特許 6462417 カーボンナノチューブ複合繊維の製造方法、カーボンナノチューブ複合繊維の製造装置およびカーボンナノチューブ複合繊維

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6462417

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブ複合繊維の製造方法、カーボンナノチューブ複合繊維の製造装置およびカーボンナノチューブ複合繊維

(51)【国際特許分類】

   D02G 3/38 20060101AFI20190121BHJP

   D02G 3/16 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   D02G3/38

   D02G3/16

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-38368(P2015-38368)

(22)【出願日】2015年2月27日

(65)【公開番号】特開2016-160538(P2016-160538A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2017年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(74)【代理人】

【識別番号】100149607

【弁理士】

【氏名又は名称】宇田 新一

(74)【代理人】

【識別番号】100182420

【弁理士】

【氏名又は名称】冨永 宗平

(72)【発明者】

【氏名】井上 鉄也

(72)【発明者】

【氏名】森原 典史

(72)【発明者】

【氏名】山下 智也

【審査官】 斎藤 克也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１６９５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６８６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００４５６４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２５２７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８１０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８７９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００５０９２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ０２Ｇ １／００ − ３／４８

Ｄ０２Ｊ １／００ − １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定方向に延びる芯材を準備する工程と、
基板上に配置され、前記基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを準備する工程と、
前記基板上の前記複数のカーボンナノチューブから、前記複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸を引き出して調製する工程と、
前記カーボンナノチューブ無撚糸を、前記芯材に巻き付けて、複合繊維前駆体を調製する工程と、
前記複合繊維前駆体を加熱処理する工程とを含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ複合繊維の製造方法。

【請求項2】

前記複数のカーボンナノチューブを準備する工程は、
前記基板上に触媒層を配置する工程と、
前記基板に原料ガスを供給することにより、前記触媒層を起点として、前記複数のカーボンナノチューブを成長させる工程とを含んでい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複合繊維の製造方法。

【請求項3】

前記芯材は、金属からなり、
前記カーボンナノチューブ無撚糸を調製する工程において、
前記カーボンナノチューブ無撚糸を、金属を含有する金属含有液に浸漬した後、乾燥させるか、または、
前記カーボンナノチューブ無撚糸に、金属を蒸着させ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複合繊維の製造方法。

【請求項4】

前記芯材は、高分子材料からなり、
前記カーボンナノチューブ無撚糸を調製する工程において、
前記カーボンナノチューブ無撚糸を高分子材料からなるフィルムに重ねるか、または、
前記カーボンナノチューブ無撚糸を、高分子材料を含有する高分子含有液に浸漬した後、乾燥させるか、あるいは、
前記カーボンナノチューブ無撚糸に、高分子材料が溶解した高分子溶液をエレクトロスピニングす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複合繊維の製造方法。

【請求項5】

芯材を所定方向に向かって送り出すように構成され、前記所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能な送出部と、
前記送出部に対して前記所定方向に間隔を空けて配置され、前記送出部から送り出される前記芯材を回収するように構成され、前記所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能な回収部と、
前記送出部と前記回収部との間に配置される前記芯材に、カーボンナノチューブ無撚糸を供給する供給部と、
前記送出部および前記回収部のそれぞれが回転することにより、前記カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられた前記芯材を加熱するように構成される加熱部とを備えることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合繊維の製造装置。

【請求項6】

所定方向に延びる芯材と、
複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸であって、前記芯材に巻き付けられるカーボンナノチューブ無撚糸とを備えることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合繊維。

【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複合繊維の製造方法、カーボンナノチューブ複合繊維の製造装置およびカーボンナノチューブ複合繊維に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のカーボンナノチューブが連続するカーボンナノチューブ糸を、織物や導電線材などとして、各種産業製品に利用することが検討されている。このようなカーボンナノチューブ糸には、用途に応じた機械特性や電気特性などが要求される。

【0003】

しかし、カーボンナノチューブ糸単独では、要求される機械特性や電気特性などを十分に確保できない場合がある。そこで、カーボンナノチューブ糸に、必要な特性を付与すべく、他の材料を複合することが検討されている。

【0004】

例えば、中心部に糸状部材が挿通されるカーボンナノチューブ繊維が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１６９５２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に記載のカーボンナノチューブ繊維では、中心部に糸状部材が挿通されているのみであり、機械的特性の向上を十分に確保することができない。

【0007】

また、特許文献１に記載のカーボンナノチューブ繊維は、細孔を有するダイスを複数準備し、カーボンナノチューブおよび糸状部材をともに、複数のダイスの細孔を順次通過させることにより調製されるが、カーボンナノチューブおよび糸状部材をともに、ダイスの細孔に通過させることは非常に煩雑である。

【0008】

また、このような方法では、カーボンナノチューブ繊維に対して、糸状部材を精度よく中心部に配置することが困難であり、糸状部材とカーボンナノチューブとのバランスの良い特性を得ることができない。

【0009】

そこで、本発明の目的は、簡易な方法でありながら、機械特性の向上を図ることができ、かつ、芯材およびカーボンナノチューブ糸のバランスの良い特性を得ることできるカーボンナノチューブ複合繊維、カーボンナノチューブ複合繊維の製造方法およびカーボンナノチューブ複合繊維の製造装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造方法は、所定方向に延びる芯材を準備する工程と、基板上に配置され、前記基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを準備する工程と、前記基板上の前記複数のカーボンナノチューブから、前記複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸を引き出して調製する工程と、前記カーボンナノチューブ無撚糸を、前記芯材に巻き付けて、複合繊維前駆体を調製する工程と、前記複合繊維前駆体を加熱処理する工程とを含んでいる。

【0011】

このような方法によれば、芯材にカーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられた複合繊維前駆体を加熱処理するので、芯材とカーボンナノチューブ無撚糸とを複合化させることができる。そのため、カーボンナノチューブ複合繊維の機械特性の向上を確実に図ることができる。

【0012】

また、複合繊維前駆体は、カーボンナノチューブ無撚糸を、芯材に巻き付けるという簡易な方法で調製することができる。そして、複合繊維前駆体において、芯材は確実に中心部に配置され、カーボンナノチューブ無撚糸は芯材の周囲に配置される。そのため、カーボンナノチューブ複合繊維において、芯材を確実に中心部に配置でき、かつ、カーボンナノチューブ無撚糸を芯材の周囲に配置できる。その結果、カーボンナノチューブ複合繊維の機械特性のさらなる向上を図ることができながら、カーボンナノチューブ複合繊維において、芯材およびカーボンナノチューブ無撚糸のバランスの良い特性を得ることができる。

【0013】

また、カーボンナノチューブ無撚糸は、基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブから引き出されるので、カーボンナノチューブ無撚糸において、複数のカーボンナノチューブのそれぞれが、カーボンナノチューブ無撚糸の延びる方向に沿うように配向される。

【0014】

そのため、カーボンナノチューブ無撚糸が芯材に巻き付けられた状態においても、カーボンナノチューブの配向性を確実に確保することができ、カーボンナノチューブ複合繊維において、カーボンナノチューブ無撚糸に基づく特性を確実に発現させることができる。

【0015】

また、前記複数のカーボンナノチューブを準備する工程は、基板上に触媒層を配置する工程と、前記基板に原料ガスを供給することにより、前記触媒層を起点として、複数のカーボンナノチューブを成長させる工程とを含んでいることが好適である。

【0016】

このような方法によれば、基板上に配置される触媒層を起点として、複数のカーボンナノチューブが成長するので、基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを確実に準備することができる。

【0017】

また、前記芯材は、金属からなり、前記カーボンナノチューブ無撚糸を調製する工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を、金属を含有する金属含有液に浸漬した後、乾燥させるか、または、前記カーボンナノチューブ無撚糸に、金属を蒸着させることが好適である。

【0018】

このような方法によれば、カーボンナノチューブ無撚糸が芯材に巻き付けられる前に、カーボンナノチューブ無撚糸が、金属含有液に浸漬され金属を担持するか、カーボンナノチューブ無撚糸に、金属が蒸着され金属膜が形成される。

【0019】

そのため、金属からなる芯材に、そのようなカーボンナノチューブ無撚糸を巻き付けたときに、芯材とカーボンナノチューブ無撚糸とを確実に密着させることができる。さらに、複合繊維前駆体を加熱処理するときに、芯材と、カーボンナノチューブが有する金属（金属膜）とが互いに溶融するので、芯材とカーボンナノチューブとを確実に複合化することができる。

【0020】

また、前記芯材は、高分子材料からなり、前記カーボンナノチューブ無撚糸を調製する工程において、前記カーボンナノチューブ無撚糸を高分子材料からなるフィルムに重ねるか、または、前記カーボンナノチューブ無撚糸を、高分子材料を含有する高分子含有液に浸漬した後、乾燥させるか、あるいは、前記カーボンナノチューブ無撚糸に、高分子材料が溶解した高分子溶液をエレクトロスピニングすることが好適である。

【0021】

このような方法によれば、カーボンナノチューブ無撚糸が芯材に巻き付けられる前に、カーボンナノチューブ無撚糸に高分子材料からなるフィルムが重ねられるか、カーボンナノチューブ無撚糸が、高分子含有液に浸漬され高分子材料を担持するか、カーボンナノチューブ無撚糸に高分子溶液がエレクトロスピニングされる。

【0022】

そのため、高分子材料からなる芯材に、そのようなカーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けたときに、芯材とカーボンナノチューブ無撚糸とを確実に密着させることができる。さらに、複合繊維前駆体を加熱処理するときに、芯材と、カーボンナノチューブが有する高分子材料とが互いに溶融するので、芯材とカーボンナノチューブとを確実に複合化することができる。

【0023】

本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造装置は、芯材を所定方向に向かって送り出すように構成され、前記所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能な送出部と、前記送出部に対して前記所定方向に間隔を空けて配置され、前記送出部から送り出される前記芯材を回収するように構成され、前記所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能な回収部と、前記送出部と前記回収部との間に配置される前記芯材に、カーボンナノチューブ無撚糸を供給する供給部と、前記送出部および前記回収部のそれぞれが回転することにより、前記カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられた前記芯材を加熱するように構成される加熱部とを備えている。

【0024】

このような構成によれば、簡易な構成でありながら、送出部および回収部のそれぞれが回転することにより、芯材にカーボンナノチューブ無撚糸を巻き付けることができ、その後、加熱部により、カーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられた芯材を加熱することができる。

【0025】

そのため、芯材にカーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられ、かつ、芯材とカーボンナノチューブ無撚糸とが複合化したカーボンナノチューブ複合繊維を、効率よく製造することができる。

【0026】

本発明のカーボンナノチューブ複合繊維は、所定方向に延びる芯材と、前記複数のカーボンナノチューブが連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸であって、前記芯材に巻き付けられるカーボンナノチューブ無撚糸とを備えている。

【0027】

このような構成によれば、カーボンナノチューブ無撚糸が、芯材に巻き付けられているので、カーボンナノチューブ複合繊維において、芯材を確実に中心部に配置でき、カーボンナノチューブ無撚糸を芯材の周囲に配置できる。そのため、機械特性の向上を図ることができながら、芯材およびカーボンナノチューブ無撚糸のバランスの良い特性を得ることができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造方法は、簡易な方法でありながら、機械特性の向上を図ることができ、かつ、芯材およびカーボンナノチューブ無撚糸のバランスの良い特性を得ることができるカーボンナノチューブ複合繊維を製造することができる。

【0029】

また、本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造装置は、芯材にカーボンナノチューブ無撚糸が巻き付けられ、かつ、芯材とカーボンナノチューブ無撚糸とが複合化したカーボンナノチューブ複合繊維を、効率よく製造することができる。

【0030】

また、本発明のカーボンナノチューブ複合繊維は、機械特性の向上を図ることができ、かつ、芯材およびカーボンナノチューブ無撚糸のバランスの良い特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１Ａは、本発明に係るカーボンナノチューブ無撚糸の調製工程の一実施形態を説明するための説明図であって、基板上に触媒層を形成する工程を示す。図１Ｂは、図１Ａに続いて、基板を加熱して、触媒層を複数の粒状体に凝集させる工程を示す。図１Ｃは、図１Ｂに続いて、複数の粒状体に原料ガスを供給して、複数のカーボンナノチューブを成長させる工程を示す。図１Ｄは、図１Ｃに続いて、複数のカーボンナノチューブを引き出して、カーボンナノチューブ無撚糸を調製する工程を示す。

【図2】図２は、本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造装置の一実施形態の斜視図である。

【図3】図３は、図２に示すカーボンナノチューブ複合繊維の製造装置の概略構成図である。

【図4】図４は、図３に示すカーボンナノチューブ複合繊維の断面図である。

【図5】図５は、本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造装置の他の実施形態（浸漬部をさらに備える構成）の概略構成図である。

【図6】図６は、本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造装置の他の実施形態（蒸着部をさらに備える構成）の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

１．一実施形態
本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造方法は、例えば、図２および図３に示すように、芯材２を準備する工程と、基板８上に配置される複数のカーボンナノチューブ１２を準備する工程と、基板８上の複数のカーボンナノチューブ１２からカーボンナノチューブ無撚糸３を引き出す工程と、芯材２にカーボンナノチューブ無撚糸３を巻き付けて、複合繊維前駆体４を調製する工程と、複合繊維前駆体４を加熱処理して、カーボンナノチューブ複合繊維１を調製する工程とを含んでいる。

【0033】

このような製造方法では、まず、芯材２およびカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれを準備する。

【0034】

芯材２は、所定方向に延びる線形状を有している。芯材２の断面形状（芯材２を所定方向と直交する方向に切断したときの断面形状）は、特に制限されず、例えば、円形状、多角形状（例えば、四角形状、六角形状、八角形状など）などが挙げられ、中空であってもよく、中実であってもよい。このような芯材２の断面形状のなかでは、図４に示すように、好ましくは、円形形状、さらに好ましくは、中実の円形形状が挙げられる。

【0035】

芯材２の材料は、カーボンナノチューブ複合繊維１の用途により適宜選択されるが、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属、高分子材料などが挙げられ、好ましくは、金属および高分子材料が挙げられる。

【0036】

金属としては、特に制限されず、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、スズ、白金、金、および、それらを含む合金などが挙げられる。このような金属のなかでは、好ましくは、アルミニウム、チタン、銅、銀、金、および、それらを含む合金が挙げられ、さらに好ましくは、銅が挙げられる。

【0037】

高分子材料としては、特に制限されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられ、好ましくは、熱可塑性樹脂が挙げられる。

【0038】

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））、ポリアミド、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ））、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタンなどが挙げられる。このような熱可塑性樹脂のなかでは、好ましくは、ポリエステルが挙げられる。

【0039】

芯材２の断面形状が円形状である場合、芯材２の外径は、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、３０μｍ以上、例えば、２０００μｍ以下、好ましくは、１５００μｍ以下である。

【0040】

より具体的には、芯材２の断面形状が円形状であり、かつ、芯材２の材料が金属である場合、芯材２の外径は、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、３０μｍ以上、例えば、３００μｍ以下、好ましくは、１００μｍ以下である。

【0041】

芯材２の断面形状が円形状であり、かつ、芯材２の材料が高分子材料である場合、芯材２の外径は、例えば、１００μｍ以上、好ましくは、５００μｍ以上、例えば、２０００μｍ以下、好ましくは、１５００μｍ以下である。

【0042】

カーボンナノチューブ無撚糸３は、図１Ｄに示すように、撚り合わされていない無撚糸であって、糸形状（線形状）を有している。つまり、カーボンナノチューブ無撚糸３の撚り角度は、略０°である。また、カーボンナノチューブ無撚糸３は、複数のカーボンナノチューブ１２が直線状に連続することにより形成されている。

【0043】

カーボンナノチューブ１２としては、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブが挙げられ、好ましくは、多層カーボンナノチューブが挙げられる。これらカーボンナノチューブ１２は、単独使用または２種類以上併用することができる。

【0044】

複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれの平均外径は、例えば、１ｎｍ以上、好ましくは、５ｎｍ以上、例えば、１００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以下、さらに好ましくは、２０ｎｍ以下である。

【0045】

また、複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれの平均長さ（平均軸線方向寸法）は、例えば、１μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上、さらに好ましくは、２００μｍ以上、例えば、１０００μｍ以下、好ましくは、５００μｍ以下、さらに好ましくは、４００μｍ以下である。なお、カーボンナノチューブ１２の平均外径および平均長さは、例えば、ラマン分光分析や、電子顕微鏡観察などの公知の方法により測定される。

【0046】

そして、複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれは、カーボンナノチューブ無撚糸３において、カーボンナノチューブ無撚糸３の延びる方向に沿うように配向される。

【0047】

このようなカーボンナノチューブ無撚糸３を調製（準備）するには、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により、基板８上に複数のカーボンナノチューブ１２を成長させた後、それらカーボンナノチューブ１２を引き出す。

【0048】

より詳しくは、この方法では、まず、図１Ａに示すように、基板８を準備する。

【0049】

基板８としては、特に限定されず、例えば、ＣＶＤ法に用いられる公知の基板が挙げられ、市販品を用いることができる。

【0050】

基板８として、具体的には、シリコン基板や、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９などが挙げられ、好ましくは、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９が挙げられる。なお、図１Ａでは、基板８が、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９である場合を示す。

【0051】

そして、基板８上、好ましくは、二酸化ケイ素膜１０上に触媒層１１を形成する。

【0052】

基板８上に触媒層１１を形成するには、金属触媒を、公知の成膜方法により、基板８（好ましくは、二酸化ケイ素膜１０）上に成膜する。

【0053】

金属触媒としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどが挙げられ、好ましくは、鉄が挙げられる。このような金属触媒は、単独使用または２種類以上併用することができる。

【0054】

成膜方法としては、例えば、真空蒸着およびスパッタリングが挙げられ、好ましくは、真空蒸着が挙げられる。

【0055】

これによって、基板８上に触媒層１１が配置される。

【0056】

なお、基板８が、二酸化ケイ素膜１０が積層されるステンレス基板９である場合、二酸化ケイ素膜１０および触媒層１１は、例えば、特開２０１４−９４８５６号公報に記載されるように、二酸化ケイ素前駆体溶液と金属触媒前駆体溶液とが混合される混合溶液を、ステンレス基板９に塗布した後、その混合液を相分離させ、次いで、乾燥することにより、同時に形成することもできる。

【0057】

次いで、触媒層１１が配置される基板８を、図１Ｂに示すように、例えば、７００℃以上９００℃以下に加熱する。これにより、触媒層１１が、凝集して、複数の粒状体１１Ａとなる。

【0058】

そして、加熱された基板８に、図１Ｃに示すように、原料ガスを供給する。

【0059】

原料ガスは、炭素数１〜４の炭化水素ガス（低級炭化水素ガス）を含んでいる。

【0060】

炭素数１〜４の炭化水素ガスとしては、例えば、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス、エチレンガス、アセチレンガスなどが挙げられ、好ましくは、アセチレンガスが挙げられる。

【0061】

また、原料ガスは、必要により、水素ガスや、不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴンなど）、水蒸気などを含むこともできる。

【0062】

原料ガスが水素ガスや不活性ガスを含む場合、原料ガスにおける炭化水素ガスの濃度は、例えば、１体積％以上、好ましくは、３０体積％以上、例えば、９０体積％以下、好ましくは、５０体積％以下である。

【0063】

原料ガスの供給時間としては、例えば、１分以上、好ましくは、５分以上、例えば、６０分以下、好ましくは、３０分以下である。

【0064】

これによって、複数の粒状体１１Ａのそれぞれを起点として、複数のカーボンナノチューブ１２が成長する。なお、図１Ｃでは、便宜上、１つの粒状体１１Ａから、１つのカーボンナノチューブ１２が成長するように記載されているが、これに限定されず、１つの粒状体１１Ａから、複数のカーボンナノチューブ１２が成長してもよい。

【0065】

このような複数のカーボンナノチューブ１２のそれぞれは、基板８上において、互いに略平行となるように、基板８の厚み方向に延びている。つまり、複数のカーボンナノチューブ１２は、基板８に対して直交するように配向（垂直に配向）されており、カーボンナノチューブ集合体１３を構成している。

【0066】

カーボンナノチューブ集合体１３において、複数のカーボンナノチューブ１２の嵩密度は、例えば、１０ｍｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは、２０ｍｇ／ｃｍ^３以上、例えば、６０ｍｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは、５０ｍｇ／ｃｍ^３以下である。なお、カーボンナノチューブ１２の嵩密度は、例えば、単位面積当たり質量（目付量：単位 ｍｇ／ｃｍ^２）と、カーボンナノチューブの長さ（ＳＥＭ（日本電子社製）または非接触膜厚計（キーエンス社製）により測定）とから算出される。

【0067】

次いで、図１Ｄに示すように、基板８上のカーボンナノチューブ集合体１３から、カーボンナノチューブ１２を引き出して、カーボンナノチューブ無撚糸３を形成する。

【0068】

カーボンナノチューブ集合体１３からカーボンナノチューブ１２を引き出すには、例えば、カーボンナノチューブ集合体１３のうち、一部のカーボンナノチューブ１２の一端（上端）を、図示しない引出具により、基板８の厚み方向と交差する方向に引っ張る。

【0069】

すると、引っ張られたカーボンナノチューブ１２は、対応する粒状体１１Ａから引き抜かれる。このとき、引き抜かれるカーボンナノチューブ１２に隣接するカーボンナノチューブ１２は、引き抜かれるカーボンナノチューブ１２との摩擦力およびファンデルワ―ルス力により、そのカーボンナノチューブ１２の一端（上端）が、引き抜かれるカーボンナノチューブ１２の他端（下端）に付着され、対応する粒状体１１Ａから引き抜かれる。

【0070】

これによって、複数のカーボンナノチューブ１２が、順次連続して、カーボンナノチューブ集合体１３から引き出され、複数のカーボンナノチューブ１２が連続的に繋がるカーボンナノチューブ無撚糸３を形成する。

【0071】

より詳しくは、カーボンナノチューブ無撚糸３において、連続するカーボンナノチューブ１２は、先側のカーボンナノチューブ１２の他端（下端）が、次に連続するカーボンナノチューブ１２の一端（上端）に付着されている。

【0072】

カーボンナノチューブ１２の引き出し速度としては、例えば、１０ｍｍ／分以上、好ましくは、３０ｍｍ／分以上、例えば、１００ｍｍ／分以下、好ましくは、７０ｍｍ／分以下である。

【0073】

次いで、必要により、芯材２およびカーボンナノチューブ無撚糸３を、それらを互いに密着させるために、前処理する。

【0074】

前処理としては、例えば、芯材２およびカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれの表面処理が挙げられ、具体的には、プラズマ処理、ＵＶ処理などが挙げられる。なお、表面処理は、好ましくは、真空下または不活性ガス雰囲気下において実施される。これにより、芯材２およびカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれの表面が改質されて、それらの密着性が向上する。

【0075】

次いで、図２および図４に示すように、カーボンナノチューブ無撚糸３を、芯材２の周面に巻き付けて、複合繊維前駆体４を調製する。

【0076】

カーボンナノチューブ無撚糸３を芯材２に巻き付けるには、図２に示すように、例えば、カーボンナノチューブ無撚糸３の一端部を芯材２（または、芯材２の周りに巻き付けられたカーボンナノチューブ無撚糸３）に固定した後、芯材２を、芯材２の軸線を中心として回転させる。

【0077】

また、カーボンナノチューブ無撚糸３は、好ましくは、芯材２に対して螺旋状に巻き付けられる。このような場合、カーボンナノチューブ無撚糸３の一端部（カーボンナノチューブ１２の一端）を芯材２に固定した後、芯材２を、芯材２の軸線を中心として回転させるとともに、所定方向の一方に向かって移動させる。

【0078】

これによって、カーボンナノチューブ無撚糸３は、少なくとも１周、好ましくは、複数周、芯材２の周面に巻き付けられる。

【0079】

カーボンナノチューブ無撚糸３が芯材２の周面に複数周巻き付けられる場合、芯材２の回りには、図４に示すように、カーボンナノチューブ無撚糸３が、芯材２の全周にわたって複数積層される。

【0080】

カーボンナノチューブ無撚糸３の積層数としては、例えば、２層以上、好ましくは、５層以上、例えば、５０層以下、好ましくは、２０層以下である。

【0081】

カーボンナノチューブ無撚糸３の積層数が、上記下限以上であれば、後述するカーボンナノチューブ複合繊維１に所望する物性を確実に付与でき、上記上限以下であれば、芯材２に対するカーボンナノチューブ無撚糸３の巻き付け作業の円滑化を図ることができる。

【0082】

より具体的には、カーボンナノチューブ集合体１３は、図２に示すように、カーボンナノチューブ無撚糸３の引き出し方向に沿って並ぶように配置される複数のカーボンナノチューブ１２からなる列１３Ａを、引き出し方向と直交する方向に複数備えている。これによって、カーボンナノチューブ集合体１３は、略シート形状に形成されている。

【0083】

そのため、カーボンナノチューブ集合体１３から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を一括して引き出すことができる。この場合には、複数の列１３Ａのカーボンナノチューブ１２を同時かつ平行に引き出す（図２の拡大図参照）。これにより、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３は、カーボンナノチューブ無撚糸３の延びる方向と交差する方向に並列配置される。このように並列配置される複数のカーボンナノチューブ無撚糸３は、略シート形状を有しており、カーボンナノチューブシート１４として構成される。

【0084】

そして、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３を同時に芯材２に巻き付けるには、例えば、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれの一端部（カーボンナノチューブシート１４の一端）を芯材２（または、芯材２の周りに巻き付けられたカーボンナノチューブ無撚糸３）に固定し、芯材２を回転させる。

【0085】

また、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３（カーボンナノチューブシート１４）は、１つの基板８を準備して、それに対応する１つのカーボンナノチューブ集合体１３から引き出すこともできるが、複数の基板８を準備して、それらに対応する複数のカーボンナノチューブ集合体１３から引き出すこともできる。なお、図２では、２つの基板８を準備し、２つのカーボンナノチューブ集合体１３から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３（２つのカーボンナノチューブシート１４）を引き出す態様を示している。

【0086】

これによって、図４に示すように、芯材２と、芯材２の周りに巻き付けられるカーボンナノチューブ無撚糸３とを備える複合繊維前駆体４が調製される。

【0087】

複合繊維前駆体４において、芯材２は、複合繊維前駆体４の略中央に配置されており、カーボンナノチューブ無撚糸３は、芯材２の全周にわたって、芯材２の周面に略一定の厚み（径方向寸法）で積層されている。

【0088】

次いで、図３に示すように、複合繊維前駆体４を加熱処理する。

【0089】

複合繊維前駆体４を加熱処理するには、例えば、複合繊維前駆体４全体を加熱してもよく、複合繊維前駆体４のうち、カーボンナノチューブ無撚糸３のみを局所加熱してもよい。

【0090】

複合繊維前駆体４全体を加熱する場合、例えば、複合繊維前駆体４を公知の加熱炉によって加熱する。また、複合繊維前駆体４のうち、カーボンナノチューブ無撚糸３のみを局所加熱する場合、例えば、高周波誘導加熱により、カーボンナノチューブ無撚糸３を加熱する。

【0091】

複合繊維前駆体４（カーボンナノチューブ無撚糸３）の加熱温度としては、例えば、２００℃以上、好ましくは、２５０℃以上、例えば、１５００℃以下、好ましくは、１３００℃以下である。

【0092】

より詳しくは、芯材２が金属である場合、複合繊維前駆体４（カーボンナノチューブ無撚糸３）の加熱温度は、例えば、８００℃以上、好ましくは、１０００℃以上、例えば、１５００℃以下、好ましくは、１３００℃以下である。

【0093】

また、芯材２が高分子材料である場合、複合繊維前駆体４（カーボンナノチューブ無撚糸３）の加熱温度は、例えば、２００℃以上、好ましくは、２５０℃以上、例えば、６００℃以下、好ましくは、４００℃以下である。

【0094】

なお、加熱処理は、好ましくは、真空下または不活性ガス雰囲気下において実施される。

【0095】

すると、図４に示すように、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とが複合化、すなわち、芯材２および／またはカーボンナノチューブ無撚糸３が熱溶融し、相互に強固に接着される。

【0096】

以上によって、カーボンナノチューブ複合繊維１が調製される。

【0097】

カーボンナノチューブ複合繊維１は、芯材２と、芯材２に巻き付けられるカーボンナノチューブ無撚糸３とを備えている。

【0098】

このようなカーボンナノチューブ複合繊維１において、芯材２の体積割合（芯材２／カーボンナノチューブ複合繊維１×１００）は、例えば、９５．０体積％以上、好ましくは、９８．０体積％以上、例えば、９９．９９体積％以下、好ましくは、９９．９８体積％以下である。

【0099】

また、カーボンナノチューブ複合繊維１において、カーボンナノチューブ無撚糸３の体積割合（カーボンナノチューブ無撚糸３／カーボンナノチューブ複合繊維１×１００）は、例えば、０．０１体積％以上、好ましくは、０．０２体積％以上、例えば、５．０体積％以下、好ましくは、２．０体積％以下である。

【0100】

より詳しくは、芯材２が金属である場合、カーボンナノチューブ複合繊維１に対する芯材２の体積割合は、例えば、９５．０体積％以上、好ましくは、９８．０体積％以上、例えば、９９．９体積％以下、好ましくは、９９．５体積％以下であり、カーボンナノチューブ複合繊維１に対するカーボンナノチューブ無撚糸３の体積割合は、例えば、０．０１体積％以上、好ましくは、０．０５体積％以上、例えば、５．０体積％以下、好ましくは、２．０体積％以下である。

【0101】

また、芯材２が高分子材料である場合、カーボンナノチューブ複合繊維１に対する芯材２の体積割合は、例えば、９９．００体積％以上、好ましくは、９９．５０体積％以上、例えば、９９．９９体積％以下、好ましくは、９９．９８体積％以下であり、カーボンナノチューブ複合繊維１に対するカーボンナノチューブ無撚糸３の体積割合は、例えば、０．０１体積％以上、好ましくは、０．０２体積％以上、例えば、１．００体積％以下、好ましくは、０．０５体積％以下である。

【0102】

このようなカーボンナノチューブ複合繊維１は、例えば、炭素繊維が用いられる織物（シート）、電気機器（例えば、モータ、トランス、センサーなど）の導電線材、スポーツ用品（例えば、ゴルフシャフト、テニスラケット、釣竿のシャフトなど）の材料など各種産業製品に利用される。

【0103】

このようなカーボンナノチューブ複合繊維の製造方法は、図２および図３に示すように、例えば、カーボンナノチューブ複合繊維の製造装置の一例としての複合繊維製造装置２０により、連続的に実施される。

【0104】

複合繊維製造装置２０は、送出部２１と、回収部２２と、供給部２３と、加熱部２４とを備えている。

【0105】

送出部２１は、図２に示すように、芯材２を所定方向一方に向かって送り出すように構成されており、送出回転部２８と、送出軸２７と、軸駆動部３０と、回転駆動部２９とを備えている。

【0106】

送出回転部２８は、所定方向の一方に向かって開放される平面視略コ字状を有しており、１対の軸支持部２８Ａと、連結部２８Ｂとを一体に有している。

【0107】

１対の軸支持部２８Ａは、所定方向と直交する幅方向に互いに間隔を空けて配置されている。１対の軸支持部２８Ａのそれぞれは、所定方向に延びる略板形状を有している。

【0108】

連結部２８Ｂは、１対の軸支持部２８Ａの所定方向の他端部間に架設されている。連結部２８Ｂは、幅方向に延びる略板形状を有している。

【0109】

送出軸２７は、１対の軸支持部２８Ａの所定方向の一端部間に配置されている。送出軸２７は、幅方向に延びる略円柱形状を有しおり、その両端部のそれぞれが、対応する軸支持部２８Ａに回転可能に支持されている。なお、送出軸２７には、芯材２が複数巻回されている。

【0110】

軸駆動部３０は、外部から電力が供給されることにより、送出軸２７に駆動力を供給するように構成されている。軸駆動部３０は、幅方向において１対の軸支持部２８Ａの間に配置され、所定方向において送出軸２７と連結部２８Ｂとの間に配置されている。

【0111】

軸駆動部３０は、モータ軸３０Ａと、駆動伝達ベルト３０Ｂとを備えている。

【0112】

モータ軸３０Ａは、１対の軸支持部２８Ａのうち、一方の軸支持部２８Ａに回転可能に支持されており、図示しないモータ本体から駆動力が入力されることで回転する。

【0113】

駆動伝達ベルト３０Ｂは、公知の無端ベルトであって、モータ軸３０Ａの幅方向一端部と、送出軸２７の幅方向一端部とに架け渡されている。

【0114】

回転駆動部２９は、外部から電力が供給されることにより、送出回転部２８に駆動力を供給するように構成されている。回転駆動部２９は、送出回転部２８に対して、所定方向の他方に配置されている。

【0115】

回転駆動部２９は、例えば、公知のモータからなり、モータ本体２９Ａと、モータ本体２９Ａに回転可能に支持されるモータ軸２９Ｂとを備えている。そして、モータ軸２９Ｂの所定方向一端部は、送出回転部２８の連結部２８Ｂの幅方向中央部に固定されている。これによって、送出回転部２８は、モータ軸２９Ｂ、つまり、所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能である。

【0116】

回収部２２は、送出部２１から送り出された芯材２を回収するように構成されており、送出部２１に対して、所定方向の一方に間隔を空けて配置されている。回収部２２は、回収回転部３３と、回収軸３２と、軸駆動部３５と、回転駆動部３４とを備えている。

【0117】

回収回転部３３は、所定方向の他方に向かって開放される平面視略コ字状を有しており、１対の軸支持部３３Ａと、連結部３３Ｂとを一体に有している。

【0118】

１対の軸支持部３３Ａは、幅方向に互いに間隔を空けて配置されている。１対の軸支持部３３Ａのそれぞれは、所定方向に延びる略板形状を有している。

【0119】

連結部３３Ｂは、１対の軸支持部３３Ａの所定方向の一端部間に架設されている。連結部３３Ｂは、幅方向に延びる略板形状を有している。

【0120】

回収軸３２は、１対の軸支持部３３Ａの所定方向の他端部間に配置されている。回収軸３２は、幅方向に延びる略円柱形状を有しおり、その両端部のそれぞれが、対応する軸支持部３３Ａに回転可能に支持されている。

【0121】

軸駆動部３５は、外部から電力が供給されることにより、回収軸３２に駆動力を供給するように構成されている。軸駆動部３５は、幅方向において１対の軸支持部２８Ａの間に配置され、所定方向において回収軸３２と連結部３３Ｂとの間に配置されている。

【0122】

軸駆動部３５は、モータ軸３５Ａと、駆動伝達ベルト３５Ｂとを備えている。

【0123】

モータ軸３５Ａは、１対の軸支持部３３Ａのうち一方の軸支持部３３Ａに回転可能に支持されており、図示しないモータ本体から駆動力が入力されることで回転する。

【0124】

駆動伝達ベルト３５Ｂは、公知の無端ベルトであって、モータ軸３５Ａの幅方向一端部と、回収軸３２の幅方向一端部とに架け渡されている。

【0125】

回転駆動部３４は、外部から電力が供給されることにより、回収回転部３３に駆動力を供給するように構成されている。回転駆動部３４は、回収回転部３３に対して、所定方向の一方に配置されている。

【0126】

回転駆動部３４は、例えば、公知のモータからなり、モータ本体３４Ａと、モータ本体３４Ａに回転可能に支持されるモータ軸３４Ｂとを備えている。そして、モータ軸３４Ｂの所定方向他端部は、回収回転部３３の連結部３３Ｂの幅方向中央に固定されている。これによって、回収回転部３３は、モータ軸３４Ｂ、つまり、所定方向に沿う軸線を回転中心として回転可能である。なお、回収回転部３３の回転軸線と、送出回転部２８の回転軸線とは、互いに一致している。

【0127】

供給部２３は、詳しくは後述するが、送出部２１と回収部２２との間に配置される芯材２に対して、カーボンナノチューブ無撚糸３を供給するように構成されている。

【0128】

供給部２３は、基板８と、図示しない引出具とを備えている。

【0129】

基板８は、送出部２１と回収部２２との間に複数配置されており、具体的には、２つの基板８である。複数の基板８は、所定方向に互いに間隔を空けて配置されている。複数の基板８のそれぞれは、上記したように、カーボンナノチューブ集合体１３を支持している。

【0130】

カーボンナノチューブ集合体１３は、平面視において略矩形形状を有している。カーボンナノチューブ集合体１３では、複数のカーボンナノチューブ１２からなり、引出方向に延びる列１３Ａは、引出方向と直交する方向に複数配置されている。

【0131】

そして、複数の列１３Ａのそれぞれにおいて、最も引出方向の下流（芯材２側）に位置するカーボンナノチューブ１２は、引出方向と直交する方向に直線的に並んでおり、カーボンナノチューブ集合体１３の引出方向の下流端部１３Ｌを構成している。

【0132】

加熱部２４は、図３に示すように、所定方向において、供給部２３と回収部２２との間に配置されている。加熱部２４は、公知の加熱炉であって、内部に芯材２が通過するように構成されている。

【0133】

このような複合繊維製造装置２０では、図２および図３に示すように、まず、送出軸２７に巻回される芯材２を、送出軸２７から、所定方向の一方に向かって引き出す。そして、芯材２の所定方向一端部を、加熱部２４を通過させた後、回収軸３２に固定する。これにより、芯材２が、送出部２１から回収部２２にわたって架け渡される。

【0134】

次いで、図２に示すように、複数の基板８のそれぞれのカーボンナノチューブ集合体１３から、図示しない引出具により、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３（カーボンナノチューブシート１４）を引き出す。

【0135】

より詳しくは、カーボンナノチューブ集合体１３の引出方向の下流端部１３Ｌを、図示しない引出具により、一括して保持し、芯材２に向かって引っ張る。

【0136】

すると、複数の列１３Ａのそれぞれにおいて、複数のカーボンナノチューブ１２が連続するように引き出され、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３（カーボンナノチューブシート１４）が形成される。このとき、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３は、引出方向と直交する方向に並列配置され、略シート形状となる。

【0137】

そして、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれの一端部（カーボンナノチューブシート１４の一端部）を、送出部２１と加熱部２４との間に配置される芯材２に固定する。

【0138】

次いで、送出部２１の回転駆動部２９に電力が供給するとともに、回収部２２の回転駆動部３４に電力を供給する。

【0139】

すると、回転駆動部２９のモータ軸２９Ｂ、および、回転駆動部３４のモータ軸３４Ｂのそれぞれが、所定方向一方から見て時計回り方向に回転し、それに伴って、送出回転部２８および回収回転部３３のそれぞれが、所定方向一方から見て時計回り方向に回転する。なお、送出回転部２８および回収回転部３３の回転速度は、互いに同一である。

【0140】

これによって、芯材２が、所定方向一方から見て時計回り方向に回転する。このとき、芯材２の回転速度（周速度）は、例えば、０．１ｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは、０．５ｍ／ｍｉｎ以上、例えば、１０ｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは、６．０ｍ／ｍｉｎ以下、さらに好ましくは、３．０ｍ／ｍｉｎ以下である。

【0141】

これにより、芯材２に一端部が固定されたカーボンナノチューブ無撚糸３（カーボンナノチューブシート１４）は、芯材２の回転に伴って、芯材２の周りに巻き付けられる。すると、カーボンナノチューブ無撚糸３は、カーボンナノチューブ集合体１３からさらに引き出され、芯材２に連続的に供給される。

【0142】

そして、送出部２１の軸駆動部３０および回収部２２の軸駆動部３５に電力を供給する。すると、軸駆動部３０のモータ軸３０Ａ、および、軸駆動部３５のモータ軸３５Ａのそれぞれが、幅方向他方から見て時計回り方向に回転し、それに伴って、送出軸２７および回収軸３２のそれぞれが、幅方向他方から見て時計回り方向に回転する。

【0143】

これによって、芯材２は、送出軸２７から送り出され、張力がかかった状態で所定方向一方に移動した後、回収軸３２に巻き取られる。そのため、芯材２は、回転しながら、送出部２１から回収部２２に向かって連続的に移動される。

【0144】

このとき、芯材２の移動速度は、例えば、０．１ｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは、０．５ｍ／ｍｉｎ以上、例えば、１０ｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは、６．０ｍ／ｍｉｎ以下、さらに好ましくは、３．０ｍ／ｍｉｎ以下である。

【0145】

すると、複数のカーボンナノチューブ無撚糸３は、芯材２に対して、螺旋状に巻き付けられる。

【0146】

これにより、芯材２の周りにカーボンナノチューブ無撚糸３が複数積層される複合繊維前駆体４が調製される。

【0147】

その後、複合繊維前駆体４は、図３に示すように、芯材２の移動に伴って、加熱部２４内に到達する。そして、複合繊維前駆体４は、回転しながら加熱部２４内を通過し、加熱部２４により、上記の温度に加熱される。

【0148】

これによって、芯材２およびカーボンナノチューブ無撚糸３は、複合化して、カーボンナノチューブ複合繊維１が調製される。その後、カーボンナノチューブ複合繊維１は、送出軸２７および回収軸３２の回転により、回収軸３２に巻き取られる。

【0149】

以上によって、複合繊維製造装置２０による、カーボンナノチューブ複合繊維１の製造が完了する。

【0150】

このような実施形態では、図３および図４に示すように、芯材２にカーボンナノチューブ無撚糸３が巻き付けられた複合繊維前駆体４が、加熱処理される。そのため、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とを複合化させることができ、カーボンナノチューブ複合繊維１の機械特性の向上を確実に図ることができる。

【0151】

また、複合繊維前駆体４は、カーボンナノチューブ無撚糸３を、芯材２に巻き付けるという簡易な方法で調製することができる。そして、複合繊維前駆体４において、芯材２は確実に中心部に配置され、カーボンナノチューブ無撚糸３は芯材２の周囲に配置される。そのため、カーボンナノチューブ複合繊維１において、芯材２を確実に中心部に配置でき、かつ、カーボンナノチューブ無撚糸３を芯材２の周囲に配置できる。その結果、機械特性のさらなる向上を図ることができながら、カーボンナノチューブ複合繊維１において、芯材２およびカーボンナノチューブ無撚糸３のバランスの良い特性を得ることができる。

【0152】

また、カーボンナノチューブ無撚糸３は、図１Ｄに示すように、基板８に対して直交するように配向（垂直配向）される複数のカーボンナノチューブ１２から引き出されることにより調製される。そのため、カーボンナノチューブ無撚糸３において、複数のカーボンナノチューブのそれぞれが、カーボンナノチューブ無撚糸３の延びる方向に沿うように配向される。

【0153】

その結果、図４に示すように、カーボンナノチューブ無撚糸３が芯材２に巻き付けられた状態においても、カーボンナノチューブ１２の配向性を確実に確保することができ、カーボンナノチューブ複合繊維１において、カーボンナノチューブ無撚糸３に基づく特性を確実に付与することができる。

【0154】

また、図１Ｃに示すように、複数のカーボンナノチューブ１２は、基板８基板上に配置される触媒層１１を起点として成長する。そのため、基板８に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブ１２を確実に準備することができる。

【0155】

複合繊維製造装置２０では、図２および図３に示すように、簡易な構成でありながら、送出部２１および回収部２２のそれぞれが回転することにより、芯材２にカーボンナノチューブ無撚糸３を巻き付けることができ、その後、加熱部２４により、カーボンナノチューブ無撚糸３が巻き付けられた芯材２を加熱することができる。

【0156】

そのため、芯材２にカーボンナノチューブ無撚糸３が巻き付けられ、かつ、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とが複合化したカーボンナノチューブ複合繊維１を、効率よく製造することができる。
２．他の実施形態
次に、図５および図６を参照して、本発明のカーボンナノチューブ複合繊維の製造方法の他の実施形態について説明する。

【0157】

上記の実施形態では、カーボンナノチューブ無撚糸３を芯材２に巻き付ける前処理として、例えば、芯材２およびカーボンナノチューブ無撚糸３のそれぞれの表面処理を挙げているが、前処理は、これに限定されない。

【0158】

例えば、芯材２が金属からなる場合、カーボンナノチューブ無撚糸３を芯材２に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ無撚糸３を、金属を含有する金属含有液に浸漬した後、乾燥させることもできる。

【0159】

金属としては、例えば、上記した金属と同様の金属が挙げられる。このような金属は、芯材２を形成する金属と同一の金属であることが好ましい。

【0160】

また、金属含有液としては、例えば、金属粒子が分散される金属分散液や、金属アルコキシドが溶解される金属アルコキシド溶液などが挙げられる。

【0161】

このような場合、複合繊維製造装置２０の供給部２３は、図５に示すように、複数の浸漬部３８を備えている。

【0162】

複数の浸漬部３８は、複数の基板８のそれぞれに１つずつ対応しており、基板８と、芯材２との間に配置されている。

【0163】

複数の浸漬部３８のそれぞれは、浸漬槽４０と、複数のローラ３９とを備えている。

【0164】

浸漬槽４０は、上方に向かって開放される略ボックス形状を有しており、その内部に、金属含有液が貯留されている。

【0165】

複数のローラ３９のそれぞれは、カーボンナノチューブ無撚糸３が、浸漬槽４０内の金属含有液に浸漬されるように、所定の位置に適宜配置されている。

【0166】

これによって、カーボンナノチューブ集合体１３から引き出されたカーボンナノチューブ無撚糸３は、浸漬槽４０内の金属含有液に浸漬された後、乾燥され、カーボンナノチューブ無撚糸３に金属が担持される。

【0167】

その後、金属が担持されたカーボンナノチューブ無撚糸３が、金属からなる芯材２に巻き付けられる。

【0168】

また、芯材２が金属からなる場合、図６に示すように、カーボンナノチューブ無撚糸３を芯材２に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ無撚糸３に、金属を蒸着することもできる。

【0169】

このような場合、複合繊維製造装置２０の供給部２３は、複数の蒸着部４２を備えている。

【0170】

複数の蒸着部４２は、複数の基板８のそれぞれに１つずつ対応しており、基板８と、芯材２との間に配置されている。

【0171】

複数の蒸着部４２のそれぞれは、蒸着装置４３と、ローラ３９とを備えている。

【0172】

蒸着装置４３は、金属蒸着に用いられる公知の装置であって、特に制限されない。

【0173】

ローラ３９は、金属が蒸着されたカーボンナノチューブ無撚糸３が、芯材２に向かうように、所定の位置に適宜配置されている。

【0174】

これによって、カーボンナノチューブ集合体１３から引き出されたカーボンナノチューブ無撚糸３は、蒸着装置４３によって金属が蒸着され、カーボンナノチューブ無撚糸３に金属膜が形成される。

【0175】

その後、金属膜が形成されたカーボンナノチューブ無撚糸３が、金属からなる芯材２に巻き付けられる。

【0176】

このような他の実施形態では、金属からなる芯材に、金属（金属膜）を有するカーボンナノチューブが巻き付けられるので、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とを確実に密着させることができる。さらに、複合繊維前駆体４を加熱処理するときに、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３が有する金属（金属膜）とが互いに溶融し、その金属が複数のカーボンナノチューブ１２間に入り込むので、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とを強固に複合化することができる。

【0177】

また、芯材２が高分子材料からなる場合、図５に示すように、カーボンナノチューブ無撚糸３を芯材２に巻き付ける前に、カーボンナノチューブ無撚糸３を、高分子材料を含有する高分子含有液に浸漬した後、乾燥させることもできる。

【0178】

高分子材料としては、例えば、上記した高分子材料と同様の材料が挙げられる。このような高分子材料は、芯材２を形成する高分子材料と同一の材料であることが好ましい。

【0179】

また、高分子含有液としては、例えば、高分子材料が溶解される高分子材料溶液などが挙げられる。

【0180】

このような場合、浸漬部３８の浸漬槽４０には、金属含有液に代えて、高分子含有液が貯留されている。

【0181】

そして、カーボンナノチューブ集合体１３から引き出されたカーボンナノチューブ無撚糸３は、浸漬槽４０内の高分子含有液に浸漬された後、乾燥され、カーボンナノチューブ無撚糸３に高分子材料が担持される。

【0182】

その後、高分子材料が担持されたカーボンナノチューブ無撚糸３が、高分子材料からなる芯材２に巻き付けられる。

【0183】

また、芯材２が高分子材料からなる場合、カーボンナノチューブ無撚糸３を芯材２に巻き付ける前処理として、カーボンナノチューブ無撚糸３を高分子材料からなるフィルムに重ねるか、カーボンナノチューブ無撚糸３に、高分子材料が溶解した高分子溶液をエレクトロスピニングすることもできる。

【0184】

このような他の実施形態では、高分子材料からなる芯材２に、高分子材料を有するカーボンナノチューブが巻き付けられるので、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とを確実に密着させることができる。さらに、複合繊維前駆体４を加熱処理するときに、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３が有する高分子材料とが互いに溶融して、高分子樹脂が複数のカーボンナノチューブ１２間に入り込むので、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とを強固に複合化することができる。

【0185】

このような他の実施形態によっても、上記の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
３．変形例
また、図３に示すように、芯材２にカーボンナノチューブ無撚糸３を巻き付けて、複合繊維前駆体４を調製した後、加熱処理の前に、複合繊維前駆体４をプレスすることもできる。

【0186】

このような場合、複合繊維製造装置２０は、図３に仮想線で示すように、１対の加圧ローラ４６を備えている。

【0187】

１対の加圧ローラ４６は、所定方向において、供給部２３と加熱部２４との間に配置されている。１対の加圧ローラ４６のそれぞれは、幅方向に延びている。そして、１対の加圧ローラ４６は、複合繊維前駆体４を挟むように、所定方向および幅方向の両方向と交差する方向に互いに向かい合っている。

【0188】

これによって、芯材２にカーボンナノチューブ無撚糸３が巻き付けられた複合繊維前駆体４は、１対の加圧ローラ４６の間を通過するときに、プレスされる。

【0189】

そのため、芯材２とカーボンナノチューブ無撚糸３とがより一層密着するとともに、カーボンナノチューブ無撚糸３における複数のカーボンナノチューブ１２が互いに凝集する。

【0190】

その後、複合繊維前駆体４が加熱部２４により加熱処理され、カーボンナノチューブ複合繊維１が調製される。

【0191】

その結果、カーボンナノチューブ複合繊維１の機械特性のさらなる向上を確実に図ることができる。

【0192】

また、このような変形例によっても、上記の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、これら実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。

【実施例】

【0193】

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。

【0194】

実施例１
ステンレス製の基板に二酸化ケイ素膜を積層した後、二酸化ケイ素膜上に、触媒層として鉄を蒸着した。

【0195】

次いで、基板を所定の温度に加熱して、触媒層に原料ガス（アセチレンガス）を供給した。これにより、基板上において、カーボンナノチューブ集合体が形成された。カーボンナノチューブ集合体において、複数のカーボンナノチューブは、互いに略平行となるように延び、基板に対して直交するように配向（垂直配向）されていた。カーボンナノチューブの平均外径は、約１２ｎｍ、カーボンナノチューブの平均長さは、約３００μｍ、カーボンナノチューブ集合体における、複数のカーボンナノチューブ１２の嵩密度は、約３０ｍｇ／ｃｍ^３であった。

【0196】

次いで、外径が５０μｍの銅線（芯材）を準備した。

【0197】

また、カーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を一括して引き出した。複数のカーボンナノチューブ無撚糸は、カーボンナノチューブ無撚糸の延びる方向と直交する方向に並列配置されており、略シート形状を形成していた。

【0198】

次いで、複数のカーボンナノチューブ無撚糸を、銅線（芯材）の周りに１０層積層されるように、銅線（芯材）に巻き付けて、複合繊維前駆体を調製した。

【0199】

次いで、複合繊維前駆体を、アルゴン雰囲気下において、加熱炉内で、１２００℃に加熱処理した。

【0200】

これによって、銅線（芯材）と、カーボンナノチューブ無撚糸とが複合化したカーボンナノチューブ複合繊維を得た。

【0201】

実施例２
実施例１と同様にして調製した複数のカーボンナノチューブ無撚糸を、外径が１ｍｍのポリエステル線材（芯材）の周りに１０層積層されるように、ポリエステル線材（芯材）に巻き付けて、複合繊維前駆体を調製した。

【0202】

次いで、複合繊維前駆体を、アルゴン雰囲気下において、加熱炉内で、３００℃に加熱処理した。

【0203】

これによって、ポリエステル線材（芯材）と、カーボンナノチューブ無撚糸とが複合化したカーボンナノチューブ複合繊維を得た。

【0204】

実施例３
実施例１と同様にして調製した複数のカーボンナノチューブ無撚糸に、銅（金属）を蒸着させて前処理した。次いで、前処理した複数のカーボンナノチューブ無撚糸を、外径５０μｍの銅線（芯材）の周りに１０層積層されるように、銅線（芯材）に巻き付けて、複合繊維前駆体を調製した。

【0205】

次いで、複合繊維前駆体を、アルゴン雰囲気下において、加熱炉内で、１２００℃に加熱処理した。

【0206】

これによって、銅線（芯材）と、カーボンナノチューブ無撚糸とが複合化したカーボンナノチューブ複合繊維を得た。

【0207】

評価：
実施例１および実施例２で得られたカーボンナノチューブ複合繊維のそれぞれは、外径５０μｍの銅線に対して、３０％の強度の向上が確認された。

【0208】

また、実施例３で得られたカーボンナノチューブ複合繊維は、外径５０μｍの銅線に対して、５０％の強度の向上が確認された。

【0209】

なお、カーボンナノチューブ複合繊維の強度は、一軸引張強度試験機により測定した。

【符号の説明】

【0210】

１ カーボンナノチューブ複合繊維
２ 芯材
３ カーボンナノチューブ無撚糸
４ 複合繊維前駆体
８ 基板
１１ 触媒層
１２ カーボンナノチューブ
２０ 複合繊維製造装置
２１ 送出部
２２ 回収部
２３ 供給部
２４ 加熱部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】