JP6462418B2 - カーボンナノチューブ繊維の製造方法、カーボンナノチューブ繊維の製造装置およびカーボンナノチューブ繊維 - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブ繊維の製造方法、カーボンナノチューブ繊維の製造装置およびカーボンナノチューブ繊維に関する。
複数のカーボンナノチューブが連続するカーボンナノチューブ糸を、織物や導電線材などとして、各種産業製品に利用することが検討されている。
このようなカーボンナノチューブ糸の製造方法として、例えば、基板上に成長させたカーボンナノチューブの集合体から、カーボンナノチューブが一方向に配列して連続的につながるシート状態のカーボンナノチューブシートを複数引き出し、その複数のカーボンナノチューブシートを重ね合わせた後、撚り掛けおよび引き延ばして、カーボンナノチューブ撚糸を形成するカーボンナノチューブ撚糸の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法では、多数のカーボンナノチューブが一括して撚り掛けおよび引き延ばされるので、カーボンナノチューブ撚糸の密度の向上を図るには限度がある。そのため、このようなカーボンナノチューブ撚糸では、用途に応じた機械特性を十分に確保できない場合がある。
そこで、本発明の目的は、簡易な方法でありながら、機械特性の向上を図ることができるカーボンナノチューブ繊維、カーボンナノチューブ繊維の製造方法およびカーボンナノチューブ繊維の製造装置を提供することにある。
本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法は、基板上に配置され、前記基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を複数準備する工程と、複数の前記カーボンナノチューブ集合体のうち、少なくとも１つのカーボンナノチューブ集合体から、前記複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸を複数引き出した後、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸を束ねてカーボンナノチューブ中心糸を調製する工程と、複数の前記カーボンナノチューブ集合体のうち、少なくとも１つのカーボンナノチューブ集合体から、前記複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸を引き出した後、前記カーボンナノチューブ無撚糸を、前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程とを含むことを特徴としている。
このような方法によれば、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を束ねてカーボンナノチューブ中心糸を調製した後、そのカーボンナノチューブ中心糸に、カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられる。そのため、簡易な方法でありながら、カーボンナノチューブ繊維の密度の向上を容易に図ることができる。
また、カーボンナノチューブ繊維において、カーボンナノチューブ中心糸は確実に中心部に配置され、カーボンナノチューブ無撚糸はカーボンナノチューブ中心糸の周囲に配置される。そのため、カーボンナノチューブ繊維において、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸をバランス良く配置できる。
つまり、カーボンナノチューブ繊維の密度の向上を図ることができながら、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸をバランス良く配置できるので、カーボンナノチューブ繊維の機械特性の向上を確実に図ることができる。
また、カーボンナノチューブ無撚糸は、基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブから引き出されるので、カーボンナノチューブ無撚糸において、複数のカーボンナノチューブのそれぞれが、カーボンナノチューブ無撚糸の延びる方向に沿うように配向される。
そのため、複数のカーボンナノチューブ無撚糸が束ねられるカーボンナノチューブ中心糸、および、カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けられるカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれにおいて、カーボンナノチューブの配向性を確実に確保することができ、カーボンナノチューブ繊維において、カーボンナノチューブの配向性を確実に確保することができる。
また、前記カーボンナノチューブ中心糸を調製する工程において、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸を撚り合わせて、前記カーボンナノチューブ中心糸を撚糸として調製することが好適である。
このような方法によれば、カーボンナノチューブ中心糸が撚糸として調製されるので、カーボンナノチューブ中心糸の密度の向上を確実に図ることができ、ひいては、カーボンナノチューブ繊維の密度の向上を確実に図ることができる。
また、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を、前記カーボンナノチューブ中心糸の撚り方向に沿うように、前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けることが好適である。
このような方法によれば、カーボンナノチューブ無撚糸が、カーボンナノチューブ中心糸の撚り方向に沿うように、カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けられるので、カーボンナノチューブ中心糸を構成するカーボンナノチューブ無撚糸の撚り方向と、カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けられるカーボンナノチューブ無撚糸の巻付方向とを揃えることができる。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸のカーボンナノチューブの配向方向と、カーボンナノチューブ無撚糸のカーボンナノチューブの配向方向とを揃えることができ、カーボンナノチューブ繊維において、カーボンナノチューブの配向性をより確実に確保することができる。
また、前記カーボンナノチューブ集合体を複数準備する工程は、前記基板上に触媒層を配置する工程と、前記基板に原料ガスを供給することにより、前記触媒層を起点として、前記複数のカーボンナノチューブを成長させる工程とを含んでいることが好適である。
このような方法によれば、基板上に配置される触媒層を起点として、複数のカーボンナノチューブが成長するので、複数のカーボンナノチューブを確実に基板に対して垂直に配向することができ、カーボンナノチューブ集合体を確実に準備することができる。
また、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ集合体から、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸を引き出し、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸のうち、少なくとも２つの前記カーボンナノチューブ無撚糸を、巻き方向が互いに異なるように、前記カーボンナノチューブ中心糸に螺旋状に巻き付けることが好適である。
このような方法によれば、複数のカーボンナノチューブ無撚糸のうち、少なくとも２つのカーボンナノチューブ無撚糸が、巻き方向が互いに異なるように、カーボンナノチューブ中心糸に螺旋状に巻き付けられる。そのため、カーボンナノチューブ繊維において、カーボンナノチューブ無撚糸のカーボンナノチューブを、少なくとも２つの方向に配向させることができる。その結果、カーボンナノチューブ繊維の電気特性を適宜調整することができる。
また、前記カーボンナノチューブ中心糸を調製する工程において、前記カーボンナノチューブ中心糸に揮発性有機溶媒を付着させることが好適である。
このような方法によれば、カーボンナノチューブ中心糸に、カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられる前に、揮発性有機溶媒が付着される。そして、揮発性有機溶媒が付着されたカーボンナノチューブ中心糸に、カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられる。
その後、揮発性有機溶媒が気化することにより、カーボンナノチューブ中心糸の複数のカーボンナノチューブ無撚糸、および、カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けられるカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれが、互いに凝集する。
そのため、カーボンナノチューブ繊維の密度のさらなる向上を図ることができ、カーボンナノチューブ繊維の機械特性の向上をより一層確実に図ることができる。
また、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれを、金属を含有する金属含有液に浸漬した後、乾燥させるか、または、前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれに、金属を蒸着させることが好適である。
このような方法によれば、カーボンナノチューブ無撚糸をカーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれが、金属含有液に浸漬され金属を担持するか、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれに、金属が蒸着され金属膜が形成される。
そのため、カーボンナノチューブ繊維に金属の特性を付与することができるとともに、カーボンナノチューブ無撚糸をカーボンナノチューブ中心糸に巻き付けたときに、カーボンナノチューブ中心糸とカーボンナノチューブ無撚糸とを確実に密着させることができる。
また、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれを、高分子材料からなるフィルムに重ねるか、または、高分子材料を含有する高分子含有液に浸漬した後、乾燥させるか、あるいは、前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれに、高分子材料が溶解した高分子溶液をエレクトロスピニングすることが好適である。
このような方法によれば、カーボンナノチューブ無撚糸がカーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれに、高分子材料からなるフィルムが重ねられるか、高分子溶液がエレクトロスピニングされるか、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれが、高分子含有液に浸漬され高分子材料を担持する。
そのため、カーボンナノチューブ繊維に高分子材料の特性を付与することができるとともに、カーボンナノチューブ無撚糸をカーボンナノチューブ中心糸に巻き付けたときに、カーボンナノチューブ中心糸とカーボンナノチューブ無撚糸とを確実に密着させることができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法は、前記カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられた前記カーボンナノチューブ中心糸を加熱処理する工程をさらに含むことが好適である。
このような方法によれば、カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸を加熱処理するときに、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれが有する金属または高分子材料が互いに溶融するので、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれのカーボンナノチューブと、金属または高分子材料とを確実に複合化することができる。
また、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれを、ＵＶ処理またはプラズマ処理により表面処理することが好適である。
このような方法によれば、カーボンナノチューブ無撚糸をカーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれが、ＵＶ処理またはプラズマ処理により表面処理されるので、カーボンナノチューブ無撚糸をカーボンナノチューブ中心糸に巻き付けたときに、カーボンナノチューブ中心糸とカーボンナノチューブ無撚糸とを確実に密着させることができる。
本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造装置は、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を束ねて、所定方向に延びるカーボンナノチューブ中心糸を供給する第１供給部と、前記第１供給部に対して前記所定方向に間隔を空けて配置され、前記第１供給部から供給される前記カーボンナノチューブ中心糸を回収するように構成される回収部と、前記第１供給部と前記回収部との間に配置される前記カーボンナノチューブ中心糸に、カーボンナノチューブ無撚糸を供給する第２供給部とを備え、前記第１供給部および前記回収部のいずれか一方は、前記所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能である。
このような構成によれば、第１供給部が、複数のカーボンナノチューブ無撚糸が束ねて、カーボンナノチューブ中心糸を供給でき、第２供給部が、カーボンナノチューブ無撚糸をカーボンナノチューブ中心糸に供給できる。そして、第１供給部および回収部のいずれか一方が回転することにより、カーボンナノチューブ中心糸にカーボンナノチューブ無撚糸を巻き付けることができる。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸にカーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられるカーボンナノチューブ繊維を、効率よく製造することができる。
本発明のカーボンナノチューブ繊維は、複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸が複数束ねられるカーボンナノチューブ中心糸と、前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けられる前記カーボンナノチューブ無撚糸とを備えることを特徴としている。
このような構成によれば、複数のカーボンナノチューブ無撚糸が束ねられるカーボンナノチューブ中心糸に、カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられているので、カーボンナノチューブ繊維の密度の向上を容易に図ることができながら、カーボンナノチューブ中心糸を中心部に配置でき、カーボンナノチューブ無撚糸をカーボンナノチューブ中心糸の周囲に配置できる。
つまり、カーボンナノチューブ繊維の密度の向上を図ることができながら、カーボンナノチューブ中心糸およびカーボンナノチューブ無撚糸をバランス良く配置できるので、機械特性の向上を確実に図ることができる。
本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法は、簡易な方法でありながら、機械特性の向上を図ることができる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、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造装置は、カーボンナノチューブ中心糸にカーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられるカーボンナノチューブ繊維を、効率よく製造することができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ繊維は、機械特性の向上を確実に図ることができる。
１．第１実施形態
本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法は、例えば、図２および図３Ａに示すように、カーボンナノチューブ集合体１３を有するカーボンナノチューブ支持体５を複数準備する工程と、カーボンナノチューブ集合体１３から複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出し束ねて、カーボンナノチューブ中心糸２を調製する工程と、カーボンナノチューブ集合体１３からカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出し、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける工程とを含んでいる。
本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法は、例えば、図２および図３Ａに示すように、カーボンナノチューブ集合体１３を有するカーボンナノチューブ支持体５を複数準備する工程と、カーボンナノチューブ集合体１３から複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出し束ねて、カーボンナノチューブ中心糸２を調製する工程と、カーボンナノチューブ集合体１３からカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出し、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける工程とを含んでいる。
このような製造方法では、まず、カーボンナノチューブ支持体５を複数準備する。
カーボンナノチューブ支持体５は、基板８と、基板８上に配置されるカーボンナノチューブ集合体１３とを備えている。
基板８は、平面視略矩形形状の板状を有しており、具体的には、所定の厚みを有し、厚み方向と直交する所定方向に延び、平坦な表面および平坦な裏面を有している。
カーボンナノチューブ集合体１３は、基板８に対して直交するように配向（垂直に配向）される複数のカーボンナノチューブ１２を備えている。
このようなカーボンナノチューブ支持体５を調製（準備）するには、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により、基板８上に複数のカーボンナノチューブ１２を成長させる。
この方法では、まず、図１Ａに示すように、基板８を準備する。
基板８は、特に限定されず、例えば、ＣＶＤ法に用いられる公知の基板が挙げられ、市販品を用いることができる。
基板８として、具体的には、シリコン基板や、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９などが挙げられ、好ましくは、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９が挙げられる。なお、図１Ａ〜図１Ｄおよび図２では、基板８が、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９である場合を示す。
そして、図１Ａに示すように、基板８上、好ましくは、二酸化ケイ素膜１０上に触媒層１１を形成する。
基板８上に触媒層１１を形成するには、金属触媒を、公知の成膜方法により、基板８（好ましくは、二酸化ケイ素膜１０）上に成膜する。
金属触媒としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどが挙げられ、好ましくは、鉄が挙げられる。このような金属触媒は、単独使用または２種類以上併用することができる。
成膜方法としては、例えば、真空蒸着およびスパッタリングが挙げられ、好ましくは、真空蒸着が挙げられる。
これによって、基板８上に触媒層１１が配置される。
なお、基板８が、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９である場合、二酸化ケイ素膜１０および触媒層１１は、例えば、特開２０１４−９４８５６号公報に記載されるように、二酸化ケイ素前駆体溶液と金属触媒前駆体溶液とが混合される混合溶液を、ステンレス基板９に塗布した後、その混合液を相分離させ、次いで、乾燥することにより、同時に形成することもできる。
次いで、触媒層１１が配置される基板８を、図１Ｂに示すように、例えば、７００℃以上９００℃以下に加熱する。これにより、触媒層１１が、凝集して、複数の粒状体１１Ａとなる。
そして、加熱された基板８に、図１Ｃに示すように、原料ガスを供給する。
原料ガスは、炭素数１〜４の炭化水素ガス（低級炭化水素ガス）を含んでいる。
炭素数１〜４の炭化水素ガスとしては、例えば、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス、エチレンガス、アセチレンガスなどが挙げられ、好ましくは、アセチレンガスが挙げられる。
また、原料ガスは、必要により、水素ガスや、不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴンなど）、水蒸気などを含むこともできる。
原料ガスが水素ガスや不活性ガスを含む場合、原料ガスにおける炭化水素ガスの濃度は、例えば、１体積％以上、好ましくは、３０体積％以上、例えば、９０体積％以下、好ましくは、５０体積％以下である。
原料ガスの供給時間としては、例えば、１分以上、好ましくは、５分以上、例えば、６０分以下、好ましくは、３０分以下である。
これによって、複数の粒状体１１Ａのそれぞれを起点として、複数のカーボンナノチューブ１２が成長する。なお、図１Ｃでは、便宜上、１つの粒状体１１Ａから、１つのカーボンナノチューブ１２が成長するように記載されているが、これに限定されず、１つの粒状体１１Ａから、複数のカーボンナノチューブ１２が成長してもよい。
このような複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれは、基板８上において、互いに略平行となるように、基板８の厚み方向に延びている。つまり、複数のカーボンナノチューブ１２は、基板８に対して直交するように配向（垂直に配向）されている。
複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブのいずれであってもよく、好ましくは、多層カーボンナノチューブである。これらカーボンナノチューブ１２は、単独使用または２種類以上併用することができる。
複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれの平均外径は、例えば、１ｎｍ以上、好ましくは、５ｎｍ以上、例えば、１００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以下、さらに好ましくは、２０ｎｍ以下である。
また、複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれの平均長さ（平均軸線方向寸法）は、例えば、１μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上、さらに好ましくは、２００μｍ以上、例えば、１０００μｍ以下、好ましくは、５００μｍ以下、さらに好ましくは、４００μｍ以下である。なお、カーボンナノチューブ１２の平均外径および平均長さは、例えば、ラマン分光分析や、電子顕微鏡観察などの公知の方法により測定される。
これによって、複数のカーボンナノチューブ１２を備えるカーボンナノチューブ集合体１３が、基板８上に形成される。
このようなカーボンナノチューブ集合体１３は、図２に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２が直線的に並ぶように配置される列１３Ａを、列１３Ａの延びる方向と直交する方向に複数備えている。これによって、カーボンナノチューブ集合体１３は、略シート形状に形成されている。
カーボンナノチューブ集合体１３において、複数のカーボンナノチューブ１２の嵩密度は、例えば、１０ｍｇ／ｃｍ３以上、好ましくは、２０ｍｇ／ｃｍ３以上、例えば、６０ｍｇ／ｃｍ３以下、好ましくは、５０ｍｇ／ｃｍ３以下である。なお、カーボンナノチューブ１２の嵩密度は、例えば、単位面積当たり質量（目付量：単位 ｍｇ／ｃｍ２）と、カーボンナノチューブの長さ（ＳＥＭ（日本電子社製）または非接触膜厚計（キーエンス社製）により測定）とから算出される。
そして、このような基板８およびカーボンナノチューブ集合体１３を備えるカーボンナノチューブ支持体５を、複数準備する。つまり、カーボンナノチューブ集合体１３を複数準備する。
より具体的には、複数のカーボンナノチューブ支持体５は、第１カーボンナノチューブ支持体６と、第２カーボンナノチューブ支持体７とを備えている。
第１カーボンナノチューブ支持体６は、カーボンナノチューブ中心糸２を調製するための複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出すものである。第１カーボンナノチューブ支持体６は、１つであってもよく、複数であってもよいが、好ましくは、１つである。
第２カーボンナノチューブ支持体７は、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けるためのカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出すものである。第２カーボンナノチューブ支持体７は、１つであってもよく、複数であってもよいが、好ましくは、複数である。
なお、図２では、第１カーボンナノチューブ支持体６が１つであり、第２カーボンナノチューブ支持体７が２つである態様を示している。
次いで、図１Ｄに示すように、第１カーボンナノチューブ支持体６のカーボンナノチューブ集合体１３から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出す。
カーボンナノチューブ集合体１３からカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出すには、例えば、カーボンナノチューブ集合体１３のうち、一部のカーボンナノチューブ１２を、図示しない引出具により、基板８の厚み方向と交差する方向、好ましくは、列１３Ａが延びる方向に引っ張る。
すると、引っ張られたカーボンナノチューブ１２は、対応する粒状体１１Ａから引き抜かれる。このとき、引き抜かれるカーボンナノチューブ１２に隣接するカーボンナノチューブ１２は、引き抜かれるカーボンナノチューブ１２との摩擦力およびファンデルワ―ルス力により、そのカーボンナノチューブ１２の一端（上端）が、引き抜かれるカーボンナノチューブ１２の他端（下端）に付着され、対応する粒状体１１Ａから引き抜かれる。
これによって、複数のカーボンナノチューブ１２が、順次連続して、カーボンナノチューブ集合体１３から引き出され、複数のカーボンナノチューブ１２が連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸３を形成する。
より詳しくは、カーボンナノチューブ無撚糸３において、連続するカーボンナノチューブ１２は、先側のカーボンナノチューブ１２の他端（下端）が、次に連続するカーボンナノチューブ１２の一端（上端）に付着されている。
また、カーボンナノチューブ集合体１３は、図２に示すように、複数のカーボンナノチューブ１２からなる列１３Ａを複数備えているので、第１カーボンナノチューブ支持体６のカーボンナノチューブ集合体１３から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を一括して引き出すことができる。この場合には、複数の列１３Ａのカーボンナノチューブ１２を同時に引き出す（図２の拡大図参照）。これにより、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が、第１カーボンナノチューブ支持体６のカーボンナノチューブ集合体１３から一括して引き出される。
カーボンナノチューブ無撚糸３の引き出し速度としては、例えば、１０ｍｍ／分以上、好ましくは、３０ｍｍ／分以上、例えば、１００ｍｍ／分以下、好ましくは、７０ｍｍ／分以下である。
以上によって、第１カーボンナノチューブ支持体６のカーボンナノチューブ集合体１３から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が引き出される。
複数のカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれは、撚り合わされていない無撚糸であって、糸形状（線形状）を有している。つまり、カーボンナノチューブ無撚糸３の撚り角度は、略０°である。そして、複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれは、カーボンナノチューブ無撚糸３において、直線状に連続しており、カーボンナノチューブ無撚糸３の延びる方向に沿うように配向されている。
複数のカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれの径（複数のカーボンナノチューブ無撚糸３からなるカーボンナノチューブシートの厚み）は、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは、６０ｎｍ以上、例えば、１００ｎｍ以下、好ましくは、８０ｎｍ以下である。
次いで、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を束ねてカーボンナノチューブ中心糸２を調製する。
複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を束ねる方法としては、特に制限されず、例えば、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を、穴部を有するダイを通過させる方法（例えば、特開２０１４−１６９５２１号公報に記載の方法など）、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を、複数のローラにより挟む方法（例えば、特開２０１１−２０８２９６号公報に記載の方法など）、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を、僅かな間隔を隔てて配置される１対の軸部の間を通過させる方法などが挙げられる。
このような方法の中では、好ましくは、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を、僅かな間隔を隔てて配置される１対の軸部２９の間を通過させる方法が挙げられる。
１対の軸部２９のそれぞれは、詳しくは後述するが、カーボンナノチューブ無撚糸３の延びる方向と直交する方向に延びており、軸線を中心として回転可能に構成されている。
そして、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が束ねられることにより、所定方向に延びるカーボンナノチューブ中心糸２が調製される。
カーボンナノチューブ中心糸２は、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が撚り合わされていない無撚糸であってもよいが、好ましくは、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が撚り合わされる撚糸である。
カーボンナノチューブ中心糸２が撚糸である場合、カーボンナノチューブ中心糸２の撚角度θ１は、図３Ａに示すように、例えば、４０°以上８５°以下、好ましくは、５０°以上７５°以下である。
カーボンナノチューブ中心糸２の径は、例えば、５μｍ以上、好ましくは、１０μｍ以上、例えば、５０μｍ以下、好ましくは、４５μｍ以下、さらに好ましくは、３０μｍ以下である。
カーボンナノチューブ中心糸２の径が、上記下限以上であれば、カーボンナノチューブ中心糸２の機械強度を確実に確保することができ、上記上限以下であれば、カーボンナノチューブ中心糸２の密度の向上（つまり、カーボンナノチューブ中心糸２の空隙率の低下）を確実に図ることができる。
より具体的には、カーボンナノチューブ中心糸２の嵩密度は、例えば、０．６ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは、０．８ｇ／ｃｍ３以上、例えば、２．０ｇ／ｃｍ３以下である。なお、カーボンナノチューブ中心糸２が撚糸である場合、カーボンナノチューブ中心糸２の嵩密度は、例えば、０．６ｇ／ｃｍ３を超過する。
次いで、第２カーボンナノチューブ支持体７のカーボンナノチューブ集合体１３から、上記と同様にして、カーボンナノチューブ無撚糸３を引き出す。
また、好ましくは、第２カーボンナノチューブ支持体７のカーボンナノチューブ集合体１３から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を一括して引き出す。この場合、複数の列１３Ａのカーボンナノチューブ１２を同時かつ平行に引き出す（図２の拡大図参照）。これにより、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３は、カーボンナノチューブ無撚糸３の延びる方向と交差する方向に並列配置される。このように並列配置される複数のカーボンナノチューブ無撚糸３は、略シート形状を有しており、カーボンナノチューブシート１４として構成される。
また、第１実施形態では、複数の第２カーボンナノチューブ支持体７のそれぞれのカーボンナノチューブ集合体１３から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３（カーボンナノチューブシート１４）が引き出されている。
なお、以下において、第２カーボンナノチューブ支持体７から引き出されるカーボンナノチューブ無撚糸３を、カーボンナノチューブ巻付糸４とする。
次いで、カーボンナノチューブ巻付糸４（カーボンナノチューブシート１４）を、カーボンナノチューブ中心糸２の周面に巻き付ける。
カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けるには、例えば、カーボンナノチューブ巻付糸４の一端部をカーボンナノチューブ中心糸２（または、カーボンナノチューブ中心糸２の周りに巻き付けられたカーボンナノチューブ無撚糸３）に固定した後、カーボンナノチューブ中心糸２を、カーボンナノチューブ中心糸２の軸線を中心として回転させる。
なお、カーボンナノチューブ中心糸２が一方に延びる方向と、カーボンナノチューブ巻付糸４が一方に延びる方向とがなす角θ２は、図３Ａに示しように、鋭角であって、その角の角度は、例えば、５°以上５０°以下、好ましくは、１５°以上４０°以下である。
また、カーボンナノチューブ巻付糸４は、好ましくは、カーボンナノチューブ中心糸２に対して螺旋状に巻き付けられる。このような場合、カーボンナノチューブ巻付糸４の一端部（カーボンナノチューブ１２の一端）をカーボンナノチューブ中心糸２に固定した後、カーボンナノチューブ中心糸２を、カーボンナノチューブ中心糸２の軸線を中心として回転させるとともに、所定方向の一方に向かって移動させる。
また、カーボンナノチューブ中心糸２が撚糸である場合、カーボンナノチューブ巻付糸４は、好ましくは、カーボンナノチューブ中心糸２の撚り方向に沿うように、カーボンナノチューブ中心糸２に対して螺旋状に巻き付けられる。
この場合、カーボンナノチューブ巻付糸４の一端部は、巻付角θ３（角θ２の余角）の角度が、カーボンナノチューブ中心糸２の撚角度θ１と略同じとなるように、カーボンナノチューブ中心糸２に固定される。より具体的には、カーボンナノチューブ巻付糸４の巻付角θ３は、カーボンナノチューブ中心糸２の撚角度θ１に対して、例えば、±５°以内、好ましくは、±３°以内である。
これによって、カーボンナノチューブ巻付糸４は、少なくとも１周、好ましくは、複数周、カーボンナノチューブ中心糸２の周面に巻き付けられる。
カーボンナノチューブ巻付糸４がカーボンナノチューブ中心糸２の周面に複数周巻き付けられる場合、カーボンナノチューブ中心糸２の周りには、図３Ｂに示すように、カーボンナノチューブ巻付糸４が、カーボンナノチューブ中心糸２の全周にわたって複数積層される。
カーボンナノチューブ巻付糸４の積層数としては、例えば、２０層以上、好ましくは、５０層以上、さらに好ましくは、８０層以上、例えば、２００層以下、好ましくは、１５０層以下、より好ましくは、１２０層以下である。
以上によって、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が束ねられるカーボンナノチューブ中心糸２と、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられるカーボンナノチューブ巻付糸４とを備えるカーボンナノチューブ繊維１が調製される。
カーボンナノチューブ繊維１において、カーボンナノチューブ中心糸２は、カーボンナノチューブ繊維１の略中央に配置されており、カーボンナノチューブ巻付糸４は、カーボンナノチューブ中心糸２の全周にわたって、カーボンナノチューブ中心糸２の周面に略一定の厚み（径方向寸法）で積層されている。
このようなカーボンナノチューブ繊維１の径は、例えば、２μｍ以上、好ましくは、５μｍ以上、さらに好ましくは、１０μｍ以上、例えば、７０μｍ以下、好ましくは、６０μｍ以下、さらに好ましくは、４０μｍ以下、とりわけ好ましくは、２０μｍ以下である。
カーボンナノチューブ繊維１の径が、上記下限以上であれば、カーボンナノチューブ繊維１の機械強度を確実に確保することができ、上記上限以下であれば、カーボンナノチューブ繊維１の密度の向上を確実に図ることができる。
より具体的には、カーボンナノチューブ繊維１の嵩密度は、例えば、０．６ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは、０．８ｇ／ｃｍ３以上、例えば、２．０ｇ／ｃｍ３以下である。なお、カーボンナノチューブ中心糸２が撚糸である場合、カーボンナノチューブ繊維１の嵩密度は、例えば、０．６ｇ／ｃｍ３を超過する。
このようなカーボンナノチューブ繊維１の破断強度は、例えば、２００ｍＮ以上、好ましくは、３００ｍＮ以上、例えば、８００ｍＮ以下、好ましくは、７００ｍＮ以下である。
なお、カーボンナノチューブ繊維１の破断強度は、一軸引張強度試験機により測定される。
このようなカーボンナノチューブ繊維１は、例えば、炭素繊維が用いられる織物（シート）、電気機器（例えば、モータ、トランス、センサーなど）の導電線材など各種産業製品に利用される。
このようなカーボンナノチューブ繊維の製造方法は、図２に示すように、例えば、カーボンナノチューブ繊維の製造装置の一例としての繊維製造装置２０により、連続的に実施される。
繊維製造装置２０は、第１供給部の一例としての中心糸供給部２１と、回収部２２と、第２供給部の一例としての巻付糸供給部２３とを備えている。
中心糸供給部２１は、カーボンナノチューブ中心糸２を所定方向一方に向かって送り出すように構成されており、第１カーボンナノチューブ支持体６と、図示しない引出具と、収束部２７とを備えている。
第１カーボンナノチューブ支持体６は、上記したように、基板８と、カーボンナノチューブ集合体１３とを備えている。
そして、第１カーボンナノチューブ支持体６は、カーボンナノチューブ集合体１３の列１３Ａの延びる方向が所定方向に沿うように配置されている。
また、第１カーボンナノチューブ支持体６のカーボンナノチューブ集合体１３は、平面視において略矩形形状を有している。そして、複数の列１３Ａのそれぞれにおいて、最も所定方向一方に位置するカーボンナノチューブ１２は、所定方向と直交する幅方向に直線的に並んでおり、カーボンナノチューブ集合体１３の所定方向一端部１３Ｘを構成している。
収束部２７は、第１カーボンナノチューブ支持体６に対して、所定方向の一方に間隔を空けて配置されている。収束部２７は、支持板２８と、１対の軸部２９とを備えている。
支持板２８は、幅方向に延びる平面視略矩形形状の板状を有している。
１対の軸部２９は、支持板２８の上面の略中央部分において、互いに僅かな間隔を隔てて配置されている。１対の軸部２９のそれぞれは、垂直方向に延びる略円柱形状を有しており、支持板２８に、軸芯周りに相対回転可能に支持されている。
回収部２２は、中心糸供給部２１から送り出されたカーボンナノチューブ中心糸２を回収するように構成されており、中心糸供給部２１に対して、所定方向の一方に間隔を空けて配置されている。回収部２２は、回転部３３と、回収軸３２と、軸駆動部３５と、回転駆動部３４とを備えている。
回転部３３は、所定方向の他方に向かって開放される平面視略コ字状を有しており、１対の軸支持部３３Ａと、連結部３３Ｂとを一体に有している。
１対の軸支持部３３Ａは、幅方向に互いに間隔を空けて配置されている。１対の軸支持部３３Ａのそれぞれは、所定方向に延びる略板形状を有している。
連結部３３Ｂは、１対の軸支持部３３Ａの所定方向の一端部間に架設されている。連結部３３Ｂは、幅方向に延びる略板形状を有している。
回収軸３２は、１対の軸支持部３３Ａの所定方向の他端部間に配置されている。回収軸３２は、幅方向に延びる略円柱形状を有しおり、その両端部のそれぞれが、対応する軸支持部３３Ａに回転可能に支持されている。
軸駆動部３５は、外部から電力が供給されることにより、回収軸３２に駆動力を供給するように構成されている。軸駆動部３５は、幅方向において１対の軸支持部２８Ａの間に配置され、所定方向において回収軸３２と連結部３３Ｂとの間に配置されている。
軸駆動部３５は、モータ軸３５Ａと、駆動伝達ベルト３５Ｂとを備えている。
モータ軸３５Ａは、１対の軸支持部３３Ａのうち一方の軸支持部３３Ａに回転可能に支持されており、図示しないモータ本体から駆動力が入力されることで回転する。
駆動伝達ベルト３５Ｂは、公知の無端ベルトであって、モータ軸３５Ａの幅方向一端部と、回収軸３２の幅方向一端部とに架け渡されている。
回転駆動部３４は、外部から電力が供給されることにより、回転部３３に駆動力を供給するように構成されている。回転駆動部３４は、回転部３３に対して、所定方向の一方に配置されている。
回転駆動部３４は、例えば、公知のモータからなり、モータ本体３４Ａと、モータ本体３４Ａに回転可能に支持されるモータ軸３４Ｂとを備えている。そして、モータ軸３４Ｂの所定方向他端部は、回転部３３の連結部３３Ｂの幅方向中央に固定されている。これによって、回転部３３は、モータ軸３４Ｂ、つまり、所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能である。
巻付糸供給部２３は、詳しくは後述するが、中心糸供給部２１と回収部２２との間に配置されるカーボンナノチューブ中心糸２に対して、カーボンナノチューブ無撚糸３（カーボンナノチューブ巻付糸４）を供給するように構成されている。
巻付糸供給部２３は、第２カーボンナノチューブ支持体７と、図示しない引出具とを備えている。
第２カーボンナノチューブ支持体７は、収束部２７と回収部２２との間に複数配置されており、具体的には、２つの第２カーボンナノチューブ支持体７である。
複数の第２カーボンナノチューブ支持体７のそれぞれは、上記したように、基板８と、カーボンナノチューブ集合体１３とを備えている。
そして、複数の第２カーボンナノチューブ支持体７のそれぞれは、カーボンナノチューブ集合体１３の列１３Ａの延びる方向が、所定方向および幅方向の両方向と交差するように配置されている。また、複数の第２カーボンナノチューブ支持体７は、カーボンナノチューブ集合体１３の列１３Ａの延びる方向が互いに略平行となるように、所定方向に間隔を空けて配置されている。
また、第２カーボンナノチューブ支持体７のカーボンナノチューブ集合体１３は、平面視において略矩形形状を有している。そして、複数の列１３Ａのそれぞれにおいて、最もカーボンナノチューブ中心糸２側に位置するカーボンナノチューブ１２は、列１３Ａの延びる方向と直交する方向に直線的に並んでおり、カーボンナノチューブ集合体１３の引出方向下流端部１３Ｙを構成している。
このような繊維製造装置２０では、第１カーボンナノチューブ支持体６のカーボンナノチューブ集合体１３から、図示しない引出具により、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出す。
より詳しくは、カーボンナノチューブ集合体１３の所定方向一端部１３Ｘを、図示しない引出具により、一括して保持し、所定方向一方に向かって引っ張る。
すると、複数の列１３Ａのそれぞれにおいて、複数のカーボンナノチューブ１２が連続するように引き出され、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が形成される。
そして、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を、１対の軸部２９の間に通過させる。このとき、１対の軸部２９のそれぞれは、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３と摺擦することにより、従動回転する。
これによって、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が束ねられて、１本のカーボンナノチューブ中心糸２が調製される。
そして、カーボンナノチューブ中心糸２を、巻付糸供給部２３に対して、幅方向の一方を通過するように、さらに所定方向の一方に向かって引き出して、カーボンナノチューブ中心糸２の所定方向一端部を、回収部２２の回収軸３２に固定する。これにより、カーボンナノチューブ中心糸２が、中心糸供給部２１から回収部２２にわたって架け渡される。
なお、この状態において、カーボンナノチューブ中心糸２は、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が撚り合わされていない無撚糸である。
次いで、複数の第２カーボンナノチューブ支持体７のそれぞれのカーボンナノチューブ集合体１３から、図示しない引出具により、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４（複数のカーボンナノチューブ無撚糸３）を引き出す。
より詳しくは、カーボンナノチューブ集合体１３の引出方向下流端部１３Ｙを、図示しない引出具により、一括して保持し、カーボンナノチューブ中心糸２に向かって引っ張る。
すると、複数の列１３Ａのそれぞれにおいて、複数のカーボンナノチューブ１２が連続するように引き出され、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４が形成される。このとき、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４は、引出方向と直交する方向に並列配置され、略シート形状となり、カーボンナノチューブシート１４を構成する。
そして、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれの一端部（カーボンナノチューブシート１４の一端部）を、収束部２７と回収部２２との間に配置されるカーボンナノチューブ中心糸２に固定する。
次いで、回収部２２の回転駆動部３４に電力を供給するとともに、軸駆動部３５に電力を供給する。
すると、回転駆動部３４のモータ軸３４Ｂのそれぞれが、所定方向一方から見て時計回り方向に回転し、それに伴って、回転部３３が、所定方向一方から見て時計回り方向に回転する。また、軸駆動部３５のモータ軸３５Ａが、幅方向他方から見て時計回り方向に回転し、それに伴って、回収軸３２が幅方向他方から見て時計回り方向に回転する。
これによって、カーボンナノチューブ中心糸２が、所定方向一方から見て時計回り方向に回転し撚り合わされるとともに、回収軸３２に巻き取られる。
より詳しくは、カーボンナノチューブ中心糸２は、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が、第１カーボンナノチューブ支持体６のカーボンナノチューブ集合体１３から連続的に引き出され、収束部２７に束ねられることにより、中心糸供給部２１から送り出され、回転しながら、所定方向一方に向かって移動した後、回収軸３２に巻き取られる。つまり、カーボンナノチューブ中心糸２は、回転しながら、中心糸供給部２１から回収部２２に向かって連続的に移動する。
このとき、カーボンナノチューブ中心糸２の回転速度（周速度）は、例えば、０．１ｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは、０．５ｍ／ｍｉｎ以上、例えば、１０ｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは、６．０ｍ／ｍｉｎ以下、さらに好ましくは、３．０ｍ／ｍｉｎ以下である。
また、カーボンナノチューブ中心糸２の移動速度は、例えば、０．１ｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは、０．５ｍ／ｍｉｎ以上、例えば、１０ｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは、６．０ｍ／ｍｉｎ以下、さらに好ましくは、３．０ｍ／ｍｉｎ以下である。
そして、カーボンナノチューブ中心糸２に一端部が固定されたカーボンナノチューブ巻付糸４は、カーボンナノチューブ中心糸２の回転および移動に伴って、カーボンナノチューブ中心糸２の撚り方向に沿うように、カーボンナノチューブ中心糸２の周りに螺旋状に巻き付けられる。これにより、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４は、第２カーボンナノチューブ支持体７のカーボンナノチューブ集合体１３からさらに引き出され、カーボンナノチューブ中心糸２に連続的に供給され、順次巻き付けられる。このとき、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４は、巻き方向が互いに同一である。
これにより、カーボンナノチューブ中心糸２の周りにカーボンナノチューブ巻付糸４が複数積層されるカーボンナノチューブ繊維１が調製される。
その後、カーボンナノチューブ繊維１は、回収軸３２の回転により、回収軸３２に巻き取られる。
以上によって、繊維製造装置２０による、カーボンナノチューブ繊維１の製造が完了する。
このような第１実施形態では、図２に示すように、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を束ねてカーボンナノチューブ中心糸２を調製した後、そのカーボンナノチューブ中心糸２に、カーボンナノチューブ巻付糸４（カーボンナノチューブ無撚糸３）が巻き付けられる。そのため、簡易な方法でありながら、カーボンナノチューブ繊維１の密度の向上を容易に図ることができる。
また、図３Ｂに示すように、カーボンナノチューブ繊維１において、カーボンナノチューブ中心糸２は確実に中心部に配置され、カーボンナノチューブ巻付糸４はカーボンナノチューブ中心糸２の周囲に配置される。そのため、カーボンナノチューブ繊維１において、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４をバランス良く配置できる。
つまり、カーボンナノチューブ繊維１の密度の向上を図ることができながら、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４をバランス良く配置できるので、カーボンナノチューブ繊維１の機械特性の向上を確実に図ることができる。
また、カーボンナノチューブ中心糸２は、図３Ａに示すように、撚糸として調製される。そのため、カーボンナノチューブ中心糸２の密度の向上を確実に図ることができ、ひいては、カーボンナノチューブ繊維１の密度の向上を確実に図ることができる。
また、カーボンナノチューブ巻付糸４は、図３Ａに示すように、カーボンナノチューブ中心糸２の撚り方向に沿うように、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる。そのため、カーボンナノチューブ中心糸２を構成するカーボンナノチューブ無撚糸３の撚り方向と、カーボンナノチューブ巻付糸４の巻付方向とを揃えることができる。
そのため、カーボンナノチューブ繊維１において、カーボンナノチューブ１２の配向性をより確実に確保することができる。
また、カーボンナノチューブ無撚糸３は、図１Ｄに示すように、基板８に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブ１２から引き出されるので、カーボンナノチューブ無撚糸３において、複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれが、カーボンナノチューブ無撚糸３の延びる方向に沿うように配向される。
そのため、図３Ｂに示すように、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３が束ねられるカーボンナノチューブ中心糸２、および、カーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれにおいて、カーボンナノチューブ１２の配向性を確実に確保することができ、カーボンナノチューブ繊維１において、カーボンナノチューブ１２の配向性を確実に確保することができる。
また、図１Ｃに示すように、カーボンナノチューブ集合体１３を複数準備する工程は、触媒層１１が配置される基板８に原料ガスを供給することにより、触媒層１１を起点として、複数のカーボンナノチューブ１２が成長する。
そのため、複数のカーボンナノチューブ１２を確実に基板８に対して垂直に配向することができ、カーボンナノチューブ集合体１３を確実に準備することができる。
また、繊維製造装置２０では、図２に示すように、中心糸供給部２１が、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を束ねて、カーボンナノチューブ中心糸２を供給でき、巻付糸供給部２３が、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に供給できる。そして、回収部２２が回転することにより、カーボンナノチューブ中心糸２にカーボンナノチューブ巻付糸４を巻き付けることができる。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸２にカーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられるカーボンナノチューブ繊維１を、効率よく製造することができる。
また、カーボンナノチューブ中心糸２にカーボンナノチューブ巻付糸４を巻き付ける工程において、巻付糸供給部２３の回収軸３２が、幅方向に沿う軸線を中心として回転するとともに、回転部３３が、所定方向に沿う軸線を中心として回転する。
これによって、カーボンナノチューブ中心糸２が撚り合わされるとともに、カーボンナノチューブ巻付糸４がカーボンナノチューブ中心糸２に螺旋状に巻き付けられる。
つまり、カーボンナノチューブ中心糸２の撚り合わせと、カーボンナノチューブ巻付糸４の巻き付けとを同時に実施することができる。そのため、カーボンナノチューブ繊維１の生産効率の向上を図ることができる。
なお、第１実施形態の繊維製造装置２０では、巻付糸供給部２３の回転部３３が、所定方向に沿う軸線を中心として回転するが、これに限定されず、中心糸供給部２１の第１カーボンナノチューブ支持体６が、所定方向に沿う軸線を中心として回転するように構成することもできる。
これによっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
２．第２実施形態
次に、図４を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態では、上記した第１実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
２．第２実施形態
次に、図４を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態では、上記した第１実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第１実施形態では、図２に示すように、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４が、カーボンナノチューブ中心糸２に対して、互いに巻き方向が同一となるように螺旋状に巻き付けられているが、これに限定されない。
第２実施形態では、図４に示すように、複数のカーボンナノチューブ巻付糸４のうち、少なくとも２つのカーボンナノチューブ巻付糸４が、カーボンナノチューブ中心糸２に対して、巻き方向が互いに異なるように螺旋状に巻き付けられている。
このような場合、例えば、繊維製造装置２０の巻付糸供給部２３において、複数（２つ）の第２カーボンナノチューブ支持体７は、カーボンナノチューブ集合体１３の列１３Ａの延びる方向が互いに交差するように、所定方向に間隔を空けて配置されている。
より具体的には、２つの第２カーボンナノチューブ支持体７のうち、所定方向の他方の第２カーボンナノチューブ支持体７は、列１３Ａの延びる方向が、幅方向の他方から一方に向かうにつれて、所定方向の他方から一方に傾斜するように配置される。また、所定方向の一方の第２カーボンナノチューブ支持体７は、列１３Ａの延びる方向が、幅方向の他方から一方に向かうにつれて、所定方向の一方から他方に傾斜するように配置される。
そして、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける工程において、所定方向の他方の第２カーボンナノチューブ支持体７のカーボンナノチューブ集合体１３から、引き出される第１のカーボンナノチューブ巻付糸４Ａは、カーボンナノチューブ中心糸２に対して、左巻き（Ｓ巻き）となるように螺旋状に巻き付けられる。
なお、カーボンナノチューブ中心糸２が一方に延びる方向と、第１のカーボンナノチューブ巻付糸４Ａが一方に延びる方向とがなす角θ２は、鋭角であって、角θ２の角度は、例えば、２０°以上８０°以下である。
また、所定方向の一方の第２カーボンナノチューブ支持体７のカーボンナノチューブ集合体１３から、引き出される第２のカーボンナノチューブ巻付糸４Ｂは、第１のカーボンナノチューブ巻付糸４Ａが巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２に対して、右巻き（Ｚ巻き）となるように螺旋状に巻き付けられる。
なお、カーボンナノチューブ中心糸２が一方に延びる方向と、第２のカーボンナノチューブ巻付糸４Ｂが一方に延びる方向とがなす角θ４は、鈍角であって、角θ４の角度は、例えば、１１０°以上１７０°以下である。
このような第２実施形態では、第１のカーボンナノチューブ巻付糸４Ａおよび第２のカーボンナノチューブ巻付糸４Ｂが、巻き方向が互いに異なるように、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる。
そのため、カーボンナノチューブ繊維１において、第１のカーボンナノチューブ巻付糸４Ａのカーボンナノチューブ１２と、第２のカーボンナノチューブ巻付糸４Ｂのカーボンナノチューブ１２とを互いに異なる方向に配向させることができる。その結果、カーボンナノチューブ繊維１の電気特性を適宜調整することができる。
このような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
３．第３実施形態
次に、図５を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態では、上記した第１実施形態および第２実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
３．第３実施形態
次に、図５を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態では、上記した第１実施形態および第２実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第３実施形態では、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を凝集させるために、カーボンナノチューブ中心糸２に、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられる前に、揮発性有機溶媒を付着させる。
揮発性有機溶媒は、沸点（ａｔ １ａｔｍ）が、１００℃未満の有機溶媒であって、例えば、アルコール類（例えば、メタノール（沸点：６４．７℃）、エタノール（沸点：７８．４℃）、プロパノール（沸点：９８℃）など）、ケトン類（例えば、アセトン（沸点：５６．５℃）など）、エーテル類（例えば、ジエチルエーテル（沸点：３５℃）、テトラヒドロフラン（沸点：６６℃）など）、アルキルエステル類（例えば、酢酸エチル（沸点：７７．１℃）など）、ハロゲン化脂肪族炭化水素類（例えば、クロロホルム（沸点：６１．２℃）、ジクロロメタン（沸点：４０℃）など）などが挙げられる。
このような揮発性有機溶媒のなかでは、好ましくは、沸点（ａｔ １ａｔｍ）が８０℃以下の有機溶媒、さらに好ましくは、アルコール類、とりわけ好ましくは、エタノールが挙げられる。
このような揮発性有機溶媒は、単独使用または２種類以上併用することができる。
そして、カーボンナノチューブ中心糸２に、揮発性有機溶媒を付着させるには、例えば、揮発性有機溶媒を、カーボンナノチューブ中心糸２に向けて霧状に吹き付ける。
このような場合、繊維製造装置２０の中心糸供給部２１は、噴霧部３７を備えている。
噴霧部３７は、収束部２７と巻付糸供給部２３との間において、カーボンナノチューブ中心糸２に対して間隔を空けて配置されている。
噴霧部３７は、内部に揮発性有機溶媒が貯留されており、揮発性有機溶媒をカーボンナノチューブ中心糸２に向かって噴霧可能に構成されている。
これによって、中心糸供給部２１から供給されるカーボンナノチューブ中心糸２は、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられる前に、噴霧部３７により、揮発性有機溶媒が付着される。
また、繊維製造装置２０は、必要により、乾燥部３６を備えている。
乾燥部３６は、巻付糸供給部２３と回収部２２との間に配置されている。乾燥部３６は、公知の乾燥装置であって、内部に、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２（カーボンナノチューブ繊維１）が通過するように構成されている。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸２は、揮発性有機溶媒が付着され、次いで、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられた後、乾燥部３６を通過し、乾燥される。
これらによって、揮発性有機溶媒が気化して、カーボンナノチューブ中心糸２の複数のカーボンナノチューブ無撚糸３、および、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられるカーボンナノチューブ巻付糸４（カーボンナノチューブ無撚糸３）のそれぞれが、互いに凝集する。
そのため、カーボンナノチューブ繊維１の密度のさらなる向上を図ることができる。より具体的には、カーボンナノチューブ繊維１の嵩密度は、例えば、０．６ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは、０．８ｇ／ｃｍ３以上、例えば、２．０ｇ／ｃｍ３以下である。
その結果、カーボンナノチューブ繊維１の機械特性の向上をより一層確実に図ることができる。
このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
４．第４実施形態
次に、図６を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態では、上記した第１実施形態〜第３実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
４．第４実施形態
次に、図６を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態では、上記した第１実施形態〜第３実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第４実施形態では、カーボンナノチューブ巻付糸４が、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる前に、上記の揮発性有機溶媒に浸漬される。
このような場合、繊維製造装置２０の巻付糸供給部２３は、浸漬部３８を備えている。
浸漬部３８は、複数の第２カーボンナノチューブ支持体７のそれぞれに１つずつ対応しており、第２カーボンナノチューブ支持体７と、カーボンナノチューブ中心糸２との間に配置されている。
浸漬部３８のそれぞれは、浸漬槽４０と、複数のローラ３９とを備えている。
浸漬槽４０は、上方に向かって開放される略ボックス形状を有しており、その内部に、揮発性有機溶媒が貯留されている。
複数のローラ３９のそれぞれは、カーボンナノチューブ巻付糸４が、浸漬槽４０内の揮発性有機溶媒に浸漬されるように、所定の位置に適宜配置されている。
これによって、第２カーボンナノチューブ支持体７のカーボンナノチューブ集合体１３から引き出されたカーボンナノチューブ巻付糸４は、浸漬槽４０内の揮発性有機溶媒に浸漬された後、カーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる。
その後、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２は、必要により、乾燥部３６を通過するときに乾燥される。
そのため、カーボンナノチューブ繊維１の密度のさらなる向上を図ることができ、カーボンナノチューブ繊維１の機械特性の向上をより一層確実に図ることができる。
このような第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
５．第５実施形態
次に、図７を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態では、上記した第１実施形態〜第４実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
５．第５実施形態
次に、図７を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態では、上記した第１実施形態〜第４実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第５実施形態では、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれを、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける前に、表面処理する。
表面処理としては、ＵＶ処理またはプラズマ処理が挙げられる。なお、表面処理は、好ましくは、真空下または不活性ガス雰囲気下において実施される。
例えば、表面処理がＵＶ処理により実施される場合、繊維製造装置２０の中心糸供給部２１および巻付糸供給部２３のそれぞれは、ＵＶ装置４３を備えている。
中心糸供給部２１のＵＶ装置４３は、収束部２７と巻付糸供給部２３との間に配置されており、内部にカーボンナノチューブ中心糸２が通過するように構成されている。
ＵＶ装置４３としては、特に制限されず、表面処理に用いられる公知のＵＶ照射装置が挙げられる。
巻付糸供給部２３のＵＶ装置４３は、複数の第２カーボンナノチューブ支持体７のそれぞれに１つずつ対応しており、第２カーボンナノチューブ支持体７と、カーボンナノチューブ中心糸２との間に配置されている。また、巻付糸供給部２３のＵＶ装置４３は、内部にカーボンナノチューブ巻付糸４が通過するように構成されている。
そして、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれは、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける前に、ＵＶ装置４３により表面処理される。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれの表面が改質されて、それらの密着性が向上する。
また、表面処理がプラズマ処理により実施される場合、繊維製造装置２０の中心糸供給部２１および巻付糸供給部２３のそれぞれは、ＵＶ装置４３に代えて、プラズマ装置４４を備える。
プラズマ装置４４としては、特に制限されず、表面処理に用いられる公知のプラズマ発生装置が挙げられる。
このような第５実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
６．第６実施形態
次に、図８を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第６実施形態について説明する。なお、第６実施形態では、上記した第１実施形態〜第５実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
６．第６実施形態
次に、図８を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第６実施形態について説明する。なお、第６実施形態では、上記した第１実施形態〜第５実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第６実施形態では、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けて、カーボンナノチューブ繊維１を調製した後、カーボンナノチューブ繊維１をプレスする。
このような場合、繊維製造装置２０は、１対の加圧ローラ４６を備えている。
１対の加圧ローラ４６は、所定方向において、巻付糸供給部２３と回収部２２との間に配置されている。１対の加圧ローラ４６のそれぞれは、幅方向に延びている。そして、１対の加圧ローラ４６は、カーボンナノチューブ繊維１を挟むように、所定方向および幅方向の両方向と交差する方向に互いに向かい合っている。
これによって、カーボンナノチューブ中心糸２にカーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ繊維１は、１対の加圧ローラ４６の間を通過するときに、プレスされる。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸２とカーボンナノチューブ巻付糸４とがより一層密着するとともに、カーボンナノチューブ中心糸２におけるカーボンナノチューブ無撚糸３およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれにおいて、複数のカーボンナノチューブ１２が互いに凝集する。
その結果、カーボンナノチューブ繊維１の機械特性のさらなる向上を確実に図ることができる。
また、このような第６実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
７．第７実施形態
次に、図６および図９を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第７実施形態について説明する。なお、第７実施形態では、上記した第１実施形態〜第６実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
７．第７実施形態
次に、図６および図９を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第７実施形態について説明する。なお、第７実施形態では、上記した第１実施形態〜第６実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第７実施形態では、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれを、金属を含有する金属含有液に浸漬した後、乾燥させる。
金属としては、特に制限されず、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、スズ、白金、金、および、それらを含む合金などが挙げられる。このような金属のなかでは、好ましくは、アルミニウム、チタン、銅、銀、金、および、それらを含む合金が挙げられ、さらに好ましくは、銅が挙げられる。
また、金属含有液としては、例えば、金属粒子が分散される金属分散液や、金属アルコキシドが溶解される金属アルコキシド溶液などが挙げられる。
このような場合、繊維製造装置２０の中心糸供給部２１および巻付糸供給部２３のそれぞれは、図６に示すように、浸漬部３８を備えている。
なお、中心糸供給部２１の浸漬部３８は、図６において仮想線で示されており、収束部２７と巻付糸供給部２３との間に配置されている。
また、複数の浸漬部３８の浸漬槽４０のそれぞれは、その内部に、金属含有液が貯留されている。
そして、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれは、ローラ３９により、対応する浸漬槽４０内の金属含有液に浸漬される。
これによって、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれは、カーボンナノチューブ巻付糸４がカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる前に、対応する浸漬槽４０内の金属含有液に浸漬された後、乾燥され、金属を担持する。
その後、金属を担持するカーボンナノチューブ巻付糸４が、金属を担持するカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる。
また、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれに、金属を蒸着させることもできる。
このような場合、繊維製造装置２０の中心糸供給部２１および巻付糸供給部２３のそれぞれは、図９に示すように、蒸着部４７を備えている。
中心糸供給部２１の蒸着部４７は、収束部２７と巻付糸供給部２３との間に配置されており、巻付糸供給部２３の蒸着部４７は、第２カーボンナノチューブ支持体７と、カーボンナノチューブ中心糸２との間に１つずつ配置されている。
蒸着部４７は、金属蒸着に用いられる公知の装置であって、特に制限されない。
これによって、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれは、カーボンナノチューブ巻付糸４がカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる前に、対応する蒸着部４７によって金属が蒸着され、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれに金属膜が形成される。
その後、金属膜が形成されたカーボンナノチューブ巻付糸４が、金属膜が形成されたカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる。
そのため、カーボンナノチューブ繊維１に金属の特性を付与することができるとともに、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けたときに、カーボンナノチューブ中心糸２とカーボンナノチューブ巻付糸４とを確実に密着させることができる。
また、図６および図９に示すように、第７実施形態では、好ましくは、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けた後、それらを加熱処理する。
カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２を加熱処理するには、例えば、それら全体を加熱してもよく、それらのうち、カーボンナノチューブ巻付糸４のみを局所加熱してもよい。
カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２全体を加熱する場合、例えば、それらを公知の加熱炉によって加熱する。また、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２のうち、カーボンナノチューブ巻付糸４のみを局所加熱する場合、例えば、高周波誘導加熱により、カーボンナノチューブ巻付糸４を加熱する。
加熱温度としては、例えば、例えば、８００℃以上、好ましくは、１０００℃以上、例えば、１５００℃以下、好ましくは、１３００℃以下である。
なお、加熱処理は、好ましくは、真空下または不活性ガス雰囲気下において実施される。
このような場合、繊維製造装置２０は、加熱部４８をさらに備えている。
加熱部２４は、巻付糸供給部２３と回収部２２との間に配置されている。加熱部２４は、公知の加熱炉であって、内部に、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２が通過するように構成されている。
そして、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２が加熱処理されると、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれが有する金属が互いに溶融する。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれのカーボンナノチューブ１２と、金属とを確実に複合化することができる。
また、このような第７実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
８．第８実施形態
次に、図６を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第８実施形態について説明する。なお、第８実施形態では、上記した第１実施形態〜第７実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
８．第８実施形態
次に、図６を参照して、本発明のカーボンナノチューブ繊維の製造方法の第８実施形態について説明する。なお、第８実施形態では、上記した第１実施形態〜第７実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第８実施形態では、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれを、高分子材料を含有する高分子含有液に浸漬した後、乾燥させる。
高分子材料としては、特に制限されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられ、好ましくは、熱可塑性樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））、ポリアミド、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ））、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタンなどが挙げられる。このような熱可塑性樹脂のなかでは、好ましくは、ポリエステルが挙げられる。
また、高分子材料として、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性高分子を用いることもできる。
高分子含有液としては、例えば、高分子材料が溶解される高分子材料溶液などが挙げられる。
このような場合、繊維製造装置２０の中心糸供給部２１および巻付糸供給部２３のそれぞれは、図６に示すように、浸漬部３８を備えており、浸漬部３８の浸漬槽４０には、高分子含有液が貯留されている。
そして、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれは、ローラ３９により、対応する浸漬槽４０内の高分子含有液に浸漬される。
これによって、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれは、カーボンナノチューブ巻付糸４がカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる前に、対応する浸漬槽４０内の高分子含有液に浸漬された後、乾燥され、高分子材料を担持する。
その後、高分子材料を担持するカーボンナノチューブ巻付糸４が、高分子材料を担持するカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けられる。
そのため、カーボンナノチューブ繊維１に高分子材料の特性を付与することができるとともに、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けたときに、カーボンナノチューブ中心糸２とカーボンナノチューブ巻付糸４とを確実に密着させることができる。
また、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれを、高分子材料からなるフィルムに重ねるか、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれに、高分子材料が溶解した高分子溶液をエレクトロスピニングすることもできる。
また、第８実施形態では、好ましくは、カーボンナノチューブ巻付糸４をカーボンナノチューブ中心糸２に巻き付けた後、それらを加熱処理する。
カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２を加熱処理するには、例えば、上記した方法が挙げられる。
加熱温度としては、例えば、２００℃以上、好ましくは、２５０℃以上、例えば、６００℃以下、好ましくは、４００℃以下である。
このような場合、繊維製造装置２０は、加熱部４８をさらに備えている。
そして、カーボンナノチューブ巻付糸４が巻き付けられたカーボンナノチューブ中心糸２が加熱処理されると、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれが有する高分子材料が互いに溶融する。
そのため、カーボンナノチューブ中心糸２およびカーボンナノチューブ巻付糸４のそれぞれのカーボンナノチューブ１２と、高分子材料とを確実に複合化することができる。
また、このような第８実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
これら第１実施形態〜第８実施形態は、適宜組み合わせることができる。
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
実施例１
ステンレス製の基板に二酸化ケイ素膜を積層した後、二酸化ケイ素膜上に、触媒層として鉄を蒸着した。
ステンレス製の基板に二酸化ケイ素膜を積層した後、二酸化ケイ素膜上に、触媒層として鉄を蒸着した。
次いで、基板を所定の温度に加熱して、触媒層に原料ガス（アセチレンガス）を供給した。これにより、基板上において、平面視略矩形形状のカーボンナノチューブ集合体が形成された。カーボンナノチューブ集合体において、複数のカーボンナノチューブは、互いに略平行となるように延び、基板に対して直交するように配向（垂直配向）されていた。カーボンナノチューブの平均外径は、約１２ｎｍ、カーボンナノチューブの平均長さは、約３００μｍ、カーボンナノチューブ集合体における、複数のカーボンナノチューブ１２の嵩密度は、約３０ｍｇ／ｃｍ３であった。
これによって、基板と、カーボンナノチューブ集合体とを備える第１カーボンナノチューブ支持体が調製された。
第１カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体は、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が１５ｍｍであった。
また、第１カーボンナノチューブ支持体の調製と同様にして、第２カーボンナノチューブ支持体を調製した。
第２カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体は、長手方向寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が１５ｍｍであった。
そして、第１カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体において、所定方向の一端に配置される複数のカーボンナノチューブを、引出具により、全幅にわたって一括して保持し、所定方向に引っ張った。これによって、第１カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を引き出した。複数のカーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれの径（カーボンナノチューブシートの厚み）は、約６０ｎｍ〜８０ｎｍであった。
次いで、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を、図２に示すように、収束部２７の１対の軸部２９の間を通過させることにより束ねて、カーボンナノチューブ中心糸を調製した。
次いで、カーボンナノチューブ中心糸の所定方向一端部を、回収部２２の回収軸３２に固定し、カーボンナノチューブ中心糸を、第１カーボンナノチューブ支持体から回収部２２にわたって架け渡した。
また、第２カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体において、長手方向の一端に配置される複数のカーボンナノチューブを、引出具により、全幅にわたって一括して保持し、長手方向に引っ張った。これによって第２カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸（以下、カーボンナノチューブ巻付糸とする。）を引き出した。複数のカーボンナノチューブ巻付糸は、カーボンナノチューブ巻付糸の延びる方向と直交する方向に並列配置されており、略シート形状を形成していた。複数のカーボンナノチューブ巻付糸のそれぞれの径（カーボンナノチューブシートの厚み）は、約６０ｎｍ〜８０ｎｍであった。
次いで、複数のカーボンナノチューブ巻付糸のそれぞれの一端部を、収束部２７と回収部２２との間に配置されるカーボンナノチューブ中心糸に固定した。
そして、回転部３３を回転させるとともに、回収軸３２を回転させた。これによって、カーボンナノチューブ中心糸が、回転して撚り合わされるとともに、所定方向の一方に移動して、回収軸に巻き取られた。
撚り合わされたカーボンナノチューブ中心糸の径は、約２４μｍ〜２７μｍであった。カーボンナノチューブ中心糸の密度は、約０．８ｇ／ｃｍ３であった。
このとき、複数のカーボンナノチューブ巻付糸は、カーボンナノチューブ中心糸の回転および移動に伴って、カーボンナノチューブ中心糸の周りに螺旋状に巻き付けられた。
以上によって、カーボンナノチューブ中心糸の周りにカーボンナノチューブ巻付糸が、約１００層積層されるカーボンナノチューブ繊維を得た。カーボンナノチューブ繊維の径は、約３０μｍ〜３５μｍであった。カーボンナノチューブ繊維の密度は、０．９ｇ／ｃｍ３であった。
実施例２
実施例１と同様にして、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が４０ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備える第１カーボンナノチューブ支持体と、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が１５ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備える第２カーボンナノチューブ支持体とを準備した。
実施例１と同様にして、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が４０ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備える第１カーボンナノチューブ支持体と、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が１５ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備える第２カーボンナノチューブ支持体とを準備した。
次いで、第１カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を引き出した後、それらを束ね撚り合わせて、カーボンナノチューブ中心糸を調製した。
撚り合わされたカーボンナノチューブ中心糸の径は、約４０μｍ〜４５μｍであった。カーボンナノチューブ中心糸の密度は、約０．７ｇ／ｃｍ３であった。
また、第２カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ巻付糸を引き出し、カーボンナノチューブ中心糸の周りに螺旋状に巻き付けた。
以上によって、カーボンナノチューブ中心糸の周りにカーボンナノチューブ巻付糸が、約１００層積層されるカーボンナノチューブ繊維を得た。カーボンナノチューブ繊維の径は、約５０μｍ〜５５μｍであった。カーボンナノチューブ繊維の密度は、約０．８ｇ／ｃｍ３であった。
比較例１
実施例１と同様にして、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が３０ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備えるカーボンナノチューブ支持体を準備した。
実施例１と同様にして、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が３０ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備えるカーボンナノチューブ支持体を準備した。
そして、カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を引き出した後、それらを束ね撚り合わせて、カーボンナノチューブ繊維を得た。撚り合わされたカーボンナノチューブ繊維の径は、約３０μｍ〜３３μｍであった。カーボンナノチューブ繊維の密度は、約０．６ｇ／ｃｍ３であった。
比較例２
実施例１と同様にして、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が６０ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備えるカーボンナノチューブ支持体を準備した。
実施例１と同様にして、長手方向（所定方向）寸法が、２００ｍｍであり、幅方向寸法が６０ｍｍであるカーボンナノチューブ集合体を備えるカーボンナノチューブ支持体を準備した。
そして、カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を引き出した後、それらを束ねて、カーボンナノチューブ繊維を得た。カーボンナノチューブ繊維の径は、約５０μｍ〜５３μｍであった。カーボンナノチューブ繊維の密度は、約０．６ｇ／ｃｍ３であった。
評価：
実施例１で得られたカーボンナノチューブ繊維は、破断強度が３５０ｍＮ〜４００ｍＮであって、比較例１で得られたカーボンナノチューブ繊維（破断強度が２４０ｍＮ〜３２０ｍＮ）に対して、２０％程度の強度の向上が確認された。
実施例１で得られたカーボンナノチューブ繊維は、破断強度が３５０ｍＮ〜４００ｍＮであって、比較例１で得られたカーボンナノチューブ繊維（破断強度が２４０ｍＮ〜３２０ｍＮ）に対して、２０％程度の強度の向上が確認された。
実施例２で得られたカーボンナノチューブ繊維は、破断強度が６００ｍＮ〜７００ｍＮであって、比較例２で得られたカーボンナノチューブ繊維（破断強度が４９０ｍＮ〜６００ｍＮ）に対して、２０％程度の強度の向上が確認された。
なお、カーボンナノチューブ繊維の破断強度は、一軸引張強度試験機により測定した。
その結果を、表１に示す。
１ カーボンナノチューブ繊維
２ カーボンナノチューブ中心糸
３ カーボンナノチューブ無撚糸
８ 基板
１１ 触媒層
１２ カーボンナノチューブ
１３ カーボンナノチューブ集合体
２０ 繊維製造装置
２１ 中心糸供給部
２２ 回収部
２３ 巻付糸供給部
２ カーボンナノチューブ中心糸
３ カーボンナノチューブ無撚糸
８ 基板
１１ 触媒層
１２ カーボンナノチューブ
１３ カーボンナノチューブ集合体
２０ 繊維製造装置
２１ 中心糸供給部
２２ 回収部
２３ 巻付糸供給部
Claims (12)
- 基板上に配置され、前記基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を複数準備する工程と、
複数の前記カーボンナノチューブ集合体のうち、少なくとも１つのカーボンナノチューブ集合体から、前記複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸を複数引き出した後、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸を束ねてカーボンナノチューブ中心糸を調製する工程と、
複数の前記カーボンナノチューブ集合体のうち、少なくとも１つのカーボンナノチューブ集合体から、前記複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸を引き出した後、前記カーボンナノチューブ無撚糸を、前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程とを含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ繊維の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブ中心糸を調製する工程において、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸を撚り合わせて、前記カーボンナノチューブ中心糸を撚糸として調製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の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を、前記カーボンナノチューブ中心糸の撚り方向に沿うように、前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けることを特徴とする、請求項２に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ集合体を複数準備する工程は、
前記基板上に触媒層を配置する工程と、
前記基板に原料ガスを供給することにより、前記触媒層を起点として、前記複数のカーボンナノチューブを成長させる工程とを含んでいることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ集合体から、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸を引き出し、複数の前記カーボンナノチューブ無撚糸のうち、少なくとも２つの前記カーボンナノチューブ無撚糸を、巻き方向が互いに異なるように、前記カーボンナノチューブ中心糸に螺旋状に巻き付けることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ中心糸を調製する工程において、前記カーボンナノチューブ中心糸に揮発性有機溶媒を付着させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、
前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれを、金属を含有する金属含有液に浸漬した後、乾燥させるか、または、
前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれに、金属を蒸着させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、
前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれを、高分子材料からなるフィルムに重ねるか、または、高分子材料を含有する高分子含有液に浸漬した後、乾燥させるか、あるいは、
前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれに、高分子材料が溶解した高分子溶液をエレクトロスピニングすることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられた前記カーボンナノチューブ中心糸を加熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７または８に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付ける前に、
前記カーボンナノチューブ中心糸および前記カーボンナノチューブ無撚糸のそれぞれを、ＵＶ処理またはプラズマ処理により表面処理することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ繊維の製造方法。 - 複数のカーボンナノチューブ無撚糸を束ねて、所定方向に延びるカーボンナノチューブ中心糸を供給する第１供給部と、
前記第１供給部に対して前記所定方向に間隔を空けて配置され、前記第１供給部から供給される前記カーボンナノチューブ中心糸を回収するように構成される回収部と、
前記第１供給部と前記回収部との間に配置される前記カーボンナノチューブ中心糸に、カーボンナノチューブ無撚糸を供給する第２供給部とを備え、
前記第１供給部および前記回収部のいずれか一方は、前記所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能であることを特徴とする、カーボンナノチューブ繊維の製造装置。 - 複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸が複数束ねられるカーボンナノチューブ中心糸と、
前記カーボンナノチューブ中心糸に巻き付けられる前記カーボンナノチューブ無撚糸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。
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