JPWO2019083026A1 - カーボンナノチューブ被覆電線 - Google Patents
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Abstract
本発明は、銅やアルミニウム等からなる線材に匹敵する優れた導電性を有しつつ、優れた耐電圧性を実現し、更には軽量化を実現することができるカーボンナノチューブ被覆電線に関する。カーボンナノチューブ被覆電線（１）は、複数のカーボンナノチューブ（１１ａ）で構成されるカーボンナノチューブ集合体（１１）の単数または複数からなるカーボンナノチューブ線材（１０）と、該カーボンナノチューブ線材を被覆する絶縁被覆層（２１）とを備え、カーボンナノチューブ線材（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、１．５より大きく、カーボンナノチューブ線材（１０）の径方向の断面積が、０．０３１ｍｍ２以上であり、絶縁被覆層（２１）の径方向の断面積が、０．０４９ｍｍ２以上である。
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、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。
数少ないＣＮＴ線を利用した技術の例として、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以上の導電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ＣＮＴ材料が提案され、このようなＣＮＴ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、ＣＮＴ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）。
一方で、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、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、制御機器などへの電圧が増加する傾向にある。そこで、絶縁被覆による耐電圧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。
本発明は、銅やアルミニウム等からなる線材に匹敵する優れた導電性を有しつつ、優れた耐電圧性を実現し、更には軽量化を実現することができ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。
上記目的を達成するために、本発明のカーボンナノチューブ被覆電線は、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、１．５より大きく、前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積が、０．０３１ｍｍ２以上であり、前記絶縁被覆層の径方向の断面積が、０．０４９ｍｍ２以上である。
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、１．７以上である。
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、２．４以上である。
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、４．５以下である。
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、１．７以上４．５以下である。
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、２．４以上４．５以下である。
前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積が、６．０ｍｍ２以上である。
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、０．００００１以上０．５以下である。
また、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、０．０００５以上０．１以下である。
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。
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。
前記絶縁被覆層の偏肉率は、５０％以上であるのが好ましい。
また、前記絶縁被覆層の偏肉率が７０％以上であるのがより好ましい。
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を被覆する絶縁被覆層の設計は、金属製の芯線を被覆する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１．５より大きく、カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積が、０．０３１ｍｍ２以上であり、絶縁被覆層の径方向の断面積が、０．０４９ｍｍ２以上であるので、肉厚な絶縁被覆層によって優れた耐電圧性を得ることができ、さらに、銅やアルミニウム等からなる線材に匹敵する優れた導電性を実現しつつ、銅やアルミニウムなどの金属被覆電線と比較して軽量化を実現することができる。
また、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０．００００１以上０．５以下であることにより、カーボンナノチューブ被覆電線を繰り返し屈曲させても、カーボンナノチューブ線材から絶縁被覆層が剥離したり、絶縁被覆層に割れが生じることを確実に防止できる。特に、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０．０００５以上０．１以下であることにより、高電圧用（大電流用）のカーボンナノチューブ被覆電線において、カーボンナノチューブ線材から絶縁被覆層が剥離したり、絶縁被覆層に割れが生じることを確実に防止できる。
また、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集合体が高い配向性を有するので、カーボンナノチューブ線材の放熱特性がさらに向上する。
更に、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密度で存在しうるので、カーボンナノチューブ線材の放熱特性がさらに向上する。
更に、絶縁被覆層の偏肉率が５０％以上であることにより、絶縁被覆層が肉厚であってかつその肉厚が均一化されて、高電圧が印加された際等の絶縁破壊の発生を抑制することができ、絶縁性をより向上させることができる。また、カーボンナノチューブ被覆電線の耐摩耗性を向上させることができる。更に、絶縁被覆層の偏肉率が７０％以上であることにより、より均一な絶縁被覆層が形成され、カーボンナノチューブ被覆電線が長手方向に関して曲がりにくくなり、架空、地中、建物、設備或いは装置における電線路の形成時に容易に配索することができ、優れた絶縁性及び優れたハンドリング性を両立することができる。
以下、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ被覆電線を、図面を参照しながら説明する。
［カーボンナノチューブ被覆電線の構成］
図１に示すように、本発明の実施形態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。
図１に示すように、本発明の実施形態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。
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、メッキやドーパントの質量は除く。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１本の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線材１０を撚り線の形態とした場合もＣＮＴ線材と称し、この場合には断面積の上限は限定されない。
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、単層構造又は多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が金属的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。しかし、現状の製法技術では、金属性の挙動を示すＣＮＴ１１ａと半導体性の挙動を示すＣＮＴ１１ａとを選択的に作り分けることは困難であり、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。このため、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ために、異種元素・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。
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％以上が好ましく、７５個数％以上がより好ましい。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個の範囲内の所定数の任意のＣＮＴを選択し、それぞれのＣＮＴ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出されやすくなる。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の放熱特性をより向上させる点から、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値から見積も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出されやすくなる。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放熱特性をより向上させる点から、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ＣＮＴ１１ａ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の外周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、芯線として金属を用いた被覆電線の絶縁被覆層に用いる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：０．４ＧＰａ）、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：２．８〜３．５ＧＰａ）、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。また、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。
ＣＮＴ被覆電線１は高圧電線であるのが好ましく、高圧電線の場合、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルが好ましく、特に、架橋ポリエチレン、軟質ポリ塩化ビニルが好ましい。
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、絶縁被覆層２１上に、さらに、熱硬化性樹脂の層が設けられていてもよい。また、上記熱硬化性樹脂が、繊維形状或いは粒子形状を有する充填材を含有していてもよい。
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、１．５より大きい。前記断面積の比率が１．５より大きいことにより、絶縁被覆層２１の厚さを厚肉化できることから、絶縁信頼性を十分に確保すると共に、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は、芯線が銅やアルミニウム等と比較して軽量であるＣＮＴ線材１０であり、肉厚な絶縁被覆層が形成されていても、銅やアルミニウムなどの金属被覆電線と比較して軽量化を実現することができる。
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の外周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る。従って、ＣＮＴ被覆電線１の配索時のハンドリング性を高めることができる。
さらに、ＣＮＴ線材１０は、外周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。
前記断面積の比率は、１．５より大きい範囲であれば、特に限定されないが、絶縁信頼性を向上させる観点から、１．７以上が好ましい。また、前記断面積の比率は、耐電圧性及びハンドリング性を向上させる観点から、２．４以上がより好ましい。また、前記断面積の比率は、放熱性を向上させる観点から、４．５以下が好ましい。よって、放熱性及び絶縁信頼性をバランスよく向上させる観点から、前記断面積の比率は、１．７以上４．５以下が好ましく、放熱性、耐電圧性、絶縁信頼性及びハンドリング性をバランスよく向上させる観点から、２．４以上４．５以下が特に好ましい。
前記断面積の比率が１．５よりも大きい範囲である場合、ＣＮＴ線材１０の径方向の断面積は、０．０３１ｍｍ２以上であり、６．０ｍｍ２以上が特に好ましい。また、絶縁被覆層２１の径方向の断面積は、０．０４９ｍｍ２以上であり、耐電圧性と放熱性とのバランスの観点から、９．０ｍｍ２より大きい範囲がさらに好ましい。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や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（例えば、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や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や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の割れを抑制できる。
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、特に限定されないが、前記ヤング率の比率の下限値は、ＣＮＴ被覆電線１を繰り返し屈曲させても、ＣＮＴ線材１０に絶縁被覆層２１が追従することでＣＮＴ線材１０から絶縁被覆層２１が剥離するのを防止する点から０．００００１が好ましく、長期にわたりＣＮＴ被覆電線１を屈曲させても、ＣＮＴ線材１０から絶縁被覆層２１が剥離するのを防止する点から０．０００５がより好ましく、０．００１が特に好ましい。一方で、前記ヤング率の比率の上限値は、ＣＮＴ被覆電線１を繰り返し屈曲させても、絶縁被覆層２１に割れが生じるのを防止する点から０．５が好ましく、長期にわたりＣＮＴ被覆電線１を屈曲させても、絶縁被覆層２１に割れが生じるのを防止する点から０．１がより好ましく、０．０１がさらに好ましく、０．００５が特に好ましい。
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ＪＩＳＫ７１６１−１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。
絶縁被覆層２１の長手方向に対し直交する方向（すなわち、径方向）の肉厚は、ＣＮＴ被覆電線１の耐電圧性及び絶縁信頼性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、耐電圧性及び絶縁信頼性をより向上させる点から５０％以上が好ましく、また、これらに加えてハンドリング性を向上させる点から７０％以上が特に好ましい。なお、本明細書中、「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、押出被覆法で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ＣＮＴ線材１０をダイスへ通す際にＣＮＴ線材１０の長手方向に付与する張力を調整することで向上させることができる。
［カーボンナノチューブ被覆電線の製造方法］
次に、本発明の実施形態に係る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。
次に、本発明の実施形態に係る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）や、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、例えば、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。
このとき、ＣＮＴ線材１０を構成するＣＮＴ１１ａの配向性、或いはＣＮＴ集合体１１を構成するＣＮＴ１１ａの配向性、又は、ＣＮＴ集合体１１やＣＮＴ１１ａの密度は、例えば乾式紡糸、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。
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、溶融した熱可塑性樹脂をＣＮＴ線材１０の周りに押し出して被覆する方法や、或いはＣＮＴ線材１０の周りに溶融した熱可塑性樹脂を塗布する方法を挙げることができる。
本発明の実施形態に係る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１〜６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る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る撚り線とすることで得た。
ＣＮＴ線材の外周面に絶縁被覆層を被覆する方法について
下記のいずれかの樹脂を用いて、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、以下に示す表１の実施例と比較例で使用するＣＮＴ被覆電線を作製した。
下記のいずれかの樹脂を用いて、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、以下に示す表１の実施例と比較例で使用するＣＮＴ被覆電線を作製した。
・ポリエチレン（日本ポリエチレン社製、商品名「ノバテックＬＬ」）
・ポリ塩化ビニル（新第一塩ビ社製、商品名「ＺＥＳＴ１３００Ｚ」）
・ポリ塩化ビニル（新第一塩ビ社製、商品名「ＺＥＳＴ１３００Ｚ」）
（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製ＳＵ８０２０、倍率：１００倍〜１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、絶縁被覆層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製ＳＵ８０２０、倍率：１００倍〜１０，０００倍）で得られたＳＥＭ像から、絶縁被覆層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）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）を用いて小角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）を用いて小角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。
（ｄ）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。
（ｅ）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ごとに切断し、径方向断面における絶縁被覆層の肉厚を測定した。各断面において、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の値を算出した。各断面にて算出したα値を平均した値を偏肉率とした。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ごとに切断し、径方向断面における絶縁被覆層の肉厚を測定した。各断面において、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の値を算出した。各断面にて算出したα値を平均した値を偏肉率とした。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画像から測定することができる。
（ｆ）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
１．０ｍのＣＮＴ被覆電線から絶縁被覆層を剥離した。剥離した絶縁被覆層およびＣＮＴ線材について、長手方向２０ｃｍごとに５ｃｍの試験片を５つずつ採取した。ＪＩＳＫ７１６１−１に準拠した方法で引張試験を実施し、各試験片のヤング率を求めた。絶縁被覆層の５つの試験片のヤング率を平均した値、及びＣＮＴ線材の５つの試験片のヤング率を平均した値に基づいて、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を算出した。
１．０ｍのＣＮＴ被覆電線から絶縁被覆層を剥離した。剥離した絶縁被覆層およびＣＮＴ線材について、長手方向２０ｃｍごとに５ｃｍの試験片を５つずつ採取した。ＪＩＳＫ７１６１−１に準拠した方法で引張試験を実施し、各試験片のヤング率を求めた。絶縁被覆層の５つの試験片のヤング率を平均した値、及びＣＮＴ線材の５つの試験片のヤング率を平均した値に基づいて、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を算出した。
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。なお、表１では、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を単に「断面積の比率」と記し、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を単に「ヤング率の比率」と記す。
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被覆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性に優れると判断することができる。抵抗の増加率が１５％未満のものを良好「〇」、１５％以上３０％未満のものを概ね良好「△」、３０％以上のものを不良「×」とした。
ただし、導体が異なる場合、温度と抵抗増加の相関係数が異なるため、本評価法ではＣＮＴ被覆電線と金属電線の比較をすることはできない。したがって、Ａｌ電線及びＣｕ電線については、放熱性の評価を行わなかった。
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被覆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性に優れると判断することができる。抵抗の増加率が１５％未満のものを良好「〇」、１５％以上３０％未満のものを概ね良好「△」、３０％以上のものを不良「×」とした。
ただし、導体が異なる場合、温度と抵抗増加の相関係数が異なるため、本評価法ではＣＮＴ被覆電線と金属電線の比較をすることはできない。したがって、Ａｌ電線及びＣｕ電線については、放熱性の評価を行わなかった。
（２）耐屈曲性
ＩＥＣ６０２２７−２に準拠した方法で、１００ｃｍのＣＮＴ被覆電線に荷重５００ｇｆを加えた状態で９０度の屈曲を１０００回行った。その後、ＣＮＴ被覆電線の長手方向１０ｃｍごとに断面観察を行い、ＣＮＴ被覆電線と絶縁被覆層との間に剥離があるかどうかを確認した。剥離がないものを良好「〇」、一部剥離したが製品品質として許容できるレベルのものを概ね良好「△」、ＣＮＴ線材が断線したものを不良「×」とした。
ＩＥＣ６０２２７−２に準拠した方法で、１００ｃｍのＣＮＴ被覆電線に荷重５００ｇｆを加えた状態で９０度の屈曲を１０００回行った。その後、ＣＮＴ被覆電線の長手方向１０ｃｍごとに断面観察を行い、ＣＮＴ被覆電線と絶縁被覆層との間に剥離があるかどうかを確認した。剥離がないものを良好「〇」、一部剥離したが製品品質として許容できるレベルのものを概ね良好「△」、ＣＮＴ線材が断線したものを不良「×」とした。
（３）耐電圧性
１０ｃｍのＣＮＴ被覆電線の両端に所定の電圧を印加し、１０分間通電し続けた後、目視で断線や絶縁被覆層の劣化の有無を確認した。５０Ｖの電圧で異常が見られなかったものを良好「○」、２Ｖの電圧で異常が見られなかったものを概ね良好「△」、２Ｖで異常が見られたものを不良「×」とした。
１０ｃｍのＣＮＴ被覆電線の両端に所定の電圧を印加し、１０分間通電し続けた後、目視で断線や絶縁被覆層の劣化の有無を確認した。５０Ｖの電圧で異常が見られなかったものを良好「○」、２Ｖの電圧で異常が見られなかったものを概ね良好「△」、２Ｖで異常が見られたものを不良「×」とした。
（４）絶縁信頼性
ＪＩＳ Ｃ ３２１６−５の箇条４に準拠した方法で、絶縁信頼性を評価するための絶縁破壊試験を行った。試験結果がＪＩＳ Ｃ ３２１５−０−１の表９に記載されたグレード３を満たすものを極めて良好「◎」、グレード２を満たすものを良好「〇」、グレード１を満たすものを概ね良好「△、」いずれのグレードにも満たないものを不良「×」とした。
ＪＩＳ Ｃ ３２１６−５の箇条４に準拠した方法で、絶縁信頼性を評価するための絶縁破壊試験を行った。試験結果がＪＩＳ Ｃ ３２１５−０−１の表９に記載されたグレード３を満たすものを極めて良好「◎」、グレード２を満たすものを良好「〇」、グレード１を満たすものを概ね良好「△、」いずれのグレードにも満たないものを不良「×」とした。
（５）ハンドリング性
ＪＩＳ Ｃ ３６６２−２の箇条３．５に準拠した方法で、ハンドリング性を評価するための静的可とう性試験を行った。試験結果が１．０ｍ以上であるものを良好「○」、０．５ｍ以上１．０ｍ未満であるものを概ね良好「△」０．５ｍ未満であるものを不良「×」とした。
ＪＩＳ Ｃ ３６６２−２の箇条３．５に準拠した方法で、ハンドリング性を評価するための静的可とう性試験を行った。試験結果が１．０ｍ以上であるものを良好「○」、０．５ｍ以上１．０ｍ未満であるものを概ね良好「△」０．５ｍ未満であるものを不良「×」とした。
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、実施例１〜１２では、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１．５より大きく、放熱性、耐屈曲性、耐電圧性、絶縁信頼性及びハンドリング性のいずれも、概ね良好以上であった。
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被覆電線では、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被覆電線では、ＣＮＴも高密度で存在していた。
実施例１，３〜５，７，９〜１２では、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４．５以下であり、放熱性に優れていた。また、実施例２〜１０では、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１．７以上であり、絶縁信頼性に優れていた。また、実施例５〜１０では、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２．４以上であり、耐電圧性及びハンドリング性に優れていた。すなわち、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１．７〜４．５である実施例３〜５，７，９，１０は、十分な耐電圧性及びハンドリング性を担保しつつ、放熱性、耐屈曲性及び絶縁信頼性が良好であった。特に、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２．４〜４．５である実施例５，７，９，１０は、放熱性、耐屈曲性、耐電圧性、絶縁信頼性及びハンドリング性のいずれも良好であった。
一方、比較例１〜６では、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１．５以下であり、耐電圧性及びハンドリング性の双方が不良であった。導体が銅線（比較例５）或いはアルミニウム線（比較例６）である場合、耐屈曲性が劣った。
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 (13)
- 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、１．５より大きく、
前記カーボンナノチューブ線材の径方向の断面積が、０．０３１ｍｍ２以上であり、
前記絶縁被覆層の径方向の断面積が、０．０４９ｍｍ２以上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、１．７以上である、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、２．４以上である、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、４．５以下である、請求項１乃至３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、１．７以上４．５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、２．４以上４．５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が、６．０ｍｍ２以上である、請求項１乃至６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、０．００００１以上０．５以下である、請求項１乃至７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、０．０００５以上０．１以下である、請求項８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、請求項１乃至９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。
- 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１０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。
- 前記絶縁被覆層の偏肉率が、５０％以上である、請求項１乃至１１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。
- 前記絶縁被覆層の偏肉率が、７０％以上である、請求項１乃至１１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。
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