JP2017174689A - カーボンナノチューブ線材及びカーボンナノチューブ線材接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンナノチューブ線材と端子との界面接続における導電性の低下を抑制して、端子との接合部における良好な導電性及び強度を実現することができるカーボンナノチューブ線材、及びカーボンナノチューブ接続構造体を提供する。【解決手段】カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）線材１１は、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに接続される端子２０との接合部３０に設けられ且つＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１に配置された金属含有部材３１を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のカーボンナノチューブを束ねてなるカーボンナノチューブ束の複数を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材、及びカーボンナノチューブ線材と該線材の長手方向端部に接続される端子とを備えるカーボンナノチューブ線材接続構造に関する。

従来、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、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。

上記のような背景のもと、昨今では、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も増加する傾向にある。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、線材の軽量化が強く望まれている。

こうした更なる軽量化を達成するための新たな手段の一つとして、カーボンナノチューブを線材として活用する技術が新たに提案されている。カーボンナノチューブは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、あるい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、電流容量、弾性、機械的強度等の特性に優れるため、電力線や信号線に使用されている金属に代替する材料として注目されている。

カーボンナノチューブの比重は、銅の比重の約１／５（アルミニウムの約１／２）であり、また、カーボンナノチューブ単体は、銅（抵抗率１．６８×１０^−６Ω・ｃｍ）よりも高導電性を示す。したがって理論的には、複数のカーボンナノチューブを撚り合わせてカーボンナノチューブ集合体を形成すれば、更なる軽量化、高導電率の実現が可能となる。しかしながら、ｎｍ単位のカーボンナノチューブを撚り合わせて、μｍ〜ｍｍ単位のカーボンナノチューブ線材を作製した場合、構成単位となる１本当たりの外径が非常に小さいため、カーボンナノチューブ間の接触抵抗や内部欠陥形成が要因となり、線材全体の抵抗値が増大してしまうという問題があることから、カーボンナノチューブをそのまま線材として使用することが困難であった。また、カーボンナノチューブ線材に端子を接続してカーボンナノチューブ線材接続構造体を作製する場合、車両などの移動体用の接続構造体に求められる電気的特性、機械的強度を実現するために、カーボンナノチューブ線材と端子との接合部における導電性、強度等を確保する必要があった。

そこで、カーボンナノチューブ撚線（線材）の端部でＣＶＤ（chemical vapor Deposition）等によってＣＮＴを成長させ、当該端部から伸びた成長ＣＮＴを他のカーボンナノチューブ撚線或いはその成長ＣＮＴと接続することにより、カーボンナノチューブ撚線同士の接続強度や電気的特性を実現することが可能な製造方法が提案されている（特許文献１）。

特開２０１３−４７４０２号公報

しかしながら、上記特許文献では、複数のカーボンナノチューブを撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材の端部同士を、成長ＣＮＴを介して接続することが開示されているにすぎず、カーボンナノチューブ線材と端子との接合部における導電性、強度については開示されていない。特に、カーボンナノチューブ線材（炭素）と金属製端子（銅等）は異種材料であり、接合部に異種材料の界面が形成されることから、カーボンナノチューブ線材に金属製端子を接合し難いという問題がある。

本発明の目的は、カーボンナノチューブ線材と端子との界面接続における導電性の低下を抑制して、端子との接合部における良好な導電性及び強度を実現することができるカーボンナノチューブ線材、及びカーボンナノチューブ接続構造体を提供することにある。

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線材は、複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材であって、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に接続される端子との接合部に設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部の側面に配置された所定金属含有部材を備えることを特徴とする。

前記カーボンナノチューブ線材は、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に亘って含有された他の金属部材を有し、前記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に対する前記所定金属の金属含有量が、前記カーボンナノチューブに対する前記他の金属部材の金属含有量よりも大きい。

また、前記所定金属含有部材が、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部を被覆する被覆層であり、前記被覆層が、前記接合部の全体に亘って形成されている。

前記所定金属含有部材に含有される所定金属は、タンタル、チタン、ニッケル、パラジウム、銅、銀、金、鉄及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの材料である。

前記所定金属は、遷移金属であるのが好ましい。

前記所定金属含有部材は、前記所定金属が含有された導電性接着剤を硬化した物である。

また、前記カーボンナノチューブ線材は、異種元素がドープされているのが好ましい。

また、前記カーボンナノチューブ線材を構成するカーボンナノチューブが、２層又は３層の層構造を有するのが好ましい。

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線材接続構造体は、複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材と、前記カーボンナノチューブ線材に接続される端子とを備えるカーボンナノチューブ線材接続構造体であって、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部と前記端子とが接合された接合部に設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部の側面と前記端子の内側面との間に介在する所定金属含有部材を備えることを特徴とする。

複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材と、前記カーボンナノチューブ線材に接続される端子とを備えるカーボンナノチューブ線材接続構造体であって、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部と前記端子とが接合された接合部に設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の前記端部の側面と前記端子の内側面との間に介在する所定金属含有部材を備え、前記所定金属含有部材に含有される金属は、タンタル、チタン、ニッケル、パラジウム、銅、銀、金、鉄及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの材料であることを特徴とする。

前記接合部において、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部が、前記所定金属含有部材を介して前記端子に圧着されている。

本発明によれば、所定金属含有部材が、カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に接続される端子との接合部に設けられ、且つカーボンナノチューブ線材の上記長手方向端部の側面に配置されるので、カーボンナノチューブ線材の側面と端子との間に所定金属含有部材を介在させることができ、カーボンナノチューブ線材が、当該所定金属含有部材を介して端子と良好に接合される。したがって、カーボンナノチューブ線材と端子との界面接続における導電性の低下を抑制して、端子との接合部における良好な導電性及び強度を実現することができる。

また、上記所定金属含有部材に含有される所定金属が、タンタル、チタン、ニッケル、パラジウム、銅、銀、金、鉄及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの材料であるので、当該所定金属含有部材と端子との界面接続における導電性が良好となり、端子との接合部においてより良好な導電性及び強度を実現することができる。

本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ線材接続構造体の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は圧着前の状態を示す斜視図、（ｃ）は、カーボンナノチューブ線材と端子との接合部の線Ｉ−Ｉに沿う断面図を示す。 （ａ）〜（ｄ）は、図１のカーボンナノチューブ線材接続構造体の製造方法の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図２のカーボンナノチューブ線材接続構造体の製造方法の変形例を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１のカーボンナノチューブ線材接続構造体の変形例及びその製造方法を示す図である。 図１のカーボンナノチューブ線材接続構造体における端子の変形例を示す斜視図であり、（ａ）は圧着後、（ｂ）は圧着前の状態を示す。 図１のカーボンナノチューブ線材接続構造体における端子の他の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜カーボンナノチューブ線材接続構造体の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ線材接続構造体の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は圧着前の状態を示す斜視図、（ｃ）は、カーボンナノチューブ線材と端子との接合部の線Ｉ−Ｉに沿う断面図を示す。なお、図１におけるカーボンナノチューブ線材接続構造体は、その一例を示すものであり、本発明に係る各構成の形状、寸法等は、図１のものに限られないものとする。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ線材接続構造体１（以下、ＣＮＴ線材接続構造体という）は、複数のカーボンナノチューブ束１１Ａ（以下、ＣＮＴ束という）を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材１１（以下、ＣＮＴ線材という）と、ＣＮＴ線材１１に接続される端子２０とを備える。本実施形態では、ＣＮＴ電線１０が、ＣＮＴ線材１１と、該ＣＮＴ線材を被覆する絶縁被覆１２とを有しており、ＣＮＴ電線１０の端部に端子２０が取り付けられている。

（端子の構成）
端子２０は、不図示の外部端子と電気的に接続されるコネクタ部２１と、該コネクタ部と連結され且つＣＮＴ電線１０と圧着される電線圧着部２２と、コネクタ部２１と電線圧着部２２とを連結するトランジション部２３とを有する。この端子２０は、金属基体からなり、この金属基体を金属材料（銅、アルミニウム、鉄、またはこれらを主成分とする合金等）からなる母材のみで構成するか、或いは導電性と強度を確保するために母材上に金属を主成分とするめっき層を設けて構成することができる。

めっき層は、母材の一部あるいは全部に適宜設けられるものであり、接点特性や耐環境性の観点からすずや銀、金等の貴金属が好ましい。めっき層は１層以上あっても良く、例えば鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）またはこれらを主成分とする合金等の下地をさらに設けてもよい。このめっき層の厚さは、母材の保護及びコスト等を考慮し、合計で０．３μｍ〜３．０μｍである。めっき層が母材の一部に設けられる場合、当該めっき層は、ストライプやスポットなどの形状で形成される。ＣＮＴに対して１層目に相当するめっき層は、カーボンナノチューブとの密着力に優れた金属、２層目以上は電気伝導の優れた金属であることが好ましい。

コネクタ部２１は、雄型圧着端子等の挿入タブの挿入を許容するボックス部であり、挿入タブを収容するための収容口２１ａを有している。本実施形態ではコネクタ部２１が雌型端子であるが、雄型端子等の他の形状であってもよい。

トランジション部２３は、コネクタ部２１と電線圧着部２２の橋渡しとなる部分であり、幅方向断面略コの字型に形成されている。トランジション部２３は立体的に形成されていても、平面的に形成されていてもよいが、端子長手方向の曲げに対する機械的強度の観点からは、長手方向の断面２次モーメントが大きくなるように設計するのが好ましい。

電線圧着部２２は、トランジション部２３を介してコネクタ部２１に連結された線材圧着部２２Ａと、線材圧着部２２Ａと長手方向（図中のＸ方向）に沿って並べて設けられ、線材圧着部２２Ａのトランジション部２３とは反対側に配置された被覆圧着部２２Ｂとを有しており、これらが上記金属基体にて一体成形されている。電線圧着部２２の内側面２２ａには、複数の突起あるいはセレーションなどで形成される凹凸部２４が設けられている。

圧着前の線材圧着部２２Ａは、図１（ｂ）に示すように、幅方向断面略Ｕ型に形成された部位であり、バレル底部２２Ａ−１と、その幅方向（図中のＹ方向）に関してその両側から斜め外側上方に延出する一対のバレル片２２Ａ−２，２２Ａ−２とで構成されている。圧着前の被覆圧着部２２Ｂも、線材圧着部２２Ａと同様、幅方向断面略Ｕ型に形成された部位であり、バレル底部２２Ｂ−１と、幅方向Ｙに関してその両側から斜め外側上方に延出する一対のバレル片２２Ｂ−２，２２Ｂ−２とで構成されている。一対のバレル片２２Ａ−２，２２Ａ−２及び一対のバレル片２２Ｂ−２，２２Ｂ−２は、それぞれ内側に折り曲げて加締められており、線材圧着部２２ＡがＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに、被覆圧着部２２Ｂが絶縁被覆１２にそれぞれ接合されている。

（所定金属含有部材の構成）
図１（ｃ）は、ＣＮＴ線材１１と端子２０との接合部３０の線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。同図に示すように、ＣＮＴ線材接続構造体１は、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａと端子２０とが接合された接合部３０に設けられ、且つＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と端子２０の内側面２２ａとの間に介在する所定金属含有部材３１を備える。本実施形態では、接合部３０は、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａと、線材圧着部２２Ａのバレル底部２２Ａ−１及び一対のバレル片２２Ａ−２，２２Ａ−２とが圧着された部位であり、この接合部３０において、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａが所定金属含有部材３１を介して端子２０に圧着されている。好ましくは、所定金属含有部材３１は、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを被覆する被覆層であり、該被覆層が接合部３０の全体に亘って形成されている。

所定金属含有部材３１は、導電性部材であり、後述する所定金属が含有された流動性部材を固化或いは硬化した物である。流動性部材は、ペースト状はんだ、めっき又は導電性接着剤である。
上記ペースト状はんだは、例えばはんだ粉末とフラックスとを所定比率で混合したクリームはんだに、後述する所定金属が含有されてなる。はんだ粉末は、例えばＳｎ−Ｐｂ系の鉛含有はんだや、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系などの鉛フリーはんだである。フラックスは、例えば樹脂、添加剤及び溶剤からなり、金属表面の酸化防止、酸化膜の除去、再酸化防止などの役割を果たす。
上記めっきは、例えば後述する所定金属が含有されためっきであり、はんだめっき、銅めっき、ニッケルめっき、ニッケル−亜鉛合金めっき、パラジウムめっき、コバルトめっき、錫めっき又は銀めっきである。
上記導電性接着剤は、例えば導電性材料からなるフィラーが充填されたエポキシ系などの導電性樹脂に、後述する所定金属が含有されてなる。
また、銅ナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ粒子などの金属微粒子を使用した接合材料を用いても良い。

所定金属含有部材３１に含有される所定金属は、遷移金属が好ましい。また、所定金属含有部材３１に含有される所定金属は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）及びコバルト（Ｃｏ）からなる群から選択される少なくとも１つの材料であるのが好ましく、これらの合金であってもよい。上記の１又は複数の材料が所定金属含有部材３１に含有されていると、上記所定金属の結晶構造とＣＮＴ線材１１におけるＣＮＴの結晶構造との相性が良好であるため、所定金属含有部材３１と端子２０との界面接続における導電性が良好となる。遷移金属は、他の金属と化合物を容易に形成する特徴を有しており、複数の遷移金属を構成させることにより、異なる金属との界面おいて優れた密着性、電気伝導性を発現させることが出来る。とりわけ、電気伝導率の高い、銅、銀、金、ニッケルの層を設けることにより、接合界面の電気伝導が良好となる。また、所定金属含有部材３１に含有される金属は、六方晶金属であるのが好ましい。ＣＮＴ線材１１と端子２０との接合部３０で優れた導電性を実現することができる。

本実施形態では、ＣＮＴ線材接続構造体１が、ＣＮＴ線材１１と端子２０との接合部３０に所定金属含有部材３１を備えるが、ＣＮＴ線材１１自体が所定金属含有部材３１を備えていてもよい。すなわち、ＣＮＴ線材１１が、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに接続される端子２０との接合部３０に設けられ且つＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１に配置された金属含有部材３１を備えていてもよい。

（ＣＮＴ線材及びＣＮＴの構成）
ＣＮＴ線材１１は、１層以上の層構造を有するＣＮＴの複数が束ねられてなるＣＮＴ束１１Ａ，１１Ａ同士を撚り合わせて構成されている（図１（ｂ））。ＣＮＴ線材１１の外径は、０．０１〜１ｍｍである。

ＣＮＴ線材１１は、複数のＣＮＴが纏められた束状体となっており、これら複数のＣＮＴの軸方向がほぼ揃って配されている。ＣＮＴ線材１１は、ＣＮＴ束１１Ａに異種元素がドープされてなるカーボンナノチューブ複合体の複数を撚り合わせて構成されてもよい。

ＣＮＴ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。例えば、２層構造を有するＣＮＴは、六角形格子の網目構造を有する２つの筒状体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。

ＣＮＴの性質は、上記のような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、及びそれ以外のカイラル型に大別され、アームチェア型は金属性、カイラル型は半導体性、ジグザグ型はその中間の挙動を示す。よってＣＮＴの導電性はいずれのカイラリティを有するかによって大きく異なり、ＣＮＴ集合体の導電性を向上させるには、金属性の挙動を示すアームチェア型のＣＮＴの割合を増大させることが重要とされてきた。一方、半導体性を有するカイラル型のＣＮＴ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、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ＣＮＴ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ＣＮＴ及び半導体性ＣＮＴ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と言えることから、理論的には金属性ＣＮＴと半導体性ＣＮＴとを別個に作製し、半導体性ＣＮＴ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ＣＮＴと半導体性ＣＮＴとを選択的に作り分けることは困難であり、金属性ＣＮＴと半導体性ＣＮＴが混在した状態で作製される。このため、金属性ＣＮＴと半導体性ＣＮＴの混合物からなるＣＮＴ線材の導電性を向上させるには、異種元素・分子によるドーピング処理が効果的となるＣＮＴ構造を選択することが好ましい。

複数のＣＮＴの集合体で構成されるＣＮＴ束１１Ａにおいて、複数のＣＮＴの個数に対する、２層構造又は３層構造を有するＣＮＴの個数の和の比率が５０％以上であるのが好ましく、７５％以上であるのがより好ましい。すなわち、一のＣＮＴ束を構成する全ＣＮＴの総数をＮ_TOTAL、上記全ＣＮＴのうち２層構造を有するＣＮＴ（２）の数の和をＮ_CNT(2)、上記全ＣＮＴのうち３層構造を有するＣＮＴ（３）の数の和をＮ_CNT(3)としたとき、下記式（１）で表すことができる。
（Ｎ_CNT(2)＋Ｎ_CNT(3)）／Ｎ_TOTAL×１００（％）≧５０（％） ・・・（１）

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い。また、ドーパントは、ＣＮＴの最内層の内部、もしくは複数のＣＮＴで形成されるＣＮＴ間の隙間に導入される。ＣＮＴの層間距離はグラファイトの層間距離である０．３３５ｎｍと同等であり、多層ＣＮＴの場合その層間にドーパントが入り込むことはサイズ的に困難である。このことからドーピング効果はＣＮＴの内部および外部にドーパントが導入されることで発現するが、多層ＣＮＴの場合は最外層および最内層に接していない内部に位置するチューブのドープ効果が発現しにくくなる。以上のような理由により、複層構造のＣＮＴにそれぞれ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。また、ドーパントは、強い求電子性もしくは求核性を示す、反応性の高い試薬であることが多い。単層構造のＣＮＴは多層よりも剛性が弱く、耐薬品性に劣るためにドーピング処理を施すと、ＣＮＴ自体の構造が破壊されてしまうことがある。よって本発明ではＣＮＴ集合体に含まれる２層構造又は３層構造を有するＣＮＴの個数に着目する。また、２層又は３層構造のＣＮＴの個数の和の比率が５０％未満であると、単層構造或いは４層以上の複層構造を有するＣＮＴの比率が高くなり、ＣＮＴ集合体全体としてドーピング効果が小さくなり、高導電率が得にくくなる。よって、２層又は３層構造のＣＮＴの個数の和の比率を上記範囲内の値とする。

ＣＮＴにドープされるドーパントは、導電性が向上すれば特に限定はないが、例えば硝酸、硫酸、ヨウ素、臭素、カリウム、ナトリウム、ホウ素及び窒素からなる群から選択される１つ以上の異種元素もしくは分子である。

また、ＣＮＴ束１１Ａを構成するＣＮＴの最外層の外径は５．０ｎｍ以下であるのが好ましい。ＣＮＴ束１１Ａを構成するＣＮＴの最外層の外径が５．０ｎｍを超えると、ＣＮＴ間および最内層の隙間に起因する空孔率が大きくなり、導電性が低下してしまうため、好ましくない。したがって、ＣＮＴ束１１Ａを構成するＣＮＴの最外層の外径を５．０ｎｍ以下とする。

ＣＮＴ線材１１は、線材全体の強度及び導電性の観点から、その分散された他の金属部材を有していてもよい。他の金属部材は、例えば長尺状の線材或いは粒子であり、このような形状を有する他の金属部材がＣＮＴに混合されている。上記他の金属部材の金属は、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を主成分とする材料である。
本発明における所定金属含有部材３１は、上述のように、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに配置されるものであり、ＣＮＴ線材１１の長手方向に亘って含有される他の金属部材とは異なる。本発明のＣＮＴ線材１１の接合部におけるＣＮＴ線材に対する含有量は、１ｗｔ％〜８０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは１０〜５０ｗｔ％である。１ｗｔ％以上とすることで接続部の金属含有量が増え金属圧着時の勘合がし易くなり、８０ｗｔ％以下とすることで導電性と重さのバランスを担保でき、５０ｗｔ％以下とすることで導電性と重さをより好適に保つことができる。また、ＣＮＴ線材１１におけるＣＮＴに対する上記所定金属の金属含有量は、当該ＣＮＴに対する上記他の金属部材の金属含有量よりも大きい。尚、本発明のＣＮＴ線材１１は、炭素（Ｃ）を主成分とする線材であり、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を主成分とする線材と異なることは言うまでもない。

＜カーボンナノチューブ線材接続構造体の製造方法＞
図２（ａ）〜（ｄ）は、図１のカーボンナノチューブ線材接続構造体１の製造方法の一例を示す図である。
先ず、ＣＮＴ電線１０の絶縁被覆１２の一部を剥いで、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを露出させたものを準備する（図２（ａ））。次いで、銅または銅合金の金属基体からなる板材を圧延して、所定厚さの板材を作製する。このとき、必要に応じて、母材からなる板材全体或いは板材の一部にめっき層を設けて金属部材を形成し、また、繰り返し形状の構成単位となる各板状部位における圧着部用板状体の表面に凹凸部を形成する。その後、この金属基体からなる板材を、プレス加工（１次プレス）にて、複数の圧着端子が平面展開した状態となるように、繰り返し形状で打ち抜く。その後、繰り返し形状の構成単位となる各板状部位に曲げ加工を施して（２次プレス）、コネクタ部２１、トランジション部２３及び線材圧着部２２を有する端子２０を形成する。

次に、上記のように作製された端子２０をＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａと圧着し、ＣＮＴ線材接続構造体１’を形成する（図２（ｂ））。このとき、線材圧着部２２Ａのバレル底部２２Ａ−１にＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを載置すると共に、被覆圧着部２２Ｂのバレル底部２２Ｂ−１に絶縁被覆１２を載置して、一対のバレル片２２Ａ−２，２２Ａ−２及び一対のバレル片２２Ｂ−２，２２Ｂ−２をそれぞれ内側に折り曲げて加締める。これにより、線材圧着部２２ＡがＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに、被覆圧着部２２Ｂが絶縁被覆１２にそれぞれ接合され、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａと線材圧着部２２Ａとの接合部３０が形成される。

次に、上記所定金属を含有するペースト状はんだなどの流動性部材３１’が保持されたディスペンサ４０を接合部３０の上方に配置し、ディスペンサＤのノズル先端から流動性部材を滴下して、接合部３０に流動性部材３１’を塗布する。これにより、流動性部材３１’が接合部３０内に到達し、ＣＮＴ線材１１におけるＣＮＴ束１１Ａ間の空隙部や、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部２２Ａの内側面との間の空隙部に充填される。そして、接合部３０の上方から当該接合部３０の全体又は部分的にレーザ光Ｌを照射して流動性部材３１’を加熱、溶融し（図２（ｄ））、その後冷却して硬化する。これにより、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部２２Ａの内側面２２ａとの間に所定金属含有部材３１が形成され、ＣＮＴ線材接続構造体１が作製される。

ＣＮＴ線材１１は、銅やアルミニウムの金属線に較べ低弾性でかつ線径が細いので、従来の端末部の様な加締め等による機械的保持では十分な保持力が得られない。そこで、接合部３０に所定金属含有部材３１を配置して、複数のＣＮＴを強固に束ねて端子２０との圧着時に所定金属含有部材３１を塑性変形させることにより、ＣＮＴ端末でのＣＮＴ保持力が安定し、ＣＮＴ線材１１と端子２０との良好な機械的接続を実現することができる。ＣＮＴ線材１１全体をハンダや導電性接着剤で覆い、その後、その部位を端子で加締めても良い。
また、一本のＣＮＴ束１１Ａの外径は数十ｎｍ程度と極めて小さく、ミクロンオーダ−の外径を有するＣＮＴ線材を作製するには多数本のＣＮＴ束を纏める必要があるが、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに所定金属含有部材３１を配置することで、当該端部において複数のＣＮＴ束１１Ａを互いに固定することができ、製造時における作業性や取扱性を向上することが可能となる。

なお、図２に示す製造方法では、接合部３０の上方から当該接合部３０全体にレーザ光Ｌを照射するが、これに限らず、流動性部材３１’が導電性接着剤である場合には、当該接合部３０の一部を加熱することで（部分加熱）、流動性部材３１’を硬化させてもよい。

また、図２に示す製造方法では、ペースト状はんだを用いて所定金属含有部材３１を形成する場合を説明したが、はんだめっきを用いて所定金属含有部材３１を形成することもできる。例えば、図３（ａ）に示すように、ＣＮＴ電線１０の絶縁被覆１２の一部を剥いで、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを露出させたものを準備する。そして、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａをはんだ槽４０の溶融はんだに浸漬し、はんだ槽４０内の超音波振動板４１を用いて溶融はんだに超音波振動を付与し、所定時間経過後、長手方向端部１１ａを溶融はんだから引き上げる。これにより、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１に、はんだめっきからなる所定金属含有部材３１が配置される（図３（ｂ））。

その後、図２（ｂ）に示す方法と同様にして、線材圧着部２２Ａのバレル底部２２Ａ−１にＣＮＴ線材１１の端部１１ａを設置すると共に、被覆圧着部２２Ｂのバレル底部２２Ｂ−１に絶縁被覆１２を設置して、一対のバレル片２２Ａ−２，２２Ａ−２及び一対のバレル片２２Ｂ−２，２２Ｂ−２をそれぞれ内側に折り曲げて加締める。これにより、線材圧着部２２ＡがＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに、被覆圧着部２２Ｂが絶縁被覆１２にそれぞれ接合される。すなわち、溶融はんだを用いる図３の製造方法では、圧着前に、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに流動性部材３１’を塗布して、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１に所定金属含有部材３１を形成する。本製造方法によれば、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部２２Ａの内側面２２ａとの間に、所定金属含有部材３１を確実に介在させることができる。

図４（ａ）〜（ｄ）は、図１のＣＮＴ線材接続構造体１の変形例及びその製造方法を示す図である。図１のＣＮＴ線材接続構造体１は、ＣＮＴ線材１１といわゆるオープンバレル型の端子２０との接続構造を有するが、これに限らず、ＣＮＴ線材１１とクローズドバレル型の端子との接続構造を有していてもよい。

具体的には、端子６０は、不図示の外部端子と電気的に接続されるコネクタ部２１と、該コネクタ部とトランジション部２３を介して設けられ、ＣＮＴ電線１０と圧着される電線圧着部６１とを備える（図４（ａ））。電線圧着部６１は、トランジション部２３側が閉塞された形状（片端閉塞形状）を有する筒部材であって、ＣＮＴ電線１０の絶縁被覆１２と圧着される被覆圧着部６１Ａと、電線挿入口６２側からトランジション部２３側に向かって縮径する縮径部６１Ｂと、ＣＮＴ線材１１と圧着される線材圧着部６１Ｃと、挿入口６２側からトランジション部２３側に向かって更に縮径し、その端部が溶接により閉塞される縮径部６１Ｄとを有している。コネクタ部２１及びトランジション部２３の構成は、図１の端子２０と同じであるので、その説明を省略する。

この電線圧着部６１は、例えば平面展開した金属基体を立体的にプレス加工すると共に、断面が略Ｃ字型となる筒状体を形成し、この筒状体の開放部分（突き合わせ部）をレーザ溶接することにより形成される。筒状体のレーザ溶接は、該筒状体の長手方向（Ｘ方向）に沿って行われるため、その長手方向と略同一の方向に帯状溶接部（溶接ビード）が形成され、これにより電線圧着部６１が形成される。また、電線圧着部６１を形成した後、電線圧着部６１のトランジション部２３側の端部がレーザ溶接によって封止されるのが好ましい。この封止溶接は、圧着端子の長手方向に対して垂直な方向（Ｙ方向）に沿って行われる。この封止溶接により、トランジション部２０側からの水分等の浸入が防止される。また、線材圧着部６１Ｃの内周面６１ａには、複数の突起或いはセレーション等で形成される凹凸部６３が設けられてもよい（図４（ｂ））。

端子６０を用いてＣＮＴ線材接続構造体１Ａを作製する場合、先ず、電線圧着部６１内におけるトランジション部２３側端部の内部空間６４に、流動性部材６５’（例えば、ペースト状はんだ）を所定量充填する（図４（ｂ））。次に、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを電線圧着部６１内に挿入し、線材圧着部６１ＣにＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを載置すると共に、被覆圧着部６１Ａに絶縁被覆１２を載置する（図４（ｃ））。このとき、長手方向端部１１ａの先端が流動性部材６５’に到達し、流動性部材６５’が、内部空間６４から長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部６１Ｃの内周面６１ａとの間の空間に流れ込む。そして、電線圧着部６１に熱エネルギーを付与して、当該電線圧着部６１を介して流動性部材６５’を部分的又は全体的に加熱、溶融し、その後冷却して固化する。

次いで、電線圧着部６１を加締めて、電線圧着部６１をＣＮＴ線材１１と圧着する（図４（ｄ））。これにより、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａと端子６０の線材圧着部６１Ｃとの接合部６６が形成され、この接合部６６において、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部６１Ｃの内側面６１ａとの間に所定金属含有部材６５が形成される。尚、圧着時に電線圧着部６１の全体を加締めずに、被覆圧着部６１Ａのみを加締めて被覆圧着部６１Ａと絶縁被覆１２とを圧着してもよい。本変形例によっても、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部６１Ｃの内側面６１ａとの間に所定金属含有部材６５を確実に介在させることができる。また、所定金属含有部材６５が圧着荷重に対する緩衝材の役割を果たすため、圧着によってＣＮＴ線材１１の機械的、電気的特性が劣化するのを防止することができる。

上述したように、本実施形態によれば、所定金属含有部材３１が、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに接続される端子２０との接合部３０に設けられ、且つＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１に配置されるので、ＣＮＴ線材１１の側面１１ａ−１と端子２０との間に所定金属含有部材３１を介在させることができ、ＣＮＴ線材１１が、当該所定金属含有部材を介して端子２０と良好に接合される。したがって、ＣＮＴ線材１１と端子２０との界面接続における導電性の低下を抑制して、端子２０との接合部３０における良好な導電性及び強度を実現することができる。

また、所定金属含有部材３１に含有される所定金属が、タンタル、チタン、ニッケル、パラジウム、銅、銀、金、鉄及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの材料であるので、所定金属含有部材３１と端子２０との界面接続における導電性が良好となり、端子２０との接合部３０においてより良好な導電性及び強度を実現することができる。

以上、本発明の実施形態に係るＣＮＴ接続構造体およびその製造方法について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

上記実施形態では、ＣＮＴ線材接続構造体は、ＣＮＴ電線１０とオープンバレル型の端子２０との接続構造、或いはＣＮＴ電線１０とクローズドバレル型の端子６０との接続構造を有しているが、ＣＮＴ電線と他の形状の端子との接続構造を有していてもよい。
例えば、図５（ａ）において、ＣＮＴ線材接続構造体１Ｂの端子７０は、不図示の外部端子と電気的に接続されるコネクタ部２１と、該コネクタ部とトランジション部２３を介して設けられ、ＣＮＴ電線１０と圧着される電線圧着部７１とを備えている。

圧着前の電線圧着部７１は、図５（ｂ）に示すように、長手方向に関してその両端が開放した形状（両端開放形状）を有する筒部材であって、トランジション部２３を介してコネクタ部２１に連結され且つＣＮＴ線材１１と圧着される線材圧着部７１Ａと、線材圧着部７１Ａのトランジション部２３とは反対側に配置され、絶縁被覆１２と圧着される被覆圧着部７１Ｂとを有しており、これらが金属基体にて一体成形されている。電線圧着部７１は、被覆圧着部７１Ｂの長手方向端部に電線挿入口７２を有すると共に、線材圧着部７１Ａの長手方向端部に開口７３を有している。コネクタ部２１及びトランジション部２３の構成は、図１の端子２０と基本的に同じであるので、その説明を省略する。

端子７０を用いてＣＮＴ線材接続構造体１Ｂを作製する場合には、例えば、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに流動性部材を塗布する。そして、電線挿入口７２からＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを挿入し、線材圧着部７１ＡにＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを載置すると共に、被覆圧着部７１Ｂに絶縁被覆１２を載置する（図５（ｂ））。これにより、流動性部材が、ＣＮＴ線材１１におけるＣＮＴ束１１Ａ間の空隙部や、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部７１Ａの内側面との間の空隙部に充填される。

次いで、電線圧着部７１を加締めて電線圧着部７１をＣＮＴ線材１１に圧着し、更に電線圧着部７１に熱エネルギーを付与して、当該電線圧着部７１を介して流動性部材を部分的又は全体的に加熱、溶融し、その後冷却して固化する（図５（ａ））。これにより、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａと端子７０の線材圧着部７１Ａとが接合された接合部７５が形成され、この接合部７５において、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部７１Ａの内側面との間に所定金属含有部材７４が形成される。本接続構造体によっても、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａの側面１１ａ−１と線材圧着部７１Ａの内側面との間に所定金属含有部材７４を介在させることができる。

また、図１のＣＮＴ線材接続構造体１では、端子のコネクタ部が雌型端子であるが、コネクタ部の細部形状は、特に限定されず、外部端子と係止あるいは嵌合して電気的に接続し得るものであれば、他の形状を有していてもよい。例えば図６に示すように、丸型端子８０は、電線圧着部２２と平板状のトランジション部８１を介して一体接続され、中央の孔８２にボルト等が挿通されて他の部材に固定されるリング部８３を有していてもよい。
また、他の変形例として、ＣＮＴ線材接続構造体が、雌型端子のコネクタ部に代えて、雄型端子のコネクタ部を有していてもよく、雄型端子が、例えば長尺状の接続部（挿入タブ）であってもよい。

１ ＣＮＴ線材接続構造体
１’ ＣＮＴ線材接続構造体
１Ａ ＣＮＴ線材接続構造体
１Ｂ ＣＮＴ線材接続構造体
１１ ＣＮＴ線材
１１Ａ ＣＮＴ束
１１ａ 長手方向端部
１１ａ−１ 側面
１２ 絶縁被覆
２０ 端子
２０ａ 内側面
２１ コネクタ部
２２ 電線圧着部
２２Ａ 線材圧着部
２２Ａ−１ バレル底部
２２Ａ−２，２２Ａ−２ 一対のバレル片
２２Ｂ 被覆圧着部
２２Ｂ−１ バレル底部
２２Ｂ−２，２２Ｂ−２一対のバレル片
２２ａ 内側面
２３ トランジション部
２４ 凹凸部
３０ 接合部
３１ 所定金属含有部材
３１’ 流動性部材
４０ はんだ槽
４１ 超音波振動板
６０ 端子
６１ 電線圧着部
６１Ａ 被覆圧着部
６１Ｂ 縮径部
６１Ｃ 線材圧着部
６１Ｄ 縮径部
６１ａ 内周面
６２ 電線挿入口
６３ 凹凸部
６４ 内部空間
６５’ 流動性部材
６５ 所定金属含有部材
６６ 接合部
７０ 端子
７１ 電線圧着部
７１Ａ 線材圧着部
７１Ｂ 被覆圧着部
７２ 電線挿入口
７４ 所定金属含有部材
７５ 接合部
８０ 丸形端子
８１ トランジション部
８２ 孔
８３ リング部
Ｄ ディスペンサ
Ｌ レーザ光

Claims (11)

1. 複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材であって、
   前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に接続される端子との接合部に設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部の側面に配置された所定金属含有部材を備えることを特徴とする、カーボンナノチューブ線材。
2. 前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に亘って含有された金属部材を有し、
   前記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に対する前記所定金属の金属含有量が、前記カーボンナノチューブに対する前記他の金属部材の金属含有量よりも大きいことを特徴とする、請求項１記載のカーボンナノチューブ線材。
3. 前記所定金属含有部材が、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部を被覆する被覆層であり、
   前記被覆層が、前記接合部の全体に亘って形成されていることを特徴とする、請求項１記載のカーボンナノチューブ線材。
4. 前記所定金属含有部材に含有される所定金属は、タンタル、チタン、ニッケル、パラジウム、銅、銀、金、鉄及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの材料であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材。
5. 前記所定金属は、遷移金属であることを特徴とする、請求項４記載のカーボンナノチューブ線材。
6. 前記所定金属含有部材は、前記所定金属が含有された導電性接着剤を硬化した物であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材。
7. 異種元素がドープされていることを特徴とする、請求項１又は２記載のカーボンナノチューブ線材。
8. 前記カーボンナノチューブ線材を構成するカーボンナノチューブが、２層又は３層の層構造を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材。
9. 複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材と、前記カーボンナノチューブ線材に接続される端子とを備えるカーボンナノチューブ線材接続構造体であって、
   前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部と前記端子とが接合された接合部に設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部の側面と前記端子の内側面との間に介在する所定金属含有部材を備えることを特徴とする、カーボンナノチューブ線材接続構造体。
10. 複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材と、前記カーボンナノチューブ線材に接続される端子とを備えるカーボンナノチューブ線材接続構造体であって、
    前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部と前記端子とが接合された接合部に設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の前記端部の側面と前記端子の内側面との間に介在する所定金属含有部材を備え、
    前記所定金属含有部材に含有される金属は、タンタル、チタン、ニッケル、パラジウム、銅、銀、金、鉄及びコバルトからなる群から選択される少なくとも１つの材料であることを特徴とする、カーボンナノチューブ線材接続構造体。
11. 前記接合部において、前記カーボンナノチューブ線材の前記長手方向端部が、前記所定金属含有部材を介して前記端子に圧着されていることを特徴とする、請求項９又は１０記載のカーボンナノチューブ線材接続構造体。

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