JP2003103162A - ナノグラファイバーの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性の高いナノグラファイバーの製造装置
を提供する。 【解決手段】 内部が真空排気可能な密閉容器１と、密
閉容器１中に水素ガスを導入するガス導入手段と、密閉
容器１中に配置された陰極用炭素電極２１と陽極用炭素
電極７１との間にアーク放電を発生させる直流電源１２
とを有するナノグラファイバーの製造装置において、密
閉容器１中に配置され直流電源１２の出力が印加される
１対の通電用コンタクト５，１０と、陰極用炭素電極２
１を複数収納する陰極収納ホルダー２と、陽極用炭素電
極７１を複数収納する陽極収納ホルダー７と、陰極用炭
素電極２１と陽極用炭素電極７１を陰極収納ホルダー２
および陽極収納ホルダー７と通電用コンタクト５，１０
に接触しかつ対向する所定位置との間で１組ずつ往復さ
せる電極移動手段３，４，８，９とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ナノグラファイバ
ーの製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ナノグラファイバー(nanografibers)
は、単層のグラファイト（グラフェン）が入れ子構造的
に積層し、それぞれのグラフェンが円筒状に閉じた同軸
多層構造をなしている多層ナノチューブの一種で、特に
円筒状のグラフェンが中心軸付近まで密に積層した構造
を持つものである。ナノグラファイバーは、電界放出型
電子源として使用した場合、一般的な多層ナノチューブ
に比べて、より低い印加電圧で電子放出が得られるとと
もに、電流や電流密度も大きくとれるという特徴があ
る。このナノグラファイバーは、水素ガス雰囲気中で、
対向配置された黒鉛電極間に直流アーク放電を発生させ
たときに、陰極側の黒鉛電極先端に形成される堆積物中
に見いだされる。

【０００３】図７は、従来のナノグラファイバーの製造
装置の一例を示す構成図である。この製造装置は密閉容
器１を備え、この中に陰極用炭素電極２１と陽極用炭素
電極７１とが対向して配置されている。陰極用炭素電極
２１は、直径１０ｍｍの円柱に形成した黒鉛であり、絶
縁スペーサを介して密閉容器１の内壁に固定された陰極
取付具１４に取り付けられている。この陰極用炭素電極
２１は、陰極取付具１４と陰極側電流導入端子（図示せ
ず）を介して密閉容器１の外側に配置した直流電源１２
の負側出力端子（−）に接続されている。

【０００４】陽極用炭素電極７１は、直径６ｍｍの円柱
の一端に曲率半径１２ｍｍの凸面からなる凸部を設けた
形状の黒鉛であり、凸部を陰極用炭素電極２１に対向し
て陽極取付具１６に取り付けられている。この陽極用炭
素電極７１は、陽極取付具１６と陽極側電流導入端子
（図示せず）を介して直流電源１２の正側出力端子
（＋）に接続されている。陽極取付具１６は、絶縁体１
７を介して直線運動を可能とする移動機構１８に取り付
けられている。

【０００５】移動機構１８は、陰極用炭素電極２１と陽
極用炭素電極７１の凸部とを接触させる機能と、両電極
間の通電、すなわち直流電源１２の電流出力と同時に、
陰極用炭素電極２１と陽極用炭素電極７１の凸部との間
隔を０から所定距離となるまで所定速度で広げる機能を
有する。また、密閉容器１には、真空排気手段（図示せ
ず）と流量制御機能を備えたガス導入手段（図示せず）
とが接続されており、内部が真空排気可能に構成される
とともに、ガス導入手段により流量制御された水素ガス
が導入されて所定の圧力を保つように構成されている。

【０００６】このナノグラファイバーの製造装置は、所
定圧力の水素ガス雰囲気中で陰極用炭素電極２１と陽極
用炭素電極７１の凸部とを接触させ、直流電流を流すと
同時に、陽極用炭素電極７１を電極間隔が所定距離とな
るまで所定速度で移動させてアーク放電を発生させる。
これにより、陰極用炭素電極２１にクレータ状堆積物２
７が生成される。このクレータ状堆積物２７は、図７
（ｂ）に示すように、外側に形成されるクレータ状グラ
ファイト２８と、クレータ状グラファイト２８の内側に
形成されるナノグラファイバー層２９の２つの領域から
構成されている。

【０００７】ナノグラファイバー層２９は、ディスク状
の形状を有し、図１（ｃ）に示すように、厚さ方向に方
向性を持ったナノグラファイバー群３０と、ナノグラフ
ァイバー群３０の中に含まれる少量のナノポリへドロン
（nanopolyhedoron）からなる。クレータ状堆積物２７
が生成された陰極用炭素電極２１からナノグラファイバ
ー層２９を取り出すことによりナノグラファイバーが得
られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ナノグラファイバーの製造装置は、ナノグラファイバー
を製造するたびに陰極と陽極を交換する必要があり、生
産性が低いという問題があった。本発明は、以上のよう
な問題点を解消するためになされたものであり、生産性
の高いナノグラファイバーの製造装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、内部が真空排気可能な密閉容器と、
密閉容器中に水素ガスを導入するガス導入手段と、密閉
容器中に配置された陰極となる第１の炭素電極と陽極と
なる第２の炭素電極との間にアーク放電を発生させる直
流電源とを有するナノグラファイバーの製造装置におい
て、密閉容器中に配置され直流電源の出力が印加される
１対の通電用コンタクトと、第１の炭素電極を複数収納
する第１の電極収納手段と、第２の炭素電極を複数収納
する第２の電極収納手段と、第１の炭素電極と第２の炭
素電極を第１の電極収納手段及び第２の電極収納手段と
通電用コンタクトに接触しかつ対向する所定位置との間
で１組ずつ往復させる電極移動手段とを備えたことによ
って特徴づけられる。

【００１０】この製造装置の一構成例は、第１及び第２
の炭素電極が磁石に吸着される部材を一端に備えた導電
性保持部材の他端に固定され、電極移動手段が磁石を有
し、導電性保持部材の磁石に吸着される部材と吸着して
導電性保持部材を移動させる。この場合、第１の炭素電
極と第２の炭素電極とが通電用コンタクトに接触しかつ
対向する所定位置に隣接して導電性保持部材を冷却する
冷却手段が配置されている。電極移動手段の一構成例
は、第１の電極収納手段と第２の電極収納手段を第１の
炭素電極と第２の炭素電極の組ごとに往復可能な位置に
移動させる電極収納手段移動機構と、第１の炭素電極と
第２の炭素電極の１組を往復させる電極移動機構とから
構成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態に係るナ
ノグラファイバーの製造装置の構成図であり、（ａ）が
上方から見た構成を示し、（ｂ）が（ａ）のI-I線断面
を示す。図１に示すように、この製造装置は密閉容器１
を備え、この中に陰極収納ホルダー２、陰極収納ホルダ
ー移動機構３、陰極移動機構４、陰極通電用コンタクト
５、陰極冷却部６、陽極収納ホルダー７、陽極収納ホル
ダー移動機構８、陽極移動機構９、陽極通電用コンタク
ト１０及び陽極冷却部１１が配置されている。

【００１２】また、密閉容器１の外部には直流電源１２
が配置され、直流電源１２の負側出力端子（−）が陰極
通電用コンタクト５と接続され、正側出力端子（＋）が
陽極通電用コンタクト１０と接続されている。なお、直
流電源１２は、アーク放電中の電流を所定の値に保つ安
定化回路を備えていてもよい。さらに、密閉容器１に
は、真空排気手段（図示せず）と流量制御機能を備えた
ガス導入手段（図示せず）とが接続されており、内部が
真空排気可能に構成されるとともに、ガス導入手段によ
り流量制御された水素ガスが導入されて所定の圧力を保
つように構成されている。

【００１３】陰極収納ホルダー２は、図２に示すよう
に、陰極用炭素電極２１が固定された陰極用電極保持部
材２２を複数収納可能な長さと幅を有し、これらの陰極
用電極保持部材２２を収納する収納溝２３を備えてい
る。この収納溝２３は、陰極収納ホルダー２の移動によ
り陰極用電極保持部材２２が溝内の位置を変えないよう
に陰極用電極保持部材２２の外形に対応した形状に形成
されている。また、収納溝２３の一方の端は陰極用電極
保持部材２２が通過可能にくりぬかれており、他方の端
は後述する陰極移動機構４の電極移動用シャフト４２が
通過可能にくりぬかれている。この場合、収納溝２３を
５個としたが、この数は陽極収納ホルダー７の収納溝の
数と同じであればよく、必要な処理能力に合わせて任意
に設定してよい。

【００１４】陰極収納ホルダー移動機構３は、陰極収納
ホルダー２を図１（ａ）の紙面の上下方向に移動させる
とともに、陰極収納ホルダー２に収納された陰極用炭素
電極２１が固定された陰極用電極保持部材２２を移動さ
せるための所定位置に停止させる機能を有する。この場
合、陰極収納ホルダー移動機構３は、気密シール３１を
介して密閉容器１を貫通して設けられたスクリュー溝を
有する駆動シャフト３２と密閉容器１内のガイドシャフ
ト３３により陰極収納ホルダー２が取り付けられたホル
ダー取付部３４を支持するとともに、図示しないモータ
により駆動シャフト３２を回転してホルダー取付部３４
を移動させる。

【００１５】陰極移動機構４は、陰極収納ホルダー２に
収納された陰極用炭素電極２１が固定された陰極用電極
保持部材２２を陰極通電用コンタクト５と接する放電位
置へ移動させるとともに、放電終了後に陰極収納ホルダ
ー２に回収する機能を有する。この場合、陰極移動機構
４は、電気絶縁・気密シール４１を介して密閉容器１を
貫通して設けられた電極移動用シャフト４２を有し、図
示しないモータによりこの電極移動用シャフト４２を図
１（ａ）の紙面の左右方向に移動させ、２つの所定位置
に停止させる。所定の位置は、放電位置と、陰極収納ホ
ルダー２を移動可能とする待避位置である。

【００１６】電極移動用シャフト４２には、図３に示す
ように、その先端に金属容器４３が取り付けられてお
り、金属容器４３内に磁石４４が取り付けられている。
また、陰極用電極保持部材２２には、この磁石４４が接
する一端面に鉄製ねじ２４が取り付けられており、電極
移動用シャフト４２の磁石４４に吸着されてチャッキン
グされるように構成されている。ここで、磁石４４に
は、キュリー温度が６００〜７００℃の耐熱性磁石を用
いる。

【００１７】また、陰極用電極保持部材２２は、例えば
黒鉛や銅などの高導電性の耐熱性材料からなる丸棒であ
り、一方の端面に鉄製ねじ２４が取り付けられ、他方の
端面に陰極用炭素電極２１を取り付ける取付穴２５が形
成されている。ここで、陰極用炭素電極２１は、従来の
製造装置に用いたものと同じものである。丸棒の側面に
は、取付穴２５の中心と垂直な穴が設けられ、取付穴２
５に挿入された陰極用炭素電極２１を固定する固定ねじ
２６が取り付けられている。なお、陰極用電極保持部材
２２の鉄製ねじ２４は、これに限られるものではなく、
磁石に吸引される材料であればよい。

【００１８】陰極通電用コンタクト５は、図４に示すよ
うに、板バネ５１がねじ５２で取り付けられて対向配置
された２つのカーボン接触子５３からなり、これらのカ
ーボン接触子５３の対向面には、陰極用電極保持部材２
２の外周面に対応した溝５４が設けられている。この陰
極通電用コンタクト５は、溝５４の長さ方向の中心線が
電極移動用シャフト４２の中心軸と同じ線上となるよう
に絶縁性の固定台５５に取り付けられており、直流電源
１２の負側出力端子（−）と接続するリード線５６が接
続されている。

【００１９】陰極冷却部６は、陰極用電極保持部材２２
が通過可能な貫通孔を有する銅製の水冷ジャケットであ
り、この貫通孔の中心線が電極移動用シャフト４２の中
心軸と同じ線上となるように絶縁性の固定台５５に取り
付けられている。この陰極冷却部６には、外部から電気
絶縁された２本のパイプ６１，６２が接続されており、
一方のパイプ６１から供給された冷却水が他方のパイプ
６２を介して排出されるように構成されている。これに
より、アーク放電時の発熱を除去し、陰極用電極保持部
材２２の過熱を防ぐので、陰極用電極保持部材２２にチ
ャッキングした電極移動用シャフト４２の磁石４４の温
度がキュリー温度を超えないようにすることができる。

【００２０】陽極収納ホルダー７は、陽極用炭素電極７
１が固定された陽極用電極保持部材７２を複数収納可能
な長さと幅を有し、これらの陽極用電極保持部材７２を
収納する収納溝を備えている。この収納溝は、陽極収納
ホルダー７の移動により陽極用電極保持部材７２が溝内
の位置を変えないように陽極用電極保持部材７２の外形
に対応した形状に形成されている。また、収納溝の一方
の端は陽極用電極保持部材７２が通過可能にくりぬかれ
ており、他方の端は後述する陽極移動機構８の電極移動
用シャフト８２が通過可能にくりぬかれている。収納溝
の数は陰極収納ホルダー２と同じ５個とする。この場
合、陽極収納ホルダー７は、図２に示した陰極収納ホル
ダー２と同じものを用いる。

【００２１】陽極収納ホルダー移動機構８は、陽極収納
ホルダー７を図１（ａ）の紙面の上下方向に移動させる
とともに、陽極収納ホルダー７に収納された陽極用炭素
電極７１が固定された陽極用電極保持部材７２を移動さ
せるための所定位置に停止させる機能を有する。この場
合、陽極収納ホルダー移動機構８は、気密シール８１を
介して密閉容器１を貫通して設けられたスクリュー溝を
有する駆動シャフト８２と密閉容器１内のガイドシャフ
ト８３により陽極収納ホルダー７が取り付けられたホル
ダー取付部８４を支持するとともに、図示しないモータ
により駆動シャフト８２を回転してホルダー取付部８４
を移動させる。この場合、陽極収納ホルダー移動機構８
は、陰極収納ホルダー移動機構３と同じものを用いる。

【００２２】陽極移動機構９は、陽極収納ホルダー７に
収納された陽極用炭素電極７１が固定された陽極用電極
保持部材７２を陽極通電用コンタクト１０と接する放電
位置へ移動させるとともに、放電終了後に陽極収納ホル
ダー７に回収する機能を有する。この場合、陽極移動機
構９は、電気絶縁・気密シール９１を介して密閉容器１
を貫通して設けられた電極移動用シャフト９２を有し、
図示しないモータによりこの電極移動用シャフト９２を
図１（ａ）の紙面の左右方向に移動させ、３つの所定位
置に停止させる。

【００２３】ここで、電極移動用シャフト９２は、陰極
移動機構４の電極移動用シャフト４２と中心軸が一致す
るように配置される。また、所定の位置には、陽極用炭
素電極７１が陰極用炭素電極２１と接触する通電開始位
置と、陽極用炭素電極７１と陰極用炭素電極２１が所定
距離離間した放電位置と、陽極収納ホルダー７を移動可
能とする待避位置とがある。電極移動用シャフト９２
は、図３に示した陰極移動機構４の電極移動用シャフト
４２と同様に、先端に金属容器が取り付けられており、
金属容器内に耐熱性磁石が取り付けられている。

【００２４】また、陽極用電極保持部材７２には、この
磁石が接する一端面に鉄製ねじが取り付けられており、
電極移動用シャフト９２の磁石に吸着され、チャッキン
グされるように構成されている。ここで、陽極用電極保
持部材７２は、例えば黒鉛や銅などの高導電性の耐熱性
材料からなる丸棒であり、一方の端面に鉄製ねじが取り
付けられ、他方の端面に陽極用炭素電極７１を取り付け
る取付穴が形成されている。丸棒の側面には、取付穴の
中心と垂直な穴が設けられ、取付穴に挿入された陽極用
炭素電極７１を固定する固定ねじが取り付けられてい
る。陽極用炭素電極７１には従来の製造装置に用いたも
のと同じものを用いる。なお、陽極用電極保持部材７２
の鉄製ねじは、これに限られるものではなく、磁石に吸
引される材料であればよい。この場合、陽極用電極保持
部材７２の構成は、取付穴の直径が異なる以外、図３で
示した陰極用電極保持部材２２と同じである。

【００２５】陽極通電用コンタクト１０は、板バネがね
じで取り付けられて対向配置された２つのカーボン接触
子からなり、これらのカーボン接触子の対向面には、陽
極用電極保持部材７２の外周面に対応した溝が設けられ
ている。この陽極通電用コンタクト１０は、溝の長さ方
向の中心線が電極移動用シャフト７２の中心軸と同じ線
上となるように絶縁性の固定台７５に取り付けられてお
り、直流電源１２の正側出力端子（＋）と接続するリー
ド線が接続されている。この場合、陽極通電用コンタク
ト１０は、陰極通電用コンタクト５と同じものを用い
る。

【００２６】陽極冷却部１１は、陽極用電極保持部材７
２が通過可能な貫通孔を有する銅製の水冷ジャケットで
あり、この貫通孔の中心線が電極移動用シャフト９２の
中心軸と同じ線上となるように絶縁性の固定台７５に取
り付けられている。この陽極冷却部１１には、外部から
電気絶縁された２本のパイプ１１１，１１２が接続され
ており、一方のパイプ１１１から供給された冷却水が他
方のパイプ１１２を介して排出されるように構成されて
いる。この場合、陽極冷却部１１は陰極冷却部６と同じ
ものを用いる。これにより、アーク放電時の発熱を除去
し、陽極用電極保持部材７２の過熱を防ぐので、陽極用
電極保持部材７２にチャッキングした電極移動用シャフ
ト９２の磁石の温度がキュリー温度を超えないようにす
ることができる。

【００２７】次に、図５を参照してこの製造装置の動作
を説明する。図５は、この製造装置の動作を示す説明図
である。図５（ａ）に示すように、陰極収納ホルダー２
と陽極収納ホルダー７に未使用の陰極用炭素電極２１が
固定された陰極用電極保持部材２２と未使用の陽極用炭
素電極７１が固定された陽極用電極保持部材７２をそれ
ぞれ収納した状態で処理を開始すると、まず、密閉容器
１内を真空排気手段により排気して１０^-3〜１０^-4Ｐａ
程度の真空度とする。次いで、ガス導入手段により水素
ガスを導入し、密閉容器１内の水素ガス圧を所定の圧力
とする。

【００２８】次に、陰極移動機構４により未使用の陰極
用炭素電極２１が固定された陰極用電極保持部材２２が
放電位置に移動されるとともに、陽極移動機構９により
未使用の陽極用炭素電極７１が固定された陽極用電極保
持部材７２が通電開始位置に移動され、図５（ｂ）に示
すように、陰極用炭素電極２１と陽極用炭素電極７１が
接触する。これにより、陰極用電極保持部材２２は、陰
極通電用コンタクト５と接触して直流電源の負側出力端
子（−）に接続されるとともに、陰極冷却部６により冷
却される。また、陽極用電極保持部材７２は、陽極通電
用コンタクト１０と接触して直流電源の正側出力端子
（＋）に接続されるとともに、陽極冷却部１１により冷
却される。

【００２９】次に、直流電源が所定の電流を出力すると
同時に陽極移動機構９により陽極用炭素電極７１が固定
された陽極用電極保持部材７２を所定の速度で放電位置
へ移動させる。これにより、図５（ｃ）に示すように、
陰極用炭素電極２１と陽極用炭素電極７１との間でアー
ク放電１３が発生する。次に、所定の放電時間が経過し
たら、直流電源の出力を停止してアーク放電を消失させ
る。アーク放電を消失させた後、陰極移動機構４の電極
移動用シャフト４２と陽極移動機構９の電極移動用シャ
フト９２をそれぞれ待避位置に戻す。これにより、クレ
ータ状堆積物２７の形成された陰極用炭素電極２１を固
定した陰極用電極保持部材２２が陰極収納ホルダー２に
収納されるとともに、消耗した陽極用炭素電極７６を固
定した陽極用電極保持部材７２が陽極収納ホルダー７に
収納される。

【００３０】次に、陰極収納ホルダー移動機構３により
陰極収納ホルダー２を移動させるとともに、陽極収納ホ
ルダー移動機構８により陽極収納ホルダー７を移動さ
せ、図５（ｄ）に示すように、未使用の陰極用炭素電極
２１を固定した陰極用電極保持部材２２と未使用の陽極
用炭素電極７１を固定した陽極用電極保持部材７２を送
り出し可能な位置に配置する。以後、未使用の陰極用炭
素電極２１を固定した陰極用電極保持部材２２と未使用
の陽極用炭素電極７１を固定した陽極用電極保持部材７
２がなくなるまで同様の動作を繰り返す。

【００３１】未使用の陰極用炭素電極２１を固定した陰
極用電極保持部材２２と未使用の陽極用炭素電極７１を
固定した陽極用電極保持部材７２がなくなり、クレータ
状堆積物２７の形成された陰極用炭素電極２１を固定し
た陰極用電極保持部材２２と消耗した陽極用炭素電極７
６を固定した陽極用電極保持部材７２がそれぞれ陰極収
納ホルダー２と陽極収納ホルダー７に収納されたら、水
素ガスの供給を停止して密閉容器１内の水素ガスを排気
した後、密閉容器１を大気圧に戻し、処理を終了する。

【００３２】ここで、水素ガス圧は、６ｋＰａ〜２７ｋ
Ｐａの範囲であればよく、最も望ましい範囲は１０ｋＰ
ａ〜２０ｋＰａである。水素ガス圧をこの範囲とするの
は、厚さが均一で、表面が平坦なナノグラファイバー層
を生成するには、安定な放電が得られるとともにナノグ
ラファイバー層の堆積速度を２．５〜１５μｍ／秒の範
囲とする必要があり、この圧力範囲を超えると放電が不
安定となったり、堆積速度が適正値から外れるためであ
る。

【００３３】直流電流の所定値は、４０〜１００Ａとす
ることが望ましい。電流の最大値を１００Ａとするの
は、電流が多くなるほど堆積物の面積が大きくなり、ナ
ノグラファイバー層の直径も大きくなるが、生成するナ
ノグラファイバーの方向の不ぞろいやナノポリへドロン
の増加といった現象が生じ、ナノグラファイバー層の質
の低下が無視できなくなるためである。また、電流の最
小値を４０Ａとするのは、これより電流が少ないと生成
するナノグラファイバー層の直径が小さくなり実用的で
ないためである。

【００３４】放電位置における陰極用炭素電極２１と陽
極用炭素電極７１の電極間隔は、０．５〜２ｍｍの範囲
とすることが望ましく、最も望ましい電極間隔は、０．
８〜１．２ｍｍの範囲である。電極間隔をこのような範
囲とするのは、電極間隔が広くなると放電が不安定とな
り、陰極の温度上昇や凹凸発生による陰極面の劣化が進
み、生成される陰極堆積物の形状がゆがむことと、陰極
堆積物の堆積速度が遅くなり、２ｍｍを超えるとナノグ
ラファイバー層がほとんど生成されなくなるためであ
る。また、電極間隔が０．５ｍｍより狭いと、生成する
陰極堆積物によって電極同士が接触する恐れがあるため
である。

【００３５】陽極用炭素電極７１の通電開始位置から放
電位置への移動速度は、電極引き離し中に堆積するクレ
ータ状の陰極堆積物の周囲が新たな放電の陰極点となっ
て放電位置が移動することや、電極間隔が狭いときにで
きるナノポリへドロンを多く含むナノグラファイバー層
が生成することを抑止するため、０．２ｍｍ／秒以上と
することが望ましい。この実施の形態における代表的な
条件は、密閉容器１内の水素ガス圧を１３．３ｋＰａと
し、電極間に５０Ａの直流電流を流し、陽極用炭素電極
７１を電極間隔が１．２ｍｍとなる位置まで１ｍｍ／秒
の速度で移動し、放電時間を３０秒とするものである。
これにより、直径が２〜３ｍｍで厚さが０．２ｍｍ程度
のディスク状のナノグラファイバー層が形成される。

【００３６】この実施の形態によれば、未使用の陰極用
炭素電極２１を固定した陰極用電極保持部材２２と未使
用の陽極用炭素電極７１を固定した陽極用電極保持部材
７２とをそれぞれ陰極収納ホルダー２と陽極収納ホルダ
ー７に配置するだけで処理を開始でき、処理終了後に陰
極収納ホルダー２と陽極収納ホルダー７からそれぞれク
レータ状堆積物２７の形成された陰極用炭素電極２１を
固定した陰極用電極保持部材２２と消耗した陽極用炭素
電極７６を固定した陽極用電極保持部材７２とを取り出
すだけでよいので、従来の製造装置に比べて生産に要す
る段取り時間を大幅に短縮することができる。さらに、
常に未使用の陰極用炭素電極２１と未使用の陽極用炭素
電極７１を対で用いるため、クレータ状堆積物２７が再
現性よく形成できるので、生産ごとのばらつきが少なく
なり均一なナノグラファイバーが得られる。

【００３７】また、陰極収納ホルダー２と陽極収納ホル
ダー７に陰極用炭素電極２１を固定した陰極用電極保持
部材２２と陽極用炭素電極７１を固定した陽極用電極保
持部材７２とを複数収納できるため、１回のアーク放電
ごとに真空排気と大気開放を行う必要がないので、生産
時間を短縮することができる。さらに、陰極用電極保持
部材２２や陽極用電極保持部材７２の電極移動用シャフ
ト４２，９２とのチャッキングに磁石を用いたので、機
械的チャック方式に比べて構造が簡単なため、安価で信
頼性の高い製造装置とすることができる。なお、この実
施の形態では、陰極冷却部６と陽極冷却部１１を設けた
が、電極移動用シャフト４２，９２に取り付けた磁石の
温度がこの磁石のキュリー温度を超えない範囲で使用す
る場合には、これらの冷却部を省いてもよい。

【００３８】図７は、第２の実施の形態に係るナノグラ
ファイバーの製造装置の構成図であり、同図において図
１と同一符号は同一部分を示す。この実施の形態が第１
の実施の形態と異なる点は、陰極移動機構４と陽極移動
機構９をそれぞれ気密シール４６，９６を介して密閉容
器１を貫通して設けられたスクリュー溝を有する駆動シ
ャフト４７，９７により電極移動用シャフト４８，９８
を移動させるように構成したことである。

【００３９】ここで、駆動シャフト４７，９７は、密閉
容器１の上部に配置され、電極移動用シャフト４８，９
８はＬ字状で駆動シャフト４７，９７からつり下がるよ
うに配置されている。電極移動用シャフト４８，９８
は、Ｌ字状の水平部分の端部に第１の実施の形態と同様
の金属容器４３，９３が取り付けられており、金属容器
４３，９３内に耐熱性磁石が取り付けられている。この
場合、図示しないモータにより駆動シャフト４７，９７
を回転すると電極移動用シャフト４８，９８が図６の紙
面の左右方向に移動し、電極保持部材２２，７２を所定
位置に移動させる。

【００４０】この実施の形態によっても第１の実施の形
態と同様に動作してナノグラファイバーを製造すること
ができる。この場合、第１の実施の形態での効果に加
え、陰極移動機構４や陽極移動機構９を駆動する際に大
気中と真空中を行き来するシャフトがないので、気密シ
ール４６，９６の構成が簡単になるとともに、シャフト
からの脱ガスが大幅に減るので密閉容器１内の雰囲気が
安定し、クレータ状堆積物２７の再現性をより高める効
果が得られる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のナノグラ
ファイバーの製造装置は、密閉容器中に配置され直流電
源の出力が印加される１対の通電用コンタクトと、第１
の炭素電極を複数収納する第１の電極収納手段と、第２
の炭素電極を複数収納する第２の電極収納手段と、第１
の炭素電極と第２の炭素電極を第１の電極収納手段及び
第２の電極収納手段と通電用コンタクトに接触しかつ対
向する所定位置との間で１組ずつ往復させる電極移動手
段とを備えたので、ナノグラファイバーを製造するたび
に陰極と陽極を交換する必要がなくなるので、生産性を
大きく向上する効果が得られる。

【００４２】また、第１及び第２の炭素電極は磁石に吸
着される部材を一端に備えた導電性保持部材の他端に固
定され、電極移動手段は磁石を有し、導電性保持部材の
磁石に吸着される部材と吸着して導電性保持部材を移動
させるようにしたので、安価で信頼性の高いチャッキン
グの効果が得られる。また、第１の炭素電極と第２の炭
素電極とが通電用コンタクトに接触しかつ対向する所定
位置に隣接して導電性保持部材を冷却する冷却手段を配
置したので、電極移動手段の磁石の温度がキュリー温度
を超えないようにできるため、磁石が磁力を失わないよ
うにする効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係るナノグラファイバー
の製造装置の構成図である。

【図２】 図１の陰極収納ホルダーの構成を示す斜視図
である。

【図３】 図１の電極移動用シャフトと陰極用電極保持
部材の構成を示す断面図である。

【図４】 図１の陰極通電用コンタクトの構成を示す図
である。

【図５】 図１の製造装置の動作を示す説明図である。

【図６】 第２の実施の形態に係るナノグラファイバー
の製造装置の構成図である。

【図７】 従来のナノグラファイバーの製造装置の一例
を示す構成図である。

【符号の説明】

１…密閉容器、２…陰極収納ホルダー、３…陰極収納ホ
ルダー移動機構、４…陰極移動機構、５…陰極通電用コ
ンタクト、６…陰極冷却部、７…陽極収納ホルダー、８
…陽極収納ホルダー移動機構、９…陽極移動機構、１０
…陽極通電用コンタクト、１１…陽極冷却部、１２…直
流電源、１３…アーク放電、１４…陰極取付具、１６…
陽極取付具、１７…絶縁体、１８…移動機構、２１…陰
極用炭素電極、２２…陰極用電極保持部材、２３…収納
溝、２４…鉄製ねじ、２５…取付穴、２６…固定ねじ、
２７…クレータ状堆積物、２８…クレータ状グラファイ
ト、２９…ナノグラファイバー層、３０…ナノグラファ
イバー群、３１，４６，８１，９６…気密シール、３
２，８２…駆動シャフト、３３，８３…ガイドシャフ
ト、４１，９１…電気絶縁・気密シール、３４，８４…
ホルダー取付部、４２，４８，９２，９７…電極移動用
シャフト、４３，９３…金属容器、４４…磁石、５１…
板バネ、５２…ねじ、５３…カーボン接触子、５４…
溝、５５，７５…固定台、５６…リード線、６１，６
２，１１１，１１２…パイプ、７１…陽極用炭素電極、
７２…陽極用電極保持部材、７６…消耗した陽極用炭素
電極。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G046 CA01 CB01 CC06 CC09 4G075 AA27 CA03 CA17 CA62 CA65 EC21 FB02 FB03 FC06 4L037 CS03 CT05 FA02 FA20 PA01 PA28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部が真空排気可能な密閉容器と、 前記密閉容器中に水素ガスを導入するガス導入手段と、 前記密閉容器中に配置された陰極となる第１の炭素電極
   と陽極となる第２の炭素電極との間にアーク放電を発生
   させる直流電源とを有するナノグラファイバーの製造装
   置において、 前記密閉容器中に配置され前記直流電源の出力が印加さ
   れる１対の通電用コンタクトと、 前記第１の炭素電極を複数収納する第１の電極収納手段
   と、 前記第２の炭素電極を複数収納する第２の電極収納手段
   と、 前記第１の炭素電極と前記第２の炭素電極を前記第１の
   電極収納手段及び前記第２の電極収納手段と前記通電用
   コンタクトに接触しかつ対向する所定位置との間で１組
   ずつ往復させる電極移動手段とを備えたことを特徴とす
   るナノグラファイバーの製造装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の炭素電極は、 磁石に吸着される部材を一端に備えた導電性保持部材の
   他端に固定され、 前記電極移動手段は、 磁石を有し、前記導電性保持部材の磁石に吸着される部
   材と吸着して前記導電性保持部材を移動させることを特
   徴とする請求項１記載のナノグラファイバーの製造装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の炭素電極と前記第２の炭素電
   極とが前記通電用コンタクトに接触しかつ対向する所定
   位置に隣接して前記導電性保持部材を冷却する冷却手段
   を配置したことを特徴とする請求項２記載のナノグラフ
   ァイバーの製造装置。