(57)【要約】【課題】熱伝導性に優れた焼結体を製造する焼結体の製造方法、および、熱伝導性に優れた焼結体を提供すること。【解決手段】本発明の焼結体の製造方法は、繊維状炭素系物質２と、主として熱硬化性樹脂で構成されるバインダーと、加熱により黒鉛化する易黒鉛化物質とを含む組成物を、前記バインダーが溶融する温度以上、かつ、前記易黒鉛化物質が黒鉛化する温度より低い温度で加熱しつつ成形して、成形体を得る成形工程と、得られた成形体を、易黒鉛化物質が黒鉛化する温度以上の温度で焼成することにより、生成した黒鉛を介して繊維状炭素系物質２同士を接合して、焼結体を得る焼成工程とを有する。また、バインダーは、ガラス状炭素（非晶質の炭素）４に変化する。これにより、グラファイト３を介して繊維状炭素系物質２同士が接合されてなる基材１０中に、ガラス状炭素４を含んでなる焼結体１が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状炭素系物質と、主として熱硬化性樹脂で構成されるバインダーと、加熱により黒鉛化する易黒鉛化物質とを含む組成物を、前記バインダーが溶融する温度以上、かつ、前記易黒鉛化物質が黒鉛化する温度より低い温度で加熱しつつ成形して、成形体を得る成形工程と、
前記成形体を、前記易黒鉛化物質が黒鉛化する温度以上の温度で焼成することにより、生成した黒鉛を介して前記繊維状炭素系物質同士を接合して、焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記成形工程における成形は、圧縮成形により行われる請求項１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
溶融した前記バインダーが硬化した後、前記焼成工程を行う請求項１または２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記焼成工程における焼成は、不活性ガス雰囲気中または減圧下で行われる請求項１ないし３のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記バインダーは、粒子状をなしている請求項１ないし４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記易黒鉛化物質は、粒子状をなしている請求項１ないし５のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記バインダーおよび前記易黒鉛化物質の双方が粒子状をなしており、粒子状の前記バインダーの平均粒径は、粒子状の前記易黒鉛化物質の平均粒径より小さい請求項１ないし６のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項８】
粒子状の前記バインダーの平均粒径をＡ［μｍ］とし、粒子状の前記易黒鉛化物質の平均粒径をＢ［μｍ］としたとき、Ａ／Ｂ≦０．８なる関係を満足する請求項７に記載の焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記繊維状炭素系物質は、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維のうちの少なくとも一方を主成分とするものである請求項１ないし８のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記組成物中における前記繊維状炭素系物質の含有量は、５０〜９０ｗｔ％である請求項１ないし９のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記バインダーに用いられる前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂の少なくとも一方を主成分とするものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記易黒鉛化物質は、ポリオキシオキサジアゾール、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾールおよびポリパラフェニレンビニレンのうちの少なくとも１種を主成分とするものである請求項１ないし１１のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記組成物中において、前記バインダーと前記易黒鉛化物質とは、重量比で１：１〜１：１０で混合されている請求項１ないし１２のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１４】
前記組成物は、実質的に液体を含まないものである請求項１ないし１３のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記焼成工程の後、前記焼結体に樹脂系材料を含浸させる含浸工程を有する請求項１ないし１４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の焼結体の製造方法により製造されたことを特徴とする焼結体。
【請求項１７】
黒鉛を介して繊維状炭素系物質同士が接合されてなる基材中に、非晶質の炭素を含んでなることを特徴とする焼結体。
【請求項１８】
前記基材と前記非晶質の炭素とで画成される空間に、主として樹脂で構成される充填物が充填されている請求項１７に記載の焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結体の製造方法および焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップに接合して用いられるヒートシンクのような冷却用部材には、優れた熱伝導性（高い熱伝導率）が求められる。
従来、このような冷却用部材には、主として、合金等の金属材料で構成されたものが用いられてきた。
しかしながら、金属材料は、一般に、比重（密度）が大きく、用途（例えば、モバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピュータ等）によっては、製品の軽量化にとって極めて不利であった。
また、マグネシウム合金のような比較的比重の小さい金属材料も開発されているが、さらなる軽量化、熱伝導性の向上が求められている。
【０００３】
一方、近年、熱伝導性に優れ、かつ、低比重のグラファイト（黒鉛）を用いた成形体を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このような方法では、得られる成形体はフィルム形状を有するものとなり、比較的肉厚の大きい成形体や、複雑な形状を有する成形体を製造するのは困難であった。
また、このような方法で得られる成形体（フィルム）では、厚み方向に対して垂直な方向（主面方向）にのみ熱伝導が優れており、厚み方向では熱伝導が良くないという課題を有していた。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１３２３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱伝導性に優れた焼結体を製造する焼結体の製造方法、および、熱伝導性に優れた焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の焼結体の製造方法は、繊維状炭素系物質と、主として熱硬化性樹脂で構成されるバインダーと、加熱により黒鉛化する易黒鉛化物質とを含む組成物を、前記バインダーが溶融する温度以上、かつ、前記易黒鉛化物質が黒鉛化する温度より低い温度で加熱しつつ成形して、成形体を得る成形工程と、
前記成形体を、前記易黒鉛化物質が黒鉛化する温度以上の温度で焼成することにより、生成した黒鉛を介して前記繊維状炭素系物質同士を接合して、焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とする。
これにより、熱伝導性に優れた成形体を製造することができる。
【０００７】
本発明の焼結体の製造方法では、前記成形工程における成形は、圧縮成形により行われることが好ましい。
これにより、得られる焼結体中の広範囲にわたって、易黒鉛化物質をより規則正しく黒鉛化させることができる。また、繊維状炭素系物質同士を接近させることにより、黒鉛化の条件を緩和することができる。
【０００８】
本発明の焼結体の製造方法では、溶融した前記バインダーが硬化した後、前記焼成工程を行うことが好ましい。
これにより、繊維状炭素系物質同士を接近した状態で、より確実に固定しておくことができ、これらを、焼成工程において黒鉛を介してより確実に接合することができる。
本発明の焼結体の製造方法では、前記焼成工程における焼成は、不活性ガス雰囲気中または減圧下で行われることが好ましい。
これにより、易黒鉛化物質の黒鉛化の制御が容易となり、焼結体中における黒鉛の含有率をより確実に制御することができる。
【０００９】
本発明の焼結体の製造方法では、前記バインダーは、粒子状をなしていることが好ましい。
これにより、組成物は、適度な流動性を有するものとなるため、成形工程における組成物の成形性をより向上させることができる。
本発明の焼結体の製造方法では、前記易黒鉛化物質は、粒子状をなしていることが好ましい。
これにより、組成物は、適度な流動性を有するものとなるため、成形工程における組成物の成形性をより向上させることができる。
【００１０】
本発明の焼結体の製造方法では、前記バインダーおよび前記易黒鉛化物質の双方が粒子状をなしており、粒子状の前記バインダーの平均粒径は、粒子状の前記易黒鉛化物質の平均粒径より小さいことが好ましい。
これにより、成形工程において、繊維状炭素系物質同士をより接近させた状態で固定することができる。
本発明の焼結体の製造方法では、粒子状の前記バインダーの平均粒径をＡ［μｍ］とし、粒子状の前記易黒鉛化物質の平均粒径をＢ［μｍ］としたとき、Ａ／Ｂ≦０．８なる関係を満足することが好ましい。
これにより、繊維状炭素系物質同士をさらに接近させた状態で固定することができる。
【００１１】
本発明の焼結体の製造方法では、前記繊維状炭素系物質は、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維のうちの少なくとも一方を主成分とするものであることが好ましい。
これにより、得られる焼結体は、その熱伝導性が特に優れたものになるとともに、機械的強度（形状の安定性）も向上する。
本発明の焼結体の製造方法では、前記組成物中における前記繊維状炭素系物質の含有量は、５０〜９０ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、得られる焼結体は、特に優れた熱伝導性を有するとともに、優れた形状の安定性を有するものとすることができる。
【００１２】
本発明の焼結体の製造方法では、前記バインダーに用いられる前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂の少なくとも一方を主成分とするものであることが好ましい。
これらのものは、加熱により比較的低温で溶融するとともに、比較的容易に非晶質状態（ガラス状）となることから好ましい。
【００１３】
本発明の焼結体の製造方法では、前記易黒鉛化物質は、ポリオキシオキサジアゾール、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾールおよびポリパラフェニレンビニレンのうちの少なくとも１種を主成分とするものであることが好ましい。
これらのものは、繊維状炭素系物質同士を接合する黒鉛に効率よく変化する。また、これらのものを用いることにより、得られる焼結体中における黒鉛の含有率を容易かつ確実に制御することができる。
【００１４】
本発明の焼結体の製造方法では、前記組成物中において、前記バインダーと前記易黒鉛化物質とは、重量比で１：１〜１：１０で混合されていることが好ましい。
これにより、得られる焼結体は、十分な熱伝導性かつ機械的強度を有するものとなる。
本発明の焼結体の製造方法では、前記組成物は、実質的に液体を含まないものであることが好ましい。
これにより、成形工程の加熱により、液体が気化して成形体の形状が崩れてしまうことを防止することができる。
本発明の焼結体の製造方法では、前記焼成工程の後、前記焼結体に樹脂系材料を含浸させる含浸工程を有することが好ましい。
これにより、焼結体の機械的強度が特に優れたものになる。
【００１５】
本発明の焼結体は、本発明の焼結体の製造方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、熱伝導性に優れた焼結体が得られる。
本発明の焼結体は、黒鉛を介して繊維状炭素系物質同士が接合されてなる基材中に、非晶質の炭素を含んでなることを特徴とする。
これにより、熱伝導性に優れた焼結体が得られる。
本発明の焼結体では、前記基材と前記非晶質の炭素とで画成される空間に、主として樹脂で構成される充填物が充填されていることが好ましい。
これにより、焼結体の機械的強度が特に優れたものになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の焼結体の製造方法および焼結体の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、本発明の焼結体について説明する。
図１は、本発明の焼結体の好適な実施形態について、そのミクロ構造を模式的に示す断面図である。
【００１７】
図１に示す焼結体１は、グラファイト（黒鉛）３を介して繊維状炭素系物質２同士が接合（連結）されてなる基材１０中に、ガラス状炭素（非晶質の炭素）４を含み、さらに、基材１０とガラス状炭素４とで画成される空間（空隙）に、充填物１１が充填されて構成されている。
繊維状炭素系物質２としては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等のカーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、カーボンナノファイバー、ＣＮナノチューブ、ＣＮナノファイバー、ＢＣＮナノチューブ、ＢＣＮナノファイバー等が挙げられるが、これらの中でも特に、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、カーボンナノファイバーを含むものであるのが好ましく、カーボンナノチューブおよび／または気相成長炭素繊維を含むものであるのがより好ましく、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維のうちの少なくとも一方を主成分とするものがさらに好ましい。
繊維状炭素系物質２がこのような材料で構成されたものであると、焼結体１は、その熱伝導性が特に優れたものになるとともに、機械的強度（形状の安定性）も向上する。
また、繊維状炭素系物質２は、１本鎖構造（分岐鎖を有さない直鎖状構造）を有するものであってもよいし、分岐鎖構造を有するものであってもよい。
【００１８】
グラファイト３は、天然黒鉛、人造黒鉛等、いかなるものであってもよいが、後述するように、加熱により易黒鉛化物質が炭化（グラファイト化）したものであるのが好ましい。
焼結体１は、グラファイト３を介して繊維状炭素系物質２同士が接合された構成（特に、３次元的なネットワークを形成した構成）の基材１０を有することにより、熱伝導性（伝熱性）に優れたものとなる。このため、焼結体１が、比較的肉厚の大きい（厚肉の）部材（例えば、肉厚が１０ｍｍ以上の部材）であっても、十分な伝熱性（放熱性、抜熱性）を発揮することができる。
したがって、本発明の焼結体１は、例えば、冷却用部材、ノートパソコンやビデオプロジェクター等の筐体で放熱を必要とする箇所を構成する部材等、優れた熱伝導性が要求されるような部材に、好適に適用することができる。
【００１９】
なお、本明細書中において、「接合」とは、物理的な結合や、化学的な結合（共有結合等）を含む概念である。
また、本発明の焼結体１では、繊維状炭素系物質２とグラファイト３とを含む材料で構成されており、これにより、十分な熱伝導性を発揮することができるので、従来のように、構成材料として合金等の金属材料を用いなくてもよい。
【００２０】
これにより、焼結体１（後述するような成形体）の加工性が特に優れたものとなり、製造工程中における加工、製造後における加工（例えば、バリ取り等）を比較的容易に行うことができる。その結果、本発明によれば、複雑な形状の焼結体１や、微小な焼結体１であっても、容易かつ確実に製造することが可能である。
しかも、本発明においては、焼結体１が繊維状炭素系物質２を含むものであるため、焼結体１おいては、製造時等における優れた加工性と、機械的強度、弾性等成形体としての優れた特性とを両立することができる。
【００２１】
ガラス状炭素４は、基材１０を形成した後に、その間隙に充填されたものであってもよいが、後述するように、焼結体１の製造の際に、バインダーが変化（非晶質化）して得られるものであるのが好ましい。これにより、焼結体１の製造工程の簡略化を図ることができる。
また、基材１０の間隙に、ガラス状炭素４が存在することにより、焼結体１の機械的強度を優れたものとすることができる。
【００２２】
また、本発明の焼結体１は、少なくとも、繊維状炭素系物質２とグラファイト３とガラス状炭素４とを含む材料で構成されたものであればよいが、本実施形態の焼結体１は、構成成分として、さらに、充填物１１を含んでいる。これにより、例えば、焼結体１の機械的強度が特に優れたものとなる。
充填物１１は、主として樹脂で構成されるものが好ましい。この樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、これらから選択される少なくとも１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２３】
これにより、焼結体１の機械的強度を特に優れたものとするとともに、樹脂の種類等に応じて、焼結体１としてのガスバリア性、液体不透過性、耐熱性、加工性、耐薬品性（例えば、耐酸性等）、耐水性さらに難燃性等の他の特性のさらなる向上を図ることができる。
例えば、樹脂としてポリイミドを主成分とするものを用いた場合には、焼結体１の耐熱性を特に優れたものとすることができ、樹脂としてフェノール樹脂を主成分とするものを用いた場合には、焼結体１の耐酸性、耐水性さらに難燃性を特に優れたものとすることができる。
【００２４】
焼結体１中における繊維状炭素系物質２の含有率（含有量）は、特に限定されないが、５０〜９８ｗｔ％であるのが好ましく、８０〜９５ｗｔ％であるのがより好ましく、８５〜９５ｗｔ％であるのがさらに好ましい。
焼結体１中における繊維状炭素系物質２の含有率が前記下限値未満であると、焼結体１の用途等によっては、十分な熱伝導性を発揮させるのが困難になる可能性がある。一方、焼結体１中における繊維状炭素系物質２の含有率が前記上限値を超えると、繊維状炭素系物質２以外の成分（グラファイト３、ガラス状炭素４、充填物１１等）の含有率が相対的に低下するため、例えば、繊維状炭素系物質２とグラファイト３との接合箇所（接合点）の数が低下し、焼結体１の用途等によっては、焼結体１としての熱伝導性、機械的強度を十分に発揮させるのが困難になる可能性がある。
【００２５】
このような焼結体１は、室温付近（例えば、２０℃）での熱伝導率が、８０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であるのが好ましく、１５０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であるのがより好ましい。このような条件を満足することにより、冷却用部材等のように、特に優れた熱伝導性が要求される部材に、焼結体１をより好適に適用することができる。
特に、本発明では、金属材料を含まなくても優れた熱伝導性を発揮することができるので、従来の金属材料で構成されていた部材に代わり、本発明の焼結体１を適用することにより、部材の軽量化、成形性の向上等、優れた効果が得られる。
【００２６】
なお、焼結体１中には、前述したような、繊維状炭素系物質２、グラファイト３、ガラス状炭素４、充填物１１以外の成分が含まれていてもよい。例えば、焼結体１中には、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラッシーカーボン、フラーレン、ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）、可塑剤、酸化防止剤、着色剤、光沢剤、各種フィラー等が含まれていてもよい。
【００２７】
次に、焼結体１の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の焼結体１の製造方法は、繊維状炭素系物質２と、主として熱硬化性樹脂で構成されるバインダーと、加熱により黒鉛化する易黒鉛化物質とを混合して、成形体形成用の組成物（成形体形成用組成物）を得る組成物調製工程［１］と、この組成物を加熱しつつ成形して、成形体を得る成形工程［２］と、得られた成形体を焼成して、焼結体を得る焼成工程［３］と、得られた焼結体に樹脂系材料を含浸させる含浸工程［４］とを有する。以下、各工程について詳細に説明する。
【００２８】
［１］組成物調製工程
まず、繊維状炭素系物質２と、バインダーと、易黒鉛化物質とを混合して、成形体形成用の組成物を得る。
バインダーは、次工程［２］の加熱により、繊維状炭素系物質２同士の間で溶融した後硬化（または半硬化）して、これらを接近させた状態で固定（保持）する機能を有するものである。
また、バインダーは、次工程［２］または後述する工程［３］の加熱によっても、繊維状炭素系物質２同士を強固に固定し、バインダーとしての働き（機能）を失わないものが好ましい。例えば、ガラス状炭素４に変化（変換）するものが適用できる。
【００２９】
このようなバインダーに用いられる熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂の少なくとも一方を主成分とするものが好ましい。これらのものは、後述する加熱により比較的低温で溶融するとともに、比較的容易に非晶質状態（ガラス状）となることから好ましい。
【００３０】
易黒鉛化物質は、後述する工程［３］の加熱により、黒鉛化（グラファイト化）して、繊維状炭素系物質２同士を接合する機能を有するものである。
易黒鉛化物質としては、例えば、ポリオキシオキサジアゾール、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリパラフェニレンビニレン等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３１】
これらの中でも、易黒鉛化物質としては、ポリオキシオキサジアゾール、ポリアミド（特に、芳香族ポリアミド）、ポリイミド（特に、芳香族ポリイミド）、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾールおよびポリパラフェニレンビニレンのうちの少なくとも１種を主成分とするものが好ましい。これらのものは、繊維状炭素系物質２同士を接合するグラファイト３に効率よく変化する。また、これらのものを用いることにより、得られる焼結体１中におけるグラファイト３の含有率を容易かつ確実に制御することができる。
【００３２】
これらのバインダーおよび易黒鉛化物質は、いずれか一方が粒子状をなしているのが好ましく、双方が粒子状をなしているのがより好ましい。後述するように、組成物（成形体形成用組成物）中には、実質的に液体が含まれないものが好ましいが、バインダーおよび／または易黒鉛化物質を粒子状とすることにより、組成物は、適度な流動性を有するものとなる。これにより、次工程［２］における組成物の成形性をより向上させることができる。
【００３３】
また、バインダーおよび／または易黒鉛化物質を粒子状とすることにより、組成物中において各成分がより均一に混ざり合った状態となる。その結果、得られる焼結体１を、特性の安定性（例えば、各部位での、熱伝導率の均一性や、外的応力に対する安定性の均一性等）に優れたものとすることができる。
また、各成分がより均一に混ざり合った状態の組成物を用いることにより、後述する工程［３］における加熱による成形体の各部位における収縮率のバラツキをより小さいものとすることができ、得られる焼結体１の寸法を、設計値からの誤差がより小さいものとすることができる。
【００３４】
バインダーおよび易黒鉛化物質の双方を粒子状とする場合、粒子状のバインダー（以下、「バインダー粒子」と言う。）の平均粒径は、粒子状の易黒鉛化物質（以下、「易黒鉛化物質粒子」と言う。）の平均粒径より小さいのが好ましい。これにより、次工程［２］において、繊維状炭素系物質２同士をより接近させた状態で固定することができる。また、この状態では、易黒鉛化物質粒子は、繊維状炭素系物質２同士に確実に接触した状態で存在することになる。その結果、後述する工程［３］において、繊維状炭素系物質２同士をグラファイト３により確実に接合することができる。
【００３５】
バインダー粒子の平均粒径をＡ［μｍ］とし、易黒鉛化物質粒子の平均粒径をＢ［μｍ］としたとき、Ａ／Ｂ≦０．８なる関係を満足するのが好ましく、Ａ／Ｂ≦０．６なる関係を満足するのがより好ましい。これにより、前記効果がより顕著に発揮させる。
具体的には、バインダー粒子の平均粒径Ａは、１００μｍ以下であるのが好ましく、５０μｍ以下であるのがより好ましい。
【００３６】
また、易黒鉛化物質粒子の平均粒径Ｂは、５００μｍ以下であるのが好ましく、２００μｍ以下であるのがより好ましい。
バインダー粒子および易黒鉛化物質粒子の平均粒径を、このように小さいものとすることにより、繊維状炭素系物質２との混合を容易かつ確実に行うことができ、その結果、これらの粒子を繊維状炭素系物質２同士の間に、より確実に位置させることができるようになる。
【００３７】
組成物中において、バインダーと易黒鉛化物質とは、重量比で１：１〜１：１０で混合されているのが好ましい。これにより、得られる焼結体１は、十分な熱伝導性かつ機械的強度を有するものとなる。
また、組成物中における繊維状炭素系物質２の含有率（含有量）は、特に限定されないが、５０〜９８ｗｔ％であるのが好ましく、８０〜９５ｗｔ％であるのがより好ましく、８５〜９５ｗｔ％であるのがさらに好ましい。これにより、得られる焼結体１は、特に優れた熱伝導性を有するとともに、優れた形状の安定性を有するものとすることができる。
【００３８】
これに対し、組成物中における繊維状炭素系物質２の含有率が前記下限値未満であると、得られる焼結体１は、その用途等によっては、十分な熱伝導性を発揮するのが困難となる可能性がある。また、組成物中における繊維状炭素系物質２の含有率が前記上限値を超えると、次工程［２］における組成物の成形性が低下するとともに、得られる焼結体１の機械的強度が低下する傾向を示す。
【００３９】
また、組成物は、実質的に液体（溶媒や分散媒）を含まないものであるのが好ましい。これにより、次工程［２］の加熱により、前記液体が気化して成形体の形状が崩れてしまうことを防止することができる。
なお、必要に応じて、上記のような混合の後（または、上記のような混合に代えて）、混練処理（混練工程）を施してもよい。これにより、各成分がより均一に混ざり合った組成物（成形体形成用組成物）を得ることができる。
【００４０】
［２］成形工程
次に、得られた組成物を加熱しつつ成形して、成形体を得る。
成形体の形状は、特に限定されないが、目的とする焼結体１に対応する形状（ただし、後述する焼成工程等での収縮分を見込んだ形状）に、成形することができる。
このように、目的とする焼結体１に対応する形状の成形体を作製することにより、後の工程における、研削、研磨等の機械加工等を省略または簡素化することができ、このような機械加工等に伴う削りかすの発生を好適に防止することができる。
【００４１】
組成物の成形方法としては、特に限定されず、目的とする焼結体１の形状等に応じて、圧縮成形（プレス成形）、押出成形、射出成形、カレンダー成形等を適宜選択して用いることができる。
また、成形時には、繊維状炭素系物質２同士ができるだけ接近するように圧力をかけるのが好ましい。かかる観点からは、組成物の成形方法としては、圧縮成形（プレス成形）が好適である。これにより、得られる焼結体１中の広範囲にわたって、易黒鉛化物質をより規則正しくグラファイト化させることができる。また、繊維状炭素系物質２同士を接近させることにより、グラファイト化の条件（例えば、次工程［３］における焼成温度等）を緩和することができる。
【００４２】
本工程［２］における加熱の温度（加熱温度）は、バインダーが溶融、硬化する温度以上、かつ、易黒鉛化物質がグラファイト化する温度より低い温度とされる。かかる加熱温度は、バインダーおよび易黒鉛化物質の種類等によっても若干異なるが、１３０〜３００℃であるのが好ましく、１５０〜２５０℃であるのがより好ましい。これにより、繊維状炭素系物質２同士をバインダーにより、より確実に固定することができる。
【００４３】
加圧の時間は、バインダーに用いる樹脂の種類等によっても異なり、特に限定されるものではない。
また、加圧の圧力は、特に限定されないが、できるだけ大きい方が好ましい。例えば、１平方センチ当たり０．５トンの圧力をかけた場合（約５０ＭＰａ）でも、良好な結果が得られている。具体的には、好ましくは３０〜２００ＭＰａ程度、より好ましくは５０〜１５０ＭＰａ程度とされる。
【００４４】
以上のような条件で、成形体を形成することにより、より高密度な成形体が得られ、得られる焼結体１の機械的強度もより向上する。
また、本工程［２］から次工程［３］への移行は、溶融したバインダーが硬化した後とするのが好ましい。これにより、繊維状炭素系物質２同士を接近した状態で、より確実に固定しておくことができ、これらを、次工程［３］においてグラファイト３を介してより確実に接合することができる。
【００４５】
［３］焼成工程
次に、得られた成形体を焼成して、焼結体１を得る。
このとき、成形体中の易黒鉛化物質が炭化（グラファイト化）して、グラファイト３が生成し、繊維状炭素系物質２同士が生成したグラファイト３を介して接合される。その結果、３次元的なネットワークが形成された基材１０を有する焼結体１が得られる。
このような焼結体１は、グラファイト３を介した繊維状炭素系物質２同士の接合強度が高く、結果として、特に熱伝導性に優れたものとなる。また、このような焼結体１では、比較的肉厚の大きいもの（例えば、肉厚が１０ｍｍ以上の部材）であっても、十分な伝熱性（放熱性）を発揮することができる。
【００４６】
本工程［３］における焼成の温度（焼成温度）は、易黒鉛化物質が黒鉛化（グラファイト化）する温度以上とされ、易黒鉛化物質の種類等によっても若干異なるが、１７００〜３５００℃であるのが好ましく、２５００〜３０００℃であるのがより好ましい。このような温度で焼成を行うことにより、より緻密で、グラファイト３を介した繊維状炭素系物質２同士の接合強度が大きい焼結体１を得ることができる。かかる焼結体１は、特に優れた熱伝導性を有し、かつ、形状の安定性等に優れたものとなる。
【００４７】
焼成の時間（焼成時間）は、特に限定されないが、焼成温度を前記範囲とする場合には、０．５〜１０時間であるのが好ましく、１〜７．５時間であるのがより好ましい。
また、成形体の焼成は、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｎ２等の不活性ガス雰囲気中、または、減圧下（例えば、１×１０−２Ｔｏｒｒ以下）で行われるのが好ましい。これにより、易黒鉛化物質の黒鉛化（炭化）の制御が容易となり、焼結体１中におけるグラファイト３の含有率をより確実に制御することができる。
【００４８】
なお、本工程［３］は、２回以上に分けて行ってもよい。すなわち、本発明の焼結体の製造方法は、例えば、成形体に対して、比較的温和な条件での仮焼成を施した後に、本焼成を施すものであってもよい。例えば、仮焼成として６００℃〜１５００℃で焼成して炭化処理を行い、本焼成として２５００℃〜３０００℃で焼成して黒鉛化焼成を行う。
また、炭化時に抜けたガスによる空隙を埋め合わせ、成形体の強度を維持するために、仮焼成と樹脂系材料の含浸を繰り返してから本焼成を行ってもかまわない。この時の樹脂の含浸は、下記の工程［４］に述べるものと同等の方法が可能である。
【００４９】
なお、易黒鉛化物質は、本工程［３］において、そのほぼ全体がグラファイト化するものであってもよいし、その一部のみがグラファイト化するものであってもよい。例えば、焼成後の焼結体１中には易黒鉛化物質に由来する構造が含まれていてもよいし、また、易黒鉛化物質の一部がグラファイト以外の炭素系物質（例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラッシーカーボン、アモルファスカーボン（非晶質の炭素）、フラーレン、ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）、繊維状炭素系物質等）に変換されてもよい。
【００５０】
［４］含浸工程
次に、得られた焼結体１に樹脂系材料を含浸させる。
焼結体１へ樹脂系材料を含浸させる方法（含浸方法）は、いかなるものであってもよいが、例えば、樹脂系材料中に焼結体１を浸漬する方法（ディッピング法）、樹脂系材料をドクターブレード法、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコート法等により焼結体１に塗布する方法（塗布法）を用いることができる。
また、含浸方法としては、例えば、真空含浸（減圧含浸）法、加圧含浸法等を用いるようにしてもよい。
【００５１】
この樹脂系材料としては、前述した充填物１１の主材料である樹脂またはその前駆体（例えば、前記樹脂に対応するモノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマー、プレポリマー等）等を含むものが好適に用いられる。
具体的には、樹脂系材料としては、樹脂の溶融物、樹脂またはその前駆体を含む液体（溶液または分散液）等が挙げられる。これらのものは、適度な流動性を有することから、焼結体１中に効率よく含浸させることができる。
【００５２】
樹脂系材料として、樹脂の溶融物を用いる場合には、溶融物を固化（硬化）させることにより、充填物１１とすることができる。
また、樹脂系材料として、樹脂またはその前駆体を含む液体を用いる場合には、例えば、脱溶媒処理、脱分散媒処理、熱処理、光照射等のうちの１種または２種以上の処理を施すことにより、樹脂系材料を樹脂に変換して、充填物１１とすることができる。
【００５３】
さらに、樹脂系材料として、樹脂またはその前駆体を含む液体用いる場合には、樹脂系材料中には、溶解補助剤、分散剤、分散助剤、繊維状炭素系物質、グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラッシーカーボン、アモルファスカーボン（非晶質の炭素）、フラーレン、ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）、可塑剤、酸化防止剤、着色剤、光沢剤、各種フィラー等が含まれていてもよい。例えば、溶解補助剤、分散剤、分散助剤等が含まれることにより、樹脂系材料の流動性を向上させ、本工程［４］を効率よく行うことができる。
以上のような工程を経て、図１に示すような焼結体１が得られる。
【００５４】
また、本発明の焼結体の製造方法では、必要に応じて、前記工程［１］の組成物調製工程の前処理（前工程）や、前記各工程間での中間処理（中間工程）、前記工程［４］の含浸工程後の後処理（後工程）があってもよい。
また、本実施形態では、前記工程［２］において、目的とする焼結体１の形状に対応する形状の成形体を作製するものとして説明したが、例えば、角柱形状、円柱形状、円筒形状等、比較的単純な形状の成形体を作製しておき、前記工程［３］の前後等において、最終的な焼結体１に対応する形状に加工してもよい。
前述したように、本発明においては、製造工程において得られる成形体、最終的に得られる焼結体１についても、優れた加工性を有することから、かかる方法を適用することも可能である。
【００５５】
次に、本発明の焼結体１を冷却用部材としてのヒートシンクに適用した一例について説明する。
ヒートシンクは、例えば、ＣＰＵ用の半導体チップ等に接合して用いられるが、半導体チップはその作動により発熱するため、ヒートシンクには、その熱を効率よく放熱する性能が求められる。
一方、本発明の成形体は、前述したように、熱伝導性に優れているため、本発明を適用したヒートシンク（冷却用部材）は、特に優れた性能（ヒートシンクとして求められる性能）を有するものとなる。
【００５６】
図２は、本発明を適用したヒートシンクを示す平面図、図３は、図２中のII−II線断面図、図４は、図３の部分拡大断面図である。
これらの図に示すように、ヒートシンク（焼結体）１’は、基板５と、基板５の放熱面側（図３中上側）に基板５と一体的に形成された複数の突起（凸部）６と、各突起６を囲むように基板５と一体的に形成されたモールド枠（壁部）７とで構成されている。各突起６は、円柱状または円錐台状をなしている。また、基板５の四隅には、円形のモールド孔（孔）８が形成されている。
【００５７】
基板５の前記放熱面と反対側（図３中、下側）には、発熱体である半導体チップ（図示せず）と接合される接合面５１が形成されている。
また、ヒートシンク１’の少なくとも一部には、例えば、表面処理が施されていてもよい。本実施形態のヒートシンク（焼結体）１’では、接合面５１にメッキ層（被覆層）９が形成されている。このメッキ層９は、半導体チップとの接着機能またはそれを補助する機能を得るための層である。このように、本発明の焼結体は、繊維状炭素系物質、グラファイトを含まない部位を有していてもよい。
【００５８】
メッキ層９としては、例えば、Ａｇメッキ、またはＡｇ−Ｐｄ合金メッキ等のＡｇ系合金メッキ、ＡｕメッキまたはＡｕ系合金メッキ、ＰｔメッキまたはＰｔ系合金メッキ、ＮｉメッキまたはＮｉ系合金メッキ、ＣｒメッキまたはＣｒ系合金メッキ等が挙げられる。このなかでも、特に、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらを主とする合金メッキのような、貴金属メッキが好ましい。
【００５９】
メッキ層９の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．５〜２０μｍ程度、より好ましくは１〜１０μｍ程度とされる。
なお、メッキ層９の形成は、例えば、ヒートシンク１’の全表面に対しなされても良い。また、メッキ層等の被覆層の形成目的は、前述したものに限らず、例えば、保護層の形成、防食等であってもよい。
【００６０】
また、表面処理としては、前記メッキの他に、例えば、樹脂被覆層の形成、黒色塗装等の塗装が挙げられる。
なお、ヒートシンク１’のメッキ層９を除く部位は、図１を参照しつつ説明した前記実施形態の焼結体１と同様の材料、すなわち、繊維状炭素系物質とグラファイトとガラス状炭素とを含む材料で構成されている。
なお、ヒートシンクの形状、構造等は、図示のものに限定されず、例えば、ヒートシンク１’の全体形状や、放熱用の突起（凸部）６の形状、配置等は、いかなるものでもよい。
【００６１】
以上、本発明の焼結体の製造方法および焼結体について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、前述した実施形態では、本発明の焼結体をヒートシンクに適用した構成について説明したが、本発明の焼結体は、プロジェクターの液晶パネル保持部材、ライトガイド等の部材に適用してもよく、冷却用部材以外の部材に適用してもよい。
【実施例】
【００６２】
［冷却用部材（ヒートシンク）の製造］
以下のようにして、各実施例および各比較例において、図２、図３に示すような冷却用部材（ヒートシンク）を、それぞれ、２０個ずつ製造した。
【００６３】
（実施例１）
まず、繊維状炭素系物質としてカーボンナノチューブ（昭和電工株式会社製、ＶＧＣＦ）：１ｋｇ、バインダーとしてフェノール樹脂の粒子：５０ｇと、易黒鉛化物質としてポリイミドの粒子：５０ｇを用意した。
なお、フェノール樹脂粒子の平均粒径Ａは、３０μｍ、ポリイミド粒子の平均粒子Ｂは、５０μｍであり、Ａ／Ｂ＝０．６であった。
【００６４】
次に、これらを混合し、さらに、混練装置を用いて混練することにより、成形体形成用組成物を得た。なお、成形体形成用組成物中には、液体は含まれていなかった。
次に、圧縮成形（熱プレス）により、成形体形成用組成物を、図２、図３に示すヒートシンクに対応する形状に成形し、成形体を得た。
なお、圧縮成形は、圧力５０ＭＰａ、１５０℃×２０分で行った。
また、成形体の形状寸法は、以後の焼成等での収縮分を見込んで決定し、ヒートシンク（メッキ層が形成されていない焼結体）が、全体寸法＝縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ、突起寸法＝外径φ１．２５ｍｍ、長さ１ｍｍ、基板厚さ７ｍｍとなるようにした。
【００６５】
次に、得られた成形体を室温（常温）となるまで放置した後、不活性雰囲気（Ａｒガス雰囲気）中、２５００℃×２時間で焼成することにより焼結体を得た。
次に、ディッピング法を用いて、得られた焼結体に樹脂系材料を含浸させた。
なお、樹脂系材料としては、液状のフェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製、スミライトレジンＰＲ−５１４６４）を用いた。
【００６６】
次に、フェノール樹脂を含浸させた焼結体から、表面に付着しているフェノール樹脂を除去し、さらに、１５０℃×６０分間で加熱することにより、液状のフェノール樹脂を硬化させ、ヒートシンクを得た。
このようにして得られたヒートシンクにおいては、易黒鉛化物質がグラファイト化し、生成したグラファイト介してカーボンナノチューブ同士が接合され、３次元的なネットワークが形成さていること、また、カーボンナノチューブ同士の間隙には、ガラス状炭素（非晶質の炭素）が存在することが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察から確認された。
また、ヒートシンク（焼結体）中におけるカーボンナノチューブの含有率（平均）は、９５ｗｔ％であった。
また、本実施例においては、製造工程中における削りかす等の発生を生じることなく、ヒートシンクを好適に製造することができた。
【００６７】
（実施例２）
易黒鉛化物質として、ポリオキシオキサジアゾールを用いた以外は、前記実施例１と同様にして、ヒートシンクを製造した。
なお、ポリオキサジアゾ−ル粒子の平均粒径Ｂは、１００μｍであり、Ａ／Ｂ＝０．３であった。
また、ヒートシンク（焼結体）中におけるカーボンナノチューブの含有率（平均）は、９０ｗｔ％であった。
【００６８】
（実施例３）
成形工程において、略角柱状の成形体を成形し、焼成工程の後に、研削、研磨加工を施すことにより、図２、図３に示すような形状（全体寸法＝縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ、突起寸法＝外径φ１．２５ｍｍ、長さ１ｍｍ、基板厚さ７ｍｍ）とした以外は、前記実施例１と同様にして、ヒートシンクを製造した。
【００６９】
このようにして得られたヒートシンクにおいては、易黒鉛化物質がグラファイト化し、生成したグラファイト介してカーボンナノチューブ同士が接合され、３次元的なネットワークが形成さていること、また、カーボンナノチューブ同士の間隙には、ガラス状炭素（非晶質の炭素）が存在することが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察から確認された。
また、ヒートシンク（焼結体）中におけるカーボンナノチューブの含有率（平均）は、９３ｗｔ％であった。
【００７０】
（比較例）
Ｍｇ合金（ＡＺ９１Ｄ）を用いて、鋳造により、図２、図３に示すようなヒートシンクを製造した。
なお、得られたヒートシンクは、全体寸法＝縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ、突起寸法＝外径φ１．２５ｍｍ、長さ１ｍｍ、基板厚さ７ｍｍであった。
【００７１】
［ヒートシンク（焼結体）の評価］
前記各実施例および比較例で製造されたヒートシンクについて、２０℃における熱伝導率を測定した。
ここで熱伝導率の測定は、レーザーフラッシュ法を用いて行った。
これらの結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】
2005178151.tif 000003
【００７３】
表１から明らかなように、各実施例のヒートシンクは、いずれも、優れた熱伝導性を有していた。また、マグネシウム合金を用いたヒートシンク（比較例）よりも優れた熱伝導性を有していた。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の焼結体の好適な実施形態について、そのミクロ構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明を適用したヒートシンクを示す平面図である。
【図３】図２中のII−II線断面図である。
【図４】図３の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１……焼結体  １０……基材  １’……ヒートシンク  ２……繊維状炭素系物質  ３……グラファイト  ４……ガラス状炭素（非晶質の炭素）  １１……充填物  ５……基板  ５１……接合面  ６……突起  ７……モールド枠  ８……モールド孔  ９……メッキ層
【図１】
2005178151.tif 000004
【図２】
2005178151.tif 000005
【図３】
2005178151.tif 000006
【図４】
2005178151.tif 000007