特許 7012412 カーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線及びカーボンナノチューブ被覆電線の製造方法

(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】2022-01-20

(45)【発行日】2022-01-28

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線及びカーボンナノチューブ被覆電線の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01B 5/08 20060101AFI20220121BHJP

   H01B 1/04 20060101ALI20220121BHJP

   H01B 7/00 20060101ALI20220121BHJP

【ＦＩ】

H01B5/08

H01B1/04

H01B7/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018069830

(22)【出願日】2018-03-30

(65)【公開番号】P2019179730

(43)【公開日】2019-10-17

【審査請求日】2020-11-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(74)【代理人】

【識別番号】100143959

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 秀一

(72)【発明者】

【氏名】田中 彰

【審査官】中嶋 久雄

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５３３１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－１０３５１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－０９１２１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ ５／０８

Ｈ０１Ｂ １／０４

Ｈ０１Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数の前記カーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されている複数のカーボンナノチューブ線材と、
前記複数のカーボンナノチューブ線材よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材と、
を備えるカーボンナノチューブ複合線であって、
前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合が、７５％以上８５％以下であり、
前記１又は複数の導電性線材が、金属で構成されることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合線。

【請求項2】

前記複数のカーボンナノチューブ線材と前記１又は複数の導電性線材とが撚り合わされて構成される、請求項１記載のカーボンナノチューブ複合線。

【請求項3】

前記金属は、銅又は銅合金である、請求項１又は２記載のカーボンナノチューブ複合線。

【請求項4】

前記カーボンナノチューブ複合線の円相当直径が、５０μｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ複合線。

【請求項5】

前記カーボンナノチューブ複合線の断面において、前記複数のカーボンナノチューブ線材が、前記カーボンナノチューブ複合線の中央部に配置され、
前記複数の導電性線材が、前記複数のカーボンナノチューブ線材の外周部に配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ複合線。

【請求項6】

前記カーボンナノチューブ複合線の断面において、前記複数のカーボンナノチューブ線材と前記複数の導電性線材とがランダムに配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ複合線。

【請求項7】

前記カーボンナノチューブ複合線の断面において、前記１又は複数の導電性線材が、前記カーボンナノチューブ複合線の中央部に配置され、
前記複数のカーボンナノチューブ線材が、前記１又は複数の導電性線材の外周部に配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ複合線。

【請求項8】

複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数の前記カーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されている複数のカーボンナノチューブ線材と、前記複数のカーボンナノチューブ線材よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材とを有するカーボンナノチューブ複合線と、
前記カーボンナノチューブ複合線を被覆する絶縁被覆層と、
を備え、
前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合が、７５％以上８５％以下であり、
前記１又は複数の導電性線材が、金属で構成されることを特徴とする、カーボンナノチューブ被覆電線。

【請求項9】

複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数の前記カーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されるカーボンナノチューブ線材を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブ線材の複数と、複数の前記カーボンナノチューブ線材よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材とを束ねてカーボンナノチューブ複合線を形成し、前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合を７５％以上８５％以下とする工程と、
前記カーボンナノチューブ複合線を被覆する絶縁被覆層を形成する工程と、
を有し、
前記１又は複数の導電性線材が、金属で構成されることを特徴とする、カーボンナノチューブ被覆電線の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ線材と、導電性線材とが束ねられて形成されているカーボンナノチューブ複合線、及び該カーボンナノチューブ複合線を被覆してなるカーボンナノチューブ被覆電線、並びにカーボンナノチューブ被覆電線の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

カーボンナノチューブは、様々な特性を有する素材であり、多くの分野への応用が期待されている。

【0003】

例えば、ＣＮＴは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、または略同軸で配された多層で構成される３次元網目構造体であり、軽量であると共に、導電性、熱伝導性、機械的強度等の諸特性に優れる。しかし、ＣＮＴを線材化することは容易ではなく、ＣＮＴを線材として利用する技術は提案されていない。

【0004】

また、複数のカーボンナノチューブが束ねられてなるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数のカーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されるカーボンナノチューブ線材を導体として様々な用途に適用する場合、外部との絶縁性を確保するために、カーボンナノチューブ線材を絶縁材料で被覆したカーボンナノチューブ被覆電線が用いられる。カーボンナノチューブ被覆電線を結線する際には、例えばカーボンナノチューブ被覆電線の長手方向端部における絶縁被覆層を除去してカーボンナノチューブ線材の長手方向端部を露出させ、この露出部分を外部端子等と接続することで、カーボンナノチューブ被覆電線と外部との電気的な接続が行われる。

【0005】

従来、線材を被覆する構成としては、例えば、炭素繊維を強化成分とする有機系線材の複数本からなる補強撚線の外周に、銅線の外周にアルミニウムを被覆してなる銅複合アルミ線の複数本を撚り合わせた低損失撚線が提案されている（特許文献１）。

【0006】

また、金属めっき処理を施した複数本の高引張強度有機繊維と複数本の合成繊維又は炭素繊維とを撚り合わせてなる撚線、金属めっき処理を施した複数本の高引張強度有機繊維と、金属めっき処理を施していない複数本の合成繊維又は炭素繊維とを撚り合わせてなる撚線、又は、銅線の外側に、金属めっき処理を施した高引張強度有機繊維を複数本撚り合せてなる撚線が提案されている（特許文献２）。

【0007】

また、銅又は銅合金からなる中心導体と、当該中心導体の外周上に形成されたカーボン複合めっき皮膜と、最外層に形成されたはんだ付け可能なめっき皮膜とを少なくとも有する複合被覆銅線が提案されている（特許文献３）。

【0008】

また、導電性単繊維からなる芯線の外周に金属層を有する導体と、前記導体の外周に設けられた絶縁層とを備え、導電性単繊維がＣＮＴなどの導電性フィラーを５質量％以上３０質量％以下で含有する組成物からなる絶縁電線が提案されている（特許文献４）。

【0009】

また、他の従来構成として、導電性の繊維材料よりなる導体と、導体の外周を被覆する絶縁被覆とを有する絶縁電線が螺旋形状をとっており、導体が、絶縁被覆よりも高い柔軟性を有し、有機繊維の外周を金属層で被覆してなるか或いは炭素繊維からなるカールコードが提案されている（特許文献５）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】実開平２－２２５２５号公報

【文献】特開２００８－１３０２４１号公報

【文献】特開２００７－４２３５５号公報

【文献】特開２０１７－１９１６９８号公報

【文献】特開２０１７－１５７５３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

カーボンナノチューブの素線（単線）は、それ自体の剛性或いは自立性が低いため、カーボンナノチューブ線材或いはカーボンナノチューブ撚り線の外周部に絶縁被覆層を設けたとしても、カーボンナノチューブ被覆電線の自立性は依然として低い。また、カーボンナノチューブ被覆電線を湾曲させて配線或いは巻き回してコイルとして用いる場合、その形状を保持し難いため、カーボンナノチューブ被覆電線を外部と固定する必要がある。このため、カーボンナノチューブ被覆電線の作製時あるいは取付け時などの作業性が悪い。

【0012】

特許文献１では、銅－アルミニウム複合線を線材の導体とする構成であり、ＣＮＴ線材を導体とする構成ではないため、自立性が高く、上記のような課題は生じない。

【0013】

また、上記特許文献２では、金属めっき処理を施した高引張強度有機繊維を導体の主体とする構成であり、ＣＮＴ線材を導体の主体とする構成ではないため、特許文献１と同様、上記のような課題は生じない。

【0014】

上記特許文献３では、銅又は銅合金を導体の主体とする構成であり、ＣＮＴ線材を導体の主体とする構成ではないため、引用文献１と同様、上記のような課題は生じない。

【0015】

上記特許文献４では、ＣＮＴを導電性フィラーとして含有する導電性単繊維及びその外周に設けられた金属層を導体とする構成であり、ＣＮＴ線材を導体とする構成ではないため、引用文献１と同様、上記のような課題は生じない。

【0016】

また、上記特許文献５では、有機繊維の外周を金属層で被覆してなるか或いは炭素繊維からなる素線を導体とする構成であり、ＣＮＴ線材を導体とする構成ではないため、引用文献１と同様、上記のような課題は生じない。

【0017】

本発明の目的は、自立性を持たせて作業性を向上することができるカーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線及びカーボンナノチューブ被覆電線の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成するために、本発明のカーボンナノチューブ複合線は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数の前記カーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されている複数のカーボンナノチューブ線材と前記複数のカーボンナノチューブ線材よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材と、を備え、前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合が、６５％以上９５％未満であることを特徴とする。

【0019】

前記複数のカーボンナノチューブ線材と前記１又は複数の導電性線材とが撚り合わされて構成されていてもよい。

【0020】

また、前記１又は複数の導電性線材が、金属で構成されてもよい。

【0021】

前記金属は、銅又は銅合金であるのが好ましい。

【0022】

前記カーボンナノチューブ複合線の円相当直径が、５０μｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。

【0023】

前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合が、６５％以上９０％以下であるのが好ましい。

【0024】

前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合が、７５％以上８５％以下であるのがより好ましい。

【0025】

前記カーボンナノチューブ複合線の断面において、前記複数のカーボンナノチューブ線材が、前記カーボンナノチューブ複合線の中央部に配置され、前記複数の導電性線材が、前記複数のカーボンナノチューブ線材の外周部に配置されていてもよい。

【0026】

また、前記カーボンナノチューブ複合線の断面において、前記複数のカーボンナノチューブ線材と前記複数の導電性部材とがランダムに配置されていてもよい。

【0027】

また、前記カーボンナノチューブ複合線の断面において、前記１又は複数の導電性線材が、前記カーボンナノチューブ複合線の中央部に配置され、前記複数のカーボンナノチューブ線材が、前記１又は複数の導電性線材の外周部に配置されていてもよい。

【0028】

上記目的を達成するために、本発明のカーボンナノチューブ被覆電線は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数の前記カーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されている複数のカーボンナノチューブ線材と、前記複数のカーボンナノチューブ線材よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材とを有するカーボンナノチューブ複合線と、前記カーボンナノチューブ複合線を被覆する絶縁被覆層と、を備え、前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合が、６５％以上９５％未満であることを特徴とする。

【0029】

上記目的を達成するために、本発明のカーボンナノチューブ被覆電線の製造方法は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数の前記カーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されるカーボンナノチューブ線材を作製する工程と、前記カーボンナノチューブ線材の複数と、複数の前記カーボンナノチューブ線材よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材とを束ねてカーボンナノチューブ複合線を形成し、前記カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する前記複数のカーボンナノチューブの断面積の割合を６５％以上９５％未満とする工程と、前記カーボンナノチューブ複合線を被覆する絶縁被覆層を形成する工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、カーボンナノチューブ複合線が、複数のカーボンナノチューブ線材よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材を備えており、カーボンナノチューブ複合線の断面積に対する複数のカーボンナノチューブの断面積の割合が６５％以上であるので、カーボンナノチューブ複合線の剛性が全体として高くなり、自立性を持たせることができる。よって、カーボンナノチューブ複合線やカーボンナノチューブ被覆電線の作製時或いは取付け時に作業性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ被覆電線の構成を示す断面図である。

【図2】図１のカーボンナノチューブ被覆電線の変形例を示す斜視図である。

【図3】（ａ）及び（ｂ）は、図１のカーボンナノチューブ被覆電線の他の変形例を示す断面図である。

【図4】図１のカーボンナノチューブ被覆電線の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図5】図１のカーボンナノチューブ複合線の自立性を評価するための試験方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ複合線及びカーボンナノチューブ被覆電線を、図面を参照しながら説明する。

【0033】

［カーボンナノチューブ被覆電線の構成］
図１に示すように、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ被覆電線（以下、「ＣＮＴ被覆電線」ともいう。）１は、カーボンナノチューブ複合線（以下、「ＣＮＴ複合線」ともいう。）２と、ＣＮＴ複合線２を被覆する絶縁被覆層２１とを備えている。すなわち、ＣＮＴ複合線２の長手方向に沿って絶縁被覆層２１が形成されている。ＣＮＴ被覆電線１では、ＣＮＴ複合線２の外周面全体が、絶縁被覆層２１によって被覆されている。また、ＣＮＴ被覆電線１では、絶縁被覆層２１はＣＮＴ複合線２の外周面と直接接した態様となっている。

【0034】

ＣＮＴ複合線２は、複数のカーボンナノチューブ線材（以下、「ＣＮＴ線材」ともいう）１０，１０，・・・と、複数のカーボンナノチューブ線材１０，１０，・・・よりも剛性が高い複数の導電性線材１２，１２，・・・とを備える。ＣＮＴ複合線２は、例えば複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・と複数の導電性線材１２，１２，・・・とが撚り合わされて構成されるＣＮＴ複合撚線である。ＣＮＴ複合線２を、素線（単線）であるＣＮＴ線材１０の複数を撚り合わせた撚り線の形態とすることで、ＣＮＴ複合線２の円相当直径や断面積を適宜調節することができる。ＣＮＴ複合線２の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、５０μｍ以上３ｍｍ以下である。円相当直径は中心を通るように引いた線分の距離を円周方向に３箇所測定した平均の値から算出した。

【0035】

ＣＮＴ複合線２は、ＣＮＴ線材１０の長手方向とＣＮＴ複合線２の長手方向が同一或いは実質的に同一である状態を含んでいてもよい。すなわち、ＣＮＴ複合線２は、ＣＮＴ線材１０の複数が撚り合わされていない状態で束ねられているものを含んでいてもよく、また、導電性線材１２の複数が撚り合わされていない状態で束ねられているものを含んでいてもよい。

【0036】

ＣＮＴ複合線２を構成する複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・及び複数の導電性線材１２，１２，・・・は、幾つかのパターンで配置することができる。例えば、図１では、ＣＮＴ複合線２の断面において、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・が、ＣＮＴ複合線２の中央部に配置され、複数の導電性線材１２，１２，・・・が、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・の外周部に配置されている。この場合、複数の導電性線材１２，１２，・・・は、例えば複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・の外周部の全体を覆うように周方向の全体に亘って配列されている。

【0037】

ＣＮＴ線材１０は、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・で構成されるカーボンナノチューブ集合体（以下、「ＣＮＴ集合体」ともいう。）１１の単数から、または複数が束ねられて形成されている。図１では、ＣＮＴ線材１０は、複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・が束ねられて形成されている。ここで、ＣＮＴ線材とはＣＮＴの割合が９０質量％以上のＣＮＴ線材を意味する。なお、ＣＮＴ線材におけるＣＮＴ割合の算定においては、メッキやドーパントの質量は除く。ＣＮＴ集合体１１の長手方向が、ＣＮＴ線材１０の長手方向を形成している。従って、ＣＮＴ集合体１１は、線状となっている。ＣＮＴ線材１０における複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、ＣＮＴ線材１０における複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・は、配向している。素線であるＣＮＴ線材１０の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上２００μｍ以下である。ＣＮＴ線材１０の円相当直径を上記範囲内の値とすることで、金属線や炭素繊維で形成することが困難な細い線径を有するＣＮＴ複合線２を形成することができる。

【0038】

ＣＮＴ集合体１１は、１層以上の層構造を有するＣＮＴ１１ａの束である。ＣＮＴ１１ａの長手方向が、ＣＮＴ集合体１１の長手方向を形成している。ＣＮＴ集合体１１における複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ、・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、ＣＮＴ集合体１１における複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ、・・・は、配向している。ＣＮＴ集合体１１の円相当直径は、例えば、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、より典型的には、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。ＣＮＴ１１ａの最外層の幅寸法は、例えば、１．０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

【0039】

ＣＮＴ集合体１１を構成するＣＮＴ１１ａは、単層構造又は複層構造を有する筒状体であり、それぞれ、ＳＷＮＴ（single-walled nanotube）、ＭＷＮＴ（multi-walled nanotube）と呼ばれる。ＣＮＴ集合体１１には、３層構造以上の層構造を有するＣＮＴや単層構造の層構造を有するＣＮＴも含まれていてもよく、３層構造以上の層構造を有するＣＮＴまたは単層構造の層構造を有するＣＮＴから形成されていてもよい。

【0040】

２層構造を有するＣＮＴ１１ａでは、六角形格子の網目構造を有する２つの筒状体が略同軸で配された３次元網目構造体となっており、ＤＷＮＴ（Double-walled nanotube）と呼ばれる。構成単位である六角形格子は、その頂点に炭素原子が配された六員環であり、他の六員環と隣接してこれらが連続的に結合している。

【0041】

次に、ＣＮＴ複合線２を構成する導電性線材１２について説明する。
複数の導電性線材１２，１２，・・・は、それぞれ素線の単体、又は複数が束ねられて形成されており、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・とは異なる材料で構成されている。複数の導電性線材１２，１２，・・・は、例えば金属で構成される。金属とは、金属の単体又は該金属を主成分とする合金を指し、例えば銅又は銅合金である。複数の導電性線材１２，１２，・・・が金属で構成されることで、ＣＮＴ複合線２の導電性を向上することができる。また、図１に示すように、複数の導電性線材１２，１２，・・・が、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・の外周部に配置されている構成において、複数の導電性線材１２，１２，・・・が銅又は銅合金で構成されることで、圧縮などの外力に因るＣＮＴ複合線２の変形を防止することができる。また、絶縁被覆層２１を形成する際に、密着性の観点からＣＮＴとの相性が悪くＣＮＴ複合線２を被覆するのが難しい被覆材を用いる場合であっても、銅又は銅合金などの金属と相性が良い被覆材であれば、当該被覆材でＣＮＴ複合線２を被覆することが可能となる。

【0042】

導電性線材１２は、１本の導体からなる素線（単線）となっているが、導電性線材１２は、複数本の導電性線材１２を撚り合わせた撚り線の状態でもよい。導電性線材１２を撚り線の形態とすることで、導電性線材１２の円相当直径や断面積を適宜調節することができる。導電性線材１２の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上１ｍｍ以下である。

【0043】

上記のように構成されるＣＮＴ複合線２において、ＣＮＴ複合線２の断面積に対する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・の断面積の割合は、６５％以上９５％未満であり、好ましくは６５％以上９０％以下、更に好ましくは７５％以上８５％以下である。ＣＮＴ複合線２の断面積に対する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・の断面積の割合を６５％以上９５％未満とすることで、ＣＮＴ複合線２に剛性を持たせることができる。また、ＣＮＴ複合線２の断面積に対する複数のＣＮＴ１１ａ、１１ａ，・・・の断面積の割合を６５％以上９０％以下とすることで、軽量で且つ高剛性を有するＣＮＴ複合線２を実現することができる。更に、ＣＮＴ複合線２の断面積に対する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・の断面積の割合を７５％以上８５％以下とすることで、軽量と高剛性が高いレベルでバランスされたＣＮＴ複合線２を実現することができる。

【0044】

次に、ＣＮＴ複合線２の外周部を被覆する絶縁被覆層２１について説明する。

【0045】

絶縁被覆層２１の材料としては、芯線として金属を用いた被覆電線の絶縁被覆層に用いる材料を使用することができ、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン等を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばポリイミド、フェノール樹脂等を挙げることができる。これらは、単独で使用してもよく、２種以上を適宜混合して使用してもよい。

【0046】

ＣＮＴ被覆電線１が高圧電線の場合、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルが好ましく、特に、架橋ポリエチレン、軟質ポリ塩化ビニルが好ましい。

【0047】

絶縁被覆層２１は、図１に示すように、一層としてもよく、これに代えて、二層以上としてもよい。また、必要に応じて、絶縁被覆層２１上に、さらに、熱硬化性樹脂の層が設けられていてもよい。また、上記熱硬化性樹脂が、繊維形状或いは粒子形状を有する充填材を含有していてもよい。

【0048】

図１のＣＮＴ複合線２は、複数の導電性線材１２，１２，・・・が、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・の外周部に配置されている構成となっているが、図２に示すように、ＣＮＴ複合線２の断面において、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・と複数の導電性部材１２，１２，・・・とがランダムに配置されている構成であってもよい。

【0049】

また、図３（ａ）に示すように、ＣＮＴ複合線２の断面において、導電性線材１２が、ＣＮＴ複合線２の中央部に配置され、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・が、導電性線材１２の外周部に配置されている構成であってもよい。この場合、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・は、例えば、導電性線材１２の外周部の全体を覆うように周方向の全体に亘って配列されている。また、図３（ｂ）に示すように、ＣＮＴ複合線２の断面において、単数の導電性線材１２が、ＣＮＴ複合線２の中央部に配置され、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・が、単数の導電性線材１２の外周部に配置されている構成であってもよい。この場合、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・は、単数の導電性線材１２の外周部の全体を覆うように周方向の全体に亘って配列されている。

【0050】

［カーボンナノチューブ被覆電線の製造方法］
次に、本実施形態に係るＣＮＴ被覆電線１の製造方法例について、図４を参照しながら説明する。まず、ＣＮＴ１１ａを製造し、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・で構成されるＣＮＴ集合体１１の単数から、又は複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・が束ねられて形成されるＣＮＴ線材１０を作製する（ステップＳ１）。

【0051】

ＣＮＴ１１ａは、浮遊触媒法（特許第5819888号）や、基板法（特許第5590603号）などの手法で作製することができる。ＣＮＴ線材１０の素線は、例えば、乾式紡糸（特許第5819888号、特許第5990202号、特許第5350635号）、湿式紡糸（特許第5135620号、特許第5131571号、特許第5288359号）、液晶紡糸（特表2014-530964）等で作製することができる。

【0052】

このとき、ＣＮＴ線材１０を構成するＣＮＴの配向性、或いはＣＮＴ集合体を構成するＣＮＴの配向性、又は、ＣＮＴ集合体１１やＣＮＴ１１ａの密度は、例えば乾式紡糸、湿式紡糸、液晶紡糸等の紡糸方法と該紡糸方法の紡糸条件とを適宜選択することで調節することができる。

【0053】

次に、ＣＮＴ線材１０の複数と、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材１２とを束ねてＣＮＴ複合線２を形成し、ＣＮＴ複合線２の断面積に対する複数のＣＮＴ１１ａ、１１ａ、・・・の断面積の割合を６５％以上９５％未満とする（ステップＳ２）。

【0054】

ＣＮＴ複合線２が、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・と複数の導電性線材１２，１２，・・・とが撚り合わされて構成されるＣＮＴ複合撚線である場合、例えば、ＣＮＴ複合線２の断面積に対する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・の断面積の割合が６５％以上となるようにＣＮＴ線材１０の素線径及び本数、並びに導電性線材１２の素線径及び本数を決定する。そして、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・及び複数の導電性線材１２，１２，・・・の配置を決定した後、ＣＮＴ線材１０の複数本及び導電性線材１２の複数本をＳ方向或いはＺ方向に撚り合わせてＣＮＴ複合線２を形成する。ＣＮＴ複合撚線は、例えば、作成した複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・の両端を対向配置された２つの基板にそれぞれ固定し、対向する基板の一方を回転させることで作製することができる。

【0055】

ＣＮＴ複合線２が、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・と１つの導電性線材１２，１２，・・・とで構成される場合、例えば、上記割合に基づいてＣＮＴ線材１０の素線径及び本数、並びに導電性線材１２の素線径及び断面積を決定し、導電性線材１２の外周部にＣＮＴ線材１０の複数本をＳ方向或いはＺ方向に撚り合わせてＣＮＴ複合線２を形成する。

【0056】

次いで、ＣＮＴ複合線２を被覆する絶縁被覆層２１を形成する（ステップＳ３）。このとき、絶縁被覆層２１は、ＣＮＴ複合線２の外周部全体を覆うように、ＣＮＴ複合線２の長手方向の全体に亘って形成される。絶縁被覆層２１を形成する方法としては、アルミニウムや銅の芯線に絶縁被覆層を被覆する方法を使用でき、例えば、絶縁被覆層２１の原料である熱可塑性樹脂を溶融させ、ＣＮＴ複合線２の周りに押し出して被覆する方法や、或いはＣＮＴ複合線２の周りに塗布する方法を挙げることができる。上記工程を経ることにより、本実施形態に係るＣＮＴ被覆電線１が製造される。

【0057】

本実施形態に係るＣＮＴ被覆電線１は、ワイヤハーネス等の一般電線として使用することができ、また、ＣＮＴ被覆電線１を使用した一般電線からケーブルを作製してもよい。

【0058】

上述したように、本実施形態によれば、ＣＮＴ複合線２が、複数のＣＮＴ線材１０よりも剛性が高い１又は複数の導電性線材１２を備えており、ＣＮＴ複合線２の断面積に対する複数のＣＮＴ１１ａ、１１ａ，・・・の断面積の割合が６５％以上９５％未満であるので、ＣＮＴ複合線２の剛性が全体として高くなり、自立性を持たせることができる。よって、ＣＮＴ複合線２やＣＮＴ被覆電線１の作製時或いは取付け時に作業性を向上することができる。

【実施例】

【0059】

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明の趣旨を超えない限り、下記実施例に限定されるものではない。

【0060】

（実施例１～６及び比較例１～４について）
浮遊触媒法で作製したＣＮＴを直接紡糸する乾式紡糸方法（特許第5819888号）または湿式紡糸する方法（特許第5135620号、特許第5131571号、特許第5288359号）でＣＮＴ線材の素線（単線）を得て、その後ＣＮＴ線材を束ねるか、或いは撚り合わせて円相当直径１ｍｍ～２ｍｍのＣＮＴ線材を得た。

【0061】

次に、ＣＮＴ複合線の断面積に対する複数のＣＮＴの断面積の割合を表１に示す値となるように調整し、更に、表１に示すような撚り構造となるようにＣＮＴ線材及び導電性線材である銅線を配置し、その後上記ＣＮＴ線材の複数本と銅線の１本又は複数本とを束ね、束ねたＣＮＴ線材と銅線を所定の巻き数になるように撚り、ＣＮＴ複合線である試験線を得た。

【0062】

次に、上記のようにして作製した試験線について、以下の測定、評価を行った。

【0063】

（ａ）自立性評価
自立性の評価方法として、図５に示すような試験装置１００を用い、得られた試験線１０１の線径をＤ（ｍｍ）、試験装置１００から横方向に延出した試験線１０１の延出長さをＬ（ｍｍ）としたときに、Ｌ^２／Ｄが７５０００となるように、試験線１０１の長手方向端部を試験装置１００の載置面１００ａに載置した状態で固定し、自重によって垂れ下がった試験線１０１の長手方向端部１０１ａの元の位置（載置面１００ａの高さ方向位置を基準として試験線１０１がたわまないと仮定したときの位置）からの距離Ｘを（ｃｍ）としたとき、Ｘ／Ｌを自重たわみ度として測定した。Ｘ／Ｌが０．０５未満である場合を極めて良好「◎」、０．０５以上０．１未満である場合を良好「〇」、０．１以上である場合を不良「×」とした。

【0064】

（ｂ）抵抗評価
抵抗測定機（ケースレー社製、装置名「ＤＭＭ２０００」）にＣＮＴ線材を接続し、４端子法により抵抗測定を実施した。体積抵抗率は、ｒ＝ＲＡ／Ｌ（Ｒ：抵抗、Ａ：ＣＮＴ撚線の断面積、Ｌ：測定長さ）の計算式に基づいて算出した。体積抵抗率が２×１０^４Ωｃｍ未満である場合を極めて良好「◎」、２．０×１０^４Ω・ｃｍ以上５．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である場合を良好「〇」、５．０×１０^４Ω・ｃｍ以上である場合を不良「×」とした。

【0065】

（ｃ）密度評価
単位当たりの質量を、マイクロスコープから計測される断面積および長さで割ることで試験線の密度を測定した。密度が３ｇ／ｃｍ^３未満である場合を極めて良好「◎」、３ｇ／ｃｍ^３以上５ｇ／ｃｍ^３未満である場合を良好「〇」、５ｇ／ｃｍ^３以上である場合を不良「×」とした。

【0066】

ＣＮＴ複合線の上記各測定及び評価の結果を、下記表１に示す。

【0067】

【表1】

【0068】

表１に示すように、実施例１では、複数のＣＮＴ線材をＣＮＴ複合線の中央部、複数の銅線を外周部に配置した構造において、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が９０％であり、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．０６であり、自立性が良好であった。また、ＣＮＴ複合線の体積抵抗率は２．１×１０^４Ω・ｃｍであり、良好であった。更に、ＣＮＴ複合線の密度は２．５ｇ／ｃｍ^３と軽量であり、極めて良好であった。

【0069】

実施例２では、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が８５％、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．０４、ＣＮＴ複合線の体積抵抗率が１．９×１０^４Ω・ｃｍ、密度が２．８ｇ／ｃｍ^３であり、自立性、抵抗及び密度のいずれも極めて良好であった。

【0070】

実施例３では、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が７５％、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．０３、ＣＮＴ複合線の体積抵抗率が１．５×１０^４Ω・ｃｍ、密度が３．６であり、自立性及び抵抗のいずれも極めて良好であった。また、ＣＮＴ複合線の密度が３．６ｇ／ｃｍ^３であり、良好であった。

【0071】

実施例４では、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が６５％、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．０２、ＣＮＴ複合線の体積抵抗率が１．４×１０^４Ω・ｃｍであり、自立性及び抵抗のいずれも極めて良好であった。また、ＣＮＴ複合線の密度が４．３ｇ／ｃｍ^３であり、良好であった。

【0072】

実施例５では、複数のＣＮＴ線材と複数の銅線をランダム配置した構造において、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が８５％、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．０４、ＣＮＴ複合線の体積抵抗率が１．９×１０^４Ω・ｃｍ、密度が２．８ｇ／ｃｍ^３であり、自立性、抵抗及び密度のいずれも極めて良好であった。

【0073】

実施例６では、１本の銅線をＣＮＴ複合線の中央部、複数のＣＮＴ線材を外周部に配置した構造において、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が８５％、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．０４、ＣＮＴ複合線の体積抵抗率が１．９×１０^４Ω・ｃｍ、密度が２．９ｇ／ｃｍ^３であり、自立性、抵抗及び密度のいずれも極めて良好であった。

【0074】

一方、比較例１では、複数のＣＮＴ線材をＣＮＴ複合線の中央部、複数の銅線を外周部に配置した構造において、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が５５％であり、ＣＮＴ複合線の密度は５．１ｇ／ｃｍ^３と不良であった。

【0075】

また、比較例２では、ＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が９５％であり、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．１２であり、自立性が劣った。

【0076】

比較例３では、複数のＣＮＴ線材と複数の銅線をランダム配置した構造において、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が９５％、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．１４であり、自立性が劣った。

【0077】

比較例４では、１本の銅線をＣＮＴ複合線の中央部、複数のＣＮＴ線材を外周部に配置した構造において、ＣＮＴ複合線の断面積に対するＣＮＴ断面積の割合が９５％であり、自重たわみ度Ｘ／Ｌが０．１５であり、自立性が劣った。

【符号の説明】

【0078】

１ カーボンナノチューブ被覆電線（ＣＮＴ被覆電線）
２ カーボンナノチューブ複合線（ＣＮＴ複合線）
１０ カーボンナノチューブ線材（ＣＮＴ線材）
１１ カーボンナノチューブ集合体（ＣＮＴ集合体）
１１ａ カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
１２ 導電性線材
２１ 絶縁被覆層
１００ 試験装置
１００ａ 載置面
１０１ 試験線
１０１ａ 長手方向端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】