JP2009220209A - カーボンナノチューブ繊維製造方法およびカーボンナノチューブ繊維製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 任意のカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造する技術を提供する。
【解決手段】
カーボンナノチューブ繊維製造装置１は、ＣＮＴ配向膜１０を保持する基板２０と、紡糸治具３０と、電源装置４０と、容器５０と、からなる。容器５０は、その中に熱硬化性樹脂を溶解させてなる有機溶媒からなる溶液３を保持している。
上記装置を用いて、まず、ＣＮＴ配向膜１０を溶液３に浸漬し、ＣＮＴ配向膜１０のＣＮＴ束１１を紡糸治具３０に保持させる。
次に、紡糸治具３０を配向方向上側に向かって引き上げると同時に、電源装置４０によりＣＮＴ配向膜１０と紡糸治具３０との間に電流を印加する。紡糸治具３０に保持されるＣＮＴ束１１と、ＣＮＴ配向膜１０に残るＣＮＴ束１１と、の接触する面積が所定の値より小さくなったときに、熱硬化性樹脂によりＣＮＴ束１１同士が接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造方法，および，カーボンナノチューブ繊維製造装置に関する。

カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴという）は、グラファイトシートを筒状に巻いた形状を有する炭素の結晶であり、１層に巻いた形状の単層ＣＮＴと、多層に巻いた形状の多層ＣＮＴとに分類できる。ＣＮＴは、軽量、高強度、高弾性、高電気伝導性、高熱伝導性などの優れた特性を持ち、エレクトロニクス、医療を始め多くの分野での応用が期待されている。

ＣＮＴの製造方法としては、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などが知られており、その中でも比較的高品質なＣＮＴを安価に製造する方法としてＣＶＤ法が用いられることが多い。

上述した各手法を用いてＣＮＴを製造した場合、そのＣＮＴの長さは通常数百ミクロンであり、長くてもｍｍオーダーに止まっているため、ＣＮＴを繊維として利用するためには２次加工が必要である。

従来、ＣＮＴを用いた繊維を製造する方法として、樹脂とＣＮＴとを混合する方法が提案されている。例えば、樹脂材料とＣＮＴを混合して紡糸する方法がある（特許文献１参照）。このように、樹脂とＣＮＴとを混合すると、ＣＮＴが本来有する高熱伝導性、高電気伝導性が阻害されてしまい、機械的強度のみしか期待できない繊維となってしまう。

また、上述した問題を発生しない技術としては、ＣＮＴのみから紡糸する技術が提案されている。例えば、多数のＣＮＴが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜（炭素ナノチューブマトリックス、炭素系微細構造物）をＣＶＤ法を用いて製造し、引出し具にて、複数のＣＮＴを含むカーボンナノチューブ束（炭素ナノチューブ束、ＣＮＴロープ）を引き出し、ファンデルワールス力により連続的に結合させてロープ状に紡糸する技術が提案されている（特許文献２、特許文献３参照）
特開２００７−１５４００７号公報 特開２００４−１０７１９６号公報 国際公開ＷＯ２００５／１０２９２４号パンフレット

しかしながら、上述した特許文献２および特許文献３に記載された技術は、限定された構成のカーボンナノチューブ配向膜にのみ適応可能な手法であり、任意のカーボンナノチューブ配向膜に適応することができないという問題があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、任意のカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造方法，および，カーボンナノチューブ繊維製造装置を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造方法である。

このカーボンナノチューブ繊維製造方法では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、まず、カーボンナノチューブ配向膜１０における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束１１（１１Ａ）を、カーボンナノチューブ配向膜１０から上記カーボンナノチューブの配向方向（図中のＡ方向）に沿って移動させる。それにより、図１（ｃ）に示すように、上記移動するカーボンナノチューブ束１１Ａにおける移動の方向と反対方向（図中のＢ方向）の端部である第１の端部１３と、そのカーボンナノチューブ束１１Ａと隣接するカーボンナノチューブ束１１Ｂにおける上述した移動の方向側の端部である第２の端部１４と、が近接した所定の位置関係となる。そのときに、図１（ｄ）に示すように、上記移動するカーボンナノチューブ束１１Ａと、隣接するカーボンナノチューブ束１１Ｂと、を接合する。

このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、カーボンナノチューブの配向方向に沿ってカーボンナノチューブ束同士を接合することができ、カーボンナノチューブ配向膜におけるカーボンナノチューブの長さよりも長く繋がったカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。また、図１（ｄ）からさらにカーボンナノチューブ束１１Ａを配向方向に移動させ、図１（ｅ）に示すように、連続的にカーボンナノチューブ束１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…）を接合していくことで、非常に長いカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。

上記カーボンナノチューブ繊維製造方法では、従来のようにカーボンナノチューブ同士のファンデルワールス力を十分発揮するように、カーボンナノチューブの太さ、厚さ、配置の密度などを限定する必要がない。よって、任意のカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブを製造することができ、その結果、従来よりも多くの性質を有するカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法において、カーボンナノチューブ配向膜を、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒、金属メッキ溶液、カーボンナノチューブ分散溶液からなる群のいずれかに浸漬しておき、その状態で上述した移動するカーボンナノチューブ束と、それに隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加することで、カーボンナノチューブ束同士の接合を実現することを特徴とする。

このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、電流の発熱による熱硬化性樹脂の硬化、電流の発熱による有機溶媒の気化に伴うカーボンナノチューブの凝集、電界の発生による金属メッキ液からの金属のブリッジ、電界の発生によるカーボンナノチューブ分散溶液からのカーボンナノチューブのブリッジ、のうちのいずれかにより、カーボンナノチューブ束を接合することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法において、カーボンナノチューブ配向膜を、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒からなる群のいずれかに浸漬しておき、上記第１の端部と上記第２の端部とが近接したときに、第１の端部と、前記第２の端部と、を含む領域に向けてレーザ光を照射することで、カーボンナノチューブ束同士の接合を実現することを特徴とする。

このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、レーザ光を照射した部分の温度上昇による熱硬化性樹脂の硬化、レーザ光を照射した部分の温度上昇による有機溶媒の気化に伴うカーボンナノチューブの凝集、のうちのいずれかにより、カーボンナノチューブ束を接合することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法において、接合を行うタイミングにおけるカーボンナノチューブ束の移動速度を、接合を行わないタイミングにおける移動速度よりも小さくすることを特徴とする。

このようなカーボンナノチューブ繊維製造方法であれば、接合を行う際の移動速度が小さくなることから、接合が完了しないうちにカーボンナノチューブ束同士が乖離してしまうことを抑制でき、接合の失敗を低減できる。

請求項５に記載の発明は、多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造装置である。このカーボンナノチューブ繊維製造装置は、保持手段と、移動手段と、接合手段と、を備えている。

保持手段は、カーボンナノチューブ配向膜を保持する。移動手段は、カーボンナノチューブ配向膜における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束を配向方向に移動させる。そして、接合手段は、移動するカーボンナノチューブ束における移動の方向と反対方向の端部である第１の端部と、移動するカーボンナノチューブ束と隣接するカーボンナノチューブ束における移動の方向側の端部である第２の端部と、が所定の位置関係となったときに、移動するカーボンナノチューブ束と、それに隣接するカーボンナノチューブ束と、を接合する。

このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様のカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、保持手段が、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒、金属メッキ溶液、カーボンナノチューブ分散溶液からなる群のいずれかにカーボンナノチューブ配向膜を浸漬した状態で保持するものであり、接合手段が、移動するカーボンナノチューブ束と、それに隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加するものであることを特徴とする。

このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項２に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様のカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、移動手段が、導体にて形成され、上記移動するカーボンナノチューブ束と接触する接触領域を有することを特徴とする。

このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、電流の印加に必要な２つの電極のうちいずれかを上述した接触領域に接続することで、上述した移動するカーボンナノチューブ束に電流を印加することができるため、カーボンナノチューブ束に直接接続する必要がなくなり操作が容易になる。

請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、保持手段が、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒からなる群のいずれかに前記カーボンナノチューブ配向膜を浸漬した状態で保持するものであり、接合手段が、上記第１の端部と上記第２の端部とが近接したときに、第１の端部と第２の端部とを含む領域に向けてレーザ光を照射するものであることを特徴とする。

このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項３に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様のカーボンナノチューブ繊維を製造することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項５から請求項８のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置において、移動手段が、上記カーボンナノチューブ束を、接合手段が接合するタイミングにおいて、前記接合を行わないタイミングにおける移動速度よりも小さい速度で移動させることを特徴とする。

このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、請求項３に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法を用いた場合と同様に、カーボンナノチューブ束同士の接合を確実に行うことができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項５から請求項８のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置であって、移動手段が、カーボンナノチューブ束のうち、少なくとも１本以上のカーボンナノチューブを絡め取ることでカーボンナノチューブ束を保持することを特徴とする。

このように構成されたカーボンナノチューブ繊維製造装置であれば、カーボンナノチューブを移動手段に絡めることで、カーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ束を分離して移動させることが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
［第１の実施形態］
（１）カーボンナノチューブ繊維製造装置の全体構成
本実施形態におけるカーボンナノチューブ繊維製造装置１は、多数のカーボンナノチューブ（以降、ＣＮＴという）が配向してなるＣＮＴ配向膜からＣＮＴ繊維を製造するための装置であって、図２に示すように、ＣＮＴ配向膜１０を保持する基板２０と、紡糸治具３０と、電源装置４０と、容器５０と、からなる。

ＣＮＴ配向膜１０とは、ＣＮＴが高密度に集合してなる膜状の構造体である。ＣＮＴ配向膜１０におけるＣＮＴは、膜の拡がる面と直交する方向に配向している。このＣＮＴ配向膜１０は、例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ法：基材に配置された金属触媒と、炭化水素ガスとを高温条件で反応させる）にて生成することができる。本実施形態において、ＣＮＴ繊維の製造は、このＣＮＴ配向膜１０から、１本以上のＣＮＴの束であるＣＮＴ束１１を引き抜き、その引き抜いたＣＮＴ束１１と、ＣＮＴ配向膜１０に残るＣＮＴ束１１と、を接合し、さらにその接合したＣＮＴ束１１を引き抜く、という作業を連続的に行うことで実現する。

基板２０は、ＣＮＴ配向膜１０の配向方向が基板２０の主たる面と直交するように、ＣＮＴ配向膜１０を保持する板状の部材である。この基板２０としては、例えば、上述したＣＶＤ法にてＣＮＴ配向膜が形成されてなる金属触媒を担持する基材を用いることができる。なお、この基板２０が、本発明における保持手段に該当する。

紡糸治具３０は、導体で形成された棒状の部材と、図示しない動力装置とからなり、棒状の部材における一方の端部３１に、ＣＮＴ配向膜１０からＣＮＴ束１１の上側（図２におけるＣ方向側）の端部１２を絡め取って保持するものである。なお、絡め取る部分は端部１２に限定されず、例えばＣＮＴ束１１の中心付近であってもよい。

この紡糸治具３０は、棒状の部材の中心軸がＣＮＴの配向方向（図２におけるＣ−Ｄ方向）に沿って配置される。そして、動力装置により、棒の中心軸を回転軸とする回転動作（図２におけるＥ方向の動作）と、配向方向への移動動作（図２におけるＣ方向の動作）とを行うことができる。なお、この紡糸治具３０が、本発明における移動手段に該当する。

電源装置４０は、基板２０に保持されるＣＮＴ配向膜１０と、紡糸治具３０に保持されるＣＮＴ束１１と、間に直流電流を印加する装置であって、正極４１がＣＮＴ配向膜１０に接続され、負極４２が紡糸治具３０に接続される。この電源装置４０が、本発明における接合手段に該当する。

なお、この電源装置４０は、ＣＮＴ配向膜１０と紡糸治具３０以外に電極を接続する構成であってもよい。例えば紡糸治具３０を介さず、紡糸治具３０が保持するＣＮＴ束１１に直接印加してもよい。また、印加する電流は交流であってもよい。

容器５０は、その中に熱硬化性樹脂を溶解させてなる有機溶媒からなる溶液３を保持している。
本実施形態では、基板２０としてシリコン製の板を用い、紡糸治具３０としてタングステンワイヤを用いた。また、溶液３として、ポリアクリルアミド３％トルエン溶液を用いた。なお、各構成要素の材質および溶液３の組成は一例であって、上述した作用、機能を有するものであれば特に限定されない。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
ＣＮＴ繊維を製造する際の製造操作を説明する。

まず、ＣＮＴ配向膜１０を、容器５０に保持される溶液３に浸漬する。そのＣＮＴ配向膜１０の外周縁部分における配向方向上側（図２におけるＣ方向）の端部に紡糸治具３０の端部３１を接触させた状態で紡糸治具３０を回転させ、ＣＮＴ配向膜１０のＣＮＴ束１１のうち、少なくとも１本以上のＣＮＴを絡め取るようにしてＣＮＴ束１１を紡糸治具３０に保持させる。

なお、先に紡糸治具３０にＣＮＴ束１１を保持させ、次にその状態を維持したままＣＮＴ配向膜１０を溶液３に浸漬することとしてもよい。また、紡糸治具３０の端部３１が接触する位置は、ＣＮＴ配向膜１０における外周縁より内側の領域であってもよい。

次に、紡糸治具３０を回転させると共に、配向方向上側（図２におけるＣ方向）に向かって引き上げる移動動作を行う。同時に、電源装置４０によりＣＮＴ配向膜１０と紡糸治具３０との間に電流を印加する。そして、紡糸治具３０に保持されるＣＮＴ束１１と、ＣＮＴ配向膜１０に残るＣＮＴ束１１と、の接触する面積が所定の値より小さくなったときに、ＣＮＴ束１１同士が接合し、ＣＮＴ繊維が製造されるが、その具体的なＣＮＴ繊維の製造原理は後述する。なお、ＣＮＴ束１１同士の接触する面積が上述した所定の値以下になったとき、紡糸治具３０の移動速度が一旦小さくなり、接合完了後にもとの速度に戻る。なお、上記接触する面積が所定の値以下になること、および、接合が完了したことは、電源装置４０が印加する電流の電圧値の変化、紡糸治具３０の移動動作の経過時間、紡糸治具３０の配向方向上側への移動量などから判断することができる。

本実施形態において、電源装置４０は０．５ｍＡ一定の直流電流を印加する。また、紡糸治具３０の引き上げ速度は１０ミクロン／秒とする。なお、電流値および引き上げ速度は一例であって、上述したものに何ら限定されず、ＣＮＴ配向膜１０の性質や、目的とするＣＮＴ繊維の性質に合せて適宜変更することができる。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
ＣＮＴ繊維の製造原理を図１に基づいて説明する。紡糸治具３０に保持されたＣＮＴ束１１Ａは、紡糸治具３０が配向方向上側に移動すると、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＣＮＴ配向膜１０から分離し、隣接するＣＮＴ束１１Ｂの表面を滑りながら配向方向に沿って移動する。

このとき、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの間には、電源装置４０から印加された電流が流れる。
そして、そのまま紡糸治具３０が移動を続けると、図１（ｃ）に示すように、紡糸治具３０に保持されて移動するＣＮＴ束１１Ａにおける移動の方向と反対方向（図１（ｃ）におけるＢ方向）の端部である第１の端部１３と、隣接するＣＮＴ束１１Ｂにおける移動の方向（図１（ｃ）におけるＡ方向）側の端部である第２の端部１４と、が近接し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの接触面積が減少する。この接触面積が所定の値まで減少すると、電流密度が増大してＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの接触部分が発熱し、周囲の溶液３中に含まれる熱硬化性樹脂が加熱され熱硬化する。この熱硬化した樹脂６０を介して、図１（ｄ）に示すように、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。

更に紡糸治具３０が配向方向上側に移動すると、樹脂６０により接合されたＣＮＴ束１１Ｂが、ＣＮＴ配向膜１０から分離してＡ方向に移動し、上記と同様の作用により、図１（ｅ）に示すように、ＣＮＴ束１１Ｂと隣接するＣＮＴ束１１Ｃが、熱硬化性樹脂によりＣＮＴ束１１Ｂと接合する。このように、ＣＮＴ配向膜１０のＣＮＴ束１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…）を連続的に分離して接合することで、ＣＮＴ繊維を製造する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電流の発熱による熱硬化性樹脂の硬化により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。

従来、ＣＮＴ束１１同士を接合するためには、ＣＮＴ同士が適切に絡み合い、また、十分なファンデルワールス力を発揮するように、予めＣＮＴの構造体を調整して製造する必要があった。よって、限定された構造のＣＮＴ繊維しか製造することができなかった。

しかしながら、上記ＣＮＴ繊維製造装置１によれば、従来のように、ＣＮＴ同士の絡み合いやファンデルワールス力のみに依存して接合を行わないので、従来の方法とは異なり、任意の構造を有するカーボンナノチューブ配向膜を利用することができる。

また、上記ＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維は、ＣＮＴ束１１同士が直接的に接合しているで、ＣＮＴの有する高熱伝導性、高電気伝導性を維持することができる。従来から、樹脂繊維にＣＮＴを配合することで、樹脂繊維の機械的強度を上げる技術が提案されているが、その方法では高熱伝導性や高電気伝導性が阻害される。しかし、上記実施形態ではそのような虞がない。

また、上記ＣＮＴ繊維製造装置１であれば、接合を行う際の移動速度が小さくなることから、接合が完了しないうちにＣＮＴ束１１同士が乖離してしまうことを抑制でき、接合の失敗を低減できる。

また、上記ＣＮＴ繊維製造装置１であれば、紡糸治具３０の回転により、撚りを加えながらＣＮＴ繊維を製造することができる。また、紡糸治具３０をＣＮＴ束１１Ａに絡めることでＣＮＴ束１１Ａを保持していることから、紡糸治具３０とＣＮＴ束１１Ａとが直接接触する結果、紡糸治具３０に電極を接続することでＣＮＴ束１１Ａへの通電が実現でき、ＣＮＴ束１１に直接電極を接続して通電する必要が無い。なお、ＣＮＴ繊維に撚りを加えたくない場合には、紡糸治具３０の回転動作を行わないようにすればよい。
［第２の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第２の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３として有機溶媒を保持するものである点で相違する。容器５０が保持する有機溶媒として、イソプロピルアルコールを用いた。

なお、有機溶媒はイソプロピルアルコールに限定されず、例えば、エタノール、アセトン、トルエンなどを用いることができる。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第２の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、第１の実施形態と同様である。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第２実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１同士が接合する原理が異なるため、その点について説明する。

図１（ｃ）のように、ＣＮＴ束１１ＡがＡ方向に移動し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの接触面積が減少すると、電流密度の増大により発熱し、周囲の溶液３中に含まれる有機溶媒が加熱され気化する。このとき、毛細管現象と、ファンデルワールス力によりＣＮＴが凝集し、その結果、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。

なお、有機溶媒の気化によってＣＮＴを凝集させる方法は、例えば特許４００３４７６号公報に記載されている方法を用いることができる。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電流の発熱による有機溶媒の気化に伴うＣＮＴの凝集により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。

そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置１であれば、樹脂などを用いることなく接合を実現しているので、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有すると共に、より高純度であるＣＮＴ繊維を製造することができる。
［第３の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第３の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３として金属メッキ液を保持するものである点で相違する。容器５０が保持する金属メッキ液として、硫酸銅水溶液を用いた。なお、メッキ金属は銅に限定されず、ニッケル，クロム，金，白金，銀，パラジウムなど、電気メッキに使用できるものであればよい。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第３の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、前記第１の実施形態と同じであるが、電源装置４０が印加する電流は直流に限定される。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第３実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１同士が接合する原理が異なるため、その点について説明する。

図１（ｃ）のように、ＣＮＴ束１１ＡがＡ方向に移動し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが離れると、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの間隙に電界が集中し、その間隙をブリッジするように金属が析出する。このブリッジした金属を介して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電界の発生による金属メッキ液からの金属のブリッジにより、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。

そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置１であれば、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性に加え、金属を用いて強固に接合され、高熱伝導性と高電気伝導性とを保つＣＮＴ繊維を製造することができる。
［第４の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第４の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３としてＣＮＴ分散溶液を保持するものである点で相違する。容器５０が保持するＣＮＴ分散溶液として、ＣＮＴ３％をエタノールに分散させたものを用いた。なお、ＣＮＴ分散溶液の組成は上述したものに何ら限定されず、ＣＮＴ配向膜１０の性質や、目的とするＣＮＴ繊維の性質に合せて適宜変更することができる。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第４の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、第１の実施形態と同様である。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第４実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する原理が異なるため、その点について説明する。

図１（ｃ）のように、ＣＮＴ束１１ＡがＡ方向に移動し、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが離れると、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとの間隙に電界が集中し、その間隙をブリッジするようにＣＮＴ分散溶液中のＣＮＴが析出する。このブリッジしたＣＮＴを介して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、電界の発生によるＣＮＴ分散溶液からのＣＮＴのブリッジにより、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。

そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置であれば、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有するＣＮＴ繊維を製造できるうえ、樹脂などを用いることなくＣＮＴをブリッジさせることで接合を実現しているので、より高純度であるＣＮＴ繊維を製造することができる。
［第５の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第５の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、電源装置４０に替えて、レーザ照射装置７０を備える点において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

本実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１は、図３に示すように、ＣＮＴ配向膜１０を保持する基板２０と、紡糸治具３０と、レーザ照射装置７０と、容器５０と、からなる。これらのうち、基板２０、紡糸治具３０、および容器５０は、第１の実施形態と同様の構成である。

レーザ照射装置７０は、後述する所定の領域にレーザ光を照射する装置である。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
まず、第１の実施形態と同様の操作により、ＣＮＴ配向膜１０を溶液３に浸漬し、紡糸治具３０によりＣＮＴ束１１を保持する。

次に、紡糸治具３０を配向方向上側（図３におけるＣ方向側）に向かって引き上げ移動させると、図４（ａ）に示すように、保持されたＣＮＴ束１１Ａの下側（図中のＢ方向側）の端部である第１の端部１３と、ＣＮＴ配向膜１０に残るＣＮＴ束１１Ｂの上側（図中のＡ方向側）の端部である第２の端部１４と、が近接する。そして、図４（ｂ）に示すように、保持されたＣＮＴ束１１Ａが所定の距離を移動した時点で、第１の端部１３と第２の端部１４とを含む領域７１にレーザ光を照射する。

なお、本実施形態において、レーザ照射装置７０としては、ＹＡＧレーザを用い、照射時間１ｍｓ、投入エネルギー０．１Ｊ、照射面積２０μｍとした。また、上記所定の距離とは、ＣＮＴの配向方向の長さの８０％とした。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第５実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第１の実施形態と比較して、熱硬化性樹脂の加熱方法が異なるため、その点について説明する。

レーザ光が照射されると、照射された領域の温度が上昇し、その領域の溶液３中に含まれる熱硬化性樹脂が加熱され熱硬化する。この熱硬化した樹脂を介して、ＣＮＴ束１１同士が接合する。
（４）発明の効果
上述したＣＮＴ繊維製造装置１であれば、レーザ光の照射に伴う発熱による熱硬化性樹脂の硬化により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。

そして、このようなＣＮＴ繊維製造装置１であれば、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有するＣＮＴ繊維を製造できるうえ、製造段階において電流を印加する必要がなくなるため、電流を用いて接合することが適当でない場合であってもＣＮＴの繊維を製造することができる。
［第６の実施形態］
（１）ＣＮＴ繊維製造装置１の全体構成
第６の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１の構成は、基本的には第５の実施形態と同様であるが、容器５０が溶液３として有機溶媒を保持するものである点で相違する。容器５０が保持する有機溶媒として、イソプロピルアルコールを用いた。

なお、有機溶媒はイソプロピルアルコールに限定されず、例えば、エタノール、アセトン、トルエンなどを用いることができる。
（２）ＣＮＴ繊維製造操作
第６の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造操作は、第５の実施形態と同じである。
（３）ＣＮＴ繊維の製造原理
第６の実施形態におけるＣＮＴ繊維の製造原理は、第５の実施形態と比較して、ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する原理が異なるため、その点について説明する。

レーザ光が照射されると、照射された部分の温度が上昇し、周囲の溶液３中に含まれる有機溶媒が加熱され気化する。このとき、毛細管現象と、ファンデルワールス力により凝集し、その結果ＣＮＴ束１１ＡとＣＮＴ束１１Ｂとが接合する。
（４）発明の効果
上述したカーボンナノチューブ繊維製造装置１であれば、有機溶媒の気化に伴うカーボンナノチューブの凝集により、ＣＮＴの配向方向に沿ってＣＮＴ束１１を連続的に接合してなるＣＮＴの繊維を製造することができる。

このようなＣＮＴ繊維製造装置であれば、樹脂などを用いることなく接合を実現しているので、第１の実施形態におけるＣＮＴ繊維製造装置１にて製造されるＣＮＴ繊維と同様の特性を有すると共に、より高純度であるＣＮＴ繊維を製造することができる。

カーボンナノチューブ繊維の製造原理を概念的に表した説明図 第１の実施形態のカーボンナノチューブ製造装置を示す側面図 第５の実施形態のカーボンナノチューブ製造装置を示す側面図 カーボンナノチューブ繊維の製造原理を概念的に表した説明図

符号の説明

１…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）繊維製造装置、３…溶液、１０…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）配向膜、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）束、１２…端部、１３…第１の端部、１４…第２の端部、２０…基板、３０…紡糸治具、３１…端部、４０…電源装置、４１…正極、４２…負極、５０…容器、６０…樹脂、７０…レーザ照射装置、７１…領域

Claims (10)

1. 多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造方法であって、
   前記カーボンナノチューブ配向膜における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束を、前記カーボンナノチューブ配向膜から前記配向方向に沿って移動させ、前記移動するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向と反対方向の端部である第１の端部と、前記移動するカーボンナノチューブ束と隣接するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向側の端部である第２の端部と、が所定の位置関係となったときに、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、を接合する
   ことを特徴とするカーボンナノチューブ繊維製造方法。
2. 前記カーボンナノチューブ配向膜は、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒、金属メッキ溶液、カーボンナノチューブ分散溶液からなる群のいずれかに浸漬されており、
   前記接合は、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加することで実現する
   ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法。
3. 前記カーボンナノチューブ配向膜は、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒からなる群のいずれかに浸漬されており、
   前記接合は、前記第１の端部と前記第２の端部とが近接したときに、前記第１の端部と、前記第２の端部と、を含む領域に向けてレーザ光を照射することで実現する
   ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法。
4. 前記接合を行うタイミングにおける前記カーボンナノチューブ束の移動速度が、前記接合を行わないタイミングにおける前記移動速度よりも小さい速度である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造方法。
5. 多数のカーボンナノチューブが配向してなるカーボンナノチューブ配向膜からカーボンナノチューブ繊維を製造するカーボンナノチューブ繊維製造装置であって、
   前記カーボンナノチューブ配向膜を保持する保持手段と、
   前記カーボンナノチューブ配向膜における１本以上のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束を前記配向方向に移動させる移動手段と、
   前記移動するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向と反対方向の端部である第１の端部と、前記移動するカーボンナノチューブ束と隣接するカーボンナノチューブ束における前記移動の方向側の端部である第２の端部と、が所定の位置関係となったときに、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、を接合する接合手段と、を備える
   ことを特徴とするカーボンナノチューブ繊維製造装置。
6. 前記保持手段は、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒、金属メッキ溶液、カーボンナノチューブ分散溶液からなる群のいずれかに前記カーボンナノチューブ配向膜を浸漬した状態で保持するものであり、
   前記接合手段は、前記移動するカーボンナノチューブ束と、前記隣接するカーボンナノチューブ束と、の間に電流を印加するものである
   ことを特徴とする請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。
7. 前記移動手段は、導体にて形成され、前記移動するカーボンナノチューブ束と接触する接触領域を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。
8. 前記保持手段は、熱硬化性樹脂溶液、有機溶媒からなる群のいずれかに前記カーボンナノチューブ配向膜を浸漬した状態で保持するものであり、
   前記接合手段は、前記第１の端部と前記第２の端部とが近接したときに、前記第１の端部と、前記第２の端部と、を含む領域に向けてレーザ光を照射するものである
   ことを特徴とする請求項５に記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。
9. 前記移動手段は、前記カーボンナノチューブ束を、前記接合手段が接合するタイミングにおいて、前記接合を行わないタイミングにおける前記移動速度よりも小さい速度で移動させる
   ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。
10. 前記移動手段は、前記カーボンナノチューブ束のうち、少なくとも１本以上のカーボンナノチューブを絡め取ることで、前記カーボンナノチューブ束を保持する
    ことを特徴とする請求項５から請求項９のいずれかに記載のカーボンナノチューブ繊維製造装置。