(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部材と、絶縁部材とが積層されたコイルであって、
前記導電部材は、２５℃におけるａ−ｂ面方向のキャリア移動度が９２００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上であって、粘着テープによる表層剥離欠陥がなく、厚さのバラツキが膜厚の３２％以下であるグラファイトシートであり、
前記グラファイトシートの厚さが１００ｎｍ以上９．６μｍ以下であり、
前記グラファイトシートの面積は、９ｍｍ２以上であることを特徴とするコイル。
【請求項２】
前記グラファイトシートは、芳香族高分子フィルムを炭素化した後、温度２５００℃以上で熱処理することによって得られるものである請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記グラファイトシートは、芳香族高分子フィルムを炭素化した後、雰囲気圧力（ゲージ圧）が０．０９ＭＰａ以上、温度３０００℃以上で熱処理することによって得られるものである請求項１または２に記載のコイル。
【請求項４】
前記芳香族高分子がポリイミド、ポリアミド、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール、ポリキナゾリンジオン、ポリベンゾオキサジノン、ポリキナゾロン、ベンズイミダゾベンゾフェナントロリンラダーポリマー、およびこれらの誘導体から選択される少なくとも一種である請求項２または３に記載のコイル。
【請求項５】
前記グラファイトシートの電気伝導度が１５０００Ｓ／ｃｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載のコイル。
【請求項６】
前記グラファイトシートの密度が、１．７ｇ／ｃｍ３以上である請求項１〜５のいずれかに記載のコイル。
【請求項７】
前記グラファイトシートの密度が、２．０ｇ／ｃｍ３以上である請求項１〜６のいずれかに記載のコイル。
【請求項８】
前記グラファイトシートの熱伝導率が１５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１〜７のいずれかに記載のコイル。
【請求項９】
前記グラファイトシートの耐電流密度が２×１０６Ａ／ｃｍ２以上である請求項１〜８のいずれかに記載のコイル。
【請求項１０】
前記絶縁部材の厚さが１０ｎｍ〜１ｍｍである請求項１〜９のいずれかに記載のコイル。
【請求項１１】
前記絶縁部材の一端面に２つの外部電極が形成されている請求項１〜１０のいずれかに記載のコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粘着テープによる表層剥離欠陥がなく、キャリア移動度が高いグラファイトシートを導電材料として用いたコイルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気デバイスの導電材料として、長年、銅が用いられてきた。その理由は、銅が銀に次いで高い電気伝導性を有していること（銅の比抵抗：１．７２×１０-6Ωｃｍ）、銀よりも安価であること、銀よりも耐熱性に優れていること（銀の融点：９６１．７８℃、銅の融点：１０８４．６２℃）などが挙げられる。しかしながら、電気部品をさらに小型化したい、また大電流を流したいという要求が高まるにつれて、銅に代わり得る材料の検討がなされている。
【０００３】
将来の導電材料として注目されている材料の一つにグラファイトがある。グラファイトの比重は２．２６で、銅の比重８．６５のおよそ１／３．８と軽い。また、銅の融点が１０８４℃であるのに対して、グラファイトの分解・昇華温度はおよそ３０００℃であることから、耐電流密度（単位面積当たりに流せる電流）が大きい。さらに、銅に比べてキャリア濃度が小さく、キャリア移動度が大きいことも銅に代わりうる材料となる理由の一つである。キャリア濃度については、銅が８．９×１０22ｃｍ-3であるのに対して、グラファイト単結晶は約１×１０19ｃｍ-3程度と小さく、銅の１／１００００〜１／１０００００であるため、粒界効果や側壁効果の抑制に非常に効果的であると考えられる。一方、キャリア移動度については、銅が１６ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃであるのに対して、グラファイト単結晶のＢａｓａｌ面方向では１２５００〜１４０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃであって、銅の７８０〜８７５倍である（非特許文献１）。このため、グラファイトのＢａｓａｌ面方向の電気伝導度の大きさは、銅のおよそ１／２０と劣るが、銅に比べて温度依存性が小さいので、周囲の温度環境によらず安定した動作が期待できる。このほか、銅の熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、天然グラファイトシートの熱伝導率は、２００〜５００Ｗ／ｍ・Ｋであることから、熱伝導率の点でも銅と同等以上の優れた特性を有している。
【０００４】
以上のような特徴を有するグラファイトを、銅に代わる電気部品の導電材料とすることが検討されている。例えば、特許文献１には、薄膜グラファイトを導電材料に用いたチョークコイル、トランスコイルなどの電気部品が開示されている。特許文献１では、薄膜グラファイトを次のような方法で得ている。まず、矩形ブロック状で高配向のグラファイトの表層面に粘着テープを貼り付け、その後粘着テープを剥離し、一部をグラファイトから離間させる。粘着テープの粘着面側に貼り付いている薄膜のグラファイト素材に対して、さらに別の粘着テープを貼り付け、その後、この粘着テープを剥離し、一部をグラファイト素材から離間させて、さらに薄膜のグラファイト素材を得る。以上の操作を繰り返し行うことにより、所望の厚さ寸法の薄膜グラファイトを得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８７４１５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】松本里香著、炭素ＴＡＮＳＯ、２００３［Ｎｏ．２０９］、ｐ．１７４−１７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には薄膜グラファイトを用いた電気部品が開示されているが、キャリア移動度等、電気部品としての性能は十分ではなく改善の余地がある。
そこで、本発明は、厚さのバラツキが少なく、かつ高いキャリア移動度を有するグラファイトシートを導電部材として用いたコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、前記課題を解決することができた本発明のコイルは、導電部材と、絶縁部材とが積層されたコイルであって、前記導電部材は、２５℃におけるａ−ｂ面方向のキャリア移動度が５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であって、粘着テープによる表層剥離欠陥がなく、厚さのバラツキが膜厚の５０％以下のグラファイトシートであることを特徴とする。本発明のコイルは、導電部材にグラファイトシートを用いているため、銅を用いた場合と比べて軽量で、銅と同程度の電気伝導度を得ることができる。また、グラファイトシートのキャリア移動度が高いため、粒界効果や側壁効果を抑制することができる。
仮に、粘着テープにより薄膜グラファイトを剥離すると、グラファイト表層に毛羽立ちや欠損を引き起こすことがある。グラファイト層に毛羽立ちや欠損があると、グラファイトシートの表層には凹凸ができて、角部や段差が生じる。そうすると、グラファイトシートのキャリア移動度が低下したり、角部や段差で不規則電流が発生したりする。また、粘着テープにより薄膜グラファイトを剥離する方法はグラファイトの厚さを制御できるものではなく、グラファイト全体の厚みを均一にすることは困難である。グラファイトシートの厚みが均一でないと、電気抵抗にバラツキが生じて局所的な発熱が起こる。
したがって、本発明では粘着テープによる表層剥離欠陥があるグラファイトシートを除くものとする。このため、グラファイト表層に毛羽立ちや欠損に由来するキャリア移動度の低下や不規則電流の発生を防止することが可能である。加えて、グラファイトシートの厚さのバラツキが少ないため、電気抵抗のバラツキによる局所的な発熱を抑えることができるほか、歩留まりが高いコイルを製造することができる。
【０００９】
本発明に用いられるグラファイトシートの面積は、３×３ｍｍ2以上であることが好ましい。グラファイトシートの面積が大きければ大きいほど、構造不整、歪み、割れの発生や不純物の混入の可能性は高まるため、キャリア移動度が低下する可能性は高くなる。したがって、上記範囲の面積の場合であっても、均一な特性を有するグラファイトシートを得ることができれば、歩留まりの高いコイルを製造することが可能である。
【００１０】
本発明者らは、コイルの導電部材として最適なグラファイトの製造について詳細な検討を行った。本発明者らは検討の中で、軽量化と高いキャリア移動度を確保しつつ、粘着テープによる表層剥離欠陥がなく、厚さのバラツキが少ない高品質のグラファイトを得ることができないものかと考えた。
【００１１】
まず、本発明者らは、粘着テープによる表層剥離欠陥がなく、厚さのバラツキが少ないグラファイトシートを得るために、高分子薄膜をグラファイト化する高分子焼成法を用いることを考えた。高分子焼成法は、特殊な高分子シートを熱処理してグラファイト化するものであるため、粘着テープによる表層剥離欠陥がない。また、高分子焼成法では、高分子薄膜全体を一様に熱処理することによりグラファイトシートを得るため、厚さのバラツキが発生し難い。
【００１２】
さらに、本発明者らは、より薄い高分子薄膜を作製し、そのグラファイト化によってグラファイトフィルムの高品質化を図り、キャリア移動度の大きなグラファイトを作製することに挑戦した。その理由は、高分子膜のグラファイト化は膜の表面から進行するため、薄膜では構造不整の少ないグラファイトシートを得ることが出来ると考えられることにある。もう一つの理由は、高分子の炭素化、グラファイト化は高分子中の異種元素を含む各種の不純物が除去されて進行するが、超薄膜ではその様な不純物は取り除かれ易いのでグラファイト中の不純物をより少なくすることが出来ると考えられることである。
【００１３】
鋭意検討の結果、芳香族高分子を用いた高分子焼成法によって、２５℃におけるａ−ｂ面方向のキャリア移動度が５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上で、粘着テープによる表層剥離欠陥がなく、厚さのバラツキが膜厚の５０％以下のグラファイトシートを製造することに成功し、この様な特性を持つグラファイトシートがコイルの導電部材に最適であることに想到した。
【００１４】
本発明に用いられるグラファイトシートは、芳香族高分子フィルムを炭素化した後、温度２５００℃以上で熱処理することによって得られるものであることが好ましい。
【００１５】
本発明に用いられる芳香族高分子がポリイミド、ポリアミド、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール、ポリキナゾリンジオン、ポリベンゾオキサジノン、ポリキナゾロン、ベンズイミダゾベンゾフェナントロリンラダーポリマー、およびこれらの誘導体から選択される少なくとも一種であることが好ましい。
【００１６】
本発明に用いられるグラファイトシートの電気伝導度が１５０００Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。導電部材の長さと断面積が一定の場合、電気伝導度が大きいほど導電部材の電気抵抗は小さくなる。コイルの電気抵抗は小さいほどエネルギー損失が少ないため、電気伝導度は大きい方がよい。グラファイトシートの電気伝導度が上記の範囲にあれば、グラファイトシートを銅に代わる導電部材として用いることができる。
【００１７】
本発明に用いられるグラファイトシートの厚さが３０μｍ以下であることが好ましい。グラファイトシートの厚さが上記の範囲にあれば、整ったグラファイト層構造と、コイルの小型化を両立できる。
【００１８】
本発明に用いられるグラファイトシートの密度が、１．７ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。グラファイトシート中に欠損や空洞が少ない、非常に密な構造をしていれば、キャリア移動度、耐電流密度は大きくなる。
【００１９】
本発明に用いられるグラファイトシートの熱伝導率が１５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率が高ければ、コイル内で局所的に熱が発生した場合でも発熱部から非発熱部への熱移動が起こるため、コイルの誤動作や破損を防止することができる。
【００２０】
本発明に用いられるグラファイトシートの耐電流密度が２×１０6Ａ／ｃｍ2以上であることが好ましい。グラファイトシートの耐電流密度が上記の範囲にあれば、銅と同等以上の耐電流密度を有することになるため、グラファイトシートを銅に代わる導電部材として用いることができる。
【００２１】
本発明に用いられる絶縁部材の厚さが１０ｎｍ〜１ｍｍであることが好ましい。絶縁部材の厚さが上記の範囲にあれば、絶縁部材を積層して用いる場合であっても、コイルを小型化することができる。
【００２２】
本発明に用いられる絶縁部材の一端面に２つの外部電極が形成されていることが好ましい。２つの外部電極を絶縁部材の両端面に形成する場合と比較して、導電部材と絶縁部材の積層方向におけるコイルの寸法を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のコイルは、導電部材にグラファイトシートを用いているため、銅よりも軽量であり、銅と同程度の電気伝導度を得ることができる。また、グラファイトシートのキャリア移動度が高いため、粒界効果や側壁効果を抑制することができる。さらに、グラファイトシートには粘着テープによる表層剥離欠陥がないことから、グラファイト表層の毛羽立ちや欠損に由来するキャリア移動度の低下や不規則電流の発生を防止することが可能である。加えて、グラファイトシートの厚さのバラツキが少ないため、電気抵抗のバラツキによる局所的な発熱を抑えることができるほか、歩留まりが高いコイルを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る積層体の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係るコイルの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係るコア材の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係るコア材が設けられた場合のコイルの斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る積層体の斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係るコイルの斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３に係る積層体の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係るコイルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の形態におけるコイルは、導電部材と、絶縁部材とが積層されたコイルであって、前記導電部材は、２５℃におけるａ−ｂ面方向のキャリア移動度が５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であって、粘着テープによる表層剥離欠陥がなく、厚さのバラツキが膜厚の５０％以下のグラファイトシートである。本発明のコイルは、導電部材にグラファイトシートを用いているため、銅を用いた場合と比べて軽量で、銅と同程度の電気伝導度を得ることができる。また、グラファイトシートのキャリア移動度が高いため、粒界効果や側壁効果を抑制することができる。さらに、グラファイトシートには粘着テープによる表層剥離欠陥がないことから、グラファイト表層に毛羽立ちや欠損に由来するキャリア移動度の低下や不規則電流の発生を防止することが可能である。加えて、グラファイトシートの厚さのバラツキが少ないため、電気抵抗のバラツキによる局所的な発熱を抑えることができるほか、歩留まりが高いコイルを製造することができる。
【００２６】
本明細書においてシートとは、その厚さが限定されるものではなく、膜、薄膜、フィルムを含むものである。
【００２７】
コイルは、ループ状の導電部材に流れる電流が変化するのに伴い、磁場の強さが変化する現象を利用した受動素子であり、インダクタと同義である。コイルは、電気エネルギーを磁気エネルギーとして蓄積することから、電圧を安定化する降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータなどに用いられている。また、コイルは特定の周波数の信号を通さないことから、高周波フィルタや低周波フィルタにも用いられている。
【００２８】
コイルの構造は、銅線などの導電部材を磁性体の鉄芯にらせん状に巻き付けた巻線型と、導電部材と絶縁部材が積層されかつらせん状に形成された積層型に大別することが出来る。
【００２９】
本発明のコイルの導電部材にはグラファイトシートが用いられる。グラファイト結晶の基本的な構造は、六角網目状に結ばれた炭素原子のつくる基底面が規則正しく積み重なった層状構造（層が積み重なった方向をｃ軸と言い、六角網目状に結ばれた炭素原子のつくる基底面の広がる方向をＢａｓａｌ面（ａ−ｂ面）方向と言う）である。基底面内の炭素原子は共有結合で強く結ばれ、一方、積み重なった層面間の結合は弱いファンデルワールス力で結合しており、理想的な構造での層間距離は０．３３５４ｎｍである。グラファイトにおける電気伝導度や熱伝導率はこのような異方性を反映してａ−ｂ面方向に大きく、この方向の電気伝導度や熱伝導率はグラファイトの品質を判定する良い指標となる。例えば、最高品質グラファイト結晶におけるａ−ｂ面方向の電気伝導度は２４０００〜２５０００Ｓ／ｃｍである。
【００３０】
グラファイトの電子的性質は基本的にはπ電子の挙動によって決定され、ブリリアンゾーンの稜の近傍に生じるごくわずかの電子と正孔によって半金属的な性質を示す。しかし、これは理想的なグラファイト結晶の場合であって、現実には室温では不純物キャリアなどの影響で熱励起によるキャリア数が敏感に増加し電気物性値に影響を与える。物質の電気伝導度はキャリア濃度とキャリア移動度の積で決まるが、キャリア濃度とキャリア移動度が相殺される結果、一般的に高品質グラファイトでの電気伝導度の差はあまり大きくならない。先に述べたように銅に代わり得るグラファイトの作製には、高キャリア移動度特性を実現することが必須であるので、不純物キャリアなどの存在による不純物キャリアの増加は可能な限り抑えることが好ましい。
【００３１】
本発明のコイルに用いられる導電部材は、２５℃におけるａ−ｂ面方向のキャリア移動度が５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上のグラファイトシートである。キャリア移動度は、試料であるグラファイトシートに磁場を印加したときのホール効果測定を実施することにより行う。試料は薄膜状であるため、ホール効果の測定にはファン・デル・ポー法を用いる（非特許文献１）。なお、グラファイトの場合は、ホールと電子の数がほぼ同数であるため、２キャリアモデルから個別に算出した電子の濃度とホール濃度の和をキャリア濃度とし、ホール効果測定により得られたホール係数、電気伝導度、磁気抵抗値からキャリア濃度、キャリア移動度を算出する。
【００３２】
グラファイトシートの２５℃におけるａ−ｂ面方向のキャリア移動度は、５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であることが好ましく、６０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であることがより好ましく、８０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であることがさらに好ましく、８０５０ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であることがさらにより好ましく、９０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であることが特に好ましく、９２００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であることが最も好ましい。当該キャリア移動度の上限は特に限定されるものではなく、例えば２００００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以下であってもよく、１８０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以下であってもよい。キャリア移動度が大きければ、粒界効果や側壁効果を抑えることができる。また、キャリア移動度が大きいほど、耐電流密度は大きくなるため、銅に代わる導電部材として使用することができる。
【００３３】
本発明に係るグラファイトシートは、粘着テープによる表層剥離欠陥がないものである。ここで表層とはグラファイトのａ−ｂ面方向の層の表面を意味し、グラファイトの表側も裏側も含まれ、層には単層も複数層も含まれる。表層剥離欠陥とは、粘着テープによりグラファイトシートの表層を剥離させることで、グラファイトシートの表層に毛羽立ちや欠損が生じる、あるいは単層と複数層が混在するなどの欠陥を意味する。このような表層剥離欠陥が存在していると、グラファイトシートの表層には凹凸ができて、角部や段差が生じる。そうすると、グラファイトシートのキャリア移動度が低下したり、角部や段差で不規則電流が発生したりする。
【００３４】
粘着テープによる表層剥離欠陥の有無は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）でグラファイトシートの断面を観察することにより判定する。ＳＥＭ観察用のグラファイトシートは樹脂に埋め込まれたり、導電性両面テープなどを使用して、サンプルステージにセットされる。そして、観察試料は必要に応じて所望の形状や大きさへの切り出しや鏡面加工などの表面処理がされる。ＳＥＭでグラファイトシートの断面を観察したときに、例えば、グラファイトシートの表面に毛羽立ち、剥がれ、欠損などがあれば、粘着テープによる表層剥離欠陥があると判定することができる。
【００３５】
本発明に係るグラファイトシートの厚さのバラツキは膜厚の５０％以下である。グラファイトシートの厚さのバラツキが少なければ少ないほど、電気抵抗のバラツキによる局所的な発熱を抑えることができるほか、歩留まりが高いコイルを製造することができる。本発明において膜厚Ｔとは、グラファイトシートの任意の１０点において膜厚Ｔ１〜Ｔ１０を測定したときの算術平均値Ｔａｖｅを指す。膜厚Ｔ１〜Ｔ１０のうち、膜厚算術平均値Ｔａｖｅとの差の絶対値が最も大きい膜厚をＴｍａｘとする。本発明におけるグラファイトシートの厚さのバラツキＶ（％）は、以下の（１）式で表されるとおり、膜厚Ｔｍａｘと膜厚の算術平均値Ｔａｖｅとの差の絶対値に１００を乗じた値を、膜厚の算術平均値Ｔａｖｅで除した値で定義される。
Ｖ＝１００×｜Ｔｍａｘ−Ｔａｖｅ｜／Ｔａｖｅ・・・（１）
グラファイトシートの厚さのバラツキの好ましい範囲は、４０％以下、より好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２０％以下、最も好ましくは１５％以下である。グラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の５０％超である場合、キャリア移動度、電気伝導度が低下する傾向がある。
グラファイトシートの膜厚の測定は、グラファイトシートに少なくとも２本の探針を接触させて、この探針に一定電流を流したときの電圧を測定して、電気抵抗を算出することにより膜厚を求める電気抵抗式膜厚計を用いる。グラファイトシートが絶縁部材等の部材に固定されていて膜厚の測定が困難な場合には、例えば、予めクロロホルムやジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセトンなどでグラファイトシート以外の部材を溶解する、あるいは処理温度１５００℃以上で加熱・燃焼しグラファイトシート以外の部材を灰化することにより、グラファイトシートのみを取り出してから膜厚を測定する。
【００３６】
グラファイトシートの面積は、３×３ｍｍ2（９ｍｍ2）以上であることが好ましく、５×５ｍｍ2（２５ｍｍ2）以上であることがより好ましく、１×１ｃｍ2（１ｃｍ2）以上であることがさらに好ましい。グラファイトシートの面積が大きければ大きいほど、構造不整、歪み、割れの発生や不純物の混入の可能性は高まるため、キャリア移動度が低下する可能性は高くなる。したがって、上記範囲の面積の場合であっても、均一な特性を有するグラファイトシートを得ることができれば、設計通りのコイルを製造することができ、コイルの歩留まりが向上する。
【００３７】
粘着テープによる表層剥離欠陥の発生を防止するためには、粘着テープ転写法以外の方法でグラファイトシートを作製する必要がある。グラファイトシートの作製方法は、粘着テープ転写法のほか、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＳｉＣ表面分解法、高分子焼成法がある。中でも、高分子焼成法は、グラファイトが大面積のフィルム状として得られるので、極めて工業的にメリットのある方法である。以下、高分子焼成法によるグラファイトシートの形成方法について述べる。
【００３８】
＜高分子原料＞
最初に本発明のグラファイトシート作製に用いられる高分子フィルム原料について記述する。本発明のグラファイトシート作製に好ましく用いられる高分子原料は芳香族高分子であることが好ましく、芳香族高分子が、ポリアミド、ポリイミド、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール、ポリキナゾリンジオン、ポリベンゾオキサジノン、ポリキナゾロン、ベンズイミダゾベンゾフェナントロリンラダーポリマー、およびこれらの誘導体から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらのフィルムは公知の製造方法で製造すればよい。
【００３９】
特に好ましい芳香族高分子として芳香族ポリイミドを例示することができる。中でも以下に記載する酸二無水物（特に芳香族酸二無水物）とジアミン（特に芳香族ジアミン）からポリアミド酸を経て作製される芳香族ポリイミドは本発明のグラファイト作製のための原料高分子として特に好ましい。
本発明のグラファイトシートは、例えば芳香族高分子を成膜して厚さが６０μｍ〜８０ｎｍまたは厚さが６μｍ〜８０ｎｍの範囲のフィルムにし、得られた芳香族高分子フィルムを２５００℃以上の温度で熱処理することで得られてもよい。
【００４０】
＜芳香族ポリイミドの合成、製膜＞
以下、本発明の高分子原料として特に好ましい、芳香族ポリイミドフィルムの作製方法について詳述する。芳香族ポリイミドフィルムの合成に用いられ得る酸二無水物は、ピロメリット酸無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、オキシジフタル酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、エチレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、ビスフェノールＡビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、およびそれらの類似物を含み、それらを単独でまたは任意の割合の混合物で用いることができる。特に、直線的で剛直な構造を有した高分子構造を持つほどポリイミドフィルムの配向性が高くなること、さらには入手性の観点から、ピロメリット酸無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が好ましい。
【００４１】
本発明において芳香族ポリイミドの合成に用いられ得るジアミンとしては、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルプロパン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ベンジジン、３，３’−ジクロロベンジジン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、１，５−ジアミノナフタレン、４，４’−ジアミノジフェニルジエチルシラン、４，４’−ジアミノジフェニルシラン、４，４’−ジアミノジフェニルエチルホスフィンオキシド、４，４’−ジアミノジフェニルＮ−メチルアミン、４，４’−ジアミノジフェニルＮ−フェニルアミン、１，４−ジアミノベンゼン（ｐ−フェニレンジアミン）、１，３−ジアミノベンゼン、１，２−ジアミノベンゼンおよびそれらの類似物を含み、それらを単独で、または任意の割合の混合物で用いることができる。さらにポリイミドフィルムの配向性を高くすること、入手性の観点から、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、ｐ−フェニレンジアミンを原料に用いて合成することが好ましい。
【００４２】
以上から、前記芳香族高分子のポリイミドはピロメリット酸無水物及び３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物から選ばれる少なくとも一つと、４，４−ジアミノジフェニルエーテル及びｐ−フェニレンジアミンから選ばれる少なくとも一つから作製されてもよい。
【００４３】
本発明に用いられるポリアミド酸の製造方法としては公知の方法を用いることができ、通常、芳香族酸二無水物の少なくとも１種とジアミンの少なくとも１種を有機溶媒中に溶解させて、得られた原料溶液を、制御された温度条件下で、上記酸二無水物とジアミンの重合が完了するまで攪拌することによって製造される。これらのポリアミド酸溶液は通常５〜３５質量％、好ましくは１０〜３０質量％の濃度で得られる。この範囲の濃度である場合に適当な分子量と溶液粘度を得ることが出来る。
前記原料溶液中の酸二無水物とジアミンとは、実質的には等モル量にすることが好ましく、モル比は例えば、１．５：１〜１：１．５、好ましくは１．２：１〜１：１．２、より好ましくは１．１：１〜１：１．１である。
【００４４】
芳香族ポリイミドの製造方法には、前駆体であるポリアミド酸を加熱でイミド転化する熱キュア法、ポリアミド酸に無水酢酸等の酸無水物に代表される脱水剤や、ピコリン、キノリン、イソキノリン、ピリジン等の第３級アミン類の両方または片方をイミド化促進剤として用い、イミド転化するケミカルキュア法がある。本発明の高キャリア移動度特性、高耐電流密度特性のグラファイトシートを実現するためにはケミカルキュア法であることが好ましい。熱キュア法では１５０〜２００℃の間で解重合反応と呼ばれるアミド酸形成の逆反応が起こることが避けられないが、ケミカルキュア法では解重合反応が起こりにくく、連鎖配列を制御したポリイミドを作製しやすい。そのためケミカルキュア法による薄膜のポリイミドフィルムはより高配向性を持ち、良好なグラファイトを得やすいと考えられる。
【００４５】
後述するように、本発明のグラファイトシートは厚さが３０μｍ以下４０ｎｍ以上の範囲であることが好ましい。芳香族ポリイミドを用いた場合、最終的に得られるグラファイトシートの厚さは、一般に出発高分子フィルムの８０〜３０％の範囲となり、一般的には出発高分子フィルムの厚さが薄いほど厚さの減少率は大きくなる傾向にあることから、出発高分子フィルムの厚さは６０μｍ〜８０ｎｍまたは６μｍ〜８０ｎｍの範囲であることが好ましい。出発高分子フィルムの厚さは、例えば５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以下、さらにより好ましくは１０μｍ以下、特に好ましくは６μｍ以下、最も好ましくは４μｍ以下であってもよい。出発高分子フィルムの厚さは、例えば８０ｎｍ以上、特に好ましくは１００ｎｍ以上、最も好ましくは２００ｎｍ以上であってもよい。一方、長さ方向は１００〜７０％程度に縮小することが多いので、製造されるシートの面積はこのような条件を考慮して決定すればよい。高分子フィルムは、前記高分子原料又はその合成原料から公知の種々の手法によって製造できる。このような高分子フィルムの超薄膜を作製するには、エンドレスベルト、ドラム、金属フィルムなどの基板上へのワイヤバーによる薄膜作製、スピンコート法による薄膜作製、さらには真空中で蒸着して反応させる真空薄膜作製法などを好ましく用いることが出来る。なお、本発明では、５０〜１μｍのシートを得るためにワイヤバーを使用し、１μｍ〜２０ｎｍのシートを得るためにスピンコートを使用することが好適である。
【００４６】
以下に本発明の芳香族ポリイミド薄膜の作製方法の一例について述べる。本発明のポリイミド薄膜は、上記ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の有機溶剤溶液をエンドレスベルト、ステンレスドラムなどの支持体上に流延し、乾燥・イミド化させることにより製造される。具体的にケミカルキュアによるフィルムの製造法は以下のようになる。まず上記ポリアミド酸溶液に化学量論以上の脱水剤と触媒量のイミド化促進剤を加え支持板やＰＥＴ等の有機フィルム、ドラム又はエンドレスベルト等の支持体上に流延又は塗布後、ワイヤバーまたはスピンコートを用いて薄膜状とし、有機溶媒を蒸発させることにより自己支持性を有する膜を得る。次いで、これを更に加熱・乾燥させながらイミド化させてポリイミドフィルムを得る。加熱の際の温度は、１５０℃から５５０℃の範囲の温度が好ましい。さらに、ポリイミドの製造工程中に、収縮を防止するためにフィルムを固定したり、延伸したりする工程を含むことが好ましい。これは、分子構造およびその高次構造が制御されたフィルムを用いることでグラファイトへの転化がより容易に進行すると言うことによっている。すなわち、グラファイト化反応をスムーズに進行させるためには炭素前駆体中の炭素分子が再配列する必要があるが、配向性にすぐれたポリイミドではその再配列が最小で済むために、低温でもグラファイトへの転化が進み易いと推測される。
【００４７】
芳香族ポリイミド薄膜の作製時には通常製膜時の耐電防止、基板との接着防止、量産時の巻取りを容易にするなどのためにフィラーと言われる粉体が添加される。最も一般的に使用されるフィラーは例えば燐酸カルシウムであり、通常、ポリイミド全体の１０〜１質量％程度の量が添加され、フィラーの粒径は３〜１μｍ程度であることが多い。燐酸カルシウムの融点は１２３０℃であって通常のポリイミド膜にフィラーが含まれることは問題にならない。また、ポリイミド薄膜の厚さが２５μｍ以上であり、これを用いてグラファイトシートを作製する場合、フィラーは分解・ガス化してしまうので最終的に得られるグラファイトシートの特性に影響を与えることはほとんど無い。しかしながら例えば９．６μｍ未満のグラファイトシートであって、８０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上のキャリア移動度の実現にはフィラーは悪影響を与える虞がある。具体的には本発明のように薄いグラファイトシートの場合には炭素化の過程で分解・ガス化して抜け出したフィラーの後がグラファイト化過程でのグラファイト層形成を妨げ、結果的にキャリア移動度特性の実現や耐電流密度特性に悪影響を与える。従って本発明において燐酸カルシウムに代表されるフィラーは可能な限り含まないことが好ましい。
本発明において、前記芳香族高分子の成膜時に添加されるフィラーの量は、芳香族高分子フィルム全体の０．１質量％以下であることが好ましく、実質的にフィラーを含まないことが最も好ましい。
【００４８】
＜炭素化・グラファイト化反応＞
次に、芳香族ポリイミドに代表される高分子フィルムの炭素化・グラファイト化の手法について述べる。本発明では出発物質である高分子フィルムを不活性ガス中で予備加熱し、炭素化を行う。不活性ガスは、窒素、アルゴンあるいはアルゴンと窒素の混合ガスが好ましく用いられる。予備加熱は通常１０００℃程度の温度で行う。通常ポリイミドフィルムは５００〜６００℃付近で熱分解し、１０００℃付近で炭素化する。予備処理の段階では出発高分子フィルムの配向性が失われないように、フィルムの破壊が起きない程度の面方向の圧力を加えることが有効である。
【００４９】
グラファイト化反応は、上記の方法で炭素化されたフィルムを超高温炉内にセットして行う。炭素化フィルムのセットはＣＩＰ材やグラッシーカーボン基板に挟んで行うことが好ましい。グラファイト化は通常２５００℃以上の高温で行われるが、本発明においては２８００℃以上、特に３０００℃以上の温度でグラファイト化することが望ましい。この様な高温を作り出すには、通常グラファイトヒーターに直接電流を流し、そのジュ−ル熱を利用して加熱を行なう。グラファイト化は不活性ガス中で行なうが、不活性ガスとしてはアルゴンが最も適当であり、アルゴンに少量のヘリウムを加えてもよい。処理温度は高ければ高いほど良質のグラファイトに転化出来る。熱分解と炭素化によりその面積は元のポリイミドフィルムより約１０〜４０％程度収縮し、グラファイト化の過程では逆に約１０％程度拡大することが多い。このような収縮、拡大によってグラファイトシート内には内部応力が発生しグラファイトシート内部にひずみが発生する。この様なひずみや内部応力は３０００℃以上で処理することにより緩和されてグラファイトの層が規則正しく配列し、さらに、電気移動度、熱伝導率、キャリア移動度、耐電流密度が高くなる。本発明のグラファイトシートを得るための処理温度（最高処理温度）は３０００℃以上が好ましく、３１００℃以上の温度で処理することがより好ましく、３２００℃以上であることが最も好ましい。無論、この処理温度はグラファイト化過程における最高処理温度としてもよく、得られたグラファイトシートをアニーリングの形で再熱処理してもよい。なお熱処理温度の上限は、例えば、３６００℃以下、より好ましくは３５００℃以下である。当該最高処理温度での保持時間は、例えば、２０分以上、好ましくは３０分以上であり、１時間以上であってもよい。保持時間の上限は、特に限定されないが、通常、８時間以下、特に４時間以下程度としてもよい。温度３０００℃以上で熱処理してグラファイト化する場合、高温炉内の雰囲気は前記不活性ガスによって加圧されているのが好ましい。
【００５０】
本発明のグラファイトシートは、３０００℃以上での熱処理が不活性ガス中で行われる場合、そのガスの雰囲気圧力（ゲージ圧）が０．０９ＭＰａ以上（好ましくは０．１０ＭＰａ以上）とする条件で得られてもよい。この時、雰囲気圧力（ゲージ圧）の上限は、特に限定されないが、例えば５ＭＰａ以下であってもよい。
加圧下でグラファイト化反応を行う理由としては（１）加圧下での処理により厚さが不均一となるのを防止する、（２）表面が荒れるのを防止する、（３）熱処理炉のヒーターの長寿命化を実現する、の３点を挙げることが出来る。例えば、０．０９ＭＰａ以下の圧力下、３０００℃以上の温度で熱処理すると、シートから炭素が昇華しやすくなりシート表面が毛羽立ち、グラファイトが不均一に薄くなる場合がある。本発明の様に極めて薄いグラファイトシートを作製する場合には、シート全体で均一に厚さが減少することが重要であり、厚さを均一にするためにも３０００℃以上の温度での熱処理を加圧下で行うことが重要である。
【００５１】
グラファイトシートの電気伝導度は１５０００Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、２４０００Ｓ／ｃｍ以上であることがより好ましく、２４５００Ｓ／ｃｍ以上であることがさらに好ましい。前記電気伝導度は、２７０００Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましく、２６０００Ｓ／ｃｍ以下であることがより好ましい。導電部材の長さと断面積が一定の場合、電気伝導度が大きいほど導電部材の電気抵抗は小さくなる。理想的なコイルは、インダクタンスはあるが電気抵抗や静電容量を全く持たない。一方で、実際のコイルは電気抵抗や静電容量を有しているためエネルギーを損失する。したがって、コイルに用いられる導電部材は、エネルギーの損失を抑制する観点から、電気抵抗率が小さい、すなわち電気伝導度が大きい方が好ましい。これにより、グラファイトシートを銅に代わる導電部材として用いることができる。
【００５２】
電気伝導度は、試料であるグラファイトシートに磁場を印加したときのホール効果を測定することにより求めることができる。試料は薄膜状であるため、キャリア移動度の測定と同様に、ホール効果の測定にはファン・デル・ポー法を用いる（非特許文献１）。
【００５３】
また、グラファイトシートの厚さは、薄ければ薄いほど良いという訳ではなく、厚さが４０ｎｍ未満になると、グラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の５０％超となり、電気的特性が低下する。その理由は必ずしも明確ではないが、一つの理由としては高分子焼成法で作製したグラファイトシートが４０ｎｍ未満になるとひずみや皺の発生が顕著となり、皺に起因するひずみの導入が避けられないためである、と推定している。また、第二の理由としては先に述べた様に３０００℃以上の温度で処理する場合、均一な厚さのグラファイトシートを作製することが極めて難しいことが挙げられる。本発明のコイルにおいては、導電部材として用いられるグラファイトシートのキャリア移動度が均一であることが必要であるので、厚さの均一性は必要条件となる。従って、導電部材に用いられるグラファイトシートの厚さは、４０ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以上、さらに好ましくは１００ｎｍ以上、さらにより好ましくは２００ｎｍ以上、特に好ましくは３５０ｎｍ以上、最も好ましくは７５０ｎｍ以上である。また、グラファイトシートは、厚ければ厚いほどインダクタンスが大きくなるが、整った層構造とコイルの小型化を両立する観点からは、グラファイトシートの厚さは３０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましく、９．６μｍ以下であることがさらに好ましく、８μｍ以下であることがさらにより好ましく、６μｍ以下であることが特に好ましく、２．１μｍ以下であることが最も好ましい。グラファイトシートの厚さが３０μｍ超である場合、高品質のグラファイトシートを得ることが困難となり、各物性が低下する虞がある。
【００５４】
キャリア移動度の大きいグラファイトシートは、シート中に欠損や空洞が少ない、非常に密な構造である。欠損や空洞がグラファイトシート中に入ると、密度が小さくなり、熱伝導率、キャリア移動度、耐電流密度も低下する傾向がある。このことから、グラファイトシートの密度は大きいことが好ましい。具体的には、密度が１．７ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましく、１．８ｇ／ｃｍ3以上であることがより好ましく、２．０ｇ／ｃｍ3以上であることがさらに好ましい。密度の上限は、例えば２．２６ｇ／ｃｍ3以下であり、２．２０ｇ／ｃｍ3以下であってもよい。さらに、グラファイトシートの面積が２×２ｍｍ2以上であり、厚さが４０ｎｍ以上３０μｍ以下のときに、グラファイトシートの密度が２．０ｇ／ｃｍ3以上であることが最も好ましい。
【００５５】
グラファイトシートのａ−ｂ面方向の熱伝導率は、１５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、より好ましくは１９５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは１９６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらにより好ましくは２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に好ましくは２０５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、最も好ましくは２１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。当該熱伝導率は、例えば２４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってもよく、２３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってもよい。アルミ、銅、天然グラファイトシートの熱伝導率は、それぞれ２２０Ｗ／ｍ・Ｋ、４００Ｗ／ｍ・Ｋ、２００〜５００Ｗ／ｍ・Ｋであるが、これらの材料と比較して、本発明のグラファイトシートの熱伝導率は高い。熱伝導率が高ければ、コイル内で局所的に熱が発生した場合でも発熱部から非発熱部への熱移動が起こるため、コイルの誤動作や破損を防止することができる。
【００５６】
耐電流密度は、単位断面積当たりに流すことができる電流の大きさであり、特に大電流を流すパワーエレクトロニクス回路にコイルを適用するときに考慮すべき因子である。銅の耐電流密度は２×１０6Ａ／ｃｍ2程度であるが、コイルの導電部材として銅に代えてグラファイトシートを適用する観点からは、銅と同等以上の耐電流密度を有していることが好ましい。具体的には、グラファイトシートの耐電流密度は、２×１０6Ａ／ｃｍ2以上であることが好ましく、５×１０6Ａ／ｃｍ2以上であることがより好ましく、１×１０7Ａ／ｃｍ2以上であることがさらに好ましい。当該耐電流密度の上限は、銅よりも高い耐電流密度を示す限り、特に限定されるものではない。
【００５７】
絶縁部材の積層方向の厚さが薄ければ薄いほど、コイルの巻数の増大、小型化、軽量化に寄与する。したがって、導電部材と絶縁部材の積層方向における絶縁部材の厚さの下限は１０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがより好ましく、５０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、コイルを小型化する観点から、絶縁部材の厚さの上限は、５ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましく、１ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５８】
絶縁部材は、絶縁性を有している材料であれば特に限定されない。絶縁部材は、コイルの直流重畳特性を向上させるために非磁性体材料を選択してもよい。コイルの直流重畳特性とは、直流バイアス電流を流したときに、インダクタンスが低下する特性のことである。絶縁部材は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）などの絶縁膜、導電部材との接着剤としても利用可能なポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の高分子材料、Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトなどの非磁性フェライトでもよい。
【００５９】
また、絶縁部材は、大きなインダクタンス値を得るために透磁性の高い鉄、磁性フェライト、けい素鋼板、パーマロイ、ダストコアなどの磁性体材料を用いてもよい。
【００６０】
絶縁部材は、非磁性体材料または磁性体材料の原料粉末をバインダと混合してペースト状にして薄く延ばして乾燥させた、いわゆるグリーンシートであることも好ましい。導電部材との積層が容易になる。
【００６１】
さらに、コイルを所望の大きさ、インダクタンス値にするために、非磁性体の絶縁部材と磁性体の絶縁部材とを組み合わせてもよい。例えば、コイルを上下方向に三分割したときの中央部には非磁性体の絶縁部材を用いて、コイルを上下方向に三分割したときの上部および下部には磁性体の絶縁部材を用いることも可能である。
【００６２】
コイルのインダクタンス値を大きくするために、導電部材と絶縁部材の積層体にはコア部材が設けられてもよい。コア部材としては、鉄、フェライト、けい素鋼板、パーマロイ、ダストコアなどの磁性体材料を用いることができる。例えば、特定の周波数を上回る高周波電流をカットするフィルタとして機能するチョークコイルの場合には、インダクタンス値が高いことが求められるため、磁性体材料のコア部材を設けることは有効である。
【００６３】
一方、高周波数帯域で使用される場合には、高いＱ値が求められるため、コア部材が設けられない、あるいはコア部材として非磁性体が用いられる、いわゆる空芯とすることも好ましい。コイルの抵抗成分（Ｒ）に対する周波数（ｆ）に応じたインダクタンスの比（Ｒ／２πｆＬ）を損失係数という。Ｑ値は、損失係数の逆数（Ｑ＝２πｆＬ／Ｒ）であり、この値が大きいほど共振が鋭く良いコイルといわれる。周波数が高い場合、表皮効果、ヒステリシス損、渦電流損が増加してＱ値が下がることが知られている。
【００６４】
本発明のコイルは、導電部材と絶縁部材を交互に積層した後、所望の大きさ及び形状に加工してもよいし、導電部材と絶縁部材をそれぞれ所望の大きさ及び形状に加工してから積層してもよい。
【００６５】
（実施の形態１）
実施の形態１は、導電部材であるグラファイトシートと絶縁部材を個別に製造して交互に積層した後、所望の形状や大きさに加工する方法である。
実施の形態１では、導電部材として、高分子焼成法により作製されたグラファイトシート、及び絶縁部材として非磁性体の高分子材料から作製された絶縁シートを用いる。
【００６６】
図１には、本発明の実施の形態１に係る積層体の斜視図が示されている。まず、絶縁シート３１とグラファイトシート２０を積層させた二層体（図示しない）を形成する。所定数の二層体を形成した後、絶縁シート３１とグラファイトシート２０が隣合わせになるように、同一方向に二層体を積層していく。最終的には、グラファイトシート２０が露出する面に絶縁シート３１を積層することにより、積層体１５が形成される。
【００６７】
グラファイトシートと絶縁部材の固定は、接着剤を用いて行ってもよく、熱圧着で行ってもよい。また、熱で溶着する絶縁部材を用いれば、絶縁部材と接着剤を兼ねることができ、接着層を設ける必要がないため、グラファイトシートと絶縁部材の積層方向における厚みが増加することを抑制できる。
【００６８】
グラファイトシートと絶縁部材の積層体を、所望の形状および大きさに切り出し、コイルとする。図２には、本発明の実施の形態１に係るコイルの斜視図が示されている。実施の形態１では、積層体１５がカギ穴形のコイル１０になるように切り出しているが、形状や大きさは特に限定されるものではなく、コイル１０の用途にあわせて適宜選択することができる。
【００６９】
積層体の切り出しには、酸素またはアルゴンを用いたプラズマ等のプラズマ、固体レーザー、液体レーザー、ガスレーザー等のレーザーを使用することができる。中でもレーザーは、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ファイバーレーザー、エキシマレーザーなどの公知の加工用レーザーが好ましい。
【００７０】
電気的に非接触状態で積層されたグラファイトシート同士を電気的に接続する。具体的には各グラファイトシートに配線用の端子が設けられて、銅線などの配線材料により各配線用端子を直列、または並列に接続する。
【００７１】
さらに、コイルのインダクタンスを大きくするためにコア材を設けることも可能である。図３は本発明の実施の形態１に係るコア材の斜視図であり、図４は本発明の実施の形態１に係るコア材が設けられた場合のコイルの斜視図である。図４では、導電部材と絶縁体の積層方向（Ｙ軸方向）の上下から、コイル１０を挟むように２つのＥ型のコア材４０が設けられている。Ｅ型のコア材は、幅方向（Ｘ軸方向）において、例えば、図３に示すように、左側部４０ａ、中央部４０ｂ、右側部４０ｃの３つに分割することができる。Ｅ型のコア材４０のうち、コイル１０の中央の開口部１０ａに挿入されるコア材中央部４０ｂの高さ（Ｙ軸方向）を調節して、上下２つのコア材中央部４０ｂ同士に隙間を設けることにより、コイル１０の磁気特性を調整することが可能である。
【００７２】
（実施の形態２）
実施の形態２は、導電部材であるグラファイトシートを絶縁部材上に一体化して形成し、内部電極を形成した後、内部電極が形成された絶縁部材を積層していく方法である。図５は、本発明の実施の形態２に係る積層体の斜視図である。
【００７３】
実施の形態２では、絶縁部材３０として磁性体材料からなる公知のグリーンシート３２を用いる。まず、グリーンシート３２とグラファイトシート２０を複合化し、二層体を形成する。グリーンシート３２とグラファイトシート２０の複合化は接着剤を用いて行ってもよく、必要に応じて熱圧着等の物理的手段で作製してもよい。
【００７４】
次に、複合化した二層体のグラファイトシート２０側の面に内部電極５０およびホール（ビアホール７０）を形成する。ビアホール７０は、グラファイトシート２０が形成する内部電極５０間を電気的に接続するビア電極７１を貫通させるものである。
ビアホールを形成した後、必要に応じて水酸化ナトリウムや硫酸等によるデスミア処理、無電解メッキや電解メッキ等のメッキ処理等を行い、ビアホール内に導体を形成して層間を電気的に接続可能なものとする。
【００７５】
グラファイトシート２０の内部電極５０は、グラファイトシート２０とグリーンシート３２の積層方向（Ｙ軸方向）から見て、矩形状のらせん軌道を形成するように、グラファイトシートの不要な部分が除去される。本発明のコイル１０において、導電部材として用いるグラファイトシート２０は、４０ｎｍ以上３０μｍ以下の厚さと極めて薄いため、絶縁部材３０であるグリーンシート３２を損傷することなくレーザーエッチングできる。グラファイトは、炭素のみから成っているので基本的にはレーザーの熱によって容易に燃焼して炭酸ガスとなるためである。さらに、熱圧着によってグリーンシート３２とグラファイトシート２０が接着されている場合には、レーザーエッチングにより、接着層が溶解して熱吸収をするため、グリーンシート３２にほとんどダメージを与えることなく、グラファイトシート２０のみをエッチング除去することができる。
【００７６】
内部電極５０を多パターン化または多層化することによりインダクタンスを大きくすることができる。また、内部電極５０の長さを短くしたり、内部電極５０の線幅を全体的に太くすれば、コイルの直流抵抗を低減することができる。
【００７７】
ビアホール７０の形成では、実施の形態１に係るグラファイトシート２０と絶縁シート３１の積層体１５の切り出しと同様に、酸素またはアルゴンを用いたプラズマ等のプラズマ、固体レーザー、液体レーザー、ガスレーザー等のレーザーを使用することができる。
【００７８】
所定数の二層体を形成した後、グラファイトシート２０とグリーンシート３２が隣合わせになるように、同一方向に二層体を積層していく。最終的には、グラファイトシート２０が露出する面にグリーンシート３２を積層し、積層体１５を形成する。グラファイトシート２０とグリーンシート３２との固定は、実施の形態１と同様に、接着剤による接着や熱圧着などにより行うことができる。
【００７９】
図６は、本発明の実施の形態２に係るコイルの斜視図である。積層体１５は、焼成炉などで焼成された後、外部電極６０の塗布および焼き付けがなされる。外部電極６０の材料は特に限定されないが、内部電極５０と同じグラファイトシート２０を用いてもよいし、銀や銅などの公知の電極材料を用いてもよい。さらに、外部電極６０にニッケル、スズなどでめっきを行えばコイル１０が完成する。
【００８０】
外部電極６０の位置は、内部電極端部５１と接触していれば特に限定されないが、絶縁部材の一端面に２つの外部電極が形成されていることが好ましい。２つの外部電極を絶縁部材の両端面に形成する場合と比較して、導電部材と絶縁部材の積層方向（Ｙ軸方向）におけるコイル寸法を小さくすることができる。また、外部電極は積層体の積層方向（Ｙ軸方向）と直交する片側面および両側面に形成されてもよい。積層体の側面に外部電極を配置すれば、コイルを薄型化したい場合に有効である。
【００８１】
（実施の形態３）
実施の形態３は、導電部材であるグラファイトシートと絶縁部材を積層して積層体を形成した後、この積層体の一辺から対向する辺に向かって積層体を巻き回していく方法である。
【００８２】
図７は、本発明の実施の形態３に係る積層体の斜視図である。図７に示すように、実施の形態３では、まず、導電部材であるグラファイトシート２０と絶縁部材３０を個別に製造して交互に積層して積層体１５を形成する。後工程において、積層体１５を巻き回すことによりコイル１０を形成することから、絶縁部材３０は可撓性を有していることが好ましい。
【００８３】
グラファイトシートと絶縁部材の固定は、接着剤を用いて行ってもよく、熱圧着で行ってもよい。また、熱で溶着する絶縁部材を用いれば、絶縁部材と接着剤を兼ねることができ、接着層を設ける必要がないため、グラファイトシートと絶縁部材の積層方向における厚みが増加することを抑制できる。
【００８４】
次に、積層体の一辺から対向する辺に向かって積層体を巻回していく。図７において、積層体１５のＢ辺から、Ｂ辺と対向するＡ辺に向かって積層体１５が巻回しされている。巻き回された積層体１５を所望の大きさのコイルとするために、巻き軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向（Ｘ−Ｙ面方向）に切り出すことが好ましい。
【００８５】
積層体の切り出しは、実施の形態１および２に係るグラファイトシートと絶縁部材の積層体の切り出しと同様に、酸素またはアルゴンを用いたプラズマ等のプラズマ、固体レーザー、液体レーザー、ガスレーザー等のレーザーを使用することができる。
【００８６】
図８は、本発明の実施の形態３に係るコイルの側面図である。図８において、グラファイトシート２０と絶縁部材３０が交互に積層され、かつ巻物状に巻回された積層体１５が、コイル１０として示されている。この後、コイル１０の導電部材２０に配線用の端子（図示しない）が設けられて、コイル１０の製造が完了する。
【実施例】
【００８７】
以下実施例を示し、本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明はこれら実施例によって限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【００８８】
以下、グラファイトシートの物性測定方法及び作製手順について説明する。
【００８９】
（物性測定方法）
＜膜厚＞
原料である有機高分子シート、グラファイトシートの厚さは、フィルム（シート）の測定場所によって±５％程度の誤差があった。そのため得られたシートの１０点平均の厚さを本発明における試料の厚さとした。薄膜グラファイトシートの膜厚の測定は、電気抵抗式膜厚計を用いた。
【００９０】
＜密度＞
作製したグラファイトシートの密度は、ヘリウムガス置換式密度計［ＡｃｃｕＰｙｃ  ＩＩ  １３４０（株）島津製作所］によりグラファイトシートの体積を測定し、質量を別途測定し、密度（ｇ／ｃｍ3）＝質量（ｇ）／体積（ｃｍ3）の式から算出した。なお、この方法で測定可能なグラファイトシートは５００ｎｍ以上の厚さの試料であり、厚さ５００ｎｍ未満のグラファイトシートの密度測定はこの測定手法では誤差が大きすぎて不可能であった。
【００９１】
＜電気伝導度、キャリア移動度＞
グラファイトシートの電気伝導度の測定はファン・デル・ポー法によって行った。この方法は薄膜状の試料の電気伝導度を測定するのに最も適した方法である。この測定法の詳細は（第四版）実験化学講座９  電気・磁気（社団法人日本化学会編、丸善株式会社発行（平成３年６月５日発行））のＰ１７０に記載されている。この手法の特徴は、任意の形状の薄膜試料端部の任意の４点に電極をとり測定を行うことが出来ることであり、試料の厚さが均一であれば正確な測定が行える点である。本発明においては正方形に切断した試料を用い、それぞれの４つの角（稜）に銀ペースト電極を取り付けて行った。測定は（株）東洋テクニカ製、比抵抗／ＤＣ＆ＡＣホール測定システム、ＲｅｓｉＴｅｓｔ  ８３００を用いて行った。
【００９２】
キャリア移動度の測定は上記ファン・デル・ポー法による電気伝導度測定に用いた試料に磁場を印加し、そのホール係数を測定することで行った。グラファイトの様に電子とホールがほぼ同じ数だけ存在する場合の計算は、Ｎｅｗｔｏｎ法を用いてその解析を行う必要がある（非特許文献１）。この計算のポイントは、電子とホールの密度、両者の移動度で合計４個のパラメータがあり、３種の測定値、電気伝導度、ホール係数、磁気抵抗から３つの連立方程式となるので、仮定が必要になると言う点である。その仮定はグラファイトでは電子とホールの移動度（あるいは密度）が等しいとすることである。実際に高品質グラファイトでは電子とホールの数がほぼ等しいことが知られているので（Ｉ．Ｌ．Ｓｐａｉｎ，ｉｎ：Ｐ．Ｌ．Ｗａｒｋｅｒ  Ｊｒ．，Ｐ．Ａ．Ｔｈｒｏｗｅｒ（Ｅｄｓ）．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ，ｖｏｌ，８，Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９７３，ｐｐ．１−１５０．）、この仮定は問題ない。我々の計算も非特許文献１の手法に従い、上記仮定を用いてプログラムで数値計算を行い、キャリア移動度を算出した。
【００９３】
＜耐電流密度＞
耐電流密度は作製したグラファイトシートを幅２ｍｍ、長さ２０ｍｍに切断し、その両端を電極間隔１０ｍｍとしたグラファイトブロック電極で挟み、そこに直流電流を印加して測定した。測定は不活性ガス（アルゴンまたは窒素）中、２５０℃の環境下で行った。比較のために１０μｍ〜１μｍの範囲の銅箔を準備し、同じ形状に切り出した銅箔の耐電流密度を測定しグラファイト試料との比較を行った。グラファイトシートの耐電流密度値が銅を上回った場合、当該グラファイトシートの耐電流密度特性を銅以上であるとした。１０μｍ〜１μｍの範囲の厚さの銅箔の耐電流密度は（線幅が２ｍｍの場合）およそ１×１０6〜２×１０6Ａ／ｃｍ2であった。ちなみに幅２ｍｍ、厚さ１μｍの試料の場合２０Ａを印加した場合、６０分後の電圧値が変化しなければその耐電流密度は１×１０6Ａ／ｃｍ2と言うことになる。
【００９４】
＜グラファイトシートの厚さのバラツキ＞
本発明におけるグラファイトシートの厚さのバラツキＶ（％）は、上述した（１）式で表されるとおり、膜厚Ｔｍａｘと膜厚の算術平均値Ｔａｖｅとの差の絶対値に１００を乗じた値を、膜厚の算術平均値Ｔａｖｅで除した値である。
【００９５】
＜熱伝導率＞
グラファイトシートの熱拡散率は、周期加熱法による熱拡散率測定装置（アルバック理工株式会社「ＬａｓｅｒＰｉｔ」装置）を用いて、２０℃、真空下（１０-2Ｐａ程度）、１０Ｈｚの周波数を用いて測定した。これはレーザー加熱の点から一定距離だけ離れた点に熱電対を取り付け、その温度変化を測定する方法である。ここで熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）は、熱拡散率（ｍ2／ｓ）と密度（ｋｇ／ｍ3）と比熱（７９８ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））を掛け合わせることによって算出した。ただし、この装置ではグラファイトシートの厚さが１μｍ以上で、面積が２５ｍｍ2以上の場合は熱拡散率の測定が可能であった。しかし、グラファイトシートの厚さが１μｍ以下の場合や、グラファイトシートの面積が２５ｍｍ2以下の場合では測定誤差が大きくなりすぎて正確な測定は不可能であった。
【００９６】
そこで第二の測定方法として、周期加熱放射測温法（（株）ＢＥＴＨＥＬ製サーモアナライザーＴＡ３）を用いて測定をおこなった。これは周期加熱をレーザーで行い、温度測定を放射温度計で行う装置であり、測定時にグラファイトシートとは完全に非接触であるため、グラファイトシートの厚さ１μｍ以下、面積２５ｍｍ2以下の試料でも測定が可能である。両装置の測定値の信頼性を確認するために、幾つかの試料については両方の装置で測定を行い、その数値が一致することを確認した。
【００９７】
ＢＥＴＨＥＬ社の装置では周期加熱の周波数を最高８００Ｈｚまでの範囲で変化させることができる。すなわち、この装置の特徴は通常熱電対で接触的に行われる温度の測定が放射温度計により行われ、測定周波数を可変できる点である。原理的に周波数を変えても一定の熱拡散率が測定されるはずなので、本装置を用いた計測では周波数を変えてその測定を行った。１μｍ以下の厚さの試料や、グラファイトシートの面積が２５ｍｍ2以下の試料の測定を行った場合は、１０Ｈｚや２０Ｈｚの測定においては測定値がばらつくことが多かったが、７０Ｈｚから８００Ｈｚの測定では、その測定値はほぼ一定になった。そこで、周波数に寄らず一定の値を示した数値（７０Ｈｚ〜８００Ｈｚでの値）を用いて熱拡散率とした。
【００９８】
（原料高分子膜製造例１）
ピロメリット酸無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルをモル比で１／１の割合で合成したポリアミド酸の１８質量％のジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液１００ｇに無水酢酸２０ｇとイソキノリン１０ｇからなる硬化剤を混合、攪拌し、遠心分離による脱泡の後、アルミ箔上に流延塗布し、さらにワイヤバーを用いて厚さ調整を行った。この様な方法で５０μｍから１μｍの範囲の厚さの異なるフィルムを調製した。１μｍ〜２０ｎｍの範囲の均一な厚さの高分子フィルムはこの様な方法では作製が困難であるため、スピンコーターを用いて、アミド酸溶液の濃度、回転数を変えることで厚さの異なる何種類かのフィルムを作製した。なお、本発明の実施例において特に記載のない場合には、製膜時にフィラー成分を一切添加しないで成膜しており、実質的にフィラー成分は０．１質量％以下である。
【００９９】
攪拌から脱泡までは０℃に冷却しながら行った。このアルミ箔とポリアミド酸溶液の積層体を１２０℃で１５０秒間、３００℃、４００℃、５００℃で各３０秒間加熱した後、アルミ箔を除去しポリイミドフィルム（高分子試料Ａ）を作製した。また前記試料Ａと同様にしてピロメリット酸無水物とｐ−フェニレンジアミンを原料に用い、ポリイミドフィルム（高分子試料Ｂ）と、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを原料に用いポリイミドフィルム（高分子試料Ｃ）とを作製した。この様な方法で５０μｍから２０ｎｍの範囲の厚さの異なる何種類かのフィルムを作製した。
【０１００】
（実施例１〜８）
製造例１で作製した厚さの異なる８種類のポリイミドフィルム（高分子試料Ａ、面積１０×１０ｃｍ2）を、電気炉を用いて窒素ガス中、１０℃／分の速度で１０００℃まで昇温し、１０００℃で１時間保って予備処理した。次に得られた炭素化シートを円筒状のグラファイトヒーターの内部にセットし、２０℃／分の昇温速度で３０００℃の処理温度（最高処理温度）まで昇温した。この温度で３０分間（処理時間）保持し、その後４０℃／分の速度で降温し、グラファイトシートを作製した（粘着テープによる表面剥離で作製したものではない）。処理はアルゴン雰囲気で０．１０ＭＰａ（１．０ｋｇｆ／ｃｍ2）の加圧下で行った。得られたグラファイトシートの面積は厚さの違いによって収縮、膨張の比率が異なるために一定ではなかったが、いずれも６．５×６．５ｃｍ2〜９．５×９．５ｃｍ2の範囲にあった。なお、実施例１〜８に示したキャリア移動度の値はいずれも試料を１ｃｍ×１ｃｍの正方形に切り出し、試料の稜部分に電極をつけて測定したものである。
【０１０１】
また、耐電流密度の評価は幅１ｍｍ長さ２０ｍｍに切り出した試料を用いて行った。測定環境はアルゴンガス（常圧）中であった。比較のために、同じ形状に切り出した銅フィルムの耐電流密度を測定し、各グラファイト試料の耐電流密度がほぼ同じ厚さの銅フィルムを上回った試料を○、銅以下であった場合を×で示す。
【０１０２】
所定の厚さで得られたグラファイトシートに関し、使用された高分子試料、最高処理温度（℃）、厚さ（μｍ）、密度（ｇ／ｃｍ3）、キャリア移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、厚さのバラツキ（％）、電気伝導度（Ｓ／ｃｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、耐電流密度評価を表１に示す。表１の結果から明らかな様に、これらの実施例１〜８ではグラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の５０％以下となり、キャリア移動度はいずれも５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上（特に８０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上）の特性を示した。さらに、電気伝導度は１５０００Ｓ／ｃｍ以上（特に２４０００Ｓ／ｃｍ以上）、熱伝導率は１５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上（特に１９００Ｗ／ｍ・Ｋ以上）、耐電流密度特性も銅と同等以上（すなわち２×１０6Ａ／ｃｍ2以上）の特性であることが分かった。
【０１０３】
（実施例９〜１１、比較例１〜３）
高分子試料Ａを用い、厚さの異なるシートについて最高処理温度３０００℃、３１００℃、または３２００℃とした以外は実施例１と同じ処理を行い、得られたグラファイトシートに関し、使用された高分子試料、最高処理温度（℃）、厚さ（μｍ）、密度（ｇ／ｃｍ3）、キャリア移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、厚さのバラツキ（％）、電気伝導度（Ｓ／ｃｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、耐電流密度評価を表１に示す。
実施例９〜１１では、グラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の１〜２％となり、キャリア移動度はいずれも５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の特性を示した。
比較例１〜２（厚さ０．０２μｍ）では、グラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の５０％超となり、キャリア移動度及び電気伝導度の一方または両方が低下した。このことから、グラファイトシートの厚さは、０．０４μｍ（４０ｎｍ）以上であることが好ましいと結論づけた。
比較例３（最高処理温度３２００℃、厚さ０．０２μｍ）でも、グラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の５０％超となった。この比較例３では、同じ厚さの比較例１（最高処理温度３０００℃）、比較例２（最高処理温度３１００℃）よりもキャリア移動度、電気伝導度が高くなる傾向が見られたが、より高いキャリア移動度、電気伝導度を達成する為には、グラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の５０％以下を満たすことが必要であると考えられた。
【０１０４】
（実施例１２〜１７）
高分子試料Ｂ、および高分子試料Ｃを用いた以外は実施例１と同じ方法で厚さの異なる幾つかの試料の炭素化・グラファイト化を行った。得られたグラファイトシートに関し、高分子試料、最高処理温度（℃）、厚さ（μｍ）、密度（ｇ／ｃｍ3）、キャリア移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、厚さのバラツキ（％）、電気伝導度（Ｓ／ｃｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、耐電流密度評価の結果を表１に示す。なお、この表に示した厚さのシートでは高分子試料Ｂでも、高分子試料Ｃでも３０００℃、３０分の熱処理を行えば、グラファイトシートの厚さのバラツキは膜厚の５０％以下であり、キャリア移動度は５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であった。
【０１０５】
（実施例１８〜２１）
実施例３で用いた試料（高分子試料Ａ，厚さ１．２μｍ、最高処理温度３０００℃、面積１０×１０ｍｍ2）を切断してより小さな正方形の試料を切り出し、すなわち測定面積５×５ｍｍ2（実施例１８）、２×２ｍｍ2（実施例１９）、１×１ｍｍ2（実施例２０）、０．５×０．５ｍｍ2（実施例２１）とし、それぞれの試料について、厚さ（μｍ）、密度（ｇ／ｃｍ3）、キャリア移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、厚さのバラツキ（％）、電気伝導度（Ｓ／ｃｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を測定し、耐電流密度評価を行った。その結果（実施例１８〜２１）を表１に示す。表１の結果から試料面積が大きくなっても小さくなってもキャリア移動度、膜厚のバラツキ、電気伝導度、熱伝導率の大きさはほとんど変わらないことが分かった。これは本発明のグラファイトシートが極めて均一な特性を持つことを示す結果である。
【０１０６】
（実施例２２〜２５）
実施例３で用いたのと同じ厚さのポリイミドフィルム（高分子試料Ａ）を原料として用い、電気炉を用いて窒素ガス中、１０℃／分の速度で１０００℃まで昇温し、１０００℃で１時間保って予備処理した。次に得られた炭素化シートを円筒状のグラファイトヒーターの内部にセットし、２０℃／分の昇温速度で、それぞれ２８００℃、または２９００℃（最高処理温度）まで昇温した。この温度でそれぞれ３０分間、または１２０分間（２時間）保持し、その後４０℃／分の速度で降温し、グラファイトシートを作製した。処理はアルゴン雰囲気で０．０５ＭＰａ（０．５ｋｇｆ／ｃｍ2）の加圧下でおこなった。得られたグラファイトシートに関し、使用された高分子試料、最高処理温度（℃）、厚さ（μｍ）、処理時間（分）、キャリア移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、厚さのバラツキ（％）、電気伝導度（Ｓ／ｃｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、耐電流密度評価の結果を表２に示す。２８００℃または２９００℃の処理では処理時間を３０分または１２０分としても、グラファイトシートの厚さのバラツキは膜厚の５０％以下であり、５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上のキャリア移動度を実現できた。最高処理温度が高く、処理時間が長いとキャリア移動度、電気伝導度は若干高くなる傾向があるが、より高いキャリア移動度（特に８０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上）及びより高い電気伝導度を実現するためには３０００℃以上の温度が好ましいと結論づけた。
【０１０７】
（実施例２６〜３１）
厚さ２５μｍ、または５０μｍのポリイミドフィルム（高分子試料Ａ）を用い、最高処理温度３１００℃３０分、３２００℃３０分、３２００℃１２０分としたこと以外は、実施例１と同じ条件で炭素化・グラファイト化を行った。得られたグラファイトシートの厚さはそれぞれ３１００℃処理では１２μｍ（実施例２６）、２８μｍ（実施例２９）、３２００℃処理では１１μｍ（実施例２８）、１２μｍ（実施例２７）、２６μｍ（実施例３１）、２８μｍ（実施例３０）であった。得られた結果を表２に示す。グラファイトシートの厚さが厚くなるに従い、キャリア移動度、電気伝導度の値が低下する傾向があったが、グラファイトシートの厚さのバラツキは膜厚の５０％以下であり、キャリア移動度は５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であった。このことから、グラファイトシートの厚さが３０μｍ以下であることが好ましいと結論した。
【０１０８】
（比較例４〜７）
厚さ３０ｎｍのポリイミドフィルム（高分子試料Ａ）を用い、最高処理温度３０００℃３０分、３１００℃３０分、３２００℃３０分、３０００℃１２０分とした以外は、実施例１と同じ条件で炭素化・グラファイト化を行った。得られたグラファイトシートの厚さはそれぞれ３０００℃３０分処理では０．０１７μｍ（１７ｎｍ）（比較例４）、３１００℃３０分処理では０．０１５μｍ（１５ｎｍ）（比較例５）、３２００℃３０分処理では０．０１２μｍ（１２ｎｍ）（比較例６）、３０００℃１２０分処理では０．０１１μｍ（１１ｎｍ）（比較例７）であった。得られたシートに関し、高分子試料、最高処理温度（℃）、厚さ（μｍ）、キャリア移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、厚さのバラツキ（％）、電気伝導度（Ｓ／ｃｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、耐電流密度評価の結果を表２に示す。グラファイトシートの厚さが４０ｎｍ未満になると、グラファイトシートの厚さのバラツキが膜厚の５０％超となった。このことから、バラツキが膜厚の５０％以下であることを実現するためにはグラファイトシートの厚さが４０ｎｍ以上であることが好ましいと結論した。
【０１０９】
（実施例３２〜３５）
実施例２７で用いた試料（高分子試料Ａ，厚さ１２μｍ、最高処理温度３２００℃、面積１０×１０ｍｍ2）を切断してより小さな正方形の試料を切り出し、すなわち測定面積５×５ｍｍ2（実施例３２）、２×２ｍｍ2（実施例３３）、１×１ｍｍ2（実施例３４）、０．５×０．５ｍｍ2（実施例３５）とし、それぞれの試料について厚さ（μｍ）、キャリア移動度（ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）、厚さのバラツキ（％）、電気伝導度（Ｓ／ｃｍ）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を測定し、耐電流密度評価を行った。その結果（実施例３２〜３５）を表２に示す。実施例３２〜３５の結果は試料測定面積が小さくなればなるほどそのキャリア移動度は大きくなる傾向にあったが、この様に小さな面積の測定でもキャリア移動度は５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上であり、グラファイトシートの厚さのバラツキは膜厚の５０％以下であることを実現できた。
【０１１０】
【表１】
0006440295.tif 000002
【０１１１】
【表２】
0006440295.tif 000003
【０１１２】
（参考例１〜３）
実施例４と同じ手法で、燐酸カルシウムのフィラー１０質量％添加（参考例１）、フィラー１質量％添加（参考例２）、フィラー０．１質量％添加（参考例３）、実質的にフィラーを含まない高分子原料（実施例４）を用いて参考例１〜３の試料を作製し、その耐電流密度を比較した。実験はそれぞれの試料（実施例４、参考例１〜３）から１ｍｍ幅に測定サンプルを切り出し、任意に選別した１０本について行った。実施例４ではこの様な測定を行ってもその耐電流密度に変わりは無かった。しかし、フィラー１０質量％添加の試料では１０本中３本が銅の耐電流密度以下で破断した。またフィラー１質量％添加の試料では１０本中１本が破断した。フィラー０．１質量％添加試料、および実質的にフィラーを含まない試料では破断した試料は無かった。このことから高分子原料中のフィラー濃度は０．１質量％以下であることが必要で、実質的にフィラーなどの不純物を含まないことが好ましいことが分かった。
【０１１３】
（参考例４）
実施例４と同じ方法で、アルゴン雰囲気中常圧、３２００℃の処理を常圧（加圧なし）で行った試料（参考例４）を作製し、実施例４の加圧下（０．１ＭＰａ（１．０ｋｇｆ／ｃｍ2））で処理したものとの比較を行った。実験はそれぞれの試料（実施例４と参考例４）から１ｍｍ幅に測定サンプルを切り出し、任意に選別した１０本についてその耐電流密度を測定することで行った。実施例４ではこの様な測定を行ってもその耐電流密度に変わりは無かった。しかし、参考例４では実施例４の試料の５０％印加電流で破断した試料が１本存在した。これは参考例４の試料では３２００℃の処理において部分的に厚さの薄い部分が形成されたためであろうと考えられる。すなわち、３０００℃以上の温度での熱処理を加圧中で行うことが、厚さの均一なグラファイトフィルム作製のため有効な手段であることを示している。この様な現象は２０ｎｍ以下の極めて薄いグラファイトの場合にはより顕著になると考えられ、グラファイトシートの薄さの限界を示すものであると考えられる。
【０１１４】
（参考例５〜７）
実施例７で作製したグラファイトフィルム（厚さ０．０６μｍ、キャリア移動度９１００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）を線幅１ｍｍ（参考例５、ａ−ｂ面に対して垂直方向の断面積０．０６×１０-3ｍｍ2）、０．２ｍｍ（参考例６、ａ−ｂ面に対して垂直方向の断面積０．０１２×１０-3ｍｍ2）、０．１ｍｍ（参考例７、ａ−ｂ面に対して垂直方向の断面積０．００６×１０-3ｍｍ2）の線状に加工し、その時の耐電流密度を測定した。耐電流密度はややばらついていたがいずれも２×１０6〜２×１０7Ａ／ｃｍ2の範囲にあった。このことからグラファイト配線材料の線幅が変化しても耐電流密度は変わらないことが分かった。
【０１１５】
（参考例８〜１０）
同様に、厚さ０．０６μｍの銅箔を線幅１ｍｍ（参考例８）、０．２ｍｍ（参考例９）、０．１ｍｍ（参考例１０）の線状に加工し、耐電流密度を測定した。耐電流密度は線幅１ｍｍでは約２×１０6Ａ／ｃｍ2、線幅０．１ｍｍでは約１×１０6Ａ／ｃｍ2、線幅０．０２ｍｍでは４×１０5Ａ／ｃｍ2になり、銅線の場合には線幅（銅線断面積）が小さくなると耐電流密度が悪くなることが分かった。このことは微細配線回路においてはグラファイト配線材料が銅よりも耐電流密度の点で優れていることを示す。
【０１１６】
（実施例３６）
＜積層体の製造＞
実施例３で作製したグラファイトシート（高分子原料Ａ，厚さ１．２μｍ、キャリア移動度９８００ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ）を用いて積層体の作製を行った。
絶縁性基板として（株）カネカ製ポリイミド（厚さ１２μｍ）、接着剤としてデュポン社製パイララックス（登録商標）ＬＦ０１００（変性アクリル系接着剤シート；厚さ２５μｍ）を貼り合わせた有機高分子フィルムを使用した。最初に、グラファイトシートと上記有機高分子フィルムを、熱ラミネータを用いて１５０℃で張り合わせて、積層体を作製した。
【０１１７】
次に、ＩＥＣ規格（ＩＥＣ６０８２５−１）でＣｌａｓｓ  ４に相当するＹＶＯ4レーザーマーカー（ＫＥＹＥＮＣＥ社製ＭＤ−Ｖ９９００）を用いて加工を行った。このレーザーを用いて線幅０．４ｍｍに加工した。これにより基板のポリイミドをほとんど損傷すること無くグラファイト層のみをエッチング除去できることが分かった。最後に上記方法でエッチング加工した積層体の表面を保護フィルムでカバーした。用いた保護フィルムはＰＥＴ（厚さ１２μｍ）／熱可塑性ポリエステルフィルム樹脂層（２５μｍ）（Ｓｈｉｎｃｈａｎｇ  Ｈｏｔｍｅｌｔ  ＣＯ.，ＬＴＤ製ＳＣ−５０１）である。このようにして作製した積層体は優れた柔軟性を有することが分かった。
【０１１８】
上記の通り作製されたグラファイトシートまたは積層体は、コイルに必要な種々の特性を備えており、例えば図１〜８に示される実施の形態に用いられることは明らかであるが、これら以外のコイルに用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０：コイル、１５：積層体
２０：導電部材（グラファイトシート）
３０：絶縁部材、３１：絶縁シート、３２：グリーンシート
４０：コア材、４０ａ：コア材左側部、４０ｂ：コア材中央部、４０ｃ：コア材右側部
５０：内部電極、５１：内部電極端部
６０：外部電極
７０：ビアホール、７１：ビア電極
【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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