JP6168911B2

JP6168911B2 - Carbon nanotube production equipment

Info

Publication number: JP6168911B2
Application number: JP2013170021A
Authority: JP
Inventors: 杉本　巖生; 巖生杉本; 浩史辰己; 剣二石黒; 浩二 ▲高▼鍋
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: JP2015040134A

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).

特開２０１３−０３２２４８号公報JP 2013-032248 A

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.

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の全体の概略構成を示す側面図である。It is a side view which shows the schematic structure of the whole carbon nanotube manufacturing apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 同製造装置の真空チャンバー内の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure in the vacuum chamber of the manufacturing apparatus. 同真空チャンバー内の概略構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure in the vacuum chamber. 同真空チャンバー内の前処理部と形成部との境界部及び形成部における部分拡大側面図である。It is the partial enlarged side view in the boundary part and formation part of the pre-processing part and formation part in the same vacuum chamber. 同真空チャンバー内の前処理部と形成部との境界部及び形成部における部分拡大上平面図である。It is the partial enlarged upper top view in the boundary part and formation part of the pre-processing part and formation part in the same vacuum chamber. 同真空チャンバー内の前処理部におけるダクト内での基板の摺動様子を示す一部切欠斜視図である。It is a partially notched perspective view which shows the sliding state of the board | substrate in the duct in the pre-processing part in the vacuum chamber. 同真空チャンバー内の後処理部での基板の摺動様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the sliding state of the board | substrate in the post-process part in the same vacuum chamber. 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における真空チャンバー内の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the vacuum chamber in the manufacturing apparatus of the carbon nanotube which concerns on Example 2 of this invention. 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における真空チャンバー内の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the vacuum chamber in the manufacturing apparatus of the carbon nanotube which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例４に係るカーボンナノチューブの製造装置における真空チャンバー内の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the vacuum chamber in the manufacturing apparatus of the carbon nanotube which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の変形例に係るカーボンナノチューブの製造装置における真空チャンバー内の前処理部と形成部との境界部及び形成部における部分拡大上平面図である。It is the partial enlarged upper top view in the boundary part of a pre-processing part and the formation part in a vacuum chamber in the manufacturing apparatus of the carbon nanotube which concerns on the modification of this invention, and a formation part.

［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 nanotube manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention moves a substrate 2 having a catalyst (not shown) attached (supported) on its surface in a predetermined direction to move the carbon nanotube 3. Is a manufacturing apparatus for continuously forming the.

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（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ：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 processing space 4 includes a pre-processing unit 10 that raises the temperature of the substrate 2 to a predetermined temperature along the moving direction of the substrate 2, and a predetermined temperature at the pre-processing unit 10. Forming the carbon nanotube 3 by the chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition method: CVD method) while supplying the raw material gas G2 to the substrate 2 that has risen up to, and the carbon nanotube 3 formed in the forming portion 20 And a post-processing unit (also referred to as a cooling unit) 30 for lowering the temperature of the substrate 2. Depending on the heating temperature of the introduced substrate 2, the processing space 4 has a temperature rising region X corresponding to the preprocessing portion 10 and a CVD temperature region Y corresponding to the forming portion 20, as indicated by a virtual line in FIG. 3. And it has the temperature fall area | region Z corresponding to the post-processing part 30. FIG.

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 pre-processing unit 10 is provided in the vacuum chamber 5 on the feeding unit 6 side, and is a heating device for raising the temperature of the substrate 2 to a temperature equivalent to the heating temperature (CVD temperature) in the forming unit 20 on the downstream side. At least one. In the present embodiment, since the temperature of the substrate 2 is raised in three stages in the temperature raising region X, the first temperature region A1 and the second temperature are increased from the upstream side to the downstream side as shown by the phantom line in FIG. It has a temperature region A2 and a third temperature region A3. The pretreatment unit 10 includes a first heating device 11 provided in the first temperature region A1, a second heating device 12 provided in the second temperature region A2, and a third heating device 13 provided in the third temperature region A3. The three heating devices are provided. The heating temperature of the 1st heating apparatus 11, the 2nd heating apparatus 12, and the 3rd heating apparatus 13 is each set in the range of 450 to 640 degreeC.

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 pretreatment unit 10 includes a duct 14 that guides the substrate 2 while covering the periphery of the substrate 2 having a predetermined width sent from the feeding unit 6. In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the duct 14 is rectangular in cross section and hollow, and the duct 14 is used from the front end to the rear end, that is, the first end of the pretreatment unit 10 (temperature rising region X). The temperature region A1 extends from the third temperature region A3. The duct 14 is formed by welding four plates made of quartz glass having low thermal conductivity and low thermal expansion by engaging the step portions provided at each joint portion. In general, as shown in FIG. 4, the duct 14 may have a size that allows at least the substrate 2 to be inserted. In the roll-to-roll manufacturing apparatus 1 as in this embodiment, the thickness of the substrate 2 is, for example, 0.03 mm to 0.100 mm. In the pretreatment unit 10, the shape and length of the duct 14 or the position where the duct 14 is provided is not limited to this. Further, as shown in FIG. 3, in the present embodiment, the upstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 protrudes into the connecting member 8 that connects the feeding unit 6 and the vacuum chamber 5, An insertion port 15 for inserting the duct 14 is formed in the vacuum chamber 5. Between the insertion port 15 and the duct 14, for example, an O-ring (O-ring) 16 is provided as a seal member that prevents the gas in the pretreatment unit 10 from flowing into the connection member 8.

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 1 is supplied to the duct 14 of the pretreatment unit 10 from the supply unit 6 side via the connection member 8. Examples of the pretreatment gas G1 include an inert gas such as nitrogen (N) and argon (Ar), and an atomization promoting gas such as hydrogen (H) that promotes atomization of the catalyst on the surface of the substrate 2. . Note that the atomization promoting gas may be supplied together with the inert gas.

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 member 8, but the present invention is not limited to this. For example, the pretreatment gas G1 may be configured to be supplied to the duct 14.

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 duct 14 provided in the pretreatment unit 10, it is possible to prevent the raw material gas G2 from flowing into the duct 14 from the forming unit 20. Therefore, the raw material gas G2 is prevented from coming into contact with the catalyst on the surface of the substrate 2, and the substrate 2 is sent to the forming unit 20 without impairing the activity of the catalyst attached to the surface. Will improve.

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 duct 14 of the pretreatment unit 10 is located in the vicinity of the boundary between the pretreatment unit 10 and the forming unit 20. At the downstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10, the pretreatment gas G1 supplied to the pretreatment unit 10 and the raw material gas G2 supplied to the forming unit 20 (precisely, the raw material generated by a chemical reaction) An exhaust opening 40 is provided for exhausting the mixed gas G3 including the decomposition component of the gas G2 and the mixture of the source gas G2 and the decomposition component may be referred to as a source gas G4). . In the present embodiment, the exhaust opening 40 is an opening end on the upstream side of the duct 14 of the pretreatment unit 10. With this configuration, the raw material gas G2 is more reliably prevented from flowing into the duct 14 of the pretreatment unit 10, and the production rate of the carbon nanotubes 3 is improved.

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 pretreatment unit 10 and the formation unit 20 is a boundary line L between the temperature rising region X and the CVD temperature region Y, and in the vicinity of the boundary. Is a predetermined range d (for example, a range of 10 mm to 150 mm) including a boundary line L between the temperature rising region X and the CVD temperature region Y. FIG. 4 shows a case where the end of the duct 14 is provided at a position separated from the boundary line L by a predetermined distance d ′ toward the preprocessing unit 10. The predetermined interval d ′ may be set as appropriate depending on the size of the vacuum chamber 5 and the formation conditions of the carbon nanotube 3, but in the present embodiment, a range of 10 mm to 100 mm is preferable.

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 duct 14, that is, the exhaust opening 40, is a size obtained by adding 0.1 mm to 3 mm to the thickness of the substrate 2. It is preferable that In addition, as shown in FIG. 5, the width W1 of the exhaust opening 40 is preferably a size obtained by adding 1 mm to 50 mm to the width of the substrate 2.

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 duct 14 of the pretreatment unit 10 in the vicinity of the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20, the mixed gas exhausted from the exhaust opening 40. A mixed gas exhaust pipe 41 through which G3 flows out of the vacuum chamber 5 and a mixed gas exhaust port 41a for connecting the mixed gas exhaust pipe 41 are provided. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the mixed gas exhaust pipe 41 and the mixed gas exhaust port 41 a are disposed below the substrate 2 in the vacuum chamber 5.

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 pretreatment unit 10, the substrate 2 moves while the back surface thereof is slid on the inner surface of the duct 14. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the back surface of the substrate 2 is configured to slide on the lower surface inside the duct 14. As shown in FIG. 6, the inner surface (inner lower surface) of the duct 14 on which the rear surface of the substrate 2 is slid is crossed (specifically orthogonal) to the moving direction of the substrate 2, that is, in the width direction of the substrate 2. A plurality of protruding ridges 17 are provided at a predetermined interval. By providing the protrusions 17 in this way, the contact area between the inner surface of the duct 14 and the back surface of the substrate 2 is reduced, so that friction is reduced and the moving speed of the substrate 2 can be stabilized. . As a result, the quality of the produced carbon nanotubes 3 can also be stabilized. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a weld bead is employed as the protrusion 17. Of course, the protrusion 17 is not limited to a weld bead, and a round bar or the like can be appropriately employed.

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 formation part 20 located downstream of the pre-processing part 10, the carbon nanotube 3 is produced | generated by CVD method. As shown in FIGS. 3 and 4, the forming unit 20 has a source gas supply pipe 21 for supplying the source gas G 2 into the vacuum chamber 5 and a source gas supply port for connecting the source gas supply pipe 21. 21a and a reaction space that is connected to the source gas supply pipe 21 and covers the surface of the substrate 2 over a predetermined range, thereby chemically reacting the supplied source gas G2 on the substrate 2 to generate carbon nanotubes 3. And a space partition 22 (22A, 22B) for limiting the above.

形成部２０に供給される原料ガスＧ２としては、メタン（ＣＨ_４）やアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）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 formation unit 20, a hydrocarbon gas such as methane (CH ₄ ) or acetylene (C ₂ H ₂ ) is generally used.
As shown in FIGS. 3 and 4, the space partitions 22 A and 22 B are provided in the hollow rectangular parallelepiped reaction main body 23 and the lower end thereof and extend along the moving direction of the substrate 2 to surround the substrate 2. And a substrate guide protrusion 24 for guiding the substrate 2. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the cross section of the substrate guiding protrusion 24 has the same shape as the duct 14, in other words, the shape in which the duct 14 is connected to the reaction main body 23. doing. Hereinafter, the board guide protrusion 24 is referred to as a duct portion 24. The reaction main body 23 is formed by welding five plates made of quartz glass having low thermal conductivity and low thermal expansion by engaging the stepped portions provided at each joint. The reaction main body 23 has a supply pipe connection port 21 b for connecting the source gas supply pipe 21. That is, the source gas supply pipe 21 is inserted into the source gas supply port 21a of the vacuum chamber 5 and is provided up to the supply pipe connection port 21b. Note that the height H1 of the opening end of the duct 14 is lower than the height H2 of the opening end on the preprocessing unit 10 side of the duct 24 (H1 <H2), and the gas in the forming unit 20 is pretreated. 10 is difficult to flow into the duct 14.

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 unit 20 includes at least one heating device that heats the inside of the substrate 2 and the space partitions 22A and 22B below the substrate 2 in the CVD temperature region Y. The heating temperature of the heating device of the forming unit 20 is, for example, 680 to 780 degrees.

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 formation unit 20 is provided with two sets of space partitions 22 A and 22 B and heating devices 25 and 26 along the moving direction of the substrate 2. That is, the fourth heating device 25 corresponding to the first space partition 22A in the fourth temperature region A4 on the upstream side and the fifth heating device 26 corresponding to the second space partition 22B in the fifth temperature region A5 on the downstream side. Are arranged respectively. Moreover, as shown in FIG. 4, the duct parts 24 of the first space partition 22A and the second space partition 22B are connected and integrated. The carbon nanotubes 3 are sequentially formed in the first reaction space P1 in the upstream first space partition 22A and the second reaction space P2 in the downstream second space partition 22B. With this configuration, the temperature can be appropriately adjusted for each of the space partitions 22A and 22B in the CVD temperature region Y according to the formation state of the carbon nanotubes 3. However, if no adjustment is required, the number of space partitions 22A and 22B may be one. In the present embodiment, the first reaction space P1 and the second reaction space P2 have the same carbon nanotube 3 generation conditions such as heating conditions.

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 protrusions 27 extending in the width direction of the substrate 2 are arranged in the moving direction of the substrate 2 at positions above the surface of the substrate 2 on the inner surface of the duct portion 24 in each space partition 22 A, 22 B. Are arranged at predetermined intervals. With this configuration, the raw material gas G2 that has flowed into the duct portion 24 can collide with the protrusions 27 to create a flow of the raw material gas G2 toward the substrate 2, and the raw material gas G2 is applied to the catalyst on the surface of the substrate 2. Since the contact can be made more reliably, the production rate of the carbon nanotubes 3 is improved.

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 pipe connection port 21a is provided above the substrate 2 of the reaction main body 23, and the source gas G4 and the like supplied into the first space partition 22A and the second space partition 22B is supplied to the vacuum chamber 5. It is necessary to provide a gas exhaust port 28 a for connecting a gas exhaust pipe 28 for exhausting outside to the lower side of the substrate 2 in the vacuum chamber 5. Thereby, since the source gas G4 and the like are exhausted from the lower side of the substrate 2, the flow of the source gas G2 in the first space partition 22A and the second space partition 22B is directed from the upper side to the lower side of the substrate 2. Become a direction. Therefore, the source gas G2 is likely to come into contact with the catalyst on the surface of the substrate 2, and the generation rate of the carbon nanotubes 3 is improved. Specifically, the gas exhaust port 28a for discharging the source gas G4 or the like is disposed corresponding to each of the space partitions 22A and 22B, but in this embodiment, in order to simplify the configuration, As shown in FIG. 4, the mixed gas exhaust port 41a is also used as the gas exhaust port 28a disposed with respect to the first space partition 22A. Naturally, the mixed gas exhaust pipe 41 connected to the mixed gas exhaust port 41a is also used as the gas exhaust pipe 28a. Further, with respect to the second space partition 22 B, in the vacuum chamber 5, the downstream side of the duct portion 24, which is a boundary between the formation unit 20 and the post-processing unit 30 (boundary between the CVD temperature region Y and the temperature decrease region Z). A gas exhaust port 28a is provided at a position directly below the end, and a gas exhaust pipe 28 is connected thereto.

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 unit 20 is provided with a post-processing unit 30 that cools the substrate 2 and the generated carbon nanotubes 3 (hereinafter also referred to as the substrate 2 or the like). Yes. The temperature-lowering region Z of the post-processing unit 30 includes at least one heating device for lowering the substrate 2 and the like from the CVD temperature in the forming unit 20 (for example, 300 ° C. to 400 ° C.). In the present embodiment, in the temperature lowering region Z, the temperature of the substrate 2 and the like is decreased in three stages. Therefore, as shown by the phantom line in FIG. It has area | region A7 and 8th temperature area A8. The post-processing unit 30 includes a sixth heating device 31 provided in the sixth temperature region A6, a seventh heating device 32 provided in the seventh temperature region A7, and an eighth heating device 33 provided in the eighth temperature region A8. The three heating devices are provided. The heating temperatures of the sixth heating device 31, the seventh heating device 32, and the eighth heating device 33 passed through 500 degrees to 600 degrees in order to prevent thermal deformation of the substrate 2 when cooling from the heating temperature in the forming unit 20. Thereafter, the temperature is set to cool (for example, 300 ° C. to 400 ° C.).

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 pretreatment unit 10, the formation unit 20, and the posttreatment unit 30. A so-called quartz tube heater is used, in which a plurality of objects are arranged in the moving direction of the substrate 2 and connected to a power supply device.

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 post-processing unit 30, as shown in FIG. 7, the substrate 2 slides on a plurality of round bars 34 extending in the direction intersecting (specifically, orthogonal) to the moving direction of the substrate 2, that is, in the width direction of the substrate 2. doing. Thus, the contact area with the back surface of the board | substrate 2 compared with the case where the board | substrate 2 contacts a flat plate by the board | substrate 2 sliding on the some round bar 34 extended in the width direction of the board | substrate 2 in this way. Therefore, friction is reduced. Further, since the round bar 34 extends in the width direction of the substrate 2, the traveling direction of the substrate 2 is stabilized. Therefore, the moving speed of the substrate 2 can be stabilized, and the quality of the generated carbon nanotubes 3 can also be stabilized. Moreover, since the air permeability on the back surface side of the substrate 2 is improved as compared with the case where the substrate 2 is in contact with the flat plate, the substrate 2 can be cooled better. In FIG. 7, the generated carbon nanotubes 3 are not shown in order to show the sliding state of the substrate 2.

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 substrate 2 is introduced from the feeding unit 6 into the processing space 4 in the vacuum chamber 5 and moved to the winding unit 7. As shown in FIG. 3, in the pretreatment unit 10 of the treatment space 4, the substrate 2 on which the catalyst has been previously attached is introduced into the duct 14 to which the pretreatment gas G 1 is supplied and is subjected to the first heating. By being heated by the devices 11 to 13, the temperature is raised in the temperature raising region X, and the catalyst on the surface of the substrate 2 is atomized. Next, the substrate 2 is introduced from the pretreatment unit 10 into the formation unit 20, and in the first reaction space P 1 of the first space partition 22 A and the second reaction space P 2 of the second space partition 22 B, By reacting the source gas G2 on the substrate 2 while being heated to the CVD temperature by the heating device 25 and the fifth heating device 26, the carbon nanotubes 3 are generated on the substrate 2. The substrate 2 is introduced from the forming unit 20 to the post-processing unit 30 and heated by the sixth heating device 31 to the eighth heating device 33, so that the carbon nanotubes 3 generated on the substrate 2 and the substrate 2 are formed. The temperature is lowered. At this time, a mixed gas in which the pretreatment gas G1 and the source gas G2 (more precisely, the source gas G4, etc.) discharged from the exhaust opening 40 at the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 are mixed. G3 is exhausted out of the vacuum chamber 5 through the mixed gas exhaust pipe 41.

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***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***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***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***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***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Ｌ_Ｈ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 duct 14 of the pretreatment unit 10, the raw material gas G2 from the formation unit 20 is prevented from flowing into the duct 14, and the raw material gas G2 is supplied to the catalyst. Contact can be prevented. Therefore, since the substrate 2 is sent to the forming unit 20 without impairing the activity of the catalyst attached to the surface, the production rate of the carbon nanotubes 3 is improved.
[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 pretreatment section 10 and the formation section 20 in the first embodiment is a position corresponding to the exhaust opening 40 (specifically, the boundary between the pretreatment section 10 and the formation section 20). It has a raised portion 50 that bulges upward (curved surface). With this configuration, the mixed gas G 3 discharged from the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 can be raised against the raised portion 50. In this case, as shown in FIG. 8, a mixed gas exhaust pipe 41 and a mixed gas exhaust port 41a are provided above the raised portion 50 in the vacuum chamber 5 in order to exhaust the raised mixed gas G3 to the outside of the vacuum chamber 5. It has been. As shown in FIG. 8, as in the first embodiment, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a for exhausting the source gas G4 and the like are disposed below the substrate 2 (in the present embodiment, the pretreatment section). 10 and the formation part 20).
[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 pretreatment unit 10 and the formation unit 20 in the first embodiment corresponds to the exhaust opening 40 (specifically, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20). A partition wall 51 for flowing the mixed gas G 3 upward is erected, and a mixed gas exhaust pipe 41 and a mixed gas exhaust port 41 a in the vacuum chamber 5 are disposed above the partition wall 51. With this configuration, the mixed gas G3 discharged from the pretreatment unit 10 and the forming unit 20 can be raised along the partition wall 51 and reliably exhausted to the mixed gas exhaust pipe 41 located above the substrate 2. . Specifically, as shown in FIG. 9, the lower end of the partition wall 51 corresponds to the downstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 (specifically, the upper end position of the exhaust opening 40). Is provided. As shown in FIG. 9, as in the first embodiment, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a for exhausting the source gas G4 and the like are below the substrate 2 of the vacuum chamber 5 (in this embodiment, , Provided at the boundary between the pretreatment unit 10 and the forming unit 20, that is, below the partition wall 51.
[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 pretreatment unit 10 and the formation unit 20 in the first embodiment is a position corresponding to the exhaust opening 40 (specifically, the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20). Further, a partition wall 51 having a raised portion 50 bulging upward (curved surface) and flowing the mixed gas G3 upward is provided, and a mixed gas exhaust pipe 41 and a mixed gas exhaust port 41a in the vacuum chamber 5 are provided. Is disposed above the partition wall 51. With this configuration, the mixed gas G3 discharged from the pretreatment unit 10 and the forming unit 20 can be lifted against the raised portion 50, and can be raised directly above the partition wall 51. Specifically, as shown in FIG. 10, the lower end of the partition wall 51 corresponds to the downstream end of the duct 14 of the pretreatment unit 10 (specifically, the upper end position of the exhaust opening 40). Is provided. As shown in FIG. 10, as in the first embodiment, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a for exhausting the source gas G4 and the like are below the substrate 2 of the vacuum chamber 5 (in this embodiment, , Provided at the boundary between the pretreatment unit 10 and the forming unit 20, that is, below the partition wall 51.
[Modification]
In Example 1-Example 4, although the case where the duct 14 of the pre-processing part 10 and the duct part 24 of the upstream of the 1st space partition 22A of the formation part 20 were separate bodies was shown, it is not limited to this. . For example, in the case of a configuration in which the duct 14 of the pretreatment unit 10 and the duct portion 24 on the upstream side of the first space partition 22A of the formation unit 20 are continuously integrated, as shown in FIG. the pre-processing unit 10 and the forming unit 20 the duct 14 and the exhaust openings 60 on at least one of the upper surface of the duct portion 24 near the boundary (specifically, on the vertical line L _H border L) and provided, mixed gas G3 May be configured to exhaust the air. The size of the exhaust opening 60 may be equal to or larger than that of the exhaust opening 40 of the first embodiment described above, and may be appropriately designed.

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 duct 14 of the preprocessing unit 10 is set to the height H2 of the opening end of the forming unit 20 on the preprocessing unit 10 side of the duct 24. However, it is not limited to this. You may make it the height H1 of the opening edge part of the duct 14 become more than the height H2 of the opening edge part by the side of the pre-processing part 10 of the duct part 24 (H1> = H2).

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 pre-processing part 10 and the temperature decreasing area Z of the post-processing part 30 showed the aspect heated using three heating apparatuses, of course, You may heat using one heating apparatus, and may perform temperature rise or temperature fall.

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 protrusion 17 extended in the width direction of the board | substrate 2 is provided in the surface where the back surface of the board | substrate 2 of the duct 14 in the pre-processing part 10 is slid. Although the configuration is shown, a configuration in which a groove portion is provided instead of the ridge portion 17 may be adopted.

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 pretreatment unit 10 is provided with a plurality of protrusions 17 extending in the width direction of the substrate 2 on the surface on which the back surface of the substrate 2 of the duct 14 is slid. However, the forming unit 20 may have the same configuration.

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 space partition bodies 22A and 22B of the forming unit 20 are upstream end portions of the duct portions 24 of the space partition bodies 22A and 22B and Since gas is exhausted from the downstream end, the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a are provided at the boundary between the pretreatment unit 10 and the formation unit 20 and at the boundary between the formation unit 20 and the posttreatment unit 30. It is not limited to this. For example, in each of the space partitions 22A and 22B, exhaust windows are provided on both side surfaces of the lower part of the reaction main body 23, and the gas exhaust pipe 28 and the gas exhaust port 28a are provided directly below the space partitions 22A and 22B. It is good also as a structure to arrange.

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
１６Ｏ‐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
ＹＣＶＤ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 ***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 SYMBOLS 1 Carbon nanotube manufacturing apparatus 2 Substrate 3 Carbon nanotube 4 Processing space 5 Vacuum chamber (reaction vessel)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 Feeding part 6a Feeding apparatus 6b Feeding roll 7 Winding part 7a Winding apparatus 7b Winding roll 8 Connection member 10 Pretreatment part 11 1st heating apparatus 12 2nd heating apparatus 13 3rd heating apparatus 14 Duct 15 Insertion port 16 O -Ring 17 ridge X X temperature rising area A1 first temperature area A2 second temperature area A3 third temperature area 20 forming part 21 source gas supply pipe 21a source gas supply port 21b supply pipe connection port 22 space partition 22A first Space partition 22B 2nd space partition P1 1st reaction space P2 2nd reaction space 23 Reaction main-body part 24 Protrusion part for substrate guidance (duct part)
25 4th heating device 26 5th heating device 27 Projection part 28 Gas exhaust pipe 28a Gas exhaust port Y CVD temperature range A4 4th temperature range A5 5th temperature range 30 Post-processing part (cooling part)
31 Sixth heating device 32 Seventh heating device 33 Eighth heating device 34 Round bar 40 Exhaust opening 41 Mixed gas exhaust pipe 41a Mixed gas exhaust port Z Temperature drop region A6 Sixth temperature region A7 Seventh temperature region A8 Eighth temperature Region 50 Raised portion 51 Partition G1 Pretreatment gas G2 Source gas G3 Mixed gas G4 Source gas, etc.

Claims

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 .

前処理部および形成部は、真空チャンバー内に設けられた
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 .

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.

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.