JP6812533B1 - カーボンナノチューブからなる長尺物の製造方法 - Google Patents

カーボンナノチューブからなる長尺物の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】材質がカーボンナノチューブであり高品質な長尺物が得られる製造方法の提供。【解決手段】(1)第一アレイからカーボンナノチューブを徐々に引き出して、第一ウェブ10aを得る工程、(2)上記第一ウェブ10aの一部を第一保持具12aに当接させて、この第一保持具12aにこの第一ウェブ10aを保持する工程、(3)第二アレイから上記カーボンナノチューブを徐々に引き出して、第二ウェブ10bを得る工程、(4)上記第二ウェブ10bの一部を第二保持具12bに当接させて、この第二保持具12bにこの第二ウェブ10bを保持する工程、及び(5)上記第一ウェブ10aの幅方向と上記第二ウェブ10bの幅方向とが実質的に一致する状態で、上記第一ウェブ10aの上記第一保持具12aの近傍と、上記第二ウェブ10bの上記第二保持具12bの近傍とを重ね合わせ、ジョイントを形成する工程を含む。【選択図】図10

Description

本発明は、その材質がカーボンナノチューブである長尺物(Long Member)の製造方法に関する。
カーボンナノチューブは、導電性、熱伝導性及び比強度に優れる。種々の分野にて、カーボンナノチューブの利用が検討されている。個々のカーボンナノチューブは、微細である。従って、構造の要素としては、多数のカーボンナノチューブの集合物が用いられうる。集合物として、ウェブ(Web)及び線(Yarn)が知られている。
カーボンナノチューブは、化学気相成長法にて製造されうる。この方法により、カーボンナノチューブのアレイが得られる。このアレイでは、多数のカーボンナノチューブが、所定の方向に配向している。このアレイから、カーボンナノチューブが、徐々に引き出される。これらのカーボンナノチューブは、ウェブを形成する。ウェブは、シート状である。
このウェブが他のウェブと連結されることで、ジョイントが形成され、長尺ウェブが得られる。この長尺ウェブから、長尺の線も得られうる。ジョイントを有する線の製造方法が、特開2011−153392公報に開示されている。
特開2011−153392公報
カーボンナノチューブは、他の物体への付着力が大きいという性質を有する。従ってカーボンナノチューブは、ハンドリング性に劣る。特開2011−153392公報に開示された方法では、ジョイントの形成に困難を伴う。さらに、この方法で得られた長尺ウェブでは、ジョイントにおいてカーボンナノチューブの配置が乱れる。従って、ジョイントと他の部分とで、カーボンナノチューブが発揮する特性が大きく異なる。この方法では、高品質な長尺物は、得られない。
本発明の目的は、その材質がカーボンナノチューブでありかつ高品質である長尺物が得られる、製造方法の提供にある。
本発明は、多数のカーボンナノチューブを含む長尺物の製造方法に関する。この製造方法は、
(1)第一アレイから上記カーボンナノチューブを徐々に引き出して、第一ウェブを得る工程、
(2)上記第一ウェブの一部を第一保持具に当接させて、この第一保持具にこの第一ウェブを保持する工程、
(3)第二アレイから上記カーボンナノチューブを徐々に引き出して、第二ウェブを得る工程、
(4)上記第二ウェブの一部を第二保持具に当接させて、この第二保持具にこの第二ウェブを保持する工程、
及び
(5)上記第一ウェブの幅方向と上記第二ウェブの幅方向とが実質的に一致する状態で、上記第一ウェブの上記第一保持具の近傍と、上記第二ウェブの上記第二保持具の近傍とを重ね合わせ、ジョイントを形成する工程
を含む。
好ましくは、この製造方法は、上記工程(5)の後に、
上記ジョイントに張力を付与する工程
をさらに含む。
好ましくは、この製造方法は、上記工程(5)の後に、
上記ジョイントを加圧する工程
をさらに含む。
好ましくは、この製造方法は、上記工程(5)の後に、
上記第一ウェブの上記第一保持具に残存する部分が、上記ジョイントから切り離される工程
をさらに含む。
好ましくは、この製造方法は、上記工程(5)の後に、
上記第二ウェブの上記第二保持具に残存する部分が、上記ジョイントから切り離される工程
をさらに含む。
好ましくは、この製造方法は、上記工程(5)の後に、
上記長尺物の長手方向に対して交差する方向に、上記第一保持具又は上記第二保持具を移動させて、上記ジョイントにおける上記カーボンナノチューブの密度を高める工程
をさらに含む。
好ましくは、この製造方法は、上記工程(5)の後に、
上記第一ウェブ及び上記第二ウェブにおけるカーボンナノチューブを集束させて線状にする工程
をさらに含む。
好ましくは、上記工程(2)において、第一ウェブの幅以上の幅を有する第一保持具が用いられる。好ましくは、上記工程(4)において、第二ウェブの幅以上の幅を有する第二保持具が用いられる。
好ましくは、上記工程(2)において、その材質が、天然ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である第一保持具が用いられる。好ましくは、上記工程(4)において、その材質が、天然ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である第二保持具が用いられる。
好ましくは、上記工程(2)において、その延在方向が第一ウェブの幅方向に対して傾斜した第一保持具が用いられる。好ましくは、上記工程(4)において、その延在方向が第二ウェブの幅方向に対して傾斜した第二保持具が用いられる。
好ましくは、上記工程(2)において、第一保持具の近傍において下流に向かってその幅が徐々に大きくなる形状を有する第一ウェブが用いられる。好ましくは、上記工程(4)において、第二保持具の近傍において上流に向かってその幅が徐々に大きくなる形状を有する第二ウェブが用いられる。
好ましくは、上記工程(5)において形成されるジョイントの長さは、2mm以上50mm以下である。
他の観点によれば、本発明に係る装置は、多数のカーボンナノチューブを含む長尺物のの製造に使用される。この装置は、
上記カーボンナノチューブからなる第一ウェブを保持するための第一保持具、
上記カーボンナノチューブからなる第二ウェブを保持するための第二保持具、
及び
上記第二ウェブが上記第一ウェブと重なるように、上記第二保持具を、上記第一保持具に対して相対的に移動させうる移動機構
を有する。
好ましくは、第一保持具の幅は、第一ウェブの幅よりも大きい。好ましくは、第二保持具の幅は、第二ウェブの幅よりも大きい。
本発明に係る製造方法では、第一ウェブが第二ウェブと連結される。従ってこの製造方法では、その材質がカーボンナノチューブである長尺物が得られる。この長尺物では、第一ウェブと第二ウェブとのジョイントにおいて、カーボンナノチューブの並びが均一である。この長尺物は、品質に優れる。
図1は、本発明の一実施形態に係る長尺体の製造方法に使用される第一アレイが基板と共に示された斜視図である。 図2は、図1の第一アレイが用いられた、長尺体の製造方法が示されたフロー図である。 図3(a)は図2の製造方法の一工程が示された正面図であり、図3(b)はその平面図である。 図4(a)は図2の製造方法の他の工程が示された正面図であり、図4(b)はその平面図である。 図5は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図6は、図5の工程が示された平面図である。 図7(a)は図2の製造方法のさらに他の工程が示された正面図であり、図7(b)はその平面図である。 図8は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図9は、図8の工程が示された平面図である。 図10は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図11は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図12は、図11の工程が示された平面図である。 図13は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図14は、図2の製造方法で得られた長尺ウェブの一部が示された拡大平面図である。 図15は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図16は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図17は、図2の製造方法のさらに他の工程が示された拡大正面図である。 図18(a)は本発明の他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された平面図であり、図18(b)はこの製造方法の他の工程が示された平面図である。 図19は、図18の製造方法で得られた長尺ウェブの一部が示された拡大平面図である。 図20は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された平面図である。 図21は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された平面図である。 図22は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。 図23は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。 図24は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。 図25は、図2の方法のための製造装置が示された正面図である。 図26は、図25の装置が示された左側面図である。
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
図1には、第一アレイ2aと基板4とが示されている。第一アレイ2aは、ブロック形状を有する。この第一アレイ2aは、多数のカーボンナノチューブ6の集合体である。説明の便宜上、図1において、カーボンナノチューブ6にハッチングが施されている。これらのカーボンナノチューブ6は、第一アレイ2aの厚み方向(Z方向)に配向している。換言すれば、個々のカーボンナノチューブ6は、基板4に対して概ね起立している。第一アレイ2aの製造には、種々の方法が採用されうる。典型的な方法は、化学気相成長法である。この方法では、基板4から上方に向かって、個々のカーボンナノチューブ6が徐々に成長する。
それぞれのカーボンナノチューブ6の直径は、通常は0.5nm以上100nm以下である。このカーボンナノチューブ6の長さは、通常は0.5μm以上10mm以下である。カーボンナノチューブ6の層構造は、単層構造であってもよく、二層構造であってもよく、多層構造であってもよい。構造の異なる複数種類のカーボンナノチューブ6から、第一アレイ2aが形成されてもよい。
図2は、図1の第一アレイ2aが用いられた、長尺体の製造方法が示されたフロー図である。この製造方法では、第一アレイ2aからの、カーボンナノチューブ6の引き出しが、開始される(STEP1)。
図3に、この引き出しの様子が示されている。図3(a)は正面図であり、図3(b)は平面図である。図3に示されるように、引き出しは、第一アレイ2aの側面8からなされる。1本又は少数本数のカーボンナノチューブ6がチャックされ、引き出される。引き出されたカーボンナノチューブ6に追従して、第一アレイ2aから、他のカーボンナノチューブ6が順次引き出される。このときのカーボンナノチューブ6同士は、ファンデルワールス力によって結合している。カーボンナノチューブ6は、下流側(図3における右側)へと進行する。
この引き出しが継続されることにより、第一ウェブ10aが形成される(STEP2)。図3(a)に示されるように、第一ウェブ10aの厚み(Z方向のサイズ)は小さい。図3(b)に示されるように、第一ウェブ10aの幅(Y方向のサイズ)は大きい。換言すれば、第一ウェブ10aは、シート状である。本実施形態では、第一ウェブ10aの幅は、下流に向かって徐々に小さくなっている。換言すれば、第一ウェブ10aの幅は、第一アレイ2aの幅と同じか、又はこれよりも小さい。第一ウェブ10aの幅が、一定であってもよい。第一ウェブ10aの幅が、下流に向かって徐々に大きくなってもよい。
図3には、保持具としての第一ローラ12aが示されている。図3(a)から明らかなように、第一ローラ12aは第一ウェブ10aの下方に位置しており、第一ウェブ10aから離間している。図3(b)から明らかなように、第一ローラ12aの幅(Y方向のサイズ)は、第一ウェブ10aの幅に比べて十分に大きい。
この引き出しが継続されることにより、第一ウェブ10aが成長する。この引き出しが継続されることにより、カーボンナノチューブ6が消費され、第一アレイ2aのサイズが縮小する。図4には、縮小した第一アレイ2aが示されている。
十分な引き出しがなされた後、第一ウェブ10aに第一ローラ12aが当接する(STEP3)。この実施形態では、図4に示されるように、第一ウェブ10aの下面に、第一ローラ12aが当接する。さらに、この第一ローラ12aよりも上流において、第一ウェブ10aが切断される(STEP4)。切断により、図5に示されるように、第一ウェブ10aの一部が第一ローラ12aに巻き付く。この巻き付いた部分は、第一ウェブ10aの保持代14a(マージン)である。この保持代14aの吸着力により、第一ウェブ10aが第一ローラ12aに保持される(STEP5)。第一ローラ12aが、第一ウェブ10aの幅以上の幅を有するので、カーボンナノチューブ6の配置が乱れることなく、第一ウェブ10aが第一ローラ12aに保持されうる。図6に示されるように、この状態の第一ウェブ10aは、第一アレイ2a(図4参照)と縁が切れている。切断(STEP4)が、巻き付きによる保持(STEP5)の後で行われてもよい。吸着量が十分でない場合、接着剤、両面テープ等の補助手段により、保持がなされてもよい。
一方、図7に示される第二アレイ2bが準備される。この第二アレイ2bの構造は、第一アレイ2aの構造と同じである。第二アレイ2bは、多数のカーボンナノチューブ6を有する。この第二アレイ2bからのカーボンナノチューブ6の引き出しが、開始される(STEP6)。引き出されたカーボンナノチューブ6に追従して、第二アレイ2bから、他のカーボンナノチューブ6が順次引き出される。このときのカーボンナノチューブ6同士は、ファンデルワールス力によって結合している。カーボンナノチューブ6は、下流側へと進行する。この引き出しにより、第二ウェブ10bが形成される(STEP7)。第二ウェブ10bは、第一ウェブ10aと同様、シート形状を有する。本実施形態では、第二ウェブ10bの幅は、下流に向かって徐々に小さくなっている。換言すれば、第二ウェブ10bの幅は、第二アレイ2bの幅と同じか、又はこれよりも小さい。第二ウェブ10bの幅が、一定であってもよい。第二ウェブ10bの幅が、下流に向かって徐々に大きくなってもよい。
図7には、第二ローラ12bが示されている。図7(b)から明らかなように、この第二ローラ12bの幅(Y方向のサイズ)は、第二ウェブ10bの幅に比べて十分に大きい。
この引き出しの比較的早い段階(第二アレイ2bの残存サイズが大きい段階)で、第二ウェブ10bに第二ローラ12bが当接する(STEP8)。この実施形態では、図7に示されるように、第二ウェブ10bの上面に、第二ローラ12bが当接する。さらに、この第二ローラ12bよりも下流において、第二ウェブ10bが切断される(STEP9)。切断により、図8及び9に示されるように、第二ウェブ10bの一部が第二ローラ12bに巻き付く。この巻き付いた部分は、第二ウェブ10bの保持代14b(マージン)である。この保持代14bの吸着力により、第二ウェブ10bが第二ローラ12bに保持される(STEP10)。この状態の第二ウェブ10bは、第二アレイ2bとつながっている。第二ローラ12bが、第二ウェブ10bの幅以上の幅を有するので、カーボンナノチューブ6の配置が乱れることなく、第二ウェブ10bが第二ローラ12bに保持されうる。切断(STEP9)が、巻き付きによる保持(STEP10)の後で行われてもよい。吸着量が十分でない場合、接着剤、両面テープ等の補助手段により、保持がなされてもよい。
第二アレイ2bからのカーボンナノチューブ6の引き出しの開始(STEP6)から、第二ウェブ10bの第二ローラ12bによる保持(STEP10)までの工程が、第一アレイ2aからのカーボンナノチューブ6の引き出しの開始(STEP1)から、第一ウェブ10aの第一ローラ12aによる保持(STEP5)までの工程に先だって、行われてもよい。第二アレイ2bからのカーボンナノチューブ6の引き出しの開始(STEP6)から、第二ウェブ10bの第二ローラ12bによる保持(STEP10)までの工程が、第一アレイ2aからのカーボンナノチューブ6の引き出しの開始(STEP1)から、第一ウェブ10aの第一ローラ12aによる保持(STEP5)までの工程と、同時に進行してもよい。
第二ウェブ10bの保持(STEP10)が完了した後の第一ローラ12a及び第二ローラ12bが、図10に示されている。図10では、第一ローラ12aは、第二ローラ12bの上流(左側)に位置している。さらに第一ローラ12aは、第二ローラ12bの下方に位置している。従って、第一ウェブ10aは、第二ウェブ10bの下方に位置している。第一ウェブ10aのうち保持代14aを除く部分は、第一ローラ12aのトップ16の近傍から、下流(右側)に向かって延在している。第二ウェブ10bのうち保持代14bを除く部分は、第二ローラ12bのボトム18の近傍から、上流に向かって延在している。
第一ローラ12aが第二ローラ12bの上方に位置してもよい。この場合、第一ウェブ10aのうち保持代14aを除く部分は、第一ローラ12aのボトムの近傍から、下流に向かって延在する。第二ウェブ10bのうち保持代14bを除く部分は、第二ローラ12bのトップの近傍から、上流に向かって延在する。
次に第二ローラ12bは、Z方向において相対的に、第一ローラ12aに近づく(STEP11)。本実施形態では、第一ローラ12a及び第二ローラ12bの両方が、移動する。具体的には、第一ローラ12aは図10の矢印A1が示す方向に移動し、第二ローラ12bは図10の矢印A2が示す方向に移動する。移動(STEP11)が完了した後の第一ローラ12a及び第二ローラ12bが、図11及び12に示されている。
図12では、第一ウェブ10aの幅方向はY方向であり、第二ウェブ10bの幅方向もY方向である。換言すれば、第一ウェブ10aの幅方向と第二ウェブ10bの幅方向とは、一致している。第一ウェブ10aの幅方向と第二ウェブ10bの幅方向とが、多少は異なってもよい。
図11及び12では、第一ウェブ10aのうち第一ローラ12aのトップ16と第二ローラ12bのボトム18との間の部分と、第二ウェブ10bのうち第一ローラ12aのトップ16と第二ローラ12bのボトム18との間の部分とが、重なっている。換言すれば、第一ローラ12aの近傍にある第一ウェブ10aと、第二ローラ12bの近傍にある第二ウェブ10bとが、重なっている。この重なりにより、ジョイント20が形成されている(STEP12)。このジョイント20では、第一ウェブ10aのカーボンナノチューブ6と、第二ウェブ10bのカーボンナノチューブ6とが、ファンデルワールス力によって結合している。
次に、第一ウェブ10aの保持代14aが、この第一ウェブ10aの残余の部分から切り離される。同様に、第二ウェブ10bの保持代14bが、この第二ウェブ10bの残余の部分から切り離される。換言すれば、保持代14a及び保持代14bが、ジョイント20から切り離される(STEP13)。これらの切り離しは、針又はカッター刃によってなされうる。これらの切り離しが、なされなくてもよい。これらの切り離しが、後に行われてもよい。保持代14a及び保持代14bのいずれか一方のみが、切り離されてもよい。
次に、図13に示されるように、第一ローラ12aがZ方向に移動してジョイント20から離れ、第二ローラ12bがZ方向に移動してジョイント20から離れる(STEP14)。
前述の通り、第一ウェブ10aの保持代14aは、この第一ウェブ10aの残余の部分から切り離されている。従って、図13に示されるように、第一ウェブ10aの保持代14aは、第一ローラ12aに残存する。保持代14aが第一ウェブ10aの残余の部分から切り離されない場合は、第一ローラ12aがジョイント20から離れる前にこの第一ローラ12aが時計回りに回転し、この保持代14aが第二ウェブ10bに重ねられる。換言すれば、この保持代14aは、ジョイント20の一部となる。
前述の通り、第二ウェブ10bの保持代14bは、この第二ウェブ10bの残余の部分から切り離されている。従って、図13に示されるように、第二ウェブ10bの保持代14bは、第二ローラ12bに残存する。保持代14bが第二ウェブ10bの残余の部分から切り離されない場合は、第二ローラ12bがジョイント20から離れる前にこの第二ローラ12bが時計回りに回転し、この保持代14bが第一ウェブ10aに重ねられる。換言すれば、この保持代14bは、ジョイント20の一部となる。
以上の工程により、第一ウェブ10aに第二ウェブ10bが連結され、長尺ウェブが得られる。図14に、この長尺ウェブ22が示されている。さらに、この第二ウェブ10bに他のウェブが連結されてもよい。多数の連結が行われることで、多数のウェブからなる長尺ウェブが得られうる。
この長尺ウェブ22が、リールに巻き取られる。長尺ウェブ22に帯状のセパレータが重ねられて、この長尺ウェブ22が巻き取られてもよい。このセパレータは、長尺ウェブ22の表面と裏面との接触を阻止する。セパレータとして、樹脂フィルム、紙等が例示される。この長尺ウェブ22が集束させられて、線(Yarn)が得られてもよい。この長尺ウェブ22がダイスに通されて、線(Yarn)が得られてもよい。この長尺ウェブ22が撚られて、撚り線(Strand)が得られてもよい。
図14において矢印Lは、ジョイント20の長さである。長さLは、長尺ウェブ22の延在方向(X方向)に沿って測定される。長さLは、2mm以上50mm以下が好ましい。長さLが2mm以上であるジョイント20において、2つのウェブが堅固に連結されうる。この観点から、長さLは5mm以上がより好ましく、8mm以上が特に好ましい。長さLが50mm以下である長尺ウェブ22は、均質性に優れる。この観点から、長さLは40mm以下がより好ましく、35mm以下が特に好ましい。
第一ローラ12aの表面(すなわち第一ウェブ10aとの接触面)の好ましい材質として、ゴム組成物、樹脂組成物、セラミックス、金属及び炭素系材料が例示される。ゴム組成物の好ましい基材として、天然ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム及びウレタンゴムが例示される。樹脂組成物の好ましい基材として、ウレタン樹脂及びフッ素樹脂が例示される。好ましい金属として、ステンレススチールが例示される。好ましい炭素系材料として、黒鉛が例示される。第一ローラ12aの表面が、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料でコーティングされてもよい。表面がこの材質である第一ローラ12aは、カーボンナノチューブ6を固着しにくい。この観点から、前述のゴム組成物が、特に好ましい。
第二ローラ12bの表面(すなわち第二ウェブ10bとの接触面)の好ましい材質として、ゴム組成物、樹脂組成物、セラミックス、金属及び炭素系材料が例示される。ゴム組成物の好ましい基材として、天然ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム及びウレタンゴムが例示される。樹脂組成物の好ましい基材として、ウレタン樹脂及びフッ素樹脂が例示される。好ましい金属として、ステンレススチールが例示される。好ましい炭素系材料として、黒鉛が例示される。第二ローラ12bの表面が、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料でコーティングされてもよい。表面がこの材質である第二ローラ12bは、カーボンナノチューブ6を固着しにくい。この観点から、前述のゴム組成物が、特に好ましい。
この製造方法が、ジョイント20に張力を付与する工程を含んでもよい。この工程は、ジョイント20の形成(STEP12)の後であって、ローラ12a、12bの離れ(STEP14)の前に、なされる。図15には、この工程が示されている。この工程では、第一ローラ12a又は第二ローラ12bが、Z方向に移動する。図15の実施形態では、図11に示された状態に比べ、第一ローラ12aが上方へ移動し、第二ローラ12bが下方へ移動している。図15は、これらの移動が完了した状態が示されている。これらの移動により、ジョイント20に張力がかかる。この張力により、第二ウェブ10bが第一ウェブ10aに堅固に連結される。
図15における矢印θは、長尺ウェブ22の延在方向(X方向)に対するジョイント20の角度である。ジョイント20に十分な張力が加わるとの観点から、角度θは2°以上が好ましく、4°以上がより好ましく、5°以上が特に好ましい。長尺ウェブ22の破断が抑制されるとの観点から、角度θは30°以下が好ましく、20°以下がより好ましく、15°以下が特に好ましい。
この製造方法が、ジョイント20を加圧する工程を含んでもよい。この工程は、ジョイント20の形成(STEP12)の後であって、ローラ12a、12bの離れ(STEP14)の前に、なされる。図16には、この工程が示されている。図16に矢印で示されるように、この工程では、第一ローラ12a又は第二ローラ12bが、回転しつつX方向に移動する。この移動により、ジョイント20が第一ローラ12a及び第二ローラ12bに挟まれる。ジョイント20は、第一ローラ12a及び第二ローラ12bによって加圧される。この加圧により、第二ウェブ10bが第一ウェブ10aに堅固に連結される。第一ローラ12a及び第二ローラ12b以外の手段により、加圧がなされてもよい。
この製造方法が、ジョイント20におけるカーボンナノチューブ6の密度を高める工程を含んでもよい。この工程は、ジョイント20の形成(STEP12)の後であって、ローラ12a、12bの離れ(STEP14)の前に、なされる。図17には、この工程が示されている。この工程では、第一ローラ12aが、第二ローラ12bに対して相対的に、移動を繰り返す。図17における矢印A3は、この移動の方向を表す。移動方向は、長手方向に対して交差する方向である。本実施形態では、移動方向は、幅方向(Y方向)である。第一ローラ12aと第二ローラ12bとの両方が、移動してもよい。第二ローラ12bのみが、移動してもよい。この移動により、ジョイント20においてカーボンナノチューブ6が集束する。この集束により、第二ウェブ10bが第一ウェブ10aに堅固に連結される。3以上のローラ(又は他の保持具)により、カーボンナノチューブ6の集束がなされてもよい。
ジョイント20以外の場所において、第一ローラ12aが、第二ローラ12bに対して相対的な移動を、繰り返してもよい。この繰り返しにより、ジョイント20以外の場所における、カーボンナノチューブ6の密度が高い長尺物(例えば線)が得られうる。
風圧によって長尺ウェブ22のカーボンナノチューブ6が集束することで、線が得られてもよい。長尺ウェブ22に有機溶剤(例えばエタノール)が噴霧されることで、カーボンナノチューブ6の集束が促進されてもよい。
図18(a)は本発明の他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された平面図であり、図18(b)はこの製造方法の他の工程が示された平面図である。
図18(a)では、サイズが縮小した第一アレイ24aから、第一ウェブ26aが引き出されている。図18(a)には、第一保持具としての第一ローラ28aが示されている。この第一ローラ28aの延在方向は、第一ウェブ26aの幅方向(Y方向)に対して傾斜している。図3−6に示された実施形態と同様、この第一ローラ28aが第一ウェブ26aに当接する。さらに、この第一ローラ28aよりも上流において、第一ウェブ26aが切断される。切断により、第一ウェブ26aの一部が第一ローラ28aに巻き付く。この巻き付いた部分は、第一ウェブ26aの保持代(マージン)である。この保持代の吸着力により、第一ウェブ26aが第一ローラ28aに保持される。
図18(b)では、サイズが大きい第二アレイ24bから、第二ウェブ26bが引き出されている。図18(b)には、第二保持具としての第二ローラ28bが示されている。この第二ローラ28bの延在方向は、第二ウェブ26bの幅方向(Y方向)に対して傾斜している。図7−9に示された実施形態と同様、この第二ローラ28bが第二ウェブ26bに当接する。さらに、この第二ローラ28bよりも上流において、第二ウェブ26bが切断される。切断により、第二ウェブ26bの一部が第二ローラ28bに巻き付く。この巻き付いた部分は、第二ウェブ26bの保持代(マージン)である。この保持代の吸着力により、第二ウェブ26bが第二ローラ28bに保持される。
図10−13に示された実施形態と同様、第二ローラ28bが第一ローラ28aに近づくことで、ジョイントが形成される。このジョイントにより第二ウェブ26bが第一ウェブ26aに連結されて、長尺ウェブが得られる。
この長尺ウェブ30の一部が、図19に示されている。図19には、ジョイント32の近傍が示されている。図19において矢印A4は、ジョイント32の延在方向を表す。第一ローラ28aの延在方向が第一ウェブ26aの幅方向に対して傾斜しており、第二ローラ28bの延在方向が第二ウェブ26bの幅方向に対して傾斜しているので、ジョイント32の延在方向は、長尺ウェブ30の幅方向(Y方向)に対して傾斜している。この長尺ウェブ30では、カーボンナノチューブの密度の、長さ方向に沿った変化が、急激ではない。この長尺ウェブ30は、高品質である。この長尺ウェブ30から得られた線も、高品質である。
第一ローラ28aの延在方向が第一ウェブ26aの幅方向に対して傾斜し、第二ローラ28bの延在方向が第二ウェブ26bの幅方向と一致する装置でも、高品質な長尺ウェブ30が得られうる。第一ローラ28aの延在方向が第一ウェブ26aの幅方向と一致し、第二ローラ28bの延在方向が第二ウェブ26bの幅方向に対して傾斜する装置でも、高品質な長尺ウェブ30が得られうる。
図20は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された平面図である。図20には、第一保持具としての第一ローラ34と、この第一ローラ34に保持された第一ウェブ36とが示されている。この第一ウェブ36は、第一ローラ34の近傍において、下流(右側)に向かってその幅が徐々に大きくなる形状を有する。この形状は、ウェブの裁断によって得られうる。図10−13に示された実施形態と同様、第二ローラが第一ローラ34に近づくことで、ジョイントが形成される。このジョイントにより第二ウェブが第一ウェブ36に連結されて、長尺ウェブが得られる。第一ウェブ36が前述の形状を有するので、このジョイントでは、カーボンナノチューブの密度の、長さ方向に沿った変化が、急激ではない。この長尺ウェブは、高品質である。この長尺ウェブから得られた線も、高品質である。
図21は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された平面図である。図21には、第二保持具としての第二ローラ38と、この第二ローラ38に保持された第二ウェブ40とが示されている。この第二ウェブ40は、第二ローラ38の近傍において、上流(左側)に向かってその幅が徐々に大きくなる形状を有する。この形状は、ウェブの裁断によって得られうる。図10−13に示された実施形態と同様、第二ローラ38が第一ローラに近づくことで、ジョイントが形成される。このジョイントにより第二ウェブ40が第一ウェブに連結されて、長尺ウェブが得られる。第二ウェブ40が前述の形状を有するので、このジョイントでは、カーボンナノチューブの密度の、長さ方向に沿った変化が、急激ではない。この長尺ウェブは、高品質である。この長尺ウェブから得られた線も、高品質である。
図22は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。図22には、第一保持具42、第二保持具44、第一ウェブ46及び第二ウェブ48が示されている。第一保持具42の断面形状は、楕円である。第二保持具44の断面形状は、楕円である。第一ウェブ46は、第一保持具42に保持されている。楕円である第一保持具42は、この第一保持具42からの第一ウェブ46の離脱を抑制する。第二ウェブ48は、第二保持具44に保持されている。楕円である第二保持具44は、この第二保持具44からの第二ウェブ48の離脱を抑制する。図10−13に示された実施形態と同様、第二保持具44が第一保持具42に近づくことで、ジョイントが形成される。このジョイントにより第二ウェブ48が第一ウェブ46に連結されて、長尺ウェブが得られる。
図23は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。図23には、第一保持具50、第二保持具52、第一ウェブ54及び第二ウェブ56が示されている。第一保持具50の断面形状は、矩形である。第二保持具52の断面形状は、矩形である。第一ウェブ54は、第一保持具50に保持されている。第一保持具50のコーナー58は、この第一保持具50からの第一ウェブ54の離脱を抑制する。第二ウェブ56は、第二保持具52に保持されている。第二保持具52のコーナー60は、この第二保持具52からの第二ウェブ56の離脱を抑制する。図10−13に示された実施形態と同様、第二保持具52が第一保持具50に近づくことで、ジョイントが形成される。このジョイントにより第二ウェブ56が第一ウェブ54に連結されて、長尺ウェブが得られる。
図24は、本発明のさらに他の実施形態に係る製造方法の一工程が示された正面図である。図24には、第一保持具62、第二保持具64、第一ウェブ66及び第二ウェブ68が示されている。第一保持具62は、板状である。第二保持具64は、板状である。第一ウェブ66は、第一保持具62に保持されている。第一保持具62のコーナー70は、この第一保持具62からの第一ウェブ66の離脱を抑制する。第二ウェブ68は、第二保持具64に保持されている。第二保持具64のコーナー72は、この第二保持具64からの第二ウェブ68の離脱を抑制する。図10−13に示された実施形態と同様、第二保持具64が第一保持具62に近づくことで、ジョイントが形成される。このジョイントにより第二ウェブ68が第一ウェブ66に連結されて、長尺ウェブが得られる。
本発明に係る製造方法には、種々の形状の保持具が用いられうる。断面が多角形(三角形、五角形、六角形、八角形等)である保持具が、用いられうる。断面が長円である保持具も、用いられうる。長円の概念には、陸上競技場のトラックに類似の形状が含まれる。この形状は、所定間隔を隔てて対向する2つの半円と、これらの半円の間を結ぶ2つの直線とからなる。
図25及び26に、本発明に係る製造方法に適した装置74の一例が示されている。この装置74は、ベース76、第一パート78a及び第二パート78bを有している。ベース76は、その上面に4つの溝80を有している、第一パート78aは、第二パート78bよりも上流(図25の左側)に位置している。
第一パート78aは、第一アンダーマウント82a、4個の第一ピストン84a、第一アッパーマウント86a、一対の第一サポート88a、第一ローラ90a(第一保持具)及び第一アーム92aを有している。
第一アンダーマウント82aは、2個の第一レール94aを有している。それぞれの第一レール94aは、ベース76の溝80に嵌まっている。この第一レール94aは、溝80に対して擦動可能である。レール94aに代えて、又はレール94aと共に、第一アンダーマウント82aがコロ、車輪等を有してもよい。
それぞれの第一ピストン84aは、第一アンダーマウント82aから起立している。この第一ピストン84aの下端は、第一アンダーマウント82aに固定されている。この第一ピストン84aは、伸縮しうる。伸縮の方向は、上下方向(Z方向)である。
第一アッパーマウント86aは、4個の第一ピストン84aの上に位置している。それぞれの第一ピストン84aの上端は、第一アッパーマウント86aに固定されている。この第一ピストン84aの伸縮により、第一アッパーマウント86aは、上下方向に移動しうる。
それぞれの第一サポート88aは、第一アッパーマウント86aから起立している。この第一サポート88aは、第一アッパーマウント86aに固定されている。一方の第一サポート88aと他方の第一サポート88aとの間に、第一ローラ90aが架けられている。この第一ローラ90aは、図3−6に示されたローラ12aの構造と同様の構造を有する。前述の通り、第一アッパーマウント86aは上下方向に移動しうる。この移動に伴い、第一サポート88a及び第一ローラ90aも、上下方向に移動する。
第一アーム92aの一端は、第一アンダーマウント82aに連結されている。図26に示されるように、第一アーム92aは、Y方向に延在している。この第一アーム92aの他端は、図示されない駆動装置に連結されている。典型的な駆動装置は、モーターである。この駆動装置により、図26において矢印A3が示すように、第一アーム92aが往復運動を行う。この往復運動は、Y方向の運動である。この往復運動に伴い、第一パート78aが全体として往復運動を行う。この往復運動は、第一レール94aが溝80に案内されつつ、なされる。
第二パート78bは、第二アンダーマウント82b、4個の第二ピストン84b、第二アッパーマウント86b、一対の第二サポート88b、第二ローラ90b(第二保持具)及び第二アーム92bを有している。
第二アンダーマウント82bは、2個の第二レール94bを有している。それぞれの第二レール94bは、ベース76の溝80に嵌まっている。この第二レール94bは、溝80に対して擦動可能である。レール94bに代えて、又はレール94bと共に、第二アンダーマウント82bがコロ、車輪等を有してもよい。
それぞれの第二ピストン84bは、第二アンダーマウント82bから起立している。この第二ピストン84bの下端は、第二アンダーマウント82bに固定されている。この第二ピストン84bは、伸縮しうる。伸縮の方向は、上下方向(Z方向)である。
第二アッパーマウント86bは、4個の第二ピストン84bの上に位置している。それぞれの第二ピストン84bの上端は、第二アッパーマウント86bに固定されている。この第二ピストン84bの伸縮により、第二アッパーマウント86bは、上下方向に移動しうる。
それぞれの第二サポート88bは、第二アッパーマウント86bから起立している。この第二サポート88bは、第二アッパーマウント86bに固定されている。一方の第二サポート88bと他方の第二サポート88bとの間に、第二ローラ90bが架けられている。この第二ローラ90bは、図7−9に示されたローラ12bの構造と同様の構造を有する。前述の通り、第二アッパーマウント86bは上下方向に移動しうる。この移動に伴い、第二サポート88b及び第二ローラ90bも、上下方向に移動する。
第二アーム92bの一端は、第二アンダーマウント82bに連結されている。図示されていないが、第二アーム92bはY方向に延在している。この第二アーム92bの他端は、図示されない駆動装置に連結されている。典型的な駆動装置は、モーターである。この駆動装置により、第二アーム92bがY方向に往復運動を行う。この往復運動に伴い、第二パート78bが全体として往復運動を行う。この往復運動は、第二レール94bが溝80に案内されつつ、なされる。
以下、この装置74の使用方法の一例が説明される。この装置74によって長尺ウェブが得られるには、第一ウェブ96aの上流側端が、第一ローラ90aで保持される。さらに、第二ウェブ96bの下流側端が、第二ローラ90bで保持される。次に、第一ピストン84aが伸張することで、図25において矢印A1が示すように、第一ローラ90aが上昇する。さらに、第二ピストン84bが伸張することで、図25において矢印A2が示すように、第二ローラ90bが下降する。この上昇及び下降により、第二ウェブ96bが第一ウェブ96aと重なる。この重なりによりジョイント20(図14参照)が形成され、長尺ウェブが得られる。第一ローラ90aが移動せず、第二ローラ90bのみが移動してもよい。第二ローラ90bが移動せず、第一ローラ90aのみが移動してもよい。
次に、第一パート78aがY方向の往復運動を行い、かつ第二パート78bがY方向の往復運動を行う。第一パート78aの往復運動の周期は、第二パート78bのそれと同じである。第一パート78aの移動方向は、第二パート78bのそれと逆である。これらの往復運動により、ジョイント20においてカーボンナノチューブが集束し、これらカーボンナノチューブの密度が高められる。第一パート78aが往復運動を行わず、第二パート78bのみが往復運動をしてもよい。第二パート78bが往復運動を行わず、第一パート78aのみが往復運動をしてもよい。往復運動の機構を有さない装置74により、長尺ウェブが得られてもよい。
第一パート78aが、第一ローラ90aに代えて、他の第一保持具を有してもよい。図22−24に記載された第一保持具を、第一パート78aは有しうる。第二パート78bが、第二ローラ90bに代えて、他の第二保持具を有してもよい。図22−24に記載された第二保持具を、第二パート78bは有しうる。
第一ピストン84a及び第二ピストン84bは、ローラのための移動機構である。装置74が、ピストン以外の移動機構を有してもよい。
本発明に係る製造方法により、カーボンナノチューブの特性を利用する種々の用途に適した長尺物が、得られうる。
2a・・・第一アレイ
2b・・・第二アレイ
4・・・基板
6・・・カーボンナノチューブ
10a・・・第一ウェブ
10b・・・第二ウェブ
12a・・・第一ローラ
12b・・・第二ローラ
14a・・・第一ウェブの保持代
14b・・・第二ウェブの保持代
20・・・ジョイント
22・・・長尺ウェブ
24a・・・第一アレイ
24b・・・第二アレイ
26a・・・第一ウェブ
26b・・・第二ウェブ
28a・・・第一ローラ
28b・・・第二ローラ
30・・・長尺ウェブ
32・・・ジョイント
34・・・第一ローラ
36・・・第一ウェブ
38・・・第二ローラ
40・・・第二ウェブ
42・・・第一保持具
44・・・第二保持具
46・・・第一ウェブ
48・・・第二ウェブ
50・・・第一保持具
52・・・第二保持具
54・・・第一ウェブ
56・・・第二ウェブ
62・・・第一保持具
64・・・第二保持具
66・・・第一ウェブ
68・・・第二ウェブ
74・・・装置
76・・・ベース
78a・・・第一パート
78b・・・第二パート
80・・・溝
82a・・・第一アンダーマウント
82b・・・第二アンダーマウント
84a・・・第一ピストン
84b・・・第二ピストン
86a・・・第一アッパーマウント
86b・・・第二アッパーマウント
88a・・・第一サポート
88b・・・第二サポート
90a・・・第一ローラ
90b・・・第二ローラ
92a・・・第一アーム
92b・・・第二アーム
94a・・・第一レール
94b・・・第二レール
96a・・・第一ウェブ
96b・・・第二ウェブ

Claims (17)

  1. 多数のカーボンナノチューブを含む長尺物の製造方法であって、
    (1)第一アレイから上記カーボンナノチューブを徐々に引き出して、第一ウェブを得る工程、
    (2)上記第一ウェブの一部を第一保持具に当接させて、この第一保持具にこの第一ウェブを保持する工程、
    (3)第二アレイから上記カーボンナノチューブを徐々に引き出して、第二ウェブを得る工程、
    (4)上記第二ウェブの一部を第二保持具に当接させて、この第二保持具にこの第二ウェブを保持する工程、
    及び
    (5)上記第一ウェブの幅方向と上記第二ウェブの幅方向とが実質的に一致する状態で、上記第一ウェブの上記第一保持具の近傍と、上記第二ウェブの上記第二保持具の近傍とを重ね合わせ、ジョイントを形成する工程
    を含む製造方法。
  2. 上記工程(5)の後に、
    上記ジョイントに張力を付与する工程
    をさらに含む請求項1に記載の製造方法。
  3. 上記工程(5)の後に、
    上記ジョイントを加圧する工程
    をさらに含む請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 上記工程(5)の後に、
    上記第一ウェブの上記第一保持具に残存する部分が、上記ジョイントから切り離される工程
    をさらに含む、請求項1から3のいずれかに記載の製造方法。
  5. 上記工程(5)の後に、
    上記第二ウェブの上記第二保持具に残存する部分が、上記ジョイントから切り離される工程
    をさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 上記工程(5)の後に、
    上記長尺物の長手方向に対して交差する方向に、上記第一保持具又は上記第二保持具を移動させて、上記ジョイントにおける上記カーボンナノチューブの密度を高める工程
    をさらに含む、請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。
  7. 上記工程(5)の後に、
    上記第一ウェブ及び上記第二ウェブにおけるカーボンナノチューブを集束させて線状にする工程
    をさらに含む請求項1から6のいずれかに記載の製造方法。
  8. 上記工程(2)において、上記第一ウェブの幅以上の幅を有する上記第一保持具が用いられる、請求項1から7のいずれかに記載の製造方法。
  9. 上記工程(4)において、上記第二ウェブの幅以上の幅を有する上記第二保持具が用いられる、請求項1から8のいずれかに記載の製造方法。
  10. 上記工程(2)において、その材質が、天然ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である上記第一保持具が用いられる、請求項1から9のいずれかに記載の製造方法。
  11. 上記工程(4)において、その材質が、天然ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム若しくはウレタンゴムを基材とするゴム組成物;ウレタン樹脂若しくはフッ素樹脂を基材とする樹脂組成物;セラミックス又は金属である上記第二保持具が用いられる、請求項1から10のいずれかに記載の製造方法。
  12. 上記工程(2)において、上記第一保持具の近傍において下流に向かってその幅が徐々に大きくなる形状を有する第一ウェブが用いられる、請求項1から11のいずれかに記載の製造方法。
  13. 上記工程(4)において、上記第二保持具の近傍において上流に向かってその幅が徐々に大きくなる形状を有する第二ウェブが用いられる、請求項1から12のいずれかに記載の製造方法。
  14. 上記工程(5)において形成される上記ジョイントの長さが2mm以上50mm以下である請求項1から13のいずれかに記載の製造方法。
  15. 多数のカーボンナノチューブを含む長尺物のための製造装置であって、
    上記カーボンナノチューブからなる第一ウェブを保持するための第一保持具、
    上記カーボンナノチューブからなる第二ウェブを保持するための第二保持具、
    及び
    上記第二ウェブが上記第一ウェブと重なるように、上記第二保持具を、上記第一保持具に対して相対的に移動させうる移動機構
    を有する装置。
  16. 上記第一保持具の幅が上記第一ウェブの幅よりも大きい請求項15に記載の装置。
  17. 上記第二保持具の幅が上記第二ウェブの幅よりも大きい請求項15又は16に記載の装置。
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