JP7195712B2 - カーボンナノチューブ被覆電線 - Google Patents
カーボンナノチューブ被覆電線 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7195712B2 JP7195712B2 JP2019550339A JP2019550339A JP7195712B2 JP 7195712 B2 JP7195712 B2 JP 7195712B2 JP 2019550339 A JP2019550339 A JP 2019550339A JP 2019550339 A JP2019550339 A JP 2019550339A JP 7195712 B2 JP7195712 B2 JP 7195712B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wire
- cnt
- carbon nanotube
- coating layer
- insulating coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims description 131
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 82
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims description 78
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 92
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 claims description 13
- 238000000333 X-ray scattering Methods 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 19
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 18
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 17
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000004736 wide-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 6
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 5
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 4
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 4
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000000578 dry spinning Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007765 extrusion coating Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006358 Fluon Polymers 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229920005669 high impact polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004797 high-impact polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/0009—Details relating to the conductive cores
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/04—Flexible cables, conductors, or cords, e.g. trailing cables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Insulated Conductors (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Description
本発明は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ線材を絶縁材料で被覆したカーボンナノチューブ被覆電線に関するものである。
カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」ということがある。）は、様々な特性を有する素材であり、多くの分野への応用が期待されている。
例えば、ＣＮＴは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、または略同軸で配された多層で構成される３次元網目構造体であり、軽量であると共に、導電性、熱伝導性、弾性、機械的強度等の諸特性に優れる。しかし、ＣＮＴを線材化することは容易ではなく、ＣＮＴを線材として利用する技術は提案されていない。
一方、多層配線構造に形成されるビアホールの埋め込み材料である金属の代替として、ＣＮＴを使用することが検討されている。具体的には、多層配線構造の低抵抗化のために、多層ＣＮＴの成長基点から遠い側の端部へ同心状に伸延した多層ＣＮＴの複数の切り口を導電層にそれぞれ接触させた多層ＣＮＴを、２以上の導線層の層間配線として使用した配線構造が提案されている（特許文献１）。
その他の例として、ＣＮＴ材料の導電性をさらに向上させるために、隣接したＣＮＴ線材の電気的接合点に、金属等からなる導電性堆積物を形成したカーボンナノチューブ材料が提案され、このようなカーボンナノチューブ材料は広汎な用途に適用できることが開示されている（特許文献２）。また、ＣＮＴ線材の有する優れた熱伝導性から、カーボンナノチューブのマトリクスから作られた熱伝導部材を有する加熱器が提案されている（特許文献３）。
ところで、自動車や産業機器などの様々な分野における電力線や信号線として、一又は複数の線材からなる芯線と、該芯線を被覆する絶縁被覆とからなる被覆電線が用いられている。芯線を構成する線材の材料としては、通常、電気特性の観点から銅又は銅合金が使用されるが、近年、軽量化の観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が提案されている。例えば、アルミニウムの比重は銅の比重の約１／３、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約２／３（純銅を１００％ＩＡＣＳの基準とした場合、純アルミニウムは約６６％ＩＡＣＳ）であり、アルミニウム線材に、銅線材と同じ電流を流すためには、アルミニウム線材の断面積を、銅の線材の断面積の約１．５倍と大きくする必要があるが、そのように断面積を大きくしたアルミニウム線材を用いたとしても、アルミニウム線材の質量は、純銅の線材の質量の半分程度であることから、アルミニウム線材を使用することは、軽量化の観点から有利である。
また、自動車、産業機器等の高性能化・高機能化が進められており、これに伴い、各種電気機器、制御機器などの配設数が増加するとともに、これら機器に使用される電気配線体の配線数と芯線からの発熱も増加する傾向にある。そこで、絶縁被覆による絶縁性を損なうことなく、電線の放熱特性を向上させることが要求されている。また、その一方で、環境対応のために自動車等の移動体の燃費を向上させるため、線材の軽量化も要求されている。
さらに、何らかの負荷により電線が断線しても電線の露出による漏電・感電を防止するために、被覆電線は、絶縁被覆は断線されずに電線に被覆された状態にできる特性を有することが望ましい。小さな屈曲の繰り返しであっても、経時的に変化が加わり続けることでＣＮＴ線材の一部の撚りがほどけたりするので、ＣＮＴ線材は金属線の線材とは異なる劣化・断線をする。そのため、漏電・感電しにくいＣＮＴ被覆電線の耐久性を新たに検討する必要があった。
本発明は、絶縁被覆が断線に対して優れた耐久性を有するカーボンナノチューブ被覆電線を提供することを目的とする。
本発明の態様は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数または複数からなるカーボンナノチューブ線材と、該カーボンナノチューブ線材を被覆する絶縁被覆層と、を備え、前記カーボンナノチューブ線材のヤング率に対する前記絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１以上０．０１以下である、カーボンナノチューブ被覆電線である。
本発明の態様は、前記カーボンナノチューブ線材のヤング率に対する前記絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１５以上０．００５以下であるカーボンナノチューブ被覆電線である。
本発明の態様は、前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する前記絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が、０．０２以上１０以下であるカーボンナノチューブ被覆電線である。
本発明の態様は、前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積が、０．０００３ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下であるカーボンナノチューブ被覆電線である。
本発明の態様は、前記カーボンナノチューブ線材が、複数の前記カーボンナノチューブ集合体からなり、複数の該カーボンナノチューブ集合体の配向性を示す小角Ｘ線散乱によるアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθが６０°以下であるカーボンナノチューブ被覆電線である。
本発明の態様は、複数の前記カーボンナノチューブの密度を示すＸ線散乱による散乱強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値が２．０ｎｍ－１以上５．０ｎｍ－１以下であり、且つ半値幅Δｑが０．１ｎｍ－１以上２．０ｎｍ－１以下であるカーボンナノチューブ被覆電線である。
本発明の態様は、前記絶縁被覆層の偏肉率が、５０％以上であるカーボンナノチューブ被覆電線である。
本発明の態様は、前記絶縁被覆層の径方向の断面積が、０．０７ｍｍ２以上であり、かつ前記絶縁被覆層の偏肉率が、５５％以上であるカーボンナノチューブ被覆電線である。当該態様において、カーボンナノチューブ被覆電線は、さらに、前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する前記絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が、０．０９以上である。
芯線としてカーボンナノチューブを使用したカーボンナノチューブ線材は、金属製の芯線とは異なり、熱伝導に異方性があり、径方向と比較して長手方向に優先的に熱が伝導する。すなわち、カーボンナノチューブ線材には、放熱特性に異方性があるため、金属製の芯線と比較して優れた放熱特性を備えている。そのため、カーボンナノチューブを使用した芯線に被覆する絶縁被覆層の設計は、金属製の芯線の絶縁被覆層とは異なる設計とすることが必要になる。本発明の態様によれば、カーボンナノチューブ線材のヤング率に対する絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１以上０．０１以下であることにより、絶縁被覆が断線に対して優れた耐久性を有するカーボンナノチューブ被覆電線を得ることができる。
本発明の態様によれば、カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が、０．０２以上１０以下であることにより、さらに軽量化することができると共に、また、絶縁信頼性を損なうことなく、放熱特性に優れるカーボンナノチューブ被覆電線が得られる。
本発明の態様によれば、カーボンナノチューブ線材におけるカーボンナノチューブ集合体の、小角Ｘ線散乱によるアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθが６０°以下であることにより、カーボンナノチューブ線材においてカーボンナノチューブやカーボンナノチューブ集合体が高密度で存在しうるので、カーボンナノチューブ線材が優れた放熱特性を発揮する。
本発明の態様によれば、配列したカーボンナノチューブのＸ線散乱による散乱強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値が２．０ｎｍ－１以上５．０ｎｍ－１以下であり、且つ半値幅Δｑが０．１ｎｍ－１以上２．０ｎｍ－１以下であることにより、カーボンナノチューブが高い配向性を有するので、カーボンナノチューブ線材が優れた放熱特性を発揮する。
本発明の態様によれば、絶縁被覆層の偏肉率が５０％以上であることにより、絶縁被覆層の肉厚が均一化されて、カーボンナノチューブ被覆電線の耐摩耗性、屈曲性等の機械的強度に優れたカーボンナノチューブ被覆電線が得られる。
本発明の態様によれば、絶縁被覆層の径方向の断面積が０．０７ｍｍ２以上であり、かつ、絶縁被覆層の偏肉率が５５％以上であることにより、耐久性がさらに向上する。
以下に、本発明の実施形態例に係るカーボンナノチューブ被覆電線について、図面を用いながら説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態例に係るカーボンナノチューブ被覆電線（以下、「ＣＮＴ被覆電線」ということがある。）１は、カーボンナノチューブ線材（以下、「ＣＮＴ線材」ということがある。）１０の外周面に絶縁被覆層２１が被覆された構成となっている。すなわち、ＣＮＴ線材１０の長手方向に沿って絶縁被覆層２１が被覆されている。ＣＮＴ被覆電線１では、ＣＮＴ線材１０の外周面全体が、絶縁被覆層２１によって被覆されている。また、ＣＮＴ被覆電線１では、絶縁被覆層２１はＣＮＴ線材１０の外周面と直接接した態様となっている。図１では、ＣＮＴ線材１０は、１本のＣＮＴ線材１０からなる素線（単線）となっているが、ＣＮＴ線材１０は、複数本のＣＮＴ線材１０を撚り合わせた撚り線の状態でもよい。ＣＮＴ線材１０を撚り線の形態とすることで、ＣＮＴ線材１０の円相当直径や断面積を適宜調節することができる。
ＣＮＴ線材１０は、複数の単線を束ね、一端を固定した状態で、もう一端を所定の回数ひねることで、撚り線とすることができる。ＣＮＴ線材１０の撚り数とは、複数のＣＮＴ線材１０，１０，・・・を撚り合わせた際の単位長さ当たりの巻き数である。すなわち、撚り数は、ひねった回数（Ｔ）を線の長さ（ｍ）で割った値（単位：Ｔ／ｍ）で表すことができる。ＣＮＴ線材１０が撚り線である場合、ＣＮＴ線材１０の撚り数（Ｔ／ｍ）は、１０００以下であることが好ましく、２００以上１０００以下であることがよりに好ましい。ＣＮＴ線材１０の撚り数を多くし過ぎると、撚り戻しの力の増大に伴い、ＣＮＴ線材１０が剥離しやすくなる。そのため、ＣＮＴ被覆電線１がＣＮＴ線材１０の撚り数が１０００以下である撚り線であるか、または単線であることにより、ＣＮＴ線材１０に対する耐剥離性に優れたＣＮＴ被覆電線１を得ることができる。
図２に示すように、ＣＮＴ線材１０は、１層以上の層構造を有する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・で構成されるカーボンナノチューブ集合体（以下、「ＣＮＴ集合体」ということがある。）１１の単数から、または複数が束ねられて形成されている。ここで、ＣＮＴ線材とはＣＮＴの割合が９０質量％以上のＣＮＴ線材を意味する。なお、ＣＮＴ線材におけるＣＮＴ割合の算定においては、メッキとドーパントは除かれる。図２では、ＣＮＴ線材１０は、ＣＮＴ集合体１１が、複数、束ねられた構成となっている。ＣＮＴ集合体１１の長手方向が、ＣＮＴ線材１０の長手方向を形成している。従って、ＣＮＴ集合体１１は、線状となっている。ＣＮＴ線材１０における複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、ＣＮＴ線材１０における複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・は、配向している。素線であるＣＮＴ線材１０の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、０．０１ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。また、撚り線としたＣＮＴ線材１０の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
ＣＮＴ集合体１１は、１層以上の層構造を有するＣＮＴ１１ａの束である。ＣＮＴ１１ａの長手方向が、ＣＮＴ集合体１１の長手方向を形成している。ＣＮＴ集合体１１における複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ、・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、ＣＮＴ集合体１１における複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ、・・・は、配向している。ＣＮＴ集合体１１の円相当直径は、例えば、２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、より典型的には、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。ＣＮＴ１１ａの最外層の幅寸法は、例えば、１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下である。
ＣＮＴ集合体１１を構成するＣＮＴ１１ａは、単層構造又は複層構造を有する筒状体であり、それぞれ、ＳＷＮＴ（single-walled nanotube）、ＭＷＮＴ（multi-walled nanotube）と呼ばれる。図２では、便宜上、２層構造を有するＣＮＴ１１ａのみを記載しているが、ＣＮＴ集合体１１には、３層構造以上の層構造を有するＣＮＴや単層構造の層構造を有するＣＮＴも含まれていてもよく、３層構造以上の層構造を有するＣＮＴまたは単層構造の層構造を有するＣＮＴから形成されていてもよい。
２層構造を有するＣＮＴ１１ａでは、六角形格子の網目構造を有する２つの筒状体Ｔ１、Ｔ２が略同軸で配された３次元網目構造体となっており、ＤＷＮＴ（Double-walled nanotube）と呼ばれる。構成単位である六角形格子は、その頂点に炭素原子が配された六員環であり、他の六員環と隣接してこれらが連続的に結合している。
ＣＮＴ１１ａの性質は、上記筒状体のカイラリティ（chirality）に依存する。カイラリティは、アームチェア型、ジグザグ型、及びカイラル型に大別され、アームチェア型は金属性、ジグザグ型は半導体性および半金属性、カイラル型は半導体性および半金属性の挙動を示す。従って、ＣＮＴ１１ａの導電性は、筒状体がいずれのカイラリティを有するかによって大きく異なる。ＣＮＴ被覆電線１のＣＮＴ線材１０を構成するＣＮＴ集合体１１では、導電性をさらに向上させる点から、金属性の挙動を示すアームチェア型のＣＮＴ１１ａの割合を増大させることが好ましい。
一方で、半導体性の挙動を示すカイラル型のＣＮＴ１１ａに電子供与性もしくは電子受容性を持つ物質（異種元素）をドープすることにより、カイラル型のＣＮＴ１１ａが金属性の挙動を示すことが分かっている。また、一般的な金属では、異種元素をドープすることによって金属内部での伝導電子の散乱が起こって導電性が低下するが、これと同様に、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａに異種元素をドープした場合には、導電性の低下を引き起こす。
このように、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａ及び半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａへのドーピング効果は、導電性の観点からはトレードオフの関係にあることから、理論的には金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａとを別個に作製し、半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａにのみドーピング処理を施した後、これらを組み合わせることが望ましい。金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａが混在した状態で作製される場合には、異種元素又は分子によるドーピング処理が効果的となるＣＮＴ１１ａの層構造を選択することが好ましい。これにより、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａの混合物からなるＣＮＴ線材１０の導電性をさらに向上させることができる。
例えば、２層構造又は３層構造のような層数が少ないＣＮＴは、それより層数の多いＣＮＴよりも比較的導電性が高く、ドーピング処理を施した際には、２層構造又は３層構造を有するＣＮＴでのドーピング効果が最も高い。従って、ＣＮＴ線材１０の導電性をさらに向上させる点から、２層構造又は３層構造を有するＣＮＴの割合を増大させることが好ましい。具体的には、ＣＮＴ全体に対する２層構造又は３層構造をもつＣＮＴの割合が５０個数％以上であることが好ましく、７５個数％以上であることがより好ましい。２層構造又は３層構造をもつＣＮＴの割合は、ＣＮＴ集合体１１の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察及び解析し、１００個のＣＮＴのそれぞれの層数を測定することで算出することができる。
次に、ＣＮＴ線材１０におけるＣＮＴ１１ａ及びＣＮＴ集合体１１の配向性について説明する。
図３（ａ）は、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）による複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・の散乱ベクトルｑの二次元散乱像の一例を示す図であり、図３（ｂ）は、二次元散乱像において、透過Ｘ線の位置を原点とする任意の散乱ベクトルｑの方位角－散乱強度の関係を示すアジマスプロットの一例を示すグラフである。
ＳＡＸＳは、数ｎｍ～数十ｎｍの大きさの構造等を評価するのに適している。例えば、ＳＡＸＳを用いて、以下の方法でＸ線散乱画像の情報を分析することで、外径が数ｎｍであるＣＮＴ１１ａの配向性及び外径が数十ｎｍであるＣＮＴ集合体１１の配向性を評価することができる。例えば、ＣＮＴ線材１０についてＸ線散乱像を分析すると、図３（ａ）に示すように、ＣＮＴ集合体１１の散乱ベクトルｑ（ｑ＝２π／ｄ：ｄは格子面間隔）のｘ成分であるｑｘよりも、ｙ成分であるｑｙの方が相対的に狭く分布している。また、図３（ａ）と同じＣＮＴ線材１０について、ＳＡＸＳのアジマスプロットを分析した結果、図３（ｂ）に示すアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθは、４８°である。これらの分析結果から、ＣＮＴ線材１０において、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ・・・及び複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・が良好な配向性を有しているといえる。このように、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ・・・及び複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・が良好な配向性を有しているので、ＣＮＴ線材１０の熱は、ＣＮＴ１１ａやＣＮＴ集合体１１の長手方向に沿って円滑に伝達して行きながら放熱されやすくなる。従って、ＣＮＴ線材１０は、上記ＣＮＴ１１ａ及びＣＮＴ集合体１１の配向性を調節することで、放熱ルートを長手方向、径の断面方向にわたり調節できるので、金属製の芯線と比較して優れた放熱特性を発揮する。なお、配向性とは、ＣＮＴを撚り集めて作製した撚り線の長手方向へのベクトルＶに対する内部のＣＮＴ及びＣＮＴ集合体のベクトルの角度差のことを指す。
複数のＣＮＴ集合体１１，１１，・・・の配向性を示す小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）のアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθにより示される一定以上の配向性を得ることでＣＮＴ線材１０に優れた放熱特性を付与させる点から、アジマス角の半値幅Δθは６０°以下が好ましく、５０°以下が特に好ましい。
次に、ＣＮＴ集合体１１を構成する複数のＣＮＴ１１ａの配列構造及び密度について説明する。
図４は、ＣＮＴ集合体１１を構成する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・のＷＡＸＳ（広角Ｘ線散乱）によるｑ値－強度の関係を示すグラフである。
ＷＡＸＳは、数ｎｍ以下の大きさの物質の構造等を評価するのに適している。例えば、ＷＡＸＳを用いて、以下の方法でＸ線散乱画像の情報を分析することで、外径が数ｎｍ以下であるＣＮＴ１１ａの密度を評価することができる。任意の１つのＣＮＴ集合体１１について散乱ベクトルｑと強度の関係を分析した結果、図４に示すように、ｑ＝３．０ｎｍ－１～４．０ｎｍ－１付近に見られる（１０）ピークのピークトップのｑ値から見積られる格子定数の値が測定される。この格子定数の測定値とラマン分光法やＴＥＭなどで観測されるＣＮＴ集合体の直径とに基づいてＣＮＴ１１ａ、１１ａ，・・・が平面視で六方最密充填構造を形成していることを確認することができる。従って、ＣＮＴ線材１０内で複数のＣＮＴ集合体の直径分布が狭く、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・が、規則正しく配列、すなわち、高密度を有することで、六方最密充填構造を形成して高密度で存在しているといえる。
このように、複数のＣＮＴ集合体１１，１１・・・が良好な配向性を有していると共に、更に、ＣＮＴ集合体１１を構成する複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・が規則正しく配列して高密度で配置されているので、ＣＮＴ線材１０の熱は、ＣＮＴ集合体１１の長手方向に沿って円滑に伝達して行きながら放熱されやすくなる。従って、ＣＮＴ線材１０は、上記ＣＮＴ集合体１１とＣＮＴ１１ａの配列構造や密度を調節することで、放熱ルートを長手方向、径の断面方向にわたり調節できるので、金属製の芯線と比較して優れた放熱特性を発揮する。
高密度を得ることで優れた放熱特性を付与させる点から、複数のＣＮＴ１１ａ，１１ａ，・・・の密度を示すＸ線散乱による強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値が２．０ｎｍ－１以上５．０ｎｍ－１以下であり、且つ半値幅Δｑ（ＦＷＨＭ）が０．１ｎｍ－１以上２．０ｎｍ－１以下であることが好ましい。
ＣＮＴ集合体１１及びＣＮＴ１１の配向性、並びにＣＮＴ１１ａの配列構造及び密度は、後述する、乾式紡糸、湿式紡糸、液晶紡糸等の紡糸方法と該紡糸方法の紡糸条件とを適宜選択することで調節することができる。
次に、ＣＮＴ線材１０の外面を被覆する絶縁被覆層２１について説明する。
絶縁被覆層２１の材料としては、高弾性の材料を使用することができ、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（ヤング率：０．４～０．６ＧＰａ）、ポリエチレン（ヤング率：０．１～１．０ＧＰａ）、ポリプロピレン（ヤング率：１．１～１．４ＧＰａ）、ポリアセタール（ヤング率：２．８ＧＰａ）、ポリスチレン（ヤング率：２．４～３．５ＧＰａ）、ポリカーボネート（ヤング率：２．５ＧＰａ）、ポリアミド（ヤング率：１．１～２．９ＧＰａ）、ポリ塩化ビニル（ヤング率：２．５～４．２ＧＰａ）、ポリメチルメタクリレート（ヤング率：３．２ＧＰａ）、ポリウレタン（ヤング率：０．０７～０．７ＧＰａ）等を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリイミド（２．１～２．８ＧＰａ）、フェノール樹脂（５．２～７．０ＧＰａ）等を挙げることができる。これらは、単独で使用してもよく、２種以上を適宜混合して使用してもよい。絶縁被覆層２１を構成する材料のヤング率は、特に限定されないが、例えば、０．０７ＧＰａ以上７ＧＰａ以下が好ましく、０．０７ＧＰａ以上４ＧＰａ以下が特に好ましい。
絶縁被覆層２１は、図１に示すように、一層としてもよく、これに代えて、二層以上としてもよい。また、必要に応じて、ＣＮＴ線材１０の外面と絶縁被覆層２１との間に、さらに、熱硬化性樹脂の層が設けられていてもよい。
ＣＮＴ被覆電線１では、前記ヤング率の比率が０．００１以上０．０１以下であることにより、絶縁被覆層２１が断線に対して優れた耐久性を有する。また、芯線が銅、アルミニウム等と比較して軽量であるＣＮＴ線材１０であり、絶縁被覆層２１の厚さを薄肉化できることから、絶縁被覆層で被覆された電線を軽量化することができ、また、絶縁信頼性を損なうことなく、ＣＮＴ線材１０の熱に対して優れた放熱特性を得ることができる。
また、ＣＮＴ被覆電線１では、ＣＮＴ線材１０の径方向の断面積に対する絶縁被覆層２１の径方向の断面積の比率は、０．０２以上１０以下の範囲であることが好ましい。前記断面積の比率は０．０２以上１０以下の範囲であれば、特に限定されないが、絶縁信頼性と耐久性とのバランスの観点から、その下限値は０．２が好ましく、０．３が特に好ましく、一方で、前記断面積の比率の上限値は、ＣＮＴ被覆電線１のさらなる軽量化とＣＮＴ線材１０の熱に対する放熱特性をさらに向上させる点から１．０が好ましく、０．７が特に好ましい。
また、ＣＮＴ線材１０単独では、長手方向における形状維持が難しい場合があるところ、前記断面積の比率にて絶縁被覆層２１がＣＮＴ線材１０の外面に被覆されていることにより、ＣＮＴ被覆電線１は、長手方向における形状を維持することができ、また、曲げ加工等の変形加工も容易である。従って、ＣＮＴ被覆電線１は、所望の配線経路に沿った形状に形成することができる。
さらに、ＣＮＴ線材１０は、外面に微細な凹凸が形成されていることから、アルミニウムや銅の芯線を用いた被覆電線と比較して、ＣＮＴ線材１０と絶縁被覆層２１との間の接着性が向上し、ＣＮＴ線材１０と絶縁被覆層２１との間の剥離を抑制することができる。
前記断面積の比率が０．０２以上１０以下の範囲である場合、ＣＮＴ線材１０の径方向の断面積は、特に限定されないが、例えば、０．０００３ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下が好ましく、０．００１ｍｍ２以上１０ｍｍ２以下が特に好ましい。また、絶縁被覆層２１の径方向の断面積は、特に限定されないが、絶縁信頼性と耐久性とのバランスの観点から、例えば、０．００００５ｍｍ２以上５０ｍｍ２以下が好ましく、０．０００５ｍｍ２以上５ｍｍ２以下が特に好ましい。また、絶縁被覆層２１の平均肉厚は、例えば、０．００１ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が特に好ましい。断面積は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察の画像から測定することができる。具体的には、ＣＮＴ被覆電線１の径方向断面のＳＥＭ像（１００倍～１０，０００倍）を得た後に、ＣＮＴ線材１０の外周で囲われた部分の面積からＣＮＴ線材１０内部に入り込んだ絶縁被覆層２１の材料の面積を差し引いた面積、ＣＮＴ線材１０の外周を被覆する絶縁被覆層２１の部分の面積とＣＮＴ線材１０内部に入り込んだ絶縁被覆層２１の材料の面積との合計を、それぞれ、ＣＮＴ線材１０の径方向の断面積、絶縁被覆層２１の径方向の断面積とする。絶縁被覆層２１の径方向の断面積には、ＣＮＴ線材１０間に入り込んだ樹脂も含む。
ＣＮＴのヤング率は、従来の芯線として使用されるアルミニウム、銅のヤング率よりも高い。アルミニウムのヤング率が７０．３ＧＰａ、銅のヤング率が１２９．８ＧＰａであるのに対し、ＣＮＴのヤング率は３００～１５００ＧＰａと、約２倍以上の値を有する。従って、ＣＮＴ被覆電線１では、芯線としてアルミニウムや銅を用いた被覆電線と比較して、絶縁被覆層２１の材料としてヤング率の高い材料（ヤング率の高い熱可塑性樹脂）を使用することができるので、ＣＮＴ被覆電線１の絶縁被覆層２１に優れた耐摩耗性を付与することができ、ＣＮＴ被覆電線１は優れた耐久性を発揮する。
上記の通り、ＣＮＴのヤング率は、従来の芯線として使用されるアルミニウム、銅のヤング率よりも高い。そのため、ＣＮＴ被覆電線１では、芯線のヤング率に対する絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、芯線としてアルミニウム、銅を使用した被覆電線の前記ヤング率の比率よりも小さくなる。従って、ＣＮＴ被覆電線１では、芯線としてアルミニウムや銅を使用した被覆電線と比較して、繰り返し屈曲させてもＣＮＴ線材１０と絶縁被覆層２１の剥離や絶縁被覆層２１の割れをより抑制することができる。
ＣＮＴ線材１０のヤング率に対する絶縁被覆層２１を構成する材料のヤング率の比率は、０．００１以上０．０１以下である。ＣＮＴ線材１０のヤング率及び絶縁被覆層２１を構成する材料のヤング率は、例えばＣＮＴ被覆電線の被覆を剥離して、これをサンプルとしてＪＩＳ Ｋ７１６１－１に準拠した方法で引張試験を行うことで測定することができる。前記ヤング率の比率は０．００１以上０．０１以下の範囲であれば、特に限定されないが、ＣＮＴ被覆電線１の耐久性が向上しやすい傾向にある範囲として、０．００１５以上０．００５以下が好ましく、０．００２以上０．００３５以下が特に好ましい。
絶縁被覆層２１の長手方向に対し直交方向（すなわち、径方向）の肉厚は、ＣＮＴ被覆電線１の耐摩耗性等の機械的強度を向上させる点から均一化されていることが好ましい。具体的には、絶縁被覆層２１の偏肉率は、例えば、優れた耐摩耗性、屈曲性を付与させる点から５０％以上が好ましく、耐摩耗性をより向上させる点から５５％以上が特に好ましい。また、絶縁被覆層２１の偏肉率に加えて、断面積に関するパラメータをさらに適切に制御することにより、耐久性が向上しやすくなる。特に、絶縁被覆層２１の径方向の断面積が０．０７ｍｍ２以上であり、かつ絶縁被覆層２１の偏肉率が５５％以上であることが好ましく、これにより、ＣＮＴ被覆電線１の耐久性をより向上させることができる。また、ＣＮＴ線材１０の径方向の断面積も考慮する場合、さらに、ＣＮＴ線材１０の径方向の断面積に対する絶縁被覆層２１の径方向の断面積の比率が０．０９以上であることが好ましい。なお、「偏肉率」とは、ＣＮＴ被覆電線１の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに、径方向の同一断面について、それぞれ、α＝（絶縁被覆層２１の肉厚の最小値／絶縁被覆層２１の肉厚の最大値）×１００の値を算出し、各断面にて算出したα値を平均した値を意味する。また、絶縁被覆層２１の肉厚は、例えば、ＣＮＴ線材１０を円近似してＳＥＭ観察の画像から測定することができる。ここで、長手方向中心側とは、線の長手方向からみて中心に位置する領域をさす。
絶縁被覆層２１の偏肉率は、例えば、押出被覆にてＣＮＴ線材１０の外周面に絶縁被覆層２１を形成する場合、押出工程時にダイスへ通すＣＮＴ線材１０の長手方向の張り具合を高めることで向上させることができる。
次に、本発明の実施形態例に係るＣＮＴ被覆電線１の製造方法例について説明する。ＣＮＴ被覆電線１は、まず、ＣＮＴ１１ａを製造し、得られた複数のＣＮＴ１１ａからＣＮＴ線材１０を形成し、ＣＮＴ線材１０の外周面に絶縁被覆層２１を被覆することで、製造することができる。
ＣＮＴ１１ａは、浮遊触媒法（特許第5819888号）、基板法（特許第5590603号）などの手法で作製することができる。ＣＮＴ線材１０の素線は、乾式紡糸（特許第5819888号、特許第5990202号、特許第5350635号）、湿式紡糸（特許第5135620号、特許第5131571号、特許第5288359号）、液晶紡糸（特表2014-530964号公報）等で作製することができる。
上記のようにして得られたＣＮＴ線材１０の外周面に絶縁被覆層２１を被覆する方法は、アルミニウムや銅の芯線に絶縁被覆層を被覆する方法を使用でき、例えば、絶縁被覆層２１の原料である熱可塑性樹脂を溶融させ、ＣＮＴ線材１０の周りに押し出して被覆する方法を挙げることができる。
本発明の実施形態例に係るＣＮＴ被覆電線１は、ワイヤハーネス等の一般電線として使用することができ、また、ＣＮＴ被覆電線１を使用した一般電線からケーブルを作製してもよい。
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明の趣旨を超えない限り、下記実施例に限定されるものではない。
実施例１～１２、比較例１～５について
ＣＮＴ線材の製造方法について
先ず、浮遊触媒法で作製したＣＮＴを直接紡糸する乾式紡糸方法（特許第5819888号）または湿式紡糸する方法（特許第5135620号、特許第5131571号、特許第5288359号）で円相当直径０．２ｍｍのＣＮＴ線材の素線（単線）を得た。また、円相当直径０．２ｍｍ超のＣＮＴ線材については、円相当直径０．２ｍｍのＣＮＴ線材の本数を調節して適宜撚り合わせ、撚り線とすることで得た。
ＣＮＴ線材の製造方法について
先ず、浮遊触媒法で作製したＣＮＴを直接紡糸する乾式紡糸方法（特許第5819888号）または湿式紡糸する方法（特許第5135620号、特許第5131571号、特許第5288359号）で円相当直径０．２ｍｍのＣＮＴ線材の素線（単線）を得た。また、円相当直径０．２ｍｍ超のＣＮＴ線材については、円相当直径０．２ｍｍのＣＮＴ線材の本数を調節して適宜撚り合わせ、撚り線とすることで得た。
ＣＮＴ線材の外面に絶縁被覆層を被覆する方法について
下記表１に示される絶縁被覆層の樹脂種を用いて、通常の電線製造用押出成形機を用いて導体周囲に押出被覆することにより絶縁被覆層を形成し、下記表１の実施例１～１２と比較例１～５で使用するＣＮＴ被覆電線を作製した。
下記表１に示される絶縁被覆層の樹脂種を用いて、通常の電線製造用押出成形機を用いて導体周囲に押出被覆することにより絶縁被覆層を形成し、下記表１の実施例１～１２と比較例１～５で使用するＣＮＴ被覆電線を作製した。
ポリプロピレン：住友化学社製 住友ノーブレン（登録商標）
ポリスチレン：ＰＳジャパン社製 ＨＩＰＳ
ポリイミド：三井化学社製 ＡＵＲＵＭ ＰＬ４５０Ｃ
ポリ塩化ビニル：積水化学社製 セキスイＰＶＣ－ＨＡ
ポリウレタン：東特塗料社製 ＴＰＵ３０００ＥＡ
ＰＴＦＥ：旭化成社製 Ｆｌｕｏｎ
フィラー含有ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）：東レプラスチック精工社製 ＴＰＳ（登録商標）ＰＰＳ
ポリスチレン：ＰＳジャパン社製 ＨＩＰＳ
ポリイミド：三井化学社製 ＡＵＲＵＭ ＰＬ４５０Ｃ
ポリ塩化ビニル：積水化学社製 セキスイＰＶＣ－ＨＡ
ポリウレタン：東特塗料社製 ＴＰＵ３０００ＥＡ
ＰＴＦＥ：旭化成社製 Ｆｌｕｏｎ
フィラー含有ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）：東レプラスチック精工社製 ＴＰＳ（登録商標）ＰＰＳ
（ａ）ＣＮＴ線材の断面積の測定
ＣＮＴ線材の径方向の断面をイオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製ＩＭ４０００）により切り出した後、走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ８０２０、倍率：１００倍～１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、ＣＮＴ線材の径方向の断面積を測定した。ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに同様の測定を繰り返し、その平均値をＣＮＴ線材の径方向の断面積とした。なお、ＣＮＴ線材の断面積として、ＣＮＴ線材内部に入り込んだ樹脂は測定に含めなかった。
ＣＮＴ線材の径方向の断面をイオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製ＩＭ４０００）により切り出した後、走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ８０２０、倍率：１００倍～１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、ＣＮＴ線材の径方向の断面積を測定した。ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに同様の測定を繰り返し、その平均値をＣＮＴ線材の径方向の断面積とした。なお、ＣＮＴ線材の断面積として、ＣＮＴ線材内部に入り込んだ樹脂は測定に含めなかった。
（ｂ）絶縁被覆層の断面積の測定
ＣＮＴ線材の径方向の断面をイオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製ＩＭ４０００）により切り出した後、走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ８０２０、倍率：１００倍～１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、絶縁被覆層の径方向の断面積を測定した。ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに同様の測定を繰り返し、その平均値を絶縁被覆層の径方向の断面積とした。従って、絶縁被覆層の断面積として、ＣＮＴ線材内部に入り込んだ樹脂も測定に含めた。
ＣＮＴ線材の径方向の断面をイオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製ＩＭ４０００）により切り出した後、走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製ＳＵ８０２０、倍率：１００倍～１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、絶縁被覆層の径方向の断面積を測定した。ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに同様の測定を繰り返し、その平均値を絶縁被覆層の径方向の断面積とした。従って、絶縁被覆層の断面積として、ＣＮＴ線材内部に入り込んだ樹脂も測定に含めた。
（ｃ）絶縁被覆層を構成する材料のヤング率／ＣＮＴ線材のヤング率の比の測定
１．０ｍのＣＮＴ被覆電線の被覆層を剥離させ、分離した被覆およびＣＮＴ線材のそれぞれについて長手方向２０ｃｍごとに５ｃｍを試験片として採取した。ＪＩＳ Ｋ７１６１－１に準拠した方法で引張試験を実施し、分離した被覆を構成する材料のヤング率およびＣＮＴ線材のヤング率を求めた。被覆を構成する材料のヤング率およびＣＮＴ線材のヤング率を平均した値から、上記ヤング率の比を算出した。
１．０ｍのＣＮＴ被覆電線の被覆層を剥離させ、分離した被覆およびＣＮＴ線材のそれぞれについて長手方向２０ｃｍごとに５ｃｍを試験片として採取した。ＪＩＳ Ｋ７１６１－１に準拠した方法で引張試験を実施し、分離した被覆を構成する材料のヤング率およびＣＮＴ線材のヤング率を求めた。被覆を構成する材料のヤング率およびＣＮＴ線材のヤング率を平均した値から、上記ヤング率の比を算出した。
（ｄ）ＳＡＸＳによるアジマス角の半値幅Δθの測定
小角Ｘ線散乱装置（Aichi Synchrotoron）を用いてＸ線散乱測定を行い、得られたアジマスプロットからアジマス角の半値幅Δθを求めた。
小角Ｘ線散乱装置（Aichi Synchrotoron）を用いてＸ線散乱測定を行い、得られたアジマスプロットからアジマス角の半値幅Δθを求めた。
（ｅ）ＷＡＸＳによるピークトップのｑ値及び半値幅Δｑの測定
広角Ｘ線散乱装置（Aichi Synchrotoron）を用いて広角Ｘ線散乱測定を行い、得られたｑ値－強度グラフから、強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値及び半値幅Δｑを求めた。
広角Ｘ線散乱装置（Aichi Synchrotoron）を用いて広角Ｘ線散乱測定を行い、得られたｑ値－強度グラフから、強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値及び半値幅Δｑを求めた。
（ｆ）偏肉率の測定
ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに径方向の同一断面について、それぞれ、α＝（絶縁被覆層の肉厚の最小値／絶縁被覆層の肉厚の最大値）×１００の値を算出し、各断面にて算出したα値を平均した値として測定した。また、絶縁被覆層の肉厚は、例えば、円近似したＣＮＴ線材１０の界面と絶縁被覆層２１の最短距離として、ＳＥＭ観察の画像から測定することができる。
ＣＮＴ被覆電線の長手方向中心側の任意の１．０ｍにおいて１０ｃｍごとに径方向の同一断面について、それぞれ、α＝（絶縁被覆層の肉厚の最小値／絶縁被覆層の肉厚の最大値）×１００の値を算出し、各断面にて算出したα値を平均した値として測定した。また、絶縁被覆層の肉厚は、例えば、円近似したＣＮＴ線材１０の界面と絶縁被覆層２１の最短距離として、ＳＥＭ観察の画像から測定することができる。
ＣＮＴ被覆電線の上記各測定の結果について、下記表１に示す。
上記のようにして作製したＣＮＴ被覆電線について、以下の評価を行った。
（１）放熱特性
１００ｃｍのＣＮＴ被覆電線の両端に４本の端子を接続し、四端子法で抵抗測定を行った。この際、印加電流は２０００Ａ／ｃｍ２となるように設定し、抵抗値の時間変化を記録した。測定開始時と１０分間経過後の抵抗値を比較し、その増加率を算出した。ＣＮＴ電線は温度に比例して抵抗が増加するため、抵抗の増加率が小さいものほど放熱特性に優れると判断することができる。抵抗の増加率が７％未満であれば「〇」とし、放熱特性に優れていると評価した。
１００ｃｍのＣＮＴ被覆電線の両端に４本の端子を接続し、四端子法で抵抗測定を行った。この際、印加電流は２０００Ａ／ｃｍ２となるように設定し、抵抗値の時間変化を記録した。測定開始時と１０分間経過後の抵抗値を比較し、その増加率を算出した。ＣＮＴ電線は温度に比例して抵抗が増加するため、抵抗の増加率が小さいものほど放熱特性に優れると判断することができる。抵抗の増加率が７％未満であれば「〇」とし、放熱特性に優れていると評価した。
（２）絶縁信頼性
ＪＩＳ Ｃ３２１５－０－１の箇条１３．３に準拠した方法で行った。試験結果が箇条１３．３の表９に記載されたグレード２以上を満たすものを「〇」、グレード１を満たすものを「△」、いずれのグレードにも満たないものを「×」とし、「△」以上であれば絶縁信頼性が良好であると評価した。
ＪＩＳ Ｃ３２１５－０－１の箇条１３．３に準拠した方法で行った。試験結果が箇条１３．３の表９に記載されたグレード２以上を満たすものを「〇」、グレード１を満たすものを「△」、いずれのグレードにも満たないものを「×」とし、「△」以上であれば絶縁信頼性が良好であると評価した。
（３）耐久性
２０ｃｍの被覆線の抵抗値を測定した。続いて、荷重５００ｇｆ、曲げ速度約１回／秒、屈曲角度左右９０°の条件で、５００回の屈曲を行った。なお曲げ半径ｒは、導体径Ｄの６倍（ｒ＝６Ｄ）とした。続いて、再び抵抗値を測定した。屈曲後の抵抗値を屈曲前の抵抗値で除した値が、１．２未満のものを「◎」、１．２以上１．５未満のものを「○」、１．５以上１．８未満のものを「△」、１．８以上のものを「×」とし、「△」以上であれば耐久性に優れていると評価した。
２０ｃｍの被覆線の抵抗値を測定した。続いて、荷重５００ｇｆ、曲げ速度約１回／秒、屈曲角度左右９０°の条件で、５００回の屈曲を行った。なお曲げ半径ｒは、導体径Ｄの６倍（ｒ＝６Ｄ）とした。続いて、再び抵抗値を測定した。屈曲後の抵抗値を屈曲前の抵抗値で除した値が、１．２未満のものを「◎」、１．２以上１．５未満のものを「○」、１．５以上１．８未満のものを「△」、１．８以上のものを「×」とし、「△」以上であれば耐久性に優れていると評価した。
上記評価の結果を下記表１に示す。
上記表１に示すように、ＣＮＴ線材のヤング率に対する絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１以上０．０１以下である実施例１～１２では、樹脂種が、ポリポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニルのいずれであっても、耐久性に優れたＣＮＴ被覆電線が得られた。また、絶縁信頼性を損なうことなく、放熱特性に優れたＣＮＴ被覆電線が得られた。特に、絶縁被覆層の径方向の断面積が０．０７ｍｍ２以上、かつ偏肉率が５５％以上であり、さらにはＣＮＴ線材の径方向の断面積に対する絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が０．０９以上である実施例３、６、９では、耐久性により優れたＣＮＴ被覆電線が得られた。
さらに、実施例１～１２では、アジマス角の半値幅Δθは、いずれも６０°以下であった。従って、実施例１～１２のＣＮＴ線材では、ＣＮＴ集合体は優れた配向性を有していた。さらに、実施例１～１２では、強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値は、いずれも２．０ｎｍ－１以上５．０ｎｍ－１以下であり、半値幅Δｑは、いずれも０．１ｎｍ－１以上２．０ｎｍ－１以下であった。従って、実施例１～１２のＣＮＴ線材では、ＣＮＴも優れた配向性を有していた。
一方で、ＣＮＴ線材のヤング率に対する絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１未満である比較例１～４では、絶縁被覆の断線に対する耐久性が得られなかった。また、ＣＮＴ線材のヤング率に対する絶縁被覆層を構成する材料のヤング率が０．０１を超える比較例５では、絶縁被覆層が硬いため割れが生じやすく、同様に、絶縁被覆の断線に対する耐久性が得られなかった。
実施例１３～２４について
次に、絶縁被覆層の径方向の断面積を下記表２のように変更して、ＣＮＴ被覆電線を作製した。
次に、絶縁被覆層の径方向の断面積を下記表２のように変更して、ＣＮＴ被覆電線を作製した。
比較例６、７について
芯線としてＣＮＴ線材をする代わりに、比較例６ではアルミニウム（Ａｌ）からなる金属線を、比較例７では銅（Ｃｕ）からなる金属線をそれぞれ使用した。
芯線としてＣＮＴ線材をする代わりに、比較例６ではアルミニウム（Ａｌ）からなる金属線を、比較例７では銅（Ｃｕ）からなる金属線をそれぞれ使用した。
ＣＮＴ線材の断面積、絶縁被覆層の断面積、絶縁被覆層を構成する材料のヤング率／ＣＮＴ線材のヤング率の比、偏肉率は、いずれも、実施例１～１２と同様の方法にて測定した。
上記（１）～（３）の評価は、実施例１３～２４のＣＮＴ被覆電線、Ａｌ被覆電線およびＣｕ被覆電線についても同様に行った。
上記のようにして作製したＣＮＴ被覆電線、Ａｌ被覆電線およびＣｕ被覆電線について、以下の評価を行った。
（４）耐摩耗性
ＪＩＳ Ｃ３２１６－３の箇条６に準拠した方法で行った。試験結果がＪＩＳ Ｃ３２１５－４の表１に記載されたグレード２を満たすものを「〇」、グレード１を満たすものを「△」、いずれのグレードにも満たないものを「×」とし、「△」以上であれば耐摩耗性に優れていると評価した。
ＪＩＳ Ｃ３２１６－３の箇条６に準拠した方法で行った。試験結果がＪＩＳ Ｃ３２１５－４の表１に記載されたグレード２を満たすものを「〇」、グレード１を満たすものを「△」、いずれのグレードにも満たないものを「×」とし、「△」以上であれば耐摩耗性に優れていると評価した。
なお、放熱特性、絶縁信頼性、耐久性は、いずれも、実施例１～１２と同様の評価方法にて評価した。
上記評価の結果を下記表２に示す。
上記表２に示すように、カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する絶縁被覆層の径方向の断面積の比率を変更した実施例１３～２４では、樹脂種が、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニルのいずれであっても、表１と同様、耐久性にも優れたＣＮＴ被覆電線が得られた。特に、絶縁被覆層の径方向の断面積が０．０７ｍｍ２以上、かつ偏肉率が５５％以上であり、さらには、ＣＮＴ線材の径方向の断面積に対する絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が０．０９以上である実施例１５、１８、２１では、より耐久性に優れていた。また、実施例１３～２４のいずれにおいても、絶縁信頼性を損なうことなく、放熱特性にも優れたＣＮＴ被覆電線が得られた。さらに、絶縁被覆層の偏肉率が５０％以上であることにより、絶縁被覆層の肉厚が均一化されて、耐摩耗性に優れたＣＮＴ被覆電線が得られ、特に偏肉率が５７％以上の場合に耐摩耗性がより優れていた。
一方で、芯線としてＣＮＴ線材ではなく金属線が使用されている比較例６、７では、絶縁信頼性を得ることできなかった。また、ＣＮＴ線材のヤング率に対する絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１以上０．０１以下であるにもかかわらず、耐久性に劣っていた。さらに、偏肉率が８０％以上であるにもかかわらず、耐摩耗性にも劣っていた。
１ カーボンナノチューブ被覆電線
１０ カーボンナノチューブ線材
１１ カーボンナノチューブ集合体
１１ａ カーボンナノチューブ
２１ 絶縁被覆層
１０ カーボンナノチューブ線材
１１ カーボンナノチューブ集合体
１１ａ カーボンナノチューブ
２１ 絶縁被覆層
Claims (7)
- 複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の複数からなるカーボンナノチューブ線材と、該カーボンナノチューブ線材を被覆する絶縁被覆層と、を備え、
複数の前記カーボンナノチューブ集合体の配向性を示す小角Ｘ線散乱によるアジマスプロットにおけるアジマス角の半値幅Δθが６０°以下であり、
前記カーボンナノチューブ線材のヤング率に対する前記絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１以上０．０１以下である、カーボンナノチューブ被覆電線。 - 前記カーボンナノチューブ線材のヤング率に対する前記絶縁被覆層を構成する材料のヤング率の比率が、０．００１５以上０．００５以下である請求項１に記載のカーボンナノチューブ被覆電線。
- 前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する前記絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が、０．０２以上１０以下である請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ被覆電線。
- 前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積が、０．０００３ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下である請求項３に記載のカーボンナノチューブ被覆電線。
- 複数の前記カーボンナノチューブの密度を示すＸ線散乱による散乱強度の（１０）ピークにおけるピークトップのｑ値が２．０ｎｍ－１以上５．０ｎｍ－１以下であり、且つ半値幅Δｑが０．１ｎｍ－１以上２．０ｎｍ－１以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ被覆電線。
- 前記絶縁被覆層の径方向の断面積が、０．０７ｍｍ２以上であり、かつ前記絶縁被覆層の偏肉率が、５５％以上である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ被覆電線。
- さらに、前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積に対する前記絶縁被覆層の径方向の断面積の比率が、０．０９以上である請求項６に記載のカーボンナノチューブ被覆電線。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017207658 | 2017-10-26 | ||
| JP2017207658 | 2017-10-26 | ||
| PCT/JP2018/039970 WO2019083028A1 (ja) | 2017-10-26 | 2018-10-26 | カーボンナノチューブ被覆電線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2019083028A1 JPWO2019083028A1 (ja) | 2020-12-03 |
| JP7195712B2 true JP7195712B2 (ja) | 2022-12-26 |
Family
ID=66246931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019550339A Active JP7195712B2 (ja) | 2017-10-26 | 2018-10-26 | カーボンナノチューブ被覆電線 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200251245A1 (ja) |
| JP (1) | JP7195712B2 (ja) |
| CN (1) | CN111279435B (ja) |
| WO (1) | WO2019083028A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111279437A (zh) * | 2017-10-26 | 2020-06-12 | 古河电气工业株式会社 | 碳纳米管包覆电线 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007536434A (ja) | 2003-07-11 | 2007-12-13 | ケンブリッジ・ユニヴァーシティ・テクニカル・サーヴィシズ・リミテッド | 気相からの凝集物の製造 |
| JP2016133394A (ja) | 2015-01-19 | 2016-07-25 | ヤマハ株式会社 | 糸状歪みセンサ素子及び布帛状歪みセンサ素子 |
| WO2017111177A1 (ja) | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 古河電気工業株式会社 | アルミ電線、及びアルミ電線の製造方法 |
| WO2019083027A1 (ja) | 2017-10-26 | 2019-05-02 | 古河電気工業株式会社 | カーボンナノチューブ被覆電線 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3978653B2 (ja) * | 2002-04-09 | 2007-09-19 | 東洋紡績株式会社 | 細径電線コード |
| GB201116670D0 (en) * | 2011-09-27 | 2011-11-09 | Cambridge Entpr Ltd | Materials and methods for insulation of conducting fibres, and insulated products |
| WO2014112405A1 (ja) * | 2013-01-17 | 2014-07-24 | ダイキン工業株式会社 | 絶縁電線 |
| JP2015086452A (ja) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 銅合金線、銅合金撚線、被覆電線、ワイヤーハーネス及び銅合金線の製造方法 |
| JP2015128022A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-09 | 日本ゼオン株式会社 | フレキシブルケーブル、ヒンジ、電子機器、及び太陽電池モジュール |
| CN104538090A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-04-22 | 苏州聚宜工坊信息科技有限公司 | 一种导线、制备方法及应用 |
| KR101782035B1 (ko) * | 2015-05-18 | 2017-09-28 | 태양쓰리시 주식회사 | 초극세 케이블 및 이의 제조 방법 |
| EP3342752A4 (en) * | 2015-08-24 | 2019-07-10 | Furukawa Electric Co. Ltd. | AGGREGATE OF CARBON CANNULA, CARBON ANTI-CANOPY COMPOSITE AND CARBON NANOTRY WIRE |
| JP6625877B2 (ja) * | 2015-12-08 | 2019-12-25 | ヤマハ株式会社 | 導電体、歪みセンサー、及び導電体の製造方法 |
| JP6719243B2 (ja) * | 2016-03-24 | 2020-07-08 | 古河電気工業株式会社 | カーボンナノチューブ線材の製造方法 |
| JP2017191700A (ja) * | 2016-04-13 | 2017-10-19 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 絶縁電線および絶縁電線の製造方法 |
| KR102623655B1 (ko) * | 2017-02-03 | 2024-01-10 | 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 | 카본 나노 튜브 선재, 카본 나노 튜브의 제조 방법 및 카본 나노 튜브 선재의 제조 방법 |
-
2018
- 2018-10-26 JP JP2019550339A patent/JP7195712B2/ja active Active
- 2018-10-26 CN CN201880069953.XA patent/CN111279435B/zh active Active
- 2018-10-26 WO PCT/JP2018/039970 patent/WO2019083028A1/ja active Application Filing
-
2020
- 2020-04-24 US US16/857,349 patent/US20200251245A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007536434A (ja) | 2003-07-11 | 2007-12-13 | ケンブリッジ・ユニヴァーシティ・テクニカル・サーヴィシズ・リミテッド | 気相からの凝集物の製造 |
| JP2016133394A (ja) | 2015-01-19 | 2016-07-25 | ヤマハ株式会社 | 糸状歪みセンサ素子及び布帛状歪みセンサ素子 |
| WO2017111177A1 (ja) | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 古河電気工業株式会社 | アルミ電線、及びアルミ電線の製造方法 |
| WO2019083027A1 (ja) | 2017-10-26 | 2019-05-02 | 古河電気工業株式会社 | カーボンナノチューブ被覆電線 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2019083028A1 (ja) | 2020-12-03 |
| US20200251245A1 (en) | 2020-08-06 |
| WO2019083028A1 (ja) | 2019-05-02 |
| CN111279435B (zh) | 2021-09-14 |
| CN111279435A (zh) | 2020-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7306996B2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線及びコイル | |
| JP7214645B2 (ja) | カーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線及びワイヤハーネス | |
| JP7393858B2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線、コイル及び被覆電線 | |
| JP7214644B2 (ja) | カーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線、ワイヤハーネス、ロボットの配線及び電車の架線 | |
| JP7195712B2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| JP7195711B2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| JP7203748B2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| JP7306995B2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| CN111279436B (zh) | 碳纳米管包覆电线 | |
| US20200251248A1 (en) | Coated carbon nanotube electric wire | |
| JP7254708B2 (ja) | カーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線及びワイヤハーネス | |
| JP7050719B2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| JPWO2019083031A1 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| US20200258656A1 (en) | Coated carbon nanotube electric wire | |
| WO2019083033A2 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| CN111279440A (zh) | 碳纳米管包覆电线 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210714 |
|
| RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20220209 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220823 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221020 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221129 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221213 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7195712 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |