KR101730948B1

KR101730948B1 - 실 제조장치 및 응집부

Info

Publication number: KR101730948B1
Application number: KR1020157033474A
Authority: KR
Inventors: 히로키 타카시마
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2017-04-27
Also published as: US20160153125A1; US10400361B2; JPWO2015011769A1; KR20160004337A; WO2015011769A1; EP3026153A1; EP3026153A4; CN105358751A; TW201516193A; EP3026153B1; JP5943150B2; TWI551743B

Abstract

본 발명의 실 제조장치(1)는, CNT(탄소 나노튜브) 섬유군(F)을 주행시키면서 상기 CNT 섬유군(F)으로부터 CNT사(Y)를 제조하는 장치로서, CNT 섬유군(F)을 응집시키는 응집부(3)와, 응집부(3)에 의해 응집된 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하는 꼬임 형성부(5)를 구비한다. 응집부(3)는, CNT 섬유군(F)의 응집상태를 조정하는 조정기구(10)를 갖는다.

Description

실 제조장치 및 응집부{THREAD PRODUCTION DEVICE, AND AGGREGATING PART}

본 발명은, 탄소 나노튜브 섬유군(纖維群)을 주행시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군으로부터 탄소 나노튜브사(carbon nanotube thread)를 제조하는 실 제조장치, 및 그러한 실 제조장치에 적용되는 응집부에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 실 제조장치로서, 탄소 나노튜브 형성기판으로부터 인출된 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 끼움지지수단과, 끼움지지수단에 의해 응집된 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하는 꼬임형성수단을 구비하는 것이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

또, 특허문헌 2(도 4)에는, 현탁(懸濁)한 나노튜브 배열의 정렬성을 만들어 내는 방사구금(紡絲口金, spinneret) 노즐이 개시되어 있다. 이 방사구금 노즐에 의해 나노튜브 현탁액 중의 연신류(延伸流) 강도를 현저하게 증가시키며, 이로써 탄소 나노튜브의 정렬도를 증가시키고 있다.

일본 특허공개공보 제2010-116632호 일본 특허 제3954967호

특허문헌 1에 기재된 실 제조장치에 있어서는, 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 끼움지지수단으로서, 한 쌍의 회전 가능한 롤러가 이용되고 있기 때문에, 예컨대 탄소 나노튜브 형성기판으로부터 인출된 탄소 나노튜브 섬유군의 양이 변동하면, 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태가 불안정해지며, 그 결과, 제조된 탄소 나노튜브사에 있어서 충분한 강도 또는 외관을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 또, 특허문헌 2에 기재된 방사구금 노즐에 의해 제조된 탄소 나노튜브사에 있어서 충분한 강도를 얻기 위해서는, 원하는 굵기의 탄소 나노튜브사에 따라, 방사구금 노즐을 그때그때 교환할 필요가 있다.

이에, 본 발명은, 제조된 탄소 나노튜브사에 있어서 충분한 강도를 얻을 수 있는 실 제조장치, 및 그러한 실 제조장치에 적용되는 응집부를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실 제조장치는, 탄소 나노튜브 섬유군을 주행시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군으로부터 탄소 나노튜브사를 제조하는 실 제조장치로서, 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 응집부와, 응집부에 의해 응집된 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하는 꼬임 형성부(twisting part)를 구비하며, 응집부는, 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태를 조정하는 조정기구를 갖는다.

상기 실 제조장치에서는, 응집부에 의해 탄소 나노튜브 섬유군이 응집될 때에, 조정기구에 의해 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태가 조정된다. 이로써, 예컨대 탄소 나노튜브 섬유군의 양이 변동하여도, 탄소 나노튜브 섬유군을 안정적으로 응집시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 꼬임 형성부에 있어서 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성할 때에, 응집한 탄소 나노튜브 섬유군에 원하는 텐션(tension)을 작용시킬 수 있다. 따라서, 상기 실 제조장치에 의하면, 제조된 탄소 나노튜브사에 있어서 충분한 강도를 얻을 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 응집부는, 탄소 나노튜브 섬유군에 그 주행 방향에 수직인 방향으로 힘을 작용시키면서 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시켜도 무방하다. 이것에 의하면, 응집부에 의해 탄소 나노튜브 섬유군이 응집될 때에, 탄소 나노튜브 섬유군에 그 주행에 대한 저항력이 작용하게 되기 때문에, 꼬임 형성부에 있어서 탄소 나노튜브 섬유군을 고밀도로 꼴 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 응집부는, 통과구멍에 대해 탄소 나노튜브 섬유군을 접촉시키면서 통과시킴으로써, 탄소 나노튜브 섬유군에 힘을 작용시키면서 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시켜도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군에 대한 저항력의 작용 및 탄소 나노튜브 섬유군의 응집을 간이(簡易)한 구성으로 실현할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 응집부는, 통과구멍을 형성하는 복수의 조립부재를 가지며, 조정기구는, 조립부재의 위치관계를 조정하여 통과구멍의 개구 면적을 조정함으로써, 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태를 조정하여도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군에 작용하는 저항력의 크기 및 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태를 임의로 조정할 수가 있다. 또한, 예컨대 탄소 나노튜브 섬유군이 통과구멍에 가득 찼다 하더라도, 조립부재를 분리하여 탄소 나노튜브 섬유군을 용이하게 없앨 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 응집부는, 조립부재로서, 통과구멍을 획정하는 제 1 절결(切缺) 및 제 2 절결이 각각 형성된 제 1 판형상 부재 및 제 2 판형상 부재를 가지며, 조정기구는, 제 1 판형상 부재 및 제 2 판형상 부재의 적어도 일방(一方)을 이동시켜 제 1 절결과 제 2 절결간의 겹침 상태를 조정함으로써, 통과구멍의 개구 면적을 조정하여도 무방하다. 이것에 의하면, 통과구멍의 개구 면적을 용이하고도 또한 확실하게 조정할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 응집부는, 조립부재로서, 통과구멍을 획정(劃定)하는 복수의 와이어, 및 와이어의 단부(端部)를 각각 유지하는 복수의 유지편(片)을 가지며, 조정기구는, 유지편의 각각을 요동시켜 와이어끼리의 겹침 상태를 조정함으로써, 통과구멍의 개구 면적을 조정하여도 무방하다. 이것에 의하면, 통과구멍의 개구 면적을 용이하고도 또한 확실하게 조정할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치는, 응집부와 꼬임 형성부의 사이를 주행하는 탄소 나노튜브 섬유군에 작용하여, 꼬임 형성부에 의해 꼬임이 형성되는 탄소 나노튜브 섬유군에 텐션을 부여하는 텐션 부여부를 더 구비하여도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군에 원하는 값의 텐션을 부여하여, 꼬임 형성부에 있어서, 탄소 나노튜브 섬유군을 보다 고밀도로 꼴 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 텐션 부여부는, 탄소 나노튜브 섬유군에 공기를 분사함으로써, 탄소 나노튜브 섬유군에 그 주행 방향과는 반대방향으로 힘을 작용시키는 공기식의 텐션 부여 기구여도 무방하다. 이것에 의하면, 접촉에 의해 탄소 나노튜브 섬유군을 필요 이상으로 응집시키는 일없이, 탄소 나노튜브 섬유군에 적합하게 텐션을 부여할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 텐션 부여부는, 번갈아 배치된 빗살형상의 접촉부를 이용하여 탄소 나노튜브 섬유군을 굴곡시킴으로써, 탄소 나노튜브 섬유군의 주행에 대해 저항력을 작용시키는 게이트식의 텐션 부여 기구여도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군을 필요 이상으로 응집시키는 일없이, 탄소 나노튜브 섬유군에 적합하게 텐션을 부여할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치는, 응집부와 꼬임 형성부의 사이에 배치되며, 주행하는 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 추가 응집부를 더 구비하여도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군이 단계적으로 응집되기 때문에, 탄소 나노튜브 섬유군에 무리한 힘이 작용하여 탄소 나노튜브 섬유군의 정렬(배열) 상태가 흐트러지는 것을 억제할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치는, 탄소 나노튜브 섬유군이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판을 지지하는 기판 지지부를 더 구비하여도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군을 안정적으로 공급할 수가 있다.

본 발명의 실 제조장치에 있어서는, 꼬임 형성부는, 권취관(卷取管)이 부착된 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 권취관에 탄소 나노튜브사를 감는 권취 구동기구와, 탄소 나노튜브사를 권취관으로 안내하는 가이드부를 권취관의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 탄소 나노튜브 섬유군 내지 탄소 나노튜브사를 선회시키면서, 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 탄소 나노튜브사를 제조하는 꼬임형성 구동기구와, 권취관에 대해 가이드부를 권취축의 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 권취관에 있어서 탄소 나노튜브사를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구를 가져도 무방하다. 이것에 의하면, 탄소 나노튜브 섬유군 내지 탄소 나노튜브사를 선회시켜 벌룬(balloon; 탄소 나노튜브 섬유군 내지 탄소 나노튜브사가 원심력에 의해 풍선형상으로 부풀어 오른 상태)을 형성함으로써, 신축성이 비교적 적은 탄소 나노튜브 섬유군에 생기는 텐션 변동을 벌룬으로 적합하게 흡수하면서, 탄소 나노튜브 섬유군에 효율적으로 꼬임을 형성할 수가 있다.

본 발명의 응집부는, 탄소 나노튜브 섬유군을 주행시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군으로부터 탄소 나노튜브사를 제조하는 실 제조장치에 있어서, 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 응집부로서, 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태를 조정하는 조정기구를 갖는다.

본 발명의 응집부는, 탄소 나노튜브 섬유군에 그 주행 방향에 수직인 방향으로 힘을 작용시키면서 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시켜도 무방하다.

본 발명의 응집부는, 통과구멍에 대해 탄소 나노튜브 섬유군을 접촉시키면서 통과시킴으로써, 탄소 나노튜브 섬유군에 힘을 작용시키면서 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시켜도 무방하다.

본 발명의 응집부는, 통과구멍을 형성하는 복수의 조립부재를 더 가지며, 조정기구는, 조립부재의 위치관계를 조정하여 통과구멍의 개구 면적을 조정함으로써, 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태를 조정하여도 무방하다.

본 발명의 응집부는, 조립부재로서, 통과구멍을 획정하는 제 1 절결 및 제 2 절결이 각각 형성된 제 1 판형상 부재 및 제 2 판형상 부재를 더 가지며, 조정기구는, 제 1 판형상 부재 및 제 2 판형상 부재의 적어도 일방을 이동시켜 제 1 절결과 제 2 절결간의 겹침 상태를 조정함으로써, 통과구멍의 개구 면적을 조정하여도 무방하다.

본 발명의 응집부는, 조립부재로서, 통과구멍을 획정하는 복수의 와이어, 및 와이어의 단부를 각각 유지하는 복수의 유지편을 더 가지며, 조정기구는, 유지편의 각각을 요동시켜 와이어끼리의 겹침 상태를 조정함으로써, 통과구멍의 개구 면적을 조정하여도 무방하다.

본 발명에 의하면, 제조된 탄소 나노튜브사에 있어서 충분한 강도를 얻을 수 있는 실 제조장치, 및 그러한 실 제조장치에 적용되는 응집부를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 실 제조장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 실 제조장치의 응집부의 평면도이다.
도 3은 도 2의 응집부의 제 1 및 제 2 판형상 부재의 정면도이다.
도 4는 도 3의 제 1 및 제 2 판형상 부재의 주요부 확대도이다.
도 5는 도 1의 실 제조장치의 꼬임형성 권취장치의 일부 단면도이다.
도 6은 도 1의 실 제조장치의 응집부의 변형예의 사시도이다.
도 7은 도 1의 실 제조장치의 응집부의 변형예의 정면도이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 그에 상당하는 부분에는 동일 부호를 사용하고, 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 실 제조장치(1)는, 탄소 나노튜브 섬유군(이하, 「CNT 섬유군」이라 함; F)을 주행시키면서 해당 CNT 섬유군(F)으로부터 탄소 나노튜브사(이하, 「CNT사(絲)」라 함; Y)를 제조하는 장치이다. 실 제조장치(1)는, 기판 지지부(2)와, 응집부(3)와, 텐션 부여부(4)와, 꼬임형성 권취장치(꼬임 형성부; 5)를 구비하고 있다. 기판 지지부(2), 응집부(3), 텐션 부여부(4) 및 꼬임형성 권취장치(5)는, 이 순서로 직선의 소정 선(L)상에 배치되어 있으며, CNT 섬유군(F)은, 기판 지지부(2)로부터 꼬임형성 권취장치(5)를 향해 주행된다. 또한, CNT 섬유군(F)은, 탄소 나노튜브로 이루어지는 복수의 실 가닥(絲條體)(섬유)이 집합한 것이다. CNT사(Y)는, CNT 섬유군(F)에 꼬임(실연(實撚, real twist) 또는 가연(假撚, false twist))이 형성된 것이다.

기판 지지부(2)는, CNT 섬유군(F)이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판(이하, 「CNT 형성기판」이라 함; S)을 유지한 상태로 지지한다. CNT 형성기판(S)은, 탄소 나노튜브 포레스트(carbon nanotube forest), 혹은, 탄소 나노튜브의 수직 배향 구조체 등이라 칭해지는 것으로서, 화학 기상(氣相) 성장법 등에 의해 기판상에 고밀도 및 고배향(高配向)으로 탄소 나노튜브(예컨대, 단층(單層) 탄소 나노튜브, 2층 탄소 나노튜브, 다층 탄소 나노튜브 등)가 형성된 것이다. 기판으로서는, 예컨대, 유리 기판, 실리콘 기판, 금속 기판 등이 이용된다. 또한, CNT사(Y)의 제조 개시시, CNT 형성기판(S)의 교환시 등에는, 마이크로 드릴(micro drills)이라 칭해지는 지그(治具 jig)를 이용하여, CNT 형성기판(S)으로부터 CNT 섬유군(F)을 인출할 수 있다. 또, 마이크로 드릴 대신에, 흡인 장치, 점착테이프 등을 이용하여, CNT 형성기판(S)으로부터 CNT 섬유군(F)을 인출할 수가 있다.

응집부(3)는, CNT 형성기판(S)으로부터 인출된 CNT 섬유군(F)이 꼬임형성 권취장치(5)를 향해 주행할 때에, CNT 섬유군(F)에 그 주행 방향에 수직인 방향으로 힘을 작용시키면서 CNT 섬유군(F)을 응집시킨다. 보다 구체적으로는, 응집부(3)는, 후단(後段)에 있어서 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성할 수 있을 정도로 CNT 섬유군(F)을 응집시킨다.

응집부(3)는, CNT 섬유군(F)을 접촉시키면서 통과시키는 통과구멍(11)을 형성하는 복수의 조립부재로서, 제 1 판형상 부재(12) 및 제 2 판형상 부재(13)를 복수씩 가지고 있다. 또한, 응집부(3)는, CNT 섬유군(F)의 응집 상태를 조정하는 조정기구(10)를 가지고 있다. 조정기구(10)는, 제 1 판형상 부재(12) 및 제 2 판형상 부재(13)의 위치관계를 조정하여 통과구멍(11)의 개구 면적을 조정함으로써, CNT 섬유군(F)의 응집 상태를 조정한다.

복수(예컨대, 2개)의 제 1 판형상 부재(12)는, 서로 소정 간격을 사이에 두고, 소정 선(L)의 일방의 측에 있어서 조정기구(10)에 부착되어 있다. 복수(예컨대, 3개)의 제 2 판형상 부재(13)는, 서로 소정 간격을 사이에 두고, 소정 선(L)의 타방(他方)의 측에 있어서 조정기구(10)에 부착되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 조정기구(10)는, 각 제 1 판형상 부재(12)의 선단부(12a) 및 각 제 2 판형상 부재(13)의 선단부(13a)를 소정 선(L)에 대해 진퇴시킴으로써, 소정 선(L)상에 있어서 선단부(12a)와 선단부(13a)를 번갈아 배치시킨다. 또한, 서로 이웃하는 제 1 판형상 부재(12) 사이 및 서로 이웃하는 제 2 판형상 부재(13) 사이의 각각에는, 소정 간격을 유지하기 위한 스페이서(spacor; 14)가 개재(介在)되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 판형상 부재(12)의 선단부(12a)에는, 소정 선(L)측에 개구(開口)하는 제 1 절결(切缺, 16)이 형성되어 있다. 제 2 판형상 부재(13)의 선단부(13a)에는, 소정 선(L)측에 개구하는 제 2 절결(17)이 형성되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 절결(16)과 제 2 절결(17)이 소정 선(L)상에 있어서 겹친 영역(예컨대, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같은 타원형상의 영역, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같은 진원(眞圓)형상의 영역 등)은, CNT 섬유군(F)을 접촉시키면서 통과시키는 통과구멍(11)이 된다. 즉, 제 1 절결(16) 및 제 2 절결(17)은, 통과구멍(11)을 획정한다.

조정기구(10)는, 각 제 1 판형상 부재(12)의 선단부(12a) 및 각 제 2 판형상 부재(13)의 선단부(13a)를 소정 선(L)에 대해 진퇴시켜, 소정 선(L)상에 있어서의 제 1 절결(16)과 제 2 절결(17)간의 겹침 상태를 조정함으로써, 통과구멍(11)의 개구 면적을 조정한다. 이로써, 조정기구(10)는, CNT 섬유군(F)의 응집 상태를 조정한다. 구체적인 예로서, 통과구멍(11)의 개구 면적을 작게 할수록, CNT 섬유군(F)을 보다 조밀하게 응집시킬 수가 있다. 또, 통과구멍(11)의 개구 면적을 작게 할수록, 주행하는 CNT 섬유군(F)에 작용하는 저항력이 커지므로, 응집부(3)의 하류측에 있어서 CNT 섬유군(F)에 생기는 텐션을 높게 할 수가 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 텐션 부여부(4)는, 응집부(3)와 꼬임형성 권취장치(5)의 사이를 주행하는 CNT 섬유군(F)에 텐션을 부여한다. 보다 구체적으로는, 텐션 부여부(4)는, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 있어서의 상류측(이하, 단순히 「상류측」이라 함)을 향해 CNT 섬유군(F)에 공기를 분사함으로써, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 있어서의 하류측(이하, 단순히 「하류측」이라 함)에 있어서, CNT 섬유군(F)에 그 주행 방향과는 반대방향으로 힘을 작용시키는 공기식의 텐션 부여 기구이다. 또한, 텐션 부여부(4)는, 번갈아 배치된 빗살형상의 접촉부를 이용하여 CNT 섬유군(F)을 굴곡시킴으로써, CNT 섬유군(F)에 그 주행 방향과는 반대방향으로 힘을 작용시키는 게이트식의 텐션 부여 기구여도 무방하다. 또한, 텐션 부여부(4)는, 디스크식의 텐션 부여 기구 등, 그 밖의 텐션 부여 기구여도 무방하다.

꼬임형성 권취장치(5)는, 응집부(3)에 의해 응집된 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하면서, 제조된 CNT사(Y)를 권취관에 감는다. 보다 구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 꼬임형성 권취장치(5)는, 권취관(T)에 CNT사(Y)를 감는 권취 구동기구(20)와, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)에 의한 벌룬(B)을 형성하면서, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조하는 꼬임형성 구동기구(30)와, 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구(40)를 구비하고 있다.

권취 구동기구(20)는, 소정 선(L)을 권취 중심선으로 하는 권취축(21)과, 권취축(21)을 회전시키는 권취 구동모터(22)를 가지고 있다. 권취관(T)은, 권취축(21)의 상류측 단부인 선단부(21a)에 부착되어 있으며, 권취축(21)에 대해 탈부착 가능하게 되어 있다. 권취축(21)의 하류측 단부인 기단부(21b)는, 축 커플링(shaft coupling, 23)을 통해 권취 구동모터(22)의 구동축(22a)과 연결되어 있다. 권취축(21)은, 베어링(24)을 통해 꼬임형성 권취장치(5)의 프레임(5a)에 축지지되어 있다. 권취 구동모터(22)는, 프레임(5a)에 고정되어 있다. 이상의 권취 구동기구(20)는, 권취 구동모터(22)를 구동시켜, 권취관(T)이 부착된 권취축(21)을 그 권취 중심선(즉, 소정 선(L)) 둘레로 회전시킴으로써, 권취관(T)에 CNT사(Y)를 감는다.

꼬임형성 구동기구(30)는, CNT사(Y)를 권취관(T)으로 안내하는 가이드부(31)와, 가이드부(31)를 권취관(T)의 주위에 있어서 회전시키는 꼬임형성 구동모터(32)를 가지고 있다. 가이드부(31)는, 권취축(21)을 포위하는 통형상의 본체(31a)와, 본체(31a)로부터 상류측으로 연장되는 한 쌍의 아암(31b)을 포함하고 있다. 일방의 아암(31b)의 상류측 단부인 선단부에는, 권취관(T)으로 안내되는 CNT사(Y)가 삽입통과되는 삽입통과구멍(31c)이 형성되어 있다. 삽입통과구멍(31c)에 삽입통과되는 CNT사(Y)는, 소정 선(L)상에 배치된 가이드 링(35)을 CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)의 상태로 통과하여, 권취관(T)으로 안내된다. 가이드부(31)의 본체(31a)는, 복수의 평(平)기어(33)를 통해 꼬임형성 구동모터(32)의 구동축(32a)과 연결되어 있다. 가이드부(31), 꼬임형성 구동모터(32) 및 평기어(33)는, 소정 선(L)을 따라 왕복 이동 가능해지도록 프레임(5a)에 부착된 스테이지(stage, 34)에 지지되어 있다. 또한, 권취축(21)과 본체(31a)의 사이에, 미끄럼 베어링으로서 부시(bush) 등을 배치하여도 무방하다. 이상의 꼬임형성 구동기구(30)는, 꼬임형성 구동모터(32)를 구동시켜, CNT사(Y)를 권취관(T)으로 안내하는 가이드부(31)를 권취관(T)의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 가이드 링(35)을 지점(支点)으로 하여 CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)를 선회시키면서, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조한다. 또한, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)란, CNT 섬유군(F)인 채인 상태, 꼬임이 형성되어 CNT사(Y)가 된 상태, 및 이들의 중간의 상태를 포함하는 의미이다.

트래버스 구동기구(40)는, 소정 선(L)에 평행한 선을 중심선으로 하는 볼나사 축(41)과, 볼나사 축(41)과 나사결합된 볼나사 너트(42)와, 볼나사 축(41)을 회전시키는 트래버스 구동모터(43)를 가지고 있다. 볼나사 축(41)의 하류측 단부인 기단부는, 축 커플링(44)을 통해 트래버스 구동모터(43)의 구동축(43a)과 연결되어 있다. 볼나사 너트(42)는, 꼬임형성 구동기구(30)의 스테이지(34)에 고정되어 있다. 트래버스 구동모터(43)는, 프레임(5a)에 고정되어 있다. 이상의 트래버스 구동기구(40)는, 트래버스 구동모터(43)를 구동시켜 볼나사 축(41)을 정회전 및 역회전시켜, 꼬임형성 구동기구(30)를 소정 선(L)을 따라 왕복 이동시킴으로써(즉, 권취관(T)에 대해 가이드부(31)를 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 왕복 이동시킴으로써), 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스시킨다. 또한, 권취관(T)에 있어서 CNT사(Y)를 트래버스시킬 때에는, 예컨대 가이드부(31)에 대해 권취관(T)을 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 왕복 이동시키는 등, 권취관(T)에 대하여 가이드부(31)를 권취축(21)의 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킬 수 있으면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 실 제조장치(1)에서는, 응집부(3)에 의해 CNT 섬유군(F)이 응집될 때에, 조정기구(10)에 의해 CNT 섬유군(F)의 응집 상태가 조정된다. 이로써, 예컨대 CNT 형성기판(S)으로부터 인출되는 CNT 섬유군(F)의 양이 변동하여도, CNT 섬유군(F)을 안정적으로 응집시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 꼬임형성 권취장치(5)에 있어서 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성할 때에, 응집한 CNT 섬유군(F)에 원하는 텐션을 작용시킬 수가 있다. 따라서, 실 제조장치(1)에 의하면, 제조된 CNT사(Y)에 있어서 충분한 강도를 얻을 수가 있다.

보다 구체적으로는, 조정기구(10)는, 별도로 설치된 센서에 의해 검출된 CNT 섬유군(F)의 양에 근거하여, CNT 섬유군(F)의 양이 많아질수록 통과구멍(11)의 개구 면적이 커지도록, 각 제 1 판형상 부재(12)의 선단부(12a) 및 각 제 2 판형상 부재(13)의 선단부(13a)를 소정 선(L)에 대해 진퇴시킬 수가 있다. 또한, 스프링 등의 바이어스(bias, 付勢) 부재를 이용함으로써, CNT 섬유군(F)의 주행 방향에 수직인 방향으로 힘이 작용했을 때에, 각 제 1 판형상 부재(12)의 선단부(12a) 및 각 제 2 판형상 부재(13)의 선단부(13a)가 소정 선(L)으로부터 멀어지도록 응집부(3)를 구성하면, CNT 섬유군(F)의 양이 돌발적으로 많아진 경우에도, CNT 섬유군(F)의 정렬(배열)이 흐트러지는 것을 방지할 수 있다. 또한, CNT 섬유군(F)이 응집부(3)에 가득 차서 CNT 섬유군(F)이 절단되는 것을 방지할 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에서는, 응집부(3)가, CNT 섬유군(F)에 그 주행 방향에 수직인 방향으로 힘을 작용시키면서 CNT 섬유군(F)을 응집시킨다. 이로써, 응집부(3)에 의해 CNT 섬유군(F)이 응집될 때에, CNT 섬유군(F)에 그 주행에 대한 저항력이 작용하게 되기 때문에, 꼬임형성 권취장치(5)에 있어서 CNT 섬유군(F)을 고밀도로 꼴 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에서는, 응집부(3)가, 통과구멍(11)에 대해 CNT 섬유군(F)을 접촉시키면서 통과시킴으로써, CNT 섬유군(F)에 그 주행 방향에 수직인 방향으로 힘을 작용시키면서 CNT 섬유군(F)을 응집시킨다. 이로써, CNT 섬유군(F)에 대한 저항력의 작용 및 CNT 섬유군(F)의 응집을 간이한 구성으로 실현할 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에서는, 조정기구(10)가, 제 1 판형상 부재(12) 및 제 2 판형상 부재(13)의 위치관계를 조정하여 통과구멍(11)의 개구 면적을 조정함으로써, CNT 섬유군(F)의 응집 상태를 조정한다. 이로써, CNT 섬유군(F)에 작용시키는 저항력의 크기 및 CNT 섬유군(F)의 응집 상태를 임의로 조정할 수가 있다. 또한, 예컨대 CNT 섬유군(F)이 통과구멍(11)에 가득 찼다 하더라도, 제 1 판형상 부재(12) 및 제 2 판형상 부재(13)를 서로 이격시켜 CNT 섬유군(F)을 용이하게 없앨 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에서는, 조정기구(10)가, 제 1 판형상 부재(12) 및 제 2 판형상 부재(13)를 이동시켜 제 1 절결(16)과 제 2 절결(17)간의 겹침 상태를 조정함으로써, 통과구멍(11)의 개구 면적을 조정한다. 이로써, 통과구멍(11)의 개구 면적을 용이하고도 또한 확실하게 조정할 수가 있다. 또한, 조정기구(10)는, 제 1 판형상 부재(12) 또는 제 2 판형상 부재(13)를 이동시켜 제 1 절결(16)과 제 2 절결(17)간의 겹침 상태를 조정하여도 무방하다.

또, 실 제조장치(1)에는, 응집부(3)와 꼬임형성 권취장치(5)의 사이를 주행하는 CNT 섬유군(F)에 텐션을 부여하는 텐션 부여부(4)가 설치되어 있다. 이로써, CNT 섬유군(F)에 원하는 값의 텐션을 부여하여, 꼬임형성 권취장치(5)에 있어서, CNT 섬유군(F)을 보다 고밀도로 꼴 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에서는, 텐션 부여부(4)로서, 공기식의 텐션 부여 기구가 이용되고 있다. 이로써, 접촉에 의해 CNT 섬유군(F)을 필요 이상으로 응집시키는 일없이, CNT 섬유군(F)에 적합하게 텐션을 부여할 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에는, CNT 섬유군(F)이 인출되는 CNT 형성기판(S)을 지지하는 기판 지지부(2)가 설치되어 있다. 이로써, CNT 섬유군(F)을 안정적으로 공급할 수가 있다.

또, 실 제조장치(1)에서는, 꼬임형성 권취장치(5)에 있어서, CNT사(Y)를 권취관(T)으로 안내하는 가이드부(31)를 권취관(T)의 주위에 있어서 회전시킴으로써, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)를 선회시키면서, CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조한다. 이로써, CNT 섬유군(F) 내지 CNT사(Y)가 선회되어 벌룬(B)이 형성되기 때문에, 신축성이 비교적 적은 CNT 섬유군(F)에 생기는 텐션 변동을 벌룬으로 적합하게 흡수하면서, CNT 섬유군(F)에 효율적으로 꼬임을 형성할 수가 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 벌룬(B)을 형성하면서 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조하였으나, 벌룬(B)이 형성되지 않는 조건에서 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성하여 CNT사(Y)를 제조하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, CNT 섬유군(F)의 공급원으로서, CNT 형성기판(S) 대신에, 탄소 나노튜브를 연속적으로 합성하여 CNT 섬유군(F)을 공급하는 장치 등을 이용하여도 무방하다. 또, 꼬임형성 권취장치(5) 대신에, CNT 섬유군(F)에 가연(假撚, false twist)을 형성하는 장치, 및 가연이 형성된 CNT사를 권취관에 감는 장치 등을 이용하여도 무방하다.

또, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 판형상 부재(12) 및 제 2 판형상 부재(13)는, 소정 선(L)에 평행한 선을 중심선으로 하여 요동하는 유지편(18) 및 유지편(19)에 각각 부착되어 있어도 무방하다. 이 경우에는, 유지편(18) 및 유지편(19)을 서로 다른 방향으로 요동시킴으로써, 각 제 1 판형상 부재(12)의 선단부(12a) 및 각 제 2 판형상 부재(13)의 선단부(13a)를 소정 선(L)에 대해 진퇴시킬 수가 있다.

또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 응집부(3)는, CNT 섬유군(F)을 접촉시키면서 통과시키는 통과구멍(11)을 형성하는 복수의 조립부재로서, 통과구멍(11)을 획정하는 복수의 와이어(51), 및 와이어(51)의 단부를 각각 유지하는 복수의 유지편(52)을 가지고 있어도 무방하다. 그리고, 조정기구(10)는, 각 유지편(52)을 요동시켜 와이어(51)끼리의 겹침 상태를 조정함으로써, 통과구멍(11)의 개구 면적을 조정하여도 무방하다. 이 경우에도, 통과구멍(11)의 개구 면적을 용이하고도 또한 확실하게 조정할 수가 있다. 또한, 각 유지편(52)이 요동될 때의 중심은, 소정 선(L)을 중심으로 하는 동일한 원주(圓周) 상에 동일(等) 피치로 배치되어 있다.

또, 실 제조장치(1)는, 응집부(3)와 꼬임형성 권취장치(5)의 사이를 주행하는 CNT 섬유군(F)을 더욱 응집시키는 추가 응집부를 구비하고 있어도 무방하다. 추가 응집부는, 후단(後段)에 있어서 CNT 섬유군(F)에 꼬임을 형성할 수 있을 정도의 범위 내에서, 응집부(3)에 의해 응집된 CNT 섬유군(F)을 보다 조밀하게 응집시킨다. 이것에 의하면, CNT 섬유군(F)이 단계적으로 응집되므로, CNT 섬유군(F)에 무리한 힘이 작용하여 CNT 섬유군(F)의 정렬(배열) 상태가 흐트러지는 것을 억제할 수가 있다.

이러한 추가 응집부로서는, 세관(細管)이 이용된다. 세관은, 하류측의 단부(端部)가 하류측을 향해 끝으로 갈수록 가늘어지는 원형 관(管)형상을 가지고 있다. 세관에 있어서 끝으로 갈수록 가늘어진 선단에는, CNT 섬유군(F)을 접촉시키면서 통과시키는 통과구멍이 형성되어 있다. 세관은, 응집부(3)에 의해 응집된 CNT 섬유군(F)이 꼬임형성 권취장치(5)를 향해 주행할 때에, CNT 섬유군(F)에 그 주행에 대한 저항력을 작용시키면서 CNT 섬유군(F)을 더욱 응집시킨다. 이것에 의하면, CNT 섬유군(F)에 대한 저항력의 작용 및 CNT 섬유군(F)의 응집을 간이(簡易)한 구성으로 실현할 수가 있다.

(산업상의 이용 가능성)

1; 실 제조장치
2; 기판 지지부
3; 응집부
4; 텐션 부여부
5; 꼬임형성 권취장치(꼬임 형성부)
10; 조정기구
11; 통과구멍
12; 제 1 판형상 부재(조립부재)
13; 제 2 판형상 부재(조립부재)
16; 제 1 절결
17; 제 2 절결
20; 권취 구동기구
21; 권취축
30; 꼬임형성 구동기구
31; 가이드부
40; 트래버스 구동기구
51; 와이어
52; 유지편

Claims

탄소 나노튜브 섬유군(纖維群, fiber group)을 주행시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군으로부터 탄소 나노튜브사(carbon nanotube thread)를 제조하는 실 제조장치로서,
상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 응집부와,
상기 응집부에 의해 응집된 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하는 꼬임 형성부를 구비하며,
상기 응집부는, 상기 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태를 조정하는 조정기구를 갖는, 실 제조장치.
제 1항에 있어서,
상기 응집부는, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 그 주행 방향과 수직인 방향으로 힘을 작용시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는, 실 제조장치.
제 2항에 있어서,
상기 응집부는, 통과구멍에 대해서 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 접촉시키면서 통과시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 상기 힘을 작용시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는, 실 제조장치.
제 3항에 있어서,
상기 응집부는, 상기 통과구멍을 형성하는 복수의 조립부재를 가지며,
상기 조정기구는, 상기 조립부재의 위치관계를 조정하여 상기 통과구멍의 개구(開口) 면적을 조정함으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군의 상기 응집 상태를 조정하는, 실 제조장치.
제 4항에 있어서,
상기 응집부는, 상기 조립부재로서, 상기 통과구멍을 획정(劃定)하는 제 1 절결(切缺) 및 제 2 절결이 각각 형성된 제 1 판형상 부재 및 제 2 판형상 부재를 가지며,
상기 조정기구는, 상기 제 1 판형상 부재 및 상기 제 2 판형상 부재의 적어도 일방(一方)을 이동시켜 상기 제 1 절결과 상기 제 2 절결간의 겹침 상태를 조정함으로써, 상기 통과구멍의 상기 개구 면적을 조정하는, 실 제조장치.
제 4항에 있어서,
상기 응집부는, 상기 조립부재로서, 상기 통과구멍을 획정하는 복수의 와이어, 및 상기 와이어의 단부(端部)를 각각 유지하는 복수의 유지편을 가지며,
상기 조정기구는, 상기 유지편의 각각을 요동시켜 상기 와이어끼리의 겹침 상태를 조정함으로써, 상기 통과구멍의 상기 개구 면적을 조정하는, 실 제조장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응집부와 상기 꼬임 형성부의 사이를 주행하는 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 작용하여, 상기 꼬임 형성부에 의해 꼬임이 형성되는 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 텐션(tension)을 부여하는 텐션 부여부를 더 구비하는, 실 제조장치.
제 7항에 있어서,
상기 텐션 부여부는, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 공기를 분사함으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 그 주행 방향과는 반대방향으로 힘을 작용시키는 공기식의 텐션 부여 기구인, 실 제조장치.
제 7항에 있어서,
상기 텐션 부여부는, 번갈아 배치된 빗살형상의 접촉부를 이용하여 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 굴곡시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군의 주행에 대해 저항력을 작용시키는 게이트식의 텐션 부여 기구인, 실 제조장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응집부와 상기 꼬임 형성부의 사이에 배치되며, 주행하는 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 추가 응집부를 더 구비하는, 실 제조장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄소 나노튜브 섬유군이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판을 지지하는 기판 지지부를 더 구비하는, 실 제조장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 꼬임 형성부는,
권취관(卷取管)이 부착된 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 권취관에 상기 탄소 나노튜브사를 감는 권취 구동기구와,
상기 탄소 나노튜브사를 상기 권취관으로 안내하는 가이드부를 상기 권취관의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군 내지 상기 탄소 나노튜브사를 선회시키면서, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 상기 탄소 나노튜브사를 제조하는 꼬임형성 구동기구와,
상기 권취관에 대해서 상기 가이드부를 상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 상기 권취관에 있어서 상기 탄소 나노튜브사를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구를 갖는, 실 제조장치.
탄소 나노튜브 섬유군을 주행시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군으로부터 탄소 나노튜브사를 제조하는 실 제조장치에 있어서, 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 응집부로서,
상기 탄소 나노튜브 섬유군의 응집 상태를 조정하는 조정기구를 갖는, 응집부.
제 13항에 있어서,
상기 탄소 나노튜브 섬유군에 그 주행 방향에 수직인 방향으로 힘을 작용시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는, 응집부.
제 14항에 있어서,
통과구멍에 대해 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 접촉시키면서 통과시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 상기 힘을 작용시키면서 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는, 응집부.
제 15항에 있어서,
상기 통과구멍을 형성하는 복수의 조립부재를 더 가지며,
상기 조정기구는, 상기 조립부재의 위치관계를 조정하여 상기 통과구멍의 개구 면적을 조정함으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군의 상기 응집 상태를 조정하는, 응집부.
제 16항에 있어서,
상기 조립부재로서, 상기 통과구멍을 획정하는 제 1 절결 및 제 2 절결이 각각 형성된 제 1 판형상 부재 및 제 2 판형상 부재를 더 가지며,
상기 조정기구는, 제 1 판형상 부재 및 제 2 판형상 부재의 적어도 일방(一方)을 이동시켜 상기 제 1 절결과 상기 제 2 절결간의 겹침 상태를 조정함으로써, 상기 통과구멍의 상기 개구 면적을 조정하는, 응집부.
제 16항에 있어서,
상기 조립부재로서, 상기 통과구멍을 획정하는 복수의 와이어, 및 상기 와이어의 단부(端部)를 각각 유지하는 복수의 유지편(片)을 더 가지며,
상기 조정기구는, 상기 유지편의 각각을 요동시켜 상기 와이어끼리의 겹침 상태를 조정함으로써, 상기 통과구멍의 상기 개구 면적을 조정하는, 응집부.
제 7항에 있어서,
상기 응집부와 상기 꼬임 형성부의 사이에 배치되며, 주행하는 상기 탄소 나노튜브 섬유군을 응집시키는 추가 응집부를 더 구비하는, 실 제조장치.
제 7항에 있어서,
상기 탄소 나노튜브 섬유군이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판을 지지하는 기판 지지부를 더 구비하는, 실 제조장치.
제 10항에 있어서,
상기 탄소 나노튜브 섬유군이 인출되는 탄소 나노튜브 형성기판을 지지하는 기판 지지부를 더 구비하는, 실 제조장치.
제 7항에 있어서,
상기 꼬임 형성부는,
권취관(卷取管)이 부착된 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 권취관에 상기 탄소 나노튜브사를 감는 권취 구동기구와,
상기 탄소 나노튜브사를 상기 권취관으로 안내하는 가이드부를 상기 권취관의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군 내지 상기 탄소 나노튜브사를 선회시키면서, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 상기 탄소 나노튜브사를 제조하는 꼬임형성 구동기구와,
상기 권취관에 대해서 상기 가이드부를 상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 상기 권취관에 있어서 상기 탄소 나노튜브사를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구를 갖는, 실 제조장치.
제 10항에 있어서,
상기 꼬임 형성부는,
권취관(卷取管)이 부착된 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 권취관에 상기 탄소 나노튜브사를 감는 권취 구동기구와,
상기 탄소 나노튜브사를 상기 권취관으로 안내하는 가이드부를 상기 권취관의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군 내지 상기 탄소 나노튜브사를 선회시키면서, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 상기 탄소 나노튜브사를 제조하는 꼬임형성 구동기구와,
상기 권취관에 대해서 상기 가이드부를 상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 상기 권취관에 있어서 상기 탄소 나노튜브사를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구를 갖는, 실 제조장치.
제 11항에 있어서,
상기 꼬임 형성부는,
권취관(卷取管)이 부착된 권취축을 그 권취 중심선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 권취관에 상기 탄소 나노튜브사를 감는 권취 구동기구와,
상기 탄소 나노튜브사를 상기 권취관으로 안내하는 가이드부를 상기 권취관의 주위에 있어서 회전시킴으로써, 상기 탄소 나노튜브 섬유군 내지 상기 탄소 나노튜브사를 선회시키면서, 상기 탄소 나노튜브 섬유군에 꼬임을 형성하여 상기 탄소 나노튜브사를 제조하는 꼬임형성 구동기구와,
상기 권취관에 대해서 상기 가이드부를 상기 권취축의 상기 권취 중심선을 따라 상대적으로 왕복 이동시킴으로써, 상기 권취관에 있어서 상기 탄소 나노튜브사를 트래버스(traverse)시키는 트래버스 구동기구를 갖는, 실 제조장치.