodiment, the boundary between the
[Modification]
In Example 1-Example 4, although the case where the
また、実施例1〜実施例4においては、前処理部10のダクト14の開口端部の高さH1を、形成部20のダクト部24の前処理部10側の開口端部の高さH2よりも低くしたが、これに限定されない。ダクト14の開口端部の高さH1を、ダクト部24の前処理部10側の開口端部の高さH2以上(H1≧H2)となるようにしてもよい。
In the first to fourth embodiments, the height H1 of the opening end of the
また、実施例1〜実施例4においては、前処理部10の昇温領域X及び後処理部30の降温領域Zにおいて、3つの加熱装置を用いて加熱する態様を示したが、当然ながら、1つの加熱装置を用いて加熱し、昇温又は降温を行っても構わない。
Moreover, in Example 1- Example 4, although the temperature rising area X of the
また、実施例1〜実施例4においては、前処理部10におけるダクト14の基板2の裏面が摺動される面に、基板2の幅方向に延びる複数の突条部17が設けられている構成を示したが、突条部17の代わりに溝部を設ける構成にしても構わない。
Moreover, in Example 1- Example 4, the some
また、実施例1〜実施例4においては、前処理部10にのみ、ダクト14の基板2の裏面が摺動される面に、基板2の幅方向に延びる複数の突条部17が設けられている場合を示したが、形成部20においても、同一の構成を具備していても構わない。
In the first to fourth embodiments, only the
さらに、実施例1〜実施例4においては、形成部20の各空間仕切体22A,22Bから排出された原料ガス等G4は、各空間仕切体22A,22Bのダクト部24の上流側端部及び下流側端部から排気されるため、ガス排気管28及びガス排気口28aは前処理部10と形成部20との境界及び形成部20と後処理部30との境界に設けられているが、これに限定されない。例えば、各空間仕切体22A,22Bにおいて、反応本体部23の下部の両側面に排気用の窓部を設けるとともに、各空間仕切体22A,22Bの真下にガス排気管28及びガス排気口28aを配置する構成としてもよい。
Further, in the first to fourth embodiments, the source gas G4 and the like discharged from the
1 カーボンナノチューブの製造装置
2 基板
3 カーボンナノチューブ
4 処理用空間部
5 真空チャンバー(反応容器)
6 繰出部
6a 繰出装置
6b 繰出ロール
7 巻取部
7a 巻取装置
7b 巻取ロール
8 接続部材
10 前処理部
11 第1加熱装置
12 第2加熱装置
13 第3加熱装置
14 ダクト
15 挿入口
16 O‐リング
17 突条部
X 昇温領域
A1 第1温度領域
A2 第2温度領域
A3 第3温度領域
20 形成部
21 原料ガス供給管
21a 原料ガス供給口
21b 供給管接続口
22 空間仕切体
22A 第1空間仕切体
22B 第2空間仕切体
P1 第1反応空間
P2 第2反応空間
23 反応本体部
24 基板案内用突出部(ダクト部)
25 第4加熱装置
26 第5加熱装置
27 突条部
28 ガス排気管
28a ガス排気口
Y CVD温度領域
A4 第4温度領域
A5 第5温度領域
30 後処理部(冷却部)
31 第6加熱装置
32 第7加熱装置
33 第8加熱装置
34 丸棒
40 排気用開口部
41 混合ガス排気管
41a 混合ガス排気口
Z 降温領域
A6 第6温度領域
A7 第7温度領域
A8 第8温度領域
50 隆起部
51 隔壁
G1 前処理用ガス
G2 原料ガス
G3 混合ガス
G4 原料ガス等
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6
25
31
Claims (4)
当該基板の移動方向に沿って、当該基板の温度を所定温度まで上昇させる前処理部と、
当該前処理部にて所定温度まで上昇した基板に原料ガスを供給しながら化学気相成長法によりカーボンナノチューブを形成する形成部とを備え、
前記前処理部において、前記基板を案内するダクトと、当該前処理部内に設けられて前記ダクト内を450℃〜640℃に加熱する加熱装置とを備え、前記ダクト内に不活性ガス及び/又は微粒化促進ガスから成る前処理用ガスを供給して前記基板表面の触媒を微粒化する
ことを特徴とするカーボンナノチューブの製造装置。 A manufacturing apparatus for generating a carbon nanotube by moving a substrate having a catalyst attached to a surface in a predetermined direction,
A pretreatment unit that raises the temperature of the substrate to a predetermined temperature along the moving direction of the substrate;
A formation part that forms carbon nanotubes by chemical vapor deposition while supplying a raw material gas to the substrate that has been raised to a predetermined temperature in the pretreatment part,
The pretreatment unit includes a duct that guides the substrate, and a heating device that is provided in the pretreatment unit and heats the inside of the duct to 450 ° C. to 640 ° C., and the inert gas and / or in the duct. An apparatus for producing carbon nanotubes, wherein a pretreatment gas comprising an atomization promoting gas is supplied to atomize a catalyst on the substrate surface .
ことを特徴とする請求項1記載のカーボンナノチューブの製造装置。 The carbon nanotube manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the pretreatment part and the formation part are provided in a vacuum chamber .
前処理ガスは、基板が前記ダクト内に挿入される繰出部側から前記ダクト内に供給され、
前記ダクトの前記形成部側の端部に、前記前処理部に供給された不活性ガス及び/又は微粒化促進ガスと前記形成部に供給された原料ガスとが混合した混合ガスが排気される排気用開口部を具備する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のカーボンナノチューブの製造装置。 The duct extends to the vicinity of the boundary between the pretreatment part and the formation part,
The pretreatment gas is supplied into the duct from the feeding portion side where the substrate is inserted into the duct,
A mixed gas in which the inert gas and / or atomization promoting gas supplied to the pretreatment unit and the raw material gas supplied to the forming unit are exhausted at the end of the duct on the forming unit side. a carbon nanotube manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises an exhaust opening.
前記後処理部に、加熱装置の少なくとも1つを具備する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブの製造装置。 Provided on the downstream side of the formation portion is a post-processing portion that guides and cools the substrate on which the carbon nanotubes are formed in the formation portion,
The apparatus for producing carbon nanotubes according to any one of claims 1 to 3 , wherein the post-processing section includes at least one heating device.
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