(57)【要約】【課題】ダメージが少なく均一な長さで高純度のカーボンファイバを大量に製造することができるようにすること。【解決手段】本カーボンファイバの製造方法は、基板４を基板カートリッジ２に搭載する第１ステップと、基板４に触媒を成膜する第２ステップと、基板カートリッジ２を熱ＣＶＤ装置６にセットする第３ステップと、熱ＣＶＤ装置６により基板面上にカーボンファイバ２８を成膜する第４ステップと、熱ＣＶＤ装置６から基板カートリッジ２を取り出す第５ステップと、カーボンファイバ２８を触媒に非反応のガス圧により剥離して回収する第６ステップとを含み、同じ基板４を繰り返し利用してカーボンファイバ２８の量産を可能とした方法である。【選択図】図２
2007091485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンファイバの製造ステップが、
基板を基板カートリッジに搭載する第１ステップと、
基板カートリッジに搭載した状態で基板に触媒を成膜する第２ステップと、
上記基板カートリッジを熱ＣＶＤ装置にセットする第３ステップと、
上記熱ＣＶＤ装置に基板カートリッジをセットした状態で基板面上にカーボンファイバを成膜する第４ステップと、
上記熱ＣＶＤ装置から基板カートリッジを取り出す第５ステップと、
上記基板カートリッジに基板を搭載した状態で該基板からカーボンファイバを触媒に非反応のガス圧により剥離して回収する第６ステップと、
を含み、
上記ステップを同じ基板を用いて繰り返す製造サイクルを有する、ことを特徴とするカーボンファイバの製造方法。
【請求項２】
第１ステップでは基板カートリッジに搭載する基板に触媒を成膜しておくことで第２ステップを省略して第１ステップから第３ステップに移行する、ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項３】
第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルを第３ステップから開始する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項４】
第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジから基板を取り外して基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルでは第１ステップから開始し第２ステップを省略して第３ステップに移行する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項５】
第６ステップが、基板面に平行に触媒に非反応のガスを吹き付けることにより当該基板面からカーボンファイバを剥離するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項６】
第６ステップの後に基板をアッシングする第７ステップを有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項７】
第６ステップの後に基板を洗浄する第８ステップを有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項８】
第８ステップの洗浄が酸洗浄である、ことを特徴とする請求項７に記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項９】
第２ステップが、複数の基板を基板カートリッジに互いに平行に間隔をあけて搭載するステップであり、
第４ステップが、触媒に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながら各基板面にほぼ平行に沿わせて強制的に流して基板面上にカーボンファイバを成膜するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項１０】
第１ステップが、基板上に触媒を鍍金により形成するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項１１】
第１ステップが、基板上に下地膜を鍍金により形成し、次いでその鍍金した下地膜の上に触媒膜を鍍金により形成するステップである、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法。
【請求項１２】
複数の基板を互いに平行に間隔をあけて収納することができる基板カートリッジであって、請求項１ないし１１のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法に用いられる、ことを特徴とする基板カートリッジ。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれかに記載のカーボンファイバの製造方法に用いる熱ＣＶＤ装置であって、
内部で熱ＣＶＤが実施されるメインチャンバと、
メインチャンバにゲートバルブを介して取り付けられかつゲートバルブを通じてメインチャンバと同じ雰囲気にしてメインチャンバに対する基板カートリッジの収納と取り出しの作業を行うことが可能なロードロックチャンバと、
を備えたことを特徴とする熱ＣＶＤ装置。
【請求項１４】
メインチャンバは、その内部に収納されている基板カートリッジに積載されている各基板の対向する基板面に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながらほぼ平行に沿わせて強制的に流すことができるようになっている、ことを特徴とする請求項１３に記載の熱ＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素系ガスを触媒に接触させてカーボンファイバを製造するカーボンファイバの製造方法、複数の基板を積層することができる基板カートリッジ、およびカーボンファイバを熱ＣＶＤ法により基板上に生産する熱ＣＶＤ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ等のカーボンファイバは、ナノオーダーで細くかつ高アスペクト比であり、電子エミッタ材料、水素吸蔵体、高容量キャパシタ材料、二次電池または燃料電池の電極材料、電磁波吸収材料、等に汎用されつつある。
【０００３】
このようなカーボンファイバの製造方法には、アーク放電法、レーザ蒸発法、熱ＣＶＤ法、などがある。これら製造方法のうち、熱ＣＶＤ法には、基板上にカーボンファイバの成長のための微粒子化した金属系の触媒を基板上に生成して炭素系ガスの雰囲気中で基板を加熱することによりカーボンファイバを製造する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、この製造方法では、基板の一枚毎にカーボンファイバを製造するために、量産性が低かった。また、この量産性が低いことに加えて基板上にカーボンファイバを均一な長さに成長させにくく、さらには、カーボンファイバを回収するに際して該カーボンファイバにダメージが付きやすく、また、回収したカーボンファイバの純度が低かったうえに製造プロセスが非効率でかつ製造コストが高くつくものであった。
【特許文献１】特開２００４−３６２９６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明により解決すべき課題は、ダメージが無いか少なくほぼ均一な長さで高純度のカーボンファイバを効率的にかつ安価に量産できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明によるカーボンファイバの製造方法は、カーボンファイバの製造ステップが、基板を基板カートリッジに搭載する第１ステップと、基板カートリッジに搭載されている基板に触媒を成膜する第２ステップと、上記基板カートリッジを熱ＣＶＤ装置にセットする第３ステップと、上記熱ＣＶＤ装置に基板カートリッジをセットした状態で基板面上にカーボンファイバを成膜する第４ステップと、上記熱ＣＶＤ装置から基板カートリッジを取り出す第５ステップと、上記基板カートリッジに基板を搭載した状態で該基板からカーボンファイバを触媒に非反応のガス圧により剥離して回収する第６ステップと含み、上記ステップを同じ基板を用いて繰り返す製造サイクルを有することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では第６ステップで基板カートリッジに基板を搭載した状態で各基板からカーボンファイバを触媒に非反応のガス圧により剥離して回収することを可能としたのでカーボンファイバの量産性が飛躍的に向上する。
【０００８】
すなわち、本発明によると、第１ステップから第２ステップで基板カートリッジに基板を搭載し触媒を成膜した後、第３ステップで基板カートリッジを熱ＣＶＤ装置にセットし、第４ステップで熱ＣＶＤ装置においては基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板上にカーボンファイバを製造し、第５ステップを経て第６ステップではカーボンファイバは基板を基板カートリッジに搭載した状態でガス圧で基板面から剥離して回収して１回の製造サイクルを終えることができる。第１ステップにおいて、触媒を成膜した基板を基板カートリッジにセットしてもよい。
【０００９】
この場合、第６ステップでは基板カートリッジに基板を搭載した状態でカーボンファイバを回収することができるので、次の製造サイクルの第１ステップに移行し、基板カートリッジに基板を搭載した状態で例えば鍍金液に基板カートリッジごと浸漬して基板面に触媒膜を成膜することができるようになり、カーボンファイバの量産性が飛躍的に向上する。
【００１０】
そして本発明では、第６ステップでのカーボンファイバの回収が基板を基板カートリッジに搭載した状態でガス圧でカーボンファイバを基板面から剥離して回収するためにカーボンファイバに屈曲レスで隙間のある凝集状態で回収することができ、ダメージが無く、また、高純度のカーボンファイバを回収することができ、さらには、製造プロセスが効率的で安価に製造することができる。
【００１１】
本発明の好適な一態様は、第１ステップでは基板カートリッジに搭載する基板に触媒を成膜しておくことで第２ステップを省略して第１ステップから第３ステップに移行することである。
【００１２】
本発明の好適な一態様は、第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルを第３ステップから開始する、ことである。
【００１３】
本発明の好適な一態様は、第６ステップから次の製造サイクルに移行するとき基板カートリッジから基板を取り外して基板に触媒を成膜することにより、当該次の製造サイクルでは第１ステップから開始し第２ステップを省略して第３ステップに移行することである。
【００１４】
本発明の好適な一態様は、第６ステップを、基板面に平行に触媒に非反応のガスを吹き付けることにより当該基板面からカーボンファイバを剥離するステップとすることである。
【００１５】
この態様ではガスを基板面に平行に吹き付けるので、カーボンファイバにダメージを与えることなく高純度のカーボンファイバを得ることができるようになって好ましい。
【００１６】
本発明の好適な一態様は、第６ステップの後に基板をアッシングする第７ステップを実施することである。
【００１７】
第６ステップで基板面からカーボンファイバをガス圧で剥離した場合、基板面にカーボンファイバの残渣（剥離されずに残る炭素成分）が残ることがある。このように基板面にカーボンファイバの残渣が残ると同じ基板を次のカーボンファイバの製造に再利用することができにくくなる。
【００１８】
そのため、基板面からカーボンファイバを剥離させた後にアッシングにより炭素成分を燃やして二酸化炭素に変えて基板面から飛ばすことにより基板面を清浄化して次のカーボンファイバの製造に基板を再利用可能とすることができるようになる。
【００１９】
本発明の好適な一態様は、第６ステップの後に基板を洗浄する第８ステップを実施することである。
【００２０】
第６ステップで基板面からカーボンファイバをガス圧では剥離した場合、基板面に不純物が残存している場合がある。そこで、上記態様による第８ステップにより第６ステップの後に基板を洗浄することにより基板面を清浄化して次のカーボンファイバの製造に基板を再利用可能とすることができる。
【００２１】
本発明の好適な一態様は、第８ステップの洗浄を酸洗浄とすることである。
【００２２】
カーボンファイバの成長に用いた触媒が基板上に残ることがある。この触媒は例えばＦｅやＡｌ等の金属であったり、あるいは化学反応して触媒作用が失われた化合物等に変質している場合がある。このような不純物は通常の洗浄では基板面から洗浄しにくい。
【００２３】
そこで、第６ステップの後の第８ステップを酸により洗浄するようにすると上記不純物を除去して基板面を清浄化することができ、次のカーボンファイバの製造に基板を再利用することが可能となる。
【００２４】
本発明の好適な一態様は、第２ステップを、複数の基板を基板カートリッジに互いに平行に間隔をあけて搭載するステップとすることであり、第４ステップを、触媒に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながら各基板面にほぼ平行に沿わせて強制的に流して基板面上にカーボンファイバを成膜するステップとすることである。
【００２５】
この態様では基板面上の触媒によりガスが分解される速度（分解律速）を基板面全体においてほぼ均一化させ、これによって基板面全体におけるカーボンファイバが成長する速度（成長律速）をほぼ均一化させることができ、結果、基板面上にカーボンファイバを均一な長さに成膜させることができるようになる。
【００２６】
本発明の好適な一態様は、第１ステップが、基板上に触媒を鍍金により形成するステップである。この態様では、基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することができ、カーボンファイバの量産性向上に寄与することができるようになる。
【００２７】
本発明の好適な一態様は、第１ステップを、基板上に下地膜を鍍金により形成し、次いでその鍍金した下地膜の上に触媒膜を鍍金により形成するステップとすることである。この態様では、基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に下地膜と触媒膜とを成膜することができ、カーボンファイバの量産性向上に寄与することができるようになる。
【００２８】
（２）本発明による基板カートリッジは、複数の基板を互いに平行に間隔をあけて収納することができる基板カートリッジであって、上記（１）のカーボンファイバの製造方法に用いられることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の基板カートリッジによると、複数の基板を互いに平行に搭載した状態で本発明のカーボンファイバの製造方法において第１ないし第８ステップの実施に用いることができる。
【００３０】
（３）本発明による熱ＣＶＤ装置は、本発明のカーボンファイバの製造方法に用いる熱ＣＶＤ装置であって、内部で熱ＣＶＤが実施されるメインチャンバと、メインチャンバにゲートバルブを介して取り付けられかつゲートバルブを通じてメインチャンバと同じ雰囲気にしてメインチャンバに対する基板カートリッジの収納と取り出しの作業を行うことが可能なロードロックチャンバとを備えたことを特徴とするものである。
【００３１】
なお、ロードロックチャンバは実施の形態における内部が真空引きされることに限定されず、Ｈｅガスなどの非反応性ガスによるガス置換を行うことにより常圧作業することを可能としたロードロックチャンバでもよい。また、ロードロックチャンバはメインチャンバと同圧力にして作業することを目的としているものである。
【００３２】
このロードロックチャンバは１つでも複数でもよい。
【００３３】
本発明の好適な一態様は、メインチャンバは、その内部に収納されている基板カートリッジに積載されている各基板の対向する基板面に炭素系ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながらほぼ平行に沿わせて強制的に流すことができるようになっていることである。
【００３４】
なお、カーボンファイバは、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノバンブ、グラファイトナノファイバを含むことができる。
【００３５】
触媒に用いる金属は、カーボンファイバの成膜を促進する物質であれば特に限定されないが、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の金属がある。
【００３６】
触媒は、基板上に微粒子化された金属系の触媒が好ましい。この場合、基板上に触媒だけ配置することができるが、基板上に触媒膜を成膜し、この触媒膜を加熱処理して微粒子化するときに触媒膜を構成する金属が基板中に拡散すると、触媒が生成されなくなる。
【００３７】
そのことを防止するため、基板上に触媒に非反応の下地膜を成膜し、その下地膜の上に触媒膜を成膜し、これら下地膜と触媒膜とを加熱処理して微粒子化する技術がある。
【００３８】
このような下地膜に用いる金属にはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ等の金属またはそれらの合金を例示することができる。
【００３９】
基板面に触媒を成膜する方法には上記の鍍金に限定されるものではなく、電子ビーム蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等により成膜することができる。
【００４０】
炭素系ガスは、炭素を含むガスであれば特に限定されないが、このガスには例えば、アセチレン、エチレン、メタン、プロパン、プロピレン等がある。また、常温・常圧下においては気体でなくともカーボンファイバの成膜条件（圧力・温度など）において気体であれば良く、メタノールやエタノールをはじめとするアルコール類やアセトンやベンゼンなどの有機溶媒などを用いることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、カーボンファイバの量産性を向上させることができる。
【００４２】
本発明はまた、上記量産性の向上に加えて均一な長さにカーボンファイバを製造することができる。
【００４３】
本発明はさらにまた、上記量産性の向上に加えてカーボンファイバを回収するに際してダメージが少なく回収し、回収したカーボンファイバの純度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るカーボンファイバの製造方法を説明する。
【００４５】
図１はその製造方法の工程を示すフローチャート図、図２はこのフローチャートに沿う各ステップでの実施状況を示す図、図３は図２の実施状況のうち熱処理装置に基板カートリッジをセットする前後での基板カートリッジや熱ＣＶＤ装置の概略構成を拡大して示す図である。このフローチャートに従って当該製造方法を説明する。
【００４６】
（第１ステップ）
基板カートリッジ２に複数の基板４を搭載する。
【００４７】
基板カートリッジ２は、詳細な構成は図示していないが、複数の基板４を互いに平行に間隔をあけて搭載することができるように枠材５を一体に組み立ててユニット化されている。
【００４８】
搭載できる基板４の形状は円形形状でも矩形形状でもよい。搭載できる基板４のサイズに合わせて基板カートリッジ２を構成することができる。
【００４９】
実施の形態の製造方法が備える製造ステップの実施中、基板カートリッジ２に１つないし複数の基板４を搭載しておくことができる。
【００５０】
（第２ステップ）
基板カートリッジ２に搭載している基板４それぞれに触媒を成膜する。
【００５１】
この触媒の成膜においては、基板カートリッジ２を下地膜用鍍金溶液５に浸漬し基板４上に下地膜４ａを電解鍍金や無電解鍍金等により鍍金する。この鍍金が終了すると基板カートリッジ２を下地膜用鍍金溶液５から引き上げ、次いで、基板カートリッジ２を触媒膜用鍍金溶液７に浸漬して、下地膜４ａの上に触媒膜４ｂを電解鍍金や無電解鍍金等により鍍金する。この鍍金が終了すると基板カートリッジ２を触媒膜用鍍金溶液７から引き上げて次のステップである第３ステップに移行する。
【００５２】
電解鍍金（電気鍍金）は電流で金属イオンを処理対象である基板４に固着させて金属被膜である下地膜４ａ、触媒膜４ｂを生成する鍍金である。無電解鍍金（化学鍍金）は化学反応のみで鍍金被膜である下地膜４ａ、触媒膜４ｂを析出する鍍金であり、被膜の目的とする金属を溶かした鍍金浴中に基板４を浸漬し金属イオンを化学還元剤の作用で還元し、基板４の表面に下地膜４ａや触媒膜４ｂに対応した金属を析出させる。
【００５３】
基板４はシリコン、クロム、タングステン、その他の素材から構成することができる。下地膜４ａ鍍金用金属にはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ等を例示することができる。触媒膜４ｂ鍍金用金属にはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等を例示することができる。なお鍍金の方法は上記に限定されない。
【００５４】
上記鍍金のために基板カートリッジ２は他のステップにおける熱処理に耐えうる素材例えばアルミナなどのセラミック類、石英などのガラス類、または、ニッケル合金などで構成されていることが好ましい。
【００５５】
この鍍金に代えて、基板カートリッジ２から基板４を取り出して、各種の成膜装置で下地膜４ａ、触媒膜４ｂを成膜することができる。例えば、電子ビーム蒸着やその他の方法で下地膜４ａ、触媒膜４ｂを成膜してもよい。
【００５６】
（第３ステップ）
基板カートリッジ２を熱ＣＶＤ装置６にセットする。
【００５７】
熱ＣＶＤ装置６の構成を説明する。熱ＣＶＤ装置６は、メインチャンバ８と、メインチャンバ８の図２でその左右両側のゲートバルブ１０，１２に取り付けられた第１、第２ロードロックチャンバ１４，１６とを備える。これらロードロックチャンバ１４，１６とメインチャンバ８との間のゲートバルブ１０，１２は真空側のゲートバルブであるが、ロードロックチャンバ１４，１６には基板カートリッジ２を搬入、搬出する大気側のゲートバルブもあり、これらの図示は図解の都合で省略している。
【００５８】
以下の説明では前者のゲートバルブを真空側ゲートバルブ１０，１２といい、後者のゲートバルブは符号をとらないが大気側ゲートバルブという。
【００５９】
メインチャンバ８は、熱ＣＶＤ法によりカーボンファイバを基板４上に成膜させるためのチャンバであり、第１真空側ゲートバルブ１０側に原料ガス（反応ガスである炭素系ガス例えばＣ2Ｈ2ガスと希釈ガス例えばＨｅガス）を第１矢印１８から導入するとともにさらに第２矢印２０の向きに強制的に沿わせて流す原料ガス導入路があり、また、第２真空側ゲートバルブ１２側にメインチャンバ８内を第３矢印２２の向きから第４矢印２４向きに真空排気する排気ガス導出路がある。
【００６０】
メインチャンバ８は、この原料ガス導入路と排気ガス導出路との間に基板カートリッジ設置部２６を備える。
【００６１】
第１ロードロックチャンバ１４は第１大気側ゲートバルブを開けて基板カートリッジ２を収納し収納完了後に第１大気側ゲートバルブと第１真空側ゲートバルブ１０とを閉じて内部を真空引きしてのち第１真空側ゲートバルブ１０を開けて基板カートリッジ２をメインチャンバ８に移動することを可能している。
【００６２】
第１ロードロックチャンバ１４は、基板カートリッジ２をメインチャンバ８に移動した後は第１大気側ゲートバルブを開け第１真空側ゲートバルブ１０を閉じて大気復圧して次の基板カートリッジ２を収納することができる。
【００６３】
第２ロードロックチャンバ１６は第２大気側ゲートバルブと第２真空側ゲートバルブ１２とを閉じて真空引きされてから第２真空側ゲートバルブ１２を開けてメインチャンバ８から基板カートリッジ２を内部に移動し、その内部に基板カートリッジ２の収納が完了した後、第２ゲートバルブ１２を閉じて内部を大気復圧してから第２大気側ゲートバルブを開けて基板カートリッジ２を外部に取り出すことができるようになっている。
【００６４】
（第４ステップ）
以上の熱ＣＶＤ装置６に基板カートリッジ２をセットした後、熱ＣＶＤ装置６により基板４面上にカーボンファイバ２８を成膜する。
【００６５】
この成膜においては、メインチャンバ８ではその内部に搬入されている基板カートリッジ２に対して原料ガス導入路から原料ガスを供給する。この供給において基板カートリッジ２に互いに平行に搭載されている基板４に対して原料ガスをそのガス流速を一定範囲に制御しながら各基板４面にほぼ平行に沿わせて強制的に流して基板４面上にカーボンファイバ２８を成膜する。
【００６６】
このように原料ガスを供給することにより、触媒によりガスが分解される速度を基板面全体においてほぼ均一化させ、基板面全体におけるカーボンファイバ２８が成長する速度をほぼ均一化させることができ、結果、基板面上にカーボンファイバ２８を均一な長さに成膜させることができるようになる。
【００６７】
上記において、ガスを一定範囲の流速に制御した場合、基板面全体に対して触媒に対する接触ガス濃度とガス接触時間とをカーボンファイバ２８の均一成長が可能なように平衡制御することができる。この場合、ガスを基板面に平行に沿わせて強制的に流すことにより、基板面の特定領域にガスが不所望に滞留することを避けることができる。
【００６８】
そして、ガス流速が一定範囲以下の速度では、ガスの流速が遅くなりすぎてガス接触時間が長くなり基板面の一端側領域（ガス流入側）ではカーボンファイバ２８が極端に成長し、基板面の他端側領域（ガス流出側）ではさらにガス接触時間が長くなるがガス中の炭素がガス流入側で消費されて他端側領域では所要のガス濃度が得られずカーボンファイバ２８が成長しなくなり、基板面全体ではカーボンファイバ２８が不均一に成長したものとなる。
【００６９】
また、ガス流速が一定範囲以上の速度になると、ガス流速が速すぎて触媒へのガス接触時間中におけるガス分子の十分な加熱を確保することができず基板面全領域でカーボンファイバ２８の成長がみられなくなる。ただし、後者においてはガスを前段階で加熱しておくことにより改善することが可能である。
【００７０】
そこで、ガスを一定範囲の速度で基板面の一端側から他端側に流すと、流速を基板面の一端側と他端側と比較すると、一端側では大きく、他端側では低くなるものの、ガス濃度に関しては基板面の一端側から新たに供給されてくるので、基板面全領域においては接触ガス濃度とガス接触時間とが平衡し基板面全領域にわたり均一にカーボンファイバ２８を成長させることができる。
【００７１】
（第５ステップ）
熱ＣＶＤ装置６から基板カートリッジ２を取り出す。
【００７２】
この基板カートリッジ２の取り出しは、第２大気側ゲートバルブを閉じ第２ロードロックチャンバ１６を真空引きしてから第２真空側ゲートバルブ１２を開けてメインチャンバ８から基板カートリッジ２を移動させる。そして、この移動してきた基板カートリッジ２を第２ロードロックチャンバ１６に収納が完了した後、第２ゲートバルブ１２を閉じる。第２ゲートバルブ１２が閉じると第２ロードロックチャンバ１６内を大気復圧してから第２大気側ゲートバルブを開けて基板カートリッジ２を取り出す。
【００７３】
（第６ステップ）
第５ステップで第２ロードロックチャンバ１６から取り出した基板カートリッジ２に対して各基板４間に触媒に非反応のガス３０を吹き付けると、基板面からカーボンファイバ２８がそのガス３の圧力で剥離する。
【００７４】
図２の第６ステップを示す基板カートリッジ２には基板４の表裏面からカーボンファイバ２８が剥離している様子が一部を拡大した円内に模式的に示されている。
【００７５】
このガス３０の種類は限定されないが、例えば窒素ガスを例示することができる。ガス３０の吹付け治具は適宜のブロワーでよい。
【００７６】
この回収ではカーボンファイバ２８に治具を用いて掻き落としや削ぎ落とし等の機械的応力を加えていないので、回収後のカーボンファイバを集合体として構成した場合、カーボンファイバは基板や従来の治具等により汚染されておらず、その上、カーボンファイバ同士の隙間の無い凝集や個々のカーボンファイバに屈曲等が無いか有っても極めて少なく、損傷が無いか極めて少なくかつ高純度なカーボンファイバの集合体を構成することができる。その上、高純度なカーボンファイバの集合体を簡単にかつコスト的に安価に得ることができる。
【００７７】
本発明者が、１枚の基板４から剥離したカーボンファイバ２８には１枚の基板２８上の全触媒が残存しているとして計算した結果によると、触媒は触媒膜をＦｅ膜（膜厚２０Å）とし下地膜をＡｌ膜（膜厚３０Å）として、全触媒重量は２．３８７×１０-6ｇ／ｃｍ2である。
【００７８】
したがって、触媒のｗｔ％は全触媒重量／カーボンナノチューブ回収前後の基板重量差の式で与え、この式に上記数値を代入することにより、２．３８７×１０-6／１．４１９×１０-3≒０．１６８ｗｔ％となった。この触媒のｗｔ％は回収したカーボンナノチューブに含む不純物となる。既存の熱ＣＶＤ法により回収したカーボンナノチューブの触媒のｗｔ％は０．２ｗｔ％以上であるので、計算の結果では、極めて触媒のｗｔ％が０．２ｗｔ％未満である高純度のカーボンナノチューブの集合体を得ることができた。
【００７９】
以上、第１ステップから第６ステップまでのステップからなる一連の製造サイクルによりカーボンファイバを製造することができる。この製造サイクルにおいて１回目は第１ステップから第６ステップまでを実施してカーボンファイバを製造し、２回目以降は１回目の第６ステップの後、第３ステップから第６ステップを繰り返してカーボンファイバを量産することができる。これは、基板には触媒が存在しているから第２ステップを省略することができるからである。
なお、図１および図２中、点線で示すように、次の第７、第８ステップを必要に応じて実施してもよい。
【００８０】
（第７ステップ）
基板面を酸素フロー中あるいはエアフロー中でアッシング処理して基板面上の炭素成分を燃やして灰化して飛ばす。これは基板面からカーボンファイバ２８が剥離された後には基板面上にカーボンファイバ２８が剥離しきれずに残存していることがある。もちろん、基板面上に炭素成分が残存していない場合はこのアッシングを施す必要は必ずしもなく、第７ステップを省略することができる。
【００８１】
（第８ステップ）
基板４を洗浄する。
【００８２】
カーボンファイバ２８が剥離された後の基板面上には触媒が残存している場合がある。この触媒は金属から構成されているので、酸洗浄することが好ましい。この酸には硝酸、塩酸、ふっ酸等がある。この酸洗浄により基板面は分子レベルで洗浄されることになり清浄化される。もちろん、基板面上に触媒成分が全く残存していない場合ではこの洗浄を施す必要は必ずしもなく、第８ステップを省略することができる。
【００８３】
以上、第１ステップから第８ステップまでのステップからなる一連の製造サイクルによりカーボンファイバを製造し、製造サイクルにおいて１回目は第１ステップから第８ステップまでを実施してカーボンファイバを製造し、２回目以降は１回目の第８ステップの後、第２ステップから第８ステップを繰り返してカーボンファイバを量産することができる。
【００８４】
なお、第７と第８ステップは必要に応じて実施するとよく、必要でなければ、１回目でも２回目以降でも第７と第８ステップを省略することができる。
【００８５】
また、第２ステップでは基板カートリッジに基板を搭載した状態で基板に触媒を成膜することができるが、第１ステップで基板カートリッジに基板を搭載する前に基板に触媒を成膜して第２ステップを省略してもよい。すなわち、第８ステップの後、あるいは第８ステップを省略するときは第７ステップの後、第７ステップを省略するときは第６ステップの後、基板カートリッジから基板を取り外して基板に触媒を成膜して第１ステップを実施し、第３ステップに移行することができる。
【００８６】
また、本実施の形態では基板カートリッジ２の搬送形態は図示していないが、その搬送形態に限定されない。
【００８７】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１はその製造方法の工程を示すフローチャート図である。
【図２】図２はこのフローチャートに沿う各ステップでの実施状況を示す図である。
【図３】図３は図２の実施状況のうち熱処理装置に基板カートリッジをセットする前後での基板カートリッジや熱ＣＶＤ装置の概略構成を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
２  基板カートリッジ
４  基板
５  下地膜用鍍金溶液
７  触媒膜用鍍金溶液
６  熱ＣＶＤ装置
８  メインチャンバ
１０，１２  ゲートバルブ
１４，１６  ロードロックチャンバ
２６  基板カートリッジ設置部
２８  カーボンファイバ
３０  ガス
【図１】
2007091485.tif 000003
【図２】
2007091485.tif 000004
【図３】
2007091485.tif 000005