JP2015079671A - 導電線、導電線の製造方法およびコイル - Google Patents

Abstract

【課題】重量が軽く、耐久性のある低抵抗な導電線、そのような導電線の製造方法、並びに、そのような導電線を用いたコイルを提供する。【解決手段】本発明による実施形態に従った導電線は、絶縁体と、絶縁体の中空部分に導入されたカーボンナノチューブとを備えている。カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒とともに絶縁体の中空部分に導入されていてもよい。溶媒は、揮発性の溶媒でもよい。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、導電線、導電線の製造方法およびコイルに関する。

従来、モータまたは発電機は、金属線を巻いた巻線コイルを用いて形成されている。巻線コイルの金属線として銅線等のような抵抗の低い金属が頻繁に用いられている。しかし、銅線のような金属線は比較的重いため、コイル全体の重量を増大させていた。

一方、電動デバイス用のコイルとして、薄膜金属を用いたシート状コイルが開発されている（特許文献１〜３）。このようなシート状コイルは、金属線を巻いた巻線コイルに比べて軽く、より強い磁力を効率的に発生することができる。

米国特許第６９５８５６４号明細書 米国特許第６８３７０８５号明細書 米国特許第６１１１３２９号明細書（特表２００２−５４２７４９号公報） 特許第４５２４１１０号明細書 特開２０１３−１０６３９２号公報

Aya Uehara et. al. 「高温超電導電機子巻線を適用した永久磁石発電機のコギングトルク低減と発電特性改善に関する基礎検討"Fundamental study on cogging torque reduction and generation characteristics improvement of permanent magnet generator having HTS armature windings"」 ２Ａ−ａ０４、 第８４回 ２０１１年度春季低温工学・超電導学会

しかし、薄膜金属は、通常の金属線と比べて過電力または熱に対する耐性において弱い。即ち、過電力を供給したときに、薄膜金属は金属線と比べて溶融し易くかつ焦げ易い。例えば、シート状コイルの絶縁シート内に気泡がある場合、薄膜金属は過電力により燃えることもある。この場合、薄膜金属は断線し、故障の原因となる。

上記の課題を解決するために、本実施形態による導電線は、絶縁体と、絶縁体の中空部分に導入されたカーボンナノチューブとを備えている。

カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒とともに絶縁体の中空部分に導入されていてもよい。

溶媒は、揮発性の溶媒でもよい。

カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。

絶縁体の中空部分に挿入された金属管をさらに備え、カーボンナノチューブは、金属管内に導入されていてもよい。

カーボンナノチューブは、金属管内に充填されており、絶縁体は、金属管を被覆していてもよい。

絶縁体は、表面上にカーボンナノチューブを塗布し、滴下しまたは吹き付けた第１の絶縁体と、カーボンナノチューブ上を被覆する第２の絶縁体とを含んでいてもよい。

絶縁体の中空部分に導入された金属配線をさらに備え、カーボンナノチューブは金属配線上に設けられており、絶縁体は、表面上に金属配線およびカーボンナノチューブを有する第１の絶縁体と、金属配線およびカーボンナノチューブ上を被覆する第２の絶縁体とを含んでいてもよい。

絶縁体の中空部分は、該絶縁体の内部に形成された中空管であり、カーボンナノチューブは、中空管内に導入されていてもよい。

本実施形態によるモータ用または発電機用のコイルは、請求項１から請求項９のいずれかに記載の導電線を用いている。

本実施形態による導電線の製造方法は、中空部分を有する絶縁体内にカーボンナノチューブを導入することを具備している。

カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒とともに絶縁体の中空部分に導入されてもよい。

溶媒は、揮発性の溶媒でもよい。

カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。

絶縁体は金属管の外周を被覆し、金属管内にカーボンナノチューブを導入してもよい。

当該方法は、カーボンナノチューブを金属管内に導入後、絶縁体および金属管を引き伸ばすことをさらに具備してもよい。

当該方法は、積層造形機を用いて絶縁体を形成することをさらに具備し、絶縁体内の中空部分にカーボンナノチューブを導入してもよい。

本実施形態による他の導電線の製造方法は、第１の絶縁体の表面上にカーボンナノチューブを塗布し、滴下しまたは吹き付け、カーボンナノチューブを被覆するように第２の絶縁体をカーボンナノチューブまたは第１の絶縁体上に塗布し、滴下しまたは吹き付けることを具備している。

カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の揮発性溶媒中に含まれており、カーボンナノチューブは、揮発性溶媒とともに塗布、滴下または吹き付けられ、第２の絶縁体は、揮発性溶媒の揮発後に塗布、滴下または吹き付けられてもよい。

カーボンナノチューブの塗布、滴下または吹き付け、並びに、第２の絶縁体を塗布、滴下または吹き付けは、印刷技術により実行されてもよい。

本発明は、重量が軽く、耐久性のある低抵抗な導電線、そのような導電線の製造方法、並びに、そのような導電線を用いたコイルを提供する。

第１の実施形態に従った導電線１を示す断面図。 第１の実施形態による導電線１の製造方法を示す図。 ローラ８０によって圧縮されるときの導電線１の様子を示す断面図。 第２の実施形態による導電線２の構成を示す斜視断面図。 第２の実施形態による導電線２の製造方法を示す図。 第１の絶縁体１１が円筒形である場合における導電線２の製造方法を示す図。 第２の実施形態の変形例による導電線３の構成を示す斜視断面図。 第３の実施形態による導電線４、５の構成を示す図。 モータまたは発電機の巻線コイルの一例、並びに、リニアモータのリニアコアの一例を示す図。 シート状コイルの一例、および、円筒形コイルの一例を示す図。 図９（Ａ）に示す巻線コイルを用いて形成されたモータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮの構成の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、第１の実施形態に従った導電線１を示す断面図である。図１（Ａ）は、導電線１を延伸方向の切断面を示し、図１（Ｂ）は、導電線１を延伸方向に対して垂直方向の切断面を示す。導電線１は、電気を伝搬する細長の導線であり、絶縁体１０に被覆されていることによって他の導電体と接触しても短絡しないように構成されている。従って、導電線１は、後述するようにモータのコイル、発電機のコイル、リニアモータのコイル（リニアコア）、ソレノイドコイル、リレーコイル、トランス、コアレスコイル等の様々な巻線コイルに用いることができる。

導電線１は、絶縁体１０と、金属管２０と、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴともいう）３０と、溶媒４０とを備えている。絶縁体１０は、図１（Ａ）に示すように、細長く形成されており、金属管２０の外側面に沿って金属管２０を被覆するように形成されている。また、絶縁体１０は、図１（Ｂ）に示すように、中空部分を有するように円形状に形成されている。絶縁体１０は、電気的に絶縁性の材料を用いて形成されている。絶縁体１０は、例えば、樹脂（プラスチック）、ゴム、ビニール、エナメル、ワニス、ロウ、紙（ワニスやロウを塗布した紙）、セラミック、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属酸化膜（例えば、アルミナ）等を用いて形成されている。

金属管２０は、絶縁体１０と同様に、細長く形成されており、中空部分を有するように円形状に形成されている。金属管２０は、中空部分内にＣＮＴ３０および溶媒４０を有している。即ち、絶縁体１０の中空部分に金属管２０が挿入されており、さらに金属管２０の中空部分にＣＮＴ３０が導入されている。換言すると、ＣＮＴ３０の外周に金属管２０が設けられており、さらに、金属管２０の外周に絶縁体１０が設けられていると言ってもよい。金属管２０は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて形成されている。

ＣＮＴ３０は、溶媒４０とともに金属管２０の中空部分に導入されている。金属管２０および絶縁体１０は、ＣＮＴ３０が中空分布から外部へ漏れないように構成されている。ＣＮＴ３０は、例えば、単層ＣＮＴであり、低抵抗性および高い導電性を有し、粉末状の材料である。多数のＣＮＴ３０は、金属管２０の中空部分内に密接するように導入されており、中空部分内部において互いに電気的に接続されている。従って、ＣＮＴ３０は、絶縁体１０および金属管２０の中空部分内において、絶縁体１０および金属管２０の延伸方向へ電気を伝達することができる。これにより、導電線１は、その一端から他端へ電気を流すことができる。ＣＮＴ３０は、例えば、単層ＣＮＴであることが好ましい。単層ＣＮＴは、多層ＣＮＴより低抵抗であるからである。 溶媒４０は、ＣＮＴ３０に対して親和性を有する液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒である。溶媒４０は、好ましくは、揮発性を有する。ＣＮＴ３０は、溶媒４０をバインダとしてインク状に混合されている（溶け込んでいる）。溶媒４０は、ＣＮＴ３０と同様に導電性であることが好ましい。

一般に、カーボンナノチューブは、銅と組合させることによって、銅単体と比較しての約１００倍の電流を流せることが知られている。例えば、１ｃｍ^２当たり６億アンペアの電流を流せる。尚且つ、カーボンナノチューブの密度は、１ｃｍ^３当たり約５．２グラムであり、銅(約８．５〜８．９ｇ／ｃｍ^３)よりも約４０％軽い。

一般的には、上記コイル等に用いられる導電線としては銅線（例えば、エナメル線）が用いられる。例えば、エナメル線は、細長い銅線の外周をエナメル等の絶縁材料で被覆することによって形成されている。

これに対し、本実施形態による導電線１は、絶縁体１０および金属管２０の中空部分（中心部）に低抵抗かつ軽量なＣＮＴ３０を導入することによって形成されている。これにより、本実施形態による導電線１は、一般的な銅線（例えば、エナメル線）に比べて、低抵抗かつ軽量になる。また、導電線１は、大きな電流を流すことができる。即ち、導電線１は、電流密度を向上させることができる。

さらに、導電線１は、絶縁体１０および金属管２０の中空部分内にＣＮＴ３０および溶媒４０を有している。即ち、絶縁体１０および金属管２０がＣＮＴ３０および溶媒４０を取り囲むように液密または気密に被覆している。従って、微細なＣＮＴ３０や液状の溶媒４０が絶縁体１０および金属管２０の外部へ漏れ出ない（染み出ない）。

尚、実際の使用時において、導電線１を切断する場合がある。このような場合、ＣＮＴ３０および媒体４０が切断部から漏れ出ることが懸念される。しかし、導電線１は細長く、かつ、ＣＮＴ３０および媒体４０は絶縁体１０および金属管２０の中空部分内に液密状態または気密状態で敷き詰められている（封入されている）。このため、ＣＮＴ３０および媒体４０は表面張力、毛細管現象あるいはＣＮＴ３０と金属管２０との間の摩擦力によって絶縁体１０および金属管２０の中空部分内に留まる。また、媒体４０をゼリー状またはゲル状にすることによって、ＣＮＴ３０および媒体４０は絶縁体１０および金属管２０の中空部分内にさらに留まることができる。尚、媒体４０は金属管２０内から揮発してもよい。この場合、絶縁体１０および金属管２０の中空部分内には、ＣＮＴ３０のみが留まることになる。

さらに、本実施形態による導電線１では、ＣＮＴ３０および溶媒４０が絶縁体１０および金属管２０の中空部分内に高密度で充填されている。従って、導電線１は、抵抗をより低くすることができ、かつ、より大電流を流すことができる。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、第１の実施形態による導電線１の製造方法を示す図である。絶縁体１０および金属管２０は、予め加熱されており、溶融状態または柔軟な状態にされている。絶縁体１０および金属管２０は、図２（Ａ）の矢印の方向に引き出され（あるいは押し出され）ガイド６０、７０によって細い管状に成形される。

ＣＮＴノズル５０は、金属管２０の開口部に挿入されており、絶縁体１０および金属管２０の成形の前後において、ＣＮＴ３０を金属管２０内に導入する。このとき、ＣＮＴ３０は、溶媒４０に混合されており、インク状で金属管２０内に注入される。絶縁体１０および金属管２０の成形とＣＮＴ３０の導入とは、時間的に或る程度前後してもよく、あるいは、同時であってもよい。

金属管２０の開口径は、ＣＮＴノズル５０を挿入可能なように、当初、大きく開いており、その後、ガイド６０、７０によって細い管状に成形される。

絶縁体１０は、溶融状態または柔軟な状態でガイド６０と７０との間を通過して、金属管２０の外周を被覆するように供給される。絶縁体１０は、金属管２０の外周に供給された後、外気によって冷却され金属管２０の外周に密着する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、導電線１は、ローラ８０および／またはリール９０によって引き伸ばされる。ローラ８０は、導電線１を２方向以上から圧縮する。ローラ８０は、複数個所に設けられ、様々な方向から導電線１を圧縮してよい。これにより、導電線１は、断面においてほぼ円形を維持しながら細線化され得る。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、ローラ８０によって圧縮されるときの導電線１の様子を示す断面図である。ローラ８０が導電線１を圧縮すると、溶媒４０が圧縮力よってＣＮＴ３０間から追い出され、ＣＮＴ３０がより緻密化される。即ち、金属管２０内においてＣＮＴ３０間の間隔が狭くなり、ＣＮＴ３０の密度が増す。これにより、導電線１の抵抗がさらに低くなり、かつ、導電線１はさらに大きな電流を流すことができる。

リール９０は、導電線１を引っ張りながら、これを巻き取る。ただし、導電線１が引張力によって切断されないように、リール９０の回転力を調節する。これにより、導電線１は、より長くかつ細くなる。リール９０に巻き取られた導電線１は、そのまま完成品として出荷されてもよく、あるいは、さらに、加工または利用されてもよい。

本実施形態による導電線１は、従来の導電線に比べ、低抵抗であり、大きな電流を流すことができる。また、導電線１は、従来の導電線に比べて軽量である。このような導電線１を送電線に利用した場合、効率良く電気を伝搬することができる。また、モータまたは発電機等のコイルは、大量のコイルを巻くことによって形成される。従って、このような導電線１をコイルに用いた場合、コイルは、非常に軽く、かつ、強い磁場を効率良く発生させることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態による導電線２の構成を示す斜視断面図である。導電線２は、シート状の第１の絶縁体１１上に直接形成された導電線である。導電線２は、第１の絶縁体１１と、第２の絶縁体１２と、ＣＮＴ３０とを備えている。第１の絶縁体１１は、シート状の絶縁体であり、その材料は、第１の実施形態の絶縁体１０の材料と同様でよい。第２の絶縁体１２の材料も、第１の実施形態の絶縁体１０の材料と同様でよい。

ＣＮＴ３０は、溶媒４０とともに、第１の絶縁体１１の表面上に塗布され、滴下され、または、吹き付けられている。溶媒４０は、揮発性であり、ＣＮＴ３０とともに第１の絶縁体１１の表面上に供給された後に揮発する。従って、ＣＮＴ３０が第１の絶縁体１１上に残る。溶媒４０を揮発させるために、第１の絶縁体１１を加熱してもよい。勿論、ＣＮＴ３０中に溶媒４０が残存していても構わない。尚、ＣＮＴ３０および溶媒４０は、それぞれ第１の実施形態のそれらと同じ材料でよい。

第２の絶縁体１２は、ＣＮＴ３０上を被覆するように第１の絶縁体１１上に設けられている。第１の絶縁体１１と第２の絶縁体１２との間に中空部分が形成されており、ＣＮＴ３０は、この中空部分に導入されている。第１の絶縁体１１および第２の絶縁体１２は、ＣＮＴ３０が中空部分から外部へ漏れないように互いに液密または気密に密着している。多数のＣＮＴ３０は、中空部分内において密接するように導入されており、中空部分内部において互いに電気的に接続されている。従って、ＣＮＴ３０は、中空部分内において、ＣＮＴ３０の延伸方向へ電気を伝達することができる。これにより、導電線２は、その一端から他端へ電気を流すことができる。

第２の実施形態による導電線２は、絶縁体１１、１２の中空部分に低抵抗かつ軽量なＣＮＴ３０を導入することによって形成されている。これにより、第２の実施形態も第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第２の実施形態において、金属管２０は設けられていない。従って、導電線２は、第１の実施形態より柔軟性に富み、軽量である。

さらに、第２の実施形態による導電線２は、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２を塗布、滴下または吹き付けることによって形成され得る。この場合、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２は、後述するように印刷技術を用いて容易に形成され得る。

図５は、第２の実施形態による導電線２の製造方法を示す図である。まず、第１の絶縁体１１を準備する。次に、印刷技術を用いて、溶媒４０に混合された（溶かされた）ＣＮＴ３０を第１の絶縁体１１上に塗布、滴下または吹き付ける。印刷技術は、例えば、レーザ法あるいはインクジェット法等の既知の印刷技術でよい。このとき、ＣＮＴ３０は、インク状になっているので、ノズル５２から第１の絶縁体１１に向かって吐出される。これにより、ＣＮＴ３０は、第１の絶縁体１１上において様々な形状に描画することができる。

次に、印刷技術を用いて、液体状または溶融状態の第２の絶縁体１２をＣＮＴ３０上に塗布、滴下または吹き付ける。印刷技術は、例えば、レーザ法あるいはインクジェット法等の既知の印刷技術でよい。このとき、第２の絶縁体１２は、ノズル５４から吐出されＣＮＴ３０に沿って印刷される。これにより、ＣＮＴ３０は、第１の絶縁体１１と第２の絶縁体１２との間に密閉される。第２の絶縁体１２が、ＣＮＴ３０上を被覆しているので、隣接するＣＮＴ３０の複数のラインは短絡しない。第２の絶縁体１２は、溶媒４０が揮発した後にＣＮＴ３０上に印刷されてもよい。

尚、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２を印刷する際、第１の絶縁体１１は、平面状態であってもよく、曲面状態であってもよい。例えば、第１の絶縁体１１は、図６に示すように円筒形に形成されており、円筒形の第１の絶縁体１１上に印刷することも考えられる。

図６は、第１の絶縁体１１が円筒形である場合における導電線２の製造方法を示す図である。第１の絶縁体１１が円筒形である場合、回転体９２とコレット９４との間に第１の絶縁体１１を固定する。そして、回転体９２とともに第１の絶縁体１１を回転可能にする。

ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２を印刷する際、ノズル５２、５４は、回転体９２の回転方向に対して垂直方向に走査し、それとともに、回転体９２は、第１の絶縁体１１を図６の矢印方向に回転させる。これにより、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２は、第１の絶縁体１１上において印刷可能な限り、様々な形状に描画することができる。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２の実施形態による導電線２は、既知の印刷技術を用いてＣＮＴ３０を絶縁体１１と１２との間の中空部分に導入して導電性２を形成することができる。従って、導電線２の形成が容易であり、コストを低減させることができる。さらに、第２の実施形態は既知の印刷技術を用いているので、第１の絶縁体１１の平面または曲面上に様々な形状を有する導電線２を形成することができる。即ち、導電線２の配線の自由度が高い。さらに、印刷技術は設計データに基づいて実行されるため、導電線２の形成は、設計データに基づく配線の形成と等価である。従って、例えば、プリント基板を短時間にかつ低コストで形成することができる。

尚、導電線２は、直線状であってもよいが、途中で屈曲させてもよい。導電線２を屈曲させることによって、後述するように、複数の第１の絶縁体１１を積層させたときに、複数の第１の絶縁体１１間の導電線２を接続してコイルを構成してもよい。

（第２の実施形態の変形例）
図７は、第２の実施形態の変形例による導電線３の構成を示す斜視断面図である。導電線３は、第１の絶縁体１１と、第２の絶縁体１２と、金属配線２２と、ＣＮＴ３０とを備えている。本変形例では、第１の絶縁体１１と第２の絶縁膜１２との間の中空部分にＣＮＴ３０だけでなく金属配線２２も導入されている。金属配線２２は、シート状の第１の絶縁体１１上に設けられている。ＣＮＴ３０は、金属配線２２上に設けられている。第２の絶縁体１２は、金属配線２２およびＣＮＴ３０上を被覆するように設けられている。金属配線２２は、金属管２０と同じ材料を用いて形成されていてよい。本変形例のその他の構成は、第２の実施形態の対応する構成と同様でよい。

本変形例のように、金属配線２２およびＣＮＴ３０を絶縁体１１、１２の中空部分に導入しても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本変形例による導電線３は、第２の実施形態による導電線２の製造方法を適用すれば、容易に製造することができる。例えば、まず、第１の絶縁体１１上に金属配線２２を形成する。このとき、金属配線２２は、接着剤によって第１の絶縁体１１上に固定してもよく、スパッタリングまたはめっき法を用いて第１の絶縁体１１上に付着させてもよい。次に、第２の実施形態に従った印刷技術を用いて、溶媒４０に混合された（溶かされた）ＣＮＴ３０を金属配線２２上に塗布、滴下または吹き付ける。溶媒４０の揮発後、印刷技術を用いて、液体状の第２の絶縁体１２をＣＮＴ３０および金属配線２２上に塗布、滴下または吹き付ける。このようにして、本変形例による導電線３は形成され得る。

（第３の実施形態）
図８（Ａ）は、第３の実施形態による導電線４の構成を示す図である。図８（Ｂ）は、第３の実施形態による導電線５の構成を示す図である。第３の実施形態において、絶縁体１０の内部に中空管１４が形成されている。ＣＮＴ３０は、中空管１４内に導入されている。尚、図８（Ｂ）の１００は、電池である。

図８（Ａ）では、中空管１４が絶縁体１０内に螺旋状に形成されている。これにより、導電線４はコイルとなり得る。図８（Ｂ）では、導電線５は電池１００の端子を所定の位置に電気的に導く配線として機能する。

第３の実施形態による導電線４、５は、積層造形機を用いて形成され得る。積層造形機は、例えば、いわゆる３Ｄプリンタでよい。例えば、まず、積層造形法を用いて内部に中空管１４を有する絶縁体１０中を形成する。次に、溶媒４０に混合された（溶かされた）ＣＮＴ３０を中空管１４内に導入する。これにより、導電線４、５が形成され得る。溶媒４０およびＣＮＴ３０が中空管１４から漏れ出ないように、中空管１４の両端に導電性の端子で栓をしてもよい。

（コイル）
上述の導電線１〜５は、モータのコイル、発電機のコイル、リニアモータのコイル（リニアコア）、ソレノイドコイル、リレーコイル、トランス、コアレスコイル等の様々なコイルに用いることができる。

例えば、導電線１は、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すようなコイルに適用することができる。図９（Ａ）は、モータまたは発電機の巻線コイルの一例を示す図である。図９（Ｂ）は、リニアモータのリニアコアの一例を示す図である。

例えば、導電線２または３は、図１０（Ａ）に示すように、シート状コイルに適用することができる。図１０（Ａ）は、シート状コイル１３ａ、１３ｂの一例を示す図である。図１０（Ａ）に示すように、２枚のシート状コイル１３ａ、１３ｂを第１の絶縁体１１の裏面同志で張り合わせる。第１の絶縁体１１の裏面は、導電線２または３が形成されている表面の反対側の面である。２枚のシート状コイル１３ａ、１３ｂは、同じ形状の導電線２または３を備えている。さらに、シート状コイルのペアが１つのコイルを形成するために、一方のシート状コイルの或る段の配線は、他方のシート状コイルの次の段の配線の他端に電気的に接続されている。例えば、シート状コイル１３ａの１段目の配線は、シート状コイル１３ｂの２段目の配線の一端に接続され、この２段目の配線の他端は、シート状コイル１３ａの２段目の配線の一端に接続されている。シート状コイル１３ａの２段目の配線の他端は、シート状コイル１３ｂの３段目の配線の一端に接続され、この３段目の配線の他端は、シート状コイル１３ａの３段目の配線の一端に接続されている。このように、シート状コイル１３ａのｋ段目（ｋは整数）の配線は、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の一端に接続され、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の他端は、シート状コイル１３ａのｋ＋１段目の配線の一端に接続されている。これを繰り返すことによって、シート状コイル１３ａ、１３ｂの配線は、２枚の第１の絶縁体１１の周囲に巻かれたコイルと等価となる。

尚、シート状コイル１３ａ、１３ｂの上記コイルの配線は、第１の絶縁体１１の側面においてはんだ等を用いて導電線２または３を接続してもよい。あるいは、第１の絶縁体１１の両端または中心部における導電線２または３の傾斜を互いに相違させることによって、シート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせたときに、一方のシート状コイルの或る段の配線の端が、他方のシート状コイルの次の段の配線の他端に重複するようにしてもよい。例えば、シート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせたときに、シート状コイル１３ａのｋ段目の配線の一端が、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の一端に重なり、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の他端が、シート状コイル１３ａのｋ＋１段目の配線の一端に重なるように導電線２または３の傾斜を調整してもよい。これにより、シート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせた後、第１の絶縁体１１の側面において導電線２または３の重複する位置ではんだ付けをすれば足りる。従って、はんだ付けが容易となる。

その後、シート状コイル１３ａ、１３ｂを円筒形に丸めることによって、図１０（Ｂ）に示すように、円筒形のコイルにすることができる。図１０（Ｂ）は、円筒形コイルの一例を示す図である。図１０（Ｂ）には、２つのシート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせた円筒形コイルが示されているが、シート状コイルは薄いため、さらに複数の円筒形コイル（複数のシート状コイルのペア）を積層させることができる。即ち、複数のシート状コイルのペアを積層して円筒形に丸めることによってコイルを形成してもよい。この場合、シート状コイルの導電線２または３は、絶縁体１１または１２によって絶縁される。従って、複数の円筒形コイルは積層させても互いにショートしない。複数の円筒形コイルを積層させることによって、絶縁体に対する導電体の比率の高いコイルが形成され得る。このような導電体比率の高いコイルは、巻線コイルに比べて軽く、より強い磁力を効率的に発生することができる。

さらに、導電線２または３はＣＮＴ３０を導入しているため、上記円筒形コイルは、非常に軽量であり、低抵抗であり、かつ、大きな電流を流すことができる。

図１１は、図９（Ａ）に示す巻線コイルを用いて形成されたモータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮの構成の一例を示す図である。第１の発電機ＧＥＮ１、第２の発電機ＧＥＮ２およびモータＭＯＴの各回転軸ＲＯＴは共通（同軸）である。従って、モータＭＯＴが回転軸ＲＯＴを回転させることによって第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２は効率良く発電することができる。尚、本実施形態による発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は、上記特許文献４、あるいは、非特許文献１に記載された構造を組み込んでもよい。これにより、発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は、コギングトルクを低減させることができ、より効率的に発電することができる。また、本実施形態によるモータＭＯＴが上記特許文献４、５あるいは非特許文献１に記載された構造を組み込んでもよい。これにより、モータＭＯＴは、より大きなトルクを出力することができ、より効率的に発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２を駆動させることができる。

さらに、第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２は回転軸ＲＯＴによって連結されており、互いに同一の構成を有している。従って、モータＭＯＴが回転軸ＲＯＴを回転させることによって、第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２はそれぞれ同一の電力を効率良く出力することができる。尚、回転軸ＲＯＴは、一体形成された軸であってもよい。しかし、第１の発電機ＧＥＮ１、第２の発電機ＧＥＮ２およびモータＭＯＴのそれぞれの回転軸は、カップリングＣで結合されることによって共通の回転軸ＲＯＴとして機能してもよい。

モータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮは、巻線コイルに代えて、図１０（Ｂ）に示す円筒形コイルまたはこのようなコイルを積層した円筒形コイルを用いて形成されてもよい。これにより、モータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮは、より軽くなり、かつ、より強い磁力を効率的に発生することができる。

１〜５…導電線、１０…絶縁体、１１…第１の絶縁体、１２…第２の絶縁体、２０…金属管、３０…カーボンナノチューブ、４０…溶媒、２２…金属配線、１４…中空管、ＭＯＴ…モータ、ＧＥＮ…発電機

本発明は、導電線、導電線の製造方法およびコイルに関する。

従来、モータまたは発電機は、金属線を巻いた巻線コイルを用いて形成されている。巻線コイルの金属線として銅線等のような抵抗の低い金属が頻繁に用いられている。しかし、銅線のような金属線は比較的重いため、コイル全体の重量を増大させていた。

一方、電動デバイス用のコイルとして、薄膜金属を用いたシート状コイルが開発されている（特許文献１〜３）。このようなシート状コイルは、金属線を巻いた巻線コイルに比べて軽く、より強い磁力を効率的に発生することができる。

米国特許第６９５８５６４号明細書 米国特許第６８３７０８５号明細書 米国特許第６１１１３２９号明細書（特表２００２−５４２７４９号公報） 特許第４５２４１１０号明細書 特開２０１３−１０６３９２号公報

Aya Uehara et. al. 「高温超電導電機子巻線を適用した永久磁石発電機のコギングトルク低減と発電特性改善に関する基礎検討"Fundamental study on cogging torque reduction and generation characteristics improvement of permanent magnet generator having HTS armature windings"」 ２Ａ−ａ０４、 第８４回 ２０１１年度春季低温工学・超電導学会

しかし、薄膜金属は、通常の金属線と比べて過電力または熱に対する耐性において弱い。即ち、過電力を供給したときに、薄膜金属は金属線と比べて溶融し易くかつ焦げ易い。
例えば、シート状コイルの絶縁シート内に気泡がある場合、薄膜金属は過電力により燃えることもある。この場合、薄膜金属は断線し、故障の原因となる。

上記の課題を解決するために、本実施形態による導電線は、絶縁体と、絶縁体の中空部分に導入された金属配線と、絶縁体の中空部分に導入され、金属配線上に設けられたカーボンナノチューブとを備え、絶縁体は、表面上に金属配線およびカーボンナノチューブを有する第１の絶縁体と、金属配線およびカーボンナノチューブ上を被覆する第２の絶縁体とを含む。

カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒とともに絶縁体の中空部分に導入されていてもよい。

溶媒は、揮発性の溶媒でもよい。

カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。

本実施形態によるモータ用または発電機用のコイルは、上記いずれかの導電線を用いている。

本実施形態による導電線の製造方法は、第１の絶縁体と第２の絶縁膜との間の中空部分に導入された金属配線と、絶縁体の中空部分に導入され金属配線上に設けられたカーボンナノチューブとを備えた導電線の製造方法であって、
第１の絶縁体上に金属配線を形成し、
金属配線上にカーボンナノチューブを形成し、
金属配線およびカーボンナノチューブ上を被覆するように第２の絶縁体を形成することを具備している。

カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒とともに金属配線上に塗布、滴下または吹き付けられてもよい。

溶媒は、揮発性の溶媒でもよい。

カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでもよい。

第２の絶縁体は、金属配線およびカーボンナノチューブ上に塗布、滴下または吹き付けられてもよい。

カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の揮発性溶媒中に含まれており、カーボンナノチューブは、揮発性溶媒とともに塗布、滴下または吹き付けられ、第２の絶縁体は、揮発性溶媒の揮発後に塗布、滴下または吹き付けられてもよい。

カーボンナノチューブの塗布、滴下または吹き付け、並びに、第２の絶縁体を塗布、滴下または吹き付けは、印刷技術により実行されてもよい。

本発明は、重量が軽く、耐久性のある低抵抗な導電線、そのような導電線の製造方法、並びに、そのような導電線を用いたコイルを提供する。

参考例に従った導電線１を示す断面図。 参考例による導電線１の製造方法を示す図。 ローラ８０によって圧縮されるときの導電線１の様子を示す断面図。 第２の実施形態による導電線２の構成を示す斜視断面図。 第２の実施形態による導電線２の製造方法を示す図。 第１の絶縁体１１が円筒形である場合における導電線２の製造方法を示す図。 第２の実施形態の変形例による導電線３の構成を示す斜視断面図。 他の参考例による導電線４、５の構成を示す図。 モータまたは発電機の巻線コイルの一例、並びに、リニアモータのリニアコアの一例を示す図。 シート状コイルの一例、および、円筒形コイルの一例を示す図。 図９（Ａ）に示す巻線コイルを用いて形成されたモータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮの構成の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（参考例）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、参考例に従った導電線１を示す断面図である。図１（Ａ）は、導電線１を延伸方向の切断面を示し、図１（Ｂ）は、導電線１を延伸方向に対して垂直方向の切断面を示す。導電線１は、電気を伝搬する細長の導線であり、絶縁体１０に被覆されていることによって他の導電体と接触しても短絡しないように構成されている。従って、導電線１は、後述するようにモータのコイル、発電機のコイル、リニアモータのコイル（リニアコア）、ソレノイドコイル、リレーコイル、トランス、コアレスコイル等の様々な巻線コイルに用いることができる。

導電線１は、絶縁体１０と、金属管２０と、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴともいう）３０と、溶媒４０とを備えている。絶縁体１０は、図１（Ａ）に示すように、細長く形成されており、金属管２０の外側面に沿って金属管２０を被覆するように形成されている。また、絶縁体１０は、図１（Ｂ）に示すように、中空部分を有するように円形状に形成されている。絶縁体１０は、電気的に絶縁性の材料を用いて形成されている。絶縁体１０は、例えば、樹脂（プラスチック）、ゴム、ビニール、エナメル、ワニス、ロウ、紙（ワニスやロウを塗布した紙）、セラミック、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属酸化膜（例えば、アルミナ）等を用いて形成されている。

金属管２０は、絶縁体１０と同様に、細長く形成されており、中空部分を有するように円形状に形成されている。金属管２０は、中空部分内にＣＮＴ３０および溶媒４０を有している。即ち、絶縁体１０の中空部分に金属管２０が挿入されており、さらに金属管２０の中空部分にＣＮＴ３０が導入されている。換言すると、ＣＮＴ３０の外周に金属管２０が設けられており、さらに、金属管２０の外周に絶縁体１０が設けられていると言ってもよい。金属管２０は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて形成されている。

ＣＮＴ３０は、溶媒４０とともに金属管２０の中空部分に導入されている。金属管２０および絶縁体１０は、ＣＮＴ３０が中空分布から外部へ漏れないように構成されている。ＣＮＴ３０は、例えば、単層ＣＮＴであり、低抵抗性および高い導電性を有し、粉末状の材料である。多数のＣＮＴ３０は、金属管２０の中空部分内に密接するように導入されており、中空部分内部において互いに電気的に接続されている。従って、ＣＮＴ３０は、絶縁体１０および金属管２０の中空部分内において、絶縁体１０および金属管２０の延伸方向へ電気を伝達することができる。これにより、導電線１は、その一端から他端へ電気を流すことができる。ＣＮＴ３０は、例えば、単層ＣＮＴであることが好ましい。単層ＣＮＴは、多層ＣＮＴより低抵抗であるからである。 溶媒４０は、ＣＮＴ３０に対して親和性を有する液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒である。溶媒４０は、好ましくは、揮発性を有する。ＣＮＴ３０は、溶媒４０をバインダとしてインク状に混合されている（溶け込んでいる）。溶媒４０は、ＣＮＴ３０と同様に導電性であることが好ましい。

一般に、カーボンナノチューブは、銅と組合させることによって、銅単体と比較しての約１００倍の電流を流せることが知られている。例えば、１ｃｍ^２当たり６億アンペアの電流を流せる。尚且つ、カーボンナノチューブの密度は、１ｃｍ^３当たり約５．２グラムであり、銅(約８．５〜８．９ｇ／ｃｍ^３)よりも約４０％軽い。

一般的には、上記コイル等に用いられる導電線としては銅線（例えば、エナメル線）が用いられる。例えば、エナメル線は、細長い銅線の外周をエナメル等の絶縁材料で被覆することによって形成されている。

これに対し、本実施形態による導電線１は、絶縁体１０および金属管２０の中空部分（中心部）に低抵抗かつ軽量なＣＮＴ３０を導入することによって形成されている。これにより、本実施形態による導電線１は、一般的な銅線（例えば、エナメル線）に比べて、低抵抗かつ軽量になる。また、導電線１は、大きな電流を流すことができる。即ち、導電線１は、電流密度を向上させることができる。

さらに、導電線１は、絶縁体１０および金属管２０の中空部分内にＣＮＴ３０および溶媒４０を有している。即ち、絶縁体１０および金属管２０がＣＮＴ３０および溶媒４０を取り囲むように液密または気密に被覆している。従って、微細なＣＮＴ３０や液状の溶媒４０が絶縁体１０および金属管２０の外部へ漏れ出ない（染み出ない）。

尚、実際の使用時において、導電線１を切断する場合がある。このような場合、ＣＮＴ３０および媒体４０が切断部から漏れ出ることが懸念される。しかし、導電線１は細長く、かつ、ＣＮＴ３０および媒体４０は絶縁体１０および金属管２０の中空部分内に液密状態または気密状態で敷き詰められている（封入されている）。このため、ＣＮＴ３０および媒体４０は表面張力、毛細管現象あるいはＣＮＴ３０と金属管２０との間の摩擦力によって絶縁体１０および金属管２０の中空部分内に留まる。また、媒体４０をゼリー状またはゲル状にすることによって、ＣＮＴ３０および媒体４０は絶縁体１０および金属管２０の中空部分内にさらに留まることができる。尚、媒体４０は金属管２０内から揮発してもよい。この場合、絶縁体１０および金属管２０の中空部分内には、ＣＮＴ３０のみが留まることになる。

さらに、本実施形態による導電線１では、ＣＮＴ３０および溶媒４０が絶縁体１０および金属管２０の中空部分内に高密度で充填されている。従って、導電線１は、抵抗をより低くすることができ、かつ、より大電流を流すことができる。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、参考例による導電線１の製造方法を示す図である。絶縁体１０および金属管２０は、予め加熱されており、溶融状態または柔軟な状態にされている。絶縁体１０および金属管２０は、図２（Ａ）の矢印の方向に引き出され（あるいは押し出され）ガイド６０、７０によって細い管状に成形される。

ＣＮＴノズル５０は、金属管２０の開口部に挿入されており、絶縁体１０および金属管２０の成形の前後において、ＣＮＴ３０を金属管２０内に導入する。このとき、ＣＮＴ３０は、溶媒４０に混合されており、インク状で金属管２０内に注入される。絶縁体１０および金属管２０の成形とＣＮＴ３０の導入とは、時間的に或る程度前後してもよく、あるいは、同時であってもよい。

金属管２０の開口径は、ＣＮＴノズル５０を挿入可能なように、当初、大きく開いており、その後、ガイド６０、７０によって細い管状に成形される。

絶縁体１０は、溶融状態または柔軟な状態でガイド６０と７０との間を通過して、金属管２０の外周を被覆するように供給される。絶縁体１０は、金属管２０の外周に供給された後、外気によって冷却され金属管２０の外周に密着する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、導電線１は、ローラ８０および／またはリール９０によって引き伸ばされる。ローラ８０は、導電線１を２方向以上から圧縮する。ローラ８０は、複数個所に設けられ、様々な方向から導電線１を圧縮してよい。これにより、導電線１は、断面においてほぼ円形を維持しながら細線化され得る。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、ローラ８０によって圧縮されるときの導電線１の様子を示す断面図である。ローラ８０が導電線１を圧縮すると、溶媒４０が圧縮力よってＣＮＴ３０間から追い出され、ＣＮＴ３０がより緻密化される。即ち、金属管２０内においてＣＮＴ３０間の間隔が狭くなり、ＣＮＴ３０の密度が増す。これにより、導電線１の抵抗がさらに低くなり、かつ、導電線１はさらに大きな電流を流すことができる。

リール９０は、導電線１を引っ張りながら、これを巻き取る。ただし、導電線１が引張力によって切断されないように、リール９０の回転力を調節する。これにより、導電線１は、より長くかつ細くなる。リール９０に巻き取られた導電線１は、そのまま完成品として出荷されてもよく、あるいは、さらに、加工または利用されてもよい。

本実施形態による導電線１は、従来の導電線に比べ、低抵抗であり、大きな電流を流すことができる。また、導電線１は、従来の導電線に比べて軽量である。このような導電線１を送電線に利用した場合、効率良く電気を伝搬することができる。また、モータまたは発電機等のコイルは、大量のコイルを巻くことによって形成される。従って、このような導電線１をコイルに用いた場合、コイルは、非常に軽く、かつ、強い磁場を効率良く発生させることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態による導電線２の構成を示す斜視断面図である。導電線２は、シート状の第１の絶縁体１１上に直接形成された導電線である。導電線２は、第１の絶縁体１１と、第２の絶縁体１２と、ＣＮＴ３０とを備えている。第１の絶縁体１１は、シート状の絶縁体であり、その材料は、参考例の絶縁体１０の材料と同様でよい。第２の絶縁体１２の材料も、参考例の絶縁体１０の材料と同様でよい。

ＣＮＴ３０は、溶媒４０とともに、第１の絶縁体１１の表面上に塗布され、滴下され、または、吹き付けられている。溶媒４０は、揮発性であり、ＣＮＴ３０とともに第１の絶縁体１１の表面上に供給された後に揮発する。従って、ＣＮＴ３０が第１の絶縁体１１上に残る。溶媒４０を揮発させるために、第１の絶縁体１１を加熱してもよい。勿論、ＣＮＴ３０中に溶媒４０が残存していても構わない。尚、ＣＮＴ３０および溶媒４０は、それぞれ参考例のそれらと同じ材料でよい。

第２の絶縁体１２は、ＣＮＴ３０上を被覆するように第１の絶縁体１１上に設けられている。第１の絶縁体１１と第２の絶縁体１２との間に中空部分が形成されており、ＣＮＴ３０は、この中空部分に導入されている。第１の絶縁体１１および第２の絶縁体１２は、ＣＮＴ３０が中空部分から外部へ漏れないように互いに液密または気密に密着している。
多数のＣＮＴ３０は、中空部分内において密接するように導入されており、中空部分内部において互いに電気的に接続されている。従って、ＣＮＴ３０は、中空部分内において、ＣＮＴ３０の延伸方向へ電気を伝達することができる。これにより、導電線２は、その一端から他端へ電気を流すことができる。

第２の実施形態による導電線２は、絶縁体１１、１２の中空部分に低抵抗かつ軽量なＣＮＴ３０を導入することによって形成されている。これにより、第２の実施形態も参考例と同様の効果を得ることができる。

また、第２の実施形態において、金属管２０は設けられていない。従って、導電線２は、参考例より柔軟性に富み、軽量である。

さらに、第２の実施形態による導電線２は、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２を塗布、滴下または吹き付けることによって形成され得る。この場合、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２は、後述するように印刷技術を用いて容易に形成され得る。

図５は、第２の実施形態による導電線２の製造方法を示す図である。まず、第１の絶縁体１１を準備する。次に、印刷技術を用いて、溶媒４０に混合された（溶かされた）ＣＮＴ３０を第１の絶縁体１１上に塗布、滴下または吹き付ける。印刷技術は、例えば、レーザ法あるいはインクジェット法等の既知の印刷技術でよい。このとき、ＣＮＴ３０は、インク状になっているので、ノズル５２から第１の絶縁体１１に向かって吐出される。これにより、ＣＮＴ３０は、第１の絶縁体１１上において様々な形状に描画することができる。

次に、印刷技術を用いて、液体状または溶融状態の第２の絶縁体１２をＣＮＴ３０上に塗布、滴下または吹き付ける。印刷技術は、例えば、レーザ法あるいはインクジェット法等の既知の印刷技術でよい。このとき、第２の絶縁体１２は、ノズル５４から吐出されＣＮＴ３０に沿って印刷される。これにより、ＣＮＴ３０は、第１の絶縁体１１と第２の絶縁体１２との間に密閉される。第２の絶縁体１２が、ＣＮＴ３０上を被覆しているので、隣接するＣＮＴ３０の複数のラインは短絡しない。第２の絶縁体１２は、溶媒４０が揮発した後にＣＮＴ３０上に印刷されてもよい。

尚、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２を印刷する際、第１の絶縁体１１は、平面状態であってもよく、曲面状態であってもよい。例えば、第１の絶縁体１１は、図６に示すように円筒形に形成されており、円筒形の第１の絶縁体１１上に印刷することも考えられる。

図６は、第１の絶縁体１１が円筒形である場合における導電線２の製造方法を示す図である。第１の絶縁体１１が円筒形である場合、回転体９２とコレット９４との間に第１の絶縁体１１を固定する。そして、回転体９２とともに第１の絶縁体１１を回転可能にする。

ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２を印刷する際、ノズル５２、５４は、回転体９２の回転方向に対して垂直方向に走査し、それとともに、回転体９２は、第１の絶縁体１１を図６の矢印方向に回転させる。これにより、ＣＮＴ３０および第２の絶縁体１２は、第１の絶縁体１１上において印刷可能な限り、様々な形状に描画することができる。

第２の実施形態によれば、参考例と同様の効果を得ることができる。また、第２の実施形態による導電線２は、既知の印刷技術を用いてＣＮＴ３０を絶縁体１１と１２との間の中空部分に導入して導電性２を形成することができる。従って、導電線２の形成が容易であり、コストを低減させることができる。さらに、第２の実施形態は既知の印刷技術を用いているので、第１の絶縁体１１の平面または曲面上に様々な形状を有する導電線２を形成することができる。即ち、導電線２の配線の自由度が高い。さらに、印刷技術は設計データに基づいて実行されるため、導電線２の形成は、設計データに基づく配線の形成と等価である。従って、例えば、プリント基板を短時間にかつ低コストで形成することができる。

尚、導電線２は、直線状であってもよいが、途中で屈曲させてもよい。導電線２を屈曲させることによって、後述するように、複数の第１の絶縁体１１を積層させたときに、複数の第１の絶縁体１１間の導電線２を接続してコイルを構成してもよい。

（第２の実施形態の変形例）
図７は、第２の実施形態の変形例による導電線３の構成を示す斜視断面図である。導電線３は、第１の絶縁体１１と、第２の絶縁体１２と、金属配線２２と、ＣＮＴ３０とを備えている。本変形例では、第１の絶縁体１１と第２の絶縁膜１２との間の中空部分にＣＮＴ３０だけでなく金属配線２２も導入されている。金属配線２２は、シート状の第１の絶縁体１１上に設けられている。ＣＮＴ３０は、金属配線２２上に設けられている。第２の絶縁体１２は、金属配線２２およびＣＮＴ３０上を被覆するように設けられている。金属配線２２は、金属管２０と同じ材料を用いて形成されていてよい。本変形例のその他の構成は、第２の実施形態の対応する構成と同様でよい。

本変形例のように、金属配線２２およびＣＮＴ３０を絶縁体１１、１２の中空部分に導入しても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本変形例による導電線３は、第２の実施形態による導電線２の製造方法を適用すれば、容易に製造することができる。例えば、まず、第１の絶縁体１１上に金属配線２２を形成する。このとき、金属配線２２は、接着剤によって第１の絶縁体１１上に固定してもよく、スパッタリングまたはめっき法を用いて第１の絶縁体１１上に付着させてもよい。次に、第２の実施形態に従った印刷技術を用いて、溶媒４０に混合された（溶かされた）ＣＮＴ３０を金属配線２２上に塗布、滴下または吹き付ける。溶媒４０の揮発後、印刷技術を用いて、液体状の第２の絶縁体１２をＣＮＴ３０および金属配線２２上に塗布、滴下または吹き付ける。このようにして、本変形例による導電線３は形成され得る。

（他の参考例）
図８（Ａ）は、他の参考例による導電線４の構成を示す図である。図８（Ｂ）は、他の参考例による導電線５の構成を示す図である。他の参考例において、絶縁体１０の内部に中空管１４が形成されている。ＣＮＴ３０は、中空管１４内に導入されている。尚、図８（Ｂ）の１００は、電池である。

図８（Ａ）では、中空管１４が絶縁体１０内に螺旋状に形成されている。これにより、導電線４はコイルとなり得る。図８（Ｂ）では、導電線５は電池１００の端子を所定の位置に電気的に導く配線として機能する。

他の参考例による導電線４、５は、積層造形機を用いて形成され得る。積層造形機は、例えば、いわゆる３Ｄプリンタでよい。例えば、まず、積層造形法を用いて内部に中空管１４を有する絶縁体１０中を形成する。次に、溶媒４０に混合された（溶かされた）ＣＮＴ３０を中空管１４内に導入する。これにより、導電線４、５が形成され得る。溶媒４０およびＣＮＴ３０が中空管１４から漏れ出ないように、中空管１４の両端に導電性の端子で栓をしてもよい。

（コイル）
上述の導電線１〜５は、モータのコイル、発電機のコイル、リニアモータのコイル（リニアコア）、ソレノイドコイル、リレーコイル、トランス、コアレスコイル等の様々なコイルに用いることができる。

例えば、導電線１は、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すようなコイルに適用することができる。図９（Ａ）は、モータまたは発電機の巻線コイルの一例を示す図である。図９（Ｂ）は、リニアモータのリニアコアの一例を示す図である。

例えば、導電線２または３は、図１０（Ａ）に示すように、シート状コイルに適用することができる。図１０（Ａ）は、シート状コイル１３ａ、１３ｂの一例を示す図である。図１０（Ａ）に示すように、２枚のシート状コイル１３ａ、１３ｂを第１の絶縁体１１の裏面同志で張り合わせる。第１の絶縁体１１の裏面は、導電線２または３が形成されている表面の反対側の面である。２枚のシート状コイル１３ａ、１３ｂは、同じ形状の導電線２または３を備えている。さらに、シート状コイルのペアが１つのコイルを形成するために、一方のシート状コイルの或る段の配線は、他方のシート状コイルの次の段の配線の他端に電気的に接続されている。例えば、シート状コイル１３ａの１段目の配線は、シート状コイル１３ｂの２段目の配線の一端に接続され、この２段目の配線の他端は、シート状コイル１３ａの２段目の配線の一端に接続されている。シート状コイル１３ａの２段目の配線の他端は、シート状コイル１３ｂの３段目の配線の一端に接続され、この３段目の配線の他端は、シート状コイル１３ａの３段目の配線の一端に接続されている。このように、シート状コイル１３ａのｋ段目（ｋは整数）の配線は、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の一端に接続され、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の他端は、シート状コイル１３ａのｋ＋１段目の配線の一端に接続されている。これを繰り返すことによって、シート状コイル１３ａ、１３ｂの配線は、２枚の第１の絶縁体１１の周囲に巻かれたコイルと等価となる。

尚、シート状コイル１３ａ、１３ｂの上記コイルの配線は、第１の絶縁体１１の側面においてはんだ等を用いて導電線２または３を接続してもよい。あるいは、第１の絶縁体１１の両端または中心部における導電線２または３の傾斜を互いに相違させることによって、シート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせたときに、一方のシート状コイルの或る段の配線の端が、他方のシート状コイルの次の段の配線の他端に重複するようにしてもよい。例えば、シート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせたときに、シート状コイル１３ａのｋ段目の配線の一端が、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の一端に重なり、シート状コイル１３ｂのｋ＋１段目の配線の他端が、シート状コイル１３ａのｋ＋１段目の配線の一端に重なるように導電線２または３の傾斜を調整してもよい。これにより、シート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせた後、第１の絶縁体１１の側面において導電線２または３の重複する位置ではんだ付けをすれば足りる。従って、はんだ付けが容易となる。

その後、シート状コイル１３ａ、１３ｂを円筒形に丸めることによって、図１０（Ｂ）に示すように、円筒形のコイルにすることができる。図１０（Ｂ）は、円筒形コイルの一例を示す図である。図１０（Ｂ）には、２つのシート状コイル１３ａ、１３ｂを張り合わせた円筒形コイルが示されているが、シート状コイルは薄いため、さらに複数の円筒形コイル（複数のシート状コイルのペア）を積層させることができる。即ち、複数のシート状コイルのペアを積層して円筒形に丸めることによってコイルを形成してもよい。この場合、シート状コイルの導電線２または３は、絶縁体１１または１２によって絶縁される。従って、複数の円筒形コイルは積層させても互いにショートしない。複数の円筒形コイルを積層させることによって、絶縁体に対する導電体の比率の高いコイルが形成され得る。このような導電体比率の高いコイルは、巻線コイルに比べて軽く、より強い磁力を効率的に発生することができる。

さらに、導電線２または３はＣＮＴ３０を導入しているため、上記円筒形コイルは、非常に軽量であり、低抵抗であり、かつ、大きな電流を流すことができる。

図１１は、図９（Ａ）に示す巻線コイルを用いて形成されたモータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮの構成の一例を示す図である。第１の発電機ＧＥＮ１、第２の発電機ＧＥＮ２およびモータＭＯＴの各回転軸ＲＯＴは共通（同軸）である。従って、モータＭＯＴが回転軸ＲＯＴを回転させることによって第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２は効率良く発電することができる。尚、本実施形態による発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は、上記特許文献４、あるいは、非特許文献１に記載された構造を組み込んでもよい。これにより、発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２は、コギングトルクを低減させることができ、より効率的に発電することができる。また、本実施形態によるモータＭＯＴが上記特許文献４、５あるいは非特許文献１に記載された構造を組み込んでもよい。これにより、モータＭＯＴは、より大きなトルクを出力することができ、より効率的に発電機ＧＥＮ１、ＧＥＮ２を駆動させることができる。

さらに、第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２は回転軸ＲＯＴによって連結されており、互いに同一の構成を有している。従って、モータＭＯＴが回転軸ＲＯＴを回転させることによって、第１の発電機ＧＥＮ１および第２の発電機ＧＥＮ２はそれぞれ同一の電力を効率良く出力することができる。尚、回転軸ＲＯＴは、一体形成された軸であってもよい。しかし、第１の発電機ＧＥＮ１、第２の発電機ＧＥＮ２およびモータＭＯＴのそれぞれの回転軸は、カップリングＣで結合されることによって共通の回転軸ＲＯＴとして機能してもよい。

モータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮは、巻線コイルに代えて、図１０（Ｂ）に示す円筒形コイルまたはこのようなコイルを積層した円筒形コイルを用いて形成されてもよい。これにより、モータＭＯＴおよび発電機ＧＥＮは、より軽くなり、かつ、より強い磁力を効率的に発生することができる。

１〜５…導電線、１０…絶縁体、１１…第１の絶縁体、１２…第２の絶縁体、２０…金属管、３０…カーボンナノチューブ、４０…溶媒、２２…金属配線、１４…中空管、ＭＯＴ…モータ、ＧＥＮ…発電機

Claims (20)

1. 絶縁体と、
   前記絶縁体の中空部分に導入されたカーボンナノチューブとを備えた導電線。
2. 前記カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒とともに前記絶縁体の中空部分に導入されていることを特徴とする請求項１に記載の導電線。
3. 前記溶媒は、揮発性の溶媒であることを特徴とする請求項２に記載の導電線。
4. 前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の導電線。
5. 前記絶縁体の中空部分に挿入された金属管をさらに備え、
   前記カーボンナノチューブは、前記金属管内に導入されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導電線。
6. 前記カーボンナノチューブは、前記金属管内に充填されており、
   前記絶縁体は、前記金属管を被覆していることを特徴とする請求項５に記載の導電線。
7. 前記絶縁体は、表面上に前記カーボンナノチューブを塗布し、滴下しまたは吹き付けた第１の絶縁体と、前記カーボンナノチューブ上を被覆する第２の絶縁体とを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導電線。
8. 前記絶縁体の中空部分に導入された金属配線をさらに備え、
   前記カーボンナノチューブは前記金属配線上に設けられており、
   前記絶縁体は、表面上に前記金属配線および前記カーボンナノチューブを有する第１の絶縁体と、前記金属配線および前記カーボンナノチューブ上を被覆する第２の絶縁体とを含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導電線。
9. 前記絶縁体の中空部分は、該絶縁体の内部に形成された中空管であり、
   前記カーボンナノチューブは、前記中空管内に導入されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導電線。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の導電線を用いたモータ用または発電機用のコイル。
11. 中空部分を有する絶縁体内にカーボンナノチューブを導入することを具備した導電線の製造方法。
12. 前記カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の溶媒とともに前記絶縁体の中空部分に導入されることを特徴とする請求項１１に記載の導電線の製造方法。
13. 前記溶媒は、揮発性の溶媒であることを特徴とする請求項１２に記載の導電線の製造方法。
14. 前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の導電線の製造方法。
15. 前記絶縁体は金属管の外周を被覆し、
    前記金属管内にカーボンナノチューブを導入することを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の導電線の製造方法。
16. 前記カーボンナノチューブを前記金属管内に導入後、
    前記絶縁体および前記金属管を引き伸ばすことをさらに具備したことを特徴とする請求項１５に記載の導電線の製造方法。
17. 積層造形機を用いて前記絶縁体を形成することをさらに具備し、
    前記絶縁体内の中空部分に前記カーボンナノチューブを導入することを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の導電線の製造方法。
18. 第１の絶縁体の表面上にカーボンナノチューブを塗布し、滴下しまたは吹き付け、
    前記カーボンナノチューブを被覆するように第２の絶縁体を前記カーボンナノチューブまたは前記第１の絶縁体上に塗布し、滴下しまたは吹き付けることを具備した導電線の製造方法。
19. 前記カーボンナノチューブは、液体状、ゼリー状またはゲル状の揮発性溶媒中に含まれており、
    前記カーボンナノチューブは、前記揮発性溶媒とともに塗布、滴下または吹き付けられ、
    前記第２の絶縁体は、前記揮発性溶媒の揮発後に塗布、滴下または吹き付けられることを特徴とする請求項１８に記載の導電線の製造方法。
20. 前記カーボンナノチューブの塗布、滴下または吹き付け、並びに、前記第２の絶縁体を塗布、滴下または吹き付けは、印刷技術により実行されることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の導電線の製造方法。

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