JP2002348108A - ナノカーボンの製造方法及びその方法を用いて製造されたナノカーボン及びナノカーボンと金属微粒子を含む複合材料又は混合材料，ナノカーボンの製造装置、ナノカーボンのパターン化方法及びその方法を用いてパターン化されたナノカーボン基材及びそのパターン化されたナノカーボン基材を用いた電子放出源 - Google Patents
ナノカーボンの製造方法及びその方法を用いて製造されたナノカーボン及びナノカーボンと金属微粒子を含む複合材料又は混合材料，ナノカーボンの製造装置、ナノカーボンのパターン化方法及びその方法を用いてパターン化されたナノカーボン基材及びそのパターン化されたナノカーボン基材を用いた電子放出源Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プロセス容器等を必ずしも必要とせず、溶接用
アークトーチ若しくは類似した構造を持つ装置を用いた
アーク放電によって、炭素を主成分とした被アーク材を
蒸発させてすすを発生させ、そのすすを基板上に坦持し
て電子放出源を作成するための方法を提供し、その製造
装置を提供するものである。 【解決手段】第１電極であるアークトーチ１のトーチ電
極１０と、第２電極である黒鉛板を用いた被アーク材２
を対面配置する。トーチ電極１０と被アーク材２端部と
の間に電位を印加してアーク放電を発生させ、アーク放
電にさらされた被アーク材２端部の黒鉛を蒸発させてす
すを発生させる。この発生したすすを、パターン化され
た開口部を有するマスクを介して、アーク放電領域に対
面した基板の表面に被着させる。
アークトーチ若しくは類似した構造を持つ装置を用いた
アーク放電によって、炭素を主成分とした被アーク材を
蒸発させてすすを発生させ、そのすすを基板上に坦持し
て電子放出源を作成するための方法を提供し、その製造
装置を提供するものである。 【解決手段】第１電極であるアークトーチ１のトーチ電
極１０と、第２電極である黒鉛板を用いた被アーク材２
を対面配置する。トーチ電極１０と被アーク材２端部と
の間に電位を印加してアーク放電を発生させ、アーク放
電にさらされた被アーク材２端部の黒鉛を蒸発させてす
すを発生させる。この発生したすすを、パターン化され
た開口部を有するマスクを介して、アーク放電領域に対
面した基板の表面に被着させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナノカーボンの製
造方法及びその方法を用いて製造されたナノカーボン及
びナノカーボンと金属微粒子を含む複合材料又は混合材
料、ナノカーボンの製造装置、ナノカーボンのパターン
化方法及びその方法を用いてパターン化されたナノカー
ボン基材及びそのパターン化されたナノカーボン基材を
用いた電子放出源に関する。特に、炭素を主成分とした
ナノスケール（１０−６〜１０−９ｍ）サイズの粒子で
構成される電子放出源、或いは水素等のガス吸蔵体の製
造方法等に好適なものである。
造方法及びその方法を用いて製造されたナノカーボン及
びナノカーボンと金属微粒子を含む複合材料又は混合材
料、ナノカーボンの製造装置、ナノカーボンのパターン
化方法及びその方法を用いてパターン化されたナノカー
ボン基材及びそのパターン化されたナノカーボン基材を
用いた電子放出源に関する。特に、炭素を主成分とした
ナノスケール（１０−６〜１０−９ｍ）サイズの粒子で
構成される電子放出源、或いは水素等のガス吸蔵体の製
造方法等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】以下、電子放出源を例として説明を行う
ことにする。電界電子放出源は、加熱を必要とした熱電
子放出源と比べて、省エネルギーで長寿命である。現
在、電界電子放出源の材料には、Ｓｉ（シリコン）等の
半導体，Ｍｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン）のよ
うな金属の他、ナノチューブに代表されるナノスケール
サイズの炭素材料等（以後、炭素系ナノ材料）がある。
中でも、炭素系ナノ材料は、それ自体が電界を集中させ
るのに十分なサイズとシャープさを持ち、比較的化学的
に安定で、機械的強度も優れているという特徴を呈する
ため、電界電子放出源として有望である。
ことにする。電界電子放出源は、加熱を必要とした熱電
子放出源と比べて、省エネルギーで長寿命である。現
在、電界電子放出源の材料には、Ｓｉ（シリコン）等の
半導体，Ｍｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン）のよ
うな金属の他、ナノチューブに代表されるナノスケール
サイズの炭素材料等（以後、炭素系ナノ材料）がある。
中でも、炭素系ナノ材料は、それ自体が電界を集中させ
るのに十分なサイズとシャープさを持ち、比較的化学的
に安定で、機械的強度も優れているという特徴を呈する
ため、電界電子放出源として有望である。
【０００３】従来の炭素系ナノ材料の代表であるナノチ
ューブの製造方法には、レーザアブレーション法，不活
性ガス中の黒鉛電極間のアーク放電法，炭化水素ガスを
用いたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法などがある。中でも、アーク放電法
で製造したナノチューブは、原子配列の欠陥が少なく、
電界電子放出源には好適である。
ューブの製造方法には、レーザアブレーション法，不活
性ガス中の黒鉛電極間のアーク放電法，炭化水素ガスを
用いたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法などがある。中でも、アーク放電法
で製造したナノチューブは、原子配列の欠陥が少なく、
電界電子放出源には好適である。
【０００４】従来のアーク放電法のプロセスは、以下の
とおりである。二つの黒鉛電極を容器内に対向して配置
した後、容器を一旦排気し、その後不活性ガスを導入
し、アークを発生させる。アークの陽極は激しく蒸発
し、すすを発生させ、また陰極表面に堆積する。数分以
上アーク放電を持続させ、その後装置を大気開放して、
陰極堆積物を取り出す。陰極堆積物は、ナノチューブを
含むソフトコアとナノチューブを含まないハードシェル
とで構成されている。なお、陽極に触媒金属を含有した
黒鉛を用いた場合、すす中にナノチューブが存在する。
ソフトコア若しくはすすからナノチューブを取り出し、
そのナノチューブを基板に坦持して電子放出源とする。
とおりである。二つの黒鉛電極を容器内に対向して配置
した後、容器を一旦排気し、その後不活性ガスを導入
し、アークを発生させる。アークの陽極は激しく蒸発
し、すすを発生させ、また陰極表面に堆積する。数分以
上アーク放電を持続させ、その後装置を大気開放して、
陰極堆積物を取り出す。陰極堆積物は、ナノチューブを
含むソフトコアとナノチューブを含まないハードシェル
とで構成されている。なお、陽極に触媒金属を含有した
黒鉛を用いた場合、すす中にナノチューブが存在する。
ソフトコア若しくはすすからナノチューブを取り出し、
そのナノチューブを基板に坦持して電子放出源とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のアーク放電法に
おけるナノチューブ等の炭素系ナノ材料及び該炭素系ナ
ノ材料からなる電子放出源製造の課題点は、以下のとお
りである。
おけるナノチューブ等の炭素系ナノ材料及び該炭素系ナ
ノ材料からなる電子放出源製造の課題点は、以下のとお
りである。
【０００６】ナノ材料生成時に、真空容器、真空排気装
置、不活性ガス導入装置が必要であり、装置コストが比
較的高い。また、排気，大気解放を繰り返さなければな
らず、工程が長い。それから、プロセス終了後、陰極堆
積物の回収若しくはすすの回収、更には装置の清掃を毎
回行わなければならないため、連続大量生産には不向き
である。更にまた、この方法で生成した炭素系ナノ材料
を用いて電子放出素子を作成するためには、ソフトコア
とハードシェルとの分離、すすからの単離、精製、基板
への坦持など更に多くの工程が必要である。
置、不活性ガス導入装置が必要であり、装置コストが比
較的高い。また、排気，大気解放を繰り返さなければな
らず、工程が長い。それから、プロセス終了後、陰極堆
積物の回収若しくはすすの回収、更には装置の清掃を毎
回行わなければならないため、連続大量生産には不向き
である。更にまた、この方法で生成した炭素系ナノ材料
を用いて電子放出素子を作成するためには、ソフトコア
とハードシェルとの分離、すすからの単離、精製、基板
への坦持など更に多くの工程が必要である。
【０００７】本発明は、プロセス容器等を必ずしも必要
とせず、溶接用アークトーチ若しくは類似した構造を持
つ装置を用いたアーク放電によって、炭素を主成分とし
た被アーク材を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発
生させ、そのすすを回収するための方法を提供し、その
製造装置を提供するものである。同様に、そのすすを基
板上に坦持して電子放出源（ナノカーボンを電子放出源
として使用する）を作成するための方法を提供し、その
製造装置を提供するものである。
とせず、溶接用アークトーチ若しくは類似した構造を持
つ装置を用いたアーク放電によって、炭素を主成分とし
た被アーク材を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発
生させ、そのすすを回収するための方法を提供し、その
製造装置を提供するものである。同様に、そのすすを基
板上に坦持して電子放出源（ナノカーボンを電子放出源
として使用する）を作成するための方法を提供し、その
製造装置を提供するものである。
【０００８】また、その製造回収を容易にするために、
放電周囲領域またはすす飛散部周囲に基材が存在し、そ
の基材に被着したすすを基材を介して回収する方法を提
供し、その製造装置を提供するものである。同様に、放
電周囲領域またはすす飛散部周囲に流体（液体）が存在
し、その流体に分散・溶解したすすを流体を介して回収
する方法を提供し、その製造装置を提供するものであ
る。同様に、放電周囲領域またはすす飛散部周囲に粒状
体が存在し、その粒状体に被着又は分散したすすを流体
を介して回収する方法を提供し、その製造装置を提供す
るものである。更に、回収したナノカーボン又はナノカ
ーボンと金属微粒子との複合すす（複合材料）は、水素
吸蔵材としても利用できる。
放電周囲領域またはすす飛散部周囲に基材が存在し、そ
の基材に被着したすすを基材を介して回収する方法を提
供し、その製造装置を提供するものである。同様に、放
電周囲領域またはすす飛散部周囲に流体（液体）が存在
し、その流体に分散・溶解したすすを流体を介して回収
する方法を提供し、その製造装置を提供するものであ
る。同様に、放電周囲領域またはすす飛散部周囲に粒状
体が存在し、その粒状体に被着又は分散したすすを流体
を介して回収する方法を提供し、その製造装置を提供す
るものである。更に、回収したナノカーボン又はナノカ
ーボンと金属微粒子との複合すす（複合材料）は、水素
吸蔵材としても利用できる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載されたナ
ノカーボンの製造方法は、第１電極と、炭素材料を主成
分とする第２電極を、大気中又は空気中で対向配置する
工程と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印
加してアーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の
前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカ
ーボンを含むすすを発生させる工程と、前記ナノカーボ
ンを含むすすを回収する工程を備えたことを特徴として
いる。
ノカーボンの製造方法は、第１電極と、炭素材料を主成
分とする第２電極を、大気中又は空気中で対向配置する
工程と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印
加してアーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の
前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカ
ーボンを含むすすを発生させる工程と、前記ナノカーボ
ンを含むすすを回収する工程を備えたことを特徴として
いる。
【００１０】請求項２に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記第１電極が、アークトーチに設けられたトーチ
電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を相対移動さ
せながら、前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放
電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させ
る工程を備えたことを特徴としている。
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記第１電極が、アークトーチに設けられたトーチ
電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を相対移動さ
せながら、前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放
電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させ
る工程を備えたことを特徴としている。
【００１１】請求項３に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記アーク放電の発生領域に対向させて基材を配置
し、前記ナノカーボンを含むすすを該基材を介して回収
する工程を備えたことを特徴としている。
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記アーク放電の発生領域に対向させて基材を配置
し、前記ナノカーボンを含むすすを該基材を介して回収
する工程を備えたことを特徴としている。
【００１２】請求項４に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記アーク放電の発生領域に対向させて流体又は粒
状体を配置し、前記ナノカーボンを含むすすを該流体又
は該粒状体を介して回収する工程を備えたことを特徴と
している。
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記アーク放電の発生領域に対向させて流体又は粒
状体を配置し、前記ナノカーボンを含むすすを該流体又
は該粒状体を介して回収する工程を備えたことを特徴と
している。
【００１３】請求項５に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記第１電極と前記第２電極のなす角度は、４５度
乃至１３５度の範囲であることを特徴としている。
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記第１電極と前記第２電極のなす角度は、４５度
乃至１３５度の範囲であることを特徴としている。
【００１４】請求項６に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記すすは、単層カーボンナノチューブ，カーボン
ナノホーン，多層カーボンナノチューブ，カーボンナノ
ファイバ，カーボンナノ粒子，ＣＮナノチューブ，ＣＮ
ナノファイバ，ＣＮナノ粒子，ＢＣＮナノチューブ，Ｂ
ＣＮナノファイバ，ＢＣＮナノ粒子，フラーレン，若し
くはこれらの混合物からなるナノカーボン材料を含むこ
とを特徴としている。
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記すすは、単層カーボンナノチューブ，カーボン
ナノホーン，多層カーボンナノチューブ，カーボンナノ
ファイバ，カーボンナノ粒子，ＣＮナノチューブ，ＣＮ
ナノファイバ，ＣＮナノ粒子，ＢＣＮナノチューブ，Ｂ
ＣＮナノファイバ，ＢＣＮナノ粒子，フラーレン，若し
くはこれらの混合物からなるナノカーボン材料を含むこ
とを特徴としている。
【００１５】請求項７に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記すすは、ナノカーボンと金属微粒子を含む複合
又は混合すす（複合体又は混合体）であることを特徴と
している。
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記すすは、ナノカーボンと金属微粒子を含む複合
又は混合すす（複合体又は混合体）であることを特徴と
している。
【００１６】請求項８に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記第２電極の炭素材料は、黒鉛又は活性炭又はア
モルファスカーボン、添加物を含有又は内蔵している黒
鉛又は活性炭又はアモルファスカーボン、若しくは添加
物が表面の一部分或いは全部に散布，塗布，メッキ若し
くはコートされている黒鉛又は活性炭又はアモルファス
カーボンを用いることを特徴としている。
方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記第２電極の炭素材料は、黒鉛又は活性炭又はア
モルファスカーボン、添加物を含有又は内蔵している黒
鉛又は活性炭又はアモルファスカーボン、若しくは添加
物が表面の一部分或いは全部に散布，塗布，メッキ若し
くはコートされている黒鉛又は活性炭又はアモルファス
カーボンを用いることを特徴としている。
【００１７】請求項９に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項８記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記添加物は、Ｌｉ，Ｂ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｓ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，
Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｏｓ，Ｐｔ、若しくはこれらの酸化物又は窒化
物又は炭化物又は硫化物又は塩化物又は硫酸化合物又は
硝酸化合物、若しくはそれらの混合物であることを特徴
としている。
方法は、請求項８記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記添加物は、Ｌｉ，Ｂ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｓ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，
Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｏｓ，Ｐｔ、若しくはこれらの酸化物又は窒化
物又は炭化物又は硫化物又は塩化物又は硫酸化合物又は
硝酸化合物、若しくはそれらの混合物であることを特徴
としている。
【００１８】請求項１０に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記アーク放電を直流又は直流パルスで運転し、
前記第２電極をアーク放電の陽極とすることを特徴とし
ている。
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記アーク放電を直流又は直流パルスで運転し、
前記第２電極をアーク放電の陽極とすることを特徴とし
ている。
【００１９】請求項１１に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記アーク放電を交流又は交流パルスで運転する
ことを特徴としている。
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記アーク放電を交流又は交流パルスで運転する
ことを特徴としている。
【００２０】請求項１２に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記第２電極の端部又は凹部又は凸部の前記炭素
材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを
発生させることを特徴としている。
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記第２電極の端部又は凹部又は凸部の前記炭素
材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを
発生させることを特徴としている。
【００２１】請求項１３に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記アーク放電の発生領域に特定ガス又は空気を
供給しながら、前記アーク放電を行うことを特徴として
いる。
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記アーク放電の発生領域に特定ガス又は空気を
供給しながら、前記アーク放電を行うことを特徴として
いる。
【００２２】請求項１４に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項１３記載のナノカーボンの製造方法に
おいて、前記特定ガスは、Ａｒ，Ｈｅなどの希ガス，窒
素ガス，炭酸ガス，酸素ガス，水素ガス若しくはこれら
の混合ガスであることを特徴としている。
造方法は、請求項１３記載のナノカーボンの製造方法に
おいて、前記特定ガスは、Ａｒ，Ｈｅなどの希ガス，窒
素ガス，炭酸ガス，酸素ガス，水素ガス若しくはこれら
の混合ガスであることを特徴としている。
【００２３】請求項１５に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記第１電極は、黒鉛，Ｗ（タングステン），Ｍ
ｏ（モリブデン）若しくは、Ｎｉ（ニッケル）などの高
融点金属を主成分とすることを特徴としている。
造方法は、請求項１記載のナノカーボンの製造方法にお
いて、前記第１電極は、黒鉛，Ｗ（タングステン），Ｍ
ｏ（モリブデン）若しくは、Ｎｉ（ニッケル）などの高
融点金属を主成分とすることを特徴としている。
【００２４】請求項１６に記載されたナノカーボンは、
請求項１記載の方法を用いて製造されたことを特徴とし
ている。
請求項１記載の方法を用いて製造されたことを特徴とし
ている。
【００２５】請求項１７に記載されたナノカーボンと金
属微粒子を含む複合又は混合材料（複合又は混合すす）
は、請求項１記載の方法を用いて製造されたことを特徴
としている。
属微粒子を含む複合又は混合材料（複合又は混合すす）
は、請求項１記載の方法を用いて製造されたことを特徴
としている。
【００２６】請求項１８に記載されたナノカーボンの製
造装置は、第１電極と、炭素材料又は添加物を含有して
いる炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材
料を主成分とする第２電極を、大気中又は空気中で所定
間隔に保持してなる電極と、前記第１電極と前記第２電
極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該
アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボ
ンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発
生手段と、前記アーク放電の発生領域に特定ガスを供給
する特定ガス供給手段と、前記すすを回収する回収部材
を備えたことを特徴としている。
造装置は、第１電極と、炭素材料又は添加物を含有して
いる炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材
料を主成分とする第２電極を、大気中又は空気中で所定
間隔に保持してなる電極と、前記第１電極と前記第２電
極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該
アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボ
ンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発
生手段と、前記アーク放電の発生領域に特定ガスを供給
する特定ガス供給手段と、前記すすを回収する回収部材
を備えたことを特徴としている。
【００２７】請求項１９に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記第１電極は、アークトーチに設けられたト
ーチ電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を相対移
動させる移動手段を更に有し、前記トーチ電極と前記第
２電極を相対移動させながら、前記トーチ電極と前記第
２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させ
て、該アーク放電により前記第２電極の端部又は凹部又
は凸部の前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含む
すすを発生させることを特徴としている。
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記第１電極は、アークトーチに設けられたト
ーチ電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を相対移
動させる移動手段を更に有し、前記トーチ電極と前記第
２電極を相対移動させながら、前記トーチ電極と前記第
２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させ
て、該アーク放電により前記第２電極の端部又は凹部又
は凸部の前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含む
すすを発生させることを特徴としている。
【００２８】請求項２０に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記回収部材は、基材であり、該基材を前記ア
ーク放電の発生領域に対向させて保持する保持手段を更
に有し、前記ナノカーボンを含むすすを該基材を介して
回収することを特徴としている。
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記回収部材は、基材であり、該基材を前記ア
ーク放電の発生領域に対向させて保持する保持手段を更
に有し、前記ナノカーボンを含むすすを該基材を介して
回収することを特徴としている。
【００２９】請求項２１に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記回収部材は、流体又は粒状体であり、該流
体又は該粒状体を前記アーク放電の発生領域に対向させ
て配置する流体又は粒状体容器を更に有し、前記ナノカ
ーボンを含むすすを該流体又は該粒状体を介して回収す
ることを特徴としている。
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記回収部材は、流体又は粒状体であり、該流
体又は該粒状体を前記アーク放電の発生領域に対向させ
て配置する流体又は粒状体容器を更に有し、前記ナノカ
ーボンを含むすすを該流体又は該粒状体を介して回収す
ることを特徴としている。
【００３０】請求項２２に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項２１記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記流体は、水又はアーク放電発生温度以下で
流動性のある液体又は油状流体であることを特徴として
いる。
造装置は、請求項２１記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、前記流体は、水又はアーク放電発生温度以下で
流動性のある液体又は油状流体であることを特徴として
いる。
【００３１】請求項２３に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、少なくとも前記第１電極と前記第２電極と両電
極間で発生したアーク放電の発生領域を覆う被覆部材を
備えることを特徴としている。
造装置は、請求項１８記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、少なくとも前記第１電極と前記第２電極と両電
極間で発生したアーク放電の発生領域を覆う被覆部材を
備えることを特徴としている。
【００３２】請求項２４に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、第１電極と、炭素材料を主成分とする
第２電極を、大気中又は空気中で対向配置する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の前記炭素
材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを
含むすすを発生させる工程と、パターン化された開口部
を有するマスクを表面又は上方に配置した基材を前記ア
ーク放電の発生領域に対向させて配置し、前記ナノカー
ボンを含むすすを該開口部に対応する該基材表面に被着
させる工程を備えたことを特徴としている。
ターン化方法は、第１電極と、炭素材料を主成分とする
第２電極を、大気中又は空気中で対向配置する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の前記炭素
材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを
含むすすを発生させる工程と、パターン化された開口部
を有するマスクを表面又は上方に配置した基材を前記ア
ーク放電の発生領域に対向させて配置し、前記ナノカー
ボンを含むすすを該開口部に対応する該基材表面に被着
させる工程を備えたことを特徴としている。
【００３３】請求項２５に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、請求項２４記載のナノカーボンのパタ
ーン化方法において、前記基材を前記アーク放電の発生
領域に対向させて流体中に配置し、該流体中で前記ナノ
カーボンを含むすすを前記開口部に対応する前記基材表
面に被着させる工程を備えたことを特徴としている。
ターン化方法は、請求項２４記載のナノカーボンのパタ
ーン化方法において、前記基材を前記アーク放電の発生
領域に対向させて流体中に配置し、該流体中で前記ナノ
カーボンを含むすすを前記開口部に対応する前記基材表
面に被着させる工程を備えたことを特徴としている。
【００３４】請求項２６に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、第１電極と、炭素材料を主成分とする
第２電極を、大気中又は空気中で対向配置する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の前記炭素
材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを
含むすすを発生させる工程と、パターン化された接着層
を表面に有する基材を前記アーク放電の発生領域に対向
させて配置し、前記ナノカーボンを含むすすを少なくと
も該接着層に被着させる工程を備えたことを特徴として
いる。
ターン化方法は、第１電極と、炭素材料を主成分とする
第２電極を、大気中又は空気中で対向配置する工程と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の前記炭素
材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを
含むすすを発生させる工程と、パターン化された接着層
を表面に有する基材を前記アーク放電の発生領域に対向
させて配置し、前記ナノカーボンを含むすすを少なくと
も該接着層に被着させる工程を備えたことを特徴として
いる。
【００３５】請求項２７に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、請求項２４又は２６記載のナノカーボ
ンのパターン化方法において、前記第１電極が、アーク
トーチに設けられたトーチ電極であり、該トーチ電極と
前記第２電極を相対移動させながら、前記第２電極の端
部又は凹部又は凸部の前記炭素材料を前記アーク放電に
より蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工
程を備えたことを特徴としている。
ターン化方法は、請求項２４又は２６記載のナノカーボ
ンのパターン化方法において、前記第１電極が、アーク
トーチに設けられたトーチ電極であり、該トーチ電極と
前記第２電極を相対移動させながら、前記第２電極の端
部又は凹部又は凸部の前記炭素材料を前記アーク放電に
より蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工
程を備えたことを特徴としている。
【００３６】請求項２８に記載されたパターン化された
ナノカーボン基材は、請求項２４又は請求項２６記載の
方法を用いて製造されたことを特徴としている。
ナノカーボン基材は、請求項２４又は請求項２６記載の
方法を用いて製造されたことを特徴としている。
【００３７】請求項２９記載された電子放出源は、請求
項２８記載のパターン化されたナノカーボン基材を用い
ることを特徴としている。
項２８記載のパターン化されたナノカーボン基材を用い
ることを特徴としている。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は図示の構成
に限定されるわけではなく、様々な設計変更が可能であ
ることは勿論である。
に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は図示の構成
に限定されるわけではなく、様々な設計変更が可能であ
ることは勿論である。
【００３９】本発明では、カーボンナノチューブ，カー
ボンナノファイバ，カーボンナノ粒子（ナノホーンを含
む），ＣＮナノチューブ，ＣＮ（ナノ）ファイバ，ＣＮ
ナノ粒子，ＢＣＮナノチューブ，ＢＣＮ（ナノ）ファイ
バ，ＢＣＮナノ粒子，フラーレン、若しくはこれらの混
合物などをまとめて、ナノカーボン材料と呼ぶことにす
る。また、本発明のナノカーボン材料を含むすすは、カ
ーボンのみ若しくはカーボン以外にも少なくとも金属微
粒子を含むものである。
ボンナノファイバ，カーボンナノ粒子（ナノホーンを含
む），ＣＮナノチューブ，ＣＮ（ナノ）ファイバ，ＣＮ
ナノ粒子，ＢＣＮナノチューブ，ＢＣＮ（ナノ）ファイ
バ，ＢＣＮナノ粒子，フラーレン、若しくはこれらの混
合物などをまとめて、ナノカーボン材料と呼ぶことにす
る。また、本発明のナノカーボン材料を含むすすは、カ
ーボンのみ若しくはカーボン以外にも少なくとも金属微
粒子を含むものである。
【００４０】図１は、本発明の一実施形態であるナノカ
ーボンの製造方法、ナノカーボンのパターン化方法、ナ
ノカーボン及びナノカーボンと金属微粒子の複合材料
（複合すす），ナノカーボン基材及び電子放出源の製造
方法に使用する製造装置（パターン化装置を含む）であ
る。
ーボンの製造方法、ナノカーボンのパターン化方法、ナ
ノカーボン及びナノカーボンと金属微粒子の複合材料
（複合すす），ナノカーボン基材及び電子放出源の製造
方法に使用する製造装置（パターン化装置を含む）であ
る。
【００４１】本実施形態は、大気中（又は大気圧中）又
は空気中又は所定ガス雰囲気中において、汎用のＴＩＧ
等の溶接用アークトーチ（不活性ガスアーク溶接）及び
電源（溶接電源）を用い、被アーク材の端部等に対し、
アーク放電を例えば短時間発生させ、被アーク材を蒸発
させてナノカーボンを含むすすを発生させ、そのすすを
回収部材（補集部材）の一例である基材上に堆積等させ
るものである。ここで、空気とは、大まかには窒素：酸
素＝４：１のガス組成のものを含む。また、空気中と
は、例えば、０．５〜１．５気圧（５０ｋＰａ〜１５０
ｋＰａ）程度を含むものである。
は空気中又は所定ガス雰囲気中において、汎用のＴＩＧ
等の溶接用アークトーチ（不活性ガスアーク溶接）及び
電源（溶接電源）を用い、被アーク材の端部等に対し、
アーク放電を例えば短時間発生させ、被アーク材を蒸発
させてナノカーボンを含むすすを発生させ、そのすすを
回収部材（補集部材）の一例である基材上に堆積等させ
るものである。ここで、空気とは、大まかには窒素：酸
素＝４：１のガス組成のものを含む。また、空気中と
は、例えば、０．５〜１．５気圧（５０ｋＰａ〜１５０
ｋＰａ）程度を含むものである。
【００４２】ＴＩＧ溶接は、通常不活性ガス被包中で非
消耗のＷ（タングステン）電極と母材との間にアーク放
電を発生させ、必要な場合には別に充填金属を加えて行
う溶接法である。
消耗のＷ（タングステン）電極と母材との間にアーク放
電を発生させ、必要な場合には別に充填金属を加えて行
う溶接法である。
【００４３】図１に示すように、本発明の製造装置は、
第１電極とするトーチ電極１０を有する溶接用のアーク
トーチ１と、前記アークトーチ１に対向して配置された
第２電極とする被アーク材２と、前記アークトーチ１と
前記被アーク材２との間に電圧を印加（例えば、接触点
弧，高電圧印加，高周波印加等があげられる）してアー
ク４を発生させ被アーク材２を蒸発させてナノカーボン
を含むすすを発生させる溶接用の電源５と、前記アーク
４に対向して配置すると共に、前記すすを堆積させる回
収部材とするガラス等の基板（基材）３と、前記アーク
トーチ１に特定ガスを供給するガス供給源であるガスボ
ンベ６と、前記ガスボンベ６からの特定ガスの流量を調
整するガス調整器及び流量計７から構成される。トーチ
電極１０と、炭素材料を主成分とする被アーク材２は、
大気中又は空気中で対向配置されている。また、８はア
ークトーチ１の先端部を示す。１４は、基板３に堆積し
たすすを示す。
第１電極とするトーチ電極１０を有する溶接用のアーク
トーチ１と、前記アークトーチ１に対向して配置された
第２電極とする被アーク材２と、前記アークトーチ１と
前記被アーク材２との間に電圧を印加（例えば、接触点
弧，高電圧印加，高周波印加等があげられる）してアー
ク４を発生させ被アーク材２を蒸発させてナノカーボン
を含むすすを発生させる溶接用の電源５と、前記アーク
４に対向して配置すると共に、前記すすを堆積させる回
収部材とするガラス等の基板（基材）３と、前記アーク
トーチ１に特定ガスを供給するガス供給源であるガスボ
ンベ６と、前記ガスボンベ６からの特定ガスの流量を調
整するガス調整器及び流量計７から構成される。トーチ
電極１０と、炭素材料を主成分とする被アーク材２は、
大気中又は空気中で対向配置されている。また、８はア
ークトーチ１の先端部を示す。１４は、基板３に堆積し
たすすを示す。
【００４４】図２は、図１に示したナノカーボンの製造
装置におけるアークトーチ１の先端部８の拡大断面図で
ある。図２に示すように、アークトーチ１の先端部８
は、アークトーチ１のノズル９と、第１電極とするタン
グステン等からなるトーチ電極１０と、前記トーチ電極
１０を保持する電極ホルダ１１と、前記ノズル９と前記
電極ホルダ１１の間の空間であって、前記アークトーチ
１と前記被アーク材２との間で発生したアーク４（アー
ク放電の発生領域）に供給される被包ガス１２の流路か
ら構成される。
装置におけるアークトーチ１の先端部８の拡大断面図で
ある。図２に示すように、アークトーチ１の先端部８
は、アークトーチ１のノズル９と、第１電極とするタン
グステン等からなるトーチ電極１０と、前記トーチ電極
１０を保持する電極ホルダ１１と、前記ノズル９と前記
電極ホルダ１１の間の空間であって、前記アークトーチ
１と前記被アーク材２との間で発生したアーク４（アー
ク放電の発生領域）に供給される被包ガス１２の流路か
ら構成される。
【００４５】汎用のＴＩＧ溶接用電源５は、アークトー
チ１に特定ガス１２を流す仕組みになっており、通常Ａ
ｒ（アルゴン）ガスを供給する。ナノカーボンの製造に
おいて、使用するガスの種類は特に限定されず、Ａｒ，
Ｈｅ（ヘリウム）などの希ガス，空気，Ｎ２（窒素）ガ
ス，ＣＯ２（二酸化炭素）等の炭酸ガス，Ｏ２（酸素）
ガス，Ｈ２（水素）ガス，若しくはこれらの混合ガスな
どを流して差し支えない。また、何も流さなくても良
い。但し、アークトーチ１にはガス１２を流した方がよ
り好ましい。
チ１に特定ガス１２を流す仕組みになっており、通常Ａ
ｒ（アルゴン）ガスを供給する。ナノカーボンの製造に
おいて、使用するガスの種類は特に限定されず、Ａｒ，
Ｈｅ（ヘリウム）などの希ガス，空気，Ｎ２（窒素）ガ
ス，ＣＯ２（二酸化炭素）等の炭酸ガス，Ｏ２（酸素）
ガス，Ｈ２（水素）ガス，若しくはこれらの混合ガスな
どを流して差し支えない。また、何も流さなくても良
い。但し、アークトーチ１にはガス１２を流した方がよ
り好ましい。
【００４６】特に、希ガスを使用した場合には、ナノカ
ーボンと希ガスとが化学反応を生じないことから、生成
されたナノカーボンが破壊される可能性が少ないため、
希ガスを使用するのが最も好ましい。即ち、大気中で
は、ナノカーボンと大気中の酸素などが化学反応（燃焼
する）を生じる可能性、即ち、生成されたナノカーボン
がガス化又は変質する可能性が高いことから、希ガスを
使用して、この反応を防ぐことは非常に効果的である。
また、十分なシールドガス１２を流せば、陰極堆積物が
第１電極（陰極）に堆積することを防止できる。仮に、
このシールドガス１２が少ないと堆積が発生して、第１
電極の形状を変形させてしまう場合がある。この場合、
アーク放電を不安定にしてしまうことになる。
ーボンと希ガスとが化学反応を生じないことから、生成
されたナノカーボンが破壊される可能性が少ないため、
希ガスを使用するのが最も好ましい。即ち、大気中で
は、ナノカーボンと大気中の酸素などが化学反応（燃焼
する）を生じる可能性、即ち、生成されたナノカーボン
がガス化又は変質する可能性が高いことから、希ガスを
使用して、この反応を防ぐことは非常に効果的である。
また、十分なシールドガス１２を流せば、陰極堆積物が
第１電極（陰極）に堆積することを防止できる。仮に、
このシールドガス１２が少ないと堆積が発生して、第１
電極の形状を変形させてしまう場合がある。この場合、
アーク放電を不安定にしてしまうことになる。
【００４７】従って、基本的に容器は必要ないが、作業
場所の清浄を保つため、不活性ガス中で行いたい場合、
あるいは風などに起因される対流の影響を防ぎたい場合
などには、被包手段である簡単な容器内（真空容器や加
圧容器でも良い。また、密閉型の容器でも開放型の容器
でも良い）に作業部を含む装置全体を入れても良い。容
器（外囲器）内の圧力は特に限定されないが、操作性の
面からは大気圧前後が良い。ここで、大気圧前後とは、
例えば、０．９〜１．１気圧（９０ｋＰａ〜１１０ｋＰ
ａ）程度を含む。同様に、大気とは、一般に、主天体を
取り巻く気体のガスであり、主に地球のものを言う。地
球では、窒素と酸素を主成分とし、他に二酸化炭素，ネ
オン，ヘリウム，メタン，水素などを少量含む混合物で
ある。また、水蒸気も含んでいる。
場所の清浄を保つため、不活性ガス中で行いたい場合、
あるいは風などに起因される対流の影響を防ぎたい場合
などには、被包手段である簡単な容器内（真空容器や加
圧容器でも良い。また、密閉型の容器でも開放型の容器
でも良い）に作業部を含む装置全体を入れても良い。容
器（外囲器）内の圧力は特に限定されないが、操作性の
面からは大気圧前後が良い。ここで、大気圧前後とは、
例えば、０．９〜１．１気圧（９０ｋＰａ〜１１０ｋＰ
ａ）程度を含む。同様に、大気とは、一般に、主天体を
取り巻く気体のガスであり、主に地球のものを言う。地
球では、窒素と酸素を主成分とし、他に二酸化炭素，ネ
オン，ヘリウム，メタン，水素などを少量含む混合物で
ある。また、水蒸気も含んでいる。
【００４８】通常のＴＩＧ溶接では、トーチ電極１０に
トリウム入りＷ電極あるいはセリウム入りＷ電極が利用
される。ナノカーボンの製造においては、それらの電極
を利用しても良いが、Ｗの溶融微粒子が電子放出源に付
着するのを避けるため、純黒鉛をトーチ電極１０に用い
た方がよい。また、トーチ電極に、Ｍｏ若しくはＮｉな
どの高融点金属を主成分とする材料を使用してもよい。
トーチ電極１０の直径は特に限定されないが、汎用のト
ーチを利用するには、１〜７ｍｍ程度が良い。
トリウム入りＷ電極あるいはセリウム入りＷ電極が利用
される。ナノカーボンの製造においては、それらの電極
を利用しても良いが、Ｗの溶融微粒子が電子放出源に付
着するのを避けるため、純黒鉛をトーチ電極１０に用い
た方がよい。また、トーチ電極に、Ｍｏ若しくはＮｉな
どの高融点金属を主成分とする材料を使用してもよい。
トーチ電極１０の直径は特に限定されないが、汎用のト
ーチを利用するには、１〜７ｍｍ程度が良い。
【００４９】更に、汎用のＴＩＧ溶接トーチのように、
金属製電極ホルダ１１は水冷されることが望ましい。大
面積ナノカーボン基材の製造、或いはナノカーボン若し
くはナノカーボン基材の連続的大量生産のため、アーク
４を連続的に（或いは間欠的に）長時間発生させた場
合、第１電極であるトーチ電極１０および電極ホルダ１
１が加熱され過ぎてしまう。その結果、トーチ電極１０
の消耗が激しくなり、また、電極ホルダ１１自体が破損
する可能性が生じる。アークトーチ１にガス１２（特定
ガス）を流す等により電極ホルダ１１が冷却されれば、
電極ホルダ１１自体が加熱によって破損することは無く
なり、更に、トーチ電極１０も電極ホルダ１１で冷却さ
れるため、電極の消耗が抑制される。
金属製電極ホルダ１１は水冷されることが望ましい。大
面積ナノカーボン基材の製造、或いはナノカーボン若し
くはナノカーボン基材の連続的大量生産のため、アーク
４を連続的に（或いは間欠的に）長時間発生させた場
合、第１電極であるトーチ電極１０および電極ホルダ１
１が加熱され過ぎてしまう。その結果、トーチ電極１０
の消耗が激しくなり、また、電極ホルダ１１自体が破損
する可能性が生じる。アークトーチ１にガス１２（特定
ガス）を流す等により電極ホルダ１１が冷却されれば、
電極ホルダ１１自体が加熱によって破損することは無く
なり、更に、トーチ電極１０も電極ホルダ１１で冷却さ
れるため、電極の消耗が抑制される。
【００５０】アーク電流は、直流，直流パルス，交流及
び交流パルスが利用できるが、すす１４をより多く発生
させるためには、直流又は直流パルスが良い。直流若し
くは直流パルスを使用した場合、交流及び交流パルスを
使用した場合（被アーク材２に陰極点が交番的に形成さ
れる）に比べて、蒸発箇所の温度が高く、且つ加熱領域
が広いため、蒸発が盛んになる。よって、アーク電流に
直流若しくは直流パルスを使用した方がより好ましい。
アーク電流の値は５Ａ〜５００Ａの広い範囲で利用でき
る。被アーク材を破壊しないためには、３０Ａ〜３００
Ａが適当である。被アーク材の蒸発を高速にかつ十分に
発生させるには、１００〜３００Ａがより好ましい。ア
ークをパルス電流で運転する場合、その周波数は限定さ
れないが、汎用電源の実情から見て、１Ｈｚ〜５００Ｈ
ｚが適当である。
び交流パルスが利用できるが、すす１４をより多く発生
させるためには、直流又は直流パルスが良い。直流若し
くは直流パルスを使用した場合、交流及び交流パルスを
使用した場合（被アーク材２に陰極点が交番的に形成さ
れる）に比べて、蒸発箇所の温度が高く、且つ加熱領域
が広いため、蒸発が盛んになる。よって、アーク電流に
直流若しくは直流パルスを使用した方がより好ましい。
アーク電流の値は５Ａ〜５００Ａの広い範囲で利用でき
る。被アーク材を破壊しないためには、３０Ａ〜３００
Ａが適当である。被アーク材の蒸発を高速にかつ十分に
発生させるには、１００〜３００Ａがより好ましい。ア
ークをパルス電流で運転する場合、その周波数は限定さ
れないが、汎用電源の実情から見て、１Ｈｚ〜５００Ｈ
ｚが適当である。
【００５１】尚、すすを回収する場合には、例えば、基
材となる回収板を回転させて、回転先の一箇所又は複数
箇所に配置したスクレーパーで剥ぎ取る、という方法が
使用できる。ここで、回収板は回転させなくても、前後
進運動でも同様である。更に、すすは、回収板に付着す
るだけでなく、大気中（気密容器中）にも浮遊する。従
って、大気中に浮遊するすすを、吸引装置およびフィル
タを用いて回収すれば、より回収率を上げることができ
る。
材となる回収板を回転させて、回転先の一箇所又は複数
箇所に配置したスクレーパーで剥ぎ取る、という方法が
使用できる。ここで、回収板は回転させなくても、前後
進運動でも同様である。更に、すすは、回収板に付着す
るだけでなく、大気中（気密容器中）にも浮遊する。従
って、大気中に浮遊するすすを、吸引装置およびフィル
タを用いて回収すれば、より回収率を上げることができ
る。
【００５２】ＴＩＧアークトーチの代わりに、ＭＩＧ
（ｍｅｔａｌ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−ｉｎｅｒｔ−ｇａ
ｓ）トーチ等を利用しても良い。また、ＴＩＧアークト
ーチに類似した構造を持つ装置（溶接用トーチ）、例え
ば、ＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｃｔ
ｉｖｅ−Ｇａｓ），プラズマガウジング（プラズマ切
断）用が利用できる。また、溶射用トーチ（プラズマス
プレイ用トーチ）や、溶鉱炉用移行型アークトーチを利
用してもよい。
（ｍｅｔａｌ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−ｉｎｅｒｔ−ｇａ
ｓ）トーチ等を利用しても良い。また、ＴＩＧアークト
ーチに類似した構造を持つ装置（溶接用トーチ）、例え
ば、ＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｃｔ
ｉｖｅ−Ｇａｓ），プラズマガウジング（プラズマ切
断）用が利用できる。また、溶射用トーチ（プラズマス
プレイ用トーチ）や、溶鉱炉用移行型アークトーチを利
用してもよい。
【００５３】被アーク材２は黒鉛を主成分とし、その形
状及びサイズは特に限定されないが、被アーク材２の蒸
発を容易にするため及び操作性の面からは、細い板状若
しくは細い棒状のものが良い。例えば、アーク電流が３
０〜３００Ａ程度の場合には、被アーク材２は、厚さ１
〜３ｍｍ、幅１０ｍｍ程度の細い板状若しくは細い棒状
のものが好ましい。更に、厚さ及び幅がある被アーク材
２を使用する場合には、アーク電流を大きくする必要が
ある。
状及びサイズは特に限定されないが、被アーク材２の蒸
発を容易にするため及び操作性の面からは、細い板状若
しくは細い棒状のものが良い。例えば、アーク電流が３
０〜３００Ａ程度の場合には、被アーク材２は、厚さ１
〜３ｍｍ、幅１０ｍｍ程度の細い板状若しくは細い棒状
のものが好ましい。更に、厚さ及び幅がある被アーク材
２を使用する場合には、アーク電流を大きくする必要が
ある。
【００５４】炭素材料を主成分とする（即ち、炭素材料
を大量に含んだ）被アーク材２は、トーチ電極１０の対
向電極である。この炭素材料としては、黒鉛，活性炭，
アモルファスカーボンなどが使用可能である。また、ア
ーク４の熱から被アーク材２を保護する（即ち、アーク
４の熱による被アーク材２の破壊される可能性を低減す
る）ためには、被アーク材２を冷却するため、水冷され
た電極台である水冷ベンチ３の上で加工すると良い。
を大量に含んだ）被アーク材２は、トーチ電極１０の対
向電極である。この炭素材料としては、黒鉛，活性炭，
アモルファスカーボンなどが使用可能である。また、ア
ーク４の熱から被アーク材２を保護する（即ち、アーク
４の熱による被アーク材２の破壊される可能性を低減す
る）ためには、被アーク材２を冷却するため、水冷され
た電極台である水冷ベンチ３の上で加工すると良い。
【００５５】被アーク材２はよく乾燥していても良い
が、水分を含んでいても良い。但し、被アーク材２が水
分を含んでいると、アーク４のエネルギーが水分の蒸発
に吸収されてしまい、蒸発箇所の温度を上げ難くなるた
めには、乾燥している方がより好ましい。逆に、被アー
ク材２が濡れていたり、湿っていたり、水分を含んでい
たり、水中にあったりする場合、アーク４による被アー
ク材２の加熱を防ぐことができる。同様に被アーク材２
の加熱を防ぐためには、被アーク材２を直接水冷した
り、油冷したりすることができる。また、水や炭酸ガス
などの冷却媒体を、被アーク材２に吹き付けたり、スプ
レイしたりすることができる。
が、水分を含んでいても良い。但し、被アーク材２が水
分を含んでいると、アーク４のエネルギーが水分の蒸発
に吸収されてしまい、蒸発箇所の温度を上げ難くなるた
めには、乾燥している方がより好ましい。逆に、被アー
ク材２が濡れていたり、湿っていたり、水分を含んでい
たり、水中にあったりする場合、アーク４による被アー
ク材２の加熱を防ぐことができる。同様に被アーク材２
の加熱を防ぐためには、被アーク材２を直接水冷した
り、油冷したりすることができる。また、水や炭酸ガス
などの冷却媒体を、被アーク材２に吹き付けたり、スプ
レイしたりすることができる。
【００５６】被アーク材２は、純黒鉛でも良いが、蒸発
を促進する添加物やすすのナノサイズ化の触媒となるよ
うな添加物と黒鉛とが同時に蒸発するようなものが良
い。その添加物には、Ｌｉ（リチウム），Ｂ（ホウ
素），Ｍｇ（マグネシウム），Ａｌ（アルミニウム），
Ｓｉ（ケイ素），Ｐ（リン），Ｓ（硫黄），Ｋ（カリウ
ム），Ｃａ（カルシウム），Ｔｉ（チタン），Ｖ（バナ
ジウム），Ｃｒ（クロム），Ｍｎ（マンガン），Ｆｅ
（鉄），Ｃｏ（コバルト），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ
（銅），Ｚｎ（亜鉛），Ｇａ（ガリウム），Ｇｅ（ゲル
マニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｙ（イットリウム），Ｚｒ
（ジルコニウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｍｏ（モリブデ
ン），Ｒｈ（ロジウム），Ｐｄ（パラジウム），Ｉｎ
（インジウム），Ｓｎ（スズ），Ｓｂ（アンチモン），
Ｌａ（ランタン），Ｈｆ（ハフニウム），Ｔａ（タンタ
ル），Ｗ（タングステン），Ｏｓ（オスシウム），Ｐｔ
（白金），若しくはこれらの酸化物又は窒化物又は炭化
物又は硫化物又は塩化物又は硫酸化合物又は硝酸化合
物、若しくはそれらの混合物が利用できる。
を促進する添加物やすすのナノサイズ化の触媒となるよ
うな添加物と黒鉛とが同時に蒸発するようなものが良
い。その添加物には、Ｌｉ（リチウム），Ｂ（ホウ
素），Ｍｇ（マグネシウム），Ａｌ（アルミニウム），
Ｓｉ（ケイ素），Ｐ（リン），Ｓ（硫黄），Ｋ（カリウ
ム），Ｃａ（カルシウム），Ｔｉ（チタン），Ｖ（バナ
ジウム），Ｃｒ（クロム），Ｍｎ（マンガン），Ｆｅ
（鉄），Ｃｏ（コバルト），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ
（銅），Ｚｎ（亜鉛），Ｇａ（ガリウム），Ｇｅ（ゲル
マニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｙ（イットリウム），Ｚｒ
（ジルコニウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｍｏ（モリブデ
ン），Ｒｈ（ロジウム），Ｐｄ（パラジウム），Ｉｎ
（インジウム），Ｓｎ（スズ），Ｓｂ（アンチモン），
Ｌａ（ランタン），Ｈｆ（ハフニウム），Ｔａ（タンタ
ル），Ｗ（タングステン），Ｏｓ（オスシウム），Ｐｔ
（白金），若しくはこれらの酸化物又は窒化物又は炭化
物又は硫化物又は塩化物又は硫酸化合物又は硝酸化合
物、若しくはそれらの混合物が利用できる。
【００５７】添加物は、黒鉛に含有させたり、内蔵させ
たりできる。また、添加物を黒鉛の表面に散布，塗布，
メッキ若しくはコートしても良い。更にまた、添加物を
黒鉛上に載せたり、黒鉛の間に挟んでも良い。つまり、
被アーク材２は、黒鉛と添加物とが同時にアーク４によ
って加熱されるような構造をしていれば良い。
たりできる。また、添加物を黒鉛の表面に散布，塗布，
メッキ若しくはコートしても良い。更にまた、添加物を
黒鉛上に載せたり、黒鉛の間に挟んでも良い。つまり、
被アーク材２は、黒鉛と添加物とが同時にアーク４によ
って加熱されるような構造をしていれば良い。
【００５８】被アーク材２を効率良く蒸発させるには、
丸棒、角棒、板などの端（材料の端部または端面）若し
くは穴部（貫通穴）に対してアーク放電を発生させるこ
とが好ましい。また、被アーク材２の端等以外、例えば
板などの水平面（即ち、板などの中央部等）に向かって
アーク４を照射する場合にも、すす１４は発生する。し
かし、より多量に発生させるためには、被アーク材２の
端等に照射したほうがより好ましい。逆に、被アーク材
２の端等以外に向かってアーク４を照射する場合には、
被アーク材２に凸部や凹部などを形成して、該凸部（凹
部を形成したことによる凸部を含む）等に向かってアー
ク４を照射したほうが好ましい。
丸棒、角棒、板などの端（材料の端部または端面）若し
くは穴部（貫通穴）に対してアーク放電を発生させるこ
とが好ましい。また、被アーク材２の端等以外、例えば
板などの水平面（即ち、板などの中央部等）に向かって
アーク４を照射する場合にも、すす１４は発生する。し
かし、より多量に発生させるためには、被アーク材２の
端等に照射したほうがより好ましい。逆に、被アーク材
２の端等以外に向かってアーク４を照射する場合には、
被アーク材２に凸部や凹部などを形成して、該凸部（凹
部を形成したことによる凸部を含む）等に向かってアー
ク４を照射したほうが好ましい。
【００５９】図３（ａ）は、添加物２２を黒鉛２１の表
面に散布，塗布，メッキ若しくはコートした状態，若し
くは，黒鉛２１からなる黒鉛板上に添加物２２からなる
添加物板材を載せた構造を示している。同様に、図３
（ｂ）は、添加物２２の線材を黒鉛２１からなる黒鉛板
間に挟んだ構造を示している。
面に散布，塗布，メッキ若しくはコートした状態，若し
くは，黒鉛２１からなる黒鉛板上に添加物２２からなる
添加物板材を載せた構造を示している。同様に、図３
（ｂ）は、添加物２２の線材を黒鉛２１からなる黒鉛板
間に挟んだ構造を示している。
【００６０】黒鉛２１と添加物２２が同時に加熱される
と、蒸発温度の違いにより被アーク材２の蒸発が促進さ
れる。より詳細に述べると、黒鉛２１の昇華温度より
も、添加物２２、例えばＮｉやＹの蒸発温度の方が低い
ので、ＮｉやＹの微粒子が黒鉛に混ざっていると、それ
らが黒鉛２１内部で爆発的に蒸発するため、周囲の黒鉛
も粉砕される。このため、被アーク材２の微粒子化（被
アーク材２の蒸発）がより促進される。尚、ＮｉやＹに
ついては、冷却過程で凝集して微粒子を形成し、その微
粒子は単層カーボンナノチューブを成長させるための触
媒として働くことになる。
と、蒸発温度の違いにより被アーク材２の蒸発が促進さ
れる。より詳細に述べると、黒鉛２１の昇華温度より
も、添加物２２、例えばＮｉやＹの蒸発温度の方が低い
ので、ＮｉやＹの微粒子が黒鉛に混ざっていると、それ
らが黒鉛２１内部で爆発的に蒸発するため、周囲の黒鉛
も粉砕される。このため、被アーク材２の微粒子化（被
アーク材２の蒸発）がより促進される。尚、ＮｉやＹに
ついては、冷却過程で凝集して微粒子を形成し、その微
粒子は単層カーボンナノチューブを成長させるための触
媒として働くことになる。
【００６１】被アーク材２端部から大量のすす１４を発
生させ、そのすす１４を基板に堆積させるためには、ア
ークトーチ１と被アーク材２のなす角度を４５度〜１３
５度の範囲としたほうが良い。
生させ、そのすす１４を基板に堆積させるためには、ア
ークトーチ１と被アーク材２のなす角度を４５度〜１３
５度の範囲としたほうが良い。
【００６２】ここで、アークトーチ１と被アーク材２の
なす角度について説明する。図４は、アークトーチ１と
被アーク材２のなす角度を示す図である。図４に示すよ
うに、まず、アークトーチ１のトーチ電極１０の略中心
軸を直線Ａとする。次に、被アーク材２が線状部材、例
えば断面形状が円柱や角柱などから構成される線材であ
る場合には、線状部材の略中心軸を直線Ｂとする。この
場合には、直線Ａと直線Ｂのなす角度（図４では９０
度）を意味している。同様にして、被アーク材２が板状
部材、例えば直方体からなる場合には、直方体のＸ軸又
はＹ軸又はＺ軸の何れかが、前記の直線Ｂに相当する。
なす角度について説明する。図４は、アークトーチ１と
被アーク材２のなす角度を示す図である。図４に示すよ
うに、まず、アークトーチ１のトーチ電極１０の略中心
軸を直線Ａとする。次に、被アーク材２が線状部材、例
えば断面形状が円柱や角柱などから構成される線材であ
る場合には、線状部材の略中心軸を直線Ｂとする。この
場合には、直線Ａと直線Ｂのなす角度（図４では９０
度）を意味している。同様にして、被アーク材２が板状
部材、例えば直方体からなる場合には、直方体のＸ軸又
はＹ軸又はＺ軸の何れかが、前記の直線Ｂに相当する。
【００６３】図５に示すように、アークトーチ１と被ア
ーク材２とが直線状（１８０度）に配置されていると、
すす１４の放出方向が広範囲に及ぶことになる。これ
は、アークスポット（被アーク材２におけるアーク放電
箇所）が安定せず、すす１４が前後左右いろいろな方向
に放出されるためである。この場合には、基板を、アー
ク放電領域に対向させて、予想されるすす１４の放出方
向を取り巻くように複数（円筒状の基板であれば１つ）
配置すれば良い。
ーク材２とが直線状（１８０度）に配置されていると、
すす１４の放出方向が広範囲に及ぶことになる。これ
は、アークスポット（被アーク材２におけるアーク放電
箇所）が安定せず、すす１４が前後左右いろいろな方向
に放出されるためである。この場合には、基板を、アー
ク放電領域に対向させて、予想されるすす１４の放出方
向を取り巻くように複数（円筒状の基板であれば１つ）
配置すれば良い。
【００６４】図５に示す装置は、図１に示す装置の基材
に代えて、基材の機能を兼用した被覆部材１５を配設し
ている。この被覆部材１５は、ガラス，セラミックス、
金属などからなる開放容器である。被覆部材１５は、ア
ークトーチ１のトーチ電極１０と被アーク材２とアーク
４を囲むように、上下の面を開放した円筒状又は角柱状
の形状を有している。これにより、作業場所の清浄を保
ったり、あるいは風などに起因される対流の影響を防ぐ
ことができる。また、この被覆部材１５を気密容器とし
て、アークトーチ１と被アーク材２とアーク４を内包す
るようにすれば、アーク放電を不活性ガス中で行うこと
ができる。更に、この気密容器内に装置全体を入れるこ
とも可能である。
に代えて、基材の機能を兼用した被覆部材１５を配設し
ている。この被覆部材１５は、ガラス，セラミックス、
金属などからなる開放容器である。被覆部材１５は、ア
ークトーチ１のトーチ電極１０と被アーク材２とアーク
４を囲むように、上下の面を開放した円筒状又は角柱状
の形状を有している。これにより、作業場所の清浄を保
ったり、あるいは風などに起因される対流の影響を防ぐ
ことができる。また、この被覆部材１５を気密容器とし
て、アークトーチ１と被アーク材２とアーク４を内包す
るようにすれば、アーク放電を不活性ガス中で行うこと
ができる。更に、この気密容器内に装置全体を入れるこ
とも可能である。
【００６５】ここで、図５に示す被覆部材１５は、すす
１４を被着させる基材（回収部材）である基板としての
機能を兼用している。すなわち、すす１４が飛散する領
域を囲むように配置されるとともに、すす１４が被着す
るに足る大きさを有している。このような構成にすれ
ば、装置の構成要素を減らすことができる。勿論、基材
と被覆部材を別々に設けることが可能である。尚、この
被覆部材１５については、図１や図６など他の実施例に
ついても適用可能であることは言うまでもない。
１４を被着させる基材（回収部材）である基板としての
機能を兼用している。すなわち、すす１４が飛散する領
域を囲むように配置されるとともに、すす１４が被着す
るに足る大きさを有している。このような構成にすれ
ば、装置の構成要素を減らすことができる。勿論、基材
と被覆部材を別々に設けることが可能である。尚、この
被覆部材１５については、図１や図６など他の実施例に
ついても適用可能であることは言うまでもない。
【００６６】アークトーチ１と被アーク材２との距離は
０．１〜１０ｍｍが適当である。また、被アーク材２と
基板３との距離は１〜５０ｍｍが適当である。図１で
は、被アーク材２と基板３とがほぼ平行に配置されてい
るが、これらがなす角度は限定されず、例えば、垂直で
も良い。
０．１〜１０ｍｍが適当である。また、被アーク材２と
基板３との距離は１〜５０ｍｍが適当である。図１で
は、被アーク材２と基板３とがほぼ平行に配置されてい
るが、これらがなす角度は限定されず、例えば、垂直で
も良い。
【００６７】尚、被アーク材２の黒鉛が蒸発しても、被
アーク材２を所定方向に移動可能に保持する手段を設け
ておけば、黒鉛の蒸発の度合いに応じて、被アーク材２
とアークトーチ１のトーチ電極１０との間隔を調整する
ことが可能となる。勿論、トーチ電極１０を所定方向に
移動可能又はトーチ電極１０と被アーク材２の両方を移
動可能に保持する手段を設けておいても良い。これによ
り、最適な製造条件を維持すること等が可能となる。
アーク材２を所定方向に移動可能に保持する手段を設け
ておけば、黒鉛の蒸発の度合いに応じて、被アーク材２
とアークトーチ１のトーチ電極１０との間隔を調整する
ことが可能となる。勿論、トーチ電極１０を所定方向に
移動可能又はトーチ電極１０と被アーク材２の両方を移
動可能に保持する手段を設けておいても良い。これによ
り、最適な製造条件を維持すること等が可能となる。
【００６８】また、被アーク材２の黒鉛が蒸発して、被
アーク材２の端又は被アーク材２の突状部の形状が変形
してきたら、他の端部等に移動させたり、端部が線状又
は面状の場合には、それらに沿って、トーチ電極１０と
被アーク材２の片方又は両方を、所定方向に移動可能に
保持する手段を設けておけば、同様に最適な製造条件を
維持すること等が可能となる。更にまた、上記の移動方
法２つを組み合わせると更に良い。
アーク材２の端又は被アーク材２の突状部の形状が変形
してきたら、他の端部等に移動させたり、端部が線状又
は面状の場合には、それらに沿って、トーチ電極１０と
被アーク材２の片方又は両方を、所定方向に移動可能に
保持する手段を設けておけば、同様に最適な製造条件を
維持すること等が可能となる。更にまた、上記の移動方
法２つを組み合わせると更に良い。
【００６９】それから、アークトーチ１と被アーク材２
との相対移動については、手動（人間の手）で行っても
よいし、アークトーチ１を３方向（即ち、被アーク材２
に平行な面（Ｘ方向及びＹ方向）及びその面に垂直な方
向（Ｚ方向））に移動させる移動手段を有する装置を使
用して自動で行っても良い。特に、例えばＮＣ装置（数
値制御装置）等を使用すれば、被アーク材２の端（材料
の端部または端面）又は凹部や穴部（貫通穴）又は凸部
など、被アーク材２の所望部分にアーク４を照射するこ
とが可能となる。
との相対移動については、手動（人間の手）で行っても
よいし、アークトーチ１を３方向（即ち、被アーク材２
に平行な面（Ｘ方向及びＹ方向）及びその面に垂直な方
向（Ｚ方向））に移動させる移動手段を有する装置を使
用して自動で行っても良い。特に、例えばＮＣ装置（数
値制御装置）等を使用すれば、被アーク材２の端（材料
の端部または端面）又は凹部や穴部（貫通穴）又は凸部
など、被アーク材２の所望部分にアーク４を照射するこ
とが可能となる。
【００７０】本発明による製造方法によれば、トーチ電
極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整しながら、
基板３を順次取り替えることにより、ナノカーボン又は
ナノカーボンを含むすす（ナノカーボンを含む複合材
料）の連続生産が可能である。また、基板３を連続的に
配置しておき、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔を
調整しながら、基板３群に沿って相対移動させることに
より、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすすの連続
生産が可能となる。更に、基板３が大面積の場合、トー
チ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整する
か、若しくは基板３自体を移動させることにより、大面
積ナノチューブ基材を製造することができる。
極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整しながら、
基板３を順次取り替えることにより、ナノカーボン又は
ナノカーボンを含むすす（ナノカーボンを含む複合材
料）の連続生産が可能である。また、基板３を連続的に
配置しておき、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔を
調整しながら、基板３群に沿って相対移動させることに
より、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすすの連続
生産が可能となる。更に、基板３が大面積の場合、トー
チ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整する
か、若しくは基板３自体を移動させることにより、大面
積ナノチューブ基材を製造することができる。
【００７１】以上の製造方法において、アークトーチ１
に流す気体として空気や窒素を利用すると、Ｎを含んだ
ナノカーボン、いわゆるＣＮナノチューブが形成でき
る。また、被アーク電極として、Ｂを含む材料を含有し
た黒鉛若しくは金属触媒（添加物）等入り黒鉛，若しく
はＢを含む材料を散布，塗布，メッキ又はコートした黒
鉛，若しくはＢを含む材料及び添加物を含む材料を散
布，塗布，メッキ又はコートした黒鉛を用いると、ＢＣ
Ｎのネットワークを含んだナノカーボン、いわゆるＢＣ
Ｎナノチューブが形成できる。同様にして、雰囲気ガス
や添加物を変えることにより、種々のナノカーボンが形
成できる。ここで、Ｂはホウ素、Ｃは炭素、Ｎは窒素を
それぞれ示す。また、以上の方法によって製造したナノ
カーボンを含む電子放出源において、電子放出を阻害す
るナノ粒子を、酸化除去すると電子放出源の性能が向上
する。
に流す気体として空気や窒素を利用すると、Ｎを含んだ
ナノカーボン、いわゆるＣＮナノチューブが形成でき
る。また、被アーク電極として、Ｂを含む材料を含有し
た黒鉛若しくは金属触媒（添加物）等入り黒鉛，若しく
はＢを含む材料を散布，塗布，メッキ又はコートした黒
鉛，若しくはＢを含む材料及び添加物を含む材料を散
布，塗布，メッキ又はコートした黒鉛を用いると、ＢＣ
Ｎのネットワークを含んだナノカーボン、いわゆるＢＣ
Ｎナノチューブが形成できる。同様にして、雰囲気ガス
や添加物を変えることにより、種々のナノカーボンが形
成できる。ここで、Ｂはホウ素、Ｃは炭素、Ｎは窒素を
それぞれ示す。また、以上の方法によって製造したナノ
カーボンを含む電子放出源において、電子放出を阻害す
るナノ粒子を、酸化除去すると電子放出源の性能が向上
する。
【００７２】図６に示すように、すす１４の放出方向
は、前記した、アークトーチ１と被アーク材２との角度
を調整することにより、制御することができる。即ち、
図中の点線矢印で示す方向にアークトーチ１を傾ける
と、その傾きの大きさに応じて、基板３上に堆積するす
す１４の堆積位置を変えることが可能となる。ここで、
すす１４の放出方向とは、すす１４が基板３上に堆積す
る確立が最も高い（すす１４が最も厚く堆積する）領域
を指し示す。また、アーク４と基板３との成す角度を調
整することより、同様な制御が可能である。
は、前記した、アークトーチ１と被アーク材２との角度
を調整することにより、制御することができる。即ち、
図中の点線矢印で示す方向にアークトーチ１を傾ける
と、その傾きの大きさに応じて、基板３上に堆積するす
す１４の堆積位置を変えることが可能となる。ここで、
すす１４の放出方向とは、すす１４が基板３上に堆積す
る確立が最も高い（すす１４が最も厚く堆積する）領域
を指し示す。また、アーク４と基板３との成す角度を調
整することより、同様な制御が可能である。
【００７３】図６に示す装置は、図１に示す基材に加え
て、自然水やシリコーンオイルや油（アーク放電発生温
度以下で流動性のある油）などからなる流体（液体）１
６と該流体１６を収納し、ガラス，セラミックス、金属
などからなる開放容器である流体の容器１７を、すす１
４が飛散する領域に配設している。そして、流体の容器
１７は、内部に収納した流体１６中に、更に基板３を収
容している。尚、流体としては、上記以外にも、水溶液
・ドライアイス・液体窒素・液体ヘリウム等の低温冷媒
が使用できる。
て、自然水やシリコーンオイルや油（アーク放電発生温
度以下で流動性のある油）などからなる流体（液体）１
６と該流体１６を収納し、ガラス，セラミックス、金属
などからなる開放容器である流体の容器１７を、すす１
４が飛散する領域に配設している。そして、流体の容器
１７は、内部に収納した流体１６中に、更に基板３を収
容している。尚、流体としては、上記以外にも、水溶液
・ドライアイス・液体窒素・液体ヘリウム等の低温冷媒
が使用できる。
【００７４】更に、この流体容器１７は、アーク４を囲
むように、上面を開放した円筒状又は角柱状の容器であ
る。これにより、作業場所の清浄を保ったり、あるいは
風などに起因される対流の影響を防ぐ被覆部材としての
機能を兼用している。すなわち、すす１４が飛散する領
域をカバーするように配置されるとともに、すす１４が
被着するに足る大きさを有している。このような構成に
すれば、装置の構成要素を減らすことができる。勿論、
この基材については、ナノカーボンのパターン化を行わ
ず、ナノカーボンを製造する場合には、必ずしも必要で
はない。
むように、上面を開放した円筒状又は角柱状の容器であ
る。これにより、作業場所の清浄を保ったり、あるいは
風などに起因される対流の影響を防ぐ被覆部材としての
機能を兼用している。すなわち、すす１４が飛散する領
域をカバーするように配置されるとともに、すす１４が
被着するに足る大きさを有している。このような構成に
すれば、装置の構成要素を減らすことができる。勿論、
この基材については、ナノカーボンのパターン化を行わ
ず、ナノカーボンを製造する場合には、必ずしも必要で
はない。
【００７５】また、この場合流体でなくても、砂・ガラ
ス・セラミック・金属等の耐熱性微粒子（これらをまと
めて粒状体と呼ぶ）でも可能である。更には、前記流体
（液体）と前記耐熱性微粒子の混合物でもかまわない。
この場合、容器１７は、粒状体の容器又は流体及び粒状
体の容器とする。この流体容器１７等については、図１
や図６など他の実施例についても適用可能であることは
言うまでもない。
ス・セラミック・金属等の耐熱性微粒子（これらをまと
めて粒状体と呼ぶ）でも可能である。更には、前記流体
（液体）と前記耐熱性微粒子の混合物でもかまわない。
この場合、容器１７は、粒状体の容器又は流体及び粒状
体の容器とする。この流体容器１７等については、図１
や図６など他の実施例についても適用可能であることは
言うまでもない。
【００７６】ここで、この流体容器から基板３を取り除
き、この流体容器１７を流体１６が循環するような閉じ
た系の流路を有する容器とする。そして、その流路の途
中に、ナノカーボンを含むすす１４を回収する機能を有
するろ過部材等を設ける。このような構成にすれば、す
す１４を連続的に回収することが可能となり、より簡単
な製造方法及びそれに使用する装置を提供することがで
きる。また、もちろん基板３を設置せず、流体表面にす
すを付着または流体中に沈着させた後、流体を精選、ろ
過して所定ナノカーボン材料を抽出、精選させてもよ
い。
き、この流体容器１７を流体１６が循環するような閉じ
た系の流路を有する容器とする。そして、その流路の途
中に、ナノカーボンを含むすす１４を回収する機能を有
するろ過部材等を設ける。このような構成にすれば、す
す１４を連続的に回収することが可能となり、より簡単
な製造方法及びそれに使用する装置を提供することがで
きる。また、もちろん基板３を設置せず、流体表面にす
すを付着または流体中に沈着させた後、流体を精選、ろ
過して所定ナノカーボン材料を抽出、精選させてもよ
い。
【００７７】本発明による製造方法によれば、トーチ電
極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整しながら、
基板３を順次取り替えることにより、ナノカーボン又は
ナノカーボンを含むすす（ナノカーボンを含む複合材
料）の連続生産が可能である。また、基板３を連続的に
配置しておき、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔を
調整しながら、基板３群に沿って相対移動させることに
より、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすすの連続
生産が可能となる。更に、基板３が大面積の場合、トー
チ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整する
か、若しくは基板３自体を移動させることにより、大面
積ナノチューブ基材を製造することができる。
極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整しながら、
基板３を順次取り替えることにより、ナノカーボン又は
ナノカーボンを含むすす（ナノカーボンを含む複合材
料）の連続生産が可能である。また、基板３を連続的に
配置しておき、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔を
調整しながら、基板３群に沿って相対移動させることに
より、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすすの連続
生産が可能となる。更に、基板３が大面積の場合、トー
チ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整する
か、若しくは基板３自体を移動させることにより、大面
積ナノチューブ基材を製造することができる。
【００７８】図７は、電子放出面を基板３上にパターン
状に形成する方法の一例を示している。この場合、マス
ク１３を基板３上に設置し、その上からすす１４を堆積
させており、このマスク１３を取り去れば、マスク１３
と同じパターンを呈する電子放出面が得られる。この
際、基板上３に、マスクの開口部に対応する電極等を設
けておけば、カソード電極等として使用可能である。ま
た、基板３を絶縁物とし、パターンの各島にそれぞれ配
線を施せば、それぞれの島から独立して電子放出が可能
となる。パネル型ディスプレイを製作する際に有用な製
造方法となる。
状に形成する方法の一例を示している。この場合、マス
ク１３を基板３上に設置し、その上からすす１４を堆積
させており、このマスク１３を取り去れば、マスク１３
と同じパターンを呈する電子放出面が得られる。この
際、基板上３に、マスクの開口部に対応する電極等を設
けておけば、カソード電極等として使用可能である。ま
た、基板３を絶縁物とし、パターンの各島にそれぞれ配
線を施せば、それぞれの島から独立して電子放出が可能
となる。パネル型ディスプレイを製作する際に有用な製
造方法となる。
【００７９】尚、マスク１３は、基板３の上方（被アー
ク材２と基板３との間の空間）に設置しても良い。ま
た、マスク１３をアーク４の近傍に配設する場合には、
高融点金属，セラミックス，黒鉛などアークの高温およ
び熱衝撃に耐えるものを使用する。
ク材２と基板３との間の空間）に設置しても良い。ま
た、マスク１３をアーク４の近傍に配設する場合には、
高融点金属，セラミックス，黒鉛などアークの高温およ
び熱衝撃に耐えるものを使用する。
【００８０】同様にして、使用する基板３に制限はな
い。基板３とその表面に堆積するすす１４との密着性を
向上するため、或いは、基板３とすす１４との電気的特
性をより良くする為に、基板３上に接着層２３を設けて
も良い。また、アーク４の熱から基板３を保護するため
に、製作時に基板３を冷却しても良い。基板３を冷却し
た方が、熱によって基板が破壊される（割れてしまう）
可能性を低減させることができるため、製作時に基板３
を冷却する手段を付加して、基板３を冷却した方が好ま
しい。
い。基板３とその表面に堆積するすす１４との密着性を
向上するため、或いは、基板３とすす１４との電気的特
性をより良くする為に、基板３上に接着層２３を設けて
も良い。また、アーク４の熱から基板３を保護するため
に、製作時に基板３を冷却しても良い。基板３を冷却し
た方が、熱によって基板が破壊される（割れてしまう）
可能性を低減させることができるため、製作時に基板３
を冷却する手段を付加して、基板３を冷却した方が好ま
しい。
【００８１】交流アーク若しくは交流パルスアークの場
合、被アーク材２として純黒鉛，添加物等を含む材料を
含有させた黒鉛，又は、添加物等を含む材料を散布，塗
布，メッキ，コート（蒸着）若しくは注入した黒鉛を用
いることができる。一方、直流アーク若しくは直流パル
スアークの場合、純黒鉛は利用できないが、添加物等を
含む材料を含有させた黒鉛，又は、添加物等を含む材料
を散布，塗布，メッキ，コート（蒸着）若しくは注入し
た黒鉛を用いることができる。
合、被アーク材２として純黒鉛，添加物等を含む材料を
含有させた黒鉛，又は、添加物等を含む材料を散布，塗
布，メッキ，コート（蒸着）若しくは注入した黒鉛を用
いることができる。一方、直流アーク若しくは直流パル
スアークの場合、純黒鉛は利用できないが、添加物等を
含む材料を含有させた黒鉛，又は、添加物等を含む材料
を散布，塗布，メッキ，コート（蒸着）若しくは注入し
た黒鉛を用いることができる。
【００８２】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、基板３とすす
（ナノカーボン）１４との密着性が悪い場合等に適用で
きる方法の一例を示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）
は、図７に記載した方法の変形例であり、基板３上に接
着層２３が設けられている点のみが異なっている。
（ナノカーボン）１４との密着性が悪い場合等に適用で
きる方法の一例を示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）
は、図７に記載した方法の変形例であり、基板３上に接
着層２３が設けられている点のみが異なっている。
【００８３】この方法では、まず、図８（ａ）に示すよ
うに、基板３上にパターニングされた接着層２３を形成
する。この接着層２３の形成には、スクリーン印刷法な
ど各種の方法が利用できる。また、接着層２３の材料と
しては、Ａｌペースト，導電性Ｃペーストなどの導電性
ペーストが利用可能である。次に、図８（ｂ）に示すよ
うに、それらの接着層２３が硬化する前に、図７の装置
にてすす（ナノカーボン）１４を堆積させる。
うに、基板３上にパターニングされた接着層２３を形成
する。この接着層２３の形成には、スクリーン印刷法な
ど各種の方法が利用できる。また、接着層２３の材料と
しては、Ａｌペースト，導電性Ｃペーストなどの導電性
ペーストが利用可能である。次に、図８（ｂ）に示すよ
うに、それらの接着層２３が硬化する前に、図７の装置
にてすす（ナノカーボン）１４を堆積させる。
【００８４】その後、接着層２３を硬化させる。接着層
２３が硬化する際、接着層２３上に堆積したすす１４は
接着層２３と密着する。最後に、基板３全体を洗浄（例
えば水洗い）すれば、基板３上に堆積したすす１４は取
り除かれ、図８（ｃ）に示すように、接着層２３上に堆
積したすす１４がパターン状に形成される。尚、接着層
２３は、電子放出源として用いる場合には、カソード電
極やカソード配線として使用可能である。
２３が硬化する際、接着層２３上に堆積したすす１４は
接着層２３と密着する。最後に、基板３全体を洗浄（例
えば水洗い）すれば、基板３上に堆積したすす１４は取
り除かれ、図８（ｃ）に示すように、接着層２３上に堆
積したすす１４がパターン状に形成される。尚、接着層
２３は、電子放出源として用いる場合には、カソード電
極やカソード配線として使用可能である。
【００８５】本発明の製造方法によって製造したナノカ
ーボンの電子放出源の利用方法としては、従来の二極管
方式若しくは三極管方式が利用できる。特に、表示管，
表示パネル，発光素子，発光管，発光パネル等に好適で
ある。更には、特定の箇所に生成したナノカーボンから
電子放出を行うことで、複雑なパターンの表示装置への
応用も可能である。
ーボンの電子放出源の利用方法としては、従来の二極管
方式若しくは三極管方式が利用できる。特に、表示管，
表示パネル，発光素子，発光管，発光パネル等に好適で
ある。更には、特定の箇所に生成したナノカーボンから
電子放出を行うことで、複雑なパターンの表示装置への
応用も可能である。
【００８６】本発明の製造方法によって製造したナノカ
ーボン、又はナノカーボンと金属微粒子との複合すす
は、水素吸蔵体として好適に利用できる。
ーボン、又はナノカーボンと金属微粒子との複合すす
は、水素吸蔵体として好適に利用できる。
【００８７】具体的実験結果の一例を以下に示す。図９
は、図１及び図７の装置を用いて、ＴＵＴの文字列状に
製造した電子放出源の写真である。基材となる基板は導
電性Ｓｉである。被アーク材にはＮｉ／Ｙを含有した黒
鉛板（Ｎｉ及びＹ含有量：４．２及び１．０ｍｏｌ％、
板厚：２ｍｍ、幅５ｍｍ）を用い、直流電流１００Ａで
開放大気中（大気圧下）において製造したものである。
は、図１及び図７の装置を用いて、ＴＵＴの文字列状に
製造した電子放出源の写真である。基材となる基板は導
電性Ｓｉである。被アーク材にはＮｉ／Ｙを含有した黒
鉛板（Ｎｉ及びＹ含有量：４．２及び１．０ｍｏｌ％、
板厚：２ｍｍ、幅５ｍｍ）を用い、直流電流１００Ａで
開放大気中（大気圧下）において製造したものである。
【００８８】尚、黒鉛板の代わりに、活性炭又はアモル
ファスカーボン又は触媒金属を含有した黒鉛などを用い
た場合にも、ほぼ同様の結果がでた。また、特定ガス、
特に、希ガスを使用した場合には、生成されたナノカー
ボンの収量が増加した。ここから、希ガスを使用するこ
とが、非常に効果的であることを確認した。
ファスカーボン又は触媒金属を含有した黒鉛などを用い
た場合にも、ほぼ同様の結果がでた。また、特定ガス、
特に、希ガスを使用した場合には、生成されたナノカー
ボンの収量が増加した。ここから、希ガスを使用するこ
とが、非常に効果的であることを確認した。
【００８９】同堆積物の走査型電子顕微鏡写真を図１０
に示す。ナノサイズの構造物が一面に分散していること
が分かる。この堆積物中には、図１１に示すように、単
層カーボンナノチューブやナノホーンなどが含まれてい
た。ここで、ナノホーンとは、グラファイトシートを円
錐状に丸めた形状を持ち、先端も円錐状に閉じているカ
ーボンナノ粒子を示す（文献「Pore structure of sing
le-wall carbonnanohorn aggregates／K.Murata, K.Kan
eko, F.Kokai, K.Takahashi,M.Yudasaka, S.Iijima／Ch
em. Phys. Lett., vol. 331, pp.14-20 (2000)」参
照）。
に示す。ナノサイズの構造物が一面に分散していること
が分かる。この堆積物中には、図１１に示すように、単
層カーボンナノチューブやナノホーンなどが含まれてい
た。ここで、ナノホーンとは、グラファイトシートを円
錐状に丸めた形状を持ち、先端も円錐状に閉じているカ
ーボンナノ粒子を示す（文献「Pore structure of sing
le-wall carbonnanohorn aggregates／K.Murata, K.Kan
eko, F.Kokai, K.Takahashi,M.Yudasaka, S.Iijima／Ch
em. Phys. Lett., vol. 331, pp.14-20 (2000)」参
照）。
【００９０】同試料を用い二極管構造の蛍光発光管で電
子を放出させ、蛍光面に照射したところ、蛍光面が発光
することを目視で観測した。ここで、黒鉛板の代わり
に、活性炭又はアモルファスカーボン又は添加物を含有
した黒鉛などを用いた場合の結果や、特定ガスを使用し
た場合の効果は、図９の場合と同様であった。
子を放出させ、蛍光面に照射したところ、蛍光面が発光
することを目視で観測した。ここで、黒鉛板の代わり
に、活性炭又はアモルファスカーボン又は添加物を含有
した黒鉛などを用いた場合の結果や、特定ガスを使用し
た場合の効果は、図９の場合と同様であった。
【００９１】上記の各実施例では、基材（基板３）上の
ナノカーボンをそのまま利用する例を示したが、基材
（基板３）から分離・回収して、ナノカーボンと金属微
粒子との複合体として利用することも勿論可能である。
更に、該すすを精製して、単体のナノチューブ等のナノ
カーボンとして使用することも勿論可能である。
ナノカーボンをそのまま利用する例を示したが、基材
（基板３）から分離・回収して、ナノカーボンと金属微
粒子との複合体として利用することも勿論可能である。
更に、該すすを精製して、単体のナノチューブ等のナノ
カーボンとして使用することも勿論可能である。
【００９２】図１２乃至図１４は、図１に示す装置を用
いて製造し、基材（基板３）から回収したすすを透過電
子顕微鏡で観察したものである。図１２は低倍率で撮影
したものである。図１２では、色の薄い個所が炭素材料
であり、濃い個所が金属微粒子であり、それらが混在し
て凝縮している。ニードル状の単層ナノチューブの束
が、該凝縮物端部から突出しているのがわかる。
いて製造し、基材（基板３）から回収したすすを透過電
子顕微鏡で観察したものである。図１２は低倍率で撮影
したものである。図１２では、色の薄い個所が炭素材料
であり、濃い個所が金属微粒子であり、それらが混在し
て凝縮している。ニードル状の単層ナノチューブの束
が、該凝縮物端部から突出しているのがわかる。
【００９３】図１３は、別の視野を高倍率で観察したも
のである。図１３は、単層カーボンナノチューブが束状
に形成されていることを示す。単層カーボンナノチュー
ブは金属微粒子を触媒として成長している。図１４は、
更に別視野を高倍率で観察したものである。図１４で
は、カーボンナノホーンが存在していることがわかる。
のである。図１３は、単層カーボンナノチューブが束状
に形成されていることを示す。単層カーボンナノチュー
ブは金属微粒子を触媒として成長している。図１４は、
更に別視野を高倍率で観察したものである。図１４で
は、カーボンナノホーンが存在していることがわかる。
【００９４】図１２乃至図１４に示した試料の成分は、
凡そ７０〜８０ｍｏｌ％の炭素，２〜１０ｍｏｌ％の酸
素，１〜５ｍｏｌ％のイットリウム（Ｙ），および４〜
２０ｍｏｌ％のニッケル（Ｎｉ）が含まれる。また、１
〜３０ｍｏｌ％が単層ナノチューブであり、０．１〜５
ｍｏｌ％がナノホーンである。更にまた、０．１〜５ｍ
ｏｌ％の多層ナノチューブも観察した。残りの炭素成分
はカーボンナノ微粒子及びアモルファス状炭素である。
凡そ７０〜８０ｍｏｌ％の炭素，２〜１０ｍｏｌ％の酸
素，１〜５ｍｏｌ％のイットリウム（Ｙ），および４〜
２０ｍｏｌ％のニッケル（Ｎｉ）が含まれる。また、１
〜３０ｍｏｌ％が単層ナノチューブであり、０．１〜５
ｍｏｌ％がナノホーンである。更にまた、０．１〜５ｍ
ｏｌ％の多層ナノチューブも観察した。残りの炭素成分
はカーボンナノ微粒子及びアモルファス状炭素である。
【００９５】本発明の製造方法によって製造したナノカ
ーボン若しくはナノカーボンと金属微粒子を含む複合す
す（複合材料）は、水素等吸蔵体に利用できる。図１２
乃至図１４に示したすすの水素吸蔵率を容量法により計
測したところ、常温３０気圧で１〜１０ｗｔ％であっ
た。また、常温常圧では、０．１〜１ｗｔ％であった。
製造条件を最適化することにより、これ以上の値が見込
まれる。このため、本発明の製造方法によって製造した
ナノカーボンを含むすすは、該すす自体が水素等の吸蔵
体に好適である。更に付け加えると、アモルファスカー
ボン微粒子も水素を吸蔵できる空間を有している。ま
た、ＮｉやＹなどの金属成分も水素吸蔵性であるため、
水素等の吸蔵体に好適である。したがって、該すすから
ナノカーボンをわざわざ分離する作業は必ずしも必要で
はない。
ーボン若しくはナノカーボンと金属微粒子を含む複合す
す（複合材料）は、水素等吸蔵体に利用できる。図１２
乃至図１４に示したすすの水素吸蔵率を容量法により計
測したところ、常温３０気圧で１〜１０ｗｔ％であっ
た。また、常温常圧では、０．１〜１ｗｔ％であった。
製造条件を最適化することにより、これ以上の値が見込
まれる。このため、本発明の製造方法によって製造した
ナノカーボンを含むすすは、該すす自体が水素等の吸蔵
体に好適である。更に付け加えると、アモルファスカー
ボン微粒子も水素を吸蔵できる空間を有している。ま
た、ＮｉやＹなどの金属成分も水素吸蔵性であるため、
水素等の吸蔵体に好適である。したがって、該すすから
ナノカーボンをわざわざ分離する作業は必ずしも必要で
はない。
【００９６】本発明の製造方法によって製造したナノカ
ーボンは、すすの中に単層ナノチューブと同時に、多層
カーボンナノチューブ，カーボンナノホーン，カーボン
ナノ微粒子，アモルファス状炭素，フラーレンが含まれ
ているという特徴がある。このため、該すすからナノカ
ーボンを分離する作業を行えば、１種類又は複数種類の
ものからなるナノカーボンとして利用することが可能で
ある。ここで、すすからナノカーボンを分離・精製する
には、ふるい，遠心分離による巨大粒子の除去，過熱酸
化によるアモルファス成分の除去，酸・アルカリ・王水
・逆王水による金属成分の除去などの方法が利用でき
る。
ーボンは、すすの中に単層ナノチューブと同時に、多層
カーボンナノチューブ，カーボンナノホーン，カーボン
ナノ微粒子，アモルファス状炭素，フラーレンが含まれ
ているという特徴がある。このため、該すすからナノカ
ーボンを分離する作業を行えば、１種類又は複数種類の
ものからなるナノカーボンとして利用することが可能で
ある。ここで、すすからナノカーボンを分離・精製する
には、ふるい，遠心分離による巨大粒子の除去，過熱酸
化によるアモルファス成分の除去，酸・アルカリ・王水
・逆王水による金属成分の除去などの方法が利用でき
る。
【００９７】尚、多層カーボンナノチューブについて
は、トーチ電極に黒鉛を用いた場合に存在する。これ
は、黒鉛トーチ電極表面で合成された多層カーボンナノ
チューブが吹き飛ばされ、すす中に混入するからであ
る。ＣＮナノチューブ，ＣＮナノファイバ，ＣＮナノ粒
子は、シールドガスに窒素を用いることで製造される。
ＢＣＮナノチューブ，ＢＣＮナノファイバ，ＢＣＮナノ
粒子についても，炭素電極にＢを入れておき、シールド
ガスに窒素を用いることで製造される。すすは複数種の
ナノカーボンの混合物である。
は、トーチ電極に黒鉛を用いた場合に存在する。これ
は、黒鉛トーチ電極表面で合成された多層カーボンナノ
チューブが吹き飛ばされ、すす中に混入するからであ
る。ＣＮナノチューブ，ＣＮナノファイバ，ＣＮナノ粒
子は、シールドガスに窒素を用いることで製造される。
ＢＣＮナノチューブ，ＢＣＮナノファイバ，ＢＣＮナノ
粒子についても，炭素電極にＢを入れておき、シールド
ガスに窒素を用いることで製造される。すすは複数種の
ナノカーボンの混合物である。
【００９８】また、ナノカーボンと金属微粒子を含む複
合又は混合すす（複合又は混合材料）については、添加
物として添加（塗布）しているのが、金属だけではない
ので、厳密には金属微粒子を含む添加物微粒子となる。
この金属微粒子の大きさは、約１ｎｍ〜典型的には最大
１μｍ（元の添加物サイズ最大１０μｍまで）である。
材質は、添加物組成物およびその炭化物等となってい
る。金属微粒子は、アークの高温により溶融・蒸発・微
粒子化し、冷却過程で凝集することにより生ずる。金属
微粒子は、単一添加物の場合、単体若しくは炭化物の状
態で存在する。また、複数添加物の場合、単体および合
金およびそれらの炭化物の状態で存在する。
合又は混合すす（複合又は混合材料）については、添加
物として添加（塗布）しているのが、金属だけではない
ので、厳密には金属微粒子を含む添加物微粒子となる。
この金属微粒子の大きさは、約１ｎｍ〜典型的には最大
１μｍ（元の添加物サイズ最大１０μｍまで）である。
材質は、添加物組成物およびその炭化物等となってい
る。金属微粒子は、アークの高温により溶融・蒸発・微
粒子化し、冷却過程で凝集することにより生ずる。金属
微粒子は、単一添加物の場合、単体若しくは炭化物の状
態で存在する。また、複数添加物の場合、単体および合
金およびそれらの炭化物の状態で存在する。
【００９９】図１５は、電子放出源の電子放出特性を測
定するための装置を示す図である。ナノカーボンと金属
微粒子を含むすす１４を電子放出材料として使用した電
子放出源（電子放出素子）と、単層カーボンナノチュー
ブを電子放出材料として使用した従来の電子放出源の電
子放出特性を測定して比較するためのものである。図１
５において、真空チャンバ１００中に、基板（カソード
基板）３とアノード基板１０３が対向配置されている。
基板３の上には、カソード電極１０１とすす１４の層
（エミッタ層）が積層形成されている。アノード基板１
０３の上には、アノード電極（兼引出し電極）１０２が
形成されている。基板３とアノード基板１０３間の距離
は、１００μｍに設定されている。また、カソード電極
１０１とアノード電極１０２との間には、直流電源１０
４及び電流計１０５が直列接続されている。
定するための装置を示す図である。ナノカーボンと金属
微粒子を含むすす１４を電子放出材料として使用した電
子放出源（電子放出素子）と、単層カーボンナノチュー
ブを電子放出材料として使用した従来の電子放出源の電
子放出特性を測定して比較するためのものである。図１
５において、真空チャンバ１００中に、基板（カソード
基板）３とアノード基板１０３が対向配置されている。
基板３の上には、カソード電極１０１とすす１４の層
（エミッタ層）が積層形成されている。アノード基板１
０３の上には、アノード電極（兼引出し電極）１０２が
形成されている。基板３とアノード基板１０３間の距離
は、１００μｍに設定されている。また、カソード電極
１０１とアノード電極１０２との間には、直流電源１０
４及び電流計１０５が直列接続されている。
【０１００】図１６は、図１５の測定装置を用いて、ナ
ノカーボンと金属微粒子を含むすす１４を電子放出材料
として使用した電子放出源の電子放出特性と、すす１４
の代わりに単層カーボンナノチューブを電子放出材料と
して使用した電子放出源の電子放出特性とを比較したデ
ータである。ここで、単層カーボンナノチューブは、従
来の真空アーク放電法により製造したものである。図１
６に示すように、大気中で製造したすす１４（ナノカー
ボン）を用いた電子放出源は、従来の真空中で製造した
単層カーボンナノチューブを使用した電子放出源と比較
して、初期の立ち上がり特性も遜色がなく、ほぼ同等の
電子放出特性を示すことがわかる。
ノカーボンと金属微粒子を含むすす１４を電子放出材料
として使用した電子放出源の電子放出特性と、すす１４
の代わりに単層カーボンナノチューブを電子放出材料と
して使用した電子放出源の電子放出特性とを比較したデ
ータである。ここで、単層カーボンナノチューブは、従
来の真空アーク放電法により製造したものである。図１
６に示すように、大気中で製造したすす１４（ナノカー
ボン）を用いた電子放出源は、従来の真空中で製造した
単層カーボンナノチューブを使用した電子放出源と比較
して、初期の立ち上がり特性も遜色がなく、ほぼ同等の
電子放出特性を示すことがわかる。
【０１０１】本発明の製造方法によって製造したナノカ
ーボンは、二次電池電極への混合物，二次電池電極，燃
料電池電極への混合物，二次電池電極に利用できる。本
発明の製造方法によって製造したナノカーボンは、ゴ
ム，プラスチック，樹脂，セラミックス，鉄鋼，コンク
リートなどへの混合物として利用できる。該ナノカーボ
ンをこれらの材料に混合することにより、強度，熱伝導
性，電気導電性などを改善できる。
ーボンは、二次電池電極への混合物，二次電池電極，燃
料電池電極への混合物，二次電池電極に利用できる。本
発明の製造方法によって製造したナノカーボンは、ゴ
ム，プラスチック，樹脂，セラミックス，鉄鋼，コンク
リートなどへの混合物として利用できる。該ナノカーボ
ンをこれらの材料に混合することにより、強度，熱伝導
性，電気導電性などを改善できる。
【０１０２】また、上記の各実施例では、基材（基板
３）の形状として、平板状のものを使用したが、円柱状
や角柱状等の柱状のものや球状のものを使用しても良
い。
３）の形状として、平板状のものを使用したが、円柱状
や角柱状等の柱状のものや球状のものを使用しても良
い。
【０１０３】同様に、上記の各実施例では、基材（基板
３）の材質として、導電性Ｓｉのもの（導電性基板）を
使用したが、ガラスやセラミック等の絶縁性基板，導電
性基板表面に絶縁膜を形成した絶縁性基板，金属等の導
電性基板，絶縁性基板表面に導電膜を形成した導電性基
板などを使用することも可能である。また、基板以外に
も、フィルム等の可撓性部材を使用することも可能であ
る。更に、アーク放電の発生領域の近傍に配設する場合
には、耐熱性を備える基材を使用する必要がある。
３）の材質として、導電性Ｓｉのもの（導電性基板）を
使用したが、ガラスやセラミック等の絶縁性基板，導電
性基板表面に絶縁膜を形成した絶縁性基板，金属等の導
電性基板，絶縁性基板表面に導電膜を形成した導電性基
板などを使用することも可能である。また、基板以外に
も、フィルム等の可撓性部材を使用することも可能であ
る。更に、アーク放電の発生領域の近傍に配設する場合
には、耐熱性を備える基材を使用する必要がある。
【０１０４】
【発明の効果】本発明によれば、ナノカーボンの極めて
容易な製造方法，パターン化方法及び製造装置（パター
ン化装置を含む）を提供することができる。また、製造
が容易で、かつ、連続大量生産が可能な炭素系ナノ材料
とそれを用いた電子放出源（電子放出源用基板）及び水
素吸蔵材などの製造方法，パターン化方法及び製造装置
を提供することができる。更にまた、任意の一箇所又は
複数箇所に任意のパターン状にナノカーボン群を容易に
パターン化（製造）する方法及びパターン化（製造）装
置を提供することができる。
容易な製造方法，パターン化方法及び製造装置（パター
ン化装置を含む）を提供することができる。また、製造
が容易で、かつ、連続大量生産が可能な炭素系ナノ材料
とそれを用いた電子放出源（電子放出源用基板）及び水
素吸蔵材などの製造方法，パターン化方法及び製造装置
を提供することができる。更にまた、任意の一箇所又は
複数箇所に任意のパターン状にナノカーボン群を容易に
パターン化（製造）する方法及びパターン化（製造）装
置を提供することができる。
【図１】ナノカーボン（ナノカーボンと金属微粒子との
複合すす）の製造装置の概略を示す図である。
複合すす）の製造装置の概略を示す図である。
【図２】図１のナノカーボンの製造装置の部分拡大断面
図である。
図である。
【図３】被アーク材（第２電極）に添加物を加えた変形
例を示す図である。
例を示す図である。
【図４】アークトーチ１と被アーク材２のなす角度を示
す図である。
す図である。
【図５】アークトーチ１と被アーク材２とが直線状（１
８０°）に配置されている場合を示す図である。
８０°）に配置されている場合を示す図である。
【図６】アークトーチ１と被アーク材２との角度を調整
してすす１４の放出方向を制御することを示す図であ
る。
してすす１４の放出方向を制御することを示す図であ
る。
【図７】特定の箇所にナノカーボンを形成（パターン
化）する方法の一例を示す図である。
化）する方法の一例を示す図である。
【図８】特定の箇所にナノカーボンを形成（パターン
化）する方法の他の例を示す図である。
化）する方法の他の例を示す図である。
【図９】図７の方法を使用して作製したパターン状電子
放出源（ＴＵＴ文字列）を示す図である。
放出源（ＴＵＴ文字列）を示す図である。
【図１０】図９で作成したパターン状電子放出源の表面
（堆積物の表面）の状態を示す図である。
（堆積物の表面）の状態を示す図である。
【図１１】図１０のパターン状電子放出源（堆積物）中
に存在する単層カーボンナノチューブを示す図である。
に存在する単層カーボンナノチューブを示す図である。
【図１２】図１に示す装置を用いて製造したすすのＴＥ
Ｍ写真（低倍率写真）である。
Ｍ写真（低倍率写真）である。
【図１３】図１に示す装置を用いて製造したすす（単層
ナノチューブと金属微粒子の複合体）のＴＥＭ写真（高
倍率写真）である。
ナノチューブと金属微粒子の複合体）のＴＥＭ写真（高
倍率写真）である。
【図１４】図１に示す装置を用いて製造したすす（ナノ
ホーン）のＴＥＭ写真（高倍率写真）である。
ホーン）のＴＥＭ写真（高倍率写真）である。
【図１５】本発明の実施例に係る電子放出源の電子放出
特性を測定する装置の概略図である。
特性を測定する装置の概略図である。
【図１６】本発明の実施例に係る電子放出源の電子放出
特性を示す図である。
特性を示す図である。
１…アークトーチ、 ２…被アーク材、 ３…基板、 ４…アーク、 ５…電源、 ６…ガスボンベ、 ７…ガス調整器及び流量計、 ８…アークトーチの先端部、 ９…アークトーチのノズル、 １０…トーチ電極、 １１…電極ホルダ、 １２…被包ガス、 １３…マスク、 １４…堆積したすす（ナノカーボン）、 １５…被覆部材、 １６…流体（液体）、 １７…流体／粒状体の容器（流体／粒状体の収納容
器）、 ２１…黒鉛、 ２２…添加物、 ２３…接着層、 １００…真空チャンバ、 １０１…カソード電極、 １０２…アノード電極、 １０３…アノード基板、 １０４…直流電源、 １０５…電流計。
器）、 ２１…黒鉛、 ２２…添加物、 ２３…接着層、 １００…真空チャンバ、 １０１…カソード電極、 １０２…アノード電極、 １０３…アノード基板、 １０４…直流電源、 １０５…電流計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 茂生 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Ｆターム(参考） 4G046 CA00 CB01 CC06 5C031 DD17 5C127 AA01 BA13 BA15 BB07 CC03 DD07 EE02 EE03 5C135 AA13 AA15 AB07 AC01 HH02 HH04 (54)【発明の名称】 ナノカーボンの製造方法及びその方法を用いて製造されたナノカーボン及びナノカーボンと金属 微粒子を含む複合材料又は混合材料，ナノカーボンの製造装置、ナノカーボンのパターン化方法 及びその方法を用いてパターン化されたナノカーボン基材及びそのパターン化されたナノカーボ ン基材を用いた電子放出源
Claims (29)
- 【請求項１】第１電極と、炭素材料を主成分とする第２
電極を、大気中又は空気中で対向配置する工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、 前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸
発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、 前記ナノカーボンを含むすすを回収する工程を備えたこ
とを特徴とするナノカーボンの製造方法。 - 【請求項２】前記第１電極が、アークトーチに設けられ
たトーチ電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を相
対移動させながら、前記第２電極の前記炭素材料を前記
アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを
発生させる工程を備えたことを特徴とする請求項１記載
のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項３】前記アーク放電の発生領域に対向させて基
材を配置し、前記ナノカーボンを含むすすを該基材を介
して回収する工程を備えたことを特徴とする請求項１記
載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項４】前記アーク放電の発生領域に対向させて流
体又は粒状体を配置し、前記ナノカーボンを含むすすを
該流体又は粒状体を介して回収する工程を備えたことを
特徴とする請求項１記載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項５】前記第１電極と前記第２電極のなす角度
は、４５度乃至１３５度の範囲であることを特徴とする
請求項１記載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項６】前記すすは、単層カーボンナノチューブ，
カーボンナノホーン，多層カーボンナノチューブ，カー
ボンナノファイバ，カーボンナノ粒子，ＣＮナノチュー
ブ，ＣＮナノファイバ，ＣＮナノ粒子，ＢＣＮナノチュ
ーブ，ＢＣＮナノファイバ，ＢＣＮナノ粒子，フラーレ
ン，若しくはこれらの混合物からなるナノカーボン材料
を含むことを特徴とする請求項１記載のナノカーボンの
製造方法。 - 【請求項７】前記すすは、ナノカーボンと金属微粒子を
含む複合又は混合すすであることを特徴とする請求項１
記載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項８】前記第２電極の炭素材料は、黒鉛又は活性
炭又はアモルファスカーボン、添加物を含有又は内蔵し
ている黒鉛又は活性炭又はアモルファスカーボン、若し
くは添加物が表面の一部分或いは全部に散布，塗布，メ
ッキ若しくはコートされている黒鉛又は活性炭又はアモ
ルファスカーボンを用いることを特徴とする請求項１記
載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項９】前記添加物は、Ｌｉ，Ｂ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓ
ｉ，Ｐ，Ｓ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｙ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｌ
ａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｏｓ，Ｐｔ、若しくはこれらの酸
化物又は窒化物又は炭化物又は硫化物又は塩化物又は硫
酸化合物又は硝酸化合物、若しくはそれらの混合物であ
ることを特徴とする請求項８記載のナノカーボンの製造
方法。 - 【請求項１０】前記アーク放電を直流又は直流パルスで
運転し、前記第２電極をアーク放電の陽極とすることを
特徴とする請求項１記載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項１１】前記アーク放電を交流又は交流パルスで
運転することを特徴とする請求項１記載のナノカーボン
の製造方法。 - 【請求項１２】前記第２電極の端部又は凹部又は凸部の
前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカ
ーボンを含むすすを発生させることを特徴とする請求項
１記載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項１３】前記アーク放電の発生領域に特定ガス又
は空気を供給しながら、前記アーク放電を行うことを特
徴とする請求項１記載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項１４】前記特定ガスは、Ａｒ，Ｈｅなどの希ガ
ス，窒素ガス，炭酸ガス，酸素ガス，水素ガス若しくは
これらの混合ガスであることを特徴とする請求項１２記
載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項１５】前記第１電極は、黒鉛，Ｗ（タングステ
ン），Ｍｏ（モリブデン）若しくは、Ｎｉ（ニッケル）
などの高融点金属を主成分とすることを特徴とする請求
項１記載のナノカーボンの製造方法。 - 【請求項１６】請求項１記載の方法を用いて製造された
ナノカーボン。 - 【請求項１７】請求項１記載の方法を用いて製造された
ナノカーボンと金属微粒子を含む複合又は混合材料。 - 【請求項１８】第１電極と、炭素材料又は添加物を含有
している炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭
素材料を主成分とする第２電極を、大気中又は空気中で
所定間隔に保持してなる電極と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させて、該アーク放電により前記炭素材
料を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させるた
めの電源からなるアーク発生手段と、 前記アーク放電の発生領域に特定ガスを供給する特定ガ
ス供給手段と、 前記すすを回収する回収部材を備えたことを特徴とする
ナノカーボンの製造装置。 - 【請求項１９】前記第１電極は、アークトーチに設けら
れたトーチ電極であり、 該トーチ電極と前記第２電極を相対移動させる移動手段
を更に有し、 前記トーチ電極と前記第２電極を相対移動させながら、
前記トーチ電極と前記第２電極との間に電圧を印加して
アーク放電を発生させて、該アーク放電により前記第２
電極の端部又は凹部又は凸部の前記炭素材料を蒸発させ
てナノカーボンを含むすすを発生させることを特徴とす
る請求項１８記載のナノカーボンの製造装置。 - 【請求項２０】前記回収部材は、基材であり、 該基材を前記アーク放電の発生領域に対向させて保持す
る保持手段を更に有し、 前記ナノカーボンを含むすすを該基材を介して回収する
ことを特徴とする請求項１８記載のナノカーボンの製造
装置。 - 【請求項２１】前記回収部材は、流体又は粒状体であ
り、 該流体又は該粒状体を前記アーク放電の発生領域に対向
させて配置する流体又は粒状体の容器を更に有し、 前記ナノカーボンを含むすすを該流体又は該粒状体を介
して回収することを特徴とする請求項１８記載のナノカ
ーボンの製造装置。 - 【請求項２２】前記流体は、水又はアーク放電発生温度
以下で流動性のある液体又は油状流体であることを特徴
とする請求項２１記載のナノカーボンの製造装置。 - 【請求項２３】少なくとも前記第１電極と前記第２電極
と両電極間で発生したアーク放電の発生領域を覆う被覆
部材を備えることを特徴とする請求項１８記載のナノカ
ーボンの製造装置。 - 【請求項２４】第１電極と、炭素材料を主成分とする第
２電極を、大気中又は空気中で対向配置する工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、 前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸
発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、 パターン化された開口部を有するマスクを表面又は上方
に配置した基材を前記アーク放電の発生領域に対向させ
て配置し、前記ナノカーボンを含むすすを該開口部に対
応する該基材表面に被着させる工程を備えたことを特徴
とするナノカーボンのパターン化方法。 - 【請求項２５】前記基材を前記アーク放電の発生領域に
対向させて流体中に配置し、該流体中で前記ナノカーボ
ンを含むすすを前記開口部に対応する前記基材表面に被
着させる工程を備えたことを特徴とする請求項２４記載
のナノカーボンのパターン化方法。 - 【請求項２６】第１電極と、炭素材料を主成分とする第
２電極を、大気中又は空気中で対向配置する工程と、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、 前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸
発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、 パターン化された接着層を表面に有する基材を前記アー
ク放電の発生領域に対向させて配置し、前記ナノカーボ
ンを含むすすを少なくとも該接着層に被着させる工程を
備えたことを特徴とするナノカーボンのパターン化方
法。 - 【請求項２７】前記第１電極が、アークトーチに設けら
れたトーチ電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を
相対移動させながら、前記第２電極の端部又は凹部又は
凸部の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させて
ナノカーボンを含むすすを発生させる工程を備えたこと
を特徴とする請求項２４又は２６記載のナノカーボンの
パターン化方法。 - 【請求項２８】請求項２４又は請求項２６記載の方法を
用いて製造されたパターン化されたナノカーボン基材。 - 【請求項２９】請求項２８記載のパターン化されたナノ
カーボン基材を用いることを特徴とする電子放出源。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2002044554A JP3825336B2 (ja) | 2001-03-12 | 2002-02-21 | ナノカーボンの製造方法及びナノカーボンの製造装置 |
| TW091104104A TW594931B (en) | 2001-03-12 | 2002-03-06 | Method for preparing nano-carbon and nano-carbon prepared by such method and composite material or mixed material containing nano-carbon and metal fine particle, apparatus for preparing nano-carbon, method for patterning nano-carbon and nano carbon |
| KR1020020012949A KR100664347B1 (ko) | 2001-03-12 | 2002-03-11 | 나노카본의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조된나노카본 및 나노카본과 금속미립자를 포함하는 복합재료또는 혼합재료, 나노카본의 제조장치, 나노카본의 패턴화방법 및 그 방법을 이용하여 패턴화된 나노카본기재 및 그패턴화된 나노카본기재를 이용한 전자방출원 |
| US10/094,622 US6827823B2 (en) | 2001-03-12 | 2002-03-12 | Nano-carbon and composite material or mixed material containing nano-carbon and metal fine particle and methods for producing and patterning the same |
| CNB021183554A CN1280187C (zh) | 2001-03-12 | 2002-03-12 | 制备纳米碳的方法、纳米碳、含其的材料及制备设备 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001068413 | 2001-03-12 | ||
| JP2001-68413 | 2001-03-12 | ||
| JP2002044554A JP3825336B2 (ja) | 2001-03-12 | 2002-02-21 | ナノカーボンの製造方法及びナノカーボンの製造装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2006134204A Division JP4339870B2 (ja) | 2001-03-12 | 2006-05-12 | ナノカーボンの製造方法及びナノカーボンの製造装置 |
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|---|---|
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|---|---|
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Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
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