(57)【要約】本発明は、グラファイトが有する面方向の高熱伝導特性を維持しつつ、層方向の熱伝導性も改善した高熱伝導性部材を提供することを目的とする。本発明は、グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲である。
2005019132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲である、
高熱伝導性部材。
【請求項２】
前記高熱伝導性部材の形状がフィルムであり、かつ、前記ｃ軸が前記フィルムの厚さ方向と実質的に平行である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項３】
フィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項２に記載の高熱伝導性部材。
【請求項４】
前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、請求項２に記載の高熱伝導性部材。
【請求項５】
前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在する、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項６】
前記グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、（００２）面及び（００４）面のピークが存在する、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項７】
前記グラファイト系マトリックスの内部に空孔を含む、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項８】
前記高熱伝導性部材の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項９】
前記炭素粒子の含有量が、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１０】
前記炭素粒子が、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１１】
前記炭素構造体が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種である、請求項１０に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１２】
前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトである、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１３】
前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１４】
前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１５】
前記炭素粒子の形状が、薄片状である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１６】
グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法。
【請求項１７】
前記分散粒子の一部又は全部が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素構造体である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記分散粒子の一部又は全部がグラファイトである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記有機高分子体が、ポリイミドである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記混合液が、ポリアミド酸溶液と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２１】
ポリアミド酸をイミド化する工程をさらに含む、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記前駆体粒子が、ポリイミドである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２３】
熱処理が、１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程からなる、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２４】
発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、
（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、
（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、
放熱システム。
【請求項２５】
前記高熱伝導性部材の形態がフィルムである、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２６】
発熱源及び放熱部材の少なくも一方がフィルム面に接触して設置されている、請求項２５に記載の放熱システム。
【請求項２７】
前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２８】
前記高熱伝導性部材が、１又は２以上の屈曲部を有する、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２９】
前記放熱部材が空冷フィンである、請求項２４に記載の放熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、主成分が炭素（Ｃ）からなる高熱伝導性部材及びその製造方法に関する。さらに、本発明は、この高熱伝導性部材を含む放熱システム（放熱装置）に関する。
より具体的には、熱伝導度に異方性を有するグラファイト構造体からなる熱伝導性部材を改良し、ｃ軸方向に垂直な方向の高熱伝導性を維持しながら、ｃ軸方向にも比較的高い熱伝導度を有する高熱伝導性部材に関する。
【背景技術】  近年、電子機器の高性能化、小型化及び高密度化に伴い、機器及びそれらを構成する電子デバイスから発生する熱をいかに効率良く放熱させるかが課題となっている。とりわけ、コンピュータの心臓部であるＣＰＵ、半導体レーザ等に対する熱対策は急務と言える。
冷却を効率的に行なうためには、対流、輻射、伝導等をうまく組み合わせることが重要である。前述の電子部品等を冷却する場合は、主に熱伝導により熱を低温領域に導くことにより冷却することが有効である。
従来、電子機器、電子部品等の放熱手段としては、熱伝導性の高い金属、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる放熱体が良く用いられている。
しかしながら、素子の微細化あるいはさらなる発熱量の増加が進む中で、従来の放熱体では対応し切れなくなりつつある。このため、より高い熱伝導性を有する高熱伝導性部材の開発が必要とされている。加えて、幾何学的形状の自由度が高い高熱伝導性部材の開発も切望されている。
このような背景のもとで、炭素（Ｃ）からなるグラファイトは、抜群の耐熱性、耐薬品性、高導電性等を有するとともに、高熱伝導性といった特性も有することから、前記放熱体に代わる材料として期待されている。
グラファイトは、図４に示すような結晶構造をもつ。より具体的には、炭素（Ｃ）原子６からなる六員環の平面構造（グラフェン層）７が積層された構造をもつ。この結晶構造より、グラファイトの特性は、２つの方向、すなわちグラフェン層に対して垂直方向（ｃ軸方向）と、グラフェン層に対して平行方向（ａ−ｂ軸方向、すなわちｃ軸に垂直な方向）で特徴付けられる。
例えば、理想的なグラファイト結晶において、グラフェン層７と垂直な方向（ｃ軸方向、以下『層方向』（厚み方向）ともいう。）の熱伝導率κ⊥は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とあまり高くない。これに対し、グラフェン層７と平行な方向（ａ−ｂ軸方向、以下『面方向』ともいう。）の熱伝導度κ‖は、１０００Ｗ／ｍ・Ｋを超える。これは、銅（κ（Ｃｕ）〜３５０−４００Ｗ／ｍ・Ｋ）の２倍以上、アルミニウム（κ（Ａｌ）〜２００−２５０Ｗ／ｍ・Ｋ）の４倍以上の熱伝導性である。現実的には、単結晶グラファイトでκ‖＝２００〜９００Ｗ／ｍ・Ｋ程度、他のグラファイト系材料でκ‖＝５０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度の値が報告されている。それゆえに、この面方向の高熱伝導性を活かした種々のグラファイト熱伝導体がこれまでに提案されている。
例えば、シリコーン樹脂や高分子マトリックスにグラファイト粉末を分散させることにより、熱伝導特性を改善した熱伝導部材が報告されている（特開昭６１−１４５２６６号公報、特開平０１−０４０５８６号公報、特開平０３−００９５５２号公報、特開平０９−１０２５６２号公報、特開平０９−２８３９５５号公報、特開２００２−２９９５３４号公報、特開２００２−３６３４２１号公報、特開２００３−１０５１０８号公報等）。それらに開示されている熱伝導性部材（従来例１）の概略図を図１０に示す。従来例１では、面方向熱伝導性の高いグラファイト粉末１２を高分子等のマトリックス１１中に分散・配向させることにより、熱伝導性（κ〜数１０Ｗ／ｍ・Ｋ）を改善できることが報告されている。
また、フレーク状グラファイト粒子を重合体結合材とともに圧縮成型した部材が提案されている（特開平０１−００９８６９号公報、特開平１１−００１６２１号公報）。さらに、金属粉末と結晶性カーボン材を複合化したものをホットプレス加工した部材等が報告されている（特開平１０−１６８５０２号公報）。図１１に、これらに開示されている熱伝導性部材（従来例２）の概略図を示す。従来例２では、面方向の熱伝導性が高いグラファイト粉末１４（あるいは金属／グラファイト粉末混合体）を圧縮成型することにより、熱伝導性の高いグラファイトからなる熱伝導性部材１３（κ＝４００〜９７０Ｗ／ｍ・Ｋ）を作製する方法が示されている。
また、面内配向性の高いグラファイト単体からなるシート状の熱伝導部材が知られている（特開昭５８−１４７０８７号公報、特開昭６０−０１２７４７号公報、特開平０７−１０９１７１号公報）。図１２には、これら文献で開示されている熱伝導性部材（従来例３）の概略図を示す。従来例３では、有機高分子シートを焼成処理する方法により、非常に面内配向性の高いグラファイト構造体からなる熱伝導性部材（κ＝６００〜１０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を提供することが示されている。
以上のように、熱伝導物質としてグラファイトを用いた熱伝導性部材は、従来の銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）で構成された部材と比較して、熱伝導性及び形状自由度等の点で優れているという特徴をもつ。
【発明の開示】
しかしながら、従来のグラファイトを用いた熱伝導性部材では、以下のような問題点がある。
従来例１の構成では、高熱伝導性を有するグラファイト粉末１２をマトリックス１１中に分散させているため、熱伝導性の改善は可能である。ところが、樹脂や高分子からなるマトリックス１１自身の熱伝導性が低いため、トータルとして高い熱伝導性を得ることは困難である。すなわち、これまでの報告によると、概ね数１０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性が限界であり、今後要求される性能としては不十分である。
さらに、従来例１では、低熱伝導性マトリックス１１中にグラファイトを分散させて熱特性の改善を行なうことから、全体に対して比較的多いグラファイト粉末１２を用いなければならず、そのぶん成型性に劣る。
従来例２の構成では、高熱伝導性を有するグラファイト粉末１４を主成分として部材１３が構成されているため、面方向の熱伝導性は改善されるが、粒子間どうしの接触熱抵抗の影響や配向性が十分でないことから、グラファイトが本来有する高熱伝導性が十分に発揮されない。
また、従来例２では、圧縮成型によってグラファイト粒子１４の面内配向性を揃えているため、層方向の熱伝導性を改善することは困難である。
さらに、従来例２では、一般的に粉末体を圧縮成型する必要があることから、形状自由度や作製容易性の点にも問題がある。
従来例３の構成では、面内配向性が非常に高い単結晶状のグラファイトで構成されているため、面方向には非常に高い熱伝導性を有する。ところが、前述したように、グラファイトの結晶構造には著しい異方性があるため、層方向の熱伝導性はその数１０分の１程度しか得られない。そのため、部材の面方向にのみ熱を伝達する目的で使用する限りでは非常に高性能な熱伝導部材であるが、今後さらに機器／デバイスの高機能化／高密度が進展する流れにあって、層方向を含めた熱伝導特性の改善が必要である。
従って、本発明は、グラファイトが有する面方向の高熱伝導性を活かしつつ、層方向においてもより高い熱伝導性を発揮できる高熱伝導性部材を提供することを目的とする。
本発明者は、前記従来の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を有する炭素材料が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記の高熱伝導性部材及びその製造方法ならびにそれを用いた放熱システムに係る。
１．  グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲である、
高熱伝導性部材。
２．  前記高熱伝導性部材の形状がフィルムであり、かつ、前記ｃ軸が前記フィルムの厚さ方向と実質的に平行である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
３．  フィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下である、前記項２に記載の高熱伝導性部材。
４．  前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、前記項２に記載の高熱伝導性部材。
５．  前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在する、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
６．  前記グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、（００２）面及び（００４）面のピークが存在する、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
７．  前記グラファイト系マトリックスの内部に空孔を含む、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
８．  前記高熱伝導性部材の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
９．  前記炭素粒子の含有量が、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１０．  前記炭素粒子が、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１１．  前記炭素構造体が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種である、前記項１０に記載の高熱伝導性部材。
１２．  前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトである、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１３．  前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１４．  前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１５．  前記炭素粒子の形状が、薄片状である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１６．  グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法。
１７．  前記分散粒子の一部又は全部が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素構造体である、前記項１６に記載の製造方法。
１８．前記分散粒子の一部又は全部がグラファイトである、前記項１６に記載の製造方法。
１９．  前記有機高分子体が、ポリイミドである、前記項１６に記載の製造方法。
２０．  前記混合液が、ポリアミド酸溶液と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液である、前記項１６に記載の製造方法。
２１．  ポリアミド酸をイミド化する工程をさらに含む、前記項２０に記載の製造方法。
２２．  前記前駆体粒子が、ポリイミドである、前記項１６に記載の製造方法。
２３．  熱処理が、１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程からなる、前記項１９に記載の製造方法。
２４．  発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、
（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、
（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、
放熱システム。
２５．  前記高熱伝導性部材の形態がフィルムである、前記項２４に記載の放熱システム。
２６．  発熱源及び放熱部材の少なくも一方がフィルム面に接触して設置されている、前記項２５に記載の放熱システム。
２７．  前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、前記項２４に記載の放熱システム。
２８．  前記高熱伝導性部材が、１又は２以上の屈曲部を有する、前記項２４に記載の放熱システム。
２９．  前記放熱部材が空冷フィンである、前記項２４に記載の放熱システム。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の高熱伝導性部材の概略図である。
図２は、本発明の高熱伝導性部材の概略図である。
図３は、本発明の高熱伝導性部材の概略図である。
図４は、グラファイトの結晶構造を示す図である。
図５は、配向性グラファイト構造体の代表的なＸ線回折パターンを示す図である。
図６は、有機高分子膜から配向性グラファイト構造体への過程を示す模式図である。
図７は、実施例１−１における高熱伝導性部材の作製工程図である。
図８は、実施例１−１における焼成工程の温度プログラムの例を示す図である。
図９は、本発明の高熱伝導性部材を用いた放熱システムの概略図である。
図１０は、従来の熱伝導性部材（従来例１）の概略図である。
図１１は、従来の熱伝導性部材（従来例２）の概略図である。
図１２は、従来の熱伝導性部材（従来例３）の概略図である。
【符号の説明】
１  グラファイト構造体
２  グラフェン層
３  グラファイト粒子
４  空孔
５  高配向性グラファイト薄片
６  炭素原子
７  グラフェン層
８  発熱体
９  高熱伝導性部材
１０  放熱部材
１１  マトリックス
１２  グラファイト粒子
１３  グラファイト圧縮成型体
１４  グラファイト粒子
１５  高配向性グラファイトシート
１６  グラフェン層
【発明を実施するための最良の形態】  １．高熱伝導性部材
本発明の高熱伝導性部材は、グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲であることを特徴とする。
本発明のグラファイト系マトリックスは、グラファイトを基本構造とするものである。すなわち、複数の炭素六員環からなるグラフェン層の積層体を基本構成とする。従って、グラファイト系マトリックス中の各グラフェン層のｃ軸は、実質的に平行である。ただし、グラファイト系マトリックスは、完全なグラファイト構造を有していなくても良い。少なくとも前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在するものであれば良い。特に、グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、少なくとも（００２）面及び（００４）面のピークが存在するものであることが望ましい。
また、グラファイト系マトリックスは、より完全に近いグラファイト構造であるという点では、そのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在し、かつ、それ以外のピークが認められないことがより望ましい。
さらに、グラファイト系マトリックスは、Ｘ線回折法で評価した場合において、結晶面の間隔（ｄ）が０．３３５ｎｍ以上０．３４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。ちなみに、単結晶グラファイトの報告値は０．３３５ｎｍである。
また、グラファイト系マトリックスの内部には空孔を含んでいることが好ましい。空孔の存在により、本発明の高熱伝導性部材の密度は、本来のグラファイトの値（〜２．２６ｇ／ｃｍ３）よりも小さくすることができる。すなわち、本発明の高熱伝導性部材の密度は一般に０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲が好ましく、特に０．６ｇ／ｃｍ３以上１．５ｇ／ｃｍ３以下の範囲であることがより好ましい。
本発明において、炭素粒子は、上記マトリックスに対する分散材となる。炭素粒子は、グラファイト系マトリックスを伝搬する熱を面方向のみならず、グラフェン層間を熱的に接続し、層方向（厚さ方向）にも熱を伝搬させる機能を有する。
従って、上記機能を有する限り、炭素粒子の種類は特に限定されない。本発明では、特に、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体（炭素構造体粒子）の少なくとも１種であることが好ましい。
分散材としてのグラファイト粒子は、熱伝導性の高いグラファイト（特に、結晶性の高いグラファイト）を用いることが好ましい。例えば、ａ）天然グラファイトのほか、ｂ）炭化水素等の炭素含有ガスを高温熱分解することにより得られる合成グラファイト、ｃ）さらにそれをアニール処理することにより得られる高配向性熱分解グラファイト（いわゆる、ＨＯＰＧ）等を用いることができる。これらは１種又は２種以上で使用することができる。
分散材としてのグラファイト粒子（グラファイト粉末）は、前述のように比較的高い熱伝導特性を有するものであれば、いかなるものでも使用できる。適用可能なグラファイト粒子の目安としては、直接熱伝導度の大きさで判断しても良いし、間接的にはＸ線回折法等で評価される結晶性で判断しても良い。例えば、Ｘ線回折法での目安としては、前記グラファイト系マトリックスと同様、結晶面間隔が０．３３５〜０．３４０ｎｍの範囲にあるものを使用することができる。
グラファイト粒子は、グラファイトに粉砕処理等を適宜施すことによって得ることができる。粉砕処理の方法は限定的でなく、例えばボールミル、ジェットミル、高速回転ミル等の公知の装置を用いて実施すれば良い。特に、ジェットミル法で粉砕するのが容易である。粉砕処理に際し、粒度計等を用いて粒径の均一性を高めることもできる。さらに、粉砕後は、必要に応じて公知の方法に従って分級処理することもできる。
分散材としての炭素構造体（粒子）としては、グラファイト粒子と同様、熱伝導性の高い炭素構造体（特に結晶性の高い炭素構造体）を用いることが好ましい。例えば、シングルウォール・カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、マルチウォール・カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）等のカーボンナノチューブのほか、カーボンナノコイル（ＣＮＣ）、フラーレン、天然ダイヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、爆縮合成ダイヤモンド、気相合成ダイヤモンド等を用いることができる。これらは１種又は２種以上を適宜選択することができる。これらの中でも、形状又は粒径がある程度定まっているという点でカーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素粒子を用いることが好ましい。なお、上記カーボンナノチューブは、カーボンナノホーン等も包含する。
なお、炭素構造体のサイズが大きい場合は、必要に応じて粉砕し、より小さな粒子とすることもできる。これにより、グラファイト系マトリックスに分散させる上で有利になる。サイズの大きい炭素構造体を粉砕する方法は、前記のグラファイトの粉砕処理と同様の方法で実施することができる。
本発明では、これらの炭素粒子の中でも、特に前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトであることが好ましい。
炭素粒子の含有量は、所望の熱伝導性、炭素粒子の種類等に応じて適宜決定できる。一般的には、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲とし、特に１０００重量ｐｐｍ以上７重量％以下の範囲とすることが望ましい。
炭素粒子の粒径は、所望の熱伝導性等に応じて設定することができる。通常は、平均粒径が０．０５μｍ以上の範囲とし、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲が好ましく、特に０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲であることがより望ましい。
炭素粒子の形状は限定的でなく、球状、不定形状、薄片状（フレーク状）、繊維状等のいずれであっても良い。特に、本発明では、前記炭素粒子の形状が薄片状であることが好ましい。薄片状の炭素粒子を用いることにより、分散した炭素粒子の熱伝導性をより効率的に利用できるため、全体として層方向の熱伝導性を顕著に高めることができる。
本発明の高熱伝導性部材は、前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、特に７００Ｗ／ｍ・Ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であることが望ましい。
また、前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲であり、特に５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であることが望ましい。
本発明の高熱伝導性部材の形状は、特に制限されないが、フィルム（シート）であることが好ましい。高熱伝導性部材がフィルムの形態である場合、その厚みは用途、使用態様等に応じて適宜決定することができるが、一般的には１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲とすることが望ましい。
高熱伝導性部材がフィルムの形態である場合、グラファイト系マトリックスのｃ軸の方向が前記フィルムの厚さ方向とほぼ平行であることが好ましい。換言れば、フィルム面（主面）に対してｃ軸がほぼ垂直になるように、前記グラファイト系マトリックスのグラフェン層が配列されていることが望ましい。
これにより、厚さ方向の熱伝導率として、上記熱伝導率κ⊥１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲を確保することができる。すなわち、厚さ方向にも優れた熱伝導性を有する高熱伝導性部材を提供することが可能となる。この場合、フィルム面（主面）方向の熱伝導率κ‖が４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲となる。
本発明の高熱伝導性部材（特にフィルム状高熱伝導性部材）は、フレキシブルであることが好ましい。すなわち、屈曲可能であることが望ましい。これにより、設計の自由度を高めることができ、幅広い用途に適用することも可能となる。
なお、本明細におけるフレキシビリティは、折り曲げ処理に対する耐屈曲性を示すものである。フレキシビリティは、空孔の形成、高熱伝導性部材の厚み、炭素粒子の種類等によって自由に制御することができる。特に、本発明部材において、空孔を含むことにより、耐屈曲回数を飛躍的に向上させることが可能になる。
２．高熱伝導性部材の製造方法
本発明の高熱伝導性部材の製造方法は限定されないが、特に、下記の製造方法によることが好ましい。
すなわち、グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法が好適である。
第１工程
第１工程では、有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の粒子とを含む混合液を調製する。
有機高分子体を形成し得る原料としては、第３工程の熱処理によって高配向性グラファイト構造体が形成できるものであれ良い。例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリ等を挙げることができる。この中でもポリイミドが好適である。
また、本発明では、これらの有機高分子をそのまま原料として使用できるほか、これらの前駆体も上記原料として使用することができる。例えば、第２工程においてポリイミドの塗膜の形成を目的とする場合、その前駆体であるポリアミド酸を上記原料として用いることが可能である。
本発明では、上記の各種の有機高分子を溶媒に溶解して得られる有機高分子溶液のほか、有機高分子を構成し得るモノマーを反応させて得られた反応生成液等を上記原料として使用することができる。
分散粒子としては、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の粒子を用いる。
炭素粒子としては、前記の炭素粒子と同様のものを使用することができる。特に、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種を好適に用いることができる。
また、炭素粒子の前駆体としては、熱処理によって炭素粒子（好ましくはグラファイト粒子）となるものであれば良い。例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）等を挙げることができる。これらの中でも、ポリイミドが好適である。これらは公知のもの又は市販品を用いることもできる。例えば、ポリイミドを用いる場合は、粉末状に加工した東レ・デュポン社製「カプトン」等を好適に用いることができる。また、直径が数μｍ程度の高分子繊維を数〜数十μｍ程度の長さに切断したもの等を用いることもできる。
第１工程で混合液を調製するに際し、適当な溶媒を使用することができる。特に、本発明では、有機高分子体を形成し得る原料として、上記の各種の有機高分子又はその前駆体を溶媒に溶解して得られる溶液を好適に用いることができる。このような溶液は、有機高分子を形成し得るモノマーを反応させて得られた反応物の溶液等も包含される。
上記溶媒としては、これらの有機高分子等を溶解できるものが好ましい。例えば、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリド等の一般的な有機溶媒の中から、目的とする有機高分子体の種類等に応じて適宜選択すれば良い。これらの溶媒は、１種又は２種以上を混合して用いることもできる。
また、上記混合液には必要に応じて適宜公知の添加剤を配合することもできる。例えば、エチレングリコール等の粘度調整剤のほか、形成される有機高分子体の帯電性を緩和するためにリン酸水素カルシウム等のフィラーを適宜混入しても良い。
混合液中における各成分の濃度は、前記１．で示した高熱伝導性部材が得られるように適宜設定すれば良い。また、混合液の固形分濃度は、各成分が均一に混合できれば特に限定されないが、一般的には５重量ｐｐｍ以上５重量％以下の範囲に設定すれば良い。
第２工程
第２工程では、前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜（フィルム）を形成する。
塗膜の形成方法は限定的でなく、例えば上記混合液を適当な基材上に塗布することにより塗膜を形成することができる。塗材る方法としては、例えば刷毛、スプレー、ドクタブレード、ローラーのほか、公知の印刷法に従えば良い。基材の種類も限定的でなく、例えば金属・合金、樹脂、セラミックス等の各種材質の基材に適用できる。従って、放熱部材等を基材として直接塗膜を形成することも可能である。
塗膜の厚みは限定的ではないが、フィルム状高熱伝導性部材を製造する場合には、そのフィルムの厚みになるように適宜調整することができる。例えば、得られるフィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲になるように調節するこどかできる。この場合、必要に応じて２層、３層等のように塗膜を適宜積層することもできる。
また、第１工程の原料として、有機高分子体の前駆体を用いた場合は、所定の処理を実施することにより、目的とする有機高分子体に変換することができる。例えば、原料としてポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を用いた場合は、ポリアミド酸を含む混合液によりポリアミド酸の塗膜を形成した後、ポリアミド酸をイミド化することよりポリイミド膜に変える。イミド化する方法は、公知の方法に従えば良い。例えば、ポリアミド酸の塗膜を所定の温度で加熱することによりイミド化することが可能である。
第３工程
第３工程では、前記塗膜を熱処理することによって前記高熱伝導性部材を得る。
熱処理の条件は、上記塗膜のマトリックスがグラファイトになる条件に適宜設定すれば良い。例えば、不活性ガス雰囲気中で１０００℃以上３０００℃以下の範囲で好ましく実施することができる。不活性ガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素等の少なくとも１種の不活性ガスを用いることができる。熱処理時間は、熱処理温度等に応じて適宜決定すれば良い。
本発明では、特に１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程の２工程からなる熱処理を実施することが好ましい。
予備焼成工程では、有機高分子体を上記温度で焼成することにより、有機高分子中に含まれる炭素（Ｃ）以外の成分（酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）等）を除去する。
この場合の熱処理時間は、焼成処理する試料の形状又は大きさにも依存するが、通常は０．５時間以上５時間以下の範囲とすれば良い。
また、予備焼成工程に入るための昇温速度は限定的ではないが、一般的には１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ３℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で加熱することが好ましい。さらに、予備焼成処理後の降温速度も限定されないものの、通常は５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎの範囲で冷却することが好ましい。
以上のような条件で予備焼成工程を実施することにより、後に続く本焼成処理後に得られるグラファイト構造体の面方向の熱伝導率と配向度を高めることができる。
本焼成工程では、配向性のより高いグラファイトとするために、２０００〜３０００℃の温度範囲から選ばれる所定温度で実施される。その際、いったん所定の加熱温度（概ね２０００℃以上２４００℃以下の温度範囲）に保持する中間処理を行なうことにより、得られるグラファイト系マトリックスの配向度をより高めることができる。
この場合の熱処理時間は、焼成処理する試料の形状又は大きさにも依存するが、通常は０．５時間以上１０時間以下の範囲とすれば良い。
また、本焼成工程又は中間処理に入るための昇温速度は限定的ではないが、一般的には５℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で加熱することが好ましい。さらに、本焼成処理後の降温速度も限定されないものの、通常は５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎの範囲で冷却することが好ましい。
３．放熱システム
本発明は、発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、放熱システム（放熱装置）を包含する。
本発明の放熱システムは、従来の各種電子機器又はデバイス等の熱対策が必要な部分に用いることができる。すなわち、従来の装置の放熱システムに替えて本発明のシステムを用いることができる。例えば、図９に（ａ）〜（ｃ）示すように、放熱部材として空冷フィンが採用される場合、空冷フィンと発熱源との間に高熱導電性部材を介在させることにより、効率的な放熱（冷却）を行うことができる。
本発明では、高熱伝導性部材は、発熱源及び放熱部材に熱的に接続されていれば良い。すなわち、発熱源から高熱伝導性部材、さらに高熱伝導性部材から放熱部材へと効率的に熱が伝わるように配置すれば良い。一般的には、高熱伝導性部材は、発熱源及び放熱部材に直接に接触していることが望ましい。
また、発熱源、高熱伝導性部材及び放熱部材の大きさ、形状、配置方法等も限定的でなく、効率良く放熱できるように適宜設計すれば良い。
本発明の放熱システムにおいて、フィルム状高熱伝導性部材を用いる場合、通常はフィルム面（主面）と発熱部又は放熱部材とが接触するように配置することができる。例えば、図９（ａ）〜（ｃ）のように、フィルム面と接触するように発熱部又は放熱部材を設置することができる。
本発明では、フレキシブルな高熱伝導性部材を用いる場合には、発熱源の形状、設置場所等に合わせた放熱システムを設計することができる。例えば、図９（ｃ）に示すように屈曲部を１又は２以上有する放熱システムとすることができる。これにより、設計の自由度が高い放熱システムを構築することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。
（実施の形態１）
図１には、本発明の実施の形態１における高熱伝導性部材の概略図を示す。
この高熱伝導性部材は、基本的な構成要素として、ｃ軸が厚み方向とほぼ平行に配向したグラファイト構造体１と、前記グラファイト構造体１中にほぼ均一に分散したグラファイト粒子３とからなる。
このグラファイト構造体１は、前述のように炭素六員環構造からなるグラフェン層２が相関をもって積層された構造を有する。すなわち、本来グラファイトは、グラフェン層が単に積層されるのではなく、積層に際して定まった位置があり（図４参照）、その位置関係を維持しながら積層される。
これは、グラファイト構造体（グラファイト系マトリックス）１をＸ線回折法で評価した場合において、結晶面の間隔ｄがｄ＝０．３３５〜０．３４０ｎｍの範囲にあり、かつ、（００２）面及びその高次ピークが観察されるとともにそれら以外の回折ピークが観察されないものを用いることが好ましい。
図５には、グラファイト構造体１の代表的なＸ線回折パターンを示す。グラファイトの結晶性（配向性）に関し、図５に示した２６．５°付近の主ピークに対する半値幅で１°以下のものが好ましく適用される。すなわち、半値幅は結晶性と相関関係があり、本発明では半値幅は狭いほど好ましい。このような結晶性（配向性）を有するグラファイト構造体１自体の面方向の熱伝導率κ‖は、製法等にも依存するが、概ね４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。本発明においても、面方向の熱伝導率κ‖は４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
このように、本発明においてマトリックスとして用いられるグラファイト構造体１は、面方向の熱伝導率が高いグラファイトであれば、いかなるものでも使用できる。特に、炭素の前駆体となる有機高分子体（例えば、ポリイミド）を焼成して熱分解することにより得られるグラファイトは、単結晶に近い構造（高配向性）をもつゆえに、面方向の熱伝導性が高いので好適である。従って、以下に示す実施例では、この有機高分子体を焼成したグラファイト構造体を例として説明する。
本発明で適用される炭素粒子３は、グラファイト構造体１を伝搬する熱を面方向に伝えるほか、グラフェン層２の間（すなわち、積層されている各グラフェン層間）を熱的に接続し、層方向（厚さ方向）にも熱を伝搬させる機能を有する。このため、炭素粒子３としては、熱伝導性の高いグラファイト粉末、すなわち結晶性の高いグラファイト粉末を用いることが好ましい。
本発明では、面方向の熱伝導性が非常に高い、配向性グラファイト粉末が炭素粒子として好適である。その中でも、有機高分子体を焼成して作製した高配向性グラファイトシートを粉砕処理したものが、結晶性（熱伝導性）や均質性の観点から好適である。
また、炭素粒子３として炭素構造体を用いることもできる。この炭素構造体も、グラファイト構造体１を伝搬する熱を面方向のみならず、グラフェン層２どうしの間を熱的に接続し、層方向（厚さ方向）にも熱を伝搬させる機能を有する。従って、熱伝導性の高い炭素構造体、特に結晶性の高い炭素構造体を用いることが好ましい。
また、炭素粒子３の粒径については、グラファイト構造体中に均一に分散できる大きさならば特に差し支えない。特に、有機高分子体を焼成することによってグラファイト構造体を形成する方法を用いる場合等においては、そのグラファイト化を阻害することがないように、０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲の炭素粒子を用いることが好ましい。
炭素粒子としては、前述のような既製のグラファイト粒子を用いることができるほか、母材となる有機高分子体をグラファイト化させる焼成過程において、所定の炭素粒子（グラファイト粒子等）になり得る有機高分子材料を炭素粒子の原料として用いることもできる。例えば、粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲の粉末状ポリイミドを分散した有機高分子体を熱処理することにより、有機高分子体（マトリックス）をグラファイト化するとともに、前記粉末状ポリイミドもグラファイト化させることができる。その結果、グラファイト構造体にグラファイト粒子が分散した高熱伝導性部材を得ることができる。
（実施の形態２）
上記のグラファイト構造体１を作製する方法は幾つかあるが、作製容易性、得られる高熱伝導性部材の特性等の観点から、有機高分子体を熱処理することによってグラファイト構造体１を形成する方法を好適に採用することができる。
有機高分子体を出発原料として用い、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を得る方法は、大きく区分して、工程（Ｉ）グラファイト粒子が分散した有機高分子体を得る工程と、工程（ＩＩ）それを熱処理して、有機高分子体をグラファイト化させる工程とからなる。
本発明では、例えば有機高分子体としてポリイミドを好適に用いることができる。そして、有機高分子体としてポリイミドを目的とする場合は、その前駆体であるポリアミド酸を原料として用いることができる。そこで、実施の形態２では、かかる方法を例として説明する。
まず、工程（Ｉ）のグラファイト粉末含有有機高分子体の形成工程について説明する。
グラファイト粒子含有有機高分子体は、第一の有機高分子としてポリアミド酸の溶液に所定量のグラファイト粒子３を混合及び分散し、所定の形状に成型した後、加熱脱水反応等を行わせることにより、目的とする有機高分子体を得ることができる。このとき、必要に応じて触媒を用いることもできる。
この場合、用いる有機高分子の種類等によって、有機高分子の分子配列を制御することも可能である。具体的には、所定の配向性を持ち、かつ、適宜混合したグラファイト粒子３が分散した材料が得られるように、固体成分である有機高分子の種類、溶媒の種類等を決定する。その組成に調合した溶液に対し、必要に応じて触媒、粘度調整剤等を添加して撹拌し、注型、塗布等によって所望の使用形態にする。この状態で溶媒を揮発させることにより、第一の有機高分子溶液は固体化する。作製時の温度条件としては、通常の作業温度である室温近傍で行なえるが、必要に応じて溶媒の沸点未満の温度範囲内で加熱することもできる。
第一の有機高分子体を加熱脱水等の反応過程により炭素前駆体となる第二の有機高分子体（ポリイミド）に変化させる場合、一般的には、窒素雰囲気中又は真空雰囲気での加熱処理のほか、化学的な反応で脱水処理を行うことができる。これは、形成する有機高分子の種類等に応じて最適手法を適宜選択することができる。特に、作製容易性の観点から、１００℃以上４００℃以下の温度範囲で加熱する方法で実施することが好ましい。また、必要に応じて、グラファイト構造体の配向性を制御するために延伸処理を同時に行なっても良い。
次に、工程（ＩＩ）では、グラファイト粒子含有有機高分子体から配向性グラファイトを得る。この工程自体は、基本的には前述の文献（特開平０７−１０９１７１号公報）に記載された高分子シート（製品名「カプトン」東レデュポン社製）を焼成する方法と同様とすれば良い。
まず、炭素前駆体となる第二の有機高分子体を予備焼成し、有機高分子中に含まれる炭素（Ｃ）以外の成分（酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）等）を除去する。その処理温度及び処理時間は、焼成処理する試料の形状やサイズにも依存するが、アルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ２）あるいはその混合雰囲気下にて概ね１０００℃以上１５００℃以下で０．５時間以上５時間以下とすれば良い。また、その昇温速度としては、１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ３℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で加熱することが好ましい。また予備焼成処理後の降温速度としては、５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で冷却することが好ましい。
以上の条件により、本焼成処理後に得られるグラファイト構造体の面方向熱伝導率と配向度を高めることができる。
予備焼成された有機高分子体は、本格的に配向性グラファイトとするために、２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲から選ばれる温度範囲で本焼成される。その際、いったん所定の加熱温度に保持する中間処理（概ね２０００℃以上２４００℃以下）を行なうことにより、得られるグラファイト構造体１の配向度を高めることができる。具体的には室温から所定の中間温度まで５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲の昇温速度で加熱し、１時間程度保持した後、再度昇温し、本焼成する。本焼成条件は、概ね２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で、０．５時間以上１０時間以下の範囲加熱する。本焼成処理後の冷却は、降温速度として５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で冷却することが好ましい。
以上のような工程により、本発明の面方向熱伝導性の高いグラファイト構造体１を形成することができ、さらにその構造に分散されているグラファイト粒子３の作用により、層方向熱伝導性も改善される。以上の工程の反応模式図を図６に示す。
さらに、この方法で得られるグラファイト構造体１において、焼成条件（主に昇温速度）を調整したり、前述のフィラーを適宜混合して焼成処理することにより、グラフェン層は二次元的に配向しつつ、構造体内部に微細な空孔を多数内包した構造を作製することができる。所定の空孔が形成される場合には、得られるグラファイト構造体１の密度は、本来のグラファイトの値（〜２．２６ｇ／ｃｍ３）よりも小さくすることができる（０．３〜２ｇ／ｃｍ３）。空孔が形成されたグラファイト構造体の状態を図２に示す。図２において、グラファイト構造体１に空孔４が多数存在している。
このような構造とすることにより、得られるグラファイト構造体１は柔軟性を持ち、屈曲させても切断等が起こりにくく、圧縮に対しても適度に変形することができる。このような特性は、熱伝導性部材として使用する際の設計自由度を高めるとともに、発熱源との熱接触抵抗を低減する効果を与える。
（実施の形態３）
前述の実施の形態２に記載したように、炭素粒子として既にグラファイト化した材料を用いて本発明の高熱伝導性部材を作製することができる。これに対し、実施の形態３では、炭素粒子の原料として炭素の前駆体を予め配合した後、前記工程（ＩＩ）のマトリックスがグラファイト化される過程において、同時に前記前駆体をグラファイト化し、グラファイト構造中にグラファイト粒子を分散することにより、本発明の高熱伝導性部材を製造することも可能である。そこで本実施の形態３ではこの例について説明する。
基本的な作製工程は、実施の形態２と同様とすれば良い。
工程（Ｉ）として、溶媒中に溶解された第一の有機高分子溶液に炭素の前駆体である有機高分子を混合・分散し、所定の形状にした後、溶媒を揮発させることにより固体化し、加熱により脱水反応等を行わせることによりグラファイト化が容易な第二の有機高分子体（ポリイミド）を合成する。
次の工程（ＩＩ）についても、実施の形態２と同様にすれば良い。この工程により、第二の有機高分子体は面方向熱伝導性の高いグラファイト構造体になるとともに、内部に分散された有機高分子もカーボン化、さらにはグラファイト化する。その結果、グラファイト構造内にグラファイト粒子が分散してなる高熱伝導性部材を得ることができる。これにより、層方向熱伝導性も改善することが可能になる。
【発明の効果】
本発明の高熱伝導性部材は、面方向熱伝導性の高いグラファイト構造体に、層方向熱伝導性を補う炭素粒子を分散する構造を有するので、全体として高い熱伝導機能を有する高熱伝導性部材を提供することができる。本構成により、層方向（厚さ方向）にも炭素粒子を介して効率的に熱が伝搬する。その結果、グラファイト構造体単独の場合と比較して、層方向熱伝導率κ⊥を向上させることが可能になる。
本発明の構成において、前記高熱伝導性部材の形状がフィルム状である場合には、省スペース性や形状多様性が高まることから、熱伝導性部材として適用可能性（自由度）を広げることができる。
また、本発明の構成において、前記グラファイト構造体の内部に空孔を含む場合には、層方向への熱伝導を促進する炭素粒子を好適な形態で含有しやすくするとともに、得られる高熱伝導性部材として柔軟性及び圧縮性を与えることができる。
なお、本明細における柔軟性とは、折り曲げ処理に対する耐屈曲性を示すものである。本発明部材において、空孔を含むことにより、耐屈曲回数を飛躍的に向上させることが可能になる。また、圧縮性とは、圧縮処理に対する変形性を示すものであり、本発明の高熱伝導性部材において、空孔を含むことにより、発熱源等との密着度が高まり、熱抵抗を抑えることが可能になる。
本発明の製造方法では、高い配向性を有するグラファイト構造体を比較的容易に作製できるとともに、比較的容易に炭素粒子を所望の状態でグラファイト構造体中に分散させることが可能となる。
また、本発明の製造方法において、前記第一の有機高分子体を形成する溶液としてポリアミド酸溶液を用いる場合には、第二の有機高分子体がポリイミド（ＰＩ）となることから、取り扱いが容易であるとともに、配向性の高いグラファイト構造体の形成が可能となるので好ましい。
本発明の放熱システムでは、前記の高熱伝導性部材を使用するので、面方向のみならず、層方向においても優れた熱伝導性を発揮できる。これにより、放熱特性に優れた放熱システムを構築することができる。また、特にシート状高熱伝導性部材を用いる場合には、そのフレキシビリティにより、放熱システムの形状自由度が高くなり、様々な用途に適用可能な放熱システムを設計することも可能となる。
【産業上の利用可能性】  本発明の高熱伝導性部材は、ＣＰＵ、レーザ等に代表される各種電子機器／デバイス等の熱対策が必要な部分に用いられる放熱システム材料として有用であるのみならず、様々な形態に加工可能なことより、均熱性が必要とされる用途、例えば基板ステージ、マスクステージ等の幅広い用途に適用することができる。
【実施例】  以下に、実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより詳細に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されるものではない。
［実施例１−１］
グラファイト粉末を混合／分散する有機高分子材料としてポリイミドを採用し、それを焼成処理することによりグラファイト構造体を作製した例について説明する。図７には、その主な工程図を示す。
まず、ポリイミドの前駆体有機高分子溶液としてポリアミド酸溶液を調製した。窒素（Ｎ２）ガスが充填されたドライボックス内で、ビス（４−アミノフェニル）エーテル５．００ｇ及びジメチルアセトアミド  １２０ｍｌを丸底フラスコに加えて攪拌し、溶解させた。
さらに、この溶液にピロメリット酸無水物５．４５ｇを配合し、約３時間攪拌することにより、第一の有機高分子材料であるポリアミド酸溶液を合成した。
合成したポリアミド酸溶液に、ジェットミルで粉砕化した平均粒径４μｍのグラファイト粉末（熱伝導率：〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）を重量比で５％混合し、ボールミルを１２時間行なうことにより均一に分散させた。なお、グラファイト粉末の粒径は４μｍに限られるものではなく、これよりもやや大きいもの（＞２０μｍ）又はより小さいものでもほぼ均一に分散可能であった。
このようにして作製したグラファイト粉末含有ポリアミド酸溶液をスライドガラスに塗布し、グラファイト粉末含有ポリアミド酸膜（厚さ：〜５００μｍ）を形成した。この塗膜を窒素雰囲気中で１時間程度乾燥してから、減圧した真空オーブン中で２時間乾燥（室温）した後、さらに１００℃に加熱して１時間熱処理した。その結果、前記溶液の溶媒成分が蒸発除去され、グラファイト粉末を内部に分散したポリアミド酸膜が形成された。
上記ポリアミド酸膜をガラスチューブオーブン中に設置し、真空に減圧した後３００℃で１時間熱処理することによりポリアミド酸膜をイミド化した。
得られたポリイミド膜をスライドガラスからはがして、マイクロメータで厚さを測定したところ、約５０μｍであった。
以上の工程で得られた有機高分子体（ポリイミド）を電気炉に入れて焼成処理を行なった。図８（ａ）に本実施例で採用した予備焼成の温度プロファイルを示す。
まず、予備焼成として、Ａｒ雰囲気中で室温から１２００℃までを３℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、予備焼成温度１２００℃で３時間保持した。昇温速度については、焼成処理する有機高分子膜の種類や形状を勘案して決めれば良いが、一般的に１５℃／ｍｉｎ以下の範囲が良く、本実施例では３℃／ｍｉｎを採用した。焼成処理後、５℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却した。一般的に、冷却する際の降温速度に関しては、昇温速度ほど厳密に制御する必要はないが、１０℃／ｍｉｎ以下が好ましく、本実施例では５℃／ｍｉｎを採用した。
この予備焼成工程では、有機高分子体が熱分解して窒素、酸素、水素が抜けることにより、重量比で出発原料の５０〜６０％となり、グラファイト粉末が分散した炭素化膜に変化する。従って、分散させたグラファイト粉末には、何ら影響を与るものではない。
上記条件で予備焼成を行なった後、さらに試料を超高温炉に移し替えて本焼成を行なった。その温度プロファイルを図８（ｂ）に示す。本実施例では、１０００℃までは昇温速度１０℃／ｍｉｎで行ない、その後５℃／ｍｉｎとして中間処理温度である２２００℃で１時間の中間保持を設けた。さらに、本焼成温度２７００℃までは５℃／ｍｉｎの昇温速度とし、２７００℃での保持時間を３時間とした。本焼成温度保持後の冷却は、２２００℃までは降温速度は５℃／ｍｉｎとし、その後１３００℃までは１０℃／ｍｉｎ、室温までは２０℃／ｍｉｎとした。
このようにして得られたグラファイト構造体（以下、単に「構造体」ということがある）の膜厚は約１００μｍであった。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で得られた構造体断面を観察すると、グラフェン層が積層されたグラファイト構造をもっていることが確認できた。さらに構造体内部には、多数の微細な空孔（図２の参照符号４）が存在していることが確認された。この空孔の形成メカニズムは定かではないが、本焼成プログラムに起因するものと考えられる。さらに、面方向に配向したグラフェン層を横切るように、予め混合・分散させていたグラファイト粉末が存在していることも観察された。
また、Ｘ線回折分析により、形成されたグラファイト構造体の結晶構造を評価した結果、図５と同等のグラファイト（００２）及びその高次ピークのほか、微弱な（００ａ）面（ａ：整数）以外のグラファイト回折パターンが若干が観察された。前者は、グラファイト構造体の結晶面に起因するものであることから、粉末グラファイトを含んでいる場合でも、十分に面方向配向性が高いグラファイト構造が得られていることがわかった。また、後者は、グラファイト構造体中に分散されたグラファイト粉末に起因する（００ａ）面以外の回折パターンが若干観察されているものと考えられる。
上記の工程で得られたグラファイト粉末含有グラファイト構造体の熱伝導特性を評価した。その結果、面方向の熱伝導率κ‖は、グラファイト粉末を含まない場合の値である、６００Ｗ／ｍ・Ｋと同様であった。一方、層方向（厚さ方向）の熱伝導率κ⊥は、従来の数倍である、２５Ｗ／ｍ・Ｋが得られた。
従って、配向性の高いグラファイト構造体にグラファイト粉末を混合／分散することにより、層方向にも熱伝導性が高いグラファイト構造体が得られることを確認した。
また、本実施例で作製したグラファイト構造体は、内部に微細な空孔が多数存在していることから、その結果として、屈曲性や圧縮性に富んだ高熱伝導性部材を得ることができた。
［実施例１−２］
前述の実施例１と同様の工程で、グラファイト粒子の大きさを変えながら高熱伝導性部材を作製した。
本実施例１−２においては、実施例１−１で使用したグラファイト粒子をさらに粉砕処理し、粒子径を０．１〜０．３μｍ程度とした。第一の有機高分子溶液であるポリアミド酸に、このグラファイト粒子を３重量％混合／分散した以外は、同様の工程でグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を形成した。
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ⊥は前述の実施例１と同様に、６００Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向熱伝導率κ⊥は、５０Ｗ／ｍ・Ｋと向上した。これは混合したグラファイト粒子の分散性が高まるとともに、グラフェン層間の熱的な接続点が粒子を微細化した結果、増加したためと考えられる。
さらに、前述のグラファイト粉末のサイズを０．０５〜２０μｍの範囲で変化させて、グラファイト構造体を作製した。その結果、いずれの場合も層方向熱伝導率が向上することを確認した。
［実施例１−３］
前述の実施例１−１と同様の工程で、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を作製する際、混合／分散するグラファイト粒子の濃度を変えた場合の結果について記す。
実施例１−３においては、実施例１−１で使用したグラファイト粒子をさらに粉砕処理し、粒子径を０．１〜０．３μｍ程度とした。第一の有機高分子溶液であるポリアミド酸に添加するグラファイト粒子の含有量を１０ｐｐｍ〜１０重量％の範囲で変化させ、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を形成した。
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向の熱伝導率κ‖は前述の実施例１と同様に、６００Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向の熱伝導率κ⊥は、１０〜５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
［実施例１−４］
前述の実施例１−２と同様の工程において、炭素前駆体であるグラファイト粉末含有ポリイミドを作製する際、ポリイミド膜厚が約１５μｍとなるようにポリアミド酸溶液の濃度を調整し、第二の有機高分子体であるポリイミドを作製した。
この試料を前述の実施例１−１と同様の温度プロファイルで焼成処理を行った。その結果、得られるグラファイト構造体の内部には空孔が形成されにくいことが確認された。その起因については定かではないが、炭素前駆体であるポリイミドの膜厚を薄くすると、空孔領域の少ない、より緻密なグラファイト構造体になることがわかった。
得られた試料は、前述の実施例１−１の試料と比較して若干柔軟性は乏しく、耐屈曲試験特性等は少し劣るものの、実使用上は問題とならない程度であった。この試料の熱伝導性特１を評価した結果、面方向の熱伝導率κ‖は、９８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向の熱伝導率κ⊥は、５０Ｗ／ｍ・Ｋの値を維持した。これは空孔量が減ることによって、面方向の配向度が高まったためと考えられる。
［実施例１−５］
前述の実施例では、熱分解法で作製された、熱伝導率κ‖が２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度のグラファイト粉末を用いて高熱伝導性部材を作製したが、本実施例ではさらに面内熱伝導性が高い配向性グラファイト（κ‖＝６００Ｗ／ｍ・Ｋ）を粉末化してグラファイト構造体に添加した。
本実施例１−５では、松下電器産業株式会社製『ＰＧＳグラファイト（厚さ：１２５μｍ、グラファイトシート）』をジェットミル法で粉砕処理したものを用いた。粉砕処理で得られたグラファイト粒子を観察すると、粒径は１μｍ程度であるが、元々のＰＧＳグラファイトシートが面方向に強く配向したグラファイトであるので、粉砕時にグラフェン層部分での剥離が顕著に起こり、前述の実施例１−１と比べて薄片状（鱗片構造）のグラファイト粉末が得られた。
このグラファイト粉末を前述の実施例１−１と同様の方法でポリアミド酸に混合し、ポリイミド化した後、焼成処理してグラファイト構造体を作製した。本実施例で得られたグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材の概略イメージ図を図３に示す。
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向の熱伝導率κ‖は、６００Ｗ／ｍ・Ｋとほぼ同様であった。また、層方向の熱伝導率κ⊥は、８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。これは、グラファイト構造体に分散したグラファイト粉末の熱伝導性が従来グラファイト材料よりも高いために、層方向の熱的接続が向上したためと考えられる。
続いて、ＰＧＳグラファイトシートからなるグラファイト粉末をさらに細かく粉砕し（粒径：０．２〜０．４μｍ）、同様のグラファイト構造体を作製した。その結果、その層方向熱伝導率κ⊥は、９８Ｗ／ｍ・Ｋに向上した。
［実施例１−６］
前述の実施例１−１で用いた炭素前駆体有機高分子材料はポリイミドであったが、それ以外の有機高分子材料でも、上記と同様の製法でグラファイト粉末含有グラファイト構造体を作製することが可能であることを確認した。
それぞれの前駆体溶液にグラファイト粉末を配合し、固体化した後、加熱脱水反応等により得られた有機高分子体を所定の温度プロファイルで焼成処理することにより、高熱伝導性部材を作製できた。具体的にはポリイミド以外に、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）等の有機高分子材料で、グラファイト粉末含有グラファイト構造体が得られた。
［実施例１−７］
前述の実施例１−１と同様の工程で、焼成過程でグラファイト化が可能な有機高分子材料からなる粉末を混合したグラファイト粉末を内部に分散することにより高熱伝導性部材を作製した。
実施例１−７においては、平均粒径５〜１０μｍ程度のポリイミド粉末をポリアミド酸溶液に混合し、高分子材料からなる粉末を分散したポリアミド酸膜を形成後、ポリアミド酸をポリイミド化した。
以上の工程で得られたポリイミドを電気炉に入れて焼成処理を行なった。本実施例で採用した温度プロファイルは前述の実施例１−１と同じにした。
その結果、まず予備焼成過程において、第二の有機高分子部分が熱分解して炭素膜に変化するとともに、内部に含まれる有機高分子粉末も炭素化した。
さらに本焼成過程において、第二の有機高分子部分はグラフェン層が層状に積層されたグラファイト構造に変化すると共、有機高分子粉末が炭素化していた部分もカーボン化、さらに層状構造を有するグラファイト化していることが確認できた。
以上のようにして得られたグラファイト粉末含有グラファイト構造体の熱伝導特性を評価した。その結果、面方向熱伝導率κ‖は実施例１と同様の約６００Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、層方向（厚さ方向）の熱伝導率κ⊥も、２０〜４０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
従って、配向性の高いグラファイト構造体内に、高分子粉末材料を出発材料にしたグラファイト粉末を分散することによっても、面方向の熱伝導性が高く、さらに層方向の熱伝導性も改善されたグラファイト構造体が得られることがわかる。
［実施例１−８］
前述の実施例１−１で得られたグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を用いて放熱システムを試作し、その熱抵抗を測定した。図９（ａ）は、発熱体８と放熱部材１０の間に、本発明の高熱伝導性部材９を密着させて放熱を行なう構成である。比較として、銅板及び高配向性グラファイト（松下製ＰＧＳグラファイトシート）を適用した場合も評価した。測定は一定加圧下（１０Ｎ／ｃｍ２）のもとで行なった。
その結果、銅板の場合の熱抵抗は、１．０℃／Ｗであり、高配向性グラファイトシートでは、０．４℃／Ｗ程度であった。これに対し、本発明の高熱伝導性部材を用いた場合は、０．３℃／Ｗと熱抵抗特性が改善されることが確認された。
また、図９（ｂ）又は図９（ｃ）のような構成においても、同様に放熱特性の改善が確認された。
［実施例２−１］
炭素構造体材料としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ））を用い、そのＣＮＴを混合／分散する有機高分子体としてポリイミドを採用し、それを焼成処理することによりグラファイト構造体を作製した例について説明する。
まず、ポリイミドの前駆体有機高分子溶液として、ポリアミド酸溶液を作製した。その手順は、窒素（Ｎ２）ガスが充填されたドライボックス内で、ビス（４−アミノフェニル）エーテル５．００ｇ及びジメチルアセトアミド２５０ｍｌを丸底フラスコに加えて攪拌し、溶解させた。
さらに、上記溶液にピロメリット酸無水物５．４５ｇを添加し、約３時間攪拌することにより、第一の有機高分子であるポリアミド酸溶液を合成した。
得られたポリアミド酸溶液に対し、ジェットミル等で粉砕化したＣＮＴ（長さ：〜１μｍ）を重量比で０．５％混合し、ボールミルを１２時間行なうことにより溶液中に均一に分散させた。
このようにして調製したＣＮＴ含有ポリアミド酸溶液をスライドガラスに塗布し、ＣＮＴ含有ポリアミド酸薄膜（厚さ：〜１５０μｍ）を形成した。この塗膜を、窒素雰囲気中で１時間余乾燥してから、真空オーブン中で室温下２時間、減圧乾燥した後、１００℃に加熱し１時間熱処理した。その結果、濃灰色の膜が得られた。
さらに、得られた膜をガラスチューブオーブン中に設置し、真空に減圧した後３００℃で１時間熱処理してＣＮＴ含有ポリイミド膜を形成した。
得られたポリイミド膜をスライドガラスからはがして、マイクロメータで厚さを測定したところ、約１５μｍであった。
以上の工程で得られた炭素前駆体有機高分子膜を電気炉に入れて焼成処理を行なった。図８（ａ）に本実施例で採用した予備焼成の温度プロファイルを示す。
まず、予備焼成として、Ａｒ雰囲気中で室温から１２００℃までを３℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温して、予備焼成温度１２００℃で３時間保持した。昇温速度については、焼成処理する有機高分子膜の種類や形状を勘案して決めれば良いが、一般的に１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲が良く、本実施例では３℃／ｍｉｎを採用した。焼成処理後、５℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却した。一般的に、冷却する際の降温速度に関しては、昇温速度ほど厳密に制御する必要はないが、１℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下が好ましく、本実施例では５℃／ｍｉｎを採用した。
この予備焼成工程では、有機高分子膜が熱分解して窒素、酸素、水素が抜ける現象が観察され、その結果、重量比で出発原料の５０〜６０％のＣＮＴが分散した炭素化フィルムに変化する。従って、分散させたＣＮＴには、何ら影響を与えない。
上記条件で予備焼成を行なった後、さらに試料を超高温炉に移し替えて本焼成を行なった。その温度プロファイルを図８（ｂ）に示す。本実施例では、１０００℃までは昇温速度１０℃／ｍｉｎで行ない、その後５℃／ｍｉｎとして中間処理温度である２２００℃で１時間の中間保持を設けた。さらに、本焼成温度２７００℃までは５℃／ｍｉｎの昇温速度とし、２７００℃での保持時間を３時間とした。本焼成温度保持後の冷却は、２２００℃までは降温速度は５℃／ｍｉｎとし、その後１３００℃までは１０℃／ｍｉｎ、室温までは２０℃／ｍｉｎとした。
このようにして得られたグラファイト構造体の膜厚は約３０μｍであった。また、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で得られた構造体断面を観察すると、グラフェン層が層状に積層されたグラファイト構造をもっていることが確認できた。さらに、面方向に配向したグラフェン層を横切るように、予め混合・分散させていたＣＮＴが配置されていることも観察された。
Ｘ線回折分析により、形成されたグラファイト構造体の結晶構造を評価した。その結果、図５と同等のグラファイト（００２）及びその高次ピークが観察された。これより、ＣＮＴを含んでいる場合でも、十分に面方向配向性が高いグラファイト構造が得られていることがわかった
上記の工程で得られたＣＮＴ含有グラファイト構造体の熱伝導特性を評価した。その結果、面方向の熱伝導率κ‖は、ＣＮＴを含めないで作製したグラファイト構造体の値である、〜９８０Ｗ／ｍ・Ｋとほぼ同様であった。一方、層方向（厚さ方向）の熱伝導率κ⊥は、従来のほぼ１０倍である、５０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋが得られた。
従って、配向性の高いグラファイト構造体にＣＮＴを混合／分散することにより、層方向にも熱伝導性が高いグラファイト構造体が得られることを確認した。
［実施例２−２］
実施例２−１と同様の工程で、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を作製する際、混合／分散するＣＮＴの濃度を変えて実施した。
第一の有機高分子溶液であるポリアミド酸に、ＣＮＴを１０ｐｐｍ〜１０重量％の範囲で変化させ、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を形成した。
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ‖は前記実施例２−１と同様に、９００〜９８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向の熱伝導率κ⊥は、１０〜７０Ｗ／ｍ・Ｋの値が得られた。
［実施例２−３］
実施例２−１と同様の工程で、ポリイミド膜厚が約５０μｍとなる様にポリアミド酸溶液の濃度を調整し、第二の有機高分子であるポリイミド膜を作製した。
この試料を実施例２−１と同様の温度プロファイルで焼成処理を行なうと、得られるグラファイト構造体の内部には、多数の微細な空孔（図２の「空孔４」）が存在していることが確認された。その起因については定かではないが、本焼成プログラムでは炭素前駆体であるポリイミド膜の膜厚を厚くすると、空孔領域の多い、疎なグラファイト構造体になることがわかった。
この試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ‖は、６００〜７５０Ｗ／ｍ・Ｋと減少したが、層方向熱伝導率κ⊥は、５０Ｗ／ｍ・Ｋの値を維持した。これは空孔を内包することによって、面方向の配向度が若干低減したためと考えられる。これに対し、本実施例で作製したグラファイト構造体は、内部に微細な空孔領域が多数存在していることから、その結果として、屈曲性や圧縮性に富んだ高熱伝導性部材を得ることができた。
［実施例２−４］
実施例２−１では、ＣＮＴを用いて高熱伝導性部材を作製したが、本実施例ではダイヤモンド粒子をグラファイト構造体に添加した。
本実施例では、前記実施例と同様の方法で平均粒径が１μｍのダイヤモンド粒子をポリアミド酸に混合し、ポリイミド化した後、焼成処理してグラファイト構造体を作製した。
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ‖（７００〜９００Ｗ／ｍ・Ｋ）及び層方向熱伝導率κ⊥（〜５０Ｗ／ｍ・Ｋ）いずれもほぼ同様の値が得られた。
また、混合するダイヤモンド粒子の平均粒径を０．１〜１０μｍの範囲で変化させた場合においても、同様の高熱伝導性部材を得ることができた。
［実施例２−５］
実施例２−１で用いた炭素前駆体有機高分子材料はポリイミドであったが、それ以外の有機高分子材料でも、上記と同様の製法で炭素構造体含有グラファイト構造体を作製することが可能であることを確認した。それぞれの前駆体溶液に炭素構造体を添加して成膜化し、加熱脱水重合反応等により得られた膜を、所定の温度プロファイルで焼成処理することにより、高熱伝導性部材を作製できた。具体的には、ポリイミド以外に、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキササジアゾ（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）等の有機高分子を用いた場合も、炭素構造体含有グラファイト構造体が得られた。
［実施例２−６］
実施例２−１、２−４で用いた炭素構造体はＣＮＴ及びダイヤモンドであったが、それ以外の炭素構造材料でも、上記と同様の製法で炭素構造体含有グラファイト構造体を作製することが可能であることを確認した。具体的にはフラーレン、ダイヤモンド状炭素粒子等の炭素構造体で、高熱伝導性部材（炭素構造体含有グラファイト構造体）を得ることができた。
［実施例２−７］
実施例２−１〜２−６で得られたグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を用いて放熱システムを組み立て、その熱抵抗を測定した。
図９（ａ）は、発熱体８と放熱部材１０の間に、本発明の高熱伝導性部材９を密着させて放熱を行なうシステムを示す。なお、比較として、銅板及び高配向性グラファイトシートを適用した場合も同様に評価した。測定は、一定加圧下（１０Ｎ／ｃｍ２）のもとで行なった。
その結果、銅板の場合の熱抵抗は１．０℃／Ｗであり、高配向性グラファイトシートでは０．４℃／Ｗ程度であった。これに対し、本発明の高熱伝導性部材を用いた場合は、０．３℃／Ｗと熱抵抗特性が改善されることが確認された。
また、図９（ｂ）又は図９（ｃ）のような構成においても、同様に放熱特性の改善が確認された。
【図１】
2005019132.tif 000003
【図２】
2005019132.tif 000004
【図３】
2005019132.tif 000005
【図４】
2005019132.tif 000006
【図５】
2005019132.tif 000007
【図６】
2005019132.tif 000008
【図７】
2005019132.tif 000009
【図８】
2005019132.tif 000010
【図９】
2005019132.tif 000011
【図１０】
2005019132.tif 000012
【図１１】
2005019132.tif 000013
【図１２】
2005019132.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月27日(2005.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲である、
高熱伝導性部材。                              
【請求項２】
前記高熱伝導性部材の形状がフィルムであり、かつ、前記ｃ軸が前記フィルムの厚さ方向と実質的に平行である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項３】
フィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項２に記載の高熱伝導性部材。
【請求項４】
前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、請求項２に記載の高熱伝導性部材。
【請求項５】
前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在する、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項６】
前記グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、（００２）面及び（００４）面のピークが存在する、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項７】
前記グラファイト系マトリックスの内部に空孔を含む、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項８】
前記高熱伝導性部材の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項９】
前記炭素粒子の含有量が、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１０】
前記炭素粒子が、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１１】
前記炭素構造体が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種である、請求項１０に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１２】
前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトである、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１３】
前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１４】
前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１５】
前記炭素粒子の形状が、薄片状である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１６】
グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法。
【請求項１７】
前記分散粒子の一部又は全部が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素構造体である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記分散粒子の一部又は全部がグラファイトである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記有機高分子体が、ポリイミドである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記混合液が、ポリアミド酸溶液と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２１】
ポリアミド酸をイミド化する工程をさらに含む、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記前駆体粒子が、ポリイミドである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２３】
熱処理が、１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程からなる、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２４】
発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、
（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、
（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、
放熱システム。
【請求項２５】
前記高熱伝導性部材の形態がフィルムである、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２６】
発熱源及び放熱部材の少なくも一方がフィルム面に接触して設置されている、請求項２５に記載の放熱システム。
【請求項２７】
前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２８】
前記高熱伝導性部材が、１又は２以上の屈曲部を有する、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２９】
前記放熱部材が空冷フィンである、請求項２４に記載の放熱システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主成分が炭素（Ｃ）からなる高熱伝導性部材及びその製造方法に関する。さらに、本発明は、この高熱伝導性部材を含む放熱システム（放熱装置）に関する。
【０００２】
より具体的には、熱伝導度に異方性を有するグラファイト構造体からなる熱伝導性部材を改良し、ｃ軸方向に垂直な方向の高熱伝導性を維持しながら、ｃ軸方向にも比較的高い熱伝導度を有する高熱伝導性部材に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、電子機器の高性能化、小型化及び高密度化に伴い、機器及びそれらを構成する電子デバイスから発生する熱をいかに効率良く放熱させるかが課題となっている。とりわけ、コンピュータの心臓部であるＣＰＵ、半導体レーザ等に対する熱対策は急務と言える。
【０００４】
冷却を効率的に行なうためには、対流、輻射、伝導等をうまく組み合わせることが重要である。前述の電子部品等を冷却する場合は、主に熱伝導により熱を低温領域に導くことにより冷却することが有効である。
【０００５】
従来、電子機器、電子部品等の放熱手段としては、熱伝導性の高い金属、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる放熱体が良く用いられている。
【０００６】
しかしながら、素子の微細化あるいはさらなる発熱量の増加が進む中で、従来の放熱体では対応し切れなくなりつつある。このため、より高い熱伝導性を有する高熱伝導性部材の開発が必要とされている。加えて、幾何学的形状の自由度が高い高熱伝導性部材の開発も切望されている。
【０００７】
このような背景のもとで、炭素（Ｃ）からなるグラファイトは、抜群の耐熱性、耐薬品性、高導電性等を有するとともに、高熱伝導性といった特性も有することから、前記放熱体に代わる材料として期待されている。
【０００８】
グラファイトは、図４に示すような結晶構造をもつ。より具体的には、炭素（Ｃ）原子６からなる六員環の平面構造（グラフェン層）７が積層された構造をもつ。この結晶構造より、グラファイトの特性は、２つの方向、すなわちグラフェン層に対して垂直方向（ｃ軸方向）と、グラフェン層に対して平行方向（ａ−ｂ軸方向、すなわちｃ軸に垂直な方向）で特徴付けられる。
【０００９】
例えば、理想的なグラファイト結晶において、グラフェン層７と垂直な方向（ｃ軸方向、以下『層方向』（厚み方向）ともいう。）の熱伝導率κ⊥は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とあまり高くない。これに対し、グラフェン層７と平行な方向（ａ−ｂ軸方向、以下『面方向』ともいう。）の熱伝導度κ‖は、１０００Ｗ／ｍ・Ｋを超える。これは、銅（κ（Ｃｕ）〜３５０−４００Ｗ／ｍ・Ｋ）の２倍以上、アルミニウム（κ（Ａｌ）〜２００−２５０Ｗ／ｍ・Ｋ）の４倍以上の熱伝導性である。現実的には、単結晶グラファイトでκ‖＝２００〜９００Ｗ／ｍ・Ｋ程度、他のグラファイト系材料でκ‖＝５０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度の値が報告されている。それゆえに、この面方向の高熱伝導性を活かした種々のグラファイト熱伝導体がこれまでに提案されている。
【００１０】
例えば、シリコーン樹脂や高分子マトリックスにグラファイト粉末を分散させることにより、熱伝導特性を改善した熱伝導部材が報告されている（特開昭６１−１４５２６６号公報、特開平０１−０４０５８６号公報、特開平０３−００９５５２号公報、特開平０９−１０２５６２号公報、特開平０９−２８３９５５号公報、特開２００２−２９９５３４号公報、特開２００２−３６３４２１号公報、特開２００３−１０５１０８号公報等）。それらに開示されている熱伝導性部材（従来例１）の概略図を図１０に示す。従来例１では、面方向熱伝導性の高いグラファイト粉末１２を高分子等のマトリックス１１中に分散・配向させることにより、熱伝導性（κ〜数１０Ｗ／ｍ・Ｋ）を改善できることが報告されている。
【００１１】
また、フレーク状グラファイト粒子を重合体結合材とともに圧縮成型した部材が提案されている（特開平０１−００９８６９号公報、特開平１１−００１６２１号公報）。さらに、金属粉末と結晶性カーボン材を複合化したものをホットプレス加工した部材等が報告されている（特開平１０−１６８５０２号公報）。図１１に、これらに開示されている熱伝導性部材（従来例２）の概略図を示す。従来例２では、面方向の熱伝導性が高いグラファイト粉末１４（あるいは金属／グラファイト粉末混合体）を圧縮成型することにより、熱伝導性の高いグラファイトからなる熱伝導性部材１３（κ＝４００〜９７０Ｗ／ｍ・Ｋ）を作製する方法が示されている。
【００１２】
また、面内配向性の高いグラファイト単体からなるシート状の熱伝導部材が知られている（特開昭５８−１４７０８７号公報、特開昭６０−０１２７４７号公報、特開平０７−１０９１７１号公報）。図１２には、これら文献で開示されている熱伝導性部材（従来例３）の概略図を示す。従来例３では、有機高分子シートを焼成処理する方法により、非常に面内配向性の高いグラファイト構造体からなる熱伝導性部材（κ＝６００〜１０００Ｗ／ｍ・Ｋ）を提供することが示されている。
【００１３】
以上のように、熱伝導物質としてグラファイトを用いた熱伝導性部材は、従来の銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）で構成された部材と比較して、熱伝導性及び形状自由度等の点で優れているという特徴をもつ。
【発明の開示】
しかしながら、従来のグラファイトを用いた熱伝導性部材では、以下のような問題点がある。
【００１４】
従来例１の構成では、高熱伝導性を有するグラファイト粉末１２をマトリックス１１中に分散させているため、熱伝導性の改善は可能である。ところが、樹脂や高分子からなるマトリックス１１自身の熱伝導性が低いため、トータルとして高い熱伝導性を得ることは困難である。すなわち、これまでの報告によると、概ね数１０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性が限界であり、今後要求される性能としては不十分である。
【００１５】
さらに、従来例１では、低熱伝導性マトリックス１１中にグラファイトを分散させて熱特性の改善を行なうことから、全体に対して比較的多いグラファイト粉末１２を用いなければならず、そのぶん成型性に劣る。
【００１６】
従来例２の構成では、高熱伝導性を有するグラファイト粉末１４を主成分として部材１３が構成されているため、面方向の熱伝導性は改善されるが、粒子間どうしの接触熱抵抗の影響や配向性が十分でないことから、グラファイトが本来有する高熱伝導性が十分に発揮されない。
【００１７】
また、従来例２では、圧縮成型によってグラファイト粒子１４の面内配向性を揃えているため、層方向の熱伝導性を改善することは困難である。
【００１８】
さらに、従来例２では、一般的に粉末体を圧縮成型する必要があることから、形状自由度や作製容易性の点にも問題がある。
【００１９】
従来例３の構成では、面内配向性が非常に高い単結晶状のグラファイトで構成されているため、面方向には非常に高い熱伝導性を有する。ところが、前述したように、グラファイトの結晶構造には著しい異方性があるため、層方向の熱伝導性はその数１０分の１程度しか得られない。そのため、部材の面方向にのみ熱を伝達する目的で使用する限りでは非常に高性能な熱伝導部材であるが、今後さらに機器／デバイスの高機能化／高密度が進展する流れにあって、層方向を含めた熱伝導特性の改善が必要である。
【００２０】
従って、本発明は、グラファイトが有する面方向の高熱伝導性を活かしつつ、層方向においてもより高い熱伝導性を発揮できる高熱伝導性部材を提供することを目的とする。
【００２１】
本発明者は、前記従来の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を有する炭素材料が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２２】
すなわち、本発明は、下記の高熱伝導性部材及びその製造方法ならびにそれを用いた放熱システムに係る。
１．  グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲である、
高熱伝導性部材。
２．  前記高熱伝導性部材の形状がフィルムであり、かつ、前記ｃ軸が前記フィルムの厚さ方向と実質的に平行である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
３．  フィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下である、前記項２に記載の高熱伝導性部材。
４．  前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、前記項２に記載の高熱伝導性部材。
５．  前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在する、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
６．  前記グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、（００２）面及び（００４）面のピークが存在する、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
７．  前記グラファイト系マトリックスの内部に空孔を含む、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
８．  前記高熱伝導性部材の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
９．  前記炭素粒子の含有量が、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１０．  前記炭素粒子が、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１１．  前記炭素構造体が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種である、前記項１０に記載の高熱伝導性部材。
１２．  前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトである、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１３．  前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１４．  前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１５．  前記炭素粒子の形状が、薄片状である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１６．  グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法。
１７．  前記分散粒子の一部又は全部が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素構造体である、前記項１６に記載の製造方法。
１８．前記分散粒子の一部又は全部がグラファイトである、前記項１６に記載の製造方法。
１９．  前記有機高分子体が、ポリイミドである、前記項１６に記載の製造方法。
２０．  前記混合液が、ポリアミド酸溶液と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液である、前記項１６に記載の製造方法。
２１．  ポリアミド酸をイミド化する工程をさらに含む、前記項２０に記載の製造方法。
２２．  前記前駆体粒子が、ポリイミドである、前記項１６に記載の製造方法。
２３．  熱処理が、１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程からなる、前記項１９に記載の製造方法。
２４．  発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、
（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、
（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、
放熱システム。
２５．  前記高熱伝導性部材の形態がフィルムである、前記項２４に記載の放熱システム。
２６．  発熱源及び放熱部材の少なくも一方がフィルム面に接触して設置されている、前記項２５に記載の放熱システム。
２７．  前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、前記項２４に記載の放熱システム。
２８．  前記高熱伝導性部材が、１又は２以上の屈曲部を有する、前記項２４に記載の放熱システム。
２９．  前記放熱部材が空冷フィンである、前記項２４に記載の放熱システム。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の高熱伝導性部材の概略図である。
【図２】本発明の高熱伝導性部材の概略図である。
【図３】本発明の高熱伝導性部材の概略図である。
【図４】グラファイトの結晶構造を示す図である。
【図５】配向性グラファイト構造体の代表的なＸ線回折パターンを示す図である。
【図６】 有機高分子膜から配向性グラファイト構造体への過程を示す模式図である。
【図７】実施例１−１における高熱伝導性部材の作製工程図である。
【図８】実施例１−１における焼成工程の温度プログラムの例を示す図である。
【図９】本発明の高熱伝導性部材を用いた放熱システムの概略図である。
【図１０】従来の熱伝導性部材（従来例１）の概略図である。
【図１１】従来の熱伝導性部材（従来例２）の概略図である。
【図１２】従来の熱伝導性部材（従来例３）の概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  グラファイト構造体
２  グラフェン層
３  グラファイト粒子
４  空孔
５  高配向性グラファイト薄片
６  炭素原子
７  グラフェン層
８  発熱体
９  高熱伝導性部材
１０  放熱部材
１１  マトリックス
１２  グラファイト粒子
１３  グラファイト圧縮成型体
１４  グラファイト粒子
１５  高配向性グラファイトシート
１６  グラフェン層
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
１．高熱伝導性部材
本発明の高熱伝導性部材は、グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲であることを特徴とする。
【００２６】
本発明のグラファイト系マトリックスは、グラファイトを基本構造とするものである。すなわち、複数の炭素六員環からなるグラフェン層の積層体を基本構成とする。従って、グラファイト系マトリックス中の各グラフェン層のｃ軸は、実質的に平行である。ただし、グラファイト系マトリックスは、完全なグラファイト構造を有していなくても良い。少なくとも前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在するものであれば良い。特に、グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、少なくとも（００２）面及び（００４）面のピークが存在するものであることが望ましい。
【００２７】
また、グラファイト系マトリックスは、より完全に近いグラファイト構造であるという点では、そのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在し、かつ、それ以外のピークが認められないことがより望ましい。
【００２８】
さらに、グラファイト系マトリックスは、Ｘ線回折法で評価した場合において、結晶面の間隔（ｄ）が０．３３５ｎｍ以上０．３４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。ちなみに、単結晶グラファイトの報告値は０．３３５ｎｍである。
【００２９】
また、グラファイト系マトリックスの内部には空孔を含んでいることが好ましい。空孔の存在により、本発明の高熱伝導性部材の密度は、本来のグラファイトの値（〜２．２６ｇ／ｃｍ３）よりも小さくすることができる。すなわち、本発明の高熱伝導性部材の密度は一般に０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲が好ましく、特に０．６ｇ／ｃｍ３以上１．５ｇ／ｃｍ３以下の範囲であることがより好ましい。
【００３０】
本発明において、炭素粒子は、上記マトリックスに対する分散材となる。炭素粒子は、グラファイト系マトリックスを伝搬する熱を面方向のみならず、グラフェン層間を熱的に接続し、層方向(厚さ方向)にも熱を伝搬させる機能を有する。
【００３１】
従って、上記機能を有する限り、炭素粒子の種類は特に限定されない。本発明では、特に、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体（炭素構造体粒子）の少なくとも１種であることが好ましい。
【００３２】
分散材としてのグラファイト粒子は、熱伝導性の高いグラファイト（特に、結晶性の高いグラファイト）を用いることが好ましい。例えば、ａ）天然グラファイトのほか、ｂ）炭化水素等の炭素含有ガスを高温熱分解することにより得られる合成グラファイト、ｃ）さらにそれをアニール処理することにより得られる高配向性熱分解グラファイト（いわゆる、ＨＯＰＧ）等を用いることができる。これらは１種又は２種以上で使用することができる。
【００３３】
分散材としてのグラファイト粒子（グラファイト粉末）は、前述のように比較的高い熱伝導特性を有するものであれば、いかなるものでも使用できる。適用可能なグラファイト粒子の目安としては、直接熱伝導度の大きさで判断しても良いし、間接的にはＸ線回折法等で評価される結晶性で判断しても良い。例えば、Ｘ線回折法での目安としては、前記グラファイト系マトリックスと同様、結晶面間隔が０．３３５〜０．３４０ｎｍの範囲にあるものを使用することができる。
【００３４】
グラファイト粒子は、グラファイトに粉砕処理等を適宜施すことによって得ることができる。粉砕処理の方法は限定的でなく、例えばボールミル、ジェットミル、高速回転ミル等の公知の装置を用いて実施すれば良い。特に、ジェットミル法で粉砕するのが容易である。粉砕処理に際し、粒度計等を用いて粒径の均一性を高めることもできる。さらに、粉砕後は、必要に応じて公知の方法に従って分級処理することもできる。
【００３５】
分散材としての炭素構造体（粒子）としては、グラファイト粒子と同様、熱伝導性の高い炭素構造体（特に結晶性の高い炭素構造体）を用いることが好ましい。例えば、シングルウォール・カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、マルチウォール・カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）等のカーボンナノチューブのほか、カーボンナノコイル（ＣＮＣ）、フラーレン、天然ダイヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、爆縮合成ダイヤモンド、気相合成ダイヤモンド等を用いることができる。これらは１種又は２種以上を適宜選択することができる。これらの中でも、形状又は粒径がある程度定まっているという点でカーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダンヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素粒子を用いることが好ましい。なお、上記カーボンナノチューブは、カーボンナノホーン等も包含する。
【００３６】
なお、炭素構造体のサイズが大きい場合は、必要に応じて粉砕し、より小さな粒子とすることもできる。これにより、グラファイト系マトリックスに分散させる上で有利になる。サイズの大きい炭素構造体を粉砕する方法は、前記のグラファイトの粉砕処理と同様の方法で実施することができる。
【００３７】
本発明では、これらの炭素粒子の中でも、特に前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトであることが好ましい。
【００３８】
炭素粒子の含有量は、所望の熱伝導性、炭素粒子の種類等に応じて適宜決定できる。一般的には、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲とし、特に１０００重量ｐｐｍ以上７重量％以下の範囲とすることが望ましい。
【００３９】
炭素粒子の粒径は、所望の熱伝導性等に応じて設定することができる。通常は、平均粒径が０．０５μｍ以上の範囲とし、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲が好ましく、特に０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲であることがより望ましい。
【００４０】
炭素粒子の形状は限定的でなく、球状、不定形状、薄片状（フレーク状）、繊維状等のいずれであっても良い。特に、本発明では、前記炭素粒子の形状が薄片状であることが好ましい。薄片状の炭素粒子を用いることにより、分散した炭素粒子の熱伝導性をより効率的に利用できるため、全体として層方向の熱伝導性を顕著に高めることができる。
【００４１】
本発明の高熱伝導性部材は、前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、特に７００Ｗ／ｍ・Ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であることが望ましい。
【００４２】
また、前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲であり、特に５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であることが望ましい。
【００４３】
本発明の高熱伝導性部材の形状は、特に制限されないが、フィルム（シート）であることが好ましい。高熱伝導性部材がフィルムの形態である場合、その厚みは用途、使用態様等に応じて適宜決定することができるが、一般的には１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲とすることが望ましい。
【００４４】
高熱伝導性部材がフィルムの形態である場合、グラファイト系マトリックスのｃ軸の方向が前記フィルムの厚さ方向とほぼ平行であることが好ましい。換言すれば、フィルム面（主面）に対してｃ軸がほぼ垂直になるように、前記グラファイト系マトリックスのグラフェン層が配列されていることが望ましい。
【００４５】
これにより、厚さ方向の熱伝導率として、上記熱伝導率κ⊥１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲を確保することができる。すなわち、厚さ方向にも優れた熱伝導性を有する高熱伝導性部材を提供することが可能となる。この場合、フィルム面（主面）方向の熱伝導率κ‖が４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲となる。
【００４６】
本発明の高熱伝導性部材（特にフィルム状高熱伝導性部材）は、フレキシブルであることが好ましい。すなわち、屈曲可能であることが望ましい。これにより、設計の自由度を高めることができ、幅広い用途に適用することも可能となる。
【００４７】
なお、本明細におけるフレキシビリティは、折り曲げ処理に対する耐屈曲性を示すものである。フレキシビリティは、空孔の形成、高熱伝導性部材の厚み、炭素粒子の種類等によって自由に制御することができる。特に、本発明部材において、空孔を含むことにより、耐屈曲回数を飛躍的に向上させることが可能になる。
【００４８】
２．高熱伝導性部材の製造方法
本発明の高熱伝導性部材の製造方法は限定されないが、特に、下記の製造方法によることが好ましい。
【００４９】
すなわち、グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法が好適である。
【００５０】
第１工程
第１工程では、有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の粒子とを含む混合液を調製する。
【００５１】
有機高分子体を形成し得る原料としては、第３工程の熱処理によって高配向性グラファイト構造体が形成できるものであれ良い。例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリ等を挙げることができる。この中でもポリイミドが好適である。
【００５２】
また、本発明では、これらの有機高分子をそのまま原料として使用できるほか、これらの前駆体も上記原料として使用することができる。例えば、第２工程においてポリイミドの塗膜の形成を目的とする場合、その前駆体であるポリアミド酸を上記原料として用いることが可能である。
【００５３】
本発明では、上記の各種の有機高分子を溶媒に溶解して得られる有機高分子溶液のほか、有機高分子を構成し得るモノマーを反応させて得られた反応生成液等を上記原料として使用することができる。
【００５４】
分散粒子としては、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の粒子を用いる。
【００５５】
炭素粒子としては、前記の炭素粒子と同様のものを使用することができる。特に、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種を好適に用いることができる。
【００５６】
また、炭素粒子の前駆体としては、熱処理によって炭素粒子（好ましくはグラファイト粒子）となるものであれば良い。例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）等を挙げることができる。これらの中でも、ポリイミドが好適である。これらは公知のもの又は市販品を用いることもできる。例えば、ポリイミドを用いる場合は、粉末状に加工した東レ・デュポン社製「カプトン」等を好適に用いることができる。また、直径が数μｍ程度の高分子繊維を数〜数十μｍ程度の長さに切断したもの等を用いることもできる。
【００５７】
第１工程で混合液を調製するに際し、適当な溶媒を使用することができる。特に、本発明では、有機高分子体を形成し得る原料として、上記の各種の有機高分子又はその前駆体を溶媒に溶解して得られる溶液を好適に用いることができる。このような溶液は、有機高分子を形成し得るモノマーを反応させて得られた反応物の溶液等も包含される。
【００５８】
上記溶媒としては、これらの有機高分子等を溶解できるものが好ましい。例えば、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリド等の一般的な有機溶媒の中から、目的とする有機高分子体の種類等に応じて適宜選択すれば良い。これらの溶媒は、１種又は２種以上を混合して用いることもできる。
【００５９】
また、上記混合液には必要に応じて適宜公知の添加剤を配合することもできる。例えば、エチレングリコール等の粘度調整剤のほか、形成される有機高分子体の帯電性を緩和するためにリン酸水素カルシウム等のフィラーを適宜混入しても良い。
【００６０】
混合液中における各成分の濃度は、前記１．で示した高熱伝導性部材が得られるように適宜設定すれば良い。また、混合液の固形分濃度は、各成分が均一に混合できれば特に限定されないが、一般的には５重量ｐｐｍ以上５重量％以下の範囲に設定すれば良い。
【００６１】
第２工程
第２工程では、前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜（フィルム）を形成する。
【００６２】
塗膜の形成方法は限定的でなく、例えば上記混合液を適当な基材上に塗布することにより塗膜を形成することができる。塗布する方法としては、例えば刷毛、スプレー、ドクタブレード、ローラーのほか、公知の印刷法に従えば良い。基材の種類も限定的でなく、例えば金属・合金、樹脂、セラミックス等の各種材質の基材に適用できる。従って、放熱部材等を基材として直接塗膜を形成することも可能である。
【００６３】
塗膜の厚みは限定的ではないが、フィルム状高熱伝導性部材を製造する場合には、そのフィルムの厚みになるように適宜調整することができる。例えば、得られるフィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲になるように調節するこどかできる。この場合、必要に応じて２層、３層等のように塗膜を適宜積層することもできる。
【００６４】
また、第１工程の原料として、有機高分子体の前駆体を用いた場合は、所定の処理を実施することにより、目的とする有機高分子体に変換することができる。例えば、原料としてポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を用いた場合は、ポリアミド酸を含む混合液によりポリアミド酸の塗膜を形成した後、ポリアミド酸をイミド化することよりポリイミド膜に変える。イミド化する方法は、公知の方法に従えば良い。例えば、ポリアミド酸の塗膜を所定の温度で加熱することによりイミド化することが可能である。
【００６５】
第３工程
第３工程では、前記塗膜を熱処理することによって前記高熱伝導性部材を得る。
【００６６】
熱処理の条件は、上記塗膜のマトリックスがグラファイトになる条件に適宜設定すれば良い。例えば、不活性ガス雰囲気中で１０００℃以上３０００℃以下の範囲で好ましく実施することができる。不活性ガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素等の少なくとも１種の不活性ガスを用いることができる。熱処理時間は、熱処理温度等に応じて適宜決定すれば良い。
【００６７】
本発明では、特に１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程の２工程からなる熱処理を実施することが好ましい。
【００６８】
予備焼成工程では、有機高分子体を上記温度で焼成することにより、有機高分子中に含まれる炭素（Ｃ）以外の成分（酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）等）を除去する。
【００６９】
この場合の熱処理時間は、焼成処理する試料の形状又は大きさにも依存するが、通常は０．５時間以上５時間以下の範囲とすれば良い。
【００７０】
また、予備焼成工程に入るための昇温速度は限定的ではないが、一般的には１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ３℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で加熱することが好ましい。さらに、予備焼成処理後の降温速度も限定されないものの、通常は５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎの範囲で冷却することが好ましい。
【００７１】
以上のような条件で予備焼成工程を実施することにより、後に続く本焼成処理後に得られるグラファイト構造体の面方向の熱伝導率と配向度を高めることができる。
【００７２】
本焼成工程では、配向性のより高いグラファイトとするために、２０００〜３０００℃の温度範囲から選ばれる所定温度で実施される。その際、いったん所定の加熱温度（概ね２０００℃以上２４００℃以下の温度範囲）に保持する中間処理を行なうことにより、得られるグラファイト系マトリックスの配向度をより高めることができる。
【００７３】
この場合の熱処理時間は、焼成処理する試料の形状又は大きさにも依存するが、通常は０．５時間以上１０時間以下の範囲とすれば良い。
【００７４】
また、本焼成工程又は中間処理に入るための昇温速度は限定的ではないが、一般的には５℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で加熱することが好ましい。さらに、本焼成処理後の降温速度も限定されないものの、通常は５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎの範囲で冷却することが好ましい。
【００７５】
３．放熱システム
本発明は、発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、放熱システム（放熱装置）を包含する。
【００７６】
本発明の放熱システムは、従来の各種電子機器又はデバイス等の熱対策が必要な部分に用いることができる。すなわち、従来の装置の放熱システムに替えて本発明のシステムを用いることができる。例えば、図９に（ａ）〜（ｃ）示すように、放熱部材として空冷フィンが採用される場合、空冷フィンと発熱源との間に高熱導電性部材を介在させることにより、効率的な放熱（冷却）を行うことができる。
【００７７】
本発明では、高熱伝導性部材は、発熱源及び放熱部材に熱的に接続されていれば良い。すなわち、発熱源から高熱伝導性部材、さらに高熱伝導性部材から放熱部材へと効率的に熱が伝わるように配置すれば良い。一般的には、高熱伝導性部材は、発熱源及び放熱部材に直接に接触していることが望ましい。
【００７８】
また、発熱源、高熱伝導性部材及び放熱部材の大きさ、形状、配置方法等も限定的でなく、効率良く放熱できるように適宜設計すれば良い。
【００７９】
本発明の放熱システムにおいて、フィルム状高熱伝導性部材を用いる場合、通常はフィルム面（主面）と発熱部又は放熱部材とが接触するように配置することができる。例えば、図９（ａ）〜（ｃ）のように、フイルム面と接触するように発熱部又は放熱部材を設置することができる。
【００８０】
本発明では、フレキシブルな高熱伝導性部材を用いる場合には、発熱源の形状、設置場所等に合わせた放熱システムを設計することができる。例えば、図９（ｃ）に示すように屈曲部を１又は２以上有する放熱システムとすることができる。これにより、設計の自由度が高い放熱システムを構築することができる。
【００８１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。
【００８２】
（実施の形態１）
図１には、本発明の実施の形態１における高熱伝導性部材の概略図を示す。
【００８３】
この高熱伝導性部材は、基本的な構成要素として、ｃ軸が厚み方向とほぼ平行に配向したグラファイト構造体１と、前記グラファイト構造体１中にほぼ均一に分散したグラファイト粒子３とからなる。
【００８４】
このグラファイト構造体１は、前述のように炭素六員環構造からなるグラフェン層２が相関をもって積層された構造を有する。すなわち、本来グラファイトは、グラフェン層が単に積層されるのではなく、積層に際して定まった位置があり（図４参照）、その位置関係を維持しながら積層される。
【００８５】
これは、グラファイト構造体（グラファイト系マトリックス）１をＸ線回折法で評価した場合において、結晶面の間隔ｄがｄ＝０．３３５〜０．３４０ｎｍの範囲にあり、かつ、（００２）面及びその高次ピークが観察されるとともにそれら以外の回折ピークが観察されないものを用いることが好ましい。
【００８６】
図５には、グラファイト構造体１の代表的なＸ線回折パターンを示す。グラファイトの結晶性（配向性）に関し、図５に示した２６．５°付近の主ピークに対する半値幅で１°以下のものが好ましく適用される。すなわち、半値幅は結晶性と相関関係があり、本発明では半値幅は狭いほど好ましい。このような結晶性（配向性）を有するグラファイト構造体１自体の面方向の熱伝導率κ‖は、製法等にも依存するが、概ね４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。本発明においても、面方向の熱伝導率κ‖は４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
【００８７】
このように、本発明においてマトリックスとして用いられるグラファイト構造体１は、面方向の熱伝導率が高いグラファイトであれば、いかなるものでも使用できる。特に、炭素の前駆体となる有機高分子体（例えば、ポリイミド）を焼成して熱分解することにより得られるグラファイトは、単結晶に近い構造（高配向性）をもつゆえに、面方向の熱伝導性が高いので好適である。従って、以下に示す実施例では、この有機高分子体を焼成したグラファイト構造体を例として説明する。
【００８８】
本発明で適用される炭素粒子３は、グラファイト構造体１を伝搬する熱を面方向に伝えるほか、グラフェン層２の間（すなわち、積層されている各グラフェン層間）を熱的に接続し、層方向（厚さ方向）にも熱を伝搬させる機能を有する。このため、炭素粒子３としては、熱伝導性の高いグラファイト粉末、すなわち結晶性の高いグラファイト粉末を用いることが好ましい。
【００８９】
本発明では、面方向の熱伝導性が非常に高い、配向性グラファイト粉末が炭素粒子として好適である。その中でも、有機高分子体を焼成して作製した高配向性グラファイトシートを粉砕処理したものが、結晶性（熱伝導性）や均質性の観点から好適である。
【００９０】
また、炭素粒子３として炭素構造体を用いることもできる。この炭素構造体も、グラファイト構造体１を伝搬する熱を面方向のみならず、グラフェン層２どうしの間を熱的に接続し、層方向(厚さ方向)にも熱を伝搬させる機能を有する。従って、熱伝導性の高い炭素構造体、特に結晶性の高い炭素構造体を用いることが好ましい。
【００９１】
また、炭素粒子３の粒径については、グラファイト構造体中に均一に分散できる大きさならば特に差し支えない。特に、有機高分子体を焼成することによってグラファイト構造体を形成する方法を用いる場合等においては、そのグラファイト化を阻害することがないように、０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲の炭素粒子を用いることが好ましい。
【００９２】
炭素粒子としては、前述のような既製のグラファイト粒子を用いることができるほか、母材となる有機高分子体をグラファイト化させる焼成過程において、所定の炭素粒子（グラファイト粒子等）になり得る有機高分子材料を炭素粒子の原料として用いることもできる。例えば、粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲の粉末状ポリイミドを分散した有機高分子体を熱処理することにより、有機高分子体（マトリックス）をグラファイト化するとともに、前記粉末状ポリイミドもグラファイト化させることができる。その結果、グラファイト構造体にグラファイト粒子が分散した高熱伝導性部材を得ることができる。
【００９３】
（実施の形態２）
上記のグラファイト構造体１を作製する方法は幾つかあるが、作製容易性、得られる高熱伝導性部材の特性等の観点から、有機高分子体を熱処理することによってグラファイト構造体１を形成する方法を好適に採用することができる。
【００９４】
有機高分子体を出発原料として用い、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を得る方法は、大きく区分して、工程（Ｉ）グラファイト粒子が分散した有機高分子体を得る工程と、工程（II）それを熱処理して、有機高分子体をグラファイト化させる工程とからなる。
【００９５】
本発明では、例えば有機高分子体としてポリイミドを好適に用いることができる。そして、有機高分子体としてポリイミドを目的とする場合は、その前駆体であるポリアミド酸を原料として用いることができる。そこで、実施の形態２では、かかる方法を例として説明する。
【００９６】
まず、工程（Ｉ）のグラファイト粉末含有有機高分子体の形成工程について説明する。
【００９７】
グラファイト粒子含有有機高分子体は、第一の有機高分子としてポリアミド酸の溶液に所定量のグラファイト粒子３を混合及び分散し、所定の形状に成型した後、加熱脱水反応等を行わせることにより、目的とする有機高分子体を得ることができる。このとき、必要に応じて触媒を用いることもできる。
【００９８】
この場合、用いる有機高分子の種類等によって、有機高分子の分子配列を制御することも可能である。具体的には、所定の配向性を持ち、かつ、適宜混合したグラファイト粒子３が分散した材料が得られるように、固体成分である有機高分子の種類、溶媒の種類等を決定する。その組成に調合した溶液に対し、必要に応じて触媒、粘度調整剤等を添加して撹拌し、注型、塗布等によって所望の使用形態にする。この状態で溶媒を揮発させることにより、第一の有機高分子溶液は固体化する。作製時の温度条件としては、通常の作業温度である室温近傍で行なえるが、必要に応じて溶媒の沸点未満の温度範囲内で加熱することもできる。
【００９９】
第一の有機高分子体を加熱脱水等の反応過程により炭素前駆体となる第二の有機高分子体（ポリイミド）に変化させる場合、一般的には、窒素雰囲気中又は真空雰囲気での加熱処理のほか、化学的な反応で脱水処理を行うことができる。これは、形成する有機高分子の種類等に応じて最適手法を適宜選択することができる。特に、作製容易性の観点から、１００℃以上４００℃以下の温度範囲で加熱する方法で実施することが好ましい。また、必要に応じて、グラファイト構造体の配向性を制御するために延伸処理を同時に行なっても良い。
【０１００】
次に、工程（II）では、グラファイト粒子含有有機高分子体から配向性グラファイトを得る。この工程自体は、基本的には前述の文献（特開平０７−１０９１７１号公報）に記載された高分子シート（製品名「カプトン」東レデュポン社製）を焼成する方法と同様とすれば良い。
【０１０１】
まず、炭素前駆体となる第二の有機高分子体を予備焼成し、有機高分子中に含まれる炭素（Ｃ）以外の成分（酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）等）を除去する。その処理温度及び処理時間は、焼成処理する試料の形状やサイズにも依存するが、アルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ２）あるいはその混合雰囲気下にて概ね１０００℃以上１５００℃以下で０．５時間以上５時間以下とすれば良い。また、その昇温速度としては、１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ３℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で加熱することが好ましい。また予備焼成処理後の降温速度としては、５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で冷却することが好ましい。
【０１０２】
以上の条件により、本焼成処理後に得られるグラファイト構造体の面方向熱伝導率と配向度を高めることができる。
【０１０３】
予備焼成された有機高分子体は、本格的に配向性グラファイトとするために、２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲から選ばれる温度範囲で本焼成される。その際、いったん所定の加熱温度に保持する中間処理（概ね２０００℃以上２４００℃以下）を行なうことにより、得られるグラファイト構造体１の配向度を高めることができる。具体的には室温から所定の中間温度まで５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲の昇温速度で加熱し、１時間程度保持した後、再度昇温し、本焼成する。本焼成条件は、概ね２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で、０．５時間以上１０時間以下の範囲加熱する。本焼成処理後の冷却は、降温速度として５℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲、とりわけ５℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下の範囲で冷却することが好ましい。
【０１０４】
以上のような工程により、本発明の面方向熱伝導性の高いグラファイト構造体１を形成することができ、さらにその構造に分散されているグラファイト粒子３の作用により、層方向熱伝導性も改善される。以上の工程の反応模式図を図６に示す。
【０１０５】
さらに、この方法で得られるグラファイト構造体１において、焼成条件（主に昇温速度）を調整したり、前述のフィラーを適宜混合して焼成処理することにより、グラフェン層は二次元的に配向しつつ、構造体内部に微細な空孔を多数内包した構造を作製することができる。所定の空孔が形成される場合には、得られるグラファイト構造体１の密度は、本来のグラファイトの値（〜２．２６ｇ／ｃｍ３）よりも小さくすることができる（０．３〜２ｇ／ｃｍ３）。空孔が形成されたグラファイト構造体の状態を図２に示す。図２において、グラファイト構造体１に空孔４が多数存在している。
【０１０６】
このような構造とすることにより、得られるグラファイト構造体１は柔軟性を持ち、屈曲させても切断等が起こりにくく、圧縮に対しても適度に変形することができる。このような特性は、熱伝導性部材として使用する際の設計自由度を高めるとともに、発熱源との熱接触抵抗を低減する効果を与える。
【０１０７】
（実施の形態３）
前述の実施の形態２に記載したように、炭素粒子として既にグラファイト化した材料を用いて本発明の高熱伝導性部材を作製することができる。これに対し、実施の形態３では、炭素粒子の原料として炭素の前駆体を予め配合した後、前記工程（II）のマトリックスがグラファイト化される過程において、同時に前記前駆体をグラファイト化し、グラファイト構造中にグラファイト粒子を分散することにより、本発明の高熱伝導性部材を製造することも可能である。そこで本実施の形態３ではこの例について説明する。
【０１０８】
基本的な作製工程は、実施の形態２と同様とすれば良い。
【０１０９】
工程（I）として、溶媒中に溶解された第一の有機高分子溶液に炭素の前駆体である有機高分子を混合・分散し、所定の形状にした後、溶媒を揮発させることにより固体化し、加熱により脱水反応等を行わせることによりグラファイト化が容易な第二の有機高分子体（ポリイミド）を合成する。
【０１１０】
次の工程（II）についても、実施の形態２と同様にすれば良い。この工程により、第二の有機高分子体は面方向熱伝導性の高いグラファイト構造体になるとともに、内部に分散された有機高分子もカーボン化、さらにはグラファイト化する。その結果、グラファイト構造内にグラファイト粒子が分散してなる高熱伝導性部材を得ることができる。これにより、層方向熱伝導性も改善することが可能になる。
【発明の効果】
【０１１１】
本発明の高熱伝導性部材は、面方向熱伝導性の高いグラファイト構造体に、層方向熱伝導性を補う炭素粒子を分散する構造を有するので、全体として高い熱伝導機能を有する高熱伝導性部材を提供することができる。本構成により、層方向（厚さ方向）にも炭素粒子を介して効率的に熱が伝搬する。その結果、グラファイト構造体単独の場合と比較して、層方向熱伝導率κ⊥を向上させることが可能になる。
【０１１２】
本発明の構成において、前記高熱伝導性部材の形状がフィルム状である場合には、省スペース性や形状多様性が高まることから、熱伝導性部材として適用可能性（自由度）を広げることができる。
【０１１３】
また、本発明の構成において、前記グラファイト構造体の内部に空孔を含む場合には、層方向への熱伝導を促進する炭素粒子を好適な形態で含有しやすくするとともに、得られる高熱伝導性部材として柔軟性及び圧縮性を与えることができる。
【０１１４】
なお、本明細における柔軟性とは、折り曲げ処理に対する耐屈曲性を示すものである。本発明部材において、空孔を含むことにより、耐屈曲回数を飛躍的に向上させることが可能になる。また、圧縮性とは、圧縮処理に対する変形性を示すものであり、本発明の高熱伝導性部材において、空孔を含むことにより、発熱源等との密着度が高まり、熱抵抗を抑えることが可能になる。
【０１１５】
本発明の製造方法では、高い配向性を有するグラファイト構造体を比較的容易に作製できるとともに、比較的容易に炭素粒子を所望の状態でグラファイト構造体中に分散させることが可能となる。
【０１１６】
また、本発明の製造方法において、前記第一の有機高分子体を形成する溶液としてポリアミド酸溶液を用いる場合には、第二の有機高分子体がポリイミド（ＰＩ）となることから、取り扱いが容易であるとともに、配向性の高いグラファイト構造体の形成が可能となるので好ましい。
【０１１７】
本発明の放熱システムでは、前記の高熱伝導性部材を使用するので、面方向のみならず、層方向においても優れた熱伝導性を発揮できる。これにより、放熱特性に優れた放熱システムを構築することができる。また、特にシート状高熱伝導性部材を用いる場合には、そのフレキシビリティにより、放熱システムの形状自由度が高くなり、様々な用途に適用可能な放熱システムを設計することも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の高熱伝導性部材は、ＣＰＵ、レーザ等に代表される各種電子機器／デバイス等の熱対策が必要な部分に用いられる放熱システム材料として有用であるのみならず、様々な形態に加工可能なことより、均熱性が必要とされる用途、例えば基板ステージ、マスクステージ等の幅広い用途に適用することができる。
【実施例】
【０１１９】
以下に、実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより詳細に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されるものではない。
【０１２０】
（実施例１−１）
グラファイト粉末を混合／分散する有機高分子材料としてポリイミドを採用し、それを焼成処理することによりグラファイト構造体を作製した例について説明する。図７には、その主な工程図を示す。
【０１２１】
まず、ポリイミドの前駆体有機高分子溶液としてポリアミド酸溶液を調製した。窒素（Ｎ２）ガスが充填されたドライボックス内で、ビス（４−アミノフェニル）エーテル５．００ｇ及びジメチルアセトアミド  １２０ｍｌを丸底フラスコに加えて攪拌し、溶解させた。
【０１２２】
さらに、この溶液にピロメリット酸無水物５．４５ｇを配合し、約３時間攪拌することにより、第一の有機高分子材料であるポリアミド酸溶液を合成した。
【０１２３】
合成したポリアミド酸溶液に、ジェットミルで粉砕化した平均粒径４μｍのグラファイト粉末（熱伝導率：〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）を重量比で５％混合し、ボールミルを１２時間行なうことにより均一に分散させた。なお、グラファイト粉末の粒径は４μｍに限られるものではなく、これよりもやや大きいもの（＞２０μｍ）又はより小さいものでもほぼ均一に分散可能であった。
【０１２４】
このようにして作製したグラファイト粉末含有ポリアミド酸溶液をスライドガラスに塗布し、グラファイト粉末含有ポリアミド酸膜（厚さ：〜５００μｍ）を形成した。この塗膜を窒素雰囲気中で１時間程度乾燥してから、減圧した真空オーブン中で２時間乾燥（室温）した後、さらに１００℃に加熱して１時間熱処理した。その結果、前記溶液の溶媒成分が蒸発除去され、グラファイト粉末を内部に分散したポリアミド酸膜が形成された。
【０１２５】
上記ポリアミド酸膜をガラスチューブオーブン中に設置し、真空に減圧した後３００℃で１時間熱処理することによりポリアミド酸膜をイミド化した。
【０１２６】
得られたポリイミド膜をスライドガラスからはがして、マイクロメータで厚さを測定したところ、約５０μｍであった。
【０１２７】
以上の工程で得られた有機高分子体（ポリイミド）を電気炉に入れて焼成処理を行なった。図８（ａ）に本実施例で採用した予備焼成の温度プロファイルを示す。
【０１２８】
まず、予備焼成として、Ａｒ雰囲気中で室温から１２００℃までを３℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、予備焼成温度１２００℃で３時間保持した。昇温速度については、焼成処理する有機高分子膜の種類や形状を勘案して決めれば良いが、一般的に１５℃／ｍｉｎ以下の範囲が良く、本実施例では３℃／ｍｉｎを採用した。焼成処理後、５℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却した。一般的に、冷却する際の降温速度に関しては、昇温速度ほど厳密に制御する必要はないが、１０℃／ｍｉｎ以下が好ましく、本実施例では５℃／ｍｉｎを採用した。
【０１２９】
この予備焼成工程では、有機高分子体が熱分解して窒素、酸素、水素が抜けることにより、重量比で出発原料の５０〜６０％となり、グラファイト粉末が分散した炭素化膜に変化する。従って、分散させたグラファイト粉末には、何ら影響を与るものではない。
【０１３０】
上記条件で予備焼成を行なった後、さらに試料を超高温炉に移し替えて本焼成を行なった。その温度プロファイルを図８（ｂ）に示す。本実施例では、１０００℃までは昇温速度１０℃／ｍｉｎで行ない、その後５℃／ｍｉｎとして中間処理温度である２２００℃で１時間の中間保持を設けた。さらに、本焼成温度２７００℃までは５℃／ｍｉｎの昇温速度とし、２７００℃での保持時間を３時間とした。本焼成温度保持後の冷却は、２２００℃までは降温速度は５℃／ｍｉｎとし、その後１３００℃までは１０℃／ｍｉｎ、室温までは２０℃／ｍｉｎとした。
【０１３１】
このようにして得られたグラファイト構造体（以下、単に「構造体」ということがある）の膜厚は約１００μｍであった。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で得られた構造体断面を観察すると、グラフェン層が積層されたグラファイト構造をもっていることが確認できた。さらに構造体内部には、多数の微細な空孔（図２の参照符号４）が存在していることが確認された。この空孔の形成メカニズムは定かではないが、本焼成プログラムに起因するものと考えられる。さらに、面方向に配向したグラフェン層を横切るように、予め混合・分散させていたグラファイト粉末が存在していることも観察された。
【０１３２】
また、Ｘ線回折分析により、形成されたグラファイト構造体の結晶構造を評価した結果、図５と同等のグラファイト（００２）及びその高次ピークのほか、微弱な（００ａ）面（ａ：整数）以外のグラファイト回折パターンが若干が観察された。前者は、グラファイト構造体の結晶面に起因するものであることから、粉末グラファイトを含んでいる場合でも、十分に面方向配向性が高いグラファイト構造が得られていることがわかった。また、後者は、グラファイト構造体中に分散されたグラファイト粉末に起因する（００ａ）面以外の回折パターンが若干観察されているものと考えられる。
【０１３３】
上記の工程で得られたグラファイト粉末含有グラファイト構造体の熱伝導特性を評価した。その結果、面方向の熱伝導率κ‖は、グラファイト粉末を含まない場合の値である、６００Ｗ／ｍ・Ｋと同様であった。一方、層方向（厚さ方向）の熱伝導率κ⊥は、従来の数倍である、２５Ｗ／ｍ・Ｋが得られた。
【０１３４】
従って、配向性の高いグラファイト構造体にグラファイト粉末を混合／分散することにより、層方向にも熱伝導性が高いグラファイト構造体が得られることを確認した。
【０１３５】
また、本実施例で作製したグラファイト構造体は、内部に微細な空孔が多数存在していることから、その結果として、屈曲性や圧縮性に富んだ高熱伝導性部材を得ることができた。
【０１３６】
（実施例１−２）
前述の実施例１と同様の工程で、グラファイト粒子の大きさを変えながら高熱伝導性部材を作製した。
【０１３７】
本実施例１−２においては、実施例１−１で使用したグラファイト粒子をさらに粉砕処理し、粒子径を０．１〜０．３μｍ程度とした。第一の有機高分子溶液であるポリアミド酸に、このグラファイト粒子を３重量％混合／分散した以外は、同様の工程でグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を形成した。
【０１３８】
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ⊥は前述の実施例１と同様に、６００Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向熱伝導率κ⊥は、５０Ｗ／ｍ・Ｋと向上した。これは混合したグラファイト粒子の分散性が高まるとともに、グラフェン層間の熱的な接続点が粒子を微細化した結果、増加したためと考えられる。
【０１３９】
さらに、前述のグラファイト粉末のサイズを０．０５〜２０μｍの範囲で変化させて、グラファイト構造体を作製した。その結果、いずれの場合も層方向熱伝導率が向上することを確認した。
【０１４０】
（実施例１−３）
前述の実施例１−１と同様の工程で、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を作製する際、混合／分散するグラファイト粒子の濃度を変えた場合の結果について記す。
【０１４１】
実施例１−３においては、実施例１−１で使用したグラファイト粒子をさらに粉砕処理し、粒子径を０．１〜０．３μｍ程度とした。第一の有機高分子溶液であるポリアミド酸に添加するグラファイト粒子の含有量を１０ｐｐｍ〜１０重量％の範囲で変化させ、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を形成した。
【０１４２】
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向の熱伝導率κ‖は前述の実施例１と同様に、６００Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向の熱伝導率κ⊥は、１０〜５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【０１４３】
（実施例１−４）
前述の実施例１−２と同様の工程において、炭素前駆体であるグラファイト粉末含有ポリイミドを作製する際、ポリイミド膜厚が約１５μｍとなるようにポリアミド酸溶液の濃度を調整し、第二の有機高分子体であるポリイミドを作製した。
【０１４４】
この試料を前述の実施例１−１と同様の温度プロファイルで焼成処理を行った。その結果、得られるグラファイト構造体の内部には空孔が形成されにくいことが確認された。その起因については定かではないが、炭素前駆体であるポリイミドの膜厚を薄くすると、空孔領域の少ない、より緻密なグラファイト構造体になることがわかった。
【０１４５】
得られた試料は、前述の実施例１−１の試料と比較して若干柔軟性は乏しく、耐屈曲試験特性等は少し劣るものの、実使用上は問題とならない程度であった。この試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向の熱伝導率κ‖は、９８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向の熱伝導率κ⊥は、５０Ｗ／ｍ・Ｋの値を維持した。これは空孔量が減ることによって、面方向の配向度が高まったためと考えられる。
【０１４６】
（実施例１−５）
前述の実施例では、熱分解法で作製された、熱伝導率κ‖が２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度のグラファイト粉末を用いて高熱伝導性部材を作製したが、本実施例ではさらに面内熱伝導性が高い配向性グラファイト（κ‖＝６００Ｗ／ｍ・Ｋ）を粉末化してグラファイト構造体に添加した。
【０１４７】
本実施例１−５では、松下電器産業株式会社製『ＰＧＳグラファイト（厚さ：１２５μｍ、グラファイトシート）』をジェットミル法で粉砕処理したものを用いた。粉砕処理で得られたグラファイト粒子を観察すると、粒径は１μｍ程度であるが、元々のＰＧＳグラファイトシートが面方向に強く配向したグラファイトであるので、粉砕時にグラフェン層部分での剥離が顕著に起こり、前述の実施例１−１と比べて薄片状（鱗片構造）のグラファイト粉末が得られた。
【０１４８】
このグラファイト粉末を前述の実施例１−１と同様の方法でポリアミド酸に混合し、ポリイミド化した後、焼成処理してグラファイト構造体を作製した。本実施例で得られたグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材の概略イメージ図を図３に示す。
【０１４９】
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向の熱伝導率κ‖は、６００Ｗ／ｍ・Ｋとほぼ同様であった。また、層方向の熱伝導率κ⊥は、８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。これは、グラファイト構造体に分散したグラファイト粉末の熱伝導性が従来グラファイト材料よりも高いために、層方向の熱的接続が向上したためと考えられる。
【０１５０】
続いて、ＰＧＳグラファイトシートからなるグラファイト粉末をさらに細かく粉砕し（粒径：０．２〜０．４μｍ）、同様のグラファイト構造体を作製した。その結果、その層方向熱伝導率κ⊥は、９８Ｗ／ｍ・Ｋに向上した。
【０１５１】
（実施例１−６）
前述の実施例１−１で用いた炭素前駆体有機高分子材料はポリイミドであったが、それ以外の有機高分子材料でも、上記と同様の製法でグラファイト粉末含有グラファイト構造体を作製することが可能であることを確認した。
【０１５２】
それぞれの前駆体溶液にグラファイト粉末を配合し、固体化した後、加熱脱水反応等により得られた有機高分子体を所定の温度プロファイルで焼成処理することにより、高熱伝導性部材を作製できた。具体的にはポリイミド以外に、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）等の有機高分子材料で、グラファイト粉末含有グラファイト構造体が得られた。
【０１５３】
（実施例１−７）
前述の実施例１−１と同様の工程で、焼成過程でグラファイト化が可能な有機高分子材料からなる粉末を混合したグラファイト粉末を内部に分散することにより高熱伝導性部材を作製した。
【０１５４】
実施例１−７においては、平均粒径５〜１０μｍ程度のポリイミド粉末をポリアミド酸溶液に混合し、高分子材料からなる粉末を分散したポリアミド酸膜を形成後、ポリアミド酸をポリイミド化した。
【０１５５】
以上の工程で得られたポリイミドを電気炉に入れて焼成処理を行なった。本実施例で採用した温度プロファイルは前述の実施例１−１と同じにした。
【０１５６】
その結果、まず予備焼成過程において、第二の有機高分子部分が熱分解して炭素膜に変化するとともに、内部に含まれる有機高分子粉末も炭素化した。
【０１５７】
さらに本焼成過程において、第二の有機高分子部分はグラフェン層が層状に積層されたグラファイト構造に変化すると共、有機高分子粉末が炭素化していた部分もカーボン化、さらに層状構造を有するグラファイト化していることが確認できた。
【０１５８】
以上のようにして得られたグラファイト粉末含有グラファイト構造体の熱伝導特性を評価した。その結果、面方向熱伝導率κ‖は実施例１と同様の約６００Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、層方向（厚さ方向）の熱伝導率κ⊥も、２０〜４０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【０１５９】
従って、配向性の高いグラファイト構造体内に、高分子粉末材料を出発材料にしたグラファイト粉末を分散することによっても、面方向の熱伝導性が高く、さらに層方向の熱伝導性も改善されたグラファイト構造体が得られることがわかる。
【０１６０】
（実施例１−８）
前述の実施例１−１で得られたグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を用いて放熱システムを試作し、その熱抵抗を測定した。図９（ａ）は、発熱体８と放熱部材１０の間に、本発明の高熱伝導性部材９を密着させて放熱を行なう構成である。比較として、銅板及び高配向性グラファイト（松下製ＰＧＳグラファイトシート）を適用した場合も評価した。測定は一定加圧下（１０Ｎ／ｃｍ２）のもとで行なった。
【０１６１】
その結果、銅板の場合の熱抵抗は、１．０℃／Ｗであり、高配向性グラファイトシートでは、０．４℃／Ｗ程度であった。これに対し、本発明の高熱伝導性部材を用いた場合は、０．３℃／Ｗと熱抵抗特性が改善されることが確認された。
【０１６２】
また、図９（ｂ）又は図９（ｃ）のような構成においても、同様に放熱特性の改善が確認された。
【０１６３】
（実施例２−１）
炭素構造体材料としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）)を用い、そのＣＮＴを混合/分散する有機高分子体としてポリイミドを採用し、それを焼成処理することによりグラファイト構造体を作製した例について説明する。
【０１６４】
まず、ポリイミドの前駆体有機高分子溶液として、ポリアミド酸溶液を作製した。その手順は、窒素（Ｎ２）ガスが充填されたドライボックス内で、ビス（４−アミノフェニル）エーテル ５．００ｇ及びジメチルアセトアミド ２５０ｍｌを丸底フラスコに加えて攪拌し、溶解させた。
【０１６５】
さらに、上記溶液にピロメリット酸無水物５．４５ｇを添加し、約３時間攪拌することにより、第一の有機高分子であるポリアミド酸溶液を合成した。
【０１６６】
得られたポリアミド酸溶液に対し、ジェットミル等で粉砕化したＣＮＴ(長さ：〜１μｍ)を重量比で０．５％混合し、ボールミルを１２時間行なうことにより溶液中に均一に分散させた。
【０１６７】
このようにして調製したＣＮＴ含有ポリアミド酸溶液をスライドガラスに塗布し、ＣＮＴ含有ポリアミド酸薄膜(厚さ：〜１５０μｍ)を形成した。この塗膜を、窒素雰囲気中で１時間余乾燥してから、真空オーブン中で室温下２時間、減圧乾燥した後、１００℃に加熱し１時間熱処理した。その結果、濃灰色の膜が得られた。
【０１６８】
さらに、得られた膜をガラスチューブオーブン中に設置し、真空に減圧した後３００℃で１時間熱処理してＣＮＴ含有ポリイミド膜を形成した。
【０１６９】
得られたポリイミド膜をスライドガラスからはがして、マイクロメータで厚さを測定したところ、約１５μｍであった。
【０１７０】
以上の工程で得られた炭素前駆体有機高分子膜を電気炉に入れて焼成処理を行なった。図８（ａ）に本実施例で採用した予備焼成の温度プロファイルを示す。
【０１７１】
まず、予備焼成として、Ａｒ雰囲気中で室温から１２００℃までを３℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温して、予備焼成温度１２００℃で３時間保持した。昇温速度については、焼成処理する有機高分子膜の種類や形状を勘案して決めれば良いが、一般的に１℃／ｍｉｎ以上１５℃／ｍｉｎ以下の範囲が良く、本実施例では３℃／ｍｉｎを採用した。焼成処理後、５℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却した。一般的に、冷却する際の降温速度に関しては、昇温速度ほど厳密に制御する必要はないが、１℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下が好ましく、本実施例では５℃／ｍｉｎを採用した。
【０１７２】
この予備焼成工程では、有機高分子膜が熱分解して窒素、酸素、水素が抜ける現象が観察され、その結果、重量比で出発原料の５０〜６０％のＣＮＴが分散した炭素化フィルムに変化する。従って、分散させたＣＮＴには、何ら影響を与えない。
【０１７３】
上記条件で予備焼成を行なった後、さらに試料を超高温炉に移し替えて本焼成を行なった。その温度プロファイルを図８（ｂ）に示す。本実施例では、１０００℃までは昇温速度１０℃／ｍｉｎで行ない、その後５℃／ｍｉｎとして中間処理温度である２２００℃で１時間の中間保持を設けた。さらに、本焼成温度２７００℃までは５℃／ｍｉｎの昇温速度とし、２７００℃での保持時間を３時間とした。本焼成温度保持後の冷却は、２２００℃までは降温速度は５℃／ｍｉｎとし、その後１３００℃までは１０℃／ｍｉｎ、室温までは２０℃／ｍｉｎとした。
【０１７４】
このようにして得られたグラファイト構造体の膜厚は約３０μｍであった。また、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で得られた構造体断面を観察すると、グラフェン層が層状に積層されたグラファイト構造をもっていることが確認できた。さらに、面方向に配向したグラフェン層を横切るように、予め混合・分散させていたＣＮＴが配置されていることも観察された。
【０１７５】
Ｘ線回折分析により、形成されたグラファイト構造体の結晶構造を評価した。その結果、図５と同等のグラファイト（００２）及びその高次ピークが観察された。これより、ＣＮＴを含んでいる場合でも、十分に面方向配向性が高いグラファイト構造が得られていることがわかった
【０１７６】
上記の工程で得られたＣＮＴ含有グラファイト構造体の熱伝導特性を評価した。その結果、面方向の熱伝導率κ‖は、ＣＮＴを含めないで作製したグラファイト構造体の値である、〜９８０Ｗ／ｍ・Ｋとほぼ同様であった。一方、層方向(厚さ方向)の熱伝導率κ⊥は、従来のほぼ１０倍である、５０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋが得られた。
【０１７７】
従って、配向性の高いグラファイト構造体にＣＮＴを混合/分散することにより、層方向にも熱伝導性が高いグラファイト構造体が得られることを確認した。
【０１７８】
（実施例２−２）
実施例２−１と同様の工程で、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を作製する際、混合/分散するＣＮＴの濃度を変えて実施した。
【０１７９】
第一の有機高分子溶液であるポリアミド酸に、ＣＮＴを１０ｐｐｍ〜１０重量％の範囲で変化させ、グラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を形成した。
【０１８０】
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ‖は前記実施例２−１と同様に、９００〜９８０Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、層方向の熱伝導率κ⊥は、１０〜７０Ｗ／ｍ・Ｋの値が得られた。
【０１８１】
（実施例２−３）
実施例２−１と同様の工程で、ポリイミド膜厚が約５０μｍとなる様にポリアミド酸溶液の濃度を調整し、第二の有機高分子であるポリイミド膜を作製した。
【０１８２】
この試料を実施例２−１と同様の温度プロファイルで焼成処理を行なうと、得られるグラファイト構造体の内部には、多数の微細な空孔（図２の「空孔４」）が存在していることが確認された。その起因については定かではないが、本焼成プログラムでは炭素前駆体であるポリイミド膜の膜厚を厚くすると、空孔領域の多い、疎なグラファイト構造体になることがわかった。
【０１８３】
この試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ‖は、６００〜７５０Ｗ／ｍ・Ｋと減少したが、層方向熱伝導率κ⊥は、５０Ｗ／ｍ・Ｋの値を維持した。これは空孔を内包することによって、面方向の配向度が若干低減したためと考えられる。これに対し、本実施例で作製したグラファイト構造体は、内部に微細な空孔領域が多数存在していることから、その結果として、屈曲性や圧縮性に富んだ高熱伝導性部材を得ることができた。
【０１８４】
（実施例２−４）
実施例２−１では、ＣＮＴを用いて高熱伝導性部材を作製したが、本実施例ではダイヤモンド粒子をグラファイト構造体に添加した。
【０１８５】
本実施例では、前記実施例と同様の方法で平均粒径が１μｍのダイヤモンド粒子をポリアミド酸に混合し、ポリイミド化した後、焼成処理してグラファイト構造体を作製した。
【０１８６】
得られた試料の熱伝導性特性を評価した結果、面方向熱伝導率κ‖（７００〜９００Ｗ／ｍ・Ｋ）及び層方向熱伝導率κ⊥(〜５０Ｗ／ｍ・Ｋ)いずれもほぼ同様の値が得られた。
【０１８７】
また、混合するダイヤモンド粒子の平均粒径を０．１〜１０μｍの範囲で変化させた場合においても、同様の高熱伝導性部材を得ることができた。
【０１８８】
（実施例２−５）
実施例２−１で用いた炭素前駆体有機高分子材料はポリイミドであったが、それ以外の有機高分子材料でも、上記と同様の製法で炭素構造体含有グラファイト構造体を作製することが可能であることを確認した。それぞれの前駆体溶液に炭素構造体を添加して成膜化し、加熱脱水重合反応等により得られた膜を、所定の温度プロファイルで焼成処理することにより、高熱伝導性部材を作製できた。具体的には、ポリイミド以外に、ポリフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）、ポリフェニレンオキササジアゾ（ＰＯＤ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＯ）、ポリフェニレンベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリフェニレンベンゾビスイミダゾール（ＰＰＢＩ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）等の有機高分子を用いた場合も、炭素構造体含有グラファイト構造体が得られた。
【０１８９】
（実施例２−６）
実施例２−１、２−４で用いた炭素構造体はＣＮＴ及びダイヤモンドであったが、それ以外の炭素構造材料でも、上記と同様の製法で炭素構造体含有グラファイト構造体を作製することが可能であることを確認した。具体的にはフラーレン、ダイヤモンド状炭素粒子等の炭素構造体で、高熱伝導性部材(炭素構造体含有グラファイト構造体)を得ることができた。
【０１９０】
（実施例２−７）
実施例２−１〜２−６で得られたグラファイト構造体からなる高熱伝導性部材を用いて放熱システムを組み立て、その熱抵抗を測定した。
【０１９１】
図９（ａ）は、発熱体８と放熱部材１０の間に、本発明の高熱伝導性部材９を密着させて放熱を行なうシステムを示す。なお、比較として、銅板及び高配向性グラファイトシートを適用した場合も同様に評価した。測定は、一定加圧下（１０Ｎ／ｃｍ２）のもとで行なった。
【０１９２】
その結果、銅板の場合の熱抵抗は１．０℃／Ｗであり、高配向性グラファイトシートでは０．４℃／Ｗ程度であった。これに対し、本発明の高熱伝導性部材を用いた場合は、０．３℃／Ｗと熱抵抗特性が改善されることが確認された。
【０１９３】
また、図９（ｂ）又は図９（ｃ）のような構成においても、同様に放熱特性の改善が確認された。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005019132.tif 000015
【図２】
2005019132.tif 000016
【図３】
2005019132.tif 000017
【図４】
2005019132.tif 000018
【図５】
2005019132.tif 000019
【図６】
2005019132.tif 000020
【図７】
2005019132.tif 000021
【図８】
2005019132.tif 000022
【図９】
2005019132.tif 000023
【図１０】
2005019132.tif 000024
【図１１】
2005019132.tif 000025
【図１２】
2005019132.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月28日(2006.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲である、
高熱伝導性部材。
【請求項２】
前記高熱伝導性部材の形状がフィルムであり、かつ、前記ｃ軸が前記フィルムの厚さ方向と実質的に平行である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項３】
フィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項２に記載の高熱伝導性部材。
【請求項４】
前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、請求項２に記載の高熱伝導性部材。
【請求項５】
前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在する、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項６】
前記グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、（００２）面及び（００４）面のピークが存在する、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項７】
前記グラファイト系マトリックスの内部に空孔を含む、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項８】
前記高熱伝導性部材の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項９】
前記炭素粒子の含有量が、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１０】
前記炭素粒子が、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１１】
前記炭素構造体が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダイヤモンド状炭素の少なくとも１種である、請求項１０に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１２】
前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトである、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１３】
前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１４】
前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１５】
前記炭素粒子の形状が、薄片状である、請求項１に記載の高熱伝導性部材。
【請求項１６】
グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法。
【請求項１７】
前記分散粒子の一部又は全部が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダイヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素構造体である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記分散粒子の一部又は全部がグラファイトである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記有機高分子体が、ポリイミドである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記混合液が、ポリアミド酸溶液と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２１】
ポリアミド酸をイミド化する工程をさらに含む、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記前駆体粒子が、ポリイミドである、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２３】
熱処理が、１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程からなる、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２４】
発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、
（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、
（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、
放熱システム。
【請求項２５】
前記高熱伝導性部材の形態がフィルムである、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２６】
発熱源及び放熱部材の少なくも一方がフィルム面に接触して設置されている、請求項２５に記載の放熱システム。
【請求項２７】
前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２８】
前記高熱伝導性部材が、１又は２以上の屈曲部を有する、請求項２４に記載の放熱システム。
【請求項２９】
前記放熱部材が空冷フィンである、請求項２４に記載の放熱システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
すなわち、本発明は、下記の高熱伝導性部材及びその製造方法ならびにそれを用いた放熱システムに係る。
１．  グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材であって、
（１）前記グラファイトを構成する各グラフェン層のｃ軸が実質的に平行であり、
（２）前記ｃ軸に垂直な方向の熱伝導率κ‖が、４００Ｗ／ｍ・ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であり、
（３）前記ｃ軸に平行な方向の熱伝導率κ⊥が、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上１００Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲である、
高熱伝導性部材。
２．  前記高熱伝導性部材の形状がフィルムであり、かつ、前記ｃ軸が前記フィルムの厚さ方向と実質的に平行である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
３．  フィルムの厚みが１０μｍ以上３００μｍ以下である、前記項２に記載の高熱伝導性部材。
４．  前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、前記項２に記載の高熱伝導性部材。
５．  前記グラファイト系マトリックスのＸ線回折パターンにおいて、（００２ｎ）面（ただし、ｎは、自然数を示す。）のピークが存在する、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
６．  前記グラファイトシートのＸ線回折パターンにおいて、（００２）面及び（００４）面のピークが存在する、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
７．  前記グラファイト系マトリックスの内部に空孔を含む、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
８．  前記高熱伝導性部材の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上２ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
９．  前記炭素粒子の含有量が、１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１０．  前記炭素粒子が、１）グラファイト粒子及び２）グラファイト以外の炭素構造体の少なくとも１種である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１１．  前記炭素構造体が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダイヤモンド状炭素の少なくとも１種である、前記項１０に記載の高熱伝導性部材。
１２．  前記炭素粒子の一部又は全部がグラファイトである、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１３．  前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１４．  前記炭素粒子の平均粒径が、０．０５μｍ以上２０μｍ以下の範囲である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１５．  前記炭素粒子の形状が、薄片状である、前記項１に記載の高熱伝導性部材。
１６．  グラファイト系マトリックス中に炭素粒子が分散してなる高熱伝導性部材を製造する方法であって、
（１）有機高分子体を形成し得る原料と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液を調製する第１工程、
（２）前記混合液を用い、前記有機高分子体に前記粒子が分散してなる塗膜を形成する第２工程、及び
（３）前記塗膜を熱処理することにより前記高熱伝導性部材を得る第３工程、を含む製造方法。
１７．  前記分散粒子の一部又は全部が、カーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダイヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素構造体である、前記項１６に記載の製造方法。
１８．前記分散粒子の一部又は全部がグラファイトである、前記項１６に記載の製造方法。
１９．  前記有機高分子体が、ポリイミドである、前記項１６に記載の製造方法。
２０．  前記混合液が、ポリアミド酸溶液と、炭素粒子及びその前駆体粒子の少なくとも１種の分散粒子とを含む混合液である、前記項１６に記載の製造方法。
２１．  ポリアミド酸をイミド化する工程をさらに含む、前記項２０に記載の製造方法。２２．  前記前駆体粒子が、ポリイミドである、前記項１６に記載の製造方法。
２３．  熱処理が、１）１０００℃以上１５００℃以下の温度範囲で焼成する予備焼成工程及び２）２０００℃以上３０００℃以下の温度範囲で焼成する本焼成工程からなる、前記項１９に記載の製造方法。
２４．  発熱源、放熱部材及び高熱伝導性部材を含む放熱システムであって、
（１）前記発熱源と放熱部材とが高熱伝導性部材を介して熱的に接続されており、
（２）前記高熱伝導性部材が請求項１に記載の高熱伝導性部材である、
放熱システム。
２５．  前記高熱伝導性部材の形態がフィルムである、前記項２４に記載の放熱システム。
２６．  発熱源及び放熱部材の少なくも一方がフィルム面に接触して設置されている、前記項２５に記載の放熱システム。
２７．  前記高熱伝導性部材がフレキシブルである、前記項２４に記載の放熱システム。２８．  前記高熱伝導性部材が、１又は２以上の屈曲部を有する、前記項２４に記載の放熱システム。
２９．  前記放熱部材が空冷フィンである、前記項２４に記載の放熱システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
分散材としての炭素構造体（粒子）としては、グラファイト粒子と同様、熱伝導性の高い炭素構造体（特に結晶性の高い炭素構造体）を用いることが好ましい。例えば、シングルウォール・カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、マルチウォール・カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）等のカーボンナノチューブのほか、カーボンナノコイル（ＣＮＣ）、フラーレン、天然ダイヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、爆縮合成ダイヤモンド、気相合成ダイヤモンド等を用いることができる。これらは１種又は２種以上を適宜選択することができる。これらの中でも、形状又は粒径がある程度定まっているという点でカーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド及びダイヤモンド状炭素の少なくとも１種の炭素粒子を用いることが好ましい。なお、上記カーボンナノチューブは、カーボンナノホーン等も包含する。
【国際調査報告】
2005019132.tif 000027
2005019132.tif 000028