KR101378615B1 - 미소 코일, 그 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

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Abstract

원료가스의 반응용기내에의 도입 및 상기 반응용기로부터의 가스 배출의 구성에 연구를 거듭하여, 반응용기내에서의 원료가스의 유동이나 촉매와의 접촉을 양호하게 행하도록 하여 제조하도록 한 미소 코일, 그 제조방법 및 제조장치를 제공한다.
반응용기(20)는, 원통 형상 용기 본체(20a)와, 이 용기 본체(20a)의 좌우 양측부로부터 서로 역방향으로 이어져 나온 원료가스 도입통군(20b∼20d) 및 가스 배출통군(20f)과, 용기 본체(20a)내에 삽입한 원통 형상 기재(30)를 구비하고 있다. 원료가스 도입통군(20b∼20d)으로부터 용기 본체(20a)내에 도입된 원료가스는, 소정의 고온하에서, 기재(30)에 담지한 촉매와 반응해 열분해하고, 기재(30)로부터 미소 코일을 성장시킨다.

Description

미소 코일, 그 제조방법 및 제조장치{Micro Coil, Production Method and Production Apparatus therefor}
본 발명은, 미소(微小) 코일, 그 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 제조장치로서는, 하기 특허문헌 1에 기재된 코일 형상 탄소섬유의 제조장치가 제안되어 있다. 이 제조장치는, 코일 형상 탄소섬유를 성장시키는데 필요로 하는 둥근 관 형상의 반응용기를 갖고 있다.
또한, 상기 반응용기에는, 유입구, 한 쌍의 주입구 및 유출구가 설치되어 있다. 상기 유입구는, 반응용기의 중앙 상부 둘레면에 돌출 형성되어 있고, 상기 유입구는, 탄화수소가스 또는 일산화탄소가스 등의 원료가스를 반응용기내에 유입시키는 역할을 한다. 상기 한 쌍의 주입구는, 반응용기의 양단부의 상부 둘레면에 돌출 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 주입구는, 반응용기내에 시일가스를 주입시키는 역할을 한다. 또한, 상기 유출구는, 반응용기의 중앙 하부 둘레면에, 상기 유입구에 대응하도록 돌출 형성되어 있고, 상기 유출구는, 반응용기내에 유입된 원료가스나, 반응용기내에 주입된 시일가스를 유출시키는 역할을 한다.
환언하면, 상술한 유입구 및 한 쌍의 주입구는, 반응용기에 그 상부로부터 상방으로 수직으로 이어지도록 설치되어, 각각의 역할을 하고, 또한, 상술한 유출구는, 반응용기에 그 하부로부터 하방으로 수직으로 이어지도록 설치되고, 그 역할을 한다.
이와 같이 구성한 제조장치에 있어서, 반응용기를 가열기에 의해 소정 온도로 가열한 상태에 있어서, 원료가스를 상기 유입구로부터 공급하면, 상기 원료가스는, 반응용기내에 하방을 향하여 유입하고, 반응용기내에서 열분해된다. 그렇게 하면, 이와 같이 열분해한 원료가스를 바탕으로, 기상성장 탄소섬유가, 반응용기내에 금속촉매를 도포하여 수용한 기재(基材)상으로부터 코일 형상으로 감으면서 성장한다.
일본 공개특허공보 평성 11-081051호
그런데, 상기 제조장치에서는, 상술한 바와 같이, 유입구가, 반응용기의 상부로부터 그 상방으로 수직으로 이어져 나와 있다. 이것은, 상기 제조장치는, 원료가스를 반응용기내에 그 상방으로부터 하방을 향하여 강제적으로 도입하는 방식을 채용하고 있는 것을 의미한다.
따라서, 이러한 제조장치에서는, 반응용기내에서의 원료가스의 대류 등의 유동이나 금속촉매와의 접촉이, 상술한 바와 같은 반응용기에 대한 유입구의 구성에 기인하여, 제한되어 버린다. 그 결과, 충분한 열분해 반응이나 촉매 반응이 반응용기내에서 일어나기 어렵고, 코일의 수량이나 순도도 매우 낮다고 하는 불량이 생긴다.
또한, 상기 제조장치에서는, 상술한 바와 같이, 유입구가, 반응용기의 상부로부터 그 상방으로 수직으로 이어져 나오고, 또한, 유출구가 반응용기의 하부로부터 그 하방으로 수직으로 이어져 나와 있다. 따라서, 상기 제조장치에 있어서, 상기 반응용기를, 복수, 상하방향에는 적층하기 어렵고, 그 결과, 코일 형상 탄소섬유를 효율적으로 다량으로 제조할 수 없다고 하는 불량도 발생한다.
따라서, 본 발명은, 이상과 같은 것에 대처하기 위해, 원료가스의 반응용기내에의 도입 및 상기 반응용기로부터의 가스 배출의 구성에 연구를 거듭하여, 반응용기내에서의 원료가스의 유동이나 촉매와의 접촉을 양호하게 실시하도록 하여 제조하도록 한 미소 코일, 그 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제의 해결에 있어서, 본 발명에 관한 미소 코일은, 청구항 1의 기재에 의하면,
통 형상 용기 본체(20a)와, 이 용기 본체내에 그 축방향을 따라서 삽입되는 기재로서 그 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 담지해서 이루어지는 기재(30)를 갖고, 열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를 용기 본체의 양 횡방향 대향벽부의 한쪽으로부터 상기 용기 본체내에 도입하는 동시에 상기 양 횡방향 대향벽부의 다른쪽으로부터 용기 본체내의 가스를 배출하도록 한 반응용기(20)의 용기 본체에 그 양 횡방향 대향벽부의 상기 한쪽으로부터 도입하는 원료가스를 소정의 고온하에서 촉매에 의해 열분해함으로써 기재에 생성시킨 가스 상태 탄소종에 기초하여 상기 기재로부터 성장하여 이루어지는 것이다.
이것에 의하면, 반응용기에 있어서, 용기 본체의 양 횡방향 대향벽부의 한쪽으로부터 상기 용기 본체내에 도입된 원료가스는, 용기 본체내에서, 횡방향으로 원활하게 또한 양호하게 유동하고, 기재의 촉매와의 반응을 양호하게 이룰 수 있다. 따라서, 용기 본체를 용기 본체내에 도입한 상기 원료가스를, 상기 소정의 고온하에서, 상기 촉매에 의해 열분해하고, 가스 상태 탄소종을 기재에 양호하게 생성시킬 수 있다. 그 결과, 미소 코일을, 상기 가스 상태 탄소종에 기초하는 기재로부터의 성장으로 양호하게 효율적으로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 미소 코일의 제조방법에서는, 청구항 2의 기재에 의하면,
통 형상 용기 본체(20a)와, 이 용기 본체내에 그 축방향을 따라서 삽입되는 기재로서 그 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 담지해서 이루어지는 기재 (30)를 갖고, 열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를 용기 본체의 양 횡방향 대향벽부의 한쪽으로부터 상기 용기 본체내에 도입하는 동시에 상기 양 횡방향 대향벽부의 다른쪽으로부터 용기 본체내의 가스를 배출하도록 한 반응용기(20)를 준비하고,
용기 본체를 소정의 고온으로 가열하여 유지하는 가열공정(S2)과,
용기 본체에 그 양 횡방향 대향벽부의 상기 한쪽으로부터 상기 원료가스를 도입하는 원료가스 도입공정(S5)을 구비하고,
상기 원료가스 도입공정에서, 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 용기 본체내에 도입한 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 열분해하여 기재에 가스 상태 탄소종을 생성시키고, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 기재로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 하였다.
이것에 의하면, 반응용기에 있어서, 원료가스가 용기 본체의 양 횡방향 대향벽부의 한쪽으로부터 상기 용기 본체내에 도입되기 때문에, 이와 같이 상기 용기 본체내에 도입된 원료가스는, 용기 본체내에서, 횡방향으로 원활하게 또한 양호하게 유동하고, 기재의 촉매와의 반응을 양호하게 이룰 수 있다.
따라서, 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 용기 본체내에 도입한 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 열분해하여 가스 상태 탄소종을 기재에 양호하게 생성시킬 수 있다. 그 결과, 이 가스 상태 탄소종에 기초하는 미소 코일의 기재로부터의 성장 제조가 양호하게 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 미소 코일의 제조방법에서는, 청구항 3의 기재에 의하면,
통 형상 용기 본체(20a)와, 이 용기 본체내에 그 축방향을 따라서 삽입되는 기재로서 그 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 담지해서 이루어지는 기재 (30)를 갖고, 열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를 용기 본체의 상하방향 대향벽부중 하방향 대향벽부로부터 상기 용기 본체내에 도입하는 동시에 상기 상하방향 대향벽부중 상방향 대향벽부로부터 용기 본체내의 가스를 배출하도록 한 반응용기를 준비하고,
용기 본체를 소정의 고온으로 가열하여 유지하는 가열공정(S2)과,
용기 본체에 상기 하방향 대향벽부로부터 상기 원료가스를 도입하는 원료가스 도입공정(S5)을 구비하고,
상기 원료가스 도입공정에서, 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 용기 본체내에 도입한 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 열분해하여 기재에 가스 상태 탄소종을 생성시키고, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 기재로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 하였다.
이것에 의하면, 반응용기에 있어서, 원료가스가 용기 본체내에 그 하방으로부터 도입되기 때문에, 이와 같이 상기 용기 본체내에 도입된 원료가스는, 용기 본체내에서, 상방으로 원활하게 또한 양호하게 유동하고, 기재의 촉매와의 반응을 양호하게 이룰 수 있다. 그 결과, 청구항 2에 기재된 발명과 실질적으로 같은 작용 효과가 달성될 수 있다.
또한, 본 발명은, 청구항 4의 기재에 의하면, 청구항 2 또는 3에 기재된 미소 코일의 제조방법에 있어서,
기재는, 통 형상 용기 본체내에 그 축방향으로 삽입되어 외주면에 상기 촉매를 담지해서 이루어지는 통 형상 기체(31)를 갖고 있고,
상기 원료가스 도입공정에서, 통 형상 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 통 형상 용기 본체내에 도입한 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 열분해시켜 통 형상 기체의 외주면에 가스 상태 탄소종을 생성시키고, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 통 형상 기체의 외주면으로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 기재가, 통 형상 용기 본체내에 그 축방향으로 삽입되어 외주면에 상기 촉매를 담지해서 이루어지는 통 형상 기체이기 때문에, 미소 코일이 통 형상 기체의 외주면으로부터 성장하게 된다. 그 결과, 미소 코일을 보다 한층 다량으로 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은, 청구항 5의 기재에 의하면, 청구항 2 내지 4의 어느 한 항에 기재된 미소 코일의 제조방법에 있어서,
상기 원료가스는, 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스로 이루어지는 혼합가스이며, 상기 가열공정에서, 상기 소정의 고온을 600(℃)∼900(℃)의 범위내의 온도로 하고, 이 온도로 용기 본체를 가열하여 유지하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 원료가스는, 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스로 이루어지는 혼합가스로서, 질소가스나 티오펜과 같은 원료가스에 손상을 입히는 성분을 포함하지 않는다. 따라서, 원료가스의 촉매와의 반응에 의한 열분해가 양호하게 이루어질 수 있기 때문에, 미소 코일의 성장이 보다 한층 양호하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 미소 코일의 제조장치는, 청구항 6의 기재에 의하면,
케이싱(10,10a,10b)과, 반응용기(20)와, 기재(30)와, 가열 제어수단(50,60, 70)을 구비하고,
반응용기는,
케이싱내에 축방향으로 삽입되는 통 형상 용기 본체(20a)와,
이 용기 본체의 양 횡방향 대향벽부의 한쪽으로부터 바깥쪽으로 이어져 나와서, 열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를, 원료가스 공급원으로부터 용기 본체내에 도입하는 적어도 1개의 원료가스 도입통(23,24,25)과,
용기 본체의 상기 양 횡방향 대향벽부의 다른쪽으로부터 상기 적어도 1개의 원료가스 도입통과는 역방향으로 바깥쪽으로 이어져 나와서 용기 본체내의 가스를 배출하는 적어도 1개의 가스 배출통(28)을 구비하고 있고,
기재는, 용기 본체내에 그 축방향을 따라서 삽입되어, 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 담지해서 이루어지고,
가열 제어수단은, 용기 본체를 소정의 고온으로 유지하도록 가열 제어하도록 하고,
용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 용기 본체내의 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 가열분해하여 기재에 가스 상태 탄소종을 생성시키고, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 기재로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 하였다.
이것에 의하면, 적어도 1개의 원료가스 도입통이 용기 본체의 양 횡방향 대향벽부의 한쪽으로부터 이어져 나오고, 적어도 1개의 가스 배출통이 용기 본체의 양 횡방향 대향벽부의 다른쪽으로부터 상기 적어도 1개의 원료가스 도입통과는 역방향으로 이어져 나와 있다.
이 때문에, 이와 같이 상기 용기 본체내에 도입된 원료가스는, 용기 본체내에서, 기재를 따라서 횡방향으로 원활하게 또한 양호하게 유동하고, 상기 기재의 촉매와의 반응을 양호하게 이룰 수 있다. 따라서, 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 용기 본체내에 도입한 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 열분해하여 가스 상태 탄소종을 기재에 양호하게 생성시킬 수 있다. 그 결과, 이 가스 상태 탄소종에 기초하는 미소 코일의 기재로부터의 성장 제조가 양호하게 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 미소 코일의 제조장치는, 청구항 7의 기재에 의하면,
케이싱(10,10a,10b)과, 반응용기(20)와, 기재(30)와, 가열 제어수단(50,60, 70)을 구비하고,
반응용기는,
케이싱내에 축방향으로 삽입되는 통 형상 용기 본체(20a)와,
이 용기 본체의 양 상하방향 대향벽부중 하방향 대향벽부로부터 하방으로 이어져 나와서, 열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를, 원료가스 공급원으로부터 용기 본체내에 도입하는 적어도 1개의 원료가스 도입통(23,24,25)과,
용기 본체의 상기 양 상하방향 대향벽부중 상방향 대향벽부로부터 상기 적어도 1개의 원료가스 도입통과는 역방향으로 상방으로 이어져 나와서 용기 본체내의 가스를 배출하는 적어도 1개의 가스 배출통(28)을 구비하고 있고,
기재는, 용기 본체내에 그 축방향을 따라서 삽입되어, 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 담지해서 이루어지고,
가열 제어수단은, 용기 본체를 소정의 고온으로 유지하도록 가열 제어하도록 하고,
용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 용기 본체내의 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 가열분해하여 기재에 가스 상태 탄소종을 생성시키고, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 기재로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 하였다.
이것에 의하면, 적어도 1개의 원료가스 도입통이 용기 본체로부터 하방으로 이어져 나오고, 적어도 1개의 가스 배출통이 용기 본체로부터 상방으로 이어져 나와 있다.
이 때문에, 이와 같이 상기 용기 본체내에 도입된 원료가스는, 용기 본체내에서, 기재를 따라서 상방으로 원활하게 또한 양호하게 유동하고, 상기 기재의 촉매와의 반응을 양호하게 이룰 수 있다. 따라서, 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 용기 본체내에 도입한 상기 원료가스를 상기 촉매에 의해 열분해하여 가스 상태 탄소종을 기재에 양호하게 생성시킬 수 있다. 그 결과, 이 가스 상태 탄소종에 기초하는 미소 코일의 기재로부터의 성장 제조가 양호하게 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은, 청구항 8의 기재에 의하면, 청구항 6 또는 7에 기재된 미소 코일의 제조장치에 있어서,
기재는, 통 형상 용기 본체내에 그 축방향으로 삽입되어 외주면에 상기 촉매를 담지해서 이루어지는 통 형상 기체(31)를 갖는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 통 형상 용기 본체내에 도입한 원료가스는, 통 형상 기체의 외주면을 따라서 유동하고, 촉매와 반응하여 열분해에 의해 통 형상 기체로부터 미소 코일을 성장시키게 된다. 따라서, 미소 코일의 성장영역이, 통 형상 기체의 외주면에 걸친 넓은 범위가 되어, 그 결과, 미소 코일을 보다 한층 다량으로 효율적으로 성장시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 청구항 9의 기재에 의하면, 청구항 8에 기재된 미소 코일의 제조장치에 있어서,
통 형상 기재는, 통 형상 기체(31)와, 니켈 금속을, 그 표면에 부분 산화 및 부분 황화를 실시한 후에 2(㎛)∼6(㎛)의 범위내의 두께로, 통 형상 기체의 외주면에 도포함으로써, 상기 촉매로서 통 형상 기체의 상기 외주면에 담지시켜서 이루어지는 촉매층(32)에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 촉매층을 형성함으로써, 원료가스의 촉매와의 반응에 의한 열분해를 보다 한층 양호하게 할 수 있다. 그 결과, 청구항 8에 기재된 발명의 작용 효과가 보다 한층 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은, 청구항 10의 기재에 의하면, 청구항 8 또는 9에 기재된 미소 코일의 제조장치에 있어서,
상기 적어도 1개의 원료가스 도입통은, 복수의 원료가스 도입통으로서,
상기 복수의 원료가스 도입통은, 통 형상 기재중 축방향 길이의 1/3 이상의 길이에 대응하는 부위로부터 상기 통 형상 기재의 축방향으로 원료가스 도입통의 안지름의 20배 이내의 간격을 두고 이어져 나와 있고,
통 형상 기재의 외주면과 상기 원료가스 도입통의 안쪽단 개구부와의 사이의 지름방향 대향간격이, 5(mm)∼50(mm)의 범위내의 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 용기 본체내의 원료가스의 통 형상 기재의 촉매와의 반응이 효율적으로 이루어지고, 그 결과, 청구항 8 또는 9에 기재된 작용효과가 보다 한층 향상될 수 있다.
한편, 상기 각 수단의 괄호내의 부호는, 후술하는 실시형태에 기재된 구체적 수단과의 대응관계를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 관한 미소 코일의 제조장치의 제 1 실시형태에서의 장치 본체를 설치면상에 얹어놓은 상태에서 도시하는 평면도이다.
도 2는 상기 제 1 실시형태에서의 가열회로를 도시하는 블록도이다.
도 3은 상기 제 1 실시형태에서의 장치 본체를 설치면상에 얹어놓은 상태에서 도시하는 우측 측면도이다.
도 4는 상기 제 1 실시형태에서의 장치 본체를 설치면상에 얹어놓은 상태에서 도시하는 좌측 측면도이다.
도 5는 상기 제 1 실시형태에서의 장치 본체의 도 4에서 5-5선을 따르는 횡단면 사시도이다.
도 6은 상기 제 1 실시형태에서의 반응용기를 가열기와 함께 도시하는 사시도이다.
도 7은 상기 제 1 실시형태에서의 반응용기의 횡단면 사시도이다.
도 8은 상기 제 1 실시형태에서의 장치 본체를 원통 형상 기재의 외주면에 미소 코일을 성장시키는 상태에서 도시하는 횡단면도이다.
도 9는 상기 제 1 실시형태에서의 미소 코일의 제조공정도이다.
도 10은 상기 제 1 실시형태에서 제조한 미소 코일을, 전자현미경에 의한 확대사진으로 도시하는 도면이다.
도 11은 상기 제 1 실시형태에서 제조한 미소 코일을 포함한 석출물을, 전자현미경에 의한 확대사진으로 도시하는 도면이다.
도 12는 상기 제 1 실시형태에서 얻어진 다른 석출물을, 전자현미경에 의한 확대사진으로 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명에 관한 미소 코일의 제조장치의 제 3 실시형태의 주요부를 도시하는 횡단면 사시도이다.
도 14는 상기 제 3 실시형태에서의 가열회로를 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 각 실시형태를 도면에 의해 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1 및 도 2는, 본 발명을 미소 코일의 제조장치에 적용해서 이루어지는 제 1 실시형태를 나타내고 있고, 이 제조장치는, 장치 본체(B)(도 1참조)와 가열회로 (E)(도 2 참조)에 의해 구성되어 있다. 본 제 1 실시형태에 있어서, 상기 미소 코일은, 탄소종으로부터 성장하는 미소 코일로서, 카본 마이크로 코일이라고도 한다. 이것은, 미소 코일의 코일지름이 ㎛오더인 것에 기인한다.
한편, 도 1에 있어서, 도시된 도면 좌측 및 우측이, 각각, 장치 본체(B)의 뒤쪽 및 앞쪽에 대응하고, 도시된 도면 상측 및 도시된 도면 하측이, 각각, 장치 본체(B)의 좌측 및 우측에 대응한다. 또한, 도 1에 있어서, 지면의 가장 가까운 쪽 및 가장 안쪽이, 각각, 장치 본체(B)의 상측 및 하측에 대응한다.
장치 본체(B)는, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 케이싱(10)과, 반응용기(20)와, 원통 형상 기재(30)와, 전후 양측 엔드 커버(40)를 구비하고 있다. 케이싱(10)은, 횡단면 직사각형 형상 통체(10a)와, 각기둥 형상 전기 절연성 충전부재(10b)를 구비하고 있다(도 5 참조).
통체(10a)는, 도 5에서 예시하듯이, 횡단면 ⊃자형 상벽(11), 횡단면 ⊃자형 하벽(12), 좌벽(13) 및 우벽(14)으로 직사각형 통 형상이 되도록, 스테인리스로 형성되어 있다. 여기서, 상벽(11)은, 그 좌우 양 가장자리부에서, 하방을 향하여 L자형상으로 구부러져, 좌우 양 벽(13,14)의 각 상측 가장자리부에 바깥쪽으로부터 탈착 가능하게 조립부착되어 있다. 또한, 하벽(12)은, 그 좌우 양 가장자리부에서, 상방을 향하여 L자형상으로 구부러져, 좌우 양 벽(13,14)의 각 하측 가장자리부에 바깥쪽으로부터 탈착 가능하게 조립부착되어 있다.
각기둥 형상 전기 절연성 충전부재(10b)는, 암면(rock wool) 등의 유연성 전기 절연재료에 의해 각기둥 형상으로 형성되어 있고, 이 충전부재(10b)는, 통체 (10a)내에 동축적(同軸的)으로 수용되어 있다. 이것에 의해, 상기 충전부재(10b)는, 후술하는 바와 같이, 용기 본체(20a)를, 통체(10a)로부터 전기적으로 절연하면서 상기 통체(10a)내에 동축적으로 지지하는 역할을 한다. 한편, 상기 장치 본체 (B)의 설치에 있어서, 케이싱(10)은, 통상, 통체(10a)의 하벽(12)에서, 기대(基臺)의 수평면(L)상에 얹어놓여진다(도 1, 도 3 혹은 도 4 참조).
반응용기(20)는, 도 1, 도 3 내지 도 7중 어느 하나에서 도시하는 바와 같이, 원통 형상 용기 본체(20a)와, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)과, 시일가스 주입통군(20e)과, 가스 배출통군(20f)을 구비하고 있다.
용기 본체(20a)는, 투명의 석영으로 원통 형상으로 형성되어 있고, 이 용기 본체(20a)는, 전기 절연성 충전부재(10b)의 관통구멍부(15)내에 동축적으로 삽입통과되어 있다. 여기서, 관통구멍부(15)는, 전기 절연성 충전부재(10b)내에 동축적으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 용기 본체(20a)는, 그 축방향 전후 양단부(21,22)에서, 통체(10a)의 축방향 양단 개구부 및 전기 절연성 충전부재(10b)의 축방향 양단 개구부로부터 서로 역방향으로 이어져 나오는 동시에, 충전부재(10b)에 의해서, 상술한 바와 같이, 통체(10a)로부터 전기적으로 절연되면서 상기 통체(10a)내에 동축적으로 지지되어 있다.
본 제 1 실시형태에 있어서, 용기 본체(20a)의 형성 재료로서, 투명의 석영을 채용한 것은, 투명의 석영이, 촉매 활성, 황화수소에 대한 내식성, 직선 형상 탄소섬유나 고형 탄소막이나 탄소분 등의 미소 코일 생성반응 이외의 부(副)반응을 억제하는 것 및 용기 본체(20a)의 내부를 외부로부터 투시하기 쉬운 것에 기인한다.
또한, 용기 본체(20a)의 안지름은, 원료가스(후술한다)의 대류 등의 유동이나 혼합, 금속촉매와의 접촉, 배기가스의 효율적 배출 등의 점으로부터, 30(mm)∼300(mm)의 범위의 값으로 설정되는 것이 바람직하고, 나아가서는, 100(mm)∼150(mm)의 범위내의 값으로 설정되는 것이, 보다 한층 바람직하다. 본 제 1 실시형태에서는, 용기 본체(20a)의 안지름은, 100(mm)으로 설정되어 있다.
또한, 용기 본체(20a)의 전체 길이는, 600(mm)∼2500(mm)의 범위내의 값으로 설정되는 것이 바람직하고, 나아가서는, 1000(mm)∼1800(mm)의 범위의 값으로 설정되는 것이, 보다 한층 바람직하다. 본 제 1 실시형태에서는, 용기 본체(20a)의 전체 길이는, 1500(mm)으로 설정되어 있다.
3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)은, 원료가스 공급원(도시하지 않음)으로부터의 원료가스(후술한다)를 용기 본체(20a)내에 도입하는 역할을 하는 것으로, 상기 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)은, 도 3, 도 5, 도 6 및 도 7중 어느 하나에서 도시하는 바와 같이, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)로부터 케이싱 (10)의 좌벽(13)을 통하여 좌측으로 이어져 나와 있다.
여기서, 상기 원료가스로서는, 촉매가스 및 수소가스 외, 열분해하여 용이하게 가스 상태 탄소종을 생성하는 아세틸렌, 메탄, 프로판 등의 탄화수소가스나 일산화탄소가스를 들 수 있다. 이들 원료가스중, 아세틸렌이 가장 바람직하다. 이것은, 아세틸렌이, 반응온도에서 용이하게 열분해하여 금속촉매와 반응하고, 금속촉매입자의 각 결정면에서의 촉매 활성의 이방성(異方性)을 효율적으로 발현시키기 때문이다.
따라서, 본 제 1 실시형태에 있어서는, 아세틸렌가스가, 수소가스, 및 촉매가스인 황화수소가스와 함께, 상기 원료가스로서 채용되어 있다.
또한, 상기 촉매가스로서는, 주기율표의 제 15 속 및 제 16 족을 포함한 가스로서, 유황, 티오펜, 메틸메르캅탄, 황화수소 등의 유황원자를 포함한 화합물의 가스, 혹은 인, 삼염화인 등의 인 원자를 포함한 화합물의 가스를 들 수 있다. 상기 촉매가스중, 사용의 간편성과 미소 코일을 높은 수량(收量)과 높은 수율로 얻는 관점으로부터, 황화수소가스가 가장 바람직하다.
따라서, 본 제 1 실시형태에서는, 황화수소가스가, 상기 촉매가스로서, 상술한 바와 같이, 원료가스중 하나의 가스로서 채용되어 있다. 또한, 상기 촉매가스인 황화수소가스의 반응 분위기중의 농도는, 0.01(용량%)∼0.5의 범위내의 농도이고, 또한 0.05(용량%)∼0.2(용량%)범위내의 농도인 것이 보다 바람직하다. 따라서, 본 제 1 실시형태에서는, 황화수소가스의 용기 본체(20a)내에의 공급농도는, 반응 분위기중의 농도를 0.05(용량%)∼0.2(용량%)범위내의 농도로 하도록 설정되어 있다.
한편, 황화수소가스의 농도가 0.01(용량%) 미만 혹은 0.5(용량%)를 넘어 높아지면, 미소 코일의 성장은 대부분 얻을 수 없다. 또한, 황화수소가스의 유량은 적기 때문에, 1(용량%)∼2(용량%)의 범위내의 값의 수소 밸런스 가스가 이용된다.
또한, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)은, 원료가스 도입통군(20b)으로부터 원료가스 도입통군(20d)에 걸쳐, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)의 상측 부위, 중간측 부위 및 하측 부위로부터 이어져 나와 있다.
또한, 좌측 반원통부(26a)의 상측 부위, 중간측 부위 및 하측 부위에 있어서, 상기 중간측 부위는, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)의 상하방향 중앙 부위에 상당한다. 이에 따라, 상기 상측 부위는, 상기 중간측 부위와 좌측 반원통부(26a)의 상측 가장자리 부위와의 사이의 중앙 부위에 상당하고, 한편, 상기 하측 부위는, 상기 중간측 부위와 좌측 반원통부(26a)의 하측 가장자리 부위와의 사이의 중앙 부위에 상당한다.
따라서, 좌측 반원통부(26a)는, 상기 중간측 부위에서, 용기 본체(20a)의 케이싱(10)의 하벽(12)에 평행한 단면(평행 단면)내에 위치하고, 상기 상측 부위에서, 용기 본체(20a)의 상기 평행 단면에 대해 상기 용기 본체(20a)의 중심을 기준으로 상방으로 45° 경사지는 단면(상방 경사단면)내에 위치하고, 또한, 상기 하측 부위에서, 용기 본체(20a)의 상기 평행 단면에 대해 상기 용기 본체(20a)의 중심을 기준으로 하방으로 45° 경사지는 단면(하방 경사 단면)내에 위치한다.
원료가스 도입통군(20b)은, 복수개(예를 들면, 16개)의 원료가스 도입통(23)으로 이루어지는 것으로, 상기 복수의 원료가스 도입통(23)은, 그 각 기초단 개공부(23a)에서, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)의 상기 상측 부위의 전후방향에 있어서 등간격으로 용접 등에 의해 접합되고, 용기 본체(20a)의 내부에 이어져 통하고 있다. 또한, 상기 복수의 원료가스 도입통(23)은 그 기초단 개공부(23a)로부터 케이싱(10)의 좌벽(13)의 상측 부위를 통과하여 좌측으로 이어져 나와 있다.
원료가스 도입통군(20c)은, 복수(예를 들면, 16개)의 원료가스 도입통(24)을 갖고 있고, 상기 복수의 원료가스 도입통(24)은, 그 각 기초단 개공부(24a)에서, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)의 상기 중간측 부위에 전후방향에 있어서 상기 등간격으로 용접 등에 의해 접합되고, 용기 본체(20a)의 내부에 이어져 통하고 있다. 또한, 상기 복수의 원료가스 도입통(24)은 그 기초단 개공부(24a)로부터 케이싱(10)의 좌벽(13)의 중간측 부위를 통과하여 좌측으로 이어져 나와 있다.
원료가스 도입통군(20d)은, 복수(예를 들면, 16개)의 원료가스 도입통(25)을 갖고 있고, 상기 복수의 원료가스 도입통(25)은, 그 각 기초단 개공부(25a)에서, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)의 상기 하측 부위에 전후방향에 있어서 상기 등간격으로 용접 등에 의해 접합되고, 용기 본체(20a)의 내부에 이어져 통하고 있다. 또한, 상기 복수의 원료가스 도입통(24)은 그 기초단부로부터 케이싱(10)의 좌벽(13)의 하측 부위를 통과하여 좌측으로 이어져 나와 있다.
한편, 원료가스 도입통군(20b)으로부터 원료가스 도입통군(20d)에 걸쳐, 각 대응의 원료가스 도입통(23, 24 및 25)은, 서로 상하방향으로 대응하도록, 용기 본체(20a)의 동일한 전후방향 위치에 있다.
본 제 1 실시형태에 있어서, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 안지름은, 원료가스의 유량이나 유속을 소정 범위내에 유지하기 위해서, 3(mm)∼50(mm)의 범위의 값으로 설정되는 것이 바람직하고, 나아가서는, 6(mm)∼30(mm)의 범위의 값으로 설정되는 것이 보다 한층 바람직하다.
본 제 1 실시형태에서는, 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 안지름은, 9(mm)로 설정되어 있다. 한편, 원료가스 도입통군(20b,20b 및 20d)의 각각에 있어서, 서로 이웃이 되는 각 양 원료가스 도입통의 중심간격은, 75(mm)로 설정되어 있다.
시일가스 주입통군(20e)은, 시일가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 용기 본체(20a)내에 시일가스(후술한다)를 주입하는 역할을 하는 것으로, 상기 시일가스 주입통군(20e)은, 도 1 혹은 도 3에서 도시하는 바와 같이, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)의 상기 중간측 부위로부터 케이싱(10)의 좌벽(13)을 통하여 좌측으로 이어져 나와 있다. 본 제 1 실시형태에 있어서, 상기 시일가스로서, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 화학적으로 불활성인 가스 혹은 수소가스를 들 수 있다. 이것은, 외부로부터 용기 본체(20a)내에 혼입되는 산소가스나 상기 용기 본체(20a)내에 도입되는 질소가스 등에 의해서, 여분의 혹은 유해한 영향이 반응계에 주어지는 것을 방지하기 위해서이다. 본 제 1 실시형태에서는, 수소가스가 시일가스로서 채용되어 있다.
상기 시일가스 주입통군(20e)은, 예를 들면, 2개의 시일가스 주입통(27)으로 이루어지는 것으로, 상기 2개의 시일가스 주입통(27)은, 그 기초단 개공부에서, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)의 상기 중간측 부위에 원료가스 도입통군(20b)의 전후 양측에서 용접 등에 의해 접합되고, 용기 본체(20a)의 내부에 이어져 통하고 있다. 또한, 각 시일가스 주입통(27)은, 그 기초단 개공부로부터 케이싱(10)의 좌벽(13)의 상기 중간측 부위를 통과하여 좌측으로 이어져 나와 있다.
가스 배출통군(20f)은, 용기 본체(20a)내의 가스를 상기 용기 본체(20a)의 외부에 배출하는 역할을 하는 것으로, 상기 가스 배출통군(20f)은, 도 1, 도 4혹은 도 6에서 도시하는 바와 같이, 용기 본체(20a)의 우측 반원통부(26b)로부터 케이싱 (10)의 우벽(14)을 통하여 우측으로 이어져 나와 있다.
상기 가스 배출통군(20f)은, 예를 들면, 5개의 가스 배출통(28)으로 이루어지는 것으로, 각 가스 배출통(28)은, 그 기초단 개공부(28a)에서, 용기 본체(20a)의 우측 반원통부(26b)의 중간측 부위에 그 전후방향에 있어서 등간격으로 용접 등에 의해 접합되고, 용기 본체(20a)의 내부에 이어져 통하고 있다. 여기서, 우측 반원통부(26b)의 중간측 부위는, 용기 본체(20a)의 전후방향축을 사이에 두고 좌측 반원통부(26a)의 중간측 부위에 대향한다. 또한, 각 가스 배출통(28)은, 그 기초단 개공부(28a)로부터 케이싱(10)의 우벽(14)의 중간측 부위(좌측 반원통부(26a)의 중간측 부위에 대응)를 통과하여 우측으로 이어져 나와 있다. 한편, 각 가스 배출통 (28)의 안지름은, 가스 배출통 사이에서 동일하지만, 상기 각 가스 배출통(28)의 안지름의 총합은, 전체 원료가스 도입통(23∼25)의 각 단면적의 총합에 상당하는 단면적을 확보하도록 설정되어 있다. 이것은, 용기 본체(20a)내의 가스의 배출을 원활하게 행하기 위해서이다.
본 제 1 실시형태에 있어서, 용기 본체(20a)의 최전단(最前端)측에 위치하는 가스 배출통(28)의 기초단 개공부(28a)는, 용기 본체(20a)의 최전단측에 위치하는 원료가스 도입통(24)으로부터 뒤쪽에 3개째의 원료가스 도입통(24)의 기초단 개공부(24a)에 대향하고, 또한, 용기 본체(20a)의 최후단측에 위치하는 가스 배출통 (28)의 기초단 개공부(28a)는, 용기 본체(20a)의 최후단측에 위치하는 원료가스 도입통(24)으로부터 앞쪽으로 3개째의 원료가스 도입통(24)의 기초단 개공부(24a)에 대향한다.
원통 형상 기재(30)는, 다수의 미소 코일을 성장시키는 역할을 하는 것으로, 이 원통 형상 기재(30)는, 후술하는 바와 같이, 용기 본체(20a)내에서 동축적으로 수용되어 있다. 한편, 원통 형상 기재(30)는, 그 외주면에서, 용기 본체(20a)의 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 기초단 개공부에 대향하고 있다.
상기 원통 형상 기재(30)는, 도 1, 도 4 혹은 도 6에서 도시하는 바와 같이, 원통 형상 기체(31)와, 원통 형상 촉매층(32)과, 전후 양측 다리(33)에 의해 구성되어 있다. 원통 형상 기체(31)는, 투명한 석영으로 원통 형상으로 형성되어 있고, 상기 원통 형상 기체(31)의 외주면에는, 샌드블러스트처리가 실시되어 있다.
원통 형상 촉매층(32)은, 금속촉매의 분말을 기체(31)의 외주면에 걸쳐, 예를 들면, 솔을 이용하여 도포함으로써 원통 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 원통 형상 기체(31)의 외주면에는, 상술한 바와 같이, 샌드블러스트처리가 실시되어 있기 때문에, 금속촉매의 분말은, 기체(31)의 외주면에 대해 양호하게 담지될 수 있다. 이것은, 원통 형상 기재(30)가, 원통 형상 기체(31)의 외주면에 촉매층(32)으로 금속촉매의 분말을 원통 형상으로 담지하는 것을 의미한다.
여기서, 상기 금속촉매로서는, 니켈, 철, 티탄 혹은 텅스텐 등의 천이금속의 단체나 합금 외, 천이금속의 산화물, 탄화물, 황화물, 질화물, 인화물, 탄산화물 혹은 탄황화물 등으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 들 수 있다.
또한, 상기 금속촉매의 분말의 평균입경은, 50(nm)∼5(㎛)의 범위내의 입경이다. 상기 금속촉매로서는, 보다 바람직하게는, 니켈, 티탄, 텅스텐 등의 금속, 합금, 산소와의 고용체, 산화물, 탄화물, 질화물, 황화물, 인화물, 탄산화물 혹은 탄황화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 금속촉매의 각 결정면에서의 촉매 활성의 이방성 및 비용의 점으로부터, 니켈과 산소의 고용체가, 상기 금속촉매로서 가장 바람직하다.
이 점에 대해 상세하게 서술하면, 종래, 금속촉매로서 Ni, Fe, Nb, NiO, Au중 1종류의 금속이 이용되어 왔다. Ni, Fe, Nb 등의 순수한 금속을 촉매로서 이용한 경우, 규칙적으로 감은 순수한 미소 코일 이외에도, 상당한 양의 크게 감은 탄소섬유나 직선 형상의 탄소섬유가 석출되어, 코일 순도가 낮은 것 밖에 얻을 수 없었다. 또한, NiO 촉매의 경우, 코일 수량이나 코일 순도는 매우 낮았다.
가스 상태 탄소종으로부터 기상성장하는 탄소섬유가 코일 형상으로 감기 위해서는, 촉매의 중심부분은 단결정이며, 각각의 결정면에서의 촉매 활성에 차이가 있는 것, 환언하면, 이방성이 있는 것이 필수 조건이다.
예를 들면, Ni의 경우, 이방성은 Ni 단결정 표면에 존재하는 Ni-C-S-O계의 4원계의 액상(액정상)의 조성비의 차이에 의해서도 초래된다고 생각되고 있다. 이것은, 예를 들면, Ni(100), Ni(110) 및 Ni(111)의 결정면에서는, 각각의 결정면에서의 원료가스중의, C, S 및 O와의 반응성이나 흡착능이 다른 것에 기인하고 있다. Ni산화물인 NiO의 경우, 그러한 효과는 작고, 따라서, 코일이 되는 비율도 매우 낮다.
니켈 촉매의 촉매 활성의 이방성을 충분히 발현시키기 위해서는, 미리 그 표면을 부분 산화 및 부분 황화처리하는 것이 필수 조건이다. 이 처리에 의해, 그 후 아세틸렌을 도입하고 반응을 행하였을 때에, 극히 효율적으로 이방성이 발현되어, 미소 코일이 효율적으로 성장한다. 부분 산화처리 및 황화처리를 행하지 않고, 직접, 아세틸렌을 도입하고 반응을 행하면, 충분한 이방성이 발현되지 않고, 따라서, 미소 코일의 코일 수율 및, 코일 순도도 현저하게 저하한다.
이 때문에, 본 제 1 실시형태에서는, 니켈과 산소와의 고용체가, 상기 금속촉매로서 이용되고 있다. 구체적으로는, 니켈의 분말을, 그 표면에서 부분 산화 및 부분 황화처리한 후, 산소와의 고용체로 하고, 2(㎛)∼5(㎛)의 범위내의 두께가 되도록 기체(31)에 도포하여 촉매층(32)으로 하고 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에 있어서, 기체(31)는, 30(mm)∼250(mm)의 범위내의 바깥지름을 갖는다. 다만, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 기초단 개공부의 개공면{용기 본체(20a)의 내주면}과 원통 형상 기재(30)의 외주면{촉매층(32)의 외주면}과의 사이의 기체(31)의 지름방향을 따르는 소정 대향간격이, 1(mm)∼80(mm)의 범위내의 값으로 설정되도록, 기체(31)의 바깥지름이 선정되어 있다. 또한, 상기 소정 대향간격은, 보다 바람직하게는, 10(mm)∼50(mm)의 범위내로 설정되도록, 게다가 가장 바람직하게는, 15(mm)∼30(mm)의 범위내로 설정되도록, 기체(31)의 바깥지름이 선정된다.
상기 소정 대향간격이 30(mm)을 넘어 증대하는 것에 따라, 규칙적으로 감은 미소 코일의 비율이 감소하고, 코일지름은 점차 크고 불규칙하게 되고, 또한 크게 컬한(curl) 미소 코일의 비율이 점차 증가한다. 상기 소정 대향간격이, 1(mm) 미만이 되거나, 혹은 100(mm)을 넘어 증대하면, 미소 코일은 전혀 얻지 못하고, 직선 형상 탄소섬유 또는 탄소 분말만이 석출된다. 본 제 1 실시형태에서는, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 기초단 개공부의 개공면과 원통 형상 기재(30)의 외주면과의 사이의 기체(31)의 지름방향을 따르는 소정 대향간격은, 25(mm)로 설정되는 동시에, 기체(31)의 바깥지름은, 60(mm)으로 설정되어 있다.
전후 양측 다리(33)는, 도 1, 도 4 혹은 도 6에서 도시하는 바와 같이, 모두, 동일한 양다리 형상이고, 촉매층(32)의 축방향 양단 하부로부터 하방으로 탈착 가능하게 이어져 나와 있다. 이것은, 전후 양측 다리(33)는, 그 각 양다리부로, 용기 본체(20a)의 내주면의 전후방향 양측 하부상에 착석하고, 기체(31)를 용기 본체 (20a)내에 동축적으로 지지하는 것을 의미한다.
전후 양측 엔드 커버(40)는, 각각, 원판형상 벽부(41)와, 이 원판형상 벽부 (41)의 외주부로부터 이어져 나온 고리형상 벽부(42)로, 투명의 석영에 의해, 종단면 ⊃자형상으로 형성되어 있다.
그러나, 전후 양측 엔드 커버(40)중 앞쪽 엔드 커버(40)는, 그 고리형상 벽부(42)에서, 앞쪽 내열성 O링(42a)을 통하여, 용기 본체(20a)의 축방향 전단부(21)에 기밀적으로 탈착 가능하게 끼워 장착되어 있다. 또한, 뒤쪽 엔드 커버(40)는, 그 고리형상 벽부(42)에서, 뒤쪽 내열성 O링(42a)을 통하여, 용기 본체(20a)의 축방향 후단부(22)에 기밀적으로 끼워 장착되어 있다. 한편, 앞쪽 내열성 O링(42a)은, 앞쪽 엔드 커버(40)의 고리형상 벽부(42)의 축방향 중간 부위에 그 내면측으로부터 형성한 고리형상 홈부내에 수용되어 있고, 뒤쪽 내열성 O링(42a)은, 뒤쪽 엔드 커버(40)의 고리형상 벽부(42)의 축방향 중간 부위에 그 내면측으로부터 형성한 고리형상 홈부내에 수용되어 있다.
가열회로(E)는, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 가열기(50)와, 온도센서(60)와, 온도제어회로(70)를 구비하고 있다. 가열기(50)는, 복수의 발열선 부재(51)로 이루어지는 것으로, 상기 복수의 발열선 부재(51)는, 각각, 서로 평행한 양 평행선부(51a,51b)와, 이들 양 평행선부(51a,51b)를 연결하는 연결선부(51c)로, U자 형상이 되도록, 소정 길이의 니크롬선을 구부려 형성되어 있다.
이와 같이 구성한 복수의 발열선 부재(51)는, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 용기 본체(20a)의 외주면을 따라서, 그 둘레방향에 등각도 간격으로, 배치되어 있고, 상기 복수의 발열선 부재(51)는, 발열선 부재마다, 그 연결부(51c)를, 용기 본체(20a)의 뒤쪽에 위치시키는 동시에, 양 평행선부(51a,51b)를, 용기 본체(20a)의 전후방향을 따라서 이어지도록 배치되어 있다. 이것에 의해, 가열기(50)는, 복수의 발열선 부재(51)에서, 용기 본체(20a)의 거의 전체에 걸쳐 분산하여 위치하도록 배치되어 있다.
그러나, 이와 같이 배치된 가열기(50)에 있어서, 복수의 발열선 부재(51)는, 각 평행선부(51a)의 접속단부로 서로 접속되는 동시에, 각 평행선부(51b)의 접속단부로 서로 접속되어 있다. 이것에 의해, 가열기(50)는, 각 발열선 부재(51)의 발열에 의해, 용기 본체(20a)를 그 외주면의 거의 전체로부터 가열한다.
온도센서(60)는, 고온 검출형 열전대로 이루어지는 것으로, 이 온도센서(60)는, 도 1 혹은 도 5로부터 알 수 있듯이, 원통 형상 기재(30)의 중공부내 중앙부에 지지되어 있다. 여기서 상기 중공부내 중앙부는, 원통 형상 기재(30)의 중공부의 전후방향 중앙부로서 지름방향 중앙부에 상당한다. 이것에 의해, 상기 온도센서 (60)는, 원통 형상 기재(30)의 중공부내 중앙부에서의 온도를, 용기 본체(20a)의 온도로서 검출한다.
온도제어회로(70)는, 인버터로 이루어지는 것으로, 이 온도제어회로(70)는, 교류 전원(PS)으로부터 개폐 스위치(SW)를 통하여 200(V)의 교류 전압이 공급되고, 온도센서(60)의 검출온도에 기초하여, 가열기(50)를 그 각 발열선 부재(51)로 발열하도록 구동 제어한다. 여기서, 이 구동 제어는, 온도센서(60)의 검출온도에 기초하여 용기 본체(20a)를 소정의 고온으로 유지하도록 된다. 이것은, 용기 본체(20a)의 내부를 상기 소정의 고온으로 유지하는 것을 의미한다.
여기서, 상기 소정의 고온은, 미소 코일의 수량 및 수율의 관점으로부터, 600(℃)∼950(℃)의 범위내의 온도로 설정되는 것이 바람직하고, 또한, 이 범위중에서도, 700(℃)∼800(℃)의 범위내의 온도로 설정되는 것이 보다 한층 바람직하다. 따라서, 본 제 1 실시형태에 있어서는, 상기 소정의 고온은, 750(℃)의 온도로 설정되어 있다. 한편, 상기 소정의 고온이 600(℃) 미만 혹은 950(℃)을 넘어 높은 경우에는, 미소 코일은 대부분 성장하는 것이 없다.
이상과 같이 구성한 본 제 1 실시형태에 있어서, 미소 코일은, 상기 제조장치에 의해 다음과 같이 기상 제조된다. 한편, 이 기상 제조과정에 있어서, 온도센서(60)는, 원통 형상 기재(30)의 중공부내 중앙부에서의 온도를, 용기 본체(20a)의 온도로서 검출한다.
그러나, 우선, 도 9의 제조공정에서 도시하는 바와 같이, 질소가스 공급공정 (S1)의 처리가 이루어진다. 이 질소가스 공급공정(S1)에 있어서, 질소가스 공급원(도시하지 않는다)으로부터의 질소가스를, 1000(㎖/분)의 유량에서, 원료가스 도입통군(20b)의 전체 원료가스 도입통을 통하여 반응용기(20)의 용기 본체(20a)내에 공급한다.
이에 따라, 용기 본체(20a)내에 공급된 질소가스는, 상기 용기 본체(20a)내를 유동하고, 이 용기 본체(20a)내의 산소 등의 가스를 밀어내도록 하여 가스 배출통군(20f)으로부터 배출된다. 이것에 의해, 용기 본체(20a)를 포함한 반응용기(20)의 내부의 탈기처리 및 탈산소처리가 이루어질 수 있다.
또한, 상기 질소가스 공급공정(S1)의 처리에 맞추어, 혹은 상기 질소가스 공급공정(S1)의 처리 후에, 가열공정(S2)에 있어서, 용기 본체(20a)의 가열 처리가 이루어진다. 이 가열 처리에서는, 온도제어회로(70)가, 개폐 스위치(SW)가 닫힌 상태로, 교류 전원(PS)으로부터 교류 전압이 인가되고, 작동 상태가 되어, 온도센서 (60)의 현시점에서의 검출온도에 기초하여, 가열기(50)를 발열하도록 구동 제어한다.
이에 따라, 각 발열선 부재(51)가, 발열에 의해, 용기 본체(20a)의 온도를 상기 소정의 고온으로 상승시키도록 상기 용기 본체(20a)를 가열한다. 또한, 용기 본체(20a)의 온도가 상기 소정의 고온 750(℃)에 이른 후에는, 상기 용기 본체 (20a)의 온도가 변동해도, 온도제어회로(70)는, 그 후의 온도센서(60)의 검출온도에 기초하여, 용기 본체(20a)의 온도를 상기 소정의 고온 750(℃)으로 유지하도록 가열기(50)를 제어한다. 이것에 의해, 용기 본체(20a)의 내부는, 상기 소정의 고온 750(℃)으로 유지된다.
이와 같이 가열공정(S2)을 처리한 후, 질소가스 공급정지공정(S3)에 있어서, 상기 질소가스 공급원으로부터 용기 본체(20a)내에의 질소가스의 공급을 정지한다.
그러한 후, 다음의 시일가스 주입공정(S4)에 있어서, 시일가스인 수소가스를, 1000(㎖/분)으로, 시일가스 주입통군(20e)의 각 시일가스 주입통(27)을 통하여 용기 본체(20a)내에 주입한다. 이에 따라, 먼저 용기 본체(20a)내에 공급이 끝난 질소가스가, 용기 본체(20a)내에 주입된 시일가스에 의해 가스 배출통군(20f)의 각 배출통(28)으로부터 배출된다.
이 때문에, 용기 본체(20a)의 내부는, 원통 형상 기재(30)의 내부를 포함하여, 시일가스인 수소가스만의 분위기가 된다. 이것에 의해, 용기 본체(20a)의 내부에서는, 원통 형상 기재(30)의 내부를 포함하여, 여분의 혹은 유해한 영향이 반응계에 주어지는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 후술하는 바와 같이, 원료가스 도입공정(S5)에 있어서 용기 본체 (20a)내에 원료가스를 도입해도, 이 원료가스에 대한 질소가스의 혼입을 초래하는 일이 없다. 그 결과, 질소가스가, 원료가스중에 포함되는 아세틸렌의 열분해 반응을 저해한다고 하는 사태의 발생을 미연에 방지하고, 미소 코일의 코일 수량 및 코일 순도(후술한다)의 저하를 미연에 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 시일가스 주입공정(S4)의 처리가 종료하면, 다음의 원료가스 도입공정(S5)에 있어서, 상기 원료가스 공급원으로부터 공급되는 원료가스, 즉, 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스의 혼합가스를, 3조의 원료가스 도입통군 (20b∼20d)의 각 원료가스 도입통을 통하여 용기 본체(20a)내에 그 좌측으로부터 도입한다.
현 단계에서는, 용기 본체(20a)의 내부가, 원통 형상 기재(30)의 외주면 및 그 내부와 함께, 상기 소정의 고온으로 유지되어 있다. 이것은, 촉매층(32)의 외주면도 상기 소정의 고온으로 유지되어 있는 것을 의미한다.
이러한 상태에 있어서, 상술한 바와 같이 원료가스가 용기 본체(20a)내에 도입되면, 상기 원료가스와 촉매층(32)의 금속촉매와의 사이에 반응을 개시한다. 이것은, 원료가스 도입공정(S5)은, 반응 공정인 것을 의미한다. 한편, 본 제 1 실시형태에서는, 이 반응 공정에서의 반응시간은 2시간으로 하였다.
여기서, 상기 원료가스는, 원료가스 도입통 1개당, 60(㎖/분)의 아세틸렌가스, 265(㎖/분)의 수소가스, 및 0.06(㎖/분)의 황화수소가스로 구성된다.
따라서, 상기 원료가스 공급원내의 원료가스는, 도입통 1개당에 대해, 60(㎖/분)의 아세틸렌가스, 265(㎖/분)의 수소가스, 및 0.06(㎖/분)의 황화수소가스의 혼합가스가 되도록, 미리 균일하게 혼합된 것이다.
여기서, 상기 원료가스의 조성을, 상술한 바와 같이, 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스로 한 근거는 다음과 같다.
종래, 원료가스는, 아세틸렌가스, 수소가스, 질소가스, 티오펜가스 및 황화수소가스로 이루어지는 혼합가스로서, 동시에 또한 연속적으로 용기 본체(20a)내에 도입되는 동시에 촉매와의 사이에서 반응시키고 있었다.
그러나, 질소가스는, 상술한 바와 같이, 아세틸렌의 열분해를 현저하게 억제할 뿐만 아니라, 유해한 부반응을 일으켜, 규칙적으로 감은 미소 코일의 성장을 저해하고, 코일 수량 및 코일 순도를 저하시킨다. 또한, 티오펜은 규칙적으로 감은 미소 코일의 성장에는 유해하고, 또한 코일 수량 및 코일 순도를 저하시키는 요인이 되어 있다.
따라서, 본 제 1 실시형태에서는, 원료가스를, 상술한 바와 같이, 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스에 의한 혼합가스로 하였다. 한편, 상기 원료가스는, 후술하는 바와 같이 가열에 의해 열분해되었을 때, 가스 상태 탄소종이 원통 형상 기재(30)의 외주면으로부터 생성된다.
3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통을 통하여 용기 본체(20a)내의 도입되는 원료가스의 유량을 가스의 선속도로 나타내면, 미소 코일의 수량 및 수율을 향상시키기 위해서는, 상기 가스의 선속도는, 실온 및 1기압의 조건하에서, 100(cm/min)∼3000(cm/min)의 범위내의 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가스의 선속도는, 200(cm/min)∼2000(cm/min)의 범위내의 값으로 설정되는 것이 보다 바람직하고, 또한, 나아가서는, 500(cm/min)∼1500(cm/min)의 범위내의 값으로 설정되는 것이 특히 바람직하다.
따라서, 본 제 1 실시형태에서는, 상기 가스의 선속도는, 500(cm/min)∼1500(cm/min)의 범위내의 값으로 설정되어 있다. 게다가, 상기 가스의 선속도는, 원료가스 도입통의 기초단 개공부와 이 기초단 개공부에 대한 원통 형상 기재(30)의 외주면의 대향 부위와의 사이의 간격(상기 소정 대향간격)과 밀접한 관계를 갖는다. 이 때문에, 상기 가스의 선속도가, 예를 들면, 500(cm/min)∼800(cm/min)의 범위내의 값이면, 상기 소정 대향간격은, 10(mm)∼20(mm)의 범위내의 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 원료가스와 촉매층(32)의 금속촉매와의 사이에 반응을 개시하면, 미소 코일은, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 기초단 개공부에 대한 원통 형상 기재(30)의 기체(31)의 원통 형상 외주면의 대향 표면 부위에서, 원료가스 도입통의 안지름의 2배∼30배의 범위내의 지름을 갖는 원형내에 밀집하여 성장해 간다.
이 때문에, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통중 각 양 인접 도입통의 사이의 간격은, 각 미소 코일을, 서로 간섭시키는 일 없이, 또한 빈틈없이 원통 형상 기재(30)의 외주면상에 성장시키기 위해서, 원료가스 도입통의 안지름의 2배∼30배의 범위의 값으로 설정되는 것이 바람직하고, 나아가서는, 원료가스 도입통의 안지름의 5배∼20배의 범위내의 값으로 설정되는 것이 보다 바람직하다.
따라서, 본 제 1 실시형태에서는, 상술한 각 양 인접 원료가스 도입통의 사이의 간격은, 원료가스 도입통의 안지름(9(mm))의 5배∼20배의 범위내의 값 (75(mm))으로 설정되어 있다.
이것에 의해, 각 미소 코일이, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 기초단 개공부에 대한 원통 형상 기재(30)상에 대부분 서로 겹쳐지는 일 없이, 균일한 두께로 성장할 수 있다(도 8 참조). 이것은, 다수의 미소 코일이 원통 형상 기재(30)상에 성장함으로써 제조되는 것을 의미한다.
상술한 바와 같이 하여 원료가스 도입공정(S5)의 처리가 종료하면, 다음의 원료가스 공급 및 가열의 각 정지공정(S6)에 있어서, 상기 원료가스 공급원으로부터 용기 본체(20a)내에의 원료가스의 공급이 정지되는 동시에, 온도제어회로(70)에 의한 가열기(50)에 대한 제어가 정지된다. 구체적으로는, 개폐 스위치(SW)가 열리게 된다. 이것에 의해, 원료가스와 촉매층(32)의 금속촉매와의 사이의 반응이 종료한다.
그러한 후, 원통 형상 기재 꺼내기 공정(S7)에 있어서, 상술한 바와 같은 가열기(50)에 대한 제어의 정지에 수반하여, 용기 본체(20a)내의 온도가 200(℃)까지 강하했을 때에, 장치 본체(B)의 전후 양측 엔드 커버(40)를 용기 본체(20a)의 양단부로부터 떼어낸 후, 원통 형상 기재(30)를 용기 본체(20a)의 내부로부터 꺼낸다. 그 다음에, 원통 형상 기재(30)에 성장한 미소 코일을 회수한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시형태에 의하면, 반응용기(20)에 있어서, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)은, 용기 본체(20a)의 좌측 반원통부(26a)로부터 좌측으로 이어져 나오는 동시에, 가스 배출통군(20f)은, 용기 본체(20a)의 우측 반원통부(26b)로부터 우측으로 이어져 나와 있다. 또한, 용기 본체(20a)내에 삽입해서 이루어지는 원통 형상 기재(30)에 있어서, 촉매층(32)이, 니켈 촉매를, 미소 코일을 석출하도록 그 표면을 부분 산화·황화처리하여 원통 형상 기체(31)의 외주면에 도포하여 형성되어 있다.
이러한 구성하에, 용기 본체(20a)를 상기 소정의 고온 750(℃)로 가열하여 유지한 상태에서, 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스의 혼합에 의한 원료가스를, 동시에 또한 연속적으로 용기 본체(20a)내에 도입하고, 원통 형상 기재(30)의 외주면상에, 상술한 바와 같이, 미소 코일을 성장시킨다.
이와 같이 하여 성장한 미소 코일을 상술한 바와 같이 회수한 결과, 이 회수에 의한 미소 코일의 코일 수량은, 60(g)이었다. 또한, 아세틸렌 베이스의 미소 코일의 코일 수율은 80(%)이었다. 이것은, 미소 코일이, 고순도로, 한 번에 효율적으로 다량으로 제조될 수 있는 것을 의미한다. 한편, 이와 같이 하여 제조된 미소 코일은, 전자파 흡수재, 마이크로파 발열재, 마이크로센서, 마이크로 메커니컬 소자, 치유재, 화장품, 진통재, 암치료약, 식품 첨가재 등에 이용될 수 있다.
덧붙여서, 본 제 1 실시형태에서 얻어진 석출물의 전자현미경(SEM)사진에 의하면, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 성장에 의한 석출물은, 100(%)의 미소 코일(카본 마이크로 코일)로 이루어지고, 이들 미소 코일의 대부분이, 3(㎛)∼5(㎛)의 범위내의 코일지름으로 규칙적으로 감고 있다. 또한, 미소 코일의 각각에 있어서 그 각 인접 코일부 사이의 갭은 대부분 없기 때문에, 상기 미소 코일의 각각은, 전자기적인 미소의 솔레노이드 형상이 되어 있다.
환언하면, 상술한 석출물중에 있어서 일정한 코일지름으로 규칙적으로 감은 솔레노이드 형상의 미소 코일의 비율, 즉, 코일 순도는, 100(%)라고 할 수 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에서 서술한 제조장치에 의하면, 반응용기(20)에서의 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통과, 가스 배출통군(20f)의 각 가스 배출통이, 용기 본체(20a)의 좌우 양 측벽(26a∼26b)으로부터 서로 역방향으로 기대의 수평면(L)에 평행하게 되도록 수평형상으로 케이싱(10)으로부터 이어져 나와 있다.
따라서, 원료가스는, 각 원료가스 도입통을 통과하여 용기 본체(20a)내에 기대의 수평면(L)을 따르도록 도입되기 때문에, 이와 같이 용기 본체(20a)내에 도입된 원료가스는, 용기 본체(20a)내에 있어서, 원통 형상 기재(30)의 외주면을 따라서 좌우방향으로 원활하게 또한 양호하게 유동하고, 원통 형상 기재(30)의 원통 형상 촉매층(32)의 촉매와의 반응을, 아무런 제한되는 일 없이, 양호하게 할 수 있다. 또한, 용기 본체(20a)내의 가스가 각 배출통(28)을 통과하여 기대의 수평면(L)을 따르도록 배출되므로, 가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.
그 결과, 원료가스의 촉매와의 사이의 충분한 열분해 반응이나 촉매 반응이 용기 본체(20a)내에서 일어나, 미소 코일의 수량이나 순도가 매우 높아진다.
또한, 상술한 바와 같이, 각 원료가스 도입통 및 각 가스 배출통이, 기대의 수평면(L)에 평행하게 되도록 수평형상으로 케이싱(10)으로부터 이어져 나와 있으므로, 본 제 1 실시형태에서 서술한 장치 본체(B)를, 복수 준비하고, 그 각 케이싱 (10)에서 상방에 적층함에 있어서, 이들 복수의 장치 본체(B)를, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d) 및 가스 배출통군(20f)과의 간섭을 초래하는 일 없이, 용이하게 적층할 수 있다.
이상에 의해, 장치 본체(B)의 적층수에 비례하여, 미소 코일의 코일 수량 및 코일 수율을 증대시킬 수 있는 것은 물론, 상기 복수의 장치 본체(B)의 공장 등내에서의 설치 면적을 감소시켜 공장 등내의 이용 효율을 높일 수 있다.
다음에, 본 제 1 실시형태에서의 장치 본체(B)를 실시예 1-1로 하고, 이 실시예 1-1과 대비할 수 있도록, 실시예 1-2 및 각 비교예 1-1∼1-7을 준비하였다. 한편, 실시예 1-2 및 각 비교예 1-1∼1-7의 가열회로는, 본 제 1 실시형태에서의 가열회로(E)와 같다.
(실시예 1-2)
이 실시예 1-2의 장치 본체에 있어서는, 원통 형상 기재(30)의 촉매층(32)으로서, 니켈로 이루어지는 촉매층으로서 그 표면을 부분 산화한 니켈 촉매층이 채용되어 있다. 상기 실시예 1-2의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 1에서 말하는 장치 본체(B)와 같다.
이러한 실시예 1-2를 이용하여, 미소 코일의 제조에 있어서, 본 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정에 있어서, 원료가스 도입공정(S5)의 처리를 행하는데 앞서, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통을 통하여 5분간 황화수소만을 용기 본체(20a)내에 도입하고, 가열공정(S2)의 처리로 750(℃)로 유지되어 있는 용기 본체(20a)내에서, 상기 니켈 촉매층의 표면에 부분 황화 처리를 실시한 후, 원료가스 도입공정(S5)에 있어서, 상기 각 원료가스 도입통을 통하여 용기 본체(20a)내에 아세틸렌을 도입하고 상기 니켈 촉매층과의 반응을 행하였다. 그 외의 공정은, 본 제 1 실시형태에서 서술한 제조의 공정과 같다.
이 실시예 1-2에 의하면, 미소 코일의 코일 수량은 58(g)이며, 상기 미소 코일의 코일 수율은 78(%)이며, 또한, 상기 미소 코일의 코일 순도는 100(%)이었다. 이것에 의하면, 본 실시예 1-2에서도, 실시예 1-1과 실질적으로 같은 제조 결과를 초래하는 것을 알 수 있다.
또한, 이 실시예 1-2에 있어서도, 실시예 1-1과 같이, 반응용기(20)에서의 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)와, 가스 배출통군(20f)이, 용기 본체(20a)의 좌우 양측 원통벽부(26a,26b)로부터 서로 역방향으로 기대의 수평면(L)에 평행이 되도록 수평형상으로 케이싱(10)으로부터 이어져 나와 있다.
따라서, 실시예 1-2의 장치 본체를, 복수 준비하고, 이들 복수의 장치 본체를, 그 각 케이싱(10)에서 상방에 적층함에 있어서, 각 원료가스 도입통군(20b∼20d) 및 가스 배출통군(20f)과의 간섭을 초래하는 일 없이, 용이하게 적층할 수 있다. 이것에 의하면, 실시예 1-2에 있어서도, 장치 본체의 적층수에 비례하여, 미소 코일의 코일 수량 및 코일 수율을 증대시킬 수 있다.
(비교예 1-1)
이 비교예 1-1의 장치 본체에서는, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 기초단 개공부의 개공면과 원통 형상 기재(30)의 외주면과의 사이의 기체(31)의 지름방향을 따르는 소정 대향간격을 60(mm)으로 한 것을 제외하고, 상기 비교예 1-1의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 1-1과 같다.
상기 비교예 1-1의 장치 본체로서, 본 제 1 실시형태에서의 제조공정에 따라서 실시예 1-1에 의한 미소 코일과 같이 미소 코일을 제조하였다. 이것에 의해 얻어진 석출물의 전자현미경(SEM) 사진에 의하면, 도 10에서 예시하는 바와 같이, 3(㎛)∼5(㎛)의 범위내의 코일지름으로, 규칙적으로 감은 미소 코일 외에, 불규칙하게 감은 미소 코일이나, 10(㎛) 이상의 코일지름 및 크게 무너진 코일 형상을 갖는 미소 코일이 다수 관찰되었다. 한편, 소량의 직선 형상 탄소섬유도 관찰되었다.
따라서, 이 비교예 1-1에 의하면, 미소 코일의 코일 수량이나 코일 순도가 실시예 1-1에 의한 경우에 비해 낮다고 할 수 있다.
(비교예 1-2)
이 비교예 1-2의 장치 본체에서는, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통의 기초단 개공부의 개공면과 원통 형상 기재(30)의 외주면과의 사이의 기체(31)의 지름방향을 따르는 소정 대향간격을 80(mm)으로 한 것을 제외하고, 상기 비교예 1-2의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 1-1에 서술하는 장치 본체(B)와 같다.
상기 비교예 1-2의 장치 본체를 이용하여, 본 제 1 실시형태에서의 제조공정에 따라서 실시예 1에 의한 미소 코일과 같이 미소 코일을 제조하였다. 이것에 의해 얻어진 석출물의 전자현미경(SEM) 사진에 의하면, 도 12에서 예시하는 바와 같이, 대부분의 코일이, 지극히 불규칙하게 감은 것이나 크고 불규칙하게 감은 것이고, 상기 석출물에는, 직선 형상의 탄소섬유도 포함되어 있다. 따라서, 미소 코일은 관찰되지 않았다.
(비교예 1-3)
이 비교예 1-3의 장치 본체에 있어서는, 원통 형상 기재(30)의 촉매층(32)으로서, 니켈로 이루어지는 촉매층으로서 그 표면을 부분 산화한 0.5(㎛)의 평균 두께를 갖는 니켈 촉매층이 채용되어 있다. 상기 비교예 1-3의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 1-1에 서술하는 장치 본체(B)와 같다.
이 비교예 1-3에 의하면, 미소 코일의 코일 수량은 매우 적어 5(g)에 불과하였다. 한편, 상기 비교예 1-3에 의한 석출물의 대부분이 직선 형상의 탄소섬유였다.
(비교예 1-4)
이 비교예 1-4의 장치 본체에 있어서는, 원통 형상 기재(30)의 촉매층(32)으로서, 니켈로 이루어지는 촉매층으로서 그 표면을 부분 산화한 15(㎛)의 평균 두께를 갖는 니켈 촉매층이 채용되어 있다. 상기 비교예 1-4의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 1-1에 서술하는 장치 본체(B)와 같다.
이러한 비교예 1-4를 이용하여, 미소 코일을 제조할 수 있도록, 본 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정을 적용한 바, 원료가스 도입공정(S5)에서의 반응 개시와 함께 용기 본체(20a)내의 온도가 급격하게 상승하여, 1분 경과 후에는 원통 형상 기재(30)의 외주면(촉매층의 표면)의 온도가 850℃ 이상으로 상승하여, 원통 형상 기재(30)의 외주면으로부터 10(mm) 떨어진 위치의 온도가, 최고로 820(℃)까지 상승하였다.
또한, 원통 형상 기재(30)의 외주면상에는, 딱딱한 탄소층이, 1.5(mm)∼3(mm)의 범위내의 두께로 석출하였다. 이 석출물에 있어서, 미소 코일의 코일 수율은 10(g)에 불과하였다. 한편, 상기 석출물에 있어서는, 규칙적으로 감은 코일은 매우 적고, 대부분이, 매우 불규칙하게 감긴 코일이나, 크게 감긴 것뿐 혹은 직선 형상의 탄소섬유였다.
(비교예 1-5)
이 비교예 1-5의 장치 본체에 있어서는, 원통 형상 기재(30)의 촉매층(32)으로서, 산소를 전혀 포함하지 않는 순수한 니켈 분말로 이루어지는 촉매층이 채용되어 있다. 상기 비교예 5의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 1-1에 서술하는 장치 본체(B)와 같다.
이러한 비교예 1-5를 이용하여, 미소 코일을 제조할 수 있도록, 본 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정을 적용한 바, 미소 코일의 코일 수량은 15(g)에 불과하고, 또한, 상기 미소 코일의 코일 순도도, 30(%)∼35(%)의 범위내의 값으로 낮았다.
(비교예 1-6)
이 비교예 1-6의 장치 본체에 있어서는, 원통 형상 기재(30)의 촉매층(32)으로서, 산화니켈로 이루어지는 촉매층이 채용되어 있다. 상기 비교예 6의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 1-1에서 서술한 장치 본체(B)와 같다.
이러한 비교예 1-6을 이용하여, 미소 코일을 제조할 수 있도록, 본 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정을 적용한 바, 미소 코일의 코일 수량은 10(g)에 불과하고, 또한, 상기 미소 코일의 코일 순도도, 10(%)∼20(%)의 범위내의 값으로 낮았다.
(비교예 1-7)
이 비교예 1-7의 장치 본체는, 실시예 1의 장치 본체(B)와 같다. 이러한 비교예 1-7을 이용하여 본 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정에 따라, 미소 코일을 제조하는데 있어서, 상기 원료가스가, 원료가스 도입통 1개당, 50(㎖/분)의 아세틸렌가스 200(㎖/분)의 수소가스 및 0.06(㎖/분)의 황화수소가스를 포함하는 것 이외에, 200(㎖/분)의 질소가스를 동시에 연속하여 용기 본체내에 도입하도록 하였다. 그 외는, 실시예 1-1과 같이 제조로 하였다.
이 비교예 1-7에 의하면, 미소 코일의 코일 수량은 매우 적어 12(g)에 불과하고, 또한, 상기 미소 코일의 코일 순도는 25(%)에 불과하였다.
덧붙여서, 미소 코일의 제조에 있어서, 종래의 제조방법이나 제조장치에서 얻을 수 있는 석출물은, 규칙적으로 일정한 코일지름과 코일피치로 감은 전자기적 솔레노이드형상의 양질의 미소 코일 외에, 많은 불규칙으로 감은 코일, 코일지름이 매우 큰 코일, 크게 감기만한 탄소섬유나, 직선 형상의 탄소섬유를 다수 포함하고 있고, 전체 석출물중의 솔레노이드형상의 양질의 미소 코일의 비율(이하, "코일 순도"라 약칭한다)은, 5(%)∼25(%)의 범위내로서 낮다. 이와 같이 코일 순도가 낮은 것은, 마이크로파 전자파 흡수 특성 등이 많은 특성에 매우 악영향을 미친다. 따라서, 공업적으로는, 미소 코일의 코일 순도는, 80(%) 이상인 것이 요청되고 있다.
이 점으로부터 하면, 실시예 1-1및 실시예 1-2의 장치 본체를 이용하여 제조한 미소 코일의 코일 순도는, 100(%)이기 때문에 충분하다고 말할 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음에, 본 발명에 관한 미소 코일의 제조장치의 제 2 실시형태에 대해서 설명하면, 이 제 2실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 제조장치의 장치 본체(B)에 있어서, 반응용기(20)가, 케이싱(10)과 관련하여, 상기 제 1 실시형태와는 달리, 다음과 같이 구성되어 있다.
즉, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d) 및 시일가스 주입통군(20e)은, 반응용기(20)의 용기 본체(20a)의 하측 반원통 부위로부터 하방으로 이어져 나와 있고, 한편, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 가스 배출통군(20f)은, 용기 본체(20a)의 상측 반원통 부위로부터 상방으로 이어져 나와 있다.
구체적으로는, 본 제 2 실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 반응용기(20)(도 6 참조)가, 90° 회전되어, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d) 및 시일가스 주입통군(20e)을 용기 본체(20a)의 하측에 위치시켜, 가스 배출통군(20f)을 용기 본체(20a)의 상측에 위치시키도록 구성한 것이 되어 있다.
이에 따라, 각 복수개의 원료가스 도입통(23,24 및 25)은, 각각, 용기 본체 (20a)의 하측 반원통부의 좌측 부위, 중간측 부위(하단 부위) 및 우측 부위로부터 하방으로 이어져 나오는 동시에, 양 시일가스 주입통(27)은, 용기 본체(20a)의 하측 반원통부의 중간측 부위로부터 하방으로 이어져 나와 있다. 또한, 각 가스 배출통(28)은, 용기 본체(20a)의 상측 반원통부의 중간측 부위(상단 부위)로부터 하방으로 이어져 나와 있다. 그 외의 구성은 상기 제 1 실시형태와 같다.
이와 같이 구성한 제 2 실시형태에 있어서, 미소 코일은, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정에 따라서 기상성장 제조된다. 이 제조공정중 원료가스 도입공정(S5)에 있어서, 상기 원료가스 공급원으로부터 공급되는 원료가스는, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통을 통하여 용기 본체(20a)내에 그 하측으로부터 도입된다. 한편, 용기 본체(20a)내의 가스의 배출은, 용기 본체 (20a)의 내부로부터 각 가스 배출통(28)을 통하여 상방으로 배출된다. 한편, 그 외의 제조공정의 처리는, 상기 제 1 실시형태와 같다.
이러한 제조공정을 거쳐 제조한 미소 코일에 관해서, 코일 수량은 65(g)이며, 코일 수율은 88(%)이고, 또한, 코일 순도는 100(%)이었다.
이것에 의하면, 본 제 2 실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 제조장치에 의한 제조 1과 실질적으로 같은 제조 결과를 얻을 수 있다.
다만, 본 제 2 실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태와는 달리, 각 원료가스 도입통(23∼25)을 용기 본체(20a)로부터 하방으로 이어져 나오고, 각 가스 배출통 (28)을 용기 본체(20a)의 상방으로 이어져 나오게 하는 구성을 채용하고 있다.
따라서, 원료가스가 각 원료가스 도입통을 통과하여 용기 본체(20a)내에 상방을 향해서 도입되기 때문에, 용기 본체(20a)내에 있어서, 원통 형상 기재(30)의 외주면을 따라서 상방향으로 원활하게 또한 양호하게 유동하고, 원통 형상 기재 (30)의 원통 형상 촉매층(32)의 촉매와의 반응을, 어떤 제한되는 일 없이, 양호하게 할 수 있다. 또한, 용기 본체(20a)내의 가스가 각 배출통(28)을 통과하여 상방으로 배출되므로, 가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.
그 결과, 원료가스의 촉매와의 사이의 충분한 열분해 반응이나 촉매 반응이 용기 본체(20a)내에서 일어나, 미소 코일의 수량이나 순도가 매우 높아진다.
한편, 상술한 바와 같이, 각 원료가스 도입통이 용기 본체(20a)로부터 상방으로 이어져 나오는 동시에 각 가스 배출통이 용기 본체(20a)로부터 하방으로 이어져 나와 있기 때문에, 본 제 2 실시형태의 장치 본체를 복수 준비하더라도, 이들 장치 본체의 적층은, 각 원료가스 도입통 및 각 가스 배출통에 의해 방해되어 불가능하다. 이 때문에, 상기 제 1 실시형태의 장치 본체를 적층하는 경우에 기대되는 미소 코일의 코일 수량 및 코일 수율의 증대는 곤란하다. 그 외의 작용 효과는, 상기 제 1 실시형태와 같다.
덧붙여서, 본 제 2 실시형태에서의 장치 본체를 실시예 2-1로 하고, 이 실시예 2-1과 대비할 수 있도록, 각 비교예 2-2 및 2-3을 준비하였다.
(비교예 2-2)
이 비교예 2-2의 장치 본체에서는, 실시예 2-1의 장치 본체의 반응용기에 있어서, 상기 반응용기와는 달리, 각 원료가스 도입통을 용기 본체의 상부로부터 상방을 향해서 이어져 나오게 하고, 각 가스 배출통을 용기 본체의 하부로부터 하방으로 이어져 나오게 하는 구성을 채용하고, 원료가스를 각 원료가스 도입통으로부터 용기 본체내에 상방을 향해서 도입하고, 이 용기 본체내의 가스를 각 가스 배출통으로부터 상방으로 배출하도록 하였다. 상기 비교예 2-2의 장치 본체의 그 외의 구성은, 실시예 2-1과 같다.
이 비교예 2-2에 의하면, 미소 코일에 관해서, 코일 수량은 15(g)이며, 코일 순도는 20(%)∼30(%)의 범위내였다. 따라서, 상기 비교예 2-2에서는, 미소 코일의 코일 수량 및 코일 순도에 있어서, 실시예 1-1, 1-2 및 2-1중 어느 것과 비교해도 상당히 낮은 것을 알 수 있다.
게다가, 비교예 2-2의 장치 본체를 복수 준비해도, 이들 장치 본체의 적층은, 각 원료가스 도입통 및 각 가스 배출통에 의해 방해받아, 실시예 2-1의 적층의 경우와 같이 불가능하다. 이 때문에, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 실시예 1이나 실시예 2의 장치 본체를 적층하는 경우에 기대되는 미소 코일의 코일 수량 및 코일 수율의 증대는 불가능하다.
(비교예 2-3)
이 비교예 2-3의 장치 본체는, 비교예 2-2의 장치 본체와 같다. 이러한 비교예 2-3을 이용하여 상기 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정에 따라서, 미소 코일을 제조하는 것에 있어서, 상기 원료가스가, 원료가스 도입통 1개당 50(㎖/분)의 아세틸렌가스, 200(㎖/분)의 수소가스 및 0.06(㎖/분)의 황화수소가스를 포함하는 것 이외에, 200(㎖/분)의 질소가스 및 0.20(㎖/분)의 티오펜가스를 동시에 연속하여 용기 본체내에 도입하도록 하였다. 그 외는, 비교예 2-2와 같이 제조로 하였다.
이 비교예 2-3에 의하면, 미소 코일에 관하여, 그 코일 수량은 매우 적어 15(g)에 불과하고, 또한, 그 코일 순도도 20(%)으로 낮았다.
(제 3 실시형태)
도 13 및 도 14는, 본 발명에 관한 미소 코일의 제조장치의 제 3 실시형태를 나타내고 있다. 이 제 3 실시형태에 있어서는, 적층장치 본체(Ba)가, 도 13에서 도시하는 바와 같이, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 제조장치의 장치 본체(B)를 대신하여, 채용되어 있다.
적층장치 본체(Ba)는, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 장치 본체(B)를 복수(예를 들면, 3개) 적층하여 구성되어 있다. 3개의 장치 본체(B)중, 하측 장치 본체 (B)는, 케이싱(10)의 하벽(12)에서, 기대의 수평면(L)(도 1참조)상에 얹어놓여진다.
또한, 3개의 장치 본체(B)중, 중간측 장치 본체(B)는, 그 케이싱(10)의 하벽 (12)에서, 하측 장치 본체(B)의 케이싱(10)의 상벽(11)상에 얹어놓여져 있고, 상측 장치 본체(B)는, 그 케이싱(10)의 하벽(12)에서, 중간측 장치 본체(B)의 케이싱 (10)의 상벽(11)상에 얹어놓여져 있다.
본 제 3 실시형태에서는, 3개의 장치 본체(B)의 각각의 반응용기(20)의 원료가스 도입통군(20b∼20d)에서, 원료가스 도입통군(20b)을 구성하는 각 원료가스 도입통(23)은, 연결관(23b)으로 서로 연결되고, 원료가스 도입통군(20c)을 구성하는 각 원료가스 도입통(24)은, 연결관(24b)으로 서로 연결되고, 또한, 원료가스 도입통군(20d)을 구성하는 각 원료가스 도입통(25)은, 연결관(25b)으로 서로 연결되어 있다.
이것에 의해, 상기 원료가스 공급원으로부터의 원료가스는, 연결관(25b) 및 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통을 통하여 용기 본체(20a)내에 도입된다.
또한, 3개의 장치 본체(B)의 각각의 반응용기(20)의 가스 배출통군(20f)을 구성하는 각 가스 배출통(28)은, 연결관(28b)으로 서로 연결되어 있다. 이것에 의해, 각 용기 본체(20a)내의 가스는, 각 대응의 각 가스 배출통(28) 및 연결관(28b)을 통하여 배출된다. 적층장치 본체(Ba)에서의 각 장치 본체(B)의 그 외의 구성은, 상기 제 1 실시형태와 같다.
본 제 3 실시형태에서의 가열회로는, 도 14에서 도시하는 바와 같이, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 가열회로(E)를, 적층장치 본체(Ba)의 장치 본체(B)마다 채용하여 구성되어 있다. 여기서, 각 가열회로(E)의 온도제어회로(70)가 함께, 개폐 스위치(SW)를 사이에 두고 교류 전원(PS)에 접속되어 있다.
따라서, 적층장치 본체(Ba)의 장치 본체(B)마다, 가열회로(E)가, 그 온도제어회로(70)에서, 개폐 스위치(SW)를 통하여 교류 전원(PS)으로부터 교류 전압이 공급되고, 대응의 온도센서(60)의 검출 출력에 기초하여, 대응의 가열기(50)를 구동하고, 대응의 용기 본체(20a)의 온도를 상기 소정의 고온으로 유지하도록 제어한다. 그 외의 구성은, 상기 제 1 실시형태와 같다.
이와 같이 구성한 본 제 3 실시형태에 있어서, 미소 코일은, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 제조공정에 따라서 기상성장 제조된다. 한편, 이 제조과정에 있어서, 각 장치 본체(B)의 온도센서(60)는, 대응 장치 본체(B)의 원통 형상 기재(30)의 중공부내 중앙부에서의 온도를, 대응장치 본체(B)의 용기 본체(20a)의 온도로서 검출한다.
그러나, 상기 제 1 실시형태와 같이, 도 9의 제조공정에서 도시하는 질소가스 공급 공정(S1)의 처리에 맞추어, 혹은 상기 질소가스 공급공정(S1)의 처리 후에, 가열공정(S2)에 있어서, 각 장치 본체(B)의 용기 본체(20a)의 가열 처리가 이루어진다. 이 가열 처리에서는, 각 대응의 온도제어회로(70)가, 개폐 스위치(SW)가 닫힌 상태에서, 교류 전원, PS로부터 교류 전압이 인가되고, 작동상태가 되어, 각 대응의 온도센서(60)의 현시점에서의 검출온도에 기초하여, 각 대응의 가열기(50)를 발열하도록 제어한다.
이에 따라, 각 가열회로(E)의 가열기(50)가, 대응의 용기 본체(20a)의 온도를 상기 소정의 고온 750(℃)으로 상승시키도록 상기 대응의 용기 본체(20a)를 가열하여 상기 소정의 고온으로 유지한다.
또한, 원료가스 도입공정(S5)에 있어서, 상기 원료가스 공급원으로부터 공급되는 원료가스, 즉, 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스의 혼합가스를, 용기 본체(20a)마다, 대응의 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통을 통하여 대응의 용기 본체(20a)내에 그 좌측으로부터 도입한다.
이에 따라, 반응용기(20)마다, 원료가스와 촉매층(32)의 금속촉매와의 사이에 반응을 개시한다. 그렇게 하면, 미소 코일은, 반응용기(20)마다, 상기 제 1 실시형태와 같이, 원료가스 도입통의 안지름의 2배∼30배의 범위내의 지름을 갖는 원형내에 밀집하여 성장해 간다.
그러한 후, 반응용기(20)마다, 원료가스와 촉매층(32)의 금속촉매와의 사이의 반응이 종료하면, 상기 제 1 실시형태와 실질적으로 마찬가지로, 원통 형상 기재(30)를 용기 본체(20a)의 내부로부터 꺼내어, 미소 코일을 회수한다.
이와 같이 하여 회수된 미소 코일은, 반응용기마다, 상기 제 1 실시형태와 같이, 일정한 코일지름으로 규칙적으로 감은 솔레노이드 형상의 미소 코일로서 고순도로 장치 본체(B)의 적층수에 따라서 다량으로 얻을 수 있다.
또한, 본 제 3 실시형태에서 서술한 제조장치의 적층장치 본체(Ba)에 의하면, 반응용기(20)에서의 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통과, 가스 배출통군(20f)의 각 가스 배출통이, 장치 본체(B)마다, 용기 본체(20a)의 좌우 양 측벽(26a,26b)으로부터 서로 역방향으로 기대의 수평면(L)에 평행이 되도록 수평형상으로 케이싱(10)으로부터 이어져 나와 있다.
따라서, 본 제 3 실시형태에서의 제조장치에 있어서, 각 장치 본체(B)는, 각 케이싱(10)에서 상방에 적층함에 있어서, 3조의 원료가스 도입통군(20b∼20d) 및 가스 배출통군(20f)과의 간섭을 초래하는 일 없이, 용이하게 적층할 수 있다. 이것에 의하면, 제조장치의 적층수에 비례하여, 미소 코일의 코일 수량 및 코일 수율을 증대시킬 수 있는 것은 물론, 상기 제조장치의 공장 등내에서의 설치면적을 감소시켜 공장 등내의 이용 효율을 높일 수 있다. 그 외의 작용 효과는 상기 제 1 실시형태와 같다.
한편, 본 발명의 실시에 있어서, 상기 실시형태에 한정하는 일 없이, 다음과 같은 여러 가지의 변형예를 들 수 있다.
(1) 본 발명의 실시에 있어서, 반응용기(20)의 용기 본체(20a)는, 상기 실시형태에서 서술한 투명의 석영에 한정하는 일 없이, 불투명의 석영, 니켈, 스테인리스, 하스텔로이, 텅스텐 혹은 티탄 등의 내열성 금속, 알루미나, 세라믹스, 금속제 반응관으로서 그 내면을 세라믹스 라이닝한 금속제 반응관 등의 여러 가지의 재료로 형성해도 좋다.
(2) 본 발명의 실시에 있어서, 원통 형상 기재(30)의 기체(31)는, 투명한 석영에 한정하는 일 없이 불투명한 석영으로 형성하도록 해도 좋다.
(3) 본 발명의 실시에 있어서, 촉매층(32)은, 금속촉매의 분말에 한정하는 일 없이, 금속판 혹은 금속촉매의 분말의 소결판이더라도 좋다.
(4) 본 발명의 실시에 있어서, 촉매층(32)은, 상기 제 1 실시형태와는 달리, 금속촉매의 분말의 물 혹은 알코올 등에의 분산액을 기체(31)의 외주면에 도포해도 좋고, 또한, 이것을 대신하여, 니켈 화합물의 수용액을 기체(31)의 외주면에 도포하여 형성되는 니켈 촉매층이더라도 좋다. 이 니켈 촉매층의 두께는, 3(㎛)∼6(㎛)의 범위내의 값인 것이 바람직하다. 상기 니켈 촉매층의 두께가 3(㎛) 미만으로 얇은 경우에는, 이 니켈 촉매층의 원료가스와의 반응 개시시에 니켈 촉매층내에서, 비정상인 온도 상승이 일어나, 딱딱한 탄소층이 두껍게 석출되기 때문에, 코일 형상 탄소섬유의 수량 및 수율은 모두 저하하기 때문이다.
(5) 본 발명의 실시에 있어서, 원료가스 도입통군(20b∼20d)의 각 원료가스 도입통은, 그 기초단 개공부에서, 상기 제 1 실시형태와는 달리, 원통 형상 기재 (30)의 외주면에 그 면적의 약 3/1 이상에 걸쳐 대향하도록, 용기 본체(20a)에 접합되어 있으면 좋다. 이것에 의해, 원료가스의 원료가스 도입통군(20b∼20d)에 의한 용기 본체(20a)내에의 도입량은, 반응시에 있어서, 적절한 양을 확보 할 수 있다.
(6) 본 발명의 실시에 있어서, 가스 배출통(28)의 개수는, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 수에 한정하는 일 없이, 전체 원료가스 도입통(23∼25)의 수에 대해, 1/3∼1/20의 범위의 개수로 설정되어 있으면 좋고, 바람직하게는, 1/5∼1/10의 범위의 개수로 설정되어 있으면 좋다.
(7) 본 발명의 실시에 있어서, 용기 본체(20a)의 상기 고온으로 유지한 상태에서, 정전기장, 변동 전기장, 초음파장, 정자기장, 변동 자기장 혹은 플라즈마 등의 외부 에너지장을 단일적으로 혹은 중첩적으로 반응용기(20)내의 반응장(원료가스의 촉매와의 반응장)에 작용시키도록 해도 좋다.
이것에 의하면, 상기 외부 에너지장에 의해서 원료가스종의 확산·혼합이나 분자운동의 활성화, 내부 에너지의 활성화, 촉매활성의 향상 등을 초래하여, 원료가스의 촉매와의 열분해 반응을 촉진할 수 있어, 그 결과, 미소 코일의 코일 수량과 코일 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 외부 에너지장의 중첩 효과에 의해, 금속촉매의 결정면에서의 촉매 활성의 이방성을 작게 하는 것에 의해 코일지름이 작은 미소 코일을 얻을 수 있고, 반대로 이방성을 크게 하는 것에 의해 코일지름이 큰 미소 코일을 얻을 수 있다. 이것은, 미소 코일의 코일 지름 및 코일 피치의 크기를 제어할 수 있는 것을 의미한다.
(8) 본 발명의 실시에 있어서, 상기 제 3 실시형태에서 서술한 장치 본체(B)의 적층수는, 3개에 한정하는 일 없이, 필요에 따라서, 적절히 증감시켜도 좋다.
(9) 본 발명의 실시에 있어서, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 원통 형상 기재(30)를 대신하여, 다각형 형상 기재를 채용해도 좋고, 또한, 평판형상 기재를 채용해도 좋다.
(10) 본 발명의 실시에 있어서, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 장치 본체 (B)에 있어서, 전후 양측 엔드 커버(40)는, 단면 ⊃자형의 구성에 한정하는 일 없이, 각각, 단순한 평판형상의 엔드 커버이더라도 좋다. 한편, 이 경우, 상기 평판형상의 각 엔드 커버는, 그 외주부에서, 내열성 O링을 사이에 두고 원통 형상 용기 본체(20a)의 전후 양단면의 각각에 접촉 되고, 예를 들면, 복수의 나사에 의해 탈착 가능하게 조임 부착된다.
(11) 본 발명의 실시에 있어서, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 원료가스 도입통군(20b∼20d)중 원료가스 도입통군(20d)은, 상기 제 1 실시형태와는 달리, 용기 본체(20a)의 우측 반원통부(26b)의 상측 부위(좌측 반원통 부위(26a)의 상측 부위에 대향한다)로부터 케이싱(10)의 우벽(14)을 사이에 두고 우측으로 이어져 나오도록 구성해도 좋다.
구체적으로는, 각 원료가스 도입통(25)은, 상기 제 1 실시형태와 달리, 각 가스 배출통(28)의 상측에 위치하도록, 용기 본체(20a)의 우측 반원통부(26b)의 상측 부위에서 우측으로 이어져 나오도록 구성해도 좋다. 이것에 의해, 각 원료가스 도입통(25)을 통하여 원료가스를 용기 본체(20a)내에 도입함에 있어서, 각 원료가스 도입통(25)의 내부가 막히는 일 없이, 원료가스를 용기 본체(20a)내에 원활하게 도입할 수 있다. 그 결과, 용기 본체(20a)내에서의 석출물의 석출량이, 상기 제 1 실시형태에서 서술한 각 원료가스 도입통(25)에 의한 원료가스의 용기 본체(20a)내에의 도입에 의한 석출물의 석출량과 비교하여 증대될 수 있다.
10 : 케이싱
10a : 직사각형 형상 통체
10b : 각기둥 형상 전기 절연성 충전부재,
20 : 반응용기
20a : 용기 본체
23,24,25 : 원료가스 도입통
28 : 가스 배출통
30 : 원통 형상 기재
31 : 통 형상 기체
32 : 원통 형상 촉매층
S2 : 가열공정
50 : 가열회로
60 : 온도센서
70 : 온도제어회로
S5 : 원료가스 도입공정

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 원통 형상 용기 본체와, 상기 원통 형상 용기 본체의 좌우 양측 횡단면 원호 형상 대향벽부의 일측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 바깥쪽으로 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향에 수직인 방향으로 이어져 나오는 복수의 원료가스 도입통과, 상기 원통 형상 용기 본체의 타측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 바깥쪽으로 상기 복수의 원료가스 도입통과는 역방향으로 이어져 나오는 복수의 가스 배출통을 가지는 반응용기와,
    상기 반응용기의 상기 원통 형상 용기 본체 내에 그 축방향으로 삽입되는 원통 형상 기재로서 그 원통 형상 외주면에서 상기 원통 형상 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 원통 형상에 담지하여 이루어지는 원통 형상 기재를 구비하고,
    열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를 상기 복수의 원료가스 도입통을 통하여 상기 원통 형상 용기 본체 내에 상기 원통 형상 기재의 축방향에 수직인 방향을 따라 상기 원통 형상 촉매의 외주면을 향해 도입함과 동시에 상기 원통 형상 용기 본체 내의 가스를 상기 복수의 가스 배출통을 통하여 배출하도록 상기 반응용기를 구성하여,
    상기 원통 형상 용기 본체를 소정의 고온으로 가열하여 유지하는 가열공정과,
    상기 원통 형상 용기 본체에 상기 복수의 원료가스 도입통으로부터 상기 원료가스를 도입하는 원료가스 도입공정을 구비하고,
    상기 원료가스 도입공정에서, 상기 원통 형상 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 상기 원통 형상 용기 본체 내에 도입한 상기 원료가스를 상기 원통 형상 촉매에 의하여 열분해하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면에 가스 상태 탄소종을 생성시켜, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면으로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 한 미소 코일의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반응 용기에 있어서, 상기 복수의 원료가스 도입통은, 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 일측 횡단면 원호 형상 대향벽부의 상기 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위 중 상기 횡단면 원호 형상 벽부위마다 그 원호 방향으로도 간격을 두고 위치하는 복수의 원호 방향 부위로부터 바깥쪽으로 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향에 수직인 방향으로 이어져 나오고 있고,
    상기 원료가스 도입공정에서, 상기 원료 가스를, 상기 복수의 원료가스 도입통으로부터 상기 원통 형상 용기 본체 내에 상기 일측 횡단면 원호 형상 대향벽부의 상기 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위 각각의 상기 복수의 원호 방향 부위를 통하여 도입하는 것을 특징으로 하는 미소 코일의 제조방법.
  5. 원통 형상 용기 본체와, 상기 원통 형상 용기 본체의 상하 양측 횡단면 원호 형상 대향벽부의 일측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 하방으로 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향에 수직인 방향으로 이어져 나오는 복수의 원료가스 도입통과, 상기 원통 형상 용기 본체의 타측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 상기 복수의 원료가스 도입통과는 역방향으로 상방으로 이어져 나오는 복수의 가스 배출통을 가지는 반응용기와,
    상기 반응용기의 상기 원통 형상 용기 본체 내에 그 축방향으로 삽입되는 원통 형상 기재로서, 그 원통 형상 외주면에서 상기 원통 형상 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 원통 형상으로 담지하여 이루어지는 원통 형상 기재를 구비하고,
    열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를 상기 복수의 가스 도입통을 통하여 상기 원통 형상 용기 본체내에 상기 원통 형상 기재의 축방향에 수직인 방향을 따라 상기 원통 형상 촉매의 외주면을 향하여 도입함과 동시에 상기 원통 형상 용기 본체 내의 가스를 상기 복수의 가스 배출통을 통하여 배출하도록 상기 반응용기를 구성하고,
    상기 원통 형상 용기 본체를 소정의 고온으로 가열하여 유지하는 가열공정과,
    상기 원통 형상 용기 본체 내에 상기 복수의 원료가스 도입통으로부터 상기 원료가스를 도입하는 원료가스 도입공정을 구비하고,
    상기 원료가스 도입공정에서, 상기 원통 형상 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 상기 원통 형상 용기 본체 내에 도입한 상기 원료가스를 상기 원통 형상 촉매에 의하여 열분해하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면에 가스 상태 탄소종을 생성시켜, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면으로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 한 미소 코일의 제조방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료가스는 아세틸렌가스, 수소가스 및 황화수소가스로 이루어지는 혼합가스이고,
    상기 가열공정에 있어서, 상기 소정의 고온을 600(℃)∼900(℃)의 범위 내의 온도로 하여, 이 온도에 상기 원통 형상 용기 본체를 가열하여 유지하는 것을 특징으로 하는 미소 코일의 제조방법.
  7. 케이싱, 반응용기, 기재 및 가열 제어수단을 구비하고,
    상기 반응용기는,
    상기 케이싱 내에 그 축방향으로 삽입되는 원통 형상 용기 본체와,
    상기 원통 형상 용기 본체의 좌우 양측 횡단면 원호 형상 대향벽부의 일측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 바깥쪽으로 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향에 수직인 방향으로 이어져 나와, 열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를, 원료가스 공급원으로부터 상기 원통 형상 용기 본체 내에 도입하는 복수의 원료가스 도입통과,
    상기 원통 형상 용기 본체의 타측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 바깥쪽으로 상기 복수의 원료가스 도입통과는 역방향으로 이어져 나와 상기 원통 형상 용기 본체 내의 가스를 배출하는 복수의 가스 배출통을 구비하고 있고,
    상기 기재는, 상기 반응용기의 상기 원통 형상 용기 본체 내에 그 축방향으로 삽입되는 원통 형상 기재로서, 그 원통 형상 외주면에서 상기 원통 형상 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 원통 형상으로 담지하여 이루어지는 원통 형상 기재이고,
    상기 가열 제어수단은, 상기 원통 형상 용기 본체를 소정의 고온으로 유지하도록 가열 제어하도록 하여,
    상기 원통 형상 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 상기 복수의 원료가스 도입통에 의하여 상기 원통 형상 기재의 축방향에 수직인 방향을 따라 상기 원통 형상 촉매의 외주면을 향하여 상기 원통 형상 용기 본체 내에 도입되는 상기 원료가스를 상기 원통 형상 촉매에 의하여 가열분해하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면에 가스 형상 탄소종을 생성시켜, 이 가스 형상 탄소종에 기초하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면으로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 한 미소 코일의 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응용기에 있어서, 상기 복수의 원료가스 도입통은, 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 일측 횡단면 원호 형상 대향벽부의 상기 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위 중 상기 횡단면 원호 형상 벽부위마다 그 원호방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 원호방향 부위로부터 바깥쪽으로 상기 원호 형상 용기 본체의 상기 축방향에 수직인 방향으로 이어져 나와, 상기 원료가스를 상기 원통 형상 기재의 축방향에 수직인 방향을 따라 상기 원통 형상 촉매의 외주면을 향하여 도입하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 미소 코일의 제조장치.
  9. 케이싱, 반응용기, 기재 및 가열 제어수단을 구비하고,
    상기 반응용기는,
    상기 케이싱 내에 그 축방향으로 삽입되는 원통 형상 용기 본체와,
    상기 원통 형상 용기 본체의 상하 양측 횡단면 원호 형상 대향벽부의 하측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 하방으로 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향에 수직인 방향으로 이어져 나와, 열분해되었을 때 가스 상태 탄소종을 생성하는 원료가스를, 원료가스 공급원으로부터 상기 원통 형상 용기 본체 내에 도입하는 복수의 원료가스 도입통과,
    상기 원통 형상 용기 본체의 상측 횡단면 원호 형상 대향벽부 중 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향을 따라 간격을 두고 위치하는 복수의 횡단면 원호 형상 벽부위로부터 상방으로 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 축방향에 수직인 방향으로 이어져 나와 상기 용기 본체 내의 가스를 배출하는 복수의 가스 배출통을 구비하고 있고,
    상기 기재는 상기 반응용기의 상기 원통 형상 용기 본체 내에 그 축방향으로 삽입되는 원통 형상 기재로서, 그 원통 형상 외주면에서 상기 원통 형상 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 원통 형상으로 담지하여 이루어지는 원통 형상 기재이고,
    상기 가열 제어수단은, 상기 원통 형상 용기 본체를 소정의 고온으로 유지하도록 가열 제어하도록 하여, 상기 원통 형상 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 상기 복수의 원료가스 도입통에 의하여 상기 원통 형상 기재의 축방향에 수직인 방향을 따라 하방으로부터 상기 원통 형상 촉매의 외주면을 향하여 상기 원통 형상 용기 본체 내에 도입되는 상기 원료가스를 상기 원통 형상 촉매에 의하여 가열분해하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면에 가스 상태 탄소종을 생성시켜, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면으로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 한 미소 코일의 제조장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통 형상 기재는, 원통 형상 기체(基體)와, 니켈 금속을 그 표면에 부분 산화 및 부분 황화를 실시한 후에 2(㎛)∼6(㎛)의 범위 내의 두께로 가지고, 상기 원통 형상 기체의 상기 외주면에 걸쳐 도포함으로써 상기 촉매로서 상기 원통 형상 기체의 상기 외주면에 원통 형상으로 담지시켜 이루어지는 촉매층에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 미소 코일의 제조장치.
  11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 원료가스 도입통 중 각 양 인접 원료가스 도입통의 안쪽단 개구부 사이의 간격은, 상기 원료가스 도입통의 안지름의 2배∼30배의 범위 이내의 값으로 설정되어 있고,
    상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면과 상기 각 원료가스 도입통의 안쪽단 개구부 간의 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향에 수직인 방향을 따라 대향 간격이, 상기 원통 형상 기재의 지름과의 관계에 있어서, 1(mm)∼80(mm)의 범위 내의 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 미소 코일의 제조장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 원료가스 도입통 중 각 양 인접 원료가스 도입통의 안쪽단 개구부 사이의 간격은, 상기 원료가스 도입통의 안지름의 2배∼30배의 범위 이내의 값으로 설정되어 있고,
    상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면과 상기 각 원료가스 도입통의 안쪽단 개구부 간의 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향에 수직인 방향을 따라 대향 간격이, 상기 원통 형상 기재의 지름과의 관계에 있어서, 1(mm)∼80(mm)의 범위 내의 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 미소 코일의 제조장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 케이싱, 상기 반응용기, 상기 원통 형상 기재 및 상기 가열 제어수단을, 각각, 복수 구비하고 있고,
    상기 복수의 케이싱은, 각각, 상하로 적층되어 있고,
    상기 복수의 반응용기는, 각각, 그 상기 원통 형상 용기 본체에서, 상기 복수의 케이싱의 대응 케이싱마다, 상기 대응 케이싱 내에 그 축방향으로 삽입되고, 그 상기 복수의 원료가스 도입통에서, 대응하는 상기 원통 형상 용기 본체의 상기 일측 횡단면 원호 형상 대향벽부로부터 상기 대응하는 상기 원통 형상 용기 본체의 축방향에 수직인 방향으로 바깥쪽으로 이어져 나오고, 또한, 그 상기 복수의 가스 배출통에서, 상기 타측 횡단면 원호 형상 대향벽부로부터 상기 복수의 원료가스 도입통과는 역방향으로 바깥쪽으로 이어져 나와 있고,
    상기 복수의 원통 형상 기재는, 각각, 각 대응하는 상기 원통 형상 용기 본체 내에 그 축방향으로 삽입되어, 상기 각 대응하는 상기 원통 형상 용기 본체의 내주면에 대향하도록 촉매를 원통 형상으로 담지하여 이루어지고,
    상기 복수의 가열 제어수단은, 각각, 각 대응하는 상기 원통 형상 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지하도록 가열 제어하도록 하고,
    상기 각 대응하는 상기 원통 형상 용기 본체를 상기 소정의 고온으로 유지한 상태에서, 상기 각 대응하는 상기 원통 형상 용기 본체 내의 상기 원료가스를 각 대응하는 상기 원통 형상 촉매에 의하여 가열분해하여 각 대응하는 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면에 가스 상태 탄소종을 생성시켜, 이 가스 상태 탄소종에 기초하여 상기 각 대응하는 상기 원통 형상 기재의 상기 원통 형상 외주면으로부터 미소 코일을 성장시켜 제조하도록 한 것을 특징으로 하는 미소 코일의 제조장치.
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