JP7083240B2

JP7083240B2 - カーボンナノチューブワイヤの製造方法

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Publication number: JP7083240B2
Application number: JP2017173997A
Authority: JP
Inventors: 典史藤本
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: JP2019049077A

Description

本発明は、カーボンナノチューブワイヤの製造方法に関する。

近年、複数のカーボンナノチューブを様々な形状に成形し、電極またはセンサ等の様々な製品に利用することが提案されている。例えば、特許文献１では、基板上に立設したカーボンナノチューブの集合であるカーボンナノチューブアレイから、シート状のカーボンナノチューブウェブを引き出す技術が提案されている。また、カーボンナノチューブアレイから線状のカーボンナノチューブワイヤを引き出す技術も提案されている（特許文献２ないし特許文献８）。

特許文献５では、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、当該カーボンナノチューブ繊維群に向けて圧縮空気の旋回流を衝突させることにより撚りを施す技術が開示されている。特許文献６では、基板上に形成され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を引き出し、引き出されたカーボンナノチューブに撚掛手段によって撚りを掛けることにより、カーボンナノチューブ撚糸を形成する技術が開示されている。

国際公開第２０１６／２０８３４２号特開２０１６－１６０５３８号公報特許第６０５９０８９号公報特許第５３５０６３５号公報国際公開第２０１５／００１６６８号特開２０１１－１５３３９２号公報特開２０１４－１６９５２１号公報特開２００６－３３５６２４号公報

ところで、基板上に成長させたカーボンナノチューブアレイには、カーボンナノチューブアレイ製造時の基板作製工程やＣＶＤ工程等の製造環境により、周囲のカーボンナノチューブと直径または長さ等が異なるカーボンナノチューブ群が含まれている場合がある。このため、カーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブワイヤにおいて、長手方向の一部の直径または密度等が不均一となるおそれがある。また、特許文献５のように旋回流によってカーボンナノチューブワイヤを撚ると、カーボンナノチューブに不均一な力が加わり、カーボンナノチューブワイヤの不均一性が増大されるおそれがある。さらに、近年、カーボンナノチューブワイヤに対して、用途に合わせた高密度化が求められる場合もある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、カーボンナノチューブワイヤの均一性を向上させるとともに密度を増大させることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、カーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、ａ）複数のカーボンナノチューブが線状に撚られた初期カーボンナノチューブワイヤを準備する工程と、ｂ）前記初期カーボンナノチューブワイヤの送出速度と巻き取り速度との差によって前記初期カーボンナノチューブワイヤに長手方向に沿う方向の張力を付与して前記初期カーボンナノチューブワイヤを長手方向に伸張することにより、前記初期カーボンナノチューブワイヤを絞って前記初期カーボンナノチューブワイヤの内部の空隙を縮小し、前記初期カーボンナノチューブワイヤよりも密度が高い高密度カーボンナノチューブワイヤを形成する工程とを備え、前記ｂ）工程において、前記初期カーボンナノチューブワイヤに付与される前記張力が張力センサにより継続的に測定され、前記張力センサによる前記張力の測定値に基づいて、前記初期カーボンナノチューブワイヤの伸張時の荷重が一定に維持される。

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ワイヤの製造方法であって、前記ｂ）工程における前記初期カーボンナノチューブワイヤの伸張は複数回行われる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、前記高密度カーボンナノチューブワイヤの密度が、０．６ｇ／ｃｍ^３以上かつ１．６ｇ／ｃｍ^３以下である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、ｃ）前記ｂ）工程よりも後に、または、前記ｂ）工程と並行して、前記高密度カーボンナノチューブワイヤの表面を機能性材料膜にて被覆する工程をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、前記機能性材料膜が金属膜であり、前記ｃ）工程において、前記高密度カーボンナノチューブワイヤに対してめっき処理を行うことにより、前記高密度カーボンナノチューブワイヤの表面が前記金属膜にて被覆される。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、前記機能性材料膜が絶縁性材料膜である。

本発明では、カーボンナノチューブワイヤの均一性を向上させるとともに密度を増大させることができる。

第１の実施の形態に係る成形体製造装置の側面図である。成形体製造装置の平面図である。初期カーボンナノチューブワイヤおよび高密度カーボンナノチューブワイヤの特性を示す図である。初期カーボンナノチューブワイヤおよび高密度カーボンナノチューブワイヤの応力歪み曲線を示す図である。カーボンナノチューブワイヤの製造の流れの一部を示す図である。カーボンナノチューブワイヤの製造の流れの一部を示す図である。伸張装置の側面図である。第２の実施の形態に係る成形体製造装置の側面図である。カーボンナノチューブワイヤの製造の流れの一部を示す図である。被覆カーボンナノチューブワイヤの金属膜の膜厚と破断荷重との関係を示す図である。他の好ましい成形体製造装置を示す側面図である。伸張装置の側面図である。伸張装置の側面図である。第３の実施の形態に係る成形体製造装置を示す側面図である。他の好ましい成形体製造装置を示す側面図である。伸張装置の側面図である。伸張装置の側面図である。実施例１～４を示す図である。実施例１～４を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るカーボンナノチューブ成形体製造装置１（以下、単に「成形体製造装置１」と呼ぶ。）を示す側面図である。図２は、成形体製造装置１を示す平面図である。図１および図２に示す例では、成形体製造装置１は、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）により形成される線状（いわゆる、糸状）のカーボンナノチューブワイヤを、カーボンナノチューブ成形体として製造する。以下の説明では、図１中における上側および下側を、単に「上側」および「下側」と呼ぶ。図１中の上下方向は、必ずしも実際の鉛直方向と一致しなくてもよい。

成形体製造装置１は、基板保持部２１と、剥離部材２２と、移動機構２３と、ガイド部２４と、ワイヤ形成部２５と、引出機構２６と、伸張機構２７と、制御部６１とを備える。移動機構２３は、基板巻き取りロール２３１と、回転機構２３２とを備える。引出機構２６は、成形体巻き取りロール２６１と、回転機構２６２とを備える。伸張機構２７は、ワイヤ巻き取りロール２７１と、回転機構２７２と、張力センサ２７３とを備える。回転機構２３２，２６２，２７２はそれぞれ、例えば電動モータである。制御部６１は、成形体製造装置１の各構成を制御する。なお、図１以外の図面では、制御部６１の図示を省略する。

基板保持部２１は、多数のカーボンナノチューブの集合であるカーボンナノチューブアレイ９１が立設した基板９２を保持する。基板９２は、例えば、可撓性を有する長尺の薄板状部材である。基板９２は、例えば、シリコン基板、または、表面に二酸化ケイ素膜が設けられたステンレス鋼製の基板である。カーボンナノチューブアレイ９１は、例えば、化学気相成長法（すなわち、ＣＶＤ法）により、基板９２の表面９２１に対して略垂直に配向する多数のカーボンナノチューブを基板９２上に成長させることにより形成される。カーボンナノチューブアレイ９１の形成は、他の様々な方法により行われてもよい。

カーボンナノチューブアレイ９１の厚さ（すなわち、カーボンナノチューブアレイ９１に含まれるカーボンナノチューブの上下方向における長さ）は、例えば、５０μｍ～１０００μｍである。本実施の形態では、カーボンナノチューブアレイ９１の厚さは、５０μｍ～５００μｍである。カーボンナノチューブアレイ９１の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日本電子株式会社製）または非接触膜厚計（株式会社キーエンス製）により測定される。

カーボンナノチューブアレイ９１では、例えば、１ｃｍ^２当たりに１０^９本～１０^１１本のカーボンナノチューブが存在する。隣接するカーボンナノチューブ間の距離は、例えば、１００ｎｍ～２００ｎｍである。各カーボンナノチューブの外径は、例えば、１０ｎｍ～３０ｎｍである。各カーボンナノチューブは、例えば、５層～１０層の多層カーボンナノチューブである。各カーボンナノチューブは、４層以下または１１層以上の多層カーボンナノチューブであってもよく、単層カーボンナノチューブであってもよい。

カーボンナノチューブアレイ９１の嵩密度は、例えば、１０ｍｇ／ｃｍ^３～６０ｍｇ／ｃｍ^３である。好ましくは、カーボンナノチューブアレイ９１の嵩密度は、２０ｍｇ／ｃｍ^３～５０ｍｇ／ｃｍ^３である。カーボンナノチューブアレイ９１の嵩密度は、単位面積当たりのカーボンナノチューブアレイ９１の質量（すなわち、目付量）を、カーボンナノチューブアレイ９１の厚さで除算することにより求められる。

図１に示す例では、基板保持部２１は、紙面に垂直な方向に延びる回転軸Ｊ１を中心とする略円柱状または略円筒状である。回転軸Ｊ１は、成形体製造装置１の図示省略のフレーム等に固定されている。基板保持部２１は、基板９２の裏面９２２に下方から当接することにより、基板９２を保持する。基板９２の裏面９２２は、例えば、基板保持部２１の上端部から右端部に亘って、基板保持部２１の外側面に当接している。基板９２の先端部は、基板保持部２１の下方に配置された略円柱状または略円筒状の基板巻き取りロール２３１に巻回されている。

基板巻き取りロール２３１は、回転機構２３２により、図１において紙面に垂直な方向に延びる回転軸Ｊ２を中心として図１中の時計回りに回転される。回転軸Ｊ２は、上述のフレーム等に固定されている。また、基板保持部２１は、基板巻き取りロール２３１の回転に伴って（例えば、同期して）、図１中の時計回りに回転する。これにより、基板９２が基板巻き取りロール２３１に巻き取られ、基板保持部２１の上端部近傍において、基板９２が図１中の左側から右側に向かう方向に移動する。なお、成形体製造装置１では、基板巻き取りロール２３１が省略され、回転機構２３２により回転される基板保持部２１により基板９２が巻き取られてもよい。

以下の説明では、基板保持部２１の上端部近傍における基板９２の移動方向を「基板移動方向」と呼び、図１において符号Ａ１を付す矢印にて示す。基板移動方向Ａ１は、上下方向に略垂直である。また、以下の説明では、上下方向および基板移動方向Ａ１の双方に垂直な方向（すなわち、図２中の上下方向）を「幅方向」と呼ぶ。当該幅方向は、カーボンナノチューブアレイ９１の幅方向でもあり、後述する剥離アレイ部９３の幅方向でもある。

剥離部材２２は、基板保持部２１の上端部近傍に配置される。剥離部材２２は、上述のフレーム等に固定されている。剥離部材２２の側面視における形状は、例えば、略くさび状または略平板状である。図１に示す例では、剥離部材２２は、左側の端部の厚さが、右側の端部の厚さよりも小さい略くさび状の部材である。剥離部材２２の上面は、例えば、図１中の右側に向かうに従って上方へと向かう傾斜面である。

剥離部材２２の左側の端部（すなわち、エッジ部）は、基板保持部２１の上端の上方において、カーボンナノチューブアレイ９１と基板９２との接合部（すなわち、基板９２上に立設しているカーボンナノチューブアレイ９１の下端部）に当接する。剥離部材２２の幅方向の幅は、カーボンナノチューブアレイ９１の幅方向の幅よりも大きい。剥離部材２２は、カーボンナノチューブアレイ９１の全幅に亘って、カーボンナノチューブアレイ９１と基板９２との接合部に当接する。なお、剥離部材２２は、カーボンナノチューブアレイ９１の幅方向の一部においてのみ、カーボンナノチューブアレイ９１と基板９２との接合部に当接してもよい。

基板保持部２１の上端部近傍では、移動機構２３により基板９２が基板移動方向Ａ１に移動することにより、カーボンナノチューブアレイ９１のうち剥離部材２２のエッジ部に当接した部位が、基板９２の表面９２１から剥離される。カーボンナノチューブアレイ９１のうち、基板９２上から剥離した部位を、「剥離アレイ部９３」と呼ぶ。図２では、カーボンナノチューブアレイ９１および剥離アレイ部９３に平行斜線を付す。なお、カーボンナノチューブアレイ９１の剥離の際には、必ずしも基板９２が移動する必要はなく、固定されている基板９２の表面９２１に沿って剥離部材２２が移動してもよい。換言すれば、剥離部材２２が基板９２に対して相対的に移動することにより、カーボンナノチューブアレイ９１が基板９２から剥離される。

基板９２から剥離された剥離アレイ部９３は、移動機構２３による基板９２の移動に伴って、剥離部材２２の上面に沿って図１中の右側（すなわち、基板保持部２１の上端部から離れる方向）へと移動し、剥離部材２２に隣接して配置されるガイド部２４へと至る。ガイド部２４は、図１中における基板保持部２１の右斜め上に位置している。ガイド部２４は、剥離アレイ部９３の下側に配置され、剥離アレイ部９３の下面に接触する。

以下の説明では、剥離部材２２上からガイド部２４へと至る剥離アレイ部９３の移動方向を、「剥離部移動方向Ａ２」と呼ぶ。剥離部移動方向Ａ２は、側面視において、基板移動方向Ａ１から上側（すなわち、剥離アレイ部９３の上面側）に向かって傾斜している。剥離部移動方向Ａ２と基板移動方向Ａ１との成す角度は、例えば、５度～１０度である。剥離部移動方向Ａ２は、上下方向に対しても傾斜している。また、剥離部移動方向Ａ２は、幅方向に対して垂直である。基板９２から剥離された直後の剥離アレイ部９３の移動方向を「剥離方向」と呼ぶと、図１に示す例では、剥離方向は剥離部移動方向Ａ２と同じである。

ガイド部２４は、幅方向に延びる回転軸Ｊ３を中心とする略円柱状または略円筒状の部材である。ガイド部２４は、回転軸Ｊ３を中心として図１中の時計回りに回転する。回転軸Ｊ３は、上述のフレーム等に固定されている。図２に示す例では、ガイド部２４は略鼓状の部材である。換言すれば、ガイド部２４の直径は、幅方向の両端部から中央部に向かうに従って漸次減少する。

ガイド部２４の上端部に到達した剥離アレイ部９３は、引出機構２６により所定の引出方向Ａ３へと引き出される。これにより、剥離アレイ部９３の幅方向および引出方向Ａ３に広がるカーボンナノチューブシート９４が形成される。図２に示す例では、カーボンナノチューブシート９４は、略矩形状の部位の引出方向Ａ３前側に略三角形状の部位が連続した形状である。カーボンナノチューブシート９４の形状は様々に変更されてよく、例えば、ガイド部２４から引出方向Ａ３に離れるに従って幅方向の幅が漸次減少する略三角形状であってもよい。カーボンナノチューブシート９４は、幅方向の幅に比べて引出方向Ａ３の長さが非常に小さい扁平な略三角形状であってもよい。

カーボンナノチューブシート９４は、複数のカーボンナノチューブにより形成されたシート状のカーボンナノチューブ成形体である。詳細には、カーボンナノチューブシート９４は、剥離アレイ部９３から引出方向Ａ３に引き出された複数のカーボンナノチューブ単糸が、幅方向に配列されるとともに互いに連結されてシート状成形体（網目状成形体とも捉えられる。）となったものである。カーボンナノチューブ単糸とは、ファンデンワールス力等により、複数のカーボンナノチューブが長手方向に連続して接続された線状のカーボンナノチューブ成形体である。

引出方向Ａ３は、側面視において、剥離部移動方向Ａ２から下側（すなわち、剥離アレイ部９３の下面側）に向かって傾斜している。換言すれば、引出方向Ａ３は、剥離アレイ部９３の上面を含む仮想面（すなわち、剥離部移動方向Ａ２および幅方向に平行な仮想面）から下側に向かって傾斜している。成形体製造装置１では、ガイド部２４は、剥離アレイ部９３の移動方向を制限して、剥離アレイ部９３を剥離部移動方向Ａ２に対して傾斜する引出方向Ａ３へと導く構造である。引出方向Ａ３と剥離部移動方向Ａ２との成す角度αの絶対値は、例えば、０度よりも大きく、かつ、４５度以下である。角度αの絶対値は、好ましくは３０度以下であり、より好ましくは２０度以下である。図１に示す例では、引出方向Ａ３は、幅方向に対して垂直である。また、図１に示す例では、引出方向Ａ３は、基板移動方向Ａ１に略平行である。

剥離アレイ部９３から引き出されたカーボンナノチューブシート９４は、ワイヤ形成部２５を通過する。ワイヤ形成部２５では、カーボンナノチューブシート９４が幅方向において集められることにより、カーボンナノチューブワイヤ９５が形成される。カーボンナノチューブワイヤ９５は、複数のカーボンナノチューブにより形成された線状のカーボンナノチューブ成形体である。ワイヤ形成部２５では、カーボンナノチューブシート９４が幅方向の中央部に向かって集められ、多数のカーボンナノチューブが幅方向において密着する。

図１に示す例では、ワイヤ形成部２５は、幅方向に集められたカーボンナノチューブシート９４の複数のカーボンナノチューブ単糸を撚ることによりカーボンナノチューブワイヤ９５を形成する撚り機である。すなわち、ワイヤ形成部２５通過前の略線状に集められたカーボンナノチューブ成形体が、ワイヤ形成部２５によって撚られることにより、カーボンナノチューブ撚糸であるカーボンナノチューブワイヤ９５が形成される。換言すれば、カーボンナノチューブシート９４は、カーボンナノチューブワイヤ９５の前駆体である。

ワイヤ形成部２５を通過後のカーボンナノチューブワイヤ９５は、引出機構２６において、回転機構２６２により回転される成形体巻き取りロール２６１に巻き取られる。成形体巻き取りロール２６１は、ワイヤ形成部２５の右側に配置される略円柱状または略円筒状の部材である。成形体巻き取りロール２６１は、幅方向に延びる回転軸Ｊ４を中心として図１中の時計回りに回転される。回転軸Ｊ４は、上述のフレーム等に固定されている。

成形体巻き取りロール２６１により巻き取られたカーボンナノチューブワイヤ９５は、成形体巻き取りロール２６１から伸張機構２７へと送出され（すなわち、巻き出され）、回転機構２７２により回転されるワイヤ巻き取りロール２７１に巻き取られる。ワイヤ巻き取りロール２７１は、引出機構２６の成形体巻き取りロール２６１の下側に配置される略円柱状または略円筒状の部材である。ワイヤ巻き取りロール２７１は、例えば、幅方向に延びる回転軸Ｊ５を中心として、回転機構２７２により図１中の時計回りに回転される。回転軸Ｊ５は、上述のフレーム等に固定されている。張力センサ２７３は、成形体巻き取りロール２６１とワイヤ巻き取りロール２７１との間におけるカーボンナノチューブワイヤ９５の張力を測定する。

回転機構２７２によるワイヤ巻き取りロール２７１の回転速度は、回転機構２６２による成形体巻き取りロール２６１の回転速度とは独立して、制御部６１により制御される。換言すれば、制御部６１は、引出機構２６の回転機構２６２と、伸張機構２７の回転機構２７２とを個別に制御する。制御部６１による回転機構２６２，２７２の制御は、例えば、張力センサ２７３により継続的に測定されるカーボンナノチューブワイヤ９５の張力に基づいて行われる。

成形体製造装置１では、制御部６１による制御により、ワイヤ巻き取りロール２７１によるカーボンナノチューブワイヤ９５の巻き取り速度が、成形体巻き取りロール２６１からのカーボンナノチューブワイヤ９５の送出速度（すなわち、成形体巻き取りロール２６１によるカーボンナノチューブワイヤ９５の巻き取り速度）よりも大きい。このため、成形体巻き取りロール２６１とワイヤ巻き取りロール２７１との間で、カーボンナノチューブワイヤ９５が長手方向に伸張される。

これにより、カーボンナノチューブ撚糸であるカーボンナノチューブワイヤ９５が絞られ、カーボンナノチューブワイヤ９５の内部の空隙が縮小される。カーボンナノチューブワイヤ９５を構成する複数のカーボンナノチューブは、ファンデンワールス力により上記空隙が縮小された状態で維持される。その結果、カーボンナノチューブワイヤ９５の密度が増大する。また、カーボンナノチューブワイヤ９５の長手方向において不均一に存在する上記空隙が縮小されることにより、長手方向におけるカーボンナノチューブワイヤ９５の密度および直径等の均一性も向上する。カーボンナノチューブワイヤ９５が伸張されることにより、カーボンナノチューブワイヤ９５の撚角は減少する。

以下の説明では、カーボンナノチューブワイヤ９５のうち、ワイヤ形成部２５と成形体巻き取りロール２６１との間の部位、および、成形体巻き取りロール２６１に巻回されている部位を、「初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａ」と呼ぶ。また、カーボンナノチューブワイヤ９５のうち、成形体巻き取りロール２６１とワイヤ巻き取りロール２７１との間の部位、および、ワイヤ巻き取りロール２７１に巻回されている部位を、「高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂ」と呼ぶ。換言すれば、伸張機構２７による伸張前のカーボンナノチューブワイヤ９５が初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａであり、伸張機構２７による伸張後のカーボンナノチューブワイヤ９５が高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂである。

上述のように、伸張機構２７は、引出機構２６から送出された初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを長手方向に伸張することにより、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａよりも密度が高い高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを形成する。また、引出機構２６は、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを伸張機構２７へと送出する送出部である。

高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの密度は、例えば、０．１ｇ／ｃｍ^３以上かつ２．０ｇ／ｃｍ^３以下である。好ましくは、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの密度は、０．６ｇ／ｃｍ^３以上かつ１．６ｇ／ｃｍ^３以下であり、さらに好ましくは、１．２ｇ／ｃｍ^３以上かつ１．６ｇ／ｃｍ^３以下である。高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを形成する際の初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａからの伸び率は、例えば、１％以上かつ１５％以下である。好ましくは、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを形成する際の初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａからの伸び率は、３％以上かつ１０％以下である。

図３は、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａおよび高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの一例について、伸び率、直径、密度、引張強度および電気抵抗率を示す図である。図３に示す例では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの伸び率（すなわち、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａからの伸び率）は、５％である。高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの直径は、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの直径の約７０％である。高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの密度および引張強度はそれぞれ、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの密度および引張強度の約２倍である。また、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの電気抵抗率は、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの抵抗率の約半分である。

図４は、図３に例示した初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａおよび高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂについて、引張試験により得られた応力歪み曲線を示す図である。図４中の縦軸および横軸はそれぞれ、引張試験の引張強度、および、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａおよび高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの伸び率（すなわち、引張試験開始前の状態からの伸び率）を示す。図４に示す例では、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの破断伸び率は、約１０％である。

図５は、成形体製造装置１によるカーボンナノチューブワイヤ９５の製造の流れを示す図である。成形体製造装置１では、まず、複数のカーボンナノチューブが線状に撚られた初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが準備される（ステップＳ１１）。そして、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを長手方向に伸張することにより、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａよりも密度が高い高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成される（ステップＳ１２）。これにより、上述のように、長手方向におけるカーボンナノチューブワイヤ９５の密度および直径等の均一性を向上させることができるとともに、カーボンナノチューブワイヤ９５の密度を増大させることもできる。その結果、カーボンナノチューブワイヤ９５の破断荷重および引張強度を増大させることができる。

上記ステップＳ１１～Ｓ１２を行うために、図１に例示する成形体製造装置１は、上述の引出機構２６と、伸張機構２７とを備える。引出機構２６は初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを長手方向に送出する送出部である。伸張機構２７は、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを長手方向に伸張することにより、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａよりも密度が高い高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを形成する。

成形体製造装置１では、ステップＳ１２における初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの伸張時の荷重が一定に維持される。これにより、長手方向における高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの密度および直径等の均一性を、さらに向上させることができる。図１に例示する成形体製造装置１では、当該荷重の維持は、制御部６１による引出機構２６および伸張機構２７の制御により実現される。具体的には、張力センサ２７３により継続的に測定される高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの張力が制御部６１へと送られ、当該張力の測定値が一定となるように、制御部６１により回転機構２６２および回転機構２７２の回転速度またはトルク等が制御される。上述の荷重の維持は、他の構造により実現されてもよい。

上述のように、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの密度は、好ましくは０．２ｇ／ｃｍ^３以上かつ１．６ｇ／ｃｍ^３以下である。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを様々な用途に好適に利用することができる。

成形体製造装置１では、上述の初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの準備（ステップＳ１１）が、図６に示すステップＳ２１～Ｓ２４により行われる。成形体製造装置１では、まず、基板９２上に立設したカーボンナノチューブの集合であるカーボンナノチューブアレイ９１が準備される（ステップＳ２１）。続いて、カーボンナノチューブアレイ９１と基板９２との接合部に剥離部材２２を当接させた状態で、剥離部材２２を基板９２に対して相対的に移動することにより、カーボンナノチューブアレイ９１を基板９２上から剥離させる。そして、カーボンナノチューブアレイ９１のうち基板９２上から剥離した部位である剥離アレイ部９３を、剥離部材２２に対して所定の剥離部移動方向Ａ２に相対的に移動させる（ステップＳ２２）。次に、剥離アレイ部９３を引出方向Ａ３へと引き出すことにより、剥離アレイ部９３の幅方向および引出方向Ａ３に広がるカーボンナノチューブシート９４が形成される（ステップＳ２３）。その後、カーボンナノチューブシート９４が幅方向において集められて撚られることにより、線状の初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが形成される（ステップＳ２４）。

上述のステップＳ２１～Ｓ２４が行われることにより、基板９２上のカーボンナノチューブアレイ９１にピンホールが存在している場合、あるいは、基板９２上のカーボンナノチューブアレイ９１に異物が含まれている場合等であっても、カーボンナノチューブシート９４における部分欠損を抑制することができる。詳細には、剥離アレイ部９３に含まれるカーボンナノチューブは、基板９２により移動が制限されていないため、剥離アレイ部９３に上述のピンホールまたは異物等に起因する空隙が存在する場合、空隙の周囲のカーボンナノチューブが当該空隙を埋めるように移動する。さらに、空隙の剥離部移動方向Ａ２の後側に位置するカーボンナノチューブが、引き出される力に抗して基板９２上に残ることが防止される。これにより、剥離アレイ部９３から引き出されるカーボンナノチューブシート９４において、当該空隙に起因する部分欠損が発生することが抑制される。したがって、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの長手方向における密度の均一性を向上することができる。その結果、製造途上における初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの破損および切断を防止することができる。

また、成形体製造装置１では、引出方向Ａ３が剥離部移動方向Ａ２に対して傾斜する。これにより、成形体製造装置１が剥離部移動方向Ａ２に大型化することを抑制しつつ、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを好適に製造することができる。

図１に示す例では、カーボンナノチューブワイヤ９５を伸張する機構が、成形体製造装置１に含まれているが、図７に示すように、当該機構は成形体製造装置１とは別の装置であってもよい。図７に示すカーボンナノチューブワイヤ伸張装置７（以下、単に「伸張装置７」と呼ぶ。）は、送出部７１と、伸張機構２７とを備える。伸張機構２７は、図１に示す成形体製造装置１の伸張機構２７と同様の構造を有する。すなわち、伸張機構２７は、ワイヤ巻き取りロール２７１と、回転機構２７２と、張力センサ２７３とを備える。

送出部７１は、送出ロール７１１と、回転機構７１２とを備える。送出ロール７１１は、ワイヤ巻き取りロール２７１に隣接して配置される略円柱状または略円筒状の部材である。送出ロール７１１は、例えば、ワイヤ巻き取りロール２７１の回転軸Ｊ５に平行な回転軸Ｊ６を中心として、回転機構７１２により図７中の時計回りに回転される。回転軸Ｊ５，Ｊ６は、フレーム７２に固定されている。回転機構７１２は、例えば電動モータである。

送出ロール７１１には、伸張機構２７により伸張される前の初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが巻回されている。当該初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａは、例えば、図１に示す成形体製造装置１から伸張機構２７が省略された装置により形成され、引出機構２６の成形体巻き取りロール２６１により巻き取られた後、送出ロール７１１に巻回される。

伸張装置７では、上記と同様に、複数のカーボンナノチューブが線状に撚られた初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが準備される（図５：ステップＳ１１）。そして、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを長手方向に伸張することにより、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａよりも密度が高い高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成される（ステップＳ１２）。これにより、長手方向におけるカーボンナノチューブワイヤ９５の密度および直径等の均一性を向上させることができるとともに、カーボンナノチューブワイヤ９５の密度を増大させることもできる。その結果、カーボンナノチューブワイヤ９５の破断荷重および引張強度を増大させることができる。

伸張装置７においても、上記と同様に、ステップＳ１２における初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの伸張時の荷重が一定に維持される。これにより、長手方向における高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの密度および直径等の均一性を、さらに向上させることができる。当該荷重の維持は、例えば、図示省略の制御部による送出部７１および伸張機構２７の制御により実現される。具体的には、上記と略同様に、張力センサ２７３により継続的に測定される高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの張力が制御部へと送られ、当該張力の測定値が一定となるように、制御部により回転機構７１２および回転機構２７２の回転速度またはトルク等が制御される。上述の荷重の維持は、他の構造により実現されてもよい。

伸張装置７により形成される高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの密度は、上記と同様に、好ましくは０．２ｇ／ｃｍ^３以上かつ１．６ｇ／ｃｍ^３以下である。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを様々な用途に好適に利用することができる。

伸張装置７では、カーボンナノチューブワイヤ９５の伸張が複数回行われてもよい。例えば、まず、送出ロール７１１に巻回された初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを、伸張しつつワイヤ巻き取りロール２７１にて巻き取る。１回目の伸張では、例えば、カーボンナノチューブの伸び率は、約５％とされる。その後、１回伸張されたカーボンナノチューブワイヤ９５を、ワイヤ巻き取りロール２７１から送出し、伸張しつつ送出ロール７１１にて巻き取る。このように、１回目の伸張で長手方向における均一性が向上したカーボンナノチューブワイヤ９５を、さらに伸張することにより、カーボンナノチューブワイヤ９５の伸び率の長手方向における均一性を向上することができる。その結果、カーボンナノチューブワイヤ９５の破断を防止しつつ、伸張終了後のカーボンナノチューブワイヤ９５（すなわち、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂ）の伸び率を増大することができる。

次に、図８を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態にかかる成形体製造装置１ａについて説明する。成形体製造装置１ａでは、図１に示す成形体製造装置１の各構成に加えて、カーボンナノチューブワイヤ９５の表面を機能性材料膜にて被覆する被覆部８ａをさらに備える。図８では、成形体製造装置１ａの一部の図示を省略している（図１１においても同様）。また、以下の説明では、成形体製造装置１ａのうち、図１に示す成形体製造装置１の各構成と対応する構成に同符号を付す。

図８に例示する被覆部８ａでは、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対してめっき処理を行うことにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が金属膜（例えば、銅膜）にて被覆される。被覆部８ａは、貯溜槽８１と、陽極８２と、陰極８３と、被覆ワイヤ巻き取りロール８４と、回転機構８５とを備える。貯溜槽８１は、めっき液（例えば、硫酸銅水溶液）を貯溜する。陽極８２および陰極８３は、例えば銅製である。陽極８２の下部は、貯溜槽８１内のめっき液に浸漬されている。陰極８３は、例えば、貯溜槽８１の上縁部に配置される略円柱状または略円筒状の部材である。陰極８３は、回転軸Ｊ５に略平行な回転軸を中心として回転可能である。被覆ワイヤ巻き取りロール８４は、貯溜槽８１を挟んでワイヤ巻き取りロール２７１の反対側に配置される略円柱状または略円筒状の部材である。被覆ワイヤ巻き取りロール８４は、回転軸Ｊ５に略平行な回転軸Ｊ７を中心として、回転機構８５により図８中の時計回りに回転される。

成形体製造装置１ａでは、伸張機構２７のワイヤ巻き取りロール２７１に巻回された高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが、貯溜槽８１へと送出される。高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂは、陰極８３に接触した状態で、貯溜槽８１内のめっき液中を通過し、被覆ワイヤ巻き取りロール８４により巻き取られる。貯溜槽８１内では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂは、貯溜槽８１の内壁等に固定された棒状部材８１１の下側を通過する。棒状部材８１１により、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂのめっき液中における浮上が制限される。

被覆部８ａでは、陽極８２と陰極８３との間で通電されることにより、貯溜槽８１内のめっき液中の金属イオンが、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に析出（すなわち、電析）する。換言すれば、被覆部８ａにおいて、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対する電解めっき処理が行われる。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が、機能性材料膜の１つである比較的薄い金属膜（例えば、銅膜）により被覆される。以下の説明では、機能性材料膜により表面が被覆された高密度カーボンナノチューブワイヤを、「被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃ」と呼ぶ。

図９に示すように、成形体製造装置１ａでは、図５に示すステップＳ１１～Ｓ１２よりも後に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面を機能性材料膜にて被覆する工程（ステップＳ１３）が行われる。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに様々な性能が付与された被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃを提供することができる。したがって、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃを様々な用途に利用することができる。

また、図８に示す例では、当該機能性材料膜は金属膜である。そして、ステップＳ１３において、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対してめっき処理が行われることにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が上記金属膜にて被覆される。これにより、カーボンナノチューブワイヤ９５の電気抵抗率を低減し、導電性を増大させることができる。例えば、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃの電気抵抗率は、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの電気抵抗率の約１％～１０％である。また、カーボンナノチューブワイヤ９５の破断荷重を増大させることもできる。

図１０は、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃの金属膜の膜厚と、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃの破断荷重との関係を示す図である。図１０では、比較例として、金属膜により表面が被覆された初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａについても、上記関係を図示する。図１０中の実線９７は被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃの膜厚と破断加重との関係を示し、破線９８は比較例の膜厚と破断加重との関係を示す。比較例の場合、表面の金属膜が厚くなったとしても、破断荷重はあまり大きくならず、およそ一定である。これに対し、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃでは、表面の金属膜が厚くなるに従って、破断荷重が漸次増大する。

被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃの製造では、ステップＳ１２における高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの形成と並行して、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの被覆（ステップＳ１３）が行われてもよい。換言すれば、カーボンナノチューブワイヤ９５において高密度化が行われている部位に対して、金属膜の形成が行われてもよい。例えば、図１１に示す成形体製造装置１ｂでは、引出機構２６と伸張機構２７との間に、被覆部８ｂが設けられる。被覆部８ｂは、上述の貯溜槽８１と、陽極８２と、陰極８３とを備える。被覆部８ｂにおいても、被覆部８ａと同様に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対してめっき処理を行うことにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が金属膜（例えば、銅膜）にて被覆される。

成形体製造装置１ｂでは、引出機構２６の成形体巻き取りロール２６１に巻回された初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが、貯溜槽８１へと送出される。初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａは、陰極８３に接触した状態で、貯溜槽８１内のめっき液中を通過し、伸張機構２７のワイヤ巻き取りロール２７１により巻き取られる。初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａは、引出機構２６と伸張機構２７との間において長手方向に伸張され、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成される。貯溜槽８１内では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが棒状部材８１１の下端部に当接する。

被覆部８ｂでは、陽極８２と陰極８３との間で通電されることにより、貯溜槽８１内のめっき液中の金属イオンが、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に析出（すなわち、電析）する。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が、比較的薄い金属膜（例えば、銅膜）により被覆され、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃが形成される。

成形体製造装置１ｂでは、図５に示すステップＳ１２と並行して、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面を機能性材料膜にて被覆する工程（図９：ステップＳ１３）が行われる。これにより、上記と同様に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに様々な性能が付与された被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃを提供することができる。また、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを伸張する機構と、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃを巻き取る機構とを、伸張機構２７により兼用させることができるため、成形体製造装置１ｂの構造を簡素化することができる。

上記機能性材料膜は金属膜である。そして、ステップＳ１３において、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対してめっき処理が行われることにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が上記金属膜にて被覆される。これにより、カーボンナノチューブワイヤ９５の電気抵抗率を低減し、導電性を増大させることができる。また、カーボンナノチューブワイヤ９５の破断荷重を増大させることもできる。

図８に示す例では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に金属を被覆する構成が、成形体製造装置１ａに含まれているが、当該構成は、図１２に示す伸張装置７ａに設けられてもよい。伸張装置７ａは、被覆部８ａをさらに備える点を除き、図７に示す伸張装置７と略同様の構造を有する。伸張装置７ａでは、送出部７１と伸張機構２７との間にて初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが伸張されることにより高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成される。そして、当該高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが、被覆部８ａの貯溜槽８１内を通過する際に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対してめっき処理が行われることにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が金属膜にて被覆され、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃが形成される。

図１１に示す例では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に金属を被覆する構成が、成形体製造装置１ｂに含まれているが、当該構成は、図１３に示す伸張装置７ｂに設けられてもよい。伸張装置７ｂは、被覆部８ｂをさらに備える点を除き、図７に示す伸張装置７と略同様の構造を有する。伸張装置７ｂでは、送出部７１と伸張機構２７との間にて初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが伸張されることにより高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成されるとともに、当該高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが、被覆部８ｂの貯溜槽８１内を通過する際に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対してめっき処理が行われる。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が金属膜にて被覆され、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃが形成される。

伸張装置７ａ，７ｂでは、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの巻き取り方向を変更することにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対するめっき処理が、複数回行われてもよい。この場合、１回毎のめっき処理時間を短くすることができるため、電解めっき処理の際の通電による高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの温度上昇を抑制し、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの焼け等の損傷を防止することができる。また、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に形成される金属膜の膜厚を精度良く調節することができる。

次に、図１４を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態にかかる成形体製造装置１ｃについて説明する。成形体製造装置１ｃでは、図８に示す成形体製造装置１ａの被覆部８ａに代えて、被覆部８ａとは構造が異なる被覆部８ｃが設けられる。被覆部８ｃは、カーボンナノチューブワイヤ９５の表面を機能性材料膜にて被覆する。被覆部８ｃは、処理部８６と、上述の被覆ワイヤ巻き取りロール８４および回転機構８５とを備える。図１４では、成形体製造装置１ｃの一部の図示を省略している（図１５においても同様）。また、以下の説明では、成形体製造装置１ｃのうち、図８に示す成形体製造装置１ａの各構成と対応する構成に同符号を付す。

図１４に例示する被覆部８ｃでは、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が絶縁性材料膜により被覆されることにより、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃが形成される。これにより、表面の絶縁性および内部の導電性を利用した被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃの用途をさらに広げることができる。例えば、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃは、電動モータのコイル等に利用することができる。

被覆部８ｃの処理部８６では、例えば、化成処理、表面重合法または表面析出法等により、絶縁性材料膜が高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に形成される。絶縁性材料としては、例えば、ポリイミド等の高分子樹脂、または、シリカ等のセラミックスが利用される。処理部８６を通過した被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃは、回転機構８５により回転される被覆ワイヤ巻き取りロール８４により巻き取られる。

図１５に例示する成形体製造装置１ｄでは、ステップＳ１２における高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの形成と並行して、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの被覆（ステップＳ１３）が行われる。換言すれば、カーボンナノチューブワイヤ９５において高密度化が行われている部位に対して、絶縁性材料膜の形成が行われる。成形体製造装置１ｄでは、上述の被覆部８ｃに代えて、引出機構２６と伸張機構２７との間に被覆部８ｄが設けられる。被覆部８ｄは、上述の処理部８６を備える。被覆部８ｄにおいても、被覆部８ｃと同様に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が絶縁性材料膜により被覆される。

成形体製造装置１ｄでは、引出機構２６の成形体巻き取りロール２６１に巻回された初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが、伸張機構２７により伸張されつつ処理部８６へと導かれる。そして、処理部８６を通過することにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に絶縁材料膜が形成された被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃが形成され、伸張機構２７のワイヤ巻き取りロール２７１により巻き取られる。

成形体製造装置１ｄでは、図５に示すステップＳ１２と並行して、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面を機能性材料膜にて被覆する工程（図９：ステップＳ１３）が行われる。これにより、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを伸張する機構と、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃを巻き取る機構とを、伸張機構２７により兼用させることができる。その結果、成形体製造装置１ｄの構造を簡素化することができる。

図１４に示す例では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に絶縁性材料を被覆する構成が、成形体製造装置１ｃに含まれているが、当該構成は、図１６に示す伸張装置７ｃに設けられてもよい。伸張装置７ｃは、被覆部８ｃをさらに備える点を除き、図７に示す伸張装置７と略同様の構造を有する。伸張装置７ｃでは、送出部７１と伸張機構２７との間にて初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが伸張されることにより高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成される。そして、当該高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが、被覆部８ｃの処理部８６を通過する際に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が絶縁性材料膜にて被覆され、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃが形成される。

図１５に示す例では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に絶縁性材料を被覆する構成が、成形体製造装置１ｃに含まれているが、当該構成は、図１７に示す伸張装置７ｄに設けられてもよい。伸張装置７ｄは、被覆部８ｄをさらに備える点を除き、図７に示す伸張装置７と略同様の構造を有する。伸張装置７ｄでは、送出部７１と伸張機構２７との間にて初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａが伸張されることにより高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成されるとともに、当該高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが、被覆部８ｄの処理部８６を通過する際に、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が絶縁性材料膜にて被覆され、被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃが形成される。

伸張装置７ｃ，７ｄでは、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの巻き取り方向を変更することにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対する絶縁性材料の被覆処理が、複数回行われてもよい。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に形成される絶縁性材料膜の膜厚を精度良く調節することができる。

図１８および図１９は、実施例１～４の高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの直径と密度との関係を示す図である。図１８および図１９では、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａについても併せて示す。図１９では、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを丸印にて示し、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを三角印で示す。実施例１～４では、まず、ＣＶＤ法により、基板９２上においてカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブアレイ９１を立設させた。続いて、カーボンナノチューブシート９４をカーボンナノチューブアレイ９１から引き出して形成した。次に、カーボンナノチューブシート９４を幅方向に集めて撚ることにより、線状の初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを形成した。その後、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを長手方向に伸張することにより、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａよりも密度が高い高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを形成した。図１８および図１９から、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａを長手方向に伸張することにより、カーボンナノチューブワイヤの密度が高くなっていることが確認できる。

上述のカーボンナノチューブ成形体の製造方法、成形体製造装置１，１ａ～１ｄ、および、伸張装置７，７ａ～７ｄでは、様々な変更が可能である。

例えば、成形体製造装置１では、伸張機構２７により伸張されたカーボンナノチューブワイヤ９５（すなわち、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂ）を加熱する加熱部が設けられてもよい。これにより、伸張により生じた高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの残留応力を除去することができる。また、成形体製造装置１では、ステップＳ１２における初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａの伸張時の荷重は、必ずしも一定に維持される必要はない。成形体製造装置１ａ～１ｄにおいても同様である。

例えば、成形体製造装置１ａにおいて、被覆部８ａの貯溜槽８１と被覆ワイヤ巻き取りロール８４との間に、被覆部８ｃの処理部８６が設けられてもよい。あるいは、成形体製造装置１ｂにおいて、貯溜槽８１とワイヤ巻き取りロール２７１との間に処理部８６が設けられてもよい。これにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に金属被膜が形成され、さらに、当該金属被膜の表面に絶縁性材料膜が形成される。その結果、表面が絶縁性を有し、かつ、電気抵抗率が低い被覆カーボンナノチューブワイヤ９５ｃを提供することができる。

被覆部８ａ，８ｂでは、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対する電解めっき処理が行われるが、例えば、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対して無電解めっき処理が行われることにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面が金属膜により被覆されてもよい。被覆部８ａ，８ｂにおいて高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂの表面に被覆される金属は、銅以外の様々な金属（例えば、銀）であってよい。

被覆部８ａ，８ｂでは、貯溜槽８１内のめっき液中を通過する高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対してめっき処理が行われるが、例えば、貯溜槽８１内のめっき液中に高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂを静止状態で浸漬することにより、高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂに対するめっき処理が行われてもよい。また、初期カーボンナノチューブワイヤ９５ａに対してめっき処理が行われた後に伸長工程が行われることにより、表面がめっきされた高密度カーボンナノチューブワイヤ９５ｂが形成されてもよい。

上述の機能性材料膜は、金属膜または絶縁性材料膜には限定されず、様々な機能を有する他の材料により形成された膜であってよい。

成形体製造装置１では、引出方向Ａ３は、側面視において、剥離部移動方向Ａ２から上側（すなわち、剥離アレイ部９３の上面側）に向かって傾斜していてもよい。換言すれば、引出方向Ａ３は、剥離アレイ部９３の下面を含む仮想面（すなわち、剥離部移動方向Ａ２および幅方向に平行な仮想面）から上側に向かって傾斜していてもよい。あるいは、引出方向Ａ３は剥離部移動方向Ａ２と平行であってもよい。成形体製造装置１ａ～１ｄにおいても同様である。

成形体製造装置１では、剥離部材２２が省略され、カーボンナノチューブアレイ９１が基板９２上から剥離される工程が行われなくてもよい。この場合、基板９２上に立設するカーボンナノチューブアレイ９１から、カーボンナノチューブ成形体が直接的に引き出される。成形体製造装置１ａ～１ｄにおいても同様である。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

９５カーボンナノチューブワイヤ
９５ａ初期カーボンナノチューブワイヤ
９５ｂ高密度カーボンナノチューブワイヤ
Ｓ１１～Ｓ１３，Ｓ２１～Ｓ２４ステップ

Claims

カーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、
ａ）複数のカーボンナノチューブが線状に撚られた初期カーボンナノチューブワイヤを準備する工程と、
ｂ）前記初期カーボンナノチューブワイヤの送出速度と巻き取り速度との差によって前記初期カーボンナノチューブワイヤに長手方向に沿う方向の張力を付与して前記初期カーボンナノチューブワイヤを長手方向に伸張することにより、前記初期カーボンナノチューブワイヤを絞って前記初期カーボンナノチューブワイヤの内部の空隙を縮小し、前記初期カーボンナノチューブワイヤよりも密度が高い高密度カーボンナノチューブワイヤを形成する工程と、
を備え、
前記ｂ）工程において、前記初期カーボンナノチューブワイヤに付与される前記張力が張力センサにより継続的に測定され、前記張力センサによる前記張力の測定値に基づいて、前記初期カーボンナノチューブワイヤの伸張時の荷重が一定に維持されることを特徴とするカーボンナノチューブワイヤの製造方法。
請求項１に記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、
前記ｂ）工程における前記初期カーボンナノチューブワイヤの伸張は複数回行われることを特徴とするカーボンナノチューブワイヤの製造方法。
請求項１または２に記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、
前記高密度カーボンナノチューブワイヤの密度が、０．６ｇ／ｃｍ^３以上かつ１．６ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とするカーボンナノチューブワイヤの製造方法。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、
ｃ）前記ｂ）工程よりも後に、または、前記ｂ）工程と並行して、前記高密度カーボンナノチューブワイヤの表面を機能性材料膜にて被覆する工程をさらに備えることを特徴とするカーボンナノチューブワイヤの製造方法。
請求項４に記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、
前記機能性材料膜が金属膜であり、
前記ｃ）工程において、前記高密度カーボンナノチューブワイヤに対してめっき処理を行うことにより、前記高密度カーボンナノチューブワイヤの表面が前記金属膜にて被覆されることを特徴とするカーボンナノチューブワイヤの製造方法。
請求項４に記載のカーボンナノチューブワイヤの製造方法であって、
前記機能性材料膜が絶縁性材料膜であることを特徴とするカーボンナノチューブワイヤの製造方法。