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JP2019112656A - Cvd apparatus for carbon nanostructure growth and method for manufacturing carbon nanostructure - Google Patents

Cvd apparatus for carbon nanostructure growth and method for manufacturing carbon nanostructure Download PDF

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JP2019112656A
JP2019112656A JP2017244799A JP2017244799A JP2019112656A JP 2019112656 A JP2019112656 A JP 2019112656A JP 2017244799 A JP2017244799 A JP 2017244799A JP 2017244799 A JP2017244799 A JP 2017244799A JP 2019112656 A JP2019112656 A JP 2019112656A
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Japan
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base material
processing furnace
carbon
carbon nanostructure
substrate
Prior art date
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Application number
JP2017244799A
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Japanese (ja)
Inventor
美尚 中野
Minao Nakano
美尚 中野
義朗 福田
Yoshiro Fukuda
義朗 福田
尚希 塚原
Naoki Tsukahara
尚希 塚原
村上 裕彦
Hirohiko Murakami
村上  裕彦
大西 洋平
Yohei Onishi
洋平 大西
山口 広一
Koichi Yamaguchi
山口  広一
吉田 篤史
Atsushi Yoshida
篤史 吉田
健司 小室
Kenji Komuro
健司 小室
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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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, Patent Document 1 discloses a CVD apparatus for growing carbon nanostructures of this type. In this process, a carbon-containing raw material gas is introduced into the processing furnace and heated to make the inside of the processing furnace a heating atmosphere (for example, a heating temperature of 700 ° C.). Substrates of the area are sequentially transported at fixed intervals to grow carbon nanostructures on the surface of each substrate.

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).

特許第4581146号公報Patent No. 4581146 gazette

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.

本発明の実施形態のCVD装置を示す模式的断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Typical sectional drawing which shows the CVD apparatus of embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明の実施形態の炭素ナノ構造体の製造方法を説明する模式図。(A)-(c) is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the carbon nanostructure of embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態のCVD装置を示す模式的断面図。Typical sectional drawing which shows the CVD apparatus of other embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明の実施形態の炭素ナノ構造体の製造方法を説明する模式図。(A)-(c) is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the carbon nanostructure of embodiment of this invention.

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 processing furnace 1 The embodiment of the CVD apparatus of the present invention will be described by taking, as an example, the case of growing carbon nanotubes Ct which are nanostructures.

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 cylindrical processing furnace 1 for growing carbon nanotubes Ct on a substrate Fm. In the processing furnace 1, a tip end of a gas pipe 12 in which a mass flow controller 11 is opened and which communicates with a gas source (not shown) is disposed, and a heating means 13 is provided outside the processing furnace 1. As the heating means 13, known ones such as a lamp and a heating wire can be used, so the detailed description is omitted here. As a result, the carbon-containing source gas is introduced into the processing furnace 1 at a predetermined flow rate, and heating is performed by the heating means 13 so that the inside of the processing furnace 1 can be made into a heating atmosphere. The heating temperature is appropriately set, for example, in the range of 600 to 700 ° C. according to the type of carbon nanostructure to be grown. Upper and lower heat insulators 14 a and 14 b are provided outside the heating means 13. In the following, the direction in which the base material Fm is transferred in the processing furnace 1 is on the right side in the X-axis direction (horizontal direction in FIG. 1), and the width direction of the base material Fm is in the Y-axis direction (direction orthogonal to the sheet of FIG. 1) A direction orthogonal to a plane including the X-axis direction and the Y-axis direction will be described as a Z-axis direction (vertical direction in FIG. 1).

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 processing furnace 1, there is provided a feeding means 2 for drawing out a strip-like base material Fm wound in a roll at a predetermined speed, and on the right side of the processing furnace 1 by passing through the processing furnace 1. A winding means 3 is provided for winding the base material Fm on which the carbon nanotubes Ct are grown in a roll. The feeding means 2 includes a plurality of rollers 21a, 21b, 21c and 21d which are disposed at intervals. A rotating shaft (not shown) of a feeding motor 22a is connected to the feeding roller 21a, and when the feeding roller 21a is rotationally driven by the motor 22a, the base material Fm is fed at a predetermined speed. There is. The roller 21b is additionally provided with a meandering suppression mechanism 23 for suppressing the meandering of the fed-out base material Fm. The roller 21c is a dancer roller which can move in the Z-axis direction, and can adjust the tension of the substrate Fm to be fed out. The meandering suppression mechanism 23 has a configuration similar to that of a known web guide so that the position of the substrate Fm in the Y-axis direction can be freely moved according to the position in the Y direction where the substrate Fm of the roller 21b contacts. There is. Further, the rotation shaft of the motor 22b is connected to the roller 21d closest to the processing furnace 1, and the coefficient of friction existing between the substrate Fm and the roller 21d with respect to the substrate Fm drawn out at a predetermined speed The substrate Fm can be sent to the processing furnace 1 by applying a force corresponding to the above.

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 rollers 31a, 31b, 31c, 31d arranged at intervals. The rotating shaft (not shown) of the motor 32a is connected to the roller 31a closest to the processing furnace 1 and exists between the substrate Fm and the roller 31a with respect to the substrate Fm drawn out at a predetermined speed. The substrate Fm can be fed to the winding roller 31d by applying a force corresponding to the coefficient of friction. The rotation of the roller 31 a is basically synchronized with the rotation of the roller 21 d of the feeding means 2. The synchronization method can use not only synchronization by controlling the number of rotations of the motor 22b and the motor 32a, but also mechanical position synchronization using a timing belt. Here, the number of rotations of both motors 22b and 32a does not have to be exactly the same, and the number of rotations of motor 32a can be adjusted according to the amount of deflection of substrate Fm measured by deflection amount measuring means 33 . As a structural example in the case of mechanical position synchronization, it can be adjusted by changing the diameter of the timing pulley by known means. For example, when the deflection amount of the substrate Fm exceeds a predetermined value, control can be performed to increase the number of rotations of the motor 32a by a predetermined amount. As the deflection amount measuring means 33, a known eddy current sensor capable of measuring the distance to the surface of the substrate Fm, preferably the surface of the portion where the catalyst layer is not formed can be used. The deflection amount measuring means 33 is provided between the roller 21d and the roller 62a, and the number of rotations of the motor 32a is similarly adjusted according to the deflection amount of the substrate Fm measured by the deflection amount measuring means 33. It is also good. The roller 31 b is a dancer roller movable in the Z-axis direction, and adjusts the tension of the base material Fm to be taken up by the take-up roller 31 d. A rotating shaft (not shown) of the motor 32b is connected to the winding roller 31d, so that the substrate Fm can be wound in a roll at a predetermined speed.

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 rollers 21a to 21d, between the rollers 21d to 31a, and between the rollers 31a to 31d until it passes from the feeding means 2 through the processing furnace 1 and is taken up by the winding means 3. In each of the three regions (hereinafter referred to as "first region", "second region" and "third region" respectively), constant tension is applied respectively, but it passes through the processing furnace 1 of the heating atmosphere When the base material Fm is heated and softened sometimes, there arises a problem that the base material Fm is plastically deformed or broken.

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 means 3 and is a slackening means 5a that cancels and slackens the tension applied to the portion of the base material Fm existing in the processing furnace 1. , 5b, and a belt conveyor 6 for transporting while carrying the portion of the slack base material Fm. The slackening means 5a, 5b can be composed of an elastic roller having a configuration in which the normal force is increased between the base material Fm to the roller 21d transferred at a predetermined speed to increase the frictional force. The elastic roller can be realized, for example, by a configuration in which a rubber roller is driven by an air cylinder. The belt conveyor 6 has an endless belt portion 61, and a plurality of (four in the present embodiment) rollers 62a, 62b, 62c, 62d arranged at intervals, around which the belt portion 61 is wound. A rotating shaft (not shown) of a motor 63 is connected to the roller 62a, and when the roller 62a is rotationally driven by the motor 63, the belt portion 61 moves at a predetermined speed. At this time, since a predetermined tension (for example, 20 to 80 N) is applied to the belt portion 61, the outer diameter (wire diameter) d1 (see FIG. 2A) is used as the wire W1 constituting the belt portion 61. Mechanical strength is given by assembling relatively large ones. When the belt conveyor 6 receives the weight of the base material Fm, it is possible to cancel the increase in tension between the rollers 21d to 31a due to the weight of the base material Fm between the rollers 62a and 62b. Further, in the belt portion 61, a plurality of openings which allow the growth of carbon nanotubes Ct on the mounting surface Fm1 side of the base material Fm are formed.

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 first regions 21a to 21d and the third regions 31a to 31d until they pass through the processing furnace 1 from the feeding means 2 and are taken up by the winding means 3. The tension values set on the rollers 21c and 31b are basically reflected, but by adopting the configuration including the slackening means 5a and 5b, the tensions of the first regions 21a to 21d and the third regions 31a to 31d Can be insulated to make the tension of the second regions 21d to 31a substantially zero. This means that the vertical drag of the rollers 21d and 31a will be substantially zero, assuming that the tension in the second regions 21d to 31a is zero without the slackening means 5a and 5b. It is because it becomes impossible to give effective power according to a coefficient of friction to substrate Fm. To be precise, since tension caused by the weight of the base material Fm existing between the rollers 21d to 62a and between the rollers 62b to 31a is generated, the tension of the second regions 21d to 31a does not completely become zero. That is, the slackening means 5a and 5b and the belt conveyor 6 apply only the tension due to the weight of the base material Fm between the rollers 21d to 31a, and realize that the elongation of the base material Fm is minimized. It can be said that stable delivery and winding can be realized by allowing tension to be applied to the first area and the third area above the induced tension value. Since the tension of the portion of the base material Fm present in the processing furnace 1 is canceled, the downward slack shape is suspended between the rollers 21d to 62a and the rollers 62b to 31a due to the self weight of the base material Fm. The rollers 62a and 62b have a shape that follows a suspension line by the combined force of the weight and tension of the belt portion 61 wound around the belt conveyor 6. The deflection amount measuring means 33 is controlled with the position in the direction of the intersection Z of the suspension line as the zero position. That is, the tension increase occurs in the Z-axis direction above the position, and the tension increase due to its own weight in the Z-axis direction below the position. However, since its own weight is not so heavy, it is preferable to control a position lower in the Z-axis direction by α than the position as a zero position. The reason is that although the increase in weight is not large, the increase in tension caused by the motor such as the motor 22b is because the amount of increase in tension per unit time is large. And the structure which provides the belt conveyor 6 is employ | adopted, and the inside of the processing furnace 1 is transferred, hold | maintaining the part of this slack base material Fm by the belt conveyor 6. FIG. Thereby, even if the portion of the substrate Fm passing through the processing chamber 1 is heated and softened, no tension other than the tension caused by its own weight acts on the portion of the substrate Fm. Does not cause problems such as plastic deformation or breakage. As a result, even when using, for example, a strip-shaped copper foil having a catalyst layer on the surface as the substrate Fm, continuously growing carbon nanostructures on the surface of the substrate Fm while transferring the substrate Fm. Thus, the productivity can be dramatically improved as compared with the prior art.

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 mass flow controller 11, operates the heating means 13, and controls the motors 22a, 22b, 32a, 32b, 63. Management of the operation of the Hereinafter, referring also to FIG. 2, using the above-mentioned CVD apparatus M, 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. An embodiment of a method for producing a carbon nanostructure will be described. An Fe film can be used as the catalyst layer.

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 mass flow controller 11 is controlled to introduce the carbon-containing gas into the processing furnace 1 at a predetermined flow rate (for example, 100 to 2000 sccm) (at this time, the pressure in the processing furnace 1 is, for example, 1 kPa to atmospheric pressure). As the carbon-containing source gas, hydrocarbons such as ethylene gas, acetylene gas and methane gas, and alcohols such as ethanol can be used. A dilution gas may be introduced into the processing furnace 1 together with such a source gas, and as the dilution gas, hydrogen gas, nitrogen gas, or a rare gas such as argon can be used. In this state, the heating means 13 is operated and heated to make the inside of the processing furnace 1 a heating atmosphere. The heating temperature can be appropriately set in the range of 400 to 1050 ° C. depending on the type of the source gas. For example, the temperature can be set to 750 ° C. when ethylene gas is used, 720 ° C. when acetylene gas is used, and 800 ° C. when methane gas is used. Thereby, carbon nanotubes Ct as the napping layer Rr grow in random directions on the surface of the belt portion 61 (see FIG. 2A). By growing the napping layer Rr to a predetermined thickness in this manner, carbon nanotubes can be grown on the surface (both sides) of the base material Fm as described later. Next, the motors 22a, 22b, 32a, 32b are driven (at this time, the motors 22b, 32a are synchronized), and the feeding roller 21a is rotated to feed the strip-like base material Fm at a predetermined speed and feed it. Are passed through the processing furnace 1 and wound around the winding roller 31d. At the same time, the slackening means 5a and 5b are brought into contact with the base material Fm to cancel and slacken the tension applied to the portion of the base material Fm existing in the processing furnace 1.

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 belt portion 61 of the belt conveyor 6, the inside of the processing furnace 1 of the heating atmosphere is passed along with the circumferential movement of the belt portion 61. Thereby, as shown in FIGS. 2B and 2C, carbon nanotubes Ct grow so as to be oriented in the direction orthogonal to the surface (both sides) of the base material Fm. The time for the base material Fm to pass through the processing furnace 1 can be appropriately set according to the length (for example, 125 μm) of the carbon nanotube Ct grown from the surface of the base material Fm. Here, since the napping layer Rr interposed between the mesh belt Vm and the metal foil Fm is not always given a predetermined tension, it is not necessary to consider the mechanical strength. Then, the heated source gas can be made to spread over the entire surface on the mounting surface Fm1 side of the base material Fm through the gap existing in the raising layer Rr. As a result, carbon nanotubes Ct can be grown over the entire surface of the substrate Fm. The carbon nanotubes Ct as the napping layer Rr grow in random directions, whereas the carbon nanotubes Ct grow in the direction perpendicular to the surface of the base material Fm. Even if the front end of the lower case enters into the interior of the raising layer Rr, the two do not get entangled. Therefore, when the base material Fm is wound up by the winding roller 31d, the napping layer Rr is not peeled off from the belt portion 61. Although the motors 22b and 32a are synchronized, the transfer amount of the base material Fm per unit time is not synchronized due to the change of friction and thermal contraction amount, and as a result, the transfer amount balance of the third region is zero In some cases, it may increase or decrease per unit time. This increase or decrease is reflected on the measurement value of the deflection amount measuring means 33 in an integral manner. In other words, stable transfer of the base material Fm can be realized by correcting the synchronization amount of the motors 22b and 32a using the measurement value of the deflection amount measuring means 33.

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 belt portion 61 in a grid shape and the circumferential movement of the belt portion 61 Synchronously, traveling means 7, 8 for traveling the mesh body Bm in a state of being interposed between the base material Fm and the belt conveyor 6 are further provided.

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 belt conveyor 6 side, and the effect of using the mesh body Bm may be reduced, while the outer diameter d2 is When it exceeds 0.1 mm, the base material Fm can not be sufficiently floated from the wire W2, and a trace of the shape of the mesh body Bm may be attached. Moreover, it is preferable that the aperture ratio of mesh body Bm is set to 50 to 99.8% of range. If the opening ratio is less than 50%, the raw material gas may not be sufficiently supplied, and the growth of carbon nanotubes Ct may be deteriorated or the shape of the mesh body Bm may be attached, but the opening ratio is 99.8% When it exceeds, the mechanical strength of mesh body Bm may fall.

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 rollers 71a to 71f arranged at intervals. A rotating shaft (not shown) of a feeding motor 72a is connected to the feeding roller 71a, and when the feeding roller 71a is rotationally driven by the motor 72a, the base material Fm is fed at a predetermined speed. There is. Further, the rotation shaft of the motor 72 b is connected to the roller 71 f closest to the processing furnace 1 so that the mesh body Bm can be sent to the processing furnace 1 with a predetermined tension.

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 rollers 81a-81f. The rotating shaft (not shown) of the motor 82a is connected to the roller 81a closest to the processing furnace 1 so that the mesh body Bm can be fed to the winding roller 81f with a predetermined tension. The rotation of the roller 81 a is synchronized with the rotation of the roller 71 f of the feeding means 7. The synchronization method can use mechanical position synchronization using a timing belt as well as synchronization by controlling the number of rotations of the motor 72b and the motor 82a. Further, in order to prevent the slip between the base material Fm and the mesh body Bm, the rotations of the rollers 31a, 21d, 71f, 81a are preferably synchronized, and the synchronization method is made of the motors 22b, 32a and the motors 72b, 82a. Mechanical position synchronization can be used using synchronization by controlling the number of rotations or using a timing belt. The mesh body Bm is heated and softened in the processing furnace 1 depending on the outer diameter d2 and the like of the wire W2 of the mesh body Bm to be run by the running means 7 and 8, and not only plastic deformation or breakage occurs. There is a possibility that slip may occur between the material Fm and the mesh body Bm. In this case, a second slackening means (not shown) having the same configuration as the slackening means 5a and 5b is provided between the feeding means 7 and the winding means 8, and the mesh body existing in the processing furnace 1 is provided. You may comprise so that the tension added to the part of Bm may be canceled.

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 processing furnace 1 is heated, the motors 22a, 22b, 32a, 32b are driven (at this time, the motors 22b, 32a are synchronized), and the feeding roller 21a is rotated. The strip-like base material Fm is fed at a predetermined speed, and the fed-out base material Fm is allowed to pass through the processing furnace 1 and wound around the winding roller 31d. At the same time, the slackening means 5a and 5b are brought into contact with the base material Fm to cancel and slacken the tension applied to the portion of the base material Fm existing in the processing furnace 1. In this embodiment, at the same time, the motors 72a, 72b, 82a, 82b are driven (at this time, the motors 72b, 82a are also synchronized with the motors 22b, 32a), and the belt-like mesh body Bm is drawn out.

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 belt portion 61 of the belt conveyor 6 via the band-like mesh body Bm (see FIG. 4A), the mesh body synchronized with the circumferential movement of the belt portion 61 With the traveling of Bm, the inside of the processing furnace 1 of the heating atmosphere is passed. Thereby, as shown in FIG. 4, carbon nanotubes Ct grow so as to be oriented in the direction orthogonal to the surface (both sides) of the base material Fm. The growing step includes the first step (see FIG. 4A) in which carbon nanotubes Ct grown on the mounting surface Fm1 side of the base material Fm are in contact with the respective wires W2 constituting the mesh body Bm. The carbon nanotubes Ct in contact with W2 further grow, and the carbon nanotubes Ct are grown through the second stage of supporting the base material Fm by the grown carbon nanotubes Ct. When the base material Fm is supported by the carbon nanotubes Ct in the second step, a gap S is formed between the mesh body Bm and the base material Fm, and the base material Fm on the mounting surface Fm1 side via the gap S The source gas heated reliably to the projection plane of the wire W2 can be made to reach and reach. Thereby, the carbon nanotube Ct can be grown over the entire surface on the mounting surface side of the base material Fm as in the above embodiment.

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 processing chamber 1 is heated and softened, no tension acts on the portion of the substrate Fm, so the substrate Fm is plastically deformed. No trouble such as breaking or breaking occurs. As a result, even when using, for example, a strip-shaped copper foil having a catalyst layer on the surface as the substrate Fm, continuously growing carbon nanostructures on the surface of the substrate Fm while transferring the substrate Fm. Thus, the productivity can be dramatically improved as compared with the prior art.

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 processing furnace 1. It can apply.

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 processing furnace 1 is heated by the heating means 13, the raw material gas heated outside the processing furnace 1 is introduced into the processing furnace 1 and heated. It may be an atmosphere.

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 processing furnace 1 and a vacuum sealing unit may be provided as appropriate. A well-known thing can be used as these evacuation means and a vacuum sealing means, Therefore The further detailed description is abbreviate | omitted.

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)

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炭素ナノ構造体成長用CVD装置において、
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.
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を特徴とする請求項1記載の炭素ナノ構造体成長用CVD装置。   The CVD apparatus for carbon nanostructure growth according to claim 1, wherein the slackening means is an elastic roller which applies a frictional force to the base material transferred at a predetermined speed. 請求項1又は2記載の炭素ナノ構造体成長用CVD装置であって、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ものにおいて、
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.
請求項1記載の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炭素ナノ構造体の製造方法であって、
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:
請求項3記載の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炭素ナノ構造体の製造方法であって、
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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