(57)【要約】【課題】本願発明の課題は、導電性材料として注目されているカーボンナノチューブを利用して電線を製造することである。【解決手段】カーボンファイバー素線に金属微粉を付着させ、該金属微粉を触媒として、炭化水素を各種方法で分解・生成した炭素イオンを、電界も介在させて、該素線の表面にカーボンナノチューブとして成長させ、該素線を複数本撚り合わせることにより電線を製造する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンファイバー素線に金属微粉を付着させ、該金属微粉を触媒として、炭化水素を分解し生成した炭素イオンを該素線の表面にカーボンナノチューブとして成長させたことを特徴とする素電線の製造方法。
【請求項２】
上記カーボンナノチューブの成長は、導電性に必要な厚さにまで行うことを特徴とする請求項１に記載の素電線の製造方法。
【請求項３】
上記炭化水素の分解は、アーク放電法、レーザー蒸発法、加熱炉を用いた方法により行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の素電線の製造方法。
【請求項４】
上記カーボンナノチューブを成長させる際、上記カーボンファイバー素線を陰極にし、分解した上記炭化水素の炭素陽イオンを電界により引き付け、該カーボンナノチューブを該カーボンファイバー素線表面に対して垂直方向に配向成長させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の素電線の製造方法。
【請求項５】
上記カーボンナノチューブで覆われた上記カーボンファイバー素線を多数束ね、縄状に形成した構造を基本構造として、該基本構造を階層化した構造を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の素電線を束ねた電線の製造方法。
【請求項６】
光繊維線、鋼又はアルミから成る線を上記請求項５に記載の電線と同時に撚り込む構造とすること特徴とする電線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電気産業のあらゆる分野の配線用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自身は、極めて高い導電率を有することが知られていたが、カーボンナノチューブ電線の製造法が存在しないため、カーボンナノチューブ電線も存在していない。従って、銅線やアルミ線を用いているため、大電力用送電線においては鋼線により補強し、重量に耐える構造を取ってきている。また、モーター、発電機等は、銅線を巻線として用いているため、非常に重いものになっている。特に、移動体に積み込まれたものにおいては、この銅巻線のため重く、エネルギー効率の悪いものとなっているか、利用をあきらめている場合が多い。
【０００３】
また、カーボンナノチューブのみを用いて線状に加工し、電線を作ることは細く、しかも、短い素材なので縄状に編むにしても極めて難しい（下記特許文献１参照）。もし可能としても、生産性やコスト面から従来の電線に太刀打ちできない。
【特許文献１】特開２００５−４８２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明の課題は、導電性材料として注目されているカーボンナノチューブを利用して電線を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（本願発明の原理）
本願発明は、以下に述べるカーボンナノチューブの特徴的な性質を利用し、実用的な電線を製造するものである。
（１）電流密度：銅は、１０６  Ａ／cmであるのに対し１０９Ａ／cmと３桁大きい。
（２）引張り強度：１ｃｍ径で１２００ｔ、鋼鉄の数十倍である。しかも、しなやかである。
（３）軽量性：グラファイトは、比重が２．２５で、銅（８．９３）に比べれば、１／４である。
（４）耐薬品性：グラファイトと同じく、良好である。
（５）伝熱性：ダイヤモンドより良好である。
（６）形状：直径１ｎｍに対して長さは１μ〜１０μで、数千倍である。
【０００６】
この軽量性と大電流密度の特徴を生かし、カーボンナノチューブを用いたカーボンファイバー電線に仕上げる。
【０００７】
しかし、直径１ｎｍに対して長さは１μ〜１０μでのカーボンナノチューブを巨視的な繊維にするには至難の技術であり、従来のような、短繊維を電線に仕上げることは不可能である。幸い、カーボンナノチューブは同心円状のチューブ間では繊維間の接触によって分子間伝導やホッピンング伝導で電導性が期待できる（図１参照）。
【０００８】
一方、カーボンファイバーにはアモルファスの炭素が夾雑物として入っており、電導性の良いグラファイトがつぶされ、寸断されていると考えられている（図２参照）。このため、カーボンファイバーの電導性は、あまり期待出来ない。
【０００９】
本発明は、これらカーボンナノチューブの良電導性、高電流密度性の特徴を維持し、取扱い難い微小繊維という欠点をカーボンファイバーの表面に植込むという方法で補い、従来にない、革新的な電線を製造する方法である。
【００１０】
まず、カーボンファイバー素線に金属微粉を付着させ、該金属微粉を触媒として炭化水素を分解し、該素線の表面にカーボンナノチューブを成長させることを基本とする。
【００１１】
上記カーボンナノチューブを成長させる際、上記カーボンファイバー素線を陰極にし、分解した上記炭化水素の炭素陽イオンを電界により引き付け、該カーボンナノチューブを該カーボンファイバー素線表面垂直方向に配向成長させる。
【００１２】
次に、上記カーボンナノチューブで覆われた上記カーボンファイバー素線を多数束ね、縄状に形成した構造を基本構造として、該基本構造を階層化した構造の電線を製造する。
【００１３】
さらに、光繊維線、鋼又はアルミから成る線を上記電線と同時に撚り込む構造とする電線を製造するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によるカーボンナノチューブを主な導電性素材とした電線は銅に比べで電流密度が３桁ほど大きく取れ、しかも、軽量であり、耐候性にもすぐれているため、電気産業のあらゆる分野の配線用電線として利用可能である。
【００１５】
特に、次の三大分野では極めて大きな効果が期待される：
（１）高効率大電力用送電線網
（２）電車用、電気自動車用及び走行ロボット用等の移動体のモーター
（３）あらゆる分野の導電用銅線の代替物
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を用いて本願発明を以下に説明する。
【実施例１】
【００１７】
低真空状態あるいはアルゴン、これと水素の混合ガスの雰囲気にカーボンファイバー素線を複数本置き、これを陰極性にする。その表面に触媒として金属微粉を蒸発、噴霧あるいは放電など種々の方法で、固着させる。
【００１８】
この際、均一に付着させるためと後工程で縄状にする必要から、各カーボンファイバーは同じ方向に回転させる。図３は、１例として触媒金属にレーザー光を照射して触媒金属を蒸発させ、カーボンファイバー表面に固着させる装置の模式図である。
【００１９】
その後、この触媒金属の付着したカーボンファイバーをアルゴンあるいはこれに水素を混合した雰囲気で、ベンゼン等をガス化した炭化水素を送り、アーク放電法、レーザー蒸発法、加熱炉を用いた方法等により加熱、分解し、炭素の陽イオンを発生させる。
【００２０】
この炭素イオンは、電界に引かれ、カーボンファイバー素線の上に表面垂直方向にカーボンナノチューブを合成、成長させる。これを導電性に必要な厚さにまで生成させる。これによりカーボンナノチューブの植え込んだ素線を製造する。
【００２１】
図４は、加熱炉を用いた方法でこの素線を製造する模式図を示す。この工程でアルゴン、水素及び未反応の炭化水素は回収し、不純物を除去、導入し、再利用している。図５には、この工程で作られる素線の模式図を示す。
【００２２】
上記カーボンナノチューブで覆われたカーボンファイバー素線を次段の工程において、多数束ね、縄状の構造に形成し、この構造を基本として、電流容量、引張り強度に必要なだけ、階層化して電線とする。この製造工程の模式図を図６に示す。図７には１例として、３本の素線からなる電線の基本構造を示す。同図Aには、この電線の断面を示す。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本願発明によるカーボンナノチューブを主な導電性素材とした電線は銅に比べで電流密度が３桁ほど大きく取れ、しかも、軽量であり、耐候性にもすぐれているため、電気産業のあらゆる分野の配線用電線として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】絡み合ったカーボンナノチューブの模式図
【図２】カーボンファイバーの微細構造図
【図３】カーボンファイバー表面へ金属触媒を固着させる装置の概略図
【図４】カーボンファイバー表面へのカーボンナノチューブを植生する反応槽装置の一例の模式図
【図５】カーボンナノチューブを植込んだカーボンファイバー素線
【図６】カーボンナノチューブを植込まれたカーボンファイバー素線を縄状構造に編む電線単体製造装置
【図７】カーボンファイバー素線を撚って縄状にした電線の基本構造
【図８】図７のＡ断面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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