JP7348714B2 - カーボンナノチューブ線材、カーボンナノチューブ被覆電線、カーボンナノチューブ線材の製造方法及びカーボンナノチューブ被覆電線の加工方法 - Google Patents
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Description
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」ともいう。)1は、カーボンナノチューブ線材(以下、「CNT線材」ともいう)10と、CNT線材10を被覆する絶縁被覆層21と、CNT線材10と絶縁被覆層21との間で、CNT線材10の周方向全体に亘り、絶縁被覆層21を構成する被覆材のCNT線材10への含浸を抑制する複数の含浸抑制部31,31,31とを備える。
CNT被覆電線1は、CNT線材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が形成されている。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、含浸抑制部31が形成されている部分以外の部分で、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。
上述したように、CNT被覆電線1は複数の含浸抑制部31,31、31を備えているが、CNT線材10が複数の含浸抑制部31,31、31を備えると捉えることもできる。すなわち、CNT線材10は、CNT線材10の外周部に、その周方向全体に亘り、CNT線材10を被覆する絶縁被覆層21を構成する被覆材のCNT線材10への含浸を抑制する複数の含浸抑制部31,31,・・・を備えている。
図1では、CNT線材10が3つの含浸抑制部31,31,31を備えているが、これに限らず、1つの含浸抑制部31を備えていてもよい。本実施形態では、含浸抑制部31は、CNT線材10の外周部全体を覆うように、CNT線材10の外周部に環状に設けられている。
ここで含浸抑制部の平均厚さは以下の方法で求められる。上記の含浸抑制部31の外周で囲まれた領域の面積Sと面積が同一になる円の半径をRとし、同じ断面における、CNT線材10の断面積S’と面積が同一になる円の半径をR’とし、任意の5箇所の断面でR-R’を求め、それを平均した値が平均厚さである。
次に、本実施形態に係るCNT被覆電線1の製造方法例について、図4を参照しながら説明する。まず、CNT11aを製造し、複数のCNT11a,11a,・・・で構成されるCNT集合体11の単数から、又は複数のCNT集合体11,11,・・・が束ねられて形成されるCNT線材10を作製する(ステップS1)。
上記の製法により製造されたCNT被覆電線1を加工する場合、含浸抑制部31に対してCNT線材10とは反対側に形成された絶縁被覆層21を除去する。例えば、CNT線材10の外周部に、含浸抑制部31、絶縁被覆層21がこの順に設けられている構成において、含浸抑制部31の径方向外側に配置された絶縁被覆層21を、物理的或いは化学的に剥離する。化学的に剥離する方法としては、例えばCNT被覆電線1に浸漬或いは塗布して絶縁被覆を剥離する剥離剤が挙げられる。絶縁被覆層21を形成する上記工程において、上記のように絶縁被覆層21を構成する被覆材が含浸抑制部31によって抑制されているので、CNT線材10から絶縁被覆層21を容易に除去することができる。
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0.02mmのCNT集合体を得た。これを76本より合わせることで、円相当直径0.2mmのCNT線材を得た。
導電性ペーストを、CNT線材の長手方向に関して1cm当たり0.33mgとしたこと以外は、実施例1と同様にしてCNT線材を作製した。
導電性ペーストを、CNT線材の長手方向に関して1cm当たり0.16mgとしたこと以外は、実施例1と同様にしてCNT線材を作製した。
導電性ペーストに代えてめっき(銅めっき)を用い、CNT線材の外周部全体を銅めっきでコーティングして含浸抑制部を形成した。
めっきは以下の手順で実施した。CNT線材本体を硫酸銅、ホルマリン、ロシェル塩からなるめっき液に浸漬し、無電解銅めっきした。その後、硫酸銅と硫酸の水溶液からなるめっき液にCNT線材を浸漬し、1A(アンペア)で電解めっきすることで、当該CNT線材本体に電界めっき処理が施されたCNT線材を作製した。このとき、電界めっきにより厚さ20μmのめっき厚となるように、電解時間を調整し、CNT線材の外周部に銅めっきを形成した。それ以外は、実施例1と同様にしてCNT線材を作製した。
厚さ10μmのめっき厚となるようにしたこと以外は、実施例4と同様にしてCNT線材を作製した。
厚さ5μmのめっき厚となるようにしたこと以外は、実施例4と同様にしてCNT線材を作製した。
導電性ペーストに代えてはんだ(Cametics社製、商品名「C-Solder」、すずベースのはんだ合金)を用い、CNT線材の外周部全体をはんだでコーティングして含浸抑制部を形成した。このとき、はんだを、CNT線材の長手方向に関して1cm当たり1.0mgとなるように、CNT線材の外周部に載置した。それ以外は、実施例1と同様にしてCNT線材を作製した。
はんだを、CNT線材の長手方向に関して1cm当たり0.48mgとなるようにしたこと以外は、実施例7と同様にしてCNT線材を作製した。
はんだを、CNT線材の長手方向に関して1cm当たり0.16mgとなるようにしたこと以外は、実施例7と同様にしてCNT線材を作製した。
CNT線材に含浸抑制部を全く形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてCNT線材を作製した。
CNT線材の全周に亘って含浸抑制部を形成した場合を最大(100%)としてその80%程度となるように、CNT線材の外周部を導電性ペーストでコーティングした。すなわち、導電性ペーストを、CNT線材の外周部に環状に形成せず、CNT線材の周方向に関して隙間を設けて載置した。それ以外は、実施例1と同様にしてCNT線材を作製した。
CNT線材の外周部をめっきでコーティングした。このとき、YAGレーザ(波長:1064nm)、出力100W、周波数200Hz、デューティー比10%のレーザ条件にて、CNT線材の長手方向端部に、CNT線材の軸方向からレーザを照射し、30~150秒間で粗化処理し、CNT線材の粗化処理した部分にめっきを含浸させた。その結果、CNT線材の外周部においてめっきでコーティングされていないCNT(あるいはCNT集合体)が存在していた。それ以外は、実施例1と同様にしてCNT線材を作製した。
CNT線材の長手方向端部を、均等な幅で5箇所、長手方向に垂直な面で切断して断面出しを行い、CNT線材の各断面における含浸抑制部の外周長さLaを求めた。次いで、上記各断面の断面積Sを求め、求めた断面積と同一面積である円の円周長さLbを算出した。各断面の外周長さLaを円周長さLbで除してLa/Lbを算出し、任意の5箇所で測定したLa/Lbの平均値を凹凸指数とした。
(a)と同じ断面を用いて、含浸抑制部の外周で囲まれた領域の面積Sと同一の面積を有する円の半径Rを求めた。続いて、CNT線材の部分の面積S’と同一の面積を有する円の半径R’を求めた。R-R’を算出し、任意の5箇所で求めたR-R’の平均値を含浸抑制部の平均厚さとした。
CNT線材にポリウレタン樹脂(東特塗料株式会社製、商品名「TPU5100」)の含浸と焼付を10回繰り返して実施して、CNT線材に絶縁被覆層を形成した。その後、CNT線材の長手方向端部を剥離剤(明和化学工業社製、商品名「Solcoat(登録商標)」)に含浸させて被覆除去処理を実施した。そして、CNT線材の被覆除去処理した部分と銅端子をはんだで接続し、四端子法でCNT線材と銅端子の接続抵抗を測定した。接続抵抗が5mΩ未満である場合を極めて良好「◎」、5mΩ以上20mΩ以下である場合を「〇」、20mΩよりも大きく100Ω以下である場合を概ね良好「△」、100Ωよりも大きい場合を不良「×」とした。
10 カーボンナノチューブ線材(CNT線材)
11 カーボンナノチューブ集合体(CNT集合体)
11a カーボンナノチューブ(CNT)
21 絶縁被覆層
31 含浸抑制部
41 エナメル系樹脂被覆部
Claims (7)
- 複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数から、又は複数の前記カーボンナノチューブ集合体が束ねられて形成されてい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を被覆する絶縁被覆層を備え、
前記カーボンナノチューブ線材の外周部に、その周方向全体に亘り、前記絶縁被覆層と前記カーボンナノチューブ線材との間に含浸抑制部を備え、
複数の前記含浸抑制部が、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に間欠的に配置され、
前記含浸抑制部は、導電性ペースト、めっき及びはんだから選択されたいずれかの材料で構成されるものであり、前記絶縁被覆層は、樹脂であることを特徴とする、カーボンナノチューブ線材。 - 前記含浸抑制部は、前記カーボンナノチューブ線材の最表層に位置する前記カーボンナノチューブ同士を連結する連結構造を有する、請求項1に記載のカーボンナノチューブ線材。
- 前記含浸抑制部が、少なくとも前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に形成される、請求項1又は2に記載のカーボンナノチューブ線材。
- 前記カーボンナノチューブ線材の外周部に設けられ、且つ前記含浸抑制部以外の部分に配置される1又は複数のエナメル系樹脂被覆部を更に備える、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。
- 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と前記絶縁被覆層との間に、前記カーボンナノチューブ線材の周方向全体に亘り、含浸抑制部を備え、
複数の前記含浸抑制部が、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に間欠的に配置され、
前記含浸抑制部は、導電性ペースト、めっき及びはんだから選択されたいずれかの材料で構成されるものであり、前記絶縁被覆層は、樹脂であることを特徴とする、カーボンナノチューブ被覆電線。 - カーボンナノチューブ線材の外周部に、その周方向全体に亘って、含浸抑制部を形成する工程であって、複数の前記含浸抑制部が、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に間欠的に配置されるようにする工程と、
前記含浸抑制部に対して前記カーボンナノチューブ線材とは反対側に絶縁被覆層を形成する工程と、
を有し、
前記含浸抑制部は、導電性ペースト、めっき及びはんだから選択されたいずれかの材料で構成されるものであり、前記絶縁被覆層は、樹脂であることを特徴とする、カーボンナノチューブ被覆電線の製造方法。 - 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と前記絶縁被覆層との間に、前記カーボンナノチューブ線材の周方向全体に亘り、含浸抑制部を備え、複数の前記含浸抑制部が、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に間欠的に配置されており、前記含浸抑制部は、導電性ペースト、めっき及びはんだから選択されたいずれかの材料で構成されるものであり、前記絶縁被覆層は、樹脂であるカーボンナノチューブ被覆電線の加工方法であって、前記含浸抑制部に対して前記カーボンナノチューブ線材とは反対側に形成された絶縁被覆層を除去することを特徴とする、カーボンナノチューブ被覆電線の加工方法。
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