(57)【要約】      （修正有）【課題】炭素を含有する複合繊維において、性能の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】金属炭化物を主成分とする金属炭化物含有繊維２と、金属炭化物含有繊維の表面に形成された炭素層４と、を含む複合繊維であって、炭素層は、金属炭化物含有繊維の表面の９０％以上を覆うと共に、表面に突起を有し、複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に、突起が５％以上３５％以下存在している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属炭化物を主成分とする金属炭化物含有繊維と、前記金属炭化物含有繊維の表面に形成された炭素層と、を含む複合繊維であって、
前記炭素層は、前記金属炭化物含有繊維の表面の９０％以上を覆うと共に、表面に突起を有し、
前記複合繊維は、前記複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に、前記突起が５％以上３５％以下存在していることを特徴とする、
複合繊維。
【請求項２】
請求項１に記載の複合繊維であって、
前記複合繊維の繊維方向に略直交する断面において、
前記金属炭化物含有繊維の断面積Ｂに対する前記炭素層の断面積Ａの比Ａ／Ｂが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０であることを特徴とする、
複合繊維。
【請求項３】
請求項１および請求項２のいずれか一項に記載の複合繊維であって、
前記複合繊維は、水分含有量が１．０重量％以下であることを特徴とする、
複合繊維。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の複合繊維であって、
前記複合繊維は、副成分の金属成分の含有率が、酸化物換算で０．１重量％以下であることを特徴とする、
複合繊維。
【請求項５】
繊維製品であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の複合繊維が、編み込み、または、撚糸されたことを特徴とする、
繊維製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気伝導性および熱伝導性に優れた炭素材料の電子材料分野等への応用が検討されている。例えば、特許文献１には、特定の構造を有するカーボンナノチューブ、カーボンナノチューブ付きＳｉＣウィスカー、カーボンナノチューブ膜、カーボンナノチューブ膜付きＳｉＣ基板及びカーボンナノチューブ膜体が開示されている。また、特許文献２には、セラミックス被覆グラファイトが開示されている。また、特許文献３には、繊維表面にカーボンナノチューブが付着している合成繊維が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７１１０７号公報
【特許文献２】特開２００９−２２７４９１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、繊維は、従来から種々の用途に適用されており、その応用範囲は、一般的に広いため、電気伝導性および熱伝導性に優れた炭素物質を備えた繊維が望まれている。しかしながら、特許文献１、２には、炭素物質を備えた繊維については言及されていない。また、特許文献３には、繊維表面にカーボンナノチューブが付着している合成繊維が開示されているが、カーボンナノチューブ同士の接触点が多いと、分断が生じて電気伝導性、熱伝導性等の性能が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、炭素を含有する複合繊維において、性能の低下を抑制する技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、金属炭化物を主成分とする金属炭化物含有繊維と、前記金属炭化物含有繊維の表面に形成された炭素層と、を含む複合繊維が提供される。この複合繊維の前記炭素層は、前記金属炭化物含有繊維の表面の９０％以上を覆うと共に、表面に突起を有し、前記複合繊維は、前記複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に、前記突起が５％以上３５％以下存在している。
【０００８】
この構成によれば、炭素層が、金属炭化物含有繊維の表面の９０％以上を覆うため、炭素層の導通経路が断絶され難く、電気伝導性および熱伝導性の低下を抑制することができる。また、表面の突起の存在割合を、複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に５％以上にすることにより、複合繊維の初期導電率と、複合繊維を折り曲げた後の導電率との差の増大を抑制することができる。また、表面の突起の存在割合を、複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に３５％以下にすることにより、炭素層の破損が抑制され、電気伝導性および熱伝導性の低下を抑制することができる。
【０００９】
（２）上記形態の複合繊維であって、前記複合繊維の繊維方向に略直交する断面において、前記金属炭化物含有繊維の断面積Ｂに対する前記炭素層の断面積Ａの比Ａ／Ｂが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０であってもよい。比Ａ／Ｂを０．００３以上にすることにより、炭素層の割合が過度に小さくなることを抑制し、電気伝導性および熱伝導性の低下を抑制することができる。また比Ａ／Ｂを０．２０以下にすることにより、炭素層の割合が過度に大きくなることを抑制し、複合繊維を折り曲げた際の、炭素層の破損や、炭素層と金属炭化物含有繊維との界面でのクラック（剥がれ）が抑制されるため、引張強度の低下を抑制することができる。
【００１０】
（３）上記形態の複合繊維であって、前記複合繊維は、水分含有量が１．０重量％以下であってもよい。このようにすると、複合繊維を用いて通電させた場合に、複合繊維と直交方向の複合繊維の膨潤を抑制することができる。その結果、複合繊維の膨潤による電気抵抗の増大を抑制することができる。また、通電時に複合繊維が発熱した場合に、複合繊維中に存在する水分と炭素の反応による一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、および水素（Ｈ2）のいずれかのガスの発生を抑制することができる。その結果、電気伝導性の低下を抑制することができる。
【００１１】
（４）上記形態の複合繊維であって、前記複合繊維は、副成分の金属成分の含有率が、酸化物換算で０．１重量％以下であってもよい。このようにすると、熱処理後の副成分の金属成分を起点とする繊維の破損を抑制することができる。その結果、複合繊維の電気伝導性、熱伝導性、および引張強度の低下を抑制することができる。
【００１２】
（５）本発明の他の形態によれば、繊維製品が提供される。この繊維製品は、上記複合繊維が、編み込み、または、撚糸されている。
【００１３】
この構成によれば、複合繊維が、編み込み、または、撚糸されているため、強度が増し、電気伝導性および熱伝導性のバラツキを低減させることができる。また、強度が増した結果、繊維製品の諸物性の値が安定する。また、繊維製品の形態にすることにより、取り扱いが容易になる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、複合繊維を含むトランスやモーターの導線、送電線、配線基板、放熱基板等の製品、複合繊維の製造方法などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態における複合繊維の概略構成を示す説明図(縦断面図）である。
【図２】複合繊維の概略構成を示す説明図(横断面図）である。
【図３】複合繊維の表面のＳＥＭ画像を示す説明図である。
【図４】複合繊維の製造方法を説明するための説明図である。
【図５】複合繊維に対する曲げ応力の付与を説明するための説明図である。
【図６】第２実施形態の繊維製品の概略構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
本明細書において、数値範囲について「〜」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０〜２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０〜２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。
【００１７】
１．複合繊維１０
図１は、本発明の第１実施形態における複合繊維１０の概略構成を示す説明図(縦断面図）である。図２は、複合繊維１０の概略構成を示す説明図(横断面図）である。図１、２に示すように、複合繊維１０は、金属炭化物を主成分とする金属炭化物含有繊維２と、金属炭化物含有繊維２の表面に形成された炭素層４と、を含む。
【００１８】
（１）平均繊維径、アスペクト比
複合繊維１０の平均繊維径は、特に限定されない。平均繊維径は、強度と柔軟性の観点から、６μｍ〜５０μｍであることが好ましく、１０μｍ〜３０μｍであることがより好ましい。
【００１９】
複合繊維１０の平均長さは、特に限定されない。平均長さは、通常２００μｍ以上であり、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
複合繊維１０のアスペクト比は、特に限定されない。アスペクト比は、通常２０以上である。
【００２１】
（２）複合繊維１０の折り曲げ時の特徴
本発明の複合繊維１０は、折り曲げ角度が６０°になるまで折り曲げても折れないという性質を有していることが好ましい。
【００２２】
（３）金属炭化物
金属炭化物は、金属の炭化物であれば特に限定されない。金属の炭化物を構成する金属は、Ｓｉ（ケイ素）、Ｚｒ（ジルコニウム）、及びＴｉ（チタン）からなる群より選ばれた１種以上が好ましい。金属炭化物は、複合繊維１０の耐熱性及び強度向上の観点から、ＳｉＣ、ＺｒＣ、及びＴｉＣからなる群より選ばれた１種以上が好ましい。なお、金属炭化物含有繊維２に含有される金属炭化物の種類は、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）による組成分析の結果と、ＸＲＤ（Ｘ線回折法：Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定の結果との組み合わせから特定できる。
【００２３】
（４）金属炭化物含有繊維２
金属炭化物含有繊維２における金属炭化物の含有率は、９２重量％以上であることが好ましい。金属炭化物含有繊維２における金属炭化物の含有率は、９５重量％以上であることがより好ましい。金属炭化物の含有率は、１００重量％であってもよい。本実施形態において、金属炭化物含有繊維２を構成している成分のうち、９２重量％以上含まれている成分を、「主成分」と称する。
【００２４】
金属炭化物含有繊維２における金属炭化物の含有量は、次のようにして求めることができる。金属炭化物含有繊維２における金属量をＩＣＰ発光分光分析法（誘導結合プラズマ発光分析：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＩＣＰ−ＯＥＳ））によって測定する。金属炭化物含有繊維２における炭素量を炭素含有量分析によって測定する。この炭素含有量分析は、ＪＩＳ１６１６：２００７の炭化ケイ素の化学分析に準じて行う。これらの測定結果から、金属炭化物含有繊維２に含まれる金属原子数、及び炭素原子数が求まる。そして、金属炭化物の組成式における金属原子数と炭素原子数の比を考慮して、金属炭化物含有繊維２において金属炭化物の構成に関与する金属原子と炭素原子を求めて、金属炭化物含有繊維２内の金属炭化物の含有量を決定する。例えば、金属炭化物含有繊維２に含まれる金属炭化物がＳｉＣの場合には、ＳｉＣを構成する金属原子数（Ｓｉの原子数）と炭素原子数の比は「１：１」である。ここで、測定により数が求められた金属炭化物含有繊維２に含まれる金属原子（Ｓｉ原子）、及び炭素原子のうち、金属炭化物の構成に関与するものは、金属原子（Ｓｉ原子）１つに対して、炭素原子１つであって、金属原子（Ｓｉ原子）と炭素原子とが対になるものである。よって、金属原子（Ｓｉ原子）と炭素原子とが対を構成できずに、余剰となる原子は、金属炭化物を構成しないと考える。具体的には、例えば、測定によって求まった金属原子数（Ｓｉの原子数）が１００、炭素原子数が１０５とすると、１００の金属原子（Ｓｉ原子）と１００の炭素原子とがＳｉＣを形成しており、余剰の５の炭素原子は、ＳｉＣを形成しないと考える。このようにして、ＳｉＣを構成する金属原子（Ｓｉ原子）と炭素原子の量が分かるので、金属炭化物含有繊維２に含まれる金属炭化物（ＳｉＣ）の含有量が計算できる。そして、この金属炭化物の含有量と、金属炭化物含有繊維２の重量から、金属炭化物の含有率が計算される。
【００２５】
金属炭化物含有繊維２は、柔軟性の観点から、３ｎｍ〜２５ｎｍの金属炭化物粒子が結合されて形成されていることが好ましい。このような金属炭化物含有繊維２は、粒界を有している。金属炭化物含有繊維２が、複数の金属炭化物粒子の集合体の場合には、金属炭化物含有繊維２は、しなやかさを有している。他方、ウィスカーは、１つの粒子が成長した単結晶でかたい（しなやかさがない）。このように、金属炭化物粒子の集合体である金属炭化物含有繊維２と、ウィスカーとは異なる。
【００２６】
（５）炭素層４
本発明の複合繊維１０では、炭素層４は、金属炭化物含有繊維２の表面の９０％以上を覆っている。炭素層４は、電気伝導性及び熱伝導性をより高めるとの観点から、金属炭化物含有繊維２の表面の９５％以上を覆っていることが好ましい。炭素層４は、金属炭化物含有繊維２の表面の１００％を覆っていてもよい。
【００２７】
炭素層４は、炭素原子が蜂の巣状に配列した構造を有する。すなわち、炭素層４は、炭素原子によって形成される六員環ネットワークを有している。炭素層４は、炭素原子によって形成される六員環のみならず、炭素原子によって形成される五員環や、炭素原子によって形成される七員環を含んでもよい。
【００２８】
炭素層４は、電気伝導性及び熱伝導性に特に優れるという観点から、カーボンナノチューブ、及びグラフェンのうちの少なくとも１種を含むことが好ましく、複層のカーボンナノチューブ、複層のグラフェンのうちの少なくとも１種を含むことがより好ましい。
【００２９】
炭素原子が蜂の巣状に配列した構造である六員環ネットワークのなす面は、金属炭化物含有繊維２の表面と略平行になっていることが好ましい。すなわち、炭素層４に、グラフェンが含まれる場合には、グラフェンのシート面は、金属炭化物含有繊維２の表面と略平行になっていることが好ましい。
【００３０】
炭素層４の複合繊維１０の径方向の平均厚みは、特に限定されない。複合繊維１０の繊維方向に略直交する断面(図２)において、金属炭化物含有繊維２の断面積Ｂに対する炭素層４の断面積Ａの比Ａ／Ｂが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０であることが好ましく、０．０３≦Ａ／Ｂ≦０．１０であることがより好ましい。比Ａ／Ｂを０．００３以上にすることにより、炭素層の割合が過度に小さくなることを抑制し、電気伝導性および熱伝導性の低下を抑制することができる。また比Ａ／Ｂを０．２０以下にすることにより、炭素層の割合が過度に大きくなることを抑制し、複合繊維１０を折り曲げた際の、炭素層４の破損や、炭素層４と金属炭化物含有繊維２との界面でのクラック（剥がれ）が抑制されるため、引張強度の低下を抑制することができる。以下の説明において、金属炭化物含有繊維２の断面積Ｂに対する炭素層４の断面積Ａの比Ａ／Ｂを、単に、「断面積比」、「断面積の比Ａ／Ｂ」とも称する。
【００３１】
（６）複合繊維１０の水分含有量
複合繊維１０の水分含有量は、特に限定されない。複合繊維１０の水分含有量は、１．０重量％以下であることが好ましく、０．６重量％以下であることがより好ましい。複合繊維１０の水分含有量は、０重量％であってもよい。このようにすると、複合繊維を用いて通電させた場合に、複合繊維と直交方向の複合繊維の膨潤を抑制することができる。その結果、複合繊維の膨潤による電気抵抗の増大を抑制することができる。また、通電時に複合繊維が発熱した場合に、複合繊維中に存在する水分と炭素の反応による一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、および水素（Ｈ2）のいずれかのガスの発生を抑制することができる。その結果、電気伝導性の低下を抑制することができる。
【００３２】
（７）複合繊維１０の表面
図３は、複合繊維１０の表面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像を示す説明図である。図３は、二次電子像（ＳＥＩ像）を示している。図示するように、複合繊維１０は、表面に突起Ｐを有する。図３において、突起Ｐを、破線で囲んで示している。図３では、複数の突起Ｐのうちの一部（３つ）を、破線で囲んで示している。複合繊維１０の表面においてＳＥＭによる２μｍ×２μｍの観察視野に、突起Ｐが５％以上３５％以下存在していることが好ましく、１０％以上３０％以下存在していることがさらに好ましい。このようにすると、複合繊維の初期導電率と、複合繊維を折り曲げた後の導電率との差の増大を抑制することができる。また、炭素層４の破損が抑制され、電気伝導性および熱伝導性の低下を抑制することができる。
【００３３】
（８）複合繊維１０の副成分の金属成分の含有率
複合繊維１０の副成分の金属成分の含有率は、特に限定されない。複合繊維１０の副成分の金属成分の含有率は、酸化物換算で０．１重量％以下が好ましく、０．０１重量％以下がより好ましい。複合繊維１０の副成分の金属成分の含有率は、酸化物換算で０重量％であってもよい。このようにすると、熱処理後の副成分の金属成分を起点とする繊維の破損を抑制することができる。その結果、複合繊維の電気伝導性、熱伝導性、および引張強度の低下を抑制することができる。
【００３４】
２．複合繊維１０の製造方法
本発明の複合繊維１０は、例えば次の方法で製造できる。複合繊維１０は、金属炭化物を含有した原料繊維（金属炭化物含有繊維）を、減圧下にて加熱する製造方法で製造することができる。すなわち、原料繊維の表層の金属を蒸発させることにより製造することができる。減圧条件としては、例えば、真空度が１０-2Ｔｏｒｒ〜１０-7Ｔｏｒｒの条件を好適に採用できる。真空度は、好ましくは１０-3Ｔｏｒｒ〜１０-4Ｔｏｒｒとすることができる。加熱温度は、例えば、１６５０℃〜１９５０℃が好ましく、１７００℃〜１８００℃が好ましい。なお、複合繊維１０を製造する雰囲気中には、酸素が含まれないことが望ましく、例えば、アルゴン（Ａｒ）雰囲気が好ましい。上記加熱温度での保持時間は、１分間〜３００分間で適宜調整される。
【００３５】
温度を１５００℃〜１９５０oＣかつ、真空度を１０-2Ｔｏｒｒ〜１０-7Ｔｏｒｒまたは、Ａｒ雰囲気にて加熱することにより、炭素層４が金属炭化物含有繊維２の表面の９０％以上を覆うように制御することができる。
【００３６】
温度を１５００℃以上、昇温速度を５oＣ／ｍｉｎ以上にて加熱することにより、炭素層４の浮き（突起Ｐ）の生成割合を、複合繊維１０の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に５％以上３５％以下に制御することができる。
【００３７】
加熱温度が１５００℃〜１７００oＣでは保持時間を短くし、加熱温度が１７００〜１９５０oＣでは保持時間を長くすることによって、複合繊維１０の繊維方向に略直交する断面において、金属炭化物含有繊維２の断面積Ｂに対する炭素層４の断面積Ａの比Ａ／Ｂを、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０に制御することができる。
【００３８】
熱処理を行う前に原料繊維を乾燥させることによって、複合繊維１０の水分含有量を制御することができる。乾燥時の温度を２５℃〜６０℃とし、３０分間〜６００分間で、調整することにより、水分含有量を１．０重量％以下に制御することができる。
【００３９】
加熱温度を、１８００℃〜１９５０oＣの範囲内で調整することにより、複合繊維１０の副成分の金属成分の含有率を、酸化物換算で０．１重量％以下にすることができる。
【００４０】
複合繊維１０を製造する際に、単数（１本）の原料繊維を減圧下で加熱してもよいし、複数の原料繊維を束ねて減圧下で加熱してもよい。また、原料繊維をカーボン製の棒状体に巻き付けた状態とし、減圧下で加熱してもよい。
【実施例】
【００４１】
実施例により本発明を更に具体的に説明する。
複合繊維のサンプル１〜２９を用いて、変位性、熱伝導率、引張強度、および通電前後での抵抗変化率を評価した。サンプル１〜１９が上記実施形態の複合繊維１０の実施例であり、サンプル２０〜２９が比較例の複合繊維である。
【００４２】
１．複合繊維の調製
本発明の複合繊維１０は、例えば、金属炭化物を含有した原料繊維（金属炭化物含有繊維）を、減圧下にて加熱する製造方法で製造することができる。
図４は、複合繊維１０の製造方法を説明するための説明図である。図示するように、原料繊維１２を、ＳｉＣのバルク２０で保持した状態で、カーボン製のポット３０に入れ、高温炉にて、大気圧〜１×１０-3Ｔｏｒｒ、１５００℃〜１９５０℃の条件で、真空またはアルゴン雰囲気下で加熱することにより、複合繊維１０（サンプル１〜１９）を得た。なお、温度および加熱時間の調節、前処理によって、炭素層４による金属炭化物含有繊維２の表面被覆率、突起Ｐの割合、断面積比、水分含有量、副成分の金属成分含有量が異なる複合繊維１０を得た。同様の方法で、温度および加熱時間等の条件を調節することにより、サンプル２０〜２９（比較例）の複合繊維を得た。
【００４３】
表１に示すように、各原料繊維に含まれる主成分の金属炭化物は、下記の通りである。
サンプル１、６、２０：ＣｒＣ（炭化クロム）
サンプル２、７、１０〜１９、２１、２３、２４〜２９：ＳｉＣ（炭化ケイ素）
サンプル３、８、２２：ＴｉＣ（炭化チタン）
サンプル４、５、９：ＺｒＣ（炭化ジルコニウム)
【００４４】
２．評価方法
以下に説明する方法により、サンプル１〜２９の複合繊維の評価を行った。以下の説明では、理解容易性を考慮して、第１実施形態の複合繊維１０の説明で用いた符号を用いて説明しているが、比較例の複合繊維についても、同様の方法で評価を行った。
（１）金属炭化物
複合繊維１０の主成分の同定は、ＥＰＭＡによる組成分析の結果と、ＸＲＤ測定の結果との組み合わせから特定した。
（２）表面被覆率
炭素層４が金属炭化物含有繊維２の表面を覆っている割合である表面被覆率は、以下の通り、求めた。
複合繊維１０を、ＳＥＭにて観察し、画像解析によって表面被覆率を算出した。１０本の複合繊維についての観察結果の平均を、表面被覆率とした。
【００４５】
（３）突起Ｐの割合
複合繊維１０の表面を、鉛直方向から、ＳＥＭにより２μｍ×２μｍの観察視野の観察を行った。２μｍ×２μｍの範囲のＳＥＭ画像を、複合繊維１０の長手方向に５枚続けて取得し、合計で、２μｍ×１０μｍの範囲のＳＥＭ画像を取得した。各ＳＥＭ画像における複合繊維１０の面積に対する複数の突起Ｐの面積の合計の割合を算出し、５枚のＳＥＭ画像における算出結果の平均値を、突起Ｐの存在割合とした。図３において、破線で囲まれた部分の面積が突起Ｐの面積に相当する。なお、上述の通り、図３では、複数の突起Ｐのうち３つの突起Ｐを、破線で囲んで示している。
【００４６】
（４）複合繊維径、炭素層平均厚み、断面積比
複合繊維径（直径Ｒ（図２）)、および炭素層４の平均厚みｔ（図２）は、複合繊維１０を繊維の径方向に垂直に切断した試料を用いて、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析：Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の画像解析（二値化法）によって測定した。１つの断面について１０箇所を測定し、その平均を算出した。複合繊維径、および炭素層４の平均厚みｔを用いて、金属炭化物含有繊維２の断面積Ｂに対する炭素層４の断面積Ａの比Ａ／Ｂを算出した。金属炭化物含有繊維の断面積Ｂ、およびは、炭素層の断面積Ａは、以下の式を用いて算出した。
Ｂ＝π（Ｒ／２−ｔ）2  ・・・  （式１）
Ａ＝π（Ｒ／２）2−π（Ｒ／２−ｔ）2  ・・・  （式２）
【００４７】
（５）水分含有量
複合繊維１０の水分含有量は、ＪＩＳ  Ｌ  ０１０５：２００６  繊維製品の物理試験方式通則に記載された方法を用いて求めた。
【００４８】
（６）副成分の金属成分の含有率
複合繊維１０の副成分の金属成分の含有率は、ＩＣＰ発光分光分析法によって、求めた。例えば、ＳｉＣが主成分の場合、ＩＣＰ発光分光法により分析して、Ｎｉ（ニッケル）が検出されると、（Ｎｉの重量）／（ＳｉＣの重量）×１００がＩＣＰ発光分光法による分析値となる。Ｎｉの分析値を酸化物換算した換算値を、表１に、副成分の金属成分含有率として記載している。
【００４９】
（７）変位性
図５は、複合繊維１０に対する曲げ応力の付与を説明するための説明図である。変位性の評価試験では、複合繊維１０の両端を固定治具４０で固定し（図５（Ａ））、２つの固定治具４０の間の距離が図５（Ａ）の状態（距離Ｌ）の半分（距離Ｌ／２）になるまで、２つの固定治具４０を近づけて、複合繊維１０に曲げ応力を加える。複合繊維１０に、ランダムに１０回の曲げ応力を加え、曲げ応力を加える前と、曲げ応力を１０回加えた後に抵抗値を測定し、その変化率（％）を変位性とした。変化率を用いて、下記の通り、変位性を評価した。
なお、変位性が良好であること、すなわち、変化率が小さいことは、分断が生じて電気伝導性が低下することが抑制されることを意味する。
「◎」…５％未満
「〇」…５％以上１０％未満
「△」…１０％以上２０％未満
「×」…２０％以上
【００５０】
（８）熱伝導率
長さ１００ｍｍのサンプル（複合繊維）の端部１ｍｍをお湯につけ、逆の端部が湯温（９０℃）と同じになる時間を用いて、下記の通り、熱伝導率を評価した。
「◎」…２５秒未満
「〇」…２５秒以上３０秒未満
「△」…３０秒以上５０秒未満
「×」…５０秒以上
【００５１】
（９）引張強度
ＪＩＳ７６０６：２０００  炭素繊維−単繊維の引張特製の試験方法と同様の方法によって評価した。
「◎」…３ＧＰａ以上
「〇」…２．７ＧＰａ以上３ＧＰａ未満
「△」…２．４ＧＰａ以上２．７ＧＰａ未満
「×」…２．１ＧＰａ以上２．４Ｐａ未満
【００５２】
（１０）通電前後での抵抗変化率
複合繊維に通電する前後での抵抗値を測定し、通電前に対する変化率を求めた。具体的には、大気中、室温にて、電位掃引速度１００ｍＶ／ｓで５秒間、複合繊維に通電した。下記の通り、抵抗変化率を評価した。ここで、抵抗変化率が小さいほど、性能がよい。抵抗値の変化率が小さいことは、電流による測定サンプルの破損が少ないか生じていないこと、通電に伴う発熱による複合繊維１０の表層（炭素層４）の変質が少ないか生じていないことを意味する。
「◎」…１０％未満
「〇」…１０％以上２０％未満
「△」…２０％以上３０％未満
「×」…３０％以上
【００５３】
３．評価結果
表１は評価結果を示す。
【００５４】
【表１】
2020165046.tif 000003
【００５５】
サンプル１〜１９（実施例）は、下記〔１〕〜〔３〕の全ての要件を満たしている。
〔１〕複合繊維１０は、金属炭化物を主成分とする金属炭化物含有繊維２と、金属炭化物含有繊維２の表面に形成された炭素層４と、を含む。
〔２〕炭素層４は、金属炭化物含有繊維２の表面の９０％以上を覆う。
〔３〕炭素層４は表面に突起Ｐを有し、複合繊維１０の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に、突起Ｐが５％以上３５％以下存在している。
【００５６】
サンプル６〜１０は、上記〔１〕〜〔３〕の要件に加え、さらに、下記〔４〕の要件を満たしている。
〔４〕複合繊維１０の繊維方向に略直交する断面において、金属炭化物含有繊維２の断面積Ｂに対する炭素層４の断面積Ａの比Ａ／Ｂが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０である。
【００５７】
サンプル１１〜１４は、上記〔１〕〜〔４〕の要件に加え、さらに、下記〔５〕の要件を満たしている。
〔５〕複合繊維１０は、水分含有量が１．０重量％以下である。
【００５８】
サンプル１５〜１９は、上記〔１〕〜〔５〕の要件に加え、さらに、下記〔６〕の要件を満たしている。
〔６〕複合繊維１０は、副成分の金属成分の含有率が、酸化物換算で０．１重量％以下である。
【００５９】
これに対して、サンプル２０〜２９（比較例）は、上記〔１〕の要件を満たす複合繊維であるものの、上記実施形態の複合繊維１０ではない。すなわち、上記要件〔２〕、〔３〕のうち、それぞれ、以下の要件を満たしていない。なお、サンプル２０〜２９は、上記の〔４〕〜〔６〕の要件を、いずれも満たしていない。
サンプル２０、２１は、上記〔２〕の要件を満たさない。すなわち、サンプル２０、２１は、表面被覆率が９０％未満であるものの、突起Ｐの存在割合が、複合繊維１０の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に、５％以上３５％以下である。
サンプル２２〜２５は、上記〔３〕の要件を満たさない。すなわち、サンプル２２〜２５は、表面被覆率は９０％以上であるものの、突起Ｐの存在割合が、複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に、５％以上３５％以下の範囲内ではない。
サンプル２６〜２９は、上記〔２〕、〔３〕の要件を満たさない。すなわち、サンプル２６〜２９は、表面被覆率が９０％未満であり、かつ、突起Ｐの存在割合が、複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に、５％以上３５％以下の範囲内ではない。
【００６０】
サンプル１〜１９（実施例）は、いずれも、サンプル２０〜２９（比較例）と比較して、通電前後での抵抗変化率が同等以上であった。すなわち、サンプル１〜１９（実施例）は、いずれも、サンプル２０〜２９（比較例）と比較して、性能の低下が抑制されている。これは、炭素層４が、金属炭化物含有繊維２の表面の９０％以上を覆うため、炭素層の導通経路が断絶され難く、また、表面の突起の存在割合を、複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に３５％以下にすることにより、炭素層の破損が抑制されるためと考えられる。
【００６１】
上記〔１〕〜〔３〕の要件のみを満たすサンプル１〜５のうち、サンプル２０〜２９（比較例）と同じ金属炭化物を主成分とする合成繊維であるサンプル１〜３は、サンプル２０〜２９と比較して、変位性が優れており、熱伝導率が同等以上であった。これは、第１に、炭素層４が、金属炭化物含有繊維２の表面の９０％以上を覆うため、炭素層４の導通経路が断絶され難く、電気伝導性および熱伝導性の低下を抑制することができるためと考えられる。第２に、表面の突起の存在割合を、複合繊維の表面において２μｍ×２μｍの観察視野に３５％以下にすることにより、炭素層の破損が抑制され、電気伝導性および熱伝導性の低下を抑制することができるためと考えられる。
【００６２】
サンプル６〜１０は、いずれも、サンプル２０〜２９（比較例）と比較して、さらに、変位性および引張強度が同等以上であった。また、サンプル６〜１０は、サンプル１〜５と比較しても、引張強度が同等以上であった。これは、複合繊維１０の繊維方向に略直交する断面において、金属炭化物含有繊維２の断面積Ｂに対する炭素層４の断面積Ａの比Ａ／Ｂが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０であるためと考えられる。断面積の比Ａ／Ｂが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０の範囲内では、複合繊維１０を折り曲げた際の、炭素層４の破損が抑制される。また、断面積の比Ａ／Ｂが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．２０の範囲内では、炭素層４が厚すぎることに起因する炭素層４と金属炭化物含有繊維２との界面でのクラック（剥がれ）が抑制される。その結果、電気伝導性の低下が抑制され、引張強度の低下が抑制されたと考えられる。
【００６３】
サンプル１１〜１４は、サンプル２０〜２９（比較例）と比較して、さらに、通電前後での抵抗率変化が優れていた。また、サンプル１１〜１４は、サンプル６〜１０と比較して、さらに、通電前後での抵抗率変化が優れていた。これは、水分含有量が１．０重量％以下であるため、複合繊維１０を用いて通電させた場合に、複合繊維１０と直交方向の複合繊維１０の膨潤を抑制することができ、複合繊維の膨潤による電気抵抗の増大を抑制することができたためと考えられる。また、通電時に複合繊維１０が発熱した場合に、複合繊維１０の中に存在する水分と炭素の反応による一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、および水素（Ｈ2）のいずれかのガスの発生を抑制することができたため、電気伝導性の低下を抑制することができたと考えられる。
【００６４】
サンプル１５〜１９は、全ての評価項目が、サンプル２０〜２９（比較例）と比較して、優れていた。また、サンプル１５〜１９は、サンプル１１〜１４と比較して、さらに、変位性、熱伝導性、および引張強度が優れていた。これは、複合繊維１０の副成分の金属成分の含有率を、酸化物換算で０．１重量％以下にすることにより、熱処理後の副成分の金属成分を起点とする繊維の破損を抑制することができ、電気伝導性、熱伝導性、および引張強度の低下が抑制されたためと考えられる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態の繊維製品１００の概略構成を説明するための説明図である。図示するように、繊維製品１００は、複数の複合繊維１０(第１実施形態)を撚り合わせた糸状に形成されている。本実施形態の繊維製品１００は、複数の複合繊維１０を撚り合わせた下撚り糸を、下撚りと逆方向に撚り合わせる（上撚りする）ことによって形成されている。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態の繊維製品１００によれば、複数の複合繊維１０が束ねられ、撚糸されているため、強度が増し、電気伝導性、熱伝導性のバラツキを大きく低減させることができる。また、複数の複合繊維１０を撚糸することにより強度が増した結果、諸物性の値が安定する。また、繊維製品１００によれば、強度が増すため、取り扱いが容易になる。
【００６７】
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６８】
・上記実施形態では、複合繊維１０を撚り合わせて糸状に形成された繊維製品１００を例示したが、繊維製品１００は上記実施形態に限定されない。例えば、複合繊維１０を編み込んで糸状に形成してもよいし、布状に形成してもよい。また、複合繊維１０を撚り合わせる方法も、上記実施形態に限定されず、種々の公知の方法で撚り合わせることができる。
【００６９】
・本発明の複合繊維は、電気伝導、熱伝導の媒体として使用することができる。具体的に
は、複合繊維は、トランスやモーターの導線、送電線、配線基板、放熱基板、線材等に利用可能である。また、複合繊維のみを用いてもよく、複合繊維と異なる材料（例えば、樹脂材料）とを組み合わせたものを用いてもよい。
【００７０】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【符号の説明】
【００７１】
２…金属炭化物含有繊維
４…炭素層
１０…複合繊維
１２…原料繊維
２０…バルク
３０…ポット
４０…固定治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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