JP7418247B2

JP7418247B2 - 炭素繊維及び炭素繊維の製造方法

Info

Publication number: JP7418247B2
Application number: JP2020035943A
Authority: JP
Inventors: 慶宜鈴木
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2040-03-03
Also published as: JP2021139058A; JP2024036345A

Description

本発明は、高引張強度の炭素繊維及びその製造方法に関する。

炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系繊維、レーヨン系繊維、セルロース系繊維及びピッチ系繊維等から製造された前駆体繊維を焼成して製造される。例えば、ポリアクリロニトリル系繊維から製造された前駆体繊維を利用して炭素繊維を製造する場合、酸素を含む雰囲気中（耐炎化炉内）で前駆体繊維を加熱する耐炎化工程、耐炎化工程を経た繊維（以下、「耐炎化繊維」という。）を不活性雰囲気中（炭素化炉）で加熱する炭素化工程が行われる。なお、上記加熱は、耐炎化炉及び炭素化炉を繊維が通過（走行）することで行われる。
炭素化工程における加熱は例えば電気ヒータを利用している。つまり、炉内雰囲気を電気ヒータで加熱して、この加熱された炉内を耐炎化繊維が通過することで、耐炎化繊維を間接的に加熱している。
炭素化工程における温度条件や繊維の延伸条件等を調整して、引張特性や圧縮特性等の種々の特性を有する炭素繊維を提供している（例えば、特許文献１，２）。

特開平１０－２５６２７号公報特開２００２－５４０３１号公報

しかしながら、特許文献１,２に記載のように、炭素化工程の温度条件や延伸条件を調整しても高引張強度特性を有する炭素繊維が得られていない。

本発明は、上記した課題に鑑み、より高い引張強度を有する炭素繊維及び当該炭素繊維の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る炭素繊維は、下記の式（１）の関係を満たす炭素繊維である。
２９－（０．０３４×ＴＭ）≦（Ｏ／Ｃ＋Ｎ／Ｃ）×ＴＭ≦４０－（０．０１６×ＴＭ）（１）
ただし、「ＴＭ」は炭素繊維の引張弾性率［ＧＰａ］であり、「Ｏ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度であり、「Ｎ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面窒素濃度である。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る炭素繊維の製造方法は、炭素化工程後にエネルギを付与して炭素繊維を製造する炭素繊維の製造方法であって、前記エネルギ付与は、下記の式（１）の関係を満たすように、行われる。
２９－（０．０３４×ＴＭ）≦（Ｏ／Ｃ＋Ｎ／Ｃ）×ＴＭ≦４０－（０．０１６×ＴＭ）（１）
ただし、「ＴＭ」は炭素繊維の引張弾性率［ＧＰａ］であり、「Ｏ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度であり、「Ｎ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面窒素濃度である。

本発明の一態様に係る炭素繊維は、高引張強度を有する。
本発明の一態様に係る炭素繊維の製造方法は、高引張強度の炭素繊維を製造できる。

炭素繊維の製造工程を示す概略図である。表面処理装置の概略図である。強度パラメータと繊維の引張強度との関係を示す図である。他の形態の表面処理装置の概略図である。他の形態の表面処理装置の概略図である。他の形態の表面処理装置の概略図である。他の形態の表面処理装置の概略図である。他の形態の表面処理装置の概略図である。

＜＜概要＞＞
発明者らは、プラズマを利用して炭素化された繊維の表面改質の検討を行っている。なお、表面改質により、複合材料とした際の炭素繊維とマトリクス樹脂との接着力が向上する。
炭素繊維とマトリクス樹脂との接着力は、炭素繊維の表面に形成される官能基の量に影響される。接着力は、マトリクス樹脂の種類で異なるが、炭素繊維表面の炭素原子に対する酸素原子の存在比を示す表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）の量で規定することができる。
発明者らは、さらに、表面改質を目的に、炭素繊維表面の炭素原子に対する窒素原子の存在比を示す表面窒素濃度（Ｎ／Ｃ）に着目して検討を進めた。
その結果、表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）、表面窒素濃度（Ｎ／Ｃ）及び炭素繊維の引張弾性率で規定される関係式において、一定の範囲内にある場合に、炭素繊維の引張強度が高くなることを見出した。

本発明の一態様に係る炭素繊維は、下記の式（１）の関係を満たす炭素繊維。
２９－（０．０３４×ＴＭ）≦（Ｏ／Ｃ＋Ｎ／Ｃ）×ＴＭ≦４０－（０．０１６×ＴＭ）（１）
ただし、「ＴＭ」は炭素繊維の引張弾性率［ＧＰａ］であり、「Ｏ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度であり、「Ｎ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面窒素濃度である。
本発明の一態様に係る炭素繊維は、前記引張弾性率が２４０ＧＰａ以上である。これにより、所謂、汎用品以上の炭素繊維の引張強度を高めることができる。
本発明の一態様に係る炭素繊維は、引張強度が５，０００ＭＰａ以上である。これにより、高強度の炭素繊維を得ることができる。

本発明の一態様に係る炭素繊維の製造方法は、炭素化工程後にエネルギを付与して炭素繊維を製造する炭素繊維の製造方法であって、前記エネルギ付与は、下記の式（１）の関係を満たすように、行われる。
２９－（０．０３４×ＴＭ）≦（Ｏ／Ｃ＋Ｎ／Ｃ）×ＴＭ≦４０－（０．０１６×ＴＭ）（１）
ただし、「ＴＭ」は炭素繊維の引張弾性率［ＧＰａ］であり、「Ｏ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面酸素濃度であり、「Ｎ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面窒素濃度である。
本発明の一態様に係る炭素繊維の製造方法は、前記エネルギはプラズマである。これにより、容易に表面処理を行うことができる。また、引張強度を高めることができる。

＜実施形態＞
一実施形態の表面処理装置を利用した表面処理方法、炭素繊維の製造方法について説明する。ここでは、前駆体繊維の一例であるアクリロニトリル系繊維を用いる。

１．炭素繊維の製造工程
図１は、炭素繊維の製造工程を示す概略図である。

炭素繊維は、前駆体繊維であるプリカーサを用いて製造される。１本のプリカーサは、複数本、例えば、１２，０００本のフィラメントが束になったものである。場合によっては、前駆体繊維束や炭素繊維束ということもある。
プリカーサ１ａは、アクリロニトリルを９０質量％以上含有する単量体を重合した紡糸溶液を湿式紡糸法又は乾湿式紡糸法において紡糸した後、水洗・乾燥・延伸して得られる。なお、共重合する単量体としては、アクリル酸アルキル、メタクリル酸アルキル、アクリル酸、アクリルアミド、イタコン酸、マレイン酸等が利用される。
通常、プリカーサ１ａを製造する速さと、プリカーサ１ａを炭素化して炭素繊維を製造する速さが異なる。このため、製造されたプリカーサ１ａは、一旦、カートンに収容されたり、ボビンに巻き取られたりする。

プリカーサ１ａは、図１に示すように、例えばボビン３０から引き出され、下流側に向かって走行する。その途中で、各種の処理がなされて、炭素繊維としてボビン３９に巻き取られる。
炭素繊維は、図１に示すように、プリカーサ１ａを耐炎化する耐炎化工程と、耐炎化された繊維（以下、「耐炎化繊維」という）１ｂを延伸させながら炭素化する炭素化工程と、炭素化された繊維１ｄの表面を改善する表面処理工程と、表面が改善された繊維（以下、「表面処理された繊維」ともいう）１ｅに樹脂を付着させるサイジング工程と、樹脂が付着した繊維１ｆを乾燥させる乾燥工程とを経て製造される。乾燥された繊維１ｇは、炭素繊維１ｇとしてボビン３９に巻き取られる。なお、炭素繊維１ｇは炭素化された繊維１ｄに対して少なくとも表面処理を施した繊維であり、炭素化工程を終え且つ表面処理工程を経ていない炭素化された繊維１ｄと区別する。
ここで、プリカーサ１ａを耐炎化する処理を耐炎化処理、耐炎化繊維１ｂを炭素化する処理を炭素化処理、炭素化された繊維１ｄの表面を改善する処理を表面処理、表面処理された繊維１ｅに樹脂を付着させる処理をサイジング処理、樹脂が付着した繊維１ｆを乾燥させる処理を乾燥処理とそれぞれいう。以下、処理、工程について説明する。

（１）耐炎化工程（耐炎化処理）
耐炎化工程は、炉内が２００～３５０［℃］の酸化性雰囲気に設定された耐炎化炉３を利用して行う。具体的には、耐炎化は、空気雰囲気中の耐炎化炉３内をプリカーサ１ａが１回又は複数回通過することで行われる。なお、酸化性雰囲気は、酸素、二酸化窒素等を含んでいてもよい。
耐炎化工程中のプリカーサ１ａは、製造する炭素繊維１ｇに合わせて所定の張力で延伸される。耐炎化工程での延伸倍率は、例えば、０．７～１．３の範囲内である。プリカーサ１ａの延伸は複数のローラにより行われる。例えば、延伸は、耐炎化炉３の入口側の２個のローラ５，７や出口側の３個のローラ９，１１，１３により行われる。

（２）炭素化工程（炭素化処理）
炭素化工程は、耐炎化繊維１ｂを加熱することで熱分解反応を生じさせて炭素化を行う工程であり、不活性雰囲気中で、最高温度が３００～１，８００［℃］で処理される。
炭素化は、耐炎化繊維１ｂが第１の炭素化炉１５を通過し、さらに、第１の炭素化炉１５を通過した繊維１ｃが第２の炭素化炉１７を通過することで行われる。
ここで、第１の炭素化炉１５で行われる炭素化を「第１の炭素化」や「第１の炭素化工程」とし、同様に、第２の炭素化炉１７で行われる炭素化を「第２の炭素化」や「第２の炭素化工程」とする。

第１の炭素化は例えば最高温度が３００～８００［℃］で処理され、第２の炭素化は例えば最高温度が５００～１，８００［℃］で処理される。炭素化工程の加熱には、例えば、電気ヒータ、マイクロ波、プラズマ等が利用される。

第１の炭素化炉１５と第２の炭素化炉１７とは互いに独立した形態で設けられ、各炭素化炉１５，１７の間には繊維の張力を調整する調整手段を設けることができる。
第１の炭素化炉１５の入口側にはローラ１９が、第１の炭素化炉１５と第２の炭素化炉１７との間にはローラ２１が、第２の炭素化炉１７の出口側にはローラ２３がそれぞれ設けられている。
具体的には、第１の炭素化工程では５０～２００［ｇ／ｄｔｅｘ］、第２の炭素化工程では２００～１，０００［ｇ／ｄｔｅｘ］のテンションを負荷することが好ましい。この範囲でテンションを負荷することで、より強度の高い炭素繊維１ｇを得ることができる。なお、炭素化された繊維１ｄの密度は１．５～１．９［ｇ／ｃｍ^３］であり、１．７５～１．８２［ｇ／ｃｍ^３］であることが好ましい。繊維１ｄの直径は４～１１［μｍ］である。

（３）表面処理工程（表面処理）
表面処理工程は、炭素化された繊維１ｄが表面処理装置２５内を通過することで行われる。表面処理装置２５の出口側にはローラ２６が設けられている。表面処理することで、炭素繊維１ｇを利用して複合材料とした場合、炭素繊維１ｇとマトリックス樹脂との親和性や接着性が向上する。
表面処理は、一般的に、炭素化された繊維１ｄの表面を酸化することにより行われる。表面処理として大気圧プラズマが利用されている。なお、表面処理装置２５については後述する。

（４）サイジング工程（サイジング処理）
サイジング工程は、例えば、表面処理された繊維１ｅが樹脂液２９内を通過することで行われる。樹脂液２９は、樹脂浴２７に貯留されている。サイジング工程により、表面処理された繊維１ｅの収束性が高まる。
サイジング工程中の表面処理された繊維１ｅは、樹脂浴２７の内部や樹脂浴２７の周辺に配された複数のローラ３１，３３等により走行方向を変更しながら樹脂液２９内を通過する。樹脂液２９として、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を溶剤に溶解させた液やエマルション液が利用される。

（５）乾燥工程（乾燥処理）
乾燥工程は、繊維１ｆが乾燥炉３５内を通過することで行われる。なお、乾燥した繊維１ｇは、乾燥炉３５の下流側のローラ３７を介してボビン３９に巻き取られる（巻取工程である。）。

２．表面処理装置
表面処理装置２５は、図２に示すように、炭素化された繊維１ｄの走行方向に延伸する筒状の筒部２５１と、筒部２５１の長手方向の中間部分に設けられ且つ大気圧プラズマを照射する照射部２５５とを有する。なお、炭素化された繊維１ｄは筒部２５１内を走行する。

（１）筒部
筒部２５１は、例えば、円形状、楕円形状、長円形状の無角形状、矩形状、方形状、六角形等の多角形状等の横断面形状を有する。
筒部２５１の走行方向の全長は、照射部２５５の走行方向の寸法に対して、１００～１０，０００倍が好ましく、２００～２，０００倍がより好ましい。筒部２５１の全長は、筒部２５１におけるプラズマ照射方向の寸法（直径）に対して、２０～２，０００倍が好ましく、４０～４００倍がより好ましい。筒部２５１の全長は、走行方向に１００～１０，０００［ｍｍ］が好ましく、２００～２，０００［ｍｍ］がより好ましい。
ここでの筒部２５１は、その長手方向の中央（中間部分）に貫通孔２５３を有し、当該貫通孔２５３を利用して照射部２５５から大気圧プラズマが筒部２５１内に照射される。
筒部２５１は、横断面において、走行するすべての炭素化された繊維１ｄの合計の断面積に対して、５～４×１０^４倍の内部空間を有する。

貫通孔２５３は、スリット形状、円形状又は楕円形状、或いは５角形等の多角形をしている。スリット形状は、炭素化された繊維１ｄの走行方向と交差する方向、又は走行方向と平行な方向に延伸してもよい。ここでのスリット形状は、走行方向と直交する方向に延伸している。ここでの貫通孔２５３は１個形成されている。
なお、貫通孔２５３は、プラズマ発生部位からみると、当該貫通孔２５３を介して炭素化された繊維１ｄが見える状態で設けられることが好ましい。

（２）照射部
照射部２５５は、例えば、誘電体バリア放電を利用している。照射部２５５は、少なくとも一方の電極に誘電体が配される一対の電極と、一対の電極の周辺に窒素と酸素との混合ガスを供給するノズルとを備え、ノズルから供給される混合ガス中であって大気圧下で一対の電極により放電させることで、プラズマを発生させる。
一対の電極として、例えば、平板状の対向電極（平行平板電極）を利用している。対向電極は、例えば、炭素化された繊維１ｄの走行方向と交差する方向、又は走行方向と平行な方向に延伸する状態で、配置されている。ここでは、スリット形状の貫通孔２５３に対応して、走行方向と直交する方向に配されている。
発生したプラズマは、ノズルからのガスにより筒部２５１の貫通孔（照射口）２５３から内部へと照射される。これにより、筒部２５１の内部を走行する炭素化された繊維１ｄに対して大気圧プラズマが照射される。

３．表面処理エネルギ
表面処理で利用されるプラズマのエネルギ（表面処理エネルギ）は、炭素化工程の処理温度やテンション等よって異なるが、下記の（１）式で表される強度パラメータを満たすように、与えられる。
２９－（０．０３４×ＴＭ）≦（Ｏ／Ｃ＋Ｎ／Ｃ）×ＴＭ≦４０－（０．０１６×ＴＭ）（１）
ここで、
Ｏ／Ｃ：ＸＰＳにより測定される表面酸素濃度
Ｎ／Ｃ：ＸＰＳにより測定される表面窒素濃度
ＴＭ：ＪＩＳＲ７６０６に準拠して測定される炭素繊維の引張弾性率（ＧＰａ）
である。なお、式（１）中の「（Ｏ／Ｃ＋Ｎ／Ｃ）×ＴＭ」の値を「強度パラメータ」とする。
表面処理エネルギは、炭素化工程の処理温度が高いほど、高い傾向にある。なお、供給ガスが窒素と酸素との混合ガスの場合、表面処理エネルギが高くなる程、表面酸素濃度が高くなる傾向にある。

表面処理エネルギは、炭素化工程の最高温度が１，２００～１，４００℃の場合、５～１００（ＭＪ／ｋｇ）の範囲内が好ましい。炭素化工程の最高温度が１，２００～１，４００℃の場合、表面酸素濃度が０．０５０～０．１２７の範囲内になるように、表面処理エネルギが設定されていることが好ましい。炭素化工程の最高温度が１，２００～１，４００℃の場合、表面窒素濃度が０．０３４～０．０３６の範囲内になるように、表面処理エネルギが設定されていることが好ましい。
このような表面処理エネルギを炭素化された（炭素化工程を終えた）繊維１ｄに与えることで、引張強度の高い炭素繊維が得られると共に複合材料にした際の炭素繊維とマトリクス樹脂との密着性を高めることができる。

表面処理エネルギは、炭素化工程の最高温度が１，４００～１，６００℃の場合、２０～３５０（ＭＪ／ｋｇ）の範囲内が好ましい。炭素化工程の最高温度が１，４００～１，６００℃の場合、表面酸素濃度が０．０３９～０．０８６の範囲内になるように、表面処理エネルギが設定されていることが好ましい。炭素化工程の最高温度が１，４００～１，６００℃の場合、表面窒素濃度が０．０２６～０．０３６の範囲内になるように、表面処理エネルギが設定されていることが好ましい。
このような表面処理エネルギを炭素化された繊維１ｄに与えることで、引張強度の高い炭素繊維が得られると共に複合材料にした際の炭素繊維とマトリクス樹脂との密着性を高めることができる。

表面処理エネルギは、炭素化工程の最高温度が１，６００～２，０００℃の場合、４５～６８０（ＭＪ／ｋｇ）の範囲内が好ましい。炭素化工程の最高温度が１，６００～２，０００℃の場合、表面酸素濃度が０．０３０～０．０７７の範囲内になるように、表面処理エネルギが設定されていることが好ましい。炭素化工程の最高温度が１，６００～２，０００℃の場合、表面窒素濃度が０．０２０～０．０３２の範囲内になるように、表面処理エネルギが設定されていることが好ましい。
このような表面処理エネルギを炭素化された繊維１ｄに与えることで、引張強度の高い炭素繊維が得られると共に複合材料にした際の炭素繊維とマトリクス樹脂との密着性を高めることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
ここでは、炭素化された繊維１ｄを表面処理する表面処理工程について説明する。
まず、実施例及び比較例に先立ち、下記に示す材料を準備した。

＜炭素化された繊維１ｄ＞
実施例では、３種類の炭素化された繊維１ｄを使用した。
繊維１ｄは、２４，０００本の前駆体繊維（プリカーサ）１ａを酸化性雰囲気中で２００～３５０［℃］で処理する耐炎化工程を経た後に、不活性雰囲気中で温度が３００～８００［℃］の第１の炭素化工程と、最高温度が１，３００［℃］、１，４００［℃］又は１，８００［℃］の第２の炭素化工程を経て製造された３種類である。
第２の炭素化工程の最高温度が１，３００［℃］の繊維１ｄでは、炭素化された繊維１ｄの密度が１．８０［ｇ／ｃｍ^３］、繊維１ｄの直径は６．９［μｍ］、表面酸素濃度が０．０４７であり、表面窒素濃度が０．０３５である（表１の比較例１を参照）。第２の炭素化工程の最高温度が１，４００［℃］の繊維１ｄでは、炭素化された繊維１ｄの密度が１．７６［ｇ／ｃｍ^３］、繊維１ｄの直径は６．４［μｍ］、表面酸素濃度が０．０３７であり、表面窒素濃度が０．０１８である（表２の比較例３を参照）。第２の炭素化工程の最高温度が１，８００［℃］の繊維１ｄでは、炭素化された繊維１ｄの密度が１．８１［ｇ／ｃｍ^３］、繊維１ｄの直径は５．０［μｍ］、表面酸素濃度が０．０２９であり、表面窒素濃度が０．０１３である（表３の比較例５を参照）。

＜表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）＞
表面処理後の表面処理された繊維１ｅの表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）は、次の手順に従ってＸＰＳ（ＥＳＣＡ）によって求めることができる。測定には、日本電子株式会社製Ｘ線光電子分光装置ＥＳＣＡＪＰＳ－９０００ＭＸを使用した。繊維をカットしてステンレス製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を９０度に設定し、Ｘ線源としてＭｇＫαを用い、試料チャンバー内を１×１０^－６［Ｐａ］の真空度に保った。
測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずＣ_１ｓの主ピークの結合エネルギ値Ｂ．Ｅ．を２８４．６［ｅＶ］に合わせる。Ｏ_１ｓピーク面積は、５２７～５４０［ｅＶ］の範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、Ｃ_１ｓピーク面積は、２８１～２９７［ｅＶ］の範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。Ｃ_１ｓピークに対するＯ_１ｓピークの感度補正係数として２．６８６５を用いた。炭素繊維表面の表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）は、上記Ｏ_１ｓピーク面積とＣ_１ｓピーク面積の比で計算して求めた。

＜表面窒素濃度（Ｎ／Ｃ）＞
表面処理後の表面処理された繊維１ｅの表面窒素濃度（Ｎ／Ｃ）は、次の手順に従ってＸＰＳ（ＥＳＣＡ）によって求めることができる。測定には、日本電子株式会社製Ｘ線光電子分光装置ＥＳＣＡＪＰＳ－９０００ＭＸを使用した。繊維をカットしてステンレス製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を９０度に設定し、Ｘ線源としてＭｇＫαを用い、試料チャンバー内を１×１０^－６［Ｐａ］の真空度に保った。
測定時の帯電に伴うピークの補正として、まずＣ_１ｓの主ピークの結合エネルギ値Ｂ．Ｅ．を２８４．６［ｅＶ］に合わせる。Ｎ_１ｓピーク面積は、３９５～４０５［ｅＶ］の範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、Ｃ_１ｓピーク面積は、２８１～２９７［ｅＶ］の範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。Ｃ_１ｓピークに対するＮ_１ｓピークの感度補正係数として０．９７５０７を用いた。炭素繊維表面の表面窒素濃度（Ｎ／Ｃ）は、上記Ｎ_１ｓピーク面積とＣ_１ｓピーク面積の比で計算して求めた。

＜表面処理＞
表面処理装置２５は筒部２５１と照射部２５５とを有する。照射部２５５としてリモート式大気圧プラズマ表面処理装置を１台利用し、当該１台の照射部２５５の上流側に６００［ｍｍ］の上流側筒部と、下流側に３００［ｍｍ］の下流側筒部とを有する。これらの筒部２５１の断面形状は矩形とし、投入している繊維の全断面積に対する筒部２５１の内部空間の断面積の比は４０である。
表面処理装置２５（筒部２５１）内を走行する炭素化された繊維１ｄの速度（供給速度）を調整したり、一対の電極に印加する電力（表面処理装置出力）を調整したりすることで、表面処理エネルギを調整できる。
＜表面処理エネルギ＞
表面処理エネルギは、繊維１ｄに付与するエネルギを繊維１ｄの単位時間当たりの処理量で除したものであり、以下の（２）式から算出できる。
Ｅ_Ｔ＝Ｐ_Ｔ×Ｗ_Ｆ×Ｌ_Ｔ／（Ａ_Ｎ×ＬＤ×Ｖ_Ｆ×１，０００，０００）（２）
ここで、
Ｅ_Ｔ：表面処理エネルギ（ＭＪ／ｋｇ）
Ｐ_Ｔ：表面処理装置の総出力（Ｗ）
Ｗ_Ｆ：炭素繊維束の幅（ｍ）
Ｌ_Ｔ：照射部長さ（ｍ）
Ａ_Ｎ：表面処理エネルギを供与する総断面積（ｍ^２）
ＬＤ：炭素繊維束の単位質量（ｋｇ／ｍ）
Ｖ_Ｆ：炭素繊維束の供給速度（ｍ／ｓ）
である。

＜炭素繊維特性＞
引張弾性率ＴＭは、ＪＩＳＲ７６０６に準拠して測定している。
引張強度ＴＳは、ＪＩＳＲ７６０６に準拠して測定している。

〔実施例１〕
１，３００℃で炭素化された繊維１ｄを用いた。
繊維１ｄは、単繊維繊度が０．６７ｄｔｅｘであり、単繊維数が２４，０００本である。繊維１ｄの引張強度は４，５２０ＭＰａであり、引張弾性率は２２６ＧＰａであった（比較例１参照）。また、繊維１ｄの密度は１．８０ｇ／ｃｍ^３であった。
炭素化された上記繊維１ｄに対して、酸素と窒素を含む混合ガス中でプラズマを用いて表面処理を行った。混合ガス中の窒素比率は９９．３％であり、酸素比率が０．７％であった。表面処理エネルギは７ＭＪ／ｋｇであった。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０６０であり、表面窒素濃度は０．０３６であった。繊維１ｅの引張弾性率は２２８ＧＰａであり、引張強度は５，０２０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、２１．９であった。
上記の表面処理を行うことで、表面処理を行わなかった比較例１に対して、繊維の引張強度が１．１１倍になった。これらの結果等を表１に示す。

〔実施例２〕
実施例１で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例１と同じ混合ガス中で、１５ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０９１であり、表面窒素濃度は０．０３４であった。繊維１ｅの引張弾性率は２３０ＧＰａであり、引張強度は５，５８０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、２８．８であった。
上記の表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．２３倍になった。これらの結果等を表１に示す。

〔実施例３〕
実施例１で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例１と同じ混合ガス中で、３０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０９９であり、表面窒素濃度は０．０３５であった。繊維１ｅの引張弾性率は２４８ＧＰａであり、引張強度は５，２７０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３３．２であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．１７倍になった。これらの結果等を表１に示す。

〔実施例４〕
実施例１で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例１と同じ混合ガス中で、６０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．１１４であり、表面窒素濃度は０．０３６であった。繊維１ｅの引張弾性率は２３２ＧＰａであり、引張強度は５，１８０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３４．８であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．１５倍になった。これらの結果等を表１に示す。

〔実施例５〕
１，４００℃で炭素化された繊維１ｄを用いた。
繊維１ｄは、単繊維繊度が０．５７ｄｔｅｘあり、単繊維数が１２，０００本である。繊維１ｄの引張強度は５，４１０ＭＰａであり、引張弾性率は２７６ＧＰａであった（比較例３参照）。また、繊維１ｄの密度は１．７６ｇ／ｃｍ^３であった。
炭素化された上記繊維１ｄに対して、実施例１と同じ混合ガス中で、２０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０４１であり、表面窒素濃度は０．０２６であった。繊維１ｅの引張弾性率は２９０ＧＰａであり、引張強度は６，０２０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、１９．４であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．１１倍になった。これらの結果等を表２に示す。
〔実施例６〕
実施例５で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例５と同じ混合ガス中で、４０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０４８であり、表面窒素濃度は０．０３５であった。繊維１ｅの引張弾性率は３２２ＧＰａであり、引張強度は６，６２０ＭＰａであった。このときに、強度パラメータは、２６．７であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．２２倍になった。これらの結果等を表２に示す。

〔実施例７〕
実施例５で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例５と同じ混合ガス中で、１２０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０６２であり、表面窒素濃度は０．０３６であった。繊維１ｅの引張弾性率は３１８ＧＰａであり、引張強度は６，４８０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３１．２であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．２０倍になった。これらの結果等を表２に示す。

〔実施例８〕
実施例５で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例５と同じ混合ガス中で、２２０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０８０であり、表面窒素濃度は０．０３４であった。繊維１ｅの引張弾性率は３０５ＧＰａであり、引張強度は６，１５０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３４．８であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．１４倍になった。これらの結果等を表２に示す。

〔実施例９〕
１，８００℃で炭素化された繊維１ｄを用いた。
繊維１ｄは、単繊維繊度が０．３５ｄｔｅｘであり、単繊維数が１２，０００本である。繊維１ｄの引張強度は６，０４０ＭＰａであり、引張弾性率は２８０ＧＰａであった（比較例５参照）。また、繊維１ｄの密度は１．８１ｇ／ｃｍ^３であった。
炭素化された上記繊維１ｄに対して、実施例１と同じ混合ガス中で、４５ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０３２であり、表面窒素濃度は０．０２１であった。繊維１ｅの引張弾性率は３４２ＧＰａであり、引張強度は６，７２０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、１８．１であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．１１倍になった。これらの結果等を表３に示す。

〔実施例１０〕
実施例９で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例９と同じ混合ガス中で、９０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０３５であり、表面窒素濃度は０．０３２であった。繊維１ｅの引張弾性率は３７４ＧＰａであり、引張強度は７，４００ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、２５．１であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．２３倍になった。これらの結果等を表３に示す。

〔実施例１１〕
実施例９で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例９と同じ混合ガス中で、２５０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０５５であり、表面窒素濃度は０．０２４であった。繊維１ｅの引張弾性率は３６４ＧＰａであり、引張強度は７，３９０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、２８．８であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．２２倍になった。これらの結果等を表３に示す。

〔実施例１２〕
実施例９で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例９と同じ混合ガス中で、４５０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０７５であり、表面窒素濃度は０．０２５であった。繊維１ｅの引張弾性率は３２８ＧＰａであり、引張強度は６，９２０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３２．８であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．１５倍になった。これらの結果等を表３に示す。

〔比較例１〕
実施例１で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、プラズマ表面処理を行わなかった。つまり、実施例１で説明した炭素化された繊維１ｄと同じものである。
この繊維（１ｅ）の表面酸素濃度は０．０４７であり、表面窒素濃度は０．０３５であった。繊維（１ｅ）の引張弾性率は２２６ＧＰａであり、引張強度は４，５２０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、１８．５であった。これらの結果等も表１に併せて示す。

〔比較例２〕
実施例１で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例１と同じ混合ガス中で、１２０ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．１４０であり、表面窒素濃度は０．０３４であった。繊維１ｅの引張弾性率は２２６ＧＰａであり、引張強度は４，７７０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３９．３であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．０６倍になった。これらの結果等も表１に併せて示す。

〔比較例３〕
実施例５で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、プラズマ表面処理を行わなかった。つまり、実施例５で説明した炭素化された繊維１ｄと同じものである。
この繊維（１ｅ）の表面酸素濃度は０．０３７であり、表面窒素濃度は０．０１８であった。繊維（１ｅ）の引張弾性率は２７６ＧＰａであり、引張強度は５，４１０ＭＰａであった。このときに、強度パラメータは、１５．２であった。これらの結果等も表２に併せて示す。

〔比較例４〕
実施例５で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例５と同じ混合ガス中で、４００ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０９２であり、表面窒素濃度は０．０３５であった。繊維１ｅの引張弾性率は２９６ＧＰａであり、引張強度は５，７４０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３７．６であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．０６倍になった。これらの結果等も表２に併せて示す。

〔比較例５〕
実施例９で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、プラズマ表面処理を行わなかった。つまり、実施例９で説明した炭素化された繊維１ｄと同じものである。
この繊維（１ｅ）の表面酸素濃度は０．０２９であり、表面窒素濃度は０．０１３であった。繊維（１ｅ）の引張弾性率は２８０ＧＰａであり、引張強度は６，０４０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、１１．８であった。これらの結果等も表３に併せて示す。

〔比較例６〕
実施例９で説明した炭素化された繊維１ｄに対して、実施例９と同じ混合ガス中で、９００ＭＪ／ｋｇの表面処理エネルギでプラズマ表面処理を行った。
表面処理後の繊維１ｅの表面酸素濃度は０．０８０であり、表面窒素濃度は０．０３０であった。繊維１ｅの引張弾性率は３２１ＧＰａであり、引張強度は６，３２０ＭＰａであった。このときの強度パラメータは、３５．３であった。本表面処理を行うことで、繊維の引張強度が１．０５倍になった。これらの結果等も表３に併せて示す。

ここで、炭素化された繊維１ｄに対して表面処理としてプラズマ処理を行った炭素繊維と、プラズマ処置を行わなかった炭素繊維とを区別するために、プラズマ処理を行った炭素繊維の符号を便宜上「１ｅ」とし、プラズマ処理を行わなかった炭素繊維の符号を便宜上「１ｄ」とする。
表１～表３の実施例及び比較例の結果から、強度パラメータと引張強度との関係を図３に示す。
図３に示すように、１，３００℃で炭素化された繊維１ｄを用いた場合、強度パラメータが２１～３７の範囲にある炭素繊維１ｅは、プラズマ処理を行わない炭素繊維１ｄに対して、１．１倍以上の引張強度を有することが分かる。
同様に、１，４００℃で炭素化された繊維１ｄを用いた場合、強度パラメータが１８～３６の範囲にある炭素繊維１ｅは、プラズマ処理を行わない炭素繊維１ｄに対して、１．１倍以上の引張強度を有することが分かる。
同様に、１，８００℃で炭素化された繊維１ｄを用いた場合、強度パラメータが１６～３５の範囲にある炭素繊維１ｅは、プラズマ処理を行わない炭素繊維１ｄに対して、１．１倍以上の引張強度を有することが分かる。
以上のように、強度パラメータが炭素化温度に対応した所定の範囲にある場合、又は強度パラメータが炭素化温度に対応した所定の範囲となるようにプラズマ処理を行った場合、プラズマ処理を行わなかった炭素繊維１ｄに対して、引張強度が向上することが分かる。

図３に示すように、炭素化工程の温度が高くなるほど、引張強度が１．１倍となる強度パラメータが左側（強度パラメータが小さくなる側である）にシフトすることが分かる。
一方、第２の炭素化工程の最高温度が１，３００℃の繊維１ｄの引張弾性率（ＧＰａ）は２２６～２４８であり、最高温度が１，４００℃の繊維１ｄの引張弾性率（ＧＰａ）は２７６～３２２であり、最高温度が１，８００℃の繊維の引張弾性率（ＧＰａ）は２８０～３７４であり、炭素化工程の最高温度が高くなるにしたがって、炭素繊維の引張弾性率が高くなる傾向にあることが分かる（表１参照）。
このことから、炭素繊維の引張弾性率が高くなるほど、引張強度が１．１倍以上となる強度パラメータが左側（強度パラメータが小さくなる側である）にシフトすることが分かる。
したがって、引張強度が１．１倍以上となる強度パラメータの範囲は、製造しようとする炭素繊維の引張弾性率で規定することができる。
具体的には、炭素繊維の強度パラメータが式（１）で規定される範囲内であれば、その炭素繊維１ｅの引張強度は、本発明のプラズマ処理を行わなかった炭素繊維１ｄに対して、１．１倍以上となる。
逆に、製造された炭素繊維の強度パラメータが式（１）で規定される範囲内であれば、当該炭素繊維は本発明の製造方法で製造されたたものと推測できる。
なお、図３において、「×」は、下記の（３）式において、各炭素化最高温度での最も引張弾性率が高かった実施例３、実施例６及び実施例１０の引張弾性ＴＭを用いた算出結果をプロットしたものであり、「＊」は、下記の式（４）式において、各炭素化最高温度での最も引張弾性率が低かった実施例１、実施例５及び実施例１２の引張弾性ＴＭを用いた算出結果をプロットしたものである。
下限値：２９－（０．０３４×ＴＭ）（３）
上限値：４０－（０．０１６×ＴＭ）（４）

＜＜変形例＞＞
以上、実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態に限られない。例えば、以下で説明する変形例と実施形態の何れかを適宜組み合わせてもよいし、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（１）実施形態では、フィラメント数が１２，０００本の炭素繊維の製造方法について説明したが、フィラメント数が３，０００本、６，０００本、２４，０００本等の他の本数の前駆体繊維を利用した炭素化された繊維の表面処理方法や炭素繊維の製造方法にも適用できる。
（２）実施形態では、炭素化工程を含んだ炭素繊維の製造方法について説明したが、例えば、表面処理工程前に、さらに黒鉛化処理を行ってもよい。つまり、実施形態では、主に、引張弾性率が２４０～３６０ＧＰａの炭素繊維の製造方法について説明したが、表面処理工程は、高弾性品、中弾性高強度品等の高性能品の炭素繊維用の炭素化された繊維にも利用できる。当然、高性能品の炭素繊維の製造方法にも利用できる。

（３）実施形態の表面処理では、プラズマを照射しているが、例えば、炭素化された繊維をプラズマ雰囲気に晒すことでエネルギを付与してもよい。
また、照射部２５５は、平行平板電極を利用しているが、例えば、同軸円筒電極等を利用してもよい。また、照射部２５５は、プラズマを発生させるために、誘電体バリア放電を利用しているが、例えば、コロナ放電、大気圧グロー放電等の他の手段を利用してもよい。
（４）実施形態の照射部２５５は、図２に示すように筒部２５１の外部で発生したプラズマを貫通孔２５３から内部に吹き込んでいるが、例えば、一対の電極を筒部内に配置し、一対の電極間を炭素化された繊維が走行するようにしてもよい。

（５）実施形態の表面処理装置は一例であり、下記のような表面処理装置であってもよい。
（５－１）図４を用いて説明する。
実施形態では、筒部２５１を有する表面処理装置２５であったが、筒部を有しない表面処理装置であってもよい。
表面処理装置２５ａは、図４の（ａ）に示すように、走行する繊維１ｄと対向配置された板部２５１ａと、板部２５１ａにおける走行方向の中央であって繊維１ｄと反対側に配された照射部２５５ａとを備える。板部２５１ａは繊維１ｄの走行方向の中間に貫通孔２５３ａを有し、当該貫通孔２５３ａから大気圧プラズマが走行する繊維１ｄに向けて照射される。
表面処理装置２５ｂは、図４の（ｂ）に示すように、走行する繊維１ｄと対向配置された一対の板部２５１ｂと、一方の板部２５１ｂの走行方向の中央であって繊維１ｄと反対側に配された照射部２５５ｂとを備える。一方の板部２５１ｂは繊維１ｄの走行方向の中間に貫通孔２５３ｂを有し、当該貫通孔２５３ｂから大気圧プラズマが走行する繊維１ｄに向けて照射される。
表面処理装置２５ｃは、図４の（ｃ）に示すように、走行する繊維１ｄと対向配置された一対の板部２５１ｃと、各板部２５１ｃの走行方向の中央であって繊維１ｄと反対側に配された２台の照射部２５５ｃとを備える。両板部２５１ｂは繊維１ｄの走行方向の中間に貫通孔２５３ｃを有し、当該貫通孔２５３ｃから大気圧プラズマが走行する繊維１ｄに向けて照射される。
ここでは、複数本の繊維１ｄが並走し、貫通孔２５３ａ～２５３ｃは、並走方向（紙面に対して直交する方向）に延伸するように設けられている。なお、板部２５１ａ～２５１ｃの貫通孔２５３ａ～２５３ｃは、１個でもよいし、複数個であってもよい。

（５－２）図５を用いて説明する。
実施形態の表面処理装置２５及び図４に示す表面処理装置２５ａ～２５ｃは、繊維１ｄの走行方向の一箇所で大気圧プラズマを照射しているが、繊維１ｄの走行方向に沿った複数個所で大気圧プラズマを照射してもよい。ここでは、走行方向の２箇所で大気圧プラズマを照射する場合について説明する。
表面処理装置２５ｄは、図５の（ａ）に示すように、板部２５１ｄと照射部２５５ｄとを備える照射ユニット２５０ｄを、繊維１ｄの走行方向に間隔をおいて２台有している。
表面処理装置２５ｅは、図５の（ｂ）に示すように、一対の板部２５１ｅと照射部２５５ｅとを備える照射ユニット２５０ｅを、繊維１ｄの走行方向に間隔をおいて２台有している。なお、一対の板部２５１ｅに換えて筒部としてもよい。
２台の照射ユニット２５０ｄ，２５０ｅは、繊維１ｄに対して走行方向と直交する方向の両側に配されている。これにより、繊維１ｄへの大気圧プラズマの照射ムラを小さくできる。

（５－３）図６を用いて説明する。
実施形態の表面処理装置２５及び図４に示す表面処理装置２５ａ～２５ｃは、貫通孔２５３，２５３ａ～ｃを複数本の繊維１ｄの並設方向（図４において紙面と直交する方向）に延伸する状態で有していたが、貫通孔を繊維１ｄの走行方向に延伸する状態で有してもよい。ここでは、貫通孔を複数本の繊維１ｄの並設方向と走行方向とに広がる形状をしている場合を説明する。
表面処理装置２５ｆは、図６の（ａ）に示すように、走行する繊維１ｄと対向配置された板部２５１ｆと、板部２５１ｄにおける繊維１ｄと反対側に配された照射部２５５ｆとを備える。板部２５１ｆは繊維１ｄの走行方向に沿って形成された貫通孔２５３ｆを有し、当該貫通孔２５３ｆから大気圧プラズマが走行する繊維１ｄに向けて照射される。
表面処理装置２５ｇは、図６の（ｂ）に示すように、走行する繊維１ｄと対向配置された一対の板部２５１ｇと、一方の板部２５１ｇにおける繊維１ｄと反対側に配された照射部２５５ｇとを備える。一方の板部２５１ｇは繊維１ｄの走行方向に沿って形成された貫通孔２５３ｇを有し、当該貫通孔２５３ｇから大気圧プラズマが走行する繊維１ｄに向けて照射される。
表面処理装置２５ｈは、図６の（ｃ）に示すように、走行する繊維１ｄと対向配置された一対の板部２５１ｈと、各板部２５１ｈにおける繊維１ｄと反対側に配された２台の照射部２５５ｈとを備える。両板部２５１ｈは繊維１ｄの走行方向に沿って形成された貫通孔２５３ｈを有し、当該貫通孔２５３ｈから大気圧プラズマが走行する繊維１ｄに向けて照射される。
ここでは、複数本の繊維１ｄが並走し、貫通孔２５３ｆ～２５３ｈは、並走方向にも延伸するように矩形状又は方形状に設けられている。なお、貫通孔２５３ｆ～２５３ｈは、１個でもよいし、走行方向に沿った複数個であってもよい。また、一対の板部２５１ｇ，２５１ｈに換えて筒部としてもよい。

（５－４）図７を用いて説明する。
実施形態の表面処理装置２５及び図６に示す表面処理装置２５ｆ～２５ｈは、繊維１ｄの走行方向の一箇所で大気圧プラズマを照射しているが、繊維１ｄの走行方向に沿った複数個所で大気圧プラズマを照射してもよい。ここでは、走行方向の２箇所で大気圧プラズマを照射する場合について説明する。
表面処理装置２５ｊは、図７の（ａ）に示すように、板部２５１ｊと照射部２５５ｊとを備える照射ユニット２５０ｊを、繊維１ｄの走行方向に間隔をおいて２台有している。
表面処理装置２５ｋは、図７の（ｂ）に示すように、一対の板部２５１ｋと照射部２５５ｋとを備える照射ユニット２５０ｋを、繊維１ｄの走行方向に間隔をおいて２台有している。なお、一対の板部２５１ｋに換えて筒部としてもよい。
２台の照射ユニット２５０ｊ，２５０ｋは、繊維１ｄの走行方向と直交する方向の両側に配されている。これにより、繊維１ｄへの大気圧プラズマの照射ムラを小さくできる。

（５－５）図８を用いて説明する。
実施形態の表面処理装置２５、図５の（ｂ）に示す表面処理装置２５ｅ及び図の７（ｂ）に示す表面処理装置２５ｋは、繊維１ｄの走行方向の２箇所で大気圧プラズマを照射しているが、複数の表面処理装置を連結して繊維１ｄの走行方向に沿った複数個所で大気圧プラズマを照射してもよい。ここでは、走行方向の２箇所で大気圧プラズマを照射する場合について説明する。
表面処理装置２５ｍは、図８の（ａ）に示すように、一対の板部２５１ｍと照射部２５５ｍとを備える照射ユニット２５０ｍを繊維１ｄの走行方向に２台連結して（正確には、「各照射ユニット２５０ｍの板部２５１ｍ同士を連結する」である）一体的に配置している。換言すると、表面処理装置２５ｍは、一対の板部２５１ｍと、一対の板部２５１ｍに対して繊維１ｄの走行方向に間隔をおいて配された複数台（２台）の照射部２５５ｍとを備えている。なお、一対の板部２５１ｍに換えて筒部としてもよい。
表面処理装置２５ｎは、図８の（ｂ）に示すように、一対の板部２５１ｎと照射部２５５ｎとを備える照射ユニット２５０ｎを繊維１ｄの走行方向に２台連結して（正確には、「各照射ユニット２５０ｍの板部２５１ｍ同士を連結する」である）一体的に配置している。換言すると、表面処理装置２５ｎは、一対の板部２５１ｎと、一対の板部２５１ｎに対して繊維１ｄの走行方向に間隔をおいて配された複数台（２台）の照射部２５５ｎとを備えている。なお、一対の板部２５１ｎに換えて筒部としてもよい。
２台の照射ユニット２５０ｍ，２５０ｎは、繊維１ｄの走行方向と直交する方向の両側に互い違いに配されている。これにより、繊維１ｄへの大気圧プラズマの照射ムラを小さくでき、かつ連結して配置することで、発生したプラズマを表面処理に有効に利用することができる。
なお、図４～図８に示す表面処理装置２５ａ～２５ｎは、照射部２５５ａ～２５５ｎよりも繊維１ｄの走行方向に長い板部２５１ａ～２５１ｎを有しているが、照射部２５５ａ～２５５ｎよりも繊維１ｄの走行方向に短い板部（筒部）を有してもよいし、板部や筒部を有していなくてよい。

１繊維
１ａプリカーサ
１ｂ耐炎化繊維
１ｄ炭素化された繊維
２５表面処理装置
２５１筒部
２５５照射部

Claims

炭素化工程後にエネルギを付与して炭素繊維を製造する炭素繊維の製造方法であって、
前記エネルギはプラズマであり、
前記エネルギ付与は、下記の式（１）の関係を満たすように、行われる。
２９－（０．０３４×ＴＭ）≦（Ｏ／Ｃ＋Ｎ／Ｃ）×ＴＭ≦４０－（０．０１６×ＴＭ）（１）
ただし、「ＴＭ」は炭素繊維の引張弾性率［ＧＰａ］であり、「Ｏ／Ｃ」はＸ線光電子
分光法により測定される表面酸素濃度であり、「Ｎ／Ｃ」はＸ線光電子分光法により測定される表面窒素濃度である。