(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の単糸と、上記各単糸の表面を覆う導電部とを有しており、
上記導電部は、
カーボンナノチューブを含む炭素系材料と、バインダーと、金属とを含み、
上記カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造を備え、
上記ネットワーク構造中に上記金属が点在している、導電性糸。
【請求項２】
上記導電部は、さらに、Ａｌ２Ｏ３を含む、請求項１に記載の導電性糸。
【請求項３】
上記Ａｌ２Ｏ３は、その表面に上記金属の層を有する、請求項２に記載の導電性糸。
【請求項４】
上記金属は、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ族、および、これらの合金からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性糸。
【請求項５】
上記金属は、ＡｇおよびＡｇ合金の少なくとも１つである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性糸。
【請求項６】
電気抵抗が３０Ω／ｃｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性糸。
【請求項７】
上記導電部は、当該導電部１００質量部に対して上記金属を３０〜１００質量部含有している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性糸。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性糸を有する、電線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性糸に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成糸と、この合成糸の表面を被覆し、かつカーボンナノチューブ、バインダー及び界面活性剤を含む導電層とで構成された導電性繊維を含む導電性糸が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５５７９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の導電性糸は、電気抵抗が低いものでも２８０Ω／ｃｍである。そのため、従来の導電性糸は、軽量で耐屈曲性を有するものの電気抵抗が高く、銅線等の金属線の代替えなどとして用いることが困難である。つまり、従来の導電性糸は、電気抵抗が高いため、その用途が制限されていた。
【０００５】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、電気抵抗を低減可能な導電性糸を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、複数本の単糸と、上記各単糸の表面を覆う導電部とを有しており、
上記導電部は、
カーボンナノチューブを含む炭素系材料と、バインダーと、金属とを含み、
上記カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造を備え、
上記ネットワーク構造中に上記金属が点在している、導電性糸にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記導電性糸において、導電部は、炭素系材料と、バインダーと、金属とを含んでいる。そのため、炭素系材料と金属との相乗効果により、導電部の導電性が大きく向上する。それ故、上記導電性糸は、従来に比べ、電気抵抗を大きく低減させることができる。特に、上記導電性糸において、炭素系材料は、カーボンナノチューブを含んでおり、導電部は、カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造を備え、このネットワーク構造中に金属が点在している。そのため、上記導電性糸は、導電部の低電気抵抗化を確実なものとすることができる。これは、詳細は不明であるが、カーボンナノチューブのネットワーク構造中に、高い導電性を有する金属が所々に存在することで、電圧降下が生じ難くなることなどによるものと推察される。したがって、上記導電性糸は、軽量化、耐屈曲性、低電気抵抗が求められる各種の用途に適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の導電性糸の断面を模式的に示した図である。
【図２】実験例１における、試料１の導電性糸の表面を示した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図３】実験例１における、試料１の導電性糸の表面を拡大して示したＳＥＭ像である。
【図４】図３と同じ視野におけるＳＥＭ−蛍光Ｘ線分析（ＥＤＸ）の結果である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上記導電性糸において、単糸は、例えば、合成繊維、天然繊維などより構成することができる。単糸は、軽量性、耐屈曲性、強度等の観点から、好ましくは、合成繊維より構成することができる。合成繊維に用いられる樹脂としては、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂などを例示することができる。なお、上記導電性糸において、単糸は、１種または２種以上より構成することができる。
【００１０】
上記導電性糸において、導電部は、上記導電性糸の表面に位置する単糸だけでなく、上記導電性糸の内部に位置する単糸の表面も被覆している。したがって、導電部は、隣り合う各単糸同士を一体的に結合している。
【００１１】
ここで、導電部は、炭素系材料と、バインダーと、金属とを含んでいる。
【００１２】
炭素系材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを例示することができる。炭素系材料は、導電性、ネットワーク構造の形成性等の観点から、少なくともカーボンナノチューブを含んでいる。好ましくは、炭素系材料として、カーボンナノチューブ、あるいは、カーボンナノチューブおよびグラフェンを用いることができる。なお、カーボンナノチューブは、シングルウォール型、マルチウォール型のいずれの構造を有していてもよい。
【００１３】
バインダーは、炭素系材料、金属の脱落を抑制し、炭素系材料および金属と単糸との密着性を向上させる役割などを有している。
【００１４】
バインダーとしては、具体的には、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。
【００１５】
金属（合金含む、以下省略）は、炭素系材料と併用されることで、導電部の低電気抵抗化を促進する役割を有している。金属は、具体的には、粒状の形態を有することができる。
【００１６】
金属としては、具体的には、例えば、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ族、これらの合金などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。上記金属によれば、導電部の低電気抵抗化を確実なものとすることができる。上記金属のうち、好ましくは、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、これらの合金などである。上記金属のうち、より好ましくは、導電部の低電気抵抗化をより一層確実なものとすることができるなどの観点から、ＡｇおよびＡｇ合金の少なくとも１つを含んでいるとよく、さらに好ましくは、ＡｇおよびＡｇ合金の少なくとも１つであるとよい。なお、金属は、導電部の表面に露出していてもよいし、導電部の表面に露出していなくてもよい。金属がバインダーにより覆われている場合には、導電性糸の耐食性を向上させることができる。
【００１７】
導電部は、Ａｌ２Ｏ３を含むことができる。この場合には、金属の含有量を少なくしつつ、導電部の低電気抵抗化を図ることができる。そのため、この場合には、Ａｇ、Ａｇ合金などの希少金属の使用を抑制することができ、導電性糸の低コスト化に有利である。Ａｌ２Ｏ３は、その表面にＡｇ等の上述した金属層を有することができる。
【００１８】
導電部は、具体的には、当該導電部１００質量部に対して金属を３０〜１００質量部含有する構成とすることができる。この場合には、導電部の低電気抵抗化を確実なものとすることができる。上記金属の含有量は、導電部の低電気抵抗化の促進などの観点から、導電部１００質量部に対して、好ましくは、３５質量部以上、より好ましくは、３７質量部以上、さらに好ましくは、４０質量部以上とすることができる。上記金属の含有量は、上記導電性糸の軽量化などの観点から、好ましくは、９５質量部以下、より好ましくは、９０質量部以下、さらに好ましくは、８５質量部以下とすることができる。なお、導電部に含まれる金属の含有量は、導電性糸のサンプルをマイクロウェーブ熱分解装置を用いて酸分解し、得られた溶液をＩＣＰ発光分光分析装置（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置）を用いて測定することができる。
【００２１】
上記導電性糸は、電気抵抗が３０Ω／ｃｍ以下であるとよい。この場合には、金属線の代替え、金属線との併用などを行いやすくなり、各種の用途への適用性が向上する。
【００２２】
電気抵抗は、導電性向上の観点から、好ましくは、２５Ω／ｃｍ以下、より好ましくは、２０Ω／ｃｍ以下、さらに好ましくは、１５Ω／ｃｍ以下、さらにより好ましくは、１０Ω／ｃｍ以下とすることができる。なお、導電性の観点から、電気抵抗は低い程よいため、電気抵抗の下限は特に制限されない。
【００２３】
電気抵抗は、２０℃、３０％ＲＨの恒温湿環境下で、長さ１０ｃｍの導電性糸のサンプル１０本に対してそれぞれ１０００Ｖの電圧を印加し、測定される各抵抗値の平均値である。
【００２４】
上記導電性糸は、例えば、電線の導体に用いることができる。導体は、上記導電性糸１本より構成することもできるし、複数本の上記導電性糸が撚り合わされて構成されていてもよい。電線は、具体的には、上記導電性糸を有する導体と、導体の外周を覆う絶縁体とを有する構成とすることができる。上記導電性糸を有する電線は、軽量で耐屈曲性があり、電気抵抗も低くすることができる。そのため、上記電線は、例えば、ロボットアームの信号線、イヤホン線、ウェアラブルデバイスの信号線など、各種の用途に好適に用いることができる。
【００２５】
なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例の導電性糸について、図面を用いて説明する。
【００２７】
（実施例１）
実施例１の導電性糸について、図１を用いて説明する。図１に示されるように、本例の導電性糸１は、複数本の単糸２と、各単糸２の表面を覆う導電部３とを有している。導電部３は、炭素系材料と、バインダーと、金属とを含んでいる。
【００２８】
本例では、炭素系材料は、カーボンナノチューブを含んでいる。導電部３は、カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造を備えている。そして、このネットワーク構造に金属が点在している。金属は、ＡｇおよびＡｇ合金の少なくとも１つである。なお、各単糸２は、合成樹脂より構成されている。また、バインダーは、合成樹脂より構成されている。
【００２９】
＜実験例＞
以下、上記導電性糸を、実験例を用いてより具体的に説明する。
−材料準備−
原糸として、ポリエステル系マルチフィラメント（１５０ｄ−４８ｆ−１）を準備した。なお、マルチフィラメントは、複数本の単糸より構成されている。
【００３０】
マルチウォール型のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）５質量％と、銀２０．２質量％と、Ａｌ２Ｏ３１９．２質量％と、分散剤と、界面活性剤と、水とを含有する金属含有ＣＮＴ水性分散液＜１＞（パーカーコーポレーション社製）を準備した。
【００３１】
マルチウォール型のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）５質量％と、銀２１．８質量％と、Ａｌ２Ｏ３１９．２質量％と、分散剤と、界面活性剤と、水とを含有する金属含有ＣＮＴ水性分散液＜２＞（パーカーコーポレーション社製）を準備した。なお、これら金属含有ＣＮＴ水性分散液＜１＞および＜２＞は、銀と銀の水溶性化合物とを併用するようにしてもよい。
【００３２】
マルチウォール型のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）５質量％と、分散剤と、界面活性剤と、水とを含有するＣＮＴ水性分散液＜１Ｃ＞（パーカーコーポレーション社製）を準備した。
【００３３】
バインダーとして、ポリウレタン系樹脂（日華化学社製、「エバファノールＨＡ１１０７Ｃ」）を準備した。
【００３４】
次いで、金属含有ＣＮＴ水性分散液＜１＞１００質量部と、バインダー１０質量部とを、混合することにより、糸処理液＜１＞を調製した。同様に、金属含有ＣＮＴ水性分散液＜２＞１００質量部と、バインダー１０質量部とを、混合することにより、糸処理液＜２＞を調製した。また、ＣＮＴ水性分散液＜１Ｃ＞１００質量部と、バインダー１０質量部とを、混合することにより、糸処理液＜１Ｃ＞を調製した。
【００３５】
−導電性糸の作製−
【００３６】
ロール下部を所定の糸処理液に浸漬させた大径ローラと、大径ローラの回転によって回転する小径ローラとを有する糸処理装置を準備した。そして、大径ローラを回転させ、バイブレータを用いて小径ローラを微振動させながら大径ローラと小径ローラとの間に原糸を通過させ、１７０℃で２分間糸処理液を乾燥させた。
【００３７】
上記糸処理において、糸処理液＜１＞を用いることにより、試料１の導電性糸を得た。また、糸処理液＜２＞を用いることにより、試料２の導電性糸を得た。また、糸処理液＜１Ｃ＞を用いることにより、試料１Ｃの導電性糸を得た。なお、試料１、試料２、および、試料１Ｃの導電性糸は、いずれも、マルチフィラメントの表面に位置する単糸だけでなく、マルチフィラメントの内部に位置する単糸の表面も、各糸処理液によって形成された導電部によって覆われていた。
【００３８】
−ＳＥＭ−蛍光Ｘ線分析（ＥＤＸ）−
各導電性糸の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した。また、ＳＥＭ−蛍光Ｘ線分析（ＥＤＸ）も併せて実施した。図２〜図４に、試料１の導電性糸の観察結果を示す。図２〜図４に示されるように、試料１の導電性糸は、導電部３が、カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造３１を備え、当該ネットワーク構造３１中に金属３２が点在した微構造を有していることが確認された。なお、試料２の導電性糸も、試料１の導電性糸と同様の結果が得られた。
【００３９】
一方、図示はしないが、試料１Ｃの導電性糸は、糸処理液に金属を含有していなかったため、導電部が、カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造中に金属が点在した微構造を有していなかった。
【００４０】
−ＩＣＰ発光分光分析−
導電性糸のサンプルをマイクロウェーブ熱分解装置を用いて酸分解し、得られた溶液を適宜希釈し、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて測定することにより、導電部中のＡｇ含有量、Ａｌ２Ｏ３含有量を測定した。その結果、試料１の導電性糸は、導電部１００質量部に対してＡｇを２９．１質量部、Ａｌ２Ｏ３を１４．５質量部含有していた。また、試料２の導電性糸は、導電部１００質量部に対してＡｇを３１．３質量部、Ａｌ２Ｏ３を１５．６質量部含有していた。
【００４１】
−電気抵抗の測定−
２０℃、３０％ＲＨの恒温湿環境下で、１０ｃｍの長さの各導電性糸のサンプル１０本に対してそれぞれ１０００Ｖの電圧を印加し、測定される各抵抗値の平均値を求めることにより、各導電性糸の電気抵抗を算出した。その結果、試料１の導電性糸の電気抵抗は、１０Ω／ｃｍであった。試料２の導電性糸の電気抵抗は、３Ω／ｃｍであった。試料１Ｃの導電性糸の電気抵抗は、９００Ω／ｃｍであった。
【００４２】
＜考察＞
上記結果から、以下のことがわかる。試料１Ｃの導電性糸は、導電部が炭素系材料としてカーボンナノチューブを含んでいるが、金属を含んでいない。そのため、試料１Ｃの導電性糸の電気抵抗は、９００Ω／ｃｍと極めて大きかった。したがって、試料１Ｃの導電性糸は、金属線の代替えなどとして用いることが困難であるといえる。
【００４３】
これに対し、試料１、試料２の導電性糸は、導電部が、炭素系材料と、バインダーと、金属とを含んでいる。そのため、炭素系材料と金属との相乗効果により、導電部の導電性が大きく向上した。それ故、試料１、試料２の導電性糸によれば、試料１Ｃの導電性糸に比べ、電気抵抗を大きく低減させることができることが確認された。そのため、試料１、試料２の導電性糸を例えば、電線の導体に用いれば、軽量で、耐屈曲性に優れ、低電気抵抗の電線が得られるといえる。
【００４４】
また、試料１、試料２の導電性糸において、導電部は、カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造を備え、このネットワーク構造中に金属が点在している。この構造によれば、導電部の低電気抵抗化を確実なものとすることができることも確認された。
【００４５】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  導電性糸
２  単糸
３  導電部
【要約】
【課題】従来に比べ、電気抵抗を低減可能な導電性糸を提供する。
【解決手段】導電性糸１は、複数本の単糸２と、各単糸２の表面を覆う導電部３とを有している。導電部３は、炭素系材料と、バインダーと、金属とを含んでいる。導電性糸１は、炭素系材料がカーボンナノチューブを含んでおり、導電部３が、カーボンナノチューブ同士が互いに繋がったネットワーク構造を備え、当該ネットワーク構造中に金属が点在している構成とされているとよい。
【選択図】図１【図１】
0006007350.tif 000002
【図２】
0006007350.tif 000003
【図３】
0006007350.tif 000004
【図４】
0006007350.tif 000005