ナノカーボン製造装置
【課題】純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができることを課題とする。
【解決手段】内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にＣＮＴ２が生成される無端状の帯状鉄板３と、帯状鉄板を加熱するヒータ４と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段５と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段６と、帯状鉄板に生成されたナノカーボンを回収する回収手段７と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段９とを具備することを特徴とするナノカーボン製造装置。
【解決手段】内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にＣＮＴ２が生成される無端状の帯状鉄板３と、帯状鉄板を加熱するヒータ４と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段５と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段６と、帯状鉄板に生成されたナノカーボンを回収する回収手段７と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段９とを具備することを特徴とするナノカーボン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有用性の高い繊維状のナノカーボン例えばカーボンナノチューブを効率的に製造するナノカーボン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブの生成法には、アーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。
アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である（例えば、特許文献１参照）。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
一般に、上記アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいと言われている。
ＣＶＤ法には、反応炉の中に配置した基板にカーボンナノチューブを生成させる気相成長基板法(例えば、特許文献３参照)と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブを生成する流動気相法(例えば、特許文献４参照)の二つの方法がある。
【０００４】
しかし、上記気相成長基板法は、バッジ処理であるので大量生産が難しい。また、流動気相法は、温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されている。しかし、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。
【０００５】
しかして、純度及び安定性の高いカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができるようになれば、カーボンナノチューブの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９５５０９号公報
【特許文献２】特開平１０−２７３３０８号公報
【特許文献３】特開２０００−８６２１７号公報
【特許文献４】特開２００３−３４２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができるナノカーボン製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願第１の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される無端状の帯状鉄板と、帯状鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、帯状鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本願第２の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される表面処理された帯状鉄板と、帯状鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、帯状鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
更に、本願第３の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，表面にナノカーボンが生成される円板形状の鉄板と、この鉄板を駆動する駆動手段と、前記鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、前記鉄板を活性化させる鉄板活性化手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
更には、本願第４の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうるとともに，外気と遮断可能な円筒状縦型反応容器と、この縦型反応容器内に配置された鉄系材料からなる円筒と、この円筒の内壁に生成されるナノカーボンを掻き取る螺旋状の掻き取り羽根と、この掻き取り羽根を駆動する駆動源と、円筒を加熱する加熱手段と、縦型反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、縦型反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、鉄系材料からなる円筒鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、縦型反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ製造装置において、ＣＮＴを生成する方法について検証した試験の概略的な工程図である。
【図３】図２の生成方法でＣＮＴを生成した写真の外形を描いた図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図９】本発明の第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のナノカーボン製造装置について更に詳しく説明する。
本願第１，第２の発明において、帯状鉄板としては鉄の純度の高い鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼からなる鉄板を用いることができる。ここで、鉄の純度が高い鉄板とは、純度が９０％以上であることを意味する。
本願第２の発明において、「表面処理された」とは、帯状鉄板をサンドペーパー等で磨いた後、塩酸等により処理することを意味する。
【００１５】
本発明において、不活性ガスとしては、例えば窒素ガス，アルゴンガスが挙げられる。また、炭化水素としては、例えばエタノール（バイオエタノールを含む）が挙げられる。
【００１６】
本発明において、炭化水素供給手段は、一般にエタノール等の炭化水素を供給するための炭化水素供給ノズルと、炭化水素を収容する炭化水素収容タンクと、このタンク内の炭化水素を鉄板上に送るためのポンプとから構成されている。不活性ガス供給手段は、例えば窒素等の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給ノズルと、不活性ガスを収容する不活性ガス収容タンクと、このタンク内の不活性ガスを反応容器内に送るためのポンプとから構成されている。鉄板活性化手段は、例えば塩酸等の酸液を供給するための酸液供給ノズルと、酸液を収容する酸液収容タンクと、このタンク内の酸液を生成されたナノカーボンを落とした後の鉄板に送るためのポンプとから構成されている。ガス排気手段は、反応容器に設けられた排気ノズルと、水等の液体を収容する液封タンクと、排気ノズルと液封タンクを接続する配管と、反応容器内のガスを排気するためのポンプにより構成されている。液封タンクに液体を収容するのは、ナノカーボン製造装置で発生するガスの逆流を防ぐためである。
【００１７】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）製造装置の概略図である。
同製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にナノカーボン（例えばカーボンナノチューブ）２が生成される無端状の帯状鉄板３と、加熱手段としてのヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、カーボンナノチューブ掻き取り回収手段（以下、ＣＮＴ掻き取り回収手段と呼ぶ）７と、鉄板活性化手段８と、ガス排気手段９を備えている。
【００１８】
前記帯状鉄板３は例えば鉄の純度の高い鉄板（純度：９９．５％）であり、駆動ローラ１０と従動ローラ１１により矢印Ａのように回転移動するようになっている。帯状鉄板３は、ヒータ４、該ヒータ４を固定して保温する耐熱材１２、及び熱を遮断する断熱材１３で囲まれている。ヒータ４には、ヒータ制御手段１４が電気的に接続されている。ヒータ４と帯状鉄板３との空間には、炭化水素供給手段５から炭化水素例えばエタノールＢが供給されるようになっている。
【００１９】
炭化水素供給手段５は、例えばエタノールＢをヒータ４と帯状鉄板３との空間に供給する炭化水素供給ノズル１６と、このノズル１６に接続する炭化水素収容タンク１７と、図示しない液送用ポンプとを備えている。前記帯状鉄板３，駆動ローラ１０，従動ローラ１１，ヒータ４，耐熱材１２，断熱材１３，後述する掻き取り板，研磨ブラシ，酸液塗布ブラシは、筐体１８により囲まれている。この筐体１８の外周部には、例えばロックウールからなる保温材１９が設けられている。前記不活性ガス供給手段６は、反応容器１内に不活性ガス例えば窒素ガスＣを供給する不活性ガス供給ノズル２０と、このノズル２０に接続する不活性ガス収容タンク２１と、図示しないポンプとを備えている。
【００２０】
前記ＣＮＴ掻き取り回収手段７は、従動ローラ１１の真下で帯状鉄板３に近接して配置されたカーボンナノチューブ掻き取り板（以下、ＣＮＴ掻き取り板と呼ぶ）２２と、掻き取り板２２により掻き取ったカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと呼ぶ）２を収容するカーボンナノチューブ回収缶（以下、ＣＮＴ回収缶と呼ぶ）２３により構成されている。前記ガス排気手段８は、反応容器１の下流側（図中の右側）に設けられた排気ノズル２４と、水２５を収容する水封タンク２６と、排気ノズル２４と水封タンク２６を接続する配管２７と、図示しないガス吸引用ポンプにより構成されている。
【００２１】
前記反応容器１の下部側で且つ掻き取り板２２の更に下流側には、帯状鉄板２の表面を研磨する研磨ブラシ２９、及び研磨を終えた帯状鉄板２の表面に酸液を塗布する酸液塗布ブラシ３０が夫々設けられている。研磨ブラシ２９の真下には、帯状鉄板３を磨いた研磨粉３１を回収する研磨粉回収缶３２が配置されている。酸液塗布ブラシ３０の真下には、帯状鉄板３の表面を酸処理した酸液３３を回収する酸液回収缶３４が配置されている。酸液塗布ブラシ３０には、酸液供給ノズル３５と酸液例えば塩酸Ｄを収容する酸液収容タンク３７からなる鉄板活性化手段８により塩酸Ｄが供給されるようになっている。前記従動ローラ１０の近くの反応容器１には、帯状鉄板３に生成されるＣＮＴ２を直接観察するための覗き窓３８が設けられている。
【００２２】
次に、ＣＮＴを生成する方法について検証した試験について、図２の概略的な工程図を参照して説明する。
１）まず、図２の（Ａ）のように純度９９．５％の鉄板４１の表面Ｓ１をサンドペーパーで磨いた後、図２の（Ｂ）のように表面Ｓ２を塩酸で表面処理する。つづいて、表面処理した鉄板４１を、原料供給手段４２，不活性ガス供給手段４３，排気ガス回収手段４４及び加熱手段４５を備えた反応容器４６の中に入れ、５００〜１０００℃程度まで加熱する（図２の(Ｃ）参照）。
【００２３】
２）次に、鉄板４１を冷却してから取り出したところ、鉄板４１の表面にＣＮＴ４７が生成された（図２の（Ｄ）参照）。つづいて、図２の（Ｅ）に示すような鉄板４１上のＣＮＴ４７を、カッター４８により掻き落とす（図２の(Ｆ）参照）。その結果、図２の（Ｇ）のようにＣＮＴ４７が回収された。
図３は、前記生成方法でＣＮＴ４７を生成した写真の外形を描いたものである。即ち、図３は、鉄板４１をステンレス線４９で天板５０に吊り下げた状態で加熱してＣＮＴ４７を生成したことを示している。
【００２４】
次に、図１のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段６を使って例えば窒素ガスを供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。その後、帯状鉄板３を回転移動させ、ヒータ制御手段１４の電源を入れ、カーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。帯状鉄板３の表面に生長したＣＮＴ２は、従動ローラ１１の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２３に回収される。帯状鉄板３は、従動ローラ１１で冷却された後、右へ移動し、研磨ブラシ２９で磨き金属表面を露出させ、酸液塗付ブラシ３０で表面を活性化して触媒効果を向上させる。その状態で鉄板３とヒータ４間のカーボンナノチューブ生成部に戻され、再度カーボンを生成する。
【００２５】
第１の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図１に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される無端状の帯状鉄板３と、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、ＣＮＴ掻き取り回収手段７と、鉄板活性化手段８と、ガス排気手段９を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、帯状鉄板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落とし、帯状鉄板３の活性化を順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
第２の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図１の場合と比べて、研磨ブラシ，酸液塗布ブラシ，研磨粉回収缶，酸液回収缶及び鉄板活性化手段を省いた点、及びＣＮＴを掻き取り板で掻き取る際，鉄触媒の一部残す点が異なることを特徴とする。
【００２７】
次に、図４のＣＮＴ製造装置でのＣＮＴの製造方法について説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段６を使って例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。その後、帯状鉄板３を回転移動させ、ヒータ制御手段１４の電源を入れ、ＣＮＴ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。帯状鉄板３の表面に生長したＣＮＴ３は、従動ローラ１０の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２３に回収される。この掻き取りの際に触媒として機能する鉄触媒を殆ど残す。これが元になり再度ＣＮＴ２が生成することになる。
【００２８】
第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図４に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される無端状の帯状鉄板３と、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、ＣＮＴ掻き取り回収手段７と、ガス排気手段９を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、ＣＮＴ掻き取り板２２で掻き取る際、鉄触媒の殆どを残すため、この残った鉄触媒が元になり、ＣＮＴ生成部で再度ＣＮＴ３を生成することができる。更に、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、帯状鉄板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
図５中の符番５１は、ＣＮＴを生成し、ＣＮＴ掻き取り後の帯状鉄板３ａを巻き取る駆動巻取りローラである。また、符番５２は、例えば塩酸等により表面処理した帯状鉄板３が巻回された従動ローラである。表面処理した帯状鉄板３ａは、従動ローラ５２から第１の支持ローラ５３ａを経てＣＮＴ生成部でＣＮＴを生成し、ＣＮＴ掻き取り後、第２の支持ローラ５３ｂを経て巻取りローラ５１で巻き取るようになっている。
【００３０】
次に、図５のナノカーボン製造装置でのＣＮＴの製造方法について説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性ガス供給手段６を使って例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、ヒータ制御手段１４の電源を入れ、カーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、表面処理した帯状鉄板３ａを回転移動させ、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。帯状鉄板３ａの表面に生長したＣＮＴ２は、駆動巻き取りローラ５１の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２３に回収される。
【００３１】
第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図５に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される表面処理された帯状鉄板３ａと、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、ＣＮＴ掻き取り回収手段７と、ガス排気手段９と、表面処理された帯状鉄板３を巻回する従動ローラ５２と、ＣＮＴを生成し掻き取った後の帯状鉄板３を巻き取る駆動巻取りローラ５１を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、帯状鉄板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の要部のみを示す概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
同製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器（図示せず）と、表面にＣＮＴ２が生成される円板形状の鉄板６０と、加熱手段としてのヒータ４と、炭化水素供給手段５を構成する炭素原料供給ノズル１６と、不活性ガス供給手段（図示せず）と、ＣＮＴ掻き取り回収手段を構成するＣＮＴ掻き取り板２２と、鉄板活性化手段８を構成する酸液供給ノズル３５と、ガス排気手段（図示せず）と、鉄板６０をゆっくり回転させる回転手段６１を備えている。
【００３３】
回転手段６１は、一端が複数のスポーク６２を介して鉄板３ｂの内側端部に連結する主軸６３と、この主軸６３を矢印Ｆのように回転させる駆動モータ６４とから構成されている。図中の符番６５ａ，６５ｂは断熱材（図示せず）を貼った仕切り板であり、鉄板６０の上部を領域Ａ１，Ａ２に区切っている。一方の領域Ａ１には炭素原料供給ノズル１６が配置され、例えばエタノールが鉄板６０上に供給される。他方の領域Ａ２の鉄板６０の上部には研磨ブラシ６６が設けられている。また、領域Ａ２では、研磨後の鉄板６０の表面に例えば塩酸Ｄを供給するように酸液供給ノズル３５が配置され、これにより鉄板表面が活性化面Ｓとなる。なお、図中の符番６７はＣＮＴ生成部を示す。また、周辺部品である研磨ブラシ６６，酸液供給ノズル３５，炭素原料供給ノズル１６及びＣＮＴ掻き取り板２２等は全て筐体１８に囲まれ、外気と遮断して還元雰囲気を維持できるように構成されている。
【００３４】
次に、図６のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、筐体１８内に窒素供給手段を用いて例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、駆動モータ６４を矢印Ｆの方向に回転させる。次に、ヒータ４の電源を入れ、鉄板６０がカーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給する。エタノール１６は、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板６０表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。鉄板６０の表面に生長したＣＮＴ２は、ＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２４に回収される。鉄板６０は仕切り板６５ａを通り過ぎ、冷却された後に研磨ブラシ６６で磨き、さらに、酸液塗付ノズル３５で例えば塩酸Ｄを鉄板５０表面に噴霧して表面を活性化（活性化面Ｓ）し、触媒効果を向上させる。その後、鉄板６０は、仕切り板６５ｂを通過し再度ＣＮＴ２の生成を繰り返す。
【００３５】
第４の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図６に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、表面にＣＮＴ２が生成される円形状の鉄板６０と、ヒータ４と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ＣＮＴ掻き取り回収手段と、ガス排気手段と、鉄板６０を回転駆動する回転手段６１とを備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、鉄板６０表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００３６】
なお、第４の実施形態では、１枚の円形の鉄板を用いてＣＮＴの生成を行う場合について述べたが、これに限らない。例えば、複数枚の円形の鉄板を一定の間隔をおいて主軸の軸方向に平行に配置して主軸により回転可能にするとともに、各鉄板毎に研磨ブラシ，酸液供給手段，炭素原料供給手段，加熱手段等を配置することにより、１枚の鉄板を用いる場合に比べてよりＣＮＴの量産化が可能となる。
【００３７】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の要部のみを示す概略図である。但し、図１，図６と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。 第５の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図６の場合と比べ、円形の鉄板６０を縦型にし、酸液供給ノズル３５から鉄板６０に横方向から塩酸Ｄを噴霧するようにした点が異なり、他は図６の場合と同様である。また、ＣＮＴ２の製造の仕方も第４の実施形態で述べたとおりである。
【００３８】
第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置によれば、第４の実施形態と同様な効果が得られる。また、第５の実施形態の場合も、第４の実施形態と同様に、複数枚の円形の鉄板を一定の間隔をおいて主軸の軸方向に平行に配置して主軸により回転可能にするとともに、各鉄板毎に研磨ブラシ，酸液供給手段，炭素原料供給手段，加熱手段等を配置することにより、１枚の鉄板を用いる場合に比べてよりＣＮＴの量産化が可能となる。
【００３９】
（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
【００４０】
図中の符番７１は、回転しないステンレス製の円筒状縦型反応容器である。この反応容器７１の内側には、鉄製の円筒７２が反応容器７１と同軸状に固定して配置されている。円筒７２の内側には、回転軸７３により回転する掻き取り羽根７４が設けられている。この掻き取り羽根７４は、回転軸７３に連結した駆動源としての駆動モータ７５により矢印Ｆの方向に回転し、円筒７２の内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取るように配置されている。反応容器７１の上部には回転軸７３を通すための開口穴が設けられ、この開口穴部分の回転軸７３と反応容器７１間には反応容器内を外気と遮断して還元雰囲気を保持するためのリング状のシール材７６が設けられている。
【００４１】
次に、図８のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段を用いて例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、ヒータ４の電源を入れ、円筒７２が５００〜１０００℃のカーボンナノチューブ生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段を起動し、例えばエタノールを炭素原料供給ルズルから供給する。エタノールは、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた円筒７２の内表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。
ＣＮＴ２が十分成長したら駆動モータ７５を矢印Ｆの方向に回転させ、円筒７２の内面に生長したＣＮＴ２を掻き取り羽根７４で掻き落とし、下部のＣＮＴ回収缶２４に回収される。なお、カーボン製造装置内で発生するガスは、ガス排気手段８で水封を介してガスが逆流しないように排気される。
【００４２】
第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図８に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる円筒状縦型反応容器７１と、この反応容器７１内に配置された鉄製の円筒７２と、この円筒７２内に配置されて円筒内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取る掻き取り羽根７４と、この掻き取り羽根７４を駆動する駆動モータ７５と、ヒータ４と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ガス排気手段８とを備えた構成となっているので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。また、本発明によれば、反応容器７１内の不活性雰囲気化、昇温、円筒７２内壁へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。更に、ＣＮＴ２の生成量が減少して生成能力が落ちた場合には、反応容器７１内の円筒７２のみを取り替えれば新たにＣＮＴ２を生成することができ、装置のメンテナンスを低コストに抑えることができる。
【００４３】
ところで、第６の実施形態において、前記円筒は筒状である場合について述べたが、これに限らず、例えば縦方向に２分割された断面形状が半円の半円筒部材を一体化して筒状とした円筒を用いてもよい。
【００４４】
（第７の実施形態）
図９は、本発明の第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１，８と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
図９のＣＮＴ製造装置は、図８と比べ、内部を還元雰囲気に保持しうる鉄製の円筒８１のみを用いる点が異なり、この円筒８１の内壁にＣＮＴを生成することを特徴とする。その他の構成部材及び製造方法は、図８の場合と同様である。
【００４５】
第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図９に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる鉄製の円筒８１と、この円筒８１内に配置されて円筒内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取る掻き取り羽根７４と、この掻き取り羽根７４を駆動する駆動モータ７５と、ヒータ４と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ガス排気手段８とを備えた構成となっているので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。また、本発明によれば、反応容器７１内の不活性雰囲気化、昇温、円筒７２内壁へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的には、上記実施形態では、ＣＮＴを生成する基板材質又は円筒を鉄、炭化水素原料をエタノールとした場合に多量のＣＮＴを生成できた。しかし、基板又は円筒は鉄に限定するものではなく、炭素原料もエタノールに限定するものではなく、基板又は円筒と炭素原料の最適組み合わせで本発明の構造を用いることにより最適なカーボンナノチューブ製造装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…反応容器、２，４７…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、３，４１…鉄板、４…ヒータ（加熱手段）、５…炭素原料供給手段、６…不活性ガス供給手段、７…ＣＮＴ掻き取り回収手段、８…鉄板活性手段、９…ガス排気手段、１０…駆動ローラ、１１，５２…従動ローラ、１２…耐熱材、１３…断熱材、１４…ヒータ制御手段、１６…炭化水素供給ノズル、１７…炭素原料収容タンク、１８…筐体、１９…保温材、２０…不活性ガス供給ノズル、２１…不活性ガス収容タンク、２２…ＣＮＴ掻き取り板、２３…ＣＮＴ回収缶、２４…排気ノズル、２９…研磨ブラシ、３０…酸液供給ノズル、３５…酸液供給ノズル、３７…酸液供給手段、３８…覗き窓、５１…駆動巻き取りローラ、５３ａ，５３ｂ…支持ローラ、６１…駆動手段、６２…スポーク、６３…主軸、６４，７５…駆動モータ、６５ａ，６５ｂ…仕切り板、６６…研磨ブラシ、６７…ＣＮＴ生成部、７１…円筒状縦型反応容器、７２，８１…円筒、７３…回転軸、７４…掻き取り羽根、７６…シール材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有用性の高い繊維状のナノカーボン例えばカーボンナノチューブを効率的に製造するナノカーボン製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブの生成法には、アーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。
アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である（例えば、特許文献１参照）。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
一般に、上記アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいと言われている。
ＣＶＤ法には、反応炉の中に配置した基板にカーボンナノチューブを生成させる気相成長基板法(例えば、特許文献３参照)と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブを生成する流動気相法(例えば、特許文献４参照)の二つの方法がある。
【０００４】
しかし、上記気相成長基板法は、バッジ処理であるので大量生産が難しい。また、流動気相法は、温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されている。しかし、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。
【０００５】
しかして、純度及び安定性の高いカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができるようになれば、カーボンナノチューブの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９５５０９号公報
【特許文献２】特開平１０−２７３３０８号公報
【特許文献３】特開２０００−８６２１７号公報
【特許文献４】特開２００３−３４２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができるナノカーボン製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願第１の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される無端状の帯状鉄板と、帯状鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、帯状鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本願第２の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，ローラにより駆動するとともに表面にナノカーボンが生成される表面処理された帯状鉄板と、帯状鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、帯状鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
更に、本願第３の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，表面にナノカーボンが生成される円板形状の鉄板と、この鉄板を駆動する駆動手段と、前記鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、前記鉄板を活性化させる鉄板活性化手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
更には、本願第４の発明に係るナノカーボン製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうるとともに，外気と遮断可能な円筒状縦型反応容器と、この縦型反応容器内に配置された鉄系材料からなる円筒と、この円筒の内壁に生成されるナノカーボンを掻き取る螺旋状の掻き取り羽根と、この掻き取り羽根を駆動する駆動源と、円筒を加熱する加熱手段と、縦型反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、縦型反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、鉄系材料からなる円筒鉄板に生成されたナノカーボンを回収する掻き取り回収手段と、縦型反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、純度および安定性の高い高機能のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ製造装置において、ＣＮＴを生成する方法について検証した試験の概略的な工程図である。
【図３】図２の生成方法でＣＮＴを生成した写真の外形を描いた図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【図９】本発明の第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のナノカーボン製造装置について更に詳しく説明する。
本願第１，第２の発明において、帯状鉄板としては鉄の純度の高い鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼からなる鉄板を用いることができる。ここで、鉄の純度が高い鉄板とは、純度が９０％以上であることを意味する。
本願第２の発明において、「表面処理された」とは、帯状鉄板をサンドペーパー等で磨いた後、塩酸等により処理することを意味する。
【００１５】
本発明において、不活性ガスとしては、例えば窒素ガス，アルゴンガスが挙げられる。また、炭化水素としては、例えばエタノール（バイオエタノールを含む）が挙げられる。
【００１６】
本発明において、炭化水素供給手段は、一般にエタノール等の炭化水素を供給するための炭化水素供給ノズルと、炭化水素を収容する炭化水素収容タンクと、このタンク内の炭化水素を鉄板上に送るためのポンプとから構成されている。不活性ガス供給手段は、例えば窒素等の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給ノズルと、不活性ガスを収容する不活性ガス収容タンクと、このタンク内の不活性ガスを反応容器内に送るためのポンプとから構成されている。鉄板活性化手段は、例えば塩酸等の酸液を供給するための酸液供給ノズルと、酸液を収容する酸液収容タンクと、このタンク内の酸液を生成されたナノカーボンを落とした後の鉄板に送るためのポンプとから構成されている。ガス排気手段は、反応容器に設けられた排気ノズルと、水等の液体を収容する液封タンクと、排気ノズルと液封タンクを接続する配管と、反応容器内のガスを排気するためのポンプにより構成されている。液封タンクに液体を収容するのは、ナノカーボン製造装置で発生するガスの逆流を防ぐためである。
【００１７】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）製造装置の概略図である。
同製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にナノカーボン（例えばカーボンナノチューブ）２が生成される無端状の帯状鉄板３と、加熱手段としてのヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、カーボンナノチューブ掻き取り回収手段（以下、ＣＮＴ掻き取り回収手段と呼ぶ）７と、鉄板活性化手段８と、ガス排気手段９を備えている。
【００１８】
前記帯状鉄板３は例えば鉄の純度の高い鉄板（純度：９９．５％）であり、駆動ローラ１０と従動ローラ１１により矢印Ａのように回転移動するようになっている。帯状鉄板３は、ヒータ４、該ヒータ４を固定して保温する耐熱材１２、及び熱を遮断する断熱材１３で囲まれている。ヒータ４には、ヒータ制御手段１４が電気的に接続されている。ヒータ４と帯状鉄板３との空間には、炭化水素供給手段５から炭化水素例えばエタノールＢが供給されるようになっている。
【００１９】
炭化水素供給手段５は、例えばエタノールＢをヒータ４と帯状鉄板３との空間に供給する炭化水素供給ノズル１６と、このノズル１６に接続する炭化水素収容タンク１７と、図示しない液送用ポンプとを備えている。前記帯状鉄板３，駆動ローラ１０，従動ローラ１１，ヒータ４，耐熱材１２，断熱材１３，後述する掻き取り板，研磨ブラシ，酸液塗布ブラシは、筐体１８により囲まれている。この筐体１８の外周部には、例えばロックウールからなる保温材１９が設けられている。前記不活性ガス供給手段６は、反応容器１内に不活性ガス例えば窒素ガスＣを供給する不活性ガス供給ノズル２０と、このノズル２０に接続する不活性ガス収容タンク２１と、図示しないポンプとを備えている。
【００２０】
前記ＣＮＴ掻き取り回収手段７は、従動ローラ１１の真下で帯状鉄板３に近接して配置されたカーボンナノチューブ掻き取り板（以下、ＣＮＴ掻き取り板と呼ぶ）２２と、掻き取り板２２により掻き取ったカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと呼ぶ）２を収容するカーボンナノチューブ回収缶（以下、ＣＮＴ回収缶と呼ぶ）２３により構成されている。前記ガス排気手段８は、反応容器１の下流側（図中の右側）に設けられた排気ノズル２４と、水２５を収容する水封タンク２６と、排気ノズル２４と水封タンク２６を接続する配管２７と、図示しないガス吸引用ポンプにより構成されている。
【００２１】
前記反応容器１の下部側で且つ掻き取り板２２の更に下流側には、帯状鉄板２の表面を研磨する研磨ブラシ２９、及び研磨を終えた帯状鉄板２の表面に酸液を塗布する酸液塗布ブラシ３０が夫々設けられている。研磨ブラシ２９の真下には、帯状鉄板３を磨いた研磨粉３１を回収する研磨粉回収缶３２が配置されている。酸液塗布ブラシ３０の真下には、帯状鉄板３の表面を酸処理した酸液３３を回収する酸液回収缶３４が配置されている。酸液塗布ブラシ３０には、酸液供給ノズル３５と酸液例えば塩酸Ｄを収容する酸液収容タンク３７からなる鉄板活性化手段８により塩酸Ｄが供給されるようになっている。前記従動ローラ１０の近くの反応容器１には、帯状鉄板３に生成されるＣＮＴ２を直接観察するための覗き窓３８が設けられている。
【００２２】
次に、ＣＮＴを生成する方法について検証した試験について、図２の概略的な工程図を参照して説明する。
１）まず、図２の（Ａ）のように純度９９．５％の鉄板４１の表面Ｓ１をサンドペーパーで磨いた後、図２の（Ｂ）のように表面Ｓ２を塩酸で表面処理する。つづいて、表面処理した鉄板４１を、原料供給手段４２，不活性ガス供給手段４３，排気ガス回収手段４４及び加熱手段４５を備えた反応容器４６の中に入れ、５００〜１０００℃程度まで加熱する（図２の(Ｃ）参照）。
【００２３】
２）次に、鉄板４１を冷却してから取り出したところ、鉄板４１の表面にＣＮＴ４７が生成された（図２の（Ｄ）参照）。つづいて、図２の（Ｅ）に示すような鉄板４１上のＣＮＴ４７を、カッター４８により掻き落とす（図２の(Ｆ）参照）。その結果、図２の（Ｇ）のようにＣＮＴ４７が回収された。
図３は、前記生成方法でＣＮＴ４７を生成した写真の外形を描いたものである。即ち、図３は、鉄板４１をステンレス線４９で天板５０に吊り下げた状態で加熱してＣＮＴ４７を生成したことを示している。
【００２４】
次に、図１のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段６を使って例えば窒素ガスを供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。その後、帯状鉄板３を回転移動させ、ヒータ制御手段１４の電源を入れ、カーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。帯状鉄板３の表面に生長したＣＮＴ２は、従動ローラ１１の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２３に回収される。帯状鉄板３は、従動ローラ１１で冷却された後、右へ移動し、研磨ブラシ２９で磨き金属表面を露出させ、酸液塗付ブラシ３０で表面を活性化して触媒効果を向上させる。その状態で鉄板３とヒータ４間のカーボンナノチューブ生成部に戻され、再度カーボンを生成する。
【００２５】
第１の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図１に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される無端状の帯状鉄板３と、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、ＣＮＴ掻き取り回収手段７と、鉄板活性化手段８と、ガス排気手段９を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、帯状鉄板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落とし、帯状鉄板３の活性化を順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
第２の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図１の場合と比べて、研磨ブラシ，酸液塗布ブラシ，研磨粉回収缶，酸液回収缶及び鉄板活性化手段を省いた点、及びＣＮＴを掻き取り板で掻き取る際，鉄触媒の一部残す点が異なることを特徴とする。
【００２７】
次に、図４のＣＮＴ製造装置でのＣＮＴの製造方法について説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段６を使って例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。その後、帯状鉄板３を回転移動させ、ヒータ制御手段１４の電源を入れ、ＣＮＴ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。帯状鉄板３の表面に生長したＣＮＴ３は、従動ローラ１０の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２３に回収される。この掻き取りの際に触媒として機能する鉄触媒を殆ど残す。これが元になり再度ＣＮＴ２が生成することになる。
【００２８】
第２の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図４に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される無端状の帯状鉄板３と、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、ＣＮＴ掻き取り回収手段７と、ガス排気手段９を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、ＣＮＴ掻き取り板２２で掻き取る際、鉄触媒の殆どを残すため、この残った鉄触媒が元になり、ＣＮＴ生成部で再度ＣＮＴ３を生成することができる。更に、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、帯状鉄板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
図５中の符番５１は、ＣＮＴを生成し、ＣＮＴ掻き取り後の帯状鉄板３ａを巻き取る駆動巻取りローラである。また、符番５２は、例えば塩酸等により表面処理した帯状鉄板３が巻回された従動ローラである。表面処理した帯状鉄板３ａは、従動ローラ５２から第１の支持ローラ５３ａを経てＣＮＴ生成部でＣＮＴを生成し、ＣＮＴ掻き取り後、第２の支持ローラ５３ｂを経て巻取りローラ５１で巻き取るようになっている。
【００３０】
次に、図５のナノカーボン製造装置でのＣＮＴの製造方法について説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性ガス供給手段６を使って例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、ヒータ制御手段１４の電源を入れ、カーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、表面処理した帯状鉄板３ａを回転移動させ、炭素原料供給手段５を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給し、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。帯状鉄板３ａの表面に生長したＣＮＴ２は、駆動巻き取りローラ５１の下部に設けられたＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２３に回収される。
【００３１】
第３の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図５に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、表面にＣＮＴ２が生成される表面処理された帯状鉄板３ａと、ヒータ４と、炭化水素供給手段５と、不活性ガス供給手段６と、ＣＮＴ掻き取り回収手段７と、ガス排気手段９と、表面処理された帯状鉄板３を巻回する従動ローラ５２と、ＣＮＴを生成し掻き取った後の帯状鉄板３を巻き取る駆動巻取りローラ５１を備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、帯状鉄板３表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の要部のみを示す概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
同製造装置は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器（図示せず）と、表面にＣＮＴ２が生成される円板形状の鉄板６０と、加熱手段としてのヒータ４と、炭化水素供給手段５を構成する炭素原料供給ノズル１６と、不活性ガス供給手段（図示せず）と、ＣＮＴ掻き取り回収手段を構成するＣＮＴ掻き取り板２２と、鉄板活性化手段８を構成する酸液供給ノズル３５と、ガス排気手段（図示せず）と、鉄板６０をゆっくり回転させる回転手段６１を備えている。
【００３３】
回転手段６１は、一端が複数のスポーク６２を介して鉄板３ｂの内側端部に連結する主軸６３と、この主軸６３を矢印Ｆのように回転させる駆動モータ６４とから構成されている。図中の符番６５ａ，６５ｂは断熱材（図示せず）を貼った仕切り板であり、鉄板６０の上部を領域Ａ１，Ａ２に区切っている。一方の領域Ａ１には炭素原料供給ノズル１６が配置され、例えばエタノールが鉄板６０上に供給される。他方の領域Ａ２の鉄板６０の上部には研磨ブラシ６６が設けられている。また、領域Ａ２では、研磨後の鉄板６０の表面に例えば塩酸Ｄを供給するように酸液供給ノズル３５が配置され、これにより鉄板表面が活性化面Ｓとなる。なお、図中の符番６７はＣＮＴ生成部を示す。また、周辺部品である研磨ブラシ６６，酸液供給ノズル３５，炭素原料供給ノズル１６及びＣＮＴ掻き取り板２２等は全て筐体１８に囲まれ、外気と遮断して還元雰囲気を維持できるように構成されている。
【００３４】
次に、図６のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、筐体１８内に窒素供給手段を用いて例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、駆動モータ６４を矢印Ｆの方向に回転させる。次に、ヒータ４の電源を入れ、鉄板６０がカーボンナノチューブ生成雰囲気が５００〜１０００℃の生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段を起動し、例えばエタノールＢを炭素原料供給ルズル１６から供給する。エタノール１６は、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた鉄板６０表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。鉄板６０の表面に生長したＣＮＴ２は、ＣＮＴ掻き取り板２２で掻き落とされ、下部のＣＮＴ回収缶２４に回収される。鉄板６０は仕切り板６５ａを通り過ぎ、冷却された後に研磨ブラシ６６で磨き、さらに、酸液塗付ノズル３５で例えば塩酸Ｄを鉄板５０表面に噴霧して表面を活性化（活性化面Ｓ）し、触媒効果を向上させる。その後、鉄板６０は、仕切り板６５ｂを通過し再度ＣＮＴ２の生成を繰り返す。
【００３５】
第４の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図６に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、表面にＣＮＴ２が生成される円形状の鉄板６０と、ヒータ４と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ＣＮＴ掻き取り回収手段と、ガス排気手段と、鉄板６０を回転駆動する回転手段６１とを備えた構成となっているので、触媒が少なく純度が極めて高いＣＮＴが得られる。また、本発明によれば、反応容器１内の不活性雰囲気化、昇温、鉄板６０表面へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００３６】
なお、第４の実施形態では、１枚の円形の鉄板を用いてＣＮＴの生成を行う場合について述べたが、これに限らない。例えば、複数枚の円形の鉄板を一定の間隔をおいて主軸の軸方向に平行に配置して主軸により回転可能にするとともに、各鉄板毎に研磨ブラシ，酸液供給手段，炭素原料供給手段，加熱手段等を配置することにより、１枚の鉄板を用いる場合に比べてよりＣＮＴの量産化が可能となる。
【００３７】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の要部のみを示す概略図である。但し、図１，図６と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。 第５の実施形態に係るナノカーボン製造装置は、図６の場合と比べ、円形の鉄板６０を縦型にし、酸液供給ノズル３５から鉄板６０に横方向から塩酸Ｄを噴霧するようにした点が異なり、他は図６の場合と同様である。また、ＣＮＴ２の製造の仕方も第４の実施形態で述べたとおりである。
【００３８】
第５の実施形態に係るＣＮＴ製造装置によれば、第４の実施形態と同様な効果が得られる。また、第５の実施形態の場合も、第４の実施形態と同様に、複数枚の円形の鉄板を一定の間隔をおいて主軸の軸方向に平行に配置して主軸により回転可能にするとともに、各鉄板毎に研磨ブラシ，酸液供給手段，炭素原料供給手段，加熱手段等を配置することにより、１枚の鉄板を用いる場合に比べてよりＣＮＴの量産化が可能となる。
【００３９】
（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
【００４０】
図中の符番７１は、回転しないステンレス製の円筒状縦型反応容器である。この反応容器７１の内側には、鉄製の円筒７２が反応容器７１と同軸状に固定して配置されている。円筒７２の内側には、回転軸７３により回転する掻き取り羽根７４が設けられている。この掻き取り羽根７４は、回転軸７３に連結した駆動源としての駆動モータ７５により矢印Ｆの方向に回転し、円筒７２の内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取るように配置されている。反応容器７１の上部には回転軸７３を通すための開口穴が設けられ、この開口穴部分の回転軸７３と反応容器７１間には反応容器内を外気と遮断して還元雰囲気を保持するためのリング状のシール材７６が設けられている。
【００４１】
次に、図８のＣＮＴ製造装置での製造方法を説明する。
まず、装置内部を不活性雰囲気にするために、不活性供給手段を用いて例えば窒素を供給し、内部を窒素雰囲気に置換する。次に、ヒータ４の電源を入れ、円筒７２が５００〜１０００℃のカーボンナノチューブ生成温度に達するまで昇温する。生成温度に達したら、窒素の供給を止めると同時に、炭素原料供給手段を起動し、例えばエタノールを炭素原料供給ルズルから供給する。エタノールは、雰囲気の温度で瞬間に蒸発して炭化水素を含んだ気体となる。その気体と十分に暖められた円筒７２の内表面の鉄触媒と反応してＣＮＴ２を還元雰囲気で生成して生長する。
ＣＮＴ２が十分成長したら駆動モータ７５を矢印Ｆの方向に回転させ、円筒７２の内面に生長したＣＮＴ２を掻き取り羽根７４で掻き落とし、下部のＣＮＴ回収缶２４に回収される。なお、カーボン製造装置内で発生するガスは、ガス排気手段８で水封を介してガスが逆流しないように排気される。
【００４２】
第６の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図８に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる円筒状縦型反応容器７１と、この反応容器７１内に配置された鉄製の円筒７２と、この円筒７２内に配置されて円筒内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取る掻き取り羽根７４と、この掻き取り羽根７４を駆動する駆動モータ７５と、ヒータ４と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ガス排気手段８とを備えた構成となっているので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。また、本発明によれば、反応容器７１内の不活性雰囲気化、昇温、円筒７２内壁へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。更に、ＣＮＴ２の生成量が減少して生成能力が落ちた場合には、反応容器７１内の円筒７２のみを取り替えれば新たにＣＮＴ２を生成することができ、装置のメンテナンスを低コストに抑えることができる。
【００４３】
ところで、第６の実施形態において、前記円筒は筒状である場合について述べたが、これに限らず、例えば縦方向に２分割された断面形状が半円の半円筒部材を一体化して筒状とした円筒を用いてもよい。
【００４４】
（第７の実施形態）
図９は、本発明の第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置の概略図である。但し、図１，８と同部材は同符番を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
図９のＣＮＴ製造装置は、図８と比べ、内部を還元雰囲気に保持しうる鉄製の円筒８１のみを用いる点が異なり、この円筒８１の内壁にＣＮＴを生成することを特徴とする。その他の構成部材及び製造方法は、図８の場合と同様である。
【００４５】
第７の実施形態に係るＣＮＴ製造装置は、図９に示すように、内部を還元雰囲気に保持しうる鉄製の円筒８１と、この円筒８１内に配置されて円筒内壁に生成されるＣＮＴ２を掻き取る掻き取り羽根７４と、この掻き取り羽根７４を駆動する駆動モータ７５と、ヒータ４と、炭化水素供給手段と、不活性ガス供給手段と、ガス排気手段８とを備えた構成となっているので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。また、本発明によれば、反応容器７１内の不活性雰囲気化、昇温、円筒７２内壁へのＣＮＴ生成、ＣＮＴ２の掻き落としを順次自動的に行うことができるので、純度および安定性の高い高機能のＣＮＴ２を低コストで効率よく量産することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的には、上記実施形態では、ＣＮＴを生成する基板材質又は円筒を鉄、炭化水素原料をエタノールとした場合に多量のＣＮＴを生成できた。しかし、基板又は円筒は鉄に限定するものではなく、炭素原料もエタノールに限定するものではなく、基板又は円筒と炭素原料の最適組み合わせで本発明の構造を用いることにより最適なカーボンナノチューブ製造装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…反応容器、２，４７…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、３，４１…鉄板、４…ヒータ（加熱手段）、５…炭素原料供給手段、６…不活性ガス供給手段、７…ＣＮＴ掻き取り回収手段、８…鉄板活性手段、９…ガス排気手段、１０…駆動ローラ、１１，５２…従動ローラ、１２…耐熱材、１３…断熱材、１４…ヒータ制御手段、１６…炭化水素供給ノズル、１７…炭素原料収容タンク、１８…筐体、１９…保温材、２０…不活性ガス供給ノズル、２１…不活性ガス収容タンク、２２…ＣＮＴ掻き取り板、２３…ＣＮＴ回収缶、２４…排気ノズル、２９…研磨ブラシ、３０…酸液供給ノズル、３５…酸液供給ノズル、３７…酸液供給手段、３８…覗き窓、５１…駆動巻き取りローラ、５３ａ，５３ｂ…支持ローラ、６１…駆動手段、６２…スポーク、６３…主軸、６４，７５…駆動モータ、６５ａ，６５ｂ…仕切り板、６６…研磨ブラシ、６７…ＣＮＴ生成部、７１…円筒状縦型反応容器、７２，８１…円筒、７３…回転軸、７４…掻き取り羽根、７６…シール材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を還元雰囲気に保持しうるとともに，外気と遮断可能な円筒状縦型反応容器と、この縦型反応容器内に配置された鉄系材料からなる円筒と、この円筒の内壁に生成されるカーボンナノチューブを掻き取る螺旋状の掻き取り羽根と、この掻き取り羽根を駆動する駆動源と、円筒を加熱する加熱手段と、縦型反応容器内に炭素原料を供給する炭素原料供給手段と、縦型反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、鉄触媒系材料からなる円筒鉄板に生成されたカーボンナノチューブを回収する回収手段と、縦型反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項２】
内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，表面にカーボンナノチューブが生成される円板形状の鉄板と、この鉄板を駆動する駆動手段と、前記鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭素原料を供給する炭素原料供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記鉄板に生成されたカーボンナノチューブを回収する掻き取り回収手段と、前記鉄板を活性化させる鉄板活性化手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項１】
内部を還元雰囲気に保持しうるとともに，外気と遮断可能な円筒状縦型反応容器と、この縦型反応容器内に配置された鉄系材料からなる円筒と、この円筒の内壁に生成されるカーボンナノチューブを掻き取る螺旋状の掻き取り羽根と、この掻き取り羽根を駆動する駆動源と、円筒を加熱する加熱手段と、縦型反応容器内に炭素原料を供給する炭素原料供給手段と、縦型反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、鉄触媒系材料からなる円筒鉄板に生成されたカーボンナノチューブを回収する回収手段と、縦型反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項２】
内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、この反応容器内に設けられ，表面にカーボンナノチューブが生成される円板形状の鉄板と、この鉄板を駆動する駆動手段と、前記鉄板を加熱する加熱手段と、反応容器内に炭素原料を供給する炭素原料供給手段と、反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記鉄板に生成されたカーボンナノチューブを回収する掻き取り回収手段と、前記鉄板を活性化させる鉄板活性化手段と、反応容器内のガスを排気するガス排気手段とを具備することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−４１２７０（Ｐ２０１２−４１２７０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６５０９７（Ｐ２０１１−２６５０９７）
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【分割の表示】特願２００８−１７４９２８（Ｐ２００８−１７４９２８）の分割
【原出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【分割の表示】特願２００８−１７４９２８（Ｐ２００８−１７４９２８）の分割
【原出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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