JPWO2015011769A1 - 糸製造装置及び凝集部 - Google Patents

Abstract

糸製造装置１は、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）繊維群Ｆを走行させつつ当該ＣＮＴ繊維群ＦからＣＮＴ糸Ｙを製造する装置であって、ＣＮＴ繊維群Ｆを凝集させる凝集部３と、凝集部３によって凝集させられたＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛ける撚掛部５と、を備える。凝集部３は、ＣＮＴ繊維群Ｆの凝集状態を調整する調整機構１０を有する。

Description

本発明は、カーボンナノチューブ繊維群を走行させつつ当該カーボンナノチューブ繊維群からカーボンナノチューブ糸を製造する糸製造装置、及びそのような糸製造装置に適用される凝集部に関する。

上述したような糸製造装置として、カーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群を凝集させる挟持手段と、挟持手段によって凝集させられたカーボンナノチューブ繊維群に撚りを掛ける撚掛手段と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２（図４）には、懸濁したナノチューブ配列の整列性を作り出す紡糸口金ノズルが開示されている。この紡糸口金ノズルによってナノチューブ懸濁液中の延伸流強度を著しく増加させ、それによりカーボンナノチューブの整列度を増加させている。

特開２０１０−１１６６３２号公報 特許第３９５４９６７号

特許文献１記載の糸製造装置においては、カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる挟持手段として、一対の回転可能なローラが用いられているため、例えばカーボンナノチューブ形成基板から引き出されたカーボンナノチューブ繊維群の量が変動すると、カーボンナノチューブ繊維群の凝集状態が不安定となり、その結果、製造されたカーボンナノチューブ糸において十分な強度又は外観を得られないおそれがある。また、特許文献２記載の紡糸口金ノズルによって製造されたカーボンナノチューブ糸において十分な強度を得るためには、所望する太さのカーボンナノチューブ糸に応じて、紡糸口金ノズルを都度交換する必要がある。

そこで、本発明は、製造されたカーボンナノチューブ糸において十分な強度を得ることができる糸製造装置、及びそのような糸製造装置に適用される凝集部を提供することを目的とする。

本発明の糸製造装置は、カーボンナノチューブ繊維群を走行させつつ当該カーボンナノチューブ繊維群からカーボンナノチューブ糸を製造する糸製造装置であって、カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる凝集部と、凝集部によって凝集させられたカーボンナノチューブ繊維群に撚りを掛ける撚掛部と、を備え、凝集部は、カーボンナノチューブ繊維群の凝集状態を調整する調整機構を有する。

この糸製造装置では、凝集部によってカーボンナノチューブ繊維群が凝集させられる際に、調整機構によってカーボンナノチューブ繊維群の凝集状態が調整される。これにより、例えばカーボンナノチューブ繊維群の量が変動しても、カーボンナノチューブ繊維群を安定して凝集させることが可能となる。そのため、撚掛部においてカーボンナノチューブ繊維群に撚りを掛ける際に、凝集したカーボンナノチューブ繊維群に所望のテンションを作用させることができる。よって、この糸製造装置によれば、製造されたカーボンナノチューブ糸において十分な強度を得ることができる。

本発明の糸製造装置においては、凝集部は、カーボンナノチューブ繊維群にその走行方向に垂直な方向に力を作用させつつカーボンナノチューブ繊維群を凝集させてもよい。これによれば、凝集部によってカーボンナノチューブ繊維群が凝集させられる際に、カーボンナノチューブ繊維群にその走行に対する抵抗力が作用することになるため、撚掛部においてカーボンナノチューブ繊維群を高密度で撚ることができる。

本発明の糸製造装置においては、凝集部は、通過孔に対してカーボンナノチューブ繊維群を接触させつつ通過させることにより、カーボンナノチューブ繊維群に力を作用させつつカーボンナノチューブ繊維群を凝集させてもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群への抵抗力の作用及びカーボンナノチューブ繊維群の凝集を簡易な構成で実現することができる。

本発明の糸製造装置においては、凝集部は、通過孔を形成する複数の組立部材を有し、調整機構は、組立部材の位置関係を調整して通過孔の開口面積を調整することにより、カーボンナノチューブ繊維群の凝集状態を調整してもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群に作用する抵抗力の大きさ及びカーボンナノチューブ繊維群の凝集状態を任意に調整することができる。更に、例えばカーボンナノチューブ繊維群が通過孔に詰まったとしても、組立部材を分離してカーボンナノチューブ繊維群を容易に取り除くことができる。

本発明の糸製造装置においては、凝集部は、組立部材として、通過孔を画定する第１切欠き及び第２切欠きがそれぞれ設けられた第１板状部材及び第２板状部材を有し、調整機構は、第１板状部材及び第２板状部材の少なくとも一方を移動させて第１切欠きと第２切欠きとの重なり状態を調整することにより、通過孔の開口面積を調整してもよい。これによれば、通過孔の開口面積を容易に且つ確実に調整することができる。

本発明の糸製造装置においては、凝集部は、組立部材として、通過孔を画定する複数のワイヤ、及びワイヤの端部をそれぞれ保持する複数の保持片を有し、調整機構は、保持片のそれぞれを搖動させてワイヤ同士の重なり状態を調整することにより、通過孔の開口面積を調整してもよい。これによれば、通過孔の開口面積を容易に且つ確実に調整することができる。

本発明の糸製造装置は、凝集部と撚掛部との間を走行するカーボンナノチューブ繊維群に作用して、撚掛部によって撚りが掛けられるカーボンナノチューブ繊維群にテンションを付与するテンション付与部を更に備えてもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群に所望の値のテンションを付与し、撚掛部において、カーボンナノチューブ繊維群をより高密度で撚ることができる。

本発明の糸製造装置においては、テンション付与部は、カーボンナノチューブ繊維群に空気を噴射することにより、カーボンナノチューブ繊維群にその走行方向とは逆方向に力を作用させる空気式のテンション付与機構であってもよい。これによれば、接触によってカーボンナノチューブ繊維群を必要以上に凝集させることなく、カーボンナノチューブ繊維群に好適にテンションを付与することができる。

本発明の糸製造装置においては、テンション付与部は、互い違いに配置された櫛歯状の接触部を用いてカーボンナノチューブ繊維群を屈曲させることにより、カーボンナノチューブ繊維群の走行に対して抵抗力を作用させるゲート式のテンション付与機構であってもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群を必要以上に凝集させることなく、カーボンナノチューブ繊維群に好適にテンションを付与することができる。

本発明の糸製造装置は、凝集部と撚掛部との間に配置され、走行するカーボンナノチューブ繊維群を凝集させる追加凝集部を更に備えてもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群が段階的に凝集させられるので、カーボンナノチューブ繊維群に無理な力が作用してカーボンナノチューブ繊維群の整列（配列）状態が乱されるのを抑制することができる。

本発明の糸製造装置は、カーボンナノチューブ繊維群が引き出されるカーボンナノチューブ形成基板を支持する基板支持部を更に備えてもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群を安定して供給することができる。

本発明の糸製造装置においては、撚掛部は、巻取管が取り付けられた巻取軸をその巻取中心線周りに回転させることにより、巻取管にカーボンナノチューブ糸を巻き取る巻取駆動機構と、カーボンナノチューブ糸を巻取管に案内するガイド部を巻取管の周りにおいて回転させることにより、カーボンナノチューブ繊維群乃至カーボンナノチューブ糸を旋回させつつ、カーボンナノチューブ繊維群に撚りを掛けてカーボンナノチューブ糸を製造する撚掛駆動機構と、巻取管に対してガイド部を巻取軸の巻取中心線に沿って相対的に往復移動させることにより、巻取管においてカーボンナノチューブ糸をトラバースさせるトラバース駆動機構と、を有してもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群乃至カーボンナノチューブ糸を旋回させてバルーン（カーボンナノチューブ繊維群乃至カーボンナノチューブ糸が遠心力により風船状に膨らんだ状態）を形成することで、伸縮性が比較的少ないカーボンナノチューブ繊維群に生じるテンション変動をバルーンで好適に吸収しつつ、カーボンナノチューブ繊維群に効率良く撚りを掛けることができる。

本発明の凝集部は、カーボンナノチューブ繊維群を走行させつつ当該カーボンナノチューブ繊維群からカーボンナノチューブ糸を製造する糸製造装置において、カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる凝集部であって、カーボンナノチューブ繊維群の凝集状態を調整する調整機構を有する。

本発明の凝集部は、カーボンナノチューブ繊維群にその走行方向に垂直な方向に力を作用させつつカーボンナノチューブ繊維群を凝集させてもよい。

本発明の凝集部は、通過孔に対してカーボンナノチューブ繊維群を接触させつつ通過させることにより、カーボンナノチューブ繊維群に力を作用させつつカーボンナノチューブ繊維群を凝集させてもよい。

本発明の凝集部は、通過孔を形成する複数の組立部材を更に有し、調整機構は、組立部材の位置関係を調整して通過孔の開口面積を調整することにより、カーボンナノチューブ繊維群の凝集状態を調整してもよい。

本発明の凝集部は、組立部材として、通過孔を画定する第１切欠き及び第２切欠きがそれぞれ設けられた第１板状部材及び第２板状部材を更に有し、調整機構は、第１板状部材及び第２板状部材の少なくとも一方を移動させて第１切欠きと第２切欠きとの重なり状態を調整することにより、通過孔の開口面積を調整してもよい。

本発明の凝集部は、組立部材として、通過孔を画定する複数のワイヤ、及びワイヤの端部をそれぞれ保持する複数の保持片を更に有し、調整機構は、保持片のそれぞれを搖動させてワイヤ同士の重なり状態を調整することにより、通過孔の開口面積を調整してもよい。

本発明によれば、製造されたカーボンナノチューブ糸において十分な強度を得ることができる糸製造装置、及びそのような糸製造装置に適用される凝集部を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態の糸製造装置の平面図である。 図１の糸製造装置の凝集部の平面図である。 図２の凝集部の第１及び第２板状部材の正面図である。 図３の第１及び第２板状部材の要部拡大図である。 図１の糸製造装置の撚掛巻取装置の一部断面図である。 図１の糸製造装置の凝集部の変形例の斜視図である。 図１の糸製造装置の凝集部の変形例の正面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、糸製造装置１は、カーボンナノチューブ繊維群（以下、「ＣＮＴ繊維群」という）Ｆを走行させつつ当該ＣＮＴ繊維群Ｆからカーボンナノチューブ糸（以下、「ＣＮＴ糸」という）Ｙを製造する装置である。糸製造装置１は、基板支持部２と、凝集部３と、テンション付与部４と、撚掛巻取装置（撚掛部）５と、を備えている。基板支持部２、凝集部３、テンション付与部４及び撚掛巻取装置５は、この順序で直線の所定線Ｌ上に配置されており、ＣＮＴ繊維群Ｆは、基板支持部２から撚掛巻取装置５に向かって走行させられる。なお、ＣＮＴ繊維群Ｆは、カーボンナノチューブからなる糸条体（繊維）が複数集合したものである。ＣＮＴ糸Ｙは、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚り（実撚り又は仮撚り）が掛けられたものである。

基板支持部２は、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されるカーボンナノチューブ形成基板（以下、「ＣＮＴ形成基板」という）Ｓを保持した状態で支持する。ＣＮＴ形成基板Ｓは、カーボンナノチューブフォレスト（carbon nanotube forest）、或いは、カーボンナノチューブの垂直配向構造体等と称されるものであり、化学気相成長法等によって基板上に高密度且つ高配向にカーボンナノチューブ（例えば、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等）が形成されたものである。基板としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、金属基板等が用いられる。なお、ＣＮＴ糸Ｙの製造開始時、ＣＮＴ形成基板Ｓの交換時等には、マイクロドリルと称される治具を用いて、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すことができる。また、マイクロドリルに代えて、吸引装置、粘着テープ等を用いて、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すことができる。

凝集部３は、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆが撚掛巻取装置５に向かって走行する際に、ＣＮＴ繊維群Ｆにその走行方向に垂直な方向に力を作用させつつＣＮＴ繊維群Ｆを凝集させる。より具体的には、凝集部３は、後段においてＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けられる程度にＣＮＴ繊維群Ｆを凝集させる。

凝集部３は、ＣＮＴ繊維群Ｆを接触させつつ通過させる通過孔１１を形成する複数の組立部材として、第１板状部材１２及び第２板状部材１３を複数ずつ有している。更に、凝集部３は、ＣＮＴ繊維群Ｆの凝集状態を調整する調整機構１０を有している。調整機構１０は、第１板状部材１２及び第２板状部材１３の位置関係を調整して通過孔１１の開口面積を調整することにより、ＣＮＴ繊維群Ｆの凝集状態を調整する。

複数（例えば、２つ）の第１板状部材１２は、互いに所定間隔を介して、所定線Ｌの一方の側において調整機構１０に取り付けられている。複数（例えば、３つ）の第２板状部材１３は、互いに所定間隔を介して、所定線Ｌの他方の側において調整機構１０に取り付けられている。図２に示されるように、調整機構１０は、各第１板状部材１２の先端部１２ａ及び各第２板状部材１３の先端部１３ａを所定線Ｌに対して進退させることにより、所定線Ｌ上において先端部１２ａと先端部１３ａとを互い違いに配置させる。なお、隣り合う第１板状部材１２間及び隣り合う第２板状部材１３間のそれぞれには、所定間隔を維持するためのスペーサ１４が介在させられている。

図３に示されるように、第１板状部材１２の先端部１２ａには、所定線Ｌ側に開口する第１切欠き１６が設けられている。第２板状部材１３の先端部１３ａには、所定線Ｌ側に開口する第２切欠き１７が設けられている。図４に示されるように、第１切欠き１６と第２切欠き１７とが所定線Ｌ上において重なった領域（例えば、図４の（ａ）に示されるような長円状の領域、図４の（ｂ）に示されるような真円状の領域等）は、ＣＮＴ繊維群Ｆを接触させつつ通過させる通過孔１１となる。つまり、第１切欠き１６及び第２切欠き１７は、通過孔１１を画定する。

調整機構１０は、各第１板状部材１２の先端部１２ａ及び各第２板状部材１３の先端部１３ａを所定線Ｌに対して進退させて、所定線Ｌ上における第１切欠き１６と第２切欠き１７との重なり状態を調整することで、通過孔１１の開口面積を調整する。これにより、調整機構１０は、ＣＮＴ繊維群Ｆの凝集状態を調整する。具体例として、通過孔１１の開口面積を小さくするほど、ＣＮＴ繊維群Ｆをより密に凝集させることができる。また、通過孔１１の開口面積を小さくするほど、走行するＣＮＴ繊維群Ｆに作用する抵抗力が大きくなるので、凝集部３の下流側においてＣＮＴ繊維群Ｆに生じるテンションを高くすることができる。

図１に示されるように、テンション付与部４は、凝集部３と撚掛巻取装置５との間を走行するＣＮＴ繊維群Ｆにテンションを付与する。より具体的には、テンション付与部４は、ＣＮＴ繊維群Ｆの走行方向における上流側（以下、単に「上流側」という）に向かってＣＮＴ繊維群Ｆに空気を噴射することにより、ＣＮＴ繊維群Ｆの走行方向における下流側（以下、単に「下流側」という）において、ＣＮＴ繊維群Ｆにその走行方向とは逆方向に力を作用させる空気式のテンション付与機構である。なお、テンション付与部４は、互い違いに配置された櫛歯状の接触部を用いてＣＮＴ繊維群Ｆを屈曲させることにより、ＣＮＴ繊維群Ｆにその走行方向とは逆方向に力を作用させるゲート式のテンション付与機構であってもよい。更に、テンション付与部４は、ディスク式のテンション付与機構等、その他のテンション付与機構であってもよい。

撚掛巻取装置５は、凝集部３によって凝集させられたＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けつつ、製造されたＣＮＴ糸Ｙを巻取管に巻き取る。より具体的には、図５に示されるように、撚掛巻取装置５は、巻取管ＴにＣＮＴ糸Ｙを巻き取る巻取駆動機構２０と、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸ＹによるバルーンＢを形成しつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造する撚掛駆動機構３０と、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせるトラバース駆動機構４０と、を備えている。

巻取駆動機構２０は、所定線Ｌを巻取中心線とする巻取軸２１と、巻取軸２１を回転させる巻取駆動モータ２２と、を有している。巻取管Ｔは、巻取軸２１の上流側端部である先端部２１ａに取り付けられており、巻取軸２１に対して着脱可能となっている。巻取軸２１の下流側端部である基端部２１ｂは、軸継手２３を介して巻取駆動モータ２２の駆動軸２２ａと連結されている。巻取軸２１は、ベアリング２４を介して撚掛巻取装置５のフレーム５ａに軸支されている。巻取駆動モータ２２は、フレーム５ａに固定されている。以上の巻取駆動機構２０は、巻取駆動モータ２２を駆動させて、巻取管Ｔが取り付けられた巻取軸２１をその巻取中心線（すなわち、所定線Ｌ）周りに回転させることにより、巻取管ＴにＣＮＴ糸Ｙを巻き取る。

撚掛駆動機構３０は、ＣＮＴ糸Ｙを巻取管Ｔに案内するガイド部３１と、ガイド部３１を巻取管Ｔの周りにおいて回転させる撚掛駆動モータ３２と、を有している。ガイド部３１は、巻取軸２１を包囲する筒状の本体３１ａと、本体３１ａから上流側に延在する一対のアーム３１ｂと、を含んでいる。一方のアーム３１ｂの上流側端部である先端部には、巻取管Ｔに案内されるＣＮＴ糸Ｙが挿通される挿通孔３１ｃが設けられている。挿通孔３１ｃに挿通されるＣＮＴ糸Ｙは、所定線Ｌ上に配置されたガイドリング３５をＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙの状態で通過させられて、巻取管Ｔに案内される。ガイド部３１の本体３１ａは、複数の平歯車３３を介して撚掛駆動モータ３２の駆動軸３２ａと連結されている。ガイド部３１、撚掛駆動モータ３２及び平歯車３３は、所定線Ｌに沿って往復移動可能となるようにフレーム５ａに取り付けられたステージ３４に支持されている。なお、巻取軸２１と本体３１ａとの間に、すべり軸受としてブッシュ等を配置してもよい。以上の撚掛駆動機構３０は、撚掛駆動モータ３２を駆動させて、ＣＮＴ糸Ｙを巻取管Ｔに案内するガイド部３１を巻取管Ｔの周りにおいて回転させることにより、ガイドリング３５を支点としてＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙを旋回させつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造する。なお、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙとは、ＣＮＴ繊維群Ｆのままの状態、撚りが掛けられてＣＮＴ糸Ｙとなった状態、及びそれらの中間の状態を含む意味である。

トラバース駆動機構４０は、所定線Ｌに平行な線を中心線とするボールねじ軸４１と、ボールねじ軸４１と螺合されたボールねじナット４２と、ボールねじ軸４１を回転させるトラバース駆動モータ４３と、を有している。ボールねじ軸４１の下流側端部である基端部は、軸継手４４を介してトラバース駆動モータ４３の駆動軸４３ａと連結されている。ボールねじナット４２は、撚掛駆動機構３０のステージ３４に固定されている。トラバース駆動モータ４３は、フレーム５ａに固定されている。以上のトラバース駆動機構４０は、トラバース駆動モータ４３を駆動させてボールねじ軸４１を正回転及び逆回転させ、撚掛駆動機構３０を所定線Ｌに沿って往復移動させることにより（すなわち、巻取管Ｔに対してガイド部３１を巻取軸２１の巻取中心線に沿って往復移動させることにより）、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせる。なお、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせる際には、例えばガイド部３１に対して巻取管Ｔを巻取軸２１の巻取中心線に沿って往復移動させるなど、巻取管Ｔに対してガイド部３１を巻取軸２１の巻取中心線に沿って相対的に往復移動させることができればよい。

以上説明したように、糸製造装置１では、凝集部３によってＣＮＴ繊維群Ｆが凝集させられる際に、調整機構１０によってＣＮＴ繊維群Ｆの凝集状態が調整される。これにより、例えばＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されるＣＮＴ繊維群Ｆの量が変動しても、ＣＮＴ繊維群Ｆを安定して凝集させることが可能となる。そのため、撚掛巻取装置５においてＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛ける際に、凝集したＣＮＴ繊維群Ｆに所望のテンションを作用させることができる。よって、糸製造装置１によれば、製造されたＣＮＴ糸Ｙにおいて十分な強度を得ることができる。

より具体的には、調整機構１０は、別途設けられたセンサによって検出されたＣＮＴ繊維群Ｆの量に基づいて、ＣＮＴ繊維群Ｆの量が多くなるほど通過孔１１の開口面積が大きくなるように、各第１板状部材１２の先端部１２ａ及び各第２板状部材１３の先端部１３ａを所定線Ｌに対して進退させることができる。なお、ばね等の付勢部材を用いることにより、ＣＮＴ繊維群Ｆの走行方向に垂直な方向に力が作用した際に、各第１板状部材１２の先端部１２ａ及び各第２板状部材１３の先端部１３ａが所定線Ｌから離れるように凝集部３を構成すれば、ＣＮＴ繊維群Ｆの量が突発的に多くなった場合にも、ＣＮＴ繊維群Ｆの整列（配列）が乱れるのを防止することができる。更に、ＣＮＴ繊維群Ｆが凝集部３に詰まってＣＮＴ繊維群Ｆが切断されるのを防止することができる。

また、糸製造装置１では、凝集部３が、ＣＮＴ繊維群Ｆにその走行方向に垂直な方向に力を作用させつつＣＮＴ繊維群Ｆを凝集させる。これにより、凝集部３によってＣＮＴ繊維群Ｆが凝集させられる際に、ＣＮＴ繊維群Ｆにその走行に対する抵抗力が作用することになるため、撚掛巻取装置５においてＣＮＴ繊維群Ｆを高密度で撚ることができる。

また、糸製造装置１では、凝集部３が、通過孔１１に対してＣＮＴ繊維群Ｆを接触させつつ通過させることにより、ＣＮＴ繊維群Ｆにその走行方向に垂直な方向に力を作用させつつＣＮＴ繊維群Ｆを凝集させる。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆへの抵抗力の作用及びＣＮＴ繊維群Ｆの凝集を簡易な構成で実現することができる。

また、糸製造装置１では、調整機構１０が、第１板状部材１２及び第２板状部材１３の位置関係を調整して通過孔１１の開口面積を調整することにより、ＣＮＴ繊維群Ｆの凝集状態を調整する。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆに作用させる抵抗力の大きさ及びＣＮＴ繊維群Ｆの凝集状態を任意に調整することができる。更に、例えばＣＮＴ繊維群Ｆが通過孔１１に詰まったとしても、第１板状部材１２及び第２板状部材１３を互いに離間させてＣＮＴ繊維群Ｆを容易に取り除くことができる。

また、糸製造装置１では、調整機構１０が、第１板状部材１２及び第２板状部材１３を移動させて第１切欠き１６と第２切欠き１７との重なり状態を調整することにより、通過孔１１の開口面積を調整する。これにより、通過孔１１の開口面積を容易に且つ確実に調整することができる。なお、調整機構１０は、第１板状部材１２又は第２板状部材１３を移動させて第１切欠き１６と第２切欠き１７との重なり状態を調整してもよい。

また、糸製造装置１には、凝集部３と撚掛巻取装置５との間を走行するＣＮＴ繊維群Ｆにテンションを付与するテンション付与部４が設けられている。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆに所望の値のテンションを付与し、撚掛巻取装置５において、ＣＮＴ繊維群Ｆをより高密度で撚ることができる。

また、糸製造装置１では、テンション付与部４として、空気式のテンション付与機構が用いられている。これにより、接触によってＣＮＴ繊維群Ｆを必要以上に凝集させることなく、ＣＮＴ繊維群Ｆに好適にテンションを付与することができる。

また、糸製造装置１には、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されるＣＮＴ形成基板Ｓを支持する基板支持部２が設けられている。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆを安定して供給することができる。

また、糸製造装置１では、撚掛巻取装置５において、ＣＮＴ糸Ｙを巻取管Ｔに案内するガイド部３１を巻取管Ｔの周りにおいて回転させることにより、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙを旋回させつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造する。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙが旋回させられてバルーンＢが形成されるので、伸縮性が比較的少ないＣＮＴ繊維群Ｆに生じるテンション変動をバルーンで好適に吸収しつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに効率良く撚りを掛けることができる。なお、上記実施形態では、バルーンＢを形成しつつＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造したが、バルーンＢが形成されない条件でＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造することも可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ＣＮＴ繊維群Ｆの供給源として、ＣＮＴ形成基板Ｓに替えて、カーボンナノチューブを連続的に合成してＣＮＴ繊維群Ｆを供給する装置等を用いてもよい。また、撚掛巻取装置５に代えて、ＣＮＴ繊維群Ｆに仮撚りを掛ける装置、及び仮撚りが掛けられたＣＮＴ糸を巻取管に巻き取る装置等を用いてもよい。

また、図６に示されるように、第１板状部材１２及び第２板状部材１３は、所定線Ｌに平行な線を中心線として搖動する保持片１８及び保持片１９にそれぞれ取り付けられていてもよい。この場合には、保持片１８及び保持片１９を互いに異なる方向に揺動させることにより、各第１板状部材１２の先端部１２ａ及び各第２板状部材１３の先端部１３ａを所定線Ｌに対して進退させることができる。

また、図７に示されるように、凝集部３は、ＣＮＴ繊維群Ｆを接触させつつ通過させる通過孔１１を形成する複数の組立部材として、通過孔１１を画定する複数のワイヤ５１、及びワイヤ５１の端部をそれぞれ保持する複数の保持片５２を有していてもよい。そして、調整機構１０は、各保持片５２を搖動させてワイヤ５１同士の重なり状態を調整することにより、通過孔１１の開口面積を調整してもよい。この場合にも、通過孔１１の開口面積を容易に且つ確実に調整することができる。なお、各保持片５２が搖動させられる際の中心は、所定線Ｌを中心とする同一の円周上に等ピッチで配置されている。

また、糸製造装置１は、凝集部３と撚掛巻取装置５との間を走行するＣＮＴ繊維群Ｆをより凝集させる追加凝集部を備えていてもよい。追加凝集部は、後段においてＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けられる程度の範囲内で、凝集部３によって凝集させられたＣＮＴ繊維群Ｆをより密に凝集させる。これによれば、ＣＮＴ繊維群Ｆが段階的に凝集させられるので、ＣＮＴ繊維群Ｆに無理な力が作用してＣＮＴ繊維群Ｆの整列（配列）状態が乱されるのを抑制することができる。

このような追加凝集部としては、細管が用いられる。細管は、下流側の端部が下流側に向かって先細りとなる円管形状を有している。細管において先細りとなった先端には、ＣＮＴ繊維群Ｆを接触させつつ通過させる通過孔が設けられている。細管は、凝集部３によって凝集させられたＣＮＴ繊維群Ｆが撚掛巻取装置５に向かって走行する際に、ＣＮＴ繊維群Ｆにその走行に対する抵抗力を作用させつつＣＮＴ繊維群Ｆをより凝集させる。これによれば、ＣＮＴ繊維群Ｆへの抵抗力の作用及びＣＮＴ繊維群Ｆの凝集を簡易な構成で実現することができる。

本発明によれば、製造されたカーボンナノチューブ糸において十分な強度を得ることができる糸製造装置、及びそのような糸製造装置に適用される凝集部を提供することが可能となる。

１…糸製造装置、２…基板支持部、３…凝集部、４…テンション付与部、５…撚掛巻取装置（撚掛部）、１０…調整機構、１１…通過孔、１２…第１板状部材（組立部材）、１３…第２板状部材（組立部材）、１６…第１切欠き、１７…第２切欠き、２０…巻取駆動機構、２１…巻取軸、３０…撚掛駆動機構、３１…ガイド部、４０…トラバース駆動機構、５１…ワイヤ、５２…保持片。

Claims (18)

1. カーボンナノチューブ繊維群を走行させつつ当該カーボンナノチューブ繊維群からカーボンナノチューブ糸を製造する糸製造装置であって、
   前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる凝集部と、
   前記凝集部によって凝集させられた前記カーボンナノチューブ繊維群に撚りを掛ける撚掛部と、を備え、
   前記凝集部は、前記カーボンナノチューブ繊維群の凝集状態を調整する調整機構を有する、糸製造装置。
2. 前記凝集部は、前記カーボンナノチューブ繊維群にその走行方向に垂直な方向に力を作用させつつ前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる、請求項１記載の糸製造装置。
3. 前記凝集部は、通過孔に対して前記カーボンナノチューブ繊維群を接触させつつ通過させることにより、前記カーボンナノチューブ繊維群に前記力を作用させつつ前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる、請求項２記載の糸製造装置。
4. 前記凝集部は、前記通過孔を形成する複数の組立部材を有し、
   前記調整機構は、前記組立部材の位置関係を調整して前記通過孔の開口面積を調整することにより、前記カーボンナノチューブ繊維群の前記凝集状態を調整する、請求項３記載の糸製造装置。
5. 前記凝集部は、前記組立部材として、前記通過孔を画定する第１切欠き及び第２切欠きがそれぞれ設けられた第１板状部材及び第２板状部材を有し、
   前記調整機構は、前記第１板状部材及び前記第２板状部材の少なくとも一方を移動させて前記第１切欠きと前記第２切欠きとの重なり状態を調整することにより、前記通過孔の前記開口面積を調整する、請求項４記載の糸製造装置。
6. 前記凝集部は、前記組立部材として、前記通過孔を画定する複数のワイヤ、及び前記ワイヤの端部をそれぞれ保持する複数の保持片を有し、
   前記調整機構は、前記保持片のそれぞれを搖動させて前記ワイヤ同士の重なり状態を調整することにより、前記通過孔の前記開口面積を調整する、請求項４記載の糸製造装置。
7. 前記凝集部と前記撚掛部との間を走行する前記カーボンナノチューブ繊維群に作用して、前記撚掛部によって撚りが掛けられる前記カーボンナノチューブ繊維群にテンションを付与するテンション付与部を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項記載の糸製造装置。
8. 前記テンション付与部は、前記カーボンナノチューブ繊維群に空気を噴射することにより、前記カーボンナノチューブ繊維群にその走行方向とは逆方向に力を作用させる空気式のテンション付与機構である、請求項７記載の糸製造装置。
9. 前記テンション付与部は、互い違いに配置された櫛歯状の接触部を用いて前記カーボンナノチューブ繊維群を屈曲させることにより、前記カーボンナノチューブ繊維群の走行に対して抵抗力を作用させるゲート式のテンション付与機構である、請求項７記載の糸製造装置。
10. 前記凝集部と前記撚掛部との間に配置され、走行する前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる追加凝集部を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項記載の糸製造装置。
11. 前記カーボンナノチューブ繊維群が引き出されるカーボンナノチューブ形成基板を支持する基板支持部を更に備える、請求項１〜１０のいずれか一項記載の糸製造装置。
12. 前記撚掛部は、
    巻取管が取り付けられた巻取軸をその巻取中心線周りに回転させることにより、前記巻取管に前記カーボンナノチューブ糸を巻き取る巻取駆動機構と、
    前記カーボンナノチューブ糸を前記巻取管に案内するガイド部を前記巻取管の周りにおいて回転させることにより、前記カーボンナノチューブ繊維群乃至前記カーボンナノチューブ糸を旋回させつつ、前記カーボンナノチューブ繊維群に撚りを掛けて前記カーボンナノチューブ糸を製造する撚掛駆動機構と、
    前記巻取管に対して前記ガイド部を前記巻取軸の前記巻取中心線に沿って相対的に往復移動させることにより、前記巻取管において前記カーボンナノチューブ糸をトラバースさせるトラバース駆動機構と、を有する、請求項１〜１１のいずれか一項記載の糸製造装置。
13. カーボンナノチューブ繊維群を走行させつつ当該カーボンナノチューブ繊維群からカーボンナノチューブ糸を製造する糸製造装置において、前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる凝集部であって、
    前記カーボンナノチューブ繊維群の凝集状態を調整する調整機構を有する、凝集部。
14. 前記カーボンナノチューブ繊維群にその走行方向に垂直な方向に力を作用させつつ前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる、請求項１３記載の凝集部。
15. 通過孔に対して前記カーボンナノチューブ繊維群を接触させつつ通過させることにより、前記カーボンナノチューブ繊維群に前記力を作用させつつ前記カーボンナノチューブ繊維群を凝集させる、請求項１４記載の凝集部。
16. 前記通過孔を形成する複数の組立部材を更に有し、
    前記調整機構は、前記組立部材の位置関係を調整して前記通過孔の開口面積を調整することにより、前記カーボンナノチューブ繊維群の前記凝集状態を調整する、請求項１５記載の凝集部。
17. 前記組立部材として、前記通過孔を画定する第１切欠き及び第２切欠きがそれぞれ設けられた第１板状部材及び第２板状部材を更に有し、
    前記調整機構は、第１板状部材及び第２板状部材の少なくとも一方を移動させて前記第１切欠きと前記第２切欠きとの重なり状態を調整することにより、前記通過孔の前記開口面積を調整する、請求項１６記載の凝集部。
18. 前記組立部材として、前記通過孔を画定する複数のワイヤ、及び前記ワイヤの端部をそれぞれ保持する複数の保持片を更に有し、
    前記調整機構は、前記保持片のそれぞれを搖動させて前記ワイヤ同士の重なり状態を調整することにより、前記通過孔の前記開口面積を調整する、請求項１６記載の凝集部。

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