特許 7598926 カーボンナノチューブ線材の接続構造体

(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】2024-12-04

(45)【発行日】2024-12-12

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブ線材の接続構造体

(51)【国際特許分類】

   H01B 5/08 20060101AFI20241205BHJP

   C01B 32/168 20170101ALI20241205BHJP

   H01R 4/02 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H01B5/08

C01B32/168

H01R4/02 Z ZNM

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022512619

(86)(22)【出願日】2021-03-31

(86)【国際出願番号】 JP2021013829

(87)【国際公開番号】W WO2021201096

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2024-01-26

(31)【優先権主張番号】P 2020065007

(32)【優先日】2020-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】杉原 和樹

(72)【発明者】

【氏名】會澤 英樹

【審査官】小林 秀和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０６７６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７１５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７４６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８６０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４７４０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ ５／０８

Ｃ０１Ｂ ３２／１６８

Ｈ０１Ｒ ４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンナノチューブ集合体が撚り合わされて束ねて形成されたカーボンナノチューブ線材と、
前記カーボンナノチューブ線材が接続される接続対象物と、
前記カーボンナノチューブ線材よりもはんだ濡れ性の高い導線と、
前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に対して直交する成分を有する断面に沿って形成された前記導線の貫通部と、
前記カーボンナノチューブ線材と前記接続対象物とを接続するはんだと、
を備えたカーボンナノチューブ線材の接続構造体であり、
前記はんだが、前記導線に沿って形成された前記貫通部を浸入しているカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【請求項2】

前記接続対象物が、導電性部材である請求項１に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【請求項3】

前記導電性部材が、金属製部材を備えた基板または他のカーボンナノチューブ線材である請求項２に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【請求項4】

前記導線の一部が、前記カーボンナノチューブ線材の、前記接続対象物と対向しない部分から突出している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【請求項5】

前記接続対象物が、他のカーボンナノチューブ線材である、
前記カーボンナノチューブ線材の一方の端部と前記他のカーボンナノチューブ線材の一方の端部の外周面が接した接続部と、
を備えたカーボンナノチューブ線材の接続構造体であり、
前記接続部において、前記導線の貫通部が、前記カーボンナノチューブ線材と前記他のカーボンナノチューブ線材の長手方向に対して直交する成分を有する断面に沿って形成されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【請求項6】

前記導線のうち、前記貫通部に位置する部位以外の少なくとも一部が、前記カーボンナノチューブ線材の外周部に巻かれている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【請求項7】

前記導線のうち、前記貫通部に位置する部位以外の少なくとも一部が、前記カーボンナノチューブ線材と前記他のカーボンナノチューブ線材の外周部に巻かれている請求項５に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【請求項8】

前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に対して直交する成分を有する断面における、前記カーボンナノチューブ線材の断面積に対する前記貫通部における前記導線の断面積の割合が、５％以上９９％以下である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カーボンナノチューブ線材とカーボンナノチューブ線材が接続される接続対象物との接続構造体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」ということがある。）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。ＣＮＴは、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ことから、例えば、電線等の用途として、金属線に代わる線材としての適用が期待されている。

【0003】

カーボンナノチューブが線材として使用される場合には、カーボンナノチューブ線材（以下、「ＣＮＴ線材」ということがある。）の長尺化が必要となる。しかし、ＣＮＴ線材の長尺化には、高度な技術が必要である。従来のＣＮＴ線材の長尺化技術として、各カーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブが、互いの接続相手側のカーボンナノチューブ糸及び／又は成長したカーボンナノチューブに絡みつくことにより、カーボンナノチューブ糸同士が接続されて、カーボンナノチューブ線材を長尺化することが提案されている（特許文献１）。

【0004】

しかし、特許文献１では、カーボンナノチューブ糸からカーボンナノチューブを成長させるために、カーボンナノチューブ糸同士を接続させる部位に触媒溶液を施与することでカーボンナノチューブを成長させて接続相手側のカーボンナノチューブ糸と絡みつける必要があるので、接続作業が煩雑であり、また、触媒溶液を使用するので、カーボンナノチューブ糸同士を接続させる部位の位置的な制御が難しいという問題があった。

【0005】

また、ＣＮＴは、上記の通り、導電性に優れることから、ＣＮＴ線材は、電線等の用途として期待されており、接続相手先となるのは、ＣＮＴ線材だけではなく、回路基板等の基板となることも想定される。しかし、カーボンナノチューブを成長させて接続相手側のカーボンナノチューブ糸と絡みつける特許文献１では、接続相手先がＣＮＴ線材以外の場合には、接続体を形成することができないという問題があった。

【0006】

一方で、金属線を接続対象物と接続する場合、接続作業が簡易であり、接続強度も得られることから、はんだ付けによって接続することがある。しかし、ＣＮＴ線材は、金属線と比較してはんだ濡れ性に劣り、特に、ＣＮＴ線材がカーボンナノチューブ集合体からなる素線が撚り合わされた撚り線の場合には、ＣＮＴ線材の内部まではんだが浸入しにくいので、接続部の導電性と強度に問題があった。

【0007】

そこで、ＣＮＴ線材をはんだ付けにより接続対象物と接続する場合には、予め、ＣＮＴ線材に対し、親水性処理や粗面化処理を行う必要があった。従って、ＣＮＴ線材をはんだ付けする場合には、やはり、接続作業が煩雑となってしまうという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１３－４７４０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、カーボンナノチューブ線材の接続対象物と所望の部位にて簡易な操作で接続でき、カーボンナノチューブ線材と接続対象物との接続部が、電気的接続性と機械的接続性に優れるカーボンナノチューブ線材の接続構造体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］カーボンナノチューブ集合体が撚り合わされて束ねて形成されたカーボンナノチューブ線材と、
前記カーボンナノチューブ線材が接続される接続対象物と、
前記カーボンナノチューブ線材よりもはんだ濡れ性の高い導線と、
前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に対して直交する成分を有する断面に沿って形成された前記導線の貫通部と、
前記カーボンナノチューブ線材と前記接続対象物とを接続するはんだと、
を備えたカーボンナノチューブ線材の接続構造体であり、
前記はんだが、前記導線に沿って形成された前記貫通部を浸入しているカーボンナノチューブ線材の接続構造体。
［２］前記接続対象物が、導電性部材である［１］に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。
［３］前記導電性部材が、金属製部材を備えた基板または他のカーボンナノチューブ線材である［２］に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。
［４］前記導線の一部が、前記カーボンナノチューブ線材の、前記接続対象物と対向しない部分から突出している［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。
［５］前記接続対象物が、他のカーボンナノチューブ線材である、
前記カーボンナノチューブ線材の一方の端部と前記他のカーボンナノチューブ線材の一方の端部の外周面が接した接続部と、
を備えたカーボンナノチューブ線材の接続構造体であり、
前記接続部において、前記導線の貫通部が、前記カーボンナノチューブ線材と前記他のカーボンナノチューブ線材の長手方向に対して直交する成分を有する断面に沿って形成されている［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。
［６］前記導線のうち、前記貫通部に位置する部位以外の少なくとも一部が、前記カーボンナノチューブ線材の外周部に巻かれている［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。
［７］前記導線のうち、前記貫通部に位置する部位以外の少なくとも一部が、前記カーボンナノチューブ線材と前記他のカーボンナノチューブ線材の外周部に巻かれている［５］に記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。
［８］前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に対して直交する成分を有する断面における、前記カーボンナノチューブ線材の断面積に対する前記貫通部における前記導線の断面積の割合が、５％以上９９％以下である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のカーボンナノチューブ線材の接続構造体。

【発明の効果】

【0011】

本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体の態様によれば、撚り線であるカーボンナノチューブ線材の長手方向に対して直交する成分を有する断面に沿って形成された、はんだ濡れ性の高い導線の貫通部を備え、はんだが導線に沿って貫通部を貫通していることにより、撚り線であるカーボンナノチューブ線材の、貫通部におけるカーボンナノチューブ集合体表面と導線の表面とに囲まれた領域等の内部に、はんだ濡れ性の高い部位（すなわち、導線の貫通部）を容易に作製できる。従って、はんだが導線の貫通部に沿ってカーボンナノチューブ線材の内部に流れ込み、はんだと導線と接続対象物が強固に接続され、結果、カーボンナノチューブ線材と接続対象物が強固に接続される。上記から、本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体では、カーボンナノチューブ線材の接続対象物と所望の部位にて簡易な操作で接続でき、カーボンナノチューブ線材と接続対象物との接続部が、電気的接続性と機械的接続性に優れるカーボンナノチューブ線材の接続構造体を得ることができる。

【0012】

本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体の態様によれば、導線の一部が、カーボンナノチューブ線材の、接続対象物と対向しない部分から突出していることにより、導線の突出部によって、はんだがカーボンナノチューブ線材の内部に円滑に流れ込むことができる。

【0013】

本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体の態様によれば、導線のうち、貫通部に位置する部位以外の少なくとも一部がカーボンナノチューブ線材の外周部に巻かれている巻き回し部を有することにより、前記巻き回し部にてはんだが貯留する。従って、はんだは所望の接続部とその近傍に確実に施与されて、より円滑にはんだがカーボンナノチューブ線材の内部に流れ込むことができる。また、巻き回し部にてはんだが貯留しやすいので、はんだが、所望の接続部とその近傍以外の部位に濡れ広がってしまうことを防止できる。

【0014】

本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体の態様によれば、カーボンナノチューブ線材の断面積に対する貫通部の断面積の割合が５％以上９９％以下であることにより、さらに確実にはんだがカーボンナノチューブ線材の内部に流れ込むことができるので、カーボンナノチューブ線材と接続対象物の接続信頼性がさらに確実に向上する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る接続構造体である、カーボンナノチューブ線材が基板に接続された接続構造体の説明図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る接続構造体に用いるカーボンナノチューブ線材に導線の貫通部を形成する説明図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る接続構造体に用いる、導線の貫通部を形成したカーボンナノチューブ線材の外周部に導線が巻かれている態様の説明図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る接続構造体である、カーボンナノチューブ線材が他のカーボンナノチューブ線材と接続された接続構造体の説明図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係る接続構造体に用いる、導線の貫通部を形成したカーボンナノチューブ線材の外周部に導線が巻かれている態様の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体について、説明する。なお、図１は、本発明の第１実施形態に係る接続構造体である、カーボンナノチューブ線材が基板に接続された接続構造体の説明図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る接続構造体に用いるカーボンナノチューブ線材に導線の貫通部を形成する説明図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る接続構造体に用いる、導線の貫通部を形成したカーボンナノチューブ線材の外周部に導線が巻かれている態様の説明図である。

【0017】

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体１は、カーボンナノチューブ集合体（以下、「ＣＮＴ集合体」ということがある。）が撚り合わされて束ねて形成されたカーボンナノチューブ線材（ＣＮＴ線材）１０と、ＣＮＴ線材１０が接続される接続対象物と、を備えている。ＣＮＴ線材１０の接続対象物は、導電性部材である。カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、接続対象物は基板２０であり、基板２０としては、例えば、金属製の基板、回路基板等、金属製部材を備えた基板が挙げられる。

【0018】

カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、ＣＮＴ線材１０の端部近傍が基板２０に接続されて、ＣＮＴ線材１０と基板２０との接続部４０が形成されている。ＣＮＴ線材１０と基板２０との接続には、はんだ４１が使用されている。従って、はんだ４１が、ＣＮＴ線材１０と接続対象物である基板２０とを接続しており、ＣＮＴ線材１０は、基板２０にはんだ付けされている。

【0019】

ＣＮＴ線材１０は、１層以上の層構造を有する複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で構成されるカーボンナノチューブ集合体（ＣＮＴ集合体）からなる素線が、複数、撚り合わされて束ねて形成されている。従って、ＣＮＴ線材１０は、ＣＮＴ集合体からなる素線が撚り合わされて形成された撚り線である。ここで、ＣＮＴ線材１０とはＣＮＴの割合が９０質量％以上のＣＮＴ線材１０を意味する。なお、ＣＮＴ線材１０におけるＣＮＴ割合の算定においては、メッキとドーパントは除かれる。ＣＮＴ集合体の長手方向が、ＣＮＴ線材１０の長手方向を形成している。従って、ＣＮＴ集合体は、線状となっている。ＣＮＴ線材１０における複数のＣＮＴ集合体は、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集合体は、配向している。

【0020】

図２に示すように、カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、ＣＮＴ線材１０よりもはんだ濡れ性の高い導線３０と、ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して直交する断面に沿って形成された導線３０の貫通部３１と、を備えている。ＣＮＴ線材１０の径方向に沿って、ＣＮＴ線材１０に導線３０を貫通させることで、ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して直交する断面に沿って導線３０の貫通部３１が形成されている。カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して直交する断面の中心線に沿って導線３０が貫通している。なお、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体では、説明の便宜上、ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して直交する断面に導線３０の貫通部３１が形成されているが、ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して直交する成分を有する断面であればよく、長手方向に対して直交する断面に限定されない。

【0021】

上記から、導線３０の貫通部３１における伸び方向は、ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して、略直交方向となっている。ＣＮＴ線材１０は、ＣＮＴ集合体からなる素線が撚り合わされて形成された撚り線なので、ＣＮＴ線材１０に、別途、貫通孔等を形成しなくても、ＣＮＴ線材１０に導線３０を突き刺すことで、ＣＮＴ線材１０に導線３０を貫通させることができる。また、ＣＮＴ線材１０に導線３０を突き刺すことで、ＣＮＴ線材１０と導線３０との間に隙間が形成される。カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、１本の導線３０をＣＮＴ線材１０に突き刺すことで、１つの貫通部３１が形成されている。一方、貫通部は必ずしもＣＮＴ線材の長手方向に対して、略直交方向となっている必要はなく、例えば、導線がＣＮＴ線材１０内で折り返され、導線の両端がＣＮＴ線材１０の外周のどの位置から突出していてもよい。従って、ＣＮＴ線材１０内で、貫通部３１が折れ曲がって形成されてもよい。本実施形態においても、後述の通り、はんだがＣＮＴ線材１０の内部（つまり、導線３０の外周とＣＮＴ集合体との間に形成された隙間）に流れ込む構造とすることができる。

【0022】

ＣＮＴ線材１０に導線３０を突き刺すことでＣＮＴ線材１０と導線３０との間に隙間も形成されるので、ＣＮＴ線材１０が基板２０にはんだ付けされる際に、はんだ４１が、導線３０に沿って貫通部３１を貫通している。すなわち、ＣＮＴ線材１０が基板２０にはんだ付けされる際に、導線３０の外周とＣＮＴ線材１０との間に形成された隙間、すなわち、ＣＮＴ線材１０の内部に沿ってはんだが流れ込むことで、はんだ４１が貫通部３１を貫通する。上記から、はんだ４１の形成方向は、ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して、略直交方向となっている。なお、図２では、カーボンナノチューブ線材の接続構造体１の説明の便宜上、ＣＮＴ線材１０が基板２０にはんだ付けされる際に貫通部３１に施与されるはんだ４１も図示している。

【0023】

図３に示すように、導線３０のうち、接続部４０において、貫通部３１に位置する部位以外の少なくとも一部が、ＣＮＴ線材１０の外周面１１にＣＮＴ線材１０の周方向に沿って巻かれて、巻き回し部３２が形成されている。上記から、導線３０の貫通部３１と巻き回し部３２は、相互に連続している。また、巻き回し部３２は、貫通部３１の近傍に設けられている。なお、導線３０の巻き回し部３２は、ＣＮＴ線材１０の外周面１１に接するように設けられている。導線３０の貫通部３１とＣＮＴ線材１０の周方向に沿って巻かれた巻き回し部３２が相互に連続していることにより、ＣＮＴ線材１０の内部にはんだ４１が流れ込みやすくなり、ＣＮＴ線材１０と基板２０の接続強度が向上する。

【0024】

導線３０の巻き回し部３２が形成されることで、導線３０の一部が、ＣＮＴ線材１０の、基板２０と対向しない部分から突出している態様となっている。すなわち、導線３０が、導線３０の巻き回し部３２にて、ＣＮＴ線材１０の外周面１１から突出している。また、図３では、さらに、貫通部３１に位置する導線３０の先端部３３が、ＣＮＴ線材１０の外周面１１から外方向へ延出することで、導線３０の一部が、ＣＮＴ線材１０の、基板２０と対向しない部分から突出している態様となっている。また、接続対象物が基板２０の場合、貫通部３１を形成していない導線３０の端部（先端部３３）が、あらかじめ基板２０とはんだ付け等で接続されていてもよい。

【0025】

巻き回し部３２における導線３０の巻き数は、特に限定されず、１回でも複数回でもよい。なお、図３では、説明の便宜上、導線３０の巻き数は、４回としている。巻き回し部３２において、導線３０は、ＣＮＴ線材１０の長手方向に所定の間隔をあけて、ＣＮＴ線材１０の周方向に沿って巻かれている。また、巻き回し部３２は、ＣＮＴ線材１０が基板２０にはんだ付けされる際に、はんだ４１を貯留させる機能を有している。なお、図３では、カーボンナノチューブ線材の接続構造体１に、ＣＮＴ線材１０が基板２０にはんだ付けされる際に施与されるはんだ４１も図示している。

【0026】

ＣＮＴ線材１０よりもはんだ濡れ性の高い導線３０としては、例えば、銅、銀, 白金, タングステン等の金属線を挙げることができる。また、はんだの種類としては、金属部材の接続に使用できるものであれば、特に限定されず、例えば、Ｓｎ－Ｐｂ系の鉛含有はんだや、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｚｎ系などの鉛フリーはんだが挙げられる。また、１箇所の貫通部３１に施与するはんだ４１の量は、特に限定されないが、その下限値は、接続部４０における引張強度と電気的接続性を向上させる点から３．０ｍｇが好ましい。一方で、１箇所の貫通部３１に施与するはんだ４１の上限値は、軽量化の点から、２０ｍｇが好ましく、６．０ｍｇが特に好ましい。

【0027】

ＣＮＴ線材１０の直径は、特に限定されないが、例えば、２０μｍ～１ｍｍが挙げられる。また、ＣＮＴ線材１０を構成するＣＮＴの素線の撚り本数は、特に限定されないが、例えば、２本～２千本が挙げられる。また、導線３０の直径は、特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上１ｍｍ未満が挙げられる。

【0028】

カーボンナノチューブ線材の接続構造体１によれば、撚り線であるＣＮＴ線材１０の長手方向に対して直交する断面に沿って形成された、はんだ濡れ性の高い導線３０の貫通部３１を備え、はんだ４１が導線３０に沿って貫通部３１を貫通していることにより、ＣＮＴ線材１０に、はんだ濡れ性の高い内部（すなわち、導線３０の外周とＣＮＴ線材１０との間に形成された隙間）を容易に作製できる。従って、ＣＮＴ線材１０を基板２０にはんだ接続する際に、はんだ４１が導線３０の貫通部３１に沿って、すなわち、ＣＮＴ線材１０の径方向に沿って、ＣＮＴ線材１０の内部へ流れ込み、はんだ４１と導線３０と基板２０が強固に接続され、結果、ＣＮＴ線材１０と基板２０が強固に接続される。上記から、カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、導線３０の貫通部３１のＣＮＴ線材１０における位置を適宜選択することで、ＣＮＴ線材１０の所望の部位にて基板２０と簡易な操作で強固に接続できる。また、カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、ＣＮＴ線材１０と基板２０との接続部４０が、電気的接続性と機械的接続性に優れるカーボンナノチューブ線材の接続構造体を得ることができる。

【0029】

また、カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、導線３０の一部が、ＣＮＴ線材１０の、基板２０と対向しない部分から突出していることにより、導線３０の突出部によって、はんだ４１が導線３０の延在方向に沿ってＣＮＴ線材１０の内部に円滑に流れ込むことができる。

【0030】

また、カーボンナノチューブ線材の接続構造体１では、導線３０のうち、貫通部３１に位置する部位以外の少なくとも一部がＣＮＴ線材１０の外周面１１に巻かれている巻き回し部３２を有することにより、ＣＮＴ線材１０を基板２０にはんだ接続する際に、巻き回し部３２にてはんだ４１が貯留する。従って、はんだ４１は所望の接続部４０とその近傍に確実に施与されて、より円滑にはんだ４１が導線３０の延在方向に沿ってＣＮＴ線材１０の内部に流れ込むことができる。また、巻き回し部３２にてはんだ４１が貯留しやすいので、はんだ４１が、所望の接続部４０とその近傍以外の部位に濡れ広がってしまうことを防止できる。

【0031】

ＣＮＴ線材１０の長手方向に対して直交する断面における、ＣＮＴ線材１０の断面積に対する貫通部３１における導線３０の断面積の割合は、特に限定されないが、５％以上９９％以下が好ましく、１０％以上９９％以下がさらに好ましく、３０％以上５０％以下が特に好ましい。特に、導線３０の断面積が３０％以上５０％以下では電気的接続性と機械的接続性の性能がピークに達し、軽量性、コストの観点からも好ましい。上記断面積の下限値は、確実にはんだ４１が導線３０の延在方向に沿ってＣＮＴ線材１０の内部に流れ込むことで、ＣＮＴ線材１０と基板２０の接続信頼性がさらに確実に向上する点から、１０％が好ましく、電気的接続性の点から３０％が特に好ましい。一方で、上記断面積の割合の上限値は、貫通部３１及び巻き回し部３２を形成する際のハンドリング性の点から、９９％が好ましく、軽量化と電気的接続性のバランスを得る点から５０％が特に好ましい。なお、上記断面積の割合は、（貫通部３１における導線３０の径方向の断面積／ＣＮＴ線材１０の径方向の断面積）×１００にて算出する。断面積の割合を上記の値とすることで、カーボンナノチューブ線材に貫通した導線３０の表面積を確保でき、はんだが浸入しやすくなる。その結果、電気的接続性と機械的接続性に優れるカーボンナノチューブ線材の接続構造体を得ることができる。

【0032】

次に、本発明の第２実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体について、図面を用いながら説明する。なお、第２実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体は、第１実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体と主要な構成要素は共通しているので、第１実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る接続構造体である、カーボンナノチューブ線材が他のカーボンナノチューブ線材と接続された接続構造体の説明図である。

【0033】

第１実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体では、導電性部材である接続対象物が基板であったが、図４に示すように、第２実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、導電性部材である接続対象物が、他のＣＮＴ線材５０となっている。カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、ＣＮＴ線材１０の一方端１２が、他のＣＮＴ線材５０の一方端５２と接続されて、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０との接続部４０が形成されている。カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、ＣＮＴ線材１０の一方端１２から他方端（図示せず）への伸びの方向は、他のＣＮＴ線材５０の一方端５２から他方端（図示せず）への伸びの方向とは、異なる方向となっている。

【0034】

また、接続部４０では、ＣＮＴ線材１０の一方端１２と他のＣＮＴ線材５０の一方端５２が並列配置されている。また、接続部４０では、ＣＮＴ線材１０の外周面１１と他のＣＮＴ線材５０の外周面５１が接した状態で、ＣＮＴ線材１０の一方端１２と他のＣＮＴ線材５０の一方端５２が接続されている。

【0035】

接続部４０には、導線３０の貫通部３１が設けられている。導線３０の貫通部３１は、並列配置されたＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０の部位の長手方向に対して直交する断面に沿って形成されている。ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０の径方向に沿って、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０に導線３０を貫通させることで、並列配置されたＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０の部位の長手方向に対して直交する断面に沿って導線３０の貫通部３１が形成されている。カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、並列配置されているＣＮＴ線材１０の一方端１２と他のＣＮＴ線材５０の一方端５２の長手方向に対して直交する断面の中心線に沿って導線３０が貫通している。つまり、導線３０はＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線５０の両方に連続した貫通部３１を有する。

【0036】

カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、並列配置されているＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０の部位に導線３０を突き刺すことで、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０に導線３０を貫通させて貫通部３１を形成することができる。カーボンナノチューブ線材の接続構造体２でも、１本の導線３０をＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０に突き刺すことで、１つの貫通部３１が形成されている。なお、他のＣＮＴ線材５０は、ＣＮＴ線材１０と同じく、ＣＮＴの素線が複数撚り合わされて形成された撚り線である。

【0037】

ＣＮＴ線材１０の一方端１２が他のＣＮＴ線材５０の一方端５２にはんだ付けされて、ＣＮＴ線材が長尺化される際に、はんだ４１が、導線３０に沿って貫通部３１を貫通する。従って、はんだ４１は、貫通部３１に沿ってＣＮＴ線材１０の内部から他のＣＮＴ線材５０の内部にわたっている。

【0038】

図４に示すように、導線３０のうち、貫通部３１に位置する部位以外の少なくとも一部が、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０の外周部に周方向に沿って巻かれて、巻き回し部３２が形成されている。巻き回し部３２は、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０が並列配置されている部位に設けられている。巻き回し部３２では、ＣＮＴ線材１０の一方端１２と他のＣＮＴ線材５０の一方端５２を束ねるように、導線３０が巻き回されている。カーボンナノチューブ線材の接続構造体２でも、導線３０の貫通部３１と巻き回し部３２は、相互に連続しており、また、巻き回し部３２は、貫通部３１の近傍に設けられている。

【0039】

カーボンナノチューブ線材の接続構造体２でも、導線３０の巻き回し部３２が形成されることで、導線３０の一部が、ＣＮＴ線材１０の、他のＣＮＴ線材５０と対向しない部分から突出している態様となっている。すなわち、導線３０が、導線３０の巻き回し部３２にて、ＣＮＴ線材１０の外周面１１から突出している。また、図４では、貫通部３１に位置する導線３０の先端部３３が、ＣＮＴ線材１０の外周面１１から外方向へ延出することで、導線３０の一部が、ＣＮＴ線材１０の、他のＣＮＴ線材５０と対向しない部分から突出している態様となってもいる。

【0040】

カーボンナノチューブ線材の接続構造体２でも、巻き回し部３２は、ＣＮＴ線材１０が他のＣＮＴ線材５０とはんだ付けされる際に、はんだ４１を貯留させる機能を有している。従って、はんだ４１が、導線３０の延在方向に沿ってＣＮＴ線材１０の内部と他のＣＮＴ線材５０の内部により円滑に流れ込むことができる。さらに、カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、巻き回し部３２は、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０との接続部４０の接合強度をさらに向上させる機能を有している。さらに、カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、導線３０はＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０を直接接続する機能を有しているので、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０との間の引張強度を向上させることができる。

【0041】

ＣＮＴ線材１０の長手方向における巻き回し部３２の幅は、特に限定されないが、その下限値は、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０とのはんだ付けを確実にする点から、０．３ｍｍ以上が好ましく、接合部の接合強度をさらに向上させる点から、０．５ｍｍ以上が特に好ましい。一方で、巻き回し部３２の幅の上限値は、接合部４０の軽量化の点から、３．０ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下が特に好ましい。

【0042】

カーボンナノチューブ線材の接続構造体２によれば、撚り線であるＣＮＴ線材１０の長手方向と接続対象物である他のＣＮＴ線材５０の長手方向に対して直交する断面に沿って形成された、はんだ濡れ性の高い導線３０の貫通部３１を備え、はんだ４１が導線３０に沿って貫通部３１を貫通していることにより、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０に、はんだ濡れ性の高い内部（すなわち、導線３０の外周とＣＮＴ線材１０並びに他のＣＮＴ線材５０との間に形成された隙間）を容易に作製できる。従って、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０を接続する際に、はんだ４１が導線３０の貫通部３１に沿って、すなわち、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０の径方向に沿って、ＣＮＴ線材１０の内部と他のＣＮＴ線材５０の内部へ流れ込み、はんだ４１と導線３０とＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０とが、それぞれ強固に接続され、結果、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０が強固に接続される。上記から、カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、導線３０の貫通部３１のＣＮＴ線材１０における位置を適宜選択することで、ＣＮＴ線材１０の所望の部位にて他のＣＮＴ線材５０と簡易な操作で強固に接続でき、ＣＮＴ線材を簡易に長尺化することができる。また、カーボンナノチューブ線材の接続構造体２では、ＣＮＴ線材１０と他のＣＮＴ線材５０との接続部４０が、電気的接続性と機械的接続性に優れるカーボンナノチューブ線材の接続構造体を得ることができる。

【0043】

次に、本発明の第３実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体について、図面を用いながら説明する。なお、第３実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体は、第１、第２実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体と主要な構成要素は共通しているので、第１、第２実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図５は、本発明の第３実施形態に係る接続構造体に用いる、導線の貫通部を形成したカーボンナノチューブ線材の外周部に導線が巻かれている態様の説明図である。

【0044】

図５に示すように、第３実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の接続構造体３では、ＣＮＴ線材１０の先端部１３に導線３０の貫通部３１と巻き回し部３２が形成されている。カーボンナノチューブ線材の接続構造体３では、ＣＮＴ線材１０の接続対象物は、例えば、基板や他のＣＮＴ線材（図５では、基板２０）であり、ＣＮＴ線材１０の先端部１３が、接続対象物にはんだ付けされている。

【0045】

ＣＮＴ線材１０に巻き回し部３２が形成されていることにより、ＣＮＴ線材１０の外周が巻き回し部３２で保持されているので、外周面から圧力がかかり、ＣＮＴ同士の接触面積の低下を防止し、導電性の低下を防止できる。この時、圧力は巻き回し部３２が形成されているＣＮＴ線材１０の外周面の全面にわたって略均等にかかることが好ましい。圧力を巻き回し部３２全面にわたって略均等にかける方法として、例えば、巻き回し部３２の巻き数を増やしたり、巻き回し部３２の始点と終点をＣＮＴ線材１０の長手方向に平行な位置に設置したりするなどの方法が挙げられる。

【0046】

次に、本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体について、他の実施形態を説明する。上記各実施形態のカーボンナノチューブ線材の接続構造体では、導線の巻き回し部が設けられていたが、導線の貫通部が形成されていればよく、巻き回し部は設けられていなくてもよい。また、上記各実施形態のカーボンナノチューブ線材の接続構造体では、１本の導線にて、貫通部と巻き回し部が設けられていたが、これに代えて、複数の導線にて貫通部と巻き回し部が設けられてよい。従って、導線の貫通部は、複数設けられてもよい。導線の貫通部が複数設けられていることにより、貫通部における導線の表面積がさらに増大し、はんだがさらに浸入しやすくなる。導線の複数の貫通部は、ＣＮＴ線材の長手方向に対して直交する成分を有する一断面に形成されていてもよく、ＣＮＴ線材の長手方向に対して直交する成分を有する複数の断面に形成されていてもよい。導線の複数の貫通部がＣＮＴ線材の長手方向に対して直交する成分を有する一断面に形成されていることにより、はんだが施与される接続部の領域が狭くなるので、コンパクトなカーボンナノチューブ線材の接続構造体を形成することができる。また、導線の複数の貫通部がＣＮＴ線材の長手方向に対して直交する成分を有する複数の断面に形成されていることにより、はんだが施与される接続部の領域が広くなるので、接合部の接合強度がさらに構造する。

【0047】

また、上記各実施形態のカーボンナノチューブ線材の接続構造体では、巻き回し部において、導線は、ＣＮＴ線材の長手方向に所定の間隔をあけて巻かれていたが、これに代えて、所定の間隔をあけずに、導線同士を接触させた状態で巻かれていてもよい。

【実施例】

【0048】

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明は、以下の実施例の態様に限定されるものではない。

【0049】

まず、ＣＮＴを作製し、得られた複数のＣＮＴからＣＮＴ素線を作製する。次いで、得られた複数のＣＮＴ素線を撚り合わせてＣＮＴの撚り線を作製する。ＣＮＴは、例えば、浮遊触媒法（特許第5819888号）、基板法（特許第5590603号）等の方法で作製することができる。また、ＣＮＴ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号公報）等の方法で作製することができる。

【0050】

実施例１
７本のＣＮＴの素線を撚り合わせたＣＮＴ線材（直径０．２ｍｍ）を２本用意し、２本のＣＮＴ線材の端部同士を並列配置させた。導線として１本の銅線（直径０．０２５ｍｍ）を用意し、２本のＣＮＴ線材を並列配置させた部位に銅線を突き刺して、２本のＣＮＴ線材に銅線の貫通部を形成した。さらに、２本のＣＮＴ線材の外周部を、２本のＣＮＴ線材を束ねるようにして、貫通部を形成した銅線で巻いて巻き回し部を形成し、接続構造体を作成した。巻き回し部の幅は１ｍｍとした。
実施例２
導線として１本の銅線に代えて２本の銅線を使用し、ＣＮＴ線材の長手方向に直交する断面上に、２本の銅線が略直交するように突き刺したこと以外は実施例１と同様の方法で接続構造体を作成した。
実施例３
直径０．０２５ｍｍの銅線に代えて直径０．０８０ｍｍの銅線を使用したこと以外は実施例１と同様の方法で接続構造体を作成した。
実施例４
１本の銅線に代えて２本の銅線を使用し、ＣＮＴ線材の長手方向に直交する断面上に、２本の銅線が略直交するように突き刺したこと以外は実施例３と同様の方法で接続構造体を作成した。
実施例５
直径０．０２５ｍｍの銅線に代えて直径０．２５０ｍｍの銅線を使用したこと以外は実施例１と同様の方法で接続構造体を作成した。
実施例６
１本の銅線に代えて２本の銅線を使用し、ＣＮＴ線材の長手方向に直交する断面上に、２本の銅線が略直交するように突き刺したこと以外は、実施例５と同様の方法で接続構造体を作成した。

【0051】

貫通部と巻き回し部にはんだを施与して、２本のＣＮＴ線材を接続してＣＮＴ線材を直線状に長尺化し、本発明のカーボンナノチューブ線材の接続構造体のサンプルを作製した。はんだとして、実施例１～６では、いずれも、鉛系はんだを使用した。また、参考例として、接続していない１本のＣＮＴ線材（７本のＣＮＴの素線を撚り合わせたＣＮＴ線材（直径０．２ｍｍ））を用いた。

【0052】

評価項目と評価方法は以下の通りである。
（１）カーボンナノチューブ線材の接続構造体の貫通部における、カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する導線の径方向の断面積の割合
カーボンナノチューブ線材の接続構造体の貫通部における、カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する導線の径方向の断面積の割合は、カーボンナノチューブ線材の接続構造体の断面を切り出し、ＳＥＭ取得した画像に基づいて、貫通部における導線の径方向の断面積／ＣＮＴ線材の径方向の断面積と計算して算出した。

【0053】

（２）抵抗値
カーボンナノチューブ線材の接続構造体の抵抗値は、低電圧ソースメータ(ケースレー社製、装置名「２４０１ ＳｏｕｒｃｅＭｅｔｅｒ」)及びデジタルマルチメータ(ケースレー社製、装置名「２０００ ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ」)にカーボンナノチューブ線材の接続構造体を接続し、４端子法により抵抗測定を実施した。

【0054】

（３）引っ張り強度
カーボンナノチューブ線材の接続構造体のサンプルの両端部を試験者が把持して引っ張り、該サンプルの接続状況を目視にて観察した。
〇：引っ張っても接続部は切れず、接続構造に変化がない
△：引っ張ると接続構造が変化するが、電気的接続が維持できている
×：引っ張ると接続部がばらける

【0055】

評価結果を下記表１に示す。

【0056】

【表1】

【0057】

上記表１から、２本のＣＮＴ線材をはんだで接続した接続構造体である実施例１～６では、いずれも１本のＣＮＴ線材と同程度の抵抗値に低減でき、電気的接続性に優れていた。また、実施例１～６では、引っ張り強度も良好であり、機械的接続性にも優れており、特に、カーボンナノチューブの断面積に対する、銅線の割合が１０％以上の実施例２～６では機械的接続性がさらに優れていた。さらに、銅線の割合が３０％以上の実施例４～６では、抵抗値の低減が顕著に確認された。

【0058】

また、実施例１～６の接続部を基板とはんだで接続させた場合も、機械的強度、電気的接続性、共に、優れていた。

【符号の説明】

【0059】

１、２、３ カーボンナノチューブ線材の接続構造体
１０ カーボンナノチューブ線材
３０ 導線
３１ 貫通部
４１ はんだ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】