(57)【要約】【課題】箔上における粒子の分散状態の均一化を容易に図り得る粒子塗工箔の製造方法、及び、粒子塗工箔を用いた金属−粒子複合材の製造方法を提供すること。【解決手段】粒子塗工箔８の製造方法は、粒子１とバインダー２とバインダー２用溶剤３とを含有する塗工液５を箔７上に塗工し乾燥する工程を含む。粒子１の最長軸方向の平均長さは０．１０ｍｍ以上である。上述した塗工し乾燥する工程では、粒子１の最長軸方向の平均長さに対して１．５倍以上のギャップ幅を有するバー３３を備えたバーコーター３０により、塗工液５を箔７上に塗工する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
箔上に粒子が塗工された粒子塗工箔の製造方法であって、
粒子とバインダーとバインダー用溶剤とを含有する塗工液を箔上に塗工し乾燥する工程を含み、
前記粒子の最長軸方向の平均長さが０．１０ｍｍ以上であり、
前記塗工し乾燥する工程では、前記粒子の最長軸方向の平均長さに対して１．５倍以上のギャップ幅を有するバーを備えたバーコーターにより、前記塗工液を前記箔上に塗工する、粒子塗工箔の製造方法。
【請求項２】
前記粒子として鱗片状黒鉛粒子が用いられる請求項１記載の粒子塗工箔の製造方法。
【請求項３】
前記粒子として炭素繊維が用いられる請求項１記載の粒子塗工箔の製造方法。
【請求項４】
前記バインダーとして、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール及びアクリル系樹脂からなる群より選択される少なくとも一種が用いられる請求項１〜３のいずれかに記載の粒子塗工箔の製造方法。
【請求項５】
前記箔として金属箔が用いられる請求項１〜４のいずれかに記載の粒子塗工箔の製造方法。
【請求項６】
前記金属箔がアルミニウム箔である請求項５記載の粒子塗工箔の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の粒子塗工箔の製造方法により得られた粒子塗工箔が複数積層された状態の積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼結する工程とを含む金属−粒子複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、箔上に粒子が塗工された粒子塗工箔の製造方法及び金属−粒子複合材の製造方法に関する。
【０００２】
ここで、本明細書及び特許請求の範囲では、特に文中に明示した場合を除き、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、「銅」の語は純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
金属−粒子複合材として例えば金属−炭素粒子複合材は、一般に高い熱伝導率又は低い線膨張率を有しており、機能性材料として用いられる。
【０００４】
このような複合材の製造方法として、溶融したアルミニウムに炭素粒子としての炭素繊維を添加して撹拌混合し冷却凝固させる方法（溶湯撹拌法）、空隙を有する炭素成形体内に溶融したアルミニウムを押し込む方法（溶湯鍛造法）、アルミニウム粉末と炭素粉末との混合物を加圧加熱焼成する方法（粉末冶金法）、アルミニウム粉末と炭素粉末との混合物を押出加工する方法（粉末押出法）などが知られている。
【０００５】
これらの方法では、溶融したアルミニウムやアルミニウム粉末を用いるので、製造作業が煩雑であるし、製造設備が大型化する。
【０００６】
特許第５１５０９０５号公報（特許文献１）は、シート状又はフォイル状の金属支持体上に炭素粒子としての炭素繊維を含有する皮膜が形成されたプリフォームを形成し、これを複数積み重ねて積層体を形成し、積層体を加熱圧接することでプリフォーム同士を一体化させることにより、金属−炭素粒子複合材としての金属基炭素繊維複合材を製造する方法を開示している。この方法では、得られる複合材において熱伝導率は炭素繊維が配向した一方向が高くなる傾向となる。
【０００７】
特許第４４４１７６８号公報（特許文献２）は、鱗状黒鉛粉末と所定の鱗状金属粉末との混合体を用いて焼結前駆体を形成し、焼結前駆体を加圧しながら焼結することにより、金属−炭素粒子複合材としての金属−黒鉛複合材を製造する方法を開示している。この方法では、製造コストが高いという問題がある。
【０００８】
特開２００６−１２３２号公報（特許文献３）は、結晶系カーボン材層と金属層とが積層された複合体をホットプレス焼結することにより、高熱伝導・低熱膨張複合材を製造する方法を開示している。この方法では、複合体の焼結条件の設定が難しいことが課題として考えられる。
【０００９】
国際公開第２０１７／１１０１４０号（特許文献４）は、炭素粒子としての炭素繊維を含有する塗工液を金属箔上にグラビア塗工装置により塗工することにより、金属箔上に炭素繊維層が形成された塗工箔を得る工程と、塗工箔が複数積層された状態の積層体を形成する工程と、積層体を加熱することにより塗工箔を接合一体化する工程とを含む金属−炭素繊維複合材の製造方法を開示している。
【００１０】
金属−炭素粒子複合材を開示したその他の文献として、特開２０１５−２５１５８号公報（特許文献５）、特開２０１５−２１７６５５号公報（特許文献６）及び特開２０１７−１４５４３１号公報（特許文献７）がある。
【００１１】
上記特許文献１及び４に開示の製造方法で得られる金属−炭素粒子複合材は、金属マトリックスからなる金属層と金属マトリックス中に炭素粒子が分散した炭素粒子分散層とが交互に複数積層した状態に接合一体化されたものである。
【００１２】
ここで以下では、このような金属−炭素粒子複合材などの金属−粒子複合材において、金属層及び粒子分散層の積層方向を複合材の厚さ方向と定義し、複合材の厚さ方向に対して垂直な面及びその方向を複合材の平面及び平面方向と定義する。
【００１３】
さらに、粒子が塗工された粒子塗工箔の積層体において、粒子塗工箔の積層方向を積層体の厚さ方向と定義し、積層体の厚さ方向に対して垂直な面及びその方向を積層体の平面及び平面方向と定義する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第５１５０９０５号公報
【特許文献２】特許第４４４１７６８号公報
【特許文献３】特開２００６−１２３２号公報
【特許文献４】国際公開第２０１７／１１０１４０号
【特許文献５】特開２０１５−２５１５８号公報
【特許文献６】特開２０１５−２１７６５５号公報
【特許文献７】特開２０１７−１４５４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述の特許文献４に開示の金属−炭素繊維複合材の製造方法のように、炭素繊維などの炭素粒子を含有した塗工液をグラビア塗工装置により金属箔上に塗工する場合、一般に比較的低粘度の塗工液が用いられる。そのため、炭素粒子が塗工液槽（塗工液パンを含む）内で沈降し易く、特に、大きな粒径の炭素粒子が沈降し易い。したがって、塗工液槽内の塗工液を金属箔上に塗工すると、金属箔上において炭素粒子の分散状態が不均一になるという問題が発生し易い。
【００１６】
炭素粒子の分散状態が不均一な炭素粒子塗工箔を用いて上記特許文献１や４の製造方法に従って金属−炭素粒子複合材を製造すると、複合材の平面方向の物性（例：熱伝導率、線膨張係数）について均一性が損なわれる。
【００１７】
そのため、グラビア塗工装置により塗工を行う場合には、塗工液槽内の塗工液中の炭素粒子の分散状態を均一にするための装置上の工夫が必要であった。
【００１８】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、箔上における粒子の分散状態の均一化を容易に図り得る粒子塗工箔の製造方法、及び、粒子塗工箔を用いた金属−粒子複合材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は以下の手段を提供する。
【００２０】
１）  箔上に粒子が塗工された粒子塗工箔の製造方法であって、
粒子とバインダーとバインダー用溶剤とを含有する塗工液を箔上に塗工し乾燥する工程を含み、
前記粒子の最長軸方向の平均長さが０．１０ｍｍ以上であり、
前記塗工し乾燥する工程では、前記粒子の最長軸方向の平均長さに対して１．５倍以上のギャップ幅を有するバーを備えたバーコーターにより、前記塗工液を前記箔上に塗工する、粒子塗工箔の製造方法。
【００２１】
２）  前記粒子として鱗片状黒鉛粒子が用いられる前項１記載の粒子塗工箔の製造方法。
【００２２】
３）  前記粒子として炭素繊維が用いられる前項１記載の粒子塗工箔の製造方法。
【００２３】
４）  前記バインダーとして、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール及びアクリル系樹脂からなる群より選択される少なくとも一種が用いられる前項１〜３のいずれかに記載の粒子塗工箔の製造方法。
【００２４】
５）  前記箔として金属箔が用いられる前項１〜４のいずれかに記載の粒子塗工箔の製造方法。
【００２５】
６）  前記金属箔がアルミニウム箔である前項５記載の粒子塗工箔の製造方法。
【００２６】
７）  前項５又は６記載の粒子塗工箔の製造方法により得られた粒子塗工箔が複数積層された状態の積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼結する工程とを含む金属−粒子複合材の製造方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は以下の効果を奏する。
【００２８】
前項１では、粒子の最長軸方向の平均長さが０．１０ｍｍ以上であることにより、例えば、粒子塗工箔を用いて製造される金属−粒子複合材の高熱伝導率化を図り得る。
【００２９】
さらに、所定のギャップ幅を有するバーを備えたバーコーターを塗工装置として用いることにより、比較的高粘度の塗工液を用いて塗工を行えるし、塗工液を箔上に塗工する際において箔とバーとの接点部での粒子の詰まりを抑制できる。これにより、箔上における粒子の分散状態の均一化を容易に図ることができる。
【００３０】
したがって、前項１の製造方法により製造される粒子塗工箔は、金属−炭素粒子複合材などの機能性材料を製造するための中間材料として好適に用いることができる。
【００３１】
前項２では、粒子として鱗片状黒鉛粒子が用いられることにより、例えば、粒子塗工箔を用いて製造される金属−炭素粒子複合材（詳述すると金属−鱗片状黒鉛粒子複合材）の更なる高熱伝導率化を図り得る。
【００３２】
前項３では、粒子として炭素繊維が用いられることにより、例えば、粒子塗工箔を用いて製造される金属−炭素粒子複合材（詳述すると金属−炭素繊維複合材）の低線膨張率化を図り得る。
【００３３】
前項４では、粒子の箔への結着性を確実に確保できるし、例えば、粒子塗工箔を用いて製造される金属−粒子複合材中におけるバインダーの残留を確実に抑制できる。
【００３４】
前項５では、箔として金属箔が用いられることにより、例えば、粒子塗工箔を用いて金属−粒子複合材を製造できる。
【００３５】
前項７では、金属箔がアルミニウム箔であることにより、例えば、粒子塗工箔を用いて、高い加工性を有する軽量な金属−粒子複合材であるアルミニウム−粒子複合材を製造できる。
【００３６】
前項７では、高い熱伝導率を有する金属−粒子複合材を安価なプロセスで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る金属−粒子複合材としての金属−炭素粒子複合材の製造工程の流れ図である。
【図２】図２は、炭素粒子塗工箔の製造工程を説明する概略図である。
【図３】図３は、炭素粒子の最長軸方向の長さを説明するための、幾つかの炭素粒子の形状の概略図である。
【図４】図４は、バーコーターにおける第１形態のバーの概略正面図である。
【図５】図５は、バーコーターにおける第２形態のバーの概略正面図である。
【図６】図６は、バーコーターにおける第３形態のバーの概略正面図である。
【図７】図７は、同炭素粒子塗工箔の条材を裁断するときの概略図である。
【図８】図８は、同炭素粒子塗工箔の積層体の概略正面図である。
【図９】図９は、同積層体を加圧加熱焼結装置により焼結する場合の概略図である。
【図１０】図１０は、金属−炭素粒子複合材の概略断面図である。
【図１１】図１１は、同炭素粒子塗工箔の積層体を、炭素粒子塗工箔の条材をロール状に複数回巻いて形成する場合の概略図である。
【図１２】図１２は、同積層体を押出加工装置のコンテナ内に装填した状態の概略図である。
【図１３】図１３は、同押出加工装置により同積層体を押出加工する途中の状態の概略図である。
【図１４】図１４は、バーコーターのもう一つの例の概略図である。
【図１５】図１５は、冷却器の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００３９】
本発明の一実施形態に係る金属−粒子複合材の製造方法は、図１０に示す金属−炭素粒子複合材１０を金属−粒子複合材として製造するものである。したがって、本実施形態では、固体粒子として炭素粒子が用いられており、箔として金属箔が用いられている。
【００４０】
なお同図では、複合材１０の内部構造を理解し易くするため、複合材１０の断面に付されるハッチングは省略されている。
【００４１】
複合材１０は、金属マトリックス１３と金属マトリックス１３中に分散した多数の炭素粒子１とを含むものである。詳述すると、複合材１０は、金属マトリックス１３からなる金属層１２と金属マトリックス１３中に炭素粒子１が分散した炭素粒子分散層１１とが交互に複数積層された状態で接合一体化（詳述すると焼結一体化）されたものである。各金属層１２中には炭素粒子１は実質的に存在していない。
【００４２】
ここで本実施形態では、説明の便宜上、金属層１２と炭素粒子分散層１１との積層方向を複合材１０の厚さ方向と定義し、複合材１０の厚さ方向に対して垂直な面及びその方向を複合材１０の平面及び平面方向と定義する。したがって、複合材１０の各炭素粒子分散層１１は、金属マトリックス１３中に炭素粒子１が複合材１０の平面方向に分散したものである。
【００４３】
図１に示すように、複合材１０の製造方法は、箔としての金属箔７上に粒子としての炭素粒子１が塗工された炭素粒子塗工箔８を粒子塗工箔として製造する工程Ｓ１（この工程を以下では「炭素粒子塗工箔８の製造工程Ｓ１」ともいう）と、炭素粒子塗工箔８が複数積層された状態の積層体９（図８参照）を形成する工程Ｓ３（この工程を以下では「積層体の形成工程Ｓ３」ともいう）と、積層体９を焼結する工程Ｓ４（この工程を以下では「焼結工程Ｓ４」ともいう）（図９参照）とを含んでいる。
【００４４】
したがって、炭素粒子塗工箔８は、機能性材料である金属−炭素粒子複合材１０を製造するための中間材料として用いられるものである。なお、以下では炭素粒子塗工箔８を単に「塗工箔８」ともいう。
【００４５】
塗工箔８の製造工程Ｓ１は、図２に示すように、所定の塗工液５を金属箔７上に塗工し乾燥する工程（この工程を以下では「塗工乾燥工程Ｓ２」ともいう）を含んでいる。本実施形態では、金属箔７として金属箔７の条材７Ａ（即ち長尺な帯状の金属箔７）が用いられている。さらに、塗工液５が塗工される金属箔７の条材７Ａの塗工予定面７ａは、金属箔７の条材７Ａの厚さ方向の両側の面のうち少なくとも一方であり、本実施形態では金属箔７の条材７Ａの厚さ方向の片側の面であり、詳述すると金属箔７の条材７Ａの上面である。
【００４６】
金属箔７（詳述すると金属箔７の条材７Ａ）の材料は複合材１０のマトリックス１３を形成するものである。金属箔７の種類は限定されるものではなく、特に、金属箔７としてアルミニウム箔又は銅箔が用いられることが望ましい。その理由は、高い熱伝導率を有する複合材を得ることができるからである。特に、金属箔７としてアルミニウム箔が用いられる場合、高い加工性を有する軽量な複合材１０を製造することができる。
【００４７】
金属箔７の条材７Ａの厚さは限定されるものではなく、５〜５００μｍであることが望ましい。金属箔７の条材７Ａの厚さが５μｍ以上であることにより、金属箔７の条材７Ａを容易に製造することができる。金属箔７の条材７Ａの厚さが５００μｍ以下であることにより、高い炭素粒子含有量を有する複合材１０を確実に製造することができる。金属箔７の条材７Ａの厚さの特に望ましい下限は１０μｍであり、特に望ましい上限は５０μｍである。
【００４８】
金属箔７の条材７Ａの幅は限定されるものではなく、例えば１００〜１５００ｍｍである。
【００４９】
図２に示すように、塗工液５は、炭素粒子１とバインダー２とバインダー２用溶剤３とを混合状態に含有するものである。
【００５０】
炭素粒子１の種類は限定されるものではなく、通常、炭素粒子１として、炭素繊維、天然黒鉛粒子（例：鱗片状黒鉛粒子）、人造黒鉛粒子（例：異方性黒鉛粒子、等方性黒鉛粒子）及び熱分解黒鉛粒子からなる群より選択される１種又は複数種が用いられる。
【００５１】
炭素粒子１として炭素繊維が用いられる場合には、複合材１０の低線膨張率化を図り得る。炭素繊維の種類は限定されるものではなく、炭素繊維として、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、カーボンナノファイバー（例：カーボンナノチューブ、気相成長カーボンファイバー）からなる群より選択される１種の炭素繊維又は複数種の混合炭素繊維が用いられることが望ましい。
【００５２】
さらに、炭素繊維として、ＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維のうち特にピッチ系炭素繊維を用いることが望ましい。その理由は、ピッチ系炭素繊維の繊維方向の熱伝導率がＰＡＮ系炭素繊維のそれよりも高く、そのため高い熱伝導率を有する複合材１０を得ることができるからである。
【００５３】
天然黒鉛粒子の種類は限定されるものではなく、特に、天然黒鉛粒子として鱗片状黒鉛粒子が好適に用いられる。この場合、複合材１０の高熱伝導率化を図り得る。
【００５４】
ここで、塗工液５中に含有される炭素粒子１の大きさについて図３を参照して以下に説明する。
【００５５】
図３には、塗工液５中に含有される様々な形状の炭素粒子１の中から任意に選択された幾つかの炭素粒子１の形状が示されている。「Ｌ１」は炭素粒子１の最長軸方向の長さである。また、炭素粒子１の最長軸方向の平均長さを「ＡＬ１」とする。なお、炭素粒子１の最長軸方向の長さＬ１とは、炭素粒子１の最も長い方向の長さを意味する。したがって、炭素粒子１として例えば炭素繊維が用いられる場合、Ｌ１とは炭素繊維の繊維長であり、ＡＬ２とは炭素繊維の平均繊維長である。
【００５６】
また、塗工液５中に含有される炭素粒子１の最短軸方向の長さを「Ｌ２」とし、炭素粒子１の最短軸方向の平均長さを「ＡＬ２」とする。なお、炭素粒子１の最短軸方向の長さＬ２とは、炭素粒子１の最も短い方向の長さを意味する。具体的には、炭素粒子１として例えば鱗片状黒鉛粒子が用いられる場合、Ｌ２とは鱗片状黒鉛粒子の厚さであり、ＡＬ２とは鱗片状黒鉛粒子の平均厚さである。また、炭素粒子１として例えば炭素繊維が用いられる場合、Ｌ２とは炭素繊維の繊維直径であり、ＡＬ２とは炭素繊維の平均繊維直径である。
【００５７】
炭素粒子１の「ＡＬ１」及び「ＡＬ２」は次の方法により算出することができる。
【００５８】
ガラス板上に分散した多数の炭素粒子の中から任意に選択した１００個の炭素粒子を光学顕微鏡により観察し、各炭素粒子の最長軸方向の長さＬ１と最短軸方向の長さＬ２を測定する。そして、Ｌ１の算出平均値を炭素粒子の最長軸方向の平均長さＡＬ１とし、Ｌ２の算出平均値を炭素粒子の最短軸方向の平均長さＡＬ２とする。なお、上述の方法では炭素粒子のＬ２を測定するのが困難な場合などには、金属−炭素粒子複合材１０の任意の断面を電子顕微鏡により観察し、当該断面に露出した多数の炭素粒子の中から任意に選択した１００個の炭素粒子の最短軸方向の長さＬ２を測定し、そしてＬ２の算術平均値を炭素粒子の最短軸方向の平均長さＡＬ２としてもよい。
【００５９】
塗工液５中に含有される炭素粒子１において、炭素粒子１の最長軸方向の平均長さＡＬ１は０．１０ｍｍ以上でなければならない（即ちＡＬ１≧０．１０ｍｍ）。ＡＬ１が０．１０ｍｍ以上であることにより、複合材１０の内部において炭素粒子１と金属マトリックス１３との間の界面熱抵抗を小さくすることができ、これにより、複合材１０の熱伝導率を高めることができる。ＡＬ１の特に望ましい下限は０．１５ｍｍである。
【００６０】
ＡＬ１の上限は限定されるものではなく、特に１ｍｍであることが望ましい。ＡＬ１が１ｍｍ以下である場合、金属箔７の条材７Ａの塗工予定面７ａ内における炭素粒子１の最長軸方向が比較的ランダムになった状態で炭素粒子１を金属箔７の条材７Ａ上に塗工することができ、そのため、複合材１０の平面方向の物性（例：熱伝導率、線膨張係数）についての異方性を確実に緩和できる。
【００６１】
炭素粒子１として鱗片状黒鉛粒子が用いられる場合、鱗片状黒鉛粒子の平均アスペクト比（ＡＬ１／ＡＬ２）は限定されるものではない。ここで、一般的に鱗片状黒鉛粒子のアスペクト比が大きい方が鱗片状黒鉛粒子の熱伝導率が高いことから、複合材１０の熱伝導率を高めるためには鱗片状黒鉛粒子の平均アスペクト比はなるべく大きい方が望ましく、特に３０以上であることが良い。平均アスペクト比の望ましい上限は限定されるものではなく、例えば１００である。
【００６２】
炭素粒子１として炭素繊維が用いられる場合、炭素繊維の繊維直径は限定されるものではなく、炭素繊維の平均繊維直径は例えば０．１ｎｍ〜２０μｍである。炭素繊維がＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維の少なくとも一方である場合には、炭素繊維は例えばチョップドファイバー及びミルドファイバーの少なくとも一方であってその平均繊維直径が５〜１５μｍであることが望ましい。炭素繊維が気相成長カーボンファイバーである場合、その平均繊維直径は例えば０．１ｎｍ〜２０μｍである。
【００６３】
バインダー２は、炭素粒子１に金属箔７の条材７Ａへの結着力を付与するものである。バインダー２の種類は限定されるものではなく、バインダー２として通常、樹脂が用いられる。好ましくは、バインダー２として、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂からなる群より選択される少なくとも一種が用いられる。この場合、金属箔７の条材７Ａへの炭素粒子１の結着性を確実に確保できるし、更に、複合材１０中におけるバインダー２の残留を確実に抑制できる。
【００６４】
溶剤３はバインダー２を溶解するものである。溶剤３の種類は限定されるものではなく、具体的には、溶剤３として、親水性溶剤（例：イソプロピルアルコール、水）、有機溶剤などが用いられる。
【００６５】
炭素粒子１とバインダー２と溶剤３は、図２に示すように混合容器４ａ内に入れられて撹拌混合器４ｂにより撹拌混合される。これにより、炭素粒子１とバインダー２と溶剤３とを混合状態に含有する塗工液５が調製される。炭素粒子１は塗工液５中に均一に分散していることが望ましい。なお、塗工液５を調製する際には必要に応じて分散剤（図示せず）、表面調整剤（図示せず）等の所定の添加剤が塗工液５中に添加される。
【００６６】
撹拌混合器４ｂとしては、ディスパー、プラネタリーミキサー、ビーズミルなどが用いられる。
【００６７】
図２に示すように、塗工乾燥工程Ｓ２では、ウエブとしての金属箔７の条材７Ａ（即ち長尺な金属箔７）を巻き出す巻出しロール２３と、金属箔７の条材７Ａ（炭素粒子塗工箔８の条材８Ａ）を巻き取る巻取りロール２４とを用いたロールｔｏロール方式の塗工乾燥機２０により、塗工液５が金属箔７の条材７Ａ（詳述すると金属箔７の条材７Ａの塗工予定面７ａ）上にその長さ方向に連続的に層状に塗工され乾燥される。
【００６８】
塗工乾燥機２０は、塗工手段としてのバーコーター３０、乾燥手段として例えば乾燥炉２１などを具備している。バーコーター３０と乾燥炉２１は、巻出しロール２３と巻取りロール２４との間における金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆの中間位置に順次並んで設置されている。金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆがバーコーター３０による塗工液５（炭素粒子１）の塗工方向Ｄである。
【００６９】
バーコーター３０は、金属箔７の条材７Ａ上に塗工液５を計量（ドクトリング）して塗工するものであり、ロッドコーターとも称される。
【００７０】
バーコーター３０は、バー３３、バックアップ部材３２、塗工液５をバー３３に供給する塗工液供給手段３１などを備えている。
【００７１】
バー３３は所定のギャップ幅Ｇｗと所定のギャップ深さＧｄを有している。図２では、バー３３は、金属箔７の条材７Ａの塗工予定面７ａ側すなわち金属箔７の条材７Ａの上面側において金属箔７の条材７Ａをその幅方向の全体に亘って横断する態様にして配置されている。
【００７２】
バックアップ部材３２は、金属箔７の条材７Ａの下面側においてバー３３に対向して配置されており、本実施形態では略平板状である。
【００７３】
バー３３としては、図４に示したバー３３Ａ（これを説明の便宜上「第１形態のバー３３Ａ」という）や、図５に示したバー３３Ｂ（これを説明の便宜上「第２形態のバー３３Ｂ」という）が好適に用いられる。
【００７４】
第１形態のバー３３Ａ（図４参照）は、バー３３Ａの外周面に螺旋状の溝３３ａがバー３３Ｂの軸方向に等ピッチで形成されたものである。詳述すると、バー３３Ａは、断面円形状のバー本体（心棒）３４ａに断面円形状の針金３５が隙間を開けて（即ちギャップ巻きで）且つ等ピッチで螺旋状に巻き付けられたものである。
【００７５】
バー３３Ａの外周面における針金３５の各巻き線部３５ａ間に形成された上述の螺旋状の溝３３ａが、金属箔７の条材７Ａとバー本体３４ａとの間のギャップを構成している。バー３３Ａの軸方向における溝３３ａの幅、すなわちバー３３Ａの軸方向における針金３５の巻き線部３５ａ間の隙間の幅がギャップ幅Ｇｗであり、バー３３Ａの半径方向における溝３３ａの深さ（即ち、針金３５の巻き線部３５ａの直径）がギャップ深さＧｄである。
【００７６】
第２形態のバー３３Ｂ（図５参照）は、バー３３Ｂの外周面に複数（詳述すると多数）の円環状の溝３３ｂがバー３３Ｂの軸方向に等ピッチで形成されたものである。詳述すると、バー３３Ｂは、断面円形状のバー本体（心棒）３４ｂに複数の円環状のリング部３６がその内側にバー本体３４ｂが挿通された状態でバー本体３４ｂ（バー３３Ｂ）の軸方向に等ピッチで固定状態に設けられたものである。
【００７７】
バー３３Ｂの外周面における各リング部３６間に形成された上述の円環状の溝３３ｂが、金属箔７の条材７Ａとバー本体３４ｂとの間のギャップを構成している。バー３３Ｂの軸方向における溝３３ｂの幅、すなわちバー３３Ｂの軸方向におけるリング部３６間の隙間の幅がギャップ幅Ｇｗであり、バー３３Ｂの半径方向における溝３３ｂの深さがギャップ深さＧｄである。
【００７８】
リング部３６の幅Ｒｗは限定されるものではなく、通常、０．２〜１ｍｍの範囲に設定される。
【００７９】
ここで、バーコーター３０のバー３３として図６に示したバー３３Ｃ（これを説明の便宜上「第３形態のバー３３Ｃ」という）が知られている。このバー３３Ｃは、断面円形状のバー本体（心棒）３４ｃに断面円形状の針金３５が隙間を開けないで（即ちクローズ巻きで）螺旋状に巻き付けられたものであり、したがってバー３３Ｃのギャップ幅Ｇｗは０ｍｍである。しかし、このバー３３Ｃは使用できない。その理由は後述する。
【００８０】
塗工液供給手段３１は、図２に示すように、塗工液５を収容した塗工液槽３１ａとしての塗工液パン３１ｂを備えている。そして、塗工液供給手段３１は、パン３１ｂ内から塗工液５がバー３３の上流側の液溜め部３８に溜められることで塗工液５がバー３３に連続的に供給されるように構成されている。図２では、液溜め部３８は、バー３３の上流側における金属箔７の条材７Ａとバー３３の外周面との間の隅部からなる。なお、バー３３の上流側とは、金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆに対するバー３３の上流側を意味する。
【００８１】
乾燥炉２１は、バーコーター３０（詳述するとバーコーター３０のバー３３）の下流側に設置されており、バーコーター３０により金属箔７の条材７Ａ上に塗工された塗工液５を加熱乾燥することで塗工液５中の溶剤３などの液成分を蒸発除去するものである。なお、バーコーター３０（バー３３）の下流側とは、金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆに対するバーコーター３０（バー３３）の下流側を意味する。
【００８２】
塗工乾燥工程Ｓ２では、巻出しロール２３から巻き出された金属箔７の条材７Ａは、バーコーター３０と乾燥炉２１を順次通過するように送られたのち巻取りロール２４に巻き取られる。
【００８３】
塗工液５は、金属箔７の条材７Ａがバーコーター３０のバー３３の位置を略水平に通過する際に、バー３３によって金属箔７の条材７Ａ（詳述すると金属箔７の条材７Ａの塗工予定面７ａ）上にその幅方向の略全体に亘ってその長さ方向に連続的に層状に計量塗工される。
【００８４】
そして、金属箔７の条材７Ａが乾燥炉２１を通過する際に塗工液５中の溶剤３などの液成分が蒸発除去される。これにより、金属箔７の条材７Ａ上に炭素粒子１がその略全体に亘って塗工された炭素粒子塗工箔８の条材８Ａが得られる。そして、塗工箔８の条材８Ａが巻取りロール２４に巻き取られる。
【００８５】
次に、バー３３のギャップ幅Ｇｗとギャップ深さＧｄの規定について以下に説明する。
【００８６】
バー３３のギャップ幅Ｇｗは炭素粒子１の最長軸方向の平均長さＡＬ１に対して１．５倍以上（即ちＧｗ≧１．５×ＡＬ１）でなければならない。
【００８７】
Ｇｗが上述のように規定されていない場合、塗工液５を金属箔７の条材７Ａ上に塗工する際に塗工液５中の炭素粒子１がバー３３のギャップ（第１形態のバー３３Ａの溝３３ａ、第２形態のバー３３Ｂの溝３３ｂ）を金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆの上流側から下流側に通過しにくく、そのため、金属箔７の条材７Ａとバー３３との接点部Ｃでの炭素粒子１の詰まりが発生し易い。
【００８８】
炭素粒子１の詰まりが発生した場合、金属箔７の条材７Ａ上にその流れ方向Ｆに沿って塗工スジが生じる。塗工スジが生じた状態では、塗工箔８の条材８Ａ上における炭素粒子１の分散状態は不均一になっている。そのため、このような塗工箔８を用いて金属−炭素粒子複合材１０を製造すると、複合材１０の平面方向の物性について均一性が損なわれる場合がある。
【００８９】
これに対し、Ｇｗが上述のように規定される場合、塗工液５中の炭素粒子１がバー３３のギャップ（第１形態のバー３３Ａの溝３３ａ、第２形態のバー３３Ｂの溝３３ｂ）を金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆの上流側から下流側に確実に通過し、そのため、炭素粒子１の詰まりを抑制できる。これにより、塗工箔８の条材８Ａ上における炭素粒子１の分散状態の均一化を図り得る。
【００９０】
なお、金属箔７の条材７Ａ上におけるバー３３の巻き線部３５ａ又はリング部３６の位置の下流側部分では、塗工液５がバー３３のギャップを通過した直後に塗工液５が金属箔７の条材７Ａ上で条材７Ａの幅方向に広がることにより、巻き線部３５ａ又はリング部３６による塗工スジは消滅する。
【００９１】
第３形態のバー３３Ｃ（図６参照）は、Ｇｗが上述のように規定されないので使用できない。さらに、図示していないが、外周面に溝が形成されていないバー（即ち平棒状のバー）もＧｗが上述のように規定されないので使用できない。
【００９２】
Ｇｗの特に望ましい下限は炭素粒子１の最長軸方向の平均長さＡＬ１に対して３倍である。
【００９３】
Ｇｗの上限は限定されるものではなく、特に１００ｍｍであることが望ましい。Ｇｗが１００ｍｍ以下である場合、金属箔７の条材７Ａとバー３３との接点部Ｃに掛かる圧力による金属箔７の条材７Ａの破れを確実に抑制することができる。Ｇｗの特に望ましい上限は５０ｍｍであり、更に望ましい上限は１０ｍｍである。
【００９４】
バー３３のギャップ深さＧｄは限定されるものではないが、炭素粒子１の最短軸方向の平均長さＡＬ２に対して１倍超（即ちＧｄ＞１×ＡＬ２）であることが望ましい。この場合、金属箔７の条材７Ａとバー３３との接点部Ｃでの炭素粒子１の詰まりを確実に抑制することができる。
【００９５】
したがって、例えば、最長軸方向の平均長さＡＬ１が０．１５ｍｍで平均アスペクト比（ＡＬ１／ＡＬ２）が３０である鱗片状黒鉛粒子が炭素粒子１として用いられる場合、ＡＬ１が０．１５ｍｍなのでＧｗは０．２２５ｍｍ以上でなければならず、またＡＬ２が０．００５ｍｍなのでＧｄは０．００５ｍｍ超（即ちＧｄ＞１×ＡＬ２）であることが望ましい。さらに、Ｇｄの上限は２ｍｍ（即ちＧｄ≦４００×ＡＬ２）であることが特に望ましい。Ｇｄが２ｍｍ以下である場合、金属箔７の条材７Ａとバー３３との接点部Ｃに掛かる圧力による金属箔７の条材７Ａの破れを確実に抑制することができる。Ｇｄの更に望ましい上限は１ｍｍ（即ちＧｄ≦２００×ＡＬ２）である。Ｇｄの望ましい下限は上述のように０．００５ｍｍ超（即ちＧｄ＞１×ＡＬ２）であり、Ｇｄの特に望ましい下限は０．３ｍｍ（即ちＧｄ≧６０×ＡＬ２）である。
【００９６】
バーコーター３０による塗工液５の塗工の際にバー３３はその軸を中心に回転させても良いし回転させなくても良い。特に、バー３３を回転させることが望ましい。この場合、接点部Ｃで詰まりかけた炭素粒子１がバー３３のギャップ（３３ａ、３３ｂ）を通過するようになり、そのため炭素粒子１の詰まりの抑制に寄与する。バー３３を回転させる場合、バー３３の回転方向は金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆに対して同じ方向であって良いし逆方向であっても良い。
【００９７】
塗工液５を調製する際には、塗工液５中に含有される炭素粒子１として、所定の網目サイズを有する篩を通過させた炭素粒子１を用いることにより、大きすぎる炭素粒子を塗工液５中に含有させないようにすることが望ましい。この場合、炭素粒子１の詰まりを確実に抑制できる。
【００９８】
塗工液５の粘度は限定されるものではなく、特に２５℃で１０００〜２００００ｍＰａ・ｓであることが望ましい。
【００９９】
塗工液５の粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上である場合、粘度が比較的高いので、塗工液パン３１ｂなどの塗工液槽３１ａ内での炭素粒子１の沈降を確実に抑制できる。
【０１００】
塗工液５の粘度が２００００ｍＰａ・ｓ以下である場合、塗工液５がバー３３のギャップを通過した直後に塗工液５が金属箔７の条材７Ａ上で条材７Ａの幅方向に確実に広がるため、バー３３の巻き線部３５ａ又はリング部３６による塗工スジの発生を確実に抑制できる。そのため、塗工箔８の条材８Ａ上における炭素粒子１の分散状態の均一化を確実に図り得る。
【０１０１】
バーコーター３０による金属箔７の条材７Ａ上への炭素粒子塗工量は限定されるものではなく、例えば１〜１００ｇ／ｍ２の範囲に設定される。
【０１０２】
図７に示すように、積層体９の形成工程Ｓ３では、まず巻取りロール２４から巻き出された塗工箔８の条材８Ａを裁断機２９により所定形状（例：略方形状）に裁断する。これにより、塗工箔８の条材８Ａから所定形状（例：略方形状）の塗工箔８を切り出す。すなわち、塗工箔８は塗工箔８の条材８Ａを裁断した裁断片からなるものである。
【０１０３】
次いで、図８に示すように塗工箔８を複数積層する。これにより、塗工箔８が複数積層された状態の積層体９を形成する。積層体９はプリフォーム（焼結素材）として用いられる。
【０１０４】
積層体９を形成するための塗工箔８の積層枚数は限定されるものではなく、所望する複合材１０の厚さなどに対応して設定され、例えば１０〜１００００枚である。
【０１０５】
焼結工程Ｓ４では、積層体９を所定の焼結装置によって所定の焼結雰囲気中にて加熱することにより焼結し、これより複数の塗工箔８を接合一体化（詳述すると焼結一体化）する。焼結雰囲気としては非酸化性雰囲気（真空を含む）などが適用される。
【０１０６】
積層体９の焼結方法は、真空ホットプレス法、放電プラズマ焼結法、熱間静水圧焼結法（ＨＩＰ法）、押出法、圧延法などから選択される。なお、放電プラズマ焼結法はパルス通電焼結法とも呼ばれている。
【０１０７】
具体的には、図９に示すように、例えば、焼結装置としての加圧加熱焼結装置（例：真空ホットプレス装置、放電プラズマ焼結装置）４０の焼結室４１内に積層体９を配置し、そして所定の焼結雰囲気中にて積層体９をその厚さ方向（即ち塗工箔８の積層方向）に加圧しながら加熱することにより積層体９を焼結する。その結果、図１０に示した上述の金属−炭素粒子複合材１０が得られる。
【０１０８】
積層体９への加圧は、例えば、焼結装置４０に備えられた一対の押圧パンチ４２、４２で積層体９をその厚さ方向に挟圧することにより行われる。
【０１０９】
積層体９を焼結するための積層体９の加熱温度、即ち積層体９の焼結温度は限定されるものではなく、通常、金属箔７の金属材料の融点以下の温度に設定され、特に、金属材料の融点と当該融点よりも約５０℃低い温度との間の温度に設定されることが望ましい。この場合、積層体９を確実に焼結できる。
【０１１０】
積層体９中に存在するバインダー２は、焼結工程Ｓ４において積層体９の温度が略室温から焼結温度まで上昇するように積層体９を加熱する途中で昇華又は熱分解により消失して積層体９から除去される。
【０１１１】
焼結工程Ｓ４では、積層体９が上述のように加熱されることにより、各塗工箔８の金属箔７の金属材料の一部が各塗工箔８の炭素粒子１間に浸透して炭素粒子１間の隙間が略消滅する。さらに、各塗工箔８の金属箔７の金属材料が金属マトリックス１３を形成するとともに、各塗工箔８の炭素粒子１は金属マトリックス１３中に分散した状態になる。
【０１１２】
したがって、複合材１０では、上述したように、金属マトリックス１３からなる金属層１２と金属マトリックス１３中に炭素粒子１が複合材１０の平面方向に分散した炭素粒子分散層１１とが交互に複数積層した状態に接合一体化（焼結一体化）されている。
【０１１３】
図１１〜１３は、積層体の形成工程Ｓ３と焼結工程Ｓ４とを、上述の方法とは異なる方法で行う場合について説明する図である。
【０１１４】
図１１に示した積層体の形成工程Ｓ３では、巻取りロール２４から巻き出された塗工箔８の条材８Ａをロール状に複数回巻くことにより、塗工箔８が複数積層された状態の積層体（ロール体）９Ａを形成する。この積層体９Ａではその半径方向が塗工箔８の積層方向に対応する。
【０１１５】
次いで、図１２に示すように、積層体９Ａを押出加工装置５０のコンテナ５１内に積層体９Ａの軸方向が押出加工装置５０の押出方向Ｅと平行になるように装填する。なお、積層体９Ａをコンテナ５１内に装填する前に、必要に応じて、積層体９Ａの外周面を金属製外装体（図示せず）で覆っても良いし、積層体９Ａの軸方向の端面を金属製蓋体（図示せず）で覆っても良い。外装体及び蓋体の材料は金属箔７の金属材料と同種であることが望ましい。
【０１１６】
次いで、図１３に示すように、積層体９Ａを加熱しながら押出加工装置５０に備えられたステム５２によって積層体９Ａを押出方向Ｅに押圧し、これにより、押出加工装置５０の押出ダイス５３の押出成形孔５４に積層体６Ａを押し込んで押出成形孔５４から押し出す。積層体９Ａは押出成形孔５４を通過する際に積層体９Ａの半径方向（即ち塗工箔８の積層方向）に加圧されながら焼結される。その結果、棒状の金属−炭素粒子複合材１０Ａが得られる。
【０１１７】
この複合材１０Ａでは、複合材１０Ａ中に存在する炭素粒子１は、複合材１０Ａの軸方向（即ち積層体９Ａの押出方向Ｅ）に配向した状態に複合材１０Ａの金属マトリックス中に分散している。
【０１１８】
上述した塗工乾燥工程Ｓ２において、バーコーター３０は図２に示した構成のものであることに限定されず、その他に例えば、図１４に示した構成のバーコーター３０Ａであっても良い。
【０１１９】
同図のバーコーター３０Ａは、上述のバー３３と更に塗工液供給手段３１Ａとを備えている。
【０１２０】
塗工液供給手段３１Ａは、アプリケーターロール３１ｄ、塗工容器３１ｃなどを備えている。バー３３はその下側から支持部材３１ｅで支持されている。アプリケーターロール３１ｄ、バー３３及び支持部材３１ｅは塗工容器３１ｃ内に配置されている。
【０１２１】
塗工容器３１ｃには塗工液５を塗工容器３１ｃ内に供給する供給管３１ｆと塗工容器３１ｃ内の塗工液５を排出する排出管３１ｇとが接続されている。符号「３９」は押さえロールである。
【０１２２】
このバーコーター３０Ａでは、塗工容器３１ｃ内の塗工液５は最初に、回転しているアプリケーターロール３１ｄにより金属箔７の条材７Ａ（詳述すると金属箔７の条材７Ａの塗工予定面７ａ）上に厚い層状に塗布される。同図では、塗工予定面７ａは金属箔７の条材７Ａの下面である。
【０１２３】
次いで、金属箔７の条材７Ａ上に塗布された塗工液５がバー３３により計量塗工される。この際にバー３３はその軸を中心に回転させても良いし回転させなくても良い。バー３３を回転させる場合、バー３３の回転方向は金属箔７の条材７Ａの流れ方向Ｆに対して同じ方向であって良いし逆方向であっても良い。
【０１２４】
而して、本実施形態では、上述したように塗工箔８上における炭素粒子１の分散状態の均一化が図られているので、塗工箔８を用いて製造された金属−炭素粒子複合材１０（図１０参照）はその平面方向の物性（例：熱伝導率、線膨張係数）について高い均一性を有している。そのため、冷熱サイクル等の温度変化に対して高い信頼性を有している。
【０１２５】
したがって、複合材１０は、例えば、図１５に示すように、発熱体（二点鎖線で示す）６６を冷却する冷却器６０を構成する複数の構成部材のうち少なくとも一つの構成部材の材料として好適に使用することができる。
【０１２６】
冷却器６０は複数の構成部材として、例えば、配線層６１、絶縁層６２、緩衝層６３及び放熱部材（冷却部材を含む）６４を備えている。そして、この記載の順にこれらが積層された状態で所定の接合手段（例：ろう付け）により接合一体化され、これにより冷却器６０が形成されている。
【０１２７】
発熱体６６としては、例えば、パワーモジュールチップ等の発熱性素子（半導体素子を含む）が挙示される。発熱体６６がパワーモジュールチップである場合、冷却器６０はパワーモジュール用冷却器である。さらに、冷却器６０は、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、電車などの車両に搭載されて用いられ、あるいは風力発電、太陽光発電などのエネルギー分野において電池用冷却器などとして用いられる。
【０１２８】
配線層６１の上面からなる搭載面６１ａには発熱体６６がはんだ層（二点鎖線で示す）６７で接合搭載される。絶縁層６２は電気絶縁性を有しており、通常、セラミックからなる。緩衝層６３は、冷却器６０に発生する熱応力等の応力を緩和するための層である。放熱部材６４は、発熱体６６から配線層６１、絶縁層６２及び緩衝層６３を通って伝導してきた熱を放散することで発熱体６６を冷却するための部材であり、例えば同図に示すように複数の放熱フィン６４ａを有するヒートシンクからなる。
【０１２９】
なお本発明では、放熱部材６４はヒートシンクであることに限定されるものではなく、その他に例えば、放熱板であっても良いし、内部に冷却液流通路が設けられた液冷式冷却部材であっても良い。
【０１３０】
上述の冷却器６０では、詳述すると、上述した複数の構成部材６１〜６４のうち絶縁層６２を除く構成部材（即ち、配線層６１、緩衝層６３及び放熱部材６４）からなる群より選択される少なくとも一つが本実施形態の複合材１０製である。したがって、冷却器６０は、冷熱サイクル等の温度変化に対して高い信頼性（例：高い接合信頼性）を有している。
【０１３１】
ここで本発明では、複合材１０は上述の冷却器６０の材料として使用されるものに限定されるものではなく、その他に、照明器具の材料、携帯・モバイル端末の材料、ヒートスプレッダーの材料、電池モジュールの材料などとしても使用することができる。
【０１３２】
以上で本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。
【０１３３】
本発明では、塗工液が塗工される金属箔は、上記実施形態に示したように金属箔７の条材７Ａ（即ち長尺な帯状の金属箔７）であることが望ましいが、これに限定されず、その他に例えば条材状ではない金属箔（例えは、予め設定された長さ寸法及び幅寸法を有する略方形状の金属箔）であっても良い。
【０１３４】
また本発明では、塗工液が塗工される箔は金属箔であることに限定されるものではなく、金属箔以外の箔であってもよく、例えばプラスチック箔であっても良い。
【０１３５】
さらに本発明では、粒子は炭素粒子であることに限定されるものではなく、炭素粒子以外の粒子であってもよく、例えばセラミック粒子であってもよい。粒子がセラミック粒子である場合、セラミック粒子として窒化ホウ素粒子、窒化アルミ粒子などが用いられる。
【０１３６】
また、本発明に係る粒子塗工箔の製造方法により得られる粒子塗工箔は、上記実施形態に示したように金属−炭素粒子複合材などの機能性材料を製造するための中間材料として用いられるものであってもよいし、当該粒子塗工箔自体が機能性材料として用いられるものであってもよい。
【実施例】
【０１３７】
本発明の具体的な実施例及び比較例を以下に示す。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【０１３８】
＜実施例１＞
炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子と、バインダーとしてのポリエチレンオキサイドの１０質量％水溶液及びポリビニルアルコールの１０質量％水溶液と、溶剤としてのイソプロピルアルコール及び水と、分散剤と、表面調整剤とを混合容器内に入れてディスパーにより撹拌混合して塗工液を調製した。塗工液の粘度は２５℃で５０００ｍＰａ・ｓであった。
【０１３９】
鱗片状黒鉛粒子の最長軸方向の平均長さＡＬ１は０．１５ｍｍであり、その平均アスペクト比（ＡＬ１／ＡＬ２）は３０であり、したがってその最短軸方向の平均長さＡＬ２は０．００５ｍｍであった。塗工液に含まれる鱗片状黒鉛粒子の含有量は、バインダーと鱗片状黒鉛粒子との合計質量に対して９０質量％であった。
【０１４０】
アルミニウム箔（Ａｌ箔）の条材上に塗工液をロールｔｏロール方式の塗工乾燥機のバーコーターにより塗工しそして塗工乾燥機の乾燥炉により乾燥温度１３０℃で乾燥した。これにより、鱗片状黒鉛粒子塗工箔の条材を製造した。塗工箔の鱗片状黒鉛粒子塗工量は２０ｇ／ｍ２であった。
【０１４１】
アルミニウム箔の材質はＪＩＳ（日本工業規格）アルミニウム合金番号１Ｎ３０であり、その厚さは２０μｍ及びその幅は３００ｍｍであった。また、塗工液が塗工されるアルミニウム箔の条材の塗工予定面はアルミニウム箔の条材の上面であった。バーコーターによる塗工液の塗工速度（即ちアルミニウム箔の条材の流れ速度）は１ｍ／ｍｉｎであった。
【０１４２】
バーコーターの構成は次のとおりであった。
【０１４３】
バーコーターのバーとして図４に示したバー３３Ａを用いた。バー３３Ａのギャップ幅Ｇｗは０．２２５ｍｍであり、針金３５の巻き線部３５ａの直径すなわちギャップ深さＧｄは０．５１ｍｍであった。したがって、ＧｗはＡＬ１に対して１．５倍であった。
【０１４４】
次いで、塗工箔の条材を正方形状（その寸法：縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ）に裁断し、これにより塗工箔の条材から正方形状の塗工箔を複数切り出した。そして、塗工箔を２００枚積層することで積層体を形成した。
【０１４５】
次いで、加圧加熱焼結装置としての放電プラズマ焼結装置により真空雰囲気中にて積層体をその厚さ方向（即ち塗工箔の積層方向）に加圧しながら所定の焼結条件で加熱することにより積層体を焼結した。これにより、金属−炭素粒子複合材としてのアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合材を得た。複合材の厚さは約５ｍｍであった。
【０１４６】
焼結条件は次のとおりであった。
【０１４７】
焼結温度は６２０℃、焼結温度の保持時間（即ち焼結時間）は３時間、室温からの昇温速度は２０℃／ｍｉｎ、積層体への加圧力は２０ＭＰａ、真空度は３Ｐａであった。また、積層体を室温から焼結温度６２０℃まで加熱する途中で昇温を一旦停止することで、積層体からのバインダーの除去を行った。この際に適用したバインダーの除去条件は次のとおりであった。
【０１４８】
バインダーを除去するための積層体の加熱温度は４５０℃、その保持時間は３０ｍｉｎであった。
【０１４９】
複合材の焼結状態は良好であった。さらに、複合材は、金属マトリックスとしてのアルミニウムが鱗片状黒鉛粒子間に十分に浸透しており、複合材の内部に空隙が殆ど存在しておらず、複合材の密度は複合材の理論密度の９９％であった。
【０１５０】
また、複合材の平面方向の熱伝導率は３８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、アルミニウムの熱伝導率よりも高かった。なお、上記熱伝導率は２０℃での値である（以下同じ）。
【０１５１】
また、複合材をパワーモジュール用冷却器の配線層、緩衝層及び放熱部材の材料としてそれぞれ使用して冷却器を製作したところ、冷却器は高い冷却性能を有していた。
【０１５２】
＜実施例２＞
バーコーターのバーのギャップ幅Ｇｗが０．４５ｍｍであることを除いて上記実施例１と同様にアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合材を製造した。塗工箔の鱗片状黒鉛粒子塗工量は２５ｇ／ｍ２であった。ＧｗはＡＬ１に対して３倍であった。
【０１５３】
複合材の焼結状態は良好であった。さらに、複合材は、金属マトリックスとしてのアルミニウムが鱗片状黒鉛粒子間に十分に浸透しており、複合材の内部に空隙が殆ど存在しておらず、複合材の密度は複合材の理論密度の９９％であった。
【０１５４】
また、複合材の平面方向の熱伝導率は４１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、アルミニウムの熱伝導率よりも高かった。
【０１５５】
また、複合材をパワーモジュール用冷却器の配線層、緩衝層及び放熱部材の材料としてそれぞれ使用して冷却器を製作したところ、冷却器は高い冷却性能を有していた。
【０１５６】
＜実施例３＞
鱗片状黒鉛粒子の最長軸方向の平均長さＡＬ１が０．３０ｍｍ（その平均アスペクト比が３０）であり且つバーコーターのバーのギャップ幅Ｇｗが５０ｍｍであることを除いて上記実施例１と同様にアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合材を製造した。塗工箔の鱗片状黒鉛粒子塗工量は２５ｇ／ｍ２であった。バーコーターのバーのギャップ幅ＧｗはＡＬ１に対して１６７倍であった。
【０１５７】
複合材の焼結状態は良好であった。さらに、複合材は、金属マトリックスとしてのアルミニウムが鱗片状黒鉛粒子間に十分に浸透しており、複合材の内部に空隙が殆ど存在しておらず、複合材の密度は複合材の理論密度の９９％であった。
【０１５８】
また、複合材の平面方向の熱伝導率は４４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、アルミニウムの熱伝導率よりも高かった。
【０１５９】
また、複合材をパワーモジュール用冷却器の配線層、緩衝層及び放熱部材の材料としてそれぞれ使用して冷却器を製作したところ、冷却器は高い冷却性能を有していた。
【０１６０】
＜実施例４＞
炭素粒子としての炭素繊維と、バインダーとしてのポリエチレンオキサイドの１０質量％水溶液及びポリビニルアルコールの１０質量％水溶液と、溶剤としてのイソプロピルアルコール及び水と、分散剤と、表面調整剤とを混合容器内に入れてディスパーにより撹拌混合して塗工液を調製した。塗工液の粘度は２５℃で５０００ｍＰａ・ｓであった。
【０１６１】
炭素繊維の最長軸方向の平均長さＡＬ１は０．１５ｍｍであり、その平均アスペクト比（ＡＬ１／ＡＬ２）は１５であり、したがってその最短軸方向の平均長さ（即ち炭素繊維の平均繊維直径）ＡＬ２は０．０１ｍｍであった。塗工液に含まれる炭素繊維の含有量は、バインダーと炭素繊維との合計質量に対して９０質量％であった。
【０１６２】
次いで、塗工液を用いて上記実施例１と同様に金属−炭素粒子複合材としてのアルミニウム−炭素繊維複合材を製造した。塗工箔の炭素繊維塗工量は２０ｇ／ｍ２であった。バーコーターのバーのギャップ幅ＧｗはＡＬ１に対して１．５倍であった。
【０１６３】
複合材の焼結状態は良好であった。さらに、複合材は、金属マトリックスとしてのアルミニウムが炭素繊維間に十分に浸透しており、複合材の内部に空隙が殆ど存在しておらず、複合材の密度は複合材の理論密度の９９％であった。
【０１６４】
また、複合材の平面方向の熱伝導率は２８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、アルミニウムの熱伝導率よりも高かった。
【０１６５】
また、複合材をパワーモジュール用冷却器の配線層、緩衝層及び放熱部材の材料としてそれぞれ使用して冷却器を製作したところ、冷却器は高い冷却性能を有していた。
【０１６６】
＜実施例５＞
金属箔として銅箔（Ｃｕ箔）を用いたことを除いて上記実施例２と同様に金属−炭素粒子複合材としての銅−鱗片状黒鉛粒子複合材を製造した。銅箔の厚さは３０μｍ及びその幅は５００ｍｍであった。塗工箔の鱗片状黒鉛粒子塗工量は２０ｇ／ｍ２であった。バーコーターのバーのギャップ幅ＧｗはＡＬ１に対して３倍であった。
【０１６７】
焼結条件は次のとおりであった。
【０１６８】
焼結温度は９００℃、焼結温度の保持時間（即ち焼結時間）は３時間、室温からの昇温速度は２０℃／ｍｉｎ、積層体への加圧力は２０ＭＰａ、真空度は３Ｐａであった。また、積層体を室温から焼結温度まで加熱する途中で昇温を一旦停止することで、積層体からのバインダーの除去を行った。この際に適用したバインダーの除去条件は次のとおりであった。
【０１６９】
バインダーを除去するための積層体の加熱温度は４５０℃、その保持時間は３０ｍｉｎであった。
【０１７０】
複合材の焼結状態は良好であった。さらに、複合材は、金属マトリックスとしての銅が鱗片状黒鉛粒子間に十分に浸透しており、複合材の内部に空隙が殆ど存在しておらず、複合材の密度は複合材の理論密度の９９％であった。
【０１７１】
また、複合材の平面方向の熱伝導率は４６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、アルミニウムの熱伝導率よりも高かった。
【０１７２】
また、複合材をパワーモジュール用冷却器の配線層、緩衝層及び放熱部材の材料としてそれぞれ使用して冷却器を製作したところ、冷却器は高い冷却性能を有していた。
【０１７３】
＜比較例１＞
バーコーターのバーのギャップ幅Ｇｗが０．１５ｍｍであることを除いて上記実施例１と同様にアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合材の製造を試みた。その結果、塗工を開始してすぐにアルミニウム箔とバーとの接点部で鱗片状黒鉛粒子の詰まりが発生し、塗工を連続して行うことができなかった。なおこの場合では、ＧｗはＡＬ１に対して１倍であった。
【０１７４】
以上の実施例１〜５及び比較例１の結果を表１に示す。
【０１７５】
【表１】
2020089819.tif 000003
【０１７６】
表１中の「焼結状態」欄において、「○」は複合材の焼結状態が良好であったことを意味している。
【０１７７】
「塗工量」、「焼結状態」及び「熱伝導率」欄において、「−」は塗工を連続して行うことができなかったために測定不能又は評価不能であったことを意味している。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、箔上に粒子が塗工された粒子塗工箔の製造方法及び金属−粒子複合材の製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【０１７９】
１：炭素粒子
２：バインダー
３：溶剤
５：塗工液
７：金属箔
７Ａ：金属箔の条材
８：炭素粒子塗工箔
８Ａ：炭素粒子塗工箔の条材
９：積層体
１０：金属−炭素粒子複合材
１１：炭素粒子分散層
１２：金属層
１３：金属マトリックス
２０：塗工乾燥機
２１：乾燥炉
３０、３０Ａ：バーコーター
３３：バー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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