WO2022181692A1 - カーボンナノチューブ集合線の製造方法及びカーボンナノチューブ集合線製造装置 - Google Patents

カーボンナノチューブ集合線の製造方法及びカーボンナノチューブ集合線製造装置 Download PDF

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威 日方
利彦 藤森
大之 山下
総一郎 大久保
伯薫 小野木
淳一 藤田
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住友電気工業株式会社
国立大学法人 筑波大学
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    • D01F9/133—Apparatus therefor

Definitions

  • the present disclosure relates to a carbon nanotube stranded wire manufacturing method and a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus.
  • Carbon nanotubes (hereinafter also referred to as "CNTs”), which have a cylindrical structure of graphene sheets in which carbon atoms are hexagonally bonded, are 1/5 lighter than copper, 20 times stronger than steel, and have excellent conductivity. It is a material with properties. Therefore, electric wires using carbon nanotubes are expected as a material that contributes to weight reduction, downsizing, and improvement of corrosion resistance of motors for automobiles.
  • Carbon nanotubes currently produced have a diameter of about 0.4 nm to 20 nm and a maximum length of about 55 cm.
  • it is necessary to make the wire rod longer, and techniques for obtaining an elongated wire rod using the carbon nanotube are being studied.
  • Patent Document 1 discloses a method of obtaining an elongated carbon nanotube assembly line by aligning and assembling a plurality of carbon nanotubes in their longitudinal direction. It is
  • the method for producing the carbon nanotube stranded wire of the present disclosure includes: A first step of growing carbon nanotubes from each of the plurality of catalyst particles in a tubular carbon nanotube synthesis furnace to obtain a plurality of carbon nanotubes by supplying a carbon-containing gas to the plurality of catalyst particles in a floating state.
  • a second step of assembling the plurality of carbon nanotubes to obtain a plurality of assembled carbon nanotube wires is 2A obtaining a first carbon nanotube assembly line by aligning and assembling a first carbon nanotube group composed of a portion of the plurality of carbon nanotubes in a first channel along the longitudinal direction of the carbon nanotubes; process and a second carbon nanotube group composed of a part of the plurality of carbon nanotubes different from the plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group is oriented along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the second channel; and a second B step of obtaining a second woven carbon nanotube wire by assembling the carbon nanotube woven wires.
  • the carbon nanotube assembly wire manufacturing equipment is a tubular carbon nanotube synthesis furnace; a carbon-containing gas supply port provided at one end of the carbon nanotube synthesis furnace; a first flow path and a second flow path provided on the opposite end side of the carbon nanotube synthesis furnace from the end where the carbon-containing gas supply port is provided;
  • the first flow path and the second flow path are provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace,
  • the cross-sectional area of each of the first channel and the second channel is smaller than the cross-sectional area of the carbon nanotube synthesis furnace.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a carbon nanotube stranded wire according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus according to Embodiment 2.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a method for manufacturing a carbon nanotube stranded wire according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a carbon nanotube stranded line manufacturing apparatus according to Embodiment 5.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of the main surface of the 1-3 structure on the carbon-containing gas supply port side.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the main surface on the side opposite to the main surface on the carbon-containing gas supply port side of the 1-3 structure.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross section of the 1-3 structure.
  • FIG. 11 is a diagram showing an apparatus 4 (carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus of a comparative example).
  • FIG. 12 is a diagram showing a cross section of the 1-1 structure of the device 5 (comparative carbon nanotube stranded wire manufacturing device).
  • one carbon nanotube assembly line can be obtained from one carbon nanotube synthesis furnace.
  • a technique for producing a plurality of stranded carbon nanotube wires from one carbon nanotube synthesis furnace is desired.
  • one of the objects of the present invention is to provide a method for producing a carbon nanotube stranded wire, which can produce a plurality of carbon nanotube stranded wires with one carbon nanotube synthesis furnace.
  • Another object of the present invention is to provide a carbon nanotube assembly wire manufacturing apparatus capable of manufacturing a plurality of carbon nanotube assembly wires with one carbon nanotube synthesis furnace.
  • the method for producing a carbon nanotube stranded wire of the present disclosure includes: A first step of growing carbon nanotubes from each of the plurality of catalyst particles in a tubular carbon nanotube synthesis furnace to obtain a plurality of carbon nanotubes by supplying a carbon-containing gas to the plurality of catalyst particles in a floating state.
  • a second step of assembling the plurality of carbon nanotubes to obtain a plurality of assembled carbon nanotube wires is 2A obtaining a first carbon nanotube assembly line by aligning and assembling a first carbon nanotube group composed of a portion of the plurality of carbon nanotubes in a first channel along the longitudinal direction of the carbon nanotubes; process and a second carbon nanotube group composed of a part of the plurality of carbon nanotubes different from the plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group is oriented along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the second channel; and a second B step of obtaining a second woven carbon nanotube wire by assembling the carbon nanotube woven wires.
  • the first carbon nanotube group includes a first A carbon nanotube group composed of a portion of a plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group, and a plurality of carbons constituting the first A carbon nanotube group. a first carbon nanotube group composed of a part of the plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group different from nanotubes,
  • the first flow path includes a 1-1A flow path and a 1-1a flow path provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace, and a 1-1A flow path and the 1-1A flow path.
  • the 2nd A step is a 2A-1A step of orienting and assembling the 1A carbon nanotube groups along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 1-1A channel to obtain a 1A carbon nanotube aggregate strand; a 2A-1a step of orienting and assembling the 1a carbon nanotube groups along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 1-1a channel to obtain a 1a carbon nanotube aggregated wire; A plurality of carbon nanotube-assembled strands including the firstA carbon nanotube-assembled strand and the firsta carbon nanotube-assembled strand are oriented along the longitudinal direction of the carbon nanotube-assembled strand within the first-second channel.
  • the second carbon nanotube group is composed of a second B carbon nanotube group composed of a part of a plurality of carbon nanotubes constituting the second carbon nanotube group, and a plurality of carbon nanotubes constituting the second B carbon nanotube group.
  • a 2b carbon nanotube group composed of a part of the plurality of carbon nanotubes constituting the different second carbon nanotube group
  • the second flow path includes the 2-1B flow path and the 2-1b flow path, which are provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace, and the 2-1B flow path and the 2-1B flow path.
  • the 2B step is a 2B-1B step of orienting and assembling the 2B carbon nanotube groups along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 2-1B channel to obtain a 2B carbon nanotube assembly strand; a 2B-1b step of orienting and assembling the 2b carbon nanotube groups along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 2b channel to obtain a 2b carbon nanotube aggregate strand; A plurality of carbon nanotube-assembled strands including the 2B carbon nanotube-assembled strand and the 2b carbon nanotube-assembled strand are oriented along the longitudinal direction of the carbon nanotube-assembled strand within the 2-2 channel. and a step 2B-2 of assembling the carbon nanotubes to obtain the second assemble line of carbon nanotubes.
  • carbon nanotubes are aggregated to form a carbon nanotube aggregated wire, and further, the carbon nanotube aggregated wire is aggregated to form a carbon nanotube aggregated wire.
  • the carbon nanotube aggregated wire tends to be elongated. It is preferable that the 2-1 flow path and the 2-2 flow path draw the CNT generated in the first flow path into each flow path by respectively sucking.
  • the carbon nanotube assembly wire manufacturing apparatus of the present disclosure is a tubular carbon nanotube synthesis furnace; a carbon-containing gas supply port provided at one end of the carbon nanotube synthesis furnace; a first flow path and a second flow path provided on the opposite end side of the carbon nanotube synthesis furnace from the end where the carbon-containing gas supply port is provided;
  • the first flow path and the second flow path are provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace,
  • the cross-sectional area of each of the first channel and the second channel is smaller than the cross-sectional area of the carbon nanotube synthesis furnace.
  • the first flow path includes a 1-1A flow path and a 1-1a flow path provided in parallel on the carbon-containing gas supply port side of the carbon nanotube synthesis furnace, and the 1-1A flow and a 1-2 channel provided on the opposite side of the carbon-containing gas supply port of the 1-1a channel
  • the second flow path includes the 2-1B flow path and the 2-1b flow path provided in parallel on the carbon-containing gas supply port side of the carbon nanotube synthesis furnace, and the 2-1B flow path and the and a 2-2 channel provided on the opposite side of the 2-1b channel to the carbon-containing gas supply port.
  • carbon nanotubes are aggregated to form a carbon nanotube aggregated wire, and further, the carbon nanotube aggregated wire is aggregated to form a carbon nanotube aggregated wire.
  • the carbon nanotube aggregated wire tends to be elongated.
  • the 1-1A channel, the 1-1a channel, the 2-1B channel and the 2-1b channel are provided in the same 1-1 structure
  • the 1-2 channel is provided in a 1-2 structure different from the 1-1 structure
  • the 2-2 channel is preferably provided in a 2-2 structure different from the 1-1 structure.
  • the carbon nanotubes and the carbon nanotube assembly lines are easily oriented and aggregated in the longitudinal direction.
  • the 1-1A channel, the 1-1a channel, the 1-2 channel, the 2-1B channel, the 2-1b channel and the 2-2 channel is provided in the same 1-3 structure,
  • the end of each of the 1-1A flow path and the 1-1a flow path opposite to the carbon-containing gas supply port is the end of the 1-2 flow path on the carbon-containing gas supply port side.
  • the end of each of the 2-1B flow path and the 2-1b flow path opposite to the carbon-containing gas supply port is the end of the 2-2 flow path on the carbon-containing gas supply port side. is preferably connected to
  • the carbon nanotubes and the carbon nanotube assembly lines are easily oriented and aggregated in the longitudinal direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a flow chart of a method for manufacturing a carbon nanotube-assembled wire (hereinafter also referred to as "CNT-assembled wire”) according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus used in the carbon nanotube stranded wire manufacturing method of the present embodiment.
  • a tubular carbon nanotube synthesis furnace (hereinafter also referred to as a “CNT synthesis furnace”) 60 contains a plurality of suspended carbon nanotube wires.
  • the plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group 11 are in a separated state before entering the first channel 41 without forming a network that hinders the separation. It is preferable that the plurality of carbon nanotubes constituting the second carbon nanotube group 12 are in a state of being separated from each other before entering the second channel 42 without forming a network that hinders the separation. According to this, it is possible to prevent clogging of the plurality of carbon nanotubes near the entrance of the first channel and near the entrance of the second channel.
  • a plurality of carbon nanotube assembly wires can be obtained with one carbon nanotube synthesis furnace. As a result, it becomes easier to increase the size of the CNT synthesis furnace and to mass-produce the CNT-assembled wire, thereby making it possible to reduce the manufacturing cost of the CNT-assembled wire.
  • the first step is preferably performed under temperature conditions of, for example, 800°C or higher and 1500°C or lower. Under temperature conditions of 800° C. or more and 1500° C. or less, the carbon-containing gas is thermally decomposed, and carbon crystals grow on the catalyst particles in a suspended state to form carbon nanotubes. It is also possible to grow CNTs between the plurality of catalyst particles by separating the plurality of catalyst particles in close contact with each other in the flow of the carbon-containing gas.
  • the temperature condition of the first step is more preferably 900° C. or higher and 1400° C. or lower, and still more preferably 950° C. or higher and 1250° C. or lower.
  • the catalyst particles 27 are suspended in the carbon-containing gas supplied to the CNT synthesis furnace 60.
  • the catalyst particles 27 are obtained by spraying a slurry in which a catalyst material is dissolved from a spray nozzle arranged near a carbon-containing gas supply port in the CNT synthesis furnace 60.
  • a catalyst (not shown) obtained by heating is heated, and carbon It collapses into particles due to the wind pressure of the contained gas.
  • catalyst materials include ferrocene (Fe(C 5 H 5 ) 2 ), nickelocene (Ni(C 5 H 5 ) 2 ), cobaltocene (Co(C 5 H 5 ) 2 etc.) and the like.
  • ferrocene is preferable from the viewpoint of being excellent in disintegration property and catalytic action and being able to obtain long CNTs.
  • ferrocene is heated to a high temperature and exposed to a carbon-containing gas, it carburizes to form iron carbide (Fe 3 C) on the surface, which easily collapses from the surface, thereby sequentially releasing the catalyst particles 27 . It is possible.
  • the main component of the formed catalyst particles 27 is iron carbide or iron.
  • catalyst particles 27 other than the above for example, nickel, cobalt, molybdenum, gold, silver, copper, palladium, and platinum can be used.
  • the lower limit of the average diameter of the catalyst particles 27 is preferably 0.4 nm or more, more preferably 1 nm or more, and even more preferably 2 nm or more.
  • the upper limit of the average diameter of the catalyst particles 27 is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and even more preferably 5 nm or less.
  • a carbon-containing gas is supplied to the CNT synthesis furnace 60 from a carbon-containing gas supply port 62 .
  • a reducing gas such as a hydrocarbon gas is used.
  • examples of such a carbon-containing gas include a mixed gas of methane and argon, a mixed gas of ethylene and argon, a mixed gas of ethanol and argon, a mixed gas of ethylene and hydrogen, a mixed gas of methane and hydrogen, ethanol and A mixed gas of hydrogen or the like can be used.
  • the carbon - containing gas contains carbon disulfide (CS2) as a co-catalyst.
  • the lower limit of the average flow velocity in the CNT synthesis furnace of the carbon-containing gas supplied from the carbon-containing gas supply port 62 is preferably 0.05 cm/sec or more, more preferably 0.10 cm/sec or more, and 0.20 cm/sec. The above is more preferable.
  • the upper limit of the average flow velocity in the CNT synthesis furnace 60 is preferably 50 cm/sec or less, more preferably 5.0 cm/sec or less.
  • the average flow velocity of the carbon-containing gas in the CNT synthesis furnace 60 is 0.05 cm/sec or more, the carbon-containing gas supplied to the catalyst particles 27 is sufficient, and the carbon nanotubes synthesized between the catalyst particles 27 grow. is promoted.
  • the average flow velocity of the carbon-containing gas in the CNT synthesis furnace 60 is 10.0 cm/sec or less, it is possible to suppress the separation of the carbon nanotubes from the catalyst particles 27 and stop the growth of the carbon nanotubes.
  • the lower limit of the Reynolds number of the flow in the CNT synthesis furnace 60 of the carbon-containing gas supplied from the carbon-containing gas supply port 62 is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more.
  • the upper limit of the Reynolds number is preferably 1000 or less, more preferably 100 or less, and even more preferably 10 or less.
  • the Reynolds number is 0.01 or more, the degree of freedom in device design is improved.
  • the Reynolds number is 1000 or less, it is possible to prevent the flow of the carbon-containing gas from being disturbed and the orientation of the carbon nanotubes between the catalyst particles 27 to be inhibited.
  • the carbon nanotubes 1 obtained in the first step include single-walled carbon nanotubes in which only one carbon layer (graphene) is cylindrical, and carbon nanotubes in which a plurality of carbon layers are stacked to form a cylindrical shape. Examples include double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and the like.
  • the shape of the carbon nanotube is not particularly limited, and examples include those with closed ends and those with open holes at the ends.
  • catalyst particles 27 used during synthesis of the carbon nanotube may be attached to one or both ends of the carbon nanotube 1 .
  • one or both ends of the carbon nanotube 1 may be formed with a conical cone made of graphene.
  • the length of the carbon nanotube is, for example, preferably 1 ⁇ m or longer, more preferably 10 ⁇ m or longer.
  • carbon nanotubes with a length of 100 ⁇ m or more are preferable from the viewpoint of production of CNT-assembled wires.
  • the upper limit of the length of the carbon nanotube is not particularly limited, it is preferably 600 mm or less from the viewpoint of manufacturing.
  • the length of CNT can be measured by observing with a scanning electron microscope.
  • the diameter of the carbon nanotube is preferably 0.4 nm or more and 20 nm or less, more preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
  • carbon nanotubes with a diameter of 1 nm or more and 10 nm or less are preferable from the viewpoint of high density and high adhesion.
  • the diameter of a carbon nanotube means the average outer diameter of one CNT.
  • the average outer diameter of the CNT is obtained by directly observing the cross section of the CNT at any two locations with a transmission electron microscope, and measuring the outer diameter, which is the distance between the two most distant points on the outer circumference of the CNT in the cross section, It is obtained by calculating the average value of the obtained outer diameters. If the CNT contains a cone on one or both ends, measure the diameter at the location excluding the cone.
  • a second step is performed in which a plurality of carbon nanotubes obtained in the first step are aggregated to obtain a plurality of carbon nanotube aggregated lines (hereinafter also referred to as "CNT aggregated lines").
  • the second step includes a 2A step and a 2B step. The 2A step and the 2B step are described below.
  • the first carbon nanotube group 11 composed of a part of the plurality of carbon nanotubes 1 obtained in the first step is oriented along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the first flow channel 41.
  • the carbon nanotubes are assembled to obtain the first carbon nanotube assembly line 31 .
  • a plurality of CNTs 1 synthesized in the CNT synthesis furnace 60 enter the first channel 41 with their longitudinal direction along the flow of the carbon-containing gas.
  • the first flow path 41 is arranged such that its longitudinal direction follows the flow of the carbon-containing gas.
  • the cross-sectional area normal to the flow of the carbon-containing gas in the first flow path 41 is smaller than the cross-sectional area normal to the flow of the carbon-containing gas in the CNT synthesis furnace 60 . Therefore, the plurality of CNTs 1 that have entered the first channel 41 are oriented and aggregated along the longitudinal direction of the CNTs in the first channel 41 to form the first CNT assembly line 31 .
  • the second carbon nanotubes 1 obtained in the first step which are different from the plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group 11, are composed of a portion of the second carbon nanotubes.
  • the nanotube groups 12 are oriented and aggregated along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the second channel 42 to obtain the second aggregated carbon nanotube line 32 .
  • a plurality of CNTs 1 synthesized in the CNT synthesis furnace 60 enter the second channel 42 with their longitudinal direction along the flow of the carbon-containing gas.
  • the second flow path 42 is arranged such that its longitudinal direction follows the flow of the carbon-containing gas.
  • the cross-sectional area normal to the flow of the carbon-containing gas in the second channel 42 is smaller than the cross-sectional area normal to the flow of the carbon-containing gas in the CNT synthesis furnace 60 . Therefore, the plurality of CNTs 1 that have entered the second channel 42 are oriented and aggregated along the longitudinal direction of the CNTs to form the second CNT assembly line 32 .
  • the method for producing a CNT-assembled wire In the method for producing a CNT-assembled wire according to the present embodiment, some of a plurality of CNTs synthesized in one CNT synthesis furnace are oriented and aggregated in the first channel to produce the first CNT-assembled wire 31, Another part of the plurality of CNTs is oriented and aggregated in the second channel to produce the second CNT-aggregated line 32 . That is, in the method for producing a CNT-assembled wire according to the present embodiment, two CNT-assembled wires can be produced using one CNT synthesis furnace.
  • the second step includes two steps, 2A step and 2B step, and shows the case of obtaining two CNT-assembled lines, but the form of the second step is limited to this. not.
  • the number of CNT-assembled lines obtained can be increased.
  • the number of channels matches the number of CNT-assembled lines obtained. Therefore, if the number of flow paths is three, three CNT assembly lines are obtained, and if the number of flow paths is four, four CNT assembly lines are obtained.
  • the number of carbon nanotubes constituting each of the first carbon nanotube group 11 and the second carbon nanotube group 12 is It is adjusted according to the line and diameter of the wire.
  • the shape of the carbon nanotube aggregated wire obtained by the second step is a thread shape in which a plurality of carbon nanotubes are aligned and aggregated in their longitudinal direction.
  • the length of the carbon nanotube aggregated wire is not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on the application.
  • the lower limit of the length of the CNT-assembled wire is, for example, preferably 100 ⁇ m or longer, more preferably 1000 ⁇ m or longer, and even more preferably 10 cm or longer.
  • the upper limit of the length of the CNT-assembled wire is not particularly limited, it can be 100 km or less from the viewpoint of manufacturing.
  • the length of the CNT aggregate line is preferably 100 ⁇ m or more and 100 km or less, more preferably 1000 ⁇ m or more and 10 km or less, and even more preferably 10 cm or more and 1 km or less.
  • the length of CNT-assembled lines is measured by scanning electron microscopy, optical microscopy, or visual observation.
  • the size of the diameter of the carbon nanotube aggregated wire is not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on the application.
  • the lower limit of the diameter of the CNT-assembled wire is, for example, preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, still more preferably over 100 ⁇ m, and even more preferably 1000 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the diameter of the CNT-assembled wire is not particularly limited, it can be set to 10000 ⁇ m or less from the viewpoint of manufacturing.
  • the diameter of the CNT-assembled wire is preferably 1 ⁇ m or more and 10000 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, still more preferably 100 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and still more preferably 300 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the diameter of the CNT-assembled wire is smaller than the length of the CNT-assembled wire. That is, the longitudinal direction corresponds to the lengthwise direction of the CNT-aggregated wire.
  • the diameter of the carbon nanotube aggregated wire means the average outer diameter of one CNT aggregated wire.
  • the average outer diameter of one CNT-assembled wire is obtained by observing the cross section at any two points of one CNT-assembled wire with a transmission electron microscope, scanning electron microscope, or optical microscope, and It is obtained by measuring the outer diameter, which is the distance between the two most distant points, and calculating the average value of the obtained outer diameters.
  • TEM Transmission electron microscope
  • JEM2100 product name
  • Imaging conditions magnification of 50,000 to 1,200,000 times, acceleration voltage of 60 kV to 200 kV.
  • Image processing program Nondestructive paper surface fiber orientation analysis program "FiberOri8single03" (http://www.enomae.com/FiberOri/index.htm) Processing procedure: 1. Histogram average brightness correction 2 . 3. background subtraction; 4. Binarization with a single threshold; Brightness inversion.
  • Orientation (180°-full width at half maximum)/180° (1)
  • degree of orientation 0
  • a degree of orientation of 1 means complete orientation.
  • the degree of orientation is 0.8 or more and 1.0 or less, it is determined that a plurality of CNTs are aligned and aggregated in the longitudinal direction on the CNT assembly line.
  • the CNT assembly line is elongated while maintaining the electrical conductivity and mechanical strength characteristics of the CNTs. .
  • the method for manufacturing a CNT-assembled wire according to the present embodiment includes, after the second step, a third step of attaching a volatile liquid to a plurality of carbon nanotube-assembled wires, and evaporating the volatile liquid attached to the carbon nanotube-assembled wires. It is preferable to include a fourth step. According to this, the carbon nanotubes can be uniformly and densely adhered to each other in the process in which the liquid permeated between the carbon nanotubes volatilizes and escapes.
  • Volatile liquids include, for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, xylene, anisole, toluene, cresol, pyrrolidone, carbitol, carbitol acetate, water, epoxy monomers, acrylic monomers, chlorosulfonic acid, nitric acid, Sulfuric acid can be used. Volatile liquids may include monomers or resins or acids.
  • the third step can be performed by, for example, using the liquid adhesion device 63 to atomize the volatile liquid into vapor and spray the vapor onto the CNT aggregate wire.
  • the fourth step can be performed by natural drying.
  • the third and fourth steps are preferably carried out while applying tension to the CNT wire by winding the carbon nanotube wire with the winding device 64 . According to this, the strength of the obtained CNT-assembled wire is improved.
  • the carbon nanotube assembly wire manufacturing apparatus 100a of the present embodiment includes a tubular carbon nanotube synthesis furnace 60 and one end side (left side in FIG. 2) of the carbon nanotube synthesis furnace 60. a carbon-containing gas supply port 62, and a first flow provided on the end (right side in FIG. 2) opposite to the end of the carbon nanotube synthesis furnace 60 where the carbon-containing gas supply port 62 is provided.
  • a channel 41 and a second channel 42 are provided, the first channel 41 and the second channel 42 are provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace 60, and the first channel 41 and the second channel 42 have a smaller cross-sectional area than the carbon nanotube synthesis furnace 60 .
  • a carbon nanotube synthesis furnace (hereinafter also referred to as “CNT synthesis furnace”) 60 has a tubular shape made of, for example, a quartz tube. Carbon nanotubes 1 are formed on catalyst particles 27 in a CNT synthesis furnace 60 using a carbon-containing gas.
  • the carbon nanotube synthesis furnace 60 is heated by a heating device 61 .
  • the internal temperature of the CNT synthesis furnace 60 during heating is preferably 800° C. or higher and 1500° C. or lower, more preferably 900° C. or higher and 1400° C. or lower, and even more preferably 1000° C. or higher and 1200° C. or lower.
  • the heated carbon-containing gas may be supplied from the carbon-containing gas supply port 62 to the CNT synthesis furnace 60 , or the carbon-containing gas may be heated in the CNT synthesis furnace 60 .
  • the diameter ( ⁇ ) of the cross section of the carbon nanotube synthesis furnace 60 is preferably ⁇ 30 mm or more, more preferably ⁇ 100 mm or more, and even more preferably ⁇ 300 mm or more, from the viewpoint of ensuring a sufficient amount of carbon nanotubes to be synthesized.
  • the upper limit of the cross-sectional area of the carbon nanotube synthesis furnace 60 is not particularly limited, it can be ⁇ 1 m or less from the viewpoint of device design.
  • the cross-sectional area of the carbon nanotube synthesis furnace 60 is preferably ⁇ 30 mm or more and ⁇ 1 m or less, more preferably ⁇ 50 mm or more and ⁇ 500 mm or less, and still more preferably ⁇ 100 mm or more and ⁇ 200 mm or less.
  • the cross-sectional diameter of the CNT synthesis furnace 60 means the diameter of the circular hollow portion of the CNT synthesis furnace in the cross section normal to the longitudinal direction (center line) of the CNT synthesis furnace.
  • the carbon-containing gas supply port 62 is provided at one end (the left end in FIG. 2) of the carbon nanotube synthesis furnace 60, and the carbon-containing gas is supplied from the carbon-containing gas supply port 62 to the CNT synthesis furnace 60. be.
  • a catalyst (not shown) is placed near the carbon-containing gas supply port in the CNT synthesis furnace 60 .
  • the carbon-containing gas supply port 62 can be configured to have a gas cylinder (not shown) and a flow control valve (not shown).
  • the first flow path 41 and the second flow path 42 are provided at the end of the carbon nanotube synthesis furnace 60 opposite to the end where the carbon-containing gas supply port 62 is provided.
  • the first channel 41 is provided in the first A structure 40A.
  • the second channel 42 is provided in the first B structure 40B.
  • the first A structure 40A includes a tubular first A-1 part 40A-1 and a funnel connected to the end of the first A-1 part 40A-1 on the carbon-containing gas supply port 62 side (left side in FIG. 2) It consists of a shaped first A-2 part 40A-2.
  • the small diameter end of the 1A-2 part 40A-2 is connected to the end of the 1A-1 part 40A-1. Therefore, in the 1A structure 40A, the large-diameter end of the 1A-2 part 40A-2 faces the carbon-containing gas supply port 62.
  • At least part of the first A structure 40A is preferably arranged inside the CNT synthesis furnace 60 . With the above configuration, the CNTs are easily taken into the first channel 41 .
  • the 1B structure 40B includes a tubular 1B-1 part 40B-1 and a funnel connected to the end of the 1B-1 part 40B-1 on the carbon-containing gas supply port 62 side (left side in FIG. 2) It consists of a shaped first B-2 part 40B-2.
  • the small diameter end of the 1B-2 part 40B-2 is connected to the end of the 1B-1 part 40B-1. Therefore, in the 1B structure 40B, the large-diameter end of the 1B-2 part 40B-2 faces the carbon-containing gas supply port 62.
  • At least part of the 1B structure 40B is preferably arranged inside the CNT synthesis furnace 60 . With the above configuration, CNTs are easily taken into the second flow path 42 .
  • the first channel 41 and the second channel 42 are provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace 60, and the cross-sectional area of each of the first channel 41 and the second channel 42 is equal to the carbon nanotube synthesis smaller than the cross-sectional area of the furnace 60; With the above configuration, a plurality of CNTs are aligned and aggregated along the longitudinal direction inside each of the first channel 41 and the second channel 42 to form a CNT assembly line.
  • the angle between the longitudinal direction (center line) of the CNT synthesis furnace 60 and the longitudinal direction (center line) of the first flow path 41 is 0° or more and 20° or less
  • the longitudinal direction of the CNT synthesis furnace 60 ( center line) and the longitudinal direction (center line) of the second flow path 42 is 0° or more and 20° or less.
  • the angle between the longitudinal direction (center line) of the first channel 41 and the longitudinal direction (center line) of the second channel 42 is 0° or more and 40° or less.
  • the cross-sectional area of the first flow channel 41 means the area of the first flow channel in the cross section normal to the longitudinal direction (center line) of the first flow channel, and the hollow portion of the first A structure equivalent to the cross-sectional area of As shown in FIG. 2, the first flow path consists of a hollow portion of a 1A structure 40A consisting of a tubular 1A-1 part 40A-1 and a funnel-shaped 1A-2 part 40A-2,
  • the cross-sectional area of the hollow portion is not constant, "the cross-sectional area of the first channel is smaller than the cross-sectional area of the CNT synthesis furnace.” is smaller than the cross-sectional area of the hollow part of the CNT synthesis furnace.
  • the largest cross-sectional area among the cross-sectional areas of the first channel corresponds to the cross-sectional area at the end of the first A-2 part 40A-2 closest to the carbon-containing gas supply port 62 .
  • the relationship between the cross-sectional area of the second channel 42 and the cross-sectional area of the CNT synthesis furnace 60 is defined similarly to the relationship between the cross-sectional area of the first channel 41 and the cross-sectional area of the CNT synthesis furnace 60 described above.
  • each of the first channel 41 and the second channel 42 is smaller than the cross-sectional area of the carbon nanotube synthesis furnace 60 . According to this, a tensile force in the direction toward the downstream side of the carbon-containing gas can be applied to the CNTs in the first channel and the second channel. When a tensile force acts on the ends of the carbon nanotubes, the carbon nanotubes extending from the catalyst particles 27 are pulled and elongated in the longitudinal direction while being plastically deformed and reduced in diameter. Therefore, it is easy to orient and lengthen the CNT-assembled wire.
  • the cross-sectional area of each of the first channel 41 and the second channel 42 can be appropriately set according to the desired diameter of the CNT-aggregated wire.
  • the lower limit of the cross-sectional area of each of the first flow channel 41 and the second flow channel 42 is preferably 0.1 mm 2 or more, more preferably 1 mm 2 or more, from the viewpoint that the diameter of the CNT aggregate line can be easily made ⁇ 10 ⁇ m or more, and 10 mm 2 or more is more preferable.
  • the upper limit of the cross-sectional area of each of the first channel 41 and the second channel is preferably 300 mm 2 or less, more preferably 200 mm 2 or less, and even more preferably 100 mm 2 or less.
  • two channels, the first channel and the second channel are provided in parallel on the end side of the CNT synthesis furnace. It can be as above.
  • the number of channels provided in parallel corresponds to the number of CNT-assembled wires to be manufactured. Therefore, by increasing the number of flow paths provided in parallel, it is possible to increase the number of CNT assembly wires manufactured using one CNT synthesis furnace.
  • the cross-sectional area of the CNT synthesis furnace 60 is not particularly limited as long as it is a size that allows the first channel 41 and the second channel 42 to be provided inside the CNT synthesis furnace.
  • the lower limit of the cross-sectional area of the CNT synthesis furnace is preferably, for example, 500 mm 2 or more, more preferably 5000 mm 2 or more, and even more preferably 50000 mm 2 or more, from the viewpoint of improving the production efficiency of the CNT wire assembly.
  • the upper limit of the cross-sectional area of the CNT synthesis furnace is not particularly limited, it can be, for example, 1 m 2 or less from the viewpoint of production equipment.
  • the cross-sectional area of the CNT synthesis furnace is preferably 500 mm 2 or more and 1 m 2 or less, more preferably 5000 mm 2 or more and 50000 mm 2 or less, and even more preferably 10000 mm 2 or more and 20000 mm 2 or less.
  • the first A structure and the first B structure preferably have the same shape. According to this, the shape of the CNT assembly lines collected from each structure becomes substantially uniform.
  • the CNT-assembled wire manufacturing apparatus of the present embodiment preferably includes a liquid deposition device 63 that deposits a volatile liquid on the carbon nanotube-assembled wires 31 and 32 .
  • the details of the volatile liquid are described in Embodiment 1, so the description thereof will not be repeated.
  • the liquid deposition device 63 is arranged at a position where the volatile liquid can be deposited on the carbon nanotube assembly lines 31 and 32 .
  • the liquid deposition device 63 can be arranged downstream of the carbon-containing gas from the first channel 41 and the second channel 42 .
  • the CNT-assembled wire manufacturing apparatus of the present embodiment preferably includes a winding device 64 that winds the carbon nanotube-assembled wires 31 and 32 while applying tension to the carbon nanotube-assembled wires 31 and 32 . It is possible to obtain a CNT stranded wire having high strength by applying tension to the CNT stranded wire and winding it while stretching it.
  • FIG. 3 is a diagram showing a flow chart of a method for manufacturing a carbon nanotube stranded wire according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus used in the carbon nanotube stranded wire manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the main surface of the 1-1 structure provided in the CNT assembly line manufacturing apparatus of FIG. 4 on the carbon-containing gas supply port 62 side. 6 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the CNT synthesis furnace of the first and second flow paths provided in the CNT assembly line manufacturing apparatus of FIG. 4.
  • FIG. 3 is a diagram showing a flow chart of a method for manufacturing a carbon nanotube stranded wire according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus used in the carbon nanotube stranded wire manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the main surface of the 1-1
  • the method for producing a CNT-assembled wire of the present embodiment is similar to the method for producing a CNT-assembled wire of the first embodiment,
  • the first carbon nanotube group 11 includes a first A carbon nanotube group 11A composed of a portion of the plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group 11, and a plurality of carbon nanotube groups 11A constituting the first A carbon nanotube group 11A.
  • the first flow path includes a 1-1A flow path 41A and a 1-1a flow path 41a provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace, and the 1-1A flow path 41A and the 1-1A flow path 41A.
  • the 2A step is a 2A-1A step of orienting and assembling the 1A carbon nanotube groups 11A along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 1-1A channel 41A to obtain a 1A carbon nanotube-assembled wire 21A; a 2A-1a step of orienting and assembling the 1a carbon nanotube groups 11a along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 1a channel 41a to obtain a 1a carbon nanotube assembly strand 21a; A plurality of carbon nanotube-assembled strands including the 1A carbon nanotube-assembled strand 21A and the 1a carbon nanotube-assembled strand 21a are arranged in the first-second channel 41C along the longitudinal direction of the carbon nanotube-assembled strand.
  • the second carbon nanotube group 12 includes a second B carbon nanotube group 12B composed of a part of the plurality of carbon nanotubes constituting the second carbon nanotube group, and a plurality of carbon nanotubes constituting the second B carbon nanotube group 12B.
  • a second carbon nanotube group 12b composed of a part of the plurality of carbon nanotubes constituting the second carbon nanotube group 12 different from nanotubes
  • the second flow path includes a 2-1B flow path 42B and a 2-1b flow path 42b provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace, and the 2-1B flow path 42B and the 2-1B flow path 42B.
  • the 2B step above is a 2B-1B step of orienting and assembling the 2B carbon nanotube groups 12B along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 2-1B channel 42B to obtain a 2B carbon nanotube-aggregated strand 22B; a 2B-1b step of orienting and assembling the 2b carbon nanotube groups 12b along the longitudinal direction of the carbon nanotubes in the 2b channel 42b to obtain a 2b carbon nanotube aggregated wire 22b; A plurality of carbon nanotube-assembled strands including the 2B carbon nanotube-assembled strand 22B and the 2b carbon nanotube-assembled strand 22b are arranged along the longitudinal direction of the carbon nanotube-assembled strand within the 2-2 channel 42D.
  • the plurality of carbon nanotubes constituting the first carbon nanotube group 11 are in a separated state before entering the first channel 41 without forming a network that hinders the separation. It is preferable that the plurality of carbon nanotubes constituting the second carbon nanotube group 12 are in a state of being separated from each other before entering the second channel 42 without forming a network that hinders the separation. According to this, it is possible to prevent clogging of the plurality of carbon nanotubes near the entrance of the first channel and near the entrance of the second channel.
  • the 1-1A channel, the 1-1a channel, the 2-1B channel and the 2-1b channel are also referred to as "upstream channel”.
  • the 1-2 channel and the 2-2 channel are also referred to as "downstream channel”.
  • two CNT-assembled wires can be produced using one CNT synthesis furnace.
  • the second step includes two steps, 2A step and 2B step, and shows the case of obtaining two CNT-assembled lines, but the form of the second step is not limited to this. .
  • the channels the number of channels (downstream channels, corresponding to the first-second channel 41C and the second-second channel 42D in FIG. 4) arranged on the downstream side of the carbon-containing gas is arranged in parallel. By increasing it, the number of CNT-assembled wires obtained can be increased.
  • the number of downstream channels matches the number of CNT assembly lines obtained. Therefore, if the number of downstream flow paths is three, three CNT assembly lines are obtained, and if the number of downstream flow paths is four, four CNT assembly lines are obtained.
  • the method for manufacturing a carbon nanotube-assembled wire according to this embodiment basically includes all the steps of the method for manufacturing a CNT-assembled wire according to the first embodiment.
  • the difference from the CNT-assembled wire manufacturing method of Embodiment 1 is that each of the 2A step and the 2B step is a step of obtaining a plurality of carbon nanotube-assembled wires (hereinafter also referred to as "CNT-assembled wires").
  • 2A-1A step, 2A-1a step, 2B-1B step, 2B-1b step) and aligning and assembling a plurality of CNT-aggregated wires along their longitudinal direction to obtain a CNT-aggregated wire (Step 2A-2, Step 2B-2). Therefore, 2A-1A step, 2A-1a step, 2A-2 step, 2B-1B step, 2B-1b step, and 2B-2 step will be described below.
  • the 2A-1A step, the 2A-1a step, the 2B-1B step, and the 2B-1b step each form a carbon nanotube group consisting of a plurality of carbon nanotubes in the upstream channel along the longitudinal direction of the carbon nanotubes.
  • the carbon nanotubes are oriented and assembled to obtain a carbon nanotube-assembled wire.
  • the 2A-1 step will be described below.
  • the 1A carbon nanotube group 11A composed of a plurality of CNTs synthesized in the CNT synthesis furnace 60 is arranged in the 1-1A flow with the longitudinal direction of the CNTs along the flow of the carbon-containing gas. Intrude into the path 41A.
  • the 1-1A channel 41A is arranged such that its longitudinal direction follows the flow of the carbon-containing gas.
  • the cross-sectional area normal to the carbon-containing gas flow of the 1-1A channel 41A is smaller than the cross-sectional area normal to the carbon-containing gas flow of the CNT synthesis furnace 60 . Therefore, the plurality of CNTs that have entered the 1-1A channel 41A are oriented and aggregated along the longitudinal direction of the CNTs in the 1-1A channel 41A to form the 1A carbon nanotube aggregate strand 21A. to form
  • the lower limit of the number of carbon nanotubes constituting the 1A carbon nanotube group is preferably 1,000 or more, more preferably 1,000,000 or more, and still more preferably 100,000,000 or more, from the viewpoint of lengthening the carbon nanotube aggregate strand.
  • the upper limit of the number of carbon nanotubes constituting the 1A carbon nanotube group is preferably 1 trillion or less, more preferably 10 billion or less, and even more preferably 1 billion or less, from the viewpoint of preventing clogging of the channel.
  • the number of carbon nanotubes constituting the 1A carbon nanotube group is preferably 10,000 to 1,000,000,000, more preferably 100,000 to 100,000,000, and still more preferably 1,000,000 to 100,000,000.
  • the number of Karnon nanotubes forming the 1A carbon nanotube group means the number of carbon nanotubes simultaneously passing through the opening of the 1-1A channel 41A on the carbon-containing gas supply port side.
  • the shape of the 1A carbon nanotube aggregated wire 21A obtained by the 2A-1A step is a thread shape in which a plurality of carbon nanotubes are aligned and aggregated in their longitudinal direction.
  • the length of the carbon nanotube-assembled wire (hereinafter also referred to as "CNT-assembled wire") is not particularly limited as long as it can form the carbon nanotube-assembled wire in the next step 2A-2.
  • the size of the diameter of the carbon nanotube aggregate strand is not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on the application.
  • the lower limit of the diameter of the CNT aggregate wire is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 1 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the diameter of the CNT aggregate wire is not particularly limited, it can be 100 ⁇ m or less from the viewpoint of manufacturing.
  • the diameter of the CNT aggregate wire is preferably 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the diameter of the CNT wire assembly is smaller than the length of the CNT wire assembly. That is, the lengthwise direction of the CNT aggregate wire corresponds to the longitudinal direction.
  • the diameter of a carbon nanotube-assembled strand means the average outer diameter of one CNT-assembled strand.
  • the average outer diameter of one CNT-aggregated wire is obtained by observing a cross section at any two points of one CNT-aggregated wire with a transmission electron microscope or a scanning electron microscope. It is obtained by measuring the outer diameter, which is the distance between the two most distant points, and calculating the average value of the obtained outer diameters.
  • the fact that the plurality of CNTs are aligned and aggregated in the longitudinal direction is the same as that described in Embodiment 1, “In the CNT-assembled wire, the plurality of CNTs are aligned in these It can be confirmed by the same method as the method for confirming that the particles are oriented and aggregated in the longitudinal direction. Therefore, the description thereof will not be repeated.
  • the degree of orientation of CNTs in the carbon nanotube aggregate strand is preferably 0.8 or more and 1.0 or less.
  • the CNT-aggregated wire is elongated while maintaining the electrical conductivity and mechanical strength of the CNT.
  • the 2A-1a step, the 2B-1B step and the 2B-1b step are basically the same steps as the 2A-1 step and will not be described repeatedly.
  • ⁇ 2A-2 step, 2B-2 step> In the 2A-2 step and the 2B-2 step, respectively, a plurality of CNT-assembled wires are aligned and assembled along the longitudinal direction of the carbon nanotube-assembled wires in the downstream channel to form a carbon nanotube-assembled wire. It is a process of obtaining As a representative of these steps, the 2A-2 step will be described below.
  • a plurality of carbon nanotube aggregated elements including the 1A carbon nanotube aggregated strands 21A obtained in the step 2A-1A and the first carbon nanotube aggregated strands 21a obtained in the step 2A-1a.
  • the wire enters the 1-2 channel 41C with the longitudinal direction of the CNT-aggregated wire along the flow of the carbon-containing gas.
  • the first-second flow path 41C is arranged such that its longitudinal direction follows the flow of the carbon-containing gas.
  • the plurality of CNT-assembled wires that have entered the 1-2 channel 41C are oriented and aggregated along the longitudinal direction of the CNT-assembled wires in the 1-2 channel 41C to form first carbon nanotubes.
  • a collective line 31 is formed.
  • the plurality of carbon nanotube aggregated strands coming out of the upstream flow path (1-1A flow path, 1-1a flow path) are separated from each other.
  • the carbon nanotubes are not entangled in the oriented state, and can be oriented and aggregated in the longitudinal direction in the downstream channel to form an aggregated line of carbon nanotubes.
  • the lower limit of the number of carbon nanotube-assembled wires constituting the first carbon nanotube-assembled wire is preferably 2 or more, more preferably 10 or more, and further preferably 100 or more, from the viewpoint of lengthening the carbon nanotube-assembled wire.
  • the upper limit of the number of carbon nanotube stranded wires constituting the first carbon nanotube stranded wire is preferably 10,000 or less, more preferably 1,000 or less, and even more preferably 300 or less, from the viewpoint of preventing clogging of the flow path.
  • the number of carbon nanotube aggregated wires constituting the first carbon nanotube aggregated wire is preferably 2 or more and 10000 or less, more preferably 10 or more and 1000 or less, and still more preferably 100 or more and 300 or less.
  • the number of carbon nanotube-assembled wires constituting the first carbon nanotube-assembled wire is the number of carbon nanotube-assembled wires simultaneously passing through the opening on the carbon-containing gas supply port side of the 1-2 channel 41C.
  • the shape of the carbon nanotube assembly wire is a string shape in which a plurality of carbon nanotube assembly wires are aligned and assembled in their longitudinal direction. It can be confirmed by observation with an optical microscope or a scanning electron microscope that the CNT-assembled wire has a string shape in which a plurality of carbon nanotube-assembled wires are aligned in their longitudinal direction.
  • the length of the carbon nanotube aggregated wire obtained in this embodiment is not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on the application.
  • the lower limit of the length of the CNT-assembled wire is, for example, preferably 100 ⁇ m or longer, more preferably 1000 ⁇ m or longer, and even more preferably 10 cm or longer.
  • the upper limit of the length of the CNT-assembled wire is not particularly limited, it is preferably 100 km or less from the viewpoint of manufacturing.
  • the length of the CNT aggregate line is preferably 100 ⁇ m or more and 10 km or less, more preferably 1000 ⁇ m or more and 1 km or less, and even more preferably 10 cm or more and 100 m or less.
  • the length of the CNT-assembled line can be measured by observation with an optical microscope or by visual inspection.
  • the size of the diameter of the carbon nanotube aggregated wire obtained in this embodiment is not particularly limited, and can be appropriately adjusted depending on the application.
  • the diameter of the CNT-assembled wire is, for example, preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the diameter of the CNT-assembled wire is not particularly limited, it is preferably 10000 ⁇ m or less from the viewpoint of production. In this embodiment, the diameter of the CNT-assembled wire is smaller than the length of the CNT-assembled wire.
  • the degree of orientation of the CNT-aggregated wires in the carbon nanotube-aggregated wire is basically a value calculated in the same procedure as (a1) to (a6) described in the method for calculating the orientation degree of Embodiment 1. is. The difference is that in the procedure of (a1), the following equipment is used to image the CNT aggregate line under the following conditions.
  • the carbon nanotube aggregated wire in the carbon nanotube aggregated wire are oriented in its longitudinal direction and aggregated.
  • the carbon nanotubes are oriented with an orientation degree of 0.9 or more and 1 or less in the carbon nanotube aggregated wire, and the carbon nanotube aggregated wire has a carbon nanotube aggregated wire of 0.8 or more. Orientation with a degree of orientation of 1 or less is preferred. This means that in the CNT-assembled wire of the present embodiment, the orientation of the CNTs and the CNT-assembled wire is high. According to this, the CNT-assembled wire can have excellent electrical conductivity and mechanical strength.
  • a carbon nanotube-assembled wire manufacturing apparatus 100b of the present embodiment basically has all the configurations of the carbon nanotube-assembled wire manufacturing apparatus of the second embodiment. 4 and 6, the first flow path is provided in parallel on the side of the carbon-containing gas supply port 62 of the carbon nanotube synthesis furnace 60.
  • the 1-1A channel 41A and the 1-1a channel 41a, and the 1-2 channel provided on the opposite side of the carbon-containing gas supply port 62 of the 1-1A channel 41A and the 1-1a channel 41a 2-1B flow path 42B and 2-1b flow path 42b provided in parallel on the carbon-containing gas supply port side of the carbon nanotube synthesis furnace 60; 2-1B channel 42B and 2-2 channel 42D provided on the opposite side of carbon-containing gas supply port 62 of 2-1B channel 42b.
  • Differences from the CNT-assembled wire manufacturing apparatus of the second embodiment will be described below.
  • the 1-1A channel 41A, the 1-1a channel 41a, the 2-1B channel 42B and the 2-1b channel 42b are the same first
  • the 1-2 flow path 41C is provided in the 1-2 structure 52A different from the 1-1 structure 51
  • the 2-2 flow path 42D is provided in the 1-1 structure 51. It is provided in the 2-2 structure 52B different from the -1 structure 51 .
  • the 1-1 structure 51 is a porous body having a large number of thin cylindrical through holes. Each through hole corresponds to each channel.
  • the 1-1 structure 51 has through holes corresponding to the 1-1A channel 41A, the 1-1a channel 41a, the 2-1B channel 42B, and the 2-1b channel 42b.
  • the cross-sectional shape of each through-hole is preferably a regular hexagon from the viewpoint of suppressing the deposition of CNTs in the through-hole and ensuring the strength of the 1-1 structure.
  • the cross-sectional area of each through-hole can be appropriately changed according to the desired diameter and length of the CNT-aggregated wire.
  • the lower limit of the cross-sectional area of each through-hole is preferably 0.005 mm 2 or more, preferably 0.01 mm 2 or more, preferably 0.05 mm 2 or more, and 0.1 mm 2 or more. More preferably, it is 0.5 mm 2 or more.
  • the upper limit of the cross-sectional area of each through-hole is preferably, for example, 100 mm 2 or less, more preferably 50 mm 2 or less, and even more preferably 10 mm 2 or less, from the viewpoint of ease of CNT aggregation.
  • the cross-sectional area of each through-hole means the area of the cross-section normal to the longitudinal direction of the hollow portion surrounded by the 1-1 structure forming the outer edge of the through-hole.
  • the cross-sectional area of each through-hole is preferably constant from the upstream side to the downstream side.
  • the constant cross-sectional area means that the maximum and minimum values of the cross-sectional area are within ⁇ 5% of the average value.
  • the lower limit of the length of the through-hole in the longitudinal direction is preferably 5 mm or more, more preferably 10 mm or more, and even more preferably 30 mm or more, from the viewpoint of sufficiently assembling the CNTs.
  • the upper limit of the length of the through-hole in the longitudinal direction is preferably 1000 mm or less, more preferably 300 mm or less, and 100 mm or less from the viewpoint of suppressing the deposition of CNTs on the inner wall of the through-hole and increasing the amount of collected CNT-aggregated wires. is more preferred.
  • the length of the through hole in the longitudinal direction is preferably 5 mm or more and 1000 mm or less, more preferably 10 mm or more and 300 mm or less, and even more preferably 30 mm or more and 100 mm or less.
  • the number of through-holes provided in the 1-1 structure can be appropriately set in consideration of the cross-sectional area of the hollow part of the CNT synthesis furnace, the cross-sectional area of each through-hole, the desired number of CNT aggregate strands, etc. can.
  • the lower limit of the number of through-holes provided in the 1-1 structure is preferably 1/10 cm 2 or more, more preferably 1/cm 2 or more, and 1/mm 2 from the viewpoint of improving manufacturing efficiency. The above is more preferable.
  • the upper limit of the number of through-holes provided in the 1-1 structure is not particularly limited, and can be, for example, 100/mm 2 or less.
  • the number of through-holes provided in the 1-1 structure is preferably 1/10 cm 2 or more and 100/mm 2 or less, more preferably 1/cm 2 or more and 100/mm 2 or less, and 1/mm 2 or more and 10 pieces/mm 2 or less is more preferable.
  • the cross-sectional area of the 1-1 structure is not limited, and can be set according to the cross-sectional area of the hollow portion of the CNT synthesis furnace.
  • the cross-sectional area of the 1-1 structure means the area of the region surrounded by the outer edge of the 1-1 structure, including the through holes.
  • the lower limit of the cross-sectional area of the 1-1 structure is preferably 100 mm 2 or more, more preferably 1000 mm 2 or more, and even more preferably 10000 mm 2 or more, from the viewpoint of improving the production efficiency of the CNT-assembled wire.
  • the upper limit of the cross-sectional area of the 1-1 structure is not particularly limited, it can be, for example, 1 m 2 or less from the viewpoint of manufacturing equipment.
  • the cross-sectional area of the 1-1 structure is preferably 100 mm 2 or more and 1 m 2 or less, more preferably 1000 mm 2 or more and 0.3 m 2 or less, and still more preferably 10000 mm 2 or more and 0.1 m 2 or less.
  • the 1-1 structure is ceramics (alumina, zirconia, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, forsterite, steatite, cordierite, mullite, ferrite, gadolinium oxide, etc.), quartz glass, glass, metals, graphite can consist of Among them, it is preferable to use ceramics from the viewpoint of heat resistance and durability required in CNT production. Furthermore, it is preferable to form arbitrary flow paths by 3D printer technology.
  • 1-2 structure 52A and the 2-2 structure 52B can basically have the same configurations as the 1A structure and the 1B structure of Embodiment 2, the description thereof will not be repeated. .
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus used in the carbon nanotube stranded wire manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a view showing the main surface of the 1-3 structure 53 provided in the CNT assembly wire manufacturing apparatus of FIG. 7 on the carbon-containing gas supply port 62 side.
  • FIG. 9 is a diagram showing the main surface opposite to the main surface on the carbon-containing gas supply port 62 side of the 1-3 structure 53 provided in the CNT assembly wire manufacturing apparatus of FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the CNT synthesis furnace of the 1-3 structure 53 provided in the CNT assembly wire manufacturing apparatus of FIG. Differences from the CNT-assembled wire manufacturing apparatus of the fourth embodiment will be described below.
  • the channel 42b and the 2-2 channel 42D are provided in the same 1-3 structure 53, and are connected to the carbon-containing gas supply ports 62 of the 1-1A channel 41A and the 1-1a channel 41a, respectively.
  • the opposite end is connected to the end of the carbon-containing gas supply port 62 side of the 1-2 channel 41C, and the carbon-containing gas of each of the 2-1B channel 42B and the 2-1b channel 42b
  • the end opposite to the supply port 62 is connected to the end of the 2-2 channel 42D on the carbon-containing gas supply port 62 side.
  • the 1-3 structure 53 is a porous body having a large number of narrow cylindrical through holes.
  • the through holes correspond to flow channels.
  • a plurality of openings (hereinafter also referred to as "first openings") are provided, including an opening forming the end of 42b.
  • openings forming the ends of the 1-2 channel 41C and the 2-2 channel 42D are formed.
  • a plurality of openings (hereinafter also referred to as "second openings”) are provided.
  • a plurality of CNTs that have entered the 1-1A channel 41A and the 1-1a channel 41a are oriented in the longitudinal direction and aggregated to form CNT aggregate strands 21A and 21a.
  • a plurality of CNT-assembled wires including the CNT-assembled wires 21A and 21a are aligned in the longitudinal direction and gathered to form a CNT-assembled wire 31. As shown in FIG.
  • a plurality of CNTs that have entered the 2-1B channel 42B and the 2-1b channel 42b are oriented in the longitudinal direction and aggregated to form CNT aggregate strands 21B and 21b.
  • a plurality of CNT-assembled wires including the CNT-assembled wires 21B and 21b are aligned in the longitudinal direction and aggregated to form the CNT-assembled wire 32. As shown in FIG.
  • the formation of the CNT-aggregated wire and the CNT-aggregated wire is continuously performed inside the 1-3 structure 53 . This improves the production efficiency of the CNT aggregated wire.
  • the number of channels connected to the 1-2 channel 41C is not limited to two, the 1-1A channel 41A and the 1-1a channel 41a. It can be set as appropriate.
  • the lower limit of the number of channels connected to the first-second channel 41C is preferably 2 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 10 or more, from the viewpoint of preventing turbulence due to turbulent flow or the like.
  • the upper limit of the number of channels connected to the 1-2 channel 41C is not particularly limited, but it can be 100 or less from the viewpoint of manufacturing the 1-3 structure.
  • the number of channels connected to the first-second channel 41C is preferably 2 or more and 100 or less, more preferably 5 or more and 50 or less, and even more preferably 10 or more and 20 or less.
  • the number of channels connected to the 2nd-2nd channel 42D can also be set in the same manner as the number of channels connected to the 1st-2nd channel 41C.
  • the lower limit of the cross-sectional area of the through-holes forming the 1-1A channel 41A, the 1-1a channel 41a, the 2-1B channel 42B, and the 2-1b channel 42b prevents CNT clogging. From a viewpoint, it is preferably 0.005 mm 2 or more, preferably 0.01 mm 2 or more, preferably 0.05 mm 2 or more, more preferably 0.1 mm 2 or more, and still more preferably 0.5 mm 2 or more.
  • the upper limit of the cross-sectional area of each through-hole is preferably, for example, 100 mm 2 or less, more preferably 50 mm 2 or less, and even more preferably 10 mm 2 or less, from the viewpoint of ease of CNT aggregation.
  • the cross-sectional area of each through-hole means the area of the region surrounded by the 1-3 structure forming the outer edge of the through-hole.
  • the cross-sectional area of each through-hole is preferably constant from the upstream side to the downstream side.
  • the constant cross-sectional area means that the maximum and minimum values of the cross-sectional area are within ⁇ 5% of the average value.
  • the lower limit of the length is preferably 10 mm or longer, more preferably 20 mm or longer, and even more preferably 50 mm or longer, from the viewpoint of sufficient aggregation of CNTs.
  • the upper limit of the length of the through-hole in the longitudinal direction is preferably 1000 mm or less, more preferably 500 mm or less, and 100 mm or less from the viewpoint of suppressing the deposition of CNTs on the inner wall of the through-hole and increasing the amount of collected CNT-aggregated strands. is more preferred.
  • the length of the through hole in the longitudinal direction is preferably 10 mm or more and 1000 mm or less, more preferably 20 mm or more and 500 mm or less, and even more preferably 30 mm or more and 1000 mm or less.
  • the lower limit of the cross-sectional area of the through-holes forming the 1-2 flow path 41C and the 2-2 flow path 42D is preferably 0.01 mm 2 or more, and 0.01 mm 2 or more.
  • 02 mm 2 or more is preferable, 0.1 mm 2 or more is preferable, 0.2 mm 2 or more is more preferable, and 0.5 mm 2 or more is still more preferable.
  • the upper limit of the cross-sectional area of each through-hole is preferably, for example, 100 mm 2 or less, more preferably 10 mm 2 or less, and even more preferably 1 mm 2 or less, from the viewpoint of ease of assembly of the CNT wire assembly.
  • the lower limit of the length of the through-holes forming the 1-2 channel 41C and the 2-2 channel 42D in the longitudinal direction is said to sufficiently assemble the CNT-aggregated strands. From the viewpoint, it is preferably 5 mm or more, more preferably 10 mm or more, and even more preferably 20 mm or more.
  • the upper limit of the length of the through-hole in the longitudinal direction is preferably 1000 mm or less, more preferably 100 mm or less, from the viewpoint of suppressing deposition of the CNT wire assembly on the inner wall of the through-hole and increasing the collection amount of the CNT wire assembly. 50 mm or less is more preferable.
  • the length of the through hole in the longitudinal direction is preferably 5 mm or more and 1000 mm or less, more preferably 10 mm or more and 100 mm or less, and even more preferably 5 mm or more and 50 mm or less.
  • the CNT wire assembly manufacturing apparatus of this embodiment can include a CNT wire assembly guide tube 65 provided on the opposite side of the carbon-containing gas supply port 62 of the 1-3 structure 53 . It is preferable that the CNT assembly wire guide pipe is provided on the downstream extension of each of the 1-2 channel 41C and the 2-2 channel 42D provided in the 1-3 structure. As a result, the plurality of CNT assembly lines coming out of the 1-3 structure 53 are recovered in a separated state without being entangled with each other.
  • Example 1 As the apparatus 1, a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus having the same configuration as the carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus shown in FIG. 2 is prepared. A specific configuration is as follows.
  • the apparatus 1 is provided at one end of the carbon nanotube synthesis furnace (quartz tube, hollow diameter 50 mm (cross-sectional area: approximately 2000 mm 2 ), length 50 mm) (left side in FIG. 2). and a first channel (maximum diameter 10 mm, 500 mm in length) and a second flow path (maximum diameter of 10 mm, length of 500 mm).
  • the first flow path and the second flow path are provided in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube synthesis furnace.
  • the distance from the end of the CNT synthesis furnace on the carbon-containing gas supply port side to the carbon-containing gas supply port-side ends of the first channel and the second channel is 2000 mm.
  • a slurry sprayer in which a catalyst (ferrocene) is dissolved in toluene is placed near the carbon-containing gas supply port inside the CNT synthesis furnace.
  • a CNT assembly wire winding device is arranged downstream of the first flow path and the second flow path.
  • a carbon nanotube assembly wire of the sample 1 is produced.
  • apparatus 1 while supplying argon gas with an argon gas concentration of 100% by volume from the carbon-containing gas supply port into the CNT synthesis furnace at a flow rate of 1000 cc / min (flow rate of 3.4 cm / sec) for 50 minutes, The temperature is raised to 1200°C.
  • argon gas is switched to hydrogen gas (1000 cc/min), methane gas at a flow rate of 50 cc/min (flow rate 0.17 cm/sec), and carbon disulfide (CS 2 ) gas at a flow rate of 1 cc/min ( 120 minutes at a flow rate of 0.003 cm/sec).
  • the flow velocity of the entire mixed gas (carbon-containing gas) containing hydrogen gas, methane gas, and carbon disulfide is 3.6 cm/sec.
  • catalyst particles are released into the CNT synthesis furnace. After that, CNTs grow in the CNT synthesis furnace, and the CNTs aggregate inside the first channel and the second channel to form two CNT aggregate lines.
  • the CNT-assembled wire is wound by a winding device, and two CNT-assembled wires are recovered.
  • the orientation degrees of CNTs in the two CNTs of sample 1 are 0.8 and 0.9, respectively. This confirms that the CNTs are oriented and aggregated in the longitudinal direction in the CNT-aggregated line obtained by the apparatus 1 .
  • the lengths of the two CNTs of sample 1 are 10 m and 12 m, respectively.
  • the diameters of the two CNTs of sample 1 are ⁇ 0.1 mm and ⁇ 0.08 mm, respectively.
  • Example 2 As the apparatus 2, a carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus having the same configuration as the carbon nanotube stranded wire manufacturing apparatus shown in FIG. 4 is prepared. A specific configuration is as follows.
  • Apparatus 2 includes a carbon nanotube synthesis furnace (alumina tube, hollow diameter 80 mm (cross-sectional area 6000 mm 2 (cross-sectional shape: substantially circular)), length 2000 mm) and one end of the carbon nanotube synthesis furnace (Fig. 4 The carbon-containing gas supply port provided on the left side) and the end portion opposite to the end where the carbon-containing gas supply port of the carbon nanotube synthesis furnace is provided (right side in FIG. 4).
  • a carbon nanotube synthesis furnace alumina tube, hollow diameter 80 mm (cross-sectional area 6000 mm 2 (cross-sectional shape: substantially circular)), length 2000 mm
  • Fig. 4 The carbon-containing gas supply port provided on the left side) and the end portion opposite to the end where the carbon-containing gas supply port of the carbon nanotube synthesis furnace is provided (right side in FIG. 4).
  • 1 structure cross-sectional area of 1-1A channel, 1-1a channel, 2-1B channel and 2-1b channel 1 mm 2 , total number of channels (total through holes) 20 / inch , length 50 mm), and the 1-2 structure provided downstream of the 1-1 structure (1-2 flow path: maximum diameter 30 mm, length 1000 mm) and 2-2 structure ( 2-2 channel: maximum diameter 30 mm, length 1000 mm).
  • the distance from the end of the CNT synthesis furnace on the side of the carbon-containing gas supply port to the end of the structure 1-1 on the side of the carbon-containing gas supply port is 2500 mm.
  • a catalyst (ferrocene) is placed near the carbon-containing gas supply port inside the CNT synthesis furnace.
  • a CNT assembly wire winding device is arranged downstream of the 1-2 structure and the 2-2 structure. It is preferable that each of the channels 2-1, 2-2, etc. is sucked from the upstream side to the downstream side to efficiently gather the CNT aggregated wires coming out of the honeycomb and promote the assembly.
  • a carbon nanotube assemble wire of the sample 2 is produced.
  • apparatus 2 while supplying argon gas having an argon gas concentration of 100% by volume from the carbon-containing gas supply port into the CNT synthesis furnace at a flow rate of 1000 cc / min (flow rate of 3.4 cm / sec) for 50 minutes, The temperature is increased to 1000°C.
  • argon gas is switched to hydrogen gas (4000 cc/min), ethylene gas at a flow rate of 200 cc/min (flow rate 0.17 cm/sec), and carbon disulfide (CS 2 ) gas at a flow rate of 4 cc/min. (flow rate 0.003 cm/sec) for 120 minutes.
  • the flow velocity of the entire mixed gas (carbon-containing gas) containing argon gas, methane gas, and carbon disulfide is 3.6 cm/sec.
  • the catalyst collapses and catalyst particles are released into the CNT synthesis furnace.
  • CNTs grow in a CNT synthesis furnace, the CNTs are aggregated inside the 1-1 structure to form a CNT aggregate wire, and the CNT aggregate wire is the 1-2 structure and the 2-2nd structure.
  • Assembled inside each of the structures two CNT assembly lines are formed.
  • the CNT-assembled wire is wound by a winding device, and two CNT-assembled wires are recovered.
  • the orientation degrees of CNTs in the two CNT-assembled lines of sample 2 are 82 and 89, respectively.
  • the degrees of orientation of the CNT-assembled strands of the two CNT-assembled strands of Sample 2 are 86 and 92, respectively. This confirms that the CNTs and the CNT-aggregated wires are oriented and aggregated in the longitudinal direction in the CNT-aggregated wire obtained by the apparatus 2 .
  • the lengths of the two CNTs of sample 2 are 10 m and 15 m, respectively.
  • the respective diameters of the two CNTs of sample 2 are 0.8 mm and 1.2 mm.
  • Example 3 As the apparatus 3, a carbon nanotube-assembled wire manufacturing apparatus having the same configuration as the carbon nanotube-assembled wire manufacturing apparatus shown in FIG. 7 is prepared. A specific configuration is as follows.
  • Apparatus 3 includes a carbon nanotube synthesis furnace (alumina tube, hollow diameter ⁇ 50 mm, length 1500 mm) and a carbon-containing gas supply port provided at one end (left side in FIG. 7) of the carbon nanotube synthesis furnace.
  • the 1-3 structure (1-1A flow path, 1st -1a channel, 1-1B channel and 1-1b channel cross-sectional area 2 mm 2 , 1-2 channel and 2-2 channel cross-sectional area 2 mm 2 , 1-2 channel and 100 upstream through-holes, 50 mm long, 100 upstream main surface holes, and 2 downstream main surface holes connected to each of the 2-2 flow paths), and the first -1 Two guide tubes (diameter 5 mm, length 1000 mm) provided downstream of the structure.
  • the distance from the end of the CNT synthesis furnace on the side of the carbon-containing gas supply port to the end of the structure 1-3 on the side of the carbon-containing gas supply port is 2000 mm.
  • a catalyst (ferrocene) is placed near the carbon-containing gas supply port inside the CNT synthesis furnace.
  • a CNT wire winding device is arranged downstream of the guide tube.
  • a carbon nanotube assemble wire of the sample 3 is produced.
  • apparatus 3 while supplying argon gas with an argon gas concentration of 100% by volume from the carbon-containing gas supply port into the CNT synthesis furnace at a flow rate of 1000 cc / min (flow rate of 3.4 cm / sec) for 50 minutes, The temperature is raised to 1300°C.
  • argon gas is switched to hydrogen gas (1000 cc/min), methane gas at a flow rate of 50 cc/min (flow rate 0.17 cm/sec), and carbon disulfide (CS 2 ) gas at a flow rate of 1 cc/min ( 120 minutes at a flow rate of 0.003 cm/sec).
  • the flow velocity of the entire mixed gas (carbon-containing gas) containing argon gas, methane gas, and carbon disulfide is 3.6 cm/sec.
  • the catalyst collapses and catalyst particles are released into the CNT synthesis furnace. After that, CNTs grow in the CNT synthesis furnace, the CNTs aggregate inside the first to third structures to form two CNT aggregate lines, and the CNT aggregate lines enter the guide tube.
  • the CNT-assembled wire is wound by a winding device, and two CNT-assembled wires are recovered.
  • the orientation degrees of CNTs in the two CNT-assembled lines of Sample 3 are 0.86 and 0.93, respectively.
  • the degrees of orientation of the CNT-aggregated wires in the two CNT-aggregated wires of Sample 3 are 0.87 and 0.91, respectively. This confirms that the CNTs and the CNT-aggregated wires are oriented and aggregated in the longitudinal direction in the CNT-aggregated wire obtained by the apparatus 3 .
  • the lengths of the two CNT-assembled lines of sample 3 are 100 m and 150 m, respectively.
  • the respective diameters of the two CNTs of Sample 3 are 0.2 mm and 0.3 mm.
  • the device 4 As the device 4, a device having the configuration shown in FIG. 11 is prepared.
  • the device 4 basically has the same configuration as the device 1, except that the first channel, the second channel and the winding device are not provided.

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Abstract

本開示のカーボンナノチューブ集合線の製造方法は、管状のカーボンナノチューブ合成炉内で、浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれからカーボンナノチューブを成長させて、複数のカーボンナノチューブを得る第１工程と、前記複数のカーボンナノチューブを集合させて、複数のカーボンナノチューブ集合線を得る第２工程と、を備え、前記第２工程は、前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１カーボンナノチューブ群を第１流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第１カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ａ工程と、前記第１カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２カーボンナノチューブ群を第２流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第２カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ｂ工程と、を備える、カーボンナノチューブ集合線の製造方法である。

Description

カーボンナノチューブ集合線の製造方法及びカーボンナノチューブ集合線製造装置
　本開示は、カーボンナノチューブ集合線の製造方法及びカーボンナノチューブ集合線製造装置に関する。本出願は、２０２１年２月２５日に出願した日本特許出願である特願２０２１－０２８３８８号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　炭素原子が六角形に結合したグラフェンシートを円筒状にした構造のカーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」とも記す。）は、銅の１／５の軽さで鋼鉄の２０倍の強度及び優れた導電性を持つ素材である。このため、カーボンナノチューブを用いた電線は、特に自動車用モータの軽量化、小型化及び耐食性の向上に貢献する素材として期待されている。
　現在作製されているカーボンナノチューブは、その径が約０．４ｎｍ～２０ｎｍ、かつ、最大長さが約５５ｃｍである。カーボンナノチューブを電線や高強度材として用いるためには、より長い線材とすることが必要であり、カーボンナノチューブを使用した長尺化された線材を得る技術が検討されている。
　例えば、国際公開第２０２０／１３８３７８号（特許文献１）には、複数のカーボンナノチューブを、それらの長手方向に配向して集合させることにより、長尺化されたカーボンナノチューブ集合線を得る方法が開示されている。
国際公開第２０２０／１３８３７８号
　本開示のカーボンナノチューブ集合線の製造方法は、
　管状のカーボンナノチューブ合成炉内で、浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれからカーボンナノチューブを成長させて、複数のカーボンナノチューブを得る第１工程と、
　前記複数のカーボンナノチューブを集合させて、複数のカーボンナノチューブ集合線を得る第２工程と、を備え、
　前記第２工程は、
　前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１カーボンナノチューブ群を第１流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第１カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ａ工程と、
　前記第１カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２カーボンナノチューブ群を第２流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第２カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ｂ工程と、を備える、カーボンナノチューブ集合線の製造方法である。
　カーボンナノチューブ集合線製造装置は、
　管状のカーボンナノチューブ合成炉と、
　前記カーボンナノチューブ合成炉の一方の端部側に設けられた炭素含有ガス供給口と、
　前記カーボンナノチューブ合成炉の前記炭素含有ガス供給口が設けられた端部と反対側の端部側に設けられた第１流路及び第２流路と、を備え、
　前記第１流路及び前記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられ、
　前記第１流路及び前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記カーボンナノチューブ合成炉の断面積よりも小さい、カーボンナノチューブ集合線製造装置である。
図１は、実施形態１に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法を示すフローチャートである。 図２は、実施形態２に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置の一例を示す図である。 図３は、実施形態３に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法を示すフローチャートである。 図４は、実施形態４に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置の一例を示す図である。 図５は、第１－１構造体の主面の一例を示す図である。 図６は、図４のＣＮＴ集合線製造装置に設けられる第１流路及び第２流路の、ＣＮＴ合成炉の長手方向に沿う方向の断面図である。 図７は、実施形態５に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置の一例を示す図である。 図８は、第１－３構造体の炭素含有ガス供給口側の主面の一例を示す図である。 図９は、第１－３構造体の炭素含有ガス供給口側の主面と反対側の主面の一例を示す図である。 図１０は、第１－３構造体の断面の一例を示す図である。 図１１は、装置４（比較例のカーボンナノチューブ集合線製造装置）を示す図である。 図１２は、装置５（比較例のカーボンナノチューブ集合線製造装置）の第１－１構造体の断面を示す図である。
　[本開示が解決しようとする課題]
　特許文献１の技術では、１つのカーボンナノチューブ合成炉から、１本のカーボンナノチューブ集合線を得ることができる。一方、生産効率の観点からは、１つのカーボンナノチューブ合成炉から、複数本のカーボンナノチューブ集合線を製造する技術が望まれている。
　そこで、本目的の一つは、１つのカーボンナノチューブ合成炉により、複数本のカーボンナノチューブ集合線を製造することのできる、カーボンナノチューブ集合線の製造方法を提供することを目的とする。
　本目的の他の一つは、１つのカーボンナノチューブ合成炉により、複数本のカーボンナノチューブ集合線を製造することのできる、カーボンナノチューブ集合線製造装置を提供することを目的とする。
　[本開示の効果]
　本開示によれば、１つのカーボンナノチューブ合成炉により、複数本のカーボンナノチューブ集合線を製造することが可能となる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示のカーボンナノチューブ集合線の製造方法は、
　管状のカーボンナノチューブ合成炉内で、浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれからカーボンナノチューブを成長させて、複数のカーボンナノチューブを得る第１工程と、
　前記複数のカーボンナノチューブを集合させて、複数のカーボンナノチューブ集合線を得る第２工程と、を備え、
　前記第２工程は、
　前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１カーボンナノチューブ群を第１流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第１カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ａ工程と、
　前記第１カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２カーボンナノチューブ群を第２流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第２カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ｂ工程と、を備える、カーボンナノチューブ集合線の製造方法である。
　本開示によれば、１つのカーボンナノチューブ合成炉により、複数本のカーボンナノチューブ集合線を製造することが可能となる。
　（２）前記第１カーボンナノチューブ群は、前記第１カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１Ａカーボンナノチューブ群と、前記第１Ａカーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記第１カーボンナノチューブ群を構成する前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１ａカーボンナノチューブ群と、を含み、
　前記第１流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられた第１－１Ａ流路及び第１－１ａ流路と、前記第１－１Ａ流路及び前記第１－１ａ流路の前記炭素含有ガスの流れの下流側に設けられた第１－２流路と、を含み、
　前記第２Ａ工程は、
　前記第１Ａカーボンナノチューブ群を前記第１－１Ａ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第１Ａカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ａ－１Ａ工程と、
　前記第１ａカーボンナノチューブ群を前記第１－１ａ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第１ａカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ａ－１ａ工程と、
　前記第１Ａカーボンナノチューブ集合素線及び前記第１ａカーボンナノチューブ集合素線を含む複数のカーボンナノチューブ集合素線を前記第１－２流路内で前記カーボンナノチューブ集合素線の長手方向に沿って配向して集合させて前記第１カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ａ－２工程と、を含み、
　前記第２カーボンナノチューブ群は、前記第２カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２Ｂカーボンナノチューブ群と、前記第２Ｂカーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記第２カーボンナノチューブ群を構成する前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２ｂカーボンナノチューブ群と、を含み、
　前記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられた第２－１Ｂ流路及び第２－１ｂ流路と、前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路の前記炭素含有ガスの流れの下流側に設けられた第２－２流路と、を含み、
　前記第２Ｂ工程は、
　前記第２Ｂカーボンナノチューブ群を前記第２－１Ｂ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第２Ｂカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ｂ－１Ｂ工程と、
　前記第２ｂカーボンナノチューブ群を前記第２－１ｂ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第２ｂカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ｂ－１ｂ工程と、
　前記第２Ｂカーボンナノチューブ集合素線及び前記第２ｂカーボンナノチューブ集合素線を含む複数のカーボンナノチューブ集合素線を前記第２－２流路内で前記カーボンナノチューブ集合素線の長手方向に沿って配向して集合させて前記第２カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ｂ－２工程と、を含むことが好ましい。
　これによると、カーボンナノチューブが集合してカーボンナノチューブ集合素線が形成され、更に、該カーボンナノチューブ集合素線が集合してカーボンナノチューブ集合線となる。該カーボンナノチューブ集合線は、長尺化されやすい。第２－１流路及び第２－２流路は、各々吸引することにより、第１流路内で生成したＣＮＴを各流路内に引き込むことが好ましい。
　（３）本開示のカーボンナノチューブ集合線製造装置は、
　管状のカーボンナノチューブ合成炉と、
　前記カーボンナノチューブ合成炉の一方の端部側に設けられた炭素含有ガス供給口と、
　前記カーボンナノチューブ合成炉の前記炭素含有ガス供給口が設けられた端部と反対側の端部側に設けられた第１流路及び第２流路と、を備え、
　前記第１流路及び前記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられ、
　前記第１流路及び前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記カーボンナノチューブ合成炉の断面積よりも小さい、カーボンナノチューブ集合線製造装置である。
　本開示によれば、１つのカーボンナノチューブ合成炉により、複数本のカーボンナノチューブ集合線を製造することが可能となる。
　（４）前記第１流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の前記炭素含有ガス供給口側に並列に設けられた第１－１Ａ流路及び第１－１ａ流路と、前記第１－１Ａ流路及び前記第１－１ａ流路の前記炭素含有ガス供給口と反対側に設けられた第１－２流路と、を含み、
　前記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の前記炭素含有ガス供給口側に並列に設けられた第２－１Ｂ流路及び第２－１ｂ流路と、前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路の前記炭素含有ガス供給口と反対側に設けられた第２－２流路と、を含むことが好ましい。
　これによると、カーボンナノチューブが集合してカーボンナノチューブ集合素線が形成され、更に、該カーボンナノチューブ集合素線が集合してカーボンナノチューブ集合線となる。該カーボンナノチューブ集合線は、長尺化されやすい。
　（５）　前記第１－１Ａ流路、前記第１－１ａ流路、前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路は、同一の第１－１構造体に設けられ、
　前記第１－２流路は、前記第１－１構造体とは異なる第１－２構造体に設けられ、
　前記第２－２流路は、前記第１－１構造体とは異なる第２－２構造体に設けられることが好ましい。
　これによると、カーボンナノチューブ及びカーボンナノチューブ集合線が長手方向に配向して集合しやすい。
　（６）前記第１－１Ａ流路、前記第１－１ａ流路、前記第１－２流路、前記第２－１Ｂ流路、前記第２－１ｂ流路及び前記第２－２流路は、同一の第１－３構造体に設けられ、
　前記第１－１Ａ流路及び前記第１－１ａ流路のそれぞれの前記炭素含有ガス供給口と反対側の端部は、前記第１－２流路の前記炭素含有ガス供給口側の端部に接続され、
　前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路のそれぞれの前記炭素含有ガス供給口と反対側の端部は、前記第２－２流路の前記炭素含有ガス供給口側の端部に接続されることが好ましい。
　これによると、カーボンナノチューブ及びカーボンナノチューブ集合線が長手方向に配向して集合しやすい。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示のカーボンナノチューブ集合線の製造方法及びカーボンナノチューブ集合線製造装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
　本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
　［実施形態１：カーボンナノチューブ集合線の製造方法（１）］
　本開示の一実施の形態（以下、「本実施形態」とも記す。）に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態のカーボンナノチューブ集合線（以下、「ＣＮＴ集合線」とも記す。）の製造方法のフローチャートを示す図である。図２は、本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法に用いられるカーボンナノチューブ集合線製造装置の一例を示す図である。
　図１及び図２に示されるように、本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法は、管状のカーボンナノチューブ合成炉（以下、「ＣＮＴ合成炉」とも記す。）６０内で、浮遊状態の複数の触媒粒子２７に炭素含有ガスを供給することにより、該複数の触媒粒子２７のそれぞれからカーボンナノチューブ１を成長させて、複数のカーボンナノチューブ１を得る第１工程と、該複数のカーボンナノチューブ１を集合させて、複数のカーボンナノチューブ集合線を得る第２工程と、を備え、該第２工程は、該複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１カーボンナノチューブ群１１を第１流路４１内で該カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第１カーボンナノチューブ集合線３１を得る第２Ａ工程と、該第１カーボンナノチューブ群１１を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる該複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２カーボンナノチューブ群１２を第２流路４２内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第２カーボンナノチューブ集合線３２を得る第２Ｂ工程と、を備える。第１カーボンナノチューブ群１１を構成する複数のカーボンナノチューブは、第１流路４１に侵入する前は、分離を阻害するネットワークを組むことなく、それぞれ分離した状態であることが好ましい。第２カーボンナノチューブ群１２を構成する複数のカーボンナノチューブは、第２流路４２に侵入する前は、分離を阻害するネットワークを組むことなく、それぞれ分離した状態であることが好ましい。これによると、複数のカーボンナノチューブの、第１流路の入り口付近、及び、第２流路の入り口付近での詰まりを防止することができる。
　本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法によると、１つのカーボンナノチューブ合成炉により、複数本のカーボンナノチューブ集合線を得ることができる。このため、ＣＮＴ合成炉の大型化と、ＣＮＴ集合線の量産化が容易となり、ＣＮＴ集合線の製造コストの低減が可能となる。
　＜第１工程＞
　管状のカーボンナノチューブ合成炉６０内で、浮遊状態の複数の触媒粒子２７に炭素含有ガスを供給することにより、該複数の触媒粒子２７のそれぞれからカーボンナノチューブ１を成長させて、複数のカーボンナノチューブ１を得る第１工程を行う。
　第１工程は、例えば、８００℃以上１５００℃以下の温度条件で行われることが好ましい。８００℃以上１５００℃以下の温度条件下において、炭素含有ガスが熱分解し、浮遊状態の触媒粒子上にカーボン結晶が成長してカーボンナノチューブが形成される。炭素含有ガスの流れの中で密着状態の複数の触媒粒子を離間することにより、該複数の触媒粒子間にＣＮＴを成長させることもできる。
　温度が８００℃以上であると、カーボン結晶の成長速度が早く、生産効率が向上する。一方、温度が１５００℃以下であると、不純物炭素の含有量が低下し、ＣＮＴの品質が向上する。第１工程の温度条件は、９００℃以上１４００℃以下がより好ましく、９５０℃以上１２５０℃以下が更に好ましい。
　図２では、ＣＮＴ合成炉６０に供給される炭素含有ガス中に、触媒粒子２７が浮遊している。該触媒粒子２７は、ＣＮＴ合成炉６０内の炭素含有ガス供給口付近に配置されたスプレーノズルより、触媒材料を溶解したスラリーを噴霧する事により得られる触媒（図示せず）が加熱され、炭素含有ガスの風圧により崩壊して粒子となったものである。
　触媒材料としては、例えばフェロセン（Ｆｅ（Ｃ５Ｈ５）２）、ニッケロセン（Ｎｉ（Ｃ５Ｈ５）２）、コバルトセン（Ｃｏ（Ｃ５Ｈ５）２等）等を挙げることができる。中でも崩壊性及び触媒作用に優れ、長尺のＣＮＴを得ることができるという観点から、フェロセンが好ましい。フェロセンは、高温に熱せられ、炭素含有ガスに晒されることによって、浸炭により表面に鉄カーバイド（Ｆｅ３Ｃ）を形成し、表面から崩壊し易くなることで、順次触媒粒子２７を放出することができると考えられる。この場合、形成される触媒粒子２７の主成分としては、鉄カーバイド又は鉄となる。
　上記以外の触媒粒子２７としては、例えば、ニッケル、コバルト、モリブデン、金、銀、銅、パラジウム、白金を用いることができる。
　触媒粒子２７の平均径の下限は、０．４ｎｍ以上が好ましく、１ｎｍ以上がより好ましく、２ｎｍ以上が更に好ましい。一方、触媒粒子２７の平均径の上限は、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以下が更に好ましい。
　炭素含有ガスは、炭素含有ガス供給口６２からＣＮＴ合成炉６０に供給される。炭素含有ガスとしては、炭化水素ガス等の還元性を有するガスが用いられる。このような炭素含有ガスとしては、例えばメタンとアルゴンとの混合ガス、エチレンとアルゴンとの混合ガス、エタノールとアルゴンとの混合ガス、エチレンと水素の混合ガス、メタンと水素の混合ガス、エタノールと水素の混合ガス等を用いることができる。炭素含有ガスは補助触媒として二硫化炭素（ＣＳ２）を含むことが好ましい。
　炭素含有ガス供給口６２から供給される炭素含有ガスのＣＮＴ合成炉内での平均流速の下限は、０．０５ｃｍ／ｓｅｃ以上が好ましく、０．１０ｃｍ／ｓｅｃ以上がより好ましく、０．２０ｃｍ／ｓｅｃ以上が更に好ましい。一方、ＣＮＴ合成炉６０内での平均流速の上限は、５０ｃｍ／ｓｅｃ以下が好ましく、５．０ｃｍ／ｓｅｃ以下がより好ましい。炭素含有ガスのＣＮＴ合成炉６０内での平均流速が０．０５ｃｍ／ｓｅｃ以上の場合、触媒粒子２７に供給される炭素含有ガスが十分であり、触媒粒子２７間に合成されるカーボンナノチューブの成長が促進される。一方、炭素含有ガスのＣＮＴ合成炉６０内での平均流速が１０．０ｃｍ／ｓｅｃ以下の場合、カーボンナノチューブが触媒粒子２７から剥離してカーボンナノチューブの成長が停止することを抑制することができる。
　炭素含有ガス供給口６２から供給される炭素含有ガスのＣＮＴ合成炉６０内での流れのレイノルズ数の下限は、０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましい。一方、上記レイノルズ数の上限は１０００以下が好ましく、１００以下がより好ましく、１０以下が更に好ましい。上記レイノルズ数が０．０１以上であると、装置の設計の自由度が向上する。上記レイノルズ数が上１０００以下の場合、炭素含有ガスの流れが乱れて触媒粒子２７間のカーボンナノチューブの配向性が阻害されることを抑制することができる。
　第１工程により得られるカーボンナノチューブ１としては、炭素の層（グラフェン）が１層だけ筒状になっている単層カーボンナノチューブや、炭素の層が複数層積層した状態で筒状になっている二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブ等が挙げられる。
　カーボンナノチューブの形状はとくに限定されず、先端が閉じているものまたは先端が開孔しているものが挙げられる。また、カーボンナノチューブ１の一方又は両方の端部に、カーボンナノチューブの合成時に用いた触媒粒子２７が付着していてもよい。又、カーボンナノチューブ１の一方又は両方の端部には円錐状のグラフェンからなるコーン部が形成されていてもよい。
　カーボンナノチューブの長さは、例えば、１μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。特に、カーボンナノチューブの長さが１００μｍ以上であると、ＣＮＴ集合線の作製の観点から好適である。カーボンナノチューブの長さの上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、６００ｍｍ以下が好ましい。ＣＮＴの長さは、走査型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。
　カーボンナノチューブの径は、０．４ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が更に好ましい。特に、カーボンナノチューブの径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であると、高密度化や高密着性の観点から好適である。
　本明細書においてカーボンナノチューブの径とは、一のＣＮＴの平均外径を意味する。ＣＮＴの平均外径は、ＣＮＴの任意の２カ所における断面を透過型電子顕微鏡により直接観察し、該断面において、ＣＮＴの外周上の最も離れた２点間の距離である外径を測定し、得られた外径の平均値を算出することにより得られる。ＣＮＴが一方又は両方の端部にコーン部を含む場合は、コーン部を除く場所において径を測定する。
　＜第２工程＞
　次に、第１工程で得られた複数のカーボンナノチューブを集合させて、複数のカーボンナノチューブ集合線（以下、「ＣＮＴ集合線」とも記す。）を得る第２工程を行う。第２工程は、第２Ａ工程と、第２Ｂ工程と、を備える。第２Ａ工程及び第２Ｂ工程について、以下に説明する。
　＜第２Ａ工程＞
　第２Ａ工程は、第１工程で得られた複数のカーボンナノチューブ１の一部から構成される第１カーボンナノチューブ群１１を第１流路４１内で該カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第１カーボンナノチューブ集合線３１を得る工程である。ＣＮＴ合成炉６０内で合成された複数のＣＮＴ１は、その長手方向が炭素含有ガスの流れに沿った状態で、第１流路４１内に侵入する。第１流路４１は、その長手方向が炭素含有ガスの流れに沿うように配置されている。第１流路４１の炭素含有ガスの流れを法線とする断面積は、ＣＮＴ合成炉６０の炭素含有ガスの流れを法線とする断面積よりも小さい。よって、第１流路４１内に侵入した複数のＣＮＴ１は、第１流路４１内で、ＣＮＴの長手方向に沿って配向して集合して、第１ＣＮＴ集合線３１を形成する。
　＜第２Ｂ工程＞
　第２Ｂ工程は、第１工程で得られた複数のカーボンナノチューブ１のうち、第１カーボンナノチューブ群１１を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２カーボンナノチューブ群１２を第２流路４２内で該カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第２カーボンナノチューブ集合線３２を得る工程である。ＣＮＴ合成炉６０内で合成された複数のＣＮＴ１は、その長手方向が炭素含有ガスの流れに沿った状態で、第２流路４２内に侵入する。第２流路４２は、その長手方向が炭素含有ガスの流れに沿うように配置されている。第２流路４２の炭素含有ガスの流れを法線とする断面積は、ＣＮＴ合成炉６０の炭素含有ガスの流れを法線とする断面積よりも小さい。よって、第２流路４２内に侵入した複数のＣＮＴ１は、第２流路４２内で、ＣＮＴの長手方向に沿って配向して集合して、第２ＣＮＴ集合線３２を形成する。
　本実施形態のＣＮＴ集合線の製造方法では、１つのＣＮＴ合成炉で合成された複数のＣＮＴの一部を第１流路内で配向して集合させて第１ＣＮＴ集合線３１を作製し、該複数のＣＮＴの他の一部を第２流路内で配向して集合させて第２ＣＮＴ集合線３２を作製する。すなわち、本実施形態のＣＮＴ集合線の製造方法では、１つのＣＮＴ合成炉を用いて、２本のＣＮＴ集合線を製造することができる。なお、本実施形態では、第２工程は、第２Ａ工程及び第２Ｂ工程の２つの工程を含み、２本のＣＮＴ集合線を得る場合を示しているが、第２工程の形態はこれに限定されない。第２工程において流路の数を並列に増加させることにより、得られるＣＮＴ集合線の数を増加させることができる。流路の数は、得られるＣＮＴ集合線の数と一致する。従って、流路の数を３つとすると、３本のＣＮＴ集合線が得られ、流路の数を４つとすると４本のＣＮＴ集合線が得られる。
　第１カーボンナノチューブ群１１及び第２カーボンナノチューブ群１２（以下、これらを「カーボンナノチューブ群」とも記す。）のそれぞれを構成するカーボンナノチューブの数は、それぞれのカーボンナノチューブ群から形成されるカーボンナノチューブ集合線の線及び径に応じて調整される。
　第２工程により得られるカーボンナノチューブ集合線の形状は、複数のカーボンナノチューブがそれらの長手方向に配向して集合した糸形状である。
　カーボンナノチューブ集合線の長さは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線の長さの下限は、例えば、１００μｍ以上が好ましく、１０００μｍ以上がより好ましく、１０ｃｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の長さの上限は特に制限されないが、製造上の観点からは、１００ｋｍ以下とすることができる。ＣＮＴ集合線の長さは、１００μｍ以上１００ｋｍ以下が好ましく、１０００μｍ以上１０ｋｍ以下がより好ましく、１０ｃｍ以上１ｋｍ以下が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の長さは、走査型電子顕微鏡、光学顕微鏡又は目視で観察することにより測定される。
　カーボンナノチューブ集合線の径の大きさは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線の径の下限は、例えば、１μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ超が更に好ましく、１０００μｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の径の上限は特に制限されないが、製造上の観点からは、１００００μｍ以下とすることができる。ＣＮＴ集合線の径は、１μｍ以上１００００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１０００μｍ以下がより好ましく、１００μｍ超１０００μｍ以下が更に好ましく、３００μｍ以上１０００μｍ以下が更に好ましい。本実施形態において、ＣＮＴ集合線の径の大きさは、ＣＮＴ集合線の長さよりも小さい。すなわち、ＣＮＴ集合線の長さ方向が長手方向に該当する。
　本明細書においてカーボンナノチューブ集合線の径とは、一のＣＮＴ集合線の平均外径を意味する。一のＣＮＴ集合線の平均外径は、一のＣＮＴ集合線の任意の２箇所における断面を透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡又は光学顕微鏡で観察し、該断面においてＣＮＴ集合線の外周上の最も離れた２点間の距離である外径を測定し、得られた外径の平均値を算出することにより得られる。
　本実施形態で得られたＣＮＴ集合線において、複数のＣＮＴがこれらの長手方向に配向して集合していることは、下記（ａ１）～（ａ６）の手順により確認される。
　（ａ１）ＣＮＴ集合線の撮像
　下記の機器を用いて、下記の条件で、ＣＮＴ集合線を撮像する。
　透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）：ＪＥＯＬ社製「ＪＥＭ２１００」（製品名）
　撮像条件：倍率５万倍～１２０万倍、加速電圧６０ｋＶ～２００ｋＶ。
　（ａ２）撮像された画像の二値化処理
　上記（ａ１）で撮像された画像に対して、下記の画像処理プログラムを用いて、下記の手順に従い二値化処理を施す。
　画像処理プログラム：非破壊による紙の表面繊維配向解析プログラム「ＦｉｂｅｒＯｒｉ８ｓｉｎｇｌｅ０３」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｏｍａｅ．ｃｏｍ／ＦｉｂｅｒＯｒｉ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ）
　処理手順：
　１．ヒストグラム平均輝度補正
　２．バックグラウンド除去
　３．単一閾値による二値化
　４．輝度反転。
　（ａ３）二値化処理された画像のフーリエ変換
　上記（ａ２）で得られた画像に対して、上記と同一の画像処理プログラム（非破壊による紙の表面繊維配向解析プログラム「ＦｉｂｅｒＯｒｉ８ｓｉｎｇｌｅ０３」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｏｍａｅ．ｃｏｍ／ＦｉｂｅｒＯｒｉ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ））を用いてフーリエ変換を行う。
　（ａ４）配向角度と配向強度の計算
　フーリエ変換画像で、Ｘ軸正方向を０°として、反時計回りの角度（θ°）に対する平均振幅を計算する。フーリエ変換画像から得られた配向角度と配向強度との関係をグラフ化する。
　（ａ５）半値幅の測定
　上記グラフに基づき、半値全幅（ＦＷＨＭ：ｆｕｌｌ　ｗｉｄｔｈ　ａｔ　ｈａｌｆ　ｍａｘｉｍｕｍ）を測定する。
　（ａ６）配向度の算出
　上記の半値全幅に基づき、下記式（１）により、配向度を算出する。
　配向度＝（１８０°－半値全幅）／１８０°　　（１）
　配向度が０の場合は、完全無配向を意味する。配向度が１の場合は完全配向を意味する。本明細書において、配向度が０．８以上１．０以下の場合、ＣＮＴ集合線において、複数のＣＮＴがこれらの長手方向に配向して集合していると判定する。
　カーボンナノチューブ集合線におけるカーボンナノチューブの配向度が０．８以上１．０以下であると、ＣＮＴ集合線はＣＮＴが有する電気伝導度や機械的強度の特性を維持したまま、長尺化されている。
　なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいて、配向度の測定結果を測定視野（サイズ：１０ｎｍ×１０ｎｍ）の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。
　＜その他の工程＞
　本実施形態のＣＮＴ集合線の製造方法は、第２工程の後に、複数のカーボンナノチューブ集合線に揮発性液体を付着させる第３工程と、カーボンナノチューブ集合線に付着させた揮発性液体を蒸発させる第４工程とを含むことが好ましい。これによるとカーボンナノチューブ間に浸透した液体が揮発して抜ける過程で均一かつ高密度にカーボンナノチューブ同士を密着させることが出来る。
　揮発性液体としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、キシレン、アニソール、トルエン、クレゾール、ピロリドン、カルビトール、カルビトールアセテート、水、エポキシモノマー、アクリルモノマー、クロロスルホン酸、硝酸、硫酸を用いることができる。揮発性液体にはモノマーあるいは樹脂あるいは酸が含まれても良い。
　第３工程は、例えば液体付着装置６３により、揮発性液体を霧化して蒸気とし、該蒸気をＣＮＴ集合線に噴霧することにより行うことができる。第４工程は、自然乾燥により行うことができる。
　第３工程及び第４工程は、カーボンナノチューブ集合線を巻取装置６４で巻き取ることにより、ＣＮＴ集合線に張力を加えながら行われることが好ましい。これによると、得られたＣＮＴ集合線の強度が向上する。
　［実施形態２：カーボンナノチューブ集合線製造装置（１）］
　実施形態１に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法に用いられるカーボンナノチューブ集合線製造装置の一例について、図２を用いて説明する。
　図２に示されるように、本実施形態のカーボンナノチューブ集合線製造装置１００ａは、管状のカーボンナノチューブ合成炉６０と、該カーボンナノチューブ合成炉６０の一方の端部側（図２において左側）に設けられた炭素含有ガス供給口６２と、該カーボンナノチューブ合成炉６０の該炭素含有ガス供給口６２が設けられた端部と反対側の端部側（図２において右側）に設けられた第１流路４１及び第２流路４２と、を備え、該第１流路４１及び該第２流路４２は、該カーボンナノチューブ合成炉６０の長手方向に沿って並列に設けられ、該第１流路４１及び該第２流路４２のそれぞれの断面積は、該カーボンナノチューブ合成炉６０の断面積よりも小さい。
　＜カーボンナノチューブ合成炉＞
　カーボンナノチューブ合成炉（以下、「ＣＮＴ合成炉」とも記す。）６０は、例えば石英管からなる管状の形状を有する。ＣＮＴ合成炉６０において、炭素含有ガスを用いて、触媒粒子２７上にカーボンナノチューブ１が形成される。
　カーボンナノチューブ合成炉６０は、加熱装置６１によって加熱される。加熱時のＣＮＴ合成炉６０の内部温度は、８００℃以上１５００℃以下が好ましく、９００℃以上１４００℃以下がより好ましく、１０００℃以上１２００℃以下が更に好ましい。このような温度を維持するために、炭素含有ガス供給口６２からＣＮＴ合成炉６０に加熱した炭素含有ガスを供給してもよく、ＣＮＴ合成炉６０において炭素含有ガスを加熱してもよい。
　カーボンナノチューブ合成炉６０の断面の径（Φ）は、カーボンナノチューブの十分な合成量を確保する観点から、Φ３０ｍｍ以上が好ましく、Φ１００ｍｍ以上がより好ましく、Φ３００ｍｍ以上が更に好ましい。カーボンナノチューブ合成炉６０の断面積の上限は、特に限定されないが、装置設計の観点から、Φ１ｍ以下とすることができる。カーボンナノチューブ合成炉６０の断面積は、Φ３０ｍｍ以上Φ１ｍ以下が好ましく、Φ５０ｍｍ以上Φ５００ｍｍ以下がより好ましく、Φ１００ｍｍ以上Φ２００ｍｍ以下が更に好ましい。本明細書において、ＣＮＴ合成炉６０の断面の径とは、ＣＮＴ合成炉の長手方向（中心線）を法線とする断面におけるＣＮＴ合成炉の円形の中空部の径を意味する。
　＜炭素含有ガス供給口＞
　炭素含有ガス供給口６２は、カーボンナノチューブ合成炉６０の一方の端部（図２において左側の端部）に設けられ、炭素含有ガスは該炭素含有ガス供給口６２からＣＮＴ合成炉６０に供給される。ＣＮＴ合成炉６０内の炭素含有ガス供給口付近に、触媒（図示せず）が配置される。
　炭素含有ガス供給口６２は、ガスボンベ（図示せず）と流量調節弁（図示せず）とを有する構成とすることができる。
　＜第１流路及び第２流路＞
　第１流路４１及び第２流路４２は、カーボンナノチューブ合成炉６０の炭素含有ガス供給口６２が設けられた端部と反対側の端部側に設けられる。第１流路４１は、第１Ａ構造体４０Ａに設けられる。第２流路４２は、第１Ｂ構造体４０Ｂに設けられる。
　第１Ａ構造体４０Ａは、管状の第１Ａ－１部４０Ａ－１と、該第１Ａ－１部４０Ａ－１の炭素含有ガス供給口６２側の端部（図２において左側）に接続される漏斗状の第１Ａ－２部４０Ａ－２とからなる。ここで第１Ａ－２部４０Ａ－２の径の小さい端部が、該第１Ａ－１部４０Ａ－１の端部に接続される。従って、第１Ａ構造体４０Ａにおいて、第１Ａ－２部４０Ａ－２の径の大きい端部が、炭素含有ガス供給口６２に面している。第１Ａ構造体４０Ａの少なくとも一部は、ＣＮＴ合成炉６０内部に配置されることが好ましい。上記の構成により、第１流路４１内にＣＮＴが取り込まれやすい。
　第１Ｂ構造体４０Ｂは、管状の第１Ｂ－１部４０Ｂ－１と、該第１Ｂ－１部４０Ｂ－１の炭素含有ガス供給口６２側の端部（図２において左側）に接続される漏斗状の第１Ｂ－２部４０Ｂ－２とからなる。ここで第１Ｂ－２部４０Ｂ－２の径の小さい端部が、該第１Ｂ－１部４０Ｂ－１の端部に接続される。従って、第１Ｂ構造体４０Ｂにおいて、第１Ｂ－２部４０Ｂ－２の径の大きい端部が、炭素含有ガス供給口６２に面している。第１Ｂ構造体４０Ｂの少なくとも一部は、ＣＮＴ合成炉６０内部に配置されることが好ましい。上記の構成により、第２流路４２内にＣＮＴが取り込まれやすい。
　第１流路４１及び第２流路４２は、カーボンナノチューブ合成炉６０の長手方向に沿って並列に設けられ、第１流路４１及び第２流路４２のそれぞれの断面積は、カーボンナノチューブ合成炉６０の断面積よりも小さい。上記の構成により、第１流路４１及び第２流路４２のそれぞれの内部で、複数のＣＮＴがそれらの長手方向に沿って配向して集合し、ＣＮＴ集合線を形成する。
　本明細書において、第１流路４１及び第２流路４２が、ＣＮＴ合成炉６０の長手方向に沿って並列に設けられているとは、以下（ｉ）及び（ｉｉ）を満たすことを意味する。
　（ｉ）ＣＮＴ合成炉６０の長手方向（中心線）と、第１流路４１の長手方向（中心線）とのなす角度が０°以上２０°以下、かつ、ＣＮＴ合成炉６０の長手方向（中心線）と、第２流路４２の長手方向（中心線）とのなす角度が０°以上２０°以下。
　（ｉｉ）第１流路４１の長手方向（中心線）と、第２流路４２の長手方向（中心線）とのなす角度が０°以上４０°以下。
　本明細書において、第１流路４１の断面積とは、第１流路の長手方向（中心線）を法線する断面における第１流路の面積を意味し、第１Ａ構造体の中空部の断面積に相当する。図２に示されるように、第１流路が管状の第１Ａ－１部４０Ａ－１と、漏斗状の第１Ａ－２部４０Ａ－２とからなる第１Ａ構造体４０Ａの中空部からなり、該中空部の断面積が一定でない場合、「第１流路の断面積は、ＣＮＴ合成炉の断面積よりも小さい。」とは、「第１流路の断面積のうち、最も大きい断面積が、ＣＮＴ合成炉の中空部の断面積よりも小さい」ことを意味する。第１流路４１では、第１流路の断面積のうち、最も大きい断面積は、炭素含有ガス供給口６２に最も近い第１Ａ－２部４０Ａ－２の端部での断面積に該当する。第２流路４２の断面積とＣＮＴ合成炉６０の断面積との関係も、上記の第１流路４１の断面積とＣＮＴ合成炉６０の断面積との関係と同様に定義される。
　第１流路４１及び第２流路４２のそれぞれの断面積は、カーボンナノチューブ合成炉６０の断面積よりも小さい。これによると、第１流路及び第２流路内で、ＣＮＴに炭素含有ガスの下流側に向かう方向の引張力を加えることができる。カーボンナノチューブの端部に引張力が作用することで、触媒粒子２７から延びるカーボンナノチューブが引っ張られ、塑性変形して縮径しつつ長手方向に伸長される。よって、ＣＮＴ集合線を配向化及び長尺化しやすい。
　第１流路４１及び第２流路４２のそれぞれの断面積は、所望のＣＮＴ集合線の径に応じて、適宜設定することができる。第１流路４１及び第２流路４２のそれぞれの断面積の下限は、ＣＮＴ集合線の径をΦ１０μｍ以上にしやすいという観点から、０．１ｍｍ２以上が好ましく、１ｍｍ２以上がより好ましく、１０ｍｍ２以上が更に好ましい。第１流路４１及び第２流路のそれぞれの断面積の上限は、高配向化の観点から、３００ｍｍ２以下が好ましく、２００ｍｍ２以下がより好ましく、１００ｍｍ２以下が更に好ましい。
　本実施形態では、ＣＮＴ合成炉の端部側に第１流路及び第２流路の２つの流路が並列に設けられているが、流路の数は２つに限定されず、３つ以上とすることができる。本実施形態のＣＮＴ集合線製造装置において、並列に設けられる流路の数は、作製されるＣＮＴ集合線の数に対応する。よって、並列に設けられる流路の数を増加させることにより、１つのＣＮＴ合成炉を用いて製造されるＣＮＴ集合線の数を増加させることができる。
　ＣＮＴ合成炉６０の断面積は、第１流路４１及び第２流路４２をＣＮＴ合成炉の内部に設けることのできる大きさであれば、特に限定されない。流路の数及び流路の断面積に応じて、ＣＮＴ合成炉６０の断面積を適宜調整することにより、１つのＣＮＴ合成炉から、複数本のＣＮＴ集合線を製造することができる。
　ＣＮＴ合成炉の断面積の下限は、ＣＮＴ集合線の製造効率向上の観点から、例えば、５００ｍｍ２以上が好ましく、５０００ｍｍ２以上がより好ましく、５００００ｍｍ２以上が更に好ましい。ＣＮＴ合成炉の断面積の上限は特に限定されないが、製造設備の観点から、例えば、１ｍ２以下とすることができる。ＣＮＴ合成炉の断面積は、５００ｍｍ２以上１ｍ２以下が好ましく、５０００ｍｍ２以上５００００ｍｍ２以下がより好ましく、１００００ｍｍ２以上２００００ｍｍ２以下が更に好ましい。
　第１Ａ構造体と第１Ｂ構造体とは、同一の形状を有することが好ましい。これによると、それぞれの構造体から回収されるＣＮＴ集合線の形状がほぼ均一となる。
　＜その他の構成＞
　本実施形態のＣＮＴ集合線製造装置は、カーボンナノチューブ集合線３１，３２に揮発性液体を付着させる液体付着装置６３を含むことが好ましい。揮発性液体の詳細は、実施形態１に記載しているため、その説明は繰り返さない。
　液体付着装置６３は、カーボンナノチューブ集合線３１，３２に揮発性液体を付着させることのできる位置に配置される。例えば、図２に示されるように、第１流路４１及び第２流路４２よりも炭素含有ガスの下流側に液体付着装置６３を配置することができる。
　本実施形態のＣＮＴ集合線製造装置は、カーボンナノチューブ集合線３１，３２に張力を加えながら、カーボンナノチューブ集合線３１，３２を巻き取る巻取装置６４を含むことが好ましい。ＣＮＴ集合線に張力を加え延伸しながら巻き取ることにより、高い強度を有するＣＮＴ集合線を得ることが可能となる。
　［実施形態３：カーボンナノチューブ集合線の製造方法（２）］
　本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法について、図３～図６を用いて説明する。図３は、本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法のフローチャートを示す図である。図４は、本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法に用いられるカーボンナノチューブ集合線製造装置の一例を示す図である。図５は、図４のＣＮＴ集合線製造装置に設けられる第１－１構造体の炭素含有ガス供給口６２側の主面を示す図である。図６は、図４のＣＮＴ集合線製造装置に設けられる第１流路及び第２流路の、ＣＮＴ合成炉の長手方向に沿う方向の断面図である。
　図３～図６に示されるように、本実施形態のＣＮＴ集合線の製造方法は、上記の実施形態１のＣＮＴ集合線の製造方法において、
　上記第１カーボンナノチューブ群１１は、該第１カーボンナノチューブ群１１を構成する複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１Ａカーボンナノチューブ群１１Ａと、該第１Ａカーボンナノチューブ群１１Ａを構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる第１カーボンナノチューブ群１１を構成する複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１ａカーボンナノチューブ群１１ａと、を含み、
　上記第１流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられた第１－１Ａ流路４１Ａ及び第１－１ａ流路４１ａと、該第１－１Ａ流路４１Ａ及び該第１－１ａ流路４１ａの前記炭素含有ガスの流れの下流側に設けられた第１－２流路４１Ｃと、を含み、
　該第２Ａ工程は、
　該第１Ａカーボンナノチューブ群１１Ａを該第１－１Ａ流路４１Ａ内でカーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第１Ａカーボンナノチューブ集合素線２１Ａを得る第２Ａ－１Ａ工程と、
　該第１ａカーボンナノチューブ群１１ａを該第１－１ａ流路４１ａ内でカーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第１ａカーボンナノチューブ集合素線２１ａを得る第２Ａ－１ａ工程と、
　該第１Ａカーボンナノチューブ集合素線２１Ａ及び該第１ａカーボンナノチューブ集合素線２１ａを含む複数のカーボンナノチューブ集合素線を該第１－２流路４１Ｃ内で該カーボンナノチューブ集合素線の長手方向に沿って配向して集合させて第１カーボンナノチューブ集合線３１を得る第２Ａ－２工程と、を含み、
　上記第２カーボンナノチューブ群１２は、上記第２カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２Ｂカーボンナノチューブ群１２Ｂと、該第２Ｂカーボンナノチューブ群１２Ｂを構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる上記第２カーボンナノチューブ群１２を構成する前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２ｂカーボンナノチューブ群１２ｂと、を含み、
　上記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられた第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂと、該第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び該第２－１ｂ流路４２ｂの前記炭素含有ガスの流れの下流側に設けられた第２－２流路４２Ｄと、を含み、
　上記第２Ｂ工程は、
　該第２Ｂカーボンナノチューブ群１２Ｂを該第２－１Ｂ流路４２Ｂ内でカーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第２Ｂカーボンナノチューブ集合素線２２Ｂを得る第２Ｂ－１Ｂ工程と、
　該第２ｂカーボンナノチューブ群１２ｂを該第２－１ｂ流路４２ｂ内でカーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第２ｂカーボンナノチューブ集合素線２２ｂを得る第２Ｂ－１ｂ工程と、
　該第２Ｂカーボンナノチューブ集合素線２２Ｂ及び該第２ｂカーボンナノチューブ集合素線２２ｂを含む複数のカーボンナノチューブ集合素線を該第２－２流路４２Ｄ内でカーボンナノチューブ集合素線の長手方向に沿って配向して集合させて第２カーボンナノチューブ集合線３２を得る第２Ｂ－２工程と、を含むことができる。第１カーボンナノチューブ群１１を構成する複数のカーボンナノチューブは、第１流路４１に侵入する前は、分離を阻害するネットワークを組むことなく、それぞれ分離した状態であることが好ましい。第２カーボンナノチューブ群１２を構成する複数のカーボンナノチューブは、第２流路４２に侵入する前は、分離を阻害するネットワークを組むことなく、それぞれ分離した状態であることが好ましい。これによると、複数のカーボンナノチューブの、第１流路の入り口付近、及び、第２流路の入り口付近での詰まりを防止することができる。
　本明細書において、第１－１Ａ流路、第１－１ａ流路、第２－１Ｂ流路及び第２－１ｂ流路を「上流側流路」とも記す。また、第１－２流路及び第２－２流路を「下流側流路」とも記す。
　本実施形態のＣＮＴ集合線の製造方法では、１つのＣＮＴ合成炉を用いて、２本のＣＮＴ集合線を製造することができる。なお、本実施形態では、第２工程は、第２Ａ工程及び第２Ｂ工程の２つの工程を含み、２本のＣＮＴ集合線を得る場合を示しているが、第２工程の形態これに限定されない。流路のうち、炭素含有ガスの下流側に配置される流路（下流側流路、図４において、第１－２流路４１Ｃ及び第２－２流路４２Ｄに該当）の数を並列に増加させることにより、得られるＣＮＴ集合線の数を増加させることができる。下流側流路の数は、得られるＣＮＴ集合線の数と一致する。従って、下流側流路の数を３つとすると、３本のＣＮＴ集合線が得られ、下流側流路の数を４つとすると４本のＣＮＴ集合線が得られる。
　本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法は、基本的に実施形態１のＣＮＴ集合線の製造方法の工程を全て備える。実施形態１のＣＮＴ集合線の製造方法と異なる点は、第２Ａ工程及び第２Ｂ工程のそれぞれが、複数のカーボンナノチューブ集合素線（以下、「ＣＮＴ集合素線」とも記す。）を得る工程（第２Ａ－１Ａ工程、第２Ａ－１ａ工程、第２Ｂ－１Ｂ工程、第２Ｂ－１ｂ工程）と、複数のＣＮＴ集合素線をこれらの長手方向に沿って配向して集合させて、ＣＮＴ集合線を得る工程（第２Ａ－２工程、第２Ｂ－２工程）と、を備えることである。従って、以下では第２Ａ－１Ａ工程、第２Ａ－１ａ工程、第２Ａ－２工程、第２Ｂ－１Ｂ工程、第２Ｂ－１ｂ工程、第２Ｂ－２工程について説明する。
　＜第２Ａ－１Ａ工程、第２Ａ－１ａ工程、第２Ｂ－１Ｂ工程、第２Ｂ－１ｂ工程＞
　第２Ａ－１Ａ工程、第２Ａ－１ａ工程、第２Ｂ－１Ｂ工程及び第２Ｂ－１ｂ工程は、それぞれ、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ群を上流側流路内でカーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させてカーボンナノチューブ集合素線を得る工程である。これらの工程を代表して、以下では第２Ａ－１工程について説明する。
　第２Ａ－１工程において、ＣＮＴ合成炉６０内で合成された複数のＣＮＴからなる第１Ａカーボンナノチューブ群１１Ａは、ＣＮＴの長手方向が炭素含有ガスの流れに沿った状態で、第１－１Ａ流路４１Ａ内に侵入する。第１－１Ａ流路４１Ａは、その長手方向が炭素含有ガスの流れに沿うように配置されている。第１－１Ａ流路４１Ａの炭素含有ガスの流れを法線とする断面積は、ＣＮＴ合成炉６０の炭素含有ガスの流れを法線とする断面積よりも小さい。よって、第１－１Ａ流路４１Ａ内に侵入した複数のＣＮＴは、第１－１Ａ流路４１Ａ内で、ＣＮＴの長手方向に沿って配向して集合して、第１Ａカーボンナノチューブ集合素線２１Ａを形成する。
　第１Ａカーボンナノチューブ群を構成するカーボンナノチューブの数の下限は、カーボンナノチューブ集合素線の長尺化の観点から、１０００本本以上が好ましく、１００万本以上がより好ましく、１億本以上が更に好ましい。第１Ａカーボンナノチューブ群を構成するカーボンナノチューブの数の上限は、流路の目詰まり防止の観点から、１兆本以下が好ましく、１００億本以下がより好ましく、１０億本以下が更に好ましい。第１Ａカーボンナノチューブ群を構成するカーボンナノチューブの数は、１万本以上１０億本以下が好ましく、１０万本以上１億本以下がより好ましく、１００万本以上１億本以下が更に好ましい。ここで、第１Ａカーボンナノチューブ群を構成するカーノンナノチューブの数とは、第１－１Ａ流路４１Ａの炭素含有ガス供給口側の開口部を同時に通過するカーボンナノチューブの数を意味する。
　第２Ａ－１Ａ工程により得られる第１Ａカーボンナノチューブ集合素線２１Ａの形状は、複数のカーボンナノチューブがそれらの長手方向に配向して集合した糸形状である。
　カーボンナノチューブ集合素線（以下、「ＣＮＴ集合素線」とも記す。）の長さは、次の第２Ａ－２工程において、カーボンナノチューブ集合線を構成できる長さであれば特に限定されない。
　カーボンナノチューブ集合素線の径の大きさは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合素線の径の下限は、例えば、０．１μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。ＣＮＴ集合素線の径の上限は特に制限されないが、製造上の観点からは、１００μｍ以下とすることができる。ＣＮＴ集合素線の径は、０．１μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。本実施形態において、ＣＮＴ集合素線の径の大きさは、ＣＮＴ集合素線の長さよりも小さい。すなわち、ＣＮＴ集合素線の長さ方向が長手方向に該当する。
　本明細書においてカーボンナノチューブ集合素線の径とは、一のＣＮＴ集合素線の平均外径を意味する。一のＣＮＴ集合素線の平均外径は、一のＣＮＴ集合素線の任意の２箇所における断面を透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察し、該断面においてＣＮＴ集合素線の外周上の最も離れた２点間の距離である外径を測定し、得られた外径の平均値を算出することにより得られる。
　本実施形態で得られたＣＮＴ集合素線において、複数のＣＮＴがこれらの長手方向に配向して集合していることは、実施形態１に記載の「ＣＮＴ集合線において、複数のＣＮＴがこれらの長手方向に配向して集合していること」の確認方法と同様の方法で確認することができるため、その説明は繰り返さない。
　カーボンナノチューブ集合素線におけるＣＮＴの配向度は、０．８以上１．０以下が好ましい。該ＣＮＴ集合素線はＣＮＴが有する電気伝導度や機械的強度の特性を維持したまま、長尺化されている。
　第２Ａ－１ａ工程、第２Ｂ－１Ｂ工程及び第２Ｂ－１ｂ工程は、基本的に第２Ａ－１工程と同様の工程であるため繰り返して説明しない。
　＜第２Ａ－２工程、第２Ｂ－２工程＞
　第２Ａ－２工程及び第２Ｂ－２工程は、それぞれ、複数のＣＮＴ集合素線を下流側流路内でカーボンナノチューブ集合素線の長手方向に沿って配向して集合させてカーボンナノチューブ集合線を得る工程である。これらの工程を代表して、以下では第２Ａ－２工程について説明する。
　第２Ａ－２工程では、第２Ａ－１Ａ工程で得られた第１Ａカーボンナノチューブ集合素線２１Ａ及び第２Ａ－１ａ工程で得られた第１ａカーボンナノチューブ集合素線２１ａを含む複数のカーボンナノチューブ集合素線が、ＣＮＴ集合素線の長手方向が炭素含有ガスの流れに沿った状態で、第１－２流路４１Ｃ内に侵入する。第１－２流路４１Ｃは、その長手方向が炭素含有ガスの流れに沿うように配置されている。第１－２流路４１Ｃ内に侵入した複数のＣＮＴ集合素線は、第１－２流路４１Ｃ内で、ＣＮＴ集合素線の長手方向に沿って配向して集合して、第１カーボンナノチューブ集合線３１を形成する。
　下流側流路（第１－２流路４１Ｃ）を設けることにより、上流側流路（第１－１Ａ流路、第１－１ａ流路）から出た複数のカーボンナノチューブ集合素線同士が無配向の状態で絡まず、下流側流路内で長手方向に配向して集合してカーボンナノチューブ集合線を形成することができる。
　第１カーボンナノチューブ集合線を構成するカーボンナノチューブ集合素線の数の下限は、カーボンナノチューブ集合線の長尺化の観点から、２本以上が好ましく、１０本以上がより好ましく、１００本以上が更に好ましい。第１カーボンナノチューブ集合線を構成するカーボンナノチューブ集合素線の数の上限は、流路の目詰まり防止の観点から、１００００本以下が好ましく、１０００本以下がより好ましく、３００本以下が更に好ましい。第１カーボンナノチューブ集合線を構成するカーボンナノチューブ集合素線の数は、２本以上１００００本以下が好ましく、１０本以上１０００本以下がより好ましく、１００本以上３００本以下が更に好ましい。ここで、第１カーボンナノチューブ集合線を構成するカーボンナノチューブ集合素線の数とは、第１－２流路４１Ｃの炭素含有ガス供給口側の開口部を同時に通過するカーボンナノチューブ集合素線の数を意味する。
　カーボンナノチューブ集合線の形状は、複数のカーボンナノチューブ集合素線がそれらの長手方向に配向して集合した紐形状である。ＣＮＴ集合線が、複数のカーボンナノチューブ集合素線がそれらの長手方向に配向して集合した紐形状であることは、光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察することにより確認することができる。
　本実施形態で得られるカーボンナノチューブ集合線の長さは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線の長さの下限は、例えば、１００μｍ以上が好ましく、１０００μｍ以上がより好ましく、１０ｃｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の長さの上限は特に制限されないが、製造上の観点からは、１００ｋｍ以下が好ましい。ＣＮＴ集合線の長さは、１００μｍ以上１０ｋｍ以下が好ましく、１０００μｍ以上１ｋｍ以下がより好ましく、１０ｃｍ以上１００ｍ以下が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の長さは、光学顕微鏡又は目視で観察することにより測定することができる。
　本実施形態で得られるカーボンナノチューブ集合線の径の大きさは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線の径は、例えば、１μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の径の上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、１００００μｍ以下が好ましい。本実施形態において、ＣＮＴ集合線の径の大きさは、ＣＮＴ集合線の長さよりも小さい。
　カーボンナノチューブ集合線におけるＣＮＴ集合素線の配向度は、基本的には実施の形態１の配向度の算出方法に記載された（ａ１）～（ａ６）の手順と同様の手順で算出される値である。異なる点は、（ａ１）の手順において、下記の機器を用いて、下記の条件で、ＣＮＴ集合線を撮像する点である。
　走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）：テクネックス工房社製「Ｃｒｙ－１０」（製品名）
　撮像条件：倍率４０倍～１０万倍、加速電圧１ｋＶ～１７ｋ。
　測定視野：３０μｍ×３０μｍ
　上記の測定を任意に選択した１０箇所以上の測定視野で行う。全ての測定視野のうち、１箇所以上の測定視野において、カーボンナノチューブ集合線におけるカーボンナノチューブ集合素線の配向度が０．８以上１以下の場合、該カーボンナノチューブ集合線において、カーボンナノチューブ集合素線がその長手方向に配向して集合していると判断される。
　本実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線においては、カーボンナノチューブ集合線において、カーボンナノチューブが０．９以上１以下の配向度で配向し、該カーボンナノチューブ集合線は、カーボンナノチューブ集合線が０．８以上１以下の配向度で配向していることが好ましい。これは、本実施形態のＣＮＴ集合線において、ＣＮＴ及びＣＮＴ集合線の配向性が高いことを意味する。これによると、ＣＮＴ集合線は優れた電気伝導度や機械的強度を有することができる。
　［実施形態３：カーボンナノチューブ集合線製造装置（２）］
　実施形態２に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法に用いられるカーボンナノチューブ集合線製造装置について、図４～図６を用いて説明する。
　本実施形態のカーボンナノチューブ集合線製造装置１００ｂは、基本的に実施形態２のカーボンナノチューブ集合線製造装置の構成を全て備える。実施形態２のＣＮＴ集合線製造装置と異なる点は、図４及び図６に示されるように、第１流路が、カーボンナノチューブ合成炉６０の炭素含有ガス供給口６２側に並列に設けられた第１－１Ａ流路４１Ａ及び第１－１ａ流路４１ａと、第１－１Ａ流路４１Ａ及び第１－１ａ流路４１ａの炭素含有ガス供給口６２と反対側に設けられた第１－２流路４１Ｃと、を含み、第２流路が、カーボンナノチューブ合成炉６０の炭素含有ガス供給口側に並列に設けられた第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂと、第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂの炭素含有ガス供給口６２と反対側に設けられた第２－２流路４２Ｄと、を含む点である。以下では、実施形態２のＣＮＴ集合線製造装置と異なる点について説明する。
　本実施形態では、図６に示されるように、第１－１Ａ流路４１Ａ、第１－１ａ流路４１ａ、第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂは、同一の第１－１構造体５１に設けられ、第１－２流路４１Ｃは、第１－１構造体５１とは異なる第１－２構造体５２Ａに設けられ、第２－２流路４２Ｄは、第１－１構造体５１とは異なる第２－２構造体５２Ｂに設けられる。
　＜第１－１構造体＞
　第１－１構造体５１は、多数の細い筒状の貫通孔を有する多孔体である。各貫通孔が各流路に相当する。第１－１構造体５１は、第１－１Ａ流路４１Ａ、第１－１ａ流路４１ａ、第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂに相当する貫通孔を有する。
　各貫通孔の断面形状は、例えば、円形や正多角形（例えばｎ＝３～１０の正ｎ角形）とすることができる。貫通孔内でのＣＮＴの堆積を抑制し、かつ、第１－１構造体の強度を確保する観点から、各貫通孔の断面形状は、正六角形であることが好ましい。
　各貫通孔の断面積は、所望のＣＮＴ集合素線の径や長さにより適宜変更することができる。各貫通孔の断面積の下限は、ＣＮＴの目詰まりを防止する観点から、０．００５ｍｍ２以上が好ましく、０．０１ｍｍ２以上が好ましく、０．０５ｍｍ２以上が好ましく、０．１ｍｍ２以上がより好ましく、０．５ｍｍ２以上が更に好ましい。各貫通孔の断面積の上限は、ＣＮＴの集合しやすさの観点から、例えば１００ｍｍ２以下が好ましく、５０ｍｍ２以下がより好ましく、１０ｍｍ２以下が更に好ましい。本明細書において、各貫通孔の断面積とは、貫通孔の外縁を形成する第１－１構造体に囲まれる中空部の長手方向を法線とする断面における面積を意味する。各貫通孔の断面積は、上流側から下流側まで一定であることが好ましい。ここで、断面積が一定とは、断面積の最大値と最小値が、平均値±５％以内であることを意味する。
　貫通孔の長手方向（炭素含有ガスの流れに沿う方向）の長さの下限は、ＣＮＴを十分に集合させるという観点から、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましく、３０ｍｍ以上が更に好ましい。貫通孔の長手方向の長さの上限は、貫通孔の内壁におけるＣＮＴの堆積を抑制し、ＣＮＴ集合素線の回収量を増加させる観点から、１０００ｍｍ以下が好ましく、３００ｍｍ以下がより好ましく、１００ｍｍ以下が更に好ましい。貫通孔の長手方向の長さは、５ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が更に好ましい。
　第１－１構造体に設けられる貫通孔の数は、ＣＮＴ合成炉の中空部の断面積、各貫通孔の断面積、所望のＣＮＴ集合素線の数などを考慮して適宜設定することができる。例えば、第１－１構造体に設けられる貫通孔の数の下限は、製造効率向上の観点から、１個／１０ｃｍ２以上が好ましく、１個／ｃｍ２以上がより好ましく、１個／ｍｍ２以上が更に好ましい。第１－１構造体に設けられる貫通孔の数の上限は、特に限定されず、例えば、１００個／ｍｍ２以下とすることができる。第１－１構造体に設けられる貫通孔の数は、１個／１０ｃｍ２以上１００個／ｍｍ２以下が好ましく、１個／ｃｍ２以上１００個／ｍｍ２以下がより好ましく、１個／ｍｍ２以上１０個／ｍｍ２以下が更に好ましい。
　第１－１構造体の断面積は制限されず、ＣＮＴ合成炉の中空部の断面積に応じて設定することができる。ここで、第１－１構造体の断面積とは、第１－１構造体の外縁に囲まれる領域の面積を意味し、貫通孔も含む面積である。第１－１構造体の断面積の下限は、ＣＮＴ集合線の製造効率向上の観点から、１００ｍｍ２以上が好ましく、１０００ｍｍ２以上がより好ましく、１００００ｍｍ２以上が更に好ましい。第１－１構造体の断面積の上限は特に限定されないが、製造設備の観点から、例えば、１ｍ２以下とすることができる。第１－１構造体の断面積は、１００ｍｍ２以上１ｍ２以下が好ましく、１０００ｍｍ２以上０．３ｍ２以下がより好ましく、１００００ｍｍ２以上０．１ｍ２以下が更に好ましい。
　第１－１構造体は、セラミックス（アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、フォルステライト、ステアタイト、コージライト、ムライト、フェライト、酸化ガドリニウム等）、石英硝子、硝子、金属類、黒鉛からなることができる。中でも、ＣＮＴ製造時において要求される耐熱性や耐久性の観点から、セラミックスからなることが好ましい。さらに、３Ｄプリンター技術により任意の流路を形成する事が好ましい。
　＜第１－２構造体、第２－２構造体＞
　第１－２構造体５２Ａ及び第２－２構造体５２Ｂは、基本的に、実施形態２の第１Ａ構造体及び第１Ｂ構造体と同様の構成とすることができるため、その説明は繰り返さない。
　［実施形態５：カーボンナノチューブ集合線製造装置（３）］
　実施形態５のカーボンナノチューブ集合線製造装置は、実施形態３のカーボンナノチューブ集合線の製造方法に用いられる製造装置の他の一例である。実施形態５のカーボンナノチューブ集合線製造装置について、図７～図１０を用いて説明する。図７は、本実施形態のカーボンナノチューブ集合線の製造方法に用いられるカーボンナノチューブ集合線製造装置の一例を示す図である。図８は、図７のＣＮＴ集合線製造装置に設けられる第１－３構造体５３の炭素含有ガス供給口６２側の主面を示す図である。図９は、図７のＣＮＴ集合線製造装置に設けられる第１－３構造体５３の炭素含有ガス供給口６２側の主面と反対側の主面を示す図である。図１０は、図７のＣＮＴ集合線製造装置に設けられる第１－３構造体５３の、ＣＮＴ合成炉の長手方向に沿う方向の断面図である。以下では、実施形態４のＣＮＴ集合線製造装置と異なる点について説明する。
　本実施形態では、図１０に示されるように、第１－１Ａ流路４１Ａ、第１－１ａ流路４１ａ、第１－２流路４１Ｃ、第２－１Ｂ流路４２Ｂ、第２－１ｂ流路４２ｂ及び第２－２流路４２Ｄは、同一の第１－３構造体５３に設けられ、第１－１Ａ流路４１Ａ及び第１－１ａ流路４１ａのそれぞれの炭素含有ガス供給口６２と反対側の端部は、第１－２流路４１Ｃの炭素含有ガス供給口６２側の端部に接続され、第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂのそれぞれの炭素含有ガス供給口６２と反対側の端部は、第２－２流路４２Ｄの炭素含有ガス供給口６２側の端部に接続される。
　＜第１－３構造体＞
　第１－３構造体５３は、多数の細い筒状の貫通孔を有する多孔体である。該貫通孔が流路に相当する。第１－３構造体の炭素含有ガス供給口６２側の主面には、第１－１Ａ流路４１Ａ、第１－１ａ流路４１ａ、第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂの端部を形成する開口部を含む複数の開口部（以下、「第１開口部」とも記す。）が設けられている。第１－３構造体の炭素含有ガス供給口６２側の主面と反対側の主面には、第１－２流路４１Ｃ及び第２－２流路４２Ｄの端部を形成する開口部を含む複数の開口部（以下、「第２開口部」とも記す。）が設けられている。
　第１－１Ａ流路４１Ａ及び第１－１ａ流路４１ａ内に侵入した複数のＣＮＴは、長手方向に配向して集合してＣＮＴ集合素線２１Ａ，２１ａを形成し、続いて、第１－２流路４１Ｃ内で、ＣＮＴ集合素線２１Ａ，２１ａを含む複数のＣＮＴ集合素線が長手方向に配向して集合してＣＮＴ集合線３１を形成する。
　第２－１Ｂ流路４２Ｂ及び第２－１ｂ流路４２ｂ内に侵入した複数のＣＮＴは、長手方向に配向して集合してＣＮＴ集合素線２１Ｂ，２１ｂを形成し、続いて、第２－２流路４１Ｄ内で、ＣＮＴ集合素線２１Ｂ，２１ｂを含む複数のＣＮＴ集合素線が長手方向に配向して集合してＣＮＴ集合線３２を形成する。
　上記の通り、本実施形態では、第１－３構造体５３の内部で、ＣＮＴ集合素線とＣＮＴ集合線の形成が連続して行われる。これにより、ＣＮＴ集合線の製造効率が向上する。
　第１－２流路４１Ｃに接続される流路の数は、第１－１Ａ流路４１Ａ及び第１－１ａ流路４１ａの２つに限定されず、所望のＣＮＴ集合線の長さや径に応じて適宜設定することができる。第１－２流路４１Ｃに接続される流路の数の下限は、乱流等による乱れ防止の観点から、２以上が好ましく、５以上がより好ましく、１０以上が更に好ましい。第１－２流路４１Ｃに接続される流路の数の上限は、特に限定されないが、第１－３構造体の製造の観点から、１００以下とすることができる。第１－２流路４１Ｃに接続される流路の数は、２以上１００以下が好ましく、５以上５０以下がより好ましく、１０以上２０以下が更に好ましい。第２－２流路４２Ｄに接続される流路の数についても、第１－２流路４１Ｃに接続される流路の数と同様に設定することができる。
　第１－１Ａ流路４１Ａ、第１－１ａ流路４１ａ、第２－１Ｂ流路４２Ｂ、第２－１ｂ流路４２ｂを形成する貫通孔の断面積の下限は、ＣＮＴの目詰まりを防止する観点から、０．００５ｍｍ２以上が好ましく、０．０１ｍｍ２以上が好ましく、０．０５ｍｍ２以上が好ましく、０．１ｍｍ２以上がより好ましく、０．５ｍｍ２以上が更に好ましい。各貫通孔の断面積の上限は、ＣＮＴの集合しやすさの観点から、例えば１００ｍｍ２以下が好ましく、５０ｍｍ２以下がより好ましく、１０ｍｍ２以下が更に好ましい。本明細書において、各貫通孔の断面積とは、貫通孔の外縁を形成する第１－３構造体に囲まれる領域の面積を意味する。各貫通孔の断面積は、上流側から下流側まで一定であることが好ましい。ここで、断面積が一定とは、断面積の最大値と最小値が、平均値±５％以内であることを意味する。
　第１－１Ａ流路４１Ａ、第１－１ａ流路４１ａ、第２－１Ｂ流路４２Ｂ、第２－１ｂ流路４２ｂを形成する貫通孔の長手方向（炭素含有ガスの流れに沿う方向）の長さの下限は、ＣＮＴを十分に集合させるという観点から、１０ｍｍ以上が好ましく、２０ｍｍ以上がより好ましく、５０ｍｍ以上が更に好ましい。貫通孔の長手方向の長さの上限は、貫通孔の内壁におけるＣＮＴの堆積を抑制し、ＣＮＴ集合素線の回収量を増加させる観点から、１０００ｍｍ以下が好ましく、５００ｍｍ以下がより好ましく、１００ｍｍ以下が更に好ましい。貫通孔の長手方向の長さは、１０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以上５００ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が更に好ましい。
　第１－２流路４１Ｃ及び第２－２流路４２Ｄを形成する貫通孔の断面積の下限は、ＣＮＴ集合素線の目詰まりを防止する観点から、０．０１ｍｍ２以上が好ましく、０．０２ｍｍ２以上が好ましく、０．１ｍｍ２以上が好ましく、０．２ｍｍ２以上がより好ましく、０．５ｍｍ２以上が更に好ましい。各貫通孔の断面積の上限は、ＣＮＴ集合素線の集合しやすさの観点から、例えば１００ｍｍ２以下が好ましく、１０ｍｍ２以下がより好ましく、１ｍｍ２以下が更に好ましい。
　第１－２流路４１Ｃ及び第２－２流路４２Ｄを形成する貫通孔の長手方向（炭素含有ガスの流れに沿う方向）の長さの下限は、ＣＮＴ集合素線を十分に集合させるという観点から、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましく、２０ｍｍ以上が更に好ましい。貫通孔の長手方向の長さの上限は、貫通孔の内壁におけるＣＮＴ集合素線の堆積を抑制し、ＣＮＴ集合線の回収量を増加させる観点から、１０００ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましく、５０ｍｍ以下が更に好ましい。貫通孔の長手方向の長さは、５ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましく、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が更に好ましい。
　＜その他の構成＞
　本実施形態のＣＮＴ集合線製造装置は、第１－３構造体５３の炭素含有ガス供給口６２と反対側に設けられたＣＮＴ集合線誘導管６５を備えることができる。ＣＮＴ集合線誘導管は、第１－３構造体に設けられた第１－２流路４１Ｃ及び第２－２流路４２Ｄのそれぞれの下流側の延長上に設けられることが好ましい。これにより、第１－３構造体５３から出る複数のＣＮＴ集合線同士が絡まることなく分離された状態で回収される。
　本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
　［実施例１］
　装置１として、図２に示されるカーボンナノチューブ集合線製造装置と同様の構成を有するカーボンナノチューブ集合線製造装置を準備する。具体的な構成は以下の通りである。
　装置１は、カーボンナノチューブ合成炉（石英管、中空部の径５０ｍｍ（断面積約２０００ｍｍ２）、長さ５０ｍｍ）と、カーボンナノチューブ合成炉の一方の端部側（図２において左側）に設けられた炭素含有ガス供給口と、カーボンナノチューブ合成炉の炭素含有ガス供給口が設けられた端部と反対側（図２において右側）の端部側に設けられた第１流路（最大径１０ｍｍ、長さ５００ｍｍ）及び第２流路（最大径１０ｍｍ、長さ５００ｍｍ）と、を備える。第１流路及び第２流路は、カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられる。ＣＮＴ合成炉の炭素含有ガス供給口側の端部から、第１流路及び第２流路の炭素含有ガス供給口側の端部までの距離は、２０００ｍｍとする。ＣＮＴ合成炉内部の炭素含有ガス供給口付近に、触媒（フェロセン）をトルエンに溶解したスラリー噴霧器を配置する。第１流路及び第２流路の下流側に、ＣＮＴ集合線の巻取装置を配置する。
　装置１を用いて、試料１のカーボンナノチューブ集合線を作製する。装置１において、炭素含有ガス供給口からＣＮＴ合成炉内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１２００℃まで昇温する。次に、アルゴンガスを水素ガス（１０００ｃｃ／ｍｉｎ）に切り替えて、メタンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ２）ガスを１ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給する。水素ガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。
　上記の水素ガス、メタンガス、二硫化炭素ガスの供給により、触媒粒子がＣＮＴ合成炉内に放出される。その後、ＣＮＴ合成炉内でＣＮＴが成長し、該ＣＮＴが第１流路及び第２流路のそれぞれの内部で集合して、２本のＣＮＴ集合線が形成される。該ＣＮＴ集合線を巻取装置で巻き取り、２本のＣＮＴ集合線を回収する。
　［カーボンナノチューブ集合線の測定］
　（配向度）
　試料１の２本のカーボンナノチューブ集合線のそれぞれについて、ＣＮＴの配向度を測定する。配向度の算出方法は、実施形態１に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。
　試料１の２本のＣＮＴのそれぞれにおけるＣＮＴの配向度は０．８及び０．９である。これにより、装置１で得られたＣＮＴ集合線において、ＣＮＴがその長手方向に配向して集合していることが確認される。
　（形状）
　試料１の２本のカーボンナノチューブ集合線のそれぞれについて、長さ及び径を測定する。長さ及び径の測定方法は、実施形態１に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。
　試料１の２本のＣＮＴのそれぞれの長さは、１０ｍ及び１２ｍである。試料１の２本のＣＮＴのそれぞれの径は、Φ０．１ｍｍ及びΦ０．０８ｍｍである。
　［実施例２］
　装置２として、図４に示されるカーボンナノチューブ集合線製造装置と同様の構成を有するカーボンナノチューブ集合線製造装置を準備する。具体的な構成は以下の通りである。
　装置２は、カーボンナノチューブ合成炉（アルミナ管、中空部の径８０ｍｍ（断面積６０００ｍｍ２（断面形状：略円形））、長さ２０００ｍｍ）と、カーボンナノチューブ合成炉の一方の端部側（図４において左側）に設けられた炭素含有ガス供給口と、カーボンナノチューブ合成炉の炭素含有ガス供給口が設けられた端部と反対側（図４において右側）の端部側に設けられた第１－１構造体（第１－１Ａ流路、第１－１ａ流路、第２－１Ｂ流路及び第２－１ｂ流路の断面積１ｍｍ２、総流路（総貫通孔）数２０個／ｉｎｃｈ、長さ５０ｍｍ）と、第１－１構造体の下流側に設けられた第１－２構造体（第１－２流路：最大径３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）及び第２－２構造体（第２－２流路：最大径３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）と、を備える。ＣＮＴ合成炉の炭素含有ガス供給口側の端部から、第１－１構造体の炭素含有ガス供給口側の端部までの距離は、２５００ｍｍとする。ＣＮＴ合成炉内部の炭素含有ガス供給口付近に、触媒（フェロセン）を配置する。第１－２構造体及び第２－２構造体の下流側に、ＣＮＴ集合線の巻取装置を配置する。第２－１及び第２－２等の各流路は、上流から下流に吸引することにより、ハニカムから出てきたＣＮＴ集合素線を効率的に集合し集合線化を促進する事が好ましい。
　装置２を用いて、試料２のカーボンナノチューブ集合線を作製する。装置２において、炭素含有ガス供給口からＣＮＴ合成炉内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１０００℃まで昇温する。次に、アルゴンガスを水素ガス（４０００ｃｃ／ｍｉｎ）に切り替えて、エチレンガスを２００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ２）ガスを４ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給する。アルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。
　上記の水素ガス、メタンガス、二硫化炭素ガスの供給により、触媒が崩壊して触媒粒子がＣＮＴ合成炉内に放出される。その後、ＣＮＴ合成炉内でＣＮＴが成長し、該ＣＮＴが第１－１構造体の内部で集合してＣＮＴ集合素線となり、該ＣＮＴ集合素線が第１－２構造体及び第２－２構造体のそれぞれの内部で集合して、２本のＣＮＴ集合線が形成される。該ＣＮＴ集合線を巻取装置で巻き取り、２本のＣＮＴ集合線を回収する。
　［カーボンナノチューブ集合線の測定］
　（配向度）
　試料２の２本のカーボンナノチューブ集合線のそれぞれについて、ＣＮＴの配向度及びＣＮＴ集合素線の配向度を測定する。配向度の算出方法は、実施形態１及び実施形態３に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。
　試料２の２本のＣＮＴ集合線のそれぞれにおけるＣＮＴの配向度は８２及び８９である。試料２の２本のＣＮＴ集合線のそれぞれにおけるＣＮＴ集合素線の配向度は８６及び９２である。これにより、装置２で得られたＣＮＴ集合線において、ＣＮＴ及びＣＮＴ集合素線がその長手方向に配向して集合していることが確認される。
　（形状）
　試料２の２本のカーボンナノチューブ集合線のそれぞれについて、長さ及び径を測定する。長さ及び径の測定方法は、実施形態１に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。
　試料２の２本のＣＮＴのそれぞれの長さは、１０ｍ及び１５ｍである。試料２の２本のＣＮＴのそれぞれの径は、０．８ｍｍ及び１．２ｍｍである。
　［実施例３］
　装置３として、図７に示されるカーボンナノチューブ集合線製造装置と同様の構成を有するカーボンナノチューブ集合線製造装置を準備する。具体的な構成は以下の通りである。
　装置３は、カーボンナノチューブ合成炉（アルミナ管、中空部の径Φ５０ｍｍ、長さ１５００ｍｍ）と、カーボンナノチューブ合成炉の一方の端部側（図７において左側）に設けられた炭素含有ガス供給口と、カーボンナノチューブ合成炉の炭素含有ガス供給口が設けられた端部と反対側（図７において右側）の端部側に設けられた第１－３構造体（第１－１Ａ流路、第１－１ａ流路、第１－１Ｂ流路及び第１－１ｂ流路の断面積２ｍｍ２、第１－２流路及び第２－２流路の断面積２ｍｍ２、第１－２流路及び第２－２流路のそれぞれにつながる上流側の貫通孔の数１００個、長さ５０ｍｍ、上流側主面の穴の数１００個、下流側主面の穴の数２個）と、第１－１構造体の下流側に設けられた２本の誘導管（径５ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）と、を備える。ＣＮＴ合成炉の炭素含有ガス供給口側の端部から、第１－３構造体の炭素含有ガス供給口側の端部までの距離は、２０００ｍｍとする。ＣＮＴ合成炉内部の炭素含有ガス供給口付近に、触媒（フェロセン）を配置する。誘導管の下流側に、ＣＮＴ集合線の巻取装置を配置する。
　装置３を用いて、試料３のカーボンナノチューブ集合線を作製する。装置３において、炭素含有ガス供給口からＣＮＴ合成炉内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１３００℃まで昇温する。次に、アルゴンガスを水素ガス（１０００ｃｃ／ｍｉｎ）に切り替えて、メタンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ２）ガスを１ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給する。アルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。
　上記の水素ガス、メタンガス、二硫化炭素ガスの供給により、触媒が崩壊して触媒粒子がＣＮＴ合成炉内に放出される。その後、ＣＮＴ合成炉内でＣＮＴが成長し、該ＣＮＴが第１－３構造体の内部で集合して２本のＣＮＴ集合線が形成され、該ＣＮＴ集合線は誘導管に侵入する。該ＣＮＴ集合線を巻取装置で巻き取り、２本のＣＮＴ集合線を回収する。
　［カーボンナノチューブ集合線の測定］
　（配向度）
　試料３の２本のカーボンナノチューブ集合線のそれぞれについて、ＣＮＴの配向度及びＣＮＴ集合素線の配向度を測定する。配向度の算出方法は、実施形態１及び実施形態３に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。
　試料３の２本のＣＮＴ集合線のそれぞれにおけるＣＮＴの配向度は０．８６及び０．９３である。試料３の２本のＣＮＴ集合線のそれぞれにおけるＣＮＴ集合素線の配向度は０．８７及び０．９１である。これにより、装置３で得られたＣＮＴ集合線において、ＣＮＴ及びＣＮＴ集合素線がその長手方向に配向して集合していることが確認される。
　（形状）
　試料３の２本のカーボンナノチューブ集合線のそれぞれについて、長さ及び径を測定する。長さ及び径の測定方法は、実施形態１に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。
　試料３の２本のＣＮＴ集合線のそれぞれの長さは、１００ｍ及び１５０ｍである。試料３の２本のＣＮＴのそれぞれの径は、０．２ｍｍ及び０．３ｍｍである。
　［比較例１］
　装置４として、図１１に示される構成の装置を準備する。装置４は、第１流路、第２流路及び巻取装置が設けられていない点以外は、基本的に装置１と同様の構成を備える。
　装置４を用いて、実施例１と同様の条件でＣＮＴ集合線を合成すると、ＣＮＴ集合線がＣＮＴ合成炉内で無配向の状態で絡まり、ＣＮＴが長手方向に配向して集合したＣＮＴ集合線を形成することができない。
　［比較例２］
　装置５として、第１－２構造体及び第２－２構造体及び巻取装置が設けられていない点以外は、基本的に装置２と同様の構成を備える装置を準備する。
　装置５を用いて、実施例２と同様の条件でＣＮＴ集合素線を合成すると、図１２に示されるように、第１－１構造体から放出される複数のＣＮＴ集合素線同士が無配向の状態で絡まり、ＣＮＴ集合素線が長手方向に配向して集合したＣＮＴ集合線を得ることができない。
　以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　カーボンナノチューブ、１１　第１カーボンナノチューブ群、１１Ａ　第１Ａカーボンナノチューブ群、１１ａ　第１ａカーボンナノチューブ群、１２　第２カーボンナノチューブ群、１２Ｂ　第２Ｂカーボンナノチューブ群、１２ｂ　第２ｂカーボンナノチューブ群、２１Ａ　第１Ａカーボンナノチューブ集合素線、２１ａ　第１ａカーボンナノチューブ集合素線、２２Ｂ　第２Ｂカーボンナノチューブ集合素線、２２ｂ　第２ｂカーボンナノチューブ集合素線、２７　触媒粒子、３１　第１カーボンナノチューブ集合線、３２　第２カーボンナノチューブ集合線、４０Ａ　第１Ａ構造体、４０Ａ－１　第１Ａ－１部、４０Ａ－２　第１Ａ－２部、４０Ｂ　第１Ｂ構造体、４０Ｂ－１　第１Ｂ－１部、４０Ｂ－２　第１Ｂ－２部、４１　第１流路、４１Ａ　第１－１Ａ流路、４１ａ　第１－１ａ流路、４１Ｃ　第１－２流路、４２　第２流路、４２Ｂ　第２－１Ｂ流路、４２ｂ　第２－１ｂ流路、４２Ｄ　第２－２流路、５１　第１－１構造体、５２Ａ　第１－２構造体、５２Ｂ　第２－２構造体、５３　第１－３構造体、６０　カーボンナノチューブ合成炉、６１　加熱装置、６２　炭素含有ガス供給口、６３　液体付着装置、６４　巻取装置、６５　誘導管、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ　カーボンナノチューブ集合線製造装置

Claims (6)

  1. 　管状のカーボンナノチューブ合成炉内で、浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれからカーボンナノチューブを成長させて、複数のカーボンナノチューブを得る第１工程と、
    　前記複数のカーボンナノチューブを集合させて、複数のカーボンナノチューブ集合線を得る第２工程と、を備え、
    　前記第２工程は、
    　前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１カーボンナノチューブ群を第１流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第１カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ａ工程と、
    　前記第１カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２カーボンナノチューブ群を第２流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて、第２カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ｂ工程と、を備える、カーボンナノチューブ集合線の製造方法。
  2. 　前記第１カーボンナノチューブ群は、前記第１カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１Ａカーボンナノチューブ群と、前記第１Ａカーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記第１カーボンナノチューブ群を構成する前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第１ａカーボンナノチューブ群と、を含み、
    　前記第１流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられた第１－１Ａ流路及び第１－１ａ流路と、前記第１－１Ａ流路及び前記第１－１ａ流路の前記炭素含有ガスの流れの下流側に設けられた第１－２流路と、を含み、
    　前記第２Ａ工程は、
    　前記第１Ａカーボンナノチューブ群を前記第１－１Ａ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第１Ａカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ａ－１Ａ工程と、
    　前記第１ａカーボンナノチューブ群を前記第１－１ａ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第１ａカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ａ－１ａ工程と、
    　前記第１Ａカーボンナノチューブ集合素線及び前記第１ａカーボンナノチューブ集合素線を含む複数のカーボンナノチューブ集合素線を前記第１－２流路内で前記カーボンナノチューブ集合素線の長手方向に沿って配向して集合させて前記第１カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ａ－２工程と、を含み、
    　前記第２カーボンナノチューブ群は、前記第２カーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２Ｂカーボンナノチューブ群と、前記第２Ｂカーボンナノチューブ群を構成する複数のカーボンナノチューブとは異なる前記第２カーボンナノチューブ群を構成する前記複数のカーボンナノチューブの一部から構成される第２ｂカーボンナノチューブ群と、を含み、
    　前記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられた第２－１Ｂ流路及び第２－１ｂ流路と、前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路の前記炭素含有ガスの流れの下流側に設けられた第２－２流路と、を含み、
    　前記第２Ｂ工程は、
    　前記第２Ｂカーボンナノチューブ群を前記第２－１Ｂ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第２Ｂカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ｂ－１Ｂ工程と、
    　前記第２ｂカーボンナノチューブ群を前記第２－１ｂ流路内で前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って配向して集合させて第２ｂカーボンナノチューブ集合素線を得る第２Ｂ－１ｂ工程と、
    　前記第２Ｂカーボンナノチューブ集合素線及び前記第２ｂカーボンナノチューブ集合素線を含む複数のカーボンナノチューブ集合素線を前記第２－２流路内で前記カーボンナノチューブ集合素線の長手方向に沿って配向して集合させて前記第２カーボンナノチューブ集合線を得る第２Ｂ－２工程と、を含む、請求項１に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。
  3. 　管状のカーボンナノチューブ合成炉と、
    　前記カーボンナノチューブ合成炉の一方の端部側に設けられた炭素含有ガス供給口と、
    　前記カーボンナノチューブ合成炉の前記炭素含有ガス供給口が設けられた端部と反対側の端部側に設けられた第１流路及び第２流路と、を備え、
    　前記第１流路及び前記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の長手方向に沿って並列に設けられ、
    　前記第１流路及び前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記カーボンナノチューブ合成炉の断面積よりも小さい、カーボンナノチューブ集合線製造装置。
  4. 　前記第１流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の前記炭素含有ガス供給口側に並列に設けられた第１－１Ａ流路及び第１－１ａ流路と、前記第１－１Ａ流路及び前記第１－１ａ流路の前記炭素含有ガス供給口と反対側に設けられた第１－２流路と、を含み、
    　前記第２流路は、前記カーボンナノチューブ合成炉の前記炭素含有ガス供給口側に並列に設けられた第２－１Ｂ流路及び第２－１ｂ流路と、前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路の前記炭素含有ガス供給口と反対側に設けられた第２－２流路と、を含む、請求項３に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。
  5. 　前記第１－１Ａ流路、前記第１－１ａ流路、前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路は、同一の第１－１構造体に設けられ、
    　前記第１－２流路は、前記第１－１構造体とは異なる第１－２構造体に設けられ、
    　前記第２－２流路は、前記第１－１構造体とは異なる第２－２構造体に設けられる、請求項４に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。
  6. 　前記第１－１Ａ流路、前記第１－１ａ流路、前記第１－２流路、前記第２－１Ｂ流路、前記第２－１ｂ流路及び前記第２－２流路は、同一の第１－３構造体に設けられ、
    　前記第１－１Ａ流路及び前記第１－１ａ流路のそれぞれの前記炭素含有ガス供給口と反対側の端部は、前記第１－２流路の前記炭素含有ガス供給口側の端部に接続され、
    　前記第２－１Ｂ流路及び前記第２－１ｂ流路のそれぞれの前記炭素含有ガス供給口と反対側の端部は、前記第２－２流路の前記炭素含有ガス供給口側の端部に接続される、請求項４に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。
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