(57)【要約】【課題】導電性粒子群を圧縮成形して得られた導電性複合体であって、導電特性を向上でき且つ加えられる衝撃を吸収し得る導電性複合体を提供する。【解決手段】金属粒子１０の外周面の外方に少なくとも一部が突出する炭素繊維１４によって、前記外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子２０を含有する導電性粒子群が圧縮成形されて所定形状に成形されて得られた導電性複合体であって、該複合体を形成する導電性粒子の間に形成された空隙内に導電性樹脂４０が充填されていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粒子の外周面の外方に少なくとも一部が突出する導電性繊維によって、前記外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子を含有する導電性粒子群が圧縮成形されて所定形状に成形されて得られた導電性複合体であって、
該複合体を形成する導電性粒子の間に形成された空隙内に導電性樹脂が充填されていることを特徴とする導電性複合体。
【請求項２】
導電性樹脂が、π電子共役系ポリマーである請求項１記載の導電性複合体。
【請求項３】
導電性繊維が、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーである請求項１又は請求項２記載の導電性複合体。
【請求項４】
修飾導電性粒子が、金属粒子及び／又は金属繊維の外周面の外方に少なくとも一部が突出するカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーによって、前記外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子である請求項１又は請求項２記載の導電性複合体。
【請求項５】
導電性粒子群には、修飾導電性粒子及び黒鉛粒子を含む請求項１〜４のいずれか一項記載の導電性複合体。
【請求項６】
導電性粒子の外周面の外方に少なくとも一部が突出する導電性繊維によって、前記外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子を含有する導電性粒子群を所定形状に圧縮成形して、前記導電性粒子の間に空隙が形成された導電性複合体を得た後、前記導電性複合体の空隙内に、重合して導電性樹脂を生成する溶液状の前駆体を含浸し、
次いで、前記前駆体を重合して導電性樹脂を導電性複合内に生成することを特徴とする導電性複合体の製造方法。
【請求項７】
前駆体として、重合してπ電子共役系ポリマーを形成する前駆体を用いる請求項６記載の導電性複合体の製造方法。
【請求項８】
導電性繊維として、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーを用いる請求項６又は請求項７記載の導電性複合体の製造方法。
【請求項９】
修飾導電性粒子として、金属粒子及び／又は金属繊維の外周面の外方に少なくとも一部が突出するカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーによって、前記外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子を用いる請求項６又は請求項７記載の導電性複合体の製造方法。
【請求項１０】
導電性粒子群として、修飾導電性粒子及び黒鉛粒子を含む導電性粒子群を用いる請求項６〜９のいずれか一項記載の導電性複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導電性複合体及びその製造方法に関し、更に詳細には少なくとも一部が外方に突出する導電性繊維によって外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子を含有する導電性粒子群が圧縮成形されて所定形状に形成されて得られた導電性複合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータのブラシ等に好適に使用できる導電性複合体が、下記特許文献１に提案されている。
この導電性複合体は、例えば金属粒子の外周面から外方にカーボンナノファイバー又はカーボンナノチューブから成る炭素繊維の少なくとも一部が突出して、外周面を修飾する修飾導電性粒子と黒鉛粒子とから成る導電性粒子群を所定形状に圧縮成形して得ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１７９０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この特許文献１に提案された導電性成形体は、図５に示す様に、金属粒子１０同士、黒鉛粒子３０同士の接触、金属粒子１０と黒鉛粒子３０との接触に加え、修飾導電性粒子２０，２０・・の外周面から外方に突出する炭素繊維14，１４・・同士が絡み合って接触している。
このため、金属粒子１０の表面が酸化された酸化膜が形成されて、金属粒子１０同士や金属粒子１０と黒鉛粒子３０との接触点の電気抵抗値が上昇しても、黒鉛粒子３０同士の接触及び炭素繊維14，１４・・同士の接触によって導電性を維持できる。
しかし、図５に示す導電性複合体は、導電性粒子群を圧縮成形して得たものであるため、図５に示す如く、導電性粒子の間に空隙１００が多数形成されたバルク状である。
【０００４】
この様に、内部に空隙１００，１００・・が多数形成されたバルク状の導電性成形体では、空隙１００，１００・・における電気抵抗の増大と、炭素繊維１４及び導電性粒子のネットワークの生成阻害とによって、炭素繊維１４の有する良好な導電性特性を充分に生かされていない。
一方、導電性複合体内の空隙１００，１００・・は、導電性複合体をモータのブラシ等に用いた場合、導電性複合体に加えられる衝撃を吸収する役割を有する。
そこで、本発明の課題は、導電性粒子群を圧縮成形して得られた導電性複合体であって、導電特性を向上でき且つ加えられる衝撃を吸収し得る導電性複合体及びそ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】
【０００５】
本発明者は、前記課題を解決するには、導電性複合体内の空隙１００，１００・・を導電性樹脂で充填することが有効であると考え検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、導電性粒子の外周面の外方に少なくとも一部が突出する導電性繊維によって、前記外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子を含有する導電性粒子群が圧縮成形されて所定形状に形成されて得られた導電性複合体であって、該複合体を形成する導電性粒子の間に形成された空隙内に導電性樹脂が充填されていることを特徴とする導電性複合体にある。この導電性樹脂としては、π電子共役系ポリマーを好適に用いることができる。
また、本発明は、導電性粒子の外周面の外方に少なくとも一部が突出する導電性繊維によって、前記外周面が修飾されて成る修飾導電性粒子を含有する導電性粒子群を所定形状に圧縮成形して、前記導電性粒子の間に空隙が形成された導電性複合体を得た後、前記導電性複合体の空隙内に、重合して導電性樹脂を生成する溶液状の前駆体を含浸し、次いで、前記前駆体を重合して導電性樹脂を導電性複合内に生成することを特徴とする導電性複合体の製造方法でもある。この前駆体としては、重合してπ電子共役系ポリマーを形成する前駆体を好適に用いることができる。
【０００６】
これらの本発明においては、導電性繊維として、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーを好適に用いることができる。
かかるカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーを用いて、金属粒子及び／又は金属繊維の外周面を、その外方に少なくとも一部が突出するカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーによって修飾した修飾導電性粒子を好適に用いることができる。
更に、導電性粒子群として、修飾導電性粒子及び黒鉛粒子を含む導電性粒子群を用いた導電性複合体は、電気接点部材やブスバーに好適に用いることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る導電性複合体では、その空隙内に導電性樹脂が充填されている。このため、電気抵抗が増大する空隙の減少を図ることができると共に、導電性繊維及び導電性粒子のネットワークの生成を促進でき導電性複合体の導電性を向上できる。
更に、導電性複合体の空隙内には、導電性粒子に比較して、加えられた衝撃に対して容易に変形し易い導電性樹脂が充填されているため、導電性複合体に衝撃が加えられたとき、導電性複合体内の導電性樹脂が変形して衝撃を吸収でき、導電性複合耐の耐衝撃性を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る導電性複合体の一例について、その内部構造の概略を図１に示す。図１に示す内部構造の導電性複合体は、銅粒子等の金属粒子１０の外周面から外方にカーボンナノファイバー又はカーボンナノチューブから成る導電性繊維としての炭素繊維１４の少なくとも一部が突出して、外周面を修飾する修飾導電性粒子２０と黒鉛粒子３０とから成る導電性粒子群を所定形状に圧縮成形して得たものである。
かかる導電性複合体では、金属粒子１０同士、黒鉛粒子３０同士の接触、金属粒子１０と黒鉛粒子３０との接触に加え、修飾導電性粒子２０，２０・・の外周面から外方に突出する炭素繊維14，１４・・同士が絡み合って接触している。
更に、導電性粒子の間に形成された空隙内には、導電性樹脂４０が充填されている。このため、導電性複合体の電気抵抗が増大する空隙の減少を図ることができると共に、炭素繊維１４、修飾導電性粒子２０及び黒鉛粒子３０のネットワークの生成を促進でき導電性複合体の導電性を向上できる。
【０００９】
また、導電性複合体の空隙内には、金属粒子１０や黒鉛粒子３０に比較して、加えられた衝撃に対して容易に変形し易い導電性樹脂４０が充填されているため、導電性複合体に衝撃が加えられたとき、導電性複合体内の導電性樹脂４０が変形して衝撃を吸収でき、導電性複合耐の耐衝撃性を維持できる。
かかる導電性樹脂４０としては、導電性を呈する導電性樹脂であればよいが、π電子共役系ポリマーを好適に用いることができる。このπ電子共役系ポリマーとしては、具体的には、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリアニリンを上げることができる。
【００１０】
図１に示す修飾導電性粒子２０としては、図２に示す様に、粒子状の金属粒子１０の外周面を、炭素繊維１４の少なくとも一部が外方に突出して修飾している修飾導電性粒子２０に代えて、図３に示す様に、繊維状の金属繊維１２の外周面を、炭素繊維１４の少なくとも一部が外方に突出して修飾している修飾導電性粒子２０を用いることができる。或いは図２及び図３に示す修飾導電性粒子２０を併用することもできる。
かかる図２及び図３に示す修飾導電性粒子２０では、炭素繊維１４は、その基部側が金属粒子１０又は金属繊維１２に埋没して先端側が突出している状態及び／又はその両端側が金属粒子１０又は金属繊維１２に埋没して中途部が露出している状態にある。
尚、炭素繊維１４の一部は、その全体が金属粒子１０，１２に埋没している。
【００１１】
かかる修飾導電性粒子２０に用いる炭素繊維１４としてのカーボンナノファイバー又はカーボンナノチューブは、単層、多層どちらでもよく、その一端または両端がフラーレン状のカップで閉ざされていてもよい。
更に、カーボンナノファイバーとは、カーボンナノチューブの長さが、その直径の１００倍以上あるチューブの形態である。
この炭素繊維１４は、その直径が数ｎｍから数百ｎｍ（例えば３００ｎｍ）以下のものを用いることが好ましい。
直径が１５ｎｍ未満の炭素繊維１４の場合は、導電性が低下する。この直径が１５ｎｍ未満の炭素繊維１４では、その結晶構造の螺旋方向を指定するカイラルベクトルを決定する二つの整数ｎとｍ（カイラル指数）が、ｎ−ｍ ＝３の倍数又はｎ＝ｍの場合に、導電性が生じる。
【００１２】
一方、直径が１５ｎｍ以上の炭素繊維１４では、カイラル指数が上記条件以外の場合であっても導電性を呈する。
この様な炭素繊維１４は、黒鉛のように導電性に異方性はなく、表面のあらゆる方向に電流が流れる。
このため、炭素繊維１４で外周面が修飾された修飾導電性粒子２０では、炭素繊維１４、炭素繊維１４同士、又は他の導電性粒子と表層面で接触するため、少なくとも金属粒子１０又は金属繊維１２の最外層（接触層）が炭素繊維１４で修飾されたものであればよい。
また、炭素繊維１４によって修飾される金属粒子１０又は金属繊維１２は、銅、アルミニウム、銀等の導電性を有する金属から成るものであればよい。
尚、金属粒子１０の形状は、球形の他に、非球形や薄片状であってもよく、その形状には囚われない。
【００１３】
図１に示す内部構造の内部構造の導電性複合体を得るには、先ず、図２及び／又は図３に示す修飾導電性粒子２０を製造する。
図２及び/又は図２に示す修飾導電性粒子２０は、カーボンナノファイバー又はカーボンナノチューブから成る導電性繊維としての炭素繊維１４を非酸化雰囲気中に飛散し、この非酸化雰囲気中に、銅等の溶融金属を圧電ポンプにより粒子化又は繊維化して注入することによって、金属粒子１０又は金属繊維１２の表面に炭素繊維１４を付着、固定することによって得ることができる。
また、炭素繊維１４を混練により分散させた銅等の溶融金属を、破砕し、粒子化又は繊維化することによっても形成できる。
或いは、陰極表面に付着させた金属粒子１０又は金属繊維１２に、めっき液中に炭素繊維１４を分散させてめっきを行った後、陰極表面から金属粒子１０又は金属繊維１２を分離することにより、炭素繊維１４で金属粒子１０の外周面が修飾された修飾導電性粒子２０を得ることができる。
尚、炭素繊維１４を分散した電解液に挿入した陰極と陽極との間に電流を流して電解し、陰極表面に修飾導電性粒子２０を含む金属粒子（金属粉）を電解析出させてもよい。
【００１４】
この様にして得た図２及び／又は図３に示す修飾導電性粒子２０と黒鉛粒子３０とから成る導電性粒子群を所定形状に圧縮成形する。この際に、樹脂バインダを用いて圧縮成形した後、得られた圧縮成形物を焼成して導電性複合体としてもよい。
得られた導電性複合体は、図５に示す様に、内部に空隙１００，１００・・が多数形成されたバルク体である。かかる導電性複合体を、重合して導電性樹脂を生成する溶液状の前駆体中に浸漬し、導電性複合体の空隙１００内に、重合して導電性樹脂を生成する溶液状の前駆体を含浸させる。
この前駆体としては、導電性樹脂を形成するモノマーと触媒とが混合されたものであってもよく、一部重合が進行しているものの、空隙１００内に侵入できる程度に低粘度の状態で停止状態となっているものであってもよい。
次いで、導電性複合体を内部に含浸した前駆体の重合を進行する雰囲気下に載置し、前駆体の重合を完了させることによって、内部に形成された空隙１００内に導電性樹脂が充填された導電性複合体を得ることができる。
【００１５】
得られた導電性複合体は、その導電性を向上できると共に、高い耐衝撃性を呈するため、モータは発電機のブラシや整流子、リレー、スイッチ、コネクター等の電気接点部材、或いはブスバーに用いることができ、特に、電気接点部材或いはブスバーに好適に用いることができる。
尚、以上の説明は、修飾導電性粒子２０と黒鉛粒子３０とから成る導電性粒子群を圧縮成形して得られた導電性複合体について説明してきたが、修飾導電性粒子２０のみであってもよく、修飾導電性粒子２０と他の導電性無機粒子とから成る導電性粒子群を圧縮成形してもよい。
【実施例１】
【００１６】
カーボンナノチューブを分散させた硫酸銅電解液に挿入した陰極と陽極との間に電流を流して、陰極表面に電解析出した銅粉を捕集した。この銅粉を電子顕微鏡観察すると、カーボンナノチューブで銅粉の外周面が修飾された図２に示す修飾導電性粒子２０が含まれており、捕集した銅粉中のカーボンナノチューブは５重量％であった。
次いで、修飾導電性粒子２０を含む銅粉（２５重量％）、黒鉛（７５重量％）及び樹脂バインダを混練した後、金型によって圧縮成形（加圧力；４ｔ／ｃｍ2）して長形の成形体を得た。更に、この成形体を温度６００℃で１時間焼成して、縦６ｍｍ、横１１ｍｍ及び厚さ４ｍｍの長形の焼成体を得た。得られた焼成体は、微細な空隙が多数形成されたバルク状のもであった。
【００１７】
得られたバルク状の各焼成体を、導電性樹脂としてのポリピロ−ルのモノマーであるピロ−ル（NHCH-CHCH-CHNH）と触媒である塩化鉄（FeCl3）とをエタノールに溶解したピロ−ル含有溶液に浸漬した状態で真空雰囲気中に所定時間載置し、各焼成体内にピロ−ル含有溶液を真空含浸させた後、大気圧に戻した。
次いで、焼成体の各々を乾燥して内部に含浸させたピロ−ルを重合して、導電性樹脂のポリピロ−ルとした。
得られた焼成体を切断し、その断面を電子顕微鏡観察すると、図４に示す様に、ポリピロ−ルが形成されていることを確認できた。
【実施例２】
【００１８】
実施例１と同様にして５個のバルク状の焼成体は得た後、各焼成体について電気抵抗値を測定したところ、その平均値は０．０１９１Ωであった。
また、得られた５個のバルク状の各焼成体内に、実施例１と同様にして、ピロ−ル（NHCH-CHCH-CHNH）と塩化鉄（FeCl3）とをエタノールに溶解したピロ−ル含有溶液を真空含浸させた後、各焼成体を乾燥して内部に含浸させたピロ−ルを重合して、導電性樹脂のポリピロ−ルとした。
ポリピロ−ルが内部に形成された焼成体の各々について、電気抵抗値を測定したところ、その平均値は０．０１７８Ωであった。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る導電性複合体の内部構造を説明する説明図である。
【図２】本発明で用いる修飾導電性粒子の一例を説明する説明図である。
【図３】本発明で用いる修飾導電性粒子の他の例を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る導電性複合体の一例の断面形状を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  金属粒子
１２  金属繊維
１４  炭素繊維
２０  修飾導電性粒子
３０  黒鉛粒子
４０  導電性樹脂
【図１】
2006092897.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006092897.tif 000005
【図５】
2006092897.tif 000006
【図４】
2006092897.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月18日(2004.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
【図１】本発明に係る導電性複合体の内部構造を説明する説明図である。
【図２】本発明で用いる修飾導電性粒子の一例を説明する説明図である。
【図３】本発明で用いる修飾導電性粒子の他の例を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る導電性複合体の一例の断面形状を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】従来の導電性複合体の内部構造を説明する説明図である。