カーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法
【課題】電気特性及び力学特性に優れたカーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法を提供する。
【解決手段】カーボンナノチューブ撚糸の製造方法であって、複数の基板Ｚ１，Ｚ２上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシートＹ１，Ｙ２体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する第１工程、得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法３を施してカーボンナノチューブ糸を形成する第２工程、及び得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する第３工程、を含む方法。
【解決手段】カーボンナノチューブ撚糸の製造方法であって、複数の基板Ｚ１，Ｚ２上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシートＹ１，Ｙ２体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する第１工程、得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法３を施してカーボンナノチューブ糸を形成する第２工程、及び得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する第３工程、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、電気特性、力学特性等に優れており、電界放出型ディスプレイ、導電性フィラー等をはじめ、様々な産業への利用および応用が期待されている。この中でも特に、カーボンナノチューブの繊維を紡績したカーボンナノチューブ撚糸については、カーボンナノチューブの導電性を活用し、導電線等への展開が期待されている。
【０００３】
そこで、近年、カーボンナノチューブ撚糸を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１及び２）。
【０００４】
特許文献１には、炉芯管の一端からキャリアガスと共に供給された炭素源ガスと触媒金属源ガスとから生成した不連続カーボンナノファイバーを、炉芯管内に配置された排出管内で集束させる工程、及び排出管の内部又は排出管の外部で集束された糸に撚りをかける工程とを有するカーボンナノファイバースライバー糸状糸の製造方法が記載されている。
【０００５】
非特許文献１においては、化学気相成長法で基板上にカーボンナノチューブを高密度・高配向に成長させ、モーターの回転軸の先に爪楊枝製のスピンドル（錘）を装着し、該スピンドルの先端に複数本のカーボンナノチューブを接続した状態で、該スピンドルを回転させながら該スピンドルの先端がカーボンナノチューブの集合体が成長した基板から離れることで、カーボンナノチューブからなる撚糸を形成する方法が記載されている。
【０００６】
非特許文献２においては、加熱したガスフロー反応装置の上部からキャリアガスと共に炭素源（アセトンとエタノールとの混合物）及び触媒（フェロセン及びチオフェン）を供給し、生成したカーボンナノチューブ集合体を反応装置の外部に出した後、水で圧縮し、赤外線ヒーターで乾燥させて巻き取ることにより連続多層カーボンナノチューブ糸を製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１５３４８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Zhangら, Science, 306, 1358-1361, 2004
【非特許文献２】Xiao-Hua Zhongら, Adv. Mater., 21, 1-5, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１、非特許文献１又は２に記載された方法で製造されたカーボンナノチューブ撚糸は、電気特性（導電性）及び力学特性（強度及び伸び）が不十分であり、実用には適さなかった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電気特性及び力学特性に優れたカーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を行った結果、カーボンナノチューブ撚糸を構成するカーボンナノチューブバンドルの向き、太さ、隙間等にムラがあり、このムラが電気特性及び力学特性の向上の妨げになっていることに気づき、複数枚のカーボンナノチューブシートを重ね合わせることによって前記ムラが均一化し、さらに１本の束状にした（集束させた）後、撚り掛け及び引き伸ばしを行うことでカーボンナノチューブバンドルの直線性及び平行度を向上することができ、これによってカーボンナノチューブ撚糸の導電性および力学特性が向上することを見いだした。本発明者らは、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、以下のカーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法を提供する。
１．カーボンナノチューブ撚糸の製造方法であって、
複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する第１工程、
得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する第２工程、及び
得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する第３工程、
を含む方法。
２．前記第３工程において、カーボンナノチューブ撚糸の直径が０．１〜１，０００μｍ、且つ、撚り角度が５〜５０°になるまで、撚り掛け及び引き伸ばしを行う、上記項１に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
３．前記第３工程において、最後に撚り掛けを行う、上記項２に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
４．前記カーボンナノチューブの集合体が、その高さの８０％以上が１０°以下の直線性を有し、かつ表面平滑さが０．３μｍ以下で、嵩密度が３０ｍｇ／ｃｍ３以上の集合体である、上記項１〜３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
５．前記霧状液体が、易揮発性液体である上記項１〜４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
６．第３工程の後、さらに減圧下で加熱処理を行う、上記項１〜５のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
７．１０５〜１０−１Ｐａの圧力下、２００〜４００℃で加熱処理を行う、上記項６に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
８．上記項１〜７のいずれかに記載の方法により製造されたカーボンナノチューブ撚糸。
９．上記項８に記載のカーボンナノチューブ撚糸を使った高次元構造物。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気特性及び力学特性に優れたカーボンナノチューブ撚糸を製造することができる方法を提供することができる。本発明の方法によれば、実用に適した電気特性及び力学特性を有するカーボンナノチューブ撚糸が製造でき、得られたカーボンナノチューブ撚糸は、特に伸び率が大きいことから、高次構造体を形成することで、補強材、導電体、導熱体等として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明で使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を構成する第１製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明で使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を構成する第２製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明で使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を構成する第３製造装置の概略構成図である。
【図４】図１に示す第１製造装置の第１の変形例を示す概略構成図である。
【図５】図１に示す第１製造装置の第２の変形例を示す概略構成図である。
【図６】比較例１及び２において用いられるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を示す概略構成図である。
【図７】基板からカーボンナノチューブを引き出すための引出具を説明するための模式図である。
【図８】カーボンナノチューブシートを６枚引き出す場合の基板の配置状態を説明する模式図である。
【図９】カーボンナノチューブ撚糸の高次構造体のデジタルマイクロスコープ写真である。
【図１０】カーボンナノチューブ集合体高さの測定方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１１（ａ）】カーボンナノチューブ集合体の直線性の評価方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１１（ｂ）】カーボンナノチューブ集合体の直線性の評価方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１２】カーボンナノチューブ集合体の表面平滑さの測定方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１３】カーボンナノチューブ集合体のバンドル幅の測定方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１４】カーボンナノチューブ撚糸の撚り角度を説明するＳＥＭ写真である。
【図１５】カーボンナノチューブ撚糸の引掛強度及び結節強度の測定方法を説明する模式図、並びに測定時のカーボンナノチューブ撚糸のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１６】
本発明のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法は、
複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシートを重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する工程（第１工程）、
得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する工程（第２工程）、及び
得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する工程（第３工程）、
を含む。
【００１７】
この方法によれば、電気特性及び力学特性に優れたカーボンナノチューブ撚糸を製造することができる。
【００１８】
以下、各工程を詳細に説明する。
第１工程は、複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する工程である。
複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせることで、カーボンナノチューブ撚糸を構成するカーボンナノチューブバンドルの向き、太さ、隙間等に存在するムラを平均化することができ、これにより得られる撚糸を均質化することができる。本明細書において、「均質化」とは、カーボンナノチューブ撚糸の外観、品質等にムラがなく一様であることを意味する。
【００１９】
まず、基板上に形成されるカーボンナノチューブの集合体について、詳細に説明する。
【００２０】
基板は、限定的でなく、公知又は市販のものを使用することができる。例えば、プラスチック基板、ガラス基板、シリコン基板、鉄、銅等の金属又はこれらの合金を含む金属基板等を用いることができる。これらの基板の表面には、二酸化ケイ素膜が積層されていてもよい。本発明では、特に、シリコン基板に、熱酸化又は蒸着による二酸化ケイ素膜を形成し、該二酸化ケイ素膜上に、触媒層を積層した基板を用いることが好ましい。触媒層は、好ましくは、鉄を蒸着又はスパッタリングすること等により形成され得る。これにより、高密度かつ高配向で形成されたカーボンナノチューブ集合体を製造できる。
【００２１】
基板上に化学気相成長させるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、又は多層のカーボンナノチューブのいずれでもよく、これらの混合物であってもよい。
【００２２】
また、これらカーボンナノチューブの形態は特に限定されるものではないが、容易にカーボンナノチューブ撚糸を形成しやすいため、好ましくは、基板上に高密度かつ高配向で形成された集合体であることが望ましい。なお、高密度とは、基板上のカーボンナノチューブの嵩密度が２０ｍｇ／ｃｍ３程度以上、好ましくは３０ｍｇ／ｃｍ３程度以上、さらに好ましくは５０ｍｇ／ｃｍ３程度以上であることを示す。この範囲より嵩密度が小さいと、隣接するカーボンナノチューブの分子間の相互作用が弱くなり、引き出し特性が悪くなるおそれがある。高配向とは、カーボンナノチューブ同士が隣接しながら基板平面に対して垂直に林立（垂直配向）していることを意味する。
【００２３】
このように化学気相成長によって高密度で垂直配向させたカーボンナノチューブの集合体は、カーボンナノチューブフォレスト（carbon nanotube forest）、或いは、カーボンナノチューブの垂直配向構造体等と呼ばれる。化学気相成長によって形成されるカーボンナノチューブの高さ（長さ）は、平均で１００μｍ以上であればよく、好ましくは１５０μｍ以上であり、表面平滑さは、０．５μｍ以下、好ましくは、０．３μｍ以下であり、直線性は、基板からの集合体高さの８０％以上が２０°以下、好ましくは１０°以下、さらに好ましくは５°以下であり、バンドル幅は、通常１０〜２０ｎｍ程度である。カーボンナノチューブの層数は、１層以上であればよく、好ましくは１〜４０層である。ここで、カーボンナノチューブ集合体の表面平滑さとは、集合体高さの標準偏差を意味しており、直線性とは、カーボンナノチューブ集合体を構成するバンドルの屈曲部と屈曲部との接線とがなす角度の平均値を意味しており、バンドル幅とは、カーボンナノチューブバンドルの幅の平均値を意味している（後述の実施例参照）。
【００２４】
本発明に用いるカーボンナノチューブは、例えば、カーボンナノチューブを形成するための原料ガスを用いて化学気相成長法を行うことにより基板上に高密度かつ高配向の状態で製造できる。
【００２５】
化学気相成長時の温度はいずれの温度で行ってもよいが、特に高温で行うことが好ましく、例えば、６８０〜８００℃程度で行うことが好ましい。また、気相成長時の圧力は限定的でないが、通常、大気圧で行えばよい。
【００２６】
原料ガスは、炭素を含んでいればよく、通常はアセチレン等の炭化水素を使用すればよい。原料ガスとしては、アセチレンが好ましい。原料ガスを搬送するためのキャリアガスとして、ヘリウム等の希ガス又は不活性ガスを用いてもよい。キャリアガスを用いる場合、全気体流量に対する原料ガス流量の割合は、３〜７ｖｏｌ％程度、好ましくは４．５〜６ｖｏｌ％程度である。
【００２７】
反応時間は、製造条件により応じて適宜設定できるが、例えば、２〜５分間程度とすればよい。
【００２８】
このようにして基板上に垂直に配向したカーボンナノチューブの集合体は、カーボンナノチューブバンドルのムラを平均化し、製造する撚糸を均質化するため、２枚以上使用する。カーボンナノチューブシートは、互いに干渉せずに同時に引き出せることができれば、何枚用いてもよい。カーボンナノチューブシートを引き出した後、それらを重ね合わせて、カーボンナノチューブシート積層体とする。
【００２９】
第２工程は、第１工程で得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する工程である。
【００３０】
カーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブシート積層体を１本の束状にする（集束させる）。
【００３１】
カーボンナノチューブシート積層体に噴霧される霧状液体は、速乾性に富むという観点から揮発性の高い液体（易揮発性液体）が好ましい。易揮発性液体として、炭素数が１〜５の低級アルコール（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール）、アセトン、ジエチルエーテル、クロロホルム、ジクロロメタン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。又は、水溶液であってもよい。霧状液体として、炭素数が１〜５の低級アルコールが好ましく、その中でもエタノールがより好ましい。
【００３２】
集束方法として行われる霧状液体の噴霧及び撚り掛けは、いずれか一方だけを行っても、又は両方とも行ってもかまわない。カーボンナノチューブ凝集体をより高密度に集束できることができることから、霧状液体の噴霧及び撚り掛けの両方を行うことが好ましい。
【００３３】
第３工程は、第２工程で得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する工程である。
【００３４】
第２工程で得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行うことにより、カーボンナノチューブバンドルの直線性及び平行度を向上させることができ、得られるカーボンナノチューブ撚糸が均質化される。撚り掛け及び引き伸ばしを行う回数は、それぞれ１回以上であれば特に制限はないが、得られるカーボンナノチューブ撚糸の直径が０．１〜１，０００μｍ、且つ、撚り角度が５〜５０°になるまで、撚り掛け及び引き伸ばしを行うことが好ましい。
【００３５】
カーボンナノチューブ撚糸の強度は、直径及び撚り数（撚り角度）と関係がある。カーボンナノチューブ撚糸の直径が細いほど強度は高まる。また、撚り角度は撚り数に応じて０°〜９０°となるが、撚り角度が小さすぎても、大きすぎても、糸強度は低下するため、撚り角度が５〜５０°程度、より好ましくは１０〜４０°程度になるように撚り数を１，０００〜２００，０００Ｔ／ｍ程度の範囲内で調整することが好ましい。
【００３６】
撚り掛け及び引き伸ばしは、どちらを先に行ってもよいが、カーボンナノチューブ撚糸の撚り角度の最終的な調整を行うために、第３工程の最後に撚り掛けを行うことが好ましい。
【００３７】
第３工程の後、後処理として、さらに減圧下で加熱処理を行ってもよい。カーボンナノチューブ撚糸を減圧下で加熱処理することにより、導電性の低いアモルファスカーボンを除去できるので、撚糸の導電性を向上させることができる。減圧加熱処理は、例えば、真空加熱炉において、圧力を、１０５〜１０−１Ｐａ程度、好ましくは、１０４〜１Ｐａ程度とし、２００〜４００℃程度、好ましくは２５０〜３５０℃程度に加熱して行うことができる。
【００３８】
上記の第１工程〜第３工程により、長さ１ｍ以上、糸径が０．１〜１，０００μｍ程度、撚り角度が５〜５０°程度、撚り数が１，０００〜２００，０００Ｔ／ｍ程度のカーボンナノチューブ撚糸を製造することができる。
【００３９】
このカーボンナノチューブ撚糸は、力学特性（強度及び伸び）及び電気特性（導電性）に優れている。特に伸び率が大きいので、織物、編み物等の高次構造体を形成することができる。カーボンナノチューブ撚糸の高次構造体のデジタルマイクロスコープ写真を図９に示す。カーボンナノチューブ撚糸で編み物を製造した場合、カーボンナノチューブ撚糸の編み物（カーボンナノチューブニット）は伸縮性に富むので、接触する対象物の形状にフィットし、かつ形状変化に追従することができる炭素系の補強材、導電材、導熱材等の用途に用いることができる。
【００４０】
以下、第１工程において基板を２枚用い、第２工程の集束方法として、散布・凝集方法を用い、第３工程で撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ２回ずつ、引き伸ばし、撚り掛け、引き伸ばし、撚り掛けの順に行うカーボンナノチューブ撚糸の製造方法について、添付図面を参照して説明する。
【００４１】
図１〜３は、本発明に係るカーボンナノチューブ撚糸製造方法に用いることができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置の基本構成の一例を示す概略構成図である。
【００４２】
カーボンナノチューブ撚糸製造装置１は、基板上に化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブの撚糸を製造する装置であって、図１に示すような、基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、及び巻取り手段５を備えた第１製造装置１ａ、図２に示すような、撚掛手段６、延伸手段４’、及び巻取り手段５’を備えた第２製造装置１ｂ、並びに図３に示すような、撚掛手段６’及び巻取り手段５”を備えた第３製造装置１ｃから構成される。
【００４３】
図１は、基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、及び巻取り手段５を備えた第１製造装置１ａを示す。この第１製造装置１ａにおいて、カーボンナノチューブシートを重ね合わせ、集束させて引き伸ばす工程が行われる。すなわち、第１工程、第２工程、及び第３工程の第１回目の引き伸ばしが行われる。
【００４４】
基板固定手段２は、化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体ｃ１が形成された基板Ｚ１、及び化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体ｃ２が形成された基板Ｚ２を固定する固定台（２１及び２２）であり、例えば、基板Ｚ１及びＺ２を市販の適当な両面テープで接着することにより当該基板を固定している。基板Ｚ１及びＺ２に形成されたカーボンナノチューブ集合体ｃ１及びｃ２は、先に説明した化学気相成長方法によって、カーボンナノチューブが高密度かつ高配向に成長した集合体である。カーボンナノチューブ集合体の嵩密度は３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、高さは１５０μｍ以上であり、表面平滑さは０．３μｍ以下であり、直線性は、その高さの８０％以上が１０°以下であり、バンドル幅は１０〜２０ｎｍ程度である。
【００４５】
この基板上に高密度・高配向で成長したカーボンナノチューブの一部を把持してカーボンナノチューブの集合体から引き離すことにより、カーボンナノチューブは基板上から連続的に引き出される。
【００４６】
引き出しは、基板からカーボンナノチューブをカーボンナノチューブシートの状態で引き出すための装置（引出具）を用いて行われ、例えば、図７に示すような極細軸状部７１を有する引出具７を用いることができる。ここで、カーボンナノチューブシートとは、基板に形成されたカーボンナノチューブの集合体から引き出されたカーボンナノチューブが一方向に配列して連続的につながり、例えば、幅１μｍ〜１ｍ、厚さ１０ｎｍ〜１ｃｍのシート状態を形成しているものをいう。
【００４７】
集束手段３は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートを集束させるための装置であり、本実施形態では、カーボンナノチューブシートに霧状液体を噴霧してカーボンナノチューブ凝集体Ｙ３を形成させる噴霧装置３ａを用いる。この例として、例えば、噴霧器、アトマイザー、加湿器、ネブライザー等を挙げることができる。本実施形態では、超音波により霧状液体を生成するネブライザーを採用している。噴霧装置３ａにより霧状に散布される液体は、速乾性に富むという観点から揮発性の高い液体（易揮発性液体）であることが好ましい。本実施形態においては、易揮発性液体として、エタノールを採用している。なお、霧状に散布される液体は、炭素数が１〜５の低級アルコール（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール）、アセトン、ジエチルエーテル、クロロホルム、ジクロロメタン、酢酸エチル、テトラヒドロフランおよびそれら混合液、あるいは水溶液であってもよい。
【００４８】
延伸手段４は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出され、集束手段３(噴霧装置３ａ)により易揮発性液体（以下、この易揮発性液体を「霧状液体」という）が散布されたカーボンナノチューブシート（カーボンナノチューブ凝集体）を延伸する装置であり、例えば、図１ａに示すように、カーボンナノチューブ凝集体を挟んだ上下にそれぞれ配置される３対の回転可能なローラー４１、４２、４３により構成されている。各ローラーの回転軸は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されるカーボンナノチューブシートの引出方向と直行する軸線と平行となるように設定されている。そして、カーボンナノチューブ凝集体Ｙ３が、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されるカーボンナノチューブの引き出し方向（図中において、矢印Ａで示す方向をいい、以下「Ａ方向」という）に進むに従って、つまり、ローラー４１、ローラー４２、ローラー４３の順に回転速度が速くなるように設定されている。これにより、カーボンナノチューブ凝集体Ｙ３を引き伸ばして巻取り手段５へ送ることができる。
【００４９】
巻取り手段５は、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻回されるテーパーボビン５１と、このテーパーボビン５１を回転駆動する駆動モーター（図示せず）とを備えている。テーパーボビン５１の回転軸は、基板Ｚから引き出されるカーボンナノチューブの引き出し方向（Ａ方向）と直交する軸線と平行となるように設定されている。なお、長尺のカーボンナノチューブ糸Ｘ１を巻き取る為にテーパーボビン５１をトラバース駆動させることが好ましい。巻き取り時の滑りを防止するために、テーパーボビン５１の表面に滑り防止加工が施されてもよい。滑り防止加工の方法は限定されるものではなく、例えば、ゴムライニングや樹脂コーティング、梨地、エンボスを施す方法等が挙げられる。
【００５０】
図２は、撚掛手段６、延伸手段４’、及び巻取り手段５’を備えた第２製造装置１ｂを示す。この第２製造装置１ｂにおいて、第３工程の１回目の撚り掛け及び２回目の引き伸ばしが行われる。
【００５１】
撚掛手段６として、上記でカーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻回されたテーパーボビン５１と、テーパーボビン５１を回転軸周りに回転駆動させるモーター（図示せず）とを用いる。テーパーボビン５１は、回転軸をカーボンナノチューブの引き出し方向に沿わせ、小径側からカーボンナノチューブ糸Ｘ１を引き出すように配置する。このような構成により、テーパーボビン５１から引き出されたカーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りを掛けながら、後方側（巻取り手段５’側）に導くことができる。
【００５２】
延伸手段４’は、撚掛手段６によって撚りを掛けられたカーボンナノチューブ糸を延伸する装置であり、例えば、図１ｂに示すように、カーボンナノチューブ糸を挟んだ上下にそれぞれ配置される３対の回転可能なローラー４４、４５、４６により構成されている。各ローラーの回転軸は、テーパーボビン５１からカーボンナノチューブ糸Ｘ１が引き出される方向と直行する軸線と平行となるように設定されている。そして、カーボンナノチューブ糸が、テーパーボビン５１から引き出される方向（Ａ方向）に進むに従って、つまり、ローラー４４、ローラー４５、ローラー４６の順に回転速度が速くなるように設定されている。これにより、カーボンナノチューブ糸を引き伸ばして巻取り手段５’へ送ることができる。
【００５３】
巻取り手段５’は、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻回されるテーパーボビン５２と、このテーパーボビン５２を回転駆動する駆動モーター（図示せず）とを備えている。テーパーボビン５２の回転軸は、テーパーボビン５１からカーボンナノチューブ糸Ｘ１が引き出される方向（Ａ方向）と直交する軸線と平行となるように設定されている。なお、長尺のカーボンナノチューブ糸Ｘ２を巻き取る為にテーパーボビン５２をトラバース駆動させることが好ましい。巻き取り時の滑りを防止するために、テーパーボビン５２の表面にテーパーボビン５１と同様の滑り防止加工が施されてもよい。
【００５４】
図３は、撚掛手段６’、及び巻取り手段５”を備えた第３製造装置１ｃを示す。この第３製造装置１ｃにおいて、第３工程の２回目の撚り掛けが行われる。
【００５５】
撚掛手段６’として、上記でカーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻回されたテーパーボビン５２と、テーパーボビン５２を回転軸周りに回転駆動させるモーター（図示せず）とを用いる。テーパーボビン５２は、回転軸をカーボンナノチューブ糸Ｘ２の引き出し方向に沿わせ、小径側から糸Ｘ２を引き出すように配置する。このような構成により、基板Ｚから引き出されたカーボンナノチューブ糸Ｘ２に撚りを掛けながら撚糸Ｗを製造しつつ、製造された撚糸を後方側（巻取り手段５”側）に導くことができる。
【００５６】
巻取り手段５”は、撚糸Ｗが巻回される最終ボビン５３と、この最終ボビン５３を回転駆動する駆動モーター（図示せず）とを備えている。最終ボビン５３の回転軸は、テーパーボビン５２からカーボンナノチューブ糸Ｘ２が引き出される方向（Ａ方向）と直交する軸線と平行となるように設定されている。なお、長尺のカーボンナノチューブの撚糸Ｗを巻き取る為に最終ボビン５３をトラバース駆動させることが好ましい。巻き取り時の滑りを防止するために、最終ボビン５３の表面にテーパーボビン５１と同様の滑り防止加工が施されてもよい。
【００５７】
上記のような構成を有する製造装置１ａの基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、巻取り手段５は、図１に示すように、Ａ方向に沿って、上流側（図１の左側）から基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、巻取り手段５の順に配置されている。基板固定手段２に固定された基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブは、集束手段３が配置される領域を通過した後、延伸手段４を移動し、巻取り手段５で一旦巻き取られる。
【００５８】
製造装置１ｂの撚掛手段６、延伸手段４’、巻取り手段５’は図２に示すように、Ａ方向に沿って、上流側（図２の左側）から撚掛手段６、延伸手段４’、巻取り手段５’の順に配置されている。撚掛手段６により撚りを掛けられたカーボンナノチューブ糸は、延伸手段４’を移動し、巻取り手段５’で一旦巻き取られる。
【００５９】
製造装置１ｃの撚掛手段６’、巻取り手段５”は図３に示すように、Ａ方向に沿って、上流側（図３の左側）から撚掛手段６’、巻取り手段５”の順に配置されている。撚掛手段６’により撚りを掛けられたカーボンナノチューブ糸は、Ａ方向に移動し、巻取り手段５”で巻き取られる。
【００６０】
このように構成されたカーボンナノチューブ撚糸製造装置１を用いてカーボンナノチューブの撚糸を製造する方法について、以下説明する。
【００６１】
最初に、基板Ｚに形成されるカーボンナノチューブを引き出して、当該カーボンナノチューブを第１製造装置１ａにセッティングする方法について説明する。
【００６２】
まず、化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体が形成された基板Ｚ１及びＺ２を基板固定手段２に固定する。
【００６３】
次に、例えば、図７に示す引出具７を用いて、基板Ｚ１及びＺ２上に形成されるカーボンナノチューブの集合体の側面から別々にカーボンナノチューブを引き出す。この引出具７は、極細軸状部７１を有しており、その素材は、鉄、アルミニウム、ステンレス、プラスチック、木材、ガラス等であり、特に制限されるものではない。引出具７はカーボンナノチューブに対して適度な摩擦抵抗を有していれば良く、引出具７に摩擦を生じさせるために、引出具７の表面に、溝の形成および／または、エンボス加工により微細な突起を形成することが望ましい。引出具７の極細軸状部７１の直径は基板Ｚ１又はＺ２上に成長させられたカーボンナノチューブの平均高さに依存して決まる。カーボンナノチューブの平均高さの約１／３以下の直径であることが好ましい。カーボンナノチューブの約１／３以下の直径であれば、基板Ｚ１又はＺ２上のカーボンナノチューブの集合体の中で引出具７が１回転した時に極細軸状部７１の周りにほぼ１周以上捲きついてくる。高確率でカーボンナノチューブを引き出すには１周以上捲きついていることが大事である。刃径０．０３ｍｍ以上のマイクロドリルが市販されており、これを引出具７に用いることもできる。
【００６４】
このような構造を有する引出具７を用いて、基板Ｚ１上に形成されるカーボンナノチューブの集合体ｃ１の側面からカーボンナノチューブを引き出すには、まず、引出具７の極細軸状部７１を基板Ｚ１上に成長しているカーボンナノチューブｃ１の側面に突き刺して進入させる。この進入深さは０．０１ｍｍ以上であることが望ましい。引出具７の極細軸状部７１を突き刺す高さ位置は基板Ｚ１上に成長しているカーボンナノチューブｃ１の平均高さの１／２以下の高さが好ましい。この進入時に引出具７は回転していても、回転が停止していてもよい。引出具７の極細軸状部７１が０．０１ｍｍ以上進入したところで進入を停止させる。この場所に引出具７が留まった状態で引出具７を１秒間〜５分間、１〜１，０００ｒｐｍで回転させて、カーボンナノチューブを把持した後、回転を止め、引出具７を後退させて集束手段３が配置される領域を介して、延伸手段４を構成する３対のローラー４１、４２、４３間を通過させる。その後、巻取り手段５である巻取り装置のテーパーボビン５１上まで移動させ、カーボンナノチューブ撚糸をテーパーボビン５１に固定する。基板Ｚ２についても基板Ｚ１と同様に引き出し、巻取り手段５である巻取り装置のテーパーボビン５１上まで移動させ、基板Ｚ１から引き出したカーボンナノチューブシートを重ね合わせて固定する。
【００６５】
次いで、集束手段３（噴霧装置３ａ）、延伸手段４及び巻取り手段５を駆動させることにより、カーボンナノチューブ撚糸の紡糸を開始する。引き出されたカーボンナノチューブには、撚りが形成されておらずシート状の形態を有している。このシート状のカーボンナノチューブ（カーボンナノチューブシート）には、集束手段３（噴霧装置３ａ）によって霧状液体が散布されるが、この霧状液体の噴霧により、カーボンナノチューブシートを構成する各カーボンナノチューブの表面に付着した液体が、速やかに蒸発することにより互いに凝集し、各カーボンナノチューブ間の間隔が小さくなって、集束する。霧状液体の噴霧量は、０．０１〜１０ｍｌ／分である。本実施形態では、噴霧装置３ａとしてネブライザーを用い、霧状液体としてエタノールを用いる。
【００６６】
このように各カーボンナノチューブ間の間隔が小さくなり、集束してカーボンナノチューブの密度が高められたカーボンナノチューブシート（カーボンナノチューブ凝集体）は、延伸手段４を通過することにより、引き伸ばされる。延伸手段４は、３対のローラーの回転速度をＡ方向に進むに従って（４１、４２、４３の順に）上げていくことが好ましい。
【００６７】
延伸手段４によって、引き伸ばされたカーボンナノチューブ凝集体は、巻取り手段のテーパーボイン５１により巻き取られる。巻取り手段５の回転速度は、例えば、０．００５〜３０ｍ／分の間で調整することができる。巻取り速度が小さ過ぎては生産性が乏しく、実用的でない。一方、巻取り速度が大き過ぎると途中で糸切れを起こす可能性があるため好ましくない。
【００６８】
次に、カーボンナノチューブ糸が巻き取られたテーパーボビン５１を、第２製造装置１ｂの撚り掛け手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１から取り外して、テーパーボビン５１から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定する。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１を回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を巻き取る。撚掛手段６の回転数は、例えば、１００〜１０，０００ｒｐｍの間で調整できる。回転数が小さすぎると、カーボンナノチューブ撚糸に付与できる撚り数が少なすぎることによって、カーボンナノチューブ撚糸の糸強度が不足してしまうため好ましくない。一方回転速度が速すぎると、カーボンナノチューブ糸に付与する撚り数が多すぎることによって糸強度が低下するため、好ましくない。また、テーパーボビン５１および／または、ローラー４４、４５、４６の回転数を調整することにより撚掛速度を調整することができる。延伸手段４は、第１製造装置１ａの場合と同様に、３対のローラーの回転速度をＡ方向に進むに従って（４４、４５、４６の順に）上げていくことが好ましい。巻取り手段５の回転速度は、第１製造装置１ａの場合と同様に、例えば、０．００５〜３０ｍ／分の間で調整することができる。
【００６９】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたテーパーボビン５２を、第３製造装置１ｃの撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を巻き取った。撚掛手段６’の回転数は、例えば、１００〜１０，０００ｒｐｍの間で調整できる。巻取り手段５”の回転速度は、第１製造装置１ａの場合と同様に、例えば、０．００５〜３０ｍ／分の間で調整することができる。
【００７０】
この方法により、直径が０．１〜１，０００μｍ程度、撚り角度が５〜５０°程度の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製することができる。
【００７１】
以上、本発明に使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施形態に限定されない。例えば、図４に示すように、集束手段３として、リング３ｂ１と担持装置３ｂ２から構成される撚り掛け装置３ｂを配置するような構成を採用してもよい。この場合、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートの引き出し方向に沿う回転軸を有するリング状の回転体３ｂ１と、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートを挟持可能な把持装置３ｂ２と、回転体３ｂ１を回転軸周りに回転駆動させるモーター（図示せず）とを備えている。把持装置３ｂ２は、リング状の回転体３ｂ１の中央部に配設されており、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートを挟持する一対の回転可能なローラー４１，４２、４３によって構成されている。各ローラーの回転軸は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されるカーボンナノチューブシートの引き出し方向に直交する軸線と平行となるように設定されている。このような構成により、重ね合わされたカーボンナノチューブシートに撚りを掛けることによって集束させることができる。
【００７２】
または、図５に示すように、集束手段３として、噴霧装置３ａ及び撚り掛け装置３ｂ（リング３ｂ１及び担持装置３ｂ２）の両方を配置するような構成を採用してもよい。このような構成により、重ね合わされたカーボンナノチューブシートに易揮発性液体を噴霧することにより凝集させ、さらに撚りを掛けることによってさらに集束させることができ、バンドルのムラを平均化するとともにカーボンナノチューブ凝集体をより高密度化することができる。
【００７３】
上記実施形態においては、図１に示すように２枚の基板Ｚ１及びＺ２からカーボンナノチューブを引き出して撚糸を製造する構造について説明したが、基板の数は２枚に限定されず、カーボンナノチューブシートが互いに干渉することなく引き出せるのであれば、基板を何枚用いてもよい。例えば、図８に示すように６枚の基板Ｚからカーボンナノチューブシートを引き出して撚糸を製造することも可能である。このような場合、図８に示すように、例えばソケットレンチのような形状をもつ試料ホルダーの内側に、基板を６枚配置すれば、試料ホルダーの中心線の延長方向に６枚のカーボンナノチューブシートを同時に引き出すことができる。
【００７４】
また、上記実施形態においては、第３工程で撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ２回ずつ、引き伸ばし、撚り掛け、引き伸ばし、撚り掛けの順に行う製造方法について説明したが、図２に示した第２製造装置１ｂによる撚り掛け及び引き伸ばしの工程を繰り返すことにより、撚り掛け及び引き伸ばしの回数を増やすことができる。
【００７５】
本実施形態に係るカーボンナノチューブ撚糸の製造方法は、複数枚のカーボンナノチューブシートを重ね合わせて集束し、さらに撚り掛け及び引き伸ばしを行うことにより、カーボンナノチューブバンドルのムラを平均化し、直線性及び平行性を向上させることができる。この結果、カーボンナノチューブ撚糸が均質化されるため、電気特性及び力学特性が向上する。
【００７６】
本実施形態に係るカーボンナノチューブ撚糸の製造方法において、嵩密度が３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、高さが１５０μｍ以上であり、表面平滑さが０．３μｍ以下であり、直線性は、その高さの８０％以上が１０°以下であり、バンドル幅が１０〜２０ｎｍ程度のカーボンナノチューブ集合体を用いることによって、さらに電気特性及び力学特性が向上する。
【００７７】
また、集束手段３ａにおいて霧状に噴霧される液体として、アルコール等の易揮発性液体を採用しているので、シート状のカーボンナノチューブに噴霧された霧状の易揮発性液体は、カーボンナノチューブシートを構成する各カーボンナノチューブの表面に付着後、速やかに気化することで互いに凝集させる。したがって、延伸手段４により、カーボンナノチューブ凝集体が引き伸ばされる段階において、カーボンナノチューブ凝集体を迅速に乾燥した状態に戻すことができ、引き伸ばし工程においてカーボンナノチューブ糸が切断されるような事態を確実に防止することができる。霧状液体を噴霧する代わりに撚り掛けを行うことによっても、カーボンナノチューブを集束させることができ、引き伸ばし工程におけるカーボンナノチューブ糸の切断を防ぐことができる。
【００７８】
さらに、カーボンナノチューブ撚糸を形成した後、撚糸を減圧下で加熱処理させることにより、導電性の小さいアモルファスカーボンを除去できるので、カーボンナノチューブ撚糸の導電性を向上させることができる。
【実施例】
【００７９】
以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００８０】
なお、実施例及び比較例中の物性値は、以下の方法により測定した。
【００８１】
カーボンナノチューブ集合体の高さは、カーボンナノチューブ集合体の断面を３００倍で撮影したＳＥＭ写真において、基板表面から集合体表面までの高さを測定した（図１０参照）。
【００８２】
カーボンナノチューブ集合体の嵩密度は、合成の前後で基板重量を電子天秤にて測定し、その重量差からカーボンナノチューブ集合体の重量を算出し、この重量と、上記方法で測定した集合体高さから嵩密度を算出した。
【００８３】
直線性は、図１１（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ集合体を構成するバンドルの屈曲部と屈曲部との接線とがなす角度（Ｘｎ）について、図１０に示すように、集合体を高さ方向に例えば上部（ｈ１）、中央部（ｈ２）、下部（ｈ３）に三分割し、各領域でそれぞれ３０点以上測定して平均値を求めた（図１１（ｂ）参照）。各領域の平均値を比較して、同じ直線性の傾向を示していると思われる（平均値が近似している）領域における値の平均値を直線性とした。また、上述した同じ直線性の傾向を示していると思われる領域の高さを合計し、集合体全体の高さ（Ｈ）に対する割合を求めた。
【００８４】
表面平滑さは、カーボンナノチューブ集合体の断面を３０００倍で撮影したＳＥＭ写真において、集合体表面付近に設けた基準線からの集合体高さ（Ｙｎ）を３０点以上測定し、それらの標準偏差σを表面平滑さとした（図１２参照）。
【００８５】
バンドル幅は、カーボンナノチューブ集合体の断面を５００００倍で撮影したＳＥＭ写真において、カーボンナノチューブバンドルの幅（Ｚｎ）を３０点以上測定し、その平均値を求めた（図１３参照）。
【００８６】
噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から噴霧する、霧状液体の粒子径は１μｍ〜５μｍである。ここで、霧状液体の粒子径は、イギリス・マルバーン社製のレーザ回折式粒度分布測定装置「マスターサイザー２０００」を用いて計測することができる。この装置における粒子径の測定原理は、Ｍｉｅ理論に基づくレーザ回折・散乱法に基づいている。液滴の体積基準の累積粒度分布を作成し、５０％径（メディアン径）をもって霧状液体の粒子径としている。
【００８７】
撚糸の直径は、日本電子社製の走査電子顕微鏡「ＪＳＭ−７４０１Ｆ」を用いて、ＳＥＭ写真を撮影して糸径を測定した。
【００８８】
撚り角度は、日本電子社製の走査電子顕微鏡「ＪＳＭ−７４０１Ｆ」を用いて、ＳＥＭ写真を撮影し、例えば、図１４に示すように、巻き付いたカーボンナノチューブの配向方向と撚糸の中心軸がなす角度を撚り角度として測定した。
【００８９】
引張り強度は、日本計測システム（株）製の自動荷重試験機「ＭＡＸ−１ＫＮ−Ｓ」を用いて、糸長１０ｍｍ、引張り速度１ｍｍ／分で引張り試験を行い、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときの荷重及び糸の断面積を測定し、下式：
引張り強度（Ｐａ）＝破断荷重（Ｎ）÷糸断面積（ｍ２）
に従って、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときの荷重を糸の断面積で除して求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を引張り強度とした。
【００９０】
伸び率は、引張り強度と同様の条件で引張試験を行い、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときに伸びた長さを測定し、下式：
伸び率（％）＝１００×伸びた長さ（ｍｍ）÷初期糸長（１０ｍｍ）
に従って、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときに伸びた長さを初期糸長（１０ｍｍ）で除して求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を伸び率とした。
【００９１】
引掛強度比は、２本のカーボンナノチューブ撚糸でループを作製して、図１５に示すように、お互いの糸を引掛けて引張り速度１ｍｍ／分で引張り、破断したときの荷重及び糸の断面積を測定し、下式：
引掛強度比（％）＝１００×引掛強度（Ｐａ）÷引張り強度（Ｐａ）
に従って求めた。ここで、引掛強度は、破断したときの荷重を糸の断面積で除した値であり、その値の上記で求めた糸の引張り強度に対する比率を引掛強度比として求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を引掛強度比とした。
【００９２】
結節強度比は、１本のカーボンナノチューブ撚糸を図１５に示すように本結び（結節）して引張り速度１ｍｍ／分で引張り、破断したときの荷重及び糸の断面積を測定し、下式：
結節強度比（％）＝１００×結節強度（Ｐａ）÷引張り強度（Ｐａ）
に従って求めた。ここで、結節強度は、破断したときの荷重を糸の断面積で除した値であり、その値の上記で求めた糸の引張り強度に対する比率を結節強度比として求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を結節強度比とした。
【００９３】
体積抵抗率は、カーボンナノチューブ撚糸の両端を導電ペースト（藤倉化成（株）のドータイトＤ−５５０）で固定後、デジタルマルチメーター（ＣＵＳＴＯＭ製ＣＤＭ−２０００Ｄ）を用いて２端子法で抵抗値を測定し、糸の長さと断面積で規格化して求めた。
【００９４】
実施例１
熱ＣＶＤ法を用いて、以下のようにカーボンナノチューブ集合体を合成した。
【００９５】
まず、カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７５０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１６８μｍ、バンドル幅は１５ｎｍ、嵩密度は４９ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．３μｍであり、集合体高さの８４％の直線性が５°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【００９６】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図１ａに示す基板固定手段２に保持させた。
【００９７】
図１の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部７１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【００９８】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を集束手段３（噴霧装置３ａ）が配置される領域を介して、延伸手段４を構成する３対のローラー４１，４１間、ローラー４２，４２間、ローラー４３，４３間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５のテーパーボビン５１上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１をテーパーボビン５１に固定した。
【００９９】
次に、図１の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２をテーパーボビン５１上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１００】
図１の基板固定手段２と延伸手段４の間に配置した噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から、エタノールの霧を０．１ｍｌ／分の噴霧量でカーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２に吹き付け、エタノールを瞬時に気化させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、凝集せしめた（カーボンナノチューブシートＹ３）。同時に、３対のローラー４１，４１、４２，４２、４３，４３を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ３を引き伸ばし、さらに同時に、巻取り手段５のテーパーボビン５１をトラバースさせながら回転させることで、引き伸ばしたカーボンナノチューブシートＹ３（カーボンナノチューブ糸Ｘ１）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１０１】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻き取られたテーパーボビン５１を図２の撚掛手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１から取り外して、テーパーボビン５１から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定した。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１を１５００ｒｐｍで回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１０２】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたテーパーボビン５２を図３の撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を５００ｒｐｍで回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１０３】
この方法により、直径が２０μｍ、撚り角度が２２°の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製した。
【０１０４】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．４ＧＰａ、伸び率は２０％であった。また、その引掛強度比は９９％、結節強度比は８１％であり、その体積抵抗率は５×１０−４Ω・ｍであった。
【０１０５】
また、上記のカーボンナノチューブ撚糸Ｗを４本撚り合わせて作製したカーボンナノチューブ合撚糸を用いることで、筒編み機（一口筒編機：小池機械製作所製 ＣＲ−Ｂ／針数４９６本）で筒状のカーボンナノチューブ撚糸の高次構造体を作製することができた（図９）。
【０１０６】
実施例２
カーボンナノチューブ集合体の一部に形成、画定させた直線状の部分の幅を０．１ｍｍにし、図２において、撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１を７０００ｒｐｍで回転させ、図３において、撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を１０００ｒｐｍで回転させたこと以外は、実施例１と同じ製糸方法で、糸径の細いＣＮＴ撚糸を作製した。
【０１０７】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、直径が１μｍ、撚り角度が２５°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は１．４ＧＰａ、伸び率は４％であった。また、その体積抵抗率は４×１０−５Ω・ｍであった。
【０１０８】
実施例３
カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７５０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１６８μｍ、バンドル幅は１５ｎｍ、嵩密度は４９ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．３μｍであり、集合体高さの８４％の直線性が５°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１０９】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図４に示す基板固定手段２に保持させた。
【０１１０】
図４の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部６１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【０１１１】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を、集束手段３（撚掛装置３ｂ）を構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２間、延伸手段４を構成する３対のローラー４１，４１間、ローラー４２，４２間、ローラー４３，４３間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５のテーパーボビン５１’上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１をテーパーボビン５１’に固定した。
【０１１２】
次に、図４の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２をテーパーボビン５１’上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１１３】
図４の基板固定手段２と延伸手段４の間に配置した撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２を周速１０ｃｍ／分で回転させるとともに、把持装置３ｂ２，３ｂ２自体をリング３ｂ１が形成する平面と垂直方向の回転軸回りに１００ｒｐｍで回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、撚りをかけるとともに（カーボンナノチューブ糸Ｘ０）、延伸手段４にカーボンナノチューブ糸Ｘ０を送り出した。同時に、３対のローラー４１，４１、４２，４２、４３，４３を、それぞれ１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ０を引き伸ばし、さらに同時に、巻取り手段５のテーパーボビン５１’をトラバースさせながら回転させることで、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ０（カーボンナノチューブ糸Ｘ１）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１１４】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻き取られたテーパーボビン５１’を図２の撚掛手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１’から取り外して、テーパーボビン５１’から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定した。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１’を１５００ｒｐｍで回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１１５】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたボビン５２を図３の撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を５００ｒｐｍで回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１１６】
この方法により、直径が２０μｍ、撚り角度が２６°の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製した。
【０１１７】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．４ＧＰａ、伸び率は２１％であった。また、その体積抵抗率は５×１０−４Ω・ｍであった。
【０１１８】
実施例４
カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７５０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１６８μｍ、バンドル幅は１５ｎｍ、嵩密度は４９ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．３μｍであり、集合体高さの８４％の直線性が５°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１１９】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図５に示す基板固定手段２に保持させた。
【０１２０】
図５の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部７１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【０１２１】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を、噴霧装置３ａが配置される領域を介して、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２間、延伸手段４を構成する３対のローラー４１，４１間、ローラー４２，４２間、ローラー４３，４３間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５のテーパーボビン５１”上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１をテーパーボビン５１”に固定した。
【０１２２】
次に、図５の基板固定手段４に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２をテーパーボビン５１”上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１２３】
図５の基板固定手段２と延伸手段４の間に配置した噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から、エタノールの霧を０．１ｍｌ／分の噴霧量でカーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２に吹き付け、エタノールを瞬時に気化させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、凝集せしめた。同時に、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２を周速１０ｃｍ／分で回転させ、かつ、把持装置３ｂ２，３ｂ２自体をリング３ｂ１が形成する平面と垂直方向の回転軸回りに１００ｒｐｍで回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一、凝集せしめたものに撚りをかけるとともに（カーボンナノチューブ糸Ｘ０）、延伸手段４にカーボンナノチューブ糸Ｘ０を送り出した。さらに同時に、３対のローラー４１，４１、４２，４２、４３，４３をそれぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ０を引き伸ばし、さらに同時に、巻取り手段５のテーパーボビン５１”をトラバースさせながら回転させることで、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ０（カーボンナノチューブ糸Ｘ１）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１２４】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻き取られたテーパーボビン５１”を図２の撚掛手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１”から取り外して、テーパーボビン５１”から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定した。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１”を１５００ｒｐｍで回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１２５】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたテーパーボビン５２を図３の撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を５００ｒｐｍで回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１２６】
この方法により、直径が２０μｍ、撚り角度が２３°の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製した。
【０１２７】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．５ＧＰａ、伸び率は２２％であった。また、その体積抵抗率は４×１０−４Ω・ｍであった。
【０１２８】
実施例５
実施例１と同じ方法で作製したカーボンナノチューブ撚糸を、真空加熱炉において、圧力１×１０4Ｐａ、２５０℃、３時間の減圧加熱処理を行った。
【０１２９】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗの体積抵抗率は５×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３０】
実施例６
実施例１と同じ方法で作製したカーボンナノチューブ撚糸を、真空加熱炉において、圧力１×１０4Ｐａ、３００℃、３時間の減圧加熱処理を行った。
【０１３１】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗの体積抵抗率は１×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３２】
実施例７
実施例１と同じ方法で作製したカーボンナノチューブ撚糸を、真空加熱炉において、圧力１×１０4Ｐａ、３５０℃、３時間の減圧加熱処理を行った。
【０１３３】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗの体積抵抗率は３×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３４】
実施例８
カーボンナノチューブ集合体の製造条件を、温度を７７０℃にした以外は、実施例１と同じ製糸方法で作製した。ここで、基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１７７μｍ、バンドル幅は１３ｎｍ、嵩密度は２２ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．４μｍであり、集合体高さの８６％の直線性が２０°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１３５】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、撚り角度が２７°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．３ＧＰａ、伸び率は１５％であった。また、その体積抵抗率は６×１０−４Ω・ｍであった。
【０１３６】
実施例９
カーボンナノチューブ集合体の製造条件を、温度を７７０℃にした以外は、実施例２と同じ製糸方法で作製した。ここで、基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１７７μｍ、バンドル幅は１３ｎｍ、嵩密度は２２ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．４μｍであり、集合体高さの８６％の直線性が２０°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１３７】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は１ＧＰａ、伸び率は３％であった。また、その体積抵抗率は７×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３８】
比較例１
カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７７０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１７７μｍ、バンドル幅は１３ｎｍ、嵩密度は２２ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．４μｍであり、集合体高さの８６％の直線性が２０°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１３９】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図６に示す基板固定手段２に保持させた。
【０１４０】
図６の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部７１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【０１４１】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を、噴霧装置３ａが配置される領域を介して、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５の最終ボビン５３’上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１を最終ボビン５３’に固定した。
【０１４２】
次に、図６の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２を最終ボビン５３’上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１４３】
図６の基板固定手段２と巻取り手段５の間に配置した噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から、エタノールの霧を０．１ｍｌ／分の噴霧量でカーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２に吹き付け、エタノールを瞬時に気化させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、凝集せしめた。同時に、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２を周速１０ｃｍ／分で回転させ、かつ、把持装置３ｂ２，３ｂ２自体をリング３ｂ１が形成する平面と垂直方向の回転軸回りに２，０００ｒｐｍで回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一、凝集せしめたものに撚りをかけた。さらに同時に、巻取り手段５の最終ボビン５３’をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ撚糸Ｗを１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１４４】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、撚り角度が２４°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．１ＧＰａ、伸び率は１０％であった。また、その体積抵抗率は１×１０−３Ω・ｍであった。
【０１４５】
比較例２
カーボンナノチューブ集合体の一部に形成、画定させた直線状の部分の幅を０．１ｍｍにし、図６において、撚掛装置３ｂのリング３ｂ１を８，０００ｒｐｍで回転させたこと以外は、比較例１と同じ製糸方法で、糸径の細いカーボンナノチューブ撚糸を作製した。
【０１４６】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、撚り角度が２５°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．８ＧＰａ、伸び率は１％であった。また、その体積抵抗率は１×１０−４Ω・ｍであった。
【符号の説明】
【０１４７】
１ カーボンナノチューブ撚糸製造装置
１ａ 第１製造装置
１ｂ 第２製造装置
１ｃ 第３製造装置
２ 基板固定手段
３ 集束手段
３ａ 噴霧装置
３ｂ 撚掛装置
４ 延伸手段
５ 巻取り手段
６ 撚掛手段
７ 引出具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、電気特性、力学特性等に優れており、電界放出型ディスプレイ、導電性フィラー等をはじめ、様々な産業への利用および応用が期待されている。この中でも特に、カーボンナノチューブの繊維を紡績したカーボンナノチューブ撚糸については、カーボンナノチューブの導電性を活用し、導電線等への展開が期待されている。
【０００３】
そこで、近年、カーボンナノチューブ撚糸を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１及び２）。
【０００４】
特許文献１には、炉芯管の一端からキャリアガスと共に供給された炭素源ガスと触媒金属源ガスとから生成した不連続カーボンナノファイバーを、炉芯管内に配置された排出管内で集束させる工程、及び排出管の内部又は排出管の外部で集束された糸に撚りをかける工程とを有するカーボンナノファイバースライバー糸状糸の製造方法が記載されている。
【０００５】
非特許文献１においては、化学気相成長法で基板上にカーボンナノチューブを高密度・高配向に成長させ、モーターの回転軸の先に爪楊枝製のスピンドル（錘）を装着し、該スピンドルの先端に複数本のカーボンナノチューブを接続した状態で、該スピンドルを回転させながら該スピンドルの先端がカーボンナノチューブの集合体が成長した基板から離れることで、カーボンナノチューブからなる撚糸を形成する方法が記載されている。
【０００６】
非特許文献２においては、加熱したガスフロー反応装置の上部からキャリアガスと共に炭素源（アセトンとエタノールとの混合物）及び触媒（フェロセン及びチオフェン）を供給し、生成したカーボンナノチューブ集合体を反応装置の外部に出した後、水で圧縮し、赤外線ヒーターで乾燥させて巻き取ることにより連続多層カーボンナノチューブ糸を製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１５３４８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Zhangら, Science, 306, 1358-1361, 2004
【非特許文献２】Xiao-Hua Zhongら, Adv. Mater., 21, 1-5, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１、非特許文献１又は２に記載された方法で製造されたカーボンナノチューブ撚糸は、電気特性（導電性）及び力学特性（強度及び伸び）が不十分であり、実用には適さなかった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電気特性及び力学特性に優れたカーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を行った結果、カーボンナノチューブ撚糸を構成するカーボンナノチューブバンドルの向き、太さ、隙間等にムラがあり、このムラが電気特性及び力学特性の向上の妨げになっていることに気づき、複数枚のカーボンナノチューブシートを重ね合わせることによって前記ムラが均一化し、さらに１本の束状にした（集束させた）後、撚り掛け及び引き伸ばしを行うことでカーボンナノチューブバンドルの直線性及び平行度を向上することができ、これによってカーボンナノチューブ撚糸の導電性および力学特性が向上することを見いだした。本発明者らは、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、以下のカーボンナノチューブ撚糸およびその製造方法を提供する。
１．カーボンナノチューブ撚糸の製造方法であって、
複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する第１工程、
得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する第２工程、及び
得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する第３工程、
を含む方法。
２．前記第３工程において、カーボンナノチューブ撚糸の直径が０．１〜１，０００μｍ、且つ、撚り角度が５〜５０°になるまで、撚り掛け及び引き伸ばしを行う、上記項１に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
３．前記第３工程において、最後に撚り掛けを行う、上記項２に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
４．前記カーボンナノチューブの集合体が、その高さの８０％以上が１０°以下の直線性を有し、かつ表面平滑さが０．３μｍ以下で、嵩密度が３０ｍｇ／ｃｍ３以上の集合体である、上記項１〜３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
５．前記霧状液体が、易揮発性液体である上記項１〜４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
６．第３工程の後、さらに減圧下で加熱処理を行う、上記項１〜５のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
７．１０５〜１０−１Ｐａの圧力下、２００〜４００℃で加熱処理を行う、上記項６に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
８．上記項１〜７のいずれかに記載の方法により製造されたカーボンナノチューブ撚糸。
９．上記項８に記載のカーボンナノチューブ撚糸を使った高次元構造物。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気特性及び力学特性に優れたカーボンナノチューブ撚糸を製造することができる方法を提供することができる。本発明の方法によれば、実用に適した電気特性及び力学特性を有するカーボンナノチューブ撚糸が製造でき、得られたカーボンナノチューブ撚糸は、特に伸び率が大きいことから、高次構造体を形成することで、補強材、導電体、導熱体等として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明で使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を構成する第１製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明で使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を構成する第２製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明で使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を構成する第３製造装置の概略構成図である。
【図４】図１に示す第１製造装置の第１の変形例を示す概略構成図である。
【図５】図１に示す第１製造装置の第２の変形例を示す概略構成図である。
【図６】比較例１及び２において用いられるカーボンナノチューブ撚糸製造装置を示す概略構成図である。
【図７】基板からカーボンナノチューブを引き出すための引出具を説明するための模式図である。
【図８】カーボンナノチューブシートを６枚引き出す場合の基板の配置状態を説明する模式図である。
【図９】カーボンナノチューブ撚糸の高次構造体のデジタルマイクロスコープ写真である。
【図１０】カーボンナノチューブ集合体高さの測定方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１１（ａ）】カーボンナノチューブ集合体の直線性の評価方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１１（ｂ）】カーボンナノチューブ集合体の直線性の評価方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１２】カーボンナノチューブ集合体の表面平滑さの測定方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１３】カーボンナノチューブ集合体のバンドル幅の測定方法を説明するＳＥＭ写真である。
【図１４】カーボンナノチューブ撚糸の撚り角度を説明するＳＥＭ写真である。
【図１５】カーボンナノチューブ撚糸の引掛強度及び結節強度の測定方法を説明する模式図、並びに測定時のカーボンナノチューブ撚糸のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１６】
本発明のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法は、
複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシートを重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する工程（第１工程）、
得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する工程（第２工程）、及び
得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する工程（第３工程）、
を含む。
【００１７】
この方法によれば、電気特性及び力学特性に優れたカーボンナノチューブ撚糸を製造することができる。
【００１８】
以下、各工程を詳細に説明する。
第１工程は、複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する工程である。
複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせることで、カーボンナノチューブ撚糸を構成するカーボンナノチューブバンドルの向き、太さ、隙間等に存在するムラを平均化することができ、これにより得られる撚糸を均質化することができる。本明細書において、「均質化」とは、カーボンナノチューブ撚糸の外観、品質等にムラがなく一様であることを意味する。
【００１９】
まず、基板上に形成されるカーボンナノチューブの集合体について、詳細に説明する。
【００２０】
基板は、限定的でなく、公知又は市販のものを使用することができる。例えば、プラスチック基板、ガラス基板、シリコン基板、鉄、銅等の金属又はこれらの合金を含む金属基板等を用いることができる。これらの基板の表面には、二酸化ケイ素膜が積層されていてもよい。本発明では、特に、シリコン基板に、熱酸化又は蒸着による二酸化ケイ素膜を形成し、該二酸化ケイ素膜上に、触媒層を積層した基板を用いることが好ましい。触媒層は、好ましくは、鉄を蒸着又はスパッタリングすること等により形成され得る。これにより、高密度かつ高配向で形成されたカーボンナノチューブ集合体を製造できる。
【００２１】
基板上に化学気相成長させるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、又は多層のカーボンナノチューブのいずれでもよく、これらの混合物であってもよい。
【００２２】
また、これらカーボンナノチューブの形態は特に限定されるものではないが、容易にカーボンナノチューブ撚糸を形成しやすいため、好ましくは、基板上に高密度かつ高配向で形成された集合体であることが望ましい。なお、高密度とは、基板上のカーボンナノチューブの嵩密度が２０ｍｇ／ｃｍ３程度以上、好ましくは３０ｍｇ／ｃｍ３程度以上、さらに好ましくは５０ｍｇ／ｃｍ３程度以上であることを示す。この範囲より嵩密度が小さいと、隣接するカーボンナノチューブの分子間の相互作用が弱くなり、引き出し特性が悪くなるおそれがある。高配向とは、カーボンナノチューブ同士が隣接しながら基板平面に対して垂直に林立（垂直配向）していることを意味する。
【００２３】
このように化学気相成長によって高密度で垂直配向させたカーボンナノチューブの集合体は、カーボンナノチューブフォレスト（carbon nanotube forest）、或いは、カーボンナノチューブの垂直配向構造体等と呼ばれる。化学気相成長によって形成されるカーボンナノチューブの高さ（長さ）は、平均で１００μｍ以上であればよく、好ましくは１５０μｍ以上であり、表面平滑さは、０．５μｍ以下、好ましくは、０．３μｍ以下であり、直線性は、基板からの集合体高さの８０％以上が２０°以下、好ましくは１０°以下、さらに好ましくは５°以下であり、バンドル幅は、通常１０〜２０ｎｍ程度である。カーボンナノチューブの層数は、１層以上であればよく、好ましくは１〜４０層である。ここで、カーボンナノチューブ集合体の表面平滑さとは、集合体高さの標準偏差を意味しており、直線性とは、カーボンナノチューブ集合体を構成するバンドルの屈曲部と屈曲部との接線とがなす角度の平均値を意味しており、バンドル幅とは、カーボンナノチューブバンドルの幅の平均値を意味している（後述の実施例参照）。
【００２４】
本発明に用いるカーボンナノチューブは、例えば、カーボンナノチューブを形成するための原料ガスを用いて化学気相成長法を行うことにより基板上に高密度かつ高配向の状態で製造できる。
【００２５】
化学気相成長時の温度はいずれの温度で行ってもよいが、特に高温で行うことが好ましく、例えば、６８０〜８００℃程度で行うことが好ましい。また、気相成長時の圧力は限定的でないが、通常、大気圧で行えばよい。
【００２６】
原料ガスは、炭素を含んでいればよく、通常はアセチレン等の炭化水素を使用すればよい。原料ガスとしては、アセチレンが好ましい。原料ガスを搬送するためのキャリアガスとして、ヘリウム等の希ガス又は不活性ガスを用いてもよい。キャリアガスを用いる場合、全気体流量に対する原料ガス流量の割合は、３〜７ｖｏｌ％程度、好ましくは４．５〜６ｖｏｌ％程度である。
【００２７】
反応時間は、製造条件により応じて適宜設定できるが、例えば、２〜５分間程度とすればよい。
【００２８】
このようにして基板上に垂直に配向したカーボンナノチューブの集合体は、カーボンナノチューブバンドルのムラを平均化し、製造する撚糸を均質化するため、２枚以上使用する。カーボンナノチューブシートは、互いに干渉せずに同時に引き出せることができれば、何枚用いてもよい。カーボンナノチューブシートを引き出した後、それらを重ね合わせて、カーボンナノチューブシート積層体とする。
【００２９】
第２工程は、第１工程で得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する工程である。
【００３０】
カーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブシート積層体を１本の束状にする（集束させる）。
【００３１】
カーボンナノチューブシート積層体に噴霧される霧状液体は、速乾性に富むという観点から揮発性の高い液体（易揮発性液体）が好ましい。易揮発性液体として、炭素数が１〜５の低級アルコール（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール）、アセトン、ジエチルエーテル、クロロホルム、ジクロロメタン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。又は、水溶液であってもよい。霧状液体として、炭素数が１〜５の低級アルコールが好ましく、その中でもエタノールがより好ましい。
【００３２】
集束方法として行われる霧状液体の噴霧及び撚り掛けは、いずれか一方だけを行っても、又は両方とも行ってもかまわない。カーボンナノチューブ凝集体をより高密度に集束できることができることから、霧状液体の噴霧及び撚り掛けの両方を行うことが好ましい。
【００３３】
第３工程は、第２工程で得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する工程である。
【００３４】
第２工程で得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行うことにより、カーボンナノチューブバンドルの直線性及び平行度を向上させることができ、得られるカーボンナノチューブ撚糸が均質化される。撚り掛け及び引き伸ばしを行う回数は、それぞれ１回以上であれば特に制限はないが、得られるカーボンナノチューブ撚糸の直径が０．１〜１，０００μｍ、且つ、撚り角度が５〜５０°になるまで、撚り掛け及び引き伸ばしを行うことが好ましい。
【００３５】
カーボンナノチューブ撚糸の強度は、直径及び撚り数（撚り角度）と関係がある。カーボンナノチューブ撚糸の直径が細いほど強度は高まる。また、撚り角度は撚り数に応じて０°〜９０°となるが、撚り角度が小さすぎても、大きすぎても、糸強度は低下するため、撚り角度が５〜５０°程度、より好ましくは１０〜４０°程度になるように撚り数を１，０００〜２００，０００Ｔ／ｍ程度の範囲内で調整することが好ましい。
【００３６】
撚り掛け及び引き伸ばしは、どちらを先に行ってもよいが、カーボンナノチューブ撚糸の撚り角度の最終的な調整を行うために、第３工程の最後に撚り掛けを行うことが好ましい。
【００３７】
第３工程の後、後処理として、さらに減圧下で加熱処理を行ってもよい。カーボンナノチューブ撚糸を減圧下で加熱処理することにより、導電性の低いアモルファスカーボンを除去できるので、撚糸の導電性を向上させることができる。減圧加熱処理は、例えば、真空加熱炉において、圧力を、１０５〜１０−１Ｐａ程度、好ましくは、１０４〜１Ｐａ程度とし、２００〜４００℃程度、好ましくは２５０〜３５０℃程度に加熱して行うことができる。
【００３８】
上記の第１工程〜第３工程により、長さ１ｍ以上、糸径が０．１〜１，０００μｍ程度、撚り角度が５〜５０°程度、撚り数が１，０００〜２００，０００Ｔ／ｍ程度のカーボンナノチューブ撚糸を製造することができる。
【００３９】
このカーボンナノチューブ撚糸は、力学特性（強度及び伸び）及び電気特性（導電性）に優れている。特に伸び率が大きいので、織物、編み物等の高次構造体を形成することができる。カーボンナノチューブ撚糸の高次構造体のデジタルマイクロスコープ写真を図９に示す。カーボンナノチューブ撚糸で編み物を製造した場合、カーボンナノチューブ撚糸の編み物（カーボンナノチューブニット）は伸縮性に富むので、接触する対象物の形状にフィットし、かつ形状変化に追従することができる炭素系の補強材、導電材、導熱材等の用途に用いることができる。
【００４０】
以下、第１工程において基板を２枚用い、第２工程の集束方法として、散布・凝集方法を用い、第３工程で撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ２回ずつ、引き伸ばし、撚り掛け、引き伸ばし、撚り掛けの順に行うカーボンナノチューブ撚糸の製造方法について、添付図面を参照して説明する。
【００４１】
図１〜３は、本発明に係るカーボンナノチューブ撚糸製造方法に用いることができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置の基本構成の一例を示す概略構成図である。
【００４２】
カーボンナノチューブ撚糸製造装置１は、基板上に化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブの撚糸を製造する装置であって、図１に示すような、基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、及び巻取り手段５を備えた第１製造装置１ａ、図２に示すような、撚掛手段６、延伸手段４’、及び巻取り手段５’を備えた第２製造装置１ｂ、並びに図３に示すような、撚掛手段６’及び巻取り手段５”を備えた第３製造装置１ｃから構成される。
【００４３】
図１は、基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、及び巻取り手段５を備えた第１製造装置１ａを示す。この第１製造装置１ａにおいて、カーボンナノチューブシートを重ね合わせ、集束させて引き伸ばす工程が行われる。すなわち、第１工程、第２工程、及び第３工程の第１回目の引き伸ばしが行われる。
【００４４】
基板固定手段２は、化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体ｃ１が形成された基板Ｚ１、及び化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体ｃ２が形成された基板Ｚ２を固定する固定台（２１及び２２）であり、例えば、基板Ｚ１及びＺ２を市販の適当な両面テープで接着することにより当該基板を固定している。基板Ｚ１及びＺ２に形成されたカーボンナノチューブ集合体ｃ１及びｃ２は、先に説明した化学気相成長方法によって、カーボンナノチューブが高密度かつ高配向に成長した集合体である。カーボンナノチューブ集合体の嵩密度は３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、高さは１５０μｍ以上であり、表面平滑さは０．３μｍ以下であり、直線性は、その高さの８０％以上が１０°以下であり、バンドル幅は１０〜２０ｎｍ程度である。
【００４５】
この基板上に高密度・高配向で成長したカーボンナノチューブの一部を把持してカーボンナノチューブの集合体から引き離すことにより、カーボンナノチューブは基板上から連続的に引き出される。
【００４６】
引き出しは、基板からカーボンナノチューブをカーボンナノチューブシートの状態で引き出すための装置（引出具）を用いて行われ、例えば、図７に示すような極細軸状部７１を有する引出具７を用いることができる。ここで、カーボンナノチューブシートとは、基板に形成されたカーボンナノチューブの集合体から引き出されたカーボンナノチューブが一方向に配列して連続的につながり、例えば、幅１μｍ〜１ｍ、厚さ１０ｎｍ〜１ｃｍのシート状態を形成しているものをいう。
【００４７】
集束手段３は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートを集束させるための装置であり、本実施形態では、カーボンナノチューブシートに霧状液体を噴霧してカーボンナノチューブ凝集体Ｙ３を形成させる噴霧装置３ａを用いる。この例として、例えば、噴霧器、アトマイザー、加湿器、ネブライザー等を挙げることができる。本実施形態では、超音波により霧状液体を生成するネブライザーを採用している。噴霧装置３ａにより霧状に散布される液体は、速乾性に富むという観点から揮発性の高い液体（易揮発性液体）であることが好ましい。本実施形態においては、易揮発性液体として、エタノールを採用している。なお、霧状に散布される液体は、炭素数が１〜５の低級アルコール（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール）、アセトン、ジエチルエーテル、クロロホルム、ジクロロメタン、酢酸エチル、テトラヒドロフランおよびそれら混合液、あるいは水溶液であってもよい。
【００４８】
延伸手段４は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出され、集束手段３(噴霧装置３ａ)により易揮発性液体（以下、この易揮発性液体を「霧状液体」という）が散布されたカーボンナノチューブシート（カーボンナノチューブ凝集体）を延伸する装置であり、例えば、図１ａに示すように、カーボンナノチューブ凝集体を挟んだ上下にそれぞれ配置される３対の回転可能なローラー４１、４２、４３により構成されている。各ローラーの回転軸は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されるカーボンナノチューブシートの引出方向と直行する軸線と平行となるように設定されている。そして、カーボンナノチューブ凝集体Ｙ３が、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されるカーボンナノチューブの引き出し方向（図中において、矢印Ａで示す方向をいい、以下「Ａ方向」という）に進むに従って、つまり、ローラー４１、ローラー４２、ローラー４３の順に回転速度が速くなるように設定されている。これにより、カーボンナノチューブ凝集体Ｙ３を引き伸ばして巻取り手段５へ送ることができる。
【００４９】
巻取り手段５は、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻回されるテーパーボビン５１と、このテーパーボビン５１を回転駆動する駆動モーター（図示せず）とを備えている。テーパーボビン５１の回転軸は、基板Ｚから引き出されるカーボンナノチューブの引き出し方向（Ａ方向）と直交する軸線と平行となるように設定されている。なお、長尺のカーボンナノチューブ糸Ｘ１を巻き取る為にテーパーボビン５１をトラバース駆動させることが好ましい。巻き取り時の滑りを防止するために、テーパーボビン５１の表面に滑り防止加工が施されてもよい。滑り防止加工の方法は限定されるものではなく、例えば、ゴムライニングや樹脂コーティング、梨地、エンボスを施す方法等が挙げられる。
【００５０】
図２は、撚掛手段６、延伸手段４’、及び巻取り手段５’を備えた第２製造装置１ｂを示す。この第２製造装置１ｂにおいて、第３工程の１回目の撚り掛け及び２回目の引き伸ばしが行われる。
【００５１】
撚掛手段６として、上記でカーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻回されたテーパーボビン５１と、テーパーボビン５１を回転軸周りに回転駆動させるモーター（図示せず）とを用いる。テーパーボビン５１は、回転軸をカーボンナノチューブの引き出し方向に沿わせ、小径側からカーボンナノチューブ糸Ｘ１を引き出すように配置する。このような構成により、テーパーボビン５１から引き出されたカーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りを掛けながら、後方側（巻取り手段５’側）に導くことができる。
【００５２】
延伸手段４’は、撚掛手段６によって撚りを掛けられたカーボンナノチューブ糸を延伸する装置であり、例えば、図１ｂに示すように、カーボンナノチューブ糸を挟んだ上下にそれぞれ配置される３対の回転可能なローラー４４、４５、４６により構成されている。各ローラーの回転軸は、テーパーボビン５１からカーボンナノチューブ糸Ｘ１が引き出される方向と直行する軸線と平行となるように設定されている。そして、カーボンナノチューブ糸が、テーパーボビン５１から引き出される方向（Ａ方向）に進むに従って、つまり、ローラー４４、ローラー４５、ローラー４６の順に回転速度が速くなるように設定されている。これにより、カーボンナノチューブ糸を引き伸ばして巻取り手段５’へ送ることができる。
【００５３】
巻取り手段５’は、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻回されるテーパーボビン５２と、このテーパーボビン５２を回転駆動する駆動モーター（図示せず）とを備えている。テーパーボビン５２の回転軸は、テーパーボビン５１からカーボンナノチューブ糸Ｘ１が引き出される方向（Ａ方向）と直交する軸線と平行となるように設定されている。なお、長尺のカーボンナノチューブ糸Ｘ２を巻き取る為にテーパーボビン５２をトラバース駆動させることが好ましい。巻き取り時の滑りを防止するために、テーパーボビン５２の表面にテーパーボビン５１と同様の滑り防止加工が施されてもよい。
【００５４】
図３は、撚掛手段６’、及び巻取り手段５”を備えた第３製造装置１ｃを示す。この第３製造装置１ｃにおいて、第３工程の２回目の撚り掛けが行われる。
【００５５】
撚掛手段６’として、上記でカーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻回されたテーパーボビン５２と、テーパーボビン５２を回転軸周りに回転駆動させるモーター（図示せず）とを用いる。テーパーボビン５２は、回転軸をカーボンナノチューブ糸Ｘ２の引き出し方向に沿わせ、小径側から糸Ｘ２を引き出すように配置する。このような構成により、基板Ｚから引き出されたカーボンナノチューブ糸Ｘ２に撚りを掛けながら撚糸Ｗを製造しつつ、製造された撚糸を後方側（巻取り手段５”側）に導くことができる。
【００５６】
巻取り手段５”は、撚糸Ｗが巻回される最終ボビン５３と、この最終ボビン５３を回転駆動する駆動モーター（図示せず）とを備えている。最終ボビン５３の回転軸は、テーパーボビン５２からカーボンナノチューブ糸Ｘ２が引き出される方向（Ａ方向）と直交する軸線と平行となるように設定されている。なお、長尺のカーボンナノチューブの撚糸Ｗを巻き取る為に最終ボビン５３をトラバース駆動させることが好ましい。巻き取り時の滑りを防止するために、最終ボビン５３の表面にテーパーボビン５１と同様の滑り防止加工が施されてもよい。
【００５７】
上記のような構成を有する製造装置１ａの基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、巻取り手段５は、図１に示すように、Ａ方向に沿って、上流側（図１の左側）から基板固定手段２、集束手段３、延伸手段４、巻取り手段５の順に配置されている。基板固定手段２に固定された基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブは、集束手段３が配置される領域を通過した後、延伸手段４を移動し、巻取り手段５で一旦巻き取られる。
【００５８】
製造装置１ｂの撚掛手段６、延伸手段４’、巻取り手段５’は図２に示すように、Ａ方向に沿って、上流側（図２の左側）から撚掛手段６、延伸手段４’、巻取り手段５’の順に配置されている。撚掛手段６により撚りを掛けられたカーボンナノチューブ糸は、延伸手段４’を移動し、巻取り手段５’で一旦巻き取られる。
【００５９】
製造装置１ｃの撚掛手段６’、巻取り手段５”は図３に示すように、Ａ方向に沿って、上流側（図３の左側）から撚掛手段６’、巻取り手段５”の順に配置されている。撚掛手段６’により撚りを掛けられたカーボンナノチューブ糸は、Ａ方向に移動し、巻取り手段５”で巻き取られる。
【００６０】
このように構成されたカーボンナノチューブ撚糸製造装置１を用いてカーボンナノチューブの撚糸を製造する方法について、以下説明する。
【００６１】
最初に、基板Ｚに形成されるカーボンナノチューブを引き出して、当該カーボンナノチューブを第１製造装置１ａにセッティングする方法について説明する。
【００６２】
まず、化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体が形成された基板Ｚ１及びＺ２を基板固定手段２に固定する。
【００６３】
次に、例えば、図７に示す引出具７を用いて、基板Ｚ１及びＺ２上に形成されるカーボンナノチューブの集合体の側面から別々にカーボンナノチューブを引き出す。この引出具７は、極細軸状部７１を有しており、その素材は、鉄、アルミニウム、ステンレス、プラスチック、木材、ガラス等であり、特に制限されるものではない。引出具７はカーボンナノチューブに対して適度な摩擦抵抗を有していれば良く、引出具７に摩擦を生じさせるために、引出具７の表面に、溝の形成および／または、エンボス加工により微細な突起を形成することが望ましい。引出具７の極細軸状部７１の直径は基板Ｚ１又はＺ２上に成長させられたカーボンナノチューブの平均高さに依存して決まる。カーボンナノチューブの平均高さの約１／３以下の直径であることが好ましい。カーボンナノチューブの約１／３以下の直径であれば、基板Ｚ１又はＺ２上のカーボンナノチューブの集合体の中で引出具７が１回転した時に極細軸状部７１の周りにほぼ１周以上捲きついてくる。高確率でカーボンナノチューブを引き出すには１周以上捲きついていることが大事である。刃径０．０３ｍｍ以上のマイクロドリルが市販されており、これを引出具７に用いることもできる。
【００６４】
このような構造を有する引出具７を用いて、基板Ｚ１上に形成されるカーボンナノチューブの集合体ｃ１の側面からカーボンナノチューブを引き出すには、まず、引出具７の極細軸状部７１を基板Ｚ１上に成長しているカーボンナノチューブｃ１の側面に突き刺して進入させる。この進入深さは０．０１ｍｍ以上であることが望ましい。引出具７の極細軸状部７１を突き刺す高さ位置は基板Ｚ１上に成長しているカーボンナノチューブｃ１の平均高さの１／２以下の高さが好ましい。この進入時に引出具７は回転していても、回転が停止していてもよい。引出具７の極細軸状部７１が０．０１ｍｍ以上進入したところで進入を停止させる。この場所に引出具７が留まった状態で引出具７を１秒間〜５分間、１〜１，０００ｒｐｍで回転させて、カーボンナノチューブを把持した後、回転を止め、引出具７を後退させて集束手段３が配置される領域を介して、延伸手段４を構成する３対のローラー４１、４２、４３間を通過させる。その後、巻取り手段５である巻取り装置のテーパーボビン５１上まで移動させ、カーボンナノチューブ撚糸をテーパーボビン５１に固定する。基板Ｚ２についても基板Ｚ１と同様に引き出し、巻取り手段５である巻取り装置のテーパーボビン５１上まで移動させ、基板Ｚ１から引き出したカーボンナノチューブシートを重ね合わせて固定する。
【００６５】
次いで、集束手段３（噴霧装置３ａ）、延伸手段４及び巻取り手段５を駆動させることにより、カーボンナノチューブ撚糸の紡糸を開始する。引き出されたカーボンナノチューブには、撚りが形成されておらずシート状の形態を有している。このシート状のカーボンナノチューブ（カーボンナノチューブシート）には、集束手段３（噴霧装置３ａ）によって霧状液体が散布されるが、この霧状液体の噴霧により、カーボンナノチューブシートを構成する各カーボンナノチューブの表面に付着した液体が、速やかに蒸発することにより互いに凝集し、各カーボンナノチューブ間の間隔が小さくなって、集束する。霧状液体の噴霧量は、０．０１〜１０ｍｌ／分である。本実施形態では、噴霧装置３ａとしてネブライザーを用い、霧状液体としてエタノールを用いる。
【００６６】
このように各カーボンナノチューブ間の間隔が小さくなり、集束してカーボンナノチューブの密度が高められたカーボンナノチューブシート（カーボンナノチューブ凝集体）は、延伸手段４を通過することにより、引き伸ばされる。延伸手段４は、３対のローラーの回転速度をＡ方向に進むに従って（４１、４２、４３の順に）上げていくことが好ましい。
【００６７】
延伸手段４によって、引き伸ばされたカーボンナノチューブ凝集体は、巻取り手段のテーパーボイン５１により巻き取られる。巻取り手段５の回転速度は、例えば、０．００５〜３０ｍ／分の間で調整することができる。巻取り速度が小さ過ぎては生産性が乏しく、実用的でない。一方、巻取り速度が大き過ぎると途中で糸切れを起こす可能性があるため好ましくない。
【００６８】
次に、カーボンナノチューブ糸が巻き取られたテーパーボビン５１を、第２製造装置１ｂの撚り掛け手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１から取り外して、テーパーボビン５１から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定する。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１を回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を巻き取る。撚掛手段６の回転数は、例えば、１００〜１０，０００ｒｐｍの間で調整できる。回転数が小さすぎると、カーボンナノチューブ撚糸に付与できる撚り数が少なすぎることによって、カーボンナノチューブ撚糸の糸強度が不足してしまうため好ましくない。一方回転速度が速すぎると、カーボンナノチューブ糸に付与する撚り数が多すぎることによって糸強度が低下するため、好ましくない。また、テーパーボビン５１および／または、ローラー４４、４５、４６の回転数を調整することにより撚掛速度を調整することができる。延伸手段４は、第１製造装置１ａの場合と同様に、３対のローラーの回転速度をＡ方向に進むに従って（４４、４５、４６の順に）上げていくことが好ましい。巻取り手段５の回転速度は、第１製造装置１ａの場合と同様に、例えば、０．００５〜３０ｍ／分の間で調整することができる。
【００６９】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたテーパーボビン５２を、第３製造装置１ｃの撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を巻き取った。撚掛手段６’の回転数は、例えば、１００〜１０，０００ｒｐｍの間で調整できる。巻取り手段５”の回転速度は、第１製造装置１ａの場合と同様に、例えば、０．００５〜３０ｍ／分の間で調整することができる。
【００７０】
この方法により、直径が０．１〜１，０００μｍ程度、撚り角度が５〜５０°程度の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製することができる。
【００７１】
以上、本発明に使用することができるカーボンナノチューブ撚糸製造装置１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施形態に限定されない。例えば、図４に示すように、集束手段３として、リング３ｂ１と担持装置３ｂ２から構成される撚り掛け装置３ｂを配置するような構成を採用してもよい。この場合、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートの引き出し方向に沿う回転軸を有するリング状の回転体３ｂ１と、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートを挟持可能な把持装置３ｂ２と、回転体３ｂ１を回転軸周りに回転駆動させるモーター（図示せず）とを備えている。把持装置３ｂ２は、リング状の回転体３ｂ１の中央部に配設されており、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されたカーボンナノチューブシートを挟持する一対の回転可能なローラー４１，４２、４３によって構成されている。各ローラーの回転軸は、基板Ｚ１及びＺ２から引き出されるカーボンナノチューブシートの引き出し方向に直交する軸線と平行となるように設定されている。このような構成により、重ね合わされたカーボンナノチューブシートに撚りを掛けることによって集束させることができる。
【００７２】
または、図５に示すように、集束手段３として、噴霧装置３ａ及び撚り掛け装置３ｂ（リング３ｂ１及び担持装置３ｂ２）の両方を配置するような構成を採用してもよい。このような構成により、重ね合わされたカーボンナノチューブシートに易揮発性液体を噴霧することにより凝集させ、さらに撚りを掛けることによってさらに集束させることができ、バンドルのムラを平均化するとともにカーボンナノチューブ凝集体をより高密度化することができる。
【００７３】
上記実施形態においては、図１に示すように２枚の基板Ｚ１及びＺ２からカーボンナノチューブを引き出して撚糸を製造する構造について説明したが、基板の数は２枚に限定されず、カーボンナノチューブシートが互いに干渉することなく引き出せるのであれば、基板を何枚用いてもよい。例えば、図８に示すように６枚の基板Ｚからカーボンナノチューブシートを引き出して撚糸を製造することも可能である。このような場合、図８に示すように、例えばソケットレンチのような形状をもつ試料ホルダーの内側に、基板を６枚配置すれば、試料ホルダーの中心線の延長方向に６枚のカーボンナノチューブシートを同時に引き出すことができる。
【００７４】
また、上記実施形態においては、第３工程で撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ２回ずつ、引き伸ばし、撚り掛け、引き伸ばし、撚り掛けの順に行う製造方法について説明したが、図２に示した第２製造装置１ｂによる撚り掛け及び引き伸ばしの工程を繰り返すことにより、撚り掛け及び引き伸ばしの回数を増やすことができる。
【００７５】
本実施形態に係るカーボンナノチューブ撚糸の製造方法は、複数枚のカーボンナノチューブシートを重ね合わせて集束し、さらに撚り掛け及び引き伸ばしを行うことにより、カーボンナノチューブバンドルのムラを平均化し、直線性及び平行性を向上させることができる。この結果、カーボンナノチューブ撚糸が均質化されるため、電気特性及び力学特性が向上する。
【００７６】
本実施形態に係るカーボンナノチューブ撚糸の製造方法において、嵩密度が３０ｍｇ／ｃｍ３以上であり、高さが１５０μｍ以上であり、表面平滑さが０．３μｍ以下であり、直線性は、その高さの８０％以上が１０°以下であり、バンドル幅が１０〜２０ｎｍ程度のカーボンナノチューブ集合体を用いることによって、さらに電気特性及び力学特性が向上する。
【００７７】
また、集束手段３ａにおいて霧状に噴霧される液体として、アルコール等の易揮発性液体を採用しているので、シート状のカーボンナノチューブに噴霧された霧状の易揮発性液体は、カーボンナノチューブシートを構成する各カーボンナノチューブの表面に付着後、速やかに気化することで互いに凝集させる。したがって、延伸手段４により、カーボンナノチューブ凝集体が引き伸ばされる段階において、カーボンナノチューブ凝集体を迅速に乾燥した状態に戻すことができ、引き伸ばし工程においてカーボンナノチューブ糸が切断されるような事態を確実に防止することができる。霧状液体を噴霧する代わりに撚り掛けを行うことによっても、カーボンナノチューブを集束させることができ、引き伸ばし工程におけるカーボンナノチューブ糸の切断を防ぐことができる。
【００７８】
さらに、カーボンナノチューブ撚糸を形成した後、撚糸を減圧下で加熱処理させることにより、導電性の小さいアモルファスカーボンを除去できるので、カーボンナノチューブ撚糸の導電性を向上させることができる。
【実施例】
【００７９】
以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００８０】
なお、実施例及び比較例中の物性値は、以下の方法により測定した。
【００８１】
カーボンナノチューブ集合体の高さは、カーボンナノチューブ集合体の断面を３００倍で撮影したＳＥＭ写真において、基板表面から集合体表面までの高さを測定した（図１０参照）。
【００８２】
カーボンナノチューブ集合体の嵩密度は、合成の前後で基板重量を電子天秤にて測定し、その重量差からカーボンナノチューブ集合体の重量を算出し、この重量と、上記方法で測定した集合体高さから嵩密度を算出した。
【００８３】
直線性は、図１１（ａ）に示すように、カーボンナノチューブ集合体を構成するバンドルの屈曲部と屈曲部との接線とがなす角度（Ｘｎ）について、図１０に示すように、集合体を高さ方向に例えば上部（ｈ１）、中央部（ｈ２）、下部（ｈ３）に三分割し、各領域でそれぞれ３０点以上測定して平均値を求めた（図１１（ｂ）参照）。各領域の平均値を比較して、同じ直線性の傾向を示していると思われる（平均値が近似している）領域における値の平均値を直線性とした。また、上述した同じ直線性の傾向を示していると思われる領域の高さを合計し、集合体全体の高さ（Ｈ）に対する割合を求めた。
【００８４】
表面平滑さは、カーボンナノチューブ集合体の断面を３０００倍で撮影したＳＥＭ写真において、集合体表面付近に設けた基準線からの集合体高さ（Ｙｎ）を３０点以上測定し、それらの標準偏差σを表面平滑さとした（図１２参照）。
【００８５】
バンドル幅は、カーボンナノチューブ集合体の断面を５００００倍で撮影したＳＥＭ写真において、カーボンナノチューブバンドルの幅（Ｚｎ）を３０点以上測定し、その平均値を求めた（図１３参照）。
【００８６】
噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から噴霧する、霧状液体の粒子径は１μｍ〜５μｍである。ここで、霧状液体の粒子径は、イギリス・マルバーン社製のレーザ回折式粒度分布測定装置「マスターサイザー２０００」を用いて計測することができる。この装置における粒子径の測定原理は、Ｍｉｅ理論に基づくレーザ回折・散乱法に基づいている。液滴の体積基準の累積粒度分布を作成し、５０％径（メディアン径）をもって霧状液体の粒子径としている。
【００８７】
撚糸の直径は、日本電子社製の走査電子顕微鏡「ＪＳＭ−７４０１Ｆ」を用いて、ＳＥＭ写真を撮影して糸径を測定した。
【００８８】
撚り角度は、日本電子社製の走査電子顕微鏡「ＪＳＭ−７４０１Ｆ」を用いて、ＳＥＭ写真を撮影し、例えば、図１４に示すように、巻き付いたカーボンナノチューブの配向方向と撚糸の中心軸がなす角度を撚り角度として測定した。
【００８９】
引張り強度は、日本計測システム（株）製の自動荷重試験機「ＭＡＸ−１ＫＮ−Ｓ」を用いて、糸長１０ｍｍ、引張り速度１ｍｍ／分で引張り試験を行い、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときの荷重及び糸の断面積を測定し、下式：
引張り強度（Ｐａ）＝破断荷重（Ｎ）÷糸断面積（ｍ２）
に従って、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときの荷重を糸の断面積で除して求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を引張り強度とした。
【００９０】
伸び率は、引張り強度と同様の条件で引張試験を行い、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときに伸びた長さを測定し、下式：
伸び率（％）＝１００×伸びた長さ（ｍｍ）÷初期糸長（１０ｍｍ）
に従って、カーボンナノチューブ撚糸が破断したときに伸びた長さを初期糸長（１０ｍｍ）で除して求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を伸び率とした。
【００９１】
引掛強度比は、２本のカーボンナノチューブ撚糸でループを作製して、図１５に示すように、お互いの糸を引掛けて引張り速度１ｍｍ／分で引張り、破断したときの荷重及び糸の断面積を測定し、下式：
引掛強度比（％）＝１００×引掛強度（Ｐａ）÷引張り強度（Ｐａ）
に従って求めた。ここで、引掛強度は、破断したときの荷重を糸の断面積で除した値であり、その値の上記で求めた糸の引張り強度に対する比率を引掛強度比として求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を引掛強度比とした。
【００９２】
結節強度比は、１本のカーボンナノチューブ撚糸を図１５に示すように本結び（結節）して引張り速度１ｍｍ／分で引張り、破断したときの荷重及び糸の断面積を測定し、下式：
結節強度比（％）＝１００×結節強度（Ｐａ）÷引張り強度（Ｐａ）
に従って求めた。ここで、結節強度は、破断したときの荷重を糸の断面積で除した値であり、その値の上記で求めた糸の引張り強度に対する比率を結節強度比として求めた。測定は、複数回（２〜８回）行い、その平均値を結節強度比とした。
【００９３】
体積抵抗率は、カーボンナノチューブ撚糸の両端を導電ペースト（藤倉化成（株）のドータイトＤ−５５０）で固定後、デジタルマルチメーター（ＣＵＳＴＯＭ製ＣＤＭ−２０００Ｄ）を用いて２端子法で抵抗値を測定し、糸の長さと断面積で規格化して求めた。
【００９４】
実施例１
熱ＣＶＤ法を用いて、以下のようにカーボンナノチューブ集合体を合成した。
【００９５】
まず、カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７５０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１６８μｍ、バンドル幅は１５ｎｍ、嵩密度は４９ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．３μｍであり、集合体高さの８４％の直線性が５°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【００９６】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図１ａに示す基板固定手段２に保持させた。
【００９７】
図１の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部７１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【００９８】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を集束手段３（噴霧装置３ａ）が配置される領域を介して、延伸手段４を構成する３対のローラー４１，４１間、ローラー４２，４２間、ローラー４３，４３間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５のテーパーボビン５１上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１をテーパーボビン５１に固定した。
【００９９】
次に、図１の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２をテーパーボビン５１上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１００】
図１の基板固定手段２と延伸手段４の間に配置した噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から、エタノールの霧を０．１ｍｌ／分の噴霧量でカーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２に吹き付け、エタノールを瞬時に気化させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、凝集せしめた（カーボンナノチューブシートＹ３）。同時に、３対のローラー４１，４１、４２，４２、４３，４３を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ３を引き伸ばし、さらに同時に、巻取り手段５のテーパーボビン５１をトラバースさせながら回転させることで、引き伸ばしたカーボンナノチューブシートＹ３（カーボンナノチューブ糸Ｘ１）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１０１】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻き取られたテーパーボビン５１を図２の撚掛手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１から取り外して、テーパーボビン５１から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定した。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１を１５００ｒｐｍで回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１０２】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたテーパーボビン５２を図３の撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を５００ｒｐｍで回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１０３】
この方法により、直径が２０μｍ、撚り角度が２２°の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製した。
【０１０４】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．４ＧＰａ、伸び率は２０％であった。また、その引掛強度比は９９％、結節強度比は８１％であり、その体積抵抗率は５×１０−４Ω・ｍであった。
【０１０５】
また、上記のカーボンナノチューブ撚糸Ｗを４本撚り合わせて作製したカーボンナノチューブ合撚糸を用いることで、筒編み機（一口筒編機：小池機械製作所製 ＣＲ−Ｂ／針数４９６本）で筒状のカーボンナノチューブ撚糸の高次構造体を作製することができた（図９）。
【０１０６】
実施例２
カーボンナノチューブ集合体の一部に形成、画定させた直線状の部分の幅を０．１ｍｍにし、図２において、撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１を７０００ｒｐｍで回転させ、図３において、撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を１０００ｒｐｍで回転させたこと以外は、実施例１と同じ製糸方法で、糸径の細いＣＮＴ撚糸を作製した。
【０１０７】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、直径が１μｍ、撚り角度が２５°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は１．４ＧＰａ、伸び率は４％であった。また、その体積抵抗率は４×１０−５Ω・ｍであった。
【０１０８】
実施例３
カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７５０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１６８μｍ、バンドル幅は１５ｎｍ、嵩密度は４９ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．３μｍであり、集合体高さの８４％の直線性が５°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１０９】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図４に示す基板固定手段２に保持させた。
【０１１０】
図４の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部６１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【０１１１】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を、集束手段３（撚掛装置３ｂ）を構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２間、延伸手段４を構成する３対のローラー４１，４１間、ローラー４２，４２間、ローラー４３，４３間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５のテーパーボビン５１’上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１をテーパーボビン５１’に固定した。
【０１１２】
次に、図４の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２をテーパーボビン５１’上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１１３】
図４の基板固定手段２と延伸手段４の間に配置した撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２を周速１０ｃｍ／分で回転させるとともに、把持装置３ｂ２，３ｂ２自体をリング３ｂ１が形成する平面と垂直方向の回転軸回りに１００ｒｐｍで回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、撚りをかけるとともに（カーボンナノチューブ糸Ｘ０）、延伸手段４にカーボンナノチューブ糸Ｘ０を送り出した。同時に、３対のローラー４１，４１、４２，４２、４３，４３を、それぞれ１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ０を引き伸ばし、さらに同時に、巻取り手段５のテーパーボビン５１’をトラバースさせながら回転させることで、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ０（カーボンナノチューブ糸Ｘ１）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１１４】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻き取られたテーパーボビン５１’を図２の撚掛手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１’から取り外して、テーパーボビン５１’から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定した。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１’を１５００ｒｐｍで回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１１５】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたボビン５２を図３の撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を５００ｒｐｍで回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１１６】
この方法により、直径が２０μｍ、撚り角度が２６°の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製した。
【０１１７】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．４ＧＰａ、伸び率は２１％であった。また、その体積抵抗率は５×１０−４Ω・ｍであった。
【０１１８】
実施例４
カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７５０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１６８μｍ、バンドル幅は１５ｎｍ、嵩密度は４９ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．３μｍであり、集合体高さの８４％の直線性が５°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１１９】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図５に示す基板固定手段２に保持させた。
【０１２０】
図５の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部７１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【０１２１】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を、噴霧装置３ａが配置される領域を介して、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２間、延伸手段４を構成する３対のローラー４１，４１間、ローラー４２，４２間、ローラー４３，４３間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５のテーパーボビン５１”上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１をテーパーボビン５１”に固定した。
【０１２２】
次に、図５の基板固定手段４に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２をテーパーボビン５１”上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１２３】
図５の基板固定手段２と延伸手段４の間に配置した噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から、エタノールの霧を０．１ｍｌ／分の噴霧量でカーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２に吹き付け、エタノールを瞬時に気化させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、凝集せしめた。同時に、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２を周速１０ｃｍ／分で回転させ、かつ、把持装置３ｂ２，３ｂ２自体をリング３ｂ１が形成する平面と垂直方向の回転軸回りに１００ｒｐｍで回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一、凝集せしめたものに撚りをかけるとともに（カーボンナノチューブ糸Ｘ０）、延伸手段４にカーボンナノチューブ糸Ｘ０を送り出した。さらに同時に、３対のローラー４１，４１、４２，４２、４３，４３をそれぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ０を引き伸ばし、さらに同時に、巻取り手段５のテーパーボビン５１”をトラバースさせながら回転させることで、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ０（カーボンナノチューブ糸Ｘ１）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１２４】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ１が巻き取られたテーパーボビン５１”を図２の撚掛手段６に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ１の末端部をテーパーボビン５１”から取り外して、テーパーボビン５１”から延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４間、ローラー４５，４５間、ローラー４６，４６間を通過させ、さらに巻取り手段５’のテーパーボビン５２上まで移動させて、テーパーボビン５２に固定した。撚掛手段６に設置したテーパーボビン５１”を１５００ｒｐｍで回転させながら、同時に延伸手段４’を構成する３対のローラー４４，４４、４５，４５、４６，４６を、それぞれ周速１０ｃｍ／分、１５ｃｍ／分、２０ｃｍ／分で回転させ、さらに同時に巻取り手段５’のテーパーボビン５２をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ糸Ｘ１に撚りをかけるとともに引き伸ばし、撚り掛けられ、引き伸ばしたカーボンナノチューブ糸Ｘ１（カーボンナノチューブ糸Ｘ２）を２０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１２５】
次に、カーボンナノチューブ糸Ｘ２が巻き取られたテーパーボビン５２を図３の撚掛手段６’に設置し、カーボンナノチューブ糸Ｘ２の末端部をテーパーボビン５２から取り外して、巻取り手段５”の最終ボビン５３上まで移動させて、最終ボビン５３に固定した。撚掛手段６’に設置したテーパーボビン５２を５００ｒｐｍで回転させながらカーボンナノチューブ糸Ｘ２にさらに撚りをかけ、同時に巻取り手段５”の最終ボビン５３をトラバースさせながら回転させることで、さらに撚り掛けられたカーボンナノチューブ糸Ｘ２（カーボンナノチューブ撚糸Ｗ）を１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１２６】
この方法により、直径が２０μｍ、撚り角度が２３°の連続したカーボンナノチューブ撚糸Ｗを作製した。
【０１２７】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．５ＧＰａ、伸び率は２２％であった。また、その体積抵抗率は４×１０−４Ω・ｍであった。
【０１２８】
実施例５
実施例１と同じ方法で作製したカーボンナノチューブ撚糸を、真空加熱炉において、圧力１×１０4Ｐａ、２５０℃、３時間の減圧加熱処理を行った。
【０１２９】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗの体積抵抗率は５×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３０】
実施例６
実施例１と同じ方法で作製したカーボンナノチューブ撚糸を、真空加熱炉において、圧力１×１０4Ｐａ、３００℃、３時間の減圧加熱処理を行った。
【０１３１】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗの体積抵抗率は１×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３２】
実施例７
実施例１と同じ方法で作製したカーボンナノチューブ撚糸を、真空加熱炉において、圧力１×１０4Ｐａ、３５０℃、３時間の減圧加熱処理を行った。
【０１３３】
以上の工程を経て作製したカーボンナノチューブ撚糸Ｗの体積抵抗率は３×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３４】
実施例８
カーボンナノチューブ集合体の製造条件を、温度を７７０℃にした以外は、実施例１と同じ製糸方法で作製した。ここで、基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１７７μｍ、バンドル幅は１３ｎｍ、嵩密度は２２ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．４μｍであり、集合体高さの８６％の直線性が２０°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１３５】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、撚り角度が２７°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．３ＧＰａ、伸び率は１５％であった。また、その体積抵抗率は６×１０−４Ω・ｍであった。
【０１３６】
実施例９
カーボンナノチューブ集合体の製造条件を、温度を７７０℃にした以外は、実施例２と同じ製糸方法で作製した。ここで、基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１７７μｍ、バンドル幅は１３ｎｍ、嵩密度は２２ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．４μｍであり、集合体高さの８６％の直線性が２０°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１３７】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は１ＧＰａ、伸び率は３％であった。また、その体積抵抗率は７×１０−５Ω・ｍであった。
【０１３８】
比較例１
カーボンナノチューブ合成装置のガス配管及び反応容器内を不活性ガス（ヘリウム）で充填し、その後真空にするパージ作業を繰り返し行うことにより、反応容器内のガス置換を行った。次いで、カーボンナノチューブ合成用鉄触媒を厚み２０ｎｍ以下に塗布した酸化膜付シリコンウエハ基板を反応装置内に設置し、再度反応容器内をパージした。次いで、不活性ガス（ヘリウム）を一定流量で流しながら、触媒層を７７０℃まで加熱し、この温度で一定時間保持した。その後、アセチレンガスとヘリウムガスの混合ガス（アセチレンガス３〜７ｖｏｌ％）を反応容器フランジ部に設置したガス導入孔より導入して、触媒と２〜５分間反応させることにより、基板上にカーボンナノチューブ集合体を形成した。その後、カーボンナノチューブ集合体が形成された基板を反応管より取り出し、室温に冷却した。基板上に成長させたカーボンナノチューブ集合体の高さは１７７μｍ、バンドル幅は１３ｎｍ、嵩密度は２２ｍｇ／ｃｍ３であり、表面平滑さは０．４μｍであり、集合体高さの８６％の直線性が２０°以下であり、高密度かつ高配向で形成されていた。
【０１３９】
上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体にマイクロナイフ（フェザー安全剃刀製マイクロサージカルブレードＫ−７１５、先端角１５°）を用いて、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体の一部に幅２ｍｍの直線状の部分を形成、画定することで、一定幅で直線状のカーボンナノチューブ集合体を２つ（カーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２）作製し、これらを図６に示す基板固定手段２に保持させた。
【０１４０】
図６の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ１およびＺ２のうち、先ず片方のカーボンナノチューブ基板Ｚ１について、カーボンナノチューブ基板Ｚ１を構成するカーボンナノチューブ集合体の側面から、図７に示すように引出具７（マイクロツールＩＮＣ製マイクロドリル１−２５４ 先端直径３０μｍ）の極細軸状部７１を深さ０．１ｍｍ突き刺し、次に１，０００ｒｐｍで１秒間回転させてカーボンナノチューブを絡め付け、さらに引出具７を回転させることなくカーボンナノチューブ基板Ｚ１から離反させることで、カーボンナノチューブ基板Ｚ１からカーボンナノチューブを連鎖的に連続して引き出し、カーボンナノチューブシートＹ１を形成した。
【０１４１】
引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ１を、噴霧装置３ａが配置される領域を介して、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２間を通過させた。さらに引出具７を後退させることで、引出具７を巻取り手段５の最終ボビン５３’上まで移動させ、カーボンナノチューブシートＹ１を最終ボビン５３’に固定した。
【０１４２】
次に、図６の基板固定手段２に保持されたカーボンナノチューブ基板Ｚ２からも、上記と同様に引出具７を用いてカーボンナノチューブシートＹ２を形成し、引出具７を後退させることで、カーボンナノチューブシートＹ２を最終ボビン５３’上に固定したカーボンナノチューブシートＹ１と重ね合わせた。
【０１４３】
図６の基板固定手段２と巻取り手段５の間に配置した噴霧装置３ａ（オムロン製超音波式ネブライザーＮＥ−Ｕ０７）から、エタノールの霧を０．１ｍｌ／分の噴霧量でカーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２に吹き付け、エタノールを瞬時に気化させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一させ、かつ、凝集せしめた。同時に、撚掛装置３ｂを構成する把持装置３ｂ２，３ｂ２を周速１０ｃｍ／分で回転させ、かつ、把持装置３ｂ２，３ｂ２自体をリング３ｂ１が形成する平面と垂直方向の回転軸回りに２，０００ｒｐｍで回転させることで、カーボンナノチューブシートＹ１およびカーボンナノチューブシートＹ２を合一、凝集せしめたものに撚りをかけた。さらに同時に、巻取り手段５の最終ボビン５３’をトラバースさせながら回転させることで、カーボンナノチューブ撚糸Ｗを１０ｃｍ／分の巻取り速度で巻き取った。
【０１４４】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、撚り角度が２４°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．１ＧＰａ、伸び率は１０％であった。また、その体積抵抗率は１×１０−３Ω・ｍであった。
【０１４５】
比較例２
カーボンナノチューブ集合体の一部に形成、画定させた直線状の部分の幅を０．１ｍｍにし、図６において、撚掛装置３ｂのリング３ｂ１を８，０００ｒｐｍで回転させたこと以外は、比較例１と同じ製糸方法で、糸径の細いカーボンナノチューブ撚糸を作製した。
【０１４６】
得られたカーボンナノチューブ撚糸Ｗは、撚り角度が２５°であった。カーボンナノチューブ撚糸Ｗについて引張り試験を実施したところ、引張り強度は０．８ＧＰａ、伸び率は１％であった。また、その体積抵抗率は１×１０−４Ω・ｍであった。
【符号の説明】
【０１４７】
１ カーボンナノチューブ撚糸製造装置
１ａ 第１製造装置
１ｂ 第２製造装置
１ｃ 第３製造装置
２ 基板固定手段
３ 集束手段
３ａ 噴霧装置
３ｂ 撚掛装置
４ 延伸手段
５ 巻取り手段
６ 撚掛手段
７ 引出具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ撚糸の製造方法であって、
複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する第１工程、
得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する第２工程、及び
得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する第３工程、
を含む方法。
【請求項２】
前記第３工程において、カーボンナノチューブ撚糸の直径が０．１〜１，０００μｍ、且つ、撚り角度が５〜５０°になるまで、撚り掛け及び引き伸ばしを行う、請求項１に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項３】
前記第３工程において、最後に撚り掛けを行う、請求項２に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブの集合体が、その高さの８０％以上が１０°以下の直線性を有し、かつ表面平滑さが０．３μｍ以下で、嵩密度が３０ｍｇ／ｃｍ３以上の集合体である、請求項１〜３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項５】
前記霧状液体が、易揮発性液体である請求項１〜４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項６】
第３工程の後、さらに減圧下で加熱処理を行う、請求項１〜５のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項７】
１０５〜１０−１Ｐａの圧力下、２００〜４００℃で加熱処理を行う、請求項６に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の方法により製造されたカーボンナノチューブ撚糸。
【請求項９】
請求項８に記載のカーボンナノチューブ撚糸を使った高次元構造物。
【請求項１】
カーボンナノチューブ撚糸の製造方法であって、
複数の基板上にそれぞれ化学気相成長させたカーボンナノチューブの集合体からカーボンナノチューブを引き出し、得られた複数のカーボンナノチューブシート体を重ね合わせてカーボンナノチューブシート積層体を形成する第１工程、
得られたカーボンナノチューブシート積層体に、霧状液体の噴霧及び撚り掛けからなる群より選択される少なくとも１種の集束方法を施してカーボンナノチューブ糸を形成する第２工程、及び
得られたカーボンナノチューブ糸に、撚り掛け及び引き伸ばしをそれぞれ１回以上行って、カーボンナノチューブ撚糸を形成する第３工程、
を含む方法。
【請求項２】
前記第３工程において、カーボンナノチューブ撚糸の直径が０．１〜１，０００μｍ、且つ、撚り角度が５〜５０°になるまで、撚り掛け及び引き伸ばしを行う、請求項１に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項３】
前記第３工程において、最後に撚り掛けを行う、請求項２に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブの集合体が、その高さの８０％以上が１０°以下の直線性を有し、かつ表面平滑さが０．３μｍ以下で、嵩密度が３０ｍｇ／ｃｍ３以上の集合体である、請求項１〜３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項５】
前記霧状液体が、易揮発性液体である請求項１〜４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項６】
第３工程の後、さらに減圧下で加熱処理を行う、請求項１〜５のいずれかに記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項７】
１０５〜１０−１Ｐａの圧力下、２００〜４００℃で加熱処理を行う、請求項６に記載のカーボンナノチューブ撚糸の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の方法により製造されたカーボンナノチューブ撚糸。
【請求項９】
請求項８に記載のカーボンナノチューブ撚糸を使った高次元構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１（ａ）】
【図１１（ｂ）】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１（ａ）】
【図１１（ｂ）】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２０８２９６（Ｐ２０１１−２０８２９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５７５９（Ｐ２０１０−７５７５９）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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