JP2009021038A - Wire rod, conductor, connection structure and method for producing the wire rod - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、線材、導体、接続構造および線材の製造方法に関し、より特定的には、導電体を含む芯線と被覆層とを供える線材、導体、接続構造および線材の製造方法に関する。 The present invention relates to a wire, a conductor, a connection structure, and a method for manufacturing a wire, and more specifically to a wire, a conductor, a connection structure, and a method for manufacturing a wire including a core wire including a conductor and a covering layer.
従来、導電体からなる芯線と当該芯線を樹脂層により被覆した線材が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１では、導電体の外周上にポリアミドイミド樹脂からなる第１の樹脂層および当該第１の樹脂層の外周を被覆する第２の樹脂層を有する線材が開示されている。
上述のように、従来の線材において被覆材としては樹脂が用いられていたが、このような従来の線材においては以下のような問題があった。すなわち、線材に流れる電流の電流値が比較的大きくなる場合に、線材の温度が当該電流に起因するジュール熱などにより上昇する場合があるが、樹脂からなる被覆材は熱伝導性があまりよくないため線材からの熱の除去が不十分になり、線材における過剰な温度上昇が起きる場合があった。特に、線材の芯線を構成する導電体がアルミニウムや銅などである場合には、過剰な温度上昇により線材が溶断する場合もあった。さらに、上記のような過剰な温度上昇により、線材が熱膨張してその寸法が変化する（線材が伸びる）場合もあった。このような寸法変化は、線材と他の部材との不要な接触などを招く。そして、従来の樹脂からなる被覆材は、線材同士あるいは他の部材と線材とが接触・摺動するような場合に、その接触・摺動に起因して磨耗や破損する場合があった。 As described above, resin has been used as a covering material in the conventional wire, but such a conventional wire has the following problems. In other words, when the current value of the current flowing through the wire becomes relatively large, the temperature of the wire may rise due to Joule heat or the like due to the current, but the coating material made of resin is not very good in thermal conductivity. Therefore, heat removal from the wire becomes insufficient, and an excessive temperature rise in the wire may occur. In particular, when the conductor constituting the core wire of the wire is aluminum, copper, or the like, the wire may be melted by excessive temperature rise. Furthermore, due to the excessive temperature rise as described above, the wire may be thermally expanded to change its dimensions (the wire is stretched). Such a dimensional change causes unnecessary contact between the wire and another member. The conventional coating material made of resin may be worn or damaged due to the contact / sliding when the wires or the other members and the wire are in contact / sliding.
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、高強度であって過剰な温度上昇を抑制することが可能な線材、導体、接続構造および線材の製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wire, a conductor, a connection structure, and a high-strength material that can suppress an excessive temperature rise. It is providing the manufacturing method of a wire.
この発明に従った線材は、導電体を含む芯線と、被覆層とを備える。被覆層は、芯線の外周に接触し、炭素からなるファイバー状の繊維により構成される。 The wire according to the present invention includes a core wire including a conductor and a coating layer. A coating layer contacts the outer periphery of a core wire and is comprised with the fiber-like fiber which consists of carbon.
このようにすれば、被覆層を炭素からなるファイバー状の繊維により構成するので、従来の樹脂製の被覆層に比べて、当該被覆層の強度や熱伝導率を向上させることができる。たとえば、炭素からなるファイバー状の繊維としてカーボンナノチューブを用いる場合、当該カーボンナノチューブの引張強度は約４５ＧＰａ、熱伝導率が約６０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて高強度、高熱伝導率である。このため、カーボンナノチューブなどの炭素からなるファイバー状の繊維により構成される被覆層を備える線材は、大電流を流した場合に発生する熱を、被覆層を介して速やかに外部へ発散させることができる。したがって、線材の過剰な温度上昇を抑制することができる。また、本発明による線材の被覆層は上述のように高強度の材料により構成されるため、当該被覆層が芯線の補強材としての機能を発揮する。そのため、熱による線材の変形（たとえば熱膨張による線材の伸び）や、他の部材との接触に起因する破損などの発生を抑制することができる。 In this way, since the coating layer is composed of fiber-like fibers made of carbon, the strength and thermal conductivity of the coating layer can be improved as compared with conventional resin coating layers. For example, when a carbon nanotube is used as a fiber-like fiber made of carbon, the carbon nanotube has a tensile strength of about 45 GPa and a thermal conductivity of about 6000 W / (m · K), which is extremely high strength and high thermal conductivity. For this reason, a wire provided with a coating layer composed of fiber fibers made of carbon such as carbon nanotubes can quickly dissipate the heat generated when a large current flows through the coating layer to the outside. it can. Therefore, an excessive temperature rise of the wire can be suppressed. Moreover, since the coating layer of the wire according to the present invention is composed of a high-strength material as described above, the coating layer exhibits a function as a reinforcing material for the core wire. Therefore, deformation of the wire due to heat (for example, elongation of the wire due to thermal expansion) or breakage due to contact with other members can be suppressed.
この発明に従った導体は、上記線材と、当該線材の端部に接続された接続部材とを備える。このようにすれば、優れた強度および熱伝導性（放熱性）を有する線材を用いて導体を形成することになるので、高強度かつ放熱性に優れた導体を得ることができる。 The conductor according to this invention is provided with the said wire and the connection member connected to the edge part of the said wire. In this way, since the conductor is formed using a wire having excellent strength and thermal conductivity (heat dissipation), a conductor having high strength and excellent heat dissipation can be obtained.
この発明に従った接続構造は、上記線材と、当該線材の芯線と電気的に接続された端子とを備える。線材においては、芯線の表面の一部が露出した露出部が形成されている。端子は露出部において芯線と電気的に接続されている。 The connection structure according to the present invention includes the wire and a terminal electrically connected to the core wire of the wire. In the wire rod, an exposed portion in which a part of the surface of the core wire is exposed is formed. The terminal is electrically connected to the core wire at the exposed portion.
このようにすれば、芯線と端子との接続部近傍において、当該露出部以外の部分に残っている被覆層が接続部の補強材として機能するため、接続構造の強度を十分高めることができる。また、接続部近傍に位置する被覆層が接続部で発生する熱を除去するための放熱部としても機能するため、接続部における過剰な温度上昇を防止することができる。 If it does in this way, since the coating layer which remains in the part other than the said exposed part functions as a reinforcement of a connection part in the connection part vicinity of a core wire and a terminal, the intensity | strength of a connection structure can fully be raised. Moreover, since the coating layer located in the vicinity of the connecting portion also functions as a heat radiating portion for removing heat generated in the connecting portion, an excessive temperature rise in the connecting portion can be prevented.
この発明に従った線材の製造方法は、上記線材の製造方法であって、芯線を準備する工程と、芯線の表面上に、炭素からなるファイバー状の繊維を複数成長させる工程とを備える。このようにすれば、芯線の表面にファイバー状の繊維を直接成長させて、当該繊維を用いて被覆層を形成できるので、炭素からなるファイバー状の繊維を含む溶液などを芯線表面に塗布することにより被覆層を形成する場合のように、製造工程においてファイバー状の繊維がダメージを受ける可能性を低減できる。このため、ファイバー状の繊維の優れた特性を利用した被覆層を得ることができる。 The method for manufacturing a wire according to the present invention is a method for manufacturing the above-described wire, and includes a step of preparing a core wire and a step of growing a plurality of fiber fibers made of carbon on the surface of the core wire. In this way, a fiber-like fiber can be directly grown on the surface of the core wire, and a coating layer can be formed using the fiber. Therefore, a solution containing a fiber-like fiber made of carbon is applied to the surface of the core wire. As in the case where the coating layer is formed, the possibility that the fiber-like fibers are damaged in the manufacturing process can be reduced. For this reason, the coating layer using the outstanding characteristic of a fiber-like fiber can be obtained.
この発明に従った線材の製造方法は、上記線材の製造方法であって、以下の工程を備える。炭素からなるファイバー状の複数の繊維により構成され、内周開口部が形成された筒状体を準備する工程を実施する。筒状体の内周開口部に芯線を配置する工程を実施する。芯線の表面に筒状体の内周開口部の内周面を接触させる工程を実施する。 The manufacturing method of the wire according to this invention is the manufacturing method of the said wire, Comprising: The following processes are provided. A step of preparing a cylindrical body made of a plurality of fiber-like fibers made of carbon and having an inner peripheral opening is formed. The process of arrange | positioning a core wire in the inner peripheral opening part of a cylindrical body is implemented. The process of making the inner peripheral surface of the inner peripheral opening part of a cylindrical body contact the surface of a core wire is implemented.
このようにすれば、芯線の表面に直接ファイバー状の繊維を成長させる場合のように、繊維を成長させるための熱処理温度まで芯線が加熱される必要が無い。このため、当該熱処理温度に耐えられないような材料であっても芯線の材料として採用することができる。このため、芯線の材料の選択の自由度を大きくすることができる。 In this way, it is not necessary to heat the core wire to the heat treatment temperature for growing the fiber, as in the case of growing fiber fibers directly on the surface of the core wire. For this reason, even if it is a material which cannot endure the said heat processing temperature, it can be employ | adopted as a material of a core wire. For this reason, the freedom degree of selection of the material of a core wire can be enlarged.
本発明によれば、被覆層を高強度、高熱伝導率なものとすることで、過剰な温度上昇を抑制するとともに強度の高い線材を実現できる。 According to the present invention, by making the coating layer have high strength and high thermal conductivity, an excessive temperature rise can be suppressed and a high strength wire can be realized.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
（実施の形態１）
図１は、本発明による線材の実施の形態１の断面模式図である。図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。図１および図２を参照して、本発明による線材を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic sectional view of
図１および図２に示すように、本発明による線材１は、導電体からなる芯線２と、この芯線２の外周面を覆うように配置されている被覆層３とならなる。この被覆層３はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）によって構成されている。ここでカーボンナノチューブは、黒鉛（グラファイト）のシートが円筒状に閉じた構造を有するチューブ状の炭素多面体を言う。カーボンナノチューブには、黒鉛シートが円筒状に閉じた多層構造を有する多層ナノチューブと、黒鉛シートが円筒状に閉じた単層構造を有する単層ナノチューブとがある。ここで、被覆層３を構成するカーボンナノチューブは、上述した単層ナノチューブがそのほとんどを占めている。また、後述する製造方法からもわかるように、被覆層３においては、カーボンナノチューブの延在方向が芯線２の延在方向に沿った方向となっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図３は、図１および図２に示した線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図４〜図１３は、図３に示した製造方法における各工程を説明するための模式図である。図３〜図１３を参照して、図１および図２に示した線材の製造方法を説明する。 FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the wire shown in FIGS. 1 and 2. 4 to 13 are schematic views for explaining each step in the manufacturing method shown in FIG. The manufacturing method of the wire shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS.
図３に示したように、まず導線準備工程（Ｓ１０）を実施する。この導線準備工程（Ｓ１０）においては、図４に示すような導体線５を準備する。図４は、導体準備工程（Ｓ１０）において準備される導体線を示す斜視模式図である。図４に示した導体線５の材料としては、アルミニウムや銅、あるいは鉄などの金属など、任意の導電体を用いることができる。また、導体線５の断面形状は、図４に示すように円形状でもよいが、他の任意の形状（たとえば四角形状、あるいは他の多角形状）であってもよい。
As shown in FIG. 3, a conducting wire preparation step (S10) is first performed. In this conducting wire preparation step (S10), a
次に、表面処理工程（Ｓ２０）を実施する。この表面処理工程（Ｓ２０）においては、図５および図６に示すように、導体線５の少なくとも側壁の表面に下地膜６を形成し、当該下地膜６の表面上にカーボンナノチューブを形成するための触媒として作用するナノ粒子１２を形成する。ここで、下地膜６を構成する材料としては、たとえばアルミナ、シリカ、アルミン酸ナトリウム、ミョウバン、リン酸アルミニウムなどのアルミニウム化合物、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムなどのカルシウム化合物、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどのマグネシウム化合物、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウムなどのアパタイト系の材料を用いることが好ましい。また、ナノ粒子１２を構成する材料としては、活性な金属を用いることができる。そのようなナノ粒子１２を構成する金属としては、たとえばバナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）などを用いることができる。
Next, a surface treatment step (S20) is performed. In this surface treatment step (S20), as shown in FIGS. 5 and 6, the
また、ナノ粒子１２の粒径をたとえば１００ｎｍ以下、好ましくは１．０ｎｍ以上１０ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下とする。また、下地膜６の厚みとしては、たとえば２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下といった値を用いることができる。ここで図５は、表面処理工程（Ｓ２０）によって得られた芯線２の斜視模式図である。また、図６は、図５のＶＩ−ＶＩにおける断面模式図である。図５および図６に示すように、表面処理工程（Ｓ２０）によって、導体線５の外周面に下地膜６が形成される。そして、この下地膜６の表面にナノ粒子１２が複数分散配置された状態となっている。この表面処理工程（Ｓ２０）における下地膜６およびナノ粒子１２の製造方法としては、任意の方法を用いることができる。
The particle size of the
次に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）成長工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、上述した芯線２の周囲にカーボンナノチューブを形成するための原料ガスを供給しながら、芯線２を加熱する。この結果、芯線２の側壁上に配置されたナノ粒子１２の表面にカーボンナノチューブ９が成長する。このようにして、図７および図８に示すような構造を得る。図７は、カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）を行なうことにより芯線の表面にカーボンナノチューブが形成された状態を示す断面模式図である。図８は、図７の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面模式図である。
Next, a carbon nanotube (CNT) growth step (S30) is performed. Specifically, the
図７および図８に示すように、芯線２の表面に形成されたナノ粒子１２（図６参照）のそれぞれからカーボンナノチューブ９が成長している。このカーボンナノチューブ９はいわゆる単層のカーボンナノチューブである。そして、カーボンナノチューブ９は、絶縁体的または半導体的な特性を有するカーボンナノチューブ７と、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８とを含んでいる。
As shown in FIGS. 7 and 8,
また、このカーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）におけるカーボンナノチューブの形成方法としては、任意の方法を用いることができるが、好ましくは、芯線２の周囲に炭素源となる原料ガス（炭素を構成元素として含むガス）と、触媒としてのナノ粒子１２の表面に成長する不純物炭素を分解すると推定される不純物炭素分解物（たとえば水分）とを供給し、その状態で芯線２を加熱する、といった方法を用いることができる。加熱温度としては、たとえば６００℃以上８００℃以下、より好ましくは６５０℃以上７５０℃以下といった温度条件を用いることができる。また、原料ガスとしては、炭素を含有する化合物であれば任意の化合物を用いることができるが、たとえばＣＯ、ＣＯ２、あるいはメタン、エタン、プロパンおよびヘキサンなどのアルカン類、エチレン、プロピレンおよびアセチレンなどの不飽和有機化合物、ベンゼン、トルエンなどの芳香族化合物、アルコール類、エーテル類、カルボン酸類などの含酸素官能基を有する有機化合物、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの高分子材料、または石油や石炭（石炭転換ガスを含む）などを用いることができる。
In addition, as a method for forming carbon nanotubes in the carbon nanotube growth step (S30), any method can be used. Preferably, a source gas (carbon is included as a constituent element) around the
次に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）処理工程（Ｓ４０）を実施する。このカーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）においては、図７および図８に示したカーボンナノチューブが形成された芯線２を水素プラズマ処理する。具体的には、処理装置を構成するチャンバ内に、プラズマを生成するための原料ガスを供給しながら当該チャンバ内に電界および／または磁界を印加することで、原料ガスを構成する分子を電離してプラズマを生成する。そして、当該チャンバの中に図７および図８に示したカーボンナノチューブが表面に形成された芯線２を挿入する。
Next, a carbon nanotube (CNT) treatment step (S40) is performed. In the carbon nanotube treatment step (S40), the
このようにすれば、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８（図８参照）がプラズマによって選択的に破壊される。この結果、図９および図１０に示すように、芯線２の表面には絶縁体的または半導体的な特性を有するカーボンナノチューブ７が残存し、金属的な特性を有するカーボンナノチューブが破壊された破壊部１０が形成された状態になる。ここで、図９は、カーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）によって処理された芯線およびカーボンナノチューブの状況を示す断面模式図である。図１０は、図９の線分Ｘ−Ｘにおける断面模式図である。この結果、カーボンナノチューブにより構成される被覆層３を絶縁層とすることができる。
In this way, the carbon nanotubes 8 (see FIG. 8) having metallic characteristics are selectively destroyed by the plasma. As a result, as shown in FIGS. 9 and 10,
なお、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８を選択的に破壊する方法としては、他の任意の方法を用いてもよい。たとえば、高周波を図７および図８に示した芯線２に印加することにより、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８を選択的に破壊するといった方法も考えられる。
It should be noted that any other method may be used as a method of selectively destroying the
また、カーボンナノチューブ９により構成される被覆層３に絶縁性がもとられない場合（たとえば、被覆層３の外周側に別途絶縁層を形成するような場合）には、上述したカーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）を実施せず、カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）に続いて後述する加工工程（Ｓ５０）を実施してもよい。
Further, in the case where insulation is not obtained in the
次に、図３に示すように加工工程（Ｓ５０）を実施する。この加工工程（Ｓ５０）においては、具体的には図１１に示すように芯線２の表面に対してほぼ垂直な方向に延びているカーボンナノチューブ９をローラ１１によって芯線２の表面に沿った方向に倒すように、カーボンナノチューブを押圧する。このようなローラ１１による加工を芯線２の外周面の全周にわたって行なうことにより、図１２に示すように芯線２の外周面上には、カーボンナノチューブの延在方向が芯線２の表面に沿った方向であって芯線２の延在方向に沿っている、加工されたカーボンナノチューブ層１３が形成される。ここで、図１１は、加工工程（Ｓ５０）を説明するための模式図である。また、図１２は、図１１の線分ＸＩＩ−ＸＩＩにおける断面模式図である。
Next, a processing step (S50) is performed as shown in FIG. In this processing step (S50), specifically, as shown in FIG. 11,
なお、この加工工程（Ｓ５０）においては、図１１に示すようなローラ１１を用いてカーボンナノチューブ９を芯線２の表面に沿った方向に倒すような加工を行なっているが、ローラ１１とは異なる他の形状の押圧部材を用いて加工を行なってもよい。たとえば、芯線２の直径と加工されたカーボンナノチューブ層１３の厚みとを考慮した穴が形成された金型を用いて、芯線２を当該穴の内部に挿入することにより図１２に示すように加工されたカーボンナノチューブ層１３を形成してもよい。
In this processing step (S50), processing is performed such that the
次に、図３に示すように、固形化工程（Ｓ６０）を実施する。具体的には、この固形化工程（Ｓ６０）においては、図１３に示すように溶液１６中に加工されたカーボンナノチューブ層１３が形成された芯線２を浸漬する。そして、このように溶液１６中から芯線２を取出し、当該芯線２の加工されたカーボンナノチューブ層１３を乾燥させることにより、当該加工されたカーボンナノチューブ層１３を固形化する。ここで、図１３は、固形化工程（Ｓ６０）において用いる浸漬工程を説明するための模式図である。図１３に示すように、容器１５の内部に溶液１６が配置されている。溶液１６としては、水やアルコールなど、任意の溶液を用いることができる。また、容器１５としては、任意の形状の容器を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3, a solidification step (S60) is performed. Specifically, in the solidification step (S60), the
このような固形化工程（Ｓ６０）を実施することにより、加工されたカーボンナノチューブ層１３が芯線２の表面により強固に密着するとともに、被覆層３（図１参照）としての加工されたカーボンナノチューブ層１３の厚みも固形化工程（Ｓ６０）を実施する前に比べてより薄くなる。すなわち、加工されたカーボンナノチューブ層１３の密度を高めることができる。この結果、加工されたカーボンナノチューブ層１３からなる被覆層の絶縁性および強度を向上させることができる。上述のような工程を実施することにより、本発明による線材１（図１参照）を得ることができる。
By performing such a solidification step (S60), the processed
図１４は、図３に示したカーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）において用いる製造装置を示す模式図である。図１４を参照して、カーボンナノチューブ成長工程において用いるカーボンナノチューブの製造装置を説明する。 FIG. 14 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus used in the carbon nanotube growth step (S30) shown in FIG. With reference to FIG. 14, the carbon nanotube manufacturing apparatus used in the carbon nanotube growth step will be described.
図１４に示すように、製造装置２０は反応容器２２と、芯線２を反応容器２２の内部に案内するためのローラ２４、２５と、カーボンナノチューブを形成するための原料ガスを反応容器２２の内部に供給するガス供給部２３と、反応容器２２の内部を加熱するためのヒータ２１とを備える。製造装置２０では、筒状の反応容器２２が、ほぼ垂直な方向にその中心軸が延びるように立てた状態で設置される。そして、この反応容器２２の下側にローラ２４が設置される。また、反応容器２２の上側には、芯線２を案内するとともに芯線２の表面に形成されたカーボンナノチューブを倒して芯線２の表面に密着させるためのローラ２５が設置される。
As shown in FIG. 14, the
ガス供給部２３は、反応容器２２の下側から反応容器２２の内部へ反応ガスを供給する。ヒータ２１は、反応容器２２の外側であって反応容器２２の側壁と対向する位置に設置されている。ヒータ２１は、反応容器２２の内部に位置する芯線２に沿って配置される。芯線２は、ローラ２４に案内され反応容器２２の内部に反応容器２２の下側から挿入される。そして、芯線２は、反応容器２２内部を下方から上方へと移動し、反応容器２２の上側から排出される。反応容器２２の上側において、表面にカーボンナノチューブ９が形成された芯線２はローラ２５によって案内される。また、反応容器２２の内部で芯線２の表面に形成されたカーボンナノチューブ９は、ローラ２５によって押圧されることにより芯線２の表面に密着した状態になる。なお、ローラ２５は図１４に示すような１組のローラであってもよいが、他の構成の押圧部材を反応容器２２の上方に配置してもよい。たとえば、１組のローラ２５の下流側に、ローラ２５が芯線２を押圧する方向と異なる方向から芯線２を押圧する別のローラを配置する、といった構成を採用してもよい。
The
また、反応ガスが反応容器２２の下側から供給され、また芯線２も反応容器２２の下側から供給されているため、反応容器２２の内部においては、下方から上方に移動している芯線２の表面において徐々にカーボンナノチューブ９が成長することになる。このため、図１４に示すように、反応容器２２の内部においては、芯線２の表面に形成されるカーボンナノチューブ９の長さは、反応容器２２の下方から上方に向かうにつれて徐々に長くなっている。
In addition, since the reaction gas is supplied from the lower side of the reaction vessel 22 and the
このようにすれば、反応容器２２の下方から供給される反応ガスがカーボンナノチューブ９に衝突することにより、カーボンナノチューブ９に対して下から上向きへ向かう方向の力（浮力）を加えることができる。このため、芯線２にかかる荷重（芯線２の自重による下向きの力）を当該反応ガスによる浮力によって軽減することができる。
In this way, the reaction gas supplied from below the reaction vessel 22 collides with the
図１５は、本発明による線材の実施の形態１の第１の変形例を示す断面模式図である。図１５を参照して、本発明による線材の実施の形態１ノ第１の変形例を説明する。 FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the first embodiment of the wire rod according to the present invention. Referring to FIG. 15, the first modification of the first embodiment of the wire rod according to the present invention will be described.
図１５に示した線材１は、基本的には図１および図２に示した線材１と同様の構造を備えるが、被覆層３の外周側を覆うように絶縁層２７が形成されている点が図１におよび図２に示した線材１と異なる。図１５に示した線材１の絶縁層２７としては、絶縁性の材料であれば任意の材料を用いることができる。たとえば、絶縁層２７として絶縁性の樹脂からなる層を形成してもよい。このようにすれば、カーボンナノチューブによる被覆層３によって線材１の強度を確保した上で、さらに絶縁層２７によって線材１についての絶縁性をより向上させることができる。また、線材１の絶縁性を当該絶縁層２７により確保するので、被覆層３においては必ずしも絶縁性を有する必要が無い。そのため、図３に示した線材の製造方法において、カーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）を省略することも可能である。この場合、被覆層３には金属的な特性を有するカーボンナノチューブが含まれることになるが、絶縁層２７により線材１の絶縁性は確保されているため、製造工程を簡略化するというメリットの方が大きくなる。
The
図１６は、本発明による線材の実施の形態１の第２の変形例を示す断面模式図である。図１６を参照して、本発明による線材の実施の形態１の第２の変形例を説明する。
FIG. 16: is a cross-sectional schematic diagram which shows the 2nd modification of
図１６に示した線材１は、芯線２の外周表面にカーボンナノチューブからなる被覆層が形成されているという点では図１および図２に示した線材と同様であるが、当該被覆層の構成が異なっている。すなわち、図１６に示した線材１においては、芯線２の外周面を覆うように、当該外周面に垂直方向に延びる相対的に長さの短いカーボンナノチューブ２９が密集して形成されている。このカーボンナノチューブ２９の長さはたとえば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。また、芯線２の外周面におけるカーボンナノチューブ２９の断面占有率は１％以上５０％以下、より好ましくは５％以上２０％以下である。なお、ここで断面占有率とは、芯線２の外周面の表面積に対する、カーボンナノチューブ２９により覆われている部分（カーボンナノチューブ２９により占有されている部分）の面積の比（単位：パーセント）である。このような構造によってもたとえばカーボンナノチューブ２９を絶縁体的または半導体的な特性を有するカーボンナノチューブとすることにより、カーボンナノチューブ２９を絶縁層としての機能を有する被覆層として作用させることができる。また、図１６に示した線材１においては、図３に示したカーボンナノチューブの加工工程（Ｓ５０）および固形化工程（Ｓ６０）を少なくとも実施する必要がない。このため、線材１の製造工程を簡略化することができる。
The
（実施の形態２）
図１７は、本発明による線材を用いた接続構造を示す断面模式図である。図１８は、図１７の線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面模式図である。図１７および図１８を参照して、本発明による線材の接続構造を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a connection structure using a wire according to the present invention. 18 is a schematic sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. With reference to FIG. 17 and FIG. 18, the connection structure of the wire rod by this invention is demonstrated.
図１７および図１８に示した接続構造は、基本的には図１および図２に示した本発明による線材を用いた接続構造であって、芯線２の端部において被覆層３が芯線２の表面から部分的に除去され状態になっている。そして、芯線２の当該被覆層３が部分的に除去された端部においては、２つの端子３１が芯線２の端部を挟むとともに押圧する状態で芯線２に接続されている。つまり、２つの端子３１が芯線２を挟んで対向するように配置されるとともに、端子３１が芯線２を把持するように固定されている。このように、芯線２の端部において被覆層３を除去して端子３１を芯線２に接続することにｉより、芯線２と端子３１との電気的な接続を行なうことができる。
The connection structure shown in FIGS. 17 and 18 is basically a connection structure using the wire according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2, and the
図１９は、本発明による線材の接続構造の変形例を示す平面模式図である。図２０は、図１９の線分ＸＸ−ＸＸにおける断面模式図である。また、図２１は、図１９の線分ＸＸＩ−ＸＸＩにおける断面模式図である。図１９〜図２１を参照して、本発明による線材を用いた接続構造の変形例を説明する。 FIG. 19 is a schematic plan view showing a modification of the wire connecting structure according to the present invention. 20 is a schematic cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG. FIG. 21 is a schematic cross-sectional view taken along line XXI-XXI in FIG. With reference to FIGS. 19-21, the modification of the connection structure using the wire by this invention is demonstrated.
図１９〜図２１に示した線材の接続構造は、端子３１が接続する部分において被覆層３を削除するのではなく、芯線２の一部分の表面が露出するように被覆層３を図２０の左右方向に寄せた状態としている。そして、このように被覆層３を部分的に寄せることで露出した芯線２の表面の部分を、芯線２の側面において２箇所形成する。この露出した部分は、図２０に示すように芯線２を挟んで対向する位置に形成されることが好ましい。そして、芯線２の露出した２つの部分に接触するように上下方向から２つの端子３１を用いて芯線２を挟むように固定している。この結果、芯線２と端子３１とが電気的に接続された状態になる。このような構造によっても、図１７および図１８に示した線材の製造構造と同様の効果を得ることができる。また、芯線２の延在方向において端子３１が接続された部分では、図２０に示すように端子３１に隣接するように被覆層３が存在する。そのため、端子３１が接続された部分の補強材として被覆層３が作用するため、端子３１の接続された部分の強度を十分高い状態に維持することができる。
In the connecting structure of the wire shown in FIGS. 19 to 21, the
（実施の形態３）
図２２は、本発明による線材を用いたハーネスを示す模式図である。図２２を参照して、本発明による線材を用いたハーネスを説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 22 is a schematic diagram showing a harness using a wire according to the present invention. With reference to FIG. 22, the harness using the wire material by this invention is demonstrated.
図２２に示すように、本発明による線材を用いたハーネス３４は、図１および図２に示した線材１を複数本束ね、これらの線材１の端部にコネクタ３３が接続されたワイヤーハーネスである。当該コネクタ３３は、図示しない他の機器の対応するコネクタや接続端子に接続可能となっている。コネクタ３３の内部においては、線材１の端部が図１７〜図２１に示したような接続構造を介してコネクタ３３内の導電体（電極）と電気的に接続された状態になっている。
As shown in FIG. 22, the
このようにすれば、本発明による線材を用いたハーネス３４を実現できる。そして、本発明による線材１はカーボンナノチューブを用いた被覆層３を備えているため、その強度が従来の樹脂などからなる被覆層を用いた線材に比べて高く、またジュール熱などの熱に起因する線材１の延びも抑制することができるので、信頼性の高いコネクタを実現することができる。
If it does in this way, the
（実施の形態４）
図２３は、本発明による線材の実施の形態４を示す斜視模式図である。図２４は、図２３の線分ＸＸＩＶ−ＸＸＩＶにおける断面模式図である。図２３および図２４を参照して、本発明による線材の実施の形態４を説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 23 is a schematic perspective view showing Embodiment 4 of a wire according to the present invention. 24 is a schematic cross-sectional view taken along line XXIV-XXIV in FIG. With reference to FIG. 23 and FIG. 24, Embodiment 4 of the wire rod by this invention is demonstrated.
図２３および図２４に示した線材は、基本的には、図１および図２に示した線材１と同様の構造を備えるが、被覆層３にフィン部３５が形成されている点が図１および図２に示した線材１と異なる。フィン部３５は、被覆層３と同様にカーボンナノチューブによって構成されている。フィン部３５は、芯線２の外周側面から突出する方向に延びる平板状の形状を有している。また、フィン部３５は、芯線２の延在方向に沿って伸びるように形成されている。このようにすれば、フィン部３５を放熱部として利用することにより、線材の過剰な温度上昇を防止することができるので、線材の耐熱性をより向上させることができる。
The wire shown in FIGS. 23 and 24 basically has the same structure as that of the
次に、図２５および図２６を参照して、図２３および図２４に示した線材の製造方法を説明する。図２５および図２６は、図２３および図２４に示した線材の製造方法を説明するための模式図である。図２５および図２６は図７および図１２にそれぞれ対応する。 Next, with reference to FIG. 25 and FIG. 26, the manufacturing method of the wire shown in FIG. 23 and FIG. 24 is demonstrated. 25 and 26 are schematic diagrams for explaining a method of manufacturing the wire shown in FIGS. 23 and 24. FIG. 25 and 26 correspond to FIGS. 7 and 12, respectively.
図２３および図２４に示した線材の製造方法は、基本的には図３に示した線材の製造方法と同様であるが、図３における加工工程（Ｓ５０）の内容が異なっている。すなわち、図３の導線準備工程（Ｓ１０）からカーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）までを実施することにより、図２５に示すように、芯線２の外周面において、当該外周面に対してほぼ垂直な方向に延びる複数のカーボンナノチューブ９が形成された試料を作製する。そして、さらにカーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）を実施した後、加工工程（Ｓ５０）を実施する。この加工工程（Ｓ５０）においては、１対のローラで芯線２を上下方向から挟むようにしてカーボンナノチューブ９を押圧することにより、図２６に示すような構造を得る。なお、ここでカーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）を実施することなく、カコウ工程（Ｓ５０）を実施してもよい。
The method for manufacturing the wire shown in FIGS. 23 and 24 is basically the same as the method for manufacturing the wire shown in FIG. 3, but the contents of the processing step (S50) in FIG. 3 are different. That is, by performing the lead wire preparation step (S10) to the carbon nanotube growth step (S30) in FIG. 3, the outer peripheral surface of the
図２６に示すようにカーボンナノチューブ９によって芯線２を含む平板状の構造を形成した後、固形化工程（Ｓ６０）を実施する。具体的には、平板状に成形されたカーボンナノチューブ９の集合体に液体を含浸させ、当該液体を乾燥することによってカーボンナノチューブ９の集合体を固形化する。この結果、カーボンナノチューブからなる被覆層３およびフィン部３５が形成されることにより、図２３および図２４に示すような線材を得ることができる。
As shown in FIG. 26, after the flat structure including the
（実施の形態５）
図２７は、本発明による線材の実施の形態５を示す断面模式図である。図２７を参照して、本発明による線材の実施の形態５を説明する。
(Embodiment 5)
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment of the wire rod according to the present invention. With reference to FIG. 27,
図２７に示すように、線材１は、芯線としての導体線５の外周面にカーボンナノチューブからなる被覆層３が形成されている。このような構造の線材１によっても、図１および図２に示した線材１と同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 27, the
次に、図２７に示した線材の製造方法を説明する。図２８は、図２７に示した線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２９〜図３７は、図２８に示した線材の製造方法を説明するための模式図である。図２８〜図３７を参照して、図２７に示した線材の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the wire shown in FIG. 27 will be described. FIG. 28 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the wire shown in FIG. 29 to 37 are schematic views for explaining a method of manufacturing the wire shown in FIG. With reference to FIGS. 28 to 37, a method of manufacturing the wire shown in FIG. 27 will be described.
まず、図２８に示すように、下地線材準備工程（Ｓ７０）を実施する。この下地線材準備工程（Ｓ７０）においては、図２９に示すように側面全体にナノ粒子１２が分散配置された下地線材３７を準備する。ここで、図２９は、下地線材準備工程（Ｓ７０）において準備される下地線材を示す断面模式図である。
First, as shown in FIG. 28, a base wire preparation step (S70) is performed. In this base wire preparation step (S70), as shown in FIG. 29, a
下地線材３７を構成する材料としては、導電体や絶縁体といった任意の材料を用いることができるが、カーボンナノチューブを製造する際の加熱温度に耐えることが可能な材料を用いることが好ましい。また、ナノ粒子１２としては、図１および図２に示した線材の製造方法において芯線２の表面に形成されたナノ粒子と同様の材料を用いることができる。
Any material such as a conductor or an insulator can be used as the material constituting the
次に、図２８に示すように、カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、下地線材準備工程（Ｓ７０）において準備された下地線材３７の周囲にカーボンナノチューブを形成するための炭素を含む原料ガスを供給するとともに、当該下地線材３７および原料ガスを加熱する。このようにすれば、下地線材３７の側面に形成されたナノ粒子１２上にそれぞれカーボンナノチューブ９が成長する。この結果、図３０および図３１に示すような構造を得る。図３０は、図２８のカーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）によって得られた構造を説明するための断面模式図である。図３１は、図３０の線分ＸＸＸＩ−ＸＸＸＩにおける断面模式図である。
Next, as shown in FIG. 28, a carbon nanotube growth step (S30) is performed. Specifically, a raw material gas containing carbon for forming carbon nanotubes is supplied around the
図３０および図３１からもわかるように、カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）により、下地線材３７の外周表面にカーボンナノチューブ９が複数形成されることで、カーボンナノチューブ９による筒状体が形成される。カーボンナノチューブ９の筒状体は、下地線材３７の表面に対してほぼ垂直な方向に延びる複数のカーボンナノチューブ９により構成されている。カーボンナノチューブ９の長さは、任意の長さとすることができるが、たとえば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。
As can be seen from FIGS. 30 and 31, a plurality of
次に、図２８に示すように、下地線材分離工程（Ｓ８０）を実施する。具体的には、下地線材３７とカーボンナノチューブ９との接合部に超音波を印加することにより、カーボンナノチューブ９からなる筒状体から下地線材３７を分離する。分離された下地線材３７は、図３１に示す下地線材３７の延在方向に沿ってカーボンナノチューブ９からなる筒状体から引抜かれる。この結果、図３２および図３３に示すように、カーボンナノチューブ９からなる筒状体を得ることができる。図３２は、下地線材分離工程（Ｓ８０）により得られるカーボンナノチューブからなる筒状体を示す断面模式図である。図３３は、図３２の線分ＸＸＸＩ−ＸＸＸＩにおける断面模式図である。
Next, as shown in FIG. 28, a base wire separating step (S80) is performed. Specifically, the
図３２および図３３に示すように、このカーボンナノチューブ９からなる筒状体には、その中央部に下地線材３７（図３１参照）が配置されていた開口部３９が形成されている。図３２および図３３で示すように、筒状体では複数のカーボンナノチューブ９が密集して形成されていたため、下地線材を引抜いた後も図３２および図３３に示すような筒状体としての形態を維持している。なお、下地線材３７をカーボンナノチューブ９から引抜く前に、ローラなどの押圧部材によりカーボンナノチューブ９を下地線材側へ押付けてもよい。
As shown in FIGS. 32 and 33, the cylindrical body made of the
次に、図２８に示すように、導線挿入工程（Ｓ９０）を実施する。具体的には、図３４および図３５に示すように、複数のカーボンナノチューブ９の集合体である筒状体の開口部３９の内部に導体線５を挿入配置する。この結果、図３４および図３５に示すような構造を得る。ここで、図３４は、導体挿入工程（Ｓ９０）を実施した後の構成を示す模式図である。図３５は、図３４の線分ＸＸＸＶ−ＸＸＸＶにおける断面模式図である。図３４および図３５に示すように、開口部３９に導体線５をスムーズに挿入するため、導体線５の直径は開口部３９の内径より小さくなっている。ただし、後述する加工工程（Ｓ５０）などで導体線５にカーボンナノチューブ９を容易に密着させるため、導体線５の直径を下地線材３７の直径の１００％以上１５０％以下としておくことが好ましい。
Next, as shown in FIG. 28, a conducting wire insertion step (S90) is performed. Specifically, as shown in FIG. 34 and FIG. 35, the
次に、図２８に示すように、カーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）を実施する。具体的には、図３に示した製造方法におけるカーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）と同様に、プラズマ処理を用いて金属的な特性を有するカーボンナノチューブを選択的に除去する。 Next, as shown in FIG. 28, a carbon nanotube processing step (S40) is performed. Specifically, similarly to the carbon nanotube processing step (S40) in the manufacturing method shown in FIG. 3, carbon nanotubes having metallic characteristics are selectively removed using plasma processing.
次に、図２８に示すように、加工工程（Ｓ５０）を実施する。この加工工程（Ｓ５０）においては、具体的には図３６および図３７に示すように、１組のローラ２５を用いてカーボンナノチューブからなる筒状体を導体線５の側壁に密着させる。この結果、図３７に示すような構造を得る。ここで、図３６は、加工工程を説明するための模式図であり、図３７は、図３６の線分ＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩＩにおける断面模式図である。図３６に示すように、１組のローラ２５を用いて、導体線５の外周側面の複数の方向からカーボンナノチューブからなる筒状体を押さえ付けることにより、図３７に示すように加工されたカーボンナノチューブ層１３を形成できる。この加工されたカーボンナノチューブ層１３は、導体線５の外周側面全体にわたって導体線５に密着している。
Next, as shown in FIG. 28, a processing step (S50) is performed. In this processing step (S50), specifically, as shown in FIGS. 36 and 37, a cylindrical body made of carbon nanotubes is brought into close contact with the side wall of the
この後、図２８に示すように、固形化工程（Ｓ６０）を実施する。この固形化工程（Ｓ６０）は、基本的には図３に示した線材の製造方法における固形化工程（Ｓ６０）と同様である。 Then, as shown in FIG. 28, a solidification process (S60) is implemented. This solidification step (S60) is basically the same as the solidification step (S60) in the method of manufacturing the wire shown in FIG.
以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。この発明に従った線材１は、図１に示すように導電体（導体線５）を含む芯線２と、被覆層３とを備える。被覆層３は、芯線２の外周に接触し、炭素からなるファイバー状の繊維（カーボンナノチューブ９）により構成される。このようにすれば、被覆層３を炭素からなるファイバー状の繊維により構成するので、従来の樹脂製の被覆層に比べて、当該被覆層の強度や熱伝導率を向上させることができる。たとえば、炭素からなるファイバー状の繊維として単層のカーボンナノチューブ９を用いる場合、当該カーボンナノチューブは極めて高強度、高熱伝導率である。このため、カーボンナノチューブ９により構成される被覆層３を備える線材１は、大電流を流した場合に発生する熱を、被覆層３を介して速やかに外部へ発散させることができる。したがって、線材１の過剰な温度上昇を抑制することができる。また、本発明による線材１の被覆層３は上述のように高強度の材料により構成されるため、当該被覆層３が芯線２または導体線５（図２７参照）の補強材としての機能を発揮する。そのため、熱による線材１の変形や、他の部材との接触に起因する線材１の破損の発生などを抑制することができる。
Hereinafter, although there is a part which overlaps with embodiment mentioned above, the characteristic structure of this invention is enumerated. A
上記線材１において、ファイバー状の繊維（カーボンナノチューブ９）は絶縁体的または半導体的な特性を有している。この場合、カーボンナノチューブ９により構成される被覆層３を絶縁層として利用することができる。そのため、線材１の被覆層３と別に絶縁層を形成する必要が無いため、線材１の構成を簡略化できる。この結果、線材１の構成が複雑化することに起因する製造コストの上昇を抑制できる。
In the
上記線材１において、ファイバー状の繊維は単層のカーボンナノチューブ（Carbon nanotube：ＣＮＴ）であることが好ましい。この場合、単層のカーボンナノチューブ９（ＣＮＴ）は上述のような優れた強度および熱伝導性を有していることから、本発明に従った高強度で温度上昇を抑制可能な線材１を確実に実現できる。
In the
上記線材１において、カーボンナノチューブ９の端部には、当該カーボンナノチューブを成長させるために用いられる触媒材料（ナノ粒子１２）が配置されている。この場合、図３などに示した製造方法からも分かるように、芯線２の表面にナノ粒子１２を予め形成し、当該ナノ粒子１２の表面に炭素からなるファイバー状の繊維としてカーボンナノチューブを成長させることができる。このようにすれば、芯線２の表面に直接カーボンナノチューブ９を（延在方向が揃った状態で）成長させることができるので、カーボンナノチューブなどの炭素からなるファイバー状の繊維を含む溶液などを芯線２表面に塗布して乾燥することにより被覆層を形成する場合のように、製造工程においてカーボンナノチューブがダメージを受ける可能性を低減できる。このため、カーボンナノチューブの優れた特性を利用した被覆層３を得ることができる。
In the
この発明に従った導体（ハーネス３４）は、図２２に示すように、上記線材１と、当該線材１の端部に接続された接続部材（コネクタ３３）とを備える。このようにすれば、優れた強度および熱伝導性（放熱性）を有する線材１を用いてハーネス３４を形成することになるので、高強度かつ放熱性に優れたハーネス３４を得ることができる。
As shown in FIG. 22, the conductor (harness 34) according to the present invention includes the
この発明に従った接続構造は、図１７〜図２１に示すように、上記線材１と、当該線材１の芯線２と電気的に接続された端子３１とを備える。線材１においては、芯線２の表面の一部が露出した露出部（図１７の線材１における被覆層３が除去された部分または図１９の線材１において被覆層３が部分的に側方によけられて芯線２の表面が露出した部分）が形成されている。端子３１は露出部において芯線２と電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 17 to 21, the connection structure according to the present invention includes the
このようにすれば、芯線２と端子３１との接続部近傍において、当該露出部以外の部分に残っている被覆層３が接続部の補強材として機能するため、接続構造の強度を十分高めることができる。また、接続部近傍に位置する被覆層３が接続部で発生する熱を除去するための放熱部としても機能するため、接続部における過剰な温度上昇を防止することができる。
In this way, in the vicinity of the connecting portion between the
この発明に従った線材の製造方法は、上記線材１の製造方法であって、図３に示すように、芯線を準備する工程（導線準備工程（Ｓ１０）および表面処理工程（Ｓ２０））と、芯線２の表面上に、炭素からなるファイバー状の繊維を複数成長させる工程（カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）成長工程（Ｓ３０））とを備える。このようにすれば、芯線２の表面にファイバー状の繊維（カーボンナノチューブ９）を直接成長させて、当該カーボンナノチューブ９を用いて被覆層３を形成できるので、カーボンナノチューブを含む溶液などを芯線２表面に塗布することにより被覆層３を形成する場合のように、製造工程においてカーボンナノチューブがダメージを受ける可能性を低減できる。このため、カーボンナノチューブの優れた特性を利用した被覆層３を得ることができる。
The method for producing a wire according to the present invention is a method for producing the
上記線材の製造方法において、芯線を準備する工程は、芯線の表面にファイバー状の繊維を成長させるための触媒材料（ナノ粒子１２）を配置する工程（表面処理工程（Ｓ２０））を含んでいる。カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）では、ナノ粒子１２上カーボンナノチューブ９を成長させてもよい。この場合、芯線２の表面に形成されたナノ粒子１２を利用して、カーボンナノチューブ９を確実に形成することができる。
In the method for manufacturing a wire, the step of preparing a core wire includes a step of placing a catalyst material (nanoparticles 12) for growing fiber-like fibers on the surface of the core wire (surface treatment step (S20)). . In the carbon nanotube growth step (S30), the
上記線材の製造方法は、芯線２の表面上に複数成長したカーボンナノチューブ９のうち、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８を選択的に除去する工程（カーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０））をさらに備えていてもよい。この場合、被覆層３を構成するカーボンナノチューブ９から、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８を除去することで、絶縁体的または半導体的な特性を有するカーボンナノチューブ７により被覆層３を構成できる。このため、被覆層３を絶縁層として利用できるので、被覆層３と別に絶縁層を形成する必要が無い。この結果、線材１の構成が複雑化することを防止できる。
The method for manufacturing the wire further includes a step of selectively removing
上記線材の製造方法において、カーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）ではプラズマを用いた処理を行なってもよい。この場合、カーボンナノチューブ９が表面に形成された芯線２をプラズマ中に配置することで、絶縁体的または半導体的な特性を有するカーボンナノチューブ７をあまり損傷することなく、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８を選択的に除去することができる。
In the manufacturing method of the wire, the treatment using plasma may be performed in the carbon nanotube treatment step (S40). In this case, by disposing the
上記線材の製造方法において、カーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）では水素を含む雰囲気中で処理を行なってもよい。たとえば、水素プラズマ処理を利用して上記カーボンナノチューブ処理工程（Ｓ４０）を実施してもよい。この場合も、金属的な特性を有するカーボンナノチューブ８を選択的に除去することができる。
In the manufacturing method of the said wire, you may process in the atmosphere containing hydrogen in a carbon nanotube processing process (S40). For example, the carbon nanotube treatment step (S40) may be performed using hydrogen plasma treatment. Also in this case, the
上記線材の製造方法は、ファイバー状の繊維を加工する工程（加工工程（Ｓ５０））をさらに備えていてもよい。この場合、芯線２の表面に成長したカーボンナノチューブ９を、任意の形状や配置に加工することで、被覆層３の形状を任意に制御することができる。たとえば、ローラ１１、２５などの押圧部材によりカーボンナノチューブ９を押圧することで、当該カーボンナノチューブ９を芯線２の側面全体を覆うような層状に形成する、あるいは図２３および図２４に示すように、芯線２の表面を覆うと共に、芯線２の表面から所定の方向へと突出する１つまたは複数の（冷却フィンとして作用する）突出部（フィン部３５）を形成する、といったことが可能になる。この結果、線材１の形状の自由度を大きくすることができる。
The manufacturing method of the said wire may further comprise the process (processing process (S50)) which processes a fiber-like fiber. In this case, the shape of the
上記線材の製造方法において、加工工程（Ｓ５０）では、カーボンナノチューブ９の延在方向を芯線２の表面に沿った方向に変更してもよい。この場合、カーボンナノチューブ９を用いて形成される被覆層３において、カーボンナノチューブ９の延在方向を芯線表面に沿った方向に揃えることができる。また、加工工程（Ｓ５０）では、カーボンナノチューブ９の延在方向を芯線２の延在方向に沿った方向へ変更してもよい。この場合、被覆層３においてカーボンナノチューブ９の延在方向を芯線２の延在方向に揃えることになるので、カーボンナノチューブ９の延在方向（軸方向）での強度を線材１の延在方向における被覆層３の強度に反映させることができる。
In the manufacturing method of the wire, the extending direction of the
上記線材の製造方法において、加工工程（Ｓ５０）では、図２６に示すように、芯線２に接続された板状体を構成するように複数のカーボンナノチューブ９を加工してもよい。この場合、板状体において芯線２に接続された部分以外の部分（つまり、芯線２の表面から突出する部分）を容易に形成することができる。このような芯線２の表面から突出する部分は、図２３に示すフィン部３５のように冷却フィンとして作用させることができるので、冷却効率の高い線材１を得ることができる。
In the manufacturing method of the wire, in the processing step (S50), as shown in FIG. 26, a plurality of
上記線材の製造方法は、複数のファイバー状の繊維を互いに固着させる工程（固形化工程（Ｓ６０））をさらに備えていてもよい。この固形化工程（Ｓ６０）は、ファイバー状の繊維としてのカーボンナノチューブ９に溶液を供給する工程と、溶液が供給されたカーボンナノチューブ９を乾燥する工程とを含んでいてもよい。この場合、カーボンナノチューブ９に一度溶液を供給してから乾燥させることで、被覆層３を構成するカーボンナノチューブ９を互いに固着させ、その集積度を容易に向上させることができる。
The manufacturing method of the said wire may further comprise the process (solidification process (S60)) which mutually adheres a some fiber-like fiber. This solidification step (S60) may include a step of supplying a solution to the
上記線材の製造方法において、カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）では、図１４に示すように芯線２の延在方向が水平方向と交差する縦方向となるように芯線２を配置するとともに、芯線２を延在方向に沿って移動させながら、芯線２の周囲にファイバー状の繊維としてのカーボンナノチューブの原料ガスを供給すると同時に芯線２を加熱してもよい。この場合、長尺の芯線２の表面に、連続的にカーボンナノチューブ９を形成することができる。
In the carbon nanotube growth step (S30), the
上記線材の製造方法において、芯線２が延在方向に沿って移動する移動方向は、図１４に示すように縦方向の下方から上方に向かう方向であることが好ましい。この場合、芯線２の移動方向において上方に向かうほど、原料ガスと接触した状態で加熱される時間が長くなるので、縦方向に延在するように配置される芯線２の下方から上方に向かうに連れて、芯線２の表面に形成されるカーボンナノチューブ９の成長長さが徐々に長くなる。
In the manufacturing method of the wire, the moving direction in which the
上記線材の製造方法において、芯線２の周囲に供給される原料ガスは、図１４に示すように芯線２の周囲において縦方向の下方から上方に向かう方向に流通してもよい。この場合、原料ガスが芯線２の表面に成長したカーボンナノチューブ９に衝突することで、当該カーボンナノチューブ９および芯線２に対して上方向の応力を加えることができる。このため、熱処理される芯線２の自重による下方向の応力を打ち消す方向（上方向）の力を原料ガスの流れにより芯線２に加えることができる。したがって、芯線２が自重により破断するといった可能性を低減できる。
In the manufacturing method of the wire, the raw material gas supplied around the
上記線材の製造方法において、カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０）では、図１４に示すように、芯線２の表面に成長するカーボンナノチューブ９の長さが、芯線２の延在方向において縦方向の下方から上方に向かうほど徐々に長くなっている。ここで、芯線２の上方ほど縦方向に配置された芯線２の自重による下方向の応力が大きくなる。そこで、上述のように原料ガスを下方から上方に向けて流通させることで、原料ガスが芯線２の表面に形成されたカーボンナノチューブ９に衝突させることができ、結果的に当該下方向の応力を打ち消す上方向の応力を芯線２に加えることができる。そして、芯線２の上方ほどカーボンナノチューブ９の長さを長くしておけば、原料ガスが衝突するカーボンナノチューブ９の面積も大きくなるので、結果的に芯線２の上方ほど原料ガスの流れに起因する上方向の応力をより強く受けることになる。このため、より効果的に芯線２の自重による下方向の応力を打ち消すことができる。
In the carbon nanotube growth step (S30) in the wire rod manufacturing method, as shown in FIG. 14, the length of the
この発明に従った線材の製造方法は、線材１の製造方法であって、図２８に示すように以下の工程を備える。図２９〜図３３に示すように、炭素からなるファイバー状の複数の繊維により構成され、内周開口部が形成された筒状体を準備する工程（下地線材準備工程（Ｓ７０）、カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０），下地線材分離工程（Ｓ８０））を実施する。図３４および図３５に示すように、筒状体の内周開口部（開口部３９）に芯線（導体線５）を配置する工程（導線挿入工程（Ｓ９０））を実施する。図３６および図３７に示すように、導体線５の表面に筒状体の開口部３９の内周面を接触させる工程（加工工程（Ｓ５０））を実施する。
The manufacturing method of the wire according to the present invention is a method of manufacturing the
このようにすれば、芯線としての導体線５の表面に直接カーボンナノチューブ９を成長させる場合のように、繊維を成長させるための熱処理温度まで導体線５が加熱される必要が無い。このため、当該熱処理温度に耐えられないような材料であっても芯線としての導体線５の材料として採用することができる。このため、導体線５の材料の選択の自由度を大きくすることができる。
In this way, it is not necessary to heat the
上記線材の製造方法において、筒状体を準備する工程は、棒状または線状の下地材（下地線材３７）表面上に、炭素からなるファイバー状の繊維を複数成長させる工程（カーボンナノチューブ成長工程（Ｓ３０））と、複数のカーボンナノチューブ９から下地線材３７を除去する工程（下地線材分離工程（Ｓ８０））とを含んでいてもよい。この場合、下地線材３７表面に対してほぼ垂直方向に複数のカーボンナノチューブ９が密集して延在し、かつ、下地線材３７を除去することでその中央部に開口部３９が形成された筒状体を容易に得ることができる。
In the method for manufacturing a wire, the step of preparing a cylindrical body is a step of growing a plurality of fiber fibers made of carbon on the surface of a rod-like or wire-like base material (base wire 37) (carbon nanotube growth step ( S30)) and a step of removing the
上記線材の製造方法において、下地線材分離工程（Ｓ８０）では、超音波を下地線材３７と複数のカーボンナノチューブ９との接続部に印加することにより、複数のカーボンナノチューブ９から下地線材３７を分離してもよい。この場合、複数のカーボンナノチューブ９からの下地線材３７の分離を確実かつ効率的に行なうことができる。
In the wire rod manufacturing method, in the base wire material separation step (S80), the
次に、本発明の効果を確認するため、以下のような本発明の試料である線材を作製し、様々な特性について試験を行なった。 Next, in order to confirm the effects of the present invention, the following wire samples as the samples of the present invention were prepared, and various characteristics were tested.
（実施例１）
まず、導体線として、直径が０．５ｍｍの銅線を準備した。この銅線の表面に、アルミナ膜を形成した。このアルミナ膜の膜厚は平均１０ｎｍ程度とした。次に、当該アルミナ膜の表面上に鉄（Ｆｅ）膜を形成した。Ｆｅ膜の厚みは約１ｎｍとした。このようにして準備した芯線の周囲に、エチレンガスに水分を微量添加したガスを反応ガスとして供給した。なお、水分の添加量は約１５０ｐｐｍとした。そして、当該反応ガスが供給された状態で加熱温度７５０℃という温度条件で３０分当該銅線を加熱する熱処理を行なった。この結果、芯線の表面に、長さが約１０ｍｍの単層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が、芯線の側面からほぼ垂直方向に延びるように密集して生成した。これらのカーボンナノチューブは互いに絡み合うように密集していた。
Example 1
First, a copper wire having a diameter of 0.5 mm was prepared as a conductor wire. An alumina film was formed on the surface of the copper wire. The thickness of this alumina film was about 10 nm on average. Next, an iron (Fe) film was formed on the surface of the alumina film. The thickness of the Fe film was about 1 nm. A gas obtained by adding a small amount of water to ethylene gas was supplied as a reaction gas around the core wire thus prepared. The amount of water added was about 150 ppm. And the heat processing which heats the said copper wire for 30 minutes on the temperature conditions of the heating temperature of 750 degreeC in the state with the said reaction gas supplied were performed. As a result, single-walled carbon nanotubes (CNT) having a length of about 10 mm were densely formed on the surface of the core wire so as to extend in a substantially vertical direction from the side surface of the core wire. These carbon nanotubes were densely entangled with each other.
次に、水素を含む反応ガスを用いて生成したプラズマ（水素プラズマ）に当該カーボンナノチューブが生成した線材を接触させることにより、カーボンナノチューブのうち金属的な性質を示すカーボンナノチューブを破壊した。この結果、芯線の表面には絶縁体もしくは半導体の性質を示すカーボンナノチューブが残存した。このプラズマ処理の条件としては、出力２００Ｗ、プラズマを発生させるために水素ガスを含む反応ガスに印加した高周波の周波数が２７ＭＨｚという条件を用いた。 Next, the carbon nanotube which shows a metallic property was destroyed among the carbon nanotubes by making the wire which the said carbon nanotube produced | generated contact the plasma (hydrogen plasma) produced | generated using the reaction gas containing hydrogen. As a result, carbon nanotubes having the properties of an insulator or a semiconductor remained on the surface of the core wire. The plasma treatment was performed under the conditions that the output was 200 W, and the frequency of the high frequency applied to the reaction gas containing hydrogen gas to generate plasma was 27 MHz.
さらに、上述した芯線の長手方向に対し垂直方向に成長したカーボンナノチューブを、ローラで押さえ付けることことにより、当該カーボンナノチューブを芯線の側面に沿った方向に倒すような加工を行なった。このようにして、芯線の表面にカーボンナノチューブを密着させた。次に、当該芯線を水に浸した後、乾燥させた。この結果、芯線の側面上においてカーボンナノチューブ同士を強固に密着させることができた。 Furthermore, by pressing the carbon nanotubes grown in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the core wire with a roller, the carbon nanotubes were processed to be tilted in the direction along the side surface of the core wire. In this way, the carbon nanotubes were brought into close contact with the surface of the core wire. Next, the core wire was immersed in water and then dried. As a result, the carbon nanotubes could be firmly adhered to each other on the side surface of the core wire.
このような工程を実施した結果、導体線としての銅線を含む芯線の側面はほぼ完全にカーボンナノチューブの層で覆われた状態となった。そして、このカーボンナノチューブからなる被覆層について電気抵抗値を測定したところ、この被覆層は線材の絶縁被覆材として十分機能することがわかった。つまり、絶縁被覆材として十分な機能をカーボンナノチューブからなる被覆層が有していることが示された。 As a result of carrying out such a process, the side surface of the core wire including the copper wire as the conductor wire was almost completely covered with the carbon nanotube layer. And when the electrical resistance value was measured about the coating layer which consists of this carbon nanotube, it turned out that this coating layer fully functions as an insulation coating material of a wire. That is, it was shown that the coating layer made of carbon nanotubes has a sufficient function as an insulating coating material.
また、上述のようにして形成したカーボンナノチューブからなる被覆層を備える線材について、引張強度を測定した。また、直径が０．５ｍｍの銅線のみについても、同様に引張強度を測定した。この結果、引張強度は本発明による線材では銅線だけの場合に比べて１．５倍以上になっていた。 Moreover, the tensile strength was measured about the wire provided with the coating layer which consists of a carbon nanotube formed as mentioned above. Moreover, the tensile strength was similarly measured only about the copper wire whose diameter is 0.5 mm. As a result, the tensile strength of the wire rod according to the present invention was 1.5 times or more that of the case of using only the copper wire.
次に、線材に電流を流した場合の温度上昇について測定を行なった。具体的には、１０Ａの電流を流したときの銅端子と接合した端末付近の線材表面での温度上昇を確認した。なお、線材に対する電流を供給するための端子の接続方法は、線材の対向する２方向において外周側面のカーボンナノチューブからなる被覆層をずらすことにより芯線の銅線の表面を露出させた後、当該露出した部分に端子を圧着することにより行なった。この結果、上述のような条件で電流を流した場合であっても、銅端子接続部付近の線材の表面における温度上昇はカーボンナノチューブの被覆をしなかった場合と比べて約半分程度であり、十分小さかった。つまり、比較的大電流を流した場合であっても、本発明による線材の温度上昇は十分小さなものであり、線材の熱膨張も十分抑制できることがわかった。 Next, the temperature rise was measured when a current was passed through the wire. Specifically, the temperature rise on the surface of the wire near the terminal joined with the copper terminal when a current of 10 A was passed was confirmed. In addition, the connection method of the terminal for supplying the electric current with respect to a wire rod is the said exposure after exposing the surface of the copper wire of a core wire by shifting the coating layer which consists of a carbon nanotube of an outer peripheral side surface in two directions which a wire rod opposes. This was done by crimping the terminal to the part. As a result, even when a current is passed under the conditions as described above, the temperature rise on the surface of the wire near the copper terminal connection is about half that when the carbon nanotube is not covered, It was small enough. That is, it was found that even when a relatively large current is passed, the temperature rise of the wire according to the present invention is sufficiently small, and the thermal expansion of the wire can be sufficiently suppressed.
また、カーボンナノチューブからなる被覆層の強度を確認するため、当該被覆層の表面に金属製の刃物を当てて被覆層が剥離するかどうかの試験を行なった。具体的には、ステンレス容器と被覆層を備える線材との間で摩擦を行なうというやり方で被覆層の表面に傷もしくは被覆層の剥離などが発生するかどうかを確認した。この結果、本発明による線材においては、上記のような試験を行なってもカーボンナノチューブからなる被覆層が芯線から剥離したりせず内部の導線が剥き出しになるといったことは発生しなかった。 Moreover, in order to confirm the intensity | strength of the coating layer which consists of carbon nanotubes, the metal blade was applied to the surface of the said coating layer, and the test whether a coating layer peeled was done. Specifically, it was confirmed whether scratches or peeling of the coating layer occurred on the surface of the coating layer by friction between the stainless steel container and the wire provided with the coating layer. As a result, in the wire according to the present invention, even when the above test was performed, the coating layer made of carbon nanotubes did not peel off from the core wire, and the internal conductor was not exposed.
（実施例２）
導体線として直径が１ｍｍのアルミニウム線を準備した。当該アルミニウム線の表面にアルミナ膜を形成した。アルミナ膜の厚みは平均で約５ｎｍ〜２０ｎｍ程度であった。そして、当該アルミナ膜表面にＦｅ膜を厚み２ｎｍ〜５ｎｍ程度の厚さで形成した。
(Example 2)
An aluminum wire having a diameter of 1 mm was prepared as a conductor wire. An alumina film was formed on the surface of the aluminum wire. The average thickness of the alumina film was about 5 nm to 20 nm. Then, an Fe film was formed on the surface of the alumina film with a thickness of about 2 nm to 5 nm.
このようにして準備した芯線の表面に、エチレンガスに水分を約１００ｐｐｍ程度微量添加した原料ガスを供給し、熱処理を行なった、熱処理の条件としては、加熱温度７００℃とし、加熱時間は３０分とした。この結果、芯線の表面に、芯線表面に対してほぼ垂直な方向に延びるカーボンナノチューブが絡み合うように密集して生成した。生成したカーボンナノチューブの長さは約８ｍｍ程度であった。 A raw material gas having about 100 ppm of water added to ethylene gas was supplied to the surface of the core wire thus prepared, and heat treatment was performed. The heat treatment conditions were a heating temperature of 700 ° C. and a heating time of 30 minutes. It was. As a result, carbon nanotubes extending in a direction substantially perpendicular to the surface of the core wire were densely formed on the surface of the core wire so as to be entangled with each other. The length of the produced carbon nanotube was about 8 mm.
次に、実施例１の場合と同様に、生成したカーボンナノチューブをアルミニウム線の延在方向（長手方向）に沿った方向に倒れるようにローラを用いて押圧した。このようにして、カーボンナノチューブを芯線としてのアルミニウム線に密着させた。そして、溶液としてのアルコール中に当該線材を浸漬した後、乾燥させた。この結果、アルミニウム線の表面にカーボンナノチューブが倒れることで形成された被覆層においては、カーボンナノチューブ同士が強固に密着するとともに、アルミニウム線の表面に対してもカーボンナノチューブが密着した状態となった。 Next, similarly to the case of Example 1, the produced carbon nanotubes were pressed using a roller so as to fall in a direction along the extending direction (longitudinal direction) of the aluminum wire. In this way, the carbon nanotube was adhered to the aluminum wire as the core wire. And after making the said wire immersed in the alcohol as a solution, it was made to dry. As a result, in the coating layer formed by the carbon nanotubes falling on the surface of the aluminum wire, the carbon nanotubes were in close contact with each other, and the carbon nanotubes were also in close contact with the surface of the aluminum wire.
このようにして得られた本発明による線材と、芯線に用いた直径が１ｍｍのアルミニウム線とについて、実施例１の場合と同様の方法により引張強度を測定した。この結果、アルミニウム線のみの場合に比べて、本発明による線材の引張強度は約１．５倍以上と高強度化していた。 The tensile strength of the wire rod according to the present invention thus obtained and the aluminum wire having a diameter of 1 mm used for the core wire was measured by the same method as in Example 1. As a result, the tensile strength of the wire rod according to the present invention was increased to about 1.5 times or more compared with the case of using only the aluminum wire.
また、実施例１の場合と同様の測定方法により、線材に高電流を流した場合の温度上昇についても測定を行なった。なお、線材に対する電流を供給するための端子の接続方法は、線材の対向する２方向において外周側面のカーボンナノチューブからなる被覆層をずらすことにより芯線のアルミニウム線の表面を露出させた後、当該露出した部分に端子を圧着することにより行なった。この結果、本発明による線材においては、表面の温度上昇が十分低く抑えられた。つまり、本発明による実施例２の線材では、実施例１の場合と同様にカーボンナノチューブからなる被覆層の優れた熱伝導性によりアルミニウム線のみの場合に比べて温度上昇が低く抑えられていた。この結果、被覆層を有するアルミニウム線の端部において端子との接合点を形成するような場合に、当該接合点の強度を大電流の印加時においても高く保持できる。 Further, by the same measurement method as in Example 1, the temperature rise when a high current was passed through the wire was also measured. In addition, the connection method of the terminal for supplying the electric current with respect to a wire rod is the said exposure after exposing the surface of the aluminum wire of a core wire by shifting the coating layer which consists of a carbon nanotube of an outer peripheral side surface in two directions which a wire rod opposes. This was done by crimping the terminal to the part. As a result, in the wire rod according to the present invention, the temperature rise on the surface was suppressed sufficiently low. That is, in the wire of Example 2 according to the present invention, the temperature rise was suppressed to be lower than that of the case of only the aluminum wire due to the excellent thermal conductivity of the coating layer made of carbon nanotubes as in the case of Example 1. As a result, when the junction point with the terminal is formed at the end of the aluminum wire having the coating layer, the strength of the junction point can be kept high even when a large current is applied.
（実施例３）
実施例２において準備した芯線と同様の芯線を準備し、当該芯線の周囲にエチレンガスに水分を微量添加したガスを供給し熱処理を行なった。水分の添加量は実施例２と同様とした。熱処理の条件としては、加熱温度６５０℃とし、加熱時間を３０分とした。その結果、芯線表面にカーボンナノチューブが形成された。当該カーボンナノチューブの長さは約６ｍｍであった。これらのカーボンナノチューブは芯線の表面からほぼ垂直な方向に延びるようにかつ互いに絡み合うように密集して生成していた。
(Example 3)
A core wire similar to the core wire prepared in Example 2 was prepared, and heat treatment was performed by supplying a gas obtained by adding a small amount of moisture to ethylene gas around the core wire. The amount of water added was the same as in Example 2. The heat treatment conditions were a heating temperature of 650 ° C. and a heating time of 30 minutes. As a result, carbon nanotubes were formed on the core wire surface. The length of the carbon nanotube was about 6 mm. These carbon nanotubes are densely formed so as to extend in a substantially vertical direction from the surface of the core wire and to be intertwined with each other.
そして、実施例２の場合と同様に、ローラなどを用いてアルミニウム線を含む芯線の表面にカーボンナノチューブを倒して密着させた。 In the same manner as in Example 2, the carbon nanotubes were brought into close contact with the surface of the core wire including the aluminum wire using a roller or the like.
そして、この実施例３では、アルコールへの浸漬および乾燥工程を行なうことなくローラによる押圧を行なった状態で線材の引張強度を測定した。引張強度の測定方法は実施例２における測定方法と同様とした。この結果、アルミニウム線だけの場合における引張強度に比べて、本発明による線材では引張強度が約１．６倍以上となっていた。 And in this Example 3, the tensile strength of the wire was measured in the state which pressed with the roller, without performing the immersion and drying process to alcohol. The measuring method of the tensile strength was the same as the measuring method in Example 2. As a result, the tensile strength was about 1.6 times or more in the wire according to the present invention as compared with the tensile strength in the case of only the aluminum wire.
また、実施例２の場合と同様に大電流を印加した場合の温度上昇についても測定を行なった。温度上昇の測定条件は基本的に実施例２と同様とした。この結果、本発明による線材の方がアルミニウム線だけの場合に比べて温度上昇を抑制することができていた。なお、線材に対する電流を供給するための端子の接続方法は、実施例２の場合と同様に、線材の対向する２方向において外周側面のカーボンナノチューブからなる被覆層をずらすことにより芯線のアルミニウム線の表面を露出させた後、当該露出した部分に端子を圧着することにより行なった。 Further, as in the case of Example 2, the temperature rise when a large current was applied was also measured. The measurement conditions for the temperature rise were basically the same as in Example 2. As a result, it was possible to suppress an increase in temperature as compared with the case where the wire according to the present invention was only an aluminum wire. In addition, the connection method of the terminal for supplying the electric current with respect to a wire is the same as in the case of Example 2, and by shifting the coating layer made of carbon nanotubes on the outer peripheral side surface in two opposite directions of the wire, After the surface was exposed, it was performed by crimping a terminal to the exposed portion.
（実施例４）
実施例３と同様の芯線を準備した後、実施例３の場合と同様にエチレンガスに水分を微量添加したガス中で熱処理を行なった。用いたガスの組成や水分の添加量は実施例３の場合と同様とした。また、熱処理の条件は実施例３における熱処理の条件と同じである。この結果、芯線表面にカーボンナノチューブが生成した。当該カーボンナノチューブの長さは約１０ｍｍであり、また芯線の表面に対して垂直方向に延びるように形成されていた。また、カーボンナノチューブは互いに絡み合うように密集して生成していた。
Example 4
After preparing a core wire similar to that in Example 3, heat treatment was performed in a gas obtained by adding a small amount of water to ethylene gas in the same manner as in Example 3. The composition of the gas used and the amount of water added were the same as in Example 3. The heat treatment conditions are the same as the heat treatment conditions in Example 3. As a result, carbon nanotubes were generated on the surface of the core wire. The carbon nanotube had a length of about 10 mm and was formed to extend in a direction perpendicular to the surface of the core wire. Further, the carbon nanotubes are densely formed so as to be intertwined with each other.
次に、カーボンナノチューブが形成された芯線の外周面の対向する２方向から２つのローラでカーボンナノチューブを押圧することにより、密集して生成したカーボンナノチューブを板状に変形した。そして、板状に変形したカーボンナノチューブを有する線材をエタノールに浸漬し、乾燥させた。この結果、板状に変形したカーボンナノチューブは互いに強固に固着し、芯線の外周部から外側に延在するフィン部を備える被覆層がカーボンナノチューブにより構成された。 Next, the carbon nanotubes densely formed were deformed into a plate shape by pressing the carbon nanotubes with two rollers from two opposite directions on the outer peripheral surface of the core wire on which the carbon nanotubes were formed. And the wire which has the carbon nanotube deform | transformed into plate shape was immersed in ethanol, and was dried. As a result, the carbon nanotubes deformed into a plate shape were firmly fixed to each other, and the coating layer including the fin portion extending outward from the outer peripheral portion of the core wire was constituted by the carbon nanotube.
このようにして形成されたフィン部を備える線材について、大電流を印加した場合の温度上昇について測定を行なった。測定方法は実施例３の場合と同様である。この結果、アルミニウム線だけの場合と比べて本発明による線材では温度上昇が抑制されていることが確かめられた。なお、線材に電流を印加するためのリードの端子と線材との接続部においては、端子と接合する部分のカーボンナノチューブ被覆層のみを剥がし、内部のアルミニウム線の表面を露出させて当該露出した部分に端子を接合することにより行なった。 About the wire provided with the fin part formed in this way, the temperature rise when a large current was applied was measured. The measurement method is the same as in the case of Example 3. As a result, it was confirmed that the temperature increase was suppressed in the wire according to the present invention as compared with the case of only the aluminum wire. In addition, in the connection part between the terminal of the lead for applying current to the wire and the wire, only the carbon nanotube coating layer of the part joined to the terminal is peeled off to expose the surface of the inner aluminum wire and the exposed part This was done by joining the terminals to
（実施例５）
導体線として直径が１ｍｍのアルミニウム合金線を準備した。このアルミニウム合金線の組成は具体的にはアルミニウム９７％、銅３％というものを用いた。当該アルミニウム合金線の表面に、陽極酸化処理を行なうことによりアルミナ膜を形成した。アルミナ膜の厚みは平均１００ｎｍとした。そして、アルミナ膜表面に鉄からなるナノ粒子を形成した。ナノ粒子の平均粒径は１ｎｍ程度である。そして、このようなナノ粒子が表面に形成されたアルミニウム合金線を、重力方向に沿った方向（縦方向）に延びる管状熱処理炉内に挿入した。熱処理炉内においては、アルミニウム合金線は下方から上方に移動するように挿入された。そして、熱処理炉内にアルゴンガスとエチレンガスとの混合ガスに水分を微量添加したガスを原料ガスとして下方から上方に流入し、熱処理を行なった。なお、原料ガスの組成は、具体的には水分を１００ｐｐｍ混入させたエチレンガスを用いた。熱処理の条件としては、加熱温度を７５０℃とし、加熱時間を３０分とした。その結果、アルミニウム合金線の表面にカーボンナノチューブが密集して生成した。カーボンナノチューブの長さは約６ｍｍである。これらのカーボンナノチューブはアルミニウム合金線の表面に対してほぼ垂直方向に延びるとともに、互いに絡み合うように密集して生成していた。また、原料ガスを下方から上方に向けて流すことにより、アルミニウム合金線の表面に生成したカーボンナノチューブに当該ガスが当たることで浮力が発生し、この浮力によって線材がある程度支えられることになっていた。このため、熱処理炉中において線材が自重で延びる割合を抑制することができた。
(Example 5)
An aluminum alloy wire having a diameter of 1 mm was prepared as a conductor wire. Specifically, the aluminum alloy wire was composed of 97% aluminum and 3% copper. An alumina film was formed on the surface of the aluminum alloy wire by anodizing. The thickness of the alumina film was 100 nm on average. And the nanoparticle which consists of iron was formed in the alumina membrane surface. The average particle diameter of the nanoparticles is about 1 nm. And the aluminum alloy wire in which such a nanoparticle was formed in the surface was inserted in the tubular heat processing furnace extended in the direction (longitudinal direction) along the gravity direction. In the heat treatment furnace, the aluminum alloy wire was inserted so as to move upward from below. Then, a gas obtained by adding a trace amount of moisture to a mixed gas of argon gas and ethylene gas into the heat treatment furnace was flown from the lower side to the upper side to perform heat treatment. The raw material gas was specifically composed of ethylene gas mixed with 100 ppm of water. The heat treatment conditions were a heating temperature of 750 ° C. and a heating time of 30 minutes. As a result, carbon nanotubes were densely formed on the surface of the aluminum alloy wire. The length of the carbon nanotube is about 6 mm. These carbon nanotubes extend in a direction substantially perpendicular to the surface of the aluminum alloy wire and are densely formed so as to be entangled with each other. In addition, by flowing the raw material gas from below to above, buoyancy occurs when the gas hits the carbon nanotubes generated on the surface of the aluminum alloy wire, and the wire is supported to some extent by this buoyancy. . For this reason, it was possible to suppress the rate at which the wire extends by its own weight in the heat treatment furnace.
次に、形成されたカーボンナノチューブを、アルミ合金線の延在方向に沿った方向にローラで押さえ付ける加工を行なった。この結果、カーボンナノチューブは倒されアルミニウム合金線の表面に密着していた。その後、当該線材をエタノールに浸漬した後、エタノールを乾燥させることにより、カーボンナノチューブ同士が固着した被覆層を形成した。 Next, the formed carbon nanotube was pressed with a roller in a direction along the extending direction of the aluminum alloy wire. As a result, the carbon nanotubes were brought down and adhered to the surface of the aluminum alloy wire. Then, after the said wire was immersed in ethanol, the coating layer which carbon nanotubes fixed was formed by drying ethanol.
このようにして得られた線材について、実施例４の場合と同様に大電流を印加した場合の温度上昇について測定を行なった。測定方法は実施例３における測定方法と同様とした。この結果、アルミニウム合金線のみの場合に比べて、温度上昇が本発明による線材においては抑制されていることがわかった。また、線材端部でのリード線の端子との接合点の強度も高く維持できていた。なお、当該端子と線材のアルミニウム合金線との接続部の構成は上述した実施例３における構成と同様とした。このような構成とすれば、端子と線材との接合点が側方よりカーボンナノチューブからなる被覆層によって保護されることになる。この結果、当該接続部の強度をカーボンナノチューブからなる被覆層によって補強することができるので、接続における断線などを有効に防止することができる。 The wire thus obtained was measured for temperature rise when a large current was applied in the same manner as in Example 4. The measurement method was the same as the measurement method in Example 3. As a result, it was found that the temperature rise was suppressed in the wire according to the present invention as compared with the case of only the aluminum alloy wire. Moreover, the strength of the joint point with the terminal of the lead wire at the end portion of the wire rod could be kept high. In addition, the structure of the connection part of the said terminal and the aluminum alloy wire of a wire was made the same with the structure in Example 3 mentioned above. With such a configuration, the junction between the terminal and the wire is protected from the side by the coating layer made of carbon nanotubes. As a result, the strength of the connecting portion can be reinforced by the coating layer made of carbon nanotubes, so that disconnection in connection can be effectively prevented.
（実施例６）
まず、下地線材として直径が１．５ｍｍのアルミナからなる棒を準備した。当該棒の側面に、鉄とコバルトとを積層した。積層した膜厚は平均で１ｎｍ程度とした。このようにして、アルミナからなる棒の側面全体にナノ粒子（触媒）を形成した。そして、反応ガスとして、エチレンガスに微量の水素を混ぜたガスを当該アルミナからなる棒の表面に供給し熱処理を行なった。反応ガスの組成は実施例３における反応ガスと同様とした。また、熱処理の条件としては、加熱温度を７５０℃とし、加熱時間を３０分程度とした。この結果、アルミナからなる棒の側面全体に単層カーボンナノチューブを生成させることができた。当該カーボンナノチューブの長さは約１０ｍｍ程度であった。
(Example 6)
First, a rod made of alumina having a diameter of 1.5 mm was prepared as a base wire. Iron and cobalt were laminated on the side of the bar. The laminated film thickness was about 1 nm on average. In this way, nanoparticles (catalyst) were formed on the entire side surface of the rod made of alumina. Then, as a reaction gas, a gas obtained by mixing a small amount of hydrogen with ethylene gas was supplied to the surface of the rod made of alumina to perform heat treatment. The composition of the reaction gas was the same as the reaction gas in Example 3. The heat treatment conditions were a heating temperature of 750 ° C. and a heating time of about 30 minutes. As a result, single-walled carbon nanotubes could be generated on the entire side surface of the rod made of alumina. The length of the carbon nanotube was about 10 mm.
その後、超音波振動をアルミナからなる棒に印加し、形成されたカーボンナノチューブとアルミナからなる棒との接続を解消しながら、アルミナ棒を引抜くことにより、当該アルミナ棒が配置された部分に開口部が形成された、カーボンナノチューブからなる筒状の集合体（筒状体）を得た。そして、このカーボンナノチューブからなる集合体の開口部にアルミニウム線を挿入した。そして、ローラによってカーボンナノチューブをアルミニウム線の側面に沿った方向に倒すように押圧することにより、アルミ線にカーボンナノチューブを密着させた。さらに、アルミニウム線をアルコールに浸漬した後、乾燥させることによって、アルミニウム線の表面におけるカーボンナノチューブを互いに固着させた。このようにして、被覆層を形成した。 After that, by applying ultrasonic vibration to the rod made of alumina and releasing the connection between the formed carbon nanotube and the rod made of alumina, the alumina rod is pulled out to open the portion where the alumina rod is arranged. A cylindrical aggregate (cylindrical body) made of carbon nanotubes with a portion formed was obtained. And the aluminum wire was inserted in the opening part of the aggregate | assembly consisting of this carbon nanotube. Then, the carbon nanotubes were brought into close contact with the aluminum wires by pressing the carbon nanotubes in a direction along the side surfaces of the aluminum wires with a roller. Furthermore, after immersing the aluminum wire in alcohol, the carbon nanotubes on the surface of the aluminum wire were fixed to each other by drying. In this way, a coating layer was formed.
このようにして得た線材においても、上述した実施例１と同様に引張強度や電流印加時の温度上昇を測定した結果、アルミニウム線のみの場合に比べて十分高い引張強度や温度上昇の抑制を確認することができた。 Also in the wire thus obtained, as a result of measuring the tensile strength and the temperature rise at the time of current application in the same manner as in Example 1 described above, the tensile strength and the temperature rise are suppressed sufficiently higher than in the case of only the aluminum wire. I was able to confirm.
なお、スリーブ状のカーボンナノチューブ集合体（筒状体）は、上記アルミニウム線の替わりに、樹脂被覆した銅線やステンレス線、プラスチック線等の様々な線材やハーネスに対しても適応させる事が可能である。 In addition, sleeve-like carbon nanotube aggregates (tubular bodies) can be applied to various wire rods and harnesses such as resin-coated copper wires, stainless steel wires, and plastic wires instead of the aluminum wires described above. It is.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、被覆層を有する線材について適用され、特に高い強度や温度上昇の抑制が必要な線材に有利に適用される。 The present invention is applied to a wire having a coating layer, and is particularly advantageously applied to a wire that requires high strength and suppression of temperature rise.
１ 線材、２ 芯線、３ 被覆層、５ 導体線、６ 下地膜、７〜９，２９ カーボンナノチューブ、１０ 破壊部、１１，２４，２５ ローラ、１２ ナノ粒子、１３ 加工されたカーボンナノチューブ層、１５ 容器、１６ 溶液、２０ 製造装置、２１ ヒータ、２２ 反応容器、２３ ガス供給部、２７ 絶縁層、３１ 端子、３３ コネクタ、３４ ハーネス、３５ フィン部、３７ 下地線材、３９ 開口部。
DESCRIPTION OF
Claims (22)
前記芯線の外周に接触し、炭素からなるファイバー状の繊維により構成される被覆層とを備える、線材。 A core wire including a conductor;
A wire rod provided with a coating layer that is in contact with the outer periphery of the core wire and is composed of fiber-like fibers made of carbon.
前記線材の端部に接続された接続部材とを備える、導体。 A wire rod according to any one of claims 1 to 4,
A conductor comprising a connecting member connected to an end of the wire.
前記線材の芯線と電気的に接続された端子とを備え、
前記線材においては、前記芯線の表面の一部が露出した露出部が形成され、
前記端子は前記露出部において前記芯線と電気的に接続されている、接続構造。 A wire rod according to any one of claims 1 to 4,
A terminal electrically connected to the core wire of the wire,
In the wire, an exposed portion is formed in which a part of the surface of the core wire is exposed,
The connection structure, wherein the terminal is electrically connected to the core wire at the exposed portion.
前記芯線を準備する工程と、
前記芯線の表面上に、前記炭素からなるファイバー状の繊維を複数成長させる工程とを備える、線材の製造方法。 It is a manufacturing method of a wire rod given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
Preparing the core wire;
And a step of growing a plurality of fiber fibers made of carbon on the surface of the core wire.
前記ファイバー状の繊維を複数成長させる工程では、前記触媒材料上に前記ファイバー状の繊維を成長させる、請求項７に記載の線材の製造方法。 The step of preparing the core wire includes a step of disposing a catalyst material for growing the fiber-like fibers on the surface of the core wire,
The manufacturing method of the wire according to claim 7, wherein in the step of growing a plurality of the fiber fibers, the fiber fibers are grown on the catalyst material.
前記炭素からなるファイバー状の複数の繊維により構成され、内周開口部が形成された筒状体を準備する工程と、
前記筒状体の前記内周開口部に芯線を配置する工程と、
前記芯線の表面に前記筒状体の前記内周開口部の内周面を接触させる工程とを備える、線材の製造方法。 It is a manufacturing method of a wire rod given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
A step of preparing a cylindrical body composed of a plurality of fiber-like fibers made of carbon and having an inner peripheral opening, and
Arranging a core wire in the inner peripheral opening of the tubular body;
And a step of bringing the inner peripheral surface of the inner peripheral opening of the cylindrical body into contact with the surface of the core wire.
棒状または線状の下地材表面上に、前記炭素からなるファイバー状の繊維を複数成長させる工程と、
前記複数の繊維から前記下地材を除去する工程とを含む、請求項２０に記載の線材の製造方法。 The step of preparing the cylindrical body includes
A step of growing a plurality of fiber fibers made of carbon on the surface of a rod-like or linear base material;
The manufacturing method of the wire of Claim 20 including the process of removing the said base material from these fibers.
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