JP5962859B2 - 糸製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノチューブ繊維群からカーボンナノチューブ糸を製造する糸製造装置に関する。

上述したような糸製造装置として、カーボンナノチューブ形成基板からカーボンナノチューブ繊維群を連続的に引き出す引き出し部と、引き出し部によって引き出されたカーボンナノチューブ繊維群に撚りを施して糸を製造する糸製造部と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１１６６３２号公報

このような糸製造装置においては、例えばカーボンナノチューブ形成基板の品質等に起因して、カーボンナノチューブ形成基板からカーボンナノチューブ繊維群を引き出す際の引き出し性能に変動が生じることがある。引き出し性能が低下した場合には、所定の量のカーボンナノチューブ繊維群を得ることができず、所望の太さの糸を製造することができない。このような糸製造装置の分野においては、所望の太さのカーボンナノチューブ糸を安定して製造することが求められている。

そこで、本発明は、所望の太さのカーボンナノチューブ糸を安定して製造することが可能な糸製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る糸製造装置は、カーボンナノチューブ繊維群を凝集させてカーボンナノチューブ糸を製造する装置であって、基板支持部と、連続引き出し部と、糸製造部と、状態監視部と、供給状態変更機構と、を備える。基板支持部は、カーボンナノチューブ形成基板を支持する。連続引き出し部は、カーボンナノチューブ繊維群をカーボンナノチューブ形成基板から連続的に引き出す。糸製造部は、連続引き出し部によって引き出されたカーボンナノチューブ繊維群を凝集させる。状態監視部は、カーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群、又はカーボンナノチューブ糸の状態を監視する。供給状態変更機構は、状態監視部による監視結果に基づいて、カーボンナノチューブ形成基板から引き出されて糸製造部に供給されるカーボンナノチューブ繊維群の供給状態を変更する。

この糸製造装置によれば、状態監視部による監視結果に基づいて、糸製造部に供給されるカーボンナノチューブ繊維群の供給状態が変更される。このように、カーボンナノチューブ繊維群、又はカーボンナノチューブ糸の状態に基づいてカーボンナノチューブ繊維群の供給状態を変更することで、カーボンナノチューブ繊維群を用いて製造されるカーボンナノチューブ糸の太さを一定に保つことができる。これにより、所望の太さのカーボンナノチューブ糸を安定して製造することができる。

基板支持部は複数設けられ、供給状態変更機構は、カーボンナノチューブ繊維群を引き出すカーボンナノチューブ形成基板の数を変更することにより、カーボンナノチューブ繊維群の供給状態を変更してもよい。このように、カーボンナノチューブ繊維群を引き出すカーボンナノチューブ形成基板の数を変更することで、カーボンナノチューブ繊維群の供給状態を容易に変更することができる。

供給状態変更機構は、初期引き出し部と、制御部とを備えていてもよい。この場合、初期引き出し部は、カーボンナノチューブ形成基板からカーボンナノチューブ繊維群を引き出し、引き出したカーボンナノチューブ繊維群を他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群に接触させてもよい。制御部は、カーボンナノチューブ繊維群を引き出すカーボンナノチューブ形成基板を追加する場合に、カーボンナノチューブ形成基板からカーボンナノチューブ繊維群を引き出し、引き出したカーボンナノチューブ繊維群を他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群に接触させるように初期引き出し部を制御してもよい。このように、初期引き出し部によって引き出されたカーボンナノチューブ繊維群を、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群に接触させることで、両者を結合させることができる。これにより、初期引き出し部によって引き出したカーボンナノチューブ繊維群を、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群と共に糸製造部に容易に供給することができる。

初期引き出し部は、吸引力により、カーボンナノチューブ形成基板からカーボンナノチューブ繊維群を引き出してもよい。この場合には、吸引力を用いて簡素な構成で、カーボンナノチューブ繊維群を引き出すことができる。

初期引き出し部は、吸引管と、駆動部とを備えていてもよい。この場合、吸引管には、カーボンナノチューブ繊維群を吸引する吸引口が設けられていてもよい。駆動部は、吸引管によって吸引されたカーボンナノチューブ繊維群が他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群と交差するように、カーボンナノチューブ繊維群の引き出し対象となるカーボンナノチューブ形成基板に対して吸引管を進退させてもよい。これにより、吸引管をカーボンナノチューブ形成基板から離れる方向に移動させると、吸引管の吸引力によってカーボンナノチューブ繊維群が引き出される。引き出されたカーボンナノチューブ繊維群は、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群と交差して両者が結合する。従って、吸引管を進退させることで、初期引き出し部によって引き出したカーボンナノチューブ繊維群を、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群と共に糸製造部に容易に供給することができる。

吸引管は円弧形状を有し、駆動部は、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群の周りを囲むように吸引管を進退させてもよい。この場合、吸引管によってカーボンナノチューブ繊維群が引き出された状態で吸引管をカーボンナノチューブ形成基板から離れる方向に後退させると、吸引管によって引き出されたカーボンナノチューブ繊維群がカーボンナノチューブ形成基板からの引き出し位置を支点として揺動する。更に、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群の周りを囲むように吸引管を後退させることで、吸引管によって引き出されたカーボンナノチューブ繊維群が、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群に接触する。これにより、吸引管によって引き出されたカーボンナノチューブ繊維群を、他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群に容易に接触させることができる。

駆動部は、吸引管を挟み込む、駆動ローラ及び従動ローラを備え、駆動ローラを駆動することで吸引管を進退させてもよい。この場合には、駆動ローラを駆動することで、吸引管を容易に進退させることができる。

吸引管における駆動ローラと対向する面には、吸引管の延在方向に沿って延在するガイドが設けられ、駆動ローラには、ガイドに係合する凹部が設けられていてもよい。或いは、吸引管における従動ローラと対向する面には、吸引管の延在方向に沿って延在するガイドが設けられ、従動ローラには、ガイドに係合する凹部が設けられていてもよい。これらの場合には、吸引管が回転することなく、予め定められた向きで吸引管を進退させることができる。

本発明によれば、所望の太さのカーボンナノチューブ糸を安定して製造することができる。

一実施形態に係る糸製造装置の概略構成を示す平面図である。 図１の繊維供給部周りを示す斜視図である。 図１の繊維供給部周りを示す平面図である。 図１の初期引き出し部を示す斜視図である。 図１の初期引き出し部の動作を示す図であり、（ａ）は吸引管を後退させた状態、（ｂ）は吸引管を進出させた状態を示す斜視図である。 吸引管が後退する様子をＣＮＴ繊維群の走行方向に沿って見た模式図である。 アームの保持部が保持位置に移動する様子を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１から図４に示すように、糸製造装置１は、カーボンナノチューブ繊維群（以下、「ＣＮＴ繊維群」という）Ｆを走行させつつＣＮＴ繊維群Ｆからカーボンナノチューブ糸（以下、「ＣＮＴ糸」という）Ｙを製造する装置である。糸製造装置１は、繊維供給部２、糸製造部４、ニップローラ部５、状態監視部６、及び、巻取部（連続引き出し部）７を含んで構成される。繊維供給部２、糸製造部４、ニップローラ部５、状態監視部６、及び、巻取部７は、この順序で所定線Ｌ上に配置されており、ＣＮＴ繊維群Ｆ及びＣＮＴ糸Ｙは、繊維供給部２から巻取部７に向かって走行させられる。なお、ＣＮＴ繊維群Ｆは、カーボンナノチューブからなる繊維が複数集合したものである。ＣＮＴ糸Ｙは、糸製造部４によってＣＮＴ繊維群Ｆが糸状に凝集したものである。

繊維供給部２は、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されるカーボンナノチューブ形成基板（以下、「ＣＮＴ形成基板」という）Ｓを保持する。ＣＮＴ形成基板Ｓは、カーボンナノチューブフォレスト（carbon nanotube forest）、或いは、カーボンナノチューブの垂直配向構造体等と称されるものであり、化学気相成長法等によって基板上に高密度且つ高配向にカーボンナノチューブ（例えば、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等）が形成されたものである。基板としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、金属基板等が用いられる。

繊維供給部２は、基板支持部１０、供給状態変更機構２０、及び、基板交換機構３０を備える。本実施形態において基板支持部１０は、繊維供給部２に５つ設けられる。基板支持部１０は、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されるＣＮＴ形成基板Ｓを着脱可能に支持する。供給状態変更機構２０は、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されて糸製造部４に供給されるＣＮＴ繊維群Ｆの供給状態を変更する。基板交換機構３０は、基板支持部１０によって支持されたＣＮＴ形成基板Ｓを他のＣＮＴ形成基板Ｓに交換する。基板支持部１０、供給状態変更機構２０、及び、基板交換機構３０の詳細については後述する。

糸製造部４は、後述のニップローラ部５によって引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆに、仮撚りを施す。糸製造部４は、供給された空気をＣＮＴ繊維群Ｆの周囲に吹き付けて、気流によってＣＮＴ繊維群Ｆに仮撚りを施し、ＣＮＴ糸Ｙを生成する。

ニップローラ部５は、ＣＮＴ繊維群Ｆを引き出す一対のローラを備える。ニップローラ部５に設けられたローラは、糸製造部４によって撚りが施されたＣＮＴ糸Ｙを挟み込み、ローラの回転に伴ってＣＮＴ糸Ｙを巻取部７側に送る。糸製造部４から送り出された直後のＣＮＴ糸Ｙにはばたつきが生じているが、ニップローラ部５に設けられたローラによってＣＮＴ糸Ｙを挟み込むことでばたつきが抑制される。

状態監視部６は、ＣＮＴ糸Ｙの状態を監視するものであり、ここではＣＮＴ糸Ｙの太さを検知する。状態監視部６として、例えば、光学式、接触式、或は、静電容量式のセンサ等、ＣＮＴ糸Ｙの太さを検知できるものであれば、各種のセンサ等を用いることができる。状態監視部６による検知結果は、供給制御部２５０に出力される。

巻取部７は、巻取管７ａを備える。巻取管７ａには、ＣＮＴ糸Ｙが巻き付けられる。巻取管７ａがＣＮＴ糸Ｙを巻き取ることによって、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆが連続的に引き出される。

次に、基板支持部１０の詳細について説明する。基板支持部１０は、図１及び図２等に示すように、繊維供給部２のベースプレート２ａに対して垂直に起立するようにＣＮＴ形成基板Ｓを支持する。なお、ＣＮＴ形成基板Ｓをベースプレート２ａに対して垂直に起立するように支持することに限定されず、ベースプレート２ａの面に対して基板面が平行となるようにＣＮＴ形成基板Ｓを支持してもよい。ここで、複数のＣＮＴ形成基板Ｓからそれぞれ引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆは、所定線Ｌ上において、糸製造部４により付与される仮撚りによって生じる撚りの伝播点Ｇで互いに合わせられる。複数のＣＮＴ繊維群Ｆは、糸製造部４によって行われる撚りの力、及び、ＣＮＴ繊維群Ｆ間のファンデルワールス力等によって、互いに凝集する。複数の基板支持部１０は、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出される側の端面が、複数のＣＮＴ繊維群Ｆが凝集される所定線Ｌ上の伝播点Ｇを向くように、ベースプレート２ａ上に並べて設置される。

基板支持部１０は、図７に示すように、背面支持部１１、及び、端部支持部１２を備える。端部支持部１２は、ＣＮＴ形成基板Ｓにおけるベースプレート２ａ側の端部を支持する。なお、本実施形態において、ベースプレート２ａは、基板支持部１０が取り付けられる面が水平に設置されているものとし、ベースプレート２ａに対して基板支持部１０等が設けられる側を「上」、ベースプレート２ａに対して基板支持部１０等が設けられていない側を「下」として、方向を説明する。

背面支持部１１は、端部支持部１２から起立し、ＣＮＴ形成基板Ｓの背面に当接される。ここで、ＣＮＴ形成基板Ｓの背面とは、ＣＮＴ形成基板Ｓの基板面のうちカーボンナノチューブが形成されていない面をいう。背面支持部１１は、支持対象となるＣＮＴ形成基板Ｓの下側の縁部近傍に対向する。背面支持部１１には、上縁から下方に向かって切り欠かれた切欠き部１１ｂが設けられる。背面支持部１１におけるＣＮＴ形成基板Ｓの背面に対向する部位には、吸引口１１ａが設けられる。吸引口１１ａからの吸引力によって、ＣＮＴ形成基板Ｓが背面支持部１１に吸着され、ＣＮＴ形成基板Ｓが背面支持部１１及び端部支持部１２に支持される。

次に、供給状態変更機構２０の詳細について説明する。供給状態変更機構２０は、図１から図４に示すように、初期引き出し部２００、及び、供給制御部２５０を備える。初期引き出し部２００は、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを吸引力によって引き出す。具体的には、初期引き出し部２００は、ベースプレート２０１、ローラ支持部２０２、駆動ローラ２０３、第１従動ローラ２０４、第２従動ローラ２０５、駆動モータ（駆動部）２０６、及び、吸引管２１０を含んで構成される。

ベースプレート２０１は、繊維供給部２のベースプレート２ａに揺動可能に取り付けられる。本実施形態では、図３に示すように、ベースプレート２０１における基板支持部１０側の端部近傍に位置する軸Ｐを中心として揺動する。初期引き出し部２００は、軸Ｐを中心として揺動してＣＮＴ形成基板Ｓ側に向けて吸引管２１０を進出させることによって、繊維供給部２に設置された５枚のＣＮＴ形成基板Ｓのいずれにも、吸引管２１０の先端（吸引口２１３）を近接させることができる。ベースプレート２０１は、ベースプレート２０１を駆動する駆動源によって揺動させられる。

ベースプレート２０１には、貫通孔２０１ａが設けられる。貫通孔２０１ａには、吸引管２１０が通される。これにより、吸引管２１０をＣＮＴ形成基板Ｓ側に対して進退させたときに、ベースプレート２０１に吸引管２１０が干渉することがない。

ローラ支持部２０２は、ベースプレート２０１の上面に固定される。ローラ支持部２０２の一面には、駆動ローラ２０３、第１従動ローラ２０４、及び、第２従動ローラ２０５が回転可能に取り付けられる。駆動ローラ２０３は、第１従動ローラ２０４及び第２従動ローラ２０５よりも基板支持部１０側に配置される。吸引管２１０は、第１従動ローラ２０４と、第１従動ローラ２０４及び第２従動ローラ２０５との間に挟み込まれて支持される。駆動ローラ２０３は、駆動モータ２０６によって回転駆動される。吸引管２１０は、駆動ローラ２０３の回転によってＣＮＴ形成基板Ｓ側に対して進退する。第１従動ローラ２０４及び第２従動ローラ２０５は、吸引管２１０の進退に伴って従動回転する。

駆動ローラ２０３の周面には、周方向に延在する凹部２０３ａが設けられる。凹部２０３ａは、吸引管２１０に設けられたガイド２１２の側面を挟み込む。凹部２０３ａの底部は、吸引管２１０のガイド２１２の端部に当接し、駆動ローラ２０３の回転に伴って吸引管２１０をＣＮＴ形成基板Ｓに対して進退させる。駆動ローラ２０３の凹部２０３ａが、吸引管２１０のガイド２１２を挟み込むことで、吸引管２１０の回転が規制される。

第１従動ローラ２０４の周面及び第２従動ローラ２０５の周面には、それぞれ、周方向に延在する凹部２０４ａ及び凹部２０５ａが設けられる。凹部２０４ａ及び２０５ａは、それぞれ、吸引管２１０の管部２１１の外形に沿うように断面が円弧形状を有している。

第１従動ローラ２０４に設けられた凹部２０４ａ及び第２従動ローラ２０５に設けられた凹部２０５ａが吸引管２１０の管部２１１に係合し、駆動ローラ２０３に設けられた凹部２０３ａが吸引管２１０のガイド２１２に係合することで、駆動ローラ２０３、第１従動ローラ２０４及び第２従動ローラ２０５から吸引管２１０が脱落することが防止される。

吸引管２１０は、管部２１１、及び、ガイド２１２を備える。管部２１１は、円弧形状を有する管状部材である。管部２１１の一端には、吸引口２１３が設けられる。吸引口２１３は、スリット状に形成された開口であり、開口が円弧形状を有する管部２１１の外周側方向を向いている。管部２１１の他端は、吸引装置に接続される。管部２１１は、円弧形状の外周側の面が第１従動ローラ２０４及び第２従動ローラ２０５に対向し、円弧形状の内周側の面が駆動ローラ２０３に対向する。

ガイド２１２は、管部２１１における駆動ローラ２０３と対向する面に設けられる。ガイド２１２は、薄板形状を有し、管部２１１の延在方向に沿って延在する。ガイド２１２は、駆動ローラ２０３の周面に設けられた凹部２０３ａに挟み込まれる。これにより、吸引管２１０における円弧形状内周側が、基板支持部１０側を向く。

次に、初期引き出し部２００が、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出す構成について説明する。初期引き出し部２００によるＣＮＴ繊維群Ｆの引き出しは、新しいＣＮＴ形成基板Ｓが基板支持部１０に設置されてＣＮＴ繊維群Ｆの引き出しを新たに開始する場合等に行われる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、初期引き出し部２００は、ＣＮＴ繊維群Ｆの引き出し対象となるＣＮＴ形成基板Ｓに向けて、吸引管２１０を進出させる。このとき、初期引き出し部２００は、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆと吸引管２１０とが交差するように（上方からＣＮＴ繊維群Ｆ及び吸引管２１０を見て両者が交差するように）、ベースプレート２０１の揺動角度を調節し、吸引管２１０を進出させる。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）では、図中手前側のＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出す様子を示している。

ここで、吸引管２１０は円弧形状を有している。このため、図５（ａ）に示すように吸引管２１０がベースプレート２ａの下面側に引き込まれた状態から、図５（ｂ）に示すようにＣＮＴ繊維群Ｆの引き出し対象となるＣＮＴ形成基板Ｓに向けて吸引管２１０を進出させると、吸引口２１３は、吸引管２１０の進出に伴ってＣＮＴ繊維群Ｆよりも上に移動した後、再び、下方側に向かって移動する。即ち、図６に示すように、ＣＮＴ繊維群Ｆの走行方向に沿って吸引口２１３を見た場合に、吸引口２１３は他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆの周りを囲むように移動する。

図５（ｂ）に示すように、吸引管２１０を進出させて吸引管２１０の吸引口２１３をＣＮＴ形成基板Ｓの端部に近づけることにより、吸引口２１３からの吸引力によって、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆが引き出される。吸引口２１３は管部２１１の外周面側を向いている。このため、吸引管２１０をＣＮＴ形成基板Ｓに向けて進出させた時に、吸引口２１３がＣＮＴ形成基板Ｓの端面に対向する。これにより、吸引口２１３からの吸引力によって、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを確実に引き出すことができる。

吸引口２１３からの吸引力によってＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出している状態で、初期引き出し部２００は、吸引管２１０を後退させる。このとき、図６に示すように、吸引口２１３は他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆの周りを囲むように移動する。他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆの周りを囲むように吸引口２１３が移動することで、吸引口２１３によって吸い出されたＣＮＴ繊維群Ｆは、撚りの伝播点Ｇの下流で他のＣＮＴ繊維群Ｆに接触して付着し、他のＣＮＴ繊維群Ｆに撚り込まれて糸製造部４に送られる。

このように、初期引き出し部２００が吸引管２１０を進出させてＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出した後、吸引管２１０を後退させることで、新たに引き出したＣＮＴ繊維群Ｆを他のＣＮＴ繊維群Ｆに凝着させて、他のＣＮＴ繊維群Ｆと共に糸製造部４に送ることができる。

次に、供給制御部２５０が行う初期引き出し部２００の制御について説明する。供給制御部２５０は、状態監視部６による検出結果に基づいて、初期引き出し部２００を制御してＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出す。ここで、図５（ａ）に示すように、繊維供給部２に設置された５つのＣＮＴ形成基板Ｓのうち、一番手前側のＣＮＴ形成基板Ｓを予備のＣＮＴ形成基板Ｓとする。ここでは、一番手前側に配置されるＣＮＴ形成基板Ｓを予備の基板としたが、一番手前側に限定されずに他のＣＮＴ形成基板Ｓでもよく、或は、複数のＣＮＴ形成基板Ｓを予備の基板としてもよい。

供給制御部２５０は、予備（一番手前側）のＣＮＴ形成基板Ｓ以外のＣＮＴ形成基板Ｓのカーボンナノチューブが無くなった（全て引き出された）場合、或は、引出不良等によって、予備のＣＮＴ形成基板Ｓ以外のＣＮＴ形成基板ＳからのＣＮＴ繊維群Ｆの引き出し量が低下した場合に、予備のＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出して他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆと共に糸製造部４に送る。

より詳細には、供給制御部２５０は、初期引き出し部２００のベースプレート２０１を揺動させる駆動源、及び、吸引口２１３を進退させる駆動モータ２０６の駆動を制御し、初期引き出し部２００によって予備のＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ糸Ｙの引き出しを行わせる。例えば、状態監視部６によってＣＮＴ糸Ｙの太さが所定範囲の下限値よりも細くなったことが検知された場合、供給制御部２５０は、上述したように、予備のＣＮＴ形成基板Ｓに向けて吸引管２１０を進出させてＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すように初期引き出し部２００を制御する。そして、供給制御部２５０は、吸引管２１０を後退させ、引き出したＣＮＴ繊維群Ｆが他のＣＮＴ繊維群Ｆに凝着するように初期引き出し部２００を制御する。

逆に状態監視部６によってＣＮＴ糸Ｙの太さが所定範囲の下限値よりも太くなったことが検知された場合、供給制御部２５０は、引き出されるＣＮＴ繊維群Ｆを減少させるように制御する。引き出されるＣＮＴ繊維群Ｆを減少させる機構としては、ＣＮＴ形成基板Ｓと撚りの伝播点Ｇとの間にカッターなどの切断機構を設け、引き出されるＣＮＴ繊維群Ｆを切断する構造が採用される。また、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されているＣＮＴ形成基板Ｓの近くで、ＣＮＴ繊維群Ｆの走行経路を横切るように棒部材を移動させることにより、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されるＣＮＴ繊維群Ｆを切断することが出来る。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されているＣＮＴ形成基板Ｓの枚数が削減されるので、ＣＮＴ糸Ｙの太さを細くすることができる。

このように、供給制御部２５０は、状態監視部６の検出結果に基づいて初期引き出し部２００を制御し、ＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すＣＮＴ形成基板Ｓを追加する、或は、枚数を変更することによって、糸製造部４に供給するＣＮＴ繊維群Ｆの量を制御（ＣＮＴ繊維群Ｆの供給状態を制御）することができる。１つのＣＮＴ形成基板Ｓから引き出すＣＮＴ繊維群Ｆの引き出し分量を変更することによって、糸製造部４に供給するＣＮＴ繊維群Ｆの量を制御してもよい。

次に、基板交換機構３０の詳細について説明する。基板交換機構３０は、基板支持部１０に支持されたＣＮＴ形成基板Ｓを他のＣＮＴ形成基板Ｓに交換する。本実施形態において、基板交換機構３０は、繊維供給部２の近傍に設置された基板収容部Ｗに収容されたＣＮＴ形成基板Ｓと、基板支持部１０に支持されたＣＮＴ形成基板Ｓとの交換を行う。但し、基板交換機構３０は、一の基板支持部１０に支持されたＣＮＴ形成基板Ｓを、他の基板支持部１０に移動させることもできる。

基板交換機構３０は、図１に示すように、基板交換部３００、交換制御部３５０、及び、残量監視部３７０を含んで構成される。基板交換部３００は、図１から図３に示すように、アーム（移動機構部）３０１、アーム駆動部（移動機構部）３０２、本体部（移動機構部）３０３、保持部３０４、及び、レール３０５を備える。レール３０５は、ベースプレート２ａに固定される。レール３０５は、複数の基板支持部１０の並び方向に沿って延在する。なお、レール３０５の一端は、基板収容部Ｗに向かって延びている。本体部３０３は、レール３０５に係合し、レール３０５に沿って移動する。これにより、アーム３０１等は、各基板支持部１０によって支持されたＣＮＴ形成基板Ｓの並び方向に沿って移動する。

アーム駆動部３０２は、本体部３０３の上面に取り付けられ、上下方向に沿った直線を軸として本体部３０３に対して回転する。アーム駆動部３０２の側面には、アーム３０１の基端が連結される。アーム駆動部３０２は、アーム３０１の先端（保持部３０４が設けられている側）がベースプレート２ａに近づく方向及び離間する方向に移動するように、アーム３０１との連結部分を軸としてアーム３０１を揺動させる。また、アーム駆動部３０２は、アーム３０１との接続部分を上下方向に移動させることができる。即ち、アーム駆動部３０２は、アーム３０１の全体を上下方向に移動させることができる。

保持部３０４は、アーム３０１の先端（アーム駆動部３０２に接続される側の端部に対して反対側の端部）に設けられる。保持部３０４は、ＣＮＴ形成基板Ｓの背面に当接される。保持部３０４は、図７に示すように、基板支持部１０に当接する部位において基板支持部１０側に張り出す張出部３０４ｂを有する。保持部３０４におけるＣＮＴ形成基板Ｓの背面に対向する部位には、吸引口３０４ａが設けられる。また、張出部３０４ｂにも、吸引口３０４ａが設けられる。吸引口３０４ａからの吸引力によって、ＣＮＴ形成基板Ｓが保持部３０４に吸着され、ＣＮＴ形成基板Ｓが保持部３０４に保持される。

張出部３０４ｂにも吸引口３０４ａが設けられていることで、ＣＮＴ形成基板Ｓの偏った部分を吸引口３０４ａで吸引することなく、ＣＮＴ形成基板Ｓの全体に亘って吸引口３０４ａによって吸引することができる。これにより、保持部３０４によって安定して確実にＣＮＴ形成基板Ｓを保持することができる。

基板支持部１０からＣＮＴ形成基板Ｓを受け取る際、或は、基板支持部１０にＣＮＴ形成基板Ｓを受け渡す際に、基板交換部３００は、対象となる基板支持部１０の背面支持部１１におけるＣＮＴ形成基板Ｓに当接する面と保持部３０４におけるＣＮＴ形成基板Ｓに当接する面とが一致するように保持部３０４を移動させ、張出部３０４ｂを切欠き部１１ｂ内に落とし込む。なお、基板支持部１０からＣＮＴ形成基板Ｓを受け取る際、或は、基板支持部１０にＣＮＴ形成基板Ｓを受け渡す際における保持部３０４の位置を、「保持位置」という。この保持位置は、各基板支持部１０についてそれぞれ設定される。基板交換部３００は、各基板支持部１０に設定された保持位置に、保持部３０４を移動させることができる。

基板交換部３００は、保持位置と基板収容部Ｗとの間、或は、保持位置と他の保持位置との間で保持部３０４を移動させる。具体的には、基板交換部３００は、本体部３０３をレール３０５に沿って移動させること、アーム駆動部３０２を本体部３０３に対して回転させること、アーム３０１全体を上下させること、及び、アーム３０１を揺動させることにより、保持位置と基板収容部Ｗとの間等で保持部３０４を移動させ、基板支持部１０に支持されたＣＮＴ形成基板Ｓの交換を行う。

残量監視部３７０は、各基板支持部１０に支持されたＣＮＴ形成基板ＳのＣＮＴ繊維群Ｆの残量を監視する。残量監視部３７０は、例えば、基板支持部１０に支持されたＣＮＴ形成基板Ｓの重量を測定することにより、ＣＮＴ形成基板Ｓに残存するＣＮＴ繊維群Ｆの量を把握することができる。或いは、残量監視部３７０は、カメラによってＣＮＴ形成基板Ｓを撮像し、撮像された画像を処理することによってＣＮＴ形成基板Ｓに残存するＣＮＴ繊維群Ｆの量を把握することができる。このＣＮＴ形成基板Ｓに残存するＣＮＴ繊維群Ｆの量の時間変化に基づいて、ＣＮＴ繊維群Ｆの引出不良を認識することができる。

また、残量監視部３７０は、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されているか否かに基づいて、ＣＮＴ形成基板Ｓに残存するＣＮＴ繊維群Ｆの量を把握することもできる。これは、例えば、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆが走行する領域をカメラで撮像し、撮像された画像に基づいて、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されているか否かを把握することができる。例えば、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されていない場合、ＣＮＴ形成基板ＳにおけるＣＮＴ繊維群Ｆの残量が無いものとして判断することができる。残量監視部３７０は、上述した、ＣＮＴ繊維群Ｆの残量の監視方法によらず、様々な方法によって、残量を監視することができる。

次に、交換制御部３５０が行う基板交換部３００の制御について説明する。交換制御部３５０は、残量監視部３７０によるＣＮＴ繊維群Ｆの残量の監視結果に基づいて、ＣＮＴ繊維群Ｆの残量が無くなった又は引出不良となったＣＮＴ形成基板Ｓと、基板収容部Ｗに収容された新たなＣＮＴ形成基板Ｓとを交換するように基板交換部３００を制御する。

具体的には、残量監視部３７０によってＣＮＴ繊維群Ｆの残量が無いＣＮＴ形成基板Ｓが検出された場合、交換制御部３５０は、残量が無いＣＮＴ形成基板Ｓを基板支持部１０から受け取るように基板交換部３００を制御する。そして、交換制御部３５０は、受け取った残量が無いＣＮＴ形成基板Ｓを基板収容部Ｗに収容するように基板交換部３００を制御する。次に、交換制御部３５０は、基板収容部Ｗから新しいＣＮＴ形成基板Ｓを受け取り、ＣＮＴ形成基板Ｓを支持していない基板支持部１０に対して新しいＣＮＴ形成基板Ｓを渡すように基板交換部３００を制御する。このように、交換制御部３５０が残量監視部３７０の監視結果に基づいて基板交換部３００を制御することでＣＮＴ形成基板Ｓが交換される。

本実施形態は以上のように構成され、供給状態変更機構２０は、状態監視部６による監視結果に基づいて、糸製造部４に供給されるＣＮＴ繊維群Ｆの供給状態を変更する。このように、ＣＮＴ糸Ｙの状態に基づいてＣＮＴ繊維群Ｆの供給状態を変更することで、ＣＮＴ繊維群Ｆを用いて製造されるＣＮＴ糸Ｙの太さを一定に保つことができる。これにより、所望の太さのＣＮＴ糸Ｙを安定して製造することができる。

供給状態変更機構２０は、ＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すＣＮＴ形成基板Ｓの数を変更することにより、ＣＮＴ繊維群Ｆの供給状態を変更する。このように、ＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すＣＮＴ形成基板Ｓの数を変更することで、ＣＮＴ繊維群Ｆの供給状態を容易に変更することができる。

供給状態変更機構２０は、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出したＣＮＴ繊維群Ｆを他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆに接触させて、両者を結合させる。これにより、初期引き出し部２００によって引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆを、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆと共に糸製造部４に容易に供給することができる。

初期引き出し部２００は、吸引力により、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出す。この場合には、吸引力を用いて簡素な構成でＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すことができる。

初期引き出し部２００は、吸引管２１０を進退させることによってＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出す。また、初期引き出し部２００は、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出したＣＮＴ繊維群Ｆが、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆと交差するように、吸引管２１０を後退させる。これにより、引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆは、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆと交差して両者が結合する。従って、吸引管２１０を進退させることで、初期引き出し部２００によって引き出したＣＮＴ繊維群Ｆを、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆと共に糸製造部４に容易に供給することができる。

吸引管２１０を円弧状に形成し、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆの周りを囲むように吸引管２１０を進退させる。この場合、吸引管２１０によってＣＮＴ繊維群Ｆが引き出された状態で吸引管２１０をＣＮＴ形成基板Ｓから離れる方向に後退させると、吸引管２１０によって引き出されたＣＮＴ繊維群ＦがＣＮＴ形成基板Ｓからの引き出し位置を支点として揺動する。そして、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆの周りを囲むように吸引管２１０を更に後退させることで、吸引管２１０によって引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆが、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆに接触する。これにより、吸引管２１０によって引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆを、他のＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆに容易に接触させることができる。

初期引き出し部２００は、駆動ローラ２０３と、第１従動ローラ２０４及び第２従動ローラ２０５との間に吸引管２１０を挟み込み、駆動ローラ２０３を駆動することで吸引管２１０を進退させる。この場合には、駆動ローラ２０３を駆動することで、吸引管２１０を容易に進退させることができる。

吸引管２１０に、駆動ローラ２０３の凹部２０３ａと係合するガイド２１２を設ける。これにより、初期引き出し部２００は、吸引管２１０が回転することなく、予め定められた向きで吸引管２１０を進退させることができる。

以上、本発明の一実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、状態監視部６を用いてＣＮＴ糸Ｙの太さを検知するものとしたが、状態監視部６に代えて、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆをカメラによって撮像し、撮像された画像を処理することによってＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆの量、或は、引き出しの有無等を監視してもよい。この場合、供給制御部２５０は、撮像された画像に基づいて得られるＣＮＴ繊維群Ｆの量、或は、引き出しの有無等に基づいて、初期引き出し部２００を制御することができる。

ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出す際に、吸引口２１３からの吸引力を用いるものとしたが、吸引力以外の方法によってＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すこともできる。例えば、マイクロドリルと称される治具等によって、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すことができる。或いは、粘着テープ又は鉤状部材等により、ＣＮＴ繊維群Ｆを引き出してもよい。

吸引管２１０にガイド２１２を設け、ガイド２１２を駆動ローラ２０３の凹部２０３ａに係合させるものとしたが、吸引口２１３における第１従動ローラ２０４側にガイド２１２を設け、ガイド２１２を第１従動ローラ２０４或は第２従動ローラ２０５に係合させることもできる。或いは、ガイド２１２を、吸引管２１０における駆動ローラ２０３側及び第１従動ローラ２０４側の双方に設け、駆動ローラ２０３の凹部２０３ａ及び第１従動ローラ２０４の凹部２０４ａ等に係合させることもできる。ガイド２１２としてラックギアを用い、駆動ローラ２０３としてピニオンギアを用いることで、吸引管２１０をより確実に動作させることができる。

ＣＮＴ繊維群Ｆの供給源として、ＣＮＴ形成基板Ｓに代えて、カーボンナノチューブを連続的に合成してＣＮＴ繊維群Ｆを供給する装置等を用いてもよい。気流によりＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを施す糸製造部４を用いるものとしたが、気流を用いる以外の方法によってＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを施す糸製造部を用いてもよい。糸製造部４及び巻取部７に代えて、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚り（実撚り）を掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造しながらＣＮＴ糸Ｙを巻き取る装置等を用いてもよい。また、細管を用いて無撚りの凝集糸を製造してもよい。この場合には、撚りの伝播点Ｇが生じないので、伝播点Ｇの位置にＣＮＴ繊維群Ｆを集中させるローラ又はガイドを採用してもよい。

本発明によれば、所望の太さのカーボンナノチューブ糸を安定して製造することが可能となる。

１…糸製造装置、４…糸製造部、６…状態監視部、７…巻取部（連続引き出し部）、１０…基板支持部、１１ａ…吸引口（基板支持部の吸引口）、２０…供給状態変更機構、３０…基板交換機構、２００…初期引き出し部、２０３…駆動ローラ、２０３ａ…凹部、２０４…第１従動ローラ（従動ローラ）、２０４ａ…凹部、２０５…第２従動ローラ（従動ローラ）、２０５ａ…凹部、２１０…吸引管、２０６…駆動モータ（駆動部）、２１２…ガイド、２１３…吸引口、２５０…供給制御部（供給状態変更機構の制御部）、３００…基板交換部、３０１…アーム（移動機構部）、３０２…アーム駆動部（移動機構部）、３０３…本体部（移動機構部）、３０４…保持部、３０４ａ…吸引口（保持部の吸引口）、３５０…交換制御部（基板交換機構の制御部）、３７０…残量監視部、Ｆ…ＣＮＴ繊維群、Ｓ…ＣＮＴ形成基板、Ｙ…ＣＮＴ糸、Ｗ…基板収容部。

Claims (9)

1. カーボンナノチューブ繊維群を凝集させてカーボンナノチューブ糸を製造する糸製造装置であって、
   カーボンナノチューブ形成基板を支持する基板支持部と、
   前記カーボンナノチューブ繊維群を前記カーボンナノチューブ形成基板から連続的に引き出す連続引き出し部と、
   前記連続引き出し部によって引き出された前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる糸製造部と、
   前記カーボンナノチューブ形成基板から引き出された前記カーボンナノチューブ繊維群、又は前記カーボンナノチューブ糸の状態を監視する状態監視部と、
   前記状態監視部による監視結果に基づいて、前記カーボンナノチューブ形成基板から引き出されて前記糸製造部に供給される前記カーボンナノチューブ繊維群の供給状態を変更する供給状態変更機構と、
   を備える糸製造装置。
2. 前記基板支持部は複数設けられ、
   前記供給状態変更機構は、前記カーボンナノチューブ繊維群を引き出す前記カーボンナノチューブ形成基板の数を変更することにより、前記カーボンナノチューブ繊維群の供給状態を変更する、
   請求項１に記載の糸製造装置。
3. 前記供給状態変更機構は、
   前記カーボンナノチューブ形成基板から前記カーボンナノチューブ繊維群を引き出し、引き出した前記カーボンナノチューブ繊維群を他の前記カーボンナノチューブ形成基板から引き出された前記カーボンナノチューブ繊維群に接触させる初期引き出し部と、
   前記カーボンナノチューブ繊維群を引き出す前記カーボンナノチューブ形成基板を追加する場合に、前記カーボンナノチューブ形成基板から前記カーボンナノチューブ繊維群を引き出し、引き出した前記カーボンナノチューブ繊維群を他の前記カーボンナノチューブ形成基板から引き出された前記カーボンナノチューブ繊維群に接触させるように前記初期引き出し部を制御する制御部と、
   を備える、請求項２に記載の糸製造装置。
4. 前記初期引き出し部は、吸引力により、前記カーボンナノチューブ形成基板から前記カーボンナノチューブ繊維群を引き出す、請求項３に記載の糸製造装置。
5. 前記初期引き出し部は、
   前記カーボンナノチューブ繊維群を吸引する吸引口が設けられた吸引管と、
   前記吸引管によって吸引された前記カーボンナノチューブ繊維群が前記他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出された前記カーボンナノチューブ繊維群と交差するように、前記カーボンナノチューブ繊維群の引き出し対象となる前記カーボンナノチューブ形成基板に対して前記吸引管を進退させる駆動部と、
   を備える請求項４に記載の糸製造装置。
6. 前記吸引管は円弧形状を有し、
   前記駆動部は、前記他のカーボンナノチューブ形成基板から引き出された前記カーボンナノチューブ繊維群の周りを囲むように前記吸引管を進退させる、
   請求項５に記載の糸製造装置。
7. 前記駆動部は、前記吸引管を挟み込む、駆動ローラ及び従動ローラを備え、前記駆動ローラを駆動することで前記吸引管を進退させる、請求項６に記載の糸製造装置。
8. 前記吸引管における前記駆動ローラと対向する面には、前記吸引管の延在方向に沿って延在するガイドが設けられ、
   前記駆動ローラには、前記ガイドに係合する凹部が設けられる、
   請求項７に記載の糸製造装置。
9. 前記吸引管における前記従動ローラと対向する面には、前記吸引管の延在方向に沿って延在するガイドが設けられ、
   前記従動ローラには、前記ガイドに係合する凹部が設けられる、
   請求項７又は８に記載の糸製造装置。

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