JP2016136501A - 線状導体及び該線状導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小径化に伴う機械的特性の低下を抑制するとともに、生産性を向上する。
【解決手段】 可撓性を有する絶縁性の線状部材１０を複数撚り合せ、隣接する前記線状部材１０，１０間に形成される溝１１内に、長手方向へ連続するように導電材からなる導電層２０ｃを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車や飛行機などの搬送機器、ロボットや工作機械などの産業機器、携帯電話やデジタルカメラ、医療機器、蓄電池、各種センサ、導電性繊維、配線材料等、各種の電子・電気機器又は該機器用の部品に用いられる線状導体及び該線状導体の製造方法に関するものである。

一般に、携帯電話やデジタルカメラ、自動車、ロボット、工作機械などにおいて、常時振動を受ける部分や可動部分に配線される線状導体は、過酷なテンションや曲げなどの応力を繰り返し受けるため、高い強度や、耐衝撃性、耐屈曲性等が要求される。また、電動機や電磁ソレノイド等のように導線をコイル状に巻いて用いる場合や、導線を幾度も屈曲させて配線する必要がある場合等には、柔軟な屈曲性が要求される。さらに、製品の小型化等のためには、線状導体の小径化が要求される。

従来、前記のような要求を満足しようとする発明には、例えば特許文献１に記載されるように、外周部を絶縁材料から形成してなる長尺中実状の基体（１０）を備え、前記基体の外周部に、長手方向へわたる溝（１１）を設け、該溝内に、長手方向へ連続するように、導電体からなる導電層（２０）を形成するようにした線状導体がある。
この従来技術によれば、導電層よりも軸心側の部分を絶縁材料により形成しているため、前記絶縁材料の部分の材質調整により、小径化に伴う強度低下を容易に抑制することができる。

ところで、前記従来技術において、前記基体の外周面に前記溝を形成する製法には、例えば、押出成形やナノインプリント等が挙げられる。
しかしながら、押出成形では、成形性等の問題から、基体となる直径１ｍｍ以下の繊維の外周面に、幅０．３ｍｍ以下の微細な溝を形成するのは困難である。
また、ナノインプリントは、基体を数ｃｍ単位の基材とすれば可能だが、それ以上の大きさになると加工が困難であり、特殊な設備や成形技術等が必要になる。

特開２０１３−１２３５９号公報

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、小径化に伴う機械的特性の低下を抑制することができる上、極細に形成した場合にも生産性が良好な線状導体及び該線状導体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための一手段は、可撓性を有する絶縁性の線状部材を複数撚り合せ、隣接する前記線状部材間に形成される溝内に、長手方向へ連続するように導電材からなる導電層を設けたことを特徴とする。

本発明は、以上説明したように構成されているので、小径化に伴う機械的特性の低下を抑制することができる上、極細に形成した場合にも生産性が良好である。

本発明に係る線状導体の一例を示す拡大断面図である。 同線状導体の製造過程を（ａ）〜（ｅ）に順次に示す断面図である。 同線状導体の製造方法を（１）〜（９）に順次に示す模式図である。 本発明に係る線状導体の他例を示す拡大断面図である。 同線状導体の製造過程を（ａ）〜（ｆ）に順次に示す断面図である。 本発明に係る線状導体の一例についてその断面を示す顕微鏡写真である。

本実施の形態の第一の特徴は、可撓性を有する絶縁性の線状部材を複数撚り合せ、隣接する前記線状部材間に形成される溝内に、長手方向へ連続するように導電材からなる導電層を設けて、線状導体を構成した（図１及び図３参照）。
この構成によれば、撚り合せられた複数の線状部材により機械的特性を向上することができる上、押出成形やナノインプリント等の従来の溝加工を不要にし、極細に形成した場合にも生産性が良好である。

第二の特徴として、より生産性を向上するために、前記導電層は、ナノ粒子状金属インクを硬化させてなる。

第三の特徴として、より電気的特性を良好にするために、前記導電層は、ナノ粒子状金属インクを硬化させてなるシード層の表面に、導電性金属膜を設けてなる。

第四の特徴として、各導電層の電気的独立性を向上するために、前記溝内には、隣接する前記線状部材間を覆うように絶縁性の合成樹脂からなる被覆層が設けられ、前記導電層は、前記溝内における前記被覆層上に設けられている（図３参照）。

第五の特徴は、線状導体の製造方法であって、複数の前記線状部材を撚り合せる工程と、前記溝内に、前記導電層を形成する工程とを含む。

第六の特徴は、線状導体の製造方法であって、複数の前記線状部材を撚り合せる工程と、隣接する前記線状部材間を前記被覆層により覆う工程と、前記溝内における前記被覆層上に、前記導電層を形成する工程とを含む。

次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る線状導体の一例を示す拡大断面図である。
この線状導体１は、可撓性を有する絶縁性の線状部材１０を複数撚り合せ、隣接する線状部材１０，１０の谷間に形成される溝１１内に、長手方向へ連続するように導電材からなる導電層２０ｃを設けてなる。

線状部材１０は、長尺軸状に形成された合成樹脂製の繊維である。この線状部材１０の材質は、後述する製造工程における熱影響を受け難くするために、融点が１５０°Ｃ以上であって且つ電気絶縁性を有する合成樹脂材料であることが好ましく、例えば、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート）や、ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン）等を用いる。また、線状部材１０には、複数種類の合成樹脂材料を多層構造にした複合繊維を用いてもよい。

この線状部材１０は、複数本撚り合せられる。詳細に説明すれば、複数の線状部材１０の各々は、螺旋状に曲げられた状態で他の線状部材１０に接触している。そして、隣接する二つの線状部材１０，１０の谷間には、溝１１が形成される。
各線状部材１０は、図示例によれば、断面略円柱状としているが、隣接する線状部材１０間に溝１１となる谷間を確保できる断面形状であればよく、例えば、断面多角形状等、他の断面形状とすることも可能である。

導電層２０ｃは、ナノ粒子状金属インク２０（微粒子金属分散インクとも称する）を硬化させてなるシード層と、このシード層の表面にメッキ処理された導電性金属膜（例えば銅膜）とからなり、溝１１内を長手方向へ連続している。
ナノ粒子状金属インク２０は、銀を導電性金属成分とし、所定温度で熱硬化するものを用いる。
なお、ナノ粒子状金属インク２０の他例としては、常温硬化するものや、銀以外の導電性金属を主成分とするもの等を用いることも可能である。また、このナノ粒子状金属インク２０には、水溶媒型、有機溶媒型の何れを用いることも可能である。

次に、上記線状導体１の製造方法を、図２及び図３に沿って詳細に説明する。
本実施例では、線状部材１０として、直径約２５０μｍのＰＥＴ繊維を用いた。
先ず、複数本（図示例によれば３本）の線状部材１０を束ね合せて、撚り線状に構成する。この状態において、隣接する線状部材１０，１０は、図２（ａ）に示すように、外周面同士が接触し、これらの間には谷間状の溝１１が形成される。

次に、撚り線状の複数本の線状部材１０は、図３に示すように、ローラＲに導かれることで、長手方向へ繰り出されながら搬送され、その搬送途中で、後述する複数の工程を通過してゆく。

先ず、撚り線状の複数本の線状部材１０に対し、その外周面から異物等の汚れを除去してその表面状態を均一にする洗浄工程（図３（１）参照）や、ナノ粒子状金属インク２０が付着し易いようにする表面改質処理（図３（２））等が施される。
前記洗浄工程は、例えば、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）超音波洗浄や、アセトン超音波洗浄、水超音波洗浄等とすればよい。
また、前記表面改質処理は、例えば、ＵＶオゾン洗浄（光洗浄）や、プラズマ洗浄、シランカップリング材を用いた処理、官能基（例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基など）を用いた処理、その他の親水化処理等とすればよい。
なお、前記洗浄工程及び／又は洗浄工程は、線状部材１０の表面状態によっては省くことも可能である。

次に、複数本の線状部材１０は、長手方向へ導かれ、容器内に溜められたナノ粒子状金属インク２０に浸漬される（図３（３）参照）。この工程により、複数本の線状部材１０の外周面には、図２（ｂ）に示すように、ナノ粒子状金属インク２０が付着する。すなわち、複数本の線状部材１０の全外周面がナノ粒子状金属インク２０によって覆われた状態になる。

次に、複数本の線状部材１０の周囲の余分なナノ粒子状金属インク２０を除去する処理が施される（図３（４）参照）。この処理は、複数本の線状部材１０に対し、その長手方向両側の複数のローラＲによって張力を加えることで、これら線状部材１０の弛みを除去し、この状態において、これら線状部材１０の周囲に高圧エアーを吹き付けて、余分なナノ粒子状金属インク２０を飛ばす。なお、他の製造方法として、線状部材１０を所定長さの長尺体とした場合等には、遠心力により余分なナノ粒子状金属インク２０を飛ばすことも可能である。

次に、ナノ粒子状金属インク２０の薄膜を形成した複数の線状部材１０を、約１５０℃の熱処理炉に通過させることで（図３（５）参照）、ナノ粒子状金属インク２０を金属化（硬化）する。この状態では、図２（ｃ）に示すように、隣り合う線状部材１０，１０の谷間の溝１１には、ナノ粒子状金属インク２０が硬化してなる金属膜２０ａが形成される。

次に、谷間に金属膜２０ａを有する複数本の線状部材１０を、エッチング溶液（硝酸１０％溶液）に通過させ、隣り合う溝１１，１１間の曲面等に付着した不要な金属膜２０ａを溶融除去して（図３（６）参照）、メッキ処理の下地となるシード層２０ｂを形成する。
このエッチング工程によれば、各シード層２０ｂが、線状部材１０外周に付着した不要な金属膜によって他のシード層２０ｂに接触するようなことを防ぐことができる。

次に、前記エッチング後の線状部材１０及びシード層２０ｂを、水洗いし（図３（７）参照）、その後、ドライヤーで乾燥する（図３（８）参照）。

次に、図３（９）に示すように、複数本の線状部材１０及びシード層２０ｂをメッキ液中に通過させることによって、シード層２０ｂの表面に銅膜を無電解メッキ処理する。このメッキ処理によれば、隣接する線状部材１０，１０の谷間（溝１１）には、シード層２０ｂの表面に銅メッキ層を有する導電層２０ｃが形成される。この導電層２０ｃは、溝１１に沿って長手方向へ連続する。
なお、前記メッキ処理は、電気メッキ処理等、無電解メッキ処理以外のメッキ処理とすることも可能である。

前記工程により完成した線状導体１は、図２（ｅ）及び図１に示すように、複数本の線状部材１０外周部に、周方向に間隔を置いた複数の導電層２０ｃを有する。この線状導体１は、適宜長さに切断して使用したり、網目状に加工して使用したり、コイル状に加工して用いたり等することが可能である。

上記構成の線状導体１及びその製造方法によれば、引張強度や、曲げ強度、耐衝撃性、屈曲性、伸びや、伸縮性等の機械的特性を、線状部材１０の材質や断面積、本数等により容易に調整したり向上したりすることができる上、押出成形やナノインプリント等の従来の溝加工を不要にし、極細に形成した場合にも生産性が良好である。
また、線状部材１０を外径の異なるものに変更することで、導電層２０ｃの断面積や、線状導体１全体の外径を容易に調整することができる。

特に、線状導体１の外径を極小化した場合でも、複数の線状部材１０の外周に、導電層２０ｃを設けるための溝１１を容易に形成することができ、さらに、該溝１１内には極細な導電層２０ｃを容易に形成することができる。

例えば、本願発明者は、上記した製造工程により、図６に示す試作品を作成した。
この試作品は、ＰＥＴ繊維からなる外径約５０μｍの線状部材１０を７本束ねて撚り合せることで、これら複数の線状部材１０の外径を約１５０μｍにするとともに、これらの外周側に、隣接する線状部材１０，１０の谷間による７つの溝１１を形成し、各溝１１内に、ナノ粒子状金属インク２０を硬化させてなる導電層（シード層２０ｂ）を、約１０μｍの幅で長手方向へ連続するように形成した。
前記導電層は、導電性を有するためそのまま長尺状の導体として用いることが可能である。なお、導通抵抗を安定させる等のために、前記導電層をシード層２０ｂとし、該シード層２０ｂの表層部に金属膜２０ａを設けるようにしてもよい。

次に、本発明に係る線状導体の他例について説明する。なお、以下に示す線状導体は、上述した線状導体１を一部変更したものであるため、主にその変更部分について詳述し、上記線状導体１と略同一の構成については、同一の符号を付けることで重複する詳細説明を省略する。

上述した線状導体１では、上記製造工程において隣接する線状部材１０，１０同士を密接させることで、外周部に形成される複数（図示例によれば３つ）の導電層２０ｃをそれぞれ電気的に独立させることが可能であるが、隣接する線状部材１０，１０間に隙間が生じて複数の導電層２０ｃが電気的に接続されてしまう可能性もある。図４に示す線状導体２は、このような課題を解消し、各導電層２０ｃの独立性を向上するものである。

線状導体２は、線状導体１に対し、絶縁性の合成樹脂からなる被覆層３０を加えた構成になっている。
被覆層３０は、隣接する線状部材１０，１０間の溝１１内において、隣接する線状部材１０，１０間を覆うように設けられ、特に本実施例２の好ましい態様によれば、複数の線状部材１０の全周を連続的に覆うように設けられる。
この被覆層３０は、電気絶縁性を有する合成樹脂であればよく、本実施例ではポリパラキシリレン樹脂を用いている。
導電層２０ｃは、隣接する線状部材１０，１０間の溝１１内において、前記被覆層３０の表面上に設けられ、長手方向に連続している。

次に、図４に示す線状導体２の製造方法について説明する。
本実施例では、線状部材１０として、直径約２５０μｍのＰＥＴ繊維を用いた。
先ず、複数本（図示例によれば３本）の線状部材１０を束ね合せて、撚り線状に構成する。この状態において、隣接する線状部材１０，１０は、図２（ａ）に示すように、外周面同士が接触し、これらの間には谷間状の溝１１が形成される。ここまでの、工程は、上述した線状導体１の製造工程と同様である。

次に、撚り線状の線状部材１０の全外周に、真空蒸着法によってポリパラキシリレン樹脂の被覆層３０がコーティングされる（図５（ｂ）参照）。

この後、隣接する線状部材１０，１０間の溝１１内における被覆層３０の表面上に、導電層２０ｃが形成される。この導電層２０ｃを形成する工程は、上述した線状導体１の製造工程と同様であり、図３（１）〜（９）に示す工程が順次に行われる。そして、前記工程により、図５に示すように、複数本の線状部材１０の外周に複数の導電層２０ｃを有する線状導体２が形成されてゆく。

よって、図４に示す線状導体２によれば、上述した線状導体１と同様の作用効果を有するのに加えて、各導電層２０ｃの独立性を向上することができる。すなわち、例えば、上記実施例１の線状導体１によれば、隣接する線状部材１０，１０間の隙間にナノ粒子状金属インク２０が流れ込んで、周方向に隣り合う導電層２０ｃ，２０ｃ同士が短絡してしまう可能性がある。しかしながら、実施例２の線状導体２によれば、隣接する線状部材１０，１０間の隙間を被覆層３０によって塞ぐことができるため、隣り合う導電層２０ｃ，２０ｃ間の短絡を防ぎ、各導電層２０ｃを電気的に独立した導線として用いることができる。

さらに、図示例の線状導体２によれば、複数の線状部材１０の全周を被覆層３０によって覆ったため、製造工程中の熱影響や薬品等の影響により、線状部材１０の外周面が損傷するのを防いだり、複数の線状部材１０が解れてしまったりするようなことを防ぐことができる。

なお、上記線状導体１，２によれば、線状部材１０として合成樹脂繊維を用いたが、この線状部材１０の他例としては、最外周部に絶縁性の被覆を有する光ファイバーケーブルを用いることが可能である。すなわち、この他例では、線状導体１又は２を構成する複数の線状部材１０のうち、その一部又は全部を前記光ファイバーケーブルとする。この他例によれば、１本の線状導体によって電気エネルギーと光エネルギーの両方を伝達することができる。

また、上記線状導体１，２によれば、電気特性の良好な態様として、導電層２０ｃをナノ粒子状金属インクからなるシード層２０ｂと、該シード層２０ｂにメッキ処理された導電性金属膜（銅膜）とにより構成したが、他例としては、前記導電性金属膜（銅膜）を省いて、導電層２０ｃをナノ粒子状金属インクのみから構成することも可能である。

また、上記線状導体１において、隣接する線状部材１０，１０間の密接性をより向上するためには、これら線状部材１０，１０同士を熱融着したり接着剤を用いて接着したりしてもよい。

また、図示例の線状導体１では、隣接する線状部材１０，１０同士を密着させることで複数の導電層２０ｃがそれぞれ電気的に独立するようにしたが、他例としては、複数の導電層２０ｃをこれらの中心部で電気的に接続された構成とすることも可能である。この他例では、各溝１１内において隣接する線状部材１０，１０間に隙間を設け、該隙間にナノ粒子状金属インク２０を通過させた後、このナノ粒子状金属インク２０を硬化させるようにすればよい。
この他例によれば、接続された複数の導電層２０ｃにより断面積が大きくなるので、当該線状導体１の許容電流を増大することができる。

また、図示例の線状導体２によれば、生産性及び品質を向上する好ましい態様として、複数の線状部材１０の全周を被覆層３０によって覆ったが、他例としては、隣接する線状部材１０，１０間の溝１１のみを被覆層３０によって部分的に覆った態様とすることも可能である。

また、図示例以外の他例としては、撚り線状の複数の線状部材１０及び導電層２０ｃを、径方向に複数層重なり合うように配設することも可能である。すなわち、この他例では、上記構成の線状導体１又は２の外周に、複数の線状部材１０を撚り線状に重ね合わせるとともにこれらの外周の溝１１にも導電層２０ｃを設け、必要に応じてさらに外周にも同構造の線状部材１０及び導電層２０ｃを設ける。
この他例によれば、それぞれが独立した多数の導電層２０ｃを周方向と径方向の両方向に複数配設することができる。

１，２：線状導体
１０：線状部材
１１：溝
２０：ナノ粒子状金属インク
２０ｂ：シード層
２０ｃ：導電層
３０：被覆層

Claims (6)

1. 可撓性を有する絶縁性の線状部材を複数撚り合せ、隣接する前記線状部材間に形成される溝内に、長手方向へ連続するように導電材からなる導電層を設けたことを特徴とする線状導体。
2. 前記導電層は、ナノ粒子状金属インクを硬化させてなることを特徴とする請求項１記載の線状導体。
3. 前記導電層は、ナノ粒子状金属インクを硬化させてなるシード層の表面に、導電性金属膜を設けてなることを特徴とする請求項１記載の線状導体。
4. 前記溝内には、隣接する前記線状部材間を覆うように絶縁性の合成樹脂からなる被覆層が設けられ、前記導電層は、前記溝内における前記被覆層上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の線状導体。
5. 複数の前記線状部材を撚り合せる工程と、前記溝内に、前記導電層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の線状導体の製造方法。
6. 複数の前記線状部材を撚り合せる工程と、隣接する前記線状部材間を前記被覆層により覆う工程と、前記溝内における前記被覆層上に、前記導電層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項４記載の線状導体の製造方法。