(57)【要約】グラファイトロッド（１０１）の表面に光を照射するレーザー光源（１１１）と、光の照射によりグラファイトロッド（１０１）から蒸発した炭素蒸気をナノカーボンとして回収するナノカーボン回収チャンバ（１１９）と、を備えたナノカーボン製造装置において、グラファイトロッド（１０１）の表面と接する接触面を有し、接触面におけるグラファイトロッド（１０１）の表面との間に生じる摩擦力によりグラファイトロッド（１０１）を移動可能に保持する保持ローラ（１３１）と、を備え、保持ローラ（１３１）の接触面とグラファイトロッド（１０１）の表面の間に生じる摩擦力によりグラファイトロッド（１０１）を回転および移動させて、グラファイトロッド（１０１）の表面に照射される光の照射位置がグラファイトロッド（１０１）の表面のほぼ全域に亘るように、保持ローラ（１３１）を駆動させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイトターゲットの表面と接する接触面を有し、該接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動可能に保持するターゲット保持手段と、
前記グラファイトターゲットの前記表面に光を照射する光源と、
前記ターゲット保持手段に保持された前記グラファイトターゲットを前記光源に対して相対的に移動させ、前記グラファイトターゲットの前記表面における前記光の照射位置を移動させるとともに、前記接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動させるように前記ターゲット保持手段を駆動させる移動手段と、
前記光の照射に得られたナノカーボンを回収する回収手段と、
を有することを特徴とするナノカーボン製造装置。
【請求項２】
円筒形のグラファイトターゲットの表面と接する接触面を有し、該接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動可能に保持するターゲット保持手段と、
前記グラファイトターゲットの前記表面に光を照射する光源と、
前記ターゲット保持手段に保持された前記グラファイトターゲットを前記光源に対して相対的に移動させ、前記グラファイトターゲットの前記表面における前記光の照射位置を移動させるとともに、前記接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを中心軸周りに回転させるように前記ターゲット保持手段を駆動させる移動手段と、
前記光の照射に得られたナノカーボンを回収する回収手段と、
を有することを特徴とするナノカーボン製造装置。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載のナノカーボンの製造装置において、
前記ターゲット保持手段は、前記グラファイトターゲットの前記中心軸に実質的に平行な回転軸を有し、互いに並置された間に前記グラファイトターゲットを保持する２つの円筒形のローラを含み、
前記移動手段は、前記ローラを前記回転軸周りに回転させて、前記ローラの前記接触面と前記グラファイトターゲットの前記表面の間に生じる前記摩擦力により前記グラファイトターゲットを前記中心軸周りに回転させることを特徴とするナノカーボンの製造装置。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のナノカーボン製造装置において、前記移動手段は、前記グラファイトターゲットの前記表面に照射される前記光の照射位置が前記グラファイトターゲットの前記表面のほぼ全域に亘るように、前記ターゲット保持手段を駆動させることを特徴とするナノカーボンの製造装置。
【請求項５】
請求の範囲第１項乃至第４項いずれかに記載のナノカーボンの製造装置において、前記移動手段は、前記グラファイトターゲットの前記表面の前記光の照射位置における前記光の照射角度を略一定にしながら前記照射位置を移動させるように構成されたことを特徴とするナノカーボン製造装置。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項いずれかに記載のナノカーボンの製造装置において、前記ターゲット保持手段は、ステンレス鋼、およびセラミックスのいずれか、あるいは、炭素を表面に蒸着させた金属からなることを特徴とするナノカーボンの製造装置。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項いずれかに記載のナノカーボンの製造装置において、前記ナノカーボンがカーボンナノホーン集合体であることを特徴とするナノカーボンの製造装置。
【請求項８】
グラファイトターゲットの表面に光を照射する工程と、
光を照射する前記工程で生成したナノカーボンを回収する工程と、
を含むナノカーボンの製造方法であって、
光を照射する前記工程は、
前記表面に接して設けられた接触面により前記グラファイトターゲットを保持しつつ、前記表面と前記接触面との摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動させながら前記光を照射する工程を含むことを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項９】
円筒形のグラファイトターゲットを中心軸周りに回転させながら、前記グラファイトターゲットの表面に光を照射する工程と、
光を照射する前記工程で生成したナノカーボンを回収する工程と、
を含むナノカーボンの製造方法であって、
光を照射する前記工程は、
前記表面に接して設けられた接触面により前記グラファイトターゲットを保持しつつ、前記表面と前記接触面との摩擦力により前記グラファイトターゲットを中心軸周りに回転させながら前記光を照射する工程を含むことを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載のナノカーボンの製造方法において、前記接触面は、前記グラファイトターゲットの側面と接して設けられたことを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項１１】
請求の範囲第８項乃至第１０項いずれかに記載のナノカーボンの製造方法において、グラファイトターゲットの表面に光照射する前記工程で、前記光の照射位置を移動させながら、前記グラファイトターゲットの前記表面のほぼ全域に亘るように、前記光を照射することを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項１２】
請求の範囲第８項乃至第１１項いずれかに記載のナノカーボンの製造方法において、
光を照射する前記工程で、
前記グラファイトターゲットの前記表面への前記光の照射角度が略一定となるように前記光を照射することを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項１３】
請求の範囲第８項乃至第１２項いずれかに記載のナノカーボンの製造方法において、
前記光を照射する工程は、レーザー光を照射する工程を含むことを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項１４】
請求の範囲第８項乃至第１３項いずれかに記載のナノカーボンの製造方法において、
ナノカーボンを回収する前記工程は、カーボンナノホーン集合体を回収する工程を含むことを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ナノカーボン製造装置およびナノカーボンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、ナノカーボンの工学的応用が盛んに検討されている。ナノカーボンとは、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン等に代表される、ナノスケールの微細構造を有する炭素物質のことをいう。このうち、カーボンナノホーンは、グラファイトのシートが円筒形に丸まったカーボンナノチューブの一端が円錐形状となった管状体の構造を有しており、その特異な性質から、様々な技術分野への応用が期待されている。カーボンナノホーンは、通常、各々の円錐部間に働くファンデルワールス力によって、チューブを中心にし円錐部が角（ホーン）のように表面に突き出る形態で集合し、カーボンナノホーン集合体を形成している。【０００３】  カーボンナノホーン集合体は、不活性ガス雰囲気中で原料の炭素物質（以下適宜グラファイトターゲットと呼ぶ）に対してレーザー光を照射するレーザー蒸発法によって製造されることが報告されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−６４００４号公報
【発明の開示】
【０００４】
【０００５】  ところが、従来のナノカーボンの製造装置における通常の設計では、グラファイトターゲットを把持する部分が必要となる。このため、その部分にはレーザー光を照射することができず、グラファイトターゲットの表面のすべてを利用することができなかった。よって、グラファイトターゲットの利用効率が低下してしまい、ナノカーボンの生産性が低下してしまうという問題点があった。
【０００６】  本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、その目的は、カーボンナノホーン集合体の生産性を高め、量産製造に適した製造方法および製造装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、ナノカーボンの生産性を高め、量産製造に適した製造方法および製造装置を提供することにある。
【０００７】  本発明によれば、グラファイトターゲットの表面と接する接触面を有し、該接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動可能に保持するターゲット保持手段と、前記グラファイトターゲットの前記表面に光を照射する光源と、前記ターゲット保持手段に保持された前記グラファイトターゲットを前記光源に対して相対的に移動させ、前記グラファイトターゲットの前記表面における前記光の照射位置を移動させるとともに、前記接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動させるように前記ターゲット保持手段を駆動させる移動手段と、前記光の照射に得られたナノカーボンを回収する回収手段と、を有することを特徴とするナノカーボン製造装置が提供される。
【０００８】  また、本発明によれば、グラファイトターゲットの表面に光を照射する工程と、光を照射する前記工程で生成したナノカーボンを回収する工程と、を含むナノカーボンの製造方法であって、光を照射する前記工程は、前記表面に接して設けられた接触面により前記グラファイトターゲットを保持しつつ、前記表面と前記接触面との摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動させながら前記光を照射する工程を含むことを特徴とするナノカーボンの製造方法が提供される。
【０００９】  本発明によれば、グラファイトターゲットを把持する部分が不要となり、グラファイトターゲットの表面をすべてアブレーションすることが可能となり、ナノカーボンを容易に量産できることとなる。
【００１０】  本発明によれば、円筒形のグラファイトターゲットの表面と接する接触面を有し、該接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを移動可能に保持するターゲット保持手段と、前記グラファイトターゲットの前記表面に光を照射する光源と、前記ターゲット保持手段に保持された前記グラファイトターゲットを前記光源に対して相対的に移動させ、前記グラファイトターゲットの前記表面における前記光の照射位置を移動させるとともに、前記接触面における前記グラファイトターゲットの前記表面との間に生じる摩擦力により前記グラファイトターゲットを中心軸周りに回転させるように前記ターゲット保持手段を駆動させる移動手段と、前記光の照射に得られたナノカーボンを回収する回収手段と、を有することを特徴とするナノカーボン製造装置が提供される。
【００１１】  また、本発明によれば、円筒形のグラファイトターゲットを中心軸周りに回転させながら、前記グラファイトターゲットの表面に光を照射する工程と、光を照射する前記工程で生成したナノカーボンを回収する工程と、を含むナノカーボンの製造方法であって、光を照射する前記工程は、前記表面に接して設けられた接触面により前記グラファイトターゲットを保持しつつ、前記表面と前記接触面との摩擦力により前記グラファイトターゲットを中心軸周りに回転させながら前記光を照射する工程を含むことを特徴とするナノカーボンの製造方法が提供される。
【００１２】  本発明によれば、グラファイトターゲットを把持する部分が不要となり、グラファイトターゲットの表面をすべてアブレーションすることが可能となるとともに、円筒形のグラファイトターゲットを回転させながら光照射の工程を行うことにより、ナノカーボンを連続的に容易に量産できることとなる。
【００１３】  なお、本発明において、「中心軸」とは、円筒形のグラファイトターゲットの長さ方向に垂直な断面中心を通り、長さ方向に水平な軸のことをいう。また、円筒形のグラファイトターゲットとして、たとえばグラファイトロッドが利用可能である。ここで、「グラファイトロッド」とは、ロッド状に成形されたグラファイトターゲットのことをいう。ロッド状であれば、中空、中実の別は問わない。また、光が照射される円筒形のグラファイトターゲットの表面は、円筒形のグラファイトターゲットの側面であることが好ましい。ここで、「円筒形のグラファイトターゲットの側面」とは、円筒の長さ方向に平行な曲面のことを指す。
【００１４】  本発明のナノカーボンの製造装置において、前記ターゲット保持手段は、前記グラファイトターゲットの前記中心軸に実質的に平行な回転軸を有し、互いに並置された間に前記グラファイトターゲットを保持する２つの円筒形のローラを含み、前記移動手段は、前記ローラを前記回転軸周りに回転させて、前記ローラの前記接触面と前記グラファイトターゲットの前記表面の間に生じる前記摩擦力により前記グラファイトターゲットを前記中心軸周りに回転させることができる。
【００１５】  この構成によれば、簡単な構成で、グラファイトターゲットの表面をすべてアブレーションすることが可能となるとともに、円筒形のグラファイトターゲットを回転させながら光照射の工程を行うことにより、ナノカーボンを連続的に容易に量産できることとなる。
【００１６】  本発明のナノカーボン製造装置において、前記移動手段は、前記グラファイトターゲットの前記表面に照射される前記光の照射位置が前記グラファイトターゲットの前記表面のほぼ全域に亘るように、前記ターゲット保持手段を駆動させることができる。
【００１７】  また、本発明のナノカーボンの製造方法において、グラファイトターゲットの表面に光照射する前記工程で、前記光の照射位置を移動させながら、前記グラファイトターゲットの前記表面のほぼ全域に亘るように、前記光を照射してもよい。
【００１８】  こうすることにより、グラファイトターゲットを使い切ることが可能となるため、ナノカーボンの生産性をさらに向上させることができる。
【００１９】  本発明のナノカーボンの製造装置において、前記移動手段は、前記グラファイトターゲットの前記表面の前記光の照射位置における前記光の照射角度を略一定にしながら前記照射位置を移動させるように構成されてもよい。
【００２０】  また、本発明のナノカーボンの製造方法において、光を照射する前記工程で、前記グラファイトターゲットの前記表面への前記光の照射角度が略一定となるように前記光を照射することができる。
【００２１】  こうすることにより、光の照射位置にグラファイトターゲットを連続的に供給しながら、略一定の照射角度でグラファイトターゲットの表面に光を照射することができる。よって、グラファイトターゲットの表面に照射される光のパワー密度のぶれを確実に抑制することができる。このため、安定した品質のナノカーボンを大量生産することができる。
【００２２】  なお、本明細書において、「照射角」とは、光の照射位置におけるグラファイトターゲットの表面に対する垂線と光とのなす角のことである。
【００２３】  また、グラファイトターゲットの表面への光の照射角度が略一定となるように光を照射するとは、グラファイトターゲットの表面に照射される光のパワー密度を意図的に変動させることがない程度に照射角度の一定性を保つことを指す。
【００２４】  本発明のナノカーボンの製造方法において、前記接触面は、前記グラファイトターゲットの側面と接して設けられてもよい。こうすることにより、円筒形のグラファイトターゲットを安定的に保持し、その中心軸方向に安定的に回転させることができる。よって、安定した品質のナノカーボンを高い生産性で得ることができる。
【００２５】  本発明のナノカーボンの製造装置において、前記ターゲット保持手段は、ステンレス鋼、およびセラミックスのいずれか、あるいは、炭素を表面に蒸着させた金属からなってもよい。
【００２６】  この構成によれば、耐熱条件下において、グラファイトターゲットとターゲット保持手段のローラ間に適度な摩擦を生じつつ、グラファイトターゲットの表面を傷つけないようにすることができる。
【００２７】  本発明のナノカーボンの製造方法において、前記光を照射する工程は、レーザー光を照射する工程を含んでもよい。
【００２８】  こうすることにより、光の波長および方向を一定とすることができるため、グラファイトターゲット表面への光照射条件を、精度良く制御することができる。したがって、所望のナノカーボンを選択的に製造することが可能となる。
【００２９】  本発明のナノカーボンの製造装置において、前記ナノカーボンがカーボンナノホーン集合体であってもよい。
【００３０】  また、本発明のナノカーボンの製造方法において、ナノカーボンを回収する前記工程は、カーボンナノホーン集合体を回収する工程を含んでもよい。
【００３１】  こうすることにより、カーボンナノホーン集合体の大量合成を効率良く行うことができる。本発明において、カーボンナノホーン集合体を構成するカーボンナノホーンは、単層カーボンナノホーンとすることもできるし、多層カーボンナノホーンとすることもできる。
【００３２】  また、前記ナノカーボンがカーボンナノチューブであってもよい。
【００３３】  本発明において、前記移動手段として、たとえば、円筒形のグラファイトターゲットを中心軸周りに回転させながら光照射する場合、グラファイトターゲットの長さ方向の照射位置を移動させるとともに、グラファイトターゲットが光照射により切削され、径が減少した場合に、グラファイトターゲットの中心軸に鉛直な上方向にグラファイトターゲットを移動させる態様を採用することができる。この構成によれば、グラファイトターゲットへの光照射条件を、グラファイトターゲットの移動中も、制度良く制御することができ、所望のナノカーボンを選択的に製造することが可能となる。
【００３４】  以上説明したように本発明によれば、グラファイトターゲットの表面に接して設けられた接触面によりグラファイトターゲットを保持しつつ、表面と接触面との摩擦力によりグラファイトターゲットを移動させながらグラファイトターゲットの表面に光を照射することにより、カーボンナノホーン集合体の生産性を高め、量産製造に適した製造方法および製造装置を提供することができる。また、本発明によれば、ナノカーボンの生産性を高め、量産製造に適した製造方法および製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】  上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００３６】
【図１】本発明の実施の形態おけるナノカーボンの製造装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図２】図１のナノカーボンの製造装置のターゲット保持部の一例を示す部分断面図である。
【図３】図１のナノカーボンの製造装置のターゲット保持部の一例を示す部分断面図である。
【図４】図２のターゲット保持可動部におけるグラファイトロッドの回転を説明するための図である。
【図５】図２のターゲット保持部の上下可動部の一例を示す部分正面図である。
【図６】図２のターゲット保持可動部におけるグラファイトロッドの位置移動を説明するための図である。
【図７】図１のナノカーボンの製造装置のターゲット保持部の一例を示す部分断面図である。
【図８】図７のターゲット保持可動部におけるグラファイトロッドの回転を説明するための図である。
【図９】図７のターゲット保持可動部におけるグラファイトロッドの位置移動を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】  以下、ナノカーボンがカーボンナノホーン集合体である場合を例に、本発明に係るナノカーボンの製造装置および製造方法の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本明細書において、図１および他の製造装置の説明に用いる図は概略図であり、各構成部材の大きさは実際の寸法比に必ずしも対応していない。【００３８】  図１は、本発明の実施の形態におけるナノカーボンの製造装置の構成の一例を示す図である。本実施の形態の製造装置は、グラファイトロッド１０１の表面にレーザー光１０３を照射するレーザー光源１１１と、レーザー光１０３の集光用のレンズ１２３と、グラファイトロッド１０１を回転および移動可能に保持するターゲット保持可動部１３０と、ターゲット保持可動部１３０を収容し、レーザー光源１１１からレーザー光１０３をレーザー光窓１１３を通じてグラファイトロッド１０１に照射して、ナノカーボンを製造する製造チャンバ１０７と、グラファイトロッド１０１の側面にレーザー光源１１１からレーザー光１０３が照射される際に発生するプルーム１０９と呼ばれる炎の発生方向に設けられる搬送管１４１と、搬送管１４１を介して製造チャンバ１０７に連通し、グラファイトロッド１０１から蒸発した炭素蒸気をナノカーボンとして回収するナノカーボン回収チャンバ１１９と、を備えている。本実施の形態において、回収されるナノカーボンは、カーボンナノホーン集合体１１７を含む。【００３９】  さらに、製造チャンバ１０７には、不活性ガス供給部１２７が流量計１２９を介して接続されている。【００４０】  ここで、搬送管１４１は、グラファイトロッド１０１の表面にレーザー光源１１１からレーザー光１０３が照射される際の、プルーム１０９の発生方向に設けられている。図１では、グラファイトロッド１０１の表面と４５°の角をなすレーザー光１０３が照射されるため、プルーム１０９はグラファイトロッド１０１の表面に対し垂直な方向に発生する。そして、搬送管１４１はグラファイトロッド１０１の表面に垂直方向にその長さ方向を配置した構成となっている。こうすれば、生成したカーボンナノホーン集合体１１７を確実にナノカーボン回収チャンバ１１９に回収することができる。【００４１】  また、製造チャンバ１０７は、後述するようにグラファイトロッド１０１を円周方向に回転させながらその側面にレーザー光１０３を照射する構成となっている。レーザー光１０３の方向とプルーム１０９の発生方向が一致していない位置関係にてレーザー光１０３照射がなされる。こうすれば、グラファイトロッド１０１の側面にて発生するプルーム１０９の角度を予め予測することができる。このため、搬送管１４１の位置や角度を精密に制御可能である。よって、効率よくカーボンナノホーン集合体１１７を製造し、また、確実に回収することができる。【００４２】  本実施の形態において、レーザー光１０３照射のターゲットとなる固体炭素単体物質として、円筒形のグラファイトロッド１０１を用いる。【００４３】  図２は、図１のナノカーボンの製造装置のターゲット保持可動部１３０の一例を示し、図１を右側から見た部分断面図である。図３は、図１に示したターゲット保持可動部１３０を、図１の正��から見た部分断面図である。ここで、図２および図３は、ターゲット保持可動部１３０がグラファイトロッド１０１を積載した状態を示している。【００４４】  図２および図３に示すように、ターゲット保持可動部１３０は、グラファイトロッド１０１の側面と接する接触面を有し、この接触面におけるグラファイトロッド１０１の側面との間に生じる摩擦力によりグラファイトロッド１０１を回転可能に保持する２つの保持ローラ１３１と、保持ローラ１３１の回転軸１３３に実質的に平行な方向に移動させる可動台１４４と、を備えている。【００４５】  保持ローラ１３１は、ステンレス鋼、およびセラミックスのいずれか、あるいは、炭素を表面に蒸着させた金属からなる。特に、ステンレス鋼の場合、粗面ステンレスが好ましく、これにより、グラファイトロッド１０１の表面との接触面に適度な摩擦力を生じつつ、グラファイトロッド１０１の表面に傷を付けないようにすることができる。【００４６】  各保持ローラ１３１の一端には、噛み合い歯部１３２が形成されている。この噛み合い歯部１３２は、グラファイトロッド１０１の側面には接触しない位置に形成される。各保持ローラ１３１は、グラファイトロッド１０１の中心軸１０２に実質的に平行な回転軸１３３と、各保持ローラ１３１の回転軸１３３を介して各保持ローラ１３１を回転させるモータ１３９を有し、２つの保持ローラ１３１の回転軸１３３が互いに実質的に平行に並置された間にグラファイトロッド１０１が保持される。保持ローラ１３１の回転軸１３３の両端は、回転軸押さえ１３４および回転軸押さえ１４２によって可動台１４４に回転可能に固定される。また、モータ１３９は、回転軸押さえ１４２上に固定される。【００４７】  このように構成されたターゲット保持可動部１３０は、モータ１３９によって保持ローラ１３１を回転軸１３３周りに回転させる。図４は、図２のターゲット保持可動部１３０におけるグラファイトロッド１０１の回転を説明するための図である。【００４８】  図４は、２つの円筒形の保持ローラ１３１と円筒形のグラファイトロッド１０１を、長さ方向に垂直な断面から見た図である。２つの保持ローラ１３１が並置され、その間にグラファイトロッド１０１が保持される。保持ローラ１３１のグラファイトロッド１０１との接触面において、グラファイトロッド１０１の側面との間に摩擦力が生じる。保持ローラ１３１の回転によって生じる摩擦力により、グラファイトロッド１０１を逆回転させることができる。このように、グラファイトロッド１０１を接触面で保持し、中心軸１０２に沿って回転させる機構を独立して設けることにより、グラファイトロッド１０１を安定的に保持し、制御性よく回転させることができる。【００４９】  図２および図３に戻り、可動台１４４下方には、保持ローラ１３１の回転軸１３３と実質的に平行な方向にねじ穴１４７が形成される。ターゲット保持可動部１３０は、ねじ穴１４７内に挿入され噛み合い、回転することにより可動台１４４を移動させる送りねじ棒１４６と、送りねじ棒１４６を軸方向周りに回転させるモータ１４９と、送りねじ棒１４６の両端を回転可能にレール支持台１５３に固定する送りねじ押さえ１５１と、をさらに含む。【０��５０】  可動台１４４の下端には、車軸１５６が回転可能に設けられ、可動台１４４に載置される保持ローラ１３１の回転軸１３３に実質的に平行な方向に移動させるための車輪１５５が車軸１５６の両端に回転可能に設けられている。各車輪１５５には、溝１５７が円周中央に形成される。【００５１】  ターゲット保持可動部１３０は、レール支持台１５３と、レール支持台１５３上に保持ローラ１３１の回転軸１３３に実質的に平行な方向に延在し、可動台１４４の車輪１５５の溝１５７が嵌合するレール１５９と、を含む。【００５２】  本実施の形態において、このように構成されたターゲット保持可動部１３０は、モータ１４９の回転により、グラファイトロッド１０１の中心軸１０２に実質的に平行な方向に移動させることが可能となる。グラファイトロッド１０１の長軸方向への移動手段は、これに限定されるものではなく、他の手段を用いても可能である。【００５３】  図５は、図２のターゲット保持可動部１３０の上下可動部の一例を示す部分正面図である。図５に示されるターゲット保持可動部１３０の上下可動部は、図２に示されるターゲット保持可動部１３０のレール支持台１５３の四隅に設けられている。図３および図５に示すように、ターゲット保持可動部１３０の上下可動部は、ベース１７１と、ベース１７１の表面に対して垂直に設けられたラック１７３と、ラック１７３に形成された噛み合い歯と噛合し、回転によりラック１７３間を上下に移動する歯車１６１と、歯車１６１の回転軸１６３と、回転軸１６３を回転可能にレール支持台１５３に固定する回転軸押さえ１６５および回転軸押さえ１６７と、回転軸１６３の一端に設けられ、回転軸１６３を介して歯車１６１を回転軸１６３回りに回転させるモータ１６９と、を含む。【００５４】  本実施の形態において、このように構成されたターゲット保持可動部１３０は、モータ１６９によって、歯車１６１を回転させ、歯車１６１がラック１７３に噛合して上下に移動することによりレール支持台１５３が上下に移動する。このグラファイトロッド１０１の鉛直上方向への移動手段は、これに限定されるものではなく、他の手段を用いても可能である。【００５５】  ターゲット保持可動部１３０は、グラファイトロッド１０１を中心軸まわりに回転させるモータ１３９と、中心軸に平行な方向に移動させるモータ１４９と、上下方向に移動させるモータ１６９とを有し、これらが別々の駆動機構として動作するため、グラファイトロッド１０１を確実に保持しつつ、グラファイトロッド１０１をそれぞれの方向に制御性よく移動させることができる。【００５６】  なお、本実施の形態において、特に図示していないが、各モータ１３９、モータ１４９、およびモータ１６９の回転を制御する制御部を含む。制御部は、手動で各モータを制御する操作部でもよいし、自動で各モータを制御するコンピュータなどでもよい。【００５７】  本実施の形態の製造装置では、レーザー光源１１１の位置は製造チャンバ１０７に対して固定されている。以下、図４および図６を用いてグラファイトロッド１０１の高さ方向の位置移動について説明する。図６は、図２のターゲット保持可動部１３０におけるグラファイトロッド１０１の位置移動を���明するための図である。【００５８】  図４は、光照射前のグラファイトロッド１０１について、中心軸１０２に垂直な断面を示しており、図６は、光照射を行い、断面の径が減少したグラファイトロッド１０１について、中心軸１０２に垂直な断面を示している。【００５９】  図４に示したように、レーザー光１０３は、照射角が一定となるように照射される。レーザー光１０３の照射角を一定に保ちながら、グラファイトロッド１０１をその長さ方向にスライドさせることにより、グラファイトロッド１０１の長さ方向にレーザー光１０３を一定のパワー密度で連続的に照射することができる。【００６０】  なお、本明細書において、「パワー密度」とは、グラファイトターゲット表面に実際に照射される光のパワー密度、すなわちグラファイトターゲット表面の光照射部位におけるパワー密度を指すものとする。【００６１】  円筒形のグラファイトターゲットを用いる場合、照射角は、グラファイトロッド１０１の長さ方向に垂直な断面において、照射位置と円の中心とを結ぶ線分と、水平面とのなす角となる。本実施形態では、戻り光の発生を抑制し、カーボンナノホーン集合体１１７を高純度で安定的に製造するために、グラファイトロッド１０１をその中心軸周りに回転させつつ、照射角を３０°以上６０°以下とすることが好ましい。【００６２】  この照射角を３０°以上とすることにより、照射するレーザー光１０３が反射して戻り光が発生するのを抑制することができる。また、発生するプルーム１０９がレーザー光窓１１３を通じてレンズ１２３へ直撃することが防止される。このため、レンズ１２３を保護し、またカーボンナノホーン集合体１１７のレーザー光窓１１３への付着防止に有効である。よって、グラファイトロッド１０１に照射される光のパワー密度を安定化し、カーボンナノホーン集合体１１７を高い収率で安定的に製造することができる。【００６３】  また、レーザー光１０３を６０°以下で照射することにより、アモルファスカーボンの生成を抑制し、生成物中のカーボンナノホーン集合体１１７の割合、すなわちカーボンナノホーン集合体１１７の収率を向上させることができる。また、照射角は４５°とすることが特に好ましい。４５°で照射することにより、生成物中のカーボンナノホーン集合体１１７の割合をより一層向上させることができる。【００６４】  また、グラファイトロッド１０１の側面にレーザー光１０３を照射する構成となっているため、レンズ１２３の位置を固定した状態で側面の照射角度を変えることにより容易に変えることができる。このため、パワー密度を可変とし、確実に調節することができる。たとえば、レンズ１２３の位置を固定した場合において、たとえば、照射角を３０°とすれば、パワー密度を高くすることができる。また、たとえば照射角度を６０°とすることにより、パワー密度を低く制御できる。【００６５】  さらに、グラファイトロッド１０１は、光照射により切削され、径が減少する。この様子を図６に示す。レーザー光１０３の照射角を一定に保つためには、保持ローラ１３１をグラファイトロッド１０１の中心軸１０２に対して鉛直上方向に移動させる必要がある。図６に示すように、保持ローラ１３１を移動させること��よって、グラファイトロッド１０１に照射されるレーザー光１０３の照射角を一定に保つことができる。【００６６】  このようにして、レーザー光１０３の照射角を一定に保ちつつ、グラファイトロッド１０１は、保持ローラ１３１の接触面とグラファイトロッド１０１の表面の間に生じる摩擦力により中心軸１０２周りに回転するとともに、長軸方向および鉛直上方向に移動することができ、これにより、グラファイトロッド１０１の側面のほぼ全域にレーザー光１０３の照射位置が亘るようにすることができる。【００６７】  なお、グラファイトロッド１０１の側面のほぼ全域にレーザー光１０３の照射位置が亘るとは、グラファイトロッド１０１の側面全体において炭素蒸気を発生させることが可能であればよいことを指す。グラファイトロッド１０１の側面全体において炭素蒸気を発生させることが可能な構成とすることにより、グラファイトロッド１０１全体をカーボンナノホーン集合体１１７の原料として用いることができるため、グラファイトロッド１０１中に未使用領域が生じることを抑制し、原料を効率よく使用することができる。【００６８】  以上のように、本実施の形態のナノカーボンの製造装置においては、グラファイトロッド１０１を把持する部分が不要であり、円筒形のグラファイトロッド１０１の側面に照射されるレーザー光１０３の部位が連続的に変化し、かつ照射部位が回転することによって、グラファイトロッド１０１の表面の全域に亘って光照射されるため、カーボンナノホーン集合体１１７を連続的に容易に量産することが可能である。また、グラファイトターゲットであるグラファイトロッド１０１を繰り返しレーザー光１０３照射に供することができるため、グラファイトロッド１０１を有効利用することが可能である。【００６９】  次に、本実施の形態の製造装置を用いたカーボンナノホーン集合体１１７の製造方法について具体的に説明する。【００７０】  本実施の形態の製造装置において、グラファイトロッド１０１として、高純度グラファイト、たとえば丸棒状焼結炭素や圧縮成形炭素等を用いることができる。【００７１】  また、レーザー光１０３として、たとえば、高出力ＣＯ２ガスレーザー光などのレーザー光を用いる。【００７２】  レーザー光１０３のグラファイトロッド１０１への照射は、Ａｒ、Ｈｅ等の希ガスをはじめとする反応不活性ガス雰囲気、たとえば１０３Ｐａ以上１０５Ｐａ以下の雰囲気中で行う。また、圧力計１４５が接続された真空ポンプ１４３により、製造チャンバ１０７内を予めたとえば１０−２Ｐａ以下に減圧排気した後、不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。【００７３】  また、グラファイトロッド１０１の側面におけるレーザー光１０３のパワー密度がほぼ一定、たとえば５ｋＷ／ｃｍ２以上２５ｋＷ／ｃｍ２以下となるようにレーザー光１０３の出力、スポット径、および照射角を調節することが好ましい。【００７４】  レーザー光１０３の出力はたとえば１ｋＷ以上５０ｋＷ以下とする。また、レーザー光１０３のパルス幅はたとえば０．５秒以上とし、好ましくは０．７５秒以上とする。こうすることにより、グラファイトロッド１０１の表面に照射されるレーザー光１０３の累積エネルギーを充分確保するこ��ができる。このため、カーボンナノホーン集合体１１７を効率よく製造することができる。また、レーザー光１０３のパルス幅はたとえば１．５秒以下とし、好ましくは１．２５秒以下とする。こうすることにより、グラファイトロッド１０１の表面が過剰に加熱されることにより表面のエネルギー密度が変動し、カーボンナノホーン集合体の収率が低下するのを抑制することができる。レーザー光１０３のパルス幅は、０．７５秒以上１秒以下とすることがさらに好ましい。こうすれば、カーボンナノホーン集合体１１７の生成率および収率をともに向上させることができる。【００７５】  また、レーザー光１０３照射における休止幅は、たとえば０．１秒以上とすることができ、０．２５秒以上とすることが好ましい。こうすることにより、グラファイトロッド１０１表面の過加熱をより一層確実に抑制することができる。【００７６】  たとえば、レーザー光１０３の好ましい照射角度は、図４および図６を用いて前述した通りである。照射時のレーザー光１０３のグラファイトロッド１０１側面へのスポット径は、たとえば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。【００７７】  また、レーザー光１０３のスポットを、たとえば０．０１ｍｍ／ｓｅｃ以上５５ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度（線速度）で移動させることが好ましい。たとえば、直径１００ｍｍのグラファイトターゲットの表面にレーザー光１０３を照射する場合には、ターゲット保持可動部１３０によって直径１００ｍｍのグラファイトロッド１０１を円周方向に一定速度で回転させる場合、回転数をたとえば０．０１ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下とすると、上述の線速度（周速度）を実現できる。また、回転数を２ｒｐｍ以上６ｒｐｍとすると、カーボンナノホーン集合体１１７の収率をさらに向上させることが可能となるため好ましい。【００７８】  なお、グラファイトロッド１０１の回転方向に特に制限はないが、照射位置がレーザー光１０３から遠ざかる方向、すなわち図１においては図中に矢印で示したようにレーザー光１０３から搬送管１４１に向かう方向、に回転させることが好ましい。こうすることにより、カーボンナノホーン集合体１１７をより一層確実に回収することができる。【００７９】  図１の装置では、レーザー光１０３の照射によって得られたすす状物質がナノカーボン回収チャンバ１１９に回収される構成となっているが、適当な基板上に堆積して回収することや、ダストバッグによる微粒子回収の方法によって回収することもできる。また、不活性ガスを反応容器内で流通させて、不活性ガスの流れによりすす状物質を回収することもできる。【００８０】  本実施の形態の装置を用いて得られたすす状物質は、カーボンナノホーン集合体１１７を主として含み、たとえば、カーボンナノホーン集合体１１７が５０ｗｔ％以上含まれる物質として回収される。【００８１】  なお、カーボンナノホーン集合体１１７を構成するカーボンナノホーンの形状、径の大きさ、長さ、先端部の形状、炭素分子やカーボンナノホーン間の間隔等は、レーザー光１０３の照射条件などによって様々に制御することが可能である。【００８２】  本実施の形態の装置において、保持ローラ１３１を回転させる機構として、保持ローラ１３���を回転させる歯車を備えてもよい。図７は、このような構成を有するターゲット保持可動部１７５の構成を示す図である。【００８３】  図７のターゲット保持可動部１７５の基本的構成は図２のターゲット保持可動部１３０と同様であるが、保持ローラ１３１の噛み合い歯部１３２と噛み合い、保持ローラ１３１を回転軸１３３周りに回転させる歯車１３５と、歯車１３５の回転軸１３７と、回転軸１３７を介して歯車１３５を回転させるモータ１３９とを備えている点が異なる。モータ１３９は、回転軸押さえ１４２上に固定される。【００８４】  図８は、ターゲット保持可動部１７５におけるグラファイトロッド１０１の回転を説明するための図である。ターゲット保持可動部１７５は、モータ１３９によって歯車１３５を回転させ、歯車１３５の回転により噛み合い歯部１３２が回転し、保持ローラ１３１が回転軸１３３周りに回転する。【００８５】  また、図９は、図７のターゲット保持可動部１７５におけるグラファイトロッド１０１の位置移動を説明するための図である。図９に示したように、保持ローラ１３１および歯車１３５を上下方向に移動させることによって、グラファイトロッド１０１に照射されるレーザー光１０３の照射角を一定に保つことができる。【００８６】  本実施の形態において、保持ローラ１３１を回転させる構成は、以上の構成に限定されるものではなく、たとえば、保持ローラ１３１の一端にモータ１３９の回転を伝動させる伝動ベルトを設けてもよい。【００８７】  以上、ナノカーボンとしてカーボンナノホーン集合体を製造する場合を例に説明した。カーボンナノホーン集合体１１７を構成するカーボンナノホーンの形状、径の大きさ、長さ、先端部の形状、炭素分子やカーボンナノホーン間の間隔等は、レーザー光１０３の照射条件などによって様々に制御することが可能である。【００８８】  また、本実施の形態の製造装置を用いて製造されるナノカーボンはカーボンナノホーン集合体には限定されない。【００８９】  たとえば、本実施の形態の製造装置を用いてカーボンナノチューブを製造することもできる。カーボンナノチューブを製造する場合、グラファイトロッド１０１の側面におけるレーザー光１０３のパワー密度がほぼ一定、たとえば５０±１０ｋＷ／ｃｍ２となるようにレーザー光１０３の出力、スポット径、および照射角を調節することが好ましい。また、グラファイトロッド１０１には、触媒金属をたとえば０．０００１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下添加する。金属触媒として、たとえばＮｉ、Ｃｏなどの金属を用いることができる。【００９０】  また、以上の実施の形態においては、グラファイトロッド１０１を用いた場合を例に説明をしたが、グラファイトターゲットの形状は円筒形には限定されず、シート状、棒状等とすることもできる。グラファイトターゲットの形状をシート状や棒状等とした場合にも、ターゲットの把持部を有しない構成とすることにより、グラファイトターゲット表面の全面にレーザー光１０３を照射することが可能となり、ナノカーボンの生産性を向上させることができる。
【実施例】
【００９１】  本実施例では、図１〜図６に示す構成のナノカーボンの製造装置を用いてカーボンナノホーン集合体１１７を作製した。【００９２】  グラファイトロッド１０１として直径１００ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、重さ約３．７ｋｇの焼結丸棒炭素を用い、これを製造チャンバ１０７内のターゲット保持可動部１３０の２つの保持ローラ１３１の間に載置した。製造チャンバ１０７内を１０−３Ｐａにまで減圧排気した後、Ａｒガスを１０５Ｐａの雰囲気圧となるように導入した。次いで、室温中にてグラファイトロッド１０１を回転数６ｒｐｍで回転させ、また０．３ｍｍ／ｓｅｃにて水平移動させながら、その側面にレーザー光１０３を照射した。【００９３】  レーザー光１０３には高出力のＣＯ２レーザー光を用い、パルス条件、１ｓｅｃ発振、２５０ｍｓｅｃの待機の条件にて、パルス発振した。また、レーザー光１０３の照射角を４５°とし、グラファイトロッド１０１側面でのパワー密度は２０ｋＷ／ｃｍ２±１０ｋＷ／ｃｍ２とした。【００９４】  ３．７ｋｇのグラファイトロッド１０１から約２．８ｋｇのすす状物質が得られた。この得られたすす状物質についてＴＥＭ観察を行った。また、ラマン分光法により、１３５０ｃｍ−１と１５９０ｃｍ−１の強度を比較し、カーボンナノホーン集合体１１７の収率を算出した。【００９５】  得られたすす状物質を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察したところ、カーボンナノホーン集合体１１７が支配的に生成しており、その粒子径は、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の範囲であった。また、光照射後に得られた物質全体中のカーボンナノホーン集合体１１７の収率をラマン分光法によって求めたところ、いずれも純度５０％以上の高収率となった。【００９６】  したがって、本実施例では、グラファイトロッド１０１を把持機構を使用せずに保持することにより、グラファイトロッド１０１の側面の全域に亘ってレーザー光１０３を照射することにより、高い収率でカーボンナノホーン集合体１１７が得られた。またこの工程は、カーボンナノホーン集合体１１７の大量生産に好適な連続工程であることが明らかになった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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