(57)【要約】【課題】主に銅、アルミニウム等の金属製の芯線から構成される線材と比較して同等以上の導電性を実現すると共に、優れた屈曲性を実現し、加えて更なる軽量化を実現することができるカーボンナノチューブ複合線を提供する。【解決手段】本発明のカーボンナノチューブ複合線（２）は、複数のカーボンナノチューブ（１１ａ）で構成されるカーボンナノチューブ集合体（１１）の複数が束ねられてなるカーボンナノチューブ線材（１０）の複数が撚り合わされてなる。カーボンナノチューブ線材（１０）の撚り数ｔ１が０以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、カーボンナノチューブ複合線（２）の撚り数ｔ２が０を超え２５００Ｔ／ｍ未満である。カーボンナノチューブ線材（１０）及びカーボンナノチューブ複合線（２）の少なくとも一方がめっきされている。【選択図】図１
2020184420.tif 000002
【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複数が束ねられてなるカーボンナノチューブ線材の複数が撚り合わされてな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線材の撚り数ｔ１が０以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材及び前記カーボンナノチューブ複合線の少なくとも一方がめっきされてい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】
前記カーボンナノチューブ線材及び前記カーボンナノチューブ複合線がめっきされている、請求項１記載のカーボンナノチューブ複合線。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満である、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線材の撚り数ｔ１が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２の撚り数が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、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５】
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、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６】
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満である、請求項３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線材の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満である、請求項３記載のカーボンナノチューブ複合線。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、請求項３記載のカーボンナノチューブ複合線。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満である、請求項６記載のカーボンナノチューブ複合線。
【請求項１０】
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、請求項３記載のカーボンナノチューブ複合線。
【請求項１１】
前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、請求項７記載のカーボンナノチューブ複合線。
【請求項１２】
前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が０．０１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の円相当直径が０．１ｍｍ以上６０ｍｍ以下である、請求項１乃至１１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１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の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の外周に設けられた絶縁被覆層とを有する、カーボンナノチューブ被覆電線。
【請求項１４】
請求項１３記載のカーボンナノチューブ被覆電線を有するワイヤハーネス。
【請求項１５】
請求項１３記載のカーボンナノチューブ被覆電線を有するロボットの配線。
【請求項１６】
請求項１３記載のカーボンナノチューブ被覆電線を有する電車の架線。
【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の複数を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ複合線、該カーボンナノチューブ複合線を絶縁材料で被覆したカーボンナノチューブ被覆電線、並びに該被覆電線を有するワイヤハーネス、ロボットの配線及び電車の架線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や産業機器などの様々な分野における電力線や信号線として、一又は複数の線材からなる芯線と、該芯線を被覆する絶縁被覆とからなる電線が用いられている。芯線を構成する線材の材料としては、通常、電気特性の観点から銅又は銅合金が使用されるが、近年、軽量化の観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が提案されている。例えば、アルミニウムの比重は銅の比重の約１／３、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約２／３（純銅を１００％ＩＡＣＳの基準とした場合、純アルミニウムは約６６％ＩＡＣＳ）であるため、アルミニウム線材に、銅線材と同じ電流を流すためには、アルミニウム線材の断面積を、銅の線材の断面積の約１．５倍と大きくする必要がある。このように、断面積を大きくしたアルミニウム線材を用いたとしても、アルミニウム線材の質量は、純銅の線材の質量の半分程度であるため、アルミニウム線材を使用することは、軽量化の観点から有利である。
【０００３】
一方、環境対応のために自動車等の燃費を向上させるべく、線材の更なる軽量化が要求されている。こうした更なる軽量化を達成するための新たな手段の一つとして、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を線材として活用する技術が新たに提案されている。カーボンナノチューブは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、あるい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、機械的強度等の特性に優れるため、電力線や信号線に使用されている金属に代替する材料として注目されている。
【０００４】
ＣＮＴ線を利用した技術の例として、多層配線構造に形成されるビアホールの埋め込み材料である金属の代わりにＣＮＴを使用することが検討されている。具体的には、多層配線構造の低抵抗化のために、多層ＣＮＴの成長基点から遠い側の端部へ同心状に伸延した多層ＣＮＴの複数の切り口を導電層にそれぞれ接触させた多層ＣＮＴを、２以上の導線層の層間配線として使用した配線構造が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
その他の例として、ＣＮＴ材料の導電性をさらに向上させるために、隣接したＣＮＴ線材の電気的接合点に、金属等からなる導電性堆積物を形成したカーボンナノチューブ材料が提案され、このようなカーボンナノチューブ材料は広汎な用途に適用できることが開示されている（特許文献２）。また、ＣＮＴ線材の有する優れた熱伝導性から、カーボンナノチューブのマトリクスから作られた熱伝導部材を有する加熱器が提案されている（特許文献３）。
【０００６】
ところで、昨今では、自動車、産業機器等の更なる高性能化・高機能化が急速に進められており、これに伴い、各種電気機器、制御機器などの配設数が増加すると共に、電線の導電性をさらに向上させることが要求されている。また、自動車やロボット等に代表される移動体での繰返し運動などに因る断線等の異常の発生を防止するために、線材の屈曲性の向上が求められている。
【０００７】
カーボンナノチューブ単体は、銅（抵抗率１．６８×１０−６Ω・ｃｍ）よりも高導電性を示すことが知られている。したがって、理論的には、複数のカーボンナノチューブを撚り合わせてカーボンナノチューブ集合体を形成すれば、機械的強度の向上、高導電率の実現が可能となると推測される。
【０００８】
カーボンナノチューブの撚り線が用いられた技術の例としては、例えば、複数のカーボンナノチューブ線を撚り合わせて構成したカーボンナノチューブ線材の表面を金属被覆し、導電性の向上やソレノイド材料として使用した場合に渦電流を低減できるカーボンナノチューブ線材が提案されている（特許文献４）。
【０００９】
しかしながら、撚り線としたカーボンナノチューブ線材をコネクタ、端子等の他の金属部材に接続する場合、カーボンナノチューブ線材と他の金属部材との接触抵抗が増大し、導電性が低下するといった問題がある。また、複数のカーボンナノチューブ線を撚り合わせてカーボンナノチューブ線材を作製する場合、カーボンナノチューブ線間の接触抵抗に起因してカーボンナノチューブ線材全体の抵抗値が増大し、導電性が低下するおそれがある。そのため、カーボンナノチューブ線材と他の金属部材との接触抵抗、複数のカーボンナノチューブ線間の接触抵抗を低減させ、導電性がより向上した撚り線のカーボンナノチューブ線材を開発することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２０７３０号公報
【特許文献２】特表２０１５−５２３９４４号公報
【特許文献３】特開２０１５−１８１１０２号公報
【特許文献４】特許第５９３４６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、主に銅、アルミニウム等の金属製の芯線から構成される線材と比較して同等以上の導電性を実現すると共に、優れた屈曲性を実現し、加えて更なる軽量化を実現することができるカーボンナノチューブ複合線を提供することにある。また、本発明の他の目的は、当該カーボンナノチューブ複合線を用いたカーボンナノチューブ被覆電線、ワイヤハーネス、ロボットの配線及び電車の架線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、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複数本からなるカーボンナノチューブ線材を作製し、更に該カーボンナノチューブ線材の複数本を撚り合わせたカーボンナノチューブ複合線において、カーボンナノチューブ線材を構成する複数のカーボンナノチューブ集合体の撚りの程度、カーボンナノチューブ複合線を構成する複数のカーボンナノチューブ線材の撚りの程度、或いはこれらの撚り方の組み合わせによって、カーボンナノチューブ複合線の導電性や屈曲性などの諸特性が異なるという知見を得た。また、カーボンナノチューブ線材及びカーボンナノチューブ複合線の少なくとも一方にめっき処理を施すことにより、導電性が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
［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複数が束ねられてなるカーボンナノチューブ線材の複数が撚り合わされてな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線材の撚り数ｔ１が０以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材及び前記カーボンナノチューブ複合線の少なくとも一方がめっきされていることを特徴とするカーボンナノチューブ複合線。
［２］前記カーボンナノチューブ線材及び前記カーボンナノチューブ複合線がめっきされている、上記［１］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［３］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満である、上記［１］又は［２］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［４］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２の撚り数が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、上記［１］又は［２］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［５］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、上記［１］又は［２］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［６］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満である、上記［３］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［７］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満である、上記［３］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［８］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が５００／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、上記［３］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［９］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満である、上記［６］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［１０］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、上記［３］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［１１］前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、
前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である、上記［７］記載のカーボンナノチューブ複合線。
［１２］前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が０．０１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の円相当直径が０．１ｍｍ以上６０ｍｍ以下である、上記［１］乃至［１１］のいずれかに記載のカーボンナノチューブ複合線。
［１３］上記［１］乃至［１２］のいずれかに記載の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の外周に設けられた絶縁被覆層とを有する、カーボンナノチューブ被覆電線。
［１４］上記［１３］記載のカーボンナノチューブ被覆電線を有するワイヤハーネス。
［１５］上記［１３］記載のカーボンナノチューブ被覆電線を有するロボットの配線。
［１６］上記［１３］記載のカーボンナノチューブ被覆電線を有する電車の架線。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、芯線としてカーボンナノチューブを使用したカーボンナノチューブ線材は、金属製の芯線とは異なり、電気的特性に異方性があり、径方向と比較して長手方向に優先的に電荷が移動する。すなわち、カーボンナノチューブ線材には、導電性に異方性があるため、金属製の芯線と比較して優れた導電性を備えている。一方、カーボンナノチューブ複合線の撚りの度合い及び／又はカーボンナノチューブ線材の撚りの度合いが大き過ぎると、カーボンナノチューブ複合線の中心軸の方向とカーボンナノチューブの長手方向とのずれが大きくなるため、導電性が低下する。本発明によれば、カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え２５００Ｔ／ｍ未満であることで、導電性の低下を抑制することができ、優れた導電性を実現することができる。また、カーボンナノチューブ線材及びカーボンナノチューブ複合線の少なくとも一方にめっきを施すことにより、めっき自体が導電体として機能し、その上、めっき被膜がカーボンナノチューブ複合線と他の金属部材との接触抵抗、カーボンナノチューブ線材間の接触抵抗を低減させるため、導電性を向上させることができる。更に、芯線が主に銅、アルミニウムなどの金属線である被覆電線と比較して更なる軽量化を実現することができる。更に、カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１及びカーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２の双方が上記範囲内であることにより、外力が作用した際に生じる応力が撚りによって分散して応力集中の発生が抑制され、曲げ特性を向上しつつ剛性の上昇を抑制することができ、優れた屈曲性を実現できる。
【００１５】
また、カーボンナノチューブ線材及びカーボンナノチューブ複合線がめっきされていることにより、導電性を更に向上することができる。
【００１６】
また、（ａ）前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満であるか、（ｂ）前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２の撚り数が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方であるか、又は、（ｃ）前記カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、前記カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方であることにより、屈曲性を更に向上することができる。
【００１７】
また、（ｄ）カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であるか、（ｅ）カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であるか、又は、（ｆ）カーボンナノチューブ線材の撚り数ｔ１が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、前記カーボンナノチューブ複合線の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、カーボンナノチューブ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つ前記カーボンナノチューブ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方であることにより、屈曲性及び導電性の双方を向上することができる。
【００１８】
更に、（ｇ）ＣＮＴ線材の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であるか、（ｈ）ＣＮＴ線材の撚り数ｔ１が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つＣＮＴ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方であるか、又は、（ｉ）ＣＮＴ線材の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線の撚り数ｔ２が５００／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ線材の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つＣＮＴ複合線の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方であることにより、屈曲性及び導電性の双方を更に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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説明図である。
【図２】図１のカーボンナノチューブ複合線の撚り方向を示す説明図である。
【図３】図２のカーボンナノチューブ複合線を構成する一のカーボンナノチューブ線材の説明図である。
【図４】図３のカーボンナノチューブ線材の撚り方向を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、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を、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
［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」ということがある。）１は、カーボンナノチューブ複合線（以下、「ＣＮＴ複合線」ということがある。）２の外周面に絶縁被覆層２１が被覆された構成となっている。すなわち、ＣＮＴ複合線２の長手方向に沿って絶縁被覆層２１が被覆されている。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。
【００２２】
＜ＣＮＴ複合線＞
ＣＮＴ複合線２は、ＣＮＴ線材１０の複数が撚り合わされて形成されており、ＣＮＴ線材１０は、ＣＮＴ集合体１１の複数が束ねられて形成されている。また、ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２の少なくとも一方がめっきされている。但し、図１においてめっきの図示は省略している。ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２のいずれか、又は両方にめっき処理を施すことにより、めっき自体が導電体として機能し、その上、めっき被膜が他の金属部材との接触抵抗を低減させるため、導電性が向上する。ＣＮＴ線材１０がめっきされる場合、１以上のＣＮＴ線材１０がめっきされていればよく、複数のＣＮＴ線材１０がめっきされていてもよい。特に、複数のＣＮＴ線材１０がめっきされることにより、隣接するＣＮＴ線材１０間の接触抵抗がより低減し、導電性を向上させることができる。また、ＣＮＴ複合線２がめっきされることにより、めっき被膜が、コネクタ、端子等の金属部材に対する接触抵抗の増大を抑制し、ＣＮＴ複合線２と他の金属部材との良好な通電性を確保できる。特に、ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２がめっきされていることが好ましく、これにより、ＣＮＴ線材１０に配されるめっきと、ＣＮＴ複合線２に配されるめっきの両方が導電体として機能する。さらに、隣接するＣＮＴ線材１０間の接触抵抗の低減、ＣＮＴ複合線２と他の金属部材との接触抵抗の低減の両方が作用し、導電性がより向上する。図１では、ＣＮＴ複合線２は、説明の便宜上、４本のＣＮＴ線材１０が撚り合わされているが、数本〜数千本のＣＮＴ線材１０が撚り合わされていてもよい。ＣＮＴ複合線２の円相当直径は、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは０．１ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。また、ＣＮＴ複合線２を構成するＣＮＴ線材１０（素線）の本数は、例えば３以上１００００以下である。
【００２３】
＜めっき＞
めっきは、ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２の長手方向に沿って設けられていることが好ましく、特に、ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２の長手方向に垂直な方向の断面において、ＣＮＴ線材１０の全体、ＣＮＴ複合線２の全体又はＣＮＴ線材１０の全体とＣＮＴ複合線２の全体に偏りなく配されていることが好ましい。ＣＮＴ複合線２がめっきされる場合、めっきは、複数のＣＮＴ線材１０，１０・・・の表面に別個に形成されていてもよく、複数のＣＮＴ線材１０，１０・・・の表面に一体で形成されてもよい。また、めっきは、隣接する複数のＣＮＴ線材１０間、例えば隣接する２つのＣＮＴ線材１０，１０間に形成されるのが好ましい。更に、めっきは、隣接する複数のＣＮＴ線材１０，１０間に、当該隣接する複数のＣＮＴ線材のいずれとも密着した状態で形成されることがより好ましい。
【００２４】
めっきは、銅めっき、銅合金めっき、銀めっき、銀合金めっき、錫めっき、錫合金めっき、アルミニウムめっき及びアルミニウム合金めっきからなる群から選択されることが好ましく、銅めっき、銅合金めっき、銀めっき及び銀合金めっきからなる群から選択されることがより好ましい。このとき、ＣＮＴ線材１０に施されるめっきは、素線であるＣＮＴ線材１０の変形に追従できると共に、ＣＮＴ線材１０との密着力に優れた金属として、銀めっき又は銀合金めっきであることが好ましく、ＣＮＴ複合線２に施されるめっきは、電気伝導性に優れた金属として、銅めっき又は銅合金めっきであることが好ましい。
【００２５】
ＣＮＴ複合線２に形成されるめっきの厚さは、母材であるＣＮＴ複合線２の保護、重量及びコスト等を考慮し、０．１μｍ〜４．０μｍであることが好ましい。また、めっきがＣＮＴ線材１０に形成される場合、ＣＮＴ線材１０に形成されるめっきの厚さは、０．２μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【００２６】
＜ＣＮＴ複合線の撚り方向＞
ＣＮＴ複合線２の撚り方向としては、例えば図２（ａ）に示すようなＳ方向、或いは図２（ｂ）に示すようなＺ方向を挙げることができる。Ｓ方向とは、ＣＮＴ線材１０の上下端のうちの上端を固定した状態で、下端をＣＮＴ複合線２の中心軸に対して時計回り（右回り）に捻ったときに生じる撚りの方向を指す。また、Ｚ方向とは、ＣＮＴ複合線２の上下端のうちの上端を固定した状態で、下端をＣＮＴ複合線２の中心軸に対して反時計回り（左回り）に捻ったときに生じる撚りの方向を指す。本実施形態では、ＣＮＴ複合線２の撚り方向をｄ２とする。ＣＮＴ複合線２の撚りの度合いについては後述する。但し、図２において、ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２の少なくとも一方はめっきされているが、めっきの図示は省略している。
【００２７】
＜ＣＮＴ線材＞
ＣＮＴ線材１０は、図３に示すように、１層以上の層構造を有する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・で構成されるＣＮＴ集合体１１の複数が束ねられて形成されている。ＣＮＴ集合体１１が束ねられている状態とは、ＣＮＴ線材１０に撚りが在る場合と、ＣＮＴ線材１０に撚りが無いか或いは実質的に撚りが無い場合の双方を意味する。ここで、ＣＮＴ線材とは、ＣＮＴの割合が９０質量％以上のＣＮＴ線材、言い換えると不純物が１０質量％未満の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、めっきとドーパントの質量は除く。また、図３において、ＣＮＴ線材１０はめっきされていてもよい。
【００２８】
＜ＣＮＴ線材の撚り方向＞
ＣＮＴ線材１０の撚り方向としては、ＣＮＴ複合線２と同様、図４（ａ）に示すようなＳ方向、或いは図４（ｂ）に示すようなＺ方向を挙げることができる。すなわち、ＣＮＴ線材１０のＳ方向及びＺ方向は、それぞれＣＮＴ複合線２の撚り方向であるＳ方向及びＺ方向と同じである。本実施形態では、ＣＮＴ線材１０の撚り方向をｄ１とする。但し、ＣＮＴ線材１０では、図４（ｃ）に示すように、ＣＮＴ集合体１１の長手方向とＣＮＴ線材１０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る。すなわち、ＣＮＴ線材１０は、ＣＮＴ集合体１１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む。ＣＮＴ線材１０の円相当直径は、好ましくは０．０１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．０１ｍｍ以上２５．０ｍｍ以下、更に好ましくは０．０１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。ＣＮＴ線材１０の撚りの度合いについては後述する。また、図４において、ＣＮＴ線材１０はめっきされていてもよい。
【００２９】
＜ＣＮＴ集合体＞
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５．０ｎｍ以下である。
【００３０】
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。図３では、便宜上、２層構造を有するＣＮＴ１１ａのみを記載しているが、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。
【００３１】
＜ＣＮＴ＞
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Ｔ１、Ｔ２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。
【００３２】
ＣＮＴ１１ａの性質は、上記筒状体のカイラリティ（chirality）に依存する。カイラリティは、アームチェア型、ジグザグ型、及びカイラル型に大別され、アームチェア型は金属性、ジグザグ型は半導体性および半金属性、カイラル型は半導体性および半金属性の挙動を示す。従って、ＣＮＴ１１ａの導電性は、筒状体がいずれのカイラリティを有するかによって大きく異なる。ＣＮＴ被覆電線１のＣＮＴ線材１０を構成するＣＮＴ集合体１１では、導電性をさらに向上させる点から、金属性の挙動を示すアームチェア型のＣＮＴ１１ａの割合を増大させることが好ましい。
【００３３】
一方で、半導体性の挙動を示すカイラル型のＣＮＴ１１ａに電子供与性もしくは電子受容性を持つ物質（異種元素）をドープすることにより、カイラル型のＣＮＴ１１ａが金属的挙動を示すことが分かっている。また、一般的な金属では、異種元素をドープすることによって金属内部での伝導電子の散乱が起こって導電性が低下するが、これと同様に、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａに異種元素をドープした場合には、導電性の低下を引き起こす。
【００３４】
このように、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａ及び半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａへのドーピング効果は、導電性の観点からはトレードオフの関係にあることから、理論的には金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａとを別個に作製し、半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａにのみドーピング処理を施した後、これらを組み合わせることが望ましい。しかし、現状の製法技術では、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａとを選択的に作り分けることは困難であり、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａが混在した状態で作製される。このため、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａの混合物からなるＣＮＴ線材１０の導電性をさらに向上させるために、異種元素・分子によるドーピング処理が効果的となるＣＮＴ１１ａの層構造を選択することが好ましい。
【００３５】
例えば、２層構造又は３層構造のような層数が少ないＣＮＴは、それより層数の多いＣＮＴよりも比較的導電性が高く、ドーピング処理を施した際には、２層構造又は３層構造を有するＣＮＴでのドーピング効果が最も高い。従って、ＣＮＴ線材１０の導電性をさらに向上させる点から、２層構造又は３層構造を有するＣＮＴの割合を増大させることが好ましい。具体的には、ＣＮＴ全体に対する２層構造又は３層構造をもつＣＮＴの割合が５０個数％以上であることが好ましく、７５個数％以上であることがより好ましい。２層構造又は３層構造をもつＣＮＴの割合は、ＣＮＴ集合体１１の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察及び解析し、５０個〜２００個の範囲内の所定数の任意のＣＮＴを選択し、それぞれのＣＮＴの層数を測定することで算出することができる。
【００３６】
高密度を得ることで、導電性や放熱特性をより向上させる観点から、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・の密度を示すＸ線散乱による強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値が２．０ｎｍ−１以上５．０ｎｍ−１以下であり、且つ半値幅Δｑ（ＦＷＨＭ）が０．１ｎｍ−１以上２．０ｎｍ−１以下であることが好ましい。この（１０）ピークから見積られる格子定数の測定値と、ラマン分光法やＴＥＭなどで観測されるＣＮＴ直径とに基づいて、ＣＮＴ集合体１１内で複数のＣＮＴ１１ａの直径分布が狭く、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・が、規則正しく配列、すなわち、良好な配向性を有することで、六方最密充填構造を形成しているといえる。よって、ＣＮＴ集合体１１中の電荷は、ＣＮＴ１１ａの長手方向に沿って流れ易くなり、導電性がより向上する。また、ＣＮＴ集合体１１の熱は、ＣＮＴ１１ａの長手方向に沿って円滑に伝達して行きながら放熱され易くなる。ＣＮＴ集合体１１及びＣＮＴ１１の配向性、並びにＣＮＴ１１ａの配列構造及び密度は、後述する、乾式紡糸、湿式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。
【００３７】
＜撚りの度合＞
ＣＮＴ複合線２及びＣＮＴ線材１０の撚りの度合いは、甘撚り、中撚り、強撚り及び極強撚りのうちのいずれかに分類することができる。甘撚りとは、撚り数０を超え５００Ｔ／ｍ未満の範囲内の値を指し、中撚りとは、撚り数５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満の範囲内の値を指す。また、強撚りとは、撚り数１０００以上２５００Ｔ／ｍ未満の範囲内の値を指し、極強撚りとは、撚り数２５００Ｔ／ｍ以上の範囲内の値を指す。
【００３８】
＜撚り数＞
ＣＮＴ複合線２の撚り数とは、１本のＣＮＴ複合線を構成する複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・を撚り合わせた際の単位長さ当たりの巻き数（Ｔ／ｍ）である。本実施形態では、ＣＮＴ複合線２の撚り数をｔ２とする。また、ＣＮＴ線材１０の撚り数とは、１本のＣＮＴ線材１０を構成する複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・を撚り合わせた際の単位長さ当たりの巻き数（Ｔ／ｍ）である。本実施形態では、ＣＮＴ線材１０の撚り数をｔ１とする。
【００３９】
ＣＮＴ複合線２では、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が０以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が０を超え２５００Ｔ／ｍ未満である。ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２の双方が、甘撚り、中撚り及び強撚りのうちのいずれかであることで、外力が作用した際に応力が撚りによって分散して応力集中の発生が抑制され、曲げ特性を向上しつつ剛性の上昇を抑制することができ、優れた屈曲性を実現することができる。また、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１及びＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２の双方を上記範囲内の値とすることで、ＣＮＴ複合線２の中心軸に対する撚り角度が小さくなり、ＣＮＴ複合線２の長手方向における電気的抵抗の増大を抑制することができ、主に銅、アルミニウム等の金属製の芯線から構成される線材と比較して同等或いはそれ以上の導電性を実現することができる。
【００４０】
また、ＣＮＴ複合線２の剛性の上昇を更に抑制して屈曲性を向上させる観点から、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満であるのが好ましい。ＣＮＴ線材１０が甘撚り、中撚りのいずれかであり且つＣＮＴ複合線２が甘撚及び中撚りのうちのいずれかであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇が更に抑制される。
【００４１】
また、ＣＮＴ複合線２の剛性の上昇を更に抑制して屈曲性を向上させる観点から、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２の撚り数が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であってもよい。このとき、ＣＮＴ線材１０の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つＣＮＴ複合線２の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である。ＣＮＴ線材１０が強撚りであり且つＣＮＴ複合線２が甘撚りであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇が更に抑制される。また、ＣＮＴ線材１０の撚りとＣＮＴ複合線２の撚りを逆方向とすることで、ＣＮＴ複合線２全体での撚り方向の偏りが抑制される。
【００４２】
また、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が１０００Ｔ／ｍ以上２５００Ｔ／ｍ未満であってもよい。このとき、ＣＮＴ線材１０の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つＣＮＴ複合線２の撚り方向ｄ２が、Ｓ方向及びＺ方向のうちの他方である。ＣＮＴ線材１０が甘撚りであり且つＣＮＴ複合線２が強撚りであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇が更に抑制される。また、ＣＮＴ線材１０の撚りとＣＮＴ複合線２の撚りを逆方向とすることで、ＣＮＴ複合線２全体での撚り方向の偏りが抑制される。
【００４３】
また、ＣＮＴ複合線２の屈曲性及び導電性の双方を向上させる観点から、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が０以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であるのが好ましい。ＣＮＴ線材１０が甘撚り、中撚りのいずれかであり且つＣＮＴ複合線２が甘撚りであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇がより一層抑制され、また、ＣＮＴ複合線２全体での撚り方向の偏りが抑制され、ＣＮＴ複合線２の長手方向における導電性が良好となる。
【００４４】
また、ＣＮＴ複合線２の屈曲性及び導電性の双方を向上させる観点から、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であってもよい。ＣＮＴ線材１０が甘撚りであり且つＣＮＴ複合線２が中撚りであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇がより一層抑制され、また、ＣＮＴ複合線２全体での撚り方向の偏りが抑制され、ＣＮＴ複合線２の長手方向における導電性が良好となる。
【００４５】
更に、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であるのが好ましい。このとき、ＣＮＴ線材１０の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つＣＮＴ複合線２の撚り方向ｄ２が、Ｓ方向及びＺ方向のうちの他方である。ＣＮＴ線材１０が中撚りであり且つＣＮＴ複合線２が中撚りであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇がより一層抑制される。また、ＣＮＴ線材１０の撚りとＣＮＴ複合線２の撚りを逆方向にすることで、ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２の双方が中撚りであることに因る電気的抵抗の増大を抑制することができ、ＣＮＴ複合線２の長手方向における導電性が良好となる。
【００４６】
また、ＣＮＴ複合線２の屈曲性及び導電性の双方を更に向上させる観点から、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が０以上５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であるのがより好ましい。ＣＮＴ線材１０が甘撚りであり且つＣＮＴ複合線２が甘撚りであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇が最も抑制され、また、ＣＮＴ複合線２全体で撚り方向の偏りが更に抑制され、ＣＮＴ複合線２の長手方向における導電性が更に良好となる。
【００４７】
また、ＣＮＴ複合線２の屈曲性及び導電性の双方を更に向上させる観点から、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が０を超え１０００Ｔ／ｍ未満であってもよい。このとき、ＣＮＴ線材１０の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つＣＮＴ複合線２の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である。ＣＮＴ線材１０が中撚りであり且つＣＮＴ複合線２が甘撚り、中撚りのいずれかであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇がより一層抑制される。また、ＣＮＴ線材１０の撚りとＣＮＴ複合線２の撚りを逆方向とすることで、ＣＮＴ線材１０が中撚りであることに因る電気的抵抗の増大を抑制することができ、ＣＮＴ複合線２の長手方向における導電性が更に良好となる。
【００４８】
また、ＣＮＴ複合線２の屈曲性及び導電性の双方を更に向上させる観点から、ＣＮＴ線材１０の撚り数ｔ１が０を超え５００Ｔ／ｍ未満であり、ＣＮＴ複合線２の撚り数ｔ２が５００Ｔ／ｍ以上１０００Ｔ／ｍ未満であってもよい。このとき、ＣＮＴ線材１０の撚り方向ｄ１がＳ方向及びＺ方向のうちの一方であり、且つＣＮＴ複合線２の撚り方向ｄ２がＳ方向及びＺ方向のうちの他方である。ＣＮＴ線材１０が甘撚りであり且つＣＮＴ複合線２が中撚りであることで、ＣＮＴ複合線２全体での剛性の上昇がより一層抑制される。また、ＣＮＴ線材１０の撚りとＣＮＴ複合線２の撚りを逆方向とすることで、ＣＮＴ複合線２が中撚りであることに因る電気的抵抗の増大を抑制することができ、ＣＮＴ複合線２の長手方向における導電性が更に良好となる。
【００４９】
＜絶縁被覆層＞
ＣＮＴ線材１０の外周に形成される絶縁被覆層２１（図１参照）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、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。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。
【００５０】
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。例えば、絶縁被覆層が、ＣＮＴ線材１０の外周に形成された第１絶縁被覆層と、該第１絶縁被覆層の外周に形成された第２絶縁被覆層とを有していてもよい。この場合、第２絶縁被覆層に含有された他のＣＮＴの含有量が、前記第１絶縁被覆層に含有された他のＣＮＴの含有量よりも小さくなるように構成されていてもよい。また、必要に応じて、絶縁被覆層２１上に、さらに、熱硬化性樹脂の一又は二以上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。
【００５１】
＜ＣＮＴ被覆電線＞
ＣＮＴ被覆電線１では、ＣＮＴ複合線２の径方向の断面積（但し、めっきされている部分を除く。以下同じ。）に対する絶縁被覆層２１の径方向の断面積の比率は、０．００１以上１．５以下の範囲である。前記断面積の比率が０．００１以上１．５以下の範囲であることにより、芯線が銅やアルミニウム等と比較して軽量であるＣＮＴ線材１０である上、絶縁被覆層２１の厚さを薄肉化できることから、絶縁信頼性を十分に確保すると共に、ＣＮＴ複合線２の熱に対して優れた放熱特性を得ることができる。また、絶縁被覆層が形成されていても、銅やアルミニウムなどの金属被覆電線と比較して軽量化を実現することができる。
【００５２】
また、上記断面積の比率にて絶縁被覆層２１がＣＮＴ線材１０の外面に被覆されていることにより、ＣＮＴ被覆電線１の長手方向における形状を維持し易くなる。従って、ＣＮＴ被覆電線１の配索時のハンドリング性を高めることができる。
【００５３】
さらに、ＣＮＴ線材１０は、外面に微細な凹凸が形成されていることから、アルミニウムや銅の芯線を用いた被覆電線と比較して、ＣＮＴ線材１０と絶縁被覆層２１との間の接着性が向上し、ＣＮＴ線材１０と絶縁被覆層２１との間の剥離を抑制することができる。
【００５４】
前記断面積の比率は０．００１以上１．５以下の範囲であれば、特に限定されないが、前記断面積の比率の上限値は、ＣＮＴ被覆電線１のさらなる軽量化とＣＮＴ線材１０の熱に対する放熱特性をさらに向上させる点から１．０が好ましく、０．２７が特に好ましい。
【００５５】
前記断面積の比率が０．００１以上１．５以下の範囲である場合、ＣＮＴ複合線２の径方向の断面積は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ２以上２３００ｍｍ２以下が好ましく、０．１ｍｍ２以上２０００ｍｍ２以下が更に好ましく、０．１ｍｍ２以上１８００ｍｍ２以下が特に好ましい。また、絶縁被覆層２１の径方向の断面積は、特に限定されないが、絶縁信頼性と放熱性とのバランスの観点から、例えば、０．１ｍｍ２以上３６５０ｍｍ２以下が好ましく、０．１ｍｍ２以上３５００ｍｍ２以下が特に好ましい。
【００５６】
断面積は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察の画像から測定することができる。具体的には、ＣＮＴ被覆電線１の径方向断面のＳＥＭ像（１００倍〜１０，０００倍）を得た後に、ＣＮＴ複合線２の外周で囲われた部分の面積からＣＮＴ複合線２内部に入り込んだ絶縁被覆層２１の材料の面積を差し引いた面積、ＣＮＴ複合線２の外周を被覆する絶縁被覆層２１の部分の面積とＣＮＴ複合線２内部に入り込んだ絶縁被覆層２１の材料の面積との合計を、それぞれ、ＣＮＴ複合線２の径方向の断面積、絶縁被覆層２１の径方向の断面積とする。絶縁被覆層２１の径方向の断面積には、ＣＮＴ複合線２間に入り込んだ樹脂も含む。
【００５７】
絶縁被覆層２１の長手方向に対し直交方向（すなわち、径方向）の肉厚は、ＣＮＴ被覆電線１の絶縁性及び耐摩耗性を向上させる点から均一化されていることが好ましい。具体的には、絶縁被覆層２１の偏肉率は、絶縁性及び耐摩耗性を向上させる点から５０％以上であり、また、これらに加えてハンドリング性を向上させる点から８０％以上が好ましい。なお、「偏肉率」とは、ＣＮＴ被覆電線１の長手方向の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに、径方向断面について、それぞれ、α＝（絶縁被覆層２１の肉厚の最小値／絶縁被覆層２１の肉厚の最大値）×１００の値を算出し、各断面にて算出したα値を平均した値を意味する。また、絶縁被覆層２１の肉厚は、例えば、ＣＮＴ複合線２を円近似してＳＥＭ観察の画像から測定することができる。ここで、長手方向中心側とは、線の長手方向からみて中心に位置する領域をさす。
【００５８】
絶縁被覆層２１の偏肉率は、例えば、押出被覆にてＣＮＴ線材１０の外周面に絶縁被覆層２１を形成する場合、押出工程時にダイスへ通す際にＣＮＴ線材１０の長手方向に付与する張力を調整することで向上させることができる。
【００５９】
［カーボンナノチューブ被覆電線の製造方法］
次に、本発明の実施形態に係るＣＮＴ被覆電線１の製造方法例について説明する。ＣＮＴ被覆電線１は、まず、ＣＮＴ１１ａを製造し、得られた複数のＣＮＴ１１ａで構成されるＣＮＴ集合体１１の複数を、撚り合わされていない状態で束ねるか、或いはＳ方向又はＺ方向に撚り合わせてＣＮＴ線材１０を作製する。得られたＣＮＴ線材１０は、必要に応じて、所望のめっき浴に所定時間浸漬して、ＣＮＴ線材１０にめっきを施してもよい。その後、作製した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。ＣＮＴ線材１０にめっきを施している場合、撚り合わせた状態にある複数のＣＮＴ線材１０を不活性雰囲気又は還元雰囲気下で加熱し、複数のＣＮＴ線材１０同士をめっきで融着してもよい。更に、得られたＣＮＴ複合線２を所望のめっき浴に所定時間浸漬して、ＣＮＴ複合線２にめっきを施してもよい。最後に、ＣＮＴ複合線２の外周面に絶縁被覆層２１を被覆することで、ＣＮＴ被覆電線１を製造することができる。
【００６０】
ＣＮＴ線材１０及びＣＮＴ複合線２へのめっき処理は、無電解めっき又は電解めっきのいずれあってもよいが、電解めっきであることが好ましい。また、めっき処理に使用されるめっき浴は、例えば、銅、銅合金、銀、銀合金、錫、錫合金、アルミニウム及びアルミニウム合金からなる群から選択される金属又は合金を含むことが好ましく、特に、銅、銅合金、銀及び銀合金からなる群から選択される金属又は合金を含むめっき浴を用いることが好ましい。
【００６１】
ＣＮＴ１１ａは、浮遊触媒法（特許第５８１９８８８号公報）、基板法（特許第５５９０６０３号公報）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号公報、特許第５９９０２０２号公報、特許第５３５０６３５号公報）、湿式紡糸（特許第５１３５６２０号公報、特許第５１３１５７１号公報、特許第５２８８３５９号公報）、液晶紡糸（特表２０１４−５３０９６４号公報）等で作製することができる。また、ＣＮＴ複合線２は、例えば、作製したＣＮＴ線材１０の両端を基板に固定し、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。
【００６２】
このとき、ＣＮＴ集合体を構成するＣＮＴの配向性は、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。
【００６３】
上記のようにして得られたＣＮＴ複合線２の外周面に絶縁被覆層２１を被覆する方法は、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。
【００６４】
上記方法で作製されたＣＮＴ被覆電線１或いはＣＮＴ複合線２は、ＣＮＴが耐腐食性に優れていることから、天気、温度等の変動がある環境下に曝されている電車の架線、極限環境下で使用されるロボットの配線等の使用に好適である。極限環境としては、例えば原子炉内、高温・多湿環境、深海などの水中、宇宙空間などが挙げられる。特に、原子炉内では多くの中性子が発生しており、仮に銅或いは銅合金で構成される導体を移動体などの配線として使用している場合、中性子を吸収して放射性亜鉛に変化する。この放射線亜鉛は半減期が２４５日と長く、放射線を放出し続ける。すなわち、銅或いは銅合金は、中性子に因って放射性物質に変化し、外部に様々な悪影響を及ぼす原因となる。一方、ＣＮＴで構成されるＣＮＴ複合線を配線として使用することで、上記のような反応が起こり難くなり、放射性物質の生成を抑制することができる。
【００６５】
本発明の実施形態に係る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。
【実施例】
【００６６】
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。
【００６７】
（実施例用のＣＮＴ複合線１〜４８、比較例用のＣＮＴ複合線１〜３２）
ＣＮＴ複合線の製造
先ず、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号公報）又は湿式紡糸する方法（特許第５１３５６２０号公報、特許第５１３１５７１号公報、特許第５２８８３５９号公報）によりＣＮＴ線材の素線（単線）を得た。その後、得られたＣＮＴ線材を束ねるか、或いは撚り方向及び撚り数を調節して撚り合わせて表１〜表５に示すような断面積のＣＮＴ線材を得た。
【００６８】
次に、各種紡糸方法で製造されたＣＮＴ線材の素線を、所定の直径のＣＮＴ複合線になる様に複数の素線を選択した。その後、穴の開いたディスク状の基板に、各素線を基板の中心の穴から法線状に通した後、各素線の一方の端部を基板に巻きつけて固定した。各素線の他方の端部を一箇所に集めて固定し、その後所定の巻き数になる様に基板を回転させた。そして、複数のＣＮＴ線材の撚り方向及び撚り数を表１〜表５に示すように調節して撚り合わせて、表１〜表５に示すような断面積のＣＮＴ複合線を得た。
【００６９】
（ａ）ＣＮＴ複合線及びＣＮＴ線材の断面積の測定
ＣＮＴ複合線の径方向の断面をイオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製ＩＭ４０００）により切り出した後、走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ８０２０、倍率：１００〜１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、ＣＮＴ複合線の径方向の断面積を測定した。ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに同様の測定を繰り返し、その平均値をＣＮＴ複合線の径方向の断面積とした。なお、ＣＮＴ複合線の断面積として、ＣＮＴ複合線内部に入り込んだ樹脂は測定に含めなかった。
【００７０】
また、ＣＮＴ線材についても同様に、ＣＮＴ線材の径方向の断面をイオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製ＩＭ４０００）により切り出した後、走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ８０２０、倍率：１００〜１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、ＣＮＴ線材の径方向の断面積を測定した。ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに同様の測定を繰り返し、その平均値をＣＮＴ線材の径方向の断面積とした。ＣＮＴ線材の断面積として、ＣＮＴ線材内部に入り込んだ樹脂は測定に含めなかった。
【００７１】
（ｂ）ＣＮＴ複合線及びＣＮＴ線材の撚り数の測定
複数の単線を束ね、一端を固定した状態で、もう一端を所定の回数ひねることで、撚り線を作製した。撚り数は、ひねった回数（Ｔ）を線の長さ（ｍ）で割った値（単位：Ｔ／ｍ）で表した。
【００７２】
ＣＮＴ複合線の上記各測定の結果を、下記表１〜表５に示す。
【００７３】
次に、上記のようにして作製したＣＮＴ複合線について、以下の評価を行った。
【００７４】
（１）導電性
抵抗測定機（ケースレー社製、装置名「ＤＭＭ２０００」）にＣＮＴ集合体を接続し、４端子法により抵抗測定を実施した。抵抗率は、ｒ＝ＲＡ／Ｌ（Ｒ：抵抗、Ａ：ＣＮＴ集合体の断面積、Ｌ：測定長さ）の計算式に基づいて抵抗率を算出した。試験片は、長さ４０ｍｍとした。なお、上記試験は、１５０℃、１時間の加熱処理の前後において、各ＣＮＴ集合体３本ずつについて行い（Ｎ＝３）、その平均値を求め、それぞれのＣＮＴ集合体の加熱前後の抵抗率（Ω・ｃｍ）とした。抵抗率は、小さいほど好ましく、本実施例では、上記加熱前においては７．５×１０−５Ω・ｃｍ以下を合格レベルとし、上記熱処理後の抵抗率の上昇率（％）［（熱処理後の抵抗率−熱処理前の抵抗率）×１００／熱処理前の抵抗率］は、３５％以下を合格レベルとし、加熱処理前の上記抵抗率及び加熱後の抵抗率の上昇率のいずれも合格レベルであるものを極めて良好「◎」、加熱処理前の抵抗率だけ合格レベルにあるものを良好「○」、双方が合格レベルでないものを不良「×」とした。
【００７５】
（２）屈曲性
ＩＥＣ６０２２７−２に準拠した方法で、１００ｃｍのＣＮＴ被覆電線に荷重５００ｇｆで９０度の屈曲を１０００回行った。その後、軸方向１０ｃｍごとに断面観察を行い、導体と被覆の間に剥離があるかどうかを確認した。剥離がないものを極めて良好「◎」、一部剥離したしたが製品品質として許容できるレベルのものを良好「〇」、導体が断線したものを不良「×」とした。
【００７６】
上記評価の結果を下記表１〜表５に示す。
【００７７】
【表１】
2020184420.tif 000003
【００７８】
【表２】
2020184420.tif 000004
【００７９】
【表３】
2020184420.tif 000005
【００８０】
【表４】
2020184420.tif 000006
【００８１】
【表５】
2020184420.tif 000007
【００８２】
上記表１、５に示すように、実施例用のＣＮＴ複合線１〜１２、３７〜３８、４３〜４４では、ＣＮＴ線材が甘撚りでＣＮＴ複合線が甘撚り〜強撚りであり、導電性及び屈曲性の双方が良好以上であった。特に、実施例用のＣＮＴ複合線１〜３、５、７、８、１０、３７〜３８、４３〜４４では、導電性及び屈曲性の双方が極めて良好であった。
【００８３】
一方、比較例用のＣＮＴ複合線１、４では、ＣＮＴ線材が甘撚りでＣＮＴ複合線が極強撚りであり、且つＣＮＴ線材とＣＮＴ複合線が逆方向（一方がＳ方向、他方がＺ方向）の撚りであり、導電性及び屈曲性の双方が不良であった。比較例用のＣＮＴ複合線２、３では、ＣＮＴ線材が甘撚りでＣＮＴ複合線が極強撚りであり、且つＣＮＴ線材とＣＮＴ複合線が同じ方向（双方がＳ方向、或いは双方がＺ方向）の撚りであり、導電性が不良であった。
【００８４】
また、表２、５に示すように、実施例用のＣＮＴ複合線１３〜２４、３９〜４０、４５〜４６では、ＣＮＴ線材が中撚りでＣＮＴ複合線が甘撚り〜強撚りであり、導電性が良好であった。特に、実施例用のＣＮＴ複合線１３〜１６、１９〜２２、３９〜４０、４５〜４６では、ＣＮＴ線材が中撚りでＣＮＴ複合線が甘撚り〜中撚りであり、導電性及び屈曲性のいずれも、良好以上であった。実施例用のＣＮＴ複合線１８、２３では、ＣＮＴ線材が中撚りでＣＮＴ複合線が強撚りであり、且つＣＮＴ線材とＣＮＴ複合線が同じ方向（双方がＳ方向、或いは双方がＺ方向）の撚りであり、導電性及び屈曲性の双方が良好であった。実施例用のＣＮＴ複合線１７、２４では、ＣＮＴ線材が中撚りでＣＮＴ複合線が強撚りであり、且つＣＮＴ線材とＣＮＴ複合線が逆方向（一方がＳ方向、他方がＺ方向）の撚りであり、屈曲性が劣るものの、導電性が良好であった。
【００８５】
一方、比較例用のＣＮＴ複合線５〜８では、ＣＮＴ線材が中撚りでＣＮＴ複合線が極強撚りであり、導電性及び屈曲性の双方が不良であった。
【００８６】
また、表３、５に示すように、実施例用のＣＮＴ複合線２５〜３６、４１〜４２、４７〜４８では、ＣＮＴ線材が強撚りでＣＮＴ複合線が甘撚り〜強撚りで、導電性が良好であった。特に、実施例用のＣＮＴ複合線２５、２６、３１、３２では、ＣＮＴ線材が強撚りでＣＮＴ複合線が甘撚りであり、導電性及び屈曲性のいずれも、良好以上であった。実施例用のＣＮＴ複合線２８、３３では、ＣＮＴ線材が強撚りでＣＮＴ複合線が中撚りであり、且つＣＮＴ線材とＣＮＴ複合線が同じ方向（双方がＳ方向、或いは双方がＺ方向）の撚りであり、導電性及び屈曲性の双方が良好であった。実施例用のＣＮＴ複合線２７、３４では、ＣＮＴ線材が強撚りでＣＮＴ複合線が中撚りであり、且つＣＮＴ線材とＣＮＴ複合線が逆方向（一方がＳ方向、他方がＺ方向）の撚りであり、屈曲性が劣るものの、導電性が良好であった。また、実施例用のＣＮＴ複合線２９〜３０、３５〜３６、４１〜４２、４７〜４８では、ＣＮＴ線材が強撚りでＣＮＴ複合線が強撚りであり、屈曲性が劣るものの、導電性が良好であった。
【００８７】
一方、比較例用のＣＮＴ複合線９〜１２では、ＣＮＴ線材が強撚りでＣＮＴ複合線が極強撚りであり、導電性及び屈曲性の双方が不良であった。
【００８８】
また、表４、５に示すように、比較例用のＣＮＴ複合線１３〜３２では、ＣＮＴ線材が極強撚りでＣＮＴ複合線が甘撚り〜極強撚りであり、導電性が不良であった。
【００８９】
（ＣＮＴ複合線へのめっき処理）
上記で作製したＣＮＴ複合線のうち、実施例用のＣＮＴ複合線１〜３、９〜１１、１７〜１９、２４〜２６については、めっきされたＣＮＴ複合線を作製し、導電性を評価した。
【００９０】
（実施例用のＣＮＴ複合線１〜３、９〜１１）
上記ＣＮＴ複合線の製造に記載している手順と同様の方法で、ＣＮＴ線材の素線（単線）を得た。その後、ＣＮＴ線材の素線に酸などで表面を化学処理して、めっきしやすい状態にし、次いで、電解めっき法によりＣＮＴ線材の素線に銀めっきを施した。銀めっきが施されたＣＮＴ線材の素線を撚り方向及び撚り数を調節して撚り合わせて、ＣＮＴ線材の素線を所定の撚り度に調整した。その後、ＣＮＴ線材の素線の撚り状態を維持したまま、アルゴン雰囲気下で８００〜１０００℃でアニール処理し、銀めっきを定着させた。
【００９１】
次に、上記方法により得た銀めっきが施されたＣＮＴ線材の素線の複数本を、上記ＣＮＴ複合線の製造に記載している手順と同様の方法により撚り合わせて、ＣＮＴ複合線とした。更に、得られたＣＮＴ複合線に、電気めっき方法により銅めっきを施し、銅めっきが施されたＣＮＴ複合線を作製した。尚、ＣＮＴ複合線を作製するのに使用する複数の素線は、導電性、屈曲性を阻害しない範囲であれば、各素線の直径は異なっていてもよい。
【００９２】
（実施例用のＣＮＴ複合線１７〜１９、２４〜２６）
上記ＣＮＴ複合線の製造に記載している手順と同様の方法で、ＣＮＴ線材の素線（単線）を得た。その後、ＣＮＴ線材の素線に酸などで表面を化学処理して、表面の不純物を取り除き、更に、ＣＮＴ線材の素線を撚り方向及び撚り数を調節して撚り合わせて、ＣＮＴ線材の素線を所定の撚り度に調整した。次いで、撚り度を調整したＣＮＴ線材の素線を、溶融アルミニウムめっき法により撚り度を調整したＣＮＴ線材の素線にアルミニウムめっきを施した。溶融したアルミニウムめっき液中にＣＮＴ線材の素線を浸漬する際、ＣＮＴを保護するため、めっき処理はアルゴン雰囲気下で行なった。
【００９３】
次に、上記方法により得たアルミニウムめっきが施されたＣＮＴ線材の素線の複数本を、上記ＣＮＴ複合線の製造に記載している手順と同様の方法により撚り合わせて、ＣＮＴ複合線とした。更に、得られたＣＮＴ複合線に、電気めっき方法により銅めっきを施し、銅めっきが施されたＣＮＴ複合線を作製した。尚、ＣＮＴ複合線を作製するのに使用する複数の素線は、導電性、屈曲性を阻害しない範囲であれば、各素線の直径は異なっていてもよい。
【００９４】
上記のようにめっき処理をした実施例用のＣＮＴ複合線１〜３、９〜１１、１７〜１９、２４〜２６では、ＣＮＴ線材にめっきが施されているため、ＣＮＴ線材間の導電性を確保することができ、また、めっき自体が導電体として機能するため優れた導電性を示した。更にＣＮＴ複合線にもめっきが施されているため、めっきを施したＣＮＴ複合線とコネクタ等の金属部材との接触抵抗が低減し、導電性の低下を抑制することができた。
【符号の説明】
【００９５】
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）
２１      絶縁被覆層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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