(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブが引き出されることによる端部屑の発生、および発生した端部屑のカーボンナノチューブウェブへの混入を防止する。【解決手段】幅がＣＮＴアレイ（１）における一本のＣＮＴ（２）の長さよりも小さい溝部（１１）を形成するとともに、溝部（１１）と隣接する領域に形成されＣＮＴアレイ（１）からＣＮＴ（２）が引き出されにくい引出困難部（１２）を形成する引出困難部形成工程と、複数の引出困難部（１２）の間においてＣＮＴアレイ（１）からＣＮＴウェブ（１０）を引き出す引出工程と、を含む。【選択図】図３
2018115083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブのアレイからのカーボンナノチューブのウェブの引出方法であって、
前記アレイにおける、前記カーボンナノチューブの配向方向と垂直な少なくとも一方の面に形成される複数の溝部であって、当該溝部の幅が、前記アレイにおける一本のカーボンナノチューブの長さよりも小さい溝部を形成するとともに、
前記アレイにおける、隣り合う前記複数の溝部の間の内側であって前記溝部と隣接する領域において、前記複数の溝部の間において前記アレイから前記ウェブを引き出す際に前記アレイから前記カーボンナノチューブが引き出されにくい複数の引出困難部を形成する引出困難部形成工程と、
複数の前記引出困難部の間において前記アレイから前記ウェブを引き出す引出工程と、を含むことを特徴とするカーボンナノチューブウェブの引出方法。
【請求項２】
前記引出困難部形成工程において、前記少なくとも一方の面にレーザを照射することにより、前記溝部および前記引出困難部を形成することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブウェブの引出方法。
【請求項３】
前記複数の溝部が２つの溝部であり、
前記２つの溝部は、前記アレイから前記ウェブを引き出す方向のある地点において、前記２つの溝部の間の距離が変化するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブウェブの引出方法。
【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のアレイからのカーボンナノチューブのウェブの引出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、優れた電気伝導性や熱伝導性、機械的強度を備える材料として注目されており、様々な分野において利用されてきている。カーボンナノチューブを利用する際には、その利用形態に応じてカーボンナノチューブをフィルム状（ウェブとも呼ばれる）や糸状に成形する場合がある。
【０００３】
特許文献１には、フィルム状のカーボンナノチューブを得るための製造方法が開示されている。この製造方法は、以下のステップによって構成されている。
第一ステップ：基板に、垂直に配列された複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを成長させる。
第二ステップ：カーボンナノチューブアレイの、基板と接触する表面とは反対側の表面に、互いに平行し、間隔をおいて配置された少なくとも二つの溝部を形成する。
第三ステップ：カーボンナノチューブアレイの隣接した溝部の間における複数のカーボンナノチューブの端部を、引き出す装置に固定させる。
第四ステップ：溝部の長さ方向に沿って引き出す装置を移動させ、複数のカーボンナノチューブをカーボンナノチューブアレイから離し、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを得る。
【０００４】
この製造方法における上記第二ステップは、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す際のフィルム幅を規定するために行われるものである。すなわち、形成された二つの溝部の内側領域のカーボンナノチューブは、当該内側領域と対峙する溝部外側のカーボンナノチューブとの繋がりが解かれることになる。そのため、上記内側領域から複数のカーボンナノチューブを引き出すと、上記溝部外側のカーボンナノチューブは、上記内側領域におけるカーボンナノチューブと繋がって引き出されることがなくなる。その結果、特許文献１によれば、上記二つの溝部によって規定された上記内側領域に対応して均一な幅となるカーボンナノチューブフィルムを得ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３７７０３号公報（２０１１年２月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本願発明者らは、特許文献１に開示された上記製造方法には以下の問題点が存在することを見出した。
【０００７】
特許文献１に開示された技術では、レーザ法により形成された上記溝部の近傍には、レーザの影響を中途半端に受けたカーボンナノチューブが一定量、存在することになる。これらのカーボンナノチューブは、他のカーボンナノチューブとの繋がり度合が乱れている。そのため、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを連続的に引き出すと、溝部の近傍にはレーザの影響を中途半端に受けたカーボンナノチューブが、時折、塊となって、引き出されるカーボンナノチューブフィルムに混入する現象が生じる。なお、このように残存又は混入するカーボンナノチューブは、端部から発生する屑のようなものとして観察されることから、これを「端部屑」ということとする。
【０００８】
その結果、引き出されたカーボンナノチューブフィルムには、端部屑が不均一に混入してしまうこととなり、カーボンナノチューブフィルムの物性（例えば、電気伝導性や熱伝導性、機械的強度）の部位による不均一を招来することになる。
【０００９】
また、特許文献１の技術では、溝部の幅がカーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの長さより小さい場合、溝部の間の領域に隣接する溝部以外の領域におけるカーボンナノチューブは、溝部を横切って、隣接した溝部の間のカーボンナノチューブに接続する恐れがある。そのため、特許文献１の技術では、溝部の幅を広くしなければならず、溝部を形成する多数のカーボンナノチューブをカーボンナノチューブウェブに利用することができない。すなわち、カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブウェブとして引き出されるカーボンナノチューブの割合が低いという課題があった。
【００１０】
本発明の一態様は、上記の問題点の解消を図るために鋭意検討された結果なされたものであり、その目的は、カーボンナノチューブが引き出されることによる端部屑の発生、および発生した端部屑のカーボンナノチューブウェブへの混入を防止するとともに、カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブのうち、カーボンナノチューブウェブとして引き出されるカーボンナノチューブの割合を高くすることができる、カーボンナノチューブウェブの引出方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るカーボンナノチューブウェブの引出方法は、カーボンナノチューブのアレイからのカーボンナノチューブのウェブの引出方法であって、前記アレイにおける、前記カーボンナノチューブの配向方向と垂直な少なくとも一方の面に形成される複数の溝部であって、当該溝部の幅が、前記アレイにおける一本のカーボンナノチューブの長さよりも小さい溝部を形成するとともに、前記アレイにおける、隣り合う前記複数の溝部の間の内側であって前記溝部と隣接する領域において、前記複数の溝部の間において前記アレイから前記ウェブを引き出す際に前記アレイから前記カーボンナノチューブが引き出されにくい複数の引出困難部を形成する引出困難部形成工程と、複数の前記引出困難部の間において前記アレイから前記ウェブを引き出す引出工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、カーボンナノチューブが引き出されることによる端部屑の発生、および発生した端部屑のカーボンナノチューブウェブへの混入を防止するとともに、カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブのうち、カーボンナノチューブウェブとして引き出されるカーボンナノチューブの割合を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係るカーボンナノチューブのアレイを示す断面図である。
【図２】実施形態１における引出困難部形成工程を説明するためのものであり、（ａ）は引出困難部形成工程後のカーボンナノチューブのアレイを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】実施形態１における引出工程を説明するためのものであり、（ａ）はカーボンナノチューブのアレイからカーボンナノチューブのウェブを引き出し始めた様子を示す平面図であり、（ｂ）はカーボンナノチューブのアレイからカーボンナノチューブのウェブを引き出す様子を示す平面図であり、（ｃ）はカーボンナノチューブのアレイからカーボンナノチューブのウェブを引き出した後における、（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】実施形態１におけるカーボンナノチューブ糸の製造方法を説明するためのものであり、カーボンナノチューブのウェブを引き出しつつ、カーボンナノチューブ糸を製造している様子を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るカーボンナノチューブ糸の製造方法を説明するためのものであり、（ａ）は引出困難部形成工程後のカーボンナノチューブのアレイを示す平面図であり、（ｂ）はカーボンナノチューブのウェブを引き出しつつ、カーボンナノチューブ糸を製造している様子を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係るカーボンナノチューブ糸の製造方法を説明するためのものであり、（ａ）は引出困難部形成工程後のカーボンナノチューブのアレイを示す平面図であり、（ｂ）はカーボンナノチューブのウェブを引き出しつつ、カーボンナノチューブ糸を製造している様子を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係るカーボンナノチューブ糸の製造方法を説明するためのものであり、（ａ）は引出困難部形成工程後のカーボンナノチューブのアレイを示す平面図であり、（ｂ）はカーボンナノチューブのウェブを引き出しつつ、カーボンナノチューブ糸を製造している様子を示す平面図である。
【図８】本発明の引出方法の実施例および比較例を説明するためものであり、カーボンナノチューブのアレイからカーボンナノチューブのウェブを引き出した後における、カーボンナノチューブのアレイを示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の引出方法の比較例１、比較例２、および実施例１の引出方法によってカーボンナノチューブのウェブを引き出した後の、カーボンナノチューブのアレイの幅方向の端部近傍の拡大図である。
【図１０】上記実施例１による引出方法において、カーボンナノチューブのアレイからカーボンナノチューブのウェブを引き出している様子を示す俯瞰図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１におけるカーボンナノチューブのウェブの引出方法について、図１〜４に基づいて詳細に説明する。なお、本明細書中の「Ａ〜Ｂ」は「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。
【００１５】
（カーボンナノチューブのアレイ）
まず、本実施形態において用いるカーボンナノチューブのアレイについて、図１に示す断面図を参照しながら説明する。図１は、本実施形態において用いるカーボンナノチューブのアレイを示す断面図である。
【００１６】
なお、カーボンナノチューブのアレイとは、長軸方向の少なくとも一部が一定の方向に配向するように基板上に成長してなるカーボンナノチューブの集合体を意味する。以下では、カーボンナノチューブを「ＣＮＴ」、カーボンナノチューブのアレイを「ＣＮＴアレイ」、およびカーボンナノチューブのウェブを「ＣＮＴウェブ」と略記する。
【００１７】
ＣＮＴアレイ１は、これを構成する多数のＣＮＴ２が、図１に示すように、基板３上に、長軸方向がほぼ垂直配向するように形成されることにより構成されている。このＣＮＴアレイ１は、化学気相堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって製造される。以下に、ＣＮＴアレイ１の製造方法について説明する。
【００１８】
ＣＮＴアレイ１は、表面に触媒層が形成された基板３を、予め所定の温度（６００〜１０００℃）に予熱された熱ＣＶＤチャンバに設置し、熱ＣＶＤチャンバにガスを所定時間流入させることによって形成される。
【００１９】
より詳細には、本実施形態では、基板３としてステンレス基板を用いている。ただし、基板３は、ステンレス基板に限定されるものではなく、例えば、シリコン基板、石英基板などを用いてもよい。基板３としてステンレス基板を用いる場合には、基板３と触媒層との間にバッファ層を形成することが好ましい。これにより、触媒層に対する、ステンレスの構成元素であるクロムの影響を防ぐことができる。バッファ層は、例えば、シリカやアルミナによって構成される。なお、本実施形態における基板３は、ＣＮＴアレイ１を形成するための面を有する基板であればよく、板状の部材に限らない。
【００２０】
また、本実施形態では、上記の触媒層は、鉄（Ｆｅ）により構成されており、ＥＢ（電子ビーム、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）法によって形成される。ただし、本発明における触媒層は、Ｆｅに限られるものではなく、例えば、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）などにより構成されてもよい。また、本発明における触媒層は、スパッタ法や真空蒸着法などによって形成されてもよい。
【００２１】
また、本実施形態では、上記ガスとして、アセチレンを用いる。ただし、本発明におけるガスは、メタン、エタン、プロパンもしくはヘキサンなどのアルカン類、エチレン類もしくはプロピレンなどの不飽和有機化合物、または、ベンゼンもしくはトルエンなどの芳香族化合物などであってもよい。
【００２２】
上記のように製造されることにより、本実施形態におけるＣＮＴアレイ１を構成するＣＮＴ２は、外径が１０〜３０ｎｍ、長さが５０〜１０００μｍであり、５〜１０層からなる多層ＣＮＴである。そして、ＣＮＴアレイ１は、上記ＣＮＴ２が、１ｃｍ２あたり１０９〜１０１１本形成されたものであることが好ましい。
【００２３】
なお、本発明において用いるＣＮＴアレイは、上記のものに限られない。すなわち、本発明において用いるＣＮＴアレイは、上述のとおり長軸方向の少なくとも一部が一定の方向に配向するように基板上に成長してなるＣＮＴの集合体であればよく、例えば、ＣＮＴは、単層ＣＮＴや２層以上の多層ＣＮＴであってもよい。
【００２４】
（ＣＮＴウェブの引出方法）
次に、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す（ドローイングとも呼ばれる）方法について、図２および図３を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施形態におけるＣＮＴウェブ１０の引出方法は、引出困難部形成工程と、引出工程とを含む。以下に、それぞれの工程について詳細に説明する。
【００２６】
＜引出困難部形成工程＞
引出困難部形成工程は、カーボンナノチューブのアレイにおける、カーボンナノチューブの配向方向と垂直な少なくとも一方の面に形成される複数の溝部の幅が、上記アレイにおける一本のカーボンナノチューブの長さよりも小さい溝部を形成するとともに、上記アレイにおける、隣り合う上記複数の溝部の間の内側領域であって上記溝部と隣接する領域において上記アレイからカーボンナノチューブのウェブを引き出す際に上記アレイからカーボンナノチューブが引き出されにくい引出困難部を形成する工程である。
【００２７】
本実施形態における引出困難部形成工程について、図２を参照しながら説明する。なお、引出困難部１２は、後述する引出工程においてＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す際に、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴ２が引き出されないＣＮＴアレイ１の領域である。図２は、本実施形態における引出困難部形成工程を説明するためのものであり、（ａ）は引出困難部形成工程後のＣＮＴアレイ１を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。ここで、ＣＮＴウェブとは、ＣＮＴアレイから一部のＣＮＴを所定方向（典型的には、基板表面に沿う方向）に引き抜いたときに、他のＣＮＴが連なって引き出されることにより形成される網目状のＣＮＴの集合体を意味する。この現象は、ＣＮＴアレイを構成する各ＣＮＴが周辺のＣＮＴとファンデルワールス力によりバンドル化されているために生じるものである。なお、ＣＮＴアレイからＣＮＴウェブを引き出す技術は、一般に「ＣＮＴ紡績」や「ＣＮＴのドローイング」などと称されることもある。以降では、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す方向（図２の（ａ）における縦方向）を「引出方向」といい、引出方向に直交する方向（図２の（ａ）における横方向）を「幅方向」と呼称する。
【００２８】
引出困難部形成工程は、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴウェブ１０を引き出したい領域Ｄ（図２の（ａ）において、破線で囲んだ領域）の幅方向両端部の両外側のＣＮＴ２に対して、基板３とは反対側からレーザ装置によりレーザ（レーザ光）を照射する工程である。前記レーザ装置は、ガスレーザ装置、固体レーザ装置、半導体レーザ装置、液体レーザ装置、二酸化炭素レーザ装置など従来のレーザ装置を用いることができる。レーザの照射は、例えば、一定の出力のレーザをＣＮＴアレイ１のＣＮＴ２に照射しながら、基板３を載置した台座（不図示）を所定の速度で、一定の方向に移動させることにより行う。このとき、上記所定の速度、およびレーザのパルス周期速度を調整することにより、ＣＮＴアレイ１へのレーザの照射時間を調整することができる。なお、引出困難部形成工程では、レーザの照射に限られない。
【００２９】
本実施形態では、図２に示すように、レーザを照射されたＣＮＴ２の基板３からの高さがＣＮＴアレイ１における一本のＣＮＴ２の長さ（すなわち、レーザを照射されていないＣＮＴ２の長さ）よりも短くなるように、レーザの出力、照射時間およびパルス周期が調整されている。なお、レーザの出力、照射時間およびパルス周期は、レーザを照射されたＣＮＴ２が完全に除去されないように調整されている。例えば、レーザのパルス周期が充分に長い場合、レーザ照射に起因する熱の影響により、溝部１１におけるＣＮＴ２が完全に除去されることになるので好ましくない。
【００３０】
本実施形態では、例えば、レーザを照射されたＣＮＴ２の高さが、レーザを照射される前のＣＮＴ２の高さに対して１０〜９０％となるようにレーザを照射する。これにより、ＣＮＴアレイ１の基板３と接触する面とは反対側の面の深さが、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴ２の長さ（すなわち、レーザを照射されていないＣＮＴ２の長さ）よりも小さい溝部１１が形成される。そして、レーザを照射されたＣＮＴ２は、溝部１１において、互いに絡まり合って保持される。本実施形態における引出困難部形成工程では、ＣＮＴアレイ１において、引出方向に平行な２つの溝部１１を形成する。
【００３１】
溝部１１の幅（図２の（ａ）および（ｂ）における左右方向の長さ）は、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴ２の長さ（すなわち、レーザを照射されていないＣＮＴ２の長さ）よりも小さく（狭く）する。これにより、レーザ照射に起因する熱の影響により、溝部１１におけるＣＮＴ２が完全に除去されることを防ぐことができる。また、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴ２のうち、ＣＮＴウェブ１０として引き出されるＣＮＴ２の割合を高くすることができる。特に、溝部１１の幅は、レーザを照射される前のＣＮＴ２の高さの１０〜９０％の長さであることが好ましい。例えば、溝部１１の幅および引出困難部１２の幅は、５０〜１０００μｍとなるように形成することができる。
【００３２】
さらに、引出困難部形成工程では、上記のレーザの照射により、溝部１１を形成するとともに、溝部１１の幅方向の両端部に隣接する引出困難部１２を形成する。引出困難部１２は、レーザの出力、照射時間およびパルス周期を調整することにより形成することができる。引出困難部形成工程における、レーザの出力、照射時間およびパルス周期の具体的な例については、後述する実施例において記載する。また、引出困難部１２は、高さがＣＮＴ２の長さと同程度（レーザを照射される前のＣＮＴ２の高さの７０〜１００％、好ましくは、９０〜１００％の長さ）に形成されることが好ましい。溝部１１および引出困難部１２の幅（図２の（ａ）および（ｂ）における左右方向の長さ）は、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴ２の長さ（すなわち、レーザを照射されていないＣＮＴ２の長さ）よりも狭くすることが好ましい。
【００３３】
以上のように、引出困難部形成工程では、基板３とは反対側からＣＮＴアレイ１にレーザを照射することにより、溝部１１と引出困難部１２とが形成される。
【００３４】
なお、本実施形態では、ＣＮＴアレイ１に２つの溝部１１を形成する態様であったがこれに限られない。例えば、ＣＮＴアレイ１に３つ以上の複数の互いに平行な溝部１１を形成し、複数の溝部１１（引出困難部１２）の間（内側領域）において、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブをそれぞれ引き出す態様であってもよい。
【００３５】
＜引出工程＞
次に、本実施形態における引出工程について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態における引出工程を説明するためのものであり、（ａ）はＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出し始めた様子を示す平面図であり、（ｂ）はＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す様子を示す平面図であり、（ｃ）はＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出した後における、（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００３６】
引出工程は、引出困難部１２の間においてＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す工程である。具体的には、まず、図３の（ａ）に示すように、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴウェブ１０を引き出したい領域Ｄ（すなわち、２つの引出困難部１２の間の領域）の引出方向端部に存在する所定量のＣＮＴ２の束を引張装置の引張部材３０に付着させる。次に、引出方向、かつ、基板３から離れる向き（図３の（ａ）に示す矢印方向）に、引張部材３０を移動させる。これにより、引張部材３０に付着したＣＮＴ２の束が基板３から脱離し、ＣＮＴアレイ１から引き出される。なお、引張部材３０として、ここでは領域Ｄの幅方向の長さと同じ長さの細長い円柱状の部材を用いているが、引張部材３０はこれに限らず、領域Ｄの幅方向に沿い、領域Ｄの幅方向の長さと同一またはそれよりも長い面または辺を有する部材であればよい。
【００３７】
さらに、基板３から離れる向きに引張部材３０を移動させると、図３の（ｂ）に示すように、引き出されたＣＮＴ２と、ＣＮＴアレイ１に存在するＣＮＴ２との間に働くファンデルワールス力によって、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴ２が次々と引き出され、ＣＮＴウェブ１０が形成され、このＣＮＴウェブ１０が引き出される。
【００３８】
ここで、上記背景技術欄において説明した従来のＣＮＴの引出方法では、上述のとおりレーザ照射に起因して発生する端部屑がＣＮＴウェブへ混入する問題があった。
【００３９】
これに対して、本実施形態の引出方法では、領域Ｄの幅方向の両端部に引出困難部１２が形成されており、さらに、引出困難部１２の領域Ｄとは反対側の両端部に溝部１１が形成されている。溝部１１は、深さがＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴ２の長さ（すなわち、レーザを照射されていないＣＮＴ２の長さ）よりも小さくなっている。換言すれば、溝部１１には、基板３からの高さがＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴ２の長さ（すなわち、レーザを照射されていないＣＮＴ２の長さ）よりも短いＣＮＴ２が存在している。その結果、溝部１１に存在するＣＮＴ２と、引出困難部１２に存在するＣＮＴ２とが絡まり合った状態となっている。これにより、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴ２を引き出す際に、引出困難部１２に存在するＣＮＴ２が引き出されず、領域Ｄに存在するＣＮＴ２のみを引き出し、ＣＮＴウェブ１０を引き出すことができる。したがって、引出困難部１２が引き出されることに起因する端部屑の発生、および発生した端部屑のＣＮＴウェブ１０への混入することを抑制することができる。また、本実施形態では、溝部１１が互いに平行に形成されているので、引出方向に均一なＣＮＴウェブ１０を引き出すことができる。
【００４０】
（ＣＮＴ糸の製造）
次に、本実施形態におけるＣＮＴ糸の製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態におけるＣＮＴ糸の製造方法を説明するためのものであり、ＣＮＴウェブ１０を引き出しつつ、ＣＮＴ糸４０を製造している様子を示す平面図である。
【００４１】
本発明の一実施形態におけるＣＮＴ糸の製造方法は、上述したＣＮＴウェブ１０の引出方法によりＣＮＴウェブ１０を引き出す引出工程と、引出工程により引き出されたＣＮＴウェブ１０に撚りをかける撚糸工程とを含んでいる。
【００４２】
撚糸工程は、公知の撚糸技術を用いることができる。例えば、ＣＮＴウェブ１０の引出方向に沿った回転軸を有し、引出方向に移動するスピンドルを設け、図４に示すように、ＣＮＴウェブ１０を引き出しながら回転させることによりＣＮＴ糸４０を撚糸すればよい。あるいは、引出工程によって引き出したＣＮＴウェブ１０を複数枚積層し、所定の幅にカッティングしたうえで積層したＣＮＴウェブ１０に撚りをかけることにより撚糸してもよい。このように積層したＣＮＴウェブ１０を撚糸して製造したＣＮＴ糸は、１層のＣＮＴウェブ１０を撚糸して製造したものと比較して強度が増す。
【００４３】
本実施形態の製造方法によって製造されたＣＮＴ糸４０は、上記引出工程によって引き出された、端部屑が混入していない均一なＣＮＴウェブ１０を用いて製造される。そのため、物性（例えば、電気伝導性や熱伝導性、機械的強度）の部位による不均一が抑制され、より均一なＣＮＴ糸を製造することができる。また、本実施形態では、２つの溝部１１がそれぞれ引出方向に平行に形成されているので、ＣＮＴウェブ１０は、引出方向に均一となっている。これにより、物性が長さ方向に均一なＣＮＴ糸４０を製造することができる。
【００４４】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４５】
本実施形態におけるＣＮＴウェブ１０の引出方法は、引出困難部形成工程において、ＣＮＴアレイ１に形成する引出困難部１２の形状が、実施形態１と異なっている。
【００４６】
図５の（ａ）は引出困難部形成工程後のＣＮＴアレイ１を示す平面図であり、（ｂ）はＣＮＴウェブ１０を引き出しつつ、ＣＮＴ糸４１を製造している様子を示す平面図である。
【００４７】
本実施形態における引出困難部形成工程では、図５の（ａ）に示すように、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す方向（図５の（ａ）に示す矢印方向）に向かうにつれて、溝部１１の間の距離および引出困難部１２の間の距離が変化する（特に、距離が大きくなる）ように、溝部１１および引出困難部１２を形成する。これにより、引出工程においてＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す際に、ＣＮＴウェブ１０を引き出すにつれてＣＮＴウェブ１０を引き出す幅が徐々に狭まるようになっている。その結果、図５の（ｂ）に示すように、本実施形態におけるＣＮＴウェブ１０を用いて製造されるＣＮＴ糸４１は、徐々に直径が小さくなる。これにより、長さ方向において物性（例えば、電気伝導性や熱伝導性、機械的強度）が徐々に変化するＣＮＴ糸４１を製造することができる。
【００４８】
本実施形態における引出工程においても、実施形態１と同様に、ＣＮＴアレイ１とＣＮＴウェブ１０との境界領域の幅方向の両端部に引出困難部１２が形成されており、さらに、引出困難部１２の領域Ｄとは反対側の両端部に溝部１１が形成されているので、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴ２を引き出す際に、引出困難部１２に存在するＣＮＴ２が引き出されず、領域Ｄに存在するＣＮＴ２のみを引き出し、ＣＮＴウェブ１０を引き出すことができる。したがって、引出困難部１２が引き出されることに起因する端部屑の発生、および発生した端部屑のＣＮＴウェブ１０への混入することを抑制することができる。
【００４９】
例えば、ＣＮＴ糸４１を用いて抵抗加熱を行った場合、ＣＮＴ糸４１において直径が小さい箇所では温度上昇を高くし、ＣＮＴ糸４１において直径が大きい箇所では温度上昇を低くすることができる。また、例えば、直径が小さい箇所では電気抵抗が高く、直径が大きい箇所では電気抵抗が小さいＣＮＴ糸４１とすることができる。また、例えば、袋状の伸縮性フィルムにより形成されている風船の周りにＣＮＴ糸４１を巻き付けて風船を膨らます場合、ＣＮＴ糸４１において直径が小さい箇所では風船の膨らみが大きく、ＣＮＴ糸４１において直径が大きい箇所では風船の膨らみが小さくなるようにすることができる。
【００５０】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５１】
本実施形態におけるＣＮＴウェブ１０の引出方法は、引出困難部形成工程において、ＣＮＴアレイ１に形成する引出困難部１２の形状が、実施形態１と異なっている。
【００５２】
図６の（ａ）は引出困難部形成工程後のＣＮＴアレイ１を示す平面図であり、（ｂ）はＣＮＴウェブ１０を引き出しつつ、ＣＮＴ糸４２を製造している様子を示す平面図である。
【００５３】
本実施形態における引出困難部形成工程では、図６の（ａ）に示すように、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す方向（図６の（ａ）に示す矢印方向）に向かうにつれて、溝部１１の間の距離および引出困難部１２の間の距離が変化する（特に、距離が小さくなる）ように、溝部１１および引出困難部１２を形成する。これにより、引出工程においてＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す際に、ＣＮＴウェブ１０を引き出すにつれてＣＮＴウェブ１０を引き出す幅が徐々に広がるようになっている。その結果、図６の（ｂ）に示すように、本実施形態におけるＣＮＴウェブ１０を用いて製造されるＣＮＴ糸４２は、徐々に直径が大きくなる。これにより、長さ方向において物性（例えば、電気伝導性や熱伝導性、機械的強度）が徐々に変化するＣＮＴ糸４２を製造することができる。
【００５４】
本実施形態における引出工程においても、実施形態１と同様に、ＣＮＴアレイ１とＣＮＴウェブ１０との境界領域の幅方向の両端部に引出困難部１２が形成されており、さらに、引出困難部１２の領域Ｄとは反対側の両端部に溝部１１が形成されているので、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴ２を引き出す際に、引出困難部１２に存在するＣＮＴ２が引き出されず、領域Ｄに存在するＣＮＴ２のみを引き出し、ＣＮＴウェブ１０を引き出すことができる。したがって、引出困難部１２が引き出されることに起因する端部屑の発生、および発生した端部屑のＣＮＴウェブ１０への混入することを抑制することができる。
【００５５】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５６】
本実施形態におけるＣＮＴウェブ１０の引出方法は、引出困難部形成工程において、ＣＮＴアレイ１に形成する引出困難部１２の形状が、実施形態１と異なっている。
【００５７】
図７の（ａ）は引出困難部形成工程後のＣＮＴアレイ１を示す平面図であり、（ｂ）はＣＮＴウェブ１０を引き出しつつ、ＣＮＴ糸４３を製造している様子を示す平面図である。
【００５８】
本実施形態における引出困難部形成工程では、図７の（ａ）に示すように、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す方向（図７の（ａ）に示す矢印方向）の地点Ｐにおいて、２つの溝部１１の間の距離が変化（特に、段になるように変化）するように、溝部１１および引出困難部１２を形成する。具体的には、地点Ｐよりも引出方向側における溝部１１の間の距離（引出困難部１２の間の距離）が、地点Ｐよりも引出方向とは反対側における溝部１１の距離（引出困難部１２の間の距離）よりも大きくなるように、溝部１１および引出困難部１２を形成する。これにより、引出工程においてＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す際に、地点Ｐを境にＣＮＴウェブ１０を引き出す幅を急激に小さくなるようになっている。その結果、図７の（ｂ）に示すように、本実施形態におけるＣＮＴウェブ１０を用いて製造されるＣＮＴ糸４２は、長さ方向のある地点において直径が急激に小さくなる。これにより、長さ方向において物性（例えば、電気伝導性や熱伝導性、機械的強度）が急激に変化するＣＮＴ糸４３を製造することができる。
【００５９】
本実施形態における引出工程においても、実施形態１と同様に、ＣＮＴアレイ１とＣＮＴウェブ１０との境界領域の幅方向の両端部に引出困難部１２が形成されており、さらに、引出困難部１２の領域Ｄとは反対側の両端部に溝部１１が形成されているので、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴ２を引き出す際に、引出困難部１２に存在するＣＮＴ２が引き出されず、領域Ｄに存在するＣＮＴ２のみを引き出し、ＣＮＴウェブ１０を引き出すことができる。したがって、引出困難部１２が引き出されることに起因する端部屑の発生、および発生した端部屑のＣＮＴウェブ１０への混入することを抑制することができる。
【００６０】
なお、上述の各実施形態では、基板３上に形成されたＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す態様であったが、本発明はこれに限られない。本発明の一態様では、例えば、基板３上にＣＮＴアレイ１を形成し、当該基板から剥がした後のＣＮＴアレイに対して、引出困難部形成工程（すなわち、溝部および引出困難部を形成する工程）および引出工程を行ってＣＮＴウェブを引き出す態様であってもよい。
【００６１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００６２】
＜第１実施例＞
本発明の一実施例について図８〜図１０に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００６３】
本実施例では、本発明のＣＮＴウェブの引出方法の実施例１と、本発明の比較例としてのＣＮＴウェブの引出方法の比較例１および２について説明する。
【００６４】
実施例１および比較例１、２では、以下の条件のＣＮＴアレイを使用した。
【００６５】
ＣＮＴの種類：５〜１０層からなる多層ＣＮＴ
ＣＮＴの外径：１１ｎｍ
ＣＮＴの長さ：３００μｍ
ＣＮＴの密度：２×１０１０本／ｃｍ２。
【００６６】
実施例１および比較例１、２における引出困難部形成工程では、ＣＮＴアレイ１を形成した基板３を台座に載置し、レーザ装置（パナソニック社製、ＬＰ−Ｓ５０５）を用いて、レーザをＣＮＴアレイ１に定点照射しながら、台座を１０００ｍｍ／ｓｅｃで一定方向に移動させることにより、ＣＮＴアレイ１に溝部および引出困難部１２を形成した。このとき、溝部間の距離が５ｍｍとなるように、ＣＮＴアレイ１に対してレーザを照射した。実施例１および比較例１、２における、ＣＮＴアレイ１に対するレーザの照射条件を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2018115083.tif 000003
【００６８】
ＣＮＴアレイ１に対して、上記の条件でレーザ照射を照射したところ、比較例１および２（すなわち、パルス周期が長い場合）では、レーザによる加工深度が深く、レーザが基板３まで達しており、溝部１１にＣＮＴ２が残存しなかった。これに対して、実施例１（すなわち、パルス周期が短い場合）には、レーザによる加工深度が浅く、溝部１１にＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴ２の高さよりも低い高さのＣＮＴ２が残存した。
【００６９】
次に、上記の条件で引出困難部形成工程を行ったＣＮＴアレイ１に対して、引出工程を行った。本実施例では、基板３に対して２．９°上向き傾斜させ、１分あたり５．７ｍのＣＮＴウェブ１０をＣＮＴアレイ１から引き出した。
【００７０】
図８は、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出した後における、ＣＮＴアレイ１を示す図である。図９の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例１、比較例２、および実施例１の引出方法によってＣＮＴウェブ１０を引き出した後の、ＣＮＴアレイ１の幅方向の端部近傍の拡大図である。図８および図９に示すように、比較例１および比較例２による引出方法では、ＣＮＴアレイ１の幅方向の端部近傍に、引出困難部１２におけるＣＮＴ２がＣＮＴウェブ１０とともに塊となって引き出されることによって形成される端部屑が見られた。これに対して、実施例１による引出方法では、ＣＮＴアレイ１の幅方向の端部に端部屑は見られなかった。すなわち、実施例１による方法では、溝部１１に残存するＣＮＴ２と、引出困難部１２に存在するＣＮＴ２とが絡まり合った状態となっており、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴ２を引き出す際に、引出困難部１２に存在するＣＮＴ２が引き出されなかったことを示している。
【００７１】
図１０は、実施例１による引出方法において、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出している様子を示す俯瞰図である。図１０に示すように、実施例１では、ＣＮＴアレイ１からＣＮＴウェブ１０を引き出す際に、引出困難部１２が引き出されておらず、均一にＣＮＴウェブ１０が引き出すことができた。
＜第２実施例＞
本発明の他の実施例について説明すれば、以下のとおりである。
【００７２】
本実施例では、本発明のＣＮＴウェブの引出方法により、長さ方向において直径の異なる、実施例２としてのＣＮＴ糸および実施例３としてのＣＮＴ糸を作製した。
【００７３】
本実施例では、第１実施例と同様のＣＮＴアレイ１を使用した。また、引出困難部形成工程では、ＣＮＴアレイ１を形成した基板３を台座に載置し、実施例１と同じレーザ装置を用いて、レーザをＣＮＴアレイ１に定点照射しながら、台座を１０００ｍｍ／ｓｅｃで移動させることにより、ＣＮＴアレイ１に溝部および引出困難部１２を形成した。また、本実施例では、第１実施例における実施例１と同じ条件でＣＮＴアレイ１に対してレーザを照射した。
【００７４】
実施例２としてのＣＮＴ糸の作製では、ＣＮＴアレイ１の引出方向の長さを１ｃｍとし、引出方向と反対側に向かうにつれて、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴウェブ１０を引き出す幅（すなわち、溝部１１間の距離）が３０ｍｍから１０ｍｍに徐々に減少するように、２つの溝部１１を形成した。
【００７５】
上記のように２つの溝部１１を形成したＣＮＴアレイ１から長さが約６ｍのＣＮＴウェブ１０を引き出しながら、ＣＮＴウェブ１０に撚りをかけることにより実施例２としてのＣＮＴ糸を作製した。詳細な引出条件および撚糸条件、並びに、作製したＣＮＴ糸に関する測定データを表２に示す。なお、表２に示すＣＮＴ糸の抵抗値は、１ｃｍの間における抵抗値を計測したものである。
【００７６】
【表２】
2018115083.tif 000004
【００７７】
表２に示すように、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴウェブ１０を引き出す幅が３０ｍｍから１０ｍｍに徐々に減少するように２つの溝部１１を形成することにより、直径が徐々に小さくなる実施例２としてのＣＮＴ糸を作製することができた。また、表２に示すように、実施例２としてのＣＮＴ糸は、直径が徐々に小さくなるにつれて抵抗値が徐々に大きくなった。
【００７８】
実施例３としてのＣＮＴ糸の作製では、ＣＮＴアレイ１の引出方向の長さを１ｃｍとし、ＣＮＴアレイ１における引出開始位置から引出方向とは反対側に０．５ｃｍの地点において、ＣＮＴアレイ１におけるＣＮＴウェブ１０を引き出す幅（すなわち、溝部１１間の距離）が３０ｍｍから１０ｍｍに減少するように、２つの溝部１１を形成した。
【００７９】
上記のように２つの溝部１１を形成したＣＮＴアレイ１から長さが約６ｍのＣＮＴウェブ１０を引き出しながら、ＣＮＴウェブ１０に撚りをかけることにより実施例３としてのＣＮＴ糸を作製した。詳細な引出条件および撚糸条件、並びに、作製したＣＮＴ糸に関する測定データを表２に示す。なお、実施例３としてのＣＮＴ糸の作製では、ＣＮＴアレイ１における引出開始位置から引出方向とは反対側に０．５ｃｍの地点において、撚糸数を５０００Ｔ／ｍから２００００Ｔ／ｍへと変化させた。
【００８０】
【表３】
2018115083.tif 000005
【００８１】
表３に示すように、上記のように２つの溝部１１を形成することにより、直径が急激に小さくなる実施例３としてのＣＮＴ糸を作製することができた。
【符号の説明】
【００８２】
１  カーボンナノチューブアレイ（ＣＮＴアレイ）
２  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
１０  カーボンナノチューブウェブ（ＣＮＴウェブ）
１１  溝部
１２  引出困難部
【図１】
2018115083.tif 000006
【図２】
2018115083.tif 000007
【図３】
2018115083.tif 000008
【図４】
2018115083.tif 000009
【図５】
2018115083.tif 000010
【図６】
2018115083.tif 000011
【図７】
2018115083.tif 000012
【図８】
2018115083.tif 000013
【図９】
2018115083.tif 000014
【図１０】
2018115083.tif 000015