JP2009201772A - カーボンナノチューブ係止ファスナー、その組合体及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【目的】強力な係止力を具備し、微細領域における接着に利用可能な小型化が可能で、しかも高温等の種々の環境下でも使用可能なＣＮＴ係止ファスナー、その組合体及び製造方法を提供することである。
【構成】ＣＮＴ製造炉Ａを用いて成長用基板１の触媒層２上にブラシ状ＣＮＴ３を合成する。基板１を反転して裏返し、ＣＮＴ成長端部４を下向きにしてＰＰ容器５内の溶融ＰＰに浸す。ついで、ＰＰを冷却して固化した後、カッター７によりブラシ状ＣＮＴ３を基板１から分離する。基板１を除去したブラシ状ＣＮＴ３を容器５から取り出して、ＰＰ部分を成形して基体１０を形成する。
【選択図】図２
【構成】ＣＮＴ製造炉Ａを用いて成長用基板１の触媒層２上にブラシ状ＣＮＴ３を合成する。基板１を反転して裏返し、ＣＮＴ成長端部４を下向きにしてＰＰ容器５内の溶融ＰＰに浸す。ついで、ＰＰを冷却して固化した後、カッター７によりブラシ状ＣＮＴ３を基板１から分離する。基板１を除去したブラシ状ＣＮＴ３を容器５から取り出して、ＰＰ部分を成形して基体１０を形成する。
【選択図】図２
Description
本発明は、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴで表記する）を係合子に用いたＣＮＴ係止ファスナー、ＣＮＴ係止ファスナー組合体及びＣＮＴ係止ファスナーの製造方法に関する。
従来、一般に用いられているテープ状又は面状のファスナー組合体は、特許文献１に示すように、ループあるいはアーチ形の雌形係合子をシート基材の片面に形成した雌ファスナーと、雌形係合子と係合する鉤形あるいはキノコ形の立毛状雄形係合子をシート基材の片面に形成した雄ファスナーからなる。
特開２００２−１３６３０６公報
Ｌｉｅｈｕｉ Ｇｅ，Ｓｕｕｎｙ Ｓｓｔｈｉ，Ｌｉｊｉｅ Ｃｉ，Ｐｕｌｉｃｋｅｌ Ｍ．Ａｊａｙａｎ，ａｎｄ Ａｌｉ Ｄｈｉｎｏｊｗａｌａ，"Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ−ｂａｓｅｄ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｇｅｃｋｏ ｔａｐｅｓ"，１０７９２−１０７９５ ＰＮＡＳ ｊｕｎｅ ２６，２００７ ｖｏｌ．１０４、ＮＯ．２６
しかしながら、従来のファスナーにおいては、鈎状等種々の形態の係合子が考案されているものの、係止力に限界があり、しかも樹脂等の材質上、高熱環境下では使用できないといった問題があった。殊に、従来のファスナーは、鈎状突起などの係合子を樹脂材や有機物で形成したものであるため、接着部分の大きさはミリメートルないしサブミリメートルサイズにするのが限界であり、マイクロメートルサイズの微細領域における接着に利用することは不可能であった。
従って、本発明の目的は、上記問題を解消して、強力な係止力を具備し、微細領域における接着に利用可能な小型化が可能で、しかも高温等の種々の環境下でも使用可能なＣＮＴ係止ファスナー、及び一対のＣＮＴ係止ファスナーの組合体を提供することである。また、本発明の別の目的は、前記ＣＮＴ係止ファスナーを製造するための製造方法を提供することである。
本発明の第１の形態は、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーにおいて、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記ブラシ状ＣＮＴにより前記結合子を構成したＣＮＴ係止ファスナーである。
本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定したＣＮＴ係止ファスナーである。
本発明の第３の形態は、前記第１の形態において、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定したＣＮＴ係止ファスナーである。
本発明の第４の形態は、前記第１、第２又は第３の形態において、前記固定部が樹脂材からなるＣＮＴ係止ファスナーである。
本発明の第５の形態は、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱する、一対のファスナーからなる組合体であって、夫々の前記ファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記係合子として係脱するＣＮＴ係止ファスナー組合体である。
本発明の第６の形態は、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱する、一対のファスナーからなる組合体であって、夫々の前記ファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記係合子として係脱するＣＮＴ係止ファスナー組合体である。
本発明の第７の形態は、各ファスナーが基体表面に植設される多数の係合子を有し、一方のファスナーの係合子が他方のファスナーの係合子と係脱する、一対のファスナーからなる組合体であって、前記一方のファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記他方のファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記一方のファスナーの前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を、また前記他方のファスナーの前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を夫々の前記係合子として係脱するＣＮＴ係止ファスナー組合体である。
本発明の第８の形態は、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記基体用樹脂材を所定深さの容器内で溶融又は軟化し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記溶融又は軟化樹脂材に漬して溶着し、前記ブラシ状ＣＮＴを固定する固定工程からなるＣＮＴ係止ファスナー製造方法である。
本発明の第９の形態は、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記基体用樹脂材を所定深さの容器内で溶融又は軟化し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記溶融又は軟化樹脂材に漬して溶着し、前記ブラシ状ＣＮＴを固定する固定工程からなるＣＮＴ係止ファスナー製造方法である。
本発明の第１０の形態は、前記第８又は第９の形態において、前記基体用樹脂材がポリプロピレン又はポリイミドからなるＣＮＴ係止ファスナー製造方法である。
本発明の第１１の形態は、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記ブラシ状ＣＮＴの端部を無機物、例えばシリコン炭化物又はシリコン酸化物、シリコン窒化物により前記基体上に薄膜合成して埋設する固定工程からなるＣＮＴ係止ファスナー製造方法である。
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は炭素からなるナノメートルサイズの直径をもつ円筒状ナノ物質であり、優れた機械的特性、熱伝導性などを有する。このＣＮＴは、原子間力顕微鏡用のＣＮＴ探針、ＣＮＴ量子効果トランジスタ等、ナノテクノロジーを飛躍的に発展させる新素材として注目を集めている。
最近、非特許文献１に示されるように、ヤモリの接着機構を模した接着テープに、垂直配向したＣＮＴの先端を利用し、微細な構造で使用温度の制限を低減できる接着構造が提案されている。
近年、化学気相成長法により無数のＣＮＴをＳｉ（シリコン）基板上に垂直に高配向して成長させることが可能になっている。そこで、本発明者達は、ＣＮＴを高配向させたＣＮＴシートの接着性を検討した。鋭意研究した結果、垂直配向したＣＮＴシート同士にはＮ／ｃｍ２オーダーの接着力を有することが判明した。従って、ＣＮＴの接着特性に基づき、ＣＮＴ先端が無数に（〜１０１０本／ｃｍ２以上）密植して突出したＣＮＴ表面同士を噛み合わせることにより、繰り返し使用可能なファスナーを実現することができる。また、ＣＮＴを使用したファスナーは、従来のファスナーより優れた接着力を有するだけでなく、優れた適応性等の特性を具備していることも判明した。
最近、非特許文献１に示されるように、ヤモリの接着機構を模した接着テープに、垂直配向したＣＮＴの先端を利用し、微細な構造で使用温度の制限を低減できる接着構造が提案されている。
近年、化学気相成長法により無数のＣＮＴをＳｉ（シリコン）基板上に垂直に高配向して成長させることが可能になっている。そこで、本発明者達は、ＣＮＴを高配向させたＣＮＴシートの接着性を検討した。鋭意研究した結果、垂直配向したＣＮＴシート同士にはＮ／ｃｍ２オーダーの接着力を有することが判明した。従って、ＣＮＴの接着特性に基づき、ＣＮＴ先端が無数に（〜１０１０本／ｃｍ２以上）密植して突出したＣＮＴ表面同士を噛み合わせることにより、繰り返し使用可能なファスナーを実現することができる。また、ＣＮＴを使用したファスナーは、従来のファスナーより優れた接着力を有するだけでなく、優れた適応性等の特性を具備していることも判明した。
本発明の第１の形態によれば、前記ブラシ状ＣＮＴにより係合子を構成したので、相手側のファスナーと係合させると、密植状態にあるＣＮＴどうしが相互に密着し合って強い係止力を生ずる。従って、ＣＮＴのアスペクト比（長さ／直径）が大きく、単位面積当たりの接触面積が大きいので、密植ＣＮＴの接合面積が極めて大きく、強力な接着力を具備したファスナーを実現することができる。
前記ブラシ状ＣＮＴは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、プラズマＣＶＤ法などにより合成される。
特に、ＣＶＤ法等によりＣＮＴを成長させる場合には、表面に適度の欠陥（アモルファスの付着、あるいは７員環や５員環等のトポロジカルな欠陥等）が生じて、ファンデル・ワールス力のみで支配される理想的ＣＮＴと比べて滑り摩擦力をもつため、前記ブラシ状ＣＮＴはより強力な接着力を発揮することができる。また、前記ブラシ状ＣＮＴは単位面積当りのＣＮＴ本数が無数に形成可能であり、より高い接着性を具備させることができる。ＣＮＴの密植度合いも、ＣＮＴの単位面積当たりの密度と太さの成長制御などで行え、例えば、化学気相成長法に用いる触媒密度および反応ガス（例えば、エチレン系あるいはアセチレン系）の供給量を制御して密植度合いを調整し、種々の接着力を具備したファスナーの製造も可能である。
前記ブラシ状ＣＮＴは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、プラズマＣＶＤ法などにより合成される。
特に、ＣＶＤ法等によりＣＮＴを成長させる場合には、表面に適度の欠陥（アモルファスの付着、あるいは７員環や５員環等のトポロジカルな欠陥等）が生じて、ファンデル・ワールス力のみで支配される理想的ＣＮＴと比べて滑り摩擦力をもつため、前記ブラシ状ＣＮＴはより強力な接着力を発揮することができる。また、前記ブラシ状ＣＮＴは単位面積当りのＣＮＴ本数が無数に形成可能であり、より高い接着性を具備させることができる。ＣＮＴの密植度合いも、ＣＮＴの単位面積当たりの密度と太さの成長制御などで行え、例えば、化学気相成長法に用いる触媒密度および反応ガス（例えば、エチレン系あるいはアセチレン系）の供給量を制御して密植度合いを調整し、種々の接着力を具備したファスナーの製造も可能である。
また、耐熱性に優れたＣＮＴによる係合子を構成するので、高温環境下でも使用可能な耐久性を具備したファスナーを提供することができる。更に、係合子を前記ブラシ状ＣＮＴにより極小化できるため、微細領域における接着を行える、マイクロメートルサイズの超小型強力接着性ファスナーを実現することができる。特に、本発明に係るファスナーは、合成樹脂や有機物を使用せず、炭素組成からなるＣＮＴにより係合子を形成するので、真空中やクリーンルーム等の環境下でも汚染したりすることなく使用することができる。また、本発明に係るファスナーを薬液等による洗浄を行って使用する場合にも繰り返し洗浄して使用することができる。殊に、熱伝導性及び電気伝導性に優れたＣＮＴにより係合子を構成するので、単に接着の利用態様だけでなく、ファスナー接着を介して部材間の熱伝導又は電気伝導を円滑に行わせる利用態様が可能になる。なお、本発明における基体は、前記ブラシ状ＣＮＴの固定部と一体化したものあるいは、前記固定部が固着される別の基板を用いた合体構成にしてもよい。
ＣＮＴ成長用基板上で成長したＣＮＴの先端の向きに異形性が生じているときには、成長用基板から分離するとき、反転させて垂直配向性に富む根元側を係合子に使用することができる。即ち、本発明の第２の形態によれば、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定するので、ＣＮＴ成長根元側を接着部位にして強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナーを実現することができる。
本発明の第３の形態によれば、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定するので、ＣＮＴ成長先端側を接着部位にして強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナーを実現することができる。
本発明の第４の形態によれば、前記固定部が樹脂材からなるので、ポリプロピレンを用いて前記ブラシ状ＣＮＴを簡易に固定したＣＮＴ係止ファスナーを実現することができる。ポリプロピレンの他にポリエチレン、ポリスチレン等の熱軟化性樹脂を使用することができる。また、樹脂材として、耐熱性のあるポリイミド、無機物のシリコン炭化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物等を用いることにより、高温環境下での使用に耐えることのできるＣＮＴ係止ファスナーを実現することができる。
本発明は基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱する、一対のファスナーからなる組合体に適用可能である。
本発明の第５の形態によれば、夫々の前記ファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記係合子にして強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナー組合体を実現することができる。
本発明の第５の形態によれば、夫々の前記ファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記係合子にして強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナー組合体を実現することができる。
本発明の第６の形態によれば、夫々の前記ファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記係合子にして強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナー組合体を実現することができる。
本発明の第７の形態によれば、前記一方のファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記他方のファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記一方のファスナーの前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を、また前記他方のファスナーの前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を夫々、前記係合子にして強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナー組合体を実現することができる。
本発明の第８の形態によれば、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記基体用樹脂材を所定深さの容器内で溶融又は軟化し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記溶融又は軟化樹脂材に漬して溶着し、前記ブラシ状ＣＮＴを固定する固定工程からなるので、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記樹脂材により前記基体表面に固定してＣＮＴ成長根元側を接着部位にした、強い係止力を具備するＣＮＴ係止ファスナーを製造することができる。
本発明の第９の形態によれば、基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記基体用樹脂材を所定深さの容器内で溶融又は軟化し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記溶融又は軟化樹脂材に漬して溶着し、前記ブラシ状ＣＮＴを固定する固定工程からなるので、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記樹脂材により前記基体表面に固定してＣＮＴ成長先端側を接着部位にした、強い係止力を具備するＣＮＴ係止ファスナーを製造することができる。
本発明の第１０の形態によれば、本発明に係るＣＮＴ係止ファスナーの製造において、ポリプロピレン等の熱軟化性樹脂を用いて前記ブラシ状ＣＮＴを簡易に固定したＣＮＴ係止ファスナーを製造することができ、また、樹脂材として、耐熱性のあるポリイミドを用いることにより、高温環境下での使用に耐えることのできるＣＮＴ係止ファスナーを製造することができる。
本発明の第１１の形態によれば、前記ブラシ状ＣＮＴの端部をＳｉＣ等のシリコン炭化物又はＳｉＯ２等のシリコン酸化物、Ｓｉ３Ｎ４等のシリコン窒化物等により前記基体上に薄膜合成して埋設する固定工程を有するので、シリコン炭化物又はシリコン酸化物、シリコン窒化物等の無機物を使用し、薄膜合成技術により前記固定部を形成することができる。
以下に、本発明に係るＣＮＴ係止ファスナー及びその製造方法の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
図１は本実施形態に用いるブラシ状ＣＮＴの製造装置を示す。ＣＮＴ製造炉Ａは、筒形の反応容器からなり、抵抗加熱式の電気炉Ｂで囲んで構成されたホットウオール型常圧ＣＶＤ装置である。反応容器の一端Ｃ側から原料ガスＤが導入される。平滑な表面を有する結晶シリコン基板Ｅ上には、Ｆｅからなる触媒層Ｆを真空蒸着法によって薄膜形成され、ＣＮＴ成長のために基板ＥがＣＮＴ製造炉Ａに挿入される。ついで、反応容器内にヘリウム（Ｈｅ）を一端Ｃ側から導入し、基板温度を６００〜１２００°Ｃまで上昇させ、所望の温度に達した後、原料ガスのＣ2Ｈ2とＨｅを導入して、Ｃ2Ｈ2を熱分解して触媒層Ｆ上にブラシ状カーボンナノチューブＧを成長させる。
上記ＣＮＴ製造炉Ａを用いたＣＮＴ合成過程において、触媒微粒子に出合った炭化水素ガス等の炭素源ガスの水素−炭素結合が触媒により切断され、炭素が触媒微粒子に取り込まれる。触媒微粒子の表面あるいは内部で過飽和状態になった炭素が六角編み目構造を作りながら析出する。この析出物がＣＮＴである。触媒微粒子の大きさとその他の条件によって、単層から複数の層数をもつＣＮＴの作り分けが可能である。触媒微粒子を基板上に担持しない場合には、合成されるＣＮＴは微視的にバンドル化して、巨視的には糸くず様の玉状になって取り出される。
本実施形態においては、ブラシ状に垂直配向した多層ＣＮＴを高速合成するための一例として、下記合成プロセス条件を用いる。基板Ｅには、約４ｎｍの厚さの鉄触媒膜を塗布、形成した６インチＳｉ基板を使用する。この基板をＣＮＴ製造炉Ａに送り込み、Ｈｅ雰囲気中で８００℃まで昇温する。ついで、Ｃ2Ｈ2とＨｅの混合ガスを導入して、直径約１０ｎｍ、長さ約１５０μｍの密植状態のブラシ状ＣＮＴが合成される。
図２は、上記合成により製造されたブラシ状ＣＮＴを用いたＣＮＴ係止ファスナーの製造工程を示す。この製造工程は、触媒層２を形成したＣＮＴ成長用基板１からブラシ状ＣＮＴ３を分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、ファスナー基体用樹脂材６を所定深さの容器５内で溶融し、ブラシ状ＣＮＴ３の先端側を溶融樹脂材６に漬して溶着し、ブラシ状ＣＮＴ３を固定する固定工程からなる。
図２の（２Ａ）は上記ＣＮＴ製造炉Ａを用いて基板１の触媒層２上に合成されたブラシ状ＣＮＴ３を示す。（２Ｂ）はプロピレン（ＰＰ）６を溶融したＰＰ容器５を示す。基板１を反転して裏返し、ＣＮＴ成長端部４を下向きにしてＰＰ容器５内の溶融ＰＰに浸す。ついで、（２Ｃ）に示すように、ＰＰを冷却して固化した後、カッター７によりブラシ状ＣＮＴ３を基板１から分離する。（２Ｄ）に示すように、基板１を除去したブラシ状ＣＮＴ３を容器５から取り出して、ＰＰ部分を成形して基体１０を形成する。
図２の（２Ａ）は上記ＣＮＴ製造炉Ａを用いて基板１の触媒層２上に合成されたブラシ状ＣＮＴ３を示す。（２Ｂ）はプロピレン（ＰＰ）６を溶融したＰＰ容器５を示す。基板１を反転して裏返し、ＣＮＴ成長端部４を下向きにしてＰＰ容器５内の溶融ＰＰに浸す。ついで、（２Ｃ）に示すように、ＰＰを冷却して固化した後、カッター７によりブラシ状ＣＮＴ３を基板１から分離する。（２Ｄ）に示すように、基板１を除去したブラシ状ＣＮＴ３を容器５から取り出して、ＰＰ部分を成形して基体１０を形成する。
上記製造工程により、（２Ｅ）に示すように、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴ８において、合成時のブラシ状ＣＮＴの先端側を基１０体表面に固定して、ＣＮＴ成長根元９側を係合子とした、強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナーを製造することができる。
図３は別のＣＮＴ係止ファスナーの製造工程を示す。この製造工程では、上記製造工程と異なり、ブラシ状ＣＮＴ３の根元側を溶融樹脂材６に漬して溶着し、ブラシ状ＣＮＴ３を固定する固定処理を行う。
図３の（３Ａ）は、上記（２Ａ）と同様のブラシ状ＣＮＴ３を示す。ブラシ状ＣＮＴ３は根元部分でカッター７により基板１から分離される。（３Ｂ）はプロピレン（ＰＰ）６を溶融したＰＰ容器５を示す。基板１から切断したブラシ状ＣＮＴ１２の根元部１１を下向きにしてＰＰ容器５内の溶融ＰＰに浸す。ついで、（３Ｃ）に示すように、ＰＰを冷却して固化した後、（３Ｄ）に示すように、ＣＮＴ成長端部４を開放端とするブラシ状ＣＮＴ１２を容器５から取り出して、ＰＰ部分を成形して基体１０を形成する。
上記製造工程により、（３Ｅ）に示すように、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴ１２において、合成時のブラシ状ＣＮＴの先端側を基体１０表面に固定して、ＣＮＴ成長先端部４側を係合子とした、強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナーを製造することができる。なお、ＣＮＴ固着に溶融ＰＰを用いたが、軟化ＰＰを用いてよい。また、ＰＰ固化により基体１０を形成したが、ＰＰ固定部を別の基板に固着して合体基体を用いてよい。
図３の（３Ａ）は、上記（２Ａ）と同様のブラシ状ＣＮＴ３を示す。ブラシ状ＣＮＴ３は根元部分でカッター７により基板１から分離される。（３Ｂ）はプロピレン（ＰＰ）６を溶融したＰＰ容器５を示す。基板１から切断したブラシ状ＣＮＴ１２の根元部１１を下向きにしてＰＰ容器５内の溶融ＰＰに浸す。ついで、（３Ｃ）に示すように、ＰＰを冷却して固化した後、（３Ｄ）に示すように、ＣＮＴ成長端部４を開放端とするブラシ状ＣＮＴ１２を容器５から取り出して、ＰＰ部分を成形して基体１０を形成する。
上記製造工程により、（３Ｅ）に示すように、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴ１２において、合成時のブラシ状ＣＮＴの先端側を基体１０表面に固定して、ＣＮＴ成長先端部４側を係合子とした、強い係止力を具備したＣＮＴ係止ファスナーを製造することができる。なお、ＣＮＴ固着に溶融ＰＰを用いたが、軟化ＰＰを用いてよい。また、ＰＰ固化により基体１０を形成したが、ＰＰ固定部を別の基板に固着して合体基体を用いてよい。
図４は、図２又は図３の製造工程で製造された、一対のＣＮＴ係止ファスナー組合体を示す。
図４の（４Ａ）は、ファスナー２０、２４からなるＣＮＴ係止ファスナー組合体を示す。ファスナー２０は、密植状態のＣＮＴ２３からなるブラシ状ＣＮＴ２２をＰＰ基体２１表面に固定したＣＮＴ係止ファスナーである。ファスナー２４は、密植状態のＣＮＴ２７からなるブラシ状ＣＮＴ２６をＰＰ基体２５表面に固定したＣＮＴ係止ファスナーである。
図４の（４Ａ）は、ファスナー２０、２４からなるＣＮＴ係止ファスナー組合体を示す。ファスナー２０は、密植状態のＣＮＴ２３からなるブラシ状ＣＮＴ２２をＰＰ基体２１表面に固定したＣＮＴ係止ファスナーである。ファスナー２４は、密植状態のＣＮＴ２７からなるブラシ状ＣＮＴ２６をＰＰ基体２５表面に固定したＣＮＴ係止ファスナーである。
各ファスナーのブラシ状ＣＮＴ２２、２７の形成態様には、図２の製造によるＣＮＴ根元側を係合子とする態様、図３の製造によるＣＮＴ先端側を係合子とする態様、あるいは一方を図２の製造によるＣＮＴ根元側を係合子とし、かつ他方を図３の製造によるＣＮＴ先端側を係合子とする組み合わせ態様がある。特に、ＣＮＴ成長用基板上で成長したＣＮＴの先端の向きに異形性が生じているときには、成長用基板から分離するとき、反転させて垂直配向性に富む根元側を係合子とする、図２の製造によるものが好ましい。
（４Ａ）のＣＮＴ係止ファスナー組合体において、（４Ｂ）に示すように、ブラシ状ＣＮＴ２２、２７同士を噛み合わせることにより互いに強い係止力を発揮して強力な接着を行う。
本実施形態に係るＣＮＴ係止ファスナーによれば、ＣＮＴのアスペクト比（長さ／直径）が大きく、単位面積当たりの接触面積が大きいので、密植ＣＮＴの接合面積が極めて大きく、強力な接着力を具備する。特に、ＣＶＤ法等によりＣＮＴを成長させる場合には、表面に適度の欠陥（アモルファスの付着、あるいは７員環や５員環等のトポロジカルな欠陥等）が生じて、ファンデル・ワールス力のみで支配される理想的ＣＮＴと比べて滑り摩擦力をもつため、ブラシ状ＣＮＴはより強力な接着力を発揮することができる。また、ブラシ状ＣＮＴは単位面積当りのＣＮＴ本数が無数に形成可能であり、より高い接着性を具備させることができる。ＣＮＴの密植度合いも、ＣＮＴの単位面積当たりの本数や太さの成長制御などで行え、例えば、化学気相成長法に用いる触媒密度および反応ガス（例えば、エチレン系あるいはアセチレン系）の供給量を制御して密植度合いを調整し、種々の接着力を具備したファスナーの製造も可能である。
本実施形態に係るＣＮＴ係止ファスナーによれば、ＣＮＴのアスペクト比（長さ／直径）が大きく、単位面積当たりの接触面積が大きいので、密植ＣＮＴの接合面積が極めて大きく、強力な接着力を具備する。特に、ＣＶＤ法等によりＣＮＴを成長させる場合には、表面に適度の欠陥（アモルファスの付着、あるいは７員環や５員環等のトポロジカルな欠陥等）が生じて、ファンデル・ワールス力のみで支配される理想的ＣＮＴと比べて滑り摩擦力をもつため、ブラシ状ＣＮＴはより強力な接着力を発揮することができる。また、ブラシ状ＣＮＴは単位面積当りのＣＮＴ本数が無数に形成可能であり、より高い接着性を具備させることができる。ＣＮＴの密植度合いも、ＣＮＴの単位面積当たりの本数や太さの成長制御などで行え、例えば、化学気相成長法に用いる触媒密度および反応ガス（例えば、エチレン系あるいはアセチレン系）の供給量を制御して密植度合いを調整し、種々の接着力を具備したファスナーの製造も可能である。
また、本実施形態に係るＣＮＴ係止ファスナーは、耐熱性に優れたＣＮＴによる係合子を構成するので、高温環境下でも使用可能な耐久性を具備する。更に、係合子をブラシ状ＣＮＴにより極小化できるため、微細領域における接着を行える、マイクロメートルサイズの超小型強力接着性を有する。特に、合成樹脂や有機物を使用せず、炭素組成からなるＣＮＴにより係合子を形成するので、真空中やクリーンルーム等の環境下でも汚染したりすることなく使用可能な利点を有する。また、薬液等による洗浄を行って使用する場合にも繰り返し洗浄して使用することができる。殊に、熱伝導性及び電気伝導性に優れたＣＮＴにより係合子を構成するので、単に接着の利用態様だけでなく、ファスナー接着を介して部材間の熱伝導又は電気伝導を円滑に行わせる利用態様が可能になる。
本発明に係るＣＮＴ係止ファスナーについて行った接着力計測例を以下に説明する。
図５は、接着力計測用ＣＮＴ係止ファスナー試料の作成工程を示す。この試料には、図１のＣＮＴ製造炉ＡによりＳｉ基板３０の触媒層３１上に合成したブラシ状ＣＮＴ３２を用いた。図２の製造工程と同様に、（５Ａ）に示すように、基板３０を反転してＣＮＴ成長側先端３３を下向きにして、加熱により軟化されたＰＰシート３４に接触させ、（５Ｂ）に示すように、ブラシ状ＣＮＴ３２をＰＰシート３４に溶着、転写した。溶着後、基板３０を切除して、ＰＰ基体にブラシ状ＣＮＴ３２を固着したファスナー試料を作成した。
図５は、接着力計測用ＣＮＴ係止ファスナー試料の作成工程を示す。この試料には、図１のＣＮＴ製造炉ＡによりＳｉ基板３０の触媒層３１上に合成したブラシ状ＣＮＴ３２を用いた。図２の製造工程と同様に、（５Ａ）に示すように、基板３０を反転してＣＮＴ成長側先端３３を下向きにして、加熱により軟化されたＰＰシート３４に接触させ、（５Ｂ）に示すように、ブラシ状ＣＮＴ３２をＰＰシート３４に溶着、転写した。溶着後、基板３０を切除して、ＰＰ基体にブラシ状ＣＮＴ３２を固着したファスナー試料を作成した。
図６は、上記ファスナー試料の接着力計測例を示す。ＰＰ基体にブラシ状ＣＮＴ３２を転写した試料を２つ用意し、それぞれのＰＰシート４０、４２をカーボンテープ４３，４４でアクリル保持板４５、４６に接着した。ついで、図６の（６Ａ）に示すように、これらのファスナー保持状態を上下に対向させて、図４の（４Ｂ）に示したように、互いにブラシ状ＣＮＴ３２を噛み合わせた接着状態４１にして、下側のアクリル保持板４５に錘４７を付け、上側のアクリル保持板４６を上方に持ち上げて、（６Ｂ）に示すように、ＣＮＴ同士が分離する錘４７の重量を変えた。互いに分離した時点で、アクリル保持板と錘４７の重量から接着力を求めた。
試料のブラシ状ＣＮＴ３２として、３０秒ＣＶＤにより成長させたブラシ状ＣＮＴを使用した。この試料ＣＮＴは高さ約７０μｍで配向した多層ＣＮＴであり、表面に適度の欠陥として、１ｎｍ未満のアモルファスが付着しているのを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により確認された。また、ブラシ状ＣＮＴ３２の撮像写真から接着面積は０．２８ｃｍ２であった。分離時の錘の荷重は６．７９ｇであった。以上の計測結果から、本試料によるファスナーの単位面積当りの接着力は２４．３（＝６．７９／０．２８）ｇ／ｃｍ２＝２４３ｍＮ／ｃｍ２であった。この接着力の計測から、本発明に係るＣＮＴ係止ファスナーは、Ｎ／ｃｍ２以上の強力性を具備することがわかった。
また、ＣＮＴ密植度合いの接着力への影響を検証した。ＣＮＴ密植度合い、つまりＣＮＴの密度が大きいとＣＮＴ同士が噛み合いにくくなり、それだけ接着力が低下すると考えられた。ＣＮＴの密度の違いは、ブラシ状ＣＮＴから各ＣＮＴを糸引き状態に紡ぎ出せるか否かで分かる。そこで、成長用基板に形成されたブラシ状ＣＮＴの先端側と根元側で、糸引き状態が異なる点に着目して、それぞれ基体に固定したときの接着力を計測した。
図７は接着力計測用ＣＮＴ係止ファスナー試料の別の作成工程を示す。（７Ａ）は、図１のＣＮＴ製造炉ＡによりＳｉ基板５０の触媒層５１上に合成したブラシ状ＣＮＴ５２を用いた。図３の製造工程と同様に、（７Ａ）に示すように、基板５０からＣＮＴ根元をカッター５６により分離して、加熱により軟化されたＰＰシート５４に接触させ、（７Ｂ）に示すように、成長側先端５３を上にしてブラシ状ＣＮＴ５２をＰＰシート５４に溶着、転写して根元固着型ファスナー試料を作成した。一方、（７Ｃ）に示すように、基板５０を反転して加熱により軟化されたＰＰシート５４に接触させ、（７Ｄ）に示すように、ＣＮＴ根元５５から基板５０を切除して、根元５５を上にしてブラシ状ＣＮＴ５２をＰＰシート５４に溶着、転写して先端固着型ファスナー試料を作成した。
図７は接着力計測用ＣＮＴ係止ファスナー試料の別の作成工程を示す。（７Ａ）は、図１のＣＮＴ製造炉ＡによりＳｉ基板５０の触媒層５１上に合成したブラシ状ＣＮＴ５２を用いた。図３の製造工程と同様に、（７Ａ）に示すように、基板５０からＣＮＴ根元をカッター５６により分離して、加熱により軟化されたＰＰシート５４に接触させ、（７Ｂ）に示すように、成長側先端５３を上にしてブラシ状ＣＮＴ５２をＰＰシート５４に溶着、転写して根元固着型ファスナー試料を作成した。一方、（７Ｃ）に示すように、基板５０を反転して加熱により軟化されたＰＰシート５４に接触させ、（７Ｄ）に示すように、ＣＮＴ根元５５から基板５０を切除して、根元５５を上にしてブラシ状ＣＮＴ５２をＰＰシート５４に溶着、転写して先端固着型ファスナー試料を作成した。
上記２種類の根元固着型ファスナー試料及び先端固着型ファスナー試料につき、引っ張り試験を行った。
図８は引っ張り試験機用測定部を示す。ＰＰ基体にブラシ状ＣＮＴ５２を転写した上記２種類の試料を、それぞれのＰＰシート６０、６２をカーボンテープ６３、６４で試料台６５、６６に接着した。試料台６５、６６にはそれぞれ、画鋲６７、６８が固着されている。ついで、これらのファスナー保持状態を上下に対向させて、互いにブラシ状ＣＮＴ５２を噛み合わせた接着状態６１にして、上下の画鋲６７、６８の軸部６９、７０を引っ張り試験機のチャックに挟み込んで引っ張り荷重を加えた。
図８は引っ張り試験機用測定部を示す。ＰＰ基体にブラシ状ＣＮＴ５２を転写した上記２種類の試料を、それぞれのＰＰシート６０、６２をカーボンテープ６３、６４で試料台６５、６６に接着した。試料台６５、６６にはそれぞれ、画鋲６７、６８が固着されている。ついで、これらのファスナー保持状態を上下に対向させて、互いにブラシ状ＣＮＴ５２を噛み合わせた接着状態６１にして、上下の画鋲６７、６８の軸部６９、７０を引っ張り試験機のチャックに挟み込んで引っ張り荷重を加えた。
引っ張り試験には、試料台の自重も含めて計測最大荷重２００ｍＮである荷重試験機（日本計測システム社製「ＭＡＸ−１ＫＮ−Ｓ」）を使用した。
図１１は引張距離（ｍｍ）に対する引張応力（ｍＮ／ｃｍ２）の測定結果を示す。この引っ張り試験に用いた試料は、図７の（７Ｃ）及び（７Ｄ）により作製した根元５５を接着表面にしたファスナーである。引張応力はブラシ状ＣＮＴの撮像写真から得た接触面積に基づいて換算した、単位面積当りの応力値である。図からわかるように、引張距離が増加するに従い、破線で示すように、引張距離が約０．０５ｍｍ付近で最大引張応力となっている。これを過ぎると、引張応力は段階的に減少していくのは、限界まで伸ばされた係合ＣＮＴの束が一束ずつ切れることによるものと考えられる。また、ファスナー全体同士が接着係合の状態にあるのは最大引張応力を記録した時点までと考えられる。この測定では、矢印で示すように、引張距離が０．５ｍｍを越えたところで脱離した。
図１１は引張距離（ｍｍ）に対する引張応力（ｍＮ／ｃｍ２）の測定結果を示す。この引っ張り試験に用いた試料は、図７の（７Ｃ）及び（７Ｄ）により作製した根元５５を接着表面にしたファスナーである。引張応力はブラシ状ＣＮＴの撮像写真から得た接触面積に基づいて換算した、単位面積当りの応力値である。図からわかるように、引張距離が増加するに従い、破線で示すように、引張距離が約０．０５ｍｍ付近で最大引張応力となっている。これを過ぎると、引張応力は段階的に減少していくのは、限界まで伸ばされた係合ＣＮＴの束が一束ずつ切れることによるものと考えられる。また、ファスナー全体同士が接着係合の状態にあるのは最大引張応力を記録した時点までと考えられる。この測定では、矢印で示すように、引張距離が０．５ｍｍを越えたところで脱離した。
次に、本実施形態に係るファスナー組合体につき、実用上重要な繰り返し使用の耐久性を検証すべく、ファスナーの係脱を繰り返したときの繰り返し接着耐久性試験を行った。
図１２は、繰り返し接着耐久性試験時の引張応力の最大値を上記荷重試験機を用いて測定した結果を示す。この実験では、７種類の試料に対して、繰り返し係脱実験回数に対する単位面積当りの荷重値（Ｎ／ｃｍ２）を測定した。
６種類の試料は、図７の（７Ａ）及び（７Ｂ）により作製した先端５３を接着表面側にしたファスナー組合体２種（試料番号１、２）と、（７Ｃ）及び（７Ｄ）により作製した根元５５を接着表面側にしたファスナー組合体２種（試料番号３、４）、接着表面の一方を前者、他方を後者にしたファスナー組合体試料（試料番号５、６）である。この繰り返し接着耐久性試験から、接着回数が増えるに従い引張応力が低下していくことがわかる。試料番号１、２と試料番号３、４の測定結果を比較すると、根元５５を接着表面側にしたファスナーの方が先端５３を接着表面側にしたファスナーよりも引張応力が大きい。これは、先端５３の成長形態に異形性を有するために、比較的まとまって整列している根元５５よりも接着状態が不完全ないし不均一になるからと考えられる。試料番号１−４と試料番号６の測定結果を比較すると、根元５５と先端５３の両方を接着表面にしたファスナーの方が、根元５５同士、先端５３同士を接着表面側にしたファスナーよりも引張応力が大きい。しかしながら、試料番号５の場合、試料番号６と同様に根元５５と先端５３が接着表面となっているが、その引張応力は試料番号１と同程度である。これは上述した先端５３の異型性やブラシ状ＣＮＴの密植度合い、つまり嵩密度に起因するものと考えられ、詳細な議論については後述する。尚、先端５３同士のファスナー組合体（試料番号１、２）では、７回以上の繰り返しにより引張応力が変化しなくなった。この傾向は、試料のブラシ状ＣＮＴの先端形態が７回以上繰り返し以降ほぼ均一なもので、一定の接着力で係合し合うことによると考えられる。
図１２は、繰り返し接着耐久性試験時の引張応力の最大値を上記荷重試験機を用いて測定した結果を示す。この実験では、７種類の試料に対して、繰り返し係脱実験回数に対する単位面積当りの荷重値（Ｎ／ｃｍ２）を測定した。
６種類の試料は、図７の（７Ａ）及び（７Ｂ）により作製した先端５３を接着表面側にしたファスナー組合体２種（試料番号１、２）と、（７Ｃ）及び（７Ｄ）により作製した根元５５を接着表面側にしたファスナー組合体２種（試料番号３、４）、接着表面の一方を前者、他方を後者にしたファスナー組合体試料（試料番号５、６）である。この繰り返し接着耐久性試験から、接着回数が増えるに従い引張応力が低下していくことがわかる。試料番号１、２と試料番号３、４の測定結果を比較すると、根元５５を接着表面側にしたファスナーの方が先端５３を接着表面側にしたファスナーよりも引張応力が大きい。これは、先端５３の成長形態に異形性を有するために、比較的まとまって整列している根元５５よりも接着状態が不完全ないし不均一になるからと考えられる。試料番号１−４と試料番号６の測定結果を比較すると、根元５５と先端５３の両方を接着表面にしたファスナーの方が、根元５５同士、先端５３同士を接着表面側にしたファスナーよりも引張応力が大きい。しかしながら、試料番号５の場合、試料番号６と同様に根元５５と先端５３が接着表面となっているが、その引張応力は試料番号１と同程度である。これは上述した先端５３の異型性やブラシ状ＣＮＴの密植度合い、つまり嵩密度に起因するものと考えられ、詳細な議論については後述する。尚、先端５３同士のファスナー組合体（試料番号１、２）では、７回以上の繰り返しにより引張応力が変化しなくなった。この傾向は、試料のブラシ状ＣＮＴの先端形態が７回以上繰り返し以降ほぼ均一なもので、一定の接着力で係合し合うことによると考えられる。
以上の繰り返し接着耐久性試験結果をまとめると以下の成果が得られた。ＣＮＴ係止ファスナー同士の接着力はＮ／ｃｍ２のオーダーであり、強力な接着力を有することがわかる。図１２の（ ）で囲んだ測定点は、測定時にオーバーロードしたため、試験機の最大荷重値２００ｍＮを用いた換算値であり、実際の値はこれより大きい。最大接着力を比較すると、先端側を接着表面としたファスナーの場合、嵩密度の高いＣＮＴの方が高い接着力を示すという予想に反して、実際には嵩密度の低いＣＮＴが嵩密度の高いＣＮＴよりも３．５倍大きな接着力を示した。先端側と根元側を比較すると、根元側の方が１．５倍大きな接着力を示した。また、いずれの試料についても、試験を重ねるにつれ最大値から９〜２０％減少し、０．２Ｎ／ｃｍ２程度になった。
図９は、ブラシ状ＣＮＴ同士の良好な接着繰り返しモデルにおける接着機構を模式的に示す。同図の（９Ａ）は基体８２、８３の夫々に植設されたブラシ状ＣＮＴの一部であり、互いに係合し合うＣＮＴ８１、８２を示す。（９Ｂ）はそれらのＣＮＴ同士が互いに深く噛み合った良好な接着係合状態８３を示す。次に、（９Ｃ）に示すように、各ＣＮＴを引っ張って引き剥がすと、ＣＮＴ間ですべり摩擦が生じて、上記引張応力として現れる。分離したときには、（９Ｄ）に示すように、各ＣＮＴ８１、８２が元の植立状態に復帰する。このような接着繰り返しモデルによれば、繰り返しの係脱使用に耐えるファスナーを形成することが可能となる。本実施形態においては、上記繰り返し接着試験から、比較的に整列性に富んだ根元５５を接着表面側にしたファスナーは繰り返し接着性に優れている。
図１０は、ブラシ状ＣＮＴ同士の不完全な接着繰り返しモデルにおける接着機構を模式的に示す。同図の（１０Ａ）は基体８２、８３の夫々に植設されたブラシ状ＣＮＴの一部であり、互いに係合し合うＣＮＴ８１、８０を示す。（１０Ｂ）はそれらのＣＮＴ同士が互いに中に入り込めずに折れ曲がった不完全な接着係合状態８４を示す。この接着係合状態８４では、ＣＮＴ先端に座屈が生ずるため、各ＣＮＴを引っ張って引き剥がすと、（１０Ｃ）に示すように、ＣＮＴ間ですべり摩擦が僅かしか生じず、小さい引張応力として現れる。分離したときには、（１０Ｄ）に示すように、各ＣＮＴ８１、８２の先端に座屈８５、８６が残ったままとなる。前記座屈が残留すると、繰り返し使用時の係合の妨げとなって、比較的係止力の弱いファスナーを形成することになる。以上の不完全接着繰り返しモデルにおいては、ＣＶＤ合成時に生ずるＣＮＴ先端の異形性などのばらつきが大きいときには、ＣＮＴ先端同士の折れ曲がり現象が起き易くなる。
ブラシ状ＣＮＴのＣＮＴ密植度合いについては、嵩密度（ｇ／ｃｍ３）が良い指標となる。図１２に示した試料番号２、４、６の場合は、平均嵩密度が０．０２９ｇ／ｃｍ３と小さく、ＣＮＴ間の相互作用が弱い、また、その他の試料は平均嵩密度が０．０５２ｇ／ｃｍ３と高く、高密度の密植状態にあることが判明した。比較的整列性に富んだ根元５５を接着表面にすると密殖状態による接着強度の違いは見られないが、先端５３を接着表面にした場合、高密度すぎると前述のような先端同士の折れ曲がり現象がおきやすくなるために、引張り強度が低減する。図１２の試料番号５は、片方の接着表面が先端５３からなり、高密度の密植状態にある。従って、試料番号５の引張り強度が低下して、接着表面が先端５３からなる試料番号１の引張り強度と同程度にあることは、高密度過ぎるために起こる先端同士の折れ曲がり現象に起因していると考えることができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的逸脱しない範囲における種々の変形例や設計変更なども本発明の技術的範囲に包含されるのは言うまでもない。
本発明によれば、前記ブラシ状ＣＮＴからなる係合子を備え、軽量かつ超小型が可能であり、通常環境下で使用するファスナーの他に、宇宙空間、あるいは真空装置等の高純度環境下における設備、作業に利用可能な接着テープ用ファスナーを提供することができる。また、ＣＮＴの耐熱性を利用して高温・高熱環境下でも使用できる耐久性のあるファスナーあるいは、ＣＮＴの導電性を利用して除電作用のある接着テープ用ファスナー等を提供することができる。
Ａ ＣＮＴ製造炉
Ｂ 電気炉
Ｃ 一端
Ｄ 原料ガス
Ｅ 結晶シリコン基板
Ｆ 触媒層
１ 基板
２ 触媒層２
３ ブラシ状ＣＮＴ
４ ＣＮＴ成長端部
５ ＰＰ容器
６ プロピレン
７ カッター
８ ブラシ状ＣＮＴ
９ ＣＮＴ成長根元
１０ 基体
１１ 根元部
１２ ブラシ状ＣＮＴ
２０ ファスナー
２１ ＰＰ基体
２２ ブラシ状ＣＮＴ
２３ ＣＮＴ
２４ ファスナー
２５ ＰＰ基体
２６ ブラシ状ＣＮＴ
２７ ＣＮＴ
３０ Ｓｉ基板
３１ 触媒層
３２ ブラシ状ＣＮＴ
３３ 先端
３４ ＰＰシート
４０ ＰＰシート
４１ 接着状態
４２ ＰＰシート
４３ カーボンテープ
４４ カーボンテープ
４５ アクリル保持板
４６ アクリル保持板
４７ 錘
５０ Ｓｉ基板
５１ 触媒層
５２ ブラシ状ＣＮＴ
５３ 先端
５４ ＰＰシート
５５ 根元
５６ カッター
６０ ＰＰシート
６１ 接着状態
６２ ＰＰシート
６３ カーボンテープ
６４ カーボンテープ
６５ 試料台
６６ 試料台
６７ 画鋲
６８ 画鋲
６９ 軸部
７０ 軸部
８０ ＣＮＴ
８１ ＣＮＴ
８２ 基体
８３ 基体
８４ 接着係合状態
８５ 座屈
８６ 座屈
Ｂ 電気炉
Ｃ 一端
Ｄ 原料ガス
Ｅ 結晶シリコン基板
Ｆ 触媒層
１ 基板
２ 触媒層２
３ ブラシ状ＣＮＴ
４ ＣＮＴ成長端部
５ ＰＰ容器
６ プロピレン
７ カッター
８ ブラシ状ＣＮＴ
９ ＣＮＴ成長根元
１０ 基体
１１ 根元部
１２ ブラシ状ＣＮＴ
２０ ファスナー
２１ ＰＰ基体
２２ ブラシ状ＣＮＴ
２３ ＣＮＴ
２４ ファスナー
２５ ＰＰ基体
２６ ブラシ状ＣＮＴ
２７ ＣＮＴ
３０ Ｓｉ基板
３１ 触媒層
３２ ブラシ状ＣＮＴ
３３ 先端
３４ ＰＰシート
４０ ＰＰシート
４１ 接着状態
４２ ＰＰシート
４３ カーボンテープ
４４ カーボンテープ
４５ アクリル保持板
４６ アクリル保持板
４７ 錘
５０ Ｓｉ基板
５１ 触媒層
５２ ブラシ状ＣＮＴ
５３ 先端
５４ ＰＰシート
５５ 根元
５６ カッター
６０ ＰＰシート
６１ 接着状態
６２ ＰＰシート
６３ カーボンテープ
６４ カーボンテープ
６５ 試料台
６６ 試料台
６７ 画鋲
６８ 画鋲
６９ 軸部
７０ 軸部
８０ ＣＮＴ
８１ ＣＮＴ
８２ 基体
８３ 基体
８４ 接着係合状態
８５ 座屈
８６ 座屈
Claims (11)
- 基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーにおいて、密植状態のカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと表記する。）からなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記ブラシ状ＣＮＴにより前記結合子を構成したことを特徴とするＣＮＴ係止ファスナー。
- 前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定した請求項１に記載のＣＮＴ係止ファスナー。
- 前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定した請求項１に記載のＣＮＴ係止ファスナー。
- 前記固定部が樹脂材からなる請求項１、２又は３に記載のＣＮＴ係止ファスナー。
- 基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱する、一対のファスナーからなる組合体であって、夫々の前記ファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記係合子として係脱することを特徴とするＣＮＴ係止ファスナー組合体。
- 基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱する、一対のファスナーからなる組合体であって、夫々の前記ファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記係合子として係脱することを特徴とするＣＮＴ係止ファスナー組合体。
- 各ファスナーが基体表面に植設される多数の係合子を有し、一方のファスナーの係合子が他方のファスナーの係合子と係脱する、一対のファスナーからなる組合体であって、前記一方のファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記他方のファスナーは、密植状態のＣＮＴからなるブラシ状ＣＮＴと、前記ブラシ状ＣＮＴを前記基体表面に固定する固定部とを有し、前記密植状態のＣＮＴを成長用基板上にブラシ状に成長形成し、前記成長用基板から前記ブラシ状ＣＮＴを分離し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記固定部により前記基体表面に固定してなるＣＮＴ係止ファスナーからなり、前記一方のファスナーの前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を、また前記他方のファスナーの前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を夫々の前記係合子として係脱することを特徴とするＣＮＴ係止ファスナー組合体。
- 基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記基体用樹脂材を所定深さの容器内で溶融又は軟化し、前記ブラシ状ＣＮＴの先端側を前記溶融又は軟化樹脂材に漬して溶着し、前記ブラシ状ＣＮＴを固定する固定工程からなることを特徴とするＣＮＴ係止ファスナー製造方法。
- 基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記基体用樹脂材を所定深さの容器内で溶融又は軟化し、前記ブラシ状ＣＮＴの根元側を前記溶融溶融又は軟化樹脂材に漬して溶着し、前記ブラシ状ＣＮＴを固定する固定工程からなることを特徴とするＣＮＴ係止ファスナー製造方法。
- 前記基体用樹脂材がポリプロピレン又はポリイミドからなる請求項８又は９に記載のＣＮＴ係止ファスナー製造方法。
- 基体表面に植設される多数の係合子を有し、前記係合子が相手側のファスナーの係合子と係脱するファスナーの製造方法において、密植状態のＣＮＴをブラシ状に配向した状態で成長用基板面に成長形成し、前記成長用基板からブラシ状ＣＮＴを分離するブラシ状ＣＮＴ分離工程と、前記ブラシ状ＣＮＴの端部をシリコン炭化物、シリコン酸化物又はシリコン窒化物により前記基体上に薄膜合成して埋設する固定工程からなることを特徴とするＣＮＴ係止ファスナー製造方法。
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| JP2008047817A JP2009201772A (ja) | 2008-02-28 | 2008-02-28 | カーボンナノチューブ係止ファスナー、その組合体及び製造方法 |
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2008
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