JP7407700B2 - コイル用カーボンナノチューブ被覆線材、コイル用カーボンナノチューブ被覆線材を用いたコイル及びカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法 - Google Patents
コイル用カーボンナノチューブ被覆線材、コイル用カーボンナノチューブ被覆線材を用いたコイル及びカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法 Download PDFInfo
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Description
前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線が、隣接する他の前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線と接触しているコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
[2]前記カーボンナノチューブ線材における撚り線密度が0.5g/cm3~2.5g/cm3である[1]に記載のコイル用カーボンナノチューブ線材。
[3]前記カーボンナノチューブ線材における前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の密度が1.1g/cm3~1.8g/cm3である[1]または[2]に記載のコイル用カーボンナノチューブ線材。
[4]前記カーボンナノチューブ線材における撚り線密度が1.2g/cm3~1.5g/cm3である[2]に記載のコイル用カーボンナノチューブ線材。
[5]前記カーボンナノチューブ線材における前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の密度が1.5g/cm3~1.8g/cm3である[3]に記載のコイル用カーボンナノチューブ線材。
[6]前記カーボンナノチューブ線材を構成する前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の本数が、10本~1000本である[1]乃至[5]のいずれか1つに記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
[7]前記カーボンナノチューブ線材を構成する前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の本数が、300本~600本である[1]乃至[6]のいずれか1つに記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
[8]前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が、0.05mm以上2.0mm以下である[1]1乃至[7]のいずれか1つに記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
[9]前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が、0.30mm以上1.0mm以下である[1]乃至[8]のいずれか1つに記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
[10]前記カーボンナノチューブ線材の撚り数が、1T/m以上1000T/m以下である[1]乃至[9]のいずれか1つに記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
[11]前記カーボンナノチューブ線材の撚り数が、10T/m以上800T/m以下である[1]乃至[10]のいずれか1つに記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
[12][1]乃至[11]のいずれか1つに記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材の巻線を用いたコイル。
[13]複数のカーボンナノチューブ素線からカーボンナノチューブ線材を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブ線材を被覆材で被覆してカーボンナノチューブ被覆線材を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブ被覆線材を巻回して巻線とする工程と、を含むカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。
[14]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また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素線からなるカーボンナノチューブ線材を被覆材で被覆してカーボンナノチューブ被覆線材を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブ被覆線材を巻回して巻線とする工程と、を含むカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。
[15]撚り合わされる前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の本数が、10本~1000本である[14]に記載のカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。
[16]前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が、0.05mm以上2.0mm以下である[13]乃至[15]のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。
[17]前記カーボンナノチューブ線材の撚り数が、1T/m以上1000T/m以下である[13]乃至[16]のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。
実施例1~22の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号公報)または湿式紡糸する方法(特許第5135620号公報、特許第5131571号公報、特許第5288359号公報)で、CNT素線(単線)を得た。次に、CNT素線を下記表1に示す撚り線の本数及び撚り数にて撚り合わせて、下記表1に示す円相当直径のCNT線材(撚り線)を得た。
ポリプロピレン樹脂を用いて、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、下記表1の実施例で使用するコイル用CNT被覆線材を作製した。
下記表1に示す単線の銅線(比較例1)と、下記表1に示す撚り線の本数及び撚り数にて撚り合わせた銅リッツ線(比較例2)を用いた。なお、比較例1では、単線である銅線について、上記ポリプロピレン樹脂を用いて、通常の電線製造用押出成形機を用いて銅線周囲に押出被覆することにより絶縁被覆層を形成した。比較例2では、銅リッツ線を構成するそれぞれの銅線に、上記と同様にして絶縁被覆層を形成してから、絶縁被覆銅線を撚り合わせて、銅リッツ線を作製した。
カーボンナノチューブ被覆線材の長手方向に垂直な面で切断し、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。被覆を含まない、撚り線部分の面積をS1とし、そのうちCNT素線が占める面積をS2、空隙部分の面積をS3とした。この時、S1=S2+S3が成り立つ。後述する素線の密度をd(素線)とし、下記式から撚り線の密度d(撚り線)を算出した。
d(撚り線)=d(素線)×S2/S1
長さ2cmの素線を用い、密度勾配管法直読式比重測定装置(株式会社柴山科学器械製作所製)によって密度を計測した。
実施例の線材及び比較例の線材について、インピーダンスアナライザIM3570(日置電機株式会社製)にて、1Hzのインピーダンス(Z1)と1MHzのインピーダンス(Z2)を測定し、以下の基準から高周波特性を評価した。
「◎」:Z2/Z1の比が2.0未満
「○」:Z2/Z1の比が2.0以上10以下
「×」:Z2/Z1の比が10超
実施例の線材及び比較例の線材を用いて、直径10mmの円柱状の鉄製のコアに幅10mmで5層の巻線を手巻きで一定速度で、線材間の隙間ができないように巻くことでコイルを作製した。得られたコイルを、エポキシ樹脂で全体を固めた後、コアの中心軸を通り、なす角が90°の2つの面で、コイルを4分割し、各断面の光学顕微鏡による観察から、占積率(占積率(%)=(導体部分の断面積の和)/(コイルの断面積) × 100)を求め、4つの断面の平均値を算出することによりコイルの占積率を求めた。以下の基準から占積率を評価した。
「◎」:80%超
「○」:50%以上80%以下
「×」:50%未満
(b)に記載の方法で作製したコイルについて、JIS C 4034-2-1に記載の方法で、10kHz、50kHz、100kHz、500kHz、1MHzの5段階の交流で鉄損(Pfe)を測定した。横軸に周波数(f)、縦軸に周波数、縦軸にPfe/fをプロットし、傾きαを算出した。
同じ径の銅の単線で同様の測定を実施して求めた傾きαCuとの比α/αCuを算出し、以下の基準から渦電流提言特性を評価した。
「◎」:α/αCuが10以上
「○」:α/αCuが3以上10未満
「×」:α/αCuが3未満
実施例の線材5cm及び比較例の線材5cmについて、ソースメータ(ケースレー社製)で電流を徐々に上げながら流していき、赤熱して断線する電流値を測定し、これを許容電流とした。得られた許容電流の値から単位断面積当たりの許容電流を算出し、下記の基準で評価した。
「◎」:30A/mm2以上
「○」:15A/mm2以上30A/mm2未満
「×」:15A/mm2未満
10 カーボンナノチューブ線材
11 カーボンナノチューブ素線等
11a カーボンナノチューブ
21 被覆層
Claims (15)
- コイルに用いられるカーボンナノチューブ被覆線材であり、
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また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素線の複数から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を被覆する被覆層と、を備え、
前記カーボンナノチューブ線材を構成する前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の本数が、10本~1000本であり、
前記カーボンナノチューブ集合体及び前記カーボンナノチューブ素線が、金属性の挙動を示すアームチェア型の前記カーボンナノチューブを含み、
前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の円相当直径が、20nm以上1000nm以下であり、
前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線が、隣接する他の前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線と接触しているコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。 - 前記カーボンナノチューブ線材における撚り線密度が0.5g/cm3~2.5g/cm3である請求項1に記載のコイル用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における前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の密度が1.1g/cm3~1.8g/cm3である請求項1または2に記載のコイル用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における撚り線密度が1.2g/cm3~1.5g/cm3である請求項2に記載のコイル用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における前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の密度が1.5g/cm3~1.8g/cm3である請求項3に記載のコイル用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を構成する前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の本数が、300本~600本である請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
- 前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が、0.05mm以上2.0mm以下である請求項1乃至6のいずれか1項に記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
- 前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が、0.30mm以上1.0mm以下である請求項1乃至7のいずれか1項に記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
- 前記カーボンナノチューブ線材の撚り数が、1T/m以上1000T/m以下である請求項1乃至8のいずれか1項に記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
- 前記カーボンナノチューブ線材の撚り数が、10T/m以上800T/m以下である請求項1乃至9のいずれか1項に記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載のコイル用カーボンナノチューブ被覆線材の巻線を用いたコイル。
- 複数のカーボンナノチューブ素線からカーボンナノチューブ線材を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブ線材を被覆材で被覆してカーボンナノチューブ被覆線材を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブ被覆線材を巻回して巻線とする工程と、を含み、
前記カーボンナノチューブ素線が、複数のカーボンナノチューブで構成され、
前記カーボンナノチューブ線材を構成する前記カーボンナノチューブ素線の本数が、10本~1000本であり、
前記カーボンナノチューブ素線が、金属性の挙動を示すアームチェア型の前記カーボンナノチューブを含み、
前記カーボンナノチューブ素線の円相当直径が、20nm以上1000nm以下であり、
前記カーボンナノチューブ素線が、隣接する他の前記カーボンナノチューブ素線と接触している、
カーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。 - 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また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素線からなるカーボンナノチューブ線材を被覆材で被覆してカーボンナノチューブ被覆線材を作製する工程と、
前記カーボンナノチューブ被覆線材を巻回して巻線とする工程と、を含み、
前記カーボンナノチューブ線材を構成する前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の本数が、10本~1000本であり、
前記カーボンナノチューブ集合体及び前記カーボンナノチューブ素線が、金属性の挙動を示すアームチェア型の前記カーボンナノチューブを含み、
前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線の円相当直径が、20nm以上1000nm以下であり、
前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線が、隣接する他の前記カーボンナノチューブ集合体または前記カーボンナノチューブ素線と接触している、
カーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。 - 前記カーボンナノチューブ線材の円相当直径が、0.05mm以上2.0mm以下である請求項12または13に記載のカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。
- 前記カーボンナノチューブ線材の撚り数が、1T/m以上1000T/m以下である請求項12乃至14のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ被覆線材コイルの製造方法。
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