JP2019112656A - Cvd apparatus for carbon nanostructure growth and method for manufacturing carbon nanostructure - Google Patents
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Abstract
【課題】基材として例えば表面に触媒層を有する帯状の銅箔を用いるような場合でも、この基材を移送しながら基材表面に炭素ナノ構造体を連続して成長させることができる炭素ナノ構造体成長用CVD装置及び炭素ナノ構造体の製造方法を提供する。【解決手段】炭素含有の原料ガスを導入した加熱雰囲気の処理炉1内で帯状の基材Fmを移送し、この基材の表面に炭素ナノ構造体を成長させる本発明の炭素ナノ構造体成長用CVD装置Mは、ロール状に巻回された帯状の基材を所定速度で繰り出す繰出手段2と、処理炉を通過することで表面に炭素ナノ構造体が成長した基材を巻き取る巻取手段3と、繰出手段と巻取手段との間に設けられて処理炉内に存する基材の部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる弛ませ手段5a,5bと、この弛んだ基材の部分を担持しながら移送するベルトコンベア6とを備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously grow carbon nanostructures on a base material surface while transferring this base material even when a band-shaped copper foil having a catalyst layer on the surface is used as the base material, for example. Provided are a CVD apparatus for structure growth and a method for manufacturing a carbon nanostructure. SOLUTION: The growth of carbon nanostructures of the present invention is carried out by transferring a band-shaped base material Fm in a processing furnace 1 in a heated atmosphere into which a carbon-containing raw material gas is introduced and growing carbon nanostructures on the surface of the base material. The CVD device M for use is a feeding means 2 that unwinds a strip-shaped base material wound in a roll shape at a predetermined speed, and a winding base material having a carbon nanostructure grown on its surface by passing through a processing furnace. Loosening means 5a and 5b provided between the means 3 and the feeding means and the winding means to cancel and loosen the tension applied to the portion of the base material existing in the processing furnace, and the loosened base material portion. It is provided with a belt conveyor 6 for transferring while carrying the above. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、基材の表面にカーボンナノチューブやグラフェン等の炭素ナノ構造体を成長させる炭素ナノ構造体成長用CVD装置及び炭素ナノ構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a CVD apparatus for carbon nanostructure growth for growing carbon nanostructures such as carbon nanotubes and graphene on the surface of a substrate, and a method for producing carbon nanostructures.
この種の炭素ナノ構造体成長用CVD装置は例えば特許文献1で知られている。このものでは、処理炉内に炭素含有の原料ガスを導入し、加熱することで処理炉内を加熱雰囲気(例えば、加熱温度が700℃)とし、この加熱雰囲気の処理炉内でベルトコンベアにより所定面積の基板を一定の間隔で順次搬送して、各基板の表面に炭素ナノ構造体を成長させている。
For example,
ここで、炭素ナノ構造体の生産性よく得るために、基板に代えて帯状で厚みの薄い基材を用い、この基材を処理炉内で移送しながら、基材表面に炭素ナノ構造体を連続して成長させていくことが考えられる。このような場合には、繰出手段によりロール状に巻回された帯状の基材が所定速度で繰り出され、この繰り出された基材が処理炉内を移送されて、処理炉を通過することで表面に炭素ナノ構造体が成長した基材が巻取手段によりロール状に巻き取ることになり、繰出手段から処理炉を通過して巻取手段に巻き取られるまでの間、基材には、通常、一定の張力が付与されることになる。 Here, in order to obtain carbon nano-structures with high productivity, a strip-like thin substrate is used instead of the substrate, and the carbon nano-structures are transferred to the surface of the base while being transferred in a processing furnace. It is possible to make it grow continuously. In such a case, the strip-like base material wound in a roll shape is fed out at a predetermined speed by the feeding means, and the fed-out base material is transferred in the processing furnace and passes through the processing furnace. The base material on the surface of which the carbon nanostructure has grown is rolled up by the winding means, and the base material is passed from the feeding means to the processing furnace and taken up by the winding means. Usually, a constant tension will be applied.
然し、炭素ナノ構造体を効果的に成長させるために、基材として、例えば、表面に触媒層を有する帯状の銅箔を用いるような場合、加熱雰囲気の処理炉内を通過させると、基材が加熱されて軟化し、基材に加わる張力で塑性変形したり(この場合、炭素ナノ構造体が成長した基材に皺等が発生しないように巻取手段に巻き取ることが困難になる)、場合によっては、基材が破断する(この場合、生産が中断して生産性が低下する)という不具合が生じる。 However, in order to effectively grow carbon nanostructures, for example, when using a strip-like copper foil having a catalyst layer on the surface, the substrate is passed through a processing furnace in a heating atmosphere. Is heated and softened, and is plastically deformed due to the tension applied to the substrate (in this case, it becomes difficult to wind around the winding means so that wrinkles and the like are not generated on the substrate on which the carbon nanostructure has grown) In some cases, there is a problem that the substrate breaks (in this case, the production is interrupted and the productivity is reduced).
本発明は、以上の点に鑑み、基材として例えば表面に触媒層を有する帯状の銅箔を用いるような場合でも、この基材を移送しながら基材表面に炭素ナノ構造体を連続して成長させることができる炭素ナノ構造体成長用CVD装置及び炭素ナノ構造体の製造方法を提供することをその課題とするものである。 In the present invention, in view of the above points, even when using, for example, a strip-like copper foil having a catalyst layer on the surface as a substrate, the carbon nanostructure is continuously formed on the substrate surface while transferring the substrate. It is an object of the present invention to provide a CVD apparatus for carbon nanostructure growth that can be grown and a method for producing a carbon nanostructure.
上記課題を解決するために、炭素含有の原料ガスを導入した加熱雰囲気の処理炉内で帯状の基材を移送し、この基材の表面に炭素ナノ構造体を成長させる本発明の炭素ナノ構造体成長用CVD装置は、ロール状に巻回された帯状の基材を所定速度で繰り出す繰出手段と、処理炉を通過することで表面に炭素ナノ構造体が成長した基材を巻き取る巻取手段と、繰出手段と巻取手段との間に設けられて処理炉内に存する基材の部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる弛ませ手段と、この弛んだ基材の部分を担持しながら移送するベルトコンベアとを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the carbon nanostructure according to the present invention, wherein a band-like base material is transferred in a processing furnace of a heating atmosphere introduced with a carbon-containing source gas, and carbon nanostructures are grown on the surface of the base material. The CVD apparatus for body growth comprises a feeding means for feeding out a belt-like base material wound in a roll at a predetermined speed, and a base material having a carbon nanostructure grown on its surface by passing through a processing furnace. Means, slackening means provided between the feeding means and the winding means to cancel and slacken the tension applied to the portion of the substrate existing in the processing furnace, and supporting the slack portion of the substrate And conveying a belt conveyor.
本発明によれば、弛ませ手段を備える構成を採用することで、繰出手段から処理炉を通過して巻取手段に巻き取られるまでの間の処理炉内に存する基材の部分ではその張力がキャンセルされるようにして重力で下方に弛ませる。そして、ベルトコンベアを設ける構成を採用して、この弛んだ基材の部分をベルトコンベアで担持しながら処理炉内を移送させる。これにより、処理室内を通過する基材の部分が加熱されて軟化しても、この基材の部分には自重に起因する張力以外の張力が作用していないため、基材が塑性変形したり、または、破断したりするといった不具合が生じない。その結果、基材として例えば表面に触媒層を有する帯状の銅箔を用いるような場合でも、この基材を移送しながら基材表面に炭素ナノ構造体を連続して成長させることができ、上記従来例のものと比較して生産性を飛躍的に向上させることができる。 According to the present invention, by adopting the configuration provided with the slackening means, the tension of the portion of the base material existing in the processing furnace from the feeding means through the processing furnace until it is taken up by the winding means So that it is canceled by gravity. And the structure which provides a belt conveyor is employ | adopted and it conveys the inside of a processing furnace, hold | maintaining the part of this loose base material by a belt conveyor. As a result, even if the portion of the substrate passing through the processing chamber is heated and softened, no tension other than the tension caused by its own weight acts on the portion of the substrate, so the substrate is plastically deformed or There is no problem such as breakage or breakage. As a result, even when using, for example, a strip-shaped copper foil having a catalyst layer on the surface as a substrate, carbon nanostructures can be continuously grown on the substrate surface while transferring the substrate, Productivity can be dramatically improved as compared with the prior art.
本発明において、前記弛ませ手段は、所定速度で移送される基材に摩擦力を付与する弾性ローラであることが好ましい。 In the present invention, the slackening means is preferably an elastic roller which applies a frictional force to the substrate transported at a predetermined speed.
本発明において、前記ベルトコンベアのベルト部が所定径の線材を組み付けて構成される場合、基板とベルト部の間に、ベルト部の線材より小さい径の線材を格子状に組み付けて構成される帯状のメッシュ体を介在させることで、基材のベルト部側の面にも炭素ナノ構造体を成長させることができるが、メッシュ体を構成する線材が加熱により軟化する場合、メッシュ体に対して張力が加わると、メッシュ体が伸びて戻らなくなったり破断したりする虞がある。この場合、ベルト部の周回移動に同期して、基材とベルトコンベアとの間に介在された状態でメッシュ体を走行させる走行手段とを更に備えることが好ましい。これによれば、処理炉内で走行するメッシュ体に対して張力が加わらないため、メッシュ体を構成する線材が加熱により軟化する場合でも、メッシュ体の伸びや破断を防止することができ、有利である。 In the present invention, when the belt portion of the belt conveyor is configured by assembling a wire having a predetermined diameter, a belt shape configured by assembling a wire having a diameter smaller than the wire of the belt portion in a lattice between the substrate and the belt portion. The carbon nanostructure can be grown also on the surface on the belt portion side of the base material by interposing the mesh body of the above, but when the wire forming the mesh body is softened by heating, the tension relative to the mesh body If it is added, there is a risk that the mesh body may not expand and return or break. In this case, it is preferable to further include a running means for running the mesh body while being interposed between the base material and the belt conveyor in synchronization with the circumferential movement of the belt portion. According to this, since tension is not applied to the mesh body traveling in the processing furnace, it is possible to prevent the elongation and breakage of the mesh body even when the wire material constituting the mesh body is softened by heating, which is advantageous. It is.
上記炭素ナノ構造体成長用CVD装置を用いて帯状の基材の表面に炭素ナノ構造体を成長させる本発明の炭素ナノ構造体の製造方法は、処理炉内に炭素含有の原料ガスを導入し、加熱することで処理炉内を加熱雰囲気とする工程と、ロール状に巻回された帯状の基材を所定速度で繰り出し、繰り出した基材を処理炉を通過させ、巻き取ると共に、処理炉内に存する基材の部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる工程と、基材の弛ませた部分をベルトコンベアのベルト部で担持しながら、ベルト部の周回移動に伴って加熱雰囲気の処理炉内を通過させて基材表面に炭素ナノ構造体を成長させる工程とを含むことを特徴とする。 The method for producing a carbon nanostructure according to the present invention for growing a carbon nanostructure on the surface of a belt-like base material using the above-described CVD apparatus for carbon nanostructure growth introduces a carbon-containing source gas into a processing furnace. The step of heating the inside of the processing furnace by heating, the strip-like base material wound in a roll is drawn out at a predetermined speed, and the drawn-out base material is passed through the processing furnace and wound up. The process of canceling and loosening the tension applied to the portion of the base material existing inside, and supporting the slack portion of the base material by the belt portion of the belt conveyor, the processing atmosphere of the heating atmosphere along with the circumferential movement of the belt portion And D. passing the substrate to grow carbon nanostructures on the surface of the substrate.
上記炭素ナノ構造体成長用CVD装置を用いて帯状の基材の表面に炭素ナノ構造体を成長させる本発明の炭素ナノ構造体の製造方法は、処理炉内に炭素含有の原料ガスを導入し、加熱することで処理炉内を加熱雰囲気とする工程と、ロール状に巻回された帯状の基材を処理速度で繰り出し、繰り出した基材を処理炉を通過させ、巻き取ると共に、処理炉内に存する基材の部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる工程と、基材の弛ませた部分を帯状のメッシュ体を介してベルトコンベアのベルト部で担持しながら、ベルト部の周回移動に同期するメッシュ体の走行に伴って加熱雰囲気の処理炉内を通過させて基材表面に炭素ナノ構造体を成長させる工程とを含むことを特徴とする。 The method for producing a carbon nanostructure according to the present invention for growing a carbon nanostructure on the surface of a belt-like base material using the above-described CVD apparatus for carbon nanostructure growth introduces a carbon-containing source gas into a processing furnace. The step of heating the inside of the processing furnace by heating, the strip-like base material wound in a roll is drawn out at a processing speed, and the drawn-out base material is passed through the processing furnace and wound up. In the step of canceling and loosening the tension applied to the portion of the base material existing inside, and supporting the slack portion of the base material by the belt portion of the belt conveyor via the belt-like mesh body, And d) passing the inside of the processing atmosphere of the heating atmosphere along with the traveling of the mesh body in synchronization to grow carbon nanostructures on the surface of the substrate.
以下、図面を参照して、帯状の基材を表面に触媒層(図示省略)を有する銅箔(以下「基材Fm」という)とし、処理炉1内を通過する基材Fmの表面に炭素ナノ構造体たるカーボンナノチューブCtを成長させる場合を例に、本発明のCVD装置の実施形態について説明する。
Hereinafter, referring to the drawings, the strip-like base material is a copper foil (hereinafter referred to as “base material Fm”) having a catalyst layer (not shown) on the surface, carbon on the surface of base material Fm passing through the
図1を参照して、Mは、本発明の実施形態のCVD装置である。CVD装置Mは、基材FmにカーボンナノチューブCtを成長させる円筒状の処理炉1を備える。処理炉1内には、図示省略のガス源に連通する、マスフローコントローラ11が開設されたガス管12の先端が配置され、処理炉1の外側には加熱手段13が設けられている。加熱手段13としては、ランプや電熱線等の公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。これにより、処理炉1内に炭素含有の原料ガスを所定流量で導入し、加熱手段13により加熱することで処理炉1内を加熱雰囲気とすることができるようになっている。加熱温度は、成長させる炭素ナノ構造体の種類等に応じて、例えば、600〜700℃の範囲内で適宜設定される。尚、加熱手段13の外側には、上下の断熱材14a,14bが設けられている。以下において、処理炉1内で基材Fmが移送される方向をX軸方向(図1中の左右方向)右側、基材Fmの幅方向をY軸方向(図1の紙面に直交する方向)、これらX軸方向及びY軸方向を含む平面に対して直交する方向をZ軸方向(図1中の上下方向)として説明する。
Referring to FIG. 1, M is a CVD apparatus according to an embodiment of the present invention. The CVD apparatus M includes a
処理炉1の左側には、ロール状に巻回された帯状の基材Fmを所定速度で繰り出す繰出手段2が設けられており、処理炉1の右側には、処理炉1を通過することでカーボンナノチューブCtが成長した基材Fmをロール状に巻き取る巻取手段3が設けられている。繰出手段2は、間隔を置いて配置される、複数のローラ21a,21b,21c,21dを備える。繰出ローラ21aには、繰出用のモータ22aの回転軸(図示省略)が連結されており、モータ22aにより繰出ローラ21aが回転駆動されると、所定速度で基材Fmが繰り出されるようになっている。ローラ21bには、繰り出された基材Fmが蛇行することを抑制する蛇行抑制機構23が付設されている。ローラ21cは、Z軸方向に移動自在なダンサーローラであり、繰り出される基材Fmの張力を調整できるようにしている。蛇行抑制機構23は、ローラ21bの基材Fmが接触するY方向の位置に応じて、基材FmのY軸方向の位置を移動自在とできるように公知のウェブガイドと同様の構成とされている。また、処理炉1に最も近いローラ21dには、モータ22bの回転軸が連結されており、所定速度で繰り出された基材Fmに対し、基材Fmとローラ21dとの間に存在する摩擦係数に応じた力を付与して、基材Fmを処理炉1に送ることができるようになっている。
On the left side of the
巻取手段3は、間隔を置いて配置される複数のローラ31a,31b,31c,31dを備える。処理炉1に最も近いローラ31aには、モータ32aの回転軸(図示省略)が連結されており、所定速度で繰り出された基材Fmに対し、基材Fmとローラ31aとの間に存在する摩擦係数に応じた力を付与して、基材Fmを巻取ローラ31dに送ることができるようになっている。ローラ31aの回転は、繰出手段2のローラ21dの回転と基本として同期されている。同期方法は、モータ22bとモータ32aの回転数を制御することによる同期だけでなく、タイミングベルトを用いて機械的な位置同期を用いることができる。ここで、両モータ22b,32aの回転数は、厳密に一致させる必要はなく、モータ32aの回転数は、撓み量測定手段33により測定された基材Fmの撓み量に応じて調整可能である。機械的な位置同期の場合の構成例としては公知の手段でタイミングプーリーの径を変化させることにより調整可能である。例えば、基材Fmの撓み量が所定値を超えると、モータ32aの回転数を所定量増加させる制御を行うことができる。撓み量測定手段33としては、基材Fmの表面、好ましくは、触媒層が形成されていない部分の表面までの距離を測定可能な公知の渦電流センサを用いることができる。尚、撓み量測定手段33をローラ21dとローラ62aとの間に設け、この撓み量測定手段33をにより測定された基材Fmの撓み量に応じてモータ32aの回転数を同様に調整してもよい。ローラ31bは、Z軸方向に移動自在なダンサーローラであり、巻取ローラ31dに巻き取られる基材Fmの張力を調整している。巻取ローラ31dには、モータ32bの回転軸(図示省略)が連結されており、所定の速度で基材Fmをロール状に巻き取ることができるようになっている。
The winding means 3 comprises a plurality of
このように、繰出手段2から処理炉1を通過して巻取手段3に巻き取られるまでの間、通常、基材Fmにはローラ21a〜21d間、ローラ21d〜31a間、ローラ31a〜31d間の3つの領域(以下、夫々「第1領域」、「第2領域」、「第3領域」という。)において夫々一定の張力が付与されるが、加熱雰囲気の処理炉1内を通過するときに基材Fmが加熱されて軟化すると、基材Fmが塑性変形したり破断するという不具合が生じる。
Thus, the base material Fm is usually between the
そこで、本実施形態のCVD装置Mは、繰出手段2と巻取手段3との間に設けられて処理炉1内に存する基材Fmの部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる弛ませ手段5a,5bと、この弛んだ基材Fmの部分を担持しながら移送するベルトコンベア6とを備える。弛ませ手段5a,5bは、所定速度で移送される基材Fm〜ローラ21d間に垂直抗力を増加させ、摩擦力を増加させる構成を持つ弾性ローラで構成することができる。弾性ローラは、例えば、ゴムローラをエアシリンダで駆動する構成により実現できる。ベルトコンベア6は、無端状のベルト部61と、ベルト部61が巻き掛けられる、間隔を置いて配置される複数(本実施形態では4個)のローラ62a,62b,62c,62dとを有する。ローラ62aにはモータ63の回転軸(図示省略)が連結されており、モータ63によりローラ62aが回転駆動されると、所定速度でベルト部61が周回移動するようになっている。このとき、ベルト部61には、所定の張力(例えば、20〜80N)が付与されるため、ベルト部61を構成する線材W1として外径(線径)d1(図2(a)参照)が比較的大きいものを組み付けることで機械的強度を持たせている。このベルトコンベア6が基材Fmの自重を受けることにより、ローラ62a〜62b間の基材Fmの自重によるローラ21d〜31a間の張力増加をキャンセルすることが可能となる。また、ベルト部61には、基材Fmの載置面Fm1側へのカーボンナノチューブCtの成長を許容する複数の開口が形成されている。
Therefore, the CVD apparatus M of the present embodiment is provided between the feeding means 2 and the winding
以上の構成によれば、繰出手段2から処理炉1を通過して巻取手段3に巻き取られるまでの間、第1領域21a〜21dと第3領域31a〜31dでは基材Fmにはダンサーローラ21c,31bに設定した張力値が基本的に反映されることになるが、弛ませ手段5a,5bを備える構成を採用することで第1領域21a〜21dと第3領域31a〜31dの張力が絶縁され、第2領域21d〜31aの張力を略ゼロとすることが可能となる。これは、弛ませ手段5a,5b無しで、第2領域21d〜31aの張力がゼロという場合を想定すると、最終的にローラ21d及び31aの垂直抗力が略ゼロとなることを意味するため、結果として、基材Fmに対して摩擦係数に応じた有効な力を付与することが不可能となるためである。尚、正確には、ローラ21d〜62a間やローラ62b〜31a間に存在する基材Fmの自重に起因する張力は発生するため、第2領域21d〜31aの張力は完全にゼロとはならない。つまり、弛ませ手段5a,5bとベルトコンベア6は、基材Fmの自重による張力のみをローラ21d〜31a間に付与させ、基材Fmの伸びを最小限に留めることを実現するとともに、この自重起因の張力値以上の張力を第1領域及び第3領域に働かせることを可能として安定的な繰出及び巻取を実現させていると言える。処理炉1内に存する基材Fmの部分はその張力がキャンセルされるので、その下方への弛んだ形状は、ローラ21d〜62a及びローラ62b〜31a間は基材Fmの自重を起因とする懸垂線となり、ローラ62a〜62b間はベルトコンベア6に掛け回されたベルト部61の自重及び張力の合力による懸垂線に倣う形状となる。撓み量測定手段33は、この懸垂線の交点Z軸方向位置をゼロ位置として制御されることになる。即ち、当該位置よりZ軸方向上方になると張力増加であり、当該位置よりZ軸方向下方になると自重による張力増加となる。但し、自重は其程重くないため、当該位置よりαだけZ軸方向下方の位置をゼロ位置として制御することが好ましい。その理由は、自重増加は大したことはないが、モータ22b等のモータ起因の張力増加は、単位時間あたりの張力増加量が大きくなるためである。そして、ベルトコンベア6を設ける構成を採用して、この弛んだ基材Fmの部分をベルトコンベア6で担持しながら処理炉1内を移送させる。これにより、処理室1内を通過する基材Fmの部分が加熱されて軟化しても、この基材Fmの部分には自重に起因する張力以外の張力が作用していないため、基材Fmが塑性変形したり、または、破断したりするといった不具合が生じない。その結果、基材Fmとして例えば表面に触媒層を有する帯状の銅箔を用いるような場合でも、この基材Fmを移送しながら基材Fm表面に炭素ナノ構造体を連続して成長させることができ、上記従来例のものと比較して生産性を飛躍的に向上させることができる。
According to the above-described configuration, the dancers can not work on the base material Fm in the
上記CVD装置Mは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段を有し、制御手段により上記マスフローコントローラ11の作動、加熱手段13の作動や、各モータ22a,22b,32a,32b,63の作動等を統括管理するようになっている。以下、図2も参照して、上記CVD装置Mを用いて、基材Fmを表面に触媒層が成膜された銅箔とし、この基材Fmの表面にカーボンナノチューブCtを成長させる場合を例に、炭素ナノ構造体の製造方法の実施形態について説明する。尚、触媒層としてはFe膜を用いることができる。
The CVD apparatus M has known control means provided with a microcomputer, sequencer, etc., and the control means operates the
マスフローコントローラ11を制御して処理炉1内に炭素含有ガスを所定流量(例えば、100〜2000sccm)で導入する(このとき、処理炉1内の圧力は例えば1kPa〜大気圧)。炭素含有の原料ガスとしては、エチレンガス、アセチレンガス及びメタンガス等の炭化水素や、エタノール等のアルコールを用いることができる。このような原料ガスと共に希釈ガスを処理炉1内に導入してもよく、希釈ガスとしては、水素ガス、窒素ガスや、アルゴン等の希ガスを用いることができる。この状態で加熱手段13を作動させて加熱し、処理炉1内を加熱雰囲気とする。加熱温度は、原料ガスの種類に応じて、400〜1050℃の範囲で適宜設定することができる。例えば、エチレンガスを用いる場合には750℃、アセチレンガスを用いる場合には720℃、メタンガスを用いる場合には800℃に夫々設定することができる。これにより、ベルト部61の表面に起毛層RrとしてのカーボンナノチューブCtがランダムな方向に成長する(図2(a)参照)。このように起毛層Rrを所定の厚みで成長させることで、後述のように基材Fmの表面(両面)にカーボンナノチューブを成長させることができる。次いで、モータ22a,22b,32a,32bを駆動し(このとき、モータ22b,32aは同期させる)、繰出ローラ21aを回転させることで帯状の基材Fmを所定速度で繰り出し、繰り出した基材Fmを処理炉1を通過させ、巻取ローラ31dに巻き取る。これと共に、弛ませ手段5a,5bを基材Fmに接触させて、処理炉1内に存する基材Fmの部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる。
The
そして、基材Fmの弛ませた部分をベルトコンベア6のベルト部61で担持しながら、ベルト部61の周回移動に伴って加熱雰囲気の処理炉1内を通過させる。これにより、図2(b)及び図2(c)に示すように、基材Fmの表面(両面)から当該表面に直交する方向に配向するようにカーボンナノチューブCtが成長する。尚、処理炉1内を基材Fmが通過する時間は、基材Fm表面から成長させるカーボンナノチューブCtの長さ(例えば、125μm)に応じて適宜設定することができる。ここで、メッシュベルトVmと金属箔Fmとの間に介在する起毛層Rrは、常時所定の張力が付与されるものではないので、機械的強度を考慮する必要がない。そして、起毛層Rrに存する隙間を通じて基材Fmの載置面Fm1側の全面に亘って、加熱された原料ガスが行き届くようにすることができる。その結果、基材Fm表面全体に亘ってカーボンナノチューブCtを成長させることができる。尚、起毛層RrとしてのカーボンナノチューブCtはランダムな方向に成長しているのに対して、カーボンナノチューブCtは基材Fmの表面に対して垂直な方向に成長しているため、たとえカーボンナノチューブCtの先端が起毛層Rrの内部に入り込んだとしても、両者が絡み合うことがない。このため、基材Fmを巻取ローラ31dで巻き取る際に起毛層Rrがベルト部61から剥がれることがない。尚、モータ22b,32aは同期しているが、基材Fmの単位時間あたりの移送量は摩擦や熱収縮量の変動を受け同期せず、その結果として、第3領域の移送量収支がゼロとならず、単位時間あたりに増減する場合がある。この増減は撓み量測定手段33の測定値に積分的に反映される。つまり撓み量測定手段33の測定値を利用し、モータ22b,32aの同期量を補正することで基材Fmの安定的な移送を実現することが出来る。
Then, while the slack portion of the base material Fm is carried by the
次に、図3を参照して、本発明の他の実施形態に係るCVD装置M2について説明する。本実施形態のCVD装置M2は、ベルト部61の線材W1より小さい径の線材W2を格子状に組み付けて構成される帯状のメッシュ体(例えば、メッシュベルト)Bmと、ベルト部61の周回移動に同期して、基材Fmとベルトコンベア6との間に介在された状態でメッシュ体Bmを走行させる走行手段7,8とを更に備える。
Next, a CVD apparatus M2 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the CVD apparatus M2 of the present embodiment, a belt-like mesh body (for example, a mesh belt) Bm configured by assembling wire rods W2 smaller in diameter than the wire rod W1 of the
図4(a)も参照して、メッシュ体Bmの線材W2の外径d2は、0.01〜0.1mmの範囲に設定されることが好ましい。外径d2が0.01mm未満では、温度が上昇することで線材W2が伸びてベルトコンベア6側へ垂れ下がってしまい、メッシュ体Bmを使用する効果が小さくなる場合がある一方で、外径d2が0.1mmを超えると、線材W2から基材Fmを十分に浮かせることができずにメッシュ体Bmの形状の痕がついてしまう場合がある。また、メッシュ体Bmの開口率は、50〜99.8%の範囲に設定されることが好ましい。開口率が50%未満では、原料ガスが十分に供給されずにカーボンナノチューブCtの成長が悪くなったりメッシュ体Bmの形状の痕がついたりする場合がある一方で、開口率が99.8%を超えるとメッシュ体Bmの機械的強度が低下する場合がある。
Referring also to FIG. 4A, the outer diameter d2 of the wire W2 of the mesh body Bm is preferably set in the range of 0.01 to 0.1 mm. If the outer diameter d2 is less than 0.01 mm, the temperature rises and the wire W2 extends and hangs down to the
走行手段は、繰出手段7と巻取手段8とで構成される。繰出手段7は、間隔を置いて配置される、複数のローラ71a〜71fを備える。繰出ローラ71aには、繰出用のモータ72aの回転軸(図示省略)が連結されており、モータ72aにより繰出ローラ71aが回転駆動されると、所定速度で基材Fmが繰り出されるようになっている。また、処理炉1に最も近いローラ71fには、モータ72bの回転軸が連結されており、所定の張力でメッシュ体Bmを処理炉1に送ることができるようになっている。
The traveling means is constituted by the feeding means 7 and the winding means 8. The feeding means 7 includes a plurality of
巻取手段8は、間隔を置いて配置される複数のローラ81a〜81fを備える。処理炉1に最も近いローラ81aには、モータ82aの回転軸(図示省略)が連結されており、所定の張力でメッシュ体Bmを巻取ローラ81fに送ることができるようになっている。ローラ81aの回転は、繰出手段7のローラ71fの回転と同期されている。同期方法は、モータ72bとモータ82aの回転数を制御することによる同期だけでなく、タイミングベルトを用いて機械的な位置同期を用いることができる。また、基材Fmとメッシュ体Bmとの間のすべりを防止するため、ローラ31a,21d,71f,81aの回転は同期することが好ましく、同期方法は、モータ22b,32aとモータ72b,82aの回転数を制御することによる同期やタイミングベルトを用いて機械的な位置同期を用いることができる。尚、走行手段7,8によって走行させるメッシュ体Bmの線材W2の外径d2等によっては、処理炉1内でメッシュ体Bmが加熱されて軟化し、塑性変形したり破断するだけでなく、基材Fmとメッシュ体Bmとの間ですべりが生じる虞がある。この場合、繰出手段7と巻取手段8との間に、上記弛ませ手段5a,5bと同様の構成を持つ第2の弛ませ手段(図示省略)を設け、処理炉1内に存するメッシュ体Bmの部分に加わる張力をキャンセルするように構成してもよい。
The winding means 8 comprises a plurality of spaced apart
次に、図4も参照して、上記CVD装置M2を用いて、基材Fmを表面に触媒層が成膜された銅箔とし、この基材Fmの表面にカーボンナノチューブCtを成長させる場合を例に、炭素ナノ構造体の製造方法の実施形態について説明する。 Next, referring also to FIG. 4, using the above-mentioned CVD apparatus M2, the substrate Fm is a copper foil having a catalyst layer formed on the surface, and carbon nanotubes Ct are grown on the surface of the substrate Fm. By way of example, an embodiment of a method of producing a carbon nanostructure will be described.
上記実施形態と同様に、処理炉1内を加熱雰囲気とした後、モータ22a,22b,32a,32bを駆動し(このとき、モータ22b,32aは同期させる)、繰出ローラ21aを回転させることで帯状の基材Fmを所定速度で繰り出し、繰り出した基材Fmを処理炉1を通過させ、巻取ローラ31dに巻き取る。これと共に、弛ませ手段5a,5bを基材Fmに接触させて、処理炉1内に存する基材Fmの部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる。本実施形態では、これと共に、モータ72a,72b,82a,82bを駆動し(このとき、モータ72b,82aもモータ22b,32aと同期させる)、帯状のメッシュ体Bmを繰り出す。
As in the above embodiment, after the inside of the
そして、基材Fmの弛ませた部分を帯状のメッシュ体Bmを介してベルトコンベア6のベルト部61で担持しながら(図4(a)参照)、ベルト部61の周回移動に同期するメッシュ体Bmの走行に伴って加熱雰囲気の処理炉1内を通過させる。これにより、図4に示すように、基材Fmの表面(両面)から当該表面に直交する方向に配向するようにカーボンナノチューブCtが成長する。この成長する工程は、基材Fmの載置面Fm1側に成長するカーボンナノチューブCtがメッシュ体Bmを構成する各線材W2に夫々接触する第1段階(図4(a)参照)と、各線材W2に接触したカーボンナノチューブCtが更に成長して、これら成長したカーボンナノチューブCtにより基材Fmを担持させる第2段階を経てカーボンナノチューブCtが成長される。第2段階でカーボンナノチューブCtにより基材Fmが担持されると、メッシュ体Bmと基材Fmとの間に隙間Sが形成され、この隙間Sを介して基材Fmの載置面Fm1側における線材W2の投影面まで確実に加熱された原料ガスを行き届かせることができる。これにより、上記実施形態と同様に基材Fmの載置面側の全面に亘ってカーボンナノチューブCtを成長させることができる。
Then, while the slack portion of the base material Fm is supported by the
本実施形態においても、処理室1内を通過する基材Fmの部分が加熱されて軟化しても、この基材Fmの部分には張力が作用していないため、基材Fmが塑性変形したり、または、破断したりするといった不具合が生じない。その結果、基材Fmとして例えば表面に触媒層を有する帯状の銅箔を用いるような場合でも、この基材Fmを移送しながら基材Fm表面に炭素ナノ構造体を連続して成長させることができ、上記従来例のものと比較して生産性を飛躍的に向上させることができる。
Also in the present embodiment, even if the portion of the substrate Fm passing through the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。上記実施形態では、基材Fmとして銅箔を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、処理炉1内の加熱雰囲気で加熱されて軟化する基材を用いる場合に好ましく適用することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the range of this invention, it can deform | transform suitably. Although the case where a copper foil is used as the substrate Fm has been described as an example in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and it is preferable when using a substrate which is softened by heating in the heating atmosphere in the
上記実施形態では、処理炉1内に導入された原料ガスが加熱手段13により加熱される場合を例に説明したが、処理炉1外で加熱した原料ガスを処理炉1内に導入して加熱雰囲気としてもよい。
Although the above embodiment has been described by way of example in which the raw material gas introduced into the
上記実施形態では、カーボンナノチューブCt成長時の圧力が1kPa〜大気圧である場合を例に説明したが、カーボンナノチューブCtを減圧下で成長させる場合にも本発明を適用することができる。この場合、処理炉1の壁面に開設した排気口に真空ポンプで構成される真空排気手段を接続し、必要に応じて真空シール手段を適宜設ければよい。これらの真空排気手段や真空シール手段としては公知のものを用いることができるため、これ以上の詳細な説明を省略する。
Although the case where the pressure at the time of carbon nanotube Ct growth was 1 kPa-atmospheric pressure was explained to the example in the above-mentioned embodiment, the present invention is applicable also when growing carbon nanotube Ct under pressure reduction. In this case, an evacuation unit constituted by a vacuum pump may be connected to an exhaust port opened on the wall of the
上記実施形態では、カーボンナノチューブCtを成長させる場合を例に説明したが、グラフェンやダイヤモンドライクカーボンのような他の炭素ナノ構造体を成長(気相成長)させる場合にも本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the case of growing carbon nanotubes Ct has been described as an example, but the present invention is also applied to the case of growing (vapor phase growth) other carbon nanostructures such as graphene and diamond like carbon. Can.
上記実施形態では、メッシュ体Bmの線材W2の断面が真円である場合を例に説明したが、線材W2の断面はこれに限らず、楕円、三角形、菱形の断面を持つ線材を用いることができるが、基材Fmの載置面Fm1と線接触する断面を持つ線材W2を用いることが好ましい。 In the above embodiment, although the case where the cross section of the wire W2 of the mesh body Bm is a true circle has been described as an example, the cross section of the wire W2 is not limited to this, and a wire having an elliptical, triangular or rhombus cross section may be used. Although it is possible, it is preferable to use a wire W2 having a cross section in line contact with the mounting surface Fm1 of the base material Fm.
Bm…メッシュ体、Fm…基材、M…CVD装置、1…処理炉、2…繰出手段、3…巻取手段、5a,5b…弛ませ手段,弾性ローラ、6…ベルトコンベア、61…ベルト部。 Bm: mesh body, Fm: base material, M: CVD device, 1: processing furnace, 2: delivery means, 3: winding means, 5a, 5b: slackening means, elastic roller, 6: belt conveyor, 61: belt Department.
Claims (5)
ロール状に巻回された帯状の基材を所定速度で繰り出す繰出手段と、処理炉を通過することで表面に炭素ナノ構造体が成長した基材を巻き取る巻取手段と、繰出手段と巻取手段との間に設けられて処理炉内に存する基材の部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる弛ませ手段と、この弛んだ基材の部分を担持しながら移送するベルトコンベアとを備えることを特徴とする炭素ナノ構造体成長用CVD装置。 In a CVD apparatus for growing carbon nanostructures, a band-like base material is transferred in a processing furnace of a heating atmosphere into which a carbon-containing source gas is introduced, and carbon nanostructures are grown on the surface of the base material,
A feeding means for feeding a belt-like base wound in a roll at a predetermined speed, a winding means for taking up a base having a carbon nanostructure grown on the surface by passing through a treatment furnace, a feeding means and a winding A slack means provided between the take-up means to cancel and slacken the tension applied to the portion of the substrate existing in the processing furnace, and a belt conveyor for carrying and transporting the portion of the slack substrate CVD apparatus for carbon nanostructure growth characterized in that.
ベルト部の線材より小さい径の線材を格子状に組み付けて構成される帯状のメッシュ体と、
ベルト部の周回移動に同期して、基材とベルトコンベアとの間に介在された状態でメッシュ体を走行させる走行手段とを更に備えることを特徴とする炭素ナノ構造体成長用CVD装置。 The CVD apparatus for carbon nanostructure growth according to claim 1 or 2, wherein the belt portion of the belt conveyor is configured by assembling a wire having a predetermined diameter,
A band-like mesh body configured by assembling in a grid shape a wire rod having a diameter smaller than that of the belt portion;
A CVD apparatus for carbon nanostructure growth, further comprising: running means for running the mesh body in a state interposed between the base material and the belt conveyor in synchronization with the circumferential movement of the belt portion.
処理炉内に炭素含有の原料ガスを導入し、加熱することで処理炉内を加熱雰囲気とする工程と、
ロール状に巻回された帯状の基材を所定速度で繰り出し、繰り出した基材を処理炉を通過させ、巻き取ると共に、処理炉内に存する基材の部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる工程と、
基材の弛ませた部分をベルトコンベアのベルト部で担持しながら、ベルト部の周回移動に伴って加熱雰囲気の処理炉内を通過させて基材表面に炭素ナノ構造体を成長させる工程とを含むことを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。 A method of producing a carbon nanostructure, comprising: growing a carbon nanostructure on a surface of a belt-like substrate using the CVD apparatus for carbon nanostructure growth according to claim 1;
Introducing a carbon-containing source gas into the processing furnace and heating the inside of the processing furnace to a heating atmosphere;
The strip-like base material wound in a roll is drawn out at a predetermined speed, and the drawn-out base material is passed through the processing furnace and wound up, and the tension applied to the part of the base material existing in the processing furnace is canceled and slackened. Process,
And a step of causing the carbon nanostructure to grow on the surface of the substrate by passing through the inside of the processing furnace of the heating atmosphere as the belt portion rotates while supporting the slack portion of the substrate by the belt portion of the belt conveyor. A method for producing a carbon nano structure, comprising:
処理炉内に炭素含有の原料ガスを導入し、加熱することで処理炉内を加熱雰囲気とする工程と、
ロール状に巻回された帯状の基材を処理速度で繰り出し、繰り出した基材を処理炉を通過させ、巻き取ると共に、処理炉内に存する基材の部分に加わる張力をキャンセルして弛ませる工程と、
基材の弛ませた部分を帯状のメッシュ体を介してベルトコンベアのベルト部で担持しながら、ベルト部の周回移動に同期するメッシュ体の走行に伴って加熱雰囲気の処理炉内を通過させて基材表面に炭素ナノ構造体を成長させる工程とを含むことを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。
A method for producing a carbon nanostructure, comprising: growing a carbon nanostructure on a surface of a belt-like substrate using the CVD apparatus for carbon nanostructure growth according to claim 3;
Introducing a carbon-containing source gas into the processing furnace and heating the inside of the processing furnace to a heating atmosphere;
The strip-like base material wound in a roll is drawn out at a processing speed, and the drawn-out base material is passed through the processing furnace to wind it up and cancel the tension applied to the part of the base material existing in the processing furnace to loosen it. Process,
While carrying the slack portion of the base material by the belt portion of the belt conveyor via the belt-like mesh body, pass through the inside of the processing atmosphere of the heating atmosphere as the mesh body moves in synchronization with the circumferential movement of the belt portion And C. growing a carbon nanostructure on the surface of a substrate.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11236669A (en) * | 1998-02-23 | 1999-08-31 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | Thin film forming method and thin film forming apparatus |
| JP2004292931A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin film forming apparatus, thin film forming method, and lithium ion battery |
| JP2009174001A (en) * | 2008-01-24 | 2009-08-06 | Fujifilm Corp | Film forming apparatus and film forming method |
| JP2010100354A (en) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Nippon Mektron Ltd | Belt-like workpiece carrying method and belt-like workpiece carrying device |
| US20120025413A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-02 | Samsung Techwin Co., Ltd. | Method of manufacturing graphene |
| JP2013249505A (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Sony Corp | Film-forming apparatus and film-forming method |
| CN104192891A (en) * | 2014-07-30 | 2014-12-10 | 沈阳镨和真空电子设备有限公司 | Winding type ITO (indium-tin-oxide) crystallizing equipment |
-
2017
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11236669A (en) * | 1998-02-23 | 1999-08-31 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | Thin film forming method and thin film forming apparatus |
| JP2004292931A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin film forming apparatus, thin film forming method, and lithium ion battery |
| JP2009174001A (en) * | 2008-01-24 | 2009-08-06 | Fujifilm Corp | Film forming apparatus and film forming method |
| JP2010100354A (en) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Nippon Mektron Ltd | Belt-like workpiece carrying method and belt-like workpiece carrying device |
| US20120025413A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-02 | Samsung Techwin Co., Ltd. | Method of manufacturing graphene |
| JP2013249505A (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Sony Corp | Film-forming apparatus and film-forming method |
| CN104192891A (en) * | 2014-07-30 | 2014-12-10 | 沈阳镨和真空电子设备有限公司 | Winding type ITO (indium-tin-oxide) crystallizing equipment |
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