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青山学院大学 (神奈川県相模原市中央区淵野辺)

特許7441799カーボンナノチューブの製造方法、カーボンナノチューブ集合線の製造方法、カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法、カーボンナノチューブ製造装置、カーボンナノチューブ集合線製造装置及びカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】

(24)【登録日】2024-02-21

(45)【発行日】2024-03-01

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブの製造方法、カーボンナノチューブ集合線の製造方法、カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法、カーボンナノチューブ製造装置、カーボンナノチューブ集合線製造装置及びカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置

(51)【国際特許分類】

C01B 32/162 20170101AFI20240222BHJP

B01J 23/745 20060101ALI20240222BHJP

D01F 9/127 20060101ALI20240222BHJP

D01F 9/133 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

C01B32/162

B01J23/745 M

D01F9/127

D01F9/133

【請求項の数】 42

(21)【出願番号】P 2020562466

(86)(22)【出願日】2019-12-26

(86)【国際出願番号】 JP2019051332

(87)【国際公開番号】W WO2020138378

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2022-10-21

(31)【優先権主張番号】P 2018245685

(32)【優先日】2018-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019160765

(32)【優先日】2019-09-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504171134

【氏名又は名称】国立大学法人筑波大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤森利彦

(72)【発明者】

【氏名】日方威

(72)【発明者】

【氏名】大久保総一郎

(72)【発明者】

【氏名】藤田淳一

(72)【発明者】

【氏名】大塚順

【審査官】廣野知子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１６１９５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１４－５０３４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／１０２９２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０９９５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３５０２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／２０８５５８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ３２／００－３２／９９１

Ｂ０１Ｊ２１／００－３８／７４

Ｄ０１Ｆ９／１２７、９／１３３

Ｂ８２Ｙ４０／００

Ｃ３０Ｂ１／００－３５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

浮遊状態の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記触媒粒子からカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記カーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記カーボンナノチューブを伸長させる伸長工程とを含み、
前記引張力は、前記炭素含有ガスの流速を変化させることにより前記カーボンナノチューブに加えられ、
前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、前記炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きい、カーボンナノチューブの製造方法。

【請求項2】

前記伸長工程において、前記カーボンナノチューブは、前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して伸長する、請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。

【請求項3】

前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、０．０５１ｃｍ／ｓｅｃ以上１０．００１ｃｍ／ｓｅｃ以下であり、
前記炭素含有ガスの上流側の平均流速は、０．０５０ｃｍ／ｓｅｃ以上１０．０００ｃｍ／ｓｅｃ以下である、請求項１または請求項２に記載のカーボンナノチューブの製造方法。

【請求項4】

浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させることにより、複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向した状態で近付けて集合させてカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程とを含み、
前記引張力は、前記炭素含有ガスの流速を変化させることにより前記複数のカーボンナノチューブに加えられ、
前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、前記炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きく、
前記成長工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、第１流路を通過し、
前記集合工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、前記第１流路より下流側に配置される１以上の第２流路を通過し、
前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記第１流路の断面積よりも小さい、カーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項5】

前記伸長工程において、前記複数のカーボンナノチューブは、前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して伸長する、請求項４に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項6】

前記伸長工程と前記集合工程とは同時に行われる、請求項４又は請求項５に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項7】

前記第２流路より下流側の前記炭素含有ガスの温度は、前記第２流路より上流側の前記炭素含有ガスの温度よりも低く、
前記第２流路より上流側の前記炭素含有ガスの温度は８００℃以上であり、前記第２流路より下流側の前記炭素含有ガスの温度は６００℃以下である、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項8】

前記第２流路内の前記炭素含有ガスの温度は、下流側が上流側よりも低く、
前記第２流路内の下流側端部における前記炭素含有ガスの温度は、６００℃以下である、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項9】

前記第２流路内の下流側に、前記炭素含有ガスの温度が６００℃以下である第１領域が存在し、前記第１領域の前記第２流路の長手方向に沿う長さは１ｃｍ以上である、請求項４から請求項８のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項10】

前記第２流路のそれぞれの断面積は０．０１ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下である、請求項４から請求項９のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項11】

前記第１流路の断面積Ｓ１と、前記第２流路のそれぞれの断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１００以上１００００００以下である、請求項４から請求項１０のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項12】

前記集合工程において、前記複数のカーボンナノチューブの径が縮小する、請求項６に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項13】

前記第２流路のそれぞれの長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である、請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項14】

前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有する、請求項４から請求項１３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項15】

前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さい、請求項４から請求項１４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項16】

前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、０．０５１ｃｍ／ｓｅｃ以上１０．００１ｃｍ／ｓｅｃ以下であり、
前記炭素含有ガスの上流側の平均流速は、０．０５０ｃｍ／ｓｅｃ以上１０．０００ｃｍ／ｓｅｃ以下である、請求項４から請求項１５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線の製造方法。

【請求項17】

浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させることにより、複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させて複数のカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程と、
前記複数のカーボンナノチューブ集合線を前記複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル工程とを含み、
前記引張力は、前記炭素含有ガスの流速を変化させることにより前記複数のカーボンナノチューブに加えられ、
前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、前記炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きく、
前記バンドル工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をその長手方向に沿う方向に巻き取ることにより行われる、カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項18】

前記バンドル工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に揮発性液体を付着させる付着工程と、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に付着させた前記揮発性液体を自然乾燥により蒸発させる蒸発工程とを含み、
前記付着工程は、前記揮発性液体を霧化して蒸気とし、前記蒸気を前記カーボンナノチューブ集合線に噴霧することにより行われる、請求項１７に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項19】

前記付着工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をこれらの長手方向に沿う方向に配向して束ねる前に行われる、請求項１８に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項20】

前記付着工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をこれらの長手方向に沿う方向に配向して束ねた後に行われる、請求項１８に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項21】

前記バンドル工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に張力を加えながら行われる、請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項22】

前記成長工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、第１流路を通過し、
前記集合工程及び前記バンドル工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、前記第１流路よりも下流側に配置される１以上の第２流路を通過し、
前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記第１流路の断面積よりも小さい、請求項１７から請求項２１のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項23】

前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有する、請求項２２に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項24】

前記第２流路は複数存在し、
前記第２流路間の最近接距離は、上流側よりも下流側の方が短い、請求項２２又は請求項２３に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項25】

前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さく、
前記第２流路の前記上流側の断面積は０．１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下であり、
前記第２流路の前記下流側の断面積は０．００５ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下である、請求項２２から請求項２４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法。

【請求項26】

管状のカーボンナノチューブ成長部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の一方の端部側から前記カーボンナノチューブ成長部内に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部内に触媒粒子を供給する触媒供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の他方の端部側に配置され、前記カーボンナノチューブ成長部で得られたカーボンナノチューブを伸長するカーボンナノチューブ伸長部とを備え、
前記カーボンナノチューブ成長部における前記炭素含有ガスの通過する中空部の断面積よりも、前記カーボンナノチューブ伸長部における前記炭素含有ガスの通過する中空部の断面積は小さく、
前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、前記炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きい、カーボンナノチューブ製造装置。

【請求項27】

前記カーボンナノチューブ伸長部の前記中空部の断面積は、前記カーボンナノチューブ成長部の前記中空部の断面積の０．０００１％以上３５％以下である、請求項２６に記載のカーボンナノチューブ製造装置。

【請求項28】

管状のカーボンナノチューブ成長部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の一方の端部から前記カーボンナノチューブ成長部に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部内に触媒粒子を供給する触媒供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の他方の端部側に配置され、前記カーボンナノチューブ成長部で得られた複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させる、カーボンナノチューブ集合部と、を備え、
前記カーボンナノチューブ成長部は、その内部に第１流路を有し、
前記カーボンナノチューブ集合部は、その内部に１以上の第２流路を有し、
前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記第１流路の断面積よりも小さく、
前記カーボンナノチューブ集合部内での前記炭素含有ガスの平均流速は、前記カーボンナノチューブ成長部における前記炭素含有ガスの平均流速よりも大きい、カーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項29】

前記カーボンナノチューブ集合部において、前記カーボンナノチューブ成長部で得られたカーボンナノチューブを伸長する、請求項２８に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項30】

前記カーボンナノチューブ集合部はハニカム構造を有する、請求項２８または請求項２９に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項31】

前記ハニカム構造は、複数の貫通孔から構成される複数の前記第２流路を有するハニカム構造体であり、
前記第２流路のそれぞれの断面積は０．０１ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下である、請求項３０に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項32】

前記第１流路の断面積Ｓ１と、前記第２流路のそれぞれの断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１００以上１００００００以下である、請求項２８から請求項３１のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項33】

前記カーボンナノチューブ集合部において、前記複数のカーボンナノチューブの径が縮小する、請求項２９に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項34】

前記カーボンナノチューブ集合部の第２流路のそれぞれの長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である、請求項２８から請求項３３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項35】

前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有する、請求項２８から請求項３４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項36】

前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さい、請求項２８から請求項３５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置。

【請求項37】

請求項２８から請求項３６のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置と、
前記カーボンナノチューブ集合線製造装置により得られた複数のカーボンナノチューブ集合線を前記複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル部とを備える、カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置。

【請求項38】

前記バンドル部は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に揮発性液体を付着させる液体付着装置を含む、請求項３７に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置。

【請求項39】

前記バンドル部は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に張力を加えながら、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をその長手方向に沿う方向に配向して束ねて巻き取る巻取装置を含む、請求項３７又は請求項３８に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置。

【請求項40】

前記カーボンナノチューブ集合部と、前記バンドル部とは、複数の第２流路を有する同一のハニカム構造体からなり、
前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有する、請求項３７に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置。

【請求項41】

前記第２流路間の最近接距離は、上流側よりも下流側の方が短い、請求項４０に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置。

【請求項42】

前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さい、請求項４０又は請求項４１に記載のカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、カーボンナノチューブの製造方法、カーボンナノチューブ集合線の製造方法、カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法、カーボンナノチューブ製造装置、カーボンナノチューブ集合線製造装置及びカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置に関する。本出願は、２０１８年１２月２７日に出願した日本特許出願である特願２０１８－２４５６８５号に基づく優先権、および、２０１９年９月３日に出願した日本特許出願である特願２０１９－１６０７６５号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

炭素原子が六角形に結合したグラフェンシートを円筒状にした構造のカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴとも記す。）は、銅の１／５の軽さで鋼鉄の２０倍の強度、金属的な導電性という優れた特性を持つ素材である。このため、カーボンナノチューブを用いた電線は、特に自動車用モータの軽量化、小型化及び耐食性の向上に貢献する素材として期待されている。

【0003】

カーボンナノチューブは、例えば、特許文献１（特開２００５－３３０１７５号公報）に示されるように、鉄などの微細触媒を加熱しつつ、炭素を含む原料ガスを供給することで触媒からカーボンナノチューブを成長させる気相成長法により得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－３３０１７５号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】ＡｇｎｉｅｓｚｋａＬｅｋａｗａ－Ｒａｕｓｅｔａｌ． “ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＢａｓｅｄＦｉｂｅｒｓａｎｄＴｈｅｉｒＦｕｔｕｒｅＵｓｅｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＷｉｒｉｎｇ”，ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏ．２４，ｐ．ｐ．３６６１－３６８２（２０１４）．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｄｆｍ．２０１３０３７１６

【発明の概要】

【0006】

本開示の一態様に係るカーボンナノチューブの製造方法は、
浮遊状態の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記触媒粒子からカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記カーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記カーボンナノチューブを伸長させる伸長工程とを含む、カーボンナノチューブの製造方法である。

【0007】

本開示の他の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法は、
浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させることにより、複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させてカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程とを含む、カーボンナノチューブ集合線の製造方法である。

【0008】

本開示の他の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法は、
浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させることにより、複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させて複数のカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程と、
前記複数のカーボンナノチューブ集合線を前記複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル工程とを含む、カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法である。

【0009】

本開示の他の一態様に係るカーボンナノチューブ製造装置は、
管状のカーボンナノチューブ成長部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の一方の端部側から前記カーボンナノチューブ成長部内に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部内に触媒粒子を供給する触媒供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の他方の端部側に配置され、前記カーボンナノチューブ成長部で得られたカーボンナノチューブを伸長するカーボンナノチューブ伸長部とを備える、カーボンナノチューブ製造装置である。

【0010】

本開示の他の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置は、
管状のカーボンナノチューブ成長部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の一方の端部から前記カーボンナノチューブ成長部に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部内に触媒粒子を供給する触媒供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の他方の端部側に配置され、前記カーボンナノチューブ伸長部で得られた複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させるカーボンナノチューブ集合部と、を備える、カーボンナノチューブ集合線製造装置である。

【0011】

本開示の他の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置は、
上記のカーボンナノチューブ集合線製造装置と、
前記カーボンナノチューブ集合線製造装置により得られた複数のカーボンナノチューブ集合線を前記複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル部とを備える、カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線を説明する図である。

【図2】図２は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線の一例の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像である。

【図3】図３は、図２のＴＥＭ画像を二値化処理した画像である。

【図4】図４は、図３の二値化処理した画像をフーリエ変換した画像である。

【図5】図５は、図４のフーリエ変換画像から得られた配向角度と配向強度との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、本開示の一実施形態で用いられるカーボンナノチューブの一例を示す図である。

【図7】図７は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルを説明する図である。

【図8】図８は、本実施形態に係るＣＮＴ集合線バンドルの一例の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）画像である。

【図9】図９は、図８のＳＥＭ画像を二値化処理した画像である。

【図10】図１０は、図９の二値化処理した画像をフーリエ変換した画像である。

【図11】図１１は、図１０のフーリエ変換画像から得られた配向角度と配向強度との関係を示すグラフである。

【図12】図１２は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルの一例のＳＥＭ画像である。

【図13】図１３は、本開示の一実施形態に係るＣＮＴ集合線バンドルの配向領域を模式的に示す図である。

【図14】図１４は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置を説明する図である。

【図15】図１５は、本開示の他の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置の電場発生部を説明するための図である。

【図16】図１６は、本開示の他の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置の磁場発生部を説明するための図である。

【図17】図１７は、試料１のカーボンナノチューブ集合線の画像である。

【図18】図１８は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置を説明する図である。

【図19】図１９は、実施例で作製された装置５及び装置６を説明するための図である。

【図20】図２０は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合部の第２流路を示す図である。

【図21】図２１は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置を説明する図である。

【図22】図２２は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置の他の例を説明する図である。

【図23】図２３は、ハニカム構造体の一例を示す図である。

【図24】図２４は、図２３のハニカム構造体のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ線断面図である。

【図25】図２５は、ハニカム構造体の他の一例を示す図である。

【図26】図２６は、図２５のハニカム構造体を矢印ＸＸＶＩで示す方向（上流側）から見た図である。

【図27】図２７は、図２５のハニカム構造体を矢印ＸＸＶＩＩで示す方向（下流側）から見た図である。

【図28】図２８は、図２５のハニカム構造体のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ線断面図である。

【図29】図２９は、ハニカム構造体の他の一例を示す図である。

【図30】図３０は、図２９のハニカム構造体を矢印ＸＸＸで示す方向（上流側）から見た図である。

【図31】図３１は、図２９のハニカム構造体を矢印ＸＸＸＩで示す方向（下流側）から見た図である。

【図32】図３２は、図２９のハニカム構造体のＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ線断面図である。

【図33】図３３は、ハニカム構造体の他の一例を示す図である。

【図34】図３４は、図３３のハニカム構造体を矢印ＸＸＸＩＶ方向（上流側）から見た図である。

【図35】図３５は、図３３のハニカム構造体を矢印ＸＸＸＶで示す方向（下流側）から見た図である。

【図36】図３６は、図３３のハニカム構造体のＸＸＸＶＩ－ＸＸＸＶＩ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

[本開示が解決しようとする課題]
現在のカーボンナノチューブの作製技術で得られるカーボンナノチューブは、その径が約０．４ｎｍ～２０ｎｍ、かつ、長さが最大５５ｃｍである。カーボンナノチューブを電線や高強度材として用いるためには、より長いカーボンナノチューブが必要であり、カーボンナノチューブを長尺化できる技術が検討されている。

【0014】

カーボンナノチューブを長尺化する方法として、複数のカーボンナノチューブを長手方向に配向させて集め、集合線とする方法が考えられる。

【0015】

そのような方法の一つとして、無配向の複数のＣＮＴを分散剤（界面活性剤やポリマー等）と混合し、繊維状に射出成形することにより、ＣＮＴ集合線を得る方法が検討されている（非特許文献１：ＡｇｎｉｅｓｚｋａＬｅｋａｗａ－Ｒａｕｓｅｔａｌ．“ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＢａｓｅｄＦｉｂｅｒｓａｎｄＴｈｅｉｒＦｕｔｕｒｅＵｓｅｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＷｉｒｉｎｇ”，ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏ．２４，ｐ．ｐ．３６６１－３６８２（２０１４）．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｄｆｍ．２０１３０３７１６）。この方法によると、分散剤を除去する工程が含まれるため、集合線の構成単位であるＣＮＴ単線の配向制御が困難である。また、分散剤の除去後にＣＮＴ集合線中に残留している分散剤のために、ＣＮＴが有する電気伝導度や機械的強度等の特性が低下する傾向があった。

【0016】

そこで、本開示は、ＣＮＴを長尺化することのできる、ＣＮＴの製造方法及びＣＮＴ製造装置を提供することを目的とする。更に、本開示は、ＣＮＴを長手方向に配向させて集め、長尺化されたＣＮＴ集合線及びＣＮＴ集合線バンドルを得ることのできるＣＮＴ集合線、ＣＮＴ集合線バンドル、ＣＮＴ集合線製造装置及びＣＮＴ集合線バンドル製造装置を提供することを目的とする。
[本開示の効果]

【0017】

上記態様によれば、長尺化されたＣＮＴを提供することが可能となる。更に、上記態様によれば、ＣＮＴを長手方向に配向させて集め、長尺化されたＣＮＴ集合線及びＣＮＴ集合線バンドルを提供することが可能となる。

【0018】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0019】

（１）本開示の一態様に係るカーボンナノチューブの製造方法は、
浮遊状態の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記触媒粒子からカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記カーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記カーボンナノチューブを伸長させる伸長工程とを含む、カーボンナノチューブの製造方法である。

【0020】

これによると、長尺化されたＣＮＴを提供することが可能となる。
（２）前記伸長工程において、前記カーボンナノチューブは、前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して伸長することが好ましい。これによると、カーボンナノチューブが曲がりにくく、チューブ部Ｔが六員環の炭素のみからなる直線状のカーボンナノチューブを得ることができる。六員環の炭素のみからなるカーボンナノチューブは、劣化が進みにくく、品質を維持することができる。

【0021】

（３）前記引張力は、前記炭素含有ガスの流速を変化させることにより前記カーボンナノチューブに加えられることが好ましい。これによると、ＣＮＴの伸長を炭素含有ガスを用いて行うことができるため、ＣＮＴ伸長のために特別な機構を用いる必要がなく、製造コストの面で有利である。

【0022】

（４）前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、前記炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きいことが好ましい。これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0023】

（５）前記引張力は、磁場を用いることにより前記カーボンナノチューブに加えられることが好ましい。これによると、ＣＮＴに含まれる金属に直接磁力が作用し、磁力線に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0024】

（６）前記引張力は、電場を用いることにより前記カーボンナノチューブに加えられることが好ましい。これによると、ＣＮＴ及びＣＮＴに含まれる金属に直接静電力が作用し、電気力線に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0025】

（７）本開示の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法は、
浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させることにより、複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させてカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程とを含む、カーボンナノチューブ集合線の製造方法である。

【0026】

これによると、ＣＮＴを長手方向に配向させて集め、長尺化されたＣＮＴ集合線を提供することが可能となる。

【0027】

（８）前記伸長工程において、前記複数のカーボンナノチューブは、前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して伸長することが好ましい。これによると、炭素含有ガスの流れに沿った形状のＣＮＴを得ることができる。

【0028】

（９）前記伸長工程と前記集合工程とは同時に行われることが好ましい。これによると、伸長工程及び集合工程に要する時間を短縮することができる。更に、ＣＮＴの成長及びＣＮＴ伸長のために、別個の機構を用いる必要がなく、製造コストの面で有利である。

【0029】

（１０）前記引張力は、前記炭素含有ガスの流速を変化させることにより前記複数のカーボンナノチューブに加えられることが好ましい。これによると、ＣＮＴの伸長を炭素含有ガスを用いて行うことができるため、ＣＮＴ伸長のために特別な機構を用いる必要がなく、製造コストの面で有利である。

【0030】

（１１）前記炭素含有ガスの下流側の平均流速は、前記炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きいことが好ましい。これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0031】

（１２）前記引張力は、磁場を用いることにより前記複数のカーボンナノチューブに加えられることが好ましい。これによると、一本一本のＣＮＴに直接磁力が作用し、磁力線に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0032】

（１３）前記引張力は、電場を用いることにより前記カーボンナノチューブに加えられることが好ましい。これによると、一本一本のＣＮＴに直接静電力が作用し、電気力線に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0033】

（１４）前記集合工程において、前記複数のカーボンナノチューブ同士を配向した状態で近付けることが好ましい。これによると、得られたＣＮＴ集合線において、カーボンナノチューブは配向することができる。

【0034】

（１５）前記成長工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、第１流路を通過し、
前記集合工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、前記第１流路より下流側に配置される１以上の第２流路を通過し、
前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記第１流路の断面積よりも小さいことが好ましい。

【0035】

これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0036】

（１６）前記第２流路より下流側の前記炭素含有ガスの温度は、前記第２流路より上流側の前記炭素含有ガスの温度よりも低いことが好ましい。これによると、ＣＮＴ同士が集合しやすい。

【0037】

（１７）前記第２流路より上流側の前記炭素含有ガスの温度は８００℃以上であり、前記第２流路より下流側の前記炭素含有ガスの温度は６００℃以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴ同士が集合しやすい。

【0038】

（１８）前記第２流路内の前記炭素含有ガスの温度は、下流側が上流側よりも低く、
前記第２流路内の下流側端部における前記炭素含有ガスの温度は、６００℃以下であることが好ましい。

【0039】

これによると、第２流路内でＣＮＴ同士が集合しやすい。
（１９）前記第２流路内の下流側に、前記炭素含有ガスの温度が６００℃以下である第１領域が存在し、該第１領域の前記第２流路の長手方向に沿う長さは１ｃｍ以上であることが好ましい。

【0040】

これによると、第２流路内でＣＮＴ同士が集合しやすい。
（２０）前記第２流路のそれぞれの断面積は０．０１ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴの径が縮小しやすい。

【0041】

（２１）前記第１流路の断面積Ｓ１と、前記第２流路のそれぞれの断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１００以上１００００００以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。

【0042】

（２２）前記集合工程において、前記複数のカーボンナノチューブの径が縮小することが好ましい。これによると、径の小さいＣＮＴを含むＣＮＴ集合線を得ることができる。

【0043】

（２３）前記第２流路のそれぞれの長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。

【0044】

（２４）前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有することが好ましい。これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成されやすい。

【0045】

（２５）前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴが集合しやすく、ＣＮＴ集合線が形成されやすい。

【0046】

（２６）本開示の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法は、
浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、前記複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させることにより、複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、前記複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程と、
浮遊状態の前記複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させて複数のカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程と、
前記複数のカーボンナノチューブ集合線を前記複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル工程とを含む、カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法である。

【0047】

これによると、ＣＮＴを長手方向に配向させて集め、長尺化されたＣＮＴ集合線バンドルを提供することが可能となる。

【0048】

（２７）前記バンドル工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に揮発性液体を付着させる付着工程と、前記カーボンナノチューブ集合線に付着させた前記揮発性液体を蒸発させる蒸発工程とを含むことが好ましい。これによると、得られたＣＮＴ集合線バンドルの密度が向上する。

【0049】

（２８）前記付着工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をこれらの長手方向に沿う方向に配向して束ねる前に行われることが好ましい。これによるとカーボンナノチューブフィラメント間の空隙に浸透した液体が蒸発する過程でカーボンナノチューブフィラメント間を接近させ強固に接合させることができる。

【0050】

（２９）前記付着工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をこれらの長手方向に沿う方向に配向して束ねた後に行われることが好ましい。これによるとカーボンナノチューブフィラメント間の空隙に浸透した液体が蒸発する過程でカーボンナノチューブフィラメント間を接近させ強固に接合させることができる。

【0051】

（３０）前記バンドル工程は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に張力を加えながら行われることが好ましい。これによると、得られたＣＮＴ集合線バンドルの強度が向上する。

【0052】

（３１）前記成長工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、第１流路を通過し、
前記集合工程及び前記バンドル工程において、前記複数のカーボンナノチューブ及び前記炭素含有ガスは、前記第１流路よりも下流側に配置される１以上の第２流路を通過し、
前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記第１流路の断面積よりも小さいことが好ましい。

【0053】

これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0054】

（３２）前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有することが好ましい。これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成されやすい。

【0055】

（３３）前記第２流路は複数存在し、
前記第２流路間の最近接距離は、上流側よりも下流側の方が短いことが好ましい。これによると、ＣＮＴ集合線同士が束ねられやすく、ＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。

【0056】

（３４）前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴ及びＣＮＴ集合線が集合しやすく、ＣＮＴ集合線及びＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。

【0057】

（３５）本開示の一態様に係るカーボンナノチューブ製造装置は、
管状のカーボンナノチューブ成長部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の一方の端部側から前記カーボンナノチューブ成長部内に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部内に触媒粒子を供給する触媒供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の他方の端部側に配置され、前記カーボンナノチューブ成長部で得られたカーボンナノチューブを伸長するカーボンナノチューブ伸長部とを備える、カーボンナノチューブ製造装置である。

【0058】

これによると、長尺化されたＣＮＴを提供することが可能となる。
（３６）本開示の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置は、
管状のカーボンナノチューブ成長部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の一方の端部から前記カーボンナノチューブ成長部に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部内に触媒粒子を供給する触媒供給部と、
前記カーボンナノチューブ成長部の他方の端部側に配置され、前記カーボンナノチューブ成長部で得られた複数のカーボンナノチューブを前記炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させるカーボンナノチューブ集合部と、を備える、カーボンナノチューブ集合線製造装置である。

【0059】

これによると、ＣＮＴを長手方向に配向させて集め、長尺化されたＣＮＴ集合線を提供することが可能となる。

【0060】

（３７）前記カーボンナノチューブ集合部において、前記カーボンナノチューブ成長部で得られたカーボンナノチューブを伸長することが好ましい。これによると、ＣＮＴの成長及びＣＮＴ伸長のために、別個の機構を用いる必要がなく、製造コストの面で有利である。更に、伸長工程及び集合工程に要する時間を短縮することができる。

【0061】

（３８）前記カーボンナノチューブ集合部内での前記炭素含有ガスの平均流速は、前記カーボンナノチューブ成長部における前記炭素含有ガスの平均流速よりも大きいことが好ましい。これによると、カーボンナノチューブ集合部内で、ＣＮＴに引張力を加えることができる。

【0062】

（３９）前記カーボンナノチューブ成長部は、その内部に第１流路を有し、
前記カーボンナノチューブ集合部は、その内部に１以上の第２流路を有し、
前記第２流路のそれぞれの断面積は、前記第１流路の断面積よりも小さいことが好ましい。

【0063】

これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0064】

（４０）前記カーボンナノチューブ集合部はハニカム構造を有することが好ましい。これによると、カーボンナノチューブ集合部内で、ＣＮＴに引張力を加えると同時に、複数のカーボンナノチューブ同士を配向した状態で近付けることができる。

【0065】

（４１）前記ハニカム構造は、複数の貫通孔から構成される複数の第２流路を有するハニカム構造体であり、
前記第２流路のそれぞれの断面積は０．０１ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることが好ましい。
これによると、ＣＮＴの径が縮小しやすい。

【0066】

（４２）前記第１流路の断面積Ｓ１と、前記第２流路のそれぞれの断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１００以上１００００００以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。

【0067】

（４３）前記カーボンナノチューブ集合部において、前記複数のカーボンナノチューブの径が縮小することが好ましい。これによると、径の小さいＣＮＴを含むＣＮＴ集合線を得ることができる。

【0068】

（４４）前記カーボンナノチューブ集合部の第２流路のそれぞれの長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。

【0069】

（４５）前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有することが好ましい。これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成される。

【0070】

（４６）前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴが集合しやすく、ＣＮＴ集合線が形成されやすい。

【0071】

（４７）本開示の一態様に係るカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置は、
上記のカーボンナノチューブ集合線製造装置と、
前記カーボンナノチューブ集合線製造装置により得られた複数のカーボンナノチューブ集合線を前記複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル部とを備えることが好ましい。

【0072】

これによると、ＣＮＴを長手方向に配向させて集め、長尺化されたＣＮＴ集合線バンドルを提供することが可能となる。

【0073】

（４８）前記バンドル部は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に揮発性液体を付着させる液体付着装置を含むことが好ましい。
これによると、高い密度を有するＣＮＴ集合線バンドルを提供することが可能となる。

【0074】

（４９）前記バンドル部は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に張力を加えながら、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をその長手方向に沿う方向に配向して束ねて巻き取る巻取装置を含むことが好ましい。これによると、ＣＮＴ集合線バンドルの作製効率が向上する。

【0075】

（５０）前記カーボンナノチューブ集合部と、前記バンドル部とは、複数の第２流路を有する同一のハニカム構造体からなり、
前記第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有することが好ましい。

【0076】

これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成されやすい。

【0077】

（５１）前記第２流路間の最近接距離は、上流側よりも下流側の方が短いことが好ましい。これによると、ＣＮＴ集合線同士が束ねられやすく、ＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。

【0078】

（５２）前記第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴ及びＣＮＴ集合線が集合しやすく、ＣＮＴ集合線及びＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。

【0079】

これによると、高い強度を有するＣＮＴ集合線バンドルを提供することが可能となる。
［本発明の実施形態の詳細］
本開示の一実施形態にかかるカーボンナノチューブ集合線及びカーボンナノチューブ集合線バンドルの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。

【0080】

本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。

【0081】

本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。また、範囲の上限値がＣであるとは、範囲の上限がＣ以下であることを意味し、範囲の下限値がＤであるとは、範囲の下限がＤ以上であることを意味する。

【0082】

［実施の形態１：カーボンナノチューブの製造方法］
実施の形態１に係るカーボンナノチューブの製造方法について説明する。カーボンナノチューブの製造方法は、浮遊状態の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、触媒粒子からカーボンナノチューブを成長させる成長工程（以下、成長工程とも記す）と、浮遊状態のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、カーボンナノチューブを伸長させる伸長工程（以下、伸長工程とも記す）とを含む。

【0083】

実施の形態１に係るカーボンナノチューブの製造方法は、例えば、図１８に示されるカーボンナノチューブ製造装置１０により作製することができる。カーボンナノチューブ製造装置１０は、管状のカーボンナノチューブ成長部（以下、ＣＮＴ成長部とも記す）２１と、ＣＮＴ成長部２１の一方の端部（図１８において右側の端部）側からＣＮＴ成長部２１内に炭素含有ガスを供給するガス供給部２２と、ＣＮＴ成長部２１内に触媒粒子Ｐを供給する触媒供給部２３と、ＣＮＴ成長部２１の他方の端部側（図１８において左側の端部）に配置され、ＣＮＴ成長部２１で得られたカーボンナノチューブを伸長するカーボンナノチューブ伸長部（以下、ＣＮＴ伸長部とも記す）３０とを備えることができる。ＣＮＴ成長部２１、ＣＮＴ伸長部３０及び触媒供給部２３は、連続した反応管３１を含み、反応管３１の内部でＣＮＴが製造される。

【0084】

＜成長工程＞
成長工程において、浮遊状態の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、触媒粒子から、カーボンナノチューブを成長させる。本明細書において、成長工程では、ＣＮＴの長さは２０μｍ以下である。

【0085】

成長工程は、ＣＮＴ成長部２１の内部で行われる。成長工程は、８００℃以上１２００℃以下の温度条件で行われることが好ましい。温度が８００℃未満であると、ＣＮＴの成長速度が遅くなる傾向がある。一方、温度が１２００℃を超えると、不純物炭素の含有量が増加する傾向がある。成長工程の温度条件は、９００℃以上１１５０℃以下がより好ましく、９５０℃以上１０５０℃以下が更に好ましい。

【0086】

触媒粒子Ｐは、ガス供給部２２から触媒供給部２３及びＣＮＴ成長部２１に供給される炭素含有ガスの風圧により、触媒供給部２３の内部に配置された触媒２７が崩壊して触媒粒子Ｐとなり、ＣＮＴ成長部２１内に供給されるものである。

【0087】

触媒粒子Ｐとしては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、金、銀、銅、パラジウム、白金を用いることができる。中でも、鉄を用いることが長尺ＣＮＴを量産する観点から好ましい。

【0088】

炭素含有ガスは、ガス供給部２２から触媒供給部２３を経て、ＣＮＴ成長部２１に供給される。炭素含有ガスとしては、炭化水素ガス等の還元性を有するガスが用いられる。このような炭素含有ガスとしては、例えばメタンとアルゴンとの混合ガス、エチレンとアルゴンとの混合ガス、エタノールとアルゴンとの混合ガス等を用いることができる。炭素含有ガスは補助触媒として二硫化炭素（ＣＳ_２）を含むことが好ましい。

【0089】

ガス供給部２２から供給される炭素含有ガスのＣＮＴ成長部内での平均流速の下限としては、０．０５ｃｍ／ｓｅｃであり、０．１０ｃｍ／ｓｅｃが好ましく、０．２０ｃｍ／ｓｅｃがより好ましい。一方、ＣＮＴ成長部２１内での平均流速の上限としては、１０．０ｃｍ／ｓｅｃが好ましく、５．０ｃｍ／ｓｅｃがより好ましい。炭素含有ガスのＣＮＴ成長部２１内での平均流速が上記下限に満たない場合、触媒粒子Ｐに供給される炭素原料ガスが不足して触媒粒子Ｐ間に形成されるカーボンナノチューブの成長が停滞する傾向がある。逆に、炭素含有ガスのＣＮＴ成長部２１内での平均流速が上記上限を超える場合、カーボンナノチューブを触媒粒子Ｐから剥離してカーボンナノチューブの成長を停止させることでカーボンナノチューブの形成が阻害される傾向がある。

【0090】

ガス供給部２２から供給される炭素含有ガスのＣＮＴ成長部２１内での流れのレイノルズ数の下限としては、０．０１が好ましく、０．０５がより好ましい。一方、上記レイノルズ数の上限としては１０００であり、１００が好ましく、１０がより好ましい。上記レイノルズ数が上記下限未満とすると、装置の設計が過度に制約されるため、当該カーボンナノチューブ集合線製造装置２０が不必要に高価となるおそれや、カーボンナノチューブの製造効率が不必要に低下する傾向がある。上記レイノルズ数が上記上限を超える場合、炭素含有ガスの流れが乱れて触媒粒子Ｐ間のカーボンナノチューブの生成を阻害する傾向がある。

【0091】

成長工程により得られたＣＮＴの長さは、０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。成長工程により得られたＣＮＴの長さが０．１μｍ未満であると、近接するＣＮＴが長手方向に配向せずに絡まってしまい、二次粒子を形成する傾向がある。一方、ＣＮＴの長さが２０μｍを超えると、伸長工程を行うまでの時間が長くなり、カーボンナノチューブの製造効率が不必要に低下する傾向がある。成長工程により得られたＣＮＴの長さは０．５μｍ以上１５μｍ以下がより好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下が更に好ましい。ＣＮＴの長さは、走査型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。

【0092】

＜伸長工程＞
次に、成長工程で得られた浮遊状態のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、カーボンナノチューブを伸長させる。

【0093】

伸長工程は、ＣＮＴ伸長部３０の内部で行われる。伸長工程において、カーボンナノチューブは、炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して伸長することが好ましい。これによると、カーボンナノチューブが曲がりにくく、チューブ部Ｔが六員環の炭素のみからなる直線状のカーボンナノチューブを得ることができる。六員環の炭素のみからなるカーボンナノチューブは、劣化が進みにくく、品質を維持することができる。

【0094】

引張力は、炭素含有ガスの流速を変化させることにより複数のカーボンナノチューブに加えられることが好ましい。例えば、炭素含有ガスの下流側の平均流速を、炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きくすることにより、ＣＮＴに下流側に向かう方向の引張力を加えることができる。カーボンナノチューブの端部に引張力が作用することで、触媒粒子Ｐから延びるカーボンナノチューブが引っ張られ、塑性変形して縮径しつつ長手方向に伸長される。

【0095】

炭素含有ガスの下流側の平均流速を、炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きくする方法としては、例えば、炭素含有ガスの通過する中空部の断面積を、炭素含有ガスの上流側よりも、炭素含有ガスの下流側の方を小さくすることが挙げられる。より具体的には、（ｉ）ＣＮＴ成長部（上流側に該当）における炭素含有ガスの通過する中空部の断面積よりも、ＣＮＴ伸長部（下流側に該当）における炭素含有ガスの通過する中空部の断面積を小さくすることや、（ｉｉ）ＣＮＴ伸長部において、炭素含有ガスの通過する中空部の断面積を、炭素含有ガスの上流側よりも、炭素含有ガスの下流側の方を小さくすることが挙げられる。これによると、中空部の断面積の小さくなる領域近傍で加速度場が生じ、炭素含有ガスの流速が大きくなる。

【0096】

上記（ｉ）の場合、ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積は、ＣＮＴ成長部の断面積の０．０００１％以上３５％以下とすることが好ましく、０．００１％以上３５％以下とすることが好ましく、０．００５％以上２０％以下とすることがより好ましく、０．０１％以上５％以下とすることが更に好ましい。ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積が、ＣＮＴ成長部の中空部の断面積の３５％より大きいと、加速度場が生じにくい傾向がある。一方、ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積が、ＣＮＴ成長部の中空部の断面積の０．０００１％未満であると、ＣＮＴの目詰まりが生じる傾向がある。

【0097】

本明細書において、特に説明のない限りは、ＣＮＴ成長部の中空部の断面積は、その両端部の一部を除き、上流側から下流側まで一定である。本明細書において、ＣＮＴ伸長部が複数の中空部を有する場合は、ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積とは、一の中空部の断面積を意味する。本明細書において、特に説明のない限りは、ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積は、その両端部の一部を除き、上流側から下流側まで一定である。ここで、断面積が一定とは、断面積の最大値と最小値が、平均値±５％以内であることを意味する。

【0098】

なお、ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積が、ＣＮＴ成長部の断面積の１％以下であると、ＣＮＴ同士が集合してＣＮＴ集合線を形成する可能性が高くなる場合がある。よって、ＣＮＴ単体としての回収量を増加させたい場合は、ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積は、ＣＮＴ成長部の断面積の１％超３５％以下とすることが好ましい。

【0099】

上記（ｉ）の場合、ＣＮＴ成長部の断面積は、例えば７０ｍｍ^２以上７０００ｍｍ^２以下とすることができる。ＣＮＴ伸長部の断面積は、例えば０．００５ｍｍ^２以上５０ｍｍ^２以下とすることができる。なお、ＣＮＴ伸長部の断面積が４ｍｍ^２以下であると、ＣＮＴ同士が集合してＣＮＴ集合線を形成する可能性が高くなる場合がある。よって、ＣＮＴ単体としての回収量を増加させたい場合は、ＣＮＴ伸長部の断面積を４ｍｍ^２超５０ｍｍ^２以下とすることが好ましい。

【0100】

上記（ｉｉ）の場合、ＣＮＴ伸長部において、炭素含有ガスの下流側の中空部の断面積は、上流側の中空部の断面積の０．００１％以上３５％以下とすることが好ましく、０．００５％以上２０％以下とすることがより好ましく、０．０１０％以上５％以下とすることが更に好ましい。下流側の中空部の断面積が、上流側の中空部の断面積の３５％より大きいと、加速度場が生じにくい傾向がある。一方、下流側の中空部の断面積が、上流側の中空部の断面積の０．００１％未満であると、ＣＮＴの目詰まりが生じる傾向がある。

【0101】

上記（ｉｉ）の場合、下流側の中空部の断面積は、例えば、０．００５ｍｍ^２以上５０ｍｍ^２以下とすることができる。上流側のの断面積は、例えば、７０ｍｍ^２以上７０００ｍｍ^２以下とすることができる。

【0102】

ＣＮＴ伸長部３０内での炭素含有ガスの平均流速の下限としては、０．０５ｃｍ／ｓｅｃであり、０．２ｃｍ／ｓｅｃが好ましく、１ｃｍ／ｓｅｃがより好ましい。一方、ＣＮＴ伸長部３０内での平均流速の上限としては、１０ｃｍ／ｓｅｃが好ましく、５ｃｍ／ｓｅｃがより好ましい。炭素含有ガスのＣＮＴ伸長部３０内での平均流速が０．０５ｃｍ／ｓｅｃに満たない場合、カーボンナノチューブに十分な引張力が加わらず、ＣＮＴの伸長が停滞する傾向がある。逆に、炭素含有ガスのＣＮＴ伸長部３０内での平均流速が１０ｃｍ／ｓｅｃを超える場合、カーボンナノチューブを触媒粒子Ｐから剥離してカーボンナノチューブの成長を停止させることでカーボンナノチューブの形成が阻害される傾向がある。

【0103】

炭素含有ガスのＣＮＴ伸長部３０内での流れのレイノルズ数の下限としては、０．０１が好ましく、０．０５がより好ましい。一方、上記レイノルズ数の上限としては１０００であり、１００が好ましく、１０がより好ましい。上記レイノルズ数が０．０１未満とすると、装置の設計が過度に制約されるため、当該カーボンナノチューブ製造装置１０が不必要に高価となるおそれや、カーボンナノチューブの製造効率が不必要に低下する傾向がある。上記レイノルズ数が１０００を超える場合、炭素含有ガスの流れが乱れて触媒粒子Ｐ間のカーボンナノチューブの伸長を阻害する傾向がある。

【0104】

引張力は、磁場を用いることによりカーボンナノチューブに加えられることが好ましい。例えば、ＣＮＴ伸長部において、反応管の周囲にコイル状に電線を設置し、その電線を通電することで、反応管の内部に、反応管の中心軸に沿った方向の磁力線を発生させることにより、ＣＮＴに磁場に由来する引張力を加えることができる。ＣＮＴ伸長時に磁場を加えることにより、ＣＮＴに含まれる金属に直接磁力が作用し、これにより反応管内の磁力線に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0105】

引張力は、電場を用いることによりカーボンナノチューブに加えられることが好ましい。例えば、ＣＮＴ伸長部において、炭素含有ガスの下流側に導電性材料からなる＋電極、上流側に導電性材料からなる－電極を設置し、反応管の中心軸に沿った電界を発生させることにより、ＣＮＴに電場に由来する引張力を加えることができる。ＣＮＴ伸長時に電場を加えることにより、一本一本のＣＮＴに直接静電力が作用し、電気力線に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0106】

カーボンナノチューブが引張力で伸長されている間も、触媒粒子Ｐ上では元の大きさの径を有するカーボンナノチューブが成長する。このため、伸長工程を経て作製されたカーボンナノチューブは、図６に示されるように、管状のチューブ部Ｔと、チューブ部の端部から連続して拡径する円錐状のコーン部Ｃとを備えることができる。

【0107】

つまり、伸長工程では、気相成長法により形成されるカーボンナノチューブをその形成と同時に引張力で引き伸ばすことによって、カーボンナノチューブの一部の６角形セルを５角形セルに組み替えて円錐状のコーン部を形成し、再度６角形セルに組み替えてより径が小さいカーボンナノチューブであるチューブ部を形成する。

【0108】

伸長工程では、触媒粒子Ｐ上で成長したカーボンナノチューブを引張力を用いて引き伸ばしながら成長させるため、触媒粒子Ｐ上でのカーボンナノチューブの成長速度に比して極めて大きな速度でチューブ部を形成することができる。よって、比較的短時間で長いカーボンナノチューブを形成することができる。このため、触媒粒子Ｐ上で継続的にカーボンナノチューブを成長させられる条件を維持できる時間が短くても、十分に長いカーボンナノチューブを形成することができる。

【0109】

伸長工程では、触媒粒子Ｐ上のカーボンナノチューブに引張力を作用させることで、カーボンナノチューブの成長点における炭素原子の取り込みを促進すると考えられる。これによって、カーボンナノチューブの成長速度、ひいては得られるカーボンナノチューブの長さの増大速度をより大きくすることができると考えられる。

【0110】

伸長工程では、触媒粒子Ｐ上のカーボンナノチューブに引張力を作用させることで、カーボンナノチューブが曲がりにくく、チューブ部Ｔが六員環の炭素のみからなるシートで構成された筒状体からなる直線状のカーボンナノチューブを得ることができると考えられる。六員環の炭素のみからなるカーボンナノチューブは、劣化が進みにくく、品質を維持することができる。

【0111】

伸長工程により得られたＣＮＴの長さは、１０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上が更に好ましい。特に、カーボンナノチューブの長さが１００μｍ以上であると、ＣＮＴ集合線の作製の観点から好適である。カーボンナノチューブの長さの上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、６００ｍｍ以下が好ましい。ＣＮＴの長さは、走査型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。

【0112】

［実施の形態２：カーボンナノチューブ］
実施の形態１に係るカーボンナノチューブの製造方法で作製されるカーボンナノチューブについて図６を用いて説明する。

【0113】

（カーボンナノチューブの形状）
カーボンナノチューブとしては、公知の構造のＣＮＴを用いることができる。例えば、炭素の層（グラフェン）が１層だけ筒状になっている単層カーボンナノチューブや、炭素の層が複数層積層した状態で筒状になっている二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブ等を用いることができる。

【0114】

カーボンナノチューブの形状はとくに限定されず、先端が閉じているものまたは先端が開孔しているもののいずれも用いることができる。また、図６に示されるように、カーボンナノチューブ２のチューブ部Ｔの一方又は両方の端部に、カーボンナノチューブの作製時に用いた触媒Ｐが付着していてもよい。又、カーボンナノチューブ２のチューブ部Ｔの一方又は両方の端部には円錐状のグラフェンからなるコーン部Ｃが形成されていてもよい。

【0115】

カーボンナノチューブの長さは、用途によって適宜選択することができる。カーボンナノチューブの長さは、例えば、１０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上が更に好ましい。特に、カーボンナノチューブの長さが１００μｍ以上であると、ＣＮＴ集合線の作製の観点から好適である。カーボンナノチューブの長さの上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、６００ｍｍ以下が好ましい。ＣＮＴの長さは、走査型電子顕微鏡で観察することにより測定することができる。

【0116】

カーボンナノチューブの径は、０．６ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が更に好ましい。特に、カーボンナノチューブの径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であると、酸化条件における耐熱性の観点から好適である。

【0117】

カーボンナノチューブの径の測定方法は、上記のＣＮＴ間の距離とＣＮＴの平均径との比較において説明した方法と同一であるため、その説明は繰り返さない。ＣＮＴが一方又は両方の端部にコーン部を含む場合は、コーン部を除く場所において径を測定する。

【0118】

（Ｄ／Ｇ比）
カーボンナノチューブは、波長５３２ｎｍのラマン分光分析におけるＧバンドのピーク強度とＤバンドのピーク強度との比であるＤ／Ｇ比が０．１以下であることが好ましい。

【0119】

Ｇバンドとは、ラマン分光分析法により得られるラマンスペクトルにおいて、ラマンシフト１５９０ｃｍ^－１付近に見られるＣＮＴに由来するピークである。Ｄバンドとは、ラマン分光分析法により得られるラマンスペクトルにおいて、ラマンシフト１３５０ｃｍ^－１付近に見られるアモルファスカーボンや、グラファイト、ＣＮＴの欠陥に由来するピークである。従って、Ｄ／Ｇ比の値が小さいほど、カーボンナノチューブの結晶性が高く、カーボンナノチューブに含まれるアモルファスカーボンや欠陥を有するグラファイトの量が少ないことを示す。

【0120】

ＣＮＴのＤ／Ｇ比が０．１以下であると、アモルファスカーボンやグラファイトの欠陥が少なく、結晶性が高い。よって該ＣＮＴは、高い引張強度と、高い電気導電率を有することができる。ＣＮＴのＤ／Ｇ比が０．１を超えると、ＣＮＴが十分な引張強度と高い電気導電率を有することができない場合がある。Ｄ／Ｇ比は０．１以下が好ましく、０．０１以下がより好ましい。Ｄ／Ｇ比の下限値は特に制限されないが、例えば、０以上とすることができる。

【0121】

本明細書中、カーボンナノチューブのＤ／Ｇ比は、下記の方法により測定された値である。

【0122】

カーボンナノチューブについて、下記の条件でラマン分光分析を行い、ラマンスペクトル（以下、ＣＮＴ集合線のラマンスペクトルとも記す。）を得る。該ＣＮＴのラマンスペクトルにおいて、Ｇバンドのピーク強度とＤバンドのピーク強度とからＤ／Ｇ比を算出する。
ラマン分光分析の測定条件
波長：５３２ｎｍ
レーザーパワー：１７ｍＷ
露光時間：１秒
平均回数：３回
対物レンズ倍率：５０倍
［実施の形態３：カーボンナノチューブ製造装置］
実施の形態１に係るカーボンナノチューブの製造方法に用いられるカーボンナノチューブ製造装置について図１８を用いて説明する。図１８に示されるカーボンナノチューブ製造装置１０は、管状のカーボンナノチューブ成長部（以下、ＣＮＴ成長部とも記す）２１と、ＣＮＴ成長部２１の一方の端部（図１８において右側の端部）側からＣＮＴ成長部２１内に炭素含有ガスを供給するガス供給部２２と、ＣＮＴ成長部２１内に触媒粒子Ｐを供給する触媒供給部２３と、ＣＮＴ成長部２１の他方の端部側（図１８において左側の端部）に配置され、ＣＮＴ成長部２１で得られたカーボンナノチューブを伸長するカーボンナノチューブ伸長部（以下、ＣＮＴ伸長部とも記す）３０とを備えることができる。ＣＮＴ成長部２１、ＣＮＴ伸長部３０及び触媒供給部２３は、連続した反応管３１を含み、反応管３１の内部でＣＮＴが製造される。

【0123】

＜カーボンナノチューブ成長部＞
カーボンナノチューブ成長部２１は、例えば石英管からなる管状の形状を有する。ＣＮＴ成長部２１において、炭素含有ガスを用いて、触媒粒子Ｐ上にカーボンナノチューブ２が形成される。

【0124】

カーボンナノチューブ成長部２１は、電気炉２８内に配置され、ヒータ（図示せず）によって加熱される。

【0125】

ＣＮＴ成長部２１の内部温度としては、８００℃以上１２００℃以下が好ましい。このような温度を維持するために、ガス供給部２２からＣＮＴ成長部２１に加熱した炭素含有ガスを供給してもよく、ＣＮＴ成長部２１において炭素含有ガスを加熱してもよい。

【0126】

＜ガス供給部＞
ガス供給部２２は、カーボンナノチューブ成長部２２の一方の端部（図１８において右側の端部）からＣＮＴ成長部２１に炭素含有ガスを供給する。ガス供給部２２は、ガスボンベ（図示せず）と流量調節弁（図示せず）とを有する構成とすることができる。

【0127】

ガス供給部２２から供給される炭素含有ガスの種類、ＣＮＴ成長部内での平均流速、ＣＮＴ成長部内での流れのレイノルズ数は、上記の実施の形態１に記載したものと同一とすることができるため、その説明は繰り返さない。

【0128】

ガス供給部２２は、ＣＮＴ成長部２１に供給される炭素含有ガスの量を繰り返し変化できることが好ましい。これによって、ＣＮＴ成長部２１における炭素含有ガスの流速が増減し、一体化している複数の触媒粒子の離間を促進することにより、得られるカーボンナノチューブの数を増大することができる。

【0129】

＜触媒供給部＞
触媒供給部２３は、ガス供給部２２とＣＮＴ成長部２１との間に配置されることができる。触媒供給部２３の内部には触媒２７を保持する触媒保持具２６が配置されている。触媒供給部２３には、ヒーター２５が付設されている。つまり、触媒供給部２３は、ヒーターによって加熱される。

【0130】

触媒供給部２３は、炭素含有ガスの風圧により崩壊して複数の触媒粒子Ｐに分割される触媒２７を炭素含有ガスの流れの中に供給する。このように、触媒２７を用いることで、炭素含有ガスの流れの中で高温且つ接触状態の複数の触媒粒子Ｐを形成することができる。このため、複数の触媒間にカーボンナノチューブを確実に成長させることができる。

【0131】

触媒２７としては、例えばフェロセン（Ｆｅ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）、ニッケロセン（Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）、コバルトセン（Ｃｏ（Ｃ_５Ｈ_５）_２等）等を挙げることができる。中でも崩壊性及び触媒作用に優れるフェロセンが特に好ましい。フェロセンは、触媒供給部２３内で高温に熱せられ、炭素含有ガスに晒されることによって、浸炭により表面に鉄カーバイド（Ｆｅ_３Ｃ）を形成し、表面から崩壊し易くなることで、順次触媒微粒子Ｐを放出することができると考えられる。この場合、形成される触媒粒子Ｐの主成分としては、鉄カーバイド又は鉄となる。

【0132】

触媒粒子Ｐの平均径の下限としては、３０ｎｍが好ましく、４０ｎｍがより好ましく、５０ｎｍが更に好ましい。一方、触媒粒子Ｐの平均径の上限としては、１０００μｍが好ましく、１００μｍがより好ましく、１０μｍが更に好ましい。触媒粒子Ｐの平均径が上記下限に満たない場合、触媒粒子により形成されるカーボンナノチューブの径が小さく、延伸率が小さくなることで、カーボンナノチューブを十分に長くすることができない傾向がある。逆に、触媒粒子の平均径が上記上限を超える場合、触媒粒子により形成されるカーボンナノチューブを延伸することが困難となる傾向がある。

【0133】

＜カーボンナノチューブ伸長部＞
カーボンナノチューブ伸長部３０は、ＣＮＴ成長部２１のガス供給部２３側と反対側の端部に配置される。すなわち、ＣＮＴ伸長部３０は、ＣＮＴ成長部２１の炭素含有ガスの下流側に配置される。ＣＮＴ伸長部３０において、カーボンナノチューブが伸長される。

【0134】

ＣＮＴ伸長部は、浮遊状態のカーボンナノチューブに引張力を加えて伸長させることのできるものであれば、いずれの構造も用いることができる。例えば、ＣＮＴ伸長部は、例えば、図１８に示されるように、ＣＮＴ成長部よりも径の小さい筒状構造体からなることができる。また、ＣＮＴ伸長部は、ハニカム構造体、直管型細管構造等からなることができる。

【0135】

ＣＮＴ伸長部が筒状構造体からなる場合、ＣＮＴ伸長部の中空部の断面積は、ＣＮＴ成長部の断面積の０．０１％以上とすることが好ましく、０．００５％以上２０％以下とすることが好ましく、０．０１％以上５％以下とすることが更に好ましい。また、この場合のＣＮＴ伸長部の断面積は、例えば、０．００５ｍｍ^２以上５０ｍｍ^２以下とすることができる。

【0136】

ＣＮＴ伸長部が筒状構造体からなる場合は、筒状構造体の貫通孔に沿う方向（長手方向）の長さは、１ｍｍ以上１ｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上５０ｃｍ以下がより好ましく、１５ｍｍ以上１０ｃｍ以下が更に好ましい。筒状構造体の貫通孔に沿う方向の長さが１ｍｍ未満であると、気相中に浮遊しているＣＮＴが十分に加速されず成長促進作用が抑制される傾向がある。一方、筒状構造体の貫通孔に沿う方向の長さが１ｍを超えると、貫通孔の内壁におけるＣＮＴの堆積量が増加するためＣＮＴの回収が困難となる傾向がある。

【0137】

なお、ＣＮＴ伸長部の長さが２０ｍｍを超えると、ＣＮＴ同士が集合してＣＮＴ集合線を形成する可能性が高くなる場合がある。よって、ＣＮＴ単体としての回収量を増加させたい場合は、ＣＮＴ伸長部の長さを１ｍｍ以上２０ｍｍ未満とすることが好ましい。

【0138】

ＣＮＴ伸長部がハニカム構造体からなる場合、貫通孔の長手方向が、炭素含有ガスの流れに沿う方向となるように、カーボンナノチューブ集合線製造装置にハニカム構造体を配置する。

【0139】

本明細書において、ハニカム構造体とは、多数の細い筒状の貫通孔を有する多孔体を意味する。

【0140】

ＣＮＴ伸長部がハニカム構造体からなる場合、一の貫通孔の断面積は、０．００５ｍｍ^２以上が好ましく、０．０１ｍｍ^２以上が好ましく、０．０５ｍｍ^２以上が好ましく、０．１ｍｍ^２以上がより好ましく、０．５ｍｍ^２以上が更に好ましい。一の貫通孔の断面積が０．００５ｍｍ^２未満であると、貫通孔内部でＣＮＴの目詰まりが生じる傾向がある。一方、一の貫通孔の断面積の上限値は、例えば１００ｍｍ^２が好ましく、５０ｍｍ^２がより好ましく、１０ｍｍ^２が更に好ましい。本明細書において、一の貫通孔の断面積は、上流側から下流側まで一定である。ここで、断面積が一定とは、断面積の最大値と最小値が、平均値±５％以内であることを意味する。

【0141】

なお、ＣＮＴ伸長部の断面積が４ｍｍ^２以下であると、ＣＮＴ同士が集合してＣＮＴ集合線を形成する可能性が高くなる場合がある。よって、ＣＮＴ単体としての回収量を増加させたい場合は、ＣＮＴ伸長部の断面積を４ｍｍ^２超１００ｍｍ^２以下とすることが好ましい。

【0142】

ＣＮＴ伸長部がハニカム構造体からなる場合、ハニカム構造体の貫通孔に沿う方向（長手方向）の長さは、１ｍｍ以上１ｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上５０ｃｍ以下がより好ましく、１５ｍｍ以上１０ｃｍ以下が更に好ましい。ハニカム構造体の貫通孔に沿う方向の長さが１ｍｍ未満であると、気相中に浮遊しているＣＮＴが十分に加速されず成長促進作用が抑制される傾向がある。一方、ハニカム構造体の貫通孔に沿う方向の長さが１ｍを超えると、貫通孔の内壁におけるＣＮＴの堆積量が増加するためＣＮＴの回収が困難となる傾向がある。

【0143】

【0144】

ハニカム構造体は、セラミックス（アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、フォルステライト、ステアタイト、コージライト、ムライト、フェライト等）、石英硝子、硝子、金属類、黒鉛からなることができる。中でも、ＣＮＴ製造時において要求される耐熱性や耐久性の観点から、セラミックスからなることが好ましい。

【0145】

＜その他の構成＞
ＣＮＴ製造装置は、上記の構成に加えて、磁場を発生させる磁場発生部を含むことができる。具体的には、ＣＮＴ伸長部において、反応管の周囲にコイル状に電線を設置することができる。該電線を通電することで、反応管の内部に、反応管の中心軸に沿った方向の磁力線を発生させることにより、ＣＮＴに磁場に由来する引張力を加えることができる。

【0146】

ＣＮＴ製造装置は、上記の構成に加えて、電場を発生させる磁場発生部を含むことができる。具体的には、ＣＮＴ伸長部において、炭素含有ガスの下流側に導電性材料からなる＋電極、上流側に導電性材料からなる－電極を設置することができる。これにより、反応管の中心軸に沿った電界を発生させて、ＣＮＴに電場に由来する引張力を加えることができる。

【0147】

［実施の形態４：カーボンナノチューブ集合線の製造方法］
実施の形態４に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法について説明する。カーボンナノチューブ集合線の製造方法は、浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程（以下、成長工程とも記す）と、浮遊状態の複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程（以下、伸長工程とも記す）と、浮遊状態の複数のカーボンナノチューブを炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させてカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程（以下、集合工程とも記す）とを含むことができる。

【0148】

カーボンナノチューブ集合線は、例えば図１４に示されるカーボンナノチューブ集合線製造装置により作製することができる。カーボンナノチューブ集合線製造装置２０は、管状のカーボンナノチューブ成長部（以下、ＣＮＴ成長部とも記す）２１と、ＣＮＴ成長部２１の中にＣＮＴ成長部２１の一方の端部（図１４において右側の端部）から炭素含有ガスを供給するガス供給部２２と、ＣＮＴ成長部２１内に触媒粒子Ｐを供給する触媒供給部２３と、ＣＮＴ成長部２１の他方の端部側（図１４において左側の端部）に配置され、ＣＮＴ成長部２１で得られた複数のカーボンナノチューブを炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させるカーボンナノチューブ集合部２４（以下、ＣＮＴ集合部とも記す）とを備えることができる。

【0149】

＜成長工程＞
成長工程において、浮遊状態の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、触媒粒子から、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させる。成長工程の内容は、実施の形態１に記載された成長工程と同一であるため、その説明は繰り返さない。

【0150】

【0151】

＜伸長工程＞
次に、成長工程で得られた浮遊状態の複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、複数のカーボンナノチューブを伸長させる。

【0152】

伸長工程は、ＣＮＴ成長部２１及びＣＮＴ集合部２４の内部、又は、ＣＮＴ集合部２４の内部で行われる。伸長工程がＣＮＴ成長部２１の内部で行われる場合は、伸長工程は、ＣＮＴ成長部２１の炭素含有ガスの下流側、すなわち、ＣＮＴ集合部側で行われることが好ましい。

【0153】

【0154】

伸長工程において、複数のカーボンナノチューブは、炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して伸長することが好ましい。これによると、カーボンナノチューブが曲がりにくく、チューブ部Ｔが六員環の炭素のみからなる直線状のカーボンナノチューブを得ることができると考えられる。六員環の炭素のみからなるカーボンナノチューブは、劣化が進みにくく、品質を維持することができる。

【0155】

上記の炭素含有ガスの下流側の平均流速は、０．０５１ｃｍ／ｓｅｃ以上１０．００１ｃｍ／ｓｅｃ以下が好ましく、０．２０１ｃｍ／ｓｅｃ以上５．００１ｃｍ／ｓｅｃ以下が更に好ましい。炭素含有ガスの下流側の平均流速が０．０５１ｃｍ／ｓｅｃ未満であると、カーボンナノチューブの伸長速度が成長速度に比べて十分に速くならない傾向がある。一方、炭素含有ガスの下流側の平均流速が１０．００１ｃｍ／ｓｅｃを超えると、カーボンナノチューブを触媒粒子Ｐから剥離してカーボンナノチューブの成長を停止させることでカーボンナノチューブの形成が阻害される傾向がある。

【0156】

上記の炭素含有ガスの上流側の平均流速は、０．０５０ｃｍ／ｓｅｃ以上１０．０００ｃｍ／ｓｅｃ以下が好ましく、０．２００ｃｍ／ｓｅｃ以上５．０００ｃｍ／ｓｅｃ以下が更に好ましい。炭素含有ガスの上流側の平均流速が０．０５０ｃｍ／ｓｅｃ未満であると、風圧が不足して触媒粒子Ｐ間に形成されるカーボンナノチューブの成長が停滞する傾向がある。一方、炭素含有ガスの上流側の平均流速が１０．０００ｃｍ／ｓｅｃを超えると、カーボンナノチューブを触媒粒子Ｐから剥離してカーボンナノチューブの成長を停止させることでカーボンナノチューブの形成が阻害される傾向がある。

【0157】

炭素含有ガスの下流側の平均流速を、炭素含有ガスの上流側の平均流速よりも大きくする方法としては、例えば、炭素含有ガスの通過する中空部の断面積を、炭素含有ガスの上流側よりも、炭素含有ガスの下流側の方を小さくすることが挙げられる。より具体的には、（ｉ）ＣＮＴ成長部において、炭素含有ガスの通過する中空部の断面積を、炭素含有ガスの上流側よりも、炭素含有ガスの下流側の方を小さくすることや、（ｉｉ）ＣＮＴ成長部（上流側に該当）における炭素含有ガスの通過する中空部の断面積よりも、ＣＮＴ集合部（下流側に該当）における炭素含有ガスの通過する中空部の断面積を小さくすることが挙げられる。これによると、中空部の断面積の小さくなる領域近傍で加速度場が生じ、炭素含有ガスの流速が大きくなる。

【0158】

上記（ｉ）の場合、ＣＮＴ成長部２１において、炭素含有ガスの下流側の中空部の断面積は、上流側の中空部の断面積の０．００１％以上３５％以下とすることが好ましく、０．００５％以上２０％以下とすることがより好ましく、０．０１％以上５％以下とすることが更に好ましい。下流側の中空部の断面積が、上流側の中空部の断面積の３５％より大きいと、加速度場が生じにくい傾向がある。一方、下流側の中空部の断面積が、上流側の中空部の断面積の０．００１％未満であるとＣＮＴの目詰まりが生じる傾向がある。

【0159】

引張力は、磁場を用いることにより複数のカーボンナノチューブに加えられることが好ましい。引張力として磁場を用いる場合の具体例について、図１５を用いて説明する。図１５は、ＣＮＴ集合線製造装置２０ａの磁場発生部２４ａ周辺を示す図である。図１５に示されるように、ＣＮＴ集合線製造装置２０ａ炭素含有ガスの下流側に位置するＣＮＴ集合部２４ａにおいて、反応管３１の周囲にコイル状に電線３０１を設置し、その電線を通電することで、反応管３１の内部に、反応管３１の中心軸に沿った方向の磁力線３２を発生させることにより、ＣＮＴに磁場に由来する引張力を加えることができる。ＣＮＴ伸長時に磁場を加えることにより、ＣＮＴに含まれる金属に直接磁力が作用し、これにより反応管内の磁力線３２に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0160】

なお、図１５では、磁場によりＣＮＴが伸長するとともに集合する場合が示されているが、ＣＮＴの伸長とＣＮＴの集合とは同時に行われなくてもよい。すなわち、磁場によりＣＮＴが伸長のみして、集合しなくてもよい。この場合は、電線３０１をＣＮＴ成長部２１の炭素含有ガスの下流側に設置し、ＣＮＴ成長部２１に磁場を発生させる。

【0161】

引張力は、電場を用いることにより複数のカーボンナノチューブに加えられることが好ましい。引張力として電場を用いる場合の具体例について、図１６を用いて説明する。図１６は、ＣＮＴ集合線製造装置２０ｂの電場発生部２４ｂ周辺を示す図である。図１６に示されるように、ＣＮＴ集合部２４ｂにおいて、炭素含有ガスの下流側に導電性材料からなる＋電極３３、上流側に導電性材料からなる－電極３４を設置し、反応管３１の中心軸に沿った電界を発生させることにより、ＣＮＴに電場に由来する引張力を加えることができる。ＣＮＴ伸長時に電場を加えることにより、ＣＮＴ及びＣＮＴに含まれる金属に直接静電力が作用し、電気力線に沿った方向にＣＮＴが配向して伸長することができる。

【0162】

なお、図１６では、電場によりＣＮＴが伸長するとともに集合する場合が示されているが、ＣＮＴの伸長とＣＮＴの集合とは同時に行われなくてもよい。すなわち、電場によりＣＮＴが伸長のみして、集合しなくてもよい。この場合は、＋電極３３及び－電極３４をＣＮＴ成長部２１の炭素含有ガスの下流側に設置し、ＣＮＴ成長部２１に電場を発生させる。

【0163】

【0164】

【0165】

【0166】

【0167】

【0168】

【0169】

＜集合工程＞
次に、浮遊状態の複数のカーボンナノチューブを炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させてカーボンナノチューブ集合線を得る。集合工程は、ＣＮＴ集合部２４の内部で行われる。

【0170】

浮遊状態の複数のＣＮＴを炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させる方法としては、複数のカーボンナノチューブ同士を配向した状態で近付けることが挙げられる。例えば、ＣＮＴ集合部の炭素含有ガスの通過する中空部の断面積を、ＣＮＴ成長部やＣＮＴ伸長部の炭素含有ガスの通過する中空部の断面積よりも小さくことが挙げられる。より具体的には、ＣＮＴ集合部をハニカム構造体とし、ハニカム構造体の貫通孔の長手方向が炭素含有ガスの流れに沿う方向となるように配置することが挙げられる。

【0171】

本実施形態で用いられるハニカム構造体は、図１４のハニカム構造体２９に示されるように、多数の細い筒状の貫通孔を有する多孔体を意味する。

【0172】

ＣＮＴ集合部がハニカム構造体からなる場合、一の貫通孔の断面積は、０．００５ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下が好ましく、０．０１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下が好ましく、０．０５ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下が好ましく、０．１ｍｍ^２以上５０ｍｍ^２以下がより好ましく、０．５ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下が更に好ましい。一の貫通孔の断面積が０．００５ｍｍ^２未満であると、貫通孔内部でＣＮＴの目詰まりが生じる傾向がある。一方、一の貫通孔の断面積が１００ｍｍ^２を超えると、ＣＮＴ同士が十分に近づかず、集合することができない傾向がある。

【0173】

なお、ＣＮＴ集合部の断面積が４ｍｍ^２超であると、ＣＮＴ同士の集合が十分に行われず、ＣＮＴ集合線とともに、ＣＮＴ単体が存在する可能性がある。よって、ＣＮＴ集合線としての回収量を増加させたい場合は、ＣＮＴ集合部の断面積を０．００５ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下とすることが好ましく、０．０１ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下とすることがより好ましい。

【0174】

ＣＮＴ集合部がハニカム構造体からなる場合、ハニカム構造体の貫通孔に沿う方向（長手方向）の長さは、１ｍｍ以上１ｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上５０ｃｍ以下がより好ましく、１５ｍｍ以上１０ｃｍ以下が更に好ましい。ハニカム構造体の貫通孔に沿う方向の長さが１ｍｍ未満であると、気相中に浮遊しているＣＮＴが十分に加速されず成長促進作用が抑制される傾向がある。一方、ハニカム構造体の貫通孔に沿う方向の長さが１ｍを超えると、貫通孔の内壁におけるＣＮＴの堆積量が増加するためＣＮＴの回収が困難となる傾向がある。

【0175】

なお、ＣＮＴ伸長部の長さが２０ｍｍ未満であると、ＣＮＴ同士の集合が十分に行われず、ＣＮＴ集合線とともに、ＣＮＴ単体が存在する可能性がある。よって、ＣＮＴ集合線としての回収量を増加させたい場合は、ＣＮＴ伸長部の長さを２０ｍｍ以上１ｍ以下とすることが好ましい。

【0176】

ＣＮＴ集合部における炭素含有ガスの平均流速は、０．０５ｃｍ／ｓｅｃ以上１０ｃｍ／ｓｅｃ以下が好ましく、０．２ｃｍ／ｓｅｃ以上５ｃｍ／ｓｅｃ以下が更に好ましい。炭素含有ガスの平均流速が０．０５ｃｍ／ｓｅｃ未満であると、薄膜状の無配向ＣＮＴが得られる傾向がある。一方、炭素含有ガスの平均流速が１０ｃｍ／ｓｅｃを超えると、未反応でＣＮＴ集合部に到達した炭素含有ガスが不完全な分解反応を生じ、タールが付着する傾向がある。

【0177】

上記では、伸長工程の後に集合工程が行われる場合を説明したが、伸長工程と集合工程とは、同時に行うこともできる。又、伸長工程を行った後に、更に伸長工程及び集合工程とを同時に行うこともできる。例えば、ＣＮＴ集合部としてハニカム構造体を用いた場合は、ＣＮＴの伸長と集合がハニカム構造体の貫通孔内で同時に行われる。

【0178】

上記のＣＮＴ集合線の製造方法によれば、炭素含有ガスを触媒供給部、ＣＮＴ成長部及びＣＮＴ集合部に連続して供給することにより、ＣＮＴ集合線を長さの制限なく連続して製造することが可能となる。ＣＮＴ集合線の長さは、炭素含有ガスの流量、供給時間等を調整することにより、適宜調整することができる。

【0179】

集合工程により得られたＣＮＴ集合線の長さは、１００μｍ以上が好ましく、１０００μｍ以上がより好ましく、１００００μｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の長さの上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、１ｍ以下が好ましい。ＣＮＴ集合線の長さは、光学顕微鏡又は目視で観察することにより測定することができる。

【0180】

＜より好ましい実施の形態＞
カーボンナノチューブ集合線の製造方法のより好ましい実施の形態について、図１４及び図２０を用いて説明する。図１４は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線製造装置を説明する図である。図２０は、カーボンナノチューブ集合部の第２流路の拡大図である。図２０では、右側が上流側であり、左側が下流側である。

【0181】

成長工程において、複数のカーボンナノチューブ及び炭素含有ガスは、第１流路を通過し、集合工程において、複数のカーボンナノチューブ及び炭素含有ガスは、第１流路より下流側に配置される１以上の第２流路を通過し、第２流路のそれぞれの断面積は、第１流路の断面積よりも小さいことが好ましい。図１４において、第１流路はＣＮＴ成長部２１の中空部に該当し、第２流路はＣＮＴ集合部２４の中空部（すなわち、ハニカム構造体２９の貫通孔）に該当する。

【0182】

これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0183】

第２流路より下流側の炭素含有ガスの温度は、第２流路より上流側の炭素含有ガスの温度よりも低いことが好ましい。これによると、ＣＮＴ同士が集合しやすい。

【0184】

第２流路より上流側の炭素含有ガスの温度は８００℃以上であり、第２流路より下流側の炭素含有ガスの温度は６００℃以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴ同士が集合しやすい。

【0185】

第２流路より上流側の炭素含有ガスの温度は８００℃以上１２００℃以下が好ましく、９００℃以上１１５０℃以下が好ましく、９５０℃以上１０５０℃以下がより好ましい。

【0186】

第２流路より下流側の炭素含有ガスの温度は６００℃以下が好ましく、５００℃以下がより好ましく、３００℃以下が更に好ましい。第２流路より下流側の炭素含有ガスの温度の下限は特に限定されないが、例えば、８０℃とすることができる。なお、第２流路から出たＣＮＴ集合線に対して液体のエタノールミスト等でＣＮＴフィラメント間の空隙に液体を含浸した後、約７８℃で蒸発させる事により、ＣＮＴフィラメント間を狭めて接着させ高密度化するプロセスを追加する事が出来る。

【0187】

第２流路内の炭素含有ガスの温度は、下流側が上流側よりも低く、第２流路内の下流側端部における炭素含有ガスの温度は、６００℃以下であることが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴ同士が集合しやすい。ここで、第２流路内の下流側端部とは、図２０において、第２流路２４０（ハニカム構造体の貫通孔）の下流側の出口２９１に該当する。

【0188】

第２流路内の下流側端部における炭素含有ガスの温度は、５００℃以下がより好ましく、３００℃以下が更に好ましい。第２流路内の下流側端部における炭素含有ガスの温度の下限は特に限定されないが、例えば８０℃とすることができる。

【0189】

第２流路内の下流側に、炭素含有ガスの温度が６００℃以下である第１領域が存在し、該第１領域の第２流路の長手方向に沿う長さは１ｃｍ以上であることが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴ同士が集合しやすい。

【0190】

第１領域の第２流路の長手方向に沿う長さは１ｃｍ以上が好ましく、５ｃｍ以上がより好ましい。第１領域の第２流路の長手方向に沿う長さの上限は特に限定されないが、例えば２０ｃｍが好ましい。

【0191】

第２流路のそれぞれの断面積は０．０１ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴの径が縮小しやすい。第２流路のそれぞれの断面積は０．１ｍｍ^２以上２ｍｍ^２以下がより好ましく、０．２ｍｍ^２以上１ｍｍ^２以下が更に好ましい。

【0192】

第１流路の断面積Ｓ１と、第２流路のそれぞれの断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１００以上１００００００以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。Ｓ１／Ｓ２は１０００以上１０００００以下がより好ましく、４０００以上４００００以下が更に好ましい。

【0193】

本明細書において、特に説明のない限りは、第１流路の断面積は、その両端部の一部を除き、上流側から下流側まで一定である。本明細書において、特に説明のない限りは、第２流路のそれぞれの断面積は、その両端部の一部を除き、上流側から下流側まで一定である。ここで、断面積が一定とは、断面積の最大値と最小値が、平均値±５％以内であることを意味する。

【0194】

集合工程において、複数のカーボンナノチューブの径が縮小することが好ましい。これによると、径の小さいＣＮＴを含むＣＮＴ集合線を得ることができる。

【0195】

第２流路のそれぞれの長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。第２流路のそれぞれの長さは、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下が更に好ましい。

【0196】

第２流路の好ましい形態の一例について、図２３及び図２４を用いて説明する。図２３は、複数の第２流路２４０ａを含むハニカム構造体２９ｄを示す。図２４は、図２３のハニカム構造体のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ線断面図である。図２４に示されるように、第２流路２４０ａのそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝Ｍ１を備えた形状を有することが好ましい。これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成されやすい。ＣＮＴ集合線が均一な撚り角を有すると、該ＣＮＴ集合線を束ねて形成されるＣＮＴ集合線バンドルも、均一な撚り角を有することができる。よって該ＣＮＴ集合線バンドルは優れた機械的強度を有することができる。

【0197】

第２流路の好ましい形態の他の一例について、図３３～図３６を用いて説明する。図３３は、複数の第２流路２４０ｄを含むハニカム構造体２９ｇを示す。図３４は、図３３のハニカム構造体を矢印ＸＸＸＩＶ方向（上流側）から見た図である。図３５は、図３３のハニカム構造体を矢印ＸＸＸＶで示す方向（下流側）から見た図である。図３６は、図３３のハニカム構造体のＸＸＸＶＩ－ＸＸＸＶＩ線断面図である。

【0198】

図３６に示されるように、第２流路２４０ｄのそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴが集合しやすく、ＣＮＴ集合線が形成されやすい。ここで、第２流路の断面積とは、第２流路の長手方向を法線とする断面における面積を意味する。

【0199】

第２流路の上流側の断面積は０．１ｍｍ^２以上１００ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．５ｍｍ^２以上５０ｍｍ^２以下であることがより好ましい。下流側の断面積は０．００５ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．０１ｍｍ^２以上１ｍｍ^２以下であることがより好ましい。

【0200】

第２流路の上流側の断面積Ｓ２Ａに対する下流側の断面積Ｓ２Ｂの割合であるＳ２Ｂ／Ｓ２Ａは、０．００００５以上０．５以下が好ましく、０．０００１以上０．２５以下がより好ましい。

【0201】

［実施の形態５：カーボンナノチューブ集合線］
実施の形態４のカーボンナノチューブ集合線の製造方法で作製されるカーボンナノチューブ集合線について説明する。図１は本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線（以下、ＣＮＴ集合線とも記す）を説明する図である。図１に示されるように、本実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線１は、複数のカーボンナノチューブ２を備える。該ＣＮＴ集合線において、複数のカーボンナノチューブ２が０．９以上１．０以下の配向度で配向していることが好ましい。

【0202】

（カーボンナノチューブ）
本実施形態において、カーボンナノチューブ２としては、基本的に実施の形態２に記載のカーボンナノチューブを用いることができる。

【0203】

【0204】

カーボンナノチューブの径は、０．６ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以上２ｎｍ以下が更に好ましい。カーボンナノチューブの径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であると、酸化条件における耐熱性の観点から好適である。カーボンナノチューブの径が０．６ｎｍ以上２ｎｍ以下であると、破断強度向上の観点から好適である。

【0205】

本明細書においてカーボンナノチューブの径とは、一のＣＮＴの平均外径を意味する。ＣＮＴの平均外径は、ＣＮＴの任意の２カ所における断面を透過型電子顕微鏡により直接観察し、該断面において、ＣＮＴの外周上の最も離れた２点間の距離である外径を測定し、得られた外径の平均値を算出することにより得られる。ＣＮＴが一方又は両方の端部にコーン部を含む場合は、コーン部を除く場所において径を測定する。

【0206】

カーボンナノチューブは、波長５３２ｎｍのラマン分光分析におけるＧバンドのピーク強度とＤバンドのピーク強度との比であるＤ／Ｇ比が０．１以下であることが好ましい。

【0207】

本明細書中、カーボンナノチューブ集合線中のカーボンナノチューブのＤ／Ｇ比は、下記の方法により測定された値である。

【0208】

カーボンナノチューブ集合線について、下記の条件でラマン分光分析を行い、ラマンスペクトル（以下、ＣＮＴ集合線のラマンスペクトルとも記す。）を得る。該ＣＮＴ集合線のラマンスペクトルにおいて、Ｇバンドのピーク強度とＤバンドのピーク強度とからＤ／Ｇ比を算出する。該ＣＮＴ集合線のＤ／Ｇ比を、カーボンナノチューブ集合線中のカーボンナノチューブのＤ／Ｇ比と見做す。
ラマン分光分析の測定条件
波長：５３２ｎｍ
レーザーパワー：１７ｍＷ
露光時間：１秒
平均回数：３回
対物レンズ倍率：５０倍
本実施形態に係るＣＮＴ集合線中のＣＮＴのＤ／Ｇ比を、ＣＮＴ集合線のＤ／Ｇ比と同一と見做す理由は下記の通りである。

【0209】

本発明者らは、集合線化される前の複数のカーボンナノチューブについてラマン分光分析を上記と同一の条件で行い、ラマンスペクトル（以下、ＣＮＴラマンスペクトルとも記す。）を得た。得られた複数のＣＮＴラマンスペクトルのそれぞれにおいて、Ｇバンドのピーク強度とＤバンドのピーク強度とからＤ／Ｇ比を算出した。

【0210】

次に、該カーボンナノチューブを集合線化させて、ＣＮＴ集合線を準備した。該ＣＮＴ集合線について、上記の条件でラマン分光分析を行い、ラマンスペクトル（以下、ＣＮＴ集合線ラマンスペクトルとも記す。）を得た。該ＣＮＴ集合線ラマンスペクトルにおいて、Ｇバンドのピーク強度とＤバンドのピーク強度とからＤ／Ｇ比を算出した。

【0211】

上記で算出された集合線化される前の複数のカーボンナノチューブのＤ／Ｇ比のデータを平均化した値と、ＣＮＴ集合線のＤ／Ｇ比の値とはほぼ同一であることが確認された。これは、集合線化される前のカーボンナノチューブのＤ／Ｇ比が、ＣＮＴ集合線中のＣＮＴにおいて維持されていることを示す。従って、本明細書中、ＣＮＴ集合線中のカーボンナノチューブのＤ／Ｇ比は、集合線化される前のＣＮＴのＤ／Ｇ比と同一と見做すことができる。

【0212】

（配向度）
本明細書におけるＣＮＴの配向度の算出方法について、図２～図５を用いて説明する。本明細書において、ＣＮＴの配向度とは下記（ａ１）～（ａ６）の手順により算出される値である。
なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいて、後述する配向度の測定結果を測定視野（サイズ：１０ｎｍ×１０ｎｍ）の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどないことが確認された。

【0213】

（ａ１）ＣＮＴ集合線の撮像
下記の機器を用いて、下記の条件で、ＣＮＴ集合線を撮像する。

【0214】

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）：ＪＥＯＬ社製「ＪＥＭ２１００」（製品名）
撮像条件：倍率５万倍～１２０万倍、加速電圧６０ｋＶ～２００ｋＶ。

【0215】

本実施形態に係るＣＮＴ集合線のＴＥＭ画像の一例を図２に示す。

【0216】

（ａ２）撮像された画像の二値化処理
上記（ａ１）で撮像された画像に対して、下記の画像処理プログラムを用いて、下記の手順に従い二値化処理を施す。

【0217】

画像処理プログラム：非破壊による紙の表面繊維配向解析プログラム「ＦｉｂｅｒＯｒｉ８ｓｉｎｇｌｅ０３」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｏｍａｅ．ｃｏｍ／ＦｉｂｅｒＯｒｉ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ）
処理手順：
１．ヒストグラム平均輝度補正
２．バックグラウンド除去
３．単一閾値による二値化
４．輝度反転。

【0218】

図２のＴＥＭ画像を二値化処理した画像を図３に示す。
（ａ３）二値化処理された画像のフーリエ変換
上記（ａ２）で得られた画像に対して、上記と同一の画像処理プログラム（非破壊による紙の表面繊維配向解析プログラム「ＦｉｂｅｒＯｒｉ８ｓｉｎｇｌｅ０３」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｏｍａｅ．ｃｏｍ／ＦｉｂｅｒＯｒｉ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ））を用いてフーリエ変換を行う。

【0219】

図３の二値化処理画像をフーリエ変換した画像を図４に示す。
（ａ４）配向角度と配向強度の計算
フーリエ変換画像で、Ｘ軸正方向を０°として、反時計回りの角度（θ°）に対する平均振幅を計算する。

【0220】

図４のフーリエ変換画像から得られた配向角度と配向強度との関係を示すグラフを図５に示す。

【0221】

（ａ５）半値幅の測定
図５のグラフに基づき、半値全幅（ＦＷＨＭ：ｆｕｌｌｗｉｄｔｈａｔｈａｌｆｍａｘｉｍｕｍ）を測定する。

【0222】

（ａ６）配向度の算出
上記の半値全幅に基づき、下記式（１）により、配向度を算出する。

【0223】

配向度＝（１８０°－半値全幅）／１８０° （１）
配向度が０の場合は、完全無配向を意味する。配向度が１の場合は完全配向を意味する。

【0224】

本実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線において、複数のカーボンナノチューブが０．９以上１．０以下の配向度で配向していることが好ましい。これは、本実施形態のＣＮＴ集合線において、複数のＣＮＴの配向性が高いことを意味する。これにより、本実施形態に係るＣＮＴ集合線はＣＮＴが有する電気伝導度や機械的強度の特性を維持したまま、長尺化することができる。

【0225】

ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度が０．９未満であると、電気伝導度や機械的強度が低下する傾向がある。配向度の下限値は、０．９３が好ましく、０．９４がより好ましく、０．９５が更に好ましい。配向度の上限値は、０．９９が好ましく、１がより好ましい。

【0226】

（形状）
カーボンナノチューブ集合線の形状は、複数のカーボンナノチューブがそれらの長手方向に配向して集合した糸形状である。

【0227】

カーボンナノチューブ集合線の長さは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線の長さは、例えば、１００μｍ以上が好ましく、１０００μｍ以上がより好ましく、１０ｃｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の長さの上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、１ｍ以下が好ましい。ＣＮＴ集合線の長さは、走査型電子顕微鏡、光学顕微鏡又は目視で観察することにより測定することができる。

【0228】

カーボンナノチューブ集合線の径の大きさは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線の径は、例えば、０．１μｍ以上が好ましく、１μｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線の径の上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、１００μｍ以下が好ましい。本実施形態において、ＣＮＴ集合線の径の大きさは、ＣＮＴ集合線の長さよりも小さい。すなわち、ＣＮＴ集合線の長さ方向が長手方向に該当する。

【0229】

本明細書においてカーボンナノチューブ集合線の径とは、一のＣＮＴ集合線の平均外径を意味する。一のＣＮＴ集合線の平均外径は、一のＣＮＴ集合線の任意の２箇所における断面を透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察し、該断面においてＣＮＴ集合線の外周上の最も離れた２点間の距離である外径を測定し、得られた外径の平均値を算出することにより得られる。

【0230】

（触媒由来元素）
カーボンナノチューブ集合線は、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、金、銀、銅、イットリウム、クロム、パラジウム、白金及びタングステンからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を含み、該金属元素は、前記カーボンナノチューブ集合線の長手方向に分散していることが好ましい。ここで、金属元素がＣＮＴ集合線の長手方向に分散しているとは、金属元素がＣＮＴ集合線の長手方向において偏在していないことを意味する。

【0231】

これらの金属元素は、ＣＮＴ集合線の製造時に使用した触媒（フェロセン（Ｆｅ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）、ニッケロセン（Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）、コバルトセン（Ｃｏ（Ｃ_５Ｈ_５）_２等）に由来するものである。本実施形態に係るＣＮＴ集合線においては、これらの金属元素がＣＮＴ集合線の長手方向に分散して存在しているため、金属元素がＣＮＴの有する電気伝導度の特性に影響を与えることなく、ＣＮＴ集合線は本来有する電気伝導度を維持したまま、長尺化することができる。

【0232】

ＣＮＴ集合線に含まれる金属元素の種類、及び、その含有量は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＤＸ）により確認及び測定することができる。ＣＮＴ集合線における金属元素の合計含有量は原子数基準で０．１％以上５０％以下が好ましく、１％以上４０％以下がより好ましく、５％以上２０％以下が更に好ましい。

【0233】

ＣＮＴ集合線に含まれる金属元素がカーボンナノチューブ集合線の長手方向に分散していることは、ＳＥＭやＴＥＭ等の電子顕微鏡と同時計測可能なＥＤＸや、電子エネルギー損失分光分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＥＬＳ）により確認することができる。

【0234】

カーボンナノチューブ集合線は、硫黄元素を含み、該硫黄元素は、前記カーボンナノチューブ集合線の長手方向に分散していることが好ましい。ここで、硫黄元素がＣＮＴ集合線の長手方向に分散しているとは、硫黄元素がＣＮＴ集合線の長手方向において偏在していないことを意味する。

【0235】

硫黄元素は、ＣＮＴ集合線の製造時に使用した補助触媒（ＣＳ_２）に由来するものである。本実施形態に係るＣＮＴ集合線においては、硫黄元素がＣＮＴ集合線の長手方向に分散して存在しているため、硫黄元素がＣＮＴの有する電気伝導度や機械的強度等の特性に影響を与えることなく、ＣＮＴ集合線はこれらの特性を維持したまま、長尺化することができる。

【0236】

ＣＮＴ集合線が硫黄元素を含むこと、及び、ＣＮＴ集合線中の硫黄元素の含有量は、ＥＤＸ、熱重量分析、Ｘ線光電子分光法により確認及び測定することができる。ＣＮＴ集合線における硫黄元素の含有量は、原子数基準で０．１％以上２０％以下が好ましく、１％以上１５％以下がより好ましく、２％以上１０％以下が更に好ましい。

【0237】

ＣＮＴ集合線に含まれる硫黄元素がカーボンナノチューブ集合線の長手方向に分散していることは、ＳＥＭやＴＥＭ等の電子顕微鏡と同時計測可能なＥＤＸや、ＥＥＬＳにより確認することができる。

【0238】

［実施の形態６：カーボンナノチューブ集合線製造装置］
実施の形態６に係るカーボンナノチューブ集合線の製造に用いられるカーボンナノチューブ集合線製造装置について図１４を用いて説明する。

【0239】

図１４に示されるカーボンナノチューブ集合線製造装置２０は、管状のカーボンナノチューブ成長部（以下、ＣＮＴ成長部とも記す）２１と、ＣＮＴ成長部２１の一方の端部（図１４において右側の端部）からＣＮＴ成長部２１に炭素含有ガスを供給するガス供給部２２と、ＣＮＴ成長部２１内に触媒粒子Ｐを供給する触媒供給部２３と、ＣＮＴ成長部２１の他方の端部側（図１４において左側の端部）に配置され、ＣＮＴ成長部２１で得られた複数のカーボンナノチューブを炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させるカーボンナノチューブ集合部（以下、ＣＮＴ集合部とも記す）とを備えることができる。

【0240】

【0241】

カーボンナノチューブ成長部２１は、電気炉２８内に配置され、ヒータ（図示せず）によって加熱される。

【0242】

【0243】

ＣＮＴ成長部２１は、炭素含有ガスの通過する中空部の断面積が、炭素含有ガスの上流側よりも、炭素含有ガスの下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、炭素含有ガスの平均流速が、上流側より下流側の方が大きくなり、カーボンナノチューブ２に引張力を加えることができる。

【0244】

ＣＮＴ成長部２１における、炭素含有ガスの下流側の中空部の断面積と上流側の中空部の断面積との大きさの関係は、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載した関係と同一とすることができるため、その説明は繰り返さない。

【0245】

＜ガス供給部＞
ガス供給部２２は、実施の形態３のカーボンナノチューブ製造装置に記載したガス供給部と同一とすることができるため、その説明は繰り返さない。

【0246】

＜触媒供給部＞
触媒供給部２３は、実施の形態３のカーボンナノチューブ製造装置に記載した触媒供給部と同一とすることができるため、その説明は繰り返さない。

【0247】

＜カーボンナノチューブ集合部＞
カーボンナノチューブ集合部２４は、ＣＮＴ成長部２１のガス供給部２３側と反対側の端部に配置される。すなわち、ＣＮＴ集合部２４は、ＣＮＴ成長部２１の炭素含有ガスの下流側に配置される。ＣＮＴ集合部２４において、カーボンナノチューブ集合線が形成される。

【0248】

ＣＮＴ集合部は、浮遊状態の複数のカーボンナノチューブを炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させることのできるものであれば、いずれの構造も用いることができる。例えば、ＣＮＴ集合部は、ハニカム構造体、直管型細管構造等からなることができる。

【0249】

ＣＮＴ集合部がハニカム構造体からなる場合、貫通孔の長手方向が、炭素含有ガスの流れに沿う方向となるように、カーボンナノチューブ集合線製造装置にハニカム構造体を配置する。

【0250】

ＣＮＴ集合部がハニカム構造体からなる場合、その構成は、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載したものと同一とすることができるため、その説明は繰り返さない。

【0251】

＜その他の構成＞
図１５に示されるように、ＣＮＴ集合線製造装置２０ａは、上記の構成に加えて、磁場を発生させる磁場発生部２４ａを含むことができる。磁場発生部２４ａは、ＣＮＴ成長部２１又はＣＮＴ集合部２４において、反応管３１の周囲にコイル状に電線３０１を設置することにより構成される。電線３０１を通電することで、反応管３１の内部に、反応管３１の中心軸に沿った方向の磁力線３２を発生させることにより、磁場を発生させることができる。これにより、ＣＮＴに磁場に由来する引張力を加えることができる。

【0252】

図１６に示されるように、ＣＮＴ集合線製造装置２０ｂは、上記の構成に加えて、電場を発生させる電場発生部２４ｂを含むことができる。電場発生部２４ｂは、ＣＮＴ成長部２１又はＣＮＴ集合部２４において、炭素含有ガスの下流側に導電性材料からなる＋電極３３、上流側に導電性材料からなる－電極３４を設置することにより構成される。これにより反応管３１の中心軸に沿った電界を発生させることにより、電場を発生させることができる。これにより、ＣＮＴに電場に由来する引張力を加えることができる。

【0253】

＜より好ましい実施の形態＞
カーボンナノチューブ集合線製造装置のより好ましい実施の形態について、下記に説明する。

【0254】

カーボンナノチューブ成長部は、その内部に第１流路を有し、カーボンナノチューブ集合部は、その内部に１以上の第２流路を有し、第２流路のそれぞれの断面積は、第１流路の断面積よりも小さいことが好ましい。図１４において、第１流路はＣＮＴ成長部２１の中空部に該当し、第２流路はＣＮＴ集合部２４の中空部（すなわち、ハニカム構造体２９の貫通孔）に該当する。

【0255】

これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0256】

カーボンナノチューブ集合部はハニカム構造を有し、該ハニカム構造は、複数の貫通孔から構成される複数の第２流路を有するハニカム構造体であり、第２流路のそれぞれの断面積は０．０１ｍｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴの径が縮小しやすい。第２流路のそれぞれの断面積は０．０２ｍｍ^２以上２ｍｍ^２以下がより好ましく、０．１ｍｍ^２以上１ｍｍ^２以下が更に好ましい。

【0257】

第１流路の断面積Ｓ１と、第２流路のそれぞれの断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は１００以上１００００００以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。Ｓ１／Ｓ２は１０００以上１０００００以下がより好ましく、２０００以上２００００以下が更に好ましい。

【0258】

カーボンナノチューブ集合部において、複数のカーボンナノチューブの径が縮小することが好ましい。これによると、径の小さいＣＮＴを含むＣＮＴ集合線を得ることができる。

【0259】

カーボンナノチューブ集合部の第２流路のそれぞれの長さは１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましい。これによると、ＣＮＴが伸長しやすく、かつ、ＣＮＴの径が縮小しやすい。第２流路のそれぞれの長さは、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下が更に好ましい。

【0260】

第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有することが好ましい。これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成される。第２流路のそれぞれが、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有する場合の詳細については、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載しているため、その説明は繰り返さない。

【0261】

第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴが集合しやすく、ＣＮＴ集合線が形成されやすい。第２流路のそれぞれの断面積が、上流側よりも下流側の方が小さい場合の詳細については、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載しているため、その説明は繰り返さない。

【0262】

［実施の形態７：カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法］
実施の形態７に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法は、浮遊状態の複数の触媒粒子に炭素含有ガスを供給することにより、複数の触媒粒子のそれぞれから、１又は複数のカーボンナノチューブを成長させる成長工程（以下、成長工程とも記す）と、浮遊状態の複数のカーボンナノチューブに引張力を加えることにより、複数のカーボンナノチューブを伸長させる伸長工程（以下、伸長工程とも記す）と、浮遊状態の複数のカーボンナノチューブを炭素含有ガスの流れに沿う方向に配向して集合させて複数のカーボンナノチューブ集合線を得る集合工程（以下、集合工程とも記す）と、複数のカーボンナノチューブ集合線を複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル工程（以下、バンドル工程とも記す）とを含むことができる。

【0263】

カーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法における成長工程、伸長工程及び集合工程は、それぞれ実施の形態４に係るカーボンナノチューブ集合線の製造方法における成長工程、伸長工程及び集合工程と同一の工程であるため、その説明は繰り返さない。

【0264】

＜バンドル工程＞
バンドル工程において、複数のカーボンナノチューブ集合線を複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得る。

【0265】

バンドル工程は、集合工程と同時に行うことができる。すなわち、集合工程において、ＣＮＴ集合線の作製と並行して、得られたＣＮＴ集合線を長手方向に沿う方向に配向して束ねてＣＮＴ集合線バンドルを得ることができる。この場合、バンドル工程は、ＣＮＴ集合部２４の内部で行われる。

【0266】

バンドル工程は、集合工程の後に独立して行うこともできる。すなわち、集合工程においてＣＮＴ集合線を作製した後に、バンドル工程を行うことができる。この場合、ＣＮＴバンドル部は、ＣＮＴ集合部２４の炭素含有ガスの下流側に接続して配置されることが好ましい。

【0267】

ＣＮＴバンドル部としては、例えば、ハニカム構造体、直管型細管構造等を用いることができる。

【0268】

バンドル工程は、複数のカーボンナノチューブ集合線に揮発性液体を付着させる付着工程と、カーボンナノチューブ集合線に付着させた揮発性液体を蒸発させる蒸発工程とを含むことが好ましい。これによると、得られたＣＮＴ集合線バンドルの密度が向上する。

【0269】

揮発性液体としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、キシレン、アニソール、トルエン、クレゾール、ピロリドン、カルビトール、カルビトールアセテート、水、エポキシモノマー、アクリルモノマーを用いることができる。揮発性液体にはモノマーあるいは樹脂が含まれる。

【0270】

付着工程は、複数のカーボンナノチューブ集合線をこれらの長手方向に沿う方向に配向して束ねる前に行われることが好ましい。これによるとカーボンナノチューブ間に浸透した液体が揮発して抜ける過程で均一かつ高密度にカーボンナノチューブ同士を密着させる事が出来る。

【0271】

付着工程は、複数のカーボンナノチューブ集合線をこれらの長手方向に沿う方向に配向して束ねた後に行われることが好ましい。これによるとカーボンナノチューブ間に浸透した液体が揮発して抜ける過程で均一かつ高密度にカーボンナノチューブ同士を密着させる事が出来る。

【0272】

蒸発工程は、自然乾燥により行うことができる。
バンドル工程は、複数のカーボンナノチューブ集合線に張力を加えながら行われることが好ましい。これによると、得られたＣＮＴ集合線バンドルの強度が向上する。

【0273】

＜他の好ましい形態＞
上記成長工程において、複数のカーボンナノチューブ及び炭素含有ガスは、第１流路を通過し、集合工程及びバンドル工程において、複数のカーボンナノチューブ及び炭素含有ガスは、第１流路よりも下流側に配置される１以上の第２流路を通過し、第２流路のそれぞれの断面積は、第１流路の断面積よりも小さいことが好ましい。これによると、カーボンナノチューブに対して、下流側に向かう引張力を加えることができる。

【0274】

第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有することが好ましい。これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成されやすい。第２流路のそれぞれが、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有する場合の詳細については、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載しているため、その説明は繰り返さない。

【0275】

第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴ及びＣＮＴ集合線が集合しやすく、ＣＮＴ集合線及びＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。第２流路のそれぞれの断面積が上流側よりも下流側の方が小さい場合の詳細については、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載しているため、その説明は繰り返さない。

【0276】

第２流路の他の好ましい形態について図２５～図２８を用いて説明する。図２５は、複数の第２流路２４０ｂを含むハニカム構造体２９ｅの一例を示す図である。図２６は、図２５のハニカム構造体２９ｅを矢印ＸＸＶＩで示す方向（上流側）から見た図である。図２７は、図２５のハニカム構造体２９ｅを矢印ＸＸＶＩＩで示す方向（下流側）から見た図である。図２８は、図２５のハニカム構造体のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ線断面図である。

【0277】

図２６及び図２８において、上流側の第２流路間の最近接距離は、２つの第２流路の外縁間の最短距離ｄＡで示される。図２７及び図２８において、下流側の第２流路間の最近接距離は、２つの第２流路の外縁間の最短距離ｄＢで示される。図２６～図２８に示されるように、第２流路２４０ｂは複数存在し、第２流路間の最近接距離は、上流側（最短距離ｄＡ）よりも下流側（最短距離ｄＢ）の方が短いことが好ましい。これによると、ＣＮＴ集合線同士が束ねられやすく、ＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。

【0278】

第２流路の他の好ましい形態について図２９～図３２を用いて説明する。図２９は、複数の第２流路２４０ｃを含むハニカム構造体２９ｆの他の一例を示す図である。図３０は、図２９のハニカム構造体２９ｆを矢印ＸＸＸで示す方向（上流側）から見た図である。図３１は、図２９のハニカム構造体２９ｆを矢印ＸＸＸＩで示す方向（下流側）から見た図である。図３２は、図２９のハニカム構造体のＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ線断面図である。

【0279】

図３０及び図３２において、上流側の第２流路間の最近接距離は、２つの第２流路の外縁間の最短距離ｄＣで示される。図３２に示されるように、複数の第２流路２４０ｃは、下流側（図３２において左側）において連結しており、下流側の第２流路間の最短距離は０である。すなわち、図２９～図３２の形態は、第２流路間の最近接距離が、上流側（最短距離ｄＣ）よりも下流側（最短距離０）の方が短い場合に該当する。これによると、ＣＮＴ集合線同士が束ねられやすく、ＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。

【0280】

第２流路は、上記で説明した下記（Ｉ）～（ＩＩＩ）の形態うち、２つ以上を備えていても良い。
（Ｉ）第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有する。
（ＩＩ）第２流路間の最近接距離は、上流側よりも下流側の方が短い。
（ＩＩＩ）第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さい。

【0281】

［実施の形態８：カーボンナノチューブ集合線バンドル］
実施の形態７に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法で作製されるカーボンナノチューブ集合線バンドルについて説明する。図７は、本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルを説明する図である。図７に示されるように、本実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドル（以下、ＣＮＴ集合線バンドルとも記す）３は、カーボンナノチューブ集合線１が０．８以上１以下の配向度で配向している配向領域を含むことが好ましい。

【0282】

（カーボンナノチューブ集合線バンドルの構成）
カーボンナノチューブ集合線バンドル３を構成するカーボンナノチューブ集合線１としては、実施の形態５のＣＮＴ集合線を用いることができる。また、該ＣＮＴ集合線１を構成するカーボンナノチューブ２としては、実施の形態２に記載したカーボンナノチューブと同一のものを用いることができる。

【0283】

（配向度）
カーボンナノチューブ集合線１において、カーボンナノチューブ２が０．９以上１以下の配向度で配向し、該カーボンナノチューブ集合線バンドル３において、カーボンナノチューブ集合線１が０．８以上１以下の配向度で配向している配向領域を含むことが好ましい。

【0284】

カーボンナノチューブ集合線におけるＣＮＴの配向度は、実施の形態５に記載したカーボンナノチューブ集合線におけるカーボンナノチューブの配向度の算出方法と同様の方法で算出される値であるため、その説明は繰り返さない。

【0285】

カーボンナノチューブ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度は、基本的には実施の形態５の配向度の算出方法に記載された（ａ１）～（ａ６）の手順と同様の手順で算出される値である。異なる点は、（ａ１）の手順において、下記の機器を用いて、下記の条件で、ＣＮＴ集合線バンドルを撮像する点である。

【0286】

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）：テクネックス工房社製「Ｃｒｙ－１０」（製品名）
撮像条件：倍率４０倍～１０万倍、加速電圧１ｋＶ～１７ｋ。
測定視野：３０μｍ×３０μｍ

【0287】

上記の条件で撮影された本実施形態に係るＣＮＴ集合線バンドルの一例のＳＥＭ画像を図８に示す。

【0288】

上記（ａ２）の手順において、図８のＳＥＭ画像を二値化処理した画像を図９に示す。
上記（ａ３）の手順において、図９の二値化処理画像をフーリエ変換した画像を図１０に示す。

【0289】

上記（ａ４）の手順において、図１０のフーリエ変換画像から得られた配向角度と配向強度との関係を示すグラフを図１１に示す。

【0290】

上記（ａ５）の手順において、図１１のグラフに基づき、半値全幅を測定する。
上記（ａ６）の手順において、上記の半値全幅に基づき、下記式（１）により、配向度を算出する。

【0291】

配向度＝（１８０°－半値全幅）／１８０° （１）
配向度が０の場合は、完全無配向を意味する。配向度が１の場合は完全配向を意味する。

【0292】

上記の測定を任意に選択した１０箇所以上の測定視野で行う。全ての測定視野のうち、１箇所以上の測定視野において、カーボンナノチューブ集合線バンドルにおけるカーボンナノチューブ集合線の配向度が０．８以上１以下の場合、該カーボンナノチューブ集合線バンドルは、カーボンナノチューブ集合線が０．８以上１以下の配向度で配向している配向領域を含むと判断される。

【0293】

本実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルにおいては、カーボンナノチューブ集合線において、カーボンナノチューブが０．９以上１以下の配向度で配向し、該カーボンナノチューブ集合線バンドルは、カーボンナノチューブ集合線が０．８以上１以下の配向度で配向している配向領域を含むことが好ましい。これは、本実施形態のＣＮＴ集合線バンドルにおいて、ＣＮＴ及びＣＮＴ集合線の配向性が高いことを意味する。これにより、本実施形態に係るＣＮＴ集合線バンドルはＣＮＴが有する電気伝導度や機械的強度の特性を維持したまま、長尺化することができる。

【0294】

ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度が０．９未満であると、電気伝導度や機械的強度が低下する傾向がある。配向度の下限値は０．９であり、０．９３が好ましく、０．９４がより好ましく、０．９５が更に好ましい。配向度の上限値は、０．９９が好ましく、１がより好ましい。

【0295】

ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度が０．８未満であると、電気伝導度や機械的強度が低下する傾向がある。配向度の下限値は０．８であり、０．８３が好ましく、０．８５がより好ましい。配向度の上限値は０．９５が好ましく、１がより好ましい。

【0296】

（形状）
カーボンナノチューブ集合線バンドルの形状は、複数のカーボンナノチューブ集合線がそれらの長手方向に配向して集合した紐形状である。ＣＮＴ集合線バンドルが、複数のカーボンナノチューブ集合線がそれらの長手方向に配向して集合した紐形状であることは、光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察することにより確認することができる。

【0297】

カーボンナノチューブ集合線バンドルの長さは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線バンドルの長さは、例えば、１００μｍ以上が好ましく、１０００μｍ以上がより好ましく、１０ｃｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線バンドルの長さの上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、１ｍ以下が好ましい。ＣＮＴ集合線バンドルの長さは、光学顕微鏡又は目視で観察することにより測定することができる。

【0298】

カーボンナノチューブ集合線バンドルの径の大きさは特に限定されず、用途によって適宜調節することができる。ＣＮＴ集合線バンドルの径は、例えば、１μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。ＣＮＴ集合線バンドルの径の上限値は特に制限されないが、製造上の観点からは、１０００μｍ以下が好ましい。本実施形態において、ＣＮＴ集合線バンドルの径の大きさは、ＣＮＴ集合線バンドルの長さよりも小さい。

【0299】

本明細書においてカーボンナノチューブ集合線バンドルの径とは、一のＣＮＴ集合線バンドルの平均外径を意味する。一のＣＮＴ集合線バンドルの平均外径は、一のＣＮＴ集合線バンドルの任意の２箇所における断面を光学顕微鏡で観察し、該断面においてＣＮＴ集合線バンドルの外周上の最も離れた２点間の距離である外径を測定し、得られた外径の平均値を算出することにより得られる。

【0300】

（配向領域及び不定形領域）
図１２は本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルのＳＥＭ画像である。図１２に示されるように、カーボンナノチューブ集合線バンドルは、配向領域３５と、カーボンナノチューブ集合線の配向度が０以上０．８未満である不定形領域３６とを含むことができる。本明細書中、配向領域とは、ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度が０．８以上１．０以下の領域を意味する。一方、不定形領域とは、ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度が０以上０．８未満の領域を意味する。ＣＮＴ集合線バンドルが配向領域と不定形領域とを含むことにより、近接するＣＮＴ集合線同士が接着することなく、曲げやひねりに対する緩衝作用を任意に付加することができる。

【0301】

カーボンナノチューブ集合線バンドルにおける配向領域の割合は、５０体積％以上１００体積％未満が好ましい。これによると、カーボンナノチューブ集合線バンドルにおいて、ＣＮＴ集合線は十分な配向度を有することができる。ＣＮＴ集合線バンドルにおける配向領域の割合は、６０体積％以上９９体積％以下がより好ましく、７０体積％以上９９体積％以下が更に好ましい。

【0302】

カーボンナノチューブ集合線バンドルにおける不定形領域の割合は、０体積％より大きく５０体積％以下が好ましい。これによると、カーボンナノチューブ集合線バンドルにおいて、ＣＮＴ集合線は十分な配向度を有することができる。ＣＮＴ集合線バンドルにおける不定形領域の割合は、１体積％以上４０体積％以下がより好ましく、１体積％以上３０体積％以下が更に好ましい。

【0303】

カーボンナノチューブ集合線バンドルにおける配向領域及び不定形領域の割合は、下記（ｂ１）～（ｂ３）の手順により算出される値である。

【0304】

（ｂ１）測定視野の設定
カーボンナノチューブ集合線バンドルの表面において、１ｍｍ×１ｍｍの矩形の測定視野を１０箇所以上無作為に選択する。

【0305】

（ｂ２）配向度の測定
上記（ｂ１）で設定した１０箇所以上の測定視野のそれぞれについて、上記のＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度の測定と同様の手順で、ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度を算出する。

【0306】

（ｂ３）割合の算出
全測定視野のうち、配向度が０．８以上１．０以下（配向領域）の測定視野の数の割合を算出することにより、ＣＮＴ集合線バンドルにおける配向領域の割合を得ることができる。また、全測定視野のうち、配向度が０以上０．８未満（不定形領域）の数の割合を算出することにより、ＣＮＴ集合線バンドルにおける不定形領域の割合を得ることができる。

【0307】

（カーボンナノチューブ集合線間の距離）
本実施形態のＣＮＴ集合線バンドルの配向領域の少なくとも一部において、近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値は、複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径の１０倍以上であることが好ましい。これによると、近接するカーボンナノチューブ集合線同士が接着することなく、曲げやひねりに対する緩衝作用を任意に付加することができる。

【0308】

本明細書におけるＣＮＴ集合線バンドルの配向領域における近接するＣＮＴ集合線間の距離の測定方法について、図１３を用いて説明する。図１３は、本開示の一実施形態に係るＣＮＴ集合線バンドルの配向領域の一例を模式的に示す図である。本明細書において、ＣＮＴ集合線間の距離は、下記（ｃ１）及び（ｃ２）の手順により確認することができる。

【0309】

（ｃ１）測定視野の設定
上記（ｂ１）～（ｂ３）で観察された配向領域のうち、一の配向領域を任意に選択し、該配向領域内で０．１ｍｍ×０．１ｍｍの正方形の測定視野を設定する。測定視野を設定する際は、測定視野の外枠である正方形の少なくとも一辺が、カーボンナノチューブ集合線の少なくとも１本と略平行となるように設定する。例えば、図１３では、カーボンナノチューブ集合線１ａと正方形の一辺Ｗとが平行である。ここで略平行とは、特定のカーボンナノチューブ集合線と、矩形の一辺とのなす各が５°以下であることを意味する。

【0310】

（ｃ２）近接するカーボンナノチューブ集合線間の距離の測定
上記（ｃ１）で設定した測定視野において、走査型電子顕微鏡で観察することにより、近接するカーボンナノチューブ集合線間の距離を測定する。ここで、近接するカーボンナノチューブ集合線間とは、特定の一のカーボンナノチューブ集合線と、該カーボンナノチューブ集合線の最も近くに存在するカーボンナノチューブ集合線との間を意味する。

【0311】

例えば、図１３に示されるカーボンナノチューブ集合線１ａに近接するＣＮＴ集合線は、カーボンナノチューブ集合線１ｂであり、ＣＮＴ集合線１ａとＣＮＴ集合線１ｂとの距離の最小値はｄ１である。カーボンナノチューブ集合線１ｃに近接するＣＮＴ集合線は、カーボンナノチューブ集合線１ｂであり、ＣＮＴ集合線１ｃとＣＮＴ集合線１ｂとの距離の最小値はｄ２である。カーボンナノチューブ集合線１ｄに近接するＣＮＴ集合線は、カーボンナノチューブ集合線１ｃでああり、ＣＮＴ集合線１ｄとＣＮＴ集合線１ｃとの距離の最小値はｄ３である。

【0312】

（ＣＮＴ集合線間の距離とＣＮＴ集合線の平均径との比較）
上記ｄ１、ｄ２、ｄ３のそれぞれの長さを測定し、これらのうちの最小値を決定する。該最小値と、複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径とを比較することにより、ＣＮＴ集合線バンドルの配向領域の少なくとも一部において、近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値は、複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径の１０倍以上であるかどうかを確認することができる。ここで、複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径とは、上記（ｃ１）で設定された測定視野に存在する複数のカーノンナノチューブ集合線の平均径を意味する。

【0313】

本明細書においてカーボンナノチューブ集合線の径とは、一のＣＮＴ集合線の平均外径を意味する。ＣＮＴ集合線１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのそれぞれのＣＮＴ集合線の平均外径は、それぞれのＣＮＴ集合線の任意の２カ所における断面を透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡により直接観察し、該断面において、ＣＮＴ集合線の外周上の最も離れた２点間の距離である外径を測定し、得られた外径の平均値を算出することにより得られる。ＣＮＴ集合線１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのそれぞれのＣＮＴ集合線の平均外径から、測定視野における複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径を算出する。

【0314】

上記の近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値は、複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径の１０倍以上５０倍以下が好ましく、１５倍以上４０倍以下がより好ましく、２０倍以上３０倍以下が更に好ましい。近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値が、複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径の５０倍を超えると、空隙が多くなるため異物が混入しやすくなり、外力を付加した際に異物近傍において応力集中が生じて緩衝作用が低下し、破断するおそれがある。

【0315】

（カーボンナノチューブ集合線間の角度）
本実施形態のＣＮＴ集合線バンドルの配向領域の少なくとも一部において、近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度の最大値は１０°以下であることが好ましい。これによると、近接するカーボンナノチューブ集合線同士が接着することなく、曲げやひねりに対する緩衝作用を任意に付加することができる。

【0316】

本明細書において、ＣＮＴ集合線バンドルの配向領域の少なくとも一部における、近接するカーボンナノチューブ間の角度は、下記（ｄ１）及び（ｄ２）の手順により確認することができる。

【0317】

（ｄ１）測定視野の決定
上記（ｃ１）と同様の方法で０．１ｍｍ×０．１ｍｍの正方形の測定視野を決定する。

【0318】

（ｄ２）近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度の測定
上記（ｄ１）で設定した視野において、近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度を測定する。ここで、近接するカーボンナノチューブ集合線間とは、特定の一のカーボンナノチューブ集合線と、該カーボンナノチューブ集合線の最も近くに存在するカーボンナノチューブ集合線との間を意味する。

【0319】

例えば、図１３に示されるカーボンナノチューブ集合線１ａに近接するＣＮＴ集合線は、カーボンナノチューブ集合線１ｂであり、ＣＮＴ集合線１ａとＣＮＴ集合線１ｂとの角度（ＣＮＴ集合線１ａの平行線１ａ’とＣＮＴ集合線１ｂとの角度と同一）はα１°である。カーボンナノチューブ集合線１ｃに近接するＣＮＴ集合線は、カーボンナノチューブ集合線１ｂであり、ＣＮＴ集合線１ｃとＣＮＴ集合線１ｂとの角度（ＣＮＴ集合線１ｃの平行線１ｃ’とＣＮＴ集合線１ｂとの角度と同一）はα２°である。カーボンナノチューブ集合線１ｃに近接するＣＮＴ集合線は、カーボンナノチューブ集合線１ｄであり、ＣＮＴ集合線１ｃとＣＮＴ集合線１ｄとは平行であり、角度は０°とする。

【0320】

上記の角度α１°、α２°の最大値が１０°以下である場合は、ＣＮＴ集合線バンドルの配向領域の少なくとも一部において、近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度は１０°以下であると判断される。

【0321】

上記の近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度は１０°以下が好ましく、９°以下がより好ましく、５°以下が更に好ましく、０°がもっとも好ましい。

【0322】

（触媒由来元素）
カーボンナノチューブ集合線バンドルは、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、金、銀、銅、イットリウム、クロム、パラジウム、白金及びタングステンからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を含み、該金属元素は、前記カーボンナノチューブ集合線バンドルの長手方向に分散していることが好ましい。ここで、金属元素がＣＮＴ集合線バンドルの長手方向に分散しているとは、金属元素がＣＮＴ集合線の長手方向において偏在していないことを意味する。

【0323】

これらの金属元素は、ＣＮＴ集合線バンドルの製造時に使用した触媒（フェロセン（Ｆｅ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）、ニッケロセン（Ｎｉ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）、コバルトセン（Ｃｏ（Ｃ_５Ｈ_５）_２等）に由来するものである。本実施形態に係るＣＮＴ集合線バンドルにおいては、これらの金属元素がＣＮＴ集合線バンドルの長手方向に分散して存在しているため、金属元素がＣＮＴの有する電気伝導度の特性に影響を与えることなく、ＣＮＴ集合線バンドルは本来有する電気伝導度を維持したまま、長尺化することができる。

【0324】

ＣＮＴ集合線バンドルに含まれる金属元素の種類、及び、その含有量は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＤＸ）により確認及び測定することができる。ＣＮＴ集合線バンドルにおける金属元素の合計含有量は原子数基準で０．１％以上５０％以下が好ましく、１％以上４０％以下がより好ましく、５％以上２０％以下が更に好ましい。

【0325】

ＣＮＴ集合線バンドルに含まれる金属元素がカーボンナノチューブ集合線バンドルの長手方向に分散していることは、ＳＥＭやＴＥＭ等の電子顕微鏡と同時計測可能なＥＤＸや、電子エネルギー損失分光分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＥＥＬＳ）により確認することができる。

【0326】

カーボンナノチューブ集合線バンドルは、硫黄元素を含み、該硫黄元素は、前記カーボンナノチューブ集合線バンドルの長手方向に分散していることが好ましい。ここで、硫黄元素がＣＮＴ集合線バンドルの長手方向に分散しているとは、硫黄元素がＣＮＴ集合線バンドルの長手方向において偏在していないことを意味する。

【0327】

硫黄元素は、ＣＮＴ集合線バンドルの製造時に使用した補助触媒（ＣＳ_２）に由来するものである。本実施形態に係るＣＮＴ集合線バンドルにおいては、硫黄元素がＣＮＴ集合線バンドルの長手方向に分散して存在しているため、硫黄元素がＣＮＴの有する電気伝導度や機械的強度等の特性に影響を与えることなく、ＣＮＴ集合線バンドルはこれらの特性を維持したまま、長尺化することができる。

【0328】

ＣＮＴ集合線バンドルが硫黄元素を含むこと、及び、ＣＮＴ集合線バンドル中の硫黄元素の含有量は、ＥＤＸ、熱重量分析、Ｘ線光電子分光法により確認及び測定することができる。ＣＮＴ集合線バンドルにおける硫黄元素の含有量は、原子数基準で０．１％以上２０％以下が好ましく、１％以上１５％以下がより好ましく、２％以上１０％以下が更に好ましい。

【0329】

ＣＮＴ集合線バンドルに含まれる硫黄元素がカーボンナノチューブ集合線の長手方向に分散していることは、ＳＥＭやＴＥＭ等の電子顕微鏡と同時計測可能なＥＤＸや、ＥＥＬＳにより確認することができる。

【0330】

［実施の形態９：カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置］
実施の形態７に係るカーボンナノチューブ集合線バンドルの製造方法に用いられるカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置について、図２１及び図２２を用いて説明する。図２１及び図２２は、カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置を示す図である。

【0331】

カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置５００，５０１は、実施の形態６に記載のカーボンナノチューブ集合線製造装置２０と、カーボンナノチューブ集合線製造装置により得られた複数のカーボンナノチューブ集合線を複数のカーボンナノチューブ集合線の長手方向に沿う方向に配向して束ねてカーボンナノチューブ集合線バンドルを得るバンドル部５０とを備えることができる。

【0332】

カーボンナノチューブ集合線製造装置２０は、実施の形態６のカーボンナノチューブ集合線製造装置と同一の構造とすることができるため、その説明は繰り返さない。

【0333】

＜バンドル部＞
バンドル部５０において、浮遊状態の複数のＣＮＴ集合線が長手方向に沿う方向に配向して束ねられてカーボンナノチューブ集合線バンドルが形成される。

【0334】

バンドル部は、カーボンナノチューブ集合線製造装置により得られた複数のカーボンナノチューブ集合線をその長手方向に沿う方向に配向して集合させることのできるものであれば、いずれの構造も用いることができる。

【0335】

例えば、バンドル部は、ハニカム構造体、直管型細管構造等からなることができる。
バンドル部がハニカム構造体からなる場合、貫通孔の長手方向が、炭素含有ガスの流れに沿う方向となるように、カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置にハニカム構造体を配置する。

【0336】

バンドル部がハニカム構造体からなる場合、その構成は、上記のＣＮＴ集合線製造装置に記載されたハニカム構造体と同一とすることができる。

【0337】

バンドル部は、カーボンナノチューブ集合部と兼用の構造とすることができる。すなわち、ＣＮＴ集合部がバンドル部としての機能も有することができる。

【0338】

また、バンドル部は、カーボンナノチューブ集合部と別個の構造とすることができる。この場合、バンドル部は、ＣＮＴ集合部２４の炭素含有ガスの下流側に配置されることが好ましい。例えば、ＣＮＴ集合線の下流側に配置されたバンドル部に絞り５５を設け、複数のカーボンナノチューブ集合線１を絞り５５に通過させることにより、それらを長手方向に配向して集合させることが好ましい。

【0339】

バンドル部５０は、複数のカーボンナノチューブ集合線１に揮発性液体５３を付着させる液体付着装置５１を含むことが好ましい。これによると、高い密度を有するＣＮＴ集合線バンドルを提供することが可能となる。

【0340】

カーボンナノチューブ集合線に揮発性液体を付着させる方法としては、例えば、揮発性液体を霧化して蒸気５５とし、該蒸気５５をカーボンナノチューブ集合線に噴霧することが挙げられる。

【0341】

液体付着装置５１は、カーボンナノチューブ集合線１に揮発性液体を付着させることのできる位置に配置される。例えば、図２１に示されるように、絞り５５よりも下流側に液体付着装置５１を配置することができる。また、図２２に示されるように、絞り５５よりも上流側に液体付着装置５１を配置することができる。

【0342】

バンドル部は、前記複数のカーボンナノチューブ集合線に張力を加えながら、前記複数のカーボンナノチューブ集合線をその長手方向に沿う方向に配向して束ねて巻き取る巻取装置５２を含むことが好ましい。

【0343】

これによると、高い強度を有するＣＮＴ集合線バンドルを提供することが可能となる。
＜その他の構成＞
ＣＮＴ集合線バンドル製造装置は、上記の構成に加えて、磁場を発生させる磁場発生部を含むことができる。その構成は、上記のＣＮＴ集合線製造装置に記載された磁場発生部と同一とすることができる。

【0344】

ＣＮＴ集合線バンドル製造装置は、上記の構成に加えて、電場を発生させる電場発生部を含むことができる。その構成は、上記のＣＮＴ集合線製造装置に記載された電場発生部と同一とすることができる。

【0345】

＜他の好ましい形態＞
カーボンナノチューブ集合部と、バンドル部とは、複数の第２流路を有する同一のハニカム構造体からなり、第２流路のそれぞれは、貫通孔の外周にらせん状の溝を備えた形状を有することが好ましい。これによると、第２流路内のガスがらせん状に流れ、ＣＮＴ集合線に均一な撚り角が形成されやすい。第２流路のそれぞれがらせん状に延在する場合の詳細については、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載しているため、その説明は繰り返さない。

【0346】

第２流路間の最近接距離は、上流側よりも下流側の方が短いことが好ましい。これによると、ＣＮＴ集合線同士が束ねられやすく、ＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。第２流路間の最近接距離が上流側よりも下流側の方が短い場合の詳細について、実施の形態７のＣＮＴ集合線バンドルの製造方法に記載しているため、その説明は繰り返さない。

【0347】

第２流路のそれぞれの断面積は、上流側よりも下流側の方が小さいことが好ましい。これによると、第２流路内でＣＮＴ及びＣＮＴ集合線が集合しやすく、ＣＮＴ集合線及びＣＮＴ集合線バンドルが形成されやすい。第２流路のそれぞれの断面積が、上流側よりも下流側の方が小さい場合の詳細については、実施の形態４のＣＮＴ集合線の製造方法に記載しているため、その説明は繰り返さない。

【実施例】

【0348】

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。

【0349】

《検討１》
［カーボンナノチューブ製造装置の準備］
＜装置１＞
装置１として、その概要を図１８に示したカーボンナノチューブ製造装置と同様の構成を有するカーボンナノチューブ製造装置を準備した。具体的には、電気炉２８内にカーボンナノチューブ成長部２１及びカーボンナノチューブ伸長部３０を配置する。ＣＮＴ成長部は、内径２０ｍｍ、長さ８００ｍｍの石英管からなる。カーボンナノチューブ伸長部３０は、カーボンナノチューブ成長部と連続する石英管であり、内径の平均値が８ｍｍ、長さ３００ｍｍである。

【0350】

ＣＮＴ成長部２１のＣＮＴ伸長部３０と連続する側と反対側に触媒供給部２３を配置する。触媒供給部２３は内径２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの石英管からなり、ＣＮＴ成長部と連続して配置されている。触媒供給部２３内の触媒保持具２６上に、触媒としてフェロセンが配置されている。触媒供給部２３はヒータ２５により加熱される。

【0351】

触媒供給部２３のＣＮＴ成長部２１と接続している側と反対側に、ガス供給部２２が配置されている。
上記の装置１は実施例に該当する。

【0352】

＜装置２＞
装置２として、基本的に装置１と同様の構成を有する装置を準備した。装置１と異なる点は、カーボンナノチューブ伸長部３０を配置しないことである。すなわち、該装置においては、ＣＮＴ成長部２１の触媒供給部２３と連続する側と反対側の端部に、ＣＮＴ伸長部が配置されていない。なお、装置２のカーボンナノチューブ成長部の長さは、装置１のカーボンナノチューブ成長部及びカーボンナノチューブ伸長部の合計の長さと同一とした。

【0353】

上記の装置２は比較例に該当する。
［カーボンナノチューブの作製］
装置１及び装置２の製造装置を用いて、それぞれ試料１及び試料２のカーボンナノチューブを作製した。まず、装置１及び装置２のそれぞれにおいて、ガス供給部からＣＮＴ成長部内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１０００℃まで昇温した。次に、アルゴンガスに加えて、メタンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ_２）ガスを１ｃｃｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給した。アルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。

【0354】

上記のアルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素ガスの供給により、触媒が崩壊して触媒粒子がＣＮＴ成長部内に放出された。その後、ＣＮＴ成長部内でＣＮＴが成長した。
装置１では、その後、ＣＮＴ伸長部内でＣＮＴが伸長した。

【0355】

［カーボンナノチューブの測定］
（形状）
試料１及び試料２のカーボンナノチューブについて、平均長さ及び平均径を測定した。平均長さ及び平均径の測定方法は、実施の形態２に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0356】

試料１のＣＮＴは、カーボンナノチューブがその長手方向に伸長した直線糸形状であり、平均長さは１０μｍであり、平均径は１．２ｎｍであった。

【0357】

試料２のＣＮＴは、平均長さは２μｍであり、平均径は１．２ｎｍであった。
上記より、装置１で得られるＣＮＴ（試料１）は、装置２で得られるＣＮＴ（試料２）よりも長いことが確認された。

【0358】

《検討２》
［カーボンナノチューブ集合線製造装置の準備］
＜装置３＞
装置３として、その概要を図１４に示したカーボンナノチューブ集合線製造装置と同様の構成を有するカーボンナノチューブ集合線製造装置を準備した。具体的には、電気炉２８内にカーボンナノチューブ成長部２１及びカーボンナノチューブ集合部２４を配置する。ＣＮＴ成長部は、内径２０ｍｍ、長さ８００ｍｍの石英管からなる。カーボンナノチューブ集合部２４としては、セラミックスからなるハニカム構造体がＣＮＴ成長部と連続する石英管内に配置されている。ハニカム構造体は、約２００個／ｉｎｃｈの貫通孔を有し、一の貫通孔の断面積は０．８ｍｍ^２である。

【0359】

ＣＮＴ成長部２１のＣＮＴ集合部２４と連続する側と反対側に触媒供給部２３を配置する。触媒供給部２３は内径２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの石英管からなり、ＣＮＴ成長部と連続して配置されている。触媒供給部２３内の触媒保持具２６上に、触媒としてフェロセンが配置されている。触媒供給部２３はヒータ２５により加熱される。

【0360】

触媒供給部２３のＣＮＴ成長部２１と接続している側と反対側に、ガス供給部２２が配置されている。装置３は実施例に該当する。

【0361】

＜装置４＞
装置４として、基本的に装置３と同様の構成を有する装置を準備した。装置３と異なる点は、カーボンナノチューブ集合部２４を配置しないことである。すなわち、該装置においては、ＣＮＴ成長部２１の触媒供給部２３と連続する側と反対側の端部に、ＣＮＴ集合部が配置されていない。装置４は比較例に該当する。

【0362】

＜装置５＞
装置５として、基本的に装置３と同様の構成を有する装置を準備した。装置３と異なる点は、ハニカム構造体の位置を、図１９のハニカム構造体２９ａのように、カーボンナノチューブ成長部の下流側に配置するのではなく、ハニカム構造体２９ｂに示されるように、カーボンナノチューブ成長部２１内の炭素原料ガスの上流側に配置したことである。装置５は比較例に該当する。

【0363】

＜装置６＞
装置６として、基本的に装置３と同様の構成を有する装置を準備した。装置３と異なる点は、ハニカム構造体の位置を、図１９のハニカム構造体２９ａのように、カーボンナノチューブ成長部の下流側に配置するのではなく、ハニカム構造体２９ｃに示されるように、触媒供給部２３内に配置したことである。装置６は比較例に該当する。

【0364】

［カーボンナノチューブ集合線の作製］
装置３～装置６の製造装置を用いて、それぞれ試料３～試料６のカーボンナノチューブ集合線を作製した。まず、装置３～装置６のそれぞれにおいて、ガス供給部からＣＮＴ成長部内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１０００℃まで昇温した。次に、アルゴンガスに加えて、メタンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ_２）ガスを１ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給した。アルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。

【0365】

上記のアルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素ガスの供給により、触媒が崩壊して触媒粒子がＣＮＴ成長部内に放出された。その後、ＣＮＴ成長部内でＣＮＴが成長した。

【0366】

装置３では、その後、ＣＮＴ集合部内でＣＮＴが伸長するとともに集合し、ＣＮＴ集合線が得られた。装置３のＣＮＴ集合部を構成するハニカム構造の下流側を目視で観察観察したところ、図１７に示されるように、複数のＣＮＴが集合して形成されたカーボンナノチューブ集合線１（試料３）がハニカム構造体２９の貫通孔から放出していることが確認された。

【0367】

装置４では、ＣＮＴ成長部の下流側をＳＥＭで観察したところ、複数のＣＮＴが集合したＣＮＴ集合線（試料４）が確認された。

【0368】

装置５及び装置６では、ＣＮＴ成長部内にＣＮＴ集合線を確認することができなかった。

【0369】

［カーボンナノチューブ集合線の測定］
（配向度）
試料３及び試料４のカーボンナノチューブ集合線について、配向度を測定した。配向度の算出方法は、実施の形態５に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0370】

試料３のＣＮＴ集合線のＴＥＭ画像を図２に示し、フーリエ変換画像を図４に示す。試料１の配向の角度と強度との関係を図５に示す。

【0371】

試料３の半値全幅は１２°であり、配向度は０．９３であった。
試料４の半値全幅は５４°であり、配向度は０．７０であった。

【0372】

上記より、装置３で得られたＣＮＴ集合線（試料３）は、装置４で得られたＣＮＴ集合線（試料４）よりも、ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度が高いことが確認された。

【0373】

（形状）
試料３のカーボンナノチューブ集合線について、平均長さ及び平均径を測定した。平均長さ及び平均径の測定方法は、実施の形態５に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0374】

試料３のＣＮＴ集合線は、複数のカーボンナノチューブがそれらの長手方向に配向して集合した直線糸形状であり、平均長さは１０ｃｍであり、平均径は５０μｍであった。

【0375】

（触媒由来元素）
試料３のカーボンナノチューブ集合線について、ＥＤＸ分析を行うことにより、ＣＮＴ集合線に含まれる触媒由来元素を特定した。

【0376】

試料３には、鉄及び硫黄が含まれていることが確認された。また、ＳＥＭ観察及びＥＤＸ分析により、鉄及び硫黄は、ＣＮＴ集合線の長手方向に分散していることが確認された。

【0377】

《検討３》
［カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置の準備］
（装置７）
装置７として、基本的に上記の装置３と同様の構成を有するカーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置を準備した。装置３と異なる点は、ＣＮＴ集合線を一点に収束するためハニカムの出口側にオリフィス板を設置することである。

【0378】

（装置８）
装置８として、基本的に装置７と同様の構成を有する装置を準備した。装置７と異なる点は、ＣＮＴ集合線を収束させる機構を備え付けないことである。

【0379】

＜カーボンナノチューブ集合線バンドルの作製＞
装置７及び装置８の製造装置を用いて、それぞれ試料７及び試料８のカーボンナノチューブ集合線バンドルを作製した。まず、装置７及び装置８のそれぞれにおいて、ガス供給部からＣＮＴ成長部内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１０００℃まで昇温した。次に、アルゴンガスに加えて、メタンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ_２）ガスを１ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給した。アルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。

【0380】

【0381】

装置７では、その後、ＣＮＴ集合部内でＣＮＴが伸長するとともに集合し、ＣＮＴ集合線が得られ、該ＣＮＴ集合線がバンドル化され、ＣＮＴ集合線バンドルが得られた。装置７のＣＮＴ集合部を構成するハニカム構造の下流側を目視で観察観察したところ、複数のＣＮＴ集合線が集合して形成されたカーボンナノチューブ集合線バンドル（試料７）がハニカム構造体２９の貫通孔から放出していることが確認された。

【0382】

装置８では、ＣＮＴ成長部の下流側をＳＥＭで観察したところ、複数のＣＮＴが集合したＣＮＴ集合線（試料８）が確認された。

【0383】

＜カーボンナノチューブ集合線バンドルの測定＞
（配向度）
試料７及び試料８のカーボンナノチューブ集合線バンドルについて、配向度を測定した。ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度の算出方法は、実施の形態５に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度の算出方法は、実施の形態８に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0384】

試料７のＣＮＴ集合線バンドルでは、ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度は０．９４であり、ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度は０．９３であった。

【0385】

試料８のＣＮＴ集合線バンドルでは、ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度は０．９３であり、ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度は０．７６であった。

【0386】

上記より、装置７で得られたＣＮＴ集合線バンドル（試料７）は、装置８で得られたＣＮＴ集合線バンドル（試料８）よりも、ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度、及び、ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度のいずれも高いことが確認された。

【0387】

（形状）
試料７のカーボンナノチューブ集合線バンドルについて、平均長さ及び平均径を測定した。平均長さ及び平均径の測定方法は、実施の形態８に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0388】

試料７のＣＮＴ集合線バンドルは、複数のカーボンナノチューブ集合線がそれらの長手方向に配向して集合した直線糸形状であり、平均長さは１０ｃｍであり、平均径は２００μｍであった。

【0389】

（触媒由来元素）
試料７のカーボンナノチューブ集合線バンドルに含まれるＣＮＴ集合線について、ＥＤＸ分析を行うことにより、ＣＮＴ集合線に含まれる触媒由来元素を特定した。

【0390】

試料７には、鉄及び硫黄が含まれていることが確認された。また、ＳＥＭ観察及びＥＤＸ分析により、鉄及び硫黄は、ＣＮＴ集合線の長手方向に分散していることが確認された。

【0391】

（配向領域及び不定形領域の割合）
試料７のカーボンナノチューブ集合線バンドルについて、配向領域と不定形領域との体積割合を測定した。配向領域と不定形領域との体積割合の測定方法は、実施の形態８に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0392】

試料７のＣＮＴ集合線バンドルは、配向領域が８０体積％であり、不定形領域が２０体積％であった。

【0393】

（カーボンナノチューブ間の距離）
試料７のカーボンナノチューブ集合線バンドルについて、配向領域における近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値を測定した。また、ＣＮＴ集合線バンドルを構成するＣＮＴ集合線の平均径も測定した。配向領域における近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値、及び、ＣＮＴ集合線の平均径の測定方法は、実施の形態８に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0394】

試料７では、配向領域における近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値は３００ｎｍであり、ＣＮＴ集合線の平均径は２５ｎｍであった。すなわち、近接する複数のカーボンナノチューブ集合線間の距離の最小値は、複数のカーボンナノチューブ集合線の平均径の１０倍以上であることが確認された。

【0395】

（カーボンナノチューブ集合線間の角度）
試料７のカーボンナノチューブ集合線バンドルについて、配向領域における近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度の最大値を測定した。配向領域における近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度の測定方法は、実施の形態８に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。

【0396】

試料７では、配向領域における近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度の最大値は９°であった。すなわち、近接するカーボンナノチューブ集合線間の角度の最大値は１０°以下であることが確認された。

【0397】

《検討４》
検討４では、ＣＮＴ集合線製造装置において、ＣＮＴ集合部の第２流路の断面積と、得られたＣＮＴ集合線に含まれるＣＮＴの径及び長さとの関係について検討した。

【0398】

［カーボンナノチューブ集合線製造装置の準備］
（装置９～装置１４）
装置９～装置１４は、図１４に示したカーボンナノチューブ集合線製造装置と同様の構成を有する。具体的には、電気炉２８内にカーボンナノチューブ成長部２１及びカーボンナノチューブ集合部２４を配置する。ＣＮＴ成長部は、内径２０ｍｍ、長さ８００ｍｍの石英管からなる。カーボンナノチューブ集合部２４としては、セラミックスからなるハニカム構造体がＣＮＴ成長部と連続する石英管内に配置されている。装置９～装置１４におけるハニカム構造体の各貫通孔（第２流路）の断面積及び長さを表１に示す。例えば、装置９におけるハニカム構造体は、各貫通孔（第２流路）の断面積が１ｍｍ^２、長さが５０ｍｍである。

【0399】

【0400】

触媒供給部２３のＣＮＴ成長部２１と接続している側と反対側に、ガス供給部２２が配置されている。装置９～装置１４は実施例に該当する。

【0401】

［カーボンナノチューブ集合線の作製］
装置９～装置１４の製造装置を用いて、それぞれ試料９～試料１４のカーボンナノチューブ集合線を作製した。まず、装置９～装置１４のそれぞれにおいて、ガス供給部からＣＮＴ成長部内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１０００℃まで昇温した。次に、アルゴンガスに加えて、メタンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ_２）ガスを１ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給した。アルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。

【0402】

装置９～装置１４のそれぞれにおいて、ＣＮＴ集合部の上流側の炭素含有ガスの温度は１０００℃であり、ＣＮＴ集合部の下流側の炭素含有ガスの温度は６００℃である。

【0403】

装置９～装置１４のそれぞれにおいて、上記のアルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素ガスの供給により、触媒が崩壊して触媒粒子がＣＮＴ成長部内に放出された。その後、ＣＮＴ成長部内でＣＮＴが成長し、更に、ＣＮＴ集合部内でＣＮＴが伸長するとともに集合し、試料９～試料１４のＣＮＴ集合線が得られた。

【0404】

［ＣＮＴ集合線の測定］
試料９～試料１４のＣＮＴ集合線において、配向度及びＣＮＴの径を測定した。配向度の算出方法及びＣＮＴの径の測定方法は実施形態の５に記載した方法と同一であるため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「ＣＮＴ」の「配向度」及び「径」の欄に示す。

【0405】

【表1】

【0406】

［評価］
試料９～試料１４から、貫通孔（第２流路）の断面積が小さいほど、ＣＮＴの径が小さくなる傾向が確認された。また、試料１１及び試料１２から、貫通孔の長さが長いほど、ＣＮＴの径が小さくなる傾向が確認された。

【0407】

《検討５》
検討５では、ＣＮＴ集合線製造工程において、ＣＴＮ集合部の上流側の炭素含有ガスの温度及びＣＮＴ集合部の下流側の炭素含有ガスの温度と、ＣＮＴの集合割合との関係について検討した。

【0408】

［カーボンナノチューブ集合線製造装置の準備］
ＣＮＴ集合線製造装置としては、検討４の装置９と同一の構成を有する装置を準備した。

【0409】

［カーボンナノチューブ集合線の作製］
（製造工程９－１）
まず、装置９において、ガス供給部からＣＮＴ成長部内にアルゴンガス濃度が１００体積％のアルゴンガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速３．４ｃｍ／ｓｅｃ）で５０分間供給しつつ、電気炉内の温度を１２００℃まで昇温した。次に、アルゴンガスに加えて、メタンガスを５０ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．１７ｃｍ／ｓｅｃ）、及び、二硫化炭素（ＣＳ_２）ガスを１ｃｃ／ｍｉｎの流量（流速０．００３ｃｍ／ｓｅｃ）で１２０分間供給した。アルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素を含む混合ガス（炭素含有ガス）全体の流速は、３．６ｃｍ／ｓｅｃである。

【0410】

製造工程９－１では、ＣＮＴ集合部の上流側の炭素含有ガスの温度は１２００℃であり、ＣＮＴ集合部の下流側の炭素含有ガスの温度は６００℃であり、ＣＮＴ集合部の貫通孔（第２流路）内の下流側端部における炭素含有ガスの温度は６００℃である。

【0411】

上記のアルゴンガス、メタンガス、二硫化炭素ガスの供給により、触媒が崩壊して触媒粒子がＣＮＴ成長部内に放出された。その後、ＣＮＴ成長部内でＣＮＴが成長し、更に、ＣＮＴ集合部内でＣＮＴが伸長するとともに集合し、ＣＮＴ集合線が得られた。

【0412】

（製造工程９－２）
製造工程９－２では、ＣＮＴ集合部の下流側の炭素含有ガスの温度、及び、ＣＮＴ集合部の貫通孔（第２流路）内の下流側端部における炭素含有ガスの温度を５００℃とした以外は、製造工程９－１と同様の方法でＣＮＴ集合線を作製した。

【0413】

（製造工程９－３）
製造工程９－３では、ＣＮＴ集合部の下流側の炭素含有ガスの温度、及び、ＣＮＴ集合部の貫通孔（第２流路）内の下流側端部における炭素含有ガスの温度を３００℃とした以外は、製造工程９－１と同様の方法でＣＮＴ集合線を作製した。

【0414】

［評価］
製造工程９－１において、ＣＮＴ集合部の下流側をＴＥＭで観察したところ、ＣＮＴ集合線とともに、ＣＮＴ単体も存在していることが確認された。

【0415】

製造工程９－２において、ＣＮＴ集合部の下流側をＴＥＭで観察したところ、ＣＮＴ集合線とともに、ＣＮＴ単体も存在していることが確認された。ＣＮＴ単体の割合は、製造工程９－１よりも低かった。

【0416】

製造工程９－３において、ＣＮＴ集合部の下流側を電子顕微鏡で観察したところ、ＣＮＴ集合線が確認された。ＣＮＴ単体は確認されなかった。

【0417】

［考察］
上記より、ＣＮＴ集合部の下流側の温度が低いほど、ＣＮＴ集合線の形成割合が高く、ＣＮＴ単体の存在割合が低いことが確認された。これは、ＣＮＴ集合部の下流側の温度が低いほど、ＣＮＴ同士が集合しやすいためと推察される。

【0418】

《検討６》
検討６では、ＣＮＴ集合線バンドル製造工程において、揮発性液体の付着工程及び蒸発工程の有無と、ＣＮＴ集合線バンドルの密度との関係について検討した。

【0419】

［カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置の準備］
（装置１０－１）
装置１０－１として、検討４の装置９と同一の構成を有するＣＮＴ集合線製造装置と、その下流側に絞り並びに巻取装置を含むバンドル部とを備える装置を準備した。

【0420】

（装置１０－２）
装置１０－２として、図２１に示される構成を有するＣＮＴ集合線バンドル製造装置を準備した。具体的には、装置１０－２は、装置１０－１と同様の構成を有し、更に、絞りの下流側に液体付着装置及び巻取装置をこの順で備える。液体付着装置内には、エタノールが封入されている。

【0421】

（装置１０－３）
装置１０－３として、図２２に示される構成を有するＣＮＴ集合線バンドル製造装置を準備した。具体的には、装置１０－３は、装置１０－１と同様の構成を有し、更に、ＣＮＴ集合線製造装置と絞りとの間に配置される液体付着装置と、絞りの下流側に配置される巻取装置とを備える。液体付着装置内には、揮発性液体としてエタノールが封入されている。

【0422】

（装置１０－４）
装置１０－４として、検討３の装置７と同様の構成を有する装置を準備した。

【0423】

［カーボンナノチューブ集合線バンドルの作製］
（製造工程１０－１）
製造工程１０－１では、製造工程９－１と同様の条件でＣＮＴ集合線を製造した後、該ＣＮＴ集合線を絞りを通過させて束ねて、試料１０－１のＣＮＴ集合線バンドルを得た。バンドル工程は、巻取装置でＣＮＴ集合線バンドルを巻き取ることにより、ＣＮＴ集合線に張力を加えながら行われた。

【0424】

（製造工程１０－２）
製造工程１０－２では、製造工程９－１と同様の条件でＣＮＴ集合線を製造し、該ＣＮＴ集合線を絞りを通過させて束ねた後、該ＣＮＴ集合線に揮発性液体の蒸気を付着させた後、揮発液体を自然乾燥により蒸発させて、試料１０－２のＣＮＴ集合線バンドルを得た。バンドル工程は、巻取装置でＣＮＴ集合線バンドルを巻き取ることにより、ＣＮＴ集合線に張力を加えながら行われた。

【0425】

（製造工程１０－３）
製造工程１０－３では、製造工程９－１と同様の条件でＣＮＴ集合線を製造し、該ＣＮＴ集合線に揮発性液体の蒸気を付着させた後、該ＣＮＴ集合線を絞りを通過させて束ね、揮発液体を自然乾燥により蒸発させて、試料１０－３のＣＮＴ集合線バンドルを得た。バンドル工程は、巻取装置でＣＮＴ集合線バンドルを巻き取ることにより、ＣＮＴ集合線に張力を加えながら行われた。

【0426】

（製造工程１０－４）
製造工程１０－４では、検討３の試料７と同様の条件でＣＮＴ集合線バンドルを製造した。

【0427】

［評価］
＜カーボンナノチューブ集合線バンドルの測定＞
（配向度）
試料１０－１～試料１０－４のカーボンナノチューブ集合線バンドルについて、配向度を測定した。ＣＮＴ集合線におけるＣＮＴの配向度（以下、「ＣＮＴ配向度」とも記す。）の算出方法は、実施の形態５に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。ＣＮＴ集合線バンドルにおけるＣＮＴ集合線の配向度（以下、「ＣＮＴ集合線配向度」とも記す。）の算出方法は、実施の形態８に記載した方法と同一の方法であるため、その説明は繰り返さない。結果を表２の「ＣＮＴ配向度」及び「ＣＮＴ集合線配向度」欄に示す。

【0428】

（密度）
試料１０－１～試料１０－４のＣＮＴ集合線バンドルの密度を測定した。密度は、ＣＮＴ集合線バンドルの体積と重量に基づき算出し、ＣＮＴ１００％の場合との比較として％で表した。結果を表２の「密度」欄に示す。

【0429】

（破断強度）
試料１０－１～試料１０－４のカーボンナノチューブ集合線バンドルについて、破断強度を測定した。強度の測定方法は下記の通りである。

【0430】

長さ約３ｃｍのＣＮＴ集合線を準備し、その両端を引っ張り治具板に接着剤で固定した。接着剤で固定されていない部分の長さ１ｃｍのＣＮＴ集合線が破断するまでの引っ張り応力をロードセル（測定機器：（株）イマダ製「ＺＴＳ－５Ｎ」）を用いて計測した。結果を表２の「破断強度」欄に示す。

【0431】

【表2】

【0432】

［考察］
試料１０－１と試料１０－４とを比較すると、バンドル工程においてＣＮＴ集合線に張力を加えることにより、ＣＮＴ集合線バンドルの密度が高くなり、強度が向上することが確認された。

【0433】

試料１０－１～試料１０－３を比較すると、バンドル工程において、揮発性液体の付着工程及び蒸発工程とを行うことにより、ＣＮＴ集合線バンドルの密度が高くなり、強度が向上することが確認された。

【0434】

以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。

【0435】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0436】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄカーボンナノチューブ集合線、２カーボンナノチューブ、３カーボンナノチューブ集合線バンドル、２０，２０ａ，２０ｂＣＮＴ集合線製造装置、２１ＣＮＴ成長部、２２ガス供給部、２３触媒供給部、２４，２４ａカーボンナノチューブ集合部、２５ヒータ、２６触媒保持具、２７触媒、２８電気炉、２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，２９ｆ，２９ｇハニカム構造体、３０ＣＮＴ伸長部、２９１出口，２４０，２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃ，２４０ｄ第２流路、３０１電線、３１反応管、３２磁力線、３３＋電極、３４－電極、３５配向領域、３６不定形領域、５０バンドル部、５１液体付着装置、５２巻取装置、５３揮発性液体、５４蒸気、５５絞り、５００，５０１カーボンナノチューブ集合線バンドル製造装置、Ｔチューブ部、Ｃコーン部、Ｐ触媒粒子、Ｍ１らせん状の溝

【図1】